JPH11109103A - 光学部材 - Google Patents

光学部材

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JPH11109103A
JPH11109103A JP9270062A JP27006297A JPH11109103A JP H11109103 A JPH11109103 A JP H11109103A JP 9270062 A JP9270062 A JP 9270062A JP 27006297 A JP27006297 A JP 27006297A JP H11109103 A JPH11109103 A JP H11109103A
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JP
Japan
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substrate
thin film
refractive index
optical
optical member
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Application number
JP9270062A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Nakamura
浩 中村
Junji Amihoshi
順治 網干
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用波長120nm≦λ0≦200nmで、入射光の偏
光方向に依存せず、反射防止効果を奏する光学部材を提
供する。 【解決手段】 凹部が周期的に設けられた120nm〜
200nmの波長領域用の光学薄膜材料からなる反射防
止層を、或いは120nm〜200nm波長領域用の光
学薄膜材料により凸部が周期的に形成されてなる反射防
止層を基板上に有する光学部材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はArFレーザー、F
2レーザー等の120nm〜200nmの波長領域の光
に有効な反射防止膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光学系において、レンズ等の光学素子の
表面反射による光量損失やフレア・ゴースト等を低減す
るために反射防止膜を形成する必要がある。このような
反射防止膜の構成として、例えば、高屈折率層と低屈折
率層を交互に積層する構成が挙げられる。また、120
nm〜200nmの波長領域で使用される光源としてAr
Fエキシマレーザー(λ=193.4nm)やF2レーザー(λ=1
57nm)等があるが、これらの光に対して有効な反射防止
膜であるためには、低吸収・高耐レーザー性が要求され
る。しかし、使用波長λ0≦200nmでは使用可能な
高屈折率物質と低屈折率物質が少なくなる。特に、λ0
≦180nmでは、吸収のない使用可能な高屈折率物質
が、現在のところ存在しないため、有効な反射防止効果
を奏する多層反射防止膜を得ることができない。
【0003】一方、単層膜で所望の反射防止効果を得る
方法として、従来から図5に示すように、光学基板1上
に使用波長より小さな周期長で周期的にエッチングによ
り除去してくさび状の薄膜3を形成することによって、
反射防止効果を有する光学部材は知られている。
【0004】
【本発明が解決しようとする課題】しかし、図5に示す
ようなくさび状のパターンでは、入射する光の偏光方向
によって反射防止効果を奏する偏光方向(図中のA方
向)と反射防止の効果がない偏光方向(図中のB方向)
が存在してしまう。即ち、入射光の電場の振動が、くさ
びの稜線方向に成分を持っている場合には、その成分は
反射防止効果が得られない。 また、くさびの周期
長は使用波長の1/10以下でなければ反射防止の効果
が小さいため、使用波長が短波長化するにしたがって、
くさびの形状を形成することが困難になる。現実問題と
して、使用波長λが1μm以下では、くさびの周期長が
0.1μm以下になるために、くさびの形状を精度よく形
成(エッチングにより形成)することができない。
【0005】そこで、本発明は、このような問題点に鑑
みてなされてものであり、使用波長120nm≦λ0≦200nm
で、入射光の偏光方向に依存せず、反射防止効果を奏す
る光学部材を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するために手段】本発明は第一に、「凹部
が周期的に設けられた120nm〜200nmの波長領
域用の光学薄膜材料からなる反射防止層を、或いは12
0nm〜200nm波長領域用の光学薄膜材料により凸
部が周期的に形成されてなる反射防止層を基板上に有す
る光学部材(請求項1)」を提供する。
【0007】また、本発明は第二に、「前記周期長が使
用波長の1/10以下であることを特徴とする請求項1
記載の光学部材(請求項2)」を提供する。また、本発
明は第三に、「前記120nm〜200nmの波長領域
用の光学薄膜材料が、MgF2、CaF2、LiF、Na
3AlF6、Na5Al314、AlF 3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
ることを特徴とする請求項1又2記載の光学部材(請求
項3)」を提供する。
【0008】また、本発明は第四に、「前記反射防止層
の実効的な屈折率が基板の屈折率に対して、 n=(n11/2 の関係を満たすこと或いは、前記層の光学的膜厚が使用
波長に対して n・d=λ0/4 の関係を満たすことを特徴とする請求項1〜3記載の光
学部材。但し、nは各凹部の空間(媒質)又は各凸部間
の空間(媒質)を含む反射防止層の屈折率、n1は基板
の屈折率、dは前記反射防止層の膜厚、λ0は使用波長
(請求項4)」を提供する。
【0009】
【発明の実施形態】以下に、本発明の実施形態としての
光学部材について図面を参照しながら説明する。図1
は、本発明にかかる第1実施形態の光学部材の概略斜視
図である。図2は、本発明にかかる第2実施形態の光学
部材の概略斜視図である。
【0010】第1実施形態の光学部材は、基板1上に1
20nm〜180nm波長領域用の光学薄膜材料からな
る半径r、高さdの略円筒状の凸部1aが周期長Sで周
期的に形成されている。第2実施形態の光学部材は、基
板2上に半径r、高さdの略円筒状の凹部1a’が周期
長Sで周期的に設けられた120nm〜180nm波長
領域用の光学薄膜1’が形成されている。
【0011】基板2として、120nm〜180nmの
波長領域の光を透過する、フッ化マグネシウム(MgF
2)、蛍石(CaF2)が用いられる。120nm〜18
0nmの波長領域で使用可能な光学薄膜として、基板と
同じ材料又は基板の屈折率より小さい材料が好ましく、
MgF2、CaF2、LiF、Na3AlF6、Na5Al3
14、AlF3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。
【0012】基板2上に凸部1aを形成し、その凸部1
aを含む層1(以下、基板上に形成した凸部を含む層と
いう)により、或いは基板上に凹部1a’を設けた層
1’を形成することにより、実質的に所望の屈折率を有
する光学薄膜(現在、存在しない)を基板上に形成した
場合と同様な反射防止効果を得ることができる。基板上
に周期的に形成されている円筒状の凸部1a又は凹部1
a’の周期長Sは、使用波長をλ0とすると、 S≦λ0/10 ・・・ であることが好ましい。
【0013】周期長を使用波長より十分小さくすると、
光は凹凸を認識することが出来ないからである。また、
凸部又は凹部の形状を円筒状にすることによって、入射
光の偏光状態によらず、反射防止効果を有することがで
きる。凸部又は凹部の形状として、円筒状の他に、円
錐、半球、四角柱、四角錐、三角柱、三角錐等が挙げら
れ、これらによっても同様の効果を得ることができる
が、製作しやすいという点では、円筒状が好ましい。
【0014】基板2上に形成した凸部1aを含む層1又
は凹部1a’を設けた層1’の実効的な屈折率nは、単
位(一周期)体積当たりに物質(薄膜)が存在する空間
の体積V1と物質の存在しない(媒質、一般的には空
気)空間の体積V2の比率によって以下のように算出す
ることができる。 (1)第1の実施形態にかかる光学部材の反射防止膜の
屈折率について(図1) 単位(一周期)体積:V=S2d 円筒(凸部)の体積:V1=πr2d 媒質(空気)の存在する体積:V2=V−V1=(S2
πr2)d であり、 円筒(凸部)を構成する物質の屈折率:n2 媒質(空気)の屈折率:n0(=1) とすると、基板上に形成した凸部を含む層の実効的な屈
折率: n=(n21+n02)/V ={(n2πr2)+[n0(S2−πr2)]}/S2 =1+(n2−1)πr2/S2<n2 ・・・ である。
【0015】これは、基板上に光学的膜厚d、屈折率1
+(n2−1)πr2/S2の薄膜を形成した光学部材と
実質的に同じである。 (2)第2の実施形態にかかる光学部材の反射防止膜の
屈折率について(図2) 単位(一周期)体積:V=S2d 円筒(凹部)の体積(媒質部):V1=πr2d 物質(薄膜)の存在する体積:V2=V−V1=(S2
πr2)d であり、 物質(薄膜)の屈折率:n2 媒質(空気)の屈折率:n0(=1) とすると、 凹部を設けた層の実効的な屈折率: n=(n01+n22)/V ={(n0πr2)+[n2(S2−πr2)]}/S2 =n2−(n2−1)πr2/S2<n2 ・・・ である。
【0016】これは、基板上に光学的膜厚d、屈折率n
2−(n2−1)πr2/S2の薄膜を形成した光学部材と
実質的に同じである。上記のように、基板上に形成した
凸部1aを含む層1又は凹部1a’を設けた層1’の実
効的な屈折率nは、円筒状の凸部1a又は凹部1a’の
体積を変えることによって、空気の屈折率n0(=1)
から光学薄膜の屈折率n2の範囲で、任意に変えること
ができ、凸部1aの光学薄膜材料又は凹部1a’を設け
た層の光学薄膜材料の屈折率n2より小さい屈折率を得
ることができる。
【0017】反射防止効果は、基板の屈折率より小さい
屈折率の光学薄膜を基板上に形成すれば得られる。しか
し、有効な反射防止効果を得るためには、光学薄膜の屈
折率nと光学的膜厚ndが次式を満たす様に光学薄膜を
基板上に形成することにより、目的の波長で反射率が最
も小さくなる。 n=n1 1/2 (ここで、n1は基板の屈折率) ・・・ n・d=λ0/4 (ここで、λ0は使用波長) ・・・ したがって、本発明にかかる光学部材は、基板2上に周
期的に形成される円筒状の凸部1aを含む層又は凹部1
a’を設けた層1’の実効的な屈折率nと光学的膜厚n
dが式、を満たすように設定することによって、有
効な反射防止効果を有する光学部材を提供することがで
きる。
【0018】本発明にかかる光学部材は、基板に使用さ
れる物質もしくは1種類の低屈折率物質を用いれば、反
射防止効果を得ることが可能になる。さらに、第1及び
第2実施形態において、凸部及び凹部は周期的に設けら
れているが、凸部又は凹部の中心間の距離がλ0/10
以下を満たせば、ランダムに設けてもよい。
【0019】
【実施例】
〔実施例1〕まず、蛍石(CaF2)基板上に膜厚d=
31.4nmのフッ化マグネシウム(MgF2)を真空
蒸着法により成膜した。次に、成膜したフッ化マグネシ
ウム(MgF2)上に、電子ビーム描画装置、ドライエ
ッチング法を用いて、図2のような周期的に円筒状の穴
(凹部)の空いた微細パターンの加工を行った。円筒状
の凹部は、半径r=3.7nm、深さ(=高さ)d=3
4.1nm、周期S=10nmである。
【0020】実施例1で製作した光学部材の入射角θ=
0°における反射特性図を図3に示す。 比較のため
に、従来技術である蛍石基板上にフッ化マグネシウム
(MgF 2)単層膜(周期的な穴を空ける前の状態)を
形成した光学部材の入射角θ=0°における反射特性図
を図4に示す。実施例1で製作された光学部材は、λ=
157nmにおける反射率は約0%であるが、従来の光
学部材は、λ=157nmにおける反射率は約1.8%
であることがわかる。
【0021】本実施例では、本発明にかかる光学部材を
作製する方法として、膜の作製に真空蒸着法、微細パタ
ーンの作製に電子ビーム描画法+ドライエッチングを用
いたが、この方法に限定されるものではない。その他の
作製法として、膜の作製にはスパッタ法、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、微細パターンの加工にはイオン、中性子等のエ
ネルギー粒子を使用した方法、X線等の光を利用した方
法などでも本発明にかかる光学部材を作製することが可
能である。
【0022】また、本実施例では、平面の光学部材を示
したが、この形状に限定されるものではなく、凸レン
ズ、凹レンズ、メニスカスレンズでも作製可能である。
【0023】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明にかかる
光学部材は、基板上に、凹部が周期的に設けられた光学
薄膜を形成し、或いは光学薄膜材料からなる凸部を周期
的に形成したので、任意の波長で偏光の影響が小さい反
射防止効果を得ることができる。 特に120nm〜1
80nmの波長において、従来の技術では困難であった
反射防止効果を有する光学部材を提供することができ
る。
【0024】複数面使用した光学系に使用することを考
えた場合には、一面あたりの残存反射が大きいと、光学
系全体での透過率(光量)が小さくなってしまう。さら
に、半導体露光装置(ステッパー)のように高精度な光
学系に使用するためには、残存反射は結像性能の劣化を
引き起こすことになる。したがって、120nm〜20
0nmの領域での高精度な光学系は、従来の技術で作製
した光学部材では実現できないが、本発明の光学部材を
使用することによって実現が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】は、本発明にかかる第1実施形態の光学部材の
概略斜視図である。
【図2】は、本発明にかかる第2実施形態の光学部材の
概略斜視図である。
【図3】は、実施例1の光学部材の入射角θ=0°にお
ける反射特性図である。
【図4】は、従来技術である単層膜が形成された光学部
材の入射角θ=0°における反射特性図である。
【図5】は、従来の光学部材の概略斜視図である。
【符合の説明】
1・・・凸部を含む層 1a・・・凸部 1’・・・凹部を設けた層 1a’・・・凹部 2・・・基板 3・・・くさび状の薄膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】凹部が周期的に設けられた120nm〜2
    00nmの波長領域用の光学薄膜材料からなる反射防止
    層を、或いは120nm〜200nm波長領域用の光学
    薄膜材料により凸部が周期的に形成されてなる反射防止
    層を基板上に有する光学部材。
  2. 【請求項2】前記周期長が使用波長の1/10以下であ
    ることを特徴とする請求項1記載の光学部材。
  3. 【請求項3】前記120nm〜200nmの波長領域用
    の光学薄膜材料が、MgF2、CaF2、LiF、Na3
    AlF6、Na5Al314、AlF3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つ以上の成分である
    ことを特徴とする請求項1又2記載の光学部材。
  4. 【請求項4】前記反射防止層の実効的な屈折率が基板の
    屈折率に対して、 n=(n11/2 の関係を満たすこと或いは、前記層の光学的膜厚が使用
    波長に対して n・d=λ0/4 の関係を満たすことを特徴とする請求項1〜3記載の光
    学部材。但し、nは各凹部の空間(媒質)又は各凸部間
    の空間(媒質)を含む反射防止層の屈折率、n1は基板
    の屈折率、dは前記反射防止層の膜厚、λ0は使用波長
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004502625A (ja) * 2000-07-06 2004-01-29 サン−ゴバン グラス フランス 透明テクスチャー加工基板及びその獲得方法
US7034808B2 (en) 2001-01-17 2006-04-25 Seiko Epson Corporation Touch panel and electronic device
JP2010513961A (ja) * 2006-12-22 2010-04-30 シュライフリング ウント アパラーテバウ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 反射減衰量の大きな光回転結合器
US10689523B2 (en) 2016-03-14 2020-06-23 Lg Chem, Ltd. Antireflection film and display device
US11112599B2 (en) 2016-03-14 2021-09-07 Lg Chem, Ltd. Antireflection film having hard coating layer and display device including the same

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