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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung zum Abstrahlen von Röntgenstrahlen und insbesondere betrifft sie eine Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung zum Ermöglichen der Emission eines streifenartigen Röntgenstrahls (oder Röntgenstrahls mit vielen Linien) sowie eine Untersuchungsvorrichtung, die diese benutzt.
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Vorrichtungen, die Röntgenstrahlen benutzen, werden weitverbreitet zum Zwecke der Analyse oder Aufklärung eines Gegenstands (einer Probe) und ferner einer Untersuchung derselben etc. in verschiedenen technischen Gebieten verwendet. Als Röntgenquelle in solchen Vorrichtungen wird, trotz Unterschieden im Hinblick auf ihre Verwendung etc., eine solche zum Abstrahlen von streifenartigen Röntgenstrahlen (oder Multi-Linien-Röntgenstrahlen) sowie eine normale punktartige Röntgenstrahlquelle verwendet.
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Beispielsweise ist aus dem folgenden Patentdokument 1 bereits eine Röntgenstrahlquelle bekannt, in welcher ein Gegenstand, auf den geladene Teilchen auftreffen, Mittel zum Erreichen eines Konvergenz/Divergenzeffekts für die Strahlung hat, beispielsweise in der Form einer Zonenplatte zum Ermöglichen einer Konvergenz der erzeugten Röntgenstrahlung auf diese Stelle.
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Stand der Technik
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1 – Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2006-17653 (2006).
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Zusammenfassung der Erfindung
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Durch die Erfindung gelöste Probleme
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Übrigens kann im Allgemeinen zur Erzeugung von streifenartigen Röntgenstrahlen (Multi-Linien-Röntgenstrahlen) die Anordnung eines Brechungsgitters vom Transmissionstyp vor der Röntgenstrahlquelle in Betracht gezogen werden, wobei jedoch in der Praxis davon ausgegangen werden kann, dass streifenartige Röntgenstrahlen (oder Multi-Linien-Röntgenstrahlen) mit einer Größenordnung von Mikrometern (μm) benötigt werden (beispielsweise im Hinblick auf die Linienbreite), je nach der Art ihrer Verwendung; in der herkömmlichen Technologie ist es jedoch schwierig, derartige streifenartige Röntgenstrahlen zu erzeugen.
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Der Grund dafür liegt darin, dass auf Grund der Tatsache, dass die Dämpfung der Röntgenstrahlen in einem Gebiet, durch welches die Röntgenstrahlen leicht dringen können, in einem solchen Brechungsgitter vom Transmissionstyp oder in einer Fresnel-Zonen-Platte nicht auf Null (0) reduziert werden kann, was sich aus dem oben genannten Patentdokument ergibt, so dass es schwierig ist, einen streifenartigen Röntgenstrahl (oder Multi-Linien-Röntgenstrahl) mit einem großen Seitenverhältnis zwischen dem Röntgenstrahl-Transmissionsgebiet und dem Röntgenstrahl-Absorptionsgebiet zu erreichen, also ein großer Kontrast erzielt werden kann.
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Daher ist es unter Berücksichtigung der oben genannte Probleme des Stands der Technik beispielsweise eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung zum Ermöglichen der Erzeugung von streifenartigen Röntgenstahlen (Multi-Linien-Röntgenstrahlen) mit einer gewünschten Größe (beispielsweise Linienbreite) und eine Untersuchungsvorrichtung, die in sich die streifenartigen Röntgenstrahlen (Multi-Linien-Röntgenstrahlen) mit großem Kontrast verwendet, die aus ersterer gewonnen werden können, bereitzustellen.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Zum Erreichen der oben genannten Ziele wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend: einen Röhrenkörper, der dazu ausgelegt ist, in seinem Inneren Vakuum zu enthalten; eine Elektronenquelle, die innerhalb des Röhrenkörpers vorgesehen ist, um einen Elektronenstrahl zu erzeugen; ein Target, das innerhalb des Röhrenkörpers vorgesehen ist und mit dem von der Elektronenquelle emittierten Elektronenstrahl bestrahlt wird, um so einen Röntgenstrahl zu erzeugen; und ein Röntgenstrahlfenster, das zum Herausführen des erzeugten Röntgenstrahls nach außerhalb des Röhrenkörpers vorgesehen ist, wobei auf einer Oberfläche eines das Target bildenden Elements eine Mehrzahl von sich wiederholenden Rillen ausgebildet ist, die jeweils eine schmale Breite haben, sodass sie von dem Elektronenstrahl aus der Elektronenquelle bestrahlt werden, der in einem vorgegebenen Winkel gegenüber einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Rillen geneigt ist, sodass er mehrere der Rillen überdeckt und ferner eine von der Vielzahl von Multi-Linientargets, die zwischen den Rillen gebildet sind und einen Multi-Linien-Röntgenstrahl erzeugen, der in einem vorgegebenen Extraktionswinkel emittiert wird und durch das Röntgenstrahlfenster tritt.
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Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung in der oben beschriebenen Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung bevorzugt, dass ein Element mit einer niedrigen Atomzahl in die Rillen eingefüllt ist oder ein Element mit einer niedrigen Atomzahl als Beschichtung auf die Innenflächen der Rillen aufgebracht ist. Ferner ist in der Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung, wie oben beschrieben, das Target ein Target vom statischen Typ oder ein Target vom Rotationstyp.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Untersuchungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend: eine Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung wie oben beschrieben; und ein Röntgenstrahldetektionsmittel zum Detektieren eines Röntgenbilds, welches durch Bestrahlung mit der von der Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung emittierten Multi-Linien-Röntgenstrahlung auf einen Untersuchungsgegenstand gewonnen werden kann und insbesondere ist der Untersuchungsgegenstand ein eindimensionales Gitter vom Transmissionstyp.
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Wirkung der Erfindung
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Wie oben erwähnt kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung bereitgestellt werden, die das Erzeugen eines streifenartigen Röntgenstrahls (also eines Multi-Linien-Röntgenstrahls) mit sehr kleiner Breite ermöglicht, insbesondere einer Größe (bzw. Linienbreite) in der Größenordnung von Mikrometern, und ferner kann eine bevorzugte Wirkung durch das Bereitstellen einer Untersuchungsvorrichtung erzielt werden, die eine Struktur mit einer sehr feinen Breite ermöglicht, beispielsweise ein eindimensionales Gitter vom Transmissionstyp oder ähnliches, und zwar mit einfachen Elementen und durch die Verwendung der streifenartigen Röntgenstrahlen (bzw. Multi-Linien-Röntgenstrahlen) mit geringer Breite.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist eine Ansicht, welche das Prinzip eines Multi-Linientargets innerhalb einer Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung (beispielsweise einer Röntgenröhre) gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;
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2 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht zur Erläuterung des Prinzips des oben genannten Multi-Linientargets;
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3A–3D sind Schnittansichten zur Erläuterung von Varianten des oben genannten Multi-Linientargets;
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4A und 4B sind Schnittansichten zur Erläuterung weiterer Varianten des oben genannten Multi-Linientargets;
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5 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung einer weiteren Variante, insbesondere für ein kleines α;
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6 ist eine Perspektivansicht zur Darstellung der Gesamtstruktur einer Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung (eines Ausführungsbeispiels 1) mit einem statischen Metalltarget, welche das oben genannte Multi-Linientarget verwendet;
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7 ist eine Teilschnittansicht zur Darstellung der Strukturen in der Umgebung des Targets innerhalb der oben genannten in 5 gezeigten Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung;
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8 ist eine Teilschnittansicht zur Darstellung von Strukturen in der Umgebung des Targets gemäß einer Variante der oben genannten in 5 dargestellten Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung;
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9 ist eine Seitenansicht zur Darstellung der Gesamtstruktur der Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung (eines zweiten Ausführungsbeispiels) mit einem Rotationstarget, welche das oben genannte Multi-Linientarget verwendet;
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10 ist eine vergrößerte perspektivische Teilansicht zur Darstellung der Strukturen in der Umgebung des Rotationstargets innerhalb der oben genannten und in 8 dargestellten Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung;
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11 ist eine Ansicht, die Beispiel des Prinzips/der Strukturen eines Untersuchungsvorrichtung zeigt, welche einen Multi-Linien-Röntgenstrahl verwendet, der durch die Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und wie oben erwähnt gewonnen werden kann; und
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12 ist eine fotografische Ansicht zur Darstellung eines Untersuchungsergebnisses eines tatsächlichen Röntgenbilds auf einer Oberfläche des Multi-Linientargets, welches mittels der Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung (nach dem zweiten Ausführungsbeispiel) gemäß der vorliegenden Erfindung und wie oben erwähnt gewonnen werden kann.
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Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung vollständig und Bezug benehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
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Zunächst wird eine Erläuterung der Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf ihr Arbeitsprinzip gegeben. Zunächst zeigt die beiliegende 1 wesentliche Bauteile zum Aufbau der Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur bezeichnet eine Bezugsziffer 3b ein Metalltarget, welches auf der Oberfläche eines Targetelements 31, das aus einer Metallplatte gebildet ist, vorgesehen ist und auf sich mehrere Rillen 110 bildet oder definiert, die jeweils eine geringe oder sehr feine Breite haben. Daher sind zwischen diesen mehreren Rillen 110... auch linienartige Targets definiert, die jeweils eine sehr geringe Breite haben. Ferner ist diese Metallplatte beispielsweise aus Kupfer (Cu) oder Molybdän (Mo) gebildet und auf ihrer Oberfläche sind Rillen 110 gebildet oder definiert, die jeweils eine Breite (W) und Tiefe (D) sowie eine Teilung (P) haben und sich in eine Richtung der X-Achse in der Figur erstrecken sowie sich in der Y-Richtung stetig wiederholen.
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Die Oberfläche des oben genannten Metalltargets 3b wird mit von einem Elektronenstrahlerzeuger (beispielsweise ein Glühfaden) 21, welche eine Elektronenquelle bildet, emittierten Elektronenstrahlen bestrahlt. Dieser Elektronenstrahlerzeuger 21 ist jedoch bezogen auf das Metalltarget 3b in einer solchen Position angeordnet, dass der Elektronenstrahl in einer Neigung mit einem vorgegebenen Winkel α in der Richtung senkrecht zur Richtung (beispielsweise der Y-Achse in der Figur), in welcher die Mehrzahl von feinen Rillen 110... eingeformt sind (beispielsweise in der X-Achsenrichtung), auf die Oberfläche des Targets trifft. Dadurch trifft der von dem Elektronenstrahlerzeuger 21 abgestrahlte Elektronenstrahl (wenn nötig durch eine Elektronenlinse fokussiert) auf die Oberfläche des oben genannten Metalltargets 3b auf und überlappt mit mehreren der Rillen 110, die jeweils eine sehr geringe Breite haben, während er im Winkel α geneigt ist. Der Winkel α kann jedoch ähnlich wie in einer normalen Röntgenröhre 90° betragen.
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Bei einem Aufbau mit einem Metalltarget 3b des oben genannten Typs kann der Röntgenstrahl mit einem Ausfallwinkel β in Richtung der Y-Achse der Figur herausgeführt werden, wie dies beispielsweise in 2 dargestellt ist, und zwar durch die Abstrahlung des Röntgenstrahls von einer linienförmigen Targetoberfläche (beispielsweise dem linienförmigen Target) 11U, das zwischen den Rillen 110 definiert ist und auf diese Weise mit einem Abstrahlwinkel β von der Oberfläche des oben genannten Metalltargets 3b abgestrahlt wird, wobei jedoch andererseits Röntgenstrahlen, die von anderen Bereichen abgestrahlt werden, insbesondere von einen Bodenfläche 11b der Rille 110 an einer Seitenfläche 11S derselben absorbiert oder gedämpft werden. Dadurch kann in der Richtung des oben genannten Abstrahlwinkels β ein Röntgenstrahl gewonnen werden, dessen Intensität (I) sich periodisch erhöht/verringert, also einen streifenartigen Röntgenstrahl (Multi-Linien-Röntgenstrahl).
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Dabei sind der Abstand (bzw. die Teilung P) zwischen den Rillen 110 und die Breite (W) und auch die Tiefe (D) so bestimmt, also beispielsweise P = 2W; gemäß der vorliegenden Erfindung sollten diese jedoch nicht darauf beschränkt sein und es kann auch P ≠ 2W gelten. Auch die Tiefe (D) der Rillen, die auf der Oberfläche des Metalltargets 3b gebildet sind, wird so gewählt, dass sie zum Dämpfen der von der Bodenfläche 11B in der Tiefe abgestrahlten Strahlung ausreicht (D > W·tanβ).
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Ferner ist auf linken Seite der oben genannten 2 eine Verteilung der Intensität des Multi-Linien-Röntgenstrahls gezeigt, der auf die oben erläuterte Weise gewonnen werden kann, und es zeigt sich, dass die kontinuierliche Veränderung der Intensität der Röntgenstrahlen sichtbar ist, während sie periodisch in einer Richtung senkrecht zu den Streifen (Linien) anwächst/abfällt. Auch die Linienbreite des Multi-Linien-Röntgenstrahls, die so gewonnen werden kann, wird zu D·sinβ. In anderen Worten kann die Linienbreite des Multi-Linien-Röntgenstrahls mit der oben genannten Struktur durch die Ermittlung des Abstands (D) zwischen den Rillen 110, die auf der Oberfläche des Metalltargets gebildet sind und des Abstrahlwinkels (β) des Röntgenstrahls auf einen geeigneten Wert eingestellt werden, und zwar insbesondere durch das Bilden von Rillen 110 mit sehr geringer Breite auf der Oberfläche des Metalltargets 3b in einem Abstand (D) von der Größenordnung von einigen 10 μm ist es daher einen streifenförmigen Röntgenstrahl (Multi-Linien-Röntgenstrahl) mit einer Größe im Bereich von μm einfach zu gewinnen.
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Die Intensitätsverteilung ”I”, die oben dargestellt ist, stellt die Intensität der Erzeugung von Röntgenstrahlen in einer Röntgenstrahlerzeugungsebene auf der Oberfläche des Targets dar. In anderen Worten hat in einem Bereich sehr Nahe zu der Targetoberfläche die Verteilung der Röntgenstrahlintensität in Richtung des Abstrahlwinkels β der Röntgenstrahlung so, dass ein streifenförmiger Kontrast vorliegt, der die Intensität der Röntgenstrahlerzeugung reflektiert. Auf diese Weise liegt ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung darin, dass die Intensitätsverteilung eines Röntgenstrahlerzeugungsbereichs einen streifenartigen Kontrast aufweist, wenn man die Röntgenstrahlerzeugungsebene in der Richtung des Abstrahlwinkels β der Röntgenstrahlen betrachtet.
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Der von dem Röntgenstrahlerzeugungsbereich abgestrahlte streifenartige Röntgenstrahl gemäß der vorliegenden Erfindung wird von jedem einzelnen Strahl abgestrahlt und divergiert jeweils, sodass man sich im Allgemeinen einfach vorstellen kann, dass der Röntgenstrahl eine gleichmäßige und flache Verteilung hat, wenn in einer Position weit entfernt von dem Röntgenstrahlerzeugungsbereich in weiter Distanz eine Röntgenstrahlfotografie aufgenommen wird.
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Die oben genannte Tatsache ist ein Grund, warum in der herkömmlichen Technologie kein Anlass für die vorliegende Erfindung besteht. Die Erfinder etc. der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass die Intensitätsverteilung niemals flach sein kann, da sie den Intensitätskontrast des Röntgenstrahlerzeugungsbereichs reflektiert, wenn ein Brechungsgitter in einem Teil eines solchen optischen Pfads gebracht wird.
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Daher kann durch den Aufbau des oben genannten Metalltargets 3b gemäß der vorliegenden Erfindung eine ausreichende Wirkung erzielt werden, wenn das Metalltarget 3b, auf dessen Oberfläche die von dem Elektronenstrahlerzeuger (bzw. dem Glühfaden) 21 abgestrahlten Elektronentreffen, so aufgebaut ist, dass die linienartigen Targets 11B parallel, periodisch und stetig angeordnet sind, insbesondere auf dessen Oberfläche und, die im Folgenden gegeben wird, wird ein Target mit einem solchen Aufbau einfach als ein ”Multi-Line Target 100” bezeichnet.
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In der oben gegebenen Erläuterung wurde jedoch erklärt, dass das Metalltarget 3b (= Multilinien-Target 100) durch das Bilden einer Mehrzahl von Rillen 110... auf der Oberfläche eines Metallfilms gebildet wurde; es ist jedoch aus dem Prinzip der vorliegenden Erfindung ersichtlich, dass es gemäß der vorliegenden Erfindung nicht immer notwendig ist, die Vielzahl von Rillen 110... zu bilden und anstelle der oben genannten Rillen können beispielsweise ähnliche Effekte erzielt werden, indem eine Mehrzahl von Rillen durch die Ausbildung einer Mehrzahl von linienartigen Metallelementen auf der Oberfläche der Metallplatte (auch durch Einbetten etc.) gebildet werden.
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Im Folgenden wird eine Variante des Multi-Linien-Targets 100 der oben genannten Art beschrieben, wobei Bezug auf 3A–3D und 4A bis 4B genommen wird.
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3A zeigt als Beispiel eines, dass durch das Ausbilden von Schichten 111 von Molybdän (Mo) oder Wolfram (W) auf der Oberfläche (beispielsweise einer Oberseite) 11U eines Target-Elements 31 aus Kupfer (Cu) nach dem Ausbilden einer Mehrzahl von Rillen 110... auf dessen Oberfläche gewonnen wird, um so einen Röntgenstrahl mit Mo-Charakterisitik, einen Röntgenstrahl mit W-Charakteristik oder einen kontinuierlichen Röntgenstrahl zu gewinnen. In dem in 3A dargestellten Beispiel kann jedoch die Mehrzahl von Rillen auf der Oberfläche des Target-Elements nach dem Ausbilden der Schicht von Molybdän (Mo) oder Wolfram (W) auf der Oberfläche (der Oberseite) des Targetelements 31 aus Kupfer (Cu) aus gebildet werden, um so ein linienartiges Target 3b zu gewinnen. Ebenfalls kann wie in 3B gezeigt das Innere der obengenannten Rille 110 mit einem Element mit einer geringen Atomzahl wie beispielsweise Kohlenstoff (C) etc. aufgefüllt werden, oder beispielsweise kann wie in 3C gezeigt, eine Beschichtung 113 des Elements mit einer geringen Atomzahl auf einer Seitenfläche ausgebildet werden. Ferner kann wie in 3D dargestellt, ein Kantenbereich jeder Rille 110 gekrümmt oder abgeschrägt im Querschnitt ausgebildet werden (durch die gepunktelte Linie in der Figur dargestellt), um so den Kontrast des Multi-Linien-Röntgenstrahls, der daraus gewonnen wird, einzustellen.
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Zusätzlich kann der Querschnitt der Rille 110 auch unförmig wie in 4A dargestellt oder V-förmig wie in der beiliegenden 4B dargestellt ausgebildet werden, als zu der oben genannten rechteckigen Form. Auch kann innerhalb oder auf den Seitenoberflächen 11S eine Auffüllung mit einem Element einer geringen Atomzahl vorgenommen werden oder daraus eine Beschichtung gebildet werden.
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Ferner fallen die von der Elektronenkanone (bzw. dem Glühfaden) 21 emittierten und auf die Oberfläche des oben genannten Metalltargets 31 3b normalerweise in einem vorgegebenen Neigungswinkel α (= 84° oder dergleichen) auf dieses; der Neigungswinkel α kann jedoch auch auf verschiedene andere Werte eingestellt werden, d. h. der Neigungswinkel α kann auch bis auf 6° oder dergleichen verringert werden, wie dies beispielsweise in der hier beigefügten 5 gezeigt ist. In diesem Fall ist es jedoch möglich, einen Multi-Linien Röntgenstrahl mit einem großen Kontrastverhältnis und vorteilhaften Eigenschaften zu erhalten, indem die Beschichtung 113 mit dem Element mit geringer Ordnungszahl in einem Teil der Innenwand der oben genannten Rille 110 aufgebracht wird (in diesem Fall auf einen oberen Endbereich der Innenwand der linken Innenwand dieser Rille), der direkt aus einer Einfallrichtung des Röntgenstrahls (in der Figur die rechte Seite) sichtbar ist.
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Im Nachfolgenden werden Erläuterungen zu den Details der Ausführungsbeispiele, der Anwendung der Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung, des oben beschriebenen Prinzips auf tatsächliche Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtungen gegeben.
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Ausführungsbeispiel 1
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Die beiliegende 6 ist eine Perspektivansicht, die eine Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung vom Hüllentyp mit einem statischem Metalltarget zeigt, und die beiliegende 6 ist ein vergrößerter Teilschnitt derselben, der das Metalltarget umfasst.
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Insbesondere sind im Aufbau der Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel 1 eine Elektronenquelle 2 und eine Anode (beispielsweise ein Target) innerhalb des Körpers einer Röntgenröhre vorgesehen, die aus rostfreiem Stahl gebildet ist. Ferner ist die Elektronenquelle 2 so aufgebaut, dass sie Glühdraht umfasst, der eine sogenannte Kathode bildet und durch einen von einer Glühdraht-Stromquelle 41 bereitgestellten Strom beheizt wird, um so Thermoelektronen (also dem Elektronenstrahl) zu emittieren, und eine Elektronenlinse 22 zum bündeln der emittierten Elektronenstrahlen auf einen gewünschten Durchmesser. Diese Elektronenlinse 22 ist jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung nicht immer nötig, sondern es ist ausreichend, dass wie oben erläutert, der emittierte Elektronenstrahl das auf der Oberfläche des Targets gebildete Multilinientarget bestrahlen kann und die Vielzahl der linienartigen Targetelemente überdeckt. Ferner bezeichnet eine Bezugsziffer 42 der Fig. eine Ablenkspannung und eine Bezugsziffer 4 bezeichnet eine Hochspannungs-Stromquelle zum Anwenden einer Hochspannung zwischen dem Glühdraht 21 und der Anode 3. Ferner ist die oben genannte Anode mit einem Basiselement 3a und einem Metalltarget 3b aufgebaut, die auf sich die Multi-Linientargets bilden, sowie aus einem Targetelement 31.
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Mit einem Aufbau der oben beschriebenen Art werden die von dem Glühdraht 21, der die Kathode bildet, abgestrahlten thermischen Elektronen (Elektronenstrahl) auf die Anode (des Target) 3 gestrahlt und dadurch werden auf der Oberfläche des Metalltargets 3b, welches das oben genannte Multi-Linientarget 100 bildet, mit einem Abstrahlwinkel (β) Röntgenstrahlen erzeugt und in ein Extraktionsfenster 34 für die Röntgenstrahlen emittiert und daher kann die Mehrzahl von streifenförmigen Röntgenstrahlen (Multi-Linienröntenstrahl) aus der Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung zur Verwendung herausgeführt werden.
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Ferner sind auf der oben genannten Anode (dem Target) 3, wie sie detaillierter in der beiliegenden 7 dargestellt ist, als das oben genannte Metalltarget Metalltargets 3b ausgebildet, indem eine Mehrzahl von linienartigen Elementen (Multi-Linientargets) aus Molybden (Mo), Gold (Au), Silber (Ag), Wolfram (W), Nickel (Ni) oder Chrom (Cr), etc. auf der Oberfläche des Basiselements 3a ausgebildet sind, welches aus einem Metall mit großer Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise Kupfer (Cu: Wärmeleitfähigkeit = 0,94 cal/cm·sec·°C), beispielsweise mit einer Dicke von einigen zehn μm und einer vorgegebenen Teilung (Abstand). Ferner kann als diese vorgegebene Teilung (Abstand) einige zehn μm, mehr oder weniger gewählt werden. Ferner kann in dem oben genannten Target 3 auch dann, wenn als dessen Basiselement 3a ein Kupfermaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet wird und ein Wolframfilm auf der Oberfläche in ihrer Struktur ausgebildet wird, ein Metalltarget 3b mit einem Multi-Linientarget der oben beschriebenen Art ausgebildet werden, in dem die linienartigen Elemente ebenfalls aus Molybden (Mo), Gold (Au), Silber (Ag), Wolfram (W), Nickel (Ni) oder Chrom (Cr), etc. um einige Beispiele zu nennen ausgebildet (oder eingebettet) werden und diese jeweils eine Dicke und Breite von ungefähr einigen zehn μm haben, und zwar sich wiederholend in einer vorgegebenen Teilung (Abstand: D) sich auf der Oberfläche wiederholen.
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Zusätzlich ist auch wie in 7 dargestellt auf einer Rückseite des Basismaterials 3a des oben genannten Targets 3 ein Flusspfad zum Führen eines Kühlmittels (beispielsweise Kühlwasser) vorgesehen, beispielsweise so ausgelegt, dass in dem Basiselement 3a erzeugte Wärme nach außen abgeführt werden kann. Um jedoch diese Wärme abführen zu können kann neben dem in der Fig. dargestellten Verfahren, also durch das Kühlen der Rückseite des Basiselements 3a des Targets unmittelbar durch das Kühlmittel, ein Verfahren gemäß der beiliegenden 8 verwendet werden, also das Abführen der Wärme von dem Basiselement 3a des Targets mittels eines Kühlmittels 5, welches innerhalb eines Rohres fließt, welches um wärmeleitende Keramik 36 gewickelt ist, während die Wärme in einem unteren Bereich des Basiselements des Targets 3a in die Keramik eingeleitet wird.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 1 kann jedoch, da auf der Oberfläche des Basiselements 3a des Targets 3 die Metalltargets 3b ausgebildet sind, auf deren Oberflächen die Multi-Linientargets des oben genannten Typs ausgebildet sind, der Multi-Linien-Röntgenstrahl herausgeführt werden, wobei die Eigenschaften des Röntgenstrahls von der Art des Metalls abhängen, und zwar aus dem Extraktionsfenster 34 für den Röntgenstrahl und nach der Bestrahlung mit Elektronenstrahlen. Ferner ist die Eigenschaft des Röntgenstrahls bereits abhängig vom Metall bestimmt, beispielsweise kann ein charakteristischer Röntgenstrahl (Kα) mit 8,04 keV erzeugt werden, wenn Kupfer (Cu), das demjenigen des Basiselements 3a gleicht oder ein Röntgenstrahl (mit der charakteristischen 17,4 keV Linie von Molybdän (Mo), wenn Molybdän verwendet wird.
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Wenn also eine Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung vom Hüllentyp der oben genannten Art gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 mit einem statischen Metalltarget verwendet wird, können einfach eine Mehrzahl von streifenartigen Röntgenstrahlen (der Multi-Linien-Röntgenstrahl) gewonnen werden, die jeweils eine gewünschte Größe (also Linienbreite) in der Größenordnung von μm haben, indem die Breite (W) und/oder die Teilung (der Abstand: D) der linienartigen Elemente und das Metall zum Bilden des Multi-Linientargets der oben genannten Art sowie auch der Ausfallwinkel β geeignet gewählt werden.
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Ausführungsbeispiel 2
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Die beiliegende 9 ist eine Schnittansicht zum Darstellen einer gesamten sogenannten Röntgenrohre mit rotierender Anode, also einer Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung mit einem rotierenden Target (beispielsweise einer Antikathode) und die beiliegende 10 ist eine Gesamt-Perspektivansicht, die Details ihres Metalltargets zeigt.
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Wie in 9 dargestellt umfasst die Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung mit dem rotierenden Target (der Antikathode) eine rotierende Anode, (beispielsweise ein Target) 3', welches zusammen mit einem Glühdraht 21 als Elektronenquelle 2 innerhalb eines Röntgen-Röhrenkörpers 1 aus rostfreiem Stahl angeordnet ist, der zur Erzeugung von Vakuum in seinem Inneren ausgelegt ist. Ferner bezeichnet eine Bezugsziffer 36 in der Fig. einen Treiberbereich, der ein Mittel zum Rotieren/Antreiben des rotierenden Targets, beispielsweise einen Elektromotor etc. enthält, dessen detaillierter Aufbau im Folgenden beschrieben wird und zu dem Treiberbereich 36 wird auch das Kühlmittel 5 geleitet; obwohl dies hier nicht in der Fig. dargestellt ist, eine Röhre zum oder eine Führung zum Kühlen des rotierenden Targets ist jedoch in seinem Inneren vorgesehen. Ferner sind die anderen Strukturen, obwohl deren Details nicht in der Fig. dargestellt sind, ähnlich zu denjenigen aus der oben beschriebenen 4 und daher wird auf ihre Erläuterung hier verzichtet.
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Wie in 10 dargestellt, hat die rotierende Anode (das Target) 3' einen zylindrischen Außenaufbau und auf einer außenumfänglichen Oberfläche sind Multi-Linientargets 100 vom oben genannten Typ ausgebildet. Ferner rotiert dieses rotierende Target 3' mit einer hohen Geschwindigkeit in der Richtung eines in der Fig. dargestellten Pfeils und die thermischen Elektronen (beispielsweise der Elektronenstrahl), der von dem Glühdraht 21 emittiert wird, der unterhalb vorgesehen ist, fallen auf die außenumfängliche Oberfläche einer Unterseite des rotierenden Targets 3' unter den oben erwähnten vorgegebenen Bedingungen. Daher werden die auf der Oberfläche des Metalltargets 3', welche das oben genannte linienartige Target bildet, erzeugten Röntgenstrahlen in dem Abstrahlwinkel β in der Richtung des Extraktionsfensters 34 für die Röntgenstrahlen emittiert. Die streifenartigen Röntgenstrahlen (der Multi-Linien-Röntgenstrahl) wie oben beschrieben können daher aus der Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung (der Röntgenröhrenrotierende Anode) herausgeführt werden.
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Auf diese Weise ist es auch mit der Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung (der röntgenröhrenrotierender Anode) mit dem rotierenden Target in der oben genannten Ausführungsform 2 möglich, in einfacher Weise die Mehrzahl von streifenartigen Röntgenstrahlen (den Multi-Linien-Röntgenstrahl) zu gewinnen, mit jeweils einer gewünschten Größe (also Linienbreite) in der Größenordnung von μm, in dem die Breite (W) und/oder die Teilung (Abstand: D) des linienartigen Elements und das Metall zum Bilden des oben genannten Multilinientargets ebenso wie auch der Ausfallwinkel β geeignet gewählt werden. Ferner wird in diesem Ausführungsbeispiel 2 mit dem rotierenden Target dadurch, dass die Elektronenstrahlen immer auf die Targetoberfläche treffen, die gekühlt ist, insbesondere die Möglichkeit eröffnet, einen Multi-Linien-Röntgenstrahl mit hoher Leistung einfach zu gewinnen und da ferner die Hochgeschwindigkeitrotation des Targets eine Verbreiterung der Linienbreite des Multi-Linien-Röntgenstrahls entgegenwirkt, die durch eine Vermeidung von Vibration oder einem unrunden Lauf der Targetoberfläche erzeugt werden kann, so dass es möglich ist, einen Multi-Linien-Röntgenstrahl mit hohem Kontrast zu erhalten.
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Anschließend an das oben Besagte wird nun ein Verfahren zum Herstellen des oben genannten Multi-Linientargets 100 erwähnt. Beispielsweise kann in Betracht gezogen werden, eine Diamantschneidenbearbeitung mit einem Diamantwerkzeug (Bit) oder eine Draht-Funken-Bearbeitung zu verwenden. Insbesondere ist eine Querschnittsfläche der Rille, die durch Diamantschneidenbearbeitung gewonnen werden kann, in der oben genannten 3A dargestellt oder ein Beispiel für eine Querschnittsfläche der Rille, die durch Draht-Funken-Bearbeitung gewonnen werden kann, ist in 4A dargestellt. Ausgehend von den Ergebnissen, die durch Ausführung der Bearbeitung gewonnen werden können, konnte jedoch bestätigt werden, dass es bevorzugt ist, die Draht-Funken-Bearbeitung zu wählen, da bevorzugt ein konvexer Bereich ausgebildet werden kann, insbesondere an den Ecken, wenn die Rillen durch die Verwendung der Draht-Funken-Bearbeitung eingearbeitet werden, und zwar leichter als bei der Verwendung der Diamantschneidenbearbeitung und ferner weil ein Multi-Linien-Röntgenstrahl mit einem hohen Kontrast (beispielsweise 20:1) gewonnen werden kann.
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An das obige anschließend wird nun das Prinzip einer Untersuchungsvorrichtung erläutert, welche den Multi-Linien-Röntgenstrahl benutzt, der oben genannte Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung gewonnen werden kann, wobei Bezug auf die beiliegende 11 genommen wird.
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Die Teilung (der Abstand) des Gitters (des Brechungsgitters) ist abhängig von der Verwendung variabel oder veränderbar. Beispielsweise muss, wenn die Wellenlänge der anzuwendenen Lichtquelle kurz wird, zwischen Wellenlängen von 1 nm und 0,1 nm des Röntgenstrahls, die Teilung (der Abstand) dieses Gitters (insbesondere eines Primärgitters vom Transmissionstyp) mit einer speziellen Methode abgeschätzt werden. In der Regel erfolgt die Abschätzung dieser Teilungen (Abstände) unter der Verwendung eines atomaren Kraftmikroskops (AFM) oder eines Wellenlängen (kritische Dimension) – Abtast-Elektronenmikroskops (CD-SEM).
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Für die Abschätzung der Teilung (des Abstands) des Gitters entsprechend der Röntgen-Wellenlänge haben jedoch die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass diese mittels einer einfachen Vorrichtung ermöglicht werden kann, wenn harte Röntgenstrahlen angewandt werden, deren Wellenlänge im Vergleich zu der Teilung (dem Abstand) des Gitters hinreichend kurz ist.
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Anschließend haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine in der beiliegenden 11 dargestellte Untersuchungsvorrichtung hergestellt. 11 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Aufbaus/Prinzip der Untersuchungsvorrichtung für das Gitter (Brechungsgitter), wobei der Multi-Linien-Röntgenstrahl, der von der linken Seite in der Fig. aus emittiert wird und der durch die obenbeschriebene Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung gewonnen wird auf ein Primärgitter vom Transmissionstyp, beispielsweise als ein Objekt (beispielsweise eine Probe) S zur Untersuchung (oder Beurteilung). Anschließend kann ein Röntgenbild, das von dem Objekt (der Probe) gemacht werden kann, mittels eines zweidimensionalen Detektors wie beispielsweise eines Röntgendetektors, eines Röntgenfilms oder ähnlichem oder eines eindimensionalen Detektors, wie beispielsweise eines Röntgen-CCD oder ähnlichem (im Folgenden als „Röntgendetektor 200” bezeichnet), aufgenommen werden.
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Die Beurteilung wird jedoch auf Grundlage des mittels des oben genannten Röntgendetektors 200 aufgenommenen Bildes durchgeführt. An dieser Stelle ist es jedoch bevorzugt, eine solche Einstellung zu wählen, in der eine eingestrahlte Wellenlänge der Röntgenstrahlung sehr kurz im Vergleich zu der Teilung (den Abstand) des Gitters und des Multi-Linien-Röntgenstrahl ist und das der Multi-Linien-Röntgenstrahl von der Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung, also die Teilung (der Abstand) zwischen den mehreren Linien (beispielsweise den Streifen) ungefähr gleich der Teilung (dem Abstand) des Gitters ist, das als Probe S untersucht werden soll. Wie oben erwähnt ist es daher gemäß der oben genannten Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung möglich, einen Multi-Linien-Röntgenstrahl mit der gewünschten Wellenlänge und Teilung (den Abstand) in einfacher Weise zu gewinnen, in dem durch Einstellung der Breite (W) und/oder der Teilung (des Abstands: D) des linienartigen Elements und Wahl des Metalls zum bilden des oben genannten Multi-Linien-Targets sowie durch Einstellung eines geeigneten Extraktionswinkel eingestellt wird, so dass selbst mit einem einfachen Gerät dieses Ziel vollständig erreicht wird.
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Ferner zeigt die beiliegende 12 das Ergebnis einer Fotografie als Röntgenbild der Targets des Multi-Linien-Targets nach dem oben genannten Ausführungsbeispiels 2, das durch eine Röntgen-Lochkamera aufgenommen wurde, die in der Richtung des Ausfallswinkels (β = 6°) angeordnet ist. Dies bedeutet daher, dass ein tatsächliches Röntgenbild auf der Oberfläche des Multi-Linien-Targets untersucht wird. Aus dieser Fig. ist ersichtlich, dass so ein Multi-Linien-Target mit einem hohen Kontrastverhältnis erreicht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Körper der Röntgenröhre
- 2
- Elektronenquelle
- 3
- Anode
- 4
- Hochspannungs-elektrische Stromversorgung
- 11
- Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung
- 21
- Glühdraht
- 22
- Elektronenlinse
- 23
- Elektronenstrahl,
- 24
- Elektronenstrahlbestrahlungsbereich
- 25
- Positionsänderung des Elektronenstrahls
- 31
- Targetelement
- 3a
- Basiselement
- 3b
- Metalltarget
- 36
- wärmeleitende Keramik
- 41
- Glühdraht Stromquelle
- 42
- Ablenkstromquelle
- S
- Probe
- 100
- Multi-Linientarget
- 110
- Rille
- 11U
- linienartiges Target
- 200
- Röntgendetektor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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