CN117170000A - 光学元件和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学元件和设备。提供一种有利于提高对紫外光的光学特性的技术。一种光学元件，具备基体和设置在所述基体之上的光学构造体，其中，所述光学构造体至少具有第1电介质层、第2电介质层、第3电介质层，该第3电介质层位于所述第1电介质层与所述第2电介质层之间，具有比所述第1电介质层和所述第2电介质层低的折射率，所述第1电介质层和所述第2电介质层是含有氧化铝和氢的膜，将所述膜中的氧的含量设为[O]at％，将所述膜中的铝的含量设为[Al]at％，将所述膜中的氢的含量设为[H]at％，满足[Al]+[O]≥50.0at％以及[O]/([Al]+[H])≤1.40。

Description

光学元件和设备
技术领域
本发明涉及具有氧化铝膜的光学元件。
背景技术
由于氧化铝膜透射紫外光，因此正在研究向紫外光用的光学元件的利用。在专利文献1中公开了含有氟、羟基的氧化铝膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9-316631号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1的技术中，对紫外光的光学特性存在改善的余地。因此，本发明的目的在于提供一种有利于提高对紫外光的光学特性的技术。
用于解决问题的方案
用于解决上述课题的方案的第1观点是一种光学元件，具备基体和设置在所述基体之上的光学构造体，其中，
所述光学构造体至少具有第1电介质层、第2电介质层、第3电介质层，该第3电介质层位于所述第1电介质层与所述第2电介质层之间，具有比所述第1电介质层和所述第2电介质层低的折射率，
所述第1电介质层和所述第2电介质层是含有氧化铝和氢的膜，
将所述膜中的氧的含量设为[O]at％，将所述膜中的铝的含量设为[Al]at％，将所述膜中的氢的含量设为[H]at％，
满足[Al]+[O]≥50.0at％以及[O]/([Al]+[H])≤1.40。
用于解决上述课题的方案的第2观点是一种光学元件，具备基体和设置在所述基体之上的光学构造体，其中，
所述光学构造体至少具有含有氧化铝、氢以及氟的膜，
将所述膜中的氧的含量设为[O]at％，将所述膜中的铝的含量设为[Al]at％，将所述膜中的氢的含量设为[H]at％，将所述膜中的氟的含量设为[F]at％，
满足[Al]+[O]≥50.0at％以及[F]/[H]≤1.0。
根据本发明，能够提供有利于提高对紫外光的光学特性的技术。
附图说明
图1是说明光学元件的示意图。
图2是说明氧化铝膜的图。
图3是说明氧化铝膜的图。
图4是说明氧化铝膜的图。
图5是说明氧化铝膜的图。
图6是说明氧化铝膜的图。
图7是说明氧化铝膜的图。
图8是说明氧化铝膜的图。
图9是说明设备的图。
图10是说明实施例的结果的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行说明。需要说明的是，在以下的说明和附图中，对多个附图中共同的结构标注共同的附图标记。
因此，相互参照多个附图对共同的结构进行说明，对标注了共同的附图标记的结构适当省略说明。
图1是本实施方式的光学元件的示意图。光学元件100具备基体101和设置在基体101之上的光学构造体102。基体101是树脂、玻璃、陶瓷、金属等。光学构造体102具有氧化铝膜105。光学构造体102可以是单层构造，但在图1的例子中具有多层构造。多层构造的光学构造体102具有：电介质层103a；电介质层103b；以及电介质层104a，其位于电介质层103a与电介质层103b之间，具有比电介质层103a和电介质层103b低的折射率。多层构造的光学构造体102还能够具有折射率比电介质层103a和电介质层103b低的电介质层104b，电介质层103b位于电介质层104a与电介质层104b之间。将相对高折射率的电介质层103a、103b统称为高折射率层103，将相对低折射率的电介质层104a、104b统称为低折射率层104。光学构造体102能够是高折射率层103和低折射率层104交替层叠而成的。在此，第1种类的层和第2种类的层交替地层叠是指，至少1个第2种类的层位于2个第1种类的层之间，并且，至少1个第1种类的层位于2个第2种类的层之间的状态。因而，为了交替地层叠第1种类的层和第2种类的层，至少需要4层。
在图1的(a)中，在交替层叠的高折射率层103和低折射率层104中，作为高折射率层103示出最下层的电介质层103a和最上层的电介质层103x，作为高折射率层104示出最下层的电介质层104a和最上层的电介质层104x。电介质层103a、电介质层104a下还可以有电介质层，电介质层103x、电介质层104x之上还可以有电介质层。在此，作为高折射率层103的电介质层103a、电介质层103b、电介质层103x例如由图1的(b)的示意图所示的氧化铝膜105构成。在氧化铝膜105中，铝(Al)与氧(O)结合。氧化铝膜105是以氧化铝为主成分的膜。另外，氧化铝膜105能够含有氢(H)，该氢(H)能够与铝(Al)结合。但是，也可以存在与氧(O)结合的氢(H)。图1的(b)表示对于作为氧化铝的化学计量组成的Al2O3，能够与1个铝(Al)结合的2个氧(O)中的1个欠缺，氢(H)代替欠缺的氧(O)与铝(Al)结合的模型。氧化铝膜105能够包括这样的模型，但也能够包括与该模型不同的模型。另外，氧化铝膜105能够含有氟(F)，该氟(F)能够与铝(Al)结合。另外，本实施方式的氧化铝膜105能够含有氩(Ar)。
将氧化铝膜105中的铝的含量设为[Al]at％，将氧化铝膜105中的氧的含量设为[O]at％。进而，将氧化铝膜105中的氢的含量设为[H]at％，将氧化铝膜105中的氟的含量设为[F]at％。另外，将氧化铝膜105中的氩的含量设为[Ar]at％。在此，“at％”是指“atomicpercentage(原子百分率)”，是特定原子数相对于对象中组成的总原子数的比例。
氧化铝膜105含有氧和铝，因此满足[Al]＞0和[O]＞0，满足[H]≥0、[F]≥0以及[Ar]≥0。例如，在氧化铝膜105不含氟的情况下，氟的含量[F]＝0at％。
在氧化铝膜105不含氩的情况下，氩的含量[Ar]＝0at％。如上所述，在以氧化铝为主成分的氧化铝膜105中，[Al]+[O]≥50.0at％。氧化铝膜105是以氧化铝为主成分的膜是指，氧化铝膜105中的铝含量[Al]与氧含量[O]之和为50.0at％以上。
在氧化铝膜105中，不是铝、氧、氢、氟以及氩的元素的含量可以小于0.1at％。氧的含量[O]、铝的含量[Al]、氢的含量[H]、氟的含量[F]、氩的含量[Ar]之和可以为99.0at％以上，也可以为99.9at％以上。即，可以是[Al]+[O]+[H]+[F]+[Ar]≥99.0at％，也可以是[Al]+[O]+[H]+[F]+[Ar]≥99.9at％。
电介质层103a、电介质层103b以及电介质层103x不需要具有完全相同的组成、膜厚，只要具有作为以下说明的氧化铝膜105的特征，则电介质层103a、电介质层103b以及电介质层103x的组成、膜厚也可以相互不同。
用于低折射率层104的材料可列举含有氟化铝(AlF3)、氟化镁(MgF2)、氧化硅(SiO2)作为主成分的材料或混合物。需要说明的是，材料并不限定于此，也可以是含有氟化钠(NaF)、氟化锂(LiF)、氟化钙(CaF2)、氟化钇(YF3)作为主成分的材料或混合物。需要说明的是，作为主成分含有是指不需要含有副成分，低折射率层104也可以仅由在此作为低折射率层104的主成分而举出的材料构成。
当然，低折射率层104除了在此作为低折射率层104的主成分而举出的材料以外，还可以含有氢、碳、氮、氧、氟、氩等副成分。
如图1所示，光学构造体102是从基体101侧依次交替层叠高折射率层103和低折射率层104而最表层为低折射率层104的结构。但是，也可以根据光学元件的用途来变更结构。例如，既可以是从基体101侧依次交替层叠低折射率层104和高折射率层103而最表层为低折射率层104的结构，也可以是最表层为高折射率层103的结构。也可以还设置保护层，以保护层作为最外层。也可以在基体101与光学构造体102之间设置粘合层。在设置粘合层的情况下，从与基体101的粘合性的观点出发，优选氧化硅、氧化铝、氟化铝、氟化镁、含有它们作为主成分的材料或混合物。需要说明的是，光学构造体102并非必须具有低折射率层104和高折射率层103交替层叠而成的交替层叠构造。也不是必须具有包含高折射率层103和低折射率层104的多层构造，也可以仅具有1层高折射率层103的单层构造。在电介质层103a与基体101之间还可以有层，该层不限于电介质层，也可以是由单体金属、合金等构成的金属层。在反射型的光学元件中，也能够使用电介质层103a与基体101之间的金属层作为反射层。
光学构造体102的多个高折射率层103(氧化铝膜105)不需要全部相同。也可以使多个氧化铝膜105的组成在后述的范围内为不同的膜。多个高折射率层103中，也可以以一部分为氟化镧(LaF3)、剩余部分为氧化铝膜105的方式使用一部分不同的材料。对于光学构造体102的低折射率层104，也不一定需要全部相同。例如，也可以使用多个低折射率层104中的一部分为氟化铝、剩余部分为氟化镁这样不同的材料。
典型地，氧化铝膜105优选用作高折射率层103，但也能够使用氧化铝膜105作为低折射率层104，对高折射率层103使用折射率比氧化铝膜105高的膜。
基体101能够由对设计波长(例如193nm)的光吸收小的氟化钙晶体或石英玻璃那样的光学玻璃构成。在反射型的光学元件中，基体101并非必须使紫外光透射。另外，基体101能够使用平面形状、具有曲面的形状等根据光学元件的用途、种类(例如，透镜、反射镜、膜、棱镜等)而呈各种形状的基体。在透镜、反射镜中，基体101中的氧化铝膜105侧的表面为凹面或凸面。
光学构造体102能够具有反射构造。此时，为了在设计波长(例如193nm)或设计波长范围内使反射特性最大化，高折射率层103和低折射率层104能够使各层的物理膜厚最佳化。在仅在光学构造体102具有反射构造的情况下，为了获得高反射率，高折射率层103和低折射率层104也可以由合计30层以上构成。另外，也可以在基体101与光学构造体102之间形成铝等反射层。在该情况下，若形成反射层，则具有能够使光学构造体102的层数少于30层的优点。为了得到高反射率，最表层优选为高折射率层103。当然，最表层不一定需要是高折射率层103，也可以是低折射率层104。例如，在与高折射率层103相比低折射率层104为能够抑制大气中的水分的影响的材料的情况下，也可以将最表层设为低折射率层104。根据所要求的性能，可以自由选择最表层。这样，光学构造体102的层数、材料考虑反射率、大气中的水分的影响、进而激光的影响来决定。需要说明的是，也考虑反射镜、半透半反镜等这样的使用用途来决定。
光学构造体102能够具有防反射构造。在防反射构造中，为了在设计波长或设计波长范围内使反射特性最小化，高折射率层103和低折射率层104能够使各层的物理膜厚最佳化。此时，具有防反射构造的光学构造体102与不具有光学构造体102的情况相比，能够以在基体101的反射率变小的方式使光学构造体102最佳化。在光学构造体102由1层构成的情况下，能够使用具有比基体101的折射率小的折射率的材料。例如在光学构造体102由单层氧化铝膜105构成的情况下，若将氧化铝膜105的折射率设为NH，将基体101的折射率设为NS，则存在NH＜NS的关系。
在光学构造体102的防反射构造由多层形成的情况下，基体101的折射率并不限定于NH＜NS的关系。另外，在防反射构造由多层形成的情况下，为了抑制反射，优选将最表层设为低折射率层104。
具备光学元件100的光学设备具备保持光学元件100的保持部件。该保持部件也可以保持包括光学元件100的多个光学元件。保持部件也可以是镜筒。
具备光学元件100的光学设备也可以具备生成紫外光的光源。在由该光源生成的紫外光照射到氧化铝膜105时，氧化铝膜105对于紫外光能够为低吸收和/或高折射率。在该紫外光的波长小于200nm的情况下，更为合适。
图2是用于氧化铝膜105的成膜的成膜装置200的一例的示意图。本例的成膜装置200是使用了溅射法的成膜装置200。成膜装置200具有作为气密容器的真空腔室201和用于对真空腔室201内进行排气的排气系统202。另外，为了能够将成膜所需的气体导入真空腔室201内，具备氩气导入口204、氧气导入口205、氢气导入口206、氟系气体导入口207。从氟系气体导入口207导入的气体是含有氟(F2)、四氟化碳(CF4)、三氟化氮(NF3)、氟化氢(HF)、四氟化硅(SiF4)、氢氟烯烃的气体中的至少一种。进而，附带于真空腔室201，设有溅射靶211、背板212、磁铁机构208、基体保持机构209。通过使基体保持机构209保持光学元件的基体101，从电源203施加电力，能够通过反应性溅射法实施成膜。此时，基体保持机构209使用驱动机构(未图示)预先调整溅射靶211与基体101的成膜面的相对位置关系，以使基体101面内的膜厚分布恒定。
对氧化铝膜105的成膜方法进行说明。
为了形成氧化铝膜105(高折射率层103)，按照下述步骤通过反应性溅射法进行成膜。例如，将由加工成预定的光学元件的形状的石英玻璃构成的基体101以及例如9英寸的金属铝(纯度99.9wt％以上)作为溅射靶211，设置在真空室201内。此时，基体101与溅射靶211之间的距离例如为200mm。然后，使用排气系统202对真空腔室201内进行排气，直至压力成为5×10-5Pa左右的真空度。之后，从氩气导入口204导入氩气，从氧气导入口205导入氧气，从氢气导入口206导入氢气，从氟系气体导入口207导入作为氟系气体的氟气。一边从各个口供给气体一边进行等离子体放电。即，从电源203对溅射靶211施加10W/cm2的电力而生成等离子体放电，在基体101上以100nm左右的厚度形成含有氢和氟的氧化铝膜。需要说明的是，各层的厚度不一定限于100nm左右，根据由该光学元件处理的光的波长、构成光学构造体的层数来适当设定。光学元件中的氧化铝膜105的物理膜厚例如为8nm～1000nm。也可以将厚度100nm的氧化铝层在其间不夹着其他层而层叠10层成为1000nm的氧化铝膜105。
氧化铝膜105既可以为结晶质，也可以为非晶质，但优选为非晶质。非晶质的氧化铝膜与结晶性的氧化铝膜相比，在减小氧化铝膜的表面粗糙度方面是有利的。所谓非晶质(或无定形)，是指在对测定对象的膜以0.5度左右的小入射角照射X射线或电子束而观测衍射图案时，未检测到清晰的衍射峰，换言之观测到光晕图案。因此，在此所说的非晶质不一定排除含有微晶状态的材料的状态。
膜的结晶性能够通过成膜压力、基体101和溅射靶211的配置、气体的供给流量来控制。由成膜装置200成膜的氧化铝膜105优选以成为非晶质的方式预先设定成膜条件。
关于低折射率层104的形成，能够使用公知的成膜方法，因此省略说明。在图2所示的成膜装置200中，溅射靶211为1个结构，但在形成多层膜的情况下，也可以在真空腔室201内配置2个以上的溅射靶211，分别设为不同的材料。此时，在溅射靶表面附近配置挡板，抑制在其他材料的成膜中不同种材料向表面的附着为佳。
氧化铝膜105中的氢含量[H]at％的评价能够通过对氧化铝膜105照射例如MeV级的高能离子束，利用氢前向散射分析法(HFS：Hydron Forwardscattering Spectrometry)的方法来进行。
氧化铝膜10中的除氢以外的元素的评价能够通过照射MeV级的高能离子束，利用卢瑟福背散射能谱分析(RBS：Ruthefred Backscattering Spectrometry)的方法来进行。
使用这些结果，能够求出氧化铝膜105中的铝的含量[Al]at％、氧的含量[O]at％、氢的含量[H]at％、氟的含量[F]at％、氩的含量[Ar]at％。
反射率和透射率能够使用分光光度计在波长为180nm～250nm的范围内，在光线入射角为10度的情况下进行测定。根据测定结果，能够通过以下的数学式计算光吸收率。
A＝1-T-R
其中，A表示示出吸收相对于入射光强度的比例的光吸收率，T表示示出透射相对于入射光强度的比例的透射率，R表示示出反射相对于入射光强度的比例的反射率。另外，光吸收率A与消光系数k具有以下的关系。
A＝1-exp(-4πkx/λ)
在此，x为薄膜内的距离，λ为光的波长。通过上式计算消光系数k，进行氧化铝膜105的光吸收的评价。
折射率能够通过对所测定的反射率，使用Scientific Computing International公司制造的光学薄膜分析·设计软件Film Wizard TM进行分析而计算。在此，计算对于λ＝193nm的光的消光系数、对于193nm的光的折射率。
氧化铝膜105的表面粗糙度能够使用AFM(Atomic Force Microscope，原子力显微镜)在1μm×1μm的范围内进行测定，以nm的单位计算RMS(均方根粗糙度)。
对改变成膜条件而制作氧化铝膜105的样品00～18的例子进行说明。
在样品00～06中，使用图2的成膜装置200，在石英玻璃基体上制作氧化铝膜。从氩气导入口204以150sccm的流量导入氩气，从氧气导入口205以50sccm的流量导入氧气，从氢气导入口206导入氢气而成膜。从氢气导入口206导入的氢的流量在0～100sccm的范围内变更而制作氧化铝膜。
在样品00中，使用图2的成膜装置200，制作了含有氢的氧化铝膜。氩气以150sccm的流量、氧气以50sccm的流量、氢气以0sccm的流量从各个口导入而成膜。
在样品06中，使用图2的成膜装置200，制作了含有氢的氧化铝膜。氩气以150sccm的流量、氧气以50sccm的流量、氢气以50sccm的流量从各个口导入而成膜。
在样品07中，使用图2的成膜装置200，在石英玻璃基体上制作了含有氢和氟的氧化铝膜。氩气以150sccm的流量、氧气以50sccm的流量、氢气以20sccm的流量、氟气以4.0sccm的流量从各个口导入而成膜。所制作的氧化铝膜中的氢含量[H]为20.0at％，氟含量[F]为11.0at％，氧含量[O]为42.5at％，铝含量[Al]为26.2at％，氩含量[Ar]为0.3at％。另外，193nm波长下的消光系数为6.3E-3。
在样品08中，使用图2的成膜装置200，在石英玻璃基体上制作了含有氢和氟的氧化铝膜。氩气以150sccm的流量、氧气以50sccm的流量、氢气以50sccm的流量、氟气以4.5sccm的流量从各个口导入而成膜。所制作的氧化铝膜中的氢含量[H]为17.9at％，氟含量[F]为14.9at％，氧含量[O]为39.9at％，铝含量[Al]为26.7at％，氩含量[Ar]为0.6at％。另外，193nm波长下的消光系数为2.0E-3。
在样品09中，使用图2的成膜装置200，在石英玻璃基体上制作了含有氢和氟的氧化铝膜。氩气以150sccm的流量、氧气以50sccm的流量、氢气以50sccm的流量、氟气以5.0sccm的流量从各个口导入而成膜。所制作的氧化铝膜中的氢含量[H]为21.5at％，氟含量[F]为15.9at％，氧含量[O]为35.7at％，铝含量[Al]为26.5at％，氩含量[Ar]为0.4at％。另外，193nm波长下的消光系数为1.8E-3。
在样品10中，使用图2的成膜装置200，在石英玻璃基体上制作了含有氢和氟的氧化铝膜。氩气以150sccm的流量、氧气以50sccm的流量、氢气以70sccm的流量、氟气以3.5sccm的流量从各个口导入而成膜。所制作的氧化铝膜中的氢含量[H]为26.9at％，氟含量[F]为8.2at％，氧含量[O]为39.1at％，铝含量[Al]为25.7at％，氩含量[Ar]为0.1at％。另外，193nm波长下的消光系数为2.7E-3。
在样品11中，使用图2的成膜装置200，在石英玻璃基体上制作了含有氢和氟的氧化铝膜。氩气以150sccm的流量、氧气以50sccm的流量、氢气以50sccm的流量、氟气以4.0sccm的流量从各个口导入而成膜。所制作的氧化铝膜中的氢含量[H]为24.2at％，氟含量[F]为11.0at％，氧含量[O]为39.3at％，铝含量[Al]为25.1at％，氩含量[Ar]为0.4at％。另外，193nm波长下的消光系数为2.3E-3。
在样品12中，使用图2的成膜装置200，在石英玻璃基体上制作了含有氢和氟的氧化铝膜。氩气以150sccm的流量、氧气以50sccm的流量、氢气以100sccm的流量、氟气以1.0sccm的流量从各个口导入而成膜。所制作的氧化铝膜中的氢含量[H]为29.2at％，氟含量[F]为1.5at％，氧含量[O]为43.6at％，铝含量[Al]为25.5at％，氩含量[Ar]为0.2at％。另外，193nm波长下的消光系数为1.9E-3。
在样品13中，使用图2的成膜装置200，在石英玻璃基体上制作了含有氢和氟的氧化铝膜。氩气以150sccm的流量、氧气以50sccm的流量、氢气以30sccm的流量、氟气以2.5sccm的流量从各个口导入而成膜。所制作的氧化铝膜中的氢含量[H]为21.0at％，氟含量[F]为8.0at％，氧含量[O]为45.7at％，铝含量[Al]为24.9at％，氩含量[Ar]为0.4at％。另外，193nm波长下的消光系数为7.0E-4。
在样品14中，使用图2的成膜装置200，在石英玻璃基体上制作了含有氢和氟的氧化铝膜。氩气以150sccm的流量、氧气以50sccm的流量、氢气以70sccm的流量、氟气以0.5sccm的流量从各个口导入而成膜。所制作的氧化铝膜中的氢含量[H]为27.3at％，氟含量[F]为0.8at％，氧含量[O]为46.5at％，铝含量[Al]为25.1at％，氩含量[Ar]为0.3at％。另外，193nm波长下的消光系数为6.8E-4。
在样品15中，使用图2的成膜装置200，在石英玻璃基体上制作了含有氢和氟的氧化铝膜。氩气以150sccm的流量、氧气以50sccm的流量、氢气以50sccm的流量、氟气以1.0sccm的流量从各个口导入而成膜。所制作的氧化铝膜中的氢含量[H]为24.8at％，氟含量[F]为1.7at％，氧含量[O]为47.9at％，铝含量[Al]为25.4at％，氩含量[Ar]为0.2at％。另外，193nm波长下的消光系数为4.7E-4。
在样品16中，使用图2的成膜装置200，在石英玻璃基体上制作了含有氢和氟的氧化铝膜。氩气以150sccm的流量、氧气以50sccm的流量、氢气以50sccm的流量、氟气以0.5sccm的流量从各个口导入而成膜。所制作的氧化铝膜中的氢含量[H]为24.4at％，氟含量[F]为0.7at％，氧含量[O]为49.8at％，铝含量[Al]为24.8at％，氩含量[Ar]为0.3at％。
在样品17中，使用图2的成膜装置200，在石英玻璃基体上制作了含有氢和氟的氧化铝膜。氩气以150sccm的流量、氧气以50sccm的流量、氢气以50sccm的流量、氟气以2.0sccm的流量从各个口导入而成膜。所制作的氧化铝膜中的氢含量[H]为24.0at％，氟含量[F]为4.5at％，氧含量[O]为46.0at％，铝含量[Al]为25.2at％，氩含量[Ar]为0.3at％。另外，193nm波长下的消光系数为3.3E-4。
在样品18中，使用图2的成膜装置200，在石英玻璃基体上制作了含有氢和氟的氧化铝膜。氩气以150sccm的流量、氧气以50sccm的流量、氢气以50sccm的流量、氟气以3.0sccm的流量从各个口导入而成膜。所制作的氧化铝膜中的氢含量[H]为24.0at％，氟含量[F]为5.5at％，氧含量[O]为44.8at％，铝含量[Al]为25.1at％，氩含量[Ar]为0.6at％。另外，193nm波长下的消光系数为1.3E-4。
在样品19中，使用与图2的成膜装置200类似的使用了溅射法的成膜装置，在石英玻璃基体上制作了含有氢和氟的氧化铝膜。
在此使用的成膜装置与成膜装置200导入的气体种类不同。氩气以20sccm的流量、氧气以150sccm的流量、H2O气体以4sccm的流量、CF4气体以2sccm的流量从各个口导入而成膜。所制作的氧化铝膜中的氢含量[H]为2.3at％，氟含量[F]为4.3at％，氧含量[O]为56.9at％，铝含量[Al]为36.2at％，氩含量[Ar]为0.3at％。另外，193nm波长下的消光系数为3.1E-3。
对各样品进行结晶性的评价，结果不论消光系数的大小如何，均为非晶质。
在各样品中，确认了氧化铝膜中含有氩，这是因为使用导入氩而进行成膜的溅射法来制作氧化铝膜的缘故。
表1中汇总示出各样品的数据。在表1中，还示出了相对于193nm的波长的折射率。另外，在表1中，对光学特性进行综合评价，分类为评价I～V。评价I为消光系数大于样品19，折射率高于样品19。评价II为消光系数小于样品19，折射率高于样品00。评价III为消光系数小于样品19，折射率低于样品19。评价IV、V为消光系数小于样品19，折射率高于样品19。评价V的消光系数小于1.0E-03。需要说明的是，符合评价V的样品13～18的折射率为样品00以上，但这一点也可以不是评价V的基准。对于也用作评价基准的样品00、19，分别设为评价X、Y。
表1
根据表1，说明对于[Al]、[O]、[H]、[F]、[Ar]优选满足的条件A～E。
条件A1…[Al]≤39.0at％
条件A1意味着[Al]显著低于氧化铝的化学计量组成Al2O3中的Al的含量40.0at％。至少样品01～19满足条件A2。
条件A2…[Al]≤35.0at％
至少样品01～18满足条件A2。
条件A3…[Al]≤30.0at％
至少样品02～18满足条件A3。
条件A4…[Al]≤25.4at％
至少样品13～18满足条件A4。样品15相当于[Al]＝25.4at％。
条件A5…[Al]≥20.0at％
条件A5意味着[Al]为氧化铝的化学计量组成Al2O3中的Al的含量40.0at％的一半以上。至少样品01～18满足条件A5。
条件A6…[Al]≥24.8at％
至少样品01～18满足条件A6。样品16相当于[Al]＝24.8at％。
条件B1…[O]≤59.0at％
条件B1意味着[O]显著低于氧化铝的化学计量组成Al2O3中的O的含量60.0at％。认为氢含量[H]为0at％的氧化铝膜理想的是化学计量组成为Al2O3，氧含量[O]为60.0at％，但在表1中，样品00的[O]小于60.0at％。推测这是因为在氧化铝膜中产生了氧缺陷。其他样品01～19也同样，至少样品01～18满足条件A5。
条件B2…[O]≤55.5at％
至少样品01～18满足条件B2。
条件B3…[O]≤53.5at％
至少样品02～18满足条件B3。
条件B4…[O]≤49.8at％
至少样品13～18满足条件B3。样品16相当于[O]＝49.8at％。
条件B5…[O]≥30.0at％
条件B5意味着[O]为氧化铝的化学计量组成Al2O3中的O的含量60.0at％的一半以上。至少样品01～18满足条件B5。
条件B6…[O]≥44.8at％
至少样品13～18满足条件B6。样品18相当于[O]＝44.8at％。
条件C1…[H]≥1.0at％
至少样品01～18满足条件C1。即使考虑不可避免的氢的混入，也难以认为样品00满足条件C0。
条件C2…[H]≥5.0at％
[H]＝5.0at％是样品00中的[H]与样品01中的[H]的中间值。至少样品01～18满足条件C2。
条件C3…[H]≥10.0at％
至少样品01～18满足条件C3。
条件C4…[H]≥20.0at％
至少样品02～18满足条件C4。
条件C5…[H]≤40.0at％
至少样品01～18满足条件C5。
条件C6…[H]≤30.0at％
至少样品01～18满足条件C6。
条件D1…[F]≥0.1at％
至少样品07～18满足条件D1。即使考虑不可避免的氟的混入，也难以认为样品00～06满足条件D1。
条件D2…[F]≥0.5at％
至少样品07～19满足条件D2。
条件D3…[F]≤20.0at％
至少样品01～18满足条件D3。
条件D4…[F]≤10.0at％
至少样品01～18满足条件D4。
条件D5…[F]≤8.0at％
至少样品01～18满足条件D5。
条件E1…[Ar]≥0.1at％
至少样品01～18满足条件E1。
条件E2…[Ar]≤1.0at％
至少样品01～18满足条件E1。
测定所制作的氧化铝膜中的氢含量[H]，将所得到的氧化铝膜中的氢含量[H]与193nm波长下的消光系数k的关系示于图3的(a)。
结果是：若氧化铝膜中的氢含量[H]增加，则消光系数变小，即对193nm波长的光的吸收变小。另外，结果是：若氧化铝膜中的氢含量[H]增加，则折射率变高。
氢含量[H]为10.0at％以上，消光系数为2E-2以下，确认到消光系数变小的效果。确认到在大于20.0at％的氢含量[H]时消光系数急剧减小，小于1E-2。直至氧化铝膜中的最大的氢含量[H]即29.2at％为止，实现了较小的消光系数。
根据表1的结果，对于样品07～18，将表示氧化铝膜中的氧含量[O]与消光系数的关系的图表示于图3的(b)。当氧化铝膜105的氧含量[O]大时，消光系数变小。因此，关于氧化铝膜中的氧含量[O]，也与氧化铝膜105的光学特性相关。根据图3的(b)，在氧含量[O]大于44.8at％的情况下，能够得到消光系数极小的氧化铝膜。
另外，根据表1，能够确认当氢含量[H]增加时，氧含量[O]减少，在氧含量[O]为55.2at％时，消光系数变小的效果，在小于51.9at％的区域，消光系数显著变小。
在样品13～18中，制作了氢和氟的含量不同的氧化铝膜，但全部在193nm波长下的消光系数小，能够得到良好的氧化铝膜。
将作为样品16而制作的氧化铝膜的消光系数的光谱示于图4。在ArF波长193nm处消光系数小至4.7E-4，得到了低吸收的氧化铝膜。另外，即使照射ArF准分子激光也抑制了吸收的产生。
将由样品06、样品15～18制作的氧化铝膜的消光系数谱图示于图5的(a)。可知在小于200nm的波长区域中，消光系数的降低变得显著。由图5的(a)可知，与不含氟的样品06相比，含氟的样品15～18的消光系数更小。在此，将消光系数为4E-4的波长作为基准波长。能够将基准波长视为吸收端波长。根据图5的(a)，样品06(氟含量[F]0at％)的基准波长为194nm。同样地，样品16([F]＝0.7at％)的基准波长为193nm，样品15([F]＝1.7at％)的基准波长为193nm，样品17([F]＝4.5at％)的基准波长为191nm，样品18([F]＝5.5at％)的基准波长为190nm。这样，另外可知样品15～18与样品06相比，基准波长向短波长侧偏移。
为了更容易理解基准波长向短波长侧偏移，将氟含量[F]与基准波长的关系示于图5的(b)。由图5的(b)可知，若含氟多于0at％，则基准波长向短波长侧移动。推定这是因为通过含有氟，氧化铝所具有的材料固有的禁带宽度扩大。基准波长依赖于材料固有的禁带宽度的大小而决定。认为若氧化铝膜中含有氟，则铝与氟产生新的结合，禁带宽度扩大。不含氧的氟化铝(AlF3)的禁带宽度为11eV，大于氧化铝的禁带宽度7eV。因此，认为通过使氧化铝膜中含有氟而使铝与氟产生新的结合，能够实现与氟化铝同样的结合，因此禁带宽度扩大。如果氧化铝膜中含有氟就能够得到该效果，通过0.1at％以上的氟含量[F]就能够得到效果。更优选的氟含量[F]为吸收端比193nm短波长化的0.7at％以上。
需要说明的是，由表1可知，样品13～18比样品07～12折射率高，适合作为多层膜成膜时的高折射率材料。在使用氧化铝作为高折射率材料的情况下，优选折射率高的。从折射率的观点出发，氟含量[F]优选为8.0at％以下。
进而，发明人等为了明确氢含量[H]和氟含量[F]对氧化铝膜造成的影响，着眼于氧化铝膜的表面的粗糙度，利用AFM测定了粗糙度。关于样品13～18和样品07～12，在表1中示出氧化铝膜中所含的氢含量[H]、氟含量[F]、消光系数、粗糙度。
由表1可知，消光系数与粗糙度存在关系性。消光系数大时，粗糙度也大。这表示在氧化铝膜的表面发生了光的散射。
消光系数根据光吸收率A计算，光吸收率A根据下式计算：
A＝1-T-R。
若氧化铝膜的表面的粗糙度大，则在氧化铝膜的表面产生散射，因此透射率T变小。因此，实际上光并不被吸收到膜中，但在表观上，光吸收率A变大，消光系数变大。
为了确定粗糙度变大的原因，用AFM观察样品11的表面。将观察结果示于图6。在样品11的氧化铝的表面，确认了存在高度为10nm以上的突起部。需要说明的是，在图6中，突起部的顶端平坦，但这是因为当超过作为测定范围的10nm时，成为平坦而被观察。实际上，突起部的高度为10nm以上。对样品07～12也进行了同样的观察，结果在全部中容易观察到这样的突起部。另外，对样品13～18进行观察时，难以确认这样的突起部的存在。
在氢含量[H]少的情况或多的情况这两种情况下，既存在消光系数小的情况，也存在消光系数大的情况。氟含量[F]也同样。
在表1中，仅着眼于各种含量[Al]、[O]、[H]、[F]、[Ar]，在掌握含量与消光系数或折射率之间明确的关系性方面是不充分的。因此，将[Al]、[O]、[H]、[F]中的2个之和或比、或者[Al]、[O]、[H]、[F]中的2个之和与其他1个之比作为指标，进行研究。将其结果示于表2、表3。各样品中的各种评价请参照表1。
表2
根据表2，说明对于[Al]、[O]、[H]、[F]、[Ar]，为了提高氧化铝膜105的光学特性而优选满足的条件F～M。
条件F1…[Al]+[O]≥50.0at％
条件F1意味着氧化铝膜105的主要成分为氧化铝。至少样品01～18满足条件F1。
条件F2…[Al]+[O]≥69.9at％
至少样品01～06、13～18满足条件F2。
条件F3…[Al]+[O]≤99.0at％
至少样品01～18满足条件F3。
条件F4…[Al]+[O]≤90.0at％
至少样品01～18满足条件F4。
条件F5…[Al]+[O]≤74.6at％
至少样品07～18满足条件F5。
条件G1…[Al]+[H]≥40.0at％
至少样品01～18满足条件G1。条件G1意味着，在[H]＞0的情况下，[Al]+[H]为氧化铝的化学计量组成Al2O3中的Al的含量40.0at％以上。
条件G2…[Al]+[H]≥42.0at％
至少样品01～18满足条件G2。
条件G3…[Al]+[H]≥45.9at％
至少样品04～06、13～18满足条件G3。
条件G4…[Al]+[H]≤60.0at％
至少样品01～18满足条件G4。
条件G5…[Al]+[H]≤52.4at％
至少样品13～18满足条件G5。
条件H1…[O]+[H]≤75.0at％
至少样品01～18满足条件H1。
条件H2…[O]+[H]≥60.0at％
至少样品01～06、10～18满足条件H2。条件H2意味着，在[H]＞0的情况下，[O]+[H]为氧化铝的化学计量组成Al2O3中的O的含量60.0at％以上。
条件H3…[O]+[H]≥63.0at％
至少样品01～06、10～18满足条件H3。
条件H4…[O]+[H]≥66.7at％
至少样品13～18满足条件H4。
条件I1…[O]/[Al]≥1.30
至少样品01～18满足条件I1。
条件I2…[O]/[Al]≥1.60
至少样品01～07、12～18满足条件I2。条件I2意味着，[O]/[Al]显著大于氧化铝的化学计量组成Al2O3中的O的含量60.0at％与Al的含量40.0at％之比(1.50)。
条件I3…[O]/[Al]≥1.75
至少样品04～06、13～18满足条件I3。
条件I4…[O]/[Al]≤2.10
至少样品01～18满足条件I4。
条件J1…[H]/[Al]≥0.25
至少样品01～18满足条件J1。
条件J2…[H]/[Al]≥0.50
至少样品02～18满足条件J2。
条件J3…[H]/[Al]≥0.75
至少样品03～18满足条件J3。
条件J4…[H]/[Al]≤1.25
至少样品01～18满足条件J4。
条件J5…[H]/[Al]≤1.10
至少样品13～18满足条件J5。
条件K1…[H]/[O]≥0.10
至少样品01～18满足条件K1。
条件K2…[H]/[O]≥0.25
至少样品02～18满足条件K2。
条件K3…[H]/[O]≥0.46
至少样品10～18满足条件K3。
条件K4…[H]/[O]≤0.75
至少样品01～18满足条件K4。
条件K5…[H]/[O]≤0.59
至少样品13～18满足条件K5。
条件L1…[O]/([Al]+[H])≤1.40
至少样品01～18满足条件L1。条件L1意味着，[O]/([Al]+[H])显著小于氧化铝的化学计量组成Al2O3中的O的含量60.0at％与Al的含量40.0at％之比(1.50)。
条件L2…[O]/([Al]+[H])≤1.10
至少样品02～18满足条件L2。
条件L3…[O]/([Al]+[H])≤1.01
至少样品07～18满足条件L3。
条件L4…[O]/([Al]+[H])≥0.70
至少样品01～18满足条件L4。
条件L5…[O]/([Al]+[H])≥0.89
至少样品13～18满足条件L5。
条件M1…([O]+[H])/[Al]≥1.60
至少样品01～18满足条件M1。条件M1意味着，([O]+[H])/[Al]显著大于氧化铝的化学计量组成Al2O3中的O的含量60.0at％与Al的含量40.0at％之比(1.50)。
条件M2…([O]+[H])/[Al]≥1.90
至少样品01～18满足条件M2。
条件M3…([O]+[H])/[Al]≥2.68
至少样品13～18满足条件M3。
条件M4…([O]+[H])/[Al]≤3.00
至少样品01～18满足条件M4。
条件N1…[H]/([Al]+[O])≥0.10
至少样品01～18满足条件N1。
条件N2…[H]/([Al]+[O])≤0.40
至少样品13～18满足条件N2。
本发明的发明人等推测了氢填埋氧化铝膜中产生的晶格缺陷(氧缺陷)的模型。没有缺陷的氧化铝膜被认为是化学计量组成的Al2O3，Al2O3膜中的铝与氧的原子数之比为2：3，即[O]/[Al]＝1.50。在表2中，条件I、L、M与此相关，但对[H]直接相关的条件L、M进行研究。
图7的(a)表示条件L即[O]/([Al]+[H])与消光系数的关系，图7的(b)表示条件L即[O]/([Al]+[H])与折射率的关系。由图7的(a)可理解，得到比评价Y(样品19)低的消光系数的样品满足条件L1、L2。另外，由图7的(b)可理解，得到比评价Y(样品19)高的折射率的样品满足条件L1。
接下来，着眼于氧化铝膜中的氢含量[H]与氧含量[O]之和与铝含量[Al]之比([O]+[H])/[Al]，即条件M。在评价I～V的样品01～19中，比由化学计量组成的Al2O3得到的([O]+[H])/[Al]＝1.50([H]＝0)大，满足条件M1，进而满足([O]+[H])/[Al]≥1.90这样的条件M2。
关于消光系数、折射率依赖于条件L、M，推测是由于不仅氢填埋氧化铝膜中产生的晶格缺陷，而且氢被在晶格间捕获。由此，认为氧化铝膜中产生的吸收得到抑制，消光系数变小。在条件M1下，能够确认消光系数小于样品00的效果。另外，可知若满足条件M3，则消光系数变得相当小。推测这是因为在晶格间捕获的氢变多，从而其效果显著地显现。
在由氢与铝和氧中的至少一者的比表示的其他条件J、K、N中也同样地，在样品00～18与样品19之间观察到显著的差异。
认为与如羟基(OH)那样氢(H)经由氧(O)与铝(Al)结合相比，氢(H)直接与铝(Al)结合更有利于低吸收化和/或高折射率化。样品01～18由于使用氢气(H2气体)成膜，因此氢(H)容易与铝(Al)结合，样品19由于使用H2O气体成膜，因此羟基(OH)容易与铝(Al)结合。认为应该由氧气(O2)供给的氧(O)产生缺陷，在该缺陷中配置氢或羟基，与铝(Al)结合。在此，基于图3，考虑增加氢的含量。在氧缺陷中配置氢的情况下，[O]的变动小，[H]的增加变大，因此若氢的含量增大，则存在[H]/[O]增加，[O]/[H]减少的倾向。另一方面，在氧缺陷中配置羟基的情况下，[O]和[H]都增加，因此[H]/[O]和[O]/[H]的变动小。认为这被表现在条件K、L、N中。
表3
根据表3，说明对于[Al]、[O]、[H]、[F]、[Ar]，为了提高氧化铝膜105的光学特性而优选满足的条件O～W。
条件O1…[O]+[F]≤60.0at％
至少样品01～18满足条件O1。条件O1意味着，在[F]＞0的情况下，[O]+[F]为氧化铝的化学计量组成Al2O3中的O的含量60.0at％以下。
条件O2…[O]+[F]≤56.0at％
至少样品01～18满足条件O2。
条件O3…[O]+[F]≥45.0at％
至少样品07～18满足条件O3。
条件P1…[H]+[F]≥10.0at％
至少样品01～18满足条件P1。
条件P2…[H]+[F]≥20.0at％
至少样品02～18满足条件P2。
条件P3…[H]+[F]≤40.0at％
至少样品01～18满足条件P3。
条件P4…[H]+[F]≤30.0at％
至少样品13～18满足条件P4。
条件Q1…[Al]+[F]≤42.4at％
至少样品01～18满足条件Q1。
条件Q2…[Al]+[F]≤40.0at％
至少样品10～18满足条件Q2。条件Q2意味着，在[F]＞0的情况下，[Al]+[F]为氧化铝的化学计量组成Al2O3中的Al的含量40.0at％以下。
条件Q3…[Al]+[F]≤32.9at％
至少样品13～18满足条件Q3。
条件Q4…[Al]+[F]≥25.5at％
至少样品01～18满足条件Q4。
条件R1…[F]/[H]≤1.00
至少样品01～18满足条件R1。
条件R2…[F]/[H]≤0.50
至少样品01～18满足条件R2。
条件R3…[F]/[H]≥0.01
至少样品07～18满足条件R3。
条件R4…[F]/[H]≥0.03
至少样品07～18满足条件R4。
条件S1…([O]+[F])/[Al]≥1.60
至少样品01～18满足条件S1。条件S1意味着，([O]+[F])/[Al]显著大于氧化铝的化学计量组成Al2O3中的O的含量60.0at％与Al的含量40.0at％之比(1.50)。
条件S2…([O]+[F])/[Al]≥1.75
至少样品07～18满足条件S2。
条件S3…([O]+[F])/[Al]≥1.88
至少样品13～18满足条件S3。
条件S4…([O]+[F])/[Al]≤2.20
至少样品01～18满足条件S4。
条件S5…([O]+[F])/[Al]≤2.04
至少样品14～18满足条件S5。
条件T1…([H]+[F])/[Al]≥0.25
至少样品01～18满足条件T1。
条件T2…([H]+[F])/[Al]≥1.00
至少样品07～18满足条件T2。
条件T3…([H]+[F])/[Al]≤1.50
至少样品07～18满足条件T3。
条件T4…[H]/([Al]+[F])≤1.18
至少样品13～18满足条件T4。
条件U1…[H]/([Al]+[F])≥0.25
至少样品07～18满足条件U1。
条件U2…[H]/([Al]+[F])≥0.50
至少样品07～18满足条件U1。
条件U3…[H]/([Al]+[F])≥0.75
至少样品13～18满足条件U3。
条件U4…[H]/([Al]+[F])≤1.25
至少样品01～18满足条件U4。
条件U5…[H]/([Al]+[F])≤1.10
至少样品07～18满足条件U5。
条件V1…([H]+[F])/[O]≥0.18
至少样品01～18满足条件V1。
条件V2…([H]+[F])/[O]≥0.50
至少样品07～18满足条件V2。
条件V3…([H]+[F])/[O]≤1.05
至少样品01～18满足条件V3。
条件V4…([H]+[F])/[O]≤0.66
至少样品13～18满足条件V4。
条件W1…[H]/([O]+[F])≥0.10
至少样品01～18满足条件W1。
条件W2…[H]/([O]+[F])≥0.39
至少样品09～18满足条件W2。
条件W3…[H]/([O]+[F])≥0.48
至少样品10～12、14～18满足条件W3。
条件W4…[H]/([O]+[F])≤0.66
至少样品01～18满足条件W4。
条件W5…[H]/([O]+[F])≤0.58
至少样品13～18满足条件W5。
在图8中表示氢含量[H]与氟含量[F]的关系。在图8中，将氢含量[H]作为横轴，将氟含量[F]作为纵轴，示出与评价结果的关联。由图8可知，氢含量[H]与氟含量[F]与评价相关。发明人等推定，若使氧化铝膜中含有氟，则在氧化铝分子内铝与氟产生新的结合，实现了基准波长(吸收端波长)的短波长化。即使氟的含量[F]比较小，也能够充分得到低吸收化的效果，但即使进一步增大氟的含量[F]，低吸收化的效果也不会那么提高，反而降低。另外，氟的含量[F]的增大会导致低折射率化。另一方面，如图3所示，氢的含量[H]越大，越有利于低吸收化和高折射率化。而且，作为条件R的[F]/[H]小的一方有评价变好的倾向。如上所述，推测这与氟化铝的生成有关。可知评价Y的情况不满足条件R1，与此相对，满足条件R1的情况为评价III、IV、V。进而可知，评价III的情况不满足条件R2，与此相对，满足条件R2的情况为评价IV、V。另外，评价III、IV的情况不满足条件P4，与此相对，满足条件P4的情况为评价V。
需要说明的是，在此以消光系数1.0E-3为分界来判断评价IV和评价V。
在氢含量[H]多的情况下，消光系数小于1.0E-3的是氟含量[F]少的情况。进而，在氢含量[H]少的情况下，即使氟含量[F]在一定程度上多，消光系数也小于1.0E-3。如图8所示，消光系数小于1.0E-3的氢含量[H]与氟含量[F]的关系性是，氢含量[H]与氟含量[F]之和为30.0at％的情况，此时能够得到良好的氧化铝膜105。
通过观察氧化铝膜的表面可知，与样品13～18相比，样品07～12的消光系数大的原因之一是突起部的存在。该突起部被推定为氟化铝形成块而存在。认为，若氟气的供给量变多，则形成氟化铝分子，产生了图6中观察到的突起部。另外，认为氢具有促进氟化铝的形成的效果。本实施方式的氧化铝膜通过供给反应性气体进行溅射的反应性溅射法成膜。虽然在成膜中供给氢气和氟气，但若氢气的供给量多，则会促进在基体上形成氟化铝。另一方面，认为如果氢气的供给量少，则能够抑制在基体上形成氟化铝。如果氢气的导入量少，则即使在一定程度上氟气的供给量多，突起部的形成也被抑制，实现消光系数小的氧化铝膜。另一方面，若氢气的供给量变多，则即使氟气的量较少，也会促进氟化铝的形成而形成突起部，因此认为消光系数变大。用氟与氢之比表示的其他条件T、U、W也同样地，样品00～18与样品19之间可见显著差异。
以氟与铝和氧的至少一方的比表示的其他条件S、T、V也同样地，在样品00～18与样品19之间可见显著的差异。
能够以得到评价I～V中的任意的光学特性的方式使用满足上述条件A～W中的1个以上的条件的氧化铝膜105来制造光学元件100。
光学元件100能够应用于各种光学设备EQP。作为具备光学元件100的光学设备EQP的例子，有照相机镜头、望远镜、投影仪、曝光装置、测量器等。尤其适合于如投影仪、曝光装置、测量器那样具备光源的光学设备。这是因为，光学元件100能够与光源的波长匹配地设计光学元件100的层叠膜20，以使来自光源的光透射和/或反射。来自光源的光可以是红外光、可见光、紫外光中的任一种，但本实施方式的光学元件由于紫外光的吸收小，因此适合于光源为紫外光的情况。
在图9中示出作为光学设备EQP的一例的曝光装置的示意图。作为曝光装置的光学设备EQP具备光源1和构成照明光学系统的反射镜2、3。另外，光学设备EQP具备搭载中间掩模4的中间掩模载置台5、投影中间掩模4的图案的投影光学系统6、以及搭载基板7的基板载置台8。来自光源1的曝光的光9被照明光学系统的反射镜2、3反射而向中间掩模4引导，伴随中间掩模4的图案的曝光的光9被投影光学系统6聚光，向基板7投影。通过光源1和光学元件100将形成于中间掩模4的图案投影到基板7。在基板7涂布有光致抗蚀剂，通过曝光的光9对光致抗蚀剂进行曝光。
基板7既可以是半导体晶圆，也可以是FPD(平板显示器)用的玻璃基板。曝光装置的曝光的光典型地为紫外光。关于曝光的光的波长，如果是g线光源则为436nm，如果是i线光源则约为365nm。关于曝光的光的波长，如果是KrF准分子激光器光源则约为248nm，如果是ArF准分子激光器光源则约为193nm，如果是F2准分子激光器光源则约为157nm，如果是EUV(极紫外线)光源则为10nm～20nm。如使用图5所说明的那样，本实施方式在小于200nm的波长区域中，能够显著地降低吸收，因此适合于使用包含小于200nm的波长区域的光的光源的情况。在此，示出了在照明光学系统的反射镜2、3中采用光学元件100的例子，但也可以在投影光学系统的透镜中采用光学元件100。另外，也可以由反射镜构成投影光学系统，在该反射镜中采用光学元件100。投影光学系统既可以是缩小投影型，也可以是等倍投影型，还可以是放大投影型。在此例示了透射型的中间掩模4，但也可以使用反射型的中间掩模4。投影光学系统既可以是使用透镜的折射型，也可以是使用反射镜的反射型。对具备EUV光源的曝光装置所具备的反射型的缩小投影光学系统的反射镜，也可以使用光学元件100。
近年来，在曝光装置中，正在研究提高到达感光基板上的光的强度而在短时间内对基板进行曝光，提高曝光装置的生产能力。因此，曝光装置的光源存在高输出化的倾向。对于高输出的ArF准分子激光的光，如果提高多个氧化铝膜的光学特性，则曝光装置的生产能力将大幅提高。
[实施例]
在实施例1、2中，对制作以在反射型光学元件的表面具有反射构造为特征的光学构造体的具体例进行说明。在石英玻璃的基体101上，高折射率层103和低折射率层104交替地合计层叠40层，构成光学构造体102。
在实施例1中，使用表1的样品16作为高折射率层103，在实施例2中，使用样品11作为高折射率层103。作为低折射率层104，使用氟化铝。鉴于各自的折射率，鉴于光学元件100的使用目的，为了在波长193nm下使反射特性最大化，使各层的物理膜厚最佳化来决定光学构造体的结构。在表4中示出实施例1的光学元件的层结构，在表5中示出实施例2的光学元件的层结构。
表4
表5
在图10的(a)中示出实施例1、2的反射型光学元件的反射特性。关于反射型光学元件的反射率，在波长为180nm～250nm的范围内，对光线入射角为45度的情况进行了测定。在实施例1中，193nm处的反射率为98％以上，是良好的结果。在实施例2中，193nm处的反射率为96.4％。实施例1能够实现比实施例2高的反射率。
在实施例3、4中，对制作以在反射型光学元件的表面具有反射构造为特征的光学构造体的具体例进行说明。在石英玻璃的基体101上，高折射率层103和低折射率层104交替地合计层叠7层，构成光学构造体102。在实施例1中，使用表1的样品16作为高折射率层103，在实施例2中，使用样品11作为高折射率层103。作为低折射率层104，使用氟化铝。鉴于各自的折射率，鉴于光学元件100的使用目的，为了在波长193nm下使透射特性最大化，使各层的物理膜厚最佳化来决定光学构造体的结构。表6中示出实施例3的光学元件的层结构，表7中示出实施例4的光学元件的层结构。关于透射型光学元件的反射率，在波长为180nm～250nm的范围内，对光线入射角为45度的情况进行了测定。在实施例3中，193nm处的透射率为99％以上，是良好的结果。在实施例2中，193nm处的透射率为98.8％。
表6
表7
在图10的(b)中示出实施例3、4的透射型光学元件的透射特性。关于透射型光学元件的透射率，对光线入射角10度的情况进行了测定。在实施例3中，193nm处的透射率为99％以上，是良好的结果。在实施例4中，193nm处的透射率为98.8％。实施例3能够实现比实施例2高的透射率。
本说明书的公开内容至少包含以下的结构1～31。
[结构1]
一种光学元件，具备基体和设置在所述基体之上的光学构造体，其中，
所述光学构造体至少具有第1电介质层、第2电介质层、第3电介质层，该第3电介质层位于所述第1电介质层与所述第2电介质层之间，具有比所述第1电介质层和所述第2电介质层低的折射率，
所述第1电介质层和所述第2电介质层是含有氧化铝和氢的膜，
将所述膜中的氧的含量设为[O]at％，将所述膜中的铝的含量设为[Al]at％，将所述膜中的氢的含量设为[H]at％，
满足[Al]+[O]≥50.0at％以及[O]/([Al]+[H])≤1.40。
[结构2]
根据结构1所述的光学元件，其中，
满足([O]+[H])/[Al]≥1.90。
[结构3]
根据结构1或者2所述的光学元件，其中，
满足[H]/[O]≥0.10。
[结构4]
根据结构1～3中的任意一项所述的光学元件，其中，
满足[H]/([Al]+[O])≥0.10。
[结构5]
根据结构1～4中的任意一项所述的光学元件，其中，
将所述膜中的氟的含量设为[F]at％，
满足([O]+[F])/[Al]≥1.60。
[结构6]
根据结构1～5中的任意一项所述的光学元件，其中，
满足[H]/[Al]≥0.25。
[结构7]
根据结构1～6中的任意一项所述的光学元件，其中，
满足下述至少一者：
[O]/[Al]≥1.75；
[H]/[Al]≥0.75；
[H]/[O]≥0.46；
[O]/([Al]+[H])≤1.10；
([O]+[H])/[Al]≥2.68。
[结构8]
根据结构1～7中的任意一项所述的光学元件，其中，
满足下述至少一者：
[H]≥10.0at％；
[Al]≤35.0at％；
[O]≤55.5at％；
[Al]+[O]≤90.0at％；
[Al]+[H]≥40.0at％；
[O]+[H]≥60.0at％。
[结构9]
根据结构1～8中的任意一项所述的光学元件，其中，
满足[H]≥20.0at％以及[H]≤30.0at％。
[结构10]
根据结构1～9中的任意一项所述的光学元件，其中，
满足下述至少一者：
[H]/[O]≤0.75；
[H]/[Al]≤1.25；
[O]/([Al]+[H])≥0.70；
([O]+[H])/[Al]≤3.00；
[H]/([Al]+[O])≤0.40。
[结构11]
一种光学元件，具备基体和设置在所述基体之上的光学构造体，其中，
所述光学构造体至少具有含有氧化铝、氢以及氟的膜，
将所述膜中的氧的含量设为[O]at％，将所述膜中的铝的含量设为[Al]at％，将所述膜中的氢的含量设为[H]at％，将所述膜中的氟的含量设为[F]at％，
满足[Al]+[O]≥50.0at％以及[F]/[H]≤1.0。
[结构12]
根据结构11所述的光学元件，其中，
满足[H]/([Al]+[F])≥0.25。
[结构13]
根据结构11或者12所述的光学元件，其中，
满足[H]/([O]+[F])≥0.10。
[结构14]
根据结构11～13中的任意一项所述的光学元件，其中，
满足([H]+[F])/[Al]≥0.25。
[结构15]
根据结构11～14中的任意一项所述的光学元件，其中，
满足([H]+[F])/[Al]≥1.00以及([H]+[F])/[Al]≤1.50。
[结构16]
根据结构11～15中的任意一项所述的光学元件，其中，
满足[F]/[H]≤0.50。
[结构17]
根据结构11～16中的任意一项所述的光学元件，其中，
满足([H]+[F])/[O]≥0.50。
[结构18]
根据结构11～17中的任意一项所述的光学元件，其中，
满足[H]+[F]≥20.0at％以及[H]+[F]≤30.0at％。
[结构19]
根据结构11～18中的任意一项所述的光学元件，其中，
满足下述至少一者：
[O]+[F]≤60.0at％；
[Al]+[F]≤40.0at％。
[结构20]
根据结构11～19中的任意一项所述的光学元件，其中，
满足([O]+[F])/[Al]≥1.75。
[结构21]
根据结构11所述的光学元件，其中，
所述光学构造体至少具有第1电介质层、第2电介质层、第3电介质层，该第3电介质层位于所述第1电介质层与所述第2电介质层之间，具有比所述第1电介质层和所述第2电介质层低的折射率，
所述第1电介质层和所述第2电介质层是所述膜。
[结构22]
根据结构1～21中的任意一项所述的光学元件，其中，
所述光学构造体具有防反射构造。
[结构23]
根据结构1～21中的任意一项所述的光学元件，其中，
所述光学构造体具有反射构造。
[结构24]
根据结构1～20中的任意一项所述的光学元件，其中，
所述基体中的所述膜侧的表面为凹面或者凸面。
[结构25]
根据结构1～20中的任意一项所述的光学元件，其中，
所述光学元件为透镜、反射镜或者棱镜。
[结构26]
根据结构1～20中的任意一项所述的光学元件，其中，
所述基体的主成分是氧化硅或者氟化钙。
[结构27]
一种设备，其特征在于，具备：
结构1～20中的任意一项所述的光学元件；以及
保持部件，保持所述光学元件。
[结构28]
一种设备，其特征在于，具备：
结构1～20中的任意一项所述的光学元件；以及
光源，生成对所述膜照射的紫外光。
[结构29]
根据结构28所述的设备，其中，
所述紫外光的波长小于200nm。
[结构30]
根据结构29所述的设备，其中，具备：
中间掩模载置台，搭载中间掩模；以及
基板载置台，搭载基板，
由所述光源生成的紫外光经由所述中间掩模和所述光学元件照射到所述基板。
[结构31]
根据结构27～30中的任意一项所述的设备，其中，
所述膜含有氩，所述膜中的氧的含量、所述膜中的铝的含量、所述膜中的氢的含量、所述膜中的氟的含量、所述膜中的氩的含量之和为99.0at％以上。
以上，所说明的实施方式能够在不脱离技术思想的范围内适当变更。例如能够组合多个实施方式。另外，能够进行至少1个实施方式的一部分事项的删除或置换。另外，还能够在至少1个实施方式中进行新事项的追加。
需要说明的是，本说明书的公开内容不仅包括本说明书中明示地记载的内容，还包括能够从本说明书和本说明书所附的附图掌握的全部事项。另外，本说明书的公开内容包含本说明书所记载的个别概念的补集。即，如果在本说明书中有例如“A是B”的意思的记载，则即使省略了“A不是B”的情况的记载，也可以说本说明书公开了“A不是B”的情况。这是因为，在记载了“A是B”的意思的情况下，以考虑“A不是B”的情况为前提。
符号说明
100 光学元件
101 基体
102 光学构造体
103a、103b、104a 电介质层
105 氧化铝膜

Claims (31)

1.一种光学元件，具备基体和设置在所述基体之上的光学构造体，其中，
所述光学构造体至少具有第1电介质层、第2电介质层、第3电介质层，该第3电介质层位于所述第1电介质层与所述第2电介质层之间，具有比所述第1电介质层和所述第2电介质层低的折射率，
所述第1电介质层和所述第2电介质层是含有氧化铝和氢的膜，
将所述膜中的氧的含量设为[O]at％，将所述膜中的铝的含量设为[Al]at％，将所述膜中的氢的含量设为[H]at％，
满足[Al]+[O]≥50.0at％以及[O]/([Al]+[H])≤1.40。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其中，
满足([O]+[H])/[Al]≥1.90。
3.根据权利要求1所述的光学元件，其中，
满足[H]/[O]≥0.10。
4.根据权利要求1所述的光学元件，其中，
满足[H]/([Al]+[O])≥0.10。
5.根据权利要求1所述的光学元件，其中，
将所述膜中的氟的含量设为[F]at％，
满足([O]+[F])/[Al]≥1.60。
6.根据权利要求1所述的光学元件，其中，
满足[H]/[Al]≥0.25。
7.根据权利要求1所述的光学元件，其中，
满足下述至少一者：
[O]/[Al]≥1.75；
[H]/[Al]≥0.75；
[H]/[O]≥0.46；
[O]/([Al]+[H])≤1.10；
([O]+[H])/[Al]≥2.68。
8.根据权利要求1所述的光学元件，其中，
满足下述至少一者：
[H]≥10.0at％；
[Al]≤35.0at％；
[O]≤55.5at％；
[Al]+[O]≤90.0at％；
[Al]+[H]≥40.0at％；
[O]+[H]≥60.0at％。
9.根据权利要求1所述的光学元件，其中，
满足[H]≥20.0at％以及[H]≤30.0at％。
10.根据权利要求1所述的光学元件，其中，
满足下述至少一者：
[H]/[O]≤0.75；
[H]/[Al]≤1.25；
[O]/([Al]+[H])≥0.70；
([O]+[H])/[Al]≤3.00；
[H]/([Al]+[O])≤0.40。
11.一种光学元件，具备基体和设置在所述基体之上的光学构造体，其中，
所述光学构造体至少具有含有氧化铝、氢以及氟的膜，
将所述膜中的氧的含量设为[O]at％，将所述膜中的铝的含量设为[Al]at％，将所述膜中的氢的含量设为[H]at％，将所述膜中的氟的含量设为[F]at％，
满足[Al]+[O]≥50.0at％以及[F]/[H]≤1.0。
12.根据权利要求11所述的光学元件，其中，
满足[H]/([Al]+[F])≥0.25。
13.根据权利要求11所述的光学元件，其中，
满足[H]/([O]+[F])≥0.10。
14.根据权利要求11所述的光学元件，其中，
满足([H]+[F])/[Al]≥0.25。
15.根据权利要求11所述的光学元件，其中，
满足([H]+[F])/[Al]≥1.00以及([H]+[F])/[Al]≤1.50。
16.根据权利要求11所述的光学元件，其中，
满足[F]/[H]≤0.50。
17.根据权利要求11所述的光学元件，其中，
满足([H]+[F])/[O]≥0.50。
18.根据权利要求11所述的光学元件，其中，
满足[H]+[F]≥20.0at％以及[H]+[F]≤30.0at％。
19.根据权利要求11所述的光学元件，其中，
满足下述至少一者：
[O]+[F]≤60.0at％；
[Al]+[F]≤40.0at％。
20.根据权利要求11所述的光学元件，其中，
满足([O]+[F])/[Al]≥1.75。
21.根据权利要求11所述的光学元件，其中，
所述光学构造体至少具有第1电介质层、第2电介质层、第3电介质层，该第3电介质层位于所述第1电介质层与所述第2电介质层之间，具有比所述第1电介质层和所述第2电介质层低的折射率，
所述第1电介质层和所述第2电介质层是所述膜。
22.根据权利要求1～21中任一项所述的光学元件，其中，
所述光学构造体具有防反射构造。
23.根据权利要求1～21中任一项所述的光学元件，其中，
所述光学构造体具有反射构造。
24.根据权利要求1～21中任一项所述的光学元件，其中，
所述基体中的所述膜侧的表面为凹面或者凸面。
25.根据权利要求1～21中任一项所述的光学元件，其中，
所述光学元件为透镜、反射镜或者棱镜。
26.根据权利要求1～21中任一项所述的光学元件，其中，
所述基体的主成分是氧化硅或者氟化钙。
27.一种设备，其特征在于，具备：
权利要求1～21中任一项所述的光学元件；以及
保持部件，保持所述光学元件。
28.一种设备，其特征在于，具备：
权利要求1～21中任一项所述的光学元件；以及
光源，生成对所述膜照射的紫外光。
29.根据权利要求28所述的设备，其中，
所述紫外光的波长小于200nm。
30.根据权利要求29所述的设备，其中，具备：
中间掩模载置台，搭载中间掩模；以及
基板载置台，搭载基板，
由所述光源生成的紫外光经由所述中间掩模和所述光学元件照射到所述基板。
31.根据权利要求29所述的设备，其中，
所述膜含有氩，所述膜中的氧的含量、所述膜中的铝的含量、所述膜中的氢的含量、所述膜中的氟的含量、所述膜中的氩的含量之和为99.0at％以上。
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