WO2003081631A1 - Roentgenstrahlquelle mit einer kleinen brennfleckgroesse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einer Targeteinrichtung für eine Strahlquelle zur Abgabe von hochfrequenter, insbesondere röntgenfrequenter, Strahlung (R) von der Targeteinrichtung (21,...,26), welche mit einem Teilchenstrahl (e) bestrahlbar ist, um die hochfrequente Strahlung (R) von einer Auftreffstelle (12,11) der Targeteinrichtung abzugeben, wobei Im Bereich der Auftreffstelle des Teilchenstrahls auf der Targeteinrichtung eine Quelle der hochfrequenten Strahlung (R) liegt, wobei im Bereich der Auftreffstelle (12,11,15,40) ein die Teilchen des Teilchenstrahls abbremsendes und dabei die hochfrequente Strahlung verursachendes Targetmaterial (A) einem Trägermaterial (B) so zugeordnet ist, daß die räumliche Begrenzung des Targetmaterials in einer lateralen und in einer vertikalen Richtung (a1,a2,r) im wesentlichen bloß denjenigen Bereich umfaßt, der als wesentliche Quelle der hochfrequenten Strahlung (R) wirkt, und womit die laterale Auflösung bzw. Abmessung eines von dem Teilchenstrahl (e) gebildeten Brennflecks bestimmt und im wesentlichen auf das Targetmaterial (A) beschränkt wird.

Description

Roentgenstrahlquelle mit einer kleinen Brennfleckgroesse

Die Erfindung befasst sich mit einer Röntgenstrahlquelle, die als Targeteinrichtung dazu dient, einen stark fokussierten Elektronenstrahl an seiner Auftreffstelle der Targeteinrichtung in eine hochfrequente Nutzstrahlung umzusetzen, welche Röntgenstrahlung sein kann, die stark gebündelt ist.

Die Erzeugung von Röntgenstrahlung mit industriellen Röntgenröhren erfolgt durch Abbremsen von Elektronen in einem Target (einer Targeteinrichtung). Während des Abbrennens der Elektronen entsteht Röntgenstrahlung, allerdings weniger als 1% der Elektronenenergie. Diese wird von dem Target (an der Auftreffstelle in der Targeteinrichtung) emittiert. Die restliche Energie wird im wesentlichen in Wärme umgesetzt. Im Prinzip gibt es zwei unterschiedliche Mikrofokus- Röntgenröhrentechniken, welche sich in ein geschlossenes und ein offenes System untergliedern lassen. Innerhalb dieser Techniken sind bezüglich der Targetanordnung weitere Untergliederungen möglich, die sich im wesentlichen durch Richtungen des Elektronen- und Röntgenstrahls unterscheiden. Bei einem Transmissions-Target sind diese Strahlen parallel. Bei einem Winkeltarget sind Elektronenstrahl und Röntgenstrahl unterschiedlich gerichtet, haben also unterschiedliche Strahlwinkel. Insbesondere die Anordnung mit dem Winkeltarget hat einen Vorteil, das Targetmaterial auf einer massiven Trägerfläche anbringen zu können, und damit höhere Röntgenleistungen (Röntgenphotonen pro Zeit) entstehen lassen zu können. Gegenüber dem Transmissions-Target besteht allerdings der Nachteil eines geometrisch bedingten kleineren Röntgenstrahlpegels sowie eines größeren Prüfobjekt-Brennfleckabstandes. Offene Systeme erlauben den Austausch aller Komponenten innerhalb der Röhre, wie Target, Filament, etc. Das Vakuum wird durch entsprechende Pumpen dabei jeweils neu erzeugt. Dies kann bei geschlossenen Systemen nicht erfolgen, die nach ihrer Herstellung (beispielsweise als geschlossene Metall-Keramik oder Glasröhren) einen zerstörungsfreien und wiederherstellbaren Eingriff in das Innere nicht erlauben. Nach dem beschriebenen Stand der Technik erzeugte Mikrofokus-Brennflecke werden durch eine unter Umständen mehrstufige elektromagnetische Fokussierung eines beschleunigten Elektronenstrahls auf dem Target (der Targeteinrichtung) erzeugt. Das Target ist hierbei ein flächig auf einem geeigneten Trägermaterial aufgebrachtes Hoch-Z-Material, beispielsweise Beryllium als Trägermaterial und Wolfram als Targetmaterial. Die Schichtdicke des Targets liegt in der Größenordnung von einigen μm. Dabei können die Elektronen-Brennflecke zwar auf Größen deutlich kleiner als 1μm fokussiert werden, bedingt durch Streueffekte der Elektronen innerhalb der Auftreffstelle (des Targets der Targeteinrichtung) sind Brennfleckgrößen deutlich unterhalb von 1μm aber nicht mehr realistisch. Die maximal vom Target aufnehmbare Leistung (ohne Zerstörung bzw. Einbrennen des Targets) korreliert dabei mit der Brennfleckgröße und liegt bei der dargestellten Technologie heute bei im wesentlichen 1 Watt/μm Brennfleckdurchmesser. Auch über die Erstreckung des Brennflecks hinaus erstreckt sich das aufgebrachte Hoch-Z-Material. Es ist also flächig ausgedehnter, als der eigentlich auf einem kleinen Abschnitt dieser speziellen Targetschicht entstehende Brennfleck.

Im Stand der Technik ist außerdem eine Mikrofokus-Röntgeneinrichtung zugänglich, vgl. dazu EP 815 582 B1 (Medixtec). Dort wird eingehend eine Röntgenstrahlquelle beschrieben, die mit einem fokussierten Elektronenstrahl auf ein Target einstrahlt, das aus zwei Schichten besteht, einer Bremsschicht (dort 32) und einer Trägerschicht (dort 33). Die stark fokussierten Elektronenstrahlen wirken umformend auf die Bremsschicht ein und in der dortigen Figur 4A wird im Vergleich zur dortigen Figur 4 vorgeschlagen, die Bremsschicht zugunsten einer eingebetteten Bremsstelle umzuformen, welche als Dotierung nur noch eine solche Abmessung besitzt, die der Elektronenstrahl bei gleichzeitiger Reduzierung seines Durchmessers als Bremsvolumen verwendet. Damit kann eine weitere Verkleinerung des Volumens der Strahlenquelle erreicht werden, das unter dem (dort mit 40 bezeichneten) Bremsvolumen liegt, das auch als Streuvolumen oder Streuzone des Teilchenstrahls bezeichnet wird. Eingehend beschrieben ist diese Dotierung im Trägermaterial und Reduzierung des Volumens in den dortigen Absätzen [020] bis [023], dort Spalten 5 und 6. Die kleinen Dotierungszonen als Röntgenstrahlquelle werden durch die hohe Stromdichte abgeschmolzen und entweder der Strahl wird bei fest stehender Targeteinrichtung durch eine Ablenkeinrichtung (dort 19) abgelenkt und einer anderen Dotierungszone zugeführt, oder das Target selbst wird mit einer Motoreinrichtung (dort 35), jeweils gesteuert von einer Versatzsteuerung (dort 34) in seiner räumlichen Lage verändert. Allerdings muß bei der beschriebenen Dotierung einer kleineren Auftreffstelle beachtet werden, dass die Stromdichte erhöht wird, um die gleiche Ausbeute an Röntgenphotonen pro Zeit erhalten , vgl. dort die "Targetmaterial- Dotierung" 41 sowie die dort angegebene Erhöhung des Stromes im Sinne einer "Elektronenstrahldichte", vgl. dort Spalte 6, Zeilen 25 bis 27. Um die diesbezüglich schneller erfolgende Abschmelzung zu kompensieren, wird die zuvor beschriebene Veränderung der Auftreffstelle eingesetzt. Zielsetzung, Ausgangspunkt und Aufgabenstellung der Erfindung ist es, die Brennfleckgröße weiter zu reduzieren, insbesondere aber die Auflösung des Brennflecks so zu gestalten, daß sich die Form und Ausrichtung auf eine Anwendung optimieren läßt, insbesondere die Intensität und Auflösung in einer Richtung ausgebildet wird, wie z.B. durch eine strichförmige Quelle.

Erreicht wird das durch eine Targeteinrichtung nach Anspruch 1 oder einem solchen Verfahren, wie Herstellverfahren oder Betriebsverfahren.

Die Röntgenquelle kann in eine Röntgeneinrichtung eingebaut sein, die mit einer Elektronenstrahl-Vorrichtung arbeitet, wie sie in der eingangs beschriebenen B1 -Patentschrift beschrieben ist. Auch andere Strahlquellen sind möglich. Hier soll der Schwerpunkt auf die Strahlquelle gelegt werden, die das Target oder die Targeteinrichtung betrifft, an welcher die Umsetzung des Elektronenstrahls in einen hochfrequenten, insbesondere röntgenfrequenten Strahlungsanteil umgesetzt wird. Dabei wird nur ein ganz geringer Anteil der Energie des Elektronenstrahls tatsächlich umgesetzt. Die Erzeugung von Röntgenstrahlung mittels industrieller Röntgenröhren erfolgt durch das Abbremsen im Target, gemäß dem hier bezogenen Vorschlag in einem solchen Bereich, der von dem Target begrenzt wird. Der kleine aktive Brennfleck wird also nicht durch den Streueffekt des Elektronenstrahls (als Beispiel des

Teilchenstrahls) begrenzt, sondern wird begrenzt durch ein Targetmaterial, das in lateraler und in vertikaler Richtung eine definierte Dimension aufweist (Anspruch 1). Die Dimensionen bestimmen die laterale Auflösung des Brennflecks. Die Form und Ausrichtung (des Targetmaterials bzw. des Brennflecks) wird auf die Anwendung optimiert. Das in seiner Erstreckung (vertikale und laterale Richtung) begrenzte Targetmaterial ist kein flächig aufgebrachtes Hoch-Z-Material, dessen Dimension wesentlich größer ist, als die Brennfleckgröße, vielmehr beschränkt sich die Erstreckung des Targets im wesentlichen auf die Größe des Brennflecks.

Unter einem Brennfleck ist dabei aber nicht nur ein "Fleck" im Sinne eines gegebenenfalls unregelmäßigen Kreises oder eines Vierecks zu verstehen, sondern auch solche geometrischen Formen, die in ihrer Gestalt als z.B. Linie, Punkt oder Ring oder Strich (Balken) auf eine Anwendung optimiert sind. Anders als bei der eingangs beschriebenen B1 -Schrift, ist die laterale und vertikale Erstreckung nicht lediglich durch eine Dotierung in einem Niedrig-Z-Material vorgenommen, als "Targetmaterial- Dotierung", sondern ersetzt als im wesentlichen vollständig stahlerzeugendes Hoch-Z- Targetmaterial im Raum der gesamten lateralen und vertikalen Erstreckung dieses Targetmaterials das Niedrig-Z-Material im Falle der Einbettung (Anspruch 6), oder ist als in seiner Erstreckung begrenztes Targetmaterial auf das Trägermaterial aufgebracht (Anspruch 4 oder 17).

Das Target befindet sich auf oder in einem Träger, das als Trägermaterial beschrieben werden kann und die Eigenschaften einer mechanischen Halterung des Targets und der Abfuhr von gebildeter Wärme durch die Umwandlung in Röntgenstrahlung übernimmt. Gleichzeitig ist das Trägermaterial so ausgebildet, dass möglichst wenig Röntgenstrahlen gebildet werden sollen, welche allein oder hauptsächlich von dem Hoch-Z-Targetmaterial ausgehen sollen, welches im Wesentlichen in seinem ganzen Volumen strahlerzeugend ist. Diese (röntgenfrequente) Nutzstrahlung soll durch das Trägermaterial möglichst wenig geschwächt werden.

Geeignete Materialien für das Hoch-Z-Targetmaterial ist z.B. Wolfram. Geeignetes Material für das Trägermaterial ist Beryllium. Andere Materialien mit hoher Ordnungszahl Z können für das Targetmaterial eingesetzt werden, vgl. dazu die

EP 815 582 B1, Spalte 3, Zeilen 23 bis 26. Andere Materialien für das Trägermaterial sind im Anschluss an die zitierte Passage beschrieben, Spalte 3, Zeilen 27 bis 29.

Gewünscht ist für das Trägermaterial eine geringe Röntgenstrahlabsorption im gewünschten Wellenlängenbereich z.B. durch eine niedrige Ordnungszahl, hohe thermische und mechanische Belastbarkeit sowie gute Wärmeleitfähigkeit. Ergänzend zu den beschriebenen Materialien für das Trägermaterial empfehlen sich Diamant und Siliciumcarbid (SiC).

Das Target kann in seiner geometrischen Form und Ausrichtung an die Anwendung angepasst sein. Verschiedene geometrische Formen sind z.B. Linie, Punkt oder verschiedene Größen, insbesondere auf einem gemeinsamen Träger, so dass sich verschiedene Strahlcharakteristiken, Auflösung und/oder Intensitäten der Röntgenstrahlung mit ein und derselben Anordnung realisieren lassen (Anspruch 2).

Das begrenzte Target kann an mehreren Stellen des Trägers angeordnet sein, so an der Oberfläche, direkt unterhalb der Oberfläche, abgedeckt von einer Deckschicht oder ganz innerhalb des Trägermaterials (eingebettet, ohne zur Oberfläche freizuliegen).

Auf der Rückseite des Trägers können Strukturen eingebracht sein, die lokale Intensitätssteigerung oder Strahlformungseigenschaft besitzen (Anspruch 3). Die Herstellung der beschriebenen Targeteinrichtung mit ihren Strukturen kann durch direkt schreibende Verfahren erreicht werden, mit denen Material abgetragen wird oder Material abgeschieden wird, beispielsweise mittels Ionen-, Elektronen- oder Laserstrahlen.

Die neuen Röntgenquellen mit ihrer begrenzten Erstreckung aus vollflächigem bzw. voll-volumenhaltigen (insgesamt als Quelle dienenden) Targetmaterial sind auch als sogenannte Vielfach-Targetanordnungen ausführbar. Diese haben N Targets auf einem Träger, z.B. angesteuert durch geeignete Ablenkung des Elektronenstrahls, welche die Auswahl eines bestimmten der N Targets ermöglicht. Dadurch kann die Nutzbarkeit der Anordnung erhöht werden. Sie wird um den Faktor N in der Lebensdauer erhöht. Werden mehrere Targets auf demselben Träger angeordnet, können auch Anwendungen eingesetzt werden, bei denen die Probe unter verschiedenen geometrischen Anordnungen (Winkeln) bestrahlt wird, ohne dass die Probe, die Röntgenröhre oder der Detektor bewegt werden müssen. Die mehreren Targets auf demselben Träger brauchen nicht aus demselben Werkstoff zu sein, können also aus verschiedenen Materialien bestehen. Ebenso sind die oben beschriebenen verschiedenen geometrischen Formen einsetzbar.

Bauformen auch des Trägers erhöhen lokal die Intensitäten oder die Strahlformung, wie beispielsweise Strukturen auf der Rückseite eines Trägers zur lokalen Intensitätssteigerung oder Strahlformung. Ein Graben oder eine röntgenoptische Struktur sind Beispiele solcher Strukturen, die auf, in oder in unmittelbarer Folge zur Rückseite angeordnet sind. Alternativen sind entsprechende Strukturen, welche gestreute Elektronen durch Freilegung des Targets (des räumlich/geometrisch begrenzten Targets) ohne weitere Erzeugung von Röntgenstrahlen aus dem Träger austreten lassen.

Die räumlich/geometrische Begrenzung der Targeterstreckung (des Targetmaterials) kann in verschiedenen Bauformen ausgeprägt sein, die an Beispielen in Folge erläutert werden. Allen ist gemeinsam, dass sie in lateraler und vertikaler Richtung definierte Dimensionen aufweisen, welche die laterale Auflösung des Brennflecks bestimmen. Das beinhaltet auch, dass die Auftreffstelle des Teilchenstrahls (beispielsweise des Elektronenstrahls) größer sein kann, als die begrenzte laterale Erstreckung des Targetmaterials. Nachdem das Trägermaterial aber wenig oder kaum zur

Röntgenstrahlung beiträgt, ist der wesentliche Anteil des kleinen Brennflecks von der Erstreckung des Targetmaterials definiert. Diese Erstreckung kann in den beschriebenen Bauformen auch eine Gestaltung des Brennflecks ergeben, die von einer punktförmigen Ausbildung abweicht. Der Strom des Elektronenstrahls braucht dabei nicht erhöht zu werden. Dennoch werden Fokussierungen von deutlich kleiner als 1 μm erreicht, was in spezifischer Ausgestaltung in die Nanostrukturierung hineinreicht. Auch hier bestimmt die geometrische Ausbildung, sei es die laterale und vertikale Erstreckung und/oder die geometrische Ausbildung als spezielle Form, die

Strahlcharakteristik im Sinne einer Intensitätsverteilung der Röntgenstrahlquelle.

Speziell diejenigen Strahlquellen, welche von einer punktförmigen Auftreffstelle abweichen sind für eine spezielle Anpassung an das Zielobjekt (die gewünschte Anwendung) hin optimiert. Solche geometrischen Formen können von der bislang zur Strahlbildung herangezogenen "Elektronenbirne" nicht erzeugt werden.

Damit wird nicht nur die Dimension des Brennflecks reduziert, um reduzierte Größen optisch zu erfassen, sondern die Form des Brennflecks kann auf bestimmte Anwendungen optimiert sein.

Ausführungsbeispiele erläutern und ergänzen das Verständnis der beschriebenen und beanspruchten Erfindung.

Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Targeteinrichtung 21 , bei der das Target auf einen Träger B aufgebracht ist (auf der Oberfläche).

Figur 2 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform (Bauform) einer

Targeteinrichtung 22, bei der das Target in die Trägerschicht B eingebaut ist.

Figur 3 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform 23, bei der zusätzlich zur Ausführung nach Figur 2 eine Deckschicht D vorgesehen ist.

Figur 4 veranschaulicht eine vierte Ausführungsform 24, bei der das Target A im Träger vergraben erzeugt wird.

Figur 5 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform 25, bei der zumindest eine der zuvor beschriebenen Formen der Figuren 1 bis 4 Anwendung findet und eine geometrische Form für das Targetmaterial A (hier A" bzw. A*) gewählt wird.

Figur 6 veranschaulicht eine sechste Ausführungsform 26 mit einem streifenförmig 40 in das Trägermaterial B eingebetteten Targetmaterial A.

Figur 7 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform 27 mit einer Struktur auf der Rückseite des Trägermaterials 30, zur lokalen Intensitätssteigerung oder

Strahlformung, hier eines Grabens 30 als Struktur.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen werden mehrere Gestaltungen von Bauformen beschrieben, die räumlich/geometrische Gestaltungen eines Vollmaterials A als Targetmaterial zeigen, welches den Brennfleck in seiner lateralen Abmessung und in seiner geometrischen Ausbildung bestimmt. Dabei sind die Darstellungen in Seitenansicht jeweils als Streifen oder Balken ausgebildet, was ihre Erstreckung in Tiefenrichtung (des Papiers) - senkrecht zur Ebene des Papiers - offen lässt. Hier sind mehrere Gestaltungen möglich, so kann in dieser Richtung eine kreisförmige (punktförmige) Ausbildung ebenso bestehen, wie eine quadratische oder rechteckige Ausbildung, was die Betrachtung von der Seite (als Schnitt) ermöglicht. Allein bei der Figur 5 ist eine spezielle geometrische Ausbildung so gegeben, dass eine ringförmige Struktur (senkrecht zur Papierebene) gegeben sein kann. Bei der Ausbildung nach Figur 6 sind die Gestaltungen möglich, die zu den Figuren 1 bis 4 und 7 erläutert waren.

Die beschriebene Röntgenquelle ist als Targeteinrichtungen 21 bis 27 dargestellt, die in Transmissions-Anordnung oder in Winkel-Anordnung mit einem kleinen aktiven Brennfleck realisiert werden, welche nicht durch Streueffekte des Elektronenstrahls begrenzt, sondern durch das Targetmaterial A selbst begrenzt sind, welches sich jeweils in lateraler und in vertikaler Richtung definiert erstreckt (eine definierte Dimension besitzt). Die laterale Auflösung des Brennflecks als Röntgenquelle mit der abgegebenen Röntgenstrahlung R wird durch dieses Targetmaterial und seine räumlich/geometrische Dimension bestimmt. Eine in Figur 5 skizzierte Anwendung, durch Aufstrahlen der Röntgenstrahlen auf eine tiefer liegende Schicht 50, die auf einem zweiten Trägermaterial aufgebracht ist und bei der eine ringförmige Gestaltung durch Röntgenstrahlung eingestrahlt werden soll, zeigt eine Möglichkeit der Form und Ausrichtung des lateral und vertikal definierten Brennflecks auf die Anwendung. Diese Anwendung wird im Regelfall optimiert sein, so dass die Figur 5 nur als ein Beispiel herangezogen wird, was entsprechende Verständnis-Leitlinien auch für die anderen Ausführungsbeispiele zur anwendungsoptimierten Realisierung gibt. Die Optimierung orientiert sich insbesondere an der Intensität und Auflösung in einer Richtung, wie durch streifen- oder strichförmige Quellen, welche im folgenden erläutert werden.

Das Target A, bestehend aus Targetmaterial A als Hoch-Z-Material streut mehr, als Niedrig-Z-Materialien, die als Trägermaterialen Verwendung finden. Beispiele der Ausbildung dieser Materialien waren eingangs im allgemeinen Teil angegeben und sollen hier nicht wiederholt werden.

Das Target befindet sich auf oder in einem Trägermaterial B, das verschiedene Ausgestaltungen nach den Figuren 1 bis 7 haben kann. Der Träger erfüllt die Funktion einer mechanischen Halterung des Targets. Er bildet gleichzeitig für transmittierende Anordnungen ein Fenster für die Röntgenröhre. Selbstverständlich ist der Träger und das Trägermaterial für die Abfuhr der auf dem Brennfleck entstehenden Wärme zuständig und besitzt dazu eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit. Das Material des Trägers B besteht aus solchem Niedrig-Z-Material, welches wenig Röntgenstrahlung erzeugt und die vom Targetmaterial erzeugte Nutzstrahlung (die Röntgenstrahlung R) möglichst wenig schwächt.

Diese Ausführungen gelten für alle beschriebenen Beispiele. In Figur 1 ist ein Targetmaterial A in der Seitenansicht rechteckig auf einem Trägermaterial B aufgebracht. Dieses Targetmaterial wird mit einem Elektronenstrahl e bestrahlt. Das Targetmaterial 11 selbst hat eine in Querrichtung verlaufende Erstreckung a1 und eine Dicke a2. Diese Abmessungen in lateraler und vertikaler Richtung bestimmen die Form (Intensitätsverteilung) der Röntgenstrahlung R. Diese Röntgenstrahlung R fällt in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Trägermaterials B aus dem Hoch-Z-Material A aus, gerichtet nach unten und wird im dargestellten Beispiel von einer Filterscheibe C durchgelassen, welche Störstrahlung des Trägers B unterdrückt. Dieser Filter C kann als in Höhenrichtung schmal gegenüber dem Träger B ausgebildete Einzelkomponente oder als Teil des Trägers ausgeführt sein, z.B. als Schicht auf der Unterseite des Trägermaterials B.

Ähnlich wie in Figur 1 ist in Figur 2 ein Targetmaterial A in räumlich/geometrischer Erstreckung 12 vorgesehen, das in einer hier dargestellten Schnittansicht rechteckig erscheint. Die Schnittansicht zeigt, dass das Targetmaterial in die Trägerschicht B eingebaut wird, um z.B. verbesserte thermische Belastungen (Wärmeabfuhr) und mechanische Eigenschaften zu erreichen. Das (oder der) ebenfalls gezeigte Filter C entspricht demjenigen von Figur 1. Es ist hier in Figur 2 direkt auf der Unterseite des Trägers angeordnet, was als Schicht auf der Unterseite oder als gesondert aufgelegte Filterscheibe möglich ist.

Herstellungsverfahren für die in Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen (Bauformen) sind wie folgt:

Bei der Aufbringung des Targets auf den Träger B können nach Figur 1 großflächige Abscheidungen mit nachfolgender Strukturierung verwendet werden, beispielsweise mittels PVD oder CVD und Fotolithografie sowie Ätztechnik eingesetzt werden. Es können auch lonenstrahl-Strukturierung oder lokale Abscheidungen, z.B. mittels lonenstrahl, Elektronenstrahl oder Laserstrahl vorgenommen werden.

Figur 2 kann als Ausführung durch Herstellung eines Grabens erzeugt werden, der mit dem Targetmaterial 12 verfüllt wird. Es findet hier keine Dotierung statt, sondern eine Einbringung des Targetmaterials als Vollmaterial in die vorgezeichnete räumlich/geometrische Abmessung, die im beschriebenen Beispiel durch den Graben vorgegeben ist. Verfahren, die Ätztechniken oder lonenstrahlen verwenden, können den Graben in der Tiefe a2 und Breite a1 erzeugen und nachfolgend kann mittels großflächiger Beschichtung und Rückätzen oder mittels lokaler Abscheidung eine Verfüllung des Grabens erfolgen, z.B. mittels lonenstrahlen, Elektronenstrahlen oder Laserstrahlen.

Eine weitere Bauform nach Figur 3 ähnelt derjenigen von Figur 2, bei Einsatz der entsprechenden Herstellungstechniken. Hier ist auch eine Einbettung des

Targetmaterials A vorgesehen, dessen räumlich/geometrische Ausbildung 13 eine bestimmte räumlich/geometrische Ausbildung des erzielten Röntgenstrahls R ergibt. Zusätzlich ist eine Deckschicht D aufgebracht, die eine verbesserte mechanische Halterung und eine Verbesserung der thermischen Betriebsbedingungen erzeugt. Die Deckschicht D ist wesentlich dünner, als die Trägerschicht B, im gezeigten Beispiel im wesentlichen in der Größenordnung der Tiefenerstreckung a2 des Targets A. Auch bei erhöhten Betriebstemperaturen kann das Target A mit der Deckschicht D betrieben werden, nachdem eine verbesserte Wärmeabfuhr auch im Umfeld des Targets A erreicht wird. Der Betrieb auch im flüssigen Zustand ist möglich, oder mit einem erhöhten Dampfdruck. Die Schicht D hat vorzugsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine gute mechanische Stabilität.

Eie weitere Ausführungsform 24 ist Figur 4. Hier ist ein Target 14 aus dem Targetmaterial A im Trägermaterial B vergraben erzeugt. Das Target 14 kann hierzu bei der Hersteilung des Trägers B eingebaut werden, oder durch Ionenimplantation im fertigen Träger B erzeugt werden. Eine Trennebene 52 zeigt eine Möglichkeit der Erzeugung, bei der das Target 14 zunächst so erzeugt wird, wie in Figur 1 beschrieben. Danach wird großflächig eine Schicht oberhalb der Oberfläche 52 aufgetragen, die das Target A vergräbt erzeugt. Die Schicht oberhalb der Ebene 52 entspricht demjenigen Material, aus dem der Träger B unterhalb dieser Schicht ohnehin besteht.

Jede der beschriebenen Anwendungen 21 , 22, 23 oder 24 kann mit Figur 5 realisiert werden, einer weiteren Bauform, bei der das Target A eine bevorzugte geometrische Form erhält. Mit dieser bevorzugten geometrischen Form wird eine spezielle Strahlcharakteristik erzeugt, z.B. als Linientarget oder als Ringform oder in Form mehrerer einzelner (beabstandeter) Targetflächen, die eine Mehrfachpunkt- Strahlungsquelle ergeben. Sie ermöglichen Phasenkontrast und Holographie- Anwendungen. Dargestellt in Figur 5 ist spezifisch eine Ringanordnung, die im Schnitt gezeigt wird. Die beiden dargestellten Abschnitte können auch Linientargets sein oder in Form von einzelnen Targetflächen ausgebildet werden, weshalb die dritte Dimension der Darstellung in der grafischen Repräsentierung weggelassen ist. Jeweils eigene Elektronenstrahlen e" oder e* bestrahlen das Target. Auch eine größerflächige Bestrahlung durch einen Elektronenstrahl ist möglich, nachdem die Begrenzung des Röntgenstrahls R" und R^* bei der Targetanordnung 25 nach Figur 5 durch die geometrische Abmessung und laterale Erstreckung des Targetmaterials bestimmt wird.

Eine weitere Bauform einer Targeteinrichtung 27 zeigt Figur 7. Hier ist eine Struktur auf der Rückseite zur lokalen Intensitätssteigerung oder Strahlformung vorgesehen, beispielsweise ein Graben 30 oder andere röntgenoptische Strukturen oder solche Strukturen, die auf, in oder in unmittelbarer Folge zur Rückseite angeordnet werden. Alternativ können Strukturen eingesetzt werden, die gestreute Elektronen durch Freilegung des Targets 17 ohne weitere Erzeugung von Röntgenstrahlen aus dem Halter (Trägermaterial B) austreten lassen. Diese waren anhand der Figur 5 erläutert. Eine Freilegung des Targets 17 mit der lateralen Erstreckung r zeigt der Graben 30 in Figur. Diese röntgenoptische Struktur ist auf der von dem Strahlauftreffpunkt des Elektronenstrahls abgewandten Oberfläche (der flachen Ebene der Rückseite) durch eine abtragende Bearbeitung eingebracht. Er reicht in seiner Tiefenerstreckung bis zur Unterseite des Targetmaterials A und legt es in soweit frei.

Die Realisierung dieser Strukturen kann durch direkt-schreibende Verfahren eines Materialabtrags oder durch Materialabscheidung mittels lonenstrahlen, Elektronenstrahlen oder Laserstrahlen erfolgen. Die beschriebenen Targetmaterialien A haben vorzugsweise eine hohe Ordnungszahl Z. Als Trägermaterial B ist geringe

Röntgenstrahlabsorption im gewünschten Wellenlängen-Bereich erwünscht, z.B. durch Wahl von Materialien B mit niedriger Ordnungszahl, hoher thermischer und mechanischer Belastbarkeit sowie guter Wärmeleitfähigkeit. Beispiele solcher Materialien sind Beryllium, Silizium, Aluminium, Kohlenstoff.

Die entsprechenden Strukturen werden im Nanometerbereich ausgebildet, um kleinstmögliche Strahlerstreckungen in lateraler Richtung zu erzeugen. Besonders bevorzugt sind Strahlerstreckungen in lateraler Richtung, die von einer punktförmigen (kreisförmigen) Auftreffstelle abweichen und sich im randseitig eckigen Bereich bewegen, wie durch Linien, Streifen oder Balken. Auch komplexere Geometrien sind gemäß Figur 5 als Ring möglich.

Spezielle Ausführungen der Strukturen sind in Figur 6 nebeneinander dargestellt, die sowohl in Kombination, wie auch einzeln als Targetmaterialien A bzw. A' verwendet werden können. Das Targetmaterial A ist streifenförmig geneigt in das

Trägermaterial 40 eingelassen (vergraben), was durch die beschriebenen Herstelltechniken erzeugt werden kann. Durch die Einbettung und schräge Ausrichtung, ergibt sich ein Röntgenstrahl in Richtung S1. Obwohl der Elektronenstrahl e in seiner lateralen Erstreckung größer ist, als die zur Oberfläche herausragende Fläche des Targetmaterials A, ist der Röntgenstrahl R in Richtung S1 stark gebündelt und entsprechend der räumlich/geometrischen Ausbildung der abgesenkten Streifenform an seiner unteren Stirnfläche ausgebildet. Das im Umfeld dieser Ausbildung des Targetmaterials 40 von dem Elektronenstrahl e mitbestrahlte Trägermaterial B trägt kaum zur Ausbildung des Röntgenstrahls R bei. Zusätzlich kann eine Filterscheibe C nach einem der vorhergehenden Beispiele der Figuren 1 oder 2 Verwendung finden. Die Ausbildung der Figur 6 ist eine "langgestreckt" streifenförmige Absenkung eines Targetmaterials in das Trägermaterial, bei der die laterale Erstreckungsrichtung, zumindest in einer der zwei Oberflächenrichtungen schmäler ist, als die Tiefenerstreckung.

Eine schmale Ausbildung eines Röntgenstrahls kann auch in Strahlrichtung S2 erzielt werden, wenn das Targetmaterial A gemäß Ausbildung 16 in der Figur 6 auf dem Trägermaterial B aufgebracht ist. Hier ist die Strahlrichtung parallel zur

Oberflächenrichtung, beginnend ab der rechten Stirnseite des Targetmaterials A. Diese Ausbildung ist eine Winkelanordnung, bei der sich Röntgenstrahlen senkrecht zur Einstrahlung des Elektronenstrahls e (hier nicht dargestellt) ausbreiten.

In einer noch weiteren Ausführung einer Bauform, die der Bauform 27 von Figur 7 entspricht, kann der Graben 30 durch einen weiteren Werkstoff E zumindest teilweise gefüllt sein, bevorzugt ein solcher Werkstoff, der eine kleine Ordnungszahl aufweist. Dieser Werkstoff ist dort angeordnet, wo der Röntgenstrahl austritt. Er kann gegenüber dem Trägermaterial B eine - in Wärmeleitfähigkeit, mechanischer Stabilität oder Nutzstrahlerzeugung abweichende - physikalische Eigenschaft besitzen.

Claims

Ansprüche:

1. Targeteinrichtung für eine Strahlquelle zur Abgabe von hochfrequenter, insbesondere röntgenfrequenter, Strahlung (R) von der Targeteinrichtung (21 , ..., 26), welche mit einem Teilchenstrahl (e) bestrahlbar ist, um die hochfrequente

Strahlung (R) von einer Auftreffstelle (12,11) der Targeteinrichtung abzugeben, wobei im Bereich der Auftreffstelle des Teilchenstrahls auf der Targeteinrichtung eine Quelle der hochfrequenten Strahlung (R) liegt, wobei (i) im Bereich der Auftreffstelle (12,11 ,15,40) ein die Teilchen des Teilchenstrahls abbremsendes und dabei die hochfrequente Strahlung verursachendes Targetmaterial (A) einem Trägermaterial (B) so zugeordnet ist, daß die räumliche Begrenzung des Targetmaterials in einer lateralen und in einer vertikalen Richtung (a1 ,a2,r) im wesentlichen bloß denjenigen Bereich umfaßt, der als wesentliche Quelle der hochfrequenten Strahlung (R) wirkt;

(ii) womit die laterale Auflösung bzw. Abmessung eines von dem

Teilchenstrahl (e) gebildeten Brennflecks bestimmt und im wesentlichen auf das Targetmaterial (A) beschränkt wird.

2. Targeteinrichtung nach Anspruch 1 , wobei das Targetmaterial (A) - geometrisch geformt - ringförmig (15), linienförmig (14), quadratisch (12), streifenartig (16) oder in Tiefenrichtung des Trägermaterials (B) langgestreckt (40) ausgebildet ist.

3. Targeteinrichtung nach Anspruch 1 , wobei das Trägermaterial (B) auf der von der Auftreffstelle (10,11) abgewandten Seite eine von einer Fläche oder flachen

Ebene abweichende geometrische Struktur (30) aufweist, die in das Trägermaterial abtragend eingebracht ist, zur Strahlformung oder lokalen Intensitätsveränderung, insbesondere Intensitätssteigerung.

4. Targeteinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Targetmaterial (A) ein nichtdotiertes Vollmaterial ist, insbesondere mit seinem ganzen Volumen (a1*a2) als Strahlquelle (R) nutzbar.

5. Targeteinrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Zielobjekt (Z) für die hochfrequente Strahlung (R) gegeben ist und das Targetmaterial (A) in seiner räumlichen oder geometrisch geformten Begrenzung mit dem Zielobjekt korrespondiert oder zur Erzeugung einer speziellen Strahlcharakteristik auf das Zielobjekt in Form und Ausrichtung optimiert ist.

6. Targeteinrichtung nach einem vorigen Ansprüche, wobei das Targetmaterial (A) im Trägermaterial (B) eingebettet ist (14,13,12), insbesondere zur Oberfläche nicht freiliegt (14).

7. Targeteinrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Korrespondenz zwischen räumlicher Begrenzung des Targetmaterials (A) und dem Zielobjekt eine Optimierung ist.

8. Targeteinrichtung nach Anspruch 1 , wobei der Teilchenstrahl ein Elektronenstrahl (e) ist.

9. Targeteinrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Auftreffstelle ein Brennfleck des Teilchenstrahls (e) ist, insbesondere als Elektronenstrahl, welche Stelle größer ist, als die Form oder laterale Abmessung des Targetmaterials an der Auftreffstelle.

10. Targeteinrichtung nach Anspruch 1 für eine Röntgenquelle in Transmissionsanordnung (S1 ,R) oder Winkelanordnung (S2) mit einem kleinen aktiven Brennfleck, welcher nicht durch Streueffekte des Teilchenstrahls, insbesondere Elektronenstrahls (e) begrenzt ist, sondern durch eine räumliche Begrenzung des Targetmaterials, zumindest in lateraler Richtung.

11. Targeteinrichtung nach Anspruch 1 , wobei die räumliche oder geometrische Begrenzung des Targetmaterials in lateraler und vertikaler Richtung (a1 ,a2,r) die laterale Auflösung des Brennflecks bestimmt.

12. Targeteinrichtung nach Anspruch 1 , wobei sich das Target (A) auf der Oberfläche eines Trägers (B) befindet, oder in einen solchen Träger (B) eingebettet ist, wobei der Träger mit seinem Trägermaterial (B) folgendes Funktionen erfüllt:

(a) mechanische Halterung des Targetmaterials (A) im Rahmen seiner räumlichen Begrenzung;

(b) Abfuhr von Wärme mit einer dazu möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit;

(c) wobei das Trägermaterial wenig Röntgenstrahlung erzeugt und die im Targetmaterial (A) erzeugte Nutzstrahlung (R) möglichst wenig schwächt.

13. Targeteinrichtung nach Anspruch 12, wobei das Trägermaterial (B) gleichzeitig als Fenster einer Röntgenröhre dient, zur Transmission der erzeugten Nutzstrahlung (R).

14. Targeteinrichtung nach Anspruch 1 , wobei eine flächige Filtereinrichtung (C) eine Störstrahlung des Trägermaterials (B) unterdrückt, insbesondere als Einzelkomponente oder als Teil des Trägers ohne einen Abstand von einer Unterseite des Trägermaterials (B).

15. Targeteinrichtung nach einem voriger Ansprüche, wobei eine flächige Filtereinrichtung (C) auf der von der Auftreffstelle (10,11) abgewandten Seite des Trägermaterials (B) angeordnet ist.

16. Targeteinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei eine Deckschicht (D) auf der Seite der Auftreffstelle vorgesehen ist, welche zumindest das Targetmaterial (A) abdeckt und für eine verbesserte mechanische Haltung und eine thermisch verbesserte Leitfähigkeit auch das Trägermaterial (B) im Umfeld des Targetmaterials (A) bedeckt.

17. Targeteinrichtung nach Anspruch 1 , wobei das Targetmaterial in seiner definierten lateralen und vertikalen Erstreckung im wesentlichen auf der Oberfläche des Trägermaterials (B) angeordnet ist.

18. Targeteinrichtung nach Anspruch 2, wobei die in Tiefenrichtung abgesenkte

Ausbildung (40) geneigt orientiert ist (S1), zur Abgabe einer aus der Vertikalen geneigten hochfrequenten Strahlung (R1).

19. Verfahren für eine Targeteinrichtung als Strahlquelle zur Abgabe von hochfrequenter, insbesondere röntgenfrequenter, Strahlung (R,R*) von der

Targeteinrichtung (21 , ..., 26), welche mit einem Teilchenstrahl (e) bestrahlt wird, um die hochfrequente Strahlung (R) zu erzeugen, wobei

(i) im Bereich der Auftreffstelle (12,11 ,15,40) ein die Teilchen des

Teilchenstrahls abbremsendes und dabei die hochfrequente Strahlung verursachendes Targetmaterial (A) einem Trägermaterial (B) so zugeordnet ist, daß die räumliche Begrenzung des Targetmaterials in einer lateralen und in einer vertikalen Richtung (a1 ,a2,r) im wesentlichen nicht wesentlich mehr als denjenigen Bereich umfaßt, der als Quelle der Strahlung (R) wirkt; (ii) die laterale Auflösung bzw. Abmessung der Quelle der Strahlung im wesentlichen auf das Targetmaterial (A) beschränkt wird.