JP2015502455A - イオン・ビームによるフッ素系光学薄膜の成膜法 - Google Patents

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Abstract

今回開示されている技術は、光学損失が低い金属フッ化物薄膜をイオン・スパッタ成膜法で成膜することをアシストするために、解離したフッ素（１２０）と水素および酸素のうちの少なくとも一方（１２２）とを用いる。前記解離したフッ素と水素および酸素のうちの少なくとも一方とは、前記スパッタ成膜法が実行される包囲体（１１６）内に注入される。前記解離したフッ素と水素および酸素のうちの少なくとも一方とは、金属フッ化物材料をターゲット（１０４）からスパッタすること、および／または、そのスパッタされた金属フッ化物材料を１または複数の基板（１０６）上に成膜することをアシストする。【選択図】図１

Description

［関連出願に対する相互参照］本出願は、米国仮特許出願第６１／５５８，８５３号の優先権の利益を主張しており、その仮特許出願は、発明の名称が「イオン・ビームによるフッ素系光学薄膜の成膜法」であるとともに、２０１１年１１月１１日に出願されたものであり、この仮特許出願は、明らかに、その仮特許出願が開示しまたは教示しているすべての事項につき、引用により本出願に合体させられる。本出願は、国際特許出願第１３／６７４，７０９号に関連しており、その国際特許出願は、発明の名称が「イオン・ビームによるフッ素系光学薄膜の成膜法」であるとともに、２０１２年１１月１２日に出願されたものであり、この国際特許出願も、明らかに、その国際特許出願が開示しまたは教示しているすべての事項につき、引用により本出願に合体させられる。
本発明は、一般に、イオン・ビームを用いてスパッタリングを行う方法およびシステムならびに本明細書に開示された方法およびシステムを用いて取得されたスパッタ成膜コーティング(sputtered coatings、スパッタによって成膜されたコーティング、スパッタ皮膜)に関する。
いくつかのフッ素系光学薄膜(fuorine-based optical thin films)（例えば、MgF2, LaF3, AlF3, HfF4, GdF3, YF3およびLiF3 ）が、光学コーティング(optical coatings)、例えば、紫外線（ＵＶ）反射防止（ＡＲ）コーティング用および真空紫外線（ＶＵＶ）反射防止（ＡＲ）コーティング用として用いられるもののようなものを作製する際に用いられる。それらＡＲコーティングは、複数の薄膜材料(thin film materials)から成る複数の層(layers、多層膜）であって高屈折率と低屈折率とに交互に変化する屈折率を有するものを光学基板(optical substrate)上に成膜する（deposit、製膜する、被着させる、被覆する、形成する）ことによって作製する(produce)ことが可能である。典型的には、その光学多層膜(optical film layers)は、電子ビーム（ｅ−ビーム）蒸着法(electron beam evaporation)またはイオン・ビーム・アシスト成膜（ＩＢＡＤ）蒸着法(ion beam assisted deposition evaporation)によって成膜される。しかし、他のいくつかの実施態様においては、その光学多層膜が、スパッタ成膜法(sputte deposition)、例えば、イオン・ビーム・スパッタリング法もしくはデュアル・イオン・ビーム・スパッタリング法、またはマグネトロン・スパッタ成膜法のようなものを用いて成膜される可能性がある。
一般に、前述のいくつかのフッ素系光学薄膜(fuorine-based optical films)は、フッ素系化合物(fuorine-based compound)より成るバルク・サンプルまたはターゲットから蒸発させられる(evaporated)かまたはスパッタされる(sputtered、弾き飛ばされる、叩き出される)。しかし、それらフッ素系光学薄膜を成膜するためにスパッタ成膜法(sputter deposition)を用いる場合には、電子ビーム蒸着法を用いる場合と比較すると、その成膜される薄膜(film)においてフッ素濃度が化学量論比から見て(stoichiometry、化学量論組成から、化学量論的に）不足する可能性がある。その結果、電子ビーム蒸着法がそれらフッ素系光学薄膜を成膜するのに望ましい方法とされてきた。
しかしながら、その成膜される薄膜(film)においてフッ素濃度が化学量論的に十分である状況においては、電子ビーム蒸着法よりむしろスパッタ成膜法を使用することが望ましい可能性がある。電子ビーム蒸着法と比較すると、イオン・ビーム・スパッタリング成膜法により作製される薄膜は、高い材料充填密度（higher degree of material packing density）と、表面性状（morphology、モルフォロジー、形態）における低い粒状度（less granularity、低い結晶粒度、高い緻密さ、高いきめ細かさ）と、高い表面平滑度（higher surface smoothness）とを有する。したがって、イオン・ビーム・スパッタリングにより成膜される薄膜の光学的性能は、電子ビーム蒸着法により作製される薄膜より光学損失が少ない可能性がある。さらに、イオン・ビーム・スパッタリング成膜法により作製される高密度の光学薄膜は、いくつかの光学的用途において、環境に対する安定性が高い（more environmentally stable、環境によって変動し難い）とともに、高い耐久性を有する可能性がある。
本明細書に開示されるとともに特許請求の範囲の欄に記載される複数の実施態様は、ある方法を提供することにより前述の複数の問題に対処し、その方法は、解離したフッ素と水素および酸素のうちの少なくとも一方とが存在する状態で、イオン・ビームによってスパッタされた金属フッ化物コーティングを基板上に成膜する工程を含む。
本明細書に開示されるとともに特許請求の範囲の欄に記載される複数の実施態様は、さらに、ある金属フッ化物コーティングを提供することにより前述の複数の問題に対処し、その金属フッ化物コーティングは、イオン・ビームによって基板上に、解離したフッ素と水素および酸素のうちの少なくとも一方とが存在する状態でスパッタされた金属フッ化物コーティングであって、１０オングストローム［ＲＭＳ（二乗平均平方根）］より小さい量での表面粗さの増加を有する。
本明細書に開示されるとともに特許請求の範囲の欄に記載される複数の実施態様は、さらにまた、あるイオン・スパッタリング・システムを提供することにより前述の複数の問題に対処し、そのイオン・スパッタリング・システムは、解離したフッ素と水素および酸素のうちの少なくとも一方とを包囲体内に注入するプロセス・ガス源と、前記包囲体内において、スパッタされた金属フッ化物コーティングを受け入れる基板とを有する。
複数の別の実施態様も、本明細書に開示されるとともに特許請求の範囲の欄に記載されている。
図１は、例示的な水素／酸素アシスト・イオン・ビーム・スパッタ成膜システムのブロック図を示している。 図２は、水素／酸素アシスト・イオン・ビーム・スパッタ成膜システムの実施例を示している。 図３は、例示的な三フッ化アルミニウム（AlF3）製の単層膜のスペクトル透過率のスキャン結果(scan)を示しており、そのAlF3膜は、ウォータ・アシスト（water-assisted)・イオン・ビーム・スパッタ成膜システムを用いて、融解石英(fused quarz)製の基板上に成膜されたものである。 図４は、例示的な三フッ化ランタン（LaF3）製の単層膜のスペクトル透過率のスキャン結果(scan)を示しており、そのLaF3膜は、ウォータ・アシスト・イオン・ビーム・スパッタ成膜システムを用いて、融解石英製の基板上に成膜されたものである。 図５は、例示的な三フッ化アルミニウム／三フッ化ランタン（AlF3/LaF3）製のＡＲ膜のスペクトル透過率のスキャン結果(scan)を示しており、そのＡＲ膜は、ウォータ・アシスト・イオン・ビーム・スパッタ成膜システムを用いて、融解石英製の基板の両面上に成膜されたものである。 図６は、フッ素系光学薄膜の成膜を、解離したフッ素と水素および酸素のうちの一方または両方とを用いてアシストするいくつかの例示的な工程を示している。
複数のイオン・ビーム・スパッタ成膜システム（ion beam sputtered deposition systems）においては、イオン源からの複数のイオンより成るビームが、目標材料より成る複数の原子をターゲットからスパッタして(sputter、弾き出して）プルーム(plume、高輝度発光体）に変化させる程度の運動エネルギーを有して、そのターゲットに衝突し、これにより、その後、上述の、目標材料より成る複数の原子を基板上に堆積させる(deposit、成膜する)ことが可能となる。
図１は、水素／酸素アシスト・イオン・ビーム・スパッタ成膜システム（ion beam sputtered deposition system、水素／酸素を用いてアシストが行われるイオン・ビーム・スパッタ成膜を行うシステム、イオン・スパッタ・システム）１００の一例のブロック図を示している。このイオン・スパッタ・システム１００の一実施態様がイオン・ビーム・スパッタ成膜システムとして実施されているが、今回開示される技術は、複数の他の型式のスパッタ成膜システムおよび／または電子ビーム蒸着システム（e-beam evaporation systems）であって、フッ素系光学薄膜（例えば、GdF3, MgF2, LaF3, AlF3, HfF4, YF3 およびLiF3）を作製するために使用されるものに適用してもよい。フッ素系光学薄膜は、この書類において言及されるように、例えば、金属フッ化物膜および金属オキシ・フッ化膜を含む。今回開示される技術は、紫外（ＵＶ）領域および真空紫外（ＶＵＶ）領域内において低損失であるフッ素系光学薄膜を作製するために使用することが可能である。今回開示される技術は、他のいくつかの波長領域において低損失特性を実現する光学コーティングに適用してもよい。
その図示されている実施態様においては、イオン・スパッタ・システム１００が、包囲体内１１６にイオン源１０２、ターゲット・アセンブリ１０４および基板アセンブリ１０６を有している。イオン源１０２は、ターゲット・アセンブリ１０４を標的とするかまたはターゲット・アセンブリ１０４に向けて進行させられるイオン・ビーム１０８を発生させる。このイオン源１０２は、例えば、直流(ＤＣ)型、高周波(radio frequency)（ＲＦ）型またはマイクロ波型のグリッド構造イオン源(gridded ion source)であってもよい。さらに、イオン・スパッタ・ガス（典型的には、アルゴンAr、クリプトンKrまたはキセノンXeのような不活性ガス）が、スパッタ・ガス源１２４を介してイオン源１０２に提供されてもよい。具体的には、このイオン・スパッタ・ガスは、このガスが最初に、ガス放電またはプラズマによってイオン化される場所であるイオン源１０２に向けて注入される。イオン源１０２内のそれらイオンは、その後、イオン源１０２の出力段において、一組のイオン・ビーム・グリッド光学機器によって加速させられ、それにより、イオン・ビーム１０８が形成される。
ターゲット・アセンブリ１０４は、回転または移動を所望の方式で行うことが可能であり、その方式は、ターゲット・アセンブリ１０４の、それの軸線１１４回りの回転、または、ターゲット・アセンブリ１０４を傾斜させてイオン・ビーム１０８に対するターゲット・アセンブリ１０４の角度を変化させるためのターゲット・アセンブリ１０４のピボット運動を含んでいる。イオン・ビーム１０８は、ターゲット・アセンブリ１０４に当たる(strike、入射する）と、ターゲット・アセンブリ１０４に装着された１または個別の(individual、互いに独立した）複数のターゲット（図示しない）から、ある材料より成るスパッタ・プルーム１１０を発生させる。
イオン・ビーム１０８は、ターゲット・アセンブリ１０４から発生させられるスパッタ・プルーム１１０が基板アセンブリ１０６に向かって進行する角度と同じ角度でターゲット・アセンブリ１０４に当たる。イオン・スパッタ・システム１００についての一実施態様においては、スパッタ・プルーム１１０が、基板アセンブリ１０６に向かって進行するにつれて放射状に広がる(divergent)とともに、基板アセンブリ１０６に部分的に過剰に散布される可能性がある。別の実施態様においては、スパッタ・プルーム１１０によって最終的に形成されるある材料の成膜物(resulting deposition)が基板アセンブリ１０６の特定の部分を覆うように方向付けられるように、スパッタ・プルーム１１０が多かれ少なかれ集中させられる(concentrated、集束される）ことが可能である。
基板アセンブリ１０６は、単一の大きな基板、または、それより小さい複数の個別の基板（図示しない）を保持するサブアセンブリ・ホルダを意味してもよい。イオン・スパッタ・システム１００の例示的な一実施態様においては、基板アセンブリ１０６が取付具１１２に装着されており、その取付具１１２により、基板アセンブリ１０６が回転または移動を所望の方式で行うことが可能であり、その方式は、基板アセンブリ１０６の、それの軸線１１８回りの回転、または、基板アセンブリ１０６を傾斜させてスパッタ・プルーム１１０に対する基板アセンブリ１０６の角度を変化させるための取付具１１２のピボット運動を含んでいる。
前記１または複数の基板は、実質的に平面であるか（例えば、ウェーハおよび光学レンズまたは光学平板）、または、種々の３次元特徴部(features)（例えば、立方体状の（または、複数の面を有する(faceted)）光学結晶、曲面状の光学レンズ、および切削工具インサート（cutting tool inserts））を有してもよい。さらに、前記１または複数の基板は、機械的なテンプレートまたはパターン付きのエッチ・レジスト・レイヤ（patterned etch resist layers）(例えば、フォトレジスト)によってマスキングされ、それにより、前記１または複数の基板の複数の表面エリアを覆うように成膜された薄膜が、選択された(selected、所望の）パターンを有するようにパターン付けを行うこと(patterning、模様付けを行うこと）を促進することが支援されることが可能である。
包囲体１１６は、制御されたガス状の環境であり、その内部において、このイオン成膜システム１００が作動する。その包囲体１１６内において真空圧または真空に近い圧力を用いることにより、望ましい紫外線光学薄膜コーティングという用途にとって過剰な吸収量(absorption、光吸収量）を有するように成膜されたフッ素系薄膜を生じさせる可能性がある。この過剰な吸収量の原因は、前記成膜された薄膜においてフッ素が、例えば、スパッタされつつある金属−フッ化物ターゲット材であって化学量論的に完全であるものに比べて化学量論的に欠乏することである可能性がある。前記成膜された薄膜における上述のフッ素欠乏を起こさせる潜在的な原因の一つは、ターゲット・アセンブリ１０４の表面を構成する種々の原子または分子という要素が、入射したイオン・ビーム１０８が衝突すると、相対的に互いに異なる速度または相対的に互いに異なる収率(yields、スパッタ率、照射粒子１個当たりにスパッタされる原子または分子の数）でスパッタされる(sputtered、弾き出される）性質があるということである。この物理現象は、しばしば、ディファレンシャル・スパッタリング(differential sputtering、不均一スパッタリング)と称される。さらに、スパッタされた複数の異なる原子的または分子的な構成要素は、イオン・ビームの入射角が同じでありながら、ターゲット・アセンブリ１０４からの複数の放出(ejection、出射）角度の分布（distribution、放出角度分布）に関してそれぞれ互いに異なるという性質を有する。その結果、スパッタ・プルーム１１０から出発して基板アセンブリ１０６上に到達する材料の束(flux、フラックス)が、スパッタ用のターゲット・アセンブリ１０４と化学量論的に同じ化合物を用いて凝縮する(condense、液化する)ことも薄膜を成膜（deposit）することもないかもしれない。イオン・ビームが金属−フッ化物材料をスパッタする際に、ディファレンシャル・スパッタリングが行われることが可能である結果、化学量論的にフッ素が不足した光学薄膜が成膜されることになる。イオン・ビームで成膜された金属−フッ化物で成膜された薄膜におけるフッ素のこのような欠乏は、成膜された薄膜における光学損失を特に紫外線領域において発生させることにつながる可能性がある。
フッ化物の欠乏に対抗するために、ガス状化合物についての分圧(a partial pressure、ガス状化合物についての分圧の追加分）または濃度の追加分(added concetration、量の追加分）を、前記成膜プロセスをアシストするために包囲体１１６内に注入することが可能である。例えば、ガス状反応性フッ素キャリア（例えば、フッ素ガスF2、三フッ化窒素NF3および四フッ化炭素CF4）をフッ素源１２０を介して包囲体１１６に添加し、それにより、反応性フッ素(フッ化物fluorideまたはF-)をスパッタ・プルーム１１０に添加することが可能である。この書類において使用されるF-は、フッ素の複数の非結合性(unbound)ラジカル種（すなわち、 F1 または F）を意味している。さらに、フッ素の複数のラジカル・イオン状態（すなわち、F-）をもフッ素源１２０を介して包囲体１１６に添加することが可能である。
このことは、このイオン・スパッタ・システム１００のようなスパッタ成膜システムを使用する場合に、上述の、成膜された薄膜におけるフッ素の化学量論的な欠乏または欠損を防止するために有用である可能性がある。さらに、前述のガス状反応性フッ素キャリアの追加分は、基板アセンブリ１０６上に成膜されるフッ素系光学薄膜の表面性状的な(morphological、組織形態的な)性質または光学的な性質を改善することも可能である。
いくつかの実施態様においては、フッ素ガスF2（フッ素分子、二フッ素）が高い毒性を有することを理由に、そのフッ素ガスF2に代えて、三フッ化窒素NF3または四フッ化炭素CF４をガス状反応性フッ素キャリアとして使用することが可能である。しかし、三フッ化窒素NF3または四フッ化炭素CF3のみを使用する場合であっても、それらが解離して最終的に自由フッ素(free fluorine)(F-)またはフッ素ガスF2 を生成し得るため、包囲体１１６内に有毒ガスが発生してしまう。より具体的には、フッ素ガスF2、三フッ化窒素NF3または四フッ化炭素CF3の解離により、複数のF-原子が生成され、それらF-原子は、包囲体１１６内の複数の表面に付着し、このイオン・スパッタ・システム１００が大気に開放させられるときに（例えば、基板がこのイオン・スパッタ・システム１００に対して搬入・搬出されるときに）、フッ化水素（HF）蒸気として蒸発する(volatize)ことが可能である。フッ化水素HFの濃度が局所的に１ppm（パーツ・パー・ミリオン）を超えることが可能であり、よって、近くの作業員(nearby personnel)に対して局所的な危険を発生させ得る。このような安全性に対する危険が原因で、実務者たちは、このイオン・ビーム・スパッタ・システム１００に対して安全に搬入・搬出を行うのに先立ち、個人的な防護装備（例えば、空気清浄機能付き呼吸器(air purifying respirator)および防護服）を用いることが必要である可能性がある。さらに、それら実務者たちは、放出されるフッ化水素（HF）蒸気の濃度を安全な濃度レベルまで希釈するために、真空系のイオン・ビーム・スパッタ・システム１００の大気開放（vent）を徐々に、かつ、反復的に行うことが必要である可能性がある。
水素／酸素キャリア(hydrogen/oxygen carrier、水素と酸素とを有するキャリア）（例えば、ウォータH2O）をも水素／酸素源(hydrogen/oxygen resource、水素と酸素とを供給する供給源）１２２によって包囲体１１６内に添加し、それにより、光吸収量をさらに減少させる反応性水素(reactive hydrogen、活性水素）（H-）および／または反応性酸素(reactive oxygen、活性酸素）（O-）を添加することが可能である。この書類において使用されるＨ−およびＯ−は、それぞれ、水素および酸素の非結合性(unbound)ラジカル種を示している。さらに、水素および酸素のラジカル・イオン状態（すなわち、H+またはO-2）を水素／酸素源１２２によって包囲体１１６内に添加することも可能である。水素／酸素キャリアについての他のいくつかの例としては、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）ガスや、水素（Ｈ２）および酸素（Ｏ２）の混合ガスがある。
前記水素／酸素キャリアが前記フッ素キャリアと混合されるいくつかの実施態様においては、包囲体１１６が大気に開放されたときに(when vented to atmosphere、大気への開放の開始時に）その包囲体１１６内に存在するフッ化水素（HF）蒸気の量を、近くの作業員に対する実質的に大きな危険が存在しない濃度まで低下させられるとともに、個人的な防護装備をすることも大気開放を繰り返すことも不要であるレベルまで低下させることが可能である。このことが達成される原因は、前記複数のF-原子が前記水素／酸素キャリアのうちの水素成分と結合し、それにより、前記フッ素系膜の成膜が行われている間および包囲体１１６が大気に開放されないうちに(prior to venting the enclosure 116 to atmosphere、包囲体１１６の大気開放前に）、揮発性(volatile)フッ化水素HFが形成されることである可能性がある。その揮発性フッ化水素HFは、その後、イオン・ビーム１０８、スパッタ・プルーム１１０および／または基板アセンブリ１０６のためのフッ素源として消費されることが可能である。
このイオン・スパッタ・システム１００の一実施態様においては、ターゲット・アセンブリ１１４に装着された前記１または複数のターゲットが、単一の材料より構成されるか、または、ターゲット・アセンブリ１１４上に載置されるとともに相互に置換される複数の異種材料により構成されることが可能である。それら異種ターゲット材料（例えば、種々の金属フッ化物および／または金属合金）により、複数の異種材料から成る複数の層(layers、多層体、層状体）が、基板アセンブリ１０６上の１または複数の基板上に成膜され、それにより、多層膜コーティングを形成することが可能となる。前記基板上に成膜されるべきそのような材料のいくつかの例としては、いくつかの金属フッ化物（例えば、MgF2, LaF3, AlF3, HfF4, GdF3, YF3 およびLiF3 ）があるが、それらに限定されない。
図２は、水素／酸素アシスト・イオン・ビーム・スパッタ成膜システム２００の実施態様の一例を示している。さらに具体的には、このスパッタ成膜システム２００は、デュアル・イオン・ビーム・スパッタ成膜システムである。このスパッタ成膜システム２００は、主高周波アンテナ（ＲＦ）イオン源（main radio frequency antennae (RF) ion source、主イオン源）２０２と、ターゲット・アセンブリ２０４と、基板アセンブリ２０６とを有する。基板アセンブリ２０６は、シャフト２１９を中心にして傾斜することが可能である。主イオン源２０２は、ターゲット・アセンブリ２０４に向かうイオン・ビーム２０８を発生させる。一実施態様においては、その主イオン源２０２が、３つのグリッドを有し、それらグリッドは、１００−１０００ｍＡの範囲内のビーム電流(a beam current、１つのビーム電流）と、＋１５０Ｖと＋１５００Ｖとの間の範囲内の複数のビーム電圧と、−１００Ｖと−１０００Ｖとの間の範囲内の複数のグリッド電圧とを有する。さらに、そのイオン・ビーム２０８は、概して円形を成す断面形状を有することが可能である。
さらに、イオン・スパッタ・ガス（例えば、アルゴンAr、クリプトンKr、ネオンNe、キセノンXeまたはそれらの任意の組合せ）が主イオン源２０２に、スパッタ・ガス源２３２によって提供されることが可能である。それらスパッタ・ガスは、主イオン源２０２内においてイオン化されて放電（discharge、放電結果生成物）またはプラズマ（図示しない）を形成し、それらイオンは、その後、主イオン源２０２から取り出されてイオン・ビーム２０８を形成する。ターゲット・アセンブリ２０４は、イオン・ビーム２０８との相互作用が行われると、目標材料を基板アセンブリ２０６の１または複数の基板（例えば、基板２２６）上に成膜するスパッタ・プルーム２１０を発生させる。
このスパッタ成膜システム２００は、チャンバ・ドア(chamber door、成膜室のドア）２２２を有することが可能であり、そのチャンバ・ドア２２２は、開いた状態において、このスパッタ成膜システム２００内の内容物にアクセスすることを可能にする。このチャンバ・ドア２２２は、閉じた状態において（図示する）、スパッタ成膜システム２００内の状態を真空状態に維持する。さらに、このスパッタ成膜システム２００は、ロードロック(load-lock）・システムを有することが可能であり、そのロードロック・システムによれば、このシステム２００を真空状態に維持したままで（例えば、チャンバ・ドア２２２を開放することなく）、基板アセンブリ２０６を交換することが可能となる。一実施態様においては、前記１または複数の基板が、実質的に平面である１枚のウェーハまたは光学レンズもしくは光学平板、または、実質的に平面である複数のウェーハまたは光学レンズもしくは光学平板が配列されたバッチ(batch、１回分のまとまり）により構成される。さらに、前記１または複数の基板は、例えば立方体状の（または、複数の面を有する(faceted)）光学結晶または曲面状の光学レンズのような３次元特徴部をさらに有することが可能である。さらに、前記１または複数の基板は、機械的なテンプレートまたはパターン付きエッチ・レジスト・レイヤ（例えば、フォトレジスト）によってマスキングされ、それにより、前記１または複数の基板の表面エリア上に薄膜が、選択されたパターンを有するように成膜されること、または、前記１または複数の基板の表面エリアがイオンで、選択されたパターンを有するように処理されることが促進されることが支援されることが可能である。
ターゲット・アセンブリ２０４は、複数のターゲット２１４，２１５および２１６を有する。他のいくつかのシステムにおいては、それより少ないか多い数のターゲットを有することが可能である。一実施態様においては、ターゲット・アセンブリ２０４がシャフト２１８を中心に回転し、それにより、それらターゲットのうち選択されたものにイオン・ビーム２０８が照射される。さらに、それらターゲット２１４，２１５および２１６の各々は、スパッタリング用の材料に関して、互いに共通するか、または互いに異なることが可能である。さらにまた、その選択されたターゲット（例えば、ターゲット２１５）の向きは、成膜プロセス中に変化させ、それにより、消耗をターゲット・アセンブリ２０４および基板アセンブリ２０６の全体に分散させることを促進するとともに、成膜条件の一様性を向上させることが可能である。さらに、いくつかの実施態様においては、それらターゲット２１４，２１５および２１６の各々を回転させること（例えば、ターゲット２１５を軸線２１７回りに回転させること）が可能である。それらターゲット２１４，２１５および２１６の各々は、高純度フッ素系金属化合物またはフッ化物反応性金属（例えば、MgF2, AlF3, Al, GdおよびLaF3）により構成することが可能である。
さらに、アシストＲＦイオン源２２０(assist RF ion-source、アシスト・イオン源）が、スパッタ・プルーム２１０が基板アセンブリ２０６上に堆積することをアシストすることが可能である。このスパッタ成膜システム２００の一実施態様においては、ゲート制御(gating)機構（図示しない）が、スパッタ・プルーム２１０が基板アセンブリ２０６上に堆積する量および位置を管理するために用いられる。例示的な一実施態様においては、そのアシスト・イオン源２２０が、基板アセンブリ２０６に向かうイオン・ビーム２３０を発生させる。そのイオン・ビーム２３０は、例えば、前記１または複数の基板の表面に対する事前洗浄(pre-clean)または事前加熱(pre-heat)のために用いることが可能である。別の実施態様においては、そのアシスト機能を有するイオン・ビーム２３０が、スパッタ・プルーム２１０と一緒に用いられ、それにより、基板アセンブリ２０６に対して行われる成膜の性能の向上（例えば、材料成膜密度(material deposition density)の向上、表面平滑度の向上、酸化(oxidation)の抑制、窒化(mitridation)の抑制など）が行われる。そのアシスト・イオン源２２０を、不活性ガス（例えば、アルゴンAr、クリプトンKr、キセノンXe、ネオンNeおよび／またはヘリウムHe）、フッ素キャリア・ガス（上述）および／または水素／酸素（上述）のうちの１つまたは複数のものを、その具体的な用途（例えば、事前洗浄、事前加熱および／またはアシスト）に応じて用いて作動させることが可能である。
セーフティ・センサ２４０を、このスパッタ成膜システム２００に設けることが可能であり、そのセーフティ・センサ２４０は、十分に高いレベルの有毒ガス（例えば、フッ素ガスF2およびフッ化水素HF）がこのスパッタ成膜システム２００内に存在するか否かを検出し、その十分に高いレベルの有毒ガスは、このスパッタ成膜システム２００を大気に開放させると、近くの作業員の安全が脅かされる恐れがある可能性がある。そのセーフティ・センサ２４０をインジケータ（図示しない）に連携させ、それにより、安全が脅かされる恐れがあるときにこのスパッタ成膜システム２００が開放されてしまうことを防止することが可能である。このスパッタ成膜システム２００の一実施態様は、このイオン・ビーム・システム２００内に真空状態または近真空状態を生成してこのイオン・ビーム・システム２００をその状態に維持する真空システム・ポンプ・アンド・プリーナム(vacuum system pump and prenum、ポンプがスパッタ成膜システム２００の主チャンバからガスを排出して真空化し、その排出されたガスをプリーナム(plenum、高圧室）内に保存することにより、スパッタ成膜システム２００の主チャンバを真空化するために用いられるポンプおよびプリーナム）２２４を備えている。さらに、ガス状の化合物または成分（例えば、フッ素、水素および／または酸素）を、目標濃度で、真空化された(evaculated、ガスが排出された)このスパッタ成膜システム２００に添加し、それにより、成膜プロセスをアシストすることが可能である。
例えば、ガス状反応性フッ素キャリア（例えば、フッ素ガスF2、三フッ化窒素NF3、四フッ化炭素CF3またはそれらの任意の組合せ）を、ガス状フッ素源２３４によってこのスパッタ成膜システム２００に添加し、それにより、余分のフッ素をこのスパッタ成膜システム２００に添加することが可能である。一実施態様においては、前記ガス状反応性フッ素キャリアが、マス・フロー(mass flow、質量流量)・コントローラを用いて、約５−３０sccm（標準状態で１分当たりに流れる流量（cc））の速度で添加される。これにより、このスパッタ成膜システム２００を用いる場合に、前述の、成膜された薄膜においてフッ素が化学量論的に欠損することを防止することを促進することが可能である。さらに、上述の余分のガス状反応性フッ素キャリアにより、基板アセンブリ２０６上に成膜されるフッ素系光学薄膜の光学的性質の改善も行われることが可能である。そのフッ素キャリア・ガスをこの成膜システム２００に直接的にかまたは２次遠隔プラズマ(secondary remote plasma)（すなわちＩＣＰ（誘導結合型プラズマ））源２３８を経由して導入することも可能である。
水素／酸素キャリア（例えば、気化されたＨ２Ｏ（vaporized H2O、水蒸気））をも、水素／酸素源２３６によってこのスパッタ成膜システム２００に添加し、それにより、成膜された光学薄膜の光吸収量をさらに減少させる反応性水素（H+）および／または反応性酸素（O-）を添加することが可能である。気化されたＨ２Ｏ（水蒸気）を前記水素／酸素キャリアとして用いる一実施態様においては、そのＨ２Ｏを測定するためにマス・フロー(mass flow、質量流量)・コントローラを用いること、および／または、そのＨ２Ｏ蒸気（H2O vapor、水蒸気）の流量（flow)を約５sccmと約５０sccmとの間の範囲内において制御するためにメータリング・バルブ(metering valve)を用いることにより、そのＨ２Ｏを供給することが可能である。一実施態様においては、そのＨ２Ｏの分圧が、約０．１mTorrと約０．５mTorrとの間の範囲内にある。前記フッ素キャリアと前記水素／酸素キャリアとの双方を用いる一実施態様においては、その混合されたガス流れについての作動圧(the operating pressure、上記制御部が作動を開始するときの圧力）が、例えば、約０．３mTorrと約１．０mTorrとの間の範囲内にあることが可能である。
前記フッ素キャリアと前記水素／酸素キャリアとの反応し易さを高めるために、それらフッ素キャリアおよび水素／酸素キャリアを、遠隔プラズマ源２３８を通過させることが可能であり、その遠隔プラズマ源２３８は、それらフッ素キャリアおよび水素／酸素キャリアを、より反応性の高い複数の原子的構成要素(reactive atomic constituents)または複数のラジカル化分子的構成要素(radicalized molecular constituents)（例えば、F-, NF-, NF2-, OH-およびO-)および／または複数のイオン化構成要素(ionized constituents)（例えば、F-, O-2, OH-)に解離させる。それらフッ素キャリアおよび水素／酸素キャリアより成る前記複数の反応性の高い原子的構成要素または複数のラジカル化分子的構成要素は、イオン・ビーム２０８、ターゲット・アセンブリ２０４、スパッタ・プルーム２１０および／または基板アセンブリ２０６に対する反応を、前記フッ素キャリアおよび前記水素／酸素キャリアがより安定的な形態(forms、状態)を取る場合に比較して、より効果的に行うことが可能である。
上述のフッ素および水素／酸素のキャリア・ガス（gases、フッ素キャリア・ガスと水素／酸素キャリア・ガスとの混合ガス）（例えば、F2, NF3, CF3およびH2O)に加えて、不活性ガス源（図示しない）が、少量の（例えば、前記フッ素キャリア・ガスの容積の２０％または３−５sccmを上限とする）不活性ガス（例えば、アルゴンAr、ネオンNe、ヘリウムHe、クリプトンKrおよび／またはキセノンXe）を遠隔プラズマ源２３８に添加し、それにより、プラズマ放電のシード(seed、種、元、核）を生成し、それにより、前記キャリア混合ガス(carrier gases)の解離をより効率的に行わせることが可能である。このことにより、さらに、遠隔プラズマ源２３８の起動がより容易になることおよび／またはその遠隔プラズマ源２３８の作動がより安定化することが実現される可能性がある。
さらに、前記フッ素キャリア・ガスおよび／または前記水素／酸素キャリア・ガスを、導管(directing tube)２４１を介して、スパッタ成膜システム２００のうちの目標領域（例えば、イオン・ビーム２０８がターゲット・アセンブリ２０４に入射する領域、または、スパッタ・プルーム２１０が基板アセンブリ２０６に入射する領域）に向かって進行させることが可能である。その導管２４１は、任意の便利な材料（例えば、金属合金またはアルミナ（Al2O3）のようなセラミック）によって製造することが可能であり、また、任意の適した形状およびサイズを有することが可能である。他のいくつかの実施態様においては、導管２４１が存在せず、前記フッ素キャリア・ガスおよび／または前記水素／酸素キャリア・ガスが、スパッタ成膜システム２００内の特定の位置に向かって進行させられることなく、スパッタ成膜システム２００の全体にわたって効果的に分散させられる。
いくつかの実施態様においては、フッ素ガスF2（フッ素分子、二フッ素）が高い毒性を有することを理由に、そのフッ素ガスF2に代えて、三フッ化窒素NF3または四フッ化炭素CF４を使用することが可能である。しかし、三フッ化窒素NF3および／または四フッ化炭素CF3を使用する場合であっても、それらが解離して最終的に自由フッ素(free fluorine)(F-)またはフッ素ガスF2 を生成し得るため、スパッタ成膜システム２００内に有毒ガスが発生してしまう。より具体的には、フッ素ガスF2、三フッ化窒素NF3および／または四フッ化炭素CF４の、遠隔プラズマ源２３８を用いた解離により、複数のF-原子が生成され、それらF-原子は、スパッタ成膜システム２００の複数の内側表面に付着し、スパッタ成膜システム２００が大気に開放させられるときに（例えば、基板がスパッタ成膜システム２００に対して搬入・搬出されるときに）、フッ化水素（HF）蒸気として蒸発する(volatize)ことが可能である。フッ化水素HFの濃度が局所的に１ppm（パーツ・パー・ミリオン）を超えることが可能であり、よって、近くの作業員(personnel)に対して局所的な危険を発生させ得る。
前記水素／酸素キャリアが前記フッ素キャリアと混合されるいくつかの実施態様においては、スパッタ成膜システム２００が大気に開放させられるときに(when vented to atmosphere、大気への開放の開始時に）そのスパッタ成膜システム２００内に存在するフッ化水素（HF）蒸気の量を、近くの作業員に対して実質的なリスクが発生せず、個人的な防護装備を用いることが不要であるか、または、この成膜システム２００内のフッ化水素（HF）蒸気の濃度を希釈するために大気開放(vent)を反復的に行う措置を追加することが不要であるレベルに減少させることが可能である。このことが達成される原因は、前記複数のF-原子が前記水素／酸素キャリアのうちの水素成分と結合し、それにより、成膜中およびスパッタ成膜システム２００が大気に開放されないうちに(prior to venting the sputter deposigion system 200 to atmosphere）揮発性フッ化水素（HF）を生成することである可能性がある。その揮発性フッ化水素（HF）は、その後、イオン・ビーム２０８、スパッタ・プルーム２１０および／または基板アセンブリ２０６のためのフッ素源として消費されることが可能である。
例示的なある実施態様においては、LaF3/AlF3またはGdF3/AlF3が融解シリカ(fused-silica)基板またはCaF2基板上に成膜されて成る３層ＡＲコーティングを用いて９９．０％より高い透過率が約１９３nmのＵＶスペクトル線において(at UV spectral line of about 193 nm)達成されるように、光学損失が、解離されたNF3および解離されたH2Oがイオン・ビーム・スパッタ成膜システム（例えば、システム２００）内に添加されることによって低下させられる。さらに、この例示的な実施態様においては、フッ素系光学薄膜の成膜の工程中にH2Oが注入される限り、高い毒性を有するある濃度のフッ素ガスF2の蒸気(F2 vapor concentration、ある量のフッ素ガスF2の蒸気）および高い毒性を有するある濃度のフッ化水素（HF）の蒸気(HF vapor concentration、ある量のフッ化水素（HF）の蒸気）のうちの大半が大気開放時に存在しない。
基板に関してロードロック(load-lock)方式を採用する例示的な実施態様においては、１秒当たり約３．２オングストロームという速度で成膜されたAlF3の単層膜が、１９３nmにおいて(at 193 nm、１９３nmである波長について、または１９３nmである波長を有する光について）約１．４２の屈折率を達成し、また、１秒当たり約１．６オングストロームという速度で成膜されたGdF3の単層膜が、１９３nmにおいて約１．６４の屈折率を達成する。それらAlF3膜およびGdF3膜の双方が組み合わせられて成るＡＲコーティングは、１９３nmにおいて約９９．０％の透過率と約０．０５％の反射率とを達成した。それらAlF3膜およびGdF3膜が組み合わせられて成る高反射(ＨＲ)コーティングは、１９３nmにおいて約９７．５％の反射率と約０．０６％の透過率とを達成した。
バッチ構成（batch configuration、１回の成膜が終わるごとに成膜室を開放するバッチ処理方式）を採用する例示的な実施態様においては、１秒当たり約２．７オングストロームという速度で成膜されたAlF3の単層膜が、１９３nmにおいて約１．３９の屈折率を達成し、また、１秒当たり約１．３オングストロームという速度で成膜されたLaF3の単層膜が、１９３nmにおいて約１．６７の屈折率を達成する。それらAlF3膜およびLaF3膜の双方が組み合わせられて成るＡＲコーティングは、１９３nmにおいて約９９．０％の透過率と約０．２４％の反射率とを達成した。それらAlF3膜およびGdF3膜が組み合わせられて成る高反射(ＨＲ)コーティングは、１９３nmにおいて約９７．３％の反射率と約０．２％の透過率とを達成した。
光学薄膜の光学損失量は、当該薄膜を透過している光の波長に依存するとともに、多数のファクターに依拠し、それらファクターは、吸収（absorbtion、光吸収）（当該薄膜の化学組成／化学量論比に依存する）、結晶の構造／表面性状(morphology、形態)に依拠する光の散乱(scattering)および／または当該薄膜内の欠陥密度（defect density)および当該薄膜の表面における散乱（これは、表面粗さ(surface roughness、表面凹凸度）に依拠するとともに、薄膜層内の薄膜表面性状(morphology、形態)および／または薄膜層内の欠陥密度を示す指標である可能性がある）を含んでいる。特に、散乱損失量は、短い波長の領域内、例えば、２５０nmより短いＵＶ波長の領域内において、波長が短いほど増加する可能性がある。表面平滑度(surface smoothness)は、光学薄膜における低散乱損失に関連付けられる重要なパラメータである。
表面平滑度を特徴付ける(characterize、定量化する）方法の一つは、超研磨基板(super polished substrate)（すなわち、約１オングストロームRMSより小さい凹凸度を有する基板）上での成膜の前および後にそれぞれ表面粗さを測定することである。表面粗さの増加量が少ないほど散乱損失量が少ないというように、表面粗さの増加量は散乱損失量に関連付けられる。一実施態様においては、スパッタで成膜された(evaporated)コーティングが、明るい可視光で照射されると、乳白色の外観を有するように観察され、このことは、一般的に、約１０オングストロームRMSより大きい表面粗さに関連付けられる。イオン・ビームで成膜されたコーティングであってこの書類に開示されているものは、無色透明な(clear and transparent)外観を有する可能性があり、このことは、約１０オングストロームRMSより小さい表面粗さに関連付けられる。
上述のAlF3単層膜およびGdF3単層膜のうちの１つまたは複数のものの表面粗さの増加量（コーティング前の基板と比較して）を解析すると、次の結果が得られる。AlF3単層膜の表面粗さの増加量は、コーティング前の基板に対して、約５から６オングストロームRMSまでの範囲内にある。GdF3単層膜については、測定分解能（すなわち、０．２オングストロームRMS未満、または、高さが２nm未満である凹凸部についてプラス・マイナス１０％）の範囲内において、表面粗さの変化が検出されなかった。表面粗さの測定は、AlF3とGdF3との組合せとAlF3とLaF3との組合せとの中から選択されて成る種々の複数の組合せより成る２層ＡＲコーティングおよび３層ＡＲコーティングについても行われた。それら多層膜ＡＲコーティングについての表面粗さ変化量は、約０．２から０．５オングストロームRMSまでの範囲内にあった。
上述のAlF3単層膜およびLaF3単層膜の表面および表面下部(sub-surface)についての化学量論的解析により、次の結果が得られる。そのAlF3単層膜の表面は、約５６．５％のフッ素と、約１９．３％のアルミニウムと、約１３．３％の酸素と、約９．５％の炭素とを示している。このAlF3単層膜の表面の、フッ素対アルミニウム比は、約２．９３％である。このAlF3単層膜の表面下部は、約６１．４％のフッ素と、約２３．７％のアルミニウムと、約１３．０％の酸素と、約０．３％の炭素とを示している。このAlF3単層膜の表面の、フッ素対アルミニウム比は、約２．５９％である。このAlF3単層膜の表面の炭素含有量は、表面汚染(surface contamination、成膜後に膜に残存する材料）に起因する可能性がある。
前記LaF3単層膜の表面は、約５６．１％のフッ素と、約２１．６％のランタンと、約１３．５％の酸素と、約８．７％の炭素とを示している。このLaF3単層膜の表面の、フッ素対ランタン比は、約２．６０％である。このLaF3単層膜の表面下部は、約５５．２％のフッ素と、約３４．０％のランタンと、約１０．４％の酸素と、約０．０％の炭素とを示している。このLaF3単層膜の表面の、フッ素対ランタン比は、約１．６２％である。このLaF3単層膜の表面の炭素含有量は、表面汚染(surface contamination、成膜後に膜に残存する材料）に起因する可能性がある。上述のいくつかの百分率は、Ｘ線光電子分光法によって観察されたものであり、これは、上述の複数の構成要素のうちの原子の百分率の近似値を示している。
GdF3単層膜は、前記LaF3単層膜および前記AlF3単層膜のうちの一方または両方に関して上述された、表面および／または表面下部についての化学量論的特性と同様なものを有することが可能である。
特にＵＶ領域において光学損失量が少ないことが求められる用途については、前記薄膜内に酸素が存在すると、光吸収量が増加する可能性がある。しかし、酸素含有率が比較的に高い場合であっても、上述のいくつかの薄膜であれば、全体的な光学損失量が比較的少ない。このことは、前述の、表面粗さが低いという性質に起因する可能性があり、これは、この書類に開示されている薄膜を、ＵＶ用のＡＲコーティングに適したものとするとともに、他のいくつかの用途についてこの成膜プロセスの実用可能性が存在することを示している。具体的には、この書類に開示されている金属−オキシ−フッ化物製の薄膜は、それの機械的性質、電気的性質および誘電的性質（dielectrical property、誘電体として作用する場合に示す性質）を根拠に、他のいくつかの光学的用途において有用である可能性がある。
図３は、例示的な三フッ化アルミニウム（AlF3）製の単層膜のスペクトル透過率のスキャン結果(spectral transmission scan)３００を示しており、そのAlF3単層膜は、ウォータ・アシスト（water-assisted)・イオン・ビーム・スパッタ成膜システムを用いて、融解石英(fused quarz)（すなわち、シリカ）製の基板上に成膜されたものである。そのAlF3単層膜の成膜中、Ｈ２Ｏ蒸気がイオン源を約１０−２０sccmで貫流する。その成膜されたAlF3膜の厚さは、約４０−６０nmである。
カーブ３０５は、コーティング前の石英基板のスペクトル透過率を示し、カーブ３１０は、ウォータH2Oを使用せずに前記石英基板上に成膜されたAlF3単層膜を示し、カーブ３１５は、ウォータH2Oを使用して前記石英基板上に成膜されたAlF3単層膜を示している。理想的なAlF3単層膜については、スペクトル透過率のスキャン結果を示す波形が、前記コーティング前の基板についての波形より上方にあり、そのとき、透過率の最低点が、前記コーティング前の基板のスペクトル透過率を表すラインに接近している。
複数の局所的なスペクトル最低点(spectral minima、スペクトルのうちの透過率が最低である点）（例えば、カーブ３１０の最低点３２０と、カーブ３１５の最低点３２５）が、「コーティングなし」の場合のカーブのスペクトル・ライン(spectral line、分光結果を表す線）に接近する場合には、前記AlF3単層膜の損失量が少ない(a low loss、光学損失が少ない）。逆に、複数の局所的なスペクトル最低点が、「コーティングなし」の場合のカーブのスペクトル・ライン(spectral line、分光結果を表す線）の下方に移動する場合には、前記AlF3膜の損失量が増加する。低損失であるという状態は、たいていのＵＶコーティングにとって望ましいことである。
カーブ３１５は、前記AlF3膜を塗布する際にウォータH2Oプロセス・ガスを使用する(H2O process gas、ウォータH2Oより成るプロセス・ガス（スパッタ・ガス））と、スペクトル最低点３２５が、同様なAlF3膜であって前記ウォータH2Oプロセス・ガスを使用せずに塗布されたものを示すカーブ３１０に比較すると、前記コーティング前の基板のスペクトル透過率に実質的により接近することを示している。その結果、ウォータH2Oプロセス・ガスを使用して塗布されたコーティングは、損失量が非常により少ないという状態を示す。AlF3単層膜を製造するための環境にウォータを添加することにより、低損失薄膜を提供することが可能であり、このような薄膜は、ＵＶコーティングを製造するために望ましい。
図４は、例示的な三フッ化ランタン（LaF3）製の単層膜のスペクトル透過率のスキャン結果(spectral transmission scan)４００を示しており、そのLaF3単層膜は、ウォータ・アシスト（water-assisted)・イオン・ビーム・スパッタ成膜システムを用いて、融解石英(fused quarz)（すなわち、シリカ）製の基板上に成膜されたものである。LaF3単層膜の成膜中、H2O蒸気がイオン源を約１０−２０sccmで貫流する。その成膜されたLaF3膜の厚さは、約４０−６０nmである。
カーブ４０５は、コーティング前の石英基板のスペクトル透過率を示し、カーブ４１０は、ウォータH2Oを使用せずに前記石英基板上に成膜されたLaF3単層膜を示し、カーブ４１５は、ウォータH2Oを使用して前記石英基板上に成膜されたLaF3単層膜を示している。理想的なLaF3単層膜については、スペクトル透過率のスキャン結果を示す波形が、前記コーティング前の基板についての波形より下方にあり、そのとき、透過率の最高点が、前記コーティング前の基板のスペクトル透過率を表すラインに接近している。
カーブ４１０および４１５がカーブ４０５に接近する場合には、前記LaF3単層膜の損失量が少ない(a low loss、光学損失が少ない）。逆に、カーブ４１０および４１５がカーブ４０５から離れる向きに移動するにつれて、前記LaF3膜の損失量が増加する。低損失であるという状態は、たいていのＵＶコーティングにとって望ましいことである。カーブ４１０および４１５のいずれも、図示された波長範囲の全域にわたって高い損失量を示すが、その波長範囲のうちの短波長域（例えば、１９０−２３０ｎｍ）において、カーブ４１５の損失量がカーブ４１０の損失量よりかなり少ないことをカーブ４１５が示している。その結果、LaF3単層膜を製造するための環境にウォータを添加することにより、低損失を提供することが可能であり、このような薄膜は、ＵＶコーティングを製造するために望ましい可能性がある。
図５は、例示的なAlF3/LaF3製のＡＲコーティングのスペクトル透過率のスキャン結果(spectral transmission scan)５００を示しており、そのＡＲコーティングは、ウォータ・アシスト（water-assisted)・イオン・ビーム・スパッタ成膜システムを用いて、融解石英(fused quarz)（すなわち、シリカ）製の基板の両面上にそれぞれ成膜されたものである。AlF3/LaF3製のＡＲコーティングが成膜された例示的な基板（カーブ５０５によって示される）の透過率は、１９３nmにおいて約９９．０％より高く、これは、「コーティング前」のシリカ基板についての約９０％という透過率（カーブ５１０によって示される）であってカーブ５０５と同じ波長帯域内で示されるものより遙かに改善されている。さらに、このＡＲコーティングの光学的性能は、１９３nmという波長および２４８nmという波長の一方または双方を中心としたそれぞれの領域において特に実用的である（relevant around)可能性があり、それら波長は、エキシマ・レーザを用いた用途に対応する。
図６は、例示的な複数の工程(operations、工程群）６００であって、解離したフッ素と水素および酸素のうちの一方または双方とを用いてフッ素系光学薄膜を成膜することをアシストするものを示している。搬入工程６０２においては、１または複数の基板がイオン・スパッタリング成膜システム内に搬入され、そのシステムの圧力がポンプで下げられてそのシステムが真空（または真空に近い）状態にされる。準備工程６０５においては、フッ素源および水素／酸素源が準備される。そのフッ素源は、ガス状のフッ素キャリア（例えば、F2, NF3およびCF4）とすることが可能である。前記水素／酸素源は、ガス状の水素／酸素キャリア（例えば、H2O）とすることが可能である。
解離工程６１０においては、前記準備されたフッ素源におけるフッ素が、高い反応性を有する複数の原子または分子に解離される。例えば、前記ガス状のフッ素源は、より反応性の高い複数の原子的構成要素(reactive atomic constituents)または複数のラジカル化分子的構成要素(radicalized molecular constituents)（例えば、F-, NF- およびNF2-)に解離されることが可能である。いくつかの実施態様においては、この解離工程６１０が、さらに、前記準備された水素／酸素源における水素および／または酸素が、より反応性の高い複数の原子または分子に解離されるように実施される。例えば、前記ガス状のH2Oは、より反応性の高い複数の原子的構成要素(reactive atomic constituents)または複数のラジカル化分子的構成要素(radicalized molecular constituents)（例えば、OH-およびO-)に解離されることが可能である。一実施態様においては、この解離工程６１０が、遠隔ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）源を用いて実施される。
注入工程６２０においては、それら解離されたフッ素、水素および／または酸素がイオン・スパッタリング成膜システム内に注入される。前記フッ素源、水素源および／または酸素源は、当該システム内に真空（または真空に近い）状態で導入される。当該イオン・スパッタリング成膜システムは、イオン・ビームを金属−フッ化化合物(metal-fluoride compound)製のターゲット上に集中的に照射する。そのイオン・ビームは、前記ターゲットから、金属−フッ化物材料(metal-fluoride material)より成るプルームをスパッタし(sputter、たたき出し）、そのプルームを基板に向かわせる。その金属−フッ化物材料より成るプルームは、フッ素系光学薄膜（例えば、GdF3, MgF2, LaF3, AlF3, HfF4，YF3およびLiF3)を前記基板上に形成するために用いられる。
アシスト工程６２５においては、前記解離されたフッ素、水素および／または酸素を用いることにより、前記フッ素系光学薄膜を上述の１または複数の基板上に成膜することがアシストされる(assist、支援される、促進される）。その成膜された薄膜においては、フッ素が化学量論的にフッ素系ターゲット材より減少する可能性がある。この現象の原因は、前記ターゲットの表面からの複数の材料構成要素のディファレンシャル・スパッタリング(a differential sputtering)である可能性があり、そのスパッタリングの結果、最終的に成膜される薄膜においてフッ素が欠乏し、よって、その成膜された薄膜の、紫外線領域における光学損失につながる。前記解離されたフッ素により、当該イオン・スパッタリング成膜システムに余分なフッ素が供給され、これにより、前記成膜された薄膜においてフッ素の濃度が化学量論的に欠乏することを防止することに役立つ可能性がある。
例示的な一実施態様においては、１５０−２００nmのＵＶ波長スペクトル線領域において光学損失を有するフッ素系単層薄膜が工程群６００を用いて生成される。別の例示的な実施態様においては、高屈折率フッ素系薄膜および低屈折率フッ素系薄膜（例えば、AlF3/LaF3およびMgF2/LaF3)より成る多層積層体(multi-layer stack)が工程群６００を用いて生成される。上述の、高屈折率フッ素系薄膜および低屈折率フッ素系薄膜より成る多層積層体は、基板の片面または両面上に高透過率・低損失ＡＲコーティングを有するとともに、９９．０％より高い透過率を実現することが可能である。種々の実施態様においては、上述の透過効率を、前述のいくつかのフッ素系薄膜をＵＶ硬化(UV cure)させる前またはＵＶ硬化させた後に達成することが可能である。
反応工程６３０においては、前記解離されたフッ素であって当該イオン・スパッタリング成膜システムの内部表面に付着したものが、前記水素および／または酸素と反応させられる。例えば、前記解離された複数のF-原子が、前記水素／酸素キャリアのうちの水素成分と反応し、それにより、揮発性HFが、アシスト工程６２５が実施されるタイミングと同じタイミングと、当該スパッタ成膜システムが大気に開放されるタイミングより前のタイミングで形成される。その揮発性ＨＦは、その後、ベント(vent)工程６３５に先立ち、フッ素源として消費されて前記イオン・ビーム、スパッタ・プルームおよび／または前記基板アセンブリ上のフッ素系薄膜となる。
そのベント工程６３５においては、当該イオン・スパッタリング成膜システムが大気に開放される。このベント工程６３５により、前記フッ素系光学薄膜を有する前記基板が当該イオン・スパッタリング成膜システムから取り外されること、および／または、１または複数のフッ素系光学薄膜を新たな基板上に成膜するためにその基板が当該イオン・スパッタリング成膜システム内に挿入されることとが可能となる。前記反応工程６３０により、当該イオン・スパッタリング成膜システムの内部表面に付着した複数のF-原子であって、大気と反応すると高い有毒性を有するHFガスを形成するものの量が減少する。その結果、ベント工程６３５は、近くの作業員を危険にさらすことなく実施されることが可能である。
例示的な一実施態様においては、そのベント工程６３５が、ベント・サイクル(vent-purge cycles）が２回行われ、一時的に発生するフッ化水素HFの濃度のピーク値が１ppmよりはるかに低い（水素／酸素キャリアを用いない場合のフッ化水素HFのピーク値である１−３ppmに比べて）状態で実施される。
上述の論理的な複数の工程は、特許請求の範囲において断りが明記されていないか、または、特定の順序が特許請求の範囲内の文言によって本質的に必要とされていない限り、いかなる順序で実施してもよいし、また、必要に応じ、工程を追加したり、工程を省略してもよい。以上説明した仕様、いくつかの例およびデータにより、本発明のいくつかの例示的な実施形態につき、構成および用途が完全に説明される。本発明の多くの実施形態を、本発明の主旨および範囲を逸脱することなく、実現可能であるため、本発明は、添付された特許請求の範囲の欄に存在する。さらに、記載された特許請求の範囲から逸脱することなく、それら互いに異なる複数の実施形態の構造的特徴を組み合せてさらに別の実施形態とすることが可能である。

Claims (33)

  1. 解離したフッ素と水素および酸素のうちの少なくとも一方とが存在する状態で、イオン・ビームによってスパッタされた金属フッ化物コーティングを基板上に成膜する(depositing)成膜工程を含む方法。
  2. 前記解離したフッ素と水素および酸素のうちの少なくとも一方とは、前記成膜工程をアシストする請求項１に記載の方法。
  3. さらに、イオン・ビームを用いて、金属フッ化物材料をターゲットから前記基板上にスパッタするスパッタ工程を含む請求項１に記載の方法。
  4. 前記ターゲットは、金属合金および金属フッ化物のうちの一方または両方によって構成される請求項３に記載の方法。
  5. 前記解離したフッ素と水素および酸素のうちの少なくとも一方とは、前記スパッタ工程をアシストする請求項３に記載の方法。
  6. さらに、前記解離したフッ素と水素および酸素のうちの少なくとも一方とを、前記成膜工程が実行される包囲体内に注入する注入工程を含む請求項１に記載の方法。
  7. 前記解離したフッ素は、前記成膜工程の実行中に、前記金属フッ化物コーティングの一部となる請求項１に記載の方法。
  8. 前記解離したフッ素は、前記成膜工程の実行中に、前記基板および前記ターゲットのうちの一方または両方と反応する請求項３に記載の方法。
  9. 前記水素および前記酸素のうちの一方または両方は、解離状態、ガス状態および水蒸気状態のうちの１または複数の状態にある請求項１に記載の方法。
  10. 前記注入工程は、さらに、前記解離したフッ素と水素および酸素のうちの少なくとも一方と共に、アルゴン、ネオン、ヘリウム、クリプトンおよびキセノンのうちの１または複数のものを用いて実行される請求項６に記載の方法。
  11. 前記解離したフッ素は、フッ化水素を生成するために前記水素と反応し、前記フッ化水素は、前記成膜工程において少なくとも部分的に消費される請求項１に記載の方法。
  12. さらに、前記フッ化水素のうちの少なくとも一部であって前記成膜工程によって消費されないものを排出する排出工程を含む請求項１１に記載の方法。
  13. 前記金属フッ化物コーティングは、光学コーティングである請求項１に記載の方法。
  14. 前記金属フッ化物コーティングは、１０オングストローム［ＲＭＳ］より小さい量での表面粗さの増加を引き起こす請求項１に記載の方法。
  15. 前記金属フッ化物コーティングは、容積を基準にすると、０．１％と２０％との間の範囲内の酸素内容物を含有する請求項１に記載の方法。
  16. イオン・ビームによって基板上に、解離したフッ素と水素および酸素のうちの少なくとも一方とが存在する状態でスパッタされた金属フッ化物コーティングであって、１０オングストローム［ＲＭＳ］より小さい量での表面粗さの増加を有する金属フッ化物コーティング。
  17. 前記解離したフッ素は、当該金属フッ化物コーティングの一部である請求項１６に記載の金属フッ化物コーティング。
  18. 前記水素および前記酸素のうちの一方または両方は、解離状態、ガス状態および水蒸気状態のうちの１または複数の状態にある請求項１６に記載の金属フッ化物コーティング。
  19. 前記金属フッ化物コーティングは、光学コーティングである請求項１６に記載の金属フッ化物コーティング。
  20. 当該金属フッ化物コーティングは、容積を基準にすると、０．１％と２０％との間の範囲内の酸素内容物を含有する請求項１６に記載の金属フッ化物コーティング。
  21. イオン・ビーム・スパッタリング・システムであって、
    解離したフッ素と水素および酸素のうちの少なくとも一方とを包囲体内に注入するプロセス・ガス源と、
    前記包囲体内において、スパッタされた金属フッ化物コーティングを受け入れる基板と
    を含むイオン・ビーム・スパッタリング・システム。
  22. さらに、イオン・ビームによって金属フッ化物材料がスパッタされるターゲットを含む請求項２１に記載のイオン・ビーム・スパッタリング・システム。
  23. さらに、前記ターゲットに向けられる前記イオン・ビームを発生させるイオン源を含む請求項２２に記載のイオン・ビーム・スパッタリング・システム。
  24. 前記ターゲットは、金属合金および金属フッ化物のうちの一方または両方によって構成される請求項２２に記載のイオン・ビーム・スパッタリング・システム。
  25. 前記解離したフッ素は、前記金属フッ化物コーティングの一部となる請求項２１に記載のイオン・ビーム・スパッタリング・システム。
  26. 前記解離したフッ素は、前記基板および前記ターゲットのうちの一方または両方と反応する請求項２２に記載のイオン・ビーム・スパッタリング・システム。
  27. 前記水素および前記酸素のうちの一方または両方は、解離状態、ガス状態および水蒸気状態のうちの１または複数の状態にある請求項２１に記載のイオン・ビーム・スパッタリング・システム。
  28. 前記プロセス・ガス源は、さらに、前記解離したフッ素と水素および酸素のうちの少なくとも一方と共に、アルゴン、ネオン、ヘリウム、クリプトンおよびキセノンのうちの１または複数のものを前記包囲体内に注入する請求項２１に記載のイオン・ビーム・スパッタリング・システム。
  29. 前記解離したフッ素は、フッ化水素を生成するために前記水素と反応し、前記フッ化水素は、前記金属フッ化物コーティングによって少なくとも部分的に消費される請求項２１に記載のイオン・ビーム・スパッタリング・システム。
  30. さらに、前記フッ化水素のうちの少なくとも一部であって前記金属フッ化物コーティングによって消費されないものを排出する排出工程を含む請求項２９に記載のイオン・ビーム・スパッタリング・システム。
  31. 前記金属フッ化物コーティングは、光学コーティングである請求項２１に記載のイオン・ビーム・スパッタリング・システム。
  32. 前記金属フッ化物コーティングは、１０オングストローム［ＲＭＳ］より小さい量での表面粗さの増加を引き起こす請求項２１に記載のイオン・ビーム・スパッタリング・システム。
  33. 前記金属フッ化物コーティングは、容積を基準にすると、０．１％と２０％との間の範囲内の酸素内容物を含有する請求項２１に記載のイオン・ビーム・スパッタリング・システム。
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