JPH0985874A

JPH0985874A - 光学薄膜およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0985874A
Application number: JP7273511A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Yokoyama; 晃彦横山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 1997-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】光学薄膜の内部応力を低減して基板の曲がり
や膜剥れを防ぐ。【解決手段】光学薄膜は２は、基板１上に交互に積層
された複数層の高屈折率材料の薄膜１０と低屈折率材料
の薄膜２０を有し、各薄膜１０，２０は、その成膜中に
成膜方法を変えるかあるいは同じ成膜方法で成膜条件を
変えて成膜された下半部１１，２１と上半部１２，２２
を有し、各薄膜１０，２０内で上半部１１，２１の内部
応力と下半部１２，２２の内部応力が圧縮応力と引張応
力の組み合わせになるように成膜される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に成膜され
た単層あるいは多層の薄膜からなる高反射膜、フィル
タ、反射防止膜、ハーフミラー等の光学薄膜およびその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】基板上に真空蒸着法やスパッタ法等によ
って成膜された単層あるいは多層の薄膜からなる高反射
膜、フィルタ、反射防止膜、ハーフミラー等の光学薄膜
は、各薄膜の内部応力のために基板の表面に引張力ある
いは圧縮力が作用して基板が歪んだり、光学薄膜全体あ
るいはその一部分が剥がれる等のトラブルを発生する。
これを防ぐために、従来、基板の両面に薄膜を成膜する
ことでその内部応力によって基板に作用する力を釣り合
わせる方法（特公昭６２−１８８８１号公報、特開平５
−１２７０１８号公報参照）や、薄膜の内部応力によっ
て発生する基板の歪と逆向きで同量の歪を予め基板に与
えておく方法（特開昭５８−１１３９０１号公報参照）
や、内部応力が圧縮応力である薄膜と内部応力が引張応
力である薄膜を組み合わせて多層膜全体の内部応力を低
減する方法（特開平２−１２７６０１号公報）等が開発
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、基板の両面に成膜する方法は基板の片
面のみに光学薄膜を必要とする場合には不適であり、基
板に予め歪を与えておく方法は基板を変形させる工程が
付加されるために工程数が増えて生産性の低下を招く。

【０００４】また、圧縮応力を内部応力とする薄膜と引
張応力を内部応力とする薄膜を組み合わせて多層膜を製
作する方法は、多層膜全体の内部応力が低減されるため
に基板の表面を歪ませるおそれはないが、基板とこれに
接する第１層の薄膜の間が該薄膜の内部応力のために剥
がれやすく、また、引張応力を内部応力とする薄膜と圧
縮応力を内部応力とする薄膜が接する部分においても応
力差のために膜剥がれが発生しやすい。加えて、この方
法は単層の光学薄膜には適用できないという不都合があ
る。

【０００５】本発明は、上記従来の技術の有する問題点
に鑑みてなされたものであって、光学薄膜の内部応力を
該光学薄膜を構成する各薄膜内で相殺し、前記内部応力
のために基板等が歪んだり膜剥がれが発生する等のトラ
ブルを効果的に回避できる高性能でしかも安価な光学薄
膜およびその製造方法を提供することを目的とするもの
であるの。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光学薄膜は、基体に成膜された少なくとも
１層の薄膜を有し、該薄膜の内部応力が、その膜厚方向
に圧縮応力から引張応力またはこの逆に変化しているこ
とを特徴とする。

【０００７】光学薄膜の平面度が干渉縞の変化量±１０
本以下になるように前記光学薄膜全体の内部応力が低減
されているとよい。

【０００８】光学薄膜の表面層が、ＤＣアークプラズ
マ、ＲＦイオンプレーティングまたはイオンアシストを
用いた成膜方法によって成膜されたものであるとよい。

【０００９】本発明の光学薄膜の製造方法は、基体の表
面に少なくとも１層の薄膜を成膜する工程を有し、該工
程中に成膜方法および成膜条件の少なくとも一方を変え
ることで、前記薄膜の内部応力をその膜厚方向に圧縮応
力から引張応力またはこの逆に変化させることを特徴と
する。

【００１０】

【作用】薄膜の成膜中に成膜方法および成膜条件の少な
くとも一方を変えることで薄膜の内部応力を膜厚方向に
圧縮応力から引張応力またはこの逆に変化させることが
できる。このように薄膜の内部応力をその膜厚方向に変
化させて薄膜内部で相殺し、光学薄膜全体の内部応力を
許容値以下に低減する。

【００１１】光学薄膜が多層膜である場合には、各薄膜
の内部応力を膜厚方向に圧縮応力から引張応力またはこ
の逆に変化させて、各薄膜ごとの内部応力を許容値以下
に相殺する。このようにして光学薄膜全体の内部応力
を、例えば光学薄膜の平面度が干渉縞の変化量±１０本
以下になるまで低減し、前記内部応力のために基板が歪
んだり膜剥がれが発生する等のトラブルを回避する。

【００１２】光学薄膜を構成する各薄膜ごとに内部応力
が許容値以下に低減されているため、基体に接する薄膜
が基体から剥がれたり薄膜どうしが膜剥がれを起こすお
それがないうえに、基体の片面に成膜する場合にも適用
可能であり、また、基体を予め変形させておく必要もな
い。従って、薄膜の内部応力のために基体が歪んだり膜
剥がれを起こす等のトラブルを効果的に回避できるうえ
に製造コストが高騰することもなく、高性能で安価な光
学薄膜を実現できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００１４】図１は一実施例による光学薄膜の膜構成を
示し、これは、基体である基板１上に高屈折率材料の薄
膜１０と低屈折率材料の薄膜２０を交互に所定数ずつ積
層して所定の光学特性を有する光学薄膜２を形成したも
のである。高屈折率材料の薄膜１０は、それぞれ、所定
の成膜方法で所定の成膜条件のもとに内部応力が引張応
力になるように成膜された下半部１１と、同じ成膜方法
で例えばイオンアシストを付加する等成膜条件を変える
ことで内部応力が圧縮応力になるように成膜された上半
部１２からなり、同様に低屈折率材料の薄膜２０も、そ
れぞれ、所定の成膜方法で所定の成膜条件のもとに内部
応力が引張応力になるように成膜された下半部２１と、
同じ成膜方法で例えばイオンアシストを付加する等成膜
条件を変えることで内部応力が圧縮応力になるように成
膜された上半部２２からなる。

【００１５】このように、各薄膜１０，２０を成膜する
工程中に成膜条件を変えることで、各薄膜１０，２０の
下半部１１，２１と上半部１２，２２に互に逆向きの内
部応力を発生させてこれらを相殺し、各薄膜１０，２０
の内部応力が許容値以下になるように成膜する。各薄膜
１０，２０の内部応力の許容値は、光学薄膜２全体の内
部応力の許容値に基づいて設定される。例えば、レーザ
光を用いた干渉計によって光学薄膜２の表面の平面度を
測定した場合に干渉縞の変化量が±Ｎ本以下であるため
には、以下の式を用いて光学薄膜２全体の内部応力の許
容値σ₀ を算出し、これを各薄膜１０，２０に割り当て
たものを各薄膜１０，２０の内部応力の許容値σとす
る。

【００１６】

【数１】Ｅ：基板のヤング率Ｄ：基板の厚み ν：基板のポアソン比Ｌ：基板の長さ λ：干渉計測定光の波長Ｎ：干渉縞の変化量式（１）によって、例えば、光学薄膜２の平面度が波長
６３３ｎｍのレーザ光を用いた干渉縞の変化量±１０本
以下であるための光学薄膜２全体の内部応力の許容値σ
₀ を算出し、これを、光学薄膜２の層数で除したものが
各薄膜１０，２０の内部応力の許容値σとなる。

【００１７】各薄膜１０，２０の下半部の膜厚ｄ₁ と上
半部の膜厚ｄ₂ は以下の連立方程式を解くことで求めら
れる。

【００１８】ｄ＝ｄ₁ ＋ｄ₂ ・・・・・（２） σ＝（σ₁ ｄ₁ ＋σ₂ ｄ₂ ）／（ｄ₁ ＋ｄ₂ ）・・・・（３）ここで、ｄ：各薄膜１０，２０の全体の膜厚 σ₁ ：各薄膜１０，２０の下半部の内部応力 σ₂ ：各薄膜１０，２０の上半部の内部応力なお、内部応力σ₀ ，σ，σ₁ ，σ₂ が引張応力である
ときは正の値、圧縮応力であるときは負の値で表わされ
る。

【００１９】このように、基板に成膜される各薄膜ごと
に成膜中に成膜条件を変えるだけで各薄膜の内部で内部
応力を相殺するものであるため、基板を予め歪ませてお
く場合のように光学薄膜の製造工程数が増えて光学薄膜
が高コスト化するおそれはない。すなわち、薄膜の内部
応力のために基板が歪んだり、膜剥れを起す等のトラブ
ルを回避して高性能でしかも安価な光学薄膜を得ること
ができる。また、光学薄膜が単層である場合や、基板の
片面のみに光学薄膜を設ける場合に不都合を生じること
はない。

【００２０】なお、各薄膜を成膜中に成膜条件を変える
替わりに成膜方法を変えてもよい。さらに、成膜条件や
成膜方法を変える回数は１回に限らず、何回でもよい。

【００２１】また、各薄膜を成膜する材料としては、Ｍ
ｇＦ₂ 、ＺｒＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、
Ｔａ₂ Ｏ₅ 、ＨｆＯ₂ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、ＳｎＯ₂ 、ＺｎＳ等
任意のものを用いることができる。

【００２２】（第１具体例）基板として厚みが０．５ｍ
ｍと薄い光学ガラスを用い、該ガラス基板上に高屈折率
材料として混合物質Ａ（ＺｒＯ₂ ／ＴｉＯ₂ ＝６／１）
からなる層を高屈折率層とし、ＭｇＦ₂ からなる層を低
屈折率層とし、それぞれを交互に合計４０層積層し、６
３３ｎｍを中心波長とする光学薄膜である誘電体高反射
積層膜を形成する。この光学薄膜の平面度を表す干渉縞
の変化量が、６３３ｎｍのレーザ光を利用した干渉計に
おいて、完全平面を基準として、±１０本以下であれ
ば、光学薄膜の内部応力が充分小さくて基板が歪んだり
膜剥がれを生じるおそれはない。

【００２３】そこで、高屈折率層、低屈折率層それぞれ
の成膜時に、予め以下の要領で求めておいた２種類の成
膜方法でそれぞれ設定された膜厚に成膜した。これによ
って、誘電体高反射積層膜全体の応力による干渉縞の変
化量が９．６本で、薄膜の内部応力に起因する基板の変
形が極めて少なく、面精度の良好な誘電体高反射鏡が得
られた。

【００２４】誘電体高反射積層膜全体で干渉縞の変化量
を±１０本以下にするためには、式（１）から、誘電体
高反射積層膜全体の応力値を６．８×１０⁶ ｎ／ｍ² 以
下にしなければならない。各層の成膜時の条件のばらつ
き等を考慮すると、式（２）、式（３）から各層の応力
値をほぼ０ｎ／ｍ² を目標とすればよいことが判る。

【００２５】高屈折率層の下半部は、電子銃加熱の通常
の蒸着法（以下、「ＥＢ法」という。）によって成膜さ
れた部分であり、また、高屈折率層の上半部は、ＥＢ法
成膜中に上記基板に向けてＡｒイオン照射を同時に行な
うイオンアシスト成膜方法（以下、「ＩＡＤ法」とい
う。）によって成膜された部分であり、それぞれ成膜圧
力、成膜速度、成膜温度は以下の表１に示す通りであっ
た。この条件で成膜した混合物質Ａの応力値を予め測定
したのが表１中の応力の数値である。

【００２６】表１の条件ではＥＢ法で成膜された混合物
質膜は引張応力＋２．０×１０⁸ ｎ／ｍ² 、ＩＡＤ法で
成膜された混合物質膜は圧縮応力−２．０×１０⁸ ｎ／
ｍ²であるので、高屈折率層の応力値をほぼσ＝０ｎ／
ｍ² とするには、高屈折率層においてＥＢ法、ＩＡＤ法
による下半部と上半部の膜厚比を概略１：１にすればよ
いことが判る。

【００２７】同様に、低屈折率層の下半部はＥＢ法によ
り成膜された部分であり、また、低屈折率層の上半部
は、ＩＡＤ法で成膜された部分であり、それぞれ成膜圧
力、成膜速度、成膜温度は以下の表２に示す通りであっ
た。この条件で成膜したＭｇＦ₂ の応力値を予め測定し
たものが表２の応力の数値である。

【００２８】表２の条件ではＥＢ法で成膜されたＭｇＦ
₂ 膜は引張応力＋２．２５×１０⁸ｎ／ｍ² 、ＩＡＤ法
で成膜されたＭｇＦ₂ 膜は圧縮応力−１．５×１０⁸ ｎ
／ｍ² であるので、式（２）および式（３）より、低屈
折率層の応力をほぼσ＝０ｎ／ｍ² とするには、低屈折
率層においてＥＢ法、ＩＡＤ法による下半部と上半部の
それぞれの膜厚比をほぼ２：３にすればよいことが判
る。

【００２９】また上記規格の光学薄膜の、各層の成膜法
と膜厚は表３に示す通りである。

【００３０】作成された光学薄膜の分光反射率曲線は図
２に示すように、波長６３３ｎｍを中心とし、６３３ｎ
ｍでの反射率９９％以上、かつ、作成された誘電体高反
射積層膜全体の応力による干渉縞の変化量が９．６本と
なり、膜の応力により発生する基板の変形が極めて少な
く、面精度の良好な誘電体高反射鏡が得られた。

【００３１】また、この誘電体高反射積層膜は空気と接
する最外層が、ＩＡＤ法で成膜されているため、機械的
試験（こすり試験）、高温高湿試験、溶剤浴試験の結果
は表４に示すようにＥＢ法のみにより成膜した場合より
良好な結果を示した。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】層番号：基板側から１，２，３，．．．．，３８，３９，４０

【００３５】

【表４】ＥＢ法による膜：本具体例と同一材料、構成でＥＢ法のみで作成こすり試験：レンズクリーニング紙３００ｇ荷重１０往復高温高湿試験：７０度８５％５００時間溶剤浴試験：エタノール１００時間（第２具体例）極めて薄い透明ガラス基板（厚み０．１
ｍｍ）上に高屈折率材料としてＴｉＯ₂ からなる層を高
屈折率層Ｔとし、低屈折率材料としてＳｉＯ₂ からなる
層を低屈折率層Ｓとして、ＴＳ（ＴＳ）⁸ ＴＳの膜構成
で積層し、波長６００ｎｍにおいて透過率が６０％、波
長６２０ｎｍ以上において透過率８５％以上、波長４５
０ｎｍ〜５６０ｎｍにおいて透過率５％以下、波長６３
３ｎｍのレーザ光干渉計（分解能０．０１本）による完
全平面を基準とした干渉縞の変化が無い光学薄膜である
赤透過フィルタ膜を形成する。

【００３６】赤透過フィルタ膜全体で、干渉縞の変化量
±０本とするためには、干渉計の干渉縞分解能以下の応
力値、すなわち、赤透過フィルタ膜全体で応力値を３．
５×１０² ｎ／ｍ² 以下にしなければならない。式
（２）および式（３）によって各層の応力値をほぼ０ｎ
／ｍ² を目標とすればよいことが判る。

【００３７】そこで、高屈折率層、低屈折率層それぞれ
の成膜時に、予め以下の要領で求めておいた２種類の成
膜方法、成膜条件でそれぞれ求めた膜厚に成膜すること
で、赤透過フィルタ膜全体の応力による干渉縞の変化
が、±０本となり、膜の応力により発生する基板の変形
がなく、面精度の変化のない赤透過フィルタが得られ
た。

【００３８】高屈折率層の下半部はＥＢ法により成膜さ
れ、高屈折率層の上半部は、ＥＢ法成膜中にＲＦプラズ
マを発生させることを同時に行なうＲＦイオンプテーテ
ィング成膜方法（以下、「ＲＦＩＰ法」という。）で成
膜された部分であり、それぞれ成膜圧力、成膜速度、成
膜温度は以下の表５に示した条件で成膜されている。こ
の条件で成膜したＴｉＯ₂ の応力値を予め測定したのが
表５中の応力の数値である。

【００３９】表５の条件ではＥＢ法で成膜されたＴｉＯ
₂ の下半部は引張応力＋２．０×１０⁸ ｎ／ｍ² 、ＲＦ
ＩＰ法で成膜されたＴｉＯ₂ の上半部は圧縮応力−２．
０×１０⁸ ｎ／ｍ² である。高屈折率層の応力をσ＝０
ｎ／ｍ² とするには、高屈折率層においてＥＢ法、ＲＦ
ＩＰ法によって成膜される部分のそれぞれの膜厚比を
１：１にすればよいことが判る。

【００４０】同様に、低屈折率層の下半部はＩＡＤ法に
より成膜された部分であり、低屈折率層の上半部は、同
じＩＡＤ法で成膜速度を変えて成膜する。それぞれ成膜
圧力、成膜速度、成膜温度は以下の表６に示した条件で
成膜されている。この条件で成膜したＳｉＯ₂ 膜の応力
値を予め測定したのが表６中の応力の数値である。

【００４１】表６の条件ではＳｉＯ₂ の下半部は引張応
力＋１×１０⁸ ｎ／ｍ² 、ＳｉＯ₂の上半部は圧縮応力
−１×１０⁸ ｎ／ｍ² であるので、低屈折率層の応力を
σ＝０ｎ／ｍ² とするには、低屈折率層の下半部と上半
部の膜厚比を１：１にすればよいことが判る。

【００４２】また、上記規格の赤透過フィルタ膜の、各
層の成膜方法と膜厚は表７のとおりである。

【００４３】このように作成された赤外線フィルタ膜の
分光透過率曲線は図３のように、６００ｎｍでの透過率
が６０％であり、６２０ｎｍ以上において透過率８５％
以上、４５０ｎｍ〜５６０ｎｍにおいて透過率５％以下
であり、また、赤透過フィルタ全体の応力による干渉縞
の変化がなく、従って、膜の応力により発生する基板の
変形のおそれがなくて、基板面精度に変化をきたさない
赤透過フィルタが得られた。

【００４４】また、この赤外線フィルタ膜は空気と接す
る最外層がＲＦＩＰ法で成膜されているため、機械的試
験（こすり試験）、高温高湿試験、溶剤浴試験の結果は
表８のようにＥＢ法にのみにより成膜したものよりも良
好な結果を示した。

【００４５】

【表５】

【００４６】

【表６】

【００４７】

【表７】層番号：基板側から１，２，３，．．．．，３８，３９，４０

【００４８】

【表８】ＥＢ法による膜：本具体例と同一材料、構成でＥＢ法のみで作成こすり試験：レンズクリーニング紙３００ｇ荷重１０往復高温高湿試験：７０度８５％５００時間溶剤浴試験：エタノール１００時間（第３具体例）透明樹脂基板（厚み０．２ｍｍ）にＡｌ
₂ Ｏ₃ からなる中間屈折率層Ｍ、混合物質Ａからなる高
屈折率層Ｈ、ＭｇＦ₂ からなる低屈折率層Ｌを基体側か
らＭ／Ｈ／Ｌの様に積層し、６３３ｎｍレーザー光干渉
計による完全平面を基準とした干渉縞の変化が±５本以
下の光学薄膜である可視光反射防止膜を形成した。

【００４９】このとき、中間屈折率層、高屈折率層、低
屈折率層それぞれの成膜時に、予め以下の要領で求めて
おいた２種類の成膜方法、成膜条件でそれぞれ求めた膜
厚に成膜することで、反射防止膜全体の応力による干渉
縞の変化が４．５本となり、膜の応力により発生する樹
脂基板の変形がなく、面精度の良好な反射防止の施され
た光学部品が得られた。

【００５０】反射防止膜全体で干渉縞の変化量を±５本
以下とするためには、反射防止膜全体の応力値を３．４
×１０⁶ ｎ／ｍ² 以下にしなければならない。従って、
各層の応力値をほぼ０ｎ／ｍ² にすることを目標とすれ
ばよい。

【００５１】中間屈折率層の下半部はＥＢ法により成膜
され、中間屈折率層の上半部は、ＥＢ法成膜中にＤＣア
ークプラズマを発生させることを同時に行なうＤＣイオ
ンプテーティング成膜方法（以下、「ＤＣＩＰ法」とい
う。）で成膜された部分であり、それぞれ成膜圧力、成
膜速度、成膜温度は以下の表９に示した条件で成膜され
る。この条件で成膜したＡｌ₂ Ｏ₃ の応力値を予め測定
したのが表９中の応力の数値である。

【００５２】表９の条件でＥＢ法によって成膜されたＡ
ｌ₂ Ｏ₃ の下半部は引張応力＋１．０×１０⁸ ｎ／ｍ
² 、ＤＣＩＰ法で成膜されたＡｌ₂ Ｏ₃ の上半部は圧縮
応力−２．０×１０⁸ ｎ／ｍ² であるので、中間屈折率
層の応力をほぼσ＝０ｎ／ｍ²とするには、中間屈折率
層における下半部と上半部のそれぞれの膜厚比を２：１
にすればよいことが判る。

【００５３】高屈折率層の下半部はＩＡＤ法により成膜
され、高屈折率層の上半部は、同じＩＡＤ法で成膜速度
と成膜圧力を変えて成膜された部分であり、それぞれ成
膜圧力、成膜速度、成膜温度は以下の表１０に示した条
件で成膜されている。この条件で成膜した混合物質Ａの
応力値を予め測定したのが表１０中の応力の数値であ
る。

【００５４】表１０の条件では、混合物質Ａの下半部は
引張応力＋５．０×１０⁷ ｎ／ｍ²、混合物質Ａの上半
部は圧縮応力−１．５×１０⁸ ｎ／ｍ² であるので、高
屈折率層の応力をほぼσ＝０ｎ／ｍ² とするには、高屈
折率層の下半部と上半部のそれぞれの膜厚比を３：１に
すればよいことが判る。

【００５５】同様に低屈折率層の下半部は、ＩＡＤ法に
より成膜された部分であり、また、低屈折率層の上半部
は、同じＩＡＤ法で成膜速度と成膜圧力を変えて成膜す
る。それぞれ成膜圧力、成膜速度、成膜温度は以下の表
１１に示した条件で成膜されている。この条件で成膜し
たＭｇＦ₂ 膜の応力値を予め測定したのが表１１中の応
力の数値である。

【００５６】表１１の条件では、ＭｇＦ₂ の下半部は引
張応力＋３．０×１０⁸ ｎ／ｍ² 、上半部は圧縮応力−
１．５×１０⁸ ｎ／ｍ² であるので、低屈折率層の応力
をほぼσ＝０ｎ／ｍ² とするには、低屈折率層の下半部
と上半部のそれぞれの膜厚比を２：１にすればよいこと
が判る。

【００５７】また、上記規格の可視光反射防止膜の、各
層の成膜法と膜厚は表１２のとおりである。

【００５８】このようにして作成された可視光反射防止
膜の分光反射率曲線は図４のようになり、良好な反射防
止効果のある光学部品が得られることが判る。この反射
防止膜の応力による面変形からの干渉縞の変化量は４．
５本となり、膜の応力により発生する光学部品の面精度
の変化が極めて少ないものが得られた。

【００５９】また、この反射防止膜は空気と接する最外
層がＩＡＤ法で成膜されているため、機械的試験（こす
り試験）、高温高湿試験、溶剤浴試験の結果は表１３の
ようにＥＢ法のみにより成膜したものよりも良好な結果
を示した。

【００６０】

【表９】

【００６１】

【表１０】

【００６２】

【表１１】

【００６３】

【表１２】層番号：基板側から１，２，３，４，５，６

【００６４】

【表１３】ＥＢ法による膜：本具体例と同一材料、構成でＥＢ法のみで作成こすり試験：レンズクリーニング紙３００ｇ荷重１０往復高温高湿試験：７０度８５％５００時間溶剤浴試験：エタノール１００時間（第４具体例）非常に薄い透明ガラス基板（厚み０．５
ｍｍ）に、ＭｇＦ₂ からなる低屈折率膜を成膜し、単層
反射防止膜全体で６３３ｎｍレーザ光による完全平面を
基準とした干渉縞の変化量が±０本の光学薄膜である可
視光単層反射防止膜を形成した。

【００６５】このとき、低屈折率層成膜時に、予め以下
の要領で求めておいた２種類の成膜方法、成膜条件でそ
れぞれ求めた膜厚に成膜することで、反射防止膜全体の
応力による干渉縞の変化量を±０本以下とするために
は、反射防止膜全体で応力値を１．２×１０³ ｎ／ｍ²
以下にしなければならない。式（２）および式（３）か
ら反射防止膜の応力値をほぼ０ｎ／ｍ² を目標とすれば
よいことが判る。

【００６６】低屈折率層の下半部はＩＡＤ法により成膜
され、また、低屈折率層の上半部は同じＩＡＤ法で成膜
温度を変えて成膜された部分であり、それぞれ成膜圧
力、成膜速度、成膜温度は以下の表１４に示した条件で
成膜されている。この条件で成膜したＭｇＦ₂ の応力値
を予め測定したのが表１４中の応力の数値である。

【００６７】表１４の条件ではＭｇＦ₂ の下半部は引張
応力＋３．０×１０⁸ ｎ／ｍ² 、ＭｇＦ₂ の上半部は圧
縮応力−１．０×１０⁸ ｎ／ｍ² であるので、低屈折率
層の下半部と上半部のそれぞれの膜厚比を１：３にすれ
ばよいことが判る。

【００６８】このようにして作成された反射防止膜の分
光反射率曲線は図５のようになり、良好な反射防止効果
のある光学部品が得られた。作成された反射防止膜全体
の応力による干渉縞の変化が、±０本となり、膜の応力
により発生する基板面精度の変化がないものが得られ
た。

【００６９】また、この反射防止膜は空気と接触する最
外層がＩＡＤ法で成膜されているため、機械的試験（こ
すり試験）、高温高湿試験、溶剤浴試験の結果は表１６
のようにＥＢ法のみにより成膜したものよりも良好な結
果を示した。

【００７０】

【表１４】

【００７１】

【表１５】

【００７２】

【表１６】ＥＢ法による膜：本具体例と同一材料、構成でＥＢ法のみで作成こすり試験：レンズクリーニング紙３００ｇ荷重１０往復高温高湿試験：７０度８５％５００時間溶剤浴試験：エタノール１００時間（第５具体例）極めて薄い透明ガラス基板（厚み０．１
ｍｍ）上に、Ｔａ₂ Ｏ₅ からなる層を高屈折率層Ｔと
し、ＳｉＯ₂ からなる層を低屈折率層Ｓとし、ＴＳＴＳ
の膜構成で積層し、４５度入射光において、波長４５０
〜６５０ｎｍで反射率４０〜６０％の光学薄膜であるハ
ーフミラー膜で、６３３ｎｍレーザ光干渉計による完全
平面を基準とした干渉縞の変化量が±１本以下のものを
形成した。

【００７３】このとき、高屈折率層、低屈折率層それぞ
れの成膜時に、予め以下の要領で求めておいた２種類の
成膜方法、成膜条件でそれぞれ求めた膜厚に成膜するこ
とで、ハーフミラー膜全体の応力による干渉縞の変化量
を±１本以下とするためには、ハーフミラー膜全体で応
力値を１．２×１０³ ｎ／ｍ² 以下にしなければならな
い。式（２）および式（３）からハーフミラー膜の各層
の応力値をほぼ０ｎ／ｍ² を目標とすればよいことが判
る。

【００７４】高屈折率層の下半部はＥＢ法により成膜さ
れ、また、高屈折率層の上半部はＩＡＤ法で成膜され
る。それぞれ成膜圧力、成膜速度、成膜温度は以下の表
１７に示した条件で成膜されている。この条件で成膜し
たＴａ₂ Ｏ₅ の応力値を予め測定したのが表１７中の応
力の数値である。

【００７５】表１７の条件ではＴａ₂ Ｏ₅ の下半部は引
張応力＋２．０×１０⁸ ｎ／ｍ² 、Ｔａ₂ Ｏ₅ の上半部
は圧縮応力−２．０×１０⁸ ｎ／ｍ² であるので、高屈
折率層の応力をほぼσ＝０ｎ／ｍ² とするには、高屈折
率層の下半部と上半部のそれぞれの膜厚比を１：１にす
ればよいことが判る。

【００７６】同様に、低屈折率層の下半部はＩＡＤ法に
より成膜された部分であり、また、低屈折率層の上半部
は同じＩＡＤ法で成膜速度を変えて成膜する。それぞれ
成膜圧力、成膜速度、成膜温度は以下の表２０に示した
条件で成膜されている。この条件で成膜したＳｉＯ₂ 膜
の応力値を予め測定したのが表１８中の応力の数値であ
る。

【００７７】表１８の条件では、ＳｉＯ₂ の下半部の引
張応力＋１．５×１０⁸ ｎ／ｍ² 、上半部は圧縮応力−
２．５×１０⁸ ｎ／ｍ² であるので、低屈折率層をほぼ
σ＝０ｎ／ｍ² とするには、低屈折率層の下半部と上半
部のそれぞれの膜厚比を５：３にすればよいことが判
る。

【００７８】また、上記規格のハーフミラー膜の各層の
成膜方法と膜厚は表１９のとおりである。

【００７９】このようにして作成されたハーフミラー膜
の分光透過率曲線は図６に示す。この図から、上記規格
を満足するハーフミラー膜であることが判る。作成され
たハーフミラー膜全体の応力による干渉縞の変化は、±
０．７本であり、膜の応力により発生する基板の変形が
ほとんどなく、基板面精度の良好なハーフミラー膜が得
られた。

【００８０】また、このハーフミラー膜は空気と接する
最外層がＩＡＤ法で成膜されているため、機械的試験
（こすり試験）、高温高湿試験、溶剤浴試験の結果は表
２０のようにＥＢ法のみにより成膜したものよりも良好
な結果を示した。

【００８１】

【表１７】

【００８２】

【表１８】

【００８３】

【表１９】層番号：基板側から１，２，３，・・・，７，８

【００８４】

【表２０】ＥＢ法による膜：本具体例と同一材料、構成でＥＢ法のみで作成こすり試験：レンズクリーニング紙３００ｇ荷重１０往復高温高湿試験：７０度８５％５００時間溶剤浴試験：エタノール１００時間

【００８５】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。

【００８６】光学薄膜の内部応力を光学薄膜を構成する
各薄膜内で相殺し、前記内部応力のために基板等が歪ん
だり薄膜剥がれを起こすおそれのない高性能でしかも安
価な光学薄膜を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例による光学薄膜の膜構成を示すもので
ある。

【図２】第１具体例の光学特性を示すグラフである。

【図３】第２具体例の光学特性を示すグラフである。

【図４】第３具体例の光学特性を示すグラフである。

【図５】第４具体例の光学特性を示すグラフである。

【図６】第５具体例の光学特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１基板２光学薄膜１０高屈折率層の薄膜２０低屈折率層の薄膜

───────────────────────────────────────────────────── 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 1/10 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体に成膜された少なくとも１層の薄膜
を有し、該薄膜の内部応力が、その膜厚方向に圧縮応力
から引張応力またはこの逆に変化していることを特徴と
する光学薄膜。
【請求項２】基体に積層された複数層の薄膜を有し、
各薄膜の内部応力が、その膜厚方向に圧縮応力から引張
応力またはこの逆に変化していることを特徴とする光学
薄膜。
【請求項３】光学薄膜の平面度が干渉縞の変化量±１
０本以下になるように前記光学薄膜全体の内部応力が低
減されていることを特徴とする請求項１または２記載の
光学薄膜。
【請求項４】光学薄膜の表面層が、ＤＣアークプラズ
マ、ＲＦイオンプレーティングまたはイオンアシストを
用いた成膜方法によって成膜されたものであることを特
徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の光学薄
膜。
【請求項５】基体の表面に少なくとも１層の薄膜を成
膜する工程を有し、該工程中に成膜方法および成膜条件
の少なくとも一方を変えることで、前記薄膜の内部応力
をその膜厚方向に圧縮応力から引張応力またはこの逆に
変化させることを特徴とする光学薄膜の製造方法。
【請求項６】基体の表面に複数層の薄膜を積層する工
程を有し、各薄膜の成膜中に成膜方法および成膜条件の
少なくとも一方を変えることで、各薄膜の内部応力をそ
の膜厚方向に圧縮応力から引張応力またはこの逆に変化
させることを特徴とする光学薄膜の製造方法。