JPS6273202A - 光学薄膜の製造方法 - Google Patents

光学薄膜の製造方法

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JPS6273202A
JPS6273202A JP60213845A JP21384585A JPS6273202A JP S6273202 A JPS6273202 A JP S6273202A JP 60213845 A JP60213845 A JP 60213845A JP 21384585 A JP21384585 A JP 21384585A JP S6273202 A JPS6273202 A JP S6273202A
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JP
Japan
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thin film
refractive index
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optical thin
substrate
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Yoshiharu Oi
好晴 大井
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Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、希望する屈折率値を有する光学薄膜を製造す
ることができる光学薄膜の製造方法に関する。
(従来の技術) 光学薄膜は反射防止膜として利用されている。
反射防止膜は主としてガラスまたは他の透明物質の表面
での反射を減らし透過率を増加させるための膜である。
種々の屈折率値を有する光学基板に対して、反射防1)
.股を形成する場合、その光学基板特有の反射防止条件
を満たず屈折率をもつ薄膜が必要である。
そのため、真空蒸着方法により目的に応した屈折率をも
つ薄膜の製造方法が種々提案されている。
(1)混合蒸着法 混合蒸着法は、2種以上の物質をあらかじめある割合で
混合して1つの蒸着源から蒸着させ、その中間の屈折率
の膜を作る方法である。
この方法では、融点の違いが大きい物質の混合物を蒸着
できないため、使用できる物質が限定される。
(2)二源蒸着法 二源蒸着法は、異なる蒸着物質を別々の蒸着源から同時
に蒸発させ、それぞれの蒸発速度を制御することによっ
て、所望の屈折率膜を17るものである。
この方法によれば、融点の違いが大きい物質の蒸着が可
能になるが、蒸発速度制御が難しいため屈折率値の再現
性が悪い。
(3)酸化度法 酸化度法は、Ti、Zr、Siまたばその低級酸化物を
蒸発し、雰囲気中の酸素と反応さ4!、その酸化の度合
によって屈折率を変化させる方法である。
この方法も屈折率値の再現性が悪く、光吸収の多い膜が
でき易い。
(4)等価膜性・コンボシソI・膜性 この方法は所望の屈折率お3■、び光学的膜厚を、この
屈折率よりも高い屈折率と低い屈折率の物質の2層膜で
作る方法である。
この方法では、股の層数が多くなるため生産能率が悪い
(発明が解決しようとする問題点) ′(4) 一般に前述の真空蒸着法で作成された膜は、膜の充填密
度が小さく、基板付着強度が弱い。
その結果、真空蒸着法により得られた薄膜は、膜質が軟
らかで、はが才1易いものが多い。
また、前述のように屈折率を蒸着により調整したvii
膜の各製法(1)〜(4)は前に記したように、屈折率
値の再現性が悪く、生産性も余り良くない。
本発明の目的は、基板との付着強度が強く、充填密度が
高く硬くて丈夫な光学的性質が安定で、[1的とする屈
折率をも一つ光学薄膜を再現性良く製造することができ
る光学薄膜の製造方法を提供するごとにある。
(問題点を解決するための手段) 前記目的を達成するために本発明による光学薄膜の製造
方法は、光学薄膜を形成しようとする基板と、異なる屈
折率値を有する2種以上の物質を希望する面積比を保っ
て配置したスパッタターゲントを高周波スパッタリング
装置に収容して、2種以上の物質を前記基板の表面に稠
密に付着させることにより前記基板に前記2種以上の物
質の各屈折率と面積比により決定される屈折率の光学薄
膜を形成するように構成されている。
また前記スパンタターゲソ1−を変えてさらにスパフタ
リングを行うことにより多層の光学筒I9を形成するこ
とができる。
(実施例) 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
本発明における高周波スパッタ法による薄膜作成は真空
蒸着法と異なり、ガス放電に伴うイオン化ガスによるW
Jl―材料のスパッタリング機構を利用するものである
第1図は本発明方法で利用するスパッタリング装置の略
図である。
スパッタリング装置の容器Cに2種の異なる物質Aおよ
びBから成る薄膜材料をスパソタターゲソ]・とじて配
置する。基板Sに形成される薄膜の組成は各物質がイオ
ン化ガスAr+にスパッタされる確率、すなわちイオン
化ガスにさらされている各物質のターゲット全体に占め
る面積比とスパンタL・−]・(イオン化ガス1分子の
衝突に対して放出される物質の分子数)に依存する。
次に、誘電体薄膜材料5i02  (n=1.45)。
MgO(n=1.69)、ZrO2(n=2.0)。
Ta206  (n−2,2)を用いて、2種の物質の
中間の屈折率値をもつ薄膜を高周波スパッタ法により作
成した実施例について説明する。
第2図は5i02とTa2O,の光学薄膜を製造する方
法で使用するターゲットの実施例を示す平面図である。
直径100mmの5i02ターゲツト1」−に直径6m
mのTa205ターゲット2を直径60mmの円周上に
複数個均等に配置したスパッタターゲットを示す。
第3図は第2図に示すターゲットでTa205の面積(
個数)を変えて製造したときの薄膜の屈折率を示すグラ
フである。
Ta205の面積(個数)を増加さ廿Ta205のイ・
1着量を次第に増加させると屈折率も増加していること
が理解できる。
このグラフはこの方法により屈折率1.45から1゜5
5を越える範囲の任意の屈折率をT a 205の面積
(個数)を変えることにより得られることを示している
第4図はターゲットとしてMgOとT;r 206を用
いる光学薄膜製造方法においてTa205の面積(個数
)を変えて製造したときの薄膜の屈折率を示すグラフで
ある。
直径100mrnのMgOターゲソト一りに直径6mm
のTa205ターゲットを直径60mmの円周上に第2
図に示すように配置する。
’pa205の面積(個数)を増加させTa 205の
付着量を次第に増加さ・Uると屈折率も増加しているこ
とが理解できる。
このグラフはこの方法により1.70より小さい屈折率
から1.80を越える範囲の任意の屈折率をTa205
の面積(個数)を変えることにより得られることを示し
ている。
第5図はターゲットとして7.rO2と5102を用い
る光学薄1!ti製造方法において5IO2の面積(I
l?II数)を変えて製造したときの薄膜の屈折率を示
すグラフである。
直径1)00rnのzro2ターゲット上に直径lQm
mのSiO2ターゲットを直160mmの円周」−に第
2図に示すように均等に配置したスパッタターゲットを
用いる。
5i02の面積(lllil数)を増加させZ r O
2L対する5i02の付着量を次第に増加させると屈折
率が減少していることが理解できる。
このグラフはこの方法により2.1より小さい屈折率か
ら1.7を越える範囲の任意の屈折率を5ho2の面積
(個数)を変えることにより得られることを示している
次に、このような任意の屈折率値をもつ薄膜の製法を利
用して硼珪酸ガラス、1.1Nb03結晶について、単
一波長(He−Neレーザ波:λ=633nm)用反射
防止膜を作成した時の実施例を説明する。
第6図は、硼珪酸ガラス基板に対する本発明方法で製造
された2N反射防止膜の構造を示す断面図である。
硼珪酸ガラス3 (no −1,49)のにに第4図に
示した方法でMgOにTa205を添加したスパソタタ
ーゲソ]・を用いることにより屈折率1.76の膜厚λ
/4の薄膜4を形成する。
その上に形成される薄膜5は屈折率1.45、膜厚λ/
4の5ho2膜である。
硼珪酸ガラスFi3の両面に前記反射防止膜を形成する
ことにより、I−1e −N eレーザ(波長λ−63
3nm)での透過率を形成前93%から99.8%に改
善できることを確認した。
第7図は、I、1Nh03結晶に対する本発明方法で製
造された単層反射防止膜のJR造を示す断面図である。
リチウムニオブ酸結晶(L i NbO2)  6  
(n(。
=2.24)は電気光学効果を示す結晶である。
屈折率1.5のλ/4の薄膜は第2図に示したターゲッ
トを利用することによって得られる。
第8図は、本発明方法で製造された透明溝電膜8 (I
TO)付きLiNbO3結晶6に対する反射防1)−膜
の構造を示す断面図である。
透明導電膜(ITO: Inx5nl−x)03)8を
電極とU7て形成すると結晶6を光変調器として利用す
ることができる。
屈折率1.5のλ/4の薄膜7は第2図に示したターゲ
ットを利用することによって得られる。
前述のように、反射防止膜7を両面に形成することによ
り、He−Neレーザでの透過率を形成前74%から9
9.5%に向上できることを確認した。
なおこれ等の反射防止膜は強固で安定したものであり、
基板を人気中および真空中で400°Cまで加熱したが
膜のはがれ、変質等は認められなかった。
以」−詳しく説明した実施例について、本発明の範囲内
で種々の変形を施すことができる。
前記実施例では、硼珪酸ガラスとLiNbO3結晶の基
板について説明したが、基板材料はこれらに限定される
ものではない。
また前期実施例では墜−波長についての反射防止膜につ
いて説明したが、多層膜構造にすれば広い波長範囲にわ
たって反射ta失を低減できる。
またターゲットの構造についても2種の円形ターゲソ]
・の組合せについて説明したが、ターゲット構成物質の
種頬、形状に制約は無く、わ〕末物質から成る混合スパ
ッタターゲットを用いることも可能である。
またターゲット材料として前述し2だ酸化物誘電体(S
 i02 、 Z r02 、 Ta205 、 Mg
’))の他にA1203  (n=1.60)、5iO
(n=1.90) 、Hf 02  (n−2,1) 
、Nt)20.(n = 2.0 ) 、  T I 
()2  (n = 2.5 )等を利用4−イ。
ことができる。
また、S ig N4  (n=2.0)等の窒化物誘
電体も同様に利用できる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明方法は2種1ミし1−の異
なる屈折率値をもつ物質を適当な面積比で配lRした構
造のスパッタターゲットを用いて、高周波スパッタ法で
薄膜を作成している。
したがって、屈折率の異なる2種の物質を適当な面積比
で配置したターゲットを用いることにより、その中間の
任意の屈折率値の膜を製造できる。
また高周波スパッタ法によるので従来の真空蒸着法によ
り得られる薄膜と比較して、基板と薄膜との付着強度が
大きく、硬く丈夫な膜が得られる。
さらに、薄膜材料の融点の相違は関係ないため、利用で
きる物質の選択の自由度が大きくなる。
そのため必要な屈折率の薄膜を種々の組合せにより容易
に製造できる。
本発明方法は、ハイパワーレーザ用光学薄膜素子や高温
用薄膜素子の新しい分野での広い応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による方法で使用するスパッタリング装
置内における基板とターゲットの配置例を示す略図であ
る。 第2図は5i02とTa205の光学薄膜を製造する方
法で使用するターゲットの実施例を示す平面図である。 第3図は第2図に示すターゲットでTa206の面積(
個数)を変えて製造したときのiiV 1)%の屈折率
を示すグラフである。 第4図はターゲノ]・としてM g OとTa、、05
を用いる光学薄膜製造方法においてT a2 (Tl 
5の面積(個数)を変えて製造したときの薄膜の屈折率
を示すグラフである。 第5図はターゲットとしてZrO2とS i (12を
用いる光学薄膜製造方法において3102の面積(個数
)を変えて1).!造U2だときの薄膜の屈折率を示す
グラフである。 第6図は、本発明方法で製造された硼珪酸ガラス基板に
対する2層反射防止映の構造を示す断面図である。 第7図は、本発明方法で製造されたLiNbO3結晶に
対する中層反射防1)一般の構造を示す図である。 第8図は、本発明方法で製造された透明導電膜(ITO
)付き1.1Nbn3結晶に対する反射防IL膜の構造
を示す断面図である。 S・・・JJIJ、t         A、  n・
・・ターゲット材利C・・スパッタリング4□5置の容
器 1−iffi’ i¥I (10rn mのターゲノ1
2・・・直IM 6 m mまたは直径10mmのター
ケノト3・・・硼珪酸ガラス 4・・・屈折率1.76、光学的膜厚λ/4の薄膜5・
・・屈折率1.45、光学的膜厚λ/4のSi(”)2
股 6・・・■、i N b O3結晶 7・・屈折率j、50、光学的膜厚λ/4の薄膜8・・
・屈折率2.0.光学的膜厚λ/2のITO股特許出願
人 浜松ボIニクス株式会ン1(’S、理人 弁理士 
 井 ) ロ  壽才4図 才5図 オ6図       オフ図 り′8図 λ=〆刀ηm

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光学薄膜を形成しようとする基板と、異なる屈折
    率値を有する2種以上の物質を希望する面積比を保って
    配置したスパッタターゲットを高周波スパッタリング装
    置に収容して、2種以上の物質を前記基板の表面に稠密
    に付着させることにより前記基板に前記2種以上の物質
    の各屈折率と面積比により決定される屈折率の光学薄膜
    を形成する光学薄膜の製造方法。
  2. (2)光学薄膜を形成しようとする基板と、異なる屈折
    率値を有する2種以上の物質を希望する面積比を保って
    配置した第1のスパッタターゲットを高周波スパッタリ
    ング装置に収容して、前記2種以上の物質を前記基板の
    表面に稠密に付着させることにより前記基板に前記2種
    以上の物質の各屈折率と面積比により決定される屈折率
    の第1の光学薄膜を形成し、次いで1種類または他の屈
    折率と面積比の組合せの2種以上の物質を希望する面積
    比を保って配置した第2のスパッタターゲットを高周波
    スパッタリング装置に収容して、前記2種以上の物質を
    前記第1の光学薄膜の表面に稠密に付着させることによ
    り前記1種類または前記2種以上の物質の各屈折率と面
    積比により決定される屈折率の第2の光学薄膜を形成す
    る光学薄膜の製造方法。
  3. (3)前記スパッタターゲットの物質の組合せは、酸化
    物誘電体および窒化物誘電体中の異なる屈折率をもつ物
    質の2以上の組合せである特許請求の範囲第1項記載の
    光学薄膜の製造方法。
  4. (4)前記酸化物誘電体SiO_2、SiO、ZrO_
    2、Ta_2O_5、Al_2O_3、MgO、HfO
    _2、Nb_2O_5、TiO_2等である特許請求の
    範囲第3項記載の光学薄膜の製造方法。
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