JP2001523384A - X-ray tube and microelectronics alignment process - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 コンパクトなＸ線管アセンブリ（９）はセラミック管状囲い（１１）によって囲まれている真空の室（１０）と、室内のエミッタ（１９）に一端が接続され取り付けられている電源装置（１２）と、電子のビームを金属箔ターゲット（１５）上に集束させるための静電手段（１７）と、他端が前記ターゲット（１５）からなる端部窓（１４）とからなり、金属箔ターゲットの厚さ並びに組成および電子ビーム・エネルギを選択することによって予め選択されたエネルギのＸ線のマイクロフォーカスされた明るいビームが生成される。コンパクトなアセンブリはマイクロエレクトロニクス部品の生産に使用される層を整合または位置づける方法に有用である。 Abstract: A compact X-ray tube assembly (9) is connected at one end to a vacuum chamber (10) surrounded by a ceramic tubular enclosure (11) and an emitter (19) in the chamber. It comprises a power supply (12), electrostatic means (17) for focusing an electron beam on a metal foil target (15), and an end window (14) comprising the other end of the target (15). By selecting the thickness and composition of the foil target and the electron beam energy, a microfocused bright beam of X-rays of preselected energy is generated. Compact assemblies are useful in methods of aligning or positioning layers used in the production of microelectronic components.

Description

【発明の詳細な説明】 Ｘ線管およびマイクロエレクトロニクス整合工程 発明の背景 １．発明の分野 本発明は比較的コンパクトで、さらにポケットサイズの、突出している明るい ビーム・スポットを有するマイクロフォーカスされたＸ線管に関する。集積回路 （ＩＣ）またはコンピュータ・チップのような超小形電子装置の製造において寸 法の制御および整合（Alignment）に有用であるＸ線ステッパに特に適している 。また医療用イメージングにも有用である。本発明はまたマイクロエレクトロニ クス整合、位置決めまたは寸法制御の工程およびシステムに関する。 ＩＣが従来生産されてきたリソグラフ工程は感光性化学薬品で被覆されたシリ コン・ウェーハ基板の表面上のマスクに光を通してエッチングされた蝕刻チップ を生産することからなる。 年ごとに、エッチングされたラインがますます微細となり回路が複雑になって きた結果、ＩＣは非常に多数のトランジスタと等価な部品を有するようになり、 コンピュータ・チップおよびこれらを利用している電子装置の能力を実質上増加 させることができた。 エッチング工程はマスクを通過した光によって鮮明な線画像が形成されければ ならないことを必要とする。このことはより高い線解像度を必要とする非常に微 細な線にはますます困難なことである。通常の光を使用する技術によって約０． ３５μｍの最小幅で、約二、三百万個のトランジスタと等価な部品を有するＩＣ ｓを生産することができるようになった。コヒーレント光の使用は約０．３μｍ までの線幅すなわち解像度を適度なコストで生産する場合に限られる。通常 の光波は０．５μｍと大きすぎてより小さな線幅で鮮明な画像を形成することが できない。 しかしながら、半導体産業は０．１μｍ線解像度の方へ進み１２以上のマスキ ング・レベルの使用が考えられている。これらの要求によってウェーハ露光時の マスクとウェーハとの整合の臨界寸法制御、マスク書込み時の絶対的な位置決め 、一般の度量衡において改善が緊急に必要とされていることがわかる。 ２．従来技術の説明 Ｘ線は波長が非常に短いのでこのような要求に対して研究されてきた。ＩＣリ ソグラフィまたは寸法並びに位置決めの制御に対してＸ線を生成することが課題 であった。医療用Ｘ線管のような通常の線源は有用ではない。これはマスクおよ びウェーハを透過し且つ材料を損傷することなく鮮明な画像を形成することがで きないような過度に強いＸ線を発生するためである。 リソグラフィおよび位置決めには柔らかい（低エネルギ）Ｘ線が使用されてき たが、非常に高価で且っコンピュータ・チップが製造される比較的小さなウェー ハに対する作用には最適ではない、かさばった装置で生産されてきた。例えば、 リソグラフィ用の柔らかなＸ線の製造にはシンクロトロンが使用されてきた。ス ミス（Henry I.Smith）氏に対して発行された米国特許３、９８４、６８０号に は柔らかなＸ線を使用して露光されるマスクおよび基板を整合するための整合シ ステムが開示されている。柔らかなＸ線を透過する領域および柔らかなＸ線に対 して不透明である領域を備えている整合マークがマスク上に設けられている。幾 何学的に同様であるマークが基板上に設けられている。基板上のマークには整合 に使用されるＸ線が当たると蛍光を発する、即ちＸ線を発する材料が含まれてい る。放射されたＸ線は検出される。Ｘ線源からの柔らかいＸ線は透明領域を通過 し且つマスク上のマークの不透明領域によって吸収される。基板上のＸ線を発 するマークに当たるＸ線の量はマスクマークおよび基板マークの整合または重な りによる。検出された放射Ｘ線の大きさは重なりの程度を示し、マスクまたは基 板を所望の重ねあわせに移動するための基準として使用可能である。この特許の システムは真空で操作する必要がある。 別の整合システムがスミス（Henry I.Smith）氏に対して発行された米国特許 ３、７４２、２２９号に記載されている。この特許において、柔らかいＸ線はマ スク上の第一重ねあわせ手段および基板上の第二重ねあわせ手段で使用されてい る。 ティッシャ（Peter Tischer）氏に対して発行された米国特許４、２３８、６ ８５号には半導体に固定されているマスクに対してＸ線ビーム源の位置の変位を 採用している整合システムが記載されている。 スミス（Henry I.Smith）氏等に対して発行された米国特許３、７４３、８４ ２号には柔らかいＸ線を使用しているリソグラフ工程が開示されている。 ワング（Chia-Gee Wang）氏に対して発行された米国特許５、０４４、００１ 号には真空にされたＸ線管内の薄い金属箔においてＸ線が発生し、管の外側の試 料が発生したＸ線に露光される材料を調査するための方法および装置が開示され ている。米国特許５、０４４、００１の開示をここに援用する。 シムラ（Shimura）氏に対して１９７２年６月６日に発行された米国特許３、 ６６８、４５４号に開示されている微細な焦点のＸ線管が一端に有するターゲッ トは頂点および薄い箔状のターゲットが横切って設けられている前記頂点での穴 またはスリットを含む開口部を備えるベースからなる。電子ビームは収束コイル および偏向コイルによって収束されている。前記コイルは前記管の外側に配列さ れ、前記電子ビームは前記頂点の穴またはスリットに集束され且つ焦点の位置は 偏向コイルによって移動可能である。発明の要約 本発明によって提供されるマイクロエレクトロニクス部品の製造において使用 される層を整合または位置決めするための方法は、選択的に位置決めされた小さ な透明領域を有する第一層を第二層にわずかな間隔で重ね、前記第二層はその表 面の一つに選択的に位置決めされた整合点を有し、該整合点は前記点の四つの実 質上等しく間隔があけられた隣接領域に別々に設けられている四つの異なる金属 要素からなり、前記透明領域に近接させて前記窓の内側に金属箔が被覆されてい る端部窓のＸ線管を設け、前記金属箔において明るいマイクロフォーカスされた Ｘ線ビームを発生させ、前記Ｘ線ビームを前記透明領域に通過させ、前記透明領 域を囲む前記第一層の表面領域は前記Ｘ線ビームに対して不透明であり、前記透 明領域を通過した前記Ｘ線ビームは前記点の少なくとも一部に照射し且つ前記金 属の少なくとも一つから蛍光Ｘ線を発生させ、前記金属の各々から発生された前 記蛍光Ｘ線を選択的に検出し、前記第一および第二層の重ねられた関係を調節す ることにより全ての四つの異なる金属から検出されたＸ線が所定のレベルに達す る。 また本発明によって提供されるコンパクトなＸ線管アセンブリは軸方向の長さ が約９インチ（２２８．６ｍｍ）以下で直径が約４インチ（１０１．６ｍｍ）以 下であってセラミック管状囲いによって囲まれている真空の室と、前記囲いの一 端に取り付けられ且つ電力源に接続可能である電源装置と、前記室内に設けられ 且つ前記電源装置に隣接しているエミッタ手段とからなり、前記エミッタ手段は 電子（ｅ）ビームを発するための微細な要素で終わり、前記ｅビームを金属箔タ ーゲット上に集束させるための前記室内の静電集束手段からなり、前記発光手段 および前記静電集束手段が前記電源装置に接続され、端部壁からなる前記囲いの 反対側の端部に設けられた端部窓と、前記端部壁に設けられているＸ線に対して 透明な窓と、前記金属箔ターゲットが設けられている前記窓の内側表面とからな り、金属箔ターゲットの厚さ並びに組成およびｅビーム・エネルギを選択するこ とによって予め選択されたエネルギのＸ線のマイクロフォーカスされた明るいビ ームが生成される。 図面の簡単な説明 図１は本発明のマイクロエレクトロニクス整合システムの概略図である。 図２は本発明に使用される整合点の概略図である。 図３は本発明に使用される別の整合点の概略図である。 図４は本発明によるＸ線管の概略の縦の部分断面図である。 図５は外側の容器を備えていない本発明のＸ線管の概略斜視図であり、一部断 面図である。 図６は外側の容器を備えている図５のＸ線管の概略斜視図である。 好適な実施例の説明 本発明のＸ線管は過去１００年間のＸ線管開発の歴史を最初に考えると理解す ることができる。初期の固定された陰極Ｘ線管 これらの管は単純で真空にされたガラス囲い、陰極フィラメントおよび固定陽 極を備えていた。陽極と陰極との大きな電位差を適用することによって、強い電 子ビーム（ｅビーム）が陽極に向けられる。ｅビームのエネルギはＸ線に変換さ れ、その大部分はｅビームに対して前方方向に配向され、時々多数の相互作用に おいてエネルギが熱として放出される。小さな割合のＸ線のみが（図に示す方向 に）放射される。 この種の管から放射されるＸ線光束は厳しく制限され、ｅビーム光束における 増加によってＸ線放射においてよりもむしろ熱に多くのエネルギがかかる。管内 に発生した熱が理由で、通常油が充填されている鋼（Ｘ線吸収剤）容器に設けら れ、熱を放出するための媒体が設けられる。容器の片側におけるベリリウム窓は Ｘ線の放射を妨げないように設けられている。この型の管は陽極の強制冷却のた めに後に開発されたが、これは重大な技術的挑戦であり、内部囲い内に高い真空 を維持する必要があったためである。Ｘ線診断のための医療的な適用にはより高 いＸ線光束がしばしば必要であり、この理由でＸ線管の新たな設計が要求されて いた。回転陽極Ｘ線管 １９３０年代に当時主要な開発として見られていたものに回転陽極管が導入さ れた。陽極の強制冷却を使用する代わりに、軸上に設けられ且つ真空にされたガ ラス囲いの内側に設けられているモータによって回転するタングステン・ディス クの形状を取る。陽極が回転することによって表面の冷却がしばらくの間可能と なる。これはいなかる時もディスク表面の１０００分の１しか強いｅビームの衝 撃を受けないためである。 フィラメントの背後のカップは陰極フィラメントが発した電子を回転陽極の角 度を有する面の方へ向け、面上でｅビームは強く照射されたスポットを形成する が、スポットは管が収容されている鋼シリンダの側窓を通して見ると、長円形に 見えるが、通常の側寸法は低電力管が１００ミクロン、高電力、高ビーム光束管 が２ｍｍまでである。ターゲットが回転しても、内部加熱が問題である。二つの 部分的な解決策が回転陽極管の製造者から提供された。即ち（ｉ）高電力／高光 束が必要な場合より大きなスポット・サイズを使用し、（ｉｉ）Ｘ線管を油で囲 み、油を外側の放熱器に循環させる。代価として解像度が損失しＸ線管および接 続している装置が複雑化して高価となった。 不適当な回転陽極Ｘ線管を使用者の要求に適合させるための手段は実際かなり 非効率的なので１Ｗより小さな患者にＸ線光束を供給するために５０、０００Ｗ より大きな電力が必要である。悪いことに、このような管には二種類の用途があ り、即ちＣＡＴ走査および血管造影透視法であるが、この場合装置の使用を周期 的に妨げなれけばならないのでＸ線管を冷却することができる。端部窓のＸ線管 Ｘ線照射の多くの用途、特に材料分析は点源からの発光を必要としない。この ような場合、単純な端部窓のＸ線管で充分である。陰極は有効な集束を行うこと なく静電気によって引出された電子をターゲット方向に発する。通常のターゲッ ト厚さによってかなりの加熱が行われるが、ｅビームによって発生したＸ線のほ とんどがターゲットに吸収される。 端部窓の管の限られた光束出力で充分である用途がある。油の冷却を使用する ことによって光束にわずかな追加を達成することができるが、端部窓管の量子効 率が比較的低いということはＸ線光束における適度な増加を達成するためだけに 冷却することができることを意味する。 端部窓Ｘ線管は一般に材料科学に採用されている。これらは高い効率、便利で あること、および低い消費電力で知られている。端部窓はｅビームに対するター ゲットとしてモリブデンまたはタングステンで被覆されているベリリウム（Ｂｅ ）の薄い板で通常形成されている。制動放射は３０ｋＶのｅビームに対して４５ °の最大ビーム光束およびより高いｅビームエネルギでは小さな角度で前方優先 である。使用されるＢｅ窓は前進するＸ線を透過するほど充分薄いのでこのよう な配置ではＸ線ビーム光束はほとんど減衰されない。窓の厚さが限られているの で、そのパワー消散容量が減少する。薄い端部窓を冷却するために使用可能な空 間は非常に限られているので冷媒の循環は不可能であるが、窓の外で循環してい る油が使用されて熱負荷を運ぶ助けとなる場合がある。焦点スポットの寸法は通 常コリメーターによって規定されるが、コリメータはＸ線光束を低減する。細か い焦点スポットを得るためにコリメータの開口を非常に小さく設定すると輝度が 特に著しく減少する。 本発明のＸ線管において、非常に効率がよく、集束されたｅビームが生成され 且つコリメーターを必要とすることなくビームが端部窓に到達してエネルギ分配 ばかりでなく空間上の寸法においても非常に集中したＸ線光束を生成するように 設計されている。 本発明によるＸ線管は図４に示されている。Ｘ線管９は管状のセラミックの囲 い１１に囲まれている真空にされた管状室１０からなる。一端で室１０は端部窓 １４に接続されている。他端で、室１０が接続している電源装置１２は線１３に よって図示しない電流源、例えば１２０ＶのＡＣ引出口に接続されている。電源 装置は管からのＸ線光子のエネルギが４．１ＫＶから１９ＫＶの範囲でマイクロ エレクトロニクスの整合に使用され、医療用に１００ＫＶまでとなるように調節 してもよい。電源装置１２はエミッタ１９および電界レンズ１７に電流を供給す るための変圧器および回路要素からなる。電源装置１２の部品が収容されるハウ ジングはプラスチックまたは金属で形成してもよく、前記ハウジングは絶縁油で 充填してもよい。 端部窓１４はその内側表面に金属箔ターゲット１５を有している。端部窓はセ ラミック囲い１１よりも直径の小さい管状延長部１６に設けてもよい。管状延長 部１６はセラミックまたは金属でよいが、通常ステンレス鋼であり、室１０の内 側に開口し、排気されている。管状延長部１６の通常の外径は５／８インチ（１ ５．８８mm）である。管状延長部１６は環状の磁気コイルまたはレンズ（図示し ない）によって囲んでもよい。室１０内にはｅビーム１８を集束する少なくとも 一つの電界レンズ１７が設けられている。 室１０には前記電源装置１２に接続されているｅビーム・エミッタ１９が収容 されている。ｅビーム・エミッタ１９はタングステン・フィラメントのホイスカ ーのようなホイスカーを備えてもよい。ホイスカーは数ミクロンの直径を有し化 学エッチングが施された１ミクロンより小さいサイズの、ｅビーム１９を発生す る先端を有する。ターゲットに集束されたｅビーム・スポットはホイスカーの先 端と同様の大きさである。ｅビームは静電集束レンズ１７によって集束される。 更なる集束を上述した磁気レンズで行ってもよい。 室１０、および使用する場合は環状延長部１６を真空ポンプのような真空手段 によって真空にするが、約３５０℃で９〜１２時間焼き付けることによりセラミ ックおよび金属部分からガス抜きして、その後封止してもよい。 本発明のＸ線管は狭い管状延長部１６から強いＸ線ビームを発する。狭い端部 窓の設計、薄い金属箔１５およびマイクロフォーカスされた放射Ｘ線ビームによ って、Ｘ線管はＸ線に露光される材料または組織に近接して設けることができる 。 選択された金属および予め選択された厚さからなる金属箔ターゲットを使用す ることによって、設けられている線発光を狭く調節してもよい。箔の厚さは０． １μｍ以下と低い範囲が可能であり、または通常１．０μｍもしくは２．０μｍ までのように厚くてもよい。厚いほうの金属箔は１００ＫＶまでのより高い放射 Ｘ線エネルギに関して使用される。 医療的な使用の場合Ｘ線管は胸の組織に対しては１５ＫV以上で典型的には通 常は１７．５ＫＶ、歯科用もしくは整形外科的な使用は約３３ＫＶ、胸郭は５０ 〜８０ＫＶおよびＧＩのＸ線は１００ＫＶのように高いＸ線エネルギで設計可能 である。 図５は本発明のＸ線管の部分断面図であり、部品は図４に記載されているよう な符号で示されている。 さらに図示されているようにセラミック囲い１１はいくつかの（図では３個） 部分１１ａ、１１ｂおよび１１ｃで構成してもよい。これらの部分の縁部は金属 化されており、そのため互いに、および端部窓１４を含む陽極アセンブリに対し て、およびｅビーム・エミッタ１９を含む陰極端部２１に対して溶接もしくはは んだ付け可能である。陰極端部２１は電源装置１２に接合されている。電界レン ズ１７およびエミッタ１９に対する電流は電源装置１２から線２２を介してセラ ミック囲い１１の外側で線２２を金属溶接部２３に単に接続することにより供給 するかまたは電源装置１２からリード線２４を介して内側で供給してもよい。外 側の接続線２２には真空状態室１０の外側でより容易に安定して接続が可能であ るという利点がある。 図６は本発明のＸ線管の斜視図であり、部品は図５の参照番号に相当する参照 番号を有し、またセラミック囲い１１（図５）を囲む外部容器２５が示されてい る。外部容器２５は少なくとも部分的に陽極アセンブリ２０を囲む端壁２６を有 する。外部容器２５および端壁２６は端部窓１４が端壁２６と同一平面であるか またはわずかに突出するように構成してもよい。 セラミック囲い１１の外側と外部容器２５の内側との間の環状空間は内部電圧 が高いことによる漏電を抑制するために有用な絶縁油で好ましくは充填されてい る。 セラミック囲いはＭｇおよびＡｌ酸化物のような様々な絶縁材から形成しても よい。 ガラス管の代わりにセラミック囲いを使用することによってＸ線管を正確に工 業設計することが可能であり且つ金属溶接部によって、発電器その他の部品に対 して安定した接続が可能である。熱の蓄積によって生じる応力のため、ガラス管 と金属部品との接合部は金属が膨張した結果として壊れる傾向がある。さらに、 セラミック部品に対して正確な寸法制御が可能なのですべてが実質上同じ寸法を 有するＸ線管を生産することができる。結果として、セラミックのＸ線管は予め 選択された電力を有するＸ線を供給するように設計することができ、ある特定の 予め選択された電力に対して設計された部品すべては同じ部品から作成可能であ り、異なる管の間の寸法差によって集束レンズその他の部品を特に調節する必要 はない。また、セラミック囲いを使用することによってガラス管を使用する場合 よりも小さな管のサイズが可能である。 レンズ１７が電界レンズであることが重要である。このような集束レンズで、 レンズに加えられる電圧はｅビーム・エネルギに比例する。このことによってｅ ビーム・エネルギは選択されたエネルギ、例えば１５ＫＶから１００ＫＶ以上ま で設定することができレンズ１７の電圧において比例した変化が生じる。このよ うな調節は集束レンズとして磁気コイルを使用した場合は容易に達成することが できない。 エミッタ１９のホイスカーの直径は非常に小さいので、エミッタに供給される 電流は通常１０Ｗより下で、低くなければならない。電界レンズ１７の使用を含 む本Ｘ線管の設計は著しく効率がよいので、ｅビーム電子の９９％以上がターゲ ットに供給され、約１ＷのＸ線光束が可能となる。端部窓ターゲットを使用する ことにより、ターゲットの原子はフィルタとして機能する。この結果Ｘ線の連続 放射よりも線発光の割合が高く、従ってＸ線スポットの有用な輝度が高くなる。 従来のＸ線管で別のフィルタが使用されているが、フィルタは複数の発光スポッ トを作るので、信号と雑音との比率が減少する。 端部窓はＸ線管の所望の使用に対して線放射が最適となるように設計してよい 。ターゲット金属が異なることにより線放射エネルギが異なり、例えばＫα線は 次の通りになる。 Ｕ ９８ ＫＶ Ｗ ５９ ＫＶ Ｌａ ３３ ＫＶ Ｍｂ １７．５ ＫＶ 組織の画像を形成するためのＸ線の場合、組織が厚くなると高いエネルギのＸ 線が必要とされ、本発明により多くの異なるＸ線管が入手可能であり且つ置換し 易いので、各々が異なるＸ線エネルギを有し、組織の大きさまたは他の作業に対 して適当なものを選択することができる。 対照的に、従来のＸ線機械は重量が１トンの電源装置、および大きなＸ線管ア センブリを有する場合がある。多数の比較的大きく、高価な機械を異なる場所に 設けることなく、異なる機械を容易に置き換えることができない。 図４および５を参照すると、セラミック囲い１１は約２インチ（５０．８ｍｍ ）以下、通常は約１インチ（２５．４ｍｍ）の直径を有することができる。管状 延長部１６は１インチ（２５．４ｍｍ）以下、通常は１／２（１２．７ｍｍ）イ ンチの長さを有し、ｅビーム軸に沿った延長部１６およびセラミック囲い１１の 全長は約５インチ（１２７ｍｍ）以下、通常は約２1/2（６３．５ｍｍ）インチ でよい。電源装置１２は約４インチ（１０１．６ｍｍ）以下、通常は約２インチ (５０．８ｍｍ）の直径、および約４インチ（１０１．６ｍｍ）以下、通常は２ インチ（５０．８ｍｍ）の長さを有してよい。図６に示されている外部容器は約 ４インチ（１０１．６ｍｍ）以下、通常は約２インチ（５０．８ｍｍ）の直径、 および約５インチ（１２７ｍｍ）以下、通常は約２1/2インチ（６３．５ｍｍ） の管状延長部１６との全長を有してよい。通常外部容器２５の直径は発電器１２ の直径と同じである。 従来の大きなＸ線機械は３００μｍ（遮蔽に有用）から明瞭な画像のための約 １００μｍまでのＸ線スポットの直径を作る。本発明のＸ線管は明瞭な組織画像 のために約１０μｍまで、細胞および細胞成分のＸ線のために１０μｍから１０ ｎｍの明るいスポットを作ることができる。 本発明のＸ線管において、電子はタングステン・フィラメントのホイスカーか ら引出され且つ端部窓ターゲット上にホイスカーを結像する電界レンズによって 集束される。ホイスカーから引出される全ての電子の９９％より多くが端部窓タ ーゲット上に集束され、装置の電流負荷全体をターゲットに当たるｅビーム光束 に変換する。このように電子顕微鏡と比べてｅビーム発生器の効率が百万倍も改 善されたので明るいＸ線ビームに必要な光束が生成される。薄い端部窓は従来の 端部窓の設計よりも透明度が高くなったのでＸ線発生効率が向上した。この配列 に対する電力密度および熱負荷を以下に説明する。 電子は端部窓ターゲットに入ると、ターゲットの核とともに非弾性的に分散す る毎に蛍光線または前進制動放射においてＸ線光子を生成する定まった確率を有 する。電子と電子との分散では使用されている比較的低いＸ線管エネルギでＸ線 が発生することはない。弾性的な分散ではビームがエネルギを失うことはなく、 指向性ビームの分配を不鮮明にするのみである。ターゲットはＸ線に対して透過 性があるので、Ｘ線光束はターゲットの核に遭遇する比率が電子と同じくらい生 来高くなりうる。生じる制動放射は３０ｋＶのｅビームと好ましくは４５°の前 方方向を有し、より高いエネルギでより小さな角度を有し、制動放射の光子がタ ーゲット材を移動すると、ターゲット原子は「フィルタ格子」として機能し光子 と相互作用する。この「格子」は高いエネルギの制動放射を吸収し且つ依然とし てＸ線焦点内の空間における特徴的な線放射としてほとんどを再放射する。この 蛍光が従来のフィルタ格子と異なる点は格子からの線放射は大きな領域で生じ且 つ画像をぼかすだけである。言い換えれば、端部窓の設計はターゲットおよびフ ィルタを単一の装置に組合せて非常に集中され光束が高められた焦点が生成可能 である。対照的に通常の固体ターゲットは前進Ｘ線光束を妨げるばかりでなく、 さらに別のフィルタ格子を使用することにより低い側方放射Ｘ線を低減するであ ろう。これは高いＸ線の線状発生効率を提供する設計において重要であり且つ最 初に考慮される。線放射において集中するエネルギ・スペクトル Ｘ線スペクトルの最適な分配はＸ線ビームのエネルギが管の機能的要件に非常 に整合すると最小の放射量で達成可能である。適当なターゲットが選択された場 合、Ｋ線蛍光放射で理想的な結果が得られる。幸運にも、１５ｋＶから９８ｋＶ の臨界範囲にわたるＫ線エネルギで多くの金属が利用できる。 従来の固体ターゲットＸ線装置はいくつかの理由でＫ線放射の利点を提供でき ない。第一に、支配的な制動放射はｅビームに対して前方に配向され、側方の窓 から出るＸ線光束に対する立体角は小さい。結果として、側方の窓から出るＸ線 光束の割合はｅビーム光束に対して非常に小さい。第二に、ターゲットの厚さお よび密度に最適であるエネルギ・レベルでＸ線スペクトルを集中させるために、 フイルタ格子が使用される。格子はより高いおよびより低いエネルギ部分で優先 的に光子光束を吸収するとともに、所望のエネルギ窓における光子光束の輝度を 低減する。 電子が金属ターゲットに入り且つ非弾性的なクーロン（coulomb）分散により 減速すると、電子は多くの段階でエネルギを失う。電子エネルギがターゲット要 素の吸収縁よりも高い場合、ターゲット核とのクーロン相互作用は制動放射また は蛍光放射であるとよい。制動放射は前方優先であり最も起こりそうなエネルギ 分配はｅビーム・エネルギの約２／３である。この最も起こりそうな制動放射を 共振蛍光放射と一致させるために、ＶピークはＫ吸光縁の上の５０％にしばしば 設定される。モリブデン・ターゲットは例えば２０ｋＶでＫ縁を有し、Ｖピーク が３０ｋＶで設定されると１７．５ｋＶでＫα線を発するであろう。Ｖピーク・ エネルギの２／３の制動放射エネルギが最も起こるであろうということはＸ線発 生相互作用のほとんどが３０ｋＷより下の電子エネルギで光子を発し且つＫ吸光 縁の下にあたるであろうということも示唆している。この電子とターゲット核と の相互作用はＸ線とターゲット原子との相互作用に匹敵する。しかしながらｅビ ームとＸ線ビームとの重要な違いは内部シェルのイオン化を発生させる能力にあ る。いずれのビームもターゲット原子の内部シェルのイオン化をもたらすことが できるが、Ｘ線ビームは、より透過性を有するので、「直接」内部シェルに届く ことができるとともに内部シェルのイオン化に対して巨大な共振分散を発生する ことができる一方で、ｅビームは共振内部シェル分散の前にクーロン分散を受け ・すでに過度に多くのエネルギを失い、Ｋ縁レベルの下となり、もはや内部シェ ルのイオン化を発生することができない。いずれか一方のビームがターゲットで ある内部シェルに充分なエネルギで到達できると、各々基本的な電磁相互作用に よって決められた非共振対共振分散断面の同様の率を示す。またこのような差異 は共振分散断面が生じる各エネルギ窓の幅によって測定可能である。 金属における２０ＫｅＶのＸ線光子の非弾性的な分散のための平均自由行路が ミリメートルで測定される一方、電子の場合はミクロンで測定される。言い換え れば、Ｘ線分散においてみられる巨大な非弾性的Ｋ縁対非Ｋ縁の断面はｅビーム のエネルギがこのような可能性のために調節された場合、ｅビーム分散の共振Ｋ 縁対制動放射に相当することができる。このようなエネルギ窓で、非弾性的Ｋ縁 と非弾性的制動放射との間のｅビームの断面率は統計的にＸ線断面の率に匹敵す る。しかしながら、Ｘ線管に対する通常の電力供給が必要且つ正確なエネルギ制 御を考慮にいれないのはＡＣ源を有することによって大きなリプルを有するＶピ ーク・レベルとなるためである。このように、共振エネルギ窓の多くが消失する であろう。 ターゲット原子の内部シェルのイオン化を伴う共振ｅビーム分散はほとんど蛍 光Ｋα線放射を発生するであろう。このようなＫ放射はシンクロトロン放射の揺 れ動きに匹敵できる。シンクロトロンの揺動において、ｅビームは鮮明な交流磁 界に遭遇する。方向変換が電子に強いられた場合は何時でも運動量の変化を釣り 合わすためにＸ線光子が放射される。揺動において熱が発生できないのは真空に おいてｅビームとエネルギを共有することができる固体および光子がないからで ある。本発明の細かく調節されたＸ線管において、ｅビーム分散断面はＸ線吸収 で示された分散断面と同じ統計を示し、光束の大部分は蛍光Ｋα放射であり小さ な部分のみが制動放射クーロン分散であろう。これは第二の重要な考慮される点 であるが、最小の白Ｘ線放射で所望のＸ線光束を提供することである。このよう な形態のＸ線発生は従来のＸ線管よりもシンクロトロン揺動に似ている。ターゲ ット端部窓に対する熱負荷は多数の非Ｘ線発生分散およびオーガー（Auger）放 射から依然として生じるであろうが、これらは断面統計で決められるようにｅビ ームの合計エネルギ負荷の一部分を構成するにすぎない。集束されたＥビームおよび集中されたＸ線スポット エネルギが微細に調節された集束eビームが薄い端部窓ターゲットに当たる場 合、ビーム・スポットの電力密度は高いが温度の上昇は容易に推定できる。Ｗを ビーム・スポットｒ₀の全熱負荷のワットとし、βを熱伝導率のワット／ｃｍ− ℃とする（１００℃で、様々な材料に対するβの値はＢｅ：１．６８、ダイアモ ンド：１７、等方的に純Ｃ−１２ダイアモンド：３５、Ａｕ：３．１３、Ｍｏ： １．３５、Ｗ：１．６３、およびＳｂ：０．２２）。固体における恒温輪郭が面 積２πｒ²の半球であるとし、黒体放射、Ｘ線、およびオーガー放射を無視する と、熱負荷Ｗの上限は電力負荷となる。温度勾配としてｄＴ／ｄｒを使用して、 Ｗ＝２βπｒ²ｄＴ／ｄｒ 次に等式を再配列すると、 ここで、ｒ₁＞ｒ₀ Ｗ＝１０ワット、ｒ₀＝１０μｍおよびＢｅ窓の場合２πβ＝１５で、温度の上 限としてΔＴ＝６００℃となる。 本Ｘ線管の発明において、ｅビームの多くは熱負荷の代わりにＸ線を発生し、 対照的に固体ターゲットを備える従来のＸ線装置において、ｅビームは小さなＸ ある。１０μｍよりもはるかに小さく且つ比例して低い電力負荷を有する焦点を 本発明のＸ線管によって生成してもよい。 従ってＸ線管はマイクロエレクトロニクスにとって非常に有用である。 ＩＣｓの生産は製造工程における寸法および位置のフィードバックに大いに依 存している。臨界寸法（ＣＤ）度量衡は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、特にウェー ハの最上表面層に対する放射損傷を制限する非常に低いエネルギのＳＥＭを現在 使用している。しかしながら、ＳＥＭは高価で生産を遅らせる真空工程を必要と する。別のＣＤ技術はレーザ干渉パターンが光子波長の一部で線解像度となるが 、焦点の深さが極度に浅くなる共焦顕微鏡を使用している。提案されたＸ線ステ ッパはかなりの焦点深さを有するが、スポット・サイズおよびビーム輝度によっ て制限され、最適な整合位置に到達するために相互作用工程を必要とすることに よって制限されている。 本発明は集束Ｘ線ビームを使用してマスク生成のための直接書込みにおけるマ スクとウェーハとの整合、またはマスクと固定装置との整合を調節し、整合信号 または無駄な機械的動きを反復することのないＸ線位置づけ技術を提供している 。位置づけ信号は非常に大きな焦点深さを有し、ナノメートルで測定される精度 を有する。 本Ｘ線管は端部窓型である。通常１０μｍのビーム・サイズの強いＸ線光子を 発し、ビーム・スポットは磁気レンズで１０μｍに集束可能である。管がマイク ロエレクトロニクスの整合に使用される場合は管からのＸ線光子のエネルギは４ ．１ＫＶの低さから通常２０または２０〜３０ＫＶの高さまで調節可能である。 低エネルギ操作で、Ｘ線光子は４．１ＫＶで集中され、レジストにおいてカル シウムのオーガー電子が励磁可能である。高エネルギ操作で、Ｘ線光子はＴｉ、 Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎのような遷移金属を励磁するこ とができる。これらの金属の四個が位置づけに使用される。高エネルギで、Ｘ線 光子はレジストおよびシリコン・ウェーハに対して比較的透明である。従って、 整合スポットまたは点を以下ＡＢＣＤ点と呼ぶが、ウェーハの背部に位置づけ可 能である。使用されるマスクは例えば上面、即ちエッチングするシリコン・ウェ ーハと反対側の表面上に金などのパターンを有する酸化シリコン膜がよい。通常 、重ねられたマスクおよびシリコン・ウェーハは約１０μｍ互いに間隔があけら れている。マスクは３μｍの厚さの金のスポットにおける１ミクロンの穴のよう な、高エネルギＸ線光子に対して不透明なスポットまたは領域によって囲まれて いる透明な領域を含むことができる。好ましくはパターンは前記表面上に設けら れＸ線に対して不透明なスポットは基板もしくはシリコン・ウェーハに向いてい るマスクの下面に設けられている。金のパターン・マスクは一般に１μｍのパタ ーン厚さを有する。金のスポットにおける穴に相当して、整合のために蛍光スポ ットがウェーハの表面、特に裏側（マスクと反対側）に付着している。各マスク は回転による心狂いを防ぐために一以上の整合用の穴を有することができる。金 の整合穴は例えば直径が１０、５、２、１または０．５μｍのレーザ・ドリルに よる穴でもよい。 本発明のＸ線管は小さな焦点から明るいＸ線ビームを得て、殆どの線エネルギ を放射し、整合スポットを照射して四個の異なる蛍光信号を四個の相当する異な る要素Ａ、Ｂ、ＣおよびＤ（図２および３）から生成し、各信号は異なる指向性 の補正を示している。四信号（計数率）の全てがある所定のレベルに達すると整 合が達成される。 明るい集束Ｘ線ビームが小さな端部窓構造の首部から出るように工業設計され ている。Ｘ線ビーム・スポットはマスク開口にすぐ隣接して設けることができる ので（１ｍｍ以内）Ｘ線ビームの強度の多くはＸ線レンズ（例えばＸ線ファイバ 集線装置）を必要とすることなく利用可能である。 端部窓の構造において、ｅビームは小さな端部窓のターゲット・スポットに集 束され所望の線放射を行う。電子は金属ターゲットに入り且つクーロン相互作用 により減速すると、多くの段階でエネルギを失う。電子エネルギがターゲット材 のある吸収縁よりも高い場合、相互作用は制動放射（連続体）または蛍光（線） でありうる。電子エネルギが縁部に非常に近いがわずかに上にある場合、相互作 用は共振蛍光吸収に支配される。エネルギが縁部から下へ落ちるとすぐに、エネ ルギが残らなくなるまで連続体のみが連続する。線との混合連続体のスペクトル はすべての固体ターゲットに当てはまる。従って、いかなるＸ線管に対する電子 ビームのエネルギも一般にＥ−最大またはＥ−ピークにより記載される。一方、 薄膜の端部窓ターゲットには、Ｘ線スペクトルを規定することができる設計パラ メータが追加されるが、それは膜厚である。電子ビームのエネルギは主に線放射 を行う縁部のすぐ上から開始することができる。厚さを計算してエネルギが縁の 下に落ちるとすぐにＸ線の発生を終了させることにより、線放射より下のエネル ギでの望ましくない連続体放射が除去される。このような端部窓の構造において 、線対連続体の率は固体ターゲットの率と非常に異なる。Ｘ線光子のほとんどが このような端部窓の設計を使用している所望の放射となりうる。 異なる特性の放射を得るために異なるターゲット要素を使用することによって 線放射を選択することができる。通常のＸ線管では、ターゲットと同じ材料を使 用してフィルタ材が通常選択されるので所望の線放射の最大透明度が得られると ともに吸収縁のすぐ上の強いＸ線エネルギをほとんど吸収して線−連続体の比率 が高められる。端部窓の設計において、ターゲットおよびフィルタを同じ端部窓 材に組み合わせる。この薄いターゲット材は所望のＸ線スペクトルを提供するこ とができるが、真空状態を保持できず、導電不可能であり集中した熱負荷を散逸 させる。従って、薄膜はベリリウム（Ｂｅ）のようなＸ線光子に対して低いＺで 最大の透明度を実現するＸ線透明支持体に被覆される。 Ｘ線管のｅビームの集束は静電、電磁、または二つの組合せで行うことができ る。本発明の好適な設計は管に収容されている電界集束レンズ、さらに管の外側 に収容されている磁気コイル・レンズ（図４）である。 整合点のＡ、Ｂ、ＣおよびＤの４個の異なる要素からの蛍光Ｘ線は４個の金属 を識別するＸ線検出器によって検出される。検出器が４個の金属のＫ線を分解す る助けとなるように、４個の金属要素は隣接している要素からではなく、周期表 のその他の要素から選択することができる。 Ｘ線検出器はエネルギに対する感度を有し（問題の９個の要素のうち４個のＫ 蛍光線を識別することができる）高い解像度の比例計数器、またはかなり厚い空 乏領域（＜４０μｍ）を備えるシリコン・ダイオード配列であるのでＸ線測定に 対して適当な量子効率を達成することができる。 Ｘ線検出器は図１に示されているようにドーナッツ形状で作成可能なので、向 けられている散乱していないＸ線ビームをすべて通過させ且つＡＢＣＤ点から蛍 光計数を最大限受ける。 図１に示されているように、本発明のＸ線管１はマスク・スポットまたは領域 ４における整合開口３の近くに位置している端部窓２から明るい集中ビームを発 する。光子の光束が小さな開口３を通過してマスク側のシリコン基板（図示しな い）の表面または反対側即ち基板の裏面に設けられているＡＢＣＤ点に当たる。 Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは蛍光Ｘ線を放射する四個の異なる金属を表し、検出器６に よって選択的に検出可能である。検出器６はＳｉ（Ｌｉ）検出器でもよい。注 目することはビーム・スポットが従来の高電力Ｘ線管のほとんどに通常見られる ガラス管の数ｍｍ内側に設けられていたとすると、ビームは管の外側に集中しな ければならないので充分な光子の光束がマスクにおける小さな整合開口に到達し 且つ通過して指定された整合機能を果たすであろう。本発明のポケット・サイズ のマイクロフォーカスＸ線管の極めて明るいビーム・スポットは突出しマスクの 開口に隣接することができるので非常に効率がよい。 ＡＢＣＤ整合点の二つの実施例が図２および３に示されている。蛍光Ｘ線を発 する四個の異なる金属がＡ、Ｂ、ＣおよびＤにより表され、これらの文字を囲む 線は各金属が占める領域７の輪郭を示している。四個の金属を含む領域は中心の 交点７ａで交わる。個々の金属が占める領域７は平行線の間の領域８で示されて いるように中心の交点から離れた領域に延びてもよく、中心の交点から所望の距 離で終わる。延出領域は図示しない。点は非常に小さなマイクロドットである。 これは金属の化学蒸着、真空蒸発もしくはスパッタリング、または金属もしくは これらの金属の化合物を含む薄膜をフォトエッチングすることによって生成する ことができる。 シリコン・ウェーハでマスクの整合を達成するために、位置補正の必要性が蛍 光Ｘ線のレベルによって示されている。金属Aからの放射のみが検出されるとこ ればマスクにおける開口を通過しているＸ線管からのＸ線が当たっているのは点 のA領域のみであることを意味している。従って、基板およびマスクのいずれか 一方が移動するので領域Ａ、Ｂ、ＣおよびＤが交わる点の中心はマスクの開口で ある。中心をはずれた位置は検出された４つの型のうち異なるレベルのＸ線また は蛍光の光子量によって示される。 整合はマイクロマニピュレータを使用して行ってもよい。０．１５μｍステッ プで移動するモーター駆動によるマイクロマニピュレータが使用可能である。同 じマニピュレータを手動で制御することにより０．０５μｍステップを生成する ことができる。 放出工ネルギを調節または選択する能力があるので、Ｘ線管はリソグラフィに 使用するために約４ＫＶ、通常４．１ＫＶ、マイクロエレクトロニクス整合には より高い１０〜２０または１０〜３０ＫＶの柔らかいＸ線を放射するように設計 することができる。整合に続いて、Ｘ線管を異なる装置に置き換えることなくリ ソグラフィ用にエネルギを４．１ＫＶまで低減することができる。注目すべきこ とは整合およびリソグラフィは真空環境を必要とすることなく達成することがで きるということである。 整合に高いエネルギを使用することによってＡＢＣＤ点に対して遷移金属を使 用することができるので要素の幅広い選択が実現し、シリコンおよびレジストは 高いエネルギの光子に対して透明なので点をシリコン・ウェーハの裏に設けるこ とができる。さらに、このように高いエネルギの光子はほこりおよびアルゴンに 透明であるため、整合を空気中で行うことができ且つ操作は真空におけるよりも はるかに簡単である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION               X-ray tube and microelectronics alignment process Background of the Invention 1.Field of the invention   The present invention is relatively compact, yet pocket sized, protruding bright It relates to a microfocused X-ray tube with a beam spot. Integrated circuit In the manufacture of microelectronic devices such as (IC) or computer chips Particularly suitable for X-ray steppers that are useful for method control and alignment . It is also useful for medical imaging. The invention also relates to microelectronics. And alignment and positioning or dimensional control processes and systems.   The lithographic process in which ICs have traditionally been produced involves the use of photochemical coated silicon. Etched chips etched through light through a mask on the surface of a con-wafer substrate To produce.   Each year, etched lines become increasingly finer and circuits become more complex As a result, ICs have components equivalent to a very large number of transistors, Substantially increase the capabilities of computer chips and the electronic devices that utilize them I was able to.   In the etching process, if a clear line image is formed by light passing through the mask Need not be. This is a very small factor that requires higher line resolution. Fine lines are increasingly difficult. It is about 0. 0 by a technique using ordinary light. IC with a minimum width of 35 μm and components equivalent to about a few million transistors s can now be produced. Use of coherent light is about 0.3μm It is limited to the case where the line width up to, that is, the resolution is produced at an appropriate cost. Normal The light wave is too large at 0.5 μm to form a clear image with a smaller line width. Can not.   However, the semiconductor industry has moved toward 0.1 μm line resolution and The use of a signaling level is contemplated. Due to these requirements, Critical dimension control of alignment between mask and wafer, absolute positioning during mask writing It can be seen that improvements in general metrology are urgently needed. 2.Description of the prior art   X-rays have been studied for such requirements due to their very short wavelength. IC re The challenge is to generate X-rays for lithography or dimensional and positioning control Met. Conventional sources such as medical x-ray tubes are not useful. This is the mask and And clear images without penetrating the wafer and damaging the material. This is for generating excessively strong X-rays that cannot be obtained.   Soft (low energy) X-rays have been used for lithography and positioning However, it is very expensive and the relatively small way in which computer chips are manufactured. Has been produced in bulky equipment, not optimal for action on c. For example, Synchrotrons have been used to produce soft X-rays for lithography. S No. 3,984,680 issued to Henry I. Smith Is an alignment system for aligning masks and substrates exposed using soft X-rays. A stem is disclosed. For soft X-ray transmitting areas and soft X-rays An alignment mark having an opaque area is provided on the mask. How many Marks that are similar in nature are provided on the substrate. Align with mark on board Contains a material that fluoresces when exposed to X-rays, ie, that emits X-rays. You. The emitted X-rays are detected. Soft X-rays from X-ray source pass through transparent area And is absorbed by the opaque area of the mark on the mask. Emits X-rays on the substrate The amount of X-rays striking a mark that is Depends on The magnitude of the detected X-ray radiation indicates the degree of overlap, It can be used as a reference to move the boards to the desired overlay. Of this patent The system needs to operate in a vacuum.   U.S. Patent issued to Henry I. Smith, another matching system 3, 742, 229. In this patent, soft X-rays are Used in the first superposition means on the disc and the second superposition means on the substrate. You.   US Patent No. 4,238,6 issued to Peter Tischer No. 85 describes the displacement of the position of the X-ray beam source with respect to the mask fixed to the semiconductor. The matching system employed is described.   US Patent 3,743,84 issued to Henry I. Smith, et al. No. 2 discloses a lithographic process using soft X-rays.   US Patent No. 5,044,001 issued to Chia-Gee Wang X-rays are generated in a thin metal foil inside an evacuated X-ray tube. Methods and apparatus for investigating materials exposed to charged x-rays are disclosed. ing. The disclosure of US Pat. No. 5,044,001 is hereby incorporated by reference.   U.S. Patent No. 3, issued June 6, 1972 to Shimura, No. 668,454, which has a fine focus X-ray tube having a target at one end. A hole at the apex, where the thin foil target is provided across Alternatively, the base is provided with an opening including a slit. Electron beam focus coil And a deflection coil. The coils are arranged outside the tube The electron beam is focused on the apex hole or slit and the focus position is It can be moved by a deflection coil.Summary of the Invention   Use in the manufacture of microelectronic components provided by the present invention The method for aligning or positioning the layers to be A first layer having a transparent region is superimposed on the second layer at a small interval, and the second layer is It has an alignment point selectively positioned on one of the faces, the alignment point having four points of said point. Four different metals, separately provided in adjacent areas that are qualitatively equally spaced A metal foil is coated on the inside of the window close to the transparent area. An X-ray tube with an end window was provided, and bright microfocus was applied to the metal foil. Generating an X-ray beam, passing the X-ray beam through the transparent region, The surface area of the first layer surrounding the area is opaque to the X-ray beam, and The X-ray beam that has passed through the bright region illuminates at least a portion of the point and Generating fluorescent x-rays from at least one of the genus Selectively detecting the fluorescent X-rays and adjusting the superimposed relationship of the first and second layers. X-rays detected from all four different metals reach predetermined levels You.   The compact X-ray tube assembly provided by the present invention also has an axial length. Is about 9 inches (228.6 mm) or less and about 4 inches (101.6 mm) or less in diameter A vacuum chamber below and enclosed by a ceramic tubular enclosure; A power supply mounted at the end and connectable to a power source; And emitter means adjacent to the power supply, wherein the emitter means Ends with fine elements for emitting an electron (e) beam, the e-beam is An electrostatic focusing means for focusing on a target, and said light emitting means. And the electrostatic focusing means is connected to the power supply, and the enclosure comprising an end wall is provided. An end window provided at the opposite end and an X-ray provided at the end wall. A transparent window and an inner surface of the window where the metal foil target is provided. The thickness and composition of the foil target and the e-beam energy. A microfocused bright beam of X-rays of energy preselected by Is generated.                             BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   FIG. 1 is a schematic diagram of the microelectronic matching system of the present invention.   FIG. 2 is a schematic diagram of the matching points used in the present invention.   FIG. 3 is a schematic diagram of another matching point used in the present invention.   FIG. 4 is a schematic vertical partial sectional view of an X-ray tube according to the present invention.   FIG. 5 is a schematic perspective view of the X-ray tube of the present invention without an outer container, and is partially cut away. FIG.   FIG. 6 is a schematic perspective view of the X-ray tube of FIG. 5 provided with an outer container.                            Description of the preferred embodiment   It is understood that the X-ray tube of the present invention first considers the history of X-ray tube development for the past 100 years. Can beEarly fixed cathode X-ray tube   These tubes are simple, evacuated glass enclosures, cathode filaments and fixed tubes. Had poles. By applying a large potential difference between the anode and the cathode, A daughter beam (e-beam) is directed to the anode. e-beam energy is converted to X-rays Most of which are oriented forward with respect to the e-beam, sometimes with multiple interactions Energy is released as heat. Only a small percentage of X-rays (in the direction shown in the figure) ).   The X-ray luminous flux emitted from this type of tube is severely restricted and the e-beam luminous flux The increase puts more energy on heat rather than on x-ray radiation. Jurisdiction Because of the heat generated, the steel (X-ray absorber) usually filled with oil And a medium for releasing heat is provided. The beryllium window on one side of the container It is provided so as not to hinder X-ray emission. This type of tube is used for forced cooling of the anode. This was a significant technical challenge, with high vacuum inside the inner enclosure. Because it was necessary to maintain Higher for medical applications for X-ray diagnostics X-ray beams are often required, and for this reason new designs of X-ray tubes are required. Was.Rotating anode X-ray tube   In the 1930s, a rotating anode tube was introduced to what was seen as a major development at that time. Was. Instead of using forced cooling of the anode, an on-axis and evacuated gas A tungsten disc rotated by a motor provided inside the lath enclosure Shape. The cooling of the surface is possible for a while by rotating the anode. Become. This means that the e-beam impingement only 1000 times stronger than the disk surface This is to avoid being hit.   The cup behind the filament rotates the electrons emitted by the cathode filament at the corner of the rotating anode. The e-beam forms a strongly illuminated spot on the surface, towards the surface with the power However, the spot looks oval when viewed through the side window of the steel cylinder in which the tube is housed. As you can see, the normal side dimensions are 100 microns for low power tubes, high power, high beam luminous flux tubes Is up to 2 mm. Even if the target rotates, internal heating is a problem. two A partial solution was provided by the rotating anode tube manufacturer. That is, (i) high power / high light Use a larger spot size if a bundle is needed and (ii) oil the x-ray tube And circulate the oil to the outer radiator. At the cost of loss of resolution, The connected equipment became complicated and expensive.   Means for adapting an inappropriate rotating anode X-ray tube to the needs of the user are indeed considerable. 50,000 W to deliver x-ray flux to patients smaller than 1 W due to inefficiency Greater power is required. Unfortunately, such tubes have two uses. CAT scanning and angiographic fluoroscopy, where the use of the device is Therefore, the X-ray tube can be cooled.X-ray tube at end window   Many applications of X-ray irradiation, especially material analysis, do not require emission from a point source. this In such cases, a simple end window x-ray tube is sufficient. The cathode must provide effective focusing And emits electrons extracted by static electricity toward the target. Normal target Although considerable heating is provided by the thickness of the beam, most of the X-rays generated by the e-beam The tongue is absorbed by the target.   There are applications where the limited luminous flux output of the end window tube is sufficient. Use oil cooling Can achieve a small addition to the luminous flux, but the quantum efficiency of the end window tube The relatively low rate is only to achieve a modest increase in X-ray flux. It means that it can be cooled.   End window x-ray tubes are commonly employed in materials science. These are highly efficient, convenient Known for its low power consumption. The end window is a tar Beryllium (Be) coated with molybdenum or tungsten as a get ) Is usually formed of a thin plate. Bremsstrahlung is 45 for a 30 kV e-beam. Forward beam priority at small angles for maximum beam flux of ° and higher e-beam energy It is. This is because the Be window used is thin enough to transmit the advancing X-rays. In such an arrangement, the X-ray beam is hardly attenuated. The window thickness is limited Thus, the power dissipation capacity is reduced. Empty available for cooling thin end windows It is impossible to circulate the refrigerant because the space is very limited, but it circulates outside the window. Oil may be used to help carry the heat load. The dimensions of the focal spot As defined by the normal collimator, the collimator reduces the x-ray flux. fine If the collimator aperture is set very small in order to obtain a In particular, it is significantly reduced.   In the X-ray tube according to the invention, a very efficient and focused e-beam is produced. And the beam reaches the end window without the need for a collimator and energy distribution Not only to generate a very concentrated X-ray beam in space dimensions but also Designed.   An X-ray tube according to the invention is shown in FIG. The X-ray tube 9 is a tubular ceramic enclosure. It comprises a evacuated tubular chamber 10 surrounded by a chamber 11. At one end the room 10 is the end window 14. At the other end, the power supply 12 to which the chamber 10 is connected Therefore, it is connected to a current source (not shown), for example, a 120 V AC outlet. Power supply The device is designed for micro-power when the energy of X-ray photons from the tube is in the range of 4.1 to 19 KV. Used to match electronics, adjusted to 100KV for medical use May be. The power supply 12 supplies current to the emitter 19 and the electric field lens 17. And a circuit element. How to accommodate parts of power supply device 12 The jing may be made of plastic or metal and the housing is made of insulating oil It may be filled.   The end window 14 has a metal foil target 15 on its inner surface. The end window is It may be provided on a tubular extension 16 having a smaller diameter than the lamic enclosure 11. Tubular extension Portion 16 may be ceramic or metal, but is typically stainless steel, and Opened to the side and exhausted. The typical outer diameter of the tubular extension 16 is 5/8 inch (1 5.88 mm). The tubular extension 16 is an annular magnetic coil or lens (shown No). At least the e-beam 18 is focused in the chamber 10. One electric field lens 17 is provided.   The chamber 10 houses an e-beam emitter 19 connected to the power supply 12. Have been. The e-beam emitter 19 is a tungsten filament whisker. A whisker such as a car may be provided. Whiskers have diameters of a few microns Produces an e-beam 19 of less than 1 micron size that has been etched With a sharp tip. The e-beam spot focused on the target is beyond the whisker It is the same size as the edge. The e-beam is focused by the electrostatic focusing lens 17. Further focusing may be provided by the magnetic lenses described above.   The chamber 10 and, if used, the annular extension 16 are evacuated by vacuum means such as a vacuum pump. Vacuum for about 9 to 12 hours at about 350 ° C. The gasket and metal parts may be vented and then sealed.   The x-ray tube of the present invention emits a strong x-ray beam from a narrow tubular extension 16. Narrow end The window design, the thin metal foil 15 and the microfocused radiated X-ray beam Thus, the X-ray tube can be provided in close proximity to the material or tissue to be exposed to X-rays .   Use a metal foil target of selected metal and pre-selected thickness. By doing so, the provided line emission may be adjusted to be narrow. The foil thickness is 0. A range as low as 1 μm or less is possible, or usually 1.0 μm or 2.0 μm It may be as thick as Thicker foil has higher radiation up to 100KV Used for X-ray energy.   For medical use, X-ray tubes are typically 15 KV or higher for breast tissue. Normally 17.5 KV, dental or orthopedic use about 33 KV, thorax 50 X-rays of ~ 80KV and GI can be designed with X-ray energies as high as 100KV It is.   FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the X-ray tube of the present invention, and the components are as described in FIG. It is shown by the various symbols.   As further shown, there are several ceramic enclosures 11 (three in the figure). It may be composed of the parts 11a, 11b and 11c. The edges of these parts are metal And thus to each other and to the anode assembly including the end window 14 And to the cathode end 21 including the e-beam emitter 19 It can be attached. The cathode end 21 is joined to the power supply device 12. Electric field ren The current to the capacitor 17 and the emitter 19 is supplied from the power supply 12 to the Supplied by simply connecting wire 22 to metal weld 23 outside Mick enclosure 11 Or it may be supplied internally from the power supply 12 via the lead wire 24. Outside The connection line 22 on the side can be more easily and stably connected outside the vacuum state chamber 10. The advantage is that   FIG. 6 is a perspective view of an X-ray tube according to the present invention, in which parts correspond to those in FIG. An outer container 25 having a number and surrounding the ceramic enclosure 11 (FIG. 5) is shown. You. The outer container 25 has an end wall 26 at least partially surrounding the anode assembly 20. I do. Are the outer container 25 and the end wall 26 the end window 14 flush with the end wall 26? Or you may comprise so that it may project slightly.   The annular space between the outside of the ceramic enclosure 11 and the inside of the outer container 25 is the internal voltage. Is preferably filled with an insulating oil that is useful for suppressing leakage due to high You.   Ceramic enclosures can be made of various insulating materials such as Mg and Al oxides Good.   Precisely engineer X-ray tubes by using ceramic enclosures instead of glass tubes It is possible to design the power generator and other parts with metal welds. And a stable connection is possible. Glass tubes due to stress caused by heat accumulation Joints between metal and metal components tend to break as a result of metal expansion. further, Precise dimensional control for ceramic parts allows all to have virtually the same dimensions X-ray tube can be produced. As a result, ceramic X-ray tubes It can be designed to provide x-rays with a selected power, and All parts designed for preselected power can be created from the same part. The focusing lens and other components need special adjustment due to dimensional differences between different tubes There is no. Also, when using a glass tube by using a ceramic enclosure Smaller tube sizes are possible.   It is important that the lens 17 is an electric field lens. With such a focusing lens, The voltage applied to the lens is proportional to the e-beam energy. This allows e The beam energy can be selected energies, for example, from 15 KV to over 100 KV. And a proportional change occurs in the voltage of the lens 17. This Such adjustment can be easily achieved when using a magnetic coil as a focusing lens. Can not.   The diameter of the whisker of the emitter 19 is so small that it is supplied to the emitter. The current must be low, usually below 10W. Including the use of an electric field lens 17 Because the design of the present X-ray tube is extremely efficient, more than 99% of e-beam electrons are targeted. The X-ray beam is supplied to the X-ray beam and an X-ray beam of about 1 W is enabled. Use end window targets Thereby, the target atoms function as a filter. As a result, X-ray continuity There is a higher proportion of line emission than radiation, and thus a higher useful brightness of the X-ray spot. Another filter is used in conventional X-ray tubes, but the filter is The signal to noise ratio is reduced.   The end window may be designed to optimize the radiation for the desired use of the X-ray tube . The radiation energy differs due to the difference in the target metal. It is as follows.               U 98 KV               W 59 KV               La 33 KV               Mb 17.5 KV   In the case of X-rays for forming an image of a tissue, the thicker the tissue, the higher the energy of X-rays. X-rays are required and many different X-ray tubes are available and replaceable with the present invention. Each having a different x-ray energy, which can be very sensitive to tissue size or other tasks. And select an appropriate one.   In contrast, conventional X-ray machines have power supplies weighing one ton and large X-ray tube assemblies. May have assemblies. Many large, expensive machines in different locations Without it, different machines cannot be easily replaced.   Referring to FIGS. 4 and 5, the ceramic enclosure 11 is about 2 inches (50.8 mm). ) Below, it can typically have a diameter of about 1 inch (25.4 mm). Tubular Extension 16 is less than 1 inch (25.4 mm), usually 1/2 (12.7 mm) Of the extension 16 and the ceramic enclosure 11 along the e-beam axis. Total length is about 5 inches (127 mm) or less, usually about 21/2 (63.5 mm) inches Is fine. Power supply 12 is about 4 inches (101.6 mm) or less, typically about 2 inches (50.8 mm) diameter and no more than about 4 inches (101.6 mm), usually 2 It may have a length of inches (50.8 mm). The outer container shown in FIG. A diameter of no more than 4 inches (101.6 mm), usually about 2 inches (50.8 mm); And about 5 inches (127 mm) or less, usually about 21/2 inches (63.5 mm) May have the entire length of the tubular extension 16. Usually, the diameter of the outer container 25 is Is the same as the diameter of   Conventional large X-ray machines require 300 μm (useful for shielding) for clear images. Make X-ray spot diameters up to 100 μm. The X-ray tube of the present invention has a clear tissue image. From about 10 μm to about 10 μm for X-rays of cells and cellular components. nm bright spots can be created.   In the X-ray tube of the present invention, the electron is a tungsten filament whisker. By a field lens drawn out and imaging the whisker on the end window target Focused. More than 99% of all electrons drawn from the whiskers are edge windows E-beam luminous flux focused on the target and hitting the entire current load of the device to the target Convert to Thus, the efficiency of the e-beam generator is improved by one million times compared to the electron microscope. The luminous flux required for the bright X-ray beam is thus generated. Thin end windows are traditional X-ray generation efficiency was improved because the transparency was higher than the end window design. This array The power density and the heat load for are described below.   When electrons enter the edge window target, they are inelastically dispersed with the target nucleus. Have a fixed probability of producing X-ray photons in the fluorescence or forward bremsstrahlung I do. X-ray with relatively low X-ray tube energy used in electron-to-electron dispersion Does not occur. With elastic dispersion, the beam does not lose energy, It only blurs the distribution of the directional beam. Target is transparent to X-rays The X-ray beam is as live as the electrons in the target nucleus. It can be high now. The resulting bremsstrahlung is before the 30 kV e-beam and preferably 45 ° Bremsstrahlung photons with higher energy, smaller angles at higher energies As the target material moves, the target atoms function as a "filter lattice" Interacts with. This "lattice" absorbs high energy bremsstrahlung and still Most re-emit as characteristic line radiation in space within the X-ray focus. this The difference in fluorescence from conventional filter gratings is that line emission from the grating occurs in a large area and Just blur the image. In other words, the end window design is Filters can be combined into a single device to create a highly focused, enhanced flux focus It is. In contrast, ordinary solid targets not only block forward x-ray flux, The use of additional filter gratings will reduce low side emission X-rays. Would. This is important and most important in designs that provide high x-ray line generation efficiency. Be considered first.Energy spectrum concentrated in line radiation   Optimal distribution of the X-ray spectrum depends on the energy of the X-ray beam, Is achievable with minimal radiation. When a suitable target is selected In that case, K-ray fluorescence emission gives ideal results. Fortunately, 15kV to 98kV Many metals are available with K-ray energies over the critical range of   Conventional solid target X-ray equipment can provide the benefits of K-ray radiation for several reasons. Absent. First, the dominant bremsstrahlung is directed forward with respect to the e-beam and the side window The solid angle for the X-ray luminous flux exiting from is small. As a result, X-rays exiting from the side window The ratio of the light flux is very small with respect to the e-beam light flux. Second, target thickness To focus the X-ray spectrum at an energy level that is optimal for density and density, A filter grid is used. Lattice takes precedence in higher and lower energy parts While absorbing the photon luminous flux, and increasing the brightness of the photon luminous flux in the desired energy window. Reduce.   Electrons enter the metal target and due to inelastic coulomb dispersion When decelerating, electrons lose energy in many stages. Electron energy needs target Above the elemental absorption edge, Coulomb interactions with the target nucleus can be bremsstrahlung or May be fluorescent emission. Bremsstrahlung is forward-first and most likely energy The distribution is about 2/3 of the e-beam energy. This most likely bremsstrahlung The V peak is often at 50% above the K absorption edge to match the resonant fluorescence emission. Is set. The molybdenum target has a K edge at, for example, 20 kV and a V peak Would be emitting Kα radiation at 17.5 kV if set at 30 kV. V peak The fact that two-thirds of the bremsstrahlung energy will occur most often means that Most of the live interactions emit photons at electron energies below 30 kW and K absorption It also suggests that it will be below the edge. This electron and the target nucleus Is comparable to the interaction between X-rays and target atoms. However, e-bi An important difference between the beam and the x-ray beam is the ability of the inner shell to generate ionization. You. Either beam can cause ionization of the inner shell of the target atom Yes, but the X-ray beam is more transparent so it reaches the "direct" inner shell Can generate huge resonance dispersion for internal shell ionization While the e-beam undergoes Coulomb dispersion before the resonant inner shell dispersion. ・ It has already lost too much energy, has fallen below the K-edge level and is no longer The ionization of the metal cannot occur. Either beam is the target If a certain inner shell can be reached with sufficient energy, the basic electromagnetic interaction Thus, a similar ratio of the determined non-resonant versus resonant dispersion cross-section is shown. Also such differences Can be measured by the width of each energy window where the resonance dispersion cross section occurs.   The mean free path for the inelastic dispersion of 20 KeV X-ray photons in metal is It is measured in millimeters, while for electrons it is measured in microns. Paraphrase Then the huge inelastic K-edge vs. non-K-edge cross-section seen in X-ray dispersion is the e-beam Is adjusted for this possibility, the resonance K of the e-beam dispersion It can correspond to edge to bremsstrahlung. With such an energy window, the inelastic K-edge E-beam cross-section between neutron and inelastic bremsstrahlung is statistically comparable to the X-ray cross-section rate You. However, normal power supply to the X-ray tube is necessary and accurate energy control is required. What is not taken into account is that having an AC source allows the Work level. Thus, much of the resonance energy window disappears Will.   Resonant e-beam dispersion with ionization of the inner shell of target atoms is almost It will generate light Ka radiation. Such K radiation is a source of synchrotron radiation fluctuation. Can be comparable to the movement. During the synchrotron oscillation, the e-beam is Encounter the world. Whenever a change of direction is imposed on an electron, the change in momentum is detected. X-ray photons are emitted to combine. What can not generate heat in swing is vacuum Because there are no solids and photons that can share energy with the e-beam is there. In the finely tuned X-ray tube of the present invention, the e-beam dispersion cross section is X-ray absorption Shows the same statistics as the dispersion cross-section indicated by, and the majority of the luminous flux is Only that part would be bremsstrahlung Coulomb dispersion. This is the second important consideration But to provide the desired X-ray flux with minimal white X-ray radiation. like this X-ray generation in a different form is more like synchrotron oscillation than a conventional X-ray tube. Target The heat load on the cut end window is due to the large number of non-X-ray generated dispersions and Auger emissions. Will still result from the firing, but these will be e- Only a part of the total energy load of theFocused E-beam and focused X-ray spot   Where a finely-tuned focused e-beam hits a thin end window target In this case, the power density of the beam spot is high, but the temperature rise can be easily estimated. W Beam spot r₀Is the total heat load in watts and β is the thermal conductivity in watts / cm − ° C (at 100 ° C, the value of β for various materials is Be: 1.68, C: 17, isotropically pure C-12 diamond: 35, Au: 3.13, Mo: 1.35, W: 1.63, and Sb: 0.22). Constant temperature profile in solid Product 2πr^TwoHemisphere and ignore blackbody radiation, x-rays, and auger radiation Then, the upper limit of the heat load W is the power load. Using dT / dr as the temperature gradient,     W = 2βπr^TwodT / dr   Then rearrange the equations, Where r₁> R₀ W = 10 watts, r₀= 10 μm and 2πβ = 15 for Be window, above temperature ΔT = 600 ° C. as a limit.   In the invention of the present X-ray tube, many of the e-beams generate X-rays instead of heat load, In contrast, in a conventional X-ray device with a solid target, the e-beam is a small X-ray. is there. Focuses with power loads much smaller than 10 μm and proportionally lower It may be generated by the X-ray tube of the present invention.   Therefore, X-ray tubes are very useful for microelectronics.   The production of ICs relies heavily on dimensional and positional feedback in the manufacturing process. Exist. Critical dimension (CD) metrology is measured by scanning electron microscopy (SEM), especially Very low energy SEM to limit radiative damage to top surface layer of c I'm using However, SEM requires expensive and slow production vacuum processes I do. Another CD technology is that the laser interference pattern has linear resolution at some photon wavelengths. , Using a confocal microscope where the depth of focus is extremely shallow. Proposed X-ray station The hopper has a significant depth of focus, but depends on spot size and beam brightness. And require an interaction step to reach the optimal alignment Therefore, it is restricted.   The present invention uses a focused X-ray beam for direct writing for mask generation. Adjust the alignment between the mask and the wafer, or the alignment between the mask and the fixing device, and adjust the alignment signal. Or provide X-ray positioning technology that does not repeat unnecessary mechanical movement . The positioning signal has a very large depth of focus and accuracy measured in nanometers Having.   The present X-ray tube is of an end window type. X-ray photons with a beam size of typically 10 μm Emitted, the beam spot can be focused to 10 μm with a magnetic lens. Tube is a microphone When used for matching electronics, the energy of X-ray photons from the tube is 4 . It can be adjusted from as low as 1 KV to typically as high as 20 or 20-30 KV.   With low energy operation, X-ray photons are concentrated at 4.1 KV and Auger electrons of C can be excited. With high energy operation, X-ray photons are Ti, Exciting transition metals such as V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn Can be. Four of these metals are used for positioning. High energy, X-ray Photons are relatively transparent to resist and silicon wafers. Therefore, The matching spot or point is hereafter called ABCD point, but can be located on the back of the wafer Noh. The mask used is, for example, the top surface, i.e. the silicon wafer to be etched. A silicon oxide film having a pattern of gold or the like on the surface on the side opposite to the wafer is preferable. Normal The superimposed mask and silicon wafer are approximately 10 μm apart from each other Have been. The mask looks like a 1 micron hole in a 3 μm thick gold spot Surrounded by spots or regions opaque to high energy X-ray photons Can include transparent areas. Preferably the pattern is provided on said surface The spot that is opaque to X-rays faces the substrate or silicon wafer. Provided on the lower surface of the mask. Gold pattern masks are typically 1 μm Have a layer thickness. Corresponding to the hole in the gold spot, a fluorescent spot The chips are attached to the surface of the wafer, especially on the back side (opposite the mask). Each mask Can have one or more alignment holes to prevent rotation misalignment. Money Alignment holes are suitable for laser drills with a diameter of, for example, 10, 5, 2, 1 or 0.5 μm. Holes may be used.   The X-ray tube of the present invention obtains a bright X-ray beam from a small focal point, And illuminate the matched spots to divide the four different fluorescence signals into four corresponding different Generated from elements A, B, C and D (FIGS. 2 and 3), each signal having a different directivity Is shown. When all four signals (count rate) reach a certain level, Is achieved.   Industrially designed so that a bright focused X-ray beam exits the neck of a small end window structure ing. The X-ray beam spot can be provided immediately adjacent to the mask aperture Therefore, most of the X-ray beam intensity (within 1 mm) It can be used without requiring a concentrator.   In the end window configuration, the e-beam focuses on the target spot in the small end window. The bundles emit the desired line radiation. Electrons enter metal target and coulomb interaction As you slow down, you lose energy in many stages. Electron energy is the target material If it is higher than the absorbing edge, the interaction is bremsstrahlung (continuum) or fluorescence (line) It can be. If the electron energy is very close to the edge but slightly above it, The use is governed by resonant fluorescence absorption. As soon as the energy falls down from the edge, the energy Only the continuum continues until no lugi remains. Spectrum of mixed continuum with line Applies to all solid targets. Therefore, the electron for any X-ray tube The energy of the beam is also commonly described by the E-max or E-peak. on the other hand, The thin window edge window target has a design parameter that can define the X-ray spectrum. A meter is added, which is the film thickness. Electron beam energy is mainly line radiation Starting from just above the edge. Calculate the thickness so that the energy By stopping the generation of X-rays as soon as they fall down, the energy below the radiation Undesired continuum radiation at the gear is eliminated. In such an end window structure The rate of line versus continuum is very different from that of solid targets. Most of the X-ray photons The desired radiation using such an end window design can be.   By using different target elements to obtain different properties of radiation Line radiation can be selected. Normal X-ray tubes use the same material as the target. The filter material is usually selected for use, so that the desired transparency of the line radiation is obtained. Both absorb the strong X-ray energy just above the absorption edge and the line-continuum ratio Is enhanced. In the end window design, the target and filter should be Combine with wood. This thin target material provides the desired X-ray spectrum. However, it cannot maintain a vacuum state, cannot conduct electricity, and dissipates concentrated heat load. Let it. Therefore, the thin film has a low Z for X-ray photons such as beryllium (Be). Coated with an X-ray transparent support that achieves maximum transparency.   X-ray tube e-beam focusing can be electrostatic, electromagnetic, or a combination of the two. You. The preferred design of the present invention is the field focusing lens contained in the tube, and also outside the tube. FIG. 4 shows a magnetic coil lens (FIG. 4) housed in the first embodiment.   Fluorescent X-rays from four different elements A, B, C and D at the matching point Are detected by an X-ray detector that identifies Detector breaks down four metal K-rays The four metal elements are not from adjacent elements, but rather from the periodic table to help Other elements can be selected.   The X-ray detector is sensitive to energy (4 K out of 9 elements in question) High-resolution proportional counter that can identify fluorescent light) or a fairly thick sky Since it is a silicon diode array with a poor region (<40μm), On the other hand, appropriate quantum efficiency can be achieved.   Since the X-ray detector can be made in a donut shape as shown in FIG. Pass all the unscattered X-ray beams that are Receive the maximum light count.   As shown in FIG. 1, the X-ray tube 1 of the present invention is a mask spot or area. 4 emits a bright focused beam from the end window 2 located near the alignment aperture 3. I do. The luminous flux of the photon passes through the small opening 3 and the silicon substrate on the mask side (not shown). 1), or the ABCD point provided on the opposite side, that is, on the back surface of the substrate. A, B, C and D represent four different metals that emit fluorescent X-rays,   Therefore, it can be selectively detected. The detector 6 may be a Si (Li) detector. note What you see is that the beam spot is usually found on most conventional high power X-ray tubes Assuming that the beam is located several mm inside the glass tube, the beam does not concentrate on the outside of the tube. So that a sufficient flux of photons reaches the small alignment aperture in the mask. And will pass through and perform the specified matching function. Pocket size of the present invention The extremely bright beam spot of the microfocus X-ray tube of Very efficient since it can be adjacent to the opening.   Two examples of ABCD matching points are shown in FIGS. Emits fluorescent X-rays Four different metals are represented by A, B, C and D and surround these letters The lines show the outline of the area 7 occupied by each metal. The region containing the four metals Intersection 7aMeet at The area 7 occupied by the individual metals is indicated by the area 8 between the parallel lines May extend to a region distant from the center intersection, as desired. Ends with separation. The extension area is not shown. The dots are very small microdots. This can be chemical vapor deposition of metal, vacuum evaporation or sputtering, or metal or Generated by photoetching thin films containing compounds of these metals be able to.   The need for position correction to achieve mask alignment on silicon wafers It is indicated by the level of light X-rays. When only radiation from metal A is detected If the X-ray from the X-ray tube passing through the opening in the mask hits the point Means only the A region. Therefore, either the substrate or the mask Since one moves, the center of the point where regions A, B, C and D intersect is the opening of the mask. is there. Off-center positions are different levels of X-rays or of the four types detected. Is indicated by the photon content of the fluorescence.   The alignment may be performed using a micromanipulator. 0.15μm step A micro-manipulator driven by a motor that moves with a pump can be used. same Generate 0.05 μm steps by manually controlling the manipulator be able to.   The ability to adjust or select the emission energy makes X-ray tubes suitable for lithography. About 4KV to use, usually 4.1KV, for microelectronic matching Designed to emit higher 10-20 or 10-30KV soft X-rays can do. Following alignment, the X-ray tube can be replaced without replacing it with a different device. Energy can be reduced to 4.1 KV for sography. Noteworthy Alignment and lithography can be achieved without the need for a vacuum environment. That is to be able to.   Using transition metal for ABCD point by using high energy for matching A wide selection of elements, silicon and resist Do not place dots behind the silicon wafer because they are transparent to high energy photons. Can be. In addition, such high energy photons are converted to dust and argon. Transparency allows alignment to take place in air and operation is better than in vacuum It is much easier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １． 約９インチ（２２８．６ｍｍ）以下の軸方向の長さおよび約４インチ（ １０１．６ｍｍ）以下の直径を有するコンパクトなＸ線管アセンブリであって、 セラミック管状囲いによって囲まれている真空の室と、前記囲いの一端に取り付 けられ且つ電力源に接続可能な電源装置と、前記室内に設けられ且つ前記電源装 置に隣接しているエミッタ手段とからなり、前記エミッタ手段は電子ビームを発 するための微細な要素で終わり、前記電子ビームを金属箔ターゲット上に集束さ せるための前記室内の静電集束手段とからなり、前記エミッタ手段および前記静 電集束手段は前記電源装置に接続され、端部壁からなる前記囲いの反対側の端部 に設けられた端部窓と、前記端部壁に設けられているＸ線に対して透明な窓と、 前記金属箔ターゲットを有する前記窓の内側表面とからなり、金属箔ターゲット の厚さ並びに組成および電子ビーム・エネルギを選択することによって予め選択 されたエネルギのＸ線のマイクロフォーカスされた明るいビームが生成されるＸ 線管。 ２． 前記窓が前記真空の室から延び且つ該室よりも直径が小さい管状延長部 に設けられ、前記管状延長部の内部が前記室に開口していることを特徴とする請 求項１に記載のＸ線管。 ３． 前記管状延長部を囲む環状の磁気集束レンズをさらに備えることを特徴 とする請求項２に記載のＸ線管。 ４． 前記金属箔の厚さが０．１〜１μｍであることを特徴とする請求項１に 記載のＸ線管。 ５． 前記予め選択されたエネルギが１０〜３０ＫＶの範囲であることを特徴 とする請求項１に記載のＸ線管。 ６． 前記予め選択されたエネルギが１０ＫＶより下であることを特徴とする 請求項５に記載のＸ線管。 ７． 前記予め選択されたエネルギが１３〜７０ＫＶの範囲であることを特徴 とする請求項１に記載のＸ線管。 ８． 前記セラミック管状囲いが外部容器に収容されていることを特徴とする 請求項１に記載のＸ線管。 ９． セラミック管状囲いと前記外部容器との間の環状空間に絶縁油が満たさ れていることを特徴とする請求項８に記載のＸ線管。 １０． 前記セラミック管状囲いが約２インチ以下の直径および約２1/2イン チの軸方向の長さを有している請求項１記載のＸ線管。 １１． 前記電源装置が約２インチの直径および約２インチの軸方向の長さを 有していることを特徴とする請求項１０に記載のＸ線管。 １２． 前記エミッタが１μの直径よりも小さい電子ビーム発光先端部を有し ているホイスカーからなることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。 １３． セラミック管状囲いが縁が互いに接合されることによって前記セラミ ック管状囲いを形成する複数の管状部分からなることを特徴とする請求項１に記 載のＸ線管。 １４． 管状部分の縁が金属化され且つ金属化された縁が互いに接合されて金 属溶接部を形成することを特徴とする請求項１３に記載のＸ線管。 １５． 真空の室内のエミッタ手段および静電集束レンズが接合されている管 状部分の別々の金属溶接部に電気接続され、前記金属溶接部がセラミック囲いの 外側で線を介して電源装置に電気接続されていることを特徴とする請求項１４に 記載のＸ線管。 １６． セラミック管状囲いが外部容器内に収容され且つ前記セラミツク管状 囲いと前記外部容器との間の空間が絶縁油で満たされていることを特徴とする請 求項１５に記載のＸ線管。[Claims]   1. An axial length of about 9 inches (228.6 mm) or less and about 4 inches ( A compact X-ray tube assembly having a diameter of 101.6 mm or less, A vacuum chamber surrounded by a ceramic tubular enclosure and attached to one end of the enclosure A power supply device connected to the power source and connected to the power source; Emitter means adjacent to the device, said emitter means emitting an electron beam. End with fine elements to focus the electron beam onto a metal foil target. And electrostatic focusing means in the chamber for causing An electric focusing means is connected to the power supply device, and an end opposite to the enclosure comprising an end wall. An end window provided on the end wall, a window transparent to X-rays provided on the end wall, An inner surface of the window having the metal foil target, the metal foil target Pre-selected by selecting thickness and composition and electron beam energy X produces a microfocused bright beam of X-rays of focused energy Wire tube.   2. A tubular extension wherein the window extends from the vacuum chamber and is smaller in diameter than the chamber Wherein the interior of the tubular extension is open to the chamber. The X-ray tube according to claim 1.   3. The apparatus further comprises an annular magnetic focusing lens surrounding the tubular extension. The X-ray tube according to claim 2, wherein   4. 2. The method according to claim 1, wherein the thickness of the metal foil is 0.1 to 1 [mu] m. An X-ray tube as described.   5. The preselected energy is in the range of 10-30 KV. The X-ray tube according to claim 1, wherein   6. The preselected energy is below 10 KV An X-ray tube according to claim 5.   7. The preselected energy is in the range of 13-70 KV The X-ray tube according to claim 1, wherein   8. The ceramic tubular enclosure is housed in an outer container. The X-ray tube according to claim 1.   9. The annular space between the ceramic tubular enclosure and the outer container is filled with insulating oil. The X-ray tube according to claim 8, wherein the X-ray tube is provided.   10. The ceramic tubular enclosure has a diameter of about 2 inches or less and about 21/2 inches. 2. The X-ray tube according to claim 1, wherein the X-ray tube has an axial length.   11. The power supply has a diameter of about 2 inches and an axial length of about 2 inches. The X-ray tube according to claim 10, comprising:   12. The emitter has an electron beam emitting tip smaller than 1 micron in diameter 2. The X-ray tube according to claim 1, wherein the X-ray tube comprises a whisker.   13. The ceramic tubular enclosure is joined to the ceramic edge by joining the edges together. 2. The method according to claim 1, wherein the plurality of tubular portions form a tubular tubular enclosure. X-ray tube.   14． The edges of the tubular portion are metallized and the metalized edges are joined together to The X-ray tube according to claim 13, wherein a metal weld is formed.   15. Tube to which the emitter means and the electrostatic focusing lens in the vacuum chamber are joined Is electrically connected to separate metal welds of the shaped part, said metal weld being 15. The device according to claim 14, wherein the outer side is electrically connected to a power supply via a wire. An X-ray tube as described.   16. A ceramic tubular enclosure is housed in an outer container and said ceramic tubular The space between the enclosure and the outer container is filled with insulating oil. The X-ray tube according to claim 15.