JPH06138300A - X線用位相型ゾーンプレート - Google Patents

X線用位相型ゾーンプレート

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JPH06138300A
JPH06138300A JP4286539A JP28653992A JPH06138300A JP H06138300 A JPH06138300 A JP H06138300A JP 4286539 A JP4286539 A JP 4286539A JP 28653992 A JP28653992 A JP 28653992A JP H06138300 A JPH06138300 A JP H06138300A
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JP
Japan
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zone plate
phase shifter
ray
rays
phase
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Pending
Application number
JP4286539A
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English (en)
Inventor
Takeshi Moriyama
健 森山
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 X線用位相型ゾーンプレートのパターンを低
コストで精度よく形成する。 【構成】 X線が透過するX線透過部2とX線透過部2
を透過したX線との間に位相差が生じるようにX線を透
過させる位相シフタ部3とで形成されるパターンを有す
るX線用位相型ゾーンプレート1において、前記位相シ
フタ部3をニッケル−クロム合金により形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X線(軟X線)用の光
学素子として用いられるゾーンプレートに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】X線に用いることができる光学素子とし
て、光の回折現象を利用したゾーンプレートが知られて
いる。図3は、ゾーンプレートの一例を示す概略平面図
である。このゾーンプレートは、X線の集光用または結
像用手段としてX線顕微鏡等で使用されるもので、X線
を遮蔽する物質からなる輪帯32とX線を透過させる物
質からなる輪帯33とを同心状に交互に複数並べて構成
されている。そして、輪帯33を通過したX線が同位相
で一点に集光されるように、ゾーンプレートの外周へ行
くに従って輪帯の幅hが狭くなるように設定されてい
る。ゾーンプレートを設計する際は、図のように各輪帯
の半径(同心部から輪帯の内側の縁までの距離)をr1,
2,・・・とし、中心から数えてn番目の輪帯の半径を
n とすると、 rn 2 =nfλ+(n2 λ2 /4) の式が成立するようにする。ここで、fはゾーンプレー
トによる一次回折X線に対する焦点距離で、λはX線の
波長である。また、この式は軟X線の波長領域において
は、 rn 2 =nfλ と近似できる。
【0003】図3に示すゾーンプレート31は、X線が
透過する物質からなる薄膜状の支持膜33と、支持膜3
3上に同心円状に複数配置されたX線を遮蔽する物質か
らなる輪帯32とで構成され、これらの輪帯によりゾー
ンプレートのパターンが形成される。そして、このパタ
ーンの形状(各輪帯の半径rn および幅hn )によって
光学的機能が設定されている。支持膜33としては一般
にSiN(メンブレン)が用いられる。また、X線を遮
蔽する輪帯32にはAu(金)を用いるのが一般的であ
った。このようなゾーンプレートは、図1に示すように
支持部材(例えばSi:シリコン)4に設けられた開口
部4aに配置されてX線用の光学素子として使用されて
いた。
【0004】ところで、前述のような構成のゾーンプレ
ートにおいては、遮蔽部に照射されたX線はこの部材に
ほとんど吸収されてしまうため、ゾーンプレートを通過
したX線の光量が低下するという問題があった。例え
ば、ゾーンプレートに入射したX線の強度(入射X線強
度とする)に対するゾーンプレートにより集光されたX
線の強度(1次回折X線強度とする)の割合を回折効率
とすると、この回折効率は最大で10%程度であり、実際
に利用できる光量は前記支持膜による吸収やゾーンプレ
ートの収差によりこれよりもさらに低くなる。
【0005】そこで、X線の遮蔽部の代わりに、X線を
通過させ、かつその際にX線の位相を 180°(πラジア
ン)ずらすような作用を有する位相シフタを設けたX線
用位相型ゾーンプレートが提案された。このX線用位相
型ゾーンプレートでは、X線の経路差によって生じる 1
80°の位相のズレが相殺され、焦点においては透過部
(シフタ以外の部分)を通過したX線と位相が合って互
いに強め合うような干渉を生じさせることができる。ま
た、前記位相シフタにはX線が透過する物質を使用でき
るのでゾーンプレート通過後のX線の光量低下を抑える
ことができ、前記回折効率を向上させることが可能とな
る。位相シフタの厚さdは、X線の波長をλ、位相シフ
タの屈折率をsとすると、 d=λ/2/(s−1) を満たすように設定される。X線は位相シフタを通過す
る際にも回折を生じるため、前記位相型ゾーンプレート
は光学素子としては従来のゾーンプレートと同様の機能
を有する。
【0006】なお、X線用ゾーンプレートは短い波長を
対象とするため、所望の光学的性能を満たすためには輪
帯の幅や半径等を適切に設定して微細なパターン形状を
得ることが要求される。そのため、製造に際しては輪帯
を精度よく形成(パターニング)する必要があった。位
相シフタを輪帯状にパターニングしてゾーンプレートを
製造する場合、その製造方法としては主にエッチング法
と電気メッキ法が用いられていた。エッチング法は、位
相シフタを形成する物質を成膜した後、この物質を輪帯
状に残す部分をレジストで保護してそれ以外の部分をエ
ッチングによって除去する方法で、不活性ガスを使用す
る物理的エッチングと反応性ガスを使用する化学的エッ
チングとがある。これに対して電気メッキ法は、輪帯を
形成する部分以外をマスキングしてからシフタを形成す
る物質を成膜し、その後不要となる部分をマスキング部
材ごと除去する方法である。
【0007】位相シフタを形成する物質としては、主に
Ni(ニッケル)やCr(クロム)が使用される。これ
らの物質は、X線が透過する他の物質からなる薄膜(支
持膜)上に、各々所望の半径および幅を有する輪帯状に
形成されてゾーンプレートのパターンを構成していた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、位相シフタ
として前記ニッケルやクロムを用いてX線用位相型ゾー
ンプレートを製造する場合、これらの物質を低コストで
精度よくパターニングすることができないという問題が
あった。例えば、位相シフタとしてニッケルを用いた場
合、このニッケルは前記電気メッキ法によって輪帯状に
パターニングされていたので非常に手間がかかり、製造
コストが高くなっていた。コストを下げるために、比較
的簡単に実施できるエッチング法を用いることも考えら
れる。しかし、ニッケルは化学反応を起こし難いため化
学的エッチングが困難であった。また、物理的エッチン
グではパターニングされた輪帯の形状精度が十分でなく
光学的性能が低くなってしまう。これは、物理的エッチ
ングの場合、エッチング材料(ここではニッケル)のエ
ッチングにおける選択比が低いことに起因する。この選
択比は、〔(エッチング材料のエッチング速度)/(レ
ジストのエッチング速度)〕として表されるもので、こ
の選択比が低いとエッチング材料がエッチングされるよ
りもエッチングに際して前記材料上に塗布されたレジス
トの方が速くエッチングされてしまい、レジストが所定
のパターン形状に形成されていてもエッチングの進行に
つれてパターン通りにエッチングされなくなってしまう
のである。
【0009】これに対してクロムは化学反応を起こし易
いので反応性ガスにCl2 (塩素)、O2 (酸素)を使
用して化学的エッチングを行うことができ、また、前記
選択比が高いためエッチングに対して良好な物質として
知られている。しかし、クロムを化学的エッチングによ
ってパターニングする場合でも、100 nm以下の微細なパ
ターニングを行おうとすると充分な精度が得られず、ゾ
ーンプレートの光学的性能が低下していた。これは、ゾ
ーンプレートの位相シフタとしてクロムを成膜する際
に、このクロムの膜中に格子欠陥の一種である結晶粒界
が生じることが原因であった。結晶粒界は転位の集まり
または転位と空格子の集合組織からなるもので、この粒
界部ではエッチング速度が他の部分よりも遅くなる。そ
の結果、結晶粒界が生じた膜では、エッチングの進行に
伴ってクロムが除去された部分と前記結晶粒界によって
除去が完了していない部分とが現れるため、得られたパ
ターンの形状精度が低下していた。結晶粒界が生じた部
分を完全に除去するためにはエッチング時間を長くする
必要があるが、この場合、結晶粒界のない部分ではパタ
ーン膜の下の支持膜までがエッチングされて該支持膜が
破損してしまう。
【0010】本発明は、このような問題を解決すること
を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的のために、本発
明では、X線が透過するX線透過部と該X線透過部を透
過したX線との間に位相差が生じるようにX線を透過さ
せる位相シフタ部とで形成されるパターンを有するX線
用位相型ゾーンプレートにおいて、前記位相シフタ部を
ニッケル−クロム合金により形成した。
【0012】
【作用】本発明者は、NiとCrの合金を成膜するとほ
とんどが非結晶化されて膜中に前述のような結晶粒界が
形成されないことを見出し、本発明を成すに至った。本
発明によれば、前記Ni−Cr合金を位相シフタとして
用い、この合金からなる膜を化学的エッチングすること
でゾーンプレートをパターニングする。そのため、Ni
−Cr合金の膜内においてはエッチング速度はほぼ一定
となり、位相シフタを精度よく輪帯状に形成することが
できる。また、Ni−Cr合金は前記エッチング時の選
択比が高いので、エッチング法によりパターニングを行
っても十分な精度で輪帯状に形成できる。
【0013】NiとCrとは位相シフタとしてのX線に
対する効果がほぼ同様であるため、両者を合金として位
相シフタに用いても機能上の不都合は特に生じない。N
iとCrとの比率にもよるが、位相シフタの光学的特性
としてはそれぞれ単体の場合で得られるの値の中間程度
になると考えられる。また、Ni−Cr合金におけるN
iとCrの比率を特に限定する必要はないが、化学反応
を起こし易いCrの割合を多くすると化学的エッチング
が進行し易く、より精度よくパターニングすることがで
きる。好ましくは、Crを55〜90wt%、Niを10〜35wt
%に設定するとよい。位相シフタの厚さは、使用するX
線の波長に応じて設定するが、あまり厚くするとエッチ
ングが困難になる恐れがある。
【0014】
【実施例】図1は、本発明の一実施例の構成を示し、図
1aは概略平面図、図1bは図1aのAA断面図であ
る。X線用位相型ゾーンプレート1は、メンブレン(S
iN)からなる支持膜2とこの支持膜2に互いに半径が
異なる複数の輪帯状に形成されたNi−Cr合金からな
る位相シフタ部3とで構成されている。位相シフタ部3
は同心状に複数設けられ、各輪帯の幅や半径は使用する
X線の波長や所望の焦点距離に応じて適宜設定されてい
る。このゾーンプレート1は、シリコン(Si)からな
る支持部材4に設けられた開口4aに設置される。
【0015】図2は、本発明のゾーンプレートの製造過
程の一例を示す概略図である。Siからなる基板21を
用意し、この基板21上にX線に対して高い透過率を示
すメンブレンからなる支持膜22を厚さ0.05〜 0.1μm
となるように形成する(図2a)。次に、支持膜22上
にNi−Cr合金からなる位相シフタ膜(位相シフタ
部)23をイオンビームスパッタリング法により成膜す
る(図2b)。このシフタ膜23の厚さは使用するX線
の波長に応じて設定する。本実施例においてはX線の波
長を40Åとし、それに応じて膜厚を 200nmに設定した。
位相シフタ膜23の成膜方法はイオンビームスパッタリ
ング法に限るものではなく、他のスパッタリング法や真
空蒸着法を用いてもよい。シフタ膜23として成膜した
Ni−Cr合金は、Niの比率が20wt%、Crの比率が
80wt%とした。
【0016】さらに、シフタ膜23の上にレジスト24
を膜厚 0.5μmで塗布した。このレジスト24に、所望
のゾーンプレートに応じて各輪帯の半径や幅等を設定し
たゾーンプレートパターンをEB(電子ビーム)描画装
置等を用いた電子露光により形成する(図2c)。その
後、パターニングされたレジスト24をマスクとして、
反応性イオンミリング法(エッチング法の一種)により
位相シフタ膜23のゾーンプレートパターンを形成する
(図2d)。ここでは、エッチング装置として平行平板
型イオンミリング装置を用いた。エッチング条件の一例
を以下に示す。
【0017】導入ガス:O2 (酸素)、CCl4 (四塩
化炭素)、Ar(アルゴン)の3種 ガス圧力:45 Pa Rf出力 :100W(0.13 W/cm2) 反応時間:約10分 この時、位相シフタ膜23として設けたNi−Cr合金
は層内においてエッチングがほぼ一定速度で進行してい
くので、レジスト24のパターンに従って高精度でパタ
ーニングされる。
【0018】最後に、基板21に対してゾーンプレート
のパターンが形成された部分の裏側を支持膜22に達す
るまでエッチングを行ない、X線通過用の開口21aを
形成した(図2e)。
【0019】
【発明の効果】本発明においては、X線用位相型ゾーン
プレートの位相シフタをNi−Cr合金により形成した
ので、この位相シフタをエッチング法により精度よくパ
ターニングすることができる。そのため、所望の光学的
性能を満たすことが可能となる。また、面倒な電気メッ
キ法を用いる必要がないため、製造コストを抑えること
ができる。
【0020】本発明は、サブミクロンオーダーの微細な
パターンを有するX線用位相型ゾーンプレートを高精度
で製造する場合に特に有効となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】は、本発明のゾーンプレートを示す概略図であ
る。
【図2】は、本発明のゾーンプレートの製造過程を示す
概略図である。
【図3】は、ゾーンプレートの一例を示す概略平面図で
ある。
【符号の説明】
1 X線用位相型ゾーンプレート 2 支持膜 3 位相シフタ部 4 支持部材 4a 開口 21 基板 22 支持膜 23 位相シフタ膜 24 レジスト 31 ゾーンプレート 32 支持膜 33 輪帯

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X線が透過するX線透過部と該X線透過
    部を透過したX線との間に位相差が生じるようにX線を
    透過させる位相シフタ部とで形成されるパターンを有す
    るX線用位相型ゾーンプレートにおいて、 前記位相シフタ部がニッケル−クロム合金からなること
    を特徴とするX線用位相型ゾーンプレート。
JP4286539A 1992-10-26 1992-10-26 X線用位相型ゾーンプレート Pending JPH06138300A (ja)

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JP4286539A JPH06138300A (ja) 1992-10-26 1992-10-26 X線用位相型ゾーンプレート

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JP5242251A Division JPH06220659A (ja) 1993-09-29 1993-09-29 金属薄膜の微細加工法

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009047430A (ja) * 2007-08-13 2009-03-05 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> X線集光レンズ
JP2009068430A (ja) * 2007-09-13 2009-04-02 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2009121904A (ja) * 2007-11-14 2009-06-04 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> X線集光レンズ

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