(57)【要約】【課題】  光学薄膜を成膜する際の真空排気に時間をかけることなく、基材から生じるガスを抑え、高品位な光学薄膜を成膜できる方法を提供する。【解決手段】  真空チャンバー内において、基材上に金属薄膜を成膜する工程と、前記金属薄膜を酸化源により酸化する工程とを繰り返し、酸化された前記金属薄膜を積層することにより光学薄膜を成膜する方法であって、前記基材は樹脂から形成されたものとし、前記金属薄膜を成膜する工程の前に、前記基材の融点以下の温度で前記基材をプラズマ又は高周波により加熱する工程を有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内において、基材上に金属薄膜を成膜する工程と、前記金属薄膜を酸化源により酸化する工程とを繰り返し、酸化された前記金属薄膜を積層することにより光学薄膜を成膜する方法であって、前記基材は樹脂から形成されたものとし、前記金属薄膜を成膜する工程の前に、前記基材の融点以下の温度で前記基材をプラズマ又は高周波により加熱する工程を有することを特徴とする光学薄膜の成膜方法。
【請求項２】
前記プラズマの励起周波数又は高周波の周波数を１３．５６ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚとすることを特徴とする請求項１に記載の光学薄膜の成膜方法。
【請求項３】
前記酸化源を電子サイクロトロン共鳴プラズマ源とし、前記酸化源により加熱を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学薄膜の成膜方法。
【請求項４】
前記酸化源を誘導結合プラズマ源とし、前記酸化源により加熱を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学薄膜の成膜方法。
【請求項５】
アルゴンガスによりプラズマを励起させるようにすることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の光学薄膜の成膜方法。
【請求項６】
前記基材は、アクリル、環状ポリオレフィン系樹脂及びポリカーボネートの何れかからなることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の光学薄膜の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光学薄膜の成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属薄膜を酸素プラズマで処理し、それを交互に繰り返して金属酸化膜を形成する方法は、高品位な光学薄膜を形成する方法として実用化されている。
このような光学薄膜は、必要とされる圧力まで真空排気を行い、その後、真空チャンバー内にアルゴンガスを導入してスパッタリングにより得られる。
一方、現在、光学部品の低コスト化や軽量化の要求から、樹脂基材上へのフィルター形成の需要が増加傾向にある。
この樹脂基材は、表１に示すように、真空雰囲気下におけるガス放出量がこれまで一般的に用いられていたガラス製の基材と比べ非常に高いために、残留ガスにより膜質や成膜レートに悪影響を与える。また、前記残留ガスのために、成膜時の真空排気のために時間がかかかるという問題があった。
【０００３】
【表１】
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【０００４】
この問題に対して、例えば、特許文献１に開示されるような加熱ヒーターを採用して、基材に含有される水分を除去する方法があるが、基材表面の温度が上昇し過ぎて、基材に反りやひび割れが生じてしまうという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２１７９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、光学薄膜を成膜する際の真空排気に時間をかけることなく、基材から生じるガスを抑え、高品位な光学薄膜を成膜できる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決すべく、本発明者等は鋭意検討の結果、真空排気の前に、基材をプラズマ又は高周波により加熱することにより、基材表面にダメージを与えず、基板内部も加熱することができるため、基材が含有する水分等を除去できるという知見に基づき、以下の通り解決手段を見いだした。
本発明の光学薄膜の成膜方法は、請求項１に記載の通り、真空チャンバー内において、基材上に金属薄膜を成膜する工程と、前記金属薄膜を酸化源により酸化する工程とを繰り返し、酸化された前記金属薄膜を積層することにより光学薄膜を成膜する方法であって、前記基材は樹脂から形成されたものとし、前記金属薄膜を成膜する工程の前に、前記基材の融点以下の温度で前記基材をプラズマ又は高周波により加熱する工程を有することを特徴とする。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の光学薄膜の成膜方法において、前記プラズマの励起周波数又は高周波の周波数を１３．５６ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚとすることを特徴とする。
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の光学薄膜の成膜方法において、前記酸化源を電子サイクロトロン共鳴プラズマ源とし、前記酸化源により加熱を行うことを特徴とする。
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の光学薄膜の成膜方法において、前記酸化源を誘導結合プラズマ源とし、前記酸化源により加熱を行うことを特徴とする。
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の光学薄膜の成膜方法において、アルゴンガスによりプラズマを励起させるようにすることを特徴とする。
また、請求項６に記載の本発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の光学薄膜の成膜方法において、前記基材は、アクリル、環状ポリオレフィン系樹脂及びポリカーボネートの何れかからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、樹脂製の基材上への光学薄膜の成膜前に、基材を比較的低温で加熱する工程を有するため、光学薄膜の成膜の際の真空条件に悪影響を与える可能性のあるガスを、基材にダメージを与えることなく除去することができる。また、基材から生じるガスを抑えることができるので、光学薄膜の成膜のために真空排気にかかる時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、真空チャンバー内において、樹脂製の基材上に金属薄膜の成膜と前記金属薄膜の酸化とを繰り返す前に、樹脂製の基材をプラズマ又は高周波により加熱するものである。
【００１０】
前記基材は、樹脂から形成され、この樹脂としては、特に制限するものではないが、好ましくは、アクリル、環状ポリオレフィン系樹脂やポリカーボネート等とする。これらの樹脂の中でも、環状ポリオレフィン系樹脂に対して、本発明は有効に機能する。真空雰囲気下において、窒素と酸素の発生量が他の樹脂と比べて高いために、後の工程の薄膜形成時の圧力条件に影響を与えることが少ないためである。
【００１１】
前記樹脂製の基材を加熱するために、プラズマ又は高周波により、基材の融点以下の温度で加熱する。尚、上記例示したアクリル樹脂や環状ポリオレフィン樹脂の場合には、６５℃〜１００℃の範囲で加熱すればよい。６５℃未満では、基材から十分にガスを除去できず、１００℃を超えると、基材にダメージを与えてしまうからである。
前記プラズマとしては、電子サイクロトロン共鳴プラズマ源（以下、「ＥＣＲプラズマ源」とする。）や誘導結合プラズマ源（以下、「ＩＣＰプラズマ源」とする。）等を使用することがこのましい。また、プラズマを励起するためのガス種としては、例えば、酸素やアルゴン等があるが、基材へのダメージを与える可能性が低くするためにアルゴンガスを使用することが好ましい。
ＥＣＲの加熱条件としては、特に制限するものではないが、電力を１００Ｗ〜１４００Ｗ程度、圧力０．０５Ｐａ〜０．５Ｐａ程度とすることができる。また、ＩＣＰの加熱条件についても、特に制限するものではないが、電力を１００Ｗ〜２５００Ｗ程度、圧力０．１Ｐａ〜１．０Ｐａ程度とすることができる。
また、ＥＣＲプラズマ源及びＩＣＰプラズマ源は、後の工程で使用される酸化源であることが好ましい。光学薄膜の成膜のために必要な酸化源と兼用することで、真空チャンバー内を真空雰囲気に保った状態で連続して、基材の脱ガス処理と光学薄膜の成膜を連続して行うことができるからである。
【００１２】
また、前記プラズマの励起周波数又は高周波の周波数は、１３．５６ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚとすることが好ましい。１３．５６ＭＨｚ未満では、基板内部まで十分な加熱をすることが難しく、２．４５ＧＨｚを超えると基板にダメージを与えてしまうからである。
また、
【００１３】
次に、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１に示す装置３０では、真空チャンバー１の略中央部には、基材回動手段として、回転自在の円筒ドラム２が配置され、その周面には、基材１６を支持するための基材ホルダ１７が設けられている。円筒ドラム２の回転方向には、ターゲットをスパッタリングする領域として第１の成膜領域３、他のターゲットをスパッタリングするための第２の成膜領域４及びプラズマ酸化源５を備えた酸化領域６が形成されている。
第１の成膜領域３は、成膜手段として、２台の電極からなるスパッタリングカソード７，７、ＡＣ電源８及びポンプ等を備えたＡｒやＯ２等の反応ガス導入系９及びターゲット１０，１０を備えている。
第２の成膜領域４は、成膜手段として、スパッタリングカソード１２，１２、ターゲット１３，１３、ＡＣ電源１４並びにＡｒやＯ２等の反応ガス導入系１５並びにを備えている。
尚、第１の成膜領域３のターゲット１０及び第２の成膜領域４のターゲット１６は、例えば、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｓｎ及びＣａから選択された少なくとも屈折率の異なる元素を含有させたものを使用することができる。
【００１４】
上記装置の構成において、まず、樹脂製基材１６を円筒ドラム２に取り付け、所定の圧力となるまで真空排気を行うか、或いは、真空排気を行いながら、ＡｒやＯ２等の反応ガスを導入してプラズマ酸化源５によりプラズマを励起させ樹脂製基材１６を加熱する。
次に、円筒ドラム２を回転させ、第１の成膜領域３及び第２の成膜領域４において、単原子層程度の金属膜を基材上に成膜する工程と、酸化領域６において金属膜を酸化して金属酸化膜とする工程を繰り返して、所望の膜厚の光学薄膜を得る。
【００１５】
このように、本実施の形態によれば、樹脂製基材１６を成膜前にプラズマにより加熱する工程を有しているため、樹脂製の基材１６の表面だけでなく、内部の水、窒素、酸素等のガスを除去することができる。従って、後の金属膜やこれを酸化をする工程において、必要な真空条件とするまでの真空排気に要する時間を短くすることができる。
また、金属膜の酸化するためのプラズマ酸化源５を用いて、樹脂製基材１６を加熱することにより、真空チャンバー１内で酸化と脱ガス処理を連続して行うことができる。従って、これらの一連の処理を短時間で行うことができる。
【００１６】
尚、上記実施の形態における成膜時の条件としては、特に制限するものではないが、例えば、真空チャンバー１内の真空度は１×１０−５Ｐａ〜１×１０−３Ｐａ、円筒ドラム２の回転速度は、１０１ｒｐｍ〜２５０ｒｐｍの範囲において行うことができる。
また、第１の成膜領域３及び第２の成膜領域４におけるスパッタリングの条件についても、同様に特に制限するものではないが、例えば、電圧を３００Ｖ〜１０００Ｖ程度、周波数を２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度の範囲において行うことができる。
また、酸化領域６における酸化の処理条件についても、特に制限するものではないが、例えば、電力２０００Ｗ以下程度、圧力０．５Ｐａ程度で行うことができる。
【００１７】
また、上記実施の形態において、プラズマ酸化源を使用したが、ＥＣＲプラズマ源やＩＣＰプラズマ源のプラズマソースにより、プラズマを発生させることなく（例えば、ガスを導入しない等）、高周波により加熱してもよい。
【実施例】
【００１８】
次に、本発明の一実施例について比較例を参照して説明する。
（実施例１）
上記図１に示す構成の装置を使用して、１００ｍｍ×３００ｍｍ×０．７ｍｍのアクリル樹脂製の基板１６にＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５からなる光学薄膜を成膜した。
まず、基板１６を、円筒ドラム２のホルダ１７に取り付けて、真空チャンバー１内を５×１０-４Ｐａとなるまで真空排気を行いながら、酸化領域６において、Ａｒガスを導入してプラズマ酸化源５によりプラズマを励起させて、基板１６の温度が６５℃〜１００℃となるように１０〜１５秒程度加熱した。
次に、第１の成膜領域３におけるＳｉターゲットのスパッタリング、第２の成膜領域４におけるＴａターゲットのスパッタリング及び酸化領域６における酸化を行い、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とを交互に成膜して計２０層の薄膜を積層した。
尚、成膜条件の詳細は下記の通りである。
第１の成膜領域３のＡＣスパッタリングは、放電電圧を７８０Ｖ程度、周波数を５８ｋＨｚとした。また、第２の成膜領域のＡＣスパッタリングは、放電電圧を５２０Ｖ程度、周波数を５８ｋＨｚとした。酸化領域６の酸化は、圧力を０．３Ｐａ程度、電力１４００Ｗとしてプラズマによる酸化を行った。
【００１９】
（比較例１）
プラズマによる加熱を行わない以外は、実施例１と同様にしてＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５からなる光学薄膜を成膜した。
【００２０】
実施例１と比較例１について、光学薄膜を成膜する前の真空排気（到達圧力５×１０-４Ｐａ）となるまでの時間は図２に示す通りとなった。尚、実施例１のグラフにおいて、真空チャンバー１内の圧力が８．０×１０−２Ｐａまで急激に増加して減少した理由は、プラズマを励起させるためのアルゴンガスを一時的に導入したためである。
実施例１では、目標となる圧力に達するまでに約５０分かかったのに対して、比較例１では約１５０分かかった。この結果から、実施例１は、真空排気に要する時間が３分の１ですむことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態を説明するための成膜装置の平面断面図
【図２】真空チャンバー内が所定圧となるまでの時間を比較したグラフ（実施例１及び比較例１）
【符号の説明】
【００２２】
１  真空チャンバー
２  円筒ドラム
３  第１の成膜領域
４  第２の成膜領域
５  酸化プラズマ源
６  酸化領域
７  スパッタリングカソード（第１の成膜領域）
８  ＡＣ電源
９  反応ガス導入系（第１の成膜領域）
１０  ターゲット（第１の成膜領域）
１２  スパッタリングカソード（第２の成膜領域）
１３  ターゲット（第２の成膜領域）
１４  ＡＣ電源
１５  反応ガス導入系（第２の成膜領域）
１６  基材（基板）
１７  基材支持手段
３０  装置
【図１】
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【図２】
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