JP2013529318A - 誘電体コーティングされたミラー - Google Patents

Abstract

［誘電体コーティングを有するミラー］
基板（３）上に誘電体コーティング（２）を有し、エタロンへの利用が提案されるミラーであって、誘電体コーティング（２）は、基板上に高屈折率酸化物層（４１）および低屈折率酸化物層（４２）が交互に配置される第１積層（４）と、該第１積層（４）の上にフッ化物層（５２）および酸化物層（５１）が交互に配置された第２の積層（５）との、ちょうど２つの積層を有し、フッ化物層（５２）の層数が誘電体コーティング（２）の全層数に対する割合として、０．４５未満である。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に誘電体コーティングが施されたミラーに関し、さらには、２枚の平面平行のミラーを具えるエタロンに関する。

基板に誘電体コーティングが施されたミラーは、特に、工程が紫外線放射を伴うときによく用いられる。誘電体コーティングには、低屈折率の誘電体層と高屈折率の誘電体層とが交互に配置され、ミラーは層の厚さに応じ、特定の波長にて著しく高い反射率を有する。この場合、屈折率の高低は、それぞれのミラーが用いられる波長における、相対的な屈折率差として理解されるものである。例えば、誘電体コーティングの低屈折率と称される層の材質は、当該誘電体コーティングが著しく高い反射率を有する波長において、前記誘電体コーティングの高屈折率と称される層よりも屈折率が低い。この低屈折率と称される層と高屈折率と称される層とは、交互に配置される。

誘電体コーティングが施されたミラーは、とりわけ、波長が１５７ｎｍ〜３６５ｎｍの紫外線放射を伴うマイクロリソグラフィに用いられる。例えば、特許文献１には、低屈折率酸化物および高屈折率酸化物からなる少なくとも１つの酸化物積層と、低屈折率フッ化物および高屈折率フッ化物からなる少なくとも１つのフッ化物積層とを有し、この酸化物積層とフッ化物積層との間に、酸化物層とフッ化物層とが交互に連続する少なくとも１つの混合積層が配置される、誘電体ミラーが開示されている。この誘電体ミラーは、高い反射率を有するとともに、誘電体コーティングによって誘発される応力が小さい。

国際公開第２０１０／０３４３６７号パンフレット

誘電体コーティングが施されたミラーの更なる利用分野には、レーザー、特には１５７ｎｍ〜３６５ｎｍの波長を放つエキシマレーザーがある。正確な波長は、ファブリーペロー干渉計を用いてモニターされる。この目的のために、誘電体コーティングが施された２つの平面平行のミラーを、スペーサーを介して用い、エタロンを形成する。エタロン内には、レーザーから放出された放射線の部分光線が放射されて、２つのミラーの間を多重反射する。２つのミラーの間隔に応じて、エタロンから出現する光線は、異なる光路差を有するとともに異なる干渉パターンを形成する。そこから、レーザーにより放出された放射線の波長を測定することができ、その波長が定義済みの波長から外れている場合には、レーザーを再調整できる。

本発明の目的の１つは、特に、エタロンに用いるのに好適な、誘電体コーティングが施されたミラーを提供することにある。

この目的は、基板上に誘電体コーティングが施されたミラーであって、誘電体コーティングは、基板上に、高屈折率酸化物層および低屈折率酸化物層が交互に配置される第１積層と、該第１積層の上に、フッ化物層および酸化物層が交互に配置される第２積層と、のちょうど２つの積層を有し、誘電体コーティングの全層数に占める割合としてのフッ化物層の層数が０．４５未満、好ましくは０．３５未満、より好ましくは０．３０未満であるミラーによって達成される。

酸化物層からなる第１積層と、全体に占めるフッ化物層の割合がさほど大きくない、酸化物層とフッ化物層とからなる第２積層とを組み合わせることによって、所望の波長で高い反射率を有するミラーが提供される一方で、ミラーをエタロンに用いる際、所望の波長を良好な分解能で干渉計測するよう、エタロンから出現する部分光線を十分な強度とするために十分な透過性が保証されることが判明した。さらに、混合積層におけるいかなる引張応力も、酸化物層における圧縮応力で補填することができるので、誘電体コーティングにおけるクラックの形成を回避できる。

ミラーの光の吸収率は、好ましくは２％未満、より好ましくは１．５％未満、さらに好ましくは１％未満である。一定の反射率のもとで、光の吸収率が低いことは、すなわち光の透過率が高いということであり、かかるミラーを具えるエタロンの機能性は向上する。特には、部分光線が低強度であるレーザーの波長について、干渉法による制御測定を行うことができる。

ミラーの最大反射率は、好ましくは９３％〜９７％、さらに好ましくは９４％〜９７％である。この範囲の最大反射率は、不十分になる程度にまで透過率を減少させることなく、上述した誘電体コーティングが施された、エタロンの２つのミラーの間における部分光線の反射数を最大にする。エタロン内における反射数が多いと、波長を測定したり、非常に高い分解能を有する定義済みの波長から偏差を測定したりするのに有利である。

ミラーは、有利には、石英ガラスでできた基板を有する。原則として、例えば、フッ化カルシウムのような、特に紫外線波長帯について比較的高い透過率を有する他の基板の部材もまた、好適である。基板の部材として石英ガラスが特別に有利なのは、石英ガラスは容易に調達できる点である。さらには、酸化物層からなる第１積層を基板上に配置することに、特に正の効果がある。酸化物層は、石英ガラス基板と同様の応力値および熱膨張係数を有するため、誘電体コーティングにおけるクラックの発生リスクを最小化する。

第２積層の酸化物層が高屈折率酸化物で形成される一方で、第２積層のフッ化物層が低屈折率フッ化物で形成されれば有利であることが判明した。従って、混合積層において交互に配置される層の間に、著しく大きな屈折率差を実現し、それ故に著しく大きな光学コントラストを実現することが可能であり、これは反射率に正の影響を及ぼす。好適な低屈折率のフッ化物は、例えば、フッ化マグネシウム、フッ化ナトリウムまたはフッ化アルミニウムである。

ミラーは、好ましくは、フッ化物層としてフッ化マグネシウムを有し、酸化物層として酸化アルミニウムおよび／または二酸化ケイ素を有する。特に、さらに短波の紫外線波長帯においては、これらの材料によって高反射率と高透過率とを両立して達成することができる。このことから、上記の材料からなる誘電体コーティングが施されたミラーは、特に、エタロンへの利用に適していると言える。

好適な実施形態において、ミラーの誘電体コーティングの第２積層は２つの下位積層を有し、第１下位積層はフッ化物層と第１酸化物層とを交互に有し、第２下位積層は当該フッ化物層と第２酸化物層とを交互に有する。このようにすれば、高反射率と高透過率とを同時に実現するよう、誘電体コーティングをさらに最適化することができる。これらの酸化物は、特に好適に選択される。すなわち、基板から遠い方の下位積層には所望の波長における光の吸収率が低い酸化物が選択され、一方、その下の下位積層には、下位積層の積層構造によって反射率を最大化するのと同時に光の吸収を最小化するように、フッ化物層について特に大きな屈折率差を有することを視野に入れて、当該酸化物が予め選択される。

さらに好適な実施形態において、ミラーの誘電体コーティングの第２積層は２つの下位積層を有し、第１下位積層は、１つのフッ化物層と２つの酸化物層とを交互に有し、第２下位積層は、１つの当該フッ化物層と、２つの当該酸化物層のどちらか一方とを交互に有する。第２積層よりも基板寄りに好適に配置される第１積層に、３層周期、すなわち、１つのフッ化物層と２つの酸化物層を１つの周期として配置すると、良好な透過率と同時に良好な反射率を同様に達成できることが分かっている。

誘電体コーティングの終端層として、基板と酸化物積層との変わり目、酸化物積層と混合積層との変わり目、適当であれば２つの混合下位積層間の変わり目に、またはその他において、例えば光学的に適合するか、層応力に適合する個別の層を配置することができる。しかしながら、好ましくは、個別の層を誘電体コーティングに配置することなく、第１積層と第２積層とで構成することが好ましい。

さらに好適な実施形態において、ミラーは、基板から最も遠い層として、酸化アルミニウム層を有する。酸化アルミニウムはきわめて不活性であり、酸化アルミニウムでできた最外層は、ある意味、その下に配置される層の保護層として配置されて、ミラーの寿命を延ばすという利点がある。

さらに、本発明の目的は、上述した２枚の平面平行のミラーを具えるエタロンによって達成される。

上述の特徴および更なる特徴は、特許請求の範囲のみならず、明細書および図面から集積することができる。個々の特徴は、それぞれ、本発明の一実施形態では、他の分野でのサブコンビネーションの形で単独またはグループで具体化することができ、有利な実施形態や、自らを保護することのできる実施形態を示すことができる。

本発明を、好適な例示的実施形態を参照して、さらに詳細に説明する。

誘電体コーティングが施されたミラーの、第１実施形態を示す概略図である。 誘電体コーティングが施されたミラーの、第２実施形態を示す概略図である。 誘電体コーティングが施されたミラーの、第３実施形態を示す概略図である。 第２実施形態による、波長の関数として、ミラーの反射率の測定値を示す図である。 第２実施形態による、波長の関数として、ミラーの透過率の測定値を示す図である。 第２実施形態による、波長の関数として、ミラーの光の吸収率の測定値とを示す図である。 第３実施形態による、波長の関数として、ミラーの反射率の測定値を示す図である。 第３実施形態による、波長の関数として、ミラーの透過率の測定値を示す図である。 第３実施形態による、波長の関数として、ミラーの光の吸収率の測定値とを示す図である。 誘電体コーティングが施された２枚のミラーを具える、エタロンを示す概略図である。

図１は、基板３に誘電体コーティング２が施されたミラー１の、第１実施形態を示す概略図である。このミラー１の誘電体コーティング２は、基板３上に、高屈折率酸化物層４１および低屈折率酸化物層４２が交互に配置される第１積層４と、その上に、酸化物層５１およびフッ化物層５２が交互に配置される第２積層５と、のちょうど２つの積層４および５を有している。この実施形態において、フッ化物層５２の層数は、誘電体コーティングの全層数に占める割合として、０．３５未満である。

好適な他の様態において、基板３は石英ガラスでできている。石英ガラスは、紫外線波長帯にさえも透過性があるので、石英ガラスでできた基板を有するミラー１は、とりわけ、紫外線波長帯に用いるエタロンに好適である。というのも、エタロン内の２つの反射面間に放射光を通して、再度、その放射光をエタロンの外へ放出するように、放射光は誘電体コーティングのみならず基板をも透過しなければならない。

基板３上に適用される積層４は、純粋に酸化物層４１および４２から構成されるので、酸化物として二酸化ケイ素も有する場合は特に、基板３の熱膨張係数を積層４のそれと同等にすることができる。さらに、石英ガラスでできた基板上の酸化物層の付着性は良好である。酸化物積層４を用いて、フッ化物層５２と酸化物層５１とからなる混合積層５に生じ得る引張応力は、酸化物積層４に生じる圧縮応力によって、補填することができる。個々の層は、任意の従来のコーティング方法を用いて接着可能である。混合積層５の引張応力は、プラズマ助長方式により接着された積層４の酸化物層４１および４２によって、特に有効に補填できる。

図１の例において、両積層ともに、基板３側に対向する側は高屈折率層４１および５１で始まっていることが指摘されべきである。積層４は、低屈折率酸化物層４２で終わり、積層５は、高屈折率酸化物層５１で終わる。さらに異なる態様では、一方または他方の積層において、上記の順番を逆にすることもできる。一方または他方の積層において、始端も終端も低屈折率層とすること、または、始端も終端も高屈折率層とすることもできる。

積層５は、化学的に不活性な酸化アルミニウム層で終ることが好ましい。これは、誘電体コーティング２の残りの層を外部の影響から保護し、ミラー１の寿命を延ばすためである。ここでは、最外層の酸化アルミニウム層を、積層５の一部とすることもできるし、または積層５の上に追加的に配置することもできる。

図２は、誘電体コーティングが施されたミラー１の、さらなる実施形態を例示している。この実施形態は、第２積層が２つの下位の積層５Ａおよび５Ｂを有する点において、図１の実施形態と異なる。第１下位積層５Ａは、第１酸化物層５０１と第１フッ化物層５０２とを交互に有し、第２下位積層５Ｂは、第２酸化物層５１１と第２フッ化物層５１２とを交互に有して、この図示例において第２下位積層５Ｂは、第１下位積層５Ａのフッ化物層５０２に合わさっている。図１の実施形態に関して、このように、誘電体コーティング２が終る下位積層５Ｂにおいて光の吸収率をできる限り抑える目的で酸化物を選択する一方で、基板３寄りに位置する下位積層５Ａにおいてフッ化物層５０２について可能な限り光学コントラストを高める目的で酸化物を選択することによって、光の反射率と吸収率とを同時に最適化することができる。

ここには記載されていない、図２に示す実施形態の他の態様において、２つの下位積層のフッ化物を、酸化物とは異なり、変化させることもできる。同様に、当該２つの下位積層の酸化物およびフッ化物の両方を変化させることもできる。酸化物層とフッ化物層との混合積層は、３つ、４つ、５つ、またはそれ以上の下位積層を有することもできることが指摘されるべきである。同様にして、酸化物積層は、２つ、３つ、４つ、５つ、またはそれ以上の、異なる酸化物を有することができる。

図３は、誘電体コーティングが施されたミラー２の、第３実施形態を示す概略図であり、図２に示す実施形態とは、２つの下位積層５Ｃ、５Ｂを有し、第１下位積層５Ｃは交互に配置された層５２１、５２２、５２３であってフッ化物層５２３、酸化物層５２１および酸化物層を有し、第２下位積層５Ｂは交互に配置された層５１１，５１２であってフッ化物層５１２および第１下位積層５Ｃと同様の２つの酸化物層のうち１つの酸化物層５１１を有する点で異なる。３層周期の下位積層であっても、光の低吸収性と同時に、所望の波長で高い反射率を達成することができる。

さらに他の態様において、第２下位積層５Ｂまたは全ての下位積層を、３層周期とすることもできることが指摘されるべきである。酸化物積層４を３層周期とすることもできる。さらに、下位積層５Ｃおよび５Ｂに含まれるフッ化物および酸化物を異なるものとすることができる。原則として、４層以上の周期を有する積層も提供し得る。

特に１９３ｎｍ周辺の波長帯において良好な反射率のために、ミラーを、原則として図２に示す実施形態に従って製作した。このため、まず、高屈折率層としての酸化アルミニウムと、低屈折率層としての酸化ケイ素とを交互に有する１０層の酸化物積層を、石英ガラスでできた基板上に、酸化アルミニウムからプラズマ助長方式により接着した。その上に、高屈折率層としての酸化アルミニウムと、低屈折率層としてのフッ化マグネシウムとを交互に有する１０層を接着し、第１下位積層を形成した。続けて、高屈折率層としての酸化ケイ素と、低屈折率層としてのフッ化マグネシウムとを交互に有する５層の第２下位積層を接着した。第２下位積層における３つの酸化ケイ素層と、第１下位積層における５つの酸化アルミニウム層をプラズマ助長方式により接着し、７つのフッ化マグネシウム層を電子ビーム蒸着を用いて接着した。フッ化マグネシウム層の層数の、誘電体コーティングの全層数に対する割合は、およそ０．２８であった。１９３ｎｍの波長における反射率を最大にするため、従来のシミュレーションプログラムを用いて層厚を最適化した。

ミラーの反射率を、１８４ｎｍ〜２０２ｎｍの波長帯にわたって、ほぼ直角入射で測定した。結果を、図４ａに示す。反射率は、約１８７ｎｍ〜約１９９ｎｍの範囲で９３％以上、約１８８ｎｍ〜約１９８ｎｍの範囲で９４％以上、そして約１９１ｎｍ〜約１９５ｎｍの範囲で９６％以上に達し、１９３ｎｍにて最大反射率９６．５％弱である。

ミラーの透過率を、同様の境界条件のもと、反射率と並行して測定した。結果を、図４ｂに示す。１９３ｎｍ周辺の最も反射率が高い波長帯においてさえも、透過率は２％をはっきりと超える。反射率と透過率の和を１００％から減じることによって、反射率および透過率の測定値から、光損失や光の吸収率を計算することができる。結果を、図４ｃに示す。吸収率は、約１８８ｎｍ〜２０２ｎｍを超える波長帯で２％未満、約１９０ｎｍ〜約２０２ｎｍの波長帯で１．５％未満であり、約１９２ｎｍ〜約２０１ｎｍの波長帯では１％にさえ満たない。

原則として図３に示す実施形態に従い、酸化物層を再びプラズマ助長方式により接着し、フッ化物層を電子ビーム蒸着により接着したミラーも製作した。酸化アルミニウムと二酸化ケイ素とを交互に有し、酸化アルミニウムから始まる９層を第１積層として、石英ガラスでできた基板上に接着した。第２積層中の第１下位積層として、フッ化マグネシウム、二酸化ケイ素、および酸化アルミニウムからなる配列を６周期接着する。最後に、第２積層中の第２下位積層として、フッ化マグネシウムおよび二酸化ケイ素からなり、フッ化マグネシウムから始まる配列を３周期接着した。フッ化マグネシウム層の層数の、誘電体コーティングの全層数に対する割合は、およそ０．２８であった。１９３ｎｍの波長における反射率を最大化するため、従来のシミュレーションプログラムを用いて層厚を同様に最適化した。これらの最適化に照らして、いくつかの個々の層を、同種のほかの層よりもかなり厚くまたは薄くすることが可能であること、例外的に、積層内の個々の層を省くことも可能であることが指摘されるべきである。

反射鏡の反射率および透過率を、１８４ｎｍ〜２０２ｎｍの波長帯にわたって、ほぼ直角入射で測定した。結果を、図５ａおよび図５ｂに示す。それから、光の吸収率も上述のようにして確認した（図５ｃを参照のこと）。反射率は、約１８６ｎｍ〜約１９５ｎｍの範囲で９３％以上、約１８７ｎｍ〜約１９４ｎｍの範囲で９４％以上、約１８９ｎｍ〜約１９２ｎｍの範囲で９５％以上に達し、そして約１９１ｎｍにて最大反射率９５．７％弱である。透過率は、約１８８ｎｍ〜約１９１ｎｍの範囲のみで、ちょうど４％を未満である。１９３ｎｍでは、透過率がほとんど５％に達し得る。このミラーにおいては、それゆえ従前のミラーに比し、１９３ｎｍで達する透過率がかなり高い。光の吸収率は、約１８６ｎｍ〜約２０１ｎｍの波長帯で２％未満、約１８７ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲で１．５％未満、そして約１８９ｎｍ〜約１９５ｎｍの範囲では１％にさえ満たない。

図６は、上述したように、基板６２と、誘電体コーティング６３とを有する２枚のミラー６１を具える、エタロン６０の概略図である。２枚のミラー６１は、平面状であり、互いに平行に配置され、これらのミラーの間隔はスペーサー６４によって定められる。２つのミラー６１の反射面６３の間に空隙６５を有し、空隙６５の幅は、出現する部分光線６７が干渉して、干渉パターン６８が形成されるときの波長を決定する。部分光線６７は、ミラー６１に施された誘電体コーティング６３においてエタロン６０に入射する部分光線６６各々の反射によって現れる。明瞭にするために、一方に現れる部分光線６７のみを示している。誘電体コーティング６３の高屈折率によって、部分光線６６が、２つのミラー６１の間のエタロン６０の空隙６５を往復するように反射する回数が多いほど、より多くの部分光線６７が生成され、部分光線６６の波長の分解能が大きくなる。透過率が高いことにより、出現する部分光線６７の強度は可能な限り大きいことが保証される。同様に、波長の測定値の精度も上がる。

例えば、レーザーの波長を確認するために、レーザーによって放射される放射線から、部分光線６６を分光することができる。レーザー動作を連続的に起こす制御測定が定義済みの波長からあまりにも大きな偏差を測定した場合、レーザーの動作パラメータを再調整できる。本明細書に説明したようなエタロンを用いたレーザーによって確保できる高精度な波長は、とりわけ、１５７ｎｍ〜３６５ｎｍの波長の紫外線リソグラフィーにおいて重要である。

１ ミラー
２ 誘電体コーティング
３ 基板
４ 酸化物積層
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 酸化物−フッ化物混合積層
４１ 高屈折率酸化物層
４２ 低屈折率酸化物層
５１、５０１、５１１、５２１、５２２ 酸化物層
５２、５０２、５１２、５２３ フッ化物層
６０ エタロン
６１ 誘電体ミラー
６２ 基板
６３ 誘電体コーティング
６４ スペーサー
６５ 空隙
６６ 入射する部分光線
６７ 出現する部分光線
６８ 干渉パターン

Claims (11)

1. 基板（３）上に、誘電体コーティング（２）を有するミラーであって、
   前記誘電体コーティング（２）は、ちょうど２つの積層（４、５）であって、前記基板上に高屈折率酸化物層（４１）および低屈折率酸化物層（４２）が交互に配置される第１積層（４）と、該第１積層（４）の上にフッ化物層（５２、５１２、５０２、５２３）および酸化物層（５１、５１１、５０１、５２１、５２２）が交互に配置される第２積層（５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）とを有し、
   フッ化物層（５２、５１２、５０２、５２３）の層数が、前記誘電体コーティング（２）の全層数に対する割合として、０．４５未満であるミラー。
2. 吸収率が２％未満である、請求項１に記載のミラー。
3. 最大反射率が９３％以上９７％以下である、請求項１または２に記載のミラー。
4. 石英ガラスでできた基板を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載のミラー。
5. 前記第２積層（５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）の前記フッ化物層（５２、５１２、５０２、５２３）は、低屈折率フッ化物からなる、請求項１から４のいずれか１項に記載のミラー。
6. フッ化物層（５２、５１２、５０２、５２３）として、フッ化マグネシウムを有し、酸化物層（５１、５１１、５０１、５２１、５２２）として、酸化アルミニウムおよび／または二酸化ケイ素を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載のミラー。
7. 前記第２積層（５）は２つの下位積層（５Ａ、５Ｂ）を有し、第１下位積層（５Ａ）はフッ化物層（５０２、５１２）と第１酸化物層（５０１）とを交互に有し、第２下位積層（５Ｂ）は前記フッ化物層（５０２、５１２）と第２酸化物層（５１１）とを交互に有する、請求項１から６のいずれか１項に記載のミラー。
8. 前記第２積層（５）は２つの下位積層（５Ｃ、５Ｂ）を有し、第１下位積層（５Ｃ）はフッ化物層（５２３、５１２）と２つの酸化物層（５１２、５２２）とを交互に有し、第２下位積層（５Ｂ）は前記フッ化物層（５２３、５１２）と前記２つの酸化物層（５２１、５２２）のどちらか一方とを交互に有する、請求項１から６のいずれか１項に記載のミラー。
9. 前記誘電体コーティング（２）は、前記第１積層（４）と前記第２積層（５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）とで構成される、請求項１から８のいずれか１項に記載のミラー。
10. 基板（３）から最も離れている前記層（５１、５１１）として、酸化アルミニウム層を有する、請求項１から９のいずれか１項に記載のミラー。
11. 請求項１から１０に記載のいずれか１項に記載の、２枚の平面平行のミラー（６１）を具えるエタロン。

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