JPH02238400A - 多層膜 - 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、軟Ｘ線領域の光を反射するのに好適な多層膜
に関するものである６ 〔従来の技術〕 多層膜は、可視光領域の光の反射防止膜等として、従来
から広く応用されてきた。近年軟Ｘ線領域（１０〜１０
００人）の光源開発，研究の進展に伴い、軟Ｘ線領域で
使用できる光学素子として多層膜が注目されている。

重い元素と軽い元素とを交互に積層した軟Ｘ線用多層膜
の構造を第４図に示す。図において、１はＸ線反射率が
大きい重い元素の層でＡ／ｌと呼び、２はＸ線反射率が
小さな軽い元素の層でＢ層と呼ぶ．３は基板である。上
記の構造を有する多層膜で軟Ｘ線を効率よく反射するた
めには、上記ＡＪＩのＸ線反射率と上記Ｂ層のＸ線反射
率との差が大きいことが必要である。そのために、Ａ層
にはＸ線反射率が大きな重い元素が用いられ、Ｂ層には
Ｘ線反射率が小さな軽元素が用いられている。従来、用
いられてきた多層膜は、例えばＷとＣとからなる多層膜
をＷ／Ｃと表現すれば、Ｗ／Ｃ、Ｍｏ／ＳＬ，Ａｆｔ／
Ｃｕ，Ａｕ／Ｃ．Ｔａ／Ｃ．Ｃｕ／Ｃ、Ｒｅ／Ｃ．Ｗ／
Ｂｅ等である。

〔発明が解決しようとする課題〕

Ｗ／Ｃ．Ａｕ／Ｃ，Ｔａ／Ｃ，Ｃｕ／Ｃ．Ｒｅ／Ｃ、Ｗ
　／　Ｂ　ｅ等の多層膜において、Ｂｅ．Ｃ等の元素単
体で形成されているＢ層は．ＪＭ子同士相互の結合が弱
くかつＢ漕を構成する軽元素は原子半径が小さいため、
Ｂ層を離れてＡ層に拡散しやすいという傾向を持ってい
る。例えば、現在用いられているＣ膜は、グラファイト
状の膜であり、グラファイト内の炭素はダイヤモンドに
較べ分解してＡ層に拡散しやすい。また、結合が強く分
解や拡散しにくいダイヤモンド状の薄膜も作られつつあ
るが，島状に成長するため表面が平坦な極薄膜を作るこ
とが難しいのが現状である。一方．Ｗ／Ｂｅに用いられ
ているＢｅもＢｅ同士の結合が弱く、島状に成長する傾
向があり、Ｂｌを離れＡ層に拡散する傾向がある。また
、Ｃｕ／Ａｎのように金属同士の多層膜においては、金
属の性質として歳とＣｕとはお互いに拡散しやすい。こ
のような相互拡散のためにＡ／ｌのＸ線反射率が下がる
と同時に、ＢｌのＸ線反射率が上がり、結果として多層
膜の反射率が低下するという問題があった。さらに、上
記Ｂ層とＡ層との相互拡散は、時間や多層膜への光照射
による温度上昇によっても助長されるため、多暦膜の反
射率の経時低下を生じるなどの問題があった。

従来の多層膜に用いられている物質ＡとＢとは化合物を
作る組合わせであることが多く、かつ形成された化合物
も安定であり，界面数層から数十層にわたって化合物を
生じることが多い。例えば、最もよく用いられているＷ
／Ｃ多層膜では、界面でＷとＣとが化合してＷＣを形成
し、ＷＣは化学的に安定で形成されやすい６また、Ｂ層
にＳｉを用いると、ほとんどの場合Ａ暦の原子と化合し
てシリサイドを形成してしまう。このように界面に数層
から数十層の化合物ができることによって５ＡＭとＢ層
間の反射率差が減少し、多層膜の反射率が著しく低下す
るといった問題があった。

Ｂｅ．Ｃ等でＢ層を形成すると、元素同士の結合が強い
単結晶薄膜が作りにくいため粒状に成長しやすく、Ａ層
との界面に凸凹ができるためＸ線の不規則な散乱を生じ
，多層膜の反射率が著しく低下するという問題があった
。

また、Ｂａ．Ｃ等を用いて極めて薄いＢｅ．Ｃ薄膜にし
た場合、基板を低温に保った状態で、化学的に安定でか
つ基板や重い元素層との付看性が良く平坦な薄膜を形成
することは難しいのが現状である。そのため、時間の経
過によって多層膜が基板から剥離してしまうという問題
があった．さらに、この様な軽元素を用いた多層膜にＳ
Ｒ光などの強力な光を照射すると、多層膜には瞬間的に
熱が加えられ，その温度が局部的に上昇し、多暦膜の軽
元素層薄膜が化学的に不安定で付着性が悪いため、多層
膜が基板から剥離してしまうという問題があった。また
、従来のＣやＢｅあるいはＣｕ、Ｓｉを形成する際に基
板を加熱すると、界面で重い元素と化合物を形成したり
、あるいは重い元素内に急速に拡散するという問題があ
った。

上記のように，従来用いていた多層膜においては、Ａ層
とＢ層との界面で、Ａ層を構成する原子とＢ層を構成す
る原子とが相互に拡散したり、あるいは化合物をつくっ
たり、あるいはまた界面に凹凸ができたりするのが原因
になって、重い元素層Ａの軟Ｘ線反射率が低下し、同時
に軽元素／ＷＢの反射率が上がるため反射率差を保つこ
とは難しく、設計値どうりの多層膜反射率が得られない
という問題があり、さらにはＢ層の基板あるいはＡ層へ
の付着性が悪いため、多層膜が剥離してしまうという問
題があった。

本発明は、元素間の結合が弱い単一の軽元素からなる薄
膜を多層膜に用い，軽元素がＡ層に拡散したり，あるい
は平坦で付着性がいい薄膜が作りにくいために、多層膜
のＸ線反射率が低下したり多層膜が剥離するという問題
点を解決した多層膜を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は，軽元素層に単一元素と同程度の複素屈折率
を有する、ほう素（Ｂ）と炭素（Ｃ）からなる化合物Ｂ
４Ｃを用いて、多層膜を形成することにより達成される
。

〔作用】 物質の複素屈折率は ｎ＝１−δ一ｉβ で表示される。δおよびβはそれぞれ物質固有の値をと
る．Ｃ，Ｂ元素単体さらにはＢ４Ｃ化合物の軟Ｘ線領域
のδを第５図に示す。Ｃ．Ｂ元素単体やＢ４Ｃ化合物の
軟Ｘ線領域のβを第６図に示す。δは０〜１００人の間
ではＣ，Ｂ．Ｂ，Ｃともにほぼ同じ大きさを示し、特に
ＣとＢとが吸収端（それぞれ４４人、３１人）で一時減
少し、Ｂ４ＣがＢとＣの吸収端で少し減少する以外は殆
ど同じ傾きと大きさを持つ。また、第６図からβは、波
長λがＯくλ（２０人ではＣ．Ｂ．Ｂ４Ｃともほとんど
同じで，２０人〈λ〈４４人ではその大きさがＢ〈Ｂ４
Ｃ＜Ｃになる。４４人〈λ＜７０人ではＣくＢ４ＣくＢ
となり、７０人〈λではＢ＜Ｂ４Ｃ＜Ｃである。

したがって、Ｂ４Ｃ膜のδおよびβは、多暦膜材料とし
て一般的に用いられているＣ元素単体からなる膜と同程
度か，波長によっては多層膜材料として複素屈折率が小
さくすぐれているという特徴を有する。

上記のように光学的に従来の元素単体と同程度、あるい
はよりすぐれた値を示すのに加え、Ｂ４Ｃ化合物は融点
が２３５０℃と非常に高く、化学的に安定であるという
特徴を有している。したがって、従来の元素単体からな
る膜に較べ局所的な加熱に対しても安定で、分解や拡散
は起らないし、経時変化を起すこともないという利点を
有している。

さらに，融点が高いことから判るようにＢとＣとの結合
は強く、単体のＢ，Ｃが重い元素と化合物を作りやすい
のに較べ、Ｂ４Ｇは重い元素と化合物を作らないため、
界面で重い元素層とまじることなく、また，分解して重
い元素層内に拡散するおそれが非常に少ない。

また、基板に強く付着する膜を形成するためには、薄膜
形成時に加熱することが有効であるが，従来は加熱によ
って軽元素が拡散あるいは化合物を作るために，加熱で
きなかった。しかし，Ｂ４Ｃは単一元素薄膜に較べて熱
的に安定であるため、作製に際しては数百度の熱を加え
ても分解して拡散するおそれは少なく、基板を加熱する
ことによって、付着性がよく、かつ平坦な薄膜を作りや
すいという利点を有し，さらに、基板を加熱することが
できるため、一般的にスパッタリング法よりも結合が強
く平坦な薄膜ができるＣＶＤ法を用いることにより、薄
膜を作製できるという利点を有している．また．Ｂ４Ｇ
は２つの成分を有するため，粒状成長の原因ともなる薄
膜内の応力を、ＢとＣとの組成を僅かに変えることで容
易に制御することができる。

〔実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。

第１図は本発明による多層膜の一実施例を示す構造図，
第２図は上記多層膜のＸ線反射率測定系の構成を示す図
、第３図は上記実施例における多層膜のＸ線反射率を実
験値と理論値で示した図である．Ｂ４ＣをＢ層に用い、
ＷをＡ層に用いて，波長３９．８人の軟Ｘ線を入射角７
０゜で最も強く反射する多層膜を設計し、第１図に示す
ようにＳＬを用いた基板３上に、Ｂ４Ｃ膜１０とＷ膜１
１とをそれぞれ２０層ずつ、スパッタリング法により交
互に積層して多層膜を形成した。Ｂ４Ｃ膜はＢ１、Ｂ２
・・・Ｂ２０、Ｗ膜はＡ１、Ａ２・・・Ａ２０と表示し
、各層の厚さを表１に示す。

以下余白 表１ 上記多層膜のＸ線反射率測定は第２図に示すような構成
で行った。入射Ｘ線１２は波長３９．８人のＡｇ（銀）
の特性Ｘ線（Ｍ線）で，入射角θｌ３でＡ２０表面に照
射し、反射Ｘ線１４を測定したが、その測定例を第３図
に示す。第３図の横軸は入射角，縦軸はＸ線の反射率で
ある。第３図において実線１５は実測値を示し，点線１
１’ｉは計算値を示してぃるが、実線ｌ５と点線１６と
はほぼよく一致し、Ｂ４Ｃが多層膜組成物として有効で
あることを示している。上記Ｗに代えて、Ａｕ．Ｒｅ，
　Ｂｉ，　Ｍｏ．　Ｔａ、Ｒｈ等を用いても、同様な結
果を得ることができる。

上記のように、Ｂ４Ｃのδおよびβは、多層膜材料とし
て一般に用いられているＣ元素単体からなる膜と同程度
か，波長によっては複素屈折率が小さく，多層膜材料と
してよりすぐれた利点をもつ。Ｂ４Ｃ化合物は融点が２
３５０℃と非常に高く、化学的に安定である。したがっ
て、局所的な加熱に対しても安定で分解や拡散が起らな
いし、経時変化を起すこともないという利点を有してい
る。

また、Ｂ４Ｃは重い元素と化合物を作らないため、界面
で重い元素層とまじらず、分解して重い元素層内に拡散
するおそれは非常に少なく、単一元素薄膜に較べＢ４Ｃ
は熱的に安定であるため、作製に際し数百度の熱を加え
ても分解して拡散する怖れは少なく、基板を加熱するこ
とによって付着性が良く、かつ平坦な薄膜を作りやすい
という利点を有するため、一般的にスパッタリング法よ
り結合が強い薄膜を作るＣＶＤ法を用いて，所定の薄膜
を作製することができる。さらに、Ｂ４Ｃは２つの成分
からなるため，粒状成長の原因になる薄膜内の応力を、
ＢとＣとの組成を僅かに変えることによって容易に制御
することができる。

〔発明の効果〕

上記のように本発明による多層膜は、屈折率がそれぞれ
異なる複数の薄膜を、交互に積層して形成した多層膜に
おいて、上記複数の薄膜のうち一方の薄膜の組成が、ほ
う素（Ｂ）と炭素（Ｃ）とからなる化合物であることに
より、熱的に安定で経時変化が少ない多層膜が得られ，
強い光を反射する必要があるＳＲ光用のミラーに用いる
ことができる。また、パルス的に強力光を発生するプラ
ズマ光源のミラーに用いることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による多層膜の一実施例を示す構成図、
第２図は上記多層膜のＸ線反射率測定系の構成を示す図
、第３図は上記多層膜のＸ線反射率における実験値と理
論値とを示す図、第４図は多層膜の基本構造を示す図、
第５図は波長０〜１００人領域のＸ線に対するＢ．Ｃ．
Ｂ４Ｇの光学定数δの値を示す図、第６図は波長が０〜
１００人領域のＸ線に対するＢ．Ｃ．Ｂ４Ｇの光学定数
βの値を示す図である． １・・・重い元素のＡ層　　２・・・軽い元素のＢＭｉ
ｏ・・・Ｂ４Ｃの層 特許出願人　日本電信電話株式会社 代理人弁理士　　中　村　純之助 入射内ｅ（０） 第３図 第４ 図 第６ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、屈折率がそれぞれ異なる複数の薄膜を、交互に積層
   して形成した多層膜において、上記複数の薄膜のうち一
   方の薄膜の組成が、ほう素（Ｂ）と炭素（Ｃ）とからな
   る化合物であることを特徴とする多層膜。