專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)元件、光學(xué)膜平面化方法及光學(xué)元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在基板的一面形成光學(xué)膜時(shí)將對(duì)基板產(chǎn)生作用的光 學(xué)膜的應(yīng)力緩和而使光學(xué)膜形成后的面平面化的光學(xué)元件、緩和膜應(yīng)力而 使基板的表面平面化的光學(xué)膜平面化方法及上述的光學(xué)元件的制造方法。
背景技術(shù)：
液晶投影儀或光拾取器等光學(xué)裝置由各種光學(xué)元件構(gòu)成，光學(xué)元件通 常在玻璃材料等透明基板的一面形成有光學(xué)膜。作為光學(xué)膜，有介電單層 膜或介電多層膜、金屬膜等各種光學(xué)膜，但是，這些光學(xué)膜因具有內(nèi)部應(yīng) 力(膜應(yīng)力)所以在通過(guò)蒸鍍法等形成在透明基板之后，由于膜應(yīng)力而使 透明基板整體發(fā)生變形。其結(jié)果，光學(xué)膜的性能劣化或損失。由于近年來(lái)的光學(xué)裝置對(duì)小型化的要求極高，因此，要求透明基板的 板厚度的薄型化。這樣，相應(yīng)的由膜應(yīng)力給與透明基板的影響就變得顯著。 因此，有必要不僅(1)滿(mǎn)足板厚度的薄型化的要求、并且(2)對(duì)透明 基板的形狀的變形進(jìn)行修正。作為同時(shí)滿(mǎn)足上述(1) 、 (2)的要求的方法，有例如在透明基板的形成有光學(xué)膜的相反面，形成用于修正光學(xué)膜的膜應(yīng)力所引起的基板的變 形的膜(作為修正用薄膜)的方法。該方法在專(zhuān)利文獻(xiàn)1被公開(kāi)，在光學(xué) 元件的非光學(xué)功能面(背面)形成具有內(nèi)部應(yīng)力的薄膜，利用薄膜的內(nèi)部 應(yīng)力(膜應(yīng)力)的作用使光學(xué)元件產(chǎn)生變形，由此對(duì)光學(xué)元件的光學(xué)功能 的形狀進(jìn)行修正。即，在基板的一面形成了光學(xué)膜的相反面、形成修正膜 應(yīng)力的作用的薄膜，來(lái)謀求元件整體形狀的修正。專(zhuān)利文獻(xiàn)1專(zhuān)利公開(kāi)2005-19485號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容然而，在專(zhuān)利文獻(xiàn)l中，有必要在基板(非光學(xué)功能面)形成基板形 狀修正用薄膜，但通常，為了獲得所希望的薄膜就需要精密的控制。另一 方面，基板需要設(shè)為薄型，而對(duì)于薄的基板而言，光學(xué)膜的膜應(yīng)力所引起 的變形程度大，但同時(shí)修正用薄膜的膜應(yīng)力也強(qiáng)力地起作用。這樣進(jìn)行的 話(huà)，為了對(duì)光學(xué)膜的膜應(yīng)力正確且高精度地進(jìn)行修正，薄膜的形成精度就 必須極精密地進(jìn)行控制，由此是極為困難的。而且，修正用薄膜，基本只發(fā)揮修正基板形狀的功能，不發(fā)揮其他光 學(xué)性功能。這樣的薄膜，由于從光學(xué)性功能面考慮為不必要的要素，因此 成為剩余成本。而且，由于薄膜的形成比較費(fèi)時(shí)間，由此當(dāng)該工序費(fèi)時(shí)間 時(shí)就導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降的問(wèn)題。進(jìn)一步而言，由于本來(lái)不需要的修正用薄 膜形成于薄型的基板，因此，在抗應(yīng)力性方面也存在問(wèn)題。于是，在本發(fā)明中，其目的在于，修正用薄膜不用形成而通過(guò)緩和光 學(xué)膜的膜應(yīng)力來(lái)謀求光學(xué)膜的平面化。為了達(dá)成以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案l的光學(xué)元件，其特征在于， 在基板的表面和背面使面粗度具有差別，在上述表面或上述背面中的粗度 細(xì)的面形成光學(xué)膜，緩和上述光學(xué)膜的應(yīng)力。在基板特別薄型的情況下，當(dāng)在基板的表面和背面之間使面粗度有差 別時(shí)，具有產(chǎn)生向基板的粗面方向凸出的歪曲的效應(yīng)(所謂泰曼效應(yīng))。 另一方面，在光學(xué)膜存在產(chǎn)生向基板的成膜面方向凸出的歪曲的膜應(yīng)力。 因此，在粗度細(xì)的面形成光學(xué)膜的情況下，由于膜應(yīng)力的作用所引起的歪 曲方向和上述的泰曼效應(yīng)所引起的歪曲方向成為相互逆反的凸方向的關(guān) 系，因此，相互的應(yīng)力可互相抵消。若這樣進(jìn)行的話(huà)，能夠?qū)⒒逭w的 形狀進(jìn)行修正，從而將光學(xué)膜平面化。在此，光學(xué)膜若在誤差容許范圍內(nèi)，則也可不被完全地平面化。艮P， 雖然在毛面(摺面)被形成的情況下光學(xué)膜的膜應(yīng)力被抵消并提高平面化 的程度，但若在發(fā)揮光學(xué)性功能的誤差容許范圍內(nèi)，則也可不被完全地平 面化，也可以為微小彎曲的狀態(tài)。本發(fā)明的技術(shù)方案2的光學(xué)元件，是技術(shù)方案1所述的光學(xué)元件，其 特征在于，上述粗度細(xì)的面通過(guò)鏡面研磨完成為成膜面，與該成膜面相反 的面形成為毛面。通過(guò)進(jìn)行鏡面研磨來(lái)形成成膜面而將相反面形成為毛面，可以使面的 粗度具有差別。在此，毛面的形成是指利用粒度粗的研磨劑對(duì)基板的一面 進(jìn)行打磨，毛面是指進(jìn)行了毛面形成的面。作為進(jìn)行毛面形成的方法(毛 面的形成方法)也能夠適用使用了其他研削劑的研削處理或由將研磨劑噴在基板表面的噴砂或由鉆石進(jìn)行的切削、砂紙、創(chuàng)面電灼術(shù)(brushing)等各種方法。換言之，毛面的形成是指在基板表面形成微小的傷痕即形成 微小的凹凸，是指在面上形成梨地。另一方面，鏡面研磨是將基板表面完成為鏡面(去除基板表面上的凹凸)，可以適用所謂研磨處理(lap treatment)或上光處理(burnishing treatment)、拋光(polishing treatment)處理等方法。在上述的毛面 形成中使用研磨劑的情況為毛面研磨，但是，毛面研磨和鏡面研磨使用研 磨這一相同用語(yǔ)。然而，毛面研磨是在基板表面形成微小凹凸的方法，鏡 面研磨是消除基板表面的微小凹凸的方法，在這一方面，二者在用途和功 能上都相反。形成毛面之前的面(被磨面(被摺面))雖然沒(méi)有必要預(yù)先完成鏡面， 但被磨面也好，形成光學(xué)膜的面(被成膜面)也好，在以平面狀態(tài)為基準(zhǔn) 來(lái)控制彎曲量這一點(diǎn)上，作為優(yōu)選將被磨面與被成膜面同樣地完成鏡面。 即，優(yōu)選預(yù)先使彎曲量的基準(zhǔn)一致。而且，基本上基板的形狀為平板狀，但也可以為平板狀以外的形狀。 從毛面抵消光學(xué)膜的膜應(yīng)力來(lái)看，若被磨面和被成膜面平行，則不僅適用 于四角形的平板狀，也可以適用于圓形、三角形等任意板狀的基板。在此， 成膜面為了發(fā)揮規(guī)定的光學(xué)性功能必須提高平面化的程度，但由于相反面 的毛面基本不發(fā)揮光學(xué)性功能，因此，其形狀可以任意設(shè)置。從而，在抵 消光學(xué)膜的膜應(yīng)力且將光學(xué)膜平面化的前提下，毛面即使不是平面也可以 為多少變異的異形。本發(fā)明的技術(shù)方案3的光學(xué)元件，是技術(shù)方案2所述的光學(xué)元件，其 特征在于，上述毛面用使上述光學(xué)膜平面化的粒度進(jìn)行打磨。若形成被磨面則可以緩和膜應(yīng)力，但通過(guò)用最適宜的粒度形成毛面，可以使光學(xué)膜接 近平面化。毛面形成時(shí)的粒度，若粗則應(yīng)力的作用大，若細(xì)則應(yīng)力的作用 小。因此，若選擇與光學(xué)膜的膜應(yīng)力對(duì)應(yīng)的最適宜的粒度，則可以接近平 面化。本發(fā)明的技術(shù)方案4的光學(xué)元件，是技術(shù)方案1至3中任一項(xiàng)所述的 光學(xué)元件，其特征在于，上述光學(xué)膜是對(duì)規(guī)定波長(zhǎng)域的光進(jìn)行反射的反射 多層膜?；旧希捎诿鏋闆](méi)有光學(xué)性使用的面，因此，在各種光學(xué)元 件中，最能適用于本發(fā)明的光學(xué)元件為反射鏡。作為反射鏡起作用時(shí)，不是介電多層膜也可以是基于金屬膜的反射多 層膜。然而，金屬膜雖然使所有的波長(zhǎng)域的光反射，但由于光吸收率高， 因此反射效率有些下降。從而，從抑制光量損失觀點(diǎn)來(lái)看優(yōu)選適用基于介 電多層膜的反射多層膜。金屬膜可以是單層膜，但基于介電多層膜的反射 多層膜，為了在所希望的波長(zhǎng)域獲得極高的反射率，就需要較多的膜層數(shù)。 若這樣，由于對(duì)基板的膜應(yīng)力變強(qiáng)，因此，在基于介電多層膜的反射多層 膜的情況，起到特別有利的效果。而且，在毛面可以使用于其他用途的情況下，也可以作為反射鏡以外 的光學(xué)元件適用本發(fā)明。由于在毛面形成有微小凹凸，因此，通過(guò)使光透 過(guò)毛面，可以利用光的散射來(lái)謀求光分布的均一化。而且，也可以作為利 用散射光對(duì)光的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定的、例如APC (Auto Power Control)使用。 在此種情況下，可以不將光學(xué)膜形成為反射多層膜而形成為例如具有使規(guī) 定條件的光透過(guò)的透過(guò)特性的膜而適用。本發(fā)明的技術(shù)方案5的光學(xué)膜平面化方法，其特征在于，包括鏡面 研磨工序，對(duì)基板的至少一面進(jìn)行鏡面研磨；毛面形成工序，通過(guò)對(duì)鏡面 研磨的一面的相反面進(jìn)行打磨來(lái)形成毛面；光學(xué)膜形成工序，在上述毛面 形成工序后進(jìn)行，在上述鏡面研磨后的一面形成光學(xué)膜，通過(guò)由上述毛面 緩和上述光學(xué)膜對(duì)上述基板的應(yīng)力，使上述光學(xué)膜平面化。本發(fā)明的技術(shù)方案6的光學(xué)膜平面化方法，其特征在于，包括鏡面 研磨工序，對(duì)基板的至少一面進(jìn)行鏡面研磨；光學(xué)膜形成工序，在鏡面研 磨后的一面形成光學(xué)膜；毛面形成工序，在上述光學(xué)膜形成工序之后進(jìn)行，通過(guò)對(duì)上述形成有光學(xué)膜的面的相反面進(jìn)行打磨來(lái)形成毛面，通過(guò)由上述 毛面緩和上述光學(xué)膜對(duì)上述基板的應(yīng)力，使上述光學(xué)膜平面化。技術(shù)方案5的光學(xué)膜平面化方法和技術(shù)方案6的光學(xué)膜平面化方法， 在通過(guò)形成毛面而抵消光學(xué)膜的膜應(yīng)力并謀求光學(xué)膜的平面化這一方面是一致的，但是在技術(shù)方案5的光學(xué)膜平面化方法中，毛面的形成工序比 光學(xué)膜形成工序先進(jìn)行(先打磨)，技術(shù)方案6的光學(xué)膜平面化方法中， 毛面的形成工序比光學(xué)膜形成工序后進(jìn)行(后打磨)，這一方面上是不同 的。在先打磨的情況下，用與預(yù)先形成光學(xué)膜時(shí)的基板的彎曲量對(duì)應(yīng)的粒 度形成被磨面。即，預(yù)計(jì)基于膜應(yīng)力的基板的彎曲量，并將該量份由毛面 的形成所引起的應(yīng)力事先進(jìn)行緩和。此時(shí)，由于可以用均一的粒度事先形 成毛面，因此，適合于大量生產(chǎn)。另一方面，在后打磨的情況下，在基板形成光學(xué)膜時(shí)，基板通過(guò)光學(xué) 膜的應(yīng)力而向光學(xué)膜側(cè)的凸方向彎曲。而且，根據(jù)基板的彎曲狀態(tài)，可以 形成用于事后一起進(jìn)行補(bǔ)正的毛面。因此，可以根據(jù)各自的基板的彎曲程 度，精細(xì)地謀求光學(xué)膜的平面化。在此，在先打磨的情況下當(dāng)形成毛面時(shí)，在后打磨的情況下當(dāng)形成光 學(xué)膜時(shí)，基板通過(guò)基于泰曼效應(yīng)的應(yīng)力或光學(xué)膜的膜應(yīng)力而彎曲。此時(shí)， 在基板沒(méi)有固定的狀態(tài)下，通過(guò)基于泰曼效應(yīng)的應(yīng)力和光學(xué)膜的膜應(yīng)力使 基板向一方向彎曲。因此，使用粘接劑等，預(yù)先使基板固定于維持平面狀 態(tài)的固定夾具等，強(qiáng)制性地使基板維持平面狀態(tài)。通過(guò)光學(xué)膜的形成或毛 面的形成在該狀態(tài)下進(jìn)行，就可以正確地進(jìn)行。而且，本發(fā)明的技術(shù)方案7的光學(xué)膜平面化方法，是技術(shù)方案5或6 所述的光學(xué)膜平面化方法，其特征在于，在形成上述毛面時(shí)，用使上述基 板平面化的粒度進(jìn)行打磨。若用最適宜的粒度形成毛面，則可以使光學(xué)膜 接近平面。本發(fā)明的技術(shù)方案8的光學(xué)膜平面化方法，是如技術(shù)方案7所述的光 學(xué)膜平面化方法，其特征在于，還包括微調(diào)整工序，其通過(guò)用比在上述 毛面形成工序中形成毛面的粒度更粗的粒度或更細(xì)的粒度對(duì)上述毛面進(jìn) 行打磨，進(jìn)行使上述成膜面更靠近平面的微調(diào)整。在形成毛面后再次對(duì)毛面進(jìn)行打磨的情況下，當(dāng)用比形成毛面時(shí)的粒 度更粗的粒度進(jìn)行研磨時(shí)，緩和膜應(yīng)力的應(yīng)力起作用，當(dāng)用細(xì)粒度進(jìn)行研 磨時(shí)，用于對(duì)基于泰曼效應(yīng)的應(yīng)力進(jìn)行緩和的應(yīng)力起作用。S卩，當(dāng)用較粗 的粒度再次研磨毛面時(shí)，使向毛面方向凸出的歪曲的應(yīng)力起作用，當(dāng)用較 細(xì)的粒度再次研磨毛面時(shí)，使向成膜面方向凸出的歪曲的應(yīng)力起作用。因 此，在后打磨的情況下當(dāng)向成膜面的方向凸出的歪曲依然發(fā)生時(shí)，以較粗 的粒度再次研磨毛面，使基于泰曼效應(yīng)的應(yīng)力起作用來(lái)謀求光學(xué)膜的平面 化。另一方面，在由毛面的形成所引起的應(yīng)力超出膜應(yīng)力而產(chǎn)生向粗面 (成膜面的相反面)凸出的歪曲時(shí)，以較細(xì)的粒度再次研磨毛面，減輕由 毛面的形成所引起的應(yīng)力，謀求光學(xué)膜的平面化。在由毛面的形成所引起 的應(yīng)力不足或過(guò)剩地起作用時(shí)，在形成毛面之后，通過(guò)再次用粗粒度或細(xì) 粒度研磨毛面，可以進(jìn)行細(xì)致的微調(diào)整的補(bǔ)正，可以謀求光學(xué)膜的平面化。 即，所謂在毛面形成后用粗粒度或細(xì)粒度研磨毛面，就是對(duì)應(yīng)力的過(guò)度和 不足份進(jìn)行微調(diào)整且進(jìn)行補(bǔ)正。而且，本發(fā)明的技術(shù)方案9 12的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于， 使用上述的光學(xué)膜平面化方法，制造上述的光學(xué)元件。作為基板的材料，主要以透明性的玻璃材料為對(duì)象，但也可以使用透 明性的塑料材料。而且，作為反射鏡使用時(shí)，由于基板內(nèi)部沒(méi)有光透過(guò)， 因此，也可以使用非透明性的材料。作為光學(xué)膜，可以使用由多層介電膜構(gòu)成的介電多層膜、由單層的介 電膜構(gòu)成的介電單層膜、金屬膜等。其中，介電多層膜特別是膜層數(shù)多的 介電多層膜其膜應(yīng)力變強(qiáng)，因此，本發(fā)明對(duì)于這樣的介電多層膜尤其奏效。作為在基板形成光學(xué)膜的方法，可以使用真空蒸鍍法、離子鍍法、離子輔助法、濺射法、CVD (化學(xué)氣相沉積法)、噴鍍、打磨等各種手法。將本發(fā)明的光學(xué)元件作為反射鏡使用時(shí)，作為將該光學(xué)元件作為構(gòu)成 部件的光學(xué)裝置，可以使用例如光學(xué)拾波器或液晶投影儀(投射型顯示裝 置)等。本發(fā)明通過(guò)在形成有光學(xué)膜的面的相反面形成毛面，由毛面的形成所 引起的應(yīng)力將光學(xué)膜的膜應(yīng)力抵消，即便特別的修正用薄膜不形成，也可以謀求光學(xué)膜的平面化。尤其，當(dāng)基板薄時(shí)，具有膜應(yīng)力變強(qiáng)的傾向，使 光學(xué)膜歪曲得大，但是，由于即使膜應(yīng)力變強(qiáng)而通過(guò)在相反面形成毛面也 可以謀求光學(xué)膜的平面化，因此，在這種情況下尤其奏效。


圖l是光學(xué)元件的外觀圖。圖2是表示板厚度、粒度、中心變位的關(guān)系的圖表。圖3是表示在毛面的形成工序先進(jìn)行的情況下、以及光學(xué)膜形成工序先迸行的情況下的各自的制造工序流程的圖。圖4是表示先打磨、后打磨所引起的中心變位關(guān)系的其他圖表。圖中l(wèi)-反射鏡，10-透明基板，10R-被磨面，10S-被成膜面，12-反射多層 膜，13-毛面具體實(shí)施方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在此，對(duì)作為光學(xué)元 件使光反射的反射鏡進(jìn)行說(shuō)明。圖1中，反射鏡1主要由玻璃板等平板狀 的透明基板10構(gòu)成。在透明基板10的一面(被成膜面10S)形成有反射 多層膜12作為光學(xué)膜。被成膜面10S從保證反射多層膜12的光學(xué)精度的 觀點(diǎn)來(lái)看，就必要嚴(yán)格地維持平面性。因此，將被成膜面10S預(yù)先進(jìn)行鏡 面研磨。而且，透明基板10的被成膜面10S的相反面為毛面13。在此， 其是通過(guò)粒度粗的研磨劑進(jìn)行毛面形成而制成的。由于反射多層膜12具有內(nèi)部應(yīng)力(膜應(yīng)力)，所以，當(dāng)透明基板IO 上形成有反射多層膜12時(shí)，沿凸方向(向反射多層膜12側(cè)凸出的方向) 彎曲的力作用于透明基板IO。然而，在形成有反射多層膜12之面的相反 面(被磨面10R),形成有毛面13。在用研磨劑打磨薄型透明基板10的一面(被磨面10R)的情況下，透 明基板10要向凸方向(向毛面13側(cè)凸出的方向與在透明基板10形成 有反射多層膜12時(shí)要彎曲的方向相反的方向)彎曲。該彎曲的應(yīng)力被稱(chēng) 為泰曼(Twyman)效應(yīng)。尤其，當(dāng)透明基板10薄時(shí)，要彎曲的應(yīng)力(毛面的形成應(yīng)力)變大。反射鏡l由于隨著小型化的要求而成為極度薄型的 光學(xué)元件，因此，使用透明基板10的板厚度也極薄的。若這樣，膜應(yīng)力 和毛面的形成應(yīng)力為相互相反方向的應(yīng)力，因此，可以二者的應(yīng)力能夠抵 消。在此，最終目的在于將反射多層膜12平面化，不是將透明基板10整體的形狀形成為原來(lái)的形狀。從而，與反射多層膜12不同，毛面13的形 狀為多少歪曲的形狀也可。另外，由于反射多層膜12形成在被成膜面10S 上，因此，只要反射多層膜12被平面化，被成膜面10S也就被平面化。被磨面IOR通過(guò)預(yù)先進(jìn)行與被成膜面10S同樣的鏡面研磨，使被磨面 10R和被成膜面10S平行。由于反射多層膜12的膜應(yīng)力的彎曲量以平面為 基準(zhǔn)，因此，通過(guò)被磨面10R也以平面為基準(zhǔn)，使二者的基準(zhǔn)一致。由此， 可以容易地測(cè)定彎曲量。接著，對(duì)膜應(yīng)力進(jìn)行說(shuō)明。膜應(yīng)力除形成于透明基板10的反射多層 膜12的膜的厚度、膜的層數(shù)、材料等膜自身的要因外還隨著透明基板IO 的材料、板厚度等變化。在此，對(duì)透明基板10的板厚度為[1.5mm]、并且 通過(guò)真空蒸鍍法將反射多層膜12形成于透明基板10的情況進(jìn)行說(shuō)明。例 如，反射多層膜12為三波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)(CD的波長(zhǎng)域的光(波長(zhǎng)780nm附近的 光)、DVD的波長(zhǎng)域的光(波長(zhǎng)650mii附近的光)、大容量光盤(pán)的光(波 長(zhǎng)405nm附近的光)三個(gè)波長(zhǎng)域的光反射率增高的反射多層膜)的情況， 與二波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)(CD及DVD的波長(zhǎng)域的光反射率增高的反射多層膜)的情況 或一波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)(CD的波長(zhǎng)域的光反射率增高的反射多層膜)的情況相比， 具有膜應(yīng)力變強(qiáng)的傾向。另一方面，通過(guò)形成毛面使作用于透明基板10的應(yīng)力(基于泰曼效 應(yīng)的應(yīng)力)在使用研磨劑時(shí)隨著研磨劑的粒度而不同。在此，作為研磨劑 的粒度的一例，使用粒徑7咖、粒徑16um、粒徑23um這三種。因?yàn)檠心?劑的粒度變得越粗(粒徑變得越大)而由毛面的形成所引起的應(yīng)力就越強(qiáng)， 所以，用粒徑23um進(jìn)行研磨時(shí)作用的應(yīng)力最強(qiáng)；因?yàn)榱６茸兊迷郊?xì)(粒 徑變得越小)而由毛面的形成所引起的應(yīng)力就越弱，所以，用粒徑7um進(jìn) 行研磨時(shí)作用的應(yīng)力最弱。因此，在用與反射多層膜12作用于透明基板10的膜應(yīng)力匹配的粒度 形成毛面的情況下，由于二者的應(yīng)力為要向相互相反的方向彎曲的應(yīng)力， 因此，應(yīng)力可以相互完全地抵消。而且，即使在使用與膜應(yīng)力不匹配的粒 度的情況下，就算不能將膜應(yīng)力完全抵消，也發(fā)揮著膜應(yīng)力的緩和功能。 由此，只要在形成毛面之后反射多層膜12的平面化程度在誤差容許范圍 內(nèi)，就可以使用任意的粒度。接著，利用圖2的圖表，說(shuō)明透明基板10的板厚度、研磨劑的粒度、 毛面形成后的反射多層膜12的平面化程度的關(guān)系。該圖是表示將反射多 層膜12形成在透明基板10后以不同粒度形成毛面時(shí)的反射多層膜12的 平面化程度的圖表。該圖中，用中心變位(iLim)表示平面化程度，圖中的 橫軸表示板厚度，縱軸表示中心變位。另外，中心變位為O,時(shí)，反射多層膜12理想地為平面狀態(tài)，中心 變位值越離開(kāi)O,，反射多層膜12的彎曲量變得越大。在值為正的情況和 為負(fù)的情況下彎曲方向相反。而且，作為反射多層膜12，形成為氧化鈦和 二氧化硅的大約30層左右的相互層疊的多層膜，膜厚為大約3. 5nm左右。圖中所示的圖表中的通常狀態(tài)為完全沒(méi)有形成毛面的情況。即，表示 純粹基于膜應(yīng)力的彎曲量。此時(shí)，在板厚度為1.5ram時(shí)，中心變位為3，， 在板厚度為lmm時(shí)，中心變位大約為7.5pm。從而，板厚度越薄，透明基 板10就隨著反射多層膜12的膜應(yīng)力而彎曲得越大。接著，在用粒徑7pm的研磨劑形成毛面13的情況下，如圖中所示， 在板厚度為1.5ram時(shí)，中心變位大約為l^im;在板厚度為lmra時(shí)，中心變 位大約為3,。從而，由于可以緩和反射多層膜12的膜應(yīng)力，因此，與未 形成毛面13的情況相比，可以將被成膜面IOS的彎曲量減小。即，可以 謀求平面化。另一方面，在用粒徑16,的研磨劑形成毛面13的情況下，在板厚度 為1.5ram時(shí)，中心變位大約為0.7^。從而，用粒度粗的研磨劑形成毛面 13，可進(jìn)一步使被成膜面10S平面化。在用粒徑23,的研磨劑形成毛面13的情況下，在板厚度為lmm時(shí)， 中心變位大約為-O. 5,。另一方面，在將板厚度極度變薄到0. 3mm左右時(shí)， 膜應(yīng)力比由毛面的形成所引起的應(yīng)力更強(qiáng)，因此，中心變位大約為-2,。而且，如從該圖得知，當(dāng)使用粒徑23,的研磨劑在板厚度為0. 7mm左右 的透明基板10形成毛面時(shí)，由于毛面13的應(yīng)力和膜應(yīng)力正好匹配，因此， 可以將反射多層膜12完全平面化。如上所述，通過(guò)在反射鏡1的一面(被成膜面10S)形成反射多層膜 12而在相反面(被磨面10R)形成毛面13，使膜應(yīng)力緩和，就可以將反射 多層膜12平面化。在此，按照將反射多層膜12的形成和毛面13的形成 中哪一方先進(jìn)行，膜應(yīng)力的緩和量就不同。首先，關(guān)于先形成毛面13之后再進(jìn)行反射多層膜12的形成的情況進(jìn) 行說(shuō)明。如圖3所示，首先，如該圖(a)所示，對(duì)透明基板10的兩面進(jìn) 行鏡面研磨，將被成膜面10S及被磨面IOR的兩面形成為平面狀態(tài)(鏡面 研磨工序)。然后，如該圖(b)，通過(guò)打磨被磨面10R而形成毛面13 (毛 面的形成工序)。在此時(shí)，根據(jù)上述的泰曼效應(yīng)，透明基板10向毛面13 側(cè)彎曲。最后，如該圖(c)所示，通過(guò)將作為光學(xué)膜的反射多層膜12形 成在透明基板IO (光學(xué)膜形成工序)，使反射多層膜12的膜應(yīng)力和由毛 面的形成所引起的應(yīng)力匹配，而被成膜面10S被平面化，反射多層膜12 被平面化。采用該方法時(shí)，需要預(yù)先掌握將反射多層膜12形成在透明基板10所 引起的彎曲量。通過(guò)預(yù)測(cè)膜應(yīng)力而相應(yīng)使透明基板10沿相反方向彎曲， 在形成反射多層膜12時(shí)謀求平面化。此時(shí)，由于可以均一地對(duì)透明基板 10使用一定粒度的研磨劑來(lái)進(jìn)行毛面的形成，由于可以預(yù)先對(duì)多數(shù)透明基 板10以一定粒度進(jìn)行毛面的形成后形成反射多層膜12來(lái)制造反射鏡，因 此，適合于大量生產(chǎn)。接著，關(guān)于先形成反射多層膜12然后形成毛面13的方法進(jìn)行說(shuō)明。 此時(shí)也最初對(duì)透明基板10的兩面進(jìn)行鏡面研磨(鏡面研磨工序)。然后， 如圖3 (d)所示，在被成膜面10S形成作為光學(xué)膜的反射多層膜12 (光 學(xué)膜形成工序)，如該圖(e)所示，在被磨面10R形成毛面13 (毛面的 形成工序)。此時(shí)，由反射多層膜12的形成所引起的膜應(yīng)力的作用可通 過(guò)事后形成毛面13來(lái)謀求緩和。這樣進(jìn)行的話(huà)，即便在隨著固體而膜應(yīng) 力的彎曲量不同的情況下，由于可以用與實(shí)際彎曲量匹配的粒度形成毛面 13，因此，可以用細(xì)微的精度實(shí)現(xiàn)平面化。如圖4所示，與沒(méi)有形成毛面13的情況相比(沒(méi)有毛面)，在先打磨(先形成毛面13后形成反射多層膜12的方法)的情況下，可以使中心 變位接近0nm，從而提高平面化精度。然而，后打磨(先形成反射多層膜 12后形成毛面13的方法)，與先打磨相比，可以使中心變位更接近0， 最能提高平面化精度。g卩，是采用先打磨還是采用后打磨，可以根據(jù)是重 視大量生產(chǎn)還是重視平面化精度來(lái)適當(dāng)選擇。而且，無(wú)論是采用先打磨的方法還是采用后打磨的方法，通過(guò)用比形 成毛面13時(shí)的粒度更粗的粒度的研磨劑或更細(xì)的粒度的研磨劑再次打磨 毛面13，可以謀求反射多層膜12的平面化。在形成毛面13后用較粗的粒 度的研磨劑再次對(duì)毛面13進(jìn)行打磨的情況下，基于上述泰曼效應(yīng)的應(yīng)力 起作用，與反射多層膜12的膜應(yīng)力相反方向的應(yīng)力起作用。另一方面， 在形成毛面13后用較細(xì)的粒度的研磨劑再次對(duì)毛面13進(jìn)行打磨的情況 下，基于上述泰曼效應(yīng)的應(yīng)力減輕，與反射多層膜12的膜應(yīng)力相同方向 的應(yīng)力起作用。艮口，在先打磨的前提下形成反射多層膜12時(shí)、在后打磨的前提下形 成毛面13時(shí)、在反射多層膜12的膜應(yīng)力還占優(yōu)勢(shì)的情況下，用較粗的粒 度再次對(duì)毛面13進(jìn)行打磨；在基于泰曼效應(yīng)的應(yīng)力比反射多層膜12的膜 應(yīng)力更占優(yōu)勢(shì)的情況下，用較細(xì)的粒度再次對(duì)毛面13進(jìn)行打磨，由此， 可以進(jìn)行平面化的微調(diào)整(微調(diào)整工序)。通過(guò)進(jìn)行該微調(diào)整工序，可以 謀求反射多層膜12的平面化。該微調(diào)整工序，是在用由毛面13的形成所 引起的應(yīng)力緩和反射多層膜12的膜應(yīng)力時(shí)，若發(fā)生過(guò)度或不足就對(duì)該過(guò) 度或不足量進(jìn)行調(diào)整的工序。如以上說(shuō)明，通過(guò)在形成有光學(xué)膜的被成膜面的相反面形成毛面，即 使被成膜面因光學(xué)膜的膜應(yīng)力而彎曲，也可以由毛面的形成所引起的應(yīng)力 緩和并謀求光學(xué)膜的平面化。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件，在基板的表面和背面使面粗度具有差別，在上述表面或上述背面中的粗度細(xì)的面形成光學(xué)膜，緩和上述光學(xué)膜的應(yīng)力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，上述粗度細(xì)的面通過(guò)鏡面研磨完成為成膜面，與該成膜面相反的面形成為毛面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)元件，其特征在于， 上述毛面用使上述光學(xué)膜平面化的粒度進(jìn)行打磨。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，其特征在于， 上述光學(xué)膜是對(duì)規(guī)定波長(zhǎng)域的光進(jìn)行反射的反射多層膜。
5. —種光學(xué)膜平面化方法，包括 鏡面研磨工序，對(duì)基板的至少一面進(jìn)行鏡面研磨； 毛面形成工序，通過(guò)對(duì)鏡面研磨的一面的相反面進(jìn)行打磨來(lái)形成毛面；禾口光學(xué)膜形成工序，在上述毛面形成工序后進(jìn)行，在上述鏡面研磨后的 一面形成光學(xué)膜，通過(guò)由上述毛面緩和上述光學(xué)膜對(duì)上述基板的應(yīng)力，使上述光學(xué)膜平 面化。
6. —種光學(xué)膜平面化方法，包括 鏡面研磨工序，對(duì)基板的至少一面進(jìn)行鏡面研磨； 光學(xué)膜形成工序，在鏡面研磨后的一面形成光學(xué)膜；和 毛面形成工序，在上述光學(xué)膜形成工序后進(jìn)行，通過(guò)對(duì)上述形成有光學(xué)膜之面的相反面進(jìn)行打磨而形成毛面，通過(guò)由上述毛面緩和上述光學(xué)膜對(duì)上述基板的應(yīng)力，使上述光學(xué)膜平 面化。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的光學(xué)膜平面化方法，其特征在于， 在形成上述毛面時(shí)，用使上述基板平面化的粒度進(jìn)行打磨。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)膜平面化方法，其特征在于， 還包括微調(diào)整工序，其通過(guò)用比在上述毛面形成工序中形成毛面的粒度更粗 的粒度或更細(xì)的粒度對(duì)上述毛面進(jìn)行打磨，進(jìn)行使上述成膜面更接近平面 的微調(diào)整。
9. 一種光學(xué)元件的制造方法，在基板的鏡面研磨后的一面形成光學(xué)膜而在形成該光學(xué)膜的面的相反面形成毛面，從而制造上述光學(xué)膜的應(yīng)力緩 和后的光學(xué)元件，該光學(xué)元件的制造方法包括鏡面研磨工序，對(duì)上述基板的至少一面進(jìn)行鏡面研磨； 毛面形成工序，在鏡面研磨的一面的相反面形成毛面；和 光學(xué)膜形成工序，在上述毛面形成工序后進(jìn)行，在上述鏡面研磨的一 面形成光學(xué)膜。
10. —種光學(xué)元件的制造方法，在基板的鏡面研磨后的一面形成光學(xué) 膜，通過(guò)對(duì)形成有該光學(xué)膜的面的相反面進(jìn)行打磨來(lái)形成毛面，從而制造 上述光學(xué)膜的應(yīng)力緩和后的光學(xué)元件，該光學(xué)元件的制造方法包括鏡面研磨工序，對(duì)基板的至少一面進(jìn)行鏡面研磨； 光學(xué)膜形成工序，在鏡面研磨后的一面形成光學(xué)膜；和 毛面形成工序，在上述光學(xué)膜形成工序之后進(jìn)行，在上述形成光學(xué)膜的面的相反面形成毛面，通過(guò)由上述毛面緩和上述光學(xué)膜對(duì)上述基板的應(yīng)力，使上述光學(xué)膜平面化。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于， 在形成上述毛面時(shí)，用使上述基板平面化的粒度進(jìn)行打磨。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于， 還包括微調(diào)整工序，其通過(guò)用比在上述毛面形成工序中形成毛面的粒度更粗 的粒度或更細(xì)的粒度對(duì)上述毛面進(jìn)行打磨，將上述光學(xué)膜的應(yīng)力緩和，來(lái) 進(jìn)行使上述成膜面更接近平面的微調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明之一是一種光學(xué)膜平面化方法，為了緩和反射多層膜(12)的應(yīng)力，在透明基板(10)的被成膜面(10S)和被磨面(10R)使面粗度具有差別，在被成膜面(10S)上形成反射多層膜(12)，被磨面(10R)毛面化后形成毛面(13)。由于反射多層膜(12)具有膜應(yīng)力，因此向被成膜面(10)方向凸出的歪曲產(chǎn)生，并且通過(guò)形成毛面(13)，基于泰曼效應(yīng)的應(yīng)力起作用而向毛面(13)方向凸出的歪曲產(chǎn)生。膜應(yīng)力和由毛面形成所引起的應(yīng)力，由于向互相相反的方向彎曲，因此，使應(yīng)力互相抵消，而使反射多層膜(12)平面化。從而，本發(fā)明的目的在于，在光學(xué)膜形成于薄型基板時(shí)，沒(méi)有形成特別的修正用薄膜，通過(guò)對(duì)基于光學(xué)膜的膜應(yīng)力進(jìn)行緩和，來(lái)謀求光學(xué)膜的平面化。
文檔編號(hào)G02B5/08GK101266308SQ200810082989
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者岡崎隆一, 岡田卓也, 日向野泰男 申請(qǐng)人:富士能株式會(huì)社