NL8205001A - Inrichting voor het teweegbrengen van x-straling. - Google Patents

Description

-1- *. .

VO 3903

Titel: Inrichting voor het teweegbrengen van X-straling.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een voor het teweegbrengen van X-straling dienende inrichting omvattende een trefplaat die wanneer eerste oppervlaktegedeelten daarvan door electronen worden gebombardeerd X-straling teweegbrengt, en middelen, 5 die zijn ingericht om koelwater langs tweede oppervlaktegedeelten van deze trefplaat te leiden.

X-straling generatoren worden gebruikt voor diverse toepassingen die van praktisch belang zijn. Een belangrijk toepassingsgebied van dergelijke bronnen ligt op het terrein van X-straling lithografie. Een 10 illustratief X-straling lithografisch stelsel, dat wordt gebruikt voor het maken van structuren, zoals zeer-groot-schalige geïntegreerde halfgeleider inrichtingen, is beschreven in een artikel van M.P. Lepsel-ter, getiteld "Scaling the Micron Barrier With X-rays", gepubliceerd in Technical Digest 1980-IEDM, biz. 42. Een voordeel biedende water-gekoel-15 de X-stralingsbron die in een dergelijk stelsel kan worden gebruikt, is beschreven door J.R. Maldonado, M.E. Poulsen, T.E. Saunders, F. Vrat-ny en A. Zacharias, in een artikel getiteld "X-Ray Lithography Source Using a Stationary Solid Pd Target", gepubliceerd in J. Vac. Sci.

Technol. volume 16, biz. 1942 (1979). Een dergelijke bron is tevens 20 beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4,258.262.

Door mensen, die werkzaam zijn op het gebied van X-straling is voortdurend getracht de palladium trefplaat zoals beschreven in de bovenvermelde literatuurplaatsen, te verbeteren. In het bijzonder zijn deze pogingen erop gericht geweest om een zeer robuuste,voor hoog 25 vermogen geschikte palladium trefplaat te realiseren/üeisgekenmerkt door een uitstekende stabiliteit, lange levensduur en gering onderhoud. Ingezien was, dat een X-stralingsbron,waarvan een dergelijke trefplaat deeluitmaakt, een belangrijke basis zou bieden om een robuust en voor produktie geschikt X-straling lithografisch stelsel te realiseren met 30 voordeel biedende eigenschappen.

Volgens de uitvinding wordt aan bovengeschetste problemen tegemoet gekomen doordat X-straling van de in hetbovenstaande omschreven 8205001 . \ -2- soort/ is gekenmerkt door asnin diep te^beperkte, waterstof-barrièrelaag,die ineen genoemde trefplaat is gevormd en die zich vanaf genoemde tweede oppervlaktegedeelten uitstrekt.

De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht met 5 verwijzing naar de tekening, waarin:

Pig. 1 illustratief is voor een in doorsnede getekende water-gekoelde, stationaire trefplaat-anode volgens een conventionele op dit gebied van de techniek bekende uitvoering;

Fig. 2 illustratief is voor een gedeeltelijk afgemaakte tref-10 plaatanode met een op het buitenoppervlak daarvan neergeslagen laag volgens een kenmerk van de principes van de onderhavige uitvinding; en Fig. 3 illustratief is voor een volledig afgemaakte . trefplaat-anode met een daarin gevormde waterstof-barrièrelaag, een en ander volgens de uitvinding.

15 Bij wijze van een specifiek en illustratief voorbeeld zal in het onderstaande in het bijzonder een behandeling worden gegeven van een bepaalde uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding , waarbij een X-stralingsbron is geïncorporeerd in een X-straling lithografisch i stelsel. Het is echter vanzelfsprekend, dat een hoog-vermogen bron, 20 die is geconstrueerd op basis van de principes van de onderhavige uitvinding evenzogoed bruikbaar is voor verschillende andere toepassingen van prakisch belang, zoals bijvoorbeeld toepassingen op het gebied van studies betreffende breking, radiografie en tomografie.

Een X-straling lithografisch stelsel van de in bovenvermelde 25 literatuurplaatsen beschreven soort omvat een stationaire water-gekoelde trefanode. Een dergelijke anode 10 is weergegeven in fig. 1. Illustratief voor een dergelijke anode 10 volgens fig. 1 is dat deze 'een holle conus omvat, die is gemaakt van zuiver of in hoofdzaak zuiver jalladium met een wanddikte in het gebied van 200 tot 350 micrometer. De anode 10 30 is bijvoorbeeld door middel van een soldeerverbinding bevestigd in een cirkelvormige opening van een cilindrisch metalliek huis 12.

Elektronen, die in fig. 1 door punt-streep lijnen 14 zijn aangeduid, worden vanaf een gestandaardiseerde ringvormige cathode • (niet weergegeven in de tekening - zie bijvoorbeeld Amerikaans octrooi- 8205001 -3- i .....' .

schrift 4-258.262 -)zodanig gericht, dat zij een gedeelte van het inwendige oppervlak van de conische anode 10 treffen. Als gevolg van het bombardement van electronen emitteert de anode 10 X-straling die . zich, kijkend naar fig. 1, in benedenwaartse richting voortplant en die 5 is gecentreerd ten opzichte van de longitudinale as 14, teneinde aldus het bovenoppervlak van een conventionele x-straling masker-structuur (niet weergegeven in de tekening - zie bijvoorbeeld Amerikaans octrooi-schrift 4.258.262) te bestralen.

De conische standaard anode 10 die in. figuur 1 is weergegeven, 10 wordt gekoeld, doordat een waterstroom wordt geleid door de in het huis 12 gevormde kanalen, die zich langs het buitenoppervlak van de anode 10 uitstrekken, een en ander zoals meer gedetailleerd beschreven in bovenvermeld Amerikaans octrooi 4.258.262. In Fig. 1 is de stroomrichting van het koelwater aangegeven door de pijlen 16.

15 In de loop van de ontwikkeling van een hoog-vermogen trefanode voor X-straling lithografie, werd geconstateerd, dat de levensduur van een structuur van de soort zoals weergegeven in fig. 1, in de praktijk veelal kleiner was dan die, welke is vereist wanneer een economisch, robuust en voor produktie geschikt type X-stralingsstelsel moet worden 20 gerealiseerd. Gedurende de ontwikkeling werd ingezien, dat de hoofdoorzaak, waardoor de prèstatie-eigenschappen vaneen dergelijke anode te gering waren of slechter werden, daarin was te zien, dat waterstof in de palladium conus kon binnendringen vanaf en via het uitwendige of water-gekoelde oppervlak daarvan.

25 Vastgesteld werd, dat tusseierieLevaiófexanaf de tref anode 10 volgens fig. 1 geëmitteerde X-stralen en water, dat wordt gebruikt voor het koelen van de anode 10, een interactie ontstond. In het bijzonder werd geconstateerd, dat X-stralen die op het koelwater zijn gericht, er oorzaak van zijn, dat een gedeelte van het water disassocieert, 30 waardoor vrije waterstof-species wordt gevormd. Daarbij wordt op het buitenoppervlak van de anode 10 ,B^ species gevormd. Een gedeelte van de species diffundeert in de conische anode 10 langs kristallijne grenzen van het palladium materiaal. Bet aldus in de anode 10 geïntroduceerde waterstof vormt een verbinding van waterstof en palladium, die 8205001 -4- er oorzaak van is, dat aanzienlijke inwendige spanningen indepalladium kristallijn structuur ontstaan. Zulks leidt tot mechanische vervormingen en fysieke verstoringen in de anode-configuratie, in het bijzonder bij de relatief hoge temperaturen die tijdens de hoge-vermogens-werking 5 in het stelsel ontstaan. Veelal ontstaan spleetjes, barstjes en scheuren in de anodestructuur. Als een gevolg daarvan wordt afbreuk gedaan aan de mechanische samenhang van de structuur,waarbij veelal oververhitte plekken ontstaan, waarbij het in de praktijk voorkomt, dat de anode soms voortijdig defekt geraakt.

10 Bovendien kan waterstof species, dat door de volledige dikte van de palladium conus is heen gedefundeerd, terechtkomen in het hoog-vacuum gebied dat in hetinwendige van de conische anode is gevormd. Zulks kan op zijn beurt weer aanleiding geven tot een ernstige verslechtering van de opgegeven bedrijfs karakteristieken van het 15 stelsel.

Volgens de principes van de onderhavige uitvinding wordt een gestandaardiseerde X-straling trefanode zodanig gewijzigd, dat een werkzame waterstof-barrière-laag daarin is gevormd. De beginstap van de door aanvraagster voorgestelde procedure voor het wijzigen van de 20 anode is geïllustreerd in fig. 2.

Zoals is weergegeven in fig. 2 is op een hoofdgedeelte van het buitenoppervlak van de in het voorafgaande beschreven palladium anode 10 een laag 18 neergeslagen. Bij wijze van illustratie is de laag 18 gemaakt van een materiaal, dat is gekozen uit de groep die tin, lood, 25 silicium en germanium bevat.

Volgens een kenmerk van de principes van de onderhavige uitvinding is de laag 18 (fig. 2) bij voorkeur gemaakt van tin. Voor een trefanode met een dikte T in het gebied van 200 tot 350 micrometer, is een laag 18 van tin met een dikte van ongeveer 10 tot 25 micrometer 30 slechts op het uitwendige oppervlak van de conus ^neergeslagen. Een dergelijke tinlaag karn daarop worden aangebracht door toepassing yan verschillende op zich bekende standaard technieken.

Volgens een hiervoor illustratieve methode, wordt eenlaag tin op de conus 10 volgens fig. 2 gevormd door plateren. Als voorbereiding 35 voor de plateerstap wordt de conus 10 in de regel eerst chemisch 8205001 ; .........

.-5- gereinigd, bijvoorbeeld in ethyleen-dinitrllo-tetraazijnzuur .:-(EDTA), vervolgens in een mengsel van ammoniachloride en waterstof-chloride r-en opnieuw in EDTA. Vervolgens worden ad de oppervlakten van de conus 10 uitgezonderd die waarop de laag 18 moet worden neer-5 geslagen (zie fig. 2) gemaskeerd of op andere wijze beschermd, teneinde te vermijden dat geplateerd.tin zich daarop vastzet. Vervolgens wordt de conus geplateerd, bijvoorbeeld in een gestandaardiseerd tin-fluor-boraatbad. De conus is verbonden met de negatieve aansluiting van een gelijkstroombronüen draad (bijvoorbeeld gemaakt van platina) die in 10 het bad is gedompeld en om de conus heen is aangebracht, is verbonden met de positieve aansluiting van de bron. Vervolgens wordt een stroom van ongeveer 3 tot 10 milliampère per cm2 van het te plateren conus-oppervlak tot stand gebracht in het bad. Volgens een specifiek * voorbeeld werd in ongeveer 30 minuten bij een stroom van 10 milli- 15 ampère per cm*, een tinlaag met een dikte van 15 micrometer in korrelvorm neergeslagen op de conus 10, zoals is weergegeven in fig. 2.

Vervolgens wordt de met tin geplateerde conus uit het voorafgaande omschreven bad genomen, in gede-ioniseerd water gewassen en gedroogd. Zonder het in het voorafgaande beschreven erop aangebrachte 20 plateermasker ziet de geplateerde conus eruit zoals weergegeven in fig. 2. Gedeelten vancfe conus die.waren gemaskeerd, waaronder een ringvormig randgedeelte 20, werden niet geplateerd. Het randoppervlak 20 en een onderzijgedeelte van de conus moeten worden bevestigd, bijvoorbeeld door middel van solderen, aan het in het voorafgaande 25 genoemde‘huis 12.

Vervolgens wordt de geplateerde conus volgens fig. 2 bijvoor- -5 beeld geplaatst in een vacuum oven? waar een druk bestaat van 10 Torr of minder. Illustratief is, dat de temperatuur in de oven wordt opgevoerd tot een eindwaarde in het gebied van 650-1300 °C en wel 30 in een periode van 2-3 uur( Bij een specifiek voorbeeld werd een eindwaarde temperatuur van 1100°C bereikt in 2 uur). De gemonteerde conus wordt in de regel in de oven gelaten bij de eindwaarde-temperatuur gedurende een tijd van ongeveer 3-4 uur. Volgens een alternatieve methode kan worden verhit in een standaardoven bij een temperatuur 35 in het gebied van 650-1300°C en gedurende een tijd van 2-3 uur en in 8205001

F

-6- een atmosfeer van een inert gas, zoals argon of stikstof.

Gedurende de in het voorafgaande beschreven, verhittings- of uitgloêioperatie, wordt elk spoor van waterstof, dat in de palladium-structuur van de conus aanwezig zou kunnen zijn,daaruit verwijderd.

5 Gedurende de verhittingsoperatie wordt verder het.grootste gedeelte van het tin, dat in eerste aanleg is geplateerd op het oppervlak van de conus, gediffundeerd in een diepte-beperkt sub-oppervlakte gedeelte van de conus, waarbij dit tin daarin een legering of verbinding of verbindingen vormt van tin en palladium (in het bijzonder Pd^Sn).

10 Het eerder geplateerde oppervlak van de conus wordt in zijn aanvankelijke gladde toestand gelaten, waardoor een stroming van koelwater, die daarlangs wordt geleid, wanneer de gewijzigde trefanode wordt gebruikt in een hoog-vermogen X-stralingsbron, geen belemmering ondervindt.

Een gedeelte van het geplateerde tin verdampt.gedurende de in 15 het voorafgaande beschreven verhittingsoperatie. Bovendien beweegt een gedeelte van het tin langs de palladium korrelgrenzen en bereikt in feite het inwendige oppervlak van de conus. Maar later gedurende de reinigingsoperatie en nog later gedurende hetin eerste aanleg uitgevoerde elektronen-bombardement en verhitting, wordt het tin echter doeltreffend 20 vaiafhet inwendige-oppervlak van de conus verwijderd tot een diepte van tenminste 1 micrometer. Bovendien is het oppervlak van deze korrelgrensvoorkomens op het inwendige oppervlak van de conus verwaarloosbaar met betrekking tot het massa-oppervlaktegebied van het palladium. Wegens deze reden zullen invallende elektronen, die gericht zijn op het 25 inwendige oppervlak uitsluitend, zuiver palladium "zien".

In een specifiek en voor de uitvinding illustratief voorbeeld, waarbij de begindikte t (fig. 2) van de geplateerde tinlaag ongeveer 10 micrometer en de dikte T (fig. 2)van de palladium conus 10 ongeveer 350 micrometer was, had de in het voorafgaande beschreven sub-oppervlakte-30 laag een dikte van slechts ongeveer 0,1 tot 1,0 micrometer(afhankelijk van de temperatuur en de tijd). Deze sub-oppervlakte laag, die in fig. 3 is aangeduid door het verwijzingscijfer 24,strekt zich uit tussen het uitwendige oppervlak van de conische trefanode 10 en een begrenzing binnen de trefanode, die is aangeduid door de onderbroken lijn 26. (Ten-35 einde de tekening niet onnodig onduidelijk te maken en aangezien zoals 820 5 0 0 1........ ' ' --7-

* V

in het voorafgaande is uiteengezetjiet itffect verwaarloosbaar isy is in fig. 3 geen korrelgrenstin aangegeven).

De in fig. 3 weergegeven diepte-begrensde laag. 24 vormt in de praktijk een doeltreffende barrière tegen het vanuit de buitenzijde of 5 het watergekoelde oppervlak binnendringen van waterstof in de trefanode 10. Van betekenis is, dat deze waterstof-barrièrelaag stabiel is en in de praktijk op geen enkele nadelige wijze samenwerkt met het water dat wordt gebruikt om de trefanode te koelen gedurende een langdurige hoog-vermogen werking daarvan.

10 Van verder belang is, dat het inwendige oppervlak en een aanzienlijk gedeelte van de trefanode 10 beneden het inwendige oppervlak en zoals weergegeven in fig. 3 ,in feite geen verandering ondergaan gedurende de in het voorafgaande beschreven procedure, waarbij de water-stofbarrièrelaag 24 wordt gevormd. Zulks betekent, dat, zoals in het 15 voorafgaande is aangegeven, elektronen,, die zijn gericht op het inwendige oppervlak van de trefanode, uitsluitend zuiver palladium "zien". Daardoor blijft de gewenste X-stralingsemissie-eigenschap van een zuivere palladium trefanode onveranderd en wel als gevolg van de door aanvraagster voorgestelde waterstof-barrière-laag vjrmende proce-20 dure.

Na het in het voorafgaande beschreven verhittingsproces wordt de conus 10 vervolgens in de regel gereinigd.Bij een daarvoor illustratieve procedure wordt als •vcorbereüing voor de soldeeroperatie het randgedeel-te samen met het onderzijgedeelte van de conus in geringe mate afgesle-25 pen. Verder typerend is, dat het buitenoppervlak van de conus tevens chemisch wordt gereinigd en wel doordat de conus wordt gedompeld in EDTA, in ammoniachlorlde en in hydrochloridezuur. De gereinigde conus wordt vervolgens gewassen in gede-ioniseerd water.

Wanneer deze fase is bereikt, wordt de conus 10 geplaatst in 30 een geschikte gestandaardiseerde houder en op zijn plaats gemonteerd in het huis 12. Illustratief is hierbij dateen soHeerxing 22, die bijvoorbeeld is gemaakt uit een conventionele nikkel-goud legering (zoals Nioro soldeermateriaal vervaardigd door Englehard Industries,

Newark, New Jersey) wordt aangebracht tussen de conus 10 en het 35 huis 12, een en ander zoals is weergegeven in fig. 3.

8 20 5 0 0 1 ——~ f — .

♦ -8-

De soldeeroperatie wordt bijvoorbeeld uitgevoerd in een vacuum- -5 oven bij een druk van ongeveer 10 Torr. Illustratief is, dat een temperatuur van ongeveer 1000 °C die gedurende ongeveer 30 minuten wordt aangehouden, werkzaam is om de soldeeroperatie te voltooien.

5 Vervolgens wordt de conus extra gereinigd. Hiertoe wordt het buitenoppervlak van de conus licht afgeschuurd met aluminium-oxide, waarna een chemische reiniging volgt, doordat het geheel wordt gedoopt in EDTA en Triton-X (vervaardigd door Rohm en Haas, Philadelphia, Pennsylvanië). De gereinigde conus wordt vervolgens,gewassen in 10 gede-ioniseerd water. Wanneer die fase is bereikt, is de gemonteerde conus gereed om te worden geïnstalleerd in een X-stralingsstelsel.

Zoals in het voorafgaande werd beschreven, kan een tinlaag 18 (fig. 2) onder toepassing van een plateeroperatie worden aangebracht op een buitenoppervlak van de trefanode 10. Volgens de principes van 15 de onderhavige uitvinding kan de tinlaag echter onder toepassing van talrijke andere op zich bekende standaardmethodes worden aangebracht.

Een laag van de in het voorafgaande beschreven soort kan-bijvoorbeeld worden gevormd op het buitenoppervlak van de trefanoöe door tin in gesmolten toestand erop aan te brengen. Volgens een alternatieve 20 methode kan een geschikte tinlaag daarop worden gevormd onder gebruik-. making van een conventionele sputteroperatie, of door toepassing van een gestandaardiseerde chemische-damp-neerslagtechniek (CVD).

In het raam van de onderhavige uitvinding zijn bovendien andere materialen dan tin geschikt om te worden aangebracht op het buiten-25 oppervlak van de trefanode 10 (fig. 2) teneinde de laag 18 te vormen.

Deze materialen, die elk zijn aangebracht in de vorm van een laag met een dikte jt van 1-30 micrometer,omvatten lood (aangebracht door plateren, sputteren of CVD) en silicium of germanium (aangebracht door gestandaardisserde plasma-sproei technieken, sputteren,, of CVD).

30 Na te zijn aangebracht, wordt er voor gezorgd, dat andere materialen in de trefanode diffunderen en daarin een in diepte-begrensde waterstof-barrièrelaag vormen. Dit wordt bijvoorbeeld bereikt door middel van een verhittingsoperatie in een vacuumoven(of in een atmosfeer van een inert gas) en wel volgens dezelfde procedure als die welke in het 35 voorafgaande voor tin is beschreven.

8205001

Claims (6)

1. X-stralingsapparatuur, omvattende een tref orgaan (10) voor het teweegbrengen van X-straling wanneer eerste oppervlaktegedeelten daarvan worden blootgesteld aan elektronen-bombardement, en middelen dienende om koelwater. (16)langs tweede oppervlaktegedeelten van genoemd 5 tref orgaan te leiden, gekenmerkt dooreenin diepte-begrensde water stof-barrièrelaag (26) die binnen genoemd tref orgaan is gevormd en die zich vanaf genoemde tweede oppervlaktegedeelten uitstrekt.

2. Apparatuur volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat genoemd treforgaan is gemaakt uit palladium, en genoemde laag een verbinding 10 omvat van palladium en een materiaal dat is gekozen uit de groep, die is samengesteld uit tLn, lood, silicium en germanium.

3. Apparatuur volgens conclusie 2, met hé; kenmerk, dat genoemde verbinding Pd^Sn omvat.

4. Apparatuur volgens één van de voorafgaande conclusies, met 15 het kenmerk, dat genoemd treforgaan een hol conisch orgaan omvat, genoemde eerste oppervlaktegedeelten een betrekkelijk gering oppervlak-tegebiedsgedeelte vormen van het inwendige oppervlak van dit orgaan, genoemde tweede oppervlaktegedeelten een betrekkelijk groot oppervlakte-gebiedsgedeelte van het buitenoppervlak van dit orgaan vormen, en 20 de dikte van genoemde waterstof-barrièrelaag slechts ongeveer 10% van de totale dikte van het genoemde orgaan bedraagt.

5. Voor de fabricage van VLSI-inrichtingen dienend X-straling lithografisch stelsel met een lange levensduur en gedimensioneerd voor het afgeven van een groot vermogen,en voorzien van X-stralingapparatuur 25 volgens één van de voorafgaande conclusies.

6. X-straling lithografisch stelsel volgens conclusie 5, waarbij genoemde apparatuur een hol conisch orgaan (IQ) omvat met een inwendig oppervlak, waarvan gebieden deel uitmaken, die zijn bedoeld om te worden gebombardeerd door daarop invallende elektronen en welk orgaan 30 een buitenoppervlak bezit, dat is bestemd om te worden gekoeld, welk orgaan verder een in diepte-begrensde waterstof-barrièrelaag (24) omvat, die zich vanaf het genoemde buitenoppervlak uitstrekt in het genoemde orgaan, waarbij het resterend gedeelte van dit orgaan is 8205001 ' -10- gemaakt uit in hoofdzaak zuiver palladium/βι wélke laag bestaat uit een verbinding van palladium en tin, waarbij verder middelen zijn aangebracht, dienende om een stroom van koelwater (16) te leiden langs het overgrote gedeelte van tiet genoemde buitenoppervlak. 8205001