JPH075297A

JPH075297A - Ｘ線多層膜反射鏡

Info

Publication number: JPH075297A
Application number: JP5143933A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakamura; 浩中村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-06-15
Filing date: 1993-06-15
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】２０ｎｍ以上の波長のＸ線に用いられるＸ線
多層膜反射鏡の反射率増加を図る。【構成】２０ｎｍ以上の波長域のＸ線で使用され、こ
の波長域のＸ線に対して屈折率の異なる複数の物質２、
３を交互に積層して形成されるＸ線多層膜反射鏡Ｍ₁に
おいて、表面にベリリウム、炭素、シリコン、炭化ホウ
素または炭化ケイ素のうち少なくとも１つの物質からな
る反射増加膜１を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線望遠鏡、Ｘ線レー
ザー、Ｘ線リソグラフィー、Ｘ線顕微鏡または各種Ｘ線
分析装置等において、Ｘ線領域における反射光学系に用
いられるＸ線多層膜反射鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線領域における物質の屈折率は、一般
にｎ＝１−δ−ｉβ（δ，β：実数）と表され、δ，βともに１に比べて非常に小さい。（屈
折率の虚部はＸ線の吸収を表す。）したがって、屈折率
ｎはほぼ１に近くなってＸ線がほとんど屈折されず、ま
た、物質を透過することによりＸ線が必ず吸収される。
このため、可視光領域の光のように屈折を利用したレン
ズはＸ線波長域の光には使用できない。

【０００３】そこで、反射を利用した光学系が用いられ
るが、全反射臨界角θ_C（波長３０ｎｍで２８゜程度以
下）より垂直に近い入射角では反射率が非常に小さく、
大部分のＸ線は透過するかまたは吸収されてしまう。こ
の問題を解決するために、界面における振幅反射率の高
い物質の組み合わせを同一周期の厚さで何層も積層する
ことにより界面である反射面を多数設け、それぞれの界
面からの反射波の位相が一致するように光学的干渉理論
に基づいて各層の厚さを調整した多層膜反射鏡が用いら
れている。

【０００４】具体的に説明すれば、多層膜反射鏡は、図
２に示すように使用するＸ線の波長域における屈折率と
真空の屈折率（＝１）との差が小さい物質３と、差の大
きい物質２の２層からなる組を１周期として、周期間の
膜厚が等しくなるように、差が小さい物質３と差の大き
い物質２を交互に数十から数百周期積層することによっ
て得られる。その代表的な例として、Ｍｏ（モリブデ
ン）／Ｓｉ（シリコン）などの組み合わせが従来から知
られており、スパッタリング、真空蒸着、ＣＶＤ（Chem
ical Vapor Deposition）などの薄膜形成技術によって
形成されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の多層膜反射鏡にあっては、使用するＸ線の波長
域、および多層膜反射鏡を構成する物質により周期数は
種々定められるが、ある周期数以上積層しても反射鏡の
反射率は飽和して増加しなくなる。これは、多層膜に入
射したＸ線は、多層膜を構成する物質により吸収されな
がら多層膜内部に入り込み、物質間の各界面で反射さ
れ、反射波はさらに物質により吸収されながら多層膜の
表面に向かい表面から出射するが、反射率が飽和する周
期数以上に積層した多層膜においては、反射率が飽和す
る周期数以上に侵入したＸ線は、界面で反射されても多
層膜の表面に達するまでに吸収されてしまい、反射に寄
与することができないためである。例えば、波長３０．
４ｎｍのＸ線で高い反射率が得られるモリブデン／シリ
コン多層膜反射鏡の積層周期と反射率の関係を図４に示
す。図４からわかるように、１５周期以上積層した多層
膜反射鏡では反射率は飽和して増加しない。

【０００６】本発明の目的は、２０ｎｍ以上の波長のＸ
線に用いられるＸ線多層膜反射鏡において、Ｘ線の反射
率増加を図ることの可能なＸ線多層膜反射鏡を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、波長２０ｎ
ｍ以上のＸ線に用いる多層膜反射鏡について鋭意研究を
重ねた結果、反射率が飽和する周期数以上積層した多層
膜においても表面にベリリウム、炭素、シリコン、炭化
ホウ素もしくは炭化ケイ素のうち少なくとも１つの物質
からなる反射増加膜を形成することによって、さらに反
射率を増加させることができることを見出し、この知見
に基づいて本発明をなすに至った。一実施例を示す図１
に対応付けて説明すると、本発明は、２０ｎｍ以上の波
長域のＸ線で使用され、この波長域のＸ線に対して屈折
率の異なる複数の物質２、３を交互に積層してなるＸ線
多層膜反射鏡Ｍ1に適用される。そして、上述の目的
は、表面にベリリウム、炭素、シリコン、炭化ホウ素ま
たは炭化ケイ素のうち少なくとも１つの物質からなる反
射増加膜１を形成することにより達成される。

【０００８】本発明における反射増加膜１は、上述のご
とくベリリウム、炭素、シリコン、炭化ホウ素または炭
化ケイ素のうち少なくとも１つの物質からなるものであ
る。通常、反射増加膜１は単一物質からなる１層だけ設
けられるが、複数層設けてもよい。この反射増加膜１
は、波長２０ｎｍ以上のＸ線に用いられるようにその物
質、周期数等が定められた多層膜反射鏡Ｍ₁の表面に設
けられる。通常、多層膜反射鏡Ｍ₁の表面は、真空の屈
折率に対する屈折率の差が大きい金属等の層２が露出し
ているが、屈折率の差が小さいシリコン等の層３が表面
に露出していた場合でも、本発明による反射増加膜１を
形成すれば反射率増加の効果が得られる。但し、金属等
の層２が多層膜反射鏡Ｍ₁の表面に露出していたほうが
反射率の絶対値は一般に高くなる。

【０００９】反射増加膜１は、多層膜反射鏡の各層を形
成する場合と同様に、スパッタリング、真空蒸着、ＣＶ
Ｄなどの薄膜形成技術により多層膜反射鏡Ｍ₁の表面に
形成される。この際、多層膜反射鏡Ｍ₁の層数が多くて
反射率が飽和している状態である必要はないが、反射率
が飽和した状態の多層膜反射鏡Ｍ₁に反射増加膜１を設
けることにより、本発明の効果がさらに顕著となる。

【００１０】反射増加膜１の膜厚は７ｎｍ以下であるこ
とが好ましく、後述のように反射増加膜１を保護膜とし
ても機能させる場合には１ｎｍ〜７ｎｍの範囲であるこ
とが好ましい。１ｎｍを下回ると、後述する保護膜とし
ての機能を果たさなくなる。一方、７ｎｍを上回ると、
反射増加膜としての機能が低下する（図３参照）。

【００１１】

【作用】本発明の反射増加膜１が多層膜反射鏡Ｍ₁の反
射率を増加させるメカニズムは未だ不明であるが、実施
例がこれを証明する。本発明によれば、２０ｎｍ以上の
波長のＸ線に用いられる多層膜反射鏡Ｍ₁の表面にベリ
リウム、炭素、シリコン、炭化ホウ素または炭化ケイ素
からなる反射増加膜１を積層することにより、反射率が
飽和するまで物質が積層された多層膜反射鏡においても
その反射率を増加させることができる。これら物質は、
波長域２０ｎｍ以上のＸ線に対してＸ線多層膜反射鏡Ｍ
₁の反射率を増加させる作用を有する。一例として、上
述のモリブデン／シリコンをそれぞれ６０層だけ積層し
た多層膜反射鏡において、波長が１３ｎｍのＸ線に対す
る反射率は、表面にシリコン層を設けない場合は７１．
５％、シリコンを０．５ｎｍ積層した場合は７１．３
％、シリコンを２ｎｍ積層した場合は７０．７％とな
り、シリコンを表面に積層することにより反射率が低下
してしまう。一方、波長が３０．４ｎｍのＸ線に対し
て、２０周期（反射率が飽和している周期数）のモリブ
デン／シリコン多層膜反射鏡の表面に積層した炭化ケイ
素（ＳｉＣ）の膜厚と反射率の関係を図３に示す。多層
膜反射鏡の表面に７ｎｍ以下の膜厚の炭化ケイ素を積層
することにより、炭化ケイ素がない状態で飽和していた
反射率が増加していることがわかる。本発明者の実験結
果によれば、２０ｎｍ以上の波長を有するＸ線に対して
は、ベリリウム、炭素、シリコン、炭化ホウ素または炭
化ケイ素からなる反射増加膜１を設けることによりその
反射率が増加するが、２０ｎｍ未満の波長を有するＸ線
に対しては逆に反射率が減少してしまうことが判明し
た。このように、多層膜反射鏡Ｍ₁の表面に設けられた
ベリリウム、炭素、シリコン、炭化ホウ素もしくは炭化
ケイ素の膜は反射増加膜１として作用する。

【００１２】また、多層膜反射鏡Ｍ₁の表面にベリリウ
ム、炭素、シリコン、炭化ホウ素または炭化ケイ素から
なる反射増加膜１を積層することにより、多層膜反射鏡
Ｍ₁を構成する各層を保護することができる。すなわ
ち、多層膜反射鏡Ｍ₁を構成する物質のうち、真空の屈
折率との差が大きい物質として金属を用いることが多
い。さらに、波長が２０ｎｍ以上のＸ線に対しては、金
属層２を多層膜反射鏡Ｍ₁の表面に露出した方が高い反
射率が得られることが知られている。しかし、金属は時
間の経過とともに酸化し、金属層２全体が酸化して多層
膜反射鏡Ｍ₁の構造自体が破壊されてしまう、という問
題を引き起こす。この金属の酸化反応は、Ｘ線の吸収に
ともなう多層膜の温度上昇によって急激に加速されるた
め、金属を用いた多層膜反射鏡は光学素子としての寿命
が短いという欠点を有している。本発明のように多層膜
反射鏡Ｍ₁の表面に化学的に安定なベリリウム、炭素、
シリコン、炭化ホウ素もしくは炭化ケイ素を積層するこ
とにより、金属層２の酸化を防止することもできる。以
上のように、本発明の反射増加膜は、保護膜としても作
用する。

【００１３】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１４】

【実施例】−第１実施例− 図１に示すように、溶融石英基板４上に、１２．７ｎｍ
のシリコン３と４ｎｍのモリブデン２をイオンビームス
パッタ法により交互にそれぞれ２０層づつ（図では中間
の層を省略している）積層した。シリコン３とモリブデ
ン２がそれぞれ２０層ずつ積層された場合、多層膜によ
る反射率は十分飽和している（図４参照）。このとき、
モリブデン２が最上層（つまり表面に露出する層）にな
るように積層した。この多層膜の表面に、炭化ホウ素
（Ｂ₄Ｃ）の反射増加膜１を４ｎｍ積層して多層膜反射
鏡Ｍ₁を作製した。比較のために、図２に示すように、
同様にシリコン３とモリブデン２を２０層づつ積層し、
表面に炭化ホウ素を積層していない多層膜反射鏡Ｍ₂も
作製した。

【００１５】これら２つの多層膜反射鏡Ｍ₁、Ｍ₂につい
て、波長３０．４ｎｍのＸ線における反射率を測定した
ところ、表面に炭化ホウ素４を積層した多層膜反射鏡Ｍ
₁では３０％の反射率が得られたが、比較用に作製した
表面に炭化ホウ素を積層していない多層膜反射鏡Ｍ₂で
は２５％の反射率しか得られなかった。

【００１６】また、これら２つの多層膜反射鏡Ｍ₁、Ｍ₂
を大気中に３年間保管した後、再度反射率を測定したと
ころ、表面に炭化ホウ素４を積層した多層膜反射鏡Ｍ₁
には反射率に変化が見られなかったが、積層しなかった
多層膜反射鏡Ｍ₂は反射率が１８％に低下していた。

【００１７】−第２実施例− 波長３０．４ｎｍのＸ線において、上述の第１実験例と
同一のモリブデン／シリコン多層膜の表面に、反射増加
膜として炭化ホウ素の換わりにベリリウム、炭素、シリ
コンまたは炭化ケイ素を設けたときに得られる多層膜反
射鏡の反射率の最大値およびそのときの反射増加膜の膜
厚を表１に示す。比較のために、反射増加膜が設けられ
ていないモリブデン／シリコン多層膜反射鏡の反射率も
示した。

【表１】

【００１８】−第３実施例− 波長２０ｎｍ（表２）および波長２５ｎｍ（表３）にお
いて、上述の第１実験例と同一のモリブデン／シリコン
多層膜の表面に、反射増加膜として炭化ホウ素の換わり
にベリリウム、炭素、シリコンまたは炭化ケイ素を設け
たときに得られる多層膜反射鏡の反射率の最大値および
そのときの反射増加膜の膜厚を表２、３にそれぞれ示
す。

【表２】

【表３】

【００１９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、２０ｎｍ以上の波長域のＸ線で使用される多層膜
反射鏡の表面にベリリウム、炭素、シリコン、炭化ホウ
素または炭化ケイ素のうち少なくとも１つの物質からな
る反射増加膜を形成したので、反射率が飽和するまで積
層された多層膜反射鏡であってもその反射率を増加させ
ることができる。加えて、これらベリリウム等は化学的
に安定な物質であるため、金属層を含む多層膜反射鏡に
対してこの金属層の酸化を防止することができ、反射率
の経時変化を抑制することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＸ線多層膜反射鏡の第１実施例を
示す断面図である。

【図２】反射増加膜を積層していないＸ線多層膜反射鏡
の比較例を示す断面図である。

【図３】反射増加膜である炭化ケイ素の膜厚と反射率の
関係の一例を示す図である。

【図４】従来の多層膜反射鏡の周期数と反射率の関係の
一例を示す図である。

【符号の説明】

Ｍ₁、Ｍ₂ Ｘ線多層膜反射鏡１炭化ホウ素膜２モリブデン３シリコン４溶融石英基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２０ｎｍ以上の波長域のＸ線で使用さ
れ、前記波長域のＸ線に対して屈折率の異なる複数の物
質を交互に積層してなるＸ線多層膜反射鏡において、表面にベリリウム、炭素、シリコン、炭化ホウ素または
炭化ケイ素のうち少なくとも１つの物質からなる反射増
加膜が形成されていることを特徴とするＸ線多層膜反射
鏡。【０００１】