JP2005300889A - 光学多層膜及び光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板表面に形成する光学多層膜において、厚さの薄い基板に光学多層膜を形成する場合でも基板の反りや変形を防止すると共に、透過率の低下を抑制できるようにする。
【解決手段】 基板３の表面３ａに形成される光学多層膜５であって、互いの膜屈折率が異なり、前記表面３ａに交互に積層された低屈折率層７及び高屈折率層９を備え、前記低屈折率層７が酸化窒化硅素から構成された光学多層膜５を提供する。また、前記高屈折率層９が、酸化窒化硅素を除く酸化窒化物から構成された光学多層膜５を提供する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、基板表面に形成する光学多層膜及びこれを備えた光学素子に関する。

デジタルカメラ、顕微鏡等の各種光学機器やレンズ、ミラー等の光学素子には、波長カットフィルター、ダイクロイックフィルター等の光学多層膜が使用されている。この光学多層膜は、ガラス基板等の基板の表面に薄膜状の高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層して構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
これら高屈折率層及び低屈折率層は、その膜構造が安定して光学的再現性が高くなるように、また、光学特性の経時変化が発生しないように、イオンアシスト蒸着法、スパッタリング法により成膜される。
すなわち、これら２つの製法により成膜した場合には、高屈折率層及び低屈折率層の膜構造がアモルファス構造となる。また、これら２つの製法により形成した光学多層膜では、高屈折率層及び低屈折率層の膜密度が高く、膜中に水分が吸着し難くなるため、光学特性の経時変化が発生しない高屈折率層及び低屈折率層を形成することができる。なお、特許文献１に記載の高屈折率層や低屈折率層は、ＴｉＯ_２膜やＭｇＦ_２膜から構成している。
近年、上記構成の光学多層膜を備える光学素子は小型化する傾向にあり、この小型化に伴って光学多層膜を形成する基板の薄型化が要求されている。
特開平８−２５４６１２号公報

しかしながら、基板表面に形成した高屈折率層や低屈折率層においては、内部応力が発生するため、基板を薄く形成した場合には、この内部応力によって基板に反りや変形が生じるという問題がある。
特に、膜密度の高いアモルファス構造を有する光学多層膜においては、高屈折率層やＭｇＦ_２膜を除く低屈折率層に大きな圧縮応力が発生する。例えば、低屈折率層を酸化硅素膜から形成した場合には、約３００ＭＰａの圧縮応力が発生する。このため、上述の圧縮応力によって基板の反りや変形も大きくなる。
すなわち、光学多層膜においては光軸のずれに問題が発生しないように、基板の反り量を２０μｍ以下とすることが望ましいが、例えば、厚さ０．３ｍｍの基板に約４０層の光学多層膜を形成した場合には、基板に１００μｍ程度の反りが発生してしまう。

一方、特許文献１に記載した光学多層膜では、圧縮応力を発生するＴｉＯ_２膜を高屈折率層として形成し、引張応力を発生するＭｇＦ_２膜を低屈折率層として形成している。このため、これらＴｉＯ_２膜及びＭｇＦ_２膜を交互に積層することにより、内部応力を相殺して内部歪みを低減し、クラックの発生を回避している。
しかしながら、ＭｇＦ_２膜をイオンアシスト蒸着法で成膜する場合には、イオンアシスト蒸着時に酸素プラズマ、アルゴンプラズマ等のプラズマが発生するため、このプラズマエネルギーによってＭｇＦ_２膜においてフッ素脱離が発生する。このフッ素脱離は、マグネシウムとフッ素との結合エネルギーが弱く、この原子間結合がプラズマエネルギーによって切断されることに起因する。そして、このフッ素脱離が生じると、紫外領域において光の散乱による吸収を生じ、それを用いた光学多層膜の透過率が極端に低下する。したがって、イオンアシスト蒸着法により形成されたＭｇＦ_２膜は、紫外領域の透過光を対象とする光学多層膜や光学素子に使用できないという問題がある。

また、ＴｉＯ_２膜は、波長４００ｎｍ以下の光を吸収する光学特性を有しているため、４００ｎｍ以下の波長領域の透過光を対象とする光学多層膜や光学素子に使用できないという問題がある。
また、上述したＭｇＦ_２膜やＴｉＯ_２膜を含む光学多層膜を光学素子に使用するガラスに設けた場合には、所望する光量を十分に得ることができないため、光学素子を利用する際には、光学素子の視認性が劣化するという問題がある。
なお、光学素子の基板として使用するＢＳＬ７等のガラスは、３５０ｎｍ以上の波長領域において、裏面反射を除くと光の透過率が９５％以上である。このため、このガラスに光学多層膜を設けた光学素子の透過率も９５％以上とすることが最も望ましく、一般に、著しい光量の低下を招かない透過率は８５％以上とすることが望ましいといわれている。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、厚さの薄い基板に光学多層膜を形成する場合でも基板の反りや変形を防止すると共に、透過率の低下を抑制できる光学多層膜及びこれを備えた光学素子の提供を目的としている。

上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、基板の表面に形成される光学多層膜であって、互いの膜屈折率が異なり、前記表面に交互に積層された低屈折率層及び高屈折率層を備え、前記低屈折率層が酸化窒化硅素から構成されていることを特徴とする光学多層膜を提供する。
この発明に係る光学多層膜によれば、低屈折率層を構成する酸化窒化硅素は、硅素原子と酸素原子、硅素原子と窒素原子の原子間結合エネルギーが高いため、イオンアシスト蒸着法やスパッタリング法により低屈折率層を形成してもプラズマエネルギーにて構成元素の解離が発生しない。
また、酸化窒化硅素により低屈折率層を形成することにより、紫外領域の光も吸収しないため、紫外領域での透過率を確保することができる。

さらに、イオンアシスト蒸着法やスパッタリング法で形成した酸化窒化硅素の低屈折率層の内部応力は、圧縮応力であっても２０ＭＰａ以下と極めて小さく、イオンアシスト蒸着法やスパッタリング法で形成した酸化硅素の低屈折率層の内部応力の１／１０以下となる。したがって、基板の反りや変形を防止することができる。
なお、この内部応力低下の理由は、酸化硅素からなる低屈折率層では、硅素原子と酸素原子との強い原子間引力によってこれら原子同士で網目構造を作っているが、この構造に窒素原子が入り込んだ場合には、アモルファス構造が崩れ、各元素の原子間引力を弱めるためである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学多層膜において、前記高屈折率層が、酸化窒化硅素を除く酸化窒化物から構成されていることを特徴とする光学多層膜を提供する。
この発明に係る光学多層膜によれば、酸化窒化物により構成された高屈折率層は波長４００ｎｍ以下に光の吸収帯域を持たないため、紫外領域における光学多層膜の透過率低下を防止することができる。そして、高屈折率層の酸化窒化物において、窒素と酸素との比率を適宜変更することにより、圧縮圧力となる高屈折率層の内部応力を低減することができる。例えば、イオンアシスト蒸着法やスパッタリング法により高屈折率層を形成する場合には、窒素と酸素との比率を（０．５：９．５）〜（３：７）とすることにより、高屈折率層の内部応力を数十ＭＰａに抑えて、この内部応力をほぼ無くすことができる。
したがって、圧縮応力が極めて小さい酸化窒化硅素からなる低屈折率層と、窒素と酸素との比率を調整して圧縮応力をほぼ無くした酸化窒化物からなる高屈折率層とを交互に積層することにより、基板の反りや変形を防止することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の光学多層膜において、前記低屈折率層の膜屈折率が、１．４５以上１．５５未満の範囲であることを特徴とする光学多層膜を提供する。
なお、低屈折率層の膜屈折率は、低屈折率層を構成する酸化窒化硅素における窒素と酸素との比率を適宜変えることにより、変更することができる。したがって、低屈折率層の設計の自由度を向上させることができる。
ここで、低屈折率層の膜屈折率が１．５０以上１．５５未満の範囲にある場合には、紫外領域に含まれる波長３５０ｎｍの光の透過率が約９８％であり、膜屈折率が１．４５以上１．５０未満の範囲にある場合には、波長３５０ｎｍの光の透過率が約９９％であるため、ガラス基板の透過率よりも１％〜２％程度低下することになる。

しかし、例えば、２０層の光学多層膜の場合、ガラス基板上に高屈折率層及び低屈折率層とが、各々所定の厚さで交互に１０層ずつ積層されることになるが、１つの低屈折率層において透過率が１％低下しても、光学素子に用いられるガラス基板の裏面反射を除く透過率９５％と比較して、約８５％の透過率を確保できるため、光学多層膜としては実用可能である。
したがって、２０層以上の光学多層膜とした場合、透過率８５％以上を確保できるように、１つの低屈折率層における透過率の低下を１％以下に納めることが望ましい。すなわち、低屈折率層の膜屈折率の範囲を１．４５以上１．５５未満とすることにより、光学多層膜として実用可能な透過率を確保することができる。

請求項４に係る発明は、請求項２又は請求項３に記載の光学多層膜において、前記高屈折率層の膜屈折率が、２．００以上２．４５未満の範囲であることを特徴とする光学多層膜を提供する。
なお、高屈折率層の膜屈折率は、高屈折率層を構成する酸化窒化物における窒素と酸素との比率を適宜変えることにより、変更することができる。
ここで、高屈折率層の膜屈折率を２．１以上とした場合には、低屈折率層との膜屈折率の差を大きくできるため、多層膜の積層数を減らすことができ、高屈折率層の設計の自由度を向上させることができる。

また、高屈折率層の膜屈折率を２．４５よりも大きくした場合には、前記酸化窒化物における窒素の含有比率が５０％よりも大きく、酸素の含有比率よりも大きくなるため、高屈折率層における波長３５０ｎｍの光の透過率が１％以上低下する。これに対し、高屈折率層の膜屈折率を２．４５未満とした場合には、前記酸化窒化物における窒素の含有比率が５０％以下と、酸素の含有比率と等しい若しくは小さいため、高屈折率層における波長３５０ｎｍの光の透過率の低下が１％以内に収まる。したがって、高屈折率層の膜屈折率は２．４５未満とすることが好ましい。
例えば、２０層以上の光学多層膜の場合、光学多層膜の透過率を８５％以上に確保できるように、１つの高屈折率層の透過率の低下は１％以下とすることが望ましい。すなわち、高屈折率層の膜屈折率を２．００以上２．４５未満の範囲とすることにより、光学多層膜として実用可能な透過率を確保することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の光学多層膜において、前記高屈折率層が、酸化窒化タンタル、酸化タンタル、酸化窒化ニオブ、酸化ニオブ、酸化窒化ジルコニウム、酸化ジルコニウムの少なくとも１種類の化合物から構成されていることを特徴とする光学多層膜を提供する。
この発明に係る光学多層膜によれば、内部応力の小さい高屈折率層を構成することができる。また、酸化窒化タンタル、酸化タンタル、酸化窒化ニオブ、酸化ニオブにより高屈折率層を構成する場合には、高屈折率層をイオンアシスト蒸着法やスパッタリング法により、アモルファス構造を容易に形成することができ、かつ、紫外領域における透過率の低下を防止できる。

請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学多層膜と、該光学多層膜を表面に形成する基板とを備えることを特徴とする光学素子を提供する。
この発明に係る光学多層膜によれば、厚さ０．５ｍｍ以下の極めて薄い基板に４０層以上の光学多層膜を設けても、基板の反りや変形を防止することができる。また、基板を薄く形成できるため、光学素子の薄型化や小型化を図ることができる。

本発明の光学多層膜及び光学素子によれば、低屈折率層を酸化窒化硅素から構成したり、高屈折率層を酸化窒化物や、酸化窒化タンタル、酸化タンタル、酸化窒化ニオブ、酸化ニオブ、酸化窒化ジルコニウム、酸化ジルコニウムから構成することにより、低屈折率層や高屈折率層の内部応力を小さくして、基板の反りや変形を防止することができる。
また、上記構成の光学多層膜はイオンアシスト蒸着法やスパッタリング法により形成することができるため、長期使用時の光学特性の経時変化を防止し、耐環境性を向上できる光学多層膜及び光学素子を提供できる。

さらに、低屈折率層や高屈折率層を酸化窒化硅素や酸化窒化物から構成したり、これら酸化窒化硅素や酸化窒化物における窒素と酸素との比率を調整することにより、紫外領域における透過率を確保し、光学多層膜の透過率特性の低下を防止することができる。
また、本発明の光学素子によれば、厚さの薄い基板に光学多層膜を設けても基板の反りや変形を防止することができるため、光学素子の薄型化や小型化を図ることができる。

以下、本発明による第１の実施形態について図１〜３を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、この実施の形態に係る光学素子１は、ガラス平板からなる基板３と、基板３の表面３ａに形成された光学多層膜５とを備えている。基板３は、平面視略矩形の板状に形成されており、その寸法は、一辺３０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍである。
光学多層膜５は、基板３の表面３ａに低屈折率層７と高屈折率層９とを交互に２０層ずつ、合計４０層積層して構成したものである。ここで、低屈折率層７は酸化窒化硅素（ＳｉＮ_ｘＯ_ｙ、ｘ：ｙ＝２：８）から構成され、高屈折率層９は低屈折率層７よりも膜屈折率が大きい酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）から構成されている。この光学多層膜５は、スパッタリング法により形成されるものであり、その設計値は以下の通りである。
｛１１Ｈ、２５Ｌ、（１１０Ｈ、１７０Ｌ）８、１５Ｈ、１９０Ｌ、１１０Ｈ、（１３０Ｌ、８３Ｈ）８、１４３Ｌ、８３Ｈ、６８Ｌ｝
ここで、例えば、設計値「１１Ｈ」は、酸化タンタルを基板３の表面に１１ｎｍの膜厚（物理膜厚）で成膜して高屈折率層９を形成することを示し、設計値「２５Ｌ」は、酸化窒化硅素を設計値「１１Ｈ」の高屈折率層９の表面に２５ｎｍの膜厚（物理膜厚）で成膜して低屈折率層７を形成することを示している。また、例えば、設計値「（１１０Ｈ、１７０Ｌ）８」は、酸化タンタルを１１０ｎｍで成膜した高屈折率層９と、酸化窒素硅素を１７０ｎｍで成膜した低屈折率層７とを重ね合わせたものを８回繰り返して形成することを示している。

次に、上述した光学素子１を製造する成膜装置について説明する。
図２に示すように、成膜装置１０は、スパッタリング法によって基板３上に低屈折率層７や高屈折率層９を形成するものであり、真空槽１１と、真空槽１１内の下方側に配設された複数のスパッタリングターゲット１３ａ，１３ｂを備えている。これらスパッタリングターゲット１３ａ，１３ｂは、真空槽１１の上下方向に延びる基準軸線Ｌ１を中心とした同一円周上に配され、低屈折率層７や高屈折率層９に応じた２種類の材料から構成されている。
すなわち、第１のスパッタリングターゲット１３ａは、酸化窒化硅素からなる低屈折率層７を形成するためにＳｉターゲットから構成されている。また、第２のスパッタリングターゲット１３ｂは、酸化タンタルからなる高屈折率層９を形成するためにＴａターゲットから構成されている。

これらスパッタリングターゲット１３ａ，１３ｂは、その直下に配されたバッキングプレート１５ａ，１５ｂに各々取り付けられている。具体的には、スパッタリングターゲット１３ａ，１３ｂは、無酸素銅からなるバッキングプレート１５ａ，１５ｂに低融点金属であるインジウム（Ｉｎ）を用いてボンディングされている。
バッキングプレート１５ａ，１５ｂは、真空槽１１の下部に設けられたカソード電極１７ａ，１７ｂの上面にそれぞれ取り付けられている。各カソード電極１７ａ，１７ｂは、真空槽１１の外部に配されたマッチングボックス１９を介して１３．５６ＭＨｚの高周波電源２１に接続されている。なお、マッチングボックス１９は、高周波電源のエネルギーを有効に活用するために、カソード電極１７ａ，１７ｂのリアクタンス成分をキャンセルし、インピーダンスを補正するものである。

真空槽１１の上方側には、基板３がスパッタリングターゲット１３ａ，１３ｂに対向するように、複数の基板３を取り付ける略円板状の基板ホルダー２３が設けられている。
真空槽１１の上壁部には、基準軸線Ｌ１を中心として回転可能な支持軸２５が設けられており、前述の基板ホルダー２３は、この支持軸２５に固定されている。そして、この支持軸２５は、真空槽１１の上部に配された駆動モータ２７に接続されている。したがって、この駆動モータ２７は、その駆動力により基準軸線Ｌ１を中心として支持軸２５及び基板ホルダー２３を回転させることができる。
なお、基板ホルダー２３には、その厚さ方向に貫通する複数の孔（図示せず）が基準軸線Ｌ１を中心とする同一円周上に形成されており、複数の基板３がこれら孔を介して基板ホルダー２３に保持されている。

基板３と各スパッタリングターゲット１３ａ，１３ｂとの間には、スパッタリングによってスパッタリングターゲット１３ａ，１３ｂから放出されたターゲット材料が基板３に到達することを阻止するシャッター２９ａ，２９ｂが配設されている。
これらシャッター２９ａ，２９ｂは、真空槽１１の下壁部に固定されたシャッター支持棒３１ａ，３１ｂにそれぞれ揺動可能に取り付けられており、スパッタリングターゲット１３ａ，１３ｂの直上を覆う第１のシャッター位置と、スパッタリングターゲット１３ａ，１３ｂを基板ホルダー２３に臨ませる第２のシャッター位置との間で移動できるようになっている。
したがって、シャッター２９ａ，２９ｂが第２のシャッター位置に配されている状態では、スパッタリングにより基板３上に低屈折率層７や高屈折率層９の成膜が行われ、シャッター２９ａ，２９ｂが第１のシャッター位置に配されている状態では、前述の成膜が行われないことになる。すなわち、低屈折率層７や高屈折率層９を所望の膜厚で形成するためには、シャッター２９ａ，２９ｂを第２のシャッター位置に配する時間を制御すればよい。

真空槽１１の側壁部には、外方から真空槽１１内部にＯ_２ガス、Ｎ_２ガスやＡｒガスを供給するためのガス導入口３３が設けられている。なお、これら各ガスの供給量は、図示しない流量計により確認して適宜調整できるようになっている。そして、各ガスの供給量を調整することにより、スパッタリングターゲット１３ａ，１３ｂから基板３上に供給されるターゲット材料の膜応力や膜屈折率を調整することができる。

この成膜装置１０を用いて前述の光学多層膜５の第１層として、基板３の表面３ａに設計値「１１Ｈ」の高屈折率層９を形成する際には、はじめに、基板ホルダー２３に基板３を取り付け、真空槽１１内を１．０×１０^−４Ｐａまで減圧する。次いで、導入量が２ＳＣＣＭのＯ_２ガス、及び導入量が２０ＳＣＣＭのＡｒガスを各々ガス導入口３３から導入し、真空槽１１内の圧力を５．０×１０^−１Ｐａとする。
ここで、Ｏ_２ガス及びＡｒガスの各導入量は、高屈折率層９の膜屈折率が高くなるように決定している。すなわち、表１に示すように、予め２つの条件のＯ_２ガス及びＡｒガスの導入量について、各条件により形成した高屈折率層９の内部応力、透過率及び膜屈折率との関係を求めておく。

なお、各条件の酸化タンタルの膜厚は１８０ｎｍである。また、表１における内部応力は片持ち梁（cantilever）法により測定されたものであり、同じく透過率は分光測定機を用いて測定されたものである。また、表１における膜屈折率は前述の透過率を基に算出したものである。
この表１の結果によれば、条件１の膜屈折率は、条件２の膜屈折率２．１６よりも大きい２．２１となっているため、前述のように、Ｏ_２ガスの導入量を２ＳＣＣＭ、Ａｒガスの導入量を２０ＳＣＣＭに決定している。なお、条件２は、本実施形態の高屈折率層９に採用していないが、その内部応力は、条件１の内部応力８０ＭＰａよりも小さい７５ＭＰａとなっているため、基板３の変形防止には有効である。

上述のように、所定量のＯ_２ガス及びＡｒガスを導入した後には、シャッター２９ａ，２９ｂを第１のシャッター位置に配した状態で高周波電源２１からカソード電極１７ａ，１７ｂに４００Ｗの電力を供給し、スパッタリングターゲット１３ａ，１３ｂから放出されるターゲット材料を基板３に到達させないプレスパッタを開始する。このプレスパッタは、スパッタリングターゲット１３ａ，１３ｂの表面に発生するプラズマが安定し、かつ、スパッタリングターゲット１３ａ，１３ｂの表面温度が所定温度で安定するまで行われる。
そして、このプレスパッタの終了後には、基板ホルダー２３を所定速度で回転させた状態でシャッター２９ｂを第２のシャッター位置に配し、Ｔａターゲットである第２のスパッタリングターゲット１３ｂから放出されるターゲット材料を基板３に到達させる。なお、この際、カソード電極１７ａ，１７ｂに供給する電力は前述と同様の４００Ｗとしている。最後に、所定のスパッタリング時間の経過後にシャッター２９ｂを閉じることにより、基板３の表面に酸化タンタルからなる膜厚１１ｎｍの高屈折率層９が形成されることになる。

この第１層の高屈折率層９の成膜後には、光学多層膜５の第２層として、第１層の表面に設計値「２８Ｌ」の低屈折率層７を形成する。この形成の際には、真空槽１１内を１．０×１０^−４Ｐａまで減圧し、次いで、導入量が１ＳＣＣＭのＯ_２ガス、導入量が０．５ＳＣＣＭのＮ_２ガス、及び導入量が２０ＳＣＣＭのＡｒガスを各々ガス導入口３３から導入し、真空槽内の圧力を５．０×１０^−１Ｐａとする。
ここで、Ｏ_２ガス、Ｎ_２ガス及びＡｒガスの各導入量は、低屈折率層７の膜透過率が高くなるよう、かつ、内部応力が小さくなるように決定している。すなわち、表２に示すように、予め４つの条件のＯ_２ガス、Ｎ_２ガス及びＡｒガスの導入量について、各条件により形成した低屈折率層７の内部応力、透過率及び膜屈折率との関係を求めておく。

なお、各条件の膜厚は１９０ｎｍである。また、表２における内部応力、透過率及び膜屈折率は、前述の表１と同様に測定若しくは算出したものである。また、低屈折率層７を構成するＳｉＮ_ｘＯ_ｙにおける窒素と酸素との比率（ｘ：ｙ）は、ＸＰＳ分析（Ｘ線光電子分光分析法）により算出したものである。
この表２の結果によれば、条件３においては、内部応力が２０ＭＰａと条件５の内部応力よりも極めて小さい。すなわち、条件５は、内部応力が３００ＭＰａと条件３の１０倍以上になるため、多層膜にした場合に基板３の変形を招く。なお、この内部応力の違いは、酸化硅素からなる低屈折率層７では、硅素原子と酸素原子との強い原子間引力によってこれら原子同士で網目構造を作っているのに対し、この構造に窒素原子が入り込んだ酸化窒化硅素からなる低屈折率層７では、前記網目構造が崩れ、各元素の原子間引力を弱めるためである。

また、表２の結果によれば、条件３においては、波長３５０ｎｍの光の透過率が９９．７％以上と条件４，６の透過率よりも高い。すなわち、条件４は、透過率が光学素子に用いるガラスの裏面反射を除く透過率と比較して１％以上低下しているため、４０層もの多層膜にした場合に、性能の劣化を招く。
以上のことから、前述のように、Ｏ_２ガスの導入量を１ＳＣＣＭ、Ｎ_２ガスの導入量を０．５ＳＣＣＭ、Ａｒガスの導入量を２０ＳＣＣＭに決定している。
なお、本実施形態における低屈折率層７を構成する酸化窒化硅素（ＳｉＮ_ｘＯ_ｙ）に含まれる窒素と酸素との比率ｘ：ｙが２：８となるのは、このガス導入条件に基づくものである。

上述のように、所定量のＯ_２ガス、Ｎ_２ガス及びＡｒガスを導入した後には、スパッタリングターゲット１３ａ，１３ｂの表面に発生するプラズマが安定し、かつ、スパッタリングターゲット１３ａ，１３ｂの表面温度が所定温度で安定するまで、前述と同様のプレスパッタを行う。
そして、このプレスパッタの終了後には、基板ホルダー２３を所定速度で回転させた状態でシャッター２９ａを第２のシャッター位置に配し、Ｓｉターゲットである第１のスパッタリングターゲット１３ａから放出されるターゲット材料を基板３に到達させる。なお、プレスパッタ及びの低屈折率層７の成膜の際には、カソード電極１７ａ，１７ｂに供給する電力を共に４００Ｗとしている。最後に、所定のスパッタリング時間の経過後にシャッター２９ａを閉じることにより、第１層の表面に酸化窒化硅素からなる膜厚２８ｎｍの低屈折率層７が形成されることになる。

なお、低屈折率層７を構成する酸化窒化硅素は、硅素原子と酸素原子、硅素原子と窒素原子の原子間結合エネルギーが高いため、スパッタリング法により低屈折率層を形成してもプラズマエネルギーにて構成元素の解離が発生しない。
これら第１層及び第２層の形成後には、順次同様なプロセスにより、各設計値の膜厚通りに高屈折率層９及び低屈折率層７を交互に積層し、合計４０層の光学多層膜５を形成する。

また、表３に示すように、上記構成の光学多層膜５（実施例１）の比較例として、低屈折率層７を酸化硅素（ＳｉＯ_２）から構成した比較例１、及び、高屈折率層９を酸化チタン（ＴｉＯ_２）から構成すると共に低屈折率層７をフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）から構成した比較例２も作成した。なお、比較例１の高屈折率層９は膜厚を除いて実施例１の光学多層膜５と同様の酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）から構成されている。また、比較例１，２の光学多層膜５は、実施例１の光学多層膜５と同様に、基板３の表面に合計４０層積層して構成したものである。

比較例１の光学多層膜５の設計値を以下に示す。
｛１１Ｈ、２８Ｌ、（１１０Ｈ、１７５Ｌ）８、１５Ｈ、１９７Ｌ、１１０Ｈ、（１３６Ｌ、８３Ｈ）８、１４８Ｌ、８３Ｈ、７２Ｌ｝
この比較例1の光学多層膜５は、前述の成膜装置１０を用いてスパッタリング法により形成される。また、この比較例1の光学多層膜５は、前述と同様のガラス平板からなる基板３の表面３ａに形成される。
この比較例１の高屈折率層９は、実施例１の光学多層膜５と同様の構成であるため、例えば、基板３の表面３ａに形成される第１層は、実施例１の光学多層膜５の高屈折率層９と同様にして形成され、その膜厚は１１ｎｍとなる。
この比較例１の第１層の成膜後には、第２層として、第１層の表面に設計値「２８Ｌ」の低屈折率層７を形成する。この形成の際には、真空槽１１内を１．０×１０^−４Ｐａまで減圧し、次いで、導入量が２ＳＣＣＭのＯ_２ガス、及び導入量が２０ＳＣＣＭのＡｒガスを各々ガス導入口３３から導入し、真空槽１１内の圧力を５．０×１０^−１Ｐａとする。すなわち、これらＯ_２ガス及びＡｒガスの導入量は、表２中の条件３となっている。最後に、実施例１の光学多層膜５と同様なプレスパッタプロセス及びスパッタプロセスを行うことにより、第１層の表面に酸化硅素からなる膜厚２８ｎｍの低屈折率層７が形成されることになる。
これら第１層及び第２層の形成後には、順次同様なプロセスにより、各設計値の膜厚通りに高屈折率層９及び低屈折率層７を交互に積層し、合計４０層からなる比較例１の光学多層膜５を形成する。

比較例２の光学多層膜５の設計値を以下に示す。
｛１３Ｈ、２５Ｌ、（１０５Ｈ、１７８Ｌ）８、１５Ｈ、１９５Ｌ、１０２Ｈ、（１３８Ｌ、８３Ｈ）８、１４０Ｌ、９０Ｈ、６０Ｌ｝
この比較例２の光学多層膜５は、真空蒸着法により形成される。なお、真空蒸着法とは、低屈折率層７や高屈折率層９を形成するための蒸着材料を電子ビームや抵抗加熱により加熱し（蒸発プロセス）、気化した蒸発粒子が基板３上で凝縮することにより低屈折率層７や高屈折率層９を形成するものである。

実施例１及び比較例１，２における耐性試験前後の透過率及び反り量の比較結果を表４に示す。ここで、耐性試験は、４０層の光学多層膜５を形成した基板を温度７０℃、湿度８０％の高温多湿下に３００時間放置した場合における前後の膜の特性変化を比較する試験である。また、実施例１及び比較例２の分光透過率を図３に示す。
上述した耐性試験前後の透過率は、分光測定機を用いて測定したものである。また、基板の反り量は、表面形状測定機を用いて基板３の対角線上を長さ３０ｍｍに渡って測定した表面形状から算出したものである。

図３及び表４に示すように、実施例１の透過率は、３８０ｎｍの紫外領域における透過率が９６．８％と高く、十分な明るさを確保できている。一方、比較例２では、３８０ｎｍ以下の紫外領域おける透過率が７６．７％となっており、実施例１の透過率よりも約２０％低下している、すなわち、著しい明るさの低下を引き起こしている。
また、実施例１及び比較例１の耐性試験前後における透過率を比較すると、３８０ｎｍにおける透過率は同等となっているが、低屈折率層７における窒素と酸素との比率を２：８とすることで、比較例１の基板３の裏面反射を除いて同等の透過率９６．４％を得ることができ、十分な光量を得ることができる。

比較例２では、真空蒸着法により低屈折率層７や高屈折率層９を形成しているため、紫外領域における透過光に対する適用が難しく、さらに、耐性試験の前後で透過率が約５％低下しているため耐環境性に劣る。これは、低屈折率層７や高屈折率層９の膜構造が、粒界間に隙間が形成された毛細管構造を有する柱状構造となっている事に起因する。すなわち、毛細管構造は分子間結合力が大きく、膜中に水分を容易に吸着する性質を持っているが、低屈折率層７や高屈折率層９内に大気の水分が吸着すると、低屈折率層７や高屈折率層９の膜屈折率が変化するため、光学素子の光学特性が変化するためである。
一方、実施例１の透過率には変化が少なく、また、膜構造がアモルファス構造であるため、耐環境性が確保されている。

基板３の反り量については、実施例１の方が比較例１，２よりも小さい。これは、内部応力が小さいＳｉＮ_ｘＯ_ｙ（ｘ：ｙ＝２：８）からなる低屈折率層７と、圧縮応力を有するＴａ_２Ｏ_５からなる高屈折率層９とを交互に積層することで、光学多層膜５の内部応力が減少したためであり、基板３の反りが減少し、１１μｍとほぼ変形しないことになる。この結果、実施例１には、光軸のずれ等の問題が生じない。
なお、実施例１は、光学多層膜５全体での内部応力も２２ＭＰａともっとも小さくなっているため、好ましい。

上記のように、本実施形態の光学多層膜５及び光学素子１によれば、低屈折率層７を構成する酸化窒化珪素における酸素及び窒素の比率を調整することにより、光学素子１に用いられる一般的なガラスの裏面反射を除く透過率と同等な透過率である９５％以上を確保できると共に、光学多層膜５の透過率特性の低下を防止できる。
また、スパッタリング法にて光学多層膜５を形成する際に、低屈折率層７を酸化窒化珪素から構成したり、高屈折率層９を酸化タンタルから構成したりして、高屈折率層９において発生する圧縮応力を低減することにより、基板３の反りを３０μｍ以下とすることができる、すなわち、基板３の反りや変形を防止することができる。
さらに、本実施形態の光学素子１によれば、厚さの薄い基板３に光学多層膜５を設けても基板３の反りや変形を防止することができるため、光学素子１の薄型化や小型化を図ることができる。

なお、第１の実施形態においては、低屈折率層７を構成するＳｉＮ_ｘＯ_ｙにおける窒素と酸素との比率（ｘ：ｙ）は３：７としたが、これに限ることはなく、低屈折率層７が少なくとも酸化窒化硅素から構成されていればよい。この構成の場合でも、低屈折率層７の内部応力を極めて小さくすることができる。
すなわち、酸化硅素から低屈折率層７を構成する場合には、硅素原子と酸素原子との強い原子間引力によってこれら原子同士で網目構造を作っているが、この構造に窒素原子を入れ込むことにより、前記網目構造を崩して、各元素の原子間引力を弱めることができる。したがって、酸化窒化硅素からなる低屈折率層７の内部応力は、酸化硅素の低屈折率層７の内部応力よりも小さくすることができる。

また、高屈折率層９は、酸化タンタルから構成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ジルコニウムの少なくとも１種類の化合物から構成されていればよい。この構成の場合でも、高屈折率層９の内部応力を小さくすることができる。ただし、イオンアシスト蒸着法によってアモルファス構造を容易に形成することができ、かつ、紫外領域における透過率の低下を防止できるようにするためには、高屈折率層９を酸化タンタルや酸化ニオブから構成することが望ましい。

以下、本発明による第２の実施形態について図４，５を参照して詳細に説明する。
この実施の形態に係る光学素子は、前述した第１の実施形態と同様に、図１に示すように、ガラス平板からなる基板３と、基板３の表面３ａに形成された光学多層膜５とを備えている。基板３は、平面視略円形の板状に形成されており、その寸法は、直径６５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍである。
光学多層膜５は、基板３の表面３ａに低屈折率層７と高屈折率層９とを交互に３２層ずつ、合計６４層積層して構成したものである。ここで、低屈折率層７は酸化窒化硅素（ＳｉＮ_ｃＯ_ｄ、ｃ：ｄ＝３：７）から構成され、高屈折率層９は低屈折率層７よりも膜屈折率が大きい酸化窒化ニオブ（ＮｂＮ_ａＯ_ｂ、ａ：ｂ＝３：７）から構成されている。この光学多層膜５は、イオンアシスト蒸着法により形成されるものであり、その設計値は以下の通りである。
｛４６Ｈ、１０８Ｌ、３５Ｈ、９２Ｌ、（５０Ｈ、４７Ｌ）１６、５０Ｈ、７３Ｌ、５６Ｈ、６２Ｌ、（５６Ｈ、６７Ｌ）１０、６０Ｈ、９４Ｌ、２４Ｈ、５７Ｌ｝
ここで、例えば、設計値「４６Ｈ」は、酸化窒化ニオブを基板３の表面３ａに４６ｎｍの膜厚（物理膜厚）で成膜して高屈折率層９を形成することを示し、設計値「１０８Ｌ」は、酸化窒化硅素を設計値「４６Ｈ」の高屈折率層９の表面に４６ｎｍの膜厚（物理膜厚）で成膜して低屈折率層７を形成することを示している。また、例えば、設計値「（５０Ｈ、４７Ｌ）１６」は、酸化窒化ニオブを１１０ｎｍで成膜した高屈折率層９と、酸化窒素硅素を４７ｎｍで成膜した低屈折率層７とを重ね合わせたものを１６回繰り返して形成することを示している。

次に、上述した光学素子を製造する成膜装置について説明する。
図４に示すように、この成膜装置４０は、イオンアシスト蒸着法によって基板３上に低屈折率層７や高屈折率層９を形成するものであり、真空槽４１と、真空槽４１内の下方側に配設された複数の蒸発源４３ａ，４３ｂとを備えている。これら蒸発源４３ａ，４３ｂは、真空槽４１の上下方向に延びる軸線を中心とする同一円周上に位置しており、低屈折率層７や高屈折率層９に応じた２種類の材料から構成されている。
すなわち、第１の蒸発源４３ａは、酸化窒化硅素からなる低屈折率層７を形成するＳｉＯ_２からなり、また、第２の蒸発源４３ｂは、酸化窒化ニオブからなる高屈折率層９を形成するＮｂ_２Ｏ_５からなる。

真空槽４１の上方側には、基板３が蒸発源４３ａ，４３ｂに対向するように、複数の基板３を取り付ける球面ドーム４５が設けられている。この球面ドーム４５は、真空槽４１の上部に配置した駆動モータ（図示せず）に接続されており、この駆動モータは、その駆動力により真空槽４１の上下方向に延びる軸線を中心として球面ドーム４５を回転させることができる。
なお、この球面ドーム４５には、その厚さ方向に貫通する複数の孔（図示せず）が形成されており、複数の基板３がこれら孔を介して球面ドーム４５に保持されている。

基板３と各蒸発源４３ａ，４３ｂとの間には、蒸発源４３ａ，４３ｂから放出された成膜材料が基板３に到達することを阻止するシャッター４９ａ，４９ｂが配設されている。
これらシャッター４９ａ，４９ｂは、真空槽４１の下壁部に固定されたシャッター支持棒５１ａ，５１ｂにそれぞれ揺動可能に取り付けられており、蒸発源４３ａ，４３ｂの直上を覆う第１のシャッター位置と、蒸発源４３ａ，４３ｂを球面ドーム４５に臨ませる第２のシャッター位置との間で移動できるようになっている。
したがって、シャッター４９ａ，４９ｂが第２のシャッター位置に配されている状態では、基板３上に低屈折率層７や高屈折率層９の成膜が行われ、シャッター４９ａ，４９ｂが第１のシャッター位置に配されている状態では、前述の成膜が行われないことになる。

また、球面ドーム４５と蒸着源４３ａ，４３ｂ、シャッター４９ａ，４９ｂとの間には、真空槽４１の側壁部に固定された補正板５３が配されている。この補正板５３は、球面ドーム４５に取り付けられた基板３に形成される低屈折率層７や高屈折率層９の膜厚を均一とするためのものである。
球面ドーム４５の中心部には、モニターガラス５３が設けられている。また、モニターガラス５３の上方部に位置する真空槽４１の外部には、モニターガラス５３上に形成される成膜材料の膜厚の増加と共に変化する反射光量値を計測する光量計測器５５と、光量計測器５５に接続された膜厚制御システムコンピュータ５７とが設けられている。膜厚制御システムコンピュータ５７は、光量計測器５５にて計測された反射光量と目標反射光量値を用いて、所望の膜厚を積層するように膜厚制御を行うものである。

すなわち、シャッター４９ａ，４９ｂを第２のシャッター位置に配した状態においては、基板３やモニターガラス５３上に成膜材料が到達して膜厚が増加する。そして、光量計測器５５によって計測される反射光量値が目標反射光量値に達すると、シャッター４９ａ，４９ｂの移動操作信号が膜厚制御システムコンピュータ５７から送信され、シャッター４９ａ，４９ｂを第２のシャッター位置から第１のシャッター位置に移動させる。これにより、基板３に形成される低屈折率層７や高屈折率層９の膜厚を制御することができる。
なお、目標反射光量値は、予め設計膜厚に応じて算出した値であり、膜厚制御システムコンピュータ５７に記憶されている。

真空槽４１の下壁部の中心位置には、真空槽４１内部にプラズマを発生させるためのガスを導入するガス導入口５９が設けられている。このガス導入口５９からは、外方から真空槽４１内部にＯ_２ガス、Ｎ_２ガスやＡｒガスを供給することができる。なお、これら各ガスの供給量は、図示しない流量計により確認して適宜調整できるようになっている。そして、各ガスの供給量を調整することにより、低屈折率層や高屈折率層を構成する成膜材料の膜応力や膜屈折率を調整することができる。

この成膜装置４０を用いて前述の光学多層膜５の第１層として、基板３の表面３ａに設計値「４６Ｈ」の高屈折率層９を形成する際には、はじめに、球面ドーム４５に基板３を取り付け、真空槽４１内を１．０×１０^−４Ｐａまで減圧する。次いで、真空槽４１外部に設置された高周波電源（図示せず）から、球面ドーム４５に高周波供給電極（図示せず）を通じて高周波電力を給電する。そして、導入量が４０ＳＣＣＭのＯ_２ガス、及び導入量が１０ＳＣＣＭのＮ_２ガスを各々ガス導入口５９から導入し、真空槽４１内の圧力を２。０×１０^−２Ｐａとする。この際には、導入したＯ_２ガス及びＮ_２ガスがプラズマ化する。
ここで、Ｏ_２ガス及びＮ_２ガスの各導入量は、高屈折率層９の内部応力が小さく、かつ、膜屈折率が高くなるように決定している。すなわち、表５に示すように、予め４つの条件のＯ_２ガス及びＮ_２ガスの導入量について、各条件により形成した高屈折率層９の内部応力、透過率及び膜屈折率との関係を求めておく。

なお、各条件の膜厚は１８０ｎｍである。また、表５における内部応力は片持ち梁（cantilever）法により測定されたものであり、同じく透過率は分光測定機を用いて測定されたものである。また、表５における膜屈折率は前述の透過率を基に算出したものであり、高屈折率層を構成するＮｂＮ_ａＯ_ｂにおける窒素と酸素との比率（ａ：ｂ）は、ＸＰＳ分析により算出したものである。
この表５の結果によれば、条件８においては、内部応力が１３ＭＰａと条件７，１０の内部応力よりも小さく、膜屈折率も２．４２５と条件７，１０の膜屈折率よりも大きい。すなわち、条件７は、波長３５０ｎｍの光の透過率が９９．９％以上と高くなっているが、条件８よりも膜屈折率が小さいため、設計自由度が劣る。また、条件１０は、波長３５０ｎｍの光の透過率が９９．９％以上と高くなっているが、窒素ガスを用いていないため、内部応力が９０ＭＰａと条件８の内部応力よりも大きくなり、基板３の反りを引き起こす。

また、表５の結果によれば、条件８においては、波長３５０ｎｍの光の透過率が、９９．４％以上と条件９の透過率よりも高い。すなわち、条件９は、内部応力が１３ＭＰａと条件８よりも小さくなっているが、透過率が９７％と条件８よりも低いため、多層膜とした場合に性能の劣化を招く。
以上のことから、前述のように、Ｏ_２ガスの導入量を４０ＳＣＣＭ、Ｎ_２ガスの導入量を１０ＳＣＣＭに決定している。なお、本実施形態における高屈折率層９を構成する酸化窒化ニオブ（ＮｂＮ_ａＯ_ｂ）に含まれる窒素と酸素との比率ａ：ｂが３：７となるのは、このガス導入条件に基づくものである。

上述のように、所定量のＯ_２ガス及びＮ_２ガスを導入した後には、駆動モータにより球面ドーム４５を自転させ、シャッター４９ｂを第１のシャッター位置から第２のシャッター位置に移動させる。この状態においては、第２の蒸発源４３ｂから基板３及びモニターガラス５３に高屈折率層９を形成する成膜材料が到達する。そして、モニターガラス５３上の反射光量値が、設計膜厚に応じて算出した所定の目標反射光量値に達した際には、膜厚制御システムコンピュータ５７からの信号によりシャッター４９ｂが第１のシャッター位置に移動し、基板３の表面３ａに酸化窒化ニオブからなる膜厚４６ｎｍの高屈折率層９が形成されることになる。

この第１層の高屈折率層９の成膜後には、光学多層膜５の第２層として、第１層の表面に設計値「１０８Ｌ」の低屈折率層７を形成する。この形成の際には、第１層のときと同様に、真空槽４１内を１．０×１０^−４Ｐａまで減圧し、高周波電源から球面ドーム４５に高周波電力を給電する。次いで、導入量が４０ＳＣＣＭのＯ_２ガス及び導入量が１０ＳＣＣＭのＮ_２ガスを各々ガス導入口５９から導入し、真空槽４１内の圧力を２．５×１０^−１Ｐａとする。
ここで、Ｏ_２ガス及びＮ_２ガスの各導入量は、低屈折率層７の内部応力が小さく、かつ、膜屈折率が小さくなるように決定している。すなわち、表６に示すように、予め４つの条件のＯ_２ガス及びＮ_２ガスの導入量について、各条件により形成した高屈折率層９の内部応力、透過率及び膜屈折率との関係を求めておく。

なお、各条件の膜厚は１９０ｎｍである。また、表６における内部応力、透過率、膜屈折率及びは、前述の表１と同様に測定若しくは算出したものである。また、低屈折率層を構成するＳｉＮ_ｃＯ_ｄにおける窒素と酸素との比率（ｃ：ｄ）は、ＸＰＳ分析（Ｘ線光電子分光分析法）により算出したものである。
この表６の結果によれば、条件１２においては、内部応力が１０ＭＰａと条件１１，１４の内部応力よりも小さい。すなわち、条件１１は、内部応力が５０ＭＰａと条件１２よりも大きいため、基板変形量が大きくなる。また、条件１４は、窒素ガスを用いていないため、内部応力が２７０ＭＰａと条件８の内部応力よりも大きくなり、基板の反りを引き起こす。

また、表６の結果によれば、条件１２においては、波長３５０ｎｍの光の透過率が９９．５％以上と条件１３の透過率よりも高く、膜屈折率も１．４８５と条件１３の膜屈折率よりも小さい。すなわち、条件１３は、内部応力が９ＭＰａと条件１２によりも小さいが、窒素含有量が５０％あり、透過率が光学素子に用いるガラスの裏面反射を除く透過率と比較して約３％低下しているため、多層膜にした場合に性能の劣化を招く。
以上のことから、前述のように、Ｏ_２ガスの導入量を４０ＳＣＣＭ、Ｎ_２ガスの導入量を１０ＳＣＣＭに決定している。なお、本実施形態における高屈折率層９を構成する酸化窒化硅素（ＳｉＮ_ｃＯ_ｄ）に含まれる窒素と酸素との比率ｃ：ｄが３：７となるのは、このガス導入条件に基づくものである。

上述のように、所定量のＯ_２ガス及びＮ_２ガスを導入した後には、駆動モータにより球面ドーム４５を自転させ、シャッター４９ａを第１のシャッター位置から第２のシャッター位置に移動させる。この状態においては、第１の蒸発源から基板３及びモニターガラス５３に高屈折率層９を形成する成膜材料が到達する。そして、モニターガラス５３上の反射光量値が、設計膜厚に応じて算出した所定の目標反射光量値に達した際には、膜厚制御システムコンピュータ５７からの信号によりシャッター４９ａが第１のシャッター位置に移動し、第１層の表面に酸化窒化硅素からなる膜厚１０８ｎｍの低屈折率層７が形成されることになる。

なお、低屈折率層７を構成する酸化窒化硅素は、硅素原子と酸素原子、硅素原子と窒素原子の原子間結合エネルギーが高いため、イオンアシスト蒸着法により低屈折率層７を形成してもプラズマエネルギーにて構成元素の解離が発生しない。
これら第１層及び第２層の形成後には、順次同様なプロセスにより、各設計値の膜厚通りに高屈折率層９及び低屈折率層７を交互に積層し、合計６４層の光学多層膜５を形成する。

また、表７に示すように、上記構成の光学多層膜５（実施例２）の比較例として、高屈折率層９を酸化チタン（ＴｉＯ_２）から構成すると共に低屈折率層７を酸化硅素（ＳｉＯ_２）から構成した比較例３も作成した。なお、比較例３の光学多層膜５は、実施例２と同様の基板３の表面に合計７６層積層して構成したものである。

比較例３の光学多層膜５の設計値を以下に示す。
｛４９Ｈ、１０５Ｌ、３８Ｈ、９３Ｌ、４２Ｈ、９８Ｌ、３５Ｈ、９０Ｌ、（５２Ｈ、１７５Ｌ）２０、４８Ｈ、７９Ｌ、５１Ｈ、７１Ｌ、（５７Ｈ、６５Ｌ）１０、６２Ｈ、８８Ｌ、２８Ｈ、５２Ｌ｝
この比較例３の光学多層膜５は、前述の成膜装置４０を用いてイオンアシスト蒸着法により形成される。
この比較例３の光学多層膜５の第１層として設計値「４９Ｈ」の高屈折率層９を形成する際には、予め真空槽４１内に第２の蒸発源４３ｂとして、高屈折率層９を形成するための酸化チタン（ＴｉＯ_２）を設置しておく。次いで、導入量が５０ＳＣＣＭのＯ_２ガスのみをガス導入口３３から導入し、真空槽４１内の圧力を２．０×１０^−１Ｐａとする。そして、実施例２の場合と同様に、球面ドーム４５を回転させながら、シャッター４９ｂを第１のシャッター位置から第２のシャッター位置に移動させて、第２の蒸発源４３ｂから基板３の表面３ａに高屈折率層９を形成する成膜材料を到達させる。最後に、モニターガラス５３上の反射光量値が、設計膜厚に応じて算出した所定の目標反射光量値に達した際に、シャッター４９ｂを第１のシャッター位置に移動させることにより、基板３の表面３ａに酸化チタンからなる膜厚４９ｎｍの高屈折率層９が形成される。

この比較例３の第１層の成膜後には、第２層として、第１層の表面に設計値「１０５Ｌ」の低屈折率層７を形成する。この形成の際には、予め真空槽４１内に第１の蒸発源４３ａとして、低屈折率層７を形成するための酸化硅素（ＳｉＯ_２）を設置しておく。次いで、導入量が５０ＳＣＣＭのＯ_２ガスをガス導入口３３から導入し、真空槽４１内の圧力を２．０×１０^−１Ｐａとする。そして、実施例２の場合と同様に、シャッター４９ａを第１のシャッター位置から第２のシャッター位置に移動させて、第１の蒸発源４３ａから基板３の表面３ａに低屈折率層７を形成する成膜材料を到達させる。最後に、モニターガラス５３上の反射光量値が、設計膜厚に応じて算出した所定の目標反射光量値に達した際に、シャッター４９ａを第１のシャッター位置に移動させることにより、基板３の表面３ａに酸化硅素からなる膜厚１０５ｎｍの低屈折率層７が形成される。
これら第１層及び第２層の形成後には、順次同様なプロセスにより、各設計値の膜厚通りに高屈折率層９及び低屈折率層７を交互に積層し、合計７６層からなる比較例３の光学多層膜５を形成する。

実施例２及び比較例３における耐性試験前後の透過率及び反り量の比較結果を表８に示す。ここで、耐性試験は、光学多層膜５を形成した基板３を温度７０℃、湿度８０％の高温多湿下に３００時間放置した場合における前後の膜の特性変化を比較する試験である。また、実施例２及び比較例３の分光透過率を図５に示す。
上述した耐性試験前後の透過率は、分光測定機を用いて測定したものである。また、基板の反り量は、表面形状測定機を用いて基板３の直径線上を長さ３０ｍｍに渡って測定した表面形状から算出したものである。

図５に示すように、実施例２においては、積層する低屈折率層７や高屈折率層９の層数を比較例３よりも少なくしても、比較例３と同等の透過率特性を得ることができる。これは、ＴｉＯ_２からなる比較例３の高屈折率層９の膜屈折率が２．２８であるのに対し、実施例２では膜屈折率が２．４２５と高いＮｂＮ_ａＯ_ｂ（ａ：ｂ＝３：７）から高屈折率層９を形成し、低屈折率層７との膜屈折率の差をより広げているためである。
また、表８に示すように、実施例２においては、３８０ｎｍの紫外領域における透過率が９８．３％と比較例３の透過率よりも十分に高く、十分な明るさを確保できている。これは、実施例２では紫外領域の光を吸収する性質を持たないＮｂＮ_ａＯ_ｂ（ａ：ｂ＝３：７）を使用しているためである。そして、実施例２においては、耐性試験前後の透過率にも変化が殆どなく、耐環境性も確保されているため、長期的にも所望する光量を十分に得ることができる。

また、基板３の反り量については、実施例２の方が比較例３よりもはるかに小さい。これは、内部応力を殆ど持たないＮｂＮ_ａＯ_ｂ（ａ：ｂ＝３：７）からなる高屈折率層と、ＳｉＮ_ｃＯ_ｄ（ｃ：ｄ＝３：７）からなる低屈折率層とを交互に積層し、光学多層膜全体の内部応力が４ＭＰａと減少したためである。したがって、実施例２においては、基板３の反りがほぼ無くなり、十分な光学性能が得られる。

上記のように、本実施形態の光学多層膜５及び光学素子１によれば、膜屈折率の高いＮｂＮ_ａＯ_ｂ（ａ：ｂ＝３：７）により高屈折率層９を形成することにより、光学多層膜の設計層数を減らすことができ、設計の自由度を向上させることができる。
また、イオンアシスト蒸着法により光学多層膜を形成する際に、低屈折率層７や高屈折率層９として、殆ど内部応力のない酸化窒化硅素や酸化窒化ニオブを用いることにより、光学多層膜５の積層数が増えた場合でも、基板３の反りや変形を防止することができる。
さらに、低屈折率層７や高屈折率層９として酸化窒化硅素や酸化窒化ニオブ用いたり、酸化窒化硅素や酸化窒化ニオブにおける窒素と酸素との比率を調整することにより、光学００多層膜の透過率特性の低下を防止することができる。

なお、上記第２の実施形態においては、高屈折率層９を構成するＮｂＮ_ａＯ_ｂにおける窒素と酸素との比率（ａ：ｂ）を３：７としたが、これに限ることはなく、高屈折率層９が少なくとも酸化窒化ニオブにより構成されていればよい。
また、高屈折率層９は、酸化窒化ニオブから構成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも酸化窒化物から構成されていればよい。すなわち、高屈折率層９は、例えば、酸化窒化ニオブ、酸化窒化タンタル、酸化窒化ジルコニウムの少なくとも１種類の化合物から構成されていればよい。この構成の場合でも、高屈折率層９の内部応力を小さくすることができる。ただし、イオンアシスト蒸着法によってアモルファス構造を容易に形成することができ、かつ、紫外領域における透過率の低下を防止できるようにするためには、高屈折率層９を酸化窒化タンタル、酸化窒化ニオブから構成することが望ましい。

また、低屈折率層７を構成するＳｉＮ_ｃＯ_ｄにおける窒素と酸素との比率（ｃ：ｄ）は３：７としたが、これに限ることはなく、低屈折率層７が少なくとも酸化窒化硅素により構成されていればよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

この発明の実施形態に係る光学素子の構成を示す図である。 この発明の第１の実施形態に係る光学素子を製造する成膜装置を示す断面図である。 この発明の第１の実施形態に係る光学素子において、光の波長と光学多層膜の透過率との関係を示すグラフである。 この発明の第２の実施形態に係る光学素子を製造する成膜装置を示す断面図である。 この発明の第２の実施形態に係る光学素子において、光の波長と光学多層膜の透過率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 光学素子
３ 基板
３ａ 表面
５ 光学多層膜
７ 低屈折率層
９ 高屈折率層

Claims (6)

1. 基板の表面に形成される光学多層膜であって、
   互いの膜屈折率が異なり、前記表面に交互に積層された低屈折率層及び高屈折率層を備え、
   前記低屈折率層が酸化窒化硅素から構成されていることを特徴とする光学多層膜。
2. 前記高屈折率層が、酸化窒化硅素を除く酸化窒化物から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学多層膜。
3. 前記低屈折率層の膜屈折率が、１．４５以上１．５５未満の範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学多層膜。
4. 前記高屈折率層の膜屈折率が、２．００以上２．４５未満の範囲であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の光学多層膜。
5. 前記高屈折率層が、酸化窒化タンタル、酸化タンタル、酸化窒化ニオブ、酸化ニオブ、酸化窒化ジルコニウム、酸化ジルコニウムの少なくとも１種類の化合物から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学多層膜。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学多層膜と、該光学多層膜を表面に形成する基板とを備えることを特徴とする光学素子。
   
   

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