[发明专利]形成金属氟化物膜的方法和制造光学器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及形成薄膜的方法。

背景技术

金属氟化物例如氟化铝(AlF₃)和氟化镁(MgF₂)已用于可见光用光学元件(透镜和镜)和在该光学元件上形成的减反射涂层。

主要通过真空蒸镀形成氟化物减反射涂层(薄膜)。真空蒸镀是能够用简单的设备进行并且能够以高速度在具有大面积的基板上形成薄膜，因此生产率优异的方法。但是，相对于靠近沉积源的厚度，通过真空蒸镀形成的膜的厚度容易在远离沉积源的部分减小。因此，将基板旋转机构用于高精度地控制厚度以致不会取决于相对于沉积源的相对位置而形成不均匀膜。此外，一直难以开发用于真空蒸镀的自动机器。

而且，为了提高膜与基板之间的粘附并且减小膜的吸收，需要用于将基板加热到约300℃的加热机构，这是不希望的。

因此，作为用于形成氟化物减反射涂层(薄膜)的方法，溅射受到关注。在再现性、减小膜厚度的不均匀和在低温下形成膜方面，溅射优于真空蒸镀。为了通过溅射形成膜，通过施加电压使带电粒子与沉积材料的靶碰撞，由碰撞生成的沉积材料的粒子飞翔并沉积在基板上。但是，通过溅射形成氟化物减反射涂层时，溅射材料和氟之间的反应性可能不足，或者基板可能容易受到带电粒子的损伤。结果，基板上的氟化物减反射涂层吸收具有比带隙大的波长的光，因此不希望地使金属氟化物膜的减反射性降低。

已提出了一些该缺点的解决方法。例如，日本专利公开No.4-289165，考虑到反应性，公开了控制金属氟化物以具有化学计量组成的方法。该方法中，将氟系气体例如F₂或CF₄与惰性气体例如Ar的混合物用作溅射气体以向靶供给常常缺乏的氟(F)。日本专利公开No.2002-47565，考虑到由等离子体对沉积膜的损伤，公开了使用向其施加直流的圆筒状靶的溅射装置。该装置中，通过该圆筒的底部引入溅射气体，并且从靠近基板的一侧引入反应气体。

但是，使用F₂气作为反应气体在基板上沉积金属氟化物时，成本增加。F₂气价格高。此外，F₂气对人体有害，并且如果使用其，需要用于安全措施的设施。因此，在生产成本方面，F₂气的使用是不利的。

而且，如果将碳氟化合物(fluorocarbon)气体例如CF₄和惰性气体例如Ar的混合物用于溅射，可能将碳元素或碳化合物引入沉积膜中。这使光学损失(optical loss)增加并且因此在光学性能方面对光学元件的质量产生不利影响。

因此，已知的薄膜沉积的方法尚未达到令人满意的水平。本发明提供安全、便宜的通过溅射形成金属氟化物膜的方法，该金属氟化物膜在可见区中显示低吸收。

发明内容

根据本发明的方面，提供使用金属靶和含有反应性气体的混合气体通过反应溅射在基板上形成金属氟化物膜的方法。

本发明中，该混合气体含有O₂气和作为碳氟化合物气体的反应性气体。

本发明中，由于使用安全、便宜的碳氟化合物气体和氧，因此能够简化初步的安全措施和后处理。此外，由于氧气与碳反应生成作为废气排出的CO₂，因此能够以低成本形成高质量金属氟化物膜。该方法可用于形成光学器件的减反射涂层。

由以下参照附图对例示实施方案的说明，本发明进一步的特点将变得清楚。

附图说明

图1是进行本发明的实施方案的方法的沉积装置的示意图。

图2是采用根据本发明的实施方案的方法沉积的MgF₂膜的透射率的波长依赖性的图。

图3是MgF₂膜的反射率的波长依赖性的图。

图4是MgF₂膜的光学损失的波长依赖性的图。

图5是MgF₂膜的折射率的波长依赖性的图。

图6是包括设置有冷阱(cold trap)的排气系统的装置的方块示意图。

图7是HFC-245fa的饱和蒸气压曲线。

具体实施方式

现在参照附图对根据本发明实施方案的形成具有低折射率的金属氟化物膜的方法进行说明。尽管使用特定气体和特定材料对本实施方案进行说明，但本发明并不限于公开的实施方案。

图1是本实施方案的方法中使用的沉积装置的示意图。