FR2773175A1 - METHOD FOR PREPARING THIN FILMS OF FLUORINE COMPOUNDS USED IN OPTICS AND THIN FILMS THUS PREPARED - Google Patents

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Jean Yves Robic
Bernard Rolland
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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
FLUORES UTILISABLES EN OPTIQUE ET COUCHES MINCES AINSI
PREPAREES
DESCRIPTION
Domaine technique.
PROCESS FOR THE PREPARATION OF THIN LAYERS OF COMPOUNDS
OPTICALLY OPTICAL FLUOROS AND THIN LAYERS THUS
PREPARED
DESCRIPTION
Technical area.

L'invention concerne un procédé de préparation de couches, en particulier de couches minces, de composés fluorés utilisables en optique. The invention relates to a method for preparing layers, in particular thin layers, of fluorinated compounds that 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 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 contre des flux lasers intenses ou contre des atmosphères corrosives. These layers or stacks deposited on a substrate can provide a mirror-like optical function, spectral filter or antireflection coating, in the spectral range from ultraviolet to infrared, or play the role of protective coating of optical components for example to protect them against intense laser flux or against corrosive atmospheres.

Etat de la technique antérieure. State of the prior art.

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 de couches de matériaux d'indices optiques différents. In the field of thin-film processing of optical components, the realization of a given optical function, for example mirror, spectral filter or antireflection coating can be filled by means of a layer or a stack of layers of different optical index materials.

L'épaisseur totale d'un tel empilement est généralemenr de quelques dixiemes de micromètres à quelques micromètres.  The total thickness of such a stack is generally a few tenths of microns to a few micrometers.

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.
Among the many materials commonly used, mention may be made of
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 applications in the infrared, such as chalcogenide (ZnS, ZnSe) or germanium.

- les composés fluorures qui regroupent une large gamme de composés, par exemple de formule générale MF, ou M1 ... MnFx ou M est un métal alcalin ou alcalino-terreux ou un lanthanide. the fluoride compounds which comprise a wide range of compounds, for example of the general formula MF, or M1... MnFx or M is an alkaline 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 Wm.  These compounds constitute a class of materials of particular interest for applications in a very wide spectral range including ultraviolet, visible and infrared. Indeed, most of these compounds have the particularity of having a very broad spectral range of transparency, typically ranging from 0.15 to 10 Wm.

Parmi les composés les plus connus on peut citer par exemple YF3, et ThF 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, Na3A1FG.  Among the best known compounds include for example YF3, and ThF which are commonly used for applications in the infrared; MgF2 and CaF2 which are used as visible antireflection material, or LaF3, Na3A1FG.

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.  Thin layers of fluorides 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.

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 materials thus deposited, by their chemical purity and their stoichiometry, are optically very transparent, but they often have a high porosity, even an inhomogeneous nature, a low mechanical strength and a significant sensitivity to the environment related 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 while 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 a cracking of the deposits, since the fluorides have relatively high 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 voltage 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 l'évaporation assistée par faisceau d'ions (IAD ou Ion
Assisted Deposition en anglais), soit utilisés pour pulvériser la source ou cible du matériau à déposer dans le cas de la pulvérisation par faisceaux d'ions (IBS ou Ion Beam Sputtering en anglais).
To avoid the disadvantages brought about by densification by heating, other deposition methods, called energy deposition methods, which generally operate at cold temperature and use ion beams, have been applied directly to the growing layers in the process. case of ion beam assisted evaporation (IAD or Ion
Assisted Deposition), or used to spray the source or target of the material to be deposited in the case of ion beam sputtering (IBS or Ion Beam Sputtering).

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. These deposition and densification processes are an effective way to limit the porosity of the deposits but they generate a significant deficit in fluoride in the layers, which optically results in a sharp increase in the absorption in the spectral domain of the ultraviolet, or even 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 the fluoride materials is essentially due to two phenomena, one of these phenomena - as already indicated above - is related to the physics of the vacuum deposition processes. other of these phenomena being related 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 known that when fluorides are subjected to particle bombardment, they have a strong tendency to release fluoride.

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,
Yu.K.Ustinov et S.V.Yalyshko, sov.J.Opt.Technol., 54(9)(1987)541.
This phenomenon is frequently observed during sputter deposition or by ionic assistance of fluoride layers, or even during electron beam evaporation as described in the document by NN Skvortsov.
Yu.K.Ustinov and SVYalyshko, sov.J.Opt.Technol., 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 may be attributed either to a preferential ionic sputtering 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. In order that the energetic deposition processes of thin films of fluoride can be implemented efficiently and in a viable manner in the field of optics, it is therefore imperative that these methods be associated with methods for refluishing the layers, ie during deposit, either after the deposit.

Pour des raisons évidentes de simplification des procédés, il est préférable de réaliser simultanément le dépôt et la (re) fluoration des couches. 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. Thus, in the thin film deposition processes in general, the compensation of the stoichiometry of the deposits is done as far as possible by injection during the deposition of a reactive gas containing the deficit element, the process then taking the name of the process reagent.

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
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) 36th annual
Technical Conference proceedings (1993)44-50 décrivent le dépôt de couches minces de fluorures LaF3, AlF3 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.
In the particular case of fluorides reactive gases generally used are CF4, C2F6, SF6, or fluorine F2 whose implementation is however not without risk for the equipment
Thus the document of 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, Society of Vacuum Coaters (SVC) 36th annual
Technical Conference proceedings (1993) 44-50 describe the deposition of thin layers of fluoride LaF3, AlF3 and MgF2 by reactive methods of ion beam assisted evaporation (IAD) or ion beam scattering (IBS) for applications in the deep ultraviolet especially for mirrors.

Des gaz fluorés tels que F2 et CF 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 F2 and CF are used as reactive gases to compensate for the fluorine sub-stoichiometry responsible for high optical absorption at short wavelengths. But, if such gases allow some improvement over the same processes using oxygen as a reactive gas, they can only achieve a slight decrease in absorption.

Le même constat est effectué dans le document de J.G. Cook, G.H. Yousefi, S.R.Das et D.F. The same observation is made in the document of J. G. Cook, G. H. Yousefi, S.R.Das and D.F.

Mitchell, Thin Solid Films, 217 (1992) 87-90 où dans un procédé de pulvérisation cathodique de CaF2, l'introduction de CF 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. Mitchell, Thin Solid Films, 217 (1992) 87-90, where in a cathodic sputtering process of CaF2, the introduction of CF into the plasma, while it induces a clear fluorination of the layers, generates, on the other hand, strong absorption due to the pollution of the layers by carbon.

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.
Moreover, in an ion beam assisted evaporation (IAD) process, the use of
C2F6 in the assistance barrel leads to low fluorine compensation.

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. Finally, JP-A-7 166 344 relates to the deposition of fluoride by sputtering metal targets in 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 purpose of this document is rather to allow a high deposition rate 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 follows from the above that the refluoridation of fluoride layers deposited by energy deposition techniques is extremely difficult by using fluorinated reactive gases and has not been successfully achieved so far.

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-EOE 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 why it is often preferred to resort to oxidation and achieve, instead of fluorides, MFX-EOE type oxyfluoride compounds which have a good transparency in the ultraviolet but whose optical gap remains higher than that pure fluorides, which poses problems for applications in the deep ultraviolet.

Ainsi, le document de J.D.Targove, M.J. Thus, 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.
Messerly, JPLehan, RH Potoff, HAMacleod, LCMC
Intyre Jr and JALeavitt, SPIE vol.678, (1986) 115, describes the assistance of the deposition of MgF2 with oxygen, while JP-A-8 134 637 relates to the use of a magnesium oxyfluoride target to provide low optical absorption to the layers.

De même, la pulvérisation d'une cible constituée d'un mélange de fluorures du type CaF2, NalF6, Na5A13F14 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 CaF2, NalF6, Na5A13F14 or SrF2 type operating in a reactive atmosphere containing oxygen was the subject of JP-A-8 171 002 which essentially aims to obtain transparent layers, essentially in the visible.

L'énumération des techniques citées cidessus 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 abovementioned techniques makes it clear that the preparation and (re) fluorination of thin layers of fluorinated compounds such as fluorides is extremely difficult and has not hitherto 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 sousstoechiométrique 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 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. In addition to the fluorine desorption phenomena, fluoride materials used as a source of vapor for the condensation of a thin film are generally very sensitive to hydrolysis and oxidation, particularly when these materials are present. in powder form.

En conséquence, les sources de pulvérisation étant en général sous forme de poudres frittés, elles contiennent non seulement le composé fluorure (NF) ) mais également les dérivés hydrolysés (MFX-y(OH)y) ou oxydés (MF,~,O,/Z). 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. As a result, since the spray sources are generally in the form of sintered powders, they contain not only the fluoride compound (NF) but also the hydrolysed (MFX-y (OH) y) or oxidized (MF, ~, O) derivatives. / Z). The proportion of these byproducts can reach a few percent and they are responsible for much of the deficit in fluoride layers.

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. As far as evaporation is concerned, the high sensitivity of fluorides to moisture, or even oxidation, means that the fluorine-deficient layer or possibly evaporation charge will tend to compensate for fluorine deficiencies. oxygen or hydroxide groups -OH, within the limit of the concentration of these species in the residual vacuum of the deposition chamber.

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 cidessus. The object of the invention is to provide a process for the preparation of thin films of fluorinated material which do not have the disadvantages, limitations and disadvantages of the prior art and which solves the problems of the prior art mentioned 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 and other objects are achieved according to 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, there is generated or at least one reducing chemical species and elemental fluorine, molecular or bonded, are introduced into the gaseous phase, whereby the fluorination of the fluorinated compound layer 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. The method according to the invention is thus fundamentally different from the methods 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 fluoro such as fluoride partially oxidized because of contamination by oxygen, and secondly, in its fluorination.

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 celleci, non seulement de fluor mais aussi d'espèces chimiques réductrices comme de l'hydrogène actif.  These two reactions are made possible by the generation or introduction into the vacuum chamber and / or at another point outside thereof, not only fluorine but also reducing chemical species such as active hydrogen.

Cette démarche est totalement surprenante et va à l'encontre de celle jusqu'à présent suivie dans l'art antérieur impliquant uniquement une fluoration. This approach is totally 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 chamber, 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 elemental, molecular or linked fluorine, mention may be made, for example, of the following species: F, F 2, CF, CF 2, CF 3,
CHF, CF4 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 gaseous phase the production of elemental or monoatomic fluorine F. This generation of elemental or monoatomic fluorine will preferably be 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 stoechiométriques du composé fluoré, telles que des formes sous stoechiométriques du fluorure MF,-,.  The inventors have demonstrated that in the prior art the (re) fluorination reaction is essentially carried out with hydrolysed or oxidized forms of the fluorinated compound such as fluoride, and little with sub stoichiometric forms of the fluorinated compound, such as sub stoichiometric forms of MF fluoride.

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 hitherto, in which 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 stoéchiornétriques, par exemple, selon la réaction suivante
MFx-y + tF < -- > MFx (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 MFXe 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.
This fluorine must chemically interact with fluorinated compounds such as stoichiometric fluorides, for example, according to the following reaction
MFx-y + tF <-> MFx (1)
To promote this reaction, this involves reducing the oxidized or hydrolysed forms of the fluorinated compounds such as fluorides, to lead to the MFXe compound capable of reacting with fluorine, such a reduction, fundamental in the process according to the invention, and made possible. by the presence of reducing chemical species, preferably strongly reducing, is never achieved in the prior art.

Selon l'invention et grace 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 NK. 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 fluorine, preferably of monoatomic fluorine F, the production of stoichiometric species is increased, contrary to the prior art. NK type. and the equilibrium of the (re) fluorination reaction (1) described above is displaced to the right by promoting the reduction reactions (2) and (3) which, in addition to the fluorination reaction (1), game in the process.

MFX (OH)t + tH ++ MFxt + t(H2O) (2)
MFx-tOt/2 + tH MF,.:t + t/2(H20) (3)
MFXt + tF ++ MF, (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.
MFX (OH) t + tH ++ MFxt + t (H2O) (2)
MFx-tOt / 2 + tH MF,.: T + t / 2 (H 2 O) (3)
MFXt + tF ++ MF, (1)
In the process according to the invention, a reduction is ensured, in particular hydroxides or oxides of fluorinated compounds such as fluorides, 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 process according to the invention makes it possible to ensure a fluorine compensation of the layers accompanied inter alia not only by a reduction in the oxygen contamination of the deposited fluorides, but also by a drastic reduction in the optical absorption, in particular particularly 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. The layers prepared by the method according to the invention therefore have a combination of properties never reached by the layers of the prior art.

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 etre aussi bien des composés organiques que des composés inorganiques. Fluorinated compounds whose layers, in particular thin layers, are prepared by the process according to the invention are not limited and may be both organic compounds and inorganic compounds.

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 YF3, AlF3, etc..., et les fluorures mixtes de ceuxci. Among the inorganic compounds, mention may be made of the fluorides and in particular the fluorides of metals already mentioned above, for example the fluorides of alkali and alkaline-earth metals, the fluorides of lanthanides, and the fluorides of other metals such as YF3, AlF3, 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, I Y3KF10, LiErF4, , KCeF4, , K3CeF5, Ba3AlFg, Ba3Al2F12, Ba2A13F13, Ba2Y2Fe et YBaFs etc...
By way of example, mention may be made of MgF2,
ThF4, YF3, LaF3, NdF3, CeF3, CaF2, LiF, ErF3, BaF2, KF or YLiF4, Y3KF10, LiErF4, KCeF4, K3CeF5, Ba3AlFg, Ba3Al2F12, Ba2A13F13, Ba2Y2Fe and YBaFs, 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.  By reducing chemical species, and preferably strongly reducing, generally means according to the invention energetic species for example of ionic or monoatomic type which are reactive, preferably highly reactive, and which also have a sufficient lifetime to participate in reactions described previously.

Ladite espèce réductrice, de préférence fortement réductrice, peut être toute espèce réductrice adéquate. Said reducing species, preferably strongly reducing, may be any suitable reductive 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. This species is preferably derived from hydrogen or a hydrogenated gas, for example an alkane or gaseous alkene, such as methane, ethane, propane, butane, etc., but this species is preferably preferably again from hydrogen, that is to say that it is usually called active hydrogen.

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. 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 mixture of gases is used, the fluorination and / or deposition, on the one hand, a gas rich in fluorine or fluorine, which is optionally diluted by neutral or rare gas such as
Ar, Ne, Kr or Xe, and on the other hand a gas susceptible during its decomposition to generate said reducing species, preferably strongly reducing, the latter gas is preferably hydrogen, said reducing species being then 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 perfluorinated alkanes and alkenes gas of 1 to 4 carbon atoms, SF6, NF3 and NH4F.

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 CHF3, CH2F2, CH3F, and HF hydrogen fluoride. 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. In order to promote the production of highly reactive monoatomic species and, for example, the decomposition of the introduced gas (s), it is preferable to use, in whole or in part, a plasma.

Ce plasma pourra être par exemple celui généré par la source ionique de pulvérisation ou de bombardement d'assistance (lAD), ou celui généré par une source ionique indépendante du dépôt. This plasma may be for example that generated by the ionic source of atomization or assistance bombardment (lAD), 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 strongly 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). In other words, the localization of the generation of species and / or 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 the methods of spraying or evaporation, and / or also near deposits, especially for ion beam assisted evaporation (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), la pulvérisation cathodique, et l'évaporation assistée par faisceau d'ions (IAD). Indeed, the vacuum deposition method of the invention is generally an energetic deposition process chosen from ion beam sputtering (IBS), ionically assisted ion beam sputtering (DIBS, D meaning Dual c that is, IBS assisted by a second ion beam), sputtering, and 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 um et de structures épaisses allant jusqu'à 20 Wm.  The choice of the latter technique is advantageous because it produces a flow of material ten to one hundred times more energetic than conventional evaporation and it makes it possible to induce compression stresses in the fluoride layers, which in addition allows the deposition of layers thin layers of thickness greater than 1 or 2 μm and thick structures up to 20 Wm.

Un tel dépôt n'est pas possible dans l'art antérieur car les contraintes internes de tension favorisent le faïençage des couches. Such a deposit 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 à 100"C, 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 is noted that these deposition processes operate at a moderate temperature, generally below 100 ° C, it will thus be possible to cold deposit antireflet and dense optical treatments on any type of substrate for example plastic (organic glasses) not supporting 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 particularly thin layers, as already mentioned above, have both properties of optical transparency over a broad spectral range, excellent compactness and a specific chemical composition. In other words, the process according to the invention makes it possible in particular in the thin fluoride layers to promote an improvement in their physical and mechanical properties (density, hardness, internal compressive stresses, etc.) while retaining a low optical absorption, especially in the spectral domain 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 specifically, 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 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, ie 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 MFxà 10% près ou moins.  The chemical composition of the fluoride thin films according to the invention is furthermore 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 MFx solid material at 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 a contamination (pollution) very limited oxygen 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. Moreover, and insofar as these layers are derived from energy processes using ion beams, they are also characterized by the fact that they contain a contamination of rare gas (s), that is to say that they contain, in the form of impurities, from one to a few tenths of a% 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 bulk 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. It follows therefore that for non-hygroscopic fluoride materials such as for example YF3, MgF2 and CaF2 the layers take up very little water.

Autrement dit les pertes optiques infrarouge mesurées à une longueur d'onde X de 2,9 ssm restent inférieures à 1 pour une couche de 500 nm.In other words, the infrared optical losses measured at a wavelength λ of 2.9 ssm remain less than 1 for a layer of 500 nm.

Les couches selon l'invention ont de manière générale une épaisseur de 0,01 à 5 clam.  The layers according to the invention generally have a thickness of 0.01 to 5 clam.

Cependant, il s'agira de préférence de couches dites minces. However, it will preferably be thin layers.

I1 est à noter que, selon 1' invention, le terme couches minces désigne des couches dont l'épaisseur est de préférence de 0,01 à 1 um
Comme on l'a déjà indiqué plus haut lorsque la technique de dépôt mise en oeuvre dans le procédé de 1 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 llm et de préférence de 0,01 à 5 pm, et donc des structures ou empilements également épais avec une épaisseur (voir plus bas) de 0,1 à 20 pin.
It should be noted that, according to the invention, the term "thin layers" refers to 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. at 2 μm and preferably from 0.01 to 5 μm, and therefore also thick structures or stacks with a thickness (see below) of 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 faiençage des couches. Such a deposition of thick layers of fluoride was not possible with the methods of the prior art in which the deposited fluoride layers have internal stresses of tension which favor the faiençage 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, La F3, NdF3 et SrF2. By way of example of fluoride materials that are suitable for producing high-index layers, mention may be made of ErF3, YF3, CeF3, LaF3, NdF3 and SrF2 fluorides.

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, NgF2,
Na3A1F6, CaF2 et A1F3.
By way of example of fluoride materials that are suitable for producing low-index layers, mention may be made of LiF, NaF, KF, BaF2 and NgF2 fluorides.
Na3A1F6, CaF2 and AlF3.

L'invention a également trait à un empilement multicouche comprenant plusieurs couches en particulier couches minces telles que définies cidessus. Le nombre, la nature, l'épaisseur, les propriétés et l'arrangement des couches de l'empilement peut être quelconque.  The invention also relates to a multilayer stack comprising several layers, in particular thin layers as defined above. The number, the nature, the thickness, the properties and the arrangement of the layers of the stack can be arbitrary.

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 pin.  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 pin.

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 the application FR 96 07759 which is expressly referred to herein.

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. The invention finally relates to the optical components comprising, optionally on a substrate, a layer or a multilayer stack as described above.

Les empilements multicouches 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. 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.

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 pm) et peu absorbants utilisables dans le domaine de l'ultraviolet. These mirrors can be used in laser cavities or beam transport in the case, for example, of excimer or free electron lasers. The invention makes it possible in particular to make mirrors any thick fluoride (of a thickness of 1 to 6 pm) and little absorbent usable in the field of ultraviolet.

Les empilements peuvent être aussi utilisés pour réaliser des fonctions plus complexes de miroirs trichroiques 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. 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 for harmonic separator mirrors centered at 351 nm for application in very high energy lasers where precisely resistance to high laser fluences is required.

Les empilements conviennent également pour réaliser des revêtements antireflet dans l'IR, le visible ou 1'ut, transparents peu absorbants, stables optiquement et mécaniquement pour toute application nécessitant un tel revêtement.  The stacks are also suitable for producing antireflection coatings in the IR, the visible or the urethane, transparent low absorbency, stable optically and mechanically 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 . The invention will also relate to the fact that the deposition is carried out cold as already mentioned above, antireflection and dense coatings consisting of a layer or a stack according to the invention on heat-sensitive substrates, not supporting high temperatures such as plastics, such coatings will find their application particularly in the field of eyewear for so-called organic glasses.

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 stacks can also be used as protection for already existing optical components, for example oxide mirrors to improve their laser flux content, 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:
Brève description des dessins
La figure 1 est un graphique illustrant l'influence du procédé de fluoration sur la transparence de couches de YF3.
Other features and advantages of the invention will appear better on reading the description which follows given by way of nonlimiting illustration with reference to the accompanying drawings in which:
Brief description of the drawings
Figure 1 is a graph illustrating the influence of the fluorination process on the transparency of YF3 layers.

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 respectively raised to 514 (nm (shaded area) and 351 nm (halftone area) for samples A, B, C, representing deposits made by different methods, namely according to the art. previous (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 X (en nm) d'un miroir tout fluorure comprenant un empilement de 30 paires de couches YF3/LiF préparé par le procédé de l'invention. FIG. 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 pairs of YF3 / LiF layers prepared by the method of the 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 for illustrative and non-limiting.

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 (YF3) are deposited by ion beam sputtering of a YF3 target.

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
- Cible en YF3 frittée
- Gaz de pulvérisation : Xe
- Energie de pulvérisation : 1 keV.
In this example, a yttrium fluoride layer is deposited by a method according to the prior art under non-reactive conditions and therefore using no reactive gas. The precise conditions of the process are as follows
- Target in sintered YF3
- Spray gases: Xe
- Spray energy: 1 keV.

Le dépôt ainsi obtenu est dénommé échantillon A. The deposit thus obtained is called sample A.

EXEMPLE 1B. EXAMPLE 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 (CF4).  In this example, a yttrium fluoride layer is deposited by a method according to the prior art under reactive conditions using only a fluorination gas (CF4).

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 conditions of the process are the same as above (Example 1A) except that an additional reactive gas, CF4, 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 1 invention, dans lequel on met en oeuvre un mélange de gaz constitué d'hydrogène et de CF4, permettant à la fois une réduction par l'hydrogène et une fluoration. In this example, a yttrium fluoride layer is deposited by the process according to the invention, in which a mixture of gases consisting of hydrogen and CF.sub.4 is used, allowing both a reduction in 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 in addition the reactive gas mixture H2 and CF4 are 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 lA, 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 I

Figure img00210001
TABLE I
Figure img00210001

<tb> <SEP> coefficient <SEP> Densité* <SEP> et <SEP> F/Y <SEP> Oxygène <SEP> Gaz <SEP> de
<tb> <SEP> d'extinction <SEP> (% <SEP> de <SEP> la <SEP> (%) <SEP> pulvérisa
<tb> <SEP> k <SEP> à <SEP> 351 <SEP> nm <SEP> densité <SEP> du <SEP> -tion
<tb> <SEP> YF3 <SEP> massif) <SEP> Xe <SEP> (8) <SEP>
<tb> Ech <SEP> 3.10-2 <SEP> 4,5 <SEP> 2,2-2,3 <SEP> 7 <SEP> 0,3
<tb> A <SEP> (88,88) <SEP>
<tb> Ech <SEP> 1,5.10-2 <SEP> 4,8 <SEP> 2,3 <SEP> 2 <SEP> 0,3
<tb> <SEP> B <SEP> (94,78) <SEP>
<tb> Ech <SEP> 1,5.10-5 <SEP> 4,7 <SEP> 2,75-3 <SEP> S <SEP> <SEP> i <SEP> 0,3
<tb> <SEP> C <SEP> 1 <SEP> (92,7%) <SEP>
<tb> A A titre de comparaison et pour le calcul du pourcentage de la densité du YF3 massif ce dernier a une densité de 5,07.
<tb><SEP> coefficient <SEP> Density * <SEP> and <SEP> F / Y <SEP> Oxygen <SEP> Gas <SEP> of
<tb><SEP> extinction <SEP> (% <SEP> of <SEP> the <SEP> (%) <SEP> sprays
<tb><SEP> k <SEP> to <SEP> 351 <SEP> nm <SEP> density <SEP> of <SEP> -tion
<tb><SEP> YF3 <SEP> massive) <SEP> Xe <SEP> (8) <SEP>
<tb> Ech <SEP> 3.10-2 <SEP> 4.5 <SEP> 2.2-2.3 <SEP> 7 <SEP> 0.3
<tb> A <SEP> (88,88) <SEP>
<tb> Ech <SEP> 1.5.10-2 <SEP> 4.8 <SEP> 2.3 <SEP> 2 <SEP> 0.3
<tb><SEP> B <SEP> (94,78) <SEP>
<tb> Ech <SEP> 1.5.10-5 <SEP> 4.7 <SEP> 2.75-3 <SEP> S <SEP><SEP> i <SEP> 0.3
<tb><SEP> C <SEP> 1 <SEP> (92.7%) <SEP>
<tb> AA comparison title and for the calculation of the percentage of the density of massive YF3 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 emerges from Table I that the layers (sample C) deposited using the process of the invention are distinguished from the layers deposited by the processes of the prior art (samples A and B) in that they present to the a nearly stoichiometric composition (to within 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 much lower than 5.10- 4 since it is equal to 1.5.10-5, instead of 3.10-2 for the 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 pulverized layers of the prior art (sample B) a high density, in all cases equal to or greater than 85% of the density of massive yttrium fluoride, and a 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 once again demonstrates the effectiveness of the process 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. lB, échantillon B) ne conduit qu a 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 1,2.10-2 îoe.  It is found that a conventional process of the prior art, but using only a fluorination gas (eg IB, sample B) leads only to a slight decrease in fluoride absorption, since At a wave 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 passes from 1.2 × 10 -2 Ω.

En revanche, le procédé selon l'invention (ex. lC, 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. On the other hand, the process according to the invention (eg IC, sample C) leads to a drastic reduction in the extinction coefficient of yttrium fluoride, which, at a wavelength of 351 nm, falls by three orders of magnitude. 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 Deposition 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.  In this example, layers of lithium fluoride (LiF) are deposited by ion beam sputtering of a LiF target.

EXEMPLE 2A. 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 sputtering conditions which therefore do not use any reactive gas, and in particular no fluorination gas. .

Les conditions précises du procédé sont identiques à celles de l'exemple 1A. The precise conditions of the process are identical to those of Example 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 layers thus prepared according to the prior art exhibit, at a wavelength of 351 nm, an extinction coefficient k, measured by the photothermal deflection technique of 1.10-2 which results from a strong deficiency of fluorine.

EXEMPLE 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 CF4, permettant à la fois une réduction par l'hydrogène, et une fluoration.
EXAMPLE 2B
In this example, a layer of lithium fluoride (LiF) is deposited by the method according to the invention in which a gas mixture consisting of H 2 and CF 4 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 manner as in Example 2A and at the same wavelength of 351 nm. It can be seen that, thanks to the process according to the invention, the extinction coefficient k could be reduced by almost three orders of magnitude since it is only 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.  Like Example 1, concerning the YF3 layers, Example 2 demonstrates that the process according to the invention is very effective in improving the transparency of the LiF layers.

Ces exemples prouvent que le procédé selon l'invention est d'application générale et pourra donc s'étendre à tout type de matériau fluorure. These examples prove that the process 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 a fluoride-free mirror formed of 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 n096 07759, à laquelle on pourra se reporter. In this example, a multilayer YF3 / LiF stack is produced, such a stack is the subject of French Patent Application No. 96 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: YF3) and the low index (B: LiF). The refractive index of these two materials deposited by the process according to the invention is respectively 1.53 and 1.40 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 97,52. 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 =
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.
Under these conditions, the calculation shows that a stack of formula (HB) H2B exhibits at 355 nm a maximum reflectivity of 97.52. 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 to all interfaces. The calculation shows that this assumes that the absorption coefficient of each layer does not exceed k =
Such a mirror of 30 pairs of layers was made 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.  The optical response in reflection of such a mirror is shown in FIG.

On observe une réflexion maximale de 97,44 i, très proche de la valeur théorique. A maximum reflection of 97.44 i is observed, 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 be obtained only 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 shifted with respect to 355 nm because the mirror has been calculated for an incidence of 30 while the spectrophotometric measurement is made at an incidence of 6 ".

Ajoutons, enfin, que le traitement présenté dans cet exemple, malgré son épaisseur de 4 pin, fait preuve d'une parfaite stabilité mécanique.  Finally, let us add that the treatment presented in this example, despite its thickness of 4 pin, shows a perfect mechanical stability.

Claims (26)

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. A process for preparing at least one fluorinated compound layer by vacuum deposition, in which, simultaneously with the vacuum deposition operation, at least one species is generated and / or introduced into the gaseous phase. chemical reducing agent and elemental fluorine, molecular, or bonded, whereby it is carried out during its deposition fluorination of the fluorinated compound layer. 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 selected from metal fluorides and fluoropolymers. 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 elemental fluorine or monoatomic F. 5. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite espèce chimique réductrice est une espèce de type monoatomique ou ionique. The method of claim 1 wherein said reducing chemical species is a monoatomic or ionic type species. 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. Process 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. The process of 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 fluorine-rich gas, or fluorine, optionally diluted with a neutral or rare gas, and a gas susceptible in 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 NH4F. 9. The method of claim 8 wherein said fluorine-rich gas is selected from perfluorinated alkanes and alkenes gas of 1 to 4 carbon atoms, SF6, NF3 and NH4F. 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 gas or rare. 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 susceptible in its decomposition to generate 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. Process 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 cathodique, la pulvérisation par faisceau d'ions assistée ioniquement (DIBS) et l'évaporation assistée par faisceau d'ions (IAD).  14. A method according to any one of claims 1 to 13 wherein the vacuum deposition operation is performed by an energetic deposition technique selected from ion beam sputtering (IBS), sputtering, sputtering ionically assisted ion beam (DIBS) and ion beam assisted evaporation (IAD). 15. 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 AlF3, et les fluorures mixtes de ceux-ci. 15. The method of claim 2 wherein said fluorides are selected from alkali and alkaline earth metal fluorides, lanthanide fluorides, and fluorides of other metals such as YF3 and AlF3, and mixed fluorides thereof. 16. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit polymère fluoré est le poly(tétrafluoroéthylène). 16. The method of claim 2 characterized in that said fluoropolymer is poly (tetrafluoroethylene). 17. Couche préparée par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16. 17. Layer prepared by the process according to any one of claims 1 to 16. 18. 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-.  18. Transparent MFX metal fluoride layer having a quasi-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-. 19. Couche selon la revendication 18 présentant en outre une densité supérieure ou égale à 85 % de la densité du matériau massif. 19. The layer of claim 18 further having a density greater than or equal to 85% of the density of the bulk material. 20. Couche selon l'une quelconque des revendications 18 et 19 présentant en outre un coefficient d'extinction mesuré à 514 nm inférieur ou égal à 10-4. 20. Layer according to any one of claims 18 and 19 further having an extinction coefficient measured at 514 nm less than or equal to 10-4. 21. Couche selon l'une quelconque des revendications 18 à 20 contenant en outre une contamination en gaz rare(s). 21. Layer according to any one of claims 18 to 20 further containing a rare gas contamination (s). 22. Couche selon l'une quelconque des revendications 17 à 21 ayant une épaisseur de 0,01 à 5 Am.  Layer according to any one of claims 17 to 21 having a thickness of 0.01 to 5 Am. 23. Couche selon la revendication 20 qui est une couche mince d'une épaisseur de 0,01 à 1 pin.  23. A layer according to claim 20 which is a thin layer with a thickness of 0.01 to 1 pin. 24. Empilement multicouche comprenant, plusieurs couches selon l'une quelconque des revendications 17 à 23. 24. Multilayer stack comprising a plurality of layers according to any of claims 17 to 23. 25. Composant optique comprenant, éventuellement sur un substrat, une couche selon l'une des revendications 17 à 23 et/ou un empilement multicouche selon la revendication 24.  Optical component comprising, optionally on a substrate, a layer according to one of claims 17 to 23 and / or a multilayer stack according to claim 24. 26. Composant optique selon la revendication 25 jouant le rôle de miroir, de miroir trichroique, de filtre spectral, de revêtement antireflet, de revêtement protecteur.  26. Optical component according to claim 25 acting as mirror, trichroic mirror, spectral filter, antireflection coating, protective coating.
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