JPH10160915A

JPH10160915A - エキシマレーザー用ミラー

Info

Publication number: JPH10160915A
Application number: JP8321421A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shirai; 健白井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 1998-06-19
Anticipated expiration: 2016-12-02
Also published as: JP3799696B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】 λ=160〜300nmの任意の波長域において広帯
域で高反射率を示し、かつ広い入射角度に対して高反射
率を示す、密着性、耐レーザー性の良好なエキシマレー
ザー用ミラーを提供する。【解決手段】少なくとも、基板上に、金属膜、高屈折
率層及び低屈折率層からなる交互層を順次積層してな
り、前記交互層の膜構成が基板側からＨ₁（Ｌ₁H₁）^a1／
Ｌ₁ ³／Ｈ₂（Ｌ₂H₂）^a2／…／Ｌ_a-1 ³／Ｈ_n（Ｌ_nH_n）^anで
あり、かつ光学的膜厚の関係が、Ｘ₁＞Ｘ₂＞・・・＞Ｘ
_n、Ｙ₁＞Ｙ₂＞・・・＞Ｙ_nー1であることを特徴とする。
但し、Ｈ₁、Ｈ₂・・・Ｈ_nは各高屈折率層群、Ｌ₁、Ｌ₂
・・・Ｌ_nは各低屈折率層群、Ｌ₁’Ｌ₂’・・・Ｌ_n-1’
は各接合層、ａ１、ａ２、・・・ａｎは交互層の繰り返
し係数、Ｘ₁、Ｘ₂・・・Ｘ_nは群内の各層の光学的膜
厚、Ｙ₁、Ｙ₂・・・Ｙ_nー1は各接合層の光学的膜厚。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紫外領域において
広帯域、高反射率であって、角度依存性の少ない反射率
特性を示すエキシマレーザー用ミラーに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のエキシマレーザー用ミラーとして
は、以下の構造のものが知られている。第１の例とし
て、図７に示すような構造のものが知られている。これ
は合成石英ガラス等の基板11上に、金属Al膜13を成膜
し、その上に金属Al膜の酸化等の劣化を防ぐ保護膜とし
て誘電体膜15をコートした構造となっている。図８にこ
の反射膜の分光反射特性を示し、図９に波長λ=193.4nm
のレーザー光に対する入射角度特性を示す。この金属ミ
ラーは、λ=193.4nmでは入射角がθ=0〜40°程度まで一
様な反射率を示すが、最大でも90%程度の反射率でしか
ない。また、金属Al膜はエキシマレーザー光を吸収しや
すいため、耐エキシマレーザー性が低いという問題があ
った。

【０００３】第２の例として、図１０に示すような構造
のものが知られている。これは、ガラス等の基板11上に
光学的膜厚がそれぞれλ/4（λ：設計中心波長）の高屈
折率誘電体と低屈折率誘電体の交互層を40〜50層程度積
層させた構造14となっている。このエキシマレーザー
用の誘電体多層ミラーは、設計中心波長を変化させるこ
とによって、λ=160〜300nmの範囲で95%以上の反射帯域
を任意に設定できる。図１１はこのエキシマレーザー用
ミラーの分光反射特性を示し、図１２は波長λ=193.4nm
のレーザー光に対する入射角度特性を示す。このエキシ
マレーザー用ミラーは95%以上の高反射を示すが、その
高反射帯波長域が約20nmと狭く、レーザー波長λ=193.4
nmにおける角度特性も、入射角度がθ=20°より大きく
なると反射率が大きく低下してしまうという問題があっ
た。このためこのミラーは広い波長帯域や入射角度幅で
の使用には適さないものであった。

【０００４】そこで、高反射帯域および入射角度幅を広
げるために考えられた、第３の例として、図１３に示す
ような構造のものが知られている。これは、ガラス等の
基板11上に中心波長の異なる２種の上記誘電体多層ミラ
ー14、14'を順次積層させた構造となっている。図１４
はこのエキシマレーザー用ミラーの分光反射特性を示
し、図１５は波長λ=193.4nmのレーザー光に対する入射
角度特性を示す。このエキシマレーザー用ミラーは185n
m〜220nmの波長範囲で95％以上の反射特性を示し、レー
ザー波長λ=193.4nmにおいても入射角度が約40°まで高
反射の特性を示す。しかし層数が80〜100層と多いため
に、吸収・散乱が大きくなるという問題や膜応力が増大
し、膜にクラックが入りやすいという問題があった。こ
れらの吸収・散乱や膜応力の増大は耐レーザー性を低下
させることも予想されている。さらに、層数が多いため
に製造コストが高いという問題もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の技
術においては、λ=160〜300nmの任意の波長域において
広帯域高反射率であり、かつ広い入射角度に対して高反
射率を示し、密着性、耐レーザー性の良好なエキシマレ
ーザー用ミラーを製造するのは困難であった。

【０００６】本発明はこのような従来の問題点に対して
なされたもので、λ=160〜300nmの任意の波長域におい
て広帯域で高反射率であり、かつ広い入射角度に対して
高反射率を示し、密着性、耐レーザー性の良好なエキシ
マレーザー用ミラーを提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、第一に「少な
くとも、基板上に、金属膜、高屈折率層及び低屈折率層
からなる交互層を順次積層してなるエキシマレーザー用
ミラーであって、前記交互層の膜構成が基板側から

【０００８】

【数２】

【０００９】であり、かつ光学的膜厚の関係がＸ₁＞Ｘ₂＞・・・＞Ｘ_n Ｙ₁＞Ｙ₂＞・・・＞Ｙ_nー1 であることを特徴とするエキシマレーザー用ミラー。但
し、Ｈ₁、Ｈ₂・・・Ｈ_nは第１群、第２群・・・第ｎ群
の高屈折率層、Ｌ₁、Ｌ₂・・・Ｌ_nは第１群、第２群・
・・第ｎ群の低屈折率層、Ｌ₁’Ｌ₂’・・・Ｌ_n-1’は
第１、第２・・・第ｎ−１の接合層（低屈折率層）、ａ
１、ａ２、・・・ａｎは交互層の繰り返し係数、Ｘ₁、
Ｘ₂・・・Ｘ_nは第１群、第２群・・・第ｎ群内の各層の
光学的膜厚（同一群内の各層の光学的膜厚は同一であ
る）Ｙ₁、Ｙ₂・・・Ｙ_n-1は第１接合層、第２接合層・
・・第ｎ−１接合層の光学的膜厚（請求項１）」を提供
する。

【００１０】第１群〜第ｎ群の各群の総称を薄膜群とい
う。基板から離れるにしたがって、各群内の各層の光学
的膜厚が減少する（同一群内では同一）。同様に、基板
から離れるにしたがって、各接合層の光学的膜厚が減少
する。これにより、基板に近い薄膜群ほど反射領域のよ
り長波長の光を反射し、入射媒質に近い薄膜群ほどより
短波長の光を反射する。

【００１１】また、本発明は第二に「前記高屈折率層の
材料が、フッ化ネオジウム（ＮｄＦ ₃）,フッ化ランタン
（ＬａＦ₃）,フッ化ガドリニウム（ＧｄＦ₃）,フッ化デ
ィスプロシウム（ＤｙＦ₃）,酸化アルミニウム（Ａｌ₂
Ｏ₃）,フッ化鉛（ＰｂＦ₂）およびこれらの混合物質又
は化合物の群より選ばれた１つ以上の成分であり、前記
低屈折率層の材料が、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）,
フッ化アルミニウム（ＡｌＦ₃）,フッ化ナトリウム（Ｎ
ａＦ）,フッ化リチウム（ＬｉＦ）,フッ化カルシウム
（ＣａＦ₂）,フッ化バリウム（ＢａＦ₂）,フッ化ストロ
ンチウム（ＳｒＦ₂）,クリオライト（Ｎａ₃ＡｌＦ₆）,
チオライト（Ｎａ₅Ａｌ₃Ｆ₁₄）およびこれらの混合物質
又は化合物の群より選ばれた１つ以上の成分であること
を特徴とする請求項１記載のエキシマレーザー用ミラー
（請求項２）」を提供する。

【００１２】また、本発明は第三に「さらに前記基板と
前記金属膜の間に中間層を挿入してなることを特徴とす
る請求項１又は２記載のエキシマレーザー用ミラー（請
求項３）」を提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施形態とし
てのエキシマレーザー用ミラーを図面を参照しながら説
明する。図１は本発明にかかる第１の実施形態のエキシ
マレーザー用ミラーの概略断面図である。

【００１４】本発明にかかる第１の実施形態のエキシマ
レーザー用ミラーは、基板11上に、金属Al膜13、高屈折
率層および低屈折率層の交互層を以下の構成にて順次積
層させた構成である。

【００１５】

【数３】

【００１６】であり、光学的膜厚の関係がＸ₁＞Ｘ₂ で
ある。但し、Ｈ₁、Ｈ₂は第１群16、第２群18の高屈折率
層、Ｌ₁、Ｌ₂は第１群16、第２群18の低屈折率層、
Ｌ₁’は第１接合層17（低屈折率層）、ａ１、ａ２は交
互層の繰り返し係数、Ｘ₁、Ｘ₂は第１群16、第２群18内
の各層の光学的膜厚（同一群内の各層の光学的膜厚は同
一である）。

【００１７】薄膜群16、18中の高屈折率層であるＨ₁及
びＨ₂は同じ材料を用いても良いし、異なる材料を用い
ても良い。また、薄膜群16、18中の低屈折率層であるＬ
₁及びＬ₂についても同様である。さらに、接合層17であ
るＬ₁’、薄膜群中16、18の低屈折率層であるＬ₁及びＬ
₂は同じ低屈折率材料を用いても良いし、異なる材料を
用いても良い。

【００１８】図４は、本発明にかかる第２の実施形態の
エキシマレーザー用ミラーの概略断面図である。本発明
にかかる第２の実施形態のエキシマレーザー用ミラー
は、基板11上に、金属Al膜13、高屈折率層および低屈折
率層の交互層を以下の構成にて順次積層させた構成であ
る。

【００１９】

【数４】

【００２０】であり、光学的膜厚の関係がＸ₁＞Ｘ₂＞Ｘ₃ Ｙ₁＞Ｙ₂ 但し、Ｈ₁、Ｈ₂、Ｈ₃は第１群16、第２群18、第３群20
の高屈折率層、Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃は第１群16、第２群18、
第３群20の低屈折率層、Ｌ₁’Ｌ₂’は第１接合層17（低
屈折率層）、第２接合層19（低屈折率層）、ａ１、ａ
２、ａ３は交互層の繰り返し係数、Ｘ₁、Ｘ₂、Ｘ₃は第
１群16、第２群18、第３群20内の各層の光学的膜厚（同
一群内の各層の光学的膜厚は同一である）、Ｙ₁、Ｙ₂は
第１接合層17、第２接合層19の光学的膜厚。

【００２１】薄膜群16、18、20中の高屈折率層であるＨ
₁、Ｈ₂及びＨ₃は同じ材料を用いても良いし、異なる材
料を用いても良い。また、薄膜群16、18、20中の低屈折
率層であるＬ₁、Ｌ₂及びＬ₃についても同様である。さ
らに、接合層17、19であるＬ₁’、Ｌ₂’、薄膜群16、1
8、20中の低屈折率層であるＬ₁、Ｌ₂及びＬ₃は同じ低屈
折率材料を用いても良いし、異なる材料を用いても良
い。

【００２２】基板11としては、合成石英ガラスなどの各
種ガラスや結晶材料である蛍石、フッ化マグネシウム等
を使用することができる。金属膜13はＡｌが用いられ、
膜厚は１０００Å以上あれば問題ない。高屈折率層の材
料としては、フッ化ネオジウム（ＮｄＦ₃）,フッ化ラン
タン（ＬａＦ₃）,フッ化ガドリニウム（ＧｄＦ₃）,フッ
化ディスプロシウム（ＤｙＦ₃）,酸化アルミニウム（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）,フッ化鉛（ＰｂＦ₂）およびこれらの混合物質
又は化合物等の群より選ばれた１つ以上の成分が挙げら
れ、低屈折率層の材料としては、フッ化マグネシウム
（ＭｇＦ₂）,フッ化アルミニウム（ＡｌＦ₃）,フッ化ナ
トリウム（ＮａＦ）,フッ化リチウム（ＬｉＦ）,フッ化
カルシウム（ＣａＦ₂）,フッ化バリウム（ＢａＦ₂）,フ
ッ化ストロンチウム（ＳｒＦ₂）,クリオライト（Ｎａ₃
ＡｌＦ₆）,チオライト（Ｎａ₅Ａｌ₃Ｆ₁₄）およびこれら
の混合物質又は化合物等の群より選ばれた１つ以上の成
分が挙げられる。

【００２３】基板11と金属膜13の密着性を向上させるた
めに基板11と金属膜13との間に中間層を設けても良い。
中間層の材料として、クロム（Ｃｒ）等の金属膜、一酸
化シリコン（ＳｉＯ）等の誘電体膜が使用することがで
きる。本発明にかかるエキシマレーザー用ミラーは、金
属膜上に誘電体多層膜が形成されているので、金属膜に
到達するエキシマレーザーの光量は、誘電体多層膜の反
射等により低減され、それに伴って金属膜のダメージが
低減される。また、一般的に、誘電体多層膜は、金属膜
に比べ耐レーザー性が優れているので、これらのことよ
り本発明にかかるエキシマレーザー用ミラーは、従来の
金属反射ミラーよりも優れた耐レーザー性が期待でき
る。さらに、光学特性を大きく損なわない膜厚であり、
かつ耐レーザー性に優れた材料のλ／２の低屈折率層を
最上層に成膜する事により耐レーザー性の向上を図るこ
とが出来る。

【００２４】

【実施例】

［実施例１］図１には、実施例１のエキシマレーザー用
ミラーが示されている。精密に研磨された合成石英ガラ
ス(Quartz)基板11上に、金属Ａｌ膜13、高屈折率層とし
てフッ化ランタン(LaF₃)、低屈折率層としてフッ化マグ
ネシウム(MgF₂)を順次積層し、以下の膜構成にて成膜し
た。

【００２５】 Quartz ／Al（1000Å）／LaF₃（0.29λ）［MgF₂（0.29λ）／LaF₃（0.29λ）］⁴ ／MgF₂（0.27λ）／LaF₃（0.22λ）［MgF₂（0.22λ）／LaF₃（0.22λ）］⁴ ／Air これらの膜は真空蒸着法、スパッタリング法などの従来
技術により形成される。

【００２６】図２は、実施例１のエキシマレーザー用ミ
ラーにおけるθ=0°の分光反射特性である。この分光反
射特性からλ=190〜220nmの約30nmの反射帯域におい
て、95％以上の反射率を有することがわかる。図３は、
実施例１のエキシマレーザー用ミラーの波長λ=193.4nm
のレーザー光に対する入射角度特性を示す。これから入
射角度がθ=0〜50°の範囲では、反射率のＳ偏光および
Ｐ偏光成分のいずれも95％以上維持できていることがわ
かる。このような入射角度特性を示すため、本発明のエ
キシマレーザー用ミラーを光線入射角がθ=0〜50°の反
射光学系に使用した場合、光量の損失が少なく、入射角
による光量ムラが小さくなることが期待できるため、例
えばエキシマレーザーを光源に用いた半導体製造装置
（ステッパー）の光学素子に適用すれば、優れた露光精
度で効率よく処理することが期待できる。［実施例２］実施例２のエキシマレーザー用ミラーは、
図４に示す膜構成の基板11と金属膜13との間に中間層を
挿入した構成である。

【００２７】精密に研磨された蛍石（CaF₂）基板11上
に、金属Ａｌ膜13、高屈折率層としてフッ化ネオジウム
（NdF₃）、低屈折率層としてクリオライト（Na₃AlF₆）
を順次積層し、以下の膜構成にて成膜した。ここでCaF₂
基板と金属Al膜とは密着力が弱いので、中間層（M）と
してＣｒを挿入して密着性向上を図っている。

【００２８】 CaF₂ ／Cr ／Al（1000Å）／NdF₃（0.33λ）［Na₃AlF₆（0.33λ）／NdF₃（0.33λ）］² ／Na₃AlF₆（0.24λ）／NdF₃（0.30λ）［Na₃AlF₆（0.30λ）／NdF₃（0.30λ）］² ／Na₃AlF₆（0.18λ）／NdF₃（0.22λ）［Na₃AlF₆（0.22λ）／NdF₃（0.22λ）］² ／Air これらの膜は真空蒸着法、スパッタリング法などの従来
技術により形成される。

【００２９】図５は、実施例２のエキシマレーザー用ミ
ラーにおける入射角θ=45°の分光反射特性である。こ
の分光反射特性からＰ偏光成分に関しては約25nmの幅
（λ＝188nm〜213nm）で、Ｓ偏光成分に関しては約40nm
の幅（λ＝180nm〜220nm）で95％以上の反射率を有し、
λ＝185nm〜215nmの約30nmの反射帯域において、95％以
上の反射率を有することがわかる。図６は、実施例２の
エキシマレーザー用ミラーの波長λ=193.4nmのレーザー
光に対する入射角度特性を示す。これから入射角度がθ
=30〜60°の範囲では、反射率のＳ偏光およびＰ偏光成
分のいずれも95％以上維持できていることがわかる。こ
のような入射角度特性を示すため、本発明のエキシマレ
ーザー用ミラーを光線入射角がθ=30〜60°であるよう
な光線を折り曲げて使用する反射光学系に使用した場
合、光量の損失が少なく、入射角による光量ムラが小さ
くなることが期待できるため、実施例１同様にエキシマ
レーザーを光源に用いた半導体製造装置（ステッパー）
の光学素子に適用すれば、優れた露光精度で効率よく処
理することが期待できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のエキシマレ
ーザー用ミラーは、λ=185〜220nmの任意の約30nmの反
射帯域において、95％以上の反射率を有し、λ=193.4nm
において、広い入射角度に対して、Ｓ偏光およびＰ偏光
成分いずれも95％以上の反射率を維持することができ
る。

【００３１】また、基板と金属Al膜の間に誘電体膜又は
金属膜を形成することにより、基板と金属Al膜との密着
性を高め、膜の剥離を起きにくくすることができる。本
発明のエキシマレーザー用ミラーを紫外光およびエキシ
マーレーザーを使用して作動する装置の光学素子として
使用すれば、さらなる高性能化が期待できる。また、基
板が凹面鏡などのような曲率を持ったものでも同様の効
果が得られるため、従来レンズのみ使用されてきた光学
系に応用すれば、高性能化およびレンズ枚数の減少とい
う効果も期待できる。特に、本発明のエキシマレーザー
用ミラーを使用することによって結像された像は、反射
光の偏光成分の差による結像ムラを小さく抑えることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる第１の実施の形態及び実施例１
のエキシマレーザー用ミラーの概略断面図である。

【図２】本発明にかかる実施例１のエキシマレーザー用
ミラーの反射特性図である。

【図３】本発明にかかる実施例１のエキシマレーザー用
ミラーのλ=193.4nmでの入射角度特性図である。

【図４】本発明にかかる第２の実施の形態のエキシマレ
ーザー用ミラーの概略断面図である。

【図５】本発明にかかる実施例２のエキシマレーザー用
ミラーの反射特性図である。

【図６】本発明にかかる実施例２のエキシマレーザー用
ミラーのλ=193.4nmでの入射角度特性図である。

【図７】従来の第１の例としてのミラーの概略断面図で
ある。

【図８】従来の第１の例としてのミラーの反射特性図で
ある。

【図９】従来の第１の例としてのミラーのλ=193.4nmで
の入射角度特性図である。

【図１０】従来の第２の例としてのエキシマレーザー用
ミラーの概略断面図である。

【図１１】従来の第２の例としてのエキシマレーザー用
ミラーの反射特性図である。

【図１２】従来の第２の例としてのエキシマレーザー用
ミラーのλ=193.4nmでの入射角度特性図である。

【図１３】従来の第３の例としてのエキシマレーザー用
ミラーの概略断面図である。

【図１４】従来の第３の例としてのエキシマレーザー用
ミラーの反射特性図である。

【図１５】従来の第３の例としてのエキシマレーザー用
ミラーのλ=193.4nmでの入射角度特性図である。

【符号の説明】

11…基板 13…金属Al膜 14、14'…誘電体多層膜 15…保護誘電体膜 16・・・第１群 17・・・第１接合層 18・・・第２群 19・・・第２接合層 20・・・第３群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、基板上に、金属膜、高屈折
率層及び低屈折率層からなる交互層を順次積層してなる
エキシマレーザー用ミラーであって、前記交互層の膜構
成が基板側から【数１】であり、かつ光学的膜厚の関係がＸ₁＞Ｘ₂＞・・・＞Ｘ_n Ｙ₁＞Ｙ₂＞・・・＞Ｙ_nー1 であることを特徴とするエキシマレーザー用ミラー。但
し、Ｈ₁、Ｈ₂・・・Ｈ_nは第１群、第２群・・・第ｎ群
の高屈折率層、Ｌ₁、Ｌ₂・・・Ｌ_nは第１群、第２群・
・・第ｎ群の低屈折率層、Ｌ₁’Ｌ₂’・・・Ｌ_n-1’は
第１、第２・・・第ｎ−１の接合層（低屈折率層）、ａ
１、ａ２、・・・ａｎは交互層の繰り返し係数、Ｘ₁、
Ｘ₂・・・Ｘ_nは第１群、第２群・・・第ｎ群内の各層の
光学的膜厚（同一群内の各層の光学的膜厚は同一であ
る）Ｙ₁、Ｙ₂・・・Ｙ_nー1は第１接合層、第２接合層・
・・第ｎ−１接合層の光学的膜厚
【請求項２】前記高屈折率層の材料が、フッ化ネオジ
ウム（ＮｄＦ₃）,フッ化ランタン（ＬａＦ₃）,フッ化ガ
ドリニウム（ＧｄＦ₃）,フッ化ディスプロシウム（Ｄｙ
Ｆ₃）,酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）,フッ化鉛（Ｐｂ
Ｆ₂）およびこれらの混合物質又は化合物の群より選ば
れた１つ以上の成分であり、前記低屈折率層の材料が、
フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）,フッ化アルミニウム
（ＡｌＦ₃）,フッ化ナトリウム（ＮａＦ）,フッ化リチ
ウム（ＬｉＦ）,フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）,フッ化
バリウム（ＢａＦ₂）,フッ化ストロンチウム（Ｓｒ
Ｆ₂）,クリオライト（Ｎａ₃ＡｌＦ₆）,チオライト（Ｎ
ａ₅Ａｌ₃Ｆ₁₄）およびこれらの混合物質又は化合物の群
より選ばれた１つ以上の成分であることを特徴とする請
求項１記載のエキシマレーザー用ミラー。
【請求項３】さらに前記基板と前記金属膜の間に中間
層を挿入してなることを特徴とする請求項１又は２記載
のエキシマレーザー用ミラー。