JP2001272358A

JP2001272358A - Ｘ線試料検査装置

Info

Publication number: JP2001272358A
Application number: JP2000083398A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kondo; 洋行近藤; Masayuki Shiraishi; 雅之白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-10-05
Also published as: US6504900B2; US20020003858A1

Abstract

(57)【要約】【解決課題】実際に使用波長の近傍でのＸ線を使って光
学素子を評価する装置として、放射光を利用したものが
あるが、装置コストが高く、その大きさが桁外れに大き
い。また、レーザープラズマＸ線源から連続スペクトル
を放出させ、これを回折格子により分光して評価する装
置もあるが、回折効率も低いため被測定光学素子上に照
射されるＸ線光量が低下し、測定時間が長くなったり、
S/Nの低下による精度の低下などを招いている。本発明
の課題は、X線領域で使用する光学素子を安価に、高精
度に、高速に、使用する波長での光学特性を測定可能に
する装置を提供することである。【解決方法】光源として、プラズマより放射されるX線
を用い、所望の波長のX線を得るために多層膜からなる
反射鏡・フィルタを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線
望遠鏡、Ｘ線分析装置、Ｘ線露光装置などのＸ線機器に
用いられるＸ線光学素子の評価装置、及びX線露光工程
に用いられるマスクブランクスの製造方法及びX線光学
用のミラ−の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】近年、半導体加工技術の急速な微細化や分
析や観察領域の微小化に伴い、Ｘ線の利用が高まってき
ている。Ｘ線露光装置やＸ線顕微鏡、Ｘ線分析装置など
のＸ線光学機器を実現するためには多層膜ミラーや斜入
射ミラー、フィルター、ビームスプリッターなどのＸ線
光学素子の利用が不可欠であり、性能の良いＸ線光学機
器を作るためにはいかに光学性能（例えば反射率や透過
率、散乱の程度など）の高い光学素子をいかに作るかが
鍵となる。

【０００３】光学性能の高い光学素子を作るためには、
これを実際に使用波長あるいはその近傍の波長のＸ線を
使って評価する必要がある。例えばＸ線縮小露光装置で
は波長10〜30nmの領域のＸ線（特に波長13nm及び11nm近
傍）を用いる事が考えられており、この波長域のＸ線を
用いて評価することが望まれている。そして、その評価
結果を加工プロセスにフィードバックをかけることによ
り、光学素子を迅速に開発する事が可能となる。例え
ば、重要な光学性能の一つである反射率を評価する装置
は世界中の多くの放射光施設に建設されている。しか
し、放射光施設内に作られた装置は、誰でもが利用でき
るわけではなく、また、使用できる期間が制限されてい
る。このため、加工プロセスへの迅速なフィードバック
は困難である。そこで、実験室内で測定できるような装
置として、特開平4-128641や特開平10-318945ではレー
ザープラズマＸ線源を利用した装置が提案されている。
これらの特許では、レーザープラズマＸ線源から連続ス
ペクトルを放出させ、これを回折格子により分光してス
リットにより所望の波長のＸ線を選択すると共にスペク
トル幅を制限して被測定光学素子に照射し、その反射率
を測定している。しかし、この方式では回折格子を用い
ているため、Ｘ線の利用効率（Ｘ線の取込立体角）が低
く、また、回折効率も低いため被測定光学素子上に照射
されるＸ線光量が低下してしまい、測定時間が長くなっ
たり、S/Nの低下による精度の低下などを招いていた。
またこの結果、例えば、X線露光工程に用いられるマス
クブランクスの製造及びX線光学用のミラ−の製造時に
測定時間が掛かったり、測定精度が低下してし、コスト
高、歩留まり低下を招いていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこの様な従来
技術の問題点に鑑みてなされたもので、Ｘ線光量の低下
を招く回折格子を用いることなく十分に単色なＸ線を生
成し、被測定光学素子上のＸ線光量を増やし、S/Nを向
上させ測定精度をあげるとともに、測定時間を短縮でき
る装置を実験室サイズで提供すること、また、X線露光
工程に用いられるマスクブランクスの製造及びX線光学
用のミラ−の製造時の測定時間の短縮、測定精度の向上
を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に「パルスレーザー光を減圧された容器中の標的材料に
集光することにより、該標的材料をプラズマ化し、該プ
ラズマより輻射されるＸ線（以下では、レーザープラズ
マＸ線源，ＬＰＸと呼ぶ）、あるいは放電により標的材
料をプラズマ化し該プラズマより輻射されるＸ線を試料
に照射し、Ｘ線に対する該試料の反射率あるいは透過率
あるいは散乱を測定するＸ線試料検査装置に於いて、該
Ｘ線源からラインスペクトル群を輻射させ、該ラインス
ペクトル群の内、１本ないし数本の線スペクトルを選択
して該試料上に照射することを特徴とするＸ線試料検査
装置。（請求項１）」を提供する。レーザープラズマＸ
線源や放電プラズマＸ線源は小型で安価であるため、こ
れらを用いて作られた検査装置は、光学素子の加工・製
作現場に設置することが可能で、評価結果を直ちに加工
や製作方法にフィート゛ハ゛ックすることが可能となる。また、
これらプラズマＸ線源からは線スペクトルを発生させる
ことが可能で、そのスペクトル幅は非常に狭く、光学素
子を評価するのに十分な単色性を有している。

【０００６】また、本発明は第２に「前記標的材料とし
て酸素(O)またはフッ素(F)またはネオン(Ne)またはリチ
ウム(Li)が含まれる物質を用いることを特徴とする請求
項１記載のＸ線試料検査装置（請求項２）」を提供す
る。プラズマ中の酸素、フッ素、ネオン、リチウムイオ
ンからは、Ｘ線縮小露光装置に適している波長１０〜１
４nmの領域の線スペクトルが輻射される。このため、Ｘ
線縮小露光装置に使用される光学素子の評価を行うのに
適している。

【０００７】また、本発明は第３に「請求項１及び２記
載のＸ線発生装置において、１本ないし数本の線スペク
トルを選択する手段として、１つあるいは複数の多層膜
ミラーまたは／及びフィルターを用いることを特徴とす
るＸ線試料検査装置（請求項３）」を提供する。多層膜
ミラーはその多層膜を構成する物質の周期構造によって
きまるある帯域のＸ線のみを反射する。そこで、１つあ
るいは複数の多層膜ミラーまたは／及びフィルターを用
いることにより、線スペクトル群のうちから所望の１本
ないし数本の線スペクトルのみを選択して反射させるこ
とができる。

【０００８】さらに、本発明では第４に「請求項３記載
のＸ線試料検査装置において、前記多層膜ミラーの少な
くとも１つが多層膜球面ミラーあるいは多層膜楕円ミラ
ーあるいは多層膜放物面ミラーなど曲率を持ったミラー
を持ちいていることを特徴とするＸ線試料検査装置（請
求項４）」を提供する。球面ミラーや楕円ミラー，放物
面ミラーなど曲率を持った凹面鏡状の多層膜ミラーをＸ
線の波長選択用素子として用いることにより、Ｘ線を取
り込む立体角を大きく取ることができ、試料上に照射さ
れるＸ線量を増加させることができ、反射あるいは透過
Ｘ線信号のS/Nが改善され、高精度で光学素子の特性
（反射率や透過率など）を測定することができる。

【０００９】また、本発明は第５に「請求項３及び４記
載のＸ線試料検査装置において、複数の多層膜ミラー及
び／またはフィルターを有し、それらの多層膜ミラー及
び／またはフィルターを交換できる機構を有するＸ線試
料検査装置（請求項５）」を提供する。複数の多層膜ミ
ラー及び／またはフィルターを交換できる構造とするこ
とにより、複数の波長のＸ線を用いて試料の反射率を測
定することができる。

【００１０】また、本発明は第６に「請求項１から５記
載のＸ線試料検査装置において、前記試料に入射するＸ
線量を測定あるいは推定するＸ線検出器を有し、該試料
を回転させる機構と該試料からの反射Ｘ線あるいは散乱
Ｘ線を検出する検出器を該試料を中心に回転させる機構
を具備することを特徴とするＸ線試料検査装置（請求項
６）」を提供する。試料を回転させながらその反射Ｘ線
を測定することにより、試料の反射率の入射角依存性を
測定することができる。また、入射角依存性から多層膜
の構造に関する情報を得ることができる。また、入射角
度依存性から波長依存性への変換も可能となる。また、
試料に入射するＸ線量を測定あるいは推定するＸ線検出
器を有することにより、１ショット毎のＸ線量のバラツ
キが大きなＸ線源を用いる場合に於いても、再現性良
く、高精度に測定することが可能となる。

【００１１】また、本発明は第7にX線露光用の反射型マ
スクブランクスを製造する際に、前記請求項１から６の
いずれかに記載のＸ線試料検査装置を用いて該マスクブ
ランクスの反射特性を測定する検査工程を有することと
した。これによってX線露光工程に用いられるマスクブ
ランクスの製造時の測定時間の短縮、測定精度の向上が
可能になる。

【００１２】また、本発明は第８にX線光学系用のミラ
ーを製造する際に，前記請求項１から６のいずれかに記
載のＸ線試料検査装置を用いて該ミラ−の反射特性を測
定する検査工程を有することとした。これによってX線
光学用のミラ−の製造時の測定時間の短縮、測定精度の
向上が可能になる。

【００１３】

【発明の実施の態様】発明の形態を図7，8を用いて具体
的に説明する。図7，8では標的物質にパルスレーザー光
700を照射することによりプラズマ化し、そのプラズマ7
02からＸ線を輻射させている。標的物質としては軽・中
元素の物質、またはこれらを含む物質が用いられる。軽
元素（Li，Be，B，C，N，O，F，Neなど）のプラズマか
らは離散的な線スペクトルが輻射される。中元素（Na，
Mg，Al，Siなど）のプラズマでは線スペクトルが密にな
り、その中に何本かの強度の強い線スペクトルが現れる
ようになる。これらのラインスペクトル１本１本のスペ
クトル幅は非常に狭く、その分解能はδλ/λ=1/数100
〜1/1000程度である。従って、この離散的な線スペクト
ル群から１本のみを選択して取り出すことができれば、
その単色性は斜入射回折格子を用いて分光したのと同程
度あるいはそれ以上することができる。

【００１４】軽・中元素のプラズマから放出されたＸ線
はスリット703を通過した後、フィルター704を透過す
る。このスリット703はプラズマ702及びその近傍から放
出される飛散粒子がフィルター704に付着する領域を制
限するために設けられている。長時間の運転によりフィ
ルター704に飛散粒子が付着して、その透過率が低下し
てきた場合にスリット703によって隠されていた部分を
新たにＸ線透過域として利用すれば、１枚のフィルター
を長期間にわたって使用することができる。フィルター
704はプラズマから放出される可視光や紫外光をカット
するのと、後段の分光用多層膜ミラー705の高次光によ
る反射を防ぐために短波長Ｘ線をカットするために入れ
られている。また、Ｘ線源側と後段の分光用ミラーの間
で差動排気が行えるようにする役割もある。

【００１５】フィルター704透過してきたＸ線は分光用
多層膜ミラー705によって反射される。このミラー上に
製膜されている多層膜はプラズマから輻射された複数本
の線スペクトルのうち１本の線スペクトルあるいはほと
んど１本と見なせる複数本からなるの線スペクトル群の
みを反射するように波長が決められ、反射帯域も狭めて
ある。

【００１６】分光用多層膜ミラー705によって反射・分
光されたＸ線は、絞り706、入射光量モニター（以下で
はIoモニターと呼ぶ）707及びスリット708を通過した
後、試料709上に照射される。絞り706はIoモニター707
に入射する光量を調節するために置かれている。レーザ
ープラズマＸ線源や放電プラズマＸ線源のようにパルス
Ｘ線源でショット毎のＸ線量がばらつく場合には、この
様にIoモニターを設置してショット毎の入射Ｘ線量をモ
ニターすると良い。Ioモニター707の中央には開口が開
いていて、試料709へ照射されるＸ線はこの開口を通過
できるようになっている。スリット708は試料上でのＸ
線の照射領域と、Ｘ線の広がり角を制限するために設け
られている。

【００１７】試料709は回転ステージ（θステージ）710
上に置かれている。試料の反射率を測定するときには図
7の様にθステージ710と同軸で回転する回転ステージ
（２θステージ）711に取り付けられたアーム712上にＸ
線検出器（以下ではこれをIrモニターと呼ぶ）713を置
き、試料709からの反射Ｘ線を検出する。Irモニター713
とIoモニター707の出力信号をコンピューター（不図
示）に取り込み、Ir/ Ioを計算して試料の反射率を求め
る。この時、試料が乗っている回転ステージ710の回転
角δθに対して検出器が乗っているステージ711を２δ
θの割合で回転させながら反射率を求める事により、反
射率のＸ線入射角度依存性を求めることができる。この
角度依存性から計算により反射率の波長依存性へ変換す
ることができる。例えば、最も簡単な近似計算では、波
長依存性を知りたい斜入射角をθ２、角度依存性の測定
に使用したＸ線の波長をλ１とすると角度依存性を測定
したときの斜入射角をθ１に対する波長λ２はλ２=λ
１（sinθ２／sinθ１）で与えられる。より詳細な変換
式は、多層膜を構成する物質の屈折率を考慮して求める
必要がある。

【００１８】試料の透過率を求めるときにはＸ線検出器
（これをItモニターと呼ぶ）813を図8の様に入射Ｘ線の
下流側に置く。Itモニター813とIoモニター808の出力信
号をコンピューター（不図示）に取り込み、It/ Ioを計
算して試料の透過率を求める。この時、試料の透過率か
ら試料の厚さを求めることもできる。例えば、試料への
Ｘ線の斜入射角がθの時の透過率がＴだったとすると、
試料の厚さｄはd=-lnT・sinθ／μで求めることができ
る。（ここで、μは線吸収係数である。）この様に発散
性のＸ線ヒ゛ームを試料に入射させる場合、入射角度の広が
りによる反射Ｘ線の波長のズレを考慮しなくてはならな
い。図９に波長精度δλ／λを1%確保するのに許容され
る入射Ｘ線の角度広がりの計算結果を示す。この計算で
は試料として斜入射角度85度で波長13.5nmのＸ線を反射
するように作られた多層膜ミラーを仮定している。この
図から分かるように、反射率の測定を波長13nmのＸ線を
用いて波長精度δλ／λを1%で測定するとすると、許容
されるＸ線の角度広がりは約30mradとなる。これだけの
角度広がりが許容されると反射Ｘ線を検出するのに十分
なＸ線量を得ることができる。

【００１９】以下、本発明を実施例により具体的に説明
するが、本発明はこれらの例に限定されるものではな
い。

【００２０】

【実施例】第１図に本発明の実施例の概略図を示す。図
１は装置を上から見た図である。容器100内は真空排気
装置（不図示）により、排気されレーザー光が途中で気
中放電したり、プラズマから輻射されたＸ線が吸収され
て著しく減衰してしまわない様な圧力にまで減圧されて
いる。また、真空容器101,102も同様にＸ線が吸収され
て著しく減衰してしまわない様な圧力にまで減圧されて
いる。本実施例では標的材料送出機構としてステンレス
製のガスジェットノズル105を用い、標的材料（酸素
O₂）を真空容器100内に噴出させている。ガスの噴出方
向は紙面に垂直方向で紙面の裏から表側に向けて噴出し
ている。レーザー装置（不図示）から放出されたパルス
レーザー光104はレンズ103にによりノズル105の直上0.5
mmの位置に集光され、プラズマ106を生成する。プラズ
マ106の形状はフィラメント状で、その大きさはレーザ
ー光軸方向に約300μｍ，レーザー光軸と直交方向に約1
00μｍである。

【００２１】酸素ガスを標的材料に用いたときに得られ
たスペクトルの１例を図２(a)に示す。プラズマからは
酸素に起因する線スペクトルからなるＸ線が何本か輻射
されるが、その中でもＸ線縮小露光装置に適している波
長13nm近傍ではO⁵⁺イオンからの12.98nm及び15.01nmの
線スペクトルが強く輻射される。図２(a)にしめした線
スペクトルの幅は使用した分光器の分解能によって制限
されており、実際のスペクトル幅はこれよりもずっと狭
くなっている。

【００２２】プラズマ106から放出されたＸ線はスリッ
ト107を通過後、厚さ1μｍのBeフィルター108を透過
し、分光用の多層膜平面ミラー109に入射する。分光用
ミラー109への斜入射角度は75度である。Beフィルター1
07により、可視光や紫外光、波長11nm以下のＸ線はカッ
トされる。

【００２３】分光用多層膜としてはMoSi₂とSiからなる
多層膜が使用されている。MoSi₂/Si層１５０ペアからな
る多層膜の計算から得られた予想反射スペクトルの1例
を図２（ｂ）に示す。この多層膜は反射帯域ができるだ
け狭くなるように設計されており、図から分かるように
反射帯域は約1%にまで狭帯域化されている。この様に多
層膜の材料としてMoSi₂/Siを用いることにより反射帯域
を狭める事ができ、目的とする線スペクトル１本のみを
反射させることができる。本実施例では、このMoSi₂/Si
多層膜を中心波長が12.98nmとなるように多層膜の周期
長を設計したものを分光用の多層膜ミラーとして使用し
ている。この結果、図２(a)に示したスペクトルのうち1
2.98nmの線スペクトルのみが反射される。正確には12.9
8nmのラインは12.9871nmと12.9758nmの非常に近接した2
本のラインスペクトルからなっているが、現実に使用す
るＸ線光学素子の反射帯域はこの２本のスペクトルの波
長差よりもずっと広いので、光学素子を評価するには１
本のスペクトルと見なしても問題ない。

【００２４】分光ミラー109を反射してきたＸ線は絞り1
10及びIoモニター用の開口つきマイクロ・チャンネル・
プレート(MCP)111を通過した後、スリット112を通過し
試料117に照射される。絞り110はIoモニター111に入射
する光量を調節するために置かれており、スリット112
は試料117上でのＸ線の照射領域と、Ｘ線の広がり角を
制限するために設けられている。Ioモニター111に入射
するＸ線の光軸と、試料117に入射するＸ線の光軸は非
常に近接しているため、試料に入射する同じスペクトル
のＸ線が、ほぼ同程度の強度で入射すると考えられる。
つまり、Ioモニターの強度と試料に入射するＸ線の強度
には相関がある。

【００２５】試料は回転ステージ（θステージ）113上
に置かれており、試料117のＸ線入射面側を中心に回転
できるようになっている。また、試料117は直線導入機1
19によって出し入れ可能なホルダー118に取り付けられ
ている。また、θステージ113と同じ回転軸を中心に回
転できる回転ステージ（２θステージ）114が取り付け
られている。２θステージ114に取り付けられているア
ーム115には試料からの反射Ｘ線を測定するMCP（Irモニ
ター）116が取り付けられている。Ioモニター111及びIr
モニター116の出力信号はフィードスルーを通った後、
デジタルオシロスコープ（不図示）により取り込まれ
る。

【００２６】反射率を測定する手順を以下に示す。ま
ず、試料117を直線導入機119により入射Ｘ線が試料に当
たらない位置まで移送させる。Irモニター116をＸ線が
入射する位置まで２θステージ114を回転させて移動す
る。この配置でＸ線を発生Ioモニター111とIrモニター1
16の出力信号をオシロスコープに取り込む。この時、数
ショット〜数１０ショット程度のアベレージングを行い
ランダムノイズを低減させる方がS/Nを上げるために好
ましい。オシロスコープに取り込まれた波形は、プラズ
マから輻射されたＸ線の時間波形である。オシロスコー
プに取り込まれた波形をコンピューター（不図示）にGP
IBなどを介して転送し、Io及びIrモニターからの出力信
号電圧をオシロスコープの入力インピーダンス（50Ω）
で割った値を時間積分する。この積分値がIo及びIrモニ
ター(MCP)から流出した電荷量Qo,Qroである。この電荷
量は各モニター(MCP)に入射したＸ線量に比例する。こ
の配置で得られた比Qro/ Qoが較正値Cとなる。較正値C
の値を正確に求めるために上記の測定を数回繰り返し、
その平均値を較正値として用いるのが好ましい。較正値
Cが求まったら、直線導入機119により試料117をＸ線照
射位置に移動させ、θステージ113をδθ回転させたら
２θステージ114を２δθの割合で回転させながらIr, I
oモニターの信号を測定する。ある角度θでのIo,Ir(θ)
信号を上述の様に積分して、それぞれの電荷量Qo,Qr
(θ)を求めてその比（Qr(θ)/ Qo）を取り、これに先に
求めた較正値Cをかければ、その角度での反射率にな
る。つまり、反射率R(θ)=C*(Qr(θ)/ Qo)である。各々
の角度についてこの作業を繰り返せば試料の反射率の角
度分布が得られる。

【００２７】本手法によって得られた多層膜ミラーの反
射率の角度分布の一例を図３に示す。この測定では試料
にMo/Si多層膜ミラーを用いている。本実施例ではIo,Ir
モニターからの波形をコンピューター内で数値積分して
いたが、各モニターからの信号を積分回路を用いてハー
ドウェア的に積分を行い、これらの積分器の出力信号の
ピーク値を読み込むようにしても良い。この方がコンピ
ュータに対する負荷が低減されるので、より高繰り返し
のレーザープラズマＸ線源にも対応することができる。
また、もし、Ｘ線の時間波形が安定している場合には、
積分を行わずにIo波形とIr波形のピーク値を用いて反射
率（Irpeak/ Iopeak）を計算しても良い。本実施例では
レーザープラズマＸ線源のターゲット材料として酸素を
用いているが、酸素を含む物質であれば何でも良く、ま
た、気体に限らず液体や固体、クラスター、微粒子、微
粒子を液体中に混ぜた混濁液、微粒子を気体中に混ぜた
ものなどその形態はどのようなものであっても良い。ま
た、その供給方法はどのような方法でも良く、本実施例
のようにガスジェットとして供給しても良いし、テープ
状にしたり、液滴として供給しても良い。例えば、他の
ターゲット材料としては水や水蒸気（H₂O）、二酸化炭
素（CO₂）、硫酸(H₂SO₄)等があげられる。特に二酸化炭
素は酸素と違って爆発や引火の危険がなく、安価であ
る。また、二酸化炭素に含まれている、炭素は13nm近傍
に強いラインスペクトルを輻射しないので測定の妨げに
ならない。また、硫酸は蒸気圧が低いためターゲットチ
ャンバー内の圧力を上昇させることなく、安定してター
ゲット材料として使用できる。例えば、硫酸濃度80%の
溶液の20℃における蒸気圧は0.0835mmHgであり、LPXで
通常使用されるチャンバー内の圧力よりも十分に小さ
い。また、硫酸に含まれる水素及び硫黄は13nm近傍に強
いラインスペクトルを輻射しないので測定の妨げになら
ない。

【００２８】本実施例ではＸ線の波長を酸素イオンから
の12.98nmを用いているが、これに限らず、試料となる
光学素子を使う波長に近い波長のＸ線を輻射できるもの
であればどんなものであっても良い。他のターゲット材
料としては、例えば13.5nmのラインスペクトルを輻射す
るリチウム(Li)や13.5nmや14nm近傍等にラインスペクト
ルを輻射するフッ素(F)、10.3,10.6,11.1nm等に強い線
スペクトルを輻射するネオン(Ne)、12.5nm近傍に強い線
スペクトルを輻射するナトリウム(Na)、11.5,13.2,13.7
nm近傍に強い線スペクトルを輻射するマグネシウム(M
g)、10.4,11.0,13.1nm等に強い線スペクトルを輻射する
アルミニウム(Al)、11.8,11.9nm等に強い線スペクトル
を輻射するシリコン(Si)などがある。Liをターゲット材
料として用いる場合には、Li単体は非常に不安定なの
で、水素化リチウム（LiH）や水酸化リチウム（LiOH）
として用いるのが好ましい。Naもまた単体では非常に不
安定なので、塩化ナトリウム（NaCl）や水酸化ナトリウ
ム（NaOH）として用いるのが好ましい。また、フッ素の
場合もフッ素ガスそのものは非常に反応性が高いので、
テフロン（登録商標）などの固体やCF₄やSF₆などのガス
をターゲット材料として用いるのが好ましい。もちろ
ん、この場合もターゲットの形状は、気体，液体，固
体，クラスター，微粒子などどのようなものであっても
良い。

【００２９】本実施例ではIo及びIrモニターとしてMCP
を用いているが、これに限らず、測定に使用するＸ線に
感度を有する検出器であればどんなものであっても良
い。例えば、Ｘ線用フォトダイオードやCCD、リニアフ
ォトダイオードアレーなどの半導体素子を用いても良
い。これら半導体素子はMCPの様に高真空度（<10^-6Torr
程度）を必要としないため、装置の排気時間が短縮でき
るので装置の運転効率が向上する。また、製作可能な形
状に自由度があり、量産効果によるコストも安くでき
る。

【００３０】また、試料からの散乱光が気になる場合に
はIrモニターの直前にスリットを置き、散乱光をカット
しても良い。あるいは、散乱の程度を知りたい場合には
Irモニター前のスリット幅を狭くして、試料を固定した
ままIrモニターを回転させて反射光の強度分布を測定
し、散乱の様子を観測しても良い。または、スリットの
代わりにIrモニター直前にナイフエッジを置きナイフエ
ッジをスキャンしながら反射Ｘ線強度を測定し、散乱の
程度を測定しても良い。

【００３１】本実施例では試料及び反射Ｘ線検出器が回
転できる構造になっているが、測定したい角度が決まっ
ているならば、試料及び検出器を固定しても良い。試料
の良否チェックを行う場合には、この様にすることによ
り、検査効率を向上させることができる。

【００３２】本発明の第２の実施例を図４に示す。本実
施例では測定に使用するＸ線の波長を選択できるように
分光用多層膜ミラーを複数装着し交換できるようになっ
ている他は第１の実施例と同じであるので、分光ミラー
部のみを詳しく説明する。

【００３３】２枚の分光ミラー209,220はどちらもMoSi₂
/Siからなる多層膜で作られているが、周期長が異なっ
ており、それぞれ酸素イオンからの線スペクトルにあわ
せて分光ミラー１(209)の反射波長は12.98nm、分光ミラ
ー２(220)の反射波長は15.01nmとなっている。これら２
つの分光ミラーは直線導入機222により真空中で交換で
きるようなっている。このため、真空を破らずに２つの
測定波長を変えて反射率の測定を行うことができる。さ
らに、Ｘ線源のターゲット材料を複数用意し、それぞれ
のターゲット材料から輻射される線スペクトルに反射波
長をあわせた多くの分光ミラーを用意することにより、
離散的ではあるがＸ線の波長を変えながら試料の反射率
の測定を行うことができる。

【００３４】本発明の第３の実施例を図５に示す。本実
施例では分光用の多層膜ミラーを２枚使用している他は
第１の実施例と同じであるので、分光ミラー部のみを詳
しく説明する。

【００３５】第１の分光ミラー509はＸ線入射面を中心
にして回転できるように回転ステージ520上に設置され
ている。第２の分光ミラー521はＸ線入射面を中心に回
転できるように回転ステージ522上に置かれ、この回転
ステージ522は直線ステージ523上に置かれており図のＡ
方向に移動できるようになっている。第１及び第２の分
光ミラーはMoSi₂/Siからなる多層膜ミラーであり、両者
の多層膜の周期長は同一である。第１の分光ミラー509
の角度を変えると反射されるＸ線の波長を変化させるこ
とができる。第１の分光ミラー509の角度を変えると反
射するＸ線の角度も変わるが、第２の分光ミラー521を
直線ステージ523と回転ステージ522によりこの変化分を
吸収し、常に同じ方向にＸ線を反射させることができ
る。この様に２枚の分光ミラーを用いることにより、分
光ミラーを交換することなく試料に照射するＸ線の波長
をＸ線の光軸を変えることなく変化させることができ
る。例えば、酸素を含むターゲット材料を用いている場
合には、はじめに第１及び第２分の光用ミラーによって
12.98nmの線スペクトルを選択して試料の反射率の角度
分布を測定し、次に第１及び第２の分光ミラーの角度を
変化させて15.01nmの線スペクトルを選択して反射率測
定を行うことができる。また、分光ミラーを２回反射す
ることにより、反射帯域がより狭まり、照射Ｘ線の単色
性を向上させることもできる。

【００３６】本実施例では第１，第２分光ミラーとも平
面ミラーであったが、ミラーの形状はこれに限らずどん
なものであってもよい。たとえは、第１の分光ミラーは
平面ミラーで第２の分光ミラーは球面ミラーであっても
良い。

【００３７】本発明の第４の実施例を図６に示す。本実
施例では第１の実施例の分光用平面ミラーを楕円ミラー
に変えたもので、他は第１の実施例と同じであるので、
分光ミラー部のみを詳しく説明する。

【００３８】分光用楕円ミラー609の１つの焦点がプラ
ズマ606の位置に、もう一方の焦点が試料617上になるよ
うに、分光ミラーを設置する。この楕円ミラーにはMoSi
₂/Siからなる多層膜がコートされている。この時、楕円
ミラーにＸ線が入射する角度の応じて多層膜の周期長に
分布を持たせるのが好ましい。分光用楕円ミラーを用い
ると、平面ミラーに比べてＸ線の取り込み立体角が大き
くできるので、試料に照射されるＸ線光量が増加し、S/
Nが高くなり高精度の測定が可能となる。また、試料上
でのＸ線照射領域が微小となるため、試料位置をスキャ
ンすることにより試料面内の反射率の空間分布を観測す
ることも可能になる。

【００３９】本実施例では分光ミラーに楕円ミラーを用
いているがこれに限らず、球面ミラーや放物面ミラーを
用いても良い。球面ミラーは楕円ミラーに比べて集光特
性は劣るが、基板加工が容易となるため安価に入手でき
る。放物面ミラーを用いた場合には反射Ｘ線は平行光と
なるため、先に述べた試料への入射するＸ線束の角度広
がりの効果を考慮する必要がなくなる。

【００４０】上に示した各実施例では分光用多層膜とし
てMoSi₂/Siを用いているが、これに限るものではなく、
使用するＸ線に対して反射率が十分あり、帯域が十分に
狭ければ、どのような物質を用いた多層膜であっても良
い。

【００４１】また、上に示した各実施例ではＸ線源にレ
ーザープラズマＸ線源を用いていたが、これに限らずど
のようなＸ線源であっても良い。例えば、Dense Plasma
FocusやＺピンチプラズマあるいはキャピラリーを用い
た放電プラズマＸ線源であってもよい。

【００４２】また、上述の実施例では線スペクトルを放
出するＸ線源を用いていたが、連続スペクトルを輻射す
るＸ線源を用いても良い。レーザープラズマＸ線源や放
電プラズマＸ線源ではターゲット材料にタングステンや
タンタル、金、クリプトン、キセノン等の原子番号の大
きな物質を用いると連続スペクトルを放出する。この場
合、試料に照射されるＸ線のスペクトル幅は分光用多層
膜ミラーの帯域程度にしか単色化できないが、大まかな
反射率や角度分布を知ることはできる。連続スペクトル
光源を用いた場合には第２の実施例のような配置にする
と、連続的に照射Ｘ線の波長を変化させることができる
ので、角度スキャンだけでなく波長領域でのスキャンも
可能となる。また、連続スペクトルの場合には分光ミラ
ーの反射帯域全体のＸ線が使用できるので、試料に照射
されるＸ線量は線スペクトルの場合よりも多くなる。こ
のため、測定時間が短縮できる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、小型のプ
ラズマＸ線源を使用しているため、装置全体が小型化で
き、光学素子の製造現場に設置が可能となり、評価結果
を迅速に製造工程にフィードバックができるようにな
る。本発明ではＸ線源から放出される線スペクトル群か
ら１本ないし数本の線スペクトルを多層膜ミラーにより
選択して単色化を行っている。このため、Ｘ線利用効率
（Ｘ線の取込立体角，Ｘ線の反射率）が従来の回折格子
を用いた装置のＸ線利用効率（Ｘ線の取込立体角，回折
効率）よりも高く、高いS/Nで信号を取り込むことがで
き、高精度で測定ができる。また、本発明では回折格子
を用いた場合に要求される高い精度のアライメント（回
折格子の角度，スリットの位置など）が不要となり組立
や測定が容易になる。また、本発明の装置では高価な回
折格子を必要としないので、安価に装置を製作する事が
できる。

【００４４】また、連続スペクトルのＸ線源を用いた場
合には、大まかな反射率，波長依存性を迅速に調べるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の概略図である。

【図２】（ａ）は酸素ガスをターゲットに用いたレー
ザープラズマＸ線源からのスペクトルである。(ｂ）は
分光用MoSi₂/Si多層膜ミラーの反射スペクトルの計算結
果の１例である。

【図３】第１の実施例によって多層膜ミラーを試料に
用いたときの反射率の入射角度依存性の実験結果であ
る。

【図４】本発明の第２の実施例の概略図である。

【図５】本発明の第３の実施例の概略図である。

【図６】本発明の第４の実施例の概略図である。

【図７】本発明の第１の形態である。

【図８】本発明の第２の形態である。

【図９】測定波長と許容されるＸ線ヒ゛ームの広がり角の
関係の計算結果である。

【主要部分の符号の説明】

１００，１０１，１０２，４００，４０１，４０２，５
００，５０１，５０２，６００，６０１，６０２…真空
容器、１０３，４０３，５０３，６０３…レンズ、１０４，４０４，５０４，６０４…レーザー光、１０５，４０５，５０５，６０５…ノズル、１０６，４０６，５０６，６０６…プラズマ、１０７，４０７，５０７，６０７…スリット、１０８，４０８，５０８，６０８…Beフィルター、１０９，４０９，５０９，６０９…分光用多層膜ミラ
ー、１１０，４１０，５１０，６１０…絞り、１１１，４１１，５１１，６１１…Ioモニター用マイク
ロチャンネルプレート１１２，４１２，５１２，６１２
…スリット、１１３，４１３，５１３，６１３…回転ステージ（θス
テージ）、１１４，４１４，５１４，６１４…回転ステージ（２θ
ステージ）、１１５，４１５，５１５，６１５…アーム、１１６，４１６，５１６，６１６…Irモニター用MCP、１１７，４１７，５１７，６１７…試料、１１８，４１８，５１８，６１８…試料ホルダー、１１９，４１９，５１９，６１９…直線導入機、４２０…第２の分光用多層膜ミラー、４２１…分光ミラーホルダー、４２２…直線導入機、５２０，５２２…回転ステージ、５２１…第２の分光用多層膜ミラー、５２３…直線ステージ、７００，８００…レーザー光、７０１，８０１…レンズ、７０２，８０２…プラズマ、７０３，８０３…スリット、７０４，８０４…フィルター、７０５，８０５…分光用多層膜ミラー、７０６，８０６…絞り、７０７，８０７…Ioモニター用MCP、７０８，８０８…スリット、７０９，８０９…試料、７１０，８１０…回転ステージ、７１１，８１１…回転ステージ、７１２，８１２…アーム、７１３…Irモニター（MCP）、８１３…Itモニター(MCP)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ２１Ｋ 1/06 Ｇ２１Ｋ 1/06 Ｄ 5/08 5/08 ＸＨ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５３１ＺＨ０５Ｇ 2/00 ５３１Ｍ 1/00 Ｈ０５Ｇ 1/00 ＫＲＦターム(参考） 2G001 AA01 AA09 AA10 AA20 BA11 BA14 BA15 DA09 EA02 EA06 EA09 EA20 FA03 FA04 FA29 GA03 GA13 JA01 JA06 JA08 JA20 KA20 PA07 PA12 SA01 SA10 2H042 DA08 DB02 DC02 DC11 DD04 DD06 DD07 DD08 DD09 DE09 4C092 AA06 BD05 BD19 5F046 GB01 GD20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルスレーザー光を減圧された容器中の標
的材料に集光することにより、該標的材料をプラズマ化
し、該プラズマより輻射されるＸ線（以下では、レーザ
ープラズマＸ線源，ＬＰＸと呼ぶ）、あるいは放電によ
り標的材料をプラズマ化し該プラズマより輻射されるＸ
線を試料に照射し、Ｘ線に対する該試料の反射率あるい
は透過率あるいは散乱を測定するＸ線試料検査装置に於
いて、該Ｘ線源からラインスペクトル群を輻射させ、該ライン
スペクトル群の内、１本ないし数本の線スペクトルを選
択して該試料上に照射することを特徴とするＸ線試料検
査装置。
【請求項２】前記標的材料として酸素(O)またはフッ素
(F)またはネオン(Ne)またはリチウム(Li)が含まれる物
質を用いることを特徴とする請求項１記載のＸ線試料検
査装置。
【請求項３】請求項１及び２記載のＸ線発生装置におい
て、１本ないし数本の線スペクトルを選択する手段とし
て、１つあるいは複数の多層膜ミラーまたは／及びフィ
ルターを用いることを特徴とするＸ線試料検査装置。
【請求項４】請求項３記載のＸ線試料検査装置におい
て、前記多層膜ミラーの少なくとも１つが多層膜球面ミ
ラーあるいは多層膜楕円ミラーあるいは多層膜放物面ミ
ラーなど曲率を持ったミラーを持ちいていることを特徴
とするＸ線試料検査装置。
【請求項５】請求項３及び４記載のＸ線試料検査装置に
おいて、複数の多層膜ミラー及び／またはフィルターを
有し、それらの多層膜ミラー及び／またはフィルターを
交換できる機構を有するＸ線試料検査装置。
【請求項６】請求項１から５記載のＸ線試料検査装置に
おいて、前記試料に入射するＸ線量を測定あるいは推定
するＸ線検出器を有し、該試料を回転させる機構と該試
料からの反射Ｘ線あるいは散乱Ｘ線を検出する検出器を
該試料を中心に回転させる機構を具備することを特徴と
するＸ線試料検査装置。
【請求項７】X線露光用の反射型マスクブランクスの製
造方法であって、前記請求項１から６のいずれかに記載のＸ線試料検査装
置を用いて該マスクブランクスの反射特性を測定する検
査工程を有することを特徴とするX線露光用の反射型マ
スクブランクスの製造方法。
【請求項８】X線光学系用のミラーの製造方法であっ
て，用前記請求項１から６のいずれかに記載のＸ線試料
検査装置を用いて該ミラ−の反射特性を測定する検査工
程を有することを特徴とするX線光学用のミラ−の製造
方法。