JPH0812373A

JPH0812373A - 成膜方法

Info

Publication number: JPH0812373A
Application number: JP16881594A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Toyohara; 延好豊原; Takeshi Kawamata; 健川俣; Nobuaki Mitamura; 宣明三田村; Hiroshi Ikeda; 浩池田; Kazunari Tokuda; 一成徳田; Yoshiki Nitta; 佳樹新田; Bunji Akimoto; 文二秋元; Toshiaki Oimizu; 利明生水
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1994-06-28
Publication date: 1996-01-16

Abstract

(57)【要約】【目的】スパッタリング法により低屈折率、好ましく
は１．４３以下の屈折率の膜を容易に形成する。【構成】スパッタリング法にて光学部材面に低屈折率
の光学簿膜を形成させる際に、光学部材を支持する治具
２の部材内部に吸着させたガスを放出することにより光
学部材２の面にガスを供給し、前記ガスにて光学部材２
の面を覆いつつ成膜させる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学部品における反射防
止膜やハーフミラー等の光学簿膜の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学部材面にＭｇＦ₂やＳｉＯ₂
を用いて真空蒸着法により光学簿膜を形成することが行
われている。また、近年はこの光学簿膜の成膜方法とし
て、基板を加熱することなく優れた膜の密着性が得られ
ることや、自動化の容易さという利点から、スパッタリ
ング法により光学簿膜を形成する技術が検討されてい
る。

【０００３】前記の真空蒸着法で用いているＭｇＦ
₂は、スパッタリング法にて用いた場合にフッ素が解離
して可視光の吸収が生じるために、スパッタリング法に
使用することができない。そのために、スパッタリング
法ではＳｉＯ₂あるいはＳｉＯ₂と他の物質との混合物
を使用することが検討されている。

【０００４】例えば、特開平２−９６７０１号公報に開
示された発明によると、低屈折率材料にＳｉＯ₂または
ＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）の混合物あるいはＳ
ｉＯ₂を主成分とする物質を用い、高屈折率材料にＴｉ
Ｏ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、
Ｎｂ₂Ｏ₅またはＹｂ₂Ｏ₃あるいはこれらの混合物を
用いて、透明基板上に高屈折率材料と低屈折率材料とを
交互にスパッタリング法により積層して反射防止膜を得
るという技術が記載されている。

【０００５】また、この反射防止膜を成形する際に光学
部品を支持するために用いる治具は、スパッタリング中
に発生するプラズマに耐えるものであれば特に限定する
必要がなく、通常はステンレスやアルミニウム合金ある
いは真鍮にメッキを施したものなどが用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳｉＯ
₂の屈折率は１．４６程度であり、ＭｇＦ₂と比べて高
いためスパッタリング法にて反射防止膜を形成させる場
合に単層の膜だけでは充分な反射防止効果が得られな
い。そこで、屈折率を下げるために２層以上の膜構成に
してみてもまだ充分な効果があるとはいえなかった。

【０００７】また、一般に偏光ビームスプリッターやエ
ッジフィルター等を構成する場合には高屈折率物質と低
屈折率物質との屈折率差が大きい方が望ましいとされて
いるが、従来の成膜方法によって低屈折率物質であるＳ
ｉＯ₂を使った場合は充分な特性を得ることができない
という問題があった。

【０００８】よって本発明は前記問題点に鑑みてなされ
たものであり、スパッタリング法により低屈折率、好ま
しくは１．４３以下の屈折率の膜を容易に形成する方法
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は請求項１および２に係る手段として、スパ
ッタリング法にて光学部材面に低屈折率の光学簿膜を形
成させる際に、光学部材を支持する治具の部材内部に吸
着したガスを放出させて、そのガスにて光学部材面を覆
いつつ成膜させることとした。

【００１０】請求項１および３に係る手段としては、ス
パッタリング法にて光学部材面に低屈折率の光学簿膜を
形成させる際に、光学部材を支持する治具の開口部から
ガスを噴出させ、そのガスにて光学部材面を覆いつつ成
膜させることとした。

【００１１】請求項１および４に係る手段として、屈折
率が１．４３以下のＳｉＯ₂およびその混合物にて構成
する膜を成膜することとした。

【００１２】

【作用】一般的に、膜の密度を下げることにより膜の屈
折率をバルクの屈折率よりも低くすることが可能とされ
ている。例えば、ＳｉＯ₂あるいはＳｉＯ₂と他の物質
との混合物からなる成膜をする際に、成膜部分にガスを
導入させ、膜中にガスを取り込ませて膜の密度を下げる
ことができれば、屈折率を低下させることができる。

【００１３】この成膜方法の実施に際しては、スパッタ
リング装置のチャンバー内をガスで満たすか、または光
学部材近傍のガス密度を高めることが挙げられるが、前
者の場合は、チャンバー内の平均自由行程の低下を招
き、ＳｉＯ₂あるいはＳｉＯ₂と他の物質との混合物等
の成膜材料を光学部材まで到達させる条件を損なう原因
になる。従って、後者の場合のように、光学部材を支持
する治具からガスを発生させ、成膜させる光学部材の面
近傍だけのガス密度を高めることにより、膜の低屈折率
化が確実に実施できる。

【００１４】本発明の成膜方法によれば、請求項１およ
び２に係る作用としては、成膜時に光学部材を支持する
治具部材内部に吸着したガスを放出させて、そのガスに
て光学部材面を覆っているので、低密度の膜を形成させ
ることができる。この場合の光学部材を支持する治具
（コートヤトイ）には多孔質セラミックまたは多孔を有
するアルミニウム合金等の多孔質物質を用いるとよい。

【００１５】この多孔質物質を得るには、例えば、アル
ミニウム合金はｐＨ３〜９の溶液に浸漬することにより
孔食が発生する、その孔食の条件はｐＨ５〜８の範囲が
最適であることが知られている。特に銅を多く含有する
Ａ２０１７合金は、５から８のｐＨ値にて短期間の浸漬
で多孔に形成することができる。

【００１６】また、この多孔質物質は大気に曝すことに
より大気中のガスを吸着し、逆にガスを吸着した多孔質
物質を真空中に曝すことにより、吸着したガスを徐々に
放出する性質を有している。。

【００１７】このような性質を利用して本発明では、光
学部材を支持するアルミニウム合金等からなる治具を多
孔質に成形する。また、本発明の成膜方法においては成
膜の際に、スパッタリング時の輻射熱等により治具が加
熱されることにより治具内に吸着したガスが多量に放出
されやすくなる。

【００１８】請求項１および３に係る作用としては、成
膜時に治具の開口部から噴出したガスにて光学部材面を
覆っているので、このガスで低密度の膜を形成させるこ
とができる。この場合に供給するガスの種類は特に限定
するものではないが、希ガス、窒素、酸素、二酸化炭素
等があげられる。

【００１９】請求項１および４に係る作用としては、本
発明において光学部材面をガスにて覆いつつ屈折率が
１．４３以下のＳｉＯ₂、あるいはＳｉＯ₂と他の物質
との混合物等で膜を構成させるので、通常の方法にて形
成された膜より密度の低い膜を形成させることができ
る。形成した膜の屈折率は、混合物の添加量や成膜条件
にもよるが、おおよそ１．３７から１．４３程度と充分
に低い。

【００２０】従って、ＳｉＯ₂あるいはＳｉＯ₂と他の
物質との混合物の単層だけでも充分な反射防止効果を得
ることができる。また、反射防止膜の他に、偏光ビーム
スプリッター等を構成する場合にも少ない層数で充分な
特性を得ることができる。

【００２１】

【実施例１】図１および図２は本発明の実施例を示し、
図１はコートヤトイにてガラスレンズを保持した図、図
２は本実施例で得られた膜の反射防止効果を示す線図で
ある。本実施例ではコートヤトイ１の材質に多孔質セ
ラミックを用い、屈折率１．５０のガラスレンズ２を保
持して成膜を行った。

【００２２】成膜に際しては、まず、スパッタリング装
置の真空層内にてコートヤトイ１にガラスレンズをセッ
トし、６×１０^-4Ｐａまで排気した後、真空層内全体の
分圧が０．３ＰａになるようにＡｒガスを真空層に導入
した。基板加熱を行わず、ターゲットにはＳｉＯ₂を使
用し、高周波（ＲＦ）スパッタリング法により投入電力
を１００Ｗとして表１に示す膜厚で成膜を行った。

【００２３】本実施例によれば、反射防止膜は単層膜で
表１に示すように屈折率１．３７の良好な数値が得られ
た。また、図２の線図に示すように可視領域（波長λ＝
４００〜７００ｎｍ）においてガラスレンズの片面の反
射率が２％以下となるので、従来のＳｉＯ₂を主成分と
する低屈折率材料より得られる反射率３％以上に比べて
反射防止性能を充分に満足することができる。

【００２４】

【表１】

【００２５】また、強度試験として、４５°傾斜させた
レンズ上に、アランダム＃８０を５０ｃｍの高さから５
ｍｌ／３０ｓｅｃにて落下させた後、傷の有無を評価し
た結果、傷はみられず優れた膜強度を示した。

【００２６】

【実施例２】図３および図４は本発明の実施例２を示
し、図３はコートヤトイにてポリカーボネート樹脂基板
（ＰＣ）を保持した図、図２は本実施例で得られた膜の
反射防止効果を示す線図である。本実施例ではコートヤ
トイ３の材質にアルミニウム合金Ａ２０１７を用い、ポ
リカーボネート樹脂基板（ＰＣ）４を保持して成膜を行
った。

【００２７】前記のコートヤトイ３は、使用する前に、
ｐＨ４の弱酸に１週間浸漬すことにより多孔質材料を得
た。成膜に際しては、まず、スパッタリング装置の真空
層内にてコートヤトイ３にポリカーボネート樹脂基板
（ＰＣ）４をセットし、４×１０^-3Ｔｏｒｒまで排気し
た後、真空層内全体の分圧が０．２ＰａになるようにＮ
ｅガスを真空層に導入した。ターゲットにはＳｉＯ₂と
Ａｌ₂Ｏ₃をそれぞれ粉砕した後９５：５の重量％の割
合で混合し、焼結したものを低屈折率材料としてを使用
し、高屈折率材料としてＷＯ₃を使用した。ＳｉＯ₂と
Ａｌ₂Ｏ₃の混合物は投入電力１００Ｗ、ＷＯ₃は５０
０Ｗの高周波スパッタリング法にて表２に示す膜厚で成
膜を行った。

【００２８】本実施例によれば、ポリカーボネート樹脂
基板（ＰＣ）４をセットするコートヤトイ３の材料に多
孔を有するアルミニウム合金Ａ２０１７を用いたことに
よりＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃の混合物からなるターゲット
をスパッタリングして得られた膜は、コートヤトイ３の
材料中から発生したガスにより、表２に示すように屈折
率１．４０の良好な数値が得られた。また、ＷＯ₃から
なるターゲットの場合は、ＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃の混合
物の場合に比べて成膜速度を速くしたため、膜中に入り
込むガスは殆どなく、１．９０の高屈折率を得ることが
できた。

【００２９】

【表２】

【００３０】また、図４に示すように、５層にしたこと
により、ポリカーボネート樹脂基板（ＰＣ）４の片面の
反射率は従来よりもさらに低くなり、可視領域（波長λ
＝４００〜７００ｎｍ）において反射率が０．７％以下
となるので、従来のＳｉＯ₂を主成分とする低屈折率材
料、および高屈折率材料を用いて得られる可視域におい
て１％以上の反射防止膜に比べて反射防止性能を充分に
満足することができる。

【００３１】また、強度試験として、４５°傾斜させた
レンズ上に、アランダム＃８０を５０ｃｍの高さから５
ｍｌ／３０ｓｅｃにて落下させた後、傷の有無を評価し
た結果、傷はみられず優れた膜強度を示した。

【００３２】

【実施例３および４】本実施例では実施例２においてコ
ートヤトイ３に用いたアルミニウム合金Ａ２０１７に替
えて、アルミニウム合金Ａ５０５２またはＡ７０７５を
用いて表３の条件にて多孔質のコートヤトイを形成し、
これを用いて実施例２と同様な条件で成膜を行った。

【００３３】その結果は、ＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃の混合
物からなるターゲットにより得られた低屈折率層は１．
４０を、ＷＯ₃からなるターゲットにより得られた高屈
折率層は１．９０を示した。

【００３４】

【表３】

【００３５】また、強度試験として、４５°傾斜させた
レンズ上に、アランダム＃８０を５０ｃｍの高さから５
ｍｌ／３０ｓｅｃにて落下させた後、傷の有無を評価し
た結果、傷はみられず優れた膜強度を示した。

【００３６】本実施例によれば、実施例１と同様な効果
が得られる。

【００３７】

【実施例５】図５および図６は本発明の実施例５を示
し、図５はコートヤトイに三角形プリズムを保持した
図、図６は膜の分光特性を示す図である。本実施例のコ
ートヤトイ５の材質にはアルミニウム合金Ａ５０５２を
用い、その回転軸７の軸心に穴を貫通させ、回転軸７の
下端部にＯ₂ガスの吹き出し口８を開口させたものであ
る。

【００３８】成膜に際しては、まず、スパッタリング装
置の真空層内にてコートヤトイ５に三角形プリズムをセ
ットし、１×１０^-3Ｐａまで排気した後、真空層内全体
の分圧が０．５ＰａとなるようにＡｒガスを真空層に導
入した。

【００３９】つぎに、プリズム近傍の分圧が０．５Ｐａ
となるようにガスの吹き出し口８からＯ₂ガスを吹き出
しつつ、ＳｉＯ₂をターゲットとして高周波マグネトロ
ンスパッタリング法により低屈折率の層を形成した。

【００４０】高屈折率層の形成にはＴｉＯ₂をターゲッ
トとしてＯ₂ガスを吹き出さないで高周波マグネトロン
スパッタリング法により形成し、表４に示すように低屈
折率層と高屈折率層とを交互に１２層を成膜した。これ
をもう一つのガラス製の三角形プリズムに対してＵＶ硬
化型接着剤により接合し、キューブ型のビームスプリッ
ターを製作した。

【００４１】本実施例によれば、コートヤトイ５のガス
吹き出し口８からのＯ₂ガスの導入しつつ成膜したＳｉ
Ｏ₂の膜は屈折率１．４１を示し、Ｏ₂ガスを導入しな
か_ツたＴｉＯ₂の膜は屈折率２．２を示し、良好な結果
が得られた。

【００４２】

【表４】

【００４３】１２層を成膜した場合の分光特性は、図６
に示すように反射率が可視領域（λ＝４００〜７００ｎ
ｍ）にて５０％±３以内であり、従来のＳｉＯ₂を主成
分とする低屈率折材料、および高屈折率材料を用いて形
成したビームスプリッターの分光特性に比べて良好であ
る。

【００４４】また、強度試験として、４５°傾斜させた
レンズ上に、アランダム＃８０を５０ｃｍの高さから５
ｍｌ／３０ｓｅｃにて落下させた後、傷の有無を評価し
た結果、傷はみられず優れた膜強度を示した。

【００４５】本実施例によれば、コードヤトイに設けた
ガス吹き出し口からガスを導入する方法は、ガスの導入
量を正確に制御出来るので成膜時の膜の屈折率制御が容
易であるというメリットがある。

【００４６】

【実施例６〜１３】本実施例は前記実施例５において、
コートヤトイ５のガス吹き出し口８から導入するＯ₂ガ
スに替えて、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎ₂、ＣＯ、Ｃ
Ｏ₂、ＣＨ₄等を用いて表５に示すガス圧をコートヤト
イ５から導入しつつ実施例５と同様の条件で成膜をした
結果、低屈折率膜の屈折率は１．３９〜１．４２とな
り、またＯ₂ガスを導入しなかたＴｉＯ₂の膜は屈折率
２．２を示し、良好な結果が得られた。

【００４７】また、強度試験として、４５°傾斜させた
レンズ上に、アランダム＃８０を５０ｃｍの高さから５
ｍｌ／３０ｓｅｃにて落下させた後、傷の有無を評価し
た結果、傷はみられず優れた膜強度を示した。

【００４８】本実施例によれば、前記実施例５と同様な
効果が得られる。

【００４９】

【実施例１４】図７は本発明の実施例１４を示す分光特
性を示す線図である。本実施例は、前記実施例１と同様
にコートヤトイの材質に多孔質セラミックを用い、屈折
率１．７４のガラスレンズを保持して成膜を行った。

【００５０】成膜に際しては、まず、スパッタリング装
置の真空層内にてコートヤトイ１にガラスレンズ２をセ
ットし、６×１０^-4Ｐａまで排気した後、真空層内全体
の分圧が０．９ＰａになるようにＡｒガスと０．１Ｐａ
のＯ₂ガスを真空層に導入した。基板加熱を行わず、タ
ーゲットにはＳｉを使用し、直流（ＤＣ））スパッタリ
ング法により投入電力を５００Ｗとして表６に示す膜厚
で成膜を行った。

【００５１】また、前記実施例１から１３と同様に膜強
度試験を行った結果、傷は見られず、優れた強度を示し
た。

【００５２】本実施例によれば、反射防止膜は表６に示
すように実施例１のＲＦスパッタリング法によるものに
比べ、やや屈折率を下げる効果に劣るものの、屈折率
１．４３の単層膜が得られ、良好な効果が得られた。分
光特性は図８に示すように反射率が可視領域（λ＝４０
０〜７００ｎｍ）において反射率が２％以下となるの
で、従来のＳｉＯ₂を主成分とした物質をスパッタリン
グして作成した３％以上の単層膜に比べて良好である。

【００５３】

【表６】

【００５４】［比較例１］実施例１の比較例として、例
えば図１に示すコートヤトイ１の材料としてアルミニウ
ム合金Ａ５０５２を用いて成膜した場合について考察し
てみる。

【００５５】成膜に際して、まず、スパッタリング装置
の真空層内にてコートヤトイ１に屈折率１．５０のガラ
スレンズ２をセットし、実施例１と同様に６×１０^-4Ｐ
ａまで排気した後、真空層内全体の分圧が０．３Ｐａに
なるようにＡｒガスを真空層に導入した。基板加熱を行
わず、ターゲットにはＳｉＯ₂を使用し、高周波（Ｒ
Ｆ）スパッタリング法により投入電力を１００Ｗとして
表９に示す膜厚で成膜を行った。

【００５６】本比較例における反射防止膜は単層膜で表
７に示すように屈折率１．４６となり、数値が高すぎ
る。また、分光特性は図７の線図に示すように可視領域
（波長λ＝４００〜７００ｎｍ）においてガラスレンズ
の片面の反射率が３％を越える数値となり、両者から判
断して充分な反射防止効果が得られているとはいいがた
い。

【００５７】

【表７】

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、スパッタリング法によ
り低屈折率、好ましくは１．４３以下の屈折率の光学簿
膜を容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示すガラスレンズを保持し
たコートヤトイの断面図。

【図２】実施例１で得られた膜の反射防止効果を示す線
図。

【図３】本発明の実施例２を示すガラスレンズを保持し
たコートヤトイの断面図。

【図４】実施例２で得られた膜の反射防止効果を示す線
図。

【図５】本発明の実施例５を示す三角プリズムを保持し
たコートヤトイの断面図。

【図６】実施例５で得られた膜の反射防止効果を示す線
図。

【図７】実施例１４で得られた膜の反射防止効果を示す
線図。

【図８】第１比較例で得られた膜の反射防止効果を示す
線図。

【符号の説明】

１，３，５コートヤトイ２ガラスレンズ４ポリカーボネート樹脂基板（ＰＣ）６三角形プリズム７回転軸８ガス吹き出し口

【表５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池田浩東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者徳田一成東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者新田佳樹東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者秋元文二東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者生水利明東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スパッタリング法にて光学部材面に低屈
折率の光学簿膜を形成させる際に、光学部材を支持する
治具から光学部材面にガスを供給し、前記ガスにて光学
部材面を覆いつつ成膜させることを特徴とする成膜方
法。
【請求項２】前記治具の部材内部に吸着したガスを放
出することにより光学部材面にガスを供給することを特
徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】前記治具の開口部から吹き出すガスによ
り光学部材面にガスを供給することを特徴とする請求項
１記載の成膜方法。
【請求項４】前記成膜方法は、屈折率が１．４３以下
のＳｉＯ₂およびその混合物にて構成する膜を成膜する
ことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。