薄膜、及び、薄膜の形成方法
【課題】波長ムラが生じにくく低屈折率の薄膜、及び、薄膜の形成方法を提供する。
【解決手段】薄膜１１は、基板１２上に形成されている。薄膜１１は、蒸着材料からなる蒸着膜により形成されている。また、薄膜１１は、基板１２に形成された複数のナノ構造体１３の集合層から構成されている。ナノ構造体１３は、基板１２の略垂直方向に柱状に延びるように形成されている。また、ナノ構造体１３の集合層は、薄膜１１全体として、蒸着材料と空気とが一定割合で混合しており、この割合（薄膜の膜充填密度）により、薄膜１１全体の屈折率が決定される。
【解決手段】薄膜１１は、基板１２上に形成されている。薄膜１１は、蒸着材料からなる蒸着膜により形成されている。また、薄膜１１は、基板１２に形成された複数のナノ構造体１３の集合層から構成されている。ナノ構造体１３は、基板１２の略垂直方向に柱状に延びるように形成されている。また、ナノ構造体１３の集合層は、薄膜１１全体として、蒸着材料と空気とが一定割合で混合しており、この割合（薄膜の膜充填密度）により、薄膜１１全体の屈折率が決定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜、及び、薄膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学レンズ等の光学系では、レンズ表面での反射による光量損失等を抑制するため、レンズ上に反射防止膜（薄膜）が形成されている。このようなレンズを搭載する光学モジュールを実装するカメラ付き携帯電話のような光学機器を製造するには、生産効率を向上させるために、リフロー処理により実装する方法が検討されている。
【０００３】
しかし、このような実装方法では、リフロー処理による熱によって、レンズと薄膜との線膨張係数の差によるクラックが発生してしまう。このため、レンズ上に形成する薄膜をより薄くするとともに、低屈折率にすることが検討されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、プラスチック製光学部品上に、反応性蒸着法により、入射角６０°〜７５°のＳｉＯ２斜め蒸着膜を形成することにより、低屈折率の反射防止膜を提供する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−８０２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような反射防止膜では、蒸着膜が斜めに形成されていることから、波長ムラが生じやすいという問題がある。また、薄膜が用いられる用途によっては、親水性などの機能を有することが求められている。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、反射防止、耐リフロー、超親水などの機能を有する薄膜、及び、薄膜の形成方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、波長ムラが生じにくく低屈折率の薄膜、及び、薄膜の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる薄膜は、
基板上に形成され、
前記基板の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層であり、
前記ナノ構造体は、蒸着材料からなる、ことを特徴とする。
【０００９】
前記集合層は、例えば、前記蒸着材料の膜充填密度が異なる複数の層が積層されている。
前記集合層は、例えば、前記基板上に形成された光学膜である。
前記集合層は、例えば、前記基板上に形成された反射防止膜である。
前記基板は、例えば、光学機器にリフロー処理により実装される光学レンズである。
【００１０】
本発明の第２の観点にかかる薄膜の形成方法は、
基板上に蒸着材料を蒸着して薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、
前記基板を回転可能に配置する基板配置工程と、
前記基板配置工程で配置された基板と、前記蒸着材料の蒸着材料源との基板角度を調整する基板角度調整工程と、
前記基板角度調整工程により基板角度が調整された基板上に、前記蒸着材料源からの蒸着材料を蒸着させる蒸着工程と、を備え、
前記蒸着工程では、前記基板を継続的または断続的に回転させながら、当該基板上に蒸着材料を蒸着させる、ことを特徴とする。
【００１１】
前記蒸着工程では、例えば、基板上に蒸着材料をらせん状、または、ジグザグ状に蒸着させ、最終的に基板の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層を形成する。
前記基板角度調整工程では、例えば、前記基板角度を調整することにより、前記蒸着材料の膜充填密度を設定する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、波長ムラが生じにくく低屈折率の薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の薄膜の一例を示す図である。
【図２】本発明の薄膜の他の例を示す図である。
【図３】本発明の薄膜の形成に用いられる薄膜形成装置の概要を示す図である。
【図４】実施例１の薄膜を示す図である。
【図５】実施例１の薄膜の波長と反射率との関係を示す図である。
【図６】実施例２の薄膜の波長と反射率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の薄膜、及び、薄膜の形成方法について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の薄膜を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、薄膜１１は、基板１２上に形成されている。薄膜１１は、蒸着材料からなる蒸着膜により形成されている。蒸着材料としては、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、二フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、三酸化二アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化二タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等が用いられる。また、基板１２としては、例えば、ガラス基板、半導体用基板（Ｓｉ、ＧａＡｓ等）、合成樹脂基板（ＰＭＭＡ、ポリカーボネイト等）等が用いられる。
【００１６】
この蒸着膜（薄膜１１）は、図１に示すように、基板１２に形成された複数のナノ構造体１３の集合層から構成されている。ナノ構造体１３は、その幅が、例えば、数十ｎｍ〜数百ｎｍであって、基板１２の略垂直方向に柱状に延びるように形成されている。このように、ナノ構造体１３が基板１２に略垂直方向に柱状に延びているので、波長ムラが生じにくくなる。
【００１７】
なお、後述するように、本実施の形態の薄膜の形成方法においては、基板１２を回転させることにより、ナノ構造体１３の集合層を形成しているので、基板１２上に蒸着材料がらせん状に蒸着され、最終的に基板１２の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体１３の集合層が形成される。
【００１８】
ナノ構造体１３の集合層は、薄膜１１全体として、蒸着材料と空気とが一定割合で混合しており、この割合（薄膜の膜充填密度）により、薄膜１１全体の屈折率が決定される。なお、後述するように、蒸着源である坩堝と基板との角度（後述する基板角度Ｃ）を変えることにより、基板１２の上に形成される薄膜１１の膜充填密度を変化させることができる。このため、薄膜１１は、その膜充填密度、すなわち、後述する基板角度Ｃを調整することにより、所望の屈折率に設定可能である。
【００１９】
このように、薄膜１１の屈折率を所望の屈折率に設定可能であることから、例えば、薄膜１１を反射防止膜に用いことができる。一般に、基板表面における反射は、基板と空気との界面の屈折率差により生じる。このため、基板の屈折率の１／２乗の屈折率の薄膜を、所望の波長（λ）の（１／４）λの膜厚だけ基板に形成すれば基板表面における反射を防止することができる。例えば、基板１２がガラス、合成樹脂などからなる場合、基板１２の屈折率が約１．５であることから、屈折率約１．２２の薄膜１１を基板１２に形成すれば、薄膜１１は反射防止膜として機能する。
【００２０】
ここで、薄膜１１の膜充填密度は、次式で表される。
【数１】
（式中、Ｐは膜充填密度、ｎは所望する薄膜の屈折率、ｎ０は空気の屈折率、ｎｍは蒸着材料のバルクの屈折率である。）
【００２１】
例えば、蒸着材料としてＳｉＯ２を用いた場合、ＳｉＯ２の屈折率が１．４６、空気の屈折率が１、所望する薄膜１１の屈折率が１．２２であることから、上式より薄膜１１の膜充填密度Ｐ＝（１．２２−１）／（１．４６−１）＝０．４７８となる。このため、薄膜１１の膜充填密度が０．４７８となるように、基板角度Ｃを調整することにより、薄膜１１は、反射防止膜として機能する。
【００２２】
また、薄膜１１には、表面に複数のナノ構造体１３が設けられていることから、表面に微細な凹凸が形成されることとなる。この表面の微細な凹凸によって薄膜１１の親水効果が強くなる。この結果、薄膜１１は、その表面を超親水化する超親水膜としての機能を有する。
【００２３】
このように、基板１２上に形成された薄膜１１が複数のナノ構造体１３の集合層から構成されているので、薄膜１１全体として、蒸着材料と空気とが一定割合で混合している。このため、薄膜１１の屈折率を低くすることができる。また、薄膜１１は、その表面を超親水化する超親水膜としての機能を有する。さらに、薄膜１１のナノ構造体１３が基板１２の略垂直方向に柱状に延びるように形成されているので、波長ムラが生じにくくなる。加えて、薄膜１１の屈折率を調整することができるので、反射防止膜として機能する薄膜１１を容易に形成することができる。
【００２４】
なお、薄膜１１の複数のナノ構造体１３の集合層は、一層に限定されるものではなく、複数の集合層からなる積層構造としてもよい。この場合、集合層を構成するナノ構造体１３の幅（膜充填密度）の異なる層を複数層積層することが好ましい。薄膜１１の反射防止可能な波長範囲を広くすることができるためである。
【００２５】
図２にナノ構造体１３の幅の異なる集合層を２層積層した例を示す。図２に示すように、薄膜１１は、第１の集合層１１１と、第２の集合層１１２とから構成されている。第１の集合層１１１は、複数のナノ構造体１３１から構成されている。第２の集合層１１２は、ナノ構造体１３１よりも細い複数のナノ構造体１３２から構成されている。本例では、第２の集合層１１２の膜充填密度が第１の集合層１１１の膜充填密度よりも低くなるように、基板１２上に第１の集合層１１１を形成した後、この第１の集合層１１１上に第２の集合層１１２を形成している。具体的には、第２の集合層１１２形成の際の基板角度Ｃを第１の集合層１１１形成の際の基板角度Ｃよりも大きくすることにより、ナノ構造体１３の幅の異なる集合層を２層積層した。このように第１の集合層１１１上に第２の集合層１１２を形成することにより、第１の集合層１１１が反射防止可能な波長範囲よりも広い波長範囲について、第２の集合層１１２により反射防止可能となる。このため、薄膜１１の反射防止可能な波長範囲を広くすることができる。
【００２６】
次に、以上のような薄膜１１の形成方法について説明する。まず、薄膜１１の形成に用いられる薄膜形成装置について説明する。図３は、薄膜形成装置の概要を示す図である。
【００２７】
図３に示すように、薄膜形成装置２１は、真空槽２２と、公転ドーム２３と、回転板２４と、坩堝２５と、電子銃２６と、水晶膜厚計２７と、制御部２８と、を備えている。
【００２８】
真空槽２２は、導体から構成され、接地された密閉容器から構成されている。真空槽２２は、公転ドーム２３、回転板２４、坩堝２５、電子銃２６、水晶膜厚計２７等を収容し、ガス導入口３１と排気口３２とを備えている。
【００２９】
ガス導入口３１は、図示しないガス供給装置に接続され、真空槽２２の内部にアルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ２）等の放電ガス、プロセスガス等の任意のガスを導入する。なお、蒸着材料がＳｉＯ２の場合には、真空槽へのガス導入は行わなくても問題ないが、蒸着材料がＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などのように、酸素が電子銃により乖離しやすいものについては、ガス導入口３１からガスを導入することが好ましい。
排気口３２は、図示しない真空ポンプなどの排気装置に接続され、真空槽２２内のガスを排気する。
【００３０】
公転ドーム２３は、ドーム状に形成されている。公転ドーム２３には、図示しない公転ドーム回転機構が設けられており、成膜処理の間、公転ドーム２３を所定の回転数で回転させる。
【００３１】
回転板２４は、公転ドーム２３に接続されている。回転板２４には、成膜対象である基板２９が配置される。なお、基板２９は、回転板２４近傍に保持する構成であってもよい。回転板２４には、図示しない回転機構が設けられており、成膜処理の間、回転板２４を所定の回転数で回転させる。この回転板２４の回転により基板２９が回転する。このように、基板２９自身が回転することにより、基板２９に垂直なナノ構造体からなる薄膜の蒸着が可能になる。また、基板２９自身が回転しないと、坩堝２５と基板２９との距離Ａ、Ｂの差によって、ナノ構造体からなる薄膜の膜厚が不均一になることから、基板２９を回転させることにより、薄膜の膜厚を均一に保つことができる。このような構造により、基板２９上に、膜厚、ナノ構造体の均一性に優れた薄膜を形成することができる。また、回転板２４近傍には、図示しない基板加熱用ヒータが設けられており、基板加熱用ヒータにより、回転板２４に配置された基板２９を所望の温度に加熱することができる。
【００３２】
坩堝２５には、プロセスに応じた種類の蒸着材料が充填されている。例えば、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等、所望の蒸着材料を用いればよく、複数の坩堝２５を配置し、それぞれに異種の蒸着材料を充填してもよい。
電子銃２６は、坩堝２５内の蒸着材料に電子を衝突させ、蒸発温度まで加熱する。
水晶膜厚計２７は、蒸着された薄膜の膜厚を測定、及び成膜速度を制御する。
【００３３】
制御部２８は、プロセッサ（ＭＰＵ、ＣＰＵ等）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インタフェースなどから構成されている。制御部２８は、この薄膜形成装置２１の動作手順を規定する制御データを格納し、薄膜形成装置２１内の各部に制御信号を供給して、薄膜形成装置２１内の各部を制御する。
【００３４】
次に、以上のような薄膜形成装置２１を用いた場合を例に、本発明の薄膜の形成方法について説明する。なお、前述のように、薄膜形成装置２１内の各部は、制御部２８に制御されている。このため、制御部２８が以下の薄膜形成装置２１内の各部を制御する。
【００３５】
まず、回転板２４に基板２９を配置する。次に、蒸着源である坩堝２５と基板２９の角度（図３の基板角度Ｃ）を調整する。この基板角度Ｃを変化させることにより、基板１２の上に形成される薄膜１１の膜充填密度を所望の値に調整することができる。例えば、基板角度Ｃを大きくすることにより薄膜の膜充填密度が低くなる。このように、薄膜１１は、基板角度Ｃを調整することにより、所望の屈折率に設定可能である。
【００３６】
また、坩堝２５に、形成する薄膜に応じた蒸着材料、例えば、ＳｉＯ２を充填する。次に、真空槽２２内を図示しない排気装置によって、例えば、１Ｐａ〜１×１０−５Ｐａ程度の高真空領域まで排気する。また、基板加熱用ヒータにより、回転板２４に配置された基板２９を所望の温度に加熱する。なお、基板２９がＰＭＭＡのような合成樹脂からなる場合には、熱による基板２９の劣化防止のため、加熱しないことが好ましい。
【００３７】
続いて、図示しない公転ドーム回転機構により公転ドーム２３を所定の回転数で回転させるとともに、図示しない回転機構により回転板２４を所定の回転数で回転させる。続いて、電子銃２６から電子ビームを坩堝２５内の蒸着材料（ＳｉＯ２）へ照射し、蒸着材料を蒸発温度まで昇温させる。なお、蒸着材料がＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などのように、酸素が電子銃により乖離しやすいものについては、ガス導入口３１からガスを導入することが好ましい。
【００３８】
蒸着材料が蒸発温度まで昇温されると、蒸着材料であるＳｉＯ２は真空槽２２内を飛散し、基板２９上に堆積することで緻密なＳｉＯ２薄膜を形成する。形成されたＳｉＯ２薄膜は、水晶膜厚計２７により、その膜厚を測定する。そして、水晶膜厚計２７により、ＳｉＯ２薄膜の膜厚が所定の膜厚、例えば、薄膜を反射防止膜として用いる場合には所望の波長（λ）の（１／４）λの膜厚が形成されていることが測定されると、電子銃２６、図示しない基板加熱用ヒータなどを停止させる。最後に、真空槽２２内の温度を冷却し、真空槽２２内に大気を導入した後、薄膜が形成された基板２９を取り出す。これにより、基板２９に薄膜が形成できる。
【００３９】
このように、基板２９自身を回転させながら蒸着材料を基板２９に蒸着させているので、基板２９上に、基板２９の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層からなる本願発明の薄膜を容易に形成することができる。また、基板角度Ｃを調整することにより、所望の屈折率の薄膜を形成することができるので、薄膜の屈折率の薄膜を容易に形成することができる。このため、反射防止膜として機能する薄膜１１を容易に製造できる。
【００４０】
また、このように薄膜が形成された基板をリフロー処理により光学機器に実装すれば、クラックが発生せず、反射防止機能を有する薄膜を光学機器に実装することができる。このように、本発明の薄膜の形成方法は、リフロー処理により光学機器に実装する光学部品に好適である。
【実施例】
【００４１】
以下に実施例を示し、本発明をさらに詳しく説明する。なお、以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明を何ら限定するものではない。
【００４２】
（実施例１）
本実施例では、リフロー対応合成樹脂基板の上に、ＳｉＯ２からなる反射防止機能を有する薄膜を形成した。
【００４３】
まず、回転板２４に基板２９を配置した。次に、反射防止機能を有するために所望する薄膜の屈折率が１．２２であるため、ＳｉＯ２の膜充填密度が、０．４７８となるように、基板角度Ｃを６５度に調整した。また、坩堝２５にＳｉＯ２を充填し、真空槽２２内を、図示しない排気装置によって、１．６×１０−３Ｐａまで排気した。なお、基板２９が合成樹脂であることから、熱による基板２９の劣化防止のため、基板２９の加熱は行わなかった。
【００４４】
続いて、図示しない公転ドーム回転機構により公転ドーム２３を１５ｒｐｍで回転させるとともに、図示しない回転機構により回転板２４を７９ｒｐｍで回転させる。次に、電子銃２６から電子ビームを坩堝２５内のＳｉＯ２へ照射し、蒸着材料を蒸発温度まで昇温させる。なお、蒸着材料にＳｉＯ２を用いたため真空槽２２へのガス導入は行なかった。また、蒸着レートは、０．４ｎｍ／ｓｅｃで蒸着をした。形成されたＳｉＯ２薄膜の膜厚が、波長５３０ｎｍで反射率が最小になるような物理膜厚（約１０８ｎｍ）となるように水晶膜厚計２７にて制御した。
【００４５】
このようにして形成された薄膜のＳＥＭ写真を図４に示す。また、この薄膜の波長と反射率との関係を図５に示す。なお、反射率の測定は、株式会社日立ハイテクノロジーズ社の分光光度計Ｕ４０００を用いて測定をした。
【００４６】
図４に示すように、基板２９上に形成された薄膜は、基板２９の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層であることが確認できた。また、薄膜の反射率が波長５３０ｎｍ付近で小さくなっていることが確認でき、この波長付近で反射防止機能を有することが確認できた。
【００４７】
また、このように形成された薄膜に、注射器により水を一滴たらして接触角を観察したところ、接触角が測れないほど水滴が広がった。このため、この薄膜は超親水膜であることが確認できた。
【００４８】
次に、薄膜が形成された基板を加熱してクラックを評価するリフロー試験を３回実施した。なお、リフローは２６０℃で３０秒間、Ｎ２雰囲気下で実施した。また、加熱方式は対流加熱方式を用いた。クラックの評価は、加熱後の基板をオリンパス製金属顕微鏡で５０倍、１００倍とし、クラックが発生したか否かを観察することにより判断した。結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
表１に示すように、３回のリフロー試験の実施により、実施例１の基板にクラックが発生していないことが確認できた。
【００５０】
続いて、３回のリフロー試験を行った後、付着力試験を実施した。付着力試験は、薄膜が形成された基板面にテープを貼り、基板面に対して垂直方向にテープを剥がす（テープテスト１）、及び、基板面に対して４５°方向にテープを剥がす（テープテスト２）の２種類の方法により、膜剥離が有るか否かを観察することにより判断した。なお、テープは、ニチバン製のセロテープ（登録商標）を用いた。結果を表２に示す。
【００５１】
【表２】
表２に示すように、付着力試験の実施により、実施例１の基板では膜剥離が生じておらず、付着力を有することが確認できた。また、リフロー試験後の分光反射率変化を測定したところ、その変化は５％未満であった。
【００５２】
（実施例２）
本実施例では、リフロー対応合成樹脂基板の上に、ＳｉＯ２からなるナノ構造体１３の幅の異なる集合層を２層積層した薄膜を形成した。
【００５３】
反射率の低くなる帯域幅を広げるため、集合層の膜充填密度が０．８３（屈折率：１．３８４）となるように、基板角度Ｃを４５度に調整したことを除いて、実施例１と同様の手順で、第１の集合層を９７ｎｍ形成した。
【００５４】
次に、第１の集合層上に、集合層の膜充填密度が０．４０（屈折率：１．１８５）となるように、基板角度Ｃを７０度に調整した後、実施例１と同様の手順で、第２の集合層を１１０ｎｍ形成した。このようにして、ナノ構造体１３の幅の異なる集合層を２層積層した薄膜を形成した。
【００５５】
このようにして形成された薄膜のＳＥＭ写真を確認したところ、図２とほぼ同様の形状であることが確認できた。また、この薄膜の波長と反射率との関係を図６に示す。図６に示すように、実施例１と比較して、反射率が低くなる波長帯域幅が拡大していることが確認できた。
【００５６】
また、このように形成された薄膜に、注射器により水を一滴たらして接触角を観察したところ、接触角が測れないほど水滴が広がった。このため、この薄膜は超親水膜であることが確認できた。
【００５７】
次に、薄膜が形成された基板について、実施例１と同様に、リフロー試験を３回実施した。結果を表１に示す。表１に示すように、３回のリフロー試験の実施により、実施例２の基板にクラックが発生していないことが確認できた。また、実施例１と同様に、３回のリフロー試験を行った後、付着力試験を実施した。結果を表２に示す。表２に示すように、付着力試験の実施により、実施例２の基板では膜剥離が生じておらず、付着力を有することが確認できた。また、リフロー試験後の分光反射率変化を測定したところ、その変化は５％未満であった。
【００５８】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。例えば、薄膜の形成方法は、基板２９自身を回転させながら蒸着材料を基板２９に蒸着させ、基板２９上に、基板２９の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層からなる薄膜を形成できれば、薄膜形成装置２１を用いなくてもよい。
【００５９】
また、上記実施の態様では、基板２９を一定速度で回転させることにより、基板２９上に蒸着材料をらせん状に蒸着させ、最終的に基板２９の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層を形成する場合を例に本発明を説明したが、基板２９上に、均一な厚さのナノ構造体の集合層からなる薄膜が形成できればよく、例えば、基板２９を停止させた状態で一定時間（ｔ）成膜し、基板２９を６０度（α）回転させて一定時間成膜し、更に基板２９を６０度回転させて一定時間成膜する、という動作を繰り返すように、基板１２を断続的に回転させてもよい。この場合、基板２９上に蒸着材料をジグザグ状に蒸着させ、最終的に基板２９の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層を形成することができる。また、基板回転角度αと時間ｔとを変更することで、薄膜の状態（屈折率等）を変えることができるため、所望の状態の薄膜構造体を形成することができる。
【００６０】
上記実施の態様では、公転ドーム２３を回転させるとともに回転板２４を回転させた場合を例に本発明を説明したが、例えば、回転板２４のみを回転させてもよい。この場合にも、基板２９上に、その略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層を形成することができる。
【００６１】
上記実施の態様では、実施例２において、第１の集合層を形成した後に基板角度Ｃを変えて第２の集合層を形成したが、例えば、第１の集合層の形成中に基板角度Ｃを連続的に変化させてもよい。この場合、薄膜の膜充填密度を連続的に変化させることができる。
【００６２】
上記実施の形態では、蒸着材料としてＳｉＯ２を用いた場合を中心に本実施の形態を説明したが、蒸着材料は基板１２の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体１３の集合層を形成可能なものであればよく、例えば、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５であってもよい。なお、蒸着材料がＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などのように、酸素が電子銃により乖離しやすいものについては、この薄膜形成の際には、ガス導入口３１からガスを導入することが好ましい。
【００６３】
上記実施の形態では、基板２９としてリフロー対応合成樹脂基板を用いた場合を中心に本実施の形態を説明したが、基板はガラス基板やＳｉ、ＧａＡｓ等の半導体用基板、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート等の合成樹脂基板であってもよい。なお、基板にガラス基板や半導体用基板を用いた場合には、薄膜形成において、基板加熱用ヒータにより回転板２４に配置された基板２９を所望の温度に加熱することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、反射防止機能、耐リフロー機能、親水化機能を有する薄膜及び薄膜の形成方法に有用である。
【符号の説明】
【００６５】
１１ 薄膜
１２ 基板
１３ ナノ構造体
２１ 薄膜形成装置
２２ 真空槽
２３ 公転ドーム
２４ 回転板
２５ 坩堝
２６ 電子銃
２７ 水晶膜厚計
２８ 制御部
２９ 基板
３１ ガス導入口
３２ 排気口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜、及び、薄膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学レンズ等の光学系では、レンズ表面での反射による光量損失等を抑制するため、レンズ上に反射防止膜（薄膜）が形成されている。このようなレンズを搭載する光学モジュールを実装するカメラ付き携帯電話のような光学機器を製造するには、生産効率を向上させるために、リフロー処理により実装する方法が検討されている。
【０００３】
しかし、このような実装方法では、リフロー処理による熱によって、レンズと薄膜との線膨張係数の差によるクラックが発生してしまう。このため、レンズ上に形成する薄膜をより薄くするとともに、低屈折率にすることが検討されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、プラスチック製光学部品上に、反応性蒸着法により、入射角６０°〜７５°のＳｉＯ２斜め蒸着膜を形成することにより、低屈折率の反射防止膜を提供する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−８０２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような反射防止膜では、蒸着膜が斜めに形成されていることから、波長ムラが生じやすいという問題がある。また、薄膜が用いられる用途によっては、親水性などの機能を有することが求められている。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、反射防止、耐リフロー、超親水などの機能を有する薄膜、及び、薄膜の形成方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、波長ムラが生じにくく低屈折率の薄膜、及び、薄膜の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる薄膜は、
基板上に形成され、
前記基板の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層であり、
前記ナノ構造体は、蒸着材料からなる、ことを特徴とする。
【０００９】
前記集合層は、例えば、前記蒸着材料の膜充填密度が異なる複数の層が積層されている。
前記集合層は、例えば、前記基板上に形成された光学膜である。
前記集合層は、例えば、前記基板上に形成された反射防止膜である。
前記基板は、例えば、光学機器にリフロー処理により実装される光学レンズである。
【００１０】
本発明の第２の観点にかかる薄膜の形成方法は、
基板上に蒸着材料を蒸着して薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、
前記基板を回転可能に配置する基板配置工程と、
前記基板配置工程で配置された基板と、前記蒸着材料の蒸着材料源との基板角度を調整する基板角度調整工程と、
前記基板角度調整工程により基板角度が調整された基板上に、前記蒸着材料源からの蒸着材料を蒸着させる蒸着工程と、を備え、
前記蒸着工程では、前記基板を継続的または断続的に回転させながら、当該基板上に蒸着材料を蒸着させる、ことを特徴とする。
【００１１】
前記蒸着工程では、例えば、基板上に蒸着材料をらせん状、または、ジグザグ状に蒸着させ、最終的に基板の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層を形成する。
前記基板角度調整工程では、例えば、前記基板角度を調整することにより、前記蒸着材料の膜充填密度を設定する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、波長ムラが生じにくく低屈折率の薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の薄膜の一例を示す図である。
【図２】本発明の薄膜の他の例を示す図である。
【図３】本発明の薄膜の形成に用いられる薄膜形成装置の概要を示す図である。
【図４】実施例１の薄膜を示す図である。
【図５】実施例１の薄膜の波長と反射率との関係を示す図である。
【図６】実施例２の薄膜の波長と反射率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の薄膜、及び、薄膜の形成方法について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の薄膜を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、薄膜１１は、基板１２上に形成されている。薄膜１１は、蒸着材料からなる蒸着膜により形成されている。蒸着材料としては、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、二フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、三酸化二アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化二タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等が用いられる。また、基板１２としては、例えば、ガラス基板、半導体用基板（Ｓｉ、ＧａＡｓ等）、合成樹脂基板（ＰＭＭＡ、ポリカーボネイト等）等が用いられる。
【００１６】
この蒸着膜（薄膜１１）は、図１に示すように、基板１２に形成された複数のナノ構造体１３の集合層から構成されている。ナノ構造体１３は、その幅が、例えば、数十ｎｍ〜数百ｎｍであって、基板１２の略垂直方向に柱状に延びるように形成されている。このように、ナノ構造体１３が基板１２に略垂直方向に柱状に延びているので、波長ムラが生じにくくなる。
【００１７】
なお、後述するように、本実施の形態の薄膜の形成方法においては、基板１２を回転させることにより、ナノ構造体１３の集合層を形成しているので、基板１２上に蒸着材料がらせん状に蒸着され、最終的に基板１２の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体１３の集合層が形成される。
【００１８】
ナノ構造体１３の集合層は、薄膜１１全体として、蒸着材料と空気とが一定割合で混合しており、この割合（薄膜の膜充填密度）により、薄膜１１全体の屈折率が決定される。なお、後述するように、蒸着源である坩堝と基板との角度（後述する基板角度Ｃ）を変えることにより、基板１２の上に形成される薄膜１１の膜充填密度を変化させることができる。このため、薄膜１１は、その膜充填密度、すなわち、後述する基板角度Ｃを調整することにより、所望の屈折率に設定可能である。
【００１９】
このように、薄膜１１の屈折率を所望の屈折率に設定可能であることから、例えば、薄膜１１を反射防止膜に用いことができる。一般に、基板表面における反射は、基板と空気との界面の屈折率差により生じる。このため、基板の屈折率の１／２乗の屈折率の薄膜を、所望の波長（λ）の（１／４）λの膜厚だけ基板に形成すれば基板表面における反射を防止することができる。例えば、基板１２がガラス、合成樹脂などからなる場合、基板１２の屈折率が約１．５であることから、屈折率約１．２２の薄膜１１を基板１２に形成すれば、薄膜１１は反射防止膜として機能する。
【００２０】
ここで、薄膜１１の膜充填密度は、次式で表される。
【数１】
（式中、Ｐは膜充填密度、ｎは所望する薄膜の屈折率、ｎ０は空気の屈折率、ｎｍは蒸着材料のバルクの屈折率である。）
【００２１】
例えば、蒸着材料としてＳｉＯ２を用いた場合、ＳｉＯ２の屈折率が１．４６、空気の屈折率が１、所望する薄膜１１の屈折率が１．２２であることから、上式より薄膜１１の膜充填密度Ｐ＝（１．２２−１）／（１．４６−１）＝０．４７８となる。このため、薄膜１１の膜充填密度が０．４７８となるように、基板角度Ｃを調整することにより、薄膜１１は、反射防止膜として機能する。
【００２２】
また、薄膜１１には、表面に複数のナノ構造体１３が設けられていることから、表面に微細な凹凸が形成されることとなる。この表面の微細な凹凸によって薄膜１１の親水効果が強くなる。この結果、薄膜１１は、その表面を超親水化する超親水膜としての機能を有する。
【００２３】
このように、基板１２上に形成された薄膜１１が複数のナノ構造体１３の集合層から構成されているので、薄膜１１全体として、蒸着材料と空気とが一定割合で混合している。このため、薄膜１１の屈折率を低くすることができる。また、薄膜１１は、その表面を超親水化する超親水膜としての機能を有する。さらに、薄膜１１のナノ構造体１３が基板１２の略垂直方向に柱状に延びるように形成されているので、波長ムラが生じにくくなる。加えて、薄膜１１の屈折率を調整することができるので、反射防止膜として機能する薄膜１１を容易に形成することができる。
【００２４】
なお、薄膜１１の複数のナノ構造体１３の集合層は、一層に限定されるものではなく、複数の集合層からなる積層構造としてもよい。この場合、集合層を構成するナノ構造体１３の幅（膜充填密度）の異なる層を複数層積層することが好ましい。薄膜１１の反射防止可能な波長範囲を広くすることができるためである。
【００２５】
図２にナノ構造体１３の幅の異なる集合層を２層積層した例を示す。図２に示すように、薄膜１１は、第１の集合層１１１と、第２の集合層１１２とから構成されている。第１の集合層１１１は、複数のナノ構造体１３１から構成されている。第２の集合層１１２は、ナノ構造体１３１よりも細い複数のナノ構造体１３２から構成されている。本例では、第２の集合層１１２の膜充填密度が第１の集合層１１１の膜充填密度よりも低くなるように、基板１２上に第１の集合層１１１を形成した後、この第１の集合層１１１上に第２の集合層１１２を形成している。具体的には、第２の集合層１１２形成の際の基板角度Ｃを第１の集合層１１１形成の際の基板角度Ｃよりも大きくすることにより、ナノ構造体１３の幅の異なる集合層を２層積層した。このように第１の集合層１１１上に第２の集合層１１２を形成することにより、第１の集合層１１１が反射防止可能な波長範囲よりも広い波長範囲について、第２の集合層１１２により反射防止可能となる。このため、薄膜１１の反射防止可能な波長範囲を広くすることができる。
【００２６】
次に、以上のような薄膜１１の形成方法について説明する。まず、薄膜１１の形成に用いられる薄膜形成装置について説明する。図３は、薄膜形成装置の概要を示す図である。
【００２７】
図３に示すように、薄膜形成装置２１は、真空槽２２と、公転ドーム２３と、回転板２４と、坩堝２５と、電子銃２６と、水晶膜厚計２７と、制御部２８と、を備えている。
【００２８】
真空槽２２は、導体から構成され、接地された密閉容器から構成されている。真空槽２２は、公転ドーム２３、回転板２４、坩堝２５、電子銃２６、水晶膜厚計２７等を収容し、ガス導入口３１と排気口３２とを備えている。
【００２９】
ガス導入口３１は、図示しないガス供給装置に接続され、真空槽２２の内部にアルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ２）等の放電ガス、プロセスガス等の任意のガスを導入する。なお、蒸着材料がＳｉＯ２の場合には、真空槽へのガス導入は行わなくても問題ないが、蒸着材料がＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などのように、酸素が電子銃により乖離しやすいものについては、ガス導入口３１からガスを導入することが好ましい。
排気口３２は、図示しない真空ポンプなどの排気装置に接続され、真空槽２２内のガスを排気する。
【００３０】
公転ドーム２３は、ドーム状に形成されている。公転ドーム２３には、図示しない公転ドーム回転機構が設けられており、成膜処理の間、公転ドーム２３を所定の回転数で回転させる。
【００３１】
回転板２４は、公転ドーム２３に接続されている。回転板２４には、成膜対象である基板２９が配置される。なお、基板２９は、回転板２４近傍に保持する構成であってもよい。回転板２４には、図示しない回転機構が設けられており、成膜処理の間、回転板２４を所定の回転数で回転させる。この回転板２４の回転により基板２９が回転する。このように、基板２９自身が回転することにより、基板２９に垂直なナノ構造体からなる薄膜の蒸着が可能になる。また、基板２９自身が回転しないと、坩堝２５と基板２９との距離Ａ、Ｂの差によって、ナノ構造体からなる薄膜の膜厚が不均一になることから、基板２９を回転させることにより、薄膜の膜厚を均一に保つことができる。このような構造により、基板２９上に、膜厚、ナノ構造体の均一性に優れた薄膜を形成することができる。また、回転板２４近傍には、図示しない基板加熱用ヒータが設けられており、基板加熱用ヒータにより、回転板２４に配置された基板２９を所望の温度に加熱することができる。
【００３２】
坩堝２５には、プロセスに応じた種類の蒸着材料が充填されている。例えば、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等、所望の蒸着材料を用いればよく、複数の坩堝２５を配置し、それぞれに異種の蒸着材料を充填してもよい。
電子銃２６は、坩堝２５内の蒸着材料に電子を衝突させ、蒸発温度まで加熱する。
水晶膜厚計２７は、蒸着された薄膜の膜厚を測定、及び成膜速度を制御する。
【００３３】
制御部２８は、プロセッサ（ＭＰＵ、ＣＰＵ等）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インタフェースなどから構成されている。制御部２８は、この薄膜形成装置２１の動作手順を規定する制御データを格納し、薄膜形成装置２１内の各部に制御信号を供給して、薄膜形成装置２１内の各部を制御する。
【００３４】
次に、以上のような薄膜形成装置２１を用いた場合を例に、本発明の薄膜の形成方法について説明する。なお、前述のように、薄膜形成装置２１内の各部は、制御部２８に制御されている。このため、制御部２８が以下の薄膜形成装置２１内の各部を制御する。
【００３５】
まず、回転板２４に基板２９を配置する。次に、蒸着源である坩堝２５と基板２９の角度（図３の基板角度Ｃ）を調整する。この基板角度Ｃを変化させることにより、基板１２の上に形成される薄膜１１の膜充填密度を所望の値に調整することができる。例えば、基板角度Ｃを大きくすることにより薄膜の膜充填密度が低くなる。このように、薄膜１１は、基板角度Ｃを調整することにより、所望の屈折率に設定可能である。
【００３６】
また、坩堝２５に、形成する薄膜に応じた蒸着材料、例えば、ＳｉＯ２を充填する。次に、真空槽２２内を図示しない排気装置によって、例えば、１Ｐａ〜１×１０−５Ｐａ程度の高真空領域まで排気する。また、基板加熱用ヒータにより、回転板２４に配置された基板２９を所望の温度に加熱する。なお、基板２９がＰＭＭＡのような合成樹脂からなる場合には、熱による基板２９の劣化防止のため、加熱しないことが好ましい。
【００３７】
続いて、図示しない公転ドーム回転機構により公転ドーム２３を所定の回転数で回転させるとともに、図示しない回転機構により回転板２４を所定の回転数で回転させる。続いて、電子銃２６から電子ビームを坩堝２５内の蒸着材料（ＳｉＯ２）へ照射し、蒸着材料を蒸発温度まで昇温させる。なお、蒸着材料がＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などのように、酸素が電子銃により乖離しやすいものについては、ガス導入口３１からガスを導入することが好ましい。
【００３８】
蒸着材料が蒸発温度まで昇温されると、蒸着材料であるＳｉＯ２は真空槽２２内を飛散し、基板２９上に堆積することで緻密なＳｉＯ２薄膜を形成する。形成されたＳｉＯ２薄膜は、水晶膜厚計２７により、その膜厚を測定する。そして、水晶膜厚計２７により、ＳｉＯ２薄膜の膜厚が所定の膜厚、例えば、薄膜を反射防止膜として用いる場合には所望の波長（λ）の（１／４）λの膜厚が形成されていることが測定されると、電子銃２６、図示しない基板加熱用ヒータなどを停止させる。最後に、真空槽２２内の温度を冷却し、真空槽２２内に大気を導入した後、薄膜が形成された基板２９を取り出す。これにより、基板２９に薄膜が形成できる。
【００３９】
このように、基板２９自身を回転させながら蒸着材料を基板２９に蒸着させているので、基板２９上に、基板２９の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層からなる本願発明の薄膜を容易に形成することができる。また、基板角度Ｃを調整することにより、所望の屈折率の薄膜を形成することができるので、薄膜の屈折率の薄膜を容易に形成することができる。このため、反射防止膜として機能する薄膜１１を容易に製造できる。
【００４０】
また、このように薄膜が形成された基板をリフロー処理により光学機器に実装すれば、クラックが発生せず、反射防止機能を有する薄膜を光学機器に実装することができる。このように、本発明の薄膜の形成方法は、リフロー処理により光学機器に実装する光学部品に好適である。
【実施例】
【００４１】
以下に実施例を示し、本発明をさらに詳しく説明する。なお、以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明を何ら限定するものではない。
【００４２】
（実施例１）
本実施例では、リフロー対応合成樹脂基板の上に、ＳｉＯ２からなる反射防止機能を有する薄膜を形成した。
【００４３】
まず、回転板２４に基板２９を配置した。次に、反射防止機能を有するために所望する薄膜の屈折率が１．２２であるため、ＳｉＯ２の膜充填密度が、０．４７８となるように、基板角度Ｃを６５度に調整した。また、坩堝２５にＳｉＯ２を充填し、真空槽２２内を、図示しない排気装置によって、１．６×１０−３Ｐａまで排気した。なお、基板２９が合成樹脂であることから、熱による基板２９の劣化防止のため、基板２９の加熱は行わなかった。
【００４４】
続いて、図示しない公転ドーム回転機構により公転ドーム２３を１５ｒｐｍで回転させるとともに、図示しない回転機構により回転板２４を７９ｒｐｍで回転させる。次に、電子銃２６から電子ビームを坩堝２５内のＳｉＯ２へ照射し、蒸着材料を蒸発温度まで昇温させる。なお、蒸着材料にＳｉＯ２を用いたため真空槽２２へのガス導入は行なかった。また、蒸着レートは、０．４ｎｍ／ｓｅｃで蒸着をした。形成されたＳｉＯ２薄膜の膜厚が、波長５３０ｎｍで反射率が最小になるような物理膜厚（約１０８ｎｍ）となるように水晶膜厚計２７にて制御した。
【００４５】
このようにして形成された薄膜のＳＥＭ写真を図４に示す。また、この薄膜の波長と反射率との関係を図５に示す。なお、反射率の測定は、株式会社日立ハイテクノロジーズ社の分光光度計Ｕ４０００を用いて測定をした。
【００４６】
図４に示すように、基板２９上に形成された薄膜は、基板２９の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層であることが確認できた。また、薄膜の反射率が波長５３０ｎｍ付近で小さくなっていることが確認でき、この波長付近で反射防止機能を有することが確認できた。
【００４７】
また、このように形成された薄膜に、注射器により水を一滴たらして接触角を観察したところ、接触角が測れないほど水滴が広がった。このため、この薄膜は超親水膜であることが確認できた。
【００４８】
次に、薄膜が形成された基板を加熱してクラックを評価するリフロー試験を３回実施した。なお、リフローは２６０℃で３０秒間、Ｎ２雰囲気下で実施した。また、加熱方式は対流加熱方式を用いた。クラックの評価は、加熱後の基板をオリンパス製金属顕微鏡で５０倍、１００倍とし、クラックが発生したか否かを観察することにより判断した。結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
表１に示すように、３回のリフロー試験の実施により、実施例１の基板にクラックが発生していないことが確認できた。
【００５０】
続いて、３回のリフロー試験を行った後、付着力試験を実施した。付着力試験は、薄膜が形成された基板面にテープを貼り、基板面に対して垂直方向にテープを剥がす（テープテスト１）、及び、基板面に対して４５°方向にテープを剥がす（テープテスト２）の２種類の方法により、膜剥離が有るか否かを観察することにより判断した。なお、テープは、ニチバン製のセロテープ（登録商標）を用いた。結果を表２に示す。
【００５１】
【表２】
表２に示すように、付着力試験の実施により、実施例１の基板では膜剥離が生じておらず、付着力を有することが確認できた。また、リフロー試験後の分光反射率変化を測定したところ、その変化は５％未満であった。
【００５２】
（実施例２）
本実施例では、リフロー対応合成樹脂基板の上に、ＳｉＯ２からなるナノ構造体１３の幅の異なる集合層を２層積層した薄膜を形成した。
【００５３】
反射率の低くなる帯域幅を広げるため、集合層の膜充填密度が０．８３（屈折率：１．３８４）となるように、基板角度Ｃを４５度に調整したことを除いて、実施例１と同様の手順で、第１の集合層を９７ｎｍ形成した。
【００５４】
次に、第１の集合層上に、集合層の膜充填密度が０．４０（屈折率：１．１８５）となるように、基板角度Ｃを７０度に調整した後、実施例１と同様の手順で、第２の集合層を１１０ｎｍ形成した。このようにして、ナノ構造体１３の幅の異なる集合層を２層積層した薄膜を形成した。
【００５５】
このようにして形成された薄膜のＳＥＭ写真を確認したところ、図２とほぼ同様の形状であることが確認できた。また、この薄膜の波長と反射率との関係を図６に示す。図６に示すように、実施例１と比較して、反射率が低くなる波長帯域幅が拡大していることが確認できた。
【００５６】
また、このように形成された薄膜に、注射器により水を一滴たらして接触角を観察したところ、接触角が測れないほど水滴が広がった。このため、この薄膜は超親水膜であることが確認できた。
【００５７】
次に、薄膜が形成された基板について、実施例１と同様に、リフロー試験を３回実施した。結果を表１に示す。表１に示すように、３回のリフロー試験の実施により、実施例２の基板にクラックが発生していないことが確認できた。また、実施例１と同様に、３回のリフロー試験を行った後、付着力試験を実施した。結果を表２に示す。表２に示すように、付着力試験の実施により、実施例２の基板では膜剥離が生じておらず、付着力を有することが確認できた。また、リフロー試験後の分光反射率変化を測定したところ、その変化は５％未満であった。
【００５８】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。例えば、薄膜の形成方法は、基板２９自身を回転させながら蒸着材料を基板２９に蒸着させ、基板２９上に、基板２９の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層からなる薄膜を形成できれば、薄膜形成装置２１を用いなくてもよい。
【００５９】
また、上記実施の態様では、基板２９を一定速度で回転させることにより、基板２９上に蒸着材料をらせん状に蒸着させ、最終的に基板２９の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層を形成する場合を例に本発明を説明したが、基板２９上に、均一な厚さのナノ構造体の集合層からなる薄膜が形成できればよく、例えば、基板２９を停止させた状態で一定時間（ｔ）成膜し、基板２９を６０度（α）回転させて一定時間成膜し、更に基板２９を６０度回転させて一定時間成膜する、という動作を繰り返すように、基板１２を断続的に回転させてもよい。この場合、基板２９上に蒸着材料をジグザグ状に蒸着させ、最終的に基板２９の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層を形成することができる。また、基板回転角度αと時間ｔとを変更することで、薄膜の状態（屈折率等）を変えることができるため、所望の状態の薄膜構造体を形成することができる。
【００６０】
上記実施の態様では、公転ドーム２３を回転させるとともに回転板２４を回転させた場合を例に本発明を説明したが、例えば、回転板２４のみを回転させてもよい。この場合にも、基板２９上に、その略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層を形成することができる。
【００６１】
上記実施の態様では、実施例２において、第１の集合層を形成した後に基板角度Ｃを変えて第２の集合層を形成したが、例えば、第１の集合層の形成中に基板角度Ｃを連続的に変化させてもよい。この場合、薄膜の膜充填密度を連続的に変化させることができる。
【００６２】
上記実施の形態では、蒸着材料としてＳｉＯ２を用いた場合を中心に本実施の形態を説明したが、蒸着材料は基板１２の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体１３の集合層を形成可能なものであればよく、例えば、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５であってもよい。なお、蒸着材料がＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などのように、酸素が電子銃により乖離しやすいものについては、この薄膜形成の際には、ガス導入口３１からガスを導入することが好ましい。
【００６３】
上記実施の形態では、基板２９としてリフロー対応合成樹脂基板を用いた場合を中心に本実施の形態を説明したが、基板はガラス基板やＳｉ、ＧａＡｓ等の半導体用基板、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート等の合成樹脂基板であってもよい。なお、基板にガラス基板や半導体用基板を用いた場合には、薄膜形成において、基板加熱用ヒータにより回転板２４に配置された基板２９を所望の温度に加熱することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、反射防止機能、耐リフロー機能、親水化機能を有する薄膜及び薄膜の形成方法に有用である。
【符号の説明】
【００６５】
１１ 薄膜
１２ 基板
１３ ナノ構造体
２１ 薄膜形成装置
２２ 真空槽
２３ 公転ドーム
２４ 回転板
２５ 坩堝
２６ 電子銃
２７ 水晶膜厚計
２８ 制御部
２９ 基板
３１ ガス導入口
３２ 排気口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成され、
前記基板の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層であり、
前記ナノ構造体は、蒸着材料からなる、ことを特徴とする薄膜。
【請求項２】
前記集合層は、前記蒸着材料の膜充填密度が異なる複数の層が積層されている、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜。
【請求項３】
前記集合層は、前記基板上に形成された光学膜である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜。
【請求項４】
前記集合層は、前記基板上に形成された反射防止膜である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜。
【請求項５】
前記基板は光学機器にリフロー処理により実装される光学レンズである、ことを特徴とする請求項３または４に記載の薄膜。
【請求項６】
基板上に蒸着材料を蒸着して薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、
前記基板を回転可能に配置する基板配置工程と、
前記基板配置工程で配置された基板と、前記蒸着材料の蒸着材料源との基板角度を調整する基板角度調整工程と、
前記基板角度調整工程により基板角度が調整された基板上に、前記蒸着材料源からの蒸着材料を蒸着させる蒸着工程と、を備え、
前記蒸着工程では、前記基板を継続的または断続的に回転させながら、当該基板上に蒸着材料を蒸着させる、ことを特徴とする薄膜の形成方法。
【請求項７】
前記蒸着工程では、基板上に蒸着材料をらせん状、または、ジグザグ状に蒸着させ、最終的に基板の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層を形成する、ことを特徴とする請求項６に記載の薄膜の形成方法。
【請求項８】
前記基板角度調整工程では、前記基板角度を調整することにより、前記蒸着材料の膜充填密度を設定する、ことを特徴とする請求項６または７に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１】
基板上に形成され、
前記基板の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層であり、
前記ナノ構造体は、蒸着材料からなる、ことを特徴とする薄膜。
【請求項２】
前記集合層は、前記蒸着材料の膜充填密度が異なる複数の層が積層されている、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜。
【請求項３】
前記集合層は、前記基板上に形成された光学膜である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜。
【請求項４】
前記集合層は、前記基板上に形成された反射防止膜である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜。
【請求項５】
前記基板は光学機器にリフロー処理により実装される光学レンズである、ことを特徴とする請求項３または４に記載の薄膜。
【請求項６】
基板上に蒸着材料を蒸着して薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、
前記基板を回転可能に配置する基板配置工程と、
前記基板配置工程で配置された基板と、前記蒸着材料の蒸着材料源との基板角度を調整する基板角度調整工程と、
前記基板角度調整工程により基板角度が調整された基板上に、前記蒸着材料源からの蒸着材料を蒸着させる蒸着工程と、を備え、
前記蒸着工程では、前記基板を継続的または断続的に回転させながら、当該基板上に蒸着材料を蒸着させる、ことを特徴とする薄膜の形成方法。
【請求項７】
前記蒸着工程では、基板上に蒸着材料をらせん状、または、ジグザグ状に蒸着させ、最終的に基板の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層を形成する、ことを特徴とする請求項６に記載の薄膜の形成方法。
【請求項８】
前記基板角度調整工程では、前記基板角度を調整することにより、前記蒸着材料の膜充填密度を設定する、ことを特徴とする請求項６または７に記載の薄膜の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１５０１５４（Ｐ２０１１−１５０１５４Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１７０６（Ｐ２０１０−１１７０６）
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【出願人】（０００１４６００９）株式会社昭和真空 (72)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【出願人】（０００１４６００９）株式会社昭和真空 (72)
【Ｆターム（参考）】
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