JPH08179103A - Optical element and its production - Google Patents
Optical element and its productionInfo
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- JPH08179103A JPH08179103A JP6317910A JP31791094A JPH08179103A JP H08179103 A JPH08179103 A JP H08179103A JP 6317910 A JP6317910 A JP 6317910A JP 31791094 A JP31791094 A JP 31791094A JP H08179103 A JPH08179103 A JP H08179103A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、紫外域領域で発振する
エキシマレーザおよびランプを光源とする光学系に用い
る光学素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element used in an optical system using an excimer laser oscillating in the ultraviolet region and a lamp as a light source.
【0002】[0002]
【従来技術】現在、集積化の進んだLSIを製造するた
めには縮小投影露光装置が使用されている。このLSI
の集積度を増すために、近年、露光に使用される波長は
短波長化が進んでいる。最近では、縮小投影露光装置の
光源として、水銀ランプより短波長域の光を発振させる
ことができるKrFエキシマレーザが実用化されてい
る。このKrFエキシマレーザーから発振される光の波
長λは、248.4nmである。更に将来は、ArFエ
キシマレーザーを縮小投影露光装置の光源として使用す
ることが望まれている。このArFエキシマレーザーか
ら発振する光の波長λは193.4nmである。2. Description of the Related Art At present, a reduction projection exposure apparatus is used for manufacturing highly integrated LSI. This LSI
In order to increase the degree of integration, the wavelength used for exposure has been shortened in recent years. Recently, a KrF excimer laser capable of oscillating light in a wavelength range shorter than that of a mercury lamp has been put into practical use as a light source of a reduction projection exposure apparatus. The wavelength λ of the light emitted from this KrF excimer laser is 248.4 nm. Furthermore, in the future, it is desired to use an ArF excimer laser as a light source for a reduction projection exposure apparatus. The wavelength λ of the light emitted from this ArF excimer laser is 193.4 nm.
【0003】この様な短波長域で使用される光学素子
は、例え波長が短い光であろうとも低吸収、高レーザ耐
久性であることが要求されている。なぜならば、1面に
つき反射損失0%、膜吸収0.3%の反射防止膜を施し
た光学素子を用いて、100面から構成される透過系を
縮小投影露光装置に使用した場合を考えると、その全系
の透過率は(0.997)100 ×100=74.1%と
なるのに対し、同じ構成を持つ透過系で1面につき反射
損失0%、膜吸収0.5%の反射防止膜を施した光学素
子の場合は(0.995)100 ×100=60.6%と
なってしまい、透過率にして13.5%も差が生じてし
まう。また、200nm近傍より短い波長の光は、かな
り高いエネルギーを有しており、このような短い波長の
光が物質に照射された場合、ほとんどの物質はその光を
吸収してしまう。よって、この様な短い波長の光が照射
されても、吸収が少ない物質を光学部材の材料として選
ぶことが重要となる。現在では、短い波長でも光の吸収
が少ない物質として、特に、反射防止膜や多層膜ミラー
等にはフッ化マグネシウムやフッ化ネオジム等のフッ素
化合物がよく使用されている。従来の反射防止膜の一例
を図5に示した。この図5は、合成石英基板上11に高
屈折率物質31としてフッ化ネオジム、低屈折率物質3
2としてフッ化アルミニウムを成膜した。この反射防止
膜では図6の様な透過率を示す。また、従来の多層膜ミ
ラーの一例を図7に示した。この図7は、BK7基板2
1上に高屈折率物質としてフッ化ネオジム、低屈折率物
質としてフッ化マグネシウムを用いた多層膜41を成膜
したものである。そして、基板21からフッ化ネオジ
ム、フッ化マグネシウム・・・の順番で合計41層成膜
したものである。この多層膜ミラーでは、図8の様な反
射率特性を示す。Optical elements used in such a short wavelength region are required to have low absorption and high laser durability even if light having a short wavelength is used. This is because the case where a transmission system composed of 100 surfaces is used in a reduction projection exposure apparatus using an optical element provided with an antireflection film having a reflection loss of 0% and a film absorption of 0.3% per surface is considered. , While the transmittance of the whole system is (0.997) 100 × 100 = 74.1%, the transmission system with the same structure has 0% reflection loss per surface and 0.5% film absorption. In the case of the optical element provided with the prevention film, (0.995) 100 × 100 = 60.6%, resulting in a difference of 13.5% in transmittance. Further, light having a wavelength shorter than around 200 nm has a considerably high energy, and when a substance is irradiated with light having such a short wavelength, most substances absorb the light. Therefore, it is important to select a substance that absorbs a small amount of light as a material for the optical member even when it is irradiated with light having such a short wavelength. At present, a fluorine compound such as magnesium fluoride or neodymium fluoride is often used as a substance that absorbs little light even at a short wavelength, especially for antireflection films and multilayer mirrors. An example of a conventional antireflection film is shown in FIG. In FIG. 5, neodymium fluoride as the high refractive index material 31 and the low refractive index material 3 are formed on the synthetic quartz substrate 11.
Aluminum fluoride was deposited as 2. This antireflection film exhibits a transmittance as shown in FIG. Further, an example of a conventional multilayer mirror is shown in FIG. This FIG. 7 shows a BK7 substrate
1 has a multilayer film 41 formed of neodymium fluoride as a high refractive index substance and magnesium fluoride as a low refractive index substance. Then, a total of 41 layers are formed in order of neodymium fluoride, magnesium fluoride ... From the substrate 21. This multilayer mirror shows the reflectance characteristics as shown in FIG.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
フッ化マグネシウム、フッ化ネオジム、フッ化アルミニ
ウム等のフッ素化合物を成膜した光学素子では、十分な
透過率や反射率を示したものは無かった。また、後で述
べるように、従来の光学素子では200nm以下という
短波長で強いレーザー光線に対して耐久性(以下、レー
ザー光の強度に対する耐久性をレーザー耐久性とする)
を持つ光学素子は存在しなかった。However, none of the conventional optical elements formed with a film of a fluorine compound such as magnesium fluoride, neodymium fluoride, and aluminum fluoride showed sufficient transmittance and reflectance. . Further, as described later, the conventional optical element has durability against a strong laser beam at a short wavelength of 200 nm or less (hereinafter, durability against the intensity of laser light is referred to as laser durability).
There was no optical element with.
【0005】この様な光学素子を縮小投影露光装置に搭
載すると、低い透過率の影響で解像度の低下が懸念され
てしまう。また、光学素子を形成する膜の膜吸収が大き
いために、形成した膜にレーザー光が照射されると発熱
し、溶融等により膜が破壊されてしまう。あるいは、発
熱により、レンズ表面形状が変化してしまうという問題
が生じてしまう。もし、光学素子の表面形状が変形して
しまう場合、その影響は収差として現れ、その収差の影
響で微細な回路パターンを必要とする高集積度のLSI
は、製造できなくなってしまう。When such an optical element is mounted on a reduction projection exposure apparatus, there is a concern that the resolution may be lowered due to the low transmittance. Further, since the film forming the optical element has a large film absorption, when the formed film is irradiated with laser light, heat is generated and the film is broken due to melting or the like. Alternatively, the problem that the lens surface shape changes due to heat generation occurs. If the surface shape of the optical element is deformed, the effect appears as an aberration, and the highly integrated LSI that requires a fine circuit pattern due to the effect of the aberration.
Can no longer be manufactured.
【0006】よって、本発明では十分な反射率または透
過率を有し、且つ、高いレーザー耐久性を有した光学素
子を得ることを目的とし、以上に挙げた課題を解決する
ことにある。Therefore, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems with the object of obtaining an optical element having sufficient reflectance or transmittance and high laser durability.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】そのため、本発明では基
板上に成膜されたフッ素と金属との化合物である膜であ
って、化合物の組成比が化学量論比または化学量論比よ
りフッ素が過剰な組成比を有する化合物で成膜された膜
を有することとした。更に、そのフッ素と金属との化合
物とは、MgFx であり、xは2以上2.1以下である
ことととした。他には、フッ素と金属との化合物とは、
NdFy であり、yは3以上3.1以下であることと
し、また他には、AlFz であり、zは3以上3.1以
下であることとした。Therefore, according to the present invention, a film which is a compound of fluorine and a metal formed on a substrate, wherein the composition ratio of the compound is more than the stoichiometric ratio or the stoichiometric ratio. Is determined to have a film formed of a compound having an excessive composition ratio. Further, the compound of fluorine and metal is MgF x , and x is 2 or more and 2.1 or less. In addition, the compound of fluorine and metal,
NdF y , y is 3 or more and 3.1 or less, and AlF z is z or more, and z is 3 or more and 3.1 or less.
【0008】また、本発明では蒸着物質を真空容器内で
溶融蒸発させ、真空容器内に載置された基板に蒸着物質
を成膜する真空蒸着法を用いた光学素子の製造方法であ
って、蒸着物質がフッ素と金属との化合物であり、その
蒸着物質の組成比が化学量論比よりフッ素過剰な組成比
を持つ物質を用いた光学素子の製造方法とした。また、
本発明では、真空蒸着法を用いて光学素子を成膜する蒸
着材料が、蒸着材料がフッ素と金属との化合物であっ
て、前記蒸着材料の組成比が化学量論比よりフッ素過剰
な組成比を持つ物質であることとした。Further, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical element using a vacuum vapor deposition method in which a vapor deposition material is melted and vaporized in a vacuum container to form a film of the vapor deposition material on a substrate placed in the vacuum container, The vapor deposition material is a compound of fluorine and a metal, and the method for producing an optical element uses a material in which the vapor deposition material has a composition ratio of fluorine excess to stoichiometric ratio. Also,
In the present invention, the vapor deposition material for forming an optical element using a vacuum vapor deposition method is a compound of fluorine and a metal, the composition ratio of the vapor deposition material is a composition ratio of fluorine excess than stoichiometric ratio. It is a substance with
【0009】[0009]
【作用】本発明者らは、以上の課題を解決するために、
反射率若しくは透過率が向上しない理由および高いレー
ザー耐久性を有していない理由を見いだした。その理由
とは、次の通りである。理論上では、光学素子として成
膜された物質は化学量論的な物質ということが条件とし
て、反射防止膜の透過率や多層膜ミラーの反射率がほぼ
100%の透過率や反射率であるということを示唆して
いる。しかしながら、発明者らが鋭意研究を行った結
果、実際に光学素子として成膜された膜物質は、化学量
論的でない物質であることが判った。実際に成膜された
膜物質は、フッ化マグネシウムを例に挙げると、その組
成比はMg:F=1:1.90〜1.97となってい
た。また、フッ化ネオジムを例に挙げると、その組成比
はNd:F=1:2.90〜2.97となっていた。こ
の様に実際に成膜されたフッ素化合物の膜物質は、化学
量論比に対してフッ素欠乏の状態で成膜されていたので
あった。In order to solve the above problems, the present inventors have
The reason why the reflectance or transmittance is not improved and the reason why the laser does not have high laser durability are found. The reason is as follows. Theoretically, the material formed as an optical element is a stoichiometric material, and the transmittance of the antireflection film and the reflectance of the multilayer mirror are almost 100%. Suggests that. However, as a result of intensive studies by the inventors, it was found that the film substance actually formed as an optical element was not a stoichiometric substance. The film material actually formed had a composition ratio of Mg: F = 1: 1.90 to 1.97 when magnesium fluoride was taken as an example. Further, taking neodymium fluoride as an example, its composition ratio was Nd: F = 1: 2.90 to 2.97. Thus, the film substance of the fluorine compound that was actually formed was formed in a state of fluorine deficiency with respect to the stoichiometric ratio.
【0010】そこで本発明者らは、フッ素化合物の膜物
質がフッ素が欠乏した状態で成膜されてしまう原因を追
求した結果、その理由として、基板上の成膜方法として
利用する真空蒸着法の場合、蒸着材料を溶融・蒸発させ
るがこの時に原因があることが判った。その理由とは、
蒸着材料として化学量論的なフッ素化合物(例えば、フ
ッ化マグネシウム(以下、MgF2 という。)の場合で
は、Mg:F=1:2のものであり、フッ化ネオジム
(以下、NdF3 という。)の場合ではNd:F=1:
3のもの。)ものを用いているが、この様な蒸着材料を
用いたとしても実際に成膜された膜の組成比は、フッ素
の割合が少ないものとなっている。ところで、この真空
蒸着する際には、蒸着物質は、電子銃または抵抗加熱ボ
ートを用いて蒸着物質が加熱され溶融蒸発する。このと
きに電子銃や抵抗加熱によって蒸着物質に与えられるエ
ネルギーによって、フッ素がかい離してしまいフッ素が
欠乏した状態で成膜されてしまう。よって、膜中の構造
に欠陥が生じてしまい、光の吸収が高い、または光強度
の耐久性が低い膜ができてしまう。The inventors of the present invention have investigated the cause of the film formation of the fluorine compound film in the state of being deficient in fluorine. As a result, the reason is that the vacuum deposition method used as a film formation method on a substrate is used. In this case, the evaporation material is melted and evaporated, but it was found that there is a cause at this time. What is the reason,
In the case of a stoichiometric fluorine compound (for example, magnesium fluoride (hereinafter referred to as MgF 2 )) as a vapor deposition material, Mg: F = 1: 2, and neodymium fluoride (hereinafter referred to as NdF 3 ). ), Nd: F = 1:
3 things. ) Is used, the composition ratio of the film actually formed is such that the proportion of fluorine is small even when such a vapor deposition material is used. By the way, in this vacuum vapor deposition, the vapor deposition material is melted and evaporated by heating the vapor deposition material using an electron gun or a resistance heating boat. At this time, due to the energy given to the vapor deposition material by the electron gun or resistance heating, the fluorine is separated and the film is formed in the state where the fluorine is deficient. Therefore, a defect occurs in the structure in the film, and a film having high light absorption or low durability of light intensity is formed.
【0011】また、フッ素の欠乏する度合いは、電子銃
や抵抗加熱ボートで蒸着した場合とでは、エネルギーの
差により異なる。この様にフッ素が欠乏してしまうこと
で、特に短波長の光を取り扱う光学素子にとっては、と
ても深刻な問題を引き起こしやすくなる。ArFエキシ
マーレーザー(発振波長λ=193.4nm)等の高出
力光源に対して使用する場合、膜吸収やレーザー耐久性
の低下の問題の他に、場合によってはフッ素が欠乏した
ところにOH基等が化学吸着し、膜吸収の増加、レーザ
ー耐久性の低下、機械的膜強度の低下も考えられる。The degree of deficiency of fluorine differs depending on the difference in energy between the case of vapor deposition with an electron gun and the resistance heating boat. Such a lack of fluorine is likely to cause a very serious problem, especially for an optical element that handles short wavelength light. When used for a high-power light source such as an ArF excimer laser (oscillation wavelength λ = 193.4 nm), in addition to problems such as film absorption and deterioration of laser durability, in some cases, OH groups etc. It is also considered that they are chemically adsorbed, resulting in an increase in film absorption, a decrease in laser durability, and a decrease in mechanical film strength.
【0012】以上の理由から、本発明者らはフッ素がか
い離する量をあらかじめ見込んで、その分フッ素過剰で
ある物質を蒸着物質として用いることで、このような問
題の解決を図った。例えば、MgF2 の場合を述べる
と、成膜後の状態の組成比が化学量論比、Mg:F=
1:2になるようにすることで、膜吸収の増大、レーザ
耐久性の低下を防ぐことができる。また、MgF2 の場
合、上記の組成比が最も好ましいが、Mg:F=1:2
〜2.1の範囲内で有れば、有効に膜吸収の増大やレー
ザー耐久性の低下を防ぐことができる。また、それ以上
でも構わない。For the above reasons, the present inventors have attempted to solve such a problem by anticipating the amount of fluorine separated and using a substance having an excessive fluorine amount as the vapor deposition substance. For example, in the case of MgF 2 , the composition ratio in the state after film formation is the stoichiometric ratio, Mg: F =
By setting the ratio to 1: 2, it is possible to prevent an increase in film absorption and a decrease in laser durability. In the case of MgF 2 , the above composition ratio is most preferable, but Mg: F = 1: 2
Within the range of to 2.1, it is possible to effectively prevent an increase in film absorption and a decrease in laser durability. Moreover, it may be more than that.
【0013】ところで本明細書ではこの様にMgF2 で
あれば、その組成比がMg:F=1:2の様に、理論的
な組成比を化学量論比と定義する。ところで、Mgに対
するFの比が2.1を越えた場合は、大気中の分子(O
H基、H2O等)と結合して、光の吸収の増大、レーザ
ー耐久性の低下につながる場合もあるため、OH基やH
2O等が膜物質に吸収しないよう対策を講ずる必要があ
る。次にNdF3 を例に挙げると、この物質の場合は、
成膜後の組成比が化学量論比であるNd:F=1:3の
組成比が最も好ましく、また、Nd:F=1:3〜3.
1の範囲で有れば、有効に膜吸収の増大、レーザー耐久
性の低下を防ぐことが出来る。In the present specification, the theoretical composition ratio is defined as the stoichiometric ratio such that MgF 2 has a composition ratio of Mg: F = 1: 2. By the way, when the ratio of F to Mg exceeds 2.1, molecules (O
H groups, H 2 O, etc.), which may lead to increased absorption of light and reduced laser durability.
It is necessary to take measures so that 2 O etc. will not be absorbed by the film substance. Next, taking NdF 3 as an example, in the case of this substance,
The composition ratio of Nd: F = 1: 3, which is a stoichiometric composition ratio after film formation, is most preferable, and Nd: F = 1: 3 to 3.
Within the range of 1, it is possible to effectively prevent an increase in film absorption and a decrease in laser durability.
【0014】また、以上の様に膜物質を得るためには、
真空蒸着法により成膜する場合、蒸着物質を化学量論比
に対してフッ素過剰なものを使用する。その過剰にする
量としては、MgF2 を蒸着する場合では、蒸着時に欠
乏すると思われる量以上のフッ素を過剰にした蒸着物質
を用いる。例えば、MgF2 の膜を成膜したい場合で有
れば、少なくともMg:F=1:2より多いフッ化マグ
ネシウムを用いる。好ましくは、真空蒸着法で成膜する
際にその蒸着レートによってフッ素のかい離する量が異
なるが、フッ素は少なくともMgが1に対してフッ素は
0.02以上かい離してしまうため、Mg:F=1:
2.02以上の組成比のもの使用するのが好ましい。ま
た、NdF3 を例に挙げれば、Nd:F=1:3より多
いフッ化ネオジムを使用する。好ましくはMgF2の場
合と同様、蒸着レートによってフッ素のかい離分が異な
るが、少なくともネオジム、1に対してフッ素は0.0
3以上かい離してしまうため、Nd:F=1:3.03
以上の組成比のものを使用するのが好ましい。以上の様
に本発明では、真空蒸着時にフッ素がかい離する分を見
越して、化学量論的な蒸着物質よりフッ素が過剰の蒸着
物質を使用して、化学量論的な膜物質または化学量論的
な物質よりフッ素が過剰な組成比を有する膜物質を得る
ことができる。その膜物質を用いて製造した光学素子
は、膜における光の吸収が少なく、高いレーザー耐久性
を得ることができた。Further, in order to obtain the membrane substance as described above,
When the film is formed by the vacuum evaporation method, an evaporation material having a fluorine excess with respect to the stoichiometric ratio is used. As the amount of excess, in the case of vapor deposition of MgF 2 , a vapor deposition substance in which the amount of fluorine that is considered to be deficient during vapor deposition is excessive is used. For example, if it is desired to form a film of MgF 2 , magnesium fluoride of at least more than Mg: F = 1: 2 is used. Preferably, when the film is formed by the vacuum vapor deposition method, the amount of fluorine separated differs depending on the vapor deposition rate. However, since fluorine separates at least Mg from 1 and fluorine from 0.02 or more, Mg: F = 1:
It is preferable to use a composition having a composition ratio of 2.02 or more. Further, if NdF 3 is taken as an example, neodymium fluoride more than Nd: F = 1: 3 is used. Preferably, as in the case of MgF2, the dissociation amount of fluorine differs depending on the vapor deposition rate, but at least neodymium and fluorine are 0.0
Nd: F = 1: 3.03 because they are separated by 3 or more.
It is preferable to use one having the above composition ratio. As described above, in the present invention, in consideration of the amount of fluorine separated during vacuum vapor deposition, a vapor deposition substance having an excess of fluorine over the stoichiometric vapor deposition substance is used, and the stoichiometric film substance or stoichiometry is used. It is possible to obtain a film substance having a composition ratio in which fluorine is in excess of that of the conventional substance. An optical element manufactured by using the film substance has low absorption of light in the film and can obtain high laser durability.
【0015】以下に実施例を挙げて本発明を詳細に説明
するが、本発明はこれに限られたものではない。The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
【0016】[0016]
(実施例1)図1は、本発明に関する実施例1における
反射防止膜の断面図である。この反射防止膜はArFエ
キシマレーザーの発振波長(λ=193.4nm)にお
いて、高透過率が得られるよう設計し成膜した反射防止
膜である。この図1での11は高精度に表面研磨された
合成石英基板であり、12は高屈折率物質としてNdF
3 (Nd:F=1:3〜3.1)を光学膜厚λ/4で合
成石英基板上に成膜し、次に13は低屈折率物質として
フッ化アルミニウム(以下、AlF3 とする)(このフ
ッ化アルミニウムの組成比は、Al:F=1:3〜3.
1)を光学膜厚λ/4でNdF3 膜上に成膜した構成と
なっている。ここで、λは193.4nmである。この
反射防止膜を施した光学素子の分光透過率特性を図2に
示した。また、比較例として、従来の技術で挙げた膜に
おける物質がフッ素欠乏の状態で成膜されたフッ化ネオ
ジムとフッ化アルミニウムの反射防止膜の構成を図5
に、そして、その反射防止膜の分光透過率特性を図6に
示した。実施例1での反射防止膜を成膜した光学素子の
分光透過率特性である図2と、比較例として挙げた従来
のフッ素が欠乏した状態で成膜された反射防止膜を設け
た光学素子の分光透過率特性である図6とを比較する
と、格段に透過率が上昇していることがわかる。このこ
とから膜による光の吸収が少ないことが容易にわかり、
膜の物質を化学量論的に良い物質で成膜することで膜吸
収の少ない反射防止膜が得られた。(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of an antireflection film according to Embodiment 1 of the present invention. This antireflection film is an antireflection film designed and formed so as to obtain a high transmittance at the oscillation wavelength of the ArF excimer laser (λ = 193.4 nm). In FIG. 1, 11 is a synthetic quartz substrate whose surface is highly accurately polished, and 12 is NdF as a high refractive index material.
3 (Nd: F = 1: 3 to 3.1) is formed on a synthetic quartz substrate with an optical film thickness of λ / 4, and then 13 is aluminum fluoride (hereinafter referred to as AlF 3) as a low refractive index substance. (The composition ratio of this aluminum fluoride is Al: F = 1: 3 to 3.
1) is formed on the NdF 3 film with an optical film thickness of λ / 4. Here, λ is 193.4 nm. The spectral transmittance characteristics of the optical element provided with this antireflection film are shown in FIG. In addition, as a comparative example, the structure of the antireflection film of neodymium fluoride and aluminum fluoride formed in the state of fluorine deficiency in the film mentioned in the related art is shown in FIG.
The spectral transmittance characteristics of the antireflection film are shown in FIG. FIG. 2 showing the spectral transmittance characteristics of the optical element having the antireflection film formed in Example 1 and the optical element having the antireflection film formed in the conventional fluorine-deficient state as a comparative example. It can be seen that the transmittance is remarkably increased by comparing FIG. From this, it can be easily seen that the light absorption by the film is small,
By forming the material of the film with a stoichiometrically good material, an antireflection film with less film absorption was obtained.
【0017】また、比較例として挙げた反射防止膜と実
施例で挙げた反射防止膜について、レーザー耐久性をそ
れぞれ求めて比較を行った。ちなみに、そのレーザー耐
久性の試験に用いた光源は、193.4nmの光を用い
た。その光の強度を強くしてゆき、反射防止膜にダメー
ジが観察されたときのレーザー光強度の測定値を複数回
計測する。その計測結果の平均値を求めてレーザー耐久
性の値とした。その結果を表1に示す。Further, the anti-reflection film given as a comparative example and the anti-reflection film given in the examples were compared with each other in terms of laser durability. Incidentally, the light source used for the laser durability test was light of 193.4 nm. The intensity of the light is increased, and the measurement value of the laser light intensity when damage is observed in the antireflection film is measured multiple times. The average value of the measurement results was obtained and used as the value of laser durability. Table 1 shows the results.
【0018】[0018]
【表1】 [Table 1]
【0019】この表からわかるように、比較例の反射防
止膜では、2.60J/cm2 までの光しか耐久性を有
さなかったのに対し、実施例1の反射防止膜では、4.
00J/cm2 もの光の強度に耐久性を示した。この様
に実施例1での反射防止膜はレーザー耐久性についても
十分な耐久性を持っている。ところで、これらのNdF
3 やAlF3 の膜は、抵抗加熱または電子銃加熱により
溶融蒸発させて成膜した真空蒸着法などにより成膜した
ものである。この成膜方法については、最初に真空容器
内の真空度を1.0×10-5Torr以下にさせた。そ
の後に電子銃若しくは抵抗加熱により化学量論比より過
剰にフッ素が存在しているNdF3 (Nd:F=1:3
以上)を溶融・蒸発させ、真空容器内に載置されている
合成真空基板上にNdF3 を成膜させた。この時の蒸着
レートは、8Å/sで蒸着した。また、NdF3 の成膜
が完了した後は、次に化学量論比よりフッ素が過剰であ
る組成比のAlF3 を溶融蒸発させて、AlF3 の成膜
を行った。As can be seen from this table, the antireflection film of the comparative example had durability only up to 2.60 J / cm 2 , whereas the antireflection film of Example 1 had a durability of 4.
It showed durability against light intensity of 00 J / cm 2 . As described above, the antireflection film in Example 1 has sufficient durability as to laser durability. By the way, these NdF
The film of 3 or AlF 3 is formed by a vacuum vapor deposition method or the like which is formed by melting and evaporating by resistance heating or electron gun heating. In this film forming method, first, the degree of vacuum in the vacuum container was set to 1.0 × 10 −5 Torr or less. After that, NdF 3 (Nd: F = 1: 3) in which fluorine is present in excess of the stoichiometric ratio by electron gun or resistance heating
The above) was melted and evaporated to form a film of NdF 3 on the synthetic vacuum substrate placed in the vacuum container. At this time, the vapor deposition rate was 8Å / s. Further, after the deposition of the NdF 3 is completed, then the AlF 3 fluorine is excessive proportion is melted evaporated from the stoichiometric ratio, was the formation of AlF 3.
【0020】ところで、実施例1における蒸着物質の組
成比については、少なくとも化学量論比よりフッ素が過
剰であるNdF3 である。好ましくは、ネオジム、1に
対してフッ素は0.03以上かい離してしまうため、N
d:F=1:3.03以上の組成比のものを使用するの
が好ましい。また、AlF3 蒸着物質の組成比について
も少なくとも化学量論比よりフッ素が過剰であるAlF
3 である。好ましくは、アルミニウム、1に対してフッ
素は0.03以上かい離してしまうため、Al:F=
1:3.03以上の組成比のものを使用するのが好まし
い。最適な組成比については、成膜する差の蒸着レート
によって左右されるため、成膜する際は蒸着レートによ
って最適なフッ素過剰量をもつ蒸着物質を用いる。By the way, the composition ratio of the vapor deposition material in Example 1 is NdF 3 in which fluorine is in excess of at least the stoichiometric ratio. Preferably, since fluorine is separated from neodymium by 1 or more by 0.03 or more, N
It is preferable to use one having a composition ratio of d: F = 1: 3.03 or more. Also, regarding the composition ratio of the AlF 3 vapor deposition material, AlF containing fluorine in excess of at least the stoichiometric ratio
Is 3 . Preferably, since fluorine is separated from aluminum by 1 by 0.03 or more, Al: F =
It is preferable to use one having a composition ratio of 1: 3.03 or more. Since the optimum composition ratio depends on the vapor deposition rate of the difference in film formation, a vapor deposition material having an optimum fluorine excess amount is used according to the vapor deposition rate when forming a film.
【0021】また、蒸着レートについては、0.5〜1
5Å/sの間であれば問題はない。しかし、蒸着レート
を速くし過ぎると、フッ素のかい離の度合いが大きくな
り、フッ素過剰物質を用いても結果的にフッ素不足の膜
が成膜されてしまうことが考えられる。ところで、実施
例1では反射防止膜の材料として、高屈折率物質として
NdF3 、低屈折率物質としてAlF3 を用いた。反射
防止膜として使う材料として他には以下に述べる物質が
挙げられる。高屈折率物質についてはLaF3 、YbF
3 、SmF3 、GdF3 、DyF3、PrF3 、EuF
3 、HoF3 等がある。また、低屈折率物質については
MgF2 、CaF2 、BaF2 等がある。これらの物質
についても、蒸着物質としてフッ素過剰の蒸着材料を用
いて成膜し、化学量論比を有した膜を成膜することによ
って、膜による光の吸収が少なく、レーザー耐久性の高
い光学素子が得られる。 (実施例2)図3は、本発明に関する実施例2における
多層膜ミラーの断面図である。この多層膜ミラーは、A
rFエキシマレーザ発振波長で高反射率が得られるミラ
ーである。実施例2について図3を用いて説明すると、
高精度に表面研磨された基板31上に高屈折率物質であ
るNdF3 と低屈折率物質であるMgF2 とを成膜した
多層膜層32に構成されている。この基板21は合成石
英基板でBK7基板であり、多層膜32はNdF3 、M
gF2 、NdF3 ・・・MgF2 の順番に成膜されてい
る。合計41層の膜が成膜されている。膜厚については
NdF3 、MgF2 ともに、これらの光学的膜厚はλ/
4(λ=193.4nm)とした。また、これらの膜の
組成比については、NdF3 ではNd:F=1:3〜
3.1であり、また、MgF2 ではMg:F=1:2〜
2.1である。以上の構成による多層膜ミラーの分光反
射率特性を図4に示した。The vapor deposition rate is 0.5 to 1
There is no problem if it is between 5Å / s. But the deposition rate
If the speed is too fast, the degree of fluorine separation will increase.
Therefore, even if a fluorine-rich substance is used, a film lacking fluorine will result.
Is likely to be formed. By the way
In Example 1, as a material for the antireflection film, as a high refractive index substance
NdF3, AlF as low refractive index material3Was used. Reflection
Other substances that can be used as a protective film include the substances listed below.
Can be mentioned. LaF for high refractive index materials3, YbF
3, SmF3, GdF3, DyF3, PrF3, EuF
3, HoF3Etc. For low refractive index materials,
MgF2, CaF2, BaF2Etc. These substances
Also, use a vapor deposition material with excess fluorine as the vapor deposition material.
And deposit a film with a stoichiometric ratio.
Therefore, the light absorption by the film is small, and the laser durability is high.
Optical elements can be obtained. (Embodiment 2) FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of a multilayer mirror. This multilayer mirror is
Mira that can obtain high reflectance at rF excimer laser oscillation wavelength
Is The second embodiment will be described with reference to FIG.
A high-refractive-index material is formed on the substrate 31 whose surface is highly accurately polished.
NdF3And low refractive index material MgF2And deposited
It is configured in the multilayer film layer 32. This substrate 21 is a synthetic stone
The BK7 substrate is an English substrate, and the multilayer film 32 is NdF.3, M
gF2, NdF3... MgF2Are formed in order of
It A total of 41 layers of film are formed. About film thickness
NdF3, MgF2Both of these optical thicknesses are λ /
4 (λ = 193.4 nm). Also of these membranes
Regarding composition ratio, NdF3Then Nd: F = 1: 3 ~
3.1 and also MgF2Then Mg: F = 1: 2
2.1. Spectral reflection of multilayer mirror with the above configuration
The emissivity characteristics are shown in FIG.
【0022】また、その比較例として、従来のフッ素が
欠乏した状態で成膜された多層膜ミラーの断面図を図7
に示し、その多層膜ミラーの分光透過率特性を図8に示
した。この比較例として挙げた多層膜ミラーの構成につ
いては、各膜の組成比以外は同じ構成である。その組成
比については、フッ化ネオジムの場合はNd:F=1:
2.90〜2.97であり、またフッ化マグネシウムの
場合はMg:F=1:1.90〜1.97である。As a comparative example, FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional multilayer mirror formed in a fluorine-deficient state.
And the spectral transmittance characteristics of the multilayer mirror are shown in FIG. The structure of the multilayer film mirror given as the comparative example is the same except the composition ratio of each film. Regarding the composition ratio, in the case of neodymium fluoride, Nd: F = 1:
2.90 to 2.97, and in the case of magnesium fluoride, Mg: F = 1: 1.90 to 1.97.
【0023】実施例2の多層膜ミラーの分光反射率特性
を示した図4とフッ素が欠乏した状態で成膜された多層
膜ミラーの分光反射率特性を示した図8とを比較してみ
ると、実施例2の多層膜ミラーはフッ素が欠乏した状態
で成膜された多層膜ミラーに比べて、反射率のピークが
比較例として挙げられた多層膜ミラーでは、反射率が9
0%前半までしか無いのに対し、実施例2での多層膜ミ
ラーでは95%以上と格段に高い反射率を有しており、
膜による吸収の少ない膜になっていることがわかる。A comparison will be made between FIG. 4 showing the spectral reflectance characteristics of the multilayer mirror of Example 2 and FIG. 8 showing the spectral reflectance characteristics of the multilayer mirror formed in a fluorine-deficient state. The multilayer mirror of Example 2 has a reflectance peak of 9 in comparison with the multilayer mirror formed in the state of being deficient in fluorine.
The multilayer film mirror according to the second embodiment has a remarkably high reflectance of 95% or more, while it is only in the first half of 0%.
It can be seen that the film is less absorbed by the film.
【0024】また、比較例として挙げた反射防止膜と実
施例2で挙げた多層膜ミラーについて、レーザー耐久性
をそれぞれ求めて比較を行った。ちなみに、そのレーザ
ー耐久性の試験の方法は実施例1と同じである。その結
果を表2に示す。Further, the antireflection film given as a comparative example and the multilayer mirror given in Example 2 were compared for their respective laser durability. Incidentally, the laser durability test method is the same as in Example 1. The results are shown in Table 2.
【0025】[0025]
【表2】 [Table 2]
【0026】この表からわかるように、比較例の多層膜
ミラーでは、3.20J/cm2 までの光しか耐久性を
有さなかったのに対し、実施例2の多層膜ミラーでは、
3.80J/cm2 もの光の強度に耐久性を示した。こ
の様に実施例2での多層膜ミラーはレーザー耐久性につ
いても十分な耐久性を持っている。ところで、この多層
膜ミラーの製造方法については、実施例1と同様、抵抗
加熱、または電子銃により蒸着試料を溶融・蒸発させ
て、基板21にNdF3 とMgF2 とを交互に成膜して
多層膜ミラーを製造した。また、NdF3 を成膜する際
の蒸着物質については、実施例1と同様、組成比がN
d:F=1:3よりフッ素の比率が大きいものを使用し
た。また、MgF2 を成膜する際の蒸着物質について
は、組成比がMg:F=1:2よりフッ素の比率が大き
いものを使用した。その比率については、特に、蒸着試
料が溶融・蒸発された時にフッ素がかい離する分を見越
して、真空容器内に載置する蒸着試料はそのかい離する
分を過剰にフッ素を含ませて有る。実施例2ではフッ素
を過剰にする量としては、NdF3 の場合は、実施例1
と同様であり、また、MgF2 の場合は、少なくともM
g:F=1:2より多いフッ化マグネシウムを用いる。
好ましくは、真空蒸着法で成膜する際にその蒸着レート
によってフッ素のかい離する量が異なるが、フッ素は少
なくともMgが1に対してフッ素は0.02以上かい離
してしまうため、Mg:F=1:2.02以上の組成比
のもの使用するのが好ましい。As can be seen from this table, the multilayer mirror of the comparative example had durability only up to 3.20 J / cm 2 , whereas the multilayer mirror of Example 2
It showed durability against light intensity as high as 3.80 J / cm 2 . As described above, the multilayer mirror in Example 2 has sufficient laser durability. Regarding the method of manufacturing this multilayer film mirror, as in the case of the first embodiment, NdF 3 and MgF 2 are alternately formed on the substrate 21 by resistance heating or melting / evaporating the vapor deposition sample by an electron gun. A multilayer mirror was manufactured. As for the vapor deposition material used for forming the NdF 3 film, the composition ratio was N as in Example 1.
The one having a larger ratio of fluorine than d: F = 1: 3 was used. Further, as the vapor deposition material for forming the MgF 2 film, one having a composition ratio higher than that of Mg: F = 1: 2 was used. With respect to the ratio, in particular, the vapor deposition sample placed in the vacuum container contains an excessive amount of fluorine in anticipation of the amount of the fluorine that separates when the vapor deposition sample melts and evaporates. In Example 2, when NdF 3 was used as the amount of excess fluorine, Example 1 was used.
And in the case of MgF 2 , at least M
More magnesium fluoride than g: F = 1: 2 is used.
Preferably, when the film is formed by the vacuum vapor deposition method, the amount of fluorine separated differs depending on the vapor deposition rate. However, since fluorine separates at least Mg from 1 and fluorine from 0.02 or more, Mg: F = It is preferable to use a composition ratio of 1: 2.02 or more.
【0027】ところで、実施例2では高屈折率物質とし
てNdF3 、低屈折率物質としてMgF2 を用いて多層
膜ミラーを製造したが、他の物質で構成されたもので構
わない。特に高屈折率物質としては、LaF3 、YbF
3 、SmF3 、GdF3 、DyF3 、PrF3 、EuF
3 、HoF3 等を用いることができ、また低屈折率物質
としては、CaF2 、BaF2 等を用いることが出来
る。よって、蒸着物質としては、これらのフッ素過剰物
質を用いれば、膜による光の吸収を少なくすることがで
き、レーザー耐久性の高い光学素子が得られることがで
きる。By the way, in Example 2, the multilayer mirror was manufactured using NdF 3 as the high refractive index material and MgF 2 as the low refractive index material, but it may be composed of other materials. Particularly, as the high refractive index material, LaF 3 , YbF
3 , SmF 3 , GdF 3 , DyF 3 , PrF 3 , EuF
3 , HoF 3 or the like can be used, and CaF 2 , BaF 2 or the like can be used as the low refractive index substance. Therefore, if these fluorine-excess substances are used as the vapor deposition substance, the absorption of light by the film can be reduced, and an optical element having high laser durability can be obtained.
【0028】[0028]
【発明の効果】以上のとおり本発明では、光学素子を形
成する膜物質に、フッ素と金属との組成比が化学量論的
に良い物質または化学量論比よりフッ素が過剰な物質を
成膜することにより、膜による吸収が少なく、且つ、高
いレーザー光強度に対して耐久性をもつ光学素子が実現
できる。INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, a film material forming an optical element is formed of a material having a stoichiometrically good composition ratio of fluorine and metal or a material having an excess of fluorine in the stoichiometric ratio. By doing so, it is possible to realize an optical element that is less absorbed by the film and has durability against high laser light intensity.
【0029】また、真空蒸着法により光学素子を形成す
る膜を成膜する方法として、その蒸着物質としてフッ素
と金属との組成比が化学量論比よりフッ素が過剰の物質
を用いることによって、それで成膜された光学素子は、
膜による吸収が少なく、且つ、高いレーザー光強度に対
して耐久性をもつ光学素子が得られた。In addition, as a method for forming a film for forming an optical element by vacuum vapor deposition, by using a substance in which the composition ratio of fluorine and metal is fluorine in excess of the stoichiometric ratio as the vapor deposition material, The formed optical element is
An optical element having little absorption by the film and having durability against high laser light intensity was obtained.
【図1】:実施例1の反射防止膜の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an antireflection film of Example 1.
【図2】:実施例1の反射防止膜を施した光学素子の分
光透過率特性である。2 is a spectral transmittance characteristic of an optical element provided with an antireflection film of Example 1. FIG.
【図3】:実施例2の多層膜ミラーの断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a multilayer mirror according to a second embodiment.
【図4】:実施例2の多層膜ミラーを施した光学素子の
分光反射率特性である。4 is a spectral reflectance characteristic of an optical element provided with a multilayer mirror of Example 2. FIG.
【図5】:従来の反射防止膜の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional antireflection film.
【図6】:従来の反射防止膜を施した光学素子の分光透
過率特性である。FIG. 6: Spectral transmittance characteristics of an optical element provided with a conventional antireflection film.
【図7】:従来の多層膜ミラーの断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional multilayer mirror.
【図8】:従来の多層膜ミラーを施した光学素子の分光
反射率特性である。FIG. 8: Spectral reflectance characteristics of an optical element provided with a conventional multilayer mirror.
11・・・合成石英基板、 12・・・実施例1におけるフッ化ネオジム膜 13・・・実施例1におけるフッ化アルミニウム膜 21・・・BK7基板 22・・・実施例2におけるフッ化ネオジムとフッ化マ
グネシウムとの膜を交互に成膜した多層膜 31・・・従来のフッ化ネオジム膜 32・・・従来のフッ化アルミニウム膜 41・・・従来のフッ化ネオジムとフッ化マグネシウム
との膜を交互に成膜した多層膜11 ... Synthetic quartz substrate, 12 ... Neodymium fluoride film in Example 1 13 ... Aluminum fluoride film in Example 1 21 ... BK7 substrate 22 ... Neodymium fluoride film in Example 2 Multilayer film in which films with magnesium fluoride are alternately formed 31 ... Conventional neodymium fluoride film 32 ... Conventional aluminum fluoride film 41 ... Conventional neodymium fluoride and magnesium fluoride film Multi-layer film with alternating layers
Claims (6)
合物である膜であって、前記化合物の組成比が化学量論
比または化学量論比より前記フッ素が過剰な組成比を有
する化合物で成膜された膜を有することを特徴とする光
学素子。1. A film formed on a substrate, which is a compound of fluorine and a metal, wherein the composition ratio of the compound is a stoichiometric ratio or the composition ratio of the fluorine is excessive from the stoichiometric ratio. An optical element having a film formed of a compound.
2以上2.1以下であることを特徴とする請求項1記載
の光学素子。2. The optical element according to claim 1, wherein the compound is MgF x , and x is 2 or more and 2.1 or less.
3以上3.1以下であることを特徴とする請求項1記載
の光学素子。3. The optical element according to claim 1, wherein the compound is NdF y , and y is 3 or more and 3.1 or less.
3以上3.1以下であることを特徴とする請求項1記載
の光学素子。4. The optical element according to claim 1, wherein the compound is AlF z , and z is 3 or more and 3.1 or less.
前記真空容器内に設置された基板に前記蒸着物質を成膜
する真空蒸着法を用いた光学素子の製造方法であって、
前記蒸着物質がフッ素と金属との化合物であり、前記蒸
着物質の組成比が化学量論比よりフッ素過剰な組成比を
持つ物質であることを特徴とする光学素子の製造方法。5. The evaporation material is melted and evaporated in a vacuum container,
A method of manufacturing an optical element using a vacuum vapor deposition method for forming a film of the vapor deposition material on a substrate placed in the vacuum container,
The method for producing an optical element, wherein the vapor deposition material is a compound of fluorine and a metal, and the vapor deposition material has a composition ratio of fluorine excess to stoichiometric ratio.
化合物の組成比が化学量論比よりフッ素過剰な組成比を
持つ物質であることを特徴とする前記真空蒸着法を用い
て光学素子を成膜するための蒸着物質。6. An optical element using the vacuum deposition method, which is a compound of fluorine and a metal, wherein the composition ratio of the compound has a composition ratio of fluorine excess to stoichiometric ratio. Deposition material for forming a film.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6317910A JPH08179103A (en) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | Optical element and its production |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6317910A JPH08179103A (en) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | Optical element and its production |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08179103A true JPH08179103A (en) | 1996-07-12 |
Family
ID=18093420
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6317910A Pending JPH08179103A (en) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | Optical element and its production |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH08179103A (en) |
-
1994
- 1994-12-21 JP JP6317910A patent/JPH08179103A/en active Pending
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