DE69812450T3

DE69812450T3 - Mehrschichtige Antireflexbeschichtungen für flach einfallendes Ultraviolettlicht

Info

Publication number: DE69812450T3
Application number: DE69812450T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi 2-3 Marunouchi 3-chome Chiyoda-ku Nakamura; Takeshi 2-3 Marunouchi 3-chome Shirai
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2018-01-24
Also published as: EP0855604B2; EP0855604B1; JP4161387B2; EP0855604A1; DE69812450D1; JPH10268106A; US6030717A; DE69812450T2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft mehrschichtige Antireflexionsbeschichtungen für optische Elemente und dergleichen, wobei die Antireflexionsbeschichtungen dazu dienen, eine Reflexion von flach einfallendem Licht von den optischen Elementen, insbesondere ultraviolettem Licht von Excimerlasern und dergleichen, zu sperren.
Hintergrund der Erfindung
Die neueste Entwicklung von Lasern, wie von Excimerlasern, hat das Erfordernis gesteigert für optische Systeme und Komponenten, daß sie ultraviolettes Licht durchlassen können. Solche optischen Systeme und Komponenten erfordern typischerweise Antireflexionsbeschichtungen, die gegen einfallendes Licht wirksam sind, einschließlich "flach" einfallendes Licht (d. h. einfallendes Licht mit einem hohen Einfallswinkel θ von im allgemeinen 70° oder größer).
Ein Excimerlaser erzeugt linear polarisiertes Licht. Abhängig von der Anordnung des optischen Systems relativ zu dem Excimerlaser, tritt Licht von dem Laser in das optische System ein, entweder als p-polarisiertes Licht oder als s-polarisiertes Licht.
Herkömmliche, mehrschichtige Antireflexionsbeschichtungen bestehen aus aufeinander gestapelten Schichten, in denen Schichten eines Materials mit hohem Brechungsindex und eines Materials mit niedrigem Brechungsindex abwechselnd angeordnet sind. Beispielsweise beschreibt die EP-A-0 814 350 mehrschichtige Antireflexionsbeschichtungen, welche mehrere aufeinander gestapelte Schichten eines Materials mit hohem Brechungsindex und eines Materials mit niedrigem Brechungsindex einschließen, die abwechselnd angeordnet sind. Die JP-A-07 244 217 beschreibt eine Antireflexionsbeschichtung, welche drei Schichten mit niedrigem Index und zwei Schichten mit mittleren Index einschließt, und welche so konfiguriert ist, um ein Reflexionsvermögen von 0,5 % oder weniger über eine 70 nm spektrale Bandbreite aufzuweisen. Eine größere Zahl von Schichten ist erforderlich, wenn der Einfallswinkel zunimmt (z. B., jedesmal wenn θ ≤ 70°, ist die Zahl an Schichten vier oder mehr).
Herkömmliche, mehrschichtige Antireflexionsbeschichtungen weisen ebenfalls typischerweise eine nicht periodische mehrschichtige Struktur auf in welcher die optische Dicke jeder Schicht unterschiedlich ist. Somit muß die optische Dicke jeder Schicht genau gesteuert werden, wenn eine solche Antireflexionsbeschichtung gebildet wird. Ebenfalls muß für jeden Einfallswinkel die optische Dicke jeder Schicht und die Zahl der Schichten in der Antireflexionsbeschichtung verschieden sein.
Bei der Herstellung einer herkömmlichen, mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtung für flach einfallendes Licht (wobei die Beschichtung mit einer nicht periodischen Struktur hergestellt wird), trifft man auf die folgenden Schwierigkeiten: (1) Während der Bildung jeder der aufeinander gestapelten Schichten treten häufig Variationen in der Schichtdicke auf; solche Variationen bewirken entsprechende nicht geplante Variationen des Brechungsindex über die Antireflexionsbeschichtung. Somit ist es notwendig, den Brechungsindex jeder Schicht vor einer Abscheidung abzuschätzen. (2) Wenn die optische Leistung einer Beschichtung von einer idealen Leistung verschieden ist, ist es schwierig, die spezifische verantwortliche Schicht bzw. Schichten in der Beschichtung zu identifizieren, da die optische Dicke jeder Schicht unterschiedlich ist. Folglich erfordert das Erhalten einer Beschichtung, die vollständig innerhalb genauer Angaben liegt, einen trial-and-error-Ansatz. (3) Parameter, die gesteuert werden müssen, um die richtige optische Dicke jeder Schicht der mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtung kontrolliert zu bilden, sind kompliziert. (4) Für jeden Einfallswinkel müssen sowohl die optische Dicke jeder Schicht als auch die Gesamtzahl der Schichten in der mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtung verschieden sein.
In "Generalized Brewster-angle conditions for quarter-wave multilayers at non-normal incidence" von H.F. Mahlein, Journal of the Optical Society of Amerika, Volume 64, Nr. 5, S. 647-653, Mai 1974 wird ein Verfahren zur Verringerung der Reflexion polarisierten UV-Lichts beschrieben, bei welchem abwechselnd Schichten mit hohem und niedrigem Brechungsindex abgelagert werden, welche dieselbe effektive optische Dicke einer Viertelwellenlänge der einfallenden Strahlung aufweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
Angesichts der vorangehenden Mängel von herkömmlichen, mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtungen für flach einfallendes Licht ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wirksame mehrschichtige Antireflexionsbeschichtungen für flach einfallendes Licht für ultraviolettes Licht mit einem größeren Bereich an Einfallswinkeln bereitzustellen.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, wie es in Anspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das Material mit hohem Brechungsindex umfaßt bevorzugt eine Substanz, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lanthanfluorid (LaF₃), Gadoliniumfluorid (GdF₃), Neodymfluorid (NdF₃), Dysprosiumfluorid (DyF₃), Yttriumfluorid (YF₃) und Mischungen und Verbindungen solcher Verbindungen. Das Material mit niedrigem Brechungsindex umfaßt bevorzugt eine Substanz, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumfluorid (AlF₃), Magnesiumfluorid (MgF₂), Calciumfluorid (CaF₂), Natriumfluorid (NaF), Kryolith (Na₃AlF₆), Thiolith (Na₅Al₃F₁₄) und Mischungen und Verbindungen solcher Verbindungen.
Die Gesamtzahl N an Schichten, die die Antireflexionsbeschichtung umfassen, ist bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 5 < N < 17.
Die vorangehenden und zusätzlichen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nun leichter verständlich durch die folgende detaillierte Beschreibung, welche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen fortfährt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1(a) ist ein schematisches Teildiagramm einer mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtung für flach einfallendes Licht, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die Zahl an aufeinander gestapelten Schichten ungerade ist.
1(b) ist ein schematisches Teildiagramm einer mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtung für flach einfallendes Licht, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die Anzahl an aufeinander gestapelten Schichten gerade ist.
2 ist eine Auftragung einer Antireflexionsleistung gegen einen Einfallswinkel von p-polarisiertem Licht bei λ = 193,4 nm für mehrschichtige Antireflexionsbeschichtungen gemäß einer Ausführungsform nach Beispiel 1 mit 7, 9, 13, 15 und 17 Schichten.
3 ist eine Auftragung einer Antireflexionsleistung gegen einen Einfallswinkel von p-polarisiertem Licht bei λ = 193,4 nm für mehrschichtige Antireflexionsbeschichtungen gemäß einer Ausführungsform nach Beispiel 2 mit 5, 7, 9 und 11 Schichten.
4 ist eine Auftragung einer Antireflexionsleistung gegen einen Einfallswinkel von p-polarisiertem Licht bei λ = 248 nm für mehrschichtige Antireflexionsbeschichtungen gemäß einem Beispiel mit 9, 11, 13, 15 und 17 Schichten.
Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung ist gerichtet auf veranschaulichende Ausführungsformen einer mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtung für flach einfallendes Licht, welche die gegenwärtige beste Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung darstellt.
Ein vergrößertes, schematisches Teildiagramm einer mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtung für flach einfallendes Licht, hergestellt gemäß der Erfindung, ist in 1 gezeigt. Die Antireflexionsbeschichtung umfaßt, von einer mittleren Seite, eine Schicht 1 mit hohem Brechungsindex, eine Schicht 2 mit niedrigem Brechungsindex, eine Schicht 1 mit hohem Brechungsindex und zusätzlich solche Schichten in einer abwechselnden, übereinander angeordneten Art und Weise auf einem Substrat 3. Der Brechungsindex eines Materials mit "hohem Brechungsindex" ist höher als der Brechungsindex des Substratmaterials. Der Brechungsindex eines Materials mit "niedrigem Brechungsindex" ist niedriger als der Brechungsindex des Substratmaterials. Jedesmal, wenn die Anzahl an aufeinander gestapelten Schichten ungerade ist, berührt bevorzugt eine Schicht 1 mit hohem Brechungsindex das Substrat (1(a)). Jedesmal, wenn die Anzahl an Laminierungsschichten gerade ist, berührt bevorzugt eine Schicht 2 mit niedrigem Brechungsindex das Substrat (1(b)).
Jede Schicht 1 mit hohem Brechungsindex weist die gleiche optische Dicke auf; auf gleiche Art und Weise weist jede Schicht 2 mit niedrigem Brechungsindex die gleiche optische Dicke auf. Wenn jede Schicht mit hohem Brechungsindex aus dem gleichen Material mit hohem Brechungsindex hergestellt wird, und wenn jede Schicht mit niedrigem Brechungsindex aus dem gleichen Material mit niedrigem Brechungsindex hergestellt wird, ist dann die optische Dicke jedes Paares von benachbarten Schichten (bestehend aus einer Schicht 1 mit hohem Brechungsindex und einer Schicht 2 mit niedrigem Brechungsindex) bei einem bestimmten Wert (darstellend die "optische Periodenlänge") fixiert, welcher der gleiche für alle solche Paare ist. Somit weist eine mehrschichtige Antireflexionsbeschichtung für flach einfallendes Licht gemäß der vorliegenden Erfindung eine periodische Struktur auf. Das Substrat 3 ist typischerweise ein Material, das ultraviolettes Licht durchläßt, wie (jedoch nicht begrenzt darauf) Kieselglas, Calciumfluorid und Magnesiumfluorid.
Die Schichten mit hohem Brechungsindex werden bevorzugt hergestellt aus einem Material, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Lanthanfluorid (LaF₃), Gadoliniumfluorid (GdF₃), Neodymfluorid (NdF₃), Dysprosiumfluorid (DyF₃), Yttriumfluorid (YF₃) und Mischungen und Verbindungen dieser Materialien. Die Schichten mit niedrigem Brechungsindex werden bevorzugt aus einem Material hergestellt, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Aluminiumfluorid (AlF₃), Magnesiumfluorid (MgF₂), Calciumfluorid (CaF₂), Natriumfluorid (NaF), Kryolith (Na₃AlF₆), Thiolith (Na₅Al₃F₁₄) und Mischungen und Verbindungen dieser Materialien.
Die Summe der optischen Dicke einer Schicht 1 mit hohem Brechungsindex und einer benachbarten Schicht 2 mit niedrigem Brechungsindex wird als die "optische Periodenlänge" nd bezeichnet. Die optische Periodenlänge nd = n_Hd_H + n_Ld_L, wobei n_H der Brechungsindex und d_H die physikalische Dicke des Materials mit hohem Brechungsindex ist, n_Hd_H die optische Dicke des Materials mit hohem Brechungsindex ist, n_L der Brechungsindex und d_L die physikalische Dicke des Materials mit niedrigem Brechungsindex ist, und n_Ld_L die optische Dicke des Materials mit niedrigem Brechungsindex ist. Die optische Periodenlänge erfüllt die folgende Beziehung: 0,6 λ0 ≤ nd ≤ 0,65 λ0
Das Verhältnis der optischen Dicke der Schicht mit hohem Brechungsindex zu der optischen Periodenlänge (ebenfalls bezeichnet als das "optische Dickenverhältnis" Γ = n_Hd_H/nd) erfüllt die folgende Beziehung: 0,38 ≤ Γ ≤ 0,73
Die Gesamtzahl an Schichten N der Antireflexionsbeschichtung erfüllt bevorzugt die folgende Beziehung: 5 Schichten ≤ N ≤ 17 Schichten
Die mehrschichtige Antireflexionsbeschichtung kann durch jedes geeignete Verfahren hergestellt werden, wie (jedoch nicht begrenzt darauf) eine Vakuumdampfabscheidung, Sputtern, Ionenbeschichten, chemische Dampfabscheidung (CVD).
Um eine Bildung der mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtung zu starten, wird ein Paar von aufeinander gestapelten Schichten, bestehend aus einer Schicht mit hohem Brechungsindex und einer Schicht mit niedrigem Brechungsindex, auf dem Substrat abgeschieden; Abscheidungsparameter, unter welchen das Paar an Schichten gebildet wird, sind so, daß die optische Dicke jeder Schicht die Parameter erfüllt, die oben genannt sind. Zusätzliche Schichten werden auf abwechselnde Art und Weise gemäß feststehenden Abscheidungsparametern für die Schichten mit hohem Brechungsindex und die Schichten mit niedrigem Brechungsindex angefügt. Die resultierende mehrschichtige Antireflexionsbeschichtung umfaßt eine unterschiedliche Anzahl an Schichten, abhängig von dem vorausberechneten Einfallswinkel.
Eine mehrschichtige Antireflexionsbeschichtung, welche die vorangehenden Parameter erfüllt, zeigt eine zufriedenstellende Antireflexionswirkung, wenn p-polarisiertes Licht in dem Wellenlängenbereich 150 bis 250 nm in die Beschichtung bei einem Einfallswinkel von 70 bis 80° eintritt.
Beispielausführungsform 1
In dieser Beispielausführungsform wurden abwechselnde Schichten aus Lanthanfluorid (LaF₃) als die Schicht mit hohem Brechungsindex und Magnesiumfluorid (MgF₂) als die Schicht mit niedrigem Brechungsindex auf einem Substrat aus synthetischem Kieselglas gebildet. Die optische Dicke jeder resultierenden Schicht war n_Hd_H = 0,322 λ₀, für jede der LaF₃-Schichten und n_Ld_L = –0,322 λ₀ für jede der MgF₂-Schichten. Die optische Periodenlänge nd (d. h. die Summe der optischen Dicke der Schicht mit hohem Brechungsindex und der optischen Dicke der Schicht mit niedrigem Brechungsindex) war 0,644 λ₀ (wobei λ₀, = 193,4 nm), und das Verhältnis der optischen Dicke der Schicht mit hohem Brechungsindex zu der optischen Periodenlänge war Γ = 0,5. Jede Schicht wurde durch Vakuumdampfabscheidung abgeschieden.
Elf einzelne Antireflexionsbeschichtungen wurden hergestellt, wobei die Anzahl N von aufeinander gestapelten Schichten in einem Bereich von 7 bis 17 lag (d. h., N = 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17). In bezug auf jede Antireflexionsbeschichtung waren die Materialien, aus welchen die Schichten gebildet wurden, die optische Periodenlänge und das Verhältnis der optischen Dicke der Schicht mit hohem Brechungsindex zu der optischen Periodenlänge die gleichen. Eine Bildung jeder Antireflexionsbeschichtung wurde gestartet durch Abscheiden eines ersten Paares von aufeinander gestapelten Schichten auf dem Substrat, wobei eine Schicht Lanthanfluorid (LaF₃) und die andere Schicht Magnesiumfluorid (MgF₂) war. Abwechselnde Schichten dieser Materialien wurden auf diese anfängliche Zweischichtstruktur aufgetragen, bis die gewünschte Anzahl an Schichten erreicht war. Die Beschichtungsabscheidungsparameter wurden so gewählt, daß die jeweiligen optischen Dicken so waren, wie oben beschrieben.
Die Winkelcharakteristika der mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtungen, die gemäß dieser Beispielausführungsform hergestellt wurden, wurden gemessen unter Verwendung von einfallendem, p-polarisiertem Licht bei λ = 193,4 nm. Tabelle 1 zeigt für jeden Wert von N von 7 bis 17 den Einfallswinkel; bei welchem ein Reflexionsvermögen minimiert war, und den Wert des Reflexionsvermögens unter solchen Bedingungen. 2 zeigt Einfallswinkelcharakteristika für bestimmte der mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtungen gemäß dieser Beispielsausführungsform (d. h für Beschichtungen, in welchen N = 7, 9, 13, 15 und 17 ist). Die Daten, die in Tabelle 1 und 2 gezeigt sind, zeigen an, daß die mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtungen gemäß dieser Beispielausführungsform eine vollständige Antireflexionswirkung mit einem Lichtdurchlaßgrad von 99 % oder größer aufweisen, wenn der Einfallswinkel in dem Bereich von 70° ≤ θ ≤ 80° liegt. (Für das synthetische Kieselglassubstrat alleine ist das Reflexionsvermögen R = 4 % bei θ = 70° und R = 23,3 % bei θ = 80°). Diese Daten zeigen ebenfalls an, daß der Einfallswinkel, bei welchem das Reflexionsvermögen minimiert ist, einfach durch Veränderung der Anzahl von aufeinander gestapelten Schichten verändert wird. Tabelle 1
Beispielausführungsform 2
In dieser Beispielausführungsform wurden abwechselnde Schichten aus Lanthanfluorid (LaF₃) als die Schicht mit hohem Brechungsindex und Kryolith (Na₃AlF₆) als die Schicht mit niedrigem Brechungsindex auf einem Substrat aus Calciumfluorid gebildet. Die optische Dicke jeder resultierenden Schicht war n_Hd_H = 0,3 λ₀ für jede der LaF₃-Schichten und n_Ld_L = 0,35 λ₀ für jede der Na₃AlF₆ Schichten. Die optische Periodenlänge nd (d. h. die Summe der optischen Dicken der Schicht mit hohem Brechungsindex und der Schicht mit niedrigem Brechungsindex) war 0,65 λ₀ (wobei λ₀ = 193,4 nm), und das Verhältnis der optischen Dicke der Schicht mit hohem Brechungsindex zu der optischen Periodenlänge war Γ = 0,46. Jede Schicht wurde durch Vakuumdampfabscheidung abgeschieden.
Sieben einzelne Antireflexionsbeschichtungen wurden hergestellt, mit einer Zahl N von aufeinander gestapelten Schichten in einem Bereich von 5 bis 11 (d. h., N = 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11). Unter Bezugnahme auf jede Antireflexionsbeschichtung waren die Materialien, von welchen die jeweiligen Schichten gebildet wurden, die optische Periodenlänge und das Verhältnis der optischen Dicke der Schicht mit hohem Brechungsindex zu der optischen Periodenlänge die gleichen. Eine Bildung jeder Antireflexionsbeschichtung wurde gestartet durch Bilden eines Paares von aufeinander gestapelten Schichten auf dem Substrat, wobei eine Schicht Lanthanfluorid (LaF₃) und die andere Schicht Kryolith (Na₃AlF₆) war. Die Beschichtungsabscheidungsparameter waren so, daß die jeweiligen optischen Dicken so waren, wie oben beschrieben.
Die Winkelcharakteristika er mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtungen, die gemäß dieser Beispielsausführungsform hergestellt wurden, wurden gemessen unter Verwendung von einfallendem, p-polarisiertem Licht bei λ = 193,4 nm. Tabelle 2 zeigt für jeden Wert von N von 5 bis 11 den Einfallswinkel, bei welchem ein Reflexionsvermögen minimiert war, und den Wert des Reflexionsvermögens unter solchen Bedingungen. 3 zeigt Einfallswinkelcharakteristika für bestimmte der mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtungen gemäß dieser Beispielausführungsform (d. h., für N = 5, 7, 9 und 11). Die Daten, die in Tabelle 2 und 3 gezeigt sind, zeigen an, daß die mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtungen gemäß dieser Beispielausführungsform eine vollständige Antireflexionswirkung mit einem Lichtdurchlaßgrad von 99 % oder größer aufweisen, wenn der Einfallswinkel in dem Bereich von 70° ≤ θ ≤ 75° liegt. (Für das Calciumfluoridsubstrat alleine ist das Reflexionsvermögen R = 4,3 % bei θ = 70° und R = 10,7 % bei θ = 75°). Diese Daten zeigen an, daß der Einfallswinkel, bei welchem das Reflexionsvermögen minimiert ist, einfach durch Veränderung der Anzahl von aufeinander gestapelten Schichten geändert wird.
Tabelle 2
Beispiel
In diesem Beispiel wurden abwechselnde Schichten aus Lanthanfluorid (LaF₃) als die Schicht mit hohem Brechungsindex und Kryolith (Na₃AlF₆) als die Schicht mit niedrigem Brechungsindex auf einem Substrat aus Calciumfluorid abgeschieden. Die optische Dicke jeder resultierenden Schicht war n_Hd_H. = 0,35 λ₀ für jede der LaF₃-Schichten und n_Ld_L = 0,31 für jede der Na₃AlF₆-Schichten. Die optische Periodenlänge nd (d. h. die Summe der optischen Dicke der Schicht mit hohem Brechungsindex und die optische Dicke der Schicht mit niedrigem Brechungsindex) war 0,66 λ₀ (wobei λ₀ = 248 nm), und das Verhältnis der optischen Dicke der Schicht mit hohem Brechungsindex zu der optischen Periodenlänge war Γ = 0,53. Jede Schicht wurde unter Verwendung von Vakuumdampfabscheidung abgeschieden.
Fünf einzelne Antireflexionsbeschichtungen wurden hergestellt, mit einer Anzahl N an Schichten in einem Bereich von 9 bis 17 (d. h., N = 9, 11, 13, 15; 17). In bezug auf jede Antireflexionsbeschichtung waren die Materialien, aus welchen die Schichten gebildet wurden, die optische Periodenlänge und das Verhältnis der optischen Dicke der Schicht mit hohem Brechungsindex zu der optischen Periodenlänge die gleichen. Eine Bildung jeder Antireflexionsbeschichtung wurde gestartet durch Bilden eines Paares von Schichten auf dem Substrat, wobei eine Schicht Lanthanfluorid (LaF₃) und die andere Schicht Kryolith (Na₃AlF₆) war. Die Beschichtungsabscheidungsparameter waren so, daß die jeweiligen optischen Dicken so waren, wie oben beschrieben.
Die Winkelcharakteristika der mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtungen, welche gemäß diesem Beispiel hergestellt wurden, wurden gemessen unter Verwendung von einfallendem, p-polarisiertem Licht bei λ = 248 nm. Tabelle 3 zeigt für jeden Wert von N den Einfallswinkel, bei welchem das Reflexionsvermögen minimiert war, und das Reflexionsvermögen unter solchen Bedingungen. 4 zeigt Einfallswinkelcharakteristika für jede der mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtungen gemäß diesem Beispiel. Die Daten, die in Tabelle 3 und 4 gezeigt sind, zeigen an, daß die mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtungen gemäß diesem Beispiel eine vollständige Antireflexionswirkung mit einem Lichtdurchlaßgrad von 99 % oder größer aufweisen, wenn der Einfallswinkel in dem Bereich von 72° ≤ θ ≤ 76° liegt. (Für das Calciumfluoridsubstrat alleine ist das Reflexionsvermögen R = 4,4 % bei θ = 70° und R = 10,8 % bei θ = 75°). Diese Daten zeigen ebenfalls an, daß der Einfallswinkel, bei welchem das Reflexionsvermögen minimiert ist, einfach durch Veränderung der Anzahl von aufeinander gestapelten Schichten verändert wird.
Tabelle 3
Obwohl eine Vakuumdampfabscheidung die bevorzugte Methode zum Auftragen jeder der Schichten einer mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtung ist, können alternative Methoden verwendet werden, wie ein Sputtern, Ionenbeschichten oder eine chemische Dampfabscheidung, bei dem Verfahren gemäß der Erfindung.
Somit stellt das Verfahren gemäß der Erfindung mehrschichtige Antireflexionsbeschichtungen für flach einfallendes Licht bereit. Die Beschichtungen haben eine periodische Struktur (abwechselnde Schichten aus Material mit hohem Brechungsindex und Material mit niedrigem Brechungsindex), in welcher jede Schicht des Materials mit hohem Brechungsindex die gleiche optische Dicke aufweist und jede Schicht des, Materials mit niedrigem Brechungsindex die gleiche optische Dicke aufweist (welche verschieden sein kann von der optischen Dicke des Materials mit hohem Brechungsindex). Eine Herstellung wird bevorzugt initiiert durch Bilden einer Zweischichtstruktur auf einem Substrat, wobei die Struktur eine Schicht mit hohem Brechungsindex und eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex umfaßt, unter bekannten Beschichtungsabscheidungsparametern. Folgende alternierende Schichten werden unter den gleichen Beschichtungsabscheidungsparametern angefügt. Die resultierende mehrschichtige Antireflexionsbeschichtung weist eine fixierte optische Periodenlänge und ein optisches Periodenverhältnis auf; durch Variation der Anzahl von aufeinander gestapelten Schichten ist es möglich, eine Antireflexionswirkung für jeden von zahlreichen Einfallswinkeln in dem Bereich von 70° ≤ θ ≤ 80° mit p-polarisiertem Licht mit einer Wellenlänge in dem Bereich von 150 nm ≤ λ ≤ 250 nm zu erhalten. Optische Systeme, welche optische Elemente mit einer mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtung gemäß der Erfindung umfassen, zeigen eine überlegene optische Leistung.
Während die Erfindung beschrieben wurden in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen, wird verstanden werden, daß die Erfindung nicht begrenzt ist auf diese Ausführungsformen. Im Gegenteil, soll die Erfindung alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente umfassen, innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie er durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Verfahren zum Reduzieren einer Reflexion von flach einfallendem, p-polarisiertem ultraviolettem Licht von einer Oberfläche eines Substrats (3) durch Auftragen auf die Oberfläche von ersten und zweiten aufeinander gestapelten Schichten (1, 2), wobei die erste Schicht eine Schicht (1) mit hohem Brechungsindex und die zweite Schicht eine Schicht (2) mit niedrigem Brechungsindex ist, Auftragen auf die ersten und zweiten Schichten von zusätzlichen Schichten (1, 2) mit hohem Brechungsindex und mit niedrigem Brechungsindex auf eine abwechselnde Art und Weise, um eine mehrschichtige Antireflexionsbeschichtung auf dem Substrat (3) herzustellen, wobei die Antereflexionsbeschichtung eine Gesamtzahl von Schichten N innerhalb des Bereichs von 5 ≤ N ≤ 17 aufweist, wobei jede alternierende Schicht (1) mit hohem Brechungsindex die gleiche optische Dicke und jede alternierende Schicht (2) mit niedrigem Brechungsindex die gleiche optische Dicke aufweist, wobei weiter: (a) die Summe der optischen Filmdicken einer Schicht (1) mit hohem Brechungsindex und einer Schicht (2) mit niedrigem Brechungsindex eine optische Periodenlänge nd definiert, wobei 0,6λ₀ ≤ nd ≤ 0,65λ₀, wobei λ₀ die Wellenlänge von einfallender Strahlung ist, so dass 150 nm ≤ λ₀ ≤ 250 nm ist; und (b) das Verhältnis Γ der optischen Dicke der Schicht (19) mit hohem Brechungsindex und der optischen Periodenlänge nd so ist, dass 0,38 ≤ Γ ≤ 0,73, wobei Ablagerungsparameter, unter welchen jedes Paar von Schichten (1, 2) ausgebildet wird, so sind, dass die optische Dicke jeder Schicht die voranstehenden Parameter erfüllt; wodurch der Lichtdurchlassgrad der Beschichtung bei einem Einfallswinkel zwischen 70° und 80° 99% oder größer ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem N gerade ist und die zweite Schicht (2) die Oberfläche des Substrats (3) berührt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem N ungerade ist und die erste Schicht (1) die Oberfläche des Substrats (3) berührt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, bei welchem: die Schichten (1) mit hohem Brechungsindex eine Substanz umfassen, die ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Lanthanfluorid (LaF₃), Gadoliniumfluorid (GdF₃), Neodymfluorid (NdF₃), Dysprosiumfluorid (DyF₃), Yttriumfluorid (YF₃) und Mischungen und Verbindungen solcher Verbindungen, und die Schichten (2) mit niedrigem Brechungsindex eine Substanz umfassen, die ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumfluorid (AlF₃), Magnesiumfluorid (MgF₂), Calciumfluorid (CaF₂), Natriumfluorid (NaF), Kryolith (Na₃AlF₆), Thiolith (Na₅Al₃F₁₄) und Mischungen und Verbindung solcher Verbindungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das Substrat (3) für Licht durchlässig ist, das eine Wellenlänge λ aufweist, so dass 150 nm ≤ λ ≤ 250 nm.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem das Substrat (3) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kieselglas, Calciumfluorid und Magnesiumfluorid.