JPH09291358A - 光学薄膜の製造方法および光学薄膜 - Google Patents

光学薄膜の製造方法および光学薄膜

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JPH09291358A
JPH09291358A JP8102419A JP10241996A JPH09291358A JP H09291358 A JPH09291358 A JP H09291358A JP 8102419 A JP8102419 A JP 8102419A JP 10241996 A JP10241996 A JP 10241996A JP H09291358 A JPH09291358 A JP H09291358A
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film
thin film
sputtering
mgf
target
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Withdrawn
Application number
JP8102419A
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English (en)
Inventor
Tadashi Watanabe
正 渡邉
Takeshi Kawamata
健 川俣
Nobuaki Mitamura
宣明 三田村
Hiroshi Ikeda
浩 池田
Nobuyoshi Toyohara
延好 豊原
Norikazu Urata
憲和 浦田
Toshiaki Oimizu
利明 生水
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 事実上、スパッタリング法により吸収のない
MgF2 薄膜を製造する。 【解決手段】 まず、ガラス基板上へSiO2 を蒸着す
る。ターゲット材料8はガラス製の皿に載せられてマグ
ネトロンスパッタリングカソード7上に設置されてい
る。マグネトロンスパッタリングカソード7にRF電圧
をかけてプラズマを発生させ、ガラス基板11にターゲ
ット材料8をスパッタリングする。9はターゲットシー
ルドである。10はシャッターである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリング法
を用いて光学薄膜を製造する方法および光学薄膜に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、薄膜を形成する場合、手法の容易
さや成膜速度の速さ等の点から真空蒸着法が多く用いら
れてきた。これは、反射防止膜やハーフミラー,エッジ
フィルター等の光学薄膜を形成する場合も同様である。
一方、近年になり、光学薄膜やその他の薄膜において
も、真空蒸着法に比較して自動化・省力化・大面積基板
への適用性などの点で有利なスパッタリング法によるコ
ーティングの要求が高まってきた。
【0003】しかし、真空蒸着法とスパッタリング法と
の原理的な違いから、真空蒸着法では問題なく製造でき
る膜でも、スパッタリング法によると問題の発生する場
合があった。その例として代表的なものにMgF2 があ
る。MgF2 は化学的に安定で、絶縁性に優れている
上、他の物質では得られにくい低屈折率を持った物質で
ある。このため、従来から光学膜を構成するに当たって
欠かすことのできない材料とされてきたが、MgF2
薄膜を通常のスパッタリング法により製造すると、可視
域において膜に大きい光吸収が発生してしまう。
【0004】上記可視域における吸収は、プラズマ中の
Fイオンが基板ホルダ側に励起される負のプラズマポテ
ンシャルにより反発するため、薄膜内に取り込まれるF
重量が不足することや、プラズマ中での水の解離により
励起されたOイオンとMgイオンとの酸化反応により形
成されるMgOが主な原因とされる。これらの原因から
くる前記可視域における吸収を抑える方法としては、い
くつかの方法が提案されている。
【0005】上記方法として、例えば特開平4−223
401号公報に開示されているターゲット中にSiを混
ぜておく方法や、また特開平4−289165号公報に
開示されているフッ素ガスまたはフッ素含有化合物ガス
をスパッタ時にアシストする方法を挙げることができ
る。上記各方法によれば、膜自身の吸収を無くしたり、
または小さくすることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平4−223401号公報および特開平4−2891
65号公報記載の方法によれば、MgF2 膜自身の光吸
収は減少するものの、PbOやリン酸、その他特定の元
素を含有するようなガラスでは、MgF2 膜の形成中に
プラズマ中の荷電粒子が入射することによって基板表面
が損傷し、前記基板と前記膜との境界でも吸収を発生す
ることがある。この吸収は光学素子として重大な欠陥と
なりうるものであり、所望の特性を持った光学素子を得
るためには是非とも抑える必要がある。このため、前記
境界面における光吸収を抑えるための技術が望まれてい
る。
【0007】請求項1〜4の課題は、MgF2 光学薄膜
を製造する際に基板と膜との境界における吸収を抑える
ための方法および吸収の発生しない光学薄膜を提供する
ことにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、基板
の表面にSiO2 ,ZrO2 およびAl2 3 のうちの
少なくとも一つを含む酸化物薄膜を形成し、該酸化物薄
膜上にスパッタリング法によりMgF2 薄膜を形成する
ことを特徴とする光学薄膜の製造方法である。
【0009】請求項1の発明においては、スパッタリン
グ法により成膜する際に発生するプラズマの中には多く
の荷電粒子が存在している。その一部は基板に入射する
が、これらは基板中の成分を解離,欠落させるなどの作
用がある。その結果、基板と膜との界面で光吸収が生じ
てしまう。そこで、レンズ等の光学素子の上へ、スパッ
タリング法によりMgF2 薄膜を形成する前に、前記基
板への入射電子による光学特性の変化の発生が少ない、
または全くない材質の薄膜を予め形成しておくことによ
り、前記光吸収の発生を抑えることができる。
【0010】実際に、上記構成によれば、前記光吸収の
発生を有効に抑えることができるのを、我々の数多い実
験の中で確認されている。また、実験の中で、前記光学
特性が変化しにくい、または無い材料として、Si
2 ,ZrO2 ,Al2 3 が特に有効であることも見
いだされており、前記薄膜の材料を前記酸化物に限定し
ている。
【0011】請求項2の発明は、粒径0.1〜10mm
の顆粒状のMgF2 からなる膜原料を電極近傍に設け、
該電極に交流電圧を印加することにより前記膜原料上に
プラズマを発生せしめ、このプラズマにより前記膜原料
の表面温度を上昇させるとともに前記膜原料をスパッタ
リングしてMgF2 薄膜を形成することを特徴とする請
求項1記載の光学薄膜の製造方法である。
【0012】請求項2の発明において、ターゲットであ
る顆粒状MgF2 粒子の粒径を0.1〜10mmと数値
限定しているのは、次の理由からである。まず、顆粒の
大きさがあまりに小さすぎるとチャンバ内で舞い上が
り、パーティクルとなるため粒径は0.1mm以上の方
が良く、望ましくは0.5mm以上が良い。また、顆粒
が大きすぎるとエッジ部が少なくなり、プラズマを発生
させたときに上記エッジ部に電場・磁場が集中せず、そ
の結果、膜原料表面の温度を上昇させる効果が少なくな
るため、粒径10mm以下、望ましくは5mm以下が良
い。顆粒の大きさや形状は均一である必要はない。
【0013】請求項1のMgF2 膜をスパッタリング法
により形成する手法としては、いくつかのものがある
が、それらは通常スパッタ時にMgイオンやFイオンが
多く発生する。これらのイオンは前記荷電粒子に加えて
基板を損傷する原因となることがあり、MgF2 を形成
するに当たっては前記イオンの発生が少ない手法を取る
ことが好ましい。
【0014】請求項2に示したMgF2 薄膜の形成方法
では、膜原料を0.1〜10mmの粒径をした顆粒状と
したことで膜原料がプラズマにより加熱され易く、膜原
料がスパッタリングされたときにMgとFとの結合が切
れずにMgF2 分子または分子群という形で空間に飛び
出すことになり、雰囲気中のMgイオンやFイオンの存
在確率が比較的少なくなる。このため、前記MgF2
形成方法として請求項2に挙げた方法を適用すること
で、基板表面における光吸収の抑制に、より効果を上げ
ることができる。
【0015】請求項3の発明は、Siまたは金属をター
ゲットとし、少なくともO2 ガスを導入しながらスパッ
タリングする反応性スパッタリング法により前記酸化物
薄膜を形成することを特徴とする請求項1記載の光学薄
膜の製造方法である。
【0016】請求項3の発明においては、請求項1に挙
げた酸化物膜の形成方法として真空蒸着法を初めとする
いくつかのものを挙げることができるが、基板の表面に
酸化物薄膜を形成した後にスパッタリングによりMgF
2 膜を形成することを考えると、生産設備や生産工程の
簡略化が可能である等の理由から、前記酸化物薄膜もス
パッタリング法により形成することが好ましい。
【0017】さらに、スパッタリングのターゲットとし
てSiまたは金属を用い、少なくとも酸素ガスを導入し
ながら反応性スパッタリングを行うと、酸化物よりもS
iまたはZr,Alといった金属の方がスパッタ率が良
いことから成膜速度が速くなり、成膜速度が遅いという
従来のスパッタリング法の欠点を排除できる。このた
め、生産効率という面からも反応性スパッタリング法が
好ましい。以上のように、工業的な生産を考えたとき、
請求項1の酸化物薄膜の成膜方法として請求項3の方法
を適用することで、広い意味での生産効率を上げること
ができる。
【0018】スパッタガスとしては、反応性スパッタリ
ングにより酸化物薄膜を形成するために少なくとも酸素
ガスを導入する。酸素ガス以外には、成膜速度を速くす
ることを目的としてArガス等を一緒に導入しても良
い。また、ここでのスパッタリング法は、直流電圧(以
下、DC電圧という)を印加しつつ行うDC反応性スパ
ッタリング法でも良いし、交流電圧の一種である高周波
電圧(以下、RF電圧という)を印加しつつ行うRF反
応性スパッタリング法でも良い。しかし、交流電圧を用
いると光吸収の大きい酸化物薄膜ができやすく、さらに
荷電粒子が基板内に入り込み基板にダメージを与えやす
いため、DC電圧を用いる方が好ましい。
【0019】請求項4の発明は、空気側から第1層目が
スパッタリング法により形成されたMgF2 薄膜であ
り、第2層目がSiO2 ,ZrO2 およびAl2 3
うちの少なとも一つを含む酸化物薄膜を設けたことを特
徴とする光学薄膜である。
【0020】請求項4の発明においては、反射防止膜や
光学フィルター等の光学膜で、性能の良いものをつくろ
うとしたとき、光学インピーダンスの差を少なくすると
いう意味から、空気から第1層目に屈折率の低い物質を
用いると有効である場合が多い。その意味で、空気側第
1層目に他の物質にはない低い屈折率(約1.38)を
持つMgF2 膜を利用することの意味は大きい。
【0021】しかしながら、MgF2 膜をスパッタリン
グによって製造する際、MgF2 を成膜する面が例えば
PbOをその成分として持っていると、スパッタリング
によりMgF2 が成膜される時点で、プラズマで発生す
る熱や電子によりPbOが還元されて変質層を作り、吸
収を生じてしまう。その他、リン酸を含むものが成膜面
にあった場合などでも、プラズマの影響によりMgF2
自体にではなく、MgF2 よりも基板内部で吸収を生じ
る場合が多く、光学素子として欠陥のあるものになりや
すい。
【0022】しかし、MgF2 よりも基板側の膜がSi
2 ,ZrO2 ,Al2 3 の少なくとも1つを含む膜
であった場合、この吸収を生じる変質層の発生の少ない
ことが実験からわかっている。このようなことから、請
求項4に挙げた光学薄膜は、高性能な光学膜を構成しよ
うとするときに有効なものであることがわかる。
【0023】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)本実施の形態では、SiO2 を成膜す
るための蒸着装置と、MgF2 を成膜するためのスパッ
タ装置とを用いる。これらの構成を、図1および図2を
用いて説明する。図1は、前記蒸着装置の真空槽の内部
構成を示す概略構成図である。
【0024】1は蒸着源であり、蒸着源1には蒸着材料
としてSiO2 が載っている。該SiO2 は電子ビーム
加熱法により安定した加熱が行われる。2はシャッター
である。3は成膜を行うガラス基板であり、特にここで
はBPH50((株)オハラ製)とする。BPH50は
その組成にPbOを含むため、そのまま表面にスパッタ
リング法でMgF2 膜を形成すると表面のPbOが還元
され、膜の密着層において吸収を生じてしまう。例え
ば、このガラス基板に石英ガラスを用いると、前記膜の
密着層における吸収は全く生じないことに注意が必要で
ある。
【0025】ガラス基板3は4の回転ドーム上に据え付
けられており、蒸着中は回転ドーム4の回転によって蒸
着源1直上の軸を中心に回転する。5はガラス基板3を
蒸着中一定温度に加熱しておくための加熱ヒーターであ
る。6はガラス基板3への膜厚を監視,制御するための
水晶振動子式の膜厚計である。
【0026】図2は前記スパッタ装置の真空槽の内部構
成を示す概略構成図である。7はマグネトロンスパッタ
リングカソードである。8はスパッタリング材料の径が
1〜3mm程度の顆粒状MgF2 粒子のターゲット材料
である。ターゲット材料8はガラス製の皿に載せられて
マグネトロンスパッタリングカソード7上に設置されて
いる。9はマグネトロンスパッタリングカソード7およ
びターゲット材料8を囲繞し、常に電位がグラウンドレ
ベルにあるターゲットシールドである。10はシャッタ
ーである。
【0027】11は成膜を行うガラス基板であり、ガラ
ス基板11は12の基板ホルダーにより保持されてい
る。基板ホルダー12の回転中心はマグネトロンスパッ
タリングカソード7の直上に位置せず、偏心した位置に
ある。成膜中は基板ホルダー12が回転する。この回転
と前記偏心との効果により、膜はガラス基板11上へ均
一に成膜される。
【0028】以上の構成からなる装置を用いての製造方
法を以下に述べる。まず、ガラス基板3の表面を清浄な
状態にする。その後、ガラス基板3を図1に示すような
状態、すなわち蒸着装置の回転ドーム4下面で回転ドー
ム4の回転中心からずれた位置に設置した後、真空槽の
排気を行う。排気を開始すると同時に、基板加熱用のヒ
ーター5によるガラス基板3の加熱と、回転ドーム4の
回転とを開始する。これにより、ガラス基板3の温度を
300℃程度に安定させる。
【0029】10-4Pa程度の真空度が得られ、なおか
つガラス基板3の温度が安定するのに十分な時間が経過
した後、蒸発源1にある蒸着材料であるSiO2 の加熱
を始める。ここで、シャッター2は閉じているものとす
る。蒸着材料であるSiO2が十分に加熱されて安定し
たら、シャッター2を開いて蒸着を開始する。蒸着する
膜の厚さは膜厚計6によってモニターする。膜厚計の値
が所望の値を示したらシャッター2を閉じる。ここで
は、ガラス基板3上に物理的膜厚20nmのSiO2
成膜したものとする。シャッター2を閉めた直後、蒸着
材料の加熱,ガラス基板3の加熱および回転ドーム4の
回転を停止し、蒸着による一連の成膜作業を終了する。
【0030】次に、蒸着装置の真空槽からSiO2 が成
膜されたガラス基板3を取り出すため、真空槽をリーク
する。そして、取り出したガラス基板3をスパッタ装置
の真空槽に移す。その際、ガラス基板3(=11)を図
2に示すような状態、すなわち基板ホルダ12の下面で
基板ホルダ12の回転中心からズレた位置に取り付け
る。その後、直ちにスパッタ装置の真空槽を排気する。
10-4Pa程度の真空度が得られたら、基板ホルダ12
を回転させる。同時に、真空槽内にO2 ガスを導入して
0.4Paの圧力を得る。
【0031】真空槽内の圧力が安定したらマグネトロン
スパッタリングカソード7にRF電圧をかけると、ター
ゲット材料8の上にプラズマが発生し、ターゲット材料
8は正イオンによりスパッタリングされる。この時はま
だシャッター10が閉じており、いわゆるプレスパッタ
の状態となる。通常のプレスパッタはターゲット表面の
酸化物などを落とし、スパッタを安定させることを主な
目的として行うが、ここでは前記の目的の他、スパッタ
時にターゲット材料8が分子または分子群の状態で跳び
やすいようにターゲットの温度を上昇させる。
【0032】ターゲット材料8の温度が上昇してプラズ
マの状態が安定したら、シャッター10を開けてガラス
基板11の表面にMgF2 薄膜を形成する。物理的膜厚
が100nmとなる時間が経過したら再びシャッター1
0を閉める。この時、予め成膜速度を計測しておき、シ
ャッター10を開閉する時間で膜厚を制御している。ま
た、スパッタ条件は石英ガラスの基板上に成膜したと
き、膜に吸収が生じない条件を用いている。
【0033】シャッター10を閉めてから、徐々にマグ
ネトロンスパッタリングカソード7にかけていたRF電
圧を落とし、プラズマを消失させる。同時に、基板ホル
ダー12の回転を止め、真空槽をリークする。この時点
で、ガラス基板11上には、基板側より1層目に物理的
膜厚20nmのSiO2 膜が、2層目に物理的膜厚10
0nmのMgF2 膜が形成されている。この2層薄膜の
付いた基板の吸収は、400nmの波長の光に対して
0.1%以下となる。比較のため、同じ基板にSiO2
膜を付けず、ここで示したものと同じ条件でMgF2
成膜したところ、400nmで6%以上の吸収を生じ
た。
【0034】本実施の形態によれば、ガラス基板上にM
gF2 をスパッタにて形成する前に、予め薄いSiO2
膜を形成したことにより、MgF2 の成膜時に発生する
ガラス基板と膜との境界に生じる吸収を最低限に抑える
ことができた。また、これによりガラス基板の材質によ
る膜の品質の違いを最低限に抑えることができる。さら
に、ここではSiO2 の膜厚を20nmと薄くしたこと
から、近似的にSiO 2 膜を無視してMgF2 単層の反
射防止膜として扱うことができる。実際に、BPH50
は屈折率が1.74と大きいため、屈折率の低いMgF
2 を膜材料とすると、単層でも効果の大きい反射防止膜
となる。
【0035】(実施の形態2)本実施の形態では、2つ
のマグネトロンスパッタリングカソードを持つスパッタ
リング装置を用いる。図3は、スパッタリング装置の真
空槽の内部構成を示す概略構成図である。
【0036】21はBPH50((株)オハラ製)のガ
ラス基板で、このガラス基板21上に多層膜を形成す
る。ガラス基板21は基板ホルダ22へ図3に示すよう
に、すなわち基板ホルダ22の下面で基板ホルダ22の
回転中心からずれた状態で取り付けられている。基板ホ
ルダ22は、2つのマグネトロンスパッタリングカソー
ド23,28に対してそれぞれ偏心した位置にあり、基
板ホルダ22が成膜時に回転することにより膜厚分布を
均一にする。
【0037】一方のマグネトロンスパッタリングカソー
ド23に取り付けられるターゲット24の材料はZrで
ある。26はマグネトロンスパッタリングカソード23
およびターゲット24を囲繞するターゲットシールドで
ある。27はターゲット24のシャッターである。もう
一方のマグネトロンスパッタリングカソード28に取り
付けられるターゲット29は多孔質のMgF2 であり、
膜材料自体の熱伝導は悪くなっている。30はマグネト
ロンスパッタリングカソード28およびターゲット29
を囲繞するターゲットシールドである。31はターゲッ
ト29のシャッターである。
【0038】2つのシャッター27,31は成膜を行う
場合にのみ開き、この開いている時間を制御することに
よって目的の膜厚を得る。2つのターゲットシールド2
6,30および2つのシャッター27,31は常に電位
がグランドレベルに保たれている。また、2つのターゲ
ット24,29は、それぞれ各マグネトロンスパッタリ
ングカソード23,28に取り付けられたバッキングプ
レートに接着されている。
【0039】以上の構成からなる装置を用いての製造方
法を以下に述べる。まず、ガラス基板21の表面を清浄
な状態にする。その後、ガラス基板21を図3に示すよ
うな状態、すなわちスパッタ装置の基板ホルダ22下面
で基板ホルダ22の回転中心からずれた位置に設置した
後、真空槽の排気を行う。10-4Pa程度の真空度が得
られた後、基板ホルダ22を回転させると同時に、真空
槽内に酸素とアルゴンとの混合ガスを導入して適当な圧
力を得る。
【0040】真空槽内の圧力が安定したら、マグネトロ
ンスパッタリングカソード23にDC電圧をかけてター
ゲット24の上にプラズマを発生させる。この時、まだ
シャッター27は閉じており、プレスパッタの状態とな
る。ターゲット24表面の酸化物などを落とすのに十分
な時間が経過し、プラズマが安定したらシャッター27
を開ける。スパッタされたZrは、ガラス基板21に付
くまでの間またはガラス基板21についてすぐに雰囲気
中にある酸素分子と結合し、ZrO2 となる。
【0041】光学膜厚(nd)が111nmとなる時間
が経過したら再びシャッター27を閉める。この時、予
め成膜速度が計測してあり、シャッター27を開閉する
時間で膜厚を制御している。また、シャッター27を閉
めてから徐々にマグネトロンスパッタリングカソード2
3にかけていたDC電圧を落とし、プラズマを消失させ
る。この時点で、ガラス基板21の上には膜厚111n
mのZrO2 膜が形成されたことになる。
【0042】次に、導入するガスを酸素に変え、0.4
Paの圧力を得る。真空槽内の圧力が安定したら、マグ
ネトロンスパッタリングカソード28にRF電圧をかけ
てターゲット29の上にプラズマを発生させる。この
時、まだシャッター31は閉じており、いわゆるプレス
パッタの状態となる。通常のプレスパッタはターゲット
表面の酸化物などを落とし、スパッタを安定させること
を主な目的として行うが、ここでは上述した目的の他、
スパッタ時にターゲット29が分子または分子群の状態
で跳びやすいようにターゲットの温度を上昇させる。
【0043】ターゲット29の温度が上昇して安定した
らシャッター31を開ける。この時のスパッタ条件は石
英ガラスの基板上に成膜したとき、MgF2 膜に吸収が
生じない条件を用いている。光学膜厚(nd)が111
nmとなる時間が経過したら再びシャッター31を閉め
る。この時、予め成膜速度が計測してあり、シャッター
31を開閉する時間で膜厚を制御している。また、シャ
ッター31を閉めてから徐々にマグネトロンスパッタリ
ングカソード28にかけていたRF電圧を落とし、プラ
ズマを消失させる。この時点で、ZrO2 膜の形成され
たガラス基板21上へ、さらに膜厚が111nmのMg
2 膜が形成されている。
【0044】以上の工程を繰り返し、ガラス基板21上
に交互にZrO2 膜とMgF2 膜とを形成し、最終的に
図4に示すような17層の多層膜を作成する。多層膜の
完成後、真空槽をリークして前記多層膜が表面に形成さ
れたガラス基板を取り出す。前記多層膜は波長444n
mで最大の反射率(99%以上)を示す高反射率のミラ
ーとなる。ZrO2 とMgF2 とは443nmで吸収を
持たないため、この波長の光を発振するレーザー(Cd
イオンレーザー)用のレーザ発信用ミラーとして利用で
きる。
【0045】本実施の形態によれば、ガラス基板上にま
ずZrO2 膜を形成したことで、MgF2 を形成する際
に生じるガラス基板側の損傷による吸収は発生しない。
さらに、ZrO2 およびMgF2 を形成する際、共にス
パッタリングを用いたことから、成膜に用いる装置は共
通であり、同じ真空槽内で極めてシンプルに多層膜を作
成できる。また、両ターゲットがバッキングプレートに
接着されていることから、実施の形態1のようにターゲ
ットが水平な位置を保たなくとも良く、真空槽内のマグ
ネトロンスパッタリングカソード位置を自由に変えるこ
とが可能である。
【0046】(実施の形態3)本実施の形態ではスパッ
タリング装置を用いる。図5は、スパッタリング装置の
真空槽の内部構成を示す概略構成図である。41はBS
L7((株)オハラ製)のガラス基板で、このガラス基
板41上に多層膜を形成する。ガラス基板41は基板ホ
ルダ42へ図5に示すように、すなわち基板ホルダ42
の下面で基板ホルダ42の回転中心からずれた位置に取
り付けられる。
【0047】基板ホルダ42は、マグネトロンスパッタ
リングカソード43に対して偏心した位置にあり、成膜
時に回転することによって膜厚分布を均一にする。マグ
ネトロンスパッタリングカソード43の上には膜材料を
載せるための皿44が載っている。皿44には膜材料を
載せるための複数のくぼみがあり、軸45を中心に回転
することで、マグネトロンスパッタリングカソード43
の上に来る膜材料を変えることができる。皿44には膜
材料としてMgF2 粉末,ZrO2 粉末およびAl2
3 粉末が載っている。また、皿44の材質は電気絶縁性
の高いセラミックスであり、マグネトロンスパッタリン
グカソード43の高電圧がかかっても問題のない構造と
なっている。
【0048】46はマグネトロンスパッタリングカソー
ド43および皿44内のターゲットを囲繞するターゲッ
トシールドである。47は皿44内のターゲットのシャ
ッターである。ターゲットシールド46およびシャッタ
ー47の電位はグラウンドレベルに保たれている。ま
た、48はスパッタ中の材料が他の膜材料に付くことを
防ぐための防着板である。
【0049】以上の構成からなる装置を用いての製造方
法を以下に述べる。まず、ガラス基板41の表面を清浄
な状態にする。その後、ガラス基板41を図5に示すよ
うな状態、すなわちスパッタ装置の基板ホルダ42下面
で基板ホルダ42の回転中心からずれた位置に設置した
後、真空槽の排気を行う。ここで、皿44を回転させる
ことでマグネトロンスパッタリングカソード43の上の
膜材料をAl2 3 にする。10-4Pa程度の真空度が
得られた後、基板ホルダー42を回転させると同時に、
真空槽内にArガスを導入して0.5Pa程度の圧力を
得る。
【0050】真空槽内の圧力が安定したら、マグネトロ
ンスパッタリングカソード43にRF電圧をかけて膜材
料(Al2 3 )の上にプラズマを発生させる。この
時、まだシャッター47は閉じており、プレスパッタの
状態となる。ターゲット表面の酸化物を落とすのに十分
な時間が経過し、プラズマが安定したらシャッター47
を開ける。光学膜厚(nd)が125nmとなる時間が
経過したら再びシャッター47を閉める。ここで、成膜
速度は予め計測してあるものとし、シャッター47を開
閉する時間で膜厚を制御している。これは、以降の膜の
形成においても同様である。
【0051】シャッター47を閉めてから徐々にマグネ
トロンスパッタリングカソード43にかけていたRF電
圧を落とし、プラズマを消失させる。この時点で、ガラ
ス基板41の上には光学膜厚(nd)が125nmのA
2 3 膜が形成されている。ここで、皿44を回転す
ることによりマグネトロンスパッタリングカソード43
の上にある膜材料をZrO2 に変更すると共に、ガスの
圧力を0.4Pa程度の圧力に変更する。真空槽内の圧
力が安定したら、マグネトロンスパッタリングカソード
43にRF電圧をかけて膜材料(ZrO2 )の上にプラ
ズマを発生させる。この時、まだシャッター47は閉じ
ており、プレスパッタの状態となる。
【0052】ターゲット表面の酸化物などを落とすのに
十分な時間が経過し、プラズマが安定したらシャッター
47を開ける。光学膜厚(nd)が250nmとなる時
間が経過したら再びシャッター47を閉める。シャッタ
ー47を閉めてから徐々にマグネトロンスパッタリング
カソード43にかけていたRF電圧を落とし、プラズマ
を消失させる。この時点で、ガラス基板41の上には光
学膜厚が125nmのAl2 3 膜と光学膜厚が250
nmのZrO2 とが形成されている。
【0053】次に、皿44を回転することによりマグネ
トロンスパッタリングカソード43の上にある膜材料を
MgF2 に変更すると共に、導入するガスを酸素に変更
してその圧力を0.4Pa程度とする。真空槽内の圧力
が安定したら、マグネトロンスパッタリングカソード4
3にRF電圧をかけてターゲットの上にプラズマを発生
させる。この時、まだシャッター47は閉じており、い
わゆるプレスパッタの状態となる。
【0054】通常のプレスパッタはターゲット表面の酸
化物などを落とし、スパッタを安定させることを主な目
的として行うが、ここでは前記の目的の他、スパッタ時
にターゲット材料が分子または分子群の状態で跳びやす
いようにターゲットの温度を上昇させる。ターゲットの
温度が上昇し、安定したらシャッター47を開ける。こ
の時のスパッタ条件は石英ガラスの基板上に成膜したと
きにMgF2 膜に吸収が生じない条件を用いている。
【0055】光学膜厚(nd)が125nmとなる時間
が経過したら再びシャッター47を閉める。また、シャ
ッター47を閉めてから徐々にマグネトロンスパッタリ
ングカソード43にかけていたRF電圧を落とし、プラ
ズマを消失させる。この時点で、Al2 3 ,ZrO2
およびMgF2 の三層反射防止膜が形成されたことにな
る。なお、ここで成膜した三層膜は可視域全体で反射率
が0.8%以下、特に500nmの波長の光に対しては
0.1%以下である反射防止膜となっている。
【0056】本実施の形態によれば、MgF2 を形成す
る際に発生する基板の損傷による吸収は、MgF2 より
も基板側に吸収の発生しにくいAl2 3 およびZrO
2 の膜が形成してあるために発生しない。それぞれの膜
の形成には同じマグネトロンスパッタリングカソードを
使用し、なおかつ電源を含めて成膜に使う装置が共通で
あり、装置の構成要素が少なくなっている。
【0057】(実施の形態4)本実施の形態は、前記実
施の形態2と同様な構成の2つのマグネトロンスパッタ
リングカソードを持つスパッタリング装置を用いるもの
である。前記実施の形態2と異なる点は、前記実施の形
態2におけるZrターゲット4をSiに置き換えた点の
みである。従って、この実施の形態では図3を用いて説
明を行う。
【0058】以上の構成からなる装置を用いての製造方
法を以下に述べる。まず、ガラス基板21の表面を清浄
な状態にする。その後、ガラス基板21を図3に示すよ
うな状態、すなわちスパッタ装置の基板ホルダ22下面
で基板ホルダ22の回転中心からずれた位置に設置した
後、真空槽の排気を行う。10-4Pa程度の真空度が得
られた後、基板ホルダ22を回転させると同時に、真空
槽内に酸素ガスを導入して0.6Paの圧力を得る。
【0059】真空槽内の圧力が安定したら、マグネトロ
ンスパッタリングカソード23にDC電圧をかけてター
ゲット24の上にプラズマを発生させる。この時、まだ
シャッター27は閉じており、プレスパッタの状態とな
る。プラズマが安定したら直ちにシャッター27を開け
る。スパッタされたSiおよびSiOX は、基板に付く
までの間または基板についてすぐに雰囲気中にある酸素
分子と結合し、SiO 2 となる。
【0060】光学膜厚(nd)が20nmとなる時間が
経過したら再びシャッター27を閉める。この時、予め
成膜速度が計測してあり、シャッター27を開閉する時
間で膜厚を制御している。また、シャッター27を閉じ
てから徐々にマグネトロンスパッタリングカソード23
にかけていたDC電圧を落とし、プラズマを消失させ
る。この時点で、ガラス基板21の上には、物理的膜厚
が20nmのSiO2 膜が形成されたことになる。
【0061】次に、導入ガス(酸素)の導入量を変え、
0.4Paの圧力を得る。真空槽内の圧力が安定した
ら、マグネトロンスパッタリングカソード28にRF電
圧をかけてターゲット29の上にプラズマを発生させ
る。この時、まだシャッター31は閉じており、いわゆ
るプレスパッタの状態となる。 通常のプレスパッタは
ターゲット表面の酸化物などを落とし、スパッタを安定
させることを主な目的として行うが、ここでは前記の目
的の他、スパッタ時にターゲット材料29が分子または
分子群の状態で跳びやすいようにターゲットの温度を上
昇させる。
【0062】ターゲット29の温度が上昇し、安定した
らシャッター31を開ける。この時のスパッタ条件は、
石英ガラスの基板上に成膜したときにMgF2 膜に吸収
が生じない条件を用いている。物理的膜厚が100nm
となる時間が経過したら再びシャッター31を閉める。
この時、予め成膜速度が計測してあり、シャッター31
を開閉する時間で膜厚を制御している。
【0063】また、シャッター31を閉めてから徐々に
マグネトロンスパッタリングカソード28にかけていた
RF電圧を落とし、プラズマを消失させる。この時点
で、SiO2 膜の形成されたガラス基板21上へさらに
膜厚が100nmのMgF2 膜が形成されている。膜の
完成後、真空槽をリークし、前記多層膜が表面に形成さ
れたガラス基板を取り出す。ここで成膜された2層膜
は、前記実施の形態1で形成された膜と同じ膜構成とな
っている。
【0064】本実施の形態によれば、ガラス基板上にま
ずSiO2 の膜を形成することで、MgF2 を形成する
際に生じる基板側の損傷による吸収を最小限に抑えるこ
とができた。この他、前記実施の形態1と同様な効果が
得られるが、前記実施の形態1と比べて各々の膜をスパ
ッタリング法によって形成したことから、タクトタイム
の大幅な短縮がなされた。また、両ターゲットがバッキ
ングプレートに接着されていることから、前記実施の形
態1のようにターゲットが水平な位置を保たなくともよ
く、真空槽内のマグネトロンスパッタリングカソード位
置を自由に変えることが可能である。
【0065】以上の説明によれば、以下に示す発明を把
握することもできる。すなわち、 (1) 基板の表面に酸化物薄膜を形成し、この酸化物
薄膜上にスパッタリング法によりMgF2 薄膜を形成す
ることを特徴とする光学薄膜の製造方法。 (2) 粒径0.1〜10mmの顆粒状のMgF2 から
なる膜原料を電極近傍に設け、該電極に高周波電圧を印
加することで前記膜原料上にプラズマを発生せしめ、こ
のプラズマにより前記膜原料の表面温度を上昇させると
ともに前記膜原料をスパッタリングしてMgF2 薄膜を
形成することを特徴とする(1)項記載の光学薄膜の製
造方法。 (3) SiまたはZr,Alなどの金属をターゲット
とし、少なくともO2 ガスを導入しながらスパッタリン
グするDC反応性スパッタリング法により前記酸化物薄
膜を形成することを特徴とする(1)項記載の光学薄膜
の製造方法。 (4) 空気側にスパッタリング法により形成されたM
gF2 薄膜を有し、このMgF2 薄膜よりも基板側に酸
化物薄膜を有することを特徴とする光学薄膜。 (5) SiO2 ,ZrO2 およびAl2 3 の少なく
とも一つを含む酸化物薄膜であることを特徴とする
(4)項記載の光学薄膜。 (6) SiまたはZr,Alなどの金属をターゲット
とし、少なくともO2 ガスを導入しながらスパッタリン
グするDC反応性スパッタリング法により形成した酸化
物薄膜であることを特徴とする(4)項記載の光学薄
膜。 (7) 粒径0.1〜10mmの顆粒状のMgF2 から
なる膜原料を電極近傍に設け、該電極に高周波電圧を印
加することで前記膜原料上にプラズマを発生せしめ、こ
のプラズマにより前記膜原料の表面温度を上昇させると
ともに前記膜原料をスパッタリングして形成したMgF
2 薄膜であることを特徴とする(4)項記載の光学薄
膜。 (8) 反射防止膜であることを特徴とする(4)項記
載の光学薄膜。 (9) ミラー膜であることを特徴とする(4)項記載
の光学薄膜。 (10) 顆粒状の材料をターゲットとし、スパッタリ
ング法により基板表面に薄膜を形成する薄膜の製造装置
において、前記顆粒状の材料の収納部を複数有して回転
可能に構成した皿を具備することを特徴とする薄膜の製
造装置。
【0066】
【発明の効果】本発明は、MgF2 光学薄膜をスパッタ
リング法により製造する際に生じる基板と膜との境界に
おける吸収を抑えることができる。これにより、事実
上、スパッタリング法により吸収のないMgF2 薄膜を
製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1を示す概略構成図である。
【図2】実施の形態1を示す概略構成図である。
【図3】実施の形態2を示す概略構成図である。
【図4】実施の形態2を示す図表である。
【図5】実施の形態3を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1 蒸着源 2,10 シャッター 3,11 ガラス基板 4 回転ドーム 5 加熱ヒーター 6 膜厚計 7 マグネトロンスパッタリングカソード 8 ターゲット材料 9 ターゲットシールド 12 基板ホルダー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02B 5/08 G02B 5/26 5/26 1/10 A (72)発明者 池田 浩 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 浦田 憲和 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 生水 利明 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 (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の表面にSiO2 ,ZrO2 および
    Al2 3 のうちの少なくとも一つを含む酸化物薄膜を
    形成し、この酸化物薄膜上にスパッタリング法によりM
    gF2 薄膜を形成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0.1〜10mmの顆粒状のMgF
    2 からなる膜原料を電極近傍に設け、この電極に交流電
    圧を印加することにより前記膜原料上にプラズマを発生
    せしめ、このプラズマにより前記膜原料の表面温度を上
    昇させるとともに前記膜原料をスパッタリングしてMg
    2 薄膜を形成することを特徴とする請求項1記載の光
    学薄膜の製造方法。
  3. 【請求項3】 Siまたは金属をターゲットとし、少な
    くともO2 ガスを導入しながらスパッタリングする反応
    性スパッタリング法により前記酸化物薄膜を形成するこ
    とを特徴とする請求項1記載の光学薄膜の製造方法。
  4. 【請求項4】 空気側から第1層目がスパッタリング法
    により形成されたMgF2 薄膜であり、第2層目がSi
    2 ,ZrO2 およびAl2 3 のうちの少なくとも一
    つを含む酸化物薄膜を設けたことを特徴とする光学薄
    膜。
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