JPH0256000A - 軟ｘ線顕微鏡用多層膜反射鏡 - 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、生体観察用の軟Ｘ線顕＠鏡に用いられる多層
膜反射鏡に関するものである。

［従来の技術］ Ｘ線領域では、物質の屈折率はｎ−１−δ−４ｋ（δ、
に：実数）と表わされ、δ、にともに１に比べて非常に
小さい。（屈折率の虚部にはＸ線の°吸収を表わす。）
そのため、可視光領域のような屈折を利用したレンズは
使用できない。

そこで反射を利用した光学系が用いられるが、全反射臨
界角θＣ（波長２５人で５°程度以下）よりも垂直に近
い入射角では反射率が非常に小さいので、界面の振幅反
射率の高い物質の組合わせを何層も積層することにより
、反射面を多数（例λば数百層も）設けて、それぞれの
反射波の位相か合うように光学干渉理論に基づいて各層
の厚さを調整した多層膜反射鏡か用いられる。

より具体的に説明すれば、使用Ｘ線での屈折率と真空の
屈折率（＝１）との差が小さい物質Ａと、差の大きい物
質Ｂとを交互に積層することによって多層１漠反射鏡は
得られ、その代表例として、Ｗ（タングステン）／Ｃ（
炭素）　、　Ｍｏ（モリブデン）　／Ｓｉ（シリコン）
などの組合せか従来から知られており、スパッタリング
、真空蒸着、ＣＶＤなどの薄膜形成技術によって、形成
されていた。

ところで、最近、Ｘ線の中でも軟Ｘ線（波長２５人〜２
５０　人）が特にン主目を浴びている。これは、軟Ｘ線
は現在主流の水銀ランプのｇ線（波長４３６０人）より
波長が短く、従って、ＩＣ（集積回路）製造の際の微細
パターンの縮小露光用光源として使用すると、■より微
細なパターンの焼付けが可能になることと、■従来の硬
Ｘ線（波長２．５Å以下）よりも波長が長いので、物質
への吸収率が高く、そのため、レジスト膜の焼付けが可
能となるからである。

そして、軟Ｘ線用の多層膜反射鏡として、最近特開昭１
ｉ３−８８５０２号の発明が提案された。以下、この発
明を「基本発明」と言う。基本発明の目的は、耐熱性の
すぐれた反射鏡を提案することにあり、次のような内容
のものである。

「軟Ｘ線・真空紫外線の高吸収層と低吸収層の交互層よ
りなる多層薄膜構造を有する軟Ｘ　Ｐｉ！・真空紫外線
用多層膜反射鏡において、該高吸収層は遷移金属の単体
のうちの一種以上を主成分として有してなり、該低吸収
層はケイ素、ホウ素それぞれの炭化物、窒化物、酸化物
のうちの一種以上を主成分として有してなるもの。」 そして、基本発明の明細書の実施例には、波長１２４人
の軟Ｘ線に対する反射鏡が開示されており、そこでは高
吸収層（木明細書でいう物質Ｂの層に相当）としてｆｌ
ｕを、低吸収層（同じく物質Ａの層）として５ｉｎ２を
用いたもの（実施例１）を筆頭に以下、 Ｒｕ／５ｉＯ２（実施例１） Ｔａ／８４Ｃ（実施例２） Ｉｆｆ／Ｓｉ、Ｎ４（実施例３） の３つの実施例があげられている。

ところで、一般に反射率は、波長及び入射角によって異
なるので、仮に実施例で用いられた波長１２４人を変え
ると、反射率が向上するか低下するか予ン！！１１でき
ない。

方、軟Ｘ線は、前述したＩＣ製造用の露光光源としてだ
けでなく、他の意味ても注目を浴びている。それは、従
来の電子顕微鏡では死んだものしか観察できなかったの
を、軟Ｘ線を用いると、電子顕微鏡よりは劣るものの、
従来の光学顕微鏡よりも高い解像度で生体を観察できる
ようになるからである。

軟Ｘ線顕微鏡において、生体観察を行う場合に使用する
Ｘ線の波長は、第２図に示すようにタンパク質と水との
吸収係数の差の大きい領域、即ち酸素のに吸収端（２３
人）と炭素のに吸収端（４４人）の間の特定波長領域が
用いられる。（尚、なるへく厚い試料まで観察できるよ
う、吸収係数の小さい酸素の吸収端近傍の２５人付近の
波長が好ましい。） そして、従来、軟Ｘ線顕微鏡用の多層膜反射鏡として、
Ｗ（タングステン）／Ｃ（炭素）やＭ。

（モリブデン）　／Ｓｉ　（シリコン）の組合せが知ら
れている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしなから、Ｗ／ＣやＭｏ／Ｓｉを使用した従来の反
射鏡は、軟Ｘ　Ｐ！顕微鏡用としては反射率が低いとい
う問題点があった。

また、先に提案された基本発明の実施例に開示されたＲ
ｕ／５ｉ０２やＴａ／Ｂ、ＣやＨｆ／５ｉ３Ｎ４を使用
した反射鏡も軟Ｘ線顕微鏡用として試用してみると、同
様に反射率が低いことが判明した。

本発明の目的は、２３人（酸素の吸収端）から４４人（
炭素の吸収端）の間の特定波長領域の軟Ｘ　ＫＭを使用
する軟Ｘ線顕微鏡用として、反射率の高い多層反射鏡を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、種々の物質の組合せについて鋭意研究の
結果、Ｎｉ／Ｂ２０ａ及びＮｉ／Ｂ２Ｏ３・５ｉＯ２混
合物の組合せが、軟Ｘ線顕微鏡用多層膜反射鏡として、
反射率が極めて高いことを見い出し、本発明を成すに至
った。

よって、本発明は、酸素のに吸収端２３人から炭素のに
吸収端４４人までの特定波長領域内の軟Ｘ線を用いる軟
Ｘ線顕微鏡用多層膜反射鏡において、前記波長領域内に
おりる屈折率と真空の屈折率との差の小さい物質Ａとし
て、酸化ホウ素又はそれと酸化ケイ素との混合物を用い
、差の大きい物質Ｂとして、ニッケルを用いたことを特
徴とする多層膜反射鏡を提供する。

［作用］ Ｎｉ、’Ｂ２Ｏ３の組合せについては、先の基本発明で
使用される組合わせの範鴫の一部に含まれるものの、具
体的な開示はなく、しかも軟Ｘ線顕微鏡についての開示
も示唆も全くない以上、本発明は少なくとも基本発明の
選択発明を構成するものである。

また、酸化ホウ素（８２０３）と酸化ケイ素（Ｓｉ（ｈ
）との比較では、前述したｋの値が小さい分たけ前者の
方が反射率は高くなるが、酸化ホウ素（ｎ２ｏ３）は空
気中の水蒸気と反応して１１３８０３の結晶を析出する
性質があり、多層膜反射鏡の表面または界面の粗さを増
大させ反射率低下の原因となるので、耐湿性の要求され
る環境下で使用する場合は、これを防止するため酸化ケ
イ素（Ｓｔ（ｈ）との混合物として用いると良い。両者
の混合割合については、Ｂ２Ｏ３を２０％以上とするこ
とが反射率の点で好ましい。

また、本発明による多層膜反射鏡では、積層層数を２０
０層程度とすることが反射率の点でよ°り望ましい。

［実施例］ 〈実施例１〉 第１図に示すようにシリコン基板ｌ上にｒｆマグネトロ
ンスパッタリング法により、１ｏ人の厚さのニッケル層
２と２０人のＪ７さの酸化ホウ素層３を交互にそれぞれ
２００層ずつ積層して軟Ｘ線顕微鏡用多層膜反射鏡を作
製した。ターゲット材料には、それぞれニッケル（Ｎ１
）と酸化ホウ素（８２０３）を用いて、スパッタリング
ガスには、ニッケル成膜時にはアルゴンを、酸化ホウ素
成膜時にはアルゴンと酸素の混合ガスを用いた。

波長２５人の軟Ｘ線で、この多層膜反射鏡の反射率を測
定したところ、第３図に示すような結果となり、最大反
射率は３４％であった。

〈実施例２〉 実施例１と同様にシリコン基板上にｒｆマグネトロンス
パッタリング法により、１０人の厚さのニッケル層と２
０人の厚さの酸化ホウ素と酸化ケイ素との混合物を交互
にそれぞれ２００層ずつ積層して、軟Ｘ線顕微鏡用多層
膜反射鏡を作製した。ニッケル層の成膜は、ターゲット
材料にニッケル（Ｎｉ）を用い、スパッタリングガスに
はアルゴンを用いた。酸化ホウ素と酸化ケイ素の混合物
の成膜は、面積比１．１の酸化ホウ素（口。０．）と酸
化ケイ素（Ｓｉ（ｈ）の複合ターゲットを用い、スパッ
タリングガスには、アルゴンと酸素の混合ガスを用いた
。

波長２５人の軟Ｘ線でこの多層膜反射鏡の反射率を測定
したところ、第４図に示すような結果となり、最大反射
率は３１％であった。

〈実施例３〉 実施例１と同様にして、ニッケル（Ｎｉ）と酸化ホウ素
（８２０３）を両者の膜厚比を変えて、それぞれ２００
層積層し、反射率を調べた結果を第５図に示す。なお、
反射率の測定条件は波長λ＝２５人。

入射角θ＝６５°である。

図において、横軸「は−周期のうちδの大きい物質（こ
こではＮｉ）の厚さの割合を表わす、即ち、δの大ぎい
物質（Ｎｉ）の厚さをｄ３．δの小さい物質（口、０３
）の厚さをｄ２．ｄ＝ｄ、＋ｄ２とすれば、ｒ＝ｄ、／
ｄである。なお、−周期の膜厚はｄ＝３０人とした。

図に示されるように、Ｎｉ／８２０３の組合せにおいて
は、ｒ＝０．３で最大反射率３４＊が得られた。

次に、「＝０３となるようにＮｉと８２０３を積層し、
積層層数Ｎと反射率Ｒの関係を調へた結果ろ第６図に示
す。なお、−周期の膜厚ｄ＝３０人、測定波長λ＝２５
人、入射角θ＝６５°である。

図かられかるように、積層数Ｎを増すとともに反射率Ｒ
は急激に増加していくが、積層数２００以上では積層数
を増してｂ反射率はほとんど変化しなかった。

〈実施例４〉 実施例３の場合と同様にして、ニッケル（Ｎｉ）と酸化
ケイ素（Ｓｉ（ｈ）の組合せについて、ｒと反射率の関
係を調べた結果（ｄ＝３０人、λ＝２５人。

θ＝６５＠）を第７図に示す。この組合せでは、「＝０
．４付近で最大反射率３１＊が得られた。

また、Ｎｉ／８２０３（７）組合せにツいて、ｒ”＝０
．４テの積層層数Ｎと反射率の関係を調べた結果（ｄ＝
３０人、λ＝２５人、θ＝６５°　）を第８図に示す。

この組合せにおいてもＮｉ／Ｂ２Ｏ３の組合せの場合と
同様に、積層数２００程度で反射率は飽和した。

〈実施例５〉 ニッケル（Ｎｉ）　／酸化ホウ素（Ｂ２０３）と酸化ケ
イ素（Ｓｉ（ｈ）の混合物の組合せにおいて、Ｂ２Ｏ３
と５ｉ０２の混合比を変化させた場合の反射率を調べた
結果を第９図に示す。なお、ｄ＝３０人、λ＝２５人、
Ｎ＝２００．　　θ＝６５°、ｒ＝０．３である。

図に示されるように、Ｂ２Ｏ３の重量％を増加させてい
くに従って反射率は徐々に向上していき、Ｂ２Ｏ３の重
量％を２０を以上とすれば、５ｉ０２だけの場合に比べ
て０．５％以上反射率を高くできる。

〈比較例１・・・基本発明の実施例１に相当〉実施例１
と同様にシリコン基板上に「ｆマグネトロンスパッタリ
ング法により、実施例３で述べたｒを変化させて、ルテ
ニウム（Ｒｕ）層と酸化ケイ素（Ｓｉ（ｈ）層とを交互
にそれぞれ１００層ずつ積層し、軟Ｘ線顕微鏡用多層膜
反射鏡を作製した°。なお、−周期の膜厚は上記実施例
と同様にｄ＝３０人とした。

波長２５人、入射角６５°の軟Ｘ線で反射率を測定した
ところ、第１０図に示すような結果となり、最大反射率
はｒ＝０．３で１７９６であった。

く比較例２・・・基本発明の実施例２に相当〉実施例１
と同様にシリコン基板上にｒｆマグネトロンスパッタリ
ング法により、ｒを変化させて（ｄ＝３０人）、タルタ
ル（Ｔａ）層と炭化化ホウ素（８４Ｃ）とを交互にそれ
ぞれ１００層積層することにより、軟Ｘ線顕微鏡用多層
膜反射鏡を作製した。

波長２５人、入射角６５°の軟Ｘ線でこの反射鏡の反射
率を測定したところ、第１１図に示すような結果となり
、最大反射率はｒ＝０．４で１０’ｌｆであった。

〈比較例３・・・基本発明の実施例３に相当〉実施例１
と同様にシリコン基板上にｒｆマグネトロンスパッタ゛
リング法により、「を変化させて（ｄ＝３０人）、ハフ
ニウム（Ｈｆ）層と窒化ケイ素（ＳｆｓＮ４）層とを交
互にそれぞれ１００層ずつ積層することにより、軟Ｘ線
顕微鏡用多層膜反射鏡を作製した。

波長２５人、入射角６５°の軟Ｘ線でこの反射鏡の反射
率を測定したところ、第１２図に示すような結果となり
、最大反射率はｒ　＝　０．３で９＊であった。

〈比較例４〉 ｆｌｕ／５ｉ０２　、　Ｔａ／８４　Ｃ、Ｈｆ／Ｓｉ３
Ｎ４の組合せについて、ｒ　＝０．３　、　ｄ　＝３０
人の条件で積層数を変えて多層膜反射鏡を作製し、波長
２５人、入射角６５°の軟Ｘ線で反射率を測定した結果
を第１３図に示す。

これらの組合せにおいては、図°に示されるように、積
層数１００を越えるとそれ以上層数を増しても反射率は
ほとんど変化しなかった。

［発明の効果］ 以上の様に、本発明によれば、生体観察に使用される軟
Ｘ線顕微鏡用反射鏡として、従来の組合わせでは得るこ
とのできない３０零以上の高い反射率を、ベリリウムの
ような毒性を持つ物質を使用せずに、得ることができる
。このような高反射率の反射鏡が得られたことによって
、光学系の自由度が大きくなり、必要な光源の強度が小
さくて済むため、装置の小型化を図ることかできる。

また、多層膜のＸ線の吸収が小さいことと、反射率が高
いため光源の強度が小さくて済むことから、Ｘ線の吸収
による温度上昇が小さくなり、耐久性が向上する。

さらに、毒性のある物質を使用しないことは、製造作業
者の安全を確保するための特別な安全設備を不要とし、
製造コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＸ線用多層膜反射現を示す断面図
、 第２図は軟Ｘ線領域での水とタンパク質の吸収係数を示
す図、 第３図は二″ツケル／酸化ホウ素多層膜反射鏡の反射率
を示す図、 第４図はニンケル／酸化ホウ素−酸化ケイ素多層膜反射
鏡の反射率を示す図、 第５図はニッケル／酸化ホウ素多層膜反射鏡ビおける「
と反射率の関係を示す図、 第６図はニッケル／酸化ホウ素多層膜反射鏡における層
数と反射率の関係を示す図、 第７図ニッケル／酸化ケイ素多層膜反射鏡における「と
反射率の関係を示す図、 第８図はニッケル／酸化ケイ素多層膜反射鏡における層
数と反射率の関係を示す図、 第９図はニッケル／酸化ホウ素−酸化ケイ素多層膜反射
鏡における酸化ホウ素の比率と反射率の１・・・酸化ホ
ウ素（［１２０３） ２・・・ニッケル（Ｎｉ）層 ３・・・シリコン（Ｓｉ）基板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 酸素のＫ吸収端２３Åから炭素のＫ吸収端４４Åまでの
   特定波長領域内の軟Ｘ線を用いる軟Ｘ線顕微鏡用多層膜
   反射鏡において、 前記波長領域内における屈折率と真空の屈折率との差の
   小さい物質Ａとして、酸化ホウ素又はそれと酸化ケイ素
   との混合物を用い、 差の大きい物質Ｂとして、ニッケルを用いたことを特徴
   とする多層膜反射鏡。