(57)【要約】【課題】弗化カルシウム基板の表裏両面に酸化アルミニウム薄膜および二酸化ケイ素薄膜を多層成膜形成する光吸収の少ない酸化物多層膜光学素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】紫外線を透過する弗化カルシウム基板１と、弗化カルシウム基板１上に第１層目として形成された二酸化ケイ素薄膜の保護膜３’と、第１層目の二酸化ケイ素薄膜の保護膜３’上に第２層目として形成された酸化アルミニウム薄膜２と、２層目の酸化アルミニウム薄膜２上に第３層目として形成された二酸化ケイ素薄膜３とを有する酸化物多層膜光学素子。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を透過する弗化カルシウム基板と、
弗化カルシウム基板の表裏両面に第１層目として形成された二酸化ケイ素薄膜の保護膜と、
第１層目の二酸化ケイ素薄膜の保護膜上に第２層目として形成された酸化アルミニウム薄膜と、
第２層目の酸化アルミニウム薄膜上に第３層目として形成された二酸化ケイ素薄膜とを有することを特徴とする酸化物多層膜光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載される酸化物多層膜光学素子において、
第３層目として形成された二酸化ケイ素薄膜上に、交互に繰り返して順次に形成された酸化アルミニウム薄膜と二酸化ケイ素薄膜とを有することを特徴とする酸化物多層膜光学素子。
【請求項３】
請求項１および請求項２の内の何れかに記載される酸化物多層膜光学素子において、
保護膜の厚さを数ｎｍとしたことを特徴とする酸化物多層膜光学素子。
【請求項４】
紫外線を透過する弗化カルシウム基板を準備し、イオンビームスパッタ、スパッタリング、イオンプレーティングの如き数ｅＶ〜数１０ｅＶの入射エネルギーで酸化物薄膜を成膜形成する成膜方法を使用して、
弗化カルシウム基板の表裏両面に第１層目として二酸化ケイ素薄膜の保護膜を形成し、
第１層目の二酸化ケイ素薄膜の保護膜上に第２層目として酸化アルミニウム薄膜を形成し、
第２層目の酸化アルミニウム薄膜上に第３層目として二酸化ケイ素薄膜を形成することを特徴とする酸化物多層膜光学素子製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載される酸化物多層膜光学素子製造方法において、
第３層目として形成された二酸化ケイ素薄膜上に、交互に繰り返して順次に酸化アルミニウム薄膜と二酸化ケイ素薄膜とを形成することを特徴とする酸化物多層膜光学素子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、酸化物多層膜光学素子およびその製造方法に関し、特に、弗化カルシウム基板上に酸化アルミニウム薄膜および二酸化ケイ素薄膜を多層成膜形成する光吸収の少ない酸化物多層膜光学素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例を図３を参照して説明する。
ＡｒＦ、ＫｒＦエキシマレーザの如き紫外線領域の光を取り扱う光学素子において、基板１を構成する材料として或いはレンズを構成する材料として弗化カルシウムが汎用されている（一例として、特開２０００−１３７１０２号公報　参照）。基板１上に屈折率の相異なる２種類の材料の薄膜２および薄膜３を多層膜構造に成膜形成することにより反射防止膜、ミラーその他の光学素子を製造することができる。ここで、基板１を形成する原材料として紫外線を透過する弗化カルシウムが使用される。
【０００３】
紫外線領域の光について、一般的に光吸収が少ない酸化膜薄膜材料として、酸化アルミニウム（Ａｌ２　Ｏ３　）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２　）が使用される。そして、薄膜を成膜形成する方法としては、真空蒸着、マグネトロンスパッタリング、イオンビームスパッタリングその他の薄膜成膜方法が採用される。特に、イオンビームスパッタリング法により形成された薄膜は膜の密度が高く、膜の水分吸着、その他の影響による光学特性の変化が少ない。また、薄膜の表面粗さが小さいところから光の散乱が少ない。以上の特徴に着目して、イオンビームスパッタリング法は、ＡｒＦ、ＫｒＦエキシマレーザの如き紫外線領域の光を取り扱う光学素子の薄膜成膜方法として有望視されている。
【０００４】
紫外線領域の光を取り扱う光学素子を製造する上において、屈折率の相異なる２種類の材料である酸化アルミニウムおよび二酸化ケイ素により形成された薄膜２および薄膜３の双方の光吸収を低減させる必要があるが、不都合なことに、酸化アルミニウムを原材料としてイオンビームスパッタ法により形成した酸化アルミニウム　薄膜２は紫外線領域で光吸収が大きくなる。これに起因して、光学素子を反射防止膜とする場合はその光透過率が低下し、ミラーとする場合はその反射率が低下するという問題が発生する。以下において、更に具体的に説明する。ここで、光波長λ：１９３．４ｎｍのレーザ光を発振するＡｒＦエキシマレーザ用の反射防止膜を例にとって説明する。
【０００５】
イオンビームスパッタ法により、弗化カルシウム基板１上に、酸化アルミニウム薄膜２を成膜形成し、次いで、成膜形成された酸化アルミニウム薄膜２上に二酸化ケイ素薄膜３を成膜形成する。以上の２層の酸化物薄膜を１繰り返し単位として、酸化アルミニウム薄膜２と二酸化ケイ素薄膜３を交互に多数層に亘って成膜形成して反射防止膜を形成する。
ここで、弗化カルシウム基板上に二酸化ケイ素或いは酸化アルミニウムを単層成膜し、これら薄膜の光学定数である屈折率：ｎ、吸収：ｋを求める。光波長λ：１９３ｎｍとした場合の屈折率：ｎ、吸収：ｋを表１に示す。
【表１】
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表１を参照するに、二酸化ケイ素薄膜３の吸収はｋ＝０．０００と非常に小さいので、光学素子を形成する薄膜として好適である。しかし、酸化アルミニウム薄膜２の吸収はｋ＝０．００６と大きく、光学素子を形成する薄膜として不適切である。この条件で、光波長λ：１９３．４ｎｍ用の反射防止膜を弗化カルシウム基板１の表裏両面に形成した場合の透過率は９６％であり、約１％の吸収、２％の残留反射が生じた。この反射防止膜の分光透過率を図４に示す。
【０００６】
次に、第２の従来例として、図３において基板１の原材料を弗化カルシウムから合成石英に代えた合成石英基板１上に酸化アルミニウム或は二酸化ケイ素を単層成膜し、これについて屈折率：ｎ、吸収：ｋを求めた。これらを表２に示す。
【表２】
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表２を参照するに、酸化アルミニウム薄膜２の吸収は表１の場合のｋ＝０．００６からｋ＝０．００３に減少し、二酸化ケイ素薄膜３の吸収はｋ＝０．０００と非常に小さいので、両薄膜共に光学素子を形成する薄膜として好適であるとすることができる。そして、酸化アルミニウム薄膜２　の屈折率は、表１の場合と比較して、ｎ＝１．７３からｎ＝１．９に増大し、光学多層膜を形成する上において好都合である。
以上の表１および表２から得られる結論は、基板１を弗化カルシウムにより構成した場合に、弗化カルシウム基板１上に成膜された酸化アルミニウム薄膜２　の特性、即ち、吸収：ｋが著しく悪化する、また屈折率：ｎが小さくなるということである。
【０００７】
特に、イオンビームスパッタ法において、成膜粒子のエネルギーは２０ｅＶ程度であることが知られている。通常、この程度のエネルギーに依っては、スパッタ、ミキシングは生起せず、基板とこれに成膜される薄膜との間の界面で拡散、化学反応は起こらないと一般には考えられている。しかし、基板１を弗化カルシウムにより構成すると、弗化カルシウム基板１と酸化アルミニウム薄膜２との間の界面においてミキシングおよび化学反応が進行し、光学特性の低下を起こしているものと推測している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、ＡｒＦ、ＫｒＦエキシマレーザで使用される反射防止膜およびミラーを構成する光吸収の少ない酸化物薄膜をイオンビームスパッタリング法により成膜形成した酸化物多層膜光学素子およびその製造方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
紫外線を透過する弗化カルシウム基板１と、弗化カルシウム基板１上に第１層目として形成された二酸化ケイ素薄膜の保護膜３’と、第１層目の二酸化ケイ素薄膜の保護膜３’上に第２層目として形成された酸化アルミニウム薄膜２と、２層目の酸化アルミニウム薄膜２上に第３層目として形成された二酸化ケイ素薄膜３とを有する酸化物多層膜光学素子を構成した。
そして、酸化物多層膜光学素子において、第３層目として形成された二酸化ケイ素薄膜３上に、交互に繰り返して順次に形成された酸化アルミニウム薄膜２と二酸化ケイ素薄膜３とを有する酸化物多層膜光学素子を構成した。
また、酸化物多層膜光学素子において、保護膜３’の厚さを数ｎｍとした酸化物多層膜光学素子を構成した。
【００１０】
ここで、紫外線を透過する弗化カルシウム基板１を準備し、イオンビームスパッタ、スパッタリング、イオンプレーティングの如き数ｅＶ以上の入射エネルギーで酸化物薄膜を成膜形成する成膜方法を使用し、弗化カルシウム基板１上に第１層目として二酸化ケイ素薄膜保護膜３’を形成し、第１層目の二酸化ケイ素薄膜の保護膜３’上に第２層目として酸化アルミニウム薄膜２を形成し、第２層目の酸化アルミニウム薄膜２上に第３層目として二酸化ケイ素薄膜３を形成する酸化物多層膜光学素子製造方法を構成した。
そして、酸化物多層膜光学素子製造方法において、第３層目として形成された二酸化ケイ素薄膜３上に、交互に繰り返して順次に酸化アルミニウム薄膜２と二酸化ケイ素薄膜３とを形成する酸化物多層膜光学素子製造方法を構成した。
【００１１】
【発明の実施の形態】
弗化カルシウム基板１上に屈折率の相異なる２種類の材料の薄膜２および薄膜３を多層膜構造に成膜形成することにより反射防止膜を形成するには、一般に、第１層目として屈折率の大きい方の酸化アルミニウム薄膜２　を弗化カルシウム基板１上に成膜形成し、第２層目として二酸化ケイ素薄膜３を第１層目の酸化アルミニウム薄膜２上に成膜形成することは、図３を参照して説明した通りである。
ここで、図１の実施例を参照してこの発明の実施の形態を説明するに、二酸化ケイ素薄膜３は弗化カルシウム基板１に対して物理化学的に相性が良くなくて両者の間に反応が発生しないところから吸収の少ない薄膜が形成されることに着目して、弗化カルシウム基板１上に第１層目として数ｎｍ厚二酸化ケイ素薄膜の保護膜３’を成膜形成する。基板１を形成する原材料として、従来例と同様の紫外線を透過する弗化カルシウムが使用される。第２層目として１／４波長厚酸化アルミニウム薄膜を第１層目の数ｎｍ厚二酸化ケイ素薄膜上に成膜形成し、次いで第３層目として１／４波長厚二酸化ケイ素薄膜を第２層目の１／４波長厚酸化アルミニウム薄膜上に成膜形成した。成膜方法としては、イオンビームスパッタ、スパッタリング、イオンプレーティングの如き数ｅＶ以上の入射エネルギーで酸化物薄膜を成膜形成する成膜方法を使用する。
上述した光波長１９３．４ｎｍ用の反射防止膜の従来例と実施例の光学特性を示すと、図４および図２に示される如くである。図４は図３により図示説明された光波長１９３．４ｎｍ用の反射防止膜の従来例の透過率および反射率の実験データを示し、図２は図１により図示説明された光波長１９３．４ｎｍ用の反射防止膜の実施例の透過率および反射率の実験データを示す。
【００１２】
図４および図２のデータに依ると、反射防止膜の実施例は従来例と比較してより高い光学特性を示すものであることが認識される。透過率について見ると、従来例は光波長１９３．４ｎｍの近傍において最大値９６％程度の値を示すのに対して実施例は光波長１９３．４ｎｍの近傍において最大値９９％に近い高い値を示す。そして、反射率について見ると、従来例は光波長１９３．４ｎｍの近傍において最小値２％程度の値を示すのに対して、実施例は光波長１９３．４ｎｍの近傍において最小値０．２％程度の極く低い値を示す。即ち、吸収ロスと残留反射を低減させ、高い透過率の反射防止膜を製造することができる。
以上のこの発明による光吸収の少ない酸化物多層膜光学素子を使用して反射防止膜、ハーフミラー、ミラーその他の光学素子を構成することができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上の通りであって、この発明に依れば、弗化カルシウム基板１上に第１層目として形成された二酸化ケイ素薄膜の保護膜３’と、第１層目の二酸化ケイ素薄膜の保護膜３’上に第２層目として形成された酸化アルミニウム薄膜２と、第２層目の酸化アルミニウム薄膜２上に第３層目として形成された二酸化ケイ素薄膜３とを有する構成を具備して、酸化アルミニウム薄膜の吸収を低減することにより、高性能の酸化物多層膜光学素子を製造提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例を説明する図。
【図２】実施例の光学特性を説明する図。
【図３】従来例を説明する図。
【図４】従来例の光学特性を説明する図。
【符号の説明】
１　弗化カルシウム基板　　　　　２　酸化アルミニウム薄膜
３　二酸化ケイ素薄膜　　　　　　３’二酸化ケイ素薄膜の保護膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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