JP2012053329A - 反射防止膜、レンズ、光学系、対物レンズ、及び光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外領域と可視領域の２つの領域における光に対して、光学的に安定して、光の吸収が少なく、かつ所定の反射防止を効果的に実現可能な反射防止膜を提供する。
【解決手段】透明な基板上に、空気側から基板側へ順に第１層、第２層、第３層、第４層、第５層、第６層、と、６層以上の薄膜を形成した構成を備え、空気側から奇数番目の薄膜が低屈折率膜であり、偶数番目の薄膜が低屈折率膜又は低屈折率膜より屈折率の大きな中間屈折率膜であって、中心波長λ０での中間屈折率膜と低屈折率膜の屈折率を各々Ｎ_Ｍ、Ｎ_Ｌとしたとき、これらが所定の式を満足し、さらに、紫外域の波長λ１と、可視域の波長λ２と、が所定の式を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射防止膜と、この反射防止膜を用いたレンズ、光学系、及び対物レンズと、この光学系を用いた光学機器と、に関するものである。

従来の紫外光用の反射防止膜として、特許文献１に記載の反射防止膜が提案されている。この反射防止膜は、Ａｌ_２Ｏ_３膜を含む中間屈折率層と、ＭｇＦ_２を含む低屈折率層と、を透明基板面上に交互に形成して４層〜７層とし、波長２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマレーザー波長）と、それ以外の波長（例えば：Ｈｅ−Ｎｅレーザー波長６３３ｎｍ）の２つの波長で反射防止を行った膜である。また、特許文献２では、７層積層した膜であって、波長３５０ｎｍから波長８００ｎｍで、０．６％以下の広帯域反射性を備えた防止膜が提案されている。

レーザーを用いて処理を行う光学装置では、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視域（必要に応じて紫外域や赤外域）での観察と、処理を行うレーザー波長、例えばＹＡＧレーザーの第３高調波（発振波長３５５ｎｍ）の照射（透過）を同時に行う必要がある。
また、従来提案されている２波長反射防止膜は、エキシマレーザー波長２４８ｎｍと波長６００ｎｍ〜７００ｎｍを１．５％以下で反射防止するように設計されている。

特許第３２３２７２７号公報 特許第４１９０７７３号公報

しかし、上述の反射防止膜の膜構成を変更せずに、ＹＡＧレーザーの第３高調波（発振波長３５５ｎｍ）に適用して波長シフトすると、反射率が波長４００ｎｍ〜６００ｎｍで３％以上になり、これによって可視域での観察が困難になるという問題があった。

また、従来の反射防止膜は、ＴｉＯ_２のような屈折率が１．８を超える高屈折率材料を用いて構成されている。一般に、ＴｉＯ_２のような高屈折率材料は、波長４００ｎｍ以下の紫外領域での膜吸収率が高い。この為紫外域のレーザー、例えばＹＡＧレーザーの第３高調波（発振波長３５５ｎｍ）を用いる場合、光の吸収により反射防止膜が損傷し、膜構成が変化し、所定の分光特性、例えば反射防止特性が得られなくなってくるという問題点があった。

そこで、本発明は、反射防止膜の材質の屈折率及び膜構成を適切に設定することにより、主に波長４００ｎｍ未満の紫外領域と、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視領域と、の２つの領域における光に対して、光学的に安定して、光の吸収が少なく、かつ所定の反射防止を効果的に実現可能な反射防止膜を提供することを目的とする。また、このような反射防止膜として、例えばレーザー処理を行う各種の光学レンズに好適な２波長反射防止膜を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る反射防止膜は、透明な基板上に、空気側から基板側へ順に第１層、第２層、第３層、第４層、第５層、第６層、と、６層以上の薄膜を形成した構成を備え、空気側から奇数番目の薄膜が低屈折率膜であり、偶数番目の薄膜が低屈折率膜又は低屈折率膜より屈折率の大きな中間屈折率膜であって、中心波長λ０での中間屈折率膜と低屈折率膜の屈折率を各々Ｎ_Ｍ、Ｎ_Ｌとしたとき、次式（１）、（２）、（３）を同時に満足する反射防止膜であって、
λ０＝５００ｎｍ ・・・（１）
１．４５≦Ｎ_Ｍ≦１．８ ・・・（２）
Ｎ_Ｌ＜１．４５ ・・・（３）
紫外域の波長λ１と、可視域の波長λ２と、で反射防止を行っており、
次式（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）を同時に満足することを特徴とする。
λ１＝３５５ｎｍ ・・・（４）
４００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ ・・・（５）
Ｒ１≦１．０％ ・・・（６）
Ｒ２≦１．５％ ・・・（７）
Ｋ１≦１．０％ ・・・（８）
Ｋ２≦１．０％ ・・・（９）
ここで、
Ｒ１は、波長λ１での反射率、
Ｒ２は、波長λ２での反射率、
Ｋ１は、波長λ１での膜吸収率、
Ｋ２は、波長λ２での膜吸収率、
膜吸収率は、１００−（１００−（基板の反射率＋基板の透過率））−（反射防止膜を施した基板の反射率＋反射防止膜を施した基板の透過率）、
である。

本発明に係る反射防止膜は、基板の屈折率が１．８５未満であることが好ましい。

本発明に係る反射防止膜は、基板の屈折率が１．８５以上であることが好ましい。

本発明に係る反射防止膜は、次式（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）を同時に満足することが好ましい。
０．２２９×λ０≦ｄ１≦０．２３４×λ０ ・・・（１０）
０．２６０×λ０≦ｄ２≦０．２６８×λ０ ・・・（１１）
０．０４５×λ０≦ｄ３≦０．０７７×λ０ ・・・（１２）
０．０７４×λ０≦ｄ４≦０．１１８×λ０ ・・・（１３）
０．２１１×λ０≦ｄ５≦０．２７７×λ０ ・・・（１４）
０．０３５×λ０≦ｄ６≦０．１５０×λ０ ・・・（１５）
０．０３９×λ０≦ｄ７≦０．２０７×λ０ ・・・（１６）
ここで、
ｄ１は第１層の光学膜厚、
ｄ２は第２層の光学膜厚、
ｄ３は第３層の光学膜厚、
ｄ４は第４層の光学膜厚、
ｄ５は第５層の光学膜厚、
ｄ６は第６層の光学膜厚、
ｄ７は第７層の光学膜厚、
光学膜厚は屈折率×幾何学的厚さ、
である。

本発明に係る反射防止膜は、次式（１７）、（１８）、（１９）、（２０）、（２１）、（２２）を同時に満足することが好ましい。
０．２３３×λ０≦ｄ１≦０．２３４×λ０ ・・・（１７）
０．２６９×λ０≦ｄ２≦０．２８９×λ０ ・・・（１８）
０．０７２×λ０≦ｄ３≦０．０７３×λ０ ・・・（１９）
０．１０６×λ０≦ｄ４≦０．１２７×λ０ ・・・（２０）
０．１４６×λ０≦ｄ５≦０．２１１×λ０ ・・・（２１）
０．２５３×λ０≦ｄ６≦０．２７８×λ０ ・・・（２２）
ここで、
ｄ１は第１層の光学膜厚、
ｄ２は第２層の光学膜厚、
ｄ３は第３層の光学膜厚、
ｄ４は第４層の光学膜厚、
ｄ５は第５層の光学膜厚、
ｄ６は第６層の光学膜厚、
ｄ７は第７層の光学膜厚、
光学膜厚は屈折率×幾何学的厚さ、
である。

本発明に係る反射防止膜は、中間屈折率層の材料がＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＬａＦ_３、ＮｄＦ_３、ＹＦ_３、ＣｅＦ_３、又は、これらの化合物を含む混合物であり、低屈折率層の材料がＭｇＦ_２、ＢａＦ_２、ＬｉＦ、ＡｌＦ_３、ＮａＦ、ＣａＦ_２、又は、これらの化合物を含む混合物であることが好ましい。

本発明に係るレンズは、上述のいずれかの反射防止膜を施したことを特徴とする。

本発明に係る光学系は、上述のレンズを有することを特徴とする。

本発明に係る対物レンズは、上述の光学系を有することを特徴とする。

本発明に係る光学機器は、上述の光学系を有し、光学系を用いて、観察し、かつ、レーザーを集光することを特徴とする。

本発明に係る反射防止膜は、主に波長４００ｎｍ未満の紫外領域と波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視領域の２つの領域における光に対して、光学的に安定して、光の吸収が少なく、かつ所定の反射防止を効果的に実現可能とする、という効果を奏する。

表１に示す、実施例１〜９の反射防止膜の分光反射率特性を示すグラフである。 表１の実施例のうち、基材屈折率の上下限の実施例１、９と、これらの間の実施例から選択した実施例５の分光反射率特性を示すグラフである。 実施例１について、基板の反射率と透過率を加算した値、及び、反射防止膜を施した基板の反射率と透過率を加算した値を、波長に対してプロットしたグラフである。 実施例１について、膜吸収率を波長に対してプロットしたグラフである。 表２に示す、実施例１０〜１２の分光反射率特性を示すグラフである。 表３に示す、実施例１３、１４の分光反射率特性を示すグラフである。 表４に示す比較例の分光反射率特性を示すグラフである。 第４実施形態に係るリペア装置の構成を示す図である。 第５実施形態に係る顕微鏡の構成を示す図である。

以下に、本発明に係る反射防止膜の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
まず、実施形態の説明に先立って、本発明による作用・効果について説明する。
本発明に係る反射防止膜は、透明な基板上に、空気側から基板側へ順に第１層、第２層、第３層、第４層、第５層、第６層、と、６層以上の薄膜を形成した構成を備え、空気側から奇数番目の薄膜が低屈折率膜であり、偶数番目の薄膜が低屈折率膜又は低屈折率膜より屈折率の大きな中間屈折率膜であって、中心波長λ０での中間屈折率膜と低屈折率膜の屈折率を各々Ｎ_Ｍ、Ｎ_Ｌとしたとき、次式（１）、（２）、（３）を同時に満足する反射防止膜であって、
λ０＝５００ｎｍ ・・・（１）
１．４５≦Ｎ_Ｍ≦１．８ ・・・（２）
Ｎ_Ｌ＜１．４５ ・・・（３）
紫外域の波長λ１と、可視域の波長λ２と、で反射防止を行っており、
次式（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）を同時に満足することを特徴とする。
λ１＝３５５ｎｍ ・・・（４）
４００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ ・・・（５）
Ｒ１≦１．０％ ・・・（６）
Ｒ２≦１．５％ ・・・（７）
Ｋ１≦１．０％ ・・・（８）
Ｋ２≦１．０％ ・・・（９）
ここで、
Ｒ１は、波長λ１での反射率、
Ｒ２は、波長λ２での反射率、
Ｋ１は、波長λ１での膜吸収率、
Ｋ２は、波長λ２での膜吸収率、
膜吸収率は、１００−（１００−（基板の反射率＋基板の透過率））−（反射防止膜を施した基板の反射率＋反射防止膜を施した基板の透過率）、
である。
なお、上式（６）、（７）は、基板の反射率、及び、反射防止膜を施した基板の反射率について適用する。

上式（６）〜（９）のいずれか１つ以上について上限値を超えた場合、光学的に不安定となり、光の吸収が多くなり、所定の反射防止を効果的に実現することが難しくなる。

本発明に係る反射防止膜は、次式（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）を同時に満足することが好ましい。
０．２２９×λ０≦ｄ１≦０．２３４×λ０ ・・・（１０）
０．２６０×λ０≦ｄ２≦０．２６８×λ０ ・・・（１１）
０．０４５×λ０≦ｄ３≦０．０７７×λ０ ・・・（１２）
０．０７４×λ０≦ｄ４≦０．１１８×λ０ ・・・（１３）
０．２１１×λ０≦ｄ５≦０．２７７×λ０ ・・・（１４）
０．０３５×λ０≦ｄ６≦０．１５０×λ０ ・・・（１５）
０．０３９×λ０≦ｄ７≦０．２０７×λ０ ・・・（１６）
ここで、
ｄ１は第１層の光学膜厚、
ｄ２は第２層の光学膜厚、
ｄ３は第３層の光学膜厚、
ｄ４は第４層の光学膜厚、
ｄ５は第５層の光学膜厚、
ｄ６は第６層の光学膜厚、
ｄ７は第７層の光学膜厚、
光学膜厚は屈折率×幾何学的厚さ、
である。

上式（１０）〜（１６）のいずれか１つ以上を満足しなかった場合、光学的に不安定となり、光の吸収が多くなり、所定の反射防止を効果的に実現することが難しくなる。

本発明に係る反射防止膜は、次式（１７）、（１８）、（１９）、（２０）、（２１）、（２２）を同時に満足することが好ましい。
０．２３３×λ０≦ｄ１≦０．２３４×λ０ ・・・（１７）
０．２６９×λ０≦ｄ２≦０．２８９×λ０ ・・・（１８）
０．０７２×λ０≦ｄ３≦０．０７３×λ０ ・・・（１９）
０．１０６×λ０≦ｄ４≦０．１２７×λ０ ・・・（２０）
０．１４６×λ０≦ｄ５≦０．２１１×λ０ ・・・（２１）
０．２５３×λ０≦ｄ６≦０．２７８×λ０ ・・・（２２）
ここで、
ｄ１は第１層の光学膜厚、
ｄ２は第２層の光学膜厚、
ｄ３は第３層の光学膜厚、
ｄ４は第４層の光学膜厚、
ｄ５は第５層の光学膜厚、
ｄ６は第６層の光学膜厚、
ｄ７は第７層の光学膜厚、
光学膜厚は屈折率×幾何学的厚さ、
である。

上式（１７）〜（２２）のいずれか１つ以上を満足しなかった場合、光学的に不安定となり、光の吸収が多くなり、所定の反射防止を効果的に実現することが難しくなる。

表１は、第１実施形態に係る７層構成の反射防止膜の構成を示す表である。表２は、第２実施形態に係る７層構成の反射防止膜の構成を示す表である。表３は、第３実施形態に係る６層構成の反射防止膜の構成を示す表である。表４は、比較例としての、６層構成の反射防止膜の構成を示す表である。表１〜４においては、基板に対する積層順に各層の材料及び光学膜厚を示している。光学膜厚は、各表記載の数値に各実施形態の設計波長λ０を乗じた数値である。また、表及び図面中の基板材料名は、具体的な物質名を記載したものを除き、いずれも株式会社オハラの商標である。

図１は、表１に示す、実施例１〜９の反射防止膜の分光反射率特性を示すグラフである。図２は、表１の実施例のうち、基材屈折率の上下限の実施例１、９と、これらの間の実施例から選択した実施例５の分光反射率特性を示すグラフである。図３は、実施例１について、基板の反射率と透過率を加算した値、及び、反射防止膜を施した基板の反射率と透過率を加算した値を、波長に対してプロットしたグラフである。図４は、実施例１について、膜吸収率を波長に対してプロットしたグラフである。図５は、表２に示す、実施例１０〜１２の分光反射率特性を示すグラフである。図６は、表３に示す、実施例１３、１４の分光反射率特性を示すグラフである。図７は、表４に示す比較例の分光反射率特性を示すグラフである。

ここで、図１、図２、図５〜図７は、横軸に波長（単位ｎｍ）、縦軸に反射率（単位％）をとった、２波長反射防止膜の分光反射率特性を示す図である。また、図４に示す膜吸収率は、図３に示す、基板の反射率＋基板の透過率（実線）と、反射防止膜を施した基板の反射率＋反射防止膜を施した基板の透過率（破線）と、を用いて、「１００−（１００−（基板の反射率＋基板の透過率））−（反射防止膜を施した基板の反射率＋反射防止膜を施した基板の透過率）」で算出する。なお、図３、図４においては、３５５ｎｍ及び４００〜７００ｎｍだけでなく、参考のために、３００〜７５０ｎｍの間の全範囲について、反射率＋透過率、及び、膜吸収率を示している。

（第１実施形態）
表１に示す、実施例１〜９の反射防止膜は、屈折率１．５〜１．８５の基材の上に、設計波長λ０を５００ｎｍとして、低屈折率材料であるＭｇＦ_２からなる第１、３、５、７層と、中間屈折率材料であるＡｌ_２Ｏ_３からなる第２、４、６層と、を積層した７層構成になっている。この反射防止膜は、中間屈折率材料からなる層をＭ、低屈折率材料からなる層をＬとすると、空気側（基板から遠い側）からＬＭＬＭＬＭＬという７層構成である。また、中間屈折率材料であるＡｌ_２Ｏ_３からなる層の屈折率Ｎ_Ｍは１．６１であって、１．４５≦Ｎ_Ｍ≦１．８を満たし、低屈折率材料であるＭｇＦ_２からなる層の屈折率Ｎ_Ｌは１．３８であって、Ｎ_Ｌ＜１．４５を満たす。

第１実施形態の反射防止膜の各層は、１０^−２〜１０^−４Ｐａの真空域にて真空蒸着により形成した。なお、各層の形成方法は、真空蒸着に限定されるものでなく、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法によっても同等の特性を有する反射防止膜を得ることができる。

また、中間屈折率材料としてＡｌ_２Ｏ_３を、低屈折率材料としてＭｇＦ_２をそれぞれ用いたが、一般にＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２は、可視領域及び４００ｎｍ未満の紫外領域において光の吸収率が低い。これらの材料を使用する事により、光の吸収によるレーザエネルギーの蓄積や透過率の低下を抑制する事ができる。しかしながら、この材料に限定されるものではなく、各材料と同様な屈折率を持つ材料であれば同等の特性を有する反射防止膜を得ることができる。例えば、中間屈折率層用の材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３のほか、ＳｉＯ_２、ＬａＦ_３、ＮｄＦ_３、ＹＦ_３、ＣｅＦ_３、又は、これらの化合物を用いることができる。また、低屈折率層用の材料としては、ＭｇＦ_２のほか、ＢａＦ_２、ＬｉＦ、ＡｌＦ_３、ＮａＦ、ＣａＦ_２、又は、これらの化合物を用いることができる。

図１、図２の分光反射率特性に示すように、紫外域であるＹＡＧレーザーの第３高調波の発振波長３５５ｎｍ（λ１）における反射率Ｒ１は１％以下であり、可視域である４００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲（λ２）における反射率Ｒ２は１．５％以下である。したがって、第１実施形態の反射防止膜は、基材のみでの反射率約４％に対して十分良好な反射防止性能を実現している。

ここで、図３、図４に示すように、ＹＡＧレーザーの第３高調波の発振波長３５５ｎｍ（λ１）における膜吸収率Ｋ１（図４）は１％以下であり、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲（λ２）における膜吸収率Ｋ２（図４）は１．０％以下である。図示はしていないが、実施例２〜９についても同様の結果であった。

一方、表４に示す、従来の反射防止膜を両面又は片面に施した光学レンズでは、図７に示すように、ＹＡＧレーザーで１５ｍＪ／ｍｍ^２の光を１００回照射したところ損傷した。これに対して、第１実施形態の反射防止膜を両面又は片面に施した光学レンズでは、ＹＡＧレーザーで７０ｍＪ／ｍｍ^２の光を１００回照射したが、いずれの光学素子も損傷がなかった。

（第２実施形態）
表２に示す、実施例１０〜１２の反射防止膜は、屈折率１．５未満の基材の上に、設計波長λ０を５００ｎｍとして、低屈折率材料であるＭｇＦ_２からなる第１、３、５、７層と、中間屈折率材料Ａｌ_２Ｏ_３からなる第２、４層と、中間屈折率材料であるＳｉＯ_２からなる第６層と、を積層した７層構成になっている。この反射防止膜は、中間屈折率材料からなる層をＭ、低屈折率材料からなる層をＬとすると、空気側（基板から遠い側）からＬＭＬＭＬＭＬという７層構成である。また、中間屈折率材料であるＡｌ_２Ｏ_３からなる層の屈折率Ｎ_Ｍは１．６１であり、ＳｉＯ_２からなる層の屈折率Ｎ_Ｍは１．４６であり、いずれも１．４５≦Ｎ_Ｍ≦１．８を満たす。さらに、低屈折率材料であるＭｇＦ_２からなる層の屈折率Ｎ_Ｌは１．３８であって、Ｎ_Ｌ＜１．４５を満たす。

第２実施形態の反射防止膜の各層は、１０^−２〜１０^−４Ｐａの真空域にて真空蒸着により形成している。なお、各層の形成方法は、真空蒸着に限定されるものでなく、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法によっても同等の特性を有する反射防止膜を得ることができる。

また、中間屈折率材料としてＡｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２を、低屈折率材料としてＭｇＦ_２をそれぞれ用いたが、各層の材料はこれらに限定されるものではなく、各材料と同様な屈折率を持つ材料であれば同等の特性を有する反射防止膜を得ることができる。例えば、中間屈折率層用の材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２のほか、ＬａＦ_３、ＮｄＦ_３、ＹＦ_３、ＣｅＦ_３、又は、これらの化合物を用いることができる。また、低屈折率層用の材料としては、ＭｇＦ_２のほか、ＢａＦ_２、ＬｉＦ、ＡｌＦ_３、ＮａＦ、ＣａＦ_２、又は、これらの化合物を用いることができる。

図５の分光反射率特性に示すように、紫外域であるＹＡＧレーザーの第３高調波の発振波長３５５ｎｍ（λ１）における反射率Ｒ１が１％以下であり、可視域である４００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲（λ２）における反射率Ｒ２が１．５％以下である。したがって、第２実施形態の反射防止膜は、基材のみでの反射率約４％に対して十分良好な反射防止性能を有している。また、図示はしないが、上述の実施例１と同様に、ＹＡＧレーザーの第３高調波の発振波長３５５ｎｍ（λ１）における膜吸収率Ｋ１は１％以下であり、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲（λ２）における膜吸収率Ｋ２は１．０％以下である。

一方、表４に示す、従来の反射防止膜を両面又は片面に施した光学レンズでは、図７に示すように、ＹＡＧレーザーで１５ｍＪ／ｍｍ^２の光を１００回照射したところ損傷した。これに対して、第２実施形態の反射防止膜を両面又は片面に施した光学レンズでは、ＹＡＧレーザーで７０ｍＪ／ｍｍ^２の光を１００回照射したが、いずれの光学素子も損傷がなかった。

（第３実施形態）
表３に示す、実施例１３、１４の反射防止膜は、屈折率１．８５以上の基材の上に、設計波長λ０を５００ｎｍとして、低屈折率材料であるＭｇＦ_２からなる第１、３、５層と、中間屈折率材料であるＡｌ_２Ｏ_３からなる第２、４、６層と、を積層した６層構成になっている。この反射防止膜は、中間屈折率材料からなる層をＭ、低屈折率材料からなる層をＬとすると、空気側（基板から遠い側）からＬＭＬＭＬＭという６層構成である。また、中間屈折率材料であるＡｌ_２Ｏ_３からなる層の屈折率Ｎ_Ｍは１．６１であって、１．４５≦Ｎ_Ｍ≦１．８を満たす。さらに、低屈折率材料であるＭｇＦ_２からなる層の屈折率Ｎ_Ｌは１．３８であって、Ｎ_Ｌ＜１．４５を満たす。

第３実施形態の反射防止膜の各層は、１０^−２〜１０^−４Ｐａの真空域にて真空蒸着により形成した。なお、各層の形成方法は、真空蒸着に限定されるものでなく、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法によっても同等の特性を有する反射防止膜を得ることができる。

また、中間屈折率材料としてＡｌ_２Ｏ_３を、低屈折率材料としてＭｇＦ_２を、それぞれ用いたが、各層の材料はこれらに限定されるものではなく、各材料と同様な屈折率を持つ材料であれば同等の特性を有する反射防止膜を得ることができる。例えば、中間屈折率層用の材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３のほか、ＬａＦ_３、ＮｄＦ_３、ＹＦ_３、ＣｅＦ_３、又は、これらの化合物を用いることができる。また、低屈折率層用の材料としては、ＭｇＦ_２のほか、ＢａＦ_２、ＬｉＦ、ＡｌＦ_３、ＮａＦ、ＣａＦ_２、又は、これらの化合物を用いることができる。

図６の分光反射率特性に示すように、紫外域であるＹＡＧレーザーの第３高調波の発振波長３５５ｎｍにおける反射率が１％以下であり、可視域である４００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲における反射率が１．５％以下である。したがって、第３実施形態の反射防止膜は、基材のみでの反射率約４％に対して十分良好な反射防止性能を有している。また、図示はしないが、上述の実施例１と同様に、ＹＡＧレーザーの第３高調波の発振波長３５５ｎｍ（λ１）における膜吸収率Ｋ１は１％以下であり、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲（λ２）における膜吸収率Ｋ２は１．０％以下である。

一方、表４に示す、従来の反射防止膜を両面又は片面に施した光学レンズは、図７に示すように、ＹＡＧレーザーで１５ｍＪ／ｍｍ^２の光を１００回照射したところ損傷した。これに対して、第３実施形態の反射防止膜を両面又は片面に施した光学レンズでは、ＹＡＧレーザーで７０ｍＪ／ｍｍ^２の光を１００回照射したが、いずれの光学素子も損傷がなかった。

（第４実施形態）
以下、反射防止膜を施した光学系を有する光学装置としてのリペア装置について、図８を参照しつつ説明する。
図８は、第４実施形態に係るリペア装置（以下、レーザーリペア）の構成を示す図である。このリペア装置は、液晶ディスプレイのガラス基板、半導体ウエハ、プリント基板などに生じる欠陥部にレーザー光を照射して除去する装置である。

図８に示すレーザーリペアは、加工用光源１０１、可変絞り１０２、レンズ１０３、反射防止膜を形成した対物レンズ１０６、ハーフミラー１０４、ハーフミラー１０５、観察光源１０９、レンズ１１０、移動台１１２、移動駆動制御部１２１、撮像素子としてのＣＣＤ１２２（電荷結合素子）、ＴＶモニター１２３、画像処理部１２４、及び駆動制御部１２５を備える。

加工用光源１０１は、リペア対象を加工するレーザー光束を出射する加工用の光源であり、例えば、リペア対象に応じて複数波長のレーザー光束を出射できることが好ましい。加工用光源１０１から出射するレーザー光の制御、例えば、光強度、発光波長、パルス発振などの発振モード、点灯消灯制御は、不図示の制御部で行う。加工用光源１０１から出射されたレーザー光は、可変絞り１０２、レンズ１０３、ハーフミラー１０４、ハーフミラー１０５、対物レンズ１０６を介して、移動台１１２上の被加工物１１１の表面（被リペア面）に照射される。

被加工物１１１は、移動駆動制御部１２１により移動制御される移動台１１２とともに加工用光源１０１からのレーザー光と直交する面内で移動可能である。移動駆動制御部１２１による被加工物１１１の位置制御は、後述する、画像処理部１２４における被加工物１１１の表面の観察結果に基づいて、加工用光源１０１からのレーザー光が欠陥部に正確に照射されるように、画像処理部１２４が移動駆動制御部１２１へ制御情報を出力する。また、画像処理部１２４における被加工物１１１の表面の観察結果に基づいて、欠陥部の大きさ、深さその他の状態に対応するように、加工用光源１０１からのレーザー光の光強度その他の照射条件を設定する情報が画像処理部１２４から駆動制御部１２５へ出力される。

可変絞り１０２は、加工用光源１０１から出射されたレーザー光束の光軸に直交する断面におけるレーザー光強度分布を均一化する。可変絞り１０２の動作は、画像処理部１２４からのデータに基づいて駆動制御部１２５が制御する。可変絞り１０２を通った光束は、レンズ１０３、ハーフミラー１０４、ハーフミラー１０５を透過して対物レンズ１０６によって被加工物１１１上に集光される。この光束は、被加工物１１１上の欠陥部に照射され、この欠陥部の除去に使用される。

また、観察光源１０９からは、可視領域の照明光が出射される。この照明光は、レンズ１１０で集光された後にハーフミラー１０５で反射され、対物レンズ１０６を経て被加工物１１１に照射される。照明光は、被加工物１１１の表面で反射され、対物レンズ１０６、ハーフミラー１０５を透過した後にハーフミラー１０４で反射され、レンズ１０７で集光されてハーフミラー１０８を経てＣＣＤ１２２に入射する。ＣＣＤ１２２では、入射光が電気信号に変換され、ＴＶモニター１２３に表示されるとともに、変換された信号が画像処理部１２４へ出力される。

従来のレーザーリペアにおいては、加工の際に大きな出力エネルギーのレーザー光が観察用の対物レンズを通過するため、対物レンズを破損してしまうという問題があり、観察用と加工用対物レンズを別に用意していた。
しかし、これでは観察用レンズで観察して加工場所を決定し、加工用レンズに切り替えて加工することになり、時間的に２倍の工数がかかってしまう。また、観察用レンズと加工用レンズの位置合わせなども必要となりメカ的にもソフト的にも工程が増えてしまっている。

これに対して、第４実施形態のレーザーリペアでは、可視〜紫外までの領域で高い透過率と耐久性を備えた反射防止膜を対物レンズ１０６に用いている。このため、可視〜紫外までの領域で良好な光学性能を有する対物レンズを実現でき、これにより、観察用と加工用の対物レンズを共通化することが可能となり、観察後にレンズの切り替えなくレーザー加工が略同時に行え、ソフト的補正やメカ的制御も必要なくなり大幅な時間短縮と装置の正確性ＵＰが可能となる。

（第５実施形態）
反射防止膜を施した光学系を有する対物レンズ（対物レンズ系２２）を備えた光学機器としての顕微鏡について、図９を参照して説明する。
図９は、第５実施形態に係る顕微鏡（紫外線顕微鏡）の構成を示す図である。この顕微鏡では、被検体の可視域から紫外域に至る観察と、被検体の紫外画像と可視カラー画像とを重畳させた表示と、被検体の紫外像のみの観察と、が可能である。

図９に示した紫外線顕微鏡は、床２５８から伝わる振動を機械的に防止するため、紫外線顕微鏡の鏡脚２１４が除振台２６０上に設置されている。鏡脚２１４上には、アーム２１６を介して鏡筒２１２が支持されている。鏡筒２１２は、光源２１８と、その光路に沿って配置された照明レンズ系２２０、対物レンズ系２２２、及び結像レンズ系２２４を有する光学レンズ系と、を備える。照明レンズ系２２０は、コレクタレンズ２２０ａとコンデンサレンズ２２０ｂとを備え、光源２１８の光を適宜に収束させる。コレクタレンズ２２０ａ、２２０ｂにより収束された光源２１８の光は、ハーフミラー２２６で反射されて、対物レンズ系２２２により合焦されて被検体２２８へ入射する。

被検体２２８で反射した光は、対物レンズ系２２２により拡大され、ハーフミラー２２６及び結像レンズ系２２４を透過する。結像レンズ系２２４の結像光路は、ダイクロイックミラー２３０ａにより紫外線の光路と可視光の光路とに分離される。

ここで、紫外線はダイクロイックミラー２３０ａで反射し、更に反射ミラー２３１で反射して、紫外線テレビカメラ２３４ａの撮像面（図示せず）に結像される。テレビカメラ２３４ａは、その撮像面に結像された入力像（紫外像）を、電気的な画像信号に変換し、紫外線用の画像処理装置２３６ａを通じて、ディスプレイ２３８ａへ与える。ディスプレイ２３８ａは、テレビカメラ２３４ａからの入力信号に基づいて、被検体２２８の紫外域像に対応するモノクローム画像をリアルタイムに表示する。

一方、可視光はダイクロイックミラー２３０ａを透過して、反射ミラー２４０、２４２により順に反射して、カラーテレビカメラ２３４ｂの撮像面（図示せず）に結像される。テレビカメラ２３４ｂは、その撮像面に結像された入力像（可視像）を、電気的なカラー画像信号に変換し、可視画像の画像処理装置２３６ｂを通じて、ディスプレイ２３８ｂへ与える。ディスプレイ２３８ｂは、画像処理装置２３６ｂからの入力信号に基づいて、被検体２２８の可視像に対応するカラー画像をリアルタイムに表示する。

以上により、ディスプレイ２３８ａにより被検体２２８の微小領域の高解像力の紫外画像を観察できると同時に、ディスプレイ２３８ｂにより被検体２２８の微小領域の色を観察できる。これは例えば半導体デバイスの欠陥検査に対応可能である。

テレビカメラ２３４ａ、２３４ｂは、それぞれ入力像を変倍するための拡大レンズ系２４４ａ、２４４ｂを備える。拡大レンズ系２４４ａ、２４４ｂは、互いに独立に倍率設定可能とすることにより、被検体２２８の紫外画像とカラー画像とを互いに異なる倍率で同時に観察できる。

画像処理装置２３６ａ、２３６ｂは、コントローラ２４６により制御され、公知の画像処理機能をそれぞれ有する。画像処理装置２３６ａ、２３６ｂは、それぞれビデオプリンタ２４８ａ、２４８ｂに画像を出力させることができる。

鏡筒２１２内には、光源２１８の光を遮断できるシャッタ２５０が配置されている。この光源用のシャッタ２５０の開閉は、手動でもよいが、コントローラ２４６により制御されることが好ましい。拡大レンズ系２４４ａ、２４４ｂは、テレビカメラ２３４ａ、２３４ｂの撮像面への入光量を零とするためのシャッタ２５２ａ、２５２ｂをそれぞれ備える。シャッタ２５２ａ、２５２ｂを閉じてテレビカメラ２３４ａ、２３４ｂにより無入光状態における撮像をすると、バックグラウンド像としての像が得られる。

紫外線顕微鏡のアーム２１６には、被検体２２８を保持すべき機械的ステ−ジ２５４が支持されている。機械的ステ−ジ２５４は、アーム２１６に支持されたＺステ−ジ２５４ｚと、このＺステ−ジ２５４ｚに順次に取り付けられたＹステ−ジ２５４ｙ及びＸステ−ジ２５４ｘを備えている。Ｘステ−ジ２５４ｘ、Ｙステ−ジ２５４ｙ、Ｚステ−ジ２５４ｚは、それぞれ調節ねじ２５６ｘ、２５６ｙ、２５６ｚにより手動駆動されてもよく、コントローラ２４６により駆動制御されてもよい。

レボルバ２６２は、複数の対物レンズ系２２２を支持し、その回転により、対物レンズ系を選択的に切換え可能である。タ−レット２６４ａ、２６４ｂは、複数の拡大レンズ系２４４ａ、２４４ｂをそれぞれ支持し、その回転により、拡大レンズ系を選択的に切換え可能である。これら対物レンズ系２２２及び／または拡大レンズ系２４４ａ、２４４ｂの切換えにより、紫外線顕微鏡の変倍力が可変とされる。

対物レンズ系２２２の焦点深度は波長に比例して浅くなるので、紫外像観察時は焦点合せが困難となる。この困難を解消するために、紫外テレビカメラ２３４ａのための自動合焦装置２７８が備えられている。

近年の微細加工技術の発展に伴い、半導体デバイス等の構造は一層に微細化する傾向にある。サブミクロン以下の微細構造に対しては、可視光を用いた光学顕微鏡は解像力が不充分であるために、線幅の測定や欠陥の検出が不可能である。一方、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）や紫外線顕微鏡は、解像力は充分であるものの、それにより形成可能な表示画像はモノクローム画像のみであり、検査の重要な項目の一つである色の情報は得られない。更に、ＳＥＭは観察時に真空環境を必要とするので、操作が容易でない。

これに対して、第５実施形態の顕微鏡では、可視光〜紫外光までの光源を用いることで、可視光によるカラー画像と紫外光による画像を同時に得ることでき、色情報と解像力の高い画像情報を同時観察する顕微鏡システムを達成できる。
なお、チューナブルレーザー等の紫外から可視光まで透過するシステムにおいても、光源装置内の光学素子に上述の反射防止膜を形成することにより、全波長において十分な透過率を有し、且つ十分な耐久性を持たせることが可能となる。

以上の実施形態に示すように、反射防止膜の材質の屈折率及び膜構成を適切に設定することにより、主に波長４００ｎｍ未満の紫外領域と波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視領域の２つの領域における光に対して光学的に安定して光の吸収が少なく、かつ所定の反射防止を効果的に行った、例えばレーザー処理を行う光学レンズに好適な２波長反射防止膜を得ることができる。

以上のように、本発明に係る反射防止膜は、紫外領域及び可視領域の二つの領域の光に対して、光学的に安定し、光の吸収が少なく、かつ、所定の反射防止性が求められる光学系に有用である。

１０１ 加工用光源
１０２ 可変絞り
１０３、１０７ レンズ
１０４、１０５、１０８ ハーフミラー
１０６ 対物レンズ
１０９ 観察光源
１１０ レンズ
１１１ 被加工物
１１２ 移動台
１２１ 移動駆動制御部
１２２ ＣＣＤ
１２３ ＴＶモニター
１２４ 画像処理部
１２５ 駆動制御部
２１８ 光源
２２０ 照明レンズ系
２２０ａ、２２０ｂ コレクタレンズ
２２２ 対物レンズ系
２２４ 結像レンズ系
２２６ ハーフミラー
２２８ 被検体
２３０ａ ダイクロイックミラー
２３１、２４０、２４２ 反射ミラー
２３４ａ、２３４ｂ テレビカメラ
２３６ａ、２３６ｂ 画像処理装置
２３８ａ、２３８ｂ ディスプレイ
２４４ａ、２４４ｂ 拡大レンズ系
２４６ コントローラ
２４８ａ、２４８ｂ ビデオプリンタ
２５０、２５２ａ、２５２ｂ シャッタ
２５４ 機械的ステージ

Claims (10)

1. 透明な基板上に、空気側から前記基板側へ順に第１層、第２層、第３層、第４層、第５層、第６層、と、６層以上の薄膜を形成した構成を備え、前記空気側から奇数番目の薄膜が低屈折率膜であり、偶数番目の薄膜が低屈折率膜又は前記低屈折率膜より屈折率の大きな中間屈折率膜であって、中心波長λ０での前記中間屈折率膜と前記低屈折率膜の屈折率を各々Ｎ_Ｍ、Ｎ_Ｌとしたとき、次式（１）、（２）、（３）を同時に満足する反射防止膜であって、
   λ０＝５００ｎｍ ・・・（１）
   １．４５≦Ｎ_Ｍ≦１．８ ・・・（２）
   Ｎ_Ｌ＜１．４５ ・・・（３）
   紫外域の波長λ１と、可視域の波長λ２と、で反射防止を行っており、
   次式（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）を同時に満足することを特徴とする反射防止膜。
   λ１＝３５５ｎｍ ・・・（４）
   ４００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ ・・・（５）
   Ｒ１≦１．０％ ・・・（６）
   Ｒ２≦１．５％ ・・・（７）
   Ｋ１≦１．０％ ・・・（８）
   Ｋ２≦１．０％ ・・・（９）
   ここで、
   Ｒ１は、波長λ１での反射率、
   Ｒ２は、波長λ２での反射率、
   Ｋ１は、波長λ１での膜吸収率、
   Ｋ２は、波長λ２での膜吸収率、
   前記膜吸収率は、１００−（１００−（前記基板の反射率＋前記基板の透過率））−（前記反射防止膜を施した前記基板の反射率＋前記反射防止膜を施した前記基板の透過率）、
   である。
2. 前記基板の屈折率が１．８５未満であることを特徴とする請求項１に記載の反射防止膜。
3. 前記基板の屈折率が１．８５以上であることを特徴とする請求項１に記載の反射防止膜。
4. 次式（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）を同時に満足することを特徴とする請求項２に記載の反射防止膜。
   ０．２２９×λ０≦ｄ１≦０．２３４×λ０ ・・・（１０）
   ０．２６０×λ０≦ｄ２≦０．２６８×λ０ ・・・（１１）
   ０．０４５×λ０≦ｄ３≦０．０７７×λ０ ・・・（１２）
   ０．０７４×λ０≦ｄ４≦０．１１８×λ０ ・・・（１３）
   ０．２１１×λ０≦ｄ５≦０．２７７×λ０ ・・・（１４）
   ０．０３５×λ０≦ｄ６≦０．１５０×λ０ ・・・（１５）
   ０．０３９×λ０≦ｄ７≦０．２０７×λ０ ・・・（１６）
   ここで、
   ｄ１は前記第１層の光学膜厚、
   ｄ２は前記第２層の光学膜厚、
   ｄ３は前記第３層の光学膜厚、
   ｄ４は前記第４層の光学膜厚、
   ｄ５は前記第５層の光学膜厚、
   ｄ６は前記第６層の光学膜厚、
   ｄ７は前記第７層の光学膜厚、
   前記光学膜厚は屈折率×幾何学的厚さ、
   である。
5. 次式（１７）、（１８）、（１９）、（２０）、（２１）、（２２）を同時に満足することを特徴とする請求項３に記載の反射防止膜。
   ０．２３３×λ０≦ｄ１≦０．２３４×λ０ ・・・（１７）
   ０．２６９×λ０≦ｄ２≦０．２８９×λ０ ・・・（１８）
   ０．０７２×λ０≦ｄ３≦０．０７３×λ０ ・・・（１９）
   ０．１０６×λ０≦ｄ４≦０．１２７×λ０ ・・・（２０）
   ０．１４６×λ０≦ｄ５≦０．２１１×λ０ ・・・（２１）
   ０．２５３×λ０≦ｄ６≦０．２７８×λ０ ・・・（２２）
   ここで、
   ｄ１は前記第１層の光学膜厚、
   ｄ２は前記第２層の光学膜厚、
   ｄ３は前記第３層の光学膜厚、
   ｄ４は前記第４層の光学膜厚、
   ｄ５は前記第５層の光学膜厚、
   ｄ６は前記第６層の光学膜厚、
   ｄ７は前記第７層の光学膜厚、
   前記光学膜厚は屈折率×幾何学的厚さ、
   である。
6. 前記中間屈折率層の材料がＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＬａＦ_３、ＮｄＦ_３、ＹＦ_３、ＣｅＦ_３、又は、これらの化合物を含む混合物であり、
   前記低屈折率層の材料がＭｇＦ_２、ＢａＦ_２、ＬｉＦ、ＡｌＦ_３、ＮａＦ、ＣａＦ_２、又は、これらの化合物を含む混合物であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の反射防止膜。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の反射防止膜を施したことを特徴とするレンズ。
8. 請求項７に記載のレンズを有することを特徴とする光学系。
9. 請求項８に記載の光学系を有することを特徴とする対物レンズ。
10. 請求項８に記載の光学系を有し、前記光学系を用いて、観察し、かつ、レーザーを集光することを特徴とする光学機器。

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