JP3372283B2

JP3372283B2 - 炭素を含む窒化物人工格子およびその作製方法

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Publication number: JP3372283B2
Application number: JP06488293A
Authority: JP
Inventors: 則昭中山; 和男平田
Original assignee: アネルバ株式会社
Priority date: 1993-03-02
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 2003-01-27
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: JPH06256098A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素を含む人工格子及
びスパッタリングにより基板上に人工格子を作製する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】２種類の単元素、合金、または化合物
（窒化物、酸化物、半導体など）Ａ及びＢを、それぞれ
厚さλA 、λB として合計Λ（＝λA ＋λB ）の周期長
でＮ層積みあげた薄膜を、人工格子あるいは超格子と呼
ぶ。人工格子は天然に存在しない物質であり特殊な機能
が期待できる。人工格子は当初ＭＢＥ（分子線エピタキ
シ）によるＧａＡｓ系化合物半導体エピタキシャル成膜
技術として研究され、現在、ＧａＡｓ系化合物半導体は
ＭＢＥ技術により量産化されている。最近、人工格子の
材料として化合物半導体以外の金属、炭化物、窒化物及
び酸化物へ研究対象が拡大し、その作製方法も、スパッ
タリング法やレ−ザ−アブレ−ション法、イオンビ−ム
スパッタリング法等の種々の方法が試みられている。ま
た、応用面からも、それらの人工格子は、超高周波半導
体素子以外に、Ｘ線顕微鏡、モノクロメ−タ、ＩＣマス
ク、超伝導素子、磁気抵抗素子、次世代光磁気ディスク
等々の多くの可能性がある。

【０００３】従来、遷移金属と炭素からなる人工格子が
知られている。また、２種類の遷移金属窒化物からなる
人工格子も知られている。それらの一例を次に示す。P.
Boher et al, J.Appl.Phys. 68(12), pp.6133 〜6142(1
990)に示されるごとく、炭素（Ｃ）タ−ゲットとタング
ステン（Ｗ）タ−ゲットを用いて、Ａｒ／Ｎ₂混合ガス
雰囲気中もしくはＡｒガス雰囲気中で、ＲＦスパッタリ
ング法により窒化タングステン（ＷＮ）厚膜と、炭素
（Ｃ）／タングステン（Ｗ）多層膜を形成している。

【０００４】H.Nakajima and H.Fujimori, J.Appl.Phy
s. 63(4), pp.1046〜1051(1987)に示されるごとく、モ
リブデン（Ｍｏ）金属タ−ゲットとシリコン（Ｓｉ）タ
−ゲットを用いて、Ａｒ／Ｎ₂混合ガス雰囲気中でスパ
ッタリング法によりＭｏＮ_x／ＳｉＮ_y多層薄膜を形成し
ている。

【０００５】J.M.Murduck et al, J.Appl.Phys.62(10),
pp.4216 〜4219(1987)に示されるごとく、ニオブ（Ｎ
ｂ）金属タ−ゲットとアルミニウム（Ａｌ）金属タ−ゲ
ットを用いて、Ａｒ／Ｎ₂混合ガス雰囲気中でＤＣスパ
ッタリング法によりＮｂＮ／Ａｌ多層薄膜（３０層）を
形成している。

【０００６】U.Helmersson et al, J.Appl.Phys. 62
(2), pp.481〜484(1987) に示されるごとく、チタン
（Ｔｉ）金属タ−ゲットとバナジウム（Ｖ）金属タ−ゲ
ットを用いて、Ｎ₂ガス雰囲気中でＤＣスパッタリング
法によりＴｉＮ／ＶＮ超格子（各膜厚０．７５〜１６ｎ
ｍ、超格子周期１．５〜３２ｎｍ、合計膜厚２．５μ
ｍ）をを形成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】人工格子の主要な用途
としてＸ線光学材料が挙げられ、高いＸ線反射率が期待
される。一般に、高いＸ線反射率を示すような人工格子
を作製するには、その構成物質として次の二つの条件を
満足する必要がある。（１）使用するＸ線に対するフレネル複素反射率の絶対
値が大きい物質と小さい物質の組み合わせであること。
フレネル複素反射率の絶対値は、吸収端から離れた正常
分散波長領域では、ほぼ物質中の電子密度に比例する。
したがって、重元素と軽元素の組み合わせであることが
高い反射率を得るための条件である。（２）人工格子を構成する２種類の物質の両方とも、使
用するＸ線に対する吸収係数が小さいこと。吸収係数は
フレネル係数の虚数部にほぼ比例するとみることができ
る。また、吸収端より少し長い波長領域で吸収係数は著
しく低下する。

【０００８】ところで、波長が５ｎｍの軟Ｘ線を用いた
Ｘ線縮小投影リソグラフィにおいて、このリソグラフィ
に用いられる多層膜Ｘ線光学素子を開発するためには、
周期が２５ｎｍ程度の短周期多層膜を作製する必要があ
る。波長が５ｎｍの軟Ｘ線に対して高い反射率を示す人
工格子を構成する物質の組み合わせとしては、上述の条
件を考慮すると、３ｄ遷移金属と炭素の組み合わせが最
適である。炭素の吸収端は４．４ｎｍにあるために、波
長５ｎｍの軟Ｘ線に対する炭素の吸収係数は非常に小さ
くなるからである。なお、炭素と組み合わせる物質とし
て、３ｄ遷移金属以外の金属を用いた場合は、フレネル
複素反射率の絶対値は大きくても、その吸収係数が大き
いという難点がある。

【０００９】本明細書において、３ｄ遷移金属とは、原
子の電子配置において、最外殻が４ｓであって、かつ、
その内側の３ｄ殻の電子数が１０未満であるか、または
１０であっても、このときの４ｓ殻の電子数が２未満で
あるような元素を指す。すなわち、３ｄ遷移金属とは、
原子番号が２１〜２９の元素を指し、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕが該当する。

【００１０】このような３ｄ遷移金属と炭素とからなる
人工格子は公知であり、この人工格子は上述のように波
長が５ｎｍの軟Ｘ線に対して高い反射率が期待される
が、次のような問題点がある。すなわち、３ｄ遷移金属
と炭素の界面において相互拡散や化学反応が起こり、各
層間の境界が明確にならない、という問題がある。一例
をあげると、Ｎｉ／Ｃ人工格子薄膜では、界面にＮｉ₃
Ｃが生成されてしまうため、高品質の短周期多層膜の形
成が困難である。

【００１１】そこで、本発明の目的は、３ｄ遷移金属と
炭素の組み合わせからなる人工格子の利点を維持しつ
つ、３ｄ遷移金属と炭素との境界を明確にして、短周期
構造でも高い反射率を可能にした人工格子を提供するこ
とである。また、本発明の別の目的は、このような人工
格子を、再現性良く、かつ精度良く作製できる方法を提
供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の主要な
ポイントは、３ｄ遷移金属と炭素とからなる人工格子の
利点を維持しつつ、３ｄ遷移金属と炭素との境界を明確
にすべく、この種の人工格子に窒素原子を導入したこと
にある。すなわち、３ｄ遷移金属と炭素の少なくとも一
方を窒化物としている。請求項１の発明は、３ｄ遷移金
属窒化物からなる第１層と窒化炭素からなる第２層とを
交互に繰り返し積層したことを特徴とする人工格子であ
り、３ｄ遷移金属と炭素の両方を窒化物にしている。請
求項２の発明は、３ｄ遷移金属窒化物からなる第１層と
炭素からなる第２層とを交互に繰り返し積層したことを
特徴とする人工格子であり、３ｄ遷移金属だけを窒化物
にしている。請求項３の発明は、３ｄ遷移金属からなる
第１層と窒化炭素からなる第２層とを交互に繰り返し積
層したことを特徴とする人工格子であり、炭素だけを窒
化物にしている。本発明の人工格子においては、３ｄ遷
移金属として、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれか１種類、またはこれらの組み
合わせを用いることができる。

【００１３】本発明の人工格子は、窒素原子を導入する
ことにより、３ｄ遷移金属と炭素の界面での相互拡散や
化学反応を防止することができる。これにより、界面で
の組成勾配を急峻に保つことができ、３ｄ遷移金属と炭
素のそれぞれの層の厚さを薄くしても明確な層構造を得
ることができる。なお、窒素の吸収端は３ｎｍにあり、
波長が５ｎｍの軟Ｘ線に対する吸収係数は比較的小さい
ため、窒化物を形成した場合のフレネル係数の変化は小
さい。したがって、本発明によれば、３ｄ遷移金属／炭
素系の利点である高反射率を維持しつつ、層間の境界を
明確にして、より高反射率の短周期人工格子を得ること
ができる。例えば、周期が３ｎｍ以下で高い反射率を示
す良質な人工格子が得られる。このような人工格子は、
波長が５ｎｍ付近の軟Ｘ線を用いる縮小投影リソグラフ
ィにおけるＸ線光学材料として非常に有用である。ま
た、本発明の人工格子は、高エネルギ−照射に対しても
安定である。

【００１４】請求項５の発明は、複数のタ−ゲットをス
パッタリングすることによって請求項１から３までのい
ずれか１項に記載の人工格子を基板上に作製する方法に
おいて、次の特徴を備えるものである。（イ）少なくとも１つのタ−ゲットは炭素であり、その
他のタ−ゲットは３ｄ遷移金属である。（ロ）人工格子の作製中は基板が各タ−ゲットに順番に
繰り返し対向するように基板と各ターゲットとの相対位
置関係を一定周期で変更させる。（ハ）各タ−ゲットに印加する電力は独立に制御する。（ニ）窒素ガスを含んだスパッタリングガスを用いる。

【００１５】本発明によれば、基板が炭素ターゲットに
対向するときには炭素またはその窒化物が堆積し、基板
が３ｄ遷移金属ターゲットに対向するときには３ｄ遷移
金属またはその窒化物が堆積する。基板が２種類のター
ゲットに対して順番にかつ繰り返して対向することによ
り、第１層と第２層とがＮ周期だけ繰り返された人工格
子が形成される。なお、窒化物を堆積するには窒素（Ｎ
₂）ガスを含んだスパッタリングガスを導入しながらス
パッタリングを行う。基板を各ターゲットに順番に対向
させるには、複数のターゲットを静止させておいて基板
を周期的に移動させてもよいし、あるいは、基板を静止
させておいて複数のターゲットを移動させてもよい。各
層の堆積速度や堆積厚さを良好に制御するには、各ター
ゲットへの印加電力を独立して制御できるようにするこ
とが必要である。３ｄ遷移金属ターゲットは、１種類の
３ｄ遷移金属で構成する以外に、２種類以上の３ｄ遷移
金属からなる合金または混合物であってもよい。また、
１個の３ｄ遷移金属ターゲットの代わりに、種類の異な
る２個以上の３ｄ遷移金属ターゲットを用いてもよい。

【００１６】３ｄ遷移金属窒化物／窒化炭素人工格子を
作製するには、窒素ガスを含んだスパッタリングガスを
常に処理室に供給しながら基板上に人工格子を作製すれ
ばよい。これに対して、どちらか一方だけを窒化物とす
る場合、すなわち、３ｄ遷移金属窒化物／炭素人工格
子、または、３ｄ遷移金属／窒化炭素人工格子を作製す
るには、窒化物とする側のターゲットに基板が対向する
ときだけ、窒素ガスを含んだスパッタリングガスを処理
室に供給し、一方で、窒化物としない側のターゲットに
基板が対向するときには窒素ガスを含まないスパッタリ
ングガスを処理室に供給する。窒素ガスを含んだスパッ
タリングガスとしては、窒素ガス単体か、あるいは、窒
素ガスとアルゴンガスの混合ガスを用いるのが一般的で
ある。窒素ガスを含まないスパッタリングガスとして
は、アルゴンガスを用いるのが一般的である。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は本発明の方法を実施するための基板
とタ−ゲットの配置例を示すものである。（Ａ）は平行
平板型基板回転方式の配置を示す斜視図であり、（Ｂ）
はカル−セル型基板回転方式の配置を示す平面図であ
り、（Ｃ）は平行平板型基板並進移動方式の配置を示す
正面図である。

【００１８】図１の（Ａ）に示す平行平板型基板回転方
式の配置では、複数のタ−ゲット８と基板ホルダ−２と
がほぼ平行に対向して、基板ホルダ−２の回転軸が基板
面に垂直になるように構成されている。この図では基板
ホルダ−２に基板４が４個取り付けられている。矢印６
の方向に基板ホルダ−２が低速かつ一定速度で回転し、
基板４が各タ−ゲット８の上方を順に通過して基板４上
に多層膜が堆積する。

【００１９】図１の（Ｂ）に示すカル−セル型基板回転
方式の配置では、複数のタ−ゲット１０が円筒状基板ホ
ルダ−１２を包囲するように配置され、基板ホルダ−１
２の回転軸が基板１４の表面に平行になるように構成さ
れている。この図では基板ホルダ−１２に基板１４が４
個取り付けられている。矢印１６の方向に基板ホルダ−
１２が低速かつ一定速度で回転し、基板１４が各タ−ゲ
ット１０の正面を順に通過して基板１４上に多層膜が堆
積する。

【００２０】図１の（Ｃ）に示す平行平板型基板並進移
動方式の配置では、複数のタ−ゲット１８と基板ホルダ
−２０がほぼ平行に対向して、複数のタ−ゲット１８が
一列になるように構成されている。この図では基板ホル
ダ−２０に基板２２が１個取り付けられている。矢印２
４の方向に基板ホルダ−２が低速かつ一定周期で往復運
動し、基板２２が各タ−ゲット１８の下方を順に通過し
て基板２２上に多層膜が堆積する。上述の三つの配置方
式のいずれも、本発明の人工格子の作製に利用できる。

【００２１】図２は、本発明の方法を実施するためのカ
ル−セル型のスパッタリング装置の一実施例の平面断面
図である。この装置は直径３インチの２個のタ−ゲット
２６、２８を備えており、各タ−ゲットには整合回路３
０と高周波電源３２が接続されている。基板ホルダ−３
４は６個の基板３６を取り付けることができて回転可能
である。基板３６を取り出すときは、基板搬送機構３８
を用いることにより、処理室すなわち真空容器４０を大
気にすることなく、基板３６を外部に取り出すことがで
きる。スパッタリングガスとしてはＡｒかＮ₂ガス、ま
たはこれらの混合ガスを任意に選択して供給できる構造
になっている。スパッタリングガスは、マスフロ−メ−
タ−（図示せず）で流量制御しながら、リング状パイプ
４２から真空容器４０内に導入する。このリング状パイ
プ４２には、複数個のガス吹き出し孔を均等に形成して
ある。基板３６としては、カバ−ガラス、結晶方位が
（００１）の岩塩、石英ガラス、結晶方位が（１００）
のＳｉ、ポリイミド等を用いている。一方のタ−ゲット
２６は炭素であり、もう一方のタ−ゲット２８は３ｄ遷
移金属である。後述の実験データを得るのに実際に使用
した３ｄ遷移金属タ−ゲットは、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｖ及びＮ
ｉである。

【００２２】次に、この装置を使用して炭素を含む窒化
物人工格子を作製する方法を説明する。真空容器４０内
を１０^-5Ｐａ以下の真空状態にしてから、Ａｒガスもし
くはＮ₂ガスまたは両者の混合ガスを前記リング状パイ
プ４２から導入し、マスフロ−メ−タ−と主排気系メイ
ンバルブの調整により真空容器４０内の圧力を１Ｐａ程
度に保つ。２個のタ−ゲット２６、２８には０〜３００
Ｗの電力を独立に制御して供給する。基板ホルダ−３４
を２ｒｐｍの低速度で回転しながら２個のカソ−ドを同
時に放電して、シャッタ−４４を同時に開けることによ
り、６個の基板３６上に、それぞれのタ−ゲット２６、
２８から飛来するスパッタリング粒子を交互に堆積させ
る。この場合、タ−ゲットに投入するＲＦ電力によって
各膜の厚さを調整する。基板３６は一定の速度で回転し
ているので、薄膜の厚さはＲＦ電力によって制御するこ
とになり、これが非常に重要である。

【００２３】図３は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃの各ターゲッ
トについて、その成膜速度とＲＦ投入電力の関係を示し
たグラフである。グラフの上に表示してあるのは堆積膜
の材質であり、窒化物の膜については、ターゲットを窒
素ガス雰囲気中でスパッタリングして作製したものであ
る。また、カッコ内に記載してあるのはスパッタリング
ガスの種類である。例えば、Ｃｕ（Ａｒ）は、Ｃｕター
ゲットをＡｒガス雰囲気中でスパッタリングして作製し
たＣｕ膜を意味し、Ｃｕ₃Ｎ（Ｎ₂）は、Ｃｕターゲット
を窒素ガス雰囲気中でスパッタリングして作製したＣｕ
₃Ｎ膜を意味する。すべてのデータについて、スパッタ
リングガスの圧力は５ｍＴｏｒｒであり、基板は図２の
装置において２ｒｐｍで連続的に回転させている。

【００２４】図４は、図３と同様に、Ｎｉ及びＣターゲ
ットについて、その成膜速度とＲＦ投入電力の関係を示
した別のグラフである。このグラフにおいて、同時放電
とあるのは、ＮｉターゲットとＣターゲットを同時に放
電して、基板上にＮｉ膜のみ（この場合は炭素ターゲッ
トのシャッターを閉じておく）、あるいは、炭素膜のみ
（この場合はＮｉターゲットのシャッターを閉じてお
く）を堆積したものである。この同時放電の実験は、同
時放電が堆積速度にどのような影響を及ぼすかを調べた
ものであるが、単独放電と同様の堆積速度／電力比例関
係が得られている。図４においても、スパッタリングガ
スの圧力は５ｍＴｏｒｒである。

【００２５】図３及び図４から分かるように、タ−ゲッ
トと同じ材質の膜、またはそれらを窒化した膜の両方に
ついて、その成膜速度は、雰囲気ガスがＡｒか窒素かに
よらずに、ＲＦ電力に対してほぼ比例する。したがっ
て、ターゲットの投入電力を制御することにより膜厚を
精密に制御できることが確認された。

【００２６】図５は、図２の装置で作製した窒化クロム
（ＣｒＮ）／窒化炭素（ＣＮ）多層薄膜からなる人工格
子の小角Ｘ線回折パタ−ンのグラフである。横軸は、Ｘ
線源としてＣｕ−Ｋα特性Ｘ線を用いたときの回折角度
２θ（入射Ｘ線に対する回折Ｘ線のなす角度）であり、
縦軸は回折Ｘ線の強度である。この人工格子は、図２の
装置において、ターゲット２６に炭素（Ｃ）を、ターゲ
ット２８にクロム（Ｃｒ）を用いて、窒素ガスを常に供
給しながら、基板３６を回転させながら作製したもので
ある。このグラフは、窒化炭素（ＣＮ）の膜厚を３ｎｍ
で一定にして、窒化クロム（ＣｒＮ）の膜厚の方を２ｎ
ｍ、１ｎｍ、０．４ｎｍ、０．２ｎｍの４種類に設定し
て、４種類の人工格子を作り、そのＸ線回折図形を得た
ものである。得られた回折ピークは、ＣｒＮ層とＣＮ層
とからなるユニットの周期性に起因して生じたブラッグ
反射によるものである。この回折ピークのピーク角度か
ら人工周期を計算すると、これがほぼ設計周期と一致す
ることが確認された。ＣｒＮの膜厚が０．２ｎｍと非常
に薄い場合にも明確な回折ピークが得られていることか
ら、原子層のスケールで薄膜の厚さが正確に制御されて
いることが立証された。そして、ＣｒＮ層とＣＮ層の界
面において相互拡散や化学反応が抑制されているからこ
そ、このようなきわめて薄いＣｒＮ層を用いても、明確
な周期構造が得られている。

【００２７】図６も図５と同様の小角Ｘ線回折パタ−ン
であるが、この場合は、ＣｒＮとＣＮの両方の膜厚を共
に変化させて３種類の人工格子を作製している。すなわ
ち、（Ａ）ＣｒＮ層を５ｎｍ、ＣＮ層を５ｎｍとして、
このユニットを２０回積層したもの、（Ｂ）ＣｒＮ層を
２．２ｎｍ、ＣＮ層を２ｎｍとして、このユニットを３
０回積層したもの、（Ｃ）ＣｒＮ層を１．１ｎｍ、ＣＮ
層を１ｎｍとして、このユニットを６１回積層したも
の、の３種類である。これらの人工格子においても、各
ユニットの周期性に起因する回折ピークが明確に得られ
ている。

【００２８】図７は、炭素（Ｃ）タ−ゲットとニッケル
（Ｎｉ）ターゲットを用いて作製した人工格子の小角Ｘ
線回折パタ−ンである。図７（Ａ）は、スパッタリング
ガスとしてＡｒガスを用いた場合であり、Ｎｉ／Ｃ人工
格子が得られている。これに対して、図７（Ｂ）は、ス
パッタリングガスとして窒素ガスを用いた場合であり、
ＮｉＮ／ＣＮ人工格子が得られている。グラフ中のΛの
値は２種類の層の厚さの合計値であり、人工格子の周期
を示す。これらの回折パターンにおいても、図５及び図
６と同様に、ほぼ設計周期と一致する人工周期が確認さ
れた。図７の（Ａ）と（Ｂ）を比較すると、ＮｉＮ／Ｃ
Ｎ人工格子の方が高いピ−ク強度を示しており、窒素原
子を導入したことにより界面の構造が改善されているこ
とが確認された。

【００２９】Ｎｉターゲットを窒素ガス中でスパッタリ
ングすると、Ｎｉ₃ＮまたはＮｉ₂Ｎが得られる。窒化物
多層膜中のＮｉＮ層は、Ｎｉ₃ＮとＮｉ₂Ｎの２相共存で
あり、粒径３０ｎｍ以下の微粒子である。一方、窒素ガ
ス中での反応スパッタリング法により作製した窒化炭素
膜はアモルファス構造をもつ。この窒化炭素膜をＲＢＳ
（ラザフォード後方散乱法）で調べると、多量の窒素原
子が炭素膜中に存在していることが明らかになった。ま
た、この窒化炭素膜をＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外吸
収分光法）で調べると、炭素と窒素の結合を示すブロー
ドなスペクトルが認められた。

【００３０】さらに、Ａｒガス中でスパッタリングして
作製したＮｉ／Ｃ人工格子と、窒素ガス中でスパッタリ
ングして作製したＮｉＮ／ＣＮ人工格子とについて、次
のような手法により、界面の粗さを比較した。すなわ
ち、両者の人工格子について、１次のブラッグピークの
Ｘ線反射率を測定して、これを計算値と比較することに
よりDebye-Waller因子を求め、これを界面の粗さを示す
指標として評価した。窒素ガス中でスパッタリングして
作製したＮｉＮ／ＣＮ人工格子では、Debye-Waller因子
は０．９ｎｍ程度である。これに対して、Ａｒガス中で
スパッタリングして作製したＮｉ／Ｃ人工格子では、De
bye-Waller因子は１．３ｎｍ程度である。したがって、
窒化により界面の粗さが小さくなっていることが分か
る。これは、Ｎｉ層またはＣ層が窒化物となることによ
り界面での拡散が抑えられたためであると考えられる。

【００３１】図８は、炭素（Ｃ）タ−ゲットとニッケル
（Ｎｉ）ターゲットを用いて作製した人工格子の小角Ｘ
線反射率のグラフである。この実験では、スパッタリン
グガスの導入方法を制御することによって、窒化原子の
導入状況を変更した４種類の人工格子を作製している。
すなわち、（Ａ）は、窒素ガスを常に供給してＮｉＮ_x
／ＣＮ_y人工格子を作製したものであり、（Ｂ）は、基
板がＮｉターゲットに対向するときにはＡｒガスを流
し、基板が炭素ターゲットに対向するときには窒素ガス
を流して、Ｎｉ／ＣＮ_y人工格子を作製したものであ
り、（Ｃ）は、基板がＮｉターゲットに対向するときに
は窒素ガスを流し、基板が炭素ターゲットに対向すると
きにはＡｒガスを流して、ＮｉＮ_x／Ｃ人工格子を作製
したものであり、（Ｄ）は、Ａｒガスを常に供給してＮ
ｉ／Ｃ人工格子を作製したものである。最後の（Ｄ）の
Ｎｉ／Ｃ人工格子だけが従来技術であり、比較のために
示している。

【００３２】この図８は、周期が３〜５ｎｍ程度の短周
期人工格子のＸ線反射率パターンであるが、（Ａ）〜
（Ｃ）は、少なくともいずれかの層が窒化物となってい
て、人工周期に起因するきれいなパターンが得られてい
る。しかも、反射率のピークの絶対値も比較的大きい。
これに対して、（Ｄ）の従来のＮｉ／Ｃ人工格子では、
このように短周期にした場合に、反射率パターンが不鮮
明となり、反射率のピークの絶対値も小さくなる。これ
らのことから、Ｎｉ／Ｃ系人工格子において、少なくと
も一方の層を窒化物とすることにより、界面の構造を改
善できることが確認された。

【００３３】本発明の人工格子の一部の例では上述のよ
うに窒化炭素膜が形成されているが、この窒化炭素膜
は、Ｘ線回折及び電子線回折の測定結果より、非晶質で
あることが判明している。また、この窒化炭素膜は、赤
外吸収スペクトルの測定結果より、窒素原子が炭素原子
と化学結合していることが判明している。さらに、この
窒化炭素膜は、高エネルギー粒子の照射に対しても高い
耐久性を示すことが確認された。

【００３４】これまで各種の人工格子のデータについて
述べてきたが、ここでは、人工格子を構成する窒化物の
組成比について言及する。３ｄ遷移金属及び炭素を窒化
物にした場合、その組成比は元素の種類によって異な
る。発明者が確認したところでは、各種の元素につい
て、以下のような組成比が得られた。Ｎｉ：Ｎｉ₃Ｎ〜Ｎｉ₂ＮＣｕ：Ｃｕ₃ＮＣｒ：ＣｒＮ_1.0〜ＣｒＮ_1.1 Ｃ：ＣＮ_0.6〜ＣＮ_0.7

【００３５】

【発明の効果】本発明は、３ｄ遷移金属／炭素系の人工
格子において、少なくともどちらかの層に窒素原子を導
入したことにより、従来の３ｄ遷移金属／炭素人工格子
と比較して、界面における相互拡散や化学反応を抑制で
き、界面での組成勾配を急峻に保つことができる。した
がって、３ｄ遷移金属／炭素系の人工格子の特徴である
ところの波長５ｎｍ付近の軟Ｘ線に対する高い反射率を
維持しながら、界面の構造を改善することができ、より
高い反射率を得ることができた。本発明の人工格子は、
特に、軟Ｘ線縮小投影リソグラフィにおけるＸ線反射鏡
用薄膜として有用である。

【００３６】また、本発明の人工格子作製方法は、基板
を一定速度で移動させながら複数のターゲットへの印加
電力を独立に制御することによって、容易に、かつ再現
性及び制御性良好に、上述の人工格子薄膜を大量に作製
することができる。また、スパッタリングガスを適宜選
択することにより、使用するターゲットが同じであって
も、窒素原子の導入状況を変更した各種の人工格子を作
製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】複数のターゲットを用いたスパッタリング装置
において各種の基板・ターゲット配置方式を示す説明図
である。

【図２】本発明の方法を実施するためのスパッタリング
装置の一例の平面断面図である。

【図３】各種ターゲットの成膜速度とＲＦ投入電力の関
係を示すグラフである。

【図４】Ｎｉ及びＣターゲットの成膜速度とＲＦ投入電
力の関係を示すグラフである。

【図５】ＣｒＮ／ＣＮ人工格子の小角Ｘ線回折パターン
を示すグラフである。

【図６】ＣｒＮ／ＣＮ人工格子の小角Ｘ線回折パターン
を示す別のグラフである。

【図７】Ｎｉ／Ｃ人工格子及びＮｉＮ／ＣＮ人工格子の
小角Ｘ線回折パターンを示すグラフである。

【図８】Ｎｉ／Ｃ系人工格子において窒素原子の導入状
況を変更して作製した４種類の人工格子の小角Ｘ線反射
率パターンを示すグラフである。

【符号の説明】

２６、２８…ターゲット３０…整合回路３２…高周波電源３４…基板ホルダー３６…基板４０…真空容器（処理室）４２…リング状ガス導入パイプ

フロントページの続き (56)参考文献特開平２−173264（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−236687（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−184799（ＪＰ，Ａ) 特開平２−269038（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−100661（ＪＰ，Ａ) 特開平３−10074（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−161403（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C30B 29/68 C23C 14/06 C30B 23/08 C30B 25/06 C30B 29/38

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】３ｄ遷移金属窒化物からなる第１層と窒
化炭素からなる第２層とを交互に繰り返し積層したこと
を特徴とする、炭素を含む窒化物人工格子。
【請求項２】３ｄ遷移金属窒化物からなる第１層と炭
素からなる第２層とを交互に繰り返し積層したことを特
徴とする、炭素を含む窒化物人工格子。
【請求項３】３ｄ遷移金属からなる第１層と窒化炭素
からなる第２層とを交互に繰り返し積層したことを特徴
とする、炭素を含む窒化物人工格子。
【請求項４】請求項１から３までのいずれか１項に記
載の人工格子において、３ｄ遷移金属として、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、Ｖのいずれか１種類を用いることを特徴とす
る人工格子。
【請求項５】複数のタ−ゲットをスパッタリングする
ことによって請求項１から３までのいずれか１項に記載
の人工格子を基板上に作製する方法において、次の特徴
を備える方法。（イ）少なくとも１つのタ−ゲットは炭素であり、その
他のタ−ゲットは３ｄ遷移金属である。（ロ）人工格子の作製中は基板が各タ−ゲットに順番に
繰り返し対向するように基板と各ターゲットとの相対位
置関係を一定周期で変更させる。（ハ）各タ−ゲットに印加する電力は独立に制御する。（ニ）窒素ガスを含んだスパッタリングガスを用いる。
【請求項６】請求項５記載の作製方法において、窒素
ガスを含んだスパッタリングガスを常に処理室に供給す
ることによって請求項１記載の人工格子を作製すること
を特徴とする作製方法。
【請求項７】請求項５記載の作製方法において、基板
が３ｄ遷移金属ターゲットに対向するときには窒素ガス
を含んだスパッタリングガスを処理室に供給し、基板が
炭素ターゲットに対向するときには窒素ガスを含まない
スパッタリングガスを処理室に供給することによって請
求項２記載の人工格子を作製することを特徴とする作製
方法。
【請求項８】請求項５記載の作製方法において、基板
が３ｄ遷移金属ターゲットに対向するときには窒素ガス
を含まないスパッタリングガスを処理室に供給し、基板
が炭素ターゲットに対向するときには窒素ガスを含んだ
スパッタリングガスを処理室に供給することによって請
求項３記載の人工格子を作製することを特徴とする作製
方法。
【請求項９】請求項６から８までのいずれか１項に記
載の作製方法において、窒素ガスを含んだスパッタリン
グガスとして、窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスまた
は窒素ガスを用い、窒素ガスを含まないスパッタリンガ
スとしてアルゴンガスを用いることを特徴とする作製方
法。