JPH03266803A - 短波長用ミラーの形成方法 - 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、紫外線、軟Ｘ線、Ｘ線などの短波長用ミラ
ーの形成方法１例えばエキシマレーザのレーザ発振器、
加工機用のミラー、Ｘ線顕微鏡。

Ｘ線望遠鏡、ＳＲ光施設などに利用する短波長用ミラー
の形成方法に関するものである。

〔従来の技術〕

Ｘ線顕微鏡などに使用され、最も厳しい仕様が要求され
るＸ線ミラーに関連する事項について以下に説明する。

例えば特公昭６２−１３１５１８号公報にも記載されて
いるように、Ｘ線用のミラーとして、人口石英、科学蒸
着膜炭化ケイ素等の基板の上に、金（以下、Ａｕという
）または白金（以下、ｐｔという）を蒸着したものが、
一般的に用いられている。ところで、Ｘ線のように波長
の短かい光を反射するには、次の２点が重要であること
が、例えば、デー・エッチ・ビダーバック。

エスピーアイイー　３１５巻９ｏ〜１０２ページ（Ｄ、
Ｈ，Ｂｉｄｅｒｂａｃｋ、５ＰＩＥ　　ｖ。

１．３１５　　Ｐ９０〜１０２）または、青水、応用物
理第５６巻第３号３４２〜３５１ページによって示され
、これにもとづいて現在のミラーが形成されている。

ｉ）Ｘ線の反射は全反射現象が利用され、全反射は、ミ
ラー面から測った斜入射角が、式（１）で与えられる臨
界角θＣより小さい場合に生ずる。

θｃ　＝　１　、６４　Ｘ　１０−’　ｆ７・　λ　　
（ｒａｄ、）　　−・（１）ρ：ミラー物質の密度（ｇ
／ｃｃ） λ：Ｘ線の波長（人） （１）式より明らかなように、与えられたＸ線の波長λ
に対して、ρの大なる物質、即ちＡｕ。

Ｐｔ等では臨界角を大きくとれ（例えばＡｕに対して波
長８人のＸ線が入射した場合θｃ＃３゜２）、実用上よ
く用いられている。

１ｉ）Ｘ線の反射率Ｒは、理想的な鏡面（表面粗さ０人
）の反射率をＲｏとして、（２）式に示す表面粗さの影
響を受ける。

Ｒ＝Ｒｏ　ｅｘｐ　（−（４πａ　ｓｉｎθ／λ）２］
　・（２）σ：裏表面さ　（人） θ：Ｘ線の斜入射角（ｒａｄ、） λ：Ｘ線の波長（人） この（２）式より、与えられた波長λ、入射角θに対し
て、表面粗さσをできる限り、小さくすることが求めら
れ、Ｘ線に対しては、σとして５人程度以下の平坦面が
実用上必要とされている。

なお、これらの議論が波長のより長い軟Ｘ線〜紫外線に
対しても成立することは言うまでもない。

さて、上述のような理論的背景を有するＸ＃！ミラーの
従来の形成方法について述べる。

第６図は例えば１９７９年発行の技術雑誌「金属表面技
術Ｊ第３０巻５号ｐＨに示された真空蒸着装置を示し、
図において、１はＡｕからなる蒸着材料、２はガラス基
板、３はガラス基板２に形成されたＡｕ膜である６４は
るつぼ、５はるつぼ加熱用ヒータ、６は真空排気系、９
は回転式のシャッター、１０は基板冷却機構付の基板ホ
ルダ。

１１は真空槽、１２は電源である。

次に動作について説明する。まず、この蒸着装置を用い
てガラス基板２上にＡｕ膜３を成膜するには、蒸着材料
１を収容するるっぽ４やガラス基板２等を所定の位置に
配置し、真空容器ｌｌ内を排気系６により排気し、内部
を１０″″５Ｔｏｒｒａ度の真空度に減圧する。そして
、電源１２を稼動せしめ、加熱用ヒータ５を発熱させ、
るっぽ４内のＡｕである蒸着材料１を加熱する。加熱温
度の目安としては、蒸着材料１であるＡｕの蒸気圧が０
．１〜ＩＴｏｒｒ前後が実用上よく用いられ、Ａｕの場
合１５００℃程度である。この状態でシャッター９を開
けると、るつぼ４の上方に設置されたガラス基板２への
蒸着が始まる。この際、形成されつつあるＡｕ膜３の表
面粗さの劣化（再結晶化によるものと推定される）を抑
制する目的で、基板ホルダ１０に通水して、基板温度を
室温以下に保つことが通常行われる。蒸着が進んでＡｕ
膜３が所望の膜厚（通常５００〜１０００人）となった
時点で、シャッター９を閉じ、るつぼ４の加熱を停止す
る。この種の膜厚の計測には、一般に公知の水晶発振式
の膜圧計（図示せず）が用いられる。従来は、このよう
な方法でミラーが形成されていた。

なお、高い反射率を得るという目的では、上記した蒸着
ミラーではなく、反射面材料であるＡｕやｐｔのバルク
をフロートポリジング法などにより超精密研磨して、バ
ルクのままで直接実用に供することも考えられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の真空蒸着装置によるミラーの形成方法は以上のよ
うであるので、蒸着時に蒸着材料１に与えられるエネル
ギーは０．１ｅＶ程度の弱いものであり、ガラス基板２
の表面に不純物を残したまま成膜が行われると、Ａｕ膜
３の付着力が十分でなく、粘着テープの引きはがしに対
しても剥離してしまい実用上の信頼性が乏しかった。ま
た、付着力を高めるという点からは、ガラス基板２の温
度を高くすることが望ましいが、先述の基本要請である
ｉｉ）に示したように、これはＡｕ膜３の表面粗さの劣
化をひき起し、その散乱成分を増大させることになるの
で採用することができない。さらに、ガラス基板２の温
度を低くした場合の別の課題は、基本要請であるｉ）で
述べた密度ρの低下をきたすことである。ガラス基板２
の温度が低いと、飛来して来たＡｕ原子が安定な格子位
置に移動することができず、次々と飛来してくるＡｕ原
子と共にその場で膜形成を進める。このため形成された
Ａｕ膜３の密度は小さくなり、全反射現象を起す臨界角
の低下を招き好ましくない。

一方、上記バルク研磨のミラーの場合、全反射に寄与す
る最表面は第３図のようになる。図において、１３は結
晶粒、１４は加工変質層である。

バルク研磨ミラーの場合では、現在研究レベルも含めて
最も平坦な面が得られるとされているフロートポリジン
グ法を適用しても、結晶粒の方位による加工効率の差か
ら、表面粗さを５０Å以下に平坦化することは困難であ
る。また、加工変質層もゼロにすることはできず、最表
層１０人程度（２〜３原子層）はフロートポリジングに
用いた砥粒のうめ込み、バルク表面の格子歪等が残留す
るほか、Ａｕ、Ｐｔ等は高価であり、実際にバルクミラ
ーとしてこれを用いることは、実用上困難であるなどの
課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、付着力が実用上十分強く、理論値と同等レベル
の高い反射率を有するミラーを安価に形成することがで
きる短波長用ミラーの形成方法を得ることを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る短波長用ミラーの形成方法は、表面粗さ
が５Å以下である基板上に、金属クラスタを加速電圧３
〜７ＫＶ、成膜速度０．５〜５Å／Ｓ、基板温度Ｏ〜６
０℃、真空度ｌＸｌ０−７Ｔｏｒｒ以下の高真空下で、
膜厚５００〜１０００人に射突形成するようにしたもの
である。

〔作用〕

この発明における短波長用ミラーの形成方法は、規定の
加速電圧、成膜速度、基板温度および真空度の上記成膜
条件に基づいて、基板に到達する電荷量等を個別に制御
し、運動エネルギーの効果と電荷を伴うクラスタイオン
化された粒子を混在した成膜法による膜形成を行い、こ
れにより膜の表面粗さ、密度および付着力を最適化して
、高度な光学特性を備えた短波長用ミラーを形成する。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図において、７は電子放射源であり、これがクラス
タイオンビーム蒸着装置に特有の構成素子として、クラ
スタをイオン化するものである。

８はクラスタイオンを加速するための加速電極である。

なお、クラスタイオンビーム蒸着装置の場合には、るつ
ぼ４は直径］、　ｒｍ程度の小孔を設けた密閉構造であ
り、るつぼ４の内外の圧力差によって、蒸着材料１がク
ラスタ化（５００〜２０００個に塊状原子団化）する。

なお、このほかの第６図に示したものと同一部分には同
一符号を付して、その重複する説明を省略する。

次に、上記クラスタイオンビーム蒸着装置を用いて本発
明の短波長用ミラーを形成する方法を、蒸着材料１がＡ
ｕ、基板２が５ｉｎ２　（ガラス）の場合を例にとって
説明する。まず、蒸着材料１を収容したるつぼ４や基板
２等を所定の位置に配置し、排気系６によって真空槽１
１内を１×１０−７Ｔｏｒｒ程度に排気し、加熱ヒータ
５に通電して、るつぼ４内の蒸着材料１としてのＡｕを
加熱する。こうして、るつぼ４内のＡｕの蒸着圧がＩＴ
ｏｒｒ程度となると、Ａｕがるつぼ４の上部小孔から噴
出する。このとき、るつぼ４内の内外の圧力差により蒸
発したＡｕは断熱膨張して、５００〜２０００個の原子
からなるクラスタ（塊状原子集団）を形成する。続いて
、このクラスタに対し、電子放射源７から発生した電子
シャワーを浴びせ、これによって上記クラスタをイオン
化する。

そこで、このイオン化した原料としてのＡｕクラスタを
、加速電極８により運動エネルギーを付与して基板２に
射突せしめ、Ａｕ膜を形成する。また、イオン化されな
かった中性のクラスタも、るつぼ４から噴き出される１
２０ｅＶ程度の噴出エネルギーをもって膜形成にあずか
る。

このようなミラー製造過程における膜形成についての実
験、研究の結果、クラスタの加速電圧や成膜時の基板温
度等の以下の成膜因子が、上記基本要請ｉ）ｔ…）に決
定的に影響を及ぼすことを明らかにする。

（Ａ）クラスタの加速電圧 加速電圧を２ＫＶ以下にすると、十分な付着力が得られ
ず、また、Ａｕ膜３の緻密性が低くなるほか、上記基本
要請ｉ）に見るように、臨界角θＣをより大きくとるこ
とができなくなる。

これに関連した実験結果を第２図に示す第２図はＡｕ膜
の付着力について示したもので、加速電圧を２ＫＶ以上
とすることで、市販の接着剤の強度を越える実用上十分
な強度（４００ｋｇ／ｄ以上）を有することがわかる。

また、第３図はＡｕ格子定数の加速電圧依存性について
測定した結果を示すもので、加速電圧の増加につれて原
子レベルでの緻密化が進んでいることが分かる。さらに
、第４図は成膜初期のＡｕ膜形成の様子を電子顕微鏡に
より直接観察したものを示し、これによれば加速電圧を
印加した場合、成膜核の密度が高まっていることが直接
観察され、これから高密度、高付着力化にすぐれること
が分かる。第４図（ａ）はこの発明におけるクラスタイ
オンビーム蒸着法による場合を示し、第４図（ｂ）は従
来の真空蒸着法による場合を示す。逆に、加速電圧を７
ＫＶ以上にすると。

イオンのエネルギーが大きくなりすぎて、膜３の表面が
粗されることになることが確かめられてる。よって、望
ましい加速電圧は、上記の３〜７ＫＶに選定することが
望ましい。

（Ｂ）成膜速度および真空度 膜純度に及ぼす効果を考えると、実用上、成膜速度は真
空度と連動していると考えられる。

すなわち、真空度を高くすれば成膜速度を遅くすること
ができ、真空度を低くすれば成膜速度を高くすることが
できる。この理由は、成膜時に基板２に到達するＡｕ原
子と膜にとり込まれて不純物となる残留ガスの比率から
説明できる。

即ち、短波長用ミラーのように過酷な条件での仕様が想
定される場合、不純物レベルは１％以下に抑制すること
が必要であり、例えば真空度１０−”Ｔ　ｏ　ｒ　ｒの
場合、残留ガスは１秒あたり０．０１原子層形成する量
に到達する。この際、Ａｕの到達量を１秒あたり原子層
以上とすることが必要となり成膜速度は５人／Ｓ　（あ
るいは、１原子層／Ｓ）となる。真空度の絶対値は１×
１０”−７Ｔｏｒｒ以下とすることが望ましく、これを
越えて低くすると、クラスタイオン源近傍の残留ガスが
イオン化、加速化されて基板２に到達し、Ａｕ膜３をス
パッタする割合が高くなり、この発明のミラーのように
平坦性が求められる場合には好ましくない。よって、成
膜速度をＲ（人／Ｓ）、真空度をＰ（Ｔｏｗ）とすると
、Ｒ／Ｐ≧５Ｘ１０−’かつＰ≦１Ｘ１０−７Ｔｏｒｒ
が必要となる。つまり、成膜速度Ｒは０゜５〜５人／Ｓ
で、真空度ＰはｌＸｌ０”−７Ｔｏｒｒ以下とする必要
がある。

（Ｃ）基板温度 基板２の温度を高くするとＡｕ膜３が再結晶化し、表面
粗さが劣化する。特に、６０℃以上になると、表面粗さ
が５人を越えるようになり好ましくない。低温側へはい
く分の余裕があるが、工業的応用の観点からは零度℃以
下とすることは困難である。よって、基板温度は、０〜
６０℃とすることが望ましい。

（Ｄ）膜厚 Ａｕ膜３の膜厚を５０Å以下とすると、連続した膜とな
りに＜＜、光を反射する′ための有効面積が小さくなり
好ましくない。そして膜厚を１０００Å以上とすると、
膜厚の増加とともに表面平滑性がしだいに失われてゆき
、基板２の表面粗さを越えるようになる。なお、実験に
よれば、最高の反射率を示す膜厚は２３０人であった。

よって、膜厚範囲は５０〜１０００人とすることが望ま
しい。

従って、上記（Ａ）〜（Ｂ）を総合すると、加速電圧３
〜７ＫＶ、成膜速度をＲ（人／Ｓ）、真空度をＰ（Ｔｏ
ｗ）として、Ｒ／Ｐ≧５Ｘ１０’かつＰ≦１０−７Ｔｏ
ｒｒ、基板温度０−６０℃。

膜厚５０〜１０００人とすることが望ましい。そして、
このような設定範囲で成膜条件を変化させることにより
、膜の表面粗さを常に基板の表面粗さ以下に抑制でき、
高い反射率が得られることが明らかになった。

例えば、加速電圧３ＫＶ、成膜速度０．５Å／Ｓ、真空
度ｌＸｌ０−７Ｔｏｒｒ、基板温度２５℃にて基板１上
にＡｕを２３０人蒸着した場合の。

波長８人のＸ線に対する反射率の入射角依存性を第７図
に示す。ここでは、実線がこの実験結果を示し、点線は
バルクＡｕの光学定数より求めた計算値（従来法で考え
られる最高反射率に相当）である。この結果を見て分か
るように、この発明で得たミラーの反射率は、従来法に
よる計算値を大きく越える極めて優れたものである。な
お、ここでは入射角０〜０．５°の領域では測定機器の
幾可学的限界により測定不可能となっている。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば表面粗さ５Ａ以下であ
る基板上に、金属クラスタを、加速電圧が３〜７ＫＶ、
成膜速度Ｒ（人／Ｓ）および真空度Ｐ（Ｔｏｒｒ）につ
いてＲ／Ｐ≧５×１０９Ｐ≦ｌＸｌ０−７Ｔｏｒｒおよ
び基板温度が０〜６０℃として膜厚５０〜１０００人を
形成するようにしたので、表面の粗さを基板の表面粗さ
以下に平坦化することができ、従来のいかなる方法で得
られている反射率よりも高い反射率を実現することがで
きるものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による短波長用ミラーの形
成方法を示す真空蒸着装置の構成図、第２図はこの発明
の短波長用ミラーの形成方法による成膜の際の加速電圧
と付着力との関係を示す特性図、第３図はこの発明によ
る成膜の際の加速電圧と格子定数の関係を示す特性図、
第４図はこの発明および従来法による成膜の初期過程を
電子顕微鏡で見た状態を示す説明図、第５図はこの発明
および従来法によるミラーの反射率を示す特性図、第６
図は従来の成膜方法に使用する真空蒸着装置を示す構成
図、第７図は従来のバルクの最表面構造を示す断面図で
ある。 ２は基板、３は膜（Ａｕ膜）、８は加速電極、１１は真
空槽。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。 特　許　出　願　人　　　三菱電機株式会社第７９ ４ ＊２ｍ ＋１：１９ｙ糟 第 図 痢 ３ 図 加速電圧（ｋ） 婆誠針メ 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも一部がクラスタイオン化された金属を原料と
   し、この金属クラスタを、真空槽内において加速電極に
   印加する加速電圧が３〜７ＫＶ、成膜速度が０．５〜５
   Å／Ｓ、成膜すべき基板の温度が０〜６０℃、上記真空
   槽内の真空度が１×１０＾−＾７Ｔｏｒｒ以下の条件下
   で、表面粗さが５Å以下の基板上に射突させて、膜厚５
   ０〜１０００Åの膜を形成する短波長用ミラーの形成方
   法。