JPH0194300A - Ｘ線又は真空紫外線用多層膜反射鏡の作成方法 - Google Patents

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］ この発明はＸ線以上、真空紫外線以下の波長２００　ｎ
ｍ以下の輻射線対象の反射鏡であり、その入射角が反射
面に対して直角に近い角度である正入射を受ける反射鏡
に関する。

［従来の技術］ 従来、波長２００ｎｍ以下の真空紫外域よりも短い波長
の輻射線に対して、反射面に直角またはそれに近い角度
を以て、これら輻射線が入射するときに高反射率を有す
る反射鏡は存在しなかったのであり、反射面に対して垂
直に近い入射角では１％以下の反射率が得られるのみで
ある。

一方、比較的に高反射率を与える斜入反射鏡では、入射
角を反射面から１度以下か、１〜３度の範囲に調整する
必要があった。

また、反射面に微小角度を以て、入射するため細小の入
射に対しても反射面は広大であることが必要とされるの
であり、その使用には困難がありその応用の範囲は限定
されるものであった。

斜入射反射鏡では光学系構成の自由度が小さく反射鏡自
体の製作に関しても、反射面の広い面積に亙って高精度
の平面度を有するように研磨することが不可欠であり、
反射体の正確な支持とその精密な調節の手段も重要であ
り、実地使用に当り不便困難が少なくなかった。

これらの難点の除去のために、多層薄膜の干渉を利用す
る多層膜反射体使用の反射鏡が、２０００Ａの波長から
可視域波長までの輻射線を対象とするものとして提案さ
れている。

波長２００ＯＡ以上の波長域では、ＭｇＦ”２からなる
薄層とＺｎＳからなる薄層なと二種類の誘電体物質の薄
層を交互に積層した多層の反射体であれば、略々８０〜
１００％の反射率が正入射においても得られている。

しかし、この誘電体交互層からなる反射体使用の反射鏡
においては、１００ＯＡ以下の波長域の輻射線に対して
は吸収が急激に増加し１反射鏡としての利用を可能とす
る誘電体交互層用の構成材料が殆ど存在しなくなる。

一方、Ａ１、Ａｕ、　Ｐｔなどの金属単層膜も、７００
Ａ以下の短波長域の輻射線に対しては波長λ−４に比例
して、反射率は急激に低下し、２００Ａ以下の短波長域
の輻射線に対しては正入射において１％以下となる。

このような欠点を除くため、異なる複素屈折率を有する
二種の金属材料を交互に積層した金属多層膜を反射体と
する反射鏡が試用されている。

Ｘ線および真空紫外線の領域では、殆どの物質の反射率
は、吸収を表わす虚数部分ｋを持つ複素屈折率（ｎ＋ｉ
ｋ、以下、単に屈折率と略称。）により表わされ、実数
部分ｎは略々　１．０（ｎ・１−δδ＝ＩＯ−’〜１Ｏ
−３）となるために、真空と物質薄膜との境界における
フレネルの反射率は、非常に小さく０．１％以下の桁の
大きさである。

また、異種材料の積層薄膜の境界においても、反射率は
一境界面について数％を超えることがない。

しかるに、異種材料を交互に多層積層構造とし各々の層
境界からの反射が干渉により強勢し合い多層膜反射体全
体として反射率が最大となるような膜厚の構造とするこ
とにより高反射率化が可能となる。

更に、隣接する眉間の屈折率の差が大きくなるように、
異種材料の組合せの選択を行って、膜厚の構造と併せて
、高反射率を与える反射鏡の実現が可能であることが知
られている。

現在までに既知の材料の組合せには、低屈折率の材料と
して遷移金属があり、高屈折率の材料としての多くは炭
素、珪素など半導体元素使用のものである。

代表的なものとして、タングステンと炭素、モリブデン
と珪素の組合せなどがある。

［発明が解決しようとしている問題点］しかしながら、
実際に、二種の材料の組合せを選択し、理論的に可能な
高反射率を実現しようとするとき、蒸着などの手段によ
り、二種の材料を交互に積層させても、期待の高反射率
を得ることは、従来、極めて困難であった。

試作した多層膜体の切断面を電子顕微鏡により視察すれ
ば、ボイド（ｖｏｉｄ）と通称される特徴的空隙が膜内
に存在し、充填率は０．７〜０．９程度であり、稠密な
バルク素材とは異なる多孔質の層膜が形成され易いこと
が明かとなった。

層膜の充填率が１よりも小さいことは、層膜の密度がバ
ルク素材より小さいことを意味しており使用するバルク
素材の光学定数によって理論的に求められる反射率より
、当然、低い反射率のみが得られることとなる。

更に、電子線回折とＸ線回折により、これらの層膜を観
測すれば、所謂、ハローな回折パターンのみが得られる
アモルファス、無定形状の層膜が形成されていることも
判明してきた。

層膜の組織がアモルファスに近くなれば、微細な数Ａ程
度の空隙が無数に存在し、これらの層膜の集合体として
の多層膜反射鏡に実際にシンクロトロン軌道放射光、ま
たはレーザープラズマＸ線放射光のような高強度の光が
照射される場合に反射鏡の反射体は局部的に加熱され多
層膜構造が容易に破壊される欠点を持つこととなる。

従って、局部的加熱に対しても耐久性を有すること、全
体的温度上昇に対しても化学的に安定であり、層膜構成
物質の拡散などがないことが要求される。

この発明は上記の問題点を回避、乃至除去することを意
図して完成し得たのであり、目的とするところは、バル
ク素材の光学的特性に等しく、従って、高い理論値に略
々等しい反射率が得られ通常の保管状態においては勿論
、シンクロトロン軌道放射光を照射した際にも熱的耐性
に優れ、互いに隣接する一つ以上の結晶化した層膜の存
在により、他の層膜の金属イオンの拡散が、アモルファ
ス層膜存在の場合に比較し、顕著に防止される耐熱性と
化学的安定性に一優れたＸ線・真空紫外線用の多層膜の
反射鏡を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ この発明の目的は、屈折率が相違する二種の物質が、層
膜として交互して重積する多層構造の反射体を有するＸ
線・真空紫外線用多層膜反射鏡において、二種の物質中
の少なくとも一種が構成する層膜は結晶化物質であるＸ
線・真空紫外線用多層膜反射鏡によって達成される。

この発明の反射鏡はシンクロトロン軌道放射光のような
高強度の光が照射されて、局部的に加熱されても反射鏡
の性能が確保されるように特定の結晶化した単一元素物
質、あるいは、結晶化した化合物を、多層反射体の層膜
として、使用し構成されるのであり、これらの特定物質
からなる層膜として、特に白金族の金属、ルテニウムＲ
ｕ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄの一種以上を含有す
る層が好ましいものとして使用される。

交互して積層される他の層としてはベリリウムＢｅ、硼
素Ｂ、炭素Ｃ１および、珪素Ｓｉの一種以上が層膜とし
て、アモルファス、好ましくは結晶化した層膜として組
合せられれば、なお好ましい。

また、他の更に好ましい層膜としては、特に融点が２０
００℃を超える高融点化合物であって、結晶化している
窒化アルミニウムＡＩＮ、窒化ベリリウムＢｅＪｚ、窒
化チタンＴ　ｓ　Ｎ　ｓ窒化ニオブＮｂＮ、窒化バナジ
ウムＶ　Ｎ、窒化ジルコニウムＺｒＮ。

窒化硼素ＢＮ、窒化ハフニウムＨｆＮ、窒化タンタルＴ
ａＮ％ＴａＪ、硼化アルミニウムＡｌＢ２　、硼化チタ
ンＴｉＢｚ　、硼化バナジウムＶ３８４、ＶＢ、硼化タ
ングステンＷＢ　、硼化ハフニウム１（ｆＢ、硼化ジル
コニウムＺｒＢ、炭化硼素Ｂ４Ｃ１炭化モリブデンＭＯ
２Ｃ炭化ベリリウムＢ　ｅ　２　Ｃｓ炭化珪素５ｉＣ１
炭化バナジウムＶ２Ｇ、炭化タングステンＷＣ，Ｗ２Ｃ
、炭化ハフニウムＨｆＣ１炭化ニオブＮｂＣ，炭化タン
タルＴａＣ炭化チタンＴｉＣ１炭化ジルコニウムＺｒＣ
，酸化アルミニウムＡ１□０３、酸化ベリリウムＢｅ０
１酸化クロムＣｒｚ０３、酸化ハフニウムＨｆＯ２、酸
化チタンＴｉＯ□、酸化セリウムＣｅ０ｚ、酸化ジルコ
ニウムＺｒＯ２などを使用することが好ましい。

ここに列挙した物質には、高屈折率のものと低屈折率の
ものが含まれているが、これらの物質の中から屈折率が
相違するもの二種を選択して、一方の屈折率が他方の屈
折率よりも高いように組合わせて交互層を形成させれば
よい。

この発明において、少なくとも一種の物質の各層を結晶
化した層膜とするためには、多層反射膜を形成させる際
に使用する基板、例えば、５ｉＣ１Ｓｉ、　Ｚｏｒｄｕ
ｒ、　Ｃｅｒ−Ｖｉｔ　、溶融石英などを高温度例えば
、３００℃から６００℃程度までに上昇させ、膜形成方
法として結晶化し易いＵ）ＩＶの電子ビーム蒸着、クラ
スタイオン蒸着を行うのである。

この発明のＸ線・真空紫外線用多層膜反射鏡はその対象
とする輻射線の波長に対応して、充分に滑らかに、例え
ば粗さはｒｍｓ値においてＩＯＡ以下に研磨した平面、
または曲面を有する第１図の基板１上に、第一の種類の
物質の層膜２、および第二の種類の物質の層膜３が、交
互に積層されて構成される。この発明のＸ線・真空紫外
線用多層膜反射鏡が与える反射率は交互に積層される二
種の物質の屈折率差、各Ｎ膜の吸収率、層膜の数、照射
される輻射線の波長などによって異なる。

交互に積層される二種の物質の屈折率差は、層膜を１０
０層対とした場合には実用的には０，０１以上であるこ
とが好ましい。

交互する層膜の各層膜間に、屈折率差を与えるためには
Ｘ線、真空紫外線領域の輻射線に対して高屈折率の物質
と、低屈折率の物質を使用すればよいのであり、低屈折
率であって高融点の物質としては、前記の遷移金属の硼
化物、窒化物、炭化物、酸化物が挙げられ、高屈折率で
あって高融点の物質−としては、ベリリウム、アルミニ
ウム、硼素、または珪素の窒化物、炭化物、酸化物が、
挙げられる。

ここにおいて遷移金属とは、３ｄ、４ｄ、５ｄ軌道に電
子の空席を有する元素　スカンジウムＳｃ、チタンＴｉ
、バナジウム■、クロムＣｒｓ鉄Ｆｅ、ニッケル旧、コ
バルトＣＯ、ジルコニウムＺｒ、ニオブＮｂ、モリブデ
ンＭＯ、テクチニウムＴｃ、ロジウムＩｌｈ。

タングステンＷ１　レニウムＲｅ、オスミウムＵｓ。

イリジウムＩ「、白金ｐｔ、および３ｄ、　４ｄ、　５
ｄ軌道が満たされた銅Ｃｕ　ｓパラジウムＰｄ、銀Ａｇ
、金Ａｕを表わすものとする。

各層膜の厚さは、対象輻射線の波長の略々　１／４であ
り、同一の材質が他の材質の一層を介在させ繰り返して
積層される層膜であり、層膜の厚さは各層膜の間の境界
における反射光が、全て強勢し合うように干渉する条件
を満たすか、または各層膜内における吸収損と位相ずれ
による反射率低下を比較したときに、多層膜全体として
の反射率の低下がより少なくなる条件を満たすかのいず
れかあるい（よその両方により決定されるものとする。

その際、層膜厚さは同一材料の層膜については全て等し
くするか、または層膜の厚さを各層毎に変化させ反射率
が最大となるように必ずしも相互に等しくない厚さとし
てもよい。

また、層膜数が多い程反射率は増大するために層膜数は
５層対以上あることが望ましいが、過度に多くなれば、
吸収層の影響が顕著となるため、製作の容易さも考慮し
て、２００層対の程度までに止めることが適当である。

この発明の上記の結晶化した二種の物質の交互層膜の反
射体は従来のものよりも遥かに耐久性に優れたものであ
るが、更に最上層膜の表面に他の物質であって低吸収能
の化学的に安定な材料からなる保護用の層膜な付加させ
てもよいことは勿論である。

この発明のよりよい理解のために、次に実施例を挙げる
。

［実施例　１］ 第２図に示す超高真空電子ビーム蒸着装置を使用して、
ＲｕとＳｉの交互層膜、合計４１層膜を蒸着により順次
に形成させて、波長１１４への軟Ｘ線用多層膜反射鏡を
製作した。第１図の第１物質２をＲｕ、第２物質３をＳ
ｉとして、それぞれの層膜厚さを３６．４Ａと２３．５
ＡにしてＲｕから蒸着を始めて順次交互に４１層を積層
させた。

第２図に示す装置には、基板２に対向して電子ビーム蒸
発源の電子銃が２基、対称の位置に配置され、それぞれ
の電子銃ハースに純度３　Ｎ、即ち９９．９％のＲｕと
９Ｎ、即ち９９．９９９９９９９％のＳｉが装着された
。

基板としてＳｉＣを平面度λ１５０（λ＝　６３２８Ａ
　）、および、表面粗さ　５Ａｒｍｓ以下に研摩した直
径２インチ、厚さ１０ｍｍの円形平面状の基板２を、基
板ホルダーのヒーター面に装着し、蒸着に先立って２時
間を要して、１４００℃に達するまで加熱した。

その後、蒸着装置内の真空度を、８Ｘ　１０−”Ｔｏｒ
ｒまで回復させた後、基板２の温度を８００℃に設定し
、以後の蒸着中は、この温度以上に維持した。

両ハース上のシャッターとメインシャッターは当初は閉
じて、両ハースのＲｕと、Ｓｉをともに電子ビームによ
り、３０分間、乃至１時間、予め加熱しこの間、それぞ
れの蒸着速度がＩＯＪ／ｍｉｎ、および２０Ａ　／ｍｉ
ｎとなるように、両ハースに接近して設置された水晶振
動子（図示省略。）が、蒸着速度を所定値に維持するフ
ィードバックを行った。

この後、両ハース上のシャッターを交互に開き蒸着を行
い所定層膜厚さの４１層を重積させた。

この間、蒸着装置内真空度はＩ　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ
に、基板２温度は８００〜８３０℃の範囲内に制御した
。

蒸着処理完了後、電子線回折を行ったところ、スポット
ライクにＲｕおよびＳｉの単結晶膜に等しい交互層が得
られていること、またＴＥＭ断面写真によれば結晶粒界
がＲｕについて３５０Ｊ、Ｓｉについて２００八程度で
あることが確認された。

入射角１０度にて、シンクロトロン軌道放射光を照射し
たところ、５９．８％の反射率が得られた。

［実施例　２］ 第３図に示すイオンビーム蒸着装置により実施例１と同
様に、研磨済のＳｉＣ基板に高吸収層膜２として深化タ
ングステンＷ２Ｇを一層膜当り２１．１Ａ低吸収層膜３
として珪素Ｓｉを３９．８Ａの厚さに、ＷｚＣを２１層
、Ｓｉを２０層、蒸着積層した。

従って、最終蒸着層膜は高吸収の炭化タングステンであ
る。

蒸着中、基板の温度は４５０℃〜６００℃であり、この
温度が高い方がより結晶性に優れた層膜な与えたが、こ
の温度範囲内にあれば、電子線回折Ｘ線回折ともにシン
グルスポットに近い蒸着相となった。

蒸着はまずＬＣ純度３Ｎ　（９９，９％）、とＳｊ　　
６　　Ｎ（９９，９９９９％）をそれぞれ坩堝３と　４
に装入する。

真空容器１３内なの真空度を２Ｘ　１Ｏ−８Ｔｏｒｒに
調整し、各蒸発源のイオン化電流と加速電圧をＷ２Ｃに
ついては１２５ｍＡ　、４．５ｋＶ　、　Ｓｉについて
は２．０ｍＡ、１、５ｋＶに設定した。

坩堝３と４内の温度を調整して、蒸着速度が、５〜ＩＯ
人／ｍｉｎとなるようにして蒸着を行った。

こうして製作された軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射鏡
に１２４．ＯＡの光線を１０度の入射角を以て照射し友
ところ４８．５％の反射率が得られた。

［比較例］ 実施例１と同様のＲｕとＳｉを基板温度を、室温と液体
窒素により冷却した低温に維持して、電子銃により蒸着
することにより得られるアモルファス層膜からなる軟Ｘ
線・真空紫外線用多層膜反射鏡を製作した。

この反射鏡をシンクロトロン軌道放射光を使用する軟Ｘ
線分光装置に装着してＳＲ光を合計１５時間照射したと
ころ、層膜の剥離と層膜の表面に局所的溶融が生じ、反
射率は数％に減少した。

一方、実施例１と２において製作された両反射鏡は、同
様に、シンクロトロン軌道放射光を使用する軟Ｘ線分光
装置に装着されてシンクロトロン軌道放射光の照射が２
００時間を超えても損傷は全くなく、反射率の低下減少
は生じなかつル。

［発明の効果］ この発明のＸ線・真空紫外線用の多層膜反射鏡は、軟Ｘ
線・真空紫外線領域の波長の輻射線に対して、従来品ア
モルファス層よりも高い反射率を有するのみでなく、従
来はシンクロトロン軌道放射光の照射などにより、短時
間内に反射面体に著しい損傷が生じていたが、この発明
の反射鏡は長時間の連続照射にも、充分に対抗する耐久
性も有する。

就中、この発明による平面、あるいは曲面からなる複数
枚の反射鏡を組合せてＸ線領域における拡大・縮小光学
系用の反射鏡として、また軟Ｘ線真空紫外領域用のレー
ザー用共振器用の反射鏡として、更には、反射鏡が格子
構造を有する反射型分散素子用などとして、従来存在し
なかったＸ線光学の領域の光学装置用の有用部品として
、この発明の反射鏡は広く利用され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の反射鏡用の反射面体の切断端面の
構成を説明するための模式図であり、第２図は、この発
明の反射鏡の製作のために使用される超高真空電子ビー
ム蒸着装置の構成の説明用図であり、第３図は、同様に
使用されるイオンビーム蒸着装置である。 ［図中記号リスト］ 第１図 １、基板　　　　　　　３．第２物質 ２、第１物質　　　　　４．保護膜 第２図　超高真空電子ビーム蒸着装置 １、基板ホルダー・ヒーター ２、基板　　　　　　　６．ルテニウム３、メインシャ
ッター　７．珪素 ４、シャッター　　　　８．シャッター５、電子銃　　
　　　　９．水晶振動子第３図　イオンビーム蒸着装置 １、基板ホルダー・ヒーター ２、基板　　　　　　　８．加速板 ３、蒸発源（例　Ｓｉ）　　９．Ｓｉイオンビーム４、
蒸発源（例　Ｒｕ）　１０．　Ｒｕイオンビーム５、イ
オン化ユニット１１．加速電源 ６、イオン化ユニット１２．加速電源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、屈折率が相違する二種の物質が、交互した層膜とし
   て重積する多層構造の反射面体を有するＸ線、真空紫外
   線用多層膜反射鏡において、二種の物質中の少なくとも
   一種が構成する層膜は結晶化物質が構成することを特徴
   とするＸ線、真空紫外線用多層膜反射鏡。 ２、結晶化物質が構成する層膜が、白金族金属の一種以
   上を含有する金属の層膜である特許請求の範囲第１項記
   載のＸ線、真空紫外線用多層膜反射鏡。 ３、結晶化物質が構成する層膜が、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、およ
   び、Ｓｉからなる群から選択された一種以上の元素を含
   有する層膜である特許請求の範囲第１項記載のＸ線、真
   空紫外線用多層膜反射鏡。 ４、結晶化物質が構成する層膜が、ＰｂとＢｉからなる
   合金を主成分とする層膜である特許請求の範囲第１項記
   載のＸ線、真空紫外線用多層膜反射鏡。 ５、結晶化物質が構成する層膜が、遷移金属の単体の一
   種以上を主成分とする層膜である特許請求の範囲第１項
   記載のＸ線、真空紫外線用多層膜反射鏡。 ６、結晶化物質が構成する層膜が、ＳｉおよびＢそれぞ
   れの炭化物、窒化物、酸化物からなる群から選択された
   一種以上の化合物である特許請求の範囲第１項記載のＸ
   線、真空紫外線用多層膜反射鏡。 ７、結晶化物質が構成する層膜の結晶粒界が、反射の対
   象であるＸ線、真空紫外域の波長以上である特許請求の
   範囲第１乃至６項記載のＸ線、真空紫外線用多層膜反射
   鏡。