JPH11101903A - エキシマレーザ用高反射鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高屈折率誘電体層の負の不均質を低減し、高
屈折率誘電体層と低屈折率誘電体層との屈折率差を確保
することで、高反射帯域がより広く、最大反射率のより
高い高反射鏡を得る。 【解決手段】 基板１１上に高屈折率物質と低屈折率物
質とを交互に蒸着させることにより、高屈折率誘電体層
１２と低屈折率誘電体層１３とを交互に積層して多層の
反射膜を形成し、この多層の反射膜によってエキシマレ
ーザを反射させるように構成されている。そして、高屈
折率誘電体層１２を構成する高屈折率物質を蒸着させる
ときには、イオンビームアシスト蒸着法を用いて行う。

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
発振するエキシマレーザを反射させる高反射鏡に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属アルミニウムを蒸着させるこ
とによって反射鏡を作製した場合には、その反射率は最
大でも９０％程度であるため、紫外領域において発振す
るエキシマレーザーを反射する反射鏡（いわゆる「高反
射鏡」）として用いることはできなかった。

【０００３】そこで、高反射鏡としては、光の干渉を利
用した反射鏡である誘電体積層タイプの反射鏡が多く用
いられている。誘電体積層タイプの反射鏡の高反射帯域
は、膜を構成している高屈折率誘電体層（以下「高屈折
率層」と称する）の屈折率の平均値（ｎＨ）と低屈折率
誘電体層（以下「低屈折率層」と称する）の屈折率の平
均値（ｎＬ）との差Δ（Δ＝ｎＨ−ｎＬ）が大きいほど
広くなる。また、Δが大きい場合には積層数が同じ時の
最大反射率も高くなることが知られている。

【０００４】従来の高反射鏡の一つの例として、図４に
示すような構造のものが知られている。この反射鏡は蛍
石等の基板１１上に、高屈折率層１４と低屈折率層１３
の交互層を４０〜５０層程度積層させた構造となってい
る。また、この反射鏡においてはエキシマレーザの入射
角θが４５°で用いられるため、光学膜厚はθ＝４５°
にて高反射になるように設定されている。

【０００５】このような反射鏡は一般的に、通常の真空
蒸着装置にて基板１１上に成膜することで作製される。
ここで、上記のように一般的な真空蒸着にて成膜した反
射鏡のθ＝４５°における分光反射特性を図５に示すと
ともに、波長λ＝１９３ｎｍにおける角度特性を図６に
示す。

【０００６】一般的な真空蒸着により酸化アルミニウム
（Ａｌ₂Ｏ₃）やフッ化アルミニウム（ＡｌＦ₃）等の蒸
着材料を成膜して反射鏡を作製した場合、膜の屈折率
（ｎ）は膜厚方向に対して（膜厚が厚くなるにつれて）
減少する。このことを通常負の不均質と呼ぶが、前記の
蒸着材料（膜材料）においては、フッ化アルミニウム等
の低屈折率材料と比較して、酸化アルミニウム等の高屈
折率材料の方が屈折率の減少が大きい傾向にあることが
知られている。

【０００７】通常の真空蒸着では高屈折率層１４のより
大きな負の不均質があることによって、負の不均質の少
ない反射鏡に比べ、高反射帯域も狭く、最大反射率も低
い反射鏡になる傾向がある。この高反射帯域の狭さは高
反射な角度幅の狭さにつながる。この影響は特にＰ偏光
成分（Ｒｐ）に顕著に表れる。従来例としての反射鏡で
は、図５および図６に示すように、高反射帯域（Ｒｐに
おける反射率が９０％以上の範囲）が約４ｎｍであり、
θ＝４７°において最大反射率がＲｐで９１％であっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の反
射鏡においては、高屈折率層のより大きな負の不均質の
ために、負の不均質の少ない反射鏡に比べ、高反射帯域
も狭く、最大反射率も低くなる傾向があるという問題が
あった。

【０００９】そこで、Δを大きくするために、高屈折率
層の負の不均質を低減させることが考えられる。高屈折
率層の負の不均質を低減させる方法としては、真空中も
しくは何らかの雰囲気中で徐冷を行うという手法（アニ
ール）があるが、この方法では同時に低屈折率層の負の
不均質も低減させることになる。低屈折率層の負の不均
質も低減されると、高屈折率層と低屈折率層の屈折率差
が小さくなるために、反射鏡の高反射帯域を狭くし、最
大反射率を低下させる恐れがあるという問題が生じる。

【００１０】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、高屈折率誘電体層の負の不均質を低減さ
せ、高屈折率誘電体層と低屈折率誘電体層との屈折率差
を確保することで、高反射帯域がより広く、最大反射率
のより高い高反射鏡を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明に係るエキシマレーザ用高反射鏡
は、基板上に高屈折率物質と低屈折率物質とを交互に蒸
着させることにより、高屈折率誘電体層と低屈折率誘電
体層とを交互に積層して多層の反射膜を形成し、この多
層の反射膜によってエキシマレーザを反射させるように
構成している。そして、高屈折率誘電体層を構成する高
屈折率物質を蒸着させるときには、イオンビームアシス
ト蒸着法を用いて行う。

【００１２】このように、イオンビームアシスト法によ
って高屈折率物質を蒸着させると、高屈折率誘電体層が
緻密化するために負の不均質が、従来の真空蒸着法で蒸
着した場合に比べて低減する。また、低屈折率誘電体層
は、低屈折率物質を単に蒸着させることによって形成し
ているため負の不均質が従来と同じ様に生じる。従っ
て、高屈折率誘電体層と低屈折率誘電体層との屈折率差
が大きくなるため、高反射帯域が広くなるとともに最大
反射率も高くすることができる。

【００１３】なお、本発明に係るエキシマレーザ用高反
射鏡においては、高屈折率誘電体層を形成する高屈折率
物質として、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
（Ａｌ₂Ｏ₃），フッ化鉛（ＰｂＦ₂）およびこれらの混
合物または化合物の群より選ばれた１つ以上の成分を用
いることが好ましい。

【００１４】また、低屈折率誘電体層を形成する低屈折
率物質として、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（Ｎａ
Ｆ），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（Ｎａ₃Ａｌ
Ｆ₆），チオライト（Ｎａ₅Ａｌ₃Ｆ₁₄），酸化シリコン
（ＳｉＯ₂）およびこれらの混合物または化合物の群よ
り選ばれた１つ以上の成分を用いることが好ましい。

【００１５】上記の物質のうちのいずれかの物質を高屈
折率物質や低屈折率物質に用いることにより、高屈折率
誘電体層および低屈折率誘電体層を形成したときの、高
屈折率誘電体層と低屈折率誘電体層との屈折率差をより
大きくすることができる。

【００１６】さらに、本発明に係るエキシマレーザ用高
反射鏡においては、イオン源として、アルゴン（Ａ
ｒ），キセノン（Ｘｅ），酸素（Ｏ₂），窒素（Ｎ₂）も
しくはこれらの混合ガスを用いてイオンビームアシスト
蒸着法により高屈折率物質の蒸着を行うことが好まし
い。これらのガスのうち、いずれかのガスをイオン源と
して用いることにより、高屈折率物質をより緻密に蒸着
させることができる。

【００１７】さらに、本発明に係るエキシマレーザ用高
反射鏡においては、反射膜を形成するための基板とし
て、合成石英ガラス等の一般的なガラス、蛍石等の結晶
性材料、金属、セラミックス等を用いることが好まし
く、これらの材質を基板として用いることにより、エキ
シマレーザの反射に適した反射鏡を得ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る好ましい実施
形態としてのエキシマレーザ用高反射鏡を図面を参照し
ながら説明する。図１には、実施形態の一例としてのエ
キシマレーザ用高反射鏡が示されている。このエキシマ
レーザ用高反射鏡は、基板１１上に、高屈折率層１２と
低屈折率層１３とからなる交互層を複数積層させること
により形成された多層の反射膜を有して構成されてい
る。

【００１９】基板１１としては、合成石英ガラスやその
他一般的なガラス、蛍石などの結晶性材料、金属、セラ
ミックス等が用いられる。基板１１への高屈折率層１２
および低屈折率層１３の積層は、高屈折率物質および低
屈折率物質を真空蒸着させることによってなされる。

【００２０】高屈折率層１２に使用される高屈折率物質
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
（Ａｌ₂Ｏ₃），フッ化鉛（ＰｂＦ₂）およびこれらの混
合物または化合物の群より選ばれた１つ以上の成分が用
いられる。

【００２１】なお、高屈折率層１２においては、イオン
ビームアシスト法（ＩＡＤ法）によっ高屈折率物質の蒸
着を行うこととしている。ＩＡＤ法は公知の技術である
ため、ここでの詳細な説明は省略するが、蒸着時に蒸着
源とは別個に設けられたイオンビーム発生源からイオン
ビームを基板１１に放射することにより、蒸着物質を緻
密化させて高屈折率層１２における負の不均質を低減さ
せるものである。ここで、エキシマレーザ用高反射鏡の
作製時にＩＡＤ法において使用されるイオン源として
は、アルゴン（Ａｒ），キセノン（Ｘｅ），酸素
（Ｏ₂），窒素（Ｎ₂）もしくはこれらの混合ガス等が適
している。

【００２２】低屈折率層１３に使用される低屈折率物質
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（Ｎａ
Ｆ），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（Ｎａ₃Ａｌ
Ｆ₆），チオライト（Ｎａ₅Ａｌ₃Ｆ₁₄），酸化シリコン
（ＳｉＯ₂）およびこれらの混合物または化合物の群よ
り選ばれた１つ以上の成分が用いられる。

【００２３】本発明に係る好ましいエキシマレーザ用高
反射鏡としては、基板１１として精密に研磨された合成
石英ガラス(Quartz)を使用し、高屈折率物質としてフッ
化ガドリニウム（ＧａＦ₃）、低屈折率物質としてフッ
化マグネシウム（ＭｇＦ₂）を使用するとともに、設計
中心波長λを１９３ｎｍ、光学膜厚はθ＝４５°で高反
射になるように設定してある。

【００２４】そして、基板１１上に、まず、０.２７λ
の厚さでフッ化ガドリニウム（ＧａＦ₃）の高屈折率層
１２を成膜し、その上に０.２８λの厚さでフッ化マグ
ネシウム（ＭｇＦ₂）の低屈折率層１３を成膜する。こ
のような成膜を繰り返すことにより、高屈折率層１２お
よび低屈折率層１３からなる交互層を４０層成膜する。
交互層を４０層成膜した後は、最後に再び０.２７λの
厚さでフッ化ガドリニウム（ＧａＦ₃）の高屈折率層１
２を成膜させる。成膜時には、前記のように高屈折率物
質であるフッ化ガドリニウムの成膜中のみにイオンビー
ムアシストを行い、負の不均質を低減させる。

【００２５】なお、低屈折率層１３であるフッ化マグネ
シウム成膜時にイオンビームアシストを行わないのは、
フッ化マグネシウムの負の不均質が低減された場合、高
屈折率層１２と低屈折率層１３との屈折率差が小さくな
るために、反射鏡の高反射帯域を狭くし、最大反射率を
低下させる恐れがあるためである。

【００２６】また、通常の真空蒸着では膜材料と基板と
の応力による膜剥離等を起こす場合がある。上記実施形
態で使用されている高屈折率物質（フッ化ガドリニウ
ム）の場合、通常の真空蒸着では合成石英ガラスに成膜
しても剥離しやすいという問題があるが、ＩＡＤ法を使
用することで、イオンビーム放射時の条件によって膜の
構造を制御できるので、多様な基板に成膜が可能とな
る。

【００２７】このようにして作製されたエキシマレーザ
用高反射鏡の特性について、図２および図３を参照して
説明する。図２は、本実施形態に係るエキシマレーザ用
高反射鏡におけるθ＝４５°の分光反射特性であり、図
３には、波長λ＝１９３ｎｍのレーザ光に対する入射角
度特性を示している。従って、図２に示す分光反射特性
からＲｐにおける反射率が９０％以上の高反射帯域が約
１０ｎｍであることがわかり、図３に示す入射角度特性
より、θ＝４７°において最大反射率がＲｐで９６％で
あり、入射角度θが４０〜５２°範囲で反射率が９０％
以上であることがわかる。

【００２８】従って、本発明に係るエキシマレーザ用高
反射鏡をエキシマレーザ光学系に使用した場合、高反射
で、且つ使用できる高反射な角度幅がより広くなるため
に、光量の損失が少なくなる。このため、例えばエキシ
マレーザ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、効率よく処理することが期待
できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のエキシマレ
ーザ用高反射鏡は、高屈折率物質の成膜中のみにイオン
ビームアシストを行い、負の不均質を低減することで、
高屈折率層と低屈折率層の屈折率差を大きくすることが
できるため、高反射帯域を広く、且つ、最大反射率も高
くすることができる。

【００３０】また、通常の真空蒸着では膜材料と基板と
の応力による膜剥離等を起こしやすいが、本発明のエキ
シマレーザ用高反射鏡においては、イオンビームの放射
条件を変えることにより基板に直接蒸着される高屈折率
誘電体層の構造を制御できるため、従来、単なる蒸着の
みでは成膜できなかった合成石英ガラスをはじめとして
多様な基板への成膜が可能となる。従って、本発明のエ
キシマレーザ用高反射鏡を紫外領域において発振するエ
キシマーレーザを使用して作動する装置の光学素子とし
て使用すれば、当該装置のさらなる高性能化が期待でき
る。

【００３１】なお、上記のエキシマレーザ用高反射鏡に
おいては、高屈折率物質として、フッ化ガドリニウムや
フッ化ネオジウム等の物質を用いるとともに、低屈折率
物質として、フッ化マグネシウムやフッ化アルミニウム
等の物質を用いることが好ましい。このような物質を用
いることにより、高屈折率誘電体層と低屈折率誘電体層
との屈折率差をより大きくすることができるため、高反
射帯域をより広くすることができるとともに最大反射率
もより高くすることができる。

【００３２】また、イオンビームアシストを行うときの
イオン源としては、アルゴンやキセノン等のガスを用い
ることが好ましく、これらのガスを用いることにより、
高屈折率物質をより緻密に、且つ、膜剥離が少なくなる
等、基板に対してしっかりと蒸着させることができる。

【００３３】さらに、上記のエキシマレーザ用高反射鏡
においては、基板として、合成石英ガラス等の一般的な
ガラス、蛍石等の結晶性材料、金属、セラミックス等を
用いることが好ましく、これらの材質を基板として用い
ることにより、エキシマレーザを反射させる反射鏡とし
て適した反射鏡を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエキシマレーザ用高反射鏡の断面
図である。

【図２】上記のエキシマレーザ用高反射鏡のθ＝４５°
における分光反射特性図であり、ＲｐはＰ偏光成分を示
し、ＲｓはＳ偏光成分を示し、Ｒａは両者の平均値を示
している。

【図３】上記のエキシマレーザ用高反射鏡のλ＝１９３
ｎｍでの入射角度特性図であり、ＲｐはＰ偏光成分を示
し、ＲｓはＳ偏光成分を示し、Ｒａは両者の平均値を示
している。

【図４】従来の反射鏡の一例を示す断面図である。

【図５】上記の反射鏡のθ＝４５°における分光反射特
性図であり、ＲｐはＰ偏光成分を示し、ＲｓはＳ偏光成
分を示し、Ｒａは両者の平均値を示している。

【図６】上記の反射鏡のλ＝１９３ｎｍでの入射角度特
性図であり、ＲｐはＰ偏光成分を示し、ＲｓはＳ偏光成
分を示し、Ｒａは両者の平均値を示している。

【符号の説明】

１１ 基板 １２ 高屈折率層（イオンビームアシスト蒸着） １３ 低屈折率層 １４ 高屈折率層（通常真空蒸着）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に高屈折率物質と低屈折率物質と
   を交互に蒸着させることにより、高屈折率誘電体層と低
   屈折率誘電体層とを交互に積層して多層の反射膜を形成
   し、この多層の反射膜によってエキシマレーザを反射さ
   せる反射鏡において、 前記高屈折率物質がイオンビームアシスト蒸着法を用い
   て蒸着されていることを特徴とするエキシマレーザ用高
   反射鏡。
2. 【請求項２】 前記高屈折率物質が、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（Ｐ
   ｂＦ₂）およびこれらの混合物または化合物の群より選
   ばれた１つ以上の成分であり、 前記低屈折率物質が、フッ化マグネシウム（Ｍｇ
   Ｆ₂），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），酸化シリ
   コン（ＳｉＯ₂）およびこれらの混合物または化合物の
   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用高反射鏡。
3. 【請求項３】 前記イオンビームアシスト蒸着法におい
   て使用されるイオン源が、アルゴン（Ａｒ），キセノン
   （Ｘｅ），酸素（Ｏ₂），窒素（Ｎ₂）もしくはこれらの
   混合ガスであることを特徴とする請求項１記載のエキシ
   マレーザ用高反射鏡。
4. 【請求項４】 前記基板が、合成石英ガラス等の一般的
   なガラス、蛍石等の結晶性材料、金属もしくはセラミッ
   クスであることを特徴とする請求項１記載のエキシマレ
   ーザ用高反射鏡。