JPH06235806A - レーザ用反射鏡 - Google Patents
レーザ用反射鏡Info
- Publication number
- JPH06235806A JPH06235806A JP4453693A JP4453693A JPH06235806A JP H06235806 A JPH06235806 A JP H06235806A JP 4453693 A JP4453693 A JP 4453693A JP 4453693 A JP4453693 A JP 4453693A JP H06235806 A JPH06235806 A JP H06235806A
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- Japan
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- laser
- multilayer film
- substrate
- diamond
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 平均パワーの高いレーザ光に対する耐久性の
高いレーザ用反射鏡を実現する。 【構成】 基板の表面に、５０ｎｍないし１ｍｍの膜厚
を有するダイヤモンド類の材料の薄膜を蒸着し、そのう
えに、誘電体材料の多層膜を蒸着する。ダイヤモンド類
はあらゆる物質中で熱伝導率が最も大きいために多層膜
に吸収された熱エネルギーを効果的に発散させ、多層膜
の温度上昇を防ぐ。従って、高出力で繰返し頻度の高い
レーザ光を照射しても、多層膜が熱変形や膜剥れを起こ
すおそれがない。
高いレーザ用反射鏡を実現する。 【構成】 基板の表面に、５０ｎｍないし１ｍｍの膜厚
を有するダイヤモンド類の材料の薄膜を蒸着し、そのう
えに、誘電体材料の多層膜を蒸着する。ダイヤモンド類
はあらゆる物質中で熱伝導率が最も大きいために多層膜
に吸収された熱エネルギーを効果的に発散させ、多層膜
の温度上昇を防ぐ。従って、高出力で繰返し頻度の高い
レーザ光を照射しても、多層膜が熱変形や膜剥れを起こ
すおそれがない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に、高出力で繰返し
頻度が高く、従って平均パワーの高いレーザ光を発生す
るレーザ共振器、あるいは、このようなレーザ光を用い
る光学系に適したレーザ用反射鏡に関するものである。
頻度が高く、従って平均パワーの高いレーザ光を発生す
るレーザ共振器、あるいは、このようなレーザ光を用い
る光学系に適したレーザ用反射鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】紫外域から赤外域の波長のレーザ光を反
射するレーザ用反射鏡は、光学ガラスや石英で作られた
基板に、前記波長域で吸収の少ない誘電体材料からなる
多層膜を形成させたものが一般的であり、特に露光装置
の露光光やアライメント光として用いられるエキシマレ
ーザ光のように、高出力で繰返し頻度が高く、従って平
均パワーの高いレーザ光に用いられるレーザ用反射鏡
は、その耐久性を向上させるために様々な工夫がなされ
ている。例えば、１／２波長光学膜厚の整数倍のアンダ
ーコートやオーバコートを行うことによって、多層膜の
レーザ損傷しきい値を上げたり（特開平２−９７９０１
号公報参照）、熱伝導率の高い金属を基板の材料に用い
るか、または、熱伝導率の高い珪素化合物等を基板の表
面へ蒸着したうえで多層膜を形成することで多層膜の放
熱を促進する方法（特開平２−２４８０９３号公報およ
び特開昭６０−６６２０２号公報参照）が提案されてい
る。
射するレーザ用反射鏡は、光学ガラスや石英で作られた
基板に、前記波長域で吸収の少ない誘電体材料からなる
多層膜を形成させたものが一般的であり、特に露光装置
の露光光やアライメント光として用いられるエキシマレ
ーザ光のように、高出力で繰返し頻度が高く、従って平
均パワーの高いレーザ光に用いられるレーザ用反射鏡
は、その耐久性を向上させるために様々な工夫がなされ
ている。例えば、１／２波長光学膜厚の整数倍のアンダ
ーコートやオーバコートを行うことによって、多層膜の
レーザ損傷しきい値を上げたり（特開平２−９７９０１
号公報参照）、熱伝導率の高い金属を基板の材料に用い
るか、または、熱伝導率の高い珪素化合物等を基板の表
面へ蒸着したうえで多層膜を形成することで多層膜の放
熱を促進する方法（特開平２−２４８０９３号公報およ
び特開昭６０−６６２０２号公報参照）が提案されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、多層膜がレーザ光に対して、弱い吸収
をもつ場合には、微小吸収であっても、レーザ光の平均
パワーが高いと多層膜に蓄積される熱エネルギーも増大
し、前述のように、基板の材料に金属を用いたり、ある
いは珪素化合物を第１層として基板へ蒸着しても、これ
らによる放熱量は依然として不充分であり、多層膜の温
度上昇を避けることができない。その結果、多層膜の熱
変形や密着性の低下等の問題が発生する。
の技術によれば、多層膜がレーザ光に対して、弱い吸収
をもつ場合には、微小吸収であっても、レーザ光の平均
パワーが高いと多層膜に蓄積される熱エネルギーも増大
し、前述のように、基板の材料に金属を用いたり、ある
いは珪素化合物を第１層として基板へ蒸着しても、これ
らによる放熱量は依然として不充分であり、多層膜の温
度上昇を避けることができない。その結果、多層膜の熱
変形や密着性の低下等の問題が発生する。
【０００４】加えて、金属や珪素化合物は誘電体材料に
比べて吸収係数が可視域から近赤外域にかけて大きいた
めに、多層膜に対するレーザ光の入射角が設計値よりず
れた場合や、多層膜の反射率が１００％未満の場合は、
レーザ光の一部が基板に到達し、これによって基板が損
傷するおそれがあり、また、可視域（５６０ｎｍ付近）
に吸収端があるために、可視光レーザによる透過アライ
メントは難しい。
比べて吸収係数が可視域から近赤外域にかけて大きいた
めに、多層膜に対するレーザ光の入射角が設計値よりず
れた場合や、多層膜の反射率が１００％未満の場合は、
レーザ光の一部が基板に到達し、これによって基板が損
傷するおそれがあり、また、可視域（５６０ｎｍ付近）
に吸収端があるために、可視光レーザによる透過アライ
メントは難しい。
【０００５】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、平均パワーの高いレ
ーザ光に対する耐久性にすぐれたレーザ用反射鏡を提供
することを目的とするものである。
課題に鑑みてなされたものであり、平均パワーの高いレ
ーザ光に対する耐久性にすぐれたレーザ用反射鏡を提供
することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のレーザ用反射鏡は、基板と、誘電体材料の
多層膜からなるレーザ用反射鏡であって、前記基板と前
記多層膜の間にダイヤモンド類の材料からなる薄膜が設
けられていることを特徴とする。
に、本発明のレーザ用反射鏡は、基板と、誘電体材料の
多層膜からなるレーザ用反射鏡であって、前記基板と前
記多層膜の間にダイヤモンド類の材料からなる薄膜が設
けられていることを特徴とする。
【０００７】また、ダイヤモンド類の材料からなる薄膜
の膜厚が５０ｎｍないし１ｍｍであるとよい。
の膜厚が５０ｎｍないし１ｍｍであるとよい。
【０００８】さらに、ダイヤモンド類の材料からなる薄
膜の表面粗さが１００ｎｍ ｒｍｓ以下であるとよい。
膜の表面粗さが１００ｎｍ ｒｍｓ以下であるとよい。
【０００９】
【作用】ダイヤモンド類の材料は、あらゆる物質中熱伝
導率が最大であるから、基板と多層膜の間にこのような
ダイヤモンド類の薄膜を設けることによって、多層膜に
吸収された熱エネルギーの発散を大幅に促進させ、多層
膜の温度上昇を防ぐことができる。また、ダイヤモンド
類は可視域から近赤外域の波長の光に対して吸収率がゼ
ロに近いために、レーザ用反射鏡に入射するレーザ光の
入射角が設計値よりずれたり、多層膜の反射率が１００
％に満たない場合でも、レーザ光が基板まで到達してこ
れを損傷するおそれはない。加えて、２４０ｎｍ付近に
吸収端があるため、可視光レーザによる透過アライメン
トが容易になる。
導率が最大であるから、基板と多層膜の間にこのような
ダイヤモンド類の薄膜を設けることによって、多層膜に
吸収された熱エネルギーの発散を大幅に促進させ、多層
膜の温度上昇を防ぐことができる。また、ダイヤモンド
類は可視域から近赤外域の波長の光に対して吸収率がゼ
ロに近いために、レーザ用反射鏡に入射するレーザ光の
入射角が設計値よりずれたり、多層膜の反射率が１００
％に満たない場合でも、レーザ光が基板まで到達してこ
れを損傷するおそれはない。加えて、２４０ｎｍ付近に
吸収端があるため、可視光レーザによる透過アライメン
トが容易になる。
【００１０】ダイヤモンド類からなる薄膜の膜厚は５０
ｎｍないし１ｍｍであることが望ましく、また、該薄膜
の表面粗さが１００ｎｍ ｒｍｓ以下であれば、多層膜
の密着性を高めることができる。
ｎｍないし１ｍｍであることが望ましく、また、該薄膜
の表面粗さが１００ｎｍ ｒｍｓ以下であれば、多層膜
の密着性を高めることができる。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例を説明する。
【００１２】（第１実施例）直径４０ｍｍ、厚さ３ｍｍ
の基板である合成石英基板に、マイクロ波ＣＶＤ法によ
って膜厚２μｍのダイヤモンド類の材料からなる薄膜を
蒸着したうえで、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波（１０６
４ｎｍ）用の多層膜および３倍高調波（３５５ｎｍ）用
の多層膜を製作した。基本波用の多層膜は、１／４波長
膜厚のＳｉＯ2 とＴｉＯ2 の薄膜を交互に５層ずつ積層
した第１群と、同じく１／４波長膜厚のＳｉＯ2 とＺｒ
Ｏ2 の薄膜を交互に６層ずつ積層した第２群から構成さ
れ、３倍高調波用の多層膜は、１／４波長膜厚のＳｉＯ
2 とＺｒＯ2 を交互に５層ずつ積層した第１群と、同じ
く１／４波長膜厚のＳｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 を交互に１２
層ずつ積層した第２群から構成され、また、最終層の表
面には１／２波長膜厚のＳｉＯ2 のオーバーコートが設
けられ、反射率はレーザ波長で９９％以上である。
の基板である合成石英基板に、マイクロ波ＣＶＤ法によ
って膜厚２μｍのダイヤモンド類の材料からなる薄膜を
蒸着したうえで、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波（１０６
４ｎｍ）用の多層膜および３倍高調波（３５５ｎｍ）用
の多層膜を製作した。基本波用の多層膜は、１／４波長
膜厚のＳｉＯ2 とＴｉＯ2 の薄膜を交互に５層ずつ積層
した第１群と、同じく１／４波長膜厚のＳｉＯ2 とＺｒ
Ｏ2 の薄膜を交互に６層ずつ積層した第２群から構成さ
れ、３倍高調波用の多層膜は、１／４波長膜厚のＳｉＯ
2 とＺｒＯ2 を交互に５層ずつ積層した第１群と、同じ
く１／４波長膜厚のＳｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 を交互に１２
層ずつ積層した第２群から構成され、また、最終層の表
面には１／２波長膜厚のＳｉＯ2 のオーバーコートが設
けられ、反射率はレーザ波長で９９％以上である。
【００１３】次に、本実施例のレーザ用反射鏡のレーザ
光に対する耐力性を従来例と比較するために、同様の合
成石英基板に膜厚２μｍのＳｉＣの薄膜を蒸着したうえ
で上記と同様の多層膜を形成させたレーザ用反射鏡をサ
ンプルＡ、同様の合成石英基板に膜厚２μｍの硬質炭素
の薄膜を蒸着したうえで上記と同様の多層膜を形成させ
たレーザ用反射鏡をサンプルＢ、本実施例のレーザ用反
射鏡をサンプルＣ、同様の合成石英基板に直接多層膜を
形成させたレーザ用反射鏡をサンプルＤとして、各サン
プルの１ショットレーザ耐力と２０Ｈｚ連続照射のレー
ザ耐力を測定した。その結果を表１に示す。なお、１シ
ョットレーザ耐力は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波およ
び３倍高調波を各ショットごとに照射位置およびエネル
ギーを変えて照射し、レーザ用反射鏡の損傷の有無を観
察したものであり、２０Ｈｚ連続照射のレーザ耐力は、
同じ照射位置に同じエネルギーのレーザ光を２０Ｈｚの
周波数で５分間照射してレーザ用反射鏡の損傷の有無を
観察したものである。
光に対する耐力性を従来例と比較するために、同様の合
成石英基板に膜厚２μｍのＳｉＣの薄膜を蒸着したうえ
で上記と同様の多層膜を形成させたレーザ用反射鏡をサ
ンプルＡ、同様の合成石英基板に膜厚２μｍの硬質炭素
の薄膜を蒸着したうえで上記と同様の多層膜を形成させ
たレーザ用反射鏡をサンプルＢ、本実施例のレーザ用反
射鏡をサンプルＣ、同様の合成石英基板に直接多層膜を
形成させたレーザ用反射鏡をサンプルＤとして、各サン
プルの１ショットレーザ耐力と２０Ｈｚ連続照射のレー
ザ耐力を測定した。その結果を表１に示す。なお、１シ
ョットレーザ耐力は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波およ
び３倍高調波を各ショットごとに照射位置およびエネル
ギーを変えて照射し、レーザ用反射鏡の損傷の有無を観
察したものであり、２０Ｈｚ連続照射のレーザ耐力は、
同じ照射位置に同じエネルギーのレーザ光を２０Ｈｚの
周波数で５分間照射してレーザ用反射鏡の損傷の有無を
観察したものである。
【００１４】
【表１】 表１から、基本波と３倍高調波についてほぼ同じ傾向が
確認され、１ショットレーザ耐力は、合成石英基板に直
接多層膜を形成したサンプルＤとサンプルＣが最もすぐ
れており、次いで、サンプルＡ、サンプルＢの順である
が、２０Ｈｚ連続照射のレーザ耐力では、サンプルＣ、
サンプルＤ、サンプルＡ、サンプルＢの順であり、特
に、基本波の場合には、サンプルＣ、すなわち、本実施
例のダイヤモンド類の材料の薄膜を合成石英基板に蒸着
したうえで多層膜を形成させたもののレーザ耐力が他の
サンプルのレーザ耐力を大幅に上まわることが判明し
た。
確認され、１ショットレーザ耐力は、合成石英基板に直
接多層膜を形成したサンプルＤとサンプルＣが最もすぐ
れており、次いで、サンプルＡ、サンプルＢの順である
が、２０Ｈｚ連続照射のレーザ耐力では、サンプルＣ、
サンプルＤ、サンプルＡ、サンプルＢの順であり、特
に、基本波の場合には、サンプルＣ、すなわち、本実施
例のダイヤモンド類の材料の薄膜を合成石英基板に蒸着
したうえで多層膜を形成させたもののレーザ耐力が他の
サンプルのレーザ耐力を大幅に上まわることが判明し
た。
【００１５】（第２実施例）直径４０ｍｍ、厚さ３ｍｍ
の基板である合成石英基板に高周波スパッタ法（ＲＦス
パッタ法）によって膜厚５μｍのダイヤモンド類の材料
からなる薄膜を蒸着し、該薄膜の表面を表面粗さ１０ｎ
ｍ ｒｍｓ以下に研磨したうえで、ＫｒＦ（２４８ｎ
ｍ）エキシマレーザ用の多層膜を製作した。該多層膜
は、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の薄膜を交互に２８層ずつ積
層したものである。
の基板である合成石英基板に高周波スパッタ法（ＲＦス
パッタ法）によって膜厚５μｍのダイヤモンド類の材料
からなる薄膜を蒸着し、該薄膜の表面を表面粗さ１０ｎ
ｍ ｒｍｓ以下に研磨したうえで、ＫｒＦ（２４８ｎ
ｍ）エキシマレーザ用の多層膜を製作した。該多層膜
は、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の薄膜を交互に２８層ずつ積
層したものである。
【００１６】次に、本実施例のレーザ用反射鏡のレーザ
光に対する耐久性を従来例と比較するために、同様の合
成石英基板に膜厚５μｍのＳｉＣの薄膜を蒸着し、その
表面を上記と同じ表面粗さに研磨したうえで上記と同様
の多層膜を形成させたレーザ用反射鏡をサンプルＡと
し、本実施例のレーザ用反射鏡をサンプルＢとし、上記
と同様の合成石英基板に直接上記と同様の多層膜を形成
させたものをサンプルＣとして、各サンプルについて耐
久試験を行った。該耐久試験は、パルス幅１５ｎｓのＫ
ｒＦレーザを、周波数２００Ｈｚ、スポット直径５ｍｍ
で、エネルギーを一定にして５×１０7 回照射したの
ち、各サンプルの表面をノマルスキー顕微鏡で観察する
ことによって行った。１ショット当りのエネルギーを３
段階に変化させて耐久試験を行った結果を表２に示す。
光に対する耐久性を従来例と比較するために、同様の合
成石英基板に膜厚５μｍのＳｉＣの薄膜を蒸着し、その
表面を上記と同じ表面粗さに研磨したうえで上記と同様
の多層膜を形成させたレーザ用反射鏡をサンプルＡと
し、本実施例のレーザ用反射鏡をサンプルＢとし、上記
と同様の合成石英基板に直接上記と同様の多層膜を形成
させたものをサンプルＣとして、各サンプルについて耐
久試験を行った。該耐久試験は、パルス幅１５ｎｓのＫ
ｒＦレーザを、周波数２００Ｈｚ、スポット直径５ｍｍ
で、エネルギーを一定にして５×１０7 回照射したの
ち、各サンプルの表面をノマルスキー顕微鏡で観察する
ことによって行った。１ショット当りのエネルギーを３
段階に変化させて耐久試験を行った結果を表２に示す。
【００１７】
【表２】 ○：変化なし △：やや変化有り膜剥れなし ×：膜剥れ 表２から、照射されるレーザ光のエネルギーが高い場合
には、サンプルＢ、すなわち、本実施例のレーザ用反射
鏡の耐久性が他の２つのサンプルを大きく上まわること
が判かる。
には、サンプルＢ、すなわち、本実施例のレーザ用反射
鏡の耐久性が他の２つのサンプルを大きく上まわること
が判かる。
【００１８】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。
で、以下に記載するような効果を奏する。
【００１９】平均パワーの高いレーザ光に対するレーザ
用反射鏡の耐久性を大幅に向上できる。
用反射鏡の耐久性を大幅に向上できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沢村 光治 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 基板と、誘電体材料の多層膜からなるレ
ーザ用反射鏡であって、前記基板と前記多層膜の間にダ
イヤモンド類の材料からなる薄膜が設けられていること
を特徴とするレーザ用反射鏡。 - 【請求項２】 ダイヤモンド類の材料からなる薄膜の膜
厚が５０ｎｍないし１ｍｍであることを特徴とする請求
項１記載のレーザ用反射鏡。 - 【請求項３】 ダイヤモンド類の材料からなる薄膜の表
面粗さが１００ｎｍｒｍｓ以下であることを特徴とする
請求項１または２記載のレーザ用反射鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4453693A JPH06235806A (ja) | 1993-02-09 | 1993-02-09 | レーザ用反射鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4453693A JPH06235806A (ja) | 1993-02-09 | 1993-02-09 | レーザ用反射鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06235806A true JPH06235806A (ja) | 1994-08-23 |
Family
ID=12694234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4453693A Pending JPH06235806A (ja) | 1993-02-09 | 1993-02-09 | レーザ用反射鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06235806A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017502333A (ja) * | 2013-12-09 | 2017-01-19 | エレメント シックス テクノロジーズ リミテッド | 合成ダイヤモンド光学ミラー |
| US9835778B1 (en) * | 2013-09-13 | 2017-12-05 | Lockheed Martin Corporation | Apparatus and method for a diamond substrate for a multi-layered dielectric diffraction grating |
| CN112713499A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-27 | 武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司 | 光学元件散热装置及方法 |
| DE112019006508T5 (de) | 2018-12-25 | 2021-09-30 | Sony Group Corporation | Laservorrichtung |
| WO2022015504A1 (en) * | 2020-07-13 | 2022-01-20 | Raytheon Company | High-energy laser apparatus for thin film temperature sensing |
-
1993
- 1993-02-09 JP JP4453693A patent/JPH06235806A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9835778B1 (en) * | 2013-09-13 | 2017-12-05 | Lockheed Martin Corporation | Apparatus and method for a diamond substrate for a multi-layered dielectric diffraction grating |
| JP2017502333A (ja) * | 2013-12-09 | 2017-01-19 | エレメント シックス テクノロジーズ リミテッド | 合成ダイヤモンド光学ミラー |
| US10191190B2 (en) | 2013-12-09 | 2019-01-29 | Element Six Technologies Limited | Synthetic diamond optical mirrors |
| DE112019006508T5 (de) | 2018-12-25 | 2021-09-30 | Sony Group Corporation | Laservorrichtung |
| WO2022015504A1 (en) * | 2020-07-13 | 2022-01-20 | Raytheon Company | High-energy laser apparatus for thin film temperature sensing |
| CN112713499A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-27 | 武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司 | 光学元件散热装置及方法 |
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