JP4065530B2 - 反射防止膜、該反射防止膜を有する光学素子及び光学系 - Google Patents
反射防止膜、該反射防止膜を有する光学素子及び光学系 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子の表面にコ−ティングされる反射防止膜、該反射防止膜を有する光学素子及び光学系に関するものであり、特に波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に有効な反射防止膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、真空紫外光用の反射防止膜としてフッ化物膜が一般に用いられている。例えば、特開平７−２４４２０５号公報、あるいは特開平７−２４４２１７号公報等には、反射防止膜としてフッ化物膜を用いた光学素子が開示されている。しかしながらフッ化物膜を用いた反射防止膜は、対象とする波長域において反射率を０．２％以下という低反射率にすることが難しく、又フッ化物膜の耐環境性にも問題点があった。
【０００３】
そのため近年、フッ化物膜比べ耐環境性に優れたＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２の酸化物膜の使用が増えている。酸化物膜を用いた反射防止膜は、特開平０９−２５８００６号公報、あるいは特開２０００−２０６３０４号公報等に開示されている。これらの酸化物膜は、Ａｌ２Ｏ３を含む高屈折率層とＳｉＯ２を含む低屈折率層を交互に積層して構成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０９−２５８００６号
【特許文献２】
特開２０００−２０６３０４号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平０９−２５８００６号公報、あるいは特開２０００−２０６３０４号公報に示されたように、光学素子上の反射防止膜は通常高屈折層と低屈折層をペアにして層状に形成されている。この層の数および各層の膜厚を最適化することにより良好な反射防止膜は形成される。一般に層の数が多く、高屈折層と低屈折層の界面が多いほどその反射防止機能は向上する。また、その増透効果により光学素子の透過率も向上する。従って反射防止膜の幾何学的膜厚は、ある一定の厚さよりも厚く形成するのが一般的とされている。
【０００６】
しかしながら、膜は光を透過すると必ずある量の光を吸収する。反射防止膜の幾何学的膜厚が厚くなるとこの吸収が多くなるため、結果的に形成された光学素子の透過率が低下することになる。一般に膜による光の吸収は屈折率が高い膜ほど大きくなる。従ってＳｉＯ２膜のような低屈折率層においては、ほとんど考慮する必要はない。しかしながら、Ａｌ２Ｏ３膜のような高屈折層においては、反射防止膜における吸収は光学特性上決して無視できるものではない。照射された紫外光のＡｌ２Ｏ３膜による吸収を充分に考慮せず、反射のみに着目して反射防止膜の層を構成すると、透過率の低い反射防止膜となり光学素子の機能を充分に満たすことができなくなってしまう。前述の特開平０９−２５８００６号、特開２０００−２０６３０４号においては、この反射防止膜における紫外光の吸収に関する記述は全くない。
【０００７】
一般に光の吸収は消衰係数を用いて示すことができる。図１２は、Ａｌ２Ｏ３膜の１９３ｎｍの紫外光に対する屈折率と、消衰係数の関係を示したグラフである。成膜時に導入する弗化物系ガスの量を変化させることで屈折率を変えている。図１２において横軸は屈折率、縦軸は消衰係数である。図１２から分かるように屈折率が１．６７以下の膜であれば、消衰係数を０とみなすことができる。しかしながら、屈折率が１．６７以上になると、消衰係数は屈折率が大きくなればなるほどその値が大きくなる事がわかる。尚、消衰係数の詳細については後述する。
【０００８】
そこで本発明では、反射防止膜の各層における紫外光の吸収に着目し、反射防止膜の材質（屈折率、消衰係数）及び厚さを、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に対する反射と吸収を共に考慮して選択する事により、反射防止膜の幾何学的膜厚を薄くしても充分は反射防止機能を有する反射防止膜を提供する事を目的としている。またその反射防止膜を基板に成膜する事により、透過率が高く光学機能が良好な光学素子を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、複数の低屈折率層と複数の高屈折率層とが交互に積層された反射防止膜において、波長１９３ｎｍの紫外光に対する該低屈折率層の屈折率をｎｓ、該高屈折率層の屈折率をｎａとするとき、
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．７４≦ｎａ≦１．７７
であり、波長１９３ｎｍの光に対する該低屈折率層の消衰係数をｋｓ、該高屈折率層の消衰係数ｋａとするとき、
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
であり、該高屈折率層の幾何学的膜厚の合計が５５ｎｍ以上６５ｎｍ以下である反射防止膜が石英基板の上に形成された光学素子であって、前記反射防止膜は該石英基板から空気層に向けて、前記高屈折率層から順に積層した６層で構成されており、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、前記各層の光学的膜厚を前記石英基板側から数えて第１層から６層まで順にｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６とするとき、
０．０２λｏ≦ｄ１≦０．１０λｏ
１．００λｏ≦ｄ２≦２．００λｏ
０．２２λｏ≦ｄ３≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ４≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ５≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ６≦０．３０λｏ
を満たすことを特徴とする反射防止膜を有する光学素子を提供している。
【００１０】
また本発明においては、複数の低屈折率層と複数の高屈折率層とが交互に積層された反射防止膜において、波長１９３ｎｍの紫外光に対する該低屈折率層の屈折率をｎｓ、該高屈折率層の屈折率をｎａとするとき、
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．７４≦ｎａ≦１．７７
であり、波長１９３ｎｍの光に対する該低屈折率層の消衰係数をｋｓ、該高屈折率層の消衰係数ｋａとするとき、
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
であり、該高屈折率層の幾何学的膜厚の合計が５５ｎｍ以上６５ｎｍ以下である反射防止膜が蛍石基板上に形成された光学素子であって、前記反射防止膜は該蛍石基板から空気層に向けて、前記低屈折率層から順に積層した７層で構成されており、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、前記各層の光学的膜厚を前記蛍石基板側から数えて第１層から第７層まで順にｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７とするとき、
０．０１λｏ≦ｄ１≦０．１５λｏ
０．０２λｏ≦ｄ２≦０．１０λｏ
１．２０λｏ≦ｄ３≦２．０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ４≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ５≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ６≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ７≦０．３０λｏ
を満たすことを特徴とする反射防止膜を有する光学素子を提供している。
【００１１】
また本発明においては、複数の低屈折率層と複数の高屈折率層とが交互に積層された反射防止膜において、波長１９３ｎｍの紫外光に対する該低屈折率層の屈折率をｎｓ、該高屈折率層の屈折率をｎａとするとき、
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．６８≦ｎａ≦１．７４
であり、波長１９３ｎｍの光に対する該低屈折率層の消衰係数をｋｓ、該高屈折率層の消衰係数ｋａとするとき、
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
であり、該高屈折率層の幾何学的膜厚の合計が６５ｎｍ以上７５ｎｍ以下である反射防止膜が石英基板の上に形成されている光学素子において、前記反射防止膜は該石英基板から空気層に向けて、前記高屈折率層から順に積層した８層で構成されており、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、前記各層の光学的膜厚を前記石英基板側から数えて第１層から第８層まで順にｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８とするとき、
０．０５λｏ≦ｄ１≦０．２０λｏ
１．００λｏ≦ｄ２≦１．５０λｏ
０．０５λｏ≦ｄ３≦０．１５λｏ
０．３５λｏ≦ｄ４≦０．４５λｏ
０．１５λｏ≦ｄ５≦０．２５λｏ
０．２７λｏ≦ｄ６≦０．３７λｏ
０．１６λｏ≦ｄ７≦０．２６λｏ
０．２３λｏ≦ｄ８≦０．３３λｏ
を満たすことを特徴とする反射防止膜を有する光学素子を提供している。
【００１２】
また本発明においては、複数の低屈折率層と複数の高屈折率層とが交互に積層された反射防止膜において、波長１９３ｎｍの紫外光に対する該低屈折率層の屈折率をｎｓ、該高屈折率層の屈折率をｎａとするとき、
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．６８≦ｎａ≦１．７４
であり、波長１９３ｎｍの光に対する該低屈折率層の消衰係数をｋｓ、該高屈折率層の消衰係数ｋａとするとき、
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
であり、該高屈折率層の幾何学的膜厚の合計が６５ｎｍ以上７５ｎｍ以下である反射防止膜が蛍石基板の上に形成されている光学素子において、前記反射防止膜は該蛍石基板から空気層に向けて、前記低屈折率層から順に積層した９層で構成されており、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、前記各層の光学的膜厚を前記蛍石基板側から数えて第１層から第９層まで順にｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８、ｄ９とするとき、
０．０１λｏ≦ｄ１≦０．１５λ０
０．０５λｏ≦ｄ２≦０．２０λｏ
０．０４λｏ≦ｄ３≦１．５０λｏ
０．０５λｏ≦ｄ４≦０．１５λｏ
０．３５λｏ≦ｄ５≦０．４５λｏ
０．１５λｏ≦ｄ６≦０．２５λｏ
０．２７λｏ≦ｄ７≦０．３７λｏ
０．１６λｏ≦ｄ８≦０．２６λｏ
０．２３λｏ≦ｄ９≦０．３３λｏ
を満たすことを特徴とする反射防止膜を有する光学素子を提供している。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず本発明における反射防止膜の構成に関する原理を説明する。
【００１９】
反射防止膜の形成された光学素子に照射した紫外光は、反射防止膜による反射する光と、反射防止膜を透過する光と、反射防止膜により吸収される光とに分けられる。反射防止膜による反射、透過、及び吸収の割合は、光学素子の屈折率に大きく関係している。一般に光学素子の屈折率Ｎは（式１）に示す複素数で表される。
【００２０】
Ｎ＝ｎｒ−ｉ＊ｋ （ｋは消衰係数） （式１）
一般に反射防止膜を構成する材料は、光の吸収の程度を示す消衰係数（ｋ）の値が１ｅ−３以下のものが使用される。これは、消衰係数の値が１ｅ−３よりも大きい反射防止膜は、反射防止機能を大きく低下させるため、所望の反射防止機能が得られないためである。
【００２１】
まず、反射防止膜の反射防止機能に関連する光の反射に着目する。反射防止膜の反射は、消衰係数（ｋ）の値が１ｅ−３以下であれば、屈折率のＮの虚数部であるｉ＊ｋにはほとんど影響されず、屈折率のＮの実数部であるｎｒに大きく影響される。つまり消衰係数（ｋ）の値が１ｅ−３以下であれば、消衰係数の値による反射防止機能への影響はほとんどなく、消衰係数の値を考慮する必要はない。
【００２２】
次に、反射防止膜の形成された光学素子の光学機能である透過率に関連する光の吸収に着目する。反射防止膜は、仮にその反射率が同じであれば、反射防止膜による紫外光の吸収が少なければ少ないほどその透過率は高くなる。反射防止膜による吸収は、屈折率のＮの実数部であるｎｒのみならず、虚数部であるｉ＊ｋにも大きく影響される。そのため、反射防止膜の消衰係数（ｋ）を充分に考慮する必要がある。また、消衰係数の値は一般に屈折率が高い材料ほど大きくなることが知られているため、Ａｌ２Ｏ３膜等の高屈折層における消衰係数の値は、反射防止膜の透過率に大きな影響を及ぼす。また、反射防止膜の幾何学的膜厚が厚くなれば厚くなるほど、反射防止膜による紫外光の吸収は増えるため、その透過率は低下してしまう。そのため、反射防止膜の幾何学的膜厚も反射防止膜の透過率に大きな影響を及ぼす。
【００２３】
本発明は、Ａｌ２Ｏ３等を含む高屈折率層とＳｉＯ２等を含む低屈折率層を交互に積層した反射防止膜において、ＡｒＦエキシマレーザー光に対する屈折率及び消衰係数が最適な低屈折率層及び高屈折率層の材質を選択し、更に、消衰係数が大きい高屈折率層の幾何学的膜厚の合計を所定の範囲内に設定している。これにより、反射防止膜の幾何学的膜厚を薄くして透過率を上げると共に、充分な反射防止機能を有する真空紫外光に好適な反射防止膜を提供している。
【００２４】
尚、ＡｒＦエキシマレーザー光に対する消衰係数が小さい低屈折率層の幾何学的膜厚は、薄くすると反射防止機能が低下してしまうためあまり薄くすることができない。しかしながら、高屈折率層の幾何学的膜厚はある程度薄くしても反射防止機能を維持することができ、透過率のみを大幅に向上させる事ができる。
【００２５】
次に本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
次に本発明の第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は第１の実施の形態における反射防止膜を、平行平板からなる基板の上に形成した光学素子の断面図である。この反射防止膜は、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、特に波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に対して、有効な反射防止膜として機能する。尚前記基板は平行平板以外に、レンズや回折格子等であってもかまわない。
【００２７】
図中１は石英からなる基板である。２は反射防止膜である。反射防止膜２は６層から形成されており、基板側からみて２−１〜２−６の層を有している。反射防止膜２は、高屈折率層と低屈折率層がペアで積層される。ただし、最終層（表面層）は低屈折率層でないと反射防止機能は低くなるため、基板から空気層に向けて高屈折率層から順に積層されている。従って２−１、２−３、２−５はＡｌ２Ｏ３を含む高屈折率層であり、２−２、２−４、２−６はＳｉＯ２を含む低屈折率層である。低屈折率層２−２、２−４、２−６の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎｓ及び、高屈折率層２−１、２−３、２−５の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎａは、以下の範囲の値を有している。
【００２８】
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．７４≦ｎａ≦１．７７
また、低屈折率層２−２、２−４、２−６の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋｓ及び、高屈折率層２−１、２−３、２−５の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋａは以下の範囲の値を有している。
【００２９】
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
また、各屈折率層２−１、２−２、２−３、２−４、２−５、２−６の光学的膜厚ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６は以下の範囲の値になるように設定されている。
【００３０】
０．０２λｏ≦ｄ１≦０．１０λｏ
１．００λｏ≦ｄ２≦２．００λｏ
０．２２λｏ≦ｄ３≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ４≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ５≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ６≦０．３０λｏ
この時の高屈折率層２−１、２−３、２−５の各光学的膜厚の合計Ｄｈ１（＝ｄ１＋ｄ３＋ｄ５）は、０．５０λｏ≦Ｄｈ１≦０．６０λｏの範囲の値になるように設定されている。光学的膜厚＝屈折率×幾何学的膜厚 の関係を有しているため、高屈折率層２−１、２−３、２−５の各幾何学的膜厚の合計Ｄｈは、Ｄｈ１＝ｎａ×Ｄｈ から、約５５ｎｍ≦Ｄｈ≦６５ｎｍの範囲の値になるように設定されている。
【００３１】
次に第１の実施の形態に係わる具体的な実施例を説明する。
【００３２】
［実施例１］
実施例１において、基板には合成石英基板を用いた。合成石英基板の表面にスパッタ法を用いて前述の反射防止膜を成膜した。反射防止膜は６層構成であり、基板側からみて第１層、第３層、第５層は高屈折率層、第２層、第４層、第６層は低屈折率層からなっている。高屈折率層としては、波長１９３ｎｍでの屈折率１．７６３、消衰係数３ｅ−４のＡｌ２Ｏ３を含む膜（Ａｌ２Ｏ３ 膜）を用い、低屈折率層としては、屈折率１．５６０、消衰係数０のＳｉＯ２を含む膜（ＳｉＯ２膜）を用いた。その反射防止膜の構成を表１に示す。この時の高屈折率層であるＡｌ２Ｏ３膜の光学的膜厚、即ち第１層、第３層、第５層の光学的膜厚の合計は、０．５５５λｏであり、この幾何学的膜厚は約６１ｎｍであった。
【００３３】
【表１】
【００３４】
次に表１に示す反射防止膜を成膜した光学素子の反射特性を分光光度計により測定した。図２にこの時の分光反射特性の測定結果を示す。横軸は測定した波長であり、縦軸はその時の反射率である。図２から分かるように、設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する反射率は０．１％以下の特性であり、非常に有効な反射防止機能を有していることがわかる。尚、一般に反射防止膜の反射率は、０．２％以下であれば、良好な反射防止機能を有していると言うことができる。
【００３５】
また、この時の設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する吸収率を分光光度計の測定により算出したところ０．１４％であった。一般に反射防止膜の吸収率は、０．２％以下であれば、良好な光学機能を有していると言うことができるため、実施例１に示す光学素子は、非常に良好な光学機能を有していると言うことができる。
【００３６】
［実施例２］
実施例２において、基板には合成石英基板を用いた。合成石英基板の表面にスパッタ法を用いて反射防止膜を成膜した。反射防止膜は６層構成であり、基板側からみて第１層、第３層、第５層は高屈折率層、第２層、第４層、第６層は低屈折率層からなっている。高屈折率層としては、波長１９３ｎｍでの屈折率１．７６３、消衰係数３ｅ−４のＡｌ２Ｏ３を含む膜（Ａｌ２Ｏ３膜）を用い、低屈折率層としては、屈折率１．５６０、消衰係数０のＳｉＯ２を含む膜（ＳｉＯ２膜）を用いた。その反射防止膜の構成を表２に示す。この時の高屈折率層であるＡｌ２Ｏ３膜、第１層、第３層、第５層の光学的膜厚の合計は、０．５８５λｏであり、この幾何学的膜厚は約６４ｎｍであった。
【００３７】
【表２】
【００３８】
次に表２に示す反射防止膜を成膜した光学素子の反射特性を分光光度計により測定した。図３にこの時の分光反射特性の測定結果を示す。横軸は測定した波長であり、縦軸はその時の反射率である。図３から分かるように、設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する反射率は０．２％以下の特性であり、非常に有効な反射防止機能を有していることがわかる。
【００３９】
また、この時の設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する吸収率を分光光度計の測定より算出したところ０．１５％であった。従って実施例２に示す光学素子は、非常に良好な光学機能を有していると言うことができる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図４は第２の実施の形態における反射防止膜を、平行平板からなる基板の上に形成した光学素子の断面図である。この反射防止膜は、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、特に波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に対して、有効な反射防止膜として機能する。尚前記基板は平行平板以外に、レンズや回折格子等であってもかまわない。
【００４１】
図中１０は蛍石からなる基板である。３は反射防止膜である。通常反射防止膜は、第１の実施の形態の図１に示したように、高屈折率層と低屈折率層がペアで積層される。また、最終層（表面層）は低屈折率層でないと反射防止機能は低くなる。しかしながら基板が蛍石の場合、基板に積層される層が高屈折率層だと、界面での光の吸収が大幅に増えてしまい、光学機能を著しく損ねてしまう。従って基板から空気層に向けて低屈折率層から順に積層され、層の合計は奇数となる。
【００４２】
反射防止膜３は７層から形成されており、基板側からみて３−１〜３−７の層を有している。３−２、３−４、３−６はＡｌ２Ｏ３等を含む高屈折率層であり、３−１、３−３、３−５、３−７はＳｉＯ２等を含む低屈折率層である。低屈折率層３−１、３−３、３−５、３−７の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎｓ及び、高屈折率層３−２、３−４、３−６の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎａは以下の範囲の値を有している。
【００４３】
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．７４≦ｎａ≦１．７７
また、低屈折率層３−１、３−３、３−５、３−７の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋｓ及び、高屈折率層３−２、３−４、３−６の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋａは以下の範囲の値を有している。
【００４４】
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
また、各屈折率層３−１、３−２、３−３、３−４、３−５、３−６、３−７の光学的膜厚ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７は以下の範囲の値になるように設定されている。
【００４５】
０．０１λｏ≦ｄ１≦０．１５λｏ
０．０２λｏ≦ｄ２≦０．１０λｏ
１．２０λｏ≦ｄ３≦２．００λｏ
０．２２λｏ≦ｄ４≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ５≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ６≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ７≦０．３０λｏ
この時の高屈折率層３−２、３−４、３−６の各光学的膜厚の合計Ｄｈ２（＝ｄ２＋ｄ４＋ｄ６）は、０．５０λｏ≦Ｄｈ１≦０．６０λｏの範囲の値になるように設定されている。光学的膜厚＝屈折率×幾何学的膜厚 の関係を有しているため、高屈折率層３−２、３−４、３−６の各幾何学的膜厚の合計Ｄｈは、Ｄｈ２＝ｎａ×Ｄｈ から、約５５ｎｍ≦Ｄｈ≦６５ｎｍの範囲の値になるように設定されている。
【００４６】
次に第２の実施の形態に係わる具体的な実施例を説明する。
【００４７】
［実施例３］
実施例３において、基板には蛍石基板を用いた。蛍石基板の表面にスパッタ法を用いて反射防止膜を成膜した。反射防止膜は７層構成であり、基板側からみて第１層、第３層、第５層、第７層は低屈折率層、第２層、第４層、第６層は高屈折率層からなっている。低屈折率層としては、屈折率１．５６０、消衰係数０のＳｉＯ２を含む膜（ＳｉＯ２膜）を用い、高屈折率層としては、波長１９３ｎｍでの屈折率１．７６３、消衰係数３ｅ−４のＡｌ２Ｏ３を含む膜（Ａｌ２Ｏ３ 膜）を用いた。その反射防止膜の構成を表４に示す。この時の高屈折率層であるＡｌ２Ｏ３膜、第２層、第４層、第６層の光学的膜厚の合計は、０．５２９λｏであり、この幾何学的膜厚は約５８ｎｍであった。
【００４８】
【表３】
【００４９】
次に表３に示す反射防止膜を成膜した光学素子の反射特性を分光光度計により測定した。図５にこの時の分光反射特性の測定結果を示す。横軸は測定した波長であり、縦軸はその時の反射率である。図５から分かるように、設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する反射率は０．１％以下の特性であり非常に有効な反射防止機能を有していることがわかる。
【００５０】
また、この時の設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する吸収率を分光光度計の測定より算出により測定したところ０．１４％であった。従って実施例４に示す光学素子は、非常に良好な光学機能を有していると言うことができる。
【００５１】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図６は第３の実施の形態における反射防止膜を、平行平板からなる基板の上に形成した光学素子の断面図である。この反射防止膜は、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、特に波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に対して、有効な反射防止膜として機能する。尚前記基板は平行平板以外に、レンズや回折格子等であってもかまわない。
【００５２】
図中２０は石英からなる基板である。４は反射防止膜である。反射防止膜４は８層から形成されており、基板側からみて４−１〜４−８の層を有している。４−１、４−３、４−５、４−７はＡｌ２Ｏ３等を含む高屈折率層であり、４−２、４−４、４−６、４−８はＳｉＯ２等を含む低屈折率層である。低屈折率層４−２、４−４、４−６、４−８の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎｓ及び、高屈折率層４−１、４−３、４−５、４−７の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎａは以下の範囲の値を有している。
【００５３】
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．６８≦ｎａ≦１．７４
また、低屈折率層４−２、４−４、４−６、４−８の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋｓ及び、高屈折率層４−１、４−３、４−５、４−７の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋａは以下の範囲の値を有している。
【００５４】
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
また、各屈折率層４−１、４−２、４−３、４−４、４−５、４−６、４−７、４−８の光学的膜厚ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８は以下の範囲の値になるように設定されている。
【００５５】
０．０５λｏ≦ｄ１≦０．２０λｏ
１．００λｏ≦ｄ２≦１．５０λｏ
０．０５λｏ≦ｄ３≦０．１５λｏ
０．３５λｏ≦ｄ４≦０．４５λｏ
０．１５λｏ≦ｄ５≦０．２５λｏ
０．２７λｏ≦ｄ６≦０．３７λｏ
０．１６λｏ≦ｄ７≦０．２６λｏ
０．２３λｏ≦ｄ８≦０．３３λｏ
この時の高屈折率層４−１、４−３、４−５、４−７の各光学的膜厚の合計Ｄｈ３（＝ｄ１＋ｄ３＋ｄ５＋ｄ７）は、０．５９λｏ≦Ｄｈ１≦０．６７λｏの範囲の値になるように設定されている。光学的膜厚＝屈折率×幾何学的膜厚の関係を有しているため、高屈折率層４−１、４−３、４−５、４−７の各幾何学的膜厚の合計Ｄｈは、Ｄｈ３＝ｎａ×Ｄｈ から、約６５ｎｍ≦Ｄｈ≦７５ｎｍの範囲の値になるように設定されている。
【００５６】
次に第３の実施の形態に係わる具体的な実施例を説明する。
【００５７】
［実施例４］
実施例５において、基板には合成石英基板を用いた。合成石英基板の表面にスパッタ法を用いて反射防止膜を成膜した。反射防止膜は８層構成であり、基板側からみて第１層、第３層、第５層、第７層は高屈折率層、第２層、第４層、第６層、第８層は低屈折率層からなっている。高屈折率層としては、波長１９３ｎｍでの屈折率１．７６３、消衰係数３ｅ−４のＡｌ２Ｏ３を含む膜（Ａｌ２Ｏ３膜）を用い、低屈折率層としては、屈折率１．５６０、消衰係数０のＳｉＯ２を含む膜（ＳｉＯ２膜）を用いた。その反射防止膜の構成を表５に示す。この時の高屈折率層であるＡｌ２Ｏ３膜、第１層、第３層、第５層、第７層の光学的膜厚の合計は、０．６５９λｏであり、この幾何学的膜厚は約７２ｎｍであった。
【００５８】
【表４】
【００５９】
次に表４に示す反射防止膜を成膜した光学素子の反射特性を分光光度計により測定した。図７にこの時の分光反射特性の測定結果を示す。横軸は測定した波長であり、縦軸はその時の反射率である。図７から分かるように、設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する反射率は０．１％以下の特性であり非常に有効な反射防止機能を有していることがわかる。
【００６０】
また、この時の設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する吸収率を分光光度計の測定より算出により測定したところ０．１６％であった。従って実施例５に示す光学素子は、非常に良好な光学機能を有していると言うことができる。
【００６１】
（第４の実施の形態）
次に本発明の第４の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図９は第４の実施の形態における反射防止膜を、平行平板からなる基板の上に形成した光学素子の断面図である。この反射防止膜は、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、特に波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に対して、有効な反射防止膜として機能する。尚前記基板は平行平板以外に、レンズや回折格子等であってもかまわない。
【００６２】
図中３０は、蛍石からなる基板である。５は反射防止膜である。反射防止膜５は９層から形成されており、基板側からみて５−１〜５−９の層を有している。５−１、５−３、５−５、５−７、５−９はＳｉＯ２等を含む低屈折率層であり、５−２、５−４、５−６、５−８はＡｌ２Ｏ３等を含む高屈折率層である。低屈折率層５−１、５−３、５−５、５−７、５−９の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎｓ及び、高屈折率層５−２、５−４、５−６、５−８の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎａは以下の範囲の値を有している。
【００６３】
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
０．６８≦ｎａ≦１．７４
また、低屈折率層５−１、５−３、５−５、５−７、５−９の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋｓ及び、高屈折率層５−２、５−４、５−６、５−８の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋａは以下の範囲の値を有している。
【００６４】
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
また、各屈折率層５−１、５−２、５−３、５−４、５−５、５−６、５−７、５−８、５−９の光学的膜厚ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８、ｄ９は以下の範囲の値になるように設定されている。
【００６５】
０．０１λｏ≦ｄ１≦０．１５λｏ
０．０５λｏ≦ｄ２≦０．２０λｏ
０．０４λｏ≦ｄ３≦１．５０λｏ
０．０５λｏ≦ｄ４≦０．１５λｏ
０．３５λｏ≦ｄ５≦０．４５λｏ
０．１５λｏ≦ｄ６≦０．２５λｏ
０．２７λｏ≦ｄ７≦０．３７λｏ
０．１６λｏ≦ｄ８≦０．２６λｏ
０．２３λｏ≦ｄ９≦０．３３λｏ
この時の高屈折率層５−２、５−４、５−６、５−８の各光学的膜厚の合計Ｄｈ４（＝ｄ２＋ｄ４＋ｄ６＋ｄ８）は、０．５９λｏ≦Ｄｈ１≦０．６７λｏの範囲の値になるように設定されている。光学的膜厚＝屈折率×幾何学的膜厚の関係を有しているため、高屈折率層５−２、５−４、５−６、５−８の各幾何学的膜厚の合計Ｄｈは、Ｄｈ３＝ｎａ×Ｄｈから、約６５ｎｍ≦Ｄｈ≦７５ｎｍの範囲の値になるように設定されている。
【００６６】
次に第４の実施の形態に係わる具体的な実施例を説明する。
【００６７】
［実施例５］
実施例５において、基板には蛍石基板を用いた。蛍石基板の表面にスパッタ法を用いて反射防止膜を成膜した。反射防止膜は９層構成であり、基板側からみて第１層、第３層、第５層、第７層、第９層は低屈折率層、第２層、第４層、第６層、第８層は高屈折率層からなっている。低屈折率層としては、屈折率１．５６０、消衰係数０のＳｉＯ２を含む膜（ＳｉＯ２膜）を用い、高屈折率層としては、波長１９３ｎｍでの屈折率１．７６３、消衰係数３ｅ−４のＡｌ２Ｏ３を含む膜（Ａｌ２Ｏ３膜）を用いた。その反射防止膜の構成を表６に示す。この時の高屈折率層であるＡｌ２Ｏ３膜、第２層、第４層、第６層、第８層の光学的膜厚の合計は、０．６２３λｏであり、この幾何学的膜厚は約６８ｎｍであった。
【００６８】
【表５】
【００６９】
次に表５に示す反射防止膜を成膜した光学素子の反射特性を分光光度計により測定した。図１０にこの時の分光反射特性の測定結果を示す。横軸は測定した波長であり、縦軸はその時の反射率である。図８から分かるように、設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する反射率は０．１％以下の特性であり非常に有効な反射防止機能を有していることがわかる。
【００７０】
また、この時の設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する吸収率を分光光度計の測定より算出したところ０．１５％であった。従って実施例４に示す光学素子は、非常に良好な光学機能を有していると言うことができる。
【００７１】
［比較例１］
次に比較例として、特開平２０００−２０６３０４号公報の実施例５に記載の構成を有する反射防止膜に対して、前述の実施例１〜５と同様の測定を行った。基板には合成石英基板を用いた。合成石英基板の表面にスパッタ法を用いて反射防止膜を成膜した。反射防止膜は８層構成であり、基板側からみて第１層、第３層、第５層、第７層は高屈折率層、第２層、第４層、第６層、第８層は低屈折率層からなっている。低屈折率層は波長１９３ｎｍでの屈折率１．５６０のＳｉＯ２膜であり、高屈折率層は波長１９３ｎｍでの屈折率１．７６３のＡｌ２Ｏ３膜を用いた。この時の反射防止膜の構成を表７に示す。高屈折率層であるＡｌ２Ｏ３膜、第１層、第３層、第５層、第７層の総膜厚は１．０００λｏであり、この幾何学的膜厚は約１１０ｎｍであった。この値は、前述の実施例１〜５における高屈折率層の幾何学的膜厚の合計５５ｎｍ以上６５ｎｍ以下に比べて、１．６９〜２．００倍の膜厚となっている。
【００７２】
【表６】
【００７３】
次に表６に示す反射防止膜を成膜した光学素子の反射特性を分光光度計により測定した。図１０にこの時の分光反射特性の測定結果を示す。横軸は測定した波長であり、縦軸はその時の反射率である。図１０から分かるように、設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する反射率は０．１％以下の特性であり非常に有効な反射防止機能を有していることがわかる。
【００７４】
次に表６に示す反射防止膜を成膜した光学素子の分光吸収特性を分光光度計により測定した。図１１にこの時の分光吸収特性の測定結果を示す。横軸は測定した波長であり、縦軸はその時の吸収率である。図１１には、比較のため前述の実施例１における分光吸収特性の測定結果も示している。波長１９３ｎｍにおける実施例１の吸収率は約０．１４％、比較例の吸収率は約０．２１％である。一般に反射防止膜の吸収率は、０．２％以下であれば、良好な反射防止機能を有していると言うことができる。従って、実施例１の反射防止膜は吸収率が低く非常に良好は光学機能を有する光学素子と言うことができるが、比較例１の反射防止膜は、実施例１に比べると吸収率が高く光学機能が劣っていると言える。
【００７５】
本発明は、波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーに対する反射防止膜に関して実施例を記載した。しかしながら本発明はこれに限られるものではなく、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍ程度の波長のレーザー及び光に対しては、ＡｒＦエキシマレーザーに対するのと同程度の反射防止機能を有すると共に、この反射防止膜を基板に形成する事により、同程度の光学機能を有する光学素子とする事ができる。
【００７６】
また、本発明は反射防止膜を形成する基板は石英基板、蛍石基板に限られるものではなく、ＡｒＦエキシマレーザーに対する透過率が石英や蛍石並みに高い基板であれば良い。
【００７７】
また、この反射防止膜を形成した光学素子を複数個組み合わせることにより、露光装置の照明光学系や、投影光学系などの光学系に適用することができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、反射防止膜の各層における紫外光の吸収に着目し、反射防止膜の材質（屈折率、消衰係数）及び厚さを、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に対する、反射と吸収を共に考慮して選択する事により、反射防止膜の幾何学的膜厚を薄くしても充分な反射防止機能を有する反射防止膜を形成することができる。
【００７９】
またその反射防止膜を基板に成膜する事により、反射防止膜の幾何学的膜厚を薄くしているため、透過率が高く光学機能が良好な光学素子を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における光学素子の断面図。
【図２】実施例１の分光反射特性を示すグラフ。
【図３】実施例２の分光反射特性を示すグラフ。
【図４】第２の実施の形態における光学素子の断面図。
【図５】実施例３の分光反射特性を示すグラフ。
【図６】第３の実施の形態における光学素子の断面図。
【図７】実施例４の分光反射特性を示すグラフ。
【図８】第４の実施の形態における光学素子の断面図。
【図９】実施例５の分光反射特性を示すグラフ。
【図１０】比較例１の分光反射特性を示すグラフ。
【図１１】比較例１と実施例１の分光吸収特性を示すグラフ。
【図１２】屈折率と消衰係数の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１、１０、２０、３０ 基板
２、３、４、５ 反射防止膜
２−１、２−３、２−５ 高屈折率層
２−２、２−４、２−６ ２−２、２−４、２−６ 低屈折率層
３−１、３−３、３−５、３−７ 低屈折率層
３−２、３−４、３−６ 高屈折率層
４−１、４−３、４−５、４−７ 高屈折率層
４−２、４−４、４−６、４−８ 低屈折率層
５−１、５−３、５−５、５−７、５−９ 低屈折率層
５−２、５−４、５−６、５−８ 高屈折率層
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子の表面にコ−ティングされる反射防止膜、該反射防止膜を有する光学素子及び光学系に関するものであり、特に波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に有効な反射防止膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、真空紫外光用の反射防止膜としてフッ化物膜が一般に用いられている。例えば、特開平７−２４４２０５号公報、あるいは特開平７−２４４２１７号公報等には、反射防止膜としてフッ化物膜を用いた光学素子が開示されている。しかしながらフッ化物膜を用いた反射防止膜は、対象とする波長域において反射率を０．２％以下という低反射率にすることが難しく、又フッ化物膜の耐環境性にも問題点があった。
【０００３】
そのため近年、フッ化物膜比べ耐環境性に優れたＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２の酸化物膜の使用が増えている。酸化物膜を用いた反射防止膜は、特開平０９−２５８００６号公報、あるいは特開２０００−２０６３０４号公報等に開示されている。これらの酸化物膜は、Ａｌ２Ｏ３を含む高屈折率層とＳｉＯ２を含む低屈折率層を交互に積層して構成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０９−２５８００６号
【特許文献２】
特開２０００−２０６３０４号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平０９−２５８００６号公報、あるいは特開２０００−２０６３０４号公報に示されたように、光学素子上の反射防止膜は通常高屈折層と低屈折層をペアにして層状に形成されている。この層の数および各層の膜厚を最適化することにより良好な反射防止膜は形成される。一般に層の数が多く、高屈折層と低屈折層の界面が多いほどその反射防止機能は向上する。また、その増透効果により光学素子の透過率も向上する。従って反射防止膜の幾何学的膜厚は、ある一定の厚さよりも厚く形成するのが一般的とされている。
【０００６】
しかしながら、膜は光を透過すると必ずある量の光を吸収する。反射防止膜の幾何学的膜厚が厚くなるとこの吸収が多くなるため、結果的に形成された光学素子の透過率が低下することになる。一般に膜による光の吸収は屈折率が高い膜ほど大きくなる。従ってＳｉＯ２膜のような低屈折率層においては、ほとんど考慮する必要はない。しかしながら、Ａｌ２Ｏ３膜のような高屈折層においては、反射防止膜における吸収は光学特性上決して無視できるものではない。照射された紫外光のＡｌ２Ｏ３膜による吸収を充分に考慮せず、反射のみに着目して反射防止膜の層を構成すると、透過率の低い反射防止膜となり光学素子の機能を充分に満たすことができなくなってしまう。前述の特開平０９−２５８００６号、特開２０００−２０６３０４号においては、この反射防止膜における紫外光の吸収に関する記述は全くない。
【０００７】
一般に光の吸収は消衰係数を用いて示すことができる。図１２は、Ａｌ２Ｏ３膜の１９３ｎｍの紫外光に対する屈折率と、消衰係数の関係を示したグラフである。成膜時に導入する弗化物系ガスの量を変化させることで屈折率を変えている。図１２において横軸は屈折率、縦軸は消衰係数である。図１２から分かるように屈折率が１．６７以下の膜であれば、消衰係数を０とみなすことができる。しかしながら、屈折率が１．６７以上になると、消衰係数は屈折率が大きくなればなるほどその値が大きくなる事がわかる。尚、消衰係数の詳細については後述する。
【０００８】
そこで本発明では、反射防止膜の各層における紫外光の吸収に着目し、反射防止膜の材質（屈折率、消衰係数）及び厚さを、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に対する反射と吸収を共に考慮して選択する事により、反射防止膜の幾何学的膜厚を薄くしても充分は反射防止機能を有する反射防止膜を提供する事を目的としている。またその反射防止膜を基板に成膜する事により、透過率が高く光学機能が良好な光学素子を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、複数の低屈折率層と複数の高屈折率層とが交互に積層された反射防止膜において、波長１９３ｎｍの紫外光に対する該低屈折率層の屈折率をｎｓ、該高屈折率層の屈折率をｎａとするとき、
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．７４≦ｎａ≦１．７７
であり、波長１９３ｎｍの光に対する該低屈折率層の消衰係数をｋｓ、該高屈折率層の消衰係数ｋａとするとき、
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
であり、該高屈折率層の幾何学的膜厚の合計が５５ｎｍ以上６５ｎｍ以下である反射防止膜が石英基板の上に形成された光学素子であって、前記反射防止膜は該石英基板から空気層に向けて、前記高屈折率層から順に積層した６層で構成されており、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、前記各層の光学的膜厚を前記石英基板側から数えて第１層から６層まで順にｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６とするとき、
０．０２λｏ≦ｄ１≦０．１０λｏ
１．００λｏ≦ｄ２≦２．００λｏ
０．２２λｏ≦ｄ３≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ４≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ５≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ６≦０．３０λｏ
を満たすことを特徴とする反射防止膜を有する光学素子を提供している。
【００１０】
また本発明においては、複数の低屈折率層と複数の高屈折率層とが交互に積層された反射防止膜において、波長１９３ｎｍの紫外光に対する該低屈折率層の屈折率をｎｓ、該高屈折率層の屈折率をｎａとするとき、
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．７４≦ｎａ≦１．７７
であり、波長１９３ｎｍの光に対する該低屈折率層の消衰係数をｋｓ、該高屈折率層の消衰係数ｋａとするとき、
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
であり、該高屈折率層の幾何学的膜厚の合計が５５ｎｍ以上６５ｎｍ以下である反射防止膜が蛍石基板上に形成された光学素子であって、前記反射防止膜は該蛍石基板から空気層に向けて、前記低屈折率層から順に積層した７層で構成されており、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、前記各層の光学的膜厚を前記蛍石基板側から数えて第１層から第７層まで順にｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７とするとき、
０．０１λｏ≦ｄ１≦０．１５λｏ
０．０２λｏ≦ｄ２≦０．１０λｏ
１．２０λｏ≦ｄ３≦２．０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ４≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ５≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ６≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ７≦０．３０λｏ
を満たすことを特徴とする反射防止膜を有する光学素子を提供している。
【００１１】
また本発明においては、複数の低屈折率層と複数の高屈折率層とが交互に積層された反射防止膜において、波長１９３ｎｍの紫外光に対する該低屈折率層の屈折率をｎｓ、該高屈折率層の屈折率をｎａとするとき、
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．６８≦ｎａ≦１．７４
であり、波長１９３ｎｍの光に対する該低屈折率層の消衰係数をｋｓ、該高屈折率層の消衰係数ｋａとするとき、
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
であり、該高屈折率層の幾何学的膜厚の合計が６５ｎｍ以上７５ｎｍ以下である反射防止膜が石英基板の上に形成されている光学素子において、前記反射防止膜は該石英基板から空気層に向けて、前記高屈折率層から順に積層した８層で構成されており、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、前記各層の光学的膜厚を前記石英基板側から数えて第１層から第８層まで順にｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８とするとき、
０．０５λｏ≦ｄ１≦０．２０λｏ
１．００λｏ≦ｄ２≦１．５０λｏ
０．０５λｏ≦ｄ３≦０．１５λｏ
０．３５λｏ≦ｄ４≦０．４５λｏ
０．１５λｏ≦ｄ５≦０．２５λｏ
０．２７λｏ≦ｄ６≦０．３７λｏ
０．１６λｏ≦ｄ７≦０．２６λｏ
０．２３λｏ≦ｄ８≦０．３３λｏ
を満たすことを特徴とする反射防止膜を有する光学素子を提供している。
【００１２】
また本発明においては、複数の低屈折率層と複数の高屈折率層とが交互に積層された反射防止膜において、波長１９３ｎｍの紫外光に対する該低屈折率層の屈折率をｎｓ、該高屈折率層の屈折率をｎａとするとき、
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．６８≦ｎａ≦１．７４
であり、波長１９３ｎｍの光に対する該低屈折率層の消衰係数をｋｓ、該高屈折率層の消衰係数ｋａとするとき、
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
であり、該高屈折率層の幾何学的膜厚の合計が６５ｎｍ以上７５ｎｍ以下である反射防止膜が蛍石基板の上に形成されている光学素子において、前記反射防止膜は該蛍石基板から空気層に向けて、前記低屈折率層から順に積層した９層で構成されており、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、前記各層の光学的膜厚を前記蛍石基板側から数えて第１層から第９層まで順にｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８、ｄ９とするとき、
０．０１λｏ≦ｄ１≦０．１５λ０
０．０５λｏ≦ｄ２≦０．２０λｏ
０．０４λｏ≦ｄ３≦１．５０λｏ
０．０５λｏ≦ｄ４≦０．１５λｏ
０．３５λｏ≦ｄ５≦０．４５λｏ
０．１５λｏ≦ｄ６≦０．２５λｏ
０．２７λｏ≦ｄ７≦０．３７λｏ
０．１６λｏ≦ｄ８≦０．２６λｏ
０．２３λｏ≦ｄ９≦０．３３λｏ
を満たすことを特徴とする反射防止膜を有する光学素子を提供している。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず本発明における反射防止膜の構成に関する原理を説明する。
【００１９】
反射防止膜の形成された光学素子に照射した紫外光は、反射防止膜による反射する光と、反射防止膜を透過する光と、反射防止膜により吸収される光とに分けられる。反射防止膜による反射、透過、及び吸収の割合は、光学素子の屈折率に大きく関係している。一般に光学素子の屈折率Ｎは（式１）に示す複素数で表される。
【００２０】
Ｎ＝ｎｒ−ｉ＊ｋ （ｋは消衰係数） （式１）
一般に反射防止膜を構成する材料は、光の吸収の程度を示す消衰係数（ｋ）の値が１ｅ−３以下のものが使用される。これは、消衰係数の値が１ｅ−３よりも大きい反射防止膜は、反射防止機能を大きく低下させるため、所望の反射防止機能が得られないためである。
【００２１】
まず、反射防止膜の反射防止機能に関連する光の反射に着目する。反射防止膜の反射は、消衰係数（ｋ）の値が１ｅ−３以下であれば、屈折率のＮの虚数部であるｉ＊ｋにはほとんど影響されず、屈折率のＮの実数部であるｎｒに大きく影響される。つまり消衰係数（ｋ）の値が１ｅ−３以下であれば、消衰係数の値による反射防止機能への影響はほとんどなく、消衰係数の値を考慮する必要はない。
【００２２】
次に、反射防止膜の形成された光学素子の光学機能である透過率に関連する光の吸収に着目する。反射防止膜は、仮にその反射率が同じであれば、反射防止膜による紫外光の吸収が少なければ少ないほどその透過率は高くなる。反射防止膜による吸収は、屈折率のＮの実数部であるｎｒのみならず、虚数部であるｉ＊ｋにも大きく影響される。そのため、反射防止膜の消衰係数（ｋ）を充分に考慮する必要がある。また、消衰係数の値は一般に屈折率が高い材料ほど大きくなることが知られているため、Ａｌ２Ｏ３膜等の高屈折層における消衰係数の値は、反射防止膜の透過率に大きな影響を及ぼす。また、反射防止膜の幾何学的膜厚が厚くなれば厚くなるほど、反射防止膜による紫外光の吸収は増えるため、その透過率は低下してしまう。そのため、反射防止膜の幾何学的膜厚も反射防止膜の透過率に大きな影響を及ぼす。
【００２３】
本発明は、Ａｌ２Ｏ３等を含む高屈折率層とＳｉＯ２等を含む低屈折率層を交互に積層した反射防止膜において、ＡｒＦエキシマレーザー光に対する屈折率及び消衰係数が最適な低屈折率層及び高屈折率層の材質を選択し、更に、消衰係数が大きい高屈折率層の幾何学的膜厚の合計を所定の範囲内に設定している。これにより、反射防止膜の幾何学的膜厚を薄くして透過率を上げると共に、充分な反射防止機能を有する真空紫外光に好適な反射防止膜を提供している。
【００２４】
尚、ＡｒＦエキシマレーザー光に対する消衰係数が小さい低屈折率層の幾何学的膜厚は、薄くすると反射防止機能が低下してしまうためあまり薄くすることができない。しかしながら、高屈折率層の幾何学的膜厚はある程度薄くしても反射防止機能を維持することができ、透過率のみを大幅に向上させる事ができる。
【００２５】
次に本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
次に本発明の第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は第１の実施の形態における反射防止膜を、平行平板からなる基板の上に形成した光学素子の断面図である。この反射防止膜は、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、特に波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に対して、有効な反射防止膜として機能する。尚前記基板は平行平板以外に、レンズや回折格子等であってもかまわない。
【００２７】
図中１は石英からなる基板である。２は反射防止膜である。反射防止膜２は６層から形成されており、基板側からみて２−１〜２−６の層を有している。反射防止膜２は、高屈折率層と低屈折率層がペアで積層される。ただし、最終層（表面層）は低屈折率層でないと反射防止機能は低くなるため、基板から空気層に向けて高屈折率層から順に積層されている。従って２−１、２−３、２−５はＡｌ２Ｏ３を含む高屈折率層であり、２−２、２−４、２−６はＳｉＯ２を含む低屈折率層である。低屈折率層２−２、２−４、２−６の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎｓ及び、高屈折率層２−１、２−３、２−５の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎａは、以下の範囲の値を有している。
【００２８】
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．７４≦ｎａ≦１．７７
また、低屈折率層２−２、２−４、２−６の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋｓ及び、高屈折率層２−１、２−３、２−５の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋａは以下の範囲の値を有している。
【００２９】
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
また、各屈折率層２−１、２−２、２−３、２−４、２−５、２−６の光学的膜厚ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６は以下の範囲の値になるように設定されている。
【００３０】
０．０２λｏ≦ｄ１≦０．１０λｏ
１．００λｏ≦ｄ２≦２．００λｏ
０．２２λｏ≦ｄ３≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ４≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ５≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ６≦０．３０λｏ
この時の高屈折率層２−１、２−３、２−５の各光学的膜厚の合計Ｄｈ１（＝ｄ１＋ｄ３＋ｄ５）は、０．５０λｏ≦Ｄｈ１≦０．６０λｏの範囲の値になるように設定されている。光学的膜厚＝屈折率×幾何学的膜厚 の関係を有しているため、高屈折率層２−１、２−３、２−５の各幾何学的膜厚の合計Ｄｈは、Ｄｈ１＝ｎａ×Ｄｈ から、約５５ｎｍ≦Ｄｈ≦６５ｎｍの範囲の値になるように設定されている。
【００３１】
次に第１の実施の形態に係わる具体的な実施例を説明する。
【００３２】
［実施例１］
実施例１において、基板には合成石英基板を用いた。合成石英基板の表面にスパッタ法を用いて前述の反射防止膜を成膜した。反射防止膜は６層構成であり、基板側からみて第１層、第３層、第５層は高屈折率層、第２層、第４層、第６層は低屈折率層からなっている。高屈折率層としては、波長１９３ｎｍでの屈折率１．７６３、消衰係数３ｅ−４のＡｌ２Ｏ３を含む膜（Ａｌ２Ｏ３ 膜）を用い、低屈折率層としては、屈折率１．５６０、消衰係数０のＳｉＯ２を含む膜（ＳｉＯ２膜）を用いた。その反射防止膜の構成を表１に示す。この時の高屈折率層であるＡｌ２Ｏ３膜の光学的膜厚、即ち第１層、第３層、第５層の光学的膜厚の合計は、０．５５５λｏであり、この幾何学的膜厚は約６１ｎｍであった。
【００３３】
【表１】
次に表１に示す反射防止膜を成膜した光学素子の反射特性を分光光度計により測定した。図２にこの時の分光反射特性の測定結果を示す。横軸は測定した波長であり、縦軸はその時の反射率である。図２から分かるように、設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する反射率は０．１％以下の特性であり、非常に有効な反射防止機能を有していることがわかる。尚、一般に反射防止膜の反射率は、０．２％以下であれば、良好な反射防止機能を有していると言うことができる。
【００３５】
また、この時の設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する吸収率を分光光度計の測定により算出したところ０．１４％であった。一般に反射防止膜の吸収率は、０．２％以下であれば、良好な光学機能を有していると言うことができるため、実施例１に示す光学素子は、非常に良好な光学機能を有していると言うことができる。
【００３６】
［実施例２］
実施例２において、基板には合成石英基板を用いた。合成石英基板の表面にスパッタ法を用いて反射防止膜を成膜した。反射防止膜は６層構成であり、基板側からみて第１層、第３層、第５層は高屈折率層、第２層、第４層、第６層は低屈折率層からなっている。高屈折率層としては、波長１９３ｎｍでの屈折率１．７６３、消衰係数３ｅ−４のＡｌ２Ｏ３を含む膜（Ａｌ２Ｏ３膜）を用い、低屈折率層としては、屈折率１．５６０、消衰係数０のＳｉＯ２を含む膜（ＳｉＯ２膜）を用いた。その反射防止膜の構成を表２に示す。この時の高屈折率層であるＡｌ２Ｏ３膜、第１層、第３層、第５層の光学的膜厚の合計は、０．５８５λｏであり、この幾何学的膜厚は約６４ｎｍであった。
【００３７】
【表２】
次に表２に示す反射防止膜を成膜した光学素子の反射特性を分光光度計により測定した。図３にこの時の分光反射特性の測定結果を示す。横軸は測定した波長であり、縦軸はその時の反射率である。図３から分かるように、設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する反射率は０．２％以下の特性であり、非常に有効な反射防止機能を有していることがわかる。
【００３９】
また、この時の設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する吸収率を分光光度計の測定より算出したところ０．１５％であった。従って実施例２に示す光学素子は、非常に良好な光学機能を有していると言うことができる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図４は第２の実施の形態における反射防止膜を、平行平板からなる基板の上に形成した光学素子の断面図である。この反射防止膜は、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、特に波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に対して、有効な反射防止膜として機能する。尚前記基板は平行平板以外に、レンズや回折格子等であってもかまわない。
【００４１】
図中１０は蛍石からなる基板である。３は反射防止膜である。通常反射防止膜は、第１の実施の形態の図１に示したように、高屈折率層と低屈折率層がペアで積層される。また、最終層（表面層）は低屈折率層でないと反射防止機能は低くなる。しかしながら基板が蛍石の場合、基板に積層される層が高屈折率層だと、界面での光の吸収が大幅に増えてしまい、光学機能を著しく損ねてしまう。従って基板から空気層に向けて低屈折率層から順に積層され、層の合計は奇数となる。
【００４２】
反射防止膜３は７層から形成されており、基板側からみて３−１〜３−７の層を有している。３−２、３−４、３−６はＡｌ２Ｏ３等を含む高屈折率層であり、３−１、３−３、３−５、３−７はＳｉＯ２等を含む低屈折率層である。低屈折率層３−１、３−３、３−５、３−７の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎｓ及び、高屈折率層３−２、３−４、３−６の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎａは以下の範囲の値を有している。
【００４３】
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．７４≦ｎａ≦１．７７
また、低屈折率層３−１、３−３、３−５、３−７の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋｓ及び、高屈折率層３−２、３−４、３−６の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋａは以下の範囲の値を有している。
【００４４】
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
また、各屈折率層３−１、３−２、３−３、３−４、３−５、３−６、３−７の光学的膜厚ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７は以下の範囲の値になるように設定されている。
【００４５】
０．０１λｏ≦ｄ１≦０．１５λｏ
０．０２λｏ≦ｄ２≦０．１０λｏ
１．２０λｏ≦ｄ３≦２．００λｏ
０．２２λｏ≦ｄ４≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ５≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ６≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ７≦０．３０λｏ
この時の高屈折率層３−２、３−４、３−６の各光学的膜厚の合計Ｄｈ２（＝ｄ２＋ｄ４＋ｄ６）は、０．５０λｏ≦Ｄｈ１≦０．６０λｏの範囲の値になるように設定されている。光学的膜厚＝屈折率×幾何学的膜厚 の関係を有しているため、高屈折率層３−２、３−４、３−６の各幾何学的膜厚の合計Ｄｈは、Ｄｈ２＝ｎａ×Ｄｈ から、約５５ｎｍ≦Ｄｈ≦６５ｎｍの範囲の値になるように設定されている。
【００４６】
次に第２の実施の形態に係わる具体的な実施例を説明する。
【００４７】
［実施例３］
実施例３において、基板には蛍石基板を用いた。蛍石基板の表面にスパッタ法を用いて反射防止膜を成膜した。反射防止膜は７層構成であり、基板側からみて第１層、第３層、第５層、第７層は低屈折率層、第２層、第４層、第６層は高屈折率層からなっている。低屈折率層としては、屈折率１．５６０、消衰係数０のＳｉＯ２を含む膜（ＳｉＯ２膜）を用い、高屈折率層としては、波長１９３ｎｍでの屈折率１．７６３、消衰係数３ｅ−４のＡｌ２Ｏ３を含む膜（Ａｌ２Ｏ３ 膜）を用いた。その反射防止膜の構成を表４に示す。この時の高屈折率層であるＡｌ２Ｏ３膜、第２層、第４層、第６層の光学的膜厚の合計は、０．５２９λｏであり、この幾何学的膜厚は約５８ｎｍであった。
【００４８】
【表３】
次に表３に示す反射防止膜を成膜した光学素子の反射特性を分光光度計により測定した。図５にこの時の分光反射特性の測定結果を示す。横軸は測定した波長であり、縦軸はその時の反射率である。図５から分かるように、設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する反射率は０．１％以下の特性であり非常に有効な反射防止機能を有していることがわかる。
【００５０】
また、この時の設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する吸収率を分光光度計の測定より算出により測定したところ０．１４％であった。従って実施例４に示す光学素子は、非常に良好な光学機能を有していると言うことができる。
【００５１】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図６は第３の実施の形態における反射防止膜を、平行平板からなる基板の上に形成した光学素子の断面図である。この反射防止膜は、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、特に波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に対して、有効な反射防止膜として機能する。尚前記基板は平行平板以外に、レンズや回折格子等であってもかまわない。
【００５２】
図中２０は石英からなる基板である。４は反射防止膜である。反射防止膜４は８層から形成されており、基板側からみて４−１〜４−８の層を有している。４−１、４−３、４−５、４−７はＡｌ２Ｏ３等を含む高屈折率層であり、４−２、４−４、４−６、４−８はＳｉＯ２等を含む低屈折率層である。低屈折率層４−２、４−４、４−６、４−８の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎｓ及び、高屈折率層４−１、４−３、４−５、４−７の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎａは以下の範囲の値を有している。
【００５３】
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．６８≦ｎａ≦１．７４
また、低屈折率層４−２、４−４、４−６、４−８の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋｓ及び、高屈折率層４−１、４−３、４−５、４−７の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋａは以下の範囲の値を有している。
【００５４】
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
また、各屈折率層４−１、４−２、４−３、４−４、４−５、４−６、４−７、４−８の光学的膜厚ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８は以下の範囲の値になるように設定されている。
【００５５】
０．０５λｏ≦ｄ１≦０．２０λｏ
１．００λｏ≦ｄ２≦１．５０λｏ
０．０５λｏ≦ｄ３≦０．１５λｏ
０．３５λｏ≦ｄ４≦０．４５λｏ
０．１５λｏ≦ｄ５≦０．２５λｏ
０．２７λｏ≦ｄ６≦０．３７λｏ
０．１６λｏ≦ｄ７≦０．２６λｏ
０．２３λｏ≦ｄ８≦０．３３λｏ
この時の高屈折率層４−１、４−３、４−５、４−７の各光学的膜厚の合計Ｄｈ３（＝ｄ１＋ｄ３＋ｄ５＋ｄ７）は、０．５９λｏ≦Ｄｈ１≦０．６７λｏの範囲の値になるように設定されている。光学的膜厚＝屈折率×幾何学的膜厚の関係を有しているため、高屈折率層４−１、４−３、４−５、４−７の各幾何学的膜厚の合計Ｄｈは、Ｄｈ３＝ｎａ×Ｄｈ から、約６５ｎｍ≦Ｄｈ≦７５ｎｍの範囲の値になるように設定されている。
【００５６】
次に第３の実施の形態に係わる具体的な実施例を説明する。
【００５７】
［実施例４］
実施例５において、基板には合成石英基板を用いた。合成石英基板の表面にスパッタ法を用いて反射防止膜を成膜した。反射防止膜は８層構成であり、基板側からみて第１層、第３層、第５層、第７層は高屈折率層、第２層、第４層、第６層、第８層は低屈折率層からなっている。高屈折率層としては、波長１９３ｎｍでの屈折率１．７６３、消衰係数３ｅ−４のＡｌ２Ｏ３を含む膜（Ａｌ２Ｏ３膜）を用い、低屈折率層としては、屈折率１．５６０、消衰係数０のＳｉＯ２を含む膜（ＳｉＯ２膜）を用いた。その反射防止膜の構成を表５に示す。この時の高屈折率層であるＡｌ２Ｏ３膜、第１層、第３層、第５層、第７層の光学的膜厚の合計は、０．６５９λｏであり、この幾何学的膜厚は約７２ｎｍであった。
【００５８】
【表４】
次に表４に示す反射防止膜を成膜した光学素子の反射特性を分光光度計により測定した。図７にこの時の分光反射特性の測定結果を示す。横軸は測定した波長であり、縦軸はその時の反射率である。図７から分かるように、設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する反射率は０．１％以下の特性であり非常に有効な反射防止機能を有していることがわかる。
【００６０】
また、この時の設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する吸収率を分光光度計の測定より算出により測定したところ０．１６％であった。従って実施例５に示す光学素子は、非常に良好な光学機能を有していると言うことができる。
【００６１】
（第４の実施の形態）
次に本発明の第４の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図９は第４の実施の形態における反射防止膜を、平行平板からなる基板の上に形成した光学素子の断面図である。この反射防止膜は、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、特に波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に対して、有効な反射防止膜として機能する。尚前記基板は平行平板以外に、レンズや回折格子等であってもかまわない。
【００６２】
図中３０は、蛍石からなる基板である。５は反射防止膜である。反射防止膜５は９層から形成されており、基板側からみて５−１〜５−９の層を有している。５−１、５−３、５−５、５−７、５−９はＳｉＯ２等を含む低屈折率層であり、５−２、５−４、５−６、５−８はＡｌ２Ｏ３等を含む高屈折率層である。低屈折率層５−１、５−３、５−５、５−７、５−９の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎｓ及び、高屈折率層５−２、５−４、５−６、５−８の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する屈折率ｎａは以下の範囲の値を有している。
【００６３】
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
０．６８≦ｎａ≦１．７４
また、低屈折率層５−１、５−３、５−５、５−７、５−９の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋｓ及び、高屈折率層５−２、５−４、５−６、５−８の波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの光に対する消衰係数ｋａは以下の範囲の値を有している。
【００６４】
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
また、各屈折率層５−１、５−２、５−３、５−４、５−５、５−６、５−７、５−８、５−９の光学的膜厚ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８、ｄ９は以下の範囲の値になるように設定されている。
【００６５】
０．０１λｏ≦ｄ１≦０．１５λｏ
０．０５λｏ≦ｄ２≦０．２０λｏ
０．０４λｏ≦ｄ３≦１．５０λｏ
０．０５λｏ≦ｄ４≦０．１５λｏ
０．３５λｏ≦ｄ５≦０．４５λｏ
０．１５λｏ≦ｄ６≦０．２５λｏ
０．２７λｏ≦ｄ７≦０．３７λｏ
０．１６λｏ≦ｄ８≦０．２６λｏ
０．２３λｏ≦ｄ９≦０．３３λｏ
この時の高屈折率層５−２、５−４、５−６、５−８の各光学的膜厚の合計Ｄｈ４（＝ｄ２＋ｄ４＋ｄ６＋ｄ８）は、０．５９λｏ≦Ｄｈ１≦０．６７λｏの範囲の値になるように設定されている。光学的膜厚＝屈折率×幾何学的膜厚の関係を有しているため、高屈折率層５−２、５−４、５−６、５−８の各幾何学的膜厚の合計Ｄｈは、Ｄｈ３＝ｎａ×Ｄｈから、約６５ｎｍ≦Ｄｈ≦７５ｎｍの範囲の値になるように設定されている。
【００６６】
次に第４の実施の形態に係わる具体的な実施例を説明する。
【００６７】
［実施例５］
実施例５において、基板には蛍石基板を用いた。蛍石基板の表面にスパッタ法を用いて反射防止膜を成膜した。反射防止膜は９層構成であり、基板側からみて第１層、第３層、第５層、第７層、第９層は低屈折率層、第２層、第４層、第６層、第８層は高屈折率層からなっている。低屈折率層としては、屈折率１．５６０、消衰係数０のＳｉＯ２を含む膜（ＳｉＯ２膜）を用い、高屈折率層としては、波長１９３ｎｍでの屈折率１．７６３、消衰係数３ｅ−４のＡｌ２Ｏ３を含む膜（Ａｌ２Ｏ３膜）を用いた。その反射防止膜の構成を表６に示す。この時の高屈折率層であるＡｌ２Ｏ３膜、第２層、第４層、第６層、第８層の光学的膜厚の合計は、０．６２３λｏであり、この幾何学的膜厚は約６８ｎｍであった。
【００６８】
【表５】
次に表５に示す反射防止膜を成膜した光学素子の反射特性を分光光度計により測定した。図１０にこの時の分光反射特性の測定結果を示す。横軸は測定した波長であり、縦軸はその時の反射率である。図８から分かるように、設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する反射率は０．１％以下の特性であり非常に有効な反射防止機能を有していることがわかる。
【００７０】
また、この時の設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する吸収率を分光光度計の測定より算出したところ０．１５％であった。従って実施例４に示す光学素子は、非常に良好な光学機能を有していると言うことができる。
【００７１】
［比較例１］
次に比較例として、特開平２０００−２０６３０４号公報の実施例５に記載の構成を有する反射防止膜に対して、前述の実施例１〜５と同様の測定を行った。基板には合成石英基板を用いた。合成石英基板の表面にスパッタ法を用いて反射防止膜を成膜した。反射防止膜は８層構成であり、基板側からみて第１層、第３層、第５層、第７層は高屈折率層、第２層、第４層、第６層、第８層は低屈折率層からなっている。低屈折率層は波長１９３ｎｍでの屈折率１．５６０のＳｉＯ２膜であり、高屈折率層は波長１９３ｎｍでの屈折率１．７６３のＡｌ２Ｏ３膜を用いた。この時の反射防止膜の構成を表７に示す。高屈折率層であるＡｌ２Ｏ３膜、第１層、第３層、第５層、第７層の総膜厚は１．０００λｏであり、この幾何学的膜厚は約１１０ｎｍであった。この値は、前述の実施例１〜５における高屈折率層の幾何学的膜厚の合計５５ｎｍ以上６５ｎｍ以下に比べて、１．６９〜２．００倍の膜厚となっている。
【００７２】
【表６】
次に表６に示す反射防止膜を成膜した光学素子の反射特性を分光光度計により測定した。図１０にこの時の分光反射特性の測定結果を示す。横軸は測定した波長であり、縦軸はその時の反射率である。図１０から分かるように、設計中心波長λ０＝１９３ｎｍの紫外光に対する反射率は０．１％以下の特性であり非常に有効な反射防止機能を有していることがわかる。
【００７４】
次に表６に示す反射防止膜を成膜した光学素子の分光吸収特性を分光光度計により測定した。図１１にこの時の分光吸収特性の測定結果を示す。横軸は測定した波長であり、縦軸はその時の吸収率である。図１１には、比較のため前述の実施例１における分光吸収特性の測定結果も示している。波長１９３ｎｍにおける実施例１の吸収率は約０．１４％、比較例の吸収率は約０．２１％である。一般に反射防止膜の吸収率は、０．２％以下であれば、良好な反射防止機能を有していると言うことができる。従って、実施例１の反射防止膜は吸収率が低く非常に良好は光学機能を有する光学素子と言うことができるが、比較例１の反射防止膜は、実施例１に比べると吸収率が高く光学機能が劣っていると言える。
【００７５】
本発明は、波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーに対する反射防止膜に関して実施例を記載した。しかしながら本発明はこれに限られるものではなく、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍ程度の波長のレーザー及び光に対しては、ＡｒＦエキシマレーザーに対するのと同程度の反射防止機能を有すると共に、この反射防止膜を基板に形成する事により、同程度の光学機能を有する光学素子とする事ができる。
【００７６】
また、本発明は反射防止膜を形成する基板は石英基板、蛍石基板に限られるものではなく、ＡｒＦエキシマレーザーに対する透過率が石英や蛍石並みに高い基板であれば良い。
【００７７】
また、この反射防止膜を形成した光学素子を複数個組み合わせることにより、露光装置の照明光学系や、投影光学系などの光学系に適用することができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、反射防止膜の各層における紫外光の吸収に着目し、反射防止膜の材質（屈折率、消衰係数）及び厚さを、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に対する、反射と吸収を共に考慮して選択する事により、反射防止膜の幾何学的膜厚を薄くしても充分な反射防止機能を有する反射防止膜を形成することができる。
【００７９】
またその反射防止膜を基板に成膜する事により、反射防止膜の幾何学的膜厚を薄くしているため、透過率が高く光学機能が良好な光学素子を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における光学素子の断面図。
【図２】実施例１の分光反射特性を示すグラフ。
【図３】実施例２の分光反射特性を示すグラフ。
【図４】第２の実施の形態における光学素子の断面図。
【図５】実施例３の分光反射特性を示すグラフ。
【図６】第３の実施の形態における光学素子の断面図。
【図７】実施例４の分光反射特性を示すグラフ。
【図８】第４の実施の形態における光学素子の断面図。
【図９】実施例５の分光反射特性を示すグラフ。
【図１０】比較例１の分光反射特性を示すグラフ。
【図１１】比較例１と実施例１の分光吸収特性を示すグラフ。
【図１２】屈折率と消衰係数の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１、１０、２０、３０ 基板
２、３、４、５ 反射防止膜
２−１、２−３、２−５ 高屈折率層
２−２、２−４、２−６ ２−２、２−４、２−６ 低屈折率層
３−１、３−３、３−５、３−７ 低屈折率層
３−２、３−４、３−６ 高屈折率層
４−１、４−３、４−５、４−７ 高屈折率層
４−２、４−４、４−６、４−８ 低屈折率層
５−１、５−３、５−５、５−７、５−９ 低屈折率層
５−２、５−４、５−６、５−８ 高屈折率層
Claims (6)
- 複数の低屈折率層と複数の高屈折率層とが交互に積層された反射防止膜において、波長１９３ｎｍの紫外光に対する該低屈折率層の屈折率をｎｓ、該高屈折率層の屈折率をｎａとするとき、
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．７４≦ｎａ≦１．７７
であり、波長１９３ｎｍの光に対する該低屈折率層の消衰係数をｋｓ、該高屈折率層の消衰係数ｋａとするとき、
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
であり、該高屈折率層の幾何学的膜厚の合計が５５ｎｍ以上６５ｎｍ以下である反射防止膜が石英基板の上に形成された光学素子であって、前記反射防止膜は該石英基板から空気層に向けて、前記高屈折率層から順に積層した６層で構成されており、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、前記各層の光学的膜厚を前記石英基板側から数えて第１層から６層まで順にｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６とするとき、
０．０２λｏ≦ｄ１≦０．１０λｏ
１．００λｏ≦ｄ２≦２．００λｏ
０．２２λｏ≦ｄ３≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ４≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ５≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ６≦０．３０λｏ
を満たすことを特徴とする反射防止膜を有する光学素子。 - 前記高屈折率層はＡｌ２Ｏ３を、前記低屈折率層はＳｉＯ２を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の反射防止膜。
- 複数の低屈折率層と複数の高屈折率層とが交互に積層された反射防止膜において、波長１９３ｎｍの紫外光に対する該低屈折率層の屈折率をｎｓ、該高屈折率層の屈折率をｎａとするとき、
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．７４≦ｎａ≦１．７７
であり、波長１９３ｎｍの光に対する該低屈折率層の消衰係数をｋｓ、該高屈折率層の消衰係数ｋａとするとき、
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
であり、該高屈折率層の幾何学的膜厚の合計が５５ｎｍ以上６５ｎｍ以下である反射防止膜が蛍石基板上に形成された光学素子であって、前記反射防止膜は該蛍石基板から空気層に向けて、前記低屈折率層から順に積層した７層で構成されており、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、前記各層の光学的膜厚を前記蛍石基板側から数えて第１層から第７層まで順にｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７とするとき、
０．０１λｏ≦ｄ１≦０．１５λｏ
０．０２λｏ≦ｄ２≦０．１０λｏ
１．２０λｏ≦ｄ３≦２．０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ４≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ５≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ６≦０．３０λｏ
０．２２λｏ≦ｄ７≦０．３０λｏ
を満たすことを特徴とする反射防止膜を有する光学素子。 - 複数の低屈折率層と複数の高屈折率層とが交互に積層された反射防止膜において、波長１９３ｎｍの紫外光に対する該低屈折率層の屈折率をｎｓ、該高屈折率層の屈折率をｎａとするとき、
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．６８≦ｎａ≦１．７４
であり、波長１９３ｎｍの光に対する該低屈折率層の消衰係数をｋｓ、該高屈折率層の消衰係数ｋａとするとき、
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
であり、該高屈折率層の幾何学的膜厚の合計が６５ｎｍ以上７５ｎｍ以下である反射防止膜が石英基板の上に形成されている光学素子において、前記反射防止膜は該石英基板から空気層に向けて、前記高屈折率層から順に積層した８層で構成されており、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、前記各層の光学的膜厚を前記石英基板側から数えて第１層から第８層まで順にｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８とするとき、
０．０５λｏ≦ｄ１≦０．２０λｏ
１．００λｏ≦ｄ２≦１．５０λｏ
０．０５λｏ≦ｄ３≦０．１５λｏ
０．３５λｏ≦ｄ４≦０．４５λｏ
０．１５λｏ≦ｄ５≦０．２５λｏ
０．２７λｏ≦ｄ６≦０．３７λｏ
０．１６λｏ≦ｄ７≦０．２６λｏ
０．２３λｏ≦ｄ８≦０．３３λｏ
を満たすことを特徴とする反射防止膜を有する光学素子。 - 前記高屈折率層はＡｌ２Ｏ３を、前記低屈折率層はＳｉＯ２を含んでいることを特徴とする請求項４に記載の反射防止膜。
- 複数の低屈折率層と複数の高屈折率層とが交互に積層された反射防止膜において、波長１９３ｎｍの紫外光に対する該低屈折率層の屈折率をｎｓ、該高屈折率層の屈折率をｎａとするとき、
１．５０≦ｎｓ≦１．６０
１．６８≦ｎａ≦１．７４
であり、波長１９３ｎｍの光に対する該低屈折率層の消衰係数をｋｓ、該高屈折率層の消衰係数ｋａとするとき、
０＜ｋｓ≦１ｅ−５
１ｅ−５≦ｋａ≦１ｅ−３
であり、該高屈折率層の幾何学的膜厚の合計が６５ｎｍ以上７５ｎｍ以下である反射防止膜が蛍石基板の上に形成されている光学素子において、前記反射防止膜は該蛍石基板から空気層に向けて、前記低屈折率層から順に積層した９層で構成されており、波長１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲に設計中心波長λｏをもち、前記各層の光学的膜厚を前記蛍石基板側から数えて第１層から第９層まで順にｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８、ｄ９とするとき、
０．０１λｏ≦ｄ１≦０．１５λ０
０．０５λｏ≦ｄ２≦０．２０λｏ
０．０４λｏ≦ｄ３≦１．５０λｏ
０．０５λｏ≦ｄ４≦０．１５λｏ
０．３５λｏ≦ｄ５≦０．４５λｏ
０．１５λｏ≦ｄ６≦０．２５λｏ
０．２７λｏ≦ｄ７≦０．３７λｏ
０．１６λｏ≦ｄ８≦０．２６λｏ
０．２３λｏ≦ｄ９≦０．３３λｏ
を満たすことを特徴とする反射防止膜を有する光学素子。
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