(57)【要約】【課題】反射率に影響を与えることなく、多層膜ミラーが有する内部応力の解消を図ることが可能となる多層膜ミラーを提供する。【解決手段】Ｘ線領域における、真空の屈折率との差が相対的に大きい屈折率を有する低屈折率層と、相対的に小さい屈折率を有する高屈折率層とを、交互に積層した多層膜を基板上に有する多層膜ミラーを構成する。そして、このような多層膜ミラーの基板１１と多層膜１５との間に、元素の一部に置換型拡散可能で且つ原子半径が異なる他元素を含有させた材料で構成された応力緩和層１２が設けられた構成とする。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線領域における、真空の屈折率との差が相対的に大きい屈折率を有する低屈折率層と、相対的に小さい屈折率を有する高屈折率層とを、交互に積層した多層膜を基板上に有する多層膜ミラーにおいて、
前記基板と多層膜との間に、元素の一部に置換型拡散可能で且つ原子半径が異なる他元素を含有させた材料で構成された応力緩和層が設けられていることを特徴とする多層膜ミラー。
【請求項２】
前記応力緩和層を構成する材料における元素がＭｏであり、該元素の一部に含有させた他元素がボロン（Ｂ）であることを特徴とする請求項１に記載の多層膜ミラー。
【請求項３】
前記応力緩和層は、少なくとも１種類以上の材料による層を交互に積層した多層膜からなり、その少なくとも１種類の材料による層が前記元素の一部に他元素を含有させた材料で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多層膜ミラー。
【請求項４】
前記元素の一部に他元素を含有させた材料で構成されている層以外の層が、Ｓｉにより構成されていることを特徴とする請求項３に記載の多層膜ミラー。
【請求項５】
前記低屈折率の物質による層が、Ｍｏを含む族、ならびにそれらの材料の合金または化合物のいずれかの材料によって構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層膜ミラー。
【請求項６】
前記高屈折率の物質による層が、Ｓｉを含む族、ならびにそれらの材料の合金または化合物のいずれかの材料によって構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の多層膜ミラー。
【請求項７】
前記低屈折率の物質による層と高屈折率の物質による層との間には、中間層が設けられ、該中間層がＢ4Ｃ、またはＲｕで構成されていることを特徴とする請求項６に記載の多層膜ミラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層膜ミラーに関する。
特に、Ｘ線（特に軟Ｘ線）領域の波長を有する光に対して用いられる多層膜ミラー、すなわち、Ｘ線レーザー、Ｘ線望遠鏡、Ｘ線リソグラフィー、Ｘ線顕微鏡等の光学系に用いられる多層膜ミラーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軟Ｘ線領域では、光は全ての物質で強く吸収されると共に、屈折率が１に近いため、原理的には屈折によるレンズ作用を利用することができない。
そこで、ミラーを利用して光学系を組むことになるが、通常の単層膜を形成した反射鏡の直入射反射率はほとんどゼロに近く、機能しない。
これに対して、比較的吸収の少ない材料を用いた多層膜は、直入射ミラー光学素子として機能できることから、このような多層膜による反射光学系が用いられてきた。
上記のような反射光学系に用いられる多層膜反射鏡として、つぎのような多層膜反射鏡が開発されている。
これはＡ，Ｂ二種類の物質を交互に数十層以上積層させた膜構成からなる。
これら多層膜の各々は、その界面に反射面を有し、各々の界面からの反射波の位相が一致するように光学的干渉理論に基づいた波長オーダーの厚さである極薄膜によって形成されている。
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、上記Ａ，Ｂの物質の組み合わせとして、吸収係数が出来るだけ小さく、Ｘ線領域での屈折率と真空の屈折率との差が大きい低屈折率ｎAの物質と、その差が小さい高屈折率ｎBの物質を選ぶ必要がある。
【０００３】
以上のような多層膜ミラーとして、例えば、特許文献１のように、入射波が軟Ｘ銭領域での波長である１１ｎｍ〜１４ｎｍの範囲で最も高反射率が得られる物質対としてＭｏとＳｉを用い、これらを交互に積層した多層膜ミラーが提案されている。
ところで、これらの多層膜は、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することができるが、上記手法でＭｏとＳｉの多層膜ミラーを作製すると、各物質固有の膜応力の存在から、多層膜全体も応力を持つこととなる。
つまり、高反射率を実現するＭｏとＳｉの多層膜ミラーを作製した場合、Ｍｏは弱い引っ張り応力、Ｓｉは強い圧縮応力を持つことから、多層膜全体としては強い圧縮応力を持つこととなる。
【０００４】
このような多層膜ミラーにおける応力の存在は、位相のずれから生じる光学系の収差の拡大や、反射率低下の原因となる。
上記した原因で位相のずれを生じさせないためには、多層膜ミラーに既存する応力を消滅させなければならない。
このため、多層膜ミラーの応力を消滅させる方法が考えられてきた。
応力を消滅させる方法には大きく分けて二通りの方法がある。
一つは、多層膜ミラーを構成している物質、例えばＭｏとＳｉ自体に、応力を持たないようにする条件で多層膜を形成する方法である。
これらの物質は、例えば、成膜中の圧力や膜厚、材料などの条件を変えるだけで、応力は大きく変動する。特に圧力による変動は大きい。
例えば、特許文献２では、Ｍｏ層とＳｉ層とを交互に積層してなる多層膜反射鏡において、Ｓｉ層自体にボロン（Ｂ）を含有させ、多層膜の内部応力を制御する提案がなされている。
【０００５】
一方、応力を消滅させる方法のもう一つは、多層膜ミラーが持つ応力を相殺させるための膜を別途に追加形成し、これにより多層膜ミラーの応力を消滅させる方法である。
このような応力を消滅させる方法として、例えば、特許文献３では、表面側に多層膜ミラーが形成された基板の裏面側に、上記多層膜ミラーの内部応力を相殺するための膜を形成し、これにより基板の変形防止を図る提案がなされている。
【特許文献１】特許第３１０１６９５号公報
【特許文献２】特開平１１−３８１９２号公報
【特許文献３】特開平０７−２８０９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来例における多層膜ミラーに既存する応力を消滅させ方法は、つぎのような問題を有している。
例えば、上記特許文献２のＳｉ層自体にボロン（Ｂ）を含有させ、多層膜の内部応力を制御するものでは、物質自体の応力は消滅できても、それと引き換えに膜質の悪化を招き、結果的に反射率の低下を招くこととなる。
また、上記特許文献３の多層膜ミラーが持つ応力を相殺させるための膜を形成する方法では、このような応力を相殺させるための膜を別途に追加形成した分だけ、多層膜ミラーの全体としての膜厚が増加する。
そのため、表面粗さの増加に直結するなど、結果的に反射率の低減をもたらすこととなる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、反射率に影響を与えることなく、多層膜ミラーが有する内部応力の解消を図ることが可能となる多層膜ミラー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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、つぎのように構成した多層膜ミラーを備えた光学系を提供するものである。
本発明は、多層膜ミラーをつぎのように構成したことを特徴としている。
本発明の多層膜ミラーは、Ｘ線領域における、真空の屈折率との差が相対的に大きい屈折率を有する低屈折率層と、相対的に小さい屈折率を有する高屈折率層とを、交互に積層した多層膜を基板上に有している。
そして、本発明はこのような多層膜ミラーにおいて、前記基板と多層膜との間に、元素の一部に置換型拡散可能で且つ原子半径が異なる他元素を含有させた材料で構成された応力緩和層が設けられていることを特徴としている。
なお、ここでＸ線領域（特に軟Ｘ線領域）とは、Ｘ線領域がＶＵＵ領域〜軟Ｘ線領域を指し、数値的には波長＝０．２ｎｍ〜３０ｎｍの範囲を指す。
また、本発明の多層膜ミラーは、前記応力緩和層を構成する元素がＭｏであり、該元素の一部に含有させた他元素がボロン（Ｂ）であることを特徴としている。また、本発明の多層膜ミラーは、前記応力緩和層は、少なくとも１種類以上の材料による層を交互に積層した多層膜からなり、その少なくとも１種類の材料による層が前記元素の一部に他元素を含有させた材料で構成されていることを特徴としている。
また、本発明の多層膜ミラーは、前記元素の一部に他元素を含有させた材料で構成されている層以外の層が、Ｓｉにより構成されていることを特徴としている。また、本発明の多層膜ミラーは、前記低屈折率の物質による層が、Ｍｏを含む族、ならびにそれらの材料の合金または化合物のいずれかの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、本発明の多層膜ミラーは、前記高屈折率の物質による層が、Ｓｉを含む族、ならびにそれらの材料の合金または化合物のいずれかの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、本発明の多層膜ミラーは、前記低屈折率の物質による層と高屈折率の物質による層との間には、中間層が設けられ、該中間層がＢ4Ｃ、またはＲｕで構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、反射率に影響を与えることなく、多層膜ミラーが有する内部応力の解消を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上記構成により、反射率を低減させることなく、多層膜ミラーが有する内部応力の解消を実現することができるが、それは本発明者らのつぎのような知見に基づくものである。
それは、前記基板と多層膜との間に、応力緩和層を設け、この応力緩和層の応力を制御することで、全体（多層膜ミラー＋応力緩和層）の応力の低減化を図り、多層膜ミラーの高反射率を保ちながら応力を消滅させることができることを見出したことによる。
前記基板と多層膜との間に、元素の一部に置換型拡散可能で且つ原子半径が異なる他元素を含有させた材料による応力緩和層を構成した。
このように、原子半径の異なる元素を置換型拡散させることで、結晶格子の歪みが縮む方向であれば“引っ張り応力”が発生し、伸びる方向であれば“圧縮応力”が発生することから、これらにより応力制御が可能となる。
このような他元素置換による場合には、同じ応力制御ができる圧力パラメータと違い、界面や表面の粗さを伴わないで応力のみ変動させることが可能となる。
さらに、応力緩和層を薄膜化することで、軟Ｘ線多層膜ミラーの反射特性への悪影響を防ぐことが可能となる。
また、応力緩和層は、前記基板と多層膜との間に設けられており、軟Ｘ線が殆ど入光できない部分に形成されるため、元素の一部に置換型拡散可能で且つ原子半径が異なる他元素を含有させた材料による反射特性は無視することができる。
したがって、従来例のように応力緩和層の追加形成によって、反射率を低減させるような悪影響を生じない。
【実施例】
【００１１】
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、本発明を適用して構成した軟Ｘ線多層膜ミラーについて説明する。
図１に、本実施例の軟Ｘ線多層膜ミラーにおける断面の模式図を示す。
図１において、１１は基板、１２は応力緩和層（Ｍｏ層、Ｍｏ−Ｂ層）、１３は軟Ｘ線多層膜のＳｉ層、１４は軟Ｘ線多層膜のＭｏ層、１５は軟Ｘ線多層膜、１６は軟Ｘ線である。
本実施例の軟Ｘ線多層膜ミラーは、基板１１、応力緩和層１２、軟Ｘ線多層膜１５によって構成されている。
【００１２】
つぎに、本実施例の軟Ｘ線多層膜ミラーを形成する手順の概略について説明する。
まず、マグネトロンスパッタリング法で、基板１１上に応力緩和層１２を成膜する。
その際、この応力緩和層として、Ｍｏ結晶格子の一部にボロン（Ｂ）を置換型拡散させたＢドープ型Ｍｏをターゲットとして、スパッタによってＭｏの一部にボロン（Ｂ）が含有されたＭｏ−Ｂ層を、基板１１上に形成する。
ここで、基板１１の材質としては、熱伝導率が高いものが好ましく、例えば、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇなどが良い。
つぎに、この応力緩和層１２におけるＭｏ−Ｂ層上に、同じくマグネトロンスパッタリング法により、Ｓｉ層１３とＭｏ層１４を交互に積層させた軟Ｘ線多層膜１５を成膜する。その際、この軟Ｘ線多層膜ミラーは、高反射率を実現させる成膜条件により成膜する。
【００１３】
このようにして、形成された軟Ｘ線多層膜１５は、約−４００ＭＰａの圧縮応力を持ち、例えば応力緩和層にボロン（Ｂ）が含有されないＭｏ層の場合、約３００ｎｍの膜厚がなければ軟Ｘ線多層膜ミラーの内部応力は消滅しない。
これに対して、本実施例のＭｏ−Ｂ層の場合には、約２２０ｎｍの膜厚で、軟Ｘ線多層膜ミラーの内部応力を消滅させるこができる。
このように膜応力緩和層１２の膜厚が７０ｎｍも薄くなったのにもかかわらず、軟Ｘ線多層膜ミラーの内部応力を消滅させることができたのは、つぎのような理由による。
自然状態Ｍｏ（原子半径１．３５Å）の結晶格子の一部に、原子半径の小さい元素Ｂ（原子半径０.９８Å）を置換型拡散させると、結晶格子が収縮する。
すなわち“引っ張り応力”が発生する。結晶格子の収縮は、置換元素の原子半径や置換数に依存する。
【００１４】
本実施例では、Ｍｏの結晶格子サイトに置換可能な元素（例えば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｒｕ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ）の中で、最も原子半径の小さいＢを選んだことで、収縮率すなわち引っ張り応力がより大きくなる。
さらに、ＭｏへＢ原子の固溶限界まで置換すれば、Ｍｏ中のＢ原子が数多くなり、さらにひっぱり応力が大きくなる。
また、本実施例では、Ｍｏ−Ｂ層の応力緩和層を用いたことにより、自然状態のＭｏの時に比べ、引っ張り応力が約１．４倍も高くすることができる。
すなわち、応力緩和層の膜厚を７０ｎｍも薄くすることが可能となる。
Ｍｏの応力制御は、成膜圧力パラメータを変えるだけでも大きく変動するが、このような応力制御では応力の変動と引き換えに、Ｍｏの膜質を悪化させることとなる。
特に、界面や表面粗さが増大し、応力緩和層１２の粗さが、軟Ｘ線多層膜１５にも影響し、結果的に反射率低減に繋がってしまうこととなる。
これに対して、本実施例によれば、他元素置換による応力制御は、Ｍｏの膜質を悪化させることはなく(界面や表面粗さは悪化せず)、応力だけを制御することができる。
さらに、本実施例では軟Ｘ線は応力緩和層１２の部分までほとんど入光しないため、Ｍｏ−Ｂ層（Ｂ原子の存在、Ｂ原子の吸収や屈折率）による反射特性は無視することができる。
したがって、従来例のように応力緩和層の追加形成によって、反射率を低減させるような悪影響を生じない。
【００１５】
［実施例２］
つぎに、本発明の実施例２における軟Ｘ線多層膜ミラーについて説明する。
図２に、本実施例の軟Ｘ線多層膜ミラーにおける断面の模式図を示す。
図２において、２１は基板、２２は応力緩和層のＳｉ層、２３は応力緩和層のＭｏ層（Ｍｏ−Ｂ層含む）、２４は応力緩和多層膜層、２５は軟Ｘ線多層膜のＳｉ層、２６は軟Ｘ線多層膜のＭｏ層、２７は軟Ｘ線多層膜、２８は軟Ｘ線である。本実施例の軟Ｘ線多層膜ミラーは、基板２１、応力緩和多層膜層２４、軟Ｘ線多層膜２７によって構成されている。
【００１６】
つぎに、本実施例の軟Ｘ線多層膜ミラーを形成する手順の概略について説明する。
まず、マグネトロンスパッタリング法で、基板２１上に応力緩和多層膜層２４を成膜する。
この応力緩和多層膜層２４は、Ｓｉ層２２とＭｏ層２３を交互に積層させた多層膜層からなるが、その際、Ｍｏ層２３には、つぎのようにしてＭｏの一部にボロン（Ｂ）を含有させる。
すなわち、実施例１と同様にＭｏ結晶格子の一部にボロン（Ｂ）を置換型拡散させたＢドープ型Ｍｏをターゲットとして、スパッタによってＭｏ−Ｂ層を形成する。
また、ここでは応力緩和層にＳｉ層２２が挿入されていることにより、Ｍｏ−Ｂ層２３の持つ界面粗さを定期的に抑えることが可能となる。
【００１７】
つぎに、この応力緩和層２４上に、同じくマグネトロンスパッタリング法により、Ｓｉ層２５とＭｏ層３６を交互に積層させた軟Ｘ線多層膜２７を成膜する。その際、この軟Ｘ線多層膜ミラーは、高反射率を実現させる成膜条件により成膜する。
【００１８】
このようにして形成された軟Ｘ線多層膜２７は、約−４００ＭＰａの圧縮応力を持ち、例えば応力緩和層にボロン（Ｂ）が含有されないＭｏ層の場合、約３００ｎｍの膜厚がなければ軟Ｘ線多層膜ミラーの内部応力は消滅しない。
これに対して、本実施例のＭｏ−Ｂ層によれば、約２５０ｎｍの膜厚で、軟Ｘ線多層膜ミラーの内部応力を消滅させるこができる。
ここで、例えば、応力緩和層中のＳｉ層の存在を大いに利用してＭｏ−Ｂ層２３の成膜圧力をＳｉ層２２で粗さをカバーできる程度に少し上げると、引っ張り応力も少し大きくなり、応力緩和層のさらなる薄化が可能となる。
【００１９】
［実施例３］
つぎに、本発明の実施例３における軟Ｘ線多層膜ミラーについて説明する。
図３に、本実施例の軟Ｘ線多層膜ミラーにおける断面の模式図を示す。
図３において、３１は基板、３２は応力緩和層のＳｉ層、３３は応力緩和層のＭｏ層（Ｍｏ−Ｂ層含む）、３４は応力緩和多層膜層、３５は軟Ｘ線多層膜のＳｉ層、３６は軟Ｘ線多層膜のＭｏ層、３７はＢ4Ｃ層、３８は軟Ｘ線多層膜、３９は軟Ｘ線である。
本実施例の軟Ｘ線多層膜ミラーは、基板３１、応力緩和多層膜層３４、軟Ｘ線多層膜３８によって構成されている。
【００２０】
つぎに、本実施例の軟Ｘ線多層膜ミラーを形成する手順の概略について説明する。
まず、マグネトロンスパッタリング法で、基板３１上に応力緩和多層膜層３４を成膜する。
この応力緩和多層膜層３４は、Ｓｉ層３２とＭｏ層３３を交互に積層させた多層膜層からなるが、その際、Ｍｏ層３３には、つぎのようにしてＭｏの一部にボロン（Ｂ）を含有させる。
すなわち、実施例１と同様にＭｏ結晶格子の一部にボロン（Ｂ）を置換型拡散させたＢドープ型Ｍｏをターゲットとして、スパッタによってＭｏ−Ｂ層を形成する。
また、ここでは応力緩和層にＳｉ層３２が挿入されていることにより、Ｍｏ−Ｂ層３３の持つ界面粗さを定期的に抑えることが可能となる。
【００２１】
つぎに、この応力緩和層２４上に、同じくマグネトロンスパッタリング法により、Ｓｉ層３５とＭｏ層３６を交互に積層させる際に、中間層３７としてＢ4Ｃ層を挿入した軟Ｘ線多層膜３８を成膜する。
具体的には、このＳｉ層３５→中間層Ｂ4Ｃ層３７→Ｍｏ層３６→中間層Ｂ4Ｃ層３７、の順で形成される４層多層膜を１周期として積み重ねて、軟Ｘ線多層膜３８を成膜する。
その際、この軟Ｘ線多層膜ミラーは、高反射率を実現させる成膜条件により成膜する。
【００２２】
このようにして形成された軟Ｘ線多層膜３８は、Ｂ4ＣもＳｉと同様の圧縮応力を持つことから、約−５５０ＭＰａの圧縮応力を持つ。
例えば、応力緩和層にボロン（Ｂ）が含有されないＭｏ層の場合、約４１０ｎｍの膜厚がなければ軟Ｘ線多層膜ミラーの内部応力は消滅しない。
これに対して、本実施例のＭｏ−Ｂ層によれば、約３２０ｎｍの膜厚で、光学薄膜の応力を消滅させることが可能で、応力緩和層を約１００ｎｍも薄化することができる。
【００２３】
なお、本発明の上記各実施例において、Ｘ線領域での屈折率と真空の屈折率との差が大きい低屈折率の物質による層としてＭｏ用いたが、本発明はこのようなものに限定されるものではない。
例えば、Ｍｏを含む族、ならびにそれらの材料の合金または化合物のいずれかの材料を用いてもよい。
また、Ｘ線領域での屈折率と真空の屈折率との差が小さい高屈折率の物質による層としてＳｉ用いたが、本発明はこのようなものに限定されるものではない。
例えば、Ｓｉを含む族、ならびにそれらの材料の合金または化合物のいずれかの材料を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１における軟Ｘ線ミラーの断面を示す模式図。
【図２】本発明の実施例２における軟Ｘ線ミラーの断面を示す模式図。
【図３】本発明の実施例３における軟Ｘ線ミラーの断面を示す模式図。
【符号の説明】
【００２５】
１１：基板
１２：応力緩和層（Ｍｏ層、Ｍｏ−Ｂ層）
１３：軟Ｘ線多層膜のＳｉ層
１４：軟Ｘ線多層膜のＭｏ層
１５：軟Ｘ線多層膜
１６：軟Ｘ線
２１：基板
２２：応力緩和層のＳｉ層
２３：応力緩和層のＭｏ層（Ｍｏ−Ｂ層含む）
２４：応力緩和多層膜層
２５：軟Ｘ線多層膜のＳｉ層
２６：軟Ｘ線多層膜のＭｏ層
２７：軟Ｘ線多層膜
２８：軟Ｘ線
３１：基板
３２：応力緩和層のＳｉ層
３３：応力緩和層のＭｏ層（Ｍｏ−Ｂ層含む）
３４：応力緩和多層膜層
３５：軟Ｘ線多層膜のＳｉ層
３６：軟Ｘ線多層膜のＭｏ層
３７：Ｂ4Ｃ層
３８：軟Ｘ線多層膜
３９：軟Ｘ線
【図１】
2007163614.tif 000003
【図２】
2007163614.tif 000004
【図３】
2007163614.tif 000005