(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射媒質側から高屈折率層、低屈折率層の交互層が順次積層されてなる多層反射防止膜であって、
前記高屈折率層の材料が、フッ化ランタン（LaF3）、フッ化ガドリニウム（GdF3）、フッ化ネオジウム（NdF3）、フッ化ディスプロシウム（DyF3）、フッ化イットリウム（YF3）およびこれらの混合物質又は化合物の群より選ばれた１つ以上の成分であり、前記低屈折率層の材料が、フッ化アルミニウム（AlF3）、フッ化マグネシウム（MgF2）、フッ化カルシウム（CaF2）、フッ化ナトリウム（NaF）、クライオライト（Na3AlF6）、チオライト（Na5Al3F14）およびこれらの混合物質又は化合物の群より選ばれた１つ以上の成分であり、
前記交互層の層数はNは5 ≦ N ≦ 17の範囲にあり、
前記交互層の前記高屈折率層の各層の光学的膜厚が同一であり、かつ前記低屈折率層の各層の光学的膜厚が同一であり、
前記高屈折率層の光学的膜厚と前記低屈折率層の光学的膜厚との和である光学的周期長が、
0.6λ≦ nd ≦ 0.65λ（λは入射光の波長である）
の範囲であり、かつ前記高屈折率層の光学的膜厚の前記光学的周期長に対する比率が、
0.38 ≦ Γ ≦ 0.73
の範囲であり、
150nm≦λ≦250nmの波長範囲のp偏光に対して、70°≦θ≦80°の入射範囲で反射防止の効果を有する多層反射防止膜。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エキシマレーザー等の紫外領域の光に有効な斜入射用多層反射防止膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エキシマレーザー等のレーザーの開発が進み、紫外光を利用した装置への開発要求が高まっている。これらの装置に使用される光学素子及び光学系では、種々の目的のために斜入射で使用可能な反射防止膜が必要とされている。
エキシマレーザーは直線偏光であり、光学素子に対してｐ偏光として入射するか、ｓ偏光として入射するかは、光学系の配置に依存する。
【０００３】
従来の斜入射用多層反射防止膜は、高屈折率物質と低屈折率物質を交互に積層して構成され、入射角（垂直入射からの角度）が大きくなるにしたがって、積層数を多くする必要があり（例えば、入射角θ≧70°では、積層数は4層以上）、また、各層の光学的膜厚がまったく異なる任意膜厚と呼ばれる多層膜の構成であった。この任意膜厚の多層膜では、各層の光学膜厚が異なるために、成膜する際、各層の膜厚を正確に制御する必要があった。
【０００４】
さらに、入射角ごとに斜入射用多層反射防止膜の各層の光学的膜厚及び積層数の双方を変更して再設計する必要があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような、従来の任意膜厚による斜入射用多層反射防止膜を作製するには以下のような問題点が存在した。
（１）実際に作製した斜入射用多層反射防止膜の光学特性が設計値と一致しない場合に、各層の膜厚が異なるので斜入射用多層反射防止膜中のどの層の光学的膜厚が設計値と異なっているのか特定することが困難である。したがって、設計値通りの光学特性を得るためには試行錯誤する必要がある。
（２）一般的に、薄膜は成膜過程において、機械的な膜厚方向に構造が変化するので、同じ材料で成膜しても成膜後の膜厚が異なると屈折率が異なる。したがって、作製する任意膜厚の斜入射用多層反射防止膜の各層の膜厚ごとに、屈折率を評価する必要がある。
（３）任意膜厚の斜入射用多層反射防止膜を作製するためには、各層の光学的膜厚を制御するための成膜パラメータが複雑である。
【０００６】
さらに、入射角ごとに、斜入射用多層反射防止膜の各層の光学的膜厚及び積層数の双方を変更して再設計する必要があり、成膜パラメータを検討し、作製する必要があった。
本発明はこのような任意膜厚の斜入射用多層反射防止膜の問題点に対してなされたものであり、紫外領域の入射角度の大きな光に対して有効な斜入射用多層反射防止膜を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は第一に、「入射媒質側から高屈折率層、低屈折率層の交互層が順次積層されてなる多層反射防止膜であって、  前記高屈折率層の材料が、フッ化ランタン（LaF3）、フッ化ガドリニウム（GdF3）、フッ化ネオジウム（NdF3）、フッ化ディスプロシウム（DyF3）、フッ化イットリウム（YF3）およびこれらの混合物質又は化合物の群より選ばれた１つ以上の成分であり、前記低屈折率層の材料が、フッ化アルミニウム（AlF3）、フッ化マグネシウム（MgF2）、フッ化カルシウム（CaF2）、フッ化ナトリウム（NaF）、クライオライト（Na3AlF6）、チオライト（Na5Al3F14）およびこれらの混合物質又は化合物の群より選ばれた１つ以上の成分であり、前記交互層の層数はNは5 ≦ N ≦ 17の範囲にあり、前記交互層の前記高屈折率層の各層の光学的膜厚が同一であり、かつ前記低屈折率層の各層の光学的膜厚が同一であり、前記高屈折率層の光学的膜厚と前記低屈折率層の光学的膜厚との和である光学的周期長が、0.6λ≦ nd ≦ 0.65λ（λは入射光の波長である）の範囲であり、かつ前記高屈折率層の光学的膜厚の前記光学的周期長に対する比率が、0.38 ≦ Γ ≦ 0.73の範囲であり、150nm≦λ≦250nmの波長範囲のp偏光に対して、70°≦θ≦80°の入射範囲で反射防止の効果を有する多層反射防止膜（請求項１）」を提供する。
【０００８】
（削除）
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態としての斜入射用多層反射防止膜を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明にかかる実施形態の斜入射用多層反射防止膜の概略断面図である。
【００１１】
本発明にかかる斜入射用多層反射防止膜は、基板３上に入射媒質側から高屈折率層１、低屈折率層２の順に交互に積層された構成である。基板と接する層は、積層数が奇数の場合には高屈折率層１（図１（a））、偶数の場合には低屈折率層２（図１（b））になる。
高屈折率層１は各層がすべて同じ光学的膜厚で積層され、同様に低屈折率層２は各層がすべて同じ光学的膜厚で積層されている。したがって、高屈折率層及び低屈折率層がそれぞれ同じ材料の場合は、隣り合う高屈折率層１と低屈折率層２の光学的膜厚は一定値となり（光学的周期長）、本発明にかかる斜入射用多層反射防止膜は周期構造を有している。
【００１２】
基板としては、紫外光を透過する石英ガラス、蛍石等が挙げられる。
高屈折率層の材料としては、フッ化ランタン（LaF3）、フッ化ガドリニウム（GdF3）、フッ化ネオジウム（NdF3）、フッ化ディスプロシウム（DyF3）、フッ化イットリウム（YF3）およびこれらの混合物質又は化合物の群より選ばれた１つ以上の成分が挙げられ、低屈折率層の材料としては、フッ化アルミニウム（AlF3）、フッ化マグネシウム（MgF2）、フッ化カルシウム（CaF2）、フッ化ナトリウム（NaF）、クライオライト（Na3AlF6）、チオライト（Na5Al3F14）およびこれらの混合物質又は化合物の群より選ばれた１つ以上の成分が挙げられる。
【００１３】
高屈折率層1と低屈折率層2の光学的膜厚の和は光学的周期長nd（=nHdH/nLdL）と呼ばれ、以下の関係を満たし、
0.6λ≦nd≦0.65λ
かつ高屈折率層の光学的膜厚の光学的周期長に対する比率は膜厚比Γ（=nHdH/nd）と呼ばれ、以下の関係を満たすことが好ましい。
【００１４】
0.38 ≦ Γ≦ 0.73
さらに、層数Nは以下の関係を満たすことが好ましい。
5層 ≦ N ≦ 17層
本発明にかかる斜入射用多層反射防止膜は、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等の物理的成膜法や、CVD法等の化学的成膜法で作製することが可能である。
【００１５】
本発明にかかる斜入射用多層反射防止膜は、高屈折率層の各層の光学的膜厚が同一であり、同様に低屈折率層の各層の光学的膜厚が同一である周期構造であるので、まず、高屈折率層と低屈折率層との２層膜を作製し、各光学的膜厚が上記条件を満たすように成膜条件を設定する。
次に、高屈折率層と低屈折率層の各成膜条件は一定として、入射角度に合わせて層数の異なる斜入射用多層反射防止膜を作製する。
【００１６】
上記条件を満たす斜入射用多層反射防止膜は、150〜250nmの波長範囲のｐ偏光が７０〜８０゜の入射範囲で入射したとき反射防止効果がある。
【００１７】
【実施例】
〔実施例１〕
合成石英ガラス基板上に入射媒質側から順に高屈折率層としてフッ化ランタン（LaF3）、低屈折率層としてフッ化マグネシウム（MgF2）の交互層を、高屈折率層と低屈折率層との光学的膜厚の和である光学的周期長がnd=0.644λ（λ=193.4nm）、高屈折率層の光学的膜厚の光学的周期長に対する比率がΓ=0.5となるように各光学的膜厚をnHdH(LaF3)= nLdL(MgF2)=0.32λで成膜した。
【００１８】
各層の薄膜は公知の真空蒸着法によって成膜した。
さらに、積層数以外の、膜材料、光学的周期長及び比率は同じで、積層数Nを7層から17層まで１層ずつ変えた斜入射用多層反射防止膜を作製した。
まず、フッ化ランタン（LaF3）とフッ化マグネシウム（MgF2）の２層膜を作製し、それぞれの光学的膜厚がnHdH(LaF3)=nLdL(MgF2)=0.322λになるように成膜条件を設定した。次に、フッ化ランタン（LaF3）層及びフッ化マグネシウム（MgF2）層のそれぞれの成膜条件は一定として、層数の異なる（7〜17層）本発明にかかる斜入射用多層反射防止膜を作製した。このようにして作製した斜入射用多層反射防止膜のλ=193.4nmにおけるp偏光の入射光に対する角度特性を測定した。
【００１９】
積層数Nを7層から17層まで１層づつ変えた斜入射用多層反射防止膜の反射率が最小になる入射角及びそのときの反射率を表１に示す。積層数N=7,9,13,15,17層の本発明の斜入射用多層反射防止膜の入射角度特性図を図２に示す。表１及び図２の結果から本発明にかかる斜入射用多層反射防止膜は入射角70゜≦θ≦80゜の範囲で、透過率が９９％以上という十分な反射防止効果（合成石英ガラス基板のみの場合にはθ=70゜でR=4.0%、θ=80゜で23.3%の反射率である）を有することがわかる。さらに、積層数を変えるだけで、反射率が最小になる入射角が変化することがわかる。
【００２０】
【表１】
0004161387.tif 000002
【００２１】
〔実施例２〕
蛍石基板上に高屈折率層としてフッ化ランタン（LaF3）、低屈折率層としてクライオライト（Na3AlF6）の交互層を光学的周期長である高屈折率層と低屈折率層の光学的膜厚の和がnd=0.65λ（λ=193.4nm）、高屈折率層の光学的膜厚の光学的周期長に対する比率がΓ=0.46となるように各光学的膜厚をnHdH(LaF3)=0.3λ、nLdL(Na3AlF6)=0.35λで成膜した。
【００２２】
各層の薄膜は公知の真空蒸着法によって成膜した。
さらに、積層数以外の、膜材料、光学的周期長及び比率は同じで、積層数Nを5層から11層まで１層ずつ変えた斜入射用多層反射防止膜を作製した。
まず、フッ化ランタン（LaF3）とクライオライト（Na3AlF6）の２層膜を作製し、各光学的膜厚がnHdH(LaF3)=0.3λ、nLdL(Na3AlF6)=0.35λになるように成膜条件を設定した。次に、フッ化ランタン（LaF3）層及びクライオライト（Na3AlF6）層のそれぞれの成膜条件は一定として、層数の異なる（5〜11層）本発明の斜入射用多層反射防止膜を作製した。このようにして作製した斜入射用多層反射防止膜のλ=193.4nmにおけるp偏光の入射光に対する角度特性を測定した。積層数Nを5層から11層まで１層ずつ変えた斜入射用多層反射防止膜の反射率が最小になる入射角及びそのときの反射率を表２に示す。積層数N=5,7,9,11層の本発明の斜入射用多層反射防止膜の入射角度特性図を図３に示す。表２及び図３の結果から、本発明にかかる斜入射用多層反射防止膜が入射角70゜≦θ≦75゜の範囲で、透過率が９９％以上という十分な反射防止効果（蛍石基板のみの場合にはθ=70゜でR=4.3%、θ=75゜で10.7%の反射率である）を有することがわかる。さらに、積層数を変えるだけで、反射率が最小になる入射角が変化することがわかる。
【００２３】
【表２】
0004161387.tif 000003
【００２４】
〔実施例３〕
蛍石基板上に高屈折率層としてフッ化ランタン（LaF3）、低屈折率層としてクライオライト（Na3AlF6）の交互層を光学的周期長である高屈折率層と低屈折率層の光学的膜厚の和がnd=0.66λ（λ＝248ｎｍ）、高屈折率層の光学的膜厚の光学的周期長に対する比率がΓ＝0.53となるように各光学的膜厚をnHdH(LaF3)=0.35λ、nLdL(Na3AlF6)=0.31λで成膜した。
【００２５】
各層の薄膜は公知の真空蒸着法によって成膜した。
さらに、積層数以外の、膜材料、光学的周期長及び比率は同じで、積層数Nを9層から17層まで２層ずつ変えた斜入射用多層反射防止膜を作製した。
まず、フッ化ランタン（LaF3）とクライオライト（Na3AlF6）の２層膜を作製し、各光学的膜厚がnHdH(LaF3)=0.35λ、nLdL(Na3AlF6)=0.31λになるように成膜条件を設定した。次に、フッ化ランタン（LaF3）層及びクライオライト（Na3AlF6）層のそれぞれの成膜条件は一定として、層数の異なる（9〜17層）本発明の斜入射用多層反射防止膜を作製した。このようにして作製した斜入射用多層反射防止膜のλ=248nmにおけるp偏光の入射光に対する角度特性を測定した。積層数Nを9層から17層まで２層ずつ変えた斜入射用多層反射防止膜の反射率が最小になる入射角及びそのときの反射率を表３に示す。積層数N=9,11,13,15,17層の本発明の斜入射用多層反射防止膜の入射角度特性図を図４に示す。表３及び図４の結果から、本発明にかかる斜入射用多層反射防止膜が入射角72゜≦θ≦76゜の範囲で、透過率が９９％以上という十分な反射防止効果（蛍石基板のみの場合にはθ=70゜でR=4.4%、θ=75゜で10.8%の反射率である）を有することがわかる。さらに、積層数を変えるだけで、反射率が最小になる入射角が変化することがわかる。
【００２６】
【表３】
0004161387.tif 000004
【００２７】
本実施例では、本発明にかかる斜入射用多層反射防止膜を作製する方法として真空蒸着法を用いたが、この方法に限定されるものではない。その他の作製方法として、スパッタ法、イオンプレーティング法等の物理的成膜法や、CVD法等の化学的成膜法などでも本発明にかかる斜入射用多層反射防止膜を作製することが可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明にかかる斜入射用多層反射防止膜は、高屈折率層の各層の光学的膜厚が同一であり、同様に低屈折率層の各層の光学的膜厚が同一である周期構造であるので、高屈折率層と低屈折率層の２層膜を作製し、その成膜条件を把握しておけば、所望の特性を得るためには、必要な積層数だけ同じ成膜条件で交互に積層するだけでよく、従来に比べて作製が容易である。また、本発明にかかる斜入射用多層反射防止膜では、光学的周期長と比率を一定にして、積層数を変えるだけで、150nm≦λ≦250nmの波長範囲のｐ偏光に対して、入射角が70゜≦θ≦80゜の範囲で種々の入射角に対応する反射防止効果が得られる。
【００２９】
本発明にかかる斜入射用多層反射防止膜が形成された光学素子を用いることにより優れた性能を有する光学系を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は積層数が奇数の場合の本発明にかかる斜入射用多層反射防止膜の断面概念図であり、（ｂ）は積層数が偶数の場合の本発明にかかる斜入射用多層反射防止膜の断面概念図である。
【図２】は、本発明にかかる第１の実施形態の斜入射用多層反射防止膜（7、9、13、15、17層）のλ=193.4nmにおけるp偏光の入射角に対する反射率の入射角度特性図である。
【図３】は、本発明にかかる第２の実施形態の斜入射用多層反射防止膜（5、7、9、11層）のλ=193.4nmにおけるp偏光の入射角に対する反射率の入射角度特性図である。
【図４】は、本発明にかかる第３の実施形態の斜入射用多層反射防止膜（9、11、13、15、17層）のλ=248nmにおけるp偏光の入射角に対する反射率の入射角度特性図である。
【符号の説明】
１・・・高屈折率層
２・・・低屈折率層
３・・・基板
【図１】
0004161387.tif 000005
【図２】
0004161387.tif 000006
【図３】
0004161387.tif 000007
【図４】
0004161387.tif 000008