CN111926293A - 光学器件及其制造方法 - Google Patents
光学器件及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111926293A CN111926293A CN202010330201.3A CN202010330201A CN111926293A CN 111926293 A CN111926293 A CN 111926293A CN 202010330201 A CN202010330201 A CN 202010330201A CN 111926293 A CN111926293 A CN 111926293A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- oxide
- optical device
- metal oxide
- samarium
- 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.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
- G02B1/11—Anti-reflection coatings
- G02B1/113—Anti-reflection coatings using inorganic layer materials only
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
- G02B1/11—Anti-reflection coatings
- G02B1/113—Anti-reflection coatings using inorganic layer materials only
- G02B1/115—Multilayers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
- C23C14/0036—Reactive sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
- C23C14/0036—Reactive sputtering
- C23C14/0057—Reactive sputtering using reactive gases other than O2, H2O, N2, NH3 or CH4
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0694—Halides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
- C23C14/18—Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3464—Sputtering using more than one target
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
- C23C14/352—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using more than one target
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/70—Properties of coatings
- C03C2217/73—Anti-reflective coatings with specific characteristics
- C03C2217/734—Anti-reflective coatings with specific characteristics comprising an alternation of high and low refractive indexes
Abstract
本发明提供光学器件及其制造方法。光学器件依次包括由金属氧化物形成的表面,与由金属氧化物形成的表面接触的含有氧化钐的层,和与含有氧化钐的层接触的含有氟化镁的层,从而抑制在由金属氧化物形成的表面上高速率溅射沉积含有氟化镁的层产生的光吸收。
Description
技术领域
本公开内容涉及光学器件及其制造方法。
背景技术
存在在例如透镜或镜子的光学器件的表面上形成氟化物层例如氟化铝(AlF3)层或氟化镁(MgF2)层以充当减反射层的已知结构。
真空蒸镀方法提供例如简单的设备结构和高膜沉积速率的优势,并因此主要通过真空蒸镀方法形成了减反射层。然而,在近年,对于通过溅射法的膜沉积的需求不断提高,该溅射法从再现性、膜偏差控制、低温沉积等的观点而优于真空蒸镀方法。
溅射法是通过使用带电粒子例如等离子体溅射处于原子态的材料来形成膜的方法。在通过溅射法的膜沉积中,难以控制溅射材料和基材材料之间的反应并且难以控制由带电粒子造成的基材和膜上的损坏。例如,当通过溅射法在金属氧化物的表面上形成含有氟化物的膜时,金属氧化物被氟还原,并且在相对于与带隙对应的波长更长的波长侧上发生吸收。结果是,光学器件的性能退化。
日本专利申请公开号9-291358公开了用于在玻璃基材和氟化物层(MgF2层)之间形成氧化物层的方法,该氧化物层含有SiO2、ZrO2和Al2O3中至少一种,以便抑制在玻璃基材和氟化物层之间的界面处发生的光吸收。日本专利申请公开号2015-114599公开了用于形成由MgxOyFz表示的氟氧化镁层作为氟化物层(MgF2层)基底的方法(其中0.01≤z/x≤1.45和0.01≤z/y≤3.17)。
在生产现场,为了提高生产率,期望通过提高输入功率和降低在靶和基材之间的距离来提高靠近基材的等离子体密度并加速膜沉积。然而,当通过在前述专利文献中描述的方法以高速沉积氟化物层时,在氟化物层和基材之间的界面处发生分离和光吸收。在界面处发生的光吸收被认为归因于通过用等离子体中的电子和加速高能带电粒子束照射界面引起的原子键的局部断裂。如以上所述,已知技术难以提供通过高速率膜沉积的具有满意特性的光学器件。
发明内容
本公开内容提供通过高速率溅射沉积在金属氧化物的表面上形成含有氟化镁的层而可抑制光吸收并且在可见光区域中具有高的光透射率的光学器件。
本公开内容的一方面提供光学器件,其依次包括由金属氧化物形成的表面,与由金属氧化物形成的表面接触的含有氧化钐的层,和与含有氧化钐的层接触的含有氟化镁的层。
本公开内容的另一方面提供光学器件制造方法,其依次包括通过使用由钐或镱形成的金属靶的反应性溅射在具有由金属氧化物形成的表面的基础部件上形成氧化钐层或氧化镱层的工序,和通过使用由镁形成的金属靶的反应性溅射形成氟化镁层的工序。
参考附图从示例性实施方案的以下描述本公开内容的其他特征将变得明显。
附图说明
图1是根据本公开内容实施方案的光学器件的示意截面图。
图2是说明适合于实现本公开内容光学器件的沉积系统实例的图。
图3是对于在沉积过程中导入H2气体的样品和以100sccm的速率导入H2气体的样品而言提取Sm2O3层的Ar2p3/2峰的Survey谱中的部分结合能区域的图。
图4表示当在Sm2O3层的沉积过程中以100sccm的速率导入H2气体时在Sm2O3层和MgF2层之间的界面附近Sm3d5/2峰的深度方向上的窄谱。
图5表示当在Sm2O3层的沉积过程中没有导入H2气体时在Sm2O3层和MgF2层之间的界面附近Sm3d5/2峰的深度方向上的窄谱。
具体实施方式
现在将参考附图描述根据本公开内容的光学器件及其制造方法。虽然在该实施方案中描述了限制气体类型和膜材料的实例,但是本发明的范围不限于这些实例。
光学器件
图1是根据本公开内容的光学器件的示意截面图。光学器件100依次包括由基材101和在基材101上设置的层状结构111构成的基础部件120、缓冲层112、和含有氟化镁的层113。
可使用氟化钙晶体、石英玻璃、硅、玻璃、树脂等作为基材101。基材101可取决于光学器件的用途而具有各种形状,并且可具有如图1中所示的平面形状或弯曲表面。
层状结构111包括叠层在彼此顶上的多层金属氧化物。通过交替地叠层具有相对高折射率的层111a(高折射率层)和具有相对低折射率的层111b(低折射率层)来获得层状结构111,并且形成层状结构111以防止在基材101的表面处的反射。具体地,高折射率层111a是具有1.75或更大且2.70或更小折射率的金属氧化物层,并且含有氧化锆、氧化钽、氧化铌、氧化钛等。低折射率层111b是具有1.35或更大且1.75或更小折射率的金属氧化物层,并且含有氧化硅、氧化铝等。可根据光学器件的光学设计确定高折射率层111a和低折射率层111b的材料和层厚度。
含有氟化镁的层113是减小空气和层状结构111之间的折射率差异从而增强减反射性能的层,并且是含有氟化镁(MgF2)作为主要组分的层。含有氟化镁的层113的折射率在d线处(波长:587.6nm)优选为1.40或更小且更优选1.38或更小。含有氟化镁的层113的氟化镁含量优选为80质量%或更大且更优选90质量%或更大。
如以上所述,当在包括层状结构111并具有由金属氧化物形成的表面的基础部件120上直接形成含有氟化镁的层113时,在金属氧化物表面和含有氟化镁的层113之间的界面处发生光吸收,并且光学器件的性能退化。因此,在本公开内容中,在基础部件120和含有氟化镁的层113之间提供缓冲层112使得缓冲层112与基础部件120和含有氟化镁的层113都接触。换句话说,光学器件从基材101侧依次包括在层状结构111中含有的金属氧化物层、缓冲层112和含有氟化镁的层113。
缓冲层112是含有氧化钐的层或含有氧化镱的层。含有氧化钐的层是含有氧化钐(Sm2O3)作为主要组分的层,并且氧化钐含量优选为80质量%或更大且更优选90质量%或更大。类似地,含有氧化镱的层是含有氧化镱(Yb2O3)作为主要组分的膜,并且氧化镱含量优选为80质量%或更大且更优选90质量%或更大。
为了抑制在基础部件120和含有氟化镁的层113之间的界面处发生的光吸收,缓冲层112必须是连续膜。以薄膜生长过程(核生长过程)为基础,认为以3.0nm或更大的膜厚度,稳定的核彼此连接并形成连续膜。该光学器件通常在350至800nm的可见光区域中使用。在光学薄膜设计中使用的物理膜厚度的基本单位是λ/4n,其中λ表示入射光的波长并且n表示膜的折射率,并且实际使用的膜厚度为从λ/4n至至多十倍的λ/4n。因为在可见光的波长区域中最长的波长λ=800nm处含有氧化钐的层和含有氧化镱的层的折射率为约1.9至2.0,所以认为使用作光学薄膜的膜厚度为1.0μm或更小。因此,缓冲层112的层厚度可为3.0nm或更大且1.0μm或更小。
虽然参考图1描述了从基材101侧依次包括层状结构111、缓冲层112和含有氟化镁的层113的光学器件,但是光学器件的结构不限于此。取决于光学器件要求的光学性能,使用不包括层状结构111的基础部件的结构也是可能的。当省略了层状结构111时并且当基材101由金属氧化物例如玻璃形成时,基础部件的表面即基材101的表面由金属氧化物形成,并因此如果在基材101上直接形成含有氟化镁的层113则发生光吸收。因此,即使用包括基础部件120(不包括层状结构111)的结构,可在基础部件120和含有氟化镁的层113之间形成充当缓冲层112的含有氧化钐的层。
能够通过调节构成层状结构111的层的材料和膜厚度向本公开内容的光学器件赋予除减反射功能之外的反射增强功能、过滤功能等。
沉积系统
图2是适合于制造本公开内容光学器件的沉积系统200的示意图。沉积系统200包括沉积室201(其内部维持在真空状态下)和包括真空泵以抽空沉积室201的排气系统202等。沉积室201在内部配备有多个靶单元203。虽然在图2中说明了配备有多个靶单元203的结构,但是靶单元数可为一。
靶单元203的每个配备有内部含有磁体204并且可使用循环冷却水冷却靶的冷却箱205。排列磁体204使得在平行于靶表面的方向上形成磁场。通过图中未示出的制冷器将冷却箱205中流动的冷却水调节至期望的温度,并且以特定流速向冷却箱205供应冷却水以保持靶的表面温度恒定。冷却箱205配备有充当阴极电极的背板206,并且将靶207a至207d中一个固定至背板206。沿背板206的外周部分设置阳极电极209,两者间具有绝缘材料208。将阳极电极209和阴极电极(背板)206通过开关210连接至电源211,并且构造成向靶207a至207d中一个供应电力。当靶207a至207d分别由不同材料组成时,可通过切换开关210向靶207a至207d中期望的一个供应电力使得可在同一腔室中沉积多个类型的膜。
电源211可为DC电源。如果使用高频AC电源作为电源211,在基材216中发生大的自偏压。这种自偏压加速靶材料的阳离子,并且入射在基材上的阳离子损坏基材和基材上形成的膜。特别地,氟化镁层易于损坏,并且容易发生可见光区域中的光吸收。换句话说,当使用DC电源作为电源211时,可抑制沉积膜上的损坏,并且可获得光吸收进一步减小的光学器件。
沉积室201通过闸门阀212连接至加载锁定室(load lock chamber)213,并且在加载锁定室213中安装不同于沉积室201的排气系统214。当通过移动机构217操作时,托住基材216的基材座215可在沉积室201中改变位置并且可在加载锁定室213和沉积室201之间移动。以这种方式,可在没有将沉积室201的内部暴露于大气的情况下携带基材216进出。基材座215还配备有角度调节机构和旋转机构使得可改变在靶207a至207d中一个的溅射表面和基材座215的基材保持表面之间的相对角度。另外,在基材座215和靶207a至207d之间安装阻挡从靶所溅射的粒子的遮蔽板218使得直至放电稳定才开始沉积。为了精确地控制膜厚度,遮蔽板218可在高速下能够打开和关闭。
此外,构造沉积室201使得可通过气体供应系统从溅射气体导入口219和反应性气体导入口220至222来供应沉积气体。从溅射气体导入口219供应不活泼气体例如Ar、He、Ne、Kr或Xe作为溅射气体。取决于靶的类型和待沉积的材料,可从反应性气体导入口220至222导入反应性气体例如氧(O2)、氟碳气体、氢(H2)等。可通过质量流量控制器和气体净化器高度精确地控制每种气体的流速、纯度和压力。当有许多待导入的反应性气体时,可提供更多的反应性气体导入口。
接下来,描述使用在图2中说明的沉积系统200的沉积方法。根据待形成的薄膜的类型选择靶207a至207d。这里,作为一个实例,描述了在靶207a中使用铌(Nb)用于沉积Nb2O5和在靶207b中使用硅(Si)用于沉积SiO2的情况。此外,在靶207c中使用镁(Mg)用于沉积MgF2和在靶207d中使用钐(Sm)用于沉积Sm2O3。另外,可从溅射气体导入口219导入Ar气体,可从反应性气体导入口220导入O2气体,可从反应性气体导入口221导入氟碳气体,和可从反应性气体导入口222导入H2气体。
在完成初步准备例如安装靶之后,将基材座215移动进入加载锁定室213,关闭闸门阀212,并且驱动排气系统202抽空沉积室201至约1×10-3Pa的压力。在闸门阀212处于闭合状态时,加载锁定室213打开,并且将基材216安装至基材座215上。
通过角度调节机构初步调节基材座215的位置使得其上待形成膜的基材216的表面(下文中该表面被称作“沉积表面”)内的膜厚度分布恒定。在沉积氟化镁(MgF2)层时,必须调节位置使得基材216的沉积表面在靶的在溅射表面的法线方向上的投影面外并使得基材216的表面内的膜厚度分布恒定。
当通过使用典型的平行板类型磁控溅射装置的反应性溅射来沉积氟化物膜时,由于反应性气体的影响在靶表面上形成薄的化合物膜例如氟化镁膜。当溅射在其上形成含氟化合物膜的表面(溅射表面)时,部分形成负离子,并且形成的负离子被离子鞘电压加速并转变为具有大的动能和方向性的负离子。因为在基本上垂直于靶表面的方向上加速这些负离子,所以将基材放置在溅射表面的法线方向上的投影面内引起具有大的动能的负离子与基材碰撞,从而在基材上或基材表面上形成的膜上造成大量损坏。因此,设置基材使得与靶的溅射表面正交的线与沉积表面不相交,换句话说,设置基材从而没有与将靶在相对于溅射表面的法线方向上投影的区域重叠。以这种方式,即使当形成了负离子时也可抑制膜上的损坏。
接下来,使遮蔽板218处于闭合状态使得没有在基材216的沉积表面上沉积膜,并且从溅射气体导入口219将Ar导入沉积室201。接下来,操作开关210来连接电源211与阴极电极(背板)206(其上安装靶207a用于形成待首先形成的高折射率材料、氧化铌膜),并施加特定DC电压。在靶207a,发生辉光放电(产生等离子体),并且Ar转变为阳离子。这些阳离子与电连接至阴极电极206的靶207a碰撞,并且从靶207a溅射出原子。
即使当沉积室201内部的压力为约零点几Pa时等离子体也是稳定的。在这样低的压力下产生等离子体的原因是由于冷却箱205中容纳的磁体204的磁控管效应,电子在与磁场垂直的面内经历回旋加速运动,并因此可提高靠近靶207a的电子密度。此外,因为磁体204的磁控管(magnetron)提高靠近靶207a的电子密度并降低靠近基材216的电子温度和电子密度,所以磁控管还具有抑制带电粒子进入至基材中并降低对膜损坏的效果。
接下来,通过反应性气体导入口220导入O2气体作为用于沉积高折射率材料氧化铌(Nb2O5)的反应性气体至沉积室201中。
导入的反应性气体氧化靶207a的表面,并且该表面容易被绝缘材料覆盖。这种绝缘材料可被充电,并且可由于离子和电子而经历绝缘破环,可能产生异常放电。一旦异常放电发生,外来物质混入膜中,从而使膜具有粗糙的表面。因此,可将约几kHz的AC电压叠加在DC电压上以消除电荷并防止异常放电。如果大幅提高待叠加的频率,则如以上所述在基材中发生自偏压,引起阳离子进入基材并损坏膜。然而,只要叠加的频率为100kHz或更小,则对膜损坏的影响可被限制在允许的范围内。
通过调节分别安装在排气系统202、溅射气体导入口219和反应性气体导入口220中的阀和质量流量控制器,将沉积过程中沉积室201内部的压力维持在0.1Pa或更大且3.0Pa或更小。如果大幅提高压力则形成具有粗糙的表面和低密度的膜,并且如果大幅降低压力则发生放电下降(discharge drop)。在确认了放电电压稳定之后,打开遮蔽板218以开始沉积。以预先研究的沉积时间和膜厚度之间的关系为基础通过沉积时间来控制膜厚度。
可通过操作开关210而向靶207b施加DC电压来进行使用靶207b沉积低折射率材料氧化硅(SiO2)层,并且此后的过程可与使用靶207a的沉积相同。在沉积SiO2时,还导入O2气体作为反应性气体至沉积室201中。
可通过操作开关210而向靶207c施加DC电压来进行使用靶207c沉积氟化镁(MgF2)层,并且此后的过程可与使用靶207a的沉积相同。然而,在沉积过程中,导入O2气体和氟碳气体作为反应性气体。
可通过操作开关210而向靶207d施加DC电压来进行使用靶207d沉积氧化钐(Sm2O3)层,并且此后的过程可与使用靶207a的沉积相同。然而,在沉积过程中,导入O2气体和H2气体作为反应性气体。当导入H2时,即使当在氧化钐层上沉积氟化镁时也可稳定地获得具有进一步低的光吸收的多层膜。这可能是因为由于Sm和O之间的反应不良产生的Sm的未结合键与H反应形成稳定的含有H的Sm2O3膜,并且即使当等离子体中的电子和加速高能带电粒子束照射界面时也抑制了未结合键的产生例如键断裂。
在本公开内容中,在交替叠层对应于光学设计的许多氧化铌层和许多氧化硅层之后,在导入O2和H2作为反应性气体的同时,在氧化铌层上沉积氧化钐层,然后形成氟化镁层。根据该方法,可防止在氟化镁层的形成过程中在氧化钐层中电子缺陷(还原)的产生,并且可抑制界面处光吸收的发生。结果是,即使当进行使用带电粒子的高速沉积例如溅射法时,也可获得在可见区域中具有低吸收的含有氟化物的多层膜。这同样适用于当形成含有氧化镱的层作为缓冲层112时。
在图1中显示如此获得的光学器件100的示意截面图。光学器件100依次包括由基材101和在基材101上设置的且由金属氧化物形成的层状结构111构成的基础部件、含有氧化钐的缓冲层112、和含有氟化镁的层113。层状结构111由按交替方式叠层的高折射率层即氧化铌层111a和低折射率层即氧化硅层111b构成,并且层状结构111的最上表面为氧化铌层111a。如图1中说明的,因为在含有氟化镁的层113和构成层状结构111的最上表面的氧化铌层111a之间插入含有氧化钐的缓冲层112,所以抑制了光吸收,并且可获得具有高透射率和优异性质的光学器件。该光学器件除减反射功能之外还可表现出反射增强功能、过滤功能等。
实施例
实施例1至5
通过使用在图2中说明的沉积系统同时改变在氧化钐层的沉积过程中导入的H2量来制备具有包括由氧化硅(SiO2)形成的基材、和在基材上依次形成的氧化钐(Sm2O3)层和氟化镁(MgF2)层的结构的样品。
使用Mg靶作为靶207c,使用Sm靶作为靶207d,和使用平的SiO2基材作为基材216。使用氟碳“HFC-245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷:CHF2CH2CF3)”、O2和H2作为反应性气体。
首先,沉积Sm2O3层。在加载锁定室213中安装洗净的基材216,并且抽空该腔室至1×10-3Pa或更小。在完成抽空时,将基材216通过基材座215经闸门阀212带入沉积室201,并且放置在沉积室201内部的沉积位置。在这个阶段,靶207d和基材216之间的距离为约80mm。遮蔽板218闭合,通过溅射气体导入口219导入420sccm的Ar,通过反应性气体导入口220导入100sccm的O2,和通过反应性气体导入口222导入H2。如表中所示、导入的H2量在0至100sccm的范围内变化,并且制备实施例1至5的样品。沉积室201内部的压力为约0.3至0.4Pa。
向在其上安装靶207d的阴极电极(背板)206施加1500W溅射功率从而在靶207d的表面上产生磁控等离子体。与此同时,叠加使靶表面的极性反转的5kHz矩形电压以消除靶表面上的电荷使得可维持稳定的放电。
放电继续一段时间,并且在放电状态稳定之后,打开遮蔽板218以开始沉积。以预先研究的沉积时间和膜厚度之间的关系为基础通过控制沉积时间来控制膜厚度至约100nm。在达到沉积时间时,遮蔽板218闭合,停止气体供应和施加电力,并且Sm2O3膜的沉积结束。
接下来,在基材216上的Sm2O3层上沉积MgF2层。首先,操作开关210使得将施加了DC电力的靶从Sm金属靶207d切换至Mg金属靶207c。设置基材216从而没有与靶207c在相对于溅射表面的法线方向上投影的区域重叠,并且使得在基材216的沉积表面内的膜厚度方向恒定。以这种方式,可抑制在靶207c的表面上产生的并被阴极电压加速的负离子对基材216的影响。通过溅射气体导入口219以300sccm的速率导入Ar,通过反应性气体导入口220以50sccm导入O2,和通过反应性气体导入口221以20sccm导入HFC-245fa。向阴极电极(背板)206施加3000W溅射功率,并且与此同时,叠加使靶207c表面的极性反转的5kHz矩形电压以产生磁控等离子体。放电继续一段时间,并且在放电状态稳定之后,打开遮蔽板218以开始沉积。通过控制沉积时间来沉积具有约30nm厚度的膜。
表说明对于在除H2的流速外相同的实验条件下制备的实施例1至5的样品中每个而言在450nm处的光吸收。以使用可商购得到的反射/透射分光计测量的每个样品的反射率和透射率为基础计算光吸收。除了未沉积Sm2O3层之外,如在实施例1中地制备比较例1的样品;然而,在SiO2基材的表面和MgF2层之间的界面处发生分离。因此,在SiO2基材的表面上沉积100nm的Nb2O5层之后通过在与实施例1中相同的条件下沉积MgF2层来制备比较例2的样品,并且如在其它实施例中计算这个样品的光吸收。表中说明实施例1至5和比较例1至2的结果。考虑到对光学器件的适用性,将具有小于0.2%光吸收的样品评价为A,将具有0.2%或更大但小于1.0%光吸收的样品评价为B,和将具有1.0%或更大光吸收或经历膜分离的样品评价为C。
表
表显示根据在Sm2O3层上沉积MgF2层的过程中导入的H2的流速,光吸收值改变。在未导入H2的实施例1中,发生约0.6%的光吸收,但是当通过导入H2来进行沉积时,随着导入速率提高光吸收降低。以超过50sccm的H2导入速率,获得了适合于光学器件的优异光学特性。以超过100sccm的H2导入速率,很少发生光吸收,并且获得了特别优异的光学特性。
在表中表示的五个样品中,通过X-射线光电子光谱(XPS分析)分析了在Sm2O3层的沉积过程中没有导入H2气体的实施例1的样品和以100sccm的速率导入H2气体的实施例5的样品以确定在Sm2O3层和MgF2层之间的界面处的结合状态。通过用Ar蚀刻样品直至达到同时检测到Mg、F和Sm的位置即直至暴露在Sm2O3层和MgF2层之间的界面区域来进行分析。分析条件如下。
分析方法:X-射线光电子光谱(XPS)
分析仪:Quantera SXM(ULVAC PHI)
使用的X-射线:Al K-α单色X-射线(1487eV)/25W/15kV/100μmφ
中和:使用电子枪和氩离子枪两者
检测的谱图:Survey谱
(结合能BE=0至1150eV/通能PE=280keV)
窄谱
(Sm3d5/2,O1s/PE=112keV)
图3表明对于实施例1和5中每个而言在Sm2O3层的Ar2p3/2峰的Survey谱中选取一部分的结合能区域。因为通过溅射沉积这些层,结合能为242eV附近观察到Ar2p3/2峰,并且这确认了这些层含有Ar。在本公开内容中,“242eV附近”意为242eV±1.5eV的范围,并且对于其它结合能,“附近”也意为±1.5eV的范围。
图4表明实施例5中在Sm2O3层和MgF2层之间的界面附近Sm3d5/2峰的深度方向上的窄谱。图5表明实施例1中在Sm3d5/2峰的深度方向上的窄谱。在本公开内容中,“界面附近”意为当进行XPS分析同时从MgF2层的表面逐渐蚀刻时从首先观察到Sm峰(Sm3d5/2)的蚀刻深度跨越至在达到前述蚀刻深度之后通过进行五次离子蚀刻循环达到的深度的范围。
通常,Sm2O3的Sm3d5/2结合能在1083eV附近达到峰值;然而,当Sm2O3被还原时,峰出现在1073eV附近较低能量侧。以以下标准为基础确定峰是否存在。从观察的谱获得二阶导数谱(second der ivative spectrum),并且如果在二阶导数谱中阀值处或以下在负侧上某一位置处出现凸出的部分,则判定在该位置处存在峰。在Sm2O3层的沉积过程中没有导入H2气体的实施例1中,Sm在Sm2O3层和MgF2层之间的界面附近被还原,并且在低能量侧上观察到峰。然而,在以100sccm的速率导入H2的实施例5中,没有观察到由还原产生的峰。这些分析结果确认,取决于在沉积过程中导入的H2气体的速率,即使当在其上沉积氟化镁层时,通过导入H2气体沉积的含有氧化钐的层具有高的抑制界面处还原的效果。
虽然已经参考示例性实施方案描述了本公开内容,但是应理解本发明不限于公开的示例性实施方案。以下权利要求的范围应给与最广泛的解释,从而包含所有这样的修改和等同结构和功能。
Claims (14)
1.光学器件,依次包括:
由金属氧化物形成的表面;
与该由金属氧化物形成的表面接触的含有氧化钐的层;和
与该含有氧化钐的层接触的含有氟化镁的层。
2.根据权利要求1所述的光学器件,其中该含有氧化钐的层具有3.0nm或更大且1.0μm或更小的厚度。
3.根据权利要求1所述的光学器件,其中该由金属氧化物形成的表面是通过在基材上叠层多个金属氧化物层而获得的层状结构的表面。
4.根据权利要求3所述的光学器件,其中该层状结构通过交替地叠层折射率为1.35或更大且小于1.75的金属氧化物层和折射率为1.75或更大且2.70或更小的金属氧化物层而获得。
5.根据权利要求4所述的光学器件,其中该折射率为1.35或更大且小于1.75的金属氧化物层含有氧化硅或氧化铝,和该折射率为1.75或更大且2.70或更小的金属氧化物层含有选自以下的成分:氧化锆、氧化钽、氧化铌、和氧化钛。
6.根据权利要求1所述的光学器件,其中该由金属氧化物形成的表面是含有金属氧化物的基材的表面。
7.根据权利要求1所述的光学器件,其中在该含有氧化钐的层的区域中通过X-射线光电子光谱(XPS)分析所获得谱图中在242eV附近和1083eV附近观察到峰、但是在1073eV附近没有观察到峰,所述区域在该含有氧化钐的层和该含有氟化镁的层之间的界面附近。
8.光学器件制造方法,依次包括:
通过使用含有钐或镱的金属靶的反应性溅射在基础部件的表面上形成含有氧化钐的层或含有氧化镱的层的工序,该表面由金属氧化物形成;和
通过使用含有镁的金属靶的反应性溅射形成含有氟化镁的层的工序。
9.根据权利要求8所述的光学器件制造方法,其中,在该形成含有氧化钐的层或含有氧化镱的层的工序中,导入含氧气体和含氢气体作为反应性气体。
10.根据权利要求9所述的光学器件制造方法,其中,在该形成含有氧化钐的层或含有氧化镱的层的工序中,以高于50sccm的速率导入该含氢气体。
11.根据权利要求10所述的光学器件制造方法,其中,在该形成含有氧化钐的层或含有氧化镱的层的工序中,以高于100sccm的速率导入该含氢气体。
12.根据权利要求8所述的光学器件制造方法,其中该基础部件的表面通过在基材上交替地叠层折射率为1.35或更大且小于1.75的金属氧化物层和折射率为1.75或更大且2.70或更小的金属氧化物层的工序形成,在该基础部件的表面上形成该含有氧化钐的层或该含有氧化镱的层。
13.根据权利要求12所述的光学器件制造方法,其中该折射率为1.35或更大且小于1.75的金属氧化物层含有氧化硅或氧化铝,该折射率为1.75或更大且2.70或更小的金属氧化物层含有选自以下的成分:氧化锆、氧化钽、氧化铌、和氧化钛。
14.根据权利要求8所述的光学器件制造方法,其中该基础部件的表面是由玻璃形成的基材的表面,在该基础部件的表面上形成该含有氧化钐的层或该含有氧化镱的层。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019-085961 | 2019-04-26 | ||
JP2019085961A JP7418098B2 (ja) | 2019-04-26 | 2019-04-26 | 光学多層膜の成膜方法および光学素子の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111926293A true CN111926293A (zh) | 2020-11-13 |
Family
ID=70189838
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010330201.3A Pending CN111926293A (zh) | 2019-04-26 | 2020-04-24 | 光学器件及其制造方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US11971520B2 (zh) |
EP (1) | EP3757626B1 (zh) |
JP (1) | JP7418098B2 (zh) |
CN (1) | CN111926293A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113064225A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-07-02 | 浙江舜宇光学有限公司 | 含氟化镁膜层的减反膜系及其制备方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20230258844A1 (en) * | 2022-02-17 | 2023-08-17 | Guardian Glass, LLC | Heat treatable coated article having antireflective coating(s) on substrate |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB968253A (en) * | 1961-10-04 | 1964-09-02 | Nat Lead Co | Monocrystalline metal oxide materials |
US4927239A (en) * | 1983-09-12 | 1990-05-22 | Optische Werke G. Rodenstock | Anti-reflection film for an optical element consisting of an organic material |
JPH06337303A (ja) * | 1993-05-31 | 1994-12-06 | Toray Ind Inc | 反射防止性プラスチック光学部品 |
JP2000297366A (ja) * | 1999-04-09 | 2000-10-24 | Canon Inc | 光学薄膜の製造方法及び光学部材 |
CN1360544A (zh) * | 1999-07-08 | 2002-07-24 | 福来克斯产品公司 | 具有色移背景的衍射表面 |
CN104142525A (zh) * | 2013-05-06 | 2014-11-12 | 卡尔蔡司光学国际有限公司 | 具有高扩散性的涂层的光学元件 |
CN105970171A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-09-28 | 苏州佳新新材料科技有限公司 | 一种采用磁控溅射制备柔性稀土氧化物薄膜的方法 |
US20160313473A1 (en) * | 2013-12-13 | 2016-10-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical multilayer coating, optical lens, and method of manufacturing optical multilayer coating |
CN108732659A (zh) * | 2017-04-21 | 2018-11-02 | 佳能株式会社 | 光学薄膜和光学元件的制造方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09291358A (ja) | 1996-04-24 | 1997-11-11 | Olympus Optical Co Ltd | 光学薄膜の製造方法および光学薄膜 |
JP3472169B2 (ja) * | 1998-12-09 | 2003-12-02 | 株式会社オプトロン | 中間屈折率の光学薄膜用蒸着材料および該蒸着材料を用いた光学薄膜 |
JP2002071946A (ja) * | 2000-08-30 | 2002-03-12 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 偏光フィルタおよびそれを用いた光学装置 |
CN1220076C (zh) * | 2001-01-31 | 2005-09-21 | 日本瑞翁株式会社 | 导光板及照明单元 |
DE10307095A1 (de) * | 2003-02-19 | 2004-09-02 | Merck Patent Gmbh | Aufdampfmaterial zur Herstellung hochbrechender optischer Schichten |
JP2007156362A (ja) | 2005-12-08 | 2007-06-21 | Canon Inc | 反射防止膜、成膜方法及び装置、露光装置、並びに、デバイス製造方法 |
US9586385B2 (en) * | 2014-08-27 | 2017-03-07 | 3M Innovative Properties Company | Inorganic multilayer lamination transfer films |
JP6953197B2 (ja) | 2017-06-22 | 2021-10-27 | キヤノン株式会社 | フッ化膜を有する光学素子の製造方法およびフッ化膜の製造方法 |
CN111095037B (zh) * | 2017-09-21 | 2021-07-30 | 富士胶片株式会社 | 防反射膜、光学元件及光学系统 |
-
2019
- 2019-04-26 JP JP2019085961A patent/JP7418098B2/ja active Active
-
2020
- 2020-04-06 EP EP20168175.6A patent/EP3757626B1/en active Active
- 2020-04-21 US US16/854,619 patent/US11971520B2/en active Active
- 2020-04-24 CN CN202010330201.3A patent/CN111926293A/zh active Pending
-
2023
- 2023-03-17 US US18/186,033 patent/US20230228914A1/en active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB968253A (en) * | 1961-10-04 | 1964-09-02 | Nat Lead Co | Monocrystalline metal oxide materials |
US4927239A (en) * | 1983-09-12 | 1990-05-22 | Optische Werke G. Rodenstock | Anti-reflection film for an optical element consisting of an organic material |
JPH06337303A (ja) * | 1993-05-31 | 1994-12-06 | Toray Ind Inc | 反射防止性プラスチック光学部品 |
JP2000297366A (ja) * | 1999-04-09 | 2000-10-24 | Canon Inc | 光学薄膜の製造方法及び光学部材 |
CN1360544A (zh) * | 1999-07-08 | 2002-07-24 | 福来克斯产品公司 | 具有色移背景的衍射表面 |
CN104142525A (zh) * | 2013-05-06 | 2014-11-12 | 卡尔蔡司光学国际有限公司 | 具有高扩散性的涂层的光学元件 |
US20160313473A1 (en) * | 2013-12-13 | 2016-10-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical multilayer coating, optical lens, and method of manufacturing optical multilayer coating |
CN105970171A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-09-28 | 苏州佳新新材料科技有限公司 | 一种采用磁控溅射制备柔性稀土氧化物薄膜的方法 |
CN108732659A (zh) * | 2017-04-21 | 2018-11-02 | 佳能株式会社 | 光学薄膜和光学元件的制造方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113064225A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-07-02 | 浙江舜宇光学有限公司 | 含氟化镁膜层的减反膜系及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20230228914A1 (en) | 2023-07-20 |
US11971520B2 (en) | 2024-04-30 |
JP2020180360A (ja) | 2020-11-05 |
JP7418098B2 (ja) | 2024-01-19 |
EP3757626B1 (en) | 2022-06-01 |
US20200341170A1 (en) | 2020-10-29 |
EP3757626A1 (en) | 2020-12-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6458253B2 (en) | Thin film production process and optical device | |
US20230228914A1 (en) | Optical device and manufacturing method therefor | |
US8263172B2 (en) | Method for producing optical element having multi-layered film | |
EP0945523A1 (en) | Method for forming a thin film and apparatus for carrying out the method | |
WO2010018639A1 (ja) | 蒸着装置及び薄膜デバイスの製造方法 | |
JP3689524B2 (ja) | 酸化アルミニウム膜及びその形成方法 | |
JP4434949B2 (ja) | 薄い、安定した、フッ素ドープ処理シリカ層を得る方法、得られた薄い層、およびこれらの眼科光学における応用 | |
US20130122252A1 (en) | Ion beam deposition of fluorine-based optical films | |
EP2871259B1 (en) | Method of depositing silicon dioxide onto a substrate | |
US10114150B2 (en) | Optical multilayer coating, optical lens, and method of manufacturing optical multilayer coating | |
JP5932251B2 (ja) | フッ化膜形成方法及び光学素子の製造方法 | |
JP3639795B2 (ja) | 薄膜の製造方法 | |
JP3825936B2 (ja) | 光学薄膜の製造方法及びその薄膜形成装置 | |
US20160289819A1 (en) | Hydroxide facilitated optical films | |
JP3740301B2 (ja) | フッ化物薄膜の形成方法、該薄膜を有する光学部材及びスパッタ装置 | |
JP2001207260A (ja) | 成膜方法および成膜装置 | |
US20040099525A1 (en) | Method of forming oxide thin films using negative sputter ion beam source | |
JP3880006B2 (ja) | 光学物品の製造方法 | |
JP2007154232A (ja) | スパッタ装置およびスパッタによる成膜方法 | |
JPH06100334A (ja) | イオンビームを用いたガラスの表面処理方法 及びガラス部材 | |
JP2005154833A (ja) | 弗素含有薄膜の成膜方法 | |
JP2010248594A (ja) | 成膜装置および成膜方法 | |
JP2007154274A (ja) | クラスタビームを用いた弗化物膜形成方法およびこれによって得られた弗化物膜を用いた光学素子 | |
JP2014185357A (ja) | 成膜方法及び薄膜付被処理体の製造方法並びに成膜装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |