(57)【要約】【課題】同じ材料の組み合わせによる多層膜の構成材料のもとで、高い反射率を得ることができ、耐久性を向上させることが可能となる多層膜反射鏡、該多層膜反射鏡を有する軟Ｘ線光学系を提供する。【解決手段】軟Ｘ線領域での屈折率と真空の屈折率との差が大きい互に異なる材料からなる層（Ｍｏ層３、Ｓｉ層４）を、交互に繰り返し積層した多層膜反射鏡２において、前記互に異なる材料からなる層の少なくともいずれかの層の材料が、自然同位体質量よりも軽い材料によって構成されていることを特徴としている。【選択図】            図１
2006308485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟Ｘ線領域での屈折率と真空の屈折率との差が大きい互いに異なる材料からなる層を、交互に繰り返し積層した多層膜反射鏡において、
前記互いに異なる材料からなる層の少なくともいずれかの層の材料が、自然同位体質量よりも軽い材料によって構成されていることを特徴とする多層膜反射鏡。
【請求項２】
前記互いに異なる材料において、大きい屈折率を有する材料が、Ｓｉを含む族、ならびにそれらの材料の合金または化合物から選択された材料であり、小さい屈折率を有する材料が、Ｍｏを含む族、ならびにそれらの材料の合金または化合物から選択された材料であることを特徴とする請求項１に記載の多層膜反射鏡。
【請求項３】
互いに異なる材料からなる層において、少なくとも前記Ｍｏを含む族、ならびにそれらの材料の合金または化合物から選択された材料により形成される層が、自然同位体質量よりも軽い同位体比率とされていることを特徴とする請求項２に記載の多層膜反射鏡。
【請求項４】
前記互いに異なる材料からなる層の間には、中間層が積層されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層膜反射鏡。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層膜反射鏡を有することを特徴とする軟Ｘ線光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層膜反射鏡、該多層膜反射鏡を有する軟Ｘ線光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軟Ｘ線（１１〜１４ｎｍ）領域では、物質の屈折率は１に非常に近い１以下の値をとる。またその吸収も大きいため、原理的に屈折を利用するレンズを用いることができないことから、このような領域の光に対しては反射鏡を利用した光学系が用いられる。しかしながら、通常の単層膜を形成した反射鏡の直入射反射率は殆どゼロに近く、機能しないため、比較的吸収の少ない材料を用いた多層膜が用いられる。
従来、このような軟Ｘ線の反射鏡として、使用するＸ線波長における屈折率と真空の屈折率（＝１）との差が小さい、相対的に屈折率値が高い物質層（第１層：高屈折率層）と、差の大きい、相対的に屈折率値が小さい物質層（第２層：低屈折率層）とを交互に繰り返し積層して形成された多層膜反射鏡が知られている。例えば、Ａ，Ｂ二種類の物質を交互に数十層以上積層させ、さらに、それらの界面である反射面を多数形成して各々の界面からの反射波の位相が一致するような光学的干渉理論に基づいた波長オーダーの厚さを持つ多層膜からなる反射鏡が開発されている。
【０００３】
このような多層膜反射鏡において、高反射率を得るためにはＡ，Ｂ物質の組み合わせとして、屈折率の差が大きいことに加え、吸収係数が出来るだけ小さい２つの物質を選ぶ必要がある。従来においては、このような多層膜として、例えば特許文献１のようにＭｏとＳｉを交互に多層に積層された多層膜が提案されている。これは軟Ｘ線（１１〜１４ｎｍ）領域で、屈折率差が大きく且つ吸収係数が小さい材料であるＭｏとＳｉとを用い、高い反射率が得られる多層膜を形成したものであり、マグネトロンスパッタ・ＥＢ蒸着・イオンビームスパッタ等の薄膜形成技術によって形成される。
【特許文献１】特開平０５−２９７１９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来例の多層膜反射鏡では、軟Ｘ線領域で屈折率差が大きく且つ吸収係数が小さい材料の組合せにより、高い反射率の多層膜が形成されるものであるが、一般的に各元素は固有のＸ線吸収スペクトルを持ち、目的波長に対する吸収係数（吸収率）は決まっている。
したがって、同じ材料の組み合わせのもとで高反射率を得るには一定の限界があり、さらに高反射率を達成するためには多層膜の構成材料をＸ線領域においてより一層小さい吸収領域を持つようにすることが望まれる。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、同じ材料の組み合わせによる多層膜の構成材料のもとで、高い反射率を得ることができ、耐久性を向上させることが可能となる多層膜反射鏡、該多層膜反射鏡を有する軟Ｘ線光学系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】
【０００６】
本発明は、上記課題を達成するために、以下のように構成した多層膜反射鏡、該多層膜反射鏡を有する軟Ｘ線光学系を提供するものである。
すなわち、本発明の多層膜反射鏡は、軟Ｘ線領域での屈折率と真空の屈折率との差が大きい互に異なる材料からなる層を、交互に繰り返し積層した多層膜反射鏡において、前記互に異なる材料からなる層の少なくともいずれかの層の材料が、自然同位体質量よりも軽い材料によって構成されていることを特徴としている。
また、本発明の軟Ｘ線光学系は、上記した多層膜反射鏡を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、同じ材料の組み合わせによる多層膜の構成材料のもとで、高い反射率を得ることが可能となる多層膜反射鏡、該多層膜反射鏡を有する軟Ｘ線光学系を有する投影光学系を実現することができる。また、このような高い反射率の達成によって多層膜の加熱を抑制することができ、多層膜の耐久性の向上を図ることが可能となる多層膜反射鏡、該多層膜反射鏡を有する軟Ｘ線光学系を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、上記構成により本発明の課題を達成することができるが、それは本発明者らの鋭意検討した結果によるつぎのような知見に基づくものである。
高反射率を可能にする物質（対）の条件の一つとして、各物質の吸収を最小限に抑えていくことが挙げられる。
一般的に各元素は固有のＸ線吸収スペクトルを持ち、目的波長に対する吸収係数（吸収率）は決まっているが、このＸ線吸収スペクトルをシフトさせることができれば、吸収率を下げることもできる。Ｘ線吸収スペクトルのシフトは、同位体を利用した原子の換算質量を変えることで可能になる。
この吸収スペクトルシフトは元素の質量に依存し、軽い原子の方が長波長側にわずかにシフトする。
【０００９】
このようなことから、Ｍｏ／Ｓｉ層による多層膜ミラーについて検討した結果、軽いＭｏ材料あるいはＳｉ材料の元素によるものは、同じＭｏ材料あるいはＳｉ材料でもより吸収の小さいＭｏ膜あるいはＳｉ膜が得られ、反射率向上が見込まれるという知見を得た。
例えば、自然状態のＭｏでは質量が各々９２、９４、９５、９６、９７、９８、１００と異なる七種類の同位体が混在しており、最も軽い質量を持つ９２Ｍｏ（存在率１４．８％）や、９４Ｍｏ（存在率９．１％）、９５Ｍｏ（存在率１５．９％）だけを抽出したターゲット、もしくはその比率が高く通常のＭｏ（質量９５．９４）を上回る軽い元素で構成されたＭｏターゲットを用いる。
質量の軽い同位体によるスペクトルのシフトはわずかに長波長側にずれるため、目的波長１３．５［ｎｍ］で吸収を小さくすることができる。すなわち、同じＭｏでもより吸収の小さいＭｏ膜が得られる。
また、Ｓｉに関しても同様であり、Ｓｉの同位体でより軽い質量を持つ２８Ｓｉはすでに存在率が９２．２％と高いため、通常のＳｉより質量を軽くするためには２８Ｓｉだけを抽出したターゲットを用い（もしくは１００％に近いものを用い）ることにより、同じＳｉ材料でもより吸収の小さいＳｉ膜が得られ、反射率向上が得られた。
【００１０】
このようにＭｏ／Ｓｉ層による多層膜ミラーにおいて、多層膜を形成する各物質そのものの吸収率を下げれば、従来のＭｏ／Ｓｉ層による多層膜ミラーに比して、多層膜内の吸収量が抑制され、良好な反射率を維持することができる。
その際、本実施の形態においては、前記Ｓｉ層をＳｉを含む族、ならびにそれらの材料の合金または化合物から選択された材料で形成することができ、また、前記Ｍｏ層をＭｏを含む族、ならびにそれらの材料の合金または化合物から選択された材料で構成することができる。また、Ｍｏ／Ｓｉ層の間に中間層を設けるようにすることができる。
【００１１】
また、前記多層膜は、吸収されたＸ線のエネルギーが熱に変わることにより加熱される。多層膜の温度上昇は、反射ミラーに入射する軟Ｘ線の強度にもよるが、多層膜のＸ線の吸収率にも依存する。多層膜が加熱されると、その微細構造が破壊され反射率へ悪影響を与える。したがって、上記同位体スペクトルシフトによる物質の吸収量抑制によって、加熱による多層構造への悪影響を抑え、多層膜の耐久性を向上させることが可能となる。
【００１２】
さらに、前記交互層のうち少なくとも一方の層が自然同位体質量よりも軽く、且つ自然同位体比率を高純度にすること（同一質量の原子のみを集めること）によって、より効率よく原子の振動を伝えることが可能となる。これにより熱伝導率の向上を図ることができ、このような多層膜を反射膜として用いた軟Ｘ線用ミラーは、軟Ｘ線照射時のミラーの温度上昇が抑制され、良好な反射率を維持することができる。
【００１３】
また、このような軟Ｘ線多層膜ミラーは、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法、等のいずれかの方法による薄膜形成技術によって成膜する場合に特に有効である。なお、本実施の形態による軟Ｘ線多層膜ミラーは、各種軟Ｘ線光学系において使用される。例えば、軟Ｘ線リソグラフィ、軟Ｘ線望遠鏡、露光装置に使用できる。これらにおいて、微細なパターンまで解像可能となる。
【００１４】
つぎに、図を用いて、本発明の実施の形態について、更に説明する。
図１に本実施形態における軟Ｘ線多層膜ミラーの断面模式図を示す。
図１において、１は基板、２は多層膜、３はＭｏを主たる材料とする膜（低屈折率層）、４はＳｉを主たる材料とする膜（高屈折率層）、５は軟Ｘ線である。
本実施の形態における軟Ｘ線多層膜ミラーは、マグネトロンスパッタリング法により、基板１上に、Ｍｏを主とする層（低屈折率層）３と、Ｓｉを主とする層（高屈折率層）４を交互に積層させた多層膜２を成膜することにより形成される。前記交互層のうち少なくとも一方の層、例えばＭｏを主たる材料とする膜（低屈折率層）３を自然同位体質量よりも軽い同位体比率にする。同位体を利用して原子の換算質量を軽くすることは、吸収スペクトルを長波長側にシフトさせ吸収率をわずかに下げることであり、このような多層膜ミラーでは吸収が小さくなり反射率は向上する。
さらに、吸収量の減少によって（場合によっては、同位体比率が高純度である多層膜によって）、多層膜の加熱を抑え（熱伝導率を向上させ）、多層膜構造の破壊を防ぎ、高反射率を達成することが可能となる。
【実施例】
【００１５】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用して軟Ｘ線多層膜ミラーを構成した。
図２に本実施例における軟Ｘ線多層膜ミラーの断面模式図を示す。
図２において、１は基板、５は軟Ｘ線、６は９２Ｍｏが存在率９０％以上から成るＭｏ層、７は２８Ｓｉが存在率９９％から成るＳｉ層、８はＭｏ層６とＳｉ層７からなる多層膜である。
【００１６】
本実施例における軟Ｘ線多層膜ミラーは、マグネトロンスパッタリング法により、基板１上に、Ｍｏ層（低屈折率層）６と、Ｓｉ層（高屈折率層）７の間を交互に積層させた多層膜８を成膜することによって形成される。
ここで、Ｍｏ層６とＳｉ層７は、自然同位体質量よりも軽い質量になるような同位体比率となっている。同位体比率が自然比率と異なる膜は、目的とする同位体比率を持つターゲットを用いて成膜する事により得られる。この同位体比率が自然比率と異なるターゲットは、遠心分離法など元素質量別（同位体別）に抽出することで得られる。
【００１７】
Ｍｏ層６は９２Ｍｏが存在率９０％以上から成るもの、またＳｉ層７は、２８Ｓｉが存在率９９％から成るものを用いた。Ｍｏ層６とＳｉ層７とは共に自然同位体質量より軽い質量になり、これによって吸収スペクトルは長波長側に約０．０５［ｎｍ］程度シフトする。
このとき、吸収係数はそれぞれ、Ｍｏ層６が、約０．０００１、Ｓｉ層７が、約０．０００００３程度小さくなる。これらの材料を用いて成膜した多層膜８は、従来のＭｏ／Ｓｉ多層膜と比較して吸収係数が小さくなり、高反射率を有する軟Ｘ線多層膜ミラーが実現できる。
さらに、吸収量の減少によって多層膜の加熱を抑えると共に、９２Ｍｏが９０％・２８Ｓｉが９９％の、単一同位体比率が高い材料であるため、熱伝導率が高まることで多層膜の加熱を抑え、多層膜構造の破壊を防ぐことが可能になっている。
図３に、本実施例を実施した時の、理論反射率を示す（自然同位体比率の材料を用いたＭｏ／Ｓｉ多層膜Ｂと比較）。
【００１８】
［実施例２］
実施例２においては、本発明を適用して軟Ｘ線多層膜ミラーを構成した。
図４に実施例２における軟Ｘ線多層膜ミラーの断面模式図を示す。
図４において、１は基板、４はＳｉを主たる材料とする膜（高屈折率層）、５は軟Ｘ線、６は９２Ｍｏが存在率９０％以上から成るＭｏ層、９はＭｏ層６とＳｉ層４からなる多層膜である。
【００１９】
本実施例における軟Ｘ線多層膜ミラーは、マグネトロンスパッタリング法により、基板１上に、Ｍｏ層（低屈折率層）６と、Ｓｉ層（高屈折率層）４の間を交互に積層させた多層膜９を成膜することによって形成される。
ここで、Ｍｏ層６は、自然同位体質量よりも軽い質量になるような同位体比率となっている。
同位体比率が自然比率と異なる膜は、目的とする同位体比率を持つターゲットを用いて成膜する事により得られる。この同位体比率が自然比率と異なるターゲットは、遠心分離法など元素質量別（同位体別）に抽出することで得られる。
【００２０】
Ｍｏ層６は９２Ｍｏが存在率９０％以上から成るものを用いた。
Ｍｏ層６が自然同位体質量より軽い質量になり、これによって吸収スペクトルは長波長側に約０．０５［ｎｍ］程度シフトする。このときＭｏの吸収係数は約０．０００１程度小さくなる。同じシフト量でも、ＳｉよりＭｏの吸収率変化の方が３０倍以上大きい。よってＭｏ層のみ吸収率を下げた場合でも、多層膜の吸収率の低下に大きく貢献すると考えられる。このようなＭｏ材料を用いて成膜した多層膜９は、従来のＭｏ／Ｓｉ多層膜と比較して吸収係数が小さくなり、高反射率を有する軟Ｘ線多層膜ミラーが実現できる。
さらに、吸収量の減少によって多層膜の加熱を抑えると共に、９２Ｍｏが９０％という単一同位体比率が高い材料であるため、少なくともＭｏ層内部の熱伝導率が高まる。これにより多層膜の加熱を抑え、多層膜構造の破壊を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態における軟Ｘ線多層膜ミラーの断面模式図。
【図２】本発明の実施例１における軟Ｘ線多層膜ミラーの断面模式図。
【図３】本発明の実施例１を実施した時の、理論反射率を示す図。
【図４】本発明の実施例２における軟Ｘ線多層膜ミラーの断面模式図。
【符号の説明】
【００２２】
１：基板
２：多層膜
３：Ｍｏを主たる材料とする膜（低屈折率層）
４：Ｓｉを主たる材料とする膜（高屈折率層）
５：軟Ｘ線
６：９２Ｍｏが存在率９０％以上から成るＭｏ層
７：２８Ｓｉが存在率９９％から成るＳｉ層
８：Ｍｏ層６とＳｉ層７からなる多層膜
９：Ｍｏ層６とＳｉ層４からなる多層膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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