JPH08171002A

JPH08171002A - 光学薄膜およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08171002A
Application number: JP6316636A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Toyohara; 延好豊原; Takeshi Kawamata; 健川俣; Toshiaki Oimizu; 利明生水
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1996-07-02

Abstract

(57)【要約】【目的】単層あるいは少ない層数で充分に光学特性を
有する光学薄膜と、この光学薄膜をスパッタリング法に
よりを製造する方法を提供する。【構成】ＣａＦ₃、またはＬｉＦ、またはＮａ₃Ａｌ
Ｆ₆、またはＮａ₅Ａｌ ₃Ｆ₁₄、またはＳｒＦ₂のいず
れかとシリコンとの混合物によりそれぞれ構成したター
ゲットを、少なくとも酸素原子を含む気体を導入してス
パッタリングすることにより、基板上に光学薄膜を形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学部品に用いられる
反射防止膜やハーフミラー等の光学薄膜およびその光学
薄膜の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、基板を加熱することなく、優れた
膜の密着性を得られることや、自動化への対応が容易で
あるといった利点から、スパッタリング法による光学薄
膜形成の技術が検討されている。しかし、真空蒸着法に
より光学薄膜を形成する際に、低屈折率材料として最も
一般的に用いられているＭｇＦ₂は、スパッタリングを
行うことによりフッ素が解離して、形成した光学薄膜に
は可視光の吸収が生じるため、ＭｇＦ₂を使用すること
ができない。そのため、スパッタリング法に用いる低屈
折率材料として、ＳｉＯ₂あるいはＳｉＯ₂と他の物質
との混合物が検討されている。

【０００３】例えば、特開平２−９６７０１号公報にあ
っては、低屈折率材料にＳｉＯ₂、ＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ
₃の混合物、またはＳｉＯ₂を主成分とする物質を用
い、高屈折率材料にＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂、
Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅もしくはＹｂ
₂Ｏ₃、またはこれらの混合物を用いて、透明基板上に
前記高屈折率材料と前記低屈折率材料をスパッタリング
により交互に積層することで反射防止膜を得ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＳｉＯ₂の屈
折率は１．４６程度であり、ＭｇＦ₂の屈折率と比較し
て高いため、ＳｉＯ₂を反射防止膜に用いる場合、単層
のみで充分な反射防止効果が得られない。そのため、２
層以上の膜構成としなければ実用的な反射防止効果が得
られず、さらに、得られた反射防止効果も充分とはいえ
ない。また、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ほうが望ましいが、低屈折率物質
としてＳｉＯ₂を使うと、充分な特性を得られなかった
り層数が増えてコストアップにつながる等の問題が生じ
る。

【０００５】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、請求項１，２の発明は、スパッタリン
グ法により単層あるいは少ない層数で充分に光学特性を
有する光学薄膜を製造する方法を提供することを目的と
する。また、請求項３の発明は、スパッタリング法によ
り形成される充分な光学特性を有する光学薄膜を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下のように構成した。請求項１の発明
は、ＣａＦ₃、またはＬｉＦ、またはＮａ₃ＡｌＦ₆、
またはＮａ₅Ａｌ₃Ｆ₁₄、またはＳｒＦ₂のいずれかと
シリコンとの混合物によりそれぞれ構成したターゲット
を、少なくとも酸素原子を含む気体を導入してスパッタ
リングすることにより光学薄膜を製造することとした。

【０００７】請求項２の発明は、ＣａＦ₃、ＬｉＦ、Ｎ
ａ₃ＡｌＦ₆、Ｎａ₅Ａｌ₃Ｆ₁₄、ＳｒＦ₂のうち、少
なくとも２種以上とシリコンとの混合物により構成した
ターゲットを、少なくとも酸素原子を含む気体を導入し
てスパッタリングすることにより光学薄膜を製造するこ
ととした。

【０００８】請求項３の発明は、前記請求項１または請
求項２の製造法により成膜した層を、少なくとも１層以
上含むように光学薄膜を構成した。

【０００９】

【作用】請求項１および請求項２の構成にあっては、基
板をセットした真空槽内にＯ₂、ＣＯ、ＣＯ₂等の少な
くとも酸素原子を有するガスを導入して、ＣａＦ₃、Ｌ
ｉＦ、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、Ｎａ₅Ａｌ₃Ｆ₁₄、ＳｒＦ₂の
各単体にシリコンをそれぞれ混合して得たターゲット、
あるいは上記フッ化物どうしの２種類以上の混合物とシ
リコンを混合して得たターゲットをスパッタリングする
ことにより、フッ素の解離が抑制され、フッ素原子や解
離したイオンによる基板の侵食、エッチング現象が生ぜ
ず、可視域で吸収の極めて少ない膜を容易に得ることが
可能となる。また、Ｏ₂、ＣＯ、ＣＯ₂等の酸素原子を
有するガスを導入してスパッタリングすることにより、
混合したシリコンは膜形成時に酸化される。よって、形
成される膜は、ＳｉＯ₂と、ＣａＦ₃あるいはＬｉＦあ
るいはＮａ₃ＡｌＦ₆あるいはＮａ₅Ａｌ₃Ｆ₁₄あるい
はＳｒＦ₂あるいは上記フッ化物どうしの混合物および
一部フッ化物の解離して生じた金属イオンが酸化して生
じる酸化物の混合したものとなり、可視域において吸収
がきわめて少ない膜となる。なお、本発明で用いるスパ
ッタリングの手法は、高周波スパッタリング法、直流ス
パッタリング法等、特に限定するものではない。

【００１０】前記フッ化物に混合するシリコンの割合
は、１重量％以上あれば著しい効果が認められるが、特
に制限するものではない。一方、シリコンの含有率が増
すことにより、形成される膜中のＳｉＯ₂の量は増し、
一般的に屈折率は上昇してしまうため、必要量以上に混
合するのは光学特性の点からあまり望ましいことではな
い。なお、ターゲット中の混合物の状態は、ＡｌやＦと
化学的に結合した状態となっていても良いし、単なる混
合状態でも良い。

【００１１】請求項３の構成にあっては、請求項１，２
の方法により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１．３５から１．４３程
度と比較的低い。したがって、単層のみでも充分な反射
防止効果を得ることができ、また、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も、少ない
層数で充分な特性を得ることができる。

【００１２】

【実施例】

［実施例１］本発明に係る光学薄膜の製造方法の実施例
１では、アモルファスポリオレフィン樹脂製の基板を真
空槽にセットし、真空槽内を２×１０^-3Ｐａまで排気し
た後、分圧が０．３ＰａのＡｒガス、０．１ＰａのＣＦ
₄ガスおよび０．１ＰａのＯ ₂ガスを真空槽に導入し
た。そして、基板加熱は行わず、ターゲットにＬｉＦと
シリコンを重量比で９：１の割合で混合したものを使用
して、高周波マグネトロンスパッタリング法を用い、前
記導入ガス中で投入電力１００Ｗにして、表１に示す光
学的膜厚で基板上に成膜を行い、単層からなる実施例１
の反射防止膜を得た。

【００１３】

【表１】

【００１４】実施例１による反射防止膜の分光特性を図
１に、吸収特性を図２に示す。本実施例の反射防止膜
は、表１に示すように、１．３７の屈折率が得られた。
そして、その反射率は、図１に示すように、可視域（４
００〜７００ｎｍ）において１．８％以下、５２０ｎｍ
においては１．２％以下であり、単層の反射防止膜で充
分な反射防止効果が得られた。また、膜の吸収も、図２
に示すように、可視域（４００〜７００ｎｍ）における
平均の吸収率が０．０２％と、ほとんどなかった。

【００１５】本実施例では、スパッタリング時のガスと
して、Ａｒガスに加えてＣＦ₄ガスを用いたので、Ｌｉ
Ｆのフッ素が解離して膜中のフッ素が化学量論比よりも
少なくなるのを防止することができ、その結果として屈
折率が充分に低く、吸収のない反射防止膜を得ることが
できた。なお、ＣＦ₄ガスに代えてＣＨＦ₃、ＳＦ₆、
ＮＦ₃等のガスを用いても同様の効果を得ることができ
た。

【００１６】［実施例２〜５］本発明の実施例２〜５
は、実施例１において用いたＬｉＦ＋シリコンからなる
ターゲットに代えて、表２に示すように、実施例２では
Ｎａ₃ＡｌＦ₆とシリコン、実施例３ではＮａ₅Ａｌ
₃Ｆ₁₄とシリコン、実施例４ではＳｒＦ₂とシリコン、
実施例５ではＣａＦ₃とシリコンを、重量比で３：１の
割合でそれぞれ混合したものをターゲットに使用し、導
入ガス等の他の条件は実施例１と同様にして成膜を行っ
た。

【００１７】

【表２】

【００１８】上記各実施例により、表２に示すように、
実施例２，３では屈折率１．３８、反射率が可視域（４
００〜７００ｎｍ）において２％以下、５２０ｎｍにお
いて１．４％以下の膜が得られ、また、実施例４，５で
は屈折率１．４３、反射率が可視域（４００〜７００ｎ
ｍ）において２．６％以下、５２０ｎｍにおいて２．３
％以下の膜が得られ、実施例１と同様に、単層の膜で充
分な反射防止効果が得られた。また、膜の吸収も、表２
に示すように、可視域（４００〜７００ｎｍ）における
平均の吸収率が０．０４〜０．０６％と、ほとんど問題
がなかった。

【００１９】後述する比較例１にも示すとおり、屈折率
１．４６の単層膜では最小となる５２０ｎｍにおいても
反射率は２．８％と大きい。多数の基板を要する光学系
では枚数に応じて積分で透過光量が決定されることか
ら、実施例２〜５では、単層で、かつスパッタリングで
容易に生産でき、より特性に優れた光学部材を得ること
ができる。

【００２０】［実施例６〜９］本発明の実施例６〜９
は、実施例１においてスパッタリング中に導入したＡｒ
ガス、ＣＦ₄ガス及びＯ₂ガスのうち、Ｏ₂ガスに代え
て、実施例６ではＣＯガス、実施例７ではＣＯ₂ガス、
実施例８ではＮＯガス、実施例９ではＮＯ₂ガスを、そ
れぞれ表３に示すガス圧で導入し、ターゲット等の他の
条件は実施例１と同様にして基板上に光学薄膜の成膜を
行った。本実施例でも、屈折率１．３７の膜が得られ、
実施例１と同様の効果を有する膜が得られた。

【００２１】

【表３】

【００２２】［実施例１０］本実施例では、屈折率１．
７６のガラス基板を真空槽にセットし、真空槽内を１×
１０^-3Ｐａまで排気した後、分圧が１．５ＰａのＡｒガ
スと、分圧が０．１ＰａのＯ₂ガスを真空槽に導入し
た。また、基板加熱は行わず、ターゲットには、ＣａＦ
₃にシリコンを１重量％添加したものを低屈折率材料と
して使用し、ＷＯ₃を高屈折率材料として使用した。前
記導入ガス中で、低屈折率材料を１００Ｗの直流スパッ
タリング法にて、高屈折率材料を１００Ｗの高周波マグ
ネトロンスパッタリング法にて、基板側から低屈折率層
と高屈折率層を、表４に示す光学的膜厚で交互に成膜を
行い、５層からなる実施例１０の反射防止膜を得た。

【００２３】

【表４】

【００２４】本実施例では、表４に示すように、ＣａＦ
₃とシリコンの混合物により１．３５、ＷＯ₃により
１．９０の屈折率が得られた。そして、分光特性は、図
３に示すように、可視域（４００〜７００ｎｍ）におい
て反射率０．５％以下を示し、優れた反射防止効果が得
られた。また、可視光の吸収は全くみられなかった。

【００２５】［実施例１１］本発明の実施例１１では、
屈折率１．５０のガラス製の三角プリズムを真空槽にセ
ットし、真空槽内を３×１０^-3Ｐａまで排気した後、分
圧が１．５ＰａのＡｒガスと、分圧が１ＰａのＯ₂ガス
を真空槽に導入した。低屈折率層は、Ｎａ₅Ａｌ₃Ｆ₁₄
とシリコンを重量比で５：５の割合で混合したものをタ
ーゲットとして直流スパッタリング法により形成した。
また、高屈折率層は、ＴｉＯ₂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形成した。そし
て、膜は、表５に示すように、プリズムの表面側から高
屈折率層と低屈折率層を交互に積層して１１層の構成と
し、最表層である高屈折率層上に、屈折率１．５０のガ
ラス製の三角プリズムをＵＶ硬化型シリコン接着剤によ
り接合し、キューブ型の偏光ビームスプリッターを製作
した。

【００２６】

【表５】

【００２７】本実施例によれば、図４の分光特性図に示
すように、偏光比が９：１のビームスプリッターが得ら
れた。すなわち、本実施例では、表５に示すように、Ｎ
ａ₅Ａｌ₃Ｆ₁₄とシリコンの混合物は１．４１、ＴｉＯ
₂は２．２の屈折率が得られ、わずか１１層で図４に示
すような、４５０〜６５０ｎｍにおいてＰ偏光が９０±
３％、Ｓ偏光が１０±２％の透過率を示す偏光ビームス
プリッターを得ることができた。

【００２８】［実施例１２〜１５］本発明の実施例１２
〜１５は、実施例１において用いたＬｉＦ＋シリコンか
らなるターゲットに代えて、表６に示すように、実施例
１２ではＬｉＦとＮａ₃ＡｌＦ₆とシリコン、実施例
１３ではＬｉＦとＮａ₅Ａｌ₃Ｆ₁₄とシリコン、実施例
１４ではＬｉＦとＳｒＦ₂とシリコン、実施例１５では
ＬｉＦとＣａＦ₃とシリコンを、重量比で１：２：１の
割合でそれぞれ混合したものをターゲットに使用し、導
入ガス等の他の条件は実施例１と同様にして成膜を行っ
た。

【００２９】

【表６】

【００３０】上記各実施例により、表６に示すように、
実施例１２，１３では屈折率１．３７、反射率が可視域
（４００〜７００ｎｍ）において２．８％以下、５２０
ｎｍにおいて１．２％以下の膜が得られ、また、実施例
１４，１５では屈折率１．４１、反射率が可視域（４０
０〜７００ｎｍ）において２．４％以下、５２０ｎｍに
おいて１．９％以下の膜が得られ、実施例１と同様に、
単層の膜で充分な反射防止効果が得られた。また、膜の
吸収も、表６に示すように、可視域（４００〜７００ｎ
ｍ）における平均の吸収率が０．０２〜０．０４％と、
ほとんど問題がなかった。

【００３１】［比較例１］比較例１では、アモルファス
ポリオレフィン樹脂製の基板を真空槽をセットし、実施
例１と同様に２×１０^-3Ｐａまで排気した後、分圧が
０．３ＰａのＡｒガス、０．１ＰａのＣＦ₄ガスおよび
０．１ＰａのＯ₂ガスを真空槽に導入した。基板加熱は
行わず、ターゲットにはＳｉＯ₂を使用した。高周波マ
グネトロンスパッタリング法を用い、前記導入ガス中で
投入電力１００Ｗとして、表７に示す膜厚で成膜を行
い、比較例１の反射防止膜を得た。

【００３２】

【表７】

【００３３】比較例１による反射防止膜の分光特性を図
５に示す。本比較例の反射防止膜は、可視域で吸収はみ
られなかったが、表７に示すような屈折率１．４６の単
層膜が得られ、図５に示すように、その反射率は、４０
０〜７００ｎｍにおいて最小となる５２０ｎｍでも２．
８％と、光学部品に用いるにあたって充分な反射防止効
果が得られているとはいい難かった。

【００３４】［比較例２］比較例２では、アモルファス
ポリオレフィン樹脂製の基板を真空槽にセットし、実施
例１と同様に２×１０^-3Ｐａまで排気した後、分圧が
０．３ＰａのＡｒガス、０．１ＰａのＣＦ₄ガスおよび
０．１ＰａのＯ₂ガスを真空槽に導入した。基板加熱は
行わず、ターゲットにはＭｇＦ₂を使用した。高周波マ
グネトロンスパッタリング法を用い、前記導入ガス中で
投入電力１００Ｗとして、表８に示す膜厚で成膜を行
い、比較例２の反射防止膜を得た。

【００３５】

【表８】

【００３６】本比較例による反射防止膜の分光特性を図
６に、吸収特性を図７に示す。本比較例の反射防止膜
は、図６に示すように、その反射率が波長４００〜７０
０ｎｍにおいて２％以下、５２０ｎｍにおいて１．３％
以下と反射防止効果はみられるものの、図７に示すよう
に、４００〜７００ｎｍで２５％以上の吸収がみられる
ことから、透過光量の減少につながり、光学部品に用い
るには適さないものであった。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、請求項１，２の光学薄膜
の製造方法によれば、フッ化物とシリコンとの混合物を
ターゲットに用い、少なくとも酸素原子を含む気体を導
入してスパッタリングすることにしたので、可視域にお
いて、反射率および光の吸収が少ない低屈折率の光学薄
膜を容易に得ることができる。

【００３８】請求項３の光学薄膜によれば、少ない層数
で充分な光学特性が得られ、反射防止膜の場合には、単
層のみでも充分な反射防止効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の反射防止膜の分光反射特性
を示す図である。

【図２】本発明の実施例１の反射防止膜の分光吸収特性
を示す図である。

【図３】本発明の実施例１０の反射防止膜の分光反射特
性を示す図である。

【図４】本発明の実施例１１の反射防止膜の分光透過特
性を示す図である。

【図５】比較例１の反射防止膜の分光反射特性を示す図
である。

【図６】比較例２の反射防止膜の分光反射特性を示す図
である。

【図７】比較例２の反射防止膜の分光吸収特性を示す図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣａＦ₃、またはＬｉＦ、またはＮａ₃
ＡｌＦ₆、またはＮａ₅Ａｌ₃Ｆ₁₄、またはＳｒＦ₂の
いずれかとシリコンとの混合物によりそれぞれ構成した
ターゲットを、少なくとも酸素原子を含む気体を導入し
てスパッタリングすることにより形成することを特徴と
する光学薄膜の製造方法。
【請求項２】ＣａＦ₃、ＬｉＦ、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、Ｎ
ａ₅Ａｌ₃Ｆ₁₄、ＳｒＦ₂のうち、少なくとも２種以上
とシリコンとの混合物により構成したターゲットを、少
なくとも酸素原子を含む気体を導入してスパッタリング
することにより形成することを特徴とする光学薄膜の製
造方法。
【請求項３】請求項１または請求項２の製造法により
成膜した層を、少なくとも１層以上含むことを特徴とす
る光学薄膜。