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JPH09263936A - Production of thin film and thin film - Google Patents

Production of thin film and thin film

Info

Publication number
JPH09263936A
JPH09263936A JP8073679A JP7367996A JPH09263936A JP H09263936 A JPH09263936 A JP H09263936A JP 8073679 A JP8073679 A JP 8073679A JP 7367996 A JP7367996 A JP 7367996A JP H09263936 A JPH09263936 A JP H09263936A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
mgf
raw material
thin film
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP8073679A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Oimizu
利明 生水
Nobuyoshi Toyohara
延好 豊原
Nobuaki Mitamura
宣明 三田村
Takeshi Kawamata
健 川俣
Tadashi Watanabe
正 渡邉
Hiroshi Ikeda
浩 池田
Norikazu Urata
憲和 浦田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP8073679A priority Critical patent/JPH09263936A/en
Publication of JPH09263936A publication Critical patent/JPH09263936A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a fluoride film free from light absorption by sputtering method at high speed. SOLUTION: The film is formed from a molecular state MgF2 on a substrate by using a granular MgF2 having 0.1-10mm particle diameter as a raw material of the film, applying high frequency power while introducing simultaneously one or more kinds of gases selected from oxygen or nitrogen and a fluorine- containing gas to generate plasma on the MgF2 , keeping the surface of the MgF2 at 650-1,100 deg.C by the plasma and sputtering MgF2 with a positive ion of the introduced gas to eject at least a part of the MgF2 in the molecular state.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高速で薄膜を製造
する方法に関し、特にスパッタリング法を用いて高速で
反射防止膜等の光学薄膜を製造する方法および該方法に
よって製造された薄膜に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a thin film at a high speed, and more particularly to a method for producing an optical thin film such as an antireflection film at a high speed by using a sputtering method and a thin film produced by the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、薄膜を形成する場合、手法の容易
さや成膜速度の速さ等の点から真空蒸着法が多く用いら
れてきた。反射防止膜やハーフミラー,エッジフィルタ
ー等の光学薄膜を形成する場合においてもこれは同様で
ある。
2. Description of the Related Art Conventionally, when forming a thin film, a vacuum vapor deposition method has been widely used because of its easiness in the method and the speed of film formation. This is the same when forming an optical thin film such as an antireflection film, a half mirror, or an edge filter.

【0003】一方、近年では光学薄膜やその他の薄膜に
おいても、真空蒸着法に比較して自動化・省力化・大面
積基板への適用性などの点で有利なスパッタリング法に
よるコーティングの要求が高まってきた。しかし、スパ
ッタリング法は真空蒸着法と比較して成膜速度が遅いと
いう欠点がある。金属膜の場合はそれでも実用レベルに
はあるが、その他の膜の場合には成膜速度が著しく遅い
ために工業的な普及が遅れがちであった。また、光学薄
膜として代表的な低屈折率物であるMgF2 等のフッ化
物をスパッタリングすると、Mg等とFとに解離してし
まい、膜中ではFが不足するため可視光の吸収が生じて
しまうという欠点があり、このことがスパッタリング法
を光学薄膜に適用する上での大きな障害となっていた。
On the other hand, in recent years, there has been an increasing demand for coating by an optical thin film and other thin films, which is advantageous in terms of automation, labor saving and applicability to a large area substrate as compared with the vacuum vapor deposition method. It was However, the sputtering method has a disadvantage that the film formation rate is lower than that of the vacuum evaporation method. In the case of a metal film, it is still at a practical level, but in the case of other films, the film-spreading rate is remarkably slow, so that industrial diffusion tends to be delayed. Further, when a fluoride such as MgF 2 which is a typical low refractive index material as an optical thin film is sputtered, it is dissociated into Mg and F and F is insufficient in the film, so that visible light is absorbed. However, this has been a major obstacle in applying the sputtering method to optical thin films.

【0004】特開平4−223401号公報にはスパッ
タリング法によって光学薄膜を形成する方法が記載され
ている。この方法はMgF2 をスパッタリングすると可
視光の吸収が生じるため、MgF2 にSiを添加したも
のをターゲットとしてスパッタリングし、これにより光
吸収の殆ど無い低屈折率膜を形成するものである。
Japanese Patent Laid-Open No. 4-223401 describes a method of forming an optical thin film by a sputtering method. In this method, when MgF 2 is sputtered, visible light is absorbed. Therefore, sputtering is performed by using MgF 2 with Si added as a target, thereby forming a low-refractive index film with almost no light absorption.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報記載の発明においては以下のような欠点がある。すな
わち、2.8W/cm以上の高周波電力を投入しても、
成膜速度は最高で10nm/分以下であり、成膜速度が
遅いというスパッタリング法の欠点を解消できていな
い。この成膜速度では、例えば可視域に適用される単層
の反射防止膜を形成するのに10分以上を要してしま
い、工業的な普及は困難となっている。
However, the invention described in the above publication has the following drawbacks. That is, even if a high frequency power of 2.8 W / cm or more is applied,
The film formation rate is 10 nm / min or less at the maximum, and the drawback of the sputtering method that the film formation rate is low cannot be solved. At this deposition rate, for example, it takes 10 minutes or more to form a single-layer antireflection film applied in the visible region, which makes industrial diffusion difficult.

【0006】また、本発明者が行った追実験によれば、
上記方法に従い板状のMgF2 上にSiウエハーを載置
したものをターゲットとしてスパッタリングを行って
も、可視域で光吸収が実用上問題無い程度であって、且
つ屈折率が1.4以下となるような膜を形成することは
できなかった。
According to a follow-up experiment conducted by the present inventor,
According to the above method, even if sputtering is performed with a plate-shaped MgF 2 on which a Si wafer is placed as a target, light absorption is practically no problem in the visible region, and the refractive index is 1.4 or less. It was not possible to form such a film.

【0007】本発明はこのような従来の問題点を考慮し
てなされたものであり、請求項1〜4はスパッタリング
法により薄膜を高速で形成できる方法、特にスパッタリ
ング法により光吸収のないフッ化物膜を高速で形成でき
る方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and claims 1 to 4 are methods for forming a thin film at a high speed by a sputtering method, and in particular, a fluoride which does not absorb light by the sputtering method. An object is to provide a method capable of forming a film at high speed.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、粒径
0.1〜10mmのフッ化物顆粒を膜原料とし、少なく
とも酸素,窒素または水素のいずれか1つを含むガスと
フッ素含有ガスとを同時に導入しながら、高周波電力を
投入して前記膜原料上にプラズマを発生せしめ、該プラ
ズマにより前記膜原料表面の温度を上昇させるととも
に、前記膜原料を前記導入ガスの正イオンでスパッタリ
ングすることにより、前記膜原料の少なくとも一部を分
子状態で跳びださせ、該分子状態の膜原料によって基板
上へ膜を形成することを特徴とする。
The invention according to claim 1 uses a fluoride granule having a particle diameter of 0.1 to 10 mm as a film raw material, and a gas containing at least one of oxygen, nitrogen or hydrogen, and a fluorine-containing gas. While simultaneously introducing and, high frequency power is applied to generate plasma on the film raw material, the temperature of the surface of the film raw material is raised by the plasma, and the film raw material is sputtered with positive ions of the introduced gas. Thus, at least a part of the film raw material is jumped out in a molecular state, and a film is formed on the substrate by the molecular raw material of the film.

【0009】光学的な用途の場合、一般的には薄膜の光
吸収が小さいことが望ましい。そのため、膜原料が所望
の薄膜と同じ組成の場合、跳び出す粒子の形態がバラバ
ラに解離して原子状となるよりは分子状となる方が望ま
しい。鋭意研究の結果、跳び出す粒子の形態はスパッタ
リング時に導入するガス種に依存することが解った。ス
パッタリングの際、一般的に用いられるAr等の不活性
ガスは跳び出す粒子を原子状にバラバラにしてしまいや
すい。一方、酸素,窒素または水素あるいはこれらを含
むガスは跳び出す粒子をバラバラにすることなく分子状
態で跳び出させる。
For optical applications, it is generally desirable for the thin film to have low light absorption. Therefore, when the film raw material has the same composition as that of the desired thin film, it is preferable that the shape of the jumped-out particles is in the molecular form rather than dissociated into the atomic form. As a result of diligent research, it was found that the morphology of jumping particles depends on the gas species introduced during sputtering. At the time of sputtering, generally used inert gas such as Ar tends to atomize the jumped-out particles into atoms. On the other hand, oxygen, nitrogen, hydrogen, or a gas containing these causes particles to jump out in a molecular state without breaking them apart.

【0010】従って、光学薄膜を製造する場合は特に、
少なくとも酸素,窒素または水素のいずれか1つを含ん
だガスを導入すると良い。しかし、フッ化物の場合には
完全に跳び出した粒子は化学量論比の状態を保てず、フ
ッ素が少し解離したものになってしまう。その解離した
フッ素を補うためにフッ素含有ガスを導入することによ
り膜原料と同じ組成の薄膜を形成することができる。
Therefore, especially when manufacturing an optical thin film,
It is advisable to introduce a gas containing at least one of oxygen, nitrogen and hydrogen. However, in the case of a fluoride, the completely jumped-out particles cannot maintain the stoichiometric state, and the fluorine is a little dissociated. By introducing a fluorine-containing gas to supplement the dissociated fluorine, a thin film having the same composition as the film raw material can be formed.

【0011】なお、酸素,窒素,水素やこれらを含むガ
スは膜原料をスパッタリングするのみで、膜原料と化合
することは殆ど無いと言って良い。従って、このように
して製造された光学薄膜は、膜原料を加熱して蒸発させ
ることによって基板上へ膜を形成させた場合とほぼ同じ
組成を持つものと考えて良い。
Incidentally, it can be said that oxygen, nitrogen, hydrogen or a gas containing these only sputters the film raw material and hardly mixes with the film raw material. Therefore, it can be considered that the optical thin film manufactured in this manner has substantially the same composition as that when the film is formed on the substrate by heating and evaporating the film raw material.

【0012】また、粒径が0.1mmよりも小さい場合
には材料の熱容量が小さくなりターゲット温度が上がら
ず、充分な成膜速度が得られず好ましくない。逆に、粒
径が10mmよりも大きい場合には材料の熱容量が大き
くなりターゲット温度が上がりすぎ、単なる蒸着になっ
てしまい好ましくない。
If the particle size is smaller than 0.1 mm, the heat capacity of the material becomes small, the target temperature does not rise, and a sufficient film formation rate cannot be obtained, which is not preferable. On the other hand, if the particle size is larger than 10 mm, the heat capacity of the material becomes large, the target temperature rises too much, and it is simply vapor deposition, which is not preferable.

【0013】請求項2の発明は、粒径0.1〜10mm
の顆粒状のMgF2 を膜原料とし、酸素または窒素のな
かから選ばれた1種以上のガスとフッ素含有ガスとを同
時に導入しながら、高周波電力を投入してMgF2 上に
プラズマを発生せしめ、該プラズマにより前記MgF2
表面の温度を650℃〜1100℃の間に保持するとと
もに、前記MgF2 を前記導入ガスの正イオンでスパッ
タリングすることにより、前記MgF2 の少なくとも一
部を分子状態で跳びださせ、該分子状態のMgF2 によ
って基板上へ膜を形成することを特徴とする薄膜の製造
方法である。
According to the second aspect of the invention, the particle size is 0.1 to 10 mm.
While using at least one kind of gas selected from oxygen and nitrogen and a fluorine-containing gas at the same time as the film raw material of MgF 2 in the form of granules, a high frequency power is applied to generate plasma on MgF 2. , The above-mentioned MgF 2 by the plasma
While maintaining the surface temperature between 650 ° C. and 1100 ° C., by sputtering the MgF 2 with positive ions of the introduced gas, at least a part of the MgF 2 is jumped out in a molecular state, The method for producing a thin film is characterized in that the film is formed on the substrate by MgF 2 of.

【0014】光学薄膜として特に有用なMgF2 のスパ
ッタリングの場合、ターゲットの表面温度が650℃以
上であればその成膜速度を十分に高めることができる。
一方、1100℃以上になると膜原料の蒸気圧は導入ガ
スの圧力と同程度にまで上昇し、蒸発分子がそのまま基
板に到達するようになり、単なる蒸着になってしまう。
蒸着の場合、スパッタリングの場合と異なり耐擦傷性が
低くなる。
In the case of sputtering MgF 2 which is particularly useful as an optical thin film, the film forming rate can be sufficiently increased if the surface temperature of the target is 650 ° C. or higher.
On the other hand, at 1100 ° C. or higher, the vapor pressure of the film raw material rises to the same level as the pressure of the introduced gas, and the vaporized molecules reach the substrate as they are, resulting in simple vapor deposition.
In the case of vapor deposition, unlike the case of sputtering, scratch resistance is low.

【0015】MgF2 の蒸着の場合、基板を300℃程
度まで加熱しなければ耐擦傷性が著しく低くなり実用に
耐えられないものとなってしまうが、基板を加熱しなく
ともターゲットの表面温度を650℃以上に保っていれ
ば耐擦傷性の高い膜が得られる。導入するガスとしては
前述のガスの中でも経済性,入手性,安全性等を考慮す
ると酸素または窒素が特に好ましい。
In the case of vapor deposition of MgF 2 , unless the substrate is heated up to about 300 ° C., the scratch resistance becomes extremely low and it cannot be practically used. However, even if the substrate is not heated, the surface temperature of the target can be reduced. If the temperature is kept at 650 ° C or higher, a film having high scratch resistance can be obtained. Among the above-mentioned gases, oxygen or nitrogen is particularly preferable as the gas to be introduced in view of economical efficiency, availability and safety.

【0016】なお、ターゲット材料から跳び出した分子
がプラズマ中の電子と衝突して正イオンになり、ターゲ
ットに衝突してスパッタリングするいわゆるセルフスパ
ッタリング現象を生じる場合があるが、膜原料がMgF
2 の場合はセルフスパッタリングによりターゲットから
跳び出す粒子の形態は分子状態となるようであり、特に
問題は無い。しかし、一部にはフッ素が解離した状態の
分子が存在するため、解離したフッ素を補うのにフッ素
含有ガスを導入する。
The molecules jumped from the target material may collide with electrons in the plasma to become positive ions and collide with the target to cause so-called self-sputtering phenomenon.
In the case of 2 , the shape of the particles jumping from the target by self-sputtering seems to be a molecular state, and there is no particular problem. However, since there are some molecules in which fluorine is dissociated, a fluorine-containing gas is introduced to supplement the dissociated fluorine.

【0017】以上のようにして製造された光学薄膜は、
化学量論比に近くて可視域での吸収が殆ど無く、その屈
折率は1.38程度となる。従って、この光学薄膜は単
層でも十分な反射防止効果を有し、レンズやプリズム,
光ファイバー,眼鏡,サングラス,ゴーグル等の光学部
品・機器類、ブラウン管や液晶等の表示素子,各種窓
材,スクリーン等への反射防止膜として使用できるもの
である。また、高屈折率膜と組み合わせた多層構成によ
り、より高性能な反射防止膜やその他ハーフミラーやエ
ッジフィルター等の光学薄膜を形成することができる。
The optical thin film produced as described above is
It is close to the stoichiometric ratio and has almost no absorption in the visible region, and its refractive index is about 1.38. Therefore, this optical thin film has a sufficient antireflection effect even if it is a single layer.
It can be used as an optical component / equipment such as an optical fiber, glasses, sunglasses, goggles, a display element such as a cathode ray tube or a liquid crystal, various window materials, and an antireflection film for a screen. In addition, a multi-layered structure in combination with a high refractive index film can form a higher performance antireflection film and other optical thin films such as a half mirror and an edge filter.

【0018】基板を加熱する必要がないことから、本技
術を適用できる材質については何等制限がない。光学ガ
ラスや窓ガラス等のガラス類,PMMAやポリカーボネ
ート,ポリオレフィン等の各種樹脂類,その他金属,セ
ラミックス等、どのようなものにも適用できる。基板の
形状についても、板状のものは勿論、フィルム状,球状
など特に制限は無い。
Since there is no need to heat the substrate, there is no limitation on the material to which the present technique can be applied. It can be applied to any kind of glass such as optical glass and window glass, various resins such as PMMA, polycarbonate and polyolefin, and other metals and ceramics. The shape of the substrate is not particularly limited to a plate shape, a film shape, or a spherical shape.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(実施の形態1)図1は本実施の形態で用いる成膜装置
の概略構成図である。1は真空槽で、この真空槽1の内
部上方には基板2が自転可能に設置されている。膜原料
である粒径1〜5mmのMgF2 顆粒3は石英製の皿4
に収納され、直径4インチ(約100mm)のマグネト
ロンカソード5上に載置されている。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a film forming apparatus used in this embodiment. Reference numeral 1 denotes a vacuum tank, and a substrate 2 is rotatably installed above the inside of the vacuum tank 1. MgF 2 granules 3 having a particle size of 1 to 5 mm, which is a raw material for the membrane, are made of quartz dishes 4
And is placed on the magnetron cathode 5 having a diameter of 4 inches (about 100 mm).

【0020】マグネトロンカソード5はマッチングボッ
クス6を介して13.56MHzの高周波電源7と接続
されている。また、マグネトロンカソード5の温度を一
定に保つため、マグネトロンカソード5の下面には水温
を20±0.5℃に制御した冷却水8が流れている。真
空槽1の側面にはそれぞれ異なったガス源に接続された
3つのガス導入口9,10,12が設けられている。マ
グネトロンカソード5と基板2との間にはシャッター1
1が設けられている。
The magnetron cathode 5 is connected to a high frequency power source 7 of 13.56 MHz via a matching box 6. Further, in order to keep the temperature of the magnetron cathode 5 constant, cooling water 8 whose water temperature is controlled to 20 ± 0.5 ° C. flows on the lower surface of the magnetron cathode 5. On the side surface of the vacuum chamber 1, three gas inlets 9, 10, 12 connected to different gas sources are provided. A shutter 1 is provided between the magnetron cathode 5 and the substrate 2.
1 is provided.

【0021】上記構成の装置を用いての薄膜の形成は、
まず屈折率1.75のLa系の光学ガラスである基板2
をセットし、7×10-5Paまで真空槽1内を排気す
る。その後、O2 ガスをガス導入口9から4×10-1
aまで、SF6 ガスをガス導入口12から0.4×10
-1Paまで導入する。次に、高周波電源7から電力をマ
グネトロンカソード5に供給し、プラズマを発生させ
る。
The formation of a thin film using the apparatus having the above structure is
First, the substrate 2 made of La-type optical glass having a refractive index of 1.75.
And the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated to 7 × 10 −5 Pa. After that, O 2 gas was introduced from the gas inlet 9 to 4 × 10 -1 P
up to a, SF 6 gas from the gas inlet 12 to 0.4 × 10
-Introduce up to 1 Pa. Next, electric power is supplied from the high frequency power source 7 to the magnetron cathode 5 to generate plasma.

【0022】MgF2 顆粒3はこのプラズマにより加熱
され、マグネトロンカソード5の下面を流れる冷却水8
による冷却能とつり合った温度に保持されるとともに、
スパッタリングされる。ここで、基板2を回転させ、シ
ャッター11を開くと、基板2上にMgF2 膜が形成さ
れる。光学的膜厚が130nmとなる時間を経過した
後、シャッター11を閉じた。
The MgF 2 granules 3 are heated by this plasma, and cooling water 8 flowing under the magnetron cathode 5 is introduced.
Is maintained at a temperature balanced with the cooling capacity of
Sputtered. Here, when the substrate 2 is rotated and the shutter 11 is opened, the MgF 2 film is formed on the substrate 2. The shutter 11 was closed after a lapse of time when the optical film thickness reached 130 nm.

【0023】成膜中のプラズマ発光スペクトルの波長を
調べると、投入電力が400W以上になるとMg原子の
他にMgF2 分子からの発光が認められ、膜原料の少な
くとも一部は分子状態で跳んでいることが確認された。
When the wavelength of the plasma emission spectrum during film formation was examined, when the input power was 400 W or more, light emission was observed from MgF 2 molecules in addition to Mg atoms, and at least a part of the film raw material jumped in the molecular state. Was confirmed.

【0024】ここで、投入電力を変えたときに顆粒3の
表面温度と基板2上の成膜速度とがどのように変化する
かを図2のグラフに示す。図2のグラフから、投入電力
が400W以上になると、顆粒3の表面温度が約650
℃以上にまで上昇し、成膜速度が急激に速くなっている
ことが解る。一方、投入電力が800Wになると、顆粒
3の表面温度が約1100℃にまで上昇している。
Here, the graph of FIG. 2 shows how the surface temperature of the granules 3 and the film formation rate on the substrate 2 change when the applied power is changed. From the graph of FIG. 2, when the input power is 400 W or more, the surface temperature of the granules 3 is about 650.
It can be seen that the temperature rises to ℃ or more and the film formation rate increases rapidly. On the other hand, when the input power is 800 W, the surface temperature of the granules 3 has risen to about 1100 ° C.

【0025】投入電力が400W〜800Wの間で形成
した膜をEPMAにより分析した結果、その組成比はM
g:Fが1:1.8〜1.99であり、投入電力が大き
い方がF量も多いという結果であった。プロセスガスと
して導入したO(酸素)は殆ど膜中に存在していないこ
とも確認された。また、FT−IRにより分析した結
果、Mgの膜中での状態は、Fとの結合は認められる
が、O(酸素)との結合は認められなかった。続いて、
XRDにより分析した結果、結晶性は低く、明確なピー
クは認められなかった。
As a result of the EPMA analysis of the film formed with an applied power of 400 W to 800 W, the composition ratio was M.
The g: F was 1: 1.8 to 1.99, and the result was that the larger the input power, the larger the amount of F. It was also confirmed that almost no O (oxygen) introduced as the process gas was present in the film. Further, as a result of analysis by FT-IR, the state of Mg in the film was such that the bond with F was recognized, but the bond with O (oxygen) was not recognized. continue,
As a result of analysis by XRD, the crystallinity was low and no clear peak was observed.

【0026】次に、膜にセロハンテープを貼り付けた後
に90°方向へ強く引き剥がすという、いわゆるテープ
剥離試験を実施したが、いずれの条件で製造した膜にお
いても剥離は生じなかった。また、アルコールにより湿
らせたレンズクリーニング用ペーパーで強くこすった後
に膜表面を肉眼にて観察する、いわゆる耐擦傷性試験を
実施したところ、投入電力800W未満のものでは全く
キズを生じなかったが、800Wのものでは薄く傷のは
いっているのが観察された。さらに、900Wのもので
は膜が容易に基板から剥離してしまった。
Next, a so-called tape peeling test was conducted in which a cellophane tape was attached to the film and then strongly peeled in the direction of 90 °, but no peeling occurred in the film produced under any conditions. Further, when a so-called scratch resistance test was conducted in which the film surface was visually inspected after being strongly rubbed with a lens cleaning paper moistened with alcohol, a scratch was not generated at all with an applied power of less than 800 W. It was observed that the one with 800 W had a thin scratch. Further, with 900 W, the film was easily peeled off from the substrate.

【0027】次に、本実施の形態の製造方法により製造
した反射防止膜の分光反射率の測定結果および分光エリ
プソメトリーによる屈折率nと吸収係数kの測定結果の
一例を図3〜図5のグラフに示す。このグラフから解る
ように、nは1.38程度、kは10-4以下であり、い
ずれも低屈折率光学膜として実用レベルにあるといって
よい。図3に示すように、反射率は中心波長で0.2%
以下まで落ちており、良好な反射防止特性を有してい
る。
Next, an example of the measurement result of the spectral reflectance of the antireflection film manufactured by the manufacturing method of the present embodiment and the measurement result of the refractive index n and the absorption coefficient k by spectroscopic ellipsometry are shown in FIGS. Shown in the graph. As can be seen from this graph, n is about 1.38 and k is 10 −4 or less, and it can be said that both are at a practical level as a low refractive index optical film. As shown in Fig. 3, the reflectance is 0.2% at the center wavelength.
It has fallen to the following level and has a good antireflection property.

【0028】なお、本実施の形態で用いる顆粒の粒径は
0.1mm〜10mmの範囲であれば同様の結果が得ら
れ、何等問題は無かった。導入するO2 ガスの圧力は5
×10-2Pa〜5Pa、SF6 ガスの圧力は0.5×1
-2Pa〜0.5Paのいずれの範囲でも、必要な投入
電力が多少異なるものの良好な光学特性および耐久性を
有する反射防止膜を得ることができた。また、本実施の
形態では酸素とSF6 とを導入して成膜したが、水素と
CF4 とを導入した場合も同様な結果が得られた。
Incidentally, if the particle size of the granules used in the present embodiment is in the range of 0.1 mm to 10 mm, similar results were obtained, and there was no problem. The pressure of the introduced O 2 gas is 5
× 10 -2 Pa to 5 Pa, SF 6 gas pressure is 0.5 × 1
In any range of 0 -2 Pa to 0.5 Pa, it was possible to obtain an antireflection film having good optical characteristics and durability although the required input power was slightly different. Further, although oxygen and SF 6 are introduced to form a film in the present embodiment, similar results are obtained when hydrogen and CF 4 are introduced.

【0029】(比較例1)MgF2 顆粒3の代わりにM
gF2 焼結体を用いて同様な実験を行った結果を図6の
グラフに示す。グラフから解るように、焼結体を用いた
場合は顆粒の場合と異なり、投入電力を大きくしても加
熱されにくく、温度は殆ど上昇しない。すなわち、通常
行われているスパッタリングの状態であり、成膜速度が
著しく遅く、実用的ではない。例えば、投入電力600
Wの場合、実施の形態1では成膜時間が18秒であった
が、本比較例で同じ膜厚のものを得ようとすると11分
を要する。また、本比較例で製造された薄膜は可視域で
吸収があり、光学的用途に用いることは不可能である。
(Comparative Example 1) Instead of MgF 2 granules 3, M
The result of the similar experiment using the gF 2 sintered body is shown in the graph of FIG. As can be seen from the graph, when the sintered body is used, unlike the case of the granule, it is difficult to be heated even if the input electric power is increased, and the temperature hardly rises. That is, it is a state of sputtering that is usually performed, and the film formation rate is extremely slow, which is not practical. For example, input power 600
In the case of W, the film formation time was 18 seconds in the first embodiment, but it takes 11 minutes to obtain the same film thickness in this comparative example. Further, the thin film produced in this comparative example has absorption in the visible region, and cannot be used for optical applications.

【0030】本比較例で製造された薄膜の組成比は、M
g:Fが1:1.5〜1.7であり、Fの量がかなり不
足していることが確認された。また、その結晶性はやや
高いことが確認された。
The composition ratio of the thin film produced in this comparative example is M
It was confirmed that g: F was 1: 1.5 to 1.7, and the amount of F was considerably insufficient. Further, it was confirmed that the crystallinity was slightly high.

【0031】(実施の形態2)本実施の形態では、実施
の形態1と同様な装置を用いて薄膜を形成した。まず、
ガス導入口9からN2 を1×10-1Paまで、ガス導入
口10からArを3×10-2Paまで、ガス導入口12
からCF4 を0.3×10-2Pa導入した。前記実施の
形態1と比較すると、温度の上昇はやや少な目で、投入
電力が500W以上でターゲット表面温度が650℃以
上にまで上昇した。
(Embodiment 2) In this embodiment, a thin film is formed by using the same apparatus as in the first embodiment. First,
Gas inlet 9 to N 2 up to 1 × 10 −1 Pa, gas inlet 10 to Ar up to 3 × 10 −2 Pa, gas inlet 12
Therefore, CF 4 was introduced at 0.3 × 10 −2 Pa. Compared to the first embodiment, the temperature rise was slightly small, and the target surface temperature rose to 650 ° C. or higher when the applied power was 500 W or higher.

【0032】投入電力650W,成膜時間21秒で基板
上に成膜した結果、膜の分光反射率は図3と全く同じに
なった。可視域での光吸収は1%以下で、十分実用レベ
ルにあった。前記実施の形態1と同様な各種試験を行っ
た結果、テープ剥離試験で剥離することはなく、また耐
擦傷性試験で傷が入ることもなかった。
As a result of forming a film on the substrate with an applied power of 650 W and a film forming time of 21 seconds, the spectral reflectance of the film was exactly the same as that in FIG. Light absorption in the visible region was 1% or less, which was at a practical level. As a result of performing various tests similar to those of the first embodiment, no peeling was observed in the tape peeling test, and no scratch was formed in the scratch resistance test.

【0033】なお、MgF2 に代えてLiF,Ca
2 ,SrF2 ,AlF3 ,GaF3 ,InF3 、ある
いはこれらの混合物、これらとMgF2 との混合物等で
も、必要な投入電力が異なるものの、いずれも光吸収が
無く、密着性・耐擦傷性に優れた膜を形成することがで
きた。これらは、いずれも屈折率1.4程度の低屈折率
物質であり、単層の反射防止膜として使用することがで
きた。また、本実施の形態では窒素とCF4 とを導入し
て成膜したが、水素または酸素とSF6 とを導入した場
合も同様な結果が得られた。
In place of MgF 2 , LiF, Ca
F 2, SrF 2, AlF 3 , GaF 3, InF 3, or mixtures thereof, in mixtures thereof with MgF 2, although the required input power is different, both without light absorption, adhesion property and scratch It was possible to form a film having excellent properties. All of these are low refractive index substances having a refractive index of about 1.4 and could be used as a single-layer antireflection film. Further, in the present embodiment, nitrogen and CF 4 were introduced to form a film, but similar results were obtained when hydrogen or oxygen and SF 6 were introduced.

【0034】(実施の形態3〜5)図7は実施の形態3
〜5で用いる成膜装置の概略構成図である。成膜装置
は、前記実施の形態1と同様な2つの真空槽1,1aを
使用し、ゲートバルブ21で仕切って接続したものであ
る。基板は図示省略した搬送装置により真空槽1と真空
槽1aとの間を搬送される。真空槽1aのマグネトロン
カソード5aは直流電源22に接続されている。
(Embodiment 3 to 5) FIG. 7 shows Embodiment 3
It is a schematic block diagram of the film-forming apparatus used by ~ 5. The film forming apparatus uses two vacuum chambers 1 and 1a similar to those in the first embodiment, which are partitioned by a gate valve 21 and connected. The substrate is transported between the vacuum chamber 1 and the vacuum chamber 1a by a transport device (not shown). The magnetron cathode 5 a of the vacuum chamber 1 a is connected to the DC power supply 22.

【0035】真空槽1では実施の形態1と同様の方法で
成膜した。真空槽1aでは、ターゲット3aとしてT
i,Ta,Zr等の金属板を用いる。ガス導入口9aか
らO2を、ガス導入口10aからArを導入し、DC反
応性スパッタリング法によりTiO2 ,Ta2 5 ,Z
rO2 等の高屈折率膜を基板上に形成する。
In the vacuum chamber 1, a film was formed by the same method as in the first embodiment. In the vacuum chamber 1a, T is used as the target 3a.
A metal plate such as i, Ta, or Zr is used. O2 was introduced from the gas inlet 9a, Ar was introduced from the gas inlet 10a, and TiO 2 , Ta 2 O 5 , and Z were formed by DC reactive sputtering.
A high refractive index film such as rO 2 is formed on the substrate.

【0036】基板上に、真空槽1と真空槽1aとを用
い、それぞれ所望する膜厚のMgF2と、TiO2 ,T
2 5 またはZrO2 等とを交互に形成することで、
反射防止膜やハーフミラーを形成した。膜構成を表1
に、分光特性を図8〜図10のグラフに示す。
On the substrate, the vacuum chamber 1 and the vacuum chamber 1a are used, and MgF 2 , TiO 2 and T having a desired film thickness are respectively formed.
By alternately forming a 2 O 5 or ZrO 2 or the like,
An antireflection film and a half mirror were formed. Table 1 shows the film configuration
In addition, the spectral characteristics are shown in the graphs of FIGS.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】図8の反射防止膜は、波長630nmで反
射率がほぼゼロになっており、単波長の反射防止効果に
優れたものである。図9の反射防止膜は、可視域である
波長400〜700nm全域で反射率がほぼ1%以下で
あり、CRT用の反射防止膜としてだけではなく、カメ
ラ,顕微鏡等の高精度な光学機器にも十分使用できるほ
どの極めて優れた特性である。図10のハーフミラー
は、わずか5層構成であるにもかかわらず、波長450
〜650nmと広い範囲で反射率が40〜45%とフラ
ットな特性を有している。
The antireflection film of FIG. 8 has a reflectance of almost zero at a wavelength of 630 nm, and is excellent in the antireflection effect of a single wavelength. The antireflection film of FIG. 9 has a reflectance of approximately 1% or less in the entire wavelength range of 400 to 700 nm which is a visible region, and is not only used as an antireflection film for CRTs but also for high precision optical equipment such as a camera and a microscope. Is an extremely excellent property that can be sufficiently used. The half mirror of FIG. 10 has a wavelength of 450 even though it has only five layers.
It has flat characteristics with a reflectance of 40 to 45% in a wide range of ˜650 nm.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明は固体状の膜原料を予め加熱して
おいてスパッタリングするので、加速されたイオンのエ
ネルギーの大部分がスパッタリングに使われるためにス
パッタ収率が高くなる。その結果、従来法と比較して成
膜速度を著しく速くすることができる。また、膜原料の
温度を上昇させておくことで、熱振動により結合力の強
い箇所と弱い箇所とができ、跳び出す粒子の形態が分子
となる場合がある。このことで、通常スパッタリングに
より解離してしまう材料でも、解離することなく出発材
料とほぼ同じ材質の膜を形成することができる。この方
法は、MgF2に代表されるフッ化物系の光学膜をスパ
ッタリング法により形成するときに特に有効であり、光
吸収のない低屈折率膜を容易に得ることができる。
According to the present invention, since a solid film raw material is preheated and then sputtered, most of the energy of the accelerated ions is used for the sputtering, so that the sputtering yield is increased. As a result, the film formation rate can be significantly increased as compared with the conventional method. Further, by raising the temperature of the film raw material, a strong binding site and a weak binding site are created due to thermal vibration, and the jumping-out particle may be a molecule. As a result, even a material that is normally dissociated by sputtering can be formed into a film having substantially the same material as the starting material without dissociation. This method is particularly effective when a fluoride-based optical film typified by MgF2 is formed by a sputtering method, and a low refractive index film that does not absorb light can be easily obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施の形態1に使用する成膜装置の断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of a film forming apparatus used in the first embodiment.

【図2】実施の形態1における成膜速度と表面温度の特
性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram of film formation rate and surface temperature in the first embodiment.

【図3】実施の形態1における分光反射率の特性図であ
る。
FIG. 3 is a characteristic diagram of spectral reflectance in the first embodiment.

【図4】実施の形態1における屈折率の特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram of a refractive index in the first embodiment.

【図5】実施の形態1における吸収係数と波長との関係
を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between an absorption coefficient and a wavelength in the first embodiment.

【図6】比較例1における成膜速度と表面温度の特性図
である。
FIG. 6 is a characteristic diagram of film formation rate and surface temperature in Comparative Example 1.

【図7】成膜装置の別の構成を示す断面図であるFIG. 7 is a cross-sectional view showing another configuration of the film forming apparatus.

【図8】実施の形態3の分光反射率の特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram of spectral reflectance according to the third embodiment.

【図9】実施の形態4の分光反射率の特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram of spectral reflectance according to the fourth embodiment.

【図10】実施の形態5の分光反射率の特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram of spectral reflectance according to the fifth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空槽 2 基板 3 MgF2 顆粒 4 皿 5 マグネトロンカソード 6 マッチングボックス 7 高周波電源 8 冷却水 9,10,12 ガス導入口 11 シャッター1 Vacuum Tank 2 Substrate 3 MgF 2 Granules 4 Dish 5 Magnetron Cathode 6 Matching Box 7 High Frequency Power Supply 8 Cooling Water 9, 10, 12 Gas Inlet 11 Shutter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川俣 健 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 渡邉 正 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 池田 浩 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 浦田 憲和 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (72) Inventor Ken Kawamata 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd. (72) Inventor Tadashi Watanabe 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshi Ikeda 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Co., Ltd. (72) Inventor Norikazu Urata 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 粒径0.1〜10mmのフッ化物顆粒を
膜原料とし、少なくとも酸素,窒素または水素のいずれ
か1つを含むガスとフッ素含有ガスとを同時に導入しな
がら、高周波電力を投入して前記膜原料上にプラズマを
発生させ、このプラズマにより前記膜原料表面の温度を
上昇させるとともに、この膜原料を前記導入ガスの正イ
オンでスパッタリングすることにより、膜原料の少なく
とも一部を分子状態で跳びださせ、この分子状態の膜原
料によって基板上へ膜を形成することを特徴とする薄膜
の製造方法。
1. A high frequency power is applied while using a fluoride granule having a particle diameter of 0.1 to 10 mm as a membrane raw material and at the same time introducing a gas containing at least one of oxygen, nitrogen and hydrogen and a fluorine containing gas. Then, plasma is generated on the film raw material, and the temperature of the surface of the film raw material is raised by the plasma, and at least a part of the film raw material is molecule-formed by sputtering the film raw material with positive ions of the introduced gas. A method for producing a thin film, which comprises jumping out in a state and forming a film on a substrate using the film-state raw material in a molecular state.
【請求項2】 粒径0.1〜10mmの顆粒状のMgF
2 を膜原料とし、酸素または窒素の中から選ばれた1種
以上のガスとフッ素含有ガスとを同時に導入しながら、
高周波電力を投入してMgF2 上にプラズマを発生さ
せ、このプラズマによりMgF2 表面の温度を650℃
〜1100℃の間に保持するとともに、MgF2 を前記
導入ガスの正イオンでスパッタリングすることにより、
MgF2の少なくとも一部を分子状態で跳びださせ、こ
の分子状態のMgF2 によって基板上へ膜を形成するこ
とを特徴とする薄膜の製造方法。
2. Granular MgF having a particle size of 0.1 to 10 mm.
2 as the membrane raw material, while simultaneously introducing at least one gas selected from oxygen or nitrogen and a fluorine-containing gas,
And high frequency power to generate plasma on the MgF 2, 650 ° C. The temperature of the MgF 2 surface by the plasma
By maintaining the temperature between ˜1100 ° C. and sputtering MgF 2 with positive ions of the introduced gas,
A method for producing a thin film, characterized in that at least a part of MgF 2 is jumped out in a molecular state, and a film is formed on a substrate by MgF 2 in this molecular state.
【請求項3】 前記フッ素含有ガスはCF4 またはSF
6 であることを特徴とする請求項1または2記載の薄膜
の製造方法。
3. The fluorine-containing gas is CF 4 or SF
6. The method for producing a thin film according to claim 1, wherein the method is 6.
【請求項4】 Mgが1に対してFが1.8〜1.99
の組成比であって、結晶化していないMgF2 を使用す
ることを特徴とする請求項2記載の薄膜の製造方法。
4. Mg is 1 and F is 1.8 to 1.99.
3. The method for producing a thin film according to claim 2 , wherein MgF 2 which has a composition ratio of 1 and is not crystallized is used.
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