JPH08211201A

JPH08211201A - 光学薄膜およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08211201A
Application number: JP7015899A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Toyohara; 延好豊原; Takeshi Kawamata; 健川俣; Hiroshi Ikeda; 浩池田; Nobuaki Mitamura; 宣明三田村
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-02-02
Filing date: 1995-02-02
Publication date: 1996-08-20

Abstract

(57)【要約】【目的】スパッタリング法により形成でき、少ない層
数で十分な光学特性を有する光学薄膜を得る。【構成】シリコーンからなるターゲット、またはシリ
コーンと金属フッ化物との混合物からなるターゲットを
用いる。このターゲットを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
膜の密着性が得られることや、自動化の容易さといった
利点から、スパッタリング法による光学薄膜の形成技術
が検討されている。しかし、真空蒸着法の場合に低屈折
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可視光
の吸収が生じるため、使用することができない。そのた
め、ＳｉＯ₂あるいはＳｉＯ₂と他の物質との混合物を
用いることが検討されている。

【０００３】例えば、特開平２−９６７０１号公報に
は、低屈折率材料にＳｉＯ₂、ＳｉＯ ₂とアルミナ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）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、Ｚｒ
Ｏ₂、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とをスパッタリング
により交互に積層することにより反射防止膜を得ること
が開示されている。

【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、単層のみでは
十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十分とはいえな
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方が望ましいが、低屈折率物質とし
てＳｉＯ₂を使うと、十分な特性が得られなかったり、
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、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、スパッタリング法により形成でき、少な
い層数で十分な光学特性を有する光学薄膜およびその光
学薄膜を構成するのに適した製造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】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、光学薄膜を製造するにあた
り、シリコーンからなるターゲットをスパッタリングす
ることにより光学素子等の基板上に光学薄膜を形成する
こととした。請求項２に係る発明は、光学薄膜を製造す
るにあたり、シリコーンと金属フッ化物との混合物から
なるターゲットをスパッタリングすることにより光学素
子等の基板上に光学薄膜を形成することとした。請求項
３に係る発明は、請求項１記載の製造方法により成膜し
た層を、少なくとも１層含むことを特徴とする光学薄膜
である。請求項４に係る発明は、請求項２記載の製造方
法により成膜した層を、少なくとも１層含むことを特徴
とする光学薄膜である。

【０００７】本発明で用いるシリコーンの例としては、
シルポット１８４（ダウ・コーニング（株）製）、ＫＥ
３４７５Ｔ（信越化学工業（株）製）、ＫＥ１０３（信
越化学工業（株）製）等が挙げられる。

【０００８】

【作用】シリコーンからなるターゲットを用いる場合、
ターゲットを構成するシリコーンは、Ｓｉ、Ｃ、Ｈある
いはＯにより構成され、鎖状や縮重合の形態をとってお
り、低パワーのプラズマで結合が切られ、基板に向かっ
て加速される。基板上では、ややＣが減少するものの、
再度結合し、Ｓｉ、Ｃ、Ｏが見られた。スパッタリング
によるＳｉＯ₂膜は密着性が良好であることが確認され
ているが、本発明においてもＳｉによるボンディング効
果により、優れた密着性が得られる。なお、本発明の製
造方法におけるターゲット材料には、使用する波長域に
おいて吸収が見られないものを用いればよい。同様に、
これをスパッタリングして得られる光学薄膜においても
使用する波長域において吸収の見られないものが得られ
る。

【０００９】シリコーンと金属フッ化物との混合物をタ
ーゲットとして用いる場合、スパッタリングすることに
より解離して生ずるフッ素および金属イオンは、膜形成
時にＳｉ、Ｃと結合し、吸収の発生は抑えられる。一
方、解離しない金属フッ化物はそのまま基板上に形成さ
れる。その結果、基板上ではＳｉ、Ｃ、Ｏ、Ｆ、金属が
検出され、可視域においてほとんど吸収は見られない。
金属フッ化物の例としては、ＡｌＦ₃、ＭｇＦ₂、Ｂａ
Ｆ₃、ＣｅＦ₃、ＬａＦ₃、ＬｉＦ、Ｎａ₅Ａｌ ₃Ｆ₁₄
などが挙げられる。

【００１０】また、シリコーンと金属フッ化物との混合
の割合は、金属フッ化物が１重量％以上あれば効果が認
められるが、特に制限するものではない。ただし、シリ
コーンより高屈折率を示す金属フッ化物の混合によって
は、屈折率は上昇してしまう場合もあるため、十分に屈
折率が低くなる範囲で金属フッ化物を混合する必要があ
る。なお、ターゲット中の混合状態は、シリコーンが金
属やフッ素と化学的に結合した状態となっていてもよい
し、単なる混合状態でもよい。

【００１１】以上のような本発明の製造方法により形成
した光学薄膜の屈折率は、混合物の添加量や成膜条件に
もよるが、おおよそ１．３８から１．４２程度であり、
比較的屈折率の低い膜が形成できる。したがって、単層
のみでも十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十分な光学特性を得ることがで
きる。

【００１２】

【実施例】

［実施例１］屈折率１．７５のガラス基板を真空槽にセ
ットし、２×１０^-3Ｐａまで排気した後、分圧が２Ｐａ
のＡｒガスを真空槽に導入した。基板加熱は行わず、タ
ーゲットは無色透明のシリコーンゴムを使用した。高周
波マグネトロンスパッタリング法を用い、投入電力１０
０Ｗとして表１の膜厚で成膜を行い、実施例１の反射防
止膜を得た。

【００１３】

【表１】

【００１４】本実施例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、屈折率１．４２であり、図１に示すように、反射率
は４５０〜７００ｎｍにおいて１．６％以下、５２０ｎ
ｍにおいて０．５％と、単層で十分な反射防止効果が得
られた。また、図２に示すように、可視域（４００〜７
００ｎｍ）での吸収もなかった。

【００１５】なお、本実施例において、シリコーンゴム
にはシルポット１８４（ダウ・コーニング（株）製）を
用いたが、ＫＥ１０３（信越化学工業（株）製）でも同
様の効果が得られる。

【００１６】［実施例２］実施例１において、Ａｒガス
に代えて、Ｏ₂ガスを１Ｐａ導入し、屈折率１．７５の
基板上にシリコーンゴムをスパッタリングして実施例２
の反射防止膜を得た。シリコーンゴムは実施例１と同一
のものを用いた。

【００１７】本実施例では屈折率１．４０の膜が得ら
れ、波長４５０〜７００ｎｍにおいて反射率１．４％以
下、波長５２０ｎｍにおいては０．３％を示した。ま
た、実施例１と同様に、可視域（４００〜７００ｎｍ）
において吸収は見られなかった。本実施例においては、
Ａｒガスに代えて、Ｏ₂ガスを用いることにより、膜が
更にポーラスとなり、低屈折率の膜が得られた。

【００１８】［実施例３］ポリカーボネイト樹脂基板
（ＰＣ）を真空槽にセットし、５×１０^-3Ｐａまで排気
した後、分圧が３ＰａのＮｅガスを真空槽に導入した。
ターゲットは、シリコーンゴム中にＡｌＦ₃の粉末を
７：３の重量比で混合し硬化したものを低屈折率材料と
して使用し、高屈折率材料としてＺｒＯ₂を使用した。
それぞれ１００Ｗの高周波スパッタリング法にて表２の
膜厚で成膜を行い、実施例３の反射防止膜を得た。な
お、シリコーンゴムは実施例１と同一のものを用いた。

【００１９】

【表２】

【００２０】本実施例により、シリコーンゴムとＡｌＦ
₃との混合物をスパッタリングして得られた膜は、屈折
率１．３８が得られ、一方、ＺｒＯ₂膜は、１．９５が
得られた。その結果、わずか４層の膜で図３に示すよう
な波長４００〜７００ｎｍにおいて反射率０．８％以
下、波長４２０〜６５０ｎｍにおいては平均反射率０．
２％の分光特性を有する反射防止膜を得ることができ
た。また、膜の吸収は、図４に示すように、ほとんど見
られず、光学的に影響はなかった。

【００２１】［実施例４〜６］実施例１において、低屈
折率材料のターゲットとして用いたシリコーンゴムに代
えて、シリコーンゴムとＭｇＦ₂の粉末とを、表３のよ
うに、重量で９９：１（実施例４）、９：１（実施例
５）、５：５（実施例６）で混合し硬化したものを使用
し、屈折率１．７５のガラス基板上に、それぞれ光学的
膜厚で１３０ｎｍをスパッタリングして実施例４〜６の
反射防止膜を得た。

【００２２】

【表３】

【００２３】実施例４〜６では、表３に示すように、屈
折率１．３９〜１．４２、波長４５０〜７００ｎｍにお
いて反射率１．６％以下、波長５２０ｎｍにおいては反
射率０．５％以下の反射防止膜が得られた。

【００２４】［実施例７］アモルファスポリオレフィン
樹脂製の三角形プリズムを真空槽にセットし、１×１０
^-3Ｐａまで排気した後、分圧が０．５ＰａのＡｒガスを
真空槽に導入した。低屈折率層は、シリコーン樹脂にＡ
ｌＦ₃を２重量％添加したもの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、また高屈折率
層は、ＴｉＯ₂をターゲットとして同じく高周波マグネ
トロンスパッタリング法により表４の膜厚で形成した。
これをもう１つのアモルファスポリオレフィン樹脂製の
三角形プリズムとシリコーン樹脂を用いて５００ｎｍの
厚さで接合し、キューブ型の偏光ビームスプリッターを
作製した。なお、本実施例のシリコーン樹脂は、Ｘ−４
０−３０８０（信越化学工業（株）製）を使用した。

【００２５】

【表４】

【００２６】本実施例による偏光比が９：１のビームス
プリッターの膜構成を表４に、分光特性を図５に示す。
本実施例では、わずか１１層の膜で図５に示すような、
４００〜７００ｎｍにおいてｐ偏光が９０±２％、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。

【００２７】［比較例１］ポリカーボネイト樹脂基板
（ＰＣ）上に、低屈折率材料にはＳｉＯ₂、高屈折率材
料にはＺｒＯ₂のターゲットを用いて、それぞれ１００
Ｗの高周波スパッタリング法にて表５の膜厚で成膜を行
い、比較例１の反射防止膜を得た。

【００２８】

【表５】

【００２９】比較例１による反射防止膜の分光特性を図
６に示す。比較例１においては、上記実施例と同様に可
視域での吸収は見られず、反射率は波長４５０〜７００
ｎｍにおいて１％以下ではあるものの、平均反射率は
０．４％以上と高めであり、さらに波長４３０ｎｍ以下
では反射率２％以上を示し、低反射率を示す波長範囲が
狭く、十分な反射防止効果が得られているとは言い難
い。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、請求項１，２に係る発明
によれば、基板を加熱せずに十分な密着性を確保するこ
とができ、自動化が容易であるなどの利点を持つスパッ
タリング法により、使用する波長域において吸収の少な
い低屈折率の光学薄膜を容易に得ることができる。ま
た、請求項３，４に係る発明によれば、少ない層数で十
分な光学特性が得られ、反射防止膜の場合には、単層の
みでも十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】実施例１の反射防止膜の分光特性を示すグラフ
である。

【図２】実施例１の反射防止膜の吸収特性を示すグラフ
である。

【図３】実施例３の反射防止膜の分光特性を示すグラフ
である。

【図４】実施例３の反射防止膜の吸収特性を示すグラフ
である。

【図５】実施例７の偏光ビームスプリッターの分光特性
を示すグラフである。

【図６】比較例１の反射防止膜の分光特性を示すグラフ
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三田村宣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】シリコーンからなるターゲットをスパッ
タリングすることにより基板上に光学薄膜を形成するこ
とを特徴とする光学薄膜の製造方法。
【請求項２】シリコーンと金属フッ化物との混合物か
らなるターゲットを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記載の製造方法により成膜した
層を、少なくとも１層含むことを特徴とする光学薄膜。
【請求項４】請求項２記載の製造方法により成膜した
層を、少なくとも１層含むことを特徴とする光学薄膜。