JP3601089B2

JP3601089B2 - Ｘ線装置

Info

Publication number: JP3601089B2
Application number: JP30520194A
Authority: JP
Inventors: 洋行近藤; 典明神高
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-12-08
Filing date: 1994-12-08
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: JPH08159991A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ｘ線露光装置、Ｘ線顕微鏡，Ｘ線分析装置などのＸ線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
前記Ｘ線装置に一般的に用いられるＸ線源には、シンクロトロン放射光光源の他に、粒子線を標的（ターゲット）材料に衝突させてＸ線を発生させるＸ線管や標的材料を放電やレーザー照射によりプラズマ化させてＸ線を発生させるレーザープラズマＸ線源等がある。
【０００３】
このように、標的材料に量子線（例えば、レーザー光線、イオン線、電子線、粒子線等）を照射してＸ線を発生させるＸ線源の場合、標的材料の温度上昇や、標的内に発生する衝撃波により、標的材料の蒸発、飛散物質（例えば、ガス化した材料、イオン化した材料、材料小片など。以下、これらを飛散粒子と呼ぶ）が放出される。
【０００４】
このような、Ｘ線源から放出される飛散粒子（放出物質）は、Ｘ線装置に使用されるＸ線被照射物（例えば、Ｘ線光学素子や試料）などに衝突して、これらを破損したり、或いは付着、堆積して機能や特性を低下させたり、変化させる。
そのため、Ｘ線源とＸ線被照射物との間に、Ｘ線透過性の高い物質からなる薄膜（以下、飛散粒子阻止用薄膜と呼ぶ）を設置して遮蔽することにより、飛散粒子がＸ線被照射物に到達しないようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記Ｘ線源は発散性の光源であり、Ｘ線源からのＸ線量を変化させないでＸ線被照射物へのＸ線照射量を増大しようとすると、被照射物がＸ線を取り込む立体角を大きくせざるを得ない。
しかし、被照射物のうち、特にＸ線光学素子は、高い加工精度が必要であるため、大きいサイズの素子を作製することは非常に困難であり、小さいサイズの素子が使用されている。
【０００６】
そのため、Ｘ線源からのＸ線量を変化させないでＸ線光学素子へのＸ線照射量を増大するためには、Ｘ線光学素子をＸ線源にできるかぎり接近させて配置する必要がある。
ところが、Ｘ線光学素子へのＸ線照射量を増大するために、Ｘ線光学素子をＸ線源に十分近づけると、前記飛散粒子阻止用薄膜を配置する余地（Ｘ線光学素子とＸ線源の間）がなくなるという問題点があり、またＸ線光学素子とＸ線源の間に飛散粒子阻止用薄膜を配置しようとすると、Ｘ線源にＸ線光学素子を十分近づけることができないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、Ｘ線光学素子へのＸ線照射量を増大するために、該Ｘ線光学素子をＸ線源に十分近づけることが可能でありしかもＸ線源から放出される飛散粒子（放出物質）が該Ｘ線光学素子に付着、堆積する量を低減して、該Ｘ線光学素子の性能低下を防止することができるＸ線装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明は第一に「少なくとも、Ｘ線源と、該Ｘ線源から射出されるＸ線が入射するＸ線光学素子とを備えたＸ線装置において、
前記Ｘ線光学素子を加熱して、該Ｘ線光学素子に付着、堆積する、或いは付着堆積しようとする前記Ｘ線源からの放出物質を蒸発させる加熱部を設けたことを特徴とするＸ線装置（請求項１）」を提供する。
【０００９】
また、本発明は第二に「前記Ｘ線光学素子が前記Ｘ線源から射出されるＸ線が最初に入射するＸ線光学素子であることを特徴とする請求項１記載のＸ線装置（請求項２）」を提供する。
また、本発明は第三に「前記Ｘ線光学素子を透過した、或いは反射したＸ線量を検出するＸ線検出部を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線装置（請求項３）」を提供する。
【００１０】
また、本発明は第四に「前記Ｘ線源からのＸ線量を検出する第１Ｘ線検出部と、前記Ｘ線光学素子を透過した、或いは反射したＸ線量を検出する第２Ｘ線検出部を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線装置（請求項４）」を提供する。
また、本発明は第五に「前記加熱部による加熱によって前記Ｘ線光学素子から蒸発する物質を捕獲する捕獲部材を設けたことを特徴とする請求項１〜４記載のＸ線装置（請求項５）」を提供する。
【００１１】
また、本発明は第六に「前記Ｘ線装置がＸ線露光装置、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線分析装置であることを特徴とする請求項１〜５記載のＸ線装置（請求項６）」を提供する。
【００１２】
【作用】
本発明のＸ線装置（請求項１〜６）では、Ｘ線光学素子をＸ線源に十分近づけてＸ線光学素子へのＸ線照射量を増大することができるように、Ｘ線光学素子とＸ線源の間に飛散粒子阻止用薄膜を設けないこととした。
即ち、本発明のＸ線装置（請求項１〜６）では、Ｘ線光学素子をＸ線源（発散性の光源）に十分近づけてＸ線を取り込む立体角を大きくすることができ、その結果、Ｘ線光学素子へのＸ線照射量を増大することができる。
【００１３】
かかるＸ線光学素子へのＸ線照射量の増大効果は、該Ｘ線光学素子がＸ線源から射出されるＸ線が最初に入射するＸ線光学素子の場合に特に顕著である（請求項２）。
また、本発明のＸ線装置（請求項１〜６）では、Ｘ線光学素子に付着、堆積する、或いは付着堆積しようとするＸ線源からの放出物質を蒸発させるために、該Ｘ線光学素子を加熱する加熱部を設けた。
【００１４】
即ち、Ｘ線光学素子上に付着した放出物質がＸ線光学素子から蒸発する速度がＸ線源からの放出物質がＸ線光学素子上に付着する速度よりも大きくなるように前記加熱部を用いてＸ線光学素子を加熱することにより、Ｘ線源からの放出物質がＸ線光学素子に付着、堆積する量を低減して、Ｘ線光学素子の性能低下を防止することができる。
【００１５】
ところで、物質の蒸発速度ｍ_０は次式により表される（麻蒔立男著「薄膜作成の基礎（第２版）」第１１頁参照）。
ｍ_０＝５．８３３ ×１０^−２Ｐ（Ｍ／Ｔ）^１／２・・・（１）
ここで、Ｐは蒸気圧（Ｔｏｒｒ）、Ｍは分子量、Ｔは温度（Ｋ）である。
例えば、亜鉛（Ｚｎ）をＸ線源の標的材料として用いた場合、Ｘ線光学素子上にＺｎが付着、堆積して、次第にＸ線光学素子の透過率または反射率が低下してくるが、Ｘ線光学素子を加熱することにより、Ｘ線光学素子上のＺｎが（１）式に示す蒸発速度ｍ_０で蒸発すると見積もることができる。
【００１６】
例えば、Ｘ線光学素子を３００°Ｃに加熱した場合のＺｎの蒸発速度は、約４×１０^−５ｇ／ｃｍ^２／ｓｅｃと見積もることができる。Ｘ線源からの放出物質（Ｚｎ）がＸ線光学素子上に付着する速度がこの値よりも小さいときは、Ｘ線光学素子上に放出物質（Ｚｎ）が堆積することはない。そのため、Ｘ線光学素子の透過率または反射率の低下を防止することができる。
【００１７】
加熱部によるＸ線光学素子の加熱は、Ｘ線源からＸ線が射出されている間中、連続的に行ってもよいし、Ｘ線源からＸ線が射出された後、Ｘ線光学素子の透過率または反射率が所定値まで低下したことを確認してから行ってもよい。或いはＸ線の射出の有無にかかわらず、随時、連続的または断続的にＸ線光学素子の加熱を行ってもよい。
【００１８】
Ｘ線光学素子の透過率または反射率が所定値まで低下したことを確認できるように、本発明のＸ線装置には、Ｘ線光学素子を透過した、或いは反射したＸ線量を検出するＸ線検出部を設けることが好ましい（請求項３）。
Ｘ線光学素子の透過率または反射率が所定値まで低下した原因が放出物質のＸ線光学素子への付着、堆積によるものか否かを確認できるように、本発明のＸ線装置には、Ｘ線源からのＸ線量を検出する第１Ｘ線検出部と、前記Ｘ線光学素子を透過した、或いは反射したＸ線量を検出する第２Ｘ線検出部を設けることが好ましい（請求項４）。
【００１９】
加熱部によるＸ線光学素子の加熱は、例えば、抵抗加熱、赤外線輻射による加熱、マイクロ波照射による加熱などにより行うことができる。
なお、Ｘ線光学素子の加熱は、Ｘ線源から輻射（射出）されたＸ線をＸ線光学素子が吸収することによる加熱でもよい。即ち、Ｘ線光学素子により透過または反射されないＸ線の殆どは、Ｘ線光学素子に吸収されて、該Ｘ線光学素子の温度を上昇させる。
【００２０】
本発明にかかる加熱部は、加熱機能に加えて、温度計測機能と温度制御機能（冷却機能を含む）を有し、Ｘ線光学素子が所定温度になるように制御できるものが好ましい。
また、加熱部によるＸ線光学素子の加熱温度が高い方がＸ線光学素子上に付着堆積した物質の蒸発速度が大きくなって、Ｘ線光学素子の透過率または反射率の低下を防止する効果が増大するので好ましい。即ち、加熱によるＸ線光学素子の性能低下が許容範囲からはずれない限り、加熱温度を増大できる。
【００２１】
なお、Ｘ線源に用いる標的材料としては、蒸気圧がより高い材料の方がより低い加熱温度でＸ線光学素子から蒸発するので好ましい。蒸気圧が高い材料としては、例えば、Ｎａ，Ｍｇ，Ｓ，Ｋ，Ｒｂ，Ｓｒ，Ｓｂ，Ｐｂなどが使用できる。本発明の装置に、Ｘ線光学素子から蒸発する物質を捕獲する捕獲部材を設けると、加熱によりＸ線光学素子から蒸発した物質が真空容器内壁やレーザー導入窓などの周辺部材に付着することを防止できるので好ましい（請求項５）。
【００２２】
本発明の装置は、Ｘ線露光装置、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線分析装置に用いて好適である（請求項６）。
以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこの例に限定されるものではない。
【００２３】
【実施例１】
図１は、本実施例のＸ線装置の概略部分構成図である。本実施例では、Ｘ線源にレーザープラズマＸ線源を用い、また減圧された真空容器１０１内に配置した標的１０５の材料にはＺｎを用いている。
レーザー光源からのレーザー光１０２を集光レンズ１０３により集光して標的１０５上に照射すると、標的１０５の近傍にプラズマ１０６が形成され、プラズマ１０６からＸ線が射出される。
【００２４】
プラズマ１０６から射出されたＸ線は、集光ミラー（Ｘ線光学素子の一例）
１０９により集光されて、これに続く光学系（例えば、他のＸ線光学素子、不図示）へと導かれる。本実施例では、集光ミラーとして基板上の回転楕円面に多層膜（Ｍｏ／Ｓｉの交互多層膜）を形成してなる多層膜反射ミラーを用いている。集光ミラー（Ｘ線光学素子の一例）１０９は、Ｘ線を取り込む立体角を大きくして該ミラーへのＸ線照射量を増大することができるように、Ｘ線源（発散性の光源）に十分近づけて配置してある。なお、集光ミラー１０９は、Ｘ線源から射出されるＸ線が最初に入射するＸ線光学素子である。
【００２５】
図２に示すように、集光ミラー１０９は、基板の裏側に設けた抵抗加熱式ヒーター（加熱部の加熱機能部分の一例）１１０により加熱可能である。また、集光ミラー１０９の基板に取り付けた熱電対（加熱部の温度計測機能部分の一例）２０１により基板温度の測定がなされ、基板が所定温度となるように制御装置（加熱部の温度制御機能部分の一例、不図示）によりヒーター１１０に流れる電流を制御している。本実施例では、集光ミラー１０９の温度が３００°Ｃとなるように基板を加熱した。
【００２６】
Ｘ線と共にＸ線源から放出された飛散粒子１０７は、Ｘ線光学素子である集光ミラー１０９上に付着、堆積しようとするが、ヒーター１１０により集光ミラー１０９を３００°Ｃに加熱しているので、飛散粒子１０７は集光ミラー１０９から蒸発し、集光ミラー１０９上に堆積することはない。
飛散粒子１０７の蒸発速度は、前記（１）式により見積もることができる。即ち、本実施例の場合（標的材料Ｚｎ、加熱温度３００°Ｃ）には、約４×１０^−５ｇ／ｃｍ^２／ｓｅｃとなる。この飛散粒子１０７の蒸発速度は、飛散粒子１０７の集光ミラー１０９への付着速度よりも大きいので、飛散粒子１０７が集光ミラー１０９上に堆積することはなかた。そのため、集光ミラー１０９の反射率低下を防止することができた。
【００２７】
【実施例２】
図３は、本実施例のＸ線装置の概略部分構成図である。本実施例では、減圧された真空容器３０１内に、標的（Ｚｎ）３０５、基板上の回転放物面に多層膜（Ｍｏ／Ｓｉの交互多層膜）を形成してなる第１の多層膜反射ミラー（第１のＸ線光学素子）３０９、及びプラズマ３０６から輻射（射出）されるＸ線量をモニターするための第１のＸ線検出器（例えば半導体検出器、第１Ｘ線検出部の一例）３１４などが配置されている。
【００２８】
多層膜反射ミラー３０９には、抵抗加熱式ヒーター（加熱部の加熱機能部分の一例）３１０と熱電対（加熱部の温度計測機能部分の一例、不図示）が取り付けられ、多層膜反射ミラー３０９が所定温度となるように制御装置（加熱部の温度制御機能部分の一例、不図示）によりヒーター３１０に流れる電流を制御している。本実施例では、多層膜反射ミラー３０９の温度が３００°Ｃとなるように多層膜反射ミラー３０９を加熱した。
【００２９】
真空容器３０１に続く真空容器３１１には、基板上の平面に多層膜（Ｍｏ／
Ｓｉの交互多層膜）を形成してなる第２の多層膜反射ミラー（第２のＸ線光学素子）３１２及び前記第１の多層膜反射ミラー３０９からの反射Ｘ線量をモニターするための第２のＸ線検出器（例えば半導体検出器、第２Ｘ線検出部の一例）３１３が配置されている。
【００３０】
レーザー光３０２を標的３０５上に照射してプラズマ３０６を生成させて、Ｘ線を繰り返し発生させ続けているときに、第１の多層膜反射ミラー３０９の加熱温度が低すぎると、ミラー３０９上に付着した物質がミラー３０９から蒸発する速度がＸ線源からの放出物質がミラー３０９上に付着する速度よりも小さくなりミラー３０９上に放出物質が堆積して、ミラー３０９の反射率が次第に低下してくる。
【００３１】
このとき、第１及び第２のＸ線検出器３１４，３１３によって、プラズマ３０６からのＸ線量とミラー３０９からの反射Ｘ線量をモニターした結果、プラズマ３０６からのＸ線量が低下していないのに、ミラー３０９からの反射Ｘ線量が低下しているならば、ミラー３０９上に放出物質が付着、堆積していると判断できる。
【００３２】
この場合には、ミラー３０９を加熱しているヒーター３１０に流す電流量を増大してミラー３０９の温度を上昇させることにより、ミラー３０９上の放出物質がミラー３０９から蒸発する速度を増大させる。但し、ミラー３０９の温度上昇は、ミラー３０９の多層膜構造が変化して反射率が低下することがない程度にする。
【００３３】
このように、プラズマ３０６からのＸ線量及びミラー３０９からの反射Ｘ線量をモニターしながら、ミラー３０９の温度を制御することにより、Ｘ線発生の繰り返し速度が変化した場合（ミラー３０９への放出物質の付着速度が変化した場合）でも、ミラー３０９に付着、堆積する放出物質の量を低減して、ミラー３０９の反射率低下を防止することができた。
【００３４】
【実施例３】
本実施例のＸ線装置は、実施例１のＸ線装置と殆ど同じ構成であり、相違点は本実施例では多層膜反射ミラー４０１の近傍に、ミラー４０１から蒸発する物質を捕獲する捕獲部材としてバッフル４０４を設けたことにある（図４参照）。なお、バッフル４０４は冷却水により冷却可能である。
【００３５】
基板上の回転楕円面に多層膜（Ｍｏ／Ｓｉの交互多層膜）を形成してなる多層膜反射ミラー４０１は、基板の裏側に設けた抵抗加熱式ヒーター（加熱部の加熱機能部分の一例）４０２により加熱可能である。また、ミラー４０１の基板に取り付けた熱電対（加熱部の温度計測機能部分の一例）４０３により基板温度の測定がなされ、基板が所定温度となるように制御装置（加熱部の温度制御機能部分の一例、不図示）によりヒーター４０２に流れる電流を制御している。本実施例ではミラー４０１の温度が３００°Ｃとなるように基板を加熱した。
【００３６】
加熱部による加熱によってミラー４０１から蒸発した放出物質は、冷却水により冷却されたバッフル４０４に衝突して速やかに付着する。従って、ミラー４０１から蒸発した物質が真空容器内に拡散した結果、レーザー導入窓（図１参照）に付着してレーザー光の透過率を低下させる（レーザー光の透過率が低下すると、発生するＸ線量が低下する）ことがないので、長時間安定してＸ線を発生させることができた。
【００３７】
以上、本発明の各実施例では、Ｘ線光学素子の加熱温度を３００°Ｃとしたが、さらに高い加熱温度にすれば、Ｘ線光学素子の反射率低下を防止する効果を増大することができる。
また、各実施例では、多層膜反射ミラーの多層膜にＭｏ／Ｓｉの交互多層膜を用いているが、Ｍｏ／ＳｉＣの交互多層膜の方が耐熱性が良い（反射特性が低下しない）ので、加熱部による加熱温度をより高くする（〜８００°Ｃ）ことができる。そのため、多層膜反射ミラーの反射率低下を防止する効果を増大することができる。
【００３８】
また、各実施例では、Ｘ線光学素子であるミラーとして多層膜反射ミラーを用いているが、これに限定されるものではなく、全反射を利用したミラーを用いてもよい。全反射を利用したミラーの方が耐熱性が良い（反射特性が低下しない）ので、多層膜反射ミラーよりも加熱部による加熱温度をより高くする（基板が変形しない温度まで）ことができる。そのため、ミラーの反射率低下を防止する効果を増大することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、Ｘ線光学素子へのＸ線照射量を増大するために、該Ｘ線光学素子をＸ線源に十分近づけることが可能でありしかもＸ線源から放出される飛散粒子（放出物質）が該Ｘ線光学素子に付着、堆積する量を低減して、該Ｘ線光学素子の性能低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、実施例１のＸ線装置の概略部分構成図である。
【図２】は実施例１の集光ミラー（Ｘ線光学素子の一例）の側面図である。
【図３】は、実施例２のＸ線装置の概略部分構成図である。
【図４】は、実施例３の多層膜反射ミラー４０１と、その近傍に設けたバッフル４０４の構成図である。
【主要部分の符号の説明】
１０１，３０１，３１１・・・真空容器
１０２，３０２・・・レーザー光
１０３，３０３・・・集光レンズ
１０４，３０４・・・窓
１０５，３０５・・・標的
１０６，３０６・・・プラズマ
１０７，３０７・・・飛散粒子
１０８，３０８・・・Ｘ線
１０９，３０９，３１２，４０１・・・多層膜ミラー（Ｘ線光学素子の一例）
１１０，３１０，４０２・・・ヒーター
２０１，４０３・・・熱電対
３１３・・・第２のＸ線検出器（第２Ｘ線検出部の一例）
３１４・・・第１のＸ線検出器（第１Ｘ線検出部の一例）
４０４・・・バッフル（捕獲部材の一例）
以上

Claims

少なくとも、Ｘ線源と、該Ｘ線源から射出されるＸ線が入射するＸ線光学素子とを備えたＸ線装置において、
前記Ｘ線光学素子を加熱して、該Ｘ線光学素子に付着、堆積する、或いは付着堆積しようとする前記Ｘ線源からの放出物質を蒸発させる加熱部と、前記加熱部による加熱によって前記Ｘ線光学素子から蒸発する物質を捕獲する捕獲部材を設けたことを特徴とするＸ線装置。
前記Ｘ線光学素子が前記Ｘ線源から射出されるＸ線が最初に入射するＸ線光学素子であることを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
前記Ｘ線光学素子を透過した、或いは反射したＸ線量を検出するＸ線検出部を設け、前記検出部を用いて前記Ｘ線光学素子の透過率或いは反射率を測定することを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線装置。
前記Ｘ線源からのＸ線量を検出する第１Ｘ線検出部と、前記Ｘ線光学素子を透過した、或いは反射したＸ線量を検出する第２Ｘ線検出部を設け、前記第１Ｘ線検出部及び前記第２Ｘ線検出部を用いて前記Ｘ線光学素子の透過率或いは反射率を測定することを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線装置。
前記捕獲部材は冷却されることを特徴とする請求項１〜４記載のＸ線装置。
前記捕獲部材がバッフルであることを特徴とする請求項１〜５記載のＸ線装置。
前記加熱部は、抵抗加熱、赤外線輻射による加熱、マイクロ波照射による加熱あるいはＸ線源から輻射（射出）されたＸ線をＸ線光学素子が吸収することによる加熱のいずれかを用いることを特徴とする請求項１〜６記載のＸ線装置。
前記加熱部は、温度計測機能と温度制御機能を有し、Ｘ線光学素子が所定温度になるように制御されることを特徴とする請求項１〜７記載のＸ線装置。
前記加熱部は、前記Ｘ線光学素子の温度を３００℃以上にすることを特徴とする請求項１〜８記載のＸ線装置。
前記Ｘ線光学素子の形状が回転楕円形状であることを特徴とする請求項１〜９記載のＸ線装置。
前記Ｘ線光学素子には多層膜が形成されており、該多層膜は Mo/Si の交互多層膜あるいは Mo/SiC の交互多層膜であることを特徴とする請求項１〜１０記載のＸ線装置。
前記Ｘ線光学素子は全反射を利用したミラーであることを特徴とする請求項１〜９記載のＸ線装置。
前記Ｘ線装置がＸ線露光装置、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線分析装置のいずれかであることを特徴とする請求項１〜１２記載のＸ線装置。