JP2008032874A - 反射防止膜、光学ローパスフィルタ、固体撮像装置、デジタルスチルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】外観不良になることを抑えることができる反射防止膜、光学ローパスフィルタ、固体撮像装置、デジタルスチルカメラを提供する。
【解決手段】反射防止膜１０は、４層構造で構成されており、基板１１側から順に第１層１２、第２層１３、第３層１４、第４層１５の薄膜が積層されている。第１層１２及び第３層１４は、主成分がＴｉとＬａとの混合酸化膜である。第２層１３及び第４層１５は、主成分がＳｉＯ₂である。第１層１２は、屈折率（ｎ１）が２．０００±０．２００であり、膜厚（ｄ１）が１６．７ｎｍである。第２層１３は、屈折率（ｎ２）が１．４６０±０．２００であり、膜厚（ｄ２）が３０．８ｎｍである。第３層１４は、屈折率（ｎ３）が２．０００±０．２００であり、膜厚（ｄ３）が１３９．２ｎｍである。第４層１５は、屈折率（ｎ４）が１．４６０±０．２００であり、膜厚（ｄ４）が８８．４ｎｍである。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射防止膜、光学ローパスフィルタ、固体撮像装置、デジタルスチルカメラに関し、特に、光学部品の表面に形成される反射防止膜に関する。

上記した反射防止（ＡＲ：Anti-Reflection）膜は、例えば、光学部品としての光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ：Optica Low Pass Filter）の表面反射を抑えるために用いられる。反射防止膜は、例えば、特許文献１に記載のように、チタン（Ｔｉ）とランタン（Ｌａ）を主成分とする混合酸化物の層を有する５層構造の積層薄膜が用いられる。これらの積層薄膜は、例えば、真空加熱蒸着法を用いて成膜される。

詳しくは、図４に示すように、基板１１１側から順に、フッ化マグネシウム膜１１２（ＭｇＦ₂、屈折率ｎ１＝１．３８５、膜厚ｄ１＝２５．８ｎｍ）、酸化アルミニウム膜１１３（Ａｌ₂Ｏ₃、屈折率ｎ２＝１．８２０、膜厚ｄ２＝９８．０ｎｍ）、チタンとランタンの混合酸化膜１１４（屈折率ｎ３＝２．１００、膜厚ｄ３＝１２１．４ｎｍ）、シリコン酸化膜１１５（ＳｉＯ₂、屈折率ｎ４＝１．４８０、膜厚ｄ４＝１７．５ｎｍ）、フッ化マグネシウム膜１１６（ＭｇＦ₂、屈折率ｎ５＝１．３８５、膜厚ｄ５＝７５．５ｎｍ）が成膜されている。これらの膜（反射防止膜１０１）の総膜厚は、３３８．２ｎｍである。また、波長と反射率との関係を示す反射特性は、図５に示すグラフのようになっている。横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は反射率（％）を示す。

特開２０００−２２７５０４号公報

しかしながら、フッ化マグネシウム膜１１２，１１６を成膜する際、フッ化マグネシウム膜１１２，１１６の融点が低いことから（例えば、１２６０℃）加熱の制御が難しく、完全に気化されずに蒸発することがあり、固まった状態で基板１１１などに付着する場合がある。これにより、固まった状態で付着した部分に光が透過しないなどの点欠陥が発生し、外観不良が発生するという問題があった。加えて、反射防止膜１０１が５層構造になっており、成膜する工程数も比較的多いことから、成膜する際にゴミなどが含まれる可能性が高い。また、５層構造であり総膜厚も比較的厚いことから、膜の材料に含まれる不純物の量が多くなり、その結果、外観不良が発生するという問題があった。

本発明は、上述の如き問題を解決したものであって、外観不良になることを抑えることができる反射防止膜、光学ローパスフィルタ、固体撮像装置、デジタルスチルカメラを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る反射防止膜は、基板上に複数の薄膜が積層される反射防止膜であって、チタン（Ｔｉ）とランタン（Ｌａ）の混合酸化膜を主成分とする層と、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）を主成分とする層と、から構成された４層構造であることを特徴とする。

この構成によれば、チタンとランタンとの混合酸化膜の層と、シリコン酸化膜の層とから構成された４層構造の反射防止膜なので、反射防止膜にフッ化マグネシウムを用いた場合のような融点の低さに起因して点欠陥を含む外観不良になることを抑えることができる。更に、４層構造にすることにより、比較的膜厚を薄くすることが可能となるとともに、成膜する工程数を少なくすることが可能となる。よって、反射防止膜にゴミや不純物が含まれることを抑えることが可能となり、外観不良を発生させることを抑えることができる。

本発明に係る反射防止膜では、基板側から第１層、第２層、第３層、第４層の薄膜が積層される４層構造の反射防止膜であって、前記第１層及び前記第３層は、チタン（Ｔｉ）とランタン（Ｌａ）の混合酸化膜であり、前記第２層及び前記第４層は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）であることを特徴とする。

この構成によれば、第１層及び第３層にチタンとランタンとの混合酸化膜を使用し、第２層及び第４層にシリコン酸化膜を使用する４層構造の反射防止膜なので、反射防止膜にフッ化マグネシウム膜を用いた場合のような融点の低さに起因して点欠陥を含む外観不良になることを抑えることができる。更に、４層構造にすることにより、比較的膜厚を薄くすることが可能となるとともに、成膜する工程数を少なくすることが可能となる。よって、反射防止膜にゴミや不純物が含まれることを抑えることが可能となり、外観不良を発生させることを抑えることができる。

本発明に係る反射防止膜では、前記第１層、前記第２層、前記第３層、前記第４層の屈折率及び膜厚をｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４及びｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４とするとともに、設計主波長をλ０としたときに、０．０５２λ０≦ｎ１ｄ１≦０．０６３λ０、０．０７０λ０≦ｎ２ｄ２≦０．０８５λ０、０．４３２λ０≦ｎ３ｄ３≦０．５２８λ０、０．２００λ０≦ｎ４ｄ４≦０．２４５λ０、の関係にしたことを特徴とする。

この構成によれば、第１層〜第４層を上記のような屈折率及び膜厚にするので、可視光領域（例えば、３９０ｎｍ〜７８０ｎｍ）において低い反射率（例えば、１．０％以下）を得ることができる。

上記課題を解決するために、本発明に係る光学ローパスフィルタは、反射防止膜を備えることを特徴とする。

この構成によれば、チタンとランタンの混合酸化膜の層とシリコン酸化膜の層とから構成された４層構造の反射防止膜を光学ローパスフィルタに形成するので、外観不良になることが抑えられる光学ローパスフィルタを提供することができる。

上記課題を解決するために、本発明に係る固体撮像装置は、光学ローパスフィルタを備えることを特徴とする。

この構成によれば、チタンとランタンの混合酸化膜の層とシリコン酸化膜の層とから構成された４層構造の反射防止膜が形成された光学ローパスフィルタを固体撮像装置に用いるので、外観不良になることが抑えられる固体撮像装置を提供することができる。加えて、外観不良に起因して発生する入射光の品質（例えば、光量など）が低下することが抑えられるので、正規の状態に近い入射光を固体撮像装置によって受光することができる。

上記課題を解決するために、本発明に係るデジタルスチルカメラは、固体撮像装置を備えることを特徴とする。

この構成によれば、上記した固体撮像装置をデジタルスチルカメラに用いるので、外観不良になることが抑えられるとともに、正規の状態に近い入射光を受光することが可能なデジタルスチルカメラを提供することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、反射防止膜の構成を示す模式断面図である。以下、反射防止膜の構成を、図１を参照しながら説明する。

図１に示すように、反射防止膜１０は、４層構造で構成されており、基板１１側から順に、第１層１２、第２層１３、第３層１４、第４層１５の薄膜が積層されている。基板１１は、例えば、水晶などからなるローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）である。第１層１２〜第４層１５は、例えば、真空加熱蒸着法で成膜される。なお、設計主波長（λ０）は、５８０ｎｍである。

第１層１２は、主成分がＴｉ（チタン）とＬａ（ランタン）との混合酸化物である。詳述すると、第１層１２は、ＴｉとＬａとを混合したものの酸化物であり、屈折率（ｎ１）が２．０００±０．２００である。また、膜厚（ｄ１）が１６．７ｎｍであり、光学膜厚（ｎｄ１）が０．０５８λ０ｎｍである。

第２層１３は、主成分がＳｉＯ₂（シリコン酸化膜）である。詳しくは、第２層１３の屈折率（ｎ２）が１．４６０±０．２００であり、膜厚（ｄ２）が３０．８ｎｍである。また、光学膜厚（ｎｄ２）は０．０７８λ０ｎｍである。

第３層１４は、主成分がＴｉ（チタン）とＬａ（ランタン）との混合酸化膜である。詳述すると、第３層１４は、第１層１２と同様にＴｉとＬａとを混合したものの酸化物であり、屈折率（ｎ３）が２．０００±０．２００である。また、膜厚（ｄ３）が１３９．２ｎｍであり、光学膜厚（ｎｄ３）が０．４８０λ０ｎｍである。

第４層１５は、主成分がＳｉＯ₂（シリコン酸化膜）である。詳述すると、第４層１５の屈折率（ｎ４）が１．４６０±０．２００であり、膜厚（ｄ４）が８８．４ｎｍである。また、光学膜厚（ｎｄ４）は０．２２２λ０ｎｍである。ここで、設計主波長λ０における膜厚ｄと光学膜厚ｎｄ・λ０との関係は、屈折率ｎを用いて、ｎ・ｄ＝ｎｄ・λ０で表すことができる。

図２は、反射防止膜の反射特性（波長−反射率）を示すグラフである。以下、図２を参照しながら、反射防止膜の反射特性について説明する。

図２に示すように、横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は反射率（％）を示す。図２に示す実線Ａは本実施形態の反射防止膜１０の反射特性であり、破線Ｂは従来の反射防止膜の反射特性である。第１層１２、第２層１３、第３層１４、第４層１５の屈折率及び膜厚をｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４及びｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４とするとともに、設計主波長をλ０としたときに、以下の式（１）〜（４）を満足していれば、可視光領域のほぼ全域（例えば、３９０ｎｍ〜７８０ｎｍ）において低い反射率（例えば、１．０％以下）を得ることができる。
（１）０．０５２λ０≦ｎ１ｄ１≦０．０６３λ０
（２）０．０７０λ０≦ｎ２ｄ２≦０．０８５λ０
（３）０．４３２λ０≦ｎ３ｄ３≦０．５２８λ０
（４）０．２００λ０≦ｎ４ｄ４≦０．２４５λ０

以上のように、第１層１２（チタンとランタンの混合酸化膜）、第２層１３（シリコン酸化膜）、第３層１４（チタンとランタンの混合酸化膜）、第４層１５（シリコン酸化膜）の４層構造で反射防止膜１０を構成することにより、従来の反射防止膜にフッ化マグネシウム膜を用いた場合のように、点欠陥のような外観不良が発生することを防ぐことができる。更に、４層構造で反射防止膜１０を構成することにより、総膜厚を２７５．１ｎｍとすることが可能となる。よって、従来の総膜厚より薄くすることができるとともに、成膜する工程数を少なくすることができる。これにより、成膜する際に反射防止膜１０の中にゴミや不純物などが含まれる量を抑えることが可能となり、外観不良が発生することを抑えることができる。加えて、従来の反射特性（破線Ｂ参照）を低下させることなく、ほぼ同様の反射特性（実線Ａ参照）を得ることができる。

図３は、光学ローパスフィルタ、固体撮像装置、デジタルスチルカメラの構造を示す模式図である。以下、光学ローパスフィルタ、固体撮像装置、デジタルスチルカメラの構造を、図３を参照しながら説明する。

図３に示すように、デジタルスチルカメラ２１は、カメラ本体２２と、固体撮像装置２３とを有する。

固体撮像装置２３は、対象物の入射光３１を受光する固体撮像素子３２と、固体撮像素子３２を収納するパッケージ３３と、パッケージ３３に収納された固体撮像素子３２を外部（例えば、塵など）から保護するとともにある空間周波数の成分を除去する光学ローパスフィルタ３４と、光学ローパスフィルタ３４に形成された反射防止膜１０とを有する。

固体撮像素子３２は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）であり、入射光３１の光の強さに応じて蓄電容量が変化するフォトダイオードからなる光電素子（画素）をマトリクス状に配列して構成されている。この固体撮像素子３２を用いて対象物を撮影すると、規則的に配列された画素上の蓄電容量が変化し、これを空間的にサンプリングすることにより、対象物に対応する電気信号を生成し、それを変換して像を構成する。このような固体撮像素子３２によって、反射防止膜１０及び光学ローパスフィルタ３４を介して入射される入射光３１が電気信号に変換される。

パッケージ３３は、上記したように固体撮像素子３２を収納し、収納された固体撮像素子３２の上方が開口する凹状に形成されている。

光学ローパスフィルタ３４は、接着材料３５を介して、パッケージ３３の開口する領域を覆うように固定されている。また、この接着材料３５によって、光学ローパスフィルタ３４とパッケージ３３との間が密封されている。更に、光学ローパスフィルタ３４には、上記したような表面反射を抑えるための反射防止膜１０が形成されている。

以上のように、光学ローパスフィルタ３４に点欠陥などに起因した外観不良を抑えた反射防止膜１０を形成するので、入射光３１を受光する際、入射光３１の品質が低下（劣化）することを抑えられる固体撮像装置２３及びデジタルスチルカメラ２１を提供することができる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。

（１）本実施形態によれば、第１層１２及び第３層１４にチタンとランタンとの混合酸化膜を使用し、第２層１３及び第４層１５にシリコン酸化膜を使用する４層構造の反射防止膜１０なので、反射防止膜にフッ化マグネシウムを用いた場合のような融点の低さに起因して点欠陥を含む外観不良になることを抑えることができる。更に、従来の５層構造から４層構造にすることにより、総膜厚を薄くすることが可能となるとともに、成膜する工程数を少なくすることが可能となる。よって、成膜する際に反射防止膜１０にゴミや不純物が含まれることを抑えることが可能となり、外観不良を発生させることを抑えることができる。加えて、第１層１２〜第４層１５を上記のような屈折率及び膜厚にするので、従来の反射特性を低下させることなく、可視光領域（例えば、３９０ｎｍ〜７８０ｎｍ）において低い反射率（例えば、１．０％以下）を得ることができる。

（２）本実施形態によれば、チタンとランタンとの混合酸化膜の層と、シリコン酸化膜の層とからなる４層構造の反射防止膜１０を光学ローパスフィルタ３４に形成するので、外観不良となることが抑えられるとともに、光学ローパスフィルタ３４を通過する際に入射光３１の品質（例えば、光量など）が低下（劣化）することを抑えることができる。その結果、固体撮像装置２３によって、正規の状態に近い入射光３１を受光することができる。

なお、本実施形態は上記に限定されず、以下のような形態で実施することもできる。

（変形例１）上記したように、基板１１は光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）３４に限定されず、例えば、反射防止膜１０が必要な総てのものに適用でき、例えば、放熱板、レンズ、プリズム、ガラスなどであってもよい。

（変形例２）上記したように、固体撮像素子３２はＣＣＤに限定されず、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＣＰＤ（Charge Priming Device）などであってもよい。

本発明の実施形態に係る反射防止膜の構成を示す模式断面図。 反射防止膜の反射特性を示すグラフ。 反射防止膜を有する光学ローパスフィルタ、固体撮像装置、デジタルスチルカメラの構造を示す模式図。 従来の反射防止膜の構成を示す模式断面図。 従来の反射防止膜の反射特性を示すグラフ。

符号の説明

１０…反射防止膜、１１…基板、１２…反射防止膜を構成する第１層、１３…反射防止膜を構成する第２層、１４…反射防止膜を構成する第３層、１５…反射防止膜を構成する第４層、２１…デジタルスチルカメラ、２２…カメラ本体、２３…固体撮像装置、３１…入射光、３２…固体撮像装置を構成する固体撮像素子、３３…固体撮像装置を構成するパッケージ、３４…固体撮像装置を構成する光学ローパスフィルタ、３５…固体撮像装置を構成する接着材料。

Claims (6)

1. 基板上に複数の薄膜が積層される反射防止膜であって、
   チタン（Ｔｉ）とランタン（Ｌａ）の混合酸化膜を主成分とする層と、
   シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）を主成分とする層と、
   から構成された４層構造であることを特徴とする反射防止膜。
2. 基板側から第１層、第２層、第３層、第４層の薄膜が積層される４層構造の反射防止膜であって、
   前記第１層及び前記第３層は、チタン（Ｔｉ）とランタン（Ｌａ）の混合酸化膜であり、
   前記第２層及び前記第４層は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）であることを特徴とする反射防止膜。
3. 請求項２に記載の反射防止膜であって、
   前記第１層、前記第２層、前記第３層、前記第４層の屈折率及び膜厚をｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４及びｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４とするとともに、設計主波長をλ０としたときに、
   ０．０５２λ０≦ｎ１ｄ１≦０．０６３λ０、
   ０．０７０λ０≦ｎ２ｄ２≦０．０８５λ０、
   ０．４３２λ０≦ｎ３ｄ３≦０．５２８λ０、
   ０．２００λ０≦ｎ４ｄ４≦０．２４５λ０、
   の関係にしたことを特徴とする反射防止膜。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の反射防止膜を備えることを特徴とする光学ローパスフィルタ。
5. 請求項４に記載の光学ローパスフィルタを備えることを特徴とする固体撮像装置。
6. 請求項５に記載の固体撮像装置を備えることを特徴とするデジタルスチルカメラ。
   

Images