JPH10339801A - 光学薄膜 - Google Patents
光学薄膜Info
- Publication number
- JPH10339801A JPH10339801A JP10141791A JP14179198A JPH10339801A JP H10339801 A JPH10339801 A JP H10339801A JP 10141791 A JP10141791 A JP 10141791A JP 14179198 A JP14179198 A JP 14179198A JP H10339801 A JPH10339801 A JP H10339801A
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- Japan
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- thin film
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- film
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- Coating Of Shaped Articles Made Of Macromolecular Substances (AREA)
- Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 屈折率の低い光学薄膜を得る。
【解決課題】 本発明の光学薄膜は、屈折率が1.36
〜1.37であることを特徴とするフッ化マグネシウム
系光学薄膜である。
〜1.37であることを特徴とするフッ化マグネシウム
系光学薄膜である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、反射防止膜等として用
いられる光学薄膜に関し、特にプラスチックレンズ上へ
の形成に好適な光学薄膜に関するものである。
いられる光学薄膜に関し、特にプラスチックレンズ上へ
の形成に好適な光学薄膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、光学部品の反射防止膜としては、
屈折率が低く、可視域での吸収が少ないMgF2膜が汎
用されている。このMgF2膜は、ガラスからなる光学
部品用の反射防止膜として真空蒸着法により実用化さ
れ、今日までに至っている。しかし、真空蒸着法により
MgF2膜を形成する場合、蒸着時及び蒸着後に高温
(200〜400℃)で加熱しなければ、光学的及び機
械的性能を十分に満足させることはできない。従って、
光学部品がプラスチックからなる場合、熱変形等の理由
から、MgF2膜を形成することは非常に困難である。
このため、現在のところMgF2膜はプラスチックレン
ズ等には実用化されていないのが実情である。
屈折率が低く、可視域での吸収が少ないMgF2膜が汎
用されている。このMgF2膜は、ガラスからなる光学
部品用の反射防止膜として真空蒸着法により実用化さ
れ、今日までに至っている。しかし、真空蒸着法により
MgF2膜を形成する場合、蒸着時及び蒸着後に高温
(200〜400℃)で加熱しなければ、光学的及び機
械的性能を十分に満足させることはできない。従って、
光学部品がプラスチックからなる場合、熱変形等の理由
から、MgF2膜を形成することは非常に困難である。
このため、現在のところMgF2膜はプラスチックレン
ズ等には実用化されていないのが実情である。
【0003】光学薄膜を常温で形成する試みとしては、
Hollandらが、”L Martinu,H Bi
ederman and L Holland,Vac
uum/vol.35/number 12/p531
〜535/1985”(文献1)の中でスパッタリング
による方法について記載している。Hollandら
は、この文献の中で、「1)スパッタリングガスとして
Arガスを使って作成した膜ではMgF2蒸着膜と同等
の低い屈折率(n=1.38〜1.42)が得られる。
2)スパッタリングで形成したMgF2膜で可視域での
吸収が生じるのは、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
と、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
による。」と述べている。
Hollandらが、”L Martinu,H Bi
ederman and L Holland,Vac
uum/vol.35/number 12/p531
〜535/1985”(文献1)の中でスパッタリング
による方法について記載している。Hollandら
は、この文献の中で、「1)スパッタリングガスとして
Arガスを使って作成した膜ではMgF2蒸着膜と同等
の低い屈折率(n=1.38〜1.42)が得られる。
2)スパッタリングで形成したMgF2膜で可視域での
吸収が生じるのは、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
と、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
による。」と述べている。
【0004】しかし、本発明者らが上記のHollan
dらの文献に基づいて、スパッタリングによってMgF
2膜を作成したところ、後述の比較例でデータを示すよ
うに、Arガスを用いても低屈折率の薄膜は得られなか
った。また、基板ホルダ側にRFのバイアスをかけてM
gF2膜を作成し、光学特性を検討したが、基板側のプ
ラズマポテンシャルが負電位であるか否かとということ
と、薄膜の光学特性の間にHollandらが述べてい
るような関係は認められなかった。
dらの文献に基づいて、スパッタリングによってMgF
2膜を作成したところ、後述の比較例でデータを示すよ
うに、Arガスを用いても低屈折率の薄膜は得られなか
った。また、基板ホルダ側にRFのバイアスをかけてM
gF2膜を作成し、光学特性を検討したが、基板側のプ
ラズマポテンシャルが負電位であるか否かとということ
と、薄膜の光学特性の間にHollandらが述べてい
るような関係は認められなかった。
【0005】この他、MgF2膜を高温処理せずに作成
する方法としては、IAD法(Ion assiste
d deposition)が考えられる。しかし、こ
のIAD法は、分子容を大きくする(イオン半径の大き
いイオンを導入して配位数を高め、充填率を高くする)
方法であるため、得られたMgF2膜の屈折率は蒸着膜
に比べて高くなってしまう。
する方法としては、IAD法(Ion assiste
d deposition)が考えられる。しかし、こ
のIAD法は、分子容を大きくする(イオン半径の大き
いイオンを導入して配位数を高め、充填率を高くする)
方法であるため、得られたMgF2膜の屈折率は蒸着膜
に比べて高くなってしまう。
【0006】更に、IAD法でMgF2膜を作成する場
合、機械的性能を上げるためには、かなり高いイオン電
流密度を必要とするため、イオン損傷による膜の内部応
力の変化に対する影響が大きく、光学特性の経時的安定
性に問題点がある。また、プラスチックレンズ用の低屈
折率膜としては、二酸化ケイ素(SiO2)が用いられ
ることがあるが、SiO2の屈折率はn=1.47程度
と高く、反射率が高くなってしまう。
合、機械的性能を上げるためには、かなり高いイオン電
流密度を必要とするため、イオン損傷による膜の内部応
力の変化に対する影響が大きく、光学特性の経時的安定
性に問題点がある。また、プラスチックレンズ用の低屈
折率膜としては、二酸化ケイ素(SiO2)が用いられ
ることがあるが、SiO2の屈折率はn=1.47程度
と高く、反射率が高くなってしまう。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、蒸着法によ
るMgF2膜と同等以上の光学特性及び機械特性を有
し、かつ、高温処理が不要で、プラスチックレンズ等に
も支障なく用いることのできる新規な光学薄膜を得るべ
く、鋭意研究の結果、これまで文献等に報告のない低屈
折率のフッ化マグネシウム系光学薄膜を初めて成膜する
ことに成功し、本発明を成すに至った。
るMgF2膜と同等以上の光学特性及び機械特性を有
し、かつ、高温処理が不要で、プラスチックレンズ等に
も支障なく用いることのできる新規な光学薄膜を得るべ
く、鋭意研究の結果、これまで文献等に報告のない低屈
折率のフッ化マグネシウム系光学薄膜を初めて成膜する
ことに成功し、本発明を成すに至った。
【0008】即ち、本発明は、「屈折率が1.36〜
1.37であることを特徴とするフッ化マグネシウム系
光学薄膜」を提供する。このような光学薄膜は、これま
で知られておらず、新規物質である。本発明の光学薄膜
では、光学特性の経時安定性を向上させるためには、無
機化合物中のSi濃度を3〜10wt%とすると良い。
この際の各元素の好ましい原子比の範囲は次のようであ
る。
1.37であることを特徴とするフッ化マグネシウム系
光学薄膜」を提供する。このような光学薄膜は、これま
で知られておらず、新規物質である。本発明の光学薄膜
では、光学特性の経時安定性を向上させるためには、無
機化合物中のSi濃度を3〜10wt%とすると良い。
この際の各元素の好ましい原子比の範囲は次のようであ
る。
【0009】 F/Mg=(1.3/1)〜(1.6/1) O/Mg=(0.4/1)〜(0.7/1) Si/Mg=(0.1/1)〜(0.3/1) Siを添加する場合、MgF2とSiをプラズマ中で反
応させる方法、具体的にはスパッタリング等によって作
成することができる。スパッタリングの条件は、求める
光学的特性等に応じて適宜設定されるものであるが、例
えば、MgF2とSiをターゲットとし、スパッタリン
グガスとしてArとO2を用いて、バックグランド圧力
を1.1×10-3Pa程度、スパッタリンガス圧6×1
0-1Pa程度とすると良い。
応させる方法、具体的にはスパッタリング等によって作
成することができる。スパッタリングの条件は、求める
光学的特性等に応じて適宜設定されるものであるが、例
えば、MgF2とSiをターゲットとし、スパッタリン
グガスとしてArとO2を用いて、バックグランド圧力
を1.1×10-3Pa程度、スパッタリンガス圧6×1
0-1Pa程度とすると良い。
【0010】
【作用】本発明において、光学薄膜の屈折率が低くなる
理由としては、薄膜を構成する無機化合物の分子屈折の
変化が考えられる。本発明では、屈折率が低くなる方法
として、分子屈折を変化させるため(結合角を小さくす
る)、スパッタリング中の酸素イオンによる分子容の変
化を抑制でき、IAD法による膜のように屈折率が高く
ならない(酸素イオンが取り込まれて分子容が大きくな
ると屈折率が高くなる)。
理由としては、薄膜を構成する無機化合物の分子屈折の
変化が考えられる。本発明では、屈折率が低くなる方法
として、分子屈折を変化させるため(結合角を小さくす
る)、スパッタリング中の酸素イオンによる分子容の変
化を抑制でき、IAD法による膜のように屈折率が高く
ならない(酸素イオンが取り込まれて分子容が大きくな
ると屈折率が高くなる)。
【0011】次に、本発明の光学薄膜の光学特性の経時
安定性について述べる。この薄膜をを反射防止膜等とし
て用いるにあたって、屈折率を低い一定の値に保つ必要
がある場合、薄膜中のSi濃度を調整することで屈折率
の経時変化を抑えることができる。本発明者らの検討結
果によれば(具体的なデータは実施例で説明)、薄膜中
のSi濃度が低い場合、Si濃度が高すぎる場合に比べ
てSiOX の割合が低下してSi−F2結合の割合が高
くなる。具体的には、Si濃度を3〜10wt%程度と
することで、屈折率の経時安定性が向上する。この理由
は、Si濃度が低い場合、より結合エネルギーの高いS
i−Fの結合が促進されることにより、Siのダングリ
ングボンドの不動態化が行なわれるものと推測される。
安定性について述べる。この薄膜をを反射防止膜等とし
て用いるにあたって、屈折率を低い一定の値に保つ必要
がある場合、薄膜中のSi濃度を調整することで屈折率
の経時変化を抑えることができる。本発明者らの検討結
果によれば(具体的なデータは実施例で説明)、薄膜中
のSi濃度が低い場合、Si濃度が高すぎる場合に比べ
てSiOX の割合が低下してSi−F2結合の割合が高
くなる。具体的には、Si濃度を3〜10wt%程度と
することで、屈折率の経時安定性が向上する。この理由
は、Si濃度が低い場合、より結合エネルギーの高いS
i−Fの結合が促進されることにより、Siのダングリ
ングボンドの不動態化が行なわれるものと推測される。
【0012】
【実施例】図1で説明した同様なスパッタ装置(日電ア
ネルバ株式会社製SPF−530H)を用いた。本実施
例ではMgF2ターゲット1上にSiウエハ(2inc
h)2を1枚のせて、真空室3中にスパッタリングガス
としてAr,Ar+O2,O2 +CF4 ,O2 を各々導
入した。真空室3内の圧力はバリアブルオリフィス6に
てクライオンポンプ7の排気速度を調整した。スパッタ
リング条件を変動させて基板8上に薄膜を形成した。そ
の時のスパッタリング条件及び得られた各薄膜の光学特
性を表1に示す。
ネルバ株式会社製SPF−530H)を用いた。本実施
例ではMgF2ターゲット1上にSiウエハ(2inc
h)2を1枚のせて、真空室3中にスパッタリングガス
としてAr,Ar+O2,O2 +CF4 ,O2 を各々導
入した。真空室3内の圧力はバリアブルオリフィス6に
てクライオンポンプ7の排気速度を調整した。スパッタ
リング条件を変動させて基板8上に薄膜を形成した。そ
の時のスパッタリング条件及び得られた各薄膜の光学特
性を表1に示す。
【0013】
【表1】
【0014】O2ガスを使用し、例えばバックグラウン
ドの圧力を1.3×10-3Paとすると、膜の屈折率は
n=1.3676となり、約1.36〜1.37と低い
値の屈折率を有するフッ化マグネシウム系薄膜が得られ
た。そして、後述する比較例に比べて低い屈折率が得ら
れたことが分かる。なお、表1での吸収係数の測定波長
は400nmである。
ドの圧力を1.3×10-3Paとすると、膜の屈折率は
n=1.3676となり、約1.36〜1.37と低い
値の屈折率を有するフッ化マグネシウム系薄膜が得られ
た。そして、後述する比較例に比べて低い屈折率が得ら
れたことが分かる。なお、表1での吸収係数の測定波長
は400nmである。
【0015】[比較例1]MgF2をターゲットとし、
スパッタリングガスとして、Ar,Ar+O2 ,O2+
CF4,Ar+CF4をそれぞれ真空室へ導入して、Mg
F2膜を作成し、スパッタリングによるMgF2膜の光
学特性を調べた。この結果をスパッタリング条件ととも
に表2に示す。
スパッタリングガスとして、Ar,Ar+O2 ,O2+
CF4,Ar+CF4をそれぞれ真空室へ導入して、Mg
F2膜を作成し、スパッタリングによるMgF2膜の光
学特性を調べた。この結果をスパッタリング条件ととも
に表2に示す。
【0016】表2からわかるように、スパッタリング条
件を変動させても、屈折率がn=1.36〜1.37の
ものは得ることができず、屈折率はn=1.51〜1.
61位と高い値となった。また、吸収係数についても、
α(λ0 )=1×105 〜2×106 m-1(λ0 =40
0nm)の範囲であり、光学的性能上から反射防止膜と
しては使用するのには問題があった。
件を変動させても、屈折率がn=1.36〜1.37の
ものは得ることができず、屈折率はn=1.51〜1.
61位と高い値となった。また、吸収係数についても、
α(λ0 )=1×105 〜2×106 m-1(λ0 =40
0nm)の範囲であり、光学的性能上から反射防止膜と
しては使用するのには問題があった。
【0017】
【表2】
【0018】[比較例2]MgF2をターゲットとし、
基板ホルダー側にRFバイアスをかけてスパッタリング
によってMgF2膜を作成した。スパッタリングガスと
しては、Ar,Ar+O2 ,O2 +CF4,Ar+CF4
を使用し、スパッタリング条件を変動させてみた。この
結果を表3に示す。表3からわかるように、Ar+CF
4を使用した場合、バックグランドの圧力を低くして
(6〜9×10-5Pa)作成した薄膜の屈折率がn=
1.39〜1.41位になり、バックグラウンドの圧力
を高くした場合(1〜2×10-4Pa)の薄膜の屈折率
かn=1.56〜1.58位と高くなつた。この両条件
(Ar+CF4ガス使用、バックグランド圧力高,低)
で作成した時の基板ホルダ側に発生したプラズマポテン
シャル電位を測定したところ、両者とも負の電位(約−
100V〜−200V)を示していた。
基板ホルダー側にRFバイアスをかけてスパッタリング
によってMgF2膜を作成した。スパッタリングガスと
しては、Ar,Ar+O2 ,O2 +CF4,Ar+CF4
を使用し、スパッタリング条件を変動させてみた。この
結果を表3に示す。表3からわかるように、Ar+CF
4を使用した場合、バックグランドの圧力を低くして
(6〜9×10-5Pa)作成した薄膜の屈折率がn=
1.39〜1.41位になり、バックグラウンドの圧力
を高くした場合(1〜2×10-4Pa)の薄膜の屈折率
かn=1.56〜1.58位と高くなつた。この両条件
(Ar+CF4ガス使用、バックグランド圧力高,低)
で作成した時の基板ホルダ側に発生したプラズマポテン
シャル電位を測定したところ、両者とも負の電位(約−
100V〜−200V)を示していた。
【0019】またArガスを使って同様に基板側にRF
のバイアスをかけた場合、作成した薄膜の屈折率はほと
んど高い値(n=1.44〜1.70)を示した。そし
てこの場合も、基板ホルダ側には負の電位が発生した。
また、作成した膜には全てに可視光における吸収が生じ
ており、安定して低吸収、低屈折率の膜は得られなかっ
た。
のバイアスをかけた場合、作成した薄膜の屈折率はほと
んど高い値(n=1.44〜1.70)を示した。そし
てこの場合も、基板ホルダ側には負の電位が発生した。
また、作成した膜には全てに可視光における吸収が生じ
ており、安定して低吸収、低屈折率の膜は得られなかっ
た。
【0020】前述したように、本発明者らが実験した表
3の結果とHollandらの文献1の記載内容とは一
致していない。つまり、文献1によれば、Arガスを使
って作成した膜では低い屈折率(n=1.38〜1.4
2)が得られるはずであるが、今回我々の行った結果で
は、Arガスを使用しても低い屈折率の膜は得られなか
った。また、Ar+CF4ガスを使って基板ホルダ側に
RFのバイアスをかけた場合、プラズマポテンシャルは
負の電位になっているにもかかわらず、屈折率は低い値
(n=1.39〜1.41)を示した。
3の結果とHollandらの文献1の記載内容とは一
致していない。つまり、文献1によれば、Arガスを使
って作成した膜では低い屈折率(n=1.38〜1.4
2)が得られるはずであるが、今回我々の行った結果で
は、Arガスを使用しても低い屈折率の膜は得られなか
った。また、Ar+CF4ガスを使って基板ホルダ側に
RFのバイアスをかけた場合、プラズマポテンシャルは
負の電位になっているにもかかわらず、屈折率は低い値
(n=1.39〜1.41)を示した。
【0021】
【表3】
【0022】
【発明の効果】以上のように、本発明の光学薄膜は、フ
ッ化マグネシウム系としてはこれまでにない文献等の報
告のない低屈折率であり、光学部品の反射防止膜や保護
膜等として好適に用いることができる。反射防止膜に用
いた場合、本発明の光学薄膜の屈折率は、これまで、プ
ラスチックレンズ用の低屈折率膜として用いられてきた
二酸化ケイ素の屈折率と比べて大幅に低くなっているの
で、反射率を低減することができる。
ッ化マグネシウム系としてはこれまでにない文献等の報
告のない低屈折率であり、光学部品の反射防止膜や保護
膜等として好適に用いることができる。反射防止膜に用
いた場合、本発明の光学薄膜の屈折率は、これまで、プ
ラスチックレンズ用の低屈折率膜として用いられてきた
二酸化ケイ素の屈折率と比べて大幅に低くなっているの
で、反射率を低減することができる。
【図1】は、本発明の実施例で使用したスパッタリング
装置の概略図である。
装置の概略図である。
1・・・MgF2ターゲット 2・・・Siウエハ 3・・・真空室 4・・・アルゴンガス 5・・・酸素ガス 6・・・バリアブルオリフィス 7・・・クライオンポンプ 8・・・基板 9・・・マスフローコントロール
Claims (1)
- 【請求項1】 屈折率が1.36〜1.37であること
を特徴とするフッ化マグネシウム系光学薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10141791A JPH10339801A (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 光学薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10141791A JPH10339801A (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 光学薄膜 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02414523A Division JP3079580B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 光学部品用薄膜及びこれを有する光学部品及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10339801A true JPH10339801A (ja) | 1998-12-22 |
Family
ID=15300243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10141791A Pending JPH10339801A (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 光学薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10339801A (ja) |
-
1998
- 1998-05-22 JP JP10141791A patent/JPH10339801A/ja active Pending
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