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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Röntgenbildgebung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf fokussierte Röntgengitter mit großem Aspektverhältnis zur Verwendung in Röntgensystemen, wie in differentiellen Phasenkontrast- und/oder Dunkelfeld-Bildgebungssystemen für die Röntgenbildgebung, entsprechende Röntgensysteme und Herstellungsverfahren zum Produzieren solcher fokussierter Röntgengitter.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Dunkelfeld-Bildgebung und die differentielle Phasenkontrast-Bildgebung sind sowohl in medizinischen als auch in nicht-medizinischen Anwendungen (z. B. Sicherheit, Bauwesen usw.) auf großes Interesse gestoßen, da sie im Vergleich zur herkömmlichen Röntgenbildgebung eine höhere Empfindlichkeit bieten und die zerstörungsfreie Bildgebung von Materialien mit geringer Dichte ermöglichen. Bei der gitterbasierten differentiellen Phasenkontrast-Röntgenbildgebung oder der Dunkelfeld-Röntgenbildgebung werden Gitter mit einem großen Aspektverhältnis (z. B. bis zu 70) verwendet. Angesichts dieses großen Aspektverhältnisses müssen diese Gitter auf die in der Anwendung verwendeten Röntgenbrennflecke fokussiert werden. LIGA, eine lithografische Herstellungstechnologie, die Lithografie, Galvanik und Abformung einschließt, ist derzeit das Herstellungsverfahren, das für die Produktion solcher Gitter mit großem Aspektverhältnis verwendet wird. Normalerweise werden die Gitter so hergestellt, dass die Gitterlamellen senkrecht auf einem flachen Substrat wachsen. Die Fokussierung erfolgt dann durch Biegen des Gitters zusammen mit dem gesamten Substrat. Die Ausrichtung des Gitters wird so gewählt, dass sie parallel zur Biegeachse liegt.
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In der Dunkelfeld-Computertomographie (CT) werden die Gitter traditionell parallel zur Rotationsachse des Systems (A) ausgerichtet. Die Gitteranordnung ist in 1 gezeigt. Das Problem bei dieser Ausrichtung liegt in dem begrenzten Akzeptanzwinkel des Quellengitters G0. Dieses Quellengitter befindet sich in der Nähe des Brennflecks (etwa 10 cm) und hat ein hohes Aspektverhältnis (etwa 70). Dieses hohe Aspektverhältnis bedeutet, dass der Akzeptanzwinkel ziemlich klein ist (nämlich α = 14 mrad). Dieser Gesichtspunkt ist in 2 veranschaulicht. Bei Dunkelfeld-CT-Anwendungen beträgt die Entfernung D0 von der Quelle zum Quellengitter G0 nur 10 cm. Eine grundlegende geometrische Berechnung zeigt, dass die maximale Brennfleckgröße S, die mit einer Gitteröffnung von p = 2 Mikrometer und einem Aspektverhältnis von 50 kompatibel ist, S = α D0 = 1,4 mm beträgt. Ist die Größe des Brennflecks größer, kommt es zu einem Sichtbarkeitsverlust. In der Tat ist der Brennfleck nur bei Strahlen mit sehr kleinen Fächerwinkeln so klein. Bei Strahlen mit moderaten Fächerwinkeln (typische Fächerwinkel in medizinischen CT-Systemen erreichen bis zu ±30 Grad) ist der Brennfleck sogar noch viel breiter, da er physikalisch gesehen eine große Fläche auf einer recht flachen Anodenscheibe darstellt (siehe 1).
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Eine Lösung, die vorgeschlagen wurde, um den Sichtbarkeitsverlust aufgrund des kleinen Akzeptanzwinkels von Gittern mit hohem Kontrastverhältnis zu beheben, besteht darin, die Gitterausrichtung so zu ändern, dass sie senkrecht zur Drehachse des Systems verläuft. Bei dieser so genannten „horizontalen Gitteranordnung“ wirkt sich die Größe des Brennflecks parallel zur Gitterrichtung nicht auf die Sichtbarkeit aus, und sie ist beispielsweise für Systeme mit strukturierter Röntgenemission geeignet, bei denen kein Quellengitter G0 erforderlich ist. Bei Systemen, die ein Quellengitter benötigen, müssen die Probleme des Sichtbarkeitsverlusts aufgrund kleiner Akzeptanzwinkel für die Gitter noch gelöst werden.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, gute fokussierte Gittervorrichtungen mit einem hohen Aspektverhältnis zur Verwendung in der Röntgenbildgebung, wie zum Beispiel differentieller Phasenkontrast und Dunkelfeld-Bildgebung, sowie gute Röntgenbildgebungssysteme, die solche fokussierten Gittervorrichtungen umfassen, und gute Verfahren zur Herstellung solcher fokussierter Gittervorrichtungen bereitzustellen.
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Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass fokussierte Gittervorrichtungen mit hohem Aspektverhältnis erhalten werden, wobei die Fokussierung in zwei nicht parallelen Richtungen erfolgt, sodass die Gitter einen großen Akzeptanzwinkel für die Strahlung ermöglichen, die in dem Röntgenbildgebungssystem verwendet wird, das solche fokussierten Gittervorrichtungen enthält.
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Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass genaue fokussierte Gittervorrichtungen mit hohem Aspektverhältnis erhalten werden, die eine Fokussierung in zwei verschiedenen Richtungen entsprechend den vorbestimmten Fokussierungsanforderungen ermöglichen, ohne dass das Substrat im Endprodukt in beide Richtungen auf wohldefinierte Weise gebogen werden muss.
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Der genannte Zweck und die Vorteile werden durch Vorrichtungen und Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erreicht.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine fokussierte Gittervorrichtung zur Verwendung in der Röntgenbildgebung, die ein Substrat und ein Gitter mit einer Vielzahl von Gittermerkmalen umfasst, die auf dem Substrat angeordnet sind. Die Gittermerkmale sind nicht senkrecht zur Substratoberfläche angeordnet, wodurch eine erste Fokussierungsrichtung für einen Röntgenstrahl erzeugt wird, und das Substrat ist gekrümmt, wodurch eine zweite Fokussierungsrichtung für den Röntgenstrahl erzeugt wird, die sich von der ersten Fokussierungsrichtung unterscheidet. Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass eine fokussierte Gittervorrichtung erhalten wird, die eine Fokussierung in zwei verschiedenen Fokussierungsrichtungen ermöglicht. Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass eine genaue und wohldefinierte fokussierte Gittervorrichtung erhalten wird. Solche Ausführungsformen können vorteilhaft für Gittervorrichtungen zur Verwendung in differentiellen Phasenkontrast- und/oder Dunkelfeld-Röntgenbildgebungsverfahren verwendet werden, wobei die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass die fokussierte Gittervorrichtung in Systemen verwendet werden kann, die hohe Energien erfordern, wie sie z. B. für die medizinische Bildgebung erforderlich sind.
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Das Substrat kann nur in einer einzigen Richtung gebogen sein, nämlich in der zweiten Richtung. Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass eine Fokussierung in mindestens zwei verschiedenen Fokussierungsrichtungen erreicht wird, während das Substrat der fokussierten Gittervorrichtung letztlich nur in einer einzigen Richtung gebogen bleiben muss, da eine genaue Biegung eines Substrats gemäß einer zweidimensional gekrümmten Oberflächenform oder in zwei Richtungen auf wohldefinierte Weise komplex oder sogar nicht möglich ist.
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Eine Seitenkante von mindestens einem der Gittermerkmale kann an mindestens einer Stelle einen Winkel von mindestens 1 Grad zur senkrechten Richtung auf dem Substrat bilden.
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Indem die erforderliche Fokussierung des Gitters für eine Dimension während der Herstellung des Gitters erfolgt und somit Merkmale für die Fokussierung in dieser Dimension mit der richtigen Größe geschaffen werden, ist anschließend nur noch ein Biegen in einer anderen Dimension erforderlich. Da das anschließende Biegen zu einer Verformung führt, beschränkt sich diese auf die Verformung in dieser einen anderen Dimension anstatt auf die Verformung in zwei Dimensionen. Daher führen Gitter nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu einer geringeren Gesamtverformung.
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Die fokussierte Gittervorrichtung kann ein Aspektverhältnis von mindestens 30, zum Beispiel 50, aufweisen. In einigen Beispielen kann die fokussierte Gittervorrichtung ein Aspektverhältnis von 65 aufweisen.
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Eine Biegespannung in zumindest einem Teil der Gittermerkmale in der zweiten Fokussierungsrichtung kann im Wesentlichen höher sein als eine Biegespannung in dem mindestens einen Teil der Gittermerkmale in der ersten Fokussierungsrichtung. Da die Gittermerkmale mindestens teilweise in einer gebogenen Konfiguration hergestellt werden, können die Gittermerkmale in dieser Richtung eine geringere Biegespannung aufweisen als in der Richtung der Krümmung des Substrats in der endgültigen fokussierten Gittervorrichtung. Wenn in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf eine wesentlich höhere Biegespannung Bezug genommen wird, kann auf eine Biegespannung Bezug genommen werden, die z. B. mindestens 10 %, z. B. mindestens 25 %, z. B. mindestens 50 % höher ist als in anderen Richtungen.
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Bei den Gittermerkmalen kann es sich um Gitterlamellen handeln.
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Die Gittermerkmale können aus röntgenstrahlenabsorbierendem Material hergestellt sein. Das röntgenstrahlenabsorbierende Material kann zum Beispiel Gold, Blei, Wolfram oder Bismut sein, wobei die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. Insbesondere können auch schwermetallhaltige Legierungen verwendet werden. Vorteilhafterweise werden hochzertifizierte Materialien verwendet, die sich galvanisch abscheiden lassen.
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Das Substrat kann ein Material umfassen, das für die verwendeten Röntgenstrahlen durchlässig ist oder ein wenig absorbierendes Röntgenmaterial ist, wie z. B. Graphit, Glas oder Capton, oder aus einem solchen Material hergestellt sein.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Röntgensystem für die gitterbasierte Röntgenbildgebung, das mindestens eine fokussierte Gittervorrichtung wie zuvor beschrieben umfasst.
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Das Röntgensystem kann ein Dunkelfeld-Bildgebungssystem und/oder ein differentielles Phasenkontrast-Bildgebungssystem sein.
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Das Röntgensystem kann eine fokussierte Gittervorrichtung, wie zuvor beschrieben, in der Nähe der Röntgenquelle umfassen, z. B. in einer Entfernung von weniger als 20 cm, z. B. weniger als 15 cm, z. B. weniger als 10 cm.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Produzieren einer fokussierten Gittervorrichtung zum Fokussieren in eine erste Richtung und eine zweite Richtung, wobei sich die erste Richtung von der zweiten Richtung unterscheidet. Das Verfahren umfasst:
- - Erhalten eines Stapels aus mindestens einem Substrat und einer Resistschicht;
- - Anwenden einer Biegung des Stapels in der ersten Richtung;
- - Durchführen eines lithographischen Prozesses auf dem Stapel, während das Substrat in die erste Richtung gebogen wird;
- - Galvanisieren des Gittermaterials, um die Gittermerkmale zu bilden;
- - im Wesentlichen Umkehren der Biegung des Stapels, und
- - nach diesem Umkehren der Biegung, Anwenden einer weiteren Biegung des Stapels, um die zweite Fokussierungsrichtung in der fokussierten Gittervorrichtung zu induzieren.
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Wenn in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung von einer im Wesentlichen umgekehrten Biegung eines Stapels die Rede ist, so ist damit der Schritt gemeint, die Biegung des Stapels so rückgängig zu machen, dass der Stapel innerhalb zulässiger Toleranzen wieder seine ursprüngliche Konfiguration aufweist. In einigen Ausführungsformen kann dies bedeuten, den Stapel wieder in eine im Wesentlichen flache Konfiguration zu bringen, wenn der Stapel vor der Biegung ursprünglich flach war.
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Die Durchführung eines lithografischen Verfahrens kann das Aufbringen einer Maske umfassen. Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, dass die Maske aufgebracht wird, wenn das Substrat in die erste Richtung gebogen wird, sodass Gittermerkmale und Schlitze zwischen diesen Merkmalen mit einer konstanten Breite erhalten werden.
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Die Durchführung eines Schrittes der Entwicklung der Resistschicht im lithografischen Verfahren und die galvanische Beschichtung können vor der Biegung des Stapels erfolgen, die im Wesentlichen umgekehrt wird.
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Das Bereitstellen eines Stapels, der einen Resist enthält, kann das Bereitstellen eines Stapels mit einer Resistschicht umfassen, die entlang der ersten Richtung eine unterschiedliche Dicke aufweist. Außerdem kann das Verfahren entweder die Verwendung einer gebogenen Maske einschließen. Der erforderliche Abstand kann so gewählt werden, dass berücksichtigt wird, dass die Maske beim Biegen bestrahlt wird. Da sich das Biegen der Maske auf den Abstand auswirkt, kann dies beim Entwurf der Maske berücksichtigt werden, um die durch das Biegen der Maske verursachten Abweichungen des Abstands zu korrigieren.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung einer fokussierten Gittervorrichtung, wie sie zuvor für die Röntgenbildgebung beschrieben wurde. Die Verwendung einer fokussierten Gittervorrichtung kann eine Verwendung in der differentiellen Phasenkontrast-Bildgebung und/oder in der Dunkelfeld-Bildgebung sein.
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Besondere und bevorzugte Gesichtspunkte der Erfindung sind in den beigefügten unabhängigen und abhängigen Ansprüchen dargelegt. Merkmale aus den abhängigen Ansprüchen können mit Merkmalen aus den unabhängigen Ansprüchen und mit Merkmalen aus anderen abhängigen Ansprüchen kombiniert werden, soweit dies zweckmäßig ist und nicht nur, wie es ausdrücklich in den Ansprüchen angegeben ist.
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Diese und andere Gesichtspunkte der Erfindung werden aus der/den nachstehend beschriebenen Ausführungsform(en) ersichtlich und unter Bezugnahme auf diese erläutert. Die nachstehenden Bezugsfiguren beziehen sich auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 veranschaulicht eine Gitteranordnung nach dem Stand der Technik für ein Dunkelfeld-Computertomographie-Röntgenbildgebungssystem (Dunkelfeld-CT-Röntgenbildgebungssystem), welche die Ausrichtung der Gitter veranschaulicht.
- 2 veranschaulicht den Akzeptanzwinkel, der mit einem Gitter in der in 1 gezeigten Anordnung erzielt wird, und die entsprechende maximale Brennfleckgröße, die mit einem solchen Gitter verwendet werden kann.
- 3 veranschaulicht eine fokussierte Gittervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 veranschaulicht einen Gitterträger, wie er in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um während des Herstellungsprozesses der fokussierten Gittervorrichtung die erforderliche Krümmung zu induzieren.
- 5 veranschaulicht ein Röntgensystem, das eine fokussierte Gittervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
- 6 veranschaulicht verschiedene Schritte im Herstellungsprozess einer fokussierten Gittervorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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In den verschiedenen Figuren beziehen sich die gleichen Bezugszeichen auf gleiche oder analoge Elemente.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf bestimmte Zeichnungen beschrieben, aber die Erfindung ist nicht darauf, sondern nur durch die Ansprüche beschränkt. Die beschriebenen Zeichnungen sind nur schematisch und nicht einschränkend. In den Zeichnungen ist die Größe einiger Elemente möglicherweise übertrieben und zur Veranschaulichung nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Die Abmessungen und die relativen Abmessungen entsprechen nicht den tatsächlichen Reduktionen der Erfindung in der Praxis.
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Darüber hinaus werden die Begriffe „erste“, „zweite“ und dergleichen, z. B. „erste Richtung“ und „zweite Richtung“, in der Beschreibung und in den Ansprüchen zur Unterscheidung ähnlicher Elemente verwendet und nicht notwendigerweise zur Beschreibung einer Abfolge, sei es zeitlich, räumlich, in der Rangfolge oder in irgendeiner anderen Weise. Es versteht sich, dass die so verwendeten Begriffe unter geeigneten Umständen austauschbar sind und dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung auch in anderen als den hierin beschriebenen oder veranschaulichten Reihenfolgen betriebsfähig sind.
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Es ist zu beachten, dass der in den Ansprüchen verwendete Begriff „umfassend“ nicht so auszulegen ist, dass er auf die nachstehend aufgeführten Mittel beschränkt ist; er schließt andere Elemente oder Schritte nicht aus. Der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt eine Vielzahl nicht aus.
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Die Bezugnahme auf „eine einzelne Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ bedeutet in der gesamten Beschreibung, dass ein bestimmtes Mittel, die Struktur oder die Eigenschaft, die im Rahmen der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform enthalten ist. Darüber hinaus können die einzelnen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in jeder geeigneten Weise kombiniert werden, wie es für einen Fachmann aus dieser Offenbarung in einer oder mehreren Ausführungsformen ersichtlich ist.
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In der hierin bereitgestellten Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt. Es versteht sich jedoch, dass Ausführungsformen der Erfindung auch ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen wurden bekannte Verfahren, Strukturen und Techniken nicht im Detail gezeigt, um das Verständnis der vorliegenden Beschreibung nicht zu beeinträchtigen.
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In einem ersten Gesichtspunkt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine fokussierte Gittervorrichtung. Die fokussierten Gittervorrichtungen können vorteilhaft zum Fokussieren von Röntgenstrahlen bei Röntgenbildgebungsanwendungen verwendet werden, wie zum Beispiel bei der differentiellen Phasenkontrast-Bildgebung oder der Dunkelfeld-Bildgebung, wobei die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezieht sich eine fokussierte Gittervorrichtung auf eine Gittervorrichtung, die Röntgenstrahlung durch die strukturellen Merkmale des Gitters, durch die eine Fokussierung in zwei Richtungen bereitgestellt wird, in einen Punkt fokussiert. 3 zeigt ein schematisches Diagramm der fokussierten Gittervorrichtung 100 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die fokussierte Gittervorrichtung 100 umfasst ein Substrat 402 und ein Gitter. Das Gitter weist eine Vielzahl von Gittermerkmalen 408 auf, die auf dem Substrat 402 angeordnet sind. Die Gittermerkmale 408 sind nicht senkrecht zur Oberfläche des Substrats 402 angeordnet, wie in 3A veranschaulicht, und bewirken dadurch eine erste Fokussierungsrichtung für einen einfallenden Röntgenstrahl. 3A veranschaulicht, dass unter den beschriebenen Umständen die Gittermerkmale 408 die Strahlung auf eine Linie fokussieren. In der endgültigen fokussierten Gittervorrichtung 100 ist das Substrat gekrümmt und induziert durch die Krümmung (Krümmungsrichtung schematisch durch den Doppelpfeil in 3B angedeutet) eine zweite Fokussierungsrichtung, die sich von der ersten Fokussierungsrichtung unterscheidet. 3B veranschaulicht, dass die Gittermerkmale 408 die Strahlung auf einen einzigen Punkt fokussieren.
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Durch Einführen einer Fokussierungsrichtung durch die Form und Position der Gittermerkmale muss das Substrat in der endgültigen fokussierten Gittervorrichtung 100 nur in eine andere Richtung gebogen werden, um zwei Fokussierungsrichtungen für einen eintreffenden Strahl bereitzustellen, wie in 3B schematisch veranschaulicht. Das Substrat 402, das in der fokussierten Gittervorrichtung 100 verwendet wird, kann aus einem Material bestehen, das für die verwendeten Röntgenstrahlen durchlässig ist oder ein wenig absorbierendes Röntgenmaterial ist, wie zum Beispiel Graphit, Glas oder Capton®.
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Die fokussierte Gittervorrichtung 100 gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein großes Aspektverhältnis aufweisen. Zum Beispiel kann die fokussierte Gittervorrichtung 100 in einigen Ausführungsformen ein Aspektverhältnis von mindestens 30, zum Beispiel mindestens 50, zum Beispiel bis zu mindestens 65 oder sogar bis zu mindestens 70 aufweisen. Sie können z. B. typischerweise zur Fokussierung auf den Röntgenbrennfleck verwendet werden.
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Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird bei dem Herstellen der Gittervorrichtung das Substrat 402 vor der Ausbildung der Gittermerkmale 408 in einer Biegerichtung gebogen und nach der Ausbildung der Gittermerkmale 408 wieder entbogen, sodass die Gittermerkmale 408 nicht senkrecht zur Substratoberfläche 402 angeordnet sind. Dadurch wird eine erste Fokussierungsrichtung eingeführt, die durch die Gittermerkmale 408 induziert wird. Wie in 3B gezeigt, liefert die fokussierte Gittervorrichtung 100 zwei Fokussierungsrichtungen, indem das Substrat nach der Produktion aller Merkmale in eine weitere Richtung gebogen wird (Biegung schematisch durch den Doppelpfeil angedeutet) und diese Biegung in der endgültigen fokussierten Gittervorrichtung 100 beibehalten wird. Der Biegeradius des Substrats kann in einigen Ausführungsformen im Bereich von 5 bis 15 cm liegen. Die Herstellung der fokussierten Gittervorrichtung wird später unter Bezugnahme auf 6 ausführlich erläutert.
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In zumindest einigen Ausführungsformen sind die Gittermerkmale 408 so geformt, dass eine Seitenkante von mindestens einem der Gittermerkmale 408 an mindestens einer Position einen Winkel von mindestens 0,1 Grad, zum Beispiel mindestens 0,5 Grad, zum Beispiel mindestens 1 Grad, in Bezug auf die senkrechte Richtung auf dem Substrat 402 bildet. Aufgrund ihrer Herstellungsweise kann in der fertigen fokussierten Gittervorrichtung 100 eine Biegespannung in mindestens einem Teil der Gittermerkmale 408 in der zweiten Fokussierungsrichtung wesentlich höher sein als eine Biegespannung in dem mindestens einen Teil der Gittermerkmale 408 in der ersten Fokussierungsrichtung.
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Um die Krümmung des aufzubringenden Substrats 402 temporär, d. h. während des Herstellungsprozesses der Gittervorrichtung und insbesondere während des lithografischen Prozesses, herbeizuführen, kann ein Gitterträger verwendet werden, an dem das Substrat während der jeweiligen Bearbeitungsschritte fixiert werden kann. Durch das Entfernen des Substrats vom Gitterträger kann die Biegung des Substrats rückgängig gemacht werden. In beispielhaften Ausführungsformen kann der Gitterträger, wie in 4 veranschaulicht, ein Gitterträger 200 sein, der mindestens zwei Träger 202, 204 umfasst, an denen die fokussierte Gittervorrichtung 100 montiert werden kann. Die Kopplung der fokussierten Gittervorrichtung 100 mit dem Gitterträger 200 kann auf jede geeignete Weise erfolgen, wie zum Beispiel über ein Befestigungsmittel wie einen Klebstoff (z. B. Leim), eine Schraube, eine Niete, eine Klammer und dergleichen. Der Gitterträger 200 kann in verschiedenen Ausführungsformen eine oder mehrere von Trägerflächen, Trägerelementen, Trägerbügeln und dergleichen umfassen.
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In Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Substrat 402 während der Herstellung groß gemacht werden, sodass das Einspannen in den Halter einfach ist. Nach der Herstellung kann das Substrat 402 auf die geeignete Größe zugeschnitten werden.
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Um die Krümmung des Substrats und damit der Gittervorrichtung, die nach dem lithografischen Verfahren aufgebracht wird und im Endprodukt erhalten bleibt, zu induzieren, kann ein Gitterträger verwendet werden, an dem die Gittervorrichtung befestigt werden kann. Ein solcher Gitterträger kann ähnlich wie der beschriebene Gitterträger sein, um die Krümmung während der Herstellung des Gitters, d. h. während des lithografischen Prozesses, zu induzieren. Es versteht sich, dass der Gitterträger so gewählt werden kann, dass ein angemessener Biegungsgrad auftritt. Diese zusätzliche Biegung des Substrats und damit der Gittervorrichtung wird typischerweise während der Installation auf dem Gitterträger induziert und auch während der Verwendung beibehalten, indem die Gittervorrichtung auf dem Gitterträger installiert bleibt, wenn sie für die Bildgebung verwendet wird. Der Gitterträger kann daher auch als Teil der Vorrichtung betrachtet werden.
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Der Fachmann wird verstehen, dass das Montieren des Substrats auf den Gitterträgern in einer unterschiedlichen Ausrichtung erfolgt, um eine Fokussierung in zwei verschiedenen Richtungen zu bewirken.
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Bei den Gittermerkmalen 408 kann es sich um Gitterlamellen handeln, obwohl je nach Art des vorgesehenen Gitters auch andere Formen verwendet werden können. Die Gittermerkmale 408 bestehen typischerweise aus röntgenstrahlenabsorbierendem Material, wie z. B. Gold, Blei, Wolfram oder Bismut. In besonderen Ausführungsformen können auch schwermetallhaltige Legierungen verwendet werden. Vorteilhafterweise können Materialien mit hohem Z-Wert verwendet werden, die sich galvanisch abscheiden lassen. Die Eigenschaften der Gittermerkmale 408, wie der Abstand und die Höhe, können in Abhängigkeit von den für das System erforderlichen optischen Eigenschaften ausgewählt werden.
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In einem zweiten Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung ein Röntgensystem, das mindestens eine fokussierte Gittervorrichtung 100 wie im ersten Gesichtspunkt beschrieben umfasst. Das Röntgensystem kann zum Beispiel ein Dunkelfeld-Bildgebungssystem oder ein differentielles Phasenkontrast-Bildgebungssystem sein, wobei die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. Das Röntgensystem kann jedes System sein, das von der Verwendung einer fokussierten Gittervorrichtung 100 mit einem großen Aspektverhältnis profitiert.
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Ein beispielhaftes Röntgensystem, das von der vorliegenden Erfindung profitieren kann, ist in 5 gezeigt. Ein solches Röntgensystem 300 kann ein im Allgemeinen stationäres Gerüst 302 umfassen, in dem ein rotierendes Gerüst 304 untergebracht ist, das drehbar von dem stationären Gerüst getragen wird und sich um einen Untersuchungsbereich 306 um eine z-Achse dreht. Es umfasst ferner eine Röntgenstrahlungsquelle 308, die einen Brennfleck 310 erzeugt und damit Strahlung aussendet, welche den Untersuchungsbereich 306 durchquert. Ein strahlungsempfindliches Detektorarray 312 kann sich in einem Winkelbogen gegenüber der Strahlungsquelle 308 über dem Untersuchungsbereich 306 befinden. Das Strahlungsdetektor-Array 312 detektiert Strahlung, die ein Sichtfeld 314 und ein darin befindliches Objekt 315 durchquert, und erzeugt ein Signal, das dies anzeigt. Das System umfasst auch typischerweise ein Röntgenbildgebungs-Interferometer mit einem oder mehreren Röntgengittern, wie zum Beispiel drei Gittern, von denen eines ein Quellengitter G0 nahe der Röntgenquelle ist, das typischerweise eine fokussierte Gittervorrichtung 100 sein kann, wie sie im ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, ein Absorbergitter nahe G2, 320 zum Detektor und ein Phasen- oder Absorbergitter, das abhängig davon angeordnet ist, ob es mit konventioneller, inverser oder symmetrischer Geometrie konfiguriert ist. Das Röntgensystem 300 kann ferner einen Gitterträger 318 umfassen, um bestimmte Entfernungen zwischen einigen der Gitter (G0, G1) zu induzieren, die Gitterformen beizubehalten - den Gitterträger, wie zuvor im ersten Gesichtspunkt beschrieben, zu übertragen - und um die Gitterpositionen beizubehalten. Weitere Merkmale und Vorteile des Quellengitters und optional auch der anderen Gitter können wie für Ausführungsformen des ersten Gesichtspunkts beschrieben sein. Das Röntgensystem 300 kann zum Beispiel auch einen Niedrigenergiefilter, einen bogenförmigen Abschwächer und einen Strahlkollimator umfassen (in 5 nicht gezeigt). Das Röntgensystem 300 umfasst typischerweise auch einen Subjektträger 324, wie eine Liege, zum Tragen des Objekts 315 im Sichtfeld 314. Darüber hinaus kann ein Mehrzweck-Rechnersystem oder Computer als Bedienerkonsole 326 dienen und einen Rekonstruktionsprozessor 322 umfassen. Weitere Merkmale können dem Fachmann bekannt sein.
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In einem dritten Gesichtspunkt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer fokussierten Gittervorrichtung 100. Das Verfahren kann insbesondere zum Herstellen einer fokussierten Gittervorrichtung 100 gemäß dem ersten Gesichtspunkt geeignet sein. Erfindungsgemäß betrifft das Verfahren das Herstellen einer fokussierten Gittervorrichtung 100 zum Fokussieren in einer ersten Fokussierungsrichtung und einer zweiten Fokussierungsrichtung, wobei sich die erste Fokussierungsrichtung von der zweiten Fokussierungsrichtung unterscheidet. Gemäß den Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Erhalten eines Stapels aus mindestens einem Substrat 402 und einer Resistschicht 404. Das Verfahren umfasst auch das Biegen des Stapels in einer ersten Richtung, das Durchführen eines lithografischen Prozesses auf dem Stapel, während das Substrat 402 gebogen wird, das Galvanisieren des Gittermaterials, um die Gittermerkmale 408 zu bilden, und das wesentliche Umkehren der Biegung des Stapels in der ersten Richtung. Letzteres führt zu einer fokussierten Gittervorrichtung, die ein Fokussieren in einer Richtung bewirkt, das durch die erzeugten Gittermerkmale verursacht wird. Das Herstellungsverfahren umfasst ferner, nach dem Umkehren der Biegung, ein weiteres Biegen des Stapels in einer weiteren Biegerichtung (der zweiten Richtung), um eine zweite Fokussierungsrichtung in der fokussierten Gittervorrichtung zu bewirken. Diese weitere Fokussierungsrichtung wird durch das weitere Biegen des Stapels verursacht, die in der endgültigen fokussierten Gittervorrichtung beibehalten wird.
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Zur Veranschaulichung, wobei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt sind, werden standardmäßige und optionale Merkmale von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6, das Verfahren zur Herstellung einer fokussierten Gittervorrichtung 100, gezeigt.
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Gemäß der beispielhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren das Erhalten eines Stapels aus mindestens einem Substrat 402 und einer Resistschicht 404. Das Substrat 402 ist dabei typischerweise ein Substrat, das für Röntgenstrahlen im Wesentlichen transparent ist oder einen niedrigen Röntgenabsorptionskoeffizienten aufweist. Bei der Resistschicht 404 kann es sich um jeden geeigneten Resist handeln, der die Durchführung eines lithografischen Prozesses ermöglicht.
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In einem weiteren Schritt umfasst das Verfahren das Aufbringen einer Maske 406. Bei der Maske kann es sich um eine beliebige Maske handeln, die für die Durchführung des lithografischen Prozesses geeignet ist, der bekanntermaßen bei der Herstellung von Gittervorrichtungen für Röntgenstrahlen angewendet wird.
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Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die vorliegende Erfindung das Aufbringen einer Biegung des Stapels in einer ersten Richtung umfassen. Dadurch kann die Fokussierung durch die Gittermerkmale in einer Richtung bewirkt werden.
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6, Teil A zeigt die in diesem Schritt hergestellte Teilmaske 406, die das gekrümmte Substrat 402 (Krümmung schematisch durch den Doppelpfeil angedeutet), die gekrümmte Lackschicht 404 und die gekrümmte Maske 406 veranschaulicht.
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Das Verfahren umfasst ferner, während das Substrat 402 gekrümmt ist, das Entwickeln der Resistschicht 404 und das Durchführen eines Ätzschritts zum Erzeugen eines Negativmusters in der Resistschicht 404, um danach Gittermerkmale 408 zu erzeugen. Letzteres ist in 6, Teil B gezeigt. Die Maskenmerkmale werden ebenfalls entfernt.
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Nachdem das Negativmuster der Resist-Merkmale gebildet ist, umfasst das Verfahren auch, gegebenenfalls während der Biegung, die galvanische Beschichtung des Gittermaterials, um die Gittermerkmale 408 zu bilden.
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Das Verfahren umfasst danach, wie in 6 Teil C gezeigt, im Wesentlichen die Umkehrung der Biegung des Stapels (schematisch durch den Doppelpfeil dargestellt). Wie in der Figur zu sehen ist, sind die Gittermerkmale 408 nicht senkrecht zur Oberfläche des Substrats 402 angeordnet und bewirken dadurch eine erste Fokussierungsrichtung für einen Strahl. 6, Teil D zeigt eine andere Ansicht des in 6 Teil C veranschaulichten Schritts.
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Das Verfahren kann ferner das Entfernen der verbleibenden Merkmale aus der Resistschicht umfassen, um so das fokussierende Gitter zu erhalten.
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In einem weiteren Verfahrensschritt kann das Gitter vorgeformt oder auf einem Gitterträger montiert werden, um eine zweite Fokussierungsrichtung zu erzeugen, die sich typischerweise von der Fokussierungsrichtung unterscheidet, die durch die gebogenen Gittermerkmale erzeugt wird. 6, Teil E veranschaulicht eine weitere Biegung des Stapels (Biegerichtung schematisch durch den Doppelpfeil in 6, Teil E dargestellt), welche die zweite Fokussierungsrichtung herbeiführt, was zu der fokussierten Gittervorrichtung 100 führt.
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In einigen Ausführungsformen kann das Bereitstellen eines Stapels das Bereitstellen eines Stapels mit einer Resistschicht mit einer variierenden Dicke entlang der ersten Biegerichtung umfassen, um zu berücksichtigen, dass durch das Biegen der Resistschicht die Dicke über das Substrat variieren kann.
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Das zuvor beschriebene Verfahren kann die verschiedenen Schritte des LIGA-Prozesses umfassen, einer lithografischen Fertigungstechnologie, die Lithografie, Galvanik und Abformung umfasst und derzeit häufig als Herstellungsverfahren für die Produktion solcher Gitter mit großem Aspektverhältnis verwendet wird.
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In Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Substrat während der Herstellung groß gemacht werden, sodass das Einspannen in den Halter einfacher ist. Nach der Herstellung kann das Substrat auf die geeignete Größe zugeschnitten werden.
