JPS6388503A - 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、面に垂直もしくはそれに近い角度で入射したとき
に高い反射率を有するような反射鏡は存在せず、垂直入
射に近い入射角では１％以下の反射率しか得られていな
かった。一方比較的高い反射率を有する斜入射反射鏡で
は、入射角を鏡面から１°以下もしくは２〜３°の範囲
に調整する必要があった。また面に対し小さい角度で入
射させるために細い光束に対しても非常に大きな形状を
必要とし、その使用は困難かつ限定されていた。また光
学系の設計の自由度が少なく反射鏡の作製に関しても大
面積にわたり高精度の平面度を有するように研磨し、保
持するなど実際の使用にあたっては困難が少なくなかっ
た。

近年では、真空蒸着技術の発展に伴ない超薄膜を多層構
造に多数積層した多層膜反射鏡が作製されるようになり
、干渉の利用により高反射率化した実用に供し得るもの
ができつつある。

ところで、Ｘ線及び真空紫外光の領域では、はとんどの
物質の屈折率は吸収を表わす虚数部分ｋをもつ複素屈折
率（ｎ＋ｉｋ、以下屈折率と呼ぶ）で表わされ、実数部
分ｎはほぼ１．０（ｎ−１−δ、δ〜１０−１〜１Ｏ−
３）となるため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％のオーダである。ま
た、異種材料の積層薄膜の境界においても反射率は単一
の境界面あたり数％を越えることかない。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
射光が干渉により強め合い、多層膜全体としての反射率
が最大となるような膜厚構成をとることにより、高反射
率化が可能となる。さらに隣接する層間での屈折率の差
が大きくなるような異種材料の組合わせを選択し、先の
膜厚構成とあわせて、高反射率化を図ることにより、正
入射に近い入射角で高反射率の得られる反射鏡が実現で
きることが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これらの反射鏡は吸収の大きい材料を用
いており、使用時の光照射により過熱され膜が損傷を受
けることが多く、実際の使用状況では長期安定に使用す
ることができないという欠点があフた。

この欠点を除去するために、高融点金属を高吸収体とす
るものが提案されているが、金属単体では融点が２５０
０℃前後のものが多く、また３０００℃を越えるものが
あっても、その金属を用いた場合は反射率が高くならな
いという欠点があった。

本発明は上記問題点に鑑み成されたものであり、その目
的は上記従来の欠点を除去し、高い反射率を保持しつつ
、耐久性に優れた反射鏡を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記目的は、軟Ｘ線・真空紫外線の高吸収層と
低吸収層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、該高吸収層は遷
移金属のホウ化物、炭化物、ケイ化物、窒化物又は酸化
物のうちの一種以上を主成分として有してなり、該低吸
収層は炭素、ケイ素、ホウ素もしくはベリリウムの単体
またはそれらの各々の化合物のうちの一種以上を主成分
として有してなる軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射鏡に
よって達成される。

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図に示す本発明の軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射
鏡は、使用波長に比べて充分に滑らかに研磨された平面
もしくは曲面の基板１」二に高吸収層である第１の層２
，４．６・・・、および低吸収層である第２の層３，５
．７・−が交互に積層されて構成されている。

本発明の高吸収層は遷移金属のホウ化物、炭化物、ケイ
化物、窒化物又は酸化物のうちの一種以上を主成分とし
て有してなる。

本発明で用いる遷移金属は、３ｄ、４ｄ、５ｄ軌道に電
子の空席をもつ元素であるスカンジウム（Ｓｃ）、チタ
ン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（
Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（ＣＯ）、ジルコ
ニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）
、テクネチウム（Ｔｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウ
ム（Ｒｈ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、
タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（
Ｏ８）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（ｐｔ）、及び３ｄ
、４ｄ、５ｄ軌道が電子で満たされている銅（Ｃｕ）、
パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）である。

上記遷移金属の化合物として、具体的にはホウ化物とし
てはホウ化タンタル、ホウ化ハフニウム、ホウ化タング
ステン、ホウ化ニオブ等、また炭化物としては炭化タン
タル、炭化ハフニウム、炭化タングステン　炭化ニオブ
等、またケイ化物としては、ケイ化タンタル、ケイ化タ
ングステン、ケイ化パラジウム等、また窒化物としては
、窒化タンタル、窒化ハフニウム、窒化タングステン、
窒化ニオブ等、また酸化物としては、酸化窒化タンタル
等が好ましく使用される。

本発明の高吸収層は前記しているように例えば遷移金属
の炭化物、窒化物、ホウ化物のどれか一種を含むものの
他、二種以上の物質、例えば窒化タンタル（ＴａＮ）と
窒化ニオブ（ＮｂＮ）が任意の成分比で含まわる材料の
ようなものであってもよいことはいうまでもない。

また低吸収層は、炭素、ケイ素、ホウ素もしくはベリリ
ウムの単体またはそれらの各々の化合物、例えば炭化ケ
イ素、炭化ホウ素等の化合物のうちの一種以にを主成分
として有してなる。

各々の層の膜厚ｄ、、　ｄハ・・・はすべて使用波長の
ほぼ１層４以上であり、交互に同一の材質よりなる積層
膜であって、その膜厚は、各層間の境界における反射光
がずへて強め合うように干渉する条件を満たすか、もし
くは吸収体による吸収損と位相のず才１による反射率低
下を比較したときに全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により決まるものとする。例え
ばその際、Ｉｌ！２厚は同一材料層についてはすべて等
しくするか、もしくは膜厚を各層毎に変化させ反射率が
最大となるような必ずしも等しくない厚さとしてもよい
。

積層の構成としては、空気に面する層である最終層の屈
折率と空気の屈折率の差が大きくなる材料を選択するこ
とが望ましい。このように最終層を形成するには高吸収
層を最終物層とすることが望ましい。

また本発明の反射鏡は高吸収層１層と低吸収層１層から
なる２層構造のものも含むが、交互層の層数が大きいほ
ど反射率が増大するため１層数は１０以上あることが好
ま１ノい。しかし、層数が余り多くなると吸収の影響が
顕著となるため、作製の容易さも考慮するならば２００
層程反末でがよい。

また最終層の上には吸収の少ない安定な材料による保護
層を設（プてもよい。

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。

本発明の軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射鏡は通常はガ
ラス、溶融石英、シリコン沖結晶、ケイ化炭素等の基板
であってその表面が使用波長に比べて充分に滑らかにな
るように研磨されたものの上に作成される。

（実施例） 以Ｆ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 面積度λ／２０（λ＝　６３２８人）、面粗さ１０人（
ｒｍｓ（ａ）に光学研磨したシリコン単結晶基板１に高
吸収層２としてホウ化ハフニウム（ＨｆＢ、）を２２．
４Ａ厚に、低吸収層３としてベリリウム（Ｂｅ）を３３
．５Ａ厚に４　ｔＪＦｔ　（ＨｆＢ２：　２１層、Ｂｅ
：２０層）積層した。交互層の最終層はホウ化ハフニウ
ムであり、更にその上に保護＠ｔｏとして炭素（Ｃ）を
ＩＯ人積層して本発明の軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反
射鏡を得た。

上記の成膜はホウ化ハフニウムはその融点が３２５０℃
と高いため超高真空中（ｌＸ１０’Ｐａ以下）での↑ｒ
ビーム蒸着によって成膜した。またベリリウム（Ｂｅ）
は融点が比較的低い（〜１３００℃）ため抵抗加熱法に
よって蒸着せしめた。蒸着速度は両材料とも０．２人／
Ｓを保持した。保護層は電子ビーム法によった。

この軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射鏡に波長１１２．
７人の光を垂直に入射したところ３１．３％の反射率を
得た。また、ホウ化ハフニウムの厚さを２３．２人、ベ
リリウムを３６．２人の厚さの交互層とし、合計４１層
を積層し１０人の炭素保護膜を被着せしめて同様の軟Ｘ
線・真空紫外線用多層膜反射鏡を得た。これに法線より
の入射角２０度で入射したところ３４．３％の反射率を
得た。

実施例２ 実施例１と同様に研磨したシリコン基板に高吸収層２と
して窒化タンタル（ＴａＮ）を２０．０Ａ厚に、低吸収
層３としてシリコン（Ｓｉ）を４０．８Ａ厚にを４１層
（ＴａＮ：２１層、Ｓｉ＋２０層）積層した。交互層の
最終層は吸収体の窒化タンタルであり、更にその上に保
護膜ｌＯとして炭素膜をＩＯ人積層して、本発明の軟Ｘ
線・真空紫外線用多層膜反射鏡を得た。

高融点材料である窒化タンタルは超高真空中（ｌｘ　１
Ｏ−７Ｐａ以下）での電子ビーム蒸着によって成膜した
。また低吸収体のシリコンも同様な方法によって成膜し
た。蒸着速度は両材料とも０．２人／Ｓであった。

この軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射鏡に１２４．０人
の光を垂直に入射したところ４２６５％の反射率を得た
。

また高吸収層、低吸収層の厚さをそれぞれ２０．５人、
４４．０人ずつ交互に計４１層積層したものに法線より
の入射角２０度で波長１２４．０人の光を入射したとこ
ろ４４，７％の反射率を得た。

実施例３ 実施例１と同様に研磨したシリコン基板に高吸収層２と
して炭化タングステン（Ｗ２Ｃ）を２１．ｌＡ厚に、低
吸収層３としてシリコン（Ｓｉ）を３９．８人厚ニ４１
層（Ｗ２Ｃ：　２１層、Ｓｉ：２０層）積層した。交互
層の最終層は高吸収体の炭化タングステンである。

更にその上に保護膜１０として炭素膜をＩＯＡ積層して
、本発明の軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射鏡を得た。

高融点材料である炭化タングステンは超高真空中（ｌＸ
ｌ０’Ｐａ以下）での電子ビーム蒸着によって成膜した
。また低吸収体のシリコンも同様な方法によフて成膜し
た。蒸着速度は両材料とも０．２人／Ｓであった。

この軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射鏡に１２４．０人
の光を垂直に入射したところ４２．８％の反射率を得た
。

また、高吸収層、低吸収層の厚さをそれぞれ２１．７人
、４２．９人ずつ交互に計４１層積層したものに法線よ
りの入射角２０度で波長１２４．０人の光を入射したと
ころ４５．１％の反射率を得た。

参考例 高吸収層に金（Ａｕ）を用い、低吸収層に炭素（Ｃ）を
用いた以外は実施例１と同様にして、電子ビーム蒸着法
を用いて軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射鏡を得た。

この反射鏡をシンクロトロン軌道放射光（ＳＲ）を使用
する軟Ｘ線分光装置に装着して、ＳＲ光を合計５時間照
射したところ膜のヒビ割れ、剥離という劣化が生じてい
た。また実施例１，２．３で得られた本発明の軟Ｘ線・
真空紫外線用多層膜反射鏡をこの装置に装着して同じ時
間照射を行ったが、全く損傷が発生しなかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のＸ線用多層膜反射鏡は軟
Ｘ線・真空紫外線領域の光に対しても高い反射率を任す
るのみならず、従来シンクロトロン軌道放射光（ＳＲ）
の照射等により著しい損傷を短時間に生じていたものが
、充分長時間の耐久性が得られるようになった。

とりわけ複数枚の平面ないし曲面を有する反射鏡を組み
合わせることにより、Ｘ線領域における縮小、拡大光学
系、軟Ｘ線・真空紫外領域におけるレーザ用共振器の反
射鏡、さらには反射鏡が格子の構造を有する反射型分散
素子など、従来なかったＸ線光学の領域における新規光
学部品として使用されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は多層膜反射鏡の原理を示す断面図である。 ！二基板 ２．４：第１の層（高吸収層） ３．５：第２の層（低吸収Ｗり Ａ：保護層 ｄｌ・ｄ、、　ｄ３：層の厚さ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、軟Ｘ線・真空紫外線の高吸収層と低吸収層の交
   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、該高吸収層は遷移金属のホウ
   化物、炭化物、ケイ化物、窒化物又は酸化物のうちの一
   種以上を主成分として有してなり、該低吸収層は炭素、
   ケイ素、ホウ素もしくはベリリウムの単体またはそれら
   の各々の化合物のうちの一種以上を主成分として有して
   なることを特徴とする軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射
   鏡。