專利名稱：膜厚測定方法及玻璃光學(xué)元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法。本發(fā)明還涉及使用所述膜厚測定方法的玻璃光學(xué)元件制造方法。
背景技術(shù)：
作為制造透鏡等由玻璃構(gòu)成的光學(xué)元件的方法，公知有利用沖壓成型直接形成光學(xué)功能面的精密沖壓成型法。精密沖壓成型法通過在成型模具內(nèi)投入預(yù)成型的成型用玻璃 坯料(以下，也稱作“玻璃預(yù)成型件(glassperform)”)，在加熱軟化的狀態(tài)下進行沖壓成 型，從而得到玻璃光學(xué)元件。精密沖壓成型法通過使用精密加工的成型模具，可以不需要沖 壓成型后的研磨加工等后加工，因此，可以廉價地得到高性能的玻璃透鏡。但是，在精密沖壓成型法中，在沖壓成型時玻璃預(yù)成型件與成型模具的成型面在 高溫狀態(tài)下緊貼，因此可能會由于在它們的界面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生粘接。
因此，為了防止玻璃預(yù)成型件與成型模具的粘接，提出了在玻璃預(yù)成型件表面設(shè) 置碳膜等薄膜的技術(shù)(參照日本特開平8-217468號公報、日本特開平8-259241號公報和 日本特開平9-286625號公報)。但是，在所述薄膜的厚度小于預(yù)定厚度時，不能充分防止玻 璃預(yù)成型件與成型模具之間的粘接，在成型的玻璃透鏡上可能產(chǎn)生裂紋(在沖壓成型時產(chǎn) 生的成型品的裂紋)。此外，在所述薄膜的厚度過厚時，會影響到所成型的玻璃透鏡相對于 成型模具的收縮率，換言之會影響到玻璃透鏡的曲率，存在以下等問題通過沖壓成型得到 的光學(xué)元件的形狀與設(shè)計值偏差較大；以及薄膜與玻璃預(yù)成型件的反應(yīng)性急劇變高，產(chǎn)生 磨花并且外觀顯著惡化。如上所述，可以說在精密沖壓成型法中，形成在玻璃預(yù)成型件上的薄膜會由于其 膜厚而較大程度地影響所成型的光學(xué)元件的各種特性。換言之，可以通過管理、評價在玻璃 預(yù)成型件上形成的薄膜的厚度，來高品質(zhì)、低成本地得到通過精密沖壓成型制造的光學(xué)元 件。此外，不限于上述領(lǐng)域，從品質(zhì)管理、工序管理等角度來看，管理、評價在基體材料上形 成的覆膜的厚度也是非常重要的。通常，作為評價(測定)薄膜的膜厚的方法，公知有基于AFM (AtomicForce Microscope 原子間力顯微鏡)的級差測定、基于XPS (X-rayPhotoelectron Spectroscopy :X 射線光電子分光)和 TOF-SIMS (Time OfFlight-Secondary Ion Mass Spectroscopy 飛行時間型二次離子質(zhì)譜儀)的深度方向的譜分析、以及基于橢率計 (Ellipsometer)和光透射率的光學(xué)方法。此外，近年來，還提出了根據(jù)可見光區(qū)域中的反射 率譜對作為碳系薄膜的DLC(Diamond Like Carbon 類金剛石碳)膜的膜厚進行計測的技 術(shù)(參照日本特開2000-251250號公報)、利用紅外線吸收來評價碳膜的膜厚的技術(shù)(參照 日本特開2006-242721號公報)、根據(jù)反射率的實測值和預(yù)測的反射率來確定薄膜膜厚的 技術(shù)(參照日本特開2000-46525號公報)。但是，由于玻璃預(yù)成型件表面為曲面形狀、以及帶電性的影響、AFM屬于破壞性檢 查的原因，AFM不利于對形成在玻璃預(yù)成型件表面上的碳薄膜的膜厚進行評價和管理。此外，XPS、TOF-SIMS除了存在與AFM同樣的問題，測定還需要較長的時間，因此不是簡易的方法。橢率計雖然可以非破壞性且短時間地進行計測，但與AFM、XPS、TOF-SIMS同樣，在 測定面的形狀上存在限制，此外在被成膜面像玻璃預(yù)成型件那樣透過光的情況下不能測定 膜厚。此外，由于在玻璃預(yù)成型件內(nèi)部的光的吸收、以及其表面是球面形狀而引起的透鏡效 果的影響，光透射率法不能評價在玻璃預(yù)成型件表面上形成的碳薄膜的膜厚。對于上述日本特開2000-251250號公報所記載的方法，根據(jù)所得到的反射率譜的 波長330 550納米中的反射率為極小值的波長與膜厚之間的關(guān)系，來計算DLC膜的厚度。 因此，在上述波長區(qū)域中不存在反射率的極值的情況下，不能測定膜厚。對于上述日本特開2006-242721號公報所記載的方法，限于加熱機構(gòu)的溫度上升 單元能向平坦面提供均勻熱量的情況，并且其膜厚必須是幾十μ m以上，因此不能評價(測 定)在玻璃預(yù)成型件表面形成的從亞納米到幾十納米級的碳薄膜的膜厚。另一方面，在上述日本特開2000-46525號公報中，作為現(xiàn)有技術(shù)，公開了根據(jù)成 膜前后的反射率的差異來計算膜厚的方法。上述方法通過分光光度計，按照每個波長檢測 針對從鹵素燈照射的可見光區(qū)域的光的反射率，來進行擬合(fitting)。但是鹵素燈和分 光光度計的價格較高，因此在日本特開2000-46525號公報中，作為通過廉價的裝置來測定 膜厚的方法，提出了利用多個半導(dǎo)體發(fā)光元件照射不同波長的光并對檢測值進行擬合的方 法。但是，該方法在多個反射率的實測值與預(yù)測值之間進行擬合，因為是與理論反射率進行 比較，因此由于其計算誤差而難以對數(shù)納米的膜厚差異進行討論。此外，進行擬合的方法還 存在這樣的問題，即，在不知道大約膜厚的情況下，膜厚計算需要較長的時間。如上所述，現(xiàn)有的膜厚測定方法存在以下問題很難進行簡便的測定，可應(yīng)用的覆 膜存在限制，以及缺乏通用性等。

發(fā)明內(nèi)容
在這種狀況下，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠簡便地測定形成在基體材料上的 覆膜的膜厚且通用性優(yōu)良的膜厚測定方法。為了到達上述目的，本發(fā)明人重復(fù)進行了精心研究，得到了在針對單一波長的光 的反射率變化與基體材料上的覆膜的膜厚之間良好的相關(guān)關(guān)系成立這一新見解，根據(jù)該見 解進一步重復(fù)研究，結(jié)果完成了本發(fā)明。SP，上述目的通過以下手段達到。[1] 一種形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其特征在于，該方法包括以下 步驟改變測試用覆膜的膜厚來進行兩次以上的下述處理在對于波長λ納米的光具 有表面反射率Rtl的測試用基體材料上形成所述測試用覆膜，測定該測試用覆膜對于所述 波長λ納米的光的表面反射率R'，由此導(dǎo)出所述測試用覆膜的膜厚與表面反射率變化量 (R' -Rtl)之間的關(guān)系式；以及測定膜厚測定對象的覆膜對于所述波長λ納米的光的表面反射率R，在所述關(guān)系 式中應(yīng)用該表面反射率R與所述測試用基體材料的表面反射率Rtl的差分(R-Rtl)作為所述 表面反射率變化量，由此求取所述膜厚測定對象的覆膜的厚度。
[2]根據(jù)[1]所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，使用與所述膜厚測定對象的覆膜相同的材料、并使用相同的成膜法，來形成所述測試用覆膜。[3]根據(jù)[1]所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，所述關(guān)系式 是在所述膜厚與所述表面反射率變化量(R' -R0)之間，相關(guān)系數(shù)為0. 6以上的關(guān)系成立的
一次函數(shù)。[4]根據(jù)[1]所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，形成有所述 膜厚測定對象的覆膜的基體材料由與所述測試用基體材料相同的材料構(gòu)成。[5]根據(jù)[1]所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，所述波長λ 納米是400 750納米的范圍。[6]根據(jù)[1]所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，所述差分 (R-R0)為 0. 01 以上。[7]根據(jù)[1]所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，所述膜厚測 定對象的覆膜的膜厚是0. 4 40納米的范圍。[8]根據(jù)[1]所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，所述膜厚測 定對象的覆膜是含碳膜。[9]根據(jù)[8]所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，所述含碳膜 的含碳率為65%原子百分比以上。[10]根據(jù)[1]所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，形成有所 述膜厚測定對象的覆膜的基體材料由玻璃構(gòu)成。[11]根據(jù)[1]所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，形成有所 述膜厚測定對象的覆膜的基體材料的表面是平面或曲面形狀。[12] 一種玻璃光學(xué)元件制造方法，該方法在使預(yù)成型且在表面具有覆膜的玻璃坯 料加熱軟化的狀態(tài)下進行沖壓成型，由此轉(zhuǎn)印成型模具的成型面，其特征在于，對下述玻璃坯料進行所述沖壓成型，關(guān)于該玻璃坯料，通過1至11中任一項所述 的方法對所述覆膜的膜厚進行測定，所測定的膜厚在預(yù)先設(shè)定的基準范圍內(nèi)。[13] 一種玻璃光學(xué)元件制造方法，其特征在于，該方法包括準備玻璃坯料批次的工序，該玻璃坯料批次包括多個預(yù)成型且在表面具有覆膜的 玻璃坯料；從所述批次提取至少一個玻璃坯料的工序；通過1至11中任一項所述的方法來測定所述提取出的玻璃坯料表面的覆膜的膜 厚的工序；以及通過在加熱軟化了下述玻璃坯料的狀態(tài)下進行沖壓成型，來轉(zhuǎn)印成型模具的成型 面的工序，該玻璃坯料與所述測定的膜厚在預(yù)先設(shè)定的基準范圍內(nèi)的玻璃坯料在同一批次 內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，能夠非破壞性地且容易地測定形成在基板上的覆膜的膜厚。


圖1示出實施例1的反射率變化量與碳薄膜的膜厚之間的關(guān)系。圖2示出在實施例1中計算出的碳薄膜的膜厚與成膜時間之間的關(guān)系。
圖3示出實施例2的反射率變化量與碳薄膜的膜厚之間的關(guān)系。圖4示出在實施例2中計算出的碳薄膜的膜厚與基于AFM的膜厚測定值之間的關(guān)系。圖5是利用參考例1得到的反射率譜。圖6示出在實施例3中形成在預(yù)成型件上的碳薄膜的膜厚分布。圖7示出在實施例4中形成在預(yù)成型件上的碳薄膜的膜厚分布。
具體實施例方式[膜厚測定方法]本發(fā)明涉及形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法(以下還稱作“膜厚測定方 法”或“測定方法”)。本發(fā)明的測定方法包括以下工序(1)改變測試用覆膜的膜厚來進行兩次以上下述處理在針對波長λ納米的光具 有表面反射率Rtl的測試用基體材料上，形成所述測試用覆膜，測定該測試用覆膜針對所述 波長λ納米的光的表面反射率R'，由此導(dǎo)出所述測試用覆膜的膜厚與表面反射率變化量 (R' -Rq)之間的關(guān)系式(以下稱作“關(guān)系式導(dǎo)出工序”)；以及(2)測定膜厚測定對象的覆膜(以下還稱作“測定對象覆膜”)針對所述波長λ納 米的光的表面反射率R，在所述關(guān)系式中應(yīng)用該表面反射率R與所述測試用基體材料的表 面反射率Rtl之間的差分(R-Rtl)作為所述表面反射率變化量，由此求取所述膜厚測定對象的 覆膜的厚度(以下稱作“膜厚計算工序”)。以下，依次說明各工序的詳細情況。關(guān)系式導(dǎo)出工序在本工序中，改變測試用覆膜的膜厚來進行兩次以上下述處理在針對波長λ納 米的光具有表面反射率R0的測試用基體材料上，形成所述測試用覆膜，測定該測試用覆膜 針對所述波長λ納米的光的表面反射率R'。由此可以在曲線圖上標繪兩點以上關(guān)于膜 厚已知的測試用覆膜的厚度與表面反射率變化量(R' -R0)之間的關(guān)系，因此可以例如通 過最小二乘法擬合該曲線，從而作為一次函數(shù)求得測試用覆膜的膜厚與表面反射率變化量 (R' -R0)之間的關(guān)系式。這樣求得的關(guān)系式可以在后述的膜厚計算工序中用作針對膜厚 未知的覆膜的膜厚與反射率之間的檢量線。在前述的日本特開2000-46525號公報所記載 的方法中，需要針對多個波長的每一個檢測反射率來進行擬合，與此相對，在本發(fā)明中僅使 用針對單一波長的光的反射率，因此比較簡易，而且由于擬合誤差非常少，因此可以進行可 靠性較高的測定?？梢酝ㄟ^以下反射率測定裝置來測定未成膜狀態(tài)的測試用基體材料和各測試用 覆膜的表面反射率，該反射率測定裝置是可以通過干涉光分光法來測定反射率的裝置，具 體而言，該反射率測定裝置具有光投影單元、反射光受光單元及其分析單元，可以對被測定 面針對照射的光的反射率特性進行檢測和分析。反射率測定裝置可以利用物鏡使照射光成 為微小光點(例如Φ60 μ m左右)，由于被測定面即使是曲面也能垂直地反射照射光，因此 不論被測定面的形狀如何都能進行反射率的測定，這是可取的。此外，如果是能夠截止作為 來自被測定面以外的光的反射光(例如背面反射光)的裝置，則可以準確地僅測定被測定面的反射率，因此是優(yōu)選的。并且，如果是具有平焦場光柵(衍射光柵)和線傳感器的裝置，則可以進行高速測定。作為這種裝置，可以列舉例如奧林巴斯公司制造的USPM-RU、涉谷光 學(xué)公司制造的SBFM-R等。在通過反射率測定得到的反射率譜中，可以通過讀取波長λ納米的反射率，來求 取未成膜狀態(tài)的測試用基體材料和各覆膜針對波長λ納米的光的表面反射率。所述波長 λ納米沒有特別限定，但優(yōu)選處于能夠由普通反射率測定裝置測定的可見光區(qū)域，具體而 言，優(yōu)選處于400 750納米的范圍。在本發(fā)明中為了進行可靠性高的測定，優(yōu)選使用與在后述的膜厚計算工序中求取 膜厚的測定對象覆膜相同的材料，來形成測試用覆膜，并且使用同一成膜法來進行。在后文 中詳細描述成膜材料和成膜方法。為了導(dǎo)出測試用覆膜的膜厚與表面反射率變化量(R' -R0)之間的關(guān)系式，至少需 要標繪兩個點。因此，在本工序中，改變測試用覆膜的膜厚來進行兩次以上從形成測試用覆 膜到測定表面反射率的操作。為了提高測定精度，優(yōu)選對上述操作進行3 4次、或者更多。為了導(dǎo)出形成在測試用基體材料上的測試用覆膜的膜厚與表面反射率變化量之 間的關(guān)系式，需要測試用覆膜的膜厚的值。雖然可以使用在成膜時設(shè)定的膜厚作為用于導(dǎo) 出上述關(guān)系式的膜厚，但為了提高測定精度，優(yōu)選對測試用覆膜的膜厚進行測定?？梢酝ㄟ^ AFM、XPS等公知的膜厚測定手段來對測試用覆膜的膜厚進行測定。如上前述，AFM、XPS等 不適合作為形成在曲面形狀的表面上的覆膜的膜厚測定手段。因此，為了通過上述公知的 膜厚測定手段來進行膜厚測定，優(yōu)選測試用基體材料的表面是平面的。根據(jù)以上，針對各測試用覆膜，求取了膜厚的值和表面反射率變化量(R' -R0)的 值。接下來，在例如以縱軸為膜厚、橫軸為表面反射率變化量(R' -R0)的圖表中標繪各值， 并通過最小二乘法等進行擬合，由此可以作為一次函數(shù)(具體而言，下述式1)求得測試用 覆膜的膜厚與表面反射率變化量(R' -R0)之間的關(guān)系式。式1表面反射率變化量(R' -R0) = aX膜厚_b(在式1中，a和b是分別通過擬合求出的常數(shù)。)在統(tǒng)計學(xué)上，通常使用相關(guān)系數(shù)作為表示兩個變量的關(guān)聯(lián)性強度的指標，如下示 出針對相關(guān)系數(shù)范圍的相關(guān)強度。0 0. 2幾乎不相關(guān)0. 2 0. 4稍微相關(guān)0.4 0.7相當相關(guān)0. 7 1強烈相關(guān)如果相關(guān)系數(shù)為0. 4以上，則可以說兩個變量之間存在關(guān)聯(lián)性。通常，在小于0. 6 的相關(guān)系數(shù)的情況下，大多憑經(jīng)驗判定為“實驗方法存在問題”。但是，“相關(guān)系數(shù)0.6以上” 是經(jīng)驗值，從統(tǒng)計學(xué)的觀點來看，可以說即使是0.4以上也沒有問題。在本發(fā)明中，在上述 一次函數(shù)中，在膜厚與表面反射率變化量(R' -R0)之間，例如相關(guān)系數(shù)為0. 4以上(甚至 0.6以上)的關(guān)系可以成立。膜厚計算工序本工序是這樣的工序?qū)⒃谇笆鲫P(guān)系式導(dǎo)出工序中得到的關(guān)系式作為檢量線，通 過反射率測定這一簡易方法來求取膜厚未知的覆膜的膜厚?？梢耘c前述同樣地進行測定對象覆膜針對波長λ納米的光的表面反射率R的測定。而且，通過在關(guān)系式導(dǎo)出工序中導(dǎo)出 的關(guān)系式中，應(yīng)用所測定的表面反射率R與所述測試用基體材料的表面反射率Rtl之間的差 分(R-Rtl)作為所述表面反射率變化量即(R' -R0)，由此可以計算測定對象覆膜的膜厚。所 述差分(R-Rtl)越大，反射率測定的誤差越小，越能實現(xiàn)高靈敏度。從這一觀點出發(fā)，所述差 分(R-Rtl)優(yōu)選為0.01以上，更優(yōu)選為0. 1以上。雖然還取決于測定對象覆膜和基體材料的 材質(zhì)，但如果是通常的基體材料和覆膜的組合，如果是0. 4納米以上的膜厚，則可以成為所 述優(yōu)選的差分，因此優(yōu)選將本發(fā)明應(yīng)用于膜厚為0. 4納米以上的覆膜的膜厚測定方法。此 夕卜，從測定精度的觀點出發(fā)，優(yōu)選對膜厚40納米以下的覆膜應(yīng)用本發(fā)明的測定方法。從高 靈敏度/高精度測定的觀點出發(fā)，優(yōu)選針對膜厚為0. 4 20納米的覆膜，應(yīng)用本發(fā)明的測 定方法。根據(jù)本發(fā)明的測定方法，可以進行上述納米級的膜厚測定。此外，對于形成有測定對象覆膜的基體材料，優(yōu)選針對波長λ納米的光的表面反 射率與測試用基體材料相同，從這方面考慮，優(yōu)選利用與測試用基體材料相同的材料來構(gòu) 成。但是，在形成測定對象覆膜的基體材料針對波長λ納米的光的表面反射率與測試用基體材料不同的情況下，如果在所述關(guān)系式中應(yīng)用對表面反射率的不同進行校正的校正值， 則可以進行可靠性較高的測定。根據(jù)本發(fā)明，可以通過實施以上所說明的關(guān)系式導(dǎo)出工序和膜厚計算工序，來測 定形成在各種基體材料上的膜厚未知的覆膜的膜厚。接著，說明本發(fā)明的測定方法的具體方式和優(yōu)選方式。不論基體材料的材質(zhì)和形狀、覆膜的材質(zhì)和膜厚，均可應(yīng)用本發(fā)明的測定方法。例 如作為基體材料，可以列舉由玻璃、金屬、塑料等各種材料構(gòu)成的基體材料，作為覆膜，可以 列舉碳系覆膜、金屬氮化物系覆膜、金屬碳化物系覆膜等各種覆膜。測定對象的覆膜可以通 過蒸鍍法、濺射法或離子鍍法等成膜法來形成。此外，如前所述，從測定精度的角度出發(fā)，優(yōu) 選使用與測定對象覆膜相同的材料和相同的成膜法來形成測試用覆膜。此處，“相同的材 料”例如是具有相同成分的成膜材料，“相同的成膜法”是相同種類的成膜法，不要求相同的 成膜條件。但是，為了進行可靠性高的測定，優(yōu)選利用與測定對象覆膜相同的成膜條件來形 成測試用覆膜。在反射率測定中，如前所述可以進行基于微小光點的測定。由此，利用反射率測定 的本發(fā)明的測定方法可以測定形成在平面形狀、曲面形狀等各種形狀的基體材料上的覆膜 的膜厚。因此，根據(jù)本發(fā)明的測定方法，可以測定對于AFM、XPS等而言測定困難的、在預(yù)成 型的玻璃坯料(玻璃預(yù)成型件)上形成的含碳膜等薄膜的膜厚。以下，說明可應(yīng)用本發(fā)明的測定方法的玻璃預(yù)成型件以及該預(yù)成型件上的薄膜。 但是本發(fā)明的測定方法不限于如下所述的方式。上述玻璃預(yù)成型件例如是球面形狀、扁平球狀等曲面形狀、或平板狀等，如上所述 其形狀沒有特別限定。玻璃預(yù)成型件表面的薄膜可以通過蒸鍍法、濺射法或離子鍍法等成 膜法來形成。作為玻璃預(yù)成型件上的薄膜，公知有含碳膜、金屬氮化物膜、金屬碳化物膜等。本 發(fā)明的測定方法可應(yīng)用于上述任意一種膜，但為了能夠進行與玻璃表面的反射率間的差異 較大的高精度測定，優(yōu)選含碳覆膜。含碳膜除了碳以外，還可以包括氫等其他物質(zhì)，但從與 玻璃表面的反射率差這一點出發(fā)，優(yōu)選含碳率為65%原子百分比以上，更優(yōu)選為80%原子百分比以上，進一步優(yōu)選為80 100%原子百分比。此外，所述含碳膜中碳的存在狀態(tài)沒有 特別限定，可以僅是石墨碳，也可以僅是無定形碳，還可以是包括兩者的物質(zhì)。如前所述，上 述含碳膜的膜厚優(yōu)選為0. 4納米以上、40納米以下，更優(yōu)選為0. 4 20納米的范圍。[玻璃光學(xué)元件的制造方法] 本發(fā)明第一方式的玻璃光學(xué)元件制造方法(以下稱作“制法1”)，該方法在使預(yù)成 型且在表面具有覆膜的玻璃坯料加熱軟化的狀態(tài)下進行沖壓成型，由此轉(zhuǎn)印成型模具的成 型面，其特征在于，對下述玻璃坯料進行所述沖壓成型，關(guān)于該玻璃坯料，通過本發(fā)明的測定方法對 所述覆膜的膜厚進行測定，所測定的膜厚在預(yù)先設(shè)定的基準范圍內(nèi)。本發(fā)明第二方式的玻璃光學(xué)元件制造方法(以下稱作“制法2”)包括以下工序準備玻璃坯料批次的工序，該玻璃坯料批次包括多個預(yù)成型且在表面具有覆膜的 玻璃坯料；從所述批次提取至少一個玻璃坯料的工序；通過本發(fā)明的測定方法來測定所述提取出的玻璃坯料表面的覆膜的膜厚的工序； 以及通過在加熱軟化了下述玻璃坯料的狀態(tài)下進行沖壓成型，來轉(zhuǎn)印成型模具的成型 面的工序，該玻璃坯料與所述測定的膜厚在預(yù)先設(shè)定的基準范圍內(nèi)的玻璃坯料在同一批次 內(nèi)。以下，結(jié)合制法1和制法2稱為本發(fā)明的制造方法。制法1對通過本發(fā)明的測定方法確認了形成有期望膜厚的覆膜的玻璃坯料施加 沖壓成型。另一方面，制法2對從同一批次內(nèi)取樣的玻璃坯料，通過本發(fā)明的測定方法進行 膜厚測定，對與確認了形成有期望膜厚的覆膜的玻璃坯料在同一批次內(nèi)的玻璃坯料施加沖 壓成型。制法1是進行所謂的全數(shù)檢查的方式，制法2是進行所謂取樣檢查的方式。在制法1、2的任意一個中，所述覆膜都可以是為了提高脫模性而形成的薄膜。如 之前所說明那樣，在玻璃坯料上為了提高脫模性而設(shè)置的薄膜沒有形成為期望膜厚的情況 下，可能對成型的玻璃光學(xué)元件的各種特性帶來不良影響。對此，在制法1、2的任意一個 中，在確認了形成有期望膜厚的覆膜之后進行沖壓成型，因此能夠制造高品質(zhì)的玻璃光學(xué) 元件。以下，更詳細地說明本發(fā)明的制造方法。所述玻璃坯料可以預(yù)成型為球形狀、扁平的球狀、平板狀等形狀。但是，在本發(fā)明 的制造方法中使用的玻璃坯料不限于這些形狀。另外，將從熔融玻璃中流出預(yù)定重量并熱 壓成型后的上述形狀的玻璃坯料直接提供給沖壓成型，這一方法既簡便又經(jīng)濟，因此是優(yōu) 選的。另外，本發(fā)明的制造方法適于作為無需設(shè)置使成型的玻璃光學(xué)元件的形狀近似的研 磨工序等就可得到玻璃光學(xué)元件的精密沖壓成型法，但也可以在沖壓成型后進行磨削、研 磨等后續(xù)工序并得到玻璃光學(xué)元件。作為形成在所述玻璃坯料表面的覆膜，優(yōu)選含碳膜。其詳細情況如前所述。在本發(fā)明的制造方法中，對下述玻璃坯料實施沖壓成型，該玻璃坯料根據(jù)本發(fā)明 的測定方法進行全數(shù)檢查(制法1)或取樣檢查(制法2)從而確認了形成有期望膜厚的覆 膜。這里，用于選擇玻璃坯料的膜厚的基準范圍沒有特別限定，只要根據(jù)待成型的玻璃坯料的材質(zhì)、沖壓成型條件和待成型的光學(xué)元件的形狀等進行設(shè)定即可。作為在沖壓成型時使用的成型模具，可以沒有任何限制地使用在通常的玻璃光學(xué) 元件的成型中使用的成型模具，但是優(yōu)選具有充分耐熱性和剛性、對細致材料進行精密加 工而成的成型模具。例如可以列舉碳化硅、氮化硅、碳化鎢、氧化鋁、碳化鈦、不銹鋼等金屬， 或在這些表面上覆蓋了碳、耐熱金屬、貴金屬合金、碳化物、氮化物、硼化物等脫模膜的成型 模具。 作為覆蓋成型模具的成型面的脫模膜，從脫模性的角度出發(fā)，優(yōu)選含碳膜。作為該 含碳膜，優(yōu)選使用由非晶質(zhì)和/或結(jié)晶質(zhì)的單一成分層或混合層構(gòu)成的含碳膜，由石墨和/ 或金剛石的單一成分層或混合層構(gòu)成的含碳膜。該碳膜可以使用濺射法、等離子體CVD法、 CVD法、離子鍍法等方法來成膜。本發(fā)明的測定方法還適于作為這種成型模具成型面上的脫 模膜的膜厚測定方法。本發(fā)明的制造方法中的沖壓成型可以利用公知手段來進行。優(yōu)選通過加熱、軟化 到玻璃坯料的粘度為IO5 IOuiCipa · S的溫度范圍，用上下模具對玻璃坯料進行按壓，從 而將上下模具的成型面轉(zhuǎn)印到玻璃坯料上。也可以在成型模具中導(dǎo)入玻璃坯料，使玻璃坯 料和成型模具同時升溫到上述溫度范圍、或者分別使玻璃坯料和成型模具升溫到上述溫度 范圍后，將玻璃坯料配置在成型模具內(nèi)。此外，也可以采用以下工序分別預(yù)先將玻璃坯料 加熱到相當于IO5 109dpa · S粘度的溫度、將成型模具加熱到相當于玻璃粘度為IO9 1012dPa · s的溫度，向成型模具供給玻璃坯料后立即沖壓成型。此時，成型模具的溫度變化 量可以比較小，因此具有以下效果能縮短成型裝置的升溫/降溫周期，并且能抑制由于成 型模具的發(fā)熱導(dǎo)致的劣化。無論哪種情況，優(yōu)選的是，在沖壓成型開始時或開始后開始冷 卻、應(yīng)用適當?shù)呢撦d進度表，并且一邊維持成型面與玻璃坯料的緊貼一邊降溫。之后，可以 將脫模成型后的光學(xué)元件取出。脫模溫度優(yōu)選設(shè)為相當于玻璃粘度IO12 5 1013 5dPa-S的 溫度。本發(fā)明的制造方法可以有效地應(yīng)用于制造透鏡、反射鏡、光柵、棱鏡、微透鏡、層疊 型衍射光學(xué)元件等光學(xué)元件。并且，可應(yīng)用于本發(fā)明的玻璃種類并無特殊限制。特別地，本 發(fā)明有效應(yīng)用于容易破裂的硼酸鹽系玻璃、磷酸鹽系玻璃、硼磷酸鹽系玻璃、氟磷酸鹽系玻
J-pg -rf- ο[實施例]以下，通過實施例來進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于實施例所示的方式。以下 所述的反射率測定是使用奧林巴斯公司制造的USPM-RU進行的。膜厚測定的實施例[實施例1]關(guān)系式導(dǎo)出工序首先，在具有研磨平面的玻璃基板的該研磨平面上，得到可見光區(qū)域的反射率譜。接著，在上述玻璃基板的研磨平面上，重復(fù)4次通過使用氬的DC濺射法形成碳薄 膜的操作，在各成膜后，對成膜后的碳薄膜表面的可見光區(qū)域的反射率譜進行測定，并進行 基于XPS的膜厚測定。從得到的反射率譜中讀取波長500納米、600納米、700納米處的反射率，計算在各
波長下與玻璃基板的研磨平面的反射率之間的差分，作為反射率變化量。
圖1示出通過以上處理得到的反射率變化量與碳薄膜的膜厚之間的關(guān)系。根據(jù)圖1的結(jié)果可知，不論測定波長如何，膜厚與反射率變化量之間直線關(guān)系成立。因此，通過最小二乘法對圖1中波長500納米的數(shù)據(jù)點進行擬合后，得到以下的關(guān) 系式(式A')。同樣地，圖1中的右表示出了通過最小二乘法對波長600納米、波長700 納米的數(shù)據(jù)點進行擬合的結(jié)果。式A ‘反射率變化量=0. 4651 X膜厚-0. 3583如圖1中的右表所示，各測定波長上膜厚與反射率變化量之間的關(guān)系式成為能判 斷良好的相關(guān)關(guān)系成立的相關(guān)系數(shù)為0. 6以上的一次函數(shù)。接著，對上述式A'進行變形，得到以下的關(guān)系式(式A)。式A膜厚(納米)=2·15Χ反射率變化量(點)+0.77膜厚計算工序在由與上述玻璃基板相同的材料構(gòu)成、進行了相同的研磨處理的玻璃基板的研磨 面上，使用與上述(1)相同的成膜材料，利用DC濺射法，通過改變成膜時間來形成不同膜厚 的碳薄膜。針對各碳薄膜，測定反射率譜，在得到的譜上讀取波長500納米處的反射率。接 著，從讀取出的反射率中，減去在上述(1)中測定出的玻璃基板的研磨平面上的針對波長 500納米的光的反射率，來計算差分。將計算出的差分作為“反射率變化量”代入到式Α，計 算出膜厚。圖2示出所計算的膜厚與成膜時間之間的關(guān)系。已知一般在濺射法中膜厚與成膜時間之間表現(xiàn)為直線關(guān)系。如圖2所示，使用式A 得到的膜厚相對于成膜時間表現(xiàn)為正相關(guān)，當其相關(guān)系數(shù)為0. 995時，表現(xiàn)為非常好的值。 根據(jù)該結(jié)果可確認，可以通過本發(fā)明的測定方法來進行可靠性高的膜厚測定。此外，關(guān)于對玻璃預(yù)成型件表面進行了平面研磨的面，進行了與上述相同的基于 反射率的膜厚測定、和基于AFM的膜厚測定后，相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)為良好的值。[實施例2]關(guān)系式導(dǎo)出工序除了將成膜法從濺射法更改為真空蒸鍍法這一點以外，進行與實施例1相同的操 作，求出波長500納米下碳薄膜的反射率變化量與膜厚之間的關(guān)系。圖3示出所得到的結(jié) 果。如圖3所示，與使用濺射法的實施例1同樣，在反射率變化量與膜厚之間直線關(guān)系成立。 通過最小二乘法對圖3中的數(shù)據(jù)點進行擬合后，得到以下的關(guān)系式(式B')。式B'反射率變化量=0.7194Χ膜厚-0.2374如圖3所示，上述式B'的相關(guān)系數(shù)為0.6以上(相關(guān)系數(shù)1)，因此可以判斷為在膜厚與反射率變化量之間良好的相關(guān)關(guān)系成立。接著，對上述式B'進行變形，得到以下的關(guān)系式(式B)。式B膜厚(納米)=1. 39Χ反射率變化量(點)+0· 33膜厚計算工序在由與在上述⑴中進行反射率測定的玻璃基板相同的材料構(gòu)成、進行了相同研 磨處理的玻璃基板的研磨面上，使用與上述(1)相同的成膜材料，利用真空蒸鍍法，通過改 變成膜時間來形成不同膜厚的碳薄膜。針對各碳薄膜，在進行了基于AFM的膜厚測定后，測 定反射率譜，在得到的譜上讀取波長500納米處的反射率。接著，從讀取的反射率中，減去在上述(1)中測定的玻璃基板的研磨平面上針對波長500納米的光的反射率，來計算差分。 將計算出的差分作為“反射率變化量”代入到式B，計算出膜厚。圖4示出所計算的膜厚與 基于AFM的膜厚測定值之間的關(guān)系。在圖4中，橫軸是基于AFM的膜厚測定值，縱軸是通過 式B計算出的膜厚。根據(jù)圖4可知，在兩者之間1 1的關(guān)系成立，其相關(guān)系數(shù)為0.975時， 表現(xiàn)為非常好的相關(guān)關(guān)系。根據(jù)該結(jié)果也可確認，可以通過本發(fā)明的測定方法來進行可靠 性高的膜厚測定。根據(jù)以上的結(jié)果可知，可以通過預(yù)先求取膜厚和任意波長下的反射率變化量，并將其設(shè)為檢量線，從而利用反射率測定這一非破壞非接觸的方法來測定各種覆膜的膜厚。 此外，在大氣中常溫下，測定面即使是平面以外，也能夠進行反射率測定，因此本發(fā)明的測 定方法作為簡易的膜厚測定法，是非常有用的。[參考例]圖5示出通過濺射法成膜的具有不同膜厚的碳薄膜的可見光區(qū)域的反射率譜。在 圖5中，圖例為通過XPS測定的碳薄膜的膜厚。根據(jù)圖5可知，各波長下的反射率根據(jù)碳薄 膜的膜厚而不同。此外，在圖5所示的譜中，在測定區(qū)域中不存在極小值，因此無法通過前 述的日本特開2000-251250號公報中記載的方法來進行膜厚測定。2.玻璃光學(xué)元件制造的實施例[實施例3]通過以下的方法，制造邊緣厚度為0. 6毫米的凸彎月透鏡。作為玻璃材料，使用硼酸鑭系玻璃(Η0ΥΑ(株式會社)制造的玻璃型號M-LAC 130)，通過熱壓成型來制作成型為具有曲面的期望形狀的預(yù)成型件。與預(yù)成型件的制作不同，將由與預(yù)成型件相同的玻璃材料構(gòu)成的平板(玻璃基 板)作為測試用基體材料，通過濺射法形成不同膜厚的碳薄膜(測試用覆膜)，利用與實施 例1、2同樣的方法來導(dǎo)出膜厚與反射率變化量(評價了波長500納米下的表面反射率)之 間的關(guān)系式。此外，確認了測試用基體材料針對波長500納米的光的表面反射率表現(xiàn)為與 預(yù)成型件表面針對波長500納米的光的表面反射率相同的值。接著，使用與測試用覆膜相同的成膜材料，通過濺射法在制作的預(yù)成型件表面形 成碳薄膜。通過改變成膜時間來調(diào)整膜厚，每同一成膜時間各制作10個預(yù)成型件。針對各 預(yù)成型件，通過測定波長500納米下的表面反射率，將(測定出的表面反射率-測試用基體 材料的表面反射率)的值代入上述關(guān)系式，由此計算出各預(yù)成型件上的碳薄膜的膜厚。圖6 示出碳薄膜的膜厚分布。此外，根據(jù)得到的膜厚計算值和上述透鏡的適當覆膜的膜厚范圍 所計算出的膜厚的工序能力指數(shù)是0. 171。之后，沖壓各預(yù)成型件并制造邊緣厚度為0.6毫米的凸彎月透鏡后，如果碳薄膜 的厚度小于2納米則在透鏡上產(chǎn)生裂紋，如果超過5納米則在得到的透鏡上產(chǎn)生磨花。因 此，可以說在本方式中適于在沖壓工序進行處理的碳薄膜的厚度為2 5納米。另一方面， 如圖6所示，碳薄膜的膜厚范圍為1 6納米。盡管每次成膜時間對10個預(yù)成型件實施了 成膜處理，但如圖6所示，膜厚3納米的預(yù)成型件最多，并且對于一部分的預(yù)成型件而言碳 薄膜的厚度超過了適于在沖壓工序中進行處理的范圍，由此可知，在本方式中優(yōu)選在沖壓 工序之前進行全數(shù)檢查。因此，利用與上述相同的方法進行預(yù)成型件的制作、碳薄膜的成膜和使用關(guān)系式的膜厚計算(全數(shù)檢查)，僅選擇膜厚計算值為2 5納米的預(yù)成型件并在沖壓工序中進行 處理，結(jié)果，無論在哪個成型后的透鏡中都不會觀察到裂紋或磨花。為了參照，對沒有進行 選擇的預(yù)成型件進行沖壓，如果膜厚小于2納米則在透鏡上產(chǎn)生裂紋并很難繼續(xù)沖壓，如 果膜厚超過5納米則在透鏡上產(chǎn)生磨花，為了作為產(chǎn)品進行發(fā)貨，需要去除磨花的工序。[實施例4] 通過以下的方法，制造中心厚度為2. 6毫米的雙凸透鏡。作為玻璃材料，使用硅硼酸鹽系玻璃(Η0ΥΑ (株式會社)制造的玻璃型號M-BA⑶ 12)，通過熱壓成型來制作成型為具有曲面的期望形狀的預(yù)成型件。與預(yù)成型件的制作不同，將由與預(yù)成型件相同的玻璃材料構(gòu)成的平板(玻璃基 板)作為測試用基體材料，通過濺射法形成不同膜厚的碳薄膜(測試用覆膜)，利用與實施 例1、2同樣的方法來導(dǎo)出膜厚與反射率變化量(評價了波長500納米下的表面反射率)之 間的關(guān)系式。此外，確認了測試用基體材料針對波長500納米的光的表面反射率表現(xiàn)為與 預(yù)成型件表面針對波長500納米的光的表面反射率相同的值。接著，使用與測試用覆膜相同的成膜材料，通過濺射法在制作的預(yù)成型件表面形 成碳薄膜。通過改變成膜時間來調(diào)整膜厚，每同一成膜時間制作10個預(yù)成型件。針對各預(yù) 成型件，通過測定波長500納米下的表面反射率，將(所測定的表面反射率-測試用基體材 料的表面反射率)的值代入上述關(guān)系式，由此計算出各預(yù)成型件上的碳薄膜的膜厚。圖7 示出碳薄膜的膜厚分布。如圖7所示，碳薄膜的膜厚分布為2 6納米。此外，根據(jù)得到的 膜厚計算值和上述透鏡的適當覆膜的膜厚范圍所計算出的膜厚的工序能力指數(shù)是1. 409。之后，沖壓各預(yù)成型件并制造中心厚度2. 6毫米的雙凸透鏡，結(jié)果，無論在哪一個 透鏡中都不會觀察到裂紋或磨花。像這樣根據(jù)上述成膜條件，可以形成不產(chǎn)生裂紋和磨花 的膜厚的碳薄膜，工序能力指數(shù)也超過了可判斷為良好的作為通?；鶞手档?. 33，由此可 知，在本方式中進行取樣檢查即可，不進行基于全數(shù)檢查的膜厚測定。因此，利用與上述相同的方法進行預(yù)成型件的制作和碳薄膜的成膜，從同一批次 提取幾個預(yù)成型件，進行使用所述關(guān)系式的膜厚計算，確認形成了膜厚為2 5納米的碳覆 膜之后，在沖壓工序中使用各預(yù)成型件，在任一個成型后的透鏡中都不會觀察到裂紋或磨 花。根據(jù)以上所說明的實施例3和4的結(jié)果可知，通過本發(fā)明在進行了覆膜的全數(shù)檢 查或取樣檢查之后，在沖壓工序中僅使用合格品，由此能夠得到?jīng)]有磨花和裂紋的高品質(zhì) 的玻璃光學(xué)元件。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明可用于薄膜形成中的膜厚評價和膜厚管理。
權(quán)利要求
一種形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其特征在于，該方法包括以下步驟改變測試用覆膜的膜厚來進行兩次以上的下述處理在對于波長λ納米的光具有表面反射率R0的測試用基體材料上形成所述測試用覆膜，測定該測試用覆膜對于所述波長λ納米的光的表面反射率R′，由此導(dǎo)出所述測試用覆膜的膜厚與表面反射率變化量(R′-R0)之間的關(guān)系式；以及測定膜厚測定對象的覆膜對于所述波長λ納米的光的表面反射率R，在所述關(guān)系式中應(yīng)用該表面反射率R與所述測試用基體材料的表面反射率R0的差分(R-R0)作為所述表面反射率變化量，由此求取所述膜厚測定對象的覆膜的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，使用與所 述膜厚測定對象的覆膜相同的材料、并使用相同的成膜法，來形成所述測試用覆膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，所述關(guān)系 式是在所述膜厚與所述表面反射率變化量(R' -R0)之間，相關(guān)系數(shù)為0. 6以上的關(guān)系成立 的一次函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，形成有所 述膜厚測定對象的覆膜的基體材料由與所述測試用基體材料相同的材料構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，所述波長 λ納米是400 750納米的范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，所述差分 (R-R0)為 0. 01 以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，所述膜厚 測定對象的覆膜的膜厚是0. 4 40納米的范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，所述膜厚 測定對象的覆膜是含碳膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，所述含碳 膜的含碳率為65%原子百分比以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，形成有所 述膜厚測定對象的覆膜的基體材料由玻璃構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法，其中，形成有所 述膜厚測定對象的覆膜的基體材料的表面是平面或曲面形狀。
12.—種玻璃光學(xué)元件制造方法，該方法在使預(yù)成型且在表面具有覆膜的玻璃坯料加 熱軟化的狀態(tài)下進行沖壓成型，由此轉(zhuǎn)印成型模具的成型面，其特征在于，對下述玻璃坯料進行所述沖壓成型，關(guān)于該玻璃坯料，通過權(quán)利要求1至11中任一項 所述的方法對所述覆膜的膜厚進行測定，所測定的膜厚在預(yù)先設(shè)定的基準范圍內(nèi)。
13.一種玻璃光學(xué)元件制造方法，其特征在于，該方法包括準備玻璃坯料批次的工序，該玻璃坯料批次包括多個預(yù)成型且在表面具有覆膜的玻璃 坯料；從所述批次提取至少一個玻璃坯料的工序；通過權(quán)利要求1至11中任一項所述的方法來測定所述提取出的玻璃坯料表面的覆膜的膜厚的工序；以及通過在加熱軟化了下述玻璃坯料的狀態(tài)下進行沖壓成型，來轉(zhuǎn)印成型模具的成型面的工序，該玻璃坯料與所述測定的膜厚在預(yù)先設(shè)定的基準范圍內(nèi)的玻璃坯料在同一批次內(nèi)。
全文摘要
膜厚測定方法及玻璃光學(xué)元件的制造方法。本發(fā)明涉及形成在基體材料上的覆膜的膜厚測定方法。在本發(fā)明的方法中，改變測試用覆膜的膜厚來進行兩次以上的下述處理在對于波長λ納米的光具有表面反射率R0的測試用基體材料上形成所述測試用覆膜，測定該測試用覆膜對于所述波長λ納米的光的表面反射率R′，由此導(dǎo)出所述測試用覆膜的膜厚與表面反射率變化量(R′-R0)之間的關(guān)系式，測定膜厚測定對象的覆膜對于所述波長λ納米的光的表面反射率R，在所述關(guān)系式中應(yīng)用該表面反射率R與所述測試用基體材料的表面反射率R0的差分(R-R0)作為所述表面反射率變化量，由此求取所述膜厚測定對象的覆膜的厚度。
文檔編號G01B11/06GK101846498SQ20101013277
公開日2010年9月29日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者豬狩隆 申請人:Hoya株式會社