JP3673968B2

JP3673968B2 - 多層膜反射鏡の製造方法

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Publication number: JP3673968B2
Application number: JP2001542333A
Authority: JP
Inventors: 正樹山本
Original assignee: Tohoku Techno Arch Co Ltd
Current assignee: Tohoku Techno Arch Co Ltd
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 2000-08-18
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2020-08-18
Also published as: EP1152435A4; AU2807401A; KR20010101435A; DE60041323D1; CA2361519A1; EP1152435A1; KR100446126B1; JPWO2001041155A1; WO2001041155A1; EP1152435B1; US7474733B1; CA2361519C

Description

【技術分野】
【０００１】
この発明は、多層膜による反射を用いた反射鏡等の光学素子に関し、特に多層膜反射鏡の射出光の波面位相補正に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１に示した電磁波の分類と電磁波の波長との関係を示した図で、まず極端紫外線及びＸ線を説明する。極端紫外線（極紫外線，ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｒａｙｓ）や真空紫外線（ＶＵＶ：ｖａｃｕｕｍｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｒａｙｓ）は、図１（ａ）電磁波の分類で紫外線よりも波長が短い電磁波のことである。Ｘ線とは、図１（ａ）電磁波の分類と図１（ｂ）電磁波の波長を比較してみてもわかる通り、波長が０．００１〜５０ｎｍの電磁波を指し、その中で軟Ｘ線は０．５〜５０ｎｍのＸ線のことである。極端紫外線や真空紫外線と軟Ｘ線との境界ははっきりと定められておらず、分類で重なっている部分もあるが、極端紫外線，真空紫外線や軟Ｘ線は、紫外線と硬Ｘ線の中間の波長を持つ電磁波である。極端紫外線、真空紫外線、軟Ｘ線の性質としては、透過能が小さく、空気層で吸収されてしまう。しかしながら、特に光子エネルギーが高いことから、金属、半導体、誘電体などの物質を問わず表面から内部に数百ｎｍ侵入する透過力を示す。また、特に軟Ｘ線は、物質を構成する原子の内核吸収が現れる程度の光子エネルギーを有していることから、各種の物質を構成する元素によってはっきりとした吸収の差が生じる。軟Ｘ線のこの性質は、高い分解能とともに、各種の物質研究に最適であり、生体試料を乾燥や染色等の処理を行うことなく、生きたまま観察できるＸ線顕微鏡開発研究へと発展しつつある。
【０００３】
極端紫外線（真空紫外線）やＸ線は可視光に比べると光子エネルギーが高く、物質の透過力が高い。このため、極端紫外線やＸ線はほとんどの物質において屈折がほとんど起こらないために、レンズを造ることが難しい。従って、極端紫外線やＸ線を集光したり、像を結ばせるために反射鏡が使われるが、極端紫外線やＸ線に対しては通常、金属表面でもほとんど反射しない。唯一、表面にすれすれの角度では反射させることができるので、この斜入射を利用した光学系に頼らざるをえなかった。
【０００４】
その後、極端紫外線（真空紫外線）または軟Ｘ線を含めたＸ線を反射できる「多層膜鏡」が大きく注目され、極端紫外線やＸ線結像光学系に直入射の光学系を開発する道を開いた。Ｘ線によるＸ線顕微鏡は前述の多層膜鏡を用いている。この多層膜鏡を図２で説明する。
【０００５】
図２（ａ）は、多層膜反射鏡の構成を示し、図２（ｂ）は、反射膜の構成を示している。図２（ａ）において、多層膜反射鏡は、基板１０の上に多層膜２０を形成した構成であり、図２（ｂ）は波長１３ｎｍ（光子エネルギ９７ｅＶ）付近の軟Ｘ線に対する多層膜の構成の例を示す。図２（ｂ）において、多層膜２０はモリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）を対にした数十〜数百層から構成されている。この構成の多層膜２０を図２（ａ）のように基板１０に取りつけてある。この構成の多層膜鏡によって、直入射反射率６０％の反射が得られる。
【０００６】
図３は、図２（ａ）の多層膜反射鏡を用いたＸ線装置の概略構成例を示す。図３において、中央に穴をあけた凹面の基板１０に反射多層膜２０を付けた反射鏡と、その真向かいに、同じく凹面の基板に反射多層膜２２を付けた反射鏡の２つで構成されている。ＬはＸ線であり、光路を示している。
【０００７】
この図３（ａ）の左方から物体３０に向けてＸ線を照射した構成では、Ｘ線Ｌは多層膜反射鏡２０，２２によって反射し、拡大された物体の像３５が得られる。このとき、図３（ａ）の装置は図３（ｂ）（１）に示すように、顕微鏡の役目を果たす。可視・紫外光の波長の数十分の１以下であるＸ線によって結像されたものであるから、このように構成すれば原理的に回折ボケによる解像限界を数十分の１以下にして、極めて微小なものでも精度を改善できる。これらの技術はさらに高精度なＸ線望遠鏡の開発研究へと発展し、超高温のプラズマから発生する軟Ｘ線の観測による、銀河の成因や超新星の構造の解明に寄与している。
【０００８】
また、この図３（ａ）の右方から物体３５に向けてＸ線を照射すれば、Ｘ線Ｌは多層膜反射鏡２２，２０によって反射し、縮小された物体の像３０が写る。このとき、図３（ａ）の装置は図３（ｂ）（２）に示すように、マイクロフォーカスや縮小露光装置の構成となる。この縮小投影露光光学系のＸ線多層膜鏡は、次世代の超ＬＳＩ製造用装置の心臓部として開発する試みが、米国および日本を中心に世界的に競われている。
【０００９】
このように、産業界のみならず学界でもＸ線多層膜鏡の多方面における応用が期待されている。
【００１０】
これらのＸ線多層膜鏡は、結像性能を得るために、少なくとも波長の１／８以下の波面精度を得る必要がある。しかしこの値を達成するには、球面基板の形状精度の計測と制御、この基板上に成膜する高反射率で基板に歪みを与えない多層膜形成法の開発、結像鏡の無歪み保持法、調整法の開発などに加え、最終的には使用するＸ線波長での波面誤差の計測と補正法の開発が不可欠である。
【００１１】
特に、最終的な結像性能を決定付ける波面収差の補正法は、補正量がｎｍオーダーであり、困難が大きい。現状では、基板をピエゾ素子駆動などによってｎｍ精度で微小変形させるアダプティブ・オプティクス（補償光学）系方式や、基板表面に薄膜を付加したり基板をイオンエッチングする方法が提案されている。
【００１２】
例えば、反射鏡の形状をアクチュエータでアダプティブに修正する試みがある。これを図４に示した波面収差補正装置で説明する。図４に示すように、波面収差補正装置は、反射鏡の基板１０に取り付けたアクチュエータ６０で基板１０に力を加えて多層膜鏡２０の形状を矯正することにより波面を補正する。この補正装置において、ピンホール１１０を潜り抜けてくる軟Ｘ線Ｌは、ビームスプリッタ１２０で反射鏡に導かれ、多層膜鏡２０で反射する。この構成で、ビームスプリッタ１２０を通過するＬの光路にナイフ・エッジ１３０を挿入することにより、２次元検出器１５０に映し出された映像をコンピュータ１６０で解析して鏡面形状を計測することができる。この計測結果により制御回路１７０でアクチュエータ６０を動作させ反射鏡の形状を修正している。
【００１３】
しかし、これらの方式は原理的に幾何光学的に反射面を制御するために、１ｎｍ以下の微小量の計測・制御が必然的に要求されるため、多大な困難がある。
【発明の開示】
【００１４】
本発明の目的は、波面位相を補正することが簡単にできる構造の多層膜反射鏡等の光学素子を提供することである。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、反射率が実質的に飽和する以上の周期数の多層膜を形成し、飽和している範囲の多層膜を、前記多層膜を射出光の波面位相の調整量に応じて削り取ることにより、波面位相を調整することを特徴とする多層膜反射鏡の製造方法である。
この削り取りの制御を、多層膜を形成する複数の物質の相違を検出することにより行うことができる。
【００１６】
補正膜と反射率が実質的に飽和する以上の多層膜とを形成することにより、補正膜の削除で位相の補正できない場合、多層膜も削除することにより補正することができ、より精密に位相の補正を行うことができる。
【００１７】
Ｘ線用や極端紫外線（真空紫外線）用の顕微鏡、露光装置、望遠鏡、マイクロプローブ、分析装置等に上述の多層膜反射鏡を用いることにより、Ｘ線や極端紫外線（真空紫外線）に対する位相差の制御を多層膜等を削除することで行えるために、容易に所望の結像性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に関して図を用いて詳しく説明する。
【００１９】
図５は、図２（ａ）で示したような多層膜を用いた反射鏡において、多層膜の膜の数である周期数（反射多層膜を構成している、反射率が高い物質の膜と低い物質の膜とによる組の繰り返し数）と反射率との関係を示すグラフである。この膜の厚さは、それぞれ１／４波長の厚さである。図５には、ルテニウム（Ｒｕ）とシリコン（Ｓｉ）による多層膜、ロジウム（Ｒｈ）とシリコン（Ｓｉ）による多層膜、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）による多層膜、ルテニウム（Ｒｕ）と炭素（Ｃ）による多層膜、および、ロジウム（Ｒｈ）と炭素（Ｃ）による多層膜の周期数と反射率との関係が示されている。
【００２０】
この図５に示したグラフから分かるように、多層膜の周期数が大きくなると反射率は飽和して、多層膜を繰り返しても反射率が変化しなくなる。
【００２１】
極端紫外線あるいは軟Ｘ線、Ｘ線などの吸収膜物質を多層膜の要素として使う波長域では、飽和反射率は、１００％には達せず、１５％から８０％程度の値をとる。この飽和状態においては、飽和以上に形成した多層膜は、振幅の増加には寄与しないが、反射光の位相の変化は引き起こす。
【００２２】
このため、反射率が実質的に飽和する以上の周期数の多層膜を形成することにより、飽和している範囲の多層膜を削除することによって、波面位相の補正を行うことができる。これは、例えばＸ線や極端紫外線（真空紫外線）に対する多層膜鏡では、各界面における反射はごくわずかで、積層数は数十層から数百層を要する。理論解析によれば反射は実質的に多層膜全体で物理光学的に起こる。このため、表面部の多層膜は実質的に透過膜として機能しているからである。
【００２３】
本発明は、多層膜として反射率が実質的に飽和する以上の周期数あるものを形成して、多層膜を射出光の波面位相の調整量に応じて削り取ることにより、波面位相を調整する。補正量が比較的小さい場合、多層膜を削り取ることにより位相補正ができ、後で説明する補正膜を追加して形成する場合に比べて、反射率の変動を小さくできる。
【００２４】
図６に、反射率が飽和する以上に形成した多層膜を削除して、位相や反射率の変化を計測した例を示す。測定した軟Ｘ線の波長は１２．７８ｎｍであり、多層膜は、Ｍｏ／Ｓｉで構成され、それぞれ１／４波長の厚さを有しており、１２１層を形成している。波長１２．７８ｎｍの軟Ｘ線に対する、多層膜を形成しているシリコン（Ｓｉ）の反射係数ｎ_Ｓｉおよびモリブデン（Ｍｏ）の反射係数ｎ_Ｍｏは、
ｎ_Ｓｉ＝１．００２７６−０．００１５ｉ
ｎ_Ｍｏ＝０．９３２４−０．００５９８ｉ
である。この多層膜による反射率は、７６．４％である。これを上部から削除していき、位相（ａ）および相対的反射率（ｂ）の変化をそれぞれ示している。このグラフから分かるように、反射率が飽和する以上に形成した多層膜を削除しても、反射率の変化は起こさないが、反射光の位相の変化は引き起こす。
【００２５】
図６のグラフで表れている位相の変化ステップは、多層膜の１周期のミリング（削除）で生じる。すなわち，Ｍｏの膜のミリングで減少し、Ｓｉの膜でわずかに増加する位相変化が生じる。図６から、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜の場合，各層は４ｎｍ程度の膜厚であるので、Ｍｏ１層のミリングは位相角にして５度の減少に相当する。この値は、基板の形状誤差に直せば
（１３ｎｍ／２）＊（５度／３６０度）＝０．０９ｎｍ
であり、基板の形状誤差を１周期の膜のミリングによって、０．９Ａでデジタル的に制御できることを示す。言い換えれば，表面の所定の部分をある補正量でミリングしようとする場合、表面に現れる物質がＭｏからＳｉへと変化したときにミリングを止めることにより、ミリングの厚さを精密に制御できる。
【００２６】
ミリングによる物質の変化は、ミリングで放出される物質をモニターする方法，二次電子の放出イールドの物質による変化を利用する電子的な方法，さらには、可視光の光学定数の変化などの光学的な特性変化を利用する反射率測定法，エリプソメトリーなどの方法も簡便に使える。これらの方法は、削除量を時間的に安定させて，削除時間でミリング深さを制御するというもっとも一般的な方法に容易に併用できる。これらの特徴は、位相補正が多層膜の表面に施される１周期以上のミリングでもたらされることからくる特徴である。
【００２７】
上述では、図６におけるＭｏ／Ｓｉ多層膜の例で、１周期ごとのミリングを行う場合、１周期で基板形状誤差０．１ｎｍの精度が出せることを説明した。しかしながら、１周期のミリングを詳細にみると、
１．Ｓｉ層のミリングでは、位相がほとんど変わらなくなる（屈折率がわずかに１より大きいので、実際にはわずかに増加している）。
２．これと同時に、Ｓｉ層のミリング中は、相対強度反射率はほとんど変化しない平坦な状況になる（干渉による振動変化の底の部分）。
３．一方，Ｍｏ層のミリング中は、位相が減少し、反射率が変化する。
ことが分かる。従って、上述のディジタル的ミリングでは、常に各Ｓｉの膜の部分でミリングを止めれば、位相だけ一定各度づつ（６度くらい）変化し、反射率は変化しない。具体的には、Ｍｏ層を削って，Ｓｉが出てきたところで止めればよいので、ミリングを停止するタイミングに大幅にゆとりが出る。具体的には、Ｓｉ膜厚３．５ｎｍ程度の範囲内で少なくとも＋１ｎｍの余裕が出る。また、この性質を利用して、反射率の変化を容易に１％以内にできる。
【００２８】
さて、多層膜の複素振幅反射率を複素平面上で考えると、動径が振幅に等しく、偏角が等しい点となり、多層膜の削除により、複素振幅反射率は、実質的に中心が原点に一致した円周上を動いていることになる。
【００２９】
理論的に、表面から削っていく場合の、振幅反射率の変化を求める場合、位相と振幅の計算の基準は、常に多層膜の最上表面にある。従って、表面からある部分を削る効果を計算するには、削る前の多層膜の表面を位相の基準面とする必要がある。この目的を満たすために、ある厚さｄを削ったとき、仮想的に真空の層を厚さｄだけ積むことにして計算する必要がある。これにより、基準面が常に削る前の位置に固定することができ、所定の位相および振幅の削り取りによる効果を正確に算出することが可能である。
【００３０】
図７に、本発明の反射鏡の他の構成を示す。図７において、基板１０上に実質的に飽和する以上に形成した多層膜２０上に、補正膜５０を形成した構成を有している。
【００３１】
例えばＸ線や極端紫外線（真空紫外線）に対する多層膜鏡では、各界面における反射はごくわずかで、積層数は数十層から数百層を要する。理論解析によれば反射は実質的に多層膜全体で物理光学的に起こる。従って、図７に示すように、実質的に飽和する以上の多層膜２０の最上表面に位相補正層５０を付加すれば、透過型の位相補正膜として機能させることができる。ただし、この波長域で透明な物質は存在しないから、位相補正膜を構成できる物質には、屈折率ｎとともに消衰係数ｋの条件も満たす必要がある。
【００３２】
補正膜を構成する膜物質は、屈折率差（１−ｎ）が大きく、消衰係数ｋが小さいほど位相補正量を大きくとれる。従って、光学的な物質選択基準は、単位厚さによる位相変化量と吸収による振幅減衰の比で判断できて、｛屈折率差（１−ｎ）／消衰係数ｋ｝が大きい物質が適している。
【００３３】
波長１３ｎｍの軟Ｘ線を例に取った場合、軟Ｘ線領域での膜の屈折率ｎと真空の屈折率１との差（１−ｎ）が０．１程度以下になるモリブデン（Ｍｏ）膜（屈折率差０．０６５，消衰係数０．００６５）を用いれば、物理光学的な位相差の制御は、屈折率差（１−ｎ）が１／１５程度であることから、幾何学的な膜厚の制御が１／１５程度の分解能で行える。つまり、モリブデン膜における１５ｎｍの膜厚の制御で実効的なＸ線多層膜結像鏡の波面制御１ｎｍを達成し、所望の結像性能を得ることができる。よって、補正量は上述の通り、屈折率差（１−ｎ）と膜の厚さｄの変化量Δｄとの積であるから、位相誤差を０．１ｎｍの精度で補正するためには補正膜厚を１．５ｎｍの精度で削ればよいことになる。
【００３４】
また、補正膜による反射率変化は、膜厚変化や多層膜の干渉を考慮した計算が必要であるが、反射率の減少率は単純な計算でも１ｎｍ当たり１．２％程度であり、反射率６０％の鏡では０．７％程度減少するにすぎない。
【００３５】
補正膜により十分な補正ができない場合は、実質的に飽和する以上多層膜を削ることにより、さらなる補正を行うことができる。
【００３６】
モリブデンの他に、軟Ｘ線に対して、屈折率差（１−ｎ）が大きく、消衰係数ｋが小さい物質としては、ルテニウム、ロジウム、ベリリウムがある。軟Ｘ線に対する補正膜としては、モリブデンを含むこれらの物質の内の１つ又はこれらの物質の組合せで構成することができる。
【００３７】
図８は、図７に示した補正膜および多層膜による補正の仕方の説明である。
【００３８】
図８（ａ）のように基板１０上の多層膜鏡２０に十分厚い補正膜５０をあらかじめ成膜しておき、ミリング等で補正膜５０を必要量だけ削る（図８（ｂ）参照）。この補正膜５０の削除で十分に補正できない場合は、多層膜を削除する（図８（ｃ）参照）。
【００３９】
この方法により、ミリングされた補正膜等の最上表面は荒れるが、真空との屈折率差が小さいため、透過波面は粗さの影響をほとんど受けない。
【００４０】
図７および図８で説明したように、多層膜を、実質的に飽和する以上の周期数形成し、その上に補正膜を形成した後、補正膜や多層膜を上から削除して、波面位相の変化を計測した例を示したグラフが図９である。図９（ａ）に示すように、Ｍｏ／Ｓｉの多層膜を１２１周期形成後、モリブデン（Ｍｏ）による補正膜を３００Å形成したものを上から削除する。波長１２．７８ｎｍの軟Ｘ線に対する、多層膜を形成しているシリコン（Ｓｉ）の反射係数ｎ_Ｓｉおよびモリブデン（Ｍｏ）の反射係数ｎ_Ｍｏは、
ｎ_Ｓｉ＝１．００２７６−０．００１５ｉ
ｎ_Ｍｏ＝０．９３２４−０．００５９８ｉ
である。また、補正膜３００Åおよび１２１層の多層膜による反射率は、５６．２％である。
【００４１】
このような構成の補正膜および多層膜を上から削除した場合を、図９（ｂ）に示している。図９（ｂ）においては、波長１２．７８ｎｍの軟Ｘ線に対する相対反射率（削除していないときを１：右目盛）と波面位相の変化（削除していないときを０：左目盛）を示している。補正膜を削除する際に、位相や反射率の変化がリニアではなく変動している理由は、Ｍｏ膜の干渉による。また、多層膜を削除しているときの位相変動や反射率変化の周期は、周期膜の周期と一致している。多層膜部分を削除する際の反射率の変動は、補正膜を削除する際の変動と比較すると小さい。
【００４２】
補正膜を削除した後の図９（ｂ）のグラフから分かるように、多層膜を削除することによっても、位相を変化させることができる。しかし、補正膜を削除するときより、削除量に対する位相補正できる量は少ない。
【００４３】
＜反射鏡の使用例＞
図１０は、上述の簡単に波面誤差を補正することができる反射鏡を用いた軟Ｘ線顕微鏡システムを示している。軟Ｘ線は先に述べた通り、空気で吸収されてしまうので、軟Ｘ線の光路は真空槽２００内にある。また、このシステムは大きく分けて光源、結像光学鏡、検出系、そして制御計測システムの４つにわかれており、それらを用いて試料３１０を観察することができる。
【００４４】
軟Ｘ線光源としては、レーザー発生装置２１０，金属ターゲット３００，分光器２２０そしてピンホール２３０が用いられている。結像光学鏡２４０は中央に穴をあけた凹面の上述した多層膜鏡と、その真向かいに凸面の上述の多層膜鏡を組合せて構成されている。そして、試料３１０に照射した軟Ｘ線を検出するための光電面２５２を備えた２次元検出器２５０、検出データを取りこんだり、試料の位置の制御をするコンピュータ２６０がある。
【００４５】
この構成において、まず、光源としての軟Ｘ線を発生させるために、パルスレーザー発生装置２１０より強力な赤外線パルスレーザーをレンズで金属ターゲット３００に集光すると、エネルギーが高いプラズマを発生する。そのプラズマはいろいろな波長の電磁波を放射する。そこで、分光器２２０を用いていろいろな波長の電磁波の中から軟Ｘ線を取り出す。分光器２２０より射出した軟Ｘ線は、ピンホール２３０を通過し、試料３１０を照射する。照射された試料３１０の軟Ｘ線は結像光学鏡２４０で試料３１０の写像を拡大し、２次元検出器２５０の光電面２５２上に結像する。そしてコンピュータ２６０が２次元検出器２５０で検出されたデータを取りこみ、画像化する。その他にもコンピュータ２６０は前述の試料３１０の位置を制御したりもする。
【００４６】
上述のような顕微鏡システムに用いる反射鏡において、上述の構成を用いることにより、１ｎｍ以下の精度及び分解能で光線の波面収差補正を行える。これにより、基板の形状誤差が所望の値に達しない場合でも、多層膜を成膜した後に、補正膜等を用いて最終的なＸ線波面補正を行うことで、使用状況に於いて最適な波面精度を得ることもできる。
【００４７】
この補正膜等による補正により、Ｘ線望遠鏡の応用では、斜入射円筒鏡を入れ子にしたネスティド・タイプの望遠鏡に代わり、直入射のカセグレイン・タイプ等の望遠鏡が軽量かつ高性能に構成できる。図１１にこの望遠鏡の構成例を示す。
【００４８】
図１１において、カメラ４５０に反射型の望遠鏡４００を付けた構成である。この反射型望遠鏡４００を構成する反射鏡４１０および４１５に、上述で説明した多層膜反射鏡を用いている。外側の筒４２０に入射した光は、反射鏡４１０で反射した後、反射鏡４１５で反射してバッフル４３０から、カメラ４５０に入射する。
【００４９】
この構成により、例えば人工衛星搭載用の軽量高性能のＸ線望遠鏡では、多層膜鏡の波面収差を減少することによって、従来の望遠鏡では得ることができなかった観測波長程度という極限の分解能が期待できる。
【００５０】
Ｘ線マイクロプローブに対して、上述の多層膜反射鏡を用いることもできる。Ｘ線マイクロプローブにおける応用では、従来の数十μｍの空間分解能を０．０１μｍの領域まで微細化できるので、各種サブミクロン・デバイスを含め、Ｘ線マイクロプローブの検査対象を飛躍的に拡大できる。
【００５１】
Ｘ線分析装置に対しても上述の多層膜反射鏡を用いることができる。このＸ線分析装置では、ビームを平行にコリメートしたり、集光したりすることができるため、角度精度が向上するとともに微小試料の観察ができるようになる。また、結像系と組合せて、２次元の画像での分析による応用に使えるようになる。
【００５２】
上述したＸ線顕微鏡、Ｘ線望遠鏡、Ｘ線マイクロプローブ、Ｘ線分析装置ばかりでなく、縮小投影露光装置における多層膜レチクル・マスクおよび結像鏡において、反射波面に生ずる欠陥を修復できる。
【００５３】
他にもＸ線透過型多層膜の各種応用に於いて、多層膜鏡の波面の補正が容易に行えるので、Ｘ線の透過および反射波面の位相を目的の値、目的の２次元分布に調節することができる。
【００５４】
また、上記においては、Ｘ線を用いた機器として説明したが、極端紫外線（真空紫外線）等を使用する機器に対しても当然のことながら同様に適用することができる。さらに、本発明の原理は、光の物理光学的な性質を利用しているので、紫外線、可視光線、赤外線、さらにマイクロ波領域など、多層膜を利用する全ての電磁波に対して有効である。例えば、反射波面を高精度化する応用では，レーザー発信器用ミラーや、同様な，ファブリーペロー用、リング・レーザー・ジャイロ用などの共振器を構成するミラーには大変有効である。また、回折効果を利用して、空間的な波長分散特性を持たせることができ、これに付随する偏光特性を利用すると、波長分散を持つ偏光素子ができるので、ミラーあるいはビーム・スプリッターに使用することができる。特に、光磁気装置のハーフ・ミラーには偏光特性が有効である。
【００５５】
本発明の多層膜を用いて、位相格子も作成することが可能である。位相格子を作成する場合は、基板の表面に多層膜を用いて、位相差１８０°を与える厚さの溝構造を形成する。この位相格子は、二次元位相格子として機能し、新しいタイプの回折格子である。従来の方法では、基板に溝構造を形成するために、基板表面が粗れて、その上に形成する多層膜の特性が劣化する。また、加工精度は、使用する波長の少なくとも１／２０以下に保つ必要がある。
【００５６】
本発明の手法では、従来の幾何学的な反射面位置の制御では達成できない精度が光路差の制御で達成できる。光路差は、多層膜のミリング厚さｄのと屈折率差（ｎ−１）の積であるであり、この屈折率差は多層膜の平均屈折率ｎと真空（媒質）の屈折率１との差である。厚さｄのミリングによる波面補正の精度は、ｎ−１が小さいほど高くなる。精度の向上は、可視光ではガラスなどの透明物質の場合は１．５−１＝０．５で２倍であり、軟Ｘ線領域では屈折率は１より僅かに小さく、１−ｎは０．０１のオーダーであるため百倍のオーダーの精度向上が見込まれる。
【００５７】
また、本発明による多層膜を用いて振幅変調ホログラムとして使用することもできる。この場合は、表面の形状を面内で二次元で制御して多層膜を削除することによりホログラムを形成し、射出波面の位相と振幅を整えることができる。
【００５８】
本発明の多層膜の形成により、位相振幅フィルタリングとして使用できる素子も作成することができる。この場合は、結像系と組み合わせることにより、空間周波数空間での各種のフィルタリングを行う新しい手段を提供する。
【００５９】
以上の方法に、さらに光学的な厚さ（光路長）を時間的に変調することで、新しい画像ディスプレイ・パネルなどを実現する新しい形成方法を提供できるものである。また、多層膜は、下部からの反射に対して実質的に透過膜として機能するため、透過型として適用できる。
【００６０】
このほかに、従来にない全く新しい応用として、屈折率が波長で大きく異なる特性を利用すると、光の波長で表面の形状が異なって現れることを利用した素子が作れる。たとえば、極端紫外線（ＥＵＶ）用のミラーでは，波面補正後はＥＵＶ光に対しては、理想的な形状（たとえば球面）であるが、表面の形状は球面では無くなるので、表面で反射する光は球面からずれて、たとえば発散するといった特性が出る。すなわち、屈折率が違えば、波長によって表面の形を変えたと同等の特性を出すことができる。これは、たとえばある波長の光は収斂するが他の波長の光は収斂しないといった特徴を持ったミラーを作ることができる。この特性を結像系に応用すると、ある波長の光はシャープに結像できるが他の波長はぼけてしまう光学系が作れる。また、その逆に、収斂点でこの光を止めれば、ある波長だけ取り除かれた光での結像ができる。透過光学系に例えると、色収差が非常に大きい反射鏡を作れることを意味する。この特徴を発展させると、波長によって焦点距離が異なるミラー，二重焦点ミラーなど、屈折率の波長分散を積極的に利用する素子が実現できる。従来の透過型光学素子は、透明物質、すなわち屈折率の正常分散領域にある物質を利用しているので、屈折率分散はわずかで、プリズム型の分光計などに利用されるに過ぎず、屈折率分散は、むしろ、色収差として利用価値のない邪魔者であった。本発明の多層膜反射鏡では、基本的に反射型であるので、Ｘ線から赤外，マイクロ波まで波長を選ばず、各種の組み合わせが可能になる。各種の物質の異常分散領域、あるいは分子による吸収領域などでは、屈折率変化は非常に大きく、これらを積極的に利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
上述する様に、本発明により、光および電磁波の射出光の位相と振幅を制御する目的で形成された多層膜について、その性質を大幅に向上することができる。特に、多層膜を利用した結像光学系においては、反射および透過の波面位相の制御性を上げて、結像性能を極限まで改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】電磁波の分類と電磁波の波長を示す図である。
【図２】（ａ）は、多層膜鏡の構成を示す図であり、（ｂ）はＭｏ−Ｓｉ多層膜を示す図である。
【図３】多層膜反射鏡を用いたＸ線装置の概略構成を示す図である。
【図４】アクチュエータで基板に力を加えて多層膜鏡の形状を矯正することにより波面を補正する波面収差補正装置を示す図である。
【図５】反射を行う多層膜を多くした場合の反射率を示すグラフである。
【図６】反射率が飽和した以上の多層膜を削除した場合の位相と反射率の変化を示すグラフである。
【図７】本発明の他の実施形態の多層膜鏡の構成を示す図である。
【図８】他の実施形態における多層膜鏡の補正の手順を示す図である。
【図９】補助膜と反射率が飽和する以上の周期数を有する多層膜とを上から削った場合を示すグラフである。
【図１０】本発明の多層膜を用いた軟Ｘ線顕微鏡システムの構成を示す図である。
【図１１】本発明の多層膜を用いた軟Ｘ線望遠鏡システムの構成を示す図である。

Claims

多層膜反射鏡の製造方法であって、
反射率が実質的に飽和する以上の周期数の多層膜を形成し、飽和している範囲の多層膜を、前記多層膜を射出光の波面位相の調整量に応じて削り取ることにより、波面位相を調整することを特徴とする多層膜反射鏡の製造方法。
反射率が実質的に飽和する以上の周期数の多層膜を形成し、該多層膜上に補正膜を形成し、該補正膜又は該補正膜と前記飽和している範囲の多層膜を、射出光の波面位相の調整量に応じて削り取ることにより、波面位相を調整することを特徴とする多層膜反射鏡の製造方法。
前記多層膜反射鏡は軟Ｘ線用であり、前記補正膜は、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、ベリリウムのうちの１つ又はこれらの組合せを用いていることを特徴とする請求の範囲第２項記載の多層膜反射鏡の製造方法。
前記多層膜反射鏡は軟Ｘ線用であり、前記多層膜は、モリブデン層およびシリコン層で形成されていることを特徴とする請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の多層膜反射鏡の製造方法。