JP2008033341A - Manufacturing method of multilayer cut filter - Google Patents
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Abstract
【課題】高精度の膜厚制御が可能であるため、設計通りの特性を有する多層膜カットフィルターを提供する。
【解決手段】特定の光をカットする機能を有する繰り返し交互層における高屈折率層Hと低屈折率層Lの光学的膜厚のバランスH/L又はL/Hの比を1.2〜2.0の範囲とする。また、補正板16の幅を通常より広くし、ツーリング係数を0.6〜0.85の範囲とする。
【選択図】図1Provided is a multilayer cut filter having characteristics as designed because the film thickness can be controlled with high accuracy.
A balance H / L or L / H ratio of optical film thicknesses of a high refractive index layer H and a low refractive index layer L in a repetitive alternating layer having a function of cutting a specific light is 1.2-2. The range is .0. Further, the width of the correction plate 16 is made wider than usual, and the tooling coefficient is set in the range of 0.6 to 0.85.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、光学フィルターのなかで、特定波長より短い波長の光をカットし、長い波長の光を透過する多層膜カットフィルターの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a multilayer cut filter that cuts light having a wavelength shorter than a specific wavelength and transmits light having a longer wavelength among optical filters.
液晶プロジェクターは年々高輝度化と小型化が進み、光源に強い紫外線を発生する高出力の水銀ランプが使われるようになってきた。光学系も小さくなっているため、光学系を通過する光のエネルギー密度が高くなってきた。そのため、主に紫外線、さらに可視光でも短い波長の光により、内部の光学系に用いられている液晶パネルや偏光板、位相差板など有機物を使用した部品に劣化が生じ、短時間で表示品質が落ちてしまう問題が大きくなってきた。 Liquid crystal projectors are becoming brighter and more compact year by year, and high-power mercury lamps that generate strong ultraviolet rays in the light source have come to be used. Since the optical system has also become smaller, the energy density of light passing through the optical system has increased. As a result, UV light and even visible light with short wavelengths cause deterioration of components that use organic materials such as liquid crystal panels, polarizing plates, and retardation plates used in internal optical systems, and display quality in a short time. The problem of falling is growing.
高輝度水銀ランプより発生する有害な紫外線をカットするため、光を吸収する基板材料を使う吸収ガラスを用いることが可能で、材料の組成と厚みにより吸収(カット)する波長と吸収−透過へ変化する立ち上がり特性(急峻さ)を調整することができる。 In order to cut harmful ultraviolet rays generated from high-intensity mercury lamps, it is possible to use absorption glass that uses a substrate material that absorbs light, and changes to absorption wavelength and absorption-transmission depending on the composition and thickness of the material. The rising characteristic (steepness) to be adjusted can be adjusted.
しかしながら、材料により吸収波長の選択が制限されてしまう問題と、吸収した光のエネルギーが熱になるため、強い光を入れた場合、温度上昇により吸収ガラスが破損してしまうことがある問題がある。また注意深く選択、調整された材料でもカットする波長近くの短い波長での透過率があまり高くできないため、透過する光の減衰が生じてしまう。 However, there is a problem that the selection of the absorption wavelength is limited by the material and the energy of the absorbed light becomes heat, so that there is a problem that the absorption glass may be broken due to a temperature rise when strong light is put. . Moreover, even with carefully selected and adjusted materials, the transmittance at a short wavelength near the wavelength to be cut cannot be so high, resulting in attenuation of transmitted light.
これに対して、エッジフィルターと呼ばれる多層膜カットフィルターが知られている。この多層膜カットフィルターは、真空蒸着法等で光透過性基板上に高屈折率層と低屈折率層とを所定の光学的膜厚(=屈折率n×幾何学的膜厚d)で交互に積層した多層膜誘電体が形成されたもので、特定波長より短い波長の光をカットし、長い波長の光を透過することができる。多層膜誘電体の多層膜は、カットする波長の選択が膜厚の調整で任意に選ぶことができ、カットする波長近くの短い波長での透過率も高くすることが可能である。 On the other hand, a multilayer cut filter called an edge filter is known. This multilayer cut filter has a high refractive index layer and a low refractive index layer alternately formed on a light transmissive substrate with a predetermined optical film thickness (= refractive index n × geometric film thickness d) by a vacuum deposition method or the like. A multilayer dielectric laminated on the substrate is formed, and light having a wavelength shorter than a specific wavelength can be cut and light having a longer wavelength can be transmitted. In the multilayer film of the multilayer dielectric, the wavelength to be cut can be arbitrarily selected by adjusting the film thickness, and the transmittance at a short wavelength near the wavelength to be cut can be increased.
例えば、強い紫外線を含む光源にさらされる光学部品の手前に配置して紫外線と短波長の可視光の一部をカットするUVカットフィルターとすることができる。 For example, it can be a UV cut filter that is disposed in front of an optical component that is exposed to a light source containing strong ultraviolet rays and cuts part of the ultraviolet rays and visible light having a short wavelength.
しかしながら、多層膜誘電体が形成されたUVカットフィルターは、製造が極めて困難なフィルターとして知られている。即ち、立ち上がり特性を急峻にしようとすると、高屈折率層と低屈折率層とを交互に成膜する回数が例えば30層以上というように成膜回数を極めて多くする必要がある。また、各層の膜厚が薄く、特に紫外線領域では薄くなり、しかも立ち上がりの波長を高精度にするために各層の膜厚制御を高精度に行わなければならない。例えば各層の膜厚が1%ずれると、立ち上がりの波長が5nmずれるといわれており、現在の成膜技術では、膜厚制御を高精度に行って、設計通りの特性を有するUVカットフィルターを製造することが困難である。 However, a UV cut filter formed with a multilayer dielectric is known as a filter that is extremely difficult to manufacture. That is, in order to make the rising characteristic steep, it is necessary to increase the number of film formations so that the number of times of alternately forming the high refractive index layer and the low refractive index layer is, for example, 30 or more. Further, the thickness of each layer is thin, particularly in the ultraviolet region, and the thickness of each layer must be controlled with high accuracy in order to make the rising wavelength highly accurate. For example, if the film thickness of each layer is shifted by 1%, it is said that the rising wavelength is shifted by 5 nm. With the current film forming technology, the film thickness is controlled with high accuracy to produce a UV cut filter having the characteristics as designed. Difficult to do.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高精度の膜厚制御が可能であるため、設計通りの特性を有する多層膜カットフィルターを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a multilayer cut filter having characteristics as designed because the film thickness can be controlled with high accuracy.
また、本発明は、高精度の膜厚制御を容易にできる多層膜カットフィルターの製造方法を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a multilayer cut filter that can easily control the film thickness with high accuracy.
本発明者は、上記目的を達成するため、鋭意検討を重ねた結果、成膜装置における蒸着源と光透過性基板との間に補正板を介在させ、従来より幅の広い補正板を用いて補正板で遮蔽される飛来粒子の割合を多くすることによって、具体的には、光透過性基板に堆積される層の膜厚/モニタ基板に堆積される層の膜厚との比をツーリング係数とした場合、ツーリング係数を0.6〜0.85とすることによって、光透過性基板よりモニタ基板の方に厚く成膜することから、光学式膜厚計での膜厚測定を高精度にでき、膜厚制御を容易にすることができる。 As a result of intensive studies in order to achieve the above object, the present inventor intervenes a correction plate between the vapor deposition source and the light-transmitting substrate in the film forming apparatus, and uses a correction plate having a wider width than in the past. More specifically, by increasing the ratio of the flying particles shielded by the correction plate, the tooling coefficient is the ratio between the thickness of the layer deposited on the light-transmitting substrate and the thickness of the layer deposited on the monitor substrate. In this case, the tooling coefficient is set to 0.6 to 0.85, so that the film thickness is thicker on the monitor substrate than the light transmissive substrate. And film thickness control can be facilitated.
従って、請求項1記載の発明は、蒸着源より飛来する高屈折率層を形成する粒子と低屈折率層を形成する粒子とを交互に光透過性基板の上に繰り返し成膜すると共に、同時にモニタ基板上にも成膜し、このモニタ基板上に成膜された層の光学的膜厚を測定しながら膜厚制御を行う多層膜カットフィルターの製造方法において、前記蒸着源と前記光透過性基板との間に補正板を介在させ、前記光透過性基板に堆積される層の膜厚/前記モニタ基板に堆積される層の膜厚との比をツーリング係数とした場合に、前記ツーリング係数を0.6〜0.85の範囲とすることを特徴とする多層膜カットフィルターの製造方法を提供する。 Therefore, the invention according to claim 1 repeatedly forms the particles forming the high refractive index layer flying from the vapor deposition source and the particles forming the low refractive index layer alternately on the light-transmitting substrate, and at the same time In the method of manufacturing a multilayer cut filter that forms a film on a monitor substrate and controls the film thickness while measuring the optical film thickness of the layer formed on the monitor substrate, the vapor deposition source and the light transmission property When the correction plate is interposed between the substrate and the ratio of the film thickness of the layer deposited on the light-transmitting substrate / the film thickness of the layer deposited on the monitor substrate, the tooling coefficient Is provided in the range of 0.6 to 0.85.
また、請求項2記載の発明は、前記多層膜カットフィルターがUVカットフィルターであるのが好ましい。
In the invention described in
以下、本発明の多層膜カットフィルター及びその製造方法の実施の形態について説明するが、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the multilayer cut filter and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments.
本発明の多層膜カットフィルターは、特定波長より短い波長の光をカットし、長い波長の光を透過する、あるいは特定波長より長い波長の光をカットし、短い波長の光を透過するエッジフィルターと呼ばれるもので、機能によって、UVカットフィルター、IRカットフィルター、ダイクロックフィルター、コールドミラーなど使用目的にあった名称がある。各種光学測定やプロジェクションシステム(投影装置)、撮影装置、レーザー加工装置において、不要あるいは有害な高次周波数(短波長)の光をカットするのに用いられる。 The multilayer cut filter of the present invention is an edge filter that cuts light having a wavelength shorter than a specific wavelength and transmits light having a long wavelength, or cuts light having a wavelength longer than a specific wavelength and transmits light having a short wavelength. Depending on the function, there are names that match the purpose of use, such as UV cut filters, IR cut filters, dichroic filters, and cold mirrors. It is used to cut unnecessary or harmful high-order frequency (short wavelength) light in various optical measurements, projection systems (projection devices), photographing devices, and laser processing devices.
本発明の多層膜カットフィルターの主な用途は、液晶プロジェクターのように高出力の水銀ランプ等の強い紫外線を含む光源にさらされる光学部品と光源の間に配置し、光源の紫外線と短波長の可視光の一部をカットして光学部品を保護するUVカットフィルターである。 The main purpose of the multilayer cut filter of the present invention is that it is placed between an optical component exposed to a light source including a strong ultraviolet ray such as a high output mercury lamp such as a liquid crystal projector and the light source. It is a UV cut filter that protects optical components by cutting part of visible light.
多層膜カットフィルターは、光透過性基板上に高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した誘電体多層膜が形成されている。高屈折率層の材料として、TiO2(n=2.4)、Ta2O5(n=2.1)、Nb2O5(n=2.2)などが用いられ、低屈折率層の材料として、SiO2(n=1.46)あるいはMgF2(n=1.38)が使われる。屈折率は、波長によって異なり、上記屈折率nは500nmの値である。 In the multilayer cut filter, a dielectric multilayer film in which high refractive index layers and low refractive index layers are alternately laminated on a light transmissive substrate is formed. As a material for the high refractive index layer, TiO 2 (n = 2.4), Ta 2 O 5 (n = 2.1), Nb 2 O 5 (n = 2.2) or the like is used. As the material, SiO 2 (n = 1.46) or MgF 2 (n = 1.38) is used. The refractive index varies depending on the wavelength, and the refractive index n is 500 nm.
膜厚の基本的な設計は一般に、高屈折率層と低屈折率層とが交互にそれぞれ同じ光学的膜厚で繰り返し積層された繰り返し交互層として、(0.5H、1L、0.5H)Sのように表される。ここで、カットしたい波長の中心近くの波長を設計波長λとして、高屈折率層(H)の膜厚を光学的膜厚nd=1/4λの値を1Hとして表記し、低屈折率層(L)を同様に1Lとする。Sはスタック数と呼ばれる繰り返しの回数で、括弧内の構成を周期的に繰り返すことを表している。実際に積層される層数は2S+1層となり、Sの値を大きくすると吸収−透過へ変化する立ち上がり特性(急峻さ)を急にすることができる。Sの値としては3から20程度の範囲から選定される。この繰り返し交互層によって、カットされる特定の波長が決定される。 In general, the basic design of the film thickness is (0.5H, 1L, 0.5H) as repeated alternating layers in which high refractive index layers and low refractive index layers are alternately laminated with the same optical film thickness. Represented as S. Here, the wavelength near the center of the wavelength to be cut is designated as the design wavelength λ, the film thickness of the high refractive index layer (H) is expressed as the optical film thickness nd = 1 / 4λ is 1H, and the low refractive index layer ( Similarly, L) is set to 1L. S is the number of repetitions called the number of stacks, and indicates that the configuration in parentheses is repeated periodically. The number of layers actually stacked is 2S + 1. When the value of S is increased, the rising characteristic (steepness) that changes to absorption-transmission can be made abrupt. The value of S is selected from a range of about 3 to 20. This repeated alternating layer determines the specific wavelength to be cut.
透過帯域の透過率を高くし、リップルと呼ばれる光透過率の凹凸をフラットな特性にするためには、繰り返し交互層の基板近くと、媒質近くの数層ずつの膜厚を変化させて最適設計を行う。そのため、基板|0.5LH・・・HL(HL)sHL・・・H、0.5Lのように表記される。また、高屈折率層にTiO2などを使う場合、最外層を高屈折率層で終わらせるよりも、より耐環境特性にすぐれたSiO2を最外層に追加して設計を行うことが多い。基板に接する層もTiO2が基板と反応して特性が劣化することがあるので、化学的に安定なSiO2を第1層に追加することもある。このような多層膜カットフィルターの設計は市販のソフトウエアを用いて理論的に行うことができる(参考文献:OPTRONICS誌 1999 No.5 p.175−190)。 In order to increase the transmittance of the transmission band and make the unevenness of the light transmittance called ripple a flat characteristic, the optimum design is made by repeatedly changing the film thickness of the alternating layers near the substrate and several layers near the medium. I do. Therefore, the substrate | 0.5LH... HL (HL) s HL. In addition, when TiO 2 or the like is used for the high refractive index layer, the design is often performed by adding SiO 2 having better environmental resistance characteristics to the outermost layer rather than ending the outermost layer with the high refractive index layer. Since the characteristics of the layer in contact with the substrate may deteriorate when TiO 2 reacts with the substrate, chemically stable SiO 2 may be added to the first layer. Such a multilayer cut filter can be theoretically designed using commercially available software (reference: OPTRONICS magazine 1999 No.5 p.175-190).
高屈折率層と低屈折率層とを交互に光透過性基板上に成膜するには、物理的成膜法が一般的であり、通常の真空蒸着法でも可能であるが、膜の屈折率の安定した制御が可能で、保管・使用環境変化による分光特性の経時変化が少ない膜を作成できるイオンアシスト蒸着やイオンプレーティング法、スパッタ法が望ましい。真空蒸着法は、高真空中で薄膜材料を加熱蒸発させ、この蒸発粒子を基板上に堆積させて薄膜を形成する方法である。イオンプレーティング法は、蒸着粒子をイオン化し、電界により加速して基板に付着させる方法であり、APS(Advanced Plasma Source)、EBPM(Electron Beam Excited Plasma)法、RF(Radio Frequency)直接基板印加法(成膜室内に高周波ガスプラズマを発生させた状態で反応性の真空蒸着を行う方法)などの方式がある。スパッタ法は、電界により加速したイオンを薄膜材料に衝突させて薄膜材料を叩き出すスパッタリングにより薄膜材料を蒸発させ、蒸発粒子を基板上に堆積させる薄膜形成方法である。成膜される層の屈折率等の光学定数は、成膜方法、成膜条件等で異なってくるので、製造前に成膜される層の光学定数を正確に測定する必要がある。 In order to form a high refractive index layer and a low refractive index layer alternately on a light-transmitting substrate, a physical film forming method is generally used, and a normal vacuum evaporation method is also possible. It is desirable to use ion-assisted vapor deposition, ion plating, or sputtering, which can control the rate stably and can produce a film with little spectral change over time due to changes in storage and use environment. The vacuum evaporation method is a method in which a thin film material is heated and evaporated in a high vacuum, and the evaporated particles are deposited on a substrate to form a thin film. The ion plating method is a method in which vapor deposition particles are ionized and accelerated by an electric field to adhere to a substrate. APS (Advanced Plasma Source), EBPM (Electron Beam Excited Plasma) method, RF (Radio Frequency) direct substrate application method There are methods such as (a method of performing reactive vacuum vapor deposition in a state where high-frequency gas plasma is generated in the film formation chamber). The sputtering method is a thin film forming method in which ions that are accelerated by an electric field collide with a thin film material to evaporate the thin film material by sputtering, and deposit evaporated particles on a substrate. Since the optical constant such as the refractive index of the layer to be formed varies depending on the film forming method, film forming conditions, and the like, it is necessary to accurately measure the optical constant of the layer to be formed before manufacturing.
図1に、膜厚制御に広く使われている光学式膜厚計を用いた物理的成膜装置の一例を示す。この物理的成膜装置は、成膜装置10を構成する真空チャンバ11内の下部に高屈折率素材と低屈折率素材の薄膜材料がそれぞれるつぼに充填された2個の蒸発源12,13が配置されている。蒸発源12,13は種々の方法で加熱あるいはスパッタリング可能である。真空チャンバ11内の上方には光透過性基板を載せるドーム形状の蒸着ドーム14が回転可能に支持されている。蒸着ドーム14の上方には蒸着ドーム14を加熱するための基板加熱ヒーター15が設置されている。蒸着ドーム14の中央部にはモニタ用の孔が穿設され、ここには光学式膜厚計20を構成する膜厚監視用のモニタ基板21が設置されている。モニタ基板21はモニタガラスで構成されている。投光器22から出射された光がモニタ基板21の成膜面に入射し、成膜面で反射した反射光を受光器23が受光して電気信号に変換して測定器24に送信し、測定器24で反射光量が測定され、その反射光量がレコーダー25に出力される。また、蒸発源12,13と蒸着ドーム14との間には、膜厚分布を補正する補正板16が固定して設置されている。
FIG. 1 shows an example of a physical film forming apparatus using an optical film thickness meter widely used for film thickness control. In this physical film forming apparatus, two
図2に、補正板16、蒸着ドーム14、蒸着源12、13及びモニタ基板21の垂直方向の位置関係を示す。2枚の補正板16は蒸着源12、13の上方にそれぞれ固定されている一方、蒸着ドーム14は回転する。補正板16によって蒸着源12、13より飛来する濃度の高い部分の粒子が蒸着ドーム14に到達することが妨げられるため、補正板16は蒸着ドームに飛来する粒子の分布を均一化することができる。
FIG. 2 shows a vertical positional relationship among the
蒸着源12、13から蒸発した薄膜材料の粒子は、イオンプレーティングの場合は図示しない電界により加速され、あるいは真空蒸着の場合はそのまま蒸着ドーム14に飛来し、回転する蒸着ドーム14に載置された光透過性基板に到達し、堆積し、光透過性基板上に光学膜が成膜される。その際、薄膜材料の粒子密度が大きい部分は補正板16によって妨げられて、均一な膜厚分布が得られるようになっている。一方の蒸着源12と他方の蒸着源13を切り替えて2種類の薄膜材料を交互に成膜することができる。モニタ基板21には、光透過性基板に成膜されると同時に、2種類の薄膜材料が交互に成膜される。
The particles of the thin film material evaporated from the
光学式膜厚計20は、モニタ基板21に付いた膜により指定した波長(膜厚計センサの使用可能な波長範囲から選ばれる)の反射もしくは透過光量が変化するのを成膜中に連続的に測定し、あらかじめ計算しておいた光量変化が生じたところで成膜を終了するようになっている。モニタ基板における光量変化は、図3に示すように、光学的膜厚が測定波長λの1/4の整数倍となる毎に周期的に増加・減少を繰り返してピークを示すため、ピークを基準に成膜量を決定することで、実際の光学膜厚を正確に制御できるので、光学式膜厚計20は光学薄膜の成膜に広く用いられている。
The optical
ところが、紫外線カット(UVカット)の場合、短い波長を設計波長に選ぶ必要があり、各層の膜厚が極めて薄くなってくるため、膜厚制御が困難になる。また、紫外線領域では、TiO2の屈折率の波長による変化を示す図4のように、基板や膜の屈折率等の光学定数の変動が大きいため、測定精度が不安定になるという問題がある。更に、光学式膜厚計を用いた成膜装置では、光量変化ピーク付近は光量変化が平坦になるため、光量変化ピークの判定が困難であり、制御精度が著しく劣化する問題が発生する。しかも、TiO2を用いると、このTiO2の吸収により、光量変化の測定そのものが困難になるために成膜の精度が著しく悪くなる。さらに急峻な立ち上がり特性を実現するために繰り返し数Sが増加すると、益々成膜が困難になる。従来、スタック数Sが10以上になる様な場合、大量に生産することは無理であった。 However, in the case of ultraviolet cut (UV cut), it is necessary to select a short wavelength as the design wavelength, and the film thickness of each layer becomes extremely thin, making it difficult to control the film thickness. Further, in the ultraviolet region, there is a problem that the measurement accuracy becomes unstable because the optical constants such as the refractive index of the substrate and the film vary greatly as shown in FIG. 4 showing the change of the refractive index of TiO 2 with the wavelength. . Further, in the film forming apparatus using the optical film thickness meter, the light amount change is flat in the vicinity of the light amount change peak, so that it is difficult to determine the light amount change peak, and there arises a problem that the control accuracy is remarkably deteriorated. In addition, when TiO 2 is used, the measurement of the change in the amount of light itself becomes difficult due to the absorption of TiO 2 , so that the film forming accuracy is significantly deteriorated. Further, when the number of repetitions S increases in order to realize a steep rise characteristic, film formation becomes more difficult. Conventionally, when the stack number S is 10 or more, it is impossible to produce in large quantities.
本発明では、このようなUVカットフィルターにおける成膜時の膜厚制御の困難性を繰り返し交互層の膜厚のバランスと補正板の大きさを工夫することにより克服し、高精度の膜厚制御を可能とし、大量生産を可能としたものである。 In the present invention, the difficulty in controlling the film thickness at the time of film formation in such a UV cut filter is overcome by repeatedly devising the balance of the film thickness of the alternating layers and the size of the correction plate, and the film thickness control with high accuracy is achieved. This enables mass production.
即ち、従来の設計では繰り返し交互層の光学的膜厚の比率H/Lを1.0とする。H/Lを1.0とすることは、モニタ基板の反射率がλ/4の整数倍となるピークのときに正確に成膜を停止する必要がある。この場合、光学式膜厚計の光量変化ピーク付近は光量変化が平坦になるため、光量変化ピークの判定が困難である。 That is, in the conventional design, the ratio H / L of the optical film thickness of the alternating layers is set to 1.0. When H / L is set to 1.0, it is necessary to stop film formation accurately at a peak at which the reflectance of the monitor substrate is an integral multiple of λ / 4. In this case, it is difficult to determine the light amount change peak because the light amount change is flat in the vicinity of the light amount change peak of the optical film thickness meter.
これに対し、本発明では、繰り返し交互層のH/L又はL/Hの比を1.2〜2.0、好ましくは1.3〜1.5の範囲とするもので、高屈折率層と低屈折率層の一方を厚く、他方を薄くして厚みを偏らせる。この場合、偏りが大きすぎると、フィルターとしての特性に悪影響を与えるおそれがある。 On the other hand, in the present invention, the ratio of H / L or L / H of the alternating layers is 1.2 to 2.0, preferably 1.3 to 1.5. And one of the low refractive index layers is thickened, and the other is thinned to bias the thickness. In this case, if the bias is too large, the characteristics as a filter may be adversely affected.
これにより、一方の厚い方の膜を成膜する際には光学式膜厚計の光量変化のピークを過ぎた時点で成膜を停止することになるため、成膜の停止時期が明確になり、膜厚制御が容易になる。また、薄くした他方の膜厚制御は、厚くした膜の上に成膜するので、通常通りピークのときに成膜を停止することになるため、薄くした不都合は生じない。とりわけ、高屈折率層の方を厚くすることにより、幾何学的膜厚が薄く、膜厚制御が困難な高屈折率層を膜厚精度良く成膜することが可能となる。 As a result, when one of the thicker films is formed, the film formation is stopped when the peak of the light intensity change of the optical film thickness meter is over, so the film formation stop time becomes clear. , Film thickness control becomes easy. In addition, since the film thickness is controlled on the thickened film in the other thin film thickness control, the film formation is stopped at the peak as usual, so that the inconvenience of thinning does not occur. In particular, by increasing the thickness of the high refractive index layer, it is possible to form a high refractive index layer having a thin geometric thickness and difficult to control the film thickness with high film thickness accuracy.
次に、本発明では、補正板16の幅を通常より広くし、補正板16で遮蔽される飛来粒子の割合を多くしている。即ち、光透過性基板に堆積される膜の膜厚/モニタ基板に堆積される膜の膜厚の比をツーリング係数とすると、このツーリング係数を0.6〜0.85の範囲とするものである。ツーリング係数が低すぎると、光透過性基板に付着する粒子量が少なくなりすぎるため、生産性の点で好ましくない。従来の成膜装置における通常のツーリング係数は、概ね0.9〜1.1の範囲である。
Next, in the present invention, the width of the
これにより、モニタ基板21の方に光透過性基板よりも厚く膜が堆積され、正確に膜厚を測定することが可能となり、紫外線領域で屈折率等の光学定数が不安定になる問題を解決することができる。また、モニタ基板21の光量変化のピークが光透過性基板の成膜のピークに先行し、光量変化のピークが過ぎた時点で成膜を停止することが可能となるため、成膜の停止時点が明確になり、膜厚制御が容易になる。その結果、膜厚精度を向上させることができる。
As a result, a film thicker than the light-transmitting substrate is deposited on the
これらの繰り返し交互層との膜厚バランスの改良と補正板の幅を広くしてツーリング係数を低くする改良を組み合わせることによって、低屈折率層の成膜時における光学式膜厚計の光量変化のピークを過ぎた時点で成膜を停止することが可能となる効果も加わり、膜厚制御がより容易になる。 By combining the improvement of the film thickness balance with these repeated alternating layers and the improvement of the tooling coefficient by increasing the width of the correction plate, the change in the light quantity of the optical film thickness meter during the formation of the low refractive index layer can be reduced. The film thickness can be controlled more easily by adding the effect that the film formation can be stopped when the peak is exceeded.
<実施例1>
繰り返し交互層の膜厚の比率をH/L=1.33程度にしてH層の膜厚を厚めのバランスとした。最外層と基板に接する第1層はSiO2とした。
<Example 1>
The ratio of the thicknesses of the alternating layers was set to about H / L = 1.33, so that the thickness of the H layer was increased. The first layer in contact with the outermost layer and the substrate was SiO 2 .
光透過性基板材料はBK7(n=1.52の白板ガラス)を用いた。使用する膜の材料は、高屈折率層(H)がTiO2、低屈折率層(L)がSiO2、成膜方法はRFイオンプレーティング装置(昭和真空(株)製)を用いた。単色式光学モニタ方式の光学式膜厚計を用いた。通常より幅の広い補正板を用い、ツーリング係数を0.8とした。 BK7 (n = 1.52 white plate glass) was used as the light transmissive substrate material. A film material used is high-refractive index layer (H) is TiO 2, using the low refractive index layer (L) is SiO 2, film forming method RF ion plating apparatus (manufactured by Showa vacuum Co.). A monochromatic optical monitor type optical film thickness meter was used. A correction plate having a width wider than usual was used, and the tooling coefficient was set to 0.8.
膜厚構成は、λ=360nm、層数33で、基板側から1.08L、0.44H、1.04L、0.88H、0.80L、1.16H、0.76L、(1.12H、0.84L)10、1.00H、0.92L、1.16H、0.60L、1.04H、1.80Lとした。 The film thickness is λ = 360 nm and the number of layers is 33. From the substrate side, 1.08L, 0.44H, 1.04L, 0.88H, 0.80L, 1.16H, 0.76L, (1.12H, 0.84L) 10 , 1.00H, 0.92L, 1.16H, 0.60L, 1.04H, 1.80L.
得られた多層膜カットフィルターの波長410nm付近の拡大した分光透過率を図5に示す。また、波長350nm〜700nmの範囲の分光透過率を図6に示す。 FIG. 5 shows an enlarged spectral transmittance around the wavelength of 410 nm of the obtained multilayer cut filter. Further, FIG. 6 shows the spectral transmittance in the wavelength range of 350 nm to 700 nm.
また、繰り返し交互層における光学式膜厚計の反射率の変化を図7に示す。実線は高屈折率層の成膜、一点鎖線は低屈折率層の成膜を示す。各線の右端はその時点で成膜を停止したことを示す。 Moreover, the change of the reflectance of the optical film thickness meter in a repeating alternating layer is shown in FIG. The solid line indicates the formation of the high refractive index layer, and the alternate long and short dash line indicates the formation of the low refractive index layer. The right end of each line indicates that film formation was stopped at that time.
<実施例2>
実施例1と同様の成膜条件で、膜厚構成は、λ=360nm、層数19で、基板側から1.08L、0.44H、1.04L、0.88H、0.80L、1.16H、0.76L、(1.12H、0.84L)3、1.00H、0.92L、1.16H、0.60L、1.04H、1.80Lとした。
<Example 2>
Under the same film forming conditions as in Example 1, the film thickness is λ = 360 nm, the number of layers is 19, and 1.08 L, 0.44 H, 1.04 L, 0.88 H, 0.80 L, 1.. 16H, 0.76L, (1.12H, 0.84L) 3 , 1.00H, 0.92L, 1.16H, 0.60L, 1.04H, 1.80L.
得られた多層膜カットフィルターの波長410nm付近の拡大した分光透過率を図5に示す。また、波長350nm〜700nmの範囲の分光透過率を図6に示す。 FIG. 5 shows an enlarged spectral transmittance around the wavelength of 410 nm of the obtained multilayer cut filter. Further, FIG. 6 shows the spectral transmittance in the wavelength range of 350 nm to 700 nm.
この層構成は、生産性を考慮して層数を減らしたもので、繰り返し交互層のスタック数が少ないため、分光特性は急峻さが少なくなる。 This layer structure is obtained by reducing the number of layers in consideration of productivity. Since the number of stacks of repeated alternating layers is small, the spectral characteristics are less steep.
<比較例1>
実施例1と同様の成膜条件で、従来の設計通りの最適化を行った。膜厚構成は、λ=360nm、層数33で、基板側から、1L、0.3H、0.94L、1.1H、0.58L、1.3H、0.79L、(1H、1L)10、1.02H、0.71L、1.74H、0.32L、1.35H、1.68Lとした。
<Comparative Example 1>
Optimization as in the conventional design was performed under the same film forming conditions as in Example 1. The film thickness is λ = 360 nm and the number of layers is 33. From the substrate side, 1L, 0.3H, 0.94L, 1.1H, 0.58L, 1.3H, 0.79L, (1H, 1L) 10 1.02H, 0.71L, 1.74H, 0.32L, 1.35H, 1.68L.
得られた多層膜カットフィルターの波長410nm付近の拡大した分光透過率を図5に示す。また、波長350nm〜700nmの範囲の分光透過率を図6に示す。 FIG. 5 shows an enlarged spectral transmittance around the wavelength of 410 nm of the obtained multilayer cut filter. Further, FIG. 6 shows the spectral transmittance in the wavelength range of 350 nm to 700 nm.
また、繰り返し交互層における光学式膜厚計の反射率の変化を図8に示す。実線は高屈折率層の成膜、一点鎖線は低屈折率層の成膜を示す。各線の右端はその時点で成膜を停止したことを示す。 Moreover, the change of the reflectance of the optical film thickness meter in a repeating alternating layer is shown in FIG. The solid line indicates the formation of the high refractive index layer, and the alternate long and short dash line indicates the formation of the low refractive index layer. The right end of each line indicates that film formation was stopped at that time.
<比較例2>
実施例1と同様の成膜条件で、膜厚構成は、λ=360nm、層数19で、1L、0.3H、0.94L、1.1H、0.58L、1.3H、0.79L、(1H、1L)3、1.02H、0.71L、1.74H、0.32L、1.35H、1.68Lとした。
<Comparative example 2>
Under the same film forming conditions as in Example 1, the film thickness configuration is λ = 360 nm, the number of layers is 19, and 1 L, 0.3 H, 0.94 L, 1.1 H, 0.58 L, 1.3 H, 0.79 L. , (1H, 1L) 3 , 1.02H, 0.71L, 1.74H, 0.32L, 1.35H, 1.68L.
得られた多層膜カットフィルターの波長410nm付近の拡大した分光透過率を図5に示す。また、波長350nm〜700nmの範囲の分光透過率を図6に示す。 FIG. 5 shows an enlarged spectral transmittance around the wavelength of 410 nm of the obtained multilayer cut filter. Further, FIG. 6 shows the spectral transmittance in the wavelength range of 350 nm to 700 nm.
層数が少ないだけ作成がやや容易になるが、分光特性は急峻さが少なく劣る。 Although the creation is somewhat easier with a smaller number of layers, the spectral characteristics are less steep and inferior.
実施例1と比較例1とは同じ層数で、繰り返し交互層の膜厚のバランスが異なる。実施例1の方が分光特性が急峻である。同様に、実施例2と比較例2とは同じ層数で、繰り返し交互層の膜厚のバランスが異なるが、実施例2の方が分光特性が急峻である。 Example 1 and Comparative Example 1 have the same number of layers and different thickness balances of repeated alternating layers. In Example 1, the spectral characteristics are steeper. Similarly, Example 2 and Comparative Example 2 have the same number of layers and different balances of alternating alternating layer thicknesses, but Example 2 has sharper spectral characteristics.
また、図8に示した光学モニタ光量の変化は、H/L=1.00とする従来の繰り返し交互層の成膜における高屈折率層の成膜の際に、ピークの頂点で成膜を停止しなければならないため、成膜を停止する時点の判断が困難で、膜厚制御が困難であることを示している。一方、低屈折率層の成膜時には、ツーリング係数を0.8とした効果で、ピークが過ぎた時点で成膜を停止することができるため、膜厚制御が容易であることを示している。 Further, the change in the amount of light of the optical monitor shown in FIG. 8 indicates that the film is formed at the peak apex when the high refractive index layer is formed in the conventional repeated alternating layer formation with H / L = 1.00. Since it must be stopped, it is difficult to determine when to stop the film formation, and it is difficult to control the film thickness. On the other hand, when the low refractive index layer is formed, the filming can be stopped when the peak has passed due to the effect of setting the tooling coefficient to 0.8, which indicates that film thickness control is easy. .
これに対し、図7に示した繰り返し交互層の層厚のバランスをH/L=1.33とした本発明における光学モニタ光量の変化は、高屈折率層の成膜時に、ピークが過ぎた時点で成膜を停止することができるため、膜厚制御が容易であることを示している。また、低屈折率層の成膜時にも、ツーリング係数を0.8とした効果で、ピークが過ぎた時点で成膜を停止することができるため、膜厚制御が容易であることを示している。 On the other hand, the change in the optical monitor light quantity in the present invention in which the balance of the layer thickness of the repeated alternating layers shown in FIG. 7 is H / L = 1.33 has peaked when the high refractive index layer is formed. Since the film formation can be stopped at the time, the film thickness control is easy. In addition, the film thickness can be controlled easily because the filming can be stopped when the peak has passed due to the effect of setting the tooling coefficient to 0.8 even when the low refractive index layer is formed. Yes.
本発明の多層膜カットフィルターの製造方法によれば、ツーリング係数を低くし、モニタ基板の方に厚く成膜するようにしたことにより、膜厚制御が容易になり、設計通りの特性を備える多層膜カットフィルターを製造することができる。 According to the method of manufacturing a multilayer cut filter of the present invention, the tooling coefficient is reduced and the film is formed thicker on the monitor substrate, so that the film thickness can be easily controlled and the multilayer has the designed characteristics. A membrane cut filter can be manufactured.
10…成膜装置、11…真空チャンバ、12…蒸発源、13…蒸発源、14…蒸着ドーム、15…基板加熱ヒータ、16…補正板、20…光学式膜厚計、21…モニタ基板、22…投光器、23…受光器、24…測定器、25…レコーダー。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記蒸着源と前記光透過性基板との間に補正板を介在させ、前記光透過性基板に堆積される層の膜厚/前記モニタ基板に堆積される層の膜厚、であるツーリング係数とした場合に、前記ツーリング係数を0.6〜0.85の範囲とすることを特徴とする多層膜カットフィルターの製造方法。 The particles forming the high refractive index layer and the particles forming the low refractive index layer flying from the deposition source are alternately formed on the light-transmitting substrate, and simultaneously formed on the monitor substrate. In the method of manufacturing a multilayer cut filter that controls the film thickness by measuring the optical film thickness of the layer formed on the monitor substrate,
A tooling coefficient which is a thickness of a layer deposited on the light transmissive substrate / a thickness of a layer deposited on the monitor substrate with a correction plate interposed between the vapor deposition source and the light transmissive substrate. In such a case, the tooling coefficient is in the range of 0.6 to 0.85.
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