(57)【要約】【課題】ＴｉＯ膜とＳｉＯ２膜とを交互に積層した光学積層膜において、光散乱が小さく、透過損失が少ない光学多層膜及びその製造方法を得る。【解決手段】ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜とを交互に積層してなる光学多層膜において、ＴｉＯ２膜が非晶質であることを特徴としており、該光学多層膜は、Ａｒガスを４〜２５質量％含有するＯ２ガス中で真空蒸着することにより、ＴｉＯ２膜を成膜して得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜とを交互に積層してなる光学多層膜において、ＴｉＯ２膜が非晶質であることを特徴とする光学多層膜。
【請求項２】
ＴｉＯ２膜中にＡｒが０．５５〜４．５質量％含有されていることを特徴とする請求項１に記載の光学多層膜。
【請求項３】
ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜とを交互に積層してなる光学多層膜を製造する方法であって、
Ａｒガスを４〜２５質量％含有するＯ２ガス中で真空蒸着することにより、ＴｉＯ２膜を成膜することを特徴とする光学多層膜の製造方法。
【請求項４】
真空蒸着法が、イオンプレーティング法またはイオンアシスト蒸着法であることを特徴とする請求項３に記載の光学多層膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜とを交互に積層してなる光学多層膜及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フィルタなどの光学多層膜は、その光学特性において広い阻止帯と急峻な透過帯への光学特性が求められている。また、成膜後における光学特性の変化は、ほとんど許容されていない。
【０００３】
一般にフィルタなどの光学多層膜においては、高屈折率材料からなる膜と低屈折率材料からなる膜を交互に積層して構成されている。上記の要求特性を満足する高屈折率材料としては、酸化物として最も屈折率の高いＴｉＯ２が用いられる場合が多い。また、低屈折率材料としては、ＳｉＯ２が用いられるのが一般的である。
【０００４】
上記のような光学多層膜を蒸着プロセスにより成膜する方法としては、成膜後の光学特性の変化を低減するため、プラズマを用いたアシスト成膜が行われている。しかしながら、このようなアシスト成膜においてＴｉ酸化物を蒸着すると、基板上に堆積した膜の結晶化が促進され、アナターゼとルチルの結晶が析出し、これらの結晶粒界からの光散乱により透過損失が大きくなるという問題がある。
【０００５】
上記のようなＴｉＯ２膜における光散乱を低減する方法として、特許文献１においては、成膜を水素ガスを含む混合ガス雰囲気中で行うことが提案されている。また、特許文献２においては、第１の結晶質膜と第２の結晶質膜の間に物理的膜厚が４ｎｍ以下の非結晶質膜を設けることが提案されている。
【０００６】
しかしながら、成膜中に水素ガスを用いると爆発などの危険を伴うという問題が生じる。また、物理的膜厚が４ｎｍ以下の非晶質薄膜を形成する場合、膜層数が多くなり歩留まりが低下したり、膜厚制御が難しくなるという問題がある。
【特許文献１】特開２００５−３１４６２号公報
【特許文献２】特開２００５−３４５４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜とを交互に積層した光学多層膜において、光散乱が小さく、透過損失が少ない光学多層膜及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光学多層膜は、ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜とを交互に積層してなる光学多層膜であり、ＴｉＯ２膜が非晶質であることを特徴としている。
【０００９】
本発明においては、ＴｉＯ２膜が非晶質であるため、ＴｉＯ２膜における結晶析出による光散乱を低減することができ、透過損失を低減させることができる。
【００１０】
本発明において、ＴｉＯ２膜が非晶質であるとは、Ｘ線回折でＴｉＯ２膜がアナターゼ及びルチルの結晶構造を示さないことを意味している。
【００１１】
本発明の光学多層膜におけるＴｉＯ２膜中には、Ａｒ（アルゴン）が含有されていることが好ましい。Ａｒの含有量としては、０．５５〜４．５質量％の範囲であることが好ましい。Ａｒの含有量が０．５５質量％より少なくなると、アナターゼ及び／またはルチルの結晶構造が生じ易くなる。また、Ａｒの含有量が４．５質量％を超えると、ＴｉＯ２膜が酸素不足となり、ＴｉＯ２−Ｘとなって、光吸収が大きくなるため、透過損失が大きくなる場合がある。
【００１２】
本発明の製造方法は、ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜とを交互に積層してなる光学多層膜を製造する方法であり、Ａｒガスを４〜２５質量％含有するＯ２ガス中で真空蒸着することにより、ＴｉＯ２膜を成膜することを特徴としている。
【００１３】
本発明の製造方法は、上記本発明の光学多層膜を製造することができる方法である。従って、本発明によれば、成膜中にＴｉＯ２膜を結晶化させることなく、非晶質のＴｉＯ２膜を形成することができる。
【００１４】
本発明の製造方法において、Ａｒガスは、Ｏ２ガス中に４〜２５質量％含有されている。Ａｒガス含有量が４質量％未満であると、ＴｉＯ２膜の成膜中において、ＴｉＯ２膜の結晶化が促進され、アナターゼ及び／またはルチルの結晶が析出し易くなる。このため、光散乱が大きくなり、透過損失が大きくなるおそれがある。一方、Ａｒガスの含有量が２５質量％より多くなると、ＴｉＯ２膜の成膜中において酸素不足となり、膜組成がＴｉＯ２−Ｘとなって、光吸収が大きくなり、透過損失が増加する。
【００１５】
本発明においてＴｉＯ２膜を成膜する真空蒸着法としては、イオンプレーティング法またはイオンアシスト蒸着法などが挙げられる。
【００１６】
本発明において、ＴｉＯ２膜を形成する際の蒸着源としては、特に限定されるものではなく、従来よりＴｉＯ２膜の蒸着源として用いられているものを用いることができる。例えば、Ｔｉ３Ｏ５を用いることができる。
【００１７】
本発明において、ＳｉＯ２膜は、従来より光学多層膜において用いられているＳｉＯ２膜と同様のものを用いることができる。また、ＳｉＯ２膜は、従来と同様の方法により製造することができ、例えば、ＴｉＯ２膜の真空蒸着において、蒸着源を切り替えることにより行うことができる。
【００１８】
本発明において、ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜の各薄膜の厚みは、光学多層膜として要求される光学特性により適宜選択されるものであるが、光通信用光学フィルタに用いられる光学多層膜としては、一般に、ＴｉＯ２膜が１００〜３００ｎｍ、ＳｉＯ２膜が２００〜４００ｎｍの範囲内の膜厚が選択される。また、積層する膜の層数は、要求される光学特性により適宜選択されるものであるが、例えば、３０〜５０層の範囲とするとのが一般的である。
【００１９】
本発明の光学多層膜は、例えば、フィルタなどの波長分離膜として用いることができる。本発明の光学多層膜を用いたフィルタは、ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜とを交互に積層してなる多層膜であり、ＴｉＯ２膜が非晶質であるため、ＴｉＯ２膜における光散乱を小さくすることができ、透過損失の少ないフィルタにすることができる。また、阻止帯域が広く、阻止帯域と透過帯域において急峻な光学特性を有するフィルタとすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ＴｉＯ２膜における光散乱を小さくすることができ、透過損失が少ない光学多層膜とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２２】
＜光学多層膜の作製＞
ガラス基板上に、ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜とを交互に４４層積層し、表１に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．８の光学多層膜を作製した。ＴｉＯ２膜を形成する際には、表１に示すＡｒガスの含有量となるようにＡｒガスをＯ２ガスに混合させた混合ガスを用い、この混合ガスの雰囲気中でイオンプレーティング法によりＴｉＯ２膜を作製した。なお、ＳｉＯ２膜についても、ＴｉＯ２膜と同様に、ＡｒガスをＯ２ガスに混合させた混合ガスを用い、この混合ガスの雰囲気中でイオンプレーティング法により作製した。
【００２３】
成膜装置としては、図１４に示す構造を有する成膜装置を用いた。図１４に示すように、真空チャンバー１内には、基板ホルダーとなる基板ドーム２が設けられており、基板ドーム２に基板３が保持されている。真空チャンバー１の下方部には、ＴｉＯ２膜を形成するためのＴｉ３Ｏ５からなる蒸着源４と、ＳｉＯ２膜を形成するためのＳｉＯ２からなる蒸着源５が配置されている。
【００２４】
基板ドーム２の上方には、基板を加熱するための基板ヒーター６が設けられている。また、図１４に示すように、基板ドーム２には、負のセルフバイアスが印加されている。
【００２５】
成膜条件としては、圧力１．２×１０−２Ｐａ、高周波電力３ｋＷ、基板温度２００℃として、ＴｉＯ２膜及びＳｉＯ２膜を成膜した。
【００２６】
また、ＴｉＯ２膜の結晶構造及びＡｒ含有量を測定するため、表１に示す条件と同じ条件で、膜厚１．５μｍのＴｉＯ２膜をそれぞれ作製し、結晶構造及び膜中のＡｒ含有量を測定した。なお、膜中のＡｒ含有量はＥＰＭＡで分析した。
【００２７】
得られたＴｉＯ２膜の構造及び膜中のＡｒ含有量を表１に示す。
【００２８】
また、作製した光学多層膜の光学特性を測定した。Ｎｏ．１〜８の光学特性を、図４〜図１１に示す。
【００２９】
【表１】
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表１に示すように、Ａｒガスの含有量が０〜３質量％であるＮｏ．１〜３においては、ＴｉＯ２膜はアナターゼ及びルチルの結晶構造を示している。一方、Ａｒガス含有量を５〜３０質量％としたＮｏ．４〜８においては、ＴｉＯ２膜はアナターゼ及びルチルの結晶構造を示しておらず、非晶質であった。
【００３０】
図１は、Ｎｏ．５におけるＴｉＯ２膜のＸ線回折チャートを示す図であり、図２は、Ｎｏ．１におけるＴｉＯ２膜のＸ線回折チャートを示す図であり、図３はＮｏ．３におけるＴｉＯ２膜のＸ線回折チャートを示す図である。
【００３１】
図１２は、Ｎｏ．５の光学多層膜の断面を示す透過型電子顕微鏡写真であり、図１３は、Ｎｏ．１の光学多層膜の断面を示す透過型電子顕微鏡写真である。図１３に示すように、Ｎｏ．１の光学多層膜においては、ＴｉＯ２膜が結晶化していることが分かる。これに対して、図１２に示すように、Ｎｏ．５の光学多層膜においては、ＴｉＯ２膜が非晶質となっている。
【００３２】
図４〜図１１は、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８の光学多層膜における波長と透過率の関係を示す図である。
【００３３】
図４〜図１１から明らかなように、本発明に従うＮｏ．４〜７の光学多層膜においては、透過帯域において、１００％あるいは１００％に近い透過率が得られている。これに対して、比較例であるＮｏ．１〜３及びＮｏ．８においては、透過帯域の透過率が低くなっている。これは、Ｎｏ．１〜３においては、ＴｉＯ２膜においてアナターゼやルチルの結晶構造が形成されたため、光散乱が大きくなり、透過損失が増大したものと考えられる。また、Ｎｏ．８においては、ＴｉＯ２膜が、ＴｉＯ２−Ｘとなったため、光吸収が大きくなり、透過損失が増大したものと考えられる。
【００３４】
以上のことから明らかなように、Ａｒガスを４〜２５質量％含有するＯ２ガス中で真空蒸着により成膜したＴｉＯ２膜は、膜中のＡｒの含有量が０．５５〜４．５質量％の範囲内であり、ＴｉＯ２膜が非晶質であるため、光散乱が小さく、透過損失が少なくなることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例におけるＴｉＯ２膜のＸ線回折チャートを示す図。
【図２】比較例におけるＸ線回折チャートを示す図。
【図３】比較例におけるＸ線回折チャートを示す図。
【図４】Ａｒガスの含有量を０質量％としたときの光学多層膜の波長と透過率の関係を示す図。
【図５】Ａｒガスを１質量％としたときの光学多層膜の波長と透過率の関係を示す図。
【図６】Ａｒガスを３質量％としたときの光学多層膜の波長と透過率の関係を示す図。
【図７】Ａｒガスを５質量％としたときの光学多層膜の波長と透過率の関係を示す図。
【図８】Ａｒガスを１４質量％としたときの光学多層膜の波長と透過率の関係を示す図。
【図９】Ａｒガスを２０質量％としたときの光学多層膜の波長と透過率の関係を示す図。
【図１０】Ａｒガスを２５質量％としたときの光学多層膜の波長と透過率の関係を示す図。
【図１１】Ａｒガスを３０質量％としたときの光学多層膜の波長と透過率の関係を示す図。
【図１２】本発明に従うＮｏ．５における光学多層膜の断面を示す透過型電子顕微鏡写真。
【図１３】比較例のＮｏ．１の光学多層膜の断面を示す透過型電子顕微鏡写真。
【図１４】本発明に従う実施例において用いた成膜装置を示す模式的断面図。
【符号の説明】
【００３６】
１…真空チャンバー
２…基板ドーム
３…基板
４，５…蒸着源
６…基板ヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１２】
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【図１３】
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