JPH0372298A - 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線リソグラフィー、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線望遠
鏡、各ｆｆＩＸ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−４ｋ（δ、に：実数）　　・（１）と表わ
され、δ、にとちに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
°）以下ノ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］ 上記の如き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）
式のブラッグ回折条件を満足しなければならない。

２ｄＳｉｎθ＝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ｆｌ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θ０
．θ２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
は非常に田無であり、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ず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
可能である。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
きず、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さなれたもので
、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、場所毎に異なる加熱時間で処理する
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　用ゴ 本発明者らは、多層膜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％）するとともに、同じ温
度でも加熱時間によって周期ｄの増加率が異なる（第３
図の例では加熱時間１時間の場合と１０時間の場合では
増加率が３上程度異なっている）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及
び加熱時間に対して依存性があるので、場所毎に異なる
温度で加熱処理することによって場所毎に膜厚周期を変
えることができるとともに、場所毎に加熱時間を変える
ことによっても曲面の各場所でブラッグ回折条件を満た
すように多層膜の膜厚分布を制御することができる。本
発明における膜厚分布の制御は、加熱温度をほぼ一定に
して加熱時間だけを場所毎に変えて行なっても良いし、
場合によっては加熱時間と加熱温度の両方を変化させて
行なっても良いものである。

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加熱時間で加熱処理される
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、長い時間
加熱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
所毎に走査速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＝１ まず、ガラスを用いて第４図（図ａは平面図。

図すは長軸方向の側面図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１の反射面は長袖半径５
０ｍｍ、短軸半径２０＋ｎｍの楕円を長軸を回転中心軸
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、長軸半径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　θ、　＝２３
．８’　、長軸方向の端部で０２　＝２５．５°である
ので、使用するＸ線の波長を２５λとすると、ブラッグ
の条件を満足する多層膜の膜厚周期ｄは、反射面の中心
でｄ、＝３１．３人長軸方向の端部で２９．１入となり
、その膜厚差は７．５零となる。

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入の０層を交互
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、回転楕円体の回転軸６とが平行に
なるように基材１を配置し、成膜中は回転中心軸６と平
行な！Ｘ１ｌＩ１７の周りに基材１を揺動して、回転中
心軸６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。この際の膜厚差は反射面の
中心と長軸方向の端部で１．５零である。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＊−１，５％Ｆ＝　６．帖だけ膜厚周期ｄ
を調整しなければならないことになる。なお、基材１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
することが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図に示
すような装置で熱処理した。図示したように、タングス
テンから成るストリップヒーター８を回転楕円面の断面
である楕円の短軸に平行に多層膜反射鏡の反射面９に近
接して配置した。このストリップヒーター８は楕円の長
袖方向に移動できるようになっており、ヒーター８に通
電しながら移動することによって反射面９全面を加熱処
理することができる。

このとき、ストリップヒーター８の移動速度を変化させ
ることにより、反射面９上の場所毎に具なる加熱時間で
熱処理を行なうことができる。即ち、第６図に示された
ような装置を用いてストリップヒーター８の長軸方向移
動速度を中心に近いほど遅く設定して加熱処理を行なえ
ば、楕円の短軸方向には加熱時間は一定となり、長袖方
向には中心に近いほど加熱時間が長くなる。その結果、
多層膜の膜厚周期ｄの増加率も短軸方向には一定で、長
軸方向には中心に近いほど大きくなる。

本実施例では、約６零の膜厚周期ｄの変化を生しさせる
ために加熱された反射面９表面が９００ｔ：になるよう
にヒーター８に流す電流を設定し、反射面９全体の加熱
処理を約５時間で行なった。なお、これらの装置全体は
真空中に設置し、熱処理中にＷ／Ｃ多層膜及びストリッ
プヒーター８が酸化するのを防止した。

上記のような装置で、反射面９の各場所でブラッグの回
折条件を満足するような膜厚周期の変化を生じさせるた
めにヒーター８の移動速度を最適化して多層膜反射鏡の
熱処理を行なった後、第７図に示すようにエキシマレー
ザ（波長２４９ｎｍ）１０とグラファイトターゲット１
１を用いたレーザプラズマＸ線源を光源の位置が多層膜
反射鏡の一方の焦点ｆｌにくるように配置し、他方の焦
点ｆ２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１．０６μｎ＋　）のレーザ光
をレンズ１５でスポット状に集光して反射面を煕射し局
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、レーザ出力を一定に保持しながら走査
速度を変化させることにより、場所毎に異なる熱時間で
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
行な方向に一定の走査速度でライン走査し、次に走査速
度を変えて次のラインを走査するという動作を繰り返し
反射面全体を熱処理した。この際の加熱時間は、短軸方
向（第９図（Ｃ））には一定で、長軸方向（第９図（ｂ
））には中心に近いほど走査速度を遅くして加熱時間を
長くした。その結果、多層膜の膜厚周期ｄの増加率も短
軸方向には一定で、長袖方向には中心に近いはと゛大き
くなり最大６＊増加した。

なお、これらの装置全体（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な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］ 以上の様に本発明においては、曲面上に形成された多層
膜を場所毎に異なる加熱時間で熱処理して膜厚周期ｄを
各場所でブラッグ回折条件を満たずように変化させるこ
とにより、曲面状の多層膜反射鏡の反射面全面で高い反
射率を確保することができる。即ち、本発明は従来に比
べて著しく効率の高い多層膜反射鏡を歩留り良く製造す
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によって、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
、このことも多層膜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コ ト・・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・・・ストリップヒーター ９・・・反射面 １０・・・エキシマレーザ １・・・グラファイトターゲット ２・・・Ｘ線検出器 ３・・・多層膜反射鏡 ４・・・ＹＡＧレーザ ６・・・Ｘ−Ｙステージ

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、
   場所毎に異なる加熱時間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。