JP2022071290A - 光学部品および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部品の光学特性を向上する上で有利な技術を提供する。【解決手段】基体と、前記基体の上に設けられた第１層群と、前記第１層群と前記基体との間に設けられた第２層群と、を含む積層膜と、を備え、前記第２層群において、第１誘電体層と第２誘電体層が交互に積層されており、前記第１層群において、第３誘電体層と第４誘電体層が交互に積層されており、前記第１誘電体層の屈折率は前記第２誘電体層の屈折率よりも高く、前記第３誘電体層の屈折率は前記第４誘電体層の屈折率よりも高く、前記第１誘電体層の組成と前記第２誘電体層の組成は互いに異なり、前記第１誘電体層は第１金属元素の化合物を含有し、前記第３誘電体層は第１金属元素とは別の第２金属元素の化合物を含有することを特徴とする光学部品。【選択図】図１

Description

積層膜を備えた光学部品に関する。

複数の誘電体層を積層した積層膜は、その設計の自由度の高さから、光学部品において、反射防止膜や反射膜、フィルタ膜など様々に用いられている。

特許文献１、２には、誘電体多層膜を備えた光学素子が開示されている。

特開２００５－３４５４９２号公報 特開平７－２４４２０５号公報

特許文献１、２に記載の技術では、光学素子の光学特性を向上する上で、検討が十分でない。そこで本発明は、光学部品の光学特性を向上する上で有利な技術を提供することを目的とする。

基体と、前記基体の上に設けられた第１層群と、前記第１層群と前記基体との間に設けられた第２層群と、を含む積層膜と、を備え、前記第２層群において、第１誘電体層と第２誘電体層が交互に積層されており、前記第１層群において、第３誘電体層と第４誘電体層が交互に積層されており、前記第１誘電体層の屈折率は前記第２誘電体層の屈折率よりも高く、前記第３誘電体層の屈折率は前記第４誘電体層の屈折率よりも高く、前記第１誘電体層の組成と前記第２誘電体層の組成は互いに異なり、前記第１誘電体層は第１金属元素の化合物を含有し、前記第３誘電体層は第１金属元素とは別の第２金属元素の化合物を含有することを特徴とする光学部品。

上記課題を解決するための手段の第２の観点は、基体と、前記基体の上に設けられた積層膜と、を備え、前記積層膜は、第１誘電体層、第２誘電体層、第３誘電体層および第４誘電体層を含み、前記第１誘電体層は前記第２誘電体層と前記基体との間に配され、前記第１誘電体層と前記第２誘電体層との間の距離は前記第１誘電体層の厚さよりも小さく、前記第３誘電体層は前記第４誘電体層と前記基体との間に配され、前記第３誘電体層と前記第４誘電体層との間の距離は前記第３誘電体層の厚さよりも小さく、第１誘電体層は弗化イッテルビウムを含有し、第３誘電体層は弗化ネオジム、弗化ネオジム、弗化ランタン、弗化ガドリニウム、弗化サマリウム、弗化セリウムおよび酸化アルミニウムの少なくともいずれかを含有し、前記第２誘電体層および前記第４誘電体層のそれぞれは、弗化マグネシウム、弗化アルミニウム、弗化ナトリウム、弗化リチウム、弗化カルシウム、弗化バリウム、弗化ストロンチウム、酸化シリコン、クリオライトおよびチオライトの少なくともいずれかを含有することを特徴とする。

本発明によれば、光学部品の光学特性を向上する上で有利な技術を提供することができる。

光学部品を説明する模式図。 周期表。 光学部品を説明する模式図。 光学機器を説明する模式図。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そして、共通する構成を断りなく複数の図面を相互に参照して説明する場合がある。また、共通の符号を付した構成については説明を省略する場合がある。

図１を用いて、光学部品３０を説明する。光学部品３０は、基体１０と、基体１０の上に設けられた積層膜２０と、を備える。光学部品３０は、光が積層膜２０に対して基体１０とは反対側から積層膜２０へ入射するように用いられうる。あるいは、光学部品３０は、光が基体１０側から積層膜２０へ入射するように用いられうる。光学部品３０における積層膜２０は、所定の波長の光が積層膜２０によって反射されるように反射膜として用いられうる。あるいは、光学部品３０における積層膜２０は、所定の波長の光が積層膜２０によって選択的に透過するようにフィルタ膜として用いられてもよい。あるいは、積層膜２０は、光学部品３０での反射を抑制するための反射防止膜として用いられてもよい。

積層膜２０は、誘電体層群２７と誘電体層群２８を含む。誘電体層群２７は誘電体層群２８と基体１０との間に設けられている。さらに、積層膜２０は、誘電体層群２９を含みうる。誘電体層群２８は誘電体層群２７と誘電体層群２９との間に設けられている。

積層膜２０は、誘電体層２１、誘電体層２２、誘電体層２３および誘電体層２４を含む。さらに、積層膜２０は、誘電体層２５を含むこともでき、誘電体層２６を含むこともできるが、積層膜２０は、誘電体層２５および誘電体層２６の少なくとも一方を含まなくてもよい。積層膜２０は多数の誘電体層が積層されたものであるから、誘電体多層膜あるいは誘電体積層膜と呼ぶこともできる。

誘電体層群２７は誘電体層２１および誘電体層２２を含む。誘電体層２１は誘電体層２２と基体１０との間に設けられている。誘電体層群２７において、誘電体層２１と誘電体層２２が交互に積層されていることが好ましい。誘電体層群２８は誘電体層２３および誘電体層２４を含む。誘電体層２３は誘電体層２４と基体１０との間に設けられている。誘電体層群２８において、誘電体層２３と誘電体層２４が交互に積層されていることが好ましい。ここで、第１種類の層と第２種類の層が交互に積層していることは、２つの第１種類の層の間に少なくとも１つの第２種類の層が位置しており、かつ、２つの第２種類の層の間に少なくとも１つの第１種類の層が位置している状態を意味する。従って、第１種類の層と第２種類の層が交互に積層されているためには、少なくとも４層が必要である。ただし、図１の誘電体層群２７では、２種類の誘電体層２１、２２おそれぞれ１層ずつ、計２層を記載している。ここでは、積層膜２０が誘電体層群２７と誘電体層群２８を含む形態を説明したが、誘電体層２１、誘電体層２２、誘電体層２３および誘電体層２４の組が、繰り返し積層されている形態であってもよい。誘電体層２５および誘電体層２６は、誘電体層群２９に含まれる。誘電体層群２９において、誘電体層２５と誘電体層２６は交互に積層されていなくてもよいし、交互に積層されていてもよい。

誘電体層２１は、基体１０と誘電体層２３との間に設けられている。誘電体層２１の屈折率Ｎａは誘電体層２２の屈折率Ｎｂよりも高い（Ｎａ＞Ｎｂ）。誘電体層２１と誘電体層２２との間の距離Ｄｂは誘電体層２１の厚さＴａよりも小さい（Ｄｂ＜Ｔａ）。これは、誘電体層２１と誘電体層２２とが互いの近傍に配置されている（近接する）ことを意味する。典型的には、誘電体層２２が誘電体層２１に接していて、距離Ｄｂはゼロであるが、誘電体層２１と誘電体層２２との間に他の誘電体層（不図示）が配置されていてもよい。誘電体層２３の屈折率Ｎｃは誘電体層２４の屈折率Ｎｄよりも高い（Ｎｃ＞Ｎｄ）。誘電体層２２と誘電体層２３との間の距離Ｄｃは注目する誘電体層２２と誘電体層２３との間の層数に依存するが、１μｍ未満でありうる。距離Ｄｃは厚さＴｂおよび厚さＴｃよりも大きくてもよい。誘電体層２３と誘電体層２４との間の距離Ｄｄは誘電体層２３の厚さＴｃよりも小さい（Ｄｄ＜Ｔｃ）。典型的には、誘電体層２４が誘電体層２３に接していて、距離Ｄｄはゼロであるが、誘電体層２３と誘電体層２４との間に他の誘電体層（不図示）が配置されていてもよい。誘電体層２５と誘電体層２６との間の距離Ｄｆは誘電体層２５の厚さＴｅよりも小さい（Ｄｆ＜Ｔｅ）。典型的には、誘電体層２６が誘電体層２５に接していて、距離Ｄｆはゼロであるが、誘電体層２５と誘電体層２６との間に他の誘電体層（不図示）が配置されていてもよい。誘電体層２４と誘電体層２５との間の距離Ｄｅは、注目する誘電体層２４と誘電体層２５との間の層数に依存するが、１μｍ未満でありうる。距離Ｄｅは厚さＴｄおよび厚さＴｆよりも大きくてもよい。

誘電体層２１は金属元素Ｍｔｌａの化合物を含有する。誘電体層２３は金属元素Ｍｔｌｃの化合物を含有する。金属元素Ｍｔｌｃは金属元素Ｍｔｌａとは別の元素である。なお、２つの元素が別の元素であることは、原子番号が互いに異なる元素であることを意味し、２つの元素が同じ元素であることは原子番号が等しい元素であることを意味する。図２には元素記号と原子番号を記載した周期表を示しており、ハッチングを付した元素が金属元素であり、ハッチングを付さない元素が非金属元素である。

誘電体層２１の組成と誘電体層２３の組成は互いに異なる。ここでいう組成とは、それぞれの誘電体層２１、２３を構成する全元素の組み合わせおよび全元素の比率の少なくとも一方を指す。

誘電体層２１、２３は、ぞれぞれの近傍にある誘電体層２２、２４よりも屈折率が高い。互いに近傍にある２つの誘電体層のうち、屈折率が相対的に高い方の誘電体層（誘電体層２１、２３）を高屈折率層と称し、屈折率が相対的に低い方の誘電体層（誘電体層２２、２４）を低屈折率層と称する。誘電体層２１、２３の光学膜厚を所定範囲にするために必要な物理膜厚は、誘電体層２２、２４の光学膜厚を所定範囲にするために必要な物理膜厚よりも小さくすることができる。そのため、材料選択や膜厚設定の自由度が高い。したがって、誘電体層２１、２３は、互いの組成を異ならせる上で好適である。誘電体層２１、２２、２３、２４のそれぞれの光学膜厚は、透過あるいは反射する光の波長λに応じて適宜設定することができ、典型的には波長λ未満であり、例えばλ／８～３λ／８である。誘電体層２１、２２、２３、２４のそれぞれの光学膜厚は異なっていてもよいし、同じであってもよい。

誘電体多層膜では、低屈折率層と高屈折率層との界面での反射光の干渉を利用して所望の光学特性を実現するため、低屈折率層と高屈折率層との界面での反射率は高い方がよい。互いに近傍に位置する（例えば界面を成す）低屈折率層および高屈折率層について、低屈折率層の屈折率をＮｔ、高屈折率層の屈折率をＮｋとする。低屈折率層と高屈折率層との間（例えば界面）での反射率Ｒは簡単にはＲ＝｛（Ｎｋ－Ｎｔ）／（Ｎｋ＋Ｎｔ）｝^２で表現される。つまり、低屈折率層の屈折率Ｎｔと高屈折率層の屈折率Ｎｋの和が小さいほど反射率Ｒが高く、低屈折率層の屈折率Ｎｔと高屈折率層の屈折率Ｎｋの差が大きいほど反射率Ｒが高くなる。

誘電体層２３における金属元素Ｍｔｌｃの濃度Ｃｃｃは、誘電体層２１における金属元素Ｍｔｌｃの濃度Ｃｃａと異なりうる（Ｃｃｃ≠Ｃｃａ）。誘電体層２３における金属元素Ｍｔｌｃの濃度Ｃｃｃは、誘電体層２１における金属元素Ｍｔｌｃの濃度Ｃｃａよりも高いこと（Ｃｃｃ＞Ｃｃａ）が好ましい。典型例では、誘電体層２１は金属元素Ｍｔｌｃを含まなくてよく、その場合の誘電体層２１における金属元素Ｍｔｌｃの濃度Ｃｃａはゼロである。変形例では、誘電体層２１は金属元素Ｍｔｌａの化合物および金属元素Ｍｔｌｃの化合物を含有し、誘電体層２３も金属元素Ｍｔｌａの化合物および金属元素Ｍｔｌｃの化合物を含有しうる。

誘電体層２１における金属元素Ｍｔｌａの濃度Ｃａａは、誘電体層２３における金属元素Ｍｔｌａの濃度Ｃｍａｃと異なりうる（Ｃａａ≠Ｃａｃ）。誘電体層２１における金属元素Ｍｔｌａの濃度Ｃｍａａは、誘電体層２３における金属元素Ｍｔｌａの濃度Ｃａｃよりも高いこと（Ｃａａ＞Ｃａｃ）が好ましい。典型例では、誘電体層２３は金属元素Ｍｔｌａを含まなくてよく、その場合の誘電体層２１における金属元素Ｍｔｌａの濃度Ｃｃａはゼロである。他の例では、誘電体層２１は金属元素Ｍｔｌａの化合物および金属元素Ｍｔｌｃの化合物を含有し、誘電体層２３も金属元素Ｍｔｌａの化合物および金属元素Ｍｔｌｃの化合物を含有しうる。

金属元素Ｍｔｌａは遷移元素でありうる。また、金属元素Ｍｔｌｃは遷移元素でありうる。図２に示した周期表では、太枠で囲んだ元素が遷移元素であり、太枠外の元素は典型元素である。化合物の非金属元素が同じ元素である化合物を比較すると、一般的に、遷移金属元素の化合物は典型金属元素の化合物よりも屈折率が高いため、高屈折率層の材料として好適である。しかし、金属元素Ｍｔｌａおよび金属元素Ｍｔｌｃの少なくとも一方が典型元素であってもよい。

誘電体層２１に含有される化合物は、例えば、金属元素Ｍｔｌａと非金属元素Ｎｔｌａとの化合物であり、例えば、硼化物、炭化物、窒化物、酸化物、弗化物、硫化物、燐化物、塩化物であり、典型的には酸化物あるいは弗化物である。誘電体層２３に含有される化合物は、例えば、金属元素Ｍｔｌｃと非金属元素Ｎｔｌａとの化合物であり、例えば、硼化物、炭化物、窒化物、酸化物、弗化物、硫化物、燐化物、塩化物であり、典型的には酸化物あるいは弗化物である。非金属元素Ｎｔｌｃは非金属元素Ｎｔｌａと同じ元素であってもよいし、非金属元素Ｎｔｌｃは金属元素Ｍｔｌａと別の元素であってもよい。

金属元素Ｍｔｌａは希土類元素でありうる。また、金属元素Ｍｔｌｃは希土類元素でありうる。希土類元素は、原子番号２１、３９、５７～７１の元素である。誘電体層２１は弗化物を含有しうる。誘電体層２１が含有する化合物は、金属元素Ｍｔｌａの弗化物でありうる。誘電体層２３は弗化物を含有しうる。誘電体層２３が含有する化合物は、金属元素Ｍｔｌｃの弗化物でありうる。

多くの金属弗化物は、多くの金属酸化物に比べて、紫外線に対する吸収が小さい。そのため、紫外光を透過もしくは反射によって利用することを目的とした光学部品３０において、誘電体層２１、２３の少なくともいずれかが、金属弗化物を含有することは、紫外光の利用効率を高める上で有効である。

誘電体層２３は、弗化ネオジム（ＮｄＦ_３）、弗化ランタン（ＬａＦ_３）、弗化ガドリニウム（ＧｄＦ_３）、弗化サマリウム（ＳｍＦ_３）、弗化セリウム（ＣｅＦ_３）および酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の少なくともいずれかを含有しうる。誘電体層２１は弗化イッテルビウム（ＹｂＦ_３）を含有しうる。

他の例では、金属元素Ｍｔｌａは第４族元素あるいは第５族元素でありうる。

また、金属元素Ｍｔｌｃは第４族元素あるいは第５族元素でありうる。金属元素Ｍｔｌａや金属元素Ｍｔｌｃがチタン、ジルコニウムまたはハフニウムであって、非金属元素ＮｔｌａやＮｔｌｃが酸素である場合、誘電体層２１、２２は酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化ハフニウムを含有する。

他の例では、金属元素Ｍｔｌａは第１２族元素あるいは第１３族元素でありうる。また、金属元素Ｍｔｌｃは第１２族元素あるいは第１３族元素でありうる。金属元素Ｍｔｌａや金属元素Ｍｔｌｃが亜鉛、アルミニウム、ガリウムまたはインジウムであって、非金属元素ＮｔｌａやＮｔｌｃが酸素である場合、誘電体層２１、２２は酸化亜鉛、酸化アルミニウムまたは酸化ガリウムを含有する。

誘電体層２１の組成と誘電体層２３の組成とが互いに異なることにより、積層膜２０の機能向上を果たすことができる。誘電体層２１の組成と誘電体層２３の組成が異なると、各誘電体層の光学的特性や化学的特性、機械的特性が異なる。光学的特性としては、屈折率や消衰係数が異なりうる。化学的特性としては、拡散定数や密着性などが異なりうる。機械的特性としては、表面形状や熱膨張係数、弾性係数などが異なりうる。これらの特性を組み合わせることで、積層膜２０の機能向上を果たすことができる。

誘電体多層膜では、高屈折率層と低屈折率層との界面での反射光の干渉を利用して所望の光学特性を実現するため、高屈折率層と低屈折率層との間（例えば界面）での反射率は高い方がよい。そのためには、高屈折率層と低屈折率層との屈折率比（Ｎｋ／Ｎｔ）や屈折率差（Ｎｋ－Ｎｔ）が大きい方が大きく、高屈折率層と低屈折率層との屈折率和（Ｎｋ＋Ｎｔ）が小さい方がよい。

誘電体層２１と誘電体層２２との界面での反射率ＲａはＲａ＝｛（Ｎａ－Ｎｂ）／（Ｎａ＋Ｎｂ）｝^２で表され、誘電体層２３と誘電体層２４との界面での反射率ＲｃはＲｃ＝｛（Ｎｃ－Ｎｄ）／（Ｎｃ＋Ｎｄ）｝^２で表される。Ｒａ＜Ｒｃとなる条件はＮａ／Ｎｂ＜Ｎｃ／Ｎｄであり、Ｒａ＞Ｒｃとなる条件は、Ｎａ／Ｎｂ＞Ｎｃ／Ｎｄである。

例えば、光が積層膜２０に対して基体１０とは反対側から積層膜２０へ入射して、所定の波長の光が積層膜２０によって反射される場合には、Ｒｃ＞Ｒａを満たすのが好適である。光の入射面（上面２０２）に近い方に、より屈折率が高い反射面（界面）を配置することは、積層膜２０の反射率を高める上で有利だからである。あるいは、光が積層膜２０に対して基体１０側から積層膜２０へ入射して、所定の波長の光が積層膜２０によって透過される場合にも、Ｒｃ＞Ｒａを満たすのが好適である。光の入射面（上面２０２）から遠い方に、より屈折率が高い反射面（界面）を配置することは、積層膜２０の透過率を高める上で有利だからである。

誘電体層２３の屈折率Ｎｃと誘電体層２４の屈折率Ｎｄとの比Ｎｃ／Ｎｄは、誘電体層２１の屈折率Ｎａと誘電体層２２の屈折率Ｎｂとの比Ｎａ／Ｎｂよりも大きくてもよい（Ｎｃ／Ｎｄ＞Ｎａ／Ｎｂ）。Ｎｃ／Ｎｄ＞Ｎａ／Ｎｂを満たすことは、Ｒｃ＞Ｒａを満たす上で有利である。

誘電体層２３の屈折率Ｎｃと誘電体層２４の屈折率Ｎｄとの差Ｎｃ－Ｎｄは、誘電体層２１の屈折率Ｎａと誘電体層２２の屈折率Ｎｂとの差Ｎａ－Ｎｂよりも大きくてもよい（Ｎｃ－Ｎｄ＞Ｎａ－Ｎｂ）。Ｎｃ－Ｎｄが大きいほど反射率Ｒｃが高くなる。

誘電体層２３の屈折率Ｎｃと誘電体層２４の屈折率Ｎｄとの和Ｎｃ＋Ｎｄは、誘電体層２１の屈折率Ｎａと誘電体層２２の屈折率Ｎｂとの和Ｎａ＋Ｎｂよりも小さくてもよい（Ｎｃ＋Ｎｄ＜Ｎａ＋Ｎｂ）。Ｎｃ＋Ｎｄが小さいほど反射率Ｒｃが高くなる。

誘電体層２３の屈折率Ｎｃは、誘電体層２１の屈折率Ｎａよりも高くてもよい（Ｎｃ＞Ｎａ）。Ｎｃ＞ＮａかつＮｄ≦Ｎｂであれば、Ｎｃ／Ｎｄ＞Ｎａ／ＮｂおよびＮｃ－Ｎｄ＞Ｎａ－Ｎｂを満たす。Ｎｄ＞Ｎｂであったとしても、Ｎｃ＞Ｎａを満たすことは好ましい。

また、例えば、光が積層膜２０に対して基体１０側から積層膜２０へ入射して、所定の波長の光が積層膜２０によって反射される場合には、Ｒｃ＜Ｒａを満たすのが好適である。光の入射面（下面２０１）に近い方に、より屈折率が高い反射面（界面）を配置することは、積層膜２０の反射率を高める上で有利だからである。あるいは、光が積層膜２０に対して基体１０とは反対側から積層膜２０へ入射して、所定の波長の光が積層膜２０によって透過される場合にも、Ｒｃ＜Ｒａを満たすのが好適である。光の入射面（上面２０２）から遠い方に、より屈折率が高い反射面（界面）を配置することは、積層膜２０の反射率を高める上で有利だからである。

誘電体層２３の屈折率Ｎｃと誘電体層２４の屈折率Ｎｄとの比Ｎｃ／Ｎｄは、誘電体層２１の屈折率Ｎａと誘電体層２２の屈折率Ｎｂとの比Ｎａ／Ｎｂよりも低くてもよい（Ｎｃ／Ｎｄ＜Ｎａ／Ｎｂ）。Ｎｃ／Ｎｄ＜Ｎａ／Ｎｂを満たすことは、Ｒｃ＜Ｒａを満たす上で有利である。

誘電体層２３の屈折率Ｎｃと誘電体層２４の屈折率Ｎｄとの差Ｎｃ－Ｎｄは、誘電体層２１の屈折率Ｎａと誘電体層２２の屈折率Ｎｂとの差Ｎａ－Ｎｂよりも低くてもよい（Ｎｃ－Ｎｄ＜Ｎａ－Ｎｂ）。Ｎｃ－Ｎｄが大きいほど反射率Ｒｃが高くなる。

誘電体層２３の屈折率Ｎｃと誘電体層２４の屈折率Ｎｄとの和Ｎｃ＋Ｎｄは、誘電体層２１の屈折率Ｎａと誘電体層２２の屈折率Ｎｂとの和Ｎａ＋Ｎｂよりも大きくてもよい（Ｎｃ＋Ｎｄ＞Ｎａ＋Ｎｂ）。Ｎｃ＋Ｎｄが小さいほど反射率Ｒｃが高くなる。

誘電体層２３の屈折率Ｎｃは、誘電体層２１の屈折率Ｎａよりも高くてもよい（Ｎｃ＜Ｎａ）。Ｎｃ＜ＮａかつＮｄ≧Ｎｂであれば、Ｎｃ／Ｎｄ＜Ｎａ／ＮｂおよびＮｃ－Ｎｄ＜Ｎａ－Ｎｂを満たす。Ｎｄ＜Ｎｂであったとしても、Ｎｃ＜Ｎａを満たすことは好ましい。

誘電体層２１、２２、２３、２４による光の吸収は少ない方がよいが、例えば他の誘電体層との屈折率の関係を満たすために、光の吸収が生じうる材料を選択する場合がある。誘電体層２１の消衰係数をＫａ、誘電体層２２の消衰係数をＫｂ、誘電体層２３の消衰係数をＫｃ、誘電体層２４の消衰係数をＫｄとする。ここで、消衰係数は積層膜２０で取り扱う所定の波長の光に対するものとする。

例えば、光が積層膜２０に対して基体１０とは反対側から積層膜２０へ入射する場合には、Ｋａ＜Ｋｃを満たすよりもＫａ≧Ｋｃを満たすことの方が好ましい。また、Ｋｂ＜Ｋｄを満たすよりもＫｂ≧Ｋｄを満たすことの方が好ましい。光の入射面（上面２０２）に近い方に、より吸収の少ない誘電体層を配置することは、積層膜２０による光の吸収を抑制する上で有利だからである。

例えば、光が積層膜２０に対して基体１０側から積層膜２０へ入射する場合には、Ｋａ＞Ｋｃを満たすよりもＫａ≦Ｋｃを満たすことの方が好ましい。また、Ｋｂ＞Ｋｄを満たすよりもＫｂ≦Ｋｄを満たすことの方が好ましい。光の入射面（下面２０１）に近い方に、より吸収の少ない誘電体層を配置することは、積層膜２０による光の吸収を抑制する上で有利だからである。

積層膜２０の各誘電体層は、その結晶性（結晶粒径）や、成膜条件の違いなどにより、固有の表面形状を有しうる。そして、積層膜２０の各誘電体層は、基体１０側から順に積層される。そのため、各誘電体層の表面形状は、固有の表面形状だけでなく、その下地形状を反映した形状となりうる。積層膜２０において、互いに近傍に位置する２つの誘電体層の界面はできるだけ平坦であることが、光学特性を向上する上で好ましい。界面における光の散乱による損失を抑制できるためである。そのためには、各誘電体層の下地形状が平坦であることが好ましい。表面形状が誘電体層毎に異なりうる場合、相対的に基体１０から遠い上層の誘電体層の表面形状の平坦性を向上するよりも、相対的に基体１０に近い下層の誘電体層の表面形状の平坦性を向上することが効果的である。下層の誘電体層に固有の表面形状の凹凸の高低差が大きいと、その上に形成される上層の誘電体層は、上層の誘電体層に固有の表面形状に加え、下層の誘電体層の凹凸を反映した、高低差の大きい表面形状を有しうる。しかし、下層の誘電体層の表面形状の凹凸の高低差が小さければ、その上に形成される上層の誘電体層は、上層の誘電体層に固有の表面形状に近い表面形状を実現できる。したがって、誘電体層２１の基体１０とは反対側の面（表面）は、誘電体層２３の基体１０とは反対側の面（表面）よりも平坦であることが好ましい。同様に、誘電体層２２の基体１０とは反対側の面（表面）は、誘電体層２４の基体１０とは反対側の面（表面）よりも平坦であることが好ましい。例えば、積層膜２０の基体１０とは反対側の面（上面２０２）の表面粗さが、１．０ｎｍＲＭＳ以上かつ３．０ｎｍＲＭＳ以下であってもよい。誘電体層２１、２２には、固有の表面形状が誘電体層２３、２４より平坦になる材料を選択することができる。

積層膜２０の各誘電体層および基体１０は、密度が異なりうる。誘電体層２１の密度をρａ、誘電体層２２の密度をρｂ、誘電体層２３の密度をρｃ、誘電体層２４の密度をρｄとする。一般的に、密度が高い材料ほど応力が大きくなる傾向がある。また、物理膜厚が大きい誘電体層ほど応力が大きくなる傾向がある。誘電体層の応力は、誘電体層の剥がれや亀裂を生じる原因になりうる。そのため、相対的に物理膜厚が大きい方の誘電体層の密度が、相対的に物理膜厚が小さい方の誘電体層の密度よりも低くてもよい。このようにすることで応力の絶対値の差を小さくすることができる。このことは、互いに近接する２つの誘電体層の応力の正負（正：引っ張り応力、負：圧縮応力）が逆である場合に好適でありうるが、互いに近接する２つの誘電体層の応力の正負が同じである場合にも有効でありうる。低屈折率層の物理膜厚が高屈折率層の物理膜厚よりも大きければ、低屈折率層の密度が、高屈折率層の密度よりも低くてもよい。例えば、誘電体層２２の密度ρｂは、誘電体層２１の密度ρａよりも低いこと（ρｂ＜ρａ）が好ましい。誘電体層２４の密度ρｄは、誘電体層２３の密度ρｃよりも低いこと（ρｄ＜ρｃ）が好ましい。

また、積層膜２０中のクラックや剥離を抑制する上では、上層の誘電体層の密度が、下層の誘電体層の密度よりも低いことも好ましい。典型的に基体１０は積層膜２０よりも厚いため、応力が大きくなりやすいため、下層の誘電体層の応力の絶対値はより大きい方がよい。例えば、誘電体層２３の密度ρｃは、誘電体層２１の密度ρａよりも低くてよい（ρｃ＜ρａ）。誘電体層２４の密度ρｄは、誘電体層２２の密度ρｂよりも低くてよい（ρｄ＜ρｂ）。基体１０の応力がそれほど大きくない場合には、上層の誘電体層の密度が、下層の誘電体層の密度よりも高くてもよく、ρｃ＞ρａおよび／またはρｄ＞ρｂとしてもよい。 積層膜２０の各誘電体層および基体１０は、互いに融点が異なりうる。誘電体層２１の融点をＭａ、誘電体層２２の融点をＭｂ、誘電体層２３の融点をＭｃ、誘電体層２４の融点をＭｄとする。誘電体層を蒸着法にて形成する場合、上層の誘電体層の形成時には、下層の誘電体の温度が上昇しうるが、蒸着装置を工夫することで、下層の誘電体層の融点を超えないようにすることが好ましい。

互いに近接する２つの誘電体層（高屈折率層と低屈折率層）のうち、物理膜厚が大きい方が、成膜時間が長くなりやすい。そのため、低屈折率層の物理膜厚が高屈折率層の物理膜厚よりも大きければ、低屈折率層の融点が、高屈折率層の融点よりも低くてもよい。例えば、誘電体層２２の融点Ｍｂは、誘電体層２１の融点Ｍａよりも低いこと（Ｍｂ＜Ｍａ）が好ましい。誘電体層２４の融点Ｍｄは、誘電体層２３の融点Ｍｃよりも低いこと（Ｍｄ＜Ｍｃ）が好ましい。

また、上層の誘電体層の融点が、下層の誘電体層の融点よりも低いことも好ましい。例えば、誘電体層２３の融点Ｍｃは、誘電体層２１の融点Ｍａよりも低くてよい（Ｍｃ＜Ｍａ）。誘電体層２４の融点Ｍｄは、誘電体層２２の融点Ｍｂよりも低くてよい（Ｍｄ＜Ｍｂ）。例えば下層または下層の誘電体層の融点が１０００℃以上である場合など、上層の誘電体層の形成時の下層の誘電体の温度上昇による成膜への影響が小さければ、Ｍｃ＞Ｍａおよび／またはＭｄ＞Ｍｂとしてもよい。

誘電体層２２は金属元素Ｍｔｌｂの化合物を含有しうる。誘電体層２２が含有する化合物の金属元素Ｍｔｌｂは典型元素でありうる。誘電体層２４は金属元素Ｍｔｌｄの化合物を含有しうる。誘電体層２２が含有する化合物の金属元素Ｍｔｌｄは典型元素でありうる。誘電体層２２が含有する化合物の金属元素Ｍｔｌｂと誘電体層２４が含有する化合物の金属元素Ｍｔｌｄは同じ元素であってもよい（Ｍｔｌｃ＝Ｍｔｌｄ）。金属元素Ｍｔｌｄは、金属元素Ｍｔｌｃとは別の金属元素であってもよい。

金属元素Ｍｔｌｂは典型元素でありうる。また、金属元素Ｍｔｌｄは典型元素でありうる。化合物の非金属元素が同じ元素である化合物を比較すると、一般的に、典型金属元素の化合物は遷移金属元素の化合物よりも屈折率が低いため、低屈折率層の材料として好適である。しかし、金属元素Ｍｔｌｂおよび金属元素Ｍｔｌｄの少なくとも一方が遷移元素であってもよい。

誘電体層２２に含有される化合物は、例えば、金属元素Ｍｔｌｂと非金属元素Ｎｔｌｂとの化合物であり、例えば、硼化物、炭化物、窒化物、酸化物、弗化物、硫化物、燐化物、塩化物であり、典型的には酸化物あるいは弗化物である。誘電体層２４に含有される化合物は、例えば、金属元素Ｍｔｌｄと非金属元素Ｎｔｌｄとの化合物であり、例えば、硼化物、炭化物、窒化物、酸化物、弗化物、硫化物、燐化物、塩化物であり、典型的には酸化物あるいは弗化物である。非金属元素Ｎｔｌｄは非金属元素Ｎｔｌｂと同じ元素であってもよいし、非金属元素Ｎｔｌｄは金属元素Ｍｔｌｂと別の元素であってもよい。

誘電体層２２は弗化物を含有しうる。誘電体層２２が含有する化合物は、金属元素Ｍｔｌｃの弗化物でありうる。誘電体層２４は弗化物を含有しうる。誘電体層２４が含有する化合物は、金属元素Ｍｔｌｄの弗化物でありうる。

多くの金属弗化物は、多くの金属酸化物に比べて、紫外線に対する吸収が小さい。そのため、紫外光を透過もしくは反射によって利用することを目的とした光学部品３０において、誘電体層２２、２２の少なくともいずれかが、金属弗化物を含有することは、紫外光の利用効率を高める上で有効である。

誘電体層２２および誘電体層２４のそれぞれは、弗化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、弗化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、弗化ナトリウム（ＮａＦ）、弗化リチウム（ＬｉＦ）、弗化カルシウム（ＣａＦ_２）、弗化バリウム（ＢａＦ_２）、弗化ストロンチウム（ＳｒＦ_３）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、クリオライト（Ｎａ_３ＡｌＦ_６）およびチオライト（Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４）の少なくともいずれかを含有しうる。

誘電体層２１、２２、２３、２４、２５、２６のいずれか含有する化合物は、金属元素の化合物でなくて、シリコンの化合物であってもよい。誘電体層２１、２２、２３、２４のいずれかは、炭化シリコン、窒化シリコン、酸化シリコンのいずれかであってもよい。また、炭化シリコン、窒化シリコン、酸化シリコンのいずれかは、酸化炭化シリコン、窒化炭化シリコン、酸化窒化シリコンのいずれかであってもよい。

基体１０は、積層膜２０の側の表面１０１と、積層膜２０とは反対側の裏面１０２とを有する。表面１０１は積層膜２０に接しうる。裏面１０２の形状は表面１０１の形状と同じであってもよいし異なっていてもよい。表面１０１は裏面１０２よりも平坦でありうる。

積層膜２０は、基体１０の側の下面２０１と、基体１０とは反対側の上面２０２とを有する。積層膜２０の下面２０１は基体１０の表面１０１と同じ形状を有しうる。積層膜２０の基体１０側の下面２０１は、積層膜２０の基体１０とは反対側の上面２０２よりも平坦でありうる。積層膜２０の基体１０とは反対側の上面２０２の表面粗さは、１．０ｎｍＲＭＳ以上かつ３．０ｎｍＲＭＳ以下でありうる。

誘電体層２１は、基体１０の側の下面２１１と、基体１０とは反対側の上面２１２とを有する。誘電体層２３は、基体１０の側の下面２３１と、基体１０とは反対側の上面２３２とを有する。誘電体層２１の基体１０とは反対側の上面２１２は、誘電体層２３の基体１０とは反対側の上面２３２よりも平坦でありうる。誘電体層２１の基体１０側の下面２１１は、誘電体層２３の基体１０側の下面２３１よりも平坦でありうる。

基体１０は、導電体、半導体、絶縁体のいずれでもよい。基体１０は、単結晶体、多結晶体、非晶質体のいずれでもよい。基体１０は、単結晶体または多結晶体でありうる。基体１０は、例えば金属の多結晶体であってもよいし、半導体の単結晶体でもよいし、半導体の多結晶体でもよいし、絶縁体の単結晶体でもよい。基体１０は弗化カルシウム（ＣａＦ_２）、弗化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、弗化バリウム（ＢａＦ_２）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、ＣＬＥＡＲＣＥＲＡＭ（登録商標）、Ｚｅｒｏｄｕｒ（登録商標）、ＢＫ７等の少なくともいずれかを含有しうる。基体１０は蛍石であってもよい。基体１０は、ガラスやプラスチックであってもよい。

積層膜２０は、誘電体層２５を含みうる。誘電体層２１、誘電体層２２、誘電体層２３および誘電体層２４が、誘電体層２５と基体１０との間に設けられている。誘電体層２５の屈折率Ｎｅは、誘電体層２３の屈折率Ｎｃよりも低くてよい（Ｎｅ＜Ｎｃ）。誘電体層２５の屈折率Ｎｅは、誘電体層２４の屈折率Ｎｄよりも高くてよい（Ｎｅ＞Ｎｄ）。誘電体層２５の組成と誘電体層２４の組成は互いに異なっていてもよい。

誘電体層２５は金属元素Ｍｔｌｅの化合物を含有しうる。誘電体層２５が含有する化合物の金属元素Ｍｔｌｅは典型元素でありうる。誘電体層２５が含有する化合物の金属元素Ｍｔｌｅと誘電体層２４が含有する化合物の金属元素Ｍｔｌｄは同じ元素であってもよい（Ｍｔｌｅ＝Ｍｔｌｄ）。金属元素Ｍｔｌｅは、金属元素Ｍｔｌｄとは別の金属元素であってもよい。

誘電体層２５に含有される化合物は、例えば、金属元素Ｍｔｌｅと非金属元素Ｎｔｌｅとの化合物であり、例えば、硼化物、炭化物、窒化物、酸化物、弗化物、硫化物、燐化物、塩化物であり、典型的には酸化物あるいは弗化物である。非金属元素Ｎｔｌｅは非金属元素Ｎｔｌｄと同じ元素であってもよいし、非金属元素Ｎｔｌｅは金属元素Ｍｔｌｄと別の元素であってもよい。

誘電体層２５は、弗化マグネシウム、弗化アルミニウム、弗化ナトリウム、弗化リチウム、弗化カルシウム、弗化バリウム、弗化ストロンチウム、酸化シリコン、クリオライトおよびチオライトの少なくともいずれかを含有しうる。

積層膜２０は、誘電体層２６を含みうる。誘電体層２１、誘電体層２２、誘電体層２３および誘電体層２４が、誘電体層２６と基体１０との間に設けられている。誘電体層２６の屈折率Ｎｆは、誘電体層２５の屈折率Ｎｅよりも高くてよい（Ｎｆ＞Ｎｅ）。誘電体層２６の組成と誘電体層２３の組成は互いに同じであってもよい。

誘電体層２６は金属元素Ｍｔｌｆの化合物を含有しうる。誘電体層２６が含有する化合物の金属元素Ｍｔｌｆは遷移元素でありうる。誘電体層２６が含有する化合物の金属元素Ｍｔｌｆと誘電体層２３が含有する化合物の金属元素Ｍｔｌｃは同じ元素であってもよい（Ｍｔｌｆ＝Ｍｔｌｃ）。金属元素Ｍｔｌｆは、金属元素Ｍｔｌｃとは別の金属元素であってもよい。

誘電体層２６に含有される化合物は、例えば、金属元素Ｍｔｌｆと非金属元素Ｎｔｌｆとの化合物であり、例えば、硼化物、炭化物、窒化物、酸化物、弗化物、硫化物、燐化物、塩化物であり、典型的には酸化物あるいは弗化物である。

誘電体層２３は、弗化ネオジム、弗化ランタン、弗化ガドリニウム、弗化サマリウム、弗化セリウム、弗化イッテルビウムおよび酸化アルミニウムの少なくともいずれかを含有しうる。

図３（ａ）に光学部品３０のより好適な形態を示す。積層膜２０は、誘電体層群２７と誘電体層群２８を含む。誘電体層群２７は誘電体層群２８と基体１０との間に設けられている。さらに、積層膜２０は、誘電体層群２９を含みうる。誘電体層群２８は誘電体層群２７と誘電体層群２９との間に設けられている。

誘電体層群２７はｉ個（ｉ≧２）の誘電体層２１（誘電体層２１－１～２１－ｉ）を含む。誘電体層群２７のｉ個の誘電体層２１の各々は、ｉ個の誘電体層２１のうちの１個の誘電体層２１（例えば誘電体層２１－２）に含有される少なくとも２つの元素を含有する。

誘電体層群２７はｉ個の誘電体層２２（誘電体層２２－１～２２－ｉ）を含む。誘電体層群２７のｉ個の誘電体層２２は、ｉ個の誘電体層２２のうちの１個の誘電体層２２（例えば誘電体層２２－２）に含有される少なくとも２つの元素を含有する。誘電体層群２７において、ｉ個の誘電体層２１と、ｉ個の誘電体層２２とが交互に積層されている場合、ｉ≧２である。

誘電体層群２８はｊ個（ｊ≧２）の誘電体層２３（誘電体層２３－１～２３－ｊ）を含む。誘電体層群２８のｊ個の誘電体層２３の各々は、ｊ個の誘電体層２３のうちの１個の誘電体層２３（例えば誘電体層２３－２）に含有される少なくとも２つの元素を含有する。誘電体層群２８はｊ個の誘電体層２４（誘電体層２４－１～２４－ｊ）を含む。誘電体層群２８のｊ個の誘電体層２４は、ｊ個の誘電体層２４のうちの１個の誘電体層２４（例えば誘電体層２４－２）に含有される少なくとも２つの元素を含有する。誘電体層群２８において、ｊ個の誘電体層２３と、ｊ個の誘電体層２４とが交互に積層されている場合、ｊ≧２である。

ｉの値とｊの値は極端に異ならないことが好ましい。具体的には、０．２≦ｉ／ｊ≦５を満たすことが好ましい。ｉ≦ｊを満たすことが好ましく、ｉ＜ｊを満たすことがより好ましい。誘電体層群２８に比べて誘電体層群２７の方が基体１０に近いため、下地の形状の影響を受けにくいためである。より狭帯域の波長依存性を実現する上では、ｉ≧３およびｊ≧３の少なくとも一方を満たすことが好ましく、ｉ≧１０およびｊ≧１０の少なくとも一方を満たすことがより好ましい。成膜工程簡略化や積層膜２０の膜厚低減を果たす上ではｉ≦３０およびｊ≦３０を満たすことが好ましい。

誘電体層群２８は１個の誘電体層２５と、２個の誘電体層２６（誘電体層２６－１、２６－２）とを含む。誘電体層２５は誘電体層２６－１と誘電体層２６－２との間に設けられている。

光学部品３０は、様々な光学機器ＥＱＰに適用可能である。光学部品３０を備えた光学機器ＥＱＰの例としては、カメラレンズや望遠鏡、プロジェクター、露光装置、計測器などである。とりわけ、プロジェクターや露光装置、計測器の様に光源を備えた光学機器に好適である。光学部品３０が、光源からの光を透過および／または反射するように、光学部品３０の積層膜２０を、光源の波長に合わせて設計することできるからである。光源からの光は、赤外光、可視光、紫外光のいずれでもよい。多くの金属弗化物は他の金属化合物に比べて紫外光の吸収が小さいため、光源が紫外光である場合に好適である。

図４には、光学機器ＥＱＰの一例としての露光装置の模式図を示している。露光装置である光学機器ＥＱＰは、光源１と、照明光学系を構成するミラー２、３を備える。また、光学機器ＥＱＰは、レチクル４を支持するレチクルステージ５と、レチクル４のパターンを投影する投影光学系６と、基板７を支持する基板ステージ８とを備える。光源１からの露光光９は照明光学系のミラー２，３で反射されてレチクル４へ導かれ、レチクル４のパターンを伴った露光光９は投影光学系６で集光されて、基板７へ投影される。光源１および光学部品３０によってレチクル４に形成されたパターンを基板７に投影する。基板７にはフォトレジストが塗布されており、露光光９によってフォトレジストが露光される。基板７は半導体ウエハであってもよいし、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用のガラス基板であってもよい。露光装置の露光光は典型的には紫外光である。露光光の波長は、ｇ線光源であれば４３６ｎｍであり、ｉ線光源であれば約３６５ｎｍである。露光光の波長は、ＫｒＦエキシマレーザー光源であれば約２４８ｎｍであり、ＡｒＦエキシマレーザー光源であれば約１９３ｎｍであり、ＥＵＶ（極端紫外線）光源であれば１０～２０ｎｍである。ここでは、照明光学系のミラー２，３に光学部品３０を採用した例を示したが、投影光学系のレンズに光学部品３０を採用してもよい。また、投影光学系をミラーで構成して、このミラーに光学部品３０を採用してもよい。投影光学系は縮小投影型であってもよいし、等倍投影型であってもよいし、拡大投影型であってもよい。ここでは透過型のレチクル４を例示したが、反射型のレチクル４を用いてもよい。投影光学系はレンズを用いた屈折型であってもよいし、ミラーを用いた反射型であってもよい。ＥＵＶ光源を備えた露光装置が備える反射型の縮小投影光学系のミラーに、光学部品３０を用いてもよい。

半導体の露光装置は、光源から出たエキシマレーザーをミラーで反射させ、またレンズで屈折させながらその光路をコントロールし、レチクルに形成された微細なパターンをシリコンウエハに縮小投影する。光源には、波長が約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーや波長が約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー等が用いられている。

ここで用いられるミラーは、基材の上に高屈折率層と低屈折率層を交互に積層させた積層膜で形成され、光の干渉を利用して反射率を増加させている。その際、高屈折率材の屈折率と低屈折率材のそれとの差が大きい方が、高い反射率のミラーを得ることができる。紫外光レーザー用のミラーの高屈折率層、及び低屈折率層には、紫外光の吸収が小さい、および耐レーザー性が高いとの理由から金属弗化物が好適である。例えば高屈折率の金属弗化物として、ＬａＦ_３（弗化ランタン）、ＧｄＦ_３（弗化ガドリニウム）、ＮｄＦ_３（弗化ネオジム）などが候補として挙げられる。低屈折率層としての金属弗化物としてはＡｌＦ_３（弗化アルミニウム）、ＭｇＦ_２（弗化マグネシウム）などが候補として挙げられる。

例えば、基板上にＬａＦ_３とＡｌＦ_３の交互層を２０対積層し、その上にＬａＦ_３、ＭｇＦ_２、ＬａＦ_３を積んだ構成が考えられる。この構成では、１９３ｎｍにおいて理論上９９％以上の反射率を得ることができる。しかしながら、高屈折率層として用いているＬａＦ_３が結晶性を有し、特に真空蒸着法で成膜した場合に積層膜の界面や表面の粗さが無視できないほど大きくなる。界面、表面の粗さが大きいとレーザー光が散乱されてしまい、理論通りの反射率特性を得ることが難しい。その結果、実際に製作したミラーの反射率は理論反射率から数％低いものとなる。これは、高屈折率膜にＧｄＦ_３やＮｄＦ_３といった他の材料を用いた場合も同様である。

そこで、本実施例では、発振波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、光線入射角が４５度に対応した紫外光レーザー用のミラーとして用いることができる光学部品について説明する。なお、当然のことながら、本発明は本実施例に限定されるものではない。

基材は３５ｍｍ×４７ｍｍ×５ｍｍｔの蛍石（ＣａＦ_２）の基板を、表面粗さ０．８ｎｍＲＭＳ以下に研磨したものを用いた。なお、本実施例において表面粗さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて１μｍ×１μｍの範囲を５１２点×５１２点で網目状に測定した結果を用いている。

蛍石基板の上に弗化イッテルビウム層（以下、ＹｂＦ_３と記載）と弗化アルミニウム層（以下、ＡｌＦ_３と記載）からなるペアをＭペア（０≦Ｍ≦２４）だけ積層する。さらにその上に、弗化ランタン層（以下、ＬａＦ_３と記載）と、ＡｌＦ_３からなるペアをＬペア（Ｌ＝２４－Ｍ）だけ積層する。さらにその上に、ＬａＦ_３、弗化マグネシウム層（以下、ＭｇＦ_２と記載）、ＬａＦ_３の順に積層する。このようにして、合計で、５１層の誘電体層からなる積層膜を形成する。第１～第ｎ層をＹｂＦ_３／ＡｌＦ_３のＭペア（Ｍ＝ｎ／２）が構成し、第ｎ＋１～第４８層をＬａＦ_３／ＡｌＦ_３のＬペア（Ｌ＝２４－Ｍ＝２４－ｎ／２）が構成する。

本実施例では、金属弗化物の成膜は真空蒸着装置を使用した。なお、本発明は真空蒸着法に限定されるものではなく、公知の物理蒸着法（分子線蒸着法、イオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法など）にも適用される。

本実施例で使用した真空蒸着装置の概略を説明する。真空チャンバー内の４つの容器（モリブデン製ボート）のそれぞれに、蒸着材料αとしてＹｂＦ_３、蒸着材料βとしてＡｌＦ_３、蒸着材料γとしてＬａＦ_３、蒸着材料δとしてＭｇＦ_２を、充填した状態で設置した。４つの蒸着材料の設置位置は、チャンバーの中心に位置する基板公転軸から半径２５０ｍｍの同心円状にあり、それぞれに抵抗加熱機構が設けられている。基板は基板ホルダに固定され、蒸着材料から高さ１１００ｍｍの位置で自公転する。ここで言う自公転とは、基板が基板自転軸を中心に回転しながら、同時に基板公転軸の周りを公転することを意味する。１周公転する間に２．５４周自転するよう設計されている。基板より１００ｍｍ下方には遮蔽マスクが設置してあり、基板上に均一な膜厚で成膜できるよう、予め設計された形状に加工されている。成膜中、基板は基板加熱機構によって加熱できる。基板公転面の中心に置かれた膜厚モニターによって成膜レートを監視し、成膜レートが一定になるように抵抗加熱の電流値を制御する機構を有している。

成膜時、真空チャンバー内の圧力は５．０×１０^－５Ｐａ、基板温度は２８０℃とした。表１に示す膜設計になるよう、順次、蒸着材料を所定の膜厚になるよう成膜した。ＹｂＦ_３の成膜レートは０．６ｎｍ／ｓｅｃ、ＡｌＦ_３の成膜レートは０．２ｎｍ／ｓｅｃ、ＬａＦ_３の成膜レートは０．２ｎｍ／ｓｅｃ、ＭｇＦ_２の成膜レートは０．２ｎｍ／ｓｅｃにそれぞれ制御した。ＹｂＦ_３、ＬａＦ_３、ＡｌＦ_３、ＭｇＦ_２のいずれの誘電体層も、引っ張り応力を有している。

ＬａＦ_３の密度（理論密度）は５．９ｇ／ｃｍ^３、ＡｌＦ_３の密度（理論密度）は２．９ｇ／ｃｍ^３、ＭｇＦ_２の密度（理論密度）は３．２ｇ／ｃｍ^３であり、ＹｂＦ_３の密度（理論密度）は８．２ｇ／ｃｍ^３である。ＬａＦ_３の融点は１４９０℃であり、ＡｌＦ_３の融点は１０４０℃であり、ＭｇＦ_２の融点は１２４８℃であり、ＹｂＦ_３の融点は１１５９℃である。

上記成膜条件で成膜したＬａＦ_３の屈折率は１．６９であり、ＡｌＦ_３の屈折率は１．４１であり、ＭｇＦ_２の屈折率は１．４４であり、ＹｂＦ_３の屈折率は１．６８である。この屈折率は１９３ｎｍの波長の光に対する屈折率である。

各材料の屈折率は次の様に算出した。φ１５ｍｍ×２ｍｍｔの蛍石基板に各材料の単層膜を５０～１００ｎｍの厚みで成膜したものを作り、分光測定器で波長１８０ｎｍから２４０ｎｍの範囲の反射率を光線入射角１５度で測定した。その反射率を、光学薄膜解析・設計ソフトＦｉｌｍＷｉｚａｒｄ^ＴＭを用いて解析し、単層膜の屈折率を算出した。

ＹｂＦ_３を真空蒸着法で成膜した場合、標準的な成膜レートで成膜すると屈折率は１．６３程度である。しかし、成膜レートを増すと、例えば１９３ｎｍの波長に対する屈折率を１．６５以上とすることができ、例えば１．６８にできることを本発明者は鋭意検討の末に見出した。発明者らは、標準的な成膜レートが０．２ｎｍ／ｓｅｃの蒸着装置において、０．６ｎｍ／ｓｅｃでＹｂＦ_３を成膜すれば屈折率１．６８のＹｂＦ_３を形成できることを見出した。なお、ＹｂＦ_３の真空蒸着において成膜レートを増すと屈折率が大きく増加する理由については定かではないが、高速成膜することで不純物の混入を抑えることができたからではないかと推測している。したがって、基体と、基体の上に設けられた弗化イッテルビウム層と、を備える光学部品において、１９３ｎｍの波長の光に対する弗化イッテルビウム層の屈折率を１．６５以上にすることができる。１９３ｎｍの波長の光に対する弗化イッテルビウム層の屈折率は１．６９未満であってもよい。

各種金属弗化物の表面粗さは、化合物の種類によって依存しうる。例えば、高屈折率材料（屈折率１．５０以上）として用いられるＬａＦ_３の表面粗さは５．８ｎｍＲＭＳであり、ＧｄＦ_３の表面粗さは６．３ｎｍＲＭＳであり、ＳｍＦ_３の表面粗さは８．９ｎｍＲＭＳであり、ＹｂＦ_３の表面粗さは１．１ｎｍＲＭＳである。低屈折率材料（屈折率１．５０以下）として用いられるＡｌＦ_３の表面粗さは０．９ｎｍＲＭＳであり、ＭｇＦ_２の表面粗さは２．２ｎｍＲＭＳである。いずれも同じ蒸着装置を用いて、蒸着粒子が基板に対して入射角７０°で成膜されるように基板を配置して１００ｎｍ厚さの単層膜を形成し、単層膜の表面粗さ（Ｒｍｓ）をＡＦＭで測定した結果である。

一般的に、金属弗化物は結晶性であるため、その結晶粒によって表面の粗さが大きくなる。またＡｌＦ_３は例外的に非晶質であることから粗さが小さい。高屈折率材料であるＬａＦ_３、ＧｄＦ_３、ＳｍＦ_３は粗さが大きいこと（３．０ｎｍＲＭＳ超）がわかる。また、ＹｂＦ_３が、高屈折率材料でありながら金属弗化物の中で例外的に非晶質であるＡｌＦ_３と同等レベルの小さい粗さであることがわかる。なお、ここに記載していない金属弗化物の高屈折率材料もＬａＦ_３、ＧｄＦ_３、ＳｍＦ_３と同様に結晶性の膜であることから、表面粗さが大きいと推定される。このようにＹｂＦ_３は金属弗化物高屈折率材料の中において、非常に平滑であるという固有の特徴を有していることがわかる。

高屈折率層として屈折率１．６８のＹｂＦ_３を使った場合のペア数Ｍ、層数ｎを変えた検討を行った。ＹｂＦ_３は粗さの小さい高屈折率層であるが、その屈折率はＬａＦ_３の屈折率１．６９未満である。従って、ＹｂＦ_３とＬａＦ_３をうまく組み合わせた積層膜にする必要がある。具体的には、到達する光の量が比較的少ない基板近傍の積層膜の高屈折率層にはＹｂＦ_３を用い、光の量が多い大気側の積層膜の高屈折率層にはＬａＦ_３を用いた。この構成であれば、基板近傍に粗さの小さいＹｂＦ_３を挿入することで、積層膜ミラー全体の粗さを抑えることができ、かつ大気側の層にはＬａＦ_３を用いることで理論反射率が高くなり、最終的に反射率の高いミラーを得ることができる。

表１には、ＹｂＦ_３／ＡｌＦ_３の交互層の層数と、ＬａＦ_３／ＡｌＦ_３による交互層の層数を変えた類型Ａ～Ｃの膜構成を示す。

（類型Ａ）
蛍石基板の上にＬａＦ_３とＡｌＦ_３からなるペアをｎ／２ペア、ＬａＦ_３とＡｌＦ_３からなるペアを２４－ｎ／２ペア、さらにその上にＬａＦ_３、ＭｇＦ_２、ＬａＦ_３の順に積層している。各層の１９３ｎｍにおける物理膜厚を表１に示す。各層の物理膜厚は、光学膜厚が１９３ｎｍの２６～２９％となるようにしている。

（類型Ｂ）
蛍石基板の上にＬａＦ_３とＡｌＦ_３からなるペアを２４ペア、さらにその上にＬａＦ_３、ＭｇＦ２、ＬａＦ_３の順に積層している。各層の１９３ｎｍにおける物理膜厚を表１に示す。類型Ｂにおいて、それぞれの層は類型Ａの同じ膜種と同様の条件で成膜した。

（類型Ｃ）
蛍石基板の上にＹｂＦ_３とＡｌＦ_３からなるペアを２４ペア、さらにその上にＬａＦ_３、ＭｇＦ２、ＬａＦ_３の順に積層している。各層の１９３ｎｍにおける物理膜厚を表１に示す。類型Ｂにおいて、それぞれの層は類型Ａの同じ膜種と同様の条件で成膜した。

（評価）
類型Ａ、Ｂ、Ｃの光学部品の反射率および表面粗さを比較した結果を表２に示す。表２には、類型Ａにおいてｎの値を異ならせた場合の特性を記載している。また、図３（ｃ）には、類型Ａ，Ｂの反射率特性を示ししている。波長１９３ｎｍで、類型Ａのミラーの方が類型Ｂよりも約０．７％高い反射率を得ることができている。なお、ミラーの反射率は、分光測定器を用いて光線入射角４５度で測定した。

類型Ａと類型Ｂとを比べると、高屈折率層と低屈折率層の差がより大きいのは類型Ｂの方なので、理論的には類型Ｂの方が高い反射率が得られる。しかし、両者の最表面の粗さをＡＦＭで測定したところ、類型Ｂでは３．１ｎｍＲＭＳ、類型Ａでは２．４ｎｍＲＭＳであった。したがって、類型Ａでは、積層膜の基体とは反対側の面の表面粗さが、１．０ｎｍＲＭＳ以上かつ３．０ｎｍＲＭＳ以下である。類型Ｂの方が、粗さが大きく散乱損失が大きい。従って、理論反射率では類型Ｂの方が高くても、粗さを抑えることのできた類型Ａの方が実際の反射率が高くなったと考えられる。これは、ＹｂＦ_３が他の金属弗化物の高屈折率膜と比べて、粗さが小さいことに依るものであろう。

屈折率が１．６３では、たとえ粗さが小さくても高屈折率層をＬａＦ_３からＹｂＦ_３に置き換えるだけでは類型Ｂを超える反射率にはならないが、１．６８にまで向上できると誘電体層の材料の組み合わせ次第では類型Ｂよりも高い反射率を得ることができる。類型Ａに示す誘電体層の組み合わせにおいて、類型Ｂ以上の反射率を達成できた。一方で、４８層の全てのペアをＹｂＦ_３／ＡｌＦ_３交互層とした類型Ｃでは粗さは小さいが反射率が低くなった。

本実施例によれば、積層膜における界面や表面の粗さを小さくすることができ、その結果、反射率の高い紫外域レーザー用ミラーを提供することができる。

以上、説明した実施形態は、技術思想を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。なお、本明細書の開示内容は、本明細書に記載したことのみならず、本明細書および本明細書に添付した図面から把握可能な全ての事項を含む。

また本明細書の開示内容は、本明細書に記載した個別の概念の補集合を含んでいる。すなわち、本明細書に例えば「ＡはＢよりも大きい」旨の記載があれば、たとえ「ＡはＢよりも大きくない」旨の記載を省略していたとしても、本明細書は「ＡはＢよりも大きくない」旨を開示していると云える。なぜなら、「ＡはＢよりも大きい」旨を記載している場合には、「ＡはＢよりも大きくない」場合を考慮していることが前提だからである。

１０ 基体
２０ 積層膜
２１～２４ 誘電体層

Claims (23)

1. 基体と、
   前記基体の上に設けられた第１層群と、前記第１層群と前記基体との間に設けられた第２層群と、を含む積層膜と、
   を備え、
   前記第２層群において、第１誘電体層と第２誘電体層が交互に積層されており、
   前記第１層群において、第３誘電体層と第４誘電体層が交互に積層されており、
   前記第１誘電体層の屈折率は前記第２誘電体層の屈折率よりも高く、
   前記第３誘電体層の屈折率は前記第４誘電体層の屈折率よりも高く、
   前記第１誘電体層の組成と前記第２誘電体層の組成は互いに異なり、
   前記第１誘電体層は第１金属元素の化合物を含有し、前記第３誘電体層は第１金属元素とは別の第２金属元素の化合物を含有することを特徴とする光学部品。
2. 前記第３誘電体層の前記屈折率は、前記第１誘電体層の屈折率よりも高い、請求項１に記載の光学部品。
3. 前記第３誘電体層の前記屈折率と前記第４誘電体層の前記屈折率との差は、前記第１誘電体層の前記屈折率と前記第２誘電体層の前記屈折率との差よりも大きい、請求項１または２に記載の光学部品。
4. 前記第１金属元素は希土類元素であり、
   前記第２金属元素は希土類元素である、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学部品。
5. 前記第１誘電体層は弗化物を含有し、
   前記第３誘電体層は弗化物を含有する、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学部品。
6. 前記第３誘電体層は、弗化ネオジム、弗化ランタン、弗化ガドリニウム、弗化サマリウム、弗化セリウムおよび酸化アルミニウムの少なくともいずれかを含有する、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学部品。
7. 前記第１誘電体層は弗化イッテルビウムを含有する、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学部品。
8. 前記第２誘電体層は金属元素の化合物を含有し、
   前記第４誘電体層は金属元素の化合物を含有する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学部品。
9. 前記第２誘電体層が含有する前記化合物の前記金属元素は典型元素であり、
   前記第４誘電体層が含有する前記化合物の前記金属元素は典型元素である、請求項８に記載の光学部品。
10. 前記第２誘電体層は弗化物を含有し、
    前記第４誘電体層は弗化物を含有する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学部品。
11. 前記第２誘電体層および前記第４誘電体層のそれぞれは、弗化マグネシウム、弗化アルミニウム、弗化ナトリウム、弗化リチウム、弗化カルシウム、弗化バリウム、弗化ストロンチウム、酸化シリコン、クリオライトおよびチオライトの少なくともいずれかを含有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学部品。
12. 基体と、
    前記基体の上に設けられた積層膜と、
    を備え、
    前記積層膜は、第１誘電体層、第２誘電体層、第３誘電体層および第４誘電体層を含み、
    前記第１誘電体層は前記第２誘電体層と前記基体との間に配され、前記第１誘電体層と前記第２誘電体層との間の距離は前記第１誘電体層の厚さよりも小さく、
    前記第３誘電体層は前記第４誘電体層と前記基体との間に配され、前記第３誘電体層と前記第４誘電体層との間の距離は前記第３誘電体層の厚さよりも小さく、
    第１誘電体層は弗化イッテルビウムを含有し、
    第３誘電体層は弗化ネオジム、弗化ネオジム、弗化ランタン、弗化ガドリニウム、弗化サマリウム、弗化セリウムおよび酸化アルミニウムの少なくともいずれかを含有し、
    前記第２誘電体層および前記第４誘電体層のそれぞれは、弗化マグネシウム、弗化アルミニウム、弗化ナトリウム、弗化リチウム、弗化カルシウム、弗化バリウム、弗化ストロンチウム、酸化シリコン、クリオライトおよびチオライトの少なくともいずれかを含有することを特徴とする光学部品。
13. 前記第１誘電体層は、前記基体と前記第３誘電体層との間に設けられている、請求項１２に記載の光学部品。
14. 前記第１誘電体層の前記基体とは反対側の面は、前記第３誘電体層の前記基体とは反対側の面よりも平坦である、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光学部品。
15. 前記積層膜は、前記第１誘電体層に含有される少なくとも２つの元素を含有するｉ個（ｉ≧２）の誘電体層を含み、かつ、
    前記積層膜は、前記第３誘電体層に含有される少なくとも２つの元素を含有するｊ個（ｊ≧２）の誘電体層を含み、
    ０．２≦ｉ／ｊ≦５を満たす、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光学部品。
16. 前記積層膜の前記基体とは反対側の面の表面粗さが、１．０ｎｍＲＭＳ以上かつ３．０ｎｍＲＭＳ以下である、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光学部品。
17. 前記積層膜は、第５誘電体層を含み、
    前記第１誘電体層、前記第２誘電体層、前記第３誘電体層および前記第４誘電体層が、前記第５誘電体層と前記基体との間に設けられており
    （ニ）前記第５誘電体層の屈折率は、前記第３誘電体層の屈折率よりも低く、かつ、前記第４誘電体層の屈折率よりも高いこと、および
    （ホ）前記第５誘電体層は弗化マグネシウムを含有すること、
    の少なくともいずれかを満たす請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光学部品。
18. 基体と、前記基体の上に設けられた弗化イッテルビウム層と、を備え、
    １９３ｎｍの波長の光に対する前記弗化イッテルビウム層の屈折率が１．６５以上であることを特徴とする光学部品。
19. 前記基体は単結晶または多結晶である、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の光学部品。
20. 前記基体は弗化カルシウムを含有する、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の光学部品。
21. 光源と、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の光学部品と、を備え、
    前記光学部品が、前記光源からの光を透過および／または反射することを特徴とする光学機器。
22. 前記光は紫外光である、請求項２１に記載の光学機器。
23. レチクルを支持する第１ステージと、基板を支持する第２ステージと、を備え、前記光源および前記光学部品および前記レチクルによって形成されたパターンを前記基板に投影する、請求項２１または２２に記載の光学機器。
    
    

Images