EP0963457A1 - Method for preparing thin films of fluorinated compounds - Google Patents

Method for preparing thin films of fluorinated compounds

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Publication number
EP0963457A1
EP0963457A1 EP98964557A EP98964557A EP0963457A1 EP 0963457 A1 EP0963457 A1 EP 0963457A1 EP 98964557 A EP98964557 A EP 98964557A EP 98964557 A EP98964557 A EP 98964557A EP 0963457 A1 EP0963457 A1 EP 0963457A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluorine
gas
layer
species
layers
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Withdrawn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
EP98964557A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Etienne Quesnel
Jean-Yves Robic
Bernard Rolland
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP0963457A1 publication Critical patent/EP0963457A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • C23C14/0057Reactive sputtering using reactive gases other than O2, H2O, N2, NH3 or CH4
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0694Halides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/12Organic material

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of layers, in particular thin layers, of fluorinated compounds which can be used in optics.
  • the invention also relates to the thin layers and stacks of thin layers thus prepared.
  • These layers or stacks deposited on a substrate can provide an optical function of the mirror, spectral filter or anti-reflective coating type, in the spectral range going from ultraviolet to infrared, or play the role of protective coating of optical components for example to protect them against intense laser fluxes or against corrosive atmospheres.
  • the achievement of a given optical function, for example of a mirror, of a spectral filter or of an anti-reflective coating can be fulfilled by means of a layer or a stack of
  • the total thickness of such a stack is generally from a few tenths of a micrometer to a few micrometers.
  • oxide compounds comprising, in particular, silica (low index) but also the various oxides of titanium, tantalum, zirconium, hafnium, aluminum, etc. (high indices). These materials are widely used for applications in the visible and, for some, in the ultraviolet.
  • chalcogenides ZnS, ZnSe
  • germanium germanium
  • - fluoride compounds which group together a wide range of compounds, for example of the general formula MF X or Mi ... M n F x or M is an alkali or alkaline-earth metal or a lanthanide.
  • These compounds constitute a class of materials which are particularly advantageous for applications in a very wide spectral range including both the ultraviolet, the visible and the infrared. Indeed, most of these compounds have the distinction of having a very wide spectral range of transparency, typically ranging from 0.15 to 10 ⁇ m.
  • YF 3 and ThF 4 which are commonly used for applications in the infrared
  • MgF 2 and CaF 2 which are used as visible anti-reflective material, or also LaF 3 ,
  • the thin fluoride layers are generally obtained by vacuum deposition techniques, in particular vacuum evaporation techniques.
  • vacuum deposition techniques in particular vacuum evaporation techniques.
  • the simplest of these techniques operates by resistive heating and vaporization of the material to be deposited.
  • the materials thus deposited by their chemical purity and their stoichiometry, are optically very transparent, but they often have a high porosity, even an inhomogeneous character, a low mechanical resistance and a significant sensitivity to the environment linked to a strong recovery of 'water.
  • the first solution consists in depositing the layers hot, for example by heating the substrates on which they are deposited.
  • IBS or Ion Beam Sputtering in English IBS or Ion Beam Sputtering in English.
  • These deposition and densification methods constitute an effective means for limiting the porosity of the deposits, but on the other hand they generate a clear deficit in fluorine in the layers, which, optically, results in a large increase in absorption. in the spectral domain of the ultraviolet, even of the visible.
  • the fluoride deficit of fluoride materials is essentially due to two phenomena, one of these phenomena - as already mentioned above - is linked to the physics of vacuum deposition processes, the another of these phenomena being linked to the chemical behavior of these materials.
  • This lack of fluorine can be attributed either to a preferential ionic spraying of fluorine, or to a desorption of fluorine under the effect for example of an electron beam.
  • the compensation of stoichiometry deposits are made as far as possible by injection during the deposition of a reactive gas containing the deficient element, the process then taking the name of reactive process.
  • the fluorides of the reactive gases generally used are CF 4 , C 2 F 6 , SF 6 , or else fluorine F 2 , the implementation of which is however not without risk for the material.
  • Fluorinated gases such as F 2 and CF 4 are used as reactive gases to compensate for the substoichiometry in fluorine responsible for strong optical absorption at short wavelengths. However, if such gases allow a certain improvement compared to the same processes using oxygen as reactive gas, they however only allow a slight decrease in this absorption.
  • optical quality of the layers deposited in the ultraviolet or visible is not mentioned, because the aim sought by this document is rather to allow a high deposition speed than to seek a particular transparency.
  • the fluoride materials used as a vapor source for the condensation of a thin film are generally very sensitive to hydrolysis and oxidation, in particular when these materials are present. in powder form. Consequently, since the spray sources are generally in the form of sintered powders, they contain not only the fluoride compound (MF X ) but also the hydrolysed derivatives
  • the high sensitivity of fluorides to humidity, or even to oxidation means that the layer or possibly the Evaporation load deficient in fluorine will tend to compensate for the fluorine vacancies with oxygen or hydroxide groups -OH, within the limit of the concentration of these species in the residual vacuum of the deposit enclosure.
  • the object of the invention is to provide a process for preparing thin layers of fluorinated material which does not have the drawbacks, limitations and disadvantages of the prior art and which solves the problems of the prior art cited above.
  • the process according to the invention therefore differs fundamentally from the processes of the prior art described above, in that its principle is based on the combination of a double chemical reaction, which consists on the one hand in a reduction of the compound fluorinated such as fluoride partially oxidized due to contamination by oxygen, and on the other hand, then, in its fluorination.
  • a double chemical reaction which consists on the one hand in a reduction of the compound fluorinated such as fluoride partially oxidized due to contamination by oxygen, and on the other hand, then, in its fluorination.
  • These two reactions are made possible by the generation or introduction into the vacuum enclosure and / or at another point situated outside of it, not only of fluorine but also of reducing chemical species such as hydrogen. active.
  • This approach is completely surprising and goes against that hitherto followed in the prior art involving only fluorination.
  • this reducing chemical species and / or this fluorine are generated and / or introduced in situ, that is to say directly into the enclosure, or reactor, or the vacuum deposition operation takes place.
  • this reducing chemical species and / or this fluorine can also be generated and / or introduced "ex situ", for example in a separate reactor and / or enclosure.
  • an advantageous embodiment of the invention will consist in promoting in the gas phase the production of elementary or monoatomic fluorine F. This generation of elementary or monoatomic fluorine will preferably be done in situ.
  • the inventors have demonstrated that in the prior art the (re) fluorination reaction is carried out essentially with hydrolyzed or oxidized forms of the fluorinated compound such as a fluoride, and little with stoechio-metric forms of the fluorinated compound, such as stoichiometric forms of fluoride MF x - t .
  • This fluorine must chemically interact with fluorinated compounds such as substoichiometric fluorides, for example, according to the following reaction: MF x - y + tF - ⁇ MF X (1)
  • the method according to the invention makes it possible to provide fluorine compensation for the layers accompanied, among other things, not only by a reduction in the oxygen contamination of the fluorides deposited, but also by a drastic reduction in optical absorption, in particular in the visible and the ultraviolet.
  • the layers prepared by the method according to the invention therefore exhibit a combination of properties never achieved by the layers of the prior art.
  • the fluorinated compounds whose layers, in particular the thin layers, are prepared by the process according to the invention are not limited and can be both organic compounds and inorganic compounds.
  • the inorganic compounds mention may be made of the fluorides and in particular the metal fluorides already mentioned above, for example the alkali and alkaline earth metal fluorides, the lanthanide fluorides, and the fluorides of other metals such as YF, A1F 3 , etc ..., and mixed fluorides thereof.
  • organic compounds mention may be made, for example, of fluorinated polymers, preferably poly (tetrafluoroethylene).
  • reducing and preferably highly reducing chemical species is generally understood to mean, according to the invention, energetic species, for example of the ionic or monoatomic type, which are reactive, preferably highly reactive, and which moreover have a sufficient lifetime to participate in the reactions described above.
  • Said reducing species, preferably highly reducing can be any suitable reducing species.
  • This species preferably comes from hydrogen or from a hydrogenated gas, for example from an alkane or alkene gas, such as methane, ethane, propane, butane, etc., but this species is of preferably still derived from hydrogen, that is to say that it is generally said active hydrogen.
  • the reducing species and fluorine such as monoatomic fluorine are generally produced by decomposition of a single gas or a mixture of gases.
  • a gas rich in fluorine or fluorine is introduced simultaneously into the enclosure where the fluorination and / or the deposition is carried out.
  • neutral or rare gas such as Ar, Ne, Kr or Xe
  • a gas capable during its decomposition of generating said reducing species, preferably strongly reducing, this latter gas is preferably hydrogen, said species reducing therefore being active hydrogen.
  • said fluorine-rich gas is chosen from gaseous perfluorinated alkanes and alkenes of 1 to 4 carbon atoms, SF 6 , NF 3 and NH 4 F.
  • a single gas is preferably chosen from partially fluorinated alkanes and alkenes of 1 to 4 carbon atoms such as CHF 3 , CH 2 F 2 , CH 3 F, and fluoride hydrogen HF.
  • this gas is diluted with a neutral or rare gas such as Ar, Ne, Kr and Xe.
  • This plasma could be, for example, that generated by the ion source of spraying or bombardment assistance (IAD), or that generated by an ion source independent of the deposit.
  • IAD spraying or bombardment assistance
  • said highly reducing species and / or said fluorine such as said monoatomic fluorine are generated near the surface to be fluorinated and / or targets or sources.
  • the location of the generation of the species and / or of fluorine, such as said monoatomic fluorine is preferably near or just at the surface of the targets of fluoride materials or sources of evaporation, in the case respectively of spraying or evaporation, and / or also near deposits, in particular for assisted ion beam evaporation (IAD).
  • the vacuum deposition process concerned by the invention is generally an energy deposition method chosen from ion beam spraying (IBS), ion beam assisted ion spraying (DIBS, D meaning "Dual That is, it is the IBS process assisted by a second ion beam), and the ion beam assisted evaporation (IAD).
  • the choice of the latter technique is advantageous because it produces a material flow ten to a hundred times more energetic than conventional evaporation and it allows compression stresses to be induced in the fluoride layers, which also allows the deposition of layers. thin, depositing layers with a thickness greater than 1 or even 2 ⁇ m and thick structures up to 20 ⁇ m. Such deposition is not possible in the prior art because the internal stresses of tension favor the crazing of the layers.
  • these deposition processes operate at moderate temperature, generally less than or equal to 100 ° C., preferably, this temperature is room or ordinary temperature, that is to say, for example, a temperature close to 20 to 25 ° C.
  • the target or source has no heating, unlike the prior art, because it is preferably maintained at said temperature, preferably, ambient or ordinary.
  • the invention also relates to the layer (s), in particular the thin layer (s) prepared by the process according to the invention.
  • These notably thin layers exhibit in particular properties of optical transparency over a wide spectral range, excellent compactness and a specific chemical composition.
  • the process according to the invention makes it possible in particular in thin fluoride layers to promote an improvement in their physical and mechanical properties (density, hardness, internal compression stresses, etc.) while retaining low optical absorption, in particular in the spectral range not only visible but also UV.
  • the layers according to the invention and in particular the fluoride layers are characterized by an optical transparency such that the extinction coefficient k measured at 351 nm is less than or equal to 5 10 ⁇ 4 .
  • This transparency generally remains valid in the visible spectral range, that is to say that the extinction coefficient k measured at 514 nm is less than or equal to 10 -4 .
  • composition ratio is accompanied by very limited oxygen contamination (pollution) generally less than 3 at% and preferably less than 1 at%.
  • these layers come from energy processes using ion beams, they are also characterized by the fact that they contain a contamination in rare gas (s), that is to say that 'they contain in the state of impurities, from one to a few tenths of% to one to a few percent, for example from 0.1 to 10% of rare gas atoms such as Ne, Ar, Kr, Xe.
  • rare gas such as Ne, Ar, Kr, Xe.
  • the fluoride layers according to the invention are finally defined by an excellent compactness characterized by a high density generally greater than or equal to 85%, preferably greater than or equal to 90%, of the density of the solid material.
  • the layers according to the invention generally have a thickness of 0.01 to 5 ⁇ m. However, it will preferably be so-called thin layers.
  • the term “thin layers” designates layers whose thickness is preferably from 0.01 to 1 ⁇ m.
  • the deposition technique used in the process of the invention is an IBS technique, it is possible to deposit relatively thick layers, that is to say of a thickness greater than 1 to 2 ⁇ m and preferably 0.01 to 5 ⁇ m, and therefore also thick structures or stacks with a thickness (see below) of
  • the layers according to the invention can be for example so-called high index or low index layers.
  • fluoride materials suitable for the production of high index layers mention may be made of the fluorides ErF 3 , YF 3 , CeF 3 , LaF 3 , NdF 3 and SrF 2 .
  • fluoride materials suitable for producing the low index layers mention may be made of the fluorides LiF, NaF, KF, BaF 2 , MgF 2 ,
  • the invention also relates to a multilayer stack comprising several layers in particularly thin layers as defined above.
  • the number, nature, thickness, properties and arrangement of the layers of the stack can be arbitrary.
  • the multilayer stack will comprise from 2 to 100 layers and the total thickness of such a stack is for example from 0.1 to 20 ⁇ m.
  • the invention relates to optical components comprising, optionally on a substrate, a layer or a multilayer stack as described above.
  • the multilayer stacks according to the invention can be used for producing mirrors in the ultraviolet range, in particular centered at typical wavelengths, for example 193, 248 or 350 nm. These mirrors can be used in laser cavities or for transporting the beam in the case, for example, of excimer or free electron lasers.
  • the invention makes it possible in particular to produce thick “all fluoride” mirrors (with a thickness of 1 to 6 ⁇ m) and little absorbent usable in the ultraviolet field.
  • Stacks can also be used to perform more complex functions of trichroic mirrors or spectral filters capable of withstanding high laser fluences, this is particularly the case of harmonic separator mirrors centered at 351 nm for application in very high energy lasers where precisely resistance to high laser fluences is required.
  • the stacks are also suitable for producing anti-reflective coatings in IR, visible or UV, transparent with little absorption, optically and mechanically stable for any application requiring such a coating.
  • the invention will also relate to the fact that the deposition is carried out “cold” - as already mentioned above, dense anti-reflective coatings formed by a layer or stack according to the invention on substrates sensitive to the heat, not supporting high temperatures such as plastics, such coatings will find their application in particular in the field of eyewear for so-called “organic” glasses.
  • the stacks can also be used as protection for already existing optical components, for example oxide mirrors to improve their content in the laser flux, excimer laser cavity portholes, against attack by corrosive atmospheres.
  • FIG. 1 is a graph illustrating the influence of the fluorination process on the transparency of layers of YF 3 .
  • the extinction coefficient k was increased to 514 (nm (hatched area) and 351 nm (screened area) respectively for samples A, B, C, representing deposits produced by methods different, namely according to the prior art (samples A and B) and according to the present invention (sample C).
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the reflection R as a function of the wavelength ⁇ (in nm) of an all-fluoride mirror comprising a stack of
  • layers of yttrium fluoride are deposited by ion beam sputtering of a target of YF 3 .
  • a layer of yttrium fluoride is deposited by a process according to the prior art under non-reactive conditions and therefore using no reactive gas.
  • the precise process conditions are as follows:
  • sample A The deposit thus obtained is called sample A.
  • EXAMPLE 1B In this example, a layer of yttrium fluorides is deposited by a process according to the prior art under reactive conditions using only a fluorination gas (CF).
  • CF fluorination gas
  • sample B The deposit thus obtained is called sample B.
  • a layer of yttrium fluoride is deposited by the process according to the invention, in which a mixture of gases consisting of hydrogen and CF is used, allowing both reduction by hydrogen and fluorination.
  • sample C The deposit thus obtained is called sample C.
  • the layers (sample C) deposited using the method of the invention are distinguished from the layers deposited by the methods of the prior art (samples A and B) in that they exhibit times an almost stoichiometric composition (to the nearest ten percent), a very low oxygen contamination rate, less than 3%, and even less than or equal to 1%, and an extinction coefficient at 351 nm very much less than 5.10 " 4 since it is equal to 1.5.10 -5 , instead of 3.10 "2 for sample A, and 1.5.10 ⁇ 2 for sample B.
  • sample C have, like the other sprayed layers of the prior art (sample B) a high density, in all cases equal to or greater than 85% of the density of solid yttrium fluoride, as well as rare gas contamination (in the Xenon table) which is characteristic of the spraying process used.
  • FIG. 1 also shows the extinction coefficients of the various deposits produced under the conditions of examples 1A, 1B and 1C.
  • the extinction coefficients of the different deposits were measured at wavelengths of 351 nm and 514 nm by spectrophotometry or by the photothermal deflection method.
  • LiF lithium fluoride
  • a layer of lithium fluoride (LiF) is deposited by a method according to the prior art under non-reactive spraying conditions which therefore use no reactive gas, and in particular no fluorination gas .
  • the precise conditions of the process are identical to those of Example 1A.
  • the layers thus prepared according to the prior art have, at a wavelength of 351 nm, an extinction coefficient k, measured by the photothermal deflection technique of 1.10 ⁇ 2 which results from a high deficiency in fluorine.
  • a layer of lithium fluoride (LiF) is deposited by the method according to the invention in which a mixture of gases consisting of H 2 and CF is used, allowing both a reduction by hydrogen, and fluorination.
  • the extinction coefficient k is measured in the same way as in Example 2A and at the same wavelength of 351 nm. It can be seen that, thanks to the method according to the invention, the extinction coefficient ka could be reduced by almost three orders of magnitude since it is no more than 4.5 ⁇ 10 ⁇ 5 .
  • Example 2 demonstrates that the method according to the invention is very effective in improving the transparency of the layers of LiF. These examples prove that the method according to the invention is of general application and can therefore be extended to any type of fluoride material.
  • EXAMPLE 3 Production of an all-fluoride mirror formed by a stack of 30 pairs of layers.
  • a YF 3 / LiF multilayer stack is produced, such a stack is the subject of French patent application No. 9 ⁇ 07759, to which reference may be made.
  • Such a mirror of 30 pairs of layers was produced using the method of the invention: that is to say that the deposition conditions are those of Examples 1C and 2B above.
  • the reactive method according to the invention used makes it possible to guarantee, in the stack, the deposition of sufficiently transparent monolayers.
  • the centering of the mirror is offset from 355 nm because the mirror has been calculated for an incidence of 30 ° while the spectrophotometric measurement is made under an incidence of 6 °.

Abstract

The invention concerns a method for preparing at least one fluorinated compound film by vacuum deposit formation, which consists in, simultaneously with the vacuum deposition, also generating and/or introducing in the gas phase, at least a reducing species and elemental, molecular or bound fluorine, thereby producing during its deposit formation the fluorination of the fluorinated compound film. The invention also concerns the resulting thin films and thin film layers. Said films or film layers deposited on a substrate can ensure an optical function, such as mirror, spectral filter or antiglare coating, in the spectral field ranging from ultraviolet to infrared, or act as protective coating on optical components for example for protecting them against intense laser flux or against corrosive atmosphere.

Description

PROCEDE DE PREPARATION DE COUCHES MINCES DE COMPOSES FLUORESPROCESS FOR THE PREPARATION OF THIN FILMS OF FLUORINATED COMPOUNDS
DESCRIPTIONDESCRIPTION
Domaine technique.Technical area.
L' invention concerne un procédé de préparation de couches, en particulier de couches 10 minces, de composés fluorés utilisables en optique.The invention relates to a process for the preparation of layers, in particular thin layers, of fluorinated compounds which can be used in optics.
L'invention a également trait aux couches minces et empilements de couches minces ainsi préparées .The invention also relates to the thin layers and stacks of thin layers thus prepared.
Ces couches ou empilements déposés sur un 15 substrat peuvent assurer une fonction optique de type miroir, filtre spectral ou revêtement antireflet, dans le domaine spectral allant de l'ultraviolet à l'infrarouge, ou jouer le rôle de revêtement protecteur de composants optiques par exemple pour les protéger 20 contre des flux lasers intenses ou contre des atmosphères corrosives.These layers or stacks deposited on a substrate can provide an optical function of the mirror, spectral filter or anti-reflective coating type, in the spectral range going from ultraviolet to infrared, or play the role of protective coating of optical components for example to protect them against intense laser fluxes or against corrosive atmospheres.
Etat de la technique antérieure.State of the prior art.
25 Dans le domaine du traitement par couches minces des composants optiques, la réalisation d'une fonction optique donnée, par exemple de miroir, de filtre spectral ou de revêtement antireflet peut être remplie au moyen d'une couche ou d'un empilement deIn the field of thin-film processing of optical components, the achievement of a given optical function, for example of a mirror, of a spectral filter or of an anti-reflective coating can be fulfilled by means of a layer or a stack of
30 couches de matériaux d'indices optiques différents.30 layers of materials with different optical indices.
L'épaisseur totale d'un tel empilement est généralement de quelques dixièmes de micromètres à quelques micromètres. Parmi les nombreux matériaux couramment utilisés, on peut citer : les composés oxydes comprenant, notamment, la silice (bas indice) mais aussi les différents oxydes de titane, tantale, zirconium, hafnium, aluminium, etc ... (hauts indices) . Ces matériaux sont largement utilisés pour des applications dans le visible et, pour certains, dans l'ultraviolet.The total thickness of such a stack is generally from a few tenths of a micrometer to a few micrometers. Among the many materials commonly used, there may be mentioned: oxide compounds comprising, in particular, silica (low index) but also the various oxides of titanium, tantalum, zirconium, hafnium, aluminum, etc. (high indices). These materials are widely used for applications in the visible and, for some, in the ultraviolet.
- les matériaux spécifiquement destinés aux applications dans l'infrarouge, tels que les chalcogénures (ZnS, ZnSe) ou encore le germanium.- materials specifically intended for infrared applications, such as chalcogenides (ZnS, ZnSe) or germanium.
- les composés fluorures qui regroupent une large gamme de composés, par exemple de formule générale MFX ou Mi ... MnFx ou M est un métal alcalin ou alcalino-terreux ou un lanthanide.- fluoride compounds which group together a wide range of compounds, for example of the general formula MF X or Mi ... M n F x or M is an alkali or alkaline-earth metal or a lanthanide.
Ces composés constituent une classe de matériaux particulièrement intéressants pour des applications dans un domaine spectral très étendu comprenant aussi bien l'ultraviolet, le visible que l'infrarouge. En effet, la plupart de ces composés ont la particularité de présenter un très large domaine spectral de transparence, allant typiquement de 0,15 à 10 μm.These compounds constitute a class of materials which are particularly advantageous for applications in a very wide spectral range including both the ultraviolet, the visible and the infrared. Indeed, most of these compounds have the distinction of having a very wide spectral range of transparency, typically ranging from 0.15 to 10 μm.
Parmi les composés les plus connus on peut citer par exemple YF3, et ThF4 qui sont couramment utilisés pour des applications dans l'infrarouge ; MgF2 et CaF2 qui sont mis en oeuvre comme matériau antireflet dans le visible, ou encore LaF3, Among the most well-known compounds, mention may be made, for example, of YF 3 and ThF 4, which are commonly used for applications in the infrared; MgF 2 and CaF 2 which are used as visible anti-reflective material, or also LaF 3 ,
Les couches minces de fluorures sont généralement obtenues par des techniques de dépôt sous vide, en particulier des techniques d' évaporation sous vide. La plus simple de ces techniques opère par chauffage résistif et vaporisation du matériau à déposer. Les matériaux ainsi déposés, sont de par leur pureté chimique et leur stoechiométrie, optiquement très transparents, mais ils présentent souvent une forte porosité, voire un caractère inhomogène, une faible tenue mécanique et une sensibilité importante à l'environnement liée à une forte reprise d'eau.The thin fluoride layers are generally obtained by vacuum deposition techniques, in particular vacuum evaporation techniques. The simplest of these techniques operates by resistive heating and vaporization of the material to be deposited. The materials thus deposited, by their chemical purity and their stoichiometry, are optically very transparent, but they often have a high porosity, even an inhomogeneous character, a low mechanical resistance and a significant sensitivity to the environment linked to a strong recovery of 'water.
Pour remédier à ce problème et densifier ces couches, la première solution consiste à déposer les couches à chaud par exemple en chauffant les substrats sur lesquelles elles se déposent.To remedy this problem and densify these layers, the first solution consists in depositing the layers hot, for example by heating the substrates on which they are deposited.
Cette technique de densification peut cependant conduire à une fissuration des dépôts, car les fluorures présentent des coefficients de dilatation thermiques relativement importants, qui sont en moyenne dix fois ceux des oxydes, et qui se traduisent après dépôt par la présence dans les couches de contraintes de tension de plusieurs centaines de MPa .This densification technique can however lead to cracking of the deposits, because the fluorides have relatively large thermal expansion coefficients, which are on average ten times those of the oxides, and which result after deposition by the presence in the stress layers of tension of several hundred MPa.
Pour éviter les inconvénients apportés par la densification par chauffage, il a été fait appel à d' autres procédés de dépôt dit procédés de dépôt énergétiques qui opèrent généralement à froid et utilisent des faisceaux d'ions, soit appliqués directement aux couches en croissance dans le cas de 1' évaporation assistée par faisceau d'ions (IAD ou IonTo avoid the drawbacks brought about by densification by heating, use has been made of other deposition methods known as energy deposition methods which generally operate cold and use ion beams, or applied directly to the growing layers in the case of evaporation assisted by ion beam (IAD or Ion
Assisted Déposition en anglais) , soit utilisés pour pulvériser la source ou cible du matériau à déposer dans le cas de la pulvérisation par faisceaux d'ionsAssisted Déposition in English), either used to spray the source or target of the material to be deposited in the case of spraying with ion beams
(IBS ou Ion Beam Sputtering en anglais) . Ces procédés de dépôt et de densification constituent un moyen efficace pour limiter la porosité des dépôts mais ils génèrent par contre un net déficit en fluor dans les couches, ce qui, sur le plan optique se traduit par une forte augmentation de l'absorption dans le domaine spectral de l'ultraviolet, voire du visible .(IBS or Ion Beam Sputtering in English). These deposition and densification methods constitute an effective means for limiting the porosity of the deposits, but on the other hand they generate a clear deficit in fluorine in the layers, which, optically, results in a large increase in absorption. in the spectral domain of the ultraviolet, even of the visible.
De manière plus précise, le déficit en fluor des matériaux fluorures tient essentiellement à deux phénomènes, l'un de ces phénomènes - comme on l'a déjà indiqué ci-dessus - est lié à la physique des procédés de dépôt sous vide, l'autre de ces phénomènes étant lié au comportement chimique de ces matériaux.More precisely, the fluoride deficit of fluoride materials is essentially due to two phenomena, one of these phenomena - as already mentioned above - is linked to the physics of vacuum deposition processes, the another of these phenomena being linked to the chemical behavior of these materials.
Il est en effet connu que lorsque les fluorures sont soumis à bombardement de particules, ils ont fortement tendance à relâcher du fluor.It is in fact known that when fluorides are subjected to particle bombardment, they have a strong tendency to release fluorine.
Ce phénomène s'observe fréquemment lors de dépôts par pulvérisation ou encore par assistance ionique de couches de fluorures, voire également lors de l' évaporation par faisceaux d'électrons comme cela est décrit dans le document de N.N. Skvortsov,This phenomenon is frequently observed during deposition by spraying or by ionic assistance of fluoride layers, or even also during evaporation by electron beams as described in the document by N.N. Skvortsov,
Yu.K.Ustinov et S .V. Yalyshko, sov. J.Opt . echnol . ,Yu.K.Ustinov and S .V. Yalyshko, sov. J. Opt. echnol. ,
54 (9) (1987)541.54 (9) (1987) 541.
Ce manque de fluor peut être attribué, soit à une pulvérisation ionique préférentielle du fluor, soit à une désorption du fluor sous l'effet par exemple d'un faisceau électronique.This lack of fluorine can be attributed either to a preferential ionic spraying of fluorine, or to a desorption of fluorine under the effect for example of an electron beam.
Pour que les procédés de dépôt énergétiques de couches minces de fluorure puissent être mises en oeuvre efficacement et de manière viable dans le domaine de l'optique, il est donc impératif que ces procédés soient associés à des méthodes de refluoration des couches, soit pendant le dépôt, soit après le dépôt . Pour des raisons évidentes de simplification des procédés, il est préférable de réaliser simultanément le dépôt et la (re) fluoration des couches.In order for the energetic deposition processes of thin layers of fluoride to be able to be carried out efficiently and in a viable manner in the field of optics, it is therefore imperative that these processes are associated with methods of refluxing the layers, either during deposit, ie after deposit. For obvious reasons of simplification of the processes, it is preferable to simultaneously deposit and (re) fluorinate the layers.
Ainsi dans les procédés de dépôt de couches minces en général, la compensation de la stoechiométrie des dépôts se fait dans la mesure du possible par injection pendant le dépôt d'un gaz réactif contenant l'élément déficitaire, le procédé prenant alors le nom de procédé réactif. Dans le cas particulier des fluorures des gaz réactifs généralement utilisés sont CF4, C2F6, SF6, ou encore du fluor F2 dont la mise en oeuvre n'est toutefois pas sans risque pour le matériel.So in thin film deposition processes in general, the compensation of stoichiometry deposits are made as far as possible by injection during the deposition of a reactive gas containing the deficient element, the process then taking the name of reactive process. In the particular case of the fluorides of the reactive gases generally used are CF 4 , C 2 F 6 , SF 6 , or else fluorine F 2 , the implementation of which is however not without risk for the material.
Ainsi le document de H. Schink, J. Kolbe, F. Zimmermann, D. Ristau et H.Welling, SPIE vol.1441 (1990)327. et le document de J. Kolbe, H. Schink et D. Ristau, SVC (Society of Vacuum Coaters) 3βth annual Technical Conférence proceedings (1993)44-50 décrivent le dépôt de couches minces de fluorures LaF3, A1F3 et MgF2 par des procédés réactifs d' évaporation assistée par faisceaux d'ions (IAD) ou de pulvérisation par faisceaux d'ions (IBS) pour des applications dans l'ultraviolet profond en particulier pour des miroirs.Thus the document by H. Schink, J. Kolbe, F. Zimmermann, D. Ristau and H. Welling, SPIE vol. 1441 (1990) 327. and the document by J. Kolbe, H. Schink and D. Ristau, SVC (Society of Vacuum Coaters) 3βth annual Technical Conference proceedings (1993) 44-50 describe the deposition of thin layers of fluorides LaF 3 , A1F 3 and MgF 2 by reactive methods of ion beam assisted evaporation (IAD) or ion beam atomization (IBS) for applications in the deep ultraviolet, in particular for mirrors.
Des gaz fluorés tels que F2 et CF4 sont utilisés en tant que gaz réactifs pour compenser la sous-stoéchiométrie en fluor responsable d'une forte absorption optique aux courtes longueurs d'onde. Mais, si de tels gaz permettent une certaine amélioration par rapport aux mêmes procédés mettant en oeuvre de l'oxygène comme gaz réactif, ils ne permettent toutefois d'atteindre qu'une légère diminution de cette absorption.Fluorinated gases such as F 2 and CF 4 are used as reactive gases to compensate for the substoichiometry in fluorine responsible for strong optical absorption at short wavelengths. However, if such gases allow a certain improvement compared to the same processes using oxygen as reactive gas, they however only allow a slight decrease in this absorption.
Le même constat est effectué dans le document de J.G. Cook, G. H. Yousefi, S.R.Das et D.F. Mitchell, Thin Solid Films, 217 (1992) 87-90 où dans un procédé de pulvérisation cathodique de CaF2, l'introduction de CF4 dans le plasma, s'il induit bien une nette compensation en fluor des couches génère, par contre, une forte absorption liée à la pollution des couches par le carbone. Par ailleurs, dans un procédé d' évaporation assistée par faisceaux d'ions (IAD), l'utilisation de C2F6 dans le canon d'assistance conduit à une faible compensation en fluor. Enfin, le document JP-A-7 166 344 concerne le dépôt de fluorures par pulvérisation de cibles métalliques dans un plasma composé d'un gaz inerte et de fluor.The same observation is made in the document by JG Cook, GH Yousefi, SRDas and DF Mitchell, Thin Solid Films, 217 (1992) 87-90 where in a sputtering process of CaF 2 , the introduction of CF 4 in the plasma, if it induces a clear compensation in fluorine of the layers generates, on the other hand, a strong absorption linked to the pollution of the layers by carbon. Furthermore, in a process of evaporation assisted by ion beams (IAD), the use of C 2 F 6 in the assistance gun leads to a low fluorine compensation. Finally, document JP-A-7 166 344 relates to the deposition of fluorides by spraying metal targets into a plasma composed of an inert gas and fluorine.
La qualité optique des couches déposées dans l'ultraviolet ou le visible, n'est cependant pas mentionnée, car le but recherché par ce document est plutôt de permettre une vitesse de dépôt élevée que de rechercher une transparence particulière.The optical quality of the layers deposited in the ultraviolet or visible, however, is not mentioned, because the aim sought by this document is rather to allow a high deposition speed than to seek a particular transparency.
Il ressort de ce qui précède que la refluoration de couches de fluorures déposées par les techniques de dépôt énergétique s'avère extrêmement difficile en mettant en oeuvre des gaz réactifs fluorés et n'a pu jusqu'à présent être réalisé avec succès.It emerges from the above that the refluxing of fluoride layers deposited by energy deposition techniques proves to be extremely difficult using fluorinated reactive gases and has so far been unable to be carried out successfully.
C'est la raison pour laquelle on préfère souvent recourir à l'oxydation et réaliser, au lieu des fluorures, des composés oxyfluorures du type MFx_εOε qui présentent une bonne transparence dans l'ultraviolet mais dont le « gap » optique reste toutefois supérieur à celui des fluorures purs, ce qui pose des problèmes pour des applications dans l'ultraviolet profond.This is the reason why it is often preferred to resort to oxidation and to produce, instead of fluorides, oxyfluoride compounds of the MF x _ ε O ε type which have good transparency in the ultraviolet but whose optical "gap" remains however superior to that of pure fluorides, which poses problems for applications in the deep ultraviolet.
Ainsi, le document de J.D.Targove, M.J. Messerly, J.P.Lehan, R.H. Potoff, H.A.Macleod, L.C.Mc Intyre Jr et J.A.Leavitt, SPIE vol.678, (1986) 115, décrit-il l'assistance du dépôt de MgF2 par de l'oxygène, tandis que le document JP-A-8 134 637 est relatif à l'utilisation d'une cible d' oxyfluorure de magnésium pour assurer une faible absorption optique aux couches .Thus, the document by JDTargove, MJ Messerly, JPLehan, RH Potoff, HAMacleod, LCMc Intyre Jr and JALeavitt, SPIE vol. 678, (1986) 115, describes the assistance of the deposition of MgF 2 by oxygen, while the document JP-A-8 134 637 relates to the use of a magnesium oxyfluoride target to ensure low optical absorption in the layers.
De même, la pulvérisation d'une cible constituée d'un mélange de fluorures du type CaF2, Na3AlF6, Na5Al34 ou SrF2 en opérant dans une atmosphère réactive contenant de l'oxygène a fait l'objet du document JP-A-8 171 002 qui a essentiellement pour but d'obtenir des couches transparentes, essentiellement dans le visible.Similarly, the sputtering of a target consisting of a mixture of fluorides of the CaF 2 type, Na3AlF 6 , Na 5 Al 34 or SrF 2 by operating in a reactive atmosphere containing oxygen was the subject of document JP-A-8 171 002 which essentially aims at obtaining transparent layers, essentially in the visible.
L' énumération des techniques citées ci- dessus fait clairement ressortir que la préparation et la (re) fluoration de couches minces de composés fluorés tels que les fluorures s'avère extrêmement difficile et n'a pas été jusqu'à présent mise en évidence et démontrée .The enumeration of the techniques cited above clearly shows that the preparation and (re) fluorination of thin layers of fluorinated compounds such as fluorides is extremely difficult and has so far not been demonstrated and demonstrated.
Ainsi, actuellement les techniques de fluoration utilisées, dont le principe repose sur la décomposition d'un gaz fluoré et sur la réaction du fluor ainsi produit avec le matériau sous- stoechiométrique déposé permettent difficilement de diminuer le coefficient d' extinction de monocouches de fluorures en dessous de k = 10"3 dans le visible.Thus, currently the fluorination techniques used, the principle of which is based on the decomposition of a fluorinated gas and on the reaction of the fluorine thus produced with the deposited substoichiometric material, make it difficult to reduce the extinction coefficient of fluoride monolayers in below k = 10 "3 in the visible.
Aux phénomènes de désorption du fluor, s'ajoute le fait que les matériaux fluorures utilisés comme source de vapeur pour la condensation d'un film mince sont généralement très sensibles à l'hydrolyse et à l'oxydation, en particulier quand ces matériaux se présentent sous forme de poudre. En conséquence, les sources de pulvérisation étant en général sous forme de poudres frittes, elles contiennent non seulement le composé fluorure (MFX) mais également les dérivés hydrolysesAdded to the fluorine desorption phenomena is the fact that the fluoride materials used as a vapor source for the condensation of a thin film are generally very sensitive to hydrolysis and oxidation, in particular when these materials are present. in powder form. Consequently, since the spray sources are generally in the form of sintered powders, they contain not only the fluoride compound (MF X ) but also the hydrolysed derivatives
(MFx_y(OH)y) ou oxydés (MFx-zOz/2) . La proportion de ces sous-produits peut atteindre quelques pourcents et ils sont à l'origine d'une grande part du déficit des couches en fluor.(MF x _ y (OH) y ) or oxidized (MF x - z O z / 2 ). The proportion of these by-products can reach a few percent and they are responsible for a large part of the fluorine layer deficit.
Pour ce qui concerne l' évaporation, la forte sensibilité des fluorures à l'humidité, voire à l'oxydation, fait que la couche ou éventuellement la charge d' évaporation déficiente en fluor auront tendance à compenser les lacunes de fluor par de l'oxygène ou des groupes hydroxydes -OH, dans la limite de la concentration de ces espèces dans le vide résiduel de l'enceinte de dépôt.With regard to evaporation, the high sensitivity of fluorides to humidity, or even to oxidation, means that the layer or possibly the Evaporation load deficient in fluorine will tend to compensate for the fluorine vacancies with oxygen or hydroxide groups -OH, within the limit of the concentration of these species in the residual vacuum of the deposit enclosure.
Le but de l'invention est de fournir un procédé de préparation de couches minces de matériau fluorés qui ne présentent pas les inconvénients, limitations et désavantages de l'art antérieur et qui résolve les problèmes de l'art antérieur cité ci- dessus .The object of the invention is to provide a process for preparing thin layers of fluorinated material which does not have the drawbacks, limitations and disadvantages of the prior art and which solves the problems of the prior art cited above.
Ce but et d'autres encore sont atteints conformément à l'invention, par un procédé de préparation d'au moins une couche de composé fluoré par dépôt sous vide, dans lequel, simultanément à l'opération de dépôt sous vide, on génère ou on introduit en outre dans la phase gazeuse, au moins une espèce chimique réductrice et du fluor élémentaire, moléculaire, ou lié, moyennant quoi on réalise pendant son dépôt, la fluoration de la couche de composé fluoré.This object and others are achieved in accordance with the invention, by a process for the preparation of at least one layer of fluorinated compound by vacuum deposition, in which, simultaneously with the vacuum deposition operation, one generates or at least one reducing chemical species and elementary, molecular or bound fluorine are also introduced into the gas phase, whereby the fluorination of the layer of fluorinated compound is carried out during its deposition.
Le procédé selon l'invention se différencie donc fondamentalement des procédés de l'art antérieur décrit ci-dessus, en ce sens que son principe repose sur la combinaison d'une double réaction chimique, qui consiste d'une part en une réduction du composé fluoré tel que le fluorure partiellement oxydé à cause de la contamination par l'oxygène, et d'autre part, ensuite, en sa fluoration. Ces deux réactions sont rendues possible par la génération ou l'introduction dans l'enceinte à vide et/ou en un autre point situé en dehors de celle- ci, non seulement de fluor mais aussi d'espèces chimiques réductrices comme de l'hydrogène actif. Cette démarche est totalement surprenante et va à l' encontre de celle jusqu'à présent suivie dans l'art antérieur impliquant uniquement une fluoration.The process according to the invention therefore differs fundamentally from the processes of the prior art described above, in that its principle is based on the combination of a double chemical reaction, which consists on the one hand in a reduction of the compound fluorinated such as fluoride partially oxidized due to contamination by oxygen, and on the other hand, then, in its fluorination. These two reactions are made possible by the generation or introduction into the vacuum enclosure and / or at another point situated outside of it, not only of fluorine but also of reducing chemical species such as hydrogen. active. This approach is completely surprising and goes against that hitherto followed in the prior art involving only fluorination.
Avantageusement, cette espèce chimique réductrice et/ou ce fluor sont générés et/ou introduits in-situ c'est-à-dire directement dans l'enceinte, ou réacteur, ou se déroule l'opération de dépôt sous vide.Advantageously, this reducing chemical species and / or this fluorine are generated and / or introduced in situ, that is to say directly into the enclosure, or reactor, or the vacuum deposition operation takes place.
Il est bien évident que cette espèce chimique réductrice et/ou ce fluor peuvent également être générés et/ou introduits « ex-situ », par exemple dans un réacteur et/ou une enceinte séparées.It is obvious that this reducing chemical species and / or this fluorine can also be generated and / or introduced "ex situ", for example in a separate reactor and / or enclosure.
A titre d'exemple pour le fluor élémentaire, moléculaire ou lié on peut citer par exemple les espèces suivantes : F, F2, CF, CF2, CF3, CHF, CF4 etc...By way of example for elementary, molecular or bound fluorine, the following species may be mentioned, for example: F, F 2 , CF, CF 2 , CF 3 , CHF, CF 4, etc.
Pour activer la fluoration, une réalisation avantageuse de l'invention consistera à favoriser dans la phase gazeuse la production de fluor élémentaire ou monoatomique F. Cette génération de fluor élémentaire ou monoatomique se fera de préférence in-situ.To activate fluorination, an advantageous embodiment of the invention will consist in promoting in the gas phase the production of elementary or monoatomic fluorine F. This generation of elementary or monoatomic fluorine will preferably be done in situ.
Les inventeurs ont mis en évidence que dans l'art antérieur la réaction de (re) fluoration se fait essentiellement avec des formes hydrolysées ou oxydées du composé fluoré tel qu'un fluorure, et peu avec des formes sous stoechio étriques du composé fluoré, telles que des formes sous stoechiométriques du fluorure MFx-t .The inventors have demonstrated that in the prior art the (re) fluorination reaction is carried out essentially with hydrolyzed or oxidized forms of the fluorinated compound such as a fluoride, and little with stoechio-metric forms of the fluorinated compound, such as stoichiometric forms of fluoride MF x - t .
Dans les procédés de (re) fluoration utilisés jusqu'à présent, où l'on procède à l'introduction uniquement de gaz fluorés et à leur décomposition, celle-ci a pour but unique de générer simplement du fluor.In the (re) fluorination processes used up to now, where only fluorinated gases are introduced and decomposed, the sole purpose of this is to simply generate fluorine.
Ce fluor doit chimiquement interagir avec les composés fluorés tels que les fluorures sous- stoéchiométriques, par exemple, selon la réaction suivante : MFx-y + tF -→ MFX ( 1 )This fluorine must chemically interact with fluorinated compounds such as substoichiometric fluorides, for example, according to the following reaction: MF x - y + tF - → MF X (1)
Pour favoriser cette réaction, cela suppose de réduire les formes oxydées ou hydrolysées des composés fluorés tels que les fluorures, pour aboutir au composé MFx-t susceptible de réagir avec le fluor, une telle réduction, fondamentale dans le procédé selon l'invention, et rendue possible par la présence d'espèces chimiques réductrices, de préférence fortement réductrices, n'est jamais réalisée dans l'art antérieur.To promote this reaction, this supposes reducing the oxidized or hydrolyzed forms of fluorinated compounds such as fluorides, to result in the compound MF x - t capable of reacting with fluorine, such reduction, fundamental in the process according to the invention, and made possible by the presence of reducing chemical species, preferably strongly reducing, is never carried out in the prior art.
Selon l'invention et grâce à la génération d'espèces chimiques réductrices telles que de l'hydrogène actif, et de fluor de préférence de fluor monoatomique F, on accroît, au contraire de l'art antérieur, la production d'espèces sous stoechiométriques de type MFx_t et on déplace vers la droite l'équilibre de la réaction de (re) fluoration (1) décrite ci-dessus en favorisant les réactions de réductions (2) et (3) qui, outre la réaction (1) de fluoration, entrent en jeu dans le processus.According to the invention and thanks to the generation of reducing chemical species such as active hydrogen, and preferably fluorine monoatomic fluorine F, the production of sub stoichiometric species is increased, unlike the prior art. type MF x _ t and the balance of the (re) fluorination reaction (1) described above is shifted to the right, favoring the reduction reactions (2) and (3) which, in addition to the reaction (1 ) of fluoridation, come into play in the process.
MFx-t(OH)t + tH <-> MFx_t + t(H20) (2)MF x - t (OH) t + tH <-> MF x _ t + t (H 2 0) (2)
MFχ-tOt/2 + tH ->MFx-t + t/2(H20) (3)MFχ-tO t / 2 + tH -> MF x - t + t / 2 (H 2 0) (3)
MFx-t + tF <→ MFX (1)MF x - t + tF <→ MF X (1)
Dans le procédé selon l'invention, on assure à la fois une réduction, notamment des hydroxydes ou oxydes des composés fluorés tels que des fluorures, ainsi qu'une fluoration efficace.In the process according to the invention, both a reduction, in particular of hydroxides or oxides of fluorinated compounds such as fluorides, is ensured, as well as effective fluorination.
Le procédé selon l'invention permet d'assurer une compensation en fluor des couches s' accompagnant entre autres non seulement d'une diminution de la contamination en oxygène des fluorures déposés, mais également d'une diminution drastique de l'absorption optique, en particulier dans le visible et l'ultraviolet.The method according to the invention makes it possible to provide fluorine compensation for the layers accompanied, among other things, not only by a reduction in the oxygen contamination of the fluorides deposited, but also by a drastic reduction in optical absorption, in particular in the visible and the ultraviolet.
Les couches préparées par le procédé selon l'invention présentent donc une combinaison de propriétés jamais atteintes par les couches de l'art antérieur. Les composés fluorés dont les couches, en particulier les couches minces, sont préparées par le procédé selon l'invention ne sont pas limités et peuvent être aussi bien des composés organiques que des composés inorganiques. Parmi les composés inorganiques, on peut citer les fluorures et en particulier les fluorures de métaux déjà cités plus haut, par exemple les fluorures de métaux alcalins et alcalino-terreux, les fluorures de lanthanides, et les fluorures d'autres métaux tels que YF, A1F3, etc..., et les fluorures mixtes de ceux- ci .The layers prepared by the method according to the invention therefore exhibit a combination of properties never achieved by the layers of the prior art. The fluorinated compounds whose layers, in particular the thin layers, are prepared by the process according to the invention are not limited and can be both organic compounds and inorganic compounds. Among the inorganic compounds, mention may be made of the fluorides and in particular the metal fluorides already mentioned above, for example the alkali and alkaline earth metal fluorides, the lanthanide fluorides, and the fluorides of other metals such as YF, A1F 3 , etc ..., and mixed fluorides thereof.
A titre d'exemple, on peut mentionner MgF2, ThF4, YF3, LaF3, NdF3, CeF3, CaF2, LiF, ErF3, BaF2, KF ou encore YLiF4, Y3KF0, LiErF4, KCeF4, K3CeF6, Ba3AlF9, Ba3Al2F12, Ba2Al33, Ba2Y2F8 et YBaF5 etc..As an example, we can mention MgF 2 , ThF 4 , YF 3 , LaF 3 , NdF 3 , CeF 3 , CaF 2 , LiF, ErF 3 , BaF 2 , KF or YLiF 4 , Y 3 KF 0 , LiErF 4 , KCeF 4 , K 3 CeF 6 , Ba3AlF 9 , Ba 3 Al 2 F 12 , Ba 2 Al 33 , Ba 2 Y 2 F 8 and YBaF 5 etc.
Parmi les composés organiques, on peut citer par exemple les polymères fluorés, de préférence le poly (tétrafluoroéthylène) .Among the organic compounds, mention may be made, for example, of fluorinated polymers, preferably poly (tetrafluoroethylene).
Par espèce chimique réductrice, et de préférence fortement réductrice, on entend généralement selon l'invention des espèces énergétiques par exemple de type ionique ou monoatomique qui sont réactives, de préférence hautement réactives, et qui présentent par ailleurs une durée de vie suffisante pour participer aux réactions décrites précédemment. Ladite espèce réductrice, de préférence fortement réductrice, peut être toute espèce réductrice adéquate .The term “reducing” and preferably highly reducing chemical species is generally understood to mean, according to the invention, energetic species, for example of the ionic or monoatomic type, which are reactive, preferably highly reactive, and which moreover have a sufficient lifetime to participate in the reactions described above. Said reducing species, preferably highly reducing, can be any suitable reducing species.
Cette espèce est de préférence issue de l'hydrogène ou d'un gaz hydrogéné par exemple d'un alcane ou alcène gazeux, tel que le méthane, l'éthane, le propane, le butane etc..., mais cette espèce est de préférence encore issue de l'hydrogène, c'est-à-dire qu'il s'agit généralement d'hydrogène dit actif. L'espèce réductrice et le fluor tel que le fluor monoatomique sont généralement produits par décomposition d'un gaz unique ou d'un mélange de gaz.This species preferably comes from hydrogen or from a hydrogenated gas, for example from an alkane or alkene gas, such as methane, ethane, propane, butane, etc., but this species is of preferably still derived from hydrogen, that is to say that it is generally said active hydrogen. The reducing species and fluorine such as monoatomic fluorine are generally produced by decomposition of a single gas or a mixture of gases.
Dans le cas où l'on met en oeuvre un mélange de gaz, on introduit simultanément dans l'enceinte où est réalisée la fluoration et/ou le dépôt, d'une part un gaz riche en fluor ou du fluor, éventuellement dilué par un gaz neutre ou rare tel que Ar, Ne, Kr ou Xe, et d'autre part un gaz susceptible lors de sa décomposition de générer ladite espèce réductrice, de préférence fortement réductrice, ce dernier gaz est de préférence de l'hydrogène, ladite espèce réductrice étant donc alors de l'hydrogène actif.In the case where a gas mixture is used, a gas rich in fluorine or fluorine, optionally diluted with a gas, is introduced simultaneously into the enclosure where the fluorination and / or the deposition is carried out. neutral or rare gas such as Ar, Ne, Kr or Xe, and on the other hand a gas capable during its decomposition of generating said reducing species, preferably strongly reducing, this latter gas is preferably hydrogen, said species reducing therefore being active hydrogen.
De préférence, ledit gaz riche en fluor est choisi parmi les alcanes et alcènes perfluorés gazeux de 1 à 4 atomes de carbone, le SF6, le NF3 et le NH4F.Preferably, said fluorine-rich gas is chosen from gaseous perfluorinated alkanes and alkenes of 1 to 4 carbon atoms, SF 6 , NF 3 and NH 4 F.
Dans le cas où l'on met en oeuvre un gaz unique, il est choisi de préférence parmi les alcanes et alcènes partiellement fluorés de 1 à 4 atomes de carbone tels que CHF3, CH2F2, CH3F, et le fluorure d'hydrogène HF. De préférence, ce gaz est dilué par un gaz neutre ou rare tel que Ar, Ne, Kr et Xe.In the case where a single gas is used, it is preferably chosen from partially fluorinated alkanes and alkenes of 1 to 4 carbon atoms such as CHF 3 , CH 2 F 2 , CH 3 F, and fluoride hydrogen HF. Preferably, this gas is diluted with a neutral or rare gas such as Ar, Ne, Kr and Xe.
Pour favoriser la production d'espèces monoatomiques fortement réactives et par exemple la décomposition du ou des gaz introduits, on a recours de préférence, totalement ou en partie, à un plasma.To promote the production of highly reactive monoatomic species and for example the decomposition of the gas (s) introduced, recourse is preferably made, in whole or in part, to a plasma.
Ce plasma pourra être par exemple celui généré par la source ionique de pulvérisation ou de bombardement d'assistance (IAD), ou celui généré par une source ionique indépendante du dépôt.This plasma could be, for example, that generated by the ion source of spraying or bombardment assistance (IAD), or that generated by an ion source independent of the deposit.
Avantageusement, ladite espèce fortement réductrice et/ou ledit fluor tel que ledit fluor monoatomique sont générés près de la surface à fluorer et/ou des cibles ou sources.Advantageously, said highly reducing species and / or said fluorine such as said monoatomic fluorine are generated near the surface to be fluorinated and / or targets or sources.
Autrement dit la localisation de la génération des espèces et/ou du fluor, tel que ledit fluor monoatomique, est préférentiellement près ou juste au niveau de la surface des cibles de matériaux fluorures ou des sources d' évaporation, dans le cas respectivement des procédés de pulvérisation ou d' évaporation, et/ou également près des dépôts, en particulier pour l' évaporation assistée par faisceaux d' ions (IAD) . En effet, le procédé de dépôt sous vide concerné par l'invention est généralement un procédé de dépôt énergétique choisi parmi la pulvérisation par faisceau d'ions (IBS), la pulvérisation par faisceau d'ions assistée ioniquement (DIBS, D signifiant « Dual » c'est-à-dire qu'il s'agit du procédé IBS assisté par un second faisceau d'ions), et 1' évaporation assistée par faisceau d'ions (IAD).In other words, the location of the generation of the species and / or of fluorine, such as said monoatomic fluorine, is preferably near or just at the surface of the targets of fluoride materials or sources of evaporation, in the case respectively of spraying or evaporation, and / or also near deposits, in particular for assisted ion beam evaporation (IAD). Indeed, the vacuum deposition process concerned by the invention is generally an energy deposition method chosen from ion beam spraying (IBS), ion beam assisted ion spraying (DIBS, D meaning "Dual That is, it is the IBS process assisted by a second ion beam), and the ion beam assisted evaporation (IAD).
Le choix de cette dernière technique est avantageux car elle produit un flux de matière dix à cent fois plus énergétique que l' évaporation classique et elle permet d'induire dans les couches de fluorures des contraintes de compression, ce qui permet outre le dépôt de couches minces, le dépôt de couches d'épaisseur supérieure à 1 voire 2 μm et de structures épaisses allant jusqu'à 20 μm. Un tel dépôt n'est pas possible dans l'art antérieur car les contraintes internes de tension favorisent le faïençage des couches.The choice of the latter technique is advantageous because it produces a material flow ten to a hundred times more energetic than conventional evaporation and it allows compression stresses to be induced in the fluoride layers, which also allows the deposition of layers. thin, depositing layers with a thickness greater than 1 or even 2 μm and thick structures up to 20 μm. Such deposition is not possible in the prior art because the internal stresses of tension favor the crazing of the layers.
On note que ces procédés de dépôts opèrent à température modérée, généralement inférieure ou égale à 100°C, de préférence, cette température est la température ambiante ou ordinaire, c'est-à-dire, par exemple, une température voisine de 20 à 25°C. Selon l'invention, la cible ou source ne présente aucun échauffement, au contraire de l'art antérieur, car elle est, de préférence, maintenue à ladite température, de préférence, ambiante ou ordinaire.It is noted that these deposition processes operate at moderate temperature, generally less than or equal to 100 ° C., preferably, this temperature is room or ordinary temperature, that is to say, for example, a temperature close to 20 to 25 ° C. According to the invention, the target or source has no heating, unlike the prior art, because it is preferably maintained at said temperature, preferably, ambient or ordinary.
Il sera ainsi possible « à froid » de déposer des traitements optiques antireflet et denses sur tout type de substrat par exemple en plastique (verres organiques) ne supportant pas des températures élevées .It will thus be possible "cold" to deposit anti-reflective and dense optical treatments on any type of substrate, for example plastic (organic glasses) which cannot withstand high temperatures.
L'invention concerne également la ou les couche (s) en particulier la ou les couche (s) mince (s) préparée (s) par le procédé selon l'invention.The invention also relates to the layer (s), in particular the thin layer (s) prepared by the process according to the invention.
Ces couches notamment minces, comme on l'a déjà mentionné plus haut présentent à la fois notamment des propriétés de transparence optique sur un large domaine spectral, une excellente compacité et une composition chimique spécifique. Autrement dit le procédé selon l'invention permet notamment dans les couches minces de fluorure de favoriser une amélioration de leurs propriétés physiques et mécaniques (densité, dureté, contraintes interne de compression...) tout en leur conservant une faible absorption optique, notamment dans le domaine spectral non seulement visible mais aussi UV.These notably thin layers, as already mentioned above, exhibit in particular properties of optical transparency over a wide spectral range, excellent compactness and a specific chemical composition. In other words, the process according to the invention makes it possible in particular in thin fluoride layers to promote an improvement in their physical and mechanical properties (density, hardness, internal compression stresses, etc.) while retaining low optical absorption, in particular in the spectral range not only visible but also UV.
Plus précisément les couches selon l'invention et en particulier les couches de fluorures se caractérisent par une transparence optique telle que le coefficient d'extinction k mesuré à 351 nm est inférieur ou égal à 5 10~4.More precisely, the layers according to the invention and in particular the fluoride layers are characterized by an optical transparency such that the extinction coefficient k measured at 351 nm is less than or equal to 5 10 ~ 4 .
Cette transparence reste généralement valable dans le domaine spectral du visible c'est-à- dire que le coefficient d'extinction k mesuré à 514 nm est inférieur ou égal à 10-4.This transparency generally remains valid in the visible spectral range, that is to say that the extinction coefficient k measured at 514 nm is less than or equal to 10 -4 .
La composition chimique des couches minces de fluorure selon l'invention est par ailleurs caractérisée par le fait qu'elles sont quasiment stoechiométriques, généralement à 10 % près ou moins, c'est-à-dire que le rapport de composition x = [F] /[M] est proche du rapport de composition pour le matériau massif MFX à 10% près ou moins.The chemical composition of the thin fluoride layers according to the invention is further characterized by the fact that they are almost stoichiometric, generally to within 10% or less, that is to say that the composition ratio x = [F ] / [M] is close to the composition ratio for the solid material MF X to within 10% or less.
Le rapport de composition s'accompagne d'une contamination (pollution) en oxygène très limitée généralement inférieure à 3 at % et de préférence inférieure à 1 at % .The composition ratio is accompanied by very limited oxygen contamination (pollution) generally less than 3 at% and preferably less than 1 at%.
Par ailleurs, et dans la mesure où ces couches sont issues de procédés énergétiques utilisant des faisceaux d'ions, elles se caractérisent également par le fait qu'elles contiennent une contamination en gaz rare (s), c'est-à-dire qu'elles contiennent à l'état d'impuretés, de un à quelques dixièmes de % à un à quelques pourcents par exemple de 0,1 à 10 % d'atomes de gaz rares tels que Ne, Ar, Kr, Xe .Furthermore, and insofar as these layers come from energy processes using ion beams, they are also characterized by the fact that they contain a contamination in rare gas (s), that is to say that 'they contain in the state of impurities, from one to a few tenths of% to one to a few percent, for example from 0.1 to 10% of rare gas atoms such as Ne, Ar, Kr, Xe.
Les couches de fluorure selon l'invention se définissent enfin par une excellente compacité caractérisée par une densité élevée généralement supérieure ou égale à 85 % de préférence supérieure ou égale à 90 %, de la densité du matériau massif.The fluoride layers according to the invention are finally defined by an excellent compactness characterized by a high density generally greater than or equal to 85%, preferably greater than or equal to 90%, of the density of the solid material.
Il en résulte donc que pour les matériaux fluorures non hygroscopiques tels que par exemple YF3, MgF2 et CaF2 les couches reprennent très peu d'eau. Autrement dit les pertes optiques infrarouge mesurées à une longueur d'onde λ de 2,9 μm restent inférieures à 1It therefore follows that for non-hygroscopic fluoride materials such as for example YF 3 , MgF 2 and CaF 2 the layers take up very little water. In other words the infrared optical losses measured at a wavelength λ of 2.9 μm remains less than 1
% pour une couche de 500 nm.% for a 500 nm layer.
Les couches selon l'invention ont de manière générale une épaisseur de 0,01 à 5 μm. Cependant, il s'agira de préférence de couches dites minces .The layers according to the invention generally have a thickness of 0.01 to 5 μm. However, it will preferably be so-called thin layers.
Il est à noter que, selon l'invention, le terme « couches minces » désigne des couches dont l'épaisseur est de préférence de 0,01 à 1 μm. Comme on l'a déjà indiqué plus haut lorsque la technique de dépôt mise en oeuvre dans le procédé de l'invention est une technique IBS il est possible de déposer des couches relativement épaisses c'est-à-dire d'une épaisseur supérieure à 1 à 2 μm et de préférence de 0,01 à 5 μm, et donc des structures ou empilements également épais avec une épaisseur (voir plus bas) deIt should be noted that, according to the invention, the term “thin layers” designates layers whose thickness is preferably from 0.01 to 1 μm. As already indicated above when the deposition technique used in the process of the invention is an IBS technique, it is possible to deposit relatively thick layers, that is to say of a thickness greater than 1 to 2 μm and preferably 0.01 to 5 μm, and therefore also thick structures or stacks with a thickness (see below) of
0,1 à 20 μm.0.1 to 20 μm.
Un tel dépôt de couches épaisses de fluorures n'était pas possible avec les procédés de l'art antérieur dans lesquels les couches de fluorure déposées présentent des contraintes internes de tension qui favorisent le faïençage des couches.Such a deposition of thick layers of fluorides was not possible with the methods of the prior art in which the deposited fluoride layers have internal stresses of tension which favor the crazing of the layers.
Les couches selon l'invention peuvent être par exemple des couches dites à haut indice ou bas indice.The layers according to the invention can be for example so-called high index or low index layers.
A titre d'exemple de matériaux fluorures convenant pour la réalisation des couches d' indice haut on peut citer les fluorures ErF3, YF3, CeF3, LaF3, NdF3 et SrF2. A titre d'exemple de matériaux fluorures convenant à la réalisation des couches d'indice bas, on peut citer les fluorures LiF, NaF, KF, BaF2, MgF2,By way of example of fluoride materials suitable for the production of high index layers, mention may be made of the fluorides ErF 3 , YF 3 , CeF 3 , LaF 3 , NdF 3 and SrF 2 . By way of example of fluoride materials suitable for producing the low index layers, mention may be made of the fluorides LiF, NaF, KF, BaF 2 , MgF 2 ,
Nas lFe, CaF2 et A1F3.Nas lFe, CaF 2 and A1F 3 .
L' invention a également trait à un empilement multicouche comprenant plusieurs couches en particulier couches minces telles que définies ci- dessus. Le nombre, la nature, l'épaisseur, les propriétés et l'arrangement des couches de l'empilement peut être quelconque. Généralement, l'empilement multicouche comprendra de 2 à 100 couches et l'épaisseur totale d'un tel empilement est par exemple de 0,1 à 20 μm.The invention also relates to a multilayer stack comprising several layers in particularly thin layers as defined above. The number, nature, thickness, properties and arrangement of the layers of the stack can be arbitrary. Generally, the multilayer stack will comprise from 2 to 100 layers and the total thickness of such a stack is for example from 0.1 to 20 μm.
De tels empilements sont décrits en détail dans la demande FR 96 07759 à laquelle il est fait expressément référence ici.Such stacks are described in detail in application FR 96 07759 to which reference is expressly made here.
L'invention concerne enfin les composants optiques comprenant, éventuellement sur un substrat une couche ou un empilement multicouche tel qu'il est décrit ci-dessus. Les empilements ulticouches selon l'invention peuvent être utilisés pour la réalisation de miroirs dans le domaine ultraviolet, notamment centrés à des longueurs d'onde typiques par exemple 193, 248 ou 350 nm. Ces miroirs peuvent être mis en oeuvre dans les cavités lasers ou pour le transport du faisceau dans le cas, par exemple, de lasers excimers ou à électrons libres. L'invention permet en particulier de réaliser des miroirs « tout fluorure » épais (d'une épaisseur de 1 à 6 μm) et peu absorbants utilisables dans le domaine de l'ultraviolet.Finally, the invention relates to optical components comprising, optionally on a substrate, a layer or a multilayer stack as described above. The multilayer stacks according to the invention can be used for producing mirrors in the ultraviolet range, in particular centered at typical wavelengths, for example 193, 248 or 350 nm. These mirrors can be used in laser cavities or for transporting the beam in the case, for example, of excimer or free electron lasers. The invention makes it possible in particular to produce thick “all fluoride” mirrors (with a thickness of 1 to 6 μm) and little absorbent usable in the ultraviolet field.
Les empilements peuvent être aussi utilisés pour réaliser des fonctions plus complexes de miroirs trichroïques ou de filtres spectraux capables de résister à des fluences lasers élevées, c'est notamment le cas des miroirs séparateurs d'harmoniques centrés à 351 nm pour l'application dans les lasers à très haute énergie où précisément une résistance à des fluences lasers élevées est requise. Les empilements conviennent également pour réaliser des revêtements antireflet dans l'IR, le visible ou l'UV, transparents peu absorbants, stables optiquement et mécaniquement pour toute application nécessitant un tel revêtement.Stacks can also be used to perform more complex functions of trichroic mirrors or spectral filters capable of withstanding high laser fluences, this is particularly the case of harmonic separator mirrors centered at 351 nm for application in very high energy lasers where precisely resistance to high laser fluences is required. The stacks are also suitable for producing anti-reflective coatings in IR, visible or UV, transparent with little absorption, optically and mechanically stable for any application requiring such a coating.
L' invention concernera également -du fait que le dépôt est effectué « à froid »- comme on l'a déjà mentionné plus haut, des revêtements antireflet et denses constitués par une couche ou un empilement selon l'invention sur des substrats sensibles à la chaleur, ne supportant pas des températures élevées tels que les matières plastiques, de tels revêtements trouveront leur application en particulier dans le domaine de la lunetterie pour les verres dits « organiques ». Les empilements peuvent également être utilisés comme protection de composants optiques déjà existants par exemple de miroirs en oxyde pour améliorer leur teneur au flux laser, de hublots de cavité laser excimer, contre l'attaque par des atmosphères corrosives.The invention will also relate to the fact that the deposition is carried out “cold” - as already mentioned above, dense anti-reflective coatings formed by a layer or stack according to the invention on substrates sensitive to the heat, not supporting high temperatures such as plastics, such coatings will find their application in particular in the field of eyewear for so-called “organic” glasses. The stacks can also be used as protection for already existing optical components, for example oxide mirrors to improve their content in the laser flux, excimer laser cavity portholes, against attack by corrosive atmospheres.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit donnée à titre illustratif et non limitatif en référence aux dessins joints dans lesquels:Other characteristics and advantages of the invention will appear better on reading the description which follows, given by way of illustration and not limitation, with reference to the accompanying drawings in which:
Brève description des dessinsBrief description of the drawings
La figure 1 est un graphique illustrant l'influence du procédé de fluoration sur la transparence de couches de YF3.FIG. 1 is a graph illustrating the influence of the fluorination process on the transparency of layers of YF 3 .
On a porté le coefficient d'extinction k respectivement à 514 (nm (zone hachurée) et à 351 nm (zone tramée) pour des échantillons A, B, C, représentant des dépôts réalisées par des procédés différents, à savoir selon l'art antérieur (échantillons A et B) et selon la présente invention (échantillon C) .The extinction coefficient k was increased to 514 (nm (hatched area) and 351 nm (screened area) respectively for samples A, B, C, representing deposits produced by methods different, namely according to the prior art (samples A and B) and according to the present invention (sample C).
La figure 2 est un diagramme illustrant la réflexion R en fonction de la longueur d'onde λ (en nm) d'un miroir tout fluorure comprenant un empilement deFIG. 2 is a diagram illustrating the reflection R as a function of the wavelength λ (in nm) of an all-fluoride mirror comprising a stack of
30 paires de couches YF3/LiF préparé par le procédé de30 pairs of YF 3 / LiF layers prepared by the
1' invention.1 invention.
L' invention va maintenant être décrite en référence aux exemples suivants donnés à titre illustratif et non limitatif.The invention will now be described with reference to the following examples given by way of illustration and not limitation.
EXEMPLE 1 : dépôt de monocouches de fluorure d'yttrium.EXAMPLE 1 Deposition of monolayers of yttrium fluoride.
Dans cet exemple, on dépose des couches de fluorure d'yttrium (YF3) par pulvérisation par faisceau d'ions d'une cible de YF3.In this example, layers of yttrium fluoride (YF 3 ) are deposited by ion beam sputtering of a target of YF 3 .
EXEMPLE 1A.EXAMPLE 1A.
Dans cet exemple, on réalise un dépôt d'une couche de fluorure d'yttrium par un procédé selon l'art antérieur dans des conditions non réactives et en utilisant donc aucun gaz réactif. Les conditions précises du procédé sont les suivantes :In this example, a layer of yttrium fluoride is deposited by a process according to the prior art under non-reactive conditions and therefore using no reactive gas. The precise process conditions are as follows:
- Cible en YF3 frittée- Sintered YF 3 target
- Gaz de pulvérisation : Xe- Spray gas: Xe
- Energie de pulvérisation : 1 keV. Le dépôt ainsi obtenu est dénommé échantillon A.- Spray energy: 1 keV. The deposit thus obtained is called sample A.
EXEMPLE 1B. Dans cet exemple, on réalise un dépôt d'une couche de fluorures d'yttrium par un procédé selon l'art antérieur dans des conditions réactives utilisant uniquement un gaz de fluoration (CF ) .EXAMPLE 1B. In this example, a layer of yttrium fluorides is deposited by a process according to the prior art under reactive conditions using only a fluorination gas (CF).
Les conditions précises du procédé sont les même que précédemment (Exemple 1A) à ceci près que l'on utilise un gaz réactif supplémentaire, le CF4.The precise process conditions are the same as before (Example 1A) except that an additional reactive gas, CF 4, is used .
Le dépôt ainsi obtenu est dénommé échantillon B.The deposit thus obtained is called sample B.
EXEMPLE 1C.EXAMPLE 1C.
Dans cet exemple, on réalise un dépôt d'une couche de fluorure d'yttrium par le procédé selon l'invention, dans lequel on met en oeuvre un mélange de gaz constitué d'hydrogène et de CF, permettant à la fois une réduction par l'hydrogène et une fluoration.In this example, a layer of yttrium fluoride is deposited by the process according to the invention, in which a mixture of gases consisting of hydrogen and CF is used, allowing both reduction by hydrogen and fluorination.
Les conditions précises du procédé sont les mêmes que celles de l'échantillon A, à ceci près que l'on utilise en plus le mélange de gaz réactif H2 et CF4.The precise conditions of the process are the same as those of sample A, except that the mixture of reactive gas H 2 and CF 4 is also used .
Le dépôt ainsi obtenu est dénommé échantillon C.The deposit thus obtained is called sample C.
On a reporté dans le tableau I, les caractéristiques des couches déposées dans les exemples 1A, 1B et 1C (échantillons A, B, et C) . The characteristics of the layers deposited in Examples 1A, 1B and 1C (samples A, B, and C) are reported in Table I.
TABLEAU ITABLE I
* A titre de comparaison et pour le calcul du pourcentage de la densité du YF3 massif ce dernier a une densité de 5,07.* For comparison and for the calculation of the percentage of the density of massive YF 3, the latter has a density of 5.07.
Il ressort de ce tableau I que les couches (échantillon C) déposées en utilisant le procédé de l'invention, se distinguent des couches déposées par les procédés de l'art antérieur (échantillons A et B) en ce qu'elles présentent à la fois une composition quasiment stoechiométrique (à dix pour cents près) , un taux de contamination en oxygène très faible, inférieur à 3%, et même inférieur ou égal à 1%, et un coefficient d'extinction à 351 nm très inférieur à 5.10"4 puisqu'il est égal à 1,5.10-5, au lieu de 3.10"2 pour l'échantillon A, et de 1,5.10~2 pour l'échantillon B.It appears from this table I that the layers (sample C) deposited using the method of the invention, are distinguished from the layers deposited by the methods of the prior art (samples A and B) in that they exhibit times an almost stoichiometric composition (to the nearest ten percent), a very low oxygen contamination rate, less than 3%, and even less than or equal to 1%, and an extinction coefficient at 351 nm very much less than 5.10 " 4 since it is equal to 1.5.10 -5 , instead of 3.10 "2 for sample A, and 1.5.10 ~ 2 for sample B.
Les couches selon l'invention (échantillon C) présentent, comme les autres couches pulvérisées de l'art antérieur (échantillon B) une densité élevée, dans tous les cas égale ou supérieure à 85% de la densité du fluorure d'yttrium massif, ainsi qu'une contamination en gaz rare (dans le tableau du Xénon) qui est caractéristique du procédé de pulvérisation utilisé .The layers according to the invention (sample C) have, like the other sprayed layers of the prior art (sample B) a high density, in all cases equal to or greater than 85% of the density of solid yttrium fluoride, as well as rare gas contamination (in the Xenon table) which is characteristic of the spraying process used.
On a par ailleurs reporté sur la figure 1 les coefficients d'extinction des différents dépôts réalisés dans les conditions des exemples 1A, 1B et 1C.FIG. 1 also shows the extinction coefficients of the various deposits produced under the conditions of examples 1A, 1B and 1C.
Ce graphique permet de nouveau de démontrer l'efficacité du procédé selon l'invention.This graph again makes it possible to demonstrate the effectiveness of the method according to the invention.
Les coefficients d'extinction des différents dépôts (échantillons A, B, C) ont été mesurés aux longueurs d'ondes de 351 nm et 514 nm par spectrophotométrie ou par la méthode de la déviation photothermique .The extinction coefficients of the different deposits (samples A, B, C) were measured at wavelengths of 351 nm and 514 nm by spectrophotometry or by the photothermal deflection method.
On constate qu'un procédé classique de l'art antérieur, mais ne mettant en oeuvre qu'un gaz de fluoration (ex. 1B, échantillon B) ne conduit qu'à une faible diminution de l'absorption du fluorure, puisque une longueur d'onde de 351 nm, k évolue de 3.10"2 à 1,5.10~2 tandis que dans le domaine spectral visible, à une longueur d'onde de 514, nm, k passe de l,2.10-2à 10"4. En revanche, le procédé selon l'inventionIt is found that a conventional process of the prior art, but using only a fluorination gas (eg 1B, sample B) only leads to a slight decrease in the absorption of fluoride, since a length wavelength of 351 nm, k evolves from 3.10 "2 to 1.5.10 ~ 2 while in the visible spectral range, at a wavelength of 514, nm, k goes from l, 2.10 -2 to 10 " 4 . On the other hand, the method according to the invention
(ex. 1C, échantillon C) conduit à une diminution drastique du coefficient d'extinction du fluorure d'yttrium, qui, à une longueur d'onde de 351 nm, chute de trois ordres de grandeur pour atteindre une valeur de 1,5.10~5. La même tendance est observée à la longueur d'onde de 514 nm sur la figure 1.(eg 1C, sample C) leads to a drastic reduction in the extinction coefficient of yttrium fluoride, which, at a wavelength of 351 nm, drops by three orders of magnitude to reach a value of 1.5.10 ~ 5 . The same trend is observed at the wavelength of 514 nm in Figure 1.
EXEMPLE 2 : Dépôt de monocouches de fluorure de lithium.EXAMPLE 2 Deposit of monolayers of lithium fluoride.
Dans cet exemple, on dépose des couches de fluorure de lithium (LiF) par pulvérisation par faisceau d'ions d'une cible de LiF. EXEMPLE 2A .In this example, layers of lithium fluoride (LiF) are deposited by ion beam sputtering of a LiF target. EXAMPLE 2A.
Dans cet exemple, on réalise un dépôt d'une couche de fluorure de lithium (LiF) par un procédé selon l'art antérieur dans des conditions de pulvérisation non réactives qui n'utilisent donc aucun gaz réactif, et en particulier aucun gaz de fluoration.In this example, a layer of lithium fluoride (LiF) is deposited by a method according to the prior art under non-reactive spraying conditions which therefore use no reactive gas, and in particular no fluorination gas .
Les conditions précises du procédé sont identiques à celles de l'exemple 1A. Les couches ainsi préparées selon l'art antérieur présentent, à une longueur d'onde de 351 nm, un coefficient d'extinction k, mesuré par la technique de déviation photothermique de 1.10"2 qui résulte d'une forte déficience en fluor.The precise conditions of the process are identical to those of Example 1A. The layers thus prepared according to the prior art have, at a wavelength of 351 nm, an extinction coefficient k, measured by the photothermal deflection technique of 1.10 −2 which results from a high deficiency in fluorine.
EXEMPLE 2BEXAMPLE 2B
Dans cet exemple, on réalise un dépôt d'une couche de fluorure de lithium (LiF) par le procédé selon l'invention dans lequel on met en oeuvre un mélange de gaz constitué de H2 et de CF, permettant à la fois une réduction par l'hydrogène, et une fluoration.In this example, a layer of lithium fluoride (LiF) is deposited by the method according to the invention in which a mixture of gases consisting of H 2 and CF is used, allowing both a reduction by hydrogen, and fluorination.
Les conditions précises du procédé sont identiques à celles de l'exemple 1C.The precise conditions of the process are identical to those of Example 1C.
On mesure le coefficient d'extinction k de la même manière que dans l'exemple 2A et à la même longueur d'onde de 351 nm. On constate que, grâce au procédé selon l'invention le coefficient d'extinction k a pu être diminué de quasiment trois ordres de grandeurs puisqu'il n'est plus que de 4,5.10"5.The extinction coefficient k is measured in the same way as in Example 2A and at the same wavelength of 351 nm. It can be seen that, thanks to the method according to the invention, the extinction coefficient ka could be reduced by almost three orders of magnitude since it is no more than 4.5 × 10 −5 .
A l'instar de l'exemple 1, concernant les couches de YF3, l'exemple 2 démontre que le procédé selon l'invention est très efficace pour améliorer la transparence des couches de LiF. Ces exemples prouvent que le procédé selon l'invention est d'application générale et pourra donc s'étendre à tout type de matériau fluorure.Like Example 1, concerning the layers of YF 3 , Example 2 demonstrates that the method according to the invention is very effective in improving the transparency of the layers of LiF. These examples prove that the method according to the invention is of general application and can therefore be extended to any type of fluoride material.
EXEMPLE 3 : Réalisation d'un miroir tout fluorure formé d'un empilement de 30 paires de couches.EXAMPLE 3: Production of an all-fluoride mirror formed by a stack of 30 pairs of layers.
On réalise dans cet exemple un empilement multicouche YF3/LiF, un tel empilement fait l'objet de la demande de brevet français n°9β 07759, à laquelle on pourra se reporter.In this example, a YF 3 / LiF multilayer stack is produced, such a stack is the subject of French patent application No. 9β 07759, to which reference may be made.
Les empilements classiques utilisent une succession de couches quart d'onde alternant le haut indice (H: YF3) et le bas indice (B: LiF) . L'indice de réfraction de ces deux matériaux déposés par le procédé selon l'invention vaut, respectivement 1,53 et 1,40 à la longueur d'onde de 355 nm.Conventional stacks use a succession of quarter wave layers alternating the high index (H: YF 3 ) and the low index (B: LiF). The refractive index of these two materials deposited by the method according to the invention is 1.53 and 1.40 respectively at the wavelength of 355 nm.
Dans ces conditions, le calcul montre qu'un empilement de formule 30 (HB)H2B présente à 355 nm une réflectivité maximale de 97,5%. En pratique, une telle réflexion ne peut être atteinte que si l'absorption dans les couches de l'empilement ne dépasse pas un certain niveau pour permettre à la lumière incidente de pénétrer jusqu'au fond du miroir et de bénéficier ainsi de la réflexion à toutes les interfaces. Le calcul montre que cela suppose que le coefficient d'absorption de chacune des couches ne dépasse pas k = 10~4.Under these conditions, the calculation shows that a stack of formula 30 (HB) H2B has a maximum reflectivity of 97.5% at 355 nm. In practice, such a reflection can only be achieved if the absorption in the layers of the stack does not exceed a certain level to allow the incident light to penetrate to the bottom of the mirror and thus benefit from the reflection at all interfaces. The calculation shows that this assumes that the absorption coefficient of each of the layers does not exceed k = 10 ~ 4 .
Un tel miroir de 30 paires de couches a été réalisé en utilisant le procédé de l'invention: c'est- à-dire que les conditions de dépôt sont celles des exemples 1C et 2B précédents.Such a mirror of 30 pairs of layers was produced using the method of the invention: that is to say that the deposition conditions are those of Examples 1C and 2B above.
La réponse optique en réflexion d'un tel miroir est présenté sur la figure 2. On observe une réflexion maximale de 97,44 %, très proche de la valeur théorique.The optical response in reflection of such a mirror is presented in FIG. 2. There is a maximum reflection of 97.44%, very close to the theoretical value.
Un tel résultat ne peut être obtenu que parce que le procédé réactif selon l'invention utilisé permet de garantir, dans l'empilement, le dépôt de monocouches suffisamment transparentes. Il est à noter que le centrage du miroir est décalé par rapport à 355 nm car le miroir a été calculé pour une incidence de 30° alors que la mesure spectrophotométrique est faite sous une incidence de 6°.Such a result can only be obtained because the reactive method according to the invention used makes it possible to guarantee, in the stack, the deposition of sufficiently transparent monolayers. It should be noted that the centering of the mirror is offset from 355 nm because the mirror has been calculated for an incidence of 30 ° while the spectrophotometric measurement is made under an incidence of 6 °.
Ajoutons, enfin, que le traitement présenté dans cet exemple, malgré son épaisseur de 4 μm, fait preuve d'une parfaite stabilité mécanique. Finally, add that the treatment presented in this example, despite its thickness of 4 μm, shows perfect mechanical stability.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de préparation d' au moins une couche de composé fluoré par dépôt sous vide, dans lequel, simultanément à l'opération de dépôt sous vide, on génère et/ou on introduit en outre dans la phase gazeuse, au moins une espèce chimique réductrice et du fluor élémentaire, moléculaire, ou lié, moyennant quoi on réalise pendant son dépôt la fluoration de la couche de composé fluoré.1. Process for the preparation of at least one layer of fluorinated compound by vacuum deposition, in which, simultaneously with the vacuum deposition operation, at least one species is further generated and / or introduced into the gas phase reducing chemical and elementary, molecular or bound fluorine, by means of which the fluorination of the layer of fluorinated compound is carried out during its deposition.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel lesdits composés fluorés sont choisis parmi les fluorures de métaux et les polymères fluorés.2. Method according to claim 1 wherein said fluorinated compounds are chosen from metal fluorides and fluorinated polymers.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 dans lequel ladite espèce chimique réductrice et/ou ledit fluor sont générés et/ou introduits in-situ.3. Method according to any one of claims 1 and 2 wherein said reducing chemical species and / or said fluorine are generated and / or introduced in situ.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel ledit fluor est du fluor élémentaire ou monoatomique F.4. Method according to any one of claims 1 to 3 wherein said fluorine is elementary or monoatomic fluorine F.
5. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite espèce chimique réductrice est une espèce de type monoatomique ou ionique.5. The method of claim 1 wherein said reducing chemical species is a species of monoatomic or ionic type.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel ladite espèce réductrice est issue de l'hydrogène ou d'un gaz hydrogéné .6. Method according to any one of claims 1 to 5 wherein said reducing species is derived from hydrogen or a hydrogenated gas.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel ladite espèce réductrice et ledit fluor sont produits par décomposition d'un gaz unique ou d'un mélange de gaz.7. Method according to any one of claims 1 to 6 wherein said reducing species and said fluorine are produced by decomposition of a single gas or a mixture of gases.
8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel ledit mélange de gaz comprend un gaz riche en fluor, ou du fluor, éventuellement dilué par un gaz neutre ou rare, et un gaz susceptible lors de sa décomposition de générer ladite espèce chimique réductrice .8. The method of claim 7 wherein said gas mixture comprises a gas rich in fluorine, or fluorine, optionally diluted with a neutral or rare gas, and a gas susceptible during its decomposition to generate said reducing chemical species.
9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel ledit gaz riche en fluor est choisi parmi les alcanes et alcènes perfluorés gazeux de 1 à 4 atomes de carbone, le SF6, le NF3 et le NHF.9. The method of claim 8 wherein said fluorine-rich gas is selected from gaseous perfluorinated alkanes and alkenes of 1 to 4 carbon atoms, SF 6 , NF 3 and NHF.
10. Procédé selon la revendication 7 dans lequel ledit gaz unique est choisi parmi les alcanes et alcènes partiellement fluorés de 1 à 4 atomes de carbone, et le fluorure d'hydrogène HF, éventuellement dilué par un gaz neutre ou rare.10. The method of claim 7 wherein said single gas is selected from partially fluorinated alkanes and alkenes of 1 to 4 carbon atoms, and hydrogen fluoride HF, optionally diluted with a neutral or rare gas.
11. Procédé selon la revendication 8 dans lequel ledit gaz susceptible lors de sa décomposition de générer ladite espèce chimique réductrice est l'hydrogène et dans lequel ladite espèce est de l'hydrogène actif.11. The method of claim 8 wherein said gas capable during its decomposition of generating said reducing chemical species is hydrogen and wherein said species is active hydrogen.
12. Procédé selon la revendication 7 dans lequel ladite décomposition est réalisée totalement ou partiellement sous l'influence d'un plasma. 12. The method of claim 7 wherein said decomposition is carried out totally or partially under the influence of a plasma.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 dans lequel ladite espèce réductrice et/ou ledit fluor sont générés près de la surface à fluorer et/ou des cibles ou sources.13. A method according to any one of claims 1 to 12 wherein said reducing species and / or said fluorine are generated near the surface to be fluorinated and / or targets or sources.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 dans lequel l'opération de dépôt sous vide est réalisée par une technique de dépôt énergétique choisie parmi la pulvérisation par faisceau d'ions (IBS), la pulvérisation par faisceau d'ions assistée ioniquement (DIBS) et l' évaporation assistée par faisceau d'ions (IAD).14. Method according to any one of claims 1 to 13 wherein the vacuum deposition operation is carried out by an energy deposition technique chosen from atomization by ion beam (IBS), atomization by ion beam ionically assisted (DIBS) and ion beam assisted evaporation (IAD).
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel la cible ou source est maintenue à température ambiante ou ordinaire.15. Method according to any one of claims 1 to 14, in which the target or source is maintained at ambient or ordinary temperature.
16. Procédé selon la revendication 2 dans lequel lesdits fluorures sont choisis parmi les fluorures de métaux alcalins et alcalino terreux, les fluorures de lanthanides, et les fluorures d'autres métaux tels que YF3 et A1F3, et les fluorures mixtes de ceux-ci . 16. The method of claim 2 wherein said fluorides are chosen from alkali and alkaline earth metal fluorides, lanthanide fluorides, and fluorides of other metals such as YF 3 and A1F 3 , and mixed fluorides thereof.
17. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit polymère fluoré est le poly ( étrafluoroéthylène) .17. The method of claim 2 characterized in that said fluoropolymer is poly (etrafluoroethylene).
18. Couche préparée par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17. 18. Layer prepared by the method according to any one of claims 1 to 17.
19. Couche transparente de fluorure de métal MFX présentant une composition quasi stoechiométrique, un taux de contamination en oxygène inférieure à 3 % en poids, et un coefficient d'extinction k mesuré à 351 nm inférieur ou égal à 5.10"4.19. Transparent layer of metal fluoride MF X having an almost stoichiometric composition, an oxygen contamination rate of less than 3% by weight, and an extinction coefficient k measured at 351 nm less than or equal to 5.10 "4 .
20. Couche selon la revendication 19 présentant en outre une densité supérieure ou égale à 85 % de la densité du matériau massif.20. The layer of claim 19 further having a density greater than or equal to 85% of the density of the solid material.
21. Couche selon l'une quelconque des revendications 19 et 20 présentant en outre un coefficient d'extinction mesuré à 514 nm inférieur ou égal à 10"4.21. Layer according to any one of claims 19 and 20 further having an extinction coefficient measured at 514 nm less than or equal to 10 "4 .
22. Couche selon l'une quelconque des revendications 19 à 21 contenant en outre une contamination en gaz rare (s).22. A layer according to any one of claims 19 to 21 further containing contamination in rare gas (ies).
23. Couche selon l'une quelconque des revendications 18 à 22 ayant une épaisseur de 0,01 à 5 μm.23. Layer according to any one of claims 18 to 22 having a thickness of 0.01 to 5 μm.
24. Couche selon la revendication 21 qui est une couche mince d'une épaisseur de 0,01 à 1 μm.24. The layer of claim 21 which is a thin layer with a thickness of 0.01 to 1 μm.
25. Empilement multicouche comprenant, plusieurs couches selon l'une quelconque des revendications 18 à 24.25. A multilayer stack comprising, several layers according to any one of claims 18 to 24.
26. Composant optique comprenant, éventuellement sur un substrat, une couche selon l'une des revendications 18 à 24 et/ou un empilement multicouche selon la revendication 25.26. Optical component comprising, possibly on a substrate, a layer according to one of claims 18 to 24 and / or a multilayer stack according to claim 25.
27. Composant optique selon la revendication 26 jouant le rôle de miroir, de miroir trichroïque, de filtre spectral, de revêtement antireflet, de revêtement protecteur. 27. Optical component according to claim 26 playing the role of mirror, trichroic mirror, spectral filter, anti-reflective coating, protective coating.
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