JPH05188203A - CaF2基板用反射防止膜 - Google Patents

CaF2基板用反射防止膜

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JPH05188203A
JPH05188203A JP4020665A JP2066592A JPH05188203A JP H05188203 A JPH05188203 A JP H05188203A JP 4020665 A JP4020665 A JP 4020665A JP 2066592 A JP2066592 A JP 2066592A JP H05188203 A JPH05188203 A JP H05188203A
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JP
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film
layer
substrate
optical
refractive index
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JP4020665A
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English (en)
Inventor
Takashi Iwabuchi
俊 岩渕
Takeo Miyata
威男 宮田
Yuuji Hashidate
雄二 橋立
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Matsushita Giken KK
Original Assignee
Matsushita Giken KK
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 大出力・高繰り返しエキシマレーザ用光学部
品に使用でき、かつ光学部品が高温環境の下でも使用で
きる十分な耐熱性を有し、製作時の膜厚制御性が緩やか
で層数の少ないCaF2基板用反射防止膜を提供する。 【構成】 光学研磨したCaF2基板上に、第1層目にM
gO膜を、第2層目にSiO2膜を順次形成し、その時の
光学的膜厚をそれぞれ0.33λ〜0.38λ,0.19λ〜0.21λ
の範囲(ただし、λは中心波長)に選定した二層構造に
形成する。また、第1層目に低屈折率物質としてSiO2
膜、第2層目に高屈折率物質としてMgO膜、第3層目
に低屈折率物質としてSiO2膜を順次形成し、それぞれ
の光学的膜厚を、0.23λ〜0.27λ,0.35λ〜0.40λおよ
び0.18λ〜0.20λの範囲に選定した三層構造に形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大出力・高繰り返しエ
キシマレーザをはじめとする紫外用光学機器に使用され
る光学部品(ウインドウ、レンズ、ビームスプリッタ
等)の素材であるCaF2基板用の反射防止膜に関する。
【0002】
【従来の技術】誘電体多層膜は、赤外および可視、紫外
の各種レーザ用光学部品等(全反射鏡、ビームスプリッ
タ、レンズ、窓材等)に用いられているが、目標とする
透過特性もしくは反射特性を得るために、光学基板表面
上に誘電体物質を真空蒸着法等で積層し、反射防止膜や
部分反射膜あるいは高反射膜を形成することは、一般技
術として知られているが(例えば、久保田他編「光学技
術ハンドブック」)、従来の可視用カメラレンズ等に用
いられている反射防止膜は、ほとんどの場合、紫外領域
において吸収があり、これらの反射防止膜用誘電体多層
膜材料をそのままエキシマレーザ等の紫外領域に適用す
ることはできない。使用する波長領域において光学特性
の良い誘電体多層膜材料を選出して使用する必要があ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高・低
屈折率物質として用いられる多くの酸化物は、抵抗加熱
法や電子ビーム蒸着法等の従来の蒸着方法や条件によっ
て熱分解が起こり低級酸化物に移行し、その結果、吸収
の増加をもたらし、さらに屈折率や密度等の光学および
物理定数が大きく変化する。また、紫外線領域から赤外
線領域までの広範囲にわたり光学的に透明であり製作が
容易な弗化マグネシウム(以下MgF2と記す)が、反射
防止膜用の低屈折率物質として多く用いられているが、
MgF2膜の吸湿性によりレーザ光照射に伴い吸収熱が増
大することで、照射部分のMgF2膜が劣化し、透過率が
大きく低下してしまうという課題を有していた。
【0004】このように、従来の多層膜形成方法および
多層膜材料を用いて作製したレ−ザ用光学部品は耐光力
が低く、使用できるパワーレベルは、高々100W程度で
ある。また、破壊までに至らなくとも吸収光により発生
した熱により、膜の屈折率や密度が変わってスペクトル
が大きく変化するという課題を有していた。
【0005】さらに、紫外線領域の出力光を発生する代
表的なエキシマレーザの出力が2KW、繰り返し数が1KH
zともなると、使用する光学部品にとっては、パルスレ
ーザであるはずのエキシマレーザ光でも連続光と同様な
熱損傷を受ける。それに加えて、従来より1桁以上高い
レーザ光が照射されることにより、光学部品にとって僅
かな吸収でも発生する熱が問題となる。
【0006】特に、ビーム照射部位の温度上昇が激しく
なって局所加熱が発生する。その結果、最初に光学部品
を構成している中で、一番熱に弱い多層膜部分の破壊が
起こり、次に基板等の熱変形が発生し、最後には光学部
品そのものが破壊されるという課題も有していた。具体
的には、従来法で作製され多層膜は300℃加熱でスペク
トルが大幅に変化するという課題を有していた。
【0007】本発明は、このような従来の技術の課題を
解決するために考えられたもので、大出力・高繰り返し
エキシマレーザ用光学部品に使用でき、かつ、光学部品
が高温に曝されるような環境の下でも使用できる十分な
耐熱性を有した、CaF2基板用の反射防止膜を提供する
ことを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、光学研磨された弗化カルシュウム(Ca
2)基板上に、低屈折率物質として二酸化珪素(SiO
2)膜、高屈折率物質として酸化マグネシュウム(Mg
O)膜を二層もしくは三層構造となるように、それぞれ
の膜を順次形成したものである。
【0009】
【作用】本発明は前記形成方法により、低級酸化物に移
行しやすい低屈折物質である二酸化珪素(SiO2)膜を
形成する場合のみスパッタリング用不活性ガスに酸素ガ
スを注入することにより、膜の低級酸化物化を抑制して
低吸収率化を図り、さらに高・低屈折率物質に吸湿性の
ない酸化物(高:MgO、低:SiO2)を用い、屈折率
や密度等の光学および物理定数を安定化することで、大
出力・高繰り返しエキシマレーザ用光学部品に使用で
き、かつ、光学部品が高温に曝されるような環境の下で
も使用できる十分な耐熱性を有するCaF2基板用反射防
止膜を得ることができる。
【0010】
【実施例】
(実施例1)本発明のCaF2基板用反射防止膜の第1実
施例について図面を参照しながら説明する。図1は本発
明の一実施例におけるCaF2基板の片面のみに三層反射
防止膜を形成した場合の断面図である。
【0011】図1に示すように、光学研磨されたCaF2
基板1の片面に、この基板1に接する第1層目の低屈折
率物質としての二酸化珪素(SiO2)膜2を、光学的膜
厚(nd)が0.25λ(λが248nmのKrFの場合では6
2nm)となるように形成し、その上に、第2層目の高
屈折率物質としての酸化マグネシュウム(MgO)膜3
を、光学的膜厚(nd)が0.375λ(λが248nmのKr
Fの場合では93nm)となるように形成し、その上
に、、第3層目の低屈折率物質としての二酸化珪素(S
iO2)膜4を、光学的膜厚(nd)が0.19λ(λが248
nmのKrFの場合では47nm)となるように形成す
る。
【0012】図3は、図1に示した反射防止膜の第1層
目の低屈折率物質としての二酸化珪素(SiO2)膜2に
ついてのみλが248nm(KrF用の場合)とした場合に
おける光学的膜厚(nd)62nmのみを±7%変化させ
た場合の分光反射率特性計算結果を示す。
【0013】図4は、図1に示した反射防止膜の第2層
目の高屈折率物質としての酸化マグネシュウム(Mg
O)膜3についてのみλが248nm(KrF用の場合)と
した場合における光学的膜厚(nd)93nmのみを±7
%変化させた場合の分光反射率特性計算結果を示す。
【0014】図5は、図1に示した反射防止膜の第3層
目の低屈折率物質としての二酸化珪素(SiO2)膜4に
ついてのみλが248nm(KrF用の場合)とした場合に
おける光学的膜厚(nd)47nmのみを±7%膜厚を変
化させた場合の分光反射率特性計算結果を示す。
【0015】図6は、図1に示した反射防止膜の全ての
層についてλが248nm(KrF用の場合)とした場合に
おけるそれぞれの光学的膜厚(nd)を±7%変化させ
た場合の分光反射率特性計算結果を示す。
【0016】マグネトロン・スパッタリング法を用い、
低屈折率物質であるSiO2膜の形成時のみアルゴンガス
に酸素ガスを10%注入しながら形成し、高屈折率物質
には吸湿性のない酸化マグネシュウム(MgO)膜を用
い、光学的膜厚を±7%変化させた場合でも、図3〜図
6の特性曲線より明らかなように、反射率が0.5%以下
の反射防止特性の優れた反射防止膜が得られ、しかも吸
収が少なく高耐熱性が期待できる。
【0017】(実施例2)本発明のCaF2基板用反射防
止膜の第2実施例について図面を参照しながら説明す
る。
【0018】図2は、CaF2基板用2層反射防止膜1の
片面のみに膜形成した場合の断面を示した図であり、光
学研磨されたCaF2基板1の片面に、この基板1に接す
る第1層目の高屈折率物質としての酸化マグネシュウム
(MgO)膜5を、光学的膜厚(nd)が0.355λ(λが
248nmのKrFの場合では88nm)となるように形成
し、その上に、第2層目の低屈折率物質としての二酸化
珪素(SiO2)膜6を、光学的膜厚(nd)が0.20λ
(λが248nmのKrFの場合では50nm)となるように
形成する。
【0019】図7は、図2に示した2層反射防止膜の第
1層目の高屈折率物質としての酸化マグネシュウム(M
gO)膜5についてのみλが248nm(KrF用の場合)
とした場合における光学的膜厚(nd)88nmのみを±
7%変化させた場合の分光反射率特性計算結果を示す。
【0020】図8は、図2に示した反射防止膜の第2層
目の低屈折率物質としての二酸化珪素(SiO2)膜6に
ついてのみλが248nm(KrF用の場合)とした場合に
おける光学的膜厚(nd)50nmのみを±7%変化させ
た場合の分光反射率特性計算結果を示す。
【0021】図9は、図2に示した2層反射防止膜の全
ての層5、6についてλが248nm(KrF用の場合)と
した場合におけるそれぞれの光学的膜厚(nd)を±7
%変化させた場合の分光反射率特性計算結果を示す。
【0022】これらの図7〜図9の特性曲線より明らか
なように、光学的膜厚を±7%変化させても実施例1で
説明したものと同様な反射防止特性および吸収が少なく
高耐熱性を有していることは言うまでもない。
【0023】
【発明の効果】以上の実施例に基づく説明から明らかな
ように、本発明は、SiO2膜を形成する場合にのみ不活
性がスに酸素ガスを注入することにより、SiO2膜の低
級酸化物への移行を抑制し低吸収率化を図り、さらに吸
湿性がなく高融点酸化物であるMgO膜を高屈折率物質
に用い、夫々の光学的膜厚を±7%の範囲内に制御する
だけで希望の中心波長に対して0.5%以下の反射率が得
られ、しかも層数が少なく膜の屈折率や密度、ストレス
等の光学および物理定数を安定化することができ、その
結果、耐光力が向上し大出力・高繰り返しエキシマレー
ザ用光学部品に使用でき、かつ光学部品が高温に曝され
るような環境の下でも使用できる十分な耐熱性を有する
CaF2基板用反射防止膜を得ることができるので、その
効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例における三層構造のCaF2
基板用反射防止膜を示す断面図、
【図2】本発明の第2実施例における二層構造のCaF2
基板用反射防止膜を示す断面図、
【図3】本発明の第1実施例における第1層目のSiO2
の光学的膜厚を7%増減した場合の反射率波長依存特性
の計算結果を示す図、
【図4】本発明の第1実施例における第2層目のMgO
の光学的膜厚を7%増減した場合の反射率波長依存特性
の計算結果を示す図、
【図5】本発明の第1実施例における第3層目のSiO2
の光学的膜厚を7%増減した場合の反射率波長依存特性
の計算結果を示す図。
【図6】本発明の第1実施例における3層のすべてを同
時に設定値より光学的膜厚を7%増減した場合の反射率
波長依存特性の計算結果を示す図、
【図7】本発明の第2実施例における第1層目のMgO
の光学的膜厚を7%増減した場合の反射率波長依存特性
の計算結果を示す図、
【図8】本発明の第2実施例における第2層目のSiO2
の光学的膜厚を7%増減した場合の反射率波長依存特性
の計算結果を示す図、
【図9】本発明の第2実施例における2層を同時に設定
値より光学的膜厚を7%増減した場合の反射率波長依存
特性の計算結果を示す図である。
【符号の説明】
1 CaF2基板 3、5 MgO膜 2、4、6 SiO2

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学研磨された弗化カルシュウム(Ca
    2)基板上の片面もしくは両面に、基板に接する第1
    の層に高屈折率物質として酸化マグネシュウム(Mg
    O)膜、第2の層に低屈折率物質として二酸化珪素(S
    iO2)膜を順次形成したことを特徴とする二層構造のC
    aF2基板用反射防止膜。
  2. 【請求項2】 第1層目の酸化マグネシュウム(Mg
    O)膜、第2層目の二酸化珪素(SiO2)膜の光学的膜
    厚(nd)を、それぞれ0.33λ〜0.38λ、0.19λ〜0.21
    λ(ただしλは設計中心波長)に選定したことを特徴と
    する請求項1に記載のCaF2基板用反射防止膜。
  3. 【請求項3】 光学研磨された弗化カルシュウム(Ca
    2)基板上の片面もしくは両面に、基板に接する第1
    の層に低屈折率物質として二酸化珪素(SiO2)膜、第
    2の層に高屈折率物質として酸化マグネシュウム(Mg
    O)膜、第3の層に低屈折率物質として二酸化珪素(S
    iO2)膜を順次形成したことを特徴とする三層構造のC
    aF2 基板用反射防止膜。
  4. 【請求項4】 第1層目の二酸化珪素(SiO2)膜、第
    2層目の酸化マグネシュウム(MgO)膜および第3層
    目の二酸化珪素(SiO2)膜の光学的膜厚(nd)の値
    を、それぞれ0.23λ〜0.27λ、0.35λ〜0.40λおよび0.
    18λ〜0.20λに選定したことを特徴とする請求項3に記
    載のCaF2基板用反射防止膜。
  5. 【請求項5】 膜の形成方法がマグネトロン・スパッタ
    リング法を用いたことを特徴とする請求項1および請求
    項3に記載のCaF2基板用反射防止膜。
  6. 【請求項6】 膜形成前の基板表面のクリーニングにお
    いて、膜形成時のスパッタリング中の真空度より高真空
    度下で不活性ガスを用いたイオンによるクリーニングを
    行なうことを特徴とする請求項5に記載のCaF2基板用
    反射防止膜。
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