JP2712194B2 - Optical reflector and method of manufacturing the same - Google Patents

Optical reflector and method of manufacturing the same

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JP2712194B2
JP2712194B2 JP62240417A JP24041787A JP2712194B2 JP 2712194 B2 JP2712194 B2 JP 2712194B2 JP 62240417 A JP62240417 A JP 62240417A JP 24041787 A JP24041787 A JP 24041787A JP 2712194 B2 JP2712194 B2 JP 2712194B2
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潔 緒方
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光学用反射鏡とその製造方法に関する。 〔従来の技術〕 例えば第5図に示すように、従来の光学用反射鏡2
は、基材4上にAl、AuまたはCu等から成る反射膜6を設
けたままのものであったり、あるいは反射膜6上にAl2O
3、CaF2またはLiF2から成る保護膜8を設けたりしてい
た。 その場合、反射膜6はイオンプレーティングやスパッ
タリング等の蒸着法によって形成し、保護膜8はCVD法
等の気相成長法で形成していた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、保護膜8を有しない光学用反射鏡2の場合
は、反射膜6が酸化したり(Al、Cu等の場合)、それに
傷が付いたりし易く、そのため光学特性が劣化し易いと
いう問題がある。 また、保護膜8を設けた光学用反射鏡2の場合は、保
護膜8としてのAl2O3、CaF2、LiF2は、例えば1μm程
度の波長を有するレーザー光に対して透過性は良いが、
熱伝導性が劣るため、大パワーレーザー光を反射させる
ような場合に局部的な加熱効果で熱応力が働き、反射膜
6が剥離し易いという問題がある。 一方、製造方法に関して言えば、イオンプレーティン
グやスパッタリング等の蒸着法では、基材4に堆積する
際の粒子のエネルギーが高々数十〜数百eVと小さいた
め、基材4に対する反射膜6の密着性が悪く、従って反
射膜6が基材4から剥離し易いという問題がある。 また、CVD法等の気相成長法では、基材4を高温(例
えば1000℃近く)に加熱する必要があるため、基材4と
して使用できる材質が制限されると共に、保護膜8形成
時の熱によって反射膜6が基材4から剥離する恐れがあ
るという問題もある。そこでこの発明は、上記のような
問題点を解決した光学用反射鏡とその製造方法を提供す
ることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明の光学用反射鏡は、基材上に反射膜を、その
上に窒化アルミニウムから成る保護膜をそれぞれ有し、
かつ基材と反射膜との界面付近に、両者の構成物質を含
んで成る混合層を有することを特徴とする。 この発明の第1の製造方法は、真空中で基材に対し
て、反射膜材料の蒸着と5KeV〜40KeVのエネルギーを有
するイオンの照射とを行うことによって、基材上に反射
膜を、かつ両者の界面付近に両者の構成物質を含んで成
る混合層を形成する第1の工程と、当該工程によって形
成された反射膜に対して真空中で、アルミニウムの蒸着
と200eV〜1KeVのエネルギーを有する窒素イオンの照射
とを行うことによって、前記反射膜上に窒化アルミニウ
ムから成る保護膜を形成する第2の工程とを備えること
を特徴とする。 この発明の第2の製造方法は、基材上に反射膜が形成
されたものを用意し、真空中で反射膜側から、5KeV〜40
KeVのエネルギーを有するイオンを注入することによっ
て、基材と反射膜との界面付近に両者の構成物質を含ん
で成る混合層を形成する第1の工程と、前記反射膜に対
して真空中で、アルミニウムの蒸着と200eV〜1KeVのエ
ネルギーを有する窒素イオンの照射とを行うことによっ
て、前記反射膜上に窒化アルミニウムから成る保護膜を
形成する第2の工程とを備えることを特徴とする。 〔作用〕 この発明の光学用反射鏡においては、保護膜としての
窒化アルミニウムは耐蝕性や耐摩耗性等に優れているの
で、下の反射膜が酸化しにくく傷も付きにくくなる。し
かも、窒化アルミニウムは光透過率および熱伝導率が高
いため、大パワーの光を反射させるような場合でも局部
的な加熱が起こりにくく、従って反射膜が剥離しにく
い。それに加えて、混合層が言わば楔のような作用をす
るので、基材に対する反射膜の密着性が高く、この点か
らも反射膜が剥離しにくい。 この発明の第1の製造方法によれば、第1の工程にお
いて、蒸着によって基材上に反射膜が形成されると共
に、反射膜を構成する物質が照射イオンによって基材内
に叩き込まれたり、あるいはそれと共に基材を構成する
物質が反射膜内に叩き出されたりして、基材と反射膜と
の界面付近に両者の構成物質を含んで成る混合層が形成
される。更に第2の工程において、基材等を高温に加熱
しなくても、蒸着アルミニウムと照射窒素イオンとが化
合して、反射膜上に窒化アルミニウムから成る保護膜が
形成される。 この発明の第2の製造方法によれば、基材上に予め設
けられていた反射膜を構成する物質が注入イオンによっ
て基材内に叩き込まれたり、あるいはそれと共に基材を
構成する物質が反射膜内に叩き出されたりして、基材と
反射膜との界面付近に両者構成物質を含んで成る混合層
が形成される。更に第2の工程において、基材等を高温
に加熱しなくても、蒸着アルミニウムと照射窒素イオン
とが化合して、反射膜上に窒化アルミニウムから成る保
護膜が形成される。 〔実施例〕 第1図は、この発明に係る光学用反射鏡の一例を示す
断面図である。 この光学用反射鏡12は、基材4上に反射膜6を、その
上に窒化アルミニウム(AlN)から成る保護膜10をそれ
ぞれ有し、かつ基材4と反射膜6との界面付近に、両者
4、6の構成物質を含んで成る混合層5を有する。 基材4としては、例えば、石英ガラスやMgF2、CaF2
のフッ化物等が利用できる。 反射膜6は、例えばAl、AuまたはCu等の薄膜から成
る。 この光学用反射鏡12においては、保護膜10としての窒
化アルミニウムが耐蝕性、耐摩耗性等に優れているの
で、下の反射膜6が酸化しにくく傷も付きにくくなり、
それによって光学特性の劣化を防止することができる。 しかも、窒化アルミニウムは可視から近赤外領域にお
ける光の透過率が高く、かつ熱伝導率が高くて熱放散性
も良いため、例えば色素レーザーやガラスレーザー等の
大出力レーザーからの1μm程度の波長の大パワーのレ
ーザー光を反射させるような場合でも、局部的な加熱が
起こりにくく、従って反射膜6が基材4から剥離しにく
い。 それに加えて、混合層5が言わば楔のような作用をす
るので、基材4に対する反射膜6の密着性が高く、しか
も基材4と反射膜6間の熱膨張係数の違いを、組成が連
続的に変化している混合層5で吸収できるため、基材4
と反射膜6間の熱応力の発生も抑えられる。 従って、保護膜10に窒化アルミニウムを用いている点
と混合層5を有する点とが相俟って、反射膜6は非常に
剥離しにくく、そのためこの光学用反射鏡12を例えばレ
ーザーミラー等として用いる場合でも長寿命になる。 次に、上記のような光学用反射鏡12の製造方法の例を
第2図を参照して説明する。 真空容器14内に、前述したような基材4を保持するた
めのホルダ18が、それを矢印Aのように回転させて左右
(紙面上で左右。以下同じ)に向けるホルダ駆動装置16
に取り付けて収納されている。 そして、左右に向けられたホルダ18上の基材4にそれ
ぞれ向くように、真空容器14の左右に高エネルギーイオ
ン源26aおよび低エネルギーイオン源26bが取り付けられ
ており、かつ真空容器14内の下方に2台の蒸発源20aお
よび20bが配置されている。 蒸発源20aおよび20bは、この例ではいずれも蒸発材料
21a、21bの加熱蒸気化に電子ビームを用いる電子ビーム
蒸発源であるが、他のタイプのものを用いることもでき
る。尚、24a、24bは、蒸発源20a、20bによって基材4等
に蒸着させる膜の膜厚等をそれぞれ計測する膜厚モニタ
である。 イオン源26aおよび26bは、この例ではいずれもプラズ
マ閉じ込めに多極磁場を用いるバケット型イオン源であ
り、加速されたイオン28a、28bをそれぞれ大面積に亘り
均一性良く引き出すことができるので一度に大面積の処
理が可能であるが、他のタイプのものを用いることもで
きる。 処理に際しては、ホルダ18に例えば前述したような基
材4を装着し、真空容器14内を例えば10-5〜10-7Torr程
度にまで排気し、まず第1の工程として、ホルダ18およ
び基材4を図中に実線で示すように高エネルギーイオン
源26a側に向け、蒸発源20aから例えばAl、Au、Cu等のい
ずれか一種から成る反射膜材料22aを蒸発させてそれを
基材4上に蒸着させるのと同時に、またはそれと交互
に、イオン源26aからイオン28aとしてAr、Ne、He、Kr、
Xe等の不活性ガスイオンまたは蒸着させる反射膜材料22
aと同一の金属イオンを連続的または間欠的に引き出し
てそれを基材4に向けて照射する。イオン28aにこのよ
うなイオン種を用いるのは、不純物が膜内に混入するの
を防止するためである。ちなみに不活性ガスイオンは反
応性に乏しいためガスして膜から抜け出し易い。 上記処理によって、基材4の表面に反射膜材料22aが
蒸着されて前述したような反射膜6(第1図参照)が形
成されると共に、照射イオン28aによって反射膜6を構
成する物質が基材4内に叩き込まれたり、あるいはそれ
と共に基材4を構成する物質が反射膜6内に叩き出され
たりして、基材4と反射膜6との界面付近に、両者4、
6の構成物質を含んで成る前述したような混合層5が形
成される。 その場合、反射膜材料22aの蒸着とイオン28aの照射の
併用によって混合層5および所望膜厚の反射膜6を形成
するようにしても良いし、両者の併用によって混合層5
および幾らかの膜厚の反射膜6を形成した後、更に反射
膜材料22aの蒸着のみによって反射膜6の膜厚の所望膜
厚まで増やすようにしても良い。 また、照射イオン28aのエネルギーは、それがあまり
大きいと基材4上に蒸着させる反射膜材料22aに対する
スパッタ作用が無視できなくなるため、逆にあまり小さ
いと混合層5が形成されにくくなるため、例えば5KeV〜
40KeV程度の範囲内にするのが好ましい。この範囲内で
どの程度のエネルギーにするかは、基材4の種類や蒸着
させる反射膜材料22aの種類・膜厚等により異なるが、
例えば反射膜材料22aの蒸着とイオン28aの照射を交互に
行う場合は、照射するイオン28aの飛程(平均射影飛
程)がそれに先立って蒸着させる反射膜材料22aの膜厚
程度になるようにするのが好ましい。 また、イオン28aの照射量は、それがあまり少ないと
混合層5ができにくく、逆にあまり多いと混合層5等の
内部にガスボイド等ができ易いため、例えば1016〜1018
イオン/cm2程度にするのが好ましい。 また、基材4に対するイオン28aの入射角(基材4の
表面に立てた垂線に対する角度)θは、当該イオン28a
による反射膜6のスパッタ防止等の観点から、例えば0
゜〜60゜程度の範囲内にするのが好ましい。 また、イオン28aによって反射膜6や混合層5内に照
射損傷が発生するのを軽減するために、基材4を加熱手
段(図示省略)によって加熱しながらイオン28aの照射
を行っても良い。 尚、イオン28aとして前述したような金属イオンを照
射する場合は、前述したようなバケット型のイオン源26
aを用いる代わりに、金属イオン源から引き出され質量
分析されたスポット状のイオンビームを、必要面積に亘
りスキャンして照射するようにしても良い。 次に、上記のような処理の後、第2の工程として、ホ
ルダ18および基材4を図中に2点鎖線で示すように低エ
ネルギーイオン源26b側に向けて同一の真空容器14内
で、蒸着源20bからアルミニウム22bを蒸発させてそれを
基材4上の反射膜6の表面に蒸着させるのと同時に、ま
たはそれと交互に、イオン源26bから窒素イオン28bを連
続または間欠的に引き出してそれを基材4上の反射膜6
に向けて照射する。このとき、反射膜6に対する蒸着ア
ルミニウム(Al)と照射窒素イオン(N)との粒子比
(組成比)Al/Nは、例えば0.5〜2.0程度の範囲内とし、
好ましくは1.0または1.5とする。 その結果、蒸着アルミニウム22bと照射窒素イオン28b
とが化合して、反射膜6の表面に前述したような窒化ア
ルミニウムから成る保護膜10(第1図参照)が形成さ
れ、それによって前述したような光学用反射鏡12が得ら
れる。 その際、窒素イオン28bのエネルギーは、その照射に
よって保護膜10の内部にダメージ(欠陥部)が発生して
当該膜の諸物性が低下すること、およびスパッタによっ
て保護膜10の表面が荒れること等を極力少なくする観点
から、1KeV以下の低エネルギーにするのが好ましく、よ
り好ましくは200eV〜800eV程度の範囲内にするのが良
い。 これを第3図および第4図を参照して説明すると、第
3図は窒素イオン28bのエネルギーを変えて形成したと
きの当該エネルギーと保護膜10の可視から近赤外領域に
おける光の透過率との関係の一例を示すグラフであり、
第4図は同様のときの窒素イオン28bのエネルギーと保
護膜10の光学的なバンドギャップとの関係の一例を示す
グラフである。 第3図から分るように、窒素イオン28bのエネルギー
が1KeV以下では、得られた保護膜10は約90%以上という
高い光の透過率を示している。また第4図から分るよう
に、窒素イオン28bのエネルギーが1KeV以下では、得ら
れた保護膜10は光学的なバンドギャップが窒化アルミニ
ウムの理論値6.2eVに近い値を示している。ちなみに、
光学的なバンドギャップが理論値に近い程、熱伝導率等
の諸物性も優れていると言える。 これに対して、窒素イオン28bのエネルギーが1KeVを
越えると、保護膜10の光透過率および光学的バンドギャ
ップのいずれも減少する傾向を示しており、これは窒素
イオン28bの照射によって、保護膜10中の欠陥部が増大
することに起因するものと考えられる。 尚、この場合も前述した第1の工程の場合と同様の理
由から、基材4に対する窒素イオン28bの入射角θは、
例えば0゜〜60゜程度の範囲内にするのが好ましい。 また、保護膜10形成時には必要に応じて、基材4を加
熱手段(図示省略)によって加熱、あるいは冷却手段
(図示省略)によって冷却しても良く、加熱すれば熱励
起によって窒化アルミニウムの形成を促進することがで
きると共に保護膜10中に発生する欠陥部を膜作製中に除
去することができ、また冷却すれば基材4の熱変形防止
等の完全を期することができる。 上記のような製造方法の特徴を列挙すれば次の通りで
ある。 基材4と反射膜6との間に混合層5を形成して密着
性の高い反射膜6を形成することができる。 反射膜6および保護膜10いずれの形成も熱励起を主
体としていないため、例えば室温のような低温下で処理
することが可能であり、従って基材4として使用できる
材質の範囲が大幅に広がると共に、処理の際の熱によっ
て反射膜6が基材4から剥離する恐れもない。 保護膜10のAl/Nの組成比は基本的には窒素イオン28
bのビーム電流とアルミニウム22bの蒸着量とで決定され
るので制御性が良く、従って良質の保護膜10を形成する
ことができる。 全ての処理を同一の真空容器14内で行うことができ
るため、大気による汚染が無く、従って不純物混入を防
止して良質の反射膜6や保護膜10を形成することができ
る。 高エネルギーイオン源26aにより、反射膜6の密着
性強化のための混合層5を効果的に形成することがで
き、また低エネルギーイオン源26bにより、照射損傷の
少ない良質の保護膜10を形成することができる。 尚、前述した第1の工程は、反射膜材料22aの蒸着と
イオン28aの照射の併用によって基材4上の混合層5お
よび反射層6を形成するものであったが、それの代わり
に、基材4上に公知の手段によって反射膜6が予め形成
されたものを用意してそれを真空容器14内のホルダ18に
取り付け、これに対して、高エネルギーイオン源26aか
ら引き出した前述したようなイオン28aを反射膜6側か
ら注入するようにしても良い。その場合は蒸発源20aは
設けなくても良い。 このような工程によっても、反射膜6を構成する物質
が注入イオン28aによって基材4内に叩き込まれたり、
あるいはそれと共に基材4を構成する物質が反射膜6内
に叩き出されたりして、基材4と反射膜6との界面付近
に、両者4、6の構成物質を含んで成る前述したような
混合層5が形成される。その後の第2の工程は前記と同
様である。 その場合のイオン28aのエネルギー、入射角θ、注入
量等の好ましい範囲は、前述した第1の工程の場合とほ
ぼ同様である。 また、以上はいずれも、第1の工程の第2の工程とを
同一の真空容器14内で行う場合を例示したが、必ずしも
それに限られるものではなく、両工程は別の真空容器内
で行っても良い。 〔発明の効果〕 以上のようにこの発明に係る光学用反射鏡によれば、
窒化アルミニウムから成る保護膜によって下の反射膜を
保護してその光学特性の劣化を防止することができる。
また、窒化アルミニウムは光透過率および熱伝導率が高
いため大パワーの光を反射させるような場合でも局部的
な加熱が起こりにくい。しかも混合層が言わば楔のよう
な作用をするので、基材に対する反射膜の密着性が高
く、反射膜が剥離しにくい。また、基材と反射膜間の熱
膨張係数の違いを、組成が連続的に変化している混合層
で吸収できるため、基材と反射膜間の熱応力の発生が抑
えられる。従って、例えば大パワーの光を反射させる等
の場合に加熱が起こったとしても、反射膜が剥離しにく
い。従って当該光学用反射鏡の寿命も向上する。 またこの発明に係る製造方法によれば、上記のような
混合層および光透過率や熱伝導率等に優れた良質の窒化
アルミニウムから成る保護膜を有する光学用反射鏡を製
造することができる。しかも、例えば室温のような低温
下での処理が可能であるため、基材として使用できる材
質の範囲が大幅に広がると共に、処理の際の熱によって
反射膜が剥離する恐れもない。しかも第1の工程におけ
る照射イオンのエネルギーを5KeV〜40KeVにするので、
照射イオンによる反射膜に対するスパッタ作用や照射損
傷を小さく抑えて表面が滑らかな良質の反射膜を実現し
つつ、基板と反射膜との界面付近に混合層をうまく形成
することができる。また、第2の工程における照射窒素
イオンのエネルギーを200eV〜1KeVにするので、保護膜
の内部に欠陥部が発生して当該膜の諸物性が低下するこ
と、およびスパッタによって保護膜の表面が荒れること
等を極力少なくすることができ、それによって光透過率
や熱伝導率等の諸物性に優れた良質の保護膜を形成する
ことができる。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical reflecting mirror and a method for manufacturing the same. [Prior Art] For example, as shown in FIG.
Is a state in which the reflection film 6 made of Al, Au, Cu, or the like is provided on the base material 4 or Al 2 O
3 , a protective film 8 made of CaF 2 or LiF 2 was provided. In this case, the reflective film 6 is formed by an evaporation method such as ion plating or sputtering, and the protective film 8 is formed by a vapor phase growth method such as a CVD method. [Problems to be Solved by the Invention] However, in the case of the optical reflecting mirror 2 having no protective film 8, the reflecting film 6 is easily oxidized (in the case of Al, Cu, etc.) and is easily scratched. Therefore, there is a problem that the optical characteristics are easily deteriorated. In the case of the optical reflecting mirror 2 provided with the protective film 8, Al 2 O 3 , CaF 2 , and LiF 2 as the protective film 8 have good transparency to laser light having a wavelength of, for example, about 1 μm. But,
Since the thermal conductivity is poor, there is a problem that when a large power laser beam is reflected, a thermal stress acts due to a local heating effect, and the reflective film 6 is easily peeled off. On the other hand, regarding the manufacturing method, in the deposition method such as ion plating and sputtering, the energy of the particles deposited on the substrate 4 is as small as several tens to several hundreds eV at most, so that the reflection film 6 with respect to the substrate 4 There is a problem that the adhesiveness is poor and therefore the reflection film 6 is easily peeled off from the substrate 4. Further, in the vapor phase growth method such as the CVD method, since the base material 4 needs to be heated to a high temperature (for example, near 1000 ° C.), the material that can be used as the base material 4 is limited, There is also a problem that the reflection film 6 may peel off from the base material 4 due to heat. Therefore, an object of the present invention is to provide an optical reflecting mirror that solves the above problems and a method of manufacturing the same. [Means for Solving the Problems] The optical reflecting mirror of the present invention has a reflective film on a base material and a protective film made of aluminum nitride thereon,
In addition, a mixed layer containing both constituent materials is provided near the interface between the base material and the reflective film. The first manufacturing method of the present invention is to form a reflective film on a substrate by performing deposition of a reflective film material and irradiation of ions having an energy of 5 KeV to 40 KeV on the substrate in a vacuum, and A first step of forming a mixed layer containing both constituents near the interface between the two, and a vacuum evaporation of aluminum and energy of 200 eV to 1 keV with respect to the reflective film formed by the step; And a step of forming a protective film made of aluminum nitride on the reflective film by irradiating with nitrogen ions. In the second production method of the present invention, a substrate in which a reflective film is formed on a substrate is prepared, and 5 KeV to 40
A first step of forming a mixed layer containing both constituents near the interface between the base material and the reflective film by implanting ions having KeV energy, and A second step of forming a protective film made of aluminum nitride on the reflective film by performing aluminum vapor deposition and irradiation with nitrogen ions having an energy of 200 eV to 1 KeV. [Operation] In the optical reflecting mirror of the present invention, aluminum nitride as a protective film is excellent in corrosion resistance, abrasion resistance and the like, so that the underlying reflective film is not easily oxidized and is not easily damaged. In addition, since aluminum nitride has a high light transmittance and a high thermal conductivity, local heating is unlikely to occur even when high-power light is reflected, and therefore, the reflection film is not easily peeled off. In addition, since the mixed layer acts like a wedge, the adhesion of the reflection film to the base material is high, and from this point, the reflection film is not easily peeled off. According to the first manufacturing method of the present invention, in the first step, a reflective film is formed on the base material by vapor deposition, and a substance constituting the reflective film is driven into the base material by irradiation ions, Alternatively, the material constituting the base material is also beaten into the reflection film together therewith, so that a mixed layer containing both constituent materials is formed near the interface between the base material and the reflection film. Further, in the second step, the deposited aluminum and the irradiated nitrogen ions combine to form a protective film made of aluminum nitride on the reflective film without heating the substrate or the like to a high temperature. According to the second manufacturing method of the present invention, the substance constituting the reflection film provided in advance on the substrate is driven into the substrate by the implanted ions, or the substance constituting the substrate together with the substance is reflected. By being beaten into the film, a mixed layer containing both components is formed near the interface between the base material and the reflective film. Further, in the second step, the deposited aluminum and the irradiated nitrogen ions combine to form a protective film made of aluminum nitride on the reflective film without heating the substrate or the like to a high temperature. Embodiment FIG. 1 is a sectional view showing an example of an optical reflecting mirror according to the present invention. This optical reflecting mirror 12 has a reflecting film 6 on a base material 4 and a protective film 10 made of aluminum nitride (AlN) on the reflecting film 6, and near an interface between the base material 4 and the reflecting film 6, Both have a mixed layer 5 containing the constituent materials of 4 and 6. As the substrate 4, for example, quartz glass, fluorides such as MgF 2 and CaF 2 can be used. The reflection film 6 is made of a thin film of, for example, Al, Au, or Cu. In the optical reflecting mirror 12, since the aluminum nitride as the protective film 10 is excellent in corrosion resistance, abrasion resistance, etc., the lower reflecting film 6 is hardly oxidized and is not easily scratched.
Thereby, the deterioration of the optical characteristics can be prevented. Moreover, since aluminum nitride has high light transmittance in the visible to near-infrared region, high thermal conductivity, and good heat dissipation, a wavelength of about 1 μm from a high-output laser such as a dye laser or a glass laser is used. Even when the laser beam of high power is reflected, local heating is unlikely to occur, and therefore, the reflection film 6 is not easily peeled off from the base material 4. In addition, since the mixed layer 5 acts like a wedge, the adhesion of the reflective film 6 to the substrate 4 is high, and the difference in the coefficient of thermal expansion between the substrate 4 and the reflective film 6 is determined by the composition. Since it can be absorbed by the continuously changing mixed layer 5, the base material 4
The generation of thermal stress between the substrate and the reflection film 6 is also suppressed. Therefore, the combination of the point of using aluminum nitride for the protective film 10 and the point of having the mixed layer 5 makes it very difficult for the reflective film 6 to peel off. Therefore, the optical reflecting mirror 12 is used as, for example, a laser mirror or the like. Even when used, it has a long life. Next, an example of a method for manufacturing the above-described optical reflecting mirror 12 will be described with reference to FIG. A holder 18 for holding the base material 4 as described above is placed in the vacuum container 14 by rotating the holder 18 as shown by an arrow A to turn it left and right (left and right on the paper surface; the same applies hereinafter).
It is attached to and stored. A high-energy ion source 26a and a low-energy ion source 26b are attached to the left and right sides of the vacuum container 14 so as to face the base material 4 on the holder 18 turned left and right, respectively. Are provided with two evaporation sources 20a and 20b. The evaporation sources 20a and 20b are both evaporation materials in this example.
An electron beam evaporation source using an electron beam for heating and evaporating 21a and 21b, but other types can also be used. 24a and 24b are film thickness monitors for measuring the film thickness and the like of the film deposited on the base material 4 and the like by the evaporation sources 20a and 20b, respectively. In this example, the ion sources 26a and 26b are both bucket-type ion sources that use a multipolar magnetic field for plasma confinement, and can extract the accelerated ions 28a and 28b over a large area with good uniformity. Large area processing is possible, but other types can also be used. At the time of processing, for example, the above-described base material 4 is mounted on the holder 18 and the inside of the vacuum vessel 14 is evacuated to, for example, about 10 −5 to 10 −7 Torr. The material 4 is directed toward the high-energy ion source 26a as shown by a solid line in the drawing, and a reflective film material 22a made of any one of, for example, Al, Au, Cu, etc. is evaporated from the evaporation source 20a, and the material 4 is evaporated. Simultaneously with or alternately with the above deposition, Ar, Ne, He, Kr, as ions 28a from the ion source 26a.
Inert gas ions such as Xe or reflective film material to be deposited 22
The same metal ions as in (a) are continuously or intermittently extracted and irradiated toward the substrate 4. The reason for using such an ion species as the ion 28a is to prevent impurities from being mixed into the film. Incidentally, since inert gas ions are poor in reactivity, they are easily gasified and escape from the film. By the above-described processing, the reflective film material 22a is deposited on the surface of the base material 4 to form the reflective film 6 (see FIG. 1) as described above. When the material 4 is beaten into the material 4 or the material constituting the substrate 4 is beaten into the reflection film 6 together with the material 4, the vicinity of the interface between the substrate 4 and the reflection film 6 is reduced.
A mixed layer 5 as described above comprising the constituents of 6 is formed. In this case, the mixed layer 5 and the reflective film 6 having a desired film thickness may be formed by using both the deposition of the reflective film material 22a and the irradiation of the ions 28a.
After the reflective film 6 having a certain thickness is formed, the thickness of the reflective film 6 may be increased to a desired thickness only by depositing the reflective film material 22a. On the other hand, if the energy of the irradiation ions 28a is too large, the sputtering effect on the reflective film material 22a deposited on the base material 4 cannot be ignored, and if it is too small, the mixed layer 5 is hardly formed. 5KeV ~
It is preferable to be within the range of about 40 KeV. How much energy is set within this range depends on the type of the substrate 4 and the type and thickness of the reflective film material 22a to be deposited,
For example, when the deposition of the reflective film material 22a and the irradiation of the ions 28a are performed alternately, the range of the irradiated ions 28a (average projected range) is set so as to be approximately equal to the thickness of the reflective film material 22a to be deposited before that. Is preferred. The irradiation amount of the ion 28a is that it hardly can mixed layer 5 with too small, liable can Gasuboido like inside the mixed layer 5 such as a too large Conversely, for example, 10 16 to 10 18
It is preferred to be about ions / cm 2 . The angle of incidence θ of the ion 28a with respect to the base material 4 (the angle with respect to a vertical line formed on the surface of the base material 4) θ
For example, from the viewpoint of preventing sputtering of the reflection film 6 due to
It is preferable that the angle be in the range of about {60}. The irradiation of the ions 28a may be performed while heating the substrate 4 by a heating means (not shown) in order to reduce the occurrence of irradiation damage in the reflection film 6 and the mixed layer 5 due to the ions 28a. When irradiating the metal ions as described above as the ions 28a, the bucket-type ion source 26 as described above is used.
Instead of using a, a spot-shaped ion beam extracted from a metal ion source and subjected to mass analysis may be scanned and irradiated over a required area. Next, after the above-described processing, as a second step, the holder 18 and the base material 4 are moved toward the low-energy ion source 26b in the same vacuum vessel 14 as shown by a two-dot chain line in the drawing. At the same time or alternately with evaporating the aluminum 22b from the evaporation source 20b and evaporating it on the surface of the reflective film 6 on the substrate 4, the nitrogen ions 28b are continuously or intermittently extracted from the ion source 26b. Reflective film 6 on base material 4
Irradiate toward At this time, the particle ratio (composition ratio) Al / N of the deposited aluminum (Al) and the irradiated nitrogen ions (N) with respect to the reflection film 6 is set to, for example, about 0.5 to 2.0,
Preferably, it is 1.0 or 1.5. As a result, deposited aluminum 22b and irradiated nitrogen ions 28b
Is formed on the surface of the reflective film 6 to form the above-described protective film 10 made of aluminum nitride (see FIG. 1), whereby the optical reflecting mirror 12 as described above is obtained. At this time, the energy of the nitrogen ions 28b may cause damage (defects) inside the protective film 10 due to the irradiation, thereby deteriorating various physical properties of the film, and roughening the surface of the protective film 10 due to sputtering. From the viewpoint of minimizing the energy, it is preferable to make the energy as low as 1 KeV or less, and more preferably in the range of about 200 eV to 800 eV. This will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 shows the energy and the transmittance of the protective film 10 in the visible to near infrared region when the energy of the nitrogen ion 28b is changed. It is a graph showing an example of the relationship with,
FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the energy of the nitrogen ions 28b and the optical band gap of the protective film 10 at the same time. As can be seen from FIG. 3, when the energy of the nitrogen ions 28b is 1 KeV or less, the obtained protective film 10 has a high light transmittance of about 90% or more. As can be seen from FIG. 4, when the energy of the nitrogen ions 28b is 1 KeV or less, the obtained protective film 10 has an optical band gap close to the theoretical value of 6.2 eV of aluminum nitride. By the way,
It can be said that the closer the optical band gap is to the theoretical value, the more excellent the physical properties such as the thermal conductivity are. On the other hand, when the energy of the nitrogen ions 28b exceeds 1 KeV, both the light transmittance and the optical band gap of the protective film 10 tend to decrease. It is considered that this is due to the increase in the number of defective portions in 10. In this case, for the same reason as in the case of the first step described above, the incident angle θ of the nitrogen ions 28b with respect to the base material 4 is
For example, it is preferable that the angle be in the range of about 0 ° to 60 °. When forming the protective film 10, the base material 4 may be heated by a heating means (not shown) or cooled by a cooling means (not shown), if necessary. The defects can be promoted, and the defects generated in the protective film 10 can be removed during the film production, and if cooled, complete prevention of thermal deformation of the base material 4 can be expected. The features of the above-described manufacturing method are as follows. By forming the mixed layer 5 between the base material 4 and the reflection film 6, the reflection film 6 with high adhesion can be formed. Since neither the reflective film 6 nor the protective film 10 is formed mainly by thermal excitation, it can be processed at a low temperature such as room temperature, so that the range of materials that can be used as the base material 4 is greatly expanded, and In addition, there is no fear that the reflection film 6 is peeled off from the substrate 4 due to heat during the processing. Al / N composition ratio of the protective film 10 is basically nitrogen ion 28
Since it is determined by the beam current b and the deposition amount of the aluminum 22b, the controllability is good, and thus the high-quality protective film 10 can be formed. Since all the processes can be performed in the same vacuum vessel 14, there is no contamination by the air, and therefore, the reflection film 6 and the protection film 10 of good quality can be formed by preventing the contamination of impurities. The high-energy ion source 26a can effectively form the mixed layer 5 for enhancing the adhesion of the reflective film 6, and the low-energy ion source 26b forms the high-quality protective film 10 with less irradiation damage. be able to. In the first step, the mixed layer 5 and the reflective layer 6 on the base material 4 are formed by the combination of the deposition of the reflective film material 22a and the irradiation of the ions 28a. A reflection film 6 having a reflection film 6 formed in advance by a known means on the base material 4 is prepared and attached to the holder 18 in the vacuum container 14, and the reflection film 6 is drawn from the high energy ion source 26a as described above. The other ions 28a may be implanted from the reflection film 6 side. In that case, the evaporation source 20a need not be provided. Even by such a process, the substance constituting the reflective film 6 is driven into the base material 4 by the implanted ions 28a,
Alternatively, the material constituting the base material 4 is also beaten into the reflection film 6 together with the material, and the components 4 and 6 are included near the interface between the base material 4 and the reflection film 6 as described above. The mixed layer 5 is formed. The subsequent second step is the same as described above. In this case, the preferable ranges of the energy of the ion 28a, the incident angle θ, the implantation amount, and the like are substantially the same as those in the case of the above-described first step. Further, in each of the above, the case where the second step of the first step and the second step are performed in the same vacuum vessel 14 is exemplified, but the present invention is not necessarily limited thereto, and both steps are performed in another vacuum vessel. May be. [Effects of the Invention] As described above, according to the optical reflecting mirror of the present invention,
The lower reflective film can be protected by the protective film made of aluminum nitride to prevent deterioration of its optical characteristics.
In addition, since aluminum nitride has high light transmittance and high thermal conductivity, local heating is unlikely to occur even when high power light is reflected. In addition, since the mixed layer acts like a wedge, the adhesion of the reflection film to the base material is high, and the reflection film is not easily peeled off. In addition, the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the reflective film can be absorbed by the mixed layer whose composition is continuously changed, so that the generation of thermal stress between the substrate and the reflective film can be suppressed. Therefore, even if heating occurs, for example, in the case of reflecting high-power light, the reflection film is not easily peeled off. Therefore, the life of the optical reflecting mirror is also improved. Further, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture an optical reflecting mirror having the above-described mixed layer and a protective film made of high-quality aluminum nitride having excellent light transmittance and thermal conductivity. In addition, since the treatment can be performed at a low temperature such as room temperature, the range of materials that can be used as the base material is greatly expanded, and there is no possibility that the reflection film is peeled off due to heat during the treatment. Moreover, since the energy of the irradiation ions in the first step is set to 5 KeV to 40 KeV,
A mixed layer can be formed well near the interface between the substrate and the reflective film while realizing a high-quality reflective film with a smooth surface by suppressing the sputtering action and irradiation damage to the reflective film by irradiation ions. In addition, since the energy of the irradiated nitrogen ions in the second step is set to 200 eV to 1 KeV, a defect is generated inside the protective film and various physical properties of the film are reduced, and the surface of the protective film is roughened by sputtering. This can be minimized, so that a high-quality protective film having excellent properties such as light transmittance and thermal conductivity can be formed.

【図面の簡単な説明】 第1図は、この発明に係る光学用反射鏡の一例を示す断
面図である。第2図は、この発明に係る製造方法を実施
する装置の一例を示す概略図である。第3図は、窒素イ
オンのエネルギーを変えて形成したときの当該エネルギ
ーと保護膜の可視から近赤外領域における光の透過率と
の関係の一例を示すグラフである。第4図は、窒素イオ
ンのエネルギーを変えて形成したときの当該エネルギー
と保護膜の光学的なバンドギャップとの関係の一例を示
すグラフである。第5図は、従来の光学用反射鏡の一例
を示す断面図である。 4……基材、5……混合層、6……反射膜、10……保護
膜、12……実施例に係る光学用反射鏡、14……真空容
器、20a,20b……蒸発源、22a……反射膜材料、22b……
アルミニウム、26a,26b……イオン源、28a……イオン、
28b……窒素イオン。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view showing an example of an optical reflecting mirror according to the present invention. FIG. 2 is a schematic view showing an example of an apparatus for performing the manufacturing method according to the present invention. FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the energy of a nitrogen ion and the transmittance of the protective film in the visible to near-infrared region when the energy is changed by changing the energy of the nitrogen ion. FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the energy of the nitrogen ion and the optical band gap of the protective film when the energy is changed. FIG. 5 is a sectional view showing an example of a conventional optical reflecting mirror. 4 ... substrate, 5 ... mixed layer, 6 ... reflective film, 10 ... protective film, 12 ... optical reflecting mirror according to the embodiment, 14 ... vacuum vessel, 20a, 20b ... evaporation source, 22a: Reflective film material, 22b ...
Aluminum, 26a, 26b ... Ion source, 28a ... Ion,
28b …… Nitrogen ion.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.基材上に反射膜を、その上に窒化アルミニウムから
成る保護膜をそれぞれ有し、かつ基材と反射膜との界面
付近に、両者の構成物質を含んで成る混合層を有するこ
とを特徴とする光学用反射鏡。 2.真空中で基材に対して、反射膜材料の蒸着と5KeV〜
40KeVのエネルギーを有するイオンの照射とを行うこと
によって、基材上に反射膜を、かつ両者の界面付近に両
者の構成物質を含んで成る混合層を形成する第1の工程
と、当該工程によって形成された反射膜に対して真空中
で、アルミニウムの蒸着と200eV〜1KeVのエネルギーを
有する窒素イオンの照射とを行うことによって、前記反
射膜上に窒化アルミニウムから成る保護膜を形成する第
2の工程とを備えることを特徴とする光学用反射鏡の製
造方法。 3.基材上に反射膜が形成されたものを用意し、真空中
で反射膜側から、5KeV〜40KeVのエネルギーを有するイ
オンを注入することによって、基材と反射膜との界面付
近に両者の構成物質を含んで成る混合層を形成する第1
の工程と、前記反射膜に対して真空中で、アルミニウム
の蒸着と200eV〜1KeVのエネルギーを有する窒素イオン
の照射とを行うことによって、前記反射膜上に窒化アル
ミニウムから成る保護膜を形成する第2の工程とを備え
ることを特徴とする光学用反射鏡の製造方法。
(57) [Claims] A reflective film on the base material, a protective film made of aluminum nitride on the reflective film, and a mixed layer containing both constituent materials near the interface between the base material and the reflective film. Optical reflector. 2. Deposition of reflective film material on substrate in vacuum and 5 KeV ~
Irradiation with ions having an energy of 40 KeV to form a reflection film on the base material and a mixed layer containing both constituent materials near the interface between the two, and Forming a protective film made of aluminum nitride on the reflective film by performing aluminum deposition and irradiation of nitrogen ions having an energy of 200 eV to 1 KeV in vacuum on the formed reflective film; And a method of manufacturing an optical reflecting mirror. 3. Prepare a substrate with a reflective film formed on it and inject ions having an energy of 5 KeV to 40 KeV from the reflective film side in a vacuum to form both components near the interface between the substrate and the reflective film. First forming a mixed layer comprising a substance
Forming a protective film made of aluminum nitride on the reflective film by performing aluminum deposition and irradiation of nitrogen ions having an energy of 200 eV to 1 KeV on the reflective film in a vacuum. 2. A method for manufacturing an optical reflecting mirror, comprising:
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