JPH0219800A - 多層膜反射鏡の製造方法および多層膜反射鏡 - 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、Ｘ線リソグラフィー　Ｘ線顕微鏡、Ｘ線望遠
鏡、Ｘ線レーザーなどのＸ線領域での反射光学系に用い
られる多層膜反射鏡に関するものである。

［従来の技術］ Ｘ線領域で物質の屈折率は ｎ＝１−δ−ｉｋ　　（δ、に：実数）　　・（１）と
表わされ、δ、にともに１に比べて非常に小さい、即ち
、屈折率がほぼ１に近く、Ｘ線は物質中を直進する性質
があるので、可視光領域のような屈折を利用したレンズ
は使用できない。そこで反射を利用した光学系が用いら
れるが、全反射臨界角θＣ（波長２５人で最大６°程度
）よりも小さい入射角では反射率が非常に小さいので、
反射面を多数設けた多層膜反射鏡が用いられる。

このような多層膜反射鏡は前記（１）式δの大きい物質
とδの小さい物質を交互に順次積層することによフて得
られ、その代表的な組合せとしてはタングステン（以下
Ｗと記す；δ大）と炭素（以下Ｃと記す：δ小）を用い
た多層膜が従来から知られており、スパッタリングや真
空蒸着、ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　　気相化学反応法）などにより
形成されていた。（文献：Ｔ。

Ｂａｒｂｅｅ　ａｎｄ　Ｊ、Ｈ，Ｕｎｄｅｒｗｏｏｄ、
Ｏｐｔ、Ｃｏｍｍｕｎ、４８．３（１９８３）　ＰＩ６
１〜１６６　に詳しい。）なお、多層膜反射鏡の原理は
、既に周知のように、（１）屈折率の異る界面があると
、そこで反射が起ぎるので、できるだけ多数の界面を作
り、反射を増加させること、（２）第１の界面からの反
射光と、次の界面からの反射光とが位相が合うように光
学的膜厚を設定し、それにより、光の干渉が生して強ま
るようにすることの２点にある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら従来の技術では、設計段階で理論的に計算
した反射率よりも、作成した多層膜反射鏡の反ｑＩ率の
実測値がかなり低く、Ｘ線を用いた露光装置や顕微鏡等
の装置で所定の特性か達成できないという問題点があっ
た。

本発明は、この点に鑑みてなされたもので、設計値に近
い高反射率の得られるＷ／Ｃ多層Ｉ摸反用鏡とその製造
方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明においては、０層と非晶質状態のＷ層とが交互
に積層された積層物を、真空中や不活性ガス中等の非酸
化性雰囲気中で、熱処理することにより、前記Ｗ層の全
部または一部を結晶化することにより、上記の課題を達
成している。

［作　用］ 従来のＷ／Ｃ多層膜反射鏡において、設計値より低い反
射率しか得られない原因としては、主として次の２点で
あることが推定される。

（１）多層膜の界面粗さのため、光の散乱による損失が
あること。

（２）薄膜であるＷ層の密度が、バルクの場合の密度よ
り小さいため、δの値がバルクの値より小さくなってい
ること。

即ち、スパッタリング、真空蒸着、ＣＶＤなどによりＷ
／Ｃ多層膜反射鏡を形成する際に、基板温度を高温とし
てＷ層を多結晶化した場合、成膜中に結晶粒が成長する
ため表面粗さが大きくなり、その結果、光の散乱による
損失が多くなると考えられる。また、逆に結晶化しない
条件でＷ層を形成した場合は、結晶粒が存在しないので
界面粗さは小さいが、Ｗ薄膜中に原子オーダーの空孔が
多数散在すると考えられ、密度が多結晶の場合よりも小
さくなり、即ちδは小さくなってしまう。

そこで、本発明においては、まず、Ｗ層が結晶化しない
条件下でＷ／Ｃ多層膜を形成している。

この段階では、Ｗ層の密度は多結晶の場合よりも小さく
、即ちδの値は小さいので反射率はかなり低い値である
。しかし、結晶粒がないためＷ層と０層の界面は平坦で
ある。

なお、０層は、非晶質状態（低密度状態）である必要は
必ずしもないが、その方が好ましいとは言える。

次にこれを真空中や不活性ガス中等、非酸化性の雰囲気
中において、５００−１０００℃程度の温度、望ましく
は９００℃程度の温度で熱処理すると、Ｗ層が結晶化す
る。このときＷ層は上下を０層ではさまれているため、
Ｗ層に大きな結晶粒は成長しにくく、極微細な微結晶と
なり、界面の粗さはほとんど増加しない。そして、微結
晶化することにより、Ｗ薄膜中の空孔が消失し、緻密化
したＷ層のδはバルクの値に近づく。

即ち、本発明にかかるＷ／Ｃ多層膜においては、Ｗ層の
界面が従来に比較して平滑であるため、界面における光
の散乱が少なく、かつＷ層が結晶化しているのでバフル
に近いδを有することから、設計値に近い高い反射率が
得られることになる。

なお、０層は一般に結晶化しにくく、通常非晶質か、ま
たはグラファイト構造の微結晶を含んだ非晶質になり、
表面粗さは小さく、δも小さい値である。かかる多層膜
において、０層はδが小さい方がよいので特に問題はな
い。

［実施例］ ｒｆマグネトロンスパッタリング法によって、Ｓｉ基板
１上に、厚さ約２０人のＷ層２と厚さ約２０人の０層３
を交互にそれぞれ２０層形成し、第１図に示すような全
体の膜厚が約８００人のＸ線用多層膜反射鏡を作成した
。（図では層数を省略しである。つこの際、成膜中のＳ
ｉ基板１の温度を室温に保つことによりＷ層の結晶化を
防いだ。

次に、このようにして製作した多層膜反射鏡を真空中で
、それぞれ６００℃、８００℃、９００℃の温度で１時
間熱処理した後、Ｃｕ−にα（波長１．５４人）で１次
のＢｒａｇｇ反射の反射率を測定し、熱処理しないもの
と比較した。この結果を第２図に示す。図に示されるよ
うに、熱処理しないものの反射率は３０＊であるが、熱
処理を行ったものは明らかに反射率が向上している。処
理温度は高い方が反射率も向上しており、９００！程度
で最高の反射率を示し、９００℃での反射率は３９９６
と熱処理しないものに比べて３０９６程度も増加してい
る。

そして、これらの多層膜反射鏡の断面をＴＥＭ　（透過
型電子顕微鏡）で観察したところ、熱処理しないものは
Ｗ層、Ｃ層両方とも非晶質であったか、９００℃で熱処
理したものは０層は非晶質のままであったが、Ｗ！中に
は非晶質相とともに粒径１０Å以下の微結晶が認められ
、非晶質相と微結晶質相が同程度の割合で混在していた
。Ｗ層のδを大きくするには、好ましくは緻密な微結晶
質相の割合は多ければ多い程良く、理想的にはＷ層全体
が微結晶質相であることが望まし、い。

なお、比較例として、基板温度を２００℃程度に加熱し
てＷ層を多結晶の４犬態で形成した後に、その上層とし
て０層を積層するという方法で形成１ノた多層膜反射鏡
の反射率を同様に測定したところ、３０＊程度の反射率
しか得られなかった。これは、前述したようにＷ層と０
層の界面が粗いことにより、光の散乱による損失が大き
くなっているためと考えられる。

また、本実施例ではノ、バッタリングにより多層膜反射
鏡を形成したが、真空蒸着やＣＶＤ等の１１１！、の成
膜方法によっても同様の効果が得られることはいうまで
もない。熱処理工程については、真空中で行うかわりに
、不活性ガス中で行っても良いが、大気中で行うとＣは
ＣＯ２になり消失し、ＷはＷＯ２となってしまうので、
非酸化性７（］］気中で行う必要がある。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、０層と非晶質状態でのＷ
層とを積層した後、熱処理することによりＷ層を結晶化
しているので、Ｗ層と０層の界面の平坦性と、Ｗ層の緻
密化を両立できるので、従来のものよりも高い反射率か
得られる。

また、本発明によるＷ／Ｃ多層膜反射鏡は、熱処理工程
での高温の熱履歴を経ているので、耐熱性も向上してい
る。かかる多層膜反射鏡を真空中で使用する場合は、熱
処理温度（例えば９００℃）まで構造変化はなく、高強
度のＸ線を照射しても、その吸収による温度上昇により
破壊することがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるＷ／Ｃ多層膜反射鏡の断面図、
第２図は熱処理温度と反射率の関係を示すグラフである
。 ［主要部分の符号の説明］ ｊ・・・Ｓｉ基板、２・・・Ｗ層、３・・・Ｃ層代理人
　弁理士　佐　藤　正　年

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素層と非晶質状態のタングステン層とが交互に
   積層された積層物を、非酸化性雰囲気中で熱処理するこ
   とにより、前記タングステン層の全部または一部を結晶
   化することを特徴とする多層膜反射鏡の製造方法。
2. （２）炭素層とタングステン層とが交互に積層された多
   層膜反射鏡において、 前記タングステン層が粒径１０Å以下の微結晶質、また
   は粒径１０Å以下の微結晶質と非晶質との２相からなる
   ことを特徴とする多層膜反射鏡。