Отражательная рентгеновская оптика для микроскопии и литографии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

И 6 2 9 3,

РОССИЙСКАЯ А1ШШМ НАУК ФИЗИЧЕСКИЙ ШСТИГУТ 1ШЕНЙ П. Н. ЯЕБЕДйЗй

На правах рукописи

УДК 533.312:537.531

АРТШОВ ИГОРЬ АНАТОЛЬЕВИЧ

ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ РЕНТГЕНОВСКАЯ ОПТИКА ДЛЯ МИКРОСКОПИИ И ЛИТОГРАФИИ

Слзциалънссть 01.04.03 - оатяка

Автореферат

диссертация на соксканае ученой степвнс кандидата фиэико-ыатекатнческих паук

МОСКВА, 1992г.

Работа выполнена в ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН

Научный руководитель:

член-корреспондент РАЕН доктор физико-математических наук-

А. В. Виноградов

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук кандидат физико-математических наук

JI. В. Беляков В. Л. Канцырев

Ведужая организация: Московские инженерно-физический институт

Защита состоится 22 февраля 1993 гола в 9 часов на заседании Специализированного Ученого Совета К002.39.01 Физического института им.П.Н.Лебедева РАН по адресу: г.Москва. Ленинский проспект, 53.

С диссертацией иохно ознакомиться в библиотеке ФИАН. Автореферат разослан 22 января 1993 года.

Ученый секретарь Специализированного Совета

канд. физ.-мат. наук В. А. Чуенков

• .'нкаЯ 5>..5л: гла

Г Г".':!

"1 "

ОНШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность теш. Мягкий рентгеновский (МР) дизпззоа элвктро-ыагнитного излучения ( длины волн л. ~ 10 - 300 2 ), в после дши. 20 лат стал активно осваиваться для различных приложения в азукя и технике. Создание на основе высокой технологии специальные ра-птгглосптпчбскио системы позволили распирать я воЗтв ноше Оба»" сти применения рентгеновского излучения. Црвызром могут являться; рентгеновская микроскопия и ттогрэЗия.

Коротковолновое по сравнению с видимым диапазоном рентгеновское излучение позволяет перешагнуть предел разрешения в изображении микрооб'ектов. Рентгеновская микроскопия,' обладая высоким контрастом, делает возможным исследования биологических образцов живых тканей и организмов, не подвергавшихся требуемым в электронной микроскопии дегидрализеции, металлизации л т.п. Нэ~

6АЕЕ8НИ9 бИОЛОГЯЧССКИХ процссссв 3 ЕЙЕОй клзтк9, ПО-ЗЮЯОДУ, позволит непосредственно увидеть рост и деление клзтки с рэзре-петг'ем дучпе 0.1 ижм, что явится новой ступвньп в кппряздвшг нознзппп процессов старения и лечакия раковах опухолей. Необходимо отметить, что, наряду с высоким разрепением, рентгеновская ¡.зжроскоппя позволяет полутать информацию, не достсшздую з видимом диапазоне, относительно распределения различных элементов, химического состава и др.

В материаловедении объектами микроисследований в 6К- дизпб--зоне также могут являться физическая и химическая структуры при-' поверхностных слоев твердых тел, тонких пленок и наноструктур.

Замена оптической литографии рентгеновской в процессе производства интегральных схем позволяет не только перейти к промышленному выпуску микроэлектронных структур с субмпкроннымп размерами 0,1 мкм), но и сделать этот процесс экономически вы-

годным. При атом проекционная рентгеновская литография с разрешением лучше 0,1 мкм является перспективной для создания принципиально новых устройств наноэлектроники и нанотехнологш. Цели работы I.Теоретическое рассмотрение рассеяния и отражения ЫР излучения на микрошероховатостях при малых углах скольжения с учетом приповерхностного переходного слоя.

2. Исследование концентраторов неволоконного типа для применения в области рентгеновской литографии.

3. Расчет и анализ двухзеркальных рентгенооптических систем для рентгеновской микроскопии и проекционной рентгеновской литографии.

4. Создание и отладка эффективной программы численного моделирования сложных оптических систем рентгеновского диапазона. Научная новизна I. Определено влияние приповерхностного переходного слоя на рассеяние МР излучения на поверхностных шероховатостях. Выявлена зависимость величины полного интегрального рассеяния и формы индикатрисы рассеяния от размеров переходного слоя.. Впервые размер переходного слоя определен из экспериментально измеренной индикатрисы рассеяния.

2. Рассмотрена возможность применения рентгеновских концентраторов неволоконного типа для увеличения плотности потока при экспонировании в рентгеновской литографии. Определены основные характеристики рентгеновских концентраторов и требования к ним. Предложено рентгенооптическое устройство, имеющее максимально возможную эффективность преобразования излучения рентгеновского

точечного источника в параллельный пучок - спиральный коллиматор, а также концентратор позволяющий получить равномерную засветку на заданной плоскости при использовании точечного

источника.

3. Исследованы изображающие характеристики рввтгеяооптичз--скях систем для рентгеновской проекционной днгографш и микроскопии. Даш практические рекомендации для реализации предложенных оптических конфигураций в сксперинеяте.

4. Специально для анализа слоит омтечвскнх систем рентгеновского диапазона разработана программа численного модалвро-вания хода лучей.

Првктичзская цепкость работы Проведенные в двссергации пссдодо-ванил могут Сыть использованы для:

1. Исследования поверхностных и црштовбргноетаых слоев различных материалов.

2. Создания концентраторов для увеличения производительности рентгеновского литографического процесса, з заказ для рентгеновских установок ждкфяха;®: оЗ'еиняк и Еоверхтаслтда свойств твврдих тел.

3. РазрабоiKii ?t рзго-гевлекия раапчиюзекщ: K'ltpoccпев к ^ст-эяовск дм прозкшокной рептгеноаской яггор&афж. н£_3®?2у ешюсятся осноянме результате даосерт^шш, яйлеявшше ь кекцо настояшчй работа.

Апробация работа Основные результаты диссертаща дсклсдазались на кощереншв: Неадуизродзогс. СЗдастгз ПРТЕ (Игр?1». Фретиия, 1383 г.), II советско-китайском семннаро (Ленинград, 1Э91 г.к Меадународной конференции по рентгеновским лазерам (йлиерзее, Германия, 1992 г.), XI и III Всесоюзных семинарах по мшеролнто-график (Черноголовке, 1989 г.; 1990 г.), IX Меяяуьвродаой конференции по физике ВУФ (Гонолулу, США. 1989 г.), а также на научных семинарах сектора теоретической радиофизики и оптического отдела Физического института РАН, кафедры физики твердого тела МИФИ.

Публикации На защиту выносится основные результаты, представлен-

- 4 "

нив в 12 научных публикациях .

Об'ен 'работы Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов, содержит 200 страниц машинописного текста, 51 расупох, 10 таблиц и список литературн из 229 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обсувдается актуальность теш диссертант, формулируется цзль работы и кратко излагается ее содзрнание.

Первая глава диссертации является обзорной. В ней представлены основные результата работ по разработке е пргаззнекш> рзнг-генооптических элементов различного тша: зеркал скользящего падания, зонных пластинок, многослойных Ентерфэрзадвонвш: структур (МИС), зеркал тша "шепчущей галлерзи". Сфэрмуллрованы требования, пред'являемые к качеству изготовдэшя рентгеновских зеркальных элементов. Представлан исторический обзор нсследовашШ по разработав рентгеновской оптшсн для шкросконги и латогрз^гз.

Вторая глава рассматривает отрезэннз и рассеяние рентгеновских зеркал при скользящем падании в отсутствие к при пэлгжя переходного слоя. Поверхностный переходной слой представляет собой плавкое изменение оптических свойств вглубь весества.

Аналитичность, функции дязлзктряческой проницаемости £(z) позволяет сделать ряд общих выводов о поведении зависишстп от-рааення от угла скользкшкш, однако для получения Е анализа коэффициента отражения необходимо задать явный вид функции s(z). В диссертации использовалась следующая модельная зависимость:

1 - е

e0(z) = 1--1 j I + th-

Ч1

(1)

2 1- 2L

где L - толящна переходного слоя.

Выражение для козф&щиакта отраязнкя от потенциальной ступеньки вадз (2) записывается в виде:

плв„, * I Г

\ Г(у0+ н-о > г<г'о+ ¡V ^ 1

/я ■

гдз Г(е) - гзу?4еч.у/!ла.шя, в гнрг.'лзгры уп и ¡V оцрзлелош схздуз-

"о "

г/?.

(Дд= 1Ы. 81п0.

поь^рштчваго ьореходпсгс слэ~ пг^слет к особзшгостям з угловой запзсшости коэС&эдази'га отратания: а оС-л?.ст ШО (90< вс) на кривой \О0) возникает характерная "полочка" (дополнительная точка перегиба) (при 0); при выхода из области ПВО (90> 8С) козфЗвдкэнт отракэнкя спадает экспоненциально прп увеличения угла скольжения 90, а на по степенноглу _;;•»•. л сл.учзв ттЗмТтхпш теэдчлэ I

рассмотрены также зеркала типа "шепчущей галлереи", осно>зайь.кб

яйляоЮп ьозоропюо реаггсагьскго юрка."?. црз т^СЖ

глздкуя вогнутую поверхность углового раствора ф (з простейшем случае - поверхность кругового цилиндра), на которую под малым угло» окольчзряя г.адсэа- луч.

Есла на поверхности такого, зеркала существует переходной, слой, то при 0о -> 0 получаем значение козфхгпшенгэ отракотсгя ох поворотного зеркала при повороте угла на угол ф

- б -

В(,(ф) ■= окр[ - 2ф1га[<1 - е+)"1/2 -

- 2КЫЧ1 + kL(1 - ej,/2)]j. (3)

где Р(е) = Г' (z)/T(s) - псн-функция.

Шшяшз тьаргностЕого парзходаого слоя на коз№щкент охранения от поворотного зеркала мало, если параметр s < я, ели

i = ~ 30+100 Я ». ъ. (4)

2Е8С

При экспвршантальнон исследовании поверхностного переходного слоя по зеркальному отрашнио необходимо учитывать умень-аеыиз отражения за счет рассеяния на мелкомасштабных шероховатостях. Для выяснения роли эйзктов, связанных с рассеянием, необходимо одновременно с кривой отракенкя R(0O) знать и угловое распределение.рассеянного излучения (индикатрису рассеяния).

В случ8а шероховатой границы раздела с переходным слоем выражение для диэлектрической проницаемости имеет вид:

- 1 - е* f ' 2 - СФ) 1

e(i) - 1--- 11 + tb- . (5)

2 1 2L J

где уравнение г = задает fiopjy граница раздела-, - случайная функция, онредолягезая ее статистические свойства, р = (х,у) - двумерный вектор в плоскости oxy.

Рассматривался наиболее практически интересный случай свзрхглздкпх поверхностей, когда шероховатость поверхности приводит лишь к незначительно;^ возвдзшоо поля вдалк от границы рзздала. в этом случае болновоо уравнение можно решть используя ыотод всзмушеиий. Тогда посла статистического усреднения ыоано получить следуздее ьырвяеше для коэффициента интегрального рассеяния:

27с тс/г

S = f f ф(0,ф) созв d8 dcp , (6)

o o

где углы о и <p показаны на рис.1, а 5>(6,ф) -индикатриса рассеяния:

v4 v иСч.о,,)!2 „ Ф(в.«р) = -V 11 - ej" -XF(3 - ^ . (7)

BinG0

Г(г> - ц ) Г(1 + v - м- ) r(v0- ti0) Г(1 t v - ¡i0)

j(q(!v ) ---х

^ Г(1 + 2V ) Г(-2(1 ) Г(1 + 2V0) Г(-2|Х0)

1

х / tV*V0 d-t)^*^ F(H+V, H+V+1; 2V+1 ; t) x O

x Fí^+Vj,, ^+VQ+1; 2V0+1; t) dt , (8)

v0- - í!ib(ein29L,- б+н- t7j1/2, v = - lkL(Bln28 - 0+t )!/2-n0- <KLHine0 , Ц = tkla in9 .

3 выражениях (7) -(8) %({5) = <£(?)£ (5н]5)> - корреляционная функция высот шероховатостей и, в частности, %(0) = -Ас2» - среднеквадратичная высота шероховатостей, Í и ^ - проекции волновых векторов падающего и рассеянного излучения на плоскость ОКУ, углы 80, 6 и ф показаны на рис.1, F(a,p;7;z) - гшшргеометричес-кая функция, Г (г) - гамма-функция.

Наличие поверхностного переходного слоя мало сказывается на форме индикатрисы рассеяния, если падавдий пучок лежит в области ПВО (б0< ес). Напротив, если падающий пучок летт впв области ПВО (90> 6с), то влияние переходного слоя мэкет приводить к существенному возрастанию пика аномального рассеяния и уменьшению (и даже исчезновению) пика рассеяния в зеркальном направ-

-а -

Рис.1 Геометрия расеешиг рентгеновского излучения от шероховатое повархност®.

?ис.2 Изменение формы индикатрисы рассеяния П(6) при изменении приведенной толщины переходного слоя: эг = 0(1),г=1(2),ае = 2 (3), г до а = 2т?ь/Х « (0,03 * 0,1)ъ [Я]. Корреляционный параметр шероховатости (а -радиус корреляции) равен цс=10 для а

и в и (лс= i цля б и г. Угол сколькения падающего пучка равен е0~ о,бес (в и б) и 0о=1,5ес (в н г).

лении, т.е. к усилению эффекта Ионеды (см. рис.2). Тем самым, анализируя форму индикатрисы рассеяния в условиях эффекта Ионеды, мокно определить параметры поверхностного переходного слоя.

По экспериментальной индикатрисе рассеяния с ярко вырвкен-ным эффектом аномального рассеяния количественное описание экие-римента было получено в предположении, что на поверхности вещества (оргстекло) имеется переходной слой толщины ъ = 18 X.

Коэффгптиент интегрального рассеяния обычно определяется как отношение'рассеянного потока к падающему: Б(0О) = оа/о1, но здесь будем использовать и другой способ определения: £(в0) * с^/сз^.< коэффициенты Б и Э связаны следующим образом: Б(90) к 3(0О) \(Э0), где \(б0) - коэффициент охранения от идеально гладкой поверхности ). Коэффициент гз описывает распределение всего отраженного от поверхности излучения между зеркально отраженной и рассеянной компонентами.

Из расчетов Бив мояно сделать следующие выводы:

1. Если падавдий пучок лежит в области ПВО (90< 9„), то влияние переходного слоя на коэффициенты Б и £5 относительно невелико. Отметим, что для малых радиусов корреляции (цс= I) переходной слой с ж = 2 (ь = 10* 20 Я) приводит к уменьшению рассеяния примерно в 1,5 раза. Последнее обстоятельство означает, что искусственно создавая на поверхности рентгеновских зеркал переходной слой толщиной в десятки - сотни ангстрем, можно уменьшить, по крайней мере, в 1,5+2 раза рассеяние от мелкомасштабных шероховатостей (с малыми радиусами корреляции), т.е. рассеяние на больше угла.

2. Если падающий пучок лежит вне области ПВО (90> 9 ), то коэффициент Б быстро уменьшается с увеличением толщины переход-

вого слоя ь, т.е. уменьшается абсолютная величина потока рассеянного излучения. Напротив, коэффициент I при увеличении ъ возрастает, т.е. по отношению к зеркально ограненному пучку доля .рассеянюго излучения увеличивается.

В третьей главе описывается программа численного моделирования хода лучей, разработанная специально для анализа сложных рентгеновских оптических систем с учетом различных визических аффектов, например, рассеяния на поверхностных шероховатостях.

. Эта программа использует статистический подход, который по сравнению с да терминированным подходом позволяет сравнительно просто учитывать рассеяние на шероховатостях. Представлены примеры различных способов вывода информации - результатов счета . программы. В качестве примера использования програшы представлен расчет двухзеркальной оптической системы для фокусировки излучения рентгеновского лазера: t^-12 % энергии рентгеновского пучка фкусирутся в пятно размером 6 мкм, что позволяет получить плотность потока ~ R^-IO14 Вт/си2, где гц^ - произведение коэф-- фициентов отражения верка л.

Четвертая глава исследует возможность использования рентгеновских концентраторов для контактной рентгеновской литографии, предельные возможности которых характеризуются свойствами "идеального" рентгеновского концентратора.

Для конструирования идеального рентгеновского концентратора рассмотрим кривую, на которую любой луч, испущенный точеч-. ным источником о (см. рис з), падает под одним и тем кв углом .. скольжения <р0:. Такой кривой, как известно, является. логарифмическая спираль; описываемая как

р(Ф) - р0ехр , (р* , (9)

*8Ф0 2 „

де р. ф - полярные координаты. Оборвем ее при угле ф = ф0, так что в точке А касательная параллельна оси г. Область изменения полярных координат в (9) определяется неравенствами

% - Ф0

Ф0 * ф « % , р0 1 р ® р0 ахр- .

<Р0

Можно доказать,что система, образованная вращением этой спирали вокруг оси ог, преобразует излучение точечного источника в пучок с расходимостью 2ф^ на выходе коллиматора.

Рассмотрим теперь последовательность поверхностей, образованных вращением спирали АВ с уменьшающимся параметром ф0. Тогда каждый луч, выходящий из источника, будет падать на поверхность под все меньшим углом скольжения и огибать ее за счет все большего числа отражений. При этом расходимость излучения на выходе коллиматора будет уменьшаться. В пределе Ф0 -> 0 каяшый луч будет падать на поверхность под нулевым углом скольжения и далее скользить вдоль нее (эффект шепчущей галереи), а расходимость излучения на выходе также будет стремиться к нулю. Тем .самым, рассматриваемая последовательность поверхностей вращения в пределе Ф0-> 0 дейтвительно направляет излучение точечного источника вдоль оси г. При этом, если бы отражающая поверхность была непо-глощавщей ( 1ш е = 0), то эффективность преобразования у{К) излучения точечного МР источника в коллямированный пучок была равна I, Для реального материала выражение для эффективности преобразования у(ср) (часть мощности точечного источника, преобразованная з параллельный пучок) спирального коллиматора имеет вид:

пах ^ , ^ ^ _

ЭДективность г,аах(А.) полностью определяется оптическими

гни, излучаемой источником в телесный угол 2т, как функция длины волны М Ф - спиральный коллиматор, * -параболоид вращения)

О во «во зоо Ко г

№.5 Форма поверхности концентра Рис.6 Плотность потока излуче-гора равномерной засветки ния на поверхности мишени с

использованием конентратора, показаного нд рис.5

KoacvsBVsm йвкзстза отра:.-:ага;зй поезрхнсстя а ее валгаша мзпьше 1 юлысо ыз-за- i'oro, что все материалы являйся поглощающими в UP диапазоне. Для дущиг материалов (ш, с, ЫН) эффективность преоОразования составляет 50-90 %. что в Ю - I03 раз больше, чем для параболоида (см. г.ис.4). В отличие от параболоида в<£Фох-тивность спирального коллиматора в коротковолновой области не падает, « возрастает и стремятся к I. Значения v могут служить точками отсчета при рассмотрении рентгеновских концентраторов для литографии.

Принцип контактной рентгеновской литографии заключается в экспонировании резиста сквозь шаблон (маску), находящийся э' непосредственной близости ют поверхности фоторезиста. При этом к эспонируодему излучению выдвигается ряд заэстких требований по расходимости и равномерности плотности потока: локальная расхо-дшссть выходящего излучения adlv* 10 рад, для элементов с ¿=0,1 шсм; максимальный угол отклонения от нормали падающего излучения на розистэ an л ю~2; неравномерность засветки области экспозиции, iq/q s 5+10.

При этом применение специального рентгеновского концентратора для точечного (несинхротронного) источника должно обеспечивать: увеличение плотности потока на рзонстс (по сравнении с таким же рзсшлодапгсй, ко 0эз кокцелтрагсра), до крайней «зре, а Р i 100 раз.

Результаты расчетов распределения интенсивностей излучения

па доводе кошжь'грктсров оргушдсШг в пгрьс'олкчеикои торга (без учета реального косиНмциента отражения шюгослойного покрытия, т.е. в предлотеотд а ■■ 1СС%) иок&слыштt sw cjppsriec&rit концентратор позволяет собрать v " 1,6% энергии, в то время как ра-

вюмерность освещения оказывается приешшшй уже при при v = 28,8 случае параболического зеркала ограничивающим фактором является именно равномерность освещения, что позволяет собрать в .4,6 раза больше энергии. - v = 6,8 %.

Реально достигнутый в настоящее время коэффициент отраве-ния многослойного, зеркала при Я=4,4 нм составляет R = 23 % при теоретическом пределе R <• 60 %., что позволяет увеличивать эффективность концентратора при дальнейшем совершенствовании покрытия. Однако, дата при 'R » 23 % эффективность концентратора такова, что позволяет повысить долю полезно используемой энергии по сравнению с существующей схемой контактной рентгеновской литографии (на основе рентгеновской трубки) в 320 раз для сфери-. ческого зеркала в в 1360 раз для параболического.

' Кроме офарического и параболического концентраторов нормального падения в диссертации рассмотрены возмояные конфигурации параболического концентратора скользящего падения и шепчущей галлереи. Недостаток этих элементов - - это неравномерная (п в уз' кой полосе) засветке, в то время как существует поверхность спе-' циальной формы - концентратор равномерной засветки.

Полученная в диссертации система дифференциальных уравнений описывает форму поверхности концентратора, позволяющего получать на поверхности мишени любой профиль плотности потока q(r) цри заданной индикатрисе излучения точечного источника w(cp). и коэффициенте отражения R.

Для рентгеновской литографии, очевидно необходимо, чтобы q(r)= oonst. При этом в приближении изотропного светящего точечного источника'и R * I форма концентратора равномерной засветки описывается в полярной системе координат р(ф) с помощью обыкно-

векаого неищейного дифференциального уравпяния первого яорядка и находилась численным методом.

На ]жс,5 похсзааиа верхняя часть поверхности яонцаптроторв равномерной адсяеткч, обвопечгоаэдето равномерную засветку тко-

аслд pasr.couoí! около 40 ..-¡л с укелкчеггае.ч ьтатност логокэ в 190 раз. На рис.б приведена соответствующая зависимость плотности

TTO?"\f? Q ОТ Р"ССТС'ГГНИЛ ОТ ССЛ . (p5CTIG7 ПрСИ^АА^ЛСЛ ¿ipOi'cámívlo

численного моделирования зода лучей).

В пятой' глава представлен расчет и анализ двухзеркальшх рентгеновских оптических систем, позволяющих получать высокое пространственное разрешение: об'активов Шварцшяльда и Хеда, использующих многослойное покрытие нормального падения.

Об'пктив !Явяр!трп(.пьдя - это оптическая системз. сссто.тая йа двух стерло скзх здокяд, шзггдх ебгий радздс :сряр.г.энн о (см,г'-:с.'/ i. :»здл>&н птю; зеркал в. ч о, дл.г' того, чтобч убу-.ъ л^ожтшчсоъ-^ rceppaiat; ?рсгьзго пор»уасз! са^рнчсскур пберр-иЛ': л ко;,-;', да^ки: ^'"ЯЛв'ПЗОйТЬ т.н. УС/ЮВЧК' л.

Вчбраг, ;:?0'1.1Г0,гш!.л!е гал^шл К, и н, нукного у^ла^иг^.ч Н. »O.-ÍUO сиреде^ггъ пот ра?жрн об'у^ткпа Звкрж;-льда. Максимальный размер большого зеркала определяется воз-

ефзэт^ескоп uúívkíi, кооо^одэлЬ'И p^rí./--j jocibiaicoiUü заевв'хкй об'екта и (Зольиом телесном угла. Кроме того, глубина фокуса обратно пропорциональна квадрату числовой апертуры системы. С другой стороны, маленькая число-■}-„■ г->: и^с.игт I-.WK.Í ¡/.ошгУ'Л

В свою очеоэдь. размер маленького зеркал? г,, определяете? ji-'o .•.■¿длуоом fр'.-Е% pav^cc^ -юлигл'о зеркала г,.

Используя формулы и методику раздела I.I пятой главы, мож-

ц г0, пя 21, юп , ятп И), геп гая

10,321 85,41 262,23 262,32 -¡со,да 31,66

37,73 32,24 1222,47 1226,37 110,66 40,27

65.68 60,53 3975,В6 3976,32 201,68 74,94

.36,51 24,29 2110,97 2117,67 30,35 30,06

Таблица I. Зночоеня параметров шкроскопов Шварцззшьда. ък -расстояние до плоскости изобраганяя, определяемое по параксиальной форууле (5.14), ъ\ - уточненное с помощью прогрела числоп-ной щю гонки лучей.

но расчятать оптически Слеш рентгеновски* микроскопов н систем проекционной рентгеновской литографш с различным увеличенном (уменьшением). В таблица I представлены значения параметров раз-личякх микроскопов Шварцшильда (радиусы кривизны зеркал соответствуют цробиш стек^аы в ОКБ Ф11АН), Величина г0 определялась из параксиального уравнения, а значения 7. определен:! пра псг-ющи прогр&'.ыы численного моделирования тода лучей: определялось среднее положение точке пересечения лучей с осью Еблззи плоскости изобраганЕЯ при сканировании входной рабочей апертура об'ектнва лучам:!, виходяшкма из точечного об'екта под разнима угле:.э.

В диссертации подробно рассмотрена одна из конй&гурацкй об'ектива Шварцшнльда нз табл.1 с увеличением 10,3х. Об'екшз Шварцвальда ниээт следующие параметры: = 100 гст, г^ =31,бб ют (радиусы кривизна цробшх стекол). г0= 25,41 гап, г1 = гбг,32 пи, ■диаметр больного ■ зоркала Рг => 60 т. маленького - 1)2 = 12 ив, аффективный захватываема телесный угол 0 = 0,15 ст, коз$$2Ц5спт обскурацш» (отшивши толесннх углов, захватываемых больвкм и маленьким зеркалом) к0 = 1в,б %, угол мевду нормалью и лучом, падавдим на край зеркала щ « 3,5°.

Рис.7 Об'екткв Шварцвальда.

Анализ оптических свойств об'ектива производился с помощью программы численного моделирования хода лучей^ Разрешение об'ектива определяется размером пятна рассеяния в - изображения точечного источника, как в/м, м - увеличение. На рис.8 и рис.9 представлены зависимости радиуса пятна рассеяния (определяемого по крайнему лучу и среднеквадратичный радиус) по полю зрения (рис.9) и от расстояния мезду зеркалами <1 (рис.10). Рис. определяет поле зрения микроскопа Ду = 0,4 мм для разрешения 0 < о,г мкм (на оси разрешение ~ 0,05 мкм)

В диссертации также анализируются допустимые значения раз-юстировки об'ектива (~ 40 мкм в продольном и ~ 20 мкм в поперечном направлении).

Рентгенооптическая система для рентгеновской проекционной литографии - .об'ектив Шварцшильда, имеет параметры аналогичные указанным в таблице I. Однако, система теперь доленэ работать с уменьшением, поэтому об'ект и изображение меняются местами (20->

V V V-

Кроме того, к проекционной литографической оптической системе пред'является требование большого поля зрения (десятки миллиметров), что приводит к специальным конструктивным особенностям об'ектива, например, большому размеру зеркал, и необходимости учитывать такой эффект как хроматическое виньетирование. Хроматическое виньетирование - это вызваное узкими спектральными отражательными характеристиками многослойных зеркал уменьшение числовой апертуры при изображении сравнительно больших об'ектов в рентгеновской проекционной литографии.

Кроме об'ектива Шварцшильда можно использовать деухзер-кальные об'ективы с асферическими зеркалами. Так об'ектив Хеда -

это апланатическая двухзеркальная оптическая система, лишенная' геометрических аберраций всех порядков для точечного об'екта на оси системы.

Асферический микроскоп имеет значительно лучшее разрешение при числовой апертуре об'ектива больше, чем 0,18. Лучшее разрешение достигается и при больших рамерах об'екта.

Таким образом, оптимизацию параметров рентгенооптической системы целесообразно проводить с учетом таких факторов, как максимальные допустимые размеры системы, об'екта, разрешение детектора, необходимая производительность (светосила),' характеристики многослойных зеркальных покрытий л т.д.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Исследовано влияние приповерхностного переходного слоя на отражение и рассеяние рентгеновского излучения зеркалами скользящего падения и поворотными зеркалами типа "шепчущей гал-лереи". Определен минимальный размер переходного слоя, который сказывается на зеркальных характеристиках. Показано, что измерение эффекта аномального рассеяния (эффекта Ионеды) может слупить методом определения размера переходного слоя. Из экспериментально измеренной индикатрисы рассеяния впервые был найден этот размер ( ~ 18 ♦ 20

2. Предложен концентратор, имеющий максимальную эффективность преобразования точечного рентгеновского источника в параллельный пучок (~ 50 + 9056) - спиральный коллиматор. ... , . ,

3. Определены требования к рентгеновски/! концентраторам, -предназначении!.! для использования в рентгеновской контактной литографии. Показано, что применение концентраторов позволяет ува--

личить производительность литографического процесса в 10 » 100 раз.

4. Рассмотрена двухзеркальные схемы для рентгеновской мик-

роскошш и рентгеновской литографии: , об'ектиш Шварцшильда к Хода. Представлена методика расчета параметров об'екиша Шварцшильда, а также даны примеры таких расчетов для микроскопов с увеличением от 10 до 87.

Исследован с помощью программы численного моделирования хода лучей 10,32х микроскоп Шварцшильда, позволявдий получать разрешение ~ 0,2 мкм в поле зрения до-~ 0,4 мм.

5. Представлена схема фокусировки излучения рентгеновского лазера двумя зеркалами. С помощью численного моделирования показано, что даже при сравнительно высокой расходимости пучка 10 мрад.) возможна фокусировка в пятно размером в несколько мкм.

6. раработана и отлажена программа численного моделирования рентгенооптических систем на основе статистического подхода (метода Монте-Карло).

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

I. A.V.Vinogradov, I.A.Artyukov, S.S.Borieova, N.N.Zorev,

1.V.Kozhevnikov, I.F.Mikhailov, S.I.Sagitov, A.I.Fedorenko - Investigation of suprpolished surfaces \\ Proc.SPIE, 1140. 490 (1939)

2. I.A.Artyukov, A.V.Vinogradov, I.V.Kozhevnikov Efficiency of grazing incidence optics: the spiral collimator \\ Appl.Opt., 3D, 23, 4154 (1991 )

3. I.A.Artyukov, A.V.Vinogradov Ray tracing computer simulations for X-ray optics applications \\ Proc.SPIE, 1551, 161 (1991)

4. I.A.Artyukov, A.I.Fedorenko, V.V.Kondratenko, S.A.Yulin, A.V.Vinogradov Soft X-ray submicron imaging experiments with nanosecond exposure ( Preprint of P.N.Lebedev Physics Institute No.66), Moscow, 1992

- 2t -

5. И.А.Арпков, А.В.Виноградов, И.В.Коязвннков О щюлельной эффективности рентгеновской оптики скеользящего падения. Спиральный коллвматор.\\ Известия АН СССР. Сер. ОЕпзнческая, 5й, 4, 824 (1991)

6. И.А.Артшов, Л. Л. Балакирева, Ф.Е&йкерх, А.В.Внногрвдов, Н.Н.Эорев, И.В.Коазвнвков, В .В. Кондратенко, О.Ф.Огурцов, А.Г.ПЬ-номаренко, А.И.ФвДоренко Проекционная рентгеновская литография с использованием точечных источников \Ч Квантовая электроника, Л, 2, 114 (1992)

7. И.А.Артшов, A.B.Виноградов, И.В.Кожевников.О предельной эффективности рентгеновской оптики скользящего падения. Спиральный коллиматор. (Препринт ФИАН СССР К 129), Москва, 1990..

е. И.А.Артшов, И.В.Кожевников Эффекты переходного слоя в рентгеновских зеркалах (Препринт ФИАН СССР N 113), Москва, 1989.

9. И.А.Артшов, А.Г.Турьянский, А. В. Виноградов, Н.Н.Зорев, И. В .Кожевников, С.И.Сапггоз Исследование сверхглздккх поверхностей методом рассеяния рзнтгеноаского нзлучешя \\ Тезисы докладов Второго всесоюзного csisroiapa Чйзфолитсгрйфш'."

(Черноголовка), 162 (1983)

10. И.А.Лргакоз, 3. А. Веретенников, Л.Е.Турой, Н.Н.Зорэв, В.Е.Ло-закгоз, К.В.Кожевников, О.Г,Семенов, В.А.Чзрков Дровгсдаонкэя рок-тгеновская литография: расчеты и эксперименты \\ Тезисы докладов

Тротьего гсссо!йеого сс».снюра "Мккро.гштогр5с(кя" (Черноголовка), 70 (1990)

11. И.А.Артюков, А.В.Виноградов, Н.Н.Зорев, И.В.Кожевников,

о л,orynnon кониентратош для контактной литографии с точечным

••слчимсл! гзйтгрновского излучения Чч так от, 72 (1990)

12. И.А.Артшкол, А.В.Виноградов, П.З.Яоагвшпсов, Д.2,Соловьев,

r-i; rr;.;;i;:oi7?,i!;f-ус'ггч.'йтяз f.ля упраатадаг _:„.' ;]>"?:.гл 'л:.«;." ifiiorc ;<:з;р'чешм,\\ та ;.;е, '/Ъ (1099)