(57)【要約】【課題】膜の内部応力による形状変化が極小である、表裏対称でない基板を用いた光学素子を実現する。【解決手段】適当な応力と膜ムラを持った薄膜を積層することで、基板の歪みを補正する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単層または、屈折率の異なる２種類以上の膜からなる多層膜が積層された表裏対称でない基板と、これら単層または多層膜の内部応力により生じた基板歪みを補正することを目的とする前記基板他面に積層された薄膜から形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１における基板歪みを補正することを目的とした薄膜が、積層される基板面内において適当な膜ムラを持つことを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１における基板の線熱膨張係数が０．６・１０８／℃以下であることを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜を利用した光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に真空蒸着法やスパッタリング法などによって薄膜を基板上に積層することで多くの光学素子が形成されている。例えば、基板片面に屈折率の高い膜と低い膜を交互に数十層積層することでミラーが形成されている。このように形成されたミラーは様々な製品に利用され、例えば半導体露光装置や液晶プロジェクター等に搭載されている。
【０００３】
しかし薄膜によっては強い内部応力を持つものがあり、その内部応力によって基板の歪みが発生する場合がある。時としてこの基板の歪みが、その光学素子により実現される光学特性に大きく影響することがある。例えば、半導体露光装置では近年露光光の短波長化が進められており、その波長は真空紫外域にまでに達するようになった。そのためミラー等の光学素子の形状には高い面精度が要求されるようになり、薄膜の内部応力による基板の歪みが問題視されている。
【０００４】
このような基板歪みの解消方法としては、まず薄膜の内部応力発生の抑制が挙げられる。しかし、光学素子として所望の光学特性を得る上で、膜材料や成膜プロセス、基板材料等において様々な制約が生じることが多く、薄膜の内部応力の発生を十分に抑えるには困難な点が多い。例えば、膜と基板の熱膨張係数の差が大きい場合では、基板を加熱して成膜すると膜の内部応力が非常に大きくなってしまう。よって、できる限り基板加熱は、避けたいところである。しかし真空蒸着法のような蒸着粒子のエネルギーが比較的小さい場合、成膜時の基板加熱は良好な膜特性を得るためには必須となる。
【０００５】
また薄膜の内部応力を制御する以外では、基板裏面に別の薄膜を成膜して、その内部応力で反ってしまった基板を反り戻すという方法がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。この方法は基板の歪みを気にすることなく、良好な膜特性を得ることに専念できるため、非常に有効であると考えられる。
【０００６】
【特許文献１】
特公昭６２−１８８８１号公報
【特許文献２】
特開平７−２０９５１６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、ただ基板裏面に歪み補正用の薄膜を積層するだけでは、基板歪みの解消ができない場合が多い。基板が表裏対称でない場合である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、表裏対称でない基板を用いた光学素子においては、積層される面内において適当な膜ムラを持った薄膜を基板他面に積層することで、基板歪みを補正する（請求項１、２）。
【０００９】
以上、本発明を整理して要約すれば以下の構成に集約できる。
【００１０】
（１）単層または、屈折率の異なる２種類以上の膜からなる多層膜が積層された表裏対称でない基板と、これら単層または多層膜の内部応力により生じた基板歪みを補正することを目的とする前記基板他面に積層された薄膜から形成されていることを特徴とする光学素子。
【００１１】
（２）前記（１）における基板歪みを補正することを目的とした薄膜が、積層される基板面内において適当な膜ムラを持つことを特徴とする光学素子。
【００１２】
（３）前記（１）における基板の線熱膨張係数が０．６・１０８／℃以下であることを特徴とする光学素子。
【００１３】
＜作用＞
本発明は、基板が表裏対称でない基板と所望の光学特性を持つ薄膜と、基板歪みを補正するための適当な膜ムラを持つ薄膜から構成された光学素子である。本光学素子は、基板が表裏対象でない基板を用いた光学素子であっても膜材料、成膜プロセス、基板材料に制約を掛けることなく基板の歪みを小さくすることが可能であり、その結果光学素子として所望の光学特性を容易に得ることができる。
【００１４】
また特に真空蒸着法に代表されるような、成膜時に基板の加熱が必要であり、基板が合成石英等に代表される線熱膨張係数が０．６・１０８／℃以下である膨張率が小さいものを用いた場合は、膜と基板との間に生じる熱応力が大きくなり、成膜後の基板歪みが大きくなるが、本発明を用いることで容易に基板歪みが小さい所望の光学特性を有する光学素子が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、ミラーを例として、本発明の光学素子の実施形態を示す。言うにおよばず、本発明はこの例に限らない。
【００１６】
図１に本発明ミラーの成膜装置である真空蒸着装置を示す。本発明は、真空蒸着法に限らず、スパッタリング法、ＩＡＤ法、ＩＢＳ法等が使用可能である。
【００１７】
まず、基板８として、光学研磨したゼロ膨張結晶化ガラスを回転式ドーム７に載置する。そして、抵抗加熱蒸発源４が所有する複数の抵抗加熱ボード１２にそれぞれＭｇＦ２，ＧｄＦ３を載置する。その後、排気口１４よりドライポンプ、メカニカルブースター、ターボ分子ポンプ、クライオポンプにより真空容器１内を１０−５Ｐａ台まで排気する。そしてシースヒーター１１により、基板８を２００℃まで加熱し、２４時間程度保持する。これは、基板８の温度安定と共に、加熱し続けることで、真空容器１内の水分排気を容易にするためである。抵抗加熱蒸発源４および抵抗加熱ボード１２により、ＭｇＦ２を蒸着発させて基板８にＭｇＦ２を積層させる。この時、水晶振動式膜厚モニター９により基板８に積層されるＭｇＦ２の膜厚が光学的膜厚でλ／４になるように制御する。次にＭｇＦ２と同様にＧｄＦ３を基板８上に積層する。このときのＧｄＦ３膜厚が光学的膜厚でλ／４になるように制御する。このようなＭｇＦ２とＧｄＦ３の膜を基板へ交互に積層することでミラーを形成する。
【００１８】
ミラー形成後に基板の形状を干渉計により把握する。そしてその形状から、基板裏面にどの程度の内部応力を持った膜をどの様なパターンの膜ムラで成膜すれば、基板の歪みが解消され、基板形状が元にもどるか予想する。そしてその補正用膜を形成するのに必要なシャッター１０の形状、または基板へのマスキングをシミュレーションから決定する。シャッター１０を成膜装置に設置し、ドーム７を２０ｒｐｍで回転させながら基板裏面に基板歪み補正用の膜を成膜する。その後再び干渉計により基板形状を把握して、歪みの補正が完全でなければ、再び補正用の膜を形成することを繰り返す。
【００１９】
以下、実施例を挙げ、本実施形態に形成されたミラーの具体例を示す。
【００２０】
＜実施例１＞
図２に示すような上下非対称な基板に高屈折率膜をＧｄＦ３、低屈折率膜をＭｇＦ２として、それぞれ光学的膜厚λ／４分、交互に合わせて３６層積層することからミラーでは、λ＝２４３ｎｍで、基板はショット社のｚｅｒｏｄｕｒ基板（線熱膨張係数０．０５・１０８／℃）を用いた場合、最大１／８４λの歪みが生じる結果となった。しかし基板裏面にマスクを用い、ＭｇＦ２膜が補正用膜として形成されているものは、薄膜形成後の元の基板形状に対する歪み量が最大λ／２００に抑えられた。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明により、表裏対称でない基板であっても、歪みが補正され、所望の光学素子が容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ミラーの成膜装置である真空蒸着装置を示す図
【図２】実施例１で用いた基板を示す概略断面図
【符号の説明】
１  真空槽（真空容器）
２  メインバルブ
３  蒸発源（電子銃）
４  蒸発源（抵抗加熱）
５  膜ムラ用マスク
６  ガス導入口
７  ドーム
８  基板
９  水晶振動式膜厚モニター
１０  シャッター
１１  ヒーター
１２  抵抗加熱ボード
１３  電子銃用ハースライナー
１４  排気口
【図１】
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【図２】
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