JPS63161403A - Ｘ線又は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Ｘ線から真空紫外線と称される
波長２００ｔｕｓ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１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るものであっ
た。また、斜入射鏡では光学系の自由度が少なく、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。

このような欠点を除去するために、多層薄膜のモ渉を利
用した多層膜構成の反射鏡が提案されている。ところで
、Ｘ線および真空紫外光の領域ではほとんどの物質の反
射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゛Ｉ〜１０°３）
となるため真空と物質薄膜Ｅの境界におけるフレネルの
反射率は非常に小さく０．１％以下のオーダーである。

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％を趙えることがない。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
な異種材料の組み合わせを選択し、先の膜が構成とあわ
せて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。

現在までに知られている材料の組み合わせとしては、低
屈折率材料として遷移金属があり、高屈折率材料として
の多くは炭素、シリコン等の半導体元素を用いたもので
あった。代表的な例をあげると、タングステン（Ｗ）と
炭素（Ｃ）との組み合わせやモリブデン（Ｍｏ）とシリ
コン（Ｓｉ）の組み合わせ等がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、これらの組み合わせを用いた反射鏡に実際にシ
ンクロトロン軌道放射光のような強度の大きい光を照射
すると、局所的に加熱され、低密度物質層の融点が低い
ために容易に多層構造が破壊されるという欠点をも７て
いる。従って多層膜反射鏡の有するべき特徴としては、
局所的な加熱に対し耐性を有すること、さらにつけ加え
るならば、各層の材料がすべて高融点材料であり、かつ
、温度上昇に対しても化学的に安定かつ拡散等をしない
ことが要求される。

本発明はＦ記問題点に鑑み成されたものであり、その目
的は耐熱性に優れ層間のぼけを生じないという反射鏡と
して有するべき条件を備えたＸ線・真空紫外線用多層膜
反射鏡を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記目的は、互いに屈折率の異なる２種の物質
の交互層よりなる多層構造を有するＸ線・真空紫外線用
多層膜反射鏡において、層の構成物質に高融点化合物を
用いて交互層を形成したＸ線・真空紫外線用多層膜反射
鏡によって達成される。この方法によれば、各層の材料
は耐熱安定性に優れ、かつ化学的に安定であるため、多
層膜形成後の加熱によっても層の剥離、層間の拡散等の
劣化をきたすことがない。

本発明は、シンクロトロン軌道放射光のような強度の大
きい光を照射により局所的に加熱されても反射鏡として
の性能を保持するように層の構成物質に高融点化合物を
用いたものであり、そのような物質として特に融点が２
０００℃を越える高融点化合物である電化アルミニウム
（＾！Ｎ）、窒化ベリリウム　（ＢｅａＮ２）、窒化チ
タン（ＴｉＮ）　、窒化二オブ（ＮｂＮ）　、窒化バナ
ジウム（ＶＮ）　、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）　、窒
化ホウ素（８％）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）　、窒化
タンタル（Ｔａｇ、　ＴａｚＮ）　、ホウ化アルミニウ
ム（＾１ＢＩ２）、ホウ化チタン（ＴｉＢ２）　、ホウ
化バナジウム（Ｖ３Ｂ４　、　ＶＢ）　、ホウ化タング
ステン（Ｗ８）、ホウ化ハフニウム（ＨｆＢ２）、ホウ
化ジルコニウム（ＺｒＢ　２）；炭化ホウ素ＣＢ４Ｃ）
　、炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）　、炭化ベリリウム（
Ｂａ２Ｃ）　、炭化ケイ素（ＳｉＣ）　、炭化バナジウ
ム（Ｖ２Ｃ）　、炭化タンゲスｆ　７　（ＷＣ，１２Ｃ
）　、炭化ハフ　二’Ｆ　Ａ　（ＨｆＣ）　、炭化ニオ
ブ（ＮＭ：）　、炭化タンタル（ＴａＣ）　、炭化チタ
ン（〒ｉＣ）　、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）　、酸化
アルミニウム（Ａ（’２０３）　、酸化ベリリウム（Ｂ
ｅｄ）　、酸化クロム（Ｃｒ２０ｇ）　、酸化ハフニウ
ム（ＨｆＯ２）、酸化チタン（Ｔｉ２０３）、酸化セリ
ウム（Ｃａ０２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）など
を用いることが好ましい。

上記に列挙した物質のうち第１の暦の物質の屈折率をｎ
ｌ　ｚｎＩ＋ｉｋ１　、第２の層の物質の屈折率を官２
ｘｎ２＋１に２としたときにΔｎ”　Ｉ　ｎｓ　−ｎ２
１≧ｉｏ＝となる組合わせ、もしくはΔｎ＝　Ｉ　ｎｌ
　−ｎ７　　Ｉ　＜１０°３の場合にはＩｋ＋　−ｋｚ
　　ｌ＞Δｎなる組合せとなるように２種の物質を選択
し交互層を形成すればよい。

第１図は本発明の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Ｘ線・真空紫外線用多層ｎ９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（例えば粗さはｒｍｓ値で１０Å以下）を
有する基板１上に第１の物質の層２．４．６−・・およ
び第２の物質の層３，５．７−が交互に積層されて構成
される。

本発明のＸ線・真空紫外線用多層膜反射鏡が発現する反
射率は、交互層を形成する屈折率の異なる２種の物質の
屈折率の差、各層の吸収率５Ｍ層される層の数、照射す
る光の波長等によって異なるが、その屈折率の差は例え
ば層数を１００層対とすると実用的には少なくとも０．
０１以上あることが好ましい。

交互層の各層に屈折率の差をもたせるためにはＸ線・真
空紫外線の領域の光に対して高屈折率の物質と低屈折率
の物質とを用いて交互層を形成すればよく、低屈折率で
高融点の物質としては、遷移金属のホウ化物、窒化物、
炭化物、酸化物が挙げられ、高屈折率で高融点の物質と
してはベリリウムまたはアルミニウムまたはホウ素また
はケイ素の窒化物、炭化物、酸化物が挙げられる。ここ
で遷移金属とは３ｄ、４ｄ、５ｄ軌道に電子の空席をも
つ元素スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジ
ウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、−１−９ケ
ル（Ｎｉ）、コバルト（ＣＯ）、ジルコニウム（２「）
、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクネチウム
（Ｔｃ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、レ
ニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏ８）、イリジウム（Ｉ
ｒ）、白金（ｐｔ）、および３ｄ、４ｄ、５ｄ軌道が満
たされた銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（八ｇ）
、金（＾Ｕ）を表わすものとする。

各々の層の膜厚ｄ１、ｄ２．・−は使用波長のほぼ嵐で
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あける反射光がすべて強め合うよ
うに干渉する条件を満たすか、もしくは、各層内におけ
る吸収損と位相ずれによる反射率低下を比較したときに
多層膜全体としての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あるいは両方により決まるものと
する。

七の際、膜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はない厚さとしても良い。

積層の構成としては、気体または真空に接する層である
最終層の屈折率と気体または真空の屈折率との差が大き
くなる材料を選択することが望ましい、また基板と基板
に接する層との屈折率の差が大きくなるようにすること
が好ましい。

また、交互層の暦数が多いほど反射率は増大するため層
数は５層対以上あることが好ましいが。

あまり多くなると吸収層の影響が顕著となるため、作製
の容易さも考慮して２００層対程度までが良い、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
設けても良い。

また、本発明のＸ線・真空紫外線用多層膜反射鏡を作製
する際の成膜法としては、超高真空中における電子ビー
ム法が好ましく用いられるが、特に化合物材料を用いる
場合は、残留酸素等の量が充分少ない真空中にお・ける
スパッタリング法が有効な手法である。さらに、膜強度
の高い膜作製法としてイオンブレーティング法、半導体
超格子作製で注目を浴びている有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＣＶ［ｌ　）などを用いて多層膜を形成してもよいこ
とはいうまでもない。

〔実施例〕

以下に本発明の具体的な実施例をあげ、本発明をさらに
詳細に説明する。

実施例１ 面精度入／２０（λ−８３２８Ａ）、面粗さ７Ａ（ｒ■
Ｓ値）に光学研磨した１００．厚のシリコン・カーバイ
ト（ＳｉＣ）がコーティングされているシリコン基板ｌ
上に低屈折率材料である窒化ハフニウム（）ｌｆＮ）製
の第１の暦２，４・・・（厚さ２３．ＯＡ）　。

高屈折率材料であるシリコン・カーバイト（ＳｉＣ）製
の第２の層３，５・・・（厚さ３８．８Ａ）を交互に計
４１層積層（訂Ｎ：２１層、Ｓ［：２Ｃ層）した、交互
層の最終層は窒化ハフニウムであり、さらにその上に保
護膜Ａとして炭素（Ｃ）をＩＯＡ積層した。窒化ハフニ
ウムの層、シリコン・カーバイトの層ともに超高真空中
（＜ｌＯ橿Ｐａ）で電子ビーム蒸着によっ　　　　。

て′ＩＮ着せしめた。Ｍ着速度は両材料に対しても０．
２Ａ／ｓｅｔとなるように設定した。また保護層は電子
ビーム法によって形成した。

これに波長１２４．ＯＡの光を反射面に垂直に入射した
ところ、２９．８％の反射率を得た。

また、１１化ハフニウム、シリコン・カーバイトの膜厚
をそれぞれ２３．８Ａ、　４１．ＩＩＩＡとしたとき、
波長　１２４．０人の光を入射角２０°で入射したとこ
ろ、３１．５％の反射率を得た。

［実施例２］ 実施例１と同様に研磨した１００７１層厚のシリコン・
カーバイトがコーティングされているシリコン基板に低
屈折率材料である窒化タンタル（Ｔａｇ）製の第１の層
２．４・・・（厚さ２１．７Ａ）　、高屈折率材料であ
るシリコン拳カーバイ）　（ＳｉＣ）製の第２の層３，
５・・・（厚さ４Ｇ、ＩＡ）を交互に計４１層積層（Ｔ
ａＮ：２１層、ＳｉＣ：２０層）した、交互層の最終層
は真空との屈折率差の大きい窒化タンタルであり、さら
にその上に保護１１［Ａとして炭素膜を１０Ａｆｉ層し
た。低屈折率材料の層、高屈折率材料の層ともに超高真
空中（＜　１（１”　Ｐａ）での電子ビーム蒸着によっ
て成膜した。Ｍ着速度は両材料とも０．２Ａ　／ｓｅｃ
となるように設定した。これに１２４．ＯＡの光を垂直
に入射したところ、３１．３％の反射率を得た。

また、窒化タンタル、シリコン拳カーバイトの膜厚をそ
れぞれ２２．ＩＡ、　４３．５Ａとして交互に計４１層
積層したものに法線より２０°の入射角で波長１２４、
ＯＡの光を入射したところ、　３２．８％の反射率を得
た。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のＸ線会真空紫外線用多層
膜反射鏡は軟Ｘ線、真空紫外線領域の光に対しても高い
反射率を有するのみならず、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ー用共振器
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
規光学部品として光学部品応用の領域拡大に大きく寄与
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＸ線・真空紫外線用多層膜反射鏡の一
実施態様の層構造を示す模式断面図である。 ｌ：基板 ２．４：第１の層 ３．５：第２の層 Ａ：保護層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、互いに屈折率の異なる２種の物質の交互層より
   なる多層構造を有するＸ線・真空紫外線用多層膜反射鏡
   において、層の構成物質に高融点物質を用いて交互層を
   形成したことを特徴とするＸ線・真空紫外線用多層膜反
   射鏡。
2. （２）、前記交互層を形成する２種の物質がともに高融
   点化合物であり、一方の物質として遷移金属のホウ化物
   、窒化物、炭化物、酸化物のうちから選ばれる１つの物
   質を用い、もう一方の物質としてベリリウムまたはアル
   ミニウムまたはホウ素またはケイ素の窒化物、炭化物、
   酸化物のうちから選ばれる１つの物質を用いた特許請求
   の範囲第１項記載のＸ線・真空紫外線用多層膜反射鏡。
3. （３）、前記交互層を形成する２種の物質が、融点が２
   ０００℃を越える高融点化合物である窒化アルミニウム
   （ＡｌＮ）、窒化ベリリウム（Ｂｅ＿３Ｎ＿２）、窒化
   チタン（ＴｉＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化バナジ
   ウム（ＶＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化ホウ
   素（ＢＨ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化タンタル
   （ＴａＮ、Ｔａ＿２Ｎ）；ホウ化アルミニウム（ＡｌＢ
   ＿１＿２）、ホウ化チタン（ＴｉＢ＿２）、ホウ化バナ
   ジウム（Ｖ＿３Ｂ＿４、ＶＢ）、ホウ化タングステン（
   ＷＢ）、ホウ化ハフニウム（ＨｆＢ＿２）、ホウ化ジル
   コニウム（ＺｒＢ＿２）、炭化ホウ素（Ｂ＿４Ｃ）、炭
   化モリブデン（Ｍｏ＿２Ｃ）、炭化ベリリウム（Ｂｅ＿
   ２Ｃ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化バナジウム（Ｖ＿
   ２Ｃ）、炭化タングステン（ＷＣ、Ｗ＿２Ｃ）、炭化ハ
   フニウム（ＨｆＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）、炭化タン
   タル（ＴａＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニ
   ウム（ＺｒＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ＿２Ｏ＿３）
   、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化クロム（Ｃｒ＿２Ｏ
   ＿３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ＿２）、酸化チタン（
   Ｔｉ＿２Ｏ＿３）、酸化セリウム（ＣｅＯ＿２）、酸化
   ジルコニウム（ＺｒＯ＿２）の中より互いに屈折率が異
   なるように組み合わせて選ばれた２種の物資である特許
   請求の範囲第１項記載のＸ線・真空紫外線用多層膜反射
   鏡。