專利名稱：制造多層光學(xué)元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對通過層疊由具有不同折射率的物質(zhì)組成的薄膜而形成的多層膜光學(xué)元件進(jìn)行制造的方法。
背景技術(shù)：
通過層疊由具有不同折射率的物質(zhì)組成的薄膜并利用在這些薄膜的邊界處反射的光的干涉的具有特定光學(xué)特性如濾光的光學(xué)元件被認(rèn)作是一種多層膜光學(xué)元件，并用在干涉濾光片等中。
這種多層膜光學(xué)元件具有如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，具有不同折射率的非金屬光學(xué)物質(zhì)的薄膜相繼疊加在由玻璃等組成的基底上，并且一般通過真空蒸發(fā)在玻璃等組成的基底上相繼形成這些非金屬光學(xué)物質(zhì)的膜而形成這種多層膜光學(xué)元件。
在這種光學(xué)元件中，玻璃等組成的基底不僅不承擔(dān)決定光學(xué)特性的角色，而且還吸收光，以致于基底必須盡可能地薄。因此，傳統(tǒng)上在多層膜形成之后還對這些基底拋光，以將厚度保持為下至約幾十微米。
但是，要將玻璃等組成的基底拋光至約幾十微米的厚度是極其困難的，并且還存在由于拋光期間對玻璃的損害而降低產(chǎn)量的問題。
例如在日本專利申請JPH3-196001中的一種沒有所述基底的多層膜光學(xué)薄膜已被公知為一種解決了上述問題的光學(xué)元件。
這種多層膜光學(xué)薄膜的制造方法如下例如，在玻璃基底上沉積鋁膜，并通過離子濺射在該鋁膜的頂部上交替地形成氧化硅薄膜和氧化鈦薄膜。如果在薄膜形成完成時(shí)通過鋁蝕刻液溶解鋁，則玻璃基底和多層光學(xué)薄膜分離，以致于可以獲得沒有玻璃基底的多層光學(xué)薄膜。
但是，作為發(fā)明者所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在制造日本專利申請JP H3-196001所述類型的多層光學(xué)薄膜的方法中存在很大問題。也就是說，在通過離子濺射等形成多層光學(xué)薄膜的情形中，在鋁和多層光學(xué)薄膜的界面處產(chǎn)生凸起和凹陷；結(jié)果，多層光學(xué)薄膜模糊不清，導(dǎo)致光透射率顯著下降，以致于這種光學(xué)薄膜不能夠經(jīng)受實(shí)際使用。除此之外，還發(fā)現(xiàn)鋁不能充分擔(dān)當(dāng)載體的角色，以致于遇到玻璃基底與多層光學(xué)薄膜分離不完全的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在這些情形下設(shè)計(jì)出的；本發(fā)明的目的在于提供一種制造多層膜光學(xué)元件的方法，該方法使得可以防止多層光學(xué)薄膜中的模糊不清，并能夠干凈地分離玻璃基底和多層光學(xué)薄膜。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第一發(fā)明是一種制造多層膜光學(xué)元件的方法，包括步驟在基底上形成可溶性載體的薄膜；在該可溶性載體的頂部上形成多層光學(xué)薄膜；和隨后溶解可溶性載體的薄膜，使得基底和多層光學(xué)薄膜分離，其中可溶性載體為鋁，并且該可溶性載體的厚度設(shè)為10～90nm。
根據(jù)對如上所述多層光學(xué)薄膜的模糊不清的原因的調(diào)查結(jié)果，本發(fā)明人斷定由于離子濺射形成多層光學(xué)薄膜時(shí)產(chǎn)生的熱量而發(fā)生構(gòu)成可溶性載體的鋁的再結(jié)晶；結(jié)果，在鋁和多層光學(xué)薄膜之間的界面處產(chǎn)生凸起和凹陷，這導(dǎo)致產(chǎn)生模糊不清。發(fā)明人繼續(xù)進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)這種不均勻的狀態(tài)依鋁層的厚度而變化，并且如果鋁層的厚度為90nm或以下，則不出現(xiàn)模糊不清的問題。
本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)基底和光學(xué)薄膜的分離不能干凈地完成的原因在于鋁層的厚度過小，產(chǎn)生不形成鋁層的部分，并且存在基底和多層薄膜直接粘結(jié)在這些部分的情況。在大量實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)只要鋁層的厚度為10nm或以上，則這種問題就不發(fā)生。
因此，在本發(fā)明中，用作可溶性載體的鋁層厚度限定在10～90nm的范圍。這里的厚度指平均值。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第二發(fā)明基于第一發(fā)明，其中形成多層光學(xué)薄膜的步驟是離子濺射步驟。
在通過離子濺射形成多層光學(xué)薄膜的情形中，鋁層的溫度上升特別大，以致于第一發(fā)明的效果特別好。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第三發(fā)明基于第一發(fā)明或第二發(fā)明，其中多層光學(xué)薄膜由五氧化二鈮薄膜和氧化硅薄膜交替層疊而組成，并且直接形成在可溶性載體上的薄膜中的物質(zhì)是氧化硅。
在通過層疊五氧化二鈮薄膜和氧化硅薄膜形成光學(xué)薄膜的情形中，如果五氧化二鈮膜形成在鋁上，則溫度的升高造成五氧化二鈮和氧化硅反應(yīng)，以致于形成氧化鋁。因?yàn)檠趸X不被溶解鋁的物質(zhì)溶解，所以基底和多層光學(xué)薄膜的剝離特性減弱。相反，如果氧化硅膜直接形成在鋁上，則可以防止這種問題。
用于實(shí)現(xiàn)上述目的的第四發(fā)明是一種多層膜光學(xué)元件，其中交替地形成具有不同折射率的層，并且在制造期間去除基底，其中面對多層膜光學(xué)元件的光學(xué)表面的表面粗糙度Ra為3nm或以下。
利用本發(fā)明，可以第一時(shí)間獲得沒有基底的使得Ra為3nm或以下的濾光片，以致于可以提供一種對透射光損耗極低的濾光片。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例中制造多層光學(xué)薄膜的方法的簡圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳模式如圖1所示，通過真空蒸發(fā)在玻璃基底(BK7)1上形成鋁膜2，并且通過離子濺射法在此鋁膜2上形成膜總厚度約為30μm的由表1中所示結(jié)構(gòu)構(gòu)成的多層光學(xué)薄膜3(省去對第7層～107層的描述，因?yàn)槠鏀?shù)層與第五層相同，偶數(shù)層與第六層相同)。之后，通過切割將這種部件切成小片，并再通過NaOH溶液蝕刻鋁膜2，以致于玻璃基底1和多層光學(xué)薄膜3分離。鏡面狀態(tài)中的基底用作玻璃基底1，表面粗糙度Ra為0.2～0.4nm。
(表1)

表2表示所得多層光學(xué)薄膜3發(fā)生模糊不清、多層光學(xué)薄膜3和基底1的剝離特性以及鋁膜厚度之間的關(guān)系。
(表2)

從表2的結(jié)果看出，如果鋁膜厚度為10～90nm，則在多層光學(xué)薄膜中不出現(xiàn)模糊，并且多層光學(xué)薄膜和基底的分離特性良好。另外，當(dāng)鋁膜厚度為90nm時(shí)，在多層光學(xué)薄膜的鋁膜側(cè)上的表面粗糙度Ra為0.4nm，而當(dāng)鋁膜厚度為100nm時(shí)，該表面粗糙度Ra為1nm。而且，當(dāng)鋁膜厚度為10nm時(shí)蝕刻時(shí)間為40小時(shí)，但當(dāng)鋁膜厚度為5nm時(shí)，完全剝離是不可能的。
接著，對形成于鋁層上的多層光學(xué)薄膜的粗糙度進(jìn)行測量得到表面粗糙度Ra為0.4nm。作為該測量的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在與鋁層側(cè)相反的一側(cè)上的最表層的表面粗糙度為3nm。通常，在通過真空蒸發(fā)法形成的膜中，膜的表面粗糙度隨著膜總厚度增加而增加。
但是，在本發(fā)明實(shí)施例的多層光學(xué)薄膜中，不僅通過視覺觀察確認(rèn)不到模糊，而且甚至在粗糙度被認(rèn)為是最高的表面上也可以實(shí)現(xiàn)可與具有基底的傳統(tǒng)濾光片相比擬的表面粗糙度。
順便說一下，鋁層側(cè)的表面和在與鋁層側(cè)相反的一側(cè)上的最表層的表面成為光束通過的光學(xué)表面。通過在這些光學(xué)表面上實(shí)現(xiàn)極小的粗糙度，在用于光通信的濾光片中所需的降低損耗的效果進(jìn)一步擴(kuò)大。另外，在本實(shí)施例中通過用原子力顯微鏡測量10μm×10μm區(qū)域獲得表面粗糙度Ra。
因而，因?yàn)樵?00μm2的范圍內(nèi)無基底濾光片的表面粗糙度Ra為3nm或以下，所以可以獲得無基底的對透射光幾乎沒有損耗的濾光片。
接下來，利用類似于上述方法的方法形成多層光學(xué)薄膜，但不形成表1中所示的第一層膜，以致于在鋁膜厚度分別設(shè)為10nm和90nm的鋁膜上形成Nb2O5薄膜。
結(jié)果，在任何一種情況下通過NaOH溶液進(jìn)行的蝕刻都不能很好地進(jìn)行，基底和多層光學(xué)薄膜的剝離特性很差，以致于不能夠獲得能夠經(jīng)受實(shí)際使用的多層光學(xué)薄膜。
權(quán)利要求
1.一種制造多層膜光學(xué)元件的方法，包括步驟在基底上形成可溶性載體的薄膜；在該可溶性載體的頂部上形成多層光學(xué)薄膜；和隨后溶解可溶性載體的薄膜，使得基底和多層光學(xué)薄膜分離，其中可溶性載體為鋁，并且該可溶性載體的厚度設(shè)為10～90nm。
2.如權(quán)利要求1所述的制造多層膜光學(xué)元件的方法，其中形成多層光學(xué)薄膜的步驟是離子濺射步驟。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制造多層膜光學(xué)元件的方法，其中多層光學(xué)薄膜由五氧化二鈮薄膜和氧化硅薄膜交替層疊而組成，并且直接形成在可溶性載體上的薄膜中的物質(zhì)是氧化硅。
4.一種多層膜光學(xué)元件，其中交替地形成具有不同折射率的層，并且在制造期間去除基底，其中面對多層膜光學(xué)元件的光學(xué)表面的表面粗糙度為3nm或以下。
全文摘要
通過真空蒸發(fā)在玻璃基底(BK7)(1)上形成鋁膜(2)，并且通過離子濺射法在此鋁膜(2)上形成多層光學(xué)薄膜(3)。之后，通過切割將這種部件切成小片，并再通過氫氧化鈉溶液蝕刻鋁膜(2)，以致于玻璃基底(1)和多層光學(xué)薄膜(3)分離。當(dāng)鋁膜厚度超過90nm時(shí)，在多層光學(xué)薄膜(3)中出現(xiàn)模糊，而當(dāng)鋁膜厚度小于10nm時(shí)，不能夠干凈地執(zhí)行玻璃基底與多層光學(xué)薄膜的分離。因此，鋁膜厚度設(shè)在10～90nm的范圍內(nèi)。
文檔編號G02B5/28GK1809770SQ20048001749
公開日2006年7月26日 申請日期2004年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者吉野邦彥 申請人:株式會(huì)社尼康