JP3677103B2 - Ｘ線発生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子ビーム等の荷電粒子ビームを多層薄膜に入射させることによって多層薄膜から多重干渉Ｘ線を発生させるＸ線発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型で強力なＸ線源として、電子ビーム等の荷電粒子ビームを多層薄膜に入射させた際に発生する共鳴遷移放射光（resonance transition radiation）が注目されている。
【０００３】
図１０には従来のこの種のＸ線発生装置の概略構成が示されている。
図中１は電子ビームを発生し、これを加速して送出する電子ビーム発生装置をを示している。電子ビーム発生装置１から送出された電子ビーム２は、進行路途上に配置された多層薄膜ターゲット３に入射する。この入射によって多層薄膜ターゲット３から波長が１オングストローム以下のＸ線４が放出される。このＸ線４は図示しない案内路を介して導かれ、たとえば露光などに用いられる。多層薄膜ターゲット３を通過した電子ビーム２は、ビームダンプ５で回収される。
【０００４】
図１１には多層薄膜ターゲット３の構成例が示されている。(a) は多層薄膜ターゲット３の縦断面図であり、(b) は多層薄膜ターゲット３の正面図である。
同図に示すように、環状に形成された固定台６の一方の面に径および高さの異なる複数の薄膜固定用リング７を同心円状に配設し、これら薄膜固定用リング７にマイラ製の薄膜８を接着によってそれぞれ取り付けたものとなっている。通常は、各薄膜固定用リング７の高さの調整で薄膜相互の間隔を一定の値に保つようにしている。また、薄膜８を形成する素材としては、マイラの他にＢｅ（ベリリウム）等のようにＸ線の吸収の少ない原始番号の低い物質が用いられている。
【０００５】
しかしながら、上記のように構成された従来のＸ線発生装置にあっては次のような問題があった。
すなわち、従来の装置では、多層薄膜ターゲット３に入射して一度多重干渉Ｘ線の発生に供された電子ビーム２をビームダンプ５に捨てる構成を採用している。このため、効率が悪く、容量の大きい電子ビーム発生装置１を必要とする問題があった。
【０００６】
また、多層薄膜ターゲット３を構成する薄膜８として市販されている薄膜を利用する場合には、厚さの選択に制限があり、さらに複数の均一な薄膜から多層膜を作成する際には、固定台６と薄膜固定用リング７との間に介在されるスペーサ等の間隔調整用治具が必要となるため、多層薄膜ターゲット３の構造が複雑になるという問題点もあった。
【０００７】
また、Ｘ線源としてのエネルギを変化させるためには、電子ビームのエネルギが一定の場合、多層膜ターゲット３を構成している薄膜８の膜厚および膜間隔を変化させることが必要であるが、Ｂｅ薄膜やマイラ薄膜等の既製品を利用する場合には、任意の膜厚を選択することが難しいため、多層膜ターゲット３より得られるＸ線のエネルギが必然的に狭い範囲に制限されるという問題もあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、多層薄膜から多重干渉Ｘ線を発生させるようにした従来のＸ線発生装置にあっては、荷電粒子ビームの利用効率が低く、これが原因して容量の大きい荷電粒子ビーム発生装置を必要とするばかりか、多層薄膜ターゲットの構造が複雑で、しかも任意の膜厚および膜間隔を選択することが難しいため、得られるＸ線のエネルギが狭い範囲に制限されるという不具合があった。
そこで本発明は、上述した不具合を解消でき、強力なエネルギを持つＸ線を発生させることのできるＸ線発生装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るＸ線発生装置では、荷電粒子ビームを発生し、これを加速して送出する粒子ビーム発生装置と、この粒子ビーム発生装置から送出された荷電粒子ビームを真空状態に保持された空胴内に導入し、該空胴内で複数回周回させる粒子ビーム保存装置と、前記空胴内に配置され、周回する前記荷電粒子ビームの入射を受けて多重干渉Ｘ線を発生する多層膜ターゲットとを備えている。
【００１０】
ここで、前記多層膜ターゲットは、各薄膜としてシリコンウェハ等へのエッチング加工で形成された膜を用いたものであることが好ましい。具体的には、荷電粒子ビームの通過領域となる薄肉のビーム通過領域と該ビーム通過領域より厚肉のビーム非通過領域とを備えた薄膜を、上記ビーム非通過領域の部分をスペーサとして複数積層して構成されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記多層膜ターゲットは、前記各薄膜における前記ビーム通過領域と前記ビーム非通過領域との段差によって形成された各隙間を外部へ解放している構成を採用していてもよい。
【００１２】
また、前記多層膜ターゲットは、前記各薄膜が結晶構造をなす素材で形成され、かつ上記各薄膜における前記ビーム通過領域の結晶面が前記荷電粒子ビームの入射方向に対して所定の角度をなすように配置されていてもよい。
【００１３】
また、前記空胴内に所定の電子エネルギに対してそれぞれ異なるエネルギの多重干渉Ｘ線を発生する複数の多層膜ターゲットが配置するとともに、これら多層膜ターゲットのうちの任意の１つを荷電粒子ビームの周回軌道上に位置させる交換手段をさらに備えていてもよい。
【００１４】
さらに、前記粒子ビーム保存装置は、周回する前記荷電粒子ビームを加速する高周波加速空胴を備えていてもよい。
さらにまた、前記粒子ビーム保存装置は、所定の時間だけ前記多層膜ターゲットに前記荷電粒子ビームを入射させるバンプ軌道を形成するパルス電磁石を備えていてもよい。
【００１５】
上記構成のＸ線発生装置では、粒子ビーム発生装置から送出された荷電粒子ビームを真空状態に保持された空胴内で複数回周回させる粒子ビーム保存装置を設け、上記空胴内に多層膜ターゲットを配置しているので、同じ荷電粒子を複数回に亘って多層膜ターゲットに入射させることができ、荷電粒子ビームの利用効率を大幅に向上させることが可能となる。
【００１６】
また、多層膜ターゲットの薄膜としてシリコンウェハ等へのエッチング加工で形成された膜を用いると、所望とする膜厚および膜間隔の多層膜ターゲットを簡単な工程で製作できる。特に、薄膜として荷電粒子ビームの通過領域となる薄肉のビーム通過領域と該ビーム通過領域より厚肉のビーム非通過領域とを備えたものを用い、この薄膜を上記ビーム非通過領域の部分をスペーサとして複数積層した構成を採用すると、多層膜ターゲットの構成を単純化でき、所望とするエネルギに対応したものを簡単な工程で製作できる。
【００１７】
また、粒子ビーム保存装置の空胴内に所定の電子エネルギに対してそれぞれ異なるエネルギの多重干渉Ｘ線を発生する複数の多層膜ターゲットが配置するとともに、これら多層膜ターゲットのうちの任意の１つを荷電粒子ビームの周回軌道上に位置させる交換手段を備えていると、エネルギ可変の強力なＸ線源を得ることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照しながら発明の実施形態を説明する。
図１には本発明の一実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図が示されている。
【００１９】
同図において、２１は荷電粒子である電子ビームを発生し、これを所定エネルギまで加速して送出する電子ビーム発生装置を示している。
電子ビーム発生装置２１から送出された電子ビームは、入射装置２２を介して電子ビーム保存装置２３に導入される。この電子ビーム保存装置２３は、全体がレーストラック状に形成され、内部が真空状態に保持された空胴２４と、この空胴２４のいわゆる４隅に配置された偏向磁石２５とを備えている。そして、電子ビーム発生装置２１から送出された電子ビームは、空胴２４内に入射され、偏向磁石２５による偏向を受けて空胴２４内を多数回に亘って周回する。
【００２０】
一方、空胴２４内には、周回する電子ビームの入射を受けて多重干渉Ｘ線２６を発生する多層膜ターゲット２７がターゲットホルダ２８に保持された状態で、かつ電子ビーム軌道を横切るように配置されている。なお、発生したＸ線２６は、案内路２９を介して使用場所へ導かれる。
【００２１】
多層膜ターゲット２７は、図２(a) ，(b) に示すように、複数の薄膜３０を積層した構成となっている。各薄膜３０は、シリコンウェハ等のようにＸ線吸収の少ない素材にエッチング加工を施して形成されたもので、周回する電子ビームの通過領域となる薄肉のビーム通過領域３１と、このビーム通過領域３１より厚肉のビーム非通過領域３２とを備えており、ビーム非通過領域３２の部分をスペーサとして積層されている。ビーム通過領域３１の厚みは、積層方向の両面の境界面からの遷移放射によるＸ線が干渉する条件によって決められる。通常は、たとえば10μｍ程度である。また、積層方向に隣接するビーム通過領域３１相互の間隔は、ビーム非通過領域３２との間の段差によって調節され、その値は異なる薄膜間の遷移放射Ｘ線が干渉する条件で決定される。
【００２２】
なお、この例の場合には、各薄膜３０に存在しているビーム通過領域３１とビーム非通過領域３２との段差によって各薄膜３０相互間に形成された各隙間３３が外部、つまり真空雰囲気に解放されるようにビーム通過領域３１が中心部から偏った位置に形成されている。このため、多層膜ターゲット２７を真空雰囲気中に配置したとき、薄膜３０間からの排気が速やかに行われ、その結果、薄膜３０間の圧力差をなくすことができ、ビーム通過領域３１相互間の間隔を均一に保持することが可能となる。また、電子ビームを所定時間だけ多層膜ターゲット２７に入射させる場合、電子ビームをビーム通過領域３１に近付けたり、遠ざけたりする際に、大きなビーム損失を招くビーム非通過領域３２に電子ビームを通過させる必要がないので、余分な電子ビームの損失を抑えることができる。
【００２３】
ここで、薄膜３０の製造方法の一例を図３を参照しながら説明する。
薄膜３０は、たとえば両面鏡面研磨したシリコンウェハに異方性エッチングで形状加工を施した後に、膜相当領域を切り出すことにより製造される。
【００２４】
(a) 最初に、シリコンウェハ３４の両面（１００面）にシリコン酸化膜３５を形成する。このシリコン酸化膜３５は、異方性エッチングの際のマスク層として使用するもので、形成方法は酸化に限らず、ＣＶＤなど酸化シリコンの堆積層でもよい。また、マスク材料はシリコン酸化膜とは限らない。たとえば、異方性エッチャントして水酸化カリウム水溶液を用いる場合は、酸化膜を厚くして対処することもあるが、水酸化カリウム水溶液がシリコン酸化膜を比較的よく溶かすので、水酸化カリウム水溶液に溶け難いシリコン窒化膜を形成する場合も多い。また、この窒化膜は金属膜でもよい。
【００２５】
(b) 次に、薄膜形成のためにシリコン酸化膜３５のパターニングを行なう。
(c) パターニングされたウェハ３４を、薄膜部形成のためにシリコン異方性エッチャントで所定の深さまでエッチングする。この異方性エッチャントとしては、エチレンジアミン・ピロカテコール（ＥＤＰ）水溶液、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液などが知られている。
【００２６】
(d) 形状加工されたウェハ３４に対して、シリコン酸化膜３５の除去（このプロセスは省略可能）を行った後にもう一度酸化膜３５を形成し、さらに形状加工した面と反対側の面のシリコン酸化膜を除去する。
【００２７】
(e) ウェハ３４に対して異方性エッチングを施し、最終的に得られる薄膜の膜厚まで薄くする。異方性エッチングの特徴としてエッチングは（１００）面に垂直に均一に進行し、エッチング面は非常に滑らかになる。したがって、エッチングで形成された薄膜は厚さが均一で表面は非常に滑らかな鏡面になる。
【００２８】
(f) 次に、薄くしたウェハ３４から酸化膜を除去する。
(g) 酸化膜を除去したウェハ３４をダイシングして各薄膜３０を切り離す。
以上の工程によって、多層膜ターゲット２７を構成する薄膜３０を得ることができる。なお、工程(f) は、工程(g) の後に行なうこともできる。この場合、酸化膜が付いている面だけであるが、ダイシング時のシリコン表面のダメージや汚れを少なくできる。
【００２９】
図１に示す構成のＸ線発生装置では、電子ビーム発生装置２１から送出された電子ビームを真空状態に保持された空胴２４内で複数回周回させる粒子ビーム保存装置２３を設け、空胴２４内に多層膜ターゲット２７を配置しているので、同じ電子を複数回に亘って多層膜ターゲット２７に入射させることができ、電子ビームの利用効率を大幅に向上させることが可能となる。
【００３０】
また、多層膜ターゲット２７の薄膜３０としてシリコンウェハ等へのエッチング加工で形成された膜を用いているので、所望とする膜厚および膜間隔の多層膜ターゲット２７を簡単な工程で製作できる。特に、薄膜３０として電子ビームの通過領域となる薄肉のビーム通過領域３１と該ビーム通過領域３１より厚肉のビーム非通過領域３２とを備えたものを用い、これらの薄膜３０をビーム非通過領域３２の部分をスペーサとして複数積層した多層膜ターゲット２７を用いているので、多層膜ターゲット２７の構成を単純化でき、所望とするエネルギに対応したものを簡単な工程で製作できる。
【００３１】
なお、図１に示した例では、多層膜ターゲット２７の積層面が周回する電子ビームの軌道と直交するように多層膜ターゲット２７を設けているが、図４に示すように、電子ビームの入射方向３６に対して薄膜３０ａの結晶面が角度θB をなすように多層膜ターゲット２７ａを配置してもよい。
【００３２】
図５(a) に多層薄膜ターゲット２７ａを構成している薄膜３０ａの正面図を示し、図５(b) に多層薄膜ターゲット２７ａの局部的断面図を示す。この例においても、各薄膜３０ａは、段差の形成によってビーム通過領域３１ａと該ビーム通過領域３１ａより厚肉のビーム非通過領域３２ａとを備えている。ビーム通過領域３１ａの厚みは、積層方向の両面の境界面からの遷移放射によるＸ線が干渉する条件によって決められる。また、積層方向に隣接するビーム通過領域３１ａ相互の間隔は、ビーム非通過領域３２ａとの間の段差によって調節され、その値は異なる薄膜間の遷移放射Ｘ線が干渉する条件で決定される。
【００３３】
この例では、薄膜３０ａとしてたとえばシリコン単結晶の(100) 面に前述の如く段差を付けたものを用い、所定の遷移放射Ｘ線のエネルギで結晶面（たとえば、(011) 面）に対するBragg 条件の角度となるように多層薄膜ターゲット２７ａを傾けている。
【００３４】
このため、薄膜３０ａの境界面から発生する遷移放射Ｘ線２６ａを電子ビームの方向３６に対して比較的大きな角度の方向へ取出すことが可能となる。上述のように多重干渉の共鳴条件を満たす膜厚および間隔に配置されているため、Bragg 条件の角度に放出されたＸ線も多重干渉することになる。
【００３５】
また、図２、図５に示した例では、各薄膜３０（３０ａ）に存在しているビーム通過領域３１（３１ａ）とビーム非通過領域３２（３２ａ）との段差によって各薄膜相互間に形成された隙間３３（３３ａ）が外部、つまり真空雰囲気に解放されるようにビーム通過領域３１（３１ａ）が中心部から偏った位置に形成されているが、図６(a) ，(b) に示すように、薄肉のビーム通過領域３１ｂが中央部に形成され、厚肉のビーム非通過領域３２ｂがビーム通過領域３１ｂの周辺に形成されている薄膜３０ｂを積層した多層膜ターゲット２７ｂを用いてもよい。
【００３６】
図７には本発明の別の実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図が示されている。なお、この図では図１と同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の説明は省略する。
【００３７】
このＸ線発生装置が図１に示した装置と異なる点は、空胴２４内に複数の多層膜ターゲット２７1 ，２７2 ，…２７n を配置したことにある。すなわち、これら多層膜ターゲット２７1 ，２７2 ，…２７n は、図２と同様な構造に形成されているが、所定の電子エネルギに対してあるＸ線が多重干渉するように膜厚および膜間隔が最適化されている。これら多層膜ターゲット２７1 ，２７2 ，…２７n は、それぞれターゲットホルダ２８1 ，２８2 ，…２８n に支持されてターゲット交換装置４０内に配置されている。そして、遠隔操作あるいは手動操作でターゲット交換装置４０を操作することによって任意の多層膜ターゲットを電子ビームの周回軌道上に位置させることができるようになっている。
【００３８】
したがって、上記構成であると、多層膜ターゲットを適宜交換して使用することで、エネルギ可変の強力なＸ線源を実現できることになる。
図８には本発明のさらに別の実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図が示されている。なお、この図では図１と同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の説明は省略する。
【００３９】
このＸ線発生装置が図１に示した装置と異なる点は、空胴２４に電子ビームを加速する高周波加速空胴４１を設けたことにある。
空胴２４内を周回する電子ビームは、多層膜ターゲット２７を通過する度に放射損失でエネルギを失うと同時に多層膜内でのクーロン多重散乱によりエミッタンスが増加する。上記構成であると、多層膜ターゲット２７および偏向磁石２５の通過で電子ビームが失ったエネルギ分だけ高周波加速空胴４１で加速することが可能となる。したがって、高周波加速空胴４１がない場合に較べて、エネルギ損失によるビーム損失をなくすことができる。このため、電子ビーム保存装置２３ａ内において電子ビームが多層膜ターゲット２７を通過する回数を増加できるため、パルス幅の長い強力なＸ線を発生させることができる。
【００４０】
図９には本発明のさらに異なる実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図が示されている。なお、この図では図８と同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の説明は省略する。
【００４１】
このＸ線発生装置が図８に示した装置と異なる点は、電子ビーム保存装置２３ｂ内で多層膜ターゲット２７の配設位置を境にして上流側と下流側とにパルス電磁石５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂを設けていることにある。
【００４２】
各パルス電磁石５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂは、所定の時間間隔で励磁される。そして、励磁されている期間に電子ビームが偏向を受けて多層膜ターゲット２７に入射し、それ以外の期間は多層膜ターゲット２７には当たらずに周回する。すなわち、各パルス電磁石５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂは、バンプ軌道を構成する役目を担っている。
【００４３】
この例では、電子ビーム保存装置２３ｂに入射した電子ビームを高周波加速空胴４１で加速し、所定のエネルギまで加速した後に多層膜ターゲット２７に入射させることもできる。また、多層膜ターゲット２７を通過した際にビームサイズが増大した電子ビームを、一定の時間だけ多層膜ターゲットを通過させないことで、ビームサイズを再び小さくすることも可能である。
【００４４】
このように、電子ビーム保存装置２３ｂに高周波加速空胴４１およびパルス電磁石５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂを配置することで、所定のエネルギの電子ビームを必要な時間だけ、多層膜ターゲット２７に入射させることが可能となる。さらに、一度大きくなったビームサイズを再び小さくして再度、多層膜ターゲットに入射させることができる。
【００４５】
なお、上述した各例では、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いているが、電子ビームに限られるものではない。また、多層膜ターゲットの各薄膜の形成素材もシリコンウェハに限られるものではない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＸ線発生装置によれば、荷電粒子ビームの利用効率を向上させることができるとともに、任意の入射エネルギに対して所定のＸ線エネルギを発生するための多層薄膜ターゲットの準備が容易できるため、効率良く広いエネルギ範囲のＸ線を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図
【図２】 (a) は同装置に組込まれた多層膜ターゲットの正面図で(b) は同ターゲットを(a) におけるＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向にみた局部的断面図
【図３】同多層膜ターゲットを構成する薄膜の一製造方法を説明するための図
【図４】多層膜ターゲットの配置角度を変えた例を説明するための図
【図５】 (a) は同多層膜ターゲットの正面図で(b) は同ターゲットを(a) におけるＢ−Ｂ線に沿って切断し矢印方向にみた局部的断面図
【図６】 (a) は多層膜ターゲットの変形例の正面図で(b) は同ターゲットを(a) におけるＣ−Ｃ線に沿って切断し矢印方向にみた局部的断面図
【図７】本発明の別の実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図
【図８】本発明のさらに別の実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図
【図９】本発明の異なる実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図
【図１０】従来のＸ線発生装置の模式的構成図
【図１１】 (a) は同装置に組込まれた多層膜ターゲットの縦断面図で(b) は同ターゲットを(a) におけるＤ−Ｄ線に沿って矢印方向にみた図
【符号の説明】
２１…電子ビーム発生装置
２２…入射装置
２３，２３ａ，２３ｂ…ビーム保存装置
２４…真空状態に保持された空胴
２５…偏向磁石
２６…Ｘ線
２７，２７ａ，２７ｂ，２７1 〜２７n …多層膜ターゲット
３０，３０ａ，３０ｂ…薄膜
３１，３１ａ，３１ｂ…ビーム通過領域
３２，３２ａ，３２ｂ…ビーム非通過領域
３３，３３ａ，３３ｂ…隙間
４１…高周波加速空胴
５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ…バンプ軌道形成用のパルス電磁石
【産業上の利用分野】
本発明は、電子ビーム等の荷電粒子ビームを多層薄膜に入射させることによって多層薄膜から多重干渉Ｘ線を発生させるＸ線発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型で強力なＸ線源として、電子ビーム等の荷電粒子ビームを多層薄膜に入射させた際に発生する共鳴遷移放射光（resonance transition radiation）が注目されている。
【０００３】
図１０には従来のこの種のＸ線発生装置の概略構成が示されている。
図中１は電子ビームを発生し、これを加速して送出する電子ビーム発生装置をを示している。電子ビーム発生装置１から送出された電子ビーム２は、進行路途上に配置された多層薄膜ターゲット３に入射する。この入射によって多層薄膜ターゲット３から波長が１オングストローム以下のＸ線４が放出される。このＸ線４は図示しない案内路を介して導かれ、たとえば露光などに用いられる。多層薄膜ターゲット３を通過した電子ビーム２は、ビームダンプ５で回収される。
【０００４】
図１１には多層薄膜ターゲット３の構成例が示されている。(a) は多層薄膜ターゲット３の縦断面図であり、(b) は多層薄膜ターゲット３の正面図である。
同図に示すように、環状に形成された固定台６の一方の面に径および高さの異なる複数の薄膜固定用リング７を同心円状に配設し、これら薄膜固定用リング７にマイラ製の薄膜８を接着によってそれぞれ取り付けたものとなっている。通常は、各薄膜固定用リング７の高さの調整で薄膜相互の間隔を一定の値に保つようにしている。また、薄膜８を形成する素材としては、マイラの他にＢｅ（ベリリウム）等のようにＸ線の吸収の少ない原始番号の低い物質が用いられている。
【０００５】
しかしながら、上記のように構成された従来のＸ線発生装置にあっては次のような問題があった。
すなわち、従来の装置では、多層薄膜ターゲット３に入射して一度多重干渉Ｘ線の発生に供された電子ビーム２をビームダンプ５に捨てる構成を採用している。このため、効率が悪く、容量の大きい電子ビーム発生装置１を必要とする問題があった。
【０００６】
また、多層薄膜ターゲット３を構成する薄膜８として市販されている薄膜を利用する場合には、厚さの選択に制限があり、さらに複数の均一な薄膜から多層膜を作成する際には、固定台６と薄膜固定用リング７との間に介在されるスペーサ等の間隔調整用治具が必要となるため、多層薄膜ターゲット３の構造が複雑になるという問題点もあった。
【０００７】
また、Ｘ線源としてのエネルギを変化させるためには、電子ビームのエネルギが一定の場合、多層膜ターゲット３を構成している薄膜８の膜厚および膜間隔を変化させることが必要であるが、Ｂｅ薄膜やマイラ薄膜等の既製品を利用する場合には、任意の膜厚を選択することが難しいため、多層膜ターゲット３より得られるＸ線のエネルギが必然的に狭い範囲に制限されるという問題もあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、多層薄膜から多重干渉Ｘ線を発生させるようにした従来のＸ線発生装置にあっては、荷電粒子ビームの利用効率が低く、これが原因して容量の大きい荷電粒子ビーム発生装置を必要とするばかりか、多層薄膜ターゲットの構造が複雑で、しかも任意の膜厚および膜間隔を選択することが難しいため、得られるＸ線のエネルギが狭い範囲に制限されるという不具合があった。
そこで本発明は、上述した不具合を解消でき、強力なエネルギを持つＸ線を発生させることのできるＸ線発生装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るＸ線発生装置では、荷電粒子ビームを発生し、これを加速して送出する粒子ビーム発生装置と、この粒子ビーム発生装置から送出された荷電粒子ビームを真空状態に保持された空胴内に導入し、該空胴内で複数回周回させる粒子ビーム保存装置と、前記空胴内に配置され、周回する前記荷電粒子ビームの入射を受けて多重干渉Ｘ線を発生する多層膜ターゲットとを備えている。
【００１０】
ここで、前記多層膜ターゲットは、各薄膜としてシリコンウェハ等へのエッチング加工で形成された膜を用いたものであることが好ましい。具体的には、荷電粒子ビームの通過領域となる薄肉のビーム通過領域と該ビーム通過領域より厚肉のビーム非通過領域とを備えた薄膜を、上記ビーム非通過領域の部分をスペーサとして複数積層して構成されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記多層膜ターゲットは、前記各薄膜における前記ビーム通過領域と前記ビーム非通過領域との段差によって形成された各隙間を外部へ解放している構成を採用していてもよい。
【００１２】
また、前記多層膜ターゲットは、前記各薄膜が結晶構造をなす素材で形成され、かつ上記各薄膜における前記ビーム通過領域の結晶面が前記荷電粒子ビームの入射方向に対して所定の角度をなすように配置されていてもよい。
【００１３】
また、前記空胴内に所定の電子エネルギに対してそれぞれ異なるエネルギの多重干渉Ｘ線を発生する複数の多層膜ターゲットが配置するとともに、これら多層膜ターゲットのうちの任意の１つを荷電粒子ビームの周回軌道上に位置させる交換手段をさらに備えていてもよい。
【００１４】
さらに、前記粒子ビーム保存装置は、周回する前記荷電粒子ビームを加速する高周波加速空胴を備えていてもよい。
さらにまた、前記粒子ビーム保存装置は、所定の時間だけ前記多層膜ターゲットに前記荷電粒子ビームを入射させるバンプ軌道を形成するパルス電磁石を備えていてもよい。
【００１５】
上記構成のＸ線発生装置では、粒子ビーム発生装置から送出された荷電粒子ビームを真空状態に保持された空胴内で複数回周回させる粒子ビーム保存装置を設け、上記空胴内に多層膜ターゲットを配置しているので、同じ荷電粒子を複数回に亘って多層膜ターゲットに入射させることができ、荷電粒子ビームの利用効率を大幅に向上させることが可能となる。
【００１６】
また、多層膜ターゲットの薄膜としてシリコンウェハ等へのエッチング加工で形成された膜を用いると、所望とする膜厚および膜間隔の多層膜ターゲットを簡単な工程で製作できる。特に、薄膜として荷電粒子ビームの通過領域となる薄肉のビーム通過領域と該ビーム通過領域より厚肉のビーム非通過領域とを備えたものを用い、この薄膜を上記ビーム非通過領域の部分をスペーサとして複数積層した構成を採用すると、多層膜ターゲットの構成を単純化でき、所望とするエネルギに対応したものを簡単な工程で製作できる。
【００１７】
また、粒子ビーム保存装置の空胴内に所定の電子エネルギに対してそれぞれ異なるエネルギの多重干渉Ｘ線を発生する複数の多層膜ターゲットが配置するとともに、これら多層膜ターゲットのうちの任意の１つを荷電粒子ビームの周回軌道上に位置させる交換手段を備えていると、エネルギ可変の強力なＸ線源を得ることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照しながら発明の実施形態を説明する。
図１には本発明の一実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図が示されている。
【００１９】
同図において、２１は荷電粒子である電子ビームを発生し、これを所定エネルギまで加速して送出する電子ビーム発生装置を示している。
電子ビーム発生装置２１から送出された電子ビームは、入射装置２２を介して電子ビーム保存装置２３に導入される。この電子ビーム保存装置２３は、全体がレーストラック状に形成され、内部が真空状態に保持された空胴２４と、この空胴２４のいわゆる４隅に配置された偏向磁石２５とを備えている。そして、電子ビーム発生装置２１から送出された電子ビームは、空胴２４内に入射され、偏向磁石２５による偏向を受けて空胴２４内を多数回に亘って周回する。
【００２０】
一方、空胴２４内には、周回する電子ビームの入射を受けて多重干渉Ｘ線２６を発生する多層膜ターゲット２７がターゲットホルダ２８に保持された状態で、かつ電子ビーム軌道を横切るように配置されている。なお、発生したＸ線２６は、案内路２９を介して使用場所へ導かれる。
【００２１】
多層膜ターゲット２７は、図２(a) ，(b) に示すように、複数の薄膜３０を積層した構成となっている。各薄膜３０は、シリコンウェハ等のようにＸ線吸収の少ない素材にエッチング加工を施して形成されたもので、周回する電子ビームの通過領域となる薄肉のビーム通過領域３１と、このビーム通過領域３１より厚肉のビーム非通過領域３２とを備えており、ビーム非通過領域３２の部分をスペーサとして積層されている。ビーム通過領域３１の厚みは、積層方向の両面の境界面からの遷移放射によるＸ線が干渉する条件によって決められる。通常は、たとえば10μｍ程度である。また、積層方向に隣接するビーム通過領域３１相互の間隔は、ビーム非通過領域３２との間の段差によって調節され、その値は異なる薄膜間の遷移放射Ｘ線が干渉する条件で決定される。
【００２２】
なお、この例の場合には、各薄膜３０に存在しているビーム通過領域３１とビーム非通過領域３２との段差によって各薄膜３０相互間に形成された各隙間３３が外部、つまり真空雰囲気に解放されるようにビーム通過領域３１が中心部から偏った位置に形成されている。このため、多層膜ターゲット２７を真空雰囲気中に配置したとき、薄膜３０間からの排気が速やかに行われ、その結果、薄膜３０間の圧力差をなくすことができ、ビーム通過領域３１相互間の間隔を均一に保持することが可能となる。また、電子ビームを所定時間だけ多層膜ターゲット２７に入射させる場合、電子ビームをビーム通過領域３１に近付けたり、遠ざけたりする際に、大きなビーム損失を招くビーム非通過領域３２に電子ビームを通過させる必要がないので、余分な電子ビームの損失を抑えることができる。
【００２３】
ここで、薄膜３０の製造方法の一例を図３を参照しながら説明する。
薄膜３０は、たとえば両面鏡面研磨したシリコンウェハに異方性エッチングで形状加工を施した後に、膜相当領域を切り出すことにより製造される。
【００２４】
(a) 最初に、シリコンウェハ３４の両面（１００面）にシリコン酸化膜３５を形成する。このシリコン酸化膜３５は、異方性エッチングの際のマスク層として使用するもので、形成方法は酸化に限らず、ＣＶＤなど酸化シリコンの堆積層でもよい。また、マスク材料はシリコン酸化膜とは限らない。たとえば、異方性エッチャントして水酸化カリウム水溶液を用いる場合は、酸化膜を厚くして対処することもあるが、水酸化カリウム水溶液がシリコン酸化膜を比較的よく溶かすので、水酸化カリウム水溶液に溶け難いシリコン窒化膜を形成する場合も多い。また、この窒化膜は金属膜でもよい。
【００２５】
(b) 次に、薄膜形成のためにシリコン酸化膜３５のパターニングを行なう。
(c) パターニングされたウェハ３４を、薄膜部形成のためにシリコン異方性エッチャントで所定の深さまでエッチングする。この異方性エッチャントとしては、エチレンジアミン・ピロカテコール（ＥＤＰ）水溶液、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液などが知られている。
【００２６】
(d) 形状加工されたウェハ３４に対して、シリコン酸化膜３５の除去（このプロセスは省略可能）を行った後にもう一度酸化膜３５を形成し、さらに形状加工した面と反対側の面のシリコン酸化膜を除去する。
【００２７】
(e) ウェハ３４に対して異方性エッチングを施し、最終的に得られる薄膜の膜厚まで薄くする。異方性エッチングの特徴としてエッチングは（１００）面に垂直に均一に進行し、エッチング面は非常に滑らかになる。したがって、エッチングで形成された薄膜は厚さが均一で表面は非常に滑らかな鏡面になる。
【００２８】
(f) 次に、薄くしたウェハ３４から酸化膜を除去する。
(g) 酸化膜を除去したウェハ３４をダイシングして各薄膜３０を切り離す。
以上の工程によって、多層膜ターゲット２７を構成する薄膜３０を得ることができる。なお、工程(f) は、工程(g) の後に行なうこともできる。この場合、酸化膜が付いている面だけであるが、ダイシング時のシリコン表面のダメージや汚れを少なくできる。
【００２９】
図１に示す構成のＸ線発生装置では、電子ビーム発生装置２１から送出された電子ビームを真空状態に保持された空胴２４内で複数回周回させる粒子ビーム保存装置２３を設け、空胴２４内に多層膜ターゲット２７を配置しているので、同じ電子を複数回に亘って多層膜ターゲット２７に入射させることができ、電子ビームの利用効率を大幅に向上させることが可能となる。
【００３０】
また、多層膜ターゲット２７の薄膜３０としてシリコンウェハ等へのエッチング加工で形成された膜を用いているので、所望とする膜厚および膜間隔の多層膜ターゲット２７を簡単な工程で製作できる。特に、薄膜３０として電子ビームの通過領域となる薄肉のビーム通過領域３１と該ビーム通過領域３１より厚肉のビーム非通過領域３２とを備えたものを用い、これらの薄膜３０をビーム非通過領域３２の部分をスペーサとして複数積層した多層膜ターゲット２７を用いているので、多層膜ターゲット２７の構成を単純化でき、所望とするエネルギに対応したものを簡単な工程で製作できる。
【００３１】
なお、図１に示した例では、多層膜ターゲット２７の積層面が周回する電子ビームの軌道と直交するように多層膜ターゲット２７を設けているが、図４に示すように、電子ビームの入射方向３６に対して薄膜３０ａの結晶面が角度θB をなすように多層膜ターゲット２７ａを配置してもよい。
【００３２】
図５(a) に多層薄膜ターゲット２７ａを構成している薄膜３０ａの正面図を示し、図５(b) に多層薄膜ターゲット２７ａの局部的断面図を示す。この例においても、各薄膜３０ａは、段差の形成によってビーム通過領域３１ａと該ビーム通過領域３１ａより厚肉のビーム非通過領域３２ａとを備えている。ビーム通過領域３１ａの厚みは、積層方向の両面の境界面からの遷移放射によるＸ線が干渉する条件によって決められる。また、積層方向に隣接するビーム通過領域３１ａ相互の間隔は、ビーム非通過領域３２ａとの間の段差によって調節され、その値は異なる薄膜間の遷移放射Ｘ線が干渉する条件で決定される。
【００３３】
この例では、薄膜３０ａとしてたとえばシリコン単結晶の(100) 面に前述の如く段差を付けたものを用い、所定の遷移放射Ｘ線のエネルギで結晶面（たとえば、(011) 面）に対するBragg 条件の角度となるように多層薄膜ターゲット２７ａを傾けている。
【００３４】
このため、薄膜３０ａの境界面から発生する遷移放射Ｘ線２６ａを電子ビームの方向３６に対して比較的大きな角度の方向へ取出すことが可能となる。上述のように多重干渉の共鳴条件を満たす膜厚および間隔に配置されているため、Bragg 条件の角度に放出されたＸ線も多重干渉することになる。
【００３５】
また、図２、図５に示した例では、各薄膜３０（３０ａ）に存在しているビーム通過領域３１（３１ａ）とビーム非通過領域３２（３２ａ）との段差によって各薄膜相互間に形成された隙間３３（３３ａ）が外部、つまり真空雰囲気に解放されるようにビーム通過領域３１（３１ａ）が中心部から偏った位置に形成されているが、図６(a) ，(b) に示すように、薄肉のビーム通過領域３１ｂが中央部に形成され、厚肉のビーム非通過領域３２ｂがビーム通過領域３１ｂの周辺に形成されている薄膜３０ｂを積層した多層膜ターゲット２７ｂを用いてもよい。
【００３６】
図７には本発明の別の実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図が示されている。なお、この図では図１と同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の説明は省略する。
【００３７】
このＸ線発生装置が図１に示した装置と異なる点は、空胴２４内に複数の多層膜ターゲット２７1 ，２７2 ，…２７n を配置したことにある。すなわち、これら多層膜ターゲット２７1 ，２７2 ，…２７n は、図２と同様な構造に形成されているが、所定の電子エネルギに対してあるＸ線が多重干渉するように膜厚および膜間隔が最適化されている。これら多層膜ターゲット２７1 ，２７2 ，…２７n は、それぞれターゲットホルダ２８1 ，２８2 ，…２８n に支持されてターゲット交換装置４０内に配置されている。そして、遠隔操作あるいは手動操作でターゲット交換装置４０を操作することによって任意の多層膜ターゲットを電子ビームの周回軌道上に位置させることができるようになっている。
【００３８】
したがって、上記構成であると、多層膜ターゲットを適宜交換して使用することで、エネルギ可変の強力なＸ線源を実現できることになる。
図８には本発明のさらに別の実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図が示されている。なお、この図では図１と同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の説明は省略する。
【００３９】
このＸ線発生装置が図１に示した装置と異なる点は、空胴２４に電子ビームを加速する高周波加速空胴４１を設けたことにある。
空胴２４内を周回する電子ビームは、多層膜ターゲット２７を通過する度に放射損失でエネルギを失うと同時に多層膜内でのクーロン多重散乱によりエミッタンスが増加する。上記構成であると、多層膜ターゲット２７および偏向磁石２５の通過で電子ビームが失ったエネルギ分だけ高周波加速空胴４１で加速することが可能となる。したがって、高周波加速空胴４１がない場合に較べて、エネルギ損失によるビーム損失をなくすことができる。このため、電子ビーム保存装置２３ａ内において電子ビームが多層膜ターゲット２７を通過する回数を増加できるため、パルス幅の長い強力なＸ線を発生させることができる。
【００４０】
図９には本発明のさらに異なる実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図が示されている。なお、この図では図８と同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の説明は省略する。
【００４１】
このＸ線発生装置が図８に示した装置と異なる点は、電子ビーム保存装置２３ｂ内で多層膜ターゲット２７の配設位置を境にして上流側と下流側とにパルス電磁石５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂを設けていることにある。
【００４２】
各パルス電磁石５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂは、所定の時間間隔で励磁される。そして、励磁されている期間に電子ビームが偏向を受けて多層膜ターゲット２７に入射し、それ以外の期間は多層膜ターゲット２７には当たらずに周回する。すなわち、各パルス電磁石５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂは、バンプ軌道を構成する役目を担っている。
【００４３】
この例では、電子ビーム保存装置２３ｂに入射した電子ビームを高周波加速空胴４１で加速し、所定のエネルギまで加速した後に多層膜ターゲット２７に入射させることもできる。また、多層膜ターゲット２７を通過した際にビームサイズが増大した電子ビームを、一定の時間だけ多層膜ターゲットを通過させないことで、ビームサイズを再び小さくすることも可能である。
【００４４】
このように、電子ビーム保存装置２３ｂに高周波加速空胴４１およびパルス電磁石５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂを配置することで、所定のエネルギの電子ビームを必要な時間だけ、多層膜ターゲット２７に入射させることが可能となる。さらに、一度大きくなったビームサイズを再び小さくして再度、多層膜ターゲットに入射させることができる。
【００４５】
なお、上述した各例では、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いているが、電子ビームに限られるものではない。また、多層膜ターゲットの各薄膜の形成素材もシリコンウェハに限られるものではない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＸ線発生装置によれば、荷電粒子ビームの利用効率を向上させることができるとともに、任意の入射エネルギに対して所定のＸ線エネルギを発生するための多層薄膜ターゲットの準備が容易できるため、効率良く広いエネルギ範囲のＸ線を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図
【図２】 (a) は同装置に組込まれた多層膜ターゲットの正面図で(b) は同ターゲットを(a) におけるＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向にみた局部的断面図
【図３】同多層膜ターゲットを構成する薄膜の一製造方法を説明するための図
【図４】多層膜ターゲットの配置角度を変えた例を説明するための図
【図５】 (a) は同多層膜ターゲットの正面図で(b) は同ターゲットを(a) におけるＢ−Ｂ線に沿って切断し矢印方向にみた局部的断面図
【図６】 (a) は多層膜ターゲットの変形例の正面図で(b) は同ターゲットを(a) におけるＣ−Ｃ線に沿って切断し矢印方向にみた局部的断面図
【図７】本発明の別の実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図
【図８】本発明のさらに別の実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図
【図９】本発明の異なる実施形態に係るＸ線発生装置の模式的構成図
【図１０】従来のＸ線発生装置の模式的構成図
【図１１】 (a) は同装置に組込まれた多層膜ターゲットの縦断面図で(b) は同ターゲットを(a) におけるＤ−Ｄ線に沿って矢印方向にみた図
【符号の説明】
２１…電子ビーム発生装置
２２…入射装置
２３，２３ａ，２３ｂ…ビーム保存装置
２４…真空状態に保持された空胴
２５…偏向磁石
２６…Ｘ線
２７，２７ａ，２７ｂ，２７1 〜２７n …多層膜ターゲット
３０，３０ａ，３０ｂ…薄膜
３１，３１ａ，３１ｂ…ビーム通過領域
３２，３２ａ，３２ｂ…ビーム非通過領域
３３，３３ａ，３３ｂ…隙間
４１…高周波加速空胴
５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ…バンプ軌道形成用のパルス電磁石
Claims (7)
- 荷電粒子ビームを発生し、これを加速して送出する粒子ビーム発生装置と、この粒子ビーム発生装置から送出された荷電粒子ビームを真空状態に保持された空胴内に導入し、該空胴内で複数回周回させる粒子ビーム保存装置と、前記空胴内に配置され、周回する前記荷電粒子ビームの入射を受けて多重干渉Ｘ線を発生する多層膜ターゲットとを具備し、前記多層膜ターゲットは、前記荷電粒子ビームの通過領域となる薄肉のビーム通過領域と該ビーム通過領域より厚肉のビーム非通過領域とを備えた薄膜を、上記ビーム非通過領域の部分をスペーサとして複数積層して構成されていることを特徴とするＸ線発生装置。
- 前記多層膜ターゲットは、前記各薄膜における前記ビーム通過領域と前記ビーム非通過領域との段差によって形成された各隙間を外部へ解放していることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
- 前記多層膜ターゲットは、前記各薄膜が結晶構造をなす素材で形成され、かつ上記各薄膜における前記ビーム通過領域の結晶面が前記荷電粒子ビームの入射方向に対して所定の角度をなすように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線発生装置。
- 前記多層膜ターゲットは、前記各薄膜としてシリコンウェハへのエッチング加工で形成された膜を用いていることを特徴とする請求項１，２，３のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
- 荷電粒子ビームを発生し、これを加速して送出する粒子ビーム発生装置と、この粒子ビーム発生装置から送出された荷電粒子ビームを真空状態に保持された空胴内に導入し、該空胴内で複数回周回させる粒子ビーム保存装置と、前記空胴内に配置され、周回する前記荷電粒子ビームの入射を受けて所定の電子エネルギに対してそれぞれ異なるエネルギの多重干渉Ｘ線を発生する多層膜ターゲットと、これら複数の多層膜ターゲットのうちの任意の１つを前記荷電粒子ビームの周回軌道上に位置させる交換手段とを具備することを特徴とするＸ線発生装置。
- 荷電粒子ビームを発生し、これを加速して送出する粒子ビーム発生装置と、この粒子ビーム発生装置から送出された荷電粒子ビームを真空状態に保持された空胴内に導入し、該空胴内で複数回周回させる粒子ビーム保存装置と、前記空胴内に配置され、周回する前記荷電粒子ビームの入射を受けて多重干渉Ｘ線を発生する多層膜ターゲットとを具備し、前記粒子ビーム保存装置は、所定の時間だけ前記多層膜ターゲットに前記荷電粒子ビームを入射させるバンプ軌道を形成するパルス電磁石を備えていることを特徴とするＸ線発生装置。
- 前記粒子ビーム保存装置は、周回する前記荷電粒子ビームを加速する高周波加速空胴を備えていることを特徴とする請求項６に記載のＸ線発生装置。
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