(57)【要約】【課題】  成膜完了後の変形が少なく、従って、切断等の取り扱いが容易である光学素子を提供する。【解決手段】  負の線膨張係数を有するガラス製の基板１の表面に、SiＯ２薄膜２とNb２Ｏ５薄膜３を、交互に合計約100層成膜して、多層光学薄膜４を形成する。基板１の線膨張係数が負であって、多層光学薄膜４との差が大きいので、基板１を、通常200℃程度である成膜状態から常温としたとき、多層光学薄膜４の圧縮応力と、温度降下によって発生する熱応力が相殺して、基板１の変形（反り）が軽減される。よって、基板１をダイシングソー等により切断するときに加工が容易であり、破損することが少なく、かつ、切り出された光学素子の面精度が向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮応力を有する薄膜を基板上に成膜して形成された光学素子であって、前記基板として、負の線膨張係数を有する素材が使用されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記素材が、負の線膨張係数を有するガラスであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
基板の上に、圧縮応力を有する薄膜を成膜する工程を含む光学素子の製造方法であって、前記基板として負の線膨張係数を有する素材を使用し、成膜完了後に、表面に薄膜が形成された前記基板を常温に戻したとき、前記基板の変形が許容範囲に収まるような温度で成膜を行うことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項４】
基板の上に、圧縮応力を有する薄膜を成膜する工程を含む光学素子の製造方法であって、前記基板として負の線膨張係数を有する素材を使用し、成膜完了後に、表面に薄膜が形成された前記基板を常温に戻したとき、前記基板の変形が許容範囲に収まるような線膨張係数を有する基板を使用することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の上に誘電体膜等の薄膜を成膜して形成される光学素子、及びこのような光学素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信等に使用される干渉フィルタや反射防止膜等の光学素子の中には、厚さが0.5mm以下のガラスの上に、薄膜を多層に形成し、多層膜における光の干渉を利用して所望の光学特性を持たせるものがある。
【０００３】
このような光学素子は、例えば、直径が約100mm、厚さが約0.3mmのガラス基板の上に、低屈折物質であるSiＯ２と、高屈折物質であるNb２Ｏ５、Ta２Ｏ５、TiＯ２、ZrＯ２、HfＯ２等の薄膜を交互に積層して（各薄膜の単体の厚さは、典型的には数十nm〜数百nmである）形成される。又、Al２Ｏ３のような前記低屈折率物質の薄膜と高屈折率物質の薄膜の中間の屈折率を有する薄膜が、これらの低屈折率物質と高屈折率物質の間に適当に介在する膜構造の多層膜とすることもある。
【０００４】
成膜には、スパッタリング法やイオンビームアシスト法が使用されることが多い。成膜の完了後、表面に多層薄膜を有する基板は常温に冷却され、ダイシングソー等により所定の大きさに切断されて、光学素子として使用される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０４８４１号公報
【特許文献２】特開２００３−１９２３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような光学素子を製造する際に、多層薄膜の圧縮応力の影響で、基板に反りが発生するという問題点がある。この場合、圧縮応力とは、多層薄膜が成膜された側の基板の面面を伸ばすように働く応力のことであり、このために、成膜後の基板は、多層薄膜が成膜された側が凸となるように変形する。このような圧縮応力は、Nb２Ｏ５の場合には、50〜150ＭPa、SiＯ２の場合には、150〜350ＭPaと推定されている。
【０００７】
この基板の変形が許容限度を超えると、ダイシングソー等での切断が困難になったり、取り扱い中に破損したりするという問題がある。又、切り出された光学素子の表面が平坦にならないという問題点が発生する場合がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、成膜完了後の変形が少なく、従って、切断等の取り扱いが容易である光学素子、及びこのような光学素子の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための第１の手段は、圧縮応力を有する薄膜を基板上に成膜して形成された光学素子であって、前記基板として、負の線膨張係数を有する素材が使用されていることを特徴とする光学素子である。
【００１０】
一般に、薄膜の成膜はスッパタリング法やイオンビームアシスト法等によって行われ、これらは高温で行われる。よって、基板として負の線膨張係数を有する素材を使用すれば、成膜完了後に常温としたとき、薄膜は収縮し基板は膨張する。よって、薄膜の圧縮応力と温度降下により基板と薄膜の間に発生する熱応力が相殺し合い、成膜完了後に基板が常温となった状態では、薄膜の圧縮応力により発生する基板の変形量を小さくすることができる。なお、本手段は、必ずしも、スッパタリング法やイオンビームアシスト法によって薄膜が形成されたものに限らない。
【００１１】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記素材が、負の線膨張係数を有するガラスであることを特徴とするものである。
【００１２】
基板の素材として負の線膨張係数を有するガラスを使用すれば、透過型の光学素子として、従来のものと同等の特性を持たせることができる。なお、反射型の光学素子として使用する場合には、基板が透明である必要はないので、必ずしもガラスのような透明材料を使用する必要はない。
【００１３】
前記課題を解決するための第３の手段は、基板の上に、圧縮応力を有する薄膜を成膜する工程を含む光学素子の製造方法であって、前記基板として負の線膨張係数を有する素材を使用し、成膜完了後に、表面に薄膜が形成された前記基板を常温に戻したとき、前記基板の変形が許容範囲に収まるような温度で成膜を行うことを特徴とする光学素子の製造方法である。
【００１４】
前述のように、基板として負の線膨張係数を有する素材を使用すると、薄膜の圧縮応力と熱応力が相殺して、常温での基板の変形を小さくすることができる。基板を常温に戻したときの熱応力の大きさは、成膜中の基板の温度が高くなるにつれて大きくなるので、成膜中の基板の温度を調節すれば、薄膜の圧縮応力と熱応力をバランスさせて、基板を常温に戻したときの変形量を小さくすることができる。
【００１５】
前記課題を解決するための第４の手段は、基板の上に、圧縮応力を有する薄膜を成膜する工程を含む光学素子の製造方法であって、前記基板として負の線膨張係数を有する素材を使用し、成膜完了後に、表面に薄膜が形成された前記基板を常温に戻したとき、前記基板の変形が許容範囲に収まるような線膨張係数を有する材料からなる基板を使用することを特徴とする光学素子の製造方法である。
【００１６】
基板の成膜中の温度が所定温度に定まったとき、基板の線膨張係数に応じて、基板を常温に戻したときの熱応力の大きさが変化する。よって、基板を常温に戻したときに薄膜の圧縮応力と熱応力がバランスするような線膨張係数を有する材料を基板とすることにより、基板を常温に戻したときの変形量を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、成膜完了後の変形が少なく、従って、切断等の取り扱いが容易である光学素子、及びこのような光学素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である光学素子の製造方法を説明するための図である。負の線膨張係数を有するガラス製の基板１（直径約100mm、厚さ約0.3mm）の表面に、スパッタリング装置を使用して、SiＯ２薄膜２とNb２Ｏ５薄膜３を、交互に合計約100層成膜して、多層光学薄膜４を形成する。多層光学薄膜４の厚さは約30μｍである。
【００１９】
基板１としては、例えば、特開２００２−１０４８４１号公報（特許文献１）や特開２００３−１９２３８５号公報（特許文献２）に記載されているようなものを使用することができる。
【００２０】
例えば特許文献１には、線膨張係数が−64〜−86×10−７／Ｋのガラスが、特許文献２には、線膨張係数が−７〜−30×10−７／Ｋのガラスが、それぞれ実施例として記載されているので、このようなガラスのうちから、適当なものを選択して使用すればよい。
【００２１】
多層光学薄膜４の線膨張係数は、約50×10−７／Ｋである。従来のガラスの線膨張係数は約80×10−７／Ｋであり、多層光学薄膜４の線膨張係数とあまり差が無いので、熱応力が基板１の変形に影響を与える度合いは小さかった。又、従来のガラスの線膨張係数は多層光学薄膜４の線膨張係数より大きめであったので、成膜後の基板１を常温としたとき、圧縮応力と熱応力が同じ向きに働き、基板１の変形を助長する可能性があった。
【００２２】
本実施の形態においては、基板１の線膨張係数が負であって、多層光学薄膜４との差が大きいので、基板１を、通常200℃程度である成膜状態から常温としたとき、多層光学薄膜４の圧縮応力と、温度降下によって発生する熱応力が相殺して、基板１の変形（反り）が軽減される。よって、基板１をダイシングソー等により切断するときに加工が容易であり、破損することが少なく、かつ、切り出された光学素子の面精度が向上する。
【００２３】
負の線膨張係数を有するガラスには、透明のものと不透明のものがあるが、透過型の光学素子を製造するときは透明のものを使用すればよい。透明であり、負の線膨張係数を有するものであれば、必ずしもガラスを使用する必要はない。多層光学薄膜に反射特性を持たせ、反射膜として使用する場合には、基板は透明である必要はない。又、必ずしもガラスを使用する必要はない。
【００２４】
又、多層光学薄膜４の形成時において、成膜条件に支障の無い範囲で、成膜温度を調節し、それにより基板１を常温としたときの熱応力を調節し、その結果、常温状態での基板１の変形を小さくすることができる。その方法として、例えば、基板１の材料を決定した後、成膜温度を変化させて成膜を行い、その後に基板１を常温状態にしたときの変形量が最も小さくなるような成膜温度を見つけて、その温度で成膜をするようにすればよい。
【００２５】
又、成膜温度に制約があるときは、例えば、負の線膨張係数を持つ基板１の材料を変えて、所定の成膜温度で成膜を行い、その後に基板１を常温状態にしたときの変形量が最も小さくなるような基板１の材料を見つけて、その材料を基板１の材料として使用するようにすればよい。
【００２６】
本発明に使用される薄膜を構成する物質としては、SiＯ２、Nb２Ｏ５の他に、Ta２Ｏ５、TiＯ２、ZrＯ２、HfＯ２、Al２Ｏ３のような材料の他、成膜時に圧縮応力を発生するような材料を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態の１例である光学素子の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…基板、２…SiＯ２薄膜、３…Nb２Ｏ５薄膜、４…多層光学薄膜
【図１】
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