RU2775268C1 - Матрица тонкопленочных прострельных мишеней для рентгеновских источников - Google Patents
Матрица тонкопленочных прострельных мишеней для рентгеновских источников Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775268C1 RU2775268C1 RU2021137956A RU2021137956A RU2775268C1 RU 2775268 C1 RU2775268 C1 RU 2775268C1 RU 2021137956 A RU2021137956 A RU 2021137956A RU 2021137956 A RU2021137956 A RU 2021137956A RU 2775268 C1 RU2775268 C1 RU 2775268C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ray
- matrix
- targets
- windows
- perforated
- Prior art date
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title 1
- 238000005329 nanolithography Methods 0.000 abstract description 4
- 238000001015 X-ray lithography Methods 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005469 synchrotron radiation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 2
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium(0) Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к рентгеновским устройствам, применимым в качестве составной части источника рентгеновского излучения для задач рентгеновской нанолитографии. Изобретение предназначено для апробации концепции рентгеновской литографии на базе источника синхротронного излучения в диапазоне длин волн от 6.6 до 13.5 нм. Матрица состоит из рентгеновских окон и двух слоев, первый из которых имеет более высокую теплопроводность и рассеивает тепло, а второй производит большую часть рентгеновского излучения, генерируемого прострельной мишенью. Причем сформирован дополнительный управляющий компенсационный электрод, препятствующий электростатическому прогибу матрицы прострельных мишеней, при этом первый теплопроводящий слой конструкционно совмещен с рентгеновскими окнами и представляет собой единый элемент - перфорированный анодный электрод. Техническим результатом является возможность создавать многолучевой поток параллельно направленного рентгеновского излучения, генерируемого матрицей прострельных мишеней, в требуемом диапазоне длин волн с повышенной линейной направленностью, что способствует формированию более четкого топологического рисунка с разрешением до 20 нм. 5 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к рентгеновским устройствам, применимым в качестве составной части источника рентгеновского излучения для задач рентгеновской нанолитографии. Изобретение предназначено для апробации концепции рентгеновской литографии на базе источника синхротронного излучения в диапазоне длин волн от 6.6 до 13.5 нм.
Известна прострельная мишень, которая состоит из слоя материала, способного генерировать рентгеновское излучение, и прозрачной к рентгеновскому излучению подложки, необходимой для поддержки слоя мишени. Подложка образована из поликристаллического алмаза, причем размер зерна верхней части подложки меньше размера зерна в нижней части подложки [1].
К недостаткам данного устройства можно отнести отсутствие возможности создания многолучевого потока параллельно направленного рентгеновского излучения. Кроме этого, в процессе работы устройства, прострельная мишень может стать электростатически-нестабильной, что может привести к неправильной работе устройства, в частности, к появлению электростатической деформации.
Известна мишень прострельного типа в составе источника рентгеновского излучения, в которой рамка для поддержки рентгеновского окна разделена на 2 части - первую рамку, расположенную ближе к окну облучения, и и вторую рамку на внешней стороне первой рамки [2].
К недостаткам данного устройства можно отнести тепловое расширение материала мишени вследствие бомбардировки высокоэнергетичными электронами, что может привести к флуктуациям автоэмиссионного тока.
Известна рентгеновская прострельная мишень, являющаяся частью рентгеновской трубки, состоящая из металлической мишени, расположенной на подложке, и антистатического элемента, расположенного на поверхности подложки, противоположной поверхности, на которой размещается металлическая мишень. Мишень подавляет свой электростатический заряд и обеспечивает стабильную работу рентгеновской трубки [3].
К недостаткам данного устройства можно отнести отсутствие возможности создания многолучевого потока параллельно направленного рентгеновского излучения.
Наиболее близкая по технической сути, взятая за прототип, является матрица прострельных мишеней, являющаяся частью рентгеновского источника, состоящая из рентгеновских окон и двух слоев, первый из которых имеет более высокую теплопроводность и рассеивает тепло, а второй - производит большую часть рентгеновского излучения, генерируемого прострельной мишенью [4].
К недостаткам данного устройства можно отнести электростатическую нестабильность матрицы прострельных мишеней, в процессе работы рентгеновского источника, что может привести к появлению электростатической деформации матрицы прострельных мишеней, и, соответственно, к снижению линейной направленности рентгеновского излучения.
Задача настоящего изобретения заключается в повышение линейной направленности рентгеновского излучения, генерируемого матрицей прострельных мишеней, за счет уменьшения электростатического прогиба матрицы прострельных мишеней.
Суть настоящего изобретения заключается в том, что матрица прострельных мишеней, являющаяся частью рентгеновского источника, состоящая из рентгеновских окон и двух слоев, первый из которых имеет более высокую теплопроводность и рассеивает тепло, а второй - производит большую часть рентгеновского излучения, генерируемого прострельной мишенью, отличающаяся тем, что сформирован дополнительный управляющий компенсационный электрод, в то время как, первый теплопроводящий слой конструкционно совмещен с рентгеновскими окнами и представляет собой единый элемент - перфорированный анодный электрод.
Новым, не обнаруженным при анализе источников информации, в заявляемом устройстве является следующее:
Матрица прострельных мишеней позволяет создавать многолучевой поток параллельно направленного рентгеновского излучения для задач нанолитографии. Конструкция перфорированного анодного электрода представляет собой матрицу рентгеновских окон, формирующих направленность рентгеновского излучения. Высокоэнергетичные электроны, попадая на мембрану прострельной мишени, генерируют мягкое рентгеновское излучение, которое распространяется в направлении канала рентгеновского окна, тем самым матрица рентгеновских окон формирует многолучевой поток параллельно направленного рентгеновского излучения.
Дополнительный компенсационный электрод позволяет компенсировать электростатическую деформацию анодной мембраны до приемлемого уровня, за счет чего матрица прострельных мишеней создает многолучевой поток параллельно направленного рентгеновского излучения для задач нанолитогрфии.
На фиг. 1 представлено устройство матрицы прострельных мишеней, где 1 - матрица прострельных мишеней, 2 - компенсационный электрод, 3 - вакуумный корпус, 4 - мембрана прострельной мишени, 5 - перфорированный анодный электрод, 6 - рентгеновские окна матрицы прострельных мишеней размерностью n*n.
На фиг. 2 показана электростатическая деформация матрицы прострельных мишеней под действием электростатических сил. Стрелками обозначено направление вектора электрического поля.
На фиг. 3 показана электростатическая деформация матрицы прострельных мишеней в присутствии компенсационного электрода. Стрелками обозначено направление вектора электрического поля.
На фиг. 4 показан электростатический прогиб анодной мембраны DM вдоль линии LM для различных расстояний dCA (при напряжении VA, равном 2 kV), где линия LM - радиальная линия, проложенная от центра мембраны к ее краю.
На фиг. 5 представлено максимальное смещение 
анодной мембраны как функции от разности напряжений (VCE-VA)th на компенсационном электроде и анодной мембране в случае вариации dCA.
Конструктивно матрица прострельных мишеней 1 состоит из мембраны прострельной мишени 4 и перфорированного анодного электрода 5. Толщина мембраны прострельной мишени 4 должна составлять 100-200 нм, и должна быть выполнена из материала (например бериллий), обеспечивающего высокий коэффициент конверсии энергии электронов в энергию мягкого рентгеновского излучения. Перфорированный анодный электрод 5 изготавливают из материала с высокой теплопроводностью и высокой жесткостью, например, алмазоподобные пленки. Толщина перфорированного анодного электрода 5 не должна превышать 5-10 мкм для возможности формирования вертикальных отверстий, которые играют роль рентгеновских окон 6. Радиус отверстий рентгеновских окон 6 составляет 200-300 нм. На расстоянии 5-10 мкм от матрицы прострельных мишеней 1 располагается перфорированный компенсационный электрод 3. Компенсационный электрод 3 выполняется из материала с предельной жесткостью, например алмазоподобные пленки. Толщина компенсационного электрода должна составлять 10-20 мкм для возможности формирования вертикальных отверстий, которые предназначены для беспрепятственного пропускания рентгеновского излучения. Радиус отверстий варьируется от 400 до 800 нм.
На матрицу прострельных мишеней 1 подается потенциал, необходимый для создания градиента электростатического поля, требуемого для возникновения автоэмиссионного тока, между матрицей прострельных мишеней и матрицей автоэмиссионных катодных узлов. Автоэмиссионный ток под действием ускоряющего напряжения достигает мембраны прострельной мишени 4, в результате чего высокоэнергетичные электроны, взаимодействуя с материалом прострельной мишени, генерируют рентгеновское излучение, которое проходит через рентгеновские окна 6 в перфорированной анодной мембране 5, выполняющей роль теплоотводящего элемента. Рентгеновские окна 6 формируют направленность рентгеновского излучения, вследствие чего матрица прострельных мишеней 1 позволяет создавать многолучевой поток параллельно направленного рентгеновского излучения. Под действием электростатических сил, возникающих между матрицей автоэмиссионных катодных узлов и матрицей прострельных мишеней 1, происходит электростатическая деформация матрицы прострельных мишеней 1 (фиг. 2), что может отрицательно сказываться на широком спектре ключевых рабочих параметров рентгеновских источников - величине автоэмиссионного тока (приводить к его флуктуациям), угловой направленности рентгеновского излучения и, как следствие, разрешающей способности топологического рисунка, формируемого методами безмасочной рентгеновской литографии. Для устранения данного негативного эффекта предложена модификация конструкции матрицы анодных узлов, состоящая в добавлении к ней дополнительного управляющего компенсационного электрода 2 на заданном расстоянии от матрицы прострельных мишеней 1, электростатическое поле от которого компенсирует деформацию матрицы прострельных мишеней 1 (фиг. 3). Компенсационный электрод 2 представляет собой перфорированную мембрану, в которой отверстия самосовмещены с рентгеновскими окнами 6 в анодной мембране 5 (для беспрепятственного прохождения рентгеновского излучения сквозь компенсационный электрод).
Пример работы: перфорированная анодная мембрана представляет собой матрицу рентгеновских окон 300×300 элемементов с шагом 3 мкм. Материал анодной перфорированной мембраны углерод (diamond) при толщине hA=10 мкм, материал мембраны прострельной мишени бериллий при толщине hT=0.2 мкм, диаметр анодной мембраны и мембраны прострельной мишени составляет 1.5 мм. Величина напряжения на матрице прострельных мишеней составляет VA=2 кВ. Расстояние от матрицы прострельных мишеней до матрицы автоэмиссионных катодных узлов варьировалось от 10 до 20 мкм. На фиг. 4 показан электростатический прогиб DM анодной мембраны вдоль радиальной линии LM на ее поверхности при VA=2 кВ. Данный прогиб заметно превышает допустимый предел деформации 
равный 0.72 мкм для заданного диаметра мембраны (1.5 мм), при котором не возникает изменение угловой направленности рентгеновского излучения и искажение разрешающей способности рентгеновского нанолитографа в рабочем диапазоне напряжений. Включение компенсирующего электрода с управляющим напряжением VCE в состав конструкции матрицы анодных узлов приводит к заметному снижению ее деформации. На фиг. 5 представлена максимальная электростатическая деформация матрицы прострельных мишеней 
в присутствии компенсирующего электрода в зависимости от разности напряжений на компенсирующем электроде VCE и на матрице прострельных мишеней VA для различных расстояний между компенсирующем электродом и матрицей прострельных мишеней dACE (от 5 до 10 мкм). Минимальная (близкая к нулю) деформация матрицы анодных узлов наблюдалась в случае пороговых значений (VCE-VA)th, равных 1.15 кВ, 1.65 кВ и 2.25 кВ для соответствующих расстояний dACE - 5 мкм, 7.5 мкм и 10 мкм. При данных параметрах матрицы прострельных мишеней и компенсационного электрода создается многолучевой поток (300×300 лучей) параллельно направленного рентгеновского излучения, который может быть использован в безмасочном рентгеновском нанолитографе.
В результате предложенной матрицы прострельных мишеней, подбирая необходимые напряжения для компенсационного электрода, можно добиться многолучевого параллельно направленного рентгеновского излучения в требуемом диапазоне длин волн. В отличие от прототипа предложенная матрица прострельных мишеней дополнена компенсационным электродом, который препятствует электростатическому прогибу матрицы прострельных мишеней. В результате предложенная матрица прострельных мишеней формирует многолучевой поток рентгеновского излучения с повышенной линейной направленностью, что способствует формированию более четкого топологического рисунка с разрешением до 20 нм. Таким образом, предоставляется решение поставленной задачи по повышению линейной направленности рентгеновского излучения, генерируемого матрицей прострельных мишеней.
1. Европейский патент ЕР2887380.
2. Патент США US20170263412.
3. Патент США US8837680.
4. Патент США US9008278.
Claims (1)
- Матрица прострельных мишеней, являющаяся частью рентгеновского источника, состоящая из рентгеновских окон и двух слоев, первый из которых имеет более высокую теплопроводность и рассеивает тепло, а второй производит большую часть рентгеновского излучения, генерируемого прострельной мишенью, отличающаяся тем, что сформирован дополнительный управляющий компенсационный электрод, в то время как первый теплопроводящий слой конструкционно совмещен с рентгеновскими окнами и представляет собой единый элемент - перфорированный анодный электрод.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2775268C1 true RU2775268C1 (ru) | 2022-06-29 |
Family
ID=
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4029828A (en) * | 1975-06-23 | 1977-06-14 | Schwarzkopf Development Corporation | X-ray target |
| US5657365A (en) * | 1994-08-20 | 1997-08-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | X-ray generation apparatus |
| US20130259205A1 (en) * | 2010-12-16 | 2013-10-03 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Anode disk element with refractory interlayer and vps focal track |
| US8837680B2 (en) * | 2011-06-10 | 2014-09-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Radiation transmission type target |
| US9008278B2 (en) * | 2012-12-28 | 2015-04-14 | General Electric Company | Multilayer X-ray source target with high thermal conductivity |
| RU165638U1 (ru) * | 2015-11-24 | 2016-10-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" | Рентгеновская трубка с составным анодом |
| US20170263412A1 (en) * | 2016-03-14 | 2017-09-14 | Shimadzu Corporation | X-ray target and x-ray generation device having the same |
| EP2887380B1 (en) * | 2013-12-06 | 2019-01-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Transmitting-type target and X-ray generation tube provided with transmitting-type target |
| RU2709183C1 (ru) * | 2019-04-26 | 2019-12-17 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Эуф Лабс" | Источник рентгеновского излучения с жидкометаллической мишенью и способ генерации излучения |
| RU2716275C1 (ru) * | 2019-06-05 | 2020-03-11 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Широкодиапазонная рентгеновская трубка |
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4029828A (en) * | 1975-06-23 | 1977-06-14 | Schwarzkopf Development Corporation | X-ray target |
| US5657365A (en) * | 1994-08-20 | 1997-08-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | X-ray generation apparatus |
| US20130259205A1 (en) * | 2010-12-16 | 2013-10-03 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Anode disk element with refractory interlayer and vps focal track |
| US8837680B2 (en) * | 2011-06-10 | 2014-09-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Radiation transmission type target |
| US9008278B2 (en) * | 2012-12-28 | 2015-04-14 | General Electric Company | Multilayer X-ray source target with high thermal conductivity |
| EP2887380B1 (en) * | 2013-12-06 | 2019-01-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Transmitting-type target and X-ray generation tube provided with transmitting-type target |
| RU165638U1 (ru) * | 2015-11-24 | 2016-10-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" | Рентгеновская трубка с составным анодом |
| US20170263412A1 (en) * | 2016-03-14 | 2017-09-14 | Shimadzu Corporation | X-ray target and x-ray generation device having the same |
| RU2709183C1 (ru) * | 2019-04-26 | 2019-12-17 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Эуф Лабс" | Источник рентгеновского излучения с жидкометаллической мишенью и способ генерации излучения |
| RU2716275C1 (ru) * | 2019-06-05 | 2020-03-11 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Широкодиапазонная рентгеновская трубка |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20110026680A1 (en) | X-ray generating device | |
| US6259765B1 (en) | X-ray tube comprising an electron source with microtips and magnetic guiding means | |
| KR100867172B1 (ko) | 탄소나노튜브 기반의 ｘ-선관 구조 | |
| CN109473329B (zh) | 一种面发射透射式阵列结构的空间相干x射线源 | |
| US10453643B2 (en) | Shielded, transmission-target, x-ray tube | |
| US7868850B2 (en) | Field emitter array with split gates and method for operating the same | |
| JP2020009777A (ja) | 陰極構成体、電子銃、及びこのような電子銃を有するリソグラフィシステム | |
| JP2015191795A (ja) | Ｘ線発生装置 | |
| JP2010519681A (ja) | 可動マウントに取り付けられた電極を備えるイオンビーム加速装置 | |
| KR20070071918A (ko) | 탄소나노튜브를 이용한 오목한 그리드 구조의 엑스-선관 | |
| EP1719150B1 (en) | X-ray source | |
| RU2775268C1 (ru) | Матрица тонкопленочных прострельных мишеней для рентгеновских источников | |
| JP2005268025A (ja) | 電子放出素子 | |
| US10748734B2 (en) | Multi-cathode EUV and soft x-ray source | |
| US7576341B2 (en) | Lithography systems and methods for operating the same | |
| JP6445867B2 (ja) | 小型高電圧電子銃 | |
| KR20180065861A (ko) | 전계 방출 장치 | |
| KR100523170B1 (ko) | 전자빔 노광방법 및 그 장치 | |
| JP2007265917A (ja) | Ｘ線管及びその制御方法 | |
| CN209232723U (zh) | 一种面发射透射式阵列结构的空间相干x射线源 | |
| US6784438B2 (en) | Electron projection lithography apparatus using secondary electrons | |
| CN117597759A (zh) | X射线产生装置 | |
| TW201310494A (zh) | 帶電粒子束形成孔口及帶電粒子束曝光裝置 | |
| JP4204717B2 (ja) | 透過型ｘ線管装置 | |
| JP5661368B2 (ja) | Ｘ線発生装置 |