JP2015067862A - 膜付部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被成膜面を伸張させる方向の応力を被成膜面に付与する膜を高い膜密度で形成し得る新たな方法を提供する。【解決手段】被成膜面１０ａを有する被成膜部材１０と、被成膜面１０ａの上に設けられており、被成膜面１０ａを伸張させる方向の応力を被成膜面に１０ａ付与する膜２０とを有する膜付部材３０を製造する。被成膜面１０ａが伸張するように被成膜部材１０に外部応力を付与して弾性変形させた状態で被成膜面１０ａ上に膜２０を形成する。被成膜部材１０の弾性変形は、膜２０の形成後に外部応力を解放したときに、被成膜面１０ａの伸張量が小さくなる方向に被成膜部材１０が変形する条件で行う。【選択図】図４

Description

本発明は、膜付部材の製造方法に関する。

従来、反射防止膜、反射膜、光学フィルタ膜などの光学膜や、保護膜等が表面上に形成された膜付部材が広く用いられている。膜の形成方法としては、例えば、スパッタリング法や蒸着法等が一般的に用いられている。

例えば特許文献１には、被成膜面を伸張させる方向の応力を被成膜面に付与する膜を被成膜面上に形成するに際し、被成膜面が圧縮されるように被成膜部材に外部応力を付与して弾性変形させた状態で被成膜面上に膜を形成することが記載されている。特許文献１には、上記のように被成膜部材を弾性変形させておくことにより膜付基板の反りを低減できる旨が記載されている。

特開２００７−３３４０８７号公報

例えば、光学膜において、膜の屈折率を高めることなどを目的として膜密度を高めたいという要望がある。保護膜においても、保護特性を向上する観点から、膜密度を高めたいという要望がある。

しかしながら、被成膜面を伸張させる方向の応力を被成膜面に付与する膜を形成した場合には、成膜後の被成膜部材の変形に伴って膜が伸張するため、膜密度が低くなる。このため、被成膜面を伸張させる方向の応力を被成膜面に付与する膜を形成する場合には、膜密度を高めることが困難である。

例えば特許文献１に記載のように、被成膜面が圧縮されるように被成膜部材に外部応力を付与して弾性変形させた状態で膜を形成した場合には、成膜後に膜が大きく伸張するため、膜密度がより低くなる。

なお、高い膜密度を有する膜を形成する方法としては、低い成膜レートで成膜する方法が考えられる。しかしながら、低い成膜レートで成膜した場合は、膜付部材の生産性が低下するという問題が生じる。従って、被成膜面を伸張させる方向の応力を被成膜面に付与する膜を高い膜密度で形成し得る新たな方法が求められている。

本発明の主な目的は、被成膜面を伸張させる方向の応力を被成膜面に付与する膜を高い膜密度で形成し得る新たな方法を提供することにある。

本発明に係る膜付部材の製造方法は、被成膜面を有する被成膜部材と、被成膜面の上に設けられており、被成膜面を伸張させる方向の応力を被成膜面に付与する膜とを有する膜付部材の製造方法である。本発明に係る膜付部材の製造方法では、被成膜面が伸張するように被成膜部材に外部応力を付与して弾性変形させた状態で被成膜面上に膜を形成する。被成膜部材の弾性変形は、膜の形成後に外部応力を解放したときに、被成膜面の伸張量が小さくなる方向に被成膜部材が変形する条件で行う。

被成膜面の上に、相対的に屈折率が低い低屈折率膜と、相対的に屈折率が高い高屈折率膜とを交互に形成してもよい。その場合、低屈折率膜と高屈折率膜のうち、少なくとも高屈折率膜を、被成膜面が伸張するように被成膜部材を弾性変形させた状態で形成することが好ましい。

スパッタリング法又は蒸着法により膜を形成することが好ましい。

膜が、阻止帯域と透過帯域とを有する光学フィルタ膜であってもよい。

膜が、保護膜であってもよい。

本発明によれば、被成膜面を伸張させる方向の応力を被成膜面に付与する膜を高い膜密度で形成し得る新たな方法を提供することができる。

本発明の一実施形態における被成膜部材の略図的斜視図である。 本発明の一実施形態における膜付部材の製造方法を説明するための略図的斜視図である。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける略図的断面図である。 本発明の一実施形態における膜付部材の製造方法を説明するための略図的断面図である。 本発明の一実施形態において製造された膜付部材の略図的断面図である。 本発明の一実施形態において製造された膜付プリズムの模式的斜視図である。 変形例において製造された膜付プリズムの膜の一部分の模式的断面図である。 実施例において製造した光学フィルタ部材の模式的側面図である。 実施例において製造した光学フィルタ部材の光学特性を表すグラフである。 比較例において製造した光学フィルタ部材の光学特性を表すグラフである。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

本実施形態では、被成膜面を有する被成膜部材と、被成膜面の上に設けられた膜とを有する膜付部材を製造する一例について説明する。

（被成膜部材１０）
まず、図１に示される被成膜部材１０を準備する。被成膜部材１０の形状寸法は、特に限定されない。被成膜部材１０は、例えば板状であってもよいし、図１に示されるように略三角柱状であってもよい。また、被成膜部材１０は、レンズ状、円柱状等であってもよい。

被成膜部材１０の材質は、特に限定されない。被成膜部材１０は、例えば、ガラス材、樹脂材、セラミック材等の弾性変形可能な弾性部材により構成することができる。以下、本実施形態では、被成膜部材１０がガラス材により構成されている例について説明する。

被成膜部材１０は、被成膜面１０ａを有する。被成膜面１０ａは、被成膜部材１０の一側面により構成されている。本実施形態では、被成膜面１０ａは、平面である。但し、本発明は、この構成に限定されない。被成膜面１０ａは、例えば、球面、非球面、自由曲面などの曲面であってもよい。

（成膜）
次に、被成膜部材１０の被成膜面１０ａの上に膜を形成する。具体的には、まず、図２及び図３に示されるように、少なくとも一つの被成膜部材１０を成膜治具１１に固定する。

図３に示されるように、成膜治具１１は、開口部１１ａを有する額縁状に設けられている。被成膜部材１０は、この開口部１１ａ内に配される。開口部１１ａには、段差部１１ｂが設けられている。この段差部１１ｂの上に、被成膜面１０ａが段差部１１ｂ側（ｚ２側）を向くように、被成膜部材１０が配置される。被成膜部材１０の上端と、成膜治具１１の上端面とは、ほぼ面一である。

被成膜部材１０は、第１〜第３の押さえ具１２〜１４により成膜治具１１に固定されている。第１の押さえ具１２は、被成膜部材１０の長手方向の一方側端部１０Ａの上に設けられている。第１の押さえ具１２の両端部は、成膜治具１１に固定されている。この第１の押さえ具１２と成膜治具１１とによって、被成膜部材１０の長手方向の一方側端部１０Ａが固定されている。

第２の押さえ具１３は、被成膜部材１０の長手方向の他方側端部１０Ｂの上に設けられている。第２の押さえ具１３の両端部は、成膜治具１１に固定されている。この第２の押さえ具１３と成膜治具１１とによって被成膜部材１０の長手方向の他方側端部１０Ｂが固定されている。

第３の押さえ具１４は、被成膜部材１０の長手方向の中央部１０Ｃの上に設けられている。第３の押さえ具１４の両端部は、成膜治具１１に固定されている。第３の押さえ具１４は、第１及び第２の押さえ具１２，１３よりも厚い。第３の押さえ具１４は、成膜治具１１の上端面よりもｚ２側に突出している。このため、第３の押さえ具１４によって、被成膜部材１０の長手方向の中央部１０Ｃが第３の押さえ具１４とは反対側（ｚ２側）に押圧されている。これにより、被成膜面１０ａが伸張し、ｚ２側に向かって凸状となるように、被成膜部材１０が弾性変形した状態となっている。

この状態を維持したまま、すなわち、被成膜面１０ａが伸張するように被成膜部材１０に外部応力を付与して弾性変形させた状態で、被成膜面１０ａの上に、膜２０（図４を参照）を形成し、被成膜部材１０と膜２０とを有する膜付部材３０を得る。膜２０は、被成膜面１０ａを伸張させる方向の応力を被成膜面１０ａに付与する膜である。膜２０の形成方法は、特に限定されない。膜２０は、例えば、スパッタリング法や化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法などの蒸着法等により形成することができる。

次に、膜付部材３０を成膜治具１１から取り外す。これにより、膜付部材３０が成膜治具１１から付与されていた外部応力から解放される。本実施形態においては、膜２０の形成後に被成膜部材１０に付与していた外部応力を解放したときに、被成膜面１０ａの伸張量が小さくなる方向に被成膜部材１０が変形する条件で被成膜部材１０を弾性変形させた状態で膜２０の形成を行う。すなわち、被成膜部材１０に付与していた外部応力を解放したときの被成膜部材１０の弾性力が膜２０の膜応力よりも大きくなるように被成膜部材１０を弾性変形させた状態で膜２０の形成を行う。このため、図５に示されるように、被成膜面１０ａの伸張量が小さくなる方向に被成膜部材１０が変形する。すなわち、本実施形態では、被成膜面１０ａの曲率が小さくなる方向に被成膜部材１０が変形する。この変形により、膜２０が圧縮される。従って、膜２０が被成膜面１０ａを伸張させる方向の応力を被成膜面１０ａに付与する膜であるにも関わらず、膜２０の膜密度が高められ、高い膜密度を有する膜２０を有する膜付部材３０を得ることができる。より高い膜密度を有する膜２０を得る観点からは、被成膜部材１０をより大きく変形させることが好ましい。被成膜部材１０に加える外部応力の大きさは、要求される膜２０の膜密度、膜２０の膜構成、膜厚等に応じて適宜設定することができる。

本実施形態では、膜付部材３０を、図５に示されるカットラインＬに沿って切断することにより、図６に示される膜付プリズム４０を作製する。

なお、膜２０は、被成膜面１０ａを伸張させる方向の応力を被成膜面１０ａに付与する膜である限りにおいて特に限定されない。膜２０は、単層膜であってもよいし、多層膜であってもよい。例えば、膜２０は、酸化ケイ素、窒化珪素等からなる単層の保護膜であってもよい。図７に示されるように、相対的に屈折率が低い低屈折率膜２０Ｌと、相対的に屈折率が高い高屈折率膜２０Ｈとが交互に積層された誘電体多層膜であってもよい。その場合、膜２０は、例えば、阻止帯域と通過帯域とを有する光学フィルタ膜、反射防止膜、反射膜等を構成し得る。

膜２０が誘電体多層膜である場合、高屈折率膜２０Ｈと低屈折率膜２０Ｌとの両方を、被成膜部材１０を弾性変形させた状態で形成してもよいが、高屈折率膜２０Ｈのみを、被成膜部材１０を弾性変形させた状態で形成することがより好ましい。そうすることにより、高屈折率膜２０Ｈの屈折率と、低屈折率膜２０Ｌの屈折率との差をより大きくすることができる。従って、誘電体多層膜である膜２０の光学特性をさらに向上し得る。あるいは、目的とする光学特性を達成するための膜数を低減することができる。

高屈折率膜２０Ｈは、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化ランタン及びシリコンの少なくとも一種により構成することができる。低屈折率膜２０Ｌは、例えば、酸化ケイ素、フッ化マグネシウム及び酸化アルミニウムの少なくとも一種により構成することができる。

実際に、本実施形態において説明した方法により、表１に示す膜構成を有する膜２０を有する膜付部材３０を作製した。その膜付部材３０に、別の被成膜部材１０を貼付し、複数に分断することにより、図８に示す光学フィルタ部材５０を作製した。この実施例に係る光学フィルタ部材５０の光学特性を図９に示す。

比較例として、成膜時に被成膜部材を変形させなかったこと以外は、上記実施例と同様にして光学フィルタ部材を作製した。この比較例に係る光学フィルタ部材の光学特性を図１０に示す。

図９及び図１０に示すグラフから、本実施形態において説明した方法により成膜することにより、阻止帯域を広げることができると共に、フィルタ特性の急峻性を高めることができることが分かる。

１０：被成膜部材
１０Ａ：被成膜部材の一方側端部
１０Ｂ：被成膜部材の他方側端部
１０Ｃ：被成膜部材の中央部
１０ａ：被成膜面
１１：成膜治具
１１ａ：開口部
１１ｂ：段差部
１２：第１の押さえ具
１３：第２の押さえ具
１４：第３の押さえ具
２０：膜
２０Ｈ：高屈折率膜
２０Ｌ：低屈折率膜
３０：膜付部材
４０：膜付プリズム
５０：光学フィルタ部材

Claims (5)

1. 被成膜面を有する被成膜部材と、前記被成膜面の上に設けられており、前記被成膜面を伸張させる方向の応力を前記被成膜面に付与する膜とを有する膜付部材の製造方法であって、
   前記被成膜面が伸張するように前記被成膜部材に外部応力を付与して弾性変形させた状態で前記被成膜面上に前記膜を形成する工程を備え、
   前記被成膜部材の弾性変形は、前記膜の形成後に前記外部応力を解放したときに、前記被成膜面の伸張量が小さくなる方向に前記被成膜部材が変形する条件で行う、膜付部材の製造方法。
2. 前記被成膜面の上に、相対的に屈折率が低い低屈折率膜と、相対的に屈折率が高い高屈折率膜とを交互に形成し、
   前記低屈折率膜と前記高屈折率膜のうち、少なくとも前記高屈折率膜を、前記被成膜面が伸張するように前記被成膜部材を弾性変形させた状態で形成する、請求項１に記載の膜付部材の製造方法。
3. スパッタリング法又は蒸着法により前記膜を形成する、請求項１または２に記載の膜付部材の製造方法。
4. 前記膜が、阻止帯域と透過帯域とを有する光学フィルタ膜である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜付部材の製造方法。
5. 前記膜が、保護膜である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜付部材の製造方法。

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