KR20220111321A

KR20220111321A - 보호 코팅을 갖는 광학 요소, 그러한 광학 요소의 제조 방법 및 광학 배열체

Info

Publication number: KR20220111321A
Application number: KR1020227023202A
Authority: KR
Inventors: 콘슈탄틴 포르히트; 알렉세이 푸코포이
Original assignee: 칼 짜이스 에스엠테 게엠베하
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2020-11-16
Publication date: 2022-08-09
Also published as: JP2023505682A; WO2021115733A1; DE102019219177A1; JP7475450B2; US20220373723A1

Abstract

본 발명은 기판(2), 100 nm와 700 nm 사이, 바람직하게는 100 nm와 300 nm 사이, 더 바람직하게는 100 nm와 200 nm 사이의 제1 파장 범위(△λ₁) 내의 방사선을 반사하기 위해 기판(2)에 적용된 반사 코팅(3), 및 반사 코팅(3)에 적용된 보호 코팅(4)을 포함하는 광학 요소(1)에 관한 것이다. 기판(2)은 제1 파장 범위(△λ₁) 내의 방사선(5)에 대해 투과적인 재료로부터 형성된다. 반사 코팅(3)은 기판의 후방면(2b)에 적용되고, 반사 코팅(3)까지 기판(2)을 통과하는 방사선(5)을 반사시키도록 설계된다. 본 발명은 또한 적어도 하나의 이러한 광학 요소(1)를 갖는 광학 배열체 및 이러한 광학 요소(1)를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

보호 코팅을 갖는 광학 요소, 그러한 광학 요소의 제조 방법 및 광학 배열체

본 출원은 그 전체 내용이 본 출원에 참조로서 포함되어 있는 2019년 12월 9일자 독일 특허 출원 DE 10 2019 219 177.0호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 기판, 100 nm와 700 nm 사이, 바람직하게는 100 nm와 300 nm 사이, 더 바람직하게는 100 nm와 200 nm 사이의 제1 파장 범위(DIN 5031 Part 7에 따른 VUV 파장 범위) 내의 방사선(radiation)의 반사를 위해 기판에 적용된 반사 코팅, 및 특히 산화로부터 반사 코팅의 보호를 위해 반사 코팅에 적용된 보호 코팅을 포함하는 광학 요소에 관한 것이다. 본 발명은 또한 적어도 하나의 이러한 광학 요소를 갖는 광학 배열체 및 이러한 광학 요소를 제조하는 방법에 관한 것이다.

예를 들어, 100 nm의 파장으로부터의 VUV 파장 범위에 적합한 광학 배열체 또는 시스템은 반사 광학 요소(미러)로 주로 구성된다. 이러한 방식으로만 세로 색수차에 의해 결상 품질 면에서 제한되지 않는 광학 시스템을 제조하는 것이 가능하다. 세로 색수차는 굴절 광학부가 빔 경로에 사용될 때 임의의 공지된 광학 재료, 예를 들어 플루오린화마그네슘의 분산에 의해 유발된다. 예를 들어, 웨이퍼의 검사를 위해 사용되는 이러한 광학 시스템의 미러(예를 들어, US 2016/0258878 A1 참조)는 각각의 유효 파장 범위에 적합한 반사 코팅을 구비해야 한다.

본 출원의 맥락에서, 제1 파장 범위 내의 방사선의 반사를 위한 반사 코팅은 제1 파장 범위 내의 적어도 하나의 하위 범위 내의 방사선 또는 전체 제1 파장 범위에 걸친 방사선에 대해 60% 초과의 반사율(reflectance)을 갖는 코팅을 의미하는 것으로 이해된다. 제1 파장 범위는 특히 하나 이상의 비연속적인 하위 범위로 구성될 수 있다. 예를 들어, 유효 방사선(useful radiation)에 추가하여, 약 700 nm의 주변의 파장 범위 내 방사선을 빔 경로 내로 주입하는 것이 또한 가능한데, 이는 반사 코팅에서 반사될 것이다. 추가 방사선은 예를 들어, 추가의 측정 디바이스, 예를 들어 자동초점 디바이스(autofocus device)를 위해 이용될 수 있다. 따라서, 반사 코팅이 전체 제1 파장 범위에 걸쳐 60% 초과의 반사율을 갖는 것이 가능하지만 반드시 그럴 필요는 없다.

100 nm 이상의 VUV 파장 범위에 대한 반사 코팅(반사율 > 60%)은 일반적으로 하나 이상의 플루오린화물 층에 의해 보호되는 알루미늄 층으로 구성된다(예를 들어, US 2017/0031067 A1 또는 문헌 [S. Wilbrandt, O. Stenzel, H. Nakamura, D. Wulff-Molder, A. Duparre, and N. Kaiser, "Protected and enhanced aluminum mirrors for the VUV," Appl. Opt. 53, A125-A130 (2014)] 참조). 이는 특히 예를 들어 약 100 nm와 약 1000 nm 사이의 넓은 파장 범위에 걸쳐 높은 반사력(reflectivity)이 요구될 때 바람직한 해결책이다.

예를 들어 100 nm와 300 nm 사이 또는 100 nm와 200 nm 사이의 VUV 파장 범위에 대해, 반사 코팅을 구현하는 다른 가능성은 어떠한 금속 층도 없는 유전체 재료로 구성된 다층 코팅을 사용하는 것이다. 이 경우에, 방사선이 반사되는 파장 범위는 알루미늄 층의 경우에서보다 훨씬 작다(예를 들어, 문헌 [Luis Rodriguez-de Marcos, Juan I. Larruquert, Jose A. Mendez, and Jose A. Aznarez "Multilayers and optical constants of various fluorides in the far UV", Proc. SPIE 9627, Optical Systems Design 2015: Advances in Optical Thin Films V, 96270B (September 23, 2015)] 참조). 반사 코팅을 구현하는 다른 가능성은 예를 들어, DE 10 2015 218 763 A1에 설명된 바와 같이, 특정 파장 범위에 대한 광학 요소의 반사율을 특히 증가시키기 위해, 유전체 다층 코팅이 적용되어 있는 금속 층, 특히 알루미늄 층으로 구성된다.

US 2017/0031067 A1은 제1 층이 적용된 기판을 갖는 진공 자외선(VUV) 파장 범위에 대한 미러를 개시하고 있는데, 이러한 층은 알루미늄을 가질 수 있다. 플루오린화물의 2개의 추가 층이 알루미늄의 층에 적용된다.

DE 10 2018 211 498 A1은 플루오린화물의 보호 층을 갖는 반사면을 갖는 광학 요소를 개시한다. 광학 요소는 VUV 파장 범위에 대해 설계될 수 있다. 반사면은 기판의 코팅으로서 설계될 수 있고, 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층인 금속 층을 가질 수 있다.

간행물 [Minghong Yang, Alexandre Gatto, and Norbert Kaiser "Highly reflecting aluminum-protected optical coatings for the vacuum-ultraviolet spectral range", Appl. Opt. 45, 178-183 (2006)]은, 금속 층, 특히 알루미늄의 층, 및 플루오린화물 및 산화물의 보호 층을 가지는 VUV 파장 범위에 대한 반사 층을 개시한다. 간행물에 기재된 미러의 반사 코팅은, 보호 층에도 불구하고, 수개월에 걸쳐 일반적인 주위 조건 하에 100 nm 이상의 파장 범위에서 1 W/cm² 초과의 높은 파워를 이용한 조사 하에서 안정하지 않은 것으로 판명되었다. 일반적인 주위 조건은 5 ppm 미만의 산소 및 5 ppm의 물을 갖는 불활성 기체(예를 들어, N₂, Ar)이다. 반사 코팅의 열화는 광학 요소의 반사의 현저한 열화 및 산란광의 증가로 이어진다. 반사 광학 요소의 환경 내의 더 높은 산소 또는 물 함량은 반사 코팅의 수명을 더 단축시킬 것이라는 것은 명백할 것이다.

열화 현상의 분석에서, 특히 알루미늄은 장기간 조사로 산화되는 것이 판명되었다. 또한, 보호 코팅 내의 플루오린화물이 화학적 변화를 겪은 것도 가능하다. 보호 코팅을 통한 산소 및 물의 확산을 충분한 정도로 감소시키기 위해 보호 코팅을 개선하려는 시도는 문제가 되는 것으로 판명되었거나, 보호 코팅의 충분히 높은 두께를 선택하는 것이 필요하였는데, 이는 반사 코팅의 반사율이 명백히 감소되었다.

본 발명의 일 목적은 열화로부터 반사 코팅의 효과적인 보호를 가능하게는, 광학 요소, 그러한 광학 요소를 갖는 광학 배열체, 및 광학 요소를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 기판이 제1 파장 범위 내의 방사선에 대해 투과적(transparent)인 재료로 형성되고, 반사 코팅이 기판의 후방면에 적용되며 반사 코팅까지 기판을 통과한 방사선을 반사시키도록 설계되는, 서두에 특정된 유형의 광학 요소에 의해 달성된다. 따라서, 전방면으로부터 기판을 통과하는 방사선은 먼저 보호 코팅이 아니라 반사 코팅에 부딪힌다.

본 발명에 따르면, 반사 광학 요소가 후방면 미러(만진 미러(Mangin mirror))로서 설계된다는 점에서 보호 코팅의 보호 효과가 향상되는 것이 제안된다. 이러한 미러의 경우에, 보호 코팅은 기판으로부터 원격의 반사 코팅 측면에 적용되어, 보호 코팅이 제1 파장 범위 내의 방사선을 투과시킬 필요가 없다.

일 실시예에서, 보호 코팅은 적어도 50 nm, 바람직하게는 적어도 90 nm, 특히 적어도 120 nm의 두께를 갖는다. 전술된 바와 같이, 본 명세서에 설명된 광학 요소에서, 방사선이 보호 코팅을 통과할 수 있는 것은 불필요하다. 따라서, 보호 코팅은, 보호 효과를 증가시키기 위해, 문헌 [Minghong Yang, Alexandre Gatto, and Norbert Kaiser "Highly reflecting aluminum-protected optical coatings for the vacuum-ultraviolet spectral range", Appl. Opt. 45, 178-183 (2006)]에 설명된 보호 코팅의 경우에서 보다 훨씬 더 큰 두께를 가질 수 있다.

다른 실시예에서, 보호 코팅은 바람직하게는 Al₂O₃, SiO₂, MgO, BeO, La₂O₃ 및 이들의 혼합물 또는 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 산화물 재료(oxidic material)의 적어도 하나의 층을 갖는다. 산화물 재료는 특히 높은 밀도로 적용 또는 증착될 수 있기 때문에 보호 코팅에 유리한 것으로 판명되었다. 특히 산화물 재료의 특히 조밀한 층의 증착(deposition)을 위해서, 원자 층 증착(ALD)이 유리한 것으로 확인되었다; 예를 들어, 문헌 ["Mirror Coatings with Atomic Layer Deposition: Initial Results" by F. Geer et al., Proc. SPIE 8442, Space Telescopes and Instrumentation 2012: Optical, Infrared and Millimeter Wave, 84421J], 문헌 ["Enabling High Performance Mirrors for Astronomy with ALD", ECS Transactions, 50 (13), 141-148 (2012)], 또는 문헌 ["Study of a novel ALD process for depositing MgF₂ thin films", Tero Plivi et al., J. Mater. Chem. 2007, 17, 5077-5083] 참조. 특히, 원자 층 증착에 의해 적용된 산화알루미늄(Al₂O₃)이 보호 코팅을 위한 재료로서 유리한 것으로 판명되었다. 본 출원의 맥락에서, 보호 코팅은 하나의 층 또는 다수의 층을 가질 수 있는 코팅을 의미하는 것으로 이해된다.

다른 실시예에서, 보호 코팅은 제1 파장 범위에 대해 불투과적인 재료의 적어도 하나의 층을 갖는다. 전술된 바와 같이, 보호 코팅의 재료가 제1 파장 범위, 예를 들어, VUV 파장 범위 내의 방사선에 대해 양호한 투과율을 가질 필요가 없다. 따라서, 본 명세서에 설명된 보호 코팅을 위해 사용될 수 있는 재료의 선택 폭이 반사 광학 요소의 전방면에 적용된 보호 코팅의 경우일 때 보다 훨씬 더 크다.

본질적으로 불투과적인 적합 재료는 예를 들어, Y₂O₃, Yb₂O₃, HfO₂, Sc₂O₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅, TiO₂, SnO₂, ZrO₂, ZnO, Al, Cr, Ta, Hf, Ti, Sc, Nb, Zr 및 이들의 혼합물 또는 조합을 포함한다. 또한, 이러한 혼합물 또는 조합은 전술한 산화물 Al₂O₃, SiO₂, MgO, BeO 및 La₂O₃을 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 반사 코팅은 금속 재료, 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적어도 하나의 층으로 이루어진다. 전술되는 바와 같이, 반사 코팅은, 예를 들어 약 100 nm와 약 1000 nm 사이의 큰 파장 범위 내의 방사선을 반사하기 위해, 금속 재료, 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 하나의 층 또는 선택적으로 다수의 층으로부터 형성될 수 있다. 순수하게 금속인 반사 코팅의 경우에, 기판으로부터 원격의 측면에 보호 층을 적용하는 것은 반드시 필요하지 않을 수 있는데, 이는 방사선이 전형적으로 기판으로부터 원격의 반사 코팅 측면 또는 표면에 도달하지 않기 때문이다. 이 경우에, 즉 금속 재료의 표면이 사실상 방사선에 노출되지 않는 경우, 금속 재료의 열화는 대체로 낮다.

대안적인 실시예에서, 반사 코팅은 상이한 굴절률을 가지는 재료들, 특히 유전체 재료들로 구성된 복수의 교호 층을 가지는 다층 코팅을 포함하거나, 그러한 다층 코팅으로 이루어진다. 다층 코팅은 전형적으로, 보강 간섭에 의해 미리 규정된 대체로 비교적 작은 파장 범위에서 높은 반사력을 발생시키는 역할을 하는데, 이는 층 사이 계면에서의 방사선의 반사 시에 발생된다. 이 목적을 위해, 다층 시스템은 전형적으로 제1 파장 범위에서 굴절률의 실수부가 더 높은 재료 및 제1 파장 범위에서 굴절률 실수부가 더 낮은 재료의 교호식으로 적용된 층을 갖는다. 교호 층의 두께는 반사 코팅이 최대 반사력을 가져야 하는 파장 범위에 따라 고정된다. 일반적으로, 그러한 다층 코팅의 경우에, 굴절률의 실수부가 더 낮은 층의 두께와 굴절률의 실수부가 더 큰 층의 두께는 일정하다. 일반적으로, 반사성 다층 코팅은 약 50개 이하 쌍의 교호 층을 갖는다.

다른 실시예에서, 다층 코팅은, 바람직하게 AlF₃, LiF, BaF₂, NaF, MgF₂, CaF₂, LaF₃, GdF₃, HoF₃, YbF₃, YF₃, LuF₃, ErF₃, Na₃AlF₆, Na₅Al₃F₁₄, ZrF₄, HfF₄ 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된, 플루오린화물 재료(fluoridic material)의 적어도 하나의 층을 갖는다. 반사 코팅은 특히 본 명세서에서 설명된 그룹으로부터의 2개의 상이한 재료를 가질 수 있다. 100 nm와 700 nm 사이의 파장 범위, 바람직하게는 100 nm와 300 nm 사이의 파장 범위, 더 바람직하게는 100 nm와 200 nm 사이의 파장 범위에서 높은 반사력을 발생시키기 위해 플루오린화물 재료의 사용이 유리한 것으로 판명되었다.

하나의 개선예에서, 금속 재료의 적어도 하나의 층이 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로부터 형성되는 다층 코팅에 적용된다. 이러한 경우에, 반사 코팅은 유전적으로 향상된 금속 코팅이다. 이 경우, 보호 코팅은 금속 재료의 적어도 하나의 층에 적용된다.

대안적인 개선예에서, 보호 코팅은 특히 상이한 굴절률을 갖는 유전체 재료의 복수의 교호 층을 갖는 다층 코팅의 형태를 취한다. 보호 코팅 자체가 다층 코팅의 형태를 취하는 경우, 이는 반사 코팅에 추가하여 광학 요소의 반사력 증가에 기여할 수 있다. 이는 예를 들어 250 nm 초과의 파장의 경우에, 반사 코팅 자체가 충분히 높은 반사력을 제공하지 않을 수 있는 제1 파장 범위 내의 하위 범위에서 반사율을 증가시키기 위해 유리할 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예에서, 반사 코팅은 일반적으로 플루오린화물 재료로 형성되는 반면에, 보호 코팅은 산화물 재료로 형성된다.

예를 들어, DE 10 2017 202 802 A1에 설명된 렌즈와 같은 만진 미러를 갖는 공지된 광학 시스템의 경우에, 표면 형태의 필수 정밀도를 달성하고 기계적 안정성을 달성하기 위해 각각의 기판이 약 1:15 미만의 전형적인 두께/직경 비율을 가져야 하기 때문에, 기판 내의 방사선 경로는 길다. 기판의 비교적 높은 두께는 기판 내의 흡수를 통한 방사선 손실로 이어진다.

다른 실시예에서, 광학 요소는 일 표면이 형성된 추가 기판을 포함하고, 이 표면은 다이렉트 본드(direct bond) 특히, 직접 접합(direct bonding)에 의해 보호 코팅의 표면에 접합되고, 보호 코팅의 표면에 접합된 표면은 바람직하게는 상기 추가 기판에 적용된 코팅의 상단에 형성된다. 본 출원의 맥락에서 다이렉트 본드는 어떠한 접합 수단 없는, 특히 예를 들어 접착제 형태로 표면 사이에 존재하는 어떠한 중간층이 없는 두 표면 사이의 본드를 의미하는 것으로 이해된다. 특히 세라믹 재료일 수 있는 추가 기판은 캐리어 기판의 역할을 하고, 광학 요소의 기계적 안정성을 증가시킨다.

연결 층의 보조 하에 얇은 유리 시트가 그 위에 적용되는 세라믹 시트를 갖는 미러 광학부가 본 출원에 참조로 포함되는 DE 10 2005 052 240 A1에 설명되어 있다. DE 10 2005 052 240 A1에는 세라믹 시트와 얇은 유리 시트 사이의 본드가 특수 접착제, 융해물(fusion), 갈바닉 본드(galvanic bond) 또는 일부 다른 고려 가능한 형태의 보조 하에 이루어질 수 있다는 것이 개시되어 있다. 본 명세서에 설명된 광학 요소에서, 접합 수단, 예를 들어 접착제가 사용될 때, 장기적인 기계적 안정성이 없어, 표면의 형상이 변경되기 때문에, 추가 기판에 대한 본드는 다이렉트 본드에 의해 이루어진다. 이 문제는 다이렉트 본드의 경우에 회피될 수 있다.

직접 접합을 위해, 더 구체적으로는, 저온 직접 접합을 위해, 보호 코팅이 적어도 바람직하게는 산화물 재료의 표면에 형성될 때 그리고, 추가 기판의 표면이 보호 코팅의 표면을 형성하는 동일한, 바람직하게는 산화물 재료를 가질 때 유리하다는 것으로 판명되었다. 직접 접합을 위해, 서로 접합되는 두 표면이 하나의 동일한 재료로 이루어질 때 대체로 유리하다. 추가 기판의 재료가 보호 코팅의 재료에 상응하지 않는 경우, 추가 기판에 보호 코팅의 재료의 층 또는 코팅을 적용하는 것이 가능하다. 대안적으로, 접착 촉진제 층 또는 추가 기판의 표면과 동일한 재료로 이루어진 층을 보호 코팅에 적용하는 것이 선택적으로 가능하다.

특히 산화물 재료의 경우에, 구체적으로 SiO₂의 경우에 두 표면의 직접 접합이 가능하며: 예를 들어 문헌 ["Novel hydrophilic SiO₂ wafer bonding using combined surface-activated bonding technique" by Ran He et al., Jpn. J. Appl. Phys. 54, 030218 (2015)] 참조. 본 명세서에 설명된 직접 접합 이외의 다른 유형의 직접 접합이 장기적 안정성을 갖는다면, 추가 기판에 대한 접합을 위해 사용될 수도 있다는 것이 명백할 것이다.

다른 실시예에서, 기판은 5 mm 미만, 바람직하게는 1 mm 미만의 두께를 갖는다. 특히 기판이 전술된 추가 기판에 고정되는 경우, 기판은 특히 낮은 두께를 가질 수 있다. 이 경우에, 추가 기판은 캐리어 기판의 역할을 하고, 대체로 기판보다 훨씬 더 큰 두께를 가진다. 기판은 기계적 처리에 의해, 예를 들어 랩핑(lapping) 및 연마(polishing)에 의해 기판 내의 흡수가 더 이상 주목할만한 방사선 손실로 이어지지 않는 상기 특정된 두께에 이르기까지 제거될 수 있다. 캐리어 기판에 대한 접합 후의 기판 재료의 기계적 처리 또는 제거에 대한 대안으로서, 이미 랩핑 또는 연마된 상기 특정된 두께를 가지는 기판을 이용하는 것이 가능하다.

다른 실시예에서, 기판, 추가 기판, 보호 코팅, 반사 코팅 및 바람직하게는 추가 기판의 코팅은 제1 파장 범위와 상이한 제2 파장 범위에 대해 투과적이며, 제2 파장 범위는 바람직하게는 제1 파장 범위보다 큰 파장을 갖고, 더 바람직하게는 200 nm와 2000 nm 사이, 특히 200 nm와 1000 nm 사이이다. (추가의) 제2 파장 범위 내의 방사선은 반사 코팅에 의해 반사되지 않는다.

제2 파장 범위 내의 방사선은 예를 들어 기판의 가열 또는 온도 제어와 같은 추가의 기능을 충족시키기 위해 본 명세서에 설명된 광학 요소 상에 지향되는 방사선일 수 있다. 제2 파장 범위 내의 (추가의) 방사선은 대안적으로 본 명세서에 설명된 디바이스에 의해 또는 광학 요소에 의해 제1 파장 범위 내의 방사선으로부터 분리되는 광학 용도에 부적합한 광일 수 있다.

이 실시예에 따른 광학 요소는, 제2 파장 범위, 예를 들어, 1000 nm 초과의 IR 파장 범위 내의 방사선이 추가 기판의 후방측으로부터 주입되고 보호 코팅 및 반사 코팅을 통해 기판 내로 통과할 수 있기 때문에, 온도의 제어를 가능하게 한다. 기판은 특히 제2 파장 범위 내의 방사선이 기판에 의해 흡수되고 원하는 온도 제어가 가능해지거나 단순화되도록 제2 파장 범위에 대해 0 또는 낮은 투과율만을 가질 수 있다. 광학 요소 또는 기판의 온도의 모니터링을 위해, 온도 센서가 광학 요소 상에 또는 그에 근접하여 장착될 수 있다.

반사 코팅, 보호 층 및 존재하는 경우 추가 기판이 제2 파장 범위 내의 방사선에 대해 투과적인 광학 요소는 광학 요소가 빔 스플리터로서 사용돼야 할 때 또한 유리하다. 이 경우에, 광학 요소는 기판의 전방면 상에 입사되는 방사선을 2개의 파장 범위로 분할하고, 제1 파장 범위 내의 방사선은 반사 코팅에서 반사되고, 제2 파장 범위 내의 방사선은 반사 코팅, 보호 층, 및 존재하는 경우, 추가 기판을 투과한다.

원칙적으로, 기판, 추가 기판, 보호 코팅, 반사 코팅 및/또는 추가 기판 상에 존재하는 임의의 코팅은 제2 파장 범위 내의 추가 방사선에 대해 불투과적이거나 불투명한 것도 가능하다.

다른 실시예에서, 기판의 (선형) 열팽창 계수와 기판에 접합된 추가 기판의 (선형) 열팽창 계수는 5*10^-6 K^-1 이하 만큼 상이하다. 이는 기판 재료의 상이한 팽창에 의한 서로에 고정된 기판의 변형을 감소시킨다. 언급된 기준은 특히 2개의 기판이 동일한 재료로 제조될 때 충족된다. 그러나, 예를 들어 MgF₂(기판) 및 MgO(추가 기판)와 같은 재료 조합도 가능하다.

다른 실시예에서, 기판 및, 존재하는 경우에, 추가 기판은 바람직하게 CaF₂, MgF₂, LiF, LaF₃, BaF₂ 및 SrF₂를 포함하는 그룹으로부터 선택된 플루오린화물 재료로 형성된다. 열거된 재료는 100 nm 초과의 (제1) 파장 범위에 대해 투과적이다. 전술된 바와 같이, 추가 기판의 재료가 제1 파장 범위 내의 방사선에 대해 반드시 투과적일 필요는 없다.

본 발명의 다른 양태는 광학 배열체, 특히 웨이퍼 검사 디바이스에 관한 것으로서, 적어도 100 nm와 450 nm 사이, 바람직하게는 100 nm와 300 nm 사이, 더 바람직하게는 100 nm와 200 nm 사이의 제1 파장 범위 내의 방사선을 발생하기 위한 방사선 소스, 및 전술되는 바와 같은 적어도 하나의 광학 요소를 포함하고, 광학 배열체는 방사선 소스로부터의 방사선을 기판의 전방면 상에 지향시키도록 설계된다. 이러한 배열체에서, 광학 요소는 기판의 전방면 상에 입사되는 제1 파장 범위 내의 방사선이 기판의 후방면에 적용된 반사 코팅에서 반사되는 후방면 미러로서 사용된다.

광학 배열체는 웨이퍼 검사 시스템일 수 있다; 예를 들어 문헌 ["Extending Optical Inspection to the VUV", K. Wells, Int. Conf. of Frontiers of Characterization and Metrology for Nanoelectronics, FCMN, 2017, pp. 92-101] 참조. 또한, 광학 배열체가 마스크의 검사를 위한 검사 디바이스 또는 다른 종류의 광학 배열체, 예를 들어 (VUV) 리소그래피 시스템 등인 것이 대안적으로 가능하다.

일 실시예에서, 방사선 소스 및/또는 추가 방사선 소스는 적어도 제1 파장 범위와 상이한 제2 파장 범위 내의 추가 방사선을 발생시키도록 설계되고, 제2 파장 범위는 바람직하게는 제1 파장 범위보다 더 큰 파장을 갖고, 더 바람직하게는 200 nm와 2000 nm 사이, 특히 200 nm와 1000 nm 사이이고, 광학 배열체는 제2 파장 범위 내의 추가 방사선을 기판의 전방면 상으로 또는 후방면 상으로 지향시키도록 설계된다.

이 실시예는 기판, 반사 코팅 및 보호 코팅이 제1 파장 범위와 상이한 제2 파장 범위에서 투과적이지 않은 광학 요소의 경우에 특히 유리하다. 이 경우에, 추가 방사선이, 예를 들어 IR 파장 범위 내의 가열 방사선의 형태로, 선택적으로는 추가 기판을 통해, 기판의 후방면 상으로 방출되거나 아웃커플링(outcoupling)되는 경우, 제2 파장 범위 내의 가열 방사선은 기판 또는 광학 요소의 온도의 제어를 야기할 수 있다. 제2 파장 범위 내의 방사선이 전방면으로부터 방출되고, 반사 코팅, 보호 코팅 및 기판이 제2 파장 범위 내의 방사선에 대해 투과적인 경우, 광학 요소는 빔 스플리터의 역할을 할 수 있다. 이 경우에, 방사선 소스 또는 선택적으로 다수의 방사선 소스에 의해 발생된 방사선은 광학 요소에서 2개의 파장 범위로 분할될 수 있는데, 그 중 하나는 유효 방사선으로서 반사되고 다른 하나는 예를 들어 빔 트랩 등 내에 포획된다.

또한, 본 발명은 특히 전술된 바와 같은 유형의 반사 광학 요소를 제조하는 방법에 관한 것이며, 기판의 후방면에 반사 코팅을 적용하는 단계로서, 반사 코팅은 100 nm와 700 nm 사이, 바람직하게는 100 nm와 300 nm 사이, 더 바람직하게는 100 nm와 200 nm 사이의 제1 파장 범위 내의 방사선을 반사하고, 바람직하게는 반사 코팅까지 기판을 통과하는, 제1 파장 범위와 상이한 제2 파장 범위 내의 추가 방사선을 투과시키도록 설계되고, 기판은 제1 파장 범위 내의 방사선 및 바람직하게는 제2 파장 범위 내의 추가 방사선에 대해 투과적인 재료로 형성되는, 단계, 및 바람직하게는 적어도 50 nm, 바람직하게는 적어도 90 nm, 특히 적어도 120 nm의 두께를 갖는 보호 코팅을 반사 코팅에 적용하는 단계를 포함한다.

특히, 반사 코팅이 다층 코팅을 갖거나 다층 코팅으로 이루어지는 경우, 광학 요소의 후방면에 적용되고 반사 코팅까지 기판을 통과한 방사선을 반사하는 역할을 하는 반사 코팅은, 기판의 전방면에 적용되고 기판의 전방면 또는 거기에 형성된 반사 코팅에 부딪히는 방사선을 반사하는 역할을 하는 반사 코팅과는 상이하다.

이러한 반사 코팅의 설계는 반사 코팅과 환경 사이의 계면에 형성된 광학 매체에 의존한다. 이 광학 매체의 경우에 후방면에 적용된 반사 코팅은 기판의 재료(굴절률 n > 1.0)인 반면에, 환경 매체의 경우에 전방면에 적용된 반사 코팅은 공기 또는 진공 환경이다(굴절률 n = 1.0).

일 변형예에서, 이 방법은 추가 기판 상에, 바람직하게는 기판에 적용된 코팅 상에 형성된 표면에 보호 코팅의 표면을 직접 접합하는 단계를 포함한다. 전술된 바와 같이, 추가 기판은 특히 광학 요소의 기계적 안정성을 증가시키고 기판의 두께 감소를 가능하게 하는 캐리어 기판일 수 있다.

이 변형예의 개선예에서, 보호 코팅은 적어도 표면에서 바람직하게는 산화물 재료로 형성되고, 추가 기판의 표면은 보호 코팅의 표면 상에 형성된 동일한, 바람직하게는 산화물 재료를 포함한다. 어떠한 접합 수단도 필요로 하지 않는 본드의 형성을 위해 2개의 동일한 재료, 예를 들어 2개의 산화물의 사용이 유리한 것으로 판명되었다. 다이렉트 본드는 예를 들어, 전술된 표면-활성화 직접 접합(surface-activated direct bonding)에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 다이렉트 본드가 형성되는 두 표면이 반드시 동일한 재료로부터 형성될 필요는 없다. 특히, 추가 기판 자체가 산화물 재료일 때, 이는 선택적으로 직접, 즉 보호 코팅의 표면에 산화물 재료의 층을 적용하지 않고 접합될 수 있다.

추가 변형예에서, 이 방법은 기판의 두께를 감소시키기 위해 기판의 전방면으로부터 재료를 제거하는 단계를 포함한다. 이러한 제거는 예를 들어 랩핑 및/또는 연마에 의해 실행될 수 있다. 재료는 기판을 통과하는 방사선의 흡수 손실을 무시할 수 있는 두께에 도달할 때까지 기판으로부터 전형적으로 제거된다. 이는 특히, 기판이 전술된 (캐리어) 기판에 적용될 때 가능하다.

유리한 변형예에서, 보호 코팅은 원자 층 증착에 의해 반사 코팅에 적용된다. 이러한 방법이 특히 조밀한 층의 증착을 가능하게 하기 때문에, 예를 들어 산화물 형태의 보호 코팅을 원자 층 증착에 의해 기판의 후방측 상에 증착하는 것이 유리한 것으로 판명되었다. 원자 층 증착 대신에, 보호 코팅 및 반사 코팅을 종래의 증착 방법에 의해, 예를 들어 물리 기상 증착(PVD) 또는 화학 기상 증착(CVD)에 의해 적용하는 것도 가능하다.

본 발명의 추가 특징 및 장점은 본 발명에 필수적인 세부 사상을 도시한 도면의 그림을 참조하여 후속하는 본 발명의 예시 작동예의 설명으로부터 그리고 특허청구범위로부터 명확해질 것이다. 각각의 특징은 각각 그 자체로 개별적으로 구현될 수 있거나 또는 본 발명의 일 변형예에서 임의의 원하는 조합의 복수체로 실현될 수 있다.

작동예가 개략도로 도시되고, 이하의 상세한 설명에서 설명된다.

도 1a 내지 도 1d는 그 후방측에 보호 코팅 및 반사 코팅을 갖는, VUV 파장 범위 내의 방사선의 반사를 위한 광학 요소의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 보호 코팅이 캐리어 기판에 접합되는, 광학 요소를 제조하는 2 단계의 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 제2 파장 범위 내의 방사선에 대해 투과적인 반사 코팅을 갖는 도 2a 및 도 2b의 광학 요소의 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 파장의 함수로서 도 1b 및 도 1d, 그리고 도 3a 및 도 3b의 광학 요소의 반사율 또는 투과율의 그래프이다.
도 5는 VUV 파장 범위 내의 방사선의 반사를 위한 2개의 광학 요소를 갖는 웨이퍼 검사 장치의 다이어그램이다.

이하의 도면의 설명에서, 동일한 참조 부호는 동일하거나 동일한 기능을 갖는 구성요소에 사용된다.

도 1a 내지 도d는 100 nm와 1000 nm 사이의 넓은 파장 범위 내의 방사선(5)에 대해 투과적인 재료로부터 형성된 기판(2)을 갖는 광학 요소(1)를 도시한다. 기판(2)의 재료는 예를 들어, CaF₂, MgF₂, LiF, LaF₃, BaF₂ 또는 SrF₂일 수 있다. 기판(2)의 후방면(2b)에는 100 nm와 200 nm 사이의 제1 파장 범위(△λ₁) 내의 방사선(5)을 반사하도록 설계된 반사 코팅(3)이 적용되고, 이는 전방면(2a)에서 기판(2)에 진입하고 반사 코팅(3)까지 기판(2)을 통과한다. 반사 코팅(3)은 전형적으로 제1 파장 범위(△λ₁) 내의 방사선(5)에 대해 60% 초과의 반사율을 갖는 소위 고반사 코팅이다.

특히 산화로부터 반사 코팅(3)을 보호하는 보호 코팅(4)이 기판(2)으로부터 원격의 반사 코팅 면 또는 표면 상에서 반사 코팅(3)에 적용된다. 방사선(5)이 기판(2)의 후방면(2b)에 적용된 보호 코팅(4)을 통해 관통할 필요가 없다는 사실로 인해, 보호 코팅(4)은 원칙적으로 높은 두께(d)를 가질 수 있다. 보호 코팅(4)에 덮인 반사 코팅(3)을 위한 충분한 보호 효과를 달성하기 위해, 보호 코팅(4)은 적어도 50 nm, 바람직하게는 적어도 90 nm, 특히, 적어도 120 nm의 두께(d)를 가질 때 유리한 것으로 판명되었다.

도 1a 내지 도 1c에 도시된 예에서, 보호 코팅(4)은 산화물 재료, 구체적으로는 산화알루미늄(Al₂O₃)의 층(4)으로 이루어진다. 대안적으로, 보호 코팅은 다른 산화물 재료, 예를 들어, SiO₂ 또는 MgO의 하나 이상의 층을 가질 수 있다. 보호 코팅(4)은 특히 제1 파장 범위(△λ₁)에 대해, 즉 100 nm와 200 nm 사이의 파장에 대해 불투과적인 재료의 적어도 하나의 층을 가질 수 있다. 제1 파장 범위(△λ₁)에 대해 불투과적인 재료는 두께가 100 nm일 경우 제1 파장 범위(△λ₁) 내의 방사선(5)에 대해 30% 미만의 투과율을 갖는 재료를 의미하는 것으로 이해된다. 따라서, 제1 파장 범위(△λ₁)에 대해 투과적인 재료는 두께가 100 nm일 경우, 제1 파장 범위(△λ₁) 내의 방사선(5)에 대해 60% 초과의 투과율을 갖는 재료를 의미하는 것으로 이해된다.

도 1a에 도시된 광학 요소(1)에서, 반사 코팅(3)은 금속 재료, 더 구체적으로 알루미늄으로 이루어진다. 반사 코팅(3)은 대안적으로 다른 금속 재료, 예를 들어 합금, 예를 들어 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다.

반사 코팅(3)은 금속 재료의 반사 코팅(3)이 아니라 유전체 재료로 형성될 수 있다. 도 1b는 그러한 반사 코팅(3)을 도시하며, 반사 코팅(3)은 상이한 굴절률(n_a, n_b)을 갖는 재료들의 교호 층(6a, 6b)의 복수의 쌍, 예를 들어 약 10개의 쌍을 갖는 다층 코팅을 형성한다. 100 nm와 200 nm 사이의 제1 파장 범위(△λ₁)에서 높은 반사력을 발생시키기 위해, 반사 코팅(3)의 재료가 플루오린화물 재료, 예를 들어 AlF₃, LiF, BaF₂, NaF, MgF₂, CaF₂, LaF₃, GdF₃, HoF₃, YbF₃, YF₃, LuF₃, ErF₃, Na₃AlF₆, Na₅Al₃F₁₄, ZrF₄, HfF₄ 및 이들의 조합일 때 유리한 것으로 판명되었다.

도 1c는 반사 코팅(3)이 유전적으로 향상된 금속 코팅인 광학 요소(1)를 도시한다. 반사 코팅(3)은 예를 들어 알루미늄의 금속 층(3b)이 적용되는 다층 코팅(3a)을 갖는다. 따라서, 도 1c에 도시된 반사 코팅(3)은 도 1a에 도시된 반사 코팅과 도 1b에 도시된 반사 코팅의 조합을 구성한다.

도 1d에 도시된 광학 요소(1)에서, 반사 코팅(3)은 도 1b에서와 같이 다층 코팅의 형태를 취한다. 또한, 보호 코팅(4)은 또한 다층 코팅의 형태를 취하고, 상이한 굴절률(n_a, n_b)을 갖는 복수의 쌍의 층(7a, 7b), 예를 들어 약 10개의 쌍의 층(7a, 7b)을 갖는다. 이 경우에, 보호 층(4)은 제1 파장 범위(△λ₁) 내의 방사선에 대한 광학 요소(1)의 반사율(R)의 증가를 가능하게 한다. 이하의 표에는 도 1b 및 도 1d의 광학 요소의 보호 코팅(4) 및 반사 코팅(3) 층들의 층 두께 및 층 서열을 각각 위한 일 예가 제공된다.

표

상기 표에 기재된 예에서, 반사 코팅(3)은 LiF(180 nm에서 n_a= 1.425) 및 BaF₂(180 nm에서 n_b= 1.583)의 교호 층(6a, 6b)을 가지며, 이들은 각각 32.5 nm와 28 nm 사이 및 29.2 nm 내지 25.1 nm의 두께를 갖는다. 도 1b에 도시된 광학 요소(1)의 예에서, 보호 층 코팅(4)은 120 nm의 두께를 갖는 Al₂O₃의 단일 층을 갖는다. 도 1d에 도시된 예에서, 보호 코팅(4)은 반면에 Al₂O₃(200 nm에서 n_a= 1.84) 및 SiO₂(200 nm에서 n_b= 1.554)의 교호 층(7a, 7b)을 가지며, 이들은 각각 약 26.5 nm 및 약 32.2 nm의 각각의 두께를 갖는다. 도 1d에 도시된 예에서, 반사 코팅(3) 또는 보호 코팅(4)은 (각각의 하위 범위 내에서) 주기적인 다층 코팅(3, 4)이지만, 적절하다면 광학 요소(1)의 반사율(R)을 추가로 증가시키기 위해 비주기적 다층 코팅(3, 4)을 사용하는 것이 또한 가능하다는 것이 명백할 것이다.

도 4a는 복잡한 보호 코팅(4) 없이, 즉 표의 좌측에 특정된 바와 같이 120nm 두께의 Al₂O₃ 층을 갖는 보호 코팅(4)만을 갖는 도 1b의 광학 요소(1)의 반사율(R)을 파장(λ)의 함수로서 점선으로 도시한다. 도 4a는 표의 우측에 특정된 바와 같은 다층 보호 코팅(4)을 갖는 도 1d의 광학 요소(1)의 반사율(R)을 실선으로서 도시한다. 도4a의 표의 좌측 칼럼의 예는 160 nm와 190 nm 사이의 파장 범위에 대해 설계된다. 도4b의 표의 우측 칼럼의 예는 160 nm와 205 nm 사이의 파장 범위에 대해 설계된다. 100 nm와 200 nm 사이의 제1 파장 범위(△λ₁)에 대한 조정이 특정된 재료들로 동일한 방식에서 가능하다.

도 4a에 도시된 바와 같은 도 1b의 광학 요소(1)의 반사율(R)과 도 4b에 도시된 바와 같은 도 1d의 광학 요소(1)의 반사율의 비교로부터 명백한 바와 같이, 도 1d에 도시된 보호 코팅(4)은 제1 파장 범위(△λ₁)의 하위 범위 내에서 광학 요소(1)의 반사율(R)을 증가시킬 수 있다. 이를 달성하기 위해, 보호 코팅(4)의 재료가 산화물 재료, 예를 들어 Al₂O₃, SiO₂, MgO, BeO, HfO₂, Sc₂O₃, Y₂O₃ 또는 Yb₂O₃인 것이 바람직하다.

도 1a 내지 도 d의 광학 요소(1)의 제조를 위해, 반사 코팅(3)이 먼저 PVD 또는 CVD 공정에 의해 기판(2)의 후방면(2b)에 적용된다. 후속 단계에서, 보호 층 코팅(4)이 반사 코팅(3)에 적용된다. 이 경우 보호 효과를 향상시키는 보호 층 코팅(4)의 높은 밀도를 달성할 수 있기 때문에, 보호 층 코팅(4)의 재료가 산화물 재료, 예를 들어, 산화알루미늄인 경우, 보호 층 코팅(4)이 ALD 공정에 의해 적용될 때 유리하다.

도 2a는 보호 코팅(4)의 표면(4a)이 추가 기판(9)(이하, 캐리어 기판(9))에 적용된 추가 층(8)의 표면(8a)에 접합되는 추가 방법 단계를 도시한다. 추가 층(8)의 재료는 보호 층(4)의 재료와 동일한 재료, 즉 Al₂O₃이다. 이는 직접 접합, 즉 임의의 접합 수단, 예를 들어 임의의 접착제 등을 필요로 하지 않는 본드의 형성에 의해 두 표면(4a, 8a)이 서로의 접합하는 것을 촉진한다. 직접 접합은 예를 들어 위에서 인용되어 그 전체가 참조로서 본원에 포함된 문헌 [Novel hydrophilic SiO₂ wafer bonding using combined surface-activated bonding technique" by Ran He et al., Jpn. J. Appl. Phys. 54, 030218 (2015)]에서 설명된 방식으로 달성될 수 있다.

도 2b는 기판(2)의 두께(D)를 감소시키기 위해 기판(2)의 전방면(2a)으로부터 재료가 제거되는 공정 단계 이후의 광학 요소(1)를 도시한다. 예를 들어 D= 5 mm 또는 D= 1 mm 이하의 값으로 기판(2)의 두께(D)를 감소시키면, 방사선(5)이 기판(2)을 통과(2회)하는 경우의 흡수 손실이 무시할만한 값으로 감소될 수 있다. 재료는 래핑(lapping) 및 연마(polishing)에 의해 기판(2)의 전방면(2a)으로부터 제거될 수 있으며, 이때 기판(2)의 전방면(2a)이 요구되는 형상으로 동시에 변환된다. 기판(2)의 재료 제거는 반드시 필요한 것은 아니며, 캐리어 기판(9)에 접합할 때 기판(2)이 요구된 두께(D)를 이미 갖고 있을 수 있다는 것이 명확할 것이다.

원칙적으로, 기판(2)의 두께(D)는 캐리어 기판(9)에 대한 접합에 의해, 캐리어 기판(9)이 없는 광학 요소(1)의 경우보다 더 낮은 두께(D)를 가질 수 있다. 캐리어 기판(9)은 일반적으로, 기판(2)보다 더 큰 두께(D')를 가지며, 이는 예를 들어, 약 10 mm 초과일 수 있다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 예에서, 기판(2)의 재료가, 추가 기판(9)의 열팽창 계수(α₂)와 5*10^-6 K^-1 이하만큼 상이한 열팽창 계수(α₁)를 갖는다. 이러한 방식으로, 기판 재료의 상이한 팽창에 의한 서로 고정된 기판(2, 9)의 변형을 감소시킬 수 있다. 언급된 기준은 특히 2개의 기판(2, 9)이 동일한 재료로부터 제조될 때 충족된다. 그러나, 언급된 기준을 충족시키는 다양한 재료, 예를 들어 MgF₂(기판(2)) 및 MgO(추가 기판(9))의 조합이 또한 가능하다.

도 3a 및 도 3b는 100 nm와 200 nm 사이의 제1 파장 범위(△λ₁) 내의 방사선(5)이 기판(2)의 전방면(2a) 상으로 지향되고, 200 nm와 1000 nm 사이의 제2 파장 범위(△λ₂) 내의 추가 방사선(5a)이 기판(2)의 전방면(2a) 상으로 지향되는, 도 2b의 광학 요소(1)를 도시한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 예에서, 반사 코팅(3)은 제2 파장 범위(△λ₂) 내의 방사선(5)에 대해 투과적이다.

그러한 반사 코팅(3)은, 예를 들어, 도 1b 또는 도 1d와 관련하여 전술된 바와 같을 수 있고, 이는 반사 코팅(3)이 반사 다층 코팅(3)의 형태를 취할 수 있다는 것을 의미한다. 이 경우에, 반사 다층 코팅(3)의 유전체 재료가 제2 파장 범위(△λ₂) 내의 파장에 대해 너무 높은 흡수율을 갖지 않는 것이 필요하다. 도 4b는 파장(λ)의 함수로서 반사 다층 코팅(3)의 투과율(T)을 도시한다. 점선은 여기서 단일 층, 이 경우에 120 nm의 Al₂O₃을 갖는 보호 층(4)을 갖는 광학 요소(1)의 투과율(T)을 도시한다. 따라서, 광학 요소(1)는 도 1b에 그리고 표의 좌측에 도시된 실시예에 상응한다. 실선은 도 1d에 도시된 바와 같은 그리고 표의 우측에 도시된 광학 요소(1)의 스펙트럼 투과율(T)을 도시한다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 예에서, 보호 코팅(4), 캐리어 기판(9) 및 캐리어 기판(9)에 적용된 코팅(8)은 제2 파장 범위(△λ₂) 내의 추가 방사선(5a)을 투과시킨다.

제2 파장 범위(△λ₂) 내의 추가 방사선(5a)에 대한 광학 요소(1)의 투명도는 다양한 방식으로 유리하게 이용될 수 있다. 도 3a에 도시된 예에서, 광학 요소(1)는 기판(2)의 전방면(2a)에 부딪히는 제1 파장 범위(△λ₁) 내의 방사선(5)을 반사하고 마찬가지로 기판(2)의 전방면(2a)에 부딪히는 제2 파장 범위(△λ₂) 내의 추가 방사선(5a)을 투과시키는 빔 분할기 디바이스의 역할을 한다. 광학 요소(1)를 투과한 추가 방사선(5a)은 예를 들어, 빔 트랩(도시 생략) 내에 포획 및 흡수될 수 있다. 방사선(5) 및 추가 방사선(5a)은 하나의 동일한 방사선 소스에 의해 또는 적절하면 다수의 방사선 소스(도 3a에는 도시되지 않음)에 의해 발생될 수 있다.

도 3b에 도시된 예에서, 제1 파장 범위 내의 방사선(5)은 기판(2)의 전방면(2a)으로 지향되고 반사 코팅(3)에서 반사된다. 도 3b에 도시된 예에서, 제2 파장 범위(△λ₂) 내의 추가 방사선(5a)은 추가 방사선 소스(10)에 의해 발생되며, 추가 방사선 소스(10)는 추가 방사선(5a)을 광학 요소(1)의 후방면, 더 구체적으로는 캐리어 기판(9b)의 후방면 상으로 지향시킨다. 특히, 제2 파장 범위(△λ₂)가 제1 파장 범위(△λ₁)보다 큰 파장에 있는 경우, 예를 들어 800 nm 초과의 NIR 파장 범위에 있는 경우, 기판(2)의 온도의 제어는 추가 방사선(5a)에 의해 실현될 수 있다. 이 경우에, 추가 방사선(5a)이, 예를 들어 기판(2) 내에서 균질한 온도 분포를 발생시키기 위한 가열 방사선의 역할을 할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 추가 방사선 소스(10)는 위치 의존적 방식으로 변경되는 조정 가능한 방사선 강도 또는 방사력(radiant)으로 추가 방사선(5a)을 캐리어 기판(9)의 후방면(9b) 상으로 지향시키도록 설계될 수 있다.

도 1b 또는 도 1d에 도시되어 있는 캐리어 기판(9)을 갖지 않는 광학 요소(1) 또한 도 3a, 도 3b와 관련하여 도시되어 있는 기능성을 충족할 수 있다는 것이 명백할 것이다. 광학 요소(1)의 기하학적 형상이 도 1a 내지 도1d에서 도 3a 및 도 3b까지 도시된 오목한 기하학적 형상과 상이한 것이 또한 가능하다. 특히, 기판(2)이 편평한 기하학적 형상을 가질 수 있고, 즉 편평한 시트의 형태를 취할 수 있다.

전술된 방식으로 설계된 광학 요소(1)는 다양한 광학 배열체에서 사용될 수 있다. 도 5는 웨이퍼 검사 시스템(20) 형태의 광학 배열체의 예시적인 설계를 도시한다. 이하의 설명은 또한 마스크의 검사를 위한 검사 시스템에 유사하게 적용될 수 있다.

웨이퍼 검사 디바이스(20)는 방사선 소스(21)를 갖고, 이 방사선 소스로부터 제1 파장 범위(△λ₁) 내의 VUV 방사선(5)이 광학 시스템(22)에 의해 웨이퍼(25)로 지향된다. 이 목적을 위해, 방사선(5)은 오목 미러(24)에 의해 웨이퍼(25) 상으로 반사된다. 마스크 검사 장치의 경우에, 하나의 가능한 배열체는 웨이퍼(25) 대신에 검사될 마스크를 가질 것이다.

웨이퍼(25)에 의해 반사, 회절 및/또는 굴절된 방사선은 마찬가지로 광학 시스템(22)과 연계된 추가의 오목 거울(26)에 의한 추가의 평가를 위해 검출기(27)로 지향된다. 웨이퍼 검사 장치(20)의 광학 시스템(22)은 하우징(27)을 포함하고, 그 내부(27a)에는 2개의 반사 광학 요소 또는 미러(24, 26)가 배치된다. 도 5에 도시된 예에서, 각각의 미러(24, 26)는 도 1a 내지 도 1d 또는 도 3a 및 도 3b와 연계하여 전술된 광학 요소(1) 중 하나이다.

방사선 소스(21)는 본질적으로 연속적인 방사선 스펙트럼을 제공하기 위해, 정확하게 하나의 방사선 소스일 수 있거나 다수의 개별 방사선 소스의 조합일 수 있다. 변형예에서, 하나 이상의 협대역 방사선 소스(21)를 사용하는 것도 가능하다. 바람직하게는, 방사선 소스(21)에 의해 발생된 방사선(15)의 파장 대역은 100 nm와 200 nm 사이의 VUV 파장 범위(△λ₁) 내에 있다.

방사선 소스(21)가 바람직하게는 200 nm와 1000 nm 사이인 제2 파장 범위(△λ₂) 내의 추가 방사선(5a)을 발생시키도록 설계되는 것이 선택적으로 가능하다. 하나의 구조 변형예에서, 제2 파장 범위(△λ₂)는 제1 파장 범위(△λ₁)와 바로 인접하지 않으며; 대신에, 일반적으로 두 파장 범위(△λ₁, △λ₂) 사이에 적어도 100nm의 파장 범위가 존재하며; 즉 두 파장 범위(△λ₁, △λ₂)는 스펙트럼 상에서 이격된다.

전술된 광학 요소(1)는 또한 다른 광학 배열체, 예를 들어 (VUV) 리소그래피 시스템 등에 유리하게 사용될 수 있다는 것이 명백할 것이다.

Claims

광학 요소(1)로서,
기판(2),
기판(2)에 적용된 100 nm와 300 nm 사이, 바람직하게는 100 nm와 200 nm 사이의 제1 파장 범위(△λ₁) 내의 방사선을 반사하기 위한 반사 코팅(3), 및
반사 코팅(3)에 적용되는 보호 코팅(4)을 포함하는, 광학 요소에 있어서,
기판(2)은 제1 파장 범위(△λ₁) 내의 방사선(5)에 대해 투과적인 플루오린화물 재료로 형성되고, 반사 코팅(3)은 기판의 후방면(2b)에 적용되고 반사 코팅(3)까지 기판(2)을 통과한 방사선(5)을 반사시키도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 광학 요소.
제1항에 있어서, 보호 코팅(4)은 적어도 50 nm, 바람직하게는 적어도 90 nm, 특히 적어도 120 nm의 두께를 갖는, 광학 요소.
제1항 또는 제2항에 있어서, 보호 코팅(4)은 바람직하게는 Al₂O₃, SiO₂, MgO, BeO, HfO₂, Sc₂O₃, Y₂O₃, Yb₂O₃ 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 산화물 재료의 적어도 하나의 층을 갖는, 광학 요소.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 보호 코팅(4)은 제1 파장 범위(△λ₁)에 대해 불투과적인 재료의 적어도 하나의 층을 갖는, 광학 요소.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 반사 코팅(3)은 금속 재료, 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적어도 하나의 층으로 이루어지는, 광학 요소.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 반사 코팅은 상이한 굴절률(n_a, n_b)을 갖는 재료, 특히 유전체 재료로 구성되는 복수의 교호 층(6a, 6b)을 갖는 다층 코팅(3, 3a)을 포함하거나, 다층 코팅(3)으로 구성되는, 광학 요소.
제6항에 있어서, 다층 코팅(3, 3a)은 바람직하게는 AlF₃, LiF, BaF₂, NaF, MgF₂, CaF₂, LaF₃, GdF₃, HoF₃, YbF₃, YF₃, LuF₃, ErF₃, Na₃AlF₆, Na₅Al₃F₁₄, ZrF₄, HfF₄ 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 플루오린화물 재료의 적어도 하나의 층을 갖는, 광학 요소.
제6항 또는 제7항에 있어서, 금속 재료의 적어도 하나의 층(3b)이 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로부터 형성되는 다층 코팅(3a)에 적용되는, 광학 요소.
제6항 또는 제7항에 있어서, 보호 코팅(4)은 상이한 굴절률(n_a, n_b)을 갖는 재료, 특히 유전체 재료의 복수의 교호 층(7a, 7b)을 갖는 다층 코팅의 형태를 취하는, 광학 요소.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 표면(8a)이 그 위에 형성되는 추가 기판(9)을 더 포함하고, 추가 기판은 다이렉트 본드, 특히, 직접 접합에 의해 보호 코팅(4)의 표면(4a)에 접합되고, 보호 코팅(4)의 표면(4a)에 접합된 표면(8a)은 바람직하게는 추가 기판(9)에 적용된 코팅(8) 상단에 형성되는, 광학 요소.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 기판(2)은 5 mm 미만, 바람직하게는 1 mm 미만의 두께(D)를 갖는, 광학 요소.
제10항 또는 제11항에 있어서, 기판(2), 추가 기판(9), 보호 코팅(4), 반사 코팅(3) 및 바람직하게는 추가 기판(9)의 코팅(8)은 제1 파장 범위와 상이한 제2 파장 범위(△λ₂)에서 투과적이고, 제2 파장 범위(△λ₂)는 바람직하게는 제1 파장 범위(△λ₁)보다 큰, 더 바람직하게는 200 nm와 2000 nm 사이, 특히 200 nm와 1000 nm 사이의 파장을 갖는, 광학 요소.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 기판(2)의 열팽창 계수(α₁)와 추가 기판(9)의 열팽창 계수(α₂)는 5*10^-6 K^-1 이하만큼 상이한, 광학 요소.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 기판(9)은 바람직하게는 CaF₂, MgF₂, LiF, LaF₃, BaF₂ 및 SrF₂를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 플루오린화물 재료로부터 형성된, 광학 요소.
광학 배열체(20), 특히 웨이퍼 검사 장치이며,
100 nm와 700 nm 사이, 바람직하게 100 nm와 300 nm 사이, 더 바람직하게 100 nm와 200 nm 사이의 제1 파장 범위(△λ₁) 내의 방사선(5)을 발생시키기 위한 방사선 소스(21), 및
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 광학 요소(24, 26)를 포함하고, 광학 배열체(20)는 방사선 소스(21)로부터의 방사선(5)을 기판(2)의 전방면(2a) 상으로 지향시키도록 설계되는, 광학 배열체.
제15항에 있어서, 방사선 소스(21) 또는 추가 방사선 소스(10)는 적어도 제1 파장 범위와 상이한 제2 파장 범위(△λ₂) 내의 추가 방사선(5a)을 발생시키도록 설계되고, 제2 파장 범위(△λ₂)는 바람직하게는 제1 파장 범위(△λ₁)보다 큰, 더 바람직하게는 200 nm와 2000 nm 사이, 특히 200 nm와 1000 nm 사이의 파장을 갖고, 광학 배열체(20)는 제2 파장 범위(△λ₂) 내의 추가 방사선(5a)을 기판(2)의 전방면(2a) 상으로 또는 후방면(2b) 상으로 지향시키도록 설계되는, 광학 배열체.
특히, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 반사 광학 요소(1)를 제조하는 방법이며,
플루오린화물 재료로부터 형성된 기판(2)의 후방면(2b)에 반사 코팅(3)을 적용하는 단계로서, 반사 코팅(3)은 100 nm와 300 nm 사이, 바람직하게는 100 nm와 200 nm 사이의 제1 파장 범위(△λ₁) 내의 방사선(5)을 반사하도록, 그리고 바람직하게는 제1 파장 범위와 상이한 제2 파장 범위(△λ₂) 내에 있으며 반사 코팅(3)까지 기판(2)을 통과하는 추가 방사선(5a)을 투과시키도록 설계되고, 기판(2)은 제1 파장 범위(△λ₁) 내의 방사선(5)에 대해 그리고 바람직하게는 제2 파장 범위(△λ₂) 내의 추가 방사선(5a)에 대해 투과적인 재료로부터 형성된, 단계, 및
바람직하게는 적어도 50 nm, 바람직하게는 적어도 90 nm, 특히 적어도 120 nm의 두께(d)를 갖는 보호 코팅(4)을 반사 코팅(3)에 적용하는 단계를 포함하는, 방법.
제17항에 있어서,
추가 기판(9) 상에, 바람직하게는 기판(9)에 적용된 코팅(8) 상에 형성된 표면(8a)에 보호 코팅(4)의 표면(4a)을 직접 접합하는 단계를 더 포함하는 방법.
제18항에 있어서, 보호 코팅(4)은 적어도 표면(4a)에서 바람직하게는 산화물 재료로 형성되고, 추가 기판(9) 상에 형성된 표면(8a)은 보호 코팅(4)의 표면(4a) 상에 형성된 동일한, 바람직하게는 산화물 재료를 포함하는, 방법.
제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 기판(2)의 두께(D)를 감소시키기 위해, 기판(2)의 전방 표면(2a) 상의 재료를 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 보호 코팅(4)은 원자 층 증착에 의해 반사 코팅(3)에 적용되는, 방법.