JP2011515661A - 珪化マグネシウムを基にした多層蛍光ｘ線分析計 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの周期内において個々の層がその表面に形成された基材を含む多層構造を提供する。周期は、珪化マグネシウム（Ｍｇ_２Ｓｉ）を含む第１の層と、タングステン、タンタル、コバルト、ニッケル、銅、鉄、クロム、及びこれらの元素の合金、酸化物、ホウ化物、珪化物及び窒化物、珪素、炭素，炭化珪素、ホウ素、及び炭化ホウ素の少なくとも１つを含む第２の層とを含む少なくとも２つの層と、を有する。周期が３つの層を含むものであれば、第２の層が珪素、炭素，炭化珪素、ホウ素、及び炭化ホウ素の１つを含み、第３の層がタングステン、タンタル、コバルト、ニッケル、銅、鉄、クロム、及びこれらの元素の合金、酸化物、ホウ化物、珪化物及び窒化物の１つを含み、第２の層は第１の層と第３の層の間に配置される。周期が４つの層を含むものであれば、第４の層は珪素、炭素，炭化珪素、ホウ素、及び炭化ホウ素の１つを含み、第３の層は第２の層と第４の層の間に配置され、第４の層が多層周期ｎの第３の層と多層周期ｎ−１の第１の層との間に配置される。

Description

本発明は一般に、Ｘ線放射を反射するための多層構造と、蛍光Ｘ線分光法を介して試料の原子組成又は分子組成を分析するための関連する方法に関する。

Ｘ線放射によって操作する多層反射体又はブラッグ反射体は、構造を分析し、特定の原子又は分子の非存在又は存在を検出するのに利用されることが多い。そのような手段の１つは、蛍光Ｘ線分光法（ＸＲＦ）として一般に知られる。そのような手段は、当該試料に存在する最少量の不純物を検出するのに有用である。たとえば、ＸＲＦは、高集積回路の基盤であるシリコン及びゲルマニウムのウエハーにおける不純物を検出するのに半導体産業で使用される。２種類のＸＲＦ方式が一般に使用される。エネルギー分散型分光法（ＥＤＳ）では、試料からの幅広いエネルギーを検出器が受け取り、検出器は当該波長に基づいて選別するよう求められる。波長分散型分光法（ＷＤＳ）では、収集光学部品がフィルターとして作用し、当該波長のみを検出器に伝える。各アプローチはその長所と短所を有する。たとえば、ＥＤＳシステムは、広い範囲にわたって波長を検出することができるが、感度に限界を有する。ＷＤＳシステムは、高いエネルギー分解能と感度を有するが、特定の当該元素の波長のみを検出するために設計される。

典型的なＸＲＦ／ＷＤＳの手段では、Ｘ線の放射場がシリコンウエハーのような試料に導かれる。衝突する放射は、蛍光の放射場を誘導し、それは多層反射体又はブラッグ反射体に入射する。蛍光の放射場は、多層によって測定検出器又は分析検出器に方向付けられる。

ＷＤＳシステムでは、多層はブラッグの方程式を満たす蛍光放射が反射されるように方式において設計され、配向されるので、多層は反射光学系及び周波数選別器の双方として機能する。ブラッグの方程式は一般に： （１） ｎλ＝２ｄｓｉｎθである。

式中、ｎは整数であり、λは最初のＸ線放射場の波長であり、ｄは多層の格子構造の周期性であり、２θは回折の角度である。

ブラッグの方程式は、規則性の格子構造を有する特定の種類の天然の結晶について満たされる。しかしながら、典型的な結晶は数十ナノメートルの面間隔を有し、軟Ｘ線は１〜１０ナノメートルの波長を有するので、そのような波長については、方程式（１）は満たされない。その結果、ブラッグ型の反射を用いた軟Ｘ線の分析については多層反射体又は「合成結晶」の反射体が必要である。

典型的な多層は、その上に２以上の異なった材料の層が順に堆積される基材から成り、厚さｄの層の周期を形成する。一般に、材料の一方は高い誘電率を有し、他方は低い誘電率を有する。誘電率間のその界面で衝突する際、およそ１０^−２〜１０^−３の入射放射線が層の各周期で反射される。従って、１０〜１０^３の層を有する多層構造が理論的に入射放射線のほとんど全てを反射する。多層は、オーダーメイドという追加の利点を有し、それは、異なる当該波長についてブラッグの方程式を満たすようにｄの面間隔を誂えることができることを意味する。

従来、多層ＸＲＦ分析計は、マグネシウム（Ｍｇ）からベリリウム（Ｂｅ）に至る種々の元素の分析に利用されている。たとえば、半導体産業では、半導体材料の基板は今や複数の薄膜層によって加工されている。その上に形成される複数の薄膜層を有する試料を特徴付けるのに多層を使用することができる。各膜層を異なった材料から形成することができる。１．５ｎｍ〜１０ｎｍに及ぶｄの面間隔を有する多種多様な材料の組み合わせが現在使用されている。特定の元素の分析については、最良の有効性能について最適な構造を見つけることができるが、改善への要求は常に存在する。たとえば、タングステン−珪化物（Ｗ／Ｓｉ）の周期によって構成される一般的な多層が、たとえば、マグネシウム（Ｍｇ）、ナトリウム（Ｎａ）、フッ素（Ｆ）及び酸素（Ｏ）のような種々の元素を含有する膜を分析するのに使用されている。そのような分析計はマグネシウム（Ｍｇ）及びナトリウム（Ｎａ）の分析には相対的に効率的ではあるが、フッ素（Ｆ）及び酸素（Ｏ）を分析するその性能はあまり効率的ではない。堆積技術の進展によって、Ｗ／Ｓｉ多層構造の不完全度、たとえば、層間拡散、粗さなどをできるだけ抑えることができるが、タングステン（Ｗ）及びシリコン（Ｓｉ）材料の光学定数から生じる基本的な限界のために性能における進歩は少ないと予想される。従って、種々の元素を含有する薄膜層を分析するための、特にフッ素（Ｆ）及び酸素（Ｏ）のような元素を分析するための改善された多層分析計が必要である。

半導体基板で一般に加工される薄膜層の例にはさらに、酸化物、窒化物、チタン（Ｔｉ）及びチタン−窒化物（ＴｉＮ）が挙げられる。ＴｉＮ薄膜の現在の分析は、たとえば、２つの分析計：窒素（Ｎ）を分析するための多層、たとえば、スカンジウム（Ｓｃ）に基づく多層と、チタン（Ｔｉ）を分析するための結晶、たとえば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を使用する。Ｎを分析するためにＳｃに基づく多層を使用することは結果的に十分な反射率を生じる。この潜在反射率は、シリコンウエハーのような特定のシリコンを含有する試料においてバックグラウンドシグナルを高める。さらに、Ｓｃに基づく多層は、ＴｉＮ薄膜を被覆した試料におけるＮを分析することしかできないので、Ｔｉを分析するために第２の分析計（ＬｉＦ）を必要とする。Ｎが分析されるだけの元素であるとしても、Ｎ−Ｋ_α線の極めて近傍にあるＴｉ−Ｌ_Ｉ線の存在のために双方の分析計を使用しなければならない。このことは、高価で不都合な２つの別々の分析計を収容するための２チャンネル装置を必要とする。従って、ＴｉＮ薄膜で加工された試料を分析するためのＷＤＳ用の単一分析計が必要である。

現在、５０ｅＶを下回るエネルギーでの適用には、純粋なマグネシウム（Ｍｇ）に基づく構造、たとえば、炭化珪素／マグネシウム（ＳｉＣ／Ｍｇ）の多層構造が使用されている。そのような低いエネルギーに伴って、これらの構造は１５ｎｍを超えるｄの面間隔を有する。しかしながら、マグネシウム（Ｍｇ）から窒素（Ｎ）までの軽い元素のＸＲＦ分析については、約２〜４ｎｍの間のｄの面間隔を持つ多層分析計が最適である。純粋なＭｇ層を含有する多層構造、たとえば、約４ｎｍ以下のｄの面間隔を持つタングステン／マグネシウム（Ｗ／Ｍｇ）は、結果的に非常に乏しいＸ線性能を生じるこれら材料の強い混合／反応のために望ましくない。

従って、分析される元素の数を減らさずに、性能を大きく失うことなく、ＷＤＳ分光計における既存の分析計の質を改善することに対する又は分析計の数を減らす必要がある。

さらに、例えば、反射率及び選択性のようなパラメータを最適化すると共に、特定の適用及び分析下の元素による望ましくないバックグラウンドシグナルを低下させる能力を有する改善された多層分析計が必要である。

上記のニーズを満たすと共に、関連技術の列挙された欠点及びその他の限界を克服することにおいて、本発明の少なくとも１つの実施態様は、広いスペクトル範囲で機能し、既存の分析計に比べて性能に優れる多層構造を提供する。多層構造は珪化マグネシウム（Ｍｇ_２Ｓｉ）に基づくが、周期内に２、３、４以上の層を含有してもよい。
本発明の第１の実施態様では、Ｘ線を反射するための多層構造は、基材と基材の表面に形成される少なくとも一対の層を含む。対になった層は第１の層と第２の層を含む。第１の層は珪化マグネシウム（Ｍｇ_２Ｓｉ）を含む。第２の層は、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、これらの元素の合金、酸化物、ホウ化物、珪化物及び窒化物、珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ），炭化珪素（ＳｉＣ）、ホウ素（Ｂ）、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、及び好適な光学特性を有する当該技術で既知のほかの金属元素又は軽い元素の少なくとも１つを含む。この実施態様では、第１の層は最上層であり（すなわち、対の層の中で放射線に最初に露出される層）、第２の層は最下層（すなわち、対の層の中で放射線に最後に露出される層）である。
本発明の第２の実施態様では、Ｘ線を反射するための多層構造は、基材と基材の表面に形成される少なくとも１つの三組みの層を含む。三組みの層は第１の層と第２の層と第３の層を含む。第１の層は珪化マグネシウム（Ｍｇ_２Ｓｉ）を含む。第２の層は、珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ），炭化珪素（ＳｉＣ）、ホウ素（Ｂ）、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、及び好適な光学特性を有する当該技術で既知のほかの軽い元素の少なくとも１つを含む。第３の層は、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、これらの元素の合金、酸化物、ホウ化物、珪化物及び窒化物、好適な光学特性を有する当該技術で既知のほかの金属元素の少なくとも１つを含む。この実施態様では、第１の層は最上層であり（すなわち、三組みの層の中で放射線に最初に露出される層）、第３の層は最下層（すなわち、三組みの層の中で放射線に最後に露出される層）である。多層構造はさらに第４の層を含んでもよいので、基材の表面に形成される四組みの層を形成し、その際、第４の層は第２の層に関して上記で列記された材料の１つを含み、第４の層は最下層（すなわち、四組みの層の中で放射線に最後に露出される層）である。

この実施態様では、層の相対的な厚さを変化させることによって、第３の層及びおそらく第４以上の層が、たとえば、反射率、選択性、及びピーク対バックグラウンド比のような分析計の特徴を滑らかに調整する改善された性能及び柔軟性を持つ多層構造を提供する。多層構造の層の材料及び厚さにおける変化は、第３の層が単にバリアとして役立って構造に構造的整合性を提供する３以上の層を有する従来技術の多層構造に反して、特定の適用に従って分析計の性能を最適化する方法を提供する。

本発明の第３の実施態様では、蛍光Ｘ線分光方式は、試料上でＸ線の放射場を発するＸ線源と、基材と基材の表面に形成される個々の層の少なくとも１つの周期とを含む多層構造を含む。周期における個々の層の数は少なくとも３であり、層は上述の材料から形成される。試料はＸ線の放射場に対応して蛍光の放射場を発し、多層構造は蛍光の放射場を選択的に反射する。

本発明の別の実施態様では、蛍光Ｘ線分光の方法はＸ線放射の場を提供することとＸ線放射の場によって分析される試料を照射することを含み、それによって蛍光放射の場を誘導する。方法はさらに、基材と少なくとも１つの周期内において基材の表面に形成される個々の層を含む多層反射体からの蛍光放射の場を方向付けることを含む。周期における個々の層の数は少なくとも３であり、層は上述の材料から形成される。次いで蛍光の場が、試料を照射した後検出器によって分析される。

本発明のさらなる目的、特徴及び利点は、添付され、本明細書の一部を形成する図面とクレームを参照して以下の記載を精査した後、当業者に容易に明らかになるであろう。

本発明の実施態様に係る蛍光Ｘ線分光装置の実施態様を示す模式図である。

ブラッグ方程式を満たす物質からのＸ線放射の反射を示す模式図である。

一連の２つの個々の層を有する本発明の実施態様に係る多層構造を示す概略横断面図である。

一連の３つの個々の層を有する本発明の実施態様に係る多層構造を示す概略横断面図である。

一連の４つの個々の層を有する本発明の実施態様に係る多層構造を示す概略横断面図である。

薄膜分析の間での種々の多層分析計の性能のエネルギー強度分布を示すプロットである。

図６ａで示したプロットの拡大図である。

勾配のある入射角度に対してプロットしたＯ−Ｋ_α放射線での２つの異なる多層分析計のピーク反射率を示すプロットである。

層の１つの厚さを変えたときの２つの異なる多層分析計のピーク反射率とＦＷＨＭを示すプロットである。

蛍光Ｘ線分析の間での種々の多層分析計の性能のエネルギーと反射率の分布を示すプロットである。

本発明の好ましい実施態様によれば、図１は、波長分散型分光法を用いた当該試料の蛍光Ｘ線分析の装置１０を表す。Ｘ線源２０は、多層ブラッグ構造を含む種々の形態を取ることができる反射光学系２２に向けられたＸ線放射１２の場を発する。反射光学系２２は、Ｘ線放射１２を平行にする又は単色光にするのに使用されてもよい。或いは、装置１０は反射光学系２２なしで操作してもよい。

しかしながら、示されるように、Ｘ線放射１２の場は、分析して化学的不純物を割り出す必要があるシリコンウエハーのような当該試料２４に衝突する。Ｘ線放射１２の場と試料２４の間の既知の物理学的反応のために、蛍光放射１４の場が試料から発せられる。蛍光放射１４の場は、試料２４に存在する原子又は分子の元素の種類に特徴的な放射輝線の形態で情報を含有する。蛍光放射１４の場は本発明の多層構造２６から選択的に反射されて反射された蛍光放射の場１６を創る。反射された蛍光放射の場１６はその後、反射された蛍光放射の場１６の定性的及び定量的な側面を解釈するように適合させた検出器２８によって受け取られ、分析される。

放射は、ブラッグの方程式、上記方程式１に従って多層構造２６から選択的に反射され、その際、間隔、又はｄの面間隔、ｄが図２において図解的に参照番号１８と呼ばれる。図２に示すように、角度θで表面に衝突する入射放射線１７（図１の入射放射線１４に類似する）はｄの面間隔１８に相当する間隔で反射される。所定の数の層間での構成的干渉は、反射された放射線１９（図１の反射された放射線１６に類似する）の均一な場をつくる。

図３は、本発明の実施態様に係る多層構造２６を表す。多層構造２６は一般に、基板３０と、その上に周期的に形成されてもよい一連の対又は二層３２を含む。図３に示すように、各二層３２は一対の個々の層３２ａ，３２ｂを含み、それは基材３０上に順に堆積されて必要な周期性を創る。多層構造２６は好ましくは、約１０〜約３００の間の二層３２、又は約２０〜約６００の間の個々の層３２ａ，３２ｂで構成される。好ましい実施態様では、多層構造２６は、約５０〜約１５０の間の二層３２で構成され、各二層は厚さ約１〜約６０ｎｍの間、好ましくは厚さ約１．５〜約１０ｎｍの間である。この厚さはさもなければ、（方程式（１）で使用されるような）多層構造２６のｄの面間隔と呼ばれる。

言及したように、各二層は、第１の層３２ａと第２の層３２ｂを含む一対の個々の層３２ａ，３２ｂで構成される。この実施態様では、第１の層３２ａは珪化マグネシウムで構成され、第２の層３２ｂはタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、これらの元素の合金、酸化物、ホウ化物、珪化物及び窒化物、珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ），炭化珪素（ＳｉＣ）、ホウ素（Ｂ）、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、及び好適な光学特性を有する当該技術で既知のほかの金属元素又は軽い元素の少なくとも１つで構成される。図３を参照して、第１の層３２ａが最上層であり（すなわち、対の層３２の中で入射放射線に最初に露出される層）、第２の層は最下層（すなわち、対の層３２の中で入射放射線に最後に露出される層）である。

図４を参照して、本発明の別の好ましい実施態様に係る多層構造１２６を説明する。多層構造１２６は基板１３０と、その上に周期的に形成されてもよい一連の三つ組み層１３２を含む。この実施態様では、各三つ組み層１３２は三つ組みの層１３２ａ、１３２ｂ、１２３ｃを含み、それは基材１３０上に順に堆積されて必要な周期性を創る。多層構造１２６は、約１０〜約３００の間の三つ組み層１３２、又は約３０〜約９００の間の個々の層１３２ａ，１３２ｂ、１３２ｃで構成される。好ましい実施態様では、多層構造１２６は、約５０〜約１５０の間の三つ組み層１３２で構成され、各三つ組み層１３２は、厚さ約１〜約６０ｎｍの間、好ましくは厚さ約１．５〜約１０ｎｍの間である。この厚さはさもなければ、（方程式（１）で使用されるような）多層構造１２６のｄの面間隔と呼ばれる。

言及したように、三つ組み層１３２は、第１の層１３２ａと第２の層１３２ｂと第３の層１３２ｃを含む三つ組みの層１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃで構成される。この実施態様では、第１の層３２ａは珪化マグネシウムで構成される。第２の層１３２ｂは、珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ），炭化珪素（ＳｉＣ）、ホウ素（Ｂ）、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、及び好適な光学特性を有する当該技術で既知のほかの軽い元素の少なくとも１つで構成される。第３の層１３２ｃは、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、これらの元素の合金、酸化物、ホウ化物、珪化物及び窒化物、好適な光学特性を有する当該技術で既知のほかの金属元素の少なくとも１つで構成される。図４に表されるように、第２の層１３２ｂは好ましくは第１の層１３２ａと第３の層１３２ｃの間に配置される。この実施態様では、第１の層１３２ａがさらに軽い材料を含むので図４に示すように各三つ組み層１３２内での最上層である（すなわち、各三つ組み層１３２内で入射放射線に最初に露出される層）。第３の層１３２ｃはさらに吸着性の材料を含むので図４に示すように各三つ組み層１３２内での最下層である（すなわち、各三つ組み層１３２内で入射放射線に最後に露出される層）。

図５で説明される別の実施態様では、多層構造２２６が第４の層を含んでもよいので、一連の四つ組層２３２が基材２３０上に周期的に形成されてもよい。この実施態様では、各四つ組層２３２は、層２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄの四つ組を含み、それらは基材２３０上に順に堆積されて必要な周期性を創る。多層構造２２６は、約１０〜約３００の間の四つ組み層１３２、又は約４０〜約１２００の間の個々の層２３２ａ，２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄで構成される。好ましい実施態様では、多層構造２２６は、約５０〜約１５０の間の四つ組み層２３２で構成され、各四つ組み層２３２は、厚さ約１〜約６０ｎｍの間、好ましくは厚さ約１．５〜約１０ｎｍの間である。この厚さはさもなければ、（方程式（１）で使用されるような）多層構造２２６のｄの面間隔と呼ばれる。

この実施態様では、第１の層２３２ａ、第２の層２３２ｂ及び第３の層２３２ｃは、三つ組み多層構造１２６の第１の層１３２ａ、第２の層１３２ｂ及び第３の層１３２ｃと類似する。従って、層２３２ａ，２３２ｂ、及び２３２ｃはそれぞれ、三つ組み多層構造１２６に関して上述されたように層１３２ａ、１３２ｂ及び１３２ｃと同じ材料から形成される。図５で説明されるように、四つ組み層２３２の第４の層は、三つ組み多層構造１２６に関して上述された第２の層１３２ｂについて列記された材料の少なくとも１つで構成される。

この実施態様では、第２の層２３２ｂと第４の層２３２ｄは、その各配置的特徴は同一でなくてもよいが、化学的に同一であってもよい。この実施態様では、第２の層２３２ｂは好ましくは第１の層２３２ａと第３の層２３２ｃの間に配置され、第３の層２３２ｃは好ましくは第２の層２３２ｂと第４の層２３２ｄの間に配置される。図５を参照して、第４の層が多層周期ｎの第３の層と多層周期ｎ−１の第１の層の間に配置されるように、第１の層２３２ａが最上層であり（すなわち、各四つ組み層内で入射放射線に最初に露出される層）、第４の層２３２ｄが最下層（すなわち、各四つ組み層内で入射放射線に最後に露出される層）である。

装置１０の性能を最大化するように多層構造を成形してもよく又はさもなければ誂えてもよいことが本発明の特徴である。たとえば、多層構造２６、１２６、２２６の表面にて異なった点での入射角θの大きさを調節するために、図３、４及び５に示す多層構造２６、１２６、２２６を円錐断面、たとえば、楕円、放物面又は回転楕円面に成形してもよい。多層構造２６、１２６、２２６の表面を成形することによって、蛍光放射１６の反射した場が好ましい方法で検出器２８に集中するように、特定の方法で蛍光放射１４の場を調整することができる。

多層構造２６、１２６、２２６は好ましくは、保護層又は反射防止層のいずれかとして作用する第１の周期（すなわち、最上の周期）の第１の層の上にキャップ層３４、１３４、２３４を含む。たとえば、キャップ層３４、１３４、２３４は、珪素（Ｓｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化珪素（ＳｉＯ２）、そのほかの酸化物反射防止コーティング、及び当該技術で既知のそのほかの好適な反射防止材で構成されてもよい。

さらに、図３、４及び５に示す多層構造２６、１２６、２２６のｄの面間隔、すなわち、二層３２、三つ組み層１３２又は四つ組層２３２の厚さは、多層構造２６、１２６、２２６の深さに沿って変化してもよく、又は代わりに多層構造２６、１２６、２２６の横軸に沿って変化してもよい。後者の操作はそれぞれ、深さ勾配のあるｄの面間隔及び横勾配のあるｄの面間隔として知られる。

シリコン（Ｓｉ）ウエハー上の窒化チタン（ＴｉＮ）薄膜の分析においてこれまでの従来技術の分析計と共に様々なＭｇ_２Ｓｉに基づいた分析計を調べ、その計算された性能を以下の表２に提供し、エネルギー強度の分布を図６ａと図６ｂにプロットする。

図６ａと図６ｂを参照して、Ｓｉウエハー上のＴｉＮ薄膜を分析する種々の多層構造の計算された性能のうちでエネルギー強度の分布のプロットを提供する。表１で言及されたように、輝線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧはそれぞれ、７つの異なった多層構造、Ｃｒ／Ｓｃ、Ｃｏ／Ｍｇ_２Ｓｉ、Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０８０Ａ）、Ｎｉ／Ｍｇ_２Ｓｉ、Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０６０Ａ）、Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０４５Ａ）及びＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉの性能を表し、各多層構造は一連の二層を含む。線Ａ、Ｃ、Ｅ及びＦは当該技術で知られ、使用されている多層構造を表し、線Ｂ、Ｄ及びＧは図３で説明した実施態様に係るＭｇ_２Ｓｉに基づく多層構造を表す。

表１でさらに言及すると、Ｎ−Ｋ_α線として知られるＴｉＮ薄膜の窒素の放射の線は線１として表され、Ｔｉ−Ｌ_Ｉ線として知られるＴｉＮ薄膜のチタンの放射の線は線２として表される。種々の多層構造の輝線のそれぞれの線１に沿ったピークは、ＴｉＮ薄膜のＮについて各多層構造によって反射された強度を表す。同様に、種々の多層構造の輝線のそれぞれの線２に沿ったピークは、ＴｉＮ薄膜のＴｉについて各多層構造によって反射された強度を表す。

図６ａと図６ｂを参照して、輝線Ａはクロム／スカンジウム（Ｃｒ／Ｓｃ）の二層を含む当該技術で知られ、使用されている従来の多層構造の性能を表す。その計算された性能が以下の表２に示されるこの特定の調べられた多層分析計の具体的な製品名は、４ｎｍのｄの面間隔を有するＯＶ０８０Ｅである。図６ａと図６ｂ及び表２で説明されるように、Ｎ−Ｋ_α線（線１）に沿って位置するＣｒ／Ｓｃの輝線（線Ａ）のピークは、Ｃｒ／Ｓｃ多層構造の性能がＴｉＮ薄膜のＮの分析について非常に高い強度（３０６．１ａ．ｕ．）を結果的に生じることを説明している。しかしながら、Ｃｒ／Ｓｃの輝線（線Ａ）はＴｉＬ_Ｉ線（線２）の沿ったピークを示さず、それは、Ｓｃに基づく多層構造がＴｉＮ薄膜のＴｉを分析することができないことを明らかにしている（表２、Ｔｉ−Ｌ_Ｉ線について０．０ａ．ｕ．を参照のこと）。図６ａと図６ｂ及び表２はさらに、Ｃｒ／Ｓｃ多層構造はピーク対バックグラウンド比によって決定される非常に高いバックグラウンドシグナルを結果的に生じることを説明している（Ｎ−Ｋ_α線（線１）についての２．３５として表２で提供される）。

輝線Ｂは、コバルト／珪化マグネシウム（Ｃｏ／Ｍｇ_２Ｓｉ）の二層を含み、４ｎｍのｄの面間隔を有する、本発明の図３の実施態様に係るＭｇ_２Ｓｉに基づく多層構造の性能を表す。図６ａと図６ｂ及び以下の表２に示されるように、Ｎ−Ｋ_α線（線１）及びＴｉ−Ｌ_Ｉ線に沿って位置するＣｏ／Ｍｇ_２Ｓｉ輝線（線Ｂ）のピークは、Ｃｏ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造がＴｉＮ薄膜のＮ及びＴｉを分析することが可能であるだけでなく、Ｃｏ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造の性能がＴｉＮ薄膜のＮ（１６９．４ａ．ｕ．）及びＴｉ（８６．７ａ．ｕ．）双方の分析について非常に高い強度も結果的に生じることを説明している。加えて、図６ａと図６ｂ及び表２は、Ｃｏ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造が、従来技術のＣｒ／Ｓｃ多層構造よりも、ピーク対バックグラウンド比によって決定される低いバックグラウンドシグナルを結果的に生じる（Ｎ−Ｋ_α線（線１）についての５．８４として、ＴｉＬ_Ｉ線（線２）についての１．６１として表３で提供される）ことをさらに説明している。

輝線Ｃはタングステン／珪化物（Ｗ／Ｓｉ）の二層を含む当該技術で知られ、使用されている従来の多層構造の性能を表す。その計算された性能が以下の表２に示されるこの特定の調べられた多層分析計の具体的な製品名は、４ｎｍのｄの面間隔を有するＯＶ０８０Ａである。図６ａと図６ｂ及び表２に示されるように、Ｎ−Ｋ_α線（線１）に沿って位置するＷ／Ｓｉの輝線（線Ｃ）のピークは、Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０８０Ａ）多層構造の性能が、ＴｉＮ薄膜のＮの分析で分析計の群において中間範囲の強度（５２．９ａ．ｕ．）を結果的に生じることを説明している。Ｔｉ−Ｌ_Ｉ線に(線２）に沿って位置するＷ／Ｓｉの輝線（線Ｃ）のピークは、Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０８０Ａ）多層構造の性能が、ＴｉＮ薄膜のＴｉの分析で分析計の群において中間範囲の強度（４６．４ａ．ｕ．）を結果的に生じることを説明している。図６ａと図６ｂ及び表２は、Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０８０Ａ）多層構造がピーク対バックグラウンド比によって決定される非常に高いバックグラウンドシグナルを結果的に生じる（Ｎ−Ｋ_α線（線１）についての２．５２として、Ｔｉ−Ｌ_Ｉ線（線２）についての１．１６として表２で提供される）ことをさらに説明している。

輝線Ｄは、ニッケル／珪化マグネシウム（Ｎｉ／Ｍｇ_２Ｓｉ）の二層を含み、３ｎｍのｄの面間隔を有する本発明の図３の実施態様に係るＭｇ_２Ｓｉに基づいた多層構造の性能を表す。図６ａと図６ｂ及び以下の表２に示されるように、Ｎ−Ｋ_α線（線１）に沿って位置するＮｉ／Ｍｇ_２Ｓｉの輝線（線Ｄ）のピークは、Ｎｉ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造の性能が、ＴｉＮ薄膜のＮの分析について高い強度（７５．２ａ．ｕ．）を結果的に生じることを説明している。Ｔｉ−Ｌ_Ｉ線に(線２）に沿って位置するＮｉ／Ｍｇ_２Ｓｉの輝線（線Ｄ）のピークは、Ｎｉ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造の性能が、ＴｉＮ薄膜のＴｉの分析について高い強度（３２．９ａ．ｕ．）を結果的に生じることを説明している。図６ａと図６ｂ及び表２は、Ｎｉ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造がピーク対バックグラウンド比によって決定される非常に低いバックグラウンドシグナルを結果的に生じる（Ｎ−Ｋ_α線（線１）についての１０．４として、ＴｉＬ_Ｉ線（線２）についての２．３として表２で提供される）ことをさらに説明している。

輝線Ｅは、タングステン／珪化物（Ｗ／Ｓｉ）の二層を含む当該技術で知られ、使用されている従来の多層構造の性能を表す。その計算された性能が以下の表２に示されるこの特定の調べられた多層分析計の具体的な製品名は、３ｎｍのｄの面間隔を有するＯＶ０６０Ａである。図６ａと図６ｂ及び表２に示されるように、Ｎ−Ｋ_α線（線１）に沿って位置するＷ／Ｓｉの輝線（線Ｈ）のピークは、Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０６０Ａ）多層構造の性能が、ＴｉＮ薄膜のＮの分析について低い強度（２３．６ａ．ｕ．）を結果的に生じることを説明している。Ｔｉ−Ｌ_Ｉ線に(線２）に沿って位置するＷ／Ｓｉの輝線（線Ｈ）のピークは、Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０６０Ａ）多層構造の性能がＴｉＮ薄膜のＴｉの分析について低い強度（１２．２ａ．ｕ．）を結果的に生じることを説明している。図６ａと図６ｂ及び表２は、Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０６０Ａ）多層構造が、ピーク対バックグラウンド比によって決定される中間範囲のバックグラウンドシグナルを結果的に生じる（Ｎ−Ｋ_α線（線１）についての６．６として、Ｔｉ−Ｌ_Ｉ線（線２）についての１．８として表２で提供される）ことをさらに説明している。

輝線Ｆは、タングステン／珪化物（Ｗ／Ｓｉ）の二層を含む当該技術で知られ、使用されている従来の多層構造の性能を表す。その計算された性能が以下の表２に示されるこの特定の調べられた多層分析計の具体的な製品名は、２．２５ｎｍのｄの面間隔を有するＯＶ０４５Ａである。図６ａと図６ｂ及び表２に示されるように、Ｎ−Ｋ_α線（線１）に沿って位置するＷ／Ｓｉの輝線（線Ｆ）のピークは、Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０４５Ａ）多層構造の性能が、ＴｉＮ薄膜のＮの分析について非常に低い強度（１１．７４ａ．ｕ．）を結果的に生じることを説明している。Ｔｉ−Ｌ_Ｉ線に(線２）に沿って位置するＷ／Ｓｉの輝線（線Ｆ）のピークは、Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０４５Ａ）多層構造の性能が、ＴｉＮ薄膜のＴｉの分析について非常に低い強度（４．７１ａ．ｕ．）を結果的に生じることを説明している。図６ａと図６ｂ及び表２は、Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０４５Ａ）多層構造が、ピーク対バックグラウンド比によって決定される相当に低いバックグラウンドシグナルを結果的に生じる（Ｎ−Ｋ_α線（線１）についての１２．６として、Ｔｉ−Ｌ_Ｉ線（線２）についての２．７として表２で提供される）ことをさらに説明している。

輝線Ｇは、炭化珪素／珪化マグネシウム（ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ）の二層を含み、３ｎｍのｄの面間隔を有する本発明の図３の実施態様に係るＭｇ_２Ｓｉに基づいた多層構造の性能を表す。図６ａと図６ｂ及び以下の表２に示されるように、Ｎ−Ｋ_α線（線１）に沿って位置するＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉの輝線（線Ｇ）のピークは、ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造の性能が、ＴｉＮ薄膜のＮの分析について、そのほかのＭｇ_２Ｓｉに基づいた多層構造及び従来技術の多層構造の２つよりも高く、従来技術の多層構造のほかの２つよりも低い強度（２８．３ａ．ｕ．）を結果的に生じることを説明している。Ｔｉ−Ｌ_Ｉ線に(線２）に沿って位置するＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉの輝線（線Ｇ）のピークは、ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造の性能が、ＴｉＮ薄膜のＴｉの分析について低い強度（９．９ａ．ｕ．）を結果的に生じることを説明している。図６ａと図６ｂ及び表２は、ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造が、ピーク対バックグラウンド比によって決定される非常に低いバックグラウンドシグナルを結果的に生じる（Ｎ−Ｋ_α線（線１）についての７０．７として、Ｔｉ−Ｌ_Ｉ線（線２）についての１２．４として表２で提供される）ことをさらに説明している。

ＴｉＮ薄膜のＮの分析において種々の多層構造の結果を比較すると、従来技術のＣｒ／Ｓｃ（ＯＶ０８０Ａ）分析計（線Ａ）が最も高い強度を示し、２つのＭｇ_２Ｓｉを基にした分析計、Ｃｏ／Ｍｇ_２ＳｉとＮｉ／Ｍｇ_２Ｓｉ(線ＢとＤ）がそれに続き、従来技術Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０８０Ａ）（線Ｃ）がそれに続き、第３のＭｇ_２Ｓｉに基づいた分析計、ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ（線Ｇ）がそれに続き、最後の２つの従来技術、Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０６０ＡとＯＶ０４５Ａ）分析計（線Ｅと線Ｆ）が最低強度でそれに続く。

ＴｉＮ薄膜のＴｉの分析において種々の多層構造の結果を比較すると、Ｃｏ／Ｍｇ_２Ｓｉ分析計（線Ｂ）が最も高い強度を示し、従来技術のＷ／Ｓｉ（ＯＶ０８０Ａ）（線Ｃ）がそれに続き、Ｎｉ／Ｍｇ_２Ｓｉ分析計（線Ｄ）がそれに続き、従来技術Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０６０Ａ）（線Ｅ）がそれに続き、ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ分析計（線Ｇ）がそれに続き、従来技術Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０４５Ａ）がそれに続き、従来技術Ｃｒ／Ｓｃ（線Ａ）がそれに続くが、これはＴｉＮ薄膜におけるＴｉを分析することができない。

それぞれが示す、ピーク対バックグラウンド比に基づくバックグラウンドシグナルにおいて種々の多層構造を比較すると、従来技術Ｃｒ／Ｓｃ分析計（線Ａ）が最も高いバックグラウンドノイズを示し、従来技術Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０８０Ａ）（線Ｃ）がそれに続き、Ｃｏ／Ｍｇ_２Ｓｉ分析計（線Ｂ）がそれに続き、従来技術Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０６０Ａ）分析計（線Ｅ）がそれに続き、Ｎｉ／Ｍｇ_２Ｓｉ分析計(線Ｄ）がそれに続き、従来技術Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０４５Ａ）（線Ｅ）がそれに続き、ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ分析計（線Ｇ）が最低のバックグラウンドノイズと共にそれに続く。

従来技術Ｃｒ／Ｓｃ分析計（線Ａ）は、Ｎの分析で最高の強度を示すが、Ｔｉを分析することができず、最高のバックグラウンドノイズを示すので非常に望ましい分析計ではない。従来技術Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０８０Ａ）分析計（線Ｃ）はＴｉの分析では比較的高い強度を示すが、Ｎの分析では非常に弱く、非常に高いバックグラウンドノイズを示すので非常に望ましい分析計ではない。従来技術Ｗ／Ｓｉ（ＯＶ０６０ＡとＯＶ０４５Ａ）分析計（線Ｅと線Ｆ）の双方は、Ｎ及びＴｉの強度とバックグラウンドノイズ双方の分析という点で中間近くに並ぶ。

表２で示され、図６ａと図６ｂでプロットされた結果から、図３の実施態様に係るＭｇ_２Ｓｉに基づいた分析計は従来技術のＷ／Ｓｉ分析計及びＣｒ／Ｓｃ分析計よりも望ましいことが証拠付けられる。たとえば、Ｎｉ／Ｍｇ_２Ｓｉ分析計（線Ｄ）はＮ及びＴｉの双方について高い強度を示し、低いバックグラウンドノイズを示す。ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ分析計（線Ｇ）はＮ及びＴｉの双方について低い強度を示すが、分析計すべての中で最も低いバックグラウンドノイズを示す。最後に、Ｃｏ／Ｍｇ_２Ｓｉ分析計（線Ｂ）はほかのＭｇ_２Ｓｉに基づく分析計よりも高いバックグラウンドシグナルを示すが、Ｎ及びＴｉ双方の分析で非常に高い強度を示し、これまでの従来技術のＷ／Ｓｉ多層よりもＮの分析で３倍の強度、Ｔｉの分析でほぼ２倍の強度を示す。

今や図７を参照して、ピーク反射率と勾配入射角のプロットにおいて、これまでの従来技術のＷ／Ｓｉ構造と図３の実施態様に係る新規のＷ／Ｍｇ_２Ｓｉ構造のＯ−Ｋ_α放射の線にて計算された角度での反射率を提供する。各構造のｄの面間隔は４ｎｍであり、二層の数は１００である。ガンマ、すなわち、ｄの面間隔に対するＷ層の厚さの比は０．３である。平面波（すなわち、分岐がない）と、層の材料嵩密度と、Ｗ／Ｓｉについて０．３５ｎｍ、Ｗ／Ｍｇ_２Ｓｉについて０．４ｎｍの層間粗さを仮定して計算を行った。図７に示すように、新規の二層Ｗ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層は、高いピーク反射率（２０．７％）と狭いＥＷＨＭ（半値全幅、０．５１度）を示し、それは、低いピーク反射率（１２．６％）と広いＦＷＨＭ（０．５５度）を示す従来技術の二層Ｗ／Ｓｉ多層と比べて、良好な分解能を約束する。

選択性又は分解能は放射線が貫通するする多層構造内の層の数に依存する、すなわち、層が多ければ多いほど、分解能は良好となる。言い換えれば、放射線が多層構造のさらに深い、さらに多くの層を貫通すると、これがさらに良好な分解能を提供する。これは、Ｗ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層分析計が限定されている場合である。タングステン（Ｗ）は非常に効率的に放射線を吸収するので、Ｗ／Ｍｇ_２Ｓｉ二層多層構造において放射線が貫通する深さは、高度に吸収性のＷ層のために限定される。従って、放射線は表面近くで吸収され、結果的に乏しい分解能を生じる。Ｗ層の厚さを減らすことによって分解能を改善することができる。しかしながら、Ｗは高いピーク反射率と関係があるので、このアプローチは通常結果的にピーク反射率の有意な喪失を生じる。従って、図７は二層Ｗ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造が、従来技術のＷ／Ｓｉよりも良好に機能することを示すが、Ｗ／Ｍｇ_２Ｓｉ分析計は分解能で限定される。

代わりに、ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造は、たとえば、高い分解能を示す。特定の多層構造の分解能という点で、それは、作用し始める各周期内での層の平均吸収である。従って、ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造の分解能をＷ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造のそれと比べると、両者の構造は各周期内にＭｇ_２Ｓｉの層を含むので、各構造の分解能はＷとＳｉＣを比較することによって容易に比較することができる。ＳｉＣは高度に吸収性のＷより軽いので、放射線はＷ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造を介するよりもＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造を介する方がさらに深く貫通し、結果的にＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層分析計について高い分解能を生じる。

一般に、図３に係る二層の多層構造、たとえば、Ｗ／Ｍｇ_２Ｓｉ又はＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉの多層構造の層のそれぞれの厚さは、特定の適用についての望ましい反射率及び選択性のパラメータに従って調整することができる。たとえば、相対的に幅広い反射率の曲線を持つ多層構造はＷＤＳ方式で良好な性能を提供し、狭く、高い反射率の曲線を持つ多層構造はＥＰＭＡ（電子プローブＸ線ミクロ解析）方式に良好に適する。しかしながら、層材料のそれぞれの光学定数の限界のために、二層の多層構造内で層の厚さを変える場合、反射率と選択性の間に妥協がある。たとえば、Ｗ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造のＷ層の厚さを減らすことによって２つのうち１つの因子により選択性を改善してもよいが、同様に２つのうち１つの因子によって反射率は小さくなる。

図４〜５の実施態様によれば、たとえば、ＷとＭｇ_２Ｓｉの層を有する多層構造１２６の三つ組み層１３２の周期の中へのＳｉＣのような、又はＳｉＣとＭｇ_２Ｓｉの層を有する多層構造１２６の三つ組み層１３２の周期の中へのＷのような第３の層の導入は、図３に係る二層の多層構造２６の限界を克服するのに役立つ。たとえば、ＷとＳｉＣとＭｇ_２Ｓｉとを図４に係る三層の又は三つ組み層のＷ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造に組み合わせることによってピークの反射率と選択性の妥協を解消する。

この実施態様では、第３の層はバリア層としてではなく、特定の適用のためにパラメータを最適化する能力のために導入される。たとえば、特定の適用のためにパラメータを最適化するために三つ組み層１３２内での異なった層１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃの想定的な厚さを改変してもよい。たとえば、Ｗが低い分解能と関係し、ＳｉＣが高い分解能と関係することが分かっているＷ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉのような多層構造と共に、Ｗ層とＳｉＣ層の間の厚さの比を変えることによって多層構造１２６を誂えて特定の適用に合わせることが可能である。従って、Ｘ線ビームの広がりが相対的に高い従来の分光計を用いた適用に望ましい最適な光束を持つ三つ組みの多層構造１２６を提供するには、ＳｉＣを含む層１３２ｂよりもＷを含む層１３２ｃを厚くするべきである。或いは、Ｘ線ビームの広がりが非常に小さい又はない固定チャンネルの分光計を用いた適用に望ましい最適な分解能を持つ三つ組みの多層構造１２６を提供するには、Ｗを含む層１３２ｃよりもＳｉＣを含む層１３２ｂを厚くすべきである。

図３に係る二層の多層構造２６を超える図４に係る三層の多層構造の改善された性能を説明するさらなる証拠は図８に提供される。図８は、各特定の多層構造のＷ層の関数として、Ｏ−Ｋ_α放射の線にて、二層Ｗ／Ｍｇ_２Ｓｉの多層構造２６と三層Ｗ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉの多層構造の計算された性能を比較する。これらの計算については、三層構造のＭｇ_２Ｓi層の厚さは２．８９ｎｍで一定に保ったが、双方の構造は４．０６ｎｍのｄの面間隔を有する。

図８を参照して、層の厚さを変えることが選択性（すなわち、分解能）と反射率に対して有する効果はそれぞれ、ＦＷＨＭの線と反射率の線から明らかである。Ｗ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉの多層構造とＷ／Ｍｇ_２Ｓｉの多層構造についてのＦＷＨＭ線の差異は非常に有意であるわけではないが、双方の線はＷ層の厚さが増すにつれて、ＦＷＨＭが上昇する（すなわち、ＦＷＨＭのピークが広くなる）ので、分解能は低下することを示している。Ｗ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉの多層構造とＷ／Ｍｇ_２Ｓｉの多層構造についての反射率の間の差異は非常に有意であり、三層Ｗ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉの多層構造が二層Ｗ／Ｍｇ_２Ｓｉの多層構造よりはるかに良好な反射率を有することを示している。たとえば、Ｗ層が２オングストローム（０．２ｎｍ）である場合、Ｗ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉの多層構造は、二層Ｗ／Ｍｇ_２Ｓｉの多層構造の２倍を超える反射率を示す。Ｗ層の厚さが増すにつれて、２つの構造の間での反射率の差異は小さくなるが、三層Ｗ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉの多層構造が二層の多層構造よりも良好に機能するのを理解するほど十分に有意である。

図８で説明されるように、２つのうち１つの因子による選択性の改善は結果的に、二層構造による５０％の反射率の喪失に対して三層構造によるほんの１５％の反射率の喪失を生じる。多層構造の反射率は、層の材料や厚さだけでなく、構造における層の順序にも左右される。たとえば、ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉの多層構造の反射率は、類似の層の厚さと不完全性を持つＷ／Ｍｇ_２Ｓｉ／ＳｉＣよりも高い。

図９は、光子エネルギー１７０ｅＶ〜１７５０ｅＶにおけるＳｉウエハー上のＴｉＮ薄膜の分析での従来技術の多層構造と比べたＭｇ_２Ｓｉを基にした構造の予想反射率のプロットを示す。図９を参照して、一連の二層を有する５つの多層構造と一連の三つ組み層を有する１つの多層構造を含む６つの異なる多層構造の性能について輝線を表す。一連の二層を有する分析計は、従来技術の分析計、Ｃｒ／Ｓｃ（ＯＶ０８０Ｅ；ｄ＝４ｎｍ）、Ｎｉ／Ｃ（ＯＶ０８０Ｎ；ｄ＝４ｎｍ）及びＷ／Ｓｉ（ＯＶ０８０Ａ；ｄ＝４ｎｍ）、並びに本発明の図３の実施態様に係るＭｇ_２Ｓｉに基づく分析計、Ｃｏ／Ｍｇ_２Ｓｉ（ｄ＝４ｎｍ）及びＷ／Ｍｇ_２Ｓｉ（ｄ＝４ｎｍ）を含む。本発明の図４の実施態様に係る、その性能が図９にプロットされる一連の三つ組み層を有する分析計は、４ｎｍのｄの面間隔を有するＷ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ分析計である。各輝線は、図９における手がかりに提供されるそれ自体の記号に対応する。

図９は、種々の元素、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、酸素（Ｏ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、フッ素（Ｆ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）及び珪素（Ｓｉ）を分析する種々の多層構造のエネルギーと反射率の分布を示す。各特定の元素について各分析計によって反射される反射率が以下の表３で言及されるような各元素に関係する放射の線に沿って示される。

図９で証拠付けられるように、約７００ｅＶを超えるエネルギーについては、新規の三層Ｗ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉと二層Ｗ／Ｍｇ_２Ｓｉの構造の反射率はこの範囲で、従来技術のＷ／Ｓｉ多層構造の反射率を超える。さらに低いエネルギーでは、別の新規も二層Ｃｏ／Ｍｇ_２Ｓｉが最良の反射率と分解能を約束する。図３〜５に関して前に記載したように、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）のような遷移金属、これらの元素の合金、酸化物、ホウ化物、珪化物及び窒化物、及び最適な光学特性を有するそのほかの物質を層材料の１つとしてコバルト（Ｃｏ）の代わりに使用することができる。従って、図９は、Ｍｇ_２Ｓｉに基づく多層分析計が、分析下のほぼすべての元素についてこれまでの従来技術の多層分析計を超えて機能し、場合によっては、ほかの多層構造よりも２倍大きい反射率を示すことを説明している。Ｓｃに基づく多層が最も良好に機能する期待値はＮ−Ｋ_α線である。しかしながら、上述のように、Ｓｃに基づく、たとえば、Ｃｒ／Ｓｃ及びＦｅ／Ｓｃの分析計は、シリコンウエハー上の薄膜を分析する場合、相対的に低い分解能とＳｉ−Ｌ_α線からの高いバックグラウンドシグナルという短所を有する。

図９で説明されるように、三つ組みＷ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造は、ほとんどの元素について最高の反射率を示すので、Ｍｇ_２Ｓｉに基づいた多層構造の高い性能をさらに証拠付けている。三つ組み多層構造１２６によって、パラメータ間の妥協は有意ではない。従って、図３に係るＭｇ_２Ｓｉに基づいた二層の多層構造２６がＴｉＮ薄膜を分析するための、多数の従来技術の多層構造を超える改善された性能を有する単一の分析計を提供する一方で、図４に係る三つ組みの多層構造１２６は、ほかのパラメータを犠牲にすることなく、広い範囲のパラメータを最適化する能力を提供する。従って、Ｍｇ_２Ｓｉに基づく層１３２ａと軽い層１３２ｂ、たとえば、ＳｉＣと吸収性の層１３２ｃ、たとえばＷを含む三つ組みの多層構造１２６の利点には、高いピーク反射率と、高い選択性と、ピーク対バックグラウンドの比で決定される低いバックグラウンドのノイズが挙げられる。

Ｍｇ_２Ｓｉに基づいた多層構造のさらなる試験と分析を実施したが、その結果を以下で議論し、表４〜７に示す。調べた多層構造の材料層を堆積するのに使用した堆積工程では、交互構造を形成するためのマグネトロンスパッタリング源の前を通る回転トレーの面上に先ず、基材を取り付けた。堆積チャンバーの直径と高さはそれぞれ６００ｎｍと５４０ｎｍだった。トレーの回転時間を制御することによって各材料のコーティングの所望の厚さを得た。堆積システムには３つのマグネトロンスパッタリング陰極と、堆積の前に基材を清浄するのに使用されるイオンビーム源１つが含まれた。Ｍｇ_２Ｓｉに基づく構造の堆積に使用されるターゲットは、約２００ｍｍの長さと約９０ｍｍの幅を持つ長方形を有した。

軟Ｘ線範囲での反射率と分析性能は、標準の測定条件でのＲｉｇａｋｕ波長分散型蛍光分光計によって調べた。軟Ｘ線測定はすべて、既存の従来技術のＷ／Ｓｉ分析計との比較で行った。

３つの異なるセットの多層を基材上に堆積し、調べた。第１のセットは約４ｎｍのｄの面間隔（２ｄは８ｎｍに等しい）を持つＷ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造を含有した。第２のセットは約２．２５ｎｍのｄの面間隔（２ｄは５．５ｎｍに等しい）を持つ同じ構造を含んだ。最後のセットは、約４ｎｍのｄの面間隔（２ｄは８ｎｍに等しい）を持つＣｏ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層構造を含んだ。最初の２セットのそれぞれはさらに厚いＷ層を持つ構造を１つ含有した。最小の厚さのＷ層を持つ構造は最も狭いピーク幅を示したが、本明細書では高分解能の構造と呼ぶ。高い光束構造と高い分解能構造の間のＷ層の厚さを持つ構造を本明細書では平均光束と呼ぶ。

新規の構造の性能の獲得（すなわち、強度又は分解能の獲得）は以下のように算出した：性能の獲得は、［Ｍｇ_２Ｓｉに基づく構造の性能］／［Ｗ／Ｓｉ構造の性能］に等しい。以下の表４と表５は、新規の構造とＷ／Ｓｉ構造との間の性能の比較の試験結果を提供する。表４は、高い光束、平均の光束及び高い分解能のＷ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ多重構造の性能獲得を示す。表５は、約４ｎｍのｄの面間隔（２ｄは８ｎｍに等しい）を持つ光束のみが高いＣｏ／Ｍｇ_２Ｓｉの性能獲得を示す。

表４で説明されるように、高い光束のＷ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ構造は、Ｍｇ−Ｋ_αでの１２％〜Ｎ−Ｋ_αでの５４％の光束の獲得を示した。波長が長ければ光束の獲得が大きいというそのような傾向は図９においてプロットした計算によく一致する。予想した獲得より低いものは、Ｗ／Ｓｉ構造に比べて新規分析計の高い分解能と共に組み込まれたソーラースリットから出て来る放射線の相対的に大きなビームの広がりによって説明することができる。この現象は、高い分解能構造からの低い光束の獲得も説明する。さらに大きな広がりのビームを提供するさらに幅広いソーラースリットで行った実験は、さらに狭いソーラースリットを以前用いたデータと比較してさらに低い光束の獲得を示した。

表５に示されるように、高い光束のＣｏ／Ｍｇ_２Ｓｉ構造は、これらの構造の高いピーク反射率を示す非常に狭い反射率曲線にもかかわらずＮ−Ｋ_αとＯ−Ｋ_αで３７〜５７％の光束の獲得を明らかにした。Ｆ−Ｋ_αでのＣｏ／Ｍｇ_２Ｓｉ多層の性能は予想よりもはるかに低いが、それは、測定に用いたソーラースリットの相対的に大きなビームの広がりによって部分的に説明することができる。ＥＰＭＡ方式については一層さらに良好な性能を期待することができる。

異なった濃度の分析元素を有する試料からの蛍光放射の強度を測定することによって多層分析計の分析性能を調べた。通常、強度は濃度に直線的に依存する。線の勾配は分析計の感度を特徴付ける。ゼロに等しい濃度での強度はバックグラウンド相当係数（Ｂ．Ｅ．Ｃ．）と呼ばれ、バックグラウンドの強度の程度を特徴付ける。さらに、線形従属を記載する方程式から検出の下限（Ｌ．Ｌ．Ｄ．）を決定することができる。より大きな値の感度、より小さな値のＢ．Ｅ．Ｃ．及びより小さな値のＬ．Ｌ．Ｄ．が分析計性能の改善を示す。調べたＷ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ分析計のこれら３つの主な特徴を以下の表６に提示する。表６に提供された値は、新規のＷ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ構造の特定のパラメータの値とこれまでの従来技術のＷ／Ｓｉ分析計の相当する値との間の比を表す。

表６に示されるように、高い光束のＷ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ構造は感度において約１０〜４０％の改善とＢ．Ｅ．Ｃ．においてわずかな改善を示した。さらにＬ．Ｌ．Ｄ．はこれまでの従来技術の分析計に比べて約１０％改善されている。高い分解能の構造は主としてその乏しい感度のために有意な改善を示さなかった。

２つの異なった材料の相互の層を有する多層構造、たとえば、上記で議論され、評価された従来技術のＷ／Ｓｉ多層構造が当該技術で既知である一方で、Ｍｇ_２Ｓｉに基づいた多層分析計は、ＴｉＮ薄膜でＴｉとＮの双方を分析することができると共にＦやＯのような元素もさらに効率的に分析することができる（図９参照）改善された多層構造を提供する。さらに、たとえば、Ｗ／ＭｇのようなＭｇに基づく多層構造における純粋なＭｇの高度に反応性の特性に照らして、Ｍｇ_２Ｓｉはさらに安定な層材料であり、ＸＲＦ多層分析計、たとえば、Ｃｏ／Ｍｇ_２Ｓｉ、Ｗ／Ｍｇ_２Ｓｉ、ＳＯＭｇ_２Ｓｉ、Ｗ／ＳｉＣ／Ｍｇ_２Ｓｉ、又は本明細書で開示されるそのほかの層の組み合わせのための非常に望ましい材料を提供することが分かっている。

さらに、表２、及び４〜６及び図６〜９にて上記で提供された調べた結果は、単一の周期に２、３以上の異なった層材料を含有するＭｇ_２Ｓｉに基づく多層構造は、マグネシウムから窒素までの軽い元素の分析で改善された多層構造を提供することを証拠付けている。特定の適用による性能の柔軟性のために、と同様に分析計の全体的な性能を改善するために、追加の第３、第４以上の層が提供される。

上述の実施態様は、本発明の多数の可能性のある具体的な実施態様のごくわずかを単に説明するだけであることは当業者に明らかであるはずである。以下のクレームに定義されるような本発明の精神と範囲から逸脱しないで当業者は多数の及び種々のそのほかの配置を考案することができる。

Claims (26)

1. Ｘ線を反射するための多層構造であって、
   少なくとも１つの周期内において個々の層がその表面に形成された基材を含み、
   前記周期内での個々の層の数が、少なくとも３であり、
   第１の層が珪化マグネシウム（Ｍｇ_２Ｓｉ）を含み、
   第２の層が珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ），炭化珪素（ＳｉＣ）、ホウ素（Ｂ）、及び炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）の少なくとも１つを含み、
   第３の層がタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、これらの元素の合金、酸化物、ホウ化物、珪化物及び窒化物の少なくとも１つを含む、多層構造。
2. 前記第２の層が前記第１の層と前記第３の層の間に配置され、
   前記第２の層が炭化珪素（ＳｉＣ）を含み、前記第３の層がタングステン（Ｗ）を含む、請求項１の多層構造。
3. 前記周期が少なくとも４つの個々の層を含み、
   第４の層が珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ），炭化珪素（ＳｉＣ）、ホウ素（Ｂ）、及び炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）の少なくとも１つを含み、
   前記第２の層が第１の層と第３の層の間に配置され、第３の層が第２の層と第４の層の間に配置される、請求項１の多層構造。
4. 第１の周期の前記第１の層上に配置されるキャップ層をさらに含み、前記第１の周期の前記第１の層が当該キャップ層と前記第１の周期の前記第２の層との間に配置されており、
   前記キャップ層が珪素（Ｓｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化珪素（ＳｉＯ_２）及びそのほかの反射防止用酸化物の１つを含む、請求項１の多層構造。
5. 前記キャップ層が１つ以上の層の材料を含む、請求項４の多層構造。
6. 前記周期内の前記個々の層が実質的に同一の厚さを有する、請求項１の多層構造。
7. 前記周期内の前記個々の層が異なる厚さを有する、請求項１の多層構造。
8. 前記構造が１００〜３００の間の周期によって構成される、請求項１の多層構造。
9. 前記構造が５０〜１５０の間の周期によって構成される、請求項１の多層構造。
10. 前記周期が１〜６０ナノメートルの間の厚さである、請求項１の多層構造。
11. 前記周期が１．５〜１０ナノメートルの間の厚さである、請求項１の多層構造。
12. Ｘ線を反射するための多層構造であって、
    少なくとも１つの周期内において個々の層がその表面に形成された基材を含み、
    前記周期内での個々の層の数が、少なくとも２であり、
    第１の層が珪化マグネシウム（Ｍｇ_２Ｓｉ）を含み、
    第２の層が珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ），炭化珪素（ＳｉＣ）、ホウ素（Ｂ）、及び炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、及びＷ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ及びＣｒの元素の合金、酸化物、ホウ化物、珪化物及び窒化物の少なくとも１つを含み、
    前記周期が１〜６０ナノメートルの間の厚さである、多層構造。
13. 第１の周期の前記第１の層上に配置されるキャップ層をさらに含み、
    第１の周期の前記第１の層が当該キャップ層と第１の周期の前記第２の層との間に配置されており、
    前記キャップ層が珪素（Ｓｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化珪素（ＳｉＯ_２）及びそのほかの反射防止用酸化物の１つを含む、請求項１２の多層構造。
14. 前記キャップ層が１つ以上の層の材料を含む、請求項１３の多層構造。
15. 前記周期内の前記個々の層が実質的に同一の厚さを有する、請求項１２の多層構造。
16. 前記周期内の前記個々の層が異なる厚さを有する、請求項１２の多層構造。
17. 前記構造が１００〜３００の間の周期によって構成される、請求項１２の多層構造。
18. 前記構造が５０〜１５０の間の周期によって構成される、請求項１２の多層構造。
19. 前記周期が１．５〜１０ナノメートルの間の厚さである、請求項１２の多層構造。
20. 前記構造が、放物線状、楕円状、球状及びそれらの組み合わせの１つの曲線状のものである、請求項１２の多層構造。
21. 前記構造が横に勾配のある及び深さに勾配のあるものである、請求項１２の多層構造。
22. 前記周期が少なくとも３つの個々の層を含み、
    前記第２の層が珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ），炭化珪素（ＳｉＣ）、ホウ素（Ｂ）、及び炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）の少なくとも１つを含み、
    第３の層がタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、これらの元素の合金、酸化物、ホウ化物、珪化物及び窒化物の少なくとも１つを含む、請求項１２の多層構造。
23. 前記周期が、珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ），炭化珪素（ＳｉＣ）、ホウ素（Ｂ）、及び炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）の少なくとも１つを含む第４の層を含み、
    前記第３の層が前記第２の層と前記第４の層との間に配置される、請求項２２の多層構造。
24. 蛍光Ｘ線分光装置であって、
    試料上でＸ線放射の場を発するＸ線源と、
    少なくとも１つの周期内において個々の層がその表面に形成された基材を含む多層構造と、を含み、
    前記周期内での個々の層の数が、少なくとも３であり、
    第１の層が珪化マグネシウム（Ｍｇ_２Ｓｉ）を含み、
    第２の層が珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ），炭化珪素（ＳｉＣ）、ホウ素（Ｂ）、及び炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）の少なくとも１つを含み、
    第３の層がタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、これらの元素の合金、酸化物、ホウ化物、珪化物及び窒化物の少なくとも１つを含み、
    前記試料が前記Ｘ線放射の場に応答して蛍光放射の場を発し、前記多層構造が前記蛍光放射の場を選択的に反射する、蛍光Ｘ線分光装置。
25. 前記周期が３つの層を含み、前記第１の層が前記周期内の最上層であり、前記第３の層が前記周期内の最下層であり、
    前記最上層が前記最下層より前に前記放射線に露出される、請求項２４の装置。
26. 蛍光Ｘ線分光の方法であって、
    Ｘ線放射の場を提供し、
    分析される試料を前記Ｘ線放射の場によって照射し、それによって蛍光放射の場を誘導し、
    少なくとも１つの周期内において個々の層がその表面に形成された基材を含む多層反射体から前記蛍光放射の場を方向付けし、
    周期内での個々の層の数が、少なくとも３であり、
    第１の層が珪化マグネシウム（Ｍｇ_２Ｓｉ）を含み、
    第２の層が珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ），炭化珪素（ＳｉＣ）、ホウ素（Ｂ）、及び炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）の少なくとも１つを含み、
    第３の層がタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、これらの元素の合金、酸化物、ホウ化物、珪化物及び窒化物の少なくとも１つを含み、
    前記試料を照射した後、前記蛍光放射の場を分析する、蛍光Ｘ線分光の方法。

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