(57)【要約】【課題】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、透過損失を低減する。【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膜中におけるアナターゼ構造とルチル構造のＸ線回折ピーク強度比（アナターゼ構造：ルチル構造）が７０：３０〜１００：０の範囲内であることを特徴としている。【選択図】図１
2008070490.tif 000002
【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膜中におけるアナターゼ構造とルチル構造のＸ線回折ピーク強度比（アナターゼ構造：ルチル構造）が７０：３０〜１００：０の範囲内であることを特徴とする光学多層膜。
【請求項２】
ＴｉＯ２膜中にＮｂ２Ｏ５及び／またはＺｒＯ２が０．１〜２０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、
Ｔｉ酸化物にＮｂ２Ｏ５及び／またはＺｒＯ２を添加した蒸着材料を用いて、真空蒸着法により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】
蒸着材料中におけるＮｂ２Ｏ５及び／またはＺｒＯ２の含有量が０．１〜２０質量％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。
【請求項５】
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または４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において、ＴｉＯ２膜中におけるアナターゼ構造とルチル構造のＸ線回折ピーク強度比（アナターゼ構造：ルチル構造）が７０：３０〜１００：０の範囲内であることを特徴としている。
【０００９】
本発明において、Ｘ線回折ピーク強度比とは、ＴｉＯ２膜中におけるアナターゼ構造の面間隔ｄ＝３．５１のＸ線回折ピーク強度と、ルチル構造の面間隔ｄ＝３．２６のＸ線回折ピーク強度の比を意味する。
【００１０】
本発明においては、ＴｉＯ２膜中におけるアナターゼ構造とルチル構造のＸ線回折ピーク強度比（アナターゼ構造：ルチル構造）が７０：３０〜１００：０の範囲内であるため、ＴｉＯ２膜における光散乱を小さくすることができ、透過損失を低減させることができる。すなわち、ＴｉＯ２膜におけるアナターゼ構造を多くし、ルチル構造を少なくすることにより、アナターゼリッチなＴｉＯ２膜とすることができ、光散乱が小さく、透過損失が少ないＴｉＯ２膜とすることができる。従って、本発明における光学多層膜は、光散乱が小さく、透過損失が少ない光学多層膜とすることができる。
【００１１】
本発明におけるＸ線回折ピーク強度比は、さらに好ましくは７３：２７〜１００：０の範囲内であり、さらに好ましくは７５：２５〜１００：０の範囲内である。ルチル構造のＸ線回折ピーク強度が高くなりすぎると、ＴｉＯ２膜における光散乱が小さく、透過損失が少ないという本発明の効果が十分に得られない場合がある。また、後述するように、アナターゼ構造を多くするため、Ｎｂ２Ｏ５及び／またはＺｒＯ２をＴｉＯ２膜中に含有させる場合、Ｎｂ２Ｏ５及び／またはＺｒＯ２の含有量を多くすると、ＴｉＯ２膜の屈折率が低下しすぎて光学多層膜における阻止帯域が狭くなる場合がある。
【００１２】
本発明においては、ＴｉＯ２膜中に、Ｎｂ２Ｏ５及び／またはＺｒＯ２を含有させることにより、Ｘ線回折ピーク強度比を上記の範囲とすることが好ましい。すなわち、Ｎｂ２Ｏ５及び／またはＺｒＯ２をＴｉＯ２膜中に含有させることにより、ＴｉＯ２膜中におけるアナターゼ構造をルチル構造に比べ多くすることが好ましい。
【００１３】
Ｎｂ２Ｏ５及び／またはＺｒＯ２のＴｉＯ２膜中の含有量は、０．１〜２０質量％の範囲であることが好ましい。Ｎｂ２Ｏ５及び／またはＺｒＯ２の含有量が少なすぎると、ＴｉＯ２膜におけるアナターゼ構造が少なくなり、上記本発明のＸ線回折ピーク強度比からはずれる場合がある。また、Ｎｂ２Ｏ５及び／またはＺｒＯ２の含有量が多すぎると、ＴｉＯ２膜の屈折率が低下しすぎて光学多層膜における阻止帯域が狭くなり、フィルタ膜としての特性を満たさなくなるおそれがある。Ｎｂ２Ｏ５及び／またはＺｒＯ２のＴｉＯ２膜中における含有量は、より好ましくは１〜１５質量％であり、さらに好ましくは２〜１０質量％である。尚、ＴｉＯ２膜中にＮｂ２Ｏ５のみを含有させる場合、その含有量は、０．１〜１５質量％の範囲にあることが好ましく、より好ましくは１〜１５質量％であり、さらに好ましくは３〜１０質量％である。また、ＴｉＯ２膜中にＺｒＯ２のみを含有させる場合、その含有量は、０．１〜１０質量％の範囲にあることが好ましく、より好ましくは１〜１０質量％であり、さらに好ましくは２〜５質量％である。
【００１４】
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、Ｔｉ酸化物にＮｂ２Ｏ５及び／またはＺｒＯ２を添加した蒸着材料を用いて、真空蒸着法によりＴｉＯ２膜を成膜させることを特徴としている。
【００１５】
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、上記Ｘ線回折ピーク強度比を有するＴｉＯ２膜を成膜することができ、光散乱が小さく、透過損失が少ない光学多層膜を製造することができる。
【００１６】
蒸着材料中におけるＮｂ２Ｏ５及び／またはＺｒＯ２の含有量は、０．１〜２０質量％であることが好ましい。含有量が少なすぎると、ＴｉＯ２膜中におけるアナターゼ構造の割合が上記本発明の範囲よりも少なくなるおそれがある。また、含有量が多すぎると、光学多層膜における阻止帯域が狭くなりすぎるおそれがある。
【００１７】
Ｎｂ２Ｏ５及び／またはＺｒＯ２の含有量は、より好ましくは１〜１５質量％であり、さらに好ましくは２〜１０質量％である。尚、ＴｉＯ２膜中にＮｂ２Ｏ５のみを含有させる場合、その含有量は、０．１〜１５質量％の範囲にあることが好ましく、より好ましくは１〜１５質量％であり、さらに好ましくは３〜１０質量％である。また、ＴｉＯ２膜中にＺｒＯ２のみを含有させる場合、その含有量は、０．１〜１０質量％の範囲にあることが好ましく、より好ましくは１〜１０質量％であり、さらに好ましくは２〜５質量％である。
【００１８】
本発明の製造方法の蒸着材料に用いるＴｉ酸化物としては、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ることができるものであればよく、例えば、Ｔｉ３Ｏ５を用いることができる。
【００１９】
本発明においてＴｉＯ２膜を成膜する蒸着方法としては、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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１００〜２００ｎｍ、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層の範囲とするのが一般的である。
【００２２】
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】
【００２３】
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】
【００２４】
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。
【００２５】
＜光学多層膜の作製＞
ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜とを交互に４４層積層し、表１に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．５の光学多層膜を作製した。ＴｉＯ２膜を形成する際には、表１に示す組成のＴｉＯ２蒸着材料を用い、イオンプレーティング法によりＴｉＯ２膜を作製した。  蒸着材料は、表１に示す原料を混合し、１２００〜２０００℃に溶融して作製した。なお、ＳｉＯ２膜は、市販のＳｉＯ２を蒸着材料として用い、イオンプレーティング法により成膜した。
【００２６】
成膜装置としては、図９に示す構造を有する成膜装置を用いた。図９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上記蒸着材料からなる蒸着源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。
【００２７】
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９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。
【００２８】
成膜条件としては、導入ガスとしてＯ２を用い、圧力１．７×１０−２Ｐａに維持し、高周波電力２ｋＷとし、基板温度２００℃に加熱してＴｉＯ２膜及びＳｉＯ２膜を成膜した。
【００２９】
なお、光学多層膜中におけるＴｉＯ２膜の結晶構造を同定するため、ＴｉＯ２膜のみを厚み２．２μｍとなるように作製し、このＴｉＯ２膜についてＸ線回折を行い、アナターゼ構造とルチル構造のＸ線回折ピーク強度比を求め、その結果を表１に示す。また、作製した光学多層膜の光学特性を測定した。Ｎｏ．１〜５の光学特性を、図１〜図５に示す。
【００３０】
【表１】
2008070490.tif 000003
【００３１】
表１に示すように、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．４及びＮｏ．５の光学多層膜のＴｉＯ２膜中におけるＸ線回折ピーク強度比は、本発明の７０：３０〜１００：０の範囲内である。Ｎｏ．３は、本発明の範囲外である。
【００３２】
図６は、Ｎｏ．１におけるＴｉＯ２膜のＸ線回折チャートを示しており、図７は、Ｎｏ．２におけるＴｉＯ２膜のＸ線回折チャートを示し、図８は、Ｎｏ．３におけるＴｉＯ２膜のＸ線回折チャートを示している。
【００３３】
図１〜図５に示すように、本発明に従う実施例のＮｏ．１及びＮｏ．２の光学多層膜は、比較例のＮｏ．３の光学多層膜に比べ、透過領域における透過率が高くなっており、透過損失が低減されていることがわかる。また、本発明に従う実施例であるＮｏ．４及びＮｏ．５の光学多層膜においても、透過領域の透過率が高くなっており、透過損失が低減されていることがわかる。しかしながら、Ｎｏ．４及びＮｏ．５においては、阻止帯域の幅が狭くなっている。これは、ＴｉＯ２膜中におけるＮｂ２Ｏ５またはＺｒＯ２の含有量が高くなったためであると考えられる。なお、ＴｉＯ２膜中のＮｂ２Ｏ５及びＺｒＯ２の含有量は、蒸着材料中におけるこれらの含有量とほぼ一致している。従って、Ｎｏ．１においてはＮｂ２Ｏ５の含有量は５質量％であり、Ｎｏ．２におけるＺｒＯ２の含有量は３質量％であり、Ｎｏ．４におけるＮｂ２Ｏ５の含有量は２５質量％であり、Ｎｏ．５におけるＺｒＯ２の含有量は２１質量％である。
【００３４】
なお、これらの含有量は、ＥＰＭＡにより測定することができる。
【００３５】
以上のことから明らかなように、ＴｉＯ２膜中におけるアナターゼ構造とルチル構造のＸ線回折ピーク強度比を、本発明の７０：３０〜１００：０の範囲内とすることにより、ＴｉＯ２膜における光散乱を小さくすることかでき、透過損失が少ない光学多層膜とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に従うＮｏ．１の光学多層膜の波長と透過率との関係を示す図。
【図２】本発明に従うＮｏ．２の光学多層膜の波長と透過率との関係を示す図。
【図３】比較例のＮｏ．３の光学多層膜の波長と透過率との関係を示す図。
【図４】本発明に従うＮｏ．４の光学多層膜の波長と透過率との関係を示す図。
【図５】本発明に従うＮｏ．５の光学多層膜の波長と透過率との関係を示す図。
【図６】本発明に従うＮｏ．１におけるＴｉＯ２膜のＸ線回折チャートを示す図。
【図７】本発明に従うＮｏ．２におけるＴｉＯ２膜のＸ線回折チャートを示す図。
【図８】比較例のＮｏ．３におけるＴｉＯ２膜のＸ線回折チャートを示す図。
【図９】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】
【００３７】
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】
2008070490.tif 000004
【図２】
2008070490.tif 000005
【図３】
2008070490.tif 000006
【図４】
2008070490.tif 000007
【図５】
2008070490.tif 000008
【図６】
2008070490.tif 000009
【図７】
2008070490.tif 000010
【図８】
2008070490.tif 000011
【図９】
2008070490.tif 000012