JPH08254612A - 多層膜光学部品およびその製造方法 - Google Patents
多層膜光学部品およびその製造方法Info
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- JPH08254612A JPH08254612A JP8317695A JP8317695A JPH08254612A JP H08254612 A JPH08254612 A JP H08254612A JP 8317695 A JP8317695 A JP 8317695A JP 8317695 A JP8317695 A JP 8317695A JP H08254612 A JPH08254612 A JP H08254612A
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- G02B5/00—Optical elements other than lenses
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- G02B5/0825—Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers the reflecting layers comprising dielectric materials only
- G02B5/0833—Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers the reflecting layers comprising dielectric materials only comprising inorganic materials only
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜を用いて良質で安価
な多層膜を製作する。 【構成】 ガラス製の基板１０上にＴｉＯ2 膜１１とＭ
ｇＦ2 膜１２を交互に６層ずつそれぞれ酸素イオンをイ
オンアシストとするイオンアシスト蒸着法によって成膜
して高反射膜を製作する。ＴｉＯ2 膜１１は、イオンア
シスト蒸着法によって成膜すると内部応力が圧縮応力と
なり、ＭｇＦ2 膜１２の引張応力を相殺するため、高反
射膜の内部歪みが大幅に低減されクラックの発生を回避
できる。また、ＭｇＦ2 膜１２をイオンアシスト蒸着法
によって成膜すると、フッ素脱離を抑え、パッキング密
度を向上させ、波長シフトの少ない膜を形成することが
できる。
な多層膜を製作する。 【構成】 ガラス製の基板１０上にＴｉＯ2 膜１１とＭ
ｇＦ2 膜１２を交互に６層ずつそれぞれ酸素イオンをイ
オンアシストとするイオンアシスト蒸着法によって成膜
して高反射膜を製作する。ＴｉＯ2 膜１１は、イオンア
シスト蒸着法によって成膜すると内部応力が圧縮応力と
なり、ＭｇＦ2 膜１２の引張応力を相殺するため、高反
射膜の内部歪みが大幅に低減されクラックの発生を回避
できる。また、ＭｇＦ2 膜１２をイオンアシスト蒸着法
によって成膜すると、フッ素脱離を抑え、パッキング密
度を向上させ、波長シフトの少ない膜を形成することが
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高反射膜（ミラー）や
ダイクロ膜（フィルタ）等の多層膜を基板に積層した多
層膜光学部品およびその製造方法に関するものである。
ダイクロ膜（フィルタ）等の多層膜を基板に積層した多
層膜光学部品およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】基板に高反射膜を積層したミラーや、ダ
イクロ膜を積層したフィルタ等の多層膜光学部品は、各
種誘電体のなかから高屈折率材料と低屈折率材料の組み
合わせを適宜選定し、それぞれ真空蒸着法やスパッタリ
ング法等の成膜方法によって所定の層数の多層膜に成膜
することによって製作される。
イクロ膜を積層したフィルタ等の多層膜光学部品は、各
種誘電体のなかから高屈折率材料と低屈折率材料の組み
合わせを適宜選定し、それぞれ真空蒸着法やスパッタリ
ング法等の成膜方法によって所定の層数の多層膜に成膜
することによって製作される。
【０００３】高屈折率を有する誘電体材料（高屈折率材
料）としてはＴｉＯ2 ，Ｔａ2 Ｏ5，ＺｒＯ2 ，ＨｆＯ2
等、低屈折率を有する誘電体材料（低屈折率材料）と
してはＭｇＦ2 ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 等がそれぞれ単
独あるいは混合物として広く用いられており、多層膜の
製造コストを低減するためには、できるだけ屈折率の高
い高屈折率材料とできるだけ屈折率の低い低屈折率材料
を組み合わせて層数の少ない多層膜を設計するのが望ま
しい。
料）としてはＴｉＯ2 ，Ｔａ2 Ｏ5，ＺｒＯ2 ，ＨｆＯ2
等、低屈折率を有する誘電体材料（低屈折率材料）と
してはＭｇＦ2 ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 等がそれぞれ単
独あるいは混合物として広く用いられており、多層膜の
製造コストを低減するためには、できるだけ屈折率の高
い高屈折率材料とできるだけ屈折率の低い低屈折率材料
を組み合わせて層数の少ない多層膜を設計するのが望ま
しい。
【０００４】理論上は、前記の誘電体材料のなかで最も
屈折率の高いＴｉＯ2 と最も屈折率の低いＭｇＦ2 を組
み合わせると、最も少ない層数で分光特性上のバンド幅
の広い良質の高反射膜等を得ることができるはずであ
る。
屈折率の高いＴｉＯ2 と最も屈折率の低いＭｇＦ2 を組
み合わせると、最も少ない層数で分光特性上のバンド幅
の広い良質の高反射膜等を得ることができるはずであ
る。
【０００５】
【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、実際に真空蒸着法あるいはスパッタリ
ング法によってＴｉＯ2 とＭｇＦ2 からなる高反射膜等
の多層膜を製作すると、ＭｇＦ2 層にフッ素脱離等の内
部欠陥が発生したり、多層膜の内部歪みのためにクラッ
クが発生し、設計通りの良質の多層膜を得ることができ
ない。
の技術によれば、実際に真空蒸着法あるいはスパッタリ
ング法によってＴｉＯ2 とＭｇＦ2 からなる高反射膜等
の多層膜を製作すると、ＭｇＦ2 層にフッ素脱離等の内
部欠陥が発生したり、多層膜の内部歪みのためにクラッ
クが発生し、設計通りの良質の多層膜を得ることができ
ない。
【０００６】すなわち、ＭｇＦ2 層の内部欠陥は、吸収
を増大させるために多層膜の光学特性を著しく損なうも
のであり、また、クラックの発生は、真空蒸着法によっ
て成膜されたＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜の内部応力がとも
に引張応力であるために多層膜の内部歪みが著しく増大
することに起因すると推察されるもので、多層膜の強度
や耐久性を大きく低下させる。
を増大させるために多層膜の光学特性を著しく損なうも
のであり、また、クラックの発生は、真空蒸着法によっ
て成膜されたＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜の内部応力がとも
に引張応力であるために多層膜の内部歪みが著しく増大
することに起因すると推察されるもので、多層膜の強度
や耐久性を大きく低下させる。
【０００７】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って、層数を削減する上で最
も望ましい組み合わせであるＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜か
らなり、しかもクラックや内部欠陥のない良質で安価な
多層膜を有する多層膜光学部品およびその製造方法を提
供することを目的とするものである。
に鑑みてなされたものであって、層数を削減する上で最
も望ましい組み合わせであるＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜か
らなり、しかもクラックや内部欠陥のない良質で安価な
多層膜を有する多層膜光学部品およびその製造方法を提
供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の多層膜光学部品は、基体の表面に交互に積
層された複数対のＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜からなる多層
膜を有し、各対の前記ＴｉＯ2 膜の内部応力が圧縮応力
であり、前記ＭｇＦ2 膜の内部応力が引張応力であるこ
とを特徴とする。
め、本発明の多層膜光学部品は、基体の表面に交互に積
層された複数対のＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜からなる多層
膜を有し、各対の前記ＴｉＯ2 膜の内部応力が圧縮応力
であり、前記ＭｇＦ2 膜の内部応力が引張応力であるこ
とを特徴とする。
【０００９】４対以上のＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜を有す
るとよい。
るとよい。
【００１０】本発明の多層膜光学部品の製造方法は、基
体の表面に交互に複数対のＴｉＯ2膜とＭｇＦ2 膜を成
膜する工程を有し、各対の少なくとも前記ＴｉＯ2 膜を
イオンアシスト蒸着法によって成膜することを特徴とす
る。
体の表面に交互に複数対のＴｉＯ2膜とＭｇＦ2 膜を成
膜する工程を有し、各対の少なくとも前記ＴｉＯ2 膜を
イオンアシスト蒸着法によって成膜することを特徴とす
る。
【００１１】イオンアシスト蒸着法におけるイオンアシ
ストとして酸素イオンを用いるとよい。
ストとして酸素イオンを用いるとよい。
【００１２】また、各対のＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜を成
膜中基体が無加熱であってもよい。
膜中基体が無加熱であってもよい。
【００１３】また、基体の表面に複数対のＴｉＯ2 膜と
ＭｇＦ2 膜を成膜する工程の前に、前記表面をイオン照
射によって清浄化するとよい。
ＭｇＦ2 膜を成膜する工程の前に、前記表面をイオン照
射によって清浄化するとよい。
【００１４】
【作用】公知の真空蒸着法によって成膜されたＴｉＯ2
膜とＭｇＦ2 膜の内部応力は一般的に双方とも引張応力
であるが、ＴｉＯ2 膜の成膜にイオンアシスト蒸着法を
用いてその成膜条件を制御すると内部応力が圧縮応力と
なり、ＭｇＦ2 膜の引張応力を相殺する。その結果、多
層膜の内部歪みが大幅に低減され、クラックの発生を回
避できる。
膜とＭｇＦ2 膜の内部応力は一般的に双方とも引張応力
であるが、ＴｉＯ2 膜の成膜にイオンアシスト蒸着法を
用いてその成膜条件を制御すると内部応力が圧縮応力と
なり、ＭｇＦ2 膜の引張応力を相殺する。その結果、多
層膜の内部歪みが大幅に低減され、クラックの発生を回
避できる。
【００１５】また、ＭｇＦ2 膜の成膜にイオンアシスト
蒸着法を採用すると、パッキング密度が大きくてフッ素
脱離等の内部欠陥のないＭｇＦ2 膜を得ることができ
る。
蒸着法を採用すると、パッキング密度が大きくてフッ素
脱離等の内部欠陥のないＭｇＦ2 膜を得ることができ
る。
【００１６】そこで、ＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜の双方を
イオンアシスト蒸着法によって成膜すれば、ＴｉＯ2 膜
とＭｇＦ2 膜からなる多層膜のクラックや内部欠陥を発
生しやすい欠点を回避して、密着性および耐環境性に優
れた良質で安価な多層膜光学部品を製作できる。
イオンアシスト蒸着法によって成膜すれば、ＴｉＯ2 膜
とＭｇＦ2 膜からなる多層膜のクラックや内部欠陥を発
生しやすい欠点を回避して、密着性および耐環境性に優
れた良質で安価な多層膜光学部品を製作できる。
【００１７】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１８】図１は第１実施例による多層膜光学部品の
製造方法に用いる成膜装置を説明する説明図であって、
これは、図示しない排気ポンプに接続された排気口１ａ
と酸素ガス等の反応ガスを導入する反応ガス導入口１ｂ
を備えた真空室１を有し、真空室１の内部には、基板１
０を保持して回転する基板ホルダ２と、ＭｇＦ2 膜の成
膜に用いる抵抗加熱蒸発源３、ＴｉＯ2 膜の成膜に用い
る電子ビーム蒸発源４およびイオンを発生するイオン源
５が設けられる。また、イオン源５の近傍には、これか
ら発生されたイオンによる異常放電を防ぐためのニュー
トラライザー６が配設され、基板ホルダ２の中央には、
基板１０に成膜中の薄膜の膜厚を検出して抵抗加熱蒸発
源３および電子ビーム蒸発源４による蒸着速度を制御す
るための水晶振動子７および光モニタ８が設けられる。
製造方法に用いる成膜装置を説明する説明図であって、
これは、図示しない排気ポンプに接続された排気口１ａ
と酸素ガス等の反応ガスを導入する反応ガス導入口１ｂ
を備えた真空室１を有し、真空室１の内部には、基板１
０を保持して回転する基板ホルダ２と、ＭｇＦ2 膜の成
膜に用いる抵抗加熱蒸発源３、ＴｉＯ2 膜の成膜に用い
る電子ビーム蒸発源４およびイオンを発生するイオン源
５が設けられる。また、イオン源５の近傍には、これか
ら発生されたイオンによる異常放電を防ぐためのニュー
トラライザー６が配設され、基板ホルダ２の中央には、
基板１０に成膜中の薄膜の膜厚を検出して抵抗加熱蒸発
源３および電子ビーム蒸発源４による蒸着速度を制御す
るための水晶振動子７および光モニタ８が設けられる。
【００１９】図１の装置を用いて図２に示す１２層の多
層膜からなるミラーを製作する。
層膜からなるミラーを製作する。
【００２０】まず、真空室１を所定の真空度に減圧しガ
ラス製（ＢＫ７）の基板１０にイオン源５からＡｒもし
くはＯ2 等のイオンを照射して基板１０の表面を清浄化
（クリーニング）し、続いて電子ビーム蒸発源４と抵抗
加熱蒸発源３を交互に加熱して基板１０の表面にそれぞ
れ光学膜厚ｎｄ＝λ／４（λ＝５５０ｎｍ）のＴｉＯ2
膜１１とＭｇＦ2 膜１２を交互に６層ずつ合計１２層の
薄膜を積層し、高反射膜を得た。
ラス製（ＢＫ７）の基板１０にイオン源５からＡｒもし
くはＯ2 等のイオンを照射して基板１０の表面を清浄化
（クリーニング）し、続いて電子ビーム蒸発源４と抵抗
加熱蒸発源３を交互に加熱して基板１０の表面にそれぞ
れ光学膜厚ｎｄ＝λ／４（λ＝５５０ｎｍ）のＴｉＯ2
膜１１とＭｇＦ2 膜１２を交互に６層ずつ合計１２層の
薄膜を積層し、高反射膜を得た。
【００２１】各ＴｉＯ2 膜１１の成膜は、反応ガス導入
口１ｂから反応ガスとして酸素ガスを導入して真空度１
×１０-4Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で蒸着速度を０．５ｎ
ｍ／ｓｅｃに制御し、イオンアシストとしてイオン源５
からイオンエネルギー５００ｅＶ、イオン電流密度５０
μＡ／ｃｍ2 の酸素イオンを発生させて行なわれた。
口１ｂから反応ガスとして酸素ガスを導入して真空度１
×１０-4Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で蒸着速度を０．５ｎ
ｍ／ｓｅｃに制御し、イオンアシストとしてイオン源５
からイオンエネルギー５００ｅＶ、イオン電流密度５０
μＡ／ｃｍ2 の酸素イオンを発生させて行なわれた。
【００２２】各ＭｇＦ2 膜１２の成膜は、反応ガスを導
入せず、蒸着速度を１．０ｎｍ／ｓｅｃに制御し、イオ
ンアシストとしてイオン源５からイオンエネルギー３０
０ｅＶ、イオン電流密度３０μＡ／ｃｍ2 の酸素イオン
を発生させて行なわれた。
入せず、蒸着速度を１．０ｎｍ／ｓｅｃに制御し、イオ
ンアシストとしてイオン源５からイオンエネルギー３０
０ｅＶ、イオン電流密度３０μＡ／ｃｍ2 の酸素イオン
を発生させて行なわれた。
【００２３】なお、各ＴｉＯ2 膜１１と各ＭｇＦ2 膜１
２の成膜中はいずれもニュートラライザー６を稼動し、
基板１０は無加熱であった。また、抵抗加熱蒸発源３と
電子ビーム蒸発源４の蒸発源にはそれぞれＭｇＦ2 材と
ＴｉＯ2 材を用いた。
２の成膜中はいずれもニュートラライザー６を稼動し、
基板１０は無加熱であった。また、抵抗加熱蒸発源３と
電子ビーム蒸発源４の蒸発源にはそれぞれＭｇＦ2 材と
ＴｉＯ2 材を用いた。
【００２４】上記の成膜条件で成膜されたＴｉＯ2 膜１
１と、ＭｇＦ2 膜１２の内部応力を調べたところ、Ｔｉ
Ｏ2 膜１１の内部応力は圧縮応力であって応力値が３．
１×１０8 Ｎ／ｍ2 、ＭｇＦ2 膜１２の内部応力は引張
応力であって応力値は２．３×１０8 Ｎ／ｍ2 であり、
ＴｉＯ2 膜１１とＭｇＦ2 膜１２を交互に積層するとこ
れらの内部応力の大部分が互いに相殺されて内部歪みが
大幅に低減される。
１と、ＭｇＦ2 膜１２の内部応力を調べたところ、Ｔｉ
Ｏ2 膜１１の内部応力は圧縮応力であって応力値が３．
１×１０8 Ｎ／ｍ2 、ＭｇＦ2 膜１２の内部応力は引張
応力であって応力値は２．３×１０8 Ｎ／ｍ2 であり、
ＴｉＯ2 膜１１とＭｇＦ2 膜１２を交互に積層するとこ
れらの内部応力の大部分が互いに相殺されて内部歪みが
大幅に低減される。
【００２５】イオンアシストを用いることなく、公知の
真空蒸着法によってＴｉＯ2 膜を成膜した場合は、Ｔｉ
Ｏ2 膜の内部応力は引張応力であるが、本実施例におい
ては、イオンアシストを用いるイオンアシスト蒸着法に
よってＴｉＯ2 膜を成膜したために圧縮方向の内部応力
が発生したと考えられる。また、ＭｇＦ2 膜の場合もイ
オンアシストを用いるイオンアシスト蒸着法を採用した
ことで引張応力の応力値が幾分減少したと考えられる。
真空蒸着法によってＴｉＯ2 膜を成膜した場合は、Ｔｉ
Ｏ2 膜の内部応力は引張応力であるが、本実施例におい
ては、イオンアシストを用いるイオンアシスト蒸着法に
よってＴｉＯ2 膜を成膜したために圧縮方向の内部応力
が発生したと考えられる。また、ＭｇＦ2 膜の場合もイ
オンアシストを用いるイオンアシスト蒸着法を採用した
ことで引張応力の応力値が幾分減少したと考えられる。
【００２６】なお、イオンアシストのガスの種類、イオ
ンエネルギーおよびイオン電流密度を変えることによ
り、ＴｉＯ2 膜の圧縮応力やＭｇＦ2 膜の引張応力を広
範囲に制御できることが実験によって判明している。
ンエネルギーおよびイオン電流密度を変えることによ
り、ＴｉＯ2 膜の圧縮応力やＭｇＦ2 膜の引張応力を広
範囲に制御できることが実験によって判明している。
【００２７】上記の方法によって製作されたミラーの分
光反射率を調べたところ、図３に示すように中心波長５
５０ｎｍで９９．３％の反射率を有し、極めて高品質な
ミラーであることが判明した。ＭｇＦ2 膜を真空蒸着法
等によって成膜するとフッ素脱離等を発生しやすいが、
イオンアシストを用いるイオンアシスト蒸着法を採用し
たことで、このような内部欠陥が回避されて光学特性が
大きく向上したものと推察される。
光反射率を調べたところ、図３に示すように中心波長５
５０ｎｍで９９．３％の反射率を有し、極めて高品質な
ミラーであることが判明した。ＭｇＦ2 膜を真空蒸着法
等によって成膜するとフッ素脱離等を発生しやすいが、
イオンアシストを用いるイオンアシスト蒸着法を採用し
たことで、このような内部欠陥が回避されて光学特性が
大きく向上したものと推察される。
【００２８】また、サンプル数３０について、粘着テー
プによる密着力の試験と、シルボン紙による摩擦試験
と、有機溶剤による溶剤試験を行なったところ、結果が
不良なサンプルは皆無であった。
プによる密着力の試験と、シルボン紙による摩擦試験
と、有機溶剤による溶剤試験を行なったところ、結果が
不良なサンプルは皆無であった。
【００２９】次に、各サンプルを温度７０℃湿度８０％
の高温高湿環境下に５００時間放置する耐環境テストを
行なったうえで、上記と同様の密着力の試験と摩擦試験
と溶剤試験を行なったところ、やはり不良サンプルは皆
無であり、さらに分光反射率を調べたところ中心波長に
おける反射率９９．２％で、波長シフト量は±１ｎｍ以
下であった。
の高温高湿環境下に５００時間放置する耐環境テストを
行なったうえで、上記と同様の密着力の試験と摩擦試験
と溶剤試験を行なったところ、やはり不良サンプルは皆
無であり、さらに分光反射率を調べたところ中心波長に
おける反射率９９．２％で、波長シフト量は±１ｎｍ以
下であった。
【００３０】これは、前述のように、イオンアシストを
用いて特にＴｉＯ2 膜の内部応力を制御することで多層
膜（高反射膜）の内部歪みを大幅に低減したため、クラ
ック等の発生が回避されて機械的強度等が大幅に向上し
た結果であり、また、耐環境テスト後の波長シフトが少
ないのは、ＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜の双方をイオンアシ
スト蒸着法によって成膜することで両者のパッキング密
度を大きく向上させたことによるものであると推察され
る。
用いて特にＴｉＯ2 膜の内部応力を制御することで多層
膜（高反射膜）の内部歪みを大幅に低減したため、クラ
ック等の発生が回避されて機械的強度等が大幅に向上し
た結果であり、また、耐環境テスト後の波長シフトが少
ないのは、ＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜の双方をイオンアシ
スト蒸着法によって成膜することで両者のパッキング密
度を大きく向上させたことによるものであると推察され
る。
【００３１】数多くの実験を行なった結果、イオンアシ
スト蒸着法を採用するとＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜の層数
が合計２０層以上であってもクラックの発生を回避でき
ることが判明した。
スト蒸着法を採用するとＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜の層数
が合計２０層以上であってもクラックの発生を回避でき
ることが判明した。
【００３２】本実施例によれば、少ない層数ですぐれた
光学特性を有し、密着力や耐摩耗性等の機械的強度や耐
溶剤性等も充分であり、耐環境性にもすぐれた極めて良
質でしかも安価な多層膜光学部品を得ることができる。
なお、本実施例においてはＴｉＯ2 膜を成膜するときの
蒸発源にＴｉＯ2 材を用いたが替わりにＴｉあるいはＴ
ｉＯx （０＜ｘ＜２）を用いることもできる。また、必
要であれば、基板を例えば１００℃ないし３００℃に加
熱してもよい。
光学特性を有し、密着力や耐摩耗性等の機械的強度や耐
溶剤性等も充分であり、耐環境性にもすぐれた極めて良
質でしかも安価な多層膜光学部品を得ることができる。
なお、本実施例においてはＴｉＯ2 膜を成膜するときの
蒸発源にＴｉＯ2 材を用いたが替わりにＴｉあるいはＴ
ｉＯx （０＜ｘ＜２）を用いることもできる。また、必
要であれば、基板を例えば１００℃ないし３００℃に加
熱してもよい。
【００３３】（比較例）図１の装置を用いて図２のミラ
ーと同様にＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜からなる合計１２層
のミラーを設計し、ＢＫ７製の基板を３００℃に加熱し
て、各ＴｉＯ2膜と各ＭｇＦ2 膜をイオンアシストを用
いることなくそれぞれ成膜した。
ーと同様にＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜からなる合計１２層
のミラーを設計し、ＢＫ７製の基板を３００℃に加熱し
て、各ＴｉＯ2膜と各ＭｇＦ2 膜をイオンアシストを用
いることなくそれぞれ成膜した。
【００３４】ＴｉＯ2 膜の成膜は、蒸着速度０．５ｎｍ
／ｓｅｃ、真空度１×１０-4Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で
行なわれ、ＭｇＦ2 膜の成膜は、蒸着速度１．０ｎｍ／
ｓｅｃ、反応ガスの導入は無しで行なわれた。ＴｉＯ2
膜とＭｇＦ2 膜の内部応力はともに引張応力であって応
力値はそれぞれ２．１×１０8 Ｎ／ｍ2 、２．５×１０
8 Ｎ／ｍ2 であり、極めて大きな内部歪みが発生してい
ると推定される。
／ｓｅｃ、真空度１×１０-4Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で
行なわれ、ＭｇＦ2 膜の成膜は、蒸着速度１．０ｎｍ／
ｓｅｃ、反応ガスの導入は無しで行なわれた。ＴｉＯ2
膜とＭｇＦ2 膜の内部応力はともに引張応力であって応
力値はそれぞれ２．１×１０8 Ｎ／ｍ2 、２．５×１０
8 Ｎ／ｍ2 であり、極めて大きな内部歪みが発生してい
ると推定される。
【００３５】すべての層の成膜後に基板を取り出したと
ころ、多層膜に多数のクラックが発生していた。
ころ、多層膜に多数のクラックが発生していた。
【００３６】そこで、ＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜のペア数
を減らして５ペア（合計１０層）のミラーを設計し、上
記と同様の方法で全膜厚が７８０ｎｍの多層膜を成膜し
た。分光反射率を測定したものを図４に示す。中心波長
５５０ｎｍにおける反射率は９７．４％であり、成膜直
後はクラックが無かったが、前述の耐環境テストの結果
多くのクラックが発生した。
を減らして５ペア（合計１０層）のミラーを設計し、上
記と同様の方法で全膜厚が７８０ｎｍの多層膜を成膜し
た。分光反射率を測定したものを図４に示す。中心波長
５５０ｎｍにおける反射率は９７．４％であり、成膜直
後はクラックが無かったが、前述の耐環境テストの結果
多くのクラックが発生した。
【００３７】耐環境テスト後もクラックが発生しないよ
うにするためには、ＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜のペア数を
４以下にしなくてはならないことが判明した。
うにするためには、ＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜のペア数を
４以下にしなくてはならないことが判明した。
【００３８】次に、図５に示すように、ＴｉＯ2 膜２１
とＳｉＯ2 膜２２を７ペア合計１４層のミラーを設計
し、各ＴｉＯ2 膜２１とＳｉＯ2 膜２２を公知の成膜方
法で基板２０を３００℃に加熱して成膜した。ＳｉＯ2
膜とＴｉＯ2 膜の組み合わせを用いて本実施例のＴｉＯ
2 膜とＭｇＦ2 膜６ペアからなる高反射膜と同じ光学特
性を得るには７ペア必要であり、その分だけ製造コスト
が上昇する。
とＳｉＯ2 膜２２を７ペア合計１４層のミラーを設計
し、各ＴｉＯ2 膜２１とＳｉＯ2 膜２２を公知の成膜方
法で基板２０を３００℃に加熱して成膜した。ＳｉＯ2
膜とＴｉＯ2 膜の組み合わせを用いて本実施例のＴｉＯ
2 膜とＭｇＦ2 膜６ペアからなる高反射膜と同じ光学特
性を得るには７ペア必要であり、その分だけ製造コスト
が上昇する。
【００３９】ＴｉＯ2 膜２１の成膜は真空度１×１０-4
Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で蒸着速度を０．５ｎｍ／ｓｅ
ｃに制御して行なわれ、ＳｉＯ2 膜２２の成膜は真空度
１×１０-5Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で蒸着速度を１．０
ｎｍ／ｓｅｃに制御して行なわれた。ＳｉＯ2 膜２２の
内部応力は圧縮応力であって応力値は２．３×１０8Ｎ
／ｍ2 であった。このミラーの分光反射率を測定したと
ころ、図６に示すように、中心波長５５０ｎｍにおける
反射率は９９．３％であり、成膜直後と前述の耐環境テ
スト後の機械的強度は充分であったが、耐環境テスト後
の波長シフトが５〜８ｎｍであり、中心波長５５０ｎｍ
における反射率が９９％以下のサンプルもあった。
Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で蒸着速度を０．５ｎｍ／ｓｅ
ｃに制御して行なわれ、ＳｉＯ2 膜２２の成膜は真空度
１×１０-5Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で蒸着速度を１．０
ｎｍ／ｓｅｃに制御して行なわれた。ＳｉＯ2 膜２２の
内部応力は圧縮応力であって応力値は２．３×１０8Ｎ
／ｍ2 であった。このミラーの分光反射率を測定したと
ころ、図６に示すように、中心波長５５０ｎｍにおける
反射率は９９．３％であり、成膜直後と前述の耐環境テ
スト後の機械的強度は充分であったが、耐環境テスト後
の波長シフトが５〜８ｎｍであり、中心波長５５０ｎｍ
における反射率が９９％以下のサンプルもあった。
【００４０】このように、ＴｉＯ2 膜とＳｉＯ2 膜を組
み合わせた場合には、ＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜の組み合
わせに比べて必要層数が多くコスト高になるばかりでな
く、耐久性等においても不充分であることが判明した。
み合わせた場合には、ＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜の組み合
わせに比べて必要層数が多くコスト高になるばかりでな
く、耐久性等においても不充分であることが判明した。
【００４１】図７は第２実施例による多層膜光学部品で
ある赤外カットフィルタの膜構成を示すもので、これ
は、ガラス製（ＢＫ７）の基板３０の上面にＴｉＯ2 膜
３１とＭｇＦ2 膜３２を７層ずつ合計１４層、基板３０
の下面にＴｉＯ2 膜３１とＭｇＦ2 膜３２を５層ずつ合
計１０層をそれぞれ、図１の装置を用いてイオンアシス
ト蒸着法によって積層したものである。
ある赤外カットフィルタの膜構成を示すもので、これ
は、ガラス製（ＢＫ７）の基板３０の上面にＴｉＯ2 膜
３１とＭｇＦ2 膜３２を７層ずつ合計１４層、基板３０
の下面にＴｉＯ2 膜３１とＭｇＦ2 膜３２を５層ずつ合
計１０層をそれぞれ、図１の装置を用いてイオンアシス
ト蒸着法によって積層したものである。
【００４２】まず、真空室１を所定の真空度に減圧し基
板３０にイオン源５からＡｒあるいはＯ2 等のイオンを
照射して基板３０の表面を清浄化（クリーニング）し
た。
板３０にイオン源５からＡｒあるいはＯ2 等のイオンを
照射して基板３０の表面を清浄化（クリーニング）し
た。
【００４３】各ＴｉＯ2 膜３１の成膜は、反応ガス導入
口１ｂから反応ガスとして酸素ガスを導入して真空度１
×１０-4Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で蒸着速度を０．４ｎ
ｍ／ｓｅｃに制御し、イオンアシストとしてイオン源５
からイオンエネルギー５００ｅＶ、イオン電流密度４０
μＡ／ｃｍ2 の酸素イオンを発生させて行なわれた。
口１ｂから反応ガスとして酸素ガスを導入して真空度１
×１０-4Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で蒸着速度を０．４ｎ
ｍ／ｓｅｃに制御し、イオンアシストとしてイオン源５
からイオンエネルギー５００ｅＶ、イオン電流密度４０
μＡ／ｃｍ2 の酸素イオンを発生させて行なわれた。
【００４４】各ＭｇＦ2 膜３２の成膜は、反応ガスを導
入せず、蒸着速度を１．０ｎｍ／ｓｅｃに制御し、イオ
ンアシストとしてイオン源５からイオンエネルギー４０
０ｅＶ、イオン電流密度３５μＡ／ｃｍ2 の酸素イオン
を発生させて行なわれた。
入せず、蒸着速度を１．０ｎｍ／ｓｅｃに制御し、イオ
ンアシストとしてイオン源５からイオンエネルギー４０
０ｅＶ、イオン電流密度３５μＡ／ｃｍ2 の酸素イオン
を発生させて行なわれた。
【００４５】なお、各ＴｉＯ2 膜３１と各ＭｇＦ2 膜３
２の成膜中はいずれもニュートラライザー６を稼動し、
基板３０は無加熱であった。
２の成膜中はいずれもニュートラライザー６を稼動し、
基板３０は無加熱であった。
【００４６】上記の成膜条件で成膜されたＴｉＯ2 膜３
１と、ＭｇＦ2 膜３２の内部応力を調べたところ、Ｔｉ
Ｏ2 膜３１の内部応力は圧縮応力であって応力値が３．
５×１０8 Ｎ／ｍ2 、ＭｇＦ2 膜３２の内部応力は引張
応力であって応力値は２．５×１０8 Ｎ／ｍ2 であり、
ＴｉＯ2 膜３１とＭｇＦ2 膜３２の内部応力の大部分が
互いに相殺されて内部歪みが大幅に低減されることが判
明した。
１と、ＭｇＦ2 膜３２の内部応力を調べたところ、Ｔｉ
Ｏ2 膜３１の内部応力は圧縮応力であって応力値が３．
５×１０8 Ｎ／ｍ2 、ＭｇＦ2 膜３２の内部応力は引張
応力であって応力値は２．５×１０8 Ｎ／ｍ2 であり、
ＴｉＯ2 膜３１とＭｇＦ2 膜３２の内部応力の大部分が
互いに相殺されて内部歪みが大幅に低減されることが判
明した。
【００４７】上記の方法によって、製作された赤外カッ
トフィルタの分光特性を調べたところ、図８に示すよう
に赤外領域（波長７８０〜１１５０ｎｍ）において透過
率が３％以下で可視領域（波長４００〜７２０ｎｍ）に
おいて透過率の平均が８５％以上であり、極めて良質な
赤外カットフィルタであることが判明した。
トフィルタの分光特性を調べたところ、図８に示すよう
に赤外領域（波長７８０〜１１５０ｎｍ）において透過
率が３％以下で可視領域（波長４００〜７２０ｎｍ）に
おいて透過率の平均が８５％以上であり、極めて良質な
赤外カットフィルタであることが判明した。
【００４８】また、サンプル数３０について、粘着テー
プによる密着力の試験と、シルボン紙による摩擦試験
と、有機溶剤による溶剤試験を行なったところ、結果が
不良なサンプルは皆無であった。
プによる密着力の試験と、シルボン紙による摩擦試験
と、有機溶剤による溶剤試験を行なったところ、結果が
不良なサンプルは皆無であった。
【００４９】次に、各サンプルを温度７０℃湿度８０％
の高温高湿環境下に５００時間放置する耐環境テストを
行なったうえで、上記と同様の密着力の試験と摩擦試験
と溶剤試験を行なったところ、やはり不良サンプルは皆
無であり、さらに透過率を調べたところ波長７４０ｎｍ
における透過率５０％に対してシフト量は±２ｎｍ以下
であった。
の高温高湿環境下に５００時間放置する耐環境テストを
行なったうえで、上記と同様の密着力の試験と摩擦試験
と溶剤試験を行なったところ、やはり不良サンプルは皆
無であり、さらに透過率を調べたところ波長７４０ｎｍ
における透過率５０％に対してシフト量は±２ｎｍ以下
であった。
【００５０】（比較例）図９に示すように、ガラス製
（ＢＫ７）の基板４０の上面にＴｉＯ2 膜４１とＳｉＯ
2 膜４２を合計１６層、下面にＴｉＯ2 膜４１とＳｉＯ
2 膜４２を合計１２層公知の成膜方法で積層して赤外カ
ットフィルタを製作した。
（ＢＫ７）の基板４０の上面にＴｉＯ2 膜４１とＳｉＯ
2 膜４２を合計１６層、下面にＴｉＯ2 膜４１とＳｉＯ
2 膜４２を合計１２層公知の成膜方法で積層して赤外カ
ットフィルタを製作した。
【００５１】ＴｉＯ2 膜４１の成膜は、蒸着速度０．５
ｎｍ／ｓｅｃ、真空度１×１０-4Ｔｏｒｒの酸素雰囲気
中で行なわれ、ＳｉＯ2 膜４２の成膜は、蒸着速度１．
０ｎｍ／ｓｅｃ、反応ガスの導入は無しで行なわれた。
ＳｉＯ2 膜４２の内部応力は圧縮応力であって応力値は
それぞれ２．３×１０8 Ｎ／ｍ2 であった。分光透過率
を測定したものを図１０に示す。成膜直後と耐環境テス
ト後の機械的強度は充分であったが、耐環境テスト後の
波長７４０ｎｍの５０％の透過率に対するシフト量が＋
５〜＋１０ｎｍであり、赤外領域の透過率が３％以上に
なったサンプルもあった。
ｎｍ／ｓｅｃ、真空度１×１０-4Ｔｏｒｒの酸素雰囲気
中で行なわれ、ＳｉＯ2 膜４２の成膜は、蒸着速度１．
０ｎｍ／ｓｅｃ、反応ガスの導入は無しで行なわれた。
ＳｉＯ2 膜４２の内部応力は圧縮応力であって応力値は
それぞれ２．３×１０8 Ｎ／ｍ2 であった。分光透過率
を測定したものを図１０に示す。成膜直後と耐環境テス
ト後の機械的強度は充分であったが、耐環境テスト後の
波長７４０ｎｍの５０％の透過率に対するシフト量が＋
５〜＋１０ｎｍであり、赤外領域の透過率が３％以上に
なったサンプルもあった。
【００５２】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。
で、次に記載するような効果を奏する。
【００５３】層数を削減するうえで最も望ましい組み合
わせであるＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜からなる多層膜のク
ラックや内部欠陥を発生しやすい欠点を回避し、少ない
層数で優れた光学特性を有し、かつ機械的強度や耐環境
性等も充分である多層膜を得ることができる。このよう
な多層膜を用いることで、ミラーやフィルタ等の多層膜
光学部品の品質向上と低コスト化を大きく促進できる。
わせであるＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜からなる多層膜のク
ラックや内部欠陥を発生しやすい欠点を回避し、少ない
層数で優れた光学特性を有し、かつ機械的強度や耐環境
性等も充分である多層膜を得ることができる。このよう
な多層膜を用いることで、ミラーやフィルタ等の多層膜
光学部品の品質向上と低コスト化を大きく促進できる。
【図１】成膜装置を示す模式断面図である。
【図２】第１実施例によるミラーの膜構成を示すもので
ある。
ある。
【図３】図２のミラーの分光反射率を示すグラフであ
る。
る。
【図４】第１実施例の一比較例の分光反射率を示すグラ
フである。
フである。
【図５】第１実施例の別の比較例の膜構成を示すもので
ある。
ある。
【図６】図５のミラーの分光反射率を示すグラフであ
る。
る。
【図７】第２実施例による赤外カットフィルタの膜構成
を示すものである。
を示すものである。
【図８】図７の赤外カットフィルタの分光特性を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図９】第２実施例の一比較例の膜構成を示すものであ
る。
る。
【図１０】図９の赤外カットフィルタの分光特性を示す
グラフである。
グラフである。
１０，２０，３０，４０ 基板 １１，２１，３１，４１ ＴｉＯ2 膜 １２，３２ ＭｇＦ2 膜 ２２，４２ ＳｉＯ2 膜
Claims (9)
- 【請求項１】 基体の表面に交互に積層された複数対の
ＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜からなる多層膜を有し、各対の
前記ＴｉＯ2 膜の内部応力が圧縮応力であり、前記Ｍｇ
Ｆ2 膜の内部応力が引張応力であることを特徴とする多
層膜光学部品。 - 【請求項２】 基体の表面に交互に積層された複数対の
ＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜からなる多層膜を有し、各対の
少なくとも前記ＴｉＯ2 膜がイオンアシスト蒸着法によ
って成膜されたものであることを特徴とする多層膜光学
部品。 - 【請求項３】 ４対以上のＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜を有
することを特徴とする請求項１または２記載の多層膜光
学部品。 - 【請求項４】 基体の表面に交互に複数対のＴｉＯ2 膜
とＭｇＦ2 膜を成膜する工程を有し、各対の少なくとも
前記ＴｉＯ2 膜をイオンアシスト蒸着法によって成膜す
ることを特徴とする多層膜光学部品の製造方法。 - 【請求項５】 各対のＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜の双方を
それぞれイオンアシスト蒸着法によって成膜することを
特徴とする多層膜光学部品の製造方法。 - 【請求項６】 イオンアシスト蒸着法におけるイオンア
シストとして酸素イオンを用いることを特徴とする請求
項４または５記載の多層膜光学部品の製造方法。 - 【請求項７】 イオンアシスト蒸着法における成膜条件
を調節することで、各対の少なくともＴｉＯ2 膜の内部
応力を制御することを特徴とする請求項４ないし６いず
れか１項記載の多層膜光学部品の製造方法。 - 【請求項８】 各対のＴｉＯ2 膜とＭｇＦ2 膜を成膜中
基体が無加熱であることを特徴とする請求項４ないし７
いずれか１項記載の多層膜光学部品の製造方法。 - 【請求項９】 基体の表面に複数対のＴｉＯ2 膜とＭｇ
Ｆ2 膜を成膜する工程の前に、前記表面をイオン照射に
よって清浄化することを特徴とする請求項４ないし８い
ずれか１項記載の多層膜光学部品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8317695A JPH08254612A (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 多層膜光学部品およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8317695A JPH08254612A (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 多層膜光学部品およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08254612A true JPH08254612A (ja) | 1996-10-01 |
Family
ID=13794988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8317695A Pending JPH08254612A (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 多層膜光学部品およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08254612A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999046421A1 (en) * | 1998-03-13 | 1999-09-16 | Honeywell Inc. | Ion assisted electron beam deposition of ring laser gyro mirrors |
| JP2003321763A (ja) * | 2002-04-26 | 2003-11-14 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 被覆部材 |
| JP2005321753A (ja) * | 2004-04-05 | 2005-11-17 | Olympus Corp | 落射顕微鏡および蛍光フィルターセット |
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| WO2010034367A1 (de) * | 2008-09-29 | 2010-04-01 | Carl Zeiss Smt Ag | Dielektrischer spiegel und verfahren zu dessen herstellung, sowie eine projektionsbelichtungsanlage für die mikrolithographie mit einem solchen spiegel |
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| US9557554B2 (en) | 2010-08-25 | 2017-01-31 | Seiko Epson Corporation | Wavelength-variable interference filter, optical module, and optical analysis device |
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-
1995
- 1995-03-15 JP JP8317695A patent/JPH08254612A/ja active Pending
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| CN114180854A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-15 | 成都国泰真空设备有限公司 | 一种改变平面玻璃镀膜后承受极限压力的工艺 |
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