(57)【要約】      （修正有）【課題】２５０ｍＪ／（ｃｍ２・パルス）以上の高フルエンスのレーザ光に対して十分に高度な耐久性を発揮することが可能な光学部材を提供する。【解決手段】フッ化カルシウムからなる基材と、この基材の少なくとも一方の面に積層されたフッ化アルミニウムからなる保護膜とを備えることを特徴とする光学部材であり、この保護膜の厚みは３０ｎｍ以上であることが好ましい。この様な光学部材は励起光源とレーザ増幅部とを備えるレーザ光源のレーザ増幅部の保護膜として十分に高度な耐久性を発揮する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ化カルシウムからなる基材と、該基材の少なくとも一方の面に積層されたフッ化アルミニウムからなる保護膜とを備えることを特徴とする光学部材。
【請求項２】
前記保護膜の厚みが３０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学部材。
【請求項３】
前記保護膜の表面上にフッ化マグネシウム又は酸化ケイ素からなる膜を更に備えること特徴とする請求項１又は２に記載の光学部材。
【請求項４】
励起源と、レーザ増幅部とを備えるレーザ光源であって、前記レーザ増幅部に請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の光学部材を備えることを特徴とするレーザ光源。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ光源を備えることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部材、それを用いたレーザ光源、並びにそのレーザ光源を用いた露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ等の半導体素子、液晶表示素子、または薄膜磁気ヘッド等を製造するための露光装置では、レーザ光源からの光を、照明光学系を介してマスク、レチクル等の投影原板上のパターンを照射し、そのパターンを、投影光学系を介して予めフォトレジストを塗布したウェハ、ガラスプレート等の感光性基板上に投影することで露光を行なっている。近年、このような露光装置は、基板上に転写されるパターンは微細化の一途をたどっている。そして、このような露光装置に用いられるレーザ光源においては、ｉ線（３６５ｎｍ）からＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、更に、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）へと短波長化が進められている。しかしながら、このようなレーザ光源においては、レーザの増幅部のチャンバ用の窓材等に用いられる光学部材が、そのレーザ光によって損傷を受けてしまい、透過率が低下するという問題があった。そのため、このようなレーザ光源等に用いられる光学部材においては、基板上に耐久性を向上させるために、保護膜を積層させることが研究されてきた。
【０００３】
例えば、特開２００６−５２３０２４号公報（特許文献１）においては、フッ化カルシウムからなる基板と、光学基板の出射面にコーティング材を施した光学部材が開示されている。コーティング材の例として、ＭｇＦ２等が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−５２３０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のような従来の光学部材においては、高フルエンスのレーザ光に対する保護膜の耐久性が必ずしも十分なものではなく、高出力で短パルスのレーザー光を長期間繰り返し照射した場合に光学部材の透過率が低下していた。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、２５０ｍＪ／（ｃｍ２・パルス）以上の高フルエンスのレーザ光に対して十分に高度な耐久性を発揮することが可能な光学部材、それを用いたレーザ光源、並びにそのレーザ光源を用いた露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、フッ化カルシウムからなる基材の表面にフッ化アルミニウムからなる保護膜を積層することにより、得られる光学部材に、２５０ｍＪ／（ｃｍ２・パルス）以上の高フルエンスのレーザ光に対して十分に高度な耐久性を発揮させることが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の光学部材は、フッ化カルシウムからなる基材と、該基材の少なくとも一方の面に積層されたフッ化アルミニウムからなる保護膜とを備えることを特徴とするものである。
【０００８】
上記本発明にかかる保護膜の厚みとしては、３０ｎｍ以上であることが好ましい。
【０００９】
また、上記本発明の光学部材においては、前記保護膜の表面上にフッ化マグネシウム又は酸化ケイ素からなる膜を更に備えることが好ましい。
【００１０】
また、本発明のレーザ光源は、励起源と、レーザ増幅部とを備えるレーザ光源であって、前記レーザ増幅部に上記本発明の光学部材を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、本発明の露光装置は、上記本発明のレーザ光源を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、２５０ｍＪ／(ｃｍ２・パルス)以上の高フルエンスのレーザ光に対して十分に高度な耐久性を発揮することが可能な光学部材、それを用いたレーザ光源、並びにそのレーザ光源を用いた露光装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。
【００１４】
先ず、本発明の光学部材について説明する。すなわち、本発明の光学部材は、フッ化カルシウムからなる基材と、該基材の少なくとも一方の面に積層されたフッ化アルミニウムからなる保護膜とを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明にかかる基材は、フッ化カルシウムからなるものである。このようなフッ化カルシウムからなる基材としては、光学部材として用いることが可能なものであればよく、特に制限されず、公知の製造方法（例えばブリッジマン法、ストックバーガー法）によって製造されたフッ化カルシウム基材を適宜用いることができる。また、このような基材の形状等も特に制限されず、目的とする用途等に応じて、その設計を適宜変更できる。
【００１６】
また、本発明にかかる保護膜は、前記基材の少なくとも一方の面に積層されたものであり且つフッ化アルミニウムからなるものである。このようなフッ化アルミウムからなる保護膜は、２５０ｍＪ／（ｃｍ２・パルス）を超えるような高フルエンスのレーザ光に対しても十分に高い耐久性を有するため、高出力で短パルスのレーザ光を長期間繰り返し照射した場合であっても基材の損傷を十分に防止して、レーザ光の透過率の低下を十分に防止できるものである。
【００１７】
また、このような保護膜の厚みとしては特に制限されないが、３０ｎｍ以上であることが好ましい。このような保護膜の厚みが前記下限未満では、保護膜自体のレーザ耐久性が低下する傾向にある。なお、十分な機能を発揮するためには１５０ｎｍ程度の厚みがあれば十分である。
【００１８】
このような保護膜の製造方法としては特に制限されず、フッ化アルミニウムからなる膜を成膜することが可能な公知の方法を適宜採用でき、例えば、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、ガスクラスターイオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、イオンビームスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、バイアススパッタリング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタリング法、高周波（ＲＦ）スパッタリング法、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等が挙げられる。
【００１９】
また、本発明の光学部材においては、前記保護膜の表面上にフッ化マグネシウム又は酸化ケイ素からなる膜が更に積層されていることが好ましい。このようなフッ化マグネシウム又は酸化ケイ素からなる膜を更に積層させることで、保護膜の耐湿性をより向上させることが可能となる。
【００２０】
さらに、このようなフッ化マグネシウム又は酸化ケイ素からなる膜の厚みとしては、得られる光学部材の光学特性に影響を与えない範囲においてその膜厚を適宜調整すればよく特に制限されないが、１０ｎｍ以上であることが好ましく、これにより耐湿性がさらに向上する傾向がある。
【００２１】
また、このようなフッ化マグネシウム又は酸化ケイ素からなる膜の成膜方法も特に制限されず、公知の方法を適宜採用でき、例えば、上記保護膜の成膜方法と同様の方法を採用してもよい。
【００２２】
このような基材及び保護膜を備える本発明の光学部材は、基材がフッ化カルシウムからなるためフッ素ガスに対する耐性が高いものであるとともに、保護膜のレーザ耐久性が十分に高いものであるため、例えば、ＡｒＦエキシマレーザやＦ２エキシマレーザ等のようなレーザ光源用の光学部材として好適に用いることができる。
【００２３】
次に、本発明のレーザ光源について説明する。本発明のレーザ光源は、励起源と、レーザ増幅部とを備えるレーザ光源であって、前記レーザ増幅部に上記本発明の光学部材を備えることを特徴とするものである。以下、図面を参照しながら本発明のレーザ光源の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
図１は、レーザ増幅部の好適な一実施形態の構成を示す概略縦断面図である。
【００２５】
図１に示すレーザ増幅部は、チャンバ１１と、チャンバ１１の内部に封入されたレーザ媒質１２と、チャンバ１１の側面に備えられた２つの窓材１３と、反射鏡１４と、出力鏡１５とを備える。そして、チャンバ１１、レーザ媒質１２及び窓材１３はレーザ励起部を構成し、図示を省略した励起源からのエネルギーの供給を受けて特定の波長の光を発生させるものである。また、反射鏡１４及び出力鏡１５は、前記レーザ励起部をはさんでほぼ平行に対向するように設置されている。なお、このようなレーザ増幅部の周囲の空間は、真空又はＮ２ガスで充満された状態となっている。なお、図１において、矢印Ａは、発生したレーザ光の光路を示す。
【００２６】
前記レーザ励起部を構成するチャンバ１１としては、レーザ媒質１１を封入することが可能な公知の材料からなるものであればよく、特に制限されず、公知の材料からなるものを適宜用いることができる。また、レーザ媒質１２としては特に制限されず、例えば、特定の波長の光を発生させるＡｒＦやＫｒＦ等の媒質が挙げられる。更に、窓材１３は、上記本発明の光学部材からなるものであり、フッ化カルシウムからなる基材１３ａと、該基材の表面に積層されたフッ化アルミニウムからなる保護膜１３ｂを備えている。なお、このような窓材１３に用いられる本発明の光学部材としては、より耐湿性をより向上させるために、前記保護膜１３ｂの表面上にフッ化マグネシウム又は酸化ケイ素からなる膜を更に備えてもよい。
【００２７】
また、反射鏡１４としては特に制限されず、基板上にレーザ光を全反射させる反射膜（以下、全反射膜）が形成された公知の反射鏡を適宜用いることができる。更に、出力鏡１５としては特に制限されず、レーザ光を透過させる材料からなる基板上にレーザ光の一部を反射し一部を透過させる膜（以下、部分透過膜という）が形成された公知の出力鏡を適宜用いることができる。
【００２８】
また、このような図１に示すレーザ増幅部の前記レーザ励起部にエネルギーを供給するための励起源（図示せず）としては特に制限されず、目的の設計に応じて適宜公知の励起源（例えば、フラッシュランプや電気エネルギーを供給する電源等）を適宜用いることができる。
【００２９】
このようなレーザ増幅部においては、前記レーザ励起部が前記励起源からエネルギーの供給を受けると特定の波長のレーザ光が発生する。このようにして発生したレーザ光は、反射鏡１４に入射して全反射した後、出力鏡１５に入射して一部が反射して共振される。そのため、レーザ光の大部分は、反射鏡１４と出力鏡１５との間を往復して、反射鏡１４と出力鏡１５との間に位置する前記レーザ励起部を何回も通過し、前記レーザ励起部を通過する度に光強度（出力密度）が増幅される。そして、強度が増幅されたレーザ光の一部は、出力鏡１５を透過して外部に射出される。なお、本実施形態においては、窓材１３に上記本発明の光学部材を用いているため、強度の高いレーザ光が何回も通過する条件下においても窓材の損傷による透過率の低下が十分に防止される。そのため、このようなレーザ増幅部を備える本発明のレーザ光源は、出力密度の高いレーザ光を長期に亘って照射することが可能なものとなり、例えば、半導体装置、液晶表示装置、あるいは薄膜磁気ヘッド等を製造する際のフォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置において、マスクまたはレチクル（以下、レチクルという）に形成されたパターンの像をフォトレジストが塗布されたウェハまたはガラス基板（以下、ウェハという）に転写露光する際の露光光の光源として好適に用いることができる。
【００３０】
以上、本発明のレーザ光源の好適な実施形態について説明したが、本発明のレーザ光源は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、レーザ増幅部の構成は図１に示す実施形態に限定されず、本発明においては、レーザ増幅部に凹レンズ、凸レンズ、プリズム等の拡大光学系等を更に備えていてもよい。また、上記実施形態においては、レーザ増幅部の窓材１３に上記本発明の光学部材を用いていたが、本発明のレーザ光源においては、レーザ増幅部のいずれかの部位に前記光学部材を備えていればよく、例えば、前述の凹レンズ等に本発明の光学部材を用いてもよい。また、上記実施形態においては、窓材１３に用いられた光学基材が、基材１３ａの一方の面にのみ保護膜１３ｂが積層されたものであるが、このような窓材１３に用いることが可能な光学部材の構成はこれに限定されるものではなく、基材１３ａの両面に保護膜１３ｂが積層された構成としてもよい。
【００３１】
次に、本発明の露光装置について説明する。本発明の露光装置は、上記本発明のレーザ光源を備えることを特徴とするものである。このように、本発明の露光装置は、上記本発明のレーザ光源を備えるため、出力密度の高いレーザ光により、微細なパターンを露光、転写することが可能である。
【００３２】
また、このような露光装置としては、露光光の光源として上記本発明のレーザ光源を備えていればよく、その構成は特に制限されず、公知の露光装置と同様の構成を適宜採用することができる。このような本発明の露光装置に適用可能な構成としては、特に制限されないが、例えば、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報（対応米国特許６，３４１，００７号、６，４００，４４１号、６，５４９，２６９号及び６，５９０,６３４号）、特表２０００−５０５９５８号公報（対応米国特許５，９６９，４４１号）、米国特許６，２０８，４０７号、特開平６−１２４８７３号公報、特開平１０−３０３１１４号公報、米国特許５，８２５，０４３号等に記載されている構成が挙げられる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３４】
（実施例１）
フッ化カルシウムからなる基材として蛍石基板（直径３０ｍｍ、厚み２〜３ｍｍ）を用い、前記基板の片面にフッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）からなる保護膜（厚み：７０ｎｍ）を成膜して、本発明の光学部材を得た。なお、保護膜の成膜には、真空蒸着法を採用し、蛍石基板を３００℃に加熱しながらフッ化アルミニウムを蒸着させた。
【００３５】
（実施例２）
実施例１で採用した方法と同様にして蛍石基板の片面にフッ化アルミニウムからなる保護膜（厚み３５ｎｍ）を積層させた後、前記保護膜の表面上にフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）からなる膜（厚み：３４ｎｍ）を更に積層せしめて、本発明の光学部材を得た。なお、フッ化マグネシウムからなる膜は、前記保護膜の成膜方法と同様の方法を採用して成膜した。
【００３６】
（実施例３）
実施例１で採用した方法と同様にして蛍石基板の片面にフッ化アルミニウムからなる保護膜（厚み３５ｎｍ）を積層させた後、前記保護膜の表面上に酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる膜（厚み：３１ｎｍ）を更に積層せしめて、本発明の光学部材を得た。なお、酸化ケイ素からなる膜は、前記保護膜の成膜方法と同様の方法を採用して成膜した。
【００３７】
（比較例１）
フッ化アルミニウムを蒸着させる代わりに、フッ化マグネシウムを蒸着させて基板上に保護膜としてフッ化マグネシウムからなる膜を積層させた以外は実施例１と同様にして、比較のための光学部材を得た。
【００３８】
（比較例２）
フッ化アルミニウムを蒸着させる代わりに、フッ化ランタン（ＬａＦ３）を蒸着させて基板上に保護膜としてフッ化ランタンからなる膜を積層させた以外は実施例１と同様にして、比較のための光学部材を得た。
【００３９】
［実施例１〜３及び比較例１〜２で得られた光学部材の性能評価］
実施例１及び比較例１〜２で得られた光学部材を用い、保護膜が積層された面側からレーザ光を照射して、保護膜のレーザ耐久性を試験した。すなわち、このような試験の際には、光源としてＡｒＦエキシマレーザを使用し、保護膜の表面上にレーザ光の照射直径が１ｍｍとなるようにしてレーザ光を照射した。また、レーザ光の出力密度（フルエンス）は１００〜３５０ｍＪ／（ｃｍ２・パルス）の範囲で変化させ、パルスは５×１０６〜５×１０７の範囲で変化させた。なお、レーザ光は照射するフルエンスごとに照射する部位をずらし、光学部材の１箇所に対して１フルエンスでの照射とした。そして、このようにしてレーザ光を照射した後に、微分干渉顕微鏡（対物レンズ：１０倍、接眼レンズ：１０倍）を用いて、保護膜の表面の破壊の有無を目視により確認した。得られた結果を表１に示す。なお、表１中の各記号の意味は以下の通りである。
○：保護膜の表面に破壊された部位が無い。
×：保護膜の表面に破壊された部位が有る。
―：評価を行わなかったことを示す。
【００４０】
【表１】
2008305862.tif 000002
【００４１】
表１に示す結果からも明らかなように、本発明の光学部材（実施例１）においては、３５０ｍＪ／（ｃｍ２・パルス）においても破壊がなく十分に高度なレーザ耐久性を有することが確認された。これに対して、比較例１で得られた光学部材においては、５×１０７パルスまで破壊のない最高フルエンスが２００ｍＪ／（ｃｍ２・パルス）であり、比較例２で得られた光学部材にいたっては、最高フルエンスが１００ｍＪ／（ｃｍ２・パルス）未満であることが確認され、フッ化マグネシウム又はフッ化ランタンからなる保護膜では、レーザ耐久性が十分なものとはならないことが分かった。
【００４２】
次に、実施例１〜３及び比較例１で得られた光学部材に対して、光源としてＡｒＦエキシマレーザを使用した上記試験と同様の方法を採用して、フルエンスを変えながら１×１０８パルスまでレーザ光を照射し、各光学部材の表面の破壊が起こらない最高フルエンスを測定した。得られた結果を図２に示す。
【００４３】
図２に示す結果からも明らかなように、本発明の光学部材（実施例１〜３）においては、いずれも最高フルエンスが２５０ｍＪ／（ｃｍ２・パルス）以上となっており、十分に高度なレーザ耐久性を有することが確認された。
【００４４】
このような結果から、本発明の光学部材は、高出力で短パルスのレーザ光を長期間繰り返し照射した場合であっても基材の損傷を十分に防止することができることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上説明したように、本発明によれば、２５０ｍＪ／（ｃｍ２・パルス）以上の高フルエンスのレーザ光に対して十分に高度な耐久性を発揮することが可能な光学部材、それを用いたレーザ光源、並びにそのレーザ光源を用いた露光装置を提供することが可能となる。
【００４６】
したがって、本発明の光学部材は、レーザ耐久性に優れるため、レーザ光源のチャンバ用の窓材等として特に有用である。そして、このような本発明の光学部材を備えるレーザ光源においては、光学部材の損傷が十分に防止されるため、長寿命化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】レーザ増幅部の好適な一実施形態の構成を示す概略縦断面図である。
【図２】実施例１〜３及び比較例１で得られた各光学部材の最高フルエンスを示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１１…チャンバ、１２…レーザ媒質、１３…窓材、基材１３ａ…基材、１３ｂ…保護膜、１４…反射鏡、１５…出力鏡、Ａ…レーザー光の光路。
【図１】
2008305862.tif 000003
【図２】
2008305862.tif 000004