JP2005517988A - Ｅｕｖスペクトル範囲のためのモノクロメータミラー - Google Patents

Abstract

【解決手段】
本発明は、基板の上に配置された１つの層配列を備えたＥＵＶスペクトル範囲のためのモノクロメータミラーに関し、スペーサ層、又は吸収層の形で厚さｄの周期を有する、異なる材料で作られた２つの個別の層（Ａ、Ｂ）により周期的な連続体を備え、２次またはそれ以上の高い次数のブラッグ反射が用いられる。前記厚さｄは、最大で３％の寸法誤差を有しており、周期的な層に対する吸収層の厚さの比は、利用されるブラッグ反射の次数である０．８よりも小さい。

Description

本発明は、ＥＵＶ放射線における単色化を保証するＥＵＶスペクトル範囲のためのミラーに関する。

約５から４０ｎｍにわたるＥＵＶスペクトル範囲における光学システムは、多層ミラーに基づく。それらの光学システムは、光学定数の差がなるべく大きい２つの材料が交互に層を成すシステムから構成される。例えば、材料研究の分野や、Ｘ線天文学、Ｘ線顕微鏡開発等のＥＵＶ放射線のアプリケーションにおいては、ＥＵＶ放射線の単色化が必須である。このためには、多層ミラーにおける反射光の半値幅を減少させることが必要である。

半値幅を低減するために、２つのアプローチが、以下の文献より公知である。

Ｒ．ベンバラッハ、Ｊ．Ｍアンドレ、Ｒ．バーシェビィッツ、Ｍ．Ｆ．ラベッツ、Ａ．レーナル、Ｆ．デルモッテ、Ｆ．ンリドゥ、Ｇ．ジュリー、Ａ．ボッセボウ、Ｒ．ラバル、Ｐ．トゥルーセル、「Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔ．Ｍｅｔｈ．Ｐｈｙ．Ｒｅｓ．Ａ４５８（３）」２００１年、ｐ．６５０−６５５ Ｙ．Ｃ．リム、Ｔ．ウェスタバルベースロ、Ａ．アッシェントゥルップ、Ｏ．ウェーマイヤー、Ｇ．ハインドル、Ｕ．クライネベーグ、Ｕ．ハインツマン、「応用物理（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ７２）」２００１年、ｐ．１２１−１２４

非特許文献１には、モリブデンとシリコンとを結合した材料の多層ミラーを、リアクティブ・イオン・エッチングによって、横に広がった構造とすることが知られており、これにより、最大反射率を得るように最適化されたモリブデン・シリコン多層ミラーにおける反射光の半値全幅に対して、多層ミラーの反射光の半値幅を、３分の１に減少させることができた。

しかしながら、このプロセスには、複数の層をリソグラフィーを用いて構造化するのに非常にコストがかかるという欠点、および、そのような多層ミラーにおいては、４５度の入射光に対してＲ＝２％という反射率のかなりの減少が観測される場合があり得るという欠点があり、これに対して、ソグラフィーを用いて構造化されない同様の多層ミラーは、同じ入射角度において、Ｒ＝４０％の反射率である。

非特許文献２より、モリブデン部分の各層の厚みを減少させることによって、モリブデンとシリコンからなる多層ミラーの反射光の半値幅を減少させることが知られている。しかしながら、その厚さは、標準的な多層ミラーにおいてですらわずか３ｎｍ程度しかないので、実際には、モリブデン層の厚さの減少は限られた範囲において可能であることが示されたに過ぎない。

本発明の目的は、ＥＵＶスペクトル範囲における反射光において、小さな半値幅を有し、かつ、広い範囲の入射角度に対して高い反射率をもつ多層ミラーを提供することにある。従来技術の限界および欠点が回避される。

本目的は、前段に関する主要な特許請求の範囲における特徴によって明らかにされる本発明によって達成される。

層配列は、異なる材料Ａおよび材料Ｂの２つの個別の層からなる周期的な連続体を有し、この連続体は周期的な厚みｄで１周期を形成すると共に、次式を満たすような特別な層の厚みｄ_Ａとｄ_Ｂとを有している。
０．９７（ｄ_Ａ＋ｄ_Ｂ）≦ｄ≦１．０３（ｄ_Ａ＋ｄ_Ｂ）
（ｎ_Ａｄ_Ａ＋ｎ_Ｂｄ_Ｂ）ＣＯＳ（θ）＝ｍλ／２
ここで、ｎ_Ａおよびｎ_Ｂは、個別の層ＡおよびＢにおける材料のそれぞれの複素屈折率の実部であり、ｍは２以上の自然数であってブラッグ反射の次数を示し、λは入射放射線の波長であり、θは入射放射線の入射角度である。従って、本発明のミラーにおける反射光の半値幅の著しい減少が達成される。何故なら、このように作成された多層ミラーは、２次以上のブラッグ反射光において用いられるからである。高次のブラッグ反射光に基づいた半値幅の減少により多層ミラーはモノクロメータとして機能するので、その結果として、従来は、ＥＵＶ放射線の単色化のために様々な種類のグレーチングが用いられていた、例えばシンクロトロン放射源やプラズマ源としてのＥＵＶ分光計等の、ＥＵＶスペクトル範囲における光学システムの構造は、かなり単純化される。何故なら多層ミラーは、また同時にモノクロメータやビームガイドエレメントとしても利用することができるからである。追加的なグレーチングによるビーム路の拡張は、もはや必要ではなくなる。

傾いた波が入射するような場合においても、入射角度θを考慮することで、必要とされる効果が達成される。

主要な特許請求の範囲における条件から判るように、周期的な厚みを多重化することは、より高次のブラッグ次数の反射率を達成するためには必要なことであるが、通常は、これにより、多層ミラーの反射率の減少につながる。

前述の多重化のために、個別の層Ｂ（スペーサ層）の厚さのみを増し、これに対して、個別の層Ａ（吸収層）は多層ミラーに比較して同一の厚さであるようにするので、本発明によると、周期的な厚みを多重化する場合におけるこの反射率の減少は抑制される。ここでは、１次のブラッグ反射を用いており、厚さ比Γ＝ｄ_Ａ／ｄは、常に０．８／ｍよりも小さく、このｍはブラッグ反射の次数を示す２以上の自然数である。

請求項２に係る有利な形態において、厚さ比Γが常に０．５／ｍよりも小さい場合、より良好な結果が得られる。

本発明における一実施形態が、以下の図１に示されており、本発明は、この図を用いて明確に示される。

図１は、ＥＵＶスペクトル範囲のための多層モノクロメータミラーの一例の概略図である。共に１つの周期をそれぞれ形成し、黒色で示される特定の層Ａが厚さｄ_Ａを有する吸収層を、白色で示される特定の層Ｂが厚さｄ_Ｂを有するスペーサ層をそれぞれ表している個々の層ＡおよびＢが、例えばシリコンから成るカバー層Ｄの下に周期的に連続して配置される。

本図には、層ＡおよびＢから成るこのような４つの周期が概略的に示されており、最下部の層は、基板Ｓとの境界面を形成する。層の厚さｄ_Ａおよびｄ_Ｂは、全周期における各周期において同一とされ、その結果、特定の周期的な厚さｄは全体的に最大でも±１％の寸法誤差となり、これにより、製造工程に関連してこの程度の寸法誤差が存在したとしても、本発明の機能を果たす能力は保証される。

実際の設計においては、吸収層Ａは、例えばモリブデンから成り、スペーサ層Ｂは、例えばシリコンから成る。基板Ｓは、ここではシリコンウエハーとして設計される。層ＡおよびＢからなる周期の数は例えば４０周期であり、これにより、放射線の侵入度は最大限に利用される。

図１において概略的に示された多層モノクロメータミラーでは、二次以上のブラッグ反射を用いる。ここで、いずれの周期における層の厚さｄも、（ｎ_Ａｄ_Ａ＋ｎ_Ｂｄ_Ｂ）＝ｍ＊λ／２とした場合に、理想値はｄ＝ｄ_Ａ＋ｄ_Ｂであり、個別の層ＡおよびＢにおけるそれぞれの複素屈折率は、式（１）および式（２）で与えられ、この結果、ｎ_Ａおよびｎ_Ｂは複素屈折率の実部から直接求まる。そして、ｍは２以上のブラッグ反射の次数を示す自然数であり、λは、モノクロメータミラーによって、可能な限り減衰せずに反射された入射放射線の波長である。

上記の式において定式化されたように二次以上のブラッグ反射、およびそれに関する半値幅の減少が達成されるが、反射最大においてミラーの反射率をできる限り保つ目的で一次のブラッグ反射を有する通常の多層ミラーに対して周期的な厚さを多重化するために、スペーサ層Ｂの厚みのみが周期的な厚みの多重化のために増加させられ、これに対し、吸収層Ａの厚みは、先に述べた第一次の多層ミラーと比較して、変化させられない。これにより、各周期においてΓ＜０．８／ｍを満たすように厚さ比Γ＝ｄ_Ａ／ｄが選択される。Γ＜０．５／ｍを満たすように選択することにより、一層良い結果を達成してもよい。

多層ミラーにおけるスペーサ材料は非常に低吸収のものが選択されるので、第１次の多層反射ミラーに関して、より高次の反射光を得るために、両方の層の厚みを同じ比率で増加したと仮定した場合ほど強力には、反射率は減衰されない。

シミュレーションにおいて、吸収層としてモリブデン、スペーサ層としてシリコンを、５０周期で有するような多層ミラーであり、１３．５ｎｍの選択波長を有し、モリブデンおよびシリコンの境界面における各層の粗さや相互拡散は無視した場合、前述の配置を用いた場合に理論的に導かれる最大の反射率と、ピークにおける全半値幅（ＦＷＨＭ―半値における全幅）とが、様々なブラッグ次数ｍおよびスペーサ層Ｂの厚さによって生成され、表１のような結果を示した。例えば、二次のブラッグ反射においてですら、半値幅の減少は２分の１が達成されている。１０次のブラッグ反射においてですら、２５％を超える反射率が依然として達成されている。

表１のｍ＝２およびｍ＝３に示された各値に対応する２次や３次のブラッグ反射を行う実際の多層ミラーにおいて、図２に示される多層システムにおける各反射率の値は、ＥＵＶ域において、波長の関数として測定された。選択された波長λ＝１３．５ｎｍの近辺において、狭い最大波長がどのように得られたかを明確に見てとることができ、これにより、必要とされる波長λの近辺において、必要な単色化がどのようになされたかを明確に見てとることができる。

ここで、ブラッグ次数ｍ＝２、最大反射率Ｒ＝５３．５％の場合、ＦＷＨＭ＝０．２２７ｎｍであり、ブラッグ次数ｍ＝３、最大反射率Ｒ＝４５．３％の場合、ＦＷＨＭ＝０．１８８ｎｍである。これにより、１次のブラッグ反射を有する従来の多層ミラーに関して、半値幅は半分以下から３分の１にまで減少された。

モノクロメータ多層ミラーの概略的な断面図を示す。 実験的に測定された反射率を示す。

Claims (6)

1. 一連の層を有し、基板に付される層配列を有するＥＵＶスペクトル範囲のためのモノクロメータミラーであって、
   前記層配列は、異なる材料Ａおよび材料Ｂの２つの個別の層からなる周期的な連続体を有し、この連続体は周期的な厚みｄで１周期を形成すると共に、ｎ_Ａおよびｎ_Ｂが前記個別の層ＡおよびＢにおける前記材料のそれぞれの複素屈折率の実部であり、ｍがブラッグ反射の次数を示す２以上の自然数であり、λが入射放射線の波長であり、θが入射放射線の入射角度である場合、
   ０．９７（ｄ_Ａ＋ｄ_Ｂ）≦ｄ≦１．０３（ｄ_Ａ＋ｄ_Ｂ）
   （ｎ_Ａｄ_Ａ＋ｎ_Ｂｄ_Ｂ）ＣＯＳ（θ）＝ｍλ／２
   を満たすような特定の層の厚みｄ_Ａとｄ_Ｂとを有しており、厚さ比ΓをΓ＝ｄ_Ａ／ｄと定義した場合に、Γ＜０．８／ｍを満たすモノクロメータミラー。
2. 前記厚さ比Γ＝ｄ_Ａ／ｄがΓ＜０．５／ｍを満たす請求項１に記載のモノクロメータミラー。
3. 前記個別の層ＡおよびＢにおける前記材料がモリブデンおよびシリコンである請求項１または２に記載のモノクロメータミラー。
4. 最適な反射率を得る為に、前記入射放射線の侵入度が最大限に活用されるように、多数の周期を備える請求項１から３のいずれかに記載のモノクロメータミラー。
5. 前記層の前記基板から離間している側の表面にカバー層が設けられる、請求項１から４のいずれかに記載のモノクロメータミラー。
6. ミラー反射光の半値幅の減少は、１次のブラッグ反射（ｍ＝１）を利用した場合におけるミラー反射光の半値幅に関して２次のブラッグ反射（ｍ＝２）を利用した場合に、約２分の１である、請求項１から５のいずれかに記載のモノクロメータミラー。

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