(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ化物を含む基板面に所定の膜厚を有する光学薄膜を形成する光学薄膜の製造方法であって、前記所定の膜厚の一部を真空蒸着法により第１の酸化物膜で形成した後、該第１の酸化物膜に続いてイオンプレーティング法またはイオンアシスト法により前記第１の酸化物膜と同一材質で第２の酸化物膜を形成し、前記第１の酸化物膜の膜厚と前記第２の酸化物膜の膜厚の和が前記所定の膜厚となることを特徴とする光学薄膜の製造方法。
【請求項２】
フッ化物薄膜の膜面に所定の膜厚を有する光学薄膜を形成する光学薄膜の製造方法であって、前記所定の膜厚の一部を真空蒸着法により第１の酸化物膜で形成した後、該第１の酸化物膜に続いてイオンプレーティング法またはイオンアシスト法により前記第１の酸化物膜と同一材質で第２の酸化物膜を形成し、前記第１の酸化物膜の膜厚と前記第２の酸化物膜の膜厚の和が前記所定の膜厚となることを特徴とする光学薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記第１の酸化物膜及び前記第２の酸化物膜がＳｉＯ２であることを特徴とする請求項１又は請求項２の光学薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反射防止膜、ビームスプリッター、バンドパスフィルターなどの光学薄膜を形成する場合、真空蒸着法が従来より多用されている。しかし真空蒸着法で形成した膜は一般に、密度が低いために膜強度が弱く、傷付き易いこと、膜の内部に水分を吸着して光学特性が変化すること、結晶化し易く膜表面の凹凸が大きくなり易いため散乱が大きいこと等の問題を有している。
【０００３】
近年、真空蒸着法の欠点を解消するため、イオンプレーティング法やイオンアシスト法が用いられている。例えば、特開平４−１７８８６１号公報には、基板に高周波電圧を印加して薄膜を形成するいわゆるイオンプレーティング法と、イオンを照射して薄膜を形成するいわゆるイオンアシスト法の両方を併用する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、イオンプレーティング法やイオンアシスト法においては、フッ化物膜を形成することが非常に難しいものとなっている。これは、フッ化物に高エネルギーのイオンが入射すると、フッ素が解離して光学的に吸収が発生するためである。そのため、光学薄膜の成膜において、イオンプレーティング法やイオンアシスト法は、酸化物の成膜に限定されているのが現状である。
【０００５】
フッ化物を含む基板や薄膜上に対し、イオンプレーティング法やイオンアシスト法によって薄膜を形成する場合においても、同様の問題が発生する。すなわち、酸化物薄膜の厚さが薄い薄膜形成の初期段階では、入射するイオンが薄膜を貫通して下地のフッ化物基板やフッ化物薄膜に衝突する。その結果、フッ素が解離し光学的な吸収が発生する。
【０００６】
本発明は、このような問題点を考慮してなされたものであり、フッ化物を含む基板やフッ化物薄膜上にイオンプレーティング法やイオンアシスト法で酸化物薄膜を形成するに際し、下地に光学的な吸収が発生することのない光学薄膜の製造方法の提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の光学薄膜の製造方法は、フッ化物を含む基板面に所定の膜厚を有する光学薄膜を形成する光学薄膜の製造方法であって、前記所定の膜厚の一部を真空蒸着法により第１の酸化物膜で形成した後、該第１の酸化物膜に続いてイオンプレーティング法またはイオンアシスト法により前記第１の酸化物膜と同一材質で第２の酸化物膜を形成し、前記第１の酸化物膜の膜厚と前記第２の酸化物膜の膜厚の和が前記所定の膜厚となることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明の光学薄膜の製造方法は、フッ化物薄膜の膜面に所定の膜厚を有する光学薄膜を形成する光学薄膜の製造方法であって、前記所定の膜厚の一部を真空蒸着法により第１の酸化物膜で形成した後、該第１の酸化物膜に続いてイオンプレーティング法またはイオンアシスト法により前記第１の酸化物膜と同一材質で第２の酸化物膜を形成し、前記第１の酸化物膜の膜厚と前記第２の酸化物膜の膜厚の和が前記所定の膜厚となることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明の光学薄膜の製造方法は、請求項１又は請求項２の第１の酸化物膜及び前記第２の酸化物膜がＳｉＯ２であることを特徴とする。
【００１２】
以上の請求項の発明では、フッ化物基板やフッ化物薄膜の上に、まず真空蒸着法により酸化物膜を形成する。真空蒸着法では、下地にイオンが入射することがないので光吸収が発生することがない。このように最初に真空蒸着法で形成する酸化物膜は、下地にイオンが衝突するのを防ぐバリヤ層として機能するものである。
【００１３】
このバリヤ層は厚ければそれだけイオンが衝突するのを防ぐ効果が高いが、バリヤ層が必要以上に厚い場合には、上述したような真空蒸着法の欠点が顕著に現れる。したがって、バリヤ層の厚さは、必要最低限にするのが好ましい。本発明者らが検討した結果、真空蒸着法により形成した薄膜が最低５ｎｍあれば、その上にイオンプレーティング法またはイオンアシスト法により酸化物膜を形成しても、光吸収がほとんど発生しないことが判明した。なお、真空蒸着法によって形成する酸化物膜の膜厚は、５ｎｍ〜２０ｎｍ程度が好適であるが、要求される光学特性によっては更に厚くしても良い場合もある。
【００１４】
最初に形成する酸化物膜がＳｉＯ２の場合、真空蒸着法で形成する薄膜としては膜密度が比較的高いため、下地を保護する効果が高い。従って、酸化物膜がＳｉＯ２の場合は、真空蒸着法により形成する層をできるだけ薄くしたい場合や、わずかでもフッ素の解離が生じるとフッ化物の光吸収が発生するような紫外域での用途の場合に特に有効である。
【００１５】
ここでフッ化物基板とは、例えばＣａＦ２結晶等の結晶材料、ＦＫ０ｌ（ショット社製、商品名）等の光学ガラスであり、フッ化物薄膜とは、ＭｇＦ２をはじめとする各種フッ化物薄膜である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
この実施の形態では、基板としてＣａＦ２製レンズを用いた反射防止膜の例を示す。ＣａＦ２製の基板は水分により変質し易いので、イオンプレーティング法やイオンアシスト法により密度の高い薄膜を表面に形成して保護するのが望ましい。
【００１７】
この実施の形態では、２５０ｎｍを設計波長入として、基板から１層目が厚さλ／４のＡｌ２Ｏ３層、２層目が厚さλ／２のＨｆＯ２層、３層目が厚さλ／４のＭｇＦ２層からなる反射防止膜を形成する。
【００１８】
図１は、成膜装置を示す。この成膜装置では、通常の真空蒸着法及びイオンプレーティング法によって基板３に成膜することが可能となっている。真空蒸着を行う機構では、電子銃１により蒸着材料２を加熱して基板３上に薄膜を形成し、イオンプレーティングを行う機構では、基板３が取り付けられているドーム４に高周波電源（ＲＦ電源）５から高周波を印加して薄膜を形成するようになっている。
【００１９】
まず、真空槽６内を所定の真空度まで排気した後、蒸着材料２であるＡｌ２Ｏ３を電子銃１により加熱し、真空蒸着法により膜厚２０ｎｍのＡｌ２Ｏ３膜を成膜する。このＡｌ２Ｏ３膜は、バリヤ層として機能する。続いて、真空槽６中に酸素ガスを２×１０−２Ｐａ導入しながらドーム４に高周波を印加し、ドーム４周辺にプラズマを発生させるイオンプレーティング法により、バリヤ層との合計で所定の光学的膜厚となるまでＡｌ２Ｏ３膜を形成する。
【００２０】
その後、同様のイオンプレーティング法により、所定の光学的膜厚のＨｆＯ２膜を形成する。さらにその上に、真空蒸着法により所定の光学的膜厚のＭｇＦ２膜を形成した。
【００２１】
図２は以上のようにして形成した薄膜の分光透過率を示し、特性曲線Ａがこの実施の形態の分光透過率である。この特性曲線Ａでは、光学的な吸収はなく、２５０ｎｍ付近でほぼ１００％の非常に高い透過率が得られている。
【００２２】
なお、この実施の形態では、基板３が取り付けられたドーム４に高周波（ＲＦ）を印加したイオンプレーティング法を用いたが、他のイオンフレーティング法であっても、あるいはイオンアシスト法でも同様の結果が得られている。
【００２３】
（比較例１）
比較例１では、真空蒸着法によるＡｌ２Ｏ３層のバリヤ層を形成することなく、イオンプレーティング法によって基板３上に直接に薄膜を形成した。図２の特性曲線Ｂはこの比較例の分光透過率を示し、吸収の影響で、分光透過率が３％程度下がっており、光学部品としては好ましくないものとなっている。
【００２４】
（実施の形態２）
この実施の形態では、基板としてＦＫ０１（ショット社製、商品名）からなるレンズを用いた反射防止膜の例を示す。基板として用いるＦＫ０１は、成分としてＣａＦ２が多量に含まれた光学ガラスである。
【００２５】
この実施の形態では、表１に示すようなＴａ２Ｏ５とＭｇＦ２から構成される８層の広帯域の反射防止膜を形成する。ここで、Ｔａ２Ｏ５層は真空蒸着法で形成する場合、屈折率が不安定なため、できるだけイオンプレーティング法で形成する必要がある。しかし、実施の形態１と同様に、基板３にバリヤ層を設ける必要があり、さらにＭｇＦ２層の上に形成する場合にもバリヤ層が必要になる。
【００２６】
そこで、Ｔａ２０５層を形成する場合、最初の１０ｎｍ厚さ分だけは真空蒸着法で形成し、その後、実施の形態１で用いたのと同様のイオンプレーティング法で所定の膜厚になるようにした。ＭｇＦ２層は真空蒸着法で形成した。
【００２７】
図３は以上のようにして形成した薄膜の分光反射率を示す。３５０ｎｍから８００ｎｍの広い範囲で反射率が１％以下となっている。また、この波長範囲で光学的な吸収が０．５％以下と非常に少ないことも確認できた。
【００２８】
（実施の形態３）
この実施の形態では、基板としてＢＫ７製のプリズムを用い、２つのプリズムを接合したビームスプリッターの例を示す。
【００２９】
表２はこの実施の形態で成膜した偏光分離膜の構成である。ＭｇＦ２とＰｂＦ２との繰り返し成膜によって偏光ビームスプリッターを形成し、その上に保護膜としてＳｉＯ２膜を形成する。ＭｇＦ２とＰｂＦ２は真空蒸着法で形成するが、ＳｉＯ２は保護膜として硬さや耐湿性を要求されるため、イオンプレーティング法で形成する。
【００３０】
まず、プリズム上に、ＭｇＦ２とＰｂＦ２の繰り返しからなる下地１７層を真空蒸着法で形成した。その上に、５ｎｍの厚さのＳｉＯ２膜を真空蒸着法で形成し、さらにその上にイオンプレーティング法により所定の厚さとなるまでＳｉＯ２膜を形成した。これをもう一つのプリズムと接合した。
【００３１】
図４は、接合後の分光透過率を示し、特性曲線ＰがＰ偏光、特性曲線ＳがＳ偏光である。４５０ｎｍ付近でＰ偏光の透過率はほぼ１００％、Ｓ偏光の透過率はほぼ０％であり、完全にＰ偏光とＳ偏光とが分離されている。また、この偏光分離膜では、光学的な吸収もないことも確認した。
【００３２】
【表１】
0003979814.tif 000002
【００３３】
【表２】
0003979814.tif 000003
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３の発明によれば、フッ化物を含む基板やフッ化物薄膜の上に、所定の膜厚の酸化物膜を成膜する際に、所定の膜厚の一部を真空蒸着法により第１の酸化物膜で形成した後、その第１の酸化物膜の膜面にイオンプレーティング法またはイオンアシスト法により第１の酸化物膜と同一材質で第２の酸化物膜を形成し、第１の酸化物膜の膜厚と前記第２の酸化物膜の膜厚の和が前記所定の膜厚となるようにするため、フッ化物からフッ素が解離して光学的な吸収が発生することを防止でき、高い透過率を有する光学薄膜とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】成膜装置の一例の断面図である。
【図２】実施の形態１の分光透過率の特性図である。
【図３】実施の形態２の分光反射率の特性図である。
【図４】実施の形態３の分光透過率の特性図である。
【図１】
0003979814.tif 000004
【図２】
0003979814.tif 000005
【図３】
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【図４】
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