Оптимизация Анодной Мембраны С Прострельной Мишенью В Системе Источников Мягкого Рентгеновского Излучения Для Проведения Процессов Рентгеновской Нанолитографии

Abstract

In this paper, we propose a method for optimizing the design and composition of the anode membrane with a transmission-type target as part of a system of soft X-ray sources based on field-emission triodes for performing tasks in the field of X-ray nanolithography. It allows to prevent the degradation of the operating characteristics of the system when significant electrostatic deformation of the anode occurs under the influence of a control electric field in the inter-electrode space of the triodes. For this purpose, the inclusion of an additional control electrode in the system design is considered, which makes it possible to compensate for the deformation of the anode membrane to an acceptable level and thereby stabilize the operation of X-ray sources. A numerical model of the electrostatic deflection of the anode assembly in a modified design is developed, based on which the optimal composition and geometric parameters of the anode membrane with a compensating electrode are determined. In particular, the optimal distance between the anode membrane in the initial (undeformed) state and the compensating electrode was found (equal to 5 μm), at which a minimum voltage difference (about 1.15 kV) should be applied to these electrodes to prevent critical deflection of the membrane (0.72 μm with a membrane radius of 750 µm). It is also shown that, due to their extremely high hardness (>80 GPa), diamond-like films are the most promising material for the anode electrode. The results obtained can also be useful for the development of miniature X-ray generation devices for various applications.

Исследование Динамики Разогрева Анодных Узлов В Безмасочном Нанолитографе На Основе Массива Микрофокусных Рентгеновских Трубок

“…В целях обеспечения надежности и воспроизводимости процессов рентгеновской нанолитографии особое внимание следует уделять стабильной работе как отдельных элементов МРТ, так и всей системы в целом. В предыдущей работе [21] нами обсуждались методы и способы повышения электростатической стабильности матрицы анодных узлов. Однако не менее важным фактором, который сказывается на работе всей рентгенооптической системы, является ее устойчивость к температурным воздействиям, поскольку бомбардировка прострельной мишени высокоэнергетичными электронами (с энергией до 2 keV и выше) может вызывать серьезный разогрев матрицы анодных узлов.…”

“…Важным аспектом в конструкции матрицы анодных узлов является выбор материала электрода анода (> 95% объема матрицы анодных узлов), так как матрица анодных узлов должна обладать высокой прочностью, электростатической стабильностью, высокой теплопроводностью и теплоемкостью для быстрого отвода тепла и избегания перегрева данного узла. В работе [21] описаны способы и рекомендации для улучшения прочности и электростатической стабильности матрицы анодных узлов, поэтому в настоящей работе будет подробно рассмотрены способы снижения разогрева матрицы анодных узлов. На рис.…”

“…После выбора материала матрицы анодных узлов наиболее очевидным методом снижения разогрева матрицы анодных узлов представляется определение оптимальной толщины электрода анода. Уменьшение толщины электрода анода может привести к электростатической деформации и в последствии к слипанию матрицы анодных узлов и сетки (управляющего электрода), что было описано в статье [21]. На рис.…”

“…Далее с помощью реактивного ионного травления вытравливаются каналы под рентгеновские окна на всю толщину электрода анода. Необходимо отметить, что нижним пределом толщины анодного электрода можно считать 5 µm, так как более тонкий анодный электрод будет подвержен сильной электростатической деформации[21]. В то же время в случае выбранного диаметра рентгеновских окон 500 nm верхний предел толщины анода равен 10 µm, так как для указанного размера каналов реактивное ионное травление не позволяет достигать больших аспектных соотношений (> 20).Затем вне зависимости от выбора материала электрода анода проводится осаждение 2 µm борофосфороселикатного стекла (БФСС) и его оплавление в атмосфере N 2 .…”