JPH03137017A - Optical thin film and its production - Google Patents

Optical thin film and its production

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JPH03137017A
JPH03137017A JP27573489A JP27573489A JPH03137017A JP H03137017 A JPH03137017 A JP H03137017A JP 27573489 A JP27573489 A JP 27573489A JP 27573489 A JP27573489 A JP 27573489A JP H03137017 A JPH03137017 A JP H03137017A
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thin film
transmittance
gas
sputtering
optical thin
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利雄 工藤
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伊知地 国夫
Hiroyasu Sadabetto
裕康 定別当
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Abstract

PURPOSE:To produce an optical thin film having high refractive index and high transmittance at low cost by sputtering a target containing Zn, S, and O in a mixture atmosphere of Ar gas and N2 gas and then annealing the obtd. thin film. CONSTITUTION:While a mixture gas atmosphere of Ar and N2 is maintained at specified reduced pressure in a chamber 10, an electric power is applied on a ZnS target containing a minute amt. of O to effect reactive sputtering. With applying a magnetic field perpendicular to the target surface from a magnet 14, production rate of Ar<+> is increased, which raise the sputtering speed. The sputtered particles from the target 12 deposite on a glass substrate 11 separated from the plasma and thus a thin film is formed into which N in the chamber is incorporated. The obtd. thin film on the substrate consists of Zn, S, O and N. By annealing the film, transmittance is further improved for any wavelength of incident light, and especially transmittance for short wavelength is significantly improved.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、高屈折率、高透過率を有する光学薄膜及び
その製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical thin film having a high refractive index and high transmittance, and a method for manufacturing the same.

[従来の技術及び発明が解決しようとする課題]高屈折
率、高透過率を有する材料としては、ZnS薄膜が知ら
れている。
[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] A ZnS thin film is known as a material having a high refractive index and high transmittance.

ZnS薄膜は、従来、蒸着法やスパッタリング法で作製
されており、波長633nmの光に対するこの薄膜の屈
折率は、2.35という高い値であることが報告されて
いる。
A ZnS thin film has conventionally been produced by a vapor deposition method or a sputtering method, and it has been reported that the refractive index of this thin film for light with a wavelength of 633 nm is as high as 2.35.

しかしながら、従来のZnS薄膜を反射防止膜、広帯域
ミラー ウニイブガイド、マイクロレンズ等、高透過率
を前提としつつ、極めて高い屈折率が要求される用途に
適用する場合には、その光学特性が十分とはいえず、膜
厚を大きくするか、又は積層数を多くしなければならず
、製造コストが高くついてしまうという欠点がある。
However, when applying conventional ZnS thin films to applications that require high transmittance but extremely high refractive index, such as antireflection coatings, broadband mirrors, uniform guides, and microlenses, their optical properties are insufficient. However, it has the disadvantage that the film thickness must be increased or the number of laminated layers must be increased, resulting in high manufacturing costs.

この発明は、このような実情に鑑みてなされたものであ
って、高屈折率及び高透過率であり、製造コストが低い
光学薄膜及びその製造方法を提供することを目的とする
The present invention was made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical thin film that has a high refractive index, high transmittance, and low manufacturing cost, and a method for manufacturing the same.

[課題を解決するための手段] この発明に係る光学薄膜は、構成元素が実質的にZnS
、O,Nであることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] The optical thin film according to the present invention contains substantially ZnS as a constituent element.
, O, N.

この薄膜は、多結晶体を含むものであってもよいし、ア
モルファス材料で構成されていてもよい。
This thin film may contain polycrystalline material or may be composed of an amorphous material.

また、この発明に係る光学薄膜の製造方法は、第1に、
アルゴンガスと窒素ガスとの混合雰囲気を形成する工程
と、この雰囲気中でZn、S及び0を含むターゲットを
スパッタリングする工程とをA 6していることを特徴
とする。
Further, the method for manufacturing an optical thin film according to the present invention includes, firstly,
A6 is characterized in that the process of forming a mixed atmosphere of argon gas and nitrogen gas and the process of sputtering a target containing Zn, S, and 0 in this atmosphere are performed.

第2に、第1の方法で形成した薄膜をアニール処理する
工程を具備していることを特徴とする。
A second feature is that the method includes a step of annealing the thin film formed by the first method.

[作用コ 実質的にZn、S、O,Nからなる光学薄膜は、従来の
ZnS薄膜よりも大きな屈折率を有し、組成を選択する
ことにより、高透過率材料で最も大きい屈折率を有する
ダイヤモンドよりも屈折率を大きくすることができる。
[Operation: The optical thin film consisting essentially of Zn, S, O, and N has a larger refractive index than a conventional ZnS thin film, and by selecting the composition, it can have the largest refractive index among high transmittance materials. It can have a higher refractive index than diamond.

また、透過率もZnS薄膜より大きくすることができ、
特に短波長側の透過率を大きくすることができる。従っ
て、膜厚を大きくしたり、積層数を増加させずに所望の
光学特性を有する薄膜を11蚕ることができ、製造コス
トを低くすることができる。また、この薄膜はアルゴン
ガスと窒素ガスとの混合雰囲気中でスパッタリングする
ことにより、困難性を伴うことなく製造することができ
る。更に、このようにして製造された薄膜をアニール処
理することにより、透過率を一層向上させることができ
、特に短波長側の透過率を向上させることかできる。
In addition, the transmittance can be made higher than that of the ZnS thin film,
In particular, the transmittance on the short wavelength side can be increased. Therefore, a thin film having desired optical characteristics can be produced without increasing the film thickness or the number of laminated layers, and the manufacturing cost can be reduced. Moreover, this thin film can be manufactured without difficulty by sputtering in a mixed atmosphere of argon gas and nitrogen gas. Furthermore, by annealing the thin film produced in this manner, the transmittance can be further improved, particularly the transmittance on the short wavelength side.

[実施例] 以下、この発明について具体的に説明する。[Example] This invention will be explained in detail below.

この発明における光学薄膜は、実質的にZn、S10及
びNで構成されている。このような薄膜は、ZnS薄膜
よりも高透過率及び高屈折率を示し得る。屈折率に関し
ては、組成を選択することにより、照射光の波長633
 r+mにおいて高透過率材料で最も大きい屈折率を有
するダイヤモンドよりも大きくすることができる。透過
率に関しては、特に照射光が可視光領域から紫外領域に
かけての短波長側の場合に大きくすることができる。な
お、ZnSを基本組成とし、0を10原子%以下、Nを
10原子%以下含有する組成のものは、特に、屈折率が
高い。また、0を10乃至30原子%、Nを10原子%
以下含有する組成のものは特に透過率が高い。
The optical thin film in this invention is substantially composed of Zn, S10 and N. Such thin films can exhibit higher transmittance and higher refractive index than ZnS thin films. Regarding the refractive index, the wavelength 633 of the irradiated light can be adjusted by selecting the composition.
It can be larger than diamond, which has the highest refractive index of high transmittance materials at r+m. The transmittance can be increased particularly when the irradiated light has a short wavelength from the visible light region to the ultraviolet region. Note that a composition having a basic composition of ZnS and containing 10 at % or less of 0 and 10 at % or less of N has a particularly high refractive index. In addition, 10 to 30 at% of 0 and 10 at% of N
Those having the following compositions have particularly high transmittance.

このため、この光学薄膜は、高透過率、高屈折率が要求
される部材、例えば、前述の反射防止膜、広域ミラー 
ウニイブガイド、マイクロレンズ、更には、光熱磁気記
録媒体のカー回転角を増大させるためのエンハンス膜へ
の適用が期待される。
For this reason, this optical thin film is suitable for materials that require high transmittance and high refractive index, such as the aforementioned anti-reflection film and wide-area mirror.
The present invention is expected to be applied to Unibu guides, microlenses, and even enhancement films for increasing the Kerr rotation angle of photothermal magnetic recording media.

この光学薄膜の屈折率はその組成、例えばN含有量に大
きく依存し、組成を調節することにより、広範囲に亘っ
て変化させることができる。
The refractive index of this optical thin film largely depends on its composition, for example the N content, and can be varied over a wide range by adjusting the composition.

更に、この光学薄膜の組成、特にNの含有量及びZnと
Sとの比率を調節することによって、薄膜の状態を多結
晶体とアモルファスとの間で変化させることができる。
Further, by adjusting the composition of this optical thin film, particularly the N content and the ratio of Zn to S, the state of the thin film can be changed between polycrystalline and amorphous.

薄膜が多結晶体の場合には、特に屈折率を大きくするこ
とができる。また、薄膜がアモルファスの場合には、特
に透過率を大きくすることができる。この場合の透過率
の増大効果は、特に短波長側で顕著である。
When the thin film is polycrystalline, the refractive index can be particularly increased. Further, when the thin film is amorphous, the transmittance can be particularly increased. The effect of increasing transmittance in this case is particularly noticeable on the short wavelength side.

更にまた、この光学薄膜のNの含有量等を調節すること
によって吸収端の波長位置を変化させることもできる。
Furthermore, the wavelength position of the absorption edge can be changed by adjusting the N content of this optical thin film.

次に、このような光学薄膜の製造方法について説明する
。第1図はこの発明に係る光学薄膜を製造するための装
置の例を示す概略(j4構成であり、対向ターゲットス
パッタリング装置を示している。
Next, a method for manufacturing such an optical thin film will be explained. FIG. 1 schematically shows an example of an apparatus for producing an optical thin film according to the present invention (J4 configuration, and shows a facing target sputtering apparatus.

第1図において、チャンバー10内に、ZnS焼結体で
構成された一対のターゲット12か配設されている。な
お、ZnS焼結体ターゲットとしては若干酸素(0)が
含まれているものを使用する。
In FIG. 1, a pair of targets 12 made of a ZnS sintered body are arranged in a chamber 10. Note that a ZnS sintered target containing a slight amount of oxygen (0) is used.

ターゲット12の上方には、基板11が図示しない回転
支持部材によって回転可能に支持されている。各ターゲ
ットの裏面側外縁部には、全周に亘ってマグネット14
が設けられており、ターゲット間に磁場Hが存在してい
る。各ターゲットには交流電源16が接続されており、
この電源16からターゲット12に電力が投入されるよ
うになっている。なお、各ターゲット12の外縁部は円
筒状のターゲットカバー15で覆われている。
Above the target 12, a substrate 11 is rotatably supported by a rotation support member (not shown). A magnet 14 is attached to the outer edge of the back side of each target over the entire circumference.
is provided, and a magnetic field H exists between the targets. An AC power supply 16 is connected to each target,
Power is supplied to the target 12 from this power source 16. Note that the outer edge of each target 12 is covered with a cylindrical target cover 15.

チャンバー10には、ガス導入口17及びガス排出口1
8が形成されている。ガス導入口17には、Arガス供
給源及びN2ガス供給源(いずれも図示せず)が接続さ
れており、これらガス供給源からチャンバー10内にA
rガスとN2ガスとの混合ガスか供給されるようになっ
ている。また、ガス排出口18には真空ポンプ(図示せ
ず)が接続されており、これを作動させることによりチ
ャンバー10内を所定のガス圧に調節するようになって
いる。
The chamber 10 has a gas inlet 17 and a gas outlet 1.
8 is formed. An Ar gas supply source and a N2 gas supply source (both not shown) are connected to the gas introduction port 17, and A gas is supplied from these gas supply sources into the chamber 10.
A mixed gas of r gas and N2 gas is supplied. Further, a vacuum pump (not shown) is connected to the gas exhaust port 18, and by operating the vacuum pump, the inside of the chamber 10 is adjusted to a predetermined gas pressure.

このような装置においては、チャンバー10内にArガ
スとN2ガスとの混合ガスを導入して、チャンバー10
内をこれらの混合ガス雰囲気の所定の減圧状態に保持し
つつ、各ターゲット12に電力を投入して、リアクティ
ブスパッタリングを実施する。この際に、マグネット1
4によりターゲツト面に対し垂直に磁場を印加している
ので、この磁場によりAr中の発生率が高まり、スパッ
タリング速度を上昇させることができる。
In such an apparatus, a mixed gas of Ar gas and N2 gas is introduced into the chamber 10, and the chamber 10
Reactive sputtering is performed by applying power to each target 12 while maintaining a predetermined reduced pressure state of the mixed gas atmosphere inside. At this time, magnet 1
4 applies a magnetic field perpendicular to the target surface, this magnetic field increases the generation rate in Ar, making it possible to increase the sputtering rate.

このスパッタリングの際には、ターゲット12から叩き
出されたスパッタ粒子がプラズマから離隔したガラス基
板11に堆積され薄膜か形成され、チャンバー内のNが
薄膜中に取り込まれる。また、ZnSターゲット中には
若干のOが存在しているので、薄膜中に若干のOが含ま
れる。これにより、基板上に実質的にZn、S、O,N
からなるlζ膜が形成される。この際に、基板11は磁
場によりプラズマフリーの状態であるから、Mll&は
室温付近に保持される。また、対向ターゲットであるか
ら薄膜組成を制御しやすい。
During this sputtering, sputtered particles ejected from the target 12 are deposited on the glass substrate 11 separated from the plasma to form a thin film, and N in the chamber is taken into the thin film. Furthermore, since some O is present in the ZnS target, some O is included in the thin film. As a result, substantially Zn, S, O, N are formed on the substrate.
A lζ film is formed. At this time, since the substrate 11 is in a plasma-free state due to the magnetic field, Mll& is maintained at around room temperature. Furthermore, since the targets are facing each other, it is easy to control the thin film composition.

なお、このようにして製造された実質的にZn。In addition, substantially Zn produced in this way.

S、O,Nからなる光学薄膜は、照射光の波長か500
 nm以上では前述のように高透過率を有しており、従
来のZnS薄膜よりも優れた光学特性を有するものでは
あるか、後述する第4図に示すように、500 r+a
+付近から透過率が減少し、250nmでは透過率が約
50%となり、短波長側での光学特性が未だ充分とはい
えない。例えば、この薄膜を可視光領域全域で用いられ
る光学部品に適用した場合には、波長500〜400 
ncの透過率が低く、膜自体が着色するため、その応用
範囲が狭くなる。また、波長350〜200 nmの紫
外領域で用いられる場合、透過率が更に小さくなり、効
率か悪くなってしまう。
The optical thin film made of S, O, and N is
As mentioned above, it has a high transmittance above 500 r+a as shown in Figure 4, which will be described later.
The transmittance decreases from around +, and at 250 nm, the transmittance is about 50%, and the optical properties on the short wavelength side are still not sufficient. For example, when this thin film is applied to optical components used in the entire visible light region,
Since the nc transmittance is low and the film itself is colored, its range of applications is narrowed. Furthermore, when used in the ultraviolet region with a wavelength of 350 to 200 nm, the transmittance becomes even lower, resulting in poor efficiency.

このような不都合を回避するため、この発明では前述の
ようにしてスパッタリング成膜した光学薄膜に更にアニ
ール処理を施す。これにより、照射光の波長を問わず透
過率が一層上昇し、特に短波長側の透過率を著しく増加
させることができ、可視光領域での透過率は熱処理前の
ものに比べて一様となる。従って、可視光領域及び紫外
領域での適用に好都合なものとなる。
In order to avoid such inconveniences, in the present invention, the optical thin film formed by sputtering as described above is further subjected to an annealing treatment. As a result, the transmittance is further increased regardless of the wavelength of the irradiated light, and in particular, the transmittance on the short wavelength side can be significantly increased, and the transmittance in the visible light region is more uniform than that before heat treatment. Become. Therefore, it is convenient for application in the visible light region and the ultraviolet region.

なお、アニール処理は、大気中で行うことができ、温度
も150℃程度と低い温度でよい。
Note that the annealing treatment can be performed in the atmosphere, and the temperature may be as low as about 150°C.

次に、この発明に基づいて実際に試験した結果について
説明する。
Next, the results of actual tests based on this invention will be explained.

第1図に示した対向ターゲットスパッタリング装置を用
い、ターゲットとしてZnS焼結体(若干のOを含む)
を用いてスパッタリングを行い、薄膜サンプルの作製を
行った。この際に、チャンバー内に供給する混合ガスの
うち、Arガスの量を27 cc/分に固定し、N2ガ
スの流量を夫々03 cc/分、1.0cc/分、3.
0cc/分、8.Occ/分、20.0cc/分にした
5種類のサンプルを作製した( N 2ガス流二の順に
実施例1〜5とする)。なお、比較のため、Arガスの
みでN2ガスを導入せずにスパッタリングして作製した
サンプルも準備した(比較例1とする)。また、スパッ
タリング中のチャンバー内ガス圧は、1.1〜1. 5
 X 10−3Torrとした。スパッタリング中、基
板はプラズマから隔てられているため、基板温度は室温
から数度上昇した程度であった。
Using the facing target sputtering apparatus shown in Fig. 1, a ZnS sintered body (containing some O) was used as the target.
A thin film sample was prepared by sputtering. At this time, among the mixed gases supplied into the chamber, the amount of Ar gas was fixed at 27 cc/min, and the flow rate of N2 gas was set at 0.3 cc/min, 1.0 cc/min, and 3.0 cc/min, respectively.
0cc/min, 8. Five types of samples were prepared at Occ/min and 20.0cc/min (Examples 1 to 5 in the order of N2 gas flow 2). For comparison, a sample prepared by sputtering using only Ar gas without introducing N2 gas was also prepared (referred to as Comparative Example 1). Moreover, the gas pressure in the chamber during sputtering is 1.1 to 1. 5
X 10-3 Torr. During sputtering, the substrate temperature was only a few degrees above room temperature because the substrate was isolated from the plasma.

なお、以下に示す元素分析、X線回折、屈折率測定には
、基板が石英ガラスで、膜の堆積速度を3.5几至4.
5nm/分とし、膜厚を260乃至430 nIiにし
たサンプルを用い、透過率の測定には、基板がパイレッ
クス無アルカリガラスで、膜の堆積速度を0.4nm/
分以下とし、膜厚を18乃至40r+I11にしたサン
プルを用いた。
For the elemental analysis, X-ray diffraction, and refractive index measurements described below, the substrate was quartz glass, and the film deposition rate was 3.5 to 4.
For transmittance measurements, the substrate was Pyrex alkali-free glass and the film deposition rate was 0.4 nm/min.
Samples with a film thickness of 18 to 40r+I11 were used.

これらサンプルのうち実施例1.3.5および比較例1
をニス力(E S CA ; Elcctrum 5p
cctr。
Among these samples, Example 1.3.5 and Comparative Example 1
Varnish power (ESCA; Elcctrum 5p
cctr.

5copy f’or Chelcal Analys
is )によって組成分析した結果、第1表のような結
果が得られた。なお、参考のため、ZnS標準試料の分
析値も記載した。
5copy f'or Chemical Analyses
As a result of the compositional analysis using the following method, the results shown in Table 1 were obtained. For reference, the analysis values of the ZnS standard sample are also listed.

第1表 第1表中、trとあるのは、ニス力により検出されなか
ったことを示す。この表に示すように、N2ガス流量が
多いほど薄膜中のNmが増加し、かつZnに対するSの
組成比(S / Z n )が減少しており、N2ガス
流量が20 cc/分において、N含有量が9.4原子
%、S / Z nが0.66となった。また、いずれ
の薄膜も7乃至8原子%の0が含まれている。なお、Z
nSの標準試料にも不純物として0が含まれていること
が確認された。
Table 1 In Table 1, tr indicates that it was not detected due to the varnish force. As shown in this table, as the N2 gas flow rate increases, the Nm in the thin film increases, and the composition ratio of S to Zn (S/Zn) decreases, and when the N2 gas flow rate is 20 cc/min, The N content was 9.4 at% and the S/Z n was 0.66. Furthermore, each thin film contains 7 to 8 atomic percent of zero. In addition, Z
It was confirmed that the nS standard sample also contained 0 as an impurity.

第2図(a)乃至(f)は、上述のようにN2ガス流量
を変化させて薄膜を形成した各サンプルのX線回折パタ
ーンを示す図である。なお、回折角20°付近の大きな
ピークは基板に基づくものである。N2ガス流量がO〜
0.3cc/分の(a)(b)では、回折角27°付近
に六方晶の回折ピークが確認され、また、夫々回折角2
9″47.5’  56.5@の付近に、六方晶又は立
方晶の回折ピークが確認された。従って、薄膜には六方
晶又は六方晶と立方晶との混晶からなる多結晶体が存在
していることがわかる。また、N2ガス流量が1.0c
c/分の(C)においても回折角47.5”付近に大き
な回折ピークが確認され、薄膜に多結晶体が存在してい
ることがわかる。このピークは立方晶の(220)面又
は六方晶の(110)面と考えられる結晶面が優先配向
していることを示すもの推測される。
FIGS. 2(a) to 2(f) are diagrams showing X-ray diffraction patterns of each sample in which a thin film was formed by changing the N2 gas flow rate as described above. Note that the large peak near the diffraction angle of 20° is due to the substrate. N2 gas flow rate is O~
At 0.3 cc/min (a) and (b), a hexagonal diffraction peak was confirmed around the diffraction angle of 27°, and
A hexagonal or cubic diffraction peak was confirmed near 9″47.5′ 56.5@. Therefore, the thin film contains a polycrystalline body consisting of hexagonal crystals or a mixed crystal of hexagonal crystals and cubic crystals. It can be seen that the N2 gas flow rate is 1.0c.
A large diffraction peak was confirmed near the diffraction angle of 47.5'' at c/min (C), indicating the presence of polycrystals in the thin film. This is presumed to indicate that the crystal plane, which is considered to be the (110) plane, is preferentially oriented.

これに対し、N2ガス流量が3,0〜20.OCC/分
の(d)乃至(f)では、基板に基づく回折ピーク以外
は回折ピークが確認されず、薄膜がアモルファス状態で
あることがわかる。すなわち、スパッタリングの際のN
2ガス流量により、薄膜か結晶とアモルファスとの間で
変化し得ることが確認された。これらX線回折パターン
と上記薄膜組成とから、N含有量が多く、かつS / 
Z nか小さければアモルファス化する傾向にあること
か確認された。
On the other hand, when the N2 gas flow rate is 3.0 to 20. In OCC/min (d) to (f), no diffraction peaks other than the diffraction peak based on the substrate are observed, indicating that the thin film is in an amorphous state. That is, N during sputtering
It was confirmed that the thin film could change between crystalline and amorphous depending on the two gas flow rates. From these X-ray diffraction patterns and the above thin film composition, it is clear that the N content is high and the S/
It was confirmed that if Zn is small, it tends to become amorphous.

第3図は、薄膜形成時のN2ガス流量と薄膜の照射光の
波長633nmの際の屈折率との関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the N2 gas flow rate during thin film formation and the refractive index when the wavelength of light irradiating the thin film is 633 nm.

この図に示すように、いずれのサンプルにおいても比較
的屈折率が高く、N2ガス流二が0.3cc/分及び1
.0cc/分のサンプルは、従来の高透過率材料で屈折
率が最大のダイヤモンドの屈折率n=2.41 (λ−
633run)よりも大きい屈折率を示すことが確認さ
れた。特に、N2ガス流量0.3cc/分において、2
,55という極めて大きな屈折率が得られた。
As shown in this figure, the refractive index is relatively high in all samples, and the N2 gas flow rate is 0.3 cc/min and 1 cc/min.
.. For the 0cc/min sample, the refractive index n=2.41 (λ-
633run). In particular, at an N2 gas flow rate of 0.3 cc/min, 2
, 55, an extremely large refractive index was obtained.

第4図は、照射光の波長と透過率との関係を、薄膜形成
時のN2ガス流量毎に示す図である。この図に示すよう
に、いずれのサンプルも可視光領域の波長である5 0
0 r++n付近から短波長になるにつれて透過率が低
下する傾向にあるが、N2ガスの流量が多いサンプルは
ど、透過率が高く、かつ吸収端が短波長側ヘシフトし、
高透過率を示す波長領域が短波長側に拡大していること
が認められた。すなわち、N2ガス流量が増加するに従
って、透過率、特に短波長側の透過率が高くなることが
確認された。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the wavelength of irradiation light and the transmittance for each N2 gas flow rate during thin film formation. As shown in this figure, all samples have wavelengths in the visible light range of 50
The transmittance tends to decrease as the wavelength becomes shorter from around 0 r++n, but for samples with a large flow rate of N2 gas, the transmittance is high and the absorption edge shifts to the shorter wavelength side.
It was observed that the wavelength range showing high transmittance was expanded toward shorter wavelengths. That is, it was confirmed that as the N2 gas flow rate increased, the transmittance, especially the transmittance on the short wavelength side, increased.

次に、スパッタリングにより作製した薄膜にアニール処
理を施した結果について説明する。アニルは乾燥大気雰
囲気中150℃の条件で最長440時間行った。そして
、このアニール処理を施したサンプルの透過率を測定し
た。
Next, the results of annealing a thin film produced by sputtering will be described. Anilization was carried out at 150° C. for a maximum of 440 hours in a dry air atmosphere. Then, the transmittance of the sample subjected to this annealing treatment was measured.

その結果、N2ガスを供給しない比較例のサンプルはア
ニール処理をしてもほとんど透過率の変化は確認されな
かった。また、N2ガスを供給した実施例のサンプルで
も、N2ガス流量が1 cc/分までのサンプルについ
ては、透過率の向上はかわずかであった。
As a result, almost no change in transmittance was observed in the sample of the comparative example in which N2 gas was not supplied even after the annealing treatment. Further, even in the samples of the example in which N2 gas was supplied, the improvement in transmittance was only slight for samples where the N2 gas flow rate was up to 1 cc/min.

N2ガス流量が3 cc/分のサンプルについては、第
5図に示すように、照射光波長470乃至250na+
の短波長側ではっきりとした透過率の向上かみられた。
For a sample with a N2 gas flow rate of 3 cc/min, as shown in Figure 5, the irradiation light wavelength was 470 to 250 na+.
A clear improvement in transmittance was seen on the shorter wavelength side.

また、N2ガス流量か8 cc/分のサンプルについて
は、第6図に示すように、同様の短波長側で、更に著し
い透過率の向上が確認され、その効果は130時間アニ
ールのものよりも、440時間アニールのもののほうが
大きいことが認められた。更に、N2ガス流量が20 
cc/分のサンプルについては、第7図に示すように、
−層通過率が向上し、特に440時間アニールのものは
波長300 nm程度の紫外領域においても90%以上
という高い透過率が得られた。なお、図示していないが
、アニールによる透過率の変化は、アニール時間300
時間までは大きいが、それ以降440時間までは少なく
、約300時間で飽和することが認められた。
In addition, for the sample with a N2 gas flow rate of 8 cc/min, as shown in Figure 6, an even more significant increase in transmittance was confirmed on the short wavelength side, and this effect was greater than that of the one annealed for 130 hours. , it was observed that the one annealed for 440 hours was larger. Furthermore, the N2 gas flow rate is 20
For the cc/min sample, as shown in Figure 7,
- The layer transmittance was improved, and in particular, the one annealed for 440 hours achieved a high transmittance of 90% or more even in the ultraviolet region with a wavelength of about 300 nm. Although not shown, the change in transmittance due to annealing is due to the annealing time of 300
It was observed that although the time is large, the time after that is small up to 440 hours, and it is saturated at about 300 hours.

第8図は、各N2ガス流量のサンプルにおける照射光波
長によるアニールの効果を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the effect of annealing depending on the irradiation light wavelength on samples with different N2 gas flow rates.

なお、縦軸のΔTは、440時間アニール後のサンプル
の透過率から、未アニール処理のサンプルの透過率を引
いた値を示す。
Note that ΔT on the vertical axis indicates a value obtained by subtracting the transmittance of the unannealed sample from the transmittance of the sample after 440 hours of annealing.

この図に示すように、N2ガス流量が3 cc/分以上
のサンプルはアニールによる透過率向上が認められ、特
に波長350乃至20 Onl11という短波長の紫外
領域で透過率向上の効果が大きく、かつその透過率が向
上する量はN2流量が大になるほど大きいことが確認さ
れた。
As shown in this figure, for samples with a N2 gas flow rate of 3 cc/min or more, the transmittance was improved by annealing, and the effect of transmittance improvement was particularly large in the short wavelength ultraviolet region of 350 to 20 Onl11. It was confirmed that the amount by which the permeability is improved increases as the N2 flow rate increases.

なお、サンプルをオージェにより組成分析した結果、N
2ガス流量がOccのサンプル(比較例)では、アニー
ルによる組成変化は認められなかったが、N2ガス流量
が0.3cc/分以上のサンプルでは、アニールにより
Oの含有量がアニール前の10原子%程度から20原子
%程度まで上昇していた。
In addition, as a result of compositional analysis of the sample by Auger, N
In the sample where the N2 gas flow rate was Occ (comparative example), no composition change was observed due to annealing, but in the sample where the N2 gas flow rate was 0.3cc/min or more, the O content decreased to 10 atoms compared to before annealing. % to about 20 at.%.

[発明の効果] この発明によれば、従来のZnS薄膜よりも高屈折率を
有し、しかも高透過率の光学薄膜を提供することができ
る。従って、膜厚を大きくしたり、積層数を増加させず
に所望の光学特性を有する薄膜を得ることができ、製造
コストを低くすることができる。また、積層数が少なく
てよいことから応力歪みを減らすことができ、寿命を延
長させることができる。また、この薄膜はアルゴンガス
と窒素ガスとの混合雰囲気中でスパッタリングすること
により、困難性を伴うことなく製造することができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, it is possible to provide an optical thin film that has a higher refractive index than a conventional ZnS thin film and also has a high transmittance. Therefore, a thin film having desired optical properties can be obtained without increasing the film thickness or the number of laminated layers, and manufacturing costs can be reduced. Furthermore, since the number of laminated layers may be small, stress strain can be reduced and the life span can be extended. Moreover, this thin film can be manufactured without difficulty by sputtering in a mixed atmosphere of argon gas and nitrogen gas.

更に、このようにして製造された薄膜をアニール処理す
ることにより、透過率を一層向上させることができ、特
に短波長側の透過率を向上させることができる。
Furthermore, by annealing the thin film produced in this way, the transmittance can be further improved, particularly the transmittance on the short wavelength side.

このため、高透過率、高屈折率が要求される部材、例え
ば、前述の反射防止膜、広帯域ミラウニイブガイド、マ
イクロレンズ、更には、光熱磁気記録媒体のカー回転角
を増大させるためのエンハンス膜への適用が期待される
For this reason, components that require high transmittance and high refractive index, such as the aforementioned anti-reflection coating, wide-band mirror guide, microlens, and enhancement for increasing the Kerr rotation angle of photothermal magnetic recording media, are used. It is expected to be applied to membranes.

例えば、広帯域ミラーの有効波長領域を拡大することが
でき、余分なリップルを減少させることができる。また
、膜厚方向に不均一な屈折率を持つ高出力レーザー用反
射膜に利用できる。
For example, the effective wavelength range of a broadband mirror can be expanded, and excess ripple can be reduced. It can also be used as a reflective film for high-power lasers, which has a non-uniform refractive index in the film thickness direction.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明に係る光学薄膜を製造するためのスパ
ッタリング装置を示す概略図、第2図はスパッタリング
の際に供給するN2ガス流量を種々変化させた際の薄膜
サンプルのX線回折図、第3図はスパッタリングの際に
供給するN2ガス流−と屈折率との関係を示す図、第4
図はスパッタリングの際に供給するN2ガス流量種々変
化させた際の照射光波長と薄膜の透過率との関係を示す
図、第5図乃至第7図はスパッタリングの際のN2ガス
流量を特定の値にした場合のアニールの透過率に及ぼす
影響を示す図、第8図は照射光波長による透過率変化を
示す図である。 10;チャンバ、11:基板、12;ターゲット、14
;マグネット、16;電源。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a sputtering apparatus for manufacturing an optical thin film according to the present invention, and FIG. 2 is an X-ray diffraction diagram of a thin film sample when varying the flow rate of N2 gas supplied during sputtering. Figure 3 is a diagram showing the relationship between the N2 gas flow supplied during sputtering and the refractive index.
The figure shows the relationship between the wavelength of the irradiated light and the transmittance of the thin film when varying the N2 gas flow rate supplied during sputtering. FIG. 8 is a diagram showing the influence of annealing on the transmittance when expressed as a value, and FIG. 8 is a diagram showing the change in transmittance depending on the wavelength of irradiation light. 10; chamber, 11: substrate, 12; target, 14
; Magnet, 16; Power supply.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)構成元素が実質的にZn、S、O、Nであること
を特徴とする光学薄膜。 (2)多結晶体を含んでいることを特徴とする請求項1
に記載の光学薄膜。 (3)アモルファス材料で構成されていることを特徴と
する請求項1に記載の光学薄膜。(4)アルゴンガスと
窒素ガスとの混合雰囲気を形成する工程と、この雰囲気
中でZn、S及びOを含むターゲットをスパッタリング
する工程とを具備していることを特徴とする光学薄膜の
製造方法。 (5)アルゴンガスと窒素ガスとの混合雰囲気を形成す
る工程と、この雰囲気中でZn、S及びOを含むターゲ
ットをスパッタリングする工程と、この工程により形成
された薄膜をアニール処理する工程とを具備することを
特徴とする光学薄膜の製造方法。
[Scope of Claims] (1) An optical thin film characterized in that the constituent elements are substantially Zn, S, O, and N. (2) Claim 1 characterized in that it contains a polycrystalline body.
The optical thin film described in . (3) The optical thin film according to claim 1, wherein the optical thin film is made of an amorphous material. (4) A method for producing an optical thin film, comprising the steps of forming a mixed atmosphere of argon gas and nitrogen gas, and sputtering a target containing Zn, S, and O in this atmosphere. . (5) A step of forming a mixed atmosphere of argon gas and nitrogen gas, a step of sputtering a target containing Zn, S, and O in this atmosphere, and a step of annealing the thin film formed by this step. A method for producing an optical thin film, comprising:
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