上海应用物理所X射线干涉光刻线站简介-上海光源
2019我国迄今最大的重大科学工程 上海同步辐射光源.doc
我国迄今最大的重大科学工程上海同步辐射光源简介我国迄今最大的重大科学工程--上海同步辐射光源(以下简称"上海光源")于2010年1月19日在上海通过国家验收。
此举标志着中国这一性能指标达到世界一流的中能第三代同步辐射光源，正式对科研用户开放。
"上海同步辐射光源"2004年12月25日破土开工，由中国科学院与上海市人民政府共同向国家申请建造，由中国科学院上海应用物理研究所承建，总投资约12亿元，我国迄今最大的大科学装置"上海同步辐射光源"。
在我国，第一代同步辐射光源是"北京光源"，第二代光源是合肥国家同步辐射实验室，第三代光源就是"上海光源"。
"上海光源"发出的超强X光将对微观世界的认知带来一场"成像革命"--它将利用比普通X光机亮上亿倍、强百万倍的同步辐射光对物质进行微观"成像"。
接近光速运动的电子在磁场中作曲线运动改变运动方向时所产生的电磁辐射，也就是同步辐射光源。
从上世纪70年代起，全球建成和在建的同步辐射光源装置已有60余座。
在国际上已经建成的20台第三代同步辐射光源中，"上海光源"的能量居世界第四，仅次于日本、美国、欧洲的有关设施。
它还将与我国台湾地区以及日本、韩国、印度的第三代同步辐射光源一起，形成堪与美欧媲美的亚洲光源群。
与第二代合肥同步辐射光源相比，第三代"上海光源"其电子束发射度约4纳米弧度，二者相差近40倍，其得到的光亮度相差约1600倍(约三个量级)。
"上海光源"拥有的高强度、高亮度、高稳定性等特性，可用以从事生命科学、材料科学、环境科学、医学、药学等多学科的前沿基础研究，以及微电子、石油、医疗诊断等高技术的开发应用的实验研究。
以生命科学为例，生命科学已进入了后基因组时代，蛋白质科学已成为各发达国家竞相抢占的制高点。
上海光源工程首批光束线站简介
上海光源工程首批光束线站简介生物大分子晶体学光束线站衍射光束线站XAFS光束线站硬X射线微聚焦及应用光束线站X射线成像及生物医学应用光束线站简介 软X射线谱学显微光束线站X射线小角散射光束线站生物大分子晶体学光束线站1．线站科学目标与设计指标生物大分子晶体学光束线站瞄准生命科学前沿若干领域，拟开展生物大分子复合物结构、膜蛋白结构以及面向结构基因组学的大规模、高通量蛋白质结构和功能研究等。
在SSRF 生物大分子晶体学光束线站上，将可以利用以下多种实验方法开展生物大分子结构研究：⎯ 多波长反常衍射方法（MAD ）；⎯ 单波长反常衍射方法（SAD ）；⎯ 同晶置换、分子置换等其它单波长实验方法。
光束线站设计主要指标如下：z 光子能量范围： 5∼18 keVz 能量分辨： <2×10-4z 样品处光通量： ～3×1012phs/s (12keV@300mA)z 聚焦光斑尺寸： ～130×40 μm 2 (12keV)z 光束发散角： ~0.3×0.1mrad 22．光束线设计特点束线选取小间隙波荡器作为辐射光源，以得到高亮度的同步光束。
束线光学结构原理示意图如下所示。
现在的设计方案充分利用了波荡器辐射低发散角的特性，只采用了一个晶体单色器和一个超环面反射聚焦镜，束线所用的光学部件数量达到了最低限度，既降低了造价又能提高光子通量与束线的稳定性。
m U25 DCM Toroidal mirror focus 束线光学结构示意图（上：侧视图，下：俯视图）3．实验站设置实验站的布置如下图所示，主要设备配置如下：实验站布置图1） 样品台测角仪系统拟采用Kappa转角仪（Phi，Kappa，Omega三轴转角仪），转角仪顶端的样品台可进行三维平动。
利用Kappa转角仪可选择最佳晶向收取衍射数据。
2） CCD探测器及定位支撑系统CCD探测器的主要指标要求如下：灵敏面积：> 200×200 mm；空间分辨：< 100 μm；读出时间：≤ 1s。
上海光源（SSRF）简介
上海光源(SSRF)简介一、总体方案SSRF由100MeV电子直线加速器、3.5GeV增强器、3.5GeV电子储存环以及沿环外侧分布的同步辐射光束线和实验站组成，其中直线加速器和增强器位于储存环内侧。
图1给出了SSRF总体结构布局示意。
电子储存环是光源装置的核心，储存环中的电子束通过偏转磁铁或插入件等装置产生高性能的同步辐射光；光束线将同步辐射光传输到实验站，并将同步辐射光改造(分光、聚束等)成实验所需要的光源。
实验站则是利用同步辐射光进行各种科学研究和技术开发的实验装置。
图1 上海光源总体布局示意图SSRF产生的同步辐射光覆盖了从远红外到硬X射线的宽广波段。
利用低发射度的中能强流电子束，结合国际上插入件技术发展的新成就，可在用途最广泛的X射线能区(光子能量为0.1~40keV)产生高耀度和高通量的同步辐射光。
SSRF的基本性能在许多重要方面位于目前世界上正在设计和建造中的光源的前列。
二、光源主要性能参数储存环：1) 能量 3.5GeV 2) 周长 432m 3) 周期数 204) 直线节长度 4×12m ，16×6.7m 5) 平均流强 200~300mA 6) 束团自然发射度 3 nm ⋅rad 7) 束流寿命≥10hrs 8) 引出光斑位置稳定性 ~±10% 注入器：1) 预注入器能量 100MeV 2) 增强器能量 0.1~3.5GeV 3) 增强器周长 1804) 自然发射度110 nm ⋅rad图2和图3分别给出了SSRF 弯转磁铁辐射和典型插入件辐射的光通量和耀度与光子能量之间的关系曲线。
1E-30.010.1110100101110121013101410151016E=3.5 GeV I= 300 mAU34W136BendU18U90W75S p e c t r a l F l u x [P h o t o n s /(s -0.1%B W )]Photon energy (keV)图2. SSRF 弯转磁铁辐射和插入件辐射的谱通量三、光束线实验站上海光源能够容纳六十多条光束线，可以为上百个实验站同时供光。
软X射线光刻技术
Optics express 24,19114 (2016)
Summary
上海光源XIL线站以实验站为基础，辅以离线曝光设备与 后处理实验室，可以制备大面积、高密度纳米周期结构
一 维 结 构 最 小 周 期 可 达 50nm ， 二 维 结 构 最 小 周 期 可 达 70nm，图形总面积可达~cm2，深宽比最大可达3，曝光图 案最小分辨率可达20nm
YAG晶体基底， 0.8×0.8cm2， 等离子体刻蚀，深度220nm
（BL08U In-house）
Si/Au/SiO2复合基底，2×2mm2 阵列（25），lift-off，深度50nm
（南京大学）
不同基底 大面积+高深度 不同图形转移工艺
Chaofan Xue，Jun Zhao et.al， Applied Surface Science 425 (2017) 553–557
Chaofan Xue et al. Rev. Sci. Instrum. 87, 043303 (2016) 赵俊，薛超凡等，一种用于不同平面样品对准的装置。专利号：ZL201520095051.7 薛超凡, 吴衍青等，一种同步辐射X射线大面积干涉光刻系统。专利申请号：201510666500.3
XIL方法学发展—软X射线深度干涉光刻
为满足线站用户的科学目标和图案转移工艺的需求,需
要一种新方法来改善原有EUV干涉光刻技术的光刻胶 曝光深度。
140eV条件下的干涉光刻曝光图案
具体方案上，根据更高能 量 段 光 在 PMMA 光 刻 胶 中透射率增强的特性，可 以选择合适的软X射线能 量段光，来实现深度光刻。
XIL方法学新发展—宽带泰保光刻（ATL）技术
宽带光的泰保效应：宽带光照射到 周期性的光栅平面时，在光栅后距 离足够远处成周期缩小的光栅图像
上海光源 BL15U1硬X射线微聚焦及应用光束线站 说明书
上海光源BL15U1硬X射线微聚焦及应用光束线站用户手册Ver. 1.02009 年 4 月注意事项1. 请您按预先通知的时间准时来做实验，并认真填写《用户登记表》、《实验记录》。
2.请严格按照规定进出棚屋和操作设备，用户只能操作手册中规定可以操作的设备，未经允许严禁操作其他设备，否则后果自负。
如果确实需要，请联系实验站工作人员。
3.发生故障，请立即联系实验站工作人员。
线站工作人员联系方式：姓名职务 办公室 内线电话 余笑寒 负责人 2076 3188李爱国 副负责人 1079 3227杨科 工作人员 1079 3227王华 工作人员 1079 3227闫芬 工作人员 1079 3227一、 人身安全连锁系统操作步骤在用户开始实验前，必须严格按照操作规程，并执行相关步骤，方能引入同 步光到达样品处；否则，将无法进行有效的搜索、开启光子光闸PS2、安全光闸SS1 和安全光闸SS2，实现实验棚屋的供光。
BL15U1微束光束线站的人身安全联锁系统的操作步骤如下：第一步：光学棚屋搜索（一般情况下，用户无需此项操作）BL15U1微束实验线站共有2个光学棚屋，光学棚屋1（OPT1）和光学棚屋2 (OPT2) 。
在光学棚屋1搜索时，需要照规定的顺序，从最远离棚屋门口的搜索控制箱1（OPT1-SEARCH-1）上的“搜索”按钮开始，再依次按动搜索控制箱2（OPT1-SEARCH-2）和搜索控制箱3（OPT1-SEARCH-3）的搜索按钮，沿棚屋搜索一圈。
每按过一个搜索按钮，会发出不同的搜索提示音；确认棚屋内无人后，退出棚屋外，按动门外联锁控制箱上的“关门”按钮。
当门关闭后，搜索的提示音将自动停止。
在搜索过程中，可以按“关光闸/取消”按钮结束本次搜索。
图1 棚屋内的搜速按钮照片（左）；棚屋门外的关门和开门按钮照片（右）光学棚屋2内由于空间较小，只有1个搜索控制箱，棚屋外没有控制箱。
搜索时，先按棚屋内搜索控制箱（OPT2-SEARCH）上的搜索按钮，确认棚屋内无人后，手动关上棚屋门，向上锁上手柄，逆时针转动安全连锁钥匙，完成安全搜索。
上海光源——精选推荐
面对充满未知的世界我们能看得更远吗？全名为Shanghai Synchrotron Radiation facility，简称SSRF（一）光源的历史发展过程介绍：历史上曾出现过四次对人类文明起到革命性推动作用的新光源。
第一次是电光源，它使人类战胜了黑暗，消灭了白天与黑夜的稳定可控的光源装置。
同步辐射光其本质与我们日常接触的可见光和x光一样，都是电磁辐射。
同步高能加速器，在真空中接近光速运动的电子在改变运动方向时，会释放出一种电磁波，这就是同步辐射光。
同步辐射光具有常规光源不可比拟的优良性能，高准直性，高极化性，高相干性，宽的频谱范围、高光谱耀度和高光子通量等。
此外，同步辐射光还具有高度稳定性、高通量、微束径、准相干等独特而优异的性能。
而同步辐射光源是指产生同步辐射的物理装置。
（二）同步辐射光的历史发展过程同步辐射光源经过了三代发展：第一代同步辐射光源是寄生在高能物理实验专用的高能对撞机的兼用机，只是高能物理研究所用加速器的副产品，故又称“兼用光源”。
后来，人们发现同步辐射具有常规光源不可比拟的优良性能，如高准直性、高相干性，很宽的频谱范围、高光谱亮度等第二代同步辐射光源是专门用来产生同步辐射光的加速器，主要从偏转磁铁引出同步辐射光。
第三代同步辐射光源是科学家们通过在同步辐射加速器上安装特殊设计的插入件，利用插入件带来的磁场的周期性变化，使电子不断改变运动方向，不断释放出同步辐射光，一次次的释放叠加起来，能得到亮度增加上万倍的同步辐射光。
使电子束发射度比第二代小得多，因此同步辐射光的亮度大大提高，并可从波荡器等插入件引出高亮度、部分相干的准单色光。
应该说，第三代同步辐射光源的光更亮、更强、更准直，功能更先进了。
凭借优良的光品质和不可替代的作用，第三代同步辐射光源已成为当今众多学科基础研究和高技术开发应用研究的最佳光源。
这三代同步辐射光源之间的最主要的区别，在于作为发光光源的电子束斑尺寸或电子发射度的迥异。
上海光源BL15U线站光束位置的反馈控制的开题报告
上海光源BL15U线站光束位置的反馈控制的开题报告摘要：上海光源BL15U线站是一台高亮度的X射线光源，为保证实验的准确性和稳定性，对光束位置的控制非常重要。
本文介绍了BL15U线站光束位置控制的研究。
主要工作包括分析系统结构和运动规律，设计反馈控制器和模拟算法，以及进行仿真和实验验证。
文章总结了研究成果和下一步工作的方向。
关键词：光束位置控制；上海光源；BL15U线站；反馈控制1. 研究背景上海光源是中国第一台第三代光源，是一个强大的高能同步辐射光源。
BL15U线站是一个用户实验站，提供多种先进的光学实验设备，如硬X射线成像，小角散射，晶体衍射等实验。
为了保证实验数据的准确性和稳定性，需要精确地控制光束位置。
2. 系统结构和运动规律BL15U线站光束位置控制系统由驱动器，位置传感器和反馈控制器组成。
驱动器通过电机控制电路向光束位置移动，位置传感器通过测量光束位置反馈到控制器。
反馈控制器根据传感器信号计算电机驱动信号，调节光束位置。
光束位置的运动规律是非线性的，因为位置传感器的测量误差和电机驱动信号的动态响应时间都会影响光束位置的精度和稳定性。
因此，需要设计合适的反馈控制器来解决这些问题。
3. 设计反馈控制器本文采用了模糊控制器来设计反馈控制器。
模糊控制器是一种非线性控制方法，可以适应不确定的系统模型和控制要求。
模糊控制器的输入变量是光束位置误差和位置信号的变化率，输出变量是电机驱动信号。
通过对光束位置误差进行模糊化分类，可以采取不同的控制策略以满足控制要求。
4. 模拟算法和仿真本文采用MATLAB软件进行了系统仿真。
仿真结果表明，所设计的模糊控制器可以保证光束位置的精度和稳定性，同时具有快速调节时间和鲁棒性。
5. 实验验证本文进行了实验验证，主要包括两部分，一是控制系统动态性能测试，二是系统稳态性能测试。
实验结果表明，所设计的模糊控制器能够有效地控制光束位置，达到了预期的控制效果。
6. 研究总结和下一步工作本文介绍了BL15U线站光束位置控制的研究，设计了模糊控制器来解决系统非线性和不确定性的问题。
上海光源
上海光源作者：刘波来源：《中学科技》2009年第08期初识同步辐射光在光家族的众多成员里．如果说19世纪末伦琴发现的x射线是一支蜡烛．让人类看到了微观世界的模糊影像，那么同步辐射光就像光芒万丈的太阳，足以照亮整个微观世界。
所谓“同步辐射”．是由以接近光速运动的电子在磁场中作曲线运动、改变运动方向时所产生的一种电磁辐射。
1947年，美国人第一次发现同步辐射光。
它具有其他光源无可比拟的特性。
被誉为“神奇之光”。
宽波段：同步辐射光的波长覆盖面大。
包括远红外线、可见光、紫外线．直到×射线范围内，而使用者可以按需要获得特定波长的光。
高准直：同步辐射光发射的几乎是平行光束，堪与激光媲美。
高纯净：同步辐射光是在超高真空中产生的．无任何污染，是最纯净的光。
高亮度：同步辐射光是高强度光。
有很高的辐射功率和功率密度。
第三代同步辐射光源的×射线亮度已达到普通×光机的上亿倍。
窄脉冲：同步辐射光是脉冲光．有优良的脉冲时间结构．其宽度在10-11～10-8秒可调，脉冲间隔为几十纳秒至微秒量级，这种特性对研多“变化过程”非常有用．如化学反应过程、生命过程、材料结构变化过程和环境污染微观过程。
此外．同步辐射光还具有可精确预知、高偏振、高稳定性、高通量、微束径、准相干等独特而优异的性能。
多年来．我国科学家对同步辐射光源进行了大量的研究，已经历了三代的发展。
第一代同步辐射光源只是高能物理研究所用加速器产生的副产品，这样的兼用光源远远不能满足科研的需要，于是产生同步辐射光的粒子加速器应运而生了，这就是第二代同步辐射光源。
当探索微观世界的进程越来越深入，迫切需要亮度更高性能更优越的第三代同步辐射光源。
“上海光源”就是目前世界上最先进的第三代同步辐射光源之一。
详解上海光源“上海光源”(Shanghai Synch rotron Radiation Facility，简称SSRF)坐落于上海浦东张江高科技园区，占地面积约20万平方米。
上海光源X射线小角散射光束线站的概念设计
上海光源X射线小角散射光束线站的概念设计
柳义
【期刊名称】《核技术》
【年(卷),期】2006(029)004
【摘要】设计了光子能量范围为5-20 keV、能量分辨率好于1×10-3、光子通量高于1×1011 s-1的同步辐射小角散射光束线站.采用弧矢聚焦单色仪对同步辐射白光进行单色化,并对单色光束进行水平方向聚焦;探测器与样品之间的距离可调以得到不同的小角分辨尺度;配置温度可调和压强可调的样品池用于时间分辨实验,而配置的快门系统可使时间分辨达到毫秒量级.
【总页数】4页(P245-248)
【作者】柳义
【作者单位】中国科学院上海应用物理研究所,上海,201800
【正文语种】中文
【中图分类】TL8;O434.14
【相关文献】
1.上海光源软X射线谱学显微光束线的进展与应用 [J], 彭忠琦
2.用标准样品测量小角X射线散射的绝对强度和入射光束能量 [J], 裴光文;刘月亭
3.上海光源光束线站同步控制技术的研究 [J], 王威;贾文红;郑丽芳;王劼
4.上海光源硬X射线微聚焦光束线站首轮调试暨首台真空波荡器自主研制获得成功[J],
5.“上海光源”首条光束线站顺利出光 [J],
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上海光源BL08U “软X射线谱学显微光束线站”
用户手册
2011.1
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注意事项
1. 请您按预先通知的时间准时来做实验，并认真填写《用户登记 表》、《实验记录》。 2. 用户在上站实验前应认真阅读该手册， 基本了解线站的工作原 理和操作。 3. 请严格按照操作手册中规定的步骤进出棚屋和操作实验设备，不 清楚的地方请咨询线站工作人员，切勿擅自操作。 如果确实需要，请联系实验站工作人员。 4. 发生故障，请立即联系实验站工作人员。
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‘Move’。此时图像中是 EPU 在最大通量处能量时，PD 采集到的电流数据。若有必要，重复 上面的‘scan mon’，调整 M2 的位置，将光路再次优化。 VII. 将 PD 移开。如需要上面步骤中获取的数据，在单色器控制的电脑桌面上双击‘getDC’， 如图。此程序将数据从 c 盘存到 e 盘的 tools 目录下，‘333’表示第几个数据，最后点击‘get’； 图中的目录应为：E:\tools\2009-3-22\temp
STXM 的一个重要优势就是操作非常灵活，通常具有几种实验模式。上述的扫描显微成 像是其中一种模式。由于单色光的能量可以连续调节，因此 STXM 非常适合进行近边吸收 谱(近边 X 射线吸收精细谱 NEXAFS）研究。通过扫描感兴趣的元素吸收边附近的能量，获 得该元素种类（或化学成分）的特征吸收精细结构谱；然后通过三维扫描（二维空间 X、Y， 一维能量 E）图像，并加以适当的数据处理即可得到样品中该元素（或化学成分）的空间分 布，用于揭示样品的化学性质，或作为存在特殊分子的标签。
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ii 检查 x-ray 是否已经到达单色光狭缝。旋转荧光靶，若有光着可以看到一条绿色的直线。 再将荧光靶移开。 5） 改能量，EPU 的 gap，调节光通量， i 实验棚屋内，将 photodiode 的信号线连接到皮安计，打开皮安计。 ii 将 Photodiode 旋到有标记开的位置。 iii 根据将要测量的峰位，通过下面公式计算出 EPU 的 gap，然后在 EPU 的控制程序中修改 此 gap 参数。（打中控电话 2033）
用户手册-上海光源
上海光源软 X 射线谱学显微实验站的实验方法主要有四种，即点谱扫描测量 X 射线近 边吸收谱(XANES)，双能衬度成像法定量测量元素的二维空间分布，能量堆栈法测量化学成 分及其空间分布，总电子产额法(TEY)测量 X 射线近边吸收谱。 1） 点谱扫描：是固定样品的位置，在特定元素吸收边附近一定范围内的能量进行连续扫描，
图 1. STXM 原理示意图。正比计数器即光电倍增管(PMT)探测器。
图 2. 波带片成像光路图 如图 2 所示，在该光路中，样品平面处于波带片的第一阶焦点上。该波带片相当于一个
3
会聚透镜。焦斑的最小尺寸由波带片的最外环宽度决定。为了避免零阶光和其它不需要的衍 射光照射到样品上，波带片的中心是不透明的，同时在波带片后的合适位置放置一个阶选光 阑(OSA)，这样，样品上的非一阶辐射通量就可以降低到最小。
STXM 的一个重要优势就是操作非常灵活，通常具有几种实验模式。上述的扫描显微成 像是其中一种模式。由于单色光的能量可以连续调节，因此 STXM 非常适合进行近边吸收 谱(近边 X 射线吸收精细谱 NEXAFS）研究。通过扫描感兴趣的元素吸收边附近的能量，获 得该元素种类（或化学成分）的特征吸收精细结构谱；然后通过三维扫描（二维空间 X、Y， 一维能量 E）图像，并加以适当的数据处理即可得到样品中该元素（或化学成分）的空间分 布，用于揭示样品的化学性质，或作为存在特殊分子的标签。
一、实验原理
实验站使用的 STXM 主要由光束聚焦系统、样品扫描系统、快速正比探测器、样品槽、 控制系统与图形用户界面五部分组成。聚焦系统、样品槽、探测器均安装于一个真空腔内， 工作时真空度为 10-6Torr 或者氦气环境中。真空腔与光束线真空管道通过厚度为 100nm 的氮 化硅窗加以隔离。它的实验原理如下图所示，利用波带片将入射的空间相干软 X 光聚焦成 极小的斑点，形成微探针，利用微探针对样品进行逐点扫描，从而形成一幅完整的图像。在 大多数情况下，成像分辨率取决于聚焦斑点的尺寸。
上海光源工程首批光束线站简介-硬X射线微聚焦及应用光束线站
硬X 射线微聚焦及应用光束线站硬X 射线微聚焦及应用光束线站将利用上海光源高亮度的X 射线辐射，结合先进的X 射线光学系统，在实验站得到高通量、能量可调的单色X 射线微束，配备先进的探测系统，使之成为具有国际先进水平的X 射线微探针装置。
本线站将主要用于开展微束X 射线荧光分析(μ-XRF)、微束X 射线谱学(μ-XAFS)以及微束成像实验研究，具备原位分析样品的元素组分、化学特性、物质结构及其二维分布的能力。
空间分辨达到微米至亚微米量级，元素分析的灵敏度达到ppb 级。
光束线主要设计指标如下：z 光子能量范围： 3.5keV~22.5keVz 能量分辨率(ΔE/E)： <2×10-4z 样品处最小光斑尺寸： ~2μm (采用K-B 镜聚焦)~100nm (采用波带片聚焦)z样品处光子通量(@10keV)： >1011 phs/s (采用K-B 镜聚焦)>108 phs/s (采用波带片聚焦)1. 光源光束线采用真空室内波荡器作为光源，波荡器的周期长度为2.5 cm ，总长度为2.0 m ，最大磁场强度为0.94 T 。
通过引出高次谐波，该波荡器可覆盖线站所需要的能量范围，光子能量在2-23keV 连续可调。
2. 光束线Side viewTope viewμm7.6μm 图1. 光束线光学原理示意图光束线前端区采用SSRF 波荡器辐射前端区的标准设计。
光束线采用分级聚焦的光学方案(如图1所示)，主要光学部件包括预聚焦镜、单色器、K-B 微聚焦镜和狭缝。
从前端区引出的X 光由掠入射水冷狭缝限束，然后由预聚焦镜在垂直方向平行化，在水平方向2:1聚焦产生次级光源，预聚焦镜后的单色器对光子能量进行选择，最后由K-B 微聚焦镜将X 射线聚焦到样品处，光学系统对光源的水平方向和垂直方向的总缩小比分别为50:1和57.5:1。
采用分级聚焦方案可以方便地通过次级光源狭缝调节样品处光斑尺寸和光通量，并且部分隔离了上游光源和光学部件不稳定对样品处光斑位置的影响。
上海光源软X射线干涉光刻线站波荡器光源及束线相干性研究
第36卷 第9期 核 技 术 V ol. 36, No.9 2013年9月 NUCLEAR TECHNIQUES September 2013——————————————国家自然科学基金项目(11005146和11275255)资助第一作者：郭春磊，男，1987年出生，2013年于中国科学院上海应用物理研究所获硕士学位，主要从事相干光束线设计及其相干性的研究 通讯作者：吴衍青，E-mail: wuyanqing@ ；王勇，E-mail: wangyong@ 收稿日期：2013-03-14，修回日期：2013-05-16上海光源软X 射线干涉光刻线站波荡器光源及束线相干性研究郭春磊 孟祥雨 吴衍青 王 勇 邰仁忠（中国科学院上海应用物理研究所 嘉定园区 上海 201800）摘要 同步辐射波荡器光源相干性能逐步提高，使得同步辐射相干光学实验对理论模拟的要求越来越高。
对同步辐射光束线空间相干性进行有效的评估，可以指导相干光束线的设计及其相干光学实验的开展。
本文利用部分相干光传播计算模型，数值模拟了上海光源软X 射线干涉光刻光束线部分相干光的传播，理论和实验结果进行了比较，得到不同参数下的空间相干性，分析了误差产生原因。
相干性的定量分析结果可以为实现空间相干性的定量控制提供依据。
关键词 X 射线光学，空间相干性，波荡器，相干长度 中图分类号 TL501.7随着第三代同步辐射装置发射度、亮度等关键性能指标的提高以及X 射线自由电子激光装置(XFEL)的发展，各种同步辐射相干光学实验方法的应用越来越普遍，如相干衍射成像(CDI)技术[1]、X 射线干涉光刻(XIL)技术[2]；如Spring8同步装置上的BL29XU 这样的相干光学光束线也越来越多。
上海光源具有多个高相干性线站，如软X 射线干涉光刻线站(BL08U1B)，目前BL08U1B 线站可以进行XIL 实验，制备大面积纳米周期模板。
在这样的光束线中，准确的空间相干性的评估是保证实验顺利进行的基本条件。
上海光源介绍
为 什 么 要 用 同 步 辐 射 光 源?
Wavelengths Hard X-rays ∼ 0.01--0.3 nm Soft X-rays ∼ 0.3--10 nm
3.5 GeV weakly scattering samples 同步辐射光具有频谱宽且连续可调（具有从 远红外、可见光、紫外直到X射线范围内的 连续光谱）、亮度高（第三代同步辐射光源 的X射线亮度是X光机的上亿倍）、高准直度、 高偏振性、高纯净性、窄脉冲、精确度高以 及高稳定性、高通量、微束径、准相干等独 特的性能
什 么 是 同 步 辐 射 光 源？
电磁场理论早就预言：在真空中以光速运动的相对论带电粒子在二极磁场 作用下偏转时，会沿着偏转轨道切线方向发射连续谱的电磁波。1947年人类在 电子同步加速器上首次观测到这种电磁波，并称其为同步辐射，后来又称为同 步辐射光，并称产生和利用同步辐射光的科学装置为同步辐射光源或装置。 30多年来，同步辐射光源已经历了三代的发展，它的主体是一台电子储存 环。第一代同步辐射光源的电子储存环是为高能物理实验而设计的，只是“寄 生”地利用从偏转磁铁引出的同步辐射光，故又称“兼用光源”；第二代同步 辐射光源的电子储存环则是专门为使用同步辐射光而设计的，主要从偏转磁铁 引出同步辐射光；第三代同步辐射光源的电子储存环对电子束发射度和大量使 用插入件进行了优化设计，使电子束发射度比第二代小得多，因此同步辐射光 的亮度大大提高，并且从波荡器等插入件可引出高亮度、部分相干的准单色光。
上海同步辐射光源 （SSRF）
Reporter : Jinhu Dou
2012. 10. 16
电 磁 波 谱
波谱的谱域
无线电波
与物质相互作用的机制
在大块物质内，电荷载子的集体振荡。例如，由导体组成的天线，其导 体内部的电子的振荡
上海光源 原位电池x射线衍射
近年来，原位电池X射线衍射技术在能源材料研究领域中发挥着越来越重要的作用。
上海光源作为我国最先进的大科学装置之一，其原位电池X射线衍射实验站为国内外科研人员提供了一个优质的研究评台。
本文将重点介绍上海光源原位电池X射线衍射实验站的基本情况，并探讨其在能源材料研究领域的应用前景。
1. 上海光源概况上海光源是我国科学院下属的一座国家重大科学基础设施，位于上海市嘉定区。
其主要装置包括直线加速器、储存环、实验站等，能够提供高亮度、高能量的光源。
上海光源的建成运行不仅填补了我国在光源领域的空白，更为我国在物质科学、生命科学、医药和环境等领域的研究提供了坚实支撑。
2. 原位电池X射线衍射技术概述原位电池X射线衍射技术是指将电池放置在X射线衍射仪器中进行实时监测，以获得电池在充放电过程中原子结构和晶体结构的变化情况。
通过实时观测电极材料的结构变化，可以揭示其在充放电过程中发生的相变、化学反应等重要信息，为电池材料的设计与优化提供了关键的数据支持。
3. 上海光源原位电池X射线衍射实验站上海光源原位电池X射线衍射实验站是为了满足固体电池材料研究需求而建立的实验装置。
该实验站配备了高亮度的X射线光源和多种先进的原位电池测试设备，能够实现对锂离子电池、钠离子电池、锌离子电池等各类电池材料进行原位研究。
实验站拥有一支专业化的技术团队，能够为用户提供全方位的技术支持和实验指导。
4. 应用前景原位电池X射线衍射技术已经成为能源材料研究的重要工具，而上海光源原位电池X射线衍射实验站作为国内首个专门针对电池材料研究的大科学装置，将为我国在能源材料研究领域的发展作出重要贡献。
通过该实验站，我国研究人员将能够深入探究电池材料在充放电过程中的结构变化机制，为新型高性能电池材料的研发提供有力支持。
上海光源原位电池X射线衍射实验站的建立对我国能源材料研究具有重要意义。
在未来，我们有理由期待，该实验站将不断推动我国在能源材料领域的创新发展，为我国在全球能源革命中走在前列做出应有的贡献。
上海光源 亮度
上海光源亮度1. 引言上海光源是中国的一座大型科学研究设施，位于上海市奉贤区。
作为一座第四代同步辐射光源，上海光源是目前世界上最先进的同步辐射光源之一。
本文将重点介绍上海光源的亮度。
2. 同步辐射光源简介同步辐射是指在高速电子通过弯曲磁场或磁铁时，产生的高频电磁波辐射。
同步辐射光源利用这种高频电磁波作为研究工具，可以提供高强度、高亮度的X射线、紫外线和红外线等各种波长的辐射。
它在材料科学、生命科学、物理学等领域有着广泛的应用。
3. 上海光源概况上海光源建设于2005年，是中国自主设计和建造的第四代同步辐射光源。
该设施由一个直线加速器驱动，加速器将电子束加速到接近光速，并通过弯曲磁铁使其产生同步辐射。
上海光源的主要特点如下： - 峰值亮度高：上海光源的峰值亮度达到了世界领先水平，可以提供高质量的同步辐射光束。
- 宽能谱范围：上海光源可以提供从紫外线到硬X射线的宽能谱辐射，满足不同实验需求。
- 高稳定性：上海光源具有高度稳定的束流和辐射特性，可以保证实验结果的可靠性和重复性。
4. 上海光源的亮度亮度是衡量同步辐射光源强弱的重要指标之一。
在同步辐射光源中，亮度表示单位面积内单位立体角内所包含的能量。
亮度越高，代表着更强大、更集中、更稳定的辐射能力。
上海光源通过采用一系列先进技术手段来提高其亮度： 1. 高电子束流：上海光源通过加速器将电子束加速到高能量状态，并控制电子束流的精确参数，以获得高质量、高强度的同步辐射。
2. 窄发散角：通过精确设计和优化磁铁系统，上海光源能够控制同步辐射光束的发散角，使其更加集中和聚焦。
3. 高度稳定：上海光源具有高度稳定的束流和辐射特性，通过精确控制系统参数和优化设备设计，保证了亮度的稳定性。
上海光源的亮度不仅取决于设备本身的性能，还与实验站点、束线和光学元件等因素密切相关。
为了提高亮度，上海光源还在不断进行技术改进和设备升级。
5. 上海光源的应用上海光源凭借其高亮度和宽能谱范围，在多个领域具有广泛的应用前景： 1. 材料科学：利用上海光源提供的高亮度同步辐射可以研究材料的结构、形态、成分等特征，并探索新材料的合成和性能调控方法。
上海光源
上海同步辐射光源上海同步辐射光源简称“上海光源”，英文名为Shanghai Synchrotron Radiation Facility，缩写为SSRF，是目前世界上性能最好的第三代中能同步辐射光源之一。
上海光源是一台借助电子加速器产生电磁波（也就是“光”），并利用光进行科学探索和技术开发的科学平台。
上海光源能同时产生从红外、可见光、紫外，到软X射线、硬X射线的同步辐射光，具有波长范围宽、高强度、高亮度、高准直性、高偏振与准相干性、可准确计算、高稳定性等一系列比其他人工光源更优异的特性，在科学界和工业界有着广泛的应用价值。
上海光源是多学科前沿研究和高新技术开发应用的国家重大科技基础设施，是面向国内外用户开放的大型科学研究平台。
全部建成后，上海光源将能够同时容纳成百上千名来自世界各地的科学家和工程师，在各自的实验站上进行科学技术的探索。
上海光源由中国科学院与上海市人民政府共同向国家申请建造，由中国科学院上海应用物理研究所承建和运行。
一期工程总投资约14亿元，建设内容包括一台150MeV电子直线加速器，一台全能量增强器，一台周长432米的3.5GeV电子储存环，首批建设的7条光束线和实验站，公用设施以及主体建筑和辅助建筑。
2004年12月25日破土动工，2007年12月24日储存环调束出光，2009年4月按期、优质建成竣工，2010年1月通过国家验收。
经国内专家测试、国际专家评议和国家验收，上海光源以世界同类装置最少的投资和最快的建设速度，实现了优异的性能，成为国际上性能指标领先的第三代同步辐射光源之一。
上海光源的建设，是我国科技事业发展的又一重要里程碑，标志着我国重大科技基础设施建设迈入了快速发展的新阶段，为我国重大科技基础设施的建设与管理树立了一个典范，将为我国提升原始创新能力和培养凝聚优秀人才提供重要平台。
上海应用物理所X射线干涉光刻线站简介-上海光源
上海应用物理所X射线干涉光刻线站简介X射线干涉光刻分支线站（XIL）1科学目标该分支线为软X射线谱学显微线站的分支，光源为可调偏振EPU波荡器，分支线特点为高度的空间相干与高度的时间相干（高能量分辨），目前由上海应用物理研究所出资建造，计划于2009年3年完成。
X射线干涉光刻（XIL）是利用两束或多束相干X光束的干涉条纹对光刻胶进行曝光，是一种新型的先进微纳加工技术，可以开展几十甚至几个纳米尺度的微纳加工。
以瑞士光源(SLS)的XIL线站为例，目前使用Calixarene作为光刻胶的模板，条纹线宽已达到12.5nm。
它能够制造大面积(~mm2)高密度周期性结构，尤其是sub-50nm的周期性纳米结构的制作上有其独特的优势。
与同样具有纳米加工能力的电子束直写刻蚀和原子力显微镜等其它刻蚀手段相比，它还具有可实用化的投片率。
而这样的周期性结构可以用于磁点阵、纳米光学器件（如UV波段起偏器、光子晶体等）、自组织导向模板（如胶体、共聚物、量子点阵的自组织生长），量子点阵、X射线显微用波带片、纳米嫁接等领域。
这些应用领域都是当前科学技术发展的前沿。
另外，目前在集成电路制造业，投射式EUV光刻技术已经发展起来，预计在2011年左右可以突破线宽32nm的极限。
EUV波段的光刻胶研究成为现时第一位的问题。
XIL可以提供20nm以下线宽的检测、表征能力，可以成为EUV 波段光刻胶研究的重要检测工具，目前已得到产业界的广泛关注。
从技术待点上说，XIL所用的曝光掩模的制备比其它X射线光刻简单；而且它在光刻过程中可以使用已经发展成熟的光刻胶，这些绝缘聚合物材料在XIL 过程中也没有在其它刻蚀过程中的电荷负效应。
XIL需要高亮度相干X射线光源，这正是第三代同步辐射装置的优势所在，它的应用也拓宽了第三代同步辐射光源的应用领域。
上海光源X射线干涉光刻实验线站是利用上海光源现有的高亮度相干X射线，从软X射线扫描显微光束线（STXM）波荡器中引出一条分支光束线，建设X 射线干涉光刻实验站。
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上海应用物理所
X射线干涉光刻线站简介
X射线干涉光刻分支线站（XIL）
1科学目标
该分支线为软X射线谱学显微线站的分支，光源为可调偏振EPU波荡器，分支线特点为高度的空间相干与高度的时间相干（高能量分辨），目前由上海应用物理研究所出资建造，计划于2009年3年完成。
X射线干涉光刻（XIL）是利用两束或多束相干X光束的干涉条纹对光刻胶进行曝光，是一种新型的先进微纳加工技术，可以开展几十甚至几个纳米尺度的微纳加工。
以瑞士光源(SLS)的XIL线站为例，目前使用Calixarene作为光刻胶的模板，条纹线宽已达到12.5nm。
它能够制造大面积(~mm2)高密度周期性结构，尤其是sub-50nm的周期性纳米结构的制作上有其独特的优势。
与同样具有纳米加工能力的电子束直写刻蚀和原子力显微镜等其它刻蚀手段相比，它还具有可实用化的投片率。
而这样的周期性结构可以用于磁点阵、纳米光学器件（如UV波段起偏器、光子晶体等）、自组织导向模板（如胶体、共聚物、量子点阵的自组织生长），量子点阵、X射线显微用波带片、纳米嫁接等领域。
这些应用领域都是当前科学技术发展的前沿。
另外，目前在集成电路制造业，投射式EUV光刻技术已经发展起来，预计在2011年左右可以突破线宽32nm的极限。
EUV波段的光刻胶研究成为现时第一位的问题。
XIL可以提供20nm以下线宽的检测、表征能力，可以成为EUV 波段光刻胶研究的重要检测工具，目前已得到产业界的广泛关注。
从技术待点上说，XIL所用的曝光掩模的制备比其它X射线光刻简单；而且它在光刻过程中可以使用已经发展成熟的光刻胶，这些绝缘聚合物材料在XIL 过程中也没有在其它刻蚀过程中的电荷负效应。
XIL需要高亮度相干X射线光源，这正是第三代同步辐射装置的优势所在，它的应用也拓宽了第三代同步辐射光源的应用领域。
上海光源X射线干涉光刻实验线站是利用上海光源现有的高亮度相干X射线，从软X射线扫描显微光束线（STXM）波荡器中引出一条分支光束线，建设X 射线干涉光刻实验站。
同时，该束线可以提供高能量分辨的光束线，可以为其他高分辨谱学的研究提供束线，如相干散射、光电子显微（PEEM）、磁圆二色等。
2线站主要性能指标
主要参数设计目标
插入件光源EPU (同STXM）
光子能量范围 70-250eV
能量分辨率 ~ 10000
最小刻线宽度25nm
相干照明光班大小5mm×5mm
能量密度~10mW/cm2
3线站主要性能指标
实验站配置
z超净间（1000级）
z曝光腔（内含掩膜调整平台，晶圆/样品调整平台，探测器平台，软X射线CCD一台，光电二极管及其凋整平台）
z工作站一台
z工控机一台
z甩胶机
z烘烤机
z显影设备
4基本实验方法
衍射型X射线光刻
相干散射
高分辨率谱学研究
5实验站应用例
z纳米磁点阵研究
z纳米光学器件（如UV波段起偏器、光子晶体等）
z自组织导向模板（如胶体、共聚物、量子点、细胞的自组织生长）
z X射线显微用波带片
z EUV波段光刻胶的研究。