JP2004361878A

JP2004361878A - チップ状成膜部品の製造方法

Info

Publication number: JP2004361878A
Application number: JP2003163294A
Authority: JP
Inventors: Tadayuki Kurihara; 忠幸栗原
Original assignee: Sano Fuji Koki Co Ltd
Current assignee: Sano Fuji Koki Co Ltd
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2004-12-24
Also published as: CN100356206C; US20060193974A1; CN1761890A; WO2004109347A1

Abstract

【課題】薄い基板に対して極めて多くの膜数を成膜するにあたって、基板や膜の変形や損傷などを発生しないようにする。
【解決手段】増厚基板１に多層膜体４Ｐを形成し、この多層膜体４Ｐに、各チップ状成膜部品２となるように格子状の切り込みＣを入れて、第１の光学多層膜４に分離し、増厚基板１の第１の光学多層膜４が成膜されている面とは反対側の面を、変形や損傷などが発生しない程度にまで研磨する。研磨された基板母材１１の第１の光学多層膜４が成膜されている面とは反対側の面に、第１の光学多層膜４による応力を打ち消すような反射防止膜５などの第２の光学多層膜を成膜し、切断する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学ガラスやセラミック、さらには金属、樹脂等からなる薄い基板の表裏両面に成膜を行った上で、所望の大きさに切断・分離したチップ状成膜部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、光通信や光情報処理装置等においては、波長選択フィルタ、偏光子、旋光子等の光学的機能部品が設けられる。これらの光学的機能部品としては、例えば光学ガラスの表面に光学多層膜を形成したもので構成されるものがある。光学多層膜は光学ガラスの片面だけに形成する場合もあるが、反対側の面には反射防止膜やハーフミラー、その他の光学多層膜が形成され、従って光学ガラスの両面に膜付けが行われるのが一般的である。
【０００３】
前述したような光学素子、例えば、波長選択フィルタ等は、平行平面板からなる光学ガラスを基板として、この基板の表面には低屈折率膜と高屈折率膜とを交互に積層した多層膜を形成し、この多層膜が形成される面とは反対側の面には、例えば反射防止膜などが形成される。ここで、多層膜における低屈折率膜は、例えば二酸化ケイ素の薄膜からなり、高屈折率膜は、例えば酸化タンタル、酸化チタン等の金属酸化物の薄膜とする。そして、この多層膜により所望の光学特性を持たせるためには、通常は、これら低屈折率膜と高屈折率膜とからなる多層膜は少なくとも２０層以上とするのが一般的である。特に、光通信や光情報処理装置等のように特に高い波長の光を取り扱うものにおいて、光学的に高い精度が要求される機器に装着される光学素子にあっては、５０層以上の多層膜を形成する必要があり、さらに２００層乃至それ以上の多層膜が要求される場合もある。また、基板の多層膜形成面とは反対側の面に反射防止膜を形成する場合、この反射防止膜は４〜８層程度の層数とされるのが一般的である。
【０００４】
ところで、基板表面に薄膜を形成すると、内部応力が生じることは従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。従って、多層膜における膜の層数が多くなればなるほど、内部応力が大きくなり、基板に反り等の変形が発生し、大判の基板に成膜した後にチップ状の光学部品となるように切断する際に、多層膜による内部応力により破損したり、割れや欠けが生じたりすることになる。
【０００５】
以上の点に鑑みて、前述した特許文献１では、基板において、最終製品としての光学素子の大きさとなるように切断する切断線に沿ったマスクパターンを形成して、このマスクパターンの上から膜付けを行うように構成している。また、同様の理由から、予め基板に切断線に沿った溝を形成しておき、この溝内にワイヤや磁性粒体からなるマスク材料を装着した状態で成膜を行い、所定の層数の膜付けが完了した後に、マスク材料を取り除く方式も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１２６０５号公報（第１頁、第４−５頁、図１）
【特許文献２】
特開平９−２７７３９５号公報（第３−４頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、各種の機器類に装着される関係から、前述した各光学素子に対する小型化、コンパクト化、また軽量化の要求が強くなってきている。例えば、光ディスクの書き込み及び読み取りヘッドに装着される光学部品においては、設置されるスペースの関係から、またヘッドの軽量化の点等から、小型で軽量な光学素子とするのがより望ましい。
【０００８】
前述した従来技術のように、広い基板に対して光学部品毎にマスクした状態でその全面にわたって膜付けする場合、基板がある程度の厚みを有し、かつ膜数が比較的少ないときには有効であるが、基板の厚みを薄くし、かつ１００層以上というように膜数が極めて多いと、やはり内部応力が残留して、マスクを除去する際等において、割れや欠け等の発生を防止できないことがある。また、成膜後にマスクを除去することになるが、このマスク除去作業時に多層膜を損傷させる可能性がある等といった問題点もある。
【０００９】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、薄い基板に対して極めて多くの膜数を成膜するに当って、基板や膜の変形や損傷等を生じさせないようにすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のチップ状成膜部品の製造方法は、上述した目的を達成するために、増厚基板の一側面である第１の成膜面に第１の多層膜を成膜する第１の成膜工程と、前記第１の成膜面に成膜されている前記第１の多層膜に対して、最終製品としてのチップ状成膜部品の縦横寸法となる間隔に格子状で、少なくとも実質的に前記第１の多層膜の厚みに相当する深さの切り込みを入れる多層膜切り込み工程と、前記増厚基板の前記第１の成膜面とは反対側の面を研磨加工して基板母材を形成する基板研磨工程と、前記基板研磨工程において研磨された前記第１の成膜面とは反対側の面にある第２の成膜面に第２の多層膜を成膜する第２の成膜工程と、最終製品としてのチップ状成膜部品となるように前記基板母材を切断する切断工程と、を有し、前記増厚基板は前記第１の多層膜を形成したときに変形しない厚みを有し、さらに前記増厚基板は前記多層膜切り込み工程において切り込みが入れられている前記第１の多層膜の応力によって変形や損傷が発生しない厚みにまで研磨される。
【００１１】
また、本発明のチップ状成膜部品の製造方法において、第１，第２の成膜工程で形成される多層膜は、低屈折率膜と高屈折率膜とからなる光学多層膜とすることができる。そして、第２の多層膜は第１の多層膜と異なる独立した光学特性を有するものとすることができ、また第１の多層膜と第２の多層膜とで所定の光学特性を発揮するものであっても良い。第１の多層膜と第２の多層膜とで異なる光学特性を有するものである場合には、第１，第２の成膜面には、それぞれの光学特性に必要な層数の多層膜を形成する。一方、第１，第２の多層膜により所定の光学特性を発揮する光学素子とする場合にあっては、つまり基板に形成される多層膜を第１の成膜面と第２の成膜面とに振り分ける場合には、第２の成膜面に形成される多層膜の層数は、切断工程において変形や割れ、欠けなどが発生するのを防止するために、多層膜切り込み工程において切り込みが入れられている第１の多層膜の応力を実質的に打ち消すような層数とすることができる。
【００１２】
ここで、基板は、光学ガラス、セラミック、金属、樹脂等であり薄型のものである。光学素子である場合には、基板は光学ガラスや樹脂等からなる透明基板であり、成膜されるのは所望の光学特性を有する光学多層膜とする。この場合、成膜された部品において、基板は主に膜を保持する機能を発揮するものである場合が多い。従って、部品の小型化、軽量化を図るには、基板はできるだけ薄い方が望ましい。特に、光学ガラスを基板とする場合には、その部品は光を透過させるものであるから、光の減衰を防止するという観点からも、薄肉化が望ましい。いずれの材質を用いるにしても、基板を薄くすればするほど、強度的に脆弱になり、割れたり、欠けたりすることにもなり、また変形の可能性も高くなる。しかしながら、増厚基板の状態で成膜を行うことから、また増厚基板の状態で第１の成膜面側から少なくとも第１の多層膜に切り込みを入れて、内部に残留する応力を解放することから、第１の多層膜を形成した基板の変形や損傷等を防止できる。
【００１３】
第１の多層膜の積層数としては、２００層乃至それ以上の層数とすることができる。このように、第１の多層膜の層数が多くなればなるほど、増厚基板の厚みを大きくする。これによって、成膜時における内部応力により変形や損傷等が発生しない耐久性を持たせることができる。そして、第２の成膜面に形成される第２の多層膜としては、前述したように、光学的乃至それ以外の機能を発揮するものであることが好ましいが、第１の多層膜のみにより光学的機能が果たされる場合などにおいて、第２の多層膜には第１の多層膜の内部応力を打ち消すためだけに設けられる光学的機能を持たない多層膜が成膜されてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
Ａ．本発明の第１の実施形態
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明の第１の実施形態について説明する。ここで、本実施形態では、基板としての光学ガラスの表裏両面に膜付けをすることにより、波長選択フィルタや偏光板等の光学部品の製造について説明する。ただし、本発明は基板としては光学ガラス以外にも、種々の基板を含むものであり、また部品としての機能も前述したものに限定されない。
【００１６】
まず、図１に部品の材料としての増厚基板１と、製品としてのチップ状成膜部品２との外観を示す。この図から明らかなように、増厚基板１には同図に仮想線で示したように、マトリックス状にチップ部品の形成部を有するものである。最終製品としてのチップ状成膜部品２は光学ガラスからなる薄い基板３の一面側である第１の成膜面１１ａに１００〜２００層乃至それ以上の各膜数からなる第１の光学多層膜４が形成され、反対側の面である第２の成膜面１１ｂには反射防止膜５が形成されている。また、基板３の厚みは増厚基板１の厚みに対して１／１０前後の寸法を有している。
【００１７】
第１の光学多層膜４は厚みの大きな増厚基板１の一側面である第１の成膜面１１ａに多層膜体４Ｐとして成膜される。これが図２に示した第１の成膜工程である。ここで、膜付け方法としては、真空蒸着によるのが一般的であるが、それ以外にもスパッタリング、ＣＶＤ等各種の方法によることもできる。このとき、増厚基板１に対する膜付けとしては、低温蒸着を用いてもよいし、高温蒸着を用いてもよい。特に、高温蒸着を用いれば、多層膜体４Ｐの膜の強度が強くなるなどという点において望ましい。また、第１の光学多層膜４の一例としては、二酸化ケイ素等からなる低屈折率膜と、酸化チタンや酸化タンタル等の金属酸化物からなる高屈折率膜とを交互に積層させたもので構成したものである。
【００１８】
増厚基板１に対して多層膜体４Ｐを形成すると、増厚基板１に対して圧縮（または引っ張り）方向の応力が生じる。そして、膜が多層に重ね合わせられると、その層数分だけ内部に応力が残留して蓄積する。しかしながら、増厚基板１はこの残留応力に十分耐えられる厚みを有するもの、例えば光学多層膜を低屈折率膜と高屈折率膜とを交互に積層して、全体として２００層となし、全体の膜厚が２０〜３０μｍとなるときには、増厚基板１の厚みは１０〜２０ｍｍ程度であれば、増厚基板１が変形したり、損傷したりすることはない。なお、増厚基板１に対しては必要以上の厚みを持たせないようにするのが、後続の研磨工程における研磨効率等の点で望ましい。
【００１９】
次の工程は、この多層膜体４Ｐを形成した増厚基板１に対して、この多層膜体４Ｐに対して、例えばダイシングソー，スライシングマシーン等により切り込みを入れる多層膜切り込み工程である。この多層膜切り込みは、多層膜体４Ｐの状態では残留・蓄積している応力を解放するために行なわれる。残留応力が問題となるのは広い面積に対して膜付けした場合であり、例えば１〜２ｍｍ角毎の第１の光学多層膜４となるように分割されると、圧縮や引っ張り等といった応力が実質的に問題となることはない。そして、広い面積に成膜した多層膜体４Ｐとしても、前述した寸法の小区画に分離・分割して第１の光学多層膜４とすれば、残留応力が低減されて、変形や割れ、欠け等の問題が発生することが少なくなる。
【００２０】
そこで、図３に示したように、最終製品としてのチップ状成膜部品２の外形形状と一致するように、図１に仮想線で示した格子状の切り込みＣを入れる。この切り込みＣの深さは、多層膜体４Ｐにおいて、第１の光学多層膜４の小区画となるように分割するためであり、従ってその膜厚とほぼ同じ深さとする。これによって、チップ状成膜部品２の第１の光学多層膜４となるように分離されるが、必ずしも全体にわたって完全に第１の光学多層膜４が切れていなければならないのではなく、例えば部分的に数層程度の切り残しがあっても残留応力の低減という点で格別の問題とはならない。
【００２１】
以上のように多層膜体４Ｐに切り込みＣを入れて第１の光学多層膜４とした後に、この第１の光学多層膜４が膜付けされている増厚基板１を真空吸着または水貼りなどにより保持する。そして、増厚基板１の第１の光学多層膜４とは反対側の面を研磨加工して基板母材１１を得る。これが図４に示されるような基板研磨工程である。このとき、基板母材１１の厚みはチップ状成膜部品２の基板３の厚みにまで研磨されるが、第１の光学多層膜４による応力に耐えうる程度の厚みを持たなくてはならない。すなわち、多層膜体４Ｐに切り込みＣを入れることにより基板母材１１に対して働く応力は低減されるが、依然として第１の光学多層膜４による応力は残存している。従って、増厚基板１を過剰に研磨して基板母材１１の厚みが薄くなりすぎると、第１の光学多層膜４による残存応力によって、基板母材１１に変形や割れ、欠けなどが起きる可能性は皆無とは言えない。そこで、本実施形態では、第１の光学多層膜４による残存応力によって基板母材１１に変形や割れ、欠けなどが起きない程度にまで、増厚基板１の第１の光学多層膜４とは反対側の面を研磨する。ここで、増厚基板１を研磨する方式としては、光学ガラスの研磨装置として従来から広く用いられているものを適用できる。
【００２２】
以上のように増厚基板１を研磨加工することによって、例えば基板母材１１の厚みを１〜２ｍｍ程度にまで薄くすることができる。このように基板３の厚みを薄くすることによって、小型化、軽量化が図られるだけでなく、基板３を光が透過する際における減衰を抑制するという点においても望ましい。また、増厚基板１は研磨により所望の厚みに整えられることから、研磨工程ではできるだけ研磨量を少なくする方が望ましい。従って、増厚基板１の厚みとしては、第１の光学多層膜４として成膜される膜総数及び膜材料等を総合勘案して、成膜工程で反り等の変形が生じない最小限の厚みに設定するのが好ましい。
【００２３】
以上のような研磨工程を経ることによって、所定の厚みを有する基板母材１１の第１の成膜面１１ａに第１の光学多層膜４が成膜され、第２の成膜面１１ｂは研磨により鏡面状態となったものが得られる。そこで、これを研磨機から取り外して、この第２の成膜面１１ｂに成膜を行う第２の成膜工程に入る。本実施形態においては、第２の成膜面１１ｂには反射防止膜５が膜付けされる。ここで、第２の成膜工程において、基板母材１１は研磨によって薄くはなっているものの、容易には破損などを生じない程度の強度を有している。従って、成膜時の取り扱いが容易になり、また真空蒸着により成膜する場合に高温蒸着が可能になる。その結果、膜強度を高くすることができる。
【００２４】
第２の成膜工程においては、基板母材１１の第２の成膜面１１ｂに反射防止膜５が膜付けされるが、このときの反射防止膜５は上述した第１の光学多層膜４による残存応力を打ち消すことができる程度の厚みに成膜することができる。すなわち、一般に、第２の成膜面１１ｂに成膜される反射防止膜５の層数は４層乃至６層程度であるが、第１の光学多層膜４による残存応力が大きい場合、この残存応力を打ち消すために反射防止膜５の層数を１０層乃至２０層、またはそれ以上の層数にしてもよい。本実施形態では、第２の成膜工程において、基板母材１１に第１の光学多層膜４による残存応力を打ち消すような反射防止膜５を成膜することにより、後述する切断工程において基板母材１１を切断するときに変形や割れ、欠けなどが発生しないようにする。
【００２５】
以上のようにして第１および第２の成膜面１１ａ、１１ｂに成膜がなされた基板母材１１は各チップ状成膜部品２となるように切断される。これが、図６に示したような切断工程である。一般に、光学ガラスからなる基板母材１１の切断時には、この基板母材１１に対して切断刃による外力の作用により、変形や割れ、欠けなどが発生しやすい。しかしながら、基板母材１１の第２の成膜面１１ｂには、第１の成膜面１１ａに成膜されている第１の光学多層膜４による応力を多層膜切り込み工程により解放しており、しかもなお基板母材１１に残存する応力を打ち消すように反射防止膜５が成膜されているため、切断時における変形や割れ、欠けなどが発生することはない。なお、基板母材１１を切断する方向は、第１の成膜面１１ａ側および第２の成膜面１１ｂ側のどちらから切断してもよい。また、切断はダイシングソー，スライシングマシーン等を用いて行われる。
【００２６】
Ｂ．本発明の第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。上述した第１の実施形態では、第２の成膜面１１ｂに反射防止膜５を成膜することにより、第１および第２の成膜面では相互に異なる光学的機能を有する膜を形成するようにしたが、例えば図７のように、第１の光学多層膜４に加えて、第２の成膜面１１ｂに第２の光学多層膜４０を成膜して、これら第１の光学多層膜４および第２の光学多層膜４０により所望の光学特性を得られるようにする。つまり、基板の表裏両面に形成された光学多層膜が協働して所定の光学特性を有するようにする。このとき、第２の光学多層膜は、第１の光学多層膜４の残存応力を打ち消すように成膜されなくてはならない。例えば、光学多層膜の全体膜数が２００層であるとしたときに、第１の光学多層膜４にはその半数乃至それ以上の層数を形成し、基板母材１１に働く応力の度合いに応じて、この応力を打ち消すために、必要な層数を成膜する。例えば第１の成膜面１１ａでは１５０層の多層膜を形成し、第２の成膜面１１ｂでは５０層の膜数とする。これによって、切断工程での割れや欠け等の発生がより確実に達成され、また製造された光学部品において、基板に歪み等が発生することがなく、光学的にも優れた製品となる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、薄い基板に対して極めて多くの膜数を成膜しても、基板や膜の変形、損傷等を生じさせることがない等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示すものであって、増厚基板とチップ状成膜部品の外観図である。
【図２】第１の成膜工程として、増厚基板に第１の光学多層膜の膜付けを行った状態を示す説明図である。
【図３】多層膜切り込み工程として、第１の光学多層膜を形成した増厚基板に対して多層膜切り込み部を形成した状態を示す説明図である。
【図４】研磨工程として、増厚基板を研磨した状態を示す説明図である。
【図５】第２の成膜工程として、基板に反射防止膜を形成した状態を示す説明図である。
【図６】切断工程として、基板を切断した状態を示す説明図である。
【図７】第２の成膜工程として、基板に第２の光学多層膜を形成した状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１増厚基板
２チップ状成膜部品
３基板
４光学多層膜
４Ｐ多層膜体
５反射防止膜
１１ａ第１の成膜面
１１ｂ第２の成膜面
４０第２の光学多層膜
Ｃ切り込み

Claims

増厚基板の一側面である第１の成膜面に第１の多層膜を成膜する第１の成膜工程と、
前記第１の成膜面に成膜されている前記第１の多層膜に対して、最終製品としてのチップ状成膜部品の縦横寸法となる間隔に格子状で、少なくとも実質的に前記第１の多層膜の厚みに相当する深さの切り込みを入れる多層膜切り込み工程と、
前記増厚基板の前記第１の成膜面とは反対側の面を研磨加工して基板母材を形成する基板研磨工程と、
前記基板研磨工程において研磨された前記第１の成膜面とは反対側の面にある第２の成膜面に第２の多層膜を成膜する第２の成膜工程と、
最終製品としてのチップ状成膜部品となるように前記基板母材を切断する切断工程とを有し、
前記増厚基板は前記第１の多層膜を形成したときに変形しない厚みを有し、さらに前記増厚基板は前記多層膜切り込み工程において切り込みが入れられている前記第１の多層膜の応力によって変形や損傷が発生しない厚みにまで研磨されることを特徴とするチップ状成膜部品の製造方法。
前記第１，第２の多層膜は共に光学多層膜であり、前記第２の成膜工程で形成される前記第２の多層膜は、前記第１の多層膜とは光学的に異なる特性を有する光学多層膜であることを特徴とする請求項１記載のチップ状成膜部品の製造方法。
前記第１，第２の多層膜は共に光学多層膜であり、前記第２の成膜工程において形成される前記第２の多層膜は、前記多層膜切り込み工程において切り込みが入れられている前記第１の多層膜の応力を実質的に打ち消すような層数の光学多層膜が成膜され、前記第１の多層膜と前記第２の多層膜とによって、所定の光学特性を有するチップ状成膜部品が得られることを特徴とする請求項１記載のチップ状成膜部品の製造方法。