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JPH07248408A - Excimer laser mirror and manufacturing method thereof - Google Patents

Excimer laser mirror and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JPH07248408A
JPH07248408A JP6038574A JP3857494A JPH07248408A JP H07248408 A JPH07248408 A JP H07248408A JP 6038574 A JP6038574 A JP 6038574A JP 3857494 A JP3857494 A JP 3857494A JP H07248408 A JPH07248408 A JP H07248408A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vacuum space
plasma
excimer laser
refractive index
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6038574A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makiko Ooyamaguchi
まき子 大山口
Koichi Sasagawa
孝市 笹川
Katsuhide Kawamata
克英 川又
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP6038574A priority Critical patent/JPH07248408A/en
Publication of JPH07248408A publication Critical patent/JPH07248408A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、圧力勾配型プラズマ生成手段から
発生したプラズマを用いたアーク放電型イオンプレーテ
ィングにより、耐エキシマレーザ性が良好なエキシマ用
ミラーを効率良く製造する方法を提供することを目的と
する。 【構成】 紫外波長域で吸収の少ない高屈折率物質(Al
2O3 )からなる第1の層と紫外波長域で吸収の少ない低
屈折率物質(SiO2)からなる第2の層とが交互に積層さ
れた多層構造のエキシマレーザ用ミラーを製造する方法
において、前記第1又は第2の各層の形成過程が、所定
の圧力に設定された第1の真空空間中でアーク放電によ
りプラズマを生成する工程、形成する膜に対応した蒸発
物(Al、Si)を、前記第1の真空空間よりも低い圧力
(8 ×10-4Torr以下)に設定される第2の真空空間中に
設置する工程、前記第2の真空空間に設置された前記蒸
発物に前記プラズマを照射し、該第2の真空空間中で反
応ガス(O2)を導入しながら前記第1の層又は第2の層
を形成する工程、からなることを特徴とする製造方法。
(57) [Summary] [Object] The present invention is a method for efficiently manufacturing an excimer mirror having excellent excimer laser resistance by arc discharge type ion plating using plasma generated from a pressure gradient type plasma generating means. The purpose is to provide. [Structure] High refractive index material (Al with low absorption in the ultraviolet wavelength range)
Method for manufacturing a mirror for excimer laser having a multilayer structure in which a first layer made of 2 O 3 ) and a second layer made of a low-refractive index substance (SiO 2 ) having a small absorption in the ultraviolet wavelength region are alternately laminated In the step of forming each of the first and second layers, the step of generating plasma by arc discharge in the first vacuum space set to a predetermined pressure, the vaporized materials (Al, Si) corresponding to the film to be formed. ) In a second vacuum space set at a pressure lower than that of the first vacuum space (8 × 10 −4 Torr or less), the vaporized material installed in the second vacuum space. And irradiating the plasma with the plasma, and forming the first layer or the second layer while introducing a reaction gas (O 2 ) in the second vacuum space.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、圧力勾配型プラズマ生
成手段から発生したプラズマを用いた、アーク放電型イ
オンプレーティングによるエキシマレーザ用ミラー及び
その製造(成膜)方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an excimer laser mirror by arc discharge type ion plating, which uses plasma generated from a pressure gradient type plasma generating means, and a manufacturing (film forming) method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、超LSIデバイス加工には、主と
してフォトリソグラフィが使用されている。近年超LS
Iデバイスの集積度が年を追って高くなるにつれ、より
微細なパターン加工に対応が可能な短い波長の紫外線露
光装置の開発が盛んに進められている。これらの装置の
中には、エキシマレーザを効率よく反射させるエキシマ
レーザ用反射ミラー(以下、エキシマ用ミラーとする)
や、エキシマレーザに対して任意の反射率を持つエキシ
マレーザ用ハーフミラー(以下、エキシマ用ハーフミラ
ーとする)などが用いられている。
2. Description of the Related Art Currently, photolithography is mainly used for processing VLSI devices. Super LS in recent years
As the degree of integration of I-devices increases year by year, development of a short wavelength ultraviolet exposure apparatus capable of processing finer patterns is being actively pursued. Some of these devices include excimer laser reflection mirrors that reflect the excimer laser efficiently (hereinafter referred to as excimer mirrors).
Alternatively, an excimer laser half mirror (hereinafter referred to as an excimer half mirror) having an arbitrary reflectance with respect to an excimer laser is used.

【0003】従来のエキシマ用ミラーとしては、アルミ
ニウム(Al )膜を用いるのが一般的であった。また、
Al 膜に弗化マグネシウム(MgF2 )や弗化リチウム
(LiF)などの保護膜を積層し、耐久性を向上させた
エキシマ用ミラーも提案されている。さらに、Al の保
護膜として使用する高反射誘電体多層膜の材料を規定し
たエキシマ用ミラーも出願されている(特開昭63−2
08801)。 これらとは異なり反射波長域を特定
し、反射率を向上させたエキシマ用ミラーもある。その
一例として、高屈折率物質からなる誘電体と低屈折率物
質からなる誘電体を交互に積層した多層膜が知られてい
る。これらは、誘電体多層膜の構成を変更する事によ
り、任意の反射波長域、反射率が選定できるという特徴
がある。
As a conventional excimer mirror, an aluminum (Al) film is generally used. Also,
There is also proposed an excimer mirror in which a protective film such as magnesium fluoride (MgF 2 ) or lithium fluoride (LiF) is laminated on an Al film to improve durability. Further, an application for an excimer mirror which defines a material of a highly reflective dielectric multilayer film used as an Al protective film (Japanese Patent Laid-Open No. 63-2).
08801). Unlike these, there is also an excimer mirror in which the reflection wavelength region is specified to improve the reflectance. As an example thereof, a multilayer film is known in which dielectrics made of a high refractive index substance and dielectrics made of a low refractive index substance are alternately laminated. These are characterized in that an arbitrary reflection wavelength range and reflectance can be selected by changing the structure of the dielectric multilayer film.

【0004】特開昭55−45061には、紫外波長域
において吸収を有する高屈折率誘電体層(屈折率1.9
以上)と紫外波長域で無吸収の中間屈折率誘電体層及び
低屈折率誘電体層(屈折率1.5以下)を積層する紫外
線多層膜も公開されている。また、近年任意の反射率を
持つエキシマ用ハーフミラーの用途が急増している。こ
れらのミラーは反射率の変化が少ない、経時変化、環境
安定性、耐エキシマレーザ性に優れているなどの特性が
必要とされている。
Japanese Patent Laid-Open No. 55-45061 discloses a high-refractive-index dielectric layer (refractive index 1.9) having absorption in the ultraviolet wavelength region.
Above) and an ultraviolet multi-layer film in which an intermediate-refractive-index dielectric layer and a low-refractive-index dielectric layer (refractive index of 1.5 or less) that do not absorb in the ultraviolet wavelength range are laminated. Further, in recent years, the use of excimer half mirrors having an arbitrary reflectance is rapidly increasing. These mirrors are required to have characteristics such as little change in reflectance, change over time, environmental stability, and excimer laser resistance.

【0005】これらエキシマ用ミラーの製造には各種の
成膜方法が用いられており、たとえば、真空蒸着法、イ
オンビームスパッタリング法が使用される。
Various film forming methods are used for manufacturing these excimer mirrors, for example, a vacuum vapor deposition method and an ion beam sputtering method.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】誘電体多層膜のエキシ
マ用ミラーは、多層膜の層数、構成により反射波長域、
反射率を設定できるはずであるが、実際には膜の吸収、
散乱、応力などが原因で希望とする反射波長域、反射率
を得る事は難しい。これらのエキシマ用ミラーは特定波
長での反射率が重要となるが、波長シフトや反射率の変
化が発生し問題となっていた。
An excimer mirror having a dielectric multilayer film has a reflection wavelength range depending on the number of layers of the multilayer film and the structure thereof.
You should be able to set the reflectivity, but in reality the absorption of the film,
It is difficult to obtain the desired reflection wavelength range and reflectance due to scattering and stress. In these excimer mirrors, reflectance at a specific wavelength is important, but wavelength shift and reflectance change have been a problem.

【0007】また、誘電体多層膜の界面には膜形成工程
上不純物が混入されやすい。この不純物が原因となりエ
キシマレーザ耐久性(以下、耐エキシマレーザ性とす
る)が悪くなるという問題が生じる。例えば、真空蒸着
法では、蒸発物がイオン化することなく基板上に堆積す
るので、成膜された膜の密度が低くなり易く、所望の反
射率、耐エキシマレーザ性が得られ難い。また、耐エキ
シマレーザ性を高めるには膜中に含まれる水分を減らす
必要があるが、そのためには成膜時に基板を 200〜 300
℃程度に加熱しなければならない。そのため、成膜する
基板(レンズ等)の熱変形を考慮しなければいけないと
いう問題があった。
Impurities are likely to be mixed into the interface of the dielectric multilayer film during the film forming process. This impurity causes a problem that excimer laser durability (hereinafter referred to as excimer laser resistance) deteriorates. For example, in the vacuum vapor deposition method, since the evaporated material is deposited on the substrate without being ionized, the density of the formed film tends to be low, and it is difficult to obtain desired reflectance and excimer laser resistance. In addition, it is necessary to reduce the water content in the film in order to enhance the excimer laser resistance.
Must be heated to about ℃. Therefore, there is a problem that the thermal deformation of the substrate (lens or the like) on which the film is formed must be taken into consideration.

【0008】イオンビームスパッタリング法は、高密度
の薄膜を形成することができることから耐エキシマレー
ザ性の優れた薄膜が成膜され易い。しかし、ターゲット
の使用効率が低くて成膜速度が遅いため、効率良く成膜
することができないという問題があった。また、従来の
イオンプレーティング法では、成膜の際に基板がプラズ
マによって洗浄されるので、基板を加熱しなくても密着
性の優れる薄膜が形成され易い。しかし、所望の耐環境
性を達成しようとすると、やはり基板を加熱する必要が
あった。また、この方法では低真空(比較的高い圧力)
下で成膜が進行するので、形成された薄膜中に水分や不
純物等が含まれて膜の純度が低くなり易かった。そのた
め、成膜された薄膜は耐エキシマレーザ性に劣るという
問題もあった。
Since the ion beam sputtering method can form a high-density thin film, a thin film excellent in excimer laser resistance is easily formed. However, there is a problem that the film cannot be formed efficiently because the target is not used efficiently and the film forming speed is low. Further, in the conventional ion plating method, since the substrate is cleaned by plasma during film formation, a thin film having excellent adhesion can be easily formed without heating the substrate. However, it was still necessary to heat the substrate in order to achieve the desired environment resistance. Also, in this method low vacuum (relatively high pressure)
Since the film formation proceeds below, the formed thin film was liable to contain water, impurities, etc., so that the purity of the film was easily lowered. Therefore, there is also a problem that the formed thin film is inferior in excimer laser resistance.

【0009】このように、従来の成膜方法では、所望の
波長域、反射率を持つエキシマ用ミラーを製造する事は
困難であった。本発明は、このような問題に鑑みてなさ
れたもので、耐エキシマレーザ性が良好なエキシマ用ミ
ラーを効率良く製造(成膜)することを目的とする。
As described above, it has been difficult to manufacture an excimer mirror having a desired wavelength range and reflectance by the conventional film forming method. The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to efficiently manufacture (form a film) an excimer mirror having excellent excimer laser resistance.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的のために、本発
明では、紫外波長域で吸収の少ない高屈折率物質からな
る第1の層と紫外波長域で吸収の少ない低屈折率物質か
らなる第2の層とが交互に積層された多層構造のエキシ
マレーザ用ミラーを製造する方法において、前記第1お
よび第2の各層の形成過程が、(イ)所定の圧力に設定
された第1の真空空間中でアーク放電によりプラズマを
生成する工程、(ロ)形成する膜に対応した蒸発物を、
前記第1の真空空間よりも低い圧力に設定された第2の
真空空間中に設置する工程、および(ハ)前記第2の真
空空間中に設置された前記蒸発物に前記プラズマを照射
し、該第2の真空空間中で反応ガスを導入しながら、前
記第1の層または第2の層を形成する工程、からなるこ
とを特徴とするエキシマレーザ用ミラーの製造方法。
(請求項1) 請求項1記載の製造方法において、 前記第1及び第2
の層を形成する際に、前記第2の真空空間の圧力を8×
10-4Torr以下に設定することを特徴とするエキシマレー
ザ用ミラーの製造方法。(請求項2) 前記高屈折率物質の薄膜を形成するための蒸発物がアル
ミニウム(Al)で、前記低屈折率物質の薄膜を形成する
ための蒸発物が珪素(Si)で、前記反応ガスが酸素
(O2)であることを特徴とする請求項1又は2記載のエ
キシマレーザ用ミラーの製造方法(請求項3)。
To achieve the above object, the present invention comprises a first layer made of a high-refractive-index substance having a small absorption in the ultraviolet wavelength region and a low-refractive-index substance having a small absorption in the ultraviolet wavelength region. In a method of manufacturing a multi-layer structure excimer laser mirror in which second layers are alternately laminated, in the forming process of each of the first and second layers, (a) a first pressure set to a predetermined pressure. The step of generating plasma by arc discharge in a vacuum space, (b) the vaporized material corresponding to the film to be formed,
Installing in a second vacuum space set to a pressure lower than the first vacuum space, and (c) irradiating the plasma to the vaporized material installed in the second vacuum space, A method for manufacturing an excimer laser mirror, comprising the step of forming the first layer or the second layer while introducing a reaction gas in the second vacuum space.
(Claim 1) In the manufacturing method according to claim 1, the first and second
When forming the layer of the
A method for manufacturing a mirror for an excimer laser, which is characterized in that it is set to 10 -4 Torr or less. (Claim 2) The evaporation material for forming the thin film of the high refractive index material is aluminum (Al), and the evaporation material for forming the thin film of the low refractive index material is silicon (Si), and the reaction gas Is oxygen (O 2 ), The method for manufacturing an excimer laser mirror according to claim 1 or 2, (claim 3).

【0011】前記高屈折率物質が酸化アルミニウムで、
前記低屈折率物質が酸化珪素であることを特徴とする請
求項3記載のエキシマレーザ用ミラーの製造方法により
製造されたエキシマレーザ用ミラー(請求項4)を提供
する。
The high refractive index material is aluminum oxide,
An excimer laser mirror manufactured by the method for manufacturing an excimer laser mirror according to claim 3, wherein the low refractive index material is silicon oxide.

【0012】[0012]

【作用】本発明者らは、「酸化アルミニウム(Al2O3
からなる層と酸化珪素(SiO2)からなる層とを交互に積
層させた多層構造のミラー」を、所定の圧力に設定され
た第1の真空空間中でアーク放電によりプラズマを生成
し、このプラズマを前記第1の真空空間よりも低い圧力
に設定された第2の真空空間に導入する圧力勾配型プラ
ズマ生成手段を用いたアーク放電型イオンプレーティン
グ法によって製造(成膜)すると、耐エキシマレーザ性
に優れたミラーが効率良く形成されることを見出し、本
発明を成すに到った。
[Function] The present inventors have found that "aluminum oxide (Al 2 O 3 )"
A layer having a multi-layer structure in which layers made of silicon oxide and layers made of silicon oxide (SiO 2 ) are alternately laminated "to generate plasma by arc discharge in a first vacuum space set to a predetermined pressure. When the plasma is produced (deposited) by the arc discharge type ion plating method using the pressure gradient type plasma generating means for introducing the plasma into the second vacuum space set to a pressure lower than that of the first vacuum space, the excimer resistance is increased. The inventors have found that a mirror excellent in laser characteristics can be efficiently formed, and have completed the present invention.

【0013】この原因としては、前記圧力勾配型プラズ
マ生成手段によって前記第2の真空空間中に生成したプ
ラズマの密度が高いこと、および第2の真空空間内で薄
膜を形成する位置(基板を設置する位置)付近の電離度
が高いこと、が考えられる。特に、前記第2の真空空間
の成膜時の圧力を8×10-4Torr以下に設定したことで成
膜される膜中への(薄膜構成物以外の粒子等)の混入が
抑制されるため、成膜された酸化アルミニウム(Al
2O3 )等の酸化物の薄膜の密度が、この酸化物のバルク
状態での密度に近い値を有する(所望の酸化物に近い膜
質が得られる)ためと考えられる。
The cause of this is that the density of the plasma generated in the second vacuum space by the pressure gradient type plasma generating means is high, and the position where the thin film is formed in the second vacuum space (the substrate is installed). It is conceivable that the ionization degree in the vicinity of the position () is high. In particular, by setting the pressure during film formation in the second vacuum space to 8 × 10 −4 Torr or less, mixing of particles (particles other than the thin film constituents) into the film formed is suppressed. Therefore, the deposited aluminum oxide (Al
It is considered that the density of a thin film of an oxide such as 2 O 3 ) has a value close to the density of the oxide in the bulk state (a film quality close to that of the desired oxide can be obtained).

【0014】多層構造のエキシマ用ミラー(以下、単に
多層膜という)を構成する物質に紫外波長域で吸収の少
ない高屈折率物質と低屈折率物質を用いているのは、エ
キシマレーザ波長域での反射率の設定が容易なためであ
る。特に、酸化アルミニウムと酸化珪素を用いた理由
は、酸化アルミニウムと酸化珪素のエキシマレーザ波長
域での屈折率が近いため、多層膜の積層数による反射率
の変化が少ないので、積層数を増やすことにより、細か
い反射率の調整が容易なためである。前述のように、本
発明では、酸化アルミニウムをはじめ各酸化物の成膜時
の圧力を8×10-4Torr以下に設定したので、不純物の混
入が抑制され、これら酸化物のバルク状態での性質に近
い耐エキシマレーザ性が得られた。
In the excimer laser wavelength range, the high-refractive index material and the low-refractive index material, which have little absorption in the ultraviolet wavelength range, are used as the material forming the multilayer structure excimer mirror (hereinafter, simply referred to as “multilayer film”). This is because it is easy to set the reflectance of. In particular, the reason why aluminum oxide and silicon oxide are used is that since the refractive index of aluminum oxide and that of silicon oxide are close to each other in the excimer laser wavelength range, the change in reflectance due to the number of laminated layers is small, so increase the number of laminated layers. This makes it easy to finely adjust the reflectance. As described above, in the present invention, the pressure at the time of forming each oxide including aluminum oxide is set to 8 × 10 −4 Torr or less, so that the mixing of impurities is suppressed and the oxides in the bulk state of these oxides are suppressed. The excimer laser resistance close to the property was obtained.

【0015】また、本発明では、成膜時に基板を加熱す
る必要がないので、前記酸化物を形成させる基板等の材
質が耐熱性による制限を受けない。そのため、基板材質
の選択の幅が広がる。なお、本発明では、成膜時に、前
記第1の真空空間から導入されるプラズマ生成手段の放
電ガスとして用いるアルゴン(Ar)、ヘリウム(He)等
の不活性ガスと、反応ガス(O2ガス等)とが第2の真空
空間に導入される。従って、前記成膜時の第2の真空空
間の圧力は、これら放電ガスの分圧と反応ガスの分圧の
和に依存して決定される。
Further, in the present invention, since it is not necessary to heat the substrate during film formation, the material of the substrate on which the oxide is formed is not limited by heat resistance. Therefore, the range of selection of the substrate material is widened. In the present invention, during film formation, an inert gas such as argon (Ar) or helium (He) used as a discharge gas of the plasma generating means introduced from the first vacuum space and a reaction gas (O 2 gas). Etc.) are introduced into the second vacuum space. Therefore, the pressure in the second vacuum space during the film formation is determined depending on the sum of the partial pressures of the discharge gas and the reaction gas.

【0016】また、本発明の膜物質としては、酸化アル
ミニウムと酸化珪素に限られるものではなく、この他、
フッ化トリウム(ThF4)、フッ化バリウム(BaF2)、酸
化マグネシウム(MgO )などが好適に使用できる。以
下、図面を引用して、実施例により本発明を、具体的に
説明するが、本発明は、これに限られるものではない。
Further, the film substance of the present invention is not limited to aluminum oxide and silicon oxide.
Thorium fluoride (ThF 4 ), barium fluoride (BaF 2 ), magnesium oxide (MgO 2 ) and the like can be preferably used. Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

【0017】[0017]

【実施例】図1は、本発明を実施する際に使用した薄膜
形成装置(アーク放電型イオンプレーティング装置)の
概略構成図である。以下、図1に従って本発明の薄膜製
造方法を説明する。この薄膜形成装置は、蒸発物を載置
する蒸発物保持手段(陽極を兼ねる)7、この保持手段
7の直下に設置されたプラズマ収束用永久磁石8、基板
12を支持する回転可能な基板ホルダ18、基板12上
に形成された薄膜の膜厚を測定する水晶振動子からなる
膜厚モニタ17、蒸発物からの蒸発粒子が基板12に到
達するのを防ぐシャッタ15およびこれら各構成要件が
設置された空間を真空状態に保持するステンレス(SUS3
04)製の真空容器6とを備えている。さらに、前記蒸発
物を電子を含むプラズマで加熱するために、該プラズマ
を生成するプラズマ生成手段(電子銃)50が真空容器
6に取り付けられている。このプラズマ生成手段50と
真空容器6との接続部には、プラズマに外部から磁場を
与えるための空芯コイル14が配置されている。また、
基板ホルダ18およびこれに載置される基板12の電位
を蒸発物保持手段7の電位に対して負の電位となるよう
に設定するバイアス電源11を備えている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus (arc discharge type ion plating apparatus) used for carrying out the present invention. Hereinafter, the thin film manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIG. This thin film forming apparatus includes an evaporative substance holding means (also serving as an anode) 7 on which an evaporative substance is placed, a plasma focusing permanent magnet 8 installed immediately below the retaining means 7, and a rotatable substrate holder for supporting a substrate 12. 18, a film thickness monitor 17 composed of a crystal oscillator for measuring the film thickness of a thin film formed on the substrate 12, a shutter 15 for preventing evaporating particles from evaporates from reaching the substrate 12, and these constituent elements are installed. Stainless steel (SUS3
It is equipped with a vacuum container 6 made of 04). Further, a plasma generating means (electron gun) 50 for generating the plasma is attached to the vacuum container 6 in order to heat the evaporate with a plasma containing electrons. An air-core coil 14 for externally applying a magnetic field to the plasma is arranged at a connection portion between the plasma generating means 50 and the vacuum container 6. Also,
The substrate holder 18 and the bias power source 11 for setting the potential of the substrate 12 placed on the substrate holder 18 to be a negative potential with respect to the potential of the evaporation material holding means 7.

【0018】蒸発物保持手段7は、図示していない水冷
機構を有すると共に、プラズマ生成手段50の陽極を兼
ねている。また、前述のようにバイアス電源11によっ
て基板ホルダ18よりも高電位となるように構成され
る。 この蒸発物保持手段7には、複数種類の蒸発物を
載置できるように、複数の凹部からなる保持部(図示せ
ず)と、各凹部の蒸発物に選択的にプラズマが照射され
るように保持部を回転させる選択手段(図示せず)とが
設けられている。 選択手段には、成膜を行わない蒸発
物にプラズマが照射されないようにカバー等の遮蔽手段
を設けておくとよい。 真空容器6には、容器6内を所
望の圧力に設定するための排気手段(図示せず)と、反
応ガス供給口10とが設けられている。 この反応ガス
供給口10には、反応ガスを容器6内に導入するための
反応ガス供給手段(図示せず)が接続されている。ま
た、容器6の壁面にはプラズマ生成手段50が設置さ
れ、この生成手段50によって生成されたプラズマ流が
容器6内の空間に導入されるようになっている。
The evaporation holding means 7 has a water cooling mechanism (not shown) and also serves as an anode of the plasma generating means 50. Further, as described above, the bias power supply 11 is configured to have a higher potential than that of the substrate holder 18. The evaporation material holding means 7 is provided with a holding portion (not shown) composed of a plurality of recesses so that a plurality of kinds of evaporation materials can be placed, and the evaporation material in each recess is selectively irradiated with plasma. And a selection means (not shown) for rotating the holding portion. The selection means may be provided with a shielding means such as a cover so that plasma is not irradiated to the evaporated material on which film formation is not performed. The vacuum container 6 is provided with an exhaust means (not shown) for setting the inside of the container 6 to a desired pressure, and a reaction gas supply port 10. A reaction gas supply means (not shown) for introducing the reaction gas into the container 6 is connected to the reaction gas supply port 10. A plasma generating means 50 is installed on the wall surface of the container 6, and the plasma flow generated by the generating means 50 is introduced into the space inside the container 6.

【0019】前記排気手段は、真空容器6に設けられた
排気口9とこの排気口9に接続されたトラップを備えた
油拡散ポンプと油回転ポンプ、補助バルブ、粗引きバル
ブ(共に図示せず)およびメインバルブ16等から構成
される。また、本実施例のプラズマ生成手段50は、陰
極部と陽極7との間に中間電極3、4を配置することで
これら陰極と陽極間の空間を陰極側と陽極側とに分ける
と共に、陰極側の圧力を陽極側よりも高い圧力に維持し
た状態でプラズマを生成するように構成されている。そ
のため、例えば、陰極側の圧力を1Torr程度、陽極側の
圧力を10-1〜10-4Torr程度の希望する値に設定してプラ
ズマを生成することが可能である。このような構成のプ
ラズマ生成手段は、圧力勾配型プラズマ生成手段と呼ば
れている。この圧力勾配型プラズマ生成手段を用いる
と、成膜が行われる真空容器6内を高真空(低い圧力)
に保ちながら、プラズマ生成のために安定な放電を行な
うことができる。また、圧力差により主陰極2に対する
イオンの逆流がほとんど無いため、イオンの衝突による
陰極の損傷を防止できる、陰極からの熱電子放出が低下
し難い、陰極の寿命が長くなる、大電流放電が可能とな
る等の利点を有する。さらに、真空容器6内に反応ガス
を導入してもこのガスがプラズマ生成室51に入り込む
恐れがない。
The evacuation means is an oil diffusion pump having an exhaust port 9 provided in the vacuum container 6 and a trap connected to the exhaust port 9, an oil rotary pump, an auxiliary valve, and a roughing valve (both not shown). ) And the main valve 16 and the like. Further, the plasma generating means 50 of the present embodiment divides the space between the cathode and the anode into the cathode side and the anode side by disposing the intermediate electrodes 3 and 4 between the cathode part and the anode 7, and It is configured to generate plasma while maintaining the pressure on the side higher than that on the anode side. Therefore, for example, it is possible to generate plasma by setting the pressure on the cathode side to about 1 Torr and the pressure on the anode side to desired values of about 10 -1 to 10 -4 Torr. The plasma generating means having such a configuration is called a pressure gradient type plasma generating means. When this pressure gradient type plasma generating means is used, high vacuum (low pressure) is applied to the inside of the vacuum container 6 where the film is formed.
It is possible to carry out stable discharge for plasma generation while maintaining the temperature. Also, since there is almost no backflow of ions to the main cathode 2 due to the pressure difference, damage to the cathode due to collision of ions can be prevented, thermionic emission from the cathode is less likely to decrease, the life of the cathode is prolonged, and large current discharge occurs. It has advantages such as being possible. Furthermore, even if a reaction gas is introduced into the vacuum container 6, there is no possibility that this gas will enter the plasma generation chamber 51.

【0020】ここで、本実施例の薄膜形成装置(アーク
放電型イオンプレーティング装置)を用いた多層構造の
エキシマ用ハーフミラーの製造(成膜)過程について説
明する。まず、基板12として光学研磨した直径30mmの
円形の石英ガラスを用意し、この基板12を基板ホルダ
18に取り付ける。そして、蒸発物保持手段7(プラズ
マ生成手段50の陽極を兼ねる)の各凹部にアルミニウ
ム(Al)とシリコン(Si)をそれぞれ載置する。その
後、メインバルブ16の開度を調整しながら前記排気手
段によって真空容器6内の圧力が8×10-6Torrになるよ
うに設定する。この状態で、主放電電極5により陰極部
51と陽極(保持手段)7との間に約600Vの直流電圧
を印加してプラズマを生成する。この時、プラズマ生成
手段50においては、陰極部51のガス導入口1からの
放電ガス(Ar)の導入により、陰極部51の近傍領域
(前記第1の真空空間)のガス圧は約1Torr程度に維持
される。また、前記排気手段によって真空容器6内の陽
極(保持手段)7の近傍領域の圧力が約2×10-3Torrと
なるように設定する。これにより、プラズマ生成手段5
0の陰極部51付近でアーク放電が生じ、前記放電ガス
がプラズマ化される。生成されたプラズマは、第1の中
間電極3および第2の中間電極4により前記プラズマ生
成室から陽極7側(真空容器6内部側)に引き出され
る。このプラズマは、中間電極や空芯コイル14によっ
て円柱状に収束され、プラズマ流13として真空容器6
内に導かれる。そして、陽極(保持手段)7近傍に設置
されたプラズマ収束用磁石8の磁場によって進路を変え
られる。この時、メインバルブ16の開度を調整して真
空容器6の圧力が8×10-4Torrとなるように前記排気手
段を制御しておく。一方、前記反応ガス供給手段により
反応ガス供給口10から酸素ガス(O2)を所望の流量
(85 CC/分)で容器6内に導入し、蒸発物から蒸発した
物質(アルミニウム)と反応させる。なお、反応ガスの
導入後も容器6内の圧力が8×10-4Torrに維持されるよ
うにメインバルブ16の開度を調整しておく。その後、
シャッタ15を開くと、蒸発した物質(アルミニウム)
および反応ガス(酸素ガス)はプラズマ中を通ることに
よりイオン化されて、基板12上に到達する。その結
果、この基板12表面には薄膜状の酸化アルミニウム
(Al2O3 )が形成される。なお、薄膜の形成中は、膜厚
モニタ17によって薄膜の膜厚と成膜レート(蒸発速
度)を測定できるので、所定の膜厚となった時点で成膜
を止めればよい。こうして、多層膜の一層分が基板12
上に形成される。
Here, a process of manufacturing (film forming) a half mirror for an excimer having a multi-layer structure using the thin film forming apparatus (arc discharge type ion plating apparatus) of this embodiment will be described. First, as the substrate 12, optically polished circular quartz glass having a diameter of 30 mm is prepared, and the substrate 12 is attached to the substrate holder 18. Then, aluminum (Al) and silicon (Si) are placed in the respective recesses of the evaporated material holding means 7 (also serving as the anode of the plasma generation means 50). After that, while adjusting the opening of the main valve 16, the pressure in the vacuum container 6 is set to 8 × 10 −6 Torr by the exhaust means. In this state, a DC voltage of about 600 V is applied between the cathode section 51 and the anode (holding means) 7 by the main discharge electrode 5 to generate plasma. At this time, in the plasma generating means 50, the gas pressure in the region near the cathode part 51 (the first vacuum space) is about 1 Torr due to the introduction of the discharge gas (Ar) from the gas introduction port 1 of the cathode part 51. Maintained at. Also, the pressure in the region near the anode (holding means) 7 in the vacuum container 6 is set to about 2 × 10 −3 Torr by the exhaust means. Thereby, the plasma generating means 5
Arc discharge is generated in the vicinity of the cathode portion 51 of 0, and the discharge gas is turned into plasma. The generated plasma is extracted from the plasma generation chamber to the anode 7 side (inside the vacuum container 6) by the first intermediate electrode 3 and the second intermediate electrode 4. The plasma is converged into a cylindrical shape by the intermediate electrode and the air-core coil 14, and the plasma flow 13 forms the vacuum vessel 6
Be guided inside. The course can be changed by the magnetic field of the plasma focusing magnet 8 installed near the anode (holding means) 7. At this time, the exhaust means is controlled so that the opening of the main valve 16 is adjusted so that the pressure in the vacuum container 6 becomes 8 × 10 −4 Torr. On the other hand, oxygen gas (O 2 ) is introduced into the container 6 from the reaction gas supply port 10 at a desired flow rate (85 CC / min) by the reaction gas supply means to react with the substance (aluminum) evaporated from the evaporated material. . The opening of the main valve 16 is adjusted so that the pressure inside the container 6 is maintained at 8 × 10 −4 Torr even after the introduction of the reaction gas. afterwards,
When the shutter 15 is opened, the evaporated material (aluminum)
The reaction gas (oxygen gas) is ionized by passing through the plasma and reaches the substrate 12. As a result, thin film aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is formed on the surface of the substrate 12. During the formation of the thin film, the film thickness of the thin film and the film forming rate (evaporation rate) can be measured by the film thickness monitor 17, and therefore the film forming may be stopped when the predetermined film thickness is reached. Thus, one layer of the multilayer film is used as the substrate 12
Formed on.

【0021】次に、もう一方の蒸発物(ここでは珪素)
にプラズマを照射して、酸化アルミニウム(Al2O3)か
らなる層の上に酸化珪素(SiO2)からなる層を同様の過
程で成膜する。このようにして、蒸発物保持手段7に載
置したアルミニウムとシリコンに交互にプラズマを照射
して、基板12上に酸化アルミニウムからなる層と酸化
珪素からなる層を交互に17層ずつ積層して多層膜を製造
(成膜)した。多層膜の各層の膜厚は、使用する光の波
長をλとした時、λ/4(本実施例ではλ= 248nm)と
なるように設定した。本実施例の成膜条件を以下に示
す。
Next, the other evaporated material (here, silicon)
By irradiating plasma to the layer, a layer made of silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the layer made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) in the same process. In this way, the aluminum and the silicon placed on the evaporation material holding means 7 are alternately irradiated with plasma, and 17 layers of aluminum oxide and 17 layers of silicon oxide are alternately laminated on the substrate 12. A multilayer film was manufactured (deposited). The film thickness of each layer of the multilayer film was set to be λ / 4 (λ = 248 nm in this embodiment), where λ is the wavelength of the light used. The film forming conditions of this example are shown below.

【0022】 SiO2 Al2O3 アーク放電電圧 50V 35 V アーク放電電流 50A 25 A 蒸発物 Si Al 成膜速度 0.2nm/sec 0.3nm /sec 真空容器内の到達圧力(真空度) 8×10-6Torr 成膜時の真空容器内の圧力(真空度) 8×10-4Torr 放電ガスAr流量 20 SCCM (CC/分) 反応ガスO2流量 85 SCCM (CC/分) 本実施例で製造(成膜)された酸化アルミニウムからな
る層と酸化珪素からなる層で構成された多層膜(ハーフ
ミラー)に対し、反射 、経時変化、耐エキシマレーザ
性の測定を行った。
SiO 2 Al 2 O 3 Arc discharge voltage 50 V 35 V Arc discharge current 50 A 25 A Evaporate Si Al Film formation rate 0.2 nm / sec 0.3 nm / sec Ultimate pressure (vacuum degree) in the vacuum vessel 8 × 10 − 6 Torr Pressure (vacuum degree) in vacuum chamber during film formation 8 × 10 −4 Torr Discharge gas Ar flow rate 20 SCCM (CC / min) Reaction gas O 2 flow rate 85 SCCM (CC / min) Manufactured in this example ( The reflection, the change with time, and the excimer laser resistance of the multilayer film (half mirror) composed of the formed aluminum oxide layer and the silicon oxide layer were measured.

【0023】反射率は分光光度計を用い、波長248nmで
測定を行った。また、経時変化は波長248nmでの反射率
の変化を成膜直後から1ヶ月間測定した。耐エキシマレ
ーザー性を測定するのに用いたレーザーの波長は248n
m、パルス幅は30nsである。耐エキシマレーザー性は上
記レーザーを用い、照射エネルギーを徐々に増加させ多
層膜ミラーに損傷が発生するまで行い、損傷が発生しな
い最大の照射エネルギーで判断した。
The reflectance was measured with a spectrophotometer at a wavelength of 248 nm. The change with time was measured by measuring the change in reflectance at a wavelength of 248 nm for one month immediately after film formation. The wavelength of the laser used to measure excimer laser resistance is 248n.
m, pulse width 30 ns. The excimer laser resistance was evaluated by using the above laser until irradiation energy was gradually increased until the multilayer mirror was damaged, and the maximum irradiation energy at which damage was not generated was determined.

【0024】図2は、本実施例で製造された多層膜(ハ
ーフミラー)の分光反射率を表すグラフである。図から
明らかなように、設計波長( 248nm)で反射率は80%
であった。本実施例で得られた多層膜(ハーフミラー)
は、1ヶ月間の反射率の経時変化は全く観察されず、耐
エキシマレーザー性は、照射エネルギー7.1J/cm2ま
で損傷は観察されなかった。
FIG. 2 is a graph showing the spectral reflectance of the multilayer film (half mirror) manufactured in this example. As is clear from the figure, the reflectance is 80% at the design wavelength (248 nm).
Met. Multilayer film (half mirror) obtained in this example
No change in reflectance with time was observed at all, and no damage was observed in excimer laser resistance up to an irradiation energy of 7.1 J / cm 2.

【0025】〔比較例〕電子銃で蒸発物を加熱する電子
銃加熱方式の真空蒸着装置を用い、下記の成膜条件を設
定して実施例と同じの基板上に酸化アルミニウムからな
る層と酸化珪素からなる層を交互に17層ずつ積層して多
層膜を製造(成膜)した。 真空容器内の到達圧力(真空度) :5×10-6Torr 成膜時の真空容器内の圧力(真空度):5×10-5Torr 蒸発物 :SiO2、Al2
3 基板温度 :320 ℃ 成膜速度 :0.2 nm/sec 本比較例で製造(成膜)された酸化アルミニウムからな
る層と酸化珪素からなる層で構成された多層膜に対し、
実施例と同様に反射率、経時変化、耐エキシマレーザ性
の測定を行った。
[Comparative Example] Using an electron gun heating type vacuum vapor deposition apparatus that heats an evaporated material with an electron gun, the following film forming conditions were set, and a layer made of aluminum oxide and an oxide film were formed on the same substrate as in the example. A multilayer film was manufactured (formed) by alternately stacking 17 layers each made of silicon. Ultimate pressure (vacuum degree) in the vacuum container: 5 × 10 -6 Torr Pressure (vacuum degree) in the vacuum container during film formation: 5 × 10 -5 Torr Evaporated substances: SiO 2 , Al 2
O 3 substrate temperature: 320 ° C. Film formation rate: 0.2 nm / sec For a multilayer film composed of a layer made of aluminum oxide and a layer made of silicon oxide manufactured (formed) in this comparative example,
The reflectance, the change with time, and the excimer laser resistance were measured in the same manner as in the examples.

【0026】本比較例で得られた多層膜の反射率は、実
施例と同じ80%(248nm)であった。本比較例で得ら
れた多層膜(ハーフミラー)は、1ヶ月間で±3.0%
の経時変化が観察された。耐エキシマレーザ性は、照射
エネルギー3.0J/cm2で損傷が確認された。
The reflectance of the multilayer film obtained in this comparative example was 80% (248 nm), which is the same as that in the example. The multilayer film (half mirror) obtained in this comparative example is ± 3.0% in one month.
Was observed over time. With respect to excimer laser resistance, damage was confirmed at an irradiation energy of 3.0 J / cm 2.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、不純物
の少ない高密度の成膜が可能なため耐エキシマレーザ性
の良好な多層膜を効率良く製造(成膜)することができ
る。また、成膜時に基板を加熱する必要がないため、熱
に弱い材料からなる基板上にも多層膜を形成することが
できる。
As described above, according to the present invention, since a high density film containing few impurities can be formed, a multilayer film having excellent excimer laser resistance can be efficiently manufactured (film formed). Further, since it is not necessary to heat the substrate during film formation, the multilayer film can be formed even on the substrate made of a material weak against heat.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】は、本発明の一実施例に使用した薄膜形成装置
(アーク放電型イオンプレーティング装置)の概略断面
図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a thin film forming apparatus (arc discharge type ion plating apparatus) used in an embodiment of the present invention.

【図2】は、本発明の一実施例により製造した、エキシ
マ用ハーフミラーの分光反射率を表すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the spectral reflectance of an excimer half mirror manufactured according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガス導入口 2 主陰極 3 第1の中間電極 4 第2の中間電極 5 主放電電極 6 真空容器 7 蒸発物保持手段(兼陽極) 8 プラズマ収束用永久磁石 9 排気口 10 反応ガス供給口 11 バイアス電源 12 基板 14 空芯コイル 15 シャッタ 16 メインバルブ 17 膜厚モニタ 18 基板ホルダ 50 プラズマ生成手段(電子銃) 51 プラズマ生成室 以上 1 Gas Inlet 2 Main Cathode 3 First Intermediate Electrode 4 Second Intermediate Electrode 5 Main Discharge Electrode 6 Vacuum Container 7 Evaporation Retaining Means (Also Anode) 8 Plasma Focusing Permanent Magnet 9 Exhaust Port 10 Reactive Gas Supply Port 11 Bias power supply 12 Substrate 14 Air-core coil 15 Shutter 16 Main valve 17 Film thickness monitor 18 Substrate holder 50 Plasma generation means (electron gun) 51 Plasma generation chamber Above

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 紫外波長域で吸収の少ない高屈折率物質
からなる第1の層と紫外波長域で吸収の少ない低屈折率
物質からなる第2の層とが交互に積層された多層構造の
エキシマレーザ用ミラーを製造する方法において、 前記第1および第2の各層の形成過程が、(イ)所定の
圧力に設定された第1の真空空間中でアーク放電により
プラズマを生成する工程、(ロ)形成する膜に対応した
蒸発物を、前記第1の真空空間よりも低い圧力に設定さ
れた第2の真空空間中に設置する工程、(ハ)前記第2
の真空空間中に設置された前記蒸発物に前記プラズマを
照射し、該第2の真空空間中で反応ガスを導入しなが
ら、前記第1の層または第2の層を形成する工程、から
なることを特徴とするエキシマレーザ用ミラーの製造方
法。
1. A multilayer structure in which a first layer made of a high refractive index substance having a small absorption in the ultraviolet wavelength region and a second layer made of a low refractive index substance having a small absorption in the ultraviolet wavelength region are alternately laminated. In the method of manufacturing a mirror for excimer laser, the step of forming each of the first and second layers includes: (a) generating plasma by arc discharge in a first vacuum space set to a predetermined pressure; (B) a step of installing an evaporated material corresponding to the film to be formed in a second vacuum space whose pressure is lower than that of the first vacuum space; (c) the second
Irradiating the plasma to the evaporate placed in the vacuum space, and forming the first layer or the second layer while introducing a reaction gas in the second vacuum space. A method for manufacturing an excimer laser mirror, comprising:
【請求項2】 請求項1記載の製造方法において、 前
記第1又は第2の層を形成する際に、前記第2の真空空
間の圧力を8×10-4Torr以下に設定することを特徴とす
るエキシマレーザ用ミラーの製造方法。
2. The manufacturing method according to claim 1, wherein the pressure of the second vacuum space is set to 8 × 10 −4 Torr or less when the first or second layer is formed. And a method for manufacturing an excimer laser mirror.
【請求項3】 前記高屈折率物質の薄膜を形成するため
の蒸発物がアルミニウム(Al)で、前記低屈折率物質の
薄膜を形成するための蒸発物が珪素(Si)で、前記反応
ガスが酸素(O2)であ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用ミラーの製造方法。
3. The evaporation gas for forming the thin film of the high refractive index material is aluminum (Al), the evaporation material for forming the thin film of the low refractive index material is silicon (Si), and the reaction gas There the oxygen (O 2) according to claim 1 or 2 excimer method for producing laser mirrors according to, characterized in that.
【請求項4】 前記高屈折率物質が酸化アルミニウム
で、前記低屈折率物質が酸化珪素であることを特徴とす
る請求項3記載のエキシマレーザ用ミラーの製造方法に
より製造されたエキシマレーザ用ミラー。
4. The excimer laser mirror manufactured by the method for manufacturing an excimer laser mirror according to claim 3, wherein the high refractive index material is aluminum oxide and the low refractive index material is silicon oxide. .
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