(57)【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、
前記標的部材として、錫を主成分とする、錫とチタン（１０重量％）との合金、錫と珪素（１〜１０％重量％）との合金、錫と鉄（５〜２０重量％）との合金、錫とコバルト（５〜１５重量％）との合金、錫とニッケル（５〜１５重量％）との合金、錫とウラン（１０〜３０重量％）との合金、または錫とジルコニウム（５〜２０重量％）との合金を用いたことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】
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、
前記標的部材として、錫とセレン（５〜１０重量％）との化合物、錫とテルル（５〜３０重量％）との化合物、または錫と砒素（５〜１５重量％）との化合物を用いたことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項３】
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、
前記標的部材として、鉛を主成分とする、鉛とアルミニウム（１０〜５０重量％）との合金、鉛と珪素（０．５〜５重量％）との合金、鉛と銅（１０〜３０重量％）との合金、鉛とバリウム（１５〜２０重量％）との合金、鉛とカルシウム（２〜１０重量％）との合金、鉛とウラン（１０〜３０重量％）との合金、または鉛と亜鉛（５〜１０重量％）との合金を用いたことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項４】
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、
前記標的部材として、鉛とセレン（５〜１０重量％）との化合物または鉛と硫黄（１〜５重量％）との化合物を用いたことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項５】
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、
前記標的部材として、亜鉛を主成分とする、亜鉛と鉄（１０〜３０重量％）との合金、亜鉛とコバルト（５〜２０重量％）との合金、亜鉛とニッケル（１０〜３０重量％）との合金、または亜鉛とカルシウム（２〜２０重量％）との合金を用いたことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項６】
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、
前記標的部材として、亜鉛と砒素（１０〜３０重量％）との化合物、亜鉛とテルル（５〜１５重量％）との化合物、または亜鉛とリン（３〜１５重量％）との化合物を用いたことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項７】
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、
前記標的部材として、酸化第１錫または酸化第２錫のみを用いたことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項８】
多層膜反射鏡を用いたＸ線リソグラフィー装置であって、当該装置に用いられるＸ線発生装置が請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載されたＸ線発生装置であることを特徴とするＸ線リソグラフィー装置。
【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 ｎｍ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、標的部材の材料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-ray
source 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の材料を選択する。
【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が得られ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、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】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、低融点の金属材料を標的部材に用いた場合と変わらない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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明は「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、前記標的部材として、錫を主成分とする、錫よりも高い融点を有する他金属との合金を用いたことを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。
【００１３】
また、本発明は「前記他金属がチタン、珪素、鉄、コバルト、ニッケル、ウラン、またはジルコニウムであることを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。また、本発明は「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、前記標的部材として、錫と非金属との化合物を用いたことを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。
【００１４】
また、本発明は「前記非金属がセレン、テルル、または砒素であることを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。また、本発明は「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、前記標的部材として、鉛を主成分とする、鉛よりも高い融点を有する他金属との合金を用いたことを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。
【００１５】
また、本発明は「前記他金属がアルミニウム、珪素、銅、バリウム、カルシウム、ウラン、または亜鉛であることを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。また、本発明は「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、前記標的部材として、鉛と非金属との化合物を用いたことを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。
【００１６】
また、本発明は「前記非金属が、セレンまたは硫黄であることを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。また、本発明は「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、前記標的部材として、亜鉛を主成分とする、亜鉛よりも高い融点を有する他金属との合金を用いたことを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。
【００１７】
また、本発明は「前記他金属が鉄、コバルト、ニッケル、またはカルシウムであることを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。また、本発明は「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、前記標的部材として、亜鉛と非金属との化合物を用いたことを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。
【００１８】
また、本発明は「前記非金属が、砒素、テルル、またはリンであることを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。また、本発明は「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、前記標的部材として、錫の酸化物、鉛の酸化物、または亜鉛の酸化物を用いたことを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。
【００１９】
【作用】
本発明者らは、励起エネルギービーム照射により、軟Ｘ線領域（例えば、１３ｎｍ付近）にピークをもつＸ線スペクトルが得られる標的部材の材料であり、比較的融点が低い（例えば５００°Ｃ以下の）低融点金属に関して、▲１▼低融点金属に該金属よりも高い融点（例えば、１０００°Ｃ以上）を有する他の金属を混ぜて合金にすると、合金の主成分が低融点金属であっても（割合として低融点金属を多く含む合金でも）合金の融点は低融点金属の融点よりもかなり高くなること、▲２▼低融点金属を非金属との化合物にすると、化合物の融点は低融点金属の融点よりもかなり高くなること、▲３▼低融点金属を酸化物にすると、酸化物の融点は低融点金属の融点よりもかなり高くなること、に着目した。
【００２０】
励起エネルギービーム照射により軟Ｘ線領域（例えば、１３ｎｍ付近）にピークをもつＸ線スペクトルが得られる標的部材の材料であり、比較的融点が低い（例えば５００°Ｃ以下の）低融点金属には、例えば、錫、鉛、亜鉛などがある。
図１（日本金属学会編  金属データブックより）に、錫とチタンからなる合金の融点を示す。この図から判るように、錫９０重量％、チタン１０重量％からなる合金は、１２００°Ｃという高融点を有する。原子数でみると、この合金では錫が約８０％を占めている。
【００２１】
この合金の融点（１２００°Ｃ）は、錫単体の融点と比較すると、１０００度近く高いので、この合金の単位体積あたりの融解に必要なエネルギーは、錫単体の場合よりも大きく増大する。
そのため、かかる合金を標的部材に用いたＸ線発生装置によれば、飛散粒子（特に、直径数μｍ〜数十μｍ等の比較的大きな飛散粒子）の発生を低減できる（第１の効果）。
【００２２】
また、この合金では、錫が主成分である（原子数として錫原子が８０％を占めている）ので、かかる合金を標的部材に用いたときにプラズマから放射されるＸ線スペクトルは、錫単体を標的部材に用いたときにプラズマから放射されるＸ線スペクトルに近く、１３ｎｍ付近にピークを有する（第２の効果）。
図２によれば、錫と珪素からなる合金では、珪素の割合を0.5 重量％にすると合金の融点が１２００°Ｃ以上となり、また図３によれば、錫と鉄からなる合金では、錫９０重量％、鉄１０重量％にすると、合金の融点が１０００°Ｃまで上昇することが判る。かかる合金を標的部材に用いた場合も、前記二つの効果が得られる。
【００２３】
鉛や亜鉛を主成分とする合金の場合も融点が上昇し、同様の効果が得られる。例えば、鉛−アルミニウム合金（図４）、鉛−珪素合金（図５）、亜鉛−鉄合金（図７）、亜鉛−コバルト合金（図８）、亜鉛−ニッケル合金（図９）などである。
また、前記低融点金属の非金属との化合物や、前記低融点金属の酸化物においても、低融点金属単体の場合よりも融点が上昇して、同様の効果が得られる。例えば、鉛とセレン（Ｓｅ）の化合物（図６）、酸化第一錫、酸化第二錫などである。
【００２４】
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。
【００２５】
【実施例】
図１０は本実施例のＸ線発生装置の概略構成図である。
減圧された真空容器１０３の内部に配置された標的部材１０４上に、励起エネルギービームであるＹＡＧレーザー１０１を集光レンズ１０２により集光する。標的部材１０４の材料は、錫９０重量％、チタン１０重量％の合金であり、形状は厚さが１５μｍのテープ状である。
【００２６】
プラズマ発生時には、標的部材１０４上の同じ位置にレーザー１０１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１０５を回転させることで、テープ状の標的部材１０４を移動させている（巻き取っている）。標的部材１０４のプラズマ発生部位は、テープ押さえ１０６─１，２によって挟み込まれているので、プラズマ１０７は真空容器１０３内の同一位置に形成される。
【００２７】
プラズマ１０７から放射（輻射）されるＸ線１０８は、可視光などの不要な光の除去及び飛散粒子阻止を目的とする薄膜フィルター１０９を通過した後、Ｘ線光学系に至る。
本実施例のＸ線発生装置では、標的部材である合金の主成分（９０重量％）が錫であるため、発生したプラズマからのＸ線スペクトルは、錫単体を標的部材としたときと同様に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】
錫９０重量％、チタン１０重量％の合金である標的部材１０４の融点は、錫単体の場合よりも大幅に上昇しているので、錫単体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）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１０９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１０４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、例えば回転及び平行移動が可能な円柱状の標的部材２０１（図１１）や偏心回転可能な円盤状の標的部材３０１（図１２）にしてもよい。
標的部材１０４、２０１、３０１として使用可能な材料構成及び融点について他の例を以下に示す。
【００３０】
▲１▼錫を主成分とする材料
錫−珪素（１〜１０重量％）合金：融点１３００°Ｃ以上、錫−鉄（５〜２０重量％）合金：融点１０００°Ｃ以上、錫−コバルト（５〜１５重量％）合金：融点８００°Ｃ以上、錫−ニッケル（５〜１５重量％）合金：融点６００°Ｃ以上、錫−ウラン（１０〜３０重量％）合金：融点１０００°Ｃ以上、錫−ジルコニウム（５〜２０重量％）合金：融点８００°Ｃ以上、錫とセレン（５〜１０重量％）の化合物：融点７００°Ｃ以上、錫とテルル（５〜３０重量％）の化合物：融点６００°Ｃ以上、錫と砒素（５〜１５重量％）の化合物：融点５００°Ｃ以上。
【００３１】
▲２▼鉛を主成分とする材料
鉛−アルミニウム（１０〜５０重量％）合金：融点９００°Ｃ以上、鉛−珪素（0.5 〜５重量％）合金：融点１３００°Ｃ以上、鉛−銅（１０〜３０重量％）合金：融点７００°Ｃ以上、鉛−バリウム（１５〜２０重量％）合金：融点５００°Ｃ以上、鉛−カルシウム（２〜１０重量％）合金：融点５００°Ｃ以上、鉛−ウラン（１０〜３０重量％）合金：融点１１００°Ｃ以上、鉛−亜鉛（５〜１０重量％）合金：融点５００°Ｃ以上、鉛と硫黄（１〜５重量％）の化合物：融点８００°Ｃ以上、鉛とセレン（５〜１０重量％）の化合物：融点８００°Ｃ以上。
【００３２】
▲３▼亜鉛を主成分とする材料
亜鉛−ニッケル（１０〜３０重量％）合金：融点８００°Ｃ以上、亜鉛−コバルト（５〜２０重量％）合金：融点１０００°Ｃ以上、亜鉛−鉄（１０〜３０重量％）合金：融点９００°Ｃ以上、亜鉛−カルシウム（２〜２０重量％）合金：融点６００°Ｃ以上、亜鉛−鉛（１０〜４０重量％）合金：融点６００°Ｃ以上、亜鉛と砒素（１０〜３０重量％）の化合物：融点８００°Ｃ以上、亜鉛とテルル（５〜１５重量％）の化合物：融点８００°Ｃ以上、亜鉛とリン（３〜１５重量％）の化合物：融点８００°Ｃ以上。
【００３３】
これらの材料を標的部材１０４、２０１、３０１に用いた場合にも、発生したプラズマからの飛散粒子（特に径が比較的大きいデブリ）が大きく減少し、またスペクトルは、軟Ｘ線領域にピークを有する。
【００３４】
【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、錫、鉛、亜鉛等の低融点金属材料を標的部材に用いた場合と同様な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、錫−チタン合金の融点を示すデータ図である。
【図２】は、錫−珪素合金の融点を示すデータ図である。
【図３】は、錫−鉄合金の融点を示すデータ図である。
【図４】は、鉛−アルミニウム合金の融点を示すデータ図である。
【図５】は、鉛−珪素合金の融点を示すデータ図である。
【図６】は、鉛とセレンの化合物の融点を示すデータ図である。
【図７】は、亜鉛−鉄合金の融点を示すデータ図である。
【図８】は、亜鉛−コバルト合金の融点を示すデータ図である。
【図９】は、亜鉛−ニッケル合金の融点を示すデータ図である。
【図１０】は、巻き取り可能なテープ状の標的部材を用いたＸ線発生装置の概略構成図である。
【図１１】は、回転及び平行移動が可能な円柱状の標的部材を用いたＸ線発生装置の概略構成図である。
【図１２】は、偏心回転可能な円盤状の標的部材を用いたＸ線発生装置の概略構成図である。
【主要部分の符号の説明】
１０１・・・ＹＡＧレーザー光（励起エネルギービームの一例）
１０２・・・集光レンズ
１０３・・・真空容器
１０４・・・標的部材
１０５・・・リール
１０６−１・・・テープ押さえ
１０６−２・・・テープ押さえ
１０７・・・プラズマ
１０８・・・Ｘ線
１０９・・・飛散粒子阻止用及び光フィルター用の薄膜フィルター
２０１・・・標的部材
３０１・・・標的部材
以  上
【図１】
0003666056.tif 000002
【図２】
0003666056.tif 000003
【図３】
0003666056.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003666056.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003666056.tif 000008
【図８】
0003666056.tif 000009
【図９】
0003666056.tif 000010
【図１０】
0003666056.tif 000011
【図１１】
0003666056.tif 000012
【図１２】
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