WO2011054651A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer fresnel-zonenplatte - Google Patents

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WO2011054651A1
WO2011054651A1 PCT/EP2010/065492 EP2010065492W WO2011054651A1 WO 2011054651 A1 WO2011054651 A1 WO 2011054651A1 EP 2010065492 W EP2010065492 W EP 2010065492W WO 2011054651 A1 WO2011054651 A1 WO 2011054651A1
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fresnel zone
central axis
layers
dadu rch
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PCT/EP2010/065492
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English (en)
French (fr)
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Gisela SCHÜTZ
Corinne GRÉVENT
Marcel Mayer
Brigitte Baretzky
Original Assignee
Max-Planck-Gesellschaft Zur Förderung Der Wissenschafte E.V.
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Publication date
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1876Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/06Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing a Fresnel zone plate which, after the application of successive layers, allows the production of a plurality of Fresnel zone plates.
  • X-ray microscopy has proven to be a complementary characterization method for light and electron microscopy.
  • the imaging of objects with X-rays are limited by the focusing optics.
  • the Fresnel zone plate has so far been one of the most popular and successful focusing devices for focusing X-rays. Both the optimization of the resolution of such Fresnel zone plates and a simplification of their manufacturing process are sought.
  • X-ray microscopy combines chemical selectivity with high spatial and temporal resolution.
  • X-ray microscopy allows the simultaneous use of other X-ray based methods involving the study of physical, magnetic, chemical and structural properties of substances in the micro and nanometer range.
  • the possibilities range from microspectroscopy, eg ⁇ , microchemical analysis, magnetic X-ray circular dichroism (XMCD) to temporally resolved microscopy.
  • Another advantage is the low cost of preparing the samples compared to transmission electron microscopy. For example, as with electron microscopy, such a thin sample need not be prepared in advance, often resulting in the destruction or damage of the sample material. Frequently, therefore, X-ray microscopy is also used in the life sciences.
  • the potential spatial resolution of X-ray microscopy is on the order of the wavelength of the light used.
  • a Fresnel zone plate consists of a multiplicity of successive, concentric rings, also called zones, in which X-ray-absorbing and -transparent material alternate. Zone plates apply constructive interference of X-rays from adjacent zones to create a focal point.
  • the focal length f of a zone is a function of its diameter, the thickness of the outermost zone Ar and the wavelength of the X-radiation used.
  • the resolution of the zone plate is closely related to the thickness of the outermost zone Ar. Here, the so-called Rayleigh resolution is limited to 1, 22 Ar.
  • the efficiency is to be considered.
  • the theoretical efficiency of standard Fresnel zone plates consisting of alternating, absorbing and transparent rings, so-called amplitude zone plates, is limited to about 10% in the first order. While other zone plate types are more efficient, it seems that one of the major problems of both standard Fresnel zone plates and alternative structures is the difficulty of achieving the theoretically predicted efficiencies due to manufacturing process limitations.
  • the height or aspect ratio of the zone plate is one of the important factors to consider when determining suitable manufacturing processes for Fresnel zone plates. In general, and in particular for amplitude zone plates used at high energies, the zone plates must have a high aspect ratio.
  • zone plate The higher the energy of the X-rays to be focused, the greater the optimum height of the zone plate required for focusing. Due to the fact that technical limits are encountered in current manufacturing processes, the production of high aspect ratio zone plates is still very difficult. In summary, the following important aspects of the problems of producing zone plates are to be considered: the resolution, the efficiency, the aspect ratio and the expense of the fabrication process.
  • a reliable fabrication process that enables the fabrication of Fresnel zone plates having both thin to very thin outermost zones and high aspect ratios is desired.
  • the technologies currently used to produce high resolution Fresnel zone plates often come from the field of electron beam lithography. In these methods, a zone plate pattern is substantially written in a resist (electron beam sensitive resist), whereby after its development, a mold is formed, which is then filled with metal by electroplating. Subsequent removal of the resist yields the zone plate.
  • Fresnel zone plates are so-called "sputter-sliced" method: in this method, thin layers of absorbing and transmitting material are alternately applied to a rotating wire, yielding the appropriate zone plate pattern. The coated wire or parts thereof can then be ground and polished to the required thickness.
  • the lithography-based process is one of the hitherto most popular zone plate manufacturing processes in terms of resolution. It enables high resolutions in the thinnest outermost zones. However, due to electron beam diameter and scattering in the electron beam resist, this method has certain limits. The achievement of higher resolutions, in particular the transmission of zones with a very small structural width, has hitherto neither been successful nor has it been clarified whether such structures can be transferred by means of electron beam lithography.
  • Zones further restricted.
  • Alternative zone plate structures which have a higher efficiency, are difficult to realize with the previously known production methods.
  • High aspect ratios are required for high-resolution Fresnel zone plates that are to be used in a high energy range.
  • the current electron beam lithography process are used here limited. As a result, high resolutions for hard X-rays are difficult.
  • Electron beam lithography is currently one of the preferred methods for producing high resolution FZP. However, the further improvement of the resolution will only be achieved with considerable additional effort.
  • the prerequisite for good quality of the Fresnel zone plates cut down in the form of slices from the elongated substrate is a smooth surface of the substrate with a low surface roughness and a small deviation in the symmetry of the substrate with respect to the longitudinal central axis.
  • Fresnel zone plates produced in this way can have a high aspect ratio and can be used at high X-ray energies. This is true, for example, with the use of the hard X-ray Fresnel zone plates.
  • the resolution values of the Fresnel zone plates obtained here may be 5-100 nm, preferably 15 nm and lower.
  • the outermost zone or layer may, for example, have a layer thickness of a few nanometers from a range of, for example, 5-100 nm, more preferably 5-30 nm, preferably less than 15 nm or even up to 1 nm, which presents a considerable advantage gives the previously known standard electron beam lithography method.
  • the use of the ALD process offers a diverse selection of materials for the layers. These layer materials and optionally material compositions can be precisely controlled in their compositional ratios. It can be decided for each atomic layer, which material is applied. This paves the way for making Fresnel zone plates with highly controlled structures. For example, this may be known in their form from the prior art
  • a cylindrical element such as a wire
  • the outer surface is provided with the individual layers by the ALD method.
  • a cylindrical element can be used, which in the direction of its longitudinal central axis has a centrally arranged passage opening, for example in the form of a bore.
  • Such cylindrical elements can inside, So be provided on the walls of the passage opening, with the individual layers.
  • outer walls of such a cylindrical element can be provided with layers.
  • the elongate substrate may be formed as a conical or frusto-conical element.
  • all other symmetrical three-dimensional shapes can be used.
  • an ellipsoid may be used as the elongated substrate.
  • elongated substrates which have a round shape in their cross-section but have different diameters in the longitudinal direction of the substrate are conceivable.
  • the use of a spherical shape or a portion thereof for the shape of the substrate is conceivable.
  • the successive layers of the cylindrical, conical or truncated cone-shaped element are cut together slice-wise with the substrate perpendicular to the longitudinal central axis.
  • slices with very small slice thicknesses such as for example from a range of a few 100 nm to 10 ⁇ can be separated.
  • conventional cutting tools, cutting tools, conventional separation methods or even a Fl B method Flucused Ion Beam or focused ion beam
  • a coated elongate substrate can be produced, which results in a large number of individual Fresnel zone plates, that is, separate slices.
  • the cut slices are reduced by grinding or polishing operations in their slice thickness to obtain the desired slice thickness dimension.
  • the separated disc is applied to another substrate in order to be able to be used in a fixed form as a Fresnel zone plate.
  • the outermost layer advantageously has a layer thickness from a range of 5-100 nm, more preferably 5-30 nm, preferably less than 15 nm up to 1 nm.
  • the zone widths of a zone plate for use at 1200 eV with, for example, a total diameter of 38 ⁇ m and an outermost zone width of 35 nm vary from outside to inside from 35 nm to 477 nm.
  • An apparatus for carrying out the method as described above advantageously has a severing device or cutting device which cuts off the individual disks from the elongate substrate. Also, an apparatus for applying the atomic layer deposition method and a device for holding without performing rotation of the substrate during the deposition of the individual layers by the ALD method are provided.
  • a device for polishing the individual cut-off slices to produce a desired slice thickness of the slices may be used.
  • a plurality of Fresnel zone plates can be cut out of a single substrate, depending on how long this substrate, for example in the form of a wire, is formed.
  • this substrate for example in the form of a wire
  • larger-scale production of Fresnel zone plates can be performed.
  • many Fresnel zone plates can be cut off slice by slice.
  • the manufacturing method used here becomes efficient and relatively easy compared with the electron beam lithography method.
  • the manufacturing yield is relatively low since many Fresnel zone plates must be fabricated to obtain some of them with the desired focussing effect.
  • the inventive preparation of the Fresnel zone plates is inexpensive and efficient.
  • a coated elongate substrate for producing a multiplicity of Fresnel zone plates according to the method according to the invention is shown; in a cross-sectional view of a second coated elongate substrate for producing a plurality of Fresnel zone plates according to the inventive method; in a cross-sectional view of a coated elongated substrate for producing a plurality of Fresnel zone plates according to the inventive method; a full field X-ray microscopic image of a coated cylindrical substrate in cross section;
  • FIG. 5 shows a SEM image (scanning electron microscopy) of a detail of FIG.
  • Fig. 6 shows a SEM on a coated wire during a separation process.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of the invention with a substrate in a cylindrical shape, as it represents a wire reproduced.
  • a wire 1 has a longitudinal central axis 1 a and according to this cross-sectional view a left outer wall 1 b and a right outer wall 1 c, wherein the outer walls 1 b and 1 c are sections of a cylinder jacket.
  • Such a substrate like the substrates of the following embodiments, has a nearly ideal rotational symmetry about its optical axis or longitudinal central axis 1a.
  • the substrate for example with a diameter of about 30 ⁇ m, has a roundness with respect to the longitudinal central axis with a deviation of less than 25-50 nm.
  • the roundness as a deviation from an ideal Circle defined: If the circle is not ideal and is formed into an ellipse with an a and a b axis, the following applies to the roundness:
  • a nearly ideal symmetry with respect to the optical axis or longitudinal center axis of the substrate used is required in order to avoid optical aberrations. Deviations in the placement of the zones or layers have serious consequences for the efficiency of the Fresnel zone plates.
  • the various possible placement inaccuracies associated with the manufacturing process are ellipticity, non-concentricity, and radial displacement. They lead to the following aberrations: astigmatism, coma, and spherical aberrations. High precision requirements are therefore considered necessary to obtain good focusing properties for the Fresnel zone plates.
  • cones, ellipsoids or any other axisymmetric substrates such as e.g. a sphere of glass or other materials may be used.
  • a truncated cone shape according to FIG. 2 or a cylindrical shape with a through-opening in accordance with FIG. 3 considered in the longitudinal central axis direction can be used.
  • the individual layers applied by the reference numerals 2a - 2d are shown.
  • the first layer 2a is applied first, then the layer 2b, then the layer 2c and finally the layer 2d are applied by means of the ALD method.
  • the actual number and thickness of each layer is dictated by the zone plate formula and is typically 100 to several hundred layers.
  • a subsequent separation process brings the elongate shaped cylinder, which represents the coated substrate, into individual disk shapes, which then constitute the Fresnel zone plate after polishing or a successful grinding operation.
  • a plurality of separations according to the only stylistically indicated separating cuts 3a and 3b leads to a multiplicity of Fresnel zone plates which result from such an elongate coated substrate 1.
  • the frustoconical substrate 4 shown in Fig. 2 also has outer walls 4b and 4c, which represent portions of a truncated cone shell, since in Fig. 2 is a cross section is reproduced.
  • the longitudinal central axis 4a shows the symmetry of this truncated cone shape.
  • the layers 5a-5d are applied in the order 5a, 5b, 5c and 5d without rotation by the ALD method.
  • a transection of the coated elongated substrate according to the stylized interfaces 6a and 6b takes place, to thereby obtain one or a plurality of slices, which provide Fresnel zone plates with different diameters and inclined zones due to the truncated cone shape of the substrate and thus optionally another Purpose of the resulting zone plates in terms of their focusability, their resolution and the like may have.
  • the disks preferably have a height of a few micrometers to a few 100 nanometers. This corresponds to the thickness of the pane.
  • Fresnel zone plates made in this way do not have a natural upper limit in aspect ratio. After the layers have been deposited on the substrate, the height or slice thickness of the slice which can be cut out of the substrate is as high as needed: there is therefore no upper limit and thus almost no limitation on the aspect ratio. Since the preparation of zone plates for a high resolution is intended, on the one hand, a cutting and thinning process is required, which does not damage the fine layer structure and, on the other hand, layers which are suitable for being sliced. It has been found that the focused ion beam (FIB) method is a suitable method for slicing and thinning the Fresnel zone plates. As a result, such a separator or cutter will constitute an ion beam separator.
  • FIB focused ion beam
  • Ta 2 0 5 as X-ray absorbing
  • Al 2 0 3 as X-ray transparent material with excellent uniformity in distribution and good precision in layer thickness by the ALD method.
  • more than 100 layers of Ta 2 O 5 and Al 2 O 3 with outermost layer thicknesses in a range from 5 to 100 nm are advantageously applied to the above-mentioned substrate.
  • the above-mentioned substrate namely a glass wire having alternating loading lamination of Ta 2 0 5, and Al 2 0 3 to be cut by the following method in discs and thin.
  • the coated glass fiber is transferred to a two-beam instrument, which is a combination of a focused ion beam array and a scanning electron microscope, in which the following processing steps are performed :
  • the disk is transferred using a micromanipulator (omniprobe) on a support structure (TEM grid) and fixed with platinum on it;
  • omniprobe micromanipulator
  • TEM grid support structure
  • the disc is thinned or reduced in the arrangement with focused ion beam, that is reduced in thickness: It can hereby a thickness of less than 600 nm can be achieved without destroying the sensitive layer structure is destroyed.
  • a circular disk-shaped radiopaque aperture is applied by means of a focused ion beam.
  • a tube or a capillary can be used, wherein the application of the layers takes place on the inside of the walls of the passage opening 20. Also in this case, no rotation of the substrate 7 takes place.
  • the inner walls of the substrate 7 are denoted by 7b and 7c.
  • the longitudinal central axis is designated 7a.
  • the individual layers are represented by reference numerals 8a-8d.
  • the substrate 7 is cylindrical. In Fig. 3, only a cross section thereof is shown.
  • a separation process takes place, which is reproduced schematically in accordance with reference numerals 9a and 9b.
  • individual disks are to be produced which have a layer thickness 9c, which can be reduced in a subsequent narrowing process.
  • the layer thicknesses of the disks reproduced in FIGS. 1 and 2, which are to be produced from the substrates shown therein, are represented by 3c and 6c.
  • a glass wire 10 is shown in cross section. This is an x-ray micrograph. The illustration shows that a deviation from the optimal roundness is very low, that is below 25-50 nm corresponds to a diameter of about 30 ⁇ .
  • FIG. 5 shows a detail of the individual layers 1 1 applied by means of a SEM image. This illustration shows that the layers have sharp and smooth interfaces over the entire coating width.
  • FIG. 6 shows a side view of the wire during the separation process in a SEM image. 12 indicates the section and 13 shows the disc to be separated (Fresnel zone plate).
  • the fabrication method and apparatus of the present invention is useful for creating Fresnel zone plates that can be used for both high and low intensity X-ray X-rays with a high aspect ratio and low error rate.

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Fresnel-Zonenplatte (13), umfassend: - Zurverfügungstellen eines bezüglich seiner Mittelachse (1a, 4a, 7a) rotationssymmetrischen Substrates (1, 4, 7); - Aufbringen von aufeinanderfolgenden Schichten (2a - d; 5a - d; 8a - d; 11 ) mittels einem Atomic Layer Deposition (ALD)-Verfahren auf Flächen (1 b - c; 4b - c; 7b - c) des Substrates (1, 4, 7) ohne Rotation des Substrates (1, 4, 7) zur Bildung eines beschichteten Substrates; und - Abtrennen (3a, b; 6a, b; 9a, b) von mindestens einer Scheibe (13) von dem beschichteten Substrat (1, 4, 7), in dem das beschichtete Substrat (1, 4, 7) senkrecht zu der Mittelachse (1a, 4a, 7a) mindestens einmal geteilt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Fresnel-Zonenplatte
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Fresnel- Zonenplatte, welches/welche nach erfolgtem Aufbringen von aufeinander folgenden Schichten das Herstellen einer Mehrzahl von Fresnel-Zonenplatten ermöglicht. Die Rontgenmikroskopie hat sich als komplementäre Charakterisierungsmethode zu Licht- und Elektronenmikroskopie bewährt. Der Abbildung von Objekten mit Röntgenstrahlung sind durch die Fokussieroptik Grenzen gesetzt. Die Fresnel-Zonenplatte ist bislang eine der beliebtesten und erfolgreichsten Fokussiereinrichtungen zur Fokussierung von Röntgenstrahlen. Sowohl die Optimierung der Auflösung derartiger Fresnel-Zonenplatten als auch eine Vereinfachung ihres Fertigungsprozesses werden angestrebt.
Es ist bekannt, dass vor dem Hintergrund einer raschen Entwicklung von Technologien im Nanometerbereich und deren bedeutenden Auswirkung für die Entwicklung der Wissen- schatten insbesondere für Anwendungen in der Biologie, der Chemie, der Werkstoff- bis hin zu den Umwelt- und biomedizinischen Wissenschaften eine weitere Verbesserung von geeigneten Analysewerkzeugen im Nanometerbereich sehr gewünscht ist.
Die Rontgenmikroskopie kombiniert chemische Selektivität mit hoher räumlicher sowie zeitli- eher Auflösung.
Zudem ermöglicht die Rontgenmikroskopie die gleichzeitige Nutzung von anderen röntgenbasierten Verfahren, die die Untersuchung von physikalischen, magnetischen, chemischen und strukturellen Eigenschaften von Stoffen im Mikro- und Nanometerbereich möglich machen. Hierbei reichen die Möglichkeiten von der Mikrospektroskopie, z.B. der μΧΑΝΕβ, der mikrochemischen Analyse, des magnetischen Röntgenzirkulardichroismus (XMCD) bis hin zu zeitlich aufgelöster Mikroskopie. Ein weiterer Vorteil ist der geringe Aufwand bei der Prä- paration der Proben im Vergleich zur Transmissionselektronenmikroskopie. Beispielsweise muss nicht, wie bei der Elektronenmikroskopie, eine derart dünne Probe vorab erstellt werden, was oft zur Zerstörung oder Beschädigung des Probenmaterials führt. Häufig wird deshalb die Rontgenmikroskopie auch in der Biowissenschaft verwendet. Die potentielle räumliche Auflösung der Rontgenmikroskopie liegt in der Größenordnung der Wellenlänge des verwendeten Lichts. Beim Betrieb des Röntgenmikroskops mit weicher Röntgenstrahlung (Wellenlänge von 0,5 bis 10 nm, Energie von 120 eV - 2 keV), passt die Photonenenergie zu den K-Absorptionskanten von leichten Elementen und ein sehr guter Kontrast zwischen organischem Material und Wasser sowie eine gute Eindringtiefe in mik- rometerdicke Proben wird erreicht. Beim Betrieb mit härterer Röntgenstrahlung wird der Zugriff auf die K-Absorptionskanten von mittelschweren und auf die L- und M- Absorptionskanten von schweren Elementen ermöglicht. Die größere Eindringtiefe in diesem Energiebereich erlaubt zudem die Untersuchung von dickeren Proben. Von entscheidender Bedeutung für die Leistungsfähigkeit und die Wirksamkeit von Röntgenstrahlen in der Rontgenmikroskopie sind die Röntgenlinsen. Da Röntgenstrahlen nur sehr schwach mit Materie, also den zu untersuchenden Proben, in Wechselwirkung treten, können zwar, zum einen vorteilhaft Tomographiestudien durchgeführt und dicke Materialien untersucht werden, jedoch zum anderen eine Fokussierung dieser Röntgenstrahlen nur sehr schwierig durchgeführt werden. Die Verbesserung von Röntgenlinsen bleibt nach wie vor eine große Herausforderung. Für die Fokussierung durch Röntgenlinsen sind sowohl die Brechung als auch die Reflexion und die Beugung von Röntgenstrahlen angewendet worden. Bislang sind die besten Fokussiereigenschaften bei Fresnel-Zonenplatten, also auf Basis von Beugung der Röntgenstrahlen, erzielt worden.
Eine Fresnel-Zonenplatte besteht aus einer Vielzahl aufeinander folgender, konzentrischer Ringe, auch Zonen genannt, bei denen sich röntgenabsorbierendes und -transparentes Material abwechseln. Zonenplatten wenden konstruktive Interferenz von Röntgenstrahlen aus benachbarten Zonen an, um einen Brennpunkt zu erzeugen. Die Brennweite f einer Zo- nenplatte ist eine Funktion ihres Durchmessers, der Dicke der äußersten Zone Ar und der Wellenlänge der verwendeten Röntgenstrahlung. Die Auflösung der Zonenplatte steht in enger Beziehung zu der Dicke der äußersten Zone Ar. Hierbei ist die so genannte Rayleigh- Auflösung auf 1 ,22 Ar beschränkt.
Das Auflösungsvermögen von Fresnel-Zonenplatten (FZP) ist noch nicht an seine physikalisch erreichbaren theoretischen Grenzen gelangt, da sich die Fertigung von Zonen mit niedrigen Dicken mit den bislang eingesetzten Herstellungsverfahren nach wie vor als schwierig gestaltet.
Als weiterer Aspekt bei der Herstellung von Fresnel-Zonenplatten ist der Wirkungsgrad zu betrachten. Der theoretische Wirkungsgrad von aus miteinander abwechselnden, absorbierenden und transparenten Ringen bestehenden Standard-Fresnel-Zonenplatten, sogenannten Amplitudenzonenplatten, ist in der ersten Ordnung auf ungefähr 10 % beschränkt. Andere Zonenplattentypen weisen zwar einen höheren Wirkungsgrad auf, es scheint jedoch, dass eines der Hauptprobleme, sowohl von Standard-Fresnel-Zonenplatten als auch von alternativen Strukturen in der Schwierigkeit liegt, aufgrund von Einschränkungen bei den Fertigungsprozessen die theoretisch vorhergesagten Wirkungsgrade zu erreichen. Die Höhe bzw. das Aspektverhältnis der Zonenplatte ist eine der wichtigen Größen, die bei der Bestimmung von geeigneten Fertigungsverfahren für Fresnel-Zonenplatten zu berücksichtigen sind. Im Allgemeinen und insbesondere für Amplitudenzonenplatten, die bei hohen Energien eingesetzt werden, müssen die Zonenplatten ein hohes Aspektverhältnis aufweisen. Je höher die Energie der zu fokussierenden Röntgenstrahlen ist, umso größer ist auch die optimale Höhe der Zonenplatte, die zur Fokussierung erforderlich ist. Aufgrund der Tatsache, dass man an technische Grenzen bei den derzeitigen Fertigungsverfahren stößt, gestaltet sich die Fertigung von Zonenplatten mit hohem Aspektverhältnissen nach wie vor als sehr schwierig. Zusammengefasst sind folgende wichtige Aspekte bei den Problemen zur Herstellung von Zonenplatten zu beachten: Die Auflösung, der Wirkungsgrad, das Aspektverhältnis und der Aufwand des Fabrikationsprozesses. Ein zuverlässiger Fabrikationsprozess, der die Herstellung von Fresnel-Zonenplatten mit sowohl dünnen bis sehr dünnen äußersten Zonen als auch hohen Aspektverhältnissen ermöglicht, wird angestrebt. Die derzeit zur Erzeugung von hochauflösenden Fresnel-Zonenplatten verwendeten Technologien kommen häufig aus dem Bereich der Elektronenstrahllithographie. Bei diesen Verfahren wird im Wesentlichen ein Zonenplattenmuster in einen Resist (Elektronenstrahl empfind- licher Lack) geschrieben, wodurch nach dessen Entwicklung eine Form gebildet wird, die dann durch Galvanisierung mit Metall gefüllt wird. Das anschließende Entfernen des Resists ergibt die Zonenplatte.
Eine andere allgemein bekannte Technik zur Fertigung von Fresnel-Zonenplatten ist das so genannte "Sputter-sliced"-Verfahren: bei diesem Verfahren werden dünne Schichten von absorbierendem und transmittierendem Material abwechselnd auf einen rotierenden Draht aufgebracht, wodurch sich das geeignete Zonenplattenmuster ergibt. Der beschichtete Draht oder Teile davon können anschließend auf die erforderliche Dicke geschliffen und poliert werden.
Das auf Lithographie basierende Verfahren ist bezüglich der Auflösung eines der bislang beliebtesten Verfahren zur Fertigung von Zonenplatten. Es ermöglicht hohe Auflösungen bei dünnsten äußersten Zonen. Diesem Verfahren sind jedoch, bedingt durch Elektronenstrahl- durchmesser und -Streuung im Elektronenstrahl-Resist gewisse Grenzen gesetzt. Die Erzie- lung von höheren Auflösungen, insbesondere die Übertragung von Zonen mit sehr geringer Strukturbreite, ist bis jetzt weder gelungen noch ist geklärt, ob sich solche Strukturen mit Hilfe von Elektronenstrahllithographie übertragen lassen.
Es sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um die eingeschränkte Auflösung zu verbessern. Beispielsweise ist bei dem "Double Patterning"-Überlagerungsverfahren eine recht hohe Auflösung möglich, jedoch ist hier eine hoch präzise Ausrichtungstechnik erforderlich, die das Verfahren zeit- und kostenintensiv macht. Das "Zone Doubling"-Verfahren, bei dem Lithographie und Dünnschichtabscheidungsverfahren kombiniert werden, ermöglicht es, Teststrukturen mit höheren Auflösungen herzustellen, verringert jedoch in beträchtlichem Ausmaß den Wirkungsgrad der Linse, da es die Abscheidung eines röntgenabsorbierenden Materials über die gesamte Zonenplatte hinweg erforderlich macht.
Es hat sich herausgestellt, dass das„Sputter Sliced' -Verfahren verglichen mit dem Lithographie-Verfahren eine beschränkte Genauigkeit bezüglich der Auflösung aufweist und sich nicht für den Aufbau von hochauflösenden Fresnel-Zonenplatten eignet, weswegen es selten verwendet wird.
Zusammengefasst ist gemäß dem Stand der Technik zu beachten:
- In Bezug auf die Auflösung von Fresnel-Zonenplatten insbesondere für den weichen Rönt- genbereich, werden bisher beste Ergebnisse mit dem Elektronenstrahllithographie- Verfahren, erreicht.
- Der Wirkungsgrad von Fresnel-Zonenplatten ist theoretisch begrenzt und ist in der Praxis durch Ungenauigkeiten der unterschiedlichen Herstellungsverfahren, die zu fehlerhaften
Zonen führen können, weiter beschränkt. Alternative Zonenplatten-Strukturen, die eine höhere Effizienz aufweisen, sind mit den bisher bekannten Herstellungsmethoden nur schwer realisierbar.
- Hohe Aspektverhältnisse sind für hochauflösende Fresnel-Zonenplatten, die in einem ho- hen Energiebereich eigesetzt werden sollen, erforderlich. Die derzeitigen Elektronenstrahl- lithographie- Verfahren sind hierbei beschränkt einsetzbar. Folglich gestalten sich hohe Auflösungen für harte Röntgenstrahlung als schwierig.
- das Elektronenstrahllithographie-Verfahren zeigt sich zurzeit als eine der bevorzugten Methoden für die Herstellung von FZP mit hohem Auflösungsvermögen. Die weitere Verbes- serung der Auflösung wird jedoch nur mit einem erheblichen Mehraufwand erreicht.
Demzufolge ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Fresnel-Zonenplatte zur Verfügung zu stellen, welches eine einfache und kostengünstige Herstellung einer Fresnel-Zonenplatte, die eine hohe Auflösung, geringe Schichtdi- cken, ein hohes Aspektverhältnis und fehlerfreie Schichten/Zonen aufweist, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird verfahrensseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und vor- richtungsseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 14 gelöst. Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Fresnel-Zonenplatte folgende Schritte umfasst:
- Zurverfügungstellung eines bezüglich seiner Mittelachse, vorzugsweise Längsmittelachse, rotationssymmetrischen, vorzugsweise länglichen, Substrats; - Aufbringen von aufeinander folgenden Schichten mittels einem Atomic Layer Deposition (ALD); Verfahrens auf Flächen, vorzugsweise des Substrates ohne Rotation des Substrates zur Bildung eines beschichteten, vorzugsweise länglichen, Substrates;
- Abtrennen mindestens einer Scheibe von dem beschichteten, vorzugsweise länglichen, Substrat, indem das beschichtete Substrat senkrecht zu der Mittelachse, insbesondere,
Längsmittelachse, mindestens einmal geteilt wird.
Durch ein derartiges erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren wird eine einfache Herstellung von Fresnel-Zonenplatten ermöglicht, da bei dem Herstellungsverfahren keine Rotation des Substrates zur Bildung eines beschichteten länglichen Substrates notwendig ist. Vielmehr wird mittels des ALD-Verfahrens ermöglicht, dass zum einen rotationsfrei gearbeitet werden kann und zum anderen sehr dünne Schichten zur Bildung einer hohen Auflösung der erhaltenen Fresnel-Zonenplatten erhalten werden. Denn je dünner die Schichten der Fresnel-Zonenplatten sind, desto besser ist die Auflösung. Dies betrifft insbesondere die äußerste Schicht, also die zuletzt aufgetragene Schicht des beschichteten länglichen Substrates bei außenseitig aufgetragenen Schichten. Bei innenseitig aufgetragenen Schichten ist dies die zuerst aufgetragene Schicht des beschichteten Substrates.
Vorraussetzung für eine gute Qualität der Fresnel-Zonenplatten, die in Form von Scheiben von dem länglichen Substrat herunter geschnitten werden, ist eine glatte Oberfläche des Substrates mit einer geringen Oberflächenrauigkeit und eine geringe Abweichung in der Symmetrie des Substrats bezüglich der Längsmittelachse .
Derartig hergestellte Fresnel-Zonenplatten können zudem ein hohes Aspektverhältnis auf- weisen und können bei hohen Rontgenenergien eingesetzt werden. Dies trifft beispielsweise auf die Verwendung der Fresnel-Zonenplatten mit harter Röntgenstrahlung zu. Die hierbei erhaltenen Auflösungswerte der Fresnel-Zonenplatten können bei 5-100 nm, vorzugsweise bei 15 nm und niedriger liegen. Durch die Verwendung eines ALD-Verfahrens zur Aufbringung der einzelnen Schichten, die sich zumeist kreisförmig um das Substrat bezüglich des Querschnittes des beschichteten Substrates befinden, wird eine präzise Kontrolle der Schichtdicke und der Schichtzusammensetzung ermöglicht. Dies wird durch die Anwendung des Atomlagenabscheidungs- Verfahrens, welches der Atomic Layer Deposition entspricht, ermöglicht. Zudem werden hierdurch sehr dünne Schichten zum Erhalt eines hohen Aspektverhältnisses und einer hohen Auflösung gewonnen.
Es ist durch die Verwendung des ALD-Verfahrens zudem möglich, Schichten mit Schichtdi- cken von nur wenigen Nanometern und darunter aufzubringen. Die äußerste Zone bzw. Schicht kann beispielsweise eine Schichtdicke von wenigen Nanometer aus einem Bereich, nämlich beispielsweise von 5-100 nm, bevorzugter 5-30 nm, vorzugsweise unter 15 nm oder sogar bis zu 1 nm, aufweisen, woraus sich ein erheblicher Vorteil gegenüber dem bisher bekannten Standard Elektronenstrahllithographie-Verfahren ergibt.
Zudem wird es nicht notwendig, dass wie bei dem Standard-„Sputter-Sliced"-Verfahren eine Rotation des Substrates während des Aufbringens der Schichten durchgeführt wird. Vielmehr kann hierdurch eine mechanische Vibration des Substrates verhindert werden, welches zu einem besseren Qualitätsergebnis der einzelnen Schichten und somit zu Zonenstrukturen mit weniger Fehlern führt. Dies hat wiederum eine vorteilhafte Wirkung hinsichtlich einer besseren Auflösung und einem besseren Wirkungsgrad, der somit näher an den theoretisch erreichbaren Wert rückt.
Die Verwendung des ALD-Verfahrens bietet eine vielfältige Materialauswahl für die Schich- ten. Diese Schichtmaterialien und gegebenenfalls Materialzusammensetzungen lassen sich in ihren Zusammensetzungsverhältnissen exakt kontrollieren. Es kann für jede einzelne Atomlage entschieden werden, welches Material aufgebracht wird. Dadurch wird der Weg zur Anfertigung von Fresnel-Zonenplatten mit hochgenau kontrollierten Strukturen geebnet. Beispielsweise können hierdurch in ihrer Form aus dem Stand der Technik bekannte
Kinoform-Zonenplatten mit einem theoretischen Wirkungsgrad von 100 % auf einfache Weise realisiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird als längliches Substrat ein zylinderförmiges Element, wie ein Draht, verwendet. Bei Verwendung eines derartigen Drahtes wird die Au- ßenfläche mit den einzelnen Schichten mittels des ALD-Verfahrens versehen.
Alternativ kann beispielsweise ein zylinderförmiges Element verwendet werden, welches in Richtung seiner Längsmittelachse eine mittig angeordnete Durchgangsöffnung, beispielsweise in Form einer Bohrung, aufweist. Derartige zylinderförmige Elemente können innenseitig, also an den Wänden der Durchgangsöffnung, mit den einzelnen Schichten versehen werden. Alternativ oder zusätzlich können Außenwände eines derartigen zylinderförmigen Elementes mit Schichten versehen werden. Das längliche Substrat kann als kegelförmiges oder kegelstumpfförmiges Element ausgebildet sein. Ebenso können sämtliche andere symmetrische dreidimensionale Formen verwendet werden. Beispielsweise kann im Querschnitt betrachtet ein Ellipsoid als längliches Substrat verwendet werden. Ebenso sind längliche Substrate, die in ihren Querschnitt eine runde Form aufweisen, jedoch unterschiedliche Durchmesser im Längsverlauf des Substrates auf- zeigen, denkbar. Auch die Verwendung einer Kugelform oder eines Abschnittes hiervon für die Form des Substrates ist denkbar.
Die aufeinanderfolgenden Schichten des zylinder-, kegel- oder kegelstumpfförmigen Elementes werden zusammen mit dem Substrat scheibenweise senkrecht zur Längsmittelachse abgeschnitten. Hierbei können Scheiben mit sehr geringen Scheibendicken, wie beispielsweise aus einem Bereich von wenigen 100 nm bis 10 μηη abgetrennt werden. Hierfür werden herkömmliche Schneidwerkzeuge, Trennwerkzeuge, herkömmliche Trennverfahren oder auch ein Fl B-Verfahren (Focused Ion Beam- oder fokussierter lonenstrahl) verwendet. Auf diese Weise kann mittels eines einmalig stattfindenden Herstellungsverfahrens ein beschichtetes längliches Substrat erzeugt werden, welches eine Vielzahl von einzelnen Fres- nel-Zonenplatten, also von abgetrennten Scheiben, zur Folge hat.
Die abgetrennten Scheiben werden durch Schleif-/ oder Poliervorgänge in ihrer Scheibendi- cke reduziert, um das gewünschte Scheibendickenmaß zu erhalten.
Die abgetrennte Scheibe wird auf ein weiteres Substrat aufgebracht, um dann in fixierter Form als Fresnel-Zonenplatte eingesetzt werden zu können. Die äußerste Schicht weist vorteilhaft eine Schichtdicke aus einem Bereich von 5 -100 nm, bevorzugter 5-30 nm, vorzugs- weise von unter 15 nm bis zu 1 nm auf. Die Zonenbreiten einer Zonenplatte für eine Verwendung bei 1200 eV mit beispielsweise einem Gesamtdurchmesser von 38 μηη und einer äußersten Zonenbreite von 35 nm variieren von außen nach innen von 35nm bis 477 nm.
Als Substrat werden häufig Glas, Metall, keramische Materialien oder Polymere verwendet. Selbstverständlich lassen sich auch sämtliche anderen Materialien, die die Eigenschaft von einer geringen Oberflächenrauigkeit und geringen Abweichungen in der Rotationssymmetrie aufweisen, verwenden. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wie oben beschrieben, weist vorteilhaft eine Abtrenneinrichtung oder Schneideinrichtung auf, die die einzelnen Scheiben von dem länglichen Substrat abtrennt bzw. abschneidet. Ebenso sind eine Vorrichtung zur Anwendung des Atomic Layer Deposition-Verfahrens und eine Vorrichtung zum Festhalten ohne Durchführung einer Rotation von dem Substrat während des Aufbringens der einzelnen Schichten durch das ALD-Verfahren vorhanden.
Zusätzlich kann eine Vorrichtung zum Polieren bzw. Abschleifen der einzelnen abgetrennten Scheiben zur Herbeiführung einer gewünschten Scheibendicke der Scheiben verwendet werden.
Es können - wie bereits erwähnt - eine Vielzahl von Fresnel-Zonenplatten aus einem einzelnen Substrat herausgeschnitten werden, abhängig davon, wie lang dieses Substrat, beispielsweise in Form eines Drahtes, ausgebildet ist. Durch das Inscheibenschneiden von beschichteten Substraten kann für den Fall der Verwendung eines Drahtes eine größer angelegte Produktion an Fresnel-Zonenplatten durchgeführt werden. Nach dem Aufbringen der einzelnen Schichten auf dem Draht können viele Fresnel-Zonenplatten scheibenweise abgeschnitten werden. Dadurch wird das hier verwendete Fertigungsverfahren effizient und relativ einfach verglichen mit dem Elektronenstrahllithographie-Verfahren. Im Falle der Verwendung der Elektronenstrahllithographie ist die Fertigungsausbeute relativ gering, da viele Fresnel- Zonenplatten hergestellt werden müssen, um einige davon mit der gewünschten fokussie- renden Wirkung zu erhalten. Somit ist die erfindungsgemäße Herstellung der Fresnel- Zonenplatten kostengünstig und effizient.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen: in einer ersten Querschnittsdarstellung ein beschichtetes längliches Substrat zur Herstellung einer Vielzahl von Fresnel-Zonenplatten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; in einer Querschnittsdarstellung ein zweites beschichtetes längliches Substrat zur Herstellung einer Vielzahl von Fresnel-Zonenplatten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; in einer Querschnittsdarstellung ein beschichtetes längliches Substrat zur Herstellung einer Vielzahl von Fresnel-Zonenplatten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; eine Vollfeld röntgenmikroskopische Abbildung eines beschichteten zylinderförmigen Substrates im Querschnitt;
Fig. 5 eine REM-Auf nähme (Raster Elektronen Mikroskopie) eines Ausschnittes der
Schichten von einem beschichteten Substrat gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; und
Fig. 6 eine REM-Auf nähme eines beschichteten Drahtes während eines Abtrennvorganges. In Fig. 1 wird in einer Querschnittsdarstellung eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einem Substrat in zylinderförmiger Form, wie es ein Draht darstellt, wiedergegeben. Gemäß Fig. 1 weist ein Draht 1 eine Längsmittelachse 1 a auf und gemäß dieser Querschnittsdarstellung eine linke Außenwand 1 b und eine rechte Außenwand 1 c, wobei die Außenwände 1 b und 1 c Abschnitte eines Zylindermantels sind.
Ein derartiges Substrat 1 weist ebenso wie die Substrate der nachfolgenden Ausführungsformen eine nahezu ideale Rotationssymmetrie um deren optische Achse bzw. Längsmittelachse 1 a auf. Dies bedeutet, dass das Substrat, beispielsweise mit einem Durchmesser von ca. 30 μηη, eine Rundheit bezüglich der Längsmittelachse mit einer Abweichung von weniger als 25-50 nm besitzt. Hierbei wird die Rundheit als Abweichung von einem idealen Kreis definiert: Wenn der Kreis nicht ideal ist und zu einer Ellipse mit einer a- und einer b- Achse ausgebildet ist so gilt für die Rundheit:
Rundheit = a - b
Eine nahezu ideale Symmetrie bezüglich der optische Achse bzw. Längsmittelachse des verwendeten Substrates ist erforderlich um optische Aberrationen zu vermeiden. Abweichungen bei der Platzierung der Zonen bzw. Schichten haben nämlich schwerwiegende Folgen für den Wirkungsgrad der Fresnel-Zonenplatten. Die verschiedenen möglichen Platzie- rungsungenauigkeiten in Verbindung mit dem Fertigungsverfahren sind Elliptizität, Nicht- Konzentrizität und Radialverschiebung. Sie führen jeweils zu den folgenden Aberrationen: Astigmatismus, Koma und sphärische Aberrationen. Hohe Präzisionsanforderungen werden deshalb als notwendig erachtet, um gute Fokussiereigenschaften für die Fresnel- Zonenplatten zu erlangen. Ebenso können Kegel, Ellipsoide oder beliebige andere ach- sensymmetrische Substrate wie z.B. eine Kugel aus Glas oder andersartigen Materialien verwendet werden. Beispielsweise kann eine Kegelstumpfform gemäß Fig. 2 oder eine zylinderförmige Form mit einer in Längsmittelachsenrichtung betrachtete Durchgangsöffnung gemäß Fig. 3 verwendet werden. In Fig. 1 sind die einzelnen aufgebrachten Schichten mittels der Bezugszeichen 2a - 2d dargestellt. Die erste Schicht 2a wird zuerst aufgetragen anschließend mittels des ALD- Verfahrens die Schicht 2b dann die Schicht 2c und abschließend die Schicht 2d aufgetragen. Die tatsächliche Anzahl und Dicke der einzelnen Schichten wird durch die Zonenplatten- Formel vorgegeben und beträgt typischerweise 100 bis mehrere hundert Schichten.
Ein anschließendes Trennverfahren, wie es durch die beiden Scherenschnitte 3a und 3b angedeutet wird, bringt den länglich geformten Zylinder, welcher das beschichtete Substrat darstellt, in einzelne Scheibenformen, die dann nach erfolgter Polierung oder einem erfolgten Schleifvorgang die Fresnel-Zonenplatte darstellen. Eine Vielzahl von Trennungen gemäß der lediglich stilistisch angedeuteten Trennschnitte 3a und 3b führt zu einer Vielzahl von Fresnel- Zonenplatten, die sich aus einem derartigen länglich beschichteten Substrat 1 ergeben.
Das in Fig. 2 wiedergegebene kegelstumpfförmige Substrat 4 weist ebenso Außenwände 4b und 4c auf, die Abschnitte eines Kegelstumpfmantels darstellen, da in Fig. 2 ein Querschnitt wiedergegeben wird. Die Längsmittelachse 4a zeigt die Symmetrie dieser Kegelstumpfform.
Die Schichten 5a - 5d werden in der Reihenfolge 5a, 5b, 5c und 5d ohne Rotation mittels des ALD-Verfahren aufgetragen.
Anschließend findet eine Durchtrennung des beschichteten länglichen Substrates gemäß den stilistisch angeordneten Schnittstellen 6a und 6b statt, um hierdurch eine oder eine Vielzahl von Scheiben zu erhalten, die aufgrund der Kegelstumpfform des Substrates Fresnel- Zonenplatten mit unterschiedlichen Durchmesser und geneigten Zonen liefern und somit gegebenenfalls einen anderen Einsatzzweck der hieraus erhaltenen Zonenplatten hinsichtlich deren Fokussierbarkeit, deren Auflösung und dergleichen haben können.
Die Scheiben weisen vorzugsweise eine Höhe von wenigen Mikrometern bis zu wenigen 100 Nanometern auf. Dies entspricht der Scheibendicke.
Derartig hergestellte Fresnel-Zonenplatten haben keine natürliche Obergrenze in Bezug auf das Aspektverhältnis. Nachdem die Schichten auf dem Substrat aufgebracht worden sind, ist die Höhe bzw. Scheibendicke der Scheibe, die aus dem Substrat herausgeschnitten werden kann so hoch, wie sie benötigt wird: Es gibt demzufolge keine Begrenzung nach oben und somit nahezu keine Begrenzung des Aspektverhältnisses. Da die Vorbereitung von Zonenplatten für eine hohe Auflösung beabsichtigt ist, bedarf es zum einen eines Schneid- und Dünnungsprozesses, der die feine Schichtstruktur nicht beschädigt und zum anderen Schichten, die sich dafür eignen, in Scheiben geschnitten zu werden. Hierbei hat sich gezeigt, dass das Verfahren mit fokussiertem lonenstrahl (FIB) ein geeignetes Verfahren ist, um die Fresnel-Zonenplatten in Scheiben zu schneiden und zu dünnen. Demzufolge wird eine derartige Abtrennung bzw. Schneidvorrichtung eine lonenstrahltrennvorrichtung darstellen.
Es wurde ebenso herausgefunden, dass das abwechselnde Aufbringen von Schichten aus Ta205 und Al203 auf einem Glasdraht, wie er in Fig. 1 schematisch dargestellt wird, zu einer widerstandsfähigen Endbeschichtung führt, die ein weiteres in Scheiben schneiden und dünnen des beschichteten Substrats auf einfache Weise zulässt.
Hierbei ist Ta205 als röntgenabsorbierendes und Al203 als röntgentransparentes Material mit einer hervorragenden Gleichmäßigkeit hinsichtlich seiner Verteilung und einer guten Präzision hinsichtlich seiner Schichtdicke mittels dem ALD-Verfahren vorgesehen. Vorteilhaft werden beispielsweise über 100 Schichten aus Ta205 und Al203 mit äußersten Schichtdicken in einem Bereich von 5 - 100 nm auf das oben erwähnte Substrat aufgebracht.
Es ist möglich, das oben erwähnte Substrat, nämlich einen Glasdraht mit alternierender Be- schichtung aus Ta205 und Al203, durch das folgende Verfahren in Scheiben zu schneiden und zu dünnen. Nachdem die Schichten mittels Atomlagenabscheidung (ALD) auf der Faser bzw. auf dem Draht aufgebracht worden sind, wird die beschichtete Glasfaser in ein Zweistrahlinstrument, welches eine Kombination aus einer Anordnung mit fokussiertem lonenstrahl und einem Rasterelektronenmikroskop ist, übertragen, in welchem folgende Bearbeitungsschritte durchgeführt werden:
- die äußeren Schichten werden durch Aufbringen von Platin geschützt;
- eine Scheibe mit einer Breite von etwa 5 μηη wird mit dem fokussierten lonenstrahl herausgeschnitten;
- die Scheibe wird mithilfe eines Mikromanipulators (Omniprobe) auf eine Trägerstruktur (TEM-Gitter) übertragen und mit Platin darauf fixiert;
- die Scheibe wird in der Anordnung mit fokussiertem lonenstrahl gedünnt bzw. geschmälert, also in ihrer Dicke reduziert: Es kann hierbei eine Dicke von weniger als 600 nm erzielt werden, ohne dass dabei die empfindliche Schichtstruktur zerstört wird.
- Im Zentrum der Fresnel-Zonenplatte wird mittels fokussiertem lonenstrahl eine kreisscheibenförmige röntgenstrahlungsundurchlässige Blende aufgebracht.
Alternativ zu dem Glasdraht kann gemäß Fig. 3 ein Röhrchen oder eine Kapillare verwendet werden, wobei die Aufbringung der Schichten innenseitig an den Wänden der Durchgangsöffnung 20 stattfindet. Auch in diesem Fall findet keine Rotation des Substrates 7 statt. Die Innenwände des Substrates 7 werden mit 7b und 7c bezeichnet. Die Längsmittelachse wird mit 7a bezeichnet.
Die einzelnen Schichten werden durch die Bezugszeichen 8a - 8d wiedergegeben. Selbstverständlich ist das Substrat 7 zylinderförmig aufgebaut. In Fig. 3 wird lediglich ein Querschnitt hiervon dargestellt. Nach erfolgter Beschichtung findet wiederum ein Trennvorgang statt, der schematisch gemäß in Bezugszeichen 9a und 9b wiedergegeben wird. Hierbei sollen einzelne Scheiben erzeugt werden, die eine Schichtdicke 9c aufweisen, welche in einem anschließenden Schmälerungsverfahren reduziert werden kann. Die Schichtdicken der in Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Scheiben, welche aus den darin dargestellten Substraten hergestellt werden sollen, werden mit 3c und 6c dargestellt.
Aus Fig. 4 ist ein Glasdraht 10 im Querschnitt dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine Röntgenmikroskopaufnahme. Der Darstellung ist zu entnehmen, dass eine Abweichung von der optimalen Rundheit sehr gering ist, also unter 25 - 50 nm entspricht bei einem Durchmesser von ca. 30 μηη.
In Fig. 5 ist ein Ausschnitt der einzelnen aufgetragenen Schichten 1 1 mittels eines REM- Bildes wiedergegeben. Dieser Darstellung ist zu entnehmen, dass die Schichten über die komplette Beschichtungsbreite scharfe und glatte Grenzflächen ausweisen.
In Fig. 6 wird in einem REM-Bild eine Seitenansicht des Drahtes während des Abtrennvorganges dargestellt. 12 bezeichnet den Schnitt und 13 zeigt die abzutrennende Scheibe (Fresnel-Zonenplatte).
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu verwendbar, Fresnel-Zonenplatten zu erzeugen, die sowohl für harte als auch für weiche Röntgenstrahlung mit einer hohen Auflösung, einem hohen Aspektverhältnis und mit einer geringen Fehlerquote verwendet werden können.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Bezugszeichenliste
1 , 4, 7 Draht, Substrat
1 a, 4a, 7a Längsmittelachse
1 b, 1 c, 4b, 4c Außenwände
2a, 2b, 2c, 2d Beispiel Darstellung mittels ALD aufgetragenen Schichten
5a, 5b, 5c, 5d Beispiel Darstellung mittels ALD aufgetragenen Schichten
8a, 8b, 8c, 8d Beispiel Darstellung mittels ALD aufgetragenen Schichten
3a, 3b, 6a, 6b Schnitte
1 1 Schichten
9a, 9b, 12 Schnitte
7b, 7c Innenwände
3c, 6c, 9c Schichtdicken
10 Glasfaser
13 abgetrennte Scheibe

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Fresnel-Zonenplatte
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Fresnel-Zonenplatte (15), umfassend:
- Zurverfügungstellen eines bezüglich seiner Mittelachse (1a, 4a, 7a) rotationssymmetrischen Substrates (1 , 4, 7);
- Aufbringen von aufeinanderfolgenden Schichten (2a - d; 5a - d; 8a - d; 11) mittels einem Atomic Layer Deposition (ALD)-Verfahren auf Flächen(1 b - c; 4b - c; 7b - c) des Substrates (1, 4, 7) ohne Rotation des Substrates (1, 4, 7) zur Bildung eines beschichteten Substrates; und
- Abtrennen (3a, b; 6a, b; 9a, b) mindestens einer Scheibe (13) von dem beschichteten Substrat (1 , 4, 7), indem das beschichtete Substrat (1 , 4, 7) senkrecht zu der Mittelachse (1a, 4a, 7a) mindestens einmal geteilt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadu rch gekennzeichnet, dass
als Substrat ein längliches Substrat (1, 4, 7), dessen Längsmittelachse (1a, 4a, 7a) die Mittelachse darstellt, verwendet wird, wobei die Flächen Längsseiten (1b-c; 4b-c; 7b-c) des länglichen Substrates darstellen.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
als längliches Substrat ein zylinderförmiges Element (1, 7), wie ein Draht (1), verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadu rch gekennzeichnet, dass
das zylinderförmige Element (7) in Richtung seiner Längsmittelachse (7a) eine mittig angeordnete Durchgangsöffnung (20) aufweist. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
als längliches Substrat ein kegelförmiges oder kegelstumpfformiges Element (4) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3-5,
dadurch geken nzeich net, dass
die aufeinanderfolgenden Schichten (2a - d; 5a - d) auf das zylinderförmige oder kegelförmige oder kegelstumpfformige Element (1 , 4) außenseitig aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 4,
dadu rch gekennzeichnet, dass
die aufeinanderfolgenden Schichten (8a - d) auf das zylinderförmige Element (7) mit der Durchgangsöffnung (20) innenseitig entlang von Wänden (7b, 7c) der Durchgangsöffnung (20) aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadu rch gekennzeichnet, dass
als Substrat eine Kugel oder ein Abschnitt hiervon verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadu rch gekennzeichnet, dass
die abgetrennte Scheibe (13) durch Schleif-und/oder Poliervorgänge in ihrer Scheibendicke (3c, 6c, 9c) reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadu rch gekennzeichnet, dass
die abgetrennte Scheibe (13) auf ein weiteres Substrat aufgebracht wird. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadu rch gekennzeichnet, dass
die Schichten (2a - d; 5a - d; 8a - d; 11) mit dem größten Radius mit einer Schichtdicke aus einem Bereich von 1 -150 nm, vorzugsweise von unter 15 nm aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadu rch gekennzeichnet, dass
Substrate (1, 4, 7) aus Glas, Metall, keramischen Materialien oder Polymeren oder Verbindungen daraus verwendet werden, wobei die Schichten (2a-d; 5a-d; 8a-d; 11) abwechselnd aus Ta205 und Al203 gebildet werden.
13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadu rch gekennzeichnet, dass
die Scheibe (13) mit einer Scheibendicke (3c, 6c, 9c) aus einem Bereich von 100 nm bis 10 μηι abgetrennt wird.
14. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
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