(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室内に互いに離間して配設された一対のクラスターイオンビーム蒸発源と、前記一対のクラスターイオンビーム蒸発源の中央に基板を保持する基板保持手段を有する成膜装置を用いて、
前記基板の両面のそれぞれに同時にクラスターイオンビームを照射し、
同一構成の少なくとも１層以上のフッ化物層を含む反射防止膜を、
前記基板の両面のそれぞれに成膜することを特徴とする両面成膜方法。
【請求項２】
成膜室内に互いに離間して配設された一対のクラスタービーム蒸発源と、前記一対のクラスタービーム蒸発源の中央に基板を保持する基板保持手段を有する成膜装置を用いて、
前記基板の両面のそれぞれに同時にクラスタービームを照射し、
同一構成の少なくとも１層以上のフッ化物層を含む反射防止膜を、
前記基板の両面のそれぞれに成膜することを特徴とする両面成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】
本発明は、レンズ等の基板の両面に光学薄膜等を成膜する両面成膜方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
反射防止膜等の光学薄膜は、レンズ等の基板の両面に設けることが多く、従来は、抵抗加熱法や電子銃加熱法によって片面ずつ成膜する方法が広く採用されてきたが、この方法は成膜時間が長いうえに、真空室内で基板を反転させる作業を必要とし、成膜工程が繁雑で装置も複雑化する。そこで、スパッタ法によって基板の両面に同時に成膜する方法が開発された（特開昭５２−６５１８４号公報参照）。これは、真空室内に設けられた少なくとも一対のターゲットの間に基板を配設し、各ターゲットの表面から放出される粒子を基板の各面に被着させるもので、スパッタ法では抵抗加熱法や電子銃加熱法のように蒸発粒子を発生させる方向が鉛直方向上向きに制約されることなく、傾斜方向あるいは下向き等に自在であることを利用したものである。
【０００３】
なお、基板の両面に同時に成膜することは、イオン照射等によって基板が加熱されても基板の両面に温度差が発生することなく、従って熱歪を起すおそれがないという利点もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術によれば、光学薄膜の材料として近年特に脚光をあびているＭｇＦ2 等のフッ化物を用いて成膜する場合に、光学特性のすぐれた光学薄膜を得るのが難しい。すなわち、スパッタ法は薄膜材料を一たん板状のターゲットに成形し、該ターゲットを加速粒子の衝撃によって蒸発させるものであるため、薄膜材料の種類によっては膜質の制御が困難である。例えば、ＭｇＦ2 等を含む光学薄膜をスパッタ法によって成膜すると、吸収の小さい良質の光学薄膜を得ることができない。
【０００５】
本発明は、上記従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、光学特性や耐久性にすぐれた良質の薄膜を基板の両面に同時に成膜できる両面成膜方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の両面成膜方法は、成膜室内に互いに離間して配設された一対のクラスターイオンビーム蒸発源と、前記一対のクラスターイオンビーム蒸発源の中央に基板を保持する基板保持手段を有する成膜装置を用いて、前記基板の両面のそれぞれに同時にクラスターイオンビームを照射し、同一構成の少なくとも１層以上のフッ化物層を含む反射防止膜を、前記基板の両面のそれぞれに成膜することを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の両面成膜方法は、成膜室内に互いに離間して配設された一対のクラスタービーム蒸発源と、前記一対のクラスタービーム蒸発源の中央に基板を保持する基板保持手段を有する成膜装置を用いて、前記基板の両面のそれぞれに同時にクラスタービームを照射し、同一構成の少なくとも１層以上のフッ化物層を含む反射防止膜を、前記基板の両面のそれぞれに成膜することを特徴とする。
【０００９】
【作用】
クラスターイオンビームまたはクラスタービームを用いれば垂直な表面や下向きの水平面等に成膜するのが容易であり耐久性や光学特性にすぐれた薄膜を基板の両面に同時に成膜できる。加えて、成膜される薄膜の膜質の制御が容易であり、ＭｇＦ2 等のフッ化物を材料として成膜する場合でも吸収の小さい光学薄膜を得ることができる。
【００１０】
【実施例】
本発明の実施例を図面に基いて説明する。
【００１１】
図１は第１実施例に用いる両面成膜装置を示すもので、基板Ｗ1 は図示しない基板保持手段である基板ホルダによって成膜室である真空室１の中央に垂直に保持され、真空室１は排気口１ａに接続された真空ポンプによって所定の真空度に排気される。真空室１内には基板Ｗ1 の各面にクラスターイオンビームを照射するＭｇＦ2 のクラスターイオンビーム蒸発源２ａ，２ｂが設けられ、各ＭｇＦ2 のクラスターイオンビーム蒸発源２ａ，２ｂは、ノズル３ａを有する密閉るつぼ３と、これを加熱するヒータ３ｂと、ノズル３ａから発生されるクラスター粒子をイオン化するイオン化電極３ｃからなる。
【００１２】
各密閉るつぼ３は、図２の（ａ）に示すように、密閉された筒状の容器１０ａの頂壁１０ｂに開口１０ｃを設けたものを基板Ｗ1 に向って所定の角度で傾斜させてもよいし、また、図２の（ｂ）に示すように、密閉された筒状の容器２０ａの基板Ｗ1 に対向する側面である側壁２０ｂに開口２０ｃを設け、開口２０ｃの周壁２０ｄを所定の角度で傾斜させたものでもよい。各ＭｇＦ2 のクラスターイオンビーム蒸発源２ａ，２ｂの近傍にはこれから発生されたクラスターイオンビームを遮断することの自在なシャッタ４ａ，４ｂが設けられ、また、基板Ｗ1 の各面に成膜される光学薄膜Ｆ1 、Ｆ2 の成膜速度は、基板Ｗ1 の外周縁の近傍に配設された成膜速度測定手段である水晶モニタ５ａ，５ｂによって個別に検出される。
【００１３】
図１の両面成膜装置によって、直径２００ｍｍのＢＫガラス製の基板の両面に膜厚１００ｎｍのＭｇＦ2 の光学薄膜を成膜した。成膜中、クラスターイオンビームの加速電圧は３００Ｖ、イオン化電流は２００ｍＡ、成膜速度は１ｎｍ／ｓｅｃに制御した。
【００１４】
このようにして成膜されたＭｇＦ2 の光学薄膜の吸収の分光特性を調べたところ、波長４００ｎｍにおける吸収は０．１％以下であり、また、基板Ｗ1 の平面度の変化をレーザ干渉計によって測定した結果はλ／１０（λ；Ｈｅ−Ｎｅレーザの波長）以下であり、これは成膜中の基板の熱歪が極めて小さいためであると推測される。さらに、テープ試験による密着性、シルボン紙による荷重２ｋｇｆにおける耐摩耗性も良好であることが判明した。
【００１５】
比較のために、図１の両面成膜装置によって同様の基板に片面ずつ同様のＭｇＦ2 の光学薄膜を成膜したところ、基板の平面度の変化はλ／５ないしλ／６であった。なお、成膜終了時の基板の温度上昇を熱電対で調べた結果は５２℃であった。
【００１６】
本実施例によれば、極めて吸収の少ない良質のＭｇＦ2 の光学薄膜を基板の両面に同時成膜できるとともに、成膜中の熱歪によって基板の平面度が大きく損なわれるおそれもない。従って、良質の光学薄膜を極めて安価に製造できる。
【００１７】
なお、図３に示すように、真空室１１内に基板Ｗ2 を水平に保持し、基板Ｗ2 の上方および下方にＭｇＦ2 のクラスターイオンビーム蒸発源１２ａ，１２ｂを設けることもできる。上方のＭｇＦ2 のクラスターイオンビーム蒸発源１２ａは密閉るつぼ１３の底面にノズル１３ａと液溜め１３ｂを配設したものであり（特公昭５４−９５９２号公報参照）下方のＭｇＦ2 のクラスターイオンビーム蒸発源１２ｂは図２の（ａ）に示すものを垂直に設置したものである。
【００１８】
図４は第２実施例に用いる両面成膜装置を示すもので、これは、排気口２１ａによって排気される成膜室である真空室２１と、真空室２１の天井壁２１ｂと底壁２１ｃにそれぞれ１個ずつ支持されたＬａＦ3 のクラスターイオンビーム蒸発源２２ａ，２２ｂとＺｒのクラスターイオンビーム蒸発源２３ａ，２３ｂとＭｇＦ2 のクラスターイオンビーム蒸発源２４ａ，２４ｂと、これらのクラスターイオンビーム蒸発源から発生されるクラスターイオンビームをそれぞれ遮断することの自在なシャッタ２５ａ〜２５ｆを備えている。真空室２１はこれに酸素ガスを導入するための反応ガス導入手段であるガス供給ライン２１ｄを有し、真空室２１の両側にはロードロック室２６，２７が設けられ、これらはそれぞれ真空室２１と個別に排気自在であり、また、各ロードロック室２６，２７と真空室２１はゲート弁２６ａ，２７ａを介して連通自在である。
【００１９】
複数の基板Ｗ3 を保持する基板キャリヤＣ1 は、その水平方向の中央にモニタガラスＭ1 を有し、一方のロードロック室２６に図示しない開口から搬入される。ロードロック室２６の排気後、ゲート弁２６ａを開いて基板キャリヤＣ1 を真空室２１内に搬入する。各基板Ｗ3 の両面に向って発生されるクラスターイオンビームの成膜速度を一対の水晶モニタ２８ａ，２８ｂによってモニタし、また、モニタガラスＭ1 の両面に成膜される光学薄膜の膜厚を一対の膜厚モニタ手段である光学モニタ２９ａ，２９ｂによってモニタする。成膜終了後は他方のロードロック室２７のゲート弁２７ａを開き、基板キャリヤＣ1 をロードロック室２７に搬出し、ゲート弁２７ａを閉じたうえでロードロック室２７を大気開放して基板キャリヤＣ1 を取り出す。
【００２０】
なお、モニタガラスＭ1 は、図５の（ａ）に示すように、不透過無反射膜３０を挟んで一対のガラス板３１，３２を貼合わせたものでもよいし、また、図５の（ｂ）に示すように不透過無反射膜の支持体３３の両面にそれぞれガラス板３４，３５を保持させたものでもよい。
【００２１】
図４の両面成膜装置を用いて、図６に示すように、直径４０ｍｍ、厚さ１ｍｍの基板であるＢＫガラスレンズ４１の両面４１ａ，４１ｂにそれぞれ、光学膜厚１２２ｎｍのＬａＦ3 の第１層４２ａ，４３ａ、光学膜厚２４５ｎｍのＺｒＯ2 の第２層４２ｂ，４３ｂ、光学膜厚１２２ｎｍのＭｇＦ2 の第３層４２ｃ，４３ｃからなる３層反射防止膜４２，４３を成膜した。第１層４２ａ，４３ａは、ＬａＦ3 のクラスターイオンビーム蒸発源２２ａ，２２ｂから発生されるクラスターイオンビームを被着させたもので、成膜条件は、加速電圧５００Ｖ、イオン化電圧３００Ｖ、イオン化電流２００ｍＡ、成膜速度１ｎｍ／ｓｅｃであった。第２層４２ｂ，４３ｂは、Ｚｒのクラスターイオンビーム蒸発源２３ａ，２３ｂから発生されるクラスターイオンビームにガス供給ライン２１ｄから導入される酸素ガスを反応させて成膜したもので、成膜条件は加速電圧１ｋＶ、イオン化電圧３００Ｖ、イオン化電流３００ｍＡ、成膜速度０．３ｎｍ／ｓｅｃであった。第３層４２ｃ，４３ｃは、ＭｇＦ2 のクラスターイオンビーム蒸発源２４ａ，２４ｂを用いて成膜したもので、成膜条件は加速電圧１ｋＶ、イオン化電圧３００Ｖ、イオン化電流２００ｍＡ、成膜速度１ｎｍ／ｓｅｃであった。
【００２２】
このようにして成膜された３層反射防止膜を有するＢＫガラスレンズの反射率の分光特性を調べたところ、図７に示すように可視光域全域において１％以下であり、前記３層反射防止膜が極めて良質の反射防止膜であることが判明した。また、第１実施例と同様に密着性と体摩耗性を調べた結果も極めて良好であった。本実施例においては真空室に基板を連続的に反出入する時間も大幅に短縮できるため、より一層生産性を向上させて製造コストを低減できる。なお、このように複数の基板に同時に成膜する場合には、各クラスターイオンビーム蒸発源と基板の間にクラスターイオンビームを部分的に遮断するマスクを配設し、各基板に成膜される光学薄膜の膜厚が不均一にならないように工夫するとよい。その他の点は第１実施例と同様であるので説明は省略する。
【００２３】
図８は第３実施例に用いる両面成膜装置を示すもので、基板Ｗ4 は図示しない基板保持手段である基板ホルダによって成膜室である真空室５１の中央に垂直に保持され、真空室５１は排気口５１ａに接続された真空ポンプによって所定の真空度に排気される。真空室５１内には基板Ｗ4 の各面にクラスターイオンビームを照射するＭｇＦ2 のクラスタービーム蒸発源５２ａ，５２ｂが設けられ、各ＭｇＦ2 のクラスタービーム蒸発源５２ａ，５２ｂは、ノズル５３ａを有する密閉るつぼ５３と、これを加熱するヒータ５３ｂからなる。各密閉るつぼ５３は、図２の（ａ）に示したものと同様に、密閉された筒状の容器を基板Ｗ4 に向って所定の角度で傾斜させてもよいし、また、図２の（ｂ）に示すように、密閉された容器の開口の周壁を所定の角度で傾斜させたものでもよい。各ＭｇＦ2 のクラスタービーム蒸発源５２ａ，５２ｂの近傍にはこれから発生されたクラスタービームを遮断することの自在なシャッタ５４ａ，５４ｂが設けられ、また、基板Ｗ4 の各面に成膜される光学薄膜の成膜速度は、基板Ｗ4 の外周縁の近傍に配設された成膜速度測定手段である水晶モニタ５５ａ，５５ｂによって検出される。
【００２４】
図８の両面成膜装置によって、直径５０ｍｍ、厚さ１ｍｍのＢＫガラス製の基板の両面に膜厚１００ｎｍのＭｇＦ2 の光学薄膜を成膜した。成膜中、真空室５１の圧力は５×１０-6Ｔｏｒｒ、成膜速度は１ｎｍ／ｓｅｃに制御した。
【００２５】
このようにして成膜されたＭｇＦ2 の光学薄膜の吸収の分光特性を調べたところ、波長４００ｎｍにおける吸収は０．１％以下であり、成膜直後と温度７０℃、湿度８５％の条件で５００時間の高温高温耐久テスト後に公知のテープ試験による密着性と、シルボン紙による荷重１ｋｇｆにおける耐摩耗性と、有機溶剤による耐溶剤性を調べたところ、いずれも良好であることが判明した。また、成膜直後の反射率の分光特性は図９に示すとおりであり、高温高湿耐久テストの後の反射率の波長シフトは１ｎｍ以下であった。
【００２６】
本実施例によれば、各クラスタービーム蒸発源から発生されたクラスタービームをイオン化することなく基板に被着させるものであるため、クラスタービームをイオン化する場合に比べて基板の温度上昇が少ないうえにイオン衝撃による基板表面の損傷のおそれもない。加えて、基板上の異常放電等を防ぐためのニュートラライザ等を必要とせず装置の簡略化を促進できる。その他の点は第１実施例と同様であるので説明は省略する。
【００２７】
図１０は、第４実施例に用いる両面成膜装置を示すもので、これは、排気口６１ａによって排気される成膜室である真空室６１と、真空室６１の天井壁６１ｂと底壁６１ｃにそれぞれ支持されたＬａＦ3 のクラスタービーム蒸発源６２ａ，６２ｂとＺｒのクラスタービーム蒸発源６３ａ，６３ｂとＭｇＦ2 のクラスタービーム蒸発源６４ａ，６４ｂと、これらのクラスタービーム蒸発源から発生されるクラスタービームをそれぞれ遮断することの自在なシャッタ６５ａ〜６５ｆを備えている。真空室６１内には基板Ｗ5 に酸素ガスイオンを照射するためのイオン化手段である酸素イオン源６１ｄ，６１ｅが設けられ、真空室６１の両側にはゲート弁６６ａ，６７ａを介してロードロック室６６，６７が接続され、これらはそれぞれ真空室６１と個別に排気自在である。
【００２８】
複数の基板Ｗ5 を保持する基板キャリヤＣ2 は、その水平方向の中央にモニタガラスＭ2 を有し、一方のロードロック室６６に図示しない開口から搬入される。ロードロック室６６の排気後、ゲート弁６６ａを開いて基板キャリヤＣ2 を真空室６１内に搬入する。各基板Ｗ5 の両面に向って発生されるクラスタービームの成膜速度を一対の成膜速度測定手段である水晶モニタ６８ａ，６８ｂによって検出し、また、モニタガラスＭ2 の両面に成膜される光学薄膜の膜厚を一対の膜厚モニタ手段である光学モニタ６９ａ，６９ｂによってモニタする。成膜終了後は他方のロードロック室６７のゲート弁６７ａを開き、基板キャリヤＣ2 をロードロック室６７に搬出し、ゲート弁６７ａを閉じたうえでロードロック室６７を大気開放して基板キャリヤＣ2 を取りだす。
【００２９】
図１０の両面成膜装置を用いて、直径３０ｍｍ、厚さ２ｍｍのＢＫガラス製の基板の両面にそれぞれ、第２実施例と同様にＬａＦ3 の第１層、ＺｒＯ2 の第２層、ＭｇＦ2 の第３層からなる３層反射防止膜を成膜した。第１層は、ＬａＦ3 のクラスタービーム蒸発源６２ａ，６２ｂから発生されるクラスタービームを被着させたもので、成膜速度は０．６ｎｍ／ｓｅｃ、成膜時の圧力は４×１０-6Ｔｏｒｒであった。第２層は、Ｚｒのクラスタービーム蒸発源６３ａ，６３ｂから発生されるクラスタービームに酸素イオン源６１ｄ，６１ｅから照射される酸素ガスイオンを反応させて成膜したもので、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃ、酸素イオンのエネルギーは２００ｅＶ、電流密度は４０μＡ／ｃｍ2 であった。第３層は、ＭｇＦ2 のクラスタービーム蒸発源６４ａ，６４ｂを用いて成膜したもので、成膜速度は１ｎｍ／ｓｅｃ、成膜時の圧力は５×１０-6Ｔｏｒｒであった。
【００３０】
このようにして成膜された３層反射防止膜の反射率の分光特性を調べたところ、可視光域全域において１％以下であり、前記３層反射防止膜が極めて良質の反射防止膜であることが判明した。また、第１実施例と同様に密着性と耐摩耗性を調べた結果も極めて良好であった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００３２】
光学特性や耐久性にすぐれた良質の薄膜を基板の両面に同時に成膜できる。その結果、基板の両面に薄膜を成膜するときの成膜時間を大幅に短縮し、かつ、基板を反転させる工程を省略することで成膜工程および成膜装置を大幅に簡略化できる。また、フッ化物の光学薄膜等を成膜するときでも吸収が少なくて光学特性のすぐれたものを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に用いる両面成膜装置を説明する説明図である。
【図２】図１の両面成膜装置の密閉るつぼを説明するもので、（ａ）は密閉るつぼが傾斜して配設されている場合、（ｂ）は密閉るつぼが垂直に配設されている場合をそれぞれ示す模式断面図である。
【図３】第１実施例の一変形例を説明する説明図である。
【図４】第２実施例に用いる両面成膜装置を説明する説明図である。
【図５】第２実施例に用いるモニタガラスを示すもので、（ａ）はその一例、（ｂ）は別の例をそれぞれ示す模式断面図である。
【図６】第２実施例による３層反射防止膜を示す模式断面図である。
【図７】第２実施例によって成膜された３層反射防止膜の反射率の分光特性を示すグラフである。
【図８】第３実施例に用いる両面成膜装置を説明する説明図である。
【図９】第３実施例によって成膜された光学薄膜の反射率の分光特性を示すグラフである。
【図１０】第４実施例に用いる両面成膜装置を説明する説明図である。
【符号の説明】
Ｃ1 ，Ｃ2     基板キャリヤ
Ｍ1 ，Ｍ2     モニタガラス
Ｗ1 ，Ｗ2 ，Ｗ3 ，Ｗ4 ，Ｗ5   ，４１    基板
Ｆ1 ，Ｆ2     光学薄膜
１，１１，２１，５１，６１    真空室
２ａ，２ｂ，１２ａ，１２ｂ，２４ａ，２４ｂ    ＭｇＦ2 のクラスターイオンビーム蒸発源
３，５３    密閉るつぼ
４ａ，４ｂ，２５ａ〜２５ｆ，５４ａ，５４ｂ，６５ａ〜６５ｆ    シャッタ５ａ，５ｂ，２８ａ，２８ｂ，５５ａ，５５ｂ，６８ａ，６８ｂ    水晶モニタ
２２ａ，２２ｂ    ＬａＦ3 のクラスターイオンビーム蒸発源
２３ａ，２３ｂ    Ｚｒのクラスターイオンビーム蒸発源
２６，２７，６６，６７    ロードロック室
２９ａ，２９ｂ，６９ａ，６９ｂ    光学モニタ
４２，４３    ３層反射防止膜
５２ａ，５２ｂ，６４ａ，６４ｂ    ＭｇＦ2 のクラスタービーム蒸発源
６２ａ，６２ｂ    ＬａＦ3 のクラスタービーム蒸発源
６３ａ，６３ｂ    Ｚｒのクラスタービーム蒸発源
【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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