JPH05249312A

JPH05249312A - 光学多層膜の作製方法

Info

Publication number: JPH05249312A
Application number: JP8336392A
Authority: JP
Inventors: Akuramu Hosein; ホセイン・アクラム; Tsutomu Watanabe; 勉渡辺
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1992-03-05
Filing date: 1992-03-05
Publication date: 1993-09-28

Abstract

(57)【要約】【目的】少ない数のモニター基板を用いて光学多層膜
を精度高く作製する。【構成】ガラス基板上に屈折率の異なる多数の薄膜を
順次形成して光学多層膜を作製する際に、その各薄膜
を、同一の屈折率のものは同一のモニター基板に形成す
ることとして多層に形成し、その各層の形成中にそのモ
ニター基板に対する透過光量または反射光量を測定する
ことによりその層の厚さを求める。その際、モニター基
板には薄膜が多層に形成されるが、その各層は屈折率が
同じであるため、多層であっても各層の厚さを精度高く
求めることができ、こうして求めた厚さによってガラス
基板上に薄膜を形成する工程をコントロールすることに
より、光学多層膜を高い精度で作製することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光学干渉フィルタな
どの光学多層膜を作製する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学干渉フィルタなどの光学多層膜は、
通常、真空電子ビーム蒸着装置などの蒸着装置を用い
て、光学ガラス基板の上に二酸化硅素や二酸化チタンな
どの薄膜を多層に蒸着することにより作られる。このと
き、各薄膜の膜厚は、モニター基板上に蒸着された薄膜
の厚さを光学膜厚計により測定することによりコントロ
ールされる。すなわち、実際に多層膜が形成される光学
ガラス基板とは別にモニター基板を用意し、このモニタ
ー基板を蒸着装置内に配置してこのモニター基板にも光
学ガラス基板と同一条件で蒸着が行なわれるようにして
おく。そして、光学膜厚計を用い、モニター基板におけ
る特定波長の反射光量または透過光量を測定し、光の干
渉を利用することによりモニター基板上の蒸着膜の厚さ
を求める。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、多層膜を作製する場合にはそれに対応した数のモニ
ター基板を必要とし、それらを各層の蒸着が終わるごと
に交換しなければならないという煩雑さがあり、能率良
く多層膜を作製できないという問題がある。

【０００４】すなわち、モニター基板上に屈折率の異な
る複数の層を形成すると、光学膜厚計のセンサフィルタ
（特定の波長の光のみを検出するためのもの）をそれら
の屈折率に応じた種々のものとしなければならないとと
もに、それらの波長に応じた屈折率の値を入力しなけれ
ばならず、各層の膜厚制御を正確に行なうことが困難と
なるからである。また、モニター基板上に多層に蒸着膜
を形成する場合、ガラス基板上に形成した最終的な多層
膜に不具合が生じたとき、それらの層の屈折率の差のた
めどの層に欠陥があるかを調べることも困難であるから
である。

【０００５】この発明は、上記に鑑み、少ない数のモニ
ター基板を用いて光学多層膜を精度高く作製することが
できるように改善した、光学多層膜の作製方法を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明による光学多層膜の作製方法では、ガラス
基板上に異なる屈折率の薄膜を順次多層に蒸着する場合
に、同じ屈折率の蒸着膜については同じモニター基板を
用いることとして、同じ屈折率の蒸着膜を同一のモニタ
ー基板に多層に形成する。すると、異なる屈折率の蒸着
膜が多層に形成されている場合は透過光あるいは反射光
に基づき各層の厚さを正確に知ることはその蒸着膜の屈
折率差が原因となって困難であるが、同一屈折率の蒸着
膜の場合は多層に形成されていても透過光あるいは反射
光による各層の厚さの測定は正確に行なうことができ
る。そのため、光学膜厚計により蒸着膜の厚さを精度良
く測定することができて、ガラス基板上に形成する蒸着
膜の厚さのコントロール性が良好になる。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら詳細に説明する。図１はこの発明の一実施例
にかかる方法を説明するためのもので、この図に示すよ
うに、たとえば光学ガラス基板１の上に４５層の二酸化
硅素／二酸化チタンの蒸着膜２を形成して多層膜干渉フ
ィルタを作製する際、同一屈折率の薄膜は同一のモニタ
ー基板上に多層に蒸着する。つまり、第１層目、第３層
目、第５層目、第７層目、第９層目、第１１層目、第１
３層目の二酸化硅素の蒸着膜２については、第１のモニ
ター基板上に順次多層に蒸着し、第２層目、第４層目、
第６層目、第８層目、第１０層目、第１２層目の二酸化
チタンの蒸着膜２については、第２のモニター基板上に
順次多層に蒸着する。なお、この図１でｎｄは、屈折率
ｎと膜厚さｄとの積である。

【０００８】このように１つのモニター基板上には６〜
７層の蒸着膜が形成されることになるが、それらは同一
の屈折率の薄膜であるため、光学膜厚計で同一のセンサ
フィルタを用いて透過光量あるいは反射光量を検出する
ことにより各層の厚さを正確に求めることが可能とな
る。そのため、モニター基板上に形成された蒸着膜の厚
さをモニターしながらガラス基板１に対する蒸着膜２の
形成工程をコントロールすることにより、蒸着膜２のよ
り精度の高い膜厚コントロールができる。その結果、４
５層の蒸着膜２を形成するのに６〜８枚程度の枚数のモ
ニター基板を用いればよいこととなり、モニター基板数
を削減できて、作業効率の向上を図ることができる。

【０００９】具体的に光学ガラス基板１の上に４５層の
二酸化硅素／二酸化チタンの蒸着膜２を形成して多層膜
干渉フィルタを作製する工程を説明すると、まず、真空
電子ビーム蒸着装置を用い、その蒸着ドーム内に光学ガ
ラス基板１を入れるとともに第１のモニター基板を入れ
て、両者に共通に二酸化硅素を蒸着する。こうして第１
層目の蒸着膜２を光学ガラス基板１上に形成した後、つ
ぎに第１のモニター基板を第２のモニター基板と入れ替
えて、光学ガラス基板１と第２のモニター基板の両者に
共通に二酸化チタンを蒸着し、第２層目の蒸着膜２を形
成する。そして、これを第１３層目まで繰り返す。これ
らの各蒸着工程においては、あらかじめ透明な蒸着膜２
ができる圧力の範囲を決定し、さらにこの圧力範囲内
で、圧力の変化による蒸着膜２の屈折率変化が最も小さ
くなる圧力を決定しておいて、これに基づき圧力をコン
トロールしながら蒸着を行なう。これにより均質な蒸着
膜２を形成することができる。

【００１０】そして、各蒸着膜２の膜厚のコントロール
は、二酸化硅素膜については第１のモニター基板上の、
二酸化チタン膜については第２のモニター基板上の、多
層の蒸着膜を光学膜厚計で測定することにより行なう。
これらにおいて光学膜厚計のセンサフィルタは波長５５
０nm検出用のものを用いて反射光量を測定した。この反
射光量（反射率）は、第１のモニター基板（屈折率１．
５２０）の上に多層に形成される二酸化硅素膜（屈折率
１．３７０）については図２に示すように光学厚さに応
じて４５〜７０％程度の範囲で変化し、第２のモニター
基板（屈折率１．５２０）の上に多層に形成される二酸
化チタン膜（屈折率２．０７０）については図３に示す
ように光学厚さに応じて２０〜６２％程度の範囲で変化
する。これらの図で、光学厚さは、中心波長λｏ（nm）
の１／４のときｎｄ＝１とし、（λｏ／４）×ｎｄ（nm）で求めたものである。中心波長λｏはここではいずれの
場合も１４３０．００nmとしている。

【００１１】そこで、二酸化硅素膜についてはつぎの表
１に示すような膜厚とするため、二酸化チタン膜につい
てはつぎの表２に示すような膜厚とするため、光量の開
始値（反射率％）と指定値（％）を表１、表２のように
定め、蒸着膜２の各々についての蒸着の開始と終了を制
御する。指定値とは、光量（反射率）の最終ピーク値
（％）及びその直前のピーク値（％）に基づいて目標光
量値（反射率）を定める値（％）で、ｚ＝Ｍｓ＋（Ｍｐ−Ｍｓ）×（Ｏａ／１００）の関係となっている。この式で、ｚは目標光量値であ
り、Ｍｐは最終ピーク値を、Ｍｓはその直前のピーク値
を、Ｏａは指定値をそれぞれ表す。ここで、前層の最後
の光量値をつぎの層の開始値に設定している。ただし、
各層の光量の指定値が１０％以下のとき、つぎの層のモ
ード値は矢印で示すように変更する必要がある。

【００１２】

【表１】（二酸化硅素膜）層番号ｎｄ光量開始値指定値モード 13 .9000 46.00 89.94 6→3 11 1.0200 66.00 2.01 4 9 1.0000 63.00 84.63 5 7 .8940 55.00 25.34 3 5 .9350 45.00 57.51 3 3 .8050 46.00 99.89 6→3 1 1.1250 70.00 1.46 4

【００１３】

【表２】（二酸化チタン膜）層番号ｎｄ光量開始値指定値モード 12 1.0800 36.00 92.32 5 10 .9800 23.00 62.70 6→3 8 1.0710 61.00 7.26 4 6 .5440 34.00 99.43 4 4 .7760 35.00 33.18 4 2 .6250 20.00 35.92 1

【００１４】このような方法で、４５層の１．３μｍ短
波長域透過フィルタ及び１．５５μｍ長波長域透過フィ
ルタを、８枚のモニター基板を用いて設計通りに作製す
ることができた。また、４５層の可視域フィルタも６枚
のモニター基板を使って設計通りに作製することができ
た。

【００１５】つぎに、４５層の１．３μｍ短波長域透過
フィルタを８枚のモニター基板を用いて作製した例につ
いて少し詳しく述べる。このフィルタの設計特性（透過
スペクトラム）は図４に示す通りである。このようなフ
ィルタを上記の方法により、光学ガラス（ＢＫ−７）基
板上に、真空電子ビーム蒸着法によって二酸化硅素膜／
二酸化チタン膜を４５層に形成することにより作った。
基板温度は８０℃とし、すべての層は酸素雰囲気で且つ
イオンアシストなしで蒸着し、成膜速度は二酸化硅素膜
について５Å／秒、二酸化チタン膜について１Å／秒と
した。作製したフィルタの透過スペクトラムは図５のよ
うになり、図４と比較すれば、上記の方法によって膜厚
コントロールすることにより少ないモニター基板で、設
計通りの特性を持つフィルタを作製できたことが分か
る。このフィルタの透過率は９５％（０．２ｄＢ）程
度、阻止率は０．０１％（４０ｄＢ）程度である。膜の
阻止率は図６に示す通りである。この４５層の１．３μ
ｍ短波長域透過フィルタは、透過率が９５％のところで
帯域幅が２００nm以上であり、阻止率０．０１％以下
（４０ｄＢ以上）のところでも帯域幅２００nm以上とな
っている。

【００１６】測定結果にガラス面のフレネル反射損失を
入れないようにするため、まず図７のＡに示すように、
膜なし光学ガラス基板３に光を入射して（入射角度は膜
に対する入射角度の１．５倍）透過率を求め、この膜な
し光学ガラス基板３の透過率を基準（１００％）とす
る。そして被測定物である膜付き光学ガラス基板（フィ
ルタ）４と膜なし光学ガラス基板３とをマッチングオイ
ル５を介して貼り合わせた状態で光を入射して透過光量
を測定すると、この膜付き光学ガラス基板４の透過率は
上記の基準値に対して９９％（０．０４ｄＢ）とな
り、阻止率も図８に示すように４０ｄＢから６０ｄＢ近
い値となることが分かる。

【００１７】なお、上記のように比較的低温で多層膜を
蒸着できるため、光ファイバ端面にも直接多層膜を形成
することも可能である。また、この発明の光学多層膜の
作製方法は、光学干渉フィルタ以外に他の多層膜を形成
する必要のある分野に適用可能である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の光学多
層膜の作製方法によれば、少ないモニター基板を用いて
多層膜を精度高く作製することができ、設計通りの光学
多層膜フィルタなどを作製することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を説明するための模式図。

【図２】同実施例の第１のモニター基板での蒸着膜厚さ
と反射率との関係を示すグラフ。

【図３】同実施例の第２のモニター基板での蒸着膜厚さ
と反射率との関係を示すグラフ。

【図４】４５層の１．３μｍ短波長域透過フィルタの設
計特性を示すグラフ。

【図５】同フィルタの実際に作製したものを測定した特
性を示すグラフ。

【図６】作製した同フィルタの阻止率の測定データを示
すグラフ。

【図７】測定方法を説明するための模式図。

【図８】作製した同フィルタを図７の測定方法で測定し
た測定データを示すグラフ。

【符号の説明】

１光学ガラス基板２蒸着膜３膜なし光学ガラス基板４膜付き光学ガラス基板（フィルタ）５マッチングオイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板上に屈折率の異なる多数の薄
膜を順次形成して光学多層膜を作製する光学多層膜の作
製方法において、その各薄膜をガラス基板上に形成する
際に同時にモニター基板の上にもその各薄膜を形成し、
同一の屈折率の薄膜は同一のモニター基板上に順次形成
することとして多層に形成し、その各層の形成中にその
モニター基板の光学特性を測定することによりその層の
厚さを求め、この求めた厚さによってガラス基板上に薄
膜を形成する工程をコントロールすることを特徴とする
光学多層膜の作製方法。