JP3523224B2 - 光学薄膜 - Google Patents

光学薄膜

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    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11—Anti-reflection coatings
    • G02B1/113—Anti-reflection coatings using inorganic layer materials only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学薄膜、かよう
な薄膜を含む光学要素、および光学薄膜の製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】特に高エネルギーレーザーの適用に対し
て、光学要素によるエネルギーの吸収は、かような要素
が、高いエネルギー密度に耐えるようにできるだけ低く
保たれねばならない。
【０００３】米国特許明細書第 4,142,958号から、赤外
領域内の光の適用に対して、 500−800 Åの１／４波長
の厚さの薄膜が公知である。この薄膜は、その赤外光に
対して0.01％の範囲で損失を与えることが報告されてお
り、タンタルペントオキサイドまたはチタンジオキサイ
ドのような高い指示物質からつくられる。これらの薄膜
は、反応性イオン−ビームスパッター方法による上記米
国特許明細書によりつくられ、よってチタンジオキサイ
ド薄膜は、チタンジオキサイドのターゲットをスパッタ
ーすることによりつくられることが報告されている。
【０００４】かように、赤外の適用については、 Ta2O5
の１／４波長の薄膜が、0.01％の範囲の損失で上記米国
特許明細書から公知である。
【０００５】F.Rainerらの“紫外光に対する光学コーチ
ング用の物質” Applied Optics, Vol.24, No.4/1985年
２月15日、 496ページff. から、 248nmの紫外領域の光
に対してZrO2、Y2O3、HfO2、 SC2O3、 MgO、 Al2O3、Si
O2の如きコーチング物質を用いることが公知である。そ
れによって、研究に付されるコーチングは、電子ビーム
蒸発によって付着される。 248nmの光に対しては、吸光
係数は0.01より低く測定された。
【０００６】H.Demiryont らの“イオン−ビームスパッ
ターにより付着されたタンタルオキサイドフィルムの光
学特性に与える酸素含有率の効果”、 Applied Optics,
Vol.24, No.4/1985年２月15日、 490ページff. から、
タンタルペントオキサイド薄膜は、近似的に 300nmの光
に対して0.02、 310nmの光に対して約0.01に落ち、約37
5nmの光に対して漸近的に10-3に落ちる吸光係数を有す
るということがわかった。Demiryont により研究される
薄膜は、例えば、J.M.E Harperらの“スパッターに用い
られる広いビームイオン源の技術と応用”、Part II, A
pplications, J.Vac.Sic.Technol., 21(3), 1982年９月
／10月、 737ページおよびJ.L.Vossenらの“薄膜プロセ
ス”、 Academic Press Inc., New York 1978, 175ペー
ジに記述の如きイオン−ビームスパッター技術により製
造される。
【０００７】Demiryont により研究された薄膜は、金属
タンタルのターゲットを用いて製造された。
【０００８】従って、Demiryont の研究は、 310nmにお
ける吸光係数0.01によって、 300nm〜350nm において十
分に小さな吸光係数を規定するであろう曲線よりも上方
に吸光係数対波長曲線が設定されるので、 350nmよりも
短い光の高エネルギー密度の適用に対してタンタルペン
トオキサイドを用いることはできないことをはっきりと
示している。これらの結果は、タンタルペントオキサイ
ド薄膜が赤外領域すなわちマイクロメーター領域の波長
を有する光に対して依然として消失しない吸光係数を報
告された、米国特許明細書第 4,142,958号による結果と
適合する。
【０００９】タンタルペントオキサイドが、いくつかの
利点すなわち以下を有するであろうということを考慮さ
れる。
【００１０】− 良好な機械的および光学的安定性を有
し、堅くて環境応力に耐え、そしてさらに非常に密度の
高い薄膜を形成し、 − Ta2O5が、プラズマ条件下でその化学量論を変化さ
せない良好なプラズマ安定性を有し、 − 非常に光の散乱が低く、 − 非常に高温に耐える。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的
は、少なくとも、主に Ta2O5からつくられ、Demiryont
の上記報文から公知の Ta2O5薄膜に比較して非常に低い
吸光係数を有する光学薄膜を提供することである。別の
目的は、１／４波長薄膜をもたらすタンタルペントオキ
サイドの屈折率の高さに応じた薄い多重薄膜を提供する
ことである。このことは、リソグラフの適用で薄い電子
線に反応するレジストを使用することを可能にする。か
ような薄膜は、特に乾式エッチングの適用において有用
である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】これらの目的は、少なく
とも、主に Ta2O5であり、 308nmの光に対して0.0075よ
り低い吸光係数を有する光学薄膜を提供する本発明によ
り実現される。吸光係数対波長曲線のこの点は、 300nm
〜350nm における曲線全体を、Demiryont の 310nm／0.
01の点により設定される曲線よりも有意に下方に設定す
る。
【００１３】驚くことに、例えば、上記のHarperまたは
J.L.Vossenから公知であるが、金属タンタルターゲット
には適用されず、主にタンタルペントオキサイドからつ
くられるターゲットに適用されるイオン−ビームスパッ
ター技術の使用は、上記の非常に改良された Ta2O5薄膜
を実現する。
【００１４】
【発明の実施の形態】従来の技術に熟練した人に公知
の、および例えば、上記のHarperまたはJ.L.Vossenのど
ちらにも記述の如きイオン−ビームスパッター技術を用
いて、少なくとも99％の Ta2O5からつくられるターゲッ
トがスパッターされた。この技術により、SiO2または A
l2O3基材上のどちらにも薄膜を形成した。 300nmの光に
対しては、製造された薄膜は、0.0068の吸光係数を、 3
08nmの光に対しては 0.003を有し、従って、 308nmの光
に対して明らかに0.0075より低い吸光係数を有する薄膜
を提供する。
【００１５】かような改良された吸光係数の Ta2O5薄膜
を用いて、高エネルギー密度の適用が可能になる。 300
nmまたは 308nmでの測定点は、吸光係数対波長曲線を定
めるので、新規 Ta2O5薄膜により、薄膜が、 300nm〜35
0nm の波長バンドにわたって非常に低い吸光係数で実現
され、特にこの全バンドの光に対して高エネルギーの適
用を可能にするということが明らかになる。
【００１６】記述のように、発明の薄膜は主に Ta2O5を
含む。その光学特性の特定のコントロールのために、そ
れは、さらに以下の物質のうちの少なくとも１つを含む
ことができる。ZrO2、Y2O3、HfO2、 SC2O3、 MgO、 Al2
O3、SiO2。従っておよび記述のように、用いられる発明
のターゲット物質は、主に Ta2O5であるが、以下の物質
のうちの少なくとも１つを含むことができる。ZrO2、Y2
O3、HfO2、 SC2O3、 MgO、 Al2O3、SiO2。
【００１７】上記の改良された Ta2O5薄膜に基づいて、
主に Ta2O5を含む前記ターゲットからλ/4の Ta2O5薄膜
をSiO2又は Al2O3の、好ましくはSiO2の基材上にスパッ
ターした光学要素がさらに実現された。その後、前記 T
a2O5のλ/4の薄膜上に、さらにSiO2または Al2O3の、好
ましくは再びSiO2の厚さλ/4の別の薄膜がスパッターさ
れ、かようにして Ta2O5およびSiO2または Al2O3の二重
薄膜を製造した。
【００１８】308nmの光に対する Ta2O5及びSiO2の二重
薄膜を用いて、各単薄膜がλ/4である該二重薄膜７枚を
SiO2基材上にスパッターし、約99％の反射を示す新規光
学要素基材を提供した。
【００１９】２つの物質のうちの一方が、主に Ta2O5で
あり、他方がSiO2または Al2O3である、基材上の２つの
物質の少なくとも１つの二重薄膜からつくられるこの光
学要素は、明らかに、 308nmまたは 300nmおよび 350nm
間の波長の光の高エネルギー密度の適用に対して、とり
わけ用いることができ、今日まで、かような波長の光に
対して用いられる他の物質の光学要素に比較して、非常
に薄い厚さおよび非常に低い光吸収を有する。発明の低
吸収薄膜および光学要素は、高エネルギービームの反射
または透過を与え、それらの発明は、かようなレーザー
および／または光学要素が、かようなレーザーのビーム
と共同で作用する、XeClエキシマ−レーザー、N2−また
はHeCd−ガスレーザーを備えた装置に結合される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−138878（ＪＰ，Ａ) Ｈ．Ｄｅｍｉｒｙｏｎｔ， Ｊａｍｅ ｓ Ｒ．Ｓｉｔｅｓ，ａｎｄ Ｋｅｎｔ Ｇｅｉｂ，Ｅｆｆｅｃｔｓ Ｏｆ ｏ ｘｙｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｔ ｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔ ｉｅｓ ｏｆ ｔａｎｔａｌｕｍ ｏｘ ｉｄｅ ｆｉｌｍｓ ｄｅｐｏｓｉｔｅ ｄ ｂｙ ｉｏｎ−ｂｅａｍ ｓ Ａｐ ｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，米国，1985 年 ２月15日，Ｖｏｌ．24 Ｎｏ．４, 490−494 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 5/28 C23C 14/08 C23C 14/46 G02B 5/26

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 主に Ta 2O 5 であり且つ 308nm の波長の光に
    対して 0.0075 より低い吸光係数を有する光学薄膜の製造
    方法であって、主に Ta 2O 5 であるターゲットを非反応性
    イオン−ビーム−スパッターすることを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項２】 308nm の波長の光に対して 0.005 より低い
    吸光係数を有する光学薄膜を製造する、請求項１記載の
    方法。
  3. 【請求項３】 下記物質： ZrO 2 、 Y 2O 3 、 HfO 2 、 Sc 2O 3 、 M
    gO 、 Al 2O 3 、 SiO 2 の少なくとも一種を該光学薄膜に添加
    する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記少なくとも一種の物質を含む前記タ
    ーゲットを非反応性イオン−ビーム−スパッターするこ
    とにより、前記少なくとも一種の物質を添加する、請求
    項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 さらに少なくとも９９％の Ta 2O 5 である
    ターゲットを選択する、請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 主に Ta 2O 5 であり且つ 308nm の波長の光に
    対して 0.0075 より低い吸光係数を有する少なくとも一つ
    の光学薄膜を、主に Ta 2O 5 であるターゲットを非反応性
    イオン−ビーム−スパッターすることにより付着させ、
    その際その膜厚を光学厚さλ /4 とし、さらに該 Ta 2O 5 の
    屈折率よりも低い屈折率を有する材料でできた光学厚さ
    λ /4 の少なくとも一つの別の薄膜を付着させることを特
    徴とする、紫外光用光学要素の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記光学厚さλ /4 を、 308nm 又は 325nm の
    波長の光に対して選択する工程を含む、請求項６記載の
    方法。
  8. 【請求項８】 前記別の薄膜が、 SiO 2 および Al 2O 3 の少
    なくとも１つでできている、請求項６記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記光学薄膜と前記別の薄膜とを二重薄
    膜として付着させ、かつ、該二重薄膜を２以上設ける、
    請求項６記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記二重薄膜を６以上付着させ、当該
    光学要素が 308nm の波長の光に対して少なくとも９５％
    の反射率を有する、請求項９記載の方法。
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