(57)【要約】【課題】高い光強度のＥＵＶ光を反射させる反射鏡における破損が抑制できるようにする。【解決手段】ＥＵＶ光用多層膜反射鏡は、基板１０１の上に、重元素層１０２と軽元素層１０３とが交互に複数積層されてブラッグ回折効果を有するＥＵＶ光用多層膜反射鏡である。また、重元素層１０２はニオブを主成分とし、軽元素層１０３はシリコンを主成分としている。例えば、単結晶シリコンから構成された基板１０１の上に、ニオブから構成された重元素層１０２と、シリコンから構成された軽元素層１０３とが、交互に積層されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽元素層と重元素層とが交互に複数積層されてブラッグ回折効果を有するＥＵＶ光用多層膜反射鏡であって、
前記軽元素層はシリコンを主成分とし、
前記重元素層はニオブを主成分とする
ことを特徴とするＥＵＶ光用多層膜反射鏡。
【請求項２】
請求項１記載のＥＵＶ光用多層膜反射鏡において、
前記軽元素層は、シリコンから構成され、
前記重元素層は、ニオブから構成されている
ことを特徴とするＥＵＶ光用多層膜反射鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い光強度のＥＵＶ光を反射するＥＵＶ光用多層膜反射鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
光の波長を短くすればその集光サイズは小さくすることができるという回折原理に基づき、波長１３．５ｎｍ付近に代表される極端紫外線（Extreme Ultra Violet：ＥＵＶ）光を用いたＥＵＶＬ（Extreme Ultra Violet Lithography）が開発されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
ＥＵＶ領域における固体物質の屈折率は、極めて１に近くかつ１よりも小さな数であるため、可視光領域に比べて屈折および反射には特殊な構造の反射鏡を用いる必要がある。このため、ＥＵＶ光を用いた集光光学系には、反射面に多層膜をコーティングした反射鏡が用いられている（非特許文献２参照）。
【０００４】
この多層膜反射鏡は、ＥＵＶ光源の近傍に配置され高温度高輝度光照射暴露といった厳しい環境下で使用されるため、多層膜反射鏡の長期光学的安定性の確保がＥＵＶＬを実用化するに際しての課題の１つであり、この課題を解消するために様々な構成の多層膜反射鏡が提案されている。
【０００５】
例えば、多層膜反射鏡が高温環境下で使用された場合、隣り合う層の間で各層を構成する元素の相互拡散や結晶化が発生し、反射鏡の性能を劣化させる現象がある。この現象を抑制する方法として各層間に、０．１〜０．３ｎｍ程度の炭化物や酸化物などの高耐熱材料を用いた中間層を形成する高耐熱性多層膜が提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５参照）。この技術の欠点は、中間層によるＥＵＶ光の吸収によりその反射率が低減する点にある（特許文献４参照）。
【０００６】
また、多層膜反射鏡は真空中で使用されるが、真空中に含まれる微量の酸素とＥＵＶ光や紫外光の照射によって多層膜表面が酸化され、その結果反射率が低下するという問題がある。これを抑制する方法として、例えば、特許文献４、非特許文献５では、Ｒｕ膜などに代表される耐酸化膜により多層膜保護層を形成することが提案されている。
【０００７】
また、耐コンタミネーション能力の向上を目的とした触媒効果を持つ耐酸化層膜や、多層膜反射鏡が破損することが避けられないことを前提として、再生を容易にする技術、さらには長寿命化を目的とした高積層数のＥＵＶ多層膜等も提案されている（特許文献４、特許文献５、非特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２３００９８号公報
【特許文献２】特開平６−５９０９８号公報
【特許文献３】特開２００８−０９００３０号公報
【特許文献４】特開２００２−２７７５８９号公報
【特許文献５】特開２００６−１７０８１１号公報
【特許文献６】特開２００６−１７０８１３号公報
【特許文献７】特開２００５−０９８９０３号公報
【特許文献８】特開２００７−１８７９８７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】監修  豊田浩一、岡崎信次、「ＥＵＶ光源の開発と応用」、３〜１７頁、シーエムシー出版、２００７年発行。
【非特許文献２】波岡武・山下廣順  共編、「Ｘ線結像光学」、７８〜８８頁、培風館、１９９９年発行。
【非特許文献３】H. Takenaka et al., ""Heat-Resistance of Mo/Si Multilayer EUV Mirrors with Interleaved Carbon Barrier-Layers", OSA TOPS on EUVL, vol.4, pp.169-172, 1996.
【非特許文献４】S. Bajt et al., "Improved reflectance and stability of Mo/Si multilayers", Improved reflectance and stability of Mo/Si multilayers, vol.65, 2001.
【非特許文献５】S. Bajt et al., "Oxidation resistance of Ru-capped EUV multilayers", Proc. SPIE 5751, Emerging Lithographic Technologies IX, vol.118, 2005.
【非特許文献６】S. Ichimaru et al., "Mo/Si multilayer mirrors with 300-bilayers for EUV lithography", Photomask Japan 2015, 2015.
【非特許文献７】A.R. Khorsand et al., "Single shot damage mechanism of Mo/Si multilayer optics under intense pulsed XUV-exposure", OPTICS EXPRESS, vol.18, no.2, pp.700-712, 2010.
【非特許文献８】http://www.gigaphoton.com/news/ギガフォトン、euv光源で出力140w、デューティーサイ/
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで現在、高輝度な光を物質が吸収することで生じる熱によって金属が焼失するアブレーションという現象が問題となっている。従来用いられてきた強度のＥＵＶ光では問題にならなかったこの現象に対し、アブレーションが発生する光強度の閾値の検討などの報告はいくつか存在する。例えば、非特許文献７では、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜のアブレーションによる損傷は、入射ＥＵＶ光の輝度が４５ｍＪ／ｃｍ2を超えると生じるとしている。
【００１１】
一方で、ＥＵＶ光の光源の高輝度化が飛躍的な進歩を遂げている。ＬＰＰ（laser Produced Plasma）光源では、その出力が１５０Ｗまで向上している（非特許文献８）。Ｘ線自由電子レーザー(X-ray free-electron laser：ＸＦＥＬ)では、ＬＣＬＳ（Linac Coherent Light Source）−ＩＩの計画では、１０ｋＷという出力のＥＵＶ光源コンセプトが提案されている。さらには、高次高調波での２０．８ＭＨｚ繰り返しのＥＵＶ光発生をしており、単位面積当たりの光強度が飛躍的に向上している。
【００１２】
これらの光源の強度は、従来用いられてきたこれ以前の光源よりも桁で大きくなっており、このような高強度のＥＵＶ光を反射させる反射鏡における破損がより顕著な問題となっている。
【００１３】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、高い光強度のＥＵＶ光を反射させる反射鏡における破損が抑制できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るＥＵＶ光用多層膜反射鏡は、軽元素層と重元素層とが交互に複数積層されてブラッグ回折効果を有し、軽元素層はシリコンを主成分とし、重元素層はニオブを主成分とする。
【００１５】
上記ＥＵＶ光用多層膜反射鏡において、軽元素層は、シリコンから構成され、重元素層は、ニオブから構成されていればよい。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、軽元素層はシリコンを主成分とし、重元素層はニオブを主成分とするようにしたので、高い光強度のＥＵＶ光を反射させる反射鏡における破損が抑制できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡の一部構成を示す断面図である。
【図２】図２は、光を入射角４５°で入射した場合の、多層膜反射鏡の反射特性の計算結果を示す特性図である。
【図３】図３は、高輝度のＥＵＶ光を入射した時の、多層膜反射鏡における損傷の状態を観察した結果を示す説明図である。
【図４】図４は、高輝度のＥＵＶ光を入射した時の、多層膜反射鏡における損傷の状態を観察した結果を示す説明図である。
【図５】図５は、ＥＵＶ光用多層膜反射鏡を用いた光装置の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡の一部構成を示す断面図である。このＥＵＶ光用多層膜反射鏡は、基板１０１の上に、重元素層１０２と軽元素層１０３とが交互に複数積層されてブラッグ回折効果を有するＥＵＶ光用多層膜反射鏡である。また、重元素層１０２はニオブを主成分とし、軽元素層１０３はシリコンを主成分としている。例えば、単結晶シリコンから構成された基板１０１の上に、ニオブから構成された重元素層１０２と、シリコンから構成された軽元素層１０３とが、交互に積層されている。
【００１９】
ニオブから構成された重元素層１０２は、厚さ４ｎｍ程度とされ、シリコンから構成された軽元素層１０３は、厚さ６ｎｍとされている。また、重元素層１０２と軽元素層１０３とが、８０組積層されている。各層は、例えば、マグネトロンスパッタ法により、各材料を堆積することで形成すれば良い。
【００２０】
次に、上述した構成としたＥＵＶ光用多層膜反射鏡の反射特性について、図２を用いて説明する。図２は、光を入射角４５°で入射した場合の反射特性の計算結果を示す特性図である。図２には、比較例として、単結晶シリコンから構成された基板の上にモリブデンから構成した重元素層と、シリコンから構成した軽元素層とを交互に積層した比較例１、および単結晶シリコンから構成された基板の上にルテニウムから構成した重元素層と、シリコンから構成した軽元素層とを交互に積層した比較例２についても、反射特性の計算結果を示している。いずれにおいても、重元素層の厚さは４ｎｍとし、軽元素層の厚さは６ｎｍとし、重元素層と軽元素層とを８０組積層している。
【００２１】
図２において、（ａ）は、実施の形態におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡の反射特性を示し、（ｂ）は、比較例１におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡の反射特性を示し、（ｃ）は、比較例２におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡の反射特性を示している。図２に示すように、これまで利用されている比較例１が、最も反射率が高い。これに対し、実施の形態におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡も、波長が１３．５ｎｍにおいて、比較例１の約９８％の反射率を得ることが可能であることが示されている。
【００２２】
次に、実際に高輝度のＥＵＶ光を入射した時の、損傷の状態を観察した結果について説明する。以下では、実施の形態におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡と、比較例１とに対して高輝度ＥＵＶ光を入射した結果について示す。観察は、原子間力顕微鏡を用いた。まず、図３は、波長１３．９ｎｍ、光強度２０ｍＪ／ｃｍ2のＥＵＶ光を、多層膜反射鏡の表面に対してほぼ垂直な入射角６度で入射した場合の結果を示している。
【００２３】
比較例１は、図３の（ｃ）に示すように１０μｍ×５μｍ領域で、図３の（ｄ）に示すように最大深さ１１０ｎｍまで損傷が到達している。これに対し、実施の形態におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡は、図３の（ａ）に示すように５μｍ×５μｍ領域で、図３の（ｂ）に示すように、損傷の到達深さは、最大深さ４０ｎｍである。このように、実施の形態におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡の方が、損傷が小さいことが分かる。
【００２４】
次に、図４は、波長１３．９ｎｍ、光強度３０ｍＪ／ｃｍ2のＥＵＶ光を、図３の場合と同様に入射角６度で入射した場合の結果を示している。比較例１は、図４の（ｃ）に示すように１０μｍ×１０μｍ領域で、図４の（ｄ）に示すように最大深さ１９０ｎｍまで損傷が到達している。これに対し、実施の形態におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡は、図４の（ａ）に示すように５μｍ×５μｍ領域で、図４の（ｂ）に示すように、損傷の到達深さは、最大深さ１００ｎｍである。このように、高強度ＥＵＶ照射においても、実施の形態におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡の方が、損傷が小さいことが分かる。
【００２５】
これらの結果は、モリブデンから構成した重元素層と、シリコンから構成した軽元素層とを交互に積層した従来の多層膜反射鏡に対し、本発明の実施の形態におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡が、倍の耐久性を持つことを示している。ところで、図３および図４を用いて説明した結果は、多層膜反射鏡の設計上の反射角度（４５°）とは異なり入射角を６度として入射し、入射したＥＵＶ光がすべて多層膜に吸収される条件下で実施した場合の結果である。一方、非特許文献７に記載されている結果は、照射したＥＵＶ光のうち７割が反射して層膜中には吸収されない入射角とした条件下での結果である。このため、図３および図４の比較例１においては、非特許文献７で示されている損傷閾値より低い強度（照度）でＥＵＶ光を照射しても損傷が生じている。これらのことを考慮し、図３および図４の結果を、非特許文献７の結果に換算すると、比較例１の損傷閾値が４５ｍＪ／ｃｍ2となるのに対し、実施の形態におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡は、損傷閾値が９０〜１３０ｍＪ／ｃｍ2になるものと推定される。
【００２６】
上述したように高い耐久性を持つ実施の形態におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡を用いた光装置について図５を用いて説明する。この光装置は、基板２０１の上に形成された実施の形態におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡２０２と、点光源２０３とを備える。ＥＵＶ光用多層膜反射鏡２０２により凹面鏡が構成されている。
【００２７】
点光源２０３より発せられたＥＵＶ光２１１は、ＥＵＶ光用多層膜反射鏡２０２で反射し、集光点２１２に集光する。実施の形態におけるＥＵＶ光用多層膜反射鏡２０２を採用することで、点光源２０３から発生される高輝度のＥＵＶ光２１１の照射によるＥＵＶ光用多層膜反射鏡２０２を構成する層の剥離を抑制し、ライフタイムが長く耐久性に優れた光装置を提供することができる。
【００２８】
以上に説明したように、本発明によれば、シリコンを主成分とした軽元素層と、ニオブを主成分とした重元素層とを交互に複数積層してブラッグ回折効果を有するＥＵＶ光用多層膜反射鏡としたので、高い光強度のＥＵＶ光を反射させる反射鏡における破損が抑制できるようになる。この結果、本発明によれば、本願発明の実施形態によれば、反射鏡のライフタイムを長くすることが可能となり、この反射鏡を用いる光装置のメンテナンスサイクルの長期化、コストダウンを促進し、加工される部品の安価化を実現することができる。本発明のＥＵＶ光用多層膜反射鏡は、ＥＵＶ光を用いた加工装置、半導体材料の組成・構造解析、たんぱく質をはじめとするソフトマテリアルの構造解析、および創薬病理検査等を目的とした分析装置・評価装置に適用可能である。
【００２９】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、各層の形成は、マグネトロンスパッタ法に限るものではなく、ＥＣＲ（（Electron Cyclotron Resonance）スパッタ法などの他のスパッタ法や、真空蒸着法など、他の堆積法を用いても良い。また、各々の軽元素層と重元素層との間に、炭化物や酸化物などの高耐熱材料を用いた中間層を配置し、耐熱性を向上させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１０１…基板、１０２…重元素層、１０３…軽元素層。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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