JPH08321396A

JPH08321396A - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JPH08321396A
Application number: JP7127601A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Kamitaka; 典明神高; Hiroyuki Kondo; 洋行近藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 1996-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】軟Ｘ線領域（例えば、１３ｎｍや2.4 〜4.2
ｎｍ付近）にピークをもつスペクトルが得られ、しかも
飛散粒子（特に、径が比較的大きい飛散粒子）の発生を
低減できるＸ線発生装置を提供すること。【構成】減圧された真空容器内の標的部材２１１に励
起エネルギービーム２０１を照射してプラズマ２０３を
形成させ、該プラズマ２０３からＸ線を取り出すＸ線発
生装置において、前記標的部材２１１が相対的に高融点
の金属材料の金属体または金属層と、該金属体上または
該金属層上に設けた相対的に低融点の金属材料の金属層
とを有し、かつ、該低融点の金属層の厚さが0.1 〜２０
μｍであることを特徴とするＸ線発生装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【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線装置に用いられるＸ線発
生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】軟Ｘ線は物質により大きく吸収されるの
で、軟Ｘ線波長領域で使用できるレンズは存在しない。
そのため、軟Ｘ線波長領域における拡大または縮小結像
光学系は、反射光学系（例えば、反射鏡）にする必要が
ある。しかしながら、一般的な反射光学系（反射鏡）で
は、軟Ｘ線に対する反射率が非常に低いので、軟Ｘ線波
長領域における前記光学系には、多層膜反射鏡を用いる
のが一般的である。

【０００３】例えば、波長１３ｎｍの軟Ｘ線に対して、
Ｍｏ／Ｓｉ交互多層膜からなる多層膜反射鏡は、直入射
の場合でも数十パーセントという高い反射率を有する。
そのため、Ｘ線リソグラフィーにおいては、高い反射
率が得られる波長１３ｎｍのＸ線を使用することが有望
視されている。また、軟Ｘ線のうち、波長2.4 〜4.2 ｎ
ｍの軟Ｘ線は、炭素原子と酸素原子とで吸収係数が大き
く異なる。このことは、波長2.4 〜4.2 ｎｍの軟Ｘ線に
対して水とタンパク質とで良いコントラストが得られる
ことを示す。

【０００４】即ち、波長2.4 〜4.2 ｎｍの軟Ｘ線を用い
たＸ線顕微鏡によれば、水分が多い生体内のタンパク質
の構造を染色なしで観察できる。しかも、Ｘ線顕微鏡で
は、生体試料の観察に広く使用されている光学顕微鏡よ
りもかなり短い波長の軟Ｘ線を用いるので、より微細な
構造の観察が可能である。このような、Ｘ線リソグラフ
ィーやＸ線顕微鏡に用いるＸ線を発生させるために、
例えば、レーザープラズマＸ線源が使用されている。

【０００５】レーザー光（励起エネルギービームの一
例）を減圧された真空容器内に置かれた標的部材に集光
して照射すると、標的部材は急速にプラズマ化し、この
プラズマから非常に輝度の高いＸ線が輻射（放出）され
る（Ｘ線を発生する）ことが知られており、例えば、こ
のようなＸ線発生源はＬＰＸ：Laser-Plasma X-raysour
ce と呼ばれている。

【０００６】Ｘ線発生源には、その他に、シンクロトロン放射
光光源やＸ線管があるが、レーザープラズマＸ線源は、
シンクロトロン放射光光源よりもはるかに小型である、Ｘ線管
よりもはるかに強力な（高輝度の）Ｘ線源である、とい
う利点を有する。レーザープラズマＸ線源は、標的部材
の材料を変えることで、種々のスペクトルを有するＸ線
源となる。例えば、炭素などの軽元素を標的部材に用い
た場合のスペクトルは、ラインスペクトルに近いもので
あり、鉛などの重元素では、ブロードなスペクトルにな
る。従って、実際にレーザープラズマＸ線源を使用する
際には、使用目的に応じて適切なスペクトルを示す標的
部材を選択する。

【０００７】例えば、複数の波長のＸ線を利用したいと
きは、鉛や金など、ブロードなスペクトルを有する重元
素を標的部材に用いるとよい。また、錫を標的部材に用
いると、１３ｎｍ付近にピークをもつスペクトルが得ら
れるので、錫は前記Ｍｏ／Ｓｉ交互多層膜からなる多層
膜反射鏡を用いたＸ線リソグラフィーを行う場合の標
的部材として有力な候補材料である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】レーザープラズマＸ線
源では、プラズマからの飛散粒子が問題となる。即ち、
Ｘ線の発生と共に、前記プラズマからは高速の電子やイ
オン等の飛散粒子が、また前記標的部材からは部材材料
の飛散粒子（例えば、ガス化した材料、イオン化した材
料、材料小片など）が放出されて真空容器内に飛散する
（以下、これらをまとめて飛散粒子と呼ぶ）。

【０００９】このような飛散粒子（特に、径が比較的大
きいデブリ）は、清浄光学面（例えば、Ｘ線光学素子
面）や薄膜フィルターに衝突して、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
化させるので、飛散粒子の発生は大きな問題点であっ
た。飛散粒子の重量は、単位体積あたりの標的部材材料
を融解させるのに必要なエネルギーに反比例するといわ
れている。そのため、低融点材料の標的部材を用いる
と、飛散粒子が増大し、特に径が比較的大きい（例え
ば、数μｍ〜数十μｍ）飛散粒子であるデブリが増大す
るという問題点がある。

【００１０】例えば、軟Ｘ線領域にピークを有するスペ
クトルが得られる錫、鉛、亜鉛を用いた標的部材では、
錫、鉛、亜鉛の各融点が、それぞれ２３２°Ｃ、３２８
°Ｃ、４２０°Ｃと低い値であるので、比較的大きな飛
散粒子が発生しやすいという問題点がある。原子やイオ
ン等の微小な飛散粒子は、プラズマと光学系との間に気
体を充満することで、清浄光学面への付着、堆積をある
程度は阻止できるが、径が比較的大きい飛散粒子（デブ
リ）の付着、堆積を阻止することはできない。

【００１１】そこで、径が比較的大きい飛散粒子（デブ
リ）の発生を低減させるために、標的部材の標的材料を
プラズマ発生に必要な最小限の量にとどめる提案がされ
ている。標的材料を必要最小限に抑えるためには、標的
部材の形状を粒子状、線状、または薄膜状にすることが
考えられる。このなかでも、薄膜状の標的部材が標的材
料を励起エネルギー光（例えば、レーザー）の集光点に
安定かつ容易に供給できる点で好ましい。

【００１２】例えば、標的材料が錫の場合、励起エネル
ギー光（例えば、レーザー）の標的部材への照射により
発生するプラズマから輻射（放出）されるＸ線の強度
は、標的部材がバルク状のときと、厚さ５μｍの薄膜状
のときとで、略同等と言われているが、厚さ５μｍの薄
膜状標的部材は強度不足のため、実用化が困難であると
いう問題点がある。

【００１３】この問題点を解決するために、有機フィル
ム（基材）上に標的材料をスパッタリング法または蒸着
法等により薄膜状に成膜して標的部材とすることが提案
されている。即ち、この提案によれば、「標的材料が
必要最小限度の量（厚さ）に抑えられているので、径が
比較的大きい飛散粒子（デブリ）の発生を低減すること
ができる。基材である有機フィルムは、一般的に軟ら
かいので、励起エネルギー光（例えば、レーザー）の照
射により容易に開孔する。そのため、有機フィルムから
の飛散粒子は後方に飛び散り、Ｘ線の取り出し方向であ
る前方に飛散する粒子は極めて少ない。」というもので
ある。

【００１４】しかしながら、有機フィルム（基材）上に
標的材料をスパッタリング法または蒸着法等により薄膜
状に成膜した標的部材は、現実には励起エネルギー光
（例えば、レーザー）照射によるプラズマの形成によっ
て、プラズマ周辺の標的材料（薄膜）がかなりの範囲に
て剥がれて飛び散るので、飛散粒子は却って増加すると
いう問題点があった。

【００１５】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、軟Ｘ線領域（例えば、１３ｎｍや2.4 〜4.
2 ｎｍ付近）にピークをもつスペクトルが得られ、しか
も飛散粒子（特に、径が比較的大きい飛散粒子）の発生
を低減できるＸ線発生装置を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決する為の手段】そのため、本発明は第一に
「減圧された真空容器内の標的部材に励起エネルギービ
ームを照射してプラズマを形成させ、該プラズマからＸ
線を取り出すＸ線発生装置において、前記標的部材が相
対的に高融点の金属材料の金属体または金属層と、該金
属体上または該金属層上に設けた相対的に低融点の金属
材料の金属層とを有し、かつ、該低融点の金属層の厚さ
が0.1 〜２０μｍであることを特徴とするＸ線発生装置
（請求項１）」を提供する。

【００１７】また、本発明は第二に「前記低融点の金属
材料が錫、鉛、または亜鉛であることを特徴とする請求
項１記載のＸ線発生装置（請求項２）」を提供する。ま
た、本発明は第三に「前記相対的に高融点の金属材料の
融点が１０００°Ｃ以上であることを特徴とする請求項
１または２記載のＸ線発生装置（請求項３）」を提供す
る。

【００１８】また、本発明は第四に「前記高融点の金属
材料がタンタルであることを特徴とする請求項１〜３記
載のＸ線発生装置（請求項４）」を提供する。

【００１９】

【作用】本発明者らは、有機フィルム（基材）上に標的
材料（金属材料）をスパッタリング法または蒸着法によ
り薄膜状に成膜した標的部材において、励起エネルギー
光（例えば、レーザー）照射によるプラズマの形成時
に、プラズマ周辺の標的材料（薄膜）が広範囲に剥離す
るのは、材料の相違（有機材料と金属材料）による密着
力不足及び熱膨張係数の大きな差が原因であることを見
いだした。

【００２０】そこで、本発明者らは、標的部材を金属材
料の組合せ（相対的に高融点の金属材料の金属体または
金属層と、該金属体上または該金属層上に設けた相対的
に低融点の金属材料の金属層）とすることで、材料の相
違に起因する密着力不足及び熱膨張係数の大きな差を解
消した。また、標的材料である低融点の金属層の厚さを
0.1 〜２０μｍとすることで、標的材料をプラズマ発生
に必要な最小限の量にとどめて、径が比較的大きい飛散
粒子（デブリ）の発生を低減させた。

【００２１】本発明にかかる低融点の金属材料は、標的
部材の標的材料として用いた場合に軟Ｘ線領域にピーク
を有するスペクトルが得られる材料であり、特に、低融
点の金属材料を錫、鉛、または亜鉛とすることが好まし
い（請求項２）。前記相対的に高融点の金属材料は、デ
ブリの発生が極めて少なくなるように、融点が１０００
°Ｃ以上の材料とすることが好ましい（請求項３）。特
に、融点が２０００°Ｃ以上の材料とすることが好まし
い。

【００２２】かかる高融点（２０００°Ｃ以上）の金属
材料としては、例えば、タンタル、タングステン、イリ
ジウム、モリブデンが好ましいが、特にタンタルが融点
が２９９６°Ｃと高く、またテープ材への加工が比較的
容易にできて、しなやかなテープ材が得られるという点
で好ましい（請求項４）。以下、本発明を実施例により
更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。

【００２３】

【実施例】図２は本実施例のＸ線発生装置の概略構成図
であり、図１は本実施例の標的部材の部分的な構造図
（斜視断面）である。減圧された真空容器の内部に配置
された標的部材２１１上に、励起エネルギービームであ
るＹＡＧレーザー２０１を集光レンズ２０２により集光
すると、プラズマ２０３が発生する。

【００２４】標的部材は、幅５ｍｍ、厚さ１５μｍのテ
ープ状タンタル１０２上に錫１０１を５μｍ厚にてメッ
キしたものであり、プラズマ発生時には、標的部材上の
同じ位置にレーザー２０１が複数回照射されることがな
いようにするため、駆動手段（不図示）によりリール２
１２を回転させることで、テープ状の標的部材２１１を
移動させている（巻き取っている）。

【００２５】プラズマ２０３から放射（輻射）されるＸ
線は、Ｘ線取り出し窓２０４を通過してＸ線光学系に至
る。真空容器内には、飛散粒子阻止用のバッファガスと
してヘリウムが導入され、ガス導入及び真空排気を制御
する装置により、真空容器内は１０００Ｐａ程度の圧力
に保持されている。本実施例のＸ線発生装置では、標的
部材の標的材料は、タンタルテープ上にメッキされた５
μｍ厚の錫であるため、発生するＸ線のスペクトルは、
バルク状の錫を標的部材とした場合と同じである。

【００２６】標的材料である錫の厚さは、必要最小限の
値（５μｍ）であるため、錫の大きな飛散粒子は発生し
ない。また、錫はタンタルに十分な強度にて結合してい
るので、プラズマ発生時に錫が剥離することがない。ま
た、標的材料の下地（基材）であるタンタルが高融点で
あるため、タンタルの大きな飛散粒子が発生することも
ない。

【００２７】なお、プラズマ等から放出される微小な飛
散粒子は、真空容器内に導入されたヘリウムガスにより
阻止される。本実施例のＸ線発生装置では、発生したプ
ラズマからのＸ線スペクトルは、１３ｎｍ付近にピーク
を有する。そのため、本実施例のＸ線発生装置は、Ｍｏ
／Ｓｉ交互多層膜からなる多層膜反射鏡を用いた光学系
に適している。

【００２８】また、本実施例のＸ線発生装置では、バル
ク状の錫や有機フィルム上に形成した薄膜状の錫を標的
部材とした場合よりも飛散粒子（特に径が比較的大きい
デブリス）が大きく減少する。そのため、飛散粒子（特
に、径が比較的大きいデブリ）が清浄光学面（例えば、
Ｘ線光学素子面）や薄膜フィルターに衝突して、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可能性をかなり低減させることがで
きる。

【００２９】なお、本実施例では、標的部材２１１を巻
き取り可能なテープ状としたが、これに限定されるもの
ではなく、例えば板状、円盤状、円柱状などの標的部材
にしてもよい。本実施例では、テープ状タンタル１０２
上の全面に５μｍ厚の錫１０１を形成したが、必ずしも
全面に形成しなくてもよい。例えば、図３、４に示すよ
うに、部分的に錫の層を形成してもよい。

【００３０】図３の標的部材の例では、幅１０〜５００
μｍの帯状にて、テープ状タンタル１０２上に錫１０１
の層が形成されており、図４の標的部材の例では、直径
１０〜５００μｍの円形状にて、テープ状タンタル１０
２上に錫１０１の層が形成されている。図３の標的部材
を用いたＸ線発生装置では、センサ２２１によりテープ
状標的部材の幅方向の位置をモニターすることで、錫１
０１の帯状部分が常にレーザー２０１の集光位置にくる
ように、制御を行う。

【００３１】また、図４の標的部材を用いたＸ線発生装
置では、センサ２２１によりテープ状標的部材の幅方向
の位置をモニターするとともに、センサ２２２によりテ
ープ状標的部材の長さ方向（テープの巻き取り方向）の
位置をモニターすることで、錫１０１の円形状の部分が
常にレーザー２０１の集光位置にくるように、制御を行
う。

【００３２】

【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、軟Ｘ線領域（例えば、１３ｎｍや2.4 〜
4.2 ｎｍ付近）にピークをもつスペクトルが得られ、し
かも飛散粒子（特に、径が比較的大きい飛散粒子）の発
生を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明にかかる標的部材（第１の例）の部
分的な構造図（斜視断面）である。

【図２】は、実施例のＸ線発生装置の概略構成図であ
る。

【図３】は、本発明にかかる標的部材（第２の例）の部
分的な構造図（斜視断面）である。

【図４】は、本発明にかかる標的部材（第３の例）の部
分的な構造図（斜視断面）である。

【主要部分の符号の説明】

２０１・・・ＹＡＧレーザー光（励起エネルギービーム
の一例）２０２・・・集光レンズ２０３・・・プラズマ２０４・・・Ｘ線取り出し窓２１１・・・標的部材２１２・・・リール２２１・・・センサ２２２・・・センサ以上

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】減圧された真空容器内の標的部材に励起
エネルギービームを照射してプラズマを形成させ、該プ
ラズマからＸ線を取り出すＸ線発生装置において、前記標的部材が相対的に高融点の金属材料の金属体また
は金属層と、該金属体上または該金属層上に設けた相対
的に低融点の金属材料の金属層とを有し、かつ、該低融
点の金属層の厚さが0.1 〜２０μｍであることを特徴と
するＸ線発生装置。
【請求項２】前記低融点の金属材料が錫、鉛、または
亜鉛であることを特徴とする請求項１記載のＸ線発生装
置。
【請求項３】前記相対的に高融点の金属材料の融点が
１０００°Ｃ以上であることを特徴とする請求項１また
は２記載のＸ線発生装置。
【請求項４】前記高融点の金属材料がタンタルである
ことを特徴とする請求項１〜３記載のＸ線発生装置。