专利名称：制造多层光学元件的方法
技术领域：
本发明涉及一种对通过层叠由具有不同折射率的物质组成的薄膜而形成的多层膜光学元件进行制造的方法。
背景技术：
通过层叠由具有不同折射率的物质组成的薄膜并利用在这些薄膜的边界处反射的光的干涉的具有特定光学特性如滤光的光学元件被认作是一种多层膜光学元件，并用在干涉滤光片等中。
这种多层膜光学元件具有如下结构，在该结构中，具有不同折射率的非金属光学物质的薄膜相继叠加在由玻璃等组成的基底上，并且一般通过真空蒸发在玻璃等组成的基底上相继形成这些非金属光学物质的膜而形成这种多层膜光学元件。
在这种光学元件中，玻璃等组成的基底不仅不承担决定光学特性的角色，而且还吸收光，以致于基底必须尽可能地薄。因此，传统上在多层膜形成之后还对这些基底抛光，以将厚度保持为下至约几十微米。
但是，要将玻璃等组成的基底抛光至约几十微米的厚度是极其困难的，并且还存在由于抛光期间对玻璃的损害而降低产量的问题。
例如在日本专利申请JPH3-196001中的一种没有所述基底的多层膜光学薄膜已被公知为一种解决了上述问题的光学元件。
这种多层膜光学薄膜的制造方法如下例如，在玻璃基底上沉积铝膜，并通过离子溅射在该铝膜的顶部上交替地形成氧化硅薄膜和氧化钛薄膜。如果在薄膜形成完成时通过铝蚀刻液溶解铝，则玻璃基底和多层光学薄膜分离，以致于可以获得没有玻璃基底的多层光学薄膜。
但是，作为发明者所进行的实验的结果，发现在制造日本专利申请JP H3-196001所述类型的多层光学薄膜的方法中存在很大问题。也就是说，在通过离子溅射等形成多层光学薄膜的情形中，在铝和多层光学薄膜的界面处产生凸起和凹陷；结果，多层光学薄膜模糊不清，导致光透射率显著下降，以致于这种光学薄膜不能够经受实际使用。除此之外，还发现铝不能充分担当载体的角色，以致于遇到玻璃基底与多层光学薄膜分离不完全的问题。
发明内容
本发明是在这些情形下设计出的；本发明的目的在于提供一种制造多层膜光学元件的方法，该方法使得可以防止多层光学薄膜中的模糊不清，并能够干净地分离玻璃基底和多层光学薄膜。
用于实现上述目的的第一发明是一种制造多层膜光学元件的方法，包括步骤在基底上形成可溶性载体的薄膜；在该可溶性载体的顶部上形成多层光学薄膜；和随后溶解可溶性载体的薄膜，使得基底和多层光学薄膜分离，其中可溶性载体为铝，并且该可溶性载体的厚度设为10～90nm。
根据对如上所述多层光学薄膜的模糊不清的原因的调查结果，本发明人断定由于离子溅射形成多层光学薄膜时产生的热量而发生构成可溶性载体的铝的再结晶；结果，在铝和多层光学薄膜之间的界面处产生凸起和凹陷，这导致产生模糊不清。发明人继续进一步调查发现这种不均匀的状态依铝层的厚度而变化，并且如果铝层的厚度为90nm或以下，则不出现模糊不清的问题。
本发明人还发现基底和光学薄膜的分离不能干净地完成的原因在于铝层的厚度过小，产生不形成铝层的部分，并且存在基底和多层薄膜直接粘结在这些部分的情况。在大量实验后发现只要铝层的厚度为10nm或以上，则这种问题就不发生。
因此，在本发明中，用作可溶性载体的铝层厚度限定在10～90nm的范围。这里的厚度指平均值。
用于实现上述目的的第二发明基于第一发明，其中形成多层光学薄膜的步骤是离子溅射步骤。
在通过离子溅射形成多层光学薄膜的情形中，铝层的温度上升特别大，以致于第一发明的效果特别好。
用于实现上述目的的第三发明基于第一发明或第二发明，其中多层光学薄膜由五氧化二铌薄膜和氧化硅薄膜交替层叠而组成，并且直接形成在可溶性载体上的薄膜中的物质是氧化硅。
在通过层叠五氧化二铌薄膜和氧化硅薄膜形成光学薄膜的情形中，如果五氧化二铌膜形成在铝上，则温度的升高造成五氧化二铌和氧化硅反应，以致于形成氧化铝。因为氧化铝不被溶解铝的物质溶解，所以基底和多层光学薄膜的剥离特性减弱。相反，如果氧化硅膜直接形成在铝上，则可以防止这种问题。
用于实现上述目的的第四发明是一种多层膜光学元件，其中交替地形成具有不同折射率的层，并且在制造期间去除基底，其中面对多层膜光学元件的光学表面的表面粗糙度Ra为3nm或以下。
利用本发明，可以第一时间获得没有基底的使得Ra为3nm或以下的滤光片，以致于可以提供一种对透射光损耗极低的滤光片。
图1是表示本发明实施例中制造多层光学薄膜的方法的简图。
实施本发明的最佳模式如图1所示，通过真空蒸发在玻璃基底(BK7)1上形成铝膜2，并且通过离子溅射法在此铝膜2上形成膜总厚度约为30μm的由表1中所示结构构成的多层光学薄膜3(省去对第7层～107层的描述，因为奇数层与第五层相同，偶数层与第六层相同)。之后，通过切割将这种部件切成小片，并再通过NaOH溶液蚀刻铝膜2，以致于玻璃基底1和多层光学薄膜3分离。镜面状态中的基底用作玻璃基底1，表面粗糙度Ra为0.2～0.4nm。
(表1)
表2表示所得多层光学薄膜3发生模糊不清、多层光学薄膜3和基底1的剥离特性以及铝膜厚度之间的关系。
(表2)
从表2的结果看出，如果铝膜厚度为10～90nm，则在多层光学薄膜中不出现模糊，并且多层光学薄膜和基底的分离特性良好。另外，当铝膜厚度为90nm时，在多层光学薄膜的铝膜侧上的表面粗糙度Ra为0.4nm，而当铝膜厚度为100nm时，该表面粗糙度Ra为1nm。而且，当铝膜厚度为10nm时蚀刻时间为40小时，但当铝膜厚度为5nm时，完全剥离是不可能的。
接着，对形成于铝层上的多层光学薄膜的粗糙度进行测量得到表面粗糙度Ra为0.4nm。作为该测量的结果，发现在与铝层侧相反的一侧上的最表层的表面粗糙度为3nm。通常，在通过真空蒸发法形成的膜中，膜的表面粗糙度随着膜总厚度增加而增加。
但是，在本发明实施例的多层光学薄膜中，不仅通过视觉观察确认不到模糊，而且甚至在粗糙度被认为是最高的表面上也可以实现可与具有基底的传统滤光片相比拟的表面粗糙度。
顺便说一下，铝层侧的表面和在与铝层侧相反的一侧上的最表层的表面成为光束通过的光学表面。通过在这些光学表面上实现极小的粗糙度，在用于光通信的滤光片中所需的降低损耗的效果进一步扩大。另外，在本实施例中通过用原子力显微镜测量10μm×10μm区域获得表面粗糙度Ra。
因而，因为在100μm2的范围内无基底滤光片的表面粗糙度Ra为3nm或以下，所以可以获得无基底的对透射光几乎没有损耗的滤光片。
接下来，利用类似于上述方法的方法形成多层光学薄膜，但不形成表1中所示的第一层膜，以致于在铝膜厚度分别设为10nm和90nm的铝膜上形成Nb2O5薄膜。
结果，在任何一种情况下通过NaOH溶液进行的蚀刻都不能很好地进行，基底和多层光学薄膜的剥离特性很差，以致于不能够获得能够经受实际使用的多层光学薄膜。
权利要求
1.一种制造多层膜光学元件的方法，包括步骤在基底上形成可溶性载体的薄膜；在该可溶性载体的顶部上形成多层光学薄膜；和随后溶解可溶性载体的薄膜，使得基底和多层光学薄膜分离，其中可溶性载体为铝，并且该可溶性载体的厚度设为10～90nm。
2.如权利要求1所述的制造多层膜光学元件的方法，其中形成多层光学薄膜的步骤是离子溅射步骤。
3.如权利要求1或2所述的制造多层膜光学元件的方法，其中多层光学薄膜由五氧化二铌薄膜和氧化硅薄膜交替层叠而组成，并且直接形成在可溶性载体上的薄膜中的物质是氧化硅。
4.一种多层膜光学元件，其中交替地形成具有不同折射率的层，并且在制造期间去除基底，其中面对多层膜光学元件的光学表面的表面粗糙度为3nm或以下。
全文摘要
通过真空蒸发在玻璃基底(BK7)(1)上形成铝膜(2)，并且通过离子溅射法在此铝膜(2)上形成多层光学薄膜(3)。之后，通过切割将这种部件切成小片，并再通过氢氧化钠溶液蚀刻铝膜(2)，以致于玻璃基底(1)和多层光学薄膜(3)分离。当铝膜厚度超过90nm时，在多层光学薄膜(3)中出现模糊，而当铝膜厚度小于10nm时，不能够干净地执行玻璃基底与多层光学薄膜的分离。因此，铝膜厚度设在10～90nm的范围内。
文档编号G02B5/28GK1809770SQ20048001749
公开日2006年7月26日 申请日期2004年6月17日 优先权日2003年6月26日
发明者吉野邦彦 申请人:株式会社尼康