JPH02242201A - 軟ｘ線・真空紫外線用多層膜反射鏡 - 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〕 本発明は光学装置、特に軟Ｘ線から真空紫外線と称され
る波長２０００Å以下の光を対象とし、入射角が鏡面に
対し垂直に近い正入射にも好適に使用できる軟Ｘ線・真
空紫外線用多層膜反射鏡に関するものである。

［従来の技術］ 従来、真空紫外と称される領域より短波長側の光に対し
ては、すべての材料物質で屈折率がほぼ１に近くなり、
また吸収係数が無視できない程度に大きくなるため、面
に垂直もしくはそれに近い角度の入射角で高い反射率を
有するような反射鏡は得られず、反射率は１％以下にと
どまっていた。

しかし、近年、薄膜材料の膜厚をオングストロームオー
ダーで制御し多数積層する技術がすすみ、この技術を使
って多数の層界面からの反射光を強め合うように干渉す
るよう膜厚を構成した軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射
鏡が提唱され（Ｅ、　５ｐｉｌｌｅｒ、　Ａｐｐｌ、　
Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　ｖｏｌ　２０．３６５（＋９
７２））　、その研究開発が盛んに行われるようになっ
てきた。

上記多層膜反射鏡においては、Ａ、８２種類の材料を交
互に数十〜数百層積層した構造をとるが、高い反射率を
得るためには隣接するＡ、８２層間の屈折率の差が大き
くなるような異種材料の組合わせを選択する必要がある
。これまで、その組合せとしてはタングステンＷ、ニッ
ケルＮｉ、白金ｐｔなとの金属と炭素Ｃ１あるいはモリ
ブデンＭＯとシリコンＳｉのような重元素と軽元素の組
合わせの交互層が知られている。また各層界面からの反
射光の位相条件を整えるため、各層の膜厚は数オングス
トロームのオーダーで制御し、作製する必要がある。

［発明が解決しようとしている課題］ 上記多層膜反射鏡は主に蒸着、スパッタ法など真空成膜
法により形成されるが、理想的に膜厚を制御して作製し
た多層膜においても反射率を低下させる原因が存在した
。

そのひとつは成膜時に薄膜表面に凹凸が生じ、層界面が
平滑とならず荒れてしまうことである。

特に１００Å以下の膜厚においては、薄膜が島状構造を
形成するため、この凹凸は必然的に現われてしまう。そ
の結果、例えば層界面にＡ、８１層対の周期厚みに対し
て２０％の界面荒れのある多層膜反射鏡では、反射率が
理論設計値に比べて８０％も低下してしまった。

また、他の反射率低下の原因として、成膜時にＡ、Ｂ２
材料の間で相互に原子レベルでの拡散が生じ、隣接する
材料間の屈折率の差が小さくなってしまうということが
あった。後者については、Ａ−Ｂ層間に拡散防止の緩衝
を形成する提案がいくつかなされているが（特開昭６０
−７４０．０゜６１−１２８１９９　）前者を解決する
ような具体的発明は成膜の方法、Ａ、Ｂ材料の選択方以
外にはこれまで提案されていなかった。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、その目
的は前記従来例の欠点を緩和、除去し、高反射率を有す
るとともに、高照射耐久性、安定性を有する多層膜反射
鏡を提供することにある。

本発明によれば、Ａ、８２種類の主材料の交互層よりな
る多層薄膜構造を有する軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反
射鏡において、副材料薄膜を前記Ａ−Ｂ層間および／又
はＢ−Ａ層間に少なくとも１層以上積層した周期構造を
形成することにより、多層膜界面の荒れを減少させるこ
とができ、前記本発明の目的を達成したものである。

第１図は本発明の軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射鏡の
一実施態様の模式図である。

第１図に示す本発明の多層膜反射鏡は、使用波長に比べ
て十分溝らかに研磨された平面もしくは曲面の基板１上
に低屈折率層である第１の層ＡＩ。

Ａ２．　Ａ３・・・、および高屈折率層である第２の層
Ｂｌ。

８２、８３・・・、さらに薄膜の積層方向に第１の層Ａ
と第２の層Ｂとの間に第３の層ＣＩ、　Ｃ２，Ｃ３・・
・が形成され、Ａ−Ｃ−Ｂ−Ａ−Ｃ−Ｂ−・・・の周期
構造が構成されている。低屈折率層は一般にタングステ
ン、モリブデン等の高融点金属材料あるいはそれらを主
成分としてなる化合物で形成される。−刃高屈折率層は
一般に炭素、シリコン、ホウ素、ベリリウム等の軽元素
あるいはそれらを主成分としてなる化合物で形成される
。

本発明において第３の層を形成する副材料は積層によっ
て、層界面の荒れを小さくする作用を持つ必要がある。

一般に真空成膜により結晶層が形成される材料および方
法は、膜厚１００Å以下で島状構造となりやすいため、
界面の凹凸を形成し、また増大させる恐れがある。これ
に対し真空成膜時に非晶質層が形成される材料および方
法は、島状構造を形成しにくく、積層により界面の凹凸
を減少させる働きを持つ。例えば、非晶質になりやすい
真空蒸着炭素を含む多層膜系では、下要の欠陥や荒れが
積層により減少することが報告されている（Ｙ、Ｌｅｐ
ｅｔｒｅ　ａｔ　ａｌ、　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏ
ｆ　５ＰＩＥ。

ＶＯＩ　５６３　ｐ２５８−２６３）　、このため副材
料としては真空成膜により非晶質層を形成する材料が望
ましい。

また前記第３Ｎを形成する副材料は軟Ｘ線の吸収係数が
小さいことが、高反射率を得るためには好ましく、一般
に軟Ｘ線に対する吸収係数の小さい軽元素を用いること
が望ましい。

以上の理由から具体的な副材料の例として、炭素Ｃ、ホ
ウ素Ｂ、ベリリウムＢｅ、炭化ケイ素ＳｉＣ窒化ケイ素
Ｓｉ、Ｎ４、酸化ケイ素ＳｉＯ□、窒化ホウ素ＢＮ、炭
化ホウ素８４Ｇ　、窒化アルミニウムＡＩＮ等の原子番
号１３以下の軽元素の導体もしくはそれらの化合物があ
げられる。

また本発明において、第３の層を形成する副材料の膜厚
は主材料ＡおよびＢの吸収係数に悪影響を与えない程度
に設定することが必要であり、おおむね、層周期の１７
５以下の厚みが望ましい。

本発明の軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射鏡の作成には
、好ましくは超高真空中における真空蒸着が用いられる
が、高融点材料を使用する場合はスパッタリング法も有
効な手段であり、その他抵抗加熱、ＣＶＤ、反応性スパ
ッタリング等の様々の薄膜を形成する方法を用いること
ができる。

本発明における前記構成の多層膜では第３の屡が次の作
用をする。

第１に前記低屈折率層をなす高融点材料は真空成膜する
と島状構造を形成して結晶成長し、このため層表面に凹
凸を生じ、層表面が荒れる。さらに多層の積層により下
層の荒れが上層に反映して上層はど界面荒れが増大する
ことが知られている。これに対して荒れの生ずる第１の
層Ａと第２の層Ｂの間に非晶質材料よりなる第３の層を
挿入するように積層することにより、第１の層Ａの表面
の荒れを緩和し、荒れが下層から上Ｍに伝播するのを防
ぐ緩衝層として作用させることができる。その結果、多
層膜の界面荒れの量を全体に減少させ、高反射率を有す
る多層膜反射鏡を得ることができる。

第２に前記軽元素の非晶質材料は均一かつ緻密に積層さ
れ、前記低屈折材料Ａと高屈折材料Ｂの間の相互拡散を
防止するように作用する。特に材料Ａ、Ｂが化合物を形
成しやすい組合わせである場合（例えば高融点金属とシ
リコンではわずかの加熱でシリサイドが形成される）、
前記第３の層を六層とＢ層の間に薄く形成することによ
りＡＢ材料の相互拡散、化合物形成を防ぐことができる
。また相互拡散は層の粒状境界の割れ目等を介して起こ
ることが多い。このため界面の荒れを防ぐために入れた
緩衝層が相互拡散防止層としても作用する。

なお、前記実施態様では副材料としての第３層を低屈折
材料Ａと高屈折材料Ｂの開に１層形成してＡ−Ｃ−Ｂの
３層周期構造を形成したが、必要に応じてＢ−Ｃ−Ａの
順に積層した３層周期構造や、Ａ−Ｃ−Ｂ−Ｃあるいは
Ａ−Ｃ−Ｂ−Ｄ　（ＤはＣとは異なる副材料）のような
４層周期構造（第２図）を形成することにより前記作用
を更に良好なものにすることもできる。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明
する。

実施例１ 基板に面粗さがｒｍｓ値で３Å以下になるように研磨さ
れた溶融石英を用い、第１の層をなす主材料としてルテ
ニウムＲｕ、第２の層をなす主材料としてシリコンＳｉ
を用い、また第３の層をなす副材料として炭素Ｃを選択
し、膜厚をそれぞれ２３人、３７人、７人として、下層
からＲｕ　−Ｃ−Ｓｉの順に２０周期形成し、最後にＲ
ｕ　２３人とＣ３０人を積層して第１図にその構成を示
すような本発明の軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射鏡を
作製した。

作製法はＩ　Ｘ　１０−’Ｐａ以下の超高真空中におい
て電子ビーム加熱法により、Ｒｕ、　Ｃ，Ｓｉを順に蒸
発させ、水晶振動子膜厚計で各層の膜厚が所定の値とな
るようシャッターを開閉して制御した。

この反射鏡をＸ線小角回折法（波長１．５４人）により
評価したところ、層界面の荒れの大きさが５．５人ｒｍ
ｓ以下となっていることがわかった。またこの反射鏡の
鏡面に波長１３０．０人の光を法線より１０°で入射し
たところ、５７．０％の反射率を得た。

比較のため同様の作製法により層周期を前記多層膜に等
しくするためＲｕ　２７人、　Ｓｉ　４０人膜厚で炭素
Ｃを間に積層しないＲｕ／Ｓｉ　２０周期多層膜を作製
し、評価すると、層界面の荒れの大きさが１２．５人ｒ
ｍｓで、また波長１３０．０人に対する反射率が２０．
０％であった。このことからＲｕ層とＳｉ層の間に薄く
０層を積層することにより多層膜界面の荒れが減少し、
その結果反射鏡の反射率が増大することがわかった。

実施例２ 基板に面粗さがｒｍｓ値で４Å以下になるように研磨し
たシリコン単結晶を用い、第１の暦をなす主材料として
モリブデンＭＯ１第２の１をなす主材料としてシリコン
Ｓｉを用い、また第３および第４の層をなす副材料とし
て酸化ケイ素ＳｉＯ□を選択し、膜厚をそれぞれＭｏ２
２人、　Ｓｔ　３３人、Ｓｉ０□５人として、Ｔ１から
Ｍｏ　−５ｉｆｔ　−Ｓｉ　−５ｉＯｚの順に４層単位
で２０周期形成し、最後にＭｏ２２人を積層して第２図
にその構成を示すような本発明の軟Ｘ線・真空紫外線用
多層膜反射鏡を作製した。

作製法は、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、ターゲ
ットとしてＭＯとＳｉの５インチφのものを用い、ます
Ａ「圧３　Ｘ　１０−’ＰａでＭＯをスパッタし所定の
厚さに積層した。次に真空装置内に０２を導入し、Ａｒ
＋（ｈガス圧５　Ｘ　１０−’Ｐａ　（Ｓｉ　ターゲッ
トをスパッタし、所定の厚みのＳｉＯ□薄膜を形成した
後、０□ガスの導入を止めて、Ａ「圧３　Ｘ　１０−’
ＰａでＳｉ薄膜を所定の厚み積層した。その後再び０□
ガスを導入したスパッタを行いＭｏ　−５ｉＯｚ　−Ｓ
ｉ　−３ｉＯ２の４層よりなる１周期構造を形成した。

上記方法をくりか大して２０周期を成膜し、最後にＭｏ
を２２人積層した。この反射鏡をＸ線小角回折法により
評価したところ、層界面の荒れが６．５人ｒｍｓ以下と
なっていることがわかった。また反射鏡の鏡面に波長１
３０．０人のＸ線を法線より１０°で入射したところ、
４６．５％の反射率を得た。

同反射鏡を真空下で６５０℃、２時間の加熱を行い、そ
の後Ｘ線小角回折により多層膜の構造変化を観察した。

その結果、熱処理の前後でほとんど周期構造に変化が見
られなかった。

一方比較のためスパッタ法によるＭｏ２５人５Ｓｉ４２
人の膜厚で間にＳｉＯ□を積層しないＭｏ／Ｓｉ　２０
周期多層膜を作製し、上記と同様の熱処理を行った。

その結果、加熱後の試料では多層構造に対応するブラッ
グ回折ピークのうち１次ピーク強度が約１１５に減少し
、また２次以上の高次ピークは観測されなくなってしま
った。これは熱処理により多層膜間の相互拡散が起こり
周期構造が乱されたためと考えられる。

以上の結果から、５ｉ（ｈを中間層として積層したＭｏ
／Ｓｉ多層膜では、加熱によるＭｏとＳｉとの相互拡散
が起こりにくくなり熱的安定性が増大することがわかっ
た。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の多層膜反射鏡においては
副材料薄膜を中間層として積層した周期構造を形成する
ことにより薄膜の成長過程で起こる島状構造による表面
、界面の荒れの増大を防止し、高反射率の軟Ｘ線・真空
紫外線用多層膜反射鏡を提供できるようになった。

また中間層により、化合物を形成しやすい材料の組合わ
せの多層膜においても相互拡散が防止され、多層構造の
熱的安定化がはかられた。特に軟Ｘ線・真空紫外線反射
鏡は放射光等の輝度の高い光にさらされる環境での用途
が多いため、本発明は反射鏡の経時劣化に対して有効な
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した多層膜反射鏡の模式断面図、
第２図は本発明の別の実施例の多層膜反射鏡の模式断面
図である。 に基板 Ａｔ、Ａ２・・・Ａｎ＊＋　：主材料Ａよりなる第１の
層（低屈折率） 旧、８２・・・Ｂｏ：主材料Ｂよりなる第２の層（高屈
折率） ＣＩ、Ｃ２・・・Ｃｎ＋Ｉ　：副材料Ｃよりなる第３の
層（中間層１） ＤＩ、Ｃ２・・・Ｄｏ＝副材料りよりなる第４の層（中
間層２） ｃＬ、　ｄ６．　ｄａ、　ｄｏ：層Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの薄
膜の厚さ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに屈折率の異なるＡ，Ｂ、２種類の主材料の
   交互層よりなる多層薄膜構造を有する軟Ｘ線・真空紫外
   線用多層膜反射鏡において、積層界面の荒れを小さくす
   る作用を持つ副材料薄膜が前記各Ａ−Ｂ層間および／又
   はＢ−Ａ層間に少なくとも１層以上積層され、周期構造
   を形成していることを特徴とする軟Ｘ線・真空紫外線用
   多層膜反射鏡。
2. （２）前記副材料薄膜の構成材料が軽元素の単体もしく
   はそれらの化合物よりなる非晶質物質であることを特徴
   とする請求項１に記載の軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反
   射鏡。
3. （３）前記副材料薄膜の構成物質が炭素Ｃまたは酸化ケ
   イ素ＳｉＯ＿２であることを特徴とする請求項１に記載
   の軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射鏡。