JPH09249968A - 光学薄膜の製造方法及び製造装置 - Google Patents

光学薄膜の製造方法及び製造装置

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JPH09249968A
JPH09249968A JP8057833A JP5783396A JPH09249968A JP H09249968 A JPH09249968 A JP H09249968A JP 8057833 A JP8057833 A JP 8057833A JP 5783396 A JP5783396 A JP 5783396A JP H09249968 A JPH09249968 A JP H09249968A
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JP
Japan
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film
raw material
thin film
dish
sputtering
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Withdrawn
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JP8057833A
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English (en)
Inventor
Norikazu Urata
憲和 浦田
Takeshi Kawamata
健 川俣
Hiroshi Ikeda
浩 池田
Nobuaki Mitamura
宣明 三田村
Nobuyoshi Toyohara
延好 豊原
Tadashi Watanabe
正 渡邉
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜原料を入れる皿からの原子が薄膜に混入す
ることに起因する薄膜の光吸収を防止するスパッタリン
グを行う。 【解決手段】 粒径0.1〜10.0mmの顆粒状のM
gF2 からなる膜原料をSiO2 又はAl2 3 を主成
分とする皿に入れ、この皿が載置されたスパッタリング
電極に交流電圧を印加してプラズマを発生させて、膜原
料をスパッタリングすることによって膜原料に対置され
た基板上に光学薄膜を成膜する。膜原料を入れる皿が酸
化物からなり、スパッタ率が小さく、薄膜に混入しても
光吸収の原因とならず、膜の屈折率に影響しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリングに
よって光学薄膜を製造する方法及び装置に関し、特に、
MgF2 からなる反射防止膜等の光学薄膜を製造する方
法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】薄膜を基板上に形成する場合において、
自動化・省力化・大面積基板への成膜が可能等の理由か
ら、スパッタリング法によるコーティングの需要が高ま
っており、特開平4−223401号公報には薄膜とし
ての光学薄膜をスパッタリングによって形成する方法が
記載されている。
【0003】しかしながら、従来の真空蒸着法に比べ、
スパッタリング法では成膜レートが著しく低いという問
題点があった。こうした問題点に対し、本発明者等は、
基板上にMgF2 等の光学薄膜を形成する方法を開発し
た。この方法は、顆粒状のMgF2 等の膜原料を載置し
た電極に交流電力を投入して真空槽内にプラズマを発生
させると共に、電極を負電位とし、プラズマにより膜原
料表面の温度を上昇させながら、プラズマ内の正イオン
によって顆粒状の膜原料をスパッタリングするものであ
る。これにより膜原料の少なくとも一部を分子状態で跳
び出させ、この分子状態の膜原料を基板に到達させるこ
とにより、従来のスパッタリング法に比して低コスト
で、かつ、成膜時間を大幅に短縮化することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た方法では、形成された光学薄膜に光吸収が生じる場合
がある問題を有していた。
【0005】本発明はこのような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、光吸収のない
MgF2 膜を高速で製造できる方法及び装置を提供する
ことを目的とする。
【0006】上記問題点を解決するため、本発明の光学
薄膜の製造方法は、真空槽中でターゲットとなるスパッ
タリング電極上に、SiO2 またはAl2 3 を主成分
とする皿を載置し、この皿に顆粒状のMgF2 を入れ、
スパッタリング電極に交流電圧を印加することでプラズ
マを生じさせると共に、スパッタリング電極を負電位と
し、プラズマ中のイオンにより膜原料をスパッタリング
するものであり、これにより、所望の光学薄膜を基板上
に形成することができる。
【0007】本発明の光学薄膜の製造装置は、粒径が
0.1〜10.0mmの顆粒状のMgF2 からなる膜原
料と、SiO2 又はAl2 3 を主成分とし前記膜原料
が導入される皿と、この皿が載置されるスパッタリング
電極と、前記膜原料に対応するように配置されて成膜が
行われる基板と、前記皿、スパッタリング電極及び基板
を収納する真空槽内にガスを導入するガス導入手段と、
を備えていることを特徴とする。
【0008】従来からのスパッタリング法では、Cu製
の平板上にバルク状の膜原料を直接に密着させたターゲ
ットを作製し、このターゲットをスパッタリング電極上
に載置し、膜原料として使用している。これに対し、膜
原料が顆粒状の場合には、Cu板を皿状に加工し、この
皿の中に顆粒状の膜原料を入れ、この皿をスパッタリン
グ電極上に載置し、スパッタリングを行うが、この方法
でスパッタリングを行うと、作製された薄膜に光吸収が
生じることがあった。
【0009】この点について、本発明者らが鋭意研究し
た結果、顆粒状の膜原料を使用したときに生じる光学薄
膜の光吸収の主要因は、膜原料の保持部として使用する
皿の材質にあることが明らかとなった。すなわち、顆粒
状の膜原料の保持部に金属材料を使用した場合、この金
属材料がスパッタリングされてしまい、基板上の膜中へ
金属材料等が混入し、膜に光吸収が生じる場合がある。
【0010】とくに、膜原料が成膜中に減少したり、使
用する膜原料の入れ方が不均一になったとき等に、原料
の保持部として使用する皿の金属材料等が混入し、成膜
された薄膜について光吸収が生じ、性能が著しく劣化す
る場合が生じやすい。
【0011】そこで、本発明では、膜原料を入れる皿の
材質をSiO2 またはAl2 3 を主成分とし、この皿
を用いて成膜することとした。これは、SiO2 または
Al 2 3 ともに、スパッタ率がCuの1/5以下であ
るので、MgF2 を成膜としたとき、混入する不純物を
従来に比べ低減することができ、混入しても光吸収の原
因とならず、かつ、膜の屈折率への影響はほとんどない
からである。
【0012】なお、このとき顆粒の大きさはあまり小さ
すぎると真空槽内で舞い上がり、パーティクルとなるた
め、粒径は0.1mm以上が良好で、望ましくは0.5
mm以上が良い。また、顆粒が大きすぎると断熱効果が
減ると共に、エッジ部が少なくなり電場・磁場の集中に
よる効果が小さくなるため、粒径は10.0mm以下、
望ましくは5.0mm以下が良好である。顆粒の大き
さ、形状は必ずしも均一である必要はない。この発明に
よれば、スパッタリング法により顆粒状のMgF 2 を成
膜したときに従来問題となっていた不純物の混入がを低
減でき、したがって、光吸収の問題を低減することが可
能となる。
【0013】本発明で使用する皿の材質の条件を以下に
列記する。 (1) 絶縁性材料であること。導電性材料(金属)は
一般的にスパッタ率が高いため、イオンによりスパッタ
リングすると、MgF2 からなる膜原料よりもスパッタ
リングされ易い。このため薄膜中に皿の金属が混入し
て、薄膜の光吸収が大きくなる。これを防止するため、
本発明では絶縁性の皿を使用するものである。 (2)膜原料の屈折率に近い屈折率を有する絶縁性材料
であること。膜原料と大きく異なる屈折率を有する材料
の場合、スパッタリングされたわずかな原子が基板に到
達したとき、光吸収が多くなる。膜原料としてMgF2
を使用する場合、この膜原料の屈折率が1.38〜1.
39であり、皿の屈折率としては2.0未満が良好で、
さらに好ましくは1.75未満が良い。このため本発明
では、皿の材質として、SiO2 (屈折率1.46)ま
たはAl2 3 (屈折率1.62)を選択して使用する
ものである。 (3)フッ化物でないこと。皿はバッキングプレートに
セットされた状態でスパッタリング電極上に載置され
る。バッキングプレートは冷却管が挿通しており、皿を
冷却するためのものである。このためスパッタリング中
において膜原料は高温になるが、皿はバッキングプレー
トによって冷やされた状態となっている。冷えたフッ化
物をスパッタリングすると、Mg原子とF原子が遊離し
た状態で飛び出して基板上に付着する。従って皿の材質
として、MgF2 のようなフッ化物を使用した場合は、
皿がわずかながらスパッタされたときに飛び出したMg
がより多く基板上に成膜される。これにより化学量論的
にフッ素の比率が少ない薄膜となる。かかる薄膜は酸化
物が僅かに混入した薄膜に比べて膜特性が劣り、好まし
くない。
【0014】なお、膜原料を載置したスパッタリング電
極に交流を印加することでスパッタリング電極を負電位
にし、膜原料を正イオンによりスパッタリングすること
は、一般的に知られている高周波スパッタリングと同じ
原理に基づくものである。本発明における交流とは、い
わゆる13.56MHzの高周波や27.12MHz、
数10kHzの中周波等をも含むものである。
【0015】本発明において、成膜に適用する基板の材
質についてはなんら制限はない。基板を加熱する必要が
ないからである。従って基板としては、光学ガラスや窓
ガラス等のガラス類、ポリカーボネート、ポリオレフィ
ン等の各種樹脂類、その他金属、半導体、セラミック
ス、電子デバイス等、どのようなものにも適用できる。
基板の形状についても、板状のものはもちろん、フィル
ム状、レンズ形状等、特に制限はない。
【0016】本発明によりMgF2 の単層膜を成膜した
場合、膜の屈折率は1.38程度と低いので、実用上十
分な反射防止効果を有し、レンズやプリズム、光ファイ
バー、眼鏡、サングラス、ゴーグル等の光学部品・機器
類、ブラウン管や液晶等の表示素子、スクリーン等への
反射防止膜等の光学膜として使用できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)図1は成膜装置を示す。真空槽1の上
方には基板2が設置され自転可能になっている。スパッ
タリング電極としてのカソード3は、電源4に接続され
ている。電源4は、不図示のマッチングボックスを介し
て13.56MHzの高周波電力を投入できる構造を有
する。
【0018】カソード3の下部には、温度を一定に保つ
ための不図示の冷却水が供給されている。真空槽1の側
面にはガス導入口5が挿入されている。このガス導入口
5は成膜中のガスの分圧等を任意に調整できるようにな
っている。基板2と、カソード3との間にはシャッター
6が挿入され、シャッター6の開閉によって任意の膜厚
を制御できるようになっている。カソード3には、皿7
が載置されている。皿7はその上部に膜原料8を入れる
構造となっており、膜原料8がスパッタされることによ
って、基板2上に薄膜が形成される構成となっている。
【0019】この実施の形態では、まず、屈折率1.7
5のLa系の光学ガラスを基板2として取り付け、膜原
料である粒径1.0〜2.0mmのMgF2 顆粒8は、
石英(成分:SiO2 )製の皿7に入れて直径4インチ
(直径約100mm)のマグネトロンカソード3上に載
置する。
【0020】つぎに、真空度7×10-5Paまで真空槽
1内を排気し、その後、O2 ガスをガス導入口5から4
×10-1Paまで導入する。高周波電源4から電力を5
00Wとしてマグネトロンカソード3に供給し、プラズ
マを発生させる。MgF2 顆粒8はこのプラズマにより
加熱され、カソード3下面の不図示の冷却水による冷却
能と釣り合った温度に保持されるとともに、スパッタリ
ングされる。ここで、基板2を回転させ、さらにシャッ
ター6を60秒間開放し、基板2上に光学的膜厚が13
0nmとなるようにMgF2 膜を形成する。
【0021】この成膜の後、真空槽1内から基板2を取
り出し、得られた膜の分光反射率を測定した。結果を図
2に示す。可視光全域に渡って反射率が2.0%以下と
優れた反射防止特性を有している。さらに、反射率及び
透過率の実測値から光吸収率を求めた。可視光全域に渡
り、光吸収は0.1%以下であり、全く問題はなかっ
た。
【0022】なお、本実施の形態において、O2 ガスの
分圧を1×10-1〜2Paに変化させて成膜したとこ
ろ、同様の結果が得られた。さらに、高周波電源の周波
数13.56MHzを27.12MHz、50kHz等
に代えて成膜を行ったところ、同様の結果が得られた。
【0023】本実施の形態に使用した皿7の形状は、カ
ソード3が真空槽1内で露出しない形状であればよく、
皿の高さ等の条件は成膜の状況に応じて変更しても、何
ら問題はないものである。さらに、膜原料の粒径は1.
0〜2.0mmだけに限定する必要はなく、たとえば
0.1〜10.0mmの範囲の粒径の膜原料を使用して
も、同様の結果が得られた。
【0024】(比較例1)皿7として主原料がCuから
なる皿を載置し、単層の反射防止膜を成膜した。条件は
実施の形態1と同等とした。シャッター6を閉じ、成膜
終了後、基板2を取り出し、光吸収を測定した結果、可
視光域において、最大1.0%程度の光吸収が生じた。
また、膜の組成をXPS(X線光電子分光)により調べ
たところ、膜中に0.5%程度のCuが混入しているこ
とが確認された。
【0025】(実施の形態2)この実施の形態2では、
実施の形態1と同様の装置を用いた。実施の形態1の皿
7として、石英に替えてAl2 3 からなるものを用い
た。
【0026】膜原料8を実施の形態1と同じMgF2
粒とし、N2 、H2 の分圧がそれぞれ、1×10-1
a、5×10-2Paの混合ガスをガス導入口5より真空
槽1内に導入した。投入電力を670Wとして、光学的
膜厚が135nmとなる時点で、シャッター6を閉じ
た。成膜時間は40秒であった。得られた膜の光吸収率
は、実施の形態1と同様に可視光全域で0.1%以下で
あった。
【0027】なお、上述した実施の形態によれば、以下
に示す要件の発明を提案することができる。 (1)スパッタリング電極の上に載置した皿にMgF2
からなる膜原料を入れ、前記スパッタリング電極に交流
を印可してプラズマを発生させ、このプラズマによって
膜原料をスパッタリングして、前記膜原料に対置した基
板上に薄膜を形成する方法であり、前記皿は屈折率が2
未満の絶縁物を主成分とする材質からなることを特徴と
する光学薄膜の製造方法。 (2)前記皿は酸化物を主成分とすることを特徴とする
上記(1)記載の光学薄膜の製造方法。 (3)前記皿はSiO2 又はAl2 3 を主成分とする
酸化物からなることを特徴とする上記(1)記載の光学
薄膜の製造方法。 (4)前記膜原料は粒径0.1〜10.0mmの顆粒状
のMgF2 からなることを特徴とする上記(1)記載の
光学薄膜の製造方法。 (5)顆粒状のMgF2 からなる膜原料と、この膜原料
が導入される屈折率が2未満の皿と、この皿が載置され
るスパッタリング電極と、前記膜原料に対応するように
配置されて成膜が行われる基板と、前記皿、スパッタリ
ング電極及び基板を収納する真空槽内にガスを導入する
ガス導入手段と、を備えていることを特徴とする光学薄
膜の製造装置。 (6)前記皿は酸化物を主成分とすることを特徴とする
上記(5)記載の光学薄膜の製造装置方法。 (7)前記皿はSiO2 又はAl2 3 を主成分とする
酸化物からなることを特徴とする上記(5)記載の光学
薄膜の製造装置。 (8)前記MgF2 からなる膜原料は粒径0.1〜1
0.0mmの顆粒状であることを特徴とする上記(5)
記載の光学薄膜の製造方法。
【発明の効果】以上のように本発明により、ターゲット
スパッタリング電極上にSiO2 またはAl2 3 製の
皿を載置して、皿内に顆粒状のMgF2 を入れてスパッ
タリングすることにより、膜への不純物の混入の影響を
低減することができ、よって、従来問題となっていた光
吸収を低減し、優れた光学薄膜を製造する方法及び装置
を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】スパッタリング装置の断面図である。
【図2】実施の形態1で作製された光学薄膜の分光反射
率特性図である。
【符号の説明】
1 真空槽 2 基板 3 電極 4 電源 7 皿 8 膜原料
───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 豊原 延好 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 渡邉 正 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 (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒径0.1〜10.0mmの顆粒状のM
    gF2 からなる膜原料をSiO2 又はAl2 3 を主成
    分とする皿に入れ、この皿が載置されたスパッタリング
    電極に交流電圧を印加してプラズマを発生させて、膜原
    料をスパッタリングすることによって膜原料に対置され
    た基板上に光学薄膜を成膜することを特徴とする光学薄
    膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 粒径が0.1〜10.0mmの顆粒状の
    MgF2 からなる膜原料と、SiO2 又はAl2 3
    主成分とし前記膜原料が導入される皿と、この皿が載置
    されるスパッタリング電極と、前記膜原料に対応するよ
    うに配置されて成膜が行われる基板と、前記皿、スパッ
    タリング電極及び基板を収納する真空槽内にガスを導入
    するガス導入手段と、を備えていることを特徴とする光
    学薄膜の製造装置。
JP8057833A 1996-03-14 1996-03-14 光学薄膜の製造方法及び製造装置 Withdrawn JPH09249968A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100186630A1 (en) * 2007-06-28 2010-07-29 Sony Corporation Low-refractive-index film, method of depositing the same, and antireflection film

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100186630A1 (en) * 2007-06-28 2010-07-29 Sony Corporation Low-refractive-index film, method of depositing the same, and antireflection film

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Effective date: 20030603