JP2018509635A - 大面積のｘ線検出器ウィンドウ用の改良材及び構造体 - Google Patents

Abstract

最大１００ｍｍの検出器ウィンドウの実施形態を開示する。最大１００ｍｍの口径に対して低い破損率を有する検出器ウィンドウを提供することが望まれている。検出器ウィンドウの望ましい特性としては、Ｘ線の減衰を最小限に抑えること、高強度に耐え得る性能、及び典型的には１気圧の高圧差に耐え得る性能が挙げられる。【選択図】図４Ａ

Description

関連出願の相互参照

本願は、２０１５年１月２２日に出願の米国仮出願第62/106,337号の優先権の利益を主張し、当該出願の全内容を参照により本願に援用する。

Ｘ線を利用する計測ツールでは、Ｘ線源の過酷なプラズマ環境と計測ツールの超クリーン環境とを分離する検出器ウィンドウが必要となる。図１は、検出器ウィンドウの使用態様を示す例示的な構成である。励起ビームによりＸ線源が生成され、生成したＸ線は、検出器ウィンドウおよび一式のシールドを通過し、熱量計によって検出される。検出器ウィンドウは、第一の汚染シールドと真空との境界面であり、内部シールドは、汚染および熱障壁である。検出器ウィンドウは、概して、ベリリウム、ダイヤモンド、グラフェン、ダイヤモンドライクカーボン、又はそれらの組合せからなる薄膜でできている。

検出器ウィンドウの膜は薄く、典型的にはフレームによって支持されるリブからなる構造体によって支持しなければならない。リブ、フレーム、又はそれらの組合せは、支持構造体として既知である。支持構造体は、ウィンドウの膜が撓んだり破損したりするのを防止する。しかしながら、支持構造体は、通過するＸ線とも干渉し得る。その結果、薄いウィンドウに最も高い強度を付与しつつ、可能な限り薄い厚みと幅を有するように、支持構造体を最適化しなければならない。

低温検出器アレイ、半導体リソグラフィ、及びパルス光源などの大口径の先端技術では、最大１００ｍｍの大面積の軟Ｘ線ウィンドウが必要とされる。既知の検出器ウィンドウは、比例してサイズ調整することができない。膜厚を増やすと、Ｘ線の吸収が増大する。さらに、膜厚を増やすと、より大きな膜を支持するために、支持構造体を比例してより大きくしなければならない。しかしながら、支持構造体の寸法を大きくすると、支持構造体の端部付近において、ピクセルのシャドーイングが発生してしまう。

最大１００ｍｍの口径に対して、破損率の低い検出器ウィンドウを提供することが望まれている。検出器ウィンドウの望ましい特性としては、Ｘ線の減衰を最小限に抑えること、高強度に耐え得る性能、及び典型的には１気圧の高圧差に耐え得る性能が挙げられる。

本発明の他の特徴や有利な点は、添付の図面を参照して、以下に詳細に説明する好適な実施形態において明らかになる。

検出器ウィンドウの使用態様を示す例示的な構成である。 グリッド支持体および薄膜の積層態様を示す例示的な構成である。 典型的なグリッド支持体の一部拡大斜視図である。 ドーム型グリッド支持体の一例を示す斜視図である。 図４Ａの一部拡大図である。 図４Ｂの５−５線に沿った断面図である。 積層ドーム型グリッドの断面図である。 各グリッドが異なるピッチである積層ドーム型グリッドの断面図である。 少なくとも３つの積層フォーカスグリッド支持体を有する検出器ウィンドウの透過光画像を示す。 ピッチが３８９ミクロンの積層フォーカスグリッドとピッチが３９０ミクロンの積層フォーカスグリッドとの別々の透過画像間の差画像を示す。 グリッド支持体の一部拡大図である。

以下の詳細な説明では、その一部をなす添付の図面を参照する。図面中、異なる図面において、類似または同一の符号を使用する場合、特に断りのない限り、一般に類似または同一の部品を示す。詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲に記載する例示的な実施形態は、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書にて提示する主題の趣旨または範囲から逸脱しない限り、他の実施形態を利用することができ、他の変更を行うことができる。当業者であれば、本明細書にて説明する構成要素（例えば、動作）、デバイス、対象物、及びこれらに付随する議論は、本発明の概念を明確にするための例として用いられ、構成要素の様々な変更が意図されていることを理解するであろう。従って、本明細書にて用いる特定の例示および付随の議論は、それらのより一般的なクラスの代表であることを意図する。一般に、任意の特定の例示は、そのクラスの代表例として用いていることを意図しており、特定の構成要素（例えば、動作）、デバイス、及び対象物を包含しないことによって本発明が限定されると解釈すべきではない。

本願では、提示を明確にするために、形式的な見出しを使用する。しかしながら、見出しは提示を目的とするものであり、異なるタイプの主題が本願を通じて議論され得ることを理解されたい（例えば、（１つ又は複数の）プロセス／動作という見出しの下で、（１つ又は複数の）デバイス／（１つ又は複数の）構造体を記載していることもあり、及び／又は、（１つ又は複数の）構造体／（１つ又は複数の）プロセスという見出しの下で、（１つ又は複数の）プロセス／動作を議論していることもあり、及び／又は、単一のトピックが２つ以上のトピックの見出しに及ぶこともある）。従って、形式的な見出しの使用は、いかなる限定をも意図するものではない。概観として、実施形態は、最大１００ｍｍ（１００ｍｍまで）の口径用の改良された検出器ウィンドウを提供する。

軟Ｘ線ウィンドウにはグリッド支持体が使用されている。しかしながら、グリッド支持体は製造コストが高い。品質が劣るグリッド支持体は、シャドーイングや蛍光を引き起こし、及び／又は壊れやすい。適切に製造されたグリッド支持体は、大面積の検出器ウィンドウを支持するのに必要とされる強度を付与することができる。積層グリッド支持体は、曲げモーメントのピーク値を低減し、少なくとも１、好ましくは１〜５の幾何学的アスペクト比を達成する。幾何学的アスペクト比は、入射ビーム方向のグリッド支持体の全厚をグリッドバーの幅で除した値として定義される。グリッド支持体は、とりわけ、単結晶シリコンのエッチング、フォトエッチング、又は機械操作などの任意の既知の方法で作製することができる。

図２を参照して、検出器ウィンドウ（１０）の例示的な構成を示す。検出器ウィンドウ（１０）は、共に積層した複数の層（１１，１２，１３）からなる。ここでは例示目的で３つの層を示しているが、本明細書に記載の発明は任意の数の層によって定義可能であることを理解されたい。少なくとも１つの層が薄膜であり、少なくとも２つの層がグリッド支持体である。一実施形態では、グリッド支持体（１２，１３）は、互いの上に積層され、及び／又は動作可能に取り付けられ、薄膜（１１）は、積層グリッド支持体（１２，１３）に動作可能に取り付けられる。別の実施形態では、薄膜（１１）は、グリッド支持体（１２，１３）に挟まれる。

薄膜は、ベリリウム、アルミニウム、ポリイミド、炭素、窒化ホウ素、又はそれらの組合せからなることができる。薄膜は、接着剤、金属結合、反応性ポリマーを用いた化学結合などの任意の既知の方法を使用して、グリッド支持体に動作可能に取り付けることができる。好ましくは、グリッド支持体は、ステンレス鋼、アルミニウム、炭素、チタン、ベリリウム、又はそれらの組合せから作製される。積層グリッド支持体は、エポキシ材あるいは任意の既知の取付け方法を用いて、動作可能に互いに取り付けられる。

図３は、グリッド支持体（１４）の典型的部分を示す。ここでは、グリッド支持体（１４）を六角形の形状を有するものとして示しているが、グリッド支持体の形状は、任意の幾何学形状とすることができることを理解されたい。図３、図４Ａ、図４Ｂ、及び図５を参照して、一実施形態では、典型的なグリッド支持体（１４）は、球欠またはドーム型グリッド支持体（１５）に変形される。図４Ａは、典型的なドーム型グリッド支持体（１５）を示す。

図６を参照して、一実施形態では、少なくとも２つのドーム型グリッド支持体（１５）が互いに積層し、及び／又は動作可能に取り付けられる。積層ドーム型グリッド支持体（１５）は、エポキシ材または任意の既知の取付け技術を用いて、互いに動作可能に取り付けられる。

一実施形態では、一方のドーム型グリッド支持体（１５ａ）のピッチ（１７ａ）が、他方のドーム型グリッド支持体（１５ａ）のピッチ（１７ｂ）と異なる。好ましくは、ドーム型グリッド支持体（１５ａ，１５ｂ）のピッチ（１７ａ，１７ｂ）は、２００〜５００の間である。好ましくは、ドーム型グリッド支持体（１５）は、軟質の拡散接合されたグリッドを用いて作製される。好ましくは、ドーム型グリッド支持体（１５）は、少なくとも８０％の開口領域（１６）を画定する。任意の薄膜を、とりわけ、接着剤、金属結合、反応性ポリマーを用いた化学結合などの任意の既知の方法を用いて、積層ドーム型グリッド支持体（１５）に取り付けることができる。

一実施形態では、薄膜は、２５ｍｍのウィンドウに取り付けられる、市販のＬＥＸ（登録商標）発光Ｘ線薄膜であり、ドーム型グリッド支持体（１５）はステンレス鋼から作製される。この実施形態では、検出器ウィンドウ（１０）は、検出器ウィンドウ面から５０ｍｍに位置する点源に対して、８０％の幾何学的透過率を有する。

共焦点顕微鏡を用いて、ドーム型グリッド支持体をＸＹＺ走査することで、検出器ウィンドウ（１０）上の張力、曲率、及び表面張力を直接計算することができる。この実施形態では、ステンレス鋼のグリッド支持体が４％だけ変形され、平均的なバー応力は２２０ＭＰａである。バー応力とは、グリッド支持体の一部であるバーにおける単軸応力であり、平均バー応力は、グリッド支持体の全体の体積にわたるバー応力の平均である。

図７を参照して、別の実施形態では、検出器ウィンドウは、少なくとも２つのグリッド支持体（１８ａ，１８ｂ）からなり、各グリッド支持体は、異なるピッチ（１９ａ，１９ｂ）を有する。グリッド支持体（１８ａ，１８ｂ）は、互いに積層され、及び／又は動作可能に接合される。積層グリッド支持体（１８）は、エポキシ材あるいは任意の既知の取付け技術を用いて、互いに動作可能に取り付けられる。積層グリッド支持体（１８ａ，１８ｂ）は、固定の焦点（２０）を有する。焦点（２０）は、ミリメートルから無限大の間で選択可能である。この幾何学的形状は、積層焦点グリッド（１８）として知られている。

積層焦点グリッド（１８）の幾何学的形状では、下側のグリッドバーが上側のグリッドバーの影の位置に配置され、その結果、グリッド支持体を追加しても、グリッドのオクルージョンはわずかな量しか発生しない。薄膜は、ベリリウム、アルミニウム、ポリイミド、炭素、窒化ホウ素、又はそれらの組合せからなることができる。薄膜は、例えば、接着剤、金属結合、反応性ポリマーを用いた化学結合などの任意の既知の方法を用いて、積層焦点グリッド（１８）に動作可能に取り付けることができる。好ましくは、積層焦点グリッド（１８）は、ステンレス鋼、アルミニウム、炭素、チタン、ベリリウム、又はそれらの組合せから作製することができる。

リソグラフィのアライメント及びメッシュの質は、積層焦点グリッド（１８）及び非積層グリッド支持体を透過撮像することによって評価される。典型的な結果を図８Ａ及び図８Ｂに示す。図８Ａは、少なくとも３つの積層焦点グリッド（１８）を有する検出器ウィンドウ（１０）の透過光画像であって、２つの積層焦点グリッド（１８）は、好ましくは２００〜５００ミクロンの間の、同じピッチを有する。３つ目の積層焦点グリッド（１８）は、他の２つとは異なるピッチを有するが、そのピッチは、好ましくは２００〜５００ミクロンの間である。

図８Ｂは、ピッチが３８９ミクロンの積層焦点グリッド（１８）とピッチが３９０ミクロンのグリッドとの別々の透過画像間の差画像である。外径の明るいリングは口径の違いに起因する。残留強度は、開口端付近で最も明るく、２つのグリッド支持体間のピッチ差によって引き起こされる。２つのグリッド間の開口まわりのパターニングエラーのサンプルは、平均して５ミクロン未満のパターニングの不整合を示す。

この実施形態では、積層焦点グリッド（１８）は、８８％の開口領域（１６）を有しており、バーの平均幅は２５ミクロンである。検出器ウィンドウ（１０）から２０ｍｍの位置にＸ線源が存在する場合、透過率は、検出器ウィンドウ（１０）の中央部で約８７％、端部で７８％である。この実施形態では、検出器ウィンドウ（１０）の端部における透過率は、無限遠の位置に存在するＸ線源に対して７０％になる。Ｘ線源が検出器ウィンドウ（１０）から約３０ｍｍの位置にある場合、透過率は、検出器ウィンドウ（１０）の中央部で８７％、端部で７４％となる。

図９を参照して、別の実施形態では、少なくとも１つのグリッド支持体（３０）が少なくとも１つの薄膜（３１）に動作可能に取り付けられ、グリッド支持体（３０）は、溝（３４）を画定する略指状のバー（３２）によって画定される。各指状のバー（３２）は、略同じバー幅（３３）を有し、グリッド支持体（３０）上で放射状（Ｒ）に分散配置される。この溝付きグリッド支持体（３０）は、遮断面積（areal blocking）を低減する。

溝付きグリッド支持体（３０）は、少なくとも８０％の開口領域を提供する。これに対して、当業界で既知であり、かつ同じ又は類似の設計ルールで作製された、典型的な六角形のグリッド支持体（図３）は、７６％の開口領域を提供する。加えて、溝付きグリッド支持体（３０）は、六角形のグリッド支持体の半分の蛍光しか生じない。

一実施形態では、バー幅（３３）は、少なくとも３０ミクロンである。一実施形態では、各溝（３２）は、少なくとも２１０ミクロンの開口部を有する。一実施形態では、溝付きグリッド支持体（３０）は、ステンレス鋼から作製することができる。一実施形態では、溝付きグリッド支持体（３０）は、カーボンファイバーやベクトラン（登録商標）といった超強力の低Ｚ材から作製することができる。薄膜は、ベリリウム、アルミニウム、ポリイミド、炭素、窒化ホウ素、又はそれらの組合せからなるものとすることができる。薄膜は、例えば、接着剤、金属結合、反応性ポリマーを用いた化学結合といった任意の既知の方法を用いて、溝付きグリッド支持体（３０）に動作可能に取り付けることができる。

Claims (20)

1. 少なくとも２つの積層グリッド支持体に動作可能に取り付けられた薄膜層からなる最大１００ｍｍの口径用の検出器ウィンドウ。
2. 前記薄膜は、ベリリウム、アルミニウム、ポリイミド、炭素、窒化ホウ素、又はそれらの組合せからなる群より選択される、請求項１に記載の検出器ウィンドウ。
3. 前記グリッド支持体は、ステンレス鋼、アルミニウム、炭素、チタン、ベリリウム、又はそれらの組合せからなる群より選択される材料から作製される、請求項１に記載の検出器ウィンドウ。
4. 少なくとも１つのグリッド支持体が、六角形の形状である、請求項１に記載の検出器ウィンドウ。
5. 少なくとも１つのグリッド支持体が、球欠またはドーム型グリッド支持体に変形される、請求項４に記載の検出器ウィンドウ。
6. 少なくとも１つのドーム型グリッド支持体が、軟質の拡散接合グリッドを用いて作製され、該ドーム型グリッド支持体は、少なくとも８０％の開口部を有する、請求項５に記載の検出器ウィンドウ。
7. 少なくとも２つのドーム型グリッド支持体が存在し、各ドーム型グリッド支持体は、ピッチを有し、一方のドーム型グリッド支持体のピッチは、他方のドーム型グリッド支持体のピッチと等しくなく、各ドーム型グリッド支持体のピッチは、２００〜５００ミクロンの間である、請求項６に記載の検出器ウィンドウ。
8. 少なくとも２つの六角形のグリッド支持体に動作可能に取り付けられた薄膜からなる最大１００ｍｍの口径用の検出器ウィンドウであって、前記薄膜は、ＬＥＸ（登録商標）発光Ｘ線薄膜であり、前記グリッドは、ステンレス鋼製である、検出器ウィンドウ。
9. 幾何学的透過率が少なくとも８０％である、請求項８に記載の検出器ウィンドウ。
10. 少なくとも２つのグリッド支持体に動作可能に取り付けられた薄膜からなる最大１００ｍｍの口径用の検出器ウィンドウであって、各グリッド支持体は、他のグリッド支持体のピッチとは異なるピッチを有し、前記グリッド支持体は積層され、該積層グリッド支持体は固定焦点を有する、検出器ウィンドウ。
11. 前記固定焦点は、１ｍｍと無限大の間にある、請求項１０に記載の検出器ウィンドウ。
12. ３つの積層グリッド支持体を有する請求項１０に記載の検出器ウィンドウであって、２つのグリッド支持体が同じピッチを有し、１つのグリッド支持体が異なるピッチを有し、各グリッド支持体のピッチは２００〜５００ミクロンの間であり、前記積層グリッド支持体は少なくとも８０％の開口部を有する、検出器ウィンドウ。
13. 複数の略指状のバーを有する少なくとも１つのグリッド支持体に動作可能に取り付けられた薄膜からなる最大１００ｍｍの口径用の検出器ウィンドウであって、略指状のバーの各々は、溝を画定し、略同じバー幅を有し、グリッド支持体上で放射状に分散配置される、検出器ウィンドウ。
14. 前記バー幅は少なくとも１０ミクロンであり、各溝は少なくとも１００ミクロンである、請求項１３に記載の検出器ウィンドウ。
15. 前記グリッド支持体は、ステンレス鋼、カーボンファイバー、ベクトラン、チタン、ベリリウム、又はそれらの組合せから作製される、請求項１３に記載の検出器ウィンドウ。
16. 少なくとも２つの積層グリッド支持体に薄膜を動作可能に取り付ける工程を含む、検出器ウィンドウの製造方法。
17. 前記少なくとも２つのグリッド支持体は、変形される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記少なくとも２つのグリッド支持体は、異なるピッチを有する、請求項１７に記載の方法。
19. 前記少なくとも２つのグリッド支持体は、共通の焦点を有する、請求項１８に記載の方法。
20. グリッド支持体に薄膜を動作可能に取り付ける工程を含む、検出器ウィンドウの製造方法であって、前記少なくとも１つのグリッド支持体は、複数の略指状のバーを有し、略指状のバーの各々は、溝を画定し、略同じバー幅を有し、前記グリッド支持体上で放射状に分散配置される、方法。

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