DE4443853A1 - Vorrichtung mit einer Röntgenstrahlungsquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise einer Röntgen­ röhre.

Für eine Vielzahl von Anwendungen in der Röntgenanalytik wird eine divergenzarme und monoenergetische Röntgen­ strahlungsquelle benötigt, beispielsweise für die großflächige, simultane Erfassung metallischer Kontami­ nationen von Waveroberflächen für die Halbleiterher­ stellung. Trotz vielfacher Anstrengungen und Versuche der Fachwelt ist eine natürliche Röntgenstrahlungsquelle mit diesen Eigenschaften jedoch bisher nicht verfügbar, auch nicht mittels eines Röntgenlasers.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine Parallelisierung und Monochromatisierung divergen­ ter Röntgenstrahlung ermöglicht wird, wobei die Vorrich­ tung verhältnismäßig einfach und kostengünstig bereit­ stellbar sein soll.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch einen gekrümmten Spiegel, in dessen Brennpunkt die Röntgen­ strahlungsquelle angeordnet ist, wobei die der Röntgen­ strahlungsquelle zugewandte Spiegeloberfläche mit einer über die Länge des Spiegels in ihrer Dicke unterschied­ lichen Multilayerschicht versehen ist.

Die Multilayer-Beschichtung zeichnet sich durch ein der lokalen Spiegelkrümmung angepaßtes sogenanntes "d-spa­ cing" aus. Unter dem Begriff "Multilayer" wird eine gestapelte Anordnung einer relativ großen Zahl identi­ scher Doppelschichten auf einer optischen Oberfläche verstanden. Jede Doppelschicht setzt sich aus einer Schicht mit hoher Elektronendichte und einer Schicht geringer Dichte zusammen. Die Dicke der einzelnen Doppelschichten, die maßgeblich für das Reflexionsver­ halten einer Multilayeranordnung ist, wird als "d-spa­ cing" bezeichnet. Entscheidend für die Funktion der erfindungsgemäßen Lösung ist es, das "d-spacing" über die Länge des Spiegels in Abhängigkeit von der Spiegel­ krümmung zu variieren, wobei die Dickenvariation so eingerichtet wird, daß der Bandpaß der Multilayeranord­ nung trotz verschiedener Einfalls- und Reflexionswinkel auf eine vorgewählte Energie eingestellt wird.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht im wesentlichen darin, daß dadurch auf verhältnismäßig einfache Weise aus divergenten, polychromatischen Röntgenstrahlen, die von der Röntgenstrahlungsquelle herrühren, ein paralles und monochromatisches Strahlen­ bündel mit vorgewählter Energie realisiert werden kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Vorrichtung besteht darin, daß der nutzbare Raumwinkel der Röntgen­ strahlung optimal groß ist, weil die Multilayerschicht den Reflexionswinkel von Röntgenstrahlen an der Oberflä­ che des gekrümmten Spiegels, der beispielsweise ein hyperbolischer oder parabolischer Spiegel sein kann, optimal vergrößert.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die örtlichen Dicken der Schichten der Multilayerschicht gleich, wobei vorzugsweise jede Schicht der Multilayer­ schicht aus zwei Teilschichten bestehen kann.

So ist es beispielsweise vorteilhaft, die eine Teil­ schicht aus einem leichteren Werkstoff mit geringer Dichte, beispielsweise Kohlenstoff, auszubilden, und die andere aus einem schweren Werkstoff wie einem Metall mit hoher Elektronendichte, beispielsweise aus Wolfram, auszubilden.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfol­ genden schematischen Zeichnungen anhand eines Ausfüh­ rungsbeispieles im einzelnen beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 die in dem Brennpunkt eines im Querschnitt para- oder hyperbolischen Spiegels angeordnete Röntgenstrahlungsquelle und ein Bündel von der Röntgenstrahlungsquelle ausgehender Röntgen­ strahlen, die an der Spiegeloberfläche reflek­ tiert werden, und

Fig. 2 schematisch den Strahlenverlauf von zwei ausgewählten Röntgenstrahlen, die den mit der Vorrichtung erfaßbaren Strahlengang begrenzen.

Die Vorrichtung 10 besteht im wesentlichen aus einer Röntgenstrahlungsquelle 11, beispielsweise in Form einer Röntgenröhre, und einem gekrümmten Spiegel 12, in dessen Brennpunkt 13 die Röntgenstrahlungsquelle 11 angeordnet ist.

Die der Röntgenstrahlungsquelle 11 zugewandte Spiegel­ oberfläche 14 ist mit einer Multilayerschicht 15 verse­ hen. Die die Multilayerschicht 15 bildenden einzelnen Schichten sind an sich Schichten gleicher Dicke, die extrem dünn sind. Jede einzelne der Schichten der Multilayerschicht 15 besteht wiederum aus zwei nochmals dünneren Teilschichten, von denen eine aus einem leich­ ten Werkstoff (beispielsweise Kohlenstoff), und die andere aus einem schweren Werkstoff wie Metall bestehen kann, wobei dabei zum Beispiel Wolfram herangezogen wird. Die Dicke der aus den beiden Teilschichten beste­ henden einzelnen Schichten, das sogenannte "d-spacing", wird über die Länge des parabolischen Spiegels in Abhängigkeit von der Krümmung des Spiegels nach einer speziellen Rechenvorschrift variiert.

Die wichtigstens Parameter für diese Rechenvorschrift ergeben sich unter Heranziehung der Darstellung von Fig. 2 wie folgt:
In Fig. 2 ist schematisch der Weg von zwei ausgewählten Röntgenstrahlen 17 dargestellt, die den mit der Vorrich­ tung 10 insgesamt erfaßbaren Strahlengang begrenzen. Die Röntgenstrahlen 17 werden an differentiellen Elementen 150, 151 des mit der Multilayerschicht 15 versehenen gekrümmten Spiegels 12 unter verschiedenen Winkeln reflektiert. Die entsprechenden Winkel sind eine bere­ chenbare Funktion der lokalen Spiegelkrümmung, die nach bekannten optischen Berechnungsverfahren so gewählt wird, daß aus einem divergenten ein paralleles Strahlen­ bündel wird. Durch eine über die Länge 16 des Spiegels 12 passend variierte Beschichtung mit der Multilayer­ schicht 15 wird die Energie der reflektierten Röntgen­ strahlung, die sich bei gleichbleibender Beschichtung mit dem Einfallswinkel ändern würde, auf einen vorge­ wählten Wert eingestellt. Durch eine über die Länge 16 des Spiegels 12 passend variierte Beschichtung mit der Multilayerschicht 15 werden die Reflexionswinkel und die Energie der reflektierten Röntgenstrahlung an der Spiegeloberfläche 14 so eingestellt, daß die reflektier­ ten Röntgenstrahlen 170, 171 parallel und mit einer vorgewählten Energie austreten. Durch die verschiedene Dicke der differentiellen Elemente 150, 151 der Multi­ layerschicht 15 soll hier deutlich gemacht werden, daß das differentielle Element 150, das einen vergleichswei­ se großen Reflexionswinkel aufweist, sich durch ein enges "d-spacing" auszeichnet, wohingegen beim differen­ tiellen Element 151 das "d-spacing" reziprok zum kleine­ ren Reflexionswinkel größer gewählt wird.

Durch die durch die Vorrichtung 10 verwirklichte erfin­ dungsgemäße Röntgenoptik kann aus einem divergenten, polychromatischen Röntgenstrahl 17 ein paralleles und monochromatisches Strahlenbündel 170, 171 mit vorgewähl­ ter Energie hergestelltwerden.

Bezugszeichenliste

10 Vorrichtung
11 Röntgenstrahlungsquelle
12 gekrümmter Spiegel
13 Brennpunkt
14 Spiegeloberfläche
15 Multilayerschicht
150 differentielles Element
151 differentielles Element
16 Länge des Spiegels
17 Röntgenstrahlen
170 reflektierte Röntgenstrahlen
171 reflektierte Röntgenstrahlen

Claims (5)

1. Vorrichtung mit einer Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise einer Röntgenröhre, gekennzeichnet durch einen gekrümmten Spiegel (12), in dessen Brennpunkt (13) die Röntgenstrahlungsquelle (11) angeordnet ist, wobei die der Röntgenstrahlungsquelle (11) zugewandte Spiegel­ oberfläche (14) mit einer über die Länge (16) des Spiegels (12) in ihrer Dicke unterschiedlichen Multila­ yerschicht (15) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die örtlichen Dicken der Schichten der Multilayer­ schicht (15) gleich sind.

3. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schicht der Multilayerschicht (15) aus zwei Teilschichten besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Teilschicht aus Wolfram und die andere Teilschicht aus Kohlenstoff besteht.

5. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der zwei Teilschichten über die Länge (16) des Spiegels (12) in Abhängigkeit der Spiegelkrümmung variierbar ist.