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JPH02182447A - 誘電体多層反射膜 - Google Patents

誘電体多層反射膜

Info

Publication number
JPH02182447A
JPH02182447A JP253589A JP253589A JPH02182447A JP H02182447 A JPH02182447 A JP H02182447A JP 253589 A JP253589 A JP 253589A JP 253589 A JP253589 A JP 253589A JP H02182447 A JPH02182447 A JP H02182447A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
reflective film
multilayer reflective
aluminum oxide
laminated
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
JP253589A
Other languages
English (en)
Inventor
Shungo Tsuboi
俊吾 坪井
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric 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 Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP253589A priority Critical patent/JPH02182447A/ja
Publication of JPH02182447A publication Critical patent/JPH02182447A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/08Mirrors
    • G02B5/0816Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers
    • G02B5/0825Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers the reflecting layers comprising dielectric materials only
    • G02B5/0833Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers the reflecting layers comprising dielectric materials only comprising inorganic materials only
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はエキシマレーザのような紫外域レーザの光部品
に用いられる誘電体多層反射膜、特にエタロンの誘電体
多層反射膜に関する。
〔従来の技術〕
第4図は[ト1経マイクロデバイス、 1907年2月
号、81Q〜Jに掲載されている従来のエタロンの誘電
体の多層反射膜を模式的に示す構造断面図であり、図中
1は石英ガラスの!5板を示している。
基板lの上面には、光学膜1¥が2波長である酸化アル
ミニウム層31が積層されており、その上面にはいずれ
も光学膜厚が2波長である二酸化シリコン層32.酸化
アルミニウム層31がこの順に11回繰り返して積層さ
れている。そして、これら積層されている層の最外層即
ち、酸化アルミニウム層31の上面の層としては光学膜
厚が2波長の二酸化シリコン層32aがさらに積層形成
されている。このように、従来のエタロンの誘電体の多
層反射膜は基+Fy、 1上に酸化アルミニウム層31
と二酸化シリコン層32とを交互に24層積層形成した
交互多N膜構造を有している。
一般に反射膜等、光学系に用いられる薄膜のレーザ耐性
は薄膜に用いられる材料、膜構成及び薄膜の内部応力に
依存している。ところで、従来交互多層膜の材料として
用いられている酸化アルミニウムは屈折率が高く、引張
り応力を有する一方で、レーザ耐性が小さいという特性
があり同様に交互多層膜の材料として用いられている二
酸化シリコンはレーザ耐性が大きく、圧縮応力を有する
一方で屈折率が低いという特性がある。従って上述した
従来のエタロンの多層反射膜は酸化アルミニウム層と二
酸化シリコン層とを交互に積層した交互多層膜構造を有
しているので、夫々の不具合いを打ち消し合うように作
用し、好ましい組合せとなっている。
また、レーザ光が多層反射膜に入射する場合の電解強度
は最外層即ち、第4図では二酸化シリコン層32aが最
も高く、多層反射膜の内部に侵入するにつれてその強度
が減衰していく。従来のエタロンの多層反射膜の最外層
に光学膜厚が2波長である低屈折率の二酸化シリコン層
32aを設けているのはこのためであり、低屈折率の二
酸化シリコンを用いることで多層反射膜のレーザ耐性を
向上させ、光学膜厚を2波長とすることで、異物質界面
において最大電解強度となるのを防いでいる。
さて、レーザ光の光学系に用いられているエタロンには
エアギャップ型、単板型の2種類がある。
第5図は従来のエアギャップ型エタロンを模式的に示す
平面図であり、第6図は第5図の■−■綿断面断面図る
。第5図及び第6図において、lは石英ガラスの基板で
あり、基板1の一方の面の周縁部には等間隔でスペーサ
4が置設されている。
該スペーサ4を介して基板1と所定長離隔し、しかも対
向する位置には前述と同様の基板1が設けられている。
そして、基板1.1の対向している夫々の面、前記一方
の面には第4図に示した構造を有する誘電体の交互多層
反射膜3が夫々形成されている。また、基板1.1の交
互多層反射膜3゜3が形成されている面と反対の面、即
ち他方の面には略円形の反射防止!1*2が夫々形成さ
れている。
このような構造をなすエアギャップ型エタロンでは、エ
タロンに入射したレーザ光は対向する交互多層反射膜3
.3間で反射干渉する。
第7図は単板型エタロンを模式的に示す平面図であり、
第8図は単板型エタロンの模式的断面図である。第7図
及び第8図において1は略円形の石英ガラスの基板であ
り、基板lの両面には略円形の第4図に示した構造を有
する交互多層反射膜3が夫々設けられている。このよう
な構造をなす単板型エタロンではエタロンに入射したレ
ーザ光は交互多層の反射膜3.3間即ち、基板1の面間
で反射干渉する。従ってレーザ等の光学系でエアギャッ
プ型又は単板型のエタロンを用いエタロン内でレーザ光
を反射干渉させることにより、その帯域を更に狭くする
ことができる。
[発明が解決しようとする課題] 上述した如く、従来のエタロンの多層反射膜では使用材
料及び膜構成の点では十分耐レーザ性を配慮した構造が
なされている。ところが、エタロンを実際にエキシマレ
ーザ等の光学系の所定部分に保持させて用いる場合では
以下の理由により上述した構造では不十分であることが
判明した。
前述したようにエタロンはレーザ光の帯域をさらに狭く
するために設けられているので、反射干渉部分の狂いは
数10Å以下に抑えて用いられており、従ってエタロン
を保持する材料がエタロンの特性に影響する。
一方、エキシマレーザのような短波長光はエネルギが高
いため、物質を活性化する作用があり、特に有機物は分
解されやすい。これらのことから一般にエタロンを保持
する材料には、化学的に安定であるフッ素樹脂が用いら
れている。また、フッ素樹脂は軟質であるため、エタロ
ンを変形させることなく保持することができる。しかし
ながら、フッ素樹脂を用いてもエキシマレーザ等の短波
長光によりわずかにフッ素が解離するので、反射膜の最
外層の二酸化シリコンとフッ素とが反応し、これが反射
膜のレーザ損傷の引き金となり、反射膜のレーザ耐性を
低下させることがわかった。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、最外
層としてフッ化物を含有する層を積層することにより高
いレーザ耐性を有し、長寿命の誘電体多層反射膜を提供
することを目的とする。
〔課題を解決するための手段] 本発明に係る誘電体多層反射膜は基板上の酸化アルミニ
ウムと二酸化シリコンとを交互に複数積層した多層膜の
最外層としてフッ化物を含有する層を積層しであるもの
である。
〔作用〕
本発明の誘電体多層反射膜にあっては酸化アルミニウム
と酸化シリコンとを交互に複数積層した多層膜の最外層
としてフッ化物を含有する層を積層しであるので、レー
ザにより光部品の一部が分解されて生じたフッ素と誘電
体多層反射膜の最外層との反応を防ぐことができ、高い
レーザ耐性を有し、長寿命である誘電体多層反射膜が得
られる。
〔実施例〕
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に
詳述する。第1図は本発明に係る誘電体多層反射膜の構
成を示す模式的断面図であり、図中1は石英ガラスの基
板を示している。基板1の上面には光学膜厚がX波長で
ある酸化アルミニウム層31が積層されており、その上
面にはいずれも光学膜厚がX波長である二酸化シリコン
層32.酸化アルミニウム層31がこの順に11回繰り
返して積層されている。さらに、これら積層されている
層の上面即ち、酸化アルミニウム層31の上面には光学
膜厚がX波長の二酸化シリコン層32a、やはり光学膜
厚が2波長のフッ化マグネシウム層33がこの順に積層
形成されている。即ち、本実施例の誘電体多層反射膜は
酸化アルミニウム層31と二酸化ジノコン層32とを交
互に24層積層形成した多層膜の最外層としてフッ化マ
グネシウム層33を積層した構造を有している。第2図
は上述して得た誘電体多層反射膜の分光透過率を示した
スペクトル図であり、第3図は従来の誘電体多層反射膜
の分光透過率を示したスペクトル図である。第2図及び
第3図において線軸には透過率(%)が、横軸には波長
(nm)が夫々とっである。第2図及び第3図から明ら
かな如く、本実施例、従来例とも多層反射膜の中心波長
が248nm付近にTlTl1認され、最外層としてフ
ッ化マグネシウム層を積層形成させることによる光学的
問題はないことが確認される。
また、本実施例で得られる多層反射膜の内部応力に関し
ては最外層の材料であるフッ化マグネシウムが引張り応
力を有し、最外層の下層の材料である二酸化シリコンが
圧縮応力を有するので、互いに応力を打ち消し合い理想
的な膜構成となっている。
次にエタロンに本実施例の多層反射膜と従来の多層反射
膜とを夫々置設し、夫々のエタロンに波長が248nm
のエキシマレーザを15mJ、 200ppsの条件で
照射してレーザによる夫々の多層反射膜の損傷を調べた
。その結果、従来のエタロンの多層反射膜では1×10
7シヨツトで損傷が発生したが、本実施例のエタロンの
多層反射膜では5XIO’シヨツトまでt員傷が発生し
ないことがわかった。
また、本実施例の多層反射膜を有するエタロンをステッ
パ用エキシマレーザの狭帯域化素子に使用すると従来の
多層反射膜を有するエタロンに比べて約50倍の長寿命
となった。
なお、本実施例では誘電体の多層反射膜の最外層として
設けたフッ化マグネシウム層の光学膜厚を各波長とした
ので多層反射膜の異物質界面で最大電解強度となるのを
防ぐことができる。
また、本実施例では多層反射膜の最外層のフッ化物にフ
ッ化マグネシウムを用いたが、これに代えてバリウム、
ストロンチウム、カルシウム等の■族元素のフッ化物を
用いることができる。そして、本発明の誘電体の多層反
射膜はエタロンの他に反射ミラー等の光学部品に利用す
ることができる。
〔発明の効果] 以上詳述した如く本発明に係る誘電体多層反射膜は基板
上の酸化アルミニウムと二酸化シリコンとを交互に複数
積層した多層膜の最外層としてフッ化物を含有する層を
積層しであるので、高いレーザ耐性を有することができ
、長寿命となる。
また本発明に係る誘電体多層反射膜を有するエタロンを
ステッパ用エキシマレーザの狭帯域化素子に用いると、
前記誘電体多層反射膜が長寿命であるため、ステッパの
ランニングコストが大幅に下がり、半導体集積回路、特
に16MBのダイナミックランダムアクセスメモリ(D
RAM)のコスト低下に寄与する等、本発明は優れた効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の誘電体多層反射膜の構成を示す模式的
断面図、第2図は本発明の誘電体多層反射膜の分光透過
率を示したスペクトル図、第3図は従来の誘電体多層反
射膜の分光透過率を示したスペクトル図、第4図は従来
のエタロンの誘電体多層反射膜を模式的に示す構造断面
図、第5図は従来のエアギャップ型エタロンを模式的に
示す平面図、第6図は第5図のVl−Vl線断面図、第
7図は単板型エタロンを模式的に示す平面図、第8図は
単板型エタロンの模式的断面図である。 ■・・・基板 3・・・反射膜 31・・・酸化アルミ
ニウム層 32・・・二酸化シリコン層 33・・・フ
ッ化物層なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を
示す。 代理人  大   岩   増   雄1:基板 3:反射膜 3に酸化アルミニウム層 32二二酸化シリコン居 33:フッ化物層 第 1   図 図 図 図 図 図 手 続 補 正 書(自発) 騙1工10□16B

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に酸化アルミニウムと酸化シリコンとを交
    互に複数積層してなる誘電体多層反射膜において、 最外層としてフッ化物を含有する層を積層 してなることを特徴とする誘電体多層反射膜。
JP253589A 1989-01-09 1989-01-09 誘電体多層反射膜 Pending JPH02182447A (ja)

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