JPH11160513A - レプリカ回折格子の保護被膜 - Google Patents

レプリカ回折格子の保護被膜

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JPH11160513A
JPH11160513A JP10274675A JP27467598A JPH11160513A JP H11160513 A JPH11160513 A JP H11160513A JP 10274675 A JP10274675 A JP 10274675A JP 27467598 A JP27467598 A JP 27467598A JP H11160513 A JPH11160513 A JP H11160513A
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aluminum
layer
protective
grating
protective coating
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Richard G Morton
ジー モートン リチャード
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Cymer Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回折格子の寿命を延ばす。 【解決手段】 マスター格子またはサブマスター格子の
複製により、薄いアルミニウム反射格子面をもつレプリ
カ格子が製造される。薄いアルミニウム反射面は、クラ
ックが入るか、アルミニウムの酸化物および水酸化物を
含有する比較的厚い結晶粒界を有することがある。格子
に、真空チャンバ内で、薄くて純粋で濃いアルミニウム
保護被膜を再コーティングし、次に、同じく真空内で、
アルミニウム保護被膜にＭｇＦ2 の薄い膜をコーティン
グする。この格子は、特に、約１９３nmの波長の紫外線
レーザビームを発生するＡｒＦレーザの波長選択に使用
するのに適している。酸素のないアルミニウム保護被膜
は、紫外線が、格子物質の化学反応を刺激することによ
り損傷を引き起こすことを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回折格子に関し、特
に、回折格子の寿命を延ばすのに使用される技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】回折格子は、１つの特定の波長のところ
に中心をもつ光の狭い波長範囲のみをレーザの共振空胴
（共振キャビティ）内に反射するために、しばしばレー
ザに使用される。この波長の光エネルギは共振空胴内で
共振しかつ共振空胴の他端の部分反射性ミラーを通って
放射される。本願に援用する米国特許第5,080,465 号、
米国特許第5,436,764 号および米国特許第5,493,393 号
には、このような回折格子および該回折格子を製造する
種々の方法が開示されている。一般に、マスター回折格
子が最初に製造される。このマスター格子は、次に、多
くのレプリカ格子の形成に使用される。これらのレプリ
カ格子は、次に、他のレプリカ格子の形成のためのマス
ター格子として使用できる。
【０００３】上記米国特許第5,080,465 号に開示されて
いるように、マスター格子は、ガラスのような基板上に
アルミニウムを蒸着することにより形成される。次に、
ダイヤモンド工具が、干渉計による制御の下で使用さ
れ、非常に細かい間隔の溝をアルミニウム層に線引きす
る。溝の分離は、格子により反射させるべき光の波長、
および反射に要する波長範囲の狭さに関連する。１つの
実施の形態では、ダイヤモンド工具が、２５．４ミリメ
ートル（１インチ）当たり数万本程度の溝を線引きす
る。回折格子の面積は６４．５１６平方センチメートル
（１０平方インチ）であり、厚さは２５．４ミリメート
ル（１インチ）にすることができる。従って、物理的な
線引きによって正確なマスター格子を製造することは、
非常に手間がかかりかつコストが高い方法である。
【０００４】いったん、マスター格子が製造されたなら
ば、「光学技術のソビエトジャーナル（Soviet Journal
of Optical Technology）」（Vol. 40 (3) （1973年３
月））中のトルビン（Torbin）およびウィスキン（Wisk
in）による論文に説明されているような技術を用いて、
格子のレプリカを製造できる。このような一方法では、
銀、金、銅グリセリン（copper glycerine) 、カルナウ
バ蝋、デブチフタレート（debutyphthalate)または低蒸
気圧油等の剥離剤が、マスター格子の表面上にコーティ
ングされる。次に、アルミニウムのような薄い（例えば
１ミクロン）反射層が剥離層上に蒸着される。次に、未
硬化ポリエステルセメント（エポキシ）がアルミニウム
層上に堆積され、更に、ガラスまたは金属の基板がエポ
キシの頂部上に置かれる。セメントの硬化後、ガラス
層、エポキシ層およびアルミニウム層がマスター格子か
ら分離され、これによりマスター格子のレプリカが形成
される。
【０００５】既知の光学的コーティングとしてフッ化マ
グネシウムがある。好ましくない反射を低減させるた
め、８／４の厚さをもつフッ化マグネシウムのコーティ
ングが使用される。また、ＭｇＦ2 コーティングは、約
５００〜６００nmより大きい波長で作動する格子の効率
を向上できることが証明されている（メイストル（Mays
tre ）等の「応用光学（Applied Optics) 」(Vol. 19
(18) 、1980年９月１５日、第3099〜3102頁参照）。レ
プリカ格子の１つの重要な用途は、２４８nm及び１９３
nmの波長の紫外線を発生するライン・ナロー・エキシマ
ーレーザ（line narrow excimer laser ）についてであ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本件出願人は、従来技
術のレプリカ格子は、特に、高エネルギの１９３nmの波
長の強い紫外線の放射を受けると性能が大幅に低下する
ことを見出した。必要とされるものは、強い紫外線の放
射の中で、高い品質の性能を長期間にわたって発揮する
ことができるレプリカ格子である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、保護被膜で保
護されている回折格子を提供する。薄いアルミニウムの
反射格子面をもつレプリカ格子が、マスター格子または
サブマスター格子の複製（replication)により製造され
る。薄いアルミニウム反射面は、クラックが入るか、ア
ルミニウムの酸化物および水酸化物を含有する比較的厚
い結晶粒界を有することがあり、また、一般的に、アル
ミニウム酸化物の膜で自然にコーティングされることも
ある。次に、格子に、真空チャンバ内で、薄くて純粋で
ありかつ濃い（ほとんど光を通さない：dense ）アルミ
ニウム保護被膜を再コーティングし、次に、同じく真空
内で、アルミニウム保護被膜にＭｇＦ2 の薄い膜をコー
ティングする。この格子は、特に、約１９３nmの波長の
紫外線レーザビームを発生するＡｒＦレーザの波長選択
のために使用するのに適している。酸素のないアルミニ
ウム保護被膜は、紫外線が、アルミニウム格子面の下ま
たはアルミニウム酸化物の膜内の格子物質の化学反応を
刺激することにより損傷を引き起こすことを防止する。
ＭｇＦ2 はまた、アルミニウム保護被膜の表面の酸化も
防止する。
【０００８】
【発明の実施の形態】出願人の実験 本件出願人は、複製（レプリケーション）の工程中に蒸
着されるアルミニウムコーティング（厚さは、一般に約
１ミクロン）が、次の、複製工程の分解段階（この段階
では、アルミニウムコーティングに非常に小さな割れ目
（fracture) が発生しかつ結晶粒界中にアルミニウムの
酸化物および水酸化物が発生し易い）中に力を受けるこ
とを見出した。これらの割れ目および結晶粒界により、
格子がエキシマーレーザ中で使用されるとき、少量の紫
外線が漏洩して下にあるエポキシに到達することを可能
にする。エポキシに到達した紫外線により、エポキシの
光分解を引き起こしてガスを発生させ、このガスによ
り、上にあるアルミニウムコーティングに膨れを引き起
こす。この膨れは、格子の反射ファセットからの散乱損
失を大幅に増大させる。また、紫外線により、エポキシ
の大きな収縮を引き起こし、これにより、元の溝形状を
歪め、所望の回折オーダーにおける反射率の損失を引き
起こす。これらの効果は、格子の有効寿命を著しく制限
し、格子を比較的頻繁な間隔で使用する機器を使用不能
にする。
【０００９】本件出願人は、レプリカ格子がマスターか
ら取り外されかつ洗浄された後に、レプリカ格子の表面
上に約１００nmのアルミニウムの別の薄い反射保護被膜
を蒸着することにより、レプリカ格子の元のアルミニウ
ム層のクラックにより引き起こされる問題の一部を解決
することができた。保護被膜の形成は、スパッタリング
または蒸発により真空チャンバ内で行なわれる。この保
護被膜は、特に、約２４８nmの波長で作動するＫｒＦエ
キシマーレーザでの波長選択に使用される場合に、格子
性能を大きく改善できる。しかしながら、本件出願人
は、アルミニウム保護被膜でも、格子が約１９３nmの波
長で作動するＡｒＦエキシマーレーザでの波長選択に使
用される場合には大きな性能低下が生じたことを見出し
た。本件出願人は、この性能低下は、蒸着されたアルミ
ニウム膜中の、または、アルミニウムコーティングが格
子上に蒸着された後にアルミニウム面が空気に露出され
るときにアルミニウム面上に自然に形成される酸化物層
の境界での、酸素との高エネルギのＵＶ光子の相互作用
を含む量子光化学および光物理学的メカニズムによるも
のと考えている。この性能低下は、アルミニウム面のＵ
Ｖ放射が、空気のような酸素を含有する環境内で生じる
場合に顕著である。しかしながら、アルミニウム面上の
空間が、ＵＶ照射時間中に窒素でパージされる場合で
も、Al2O 3 表面膜中または粒界領域中の酸素との反応に
よって性能が低下される。
【００１０】第１の好ましい実施の形態 本発明の第１の好ましい実施の形態を、図１を参照する
ことによって説明する。図１は、従来技術の格子にコー
ティングして、高強度の紫外線環境内での長期間使用に
適した格子を得る方法を示す。本件出願人は、長さが約
２５０mm、厚さが３５mm、幅が３５mmの寸法をもつ従来
技術の格子を用いてコーティング作業を行なった。この
格子の溝は、１mm当たり約84.77 本の溝が含まれて間隔
を隔てている。図２は、格子面の断面図である。格子基
板４０はエポキシ層４２により覆われたガラスであり、
エポキシ層４２は、約１５ミクロンの厚さを有しかつ１
ミクロンのアルミニウム層４４により覆われている。溝
は、11.7966 ミクロンの間隔を隔てておりかつ各溝の深
い方の端部で、三角形の形状であり、約3.5 ミクロンの
深さを有している。溝の3.5 ミクロンの面は、格子の表
面への垂線に対して11.3°の角度をなしている。格子を
レーザの波長選択のためにリトロー（Littrow ）配置で
使用する場合には、格子は入射ビームに対して11.3°の
角度で傾けられ、従って、入射ビームが短い方の面に対
して９０°の角度で入射する。3.5 ミクロンの面は反射
面である。193.38nmの波長で作動するＡｒＦレーザで
は、連続する短い方の面と面との間の距離の２倍が、19
3.38nmのＡｒＦ光の波長の１２２倍に正確に等しい。短
い方の面と面との間の距離の２倍は、また、248.35nmで
のＫｒＦ光の波長の９５倍に正確に等しい。従って、Ｋ
ｒＦレーザまたはＡｒＦレーザのいずれのレーザの波長
選択にも、同じ格子を使用することができる。
【００１１】従来技術のレプリカ格子２が、物理的蒸着
真空チャンバ４内でアルミニウム金属およびフッ化マグ
ネシウムの蒸気源の上方に取り付けられている。アルミ
ニウムはアルミニウムるつぼ６内に入れられ、フッ化マ
グネシウムはフッ化マグネシウムるつぼ８内に入れられ
る。両るつぼ６、８は、アルミニウムの第１のコーティ
ングおよびＭｇＦ2 の第２のコーティングを形成するよ
うに回転される回転支持体１０に取り付けられる。真空
ポンプ１２は、蒸気源と格子との間の距離より数倍長い
平均自由経路を確保するのに充分な１０-6トル以下の真
空圧を与える。これにより、本質的に衝突がない原子・
分子蒸着（atomic and molecular deposition)が得られ
る。また、この圧力では、酸素または水素等のバックグ
ラウンドガスとコーティングすべき表面との衝突速度
が、アルミニウム原子またはフッ化マグネシウム分子の
到達速度よりかなり小さい。これにより、格子面の上に
は、純粋で濃い（dense ）アルミニウムおよびフッ化マ
グネシウムが蒸着される。従って、厚いコーティング物
質内にはいかなる酸素または水素も存在しない。蒸気源
は、電子ビーム源１４からの電子ビーム１６により、在
来の方法で加熱される。電子ビームは、磁気源（図示せ
ず）からの磁界により、るつぼの方向に曲げられる。
【００１２】２次アルミニウムコーティングおよびＭｇ
Ｆ2 保護被膜を形成するために、コーティング原子が垂
線に対して約５０°の角度で格子面に衝突するような角
度で、格子２は真空チャンバ４内に取り付けられる。こ
れは、原子が６６°の角度で短い方の面に衝突し、か
つ、約４５°の角度で長い方の面に衝突することを意味
する。コーティング工程は、約１００nmの濃い（dense
）アルミニウムの厚さに到達するまで続けられる。チ
ャンバ４内の真空を弱めることなく、支持体１０がＭｇ
Ｆ2 源を所定位置で回転させるのに使用されかつ約１０
nmのＭｇＦ2 保護被膜が格子の短い方の面の上のアルミ
ニウムコーティング上に形成される。長い方の面の上の
両コーティングの厚さは、短い方の面の上の対応する厚
さの約７５％である。図３および図４には、二重コーテ
ィングの結果が示されている。
【００１３】試験結果 本件出願人は、本発明に従って保護被膜が形成された格
子について、ＡｒＦレーザでの波長選択モジュールの試
験を行ない、濃くなく、被膜が形成されていない従来技
術の格子と比較した。ＡｒＦレーザの実験からのデータ
を図５に示す。１９３ｎｍで１パルスあたり１０ｍＪで
の約２０００万パルスの後、従来技術の格子は、反射率
が、その最初の値の約７５％に減少した。これに対し、
本発明により保護被膜を付けた格子は、依然として、そ
の最初の値の９５％以上の反射率を与える。
【００１４】濃い非酸化アルミニウム保護被膜の重要性 アルミニウム保護被膜が純粋で濃いアルミニウムコーテ
ィングであることと、このコーティングが酸化されてい
ないこととが重要である。従来技術の格子上にある最初
からクラックがあり、および／または、濃くないコーテ
ィングに、単にＭｇＦ2 コーティングを行なっても、大
きな改善は得られない。実際に、２４８nm環境での本件
出願人による予備実験は、ＭｇＦ2 コーティングをもつ
が１０-5より高い真空圧力でアルミニウム被膜が蒸着さ
れた格子の悪い初期性能および迅速な劣化を示した（図
６参照）。また、前述のように、アルミニウム保護被膜
が十分に酸化する前に、アルミニウム保護被膜上にＭｇ
Ｆ2 コーティングを施すことも重要である。アルミニウ
ム上に酸化物膜がある場合には、ＵＶがＭｇＦ2 層の下
で化学変化を引き起こして格子面を歪ませ、これにより
反射率を低下させる。純粋で濃いアルミニウムコーティ
ングであることの条件は、天文学の仕事におけるように
ＵＶ強度が低い環境内で格子が使用される場合には、通
常、重要ではない。しかしながら、エキシマーレーザが
発生するような非常に高いＵＶレベルでは、純粋で濃い
アルミニウムコーティングは非常に重要である。
【００１５】以上、本発明の特定の実施の形態を図示し
かつ説明したが、当業者ならば、本発明の広い概念から
逸脱することなく種々の変更及び変形を行うことができ
ることは明らかであろう。例えば、当業者は、酸化物が
なく濃いアルミニウム保護被膜を形成するのに、スパッ
タリング以外の方法を使用できることは理解されよう。
アルミニウム保護被膜およびＭｇＦ2 保護コーティング
の厚さは幾分変えることができる。アルミニウムコーテ
ィングの好ましい厚さは約５０〜２００nmであり、Ｍｇ
Ｆ2 保護コーティングの好ましい厚さは約５０nm以下で
ある。しかしながら、これらの範囲外の厚さを特定する
こともできる。良いコーティングが、強い紫外線に露出
される表面に用いられることが最も重要である。図２お
よび図３に示す格子では、強い紫外線に露出される表面
とは、短い方の３．５ミクロンの表面である。上述した
試験結果は、３プリズムビーム拡大器を含む波長選択モ
ジュールと、リトロー（Littrow ）配置で配置された保
護被膜物質付き回折格子と組み合わされたビーム角度調
節用ミラーとを用いて得られた。しかしながら、当業者
ならば、本発明に従って製造された格子の他の多くの用
途が明らかであろう。従って、特許請求の範囲の記載
は、このようなあらゆる変更が本発明の精神および範囲
内に包含されるものと解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】真空蒸着チャンバを示す図面である。
【図２】従来技術のレプリカ格子の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による保護被膜を備えた、
図２に示す断面図と同じような断面図である。
【図４】図３に示す断面図の一部分を非常に大きく拡大
した図である。
【図５】従来技術の格子と本発明の保護被膜を付けた格
子との性能比較を示す試験データのグラフである。
【図６】濃くないアルミニウム、および、次にＭｇＦ2
を保護被膜として付けた従来技術の格子の満足できない
性能を示すグラフである。
【符号の説明】
２ 従来技術によるレプリカ格子 ４ 真空チャンバ ６ アルミニウムるつぼ ８ フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2 ）るつぼ １０ 回転支持体 １２ 真空ポンプ １４ 電子ビーム源 １６ 電子ビーム

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 格子面を形成する回折格子のレプリカを
    コーティングする方法において、 Ａ．前記レプリカを真空チャンバ内に配置しかつチャン
    バ圧力を１０-6トル以下に減圧し、 Ｂ．チャンバ圧力を１０-6トル以下の圧力に維持しなが
    ら、前記格子面上にアルミニウムの保護被膜層を蒸着
    し、 Ｃ．チャンバ圧力を１０-6トル以下の圧力に維持しなが
    ら、前記アルミニウムの保護被膜層上にＭｇＦ2 の保護
    層を蒸着することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 各溝が反射面をもった多数の平行溝を有
    する保護被膜で保護されている回折格子において、 Ａ．剛性基板と、 Ｂ．非常に多くの平行溝を備えたアルミニウム格子層
    と、 Ｃ．該アルミニウム格子層を前記剛性基板に取り付ける
    接着層と、 Ｄ．前記アルミニウム格子層を覆う薄いアルミニウム保
    護被膜層とを有し、該アルミニウム保護被膜層は前記反
    射面上に２００nm以下の厚さを有し、 Ｅ．前記アルミニウム保護被膜層を覆う薄いＭｇＦ2 保
    護層を更に有し、該ＭｇＦ2 保護層は前記反射面上に５
    ０nm以下の厚さを有することを特徴とする回折格子。
  3. 【請求項３】 ＡｒＦレーザ用のライン・ナローイング
    ・モジュール（linenarrowing module ）において、 Ａ．前記ＡｒＦレーザにより発生されたレーザビームを
    拡大するためのプリズムビーム拡大器と、 Ｂ．各溝が反射面をもった多数の平行溝を備え、保護被
    膜で保護されている回折格子とを有し、 前記格子は、 １．剛性基板と、 ２．非常に多くの平行溝を備えたアルミニウム格子層
    と、 ３．該アルミニウム格子層を前記剛性基板に取り付ける
    接着層と、 ４．前記アルミニウム格子層を覆う薄いアルミニウム保
    護被膜層とを有し、該アルミニウム保護被膜層は前記反
    射面上に２００nm以下の厚さを有し、 ５．前記アルミニウム被膜層を覆う薄いＭｇＦ2 保護層
    を更に有し、該ＭｇＦ2 保護層は前記反射面上に５０nm
    以下の厚さを有し、 Ｃ．前記レーザにより増幅するための短い波長を選択す
    るために、前記格子に対する前記レーザビームの方向を
    調節するためのビーム角度調節手段を更に有することを
    特徴とするライン・ナローイング・モジュール。
JP10274675A 1997-09-29 1998-09-29 レプリカ回折格子の保護被膜 Pending JPH11160513A (ja)

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