JPH08278398A

JPH08278398A - 多層膜ｘ線反射鏡

Info

Publication number: JPH08278398A
Application number: JP10826795A
Authority: JP
Inventors: Hisataka Takenaka; 久貴竹中; Fumio Yamamoto; 二三男山本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-04-06
Filing date: 1995-04-06
Publication date: 1996-10-22
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JP3309890B2

Abstract

(57)【要約】【目的】多層膜Ｘ線反射鏡に負荷される軟Ｘ線の熱に
よる多層膜の周期長変動を制御し、所定の周期構造を維
持し、Ｘ線反射ピーク波長やピーク角度のずれを引き起
こさない、精度の良い多層膜Ｘ線反射鏡を提供するこ
と、また、所定のＸ線反射ピーク波長やピーク角度に制
御することを可能とした多層膜Ｘ線反射鏡を提供する。【構成】重元素層と軽元素層とを交互に積層してな
り、ブラッグ回折効果を有する多層膜Ｘ線反射鏡におい
て、前記多層膜の加熱手段を設けることとした。また、
この加熱手段は例えば、ランプヒータの他、多層膜Ｘ線
反射鏡の基板に薄膜ヒータを成膜させて、あるいは多層
膜の少なくとも一部に電流を供給することで前記多層膜
を加熱することとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体材料など各種の材
料の化学状態、化学組成、不純物濃度なかでも軽元素を
高感度で分析する装置に必要な軟Ｘ線を選択する分光素
子や微細加工・Ｘ線顕微鏡・Ｘ線望遠鏡などに必要なＸ
線反射鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】単色・準単色の軟Ｘ線やＸ線を選択する
ために、多層膜が使用されるようになってきた。多層膜
は一般には重元素層１と軽元素層２を数１０Å〜数１０
０Åの一定の厚みでシリコンや石英などの基板４の上に
図６に示すように規則正しく積層させて形成されてい
た。このような多層膜３は特に軟Ｘ線波長領域で回折格
子や結晶に比べて反射率が高いという利点を有してい
る。従来の単層膜では垂直入射に近づくにつれて反射し
なくなり、反射率は０．０００００１％以下と、実質
上、反射しないが、例えば重元素層にＷ（タングステ
ン）を使用し、軽元素層にＣ（炭素）を使用した多層膜
（Ｗ／Ｃ多層膜）ではＷの厚みを０．６６ｎｍとし、Ｃ
の厚みを１．５４ｎｍにし、厚み方向に周期構造を作製
し、このペアを１００層積層すると、波長４．４ｎｍの
軟Ｘ線に対して、直入射においても、計算上、２０％程
度、また、実質上数％以上という回折格子の１％以下の
反射率に比べて、高い反射率が得られるなどするため多
層膜をＸ線反射鏡として適用することが進められてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
放射光やレーザープラズマＸ線源などの高輝度のＸ線に
多層膜反射鏡を使用する場合、多層膜に熱負荷がかか
り、この熱で多層膜の各層が熱膨張し、重元素層の一層
の厚みと軽元素層の一層の厚みを加えた値を周期長と呼
ぶが、この周期長も増大する。多層膜によるＸ線反射形
状のピークの位置は基本的にはブラッグの式と同様で周
期長に依存する。例えば多層膜へのＸ線入射角度が一定
という条件で周期長が変化すればピーク波長が変化す
る。つまり、多層膜の周期長が変化するとＸ線反射ピー
クの位置が変化し、ピーク波長やピーク角度のずれを引
き起こす。このため、材料の分析を行っている場合にピ
ーク波長やピーク角度のずれが生じると分析ができなく
なるなどの問題があった。また、Ｘ線リソグラフィーな
どに適用していた場合、複数の多層膜Ｘ線反射鏡で所定
の波長を反射させる設計になっているにもかかわらず多
層膜の周期長の変化で軟Ｘ線波長と多層膜Ｘ線反射鏡の
マッチングがずれて所要のＸ線強度が得られない、レジ
ストを適性時間露光することなどが困難になるなどの様
々な問題があった。最近は高輝度の放射光やレーザープ
ラズマＸ線源が開発されており、この多層膜の熱膨張な
ど周期構造の変動に関わる問題が大きくなっていた。

【０００４】本発明は前述の問題点を解決するために提
案されたもので、その目的は多層膜Ｘ線反射鏡に負荷さ
れる軟Ｘ線の熱による多層膜の周期長変動を制御し、所
定の周期構造を維持し、Ｘ線反射ピーク波長やピーク角
度のずれを引き起こさない、精度の良い多層膜Ｘ線反射
鏡を提供すること、また、所定のＸ線反射ピーク波長や
ピーク角度に制御することを可能とした多層膜Ｘ線反射
鏡を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は、ブラッグ回折効果を有する多層膜Ｘ線反射
鏡において、前記多層膜の加熱手段を設けることとし
た。

【０００６】また、前記多層膜の加熱手段はランプヒー
タとした。

【０００７】あるいは、前記多層膜の加熱手段は基板に
成膜された薄膜ヒータとした。

【０００８】あるいは、前記多層膜の加熱手段は多層膜
の少なくとも一部に電流を供給することとした。

【０００９】

【作用】例えばＷとＣの組み合わせで作製した図６に示
すような構造の多層膜に放射光など軟Ｘ線を照射すると
この多層膜の温度は照射時間や照射強度にも依存するが
１００℃から１０００℃に上昇し、このような材料では
多層膜周期長が温度の上昇に伴って増大し、温度の低下
に伴って減少する。変化する多層膜の周期長は数〜１０
％程度にも達する。この場合、同一波長、同一入射角度
で軟Ｘ線反射強度を測定していると、多層膜に照射され
る放射光などの軟Ｘ線の強度が様々に変化することで多
層膜の周期長が変わることに伴い、検出感度が変化す
る。しかし、この多層膜の外部、あるいは内部に多層膜
の加熱手段、すなわちヒーターを形成し、このヒーター
に流す電流等を調整して前記多層膜の温度を調整するこ
とにより、作製多層膜の周期長に比べて長い周期長に合
わせたい場合、所定の多層膜周期長に調整することが可
能になる。つまり、所定の周期長より短い周期長で作製
した多層膜ではヒーターの電流調整等で、多層膜構成材
料の熱膨張変化可能な範囲で所定の多層膜周期長に調整
することが可能になる。このためこのような加熱手段を
設けた多層膜Ｘ線反射鏡をＸ線・軟Ｘ線などを利用した各種分析に適用した場
合、多層膜の分光特性が変化せず、あるいは、制御でき
るため、分析精度や確度が向上する、Ｘ線リソグラフィーに適用した場合、と同様の理
由で軟Ｘ線波長と多層膜Ｘ線反射鏡のマッチングがずれ
ないように制御できて所要のＸ線強度が得られる、Ｘ線
強度の変動を抑制できるためレジストの適性露光時間を
正確に決められるようになるなどの作用を有することに
なる。

【００１０】また、前記加熱手段をランプヒータとすれ
ば、前記多層膜反射鏡の構造を直接変更しなくとも、加
熱手段を多層膜反射鏡に容易に設けることが可能で、従
来の多層膜反射鏡にも容易に本発明を適用できる。

【００１１】あるいは、前記加熱手段を基板に成膜され
た薄膜ヒータとすれば、前記多層膜に密接した状態で加
熱でき、多量の熱を放出しなくとも前記多層膜を加熱で
きるので、このような多層膜反射鏡を密閉された真空
系、例えば真空チャンバー内で使用した場合でもこの真
空チャンバー内の真空度の劣化を防止できる。従って例
えば、放射光ビームラインを使用している場合でも、真
空度の劣化により、基幹チャンネルが劣化し、放射光ビ
ームが劣化する多層膜反射鏡近傍にある資料表面の汚染
等を防止できる。

【００１２】あるいは、前記加熱手段を多層膜の少なく
とも一部に電流を供給することとすれば、多層膜のみを
加熱でき、真空チャンバー内の真空度の劣化をさらに防
止できる。この場合ヒーターは多層膜そのものであり、
しかも多層膜の厚みそのものは数１００ｎｍと極めて薄
い。このため、多層膜加熱に要する熱負荷が極めて少な
く、実質的にヒーターで多層膜のみあるいはその極近傍
のみを加熱することができるので、真空チャンバー内の
真空度の劣化がないという効果を有する。これに加え
て、多層膜を形成するときに現時点で最も平滑になる材
料群であるＳｉ，ＳｉＣ，ＳｉＯ₂，ダイアモンド系の
材料が使用できるため、十分研磨された基板が利用で
き、多層膜作製時に下地の影響で多層膜の反射率が低下
するなどの問題がなくなるという効果も有することにな
る。

【００１３】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。なお
実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しな
い範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうることは言
うまでもない。

【００１４】（参照例１）ｒｆスパッタ装置を用い、１
×１０^-2ＴｏｒｒのＡｒガス雰囲気中スパッタにより重
元素層１にＷを、軽元素層２にＣを使用した多層膜３を
１０ｃｍ角で厚み１０ｍｍのＳｉＣ基板４上に作製し
た。重元素層の厚みは０．８ｎｍ、軽元素層の厚みは
１．２ｎｍ、重元素層と軽元素層のペアの数は１５０で
周期長２．０ｎｍとした。この多層膜をまず真空電気炉
付きＸ線回折装置にセットし、Ｘ線回折により多層膜の
周期長と周囲温度との関係を求めた。図７に多層膜の周
期長が周囲温度によってどのように変化するかを示す。
このようにこの多層膜では周囲温度の上昇に伴って周期
長が膨張していることが確認された。この多層膜を放射
光ビームラインにとりつけ多層膜へのＸ線の入射角３度
でＸ線反射測定を行ったところ測定初期に波長４ｎｍで
４．０％の反射率を得た。このとき、Ｘ線の輝度は１０
¹² photons/s・mrad²・ｍＡ・１％ｂ．ｗ．であった。
しかしながら、測定時間が１０分以上経過するとこの多
層膜のピーク波長が３．９７ｎｍであったものが４．０
１ｎｍに変化したため、波長３．９７ｎｍにおけるＸ線
強度は２％に減少した。

【００１５】（実施例１）重元素層１にＷを、軽元素層
２にＣを使用した多層膜３を１０ｃｍ角で厚み１０ｍｍ
のＳｉＣ基板４上に形成した。重元素層の厚みを０．７
ｎｍ、軽元素層の厚みを１．１ｎｍ、重元素層と軽元素
層のペアの数は１５０で周期長１．９ｎｍとし、この多
層膜の側面に、図１に示すようにランプヒーター５をお
いた構造の多層膜Ｘ線反射鏡を作製した。この図で６は
放射光ビームを表している。本実施例では多層膜３にい
つも同じ熱が放射されるようにヒーター５を基板４に取
り付けた。また、この多層膜上の放射光が照射される部
分の一部にＫ熱電対７を張り付けた。これを放射光ビー
ムラインにとりつけこの多層膜反射鏡の温度が４００℃
になるように設定し、この多層膜反射鏡へのＸ線の入射
角３度でＸ線反射測定を行ったところ波長４ｎｍで４．
０％の反射率を得た。ヒーター５への電流供給を停止
し、参照例１と同一の放射光ビーム６をこの多層膜３に
照射したところＸ線反射ピーク位置が変化し、波長４ｎ
ｍで３．３％の反射率に低下したが、ヒーターに電流を
流し、熱電対７の温度が４００℃になるように調整する
と放射光照射前と同様波長４ｎｍで４．０％の反射率を
得ることができた。

【００１６】（実施例２）ＳｉＣ基板４上に図２に示す
ようなＴａからなる薄膜ヒーター５をスパッタ法による
成膜、配線形成用マスクとＡｒ＋ＣＦ₄ガスを用いたド
ライエッチングで形成した。このＴａ配線上に、図３に
示すようなＳｉＯ₂からなる絶縁膜８を１００ｎｍ形成
し、この上部に重元素層にＷを、軽元素層にＣを使用し
た多層膜を形成した。重元素層の厚みを０．７ｎｍ、軽
元素層の厚みを１．２ｎｍ、重元素層と軽元素層のペア
の数は１５０で周期長１．９ｎｍとした。ただしこの多
層膜の放射光が照射される部分の一部にＫ熱電対を張り
付けた。これを放射光ビームラインにとりつけこの多層
膜反射鏡の温度が４００℃になるように設定し、この多
層膜反射鏡へのＸ線の入射角３度でＸ線反射測定を行っ
たところ波長４ｎｍで３．６％の反射率を得た。ヒータ
ーへの電流供給を停止し、実施例１と同一の放射光ビー
ムをこの多層膜に照射したところＸ線反射ピーク位置が
変化し、波長４ｎｍで２．９％の反射率に低下したが、
ヒーターに電流を流し、熱電対の温度が４００℃になる
ように調整すると放射光照射前と同様波長４ｎｍで３．
６％の反射率を得ることができた。

【００１７】（実施例３）重元素層にＷを、軽元素層に
Ｃを使用した多層膜を１０ｃｍ角で厚み１０ｍｍのＳｉ
Ｃ基板上に２組形成した。重元素層の厚みを０．７ｎ
ｍ、軽元素層の厚みを１．２ｎｍ、重元素層と軽元素層
のペアの数は１５０で周期長１．９ｎｍとした。これら
のうち一つの多層膜を使用して図４に示すように、一つ
のＷ層の両端に電極９を形成し、電流を流せるようにし
た。ここで最上層のＷ層はヒーターとなる。電極の形成
にはまず多層膜の両端部を残してレジストを塗布したの
ち、ＳｉＯ₂絶縁膜８を形成後、レジストをリムーバー
で除去し、更に多層膜表面の金属層の端部を露出させ、
これ以外の部分に再びレジストを塗布し、このあとＣｕ
膜を成膜し、リフトオフ法でレジストを除去することで
形成した。

【００１８】ただしこの多層膜の放射光が照射される部
分の一部にＫ熱電対７を張り付けた。ヒーター上の多層
膜反射鏡および十分研磨されたＳｉＣ基板上にも同一の
多層膜のＸ線反射測定を行ったところ、両多層膜とも波
長４ｎｍで４．０％の反射率が得られた。また、これを
放射光ビームラインにとりつけこの多層膜反射鏡の温度
が４００℃になるように設定し、この多層膜反射鏡への
Ｘ線の入射角３度でＸ線反射測定を行ったところ波長４
ｎｍで４．０％の反射率を得た。ヒーターへの電流供給
を停止し、実施例１と同一の放射光ビームをこの多層膜
に照射したところＸ線反射ピーク位置が変化し、波長４
ｎｍで３．４％の反射率に低下したが、ヒーターに電流
を流し、熱電対の温度が４００℃になるように調整する
と放射光照射前と同様波長４ｎｍで４．０％の反射率を
得ることができた。しかも、加熱前後で真空チャンバー
内の真空度が１０^-10Ｔｏｒｒ台が維持できた。

【００１９】（実施例４）重元素層にＷを、軽元素層に
Ｃを使用した多層膜を１０ｃｍ角で厚み１０ｍｍのＳｉ
Ｃ基板上に形成した。重元素層の厚みを０．７ｎｍ、軽
元素層の厚みを１．２ｎｍ、重元素層と軽元素層のペア
の数は１５０で周期長１．９ｎｍとし、図５に示すよう
に、この多層膜のすべてのＷ層の両側に電極９を形成
し、電流を流せるようにした。電極９形成はまず多層膜
の両端部を残してレジストを塗布したのち、Ｃｕ膜を形
成後、レジストをリムーバーで除去し、リフトオフする
ことで形成した。ただし、この多層膜の放射光が照射さ
れる部分の一部にＫ熱電対を張り付けた。これを放射光
ビームラインにとりつけこの多層膜反射鏡の温度が４０
０℃になるように設定し、この多層膜反射鏡へのＸ線の
入射角３度でＸ線反射測定を行ったところ波長４ｎｍで
４．０％の反射率を得た。ヒーターへの電流供給を停止
し、実施例１と同一の放射光ビームをこの多層膜に照射
したところＸ線反射ピーク位置が変化し、波長４ｎｍで
３．４％の反射率に低下したが、実施例１と同様、ヒー
ターに電流を流し、熱電対の温度が４００℃になるよう
に調整すると放射光照射前と同様波長４ｎｍで４．０％
の反射率を得ることができた。また、加熱前後で真空チ
ャンバー内の真空度が１０^-10Ｔｏｒｒ台が維持でき
た。

【００２０】（実施例５）重元素層にＭｏを、軽元素層
にＣを使用した多層膜を１０ｃｍ角で厚み１０ｍｍのＳ
ｉＣ基板上に形成した。重元素層の厚みを３．３ｎｍ、
軽元素層の厚みを３．６ｎｍ、重元素層と軽元素層のペ
アの数は１５０で周期長６．９ｎｍとし、すべてのＭｏ
層の両端に電極９を形成し、電流を流せるようにした。
これを放射光ビームラインにとりつけこの多層膜反射鏡
の温度が４００℃になるように設定し、この多層膜反射
鏡へのＸ線の入射角３度でＸ線反射測定を行ったところ
波長１２．９ｎｍで２４％の反射率を得た。ヒーターへ
の電流供給を停止し、実施例１と同一の放射光ビームを
この多層膜に照射したところＸ線反射ピーク位置が変化
し、波長１２．８ｎｍで１８％の反射率に低下したが、
実施例２と同様、ヒーターに電流を流し、熱電対の温度
が４００℃になるように調整すると放射光照射前と同様
波長１２．９ｎｍで２４％の反射率を得ることができ
た。しかも、加熱前後で真空チャンバー内の真空度が１
０^-10Ｔｏｒｒ台が維持できた。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように本発明の多層膜Ｘ線反
射鏡は、多層膜の周囲の温度変化により、多層膜の周期
長が変化し、これに伴ってＸ線反射率が変化しても、多
層膜Ｘ線反射鏡の周囲あるいは内部に取り付けた加熱手
段で多層膜Ｘ線反射鏡自体の温度を調整することで多層
膜の周期長を初期の状態にし、Ｘ線反射率を一定に保つ
ことが可能になる。また、この多層膜の温度を制御する
ことで熱膨張・熱収縮の範囲内ではあるが所要の周期長
とし、所要の波長を入射角度を変えることなく選択する
ことができるという効果を有するから、このようなＸ線
多層膜反射鏡をＸ線・軟Ｘ線を利用した各種分析に適用した場合、
反射率の変化が少なくなり、精度や確度が向上する、反射率の安定性が増すため、Ｘ線リソグラフィーに
適用した場合、レジストの適性露光時間を正確に決めら
れる、などの効果を有することになる、一般に多層膜の周期長を０．１ｎｍ以下の精度で形
成することは極めて困難であるが、本発明の方法ではた
とえ作製したＸ線多層膜反射鏡の周期長が０．１ｎｍの
レベルでずれていても容易に所定の周期長にして使用す
ることができるようになる。このため、Ｘ線多層膜反射
鏡の周期長が０．１ｎｍ程度ずれていても使用できるこ
とになり、Ｘ線多層膜反射鏡作製時、所定の周期長にな
るまで作製を繰り返すといった手間が不要になる、など
の効果を有する。実施例ではいくつかの多層膜材料例を
示しただけであるが、当然推定されるように、これ以外
の物質においても使用する加熱手段の温度内で実質上多
層膜の周期長が可逆的な伸び縮みをする材料の組み合わ
せ、例えばＷ／Ｂ₄Ｃ，Ｗ／ＳｉＣ等のＷ／Ｃ化合物、
Ｗ／ＢＮ等のＷ／窒化物、あるいはこれらでＷがＷ化合
物、ＭｏあるいはＭｏ化合物、ＴａあるいはＴａ化合物
など金属単体あるいは合金なども同様の効果が得られる
ことはいうまでもない。

【００２２】また、加熱手段をランプヒータとすれば、
さらに比較的容易に多層膜Ｘ線反射鏡の周囲に加熱手段
を設けることができ、従来の多層膜Ｘ線反射鏡にも容易
に本発明を導入できるという効果を有する。

【００２３】また、加熱手段を基板に成膜された薄膜ヒ
ータとすれば、多層膜の基板に薄膜ヒーターを設けたので、小型化
できると共に、多層膜のみを効率良く加熱できる、加熱する熱量が少なくなり、真空チャンバーの真空
度劣化を防止できる、などの効果を有する。

【００２４】また、多層膜構成層そのものをヒーターと
して使用すれば、多層膜作製時に多層膜の平滑さは基板
表面の平滑さが反映され、かつ、加熱される部分もほと
んど多層膜部のみとなることから、多層膜の金属層をヒーターとして使用するため、基
板上に薄膜ヒーターを形成する場合に比べてＸ線反射率
の劣化がなく、さらに、小型化できると共に、多層膜の
みを均一加熱できる、加熱する部分がほとんど多層膜のみになるので真空
チャンバー内の真空度劣化を引き起こさない、などの効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のランプヒーターを取り付けた多層膜Ｘ
線反射鏡を示す。

【図２】基板上に形成した薄膜ヒーターの一例を示す。

【図３】基板上に形成した薄膜ヒーターの他の例を示
す。

【図４】多層膜の金属層に加熱電流供給電極を形成した
多層膜反射鏡を示す。

【図５】多層膜の金属層すべてに加熱電流供給電極を形
成した多層膜反射鏡を示す。

【図６】多層膜の構造を表す図である。

【図７】多層膜の周期長が周囲温度によってどのように
変化するかを例示した図である。

【符号の説明】

１重元素層２軽元素層３多層膜４基板５ヒーター６放射光ビーム７熱電対８絶縁膜９電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブラッグ回折効果を有する多層膜Ｘ線反
射鏡において、前記多層膜の加熱手段を設けたことを特
徴とする多層膜Ｘ線反射鏡。
【請求項２】前記多層膜の加熱手段はランプヒータで
あることを特徴とする請求項１記載の多層膜Ｘ線反射
鏡。
【請求項３】前記多層膜の加熱手段は基板に成膜され
た薄膜ヒータであることを特徴とする請求項１記載の多
層膜Ｘ線反射鏡。
【請求項４】前記多層膜の加熱手段は多層膜の少なく
とも一部に電流を供給してなることを特徴とする請求項
１記載の多層膜Ｘ線反射鏡。