JPS6388502A

JPS6388502A - 軟ｘ線又は真空紫外線用多層膜反射鏡

Info

Publication number: JPS6388502A
Application number: JP23124686A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Fukuda; 福田　恵明; Yutaka Watanabe; 豊渡辺; Shigetaro Ogura; 小倉　繁太郎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-10-01
Filing date: 1986-10-01
Publication date: 1988-04-19
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: JP2566564B2

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２００ｎｍ以下の光を対象とし、入射角か鏡面に
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
かフた。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゛Ｙ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にをもつ複素屈折
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〜１０−１〜１０ツ
）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％以下のオーダである。

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％を越えることがない。しかるに火
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でいる。

現在までに知られている材料の組合わせとしては高吸収
層をなす材料として高融点を有する遷移金属元素、低吸
収層をなす材料として炭素、シリコン等の半導体元素が
用いられていた。代表的な例を挙げるとタングステン（
Ｗ）と炭素（Ｃ）の組合わせ、モリブデン（Ｍｏ）とシ
リコン（Ｓｉ）の組合わせがある。

（発明が解決しようどする問題点）しかしこれらの組合わせを用いた反射鏡を実際にシンク
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、低吸収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問題点を有している。

従って多層膜反射鏡の有すべき特性として局所的な加熱
に他し耐性を有しており、更にいえ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９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、ト記
従来の欠点を除去し、高い反射率を保持しつつ、耐熱性
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
移金属の単体のうちの一種以上を主成分として有してな
り、該低吸収層はケイ素、ホウ素それぞれの炭化物、窒
化物、酸化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（例
えば面粗さはｒｍｓ値で１０Å以下）平面もしくは曲面
の基板１上に高吸収層である第１の層２，４．６・−１
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単体のうちの一種以」−
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（（：ｒ）、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３
ｄ、４ｄ、５ｄ軌道が電子で満たされている銅（（：ｕ
）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）であ
る。

また低吸収層は、ケイ素、ホウ素それぞれの炭化物、窒
化物、酸化物のうちの一種以上を主成分として有してな
る。具体的には炭化物としては炭化ケイ素（Ｓｉｎ）　
、炭化ホン素（８４Ｇ）等、窒化物としては窒化ケイ素
（Ｓｉ３　　Ｎ４　）　、窒化ホウ素（ＢＮ）等、酸化
物としては一酸化ケイ素（ＳｉＯ）　、二酸化ケイ素（
Ｓｉ０２）等が用いられ、こわらのうちの１つの化合物
が、あるいは２種類風−トの混合物が低吸収層を形成す
る。

各々の層の膜厚ｄ、、　ｄ、、−はすべて使用波長のほ
ぼ１／４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
すべて強め合うように干渉する条例を満たすか、もしく
は吸収体による吸収損と位相のすわによる反射率低下を
比較したときに全反射率の低下か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、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ためには高
吸収層を最終層とすることが願ましい。

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、層数は２０以上あることが好
ましい。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
層を設けてもよい。

本発明の軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射鏡の作成には
、超高真空中における真空蒸着や、また化合物材料を用
いる場合は残留酸素等の量が１−分少ない真空中におけ
るスパッタリング法が有効な手段として用いられ、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、シリコン単結晶、炭化ケイ素等の基
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）以下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面精度λ／２０（λ＝　８３２８人）、面粗さ１０人（
ｒＩＩＩＳ値）に光学研磨したシリコン・カーバイト（
Ｓｉｅ）基板１に高吸収層２としてルテニウム（Ｒｕ）
を３４．３Ａ厚に、低吸収層３として二酸化ケイ素（Ｓ
ｉ０２　）を３１．０Ａ厚に４１層（Ｒｕ：２１層、Ｓ
ｉＯ２：２０層）積層した。交互層の最終層はルテニウ
ムであり、更にその上に保護膜ｌＯとして炭素（Ｃ）を
５積層層して本発明の軟Ｘ線・真空紫外線用多層膜反射
鏡を得た。

上記の成膜はルテニウム、二酸化ゲイ素共、超高真空中
（ｌＸｌ０−’Ｐａ以下）での電子ビーム蒸着によって
成膜した。蒸着速度は両材料とも０．２人／Ｓとなるよ
うに設定した。保：Ｊｉｆｊ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１２４０
人の光を垂直に入射したところ５４．７％の反射率を得
た。また、ルテニウムの厚さを３６，８人、二酸化ケイ
素の厚さを３３．２人とした交互層とし、合計４１層を
積層し５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。こ打に法線よりの入
射角２０度で入射したところ５６．４％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
してタンタル（Ｔａ）を１９．９Ａ厚に、低吸収層３と
し炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）を４４．１Ａ厚に１０１層（Ｔ
ａ：５１層、　Ｂ４Ｃ：５０層）積層した。交互層の最
終層は吸収体のタンタルであり、更にその上に保護膜１
０として炭素膜を１０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。

高吸収層、低吸収層共に超高真空中（ＩＸＩＯ−７Ｐａ
以下）での電子ビーム蒸着によって成膜した。

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１２．７％の反射率を得た
。

また高吸収層、低吸収層の厚さをそわぞれ２１．０人、
４７．４人ずつ交互に計ｌＯ１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１２．９％の反射率を得た。

実施例３実施例１と同様に研磨した溶融石英基板に高吸収層２と
してハフニウム（Ｈｆ）を２５．５人厚に、低吸収層３
として窒化シリコン（Ｓｉ３　　Ｎ４　）を３６．８人
厚に４１層（Ｈｆ：２１層、Ｓｉ３　　Ｎ４　：２０層
）積層した。交互層の最終層は高吸収体のハフニウムで
ある。更にその上に保護膜ｌＯとして炭素膜をｌＯ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。

高吸収層、低吸収層共に超高真空中（ＩＸＩＯ’Ｐａ以
下）での電子ビーム蒸着によって成膜した。

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１３．．７％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２６．６人
、３９，７人ずつ交互に計４１Ｒ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１４．６％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、放射光を合計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
間照射を行フたが、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、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図は多層膜反射鏡の原理を示す断面図である。１：基板２．４：第１の層（高吸収層）３．５：第２の層（低吸収層）Ａ：保護層ｄ、、　ｄ２、ｄ３：層の厚さ

Claims

【特許請求の範囲】

（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単体
のうちの一種以上を主成分として有してなり、該低吸収
層はケイ素、ホウ素それぞれの炭化物、窒化物、酸化物
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。