JPH09184916A

JPH09184916A - 偏光ビームスプリッター及び多層膜の成膜方法

Info

Publication number: JPH09184916A
Application number: JP7342994A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Tokuda; 一成徳田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 1997-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】入射光の発散角が±５°以上の広い角度領域
に対しても所定の偏光特性を有する偏光ビームスプリッ
ターをする。【解決手段】分岐する光の中心波長をλ、高屈折率材
料からなる膜の光学的膜厚Ｈ及び低屈折率材料からなる
膜の光学的膜厚Ｌとしたとき、０．８×λ／４≦Ｈ≦１
×λ／４且つ０．７×λ／４≦Ｌ≦１×λ／４となる第
１のスタックと、１．３×λ／４≦Ｈ≦１．５×λ／４
且つ１．２×λ／４≦Ｌ≦１．５×λ／４となる第２の
スタックとによって偏光ビームスプリッターを構成す
る。第１及び第２のスタックを備えることにより、広い
角度領域に対応する偏光特性を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は所定の波長の光線が
入射した場合に、その偏光状態により分岐する方向が所
定の割合で異なるような偏光ビームスプリッターおよび
その多層膜の成膜方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置、レーザプリンター、レ
ーザー加工機、測定装置などのレーザー応用機器では、
光源からの光路と検出器にいたる光路の分割を行うため
偏光ビームスプリッターが使用されている。

【０００３】特に、光学ヘッドにおいてビームスプリッ
ターは半導体レーザーからの直線偏光を光磁気記録媒体
に導くと共に、光磁気記録媒体からの戻り光を光検出器
に導くため、Ｓ偏光反射率が８０％、Ｓ偏光透過率が２
０％で、Ｐ偏光については光磁気記録媒体からの戻り光
を効率良く光検出器に導くために、その透過率がほぼ１
００％になるように構成されている。

【０００４】この偏光ビームスプリッターは通常、光学
的膜厚が設計波長の１／４倍の厚さを有する高屈折率層
及び低屈折率層を基板上に積層することによって構成さ
れている。またビームスプリッターとして機能する波長
領域を広げるために、積層した膜にさまざまな調整層を
付与したり、あるいは特開平５−３５４０３号公報に記
載されるように、設計波長の１／４の整数倍、あるいは
整数の逆数倍の光学的膜厚を基準膜厚として用いてい
る。

【０００５】以上のような偏光ビームスプリッターの多
層膜を成膜する際の膜厚制御方法は、屈折率が１．５２
程度の同材質の高屈折率層用及び低屈折率層用の複数枚
のモニタグラスをそれぞれ用意し、高屈折率層を高屈折
率層用のモニタグラスに、低屈折率層を低屈折率層用の
モニタグラスに対して専用に積層している。そしてモニ
タグラスの屈折率と異なる屈折率の膜が成膜された時
は、その膜厚によってモニタグラス表面での反射率が変
化するという原理を利用して、モニタグラスからの反射
光の光量変化を検出しながら膜厚制御している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の偏光ビームスプ
リッターは光線の入射角の制限が厳しく、多くは４５°
のみか、或いは他の単一の角度、すなわち中心角度に対
して、±１°程度の角度領域でのみしか所望の偏光特性
を得ることができない。このため、光学系を構成する要
素の配置がある程度、固定され、これにより光学設計の
範囲が狭くなっている。このため装置の小型化／簡素化
あるいは部品点数の減少を図る場合の制限となってい
た。

【０００７】また、ビームスプリッターを透過した戻り
光のＰ偏光とＳ偏光との間に位相差が生じると、戻り光
が楕円偏光化して再生信号のＣ／Ｎが低下するため、少
なくとも光磁気記録媒体からビームスプリッターを透過
するまでの戻り光学系においては、位相差が生じないよ
うに構成する必要があった。

【０００８】ところで、光ヘッドを小型化するため最近
では、図２９に示すように偏光ビームスプリッター１０
０を発散光束１１０中に配置している。このような構成
では、光ビームスプリッター１００に入射する光の入射
角は幅を有しており、上述したＳ偏光とＰ偏光との間の
透過による位相差（透過位相差）は入射角の全てにおい
て生じないことが求められる。しかしながら、従来で
は、Ｓ偏光とＰ偏光の透過位相差は入射角依存性が著し
く、全入射光に対して位相差を抑えることができない。
従って、ある入射角において位相差を生じないようにし
ても、他の入射角では位相差が大きく生じることにな
る。

【０００９】一方、従来の成膜方法に用いるモニタグラ
スは通常屈折率が１．５２程度のガラスであり、これと
屈折率が大きく異なる高屈折率の材料を成膜する際は、
膜厚に対するモニタグラスの反射率の変化の振幅が大き
く、信号のＳ／Ｎ比が充分大きくなるので精度の良い膜
厚制御が可能となる。これに対して、モニタグラスの屈
折率よりも小さな屈折率の膜、例えば屈折率が１．４６
のＳｉＯ₂膜を成膜する際に、モニタグラスの反射光量
の変化を検出して膜厚を制御する際、モニタグラスとの
屈折率差が小さいため、モニタグラスの反射光量の変化
の振幅が小さく、これにより信号のＳ／Ｎ比が悪くなっ
て、精度の良い膜厚制御が難しくなる。これにより、屈
折率の小さな材料、例えばＳｉＯ₂の膜厚誤差が大きく
なって、設計性能からずれた多層膜が成膜される問題点
を有していた。

【００１０】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、請求項１の目的は入射ビームの発散角が±５
°以上の広い角度領域においても、所定の偏光特性を有
し、これにより光学系の設計自由度を向上させることが
可能な偏光ビームスプリッターを提供する点にある。

【００１１】請求項２の目的は、Ｓ偏光とＰ偏光の透過
又は反射による位相差の入射角依存性が小さい偏光ビー
ムスプリッターを提供する点にある。

【００１２】請求項３の目的は、屈折率が１．５２程度
の一般的なガラスをモニタグラスとして用いても、基板
に成膜する多層膜の膜厚制御が良好で、設計性能を簡単
に得ることができる偏光ビームスプリッターを提供する
点にある。

【００１３】請求項４の目的は、屈折率が１．５２程度
の一般的なガラスからなるモニタグラスを用いて基板へ
の多層膜の制御を行う際に、低屈折率材料の成膜を良好
に制御でき、これにより基板への多層膜の形成を良好に
行うことが可能な成膜方法を提供する点にある。

【００１４】上記目的を達成するため、請求項１の発明
は、高屈折率材料からなる膜と低屈折率材料からなる膜
とを基板上に交互に積層してなるビームスプリッターに
おいて、分岐する光の中心波長をλ、高屈折率材料から
なる膜の光学的膜厚Ｈ及び低屈折率材料からなる膜の光
学的膜厚Ｌとしたとき、０．８×λ／４≦Ｈ≦１×λ／
４且つ０．７×λ／４≦Ｌ≦１×λ／４となる第１のス
タックと、１．３×λ／４≦Ｈ≦１．５×λ／４且つ
１．２×λ／４≦Ｌ≦１．５×λ／４となる第２のスタ
ックとを有することを特徴とする。ここでスタックとは
同じ膜厚の繰り返しを指す。

【００１５】基板に第１のスタックだけの膜を形成した
場合には、この膜が分岐光の中心波長λより短い波長の
Ｐ偏光及びＳ偏光を反射すると共に、λ付近及びλより
もある程度長い波長の光をも反射する。そして、Ｓ偏光
の光の方がＰ偏光の光よりも長い波長の光を反射する。

【００１６】一方、基板に第２のスタックだけの膜を形
成した場合、この膜は逆にλより長い波長のＰ偏光及び
Ｓ偏光を反射すると共に、λ付近及びλよりもある程度
短い波長の光をも反射する。そして、Ｓ偏光の光の方が
Ｐ偏光の光よりも短い波長の光を反射する。

【００１７】これらの第１及び第２のスタックを同時に
備える多層膜では、双方の膜の特性を合成した特性とな
り、λ付近の波長域でＰ偏光は透過し、Ｓ偏光は反射す
るビームスプリッターとなる。そして、上述した膜厚を
有する場合においては、特に特性の角度依存性と波長依
存性の面でも非常に良好な膜となることが実験的にも見
いだされた。

【００１８】これにより、±５°或いはそれ以上の広い
角度域で所望の偏光特性を有する偏光ビームスプリッタ
ーとすることができる。さらに、この偏光ビームスプリ
ッターを用いることによって、光学系の設計自由度が増
加する。例えば、発散光源からコリメーターレンズを介
することなく偏光分離素子を配置できるなど、光学系を
小型化できるばかりでなく、部品点数が少なくなって構
成を簡素化することができる。

【００１９】請求項２の発明は、請求項１において、分
岐する光の中心波長をλ、膜総数をＮとしたとき、光学
的膜厚が（Ｎ／１０）×（λ／４）以上となっている位
相調整層を１層以上有するものである。

【００２０】偏光ビームスプリッタートータルでのＳ偏
光とＰ偏光とに生じる位相差は、各層で生じる位相差の
足し合わされたものである。各層で生じる位相差は各層
の膜厚に比例する。従って、ほぼ同じ膜厚の層の繰り返
しであれば、偏光ビームスプリッタートータルでの位相
差は、膜総数に比例して大きくなる傾向にある。位相調
整層はこのような層の繰り返しによって生じた位相差を
キャンセルさせる特性を有し、これにより偏光ビームス
プリッタートータルでの位相差をコントロールできる。
上述のように膜総数が多いほど層の繰り返しによる位相
差が大きいところから、この位相差をキャンセルするた
めの位相調整層の膜厚は膜総数に比例する。本発明にお
いて、広い入射角範囲にわたって位相差をコントロール
できる位相調整層としては、分岐する光の中心波長を
λ、膜総数をＮとしたとき、光学的膜厚が（Ｎ／１０）
×（λ／４）以上である層を１層以上有することが良好
である。

【００２１】請求項３の発明は、屈折率が１．８以上の
基板に施される多層膜において、基板の屈折率に対して
３．５％以下の屈折率差を有する高屈折率の材料の層を
基板側から第１層目に設けた多層膜とするものである。

【００２２】屈折率が１．８以上の基板は高屈折率の基
板である。この高屈折率の基板と３．５％以下の屈折率
差という数値は基板の屈折率と近い屈折率であり、この
高屈折率の材料の層を設けることにより、第１層目は光
学的な作用がほとんどない膜となる。すなわちその層に
限っては、いかなる膜厚であろうと多層膜全体としての
光学特性にほとんど影響を及ぼすことがなくなる。言い
換えれば、第１層目の膜厚は光学特性に影響を与えない
ので、都合の良い任意の厚さに設定することができる。

【００２３】請求項４の発明は、モニタグラスの反射光
の光量を検出することによって基板への多層膜の膜厚制
御を行う方法において、基板の屈折率に対して３．５％
以下の屈折率差を有する高屈折率の材料を用い、前記多
層膜の第１層目の膜厚の全ての厚さ分または一部の厚さ
分の膜をモニタ波長に対して１／４波長の光学的膜厚と
なるようにモニタグラス上に成膜し、その後、このモニ
タグラスの膜上に低屈折率材料のスタックを成膜しなが
らモニタグラスからの反射光の光量を検出して基板への
多層膜の膜厚制御するものである。ここでモニタ波長と
は、モニタグラスに光を照射してモニタグラス上に成膜
された膜厚を観察するための波長である。

【００２４】この成膜方法は、低屈折率層制御用のモニ
タグラスの第１層目に対して行うものである。すなわ
ち、基板の屈折率に対して３．５％以下の屈折率差を有
する高屈折率の材料の膜をモニタグラス上に成膜する
が、多層膜の第１層目の膜厚の全部又は一部の厚さ分の
膜をモニタグラスのモニタ波長に対して、１／４波長の
光学的膜厚となるように成膜するものである。そして、
この膜上に低屈折率材料のスタックを成膜する。

【００２５】一方、高屈折率層制御用のモニタグラス上
に対しては、上述した多層膜の第１層目の厚さの残りが
ある場合、高屈折率材料をその残りの厚さで成膜する
か、多層膜の第３層目の材料によって成膜する。そし
て、この膜上に高屈折率材料のスタックを成膜する。こ
れらの各モニタグラスからの反射光を検出することで、
基板への高屈折率層と低屈折率層の膜厚を制御するもの
である。

【００２６】屈折率が１．５２程度の一般的なガラスを
モニタガラスとしたとき、初層としてモニタグラスより
も屈折率が充分に高い材料（１．６５以上、特に好まし
くは１．８以上の屈折率）の層を光学的膜厚でモニタ波
長の１／４だけ成膜すると、モニタグラスの反射率が高
くなり、その上にモニタガラスと屈折率の近い低屈折率
の材料、例えばＳｉＯ₂を成膜すると、その膜厚に対し
てモニタガラスの反射率の変化の振幅が大きいため、モ
ニタ信号のＳ／Ｎ比が良くなって、精度良く膜厚制御す
ることができる。

【００２７】そこで、膜厚制御したい低屈折率材料、例
えばＳｉＯ₂の層を制御する際のモニタ波長に対し、モ
ニタグラス上にモニタ波長の１／４波長に相当する光学
的膜厚の高屈折率材料の層を第１層として設け、それを
モニタグラスの初層として成膜する。低屈折率制御用の
モニタグラスのモニタ波長をλ₁とすると、λ₁／４に
相当する高屈折率層を第１層として設けた場合は、偏光
ビームスプリッターの第１層の全部を低屈折率制御用の
モニタグラスに設けることに相当する。

【００２８】又，低屈折率制御用のモニタグラスのモニ
タ波長をλ₁、高屈折率制御用のモニタグラスのモニタ
波長をλ₂とした場合、各モニタグラス上で（λ₁／４
＋λ ₂／４）に相当する高屈折率層を第１層として設け
た場合は、λ₁／４側を低屈折率制御用のモニタグラス
に設け、λ₂／４側を高屈折率制御用のモニタグラスに
設ける。

【００２９】さらに、３枚よりも多い数のモニタグラス
を用いる場合は、各モニタグラスに照射するモニタ波長
をそれぞれ異ならせると共に、第１層として成膜する膜
厚を（λ₁／４、λ₂／４、λ₃／４、……）として成
膜し、基板上には各モニタグラス上の（λ₁／４、λ₂
／４、λ₃／４、……）を合計した高屈折率の膜厚に対
応する膜厚の第１層目が成膜される。これによって、多
層膜全体としての光学特性には制限を与えることなく、
低屈折率材料層の膜厚制御性を向上させることができ
る。

【００３０】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）この実施の形態では、屈折率２．２４
のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）からなる基板上に
４５±９°の角度域でλ＝６８０ｎｍの波長光のＳ偏光
の反射率の目標値が８０％であり、Ｐ偏光の反射率の目
標値が０％となる膜を設けたビームスプリッターを示
す。

【００３１】まず、ＬｉＮｂＯ₃からなる基板を真空槽
中にセットした後、基板を３００℃まで加熱し、真空度
が５×１０^-4Ｐａに到達した後に光学的膜厚が図１に示
す２７層の膜を真空蒸着法によって成膜した。膜材料は
高屈折率材料としてＴｉＯ₂、低屈折率材料としてＳｉ
Ｏ₂を使用した。第１のスタックのＴｉＯ₂は０．９０
２×λ／４、ＳｉＯ₂は０．８４×λ／４、第２のスタ
ックのＴｉＯ₂は１．３７１×λ／４、ＳｉＯ₂１．２
７１×λ／４である。ただし、λ＝６８０ｎｍである。
このビームスプリッターの６８０ｎｍでの透過率特性を
測定した結果を図２に示す。同図において、Ｓは各角度
におけるＳ偏光の反射率を、Ｐは各角度におけるＰ偏光
の反射率をそれぞれ示す。図２に示すように、４５±９
°の角度域でＳ偏光の反射率が６０〜８０％、Ｐ偏光の
反射率が１５％以下となり、目的とする偏光分離の機能
を充分に果たす良好な特性となった。

【００３２】（実施の形態２）この実施の形態では、屈
折率２．２４のＬｉＮｂＯ₃からなる基板上に３６〜５
４°の角度域でλ＝６８０ｎｍの波長光のＳ偏光の反射
率の目標値が８０％、Ｐ偏光の反射率の目標値が０％と
なるような膜を設けたビームスプリッターを示す。

【００３３】まず、ＬｉＮｂＯ₃からなる基板を真空槽
中にセットした後、基板を３００℃まで加熱し、真空度
が５×１０^-4Ｐａに到達した後に光学的膜厚が図３のよ
うな２７層の膜を真空蒸着法によって成膜した。膜材料
は高屈折率材料としてＴｉＯ ₂、低屈折率材料としてＳ
ｉＯ₂を使用した。第１のスタックは、ＴｉＯ₂が０．
９５３×λ／４、ＳｉＯ₂は０．８３７×λ／４であ
り、第２のスタックは、ＴｉＯ₂が１．３８８×λ／
４、ＳｉＯ₂が１．２６５×λ／４である。波長λは６
８０ｎｍである。このビームスプリッターの６８０ｎｍ
での透過率特性を測定したところ、図４のように３６〜
５４°の角度域でＳ偏光の反射率が６５〜８０％、Ｐ偏
光の反射率が１１％以下となり、目的の偏光分離の機能
を充分に果たす良好な特性となった。

【００３４】（実施の形態３）この実施の形態では、屈
折率２．２４のＬｉＮｂＯ₃からなる基板上に４５±９
°の角度域でλ＝６８５ｎｍの波長光のＳ偏光の反射率
の目標値が８０％、Ｐ偏光の反射率の目標値が０％とな
るような膜を設けたビームスプリッターを示す。

【００３５】まず、ＬｉＮｂＯ₃からなる基板を真空槽
中にセットした後、基板を３００℃まで加熱し、真空度
が５×１０^-4Ｐａに到達した後に光学的膜厚が図５のよ
うな２７層の膜を真空蒸着法によって成膜した。膜材料
は高屈折率材料としてＴｉＯ ₂、低屈折率材料としてＳ
ｉＯ₂を使用した。第１のスタックは、ＴｉＯ₂が０．
９７５×λ／４、ＳｉＯ₂は０．７７６×λ／４、第２
のスタックは、ＴｉＯ ₂が１．３５７×λ／４、ＳｉＯ
₂が１．２７９×λ／４である。波長λは６８５ｎｍで
ある。このビームスプリッターの６８５ｎｍでの透過率
特性を測定したところ、図６のように４５±９°の角度
域でＳ偏光の反射率が６５〜８０％、Ｐ偏光の反射率が
１５％以下となり、目的の偏光分離の機能を充分に果た
す良好な特性となった。

【００３６】（実施の形態４）図７は屈折率２．２４の
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）基板上に４５±９°
の入射角度域でλ＝７８５ｎｍの波長のＳ偏光の反射率
の目標値が７０％、Ｐ偏光の反射率の目標値が０％、Ｓ
偏光とＰ偏光の透過位相差δの入射角による変化が±７
°以下となるような偏光ビームスプリッターの膜構成を
示す。この実施の形態の膜構成においては、膜総数を２
１層とし、基板側から１層目のＳｉＯ₂層の光学的膜厚
を２．８１×λ／４（λ＝７８５ｎｍ）とした。

【００３７】この膜構成とした場合の反射率特性を図８
に示す。また、透過光の位相飛びを図９に示す。反射率
特性は７８５ｎｍの波長の光のＳ偏光の反射率が７０
％、Ｐ偏光の反射率が５％以下となり、良好な特性を示
している。また、Ｓ偏光とＰ偏光の透過位相差も入射角
４５±９°の範囲で変化量が±７°に収まっており、良
好な特性である。本実施の形態では比較的少なく且つ単
純な膜構成で比較的良好な特性が得られた。

【００３８】（実施の形態５）図１０は屈折率１．５２
のガラス基板上に４５±９°の入射角度域でλ＝７８５
ｎｍの波長光のＳ偏光の反射率の目標値が７０％、Ｐ偏
光の反射率の目標値が０％、Ｓ偏光とＰ偏光の透過位相
差δの入射角による変化が±７°以下となるような偏光
ビームスプリッターの膜構成を示す。この膜構成におい
ては、膜総数を２１層とし、基板側から２１層目のＳｉ
Ｏ₂層の光学的膜厚を２．６９×λ／４（λ＝７８５ｎ
ｍ）とした。

【００３９】この膜構成とした場合の反射率特性を図１
１に示す。また、透過光の位相飛びを図１２に示す。反
射率特性は実施の形態４と同様に良好な特性を示してい
る。また、Ｓ偏光とＰ偏光の透過位相差も入射角４５±
９°の範囲で変化量が±５°に収まっており、良好な特
性である。この実施の形態では、比較的少ない膜総数で
且つ単純な膜構成で比較的良好な特性が得られた。

【００４０】（実施の形態６）この実施の形態の多層膜
は、屈折率２．２４のニオブ酸リチウム基板上での使用
波長λ＝６８０ｎｍであり、空気側からの入射角が４５
°に対してＳ偏光の反射率が８０％、Ｐ偏光の反射率が
０％となるように設計したものである。

【００４１】図１３は膜構成を示す。屈折率２．２４の
ニオブ酸リチウム基板に対して第一層目に屈折率２．２
５のＴｉＯ₂層を設けた。基板のニオブ酸リチウムと一
層目のＴｉＯ₂の屈折率差は０．４％である。

【００４２】この実施の形態の多層膜において、第一層
目のＴｉＯ₂の膜厚を１１１ｎｍとした場合と、２２６
ｎｍとした場合の光学特性をそれぞれ図１４及び図１５
に示す。両者の光学特性はほとんど変わらないことがわ
かる。従って、第一層目のＴｉＯ₂の膜厚を任意に設定
できる。

【００４３】（実施の形態７）この実施の形態の多層膜
は、屈折率１．５２のＢＫ−７と、屈折率２．２４のニ
オブ酸リチウムの接合面に用いるものであり、使用波長
λ＝６８０ｎｍでＢＫ−７側からの入射角が４５°で、
Ｓ偏光の反射率が８０％、Ｐ偏光の反射率が０％となる
ように設計したものである。

【００４４】図１６はこの実施の形態の膜構成を示す。
屈折率２．２４のニオブ酸リチウム基板に対して第一層
目に屈折率２．２５のＴｉＯ₂層を設けた。基板のニオ
ブ酸リチウムと一層目のＴｉＯ₂の屈折率差は０．４％
である。

【００４５】この実施の形態の多層膜において、第一層
目のＴｉＯ₂の膜厚を２４５ｎｍとした場合と、１６５
ｎｍにした場合の光学特性をそれぞれ図１７と図１８に
示す。両者の光学特性はほとんど変わらないことがわか
る。従って、第一層目のＴｉＯ₂の膜厚を任意に設定で
きる。

【００４６】（実施の形態８）この実施の形態の多層膜
は、屈折率２．３８のチタン酸バリウム基板上での使用
波長λ＝６８０ｎｍであり、空気からの入射角が４５°
で、Ｓ偏光の反射率が８０％、Ｐ偏光の反射率が０％と
なるように設計したものである。

【００４７】図１９はこの実施の形態の膜構成を示す。
屈折率２．３８のチタン酸バリウム基板に対して第一層
目に屈折率２．３のＴｉＯ₂層を設けた。基板のチタン
酸バリウムと一層目のＴｉＯ₂の屈折率差は３．４％で
ある。

【００４８】この実施の形態の多層膜において、第一層
目のＴｉＯ₂の膜厚を１２７ｎｍとした場合と、２２４
ｎｍにした場合の光学特性をそれぞれ図２０と図２１に
示す。両者の光学特性はほとんど変わらないことがわか
る。従って、第一層目のＴｉＯ₂の膜厚を任意に設定で
きる。

【００４９】（実施の形態９）この実施の形態の多層膜
は、屈折率１．９５のジルコン基板上での使用波長λ＝
６８０ｎｍであり、空気からの入射角が４５°で、Ｓ偏
光の反射率が８０％、Ｐ偏光の反射率が０％となるよう
に設計したものである。

【００５０】図２２はこの実施の形態の膜構成を示す。
屈折率１．９５のジルコン基板に対して第一層目に屈折
率２．０のＴａ₂Ｏ₅層を設けた。基板のジルコンと一
層目のＴａ₂Ｏ₅の屈折率差は２．５％である。

【００５１】この実施の形態の多層膜において、第一層
目のＴａ₂Ｏ₅の膜厚を１４５ｎｍにした場合と、２５
８ｎｍにした場合の光学特性をそれぞれ図２３と図２４
に示す。両者の光学特性はほとんど変わらないことがわ
かる。従って、第一層目のＴａ₂ｉＯ₅の膜厚を任意に
設定できる。

【００５２】（実施の形態１０）図２５は光学式膜厚計
１を有した成膜装置２の概略図を示す。光学式膜厚計１
は光源電源１１によって発光する光源５と、光源５から
のモニタ光６を成膜装置２の成膜室３内に導くと共に、
成膜室３内のモニタグラス４から反射するモニタ光６を
受光部７方向に反射する反射部材１３と、モニタ光６の
中からモニタ波長の光だけを透過するフィルター８と、
フィルター８を透過した光を受光する受光部７と、受光
部７で受光された信号が入力される測定器１２とを備え
ている。この光学式膜厚計１は成膜に伴ってモニタグラ
ス４からの反射光の強度が変化することを受光部７でモ
ニタし、この反射光の強度から測定器１２が膜厚を計測
するものである。

【００５３】一方、成膜装置２は蒸発源１０と、モニタ
グラス４と、成膜が施される基板９とを有し、これらが
成膜室３内に配置されている。この場合、モニタグラス
４は成膜室３の上方におけるモニタ光６の入射部分との
対応位置に配置されている。又、一方の蒸発源１０には
高屈折率材料が載置され、他方の蒸発源１０には低屈折
率材料が載置される。

【００５４】このような成膜装置２において、成膜され
る基板９上とモニタグラス４上では蒸発源１０からの距
離等、装置のレイアウトの関係で同じ膜厚にはならず、
２種の蒸着材料ではそれぞれ異なる比率をもった関係と
なるのが一般的である。すなわち、モニタグラス４上で
の膜厚に対し、基板９上では一方の材料はａ倍（例え
ば、０．７〜０．８倍）、他方の材料はｂ倍（例えば、
０．７〜０．８倍）の膜厚が付着する。しかるに膜厚は
あくまでモニタグラス４上でモニタするのであるから、
膜厚制御はモニタグラス４上での膜厚との相関関係で決
定される。

【００５５】上記構成の装置を用いて、高屈折率材料で
あるＴｉＯ₂と、低屈折率材料であるＳｉＯ₂との繰り
返しであり、第３、第５、第７、……の奇数層が光学的
膜厚１６０ｎｍのＴｉＯ₂からなり、第２、第４、第
６、……に偶数層が光学的膜厚１５０ｎｍのＳｉＯ₂か
らなると共に、第 1層目が光学的膜厚１５０ｎｍのＴｉ
Ｏ₂である多層膜における光学的膜厚１５０ｎｍのＳｉ
Ｏ₂層の膜厚制御を行う。

【００５６】この場合、この光学的膜厚がちょうどλ／
４となるような波長（λ）６００ｎｍをモニタ波長とし
た。モニタグラス４には屈折率が１．５２のガラスを用
いた。まず、膜が付着していない状態でのモニタグラス
の反射光の強度の相対値を１０とする。このモニタグラ
スに多層膜の第１層目のＴｉＯ₂を光学的膜厚で１５０
ｎｍ成膜した。これによりモニタグラスの反射光は増加
して極大値となり、その相対値が約３８．５となる。

【００５７】このＴｉＯ₂に続いて、ＳｉＯ₂を成膜す
ると、モニタグラス４の反射光は減少して極小値が１
０．５となり、偶数層のＳｉＯ₂をλ／４づつ繰り返し
て成膜すると、モニタグラスの反射光の強度は光学的膜
厚が１５０ｎｍ毎に、周期的に極大値約３８．５と極小
値約１０．５を示す。図２６はこの状態を示す。

【００５８】一方、ＴｉＯ₂に関しては、ＳｉＯ₂用の
モニタグラスとは別個のＴｉＯ₂用のモニタグラスを用
意する。そして、このモニタグラスが何も付着していな
い状態での１６０ｎｍの光学的膜厚が丁度、λ／４にな
るようにモニタ波長を選択して奇数層の膜を成膜する。
この場合には、λ／４毎に反射光強度が極大値と極小値
を示すため、この値によって膜厚を制御する。従って反
射光強度が極値をとる毎に成膜を止めることにより、所
望の膜厚のＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂を制御できる。このよ
うな方法では、光量変化の振幅が大きくなるので膜厚制
御を精度良く行うことが可能となる。

【００５９】（実施の形態１１）この実施の形態では、
第１層目が光学的膜厚４００ｎｍのＴｉＯ₂である多層
膜における膜中、光学的膜厚が２５０ｎｍのＳｉＯ₂層
と、１５０ｎｍのＳｉＯ ₂層の膜厚制御を行う。膜厚が
異なるので２枚のモニタグラスを用い、それぞれの光学
的膜厚がちょうどλ／４となるように第１のモニタグラ
スのモニタ波長を１０００ｎｍ、第２のモニタグラスの
モニタ波長を６００ｎｍとした。モニタグラスには屈折
率が１．５２のガラスを用いた。

【００６０】まず、膜を何も着けない状態でのモニタグ
ラスの反射光の強度の相対値を１０とする。第１のモニ
タグラスに対して、多層膜の第１層目であるＴｉＯ₂を
光学的膜厚で２５０ｎｍ成膜した。これにより第１のモ
ニタグラスの反射光が増加して極大値となりその相対値
は約３８．５となる。次に、第２のモニタグラスに多層
膜の第１層目であるＴｉＯ₂を光学的膜厚で１５０ｎｍ
成膜した。これにより第２のモニタグラスの反射光が増
加して極大値となり、その相対値は約３８．５となる。

【００６１】これに続いて第１のモニタグラスにＳｉＯ
₂を成膜すると、モニタグラスの反射光の強度は、図２
７で示すように、光学的膜厚が２５０ｎｍとなる毎に周
期的に極大値約３８．５と極小約１０．５を示す。一
方、第２のモニタグラスにＳｉＯ₂を成膜すると、モニ
タグラスの反射光の強度は図２８に示すように、光学的
膜厚が１５０ｎｍとなる毎に周期的に極大値約３８．５
と極小値約１０．５を示す。以上によりそれぞれ反射光
強度が極値となる毎に、成膜を止めることにより所望の
膜厚のＳｉＯ₂を成膜でき、その膜厚制御が可能とな
る。

【００６２】

【発明の効果】請求項１の発明は、入射光の発散角が±
５°以上の広い角度領域においても所定の偏光特性を有
している。このためこの偏光ビームスプリッターを用い
ることにより小型で、部品点数が少なく、簡潔な光学系
とすることができる。

【００６３】請求項２の発明は、Ｓ偏光とＰ偏光の透過
又は反射による位相差の入射角依存性が小さい偏光ビー
ムスプリッターとすることができる。

【００６４】請求項３の発明は、屈折率が１．５２程度
の一般的なガラスをモニタグラスとして用いても、基板
に成膜する多層膜の膜厚制御が良好で、設計性能を簡単
に得ることができる。

【００６５】請求項４の発明は、屈折率が１．５２程度
の一般的なガラスをモニタグラスとして用いた場合に
も、基板への低屈折率材料の成膜を良好に制御すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の多層膜を示す構成図である。

【図２】実施の形態１の多層膜の反射率特性図である。

【図３】実施の形態２の多層膜の構成図である。

【図４】実施の形態２の多層膜の反射率特性図である。

【図５】実施の形態３の多層膜の構成図である。

【図６】実施の形態３の多層膜の反射率特性図である。

【図７】実施の形態４の多層膜の構成図である。

【図８】実施の形態４の多層膜の反射率特性図である。

【図９】実施の形態４の多層膜の位相飛びを示す特性図
である。

【図１０】実施の形態５の多層膜の構成図である。

【図１１】実施の形態５の多層膜の反射率特性図であ
る。

【図１２】実施の形態５の多層膜の位相飛びを示す特性
図である。

【図１３】実施の形態６の多層膜の構成図である。

【図１４】実施の形態６の第１層目の光学特性図であ
る。

【図１５】実施の形態６の第１層目の光学特性図であ
る。

【図１６】実施の形態７の多層膜の構成図である。

【図１７】実施の形態７の第１層目の光学特性図であ
る。

【図１８】実施の形態７の第１層目の光学特性図であ
る。

【図１９】実施の形態８の多層膜の構成図である。

【図２０】実施の形態８の第１層目の光学特性図であ
る。

【図２１】実施の形態８の第１層目の光学特性図であ
る。

【図２２】実施の形態９の多層膜の構成図である。

【図２３】実施の形態９の第１層目の光学特性図であ
る。

【図２４】実施の形態９の第１層目の光学特性図であ
る。

【図２５】成膜装置の断面図である。

【図２６】実施の形態１０のモニタグラスによる膜厚制
御を示す特性図である。

【図２７】実施の形態１１の第１のモニタグラスによる
膜厚制御を示す特性図である。

【図２８】実施の形態１１の第２のモニタグラスによる
膜厚制御を示す特性図である。

【図２９】偏光ビームスプリッターの使用例を示す正面
図である。

【符号の説明】

２成膜装置４モニタグラス９基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高屈折率材料からなる膜と低屈折率材料
からなる膜とを基板上に交互に積層してなるビームスプ
リッターにおいて、分岐する光の中心波長をλ、高屈折率材料からなる膜の
光学的膜厚Ｈ及び低屈折率材料からなる膜の光学的膜厚
Ｌとしたとき、０．８×λ／４≦Ｈ≦１×λ／４且つ
０．７×λ／４≦Ｌ≦１×λ／４となる第１のスタック
と、１．３×λ／４≦Ｈ≦１．５×λ／４且つ１．２×
λ／４≦Ｌ≦１．５×λ／４となる第２のスタックとを
有することを特徴とする偏光ビームスプリッター。
【請求項２】膜総数をＮ、分岐する光の中心波長をλ
としたとき、光学的膜厚が（Ｎ／１０）×（λ／４）以
上となっている位相調整膜を１層以上有することを特徴
とする請求項１記載の偏光ビームスプリッター。
【請求項３】基板の屈折率が１．８以上であり、この
基板の屈折率に対して３．５％以下の屈折率差を有する
高屈折率材料の膜を基板側の第１層目に設けたことを特
徴とする請求項１記載の偏光ビームスプリッター。
【請求項４】モニタグラスの反射光の光量を検出する
ことによって基板への多層膜の膜厚制御を行う方法にお
いて、基板の屈折率に対して３．５％以下の屈折率差を
有する高屈折率材料を用い、前記多層膜の第１層目の膜
厚の全ての厚さ分または一部の厚さ分の膜をモニタ波長
に対して１／４波長の光学的膜厚となるようにモニタグ
ラス上に成膜し、その後、このモニタグラスの膜上に低
屈折率材料のスタックを成膜しながらモニタグラスから
の反射光の光量を検出して基板への多層膜の膜厚制御す
ることを特徴とする多層膜の成膜方法。