(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に屈折率の異なる材料膜を交互に複数層積層形成してなる光学多層膜を有する光学多層膜フィルタにおいて、前記基板は、最終的に除去される耐熱性の出発基板上に火炎堆積法により形成されて焼結された、前記光学多層膜の内部応力と方向及び大きさが等しい内部応力を持つガラス層であることを特徴とする光学多層膜フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、基板上に屈折率の異なる材料膜を交互に複数層積層形成してなる光学多層膜を有する光学多層膜フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ガラス基板上に高屈折率材料膜と低屈折率材料膜を交互に複数層形成して所定のフィルタ特性を得る光学多層膜フィルタが知られている。光学多層膜は通常スパッタや真空蒸着等により形成されるが、フィルタ挿入による光路長増大とこれによる伝搬光散乱を小さく抑えるために、ガラス基板はできるだけ薄く研磨される。
【０００３】
この種の光学多層膜フィルタにおいて、光学多層膜には通常、基板材料との熱膨張率の差や構造変化等に起因して、内部応力が発生する。一般にスパッタ等による薄膜の内部応力には、膜が縮まろうとする方向の引張応力と、膜が広がろうとする方向の圧縮応力とがある。従って基板厚を小さくすると、この内部応力によりフィルタ全体に反りが発生する。引張応力の場合には光学多層膜の形成された面が凹型になり、圧縮応力の場合は逆に凸になる。
【０００４】
この様な光学多層膜フィルタの反りを防止するためには、例えば高屈折率材料膜と低屈折率材料膜の材料や膜厚の組み合わせを選択して、内部応力をできるだけ小さくすることが望まれる。しかし、必要とする光学フィルタ特性からこれらの材料や膜厚の選択には制限がある。
従来この様な光学多層膜フィルタの反りを防止する方法として、次のような方法が提案されている。
【０００５】
▲１▼基板に予め分離可能な膜を成膜して、この上に光学多層膜を形成した後、光学多層膜のみを分離する。
▲２▼基板にポリイミド膜を塗布して、この上に光学多層膜を形成した後、基板を除去してポリイミドを最終基板とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼の方法では、最終的に基板がなくなるため、光学多層膜フィルタの機械的強度が弱く、例えば実装等に困難を来す。
▲２▼の方法では、有機材料であるポリイミドが基板となるために、機械的強度や信頼性の点で問題が残る。
【０００７】
この発明は、上記の点に鑑みなされたもので、機械的強度を損なうことなく内部応力による反りを防止した光学多層膜フィルタを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、基板上に屈折率の異なる材料膜を交互に複数層積層形成してなる光学多層膜を有する光学多層膜フィルタにおいて、前記基板は、最終的に除去される耐熱性の出発基板上に火炎堆積法（ＦＨＤ法）により形成されて焼結された、前記光学多層膜の内部応力と方向及び大きさが等しい内部応力を持つガラス層であることを特徴としている。
【００１１】
【作用】
この発明によると、光学多層膜と同様の内部応力が発生するガラス層をＦＨＤ法により出発基板に形成して、出発基板を除去することにより、光学多層膜のフィルタの反りを防止することができる。出発基板は除去されるが、最終基板として焼結されたガラス層を用いるため、機械的強度は十分であり、実装上も問題はなく、有機材料と異なり信頼性も高い。
【００１２】
【実施例】
以下、図面を参照して、この発明の実施例を説明する。
図１は、この発明の一実施例による光学多層膜フィルタを示している。この実施例では先ず、図１（ａ）に示すように、ＢＫ−７基板１１に、スパッタによりバッファ層１２を形成した後、この上にスパッタにより光学多層膜１３を形成する。光学多層膜１３の内部応力が圧縮応力である場合には、バッファ層１２はこれを打ち消す引張応力が発生するものとし、光学多層膜１３の内部応力が引張応力である場合には、バッファ層１２はこれを打ち消す圧縮応力が発生するものとする。
そして基板１１は、図１（ｂ）に示すように、最終的に例えば全体で３０μｍ  程度の厚みとなるように研磨する。
【００１３】
具体的にこの実施例の場合光学多層膜１３は、図１（ａ）に拡大して示すように、低屈折率のＳｉＯ２  膜１３ａ（屈折率＝１．４６）と、高屈折率のＴｉＯ２  膜１３ｂ（屈折率＝２．２５）を、それぞれ必要な光学膜厚（例えばλ／４相当の膜厚）をもって交互に複数層形成したものとする。それぞれの膜厚をλ／４相当分としたとき、ＳｉＯ２  膜の膜厚は、ＴｉＯ２  膜のそれの約１．５倍になる。このとき得られる光学多層膜１３は、圧縮応力となる。そこで、バッファ層１２としては、光学多層膜１３の内部応力を打ち消すような引張応力が発生するように、この実施例ではＴｉＯ２  膜を用いる。
【００１４】
この実施例において、バッファ層１２により多層膜１３応力を効果的に打ち消すためには、膜厚の選択も重要である。即ち、光学多層膜１３を構成する高屈折率層と低屈折率層の膜厚をそれぞれ、ｄＨ  ，ｄＬ  、単位膜厚当たりの応力をそれぞれ、σＨ  ，σＬ  とすると、光学多層膜１３全体としての応力σＴ  は、
σＴ  ＝σＨ  ΣｄＨ  ＋σＬ  ΣｄＬ
となる。
【００１５】
これに対して、バッファ層１２は、単位膜厚当たりの応力σＢ  、膜厚ｄＢ  として、全体としての応力はσＢ  ・ｄＢ  となる。従って全体として光学多層膜の応力が打ち消されるためには、
σＢ  ・ｄＢ  ＝−σＴ
を満たすように、材料と膜厚を選択することが必要になる。
【００１６】
図３は、石英基板上に形成した各種誘電体材料のスパッタ膜の内部応力をスパッタ条件の一つであるイオンアシスト電流密度に対して測定した結果である。このデータから、実施例のＳｉＯ２  ／ＴｉＯ２  の光学多層膜１３は、ＴｉＯ２  膜が厚いために全体として圧縮応力となる。従って、バッファ層１２として、引張応力となる条件のイオン電流密度で形成したＴｉＯ２  膜を用いれば、応力打消が可能であることが分かる。
ＴｉＯ２  の代わりに、ＭｇＦ２  膜等をバッファ層として用いることもできる。
【００１７】
図２は、この発明の別の実施例による光学多層膜フィルタの製造工程を示す。この実施例では、図２（ａ）に示すように、出発基板として耐熱性の石英基板２１を用い、この上にＦＨＤ法によりＳｉＯ２  のすすを堆積し、これを高温で焼結してＳｉＯ２  層２２を形成する。ついで図２（ｂ）に示すように、スパッタにより光学多層膜２３を形成する。光学多層膜２３は、図に拡大して示すように、低屈折率材料であるＳｉＯ２  膜２３ａと高屈折率材料であるＴａ２  Ｏ５  膜２３ｂ（屈折率＝２．１〜２．２）を交互にλ／４相当分ずつ積層したものとする。そして最終的に、図２（ｃ）示すように出発基板である石英基板２１を研磨して除去する。
【００１８】
図３に示すように、ＳｉＯ２  膜は膜形成条件によらずほぼ一定の圧縮応力を示し、これはＦＨＤ法による場合も変わらない。そこで、光学多層膜２３を構成するもう一方のＴａ２  Ｏ５  膜の膜形成条件を、図３において、ＳｉＯ２  膜と同じ圧縮応力となる条件を選ぶ。そうすると出発基板２１を除去した時、内部応力による膜の膨張あるいは圧縮を妨げるものがなくなり、反りの発生が防止される。
ＦＨＤ法によるＳｉＯ２  層２２は、ポリイミド等の有機膜を用いた場合に比べて機械的強度、化学的安定性も十分である。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、最終基板として、光学多層膜の内部応力と大きさ及び方向が等しいＦＨＤによる焼結ガラス層を用いることにより、効果的に光学多層膜のフィルタの反りを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例による光学多層膜フィルタを示す。
【図２】この発明の他の実施例による光学多層膜フィルタを示す。
【図３】スパッタによる誘電体材料膜の内部応力データを示す。
【符号の説明】
１１…ＢＫ−７基板、１２…ＳｉＯ２  膜（バッファ層）、１３…光学多層膜、１３ａ…ＳｉＯ２  膜、１３ｂ…ＴｉＯ２  膜、２１…石英基板、２２…ＦＨＤＳｉＯ２  層（最終基板）、２３…光学多層膜、２３ａ…ＳｉＯ２  膜、２３ｂ…Ｔａ２  Ｏ５  膜。
【図１】
0003606630.tif 000002
【図２】
0003606630.tif 000003
【図３】
0003606630.tif 000004