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KR-20260062039-A - OPTICAL ELEMENT AND OPTICAL APPARATUS

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Abstract

환경 내구성이 높은 광학 소자를 실현하는 데 유리한 기술을 제공한다. 광학 소자는 기체와, 기체 상에 배치된 복수의 층을 갖는 적층체를 구비한다. 적층체는 금속 불화물을 함유하는 광학 소자의 표층과, 하지층과, 표층과 하지층 사이에 배치된 중간층을 갖는다. 하지층은 산화물을 함유하는 층을 갖는다. 중간층은 금속 화합물과, 금속 화합물의 금속에 결합하는 OH기를 함유한다.

Inventors

  • 아베 다츠키
  • 호시노 가즈히로

Assignees

  • 캐논 가부시끼가이샤

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20251015
Priority Date
20241028

Claims (16)

  1. 기체와, 상기 기체 상에 배치된 복수의 층을 갖는 적층체를 구비하는 광학 소자이며, 상기 적층체는, 금속 불화물을 함유하는, 상기 광학 소자의 표층과, 하지층과, 상기 표층과 상기 하지층 사이에 배치된 중간층을 갖고, 상기 하지층은 산화물을 함유하는 층을 갖고, 상기 중간층은 금속 화합물과, 상기 금속 화합물의 금속에 결합하는 OH기를 함유하는, 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 화합물은, MgO 또는 Al 2 O 3 인, 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 불화물은, MgF 2 , Na 3 AlF 6 , LiF, BaF 2 , SrF 2 , CaF 2 , NaF 및 AlF 3 중 적어도 1종인, 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하지층은 2개 이상의 층을 갖고, 상기 2개 이상의 층 중 적어도 상기 중간층에 가장 가까운 층이, 상기 산화물을 함유하는 층인, 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 2개 이상의 층은, 교호로 적층된 고굴절률층과 저굴절률층을 갖는, 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 중간층에 가장 가까운 층은, 상기 고굴절률층인, 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  7. 제5항에 있어서, 상기 고굴절률층은, 광의 파장 280㎚에 있어서 굴절률이 1.8 이상의 층인, 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  8. 제5항에 있어서, 상기 고굴절률층은, 상기 산화물을 함유하는 층이고, 상기 고굴절률층의 상기 산화물은, HfO 2 , Ta 2 O 5 , Sm 2 O 3 및 Nb 2 O 5 중 적어도 1종인, 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  9. 제5항에 있어서, 상기 저굴절률층은, 광의 파장 280㎚에 있어서 굴절률이 1.6 이하의 층인, 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  10. 제5항에 있어서, 상기 저굴절률층은, 상기 산화물을 함유하는 층이고, 상기 저굴절률층의 상기 산화물은, SiO 2 및 Al 2 O 3 중 적어도 1종인, 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  11. 제5항에 있어서, 상기 저굴절률층은, 불화물을 함유하는 층이고, 상기 저굴절률층의 상기 불화물은, MgF 2 , AlF 3 , CaF 2 및 Na 3 AlF 6 중 적어도 1종인, 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  12. 제1항에 있어서, 상기 금속 화합물은, MgO이고, 상기 중간층을 X선 광전자 분광법으로 분석함으로써 얻어지는 O1s 스펙트럼에 있어서, Mg-O의 결합에 기인하는 결합 에너지의 강도에 대한 Mg-OH 결합에 기인하는 결합 에너지의 강도의 강도비가 0.23 이상인, 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  13. 제1항에 있어서, 상기 금속 화합물은, MgO이고, 상기 중간층을 X선 광전자 분광법으로 분석함으로써 얻어지는 O1s 스펙트럼에 있어서, Mg-O의 결합에 기인하는 결합 에너지의 강도에 대한 Mg-OH 결합에 기인하는 결합 에너지의 강도의 강도비가 0.46 이상인, 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  14. 제1항에 있어서, 상기 금속 화합물은, MgO이고, 상기 중간층을 X선 광전자 분광법으로 분석함으로써 얻어지는 O1s 스펙트럼에 있어서, Mg-O의 결합에 기인하는 결합 에너지의 강도에 대한 Mg-OH 결합에 기인하는 결합 에너지의 강도의 강도비가 3.35 이하인, 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  15. 제1항에 있어서, 상기 중간층의 물리 막 두께는, 1㎚ 이상 12㎚ 이하인, 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  16. 외장과, 상기 외장의 내측에 배치된 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 광학 소자를 구비하는, 것을 특징으로 하는 광학 기기.

Description

광학 소자 및 광학 기기{OPTICAL ELEMENT AND OPTICAL APPARATUS} 본 개시는 광학 소자 및 광학 기기에 관한 것이다. 렌즈나 미러와 같은 광학 소자의 기체의 표면에는, 예를 들어 저반사화 또는 고반사화를 목적으로 하여, 고굴절률층 및 저굴절률층을 조합한 적층체가 배치되어 있다. 광학 소자의 기능을 향상시키기 위해, 고굴절률층에는 산화물의 재료, 저굴절률층에는 불화물의 재료가 범용적으로 사용된다. 그러나, 산화물의 층과 불화물의 층을 적층하는 경우, 2개의 층의 경계 부분에서 2개의 물질 반응한 혼합층이 형성되고, 혼합층에 있어서 광의 흡수가 발생할 우려가 있다. 그 결과, 광학 소자로서의 성능이 저하될 우려가 있다. 이에 반해, 특허문헌 1에는, 불화물로 이루어지는 저굴절률 물질층과, 산화물로 이루어지는 고굴절률 물질층 사이에, Al2O3 또는 MgO를 사용한 중간 굴절률층을 배치하는 것이 개시되어 있다. 도 1은 실시 형태에 관한 광학 소자의 단면의 개략도이다. 도 2는 실시 형태에 관한 광학 소자의 제작에 사용되는 성막 장치의 모식도이다. 도 3은 실시 형태에 관한 광학 기기의 일례인 노광 장치의 설명도이다. 도 4는 다른 실시 형태에 관한 카메라의 설명도이다. 도 5는 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 2의 실험 결과를 도시하는 도면이다. 도 6은 실시예에 있어서의 O1s 스펙트럼의 파형을 도시하는 도면이다. 도 7의 (a)는 실시예 8 및 비교예 3의 광학 소자의 구성의 설명도이다. (b)는 실시예 8 및 비교예 3의 적층체의 환경 내구성의 평가 결과와, 광의 투과율의 결과를 도시하는 도면이다. (c)는 실시예 8의 적층체의 광의 투과율의 특성을 도시하는 도면이다. 도 8의 (a)는 실시예 9 및 비교예 4의 광학 소자의 구성의 설명도이다. (b)는 실시예 9 및 비교예 4의 적층체의 환경 내구성의 평가 결과와, 광의 투과율의 결과를 도시하는 도면이다. (c)는 실시예 5의 적층체의 광의 투과율의 특성을 도시하는 도면이다. 도 9의 (a)는 실시예 10 및 비교예 5의 광학 소자의 구성의 설명도이다. (b)는 실시예 10 및 비교예 5의 적층체의 환경 내구성의 평가 결과와, 광의 투과율의 결과를 도시하는 도면이다. (c)는 실시예 10의 적층체의 광의 투과율의 특성을 도시하는 도면이다. 이하, 본 개시의 예시적인 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. (광학 소자) 도 1은 실시 형태에 관한 광학 소자(100)의 단면의 개략도이다. 광학 소자(100)는 렌즈, 필터, 미러, 프리즘, 촬상 소자(이미지 센서) 또는 표시 소자(디스플레이) 등의 광학 소자이다. 또한 광학 소자(100)는 노광 장치나 카메라, 교환 렌즈 등의 광학 기기에 사용된다. 광학 소자(100)는 기체(101)와, 기체(101) 상에 배치된 적층체(102)를 구비한다. 적층체(102)는 복수의 층이 적층되어 구성되어 있다. 적층체(102)는 기체(101) 상에 배치된 하지층(103)과, 광학 소자(100)의 표층(102c)과, 표층(102c)과 하지층(103) 사이에 배치된 중간층(102d)을 포함한다. 기체(101)는 석영 유리, 불화칼슘 결정, BK7(보로실리케이트 크라운 유리) 등의 광학 유리, 또는 수지 등을 사용할 수 있다. 또한, 기체(101)는 평면 또는 곡면을 갖는 형상 등, 광학 소자의 용도에 따라서, 다양한 형상의 것을 사용할 수 있다. 하지층(103)은 고굴절률층(102a)의 단층, 혹은 고굴절률층(102a)과 저굴절률층(102b)이 교호로 적층된 2개 이상의 층이고, 본 실시 형태에서는 고굴절률층(102a)과 저굴절률층(102b)이 교호로 적층된 2개 이상의 층이다. 하지층(103)에 있어서, 중간층(102d)에 가장 가까운 층(즉, 기체(101)로부터 가장 먼 층)은 고굴절률층(102a) 및 저굴절률층(102b) 중, 어느 쪽의 층이어도 되지만, 도 1에 도시하는 바와 같이, 고굴절률층(102a)일 수 있다. 표층(102c)은 적층체(102)의 최표층이고, 저굴절률층일 수 있다. 몇 가지의 실시 형태에 있어서, 광학 소자(100)의 적층체(102)에는 광학 기기에서 사용되는 것이 상정되는 파장역에 있어서, 광의 흡수가 적은 재료가 선정되고, 또한 적층체(102)의 층간의 경계에서 광의 흡수가 적은 재료가 선정된다. 따라서, 적층체(102)는 사용되는 광의 파장에 따라서 구성된다. 예를 들어, 노광 장치의 경우에는, i선이나 그것보다 파장이 짧은 심적외 영역의 파장의 광이 사용되고, 카메라나 교환 렌즈의 경우에는 가시광의 파장의 광이 사용된다. 본 실시 형태에 있어서, 고굴절률층이란, 광의 파장 280㎚에 있어서 굴절률이 1.8 이상인 층이고, 저굴절률층이란, 광의 파장 280㎚에 있어서 굴절률이 1.6 이하인 층이다. 하지층(103)의 고굴절률층(102a)은 산화물을 주성분으로서 함유한다. 산화물은 금속 산화물일 수 있다. 금속 산화물은, 예를 들어 HfO2(산화하프늄), Ta2O5(오산화탄탈), Sm2O3(산화사마륨) 및 Nb2O5(오산화니오븀) 중 적어도 1종일 수 있다. 즉, 금속 산화물은 HfO2, Ta2O5, Sm2O3 및 Nb2O5 중 1종의 재료를 포함해도 되고, HfO2, Ta2O5, Sm2O3 및 Nb2O5 중 2종 이상의 재료로 이루어지는 혼합물이나 화합물이어도 된다. 하지층(103)의 저굴절률층(102b)은 산화물 또는 불화물을 주성분으로서 함유할 수 있다. 산화물은 SiO2(이산화규소) 및 Al2O3(산화알루미늄) 중 1종의 재료를 포함해도 되고, SiO2 및 Al2O3 중 2종의 재료로 이루어지는 혼합물이나 화합물이어도 된다. 불화물은 금속 불화물일 수 있다. 금속 불화물은 MgF2(불화마그네슘), AlF3(불화알루미늄), CaF2(불화칼슘) 및 Na3AlF6(헥사플루오로알루민산나트륨) 중 적어도 1종일 수 있다. 즉, 금속 불화물은 MgF2, AlF3, CaF2 및 Na3AlF6 중 1종의 재료를 포함해도 되고, MgF2, AlF3, CaF2 및 Na3AlF6 중 2종 이상의 재료로 이루어지는 혼합물이나 화합물이어도 된다. 저굴절률층인 표층(102c)은 금속 불화물을 주성분으로서 포함한다. 금속 불화물은 MgF2(불화마그네슘), Na3AlF6(헥사플루오로알루민산나트륨), LiF(불화리튬), BaF2(불화바륨), SrF2(불화스트론튬), CaF2(불화칼슘), NaF(불화나트륨) 및 AlF3(불화알루미늄) 중 적어도 1종일 수 있다. 즉, 금속 불화물은 MgF2, Na3AlF6, LiF, BaF2, SrF2, CaF2, NaF 및 AlF3 중 1종의 재료를 포함해도 되고, MgF2, Na3AlF6, LiF, BaF2, SrF2, CaF2, NaF 및 AlF3 중 2종 이상의 재료로 이루어지는 혼합물이나 화합물이어도 된다. 표층(102c)의 재료에는, 이들 재료 중 MgF2(불화마그네슘)가 사용될 수 있다. 본 실시 형태에서는, 광이 흡수되는 혼합층이 표층(102c)과 하지층(103) 사이에 형성되는 것을 억제하기 위해, 표층(102c)과 고굴절률층(102a) 사이에, 중간층(102d)이 배치되어 있다. 중간층(102d)은 금속 화합물(금속 재료의 화합물)을 함유한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 표층(102c)과 중간층(102d) 사이의 박리, 또는 중간층(102d)과 하지층(103) 사이의 박리를 억제하기 위해, 금속 화합물의 금속에 결합하는 OH기를 함유한다. 본 실시 형태에서는, 중간층(102d)은 하나의 층으로 이루어진다. 또한, 중간층(102d)은 금속 화합물과, 금속 화합물의 금속에 결합하는 OH기를 함유하는 하나의 층으로 이루어지는 경우에 대해서 설명하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 중간층이 복수의 층으로 이루어지고, 복수의 층 중 적어도 하나의 층이, 금속 화합물과, 금속 화합물의 금속에 결합하는 OH기를 함유하는 층이어도 된다. 금속 화합물은 금속 산화물, 예를 들어 MgO(산화마그네슘) 또는 Al2O3(산화알루미늄)일 수 있다. 즉, 금속 화합물의 금속은, 예를 들어 Mg(마그네슘) 또는 Al(알루미늄)일 수 있다. 이상, 본 실시 형태에 따르면, 광학 소자(100)에 있어서, 장기간에 걸쳐 계속해서 사용되어도, 막의 박리의 발생이 억제되어, 양호한 광학 성능이 유지된다. 즉, 환경 내구성이 높은 광학 소자(100)를 실현하는 데 유리한 기술이 제공된다. 특히, 고온 및 고습의 환경 하에서, 막의 박리의 발생이 효과적으로 억제된다. (성막 방법) 본 실시 형태에 관한 광학 소자(100)의 제작 방법에 대해서 설명한다. 또한, 고굴절률층(102a), 저굴절률층(102b) 및 표층(102c)에 대해서는, 공지의 성막 수법을 사용할 수 있으므로 설명을 생략한다. 중간층(102d)의 제작 방법에 대해서 이하에 설명한다. 본 실시 형태에서는, 스퍼터링법을 예로 들어 설명하지만, 이 성막 수법에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 진공 증착법이나 ALD법을 비롯한 공지의 물리 증착법 또는 화학 증착법으로 중간층(102d)을 제작해도 된다. 도 2는 실시 형태에 관한 광학 소자(100)의 제작에 사용되는 성막 장치(200)의 모식도이다. 성막 장치(200)는 기밀 용기로서의 진공 챔버(201)와, 진공 챔버(201) 내를 배기하기 위한 배기계(202)를 구비한다. 또한, 성막 장치(200)는 성막에 필요한 가스를 진공 챔버(201) 내에 도입하는, 아르곤 가스 도입 포트(203), 산소 가스 도입 포트(204) 및 수소 가스 도입 포트(205)를 구비한다. 아르곤 가스 도입 포트(203)는 아르곤 가스를 진공 챔버(201)에 도입하는 포트이다. 산소 가스 도입 포트(204)는 산소 가스를 진공 챔버(201)에 도입하는 포트이다. 수소 가스 도입 포트(205)는 수소 가스를 진공 챔버(201)에 도입하는 포트이다. 본 실시 형태에서는, 중간층(102d)에 OH기를 함유시키기 위해, 수소 가스가 진공 챔버(201)에 도입된다. 또한, 수소 대신에 물이 진공 챔버(201)에 도입되도록 해도 된다. 진공 챔버(201) 내에는 스퍼