JPH02146000A - 多層膜反射鏡の製造方法 - 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］ 本発明は、Ｘ線リソグラフ（−Ｘ線顕微鏡、Ｘ線望遠鏡
、各種Ｘ線分析装置などにおいて、Ｘ線領域での反射光
学系に用いられる多層膜反射鏡に関するものである。

［従来の技術］ Ｘ線領域で物質の屈折率は ｎ＝１−δ−１ｋ（δ、に：実数）　　−（１）と表わ
され、δ、にともに１に比べて非常に小さい、即ち、屈
折率がほぼ１に近く、Ｘ線はほとんと屈折しないので、
可視光領域のような屈折を利用したレンズは使用できな
い。そこで反射を利用した光学系が用いられるが、その
ような反射鏡には、全反射臨界角θＣ（波長２５人で６
°）以下の斜入射で用いる全反射鏡と、反射面を多数設
けた多層膜反射鏡とがある。前者は、斜入射のため光学
系の寸法が大きくなることと、収差が大きいという欠点
があり、この点で多層膜反射鏡の方が優れている。

多層膜反射鏡は使用する波長域で前記（１）式のδの大
きい物質と小さい物質を交互に順次積層し、各界面での
反射波の位相をそろえて全体として高い反射率を得るも
ので、タングステン（Ｗ）／炭素（Ｃ）やモリブデン（
ＭＯ）／シリコン（Ｓｉ）などの組合せのものが従来か
ら知られている。このような多層膜反射鏡はスパッタリ
ングや真空蒸着、ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａ
ｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　　気相反応法）等の方
法によって形成されるが、例えばＸ線の集光に用いるよ
うな場合には、多層膜は球面、回転楕円面、回転放物面
、回転双曲面などの曲面形状の基材上に形成される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の如咎従来の技術において、多層膜の膜厚の周期ｄ
は、各界面での反射波の位相をそろえるために、（２）
式のブラック回折条件を満足しなければならない。

２　ｄ　ｓｉｎθ＝ｎλ　−（２） なお、θは入射角、λはＸ線の波長、ｎは整数で回折の
次数である。

第２図に回転楕円面を用いた反射鏡の例を示す。楕円の
一つの焦点ｆ、に点光源を置くと、そこから出た光はも
う一つの焦点ｆ２へ集光される。このとき反射面上の異
なる位置（ｐ＋、ｑ＋）（Ｐ２．Ｑ２）での入射角θ３
．θ、は等しくない。

従って、各位置でブラッグの条件（２）式を満足するた
めには、場所毎に多層膜の周期ｄを変化させる必要があ
る。これは回転楕円面以外の一般の曲面においても同様
である。

ここで、曲面の各場所によって多層膜の周期を変えるこ
とは特開昭６０−９８３９９号公報に示されている。し
かし、この公報には膜厚周期が場所毎に異なる多層膜を
形成する手段については何等記載されておらず、敢えて
推察すれば成膜時に生じる膜厚分布を利用するものと考
えられる。

しかしながら、成膜時に膜厚分布を任意に制御すること
は非常に困難であり、成膜条件によって曲面の各場所で
ブラッグの回折条件を満たすような膜厚分布とすること
は、仮にできたとしても歩留りが極めて悪く、事実上不
可能でる。このため、従来の多層膜反射鏡では反射面上
のごく一部でしかブラッグの条件を満足することができ
す、効率が非常に悪いという問題点があった。

本発明はこの様な従来の問題点に鑑みてなされたもので
、曲面の各場所でブラッグの回折条件を満たす多層膜反
射鏡の製造方法を提供することを目的とするものである
。

［課題を解決するための手段］ 本発明においては、曲面上に、ほぼ均一な膜厚周期の多
層膜を形成した後、場所毎に異なる温度で加熱処理する
ことにより、多層膜の膜厚周期をＸ線のブラッグ回折条
件を満たすように場所毎に変えることによって、上記の
課題を達成している。

［作　用］ 本発明者らは、多Ｎｌｌ！反射鏡の耐熱性を評価する実
験を行なう中で、加熱処理によって多層膜の膜厚周期ｄ
が増加するとともに、反射率も増加する現象を見出した
。第３図は、Ｗ／Ｃ多層膜反射鏡を真空中で熱処理した
場合の熱処理温度と膜厚周期ｄの増加率の関係を示すグ
ラフであり、６００〜９００℃の温度で温度に依存して
多層膜の周期ｄが徐々に増加（数％）していることがわ
かる。この加熱処理による膜厚周期の増加現象は非可逆
的であり、多層膜の断面のＴＥＭ　（透過型電子顕微鏡
）像を観察したところ、熱処理後のＷ層中には微結晶化
が生じていることがわかった。

そこで、本発明者らは、鋭意検討の結果、加熱処理によ
る膜厚の非可逆的な増加現象を利用して曲面上に形成し
た多層膜の膜厚分布を制御することを可能にし、本発明
を成すに至った。

即ち、膜厚周期ｄの変化は第３図に示したように温度依
存性があるので、場所毎に異る温度で熱処理することに
より、場所毎に膜厚周期ｄを変化させ、これにより曲面
の各場所でブラッグの条件を満たず多層膜反射鏡を得る
ことができる。

第１図は本発明による製造方法によって得られた多層膜
反射鏡の模式的な断面図である。図において、基材１の
曲面上には、例えばタングステン等の真空の屈折率との
差が大きい物質２と例えば炭素等の真空の屈折率との差
が小さい物質３が交互に積層されており、物質２及び３
の膜厚周期は場所毎に異なる温度で加熱処理されること
により曲面の各場所でブラッグの回折条件を満足するよ
うに制御（この場合断面中心部はど厚く、端部はと薄く
なっている）されている。この際、周期ｄの変化に伴い
、多層膜の結晶化の状態も変化しており、高い温度で処
理したところほど微結晶化が進行している。

なお、本発明において多層膜を熱処理する方法は特に限
定されるものではなく、ヒータ等の熱源を所定の位置に
配置しても良いし、レーザ光をスポット状に集光して場
所毎にレーザ強度を変えながら多層膜表面を照射するこ
とによって行なっても良い。

［実施例］ 実施例二１ まず、ガラスを用いて第４図（図ａは平面図。

図すは長袖方向の側面図１図Ｃは短軸方向の側面図）に
示されるように回転楕円面を反射面とする多層膜反射鏡
の基材１を作製した。この基材ｌの反射面は長袖半径５
０ｍｍ、短軸半径２０ｍｍの楕円を長袖を回転中心軸と
して回転させることによってできる回転楕円面の一部を
、長袖半径２０ｍｍ、短軸半径８ｍｍの楕円の断面で切
断することにより形成されたものである。

このような反射面においては、第４図すに示されるよう
に回転楕円面の一方の焦点ｆ、の位置に点光源を置くと
、そこから出た光はもう一方の焦点ｆ２の位置に集光さ
れる。ここで、入射角は反射面の中心でθｌ　＝２３．
６°、長軸方向の端部でθ２＝２５．５°であるので、
使用するＸ線の波長を２５人とすると、ブラッグの条件
を満足する多層１漠の膜厚周期ｄは、反射面の中心でｄ
、＝３１．：ｌ入。

長袖方向の端部で２９．１人となり、その膜厚差は７゜
５ｔとなる。

次に、かかる反射面上にｒｆマグネトロンスパッタリン
グにより、厚さ１３人のＷ層と厚さ１６人のｃ７Ｂ５を
交互に５０層ずつ積層した。第５図に示すようにスパッ
タリングターゲット４と、回！１ｉＩＩｌ楕円体の回転
軸６とが平行になるように基材１を配置し、成膜中は回
転中心ＩＴＩｂ６と平行な軸７の周りに基材１を揺動し
て、回転中心ｌ１ｉｌｔｈ６に直交する方向の膜厚分布
は均一となるようにした。

一方、楕円の長袖方向は、面の傾きが異るため端部と中
心部では膜厚の差が生じる。この際のＩＩＡ厚差は反射
面の中心と長軸方向の端部で１．５！である。従って、
反射面のすべての位置でブラッグの条件を満足するため
には、最大７．５！−１，４＝６．０９６だけ膜厚周期
ｄを調整しなければならないことになる。なお、基材ｌ
及びその保持治具は真空中で異なるターゲット４上へ移
動することかできるような構成とし、これらをＷとＣの
ターゲット上へ交互に移動することによりＷ層と０層を
順次積層した。

次に、このようにして作製した多層膜反射鏡を第６図（
ａ）に示すような装置で熱処理した。図示したように、
回転楕円面の断面である楕円の中心における法線と交わ
り、かつこの楕円の短軸と平行になる位置にタングステ
ン線から成るヒーターＪｉ！　８を配置した。ヒーター
線８に流す電流とヒーター線８と反射面９との距離１を
変えることによって、反射面上で楕円の上軸方向の温度
分布を変えることかできる。

即ち、このような装置を用いると、第６図（ｃ）のグラ
フに示されるように短軸方向の温度分布は均一となるが
、楕円の長袖方向においては第６図（ｂ）のように中心
に近いほど高い温度で熱処理されることになり、その結
果、多層膜の膜厚周期ｄの増加も中心に近いほど大きく
なる。

本実施例では約６％の周期ｄの変化を生じさせるだめの
、中心部の最高温度は約９００℃であった。なお、これ
らの装置全体は真空中に設置し、熱処理中にＷ／Ｃ９／
層膜及びヒーター線８が酸化されるのを防止した。

上記のような装置で、ブラッグの回折条件を満足するよ
うな膜厚変化を生じさせるに最適な温度分布となるよう
にヒーター線８に流す電流とヒーター線８と反射面９と
の距離１を調整して多層膜反射鏡の熱処理を行った後、
第７図に示すようにエキシマレーザ（波長２４９　ｎｍ
）　１０とグラファイトターゲット１１を用いたレーザ
プラズマｘＢ源を光源の位置が多層膜反射鏡の一方の焦
点ｆ、にくるように配置し、他方の焦点ｆ、にＸ線検出
器１２を配置して多層膜反射鏡１３の集光効率を測定し
た。本発明による熱処理を行なったものと、行なわなか
ったものとで集光効率を比較したところ、熱処理を行な
ったものは集光率が約７倍に向上していた。

実施例＝２ 実施例１と同様な回転楕円面形状の反射面を有するガラ
ス製の基材に、ｒｆマグネトロンスパッタリング法によ
りＷ／Ｃ多層膜を形成した。

この多層膜反射鏡を第８図に示すような装置を用いて、
ＹＡＧレーザ１４（波長１．０６μＩ）のレーザ光をレ
ンズ１５でスポット状に集光して多層膜を照射し局所的
に熱処理を行なった。多層膜反射鏡１３はＸ−Ｙステー
ジ１６上に乗せられており、Ｘ−Ｙステージ１６をレー
ザ光に対して相対移動させることにより反射面全体をレ
ーザ光で走査することができるようになっている。かか
る装置では、レーザ出力を変化させながら走査すること
により場所毎に異なる温度で熱処理を行なうことができ
る。

具体的には第９図（ａ）に示すように楕円の短軸に平行
な方向に一定のレーザ出力でライン走査し、次にレーザ
出力を変えて次のラインを走査するという動作を繰り返
し反射面の多層膜全体を熱処理した。この際の温度分布
は、短軸方向では第９図（ｃ）のように一定で、長袖方
向では第９図（ｂ）のように中心はど高い温度となって
いる。

木実層側では約６％の周期ｄの変化を生じさせるための
、中心部の最高温度は約９００℃であった。

なお、これらの装Ｕ全体（ＹＡＧレーザ本体は除く）は
真空中に設置し、熱処理中にＷ／Ｃ多層膜が酸化するの
を防止した。

このようにして熱処理を行った多層膜反射鏡の集光効率
を実施例１と同様に第７図に示す装置で評価したところ
、熱処理を行なわなかったものに対して約１２倍に集光
効率が向上した。

［発明の効果］ 以上の様に本発明は、曲面上に形成された多層膜の周期
ｄを各場所でブラッグの回折条件を満たずように変化さ
せることにより、曲面状の反射面全面で高い反射率を確
保して、多層膜反射鏡の効率を大幅に向上させることが
できるという極めて優れた効果を有している。

また、本発明による加熱処理を行なうことよって、膜厚
周期の増加とともに物質の反射率自体も増加するので、
このことも多層＋１ｉ反射鏡の効率向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による多層膜反射鏡の模式的な断面図、
第２図は回転楕円面を用いた反射鏡を説明する説明図、
第３図は熱処理温度に対する多層膜周期ｄの増加を示す
グラフ、第４図は本発明実施例の多層膜反射鏡の形状を
説明する説明図、第５図は本発明実施例における多層膜
の形成法を説明する説明図、第６図は本発明実施例にお
ける熱処理方法を説明する説明図、第７図は多層膜反射
鏡の集光効率を評価した装置の構成図、第８図は本発明
の別の実施例における熱処理装置の構成図、第９図は第
８図に示された装置による熱処理方法を説明する説明図
である。 ［主要部分の符号の説明１ １・・・基材 ２・・・多層膜を形成する一方の物質 ３・・・多層膜を形成するもう一方の物質４・・・スパ
ッタリングターゲット ６・・・回転中心軸 ７・・・揺動の中心軸 ８・・・ヒーター線 ９・・・反射面 ０・・・エキシマレーザ ト・・グラファイトターゲット ２・・・Ｘ線検出器 ３・・・多層１摸反射鏡 ４・・・ＹＡＧレーザ ６・・・Ｘ−Ｙステージ。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 ｔｉｒ 第ｒ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 曲面上に、ほぼ均一な膜厚周期の多層膜を形成した後、
   場所毎に異なる温度で加熱処理することにより、多層膜
   の膜厚周期をＸ線のブラッグ回折条件を満たすように場
   所毎に変えることを特徴とする多層膜反射鏡の製造方法
   。