DE3886067T2

DE3886067T2 - Spiegel für Excimer-Laser und Excimer-Laservorrichtung unter Verwendung des Spiegels.

Info

Publication number: DE3886067T2
Application number: DE3886067T
Authority: DE
Inventors: Takashi Iwabuchi; Takeo Miyata
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-02-26
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2008-02-26
Also published as: JPS63208801A; EP0280299A3; EP0280299A2; DE3886067D1; EP0280299B1; JP2629693B2; US4856019A

Description

Gebiet der Erfindung und verwandter Stand der Technik

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Reflektor, der auf einen Excimerlaser anwendbar ist, und insbesondere auf einen Reflektor mit hohem Reflexionsvermögen in einem breiten Wellenlängenbereich und hoher Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung gegenüber dem Excimerlaserlicht im ultravioletten Bereich und auf eine Excimerlaservorrichtung, die den Reflektor verwendet.

Beschreibung des Standes der Technik

Ein Excimerlaser strahlt ultraviolettes Licht aus, und kann für einen Halbleiterherstellungsprozeß, die chemische Industrie, die Medizin und das Gebiet der Energieerzeugung angewandt werden.
Bei einem Excimerlaser mit Entladungsanregung wird der Excimer durch eine Hochgeschwindigkeitsimpulsentladung erzeugt, die in dem Hochdrucklasergas (2-6 Atmosphärendruck) gleichmäßig räumlich verteilt ist.
Zwei Arten von Strukturen bzw. Aufbau sind als ein Totalreflektor für den Excimerlaser in dem Stand der Technik bekannt. Eine erste Struktur, wie sie in Fig. 1 gezeigt wird, ist, daß Aluminium (Al) für eine Metallschicht 12 mit einem hohen Reflexionsvermögen auf einem Substrat 21, wie z. B. Glas, Quarz oder Fluorid (wie z. B. CaF&sub2;) abgeschieden wird. Dann wird die Metallschicht 12 durch eine einzelne Schicht (im allgemeinen von der optischen Dicke nd = λ/2) aus Magnesiumfluorid (MgF&sub2;) für eine Schutzschicht 23 zum Schützen der Aluminiumschicht vor dem Excimerlasergas, welches ein korrosives Gas ist, bedeckt. Da der Totalreflektor frei von einer Wellenlängenabhängigkeit in seinem Reflexionsvermögen ist, kann er für Excimerlaser mit einem Lasergas, wie z. B. ArF (193 nm), KrF (248 nm) oder Xecl (308 nm) verwendet werden. Der Reflektor ist jedoch in dem Reflexionsvermögen, welches unter 90% ist, und weiterhin auch in der Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung unterlegen. Darüberhinaus ist in dem Fall, daß der Totalreflektor in einer Bedingung verwendet wird, bei der er direkt dem Excimerlasergas ausgesetzt ist, die Korrosionsbeständigkeit der Magnesiumfluoridschicht von einer optischen Dicke λ/2 gegenüber dem Gas unzureichend. Andererseits steigt, wenn die optische Dicke der Depositionsschichten des Magnesiumfluorids um ganzzahlige Vielfache von λ/2 erhöht wird, um die Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem Gas zu verbessern, die Absorption des Excimerlaserlichts in den abgeschiedenen Schichten bzw. Depositionsschichten an und bewirkt, daß sowohl die Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung als auch das Reflexionsvermögen abnimmt. Das Reflexionsvermögen des Totalreflektors in Abhängigkeit von der Wellenlänge ist in Fig. 2 durch eine Kurve 41 gezeigt.
Die zweite Struktur ist, wie in Fig. 3 gezeigt, daß dielektrische Vielschichten 31 auf einem Substrat 21 aus Glas, Quarz oder Fluorid ausgebildet sind. Diedielektrischen Vielschichten 31 sind aus alternierend gestapelten Schichten von mehreren Paaren von zwei Arten von Schichten aus dielektrischen Materialien mit niedrigem Brechungsindex und hohem Brechungsindex, die beide eine optische Dicke (nd) von λ/4 haben, zusammengesetzt. Das Reflexionsvermögen in Abhängigkeit von der Wellenlänge des obengenannten Totalreflektors ist, wie in den Kurven 42, 43 und 44 von Fig. 2 gezeigt, für bestimmte Wellenlängen des Excimerlasers hoch. Mit anderen Worten, die Wellenlängenabhängigkeit ist sehr eng, und das Reflexionsvermögen ist für andere Wellenlängen des Excimerlasers niedrig. Dementsprechend liegt ein Nachteil darin, daß der Reflektor mit anderen, speziell dafür angefertigten Reflektoren ausgetauscht werden muß, wenn die Oszillationswellenlänge durch einen Wechsel des Lasergases in einem Laserhohlraum gewechselt wird. In der dielektrischen Vielschicht wird das Reflexionsvermögen gemäß theoretischer Betrachtung umso höher, je höher die Anzahl von Schichten ansteigt, aber eine Verbesserung des Reflexionsvermögens ist dadurch beschränkt, daß die Absorption und die Streuung in den Schichten und ein Ansteigen einer mechanischen Spannung in den tatsächlichen dielektrischen Vielschichten betrachtet werden muß.
Daneben können im allgemeinen unerwartete Verunreinigungen in Grenzen bzw. Grenzflächen der Schichten bei dem Schichtausbildungsprozeß eingeschlossen werden. Es scheint, daß ein hohes elektrisches Feld, das durch Licht bewirkt wird, die Verunreinigungen konzentriert, und daß eine lokale Erwärmung an den Verunreinigungen bewirkt wird und die Schichten beschädigt werden. Eine Intensitätsverteilung des elektrischen Feldes einer stehenden Welle, die durch Berechnung für die Vielschichten gemäß dem Stand der Technik, die jeweils eine optische Dicke von λ/4 haben, erreicht wird, ist in Fig. 4 gezeigt. Mit Bezug auf Fig. 4 ist ein Teil "A" mit hoher Intensität des elektrischen Feldes der stehenden Welle an einer Grenzfläche der Schichten, die viele Verunreinigungen umfassen, angeordnet, und er wird als einer der Gründe des Abfalls in der Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung angesehen.
Die obengenannten zwei Arten des Totalreflektors für den Excimerlaser in dem Stand der Technik haben beide Vor- und Nachteile. Sie haben ein gemeinsames Problem darin, daß sie in der Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung unterlegen sind, und der nutzbare Leistungspegel in den meisten nur 100 W Fällen beträgt.
Im Fall, daß die Ausgangsleistung des Lasers etwa so hoch wie 1 kW ist, welches das Zehnfache der Ausgangsleistung gemäß dem Stand der Technik ist, muß ein Problem der Wärme, die auf der Oberfläche des Totalreflektors erzeugt wird, gelöst werden. Die Wärmemenge, die auf der Oberfläche des Totalreflektors mit einem Reflexionsvermögen von 98% erzeugt wird, wird als 20 W (1 kW · 2% = 20 W) abgeschätzt. Eine Temperatur in einem von dem Laserstrahl getroffenen Bereich in dem Substrat, welches eine niedrige thermische Leitfähigkeit hat, wie z. B. konventionelles Glas oder Quarz, erhöht sich, und eine Deformation des Totalreflektors und eine Beschädigung der reflektierenden Schicht sind unausweichlich. Für eine Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung ist dementsprechend eine Auswahl des Materials für das Substrat des Totalreflektors in Betracht zu ziehen.
Obwohl die abgeschiedene (Depositions-)Aluminiumschicht den Vorteil hat, daß sie einen breiten Wellenlängenbereich für die Reflexion hat, hat sie einen Nachteil von niedrigem Reflexionsvermögen. Auf der anderen Seite kann die dielektrische Vielschicht als ein Vorteil ein höheres Reflexionsvermögen als dasjenige der Aluminiumschicht schaffen, aber sie hat einen Nachteil in der Beschränktheit des Reflexionswellenlängenbereichs. Darüberhinaus muß die Anzahl der Schichten erhöht werden, um das Reflexionsvermögen zu verbessern, aber es besteht ein Problem darin, daß eine Absorption ansteigt und die Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung proportional bzw. gemäß der Erhöhung der Anzahl der Schichten abnimmt. Weiterhin ist, da die Grenzfläche der Schichten unausweichlich in einem Bereich angeordnet ist, wo das elektrische Feld eine hohe Intensität hat, in einer Schichtstruktur der optischen Dicke von λ/4 die Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung verringert. Dann muß, um die Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung in der Schicht mit einem hohen Reflexionsvermögen zu erhöhen, die Reflexionsschichtstruktur, das dielektrische Material für die Vielschichtstruktur und eine Dicke der Schicht betrachtet werden.
Eine Korrosion durch Halogengas, das in dem Lasergas enthalten ist, ist sowohl im Fall der Aluminiumreflektoroberfläche als auch der dielektrischen Vielschichtoberfläche unvermeidbar. Um das obengenannte Problem bei dem konventionellen Verfahren zu lösen, wird eine Schutzschicht aus Magnesiumfluorid (MgF&sub2;) mit einer Dicke von λ/2 auf der reflektierenden Oberfläche durch Deposition abgeschieden, aber die Herstellung einer Schutzschicht des Magnesiumfluorids ohne Defekte, wie z. B. feine Poren oder kleine Löcher, und mit einer optischen Dicke von λ/2 ist unmöglich (wenn z. B. die Wellenlänge λ 0,3 um ist und ein Brechungsindex n 1,5 ist, beträgt die geometrische Dicke d der Schicht 0,1 um (1000 Å). Dementsprechend gibst es keine vollständigen Mittel, um das Problem zu lösen.
In der US-A-4 714 308 entsprechend der JP-A-60181- 704 werden alternierende Schichten eines Films mit niedrigem Brechungsindex (MgF&sub2; oder SiO&sub2;) und eines Films mit hohem Brechungsindex (LaF&sub3; oder NdF&sub3;) auf einem Aluminiumfilm als Film mit hoher Reflexion abgeschieden. Der Film mit hohem Brechungsindex und der Film mit niedrigem Brechungsindex haben jeweils eine optische Dicke eines ungeradzahligen Vielfachen von λ/4, und einer von ihnen hat eine Filmdicke von 3/4 λ, um den Film mit hohem Brechungsindex zu schützen. Ein Film mit niedrigem Brechungsindex mit einer optischen Filmdicke einer ganzzahligen Vielfachen von λ/2 kann auf dem äußersten Film mit hohem Brechungsindex vorgesehen werden, um als eine Schutzschicht zu wirken.
In der US-A-4 147 409 ist ein Substrat direkt mit einer vielschichtigen Dünnfilmbeschichtung bedeckt, ohne ein stark reflektierendes Material wie ein Metall. Die Beschichtung weist Schichten mit hohem und mit niedrigem Index auf, die in ersten und zweiten Gruppen ausgebildet sind, wobei die erste Gruppe aus Schichten mit optischen Dicken von im wesentlichen gleich einem Viertel der Wellenlänge des Laserstrahls und die zweite Gruppe aus Schichten mit optischen Dicken gebildet ist, die im wesentlichen von einem Viertel der Wellenlänge des Laserstrahls verschieden sind.

Aufgabe und Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Totalreflektor zu schaffen, der für einen Hochleistungsexcimerlaser, z. B. mit einem Leistungspegel von 1 KW verwendet wird, der ein hohes Reflexionsvermögen in einem breiten Bereich der reflektierenden Wellenlängen und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung für einen Excimerlaser hat.
Der Reflektor für einen Excimerlaser entsprechend der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist die Querschnittsansicht des Totalreflektors für einen Excimerlaser gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 ist das Diagramm, das das Reflexionsvermögen des Totalreflektors gemäß dem Stand der Technik in Abhängigkeit von der Wellenlänge zeigt;
Fig. 3 ist die Querschnittsansicht des anderen Beispiels des Totalreflektors für einen Excimerlaser gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 4 ist das Diagramm, das die Verteilung des elektrischen Feldes in den Schichten des Totalreflektors bei dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines Totalreflektors einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist ein Diagramm, das das Reflexionsvermögen in Abhängigkeit von der Anzahl von Paaren in der Ausführungsform und dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das ein Reflexionsvermögen des Totalreflektors der Ausführungsform in Abhängigkeit von einer Wellenlänge zeigt;
Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Verteilung einer Intensität des elektrischen Feldes in den Schichten der Ausführungsform zeigt;
Fig. 9 ist ein Diagramm, das ein Reflexionsvermögen des Totalreflektors in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Abhängigkeit von der Wellenlänge zeigt;
Fig. 10 ist ein Diagramm, das eine Verteilung der Intensität des elektrischen Feldes in den Schichten der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht einer Excimerlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines Totalreflektors einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 5 ist eine Oberfläche eines Siliciumsubstrats 11 genau glatt bzw. geschliffen bzw. poliert. Eine Aluminiumschicht 12 mit einer Dicke von etwa 1000 Å auf dem Siliciumsubstrat 11 durch ein Vakuumevaporationsverfahren bzw. Vakuumverdampfungsverfahren, wie z. B. eine Vakuumevaporation durch Widerstandsheizen, ein Ionenstrahlevaporationsverfahren oder ein Sputterverfahren ausgebildet. Eine Vielzahl von dielektrischen Vielschichten 13 ist auf der Aluminiumschicht 12 ausgebildet. Die dielektrischen Vielschichten sind aus alternierenden Schichten von Magnesiumfluorid (MgF&sub2;) als ein Material mit niedrigem Brechungsindex und Scandiumoxid (Sc&sub2;O&sub3;) als ein Material mit hohem Brechungsindex zusammengesetzt. In der Ausführungsform sind drei Paare beider Materialien durch ein Vakuumevaporationsverfahren ausgebildet. Die erste Schicht 13-1, die dritte Schicht 3 und die fünfte Schicht 13-5 der dielektrischen Vielschichten sind die Magnesiumfluoridschichten, und die zweite Schicht 13-2, die vierte Schicht 13-4 und die sechste Schicht 13-6 sind Scandiumoxidschichten. Eine optische Dicke (nd) der ersten Schicht 13-1 und der dritten Schicht 13-3 sind λ/4, und eine geometrische Dicke (d) ist etwa 43,79 nm.
Insbesondere werden in dem Fall, daß eine zentrale Wellenlänge λ des Laserlichts 250,5 nm ist und der Brechungsindex (n) 1,43 ist, die geometrische Dicke (d) 43,79 nm gewonnen, indem die obengenannten Werte von λ und n eine bekannte Gleichung d = 1/n (λ/4) eingesetzt werden.
Die optische Dicke der Scandiumoxidschichten der zweiten Schicht 13-2 und vierten Schicht 13-4 sind (λ/4), und die geometrische Dicke (d) davon ist etwa 29,68 nm (λ = 250,5 nm, n = 2,11).
Die optische Dicke (nd) der Magnesiumfluoridschicht der fünften Schicht 13-5 ist 3λ/8, und die geometrische Dicke (d) ist etwa 65,69 nm. Die optische Dicke (nd) der Scandiumoxidschicht der sechsten Schicht 13-6 ist λ/8, und die geometrische Dicke (d) beträgt etwa 14,84 nm.
Merkmale der Schichtstruktur sind, daß die jeweiligen optischen Dicken der Magnesiumfluoridschicht der fünften Sicht 13-5 und der Scandiumoxidschicht der sechsten Schicht 13-6 derart gemacht sind, daß sie von λ/4 abweichen, und eine optische Gesamtdicke beider Schichten ist so gemacht, daß sie λ/2 (3λ/8 + λ/8 = λ/2) beträgt.
Eine glatte bzw. polierte oder geschliffene Schutzplatte 14 aus einem Einkristall eines Fluorids (CaF&sub2;) hat eine Dicke von etwa 1 mm und ist in dem Wellenlängenbereich der Ausführungsform transparent (hat eine hohe Reinheit und eine vernachlässigbare Absorption).
Die reflektierenden Schichten 12 und 13 werden durch Auftreffen des Laserlichtes erhitzt. Die Wärme, die auf den reflektierenden Schichten 12 und 13 erzeugt wird, bewirkt eine Deformation des Substrats 11 und eine Beschädigung der reflektierenden Schichten. Dementsprechend ist es wünschenswert, daß das Material des Substrats 11 eine hohe thermische Leitfähigkeit (K) und einen niedrigen Koeffizient der linearen Ausdehnung (α) besitzt. Die Leistungszahl (figure of merit) K/α wird definiert, um die Eigenschaft des Materials des Substrates 11 abzuschätzen. Material mit einer hohen Leistungszahl K/α ist für das Substrat 11 vorhanden.
Die Tabelle 1 zeigt die physikalischen Eigenschaften verschiedener Arten von Substratmaterialien. Tabelle 1 Physikalische Eigenschaften der Substratmaterialien Substrat verwendbare Temperatur thermische Leitfähigkeit Koeffizient der linearen Ausdehnung Leistungszahl (figure of merit) Verhältnis von des Materials zu von Glas Glas mit niedriger Ausdehnung (ZERODUR) Quarzglas Silicium Siliciumcarbid Wolfram
Gemäß Tabelle 1 haben Silicium (Si), Siliciumcarbid (SiC) und Wolfram (W) das einige Hundertfache der thermischen Leitfähigkeit der Art von Glas, die bei dem Stand der Technik verwendet wird, und sind in der thermischen Leitfähigkeit beinahe gleich wie Metall. Darüber hinaus sind Silicium, Siliciumcarbid und Wolfram anderen Arten von Glas in der Leistungszahl (K/α) überlegen.
Ein Effekt der dielektrischen Vielschichten 13 mit hohem Reflexionsvermögen, die auf der (Depositions-)abgeschiedenen Aluminiumschicht 12 ausgebildet sind, wird im folgenden betrachtet. Eine Kurve 46 in Fig. 6 zeigt eine Abhängigkeit von dem Reflexionsvermögen in Abhängigkeit von einer Anzahl von Paaren der Magnesiumfluoridschicht und Scandiumoxidschicht, welche auf einem Quarzsubstrat ausgebildet sind und eine optische Dicke von λ/4 haben, und eine Kurve 47 zeigt eine Abhängigkeit des Reflexionsvermögens von einer Anzahl von Paaren der Magnesiumfluoridschicht und Scandiumoxidschicht, welche auf der Aluminiumschicht auf dem Siliciumsubstrat ausgebildet sind. Wenigstens sieben Paare der Magnesiumfluoridschicht und Scandiumoxidschicht sind notwendig, um über 99% des Reflexionsvermögens im Fall der Verwendung von konventionellem Quarzsubstrat zu erreichen, während es durch nur drei Paare der Magnesiumfluoridschicht und Scandiumoxidschicht erreicht werden kann, die auf der Aluminiumschicht ausgebildet sind, welche wie in diesen Kurven 46 und 47 gezeigt auf dem Siliciumsubstrat der vorliegenden Erfindung (depositions- )abgeschieden sind. Absorption, Dispersion und mechanische Spannung in den Vielschichten steigen proportional zu bzw. gemäß dem Anstieg der Schichten an, und bewirken einen Abfall der Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung durch Bestrahlung des Laserlichtes. In der Ausführungsform, da die Anzahl von Schichten halb so groß ist wie diejenige des konventionellen Reflektors, wird der Depositionsprozeß der Schichten vereinfacht, und es können Schichten hoher Qualität mit einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung erreicht werden.
Effekte und Auswirkungen der Vielschichtstruktur in der Ausführungsform werden im folgenden betrachtet. In Fig. 7 ist ein berechnetes Reflexionsvermögen in Abhängigkeit von der Wellenlänge gezeigt. Wie in der Kurve von Fig. 7 gezeigt, wird ein Reflexionsvermögen von über 90% in den jeweiligen Wellenlängen des Laserlichts eines ArF-Lasers (193 nm), KrF- Lasers (248 nm) und XeCl-Lasers (308 nm) erreicht, und es kann ein Reflektor erreicht werden, der für einen breiten Wellenlängenbereich angewandt werden kann.
Fig. 8 ist ein Diagramm, das eine Verteilung der Intensität des elektrischen Feldes in den Schichten der Ausführungsform zeigt, die durch Berechnung gewonnen werden kann. Gemäß dem Diagramm ist eine Grenzfläche 48 in einem Bereich mit einem vergleichsweise niedrigen elektrischen Feld angeordnet, wie durch einen Kreis A angezeigt, indem die optischen Dicke des äußeren Paars von Schichten von λ/4 abweicht. Entsprechend ist die Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung verbessert.
In dem Fall, daß die optische Dicke der jeweiligen Schichten des äußeren Paares von λ/4 abweichen, ergibt alleine die Maßnahme, die optische Gesamtdicke des Paares zu λ/2 zu machen, nicht in jeder Kombination der optischen Dicke der jeweiligen Schichten das wünschenswerte Ergebnis. Mehrere Beispiele der Kombinationen der optischen Dicke der jeweiligen Schichten des äußeren Paars sind in Tabelle 2 gezeigt, in der Werte des berechneten Reflexionsvermögens der jeweiligen Beispiele aufgeführt sind. Tabelle 2: Reflexionsvermögen bei einer Kombination der optischen Dicke des äußeren Paars der zwei Schichten Beispiel Optische Dicke des äußeren Paars von Schichten Reflexionsvermögen in den jeweiligen Wellenlängen Beurteilung in allen Wellenlängen Schichtstruktur; Brechungsindex; Zentralwellenlänge; sehr gut mittel schlecht
In dem Beispiel 1 der Tabelle 2 ist die optische Dicke von beiden Schichten des äußeren Paars λ/4, und das Reflexionsvermögen (R) liegt unterhalb 90% bei der Wellenlänge von 193 nm. Eine wünschenswerte Eigenschaft kann nicht erreicht werden, da das Reflexionsvermögen von 90% als Kriterium für die Eigenschaft des Reflektors in der Ausführungsform verwendet wird. Dementsprechend ist in der Spalte "Beurteilung" der Tabelle 2 ein Kreuz vermerkt, so daß das Beispiel ungeeignet ist. In den Beispielen 2, 3 und 4 sind die optischen Dicken der Magnesiumfluoridschichten größer als diejenigen der Scandiumoxidschicht, und das Reflexionsvermögen (R) übertrifft 90% bei jeder Wellenlänge. Dementsprechend ist in der Spalte der Beurteilung ein Kreis vermerkt, so daß das Beispiel geeignet ist, oder ein Doppelkreis, so daß das Beispiel höchst geeignet ist. In dem Beispiel 5 ist die optische Dicke der Scandiumoxidschicht größer als diejenige der Magnesiumfluoridschicht, und das Reflexionsvermögen liegt unterhalb 90% für die Wellenlänge von 193 nm. Dementsprechend ist die Schichtstruktur in der Ausführungsform durch ein Kreuz als ungeeignet vermerkt.
Eine Auswirkung bzw. ein Effekt der glatten Einkristallplatte aus Calciumfluorid (CaF&sub2;) wird im folgenden betrachtet. In dem Fall, daß der Totalreflektor dem Excimerlasergas in der Resonanzkammer ausgesetzt ist, wirkt die Calciumfluoridplatte 14 dahingehend, die Aluminiumschicht 12 und dielektrische Vielschicht 13 von einer Korrosion durch das Lasergas zu schützen.
Gemäß der obenerwähnten Ausführungsform kann, da Silicium, welches in seinen thermischen Eigenschaften überlegen ist, als ein Substrat 11 verwendet wird, und die reflektierende Schicht aus einer Kombination der Aluminiumschicht 12 und der dielektrischen Vielschichten 13 zusammengesetzt ist, die Anzahl der Schichten, die ein Grund für den Abfall der Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung ist, reduziert werden. Weiterhin kann der Wellenlängenbereich unter Berücksichtigung eines vorbestimmten Reflexionsvermögens durch eine Abweichung der optischen Dicke der jeweiligen Schichten in dem äußeren Paar der dielektrischen Vielschichten von λ/4 ausgedehnt werden. Als ein Ergebnis ist die Grenzfläche der dielektrischen Schichten in dem äußeren Paar in dem Bereich niedriger Intensität des elektrischen Feldes angebracht, und der Breitband-Totalreflektor mit hohem Reflexionsvermögen und hoher Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung wird erreicht. In dem Fall, daß eine weitere Korrosionsbeständigkeit gegen Gas erforderlich ist, wird die Calciumfluoridplatte 14 zum Beispiel auf dem Totalreflektor angebracht, und dadurch wird eine Umfangswiderstandsfähigkeit verbessert.
In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Substrat 11 aus Siliciumcarbid anstelle des Siliciums der ersten Ausführungsform gemacht. Das Magnesiumfluorid als Material mit niedrigem Brechungsindex in der ersten Ausführungsform wird hier durch Lithiumfluorid (LiF) ersetzt; und Scandiumoxid als Material mit hohem Brechungsindex wird durch Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) ersetzt. Weiterhin wird eine Magnesiumfluoridplatte anstelle einer Calciumfluoridplatte für die Schutzplatte 14 verwendet. Die Schichtstruktur ist durch die folgende Darstellung gezeigt:
Al//[LiF(λ/4)Al&sub2;O&sub3;(λ/4)]²LiF(3λ/8)/Al&sub2;O&sub3;(λ/8).
In dem Fall, daß eine Zentralwellenlänge 250,5 nm beträgt, ist der Brechungsindex (n) von Lithiumfluorid 1,37 und der Brechungsindex (n) von Aluminiumoxid 1,72. Dann ist die geometrische Dicke d einer Lithiumfluoridschicht, die eine optische Dicke von λ/4 hat, etwa 45,7 nm, und die geometrische Dicke d einer Aluminiumoxidschicht, die eine optische Dicke von λ/4 hat, ist etwa 36,4 nm, die geometrische Dicke d einer Lithiumfluoridschicht, die eine optische Dicke von 3λ/8 hat, ist etwa 68,6 nm und die optische Dicke d einer Aluminiumoxidschicht, die eine optische Dicke von λ/8 aufweist, beträgt etwa 18,2 nm.
Das Reflexionsvermögen in Abhängigkeit von der Wellenlänge in der zweiten Ausführungsform ist in Fig. 9 durch eine Kurve gezeigt. Wie aus der Kurve ersichtlich, kann ein Reflexionsvermögen, das 90% übertrifft, in der jeweiligen Wellenlänge des Laserlichts des ArF-Lasers (193 nm), KrF- Lasers (248 nm) und XeCl-Lasers (308 nm) erreicht werden, und ein Totalreflektor mit einem breiten Band wird realisiert.
Auf eine ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform sind berechnete Reflexionsvermögen für den Fall, in dem die optische Dicke der jeweiligen Schichten des äußeren Paars der dielektrischen Schichten von λ/4 abweichen, in Tabelle 3 gezeigt.
Wie aus Tabelle 3 ersichtlich, sind die optischen Dicken beider Schichten in dem äußeren Paar in Beispiel 1 λ/4, und das Reflexionsvermögen (R) ist sowohl für Wellenlänge 193 nm als auch 248 nm über 90%. Bei der Wellenlänge von 308 nm liegt das Reflexionsvermögen unter 90%, und das Beispiel 1 der Tabelle 3 erfüllt nicht das Kriterium. Tabelle 3: Reflexionsvermögen in Verbindung mit optischer Dicke des äußeren Paars von zwei Schichten Beispiel Optische Dicke des äußeren Paars von Schichten Reflexionsvermögen in den jeweiligen Wellenlängen Beurteilung in allen Wellenlängen Schichtstruktur; Brechungsindex; Zentralwellenlänge; sehr gut mittel schlecht
In den Beispielen 2, 3 und 4 ist die Lithiumfluoridschicht in der optischen Dicke dicker als die Aluminiumoxidschicht, und das Reflexionsvermögen bei der Wellenlänge 308 nm des Beispiels 2 ist ein wenig geringer als 90%, aber das Beurteilungskriterium wird für den größten Teil in dem Wellenlängenbereich erfüllt. Dementsprechend ist eine Dreiecks-Markierung in der Beurteilungsspalte eingefügt. Im Gegensatz dazu ist in dem Beispiel 5 die Aluminiumoxidschicht in der optischen Dicke dicker als die Lithiumfluoridschicht, aber das Reflexionsvermögen ist bei der Wellenlänge von 193 nm und 308 nm niedriger als 90%, und das Beurteilungskriterium kann nicht erfüllt werden.
Fig. 10 ist ein Diagramm, das eine Verteilung der Intensität des optischen elektrischen Feldes in den Schichten in Abhängigkeit von der Dicke der Vielschichten in der zweiten Ausführungsform zeigt. Da die optische Dicke beider Schichten in dem äußeren Paar von λ/4 abweicht, ist die Intensität des elektrischen Feldes an der Grenzfläche beider Schichten verhältnismäßig niedrig, wie durch einen Kreis A in Fig. 10 angezeigt wird. Dementsprechend ist die Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung verbessert.
Wie oben erwähnt, wird durch die Ausführungsform ein ähnlicher Effekt wie in der ersten Ausführungsform erreicht, und es kann ein Breitband-Totalreflektor mit hohem Reflexionsvermögen und hoher Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung gewonnen werden.
Experimente zeigen, daß durch Verwendung von Wolfram (W), Molybdän (Mo), einer Wolfram-Molybdän-Legierung (W- Mo) oder thermisch widerstandsfähiger Keramiken für das Substrat Ergebnisse erreicht werden können. Weiterhin kann ein Substrat, welches mit Siliciumcarbid (SiC) auf den oben aufgeführten Materialien bedeckt ist, in der Ausführungsform verwendet werden. Materialien zum Ausbilden der dielektrischen Vielschicht mit hohem Reflexionsvermögen können aus den Oxiden und Fluoriden ausgewählt werden, die eine niedrige Absorption für das Laserlicht in einem Wellenlängenbereich des Excimerlasers haben (z. B. Oxide wie Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3;), Hafniumoxid (HfO&sub2;), Magnesiumoxid (MgO) und Siliciumoxid (SiO&sub2;), und ein Fluorid, wie z. B. Yttriumfluorid (YF&sub3;), Lanthanfluorid (LaF&sub3;), Calciumfluorid (CaF&sub2;) und Thoriumfluorid (ThF&sub4;) können verwendet werden).
In den Ausführungsformen 1 und 2 weichen die optischen Dicken beider Schichten des äußeren Paares von λ/4 ab, um Breitbandeigenschaften zu erreichen, aber in dem Fall, daß ein hohes Reflexionsvermögen und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung bei einer spezifischen Wellenlänge des Excimerlasers erforderlich sind, wenn die optische Dicke beider Schichten λ/4 ist, wird die hohe Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung durch die Schichtstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert.
Obwohl der Totalreflektor der vorliegenden Erfindung in der Querschnittsansicht von Fig. 5 als ein ebener Spiegel gezeigt wird, kann die vorliegende Erfindung auf einen sphärischen Spiegel und einen asphärischen Spiegel angewandt werden.
Wie oben beschrieben, wird bei dem Totalreflektor für den Excimerlaser der vorliegenden Erfindung eine Wärme, welche an der reflektierenden Ebene durch Bestrahlung durch das Laserlicht erzeugt wird, effektiv zu einer Wärmesenke, die auf dem Reflektor angebracht ist, geleitet, da das Substrat aus Silicium, Siliciumcarbid oder einer Molybdän- Wolfram-Legierung (Mo-W) gemacht ist, welche eine höhere thermische Leitfähigkeit besitzt.
Dementsprechend wird ein lokaler Temperaturanstieg in dem Substrat und auch eine Deformation des Substrats durch Hitze und ein Temperaturanstieg des Reflektors verhindert, und dadurch wird die Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung weiter verbessert. Darüber hinaus kann die Anzahl der dielektrischen Vielschichten um die Hälfte verringert werden, und dementsprechend werden die reflektierenden Schichten durch Aluminium und dielektrische Vielschichten gebildet, und die Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung wird verbessert.
Ein Beispiel einer Excimerlaservorrichtung, die den Totalreflektor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, ist in Fig. 11 gezeigt.
Wie in Fig. 11 gezeigt, sind zwei balkenförmige Hauptentladungselektroden 1 und 2 parallel angeordnet, und ein Totalreflektor 9 ist neben den einen Enden der Hauptentladungselektroden 1 und 2 angeordnet. Ein Ausgangskopplungsreflektor 10 ist neben den anderen Enden der Hauptentladungselektroden 1 und 2 angeordnet. Zehn Paare von nadelförmigen Vorentladungselektroden 3 und 4 sind entlang der Hauptentladungselektroden 1 und 2 angeordnet, und die Vorentladungselektroden 3 und 4 werden durch zwei Halteglieder 7 gehalten, die durch ein Isolationsglied 8 verbunden sind. Die jeweiligen Vorentladungselektroden 3 eines der Halteglieder 7 stehen den jeweiligen Vorentladungselektroden 4 des anderen der Halteglieder 7 derart gegenüber, daß ein vorbestimmter Abstand dazwischen beibehalten wird. Die Hauptentladungselektroden 1 und 2 und die Vorentladungselektroden 3 und 4 sind in einer Kammer mit Excimerlasergas enthalten. Der Totalreflektor 9 und der Ausgangskopplungsreflektor 10 sind an Öffnungen der Kammer angebracht.
Der Betrieb der Vorrichtung wird im folgenden erläutert. Vor der Hauptentladung wird eine Bogenentladung zwischen den Vorentladungselektroden 3 und 4 erzeugt, und ultraviolettes Licht wird zwischen der Öffnung emittiert. Dann wird die Bogenentladung entlang der Länge der Hauptentladungselektroden 1 und 2 erzeugt, und ein Bereich zwischen den Hauptentladungselektroden 1 und 2 wird durch ein stabiles und gleichförmiges ultraviolettes Licht der Vorentladung bestrahlt, und viele gleichmäßig ionisierte Elektroden werden durch den Vorionisationseffekt durch die Vorentladung erzeugt.
In dem obengenannten Zustand wird, wenn eine Glimmentladung zwischen den Hauptentladungselektroden 1 und 2 erzeugt wird, eine stabile Glimmentladung aufrechterhalten wegen der Existenz vieler gleichförmig ionisierter Elektronen. Dann wird ein Laserstrahl 15 ultravioletten Lichts, welcher stabil im Ausgang und gleichförmig in der räumlichen Verteilung ist, ausgegeben.
Um die gleichförmige Glimmentladung zu erzeugen, ist es wichtig und notwendig, das Lasergas vor der obenerwähnten Hauptentladung ein wenig zu ionisieren (Vorionisation). Bei dem Ausgang des Laserlichts hängt die Stabilität des Ausgangs und ein Durchmesser des Laserstrahls signifikant von der Anzahl und räumlichen Gleichförmigkeit der Elektronen ab, die bei der Vorionisation erzeugt werden.
In der Ausführungsform wird ein hoher Ausgangsstrahl erreicht, da der Totalreflektor 9 das hohe Reflexionsvermögen hat. Weiterhin kann, da der Totalreflektor 9 einen breiten Wellenlängenbereich bei dem hohen Reflexionsvermögen hat, auch wenn die Wellenlänge des Laserstrahls durch einen Wechsel der Art des Excimerlasergases geändert wird, die Vorrichtung ohne Austausch des Totalreflektors 9 verwendet werden.

Claims

1. Ein Reflektor für einen Excimerlaser, der folgende Elemente aufweist:

ein Substrat (11) zum Ausbilden von reflektierenden Materialien auf einer Oberfläche des Substrats,

eine Aluminiumschicht (12), die auf der Oberfläche des Substrats (11) ausgebildet ist, und

dielektrische Vielfachschichten (13), die auf der Aluminiumschicht (12) ausgebildet sind,

wobei die dielektrischen Vielfachschichten (13) aus zumindest zwei Paaren von Schichten zusammengesetzt sind, wobei jedes Paar eine Schicht aus Material mit hohem Brechungsindex und eine Schicht aus Material mit niedrigem Brechungsindex aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Dicke jeder Schicht mit Ausnahme eines äußeren Paars von Schichten, das entfernt von der Aluminiumschicht angeordnet ist, λ/4 beträgt; daß die optische Dicke jeder Schicht des äußeren Paars von Schichten von abweicht; daß die optische Gesamtdicke des äußeren Paars von Schichten λ/2 beträgt; und

daß in dem äußeren Paar von Schichten die optische Dicke der Schicht aus Material mit niedrigem Brechungsindex dicker ist als die optische Dicke der Schicht aus Material mit hohem Brechungsindex.

2. Ein Reflektor für einen Excimerlaser nach Anspruch 1, wobei das Substrat (11) aus Material hergestellt ist, dessen Verhältnis der thermischen Leitfähigkeit zu dem Koeffizienten der linearen Ausdehnung zumindest 0,37 · 10&sup6; · W/cm beträgt.

3. Ein Reflektor für einen Excimerlaser nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat (11) aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silizium, Siliziumkarbid, Wolfram, Molybdän, einer Legierung von Wolfram und Molybdän, thermisch widerstandsfähigen Keramiken, Wolfram bedeckt bzw. beschichtet mit Siliziumkarbid, Molybdän bedeckt mit Siliziumkarbid, einer Legierung von Wolfram und Molybdän, die mit Siliziumkarbid bedeckt ist und thermisch widerstandsfähigen Keramiken, die mit Siliziumkarbid bedeckt sind, besteht.

4. Ein Reflektor für einen Excimerlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dielektrischen Vielfachschichten (13) aus einer alternierenden Laminierung bzw. Aufschichtung von zwei Arten von Schichten hergestellt sind, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Yttriumoxid, Hafniumoxid, Scandiumoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Yttriumfluorid, Lithiumfluorid, Magnesiumfluorid, Lanthanfluorid, Kalziumfluorid und Thoriumfluorid besteht.

5. Ein Reflektor für einen Excimerlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der weiterhin aufweist: eine Schutzplatte (14), die auf einer Oberfläche der dielektrischen Vielfachschichten (13) ausgebildet ist.

6. Ein Reflektor für einen Excimerlaser nach Anspruch 5, wobei die Schutzplatte (14) aus einer Einkristallplatte aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kalziumfluorid und Magnesiumfluorid besteht.

7. Eine Excimerlaser-Vorrichtung, die einen Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfaßt und folgende Elemente aufweist:

ein Paar von longitudinal ausgedehnten balkenförmigen Hauptentladungselektroden (1, 2), die in einer Kammer in einer mit einem Abstand versehenen parallelen Beziehung relativ zueinander eingefaßt sind und einen Zwischenraum zwischen sich definieren mit einer longitudinal ausgerichteten Laserachse darin,

einer Vielzahl von Vorentladungselektroden (3, 4) in der Kammer, die entlang und neben dem Zwischenraum verlaufen, der zwischen dem Paar von Hauptentladungselektroden (1, 2) definiert ist,

ein in der Kammer eingeschlossenes Lasergas, das ein excimerlaseraktives Medium umfaßt,

wobei der Ruflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in der Nähe eines Endes des Paars von Hauptentladungselektroden (1, 2) angebracht ist, um Energie entlang der Laserachse zu reflektieren, und

ein Ausgangskupplungsreflektor (10), der in der Nähe des anderen Endes des Paars von Hauptentladungselektroden (1, 2) angeordnet ist und dem erstgenannten Ende zum Reflektieren von Energie entlang der Laserachse gegenüberliegt.