JP7199227B2 - 光学格子及び光学格子の光学アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、表面に周期構造が形成された基板を備え、上記構造は、所定の波長を有する入射放射線、特に入射ＥＵＶ放射線を所定の回折次数に、特に１次の回折次数に回折させるよう具現される光学格子に関する。本発明は、かかる光学格子を有する光学装置にも関する。

本願は、２０１６年７月６日付けの独国特許出願第ＤＥ１０ ２０１６ ２１２ ３６１．０号の優先権を主張し、その全開示内容を参照により本願の内容に援用する。

ここに記載する光学格子、より正確にはその周期構造は、入射放射線の所定の回折次数への回折を容易にするために通常はいわゆるブレーズ構造を有する。ブレーズ構造又はブレーズ格子は、通常は段状の実施形態を有し、各構造が、鋸歯型の実質的に三角形の断面を有する。ブレーズ構造の形態の周期構造は、入射放射線の強度のできる限り多くを所定の回折次数（通常は１次回折）に集中させるように最適化されるが、他の回折次数に回折される強度は最小化されるのが理想的である。通常、これは単一の所定の波長でしか正確に達成できないので、ブレーズ格子は、光学格子が最適化される回折次数だけでなく、この回折次数に回折される所定の波長（レーザ波長）も特徴とする。

例として、ブレーズ構造を有する光学格子は、ＥＵＶ放射線用の、すなわち約５ｎｍ～約３５ｎｍの波長の放射線用のモノクロメータとして用いることができる。この波長域では、光学格子は、通常は反射型回折格子として具現され、これは、入射放射線から所定の波長を選択する役割を果たす。すなわち、光学格子で反射又は回折した放射線は、所定の波長のみを有するのが理想的であり、すなわち単色化される。しかしながら、一般に、このような光学格子で全ての隣接次数（secondary orders）を抑制するのは不可能なので、単色化ＥＵＶ放射線中に、高次の回折次数への回折に由来し得る他の波長の不所望の放射成分がある。

このような光学格子は、入射放射線の入射面に対して垂直な偏光成分（ｓ偏光）と入射放射線の入射面と平行な偏光成分（ｐ偏光）とで異なる反射特性を通常は有するので、そこでの反射又は回折時の偏光作用によりさらに別の問題が生じる。全反射が起こる可能性がある場合でも、光学格子で反射又は回折した放射線の偏光がある。

特許文献１は、ブレーズ構造及び周期変形構造の重ね合わせにより形成された周期構造を有する光学格子を開示している。この変形構造は、ブレーズ構造と同じ周期を有することができ、したがってブレーズ構造に対して一定の位相関係を有することができる。これは、ブレーズ構造により反射された光の高次回折の抑制をもたらすはずである。

独国特許出願公開第ＤＥ１０ ２０１５ ２０３ ５７２号明細書

本発明の目的は、所定の回折次数よりも高い回折次数への回折を最大限に抑制する、光学格子及び少なくとも１つのかかる光学格子を有する光学装置を提供することである。

この目的は、最初に述べたタイプの光学格子であって、周期構造にコーティングが施され、上記コーティングは、所定の回折次数よりも高い回折次数への入射放射線の回折を抑制するよう具現された少なくとも１つの層を有する光学格子により達成される。

従来の回折格子モノクロメータの場合、そこに存在し得る材料及びコーティングは、通常は所定の回折次数への反射率又は回折を最大化するために選択される。これに対して、ここで提案されるコーティングは、所定の波長に関して回折格子の最大の反射率を有しながらも、高次回折を意図的に抑制又は最小化する役割を果たす。この目的で、ここで提案されるコーティングは、少なくとも１つの（薄）層を有する。一般に、コーティング全体の厚さは１μｍ未満である。所定の回折次数が１次回折である場合、高次回折の波長は、１次回折の整数分の一、すなわち１／２、１／３、１／４、…である。したがって、層（単数又は複数）の、通常は層（単数又は複数）の材料の波長依存特性を利用して、所望の高次回折抑制をもたらすことができる。

一実施形態では、コーティングの少なくとも１つの層は、臨界角を有する全反射層として具現され、上記臨界角は、所定の回折次数に関して入射放射線の入射角よりも小さく、且つ少なくとも１つの高次の回折次数に関して入射放射線の入射角よりも大きい。この場合、全反射層は、所定の波長で入射した放射線を全反射させることにより、所定の波長で最大反射率をもたらすようにする一方で、少なくとも１つの高次回折、通常は次に高次の回折（例えば、所定の波長の１／２、１／３、１／４、…に対応する）で臨界角に達しないので、これらの回折次数（単数又は複数）又はこれらの回折次数に割り当てられた波長は、全反射層で全反射せず、したがって光学格子で非常に低い反射率で反射される。

このような全反射層を提供する目的で、以下が臨界角α_Ｔに当てはまることを利用することができる。

式中、δ（Ｅ）は、全反射層の材料の屈折率の波長位相実部を示す。したがって、所定の波長よりも短い波長では、屈折率の実部が、また結果として臨界角α_Ｔも大幅に増加して、高次回折では臨界角α_Ｔが入射角よりも大きいが所定の波長では臨界角が入射角よりも小さくなるように、適切な材料を選択することにより、所望の高次回折抑制を実施することができる。

入射角は、例えば約１０°以下の幅を有し得る光学格子の通常は狭い動作角範囲内にある。例として、動作角範囲は、約７０°、７２°、又は７４°の最小入射角～約８０°又は約７８°の最大入射角にあり得る。

一発展形態では、全反射層は、所定の波長で１０ｎｍを越える、好ましくは５０ｎｍを越える吸収長を有する材料から形成される。全反射層の材料は、所定の波長での吸収が強すぎてはならないが、その理由は、そうでないと、エバネッセント波すなわち電場のうち全反射中に全反射層の材料に侵入する部分に起因して全反射が大きく減衰され、結果として所定の波長に関する光学格子の反射率が低下するからである。吸収長、すなわち全反射層の表面に入射する放射線の強度が１／ｅすなわち約６３％に下がるまで必要な長さが増加すると、吸収が低減する。

有利な一発展形態では、全反射層の材料は、Ｚｒ、Ｐｄ、Ｃ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｎｂ、Ｍｏ、及びそれらの化合物、特にそれらの合金、炭化物、窒化物、ホウ化物、又はケイ化物を含む群から選択される。所定の波長では、ここで指定される材料は、所定の波長での全反射に関する条件及び比較的低い吸収に関する条件の両方を満たす。Ｚｒ、Ｐｄ、Ｃ、Ｎｂ、Ｍｏ、及びＲｕ、それらの合金、炭化物、窒化物、ホウ化物、又はケイ化物は、１３ｎｍ～１６ｎｍ、例えば約１３．５ｎｍの所定の波長に関してこれら２つの条件を通常は満たすが、Ｓｎ及びＣｄ並びにそれらの化合物、特にそれらの合金、炭化物、窒化物、ホウ化物、又はケイ化物は、６ｎｍ～８ｎｍ、例えば約６．５ｎｍの波長でこれらの条件を満たす。

さらに別の実施形態では、コーティングの少なくとも１つの層は、所定の回折次数に関して少なくとも１つの高次の回折次数よりも大きな吸収長を有する吸収層として具現される。吸収層は、所定の回折次数に関してできる限り吸収が小さく、当該吸収は、高次屈折（higher orders of refraction）に対して（すなわち、より短い波長に対して）できる限り大きく低下すべきである。これも同様に、吸収層に関する適切な材料の選択によって達成できる。高次の回折次数の場合、これは例えば、所定の回折次数に対して次に高次の回折次数に関し得る。所定の回折次数が１次回折であれば、高次回折は、例えば２次回折とすることができ、その波長は、光学格子で反射又は回折されるべき所定の波長の半分に相当する。

特に、吸収層がコーティングの最上層を形成する場合、吸収層の材料は、可能な場合は光学格子が配置される環境で劣化又は酸化しないように選択されるべきである。この条件は、概して、コーティングの最上層が吸収層であるか否かに関係なくコーティングの最上層により満たされるべきであることが理解される。

さらに別の発展形態では、吸収層は、所定の回折次数に関して入射放射線の入射角よりも大きい臨界角を有し、すなわち、吸収層は入射放射線の全反射をもたらすべきでない。これは特に、吸収層が全反射層に施される場合に当てはまるが、その理由は、そうでなければその下にある全反射層まで放射線が貫通できないか又は少ししか貫通できないからである。

一発展形態では、吸収層の材料は、Ｓｉ、Ｍｏ、それらの炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、及びＭｏＳｉ_２を含む群から選択される。ＥＵＶ波長域の少なくとも１つの所与の波長では、これらの材料はそれぞれが吸収層に関する上記条件を満たす。Ｓｉ及びその化合物、特にその炭化物、窒化物、酸化物、及びホウ化物は、１３ｎｍ～１６ｎｍ、例えば約１３．５ｎｍの波長に関してこれらの条件を通常は満たすが、Ｍｏ及びその化合物、特にその炭化物、窒化物、酸化物、及びホウ化物は、６ｎｍ～８ｎｍ、例えば約６．５ｎｍの波長でこれらの条件を満たす。例えばＳｉＣでできた全反射層又は周期構造に吸収層を施すと、同一又は場合によってはさらに大きな厚さの同じ材料でできた透過動作の波長フィルタよりも高次回折を著しく大きく抑制できることが分かった。コーティングの一部としての吸収層の使用は、結果として有利であるが、その理由は、高次回折の減衰が同じ場合、透過動作の波長フィルタの利用時よりもこのような吸収層の厚さが小さく、したがって所定の波長に関する反射率が大きいからである。

さらに別の実施形態では、吸収層は、全反射層に施される。全反射層及びその上に施された吸収層の組み合わせは、高次回折の抑制に特に有利であることが分かった。高次回折に関する吸収層の吸収特性は、斜入射（全反射）により、同一の厚さを有する吸収層でできた従来の透過フィルタよりも改善される。さらに、層厚の適切な選択により、高次回折に関して弱め合う干渉をもたらすことができる（以下参照）。

さらに別の実施形態では、コーティングは、光学格子に対する入射面に対して垂直な第１偏光状態を有する入射放射線（ｓ偏光）を、第１偏光状態に対して垂直な第２偏光状態を有する入射放射線（ｐ偏光）よりも強く所定の回折次数で回折させるよう具現される。この層は、特にさらに上述した吸収層とすることができ、すなわち、吸収層は、反射放射線の又は所定の回折次数に散乱した放射線の偏光をｓ偏光の方向により強くシフトさせるか、又はｓ偏光放射成分とｐ偏光放射成分との比を増加させる役割を果たすこともできる。

さらに別の実施形態では、コーティングは少なくとも１つの層を有し、その厚さ及び材料は、所定の回折次数の所定の波長を有する入射放射線で強め合う干渉が起こり、少なくとも１つの高次回折で弱め合う干渉が起こるように選択される。特に、強め合う干渉が起こる回折次数は、１次回折であり得る。例として、２次回折は、弱め合う干渉により強い減衰がある高次回折であり得る。厚さ及び材料が適切に選択される層は、例えば、全反射層に施される吸収層であり得る。

さらに別の実施形態では、所定の波長は、１３ｎｍ～１６ｎｍ、好ましくは１３．５ｎｍの波長域にある。現在稼働しているＥＵＶリソグラフィシステム、特にＥＵＶリソグラフィ装置では、この波長域のＥＵＶ放射線が使用又は動作波長として用いられる。したがって、所定の波長がこの波長域にある光学格子は、通常は比較的広い波長帯でＥＵＶ放射源により放出される放射線から使用波長を取り出すためにモノクロメータとして働き得る。

一発展形態では、コーティングは、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｎｂ、それらの炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、及びＣでできた全反射層と、全反射層に施されたＳｉ、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２でできた吸収層とを有する。約１３ｎｍ～約１６ｎｍ、特に約１３．５ｎｍの波長域と、適切な入射角又は適切な動作入射角範囲とに関するこのような層材料に対する上記条件又は要件は、全反射層の材料としてのＲｕ、Ｚｒ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｎｂ、それらの炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、及びＣと、吸収層の材料としてのＳｉｃ及び本明細書に明記したさらに他の材料とにより満たされることが分かった。

代替的な実施形態では、所定の波長は、６ｎｍ～８ｎｍ、好ましくは６．５ｎｍの波長域にある。ＥＵＶ波長域用の将来のリソグラフィシステムは、例えばここで指定した波長域にあり得る短波長で動作する可能性がある。したがって、所定の波長が指定の波長域にある光学格子は、ＥＵＶ光源の比較的広い波長帯から対応する使用波長を取り出すモノクロメータとして働き得る。

一発展形態では、コーティングは、Ｃｄ又はＳｎでできた全反射層と、Ｍｏでできた吸収層とを有する。６ｎｍ～８ｎｍ、特に６．５ｎｍの上記波長域では、これらの材料は、全反射層及び吸収層に関してさらに上記した要件を満たす。

所定の回折次数よりも、例えば１次回折よりも高い回折次数への入射放射線の回折を抑制するよう具現された層の材料は、ここに記載した２つの波長域以外の波長域に関しても見付けることができる。したがって、所望の特性を有する光学格子は、（軟）ｘ線領域又は場合によっては２５０ｎｍ未満の波長のＶＵＶ波長域の所定の波長にも役立ち得る。

さらに別の実施形態では、周期構造はブレーズ構造を含む。上にも記載したように、ブレーズ構造は、所定の波長の入射放射線の強度を所定の回折次数に集中させる役割を果たす。周期構造は、通常は実質的に三角形の幾何学的形状及び単一のブレーズ角を有する単一のブレーズ構造からなり得る。しかしながら例えば、最初に引用した特許文献１の場合のように、周期変形構造をブレーズ構造に重ね合わせることも可能であり、これは参照により本願の主題に援用される。特に、周期変形構造は、ブレーズ構造と同じ周期長を有することができる。

さらに別の実施形態では、光学格子は、所定の回折次数の所定の波長を有する入射放射線に関して５０％を超える、好ましくは６０％を超える、特に７０％を超える反射率を有する。上にも記載したように、コーティングの層の材料及び場合によっては厚さの適切な選択は、高次の回折次数への回折の効果的な抑制を可能にすることにより、光学格子で反射又は回折した放射線の他の波長の混入を低減するだけでなく、所定の回折次数への回折の場合に光学格子の反射率を比較的高い値に保つことも同時に可能にする。

本発明のさらに別の態様は、光学装置、特にＥＵＶリソグラフィシステムであって、放射線を発生させる、特にＥＵＶ放射線を発生させる光源と、上にも記載した、所定の波長の光源の放射線を所定の回折次数に回折させる少なくとも１つの光学格子とを備えた光学装置で実現される。この場合、光源のスペクトルから使用波長を選択するために、光学格子は、通常は広帯域で放出された光源の放射線用のモノクロメータとしての役割を果たす。

本願において、ＥＵＶリソグラフィシステムは、ＥＵＶリソグラフィの分野で用いることができる光学系を意味すると理解される。半導体コンポーネントの製造に役立つＥＵＶリソグラフィ装置のほかに、光学系は、例えば、ＥＵＶリソグラフィ装置で用いられるフォトマスク（以下ではレチクルとも称する）の検査用、構造化対象の半導体基板（以下ではウェハとも称する）の検査用の検査システム、又はＥＵＶリソグラフィ装置若しくはその部品の測定、例えば投影系の測定に用いられる計測システムであり得る。

一実施形態では、光学装置は、入射放射線が７０°～９０°、好ましくは７２°～７８°、特に７４°～７６°、又は８０°～８８°、好ましくは８２°～８６°の入射角範囲の少なくとも１つの入射角で光学格子に入射するように具現される。この目的で、光学格子は、入射放射線に対して、通常は光源に対して適切に位置合わせされる。場合によっては、入射放射線は、例えば約７４°～約７６°又は８２°～８６°に制限されたより小さな入射角範囲で光学格子に入射することもできる。場合によっては、入射角範囲は、光学格子と入射放射線との間の相対移動により、例えば光学格子の傾斜により、ある程度まで変更できる。一般に、用いられる入射角が大きくなるほど所定の波長が小さくなる。

概して従来のように、入射角は、一般に平面状である光学格子の基板の表面の面法線に対して測定される。上にも記載したように、上にも記載した特性を有する光学格子のモノクロメータとしての使用により、所定の回折次数に回折した放射線の他の波長の混入を防止することができるが、これにより所定の波長又は使用波長を有する入射放射線に関する光学格子の反射率の大幅な低下を引き起こすことはない。場合によっては、光学格子を入射放射線の単色化以外の目的で用いることもできる。

本発明のさらに他の特徴及び利点は、本発明に不可欠な詳細を示す図面の各図を参照した本発明の例示的な実施形態の以下の説明から、また特許請求の範囲から得られる。個々の特徴は、それぞれ個別に単独で、又は本発明の変形形態において複数を任意の所望の組み合わせで実現することができる。

例示的な実施形態を概略図に示し、以下の記載で説明する。

光学格子の形態のモノクロメータを有するＥＵＶリソグラフィ装置の概略図を示す。 全反射層及び吸収層を有するコーティングを備えた光学格子の細部の概略図を示す。 波長の関数としての全反射層の材料であるＺｒＮの臨界角の概略図を示す。 波長の関数としての全反射層の材料であるＺｒＮの吸収長の概略図を示す。 対数スケールを用いた、波長の関数としてのＺｒＮの形態の全反射層を有する光学格子の反射率の概略図を示す。 線形スケールを用いた、波長の関数としてのＺｒＮの形態の全反射層を有する光学格子の反射率の概略図を示す。 波長の関数としての吸収層の材料であるＳｉＣの臨界角の概略図を示す。 波長の関数としての吸収層の材料であるＳｉＣの吸収長の概略図を示す。 波長の関数としてのＲｕでできた全反射層及びＳｉＣでできた吸収層を有する光学格子の反射率の概略図を示す。 対数スケールを用いた、波長の関数としてのＺｒＮでできた全反射層及びＳｉＣでできた吸収層を有する光学格子の反射率の概略図を示す。 線形スケールを用いた、波長の関数としてのＺｒＮでできた全反射層及びＳｉＣでできた吸収層を有する光学格子の反射率の概略図を示す。 波長の関数としてのＳｉＣでできた吸収層の減衰の概略図を示す。 波長の関数としてのＳｉＣでできた透過フィルタの減衰の概略図を示す。 波長の関数としての吸収層の材料であるＭｏの臨界角の概略図を示す。 波長の関数としての吸収層の材料であるＭｏの吸収長の概略図を示す。 対数スケールでの、波長の関数としてのＣｄでできた全反射層及びＭｏでできた吸収層を有する光学格子の反射率の概略図を示す。 線形スケールでの、波長の関数としてのＣｄでできた全反射層及びＭｏでできた吸収層を有する光学格子の反射率の概略図を示す。 対数スケールでの、波長の関数としてのＳｎでできた全反射層及びＭｏでできた吸収層を有する光学格子の反射率の概略図を示す。 線形スケールでの、波長の関数としてのＳｎでできた全反射層及びＭｏでできた吸収層を有する光学格子の反射率の概略図を示す。 ２つの異なる層厚の場合のＳｉＣでできた吸収層の反射率の概略図を示す。

図面の以下の説明において、同一又は機能的に同一のコンポーネントには同一の参照符号を用いる。

図１は、ＥＵＶリソグラフィ装置１の形態のＥＵＶリソグラフィシステムの概略図を示し、ＥＵＶリソグラフィ装置１は、ビーム整形系２、照明系３、及び投影系４からなり、これらは別個の真空ハウジング内に収容され、ビーム整形系２のＥＵＶ光源５から生じるビーム経路６に順に配置される。プラズマ源又はシンクロトロンが、例えばＥＵＶ光源５として働くことができる。約５ｎｍ～約２０ｎｍの波長域のＥＵＶ光源５から生じる放射線は、最初にコリメータ７に集束する。所望の使用波長λ_Ｔを、光学格子８の形態の下流のモノクロメータを用いて取り出すことができる。場合によっては、両矢印で示すように、入射角範囲を途中で変えることができる。ＥＵＶ波長域では、コリメータ７及びモノクロメータ８は、通常は反射光学素子として形成される。

波長及び空間分布に関してビーム整形系２で操作された使用波長λ_ＴのＥＵＶ放射線は、第１及び第２反射光学素子Ｍ１、Ｍ２を有する照明系３に導入される。２つの反射光学素子Ｍ１、Ｍ２は、さらに別の反射光学素子としてのフォトマスクＭへと放射線を誘導し、フォトマスクＭが有する構造が、投影系４によりウェハＷに縮小して結像される。この目的で、第３及び第４反射光学素子Ｍ３、Ｍ４が投影系４に設けられる。反射光学素子Ｍ１～Ｍ４はそれぞれが光学面を有し、ＥＵＶリソグラフィ装置１のビーム経路６に配置される。

図１のＥＵＶリソグラフィシステム１のモノクロメータは、光学格子８として具現され、これを図２に基づいて以下でより詳細に説明する。

図２で確認できるように、光学格子８は、図示の例では石英ガラスでできた基板９を有する。基板９は、異なる材料、例えばガラスセラミック又はドープ石英ガラスから形成することもできることが理解される。断面が三角形の段差を有するブレーズ構造１０の形態の周期構造が、基板９の表面９ａに形成され、上記周期構造は、周期長又は格子間隔ｄと、図２に破線を用いて示されている基板９又は光学格子８が延びる水平面に対する段差の傾きであるブレーズ角θ_Ｂとを有する。

下記の一般的な回折格子の方程式は、ブレーズ構造に当てはまる。
ｄ×（ｓｉｎ(α)＋ｓｉｎ（β_ｍ））＝ｍλ_Ｔ
式中、αは入射角を示し、β_ｍは入射放射線１１の出射角を示し、ｍは回折次数を示し、λ_Ｔは使用波長又はブレーズ構造１０が最適化される所定の波長を示す。図２に示す出射角βは、この場合は１次回折の出射角を示す（実際には、β_１、すなわちｍ＝＋１）。より高い回折次数、ｍ＝＋２、ｍ＝＋３等では、図２には示さない対応する出射角β_２、β_３等が大きくなる。

ブレーズ構造１０、すなわち特に格子定数ｄ及びブレーズ角θ_Ｂは、入射放射線１１の強度を正確に１つの回折次数、図示の例では１次の回折次数（ｍ＝＋１）に集中させるように、所定の波長λ_Ｔ及び所定の入射角範囲に関して最適化されるが、回折放射線の波長が所定の波長λ_Ｔの整数分の一である１／ｍにある高次の回折次数（ｍ＝＋２、ｍ＝＋３…）への回折は最小化されるべきである。

しかしながら、光学格子８に入射した放射線１１の回折は、ブレーズ構造１０を用いて全ての高次の回折次数ｍ＝＋２、ｍ＝＋３…に関して完全に抑制できない。したがって、光学格子８で回折又は反射した放射線１１ａには、所定の波長λ_Ｔからずれた不所望の波長成分があり得るので、光学格子８で反射又は回折した放射線１１ａは完全に単色化されていない。

図２に示す例では、コーティング１２が光学格子８の基板９に、より正確にはブレーズ構造１０に施されており、上記コーティングは、全反射層１３及び全反射層１３に施された吸収層１４からなり、以下でより詳細に説明するように、両方の層が１次の回折次数（ｍ＝＋１）よりも高い回折次数への光学格子８での入射放射線１１の回折を抑制するよう働く。全反射層１３及び吸収層１４の材料のタイプは、光学格子８が最適化される所定の波長λ_Ｔに応じて変わる。

上にも記載したように、所定の波長λ_Ｔに相当するＥＵＶリソグラフィ装置１の使用波長λ_Ｔは図示の例では１３．５ｎｍである。図３ａ、ｂ及び図４ａ、４ｂに基づいて以下で説明するように、この所定の波長λ_Ｔに関して、より正確には、約１３ｎｍ～１６ｎｍの動作波長域Δλ_１にある所定の波長λ_Ｔに関して、ＺｒＮを全反射層１３の材料として用いることができる。

図３ａは、約２ｎｍ～約１８ｎｍの波長域の波長λの関数としてのＺｒＮの臨界角α_Ｔを示す。図３ａで確認できるように、臨界角α_Ｔは、短波長の方が大きく、動作波長域Δλ_１の臨界角α_Ｔは、入射放射線１１の入射角αよりも小さいので、ＺｒＮは、１次回折又は動作波長域Δλ_１にある所定の波長λ_Ｔに関して全反射層１３として働く。６．５ｎｍ～８ｎｍの波長域Δλ_２に対応する２次回折を抑制するために、２次回折の全反射が全反射層１３で起こらないように臨界角α_Ｔは入射角αよりも大きくあるべきである。図３ａで確認できるように、この条件は、最小入射角約７２°～最大入射角約８０°の動作入射角範囲Δαで満たされる。結果として、ＺｒＮでできた全反射層１３は、動作入射角範囲Δαの最小入射角α_ＭＩＮ～最大入射角α_ＭＡＸにある入射角αを有し且つ動作波長域Δλ_１にある所定の波長λ_Ｔを有する入射放射線１１に関して、入射放射線１１の２次の回折次数への回折を抑制する。

図３ｂは、ｎｍでの吸収長Ｌ、すなわちＺｒＮ材料に侵入する放射線の強度が１／ｅ、すなわちＺｒＮ材料の表面における強度の約６３％に低下した長さを示す。図３ｂで確認できるように、所定の波長λ_Ｔ又は約１３ｎｍ～約１６ｎｍの動作波長域Δλ_１全体に関する吸収長は、５０ｎｍを超える、すなわち全反射層１３の吸収が比較的低い。したがって、図４ａ、ｂに示す、ここで関連する２ｎｍ～１８ｎｍの波長に関する波長λの関数としての反射率Ｒは、動作入射角範囲からの３つの入射角α_１＝７６°、α_２＝７４°、α_３＝７８°に関して得られる。特に図４ｂから分かるように、全反射層１３の反射率Ｒは、１３ｎｍ～１６ｎｍの動作波長域の、特に１３．５ｎｍの波長の場合、約７８°の第３入射角α_３で約５０％を超え、約７０％をも超える。

動作波長域が１３ｎｍ～１６ｎｍにあるここに記載する例では、吸収層１４はＳｉＣから形成される。図３ａ、ｂと同様にＳｉＣの臨界角α_Ｔ及び吸収長Ｌを示す図５ａ、ｂに基づいて以下で説明するように、この材料でできた吸収層１４も同様に、ｍ＝＋２、ｍ＝＋３といった高次回折を抑制することを可能にする。図５ａから確認できるように、臨界角α_Ｔは、約１３ｎｍの所定の波長又はλ_Ｔ＝１３．５ｎｍでは約８０°を超え、したがって、約７２°～約７８°の光学格子８の動作入射角範囲Δαの入射角αよりも大きい。これは、所定の波長λ_Ｔの半分である約６．５ｎｍ又は６．７５ｎｍにも当てはまる。すなわち、吸収層１４は、１次回折及び２次回折の両方の場合に入射放射線１１を全反射させない。

図５ｂで確認できるように、吸収長Ｌは、約１３ｎｍ～約１６ｎｍの動作波長域Δλ_１では長いが（約２４０ｎｍ～約２７０ｎｍの吸収長）、動作波長域Δλ_２の半波長である約６．５ｎｍ～約８ｎｍの波長域Δλ_２では、約１／４になる（約４０ｎｍ～約６０ｎｍの吸収長）。結果として、２次の回折次数に回折した入射放射線１１に関する吸収層１４の吸収は、１次の回折次数に回折した入射放射線の約４倍である。

図６に基づいて確認できるように、吸収層１４があるにも関わらず、光学格子８の反射率Ｒ又はその回折効率は大幅に低下せず、図６は、厚さｄ_１が約３０ｎｍのルテニウムでできた全反射層１３上の厚さｄ_２（図２参照）が約７．５ｎｍのＳｉＣでできた吸収層の反射率Ｒを示し、ルテニウムは、約１３ｎｍ～約１６ｎｍの動作波長域に関する全反射層１３に対する上記要件を同様に満たすものである。

図６から確認できるように、２次回折の、すなわち６．５ｎｍ～８ｎｍの波長域に関する反射率Ｒは、反射率Ｒが約６０％を超える１３ｍ～１６ｎｍの動作波長域に対して約１／６０に減衰される。

図７ａ、ｂは、厚さｄ_１が約１００ｎｍのＺｒＮでできた全反射層１３と、その上に施された厚さｄ_２が約３．０ｎｍのＳｉＣでできた吸収層１４とからなるコーティング１２を有する、光学格子８の反射率Ｒを示す。図６との比較から分かるように、図７ａ、ｂのコーティング１２を有する光学格子８は、さらに良い性能を有し、すなわち、約６．５ｎｍ～約８ｎｍの波長における２次回折をより強力に抑制し、且つ約１３ｎｍ～約１６ｎｍの動作波長域でより高い反射率Ｒを有し、これは第３角度α_３では約７５％を超える。

図８ａは、厚さｄ_２が７ｎｍのＳｉＣでできた吸収層１４がない場合の反射率に対する、このような吸収層１４を有する光学格子８の反射率の減衰Ｄ、すなわち比を示す。図８ａで確認できるように、吸収層１４がもたらす減衰Ｄは、約６．５ｎｍ～約８ｎｍの第２波長域Δλ_２で１５倍～４５倍であり、すなわち、２次回折の抑制は、この場合に選択された７７．５°の入射角αでは吸収層１４により大幅に向上する。これに対して、第２波長域Δλ_２における減衰Ｄは大幅に低く、図８ｂに示す厚さ約３０ｎｍのＳｉＣの形態の透過フィルタの場合の２．０倍にさえ達しない。したがって、吸収層１４は、透過波長フィルタと比較した場合に２次の回折次数への回折の抑制に実質的により効果的である。

ＳｉＣでできた吸収層１４は、光学格子８への入射面Ｘ，Ｙに対して垂直な第１偏光状態（ｓ偏光）を有する入射放射線１１を、第１偏光状態に対して垂直な第２偏光状態（ｐ偏光）を有する入射放射線１１よりも所定の回折次数ｍ＝＋１で強く回折させるようにも具現される。

１３．５ｎｍの所定の波長λ_Ｔの場合の７６°の第２入射角α_２に関して計算した以下の表１から分かるように、吸収層１４の偏光作用は、その厚さｄ_２により変更することができる。

結果として、光学格子８の偏光作用は、吸収層１４の厚さｄ_２を２ｎｍ～６ｎｍで変えると約０．８％変更することができる。１次回折又は２次回折の吸収に対する影響が全くないか又はごく僅かしかない偏光層を、上記作用をもたらすために吸収層１４の代わりに用いることができることが理解される。場合によっては、コーティング１２は、このような偏光層を１つだけ有するか又はこのような偏光層からなることができる。ＳｉＣの代わりに、吸収層１４は、別のケイ素含有材料、例えばＳｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２から形成されてもよい。

図５ａ、ｂと同様に、図９ａ、ｂは、それぞれ２ｎｍ～１０ｎｍ及び２ｎｍ～１８ｎｍの波長λの関数としてのＭｏの臨界角α_Ｔ及び吸収長Ｌを示す。図９ａから確認できるように、約６．５ｎｍの所定の波長λ_Ｔの場合の臨界角α_Ｔは、８０°を超え、したがって光学格子８に入射する放射線１１の入射角よりも大きく、当該入射角も同様に、通常は約７０°～８０°、特に約７４°～約７８°の動作入射角範囲Δαにある。図９ｂで確認できるように、約６ｎｍ～約８ｎｍの動作波長域における吸収長Ｌは、３ｎｍ～４ｎｍの２次回折の波長の４．５倍である。

上にも記載した光学格子８及びコーティング１２の例は、１３ｎｍ～１６ｎｍの、例えば約１３．５ｎｍの動作波長域に関してそれぞれ最適化されるが、図１０ａ、ｂは、約６ｎｍ～約８ｎｍの動作波長域Δλ_１に関して最適化されたコーティング１２の例を示す。コーティング１２は、Ｃｄでできた全反射層１３と、層厚ｄ_２＝１．５ｎｍのＭｏでできた吸収層１４とを有する。図１０ａ、ｂは、波長λの関数としての、８０°～９０°の動作入射角範囲からの３つの入射角α_１＝８２°、α_２＝８０、α_３＝８４°に関するコーティング１２の反射率Ｒを示す。特に図１０ｂから確認できるように、反射率Ｒは、動作波長域Δλ_１に関して第１入射角α_１の場合及び第３入射角α_３の場合の両方で約５０％を超え、２次回折の波長域、すなわち３ｎｍ～４ｎｍでは大幅に低下する。

図１０ａ、ｂと同様に、図１１ａ、ｂは、約６ｎｍ～約８ｎｍの動作波長域Δλ_１に最適化されたコーティング１２の例を示す。コーティング１２は、厚さｄ_１＝１００ｎｍのＳｎでできた全反射層１３と、厚さｄ_２＝２．０ｎｍのＭｏでできた吸収層１４とを有する。図１０ａ、ｂと図１１ａ、ｂとの比較に基づいて確認できるように、図１１ａ、ｂに関して説明したコーティング１２に関する反射率Ｒ、したがって２次回折の抑制は、図１０ａ、ｂに関して説明したコーティング１２のものと同様である。すなわち、両方のコーティング１２で、２次回折が大幅に抑制されると同時に、１次回折の場合の反射率Ｒが高い。

吸収層１４の厚さｄ_２及びその材料は、所定の１次回折ｍ＝＋１で所定の波長λ_Ｌを有する入射放射線１１で強め合う干渉が起こり、少なくとも２次回折ｍ＝＋２で弱め合う干渉、すなわち最小反射率が起こるように選択することができ、その結果として２次回折を同様に効果的に抑制できる。

図１２は、厚さｄ_２が９ｎｍの場合（破線）及び厚さｄ_２が１３ｎｍの場合（実線）の、ＳｉＣでできた吸収層１４の反射率Ｒを示す。吸収層１４の厚さｄ_２が９ｎｍの場合、反射率Ｒの最小は約８ｎｍの波長λにあるが、厚さｄ_２が１３ｎｍの場合、反射率Ｒの最小は約１１ｎｍの波長にある。結果として、吸収層１４の厚さｄ_２の適切な選択により、２次回折を最大限に抑制すべき波長λに反射率Ｒの最小の位置をシフトさせることができる。場合によっては、上にも記載した全反射層１３及び吸収層１４に関する要件を満たさない適切な材料及び厚さを有する１つ又は場合によっては２つ以上の層により、この効果を達成できる。

上でも指定した材料の１つでできた全反射層１３の代わりに、全反射層１３は、腕にも記載した要件を満たす化合物、例えば合金、炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、又はケイ化物で形成することもできる。同じことが吸収層１４にも当てはまり、これはＳｉ又はＣの炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物から、例えばＭｏＳｉ_２から同様に形成され得る。

上記例の主題は、ＥＵＶ波長域の放射線に関する光学格子８に関するものだが、光学格子８は、したがってコーティング１２の材料も、他の波長域の所定の波長λ_Ｔに、例えばｘ線領域の短波長又は最大約２５０ｎｍのＶＵＶ波長域の長波長に最適化することができる。ＥＵＶ波長域よりも長い波長を有する波長域では、透過動作の光学格子８を反射動作の光学格子８の代わりに用いることもできる。

Claims (18)

1. 表面（９ａ）に周期構造（１０）が形成された基板（９）を備え、前記構造は、所定の波長（λ_Ｔ）を有する入射放射線（１１）を所定の回折次数（ｍ＝＋１）に回折させるよう具現される光学格子（８）であって、
   前記周期構造（１０）に施されたコーティング（１２）であり、前記所定の回折次数（ｍ＝＋１）よりも高い少なくとも１つの高次の回折次数（ｍ＝＋２、…）への前記入射放射線（１１）の回折を抑制するよう具現された少なくとも１つの層（１３、１４）を有するコーティング（１２）
   を特徴とする光学格子において、
   前記所定の波長（λ _Ｔ ）は、１３ｎｍ～１６ｎｍ又は６ｎｍ～８ｎｍの動作波長域にあり、
   前記コーティング（１２）の少なくとも１つの層が、波長の関数である臨界角（α_Ｔ）を有する全反射層（１３）として具現され、前記臨界角（α _Ｔ ）は、前記動作波長域において前記入射放射線（１１）の入射角（α）よりも小さく、且つ前記動作波長域の１／ｍ（ｍ＝＋２、…）の波長域において前記入射放射線（１１）の前記入射角（α）よりも大きい光学格子。
2. 請求項１に記載の光学格子において、前記全反射層（１３）は、前記所定の波長（λ_Ｔ）で１０ｎｍを超える吸収長（Ｌ）を有する材料から形成される光学格子。
3. 請求項１又は２に記載の光学格子において、前記全反射層（１３）は、Ｚｒ、Ｐｄ、Ｃ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｃｄ、それらの合金、炭化物、窒化物、ホウ化物、及びケイ化物を含む群から選択される材料から形成される光学格子。
4. 請求項１又は２に記載の光学格子において、前記全反射層（１３）は、Ｚｒの酸化物、Ｐｄの酸化物、Ｒｕの酸化物、Ｍｏの酸化物、及びＮｂの酸化物を含む群から選択される材料から形成される光学格子。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の光学格子において、前記コーティング（１２）の少なくとも１つの層が、前記所定の回折次数（ｍ＝＋１）に関して少なくとも１つの高次の回折次数（ｍ＝＋２）よりも大きい吸収長（Ｌ）を有する吸収層（１４）として具現される光学格子。
6. 請求項５に記載の光学格子において、前記吸収層（１４）は、前記動作波長域において前記入射放射線（１１）の入射角(α)よりも大きい臨界角（α_Ｔ）を有する光学格子。
7. 請求項５又は６に記載の光学格子において、前記吸収層（１４）の材料は、Ｓｉ、Ｍｏ、それらの炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、及びＭｏＳｉ_２を含む群から選択される光学格子。
8. 請求項５～７のいずれか１項に記載の光学格子において、前記吸収層（１４）は、前記全反射層（１３）に積層される光学格子。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の光学格子において、前記コーティング（１２）は、前記光学格子（８）に対する入射面（Ｘ，Ｙ）に対して垂直な第１偏光状態（ｓ）を有する入射放射線（１１）を前記第１偏光状態に対して垂直な第２偏光状態（ｐ）を有する入射放射線（１１）よりも所定の回折次数（ｍ＝＋１）で強く回折させるよう具現された少なくとも１つの層（１４）を有する光学格子。
10. 請求項１～９のいずれか１項に記載の光学格子において、前記コーティング（１２）は、前記所定の回折次数（ｍ＝＋１）で前記所定の波長(λ_Ｌ)を有する前記入射放射線（１１）で強め合う干渉が起こり、少なくとも１つの高次の回折次数（ｍ＝＋２）で弱め合う干渉が起こるように厚さ（ｄ_２）及び材料が選択された、少なくとも１つの層（１４）を有する光学格子。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載の光学格子において、前記所定の波長（λ_Ｔ）は、１３ｎｍ～１６ｎｍの波長域にある光学格子。
12. 請求項１１に記載の光学格子において、前記コーティング（１２）は、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｍｏ、それらの合金、炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、ケイ化物、又はＣでできた全反射層（１３）と、該全反射層（１３）に積層されたＳｉ、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２でできた吸収層（１４）とを有する光学格子。
13. 請求項１～１０のいずれか１項に記載の光学格子において、前記所定の波長（λ_Ｔ）は、６ｎｍ～８ｎｍの波長域にある光学格子。
14. 請求項１３に記載の光学格子において、前記コーティング（１２）は、Ｃｄ又はＳｎでできた全反射層（１３）とＭｏでできた吸収層（１４）とを有する光学格子。
15. 請求項１～１４のいずれか１項に記載の光学格子において、前記周期構造はブレーズ構造（１０）を含む光学格子。
16. 請求項１～１５のいずれか１項に記載の光学格子において、前記所定の回折次数（＋１）で前記所定の波長（λ_Ｔ）を有する入射放射線に関して５０％を超える反射率（Ｒ）を有する光学格子。
17. 光学装置であって、
    放射線（１１）を発生させる光源（５）と、
    所定の波長（λ_Ｔ）を有する前記光源（５）の放射線（１１）を所定の回折次数（＋１）に回折させる、請求項１～１６のいずれか１項に記載の少なくとも１つの光学格子（８）と
    を備えた光学装置。
18. 請求項１７に記載の光学装置において、前記入射放射線（１１）は、７０°～９０°の入射角範囲（Δα）の少なくとも１つの入射角（α）で前記光学格子（８）に入射する光学装置。

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