DE3689231T2 - Röntgenstrahlquelle. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlquelle, speziell eine Röntgenstrahlquelle, wie sie bei Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XBS) oder Röntgenfluoreszenzspektroskopie oder Röntgenlithographie verwendet werden kann. Bei solchen Anwendungen ist es erforderlich, Röntgenstrahlen kleinen Wirkungsquerschnitts zu erzeugen.
• Das Dokument US-A-4,194,123 beschreibt eine Röntgenstrahlquelle zur Verwendung bei Röntgenlithographie, welche Quelle folgendes aufweist: - eine Einrichtung zum Erzeugen von Elektronen; - einen Targetfilm aus einem Röntgenstrahlen erzeugenden Material, wenn es mit den Elektronen bestrahlt wird; und - eine parallel angeordnete Kapillarröhrchen enthaltende Platte, durch die die Röntgenstrahlen hindurchlaufen können.
• Bei dieser Anordnung wird die Platte durch Strahlung aus einer Schicht radioaktiven Materials bestrahlt, das auf einer Hauptfläche der Platte aufgebracht ist. Die radioaktive Strahlung erzeugt Sekundärelektronen innerhalb der Kapillarröhrchen der Platte. Diese Elektronen werden von der Platte zum Targetfilm hin beschleunigt, in dem die Energie der beschleunigten Elektronen in Röntgenstrahlung umgesetzt wird. Die Röntgenstrahlung kehrt durch die Kapillarröhrchen der Platte und die Schicht des radioaktiven Materials zurück und strahlt auf eine hinter der Platte angeordnete Probe. Dadurch wird ein Bereich der Probe mit hochparallelen Röntgenstrahlen bestrahlt, der-der Fläche der Platte entspricht.
• Das Dokument US-A-2,638,554 beschreibt eine Röntgenstrahlquelle zum Erzeugen stark fokussierter Röntgenstrahlen zum Behandeln des menschlichen Körpers. Zu diesem Zweck ist eine Platte mit Kapillarröhrchen vorgesehen, die alle zu einem gemeinsamen Punkt zeigen. Ein Targetfilm zum Erzeugen von Röntgenstrahlen ist auf einer Hauptfläche der Platte angebracht. Dieser Targetfilm wird durch Elektronen bestrahlt.
• Um einen Targetfilm mit ziemlich ausgedehnter Fläche bestrahlen zu können, kann die Einrichtung zum Erzeugen der Elektronen eine Einrichtung zum Erzeugen eines Elektronenstrahls sein, der über dem Targetfilm gerastert wird.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Röntgenstrahlquelle zum Erzeugen dünner, auf eine Probe zu strahlender Röntgenstrahlen anzugeben, welche Quelle einen einfachen Aufbau aufweist.
• Die erfindungsgemäße Röntgenstrahlquelle weist die oben aufgelisteten Merkmale der als erster gewürdigten Quelle aus dem Stand der Technik auf, und ist dadurch gekennzeichnet, daß: - der Targetfilm auf einer Hauptfläche der Platte angeordnet ist; - die Einrichtung zum Erzeugen von Elektronen so ausgebildet ist, daß sie einen Elektronenstrahl erzeugt, der wahlweise einen Durchmesser in einem Bereich von weniger als dem Durchmesser eines Kapillarröhrchens bis zu mehreren solchen Durchmessern aufweist, und zum Abrastern des Elektronenstrahls entlang der Hauptfläche der Platte, die mit dem Targetfilm versehen ist; - ein Absorberfilm aus Metall auf der anderen Hauptfläche der Platte angebracht ist, um Elektronen zu absorbieren; und - eine Spannungsquelle vorhanden ist, um den Absorberfilm mit einer positiven Spannung vorzuspannen.
• Mit dieser Anordnung ist es möglich, einen dünnen Röntgenstrahl über eine Probe zu rastern. Dies erfolgt mit einer Plattenanordnung entsprechend derjenigen, wie sie aus dem Dokument US-A-4,194,123 bekannt ist, jedoch weisen die Elektronen und die Röntgenstrahlen dieselbe Strahlungsrichtung auf, wohingegen sie bei der Plattenanordnung aus dem Stand der Technik entgegengesetzte Richtungen aufweisen. Um zu verhindern, daß Elektronen, die sich in Richtung der Röntgenstrahlung bewegen, auf die Platte strahlen können, ist die Platte an der Austrittsseite der Röntgenstrahlung mit einem Absorberfilm zum Absorbieren von Elektronen beschichtet.
• Die Erfindung wird durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen noch besser verständlich, die nur zur Veranschaulichung dienen und demgemäß für die Erfindung nicht beschränkend sind, und in denen:
• Fig. 1 ein Querschnitt durch eine Röntgenstrahlquelle gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
• Fig. 2 ein vergrößerter Querschnitt eines einzigen Kapillarröhrchenelements ist, wie es für die Röntgenstrahlquelle von Fig. 1 verwendet wird;
• Fig. 3 schematisch die Verteilung von Röntgenstrahlen zeigt, die von einem Dünnfilm-Röntgentarget in der Röntgenstrahlquelle von Fig. 1 erzeugt werden;
• Fig. 4 ein Querschnitt eines einzelnen Kapillarröhrchenelements ist, der den Durchgang eines Röntgenstrahls im Kapillarröhrchenelement zeigt; und
• Fig. 5 ein Querschnitt des Auslasses eines einzelnen Kapillarröhrchenelements ist, der die Abstrahlung des Röntgenstrahls vom Auslaß zeigt.
• Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Röntgenstrahlquelle gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In der Röntgenstrahlquelle ist eine große Anzahl von Kapillarröhrchenelementen 20 so gebündelt, daß ihre Kanten so ausgerichtet sind, daß eine Platte 21 gebildet ist. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser jedes der großen Anzahl von Kapillarröhrchenelementen etwa 10-20 um, und die Länge ist etwa 0,5-1,0 mm. Die Anzahl der gebündelten Kapillarröhrchenelemente liegt in der Größenordnung von Zehntausenden oder weniger, ungefähr einigen Zehntausend, oder einigen Hundertausend oder mehr, abhängig von der Verwendung der Röntgenstrahlquelle.
• An der Platte 21 mit der großen Anzahl an Kapillarröhrchenelementen 20 ist ein Dünnfilm-Röntgentarget 22 vorhanden.
• Vorzugsweise ist das Dünnfilm-Röntgentarget 22 eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von etwa 5 um. Alternativ kann es ein Dünnfilm aus Magnesium sein.
• Zusätzlich ist ein Dünnfilm 24 an der entgegengesetzten Seite der Platte 21 vorhanden, um die Röntgenstrahlen hindurchzulassen, die vom Röntgentarget 22 erzeugt werden, und um Elektronen zu absorbieren, die möglicherweise im Röhrchenelement 20 erzeugt werden. Vorzugsweise ist der Film 24 ein Aluminiumdünnfilm, der z. B. etwa 2 um dünner als das Dünnfilmtarget 22 ist, wenn das Dünnfilmtarget 22 eine Aluminiumschicht ist. Der Dünnfilm 24 kann alternativ eine Berylliumschicht, eine Kohlenstoffschicht oder eine Schicht eines Hochpolymären sein, das mit einer Aluminiumschicht oder dergleichen beschichtet ist. Ferner wird der Dünnfilm 24 mit einer von einer Spannungsquelle gelieferten positiven Spannung vorgespannt, damit im Kapillarröhrchenelement erzeugte Elektronen wirkungsvoll gesammelt und entfernt werden können.
• Ein ausreichend konvergierender Elektronenstrahl 26 wird auf das Dünnfilm-Röntgentarget 22 gerichtet. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser eines geeigneten Elektronenstrahls 26 etwa 5 um (die Beschleunigungsspannung beträgt etwa 20 keV und der Strom beträgt etwa 20 uA), der leicht hergestellt werden kann. Der Durchmesser des Elektronenstrahls 26 wird so eingestellt, daß er kleiner ist als der Durchmesser eines Kapillarröhrchenelements 20. Röntgenstrahlen 28 werden vom Dünnfilm-Röntgentarget 22 erzeugt und durchdringen den Dünnfilm 24, wodurch sie nach außen abstrahlen.
• Die Röntgenstrahlen 28 werden auf eine Probe 25 gerichtet, so daß diese Photoelektronen abstrahlt, die durch ein Elektronenspektrometer 29 erfaßt werden. Der Analysator analysiert die Energie der Photoelektronen. Nach der Verstärkung wird die Energie der Photoelektronen als Bindungsenergie über der Intensität aufgetragen.
• Fig. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt eines einzelnen Kapillarröhrchenelements 20, wie es in der Röntgenstrahlquelle von Fig. 1 verwendet wird. Der Elektronenstrahl 26 fällt auf das Röntgentarget 22 des einzelnen Röhrchenelements 20, um Röntgenstrahlen 28 zu erzeugen, die den Dünnfilm 24 durchstrahlen.
• Die Erzeugung der Röntgenstrahlen 28 wird nun im einzelnen beschrieben. Wenn ein Röntgenstrahl 26 auf das Dünnfilm- Röntgentarget 22 fällt, erzeugt dieses Target charakteristische Röntgenstrahlung (beim bevorzugten Ausführungsbeispiel die Kα-Linie von Aluminium), die von beiden Seiten des Dünnfilm-Röntgentarget 22 abstrahlt, d. h. in das Innere und zur Außenseite des Kapillarröhrchenelements 20 hin. Hinsichtlich der zur Außenseite des Dünnfilm-Röntgentargets 22 abgestrahlten Röntgenstrahlen 28 ist die Winkelverteilung der Richtung der Röntgenstrahlen 28 die in Fig. 3 dargestellte. Unter den Röntgenstrahlen 28 innerhalb des Kapillarröhrchenelements 20 können die nicht auf die Innenflächen des Kapillarröhrchenelements 20 treffenden Röntgenstrahlen 28 und die von den Innenflächen des Elements 20 total reflektierten Röntgenstrahlen 28 mit einem kleinen Raumwinkel durch den Dünnfilm 24 nach außen strahlen wie in Fig. 4 dargestellt. Daher werden die durch den Dünnfilm 24 abgestrahlten Röntgenstrahlen 28 mit einem Durchmesser ihrer Verteilung gestreut, der ähnlich zum Durchmesser des Kapillarröhrchenelement 20 ist. Dank der Totalreflektion des Kapillarröhrchenelement 20 können die Röntgenstrahlen 28 in einem Abstand außerhalb des Auslasses des Elements 20 fokussiert werden. Der Abstand hängt vom Durchmesser und der Länge des Kapillarröhrchenelements 20 sowie der Wellenlänge der Röntgenstrahlen 28 ab. Da der Dünnfilm 28 die möglicherweise von der Innenseite des Dünnfilm-Röntgentargets 22 und den Innenflächen des Kapillarröhrchenelements 20 erzeugten Elektronenstrahlen absorbiert, können diese Elektronenstrahlen nicht nach außen durch den Dünnfilm 24 abstrahlen.
• Demgemäß erzeugt das Abrastern des dünnen Elektronenstrahls 26 über das Dünnfilm-Röntgentarget 22 die Röntgenstrahlen 28. Es ist möglich, daß der auf das Dünnfilm-Röntgentarget 22 treffende Elektronenstrahl 26 mehrere Kapillarröhrchenelemente 20 gleichzeitig abdeckt, wodurch vom Dünnfilm 24 im wesentliche parallele Röntgenstrahlen 28 mit großen Durchmessern erzeugt werden können.
• Während nur bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist es für den Fachmann erkennbar, daß an diesen verschiedene Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen.

Claims (5)

1. Röntgenstrahlquelle mit: - einer Einrichtung zum Erzeugen von Elektronen (26); - einem Targetfilm (22) aus einem Material, das Röntgenstrahlen erzeugt, wenn es mit den Elektronen bestrahlt wird; und - einer Platte (21), die parallel angeordnete Kapillarröhrchen aufweist (20), durch die Röntgenstrahlen hindurchtreten können; dadurch gekennzeichnet, daß - der Targetfilm (22) auf einer Hauptfläche der Platte (21) angeordnet ist; - die Einrichtung zum Erzeugen von Elektronen so ausgebildet ist, daß sie einen Elektronenstrahl (26) erzeugt, der wahlweise einen Durchmesser in einem Bereich von weniger als dem Durchmesser eines Kapillarröhrchens (20) bis zu mehreren solchen Durchmessern aufweist, und zum Abrastern des Elektronenstrahls entlang der Hauptfläche der Platte, die mit dem Targetfilm versehen ist; - ein Absorberfilm (24) aus Metall auf der anderen Hauptfläche der Platte angebracht ist, um Elektronen zu absorbieren; und - eine Spannungsquelle (30) vorhanden ist, um den Absorberfilm mit einer positiven Spannung vorzuspannen.

2. Röntgenstrahlquelle nach Anspruch 1, bei der der Röntgentargetfilm (22) aus Aluminium oder Magnesium besteht.

3. Röntgenstrahlquelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der der Absorberfilm (24) einen Aluminiumfilm aufweist.

4. Röntgenstrahlquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Absorberfilm (24) dünner als der Targetfilm (22) ist.

5. Verwendung einer Röntgenstrahlquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XBS).