EP4478379A1 - Mikrostrukturiertes transmissionsgitter für röntgenstrahlung und entsprechendes herstellungsverfahren - Google Patents

Mikrostrukturiertes transmissionsgitter für röntgenstrahlung und entsprechendes herstellungsverfahren Download PDF

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EP4478379A1
EP4478379A1 EP24181732.9A EP24181732A EP4478379A1 EP 4478379 A1 EP4478379 A1 EP 4478379A1 EP 24181732 A EP24181732 A EP 24181732A EP 4478379 A1 EP4478379 A1 EP 4478379A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particles
substrate
grating
cavities
sections
Prior art date
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Pending
Application number
EP24181732.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ole BEHRMANN
Thomas Lisec
Mani-Teja BODDULURI
Björn GOJDKA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4478379A1 publication Critical patent/EP4478379A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—HANDLING OF PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
    • G21K1/025—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators using multiple collimators, e.g. Bucky screens; other devices for eliminating undesired or dispersed radiation
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—HANDLING OF PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/10—Scattering devices; Absorbing devices; Ionising radiation filters
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—HANDLING OF PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K2201/00—Arrangements for handling radiation or particles
    • G21K2201/06—Arrangements for handling radiation or particles using diffractive, refractive or reflecting elements
    • G21K2201/067—Construction details

Definitions

  • Embodiments according to the present invention include microstructured transmission gratings for X-rays, wherein the grating structure of the transmission grating comprises, among other things, a plurality of particles with a high X-ray absorption, as well as associated manufacturing methods.
  • transmission gratings for X-ray light Analogous to transmission gratings for visible light, transmission gratings for X-ray light consist of a large number of alternating radiation-permeable and opaque lines. The particular challenge is the production of the X-ray-impermeable (ie absorbing) lines, as these must be made of a suitable material. For the technical application of these gratings, eg for clinical darkfield radiography, large grating areas of up to 1600 cm 2 are necessary, which places high demands on the corresponding manufacturing processes.
  • grating structures are structured in silicon substrates using an etching process.
  • the metal particles dissolved in the moist suspension are applied to the grating structures and the substrate is placed in an (ultra)centrifuge.
  • the moist metal particles are then driven into the grating gaps by centrifugation.
  • the solvent is evaporated and the particles are mechanically fixed using a binding agent added to the suspension.
  • the surface of the grating structures is mechanically cleaned of metal particles resting on the structure.
  • this manufacturing process creates undesirable cavities between the metal particles, which can be explained by the inclusion of gas bubbles in the suspension. Furthermore, laterally inhomogeneous filling of the lattice structures can occur due to variations in the particle suspension. In addition, such an approach causes high mechanical stress on the substrates during centrifugation, as well as high hurdles for process automation.
  • Embodiments according to the present invention include a method for producing a microstructured transmission grating for X-rays, wherein the method comprises the following steps, which in principle can also be carried out in a different order than that given here: providing a substrate and producing a grating structure by structuring a large number of periodically arranged cavities in a first main side of the substrate, wherein individual webs made of substrate material remain between the cavities, and filling the cavities with a large number of particles that are in the form of loose, dry powder.
  • the substrate has a lower absorption for X-rays than the dry particle powder.
  • the substrate further comprises a plurality of periodically arranged cavities in which the particles of the respective first lattice sections are at least partially arranged.
  • Embodiments according to the present invention are based on the core idea of producing the X-ray-absorbing material of the transmission grating using a loose, dry powder. It was recognized that a large number of materials suitable for X-ray absorption can be provided in powder form and that corresponding powders can also be processed to produce grating structures with little effort compared to conventional techniques.
  • the powder can, for example, be filled into cavities of a substrate in order to form X-ray-absorbing grating lines of the transmission grating.
  • the powder can thus serve as an X-ray-absorbing absorber powder and form first grating sections of the transmission grating. Substrate webs remaining between the cavities can form second grating sections that are arranged alternately with the first grating sections, resulting in a transmission grating with several alternately arranged first and second grating sections.
  • the use of the X-ray absorbing material in the form of a loose, dry powder enables the cavities to be filled particularly easily, quickly and reliably. This means that, compared to the state of the art, no slow galvanic deposition processes are necessary. This also means that the technological effort required for production can be kept low, since only the loose, dry powder needs to be filled into the cavities. This means that, for example, "thick" X-ray absorbing grid lines can also be produced with little effort, since a corresponding thickness (e.g. of at least 100 ⁇ m) can only depend significantly on the production of the cavity (into which the powder is "simply” filled) and not on a deposition process.
  • a transmission grating according to the invention can thus be manufactured in a short time, but also with high reliability.
  • the manufacturing precision with regard to the geometry of the grating only depends largely on the production of the cavities into which the powder is filled. There is no dependency on galvanic process parameters or binding agents, for example. In addition, no expensive and complex centrifugation is necessary. In particular, this means that mechanical stress on the substrate and the X-ray absorbing material can be kept to a minimum.
  • loose, dry powder can also achieve a high level of homogeneity in the X-ray absorbing structures, for example the first grid sections.
  • the powder can optionally be additionally compacted in the cavities in order to prevent possible gas inclusions.
  • the substrate webs can be partially removed and/or replaced with another material, and the loose, dry powder can be solidified and/or partially solidified into porous bodies by means of a coating.
  • the powder may, for example, be in the form of a granular material or in the form of a powder.
  • such powders may comprise a large amount of small particles or be formed from such an amount.
  • the particles may have an average or maximum particle size of less than 50 ⁇ m, or less than 25 ⁇ m, or less than 15 ⁇ m, or less than 5 ⁇ m, or less than 1 ⁇ m.
  • the method further comprises at least solidifying the loose, dry powder located within the cavities.
  • the particles in powder form can be solidified completely or only partially. This (partial) solidification can be carried out using a coating process, whereby a coating material used here penetrates into cavities between individual particles and thus firmly bonds the particles to one another. This creates solidified porous structural bodies that can have a very high level of strength.
  • at least some of the large number of particles within the cavities can be provided in the form of solidified porous bodies with higher X-ray absorption compared to the substrate.
  • the method optionally comprises at least partially solidifying the loose, dry powder located within the cavities using a coating process, wherein the powder solidified within a cavity forms a solidified porous body in the respective cavity, and wherein the respective solidified porous bodies have a higher X-ray absorption compared to the substrate.
  • the at least partially solidified particles can therefore be present both in the form of loose, dry powder that has not yet solidified and in the form of particles that have been solidified into porous bodies by means of the coating.
  • the unsolidified loose, dry powder can be arranged between the solidified particles and the substrate in the cavities.
  • a type of "plug" can be created in the respective cavities by means of the solidified particles in order to prevent the loose, dry powder in the respective cavity from falling out.
  • the solid porous bodies formed by means of the solidified particles can thus be located in particular at an end of the respective cavity facing away from the substrate. This can result from the coating material used in the coating process penetrating into the cavities from top to bottom and thus coating the particles in the cavities from top to bottom.
  • the coating process can be controlled in such a way that only an (upper) part of the particles is coated and solidified, or so that all of the particles are completely coated and solidified.
  • the loose, dry powder that remains uncoated in a cavity can be located at a (lower) end of the cavity facing the substrate.
  • the coating material can also be used to attach a solid porous body produced with it to an inner wall of the cavity.
  • the inner wall of the cavity can consist of substrate material, formed, for example, from ridges left over from structuring the cavities, or from another material, e.g. a filling material or potting material with which removed or partially removed substrate ridges were replaced.
  • the particles can therefore be partially or completely in the form of particles solidified into porous bodies by means of the coating, whereby these solidified porous bodies can each form the first grating sections.
  • the stiffness and/or mechanical stability of the transmission grating can be increased.
  • the first grating structure can be attached in a robust manner in the cavity by means of the coating, since the coating can attach the individual grating lines, for example the webs comprising the solidified particles, in the cavity up to a bottom structure of the cavity.
  • the coating process can be carried out using a liquid polymer.
  • the coating process can include deposition of organic or inorganic substances from a gas phase, eg by means of chemical vapor deposition. (CVD) or e.g. by means of atomic layer deposition (ALD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • atomic layer deposition makes it possible to use the coating to penetrate into the gaps between the particles and to connect the particles at their contact points in a mechanically robust and reliable manner.
  • the method further comprises applying a cover layer to the lattice structure or to the first main side of the substrate in order to enclose the plurality of particles in the cavities.
  • the cover layer can thus be arranged on the lattice structure in order to enclose the particles in the first lattice sections.
  • the cover layer can be applied as an alternative or in addition to the solidification of the loose, dry powder described above.
  • the cover layer can cover or cover loose, dry powder in the cavities or in the first grid sections so that the powder is enclosed in the respective cavity and thus secured.
  • the cover layer can in turn contain a large number of particles which are in the form of loose, dry powder and/or in the form of solidified or agglomerated particles in order to enclose the underlying particles in the cavity.
  • a porous body arranged at an end facing away from the substrate can serve together with the cover layer as a "double lid" for the loose, dry powder.
  • the application of the cover layer can include at least one of the following process steps: application of a mechanically stable film, e.g. a polymer film or a metal film such as a thin aluminum foil, application of a polymer layer (e.g. a liquid polymer layer and optionally subsequent curing of the polymer layer), and/or application of organic or inorganic substances deposited from the gas phase, e.g. by means of chemical and/or physical gas phase deposition or e.g. by means of atomic layer deposition.
  • a mechanically stable film e.g. a polymer film or a metal film such as a thin aluminum foil
  • a polymer layer e.g. a liquid polymer layer and optionally subsequent curing of the polymer layer
  • organic or inorganic substances deposited from the gas phase e.g. by means of chemical and/or physical gas phase deposition or e.g. by means of atomic layer deposition.
  • the loose, dry powder in the cavities can also be solidified, at least partially, by means of the cover layer material or the cover layer coating itself.
  • the surface of the substrate is largely free of particles of the absorbing material, particularly in the area of the substrate webs between the X-ray absorbing grating lines. Accumulations of absorbing particles can locally negatively affect the absorption behavior of the transmission grating and thus cause imaging errors.
  • a sacrificial layer can be used when producing the transmission grating.
  • a photoresist or a silicon layer can be used as a sacrificial layer, for example.
  • the sacrificial layer can be applied and structured before the cavities are created, so that the surfaces of the substrate, including the substrate webs, are completely or partially covered by the sacrificial layer before the particles are introduced.
  • the sacrificial layer can be removed selectively from all other materials present using a suitable etching process. Particles on the sacrificial layer can be completely or partially detached or removed, leaving a clean substrate surface that is largely or completely free of particles.
  • the surface of the transmission grating can be ground and/or polished after application of a cover layer, for example, in order to remove absorbing particles outside the X-ray absorbing grating lines from the substrate surface.
  • the method further comprises thinning back a second main side of the substrate opposite the first main side.
  • Absorbing particles can thus also be easily removed from the other side of the substrate.
  • mechanical properties such as a rigidity of the transmission grating, and/or optical properties, e.g. with regard to a beam path or a length of a corresponding beam path in the substrate material, can be adapted (e.g. in the case of back-side irradiation).
  • the method further comprises at least partially removing one or more of the webs made of substrate material.
  • the webs can be made starting from the first main side and/or from a second main side of the substrate opposite the first main side. This allows mechanical and/or optical properties of the transmission grating to be adjusted. For example, removing web material between the first grating sections can lead to the rigidity of the transmission grating being reduced, so that the transmission grating can be bent more easily.
  • Areas in which the webs made of substrate material have been completely or partially removed can be completely or partially filled with a filler, the filler having a lower absorption for X-rays than the adjacent loose or (partially) solidified particles.
  • a corresponding filler which can also be an ambient fluid such as air
  • an X-ray absorption that differs from the substrate material can thus be set in order to produce the transmission grating with alternately arranged grating sections with different radiation absorption.
  • the filler can be used to adapt mechanical properties.
  • a filler can be used that allows increased flexibility of the transmission grating, but at the same time serves as a spacer between the individual sections containing particles (first grating sections), so that the spacers form flexible second grating sections, each of which is arranged between the first grating sections.
  • the second grating sections can be formed at least partially by means of the filler.
  • a transmission grating can optionally no longer have any cavities in the substrate material.
  • the cavities created during the manufacturing process can no longer be present in that they are filled with the particles.
  • New cavities can be formed, for example, in the areas in which webs from substrate material were removed, but these are not filled with filler.
  • the particles can also be at least partially enclosed in cavities formed using filler and substrate.
  • the first grid sections can partially protrude from the cavities in the substrate material. In this case, a corresponding first grid section would therefore, for example, only be partially arranged in a cavity.
  • a respective cavity has an aspect ratio (width/depth) of at least 1:9 or of at least 1:5.
  • a grating period of the grating structure can optionally be less than 50 ⁇ m.
  • a distance between two consecutive first grating sections and/or two consecutive second grating sections with respect to a predefined direction of incidence for the X-ray radiation can be less than 50 ⁇ m.
  • the particles can in particular have average or maximum particle sizes of less than 50 ⁇ m, or less than 25 ⁇ m, or less than 15 ⁇ m, or less than 5 ⁇ m, or less than 1 ⁇ m.
  • the particles can comprise at least tungsten and/or bismuth and/or gold.
  • Embodiments of the invention make it possible to process tungsten efficiently, which was not possible with previous methods in this form.
  • tungsten in the form of loose, dry powder can be processed with little technological effort in order to produce the first lattice sections described here, which have a very high degree of absorption for X-rays.
  • the substrate may comprise or consist of at least one of the following materials: silicon, glass, sapphire, ceramic, or polymers.
  • the substrate may comprise or consist of at least one of the following materials: silicon, glass, sapphire, ceramic, or polymers.
  • the first lattice sections can have a defect-free distribution of particles, wherein defects are cavities that are several times larger than an average pore size of the porous bodies.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a microstructured transmission grating 100 for X-rays according to embodiments of the present invention.
  • the transmission grating 100 has a substrate 110 with a grating structure 120.
  • the grating structure 120 has a plurality of first and second grating sections 122, 124 arranged alternately next to one another.
  • the first grating sections 122 contain or have a plurality of particles 130 (only indicated schematically here), which can be in the form of loose, dry powder and/or in the form of particles solidified by means of a coating.
  • the first grating sections 122 have a higher absorption for X-rays than the second grating sections 124, in order to form the microstructured transmission grating 100 with different radiation absorption coefficients for X-rays.
  • first and second grating sections 122, 124 are arranged alternately in order to form more and less strongly absorbing lines of the transmission grating 100.
  • the second grating sections 124 can have webs 114 made of substrate material or consist of such webs 114. As will be explained in more detail later, such webs 114 can also be completely or partially removed, and they can be completely or partially replaced by another material, e.g. by a filler or a potting material.
  • the method includes providing the substrate 110 and creating a lattice structure 120 in or on the substrate 110.
  • the lattice structure 120 can be created by structuring a plurality of periodically arranged cavities 112 in a first main side of the substrate 110, with individual webs 114 made of substrate material remaining between the cavities 112.
  • the cavities 112 can then be the same areas that are delimited by the substrate 110 with successive webs 114.
  • the method further comprises filling the cavities 112 with a plurality of particles 130 in the form of loose, dry powder.
  • the cavities 112 can be filled at least partially, but preferably completely, with the loose, dry powder.
  • the particles 130 have a higher absorption for X-rays than the substrate 110.
  • This produces a transmission grating 120 which alternately has first grating sections 122 and second grating sections 124, wherein the first grating sections 122 have a higher absorption for X-rays than the second grating sections 124.
  • the first grating sections 122 can be formed by means of the previously mentioned particles 130, which are initially introduced into the cavities 112 in the form of loose, dry powder and can then optionally be solidified and/or partially solidified.
  • the second grating sections 124 can be formed from the webs 114 made of substrate material remaining between the cavities 112.
  • FIGS. 2a) and 2b ) show a schematic representation of an example of a filling process of cavities present in a substrate with loose, dry powder according to embodiments of the present invention.
  • Fig. 2a shows a substrate 210 with cavities 212, as well as a plurality of particles 230 in the form of a loose, dry powder.
  • Fig. 2b shows the substrate 210 with filled particles 230, wherein the particle powder 230 largely completely fills the cavities 212.
  • FIGS. 3a) and 3b show schematic side views of transmission gratings 300a, 330b according to the invention with an optional cover layer 340a or optionally solidified particles.
  • Fig. 3a shows a transmission grating 300a, comprising a substrate 310a and a grating structure 320a.
  • the grating structure 320a has first grating sections 322a, which are formed by a plurality of particles, which here are in the form of loose powder 330a, e.g. absorber powder.
  • the grid structure 320a has second grid sections 324a, which are arranged between the first grid sections 322a and which can be designed, for example, in the form of webs made of substrate material.
  • the transmission grid 300a can optionally have a cover layer 340a.
  • the cover layer 340a can be designed, for example, in the form of a polymer film and/or in the form of a polymer, e.g. in the form of a curable epoxy resin.
  • the cover layer 340a can be formed by means of organic or inorganic substances deposited from the gas phase, e.g. using a CVD process.
  • Fig. 3b shows an alternative embodiment of a transmission grating 300b according to the invention with a substrate 310b and a grating structure 320b.
  • the first grating sections 322b are designed in the form of at least partially, or preferably completely, solidified particles 330b.
  • the particles 330b which are initially in powder form, can be coated, for example, using atomic layer deposition (ALD), and thereby (partially) solidified.
  • the (partially) solidified particles 330b of the originally loose, dry powder 330a can form a plurality of solid porous bodies, which can form the first grating sections 322b and thus the X-ray absorbing lines of the transmission grating 300b.
  • the second grating sections 324b can be formed in the form of webs made of substrate material.
  • Fig. 3b thus shows an embodiment in which a previously loose absorber powder is converted into solid, porous structural bodies with high X-ray absorption by coating the powder particles using a suitable coating process (e.g. ALD).
  • ALD atomic layer deposition
  • the coating mechanically connects the particles 330a at their contact points.
  • liquid polymers or organic or inorganic substances deposited from the gas phase e.g. using an ALD process
  • All embodiments described herein have a substrate with a lattice structure.
  • a planar substrate made of a material with low X-ray absorption can serve as the starting material.
  • the substrate can be provided with suitable, periodically arranged cavities (eg 112, 212), for example, which are filled with loose, dry powder with high X-ray absorption (see Fig. 2a )).
  • Suitable materials for substrates are, for example, silicon, glass, sapphire, ceramics or polymers.
  • Suitable powders are, for example, tungsten, bismuth or gold.
  • the periodicity of the lattice sections is, for example, at most 50 ⁇ m.
  • the aspect ratio of the cavities is at least 9, preferably at least 5.
  • the loose powder (e.g. 112, 212, 330a) is introduced dry into the cavities (e.g. 112, 212) (see Fig. 2b )).
  • the loose powder can then optionally be mechanically enclosed in the cavities by a suitable covering layer (e.g. 304a) placed on the powder (see Fig. 3a )) and/or mechanically (partially) strengthened by a suitable process (see Fig. 3 b) ).
  • Suitable cover layers include, for example, (polymer) films and/or polymers such as curable epoxy resins, as well as organic and inorganic substances deposited from a gas phase (e.g. CVD).
  • a gas phase e.g. CVD
  • liquid polymers or organic and inorganic substances deposited from the gas phase e.g. ALD
  • ALD atomic layer deposition
  • FIG. 4a) and 4b schematic views of a transmission grating 400a are shown, which have a substrate 410a thinned back on the back side.
  • the substrate webs located between the cavities can optionally be completely or partially removed.
  • Fig. 4a shows a transmission grating 400a with a thinned substrate 410a and with a grating structure 420a with first and second grating sections 422a, 424a.
  • the first Grid sections 422a are designed in the form of a plurality of particles 430a, as described, for example, previously with reference to Figure 3b ).
  • Figure 4a a transmission grating 400a after a re-thinning or partial removal of the remaining rear substrate.
  • Figure 4b shows the transmission grating 400b after carrying out a further method step according to the invention.
  • the webs made of substrate material located between the (partially) solidified particles, ie the second grating sections 424b can be partially removed.
  • the webs made of substrate material can be completely or partially removed.
  • the webs made of substrate material can be removed from one or both sides of the transmission grating.
  • Figures 4a) and 4b ) conceivable embodiments in which, after solidification of the loose, dry powder, the remaining substrate on the back is first thinned or partially removed ( Fig. 4a )) and then optionally the intermediate webs are completely or partially removed from one or both sides, e.g. by means of a suitable etching process (see Fig. 4b )). Thinning the substrate back is optional, but it makes it easier to remove the webs from the back.
  • the contrast between the X-ray absorbing and the less X-ray absorbing lines of the grid can be increased.
  • the (partial) removal of the substrate webs allows the grid to be mechanically bent, e.g. to a defined radius.
  • the gaps created by removing the substrate material can optionally be filled with a suitable potting compound with low X-ray absorption (e.g. epoxy resin, PDMS or other polymers), e.g. to increase the mechanical stability.
  • a specific solution according to embodiments for the production of X-ray transmission gratings can, for example, include first creating cavities with a desired grating period in a substrate, e.g. by means of a suitable high-rate etching process.
  • an X-ray absorber powder (as an example of a loose powder), such as tungsten or bismuth powder, can be introduced dry into the cavities. This can be done, for example, by dosing the dry powder, e.g. together with rubber balls, onto the substrate surface in a special device. The particles can be transported into the cavities and compacted, optionally by superimposing a low-frequency vibration with ultrasound.
  • FIG. 5 shows a transmission grating 500 produced by means of the method according to the invention described here.
  • the transmission grating 500 is filled here, for example, with tungsten particles 530.
  • the few tungsten particles (small dots) remaining on the silicon webs 514 do not interfere with the function of the transmission grating 500.
  • Larger accumulations of tungsten particles 530 can be quite disruptive.
  • a sacrificial layer can be used when producing the transmission grating 500, which can be applied and structured before the cavities are created, so that the surfaces of the substrate including the substrate webs 514 are completely or partially covered by the sacrificial layer before the particles 530 are introduced.
  • the sacrificial layer can be removed selectively from all other materials present using a suitable etching process. Any remaining undesirable particle accumulations can also be removed accordingly.
  • the surface of the transmission grating can be ground and/or polished after application of a cover layer in order to remove absorbing particles 530 outside the X-ray absorbing grating lines from the substrate surface.
  • the surface of the substrate can be freed of excess powder, e.g. by doctoring.
  • the loose powder can optionally be completely or partially solidified by means of a coating process. This can be done, for example, using an ALD process with e.g. Al 2 O 3 , whereby the previously loose, dry powder can be solidified into solid porous microstructures.
  • ALD atomic layer deposition
  • all mechanically stable layers that can be deposited by means of atomic layer deposition (ALD) are also suitable, such as metals, metal oxides and nitrides as well as polymers and combinations thereof.
  • embodiments can comprise any such materials as coating material.
  • Figure 6a shows a substrate 610 which can serve as a starting product for a manufacturing method according to the invention.
  • the substrate 610 can comprise silicon, glass, sapphire, ceramic and/or polymers or consist of such a material.
  • Figure 6b shows a process step for generating a lattice structure 601 in or on the substrate 610.
  • the lattice structure 601 may be generated by structuring a plurality of cavities 612 in a first main side 611 of the substrate 610. This may be carried out, for example, by means of etching, eg using a high-rate etching process (eg reactive ion deep etching). Alternatively or additionally, lithographic processes, eg using photoresists, may be used.
  • the cavities 612 may have an aspect ratio, with respect to width/depth, of at least 1:9 or at least 1:5.
  • webs 614 can remain. If the cavities 612 are structured directly into the substrate 610 as described above, the webs 614 can accordingly be formed from substrate material that remained when the cavities 612 were created. In alternative embodiments, these remaining substrate webs 614 can be completely or partially removed and then optionally completely or partially filled with a filler. In this case, the webs 614 arranged between the cavities 612 would completely or partially contain the same filler.
  • the cavities 612 are preferably produced in such a way that they are arranged periodically in the substrate material. This means that a large number of cavities 612 can be produced, all of which are arranged at the same distance from one another.
  • the grating structure 601 can, for example, have a grating period of less than 50 ⁇ m.
  • a thickness of the cavities 612 can be at least 100 ⁇ m or more, whereby a particularly good absorption of X-rays can be achieved. The thickness is measured in the direction of incidence of the X-rays to be blocked.
  • Figure 6c shows a further process step in which the cavities 612 can be filled with particles 630 in the form of loose, dry powder.
  • the cavities 612 can be filled completely or partially.
  • the dry, loose particle powder 630 can be poured onto a surface of the substrate 610 facing the openings of the cavities 612, or onto the first main side 611 of the substrate 610.
  • Vibrations of a first frequency range e.g. 25 Hz to 150 Hz
  • a second frequency range e.g. 10 kHz to 100 kHz
  • excess loose particles 630 which may still be located outside the cavities 612, for example, can be removed so that the filled cavities 612 are at least approximately flush with the substrate surface.
  • spherical elements e.g. rubber balls
  • the spherical elements can have a diameter that is at least three times larger than a maximum width or a maximum diameter of a respective cavity 612.
  • Any agglomerates of the loose, dry particles 630 that may have formed can be broken up using the spherical elements. This can be done in particular using the vibrations explained above, so that the spherical elements move and thereby eliminate inhomogeneities of the loose, dry powder 630 in the cavities 612.
  • the spherical elements are then removed again.
  • the excess, loose particles 630 on the substrate surface can be removed using a doctor blade.
  • first grid sections can be formed which have a largely gas bubble-free and homogeneous distribution of particles 630.
  • the particles 630 can comprise at least one of the materials tungsten, bismuth, and/or gold or can consist of one of these materials in powder form in this manufacturing step.
  • the transmission grating 600 has a substrate 610 and a grating structure 601.
  • the grating structure 601 in turn has a plurality of alternately arranged first and second grating sections 621, 622.
  • the first grating sections 621 have a higher absorption for X-rays than the second grating sections 622.
  • the first grating sections 621 can be designed in the form of cavities 612 filled with particles 630.
  • the second grid sections 624 can be designed in the form of webs 614 arranged between the cavities 612.
  • the webs 614 can comprise substrate material and/or a filler.
  • the transmission grating 600 can, however, have significantly more cavities 612 and webs 614, or significantly more alternately arranged first and second grating sections 621, 622.
  • the first grating sections 621 which extend up to the Figure 6c ) using a dry particle powder 630, can be coated and solidified in optional further process steps, and/or enclosed in the cavities 612 by means of a covering layer. This will be explained below with reference to the Figures 6d) and 6e ) will be explained.
  • the Figures 6d) to 6f ) show optional further method steps with which a cover layer 640 can be applied to the first main side 611 or to the lattice structure 601 comprising the first and second lattice sections 621, 622.
  • the cover layer 640 can be applied, for example, in the form of a polymer film, a curable polymer layer, or in the form of organic or inorganic substances deposited from the gas phase (eg by means of CVD or ALD).
  • the particles 630 can be enclosed in the cavities 612 by means of the cover layer 640.
  • the cover layer 640 can completely span the grid structure 601.
  • the cover layer 640 can lie on top of the first and second grid sections 621, 622. This would be the case, for example, with polymer films.
  • the coating material used e.g. a liquid polymer
  • the coating material of the cover layer 640 can partially penetrate into the cavities 612, as is shown by way of example in Figure 6e ). It would also be conceivable that the coating material of the cover layer 640 completely penetrates into the cavities 612, as is shown by way of example in Figure 6f ).
  • the coating material can penetrate the particles 630 located in the cavities 612 and thereby act as a coating for the particles 630.
  • the particle powder 630 located in the cavities 612 can be partially or completely solidified by means of the cover layer 640, or by means of the coating material used.
  • the particles 630 porous bodies 632d are formed, which are arranged in the cavities 612 in the region of the first main side 611 of the substrate. Loose particles 634 that remain uncoated underneath can be enclosed in the cavities 612.
  • the result is a transmission grating 601 with a cover layer 640 that covers the first and second grating sections 621, 622, the first grating sections 621 having partially solidified particle powder 630.
  • the entire particle powder 630 can be solidified so that almost all of the particles are solidified into solid porous bodies 632d by means of the coating.
  • the result is a transmission grating 601 with a cover layer 640 that covers the first and second grating sections 621, 622, wherein the first grating sections 621 have completely solidified particle powder 630 or solid porous structural bodies 632d.
  • the dry particle powder 630 can be partially or completely solidified by means of a coating 650.
  • a coating process can be used, wherein the particle powder 630 can be solidified into solid porous bodies 632e by means of the coating material used.
  • liquid polymers or organic or inorganic substances deposited from the gas phase e.g. by means of ALD/CVD can be used. These penetrate into the spaces between the individual particles and connect the particles to one another at their respective contact points.
  • the first lattice sections 621 of the lattice structure 601 can be formed by means of particles located in the cavities 612, which are either only present in the form of a loose, dry powder 630, and can optionally be enclosed in the cavities 612 with a cover layer 640 to prevent them from falling out.
  • the particle powder 630 can be partially solidified, with a mixture of solid porous bodies 632d, 632e and unsolidified, i.e. loose, dry powder 630, being present, with this mixture forming the first lattice sections 621.
  • a cover layer 640 can optionally be present.
  • the particle powder 630 can be completely solidified, with solid porous bodies 632d, 632e being present, which in turn form the first grid sections 621.
  • a cover layer 640 can optionally be present.
  • the first lattice sections 621 were created by structuring cavities 612 in the substrate 610, which were then filled with dry particle powder 630, whereby the particle powder 630 was (partially) solidified.
  • the second lattice sections 622 were in the form of webs 614 made of substrate material that remained during the structuring of the substrate.
  • the method according to the invention can optionally have further method steps.
  • the webs 614 made of substrate material can be completely or partially removed. The removed areas can then be filled, also completely or partially, with a filler. In this case, webs 614 are created from filler.
  • FIGS 7a) to 7t show different possibilities of how a transmission grating 700 with first and second grating sections 721, 722 can be produced by means of the method according to the invention.
  • transmission gratings are designated with 700, first grating sections with 721, second grating sections with 722, substrates with 710, webs with 714, particles with 730, cover layers with 740 and fillers or potting materials with 750.
  • the particles 730 are shown here in a simplified manner.
  • the particles 730 can also be present here in the form of loose, dry powders or in the form of solid porous bodies, which can be produced from particles partially or completely solidified by means of a coating.
  • Fig. 7a first shows an embodiment as previously described with reference to the Figures 6d) to 6f ).
  • the substrate 710 can be thinned from a rear side ( Figure 7b )).
  • the webs 714 made of substrate material arranged between the first grid sections 721 can optionally be at least partially removed ( Figure 7c )).
  • the webs 714 can be removed completely, see Fig. 7 d) .
  • the removal of the webs 714 can take place from a rear side, as shown by way of example in the figures.
  • the webs 714 can also be completely or partially removed from a front side of the substrate 710.
  • the second grid sections 722 can be formed in the form of air gaps between the first grid sections 721 (eg (partially solidified) particles).
  • the removed substrate areas can optionally be filled again completely or partially using a filler 750, eg with a potting compound.
  • the second grid sections 722 can be formed in the form of webs 714 made of filler material and/or substrate material between the first grid sections 721 (eg (partially solidified) particles).
  • Figure 7g shows an embodiment without a covering layer.
  • the substrate 710 can optionally be thinned from a rear side ( Figure 7h )).
  • webs 714 made of substrate material can be completely ( Figure 7j )) or partially ( Figure 7i )) can be removed. In both cases, the substrate 710 can also be thinned on the back ( Figure 7k )).
  • the removal of the webs 714 from substrate material can also be carried out from the back of the substrate 710, ie opposite the first main side 711 ( Figure 7l )).
  • the removal of the webs 714 made of substrate material can also be carried out starting from both sides of the substrate 710, wherein due to an incomplete removal, a section 715 made of substrate material can optionally remain ( Figures 7m) and 7n )).
  • removed substrate material can be filled up again using a filler 750 ( Figures 7o) to 7t )).
  • the second grid sections 722 can comprise the filler 750 and/or substrate material.
  • this filler 750 can have a lower absorption for X-rays than the particles 730.
  • the first lattice sections 721, which are formed by means of the particles 730, can also be arranged only partially in a cavity in the substrate 710.
  • the cavities can be formed by means of substrate material, or also by means of the filler 750, wherein the first lattice sections 721 can thus be arranged partially in cavities formed by means of substrate material, and partially in cavities formed by means of filler 750.
  • the second grating sections 721 can be formed by means of substrate material, by means of substrate material and filler 750, or only by means of filler 750, so that they are each arranged alternately with the first grating sections 721 to form the transmission grating 700.
  • embodiments generally provide particularly cost-effective production compared to existing processes. Furthermore, a particularly homogeneous filling can optionally be achieved, in particular by avoiding gas bubble inclusions. In addition, a wide variety of materials can be used, in particular tungsten as a particularly advantageous absorber material.
  • embodiments allow dry filling of dry, loose particles into cavities so that gas bubble inclusions, such as those that occur during wet filling, can be avoided. This allows particularly homogeneous structures to be created.
  • embodiments also enable the realization of very short processing times.
  • high aspect ratios e.g. of the cavities and thus of the first grating sections
  • absorber materials can be used independently, or essentially independently, of their melting point (e.g. with respect to a melting point of the substrate material).
  • the use of coating processes according to the invention enables in particular a "gentle" processing of the transmission grating with respect to thermal stress (e.g. by carrying out the coating at moderate temperatures), so that thermally sensitive materials can also be used.
  • galvanic deposition can be dispensed with.
  • embodiments can in particular comprise particles made of tungsten.
  • the transmission gratings according to the invention can be used, for example, in dark field radiography (e.g. non-destructive analysis, clinical application) and/or in dark field computed tomography (e.g. non-destructive analysis, clinical application).
  • dark field radiography e.g. non-destructive analysis, clinical application
  • dark field computed tomography e.g. non-destructive analysis, clinical application
  • aspects have been described in connection with a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Analogously, aspects that have been described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • a first embodiment comprises a method for producing a microstructured transmission grating (100, 300a,b, 400a,b) for X-rays, the method comprising the following steps: providing a substrate (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) and producing a grating structure (120, 320a,b, 420a,b) by structuring a plurality of periodically arranged cavities (112, 212, 612) in a first main side of the substrate, wherein individual webs (114, 514, 614) made of substrate material remain between the cavities; Filling the cavities with particles (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) in the form of loose, dry powder; wherein the substrate has a lower absorption for X-rays than the particles located in the cavities.
  • the method according to the first embodiment further comprises: at least partially solidifying the particles located within the cavities (112, 212, 612) using a coating process to provide at least a portion of the particles (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) in the form of a plurality of solidified porous bodies (632d,e) with higher X-ray absorption compared to the substrate (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710).
  • the particles located in the individual cavities (112, 212, 612) are each completely solidified into porous bodies (632 d, e) by means of the coating process.
  • the coating process is carried out using a liquid polymer; and/or the coating process comprises a deposition of organic or inorganic substances from a gas phase, e.g. by means of a chemical vapor deposition or e.g. by means of an atomic layer deposition.
  • the method according to one of the previous embodiments further comprises: applying a cover layer (340a, 640, 740) to the first main side of the substrate in order to enclose the particles (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) located in the cavities (112, 212, 612) therein.
  • the method according to one of the previous embodiments further comprises: re-thinning a second main side of the substrate (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) opposite the first main side of the substrate.
  • the method according to one of the previous embodiments further comprises: at least partial removal of one or more of the remaining webs (114, 514, 614) made of substrate material.
  • the webs (114, 514, 614) are at least partially removed starting from the first main side, and/or the webs are at least partially removed starting from a second main side of the substrate (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) opposite the first main side.
  • the method according to the eighth or ninth embodiment further comprises: at least partially filling the regions in which the webs (114, 514, 614), or parts of the webs, were removed from substrate material with a filler (750); wherein the filler has a lower absorption for X-rays than the particles (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730).
  • the method according to one of the previous embodiments further comprises: applying a sacrificial layer to the first main side of the substrate (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) before producing the lattice structure (120, 320a,b, 420a,b); wherein the structuring of the plurality of periodically arranged cavities (112, 212, 612) in the first main side of the substrate (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) comprises structuring the sacrificial layer such that the individual webs (114, 514, 614) remaining between the cavities (112, 212, 612) remain covered by the sacrificial layer; and wherein the method further comprises removing the sacrificial layer after filling the cavities (112, 212, 612) with the particles (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730).
  • a twelfth embodiment comprises a microstructured transmission grating (100, 300a,b, 400a,b) for X-rays, wherein the transmission grating has the following features: a substrate (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) with a grating structure (120, 320a,b, 420a,b), wherein the grating structure has a plurality of alternately arranged first and second grating sections; wherein the first grating sections (122, 322a,b, 422a,b) have a plurality of particles (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) which are in the form of loose, dry powder and/or in the form of particles solidified by means of a coating; and wherein the first grating sections have a higher absorption for X-rays than the second grating sections, so as to form the microstructured transmission grating for the X-rays
  • the substrate in the transmission grating according to the twelfth embodiment, has a A plurality of periodically arranged cavities (112, 212, 612); and the respective cavities form the first lattice sections (122, 322a,b, 422a,b).
  • a respective cavity (112, 212, 612) has an aspect ratio, with respect to width to depth, of at least 1:9 or of at least 1:5.
  • the particles in the transmission grating according to the thirteenth or fourteenth embodiment, are present both in the form of loose, dry powder and in the form of particles solidified by means of a coating to form porous bodies (632d,e); and the loose, dry powder is enclosed in the cavities (112, 212, 612) between the solidified particles and the substrate (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710).
  • the particles in the transmission grating according to the twelfth, thirteenth or fourteenth embodiment, are in the form of particles completely solidified into porous bodies (632d,e) by means of a coating, wherein the porous bodies each form the first grating sections (122, 322a,b, 422a,b).
  • the first grating sections (122, 322a,b, 422a,b) have a defect-free distribution of particles (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730), wherein defects are cavities that are several times larger than an average pore size of the porous bodies (632d,e).
  • the second grating sections comprise substrate material and/or a material different from the substrate (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710), wherein the material different from the substrate (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) is designed in the form of a filler (750) with a lower X-ray absorption compared to the first grating sections (122, 322a,b, 422a,b).
  • the transmission grating according to one of the twelfth to eighteenth embodiments further comprises: a cover layer (340a, 640, 740) arranged on the grating structure (120, 320a,b, 420a,b) to cover the particles (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) in the first grid sections (122, 322a,b, 422a,b).
  • a cover layer (340a, 640, 740) arranged on the grating structure (120, 320a,b, 420a,b) to cover the particles (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) in the first grid sections (122, 322a,b, 422a,b).
  • a grating period of the grating structure 120, 320a,b, 420a,b is less than 50 ⁇ m.
  • the first grating sections (122, 322a,b, 422a,b) each have a thickness of at least 100 ⁇ m to be measured in the direction of incidence of the X-ray radiation.
  • the particles in the transmission grating according to one of the twelfth to twenty-first embodiments, contain tungsten or consist of tungsten.
  • the substrate (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) comprises at least one of the following materials or consists of at least one of these materials: silicon, glass, sapphire, ceramic, or polymers.

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Abstract

Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen ein Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Transmissionsgitters für Röntgenstrahlung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Substrats und Erzeugen einer Gitterstruktur mittels Strukturieren einer Vielzahl periodisch angeordneter Kavitäten in einer ersten Hauptseite des Substrats, wobei zwischen den Kavitäten jeweils einzelne Stege aus Substratmaterial bestehen bleiben, und Verfüllen der Kavitäten mit einer Vielzahl von Partikeln in Form von losem, trockenem Pulver. Dabei weist das Substrat eine geringere Absorption für Röntgenstrahlung auf als die Partikel.

Description

    Technisches Gebiet
  • Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen mikrostrukturierte Transmissionsgitter für Röntgenstrahlung, wobei die Gitterstruktur des Transmissionsgitters unter anderem eine Vielzahl von Partikeln mit einer hohen Röntgenabsorption aufweist, sowie zugehörige Herstellungsverfahren.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Ein bestehendes technisches Problem bildet die zuverlässige und wirtschaftliche Herstellung von Transmissionsgittern für Röntgenlicht. Analog zu Transmissionsgittern für sichtbares Licht bestehen Transmissionsgitter für Röntgenlicht bspw. aus einer Vielzahl von im Wechsel angeordneten strahlungsdurchlässigen und undurchlässigen Linien. Die besondere Herausforderung ist die Herstellung der für Röntgenstrahlung undurchlässigen (d.h. absorbierenden) Linien, da diese aus einem geeigneten Material bestehen müssen. Für die technische Anwendung dieser Gitter, z.B. für die klinische Dunkelfeld-Radiografie, sind große Gitterflächen von bis zu 1600 cm2 notwendig, was hohe Anforderungen an entsprechende Herstellungsprozesse stellt.
    • Stand der Technik
  • Konventionelle Ansätze umfassen LIGA- (Lithographie, Galvanik und Abformung) Techniken bei denen nach der Entwicklung eines Fotolacks mittels eines galvanischen Verfahrens eine metallische Keimschicht aufgebracht wird, auf welcher anschließend ein röntgenabsorbierendes Material galvanisch abgeschieden wird. Die in LIGA herstellbare Chipfläche ist jedoch auf wenige Quadratzentimeter bei geringem Durchsatz beschränkt. Ferner ist für LIGA ein Synchrotron zur Belichtung des Fotolacks notwendig. Dies führt zu sehr hohen Prozesskosten. Um ein Verformen der Fotolackstrukturen zu verhindern, müssen diese ferner periodisch mit Stegen verbunden werden, was den Herstellungsaufwand erhöht.
  • Weitere Ansätze umfassen die Herstellung von Röntgentransmissionsgittern in Siliziumsubstraten mittels Ätzprozessen, gefolgt von galvanischer Abscheidung des Röntgenabsorbers. Bei solchen Ansätzen ist jedoch eine aufwendige Prozessierung im Reinraum nach dem Ätzen notwendig.
  • Des Weiteren stehen nur wenige Galvanikprozesse für die Abscheidung von röntgenabsorbierenden Materialien zur Verfügung, sodass in beiden vorigen diskutierten Ansätzen nur eine eingeschränkte Materialwahl zum Einsatz kommen kann. Außerdem bedingen diese Ansätze sehr hohe Prozesszeiten für die galvanische Abscheidung, sowie ein hohes Risiko für Prozessabweichungen.
  • Weitere konventionelle Ansätze umfassen die Herstellung von Röntgentransmissionsgittern durch das Einbringen von Metallpartikeln in einem Lösungsmittel (Suspension) in Mikrokavitäten. Im ersten Schritt werden Gitterstrukturen mittels eines Ätzprozesses in Siliziumsubstrate strukturiert. Im zweiten Schritt werden die in der feuchten Suspension gelösten Metallpartikel auf die Gitterstrukturen aufgebracht und das Substrat wird in eine (Ultra- )Zentrifuge eingesetzt. Mittels Zentrifugation werden die feuchten Metallpartikel dann in die Gitterspalte getrieben. Im nächsten Schritt wird das Lösungsmittel verdampft und die Partikel werden durch ein der Suspension zugesetztes Bindemittel mechanisch fixiert. Abschließend wird die Oberfläche der Gitterstrukturen mechanisch von auf der Struktur aufliegenden Metallpartikeln gereinigt.
  • Die Figuren 8a) bis 8c) zeigen ein Beispiel für einen derartigen Prozessablauf zur Herstellung eines Röntgentransmissionsgitters mittels Einzentrifugation einer feuchten Metallpartikelsuspension. Fig. 8a) zeigt Gitterabschnitte vor (links) und nach (rechts) einem Reinigungsprozess. Fig. 8b) zeigt ein entsprechendes Gitter nach dem Reinigungsprozess und Fig. 8c) zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Ansicht aus Fig. 8b).
  • Wie in Fig. 8c) zu erkennen ist, bilden sich bei diesem Herstellungsverfahren unerwünschte Hohlräume zwischen den Metallpartikeln aus, was durch den Einschluss von Gasblasen in der Suspension zu erklären ist. Ferner kann eine lateral inhomogene Verfüllung der Gitterstrukturen durch Variationen in der Partikelsuspension auftreten. Darüber hinaus bedingt ein solcher Ansatz hohe mechanische Belastungen der Substrate während der Zentrifugation, sowie hohe Hürden für die Prozessautomation.
  • Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Konzept für ein Transmissionsgitter für Röntgenstrahlung, sowie ein zugehöriges Herstellungsverfahren, bereitzustellen, welches einen verbesserten Kompromiss hinsichtlich Effizienz, Komplexität und Zuverlässigkeit ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche erfüllt. Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen ein Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Transmissionsgitters für Röntgenstrahlung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist, die prinzipiell auch in einer anderen als der hier angegebenen Reihenfolge ausführbar sind: Bereitstellen eines Substrats und Erzeugen einer Gitterstruktur mittels Strukturieren einer Vielzahl periodisch angeordneter Kavitäten in einer ersten Hauptseite des Substrats, wobei zwischen den Kavitäten jeweils einzelne Stege aus Substratmaterial bestehen bleiben, und Verfüllen der Kavitäten mit einer Vielzahl von Partikeln, die in Form von losem, trockenem Pulver vorliegen. Dabei weist das Substrat eine geringere Absorption für Röntgenstrahlung auf als das trockene Partikelpulver.
  • Ferner umfassen Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung ein mikrostrukturiertes Transmissionsgitter für Röntgenstrahlung. Dabei weist das Transmissionsgitter ein Substrat mit einer Gitterstruktur auf, wobei die Gitterstruktur mehrere abwechselnd angeordnete erste und zweite Gitterabschnitte aufweist. Ferner weisen die ersten Gitterabschnitte eine Vielzahl von Partikeln auf, die in Form von losem, trockenem Pulver und/oder in Form von, mittels einer Beschichtung verfestigten, Partikeln vorliegen. Darüber hinaus weisen die ersten Gitterabschnitte eine höhere Absorption für Röntgenstrahlung auf als die zweiten Gitterabschnitte, um so das mikrostrukturierte Transmissionsgitter für die Röntgenstrahlung zu bilden.
  • Optional weist das Substrat ferner eine Vielzahl periodisch angeordneter Kavitäten auf, in denen die Partikel der jeweiligen ersten Gitterabschnitte zumindest teilweise angeordnet sind.
  • Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung beruhen auf der Kernidee, das röntgenabsorbierende Material des Transmissionsgitters mittels eines losen, trockenen Pulvers herzustellen. Hierbei wurde erkannt, dass eine Vielzahl von zur Röntgenabsorption geeigneter Materialien in Pulverform bereitgestellt werden kann und entsprechende Pulver ferner mit, im Vergleich zu konventionellen Techniken, geringem Aufwand zur Herstellung von Gitterstrukturen verarbeitet werden können. Wie obig erläutert, kann das Pulver beispielsweise in Kavitäten eines Substrats eingefüllt werden, um so röntgenabsorbierende Gitterlinien des Transmissionsgitters zu bilden. Das Pulver kann somit als röntgenabsorbierendes Absorberpulver dienen und erste Gitterabschnitte des Transmissionsgitters bilden. Zwischen den Kavitäten verbleibende Substratstege können zweite Gitterabschnitte bilden, die abwechselnd mit den ersten Gitterabschnitten angeordnet sind, sodass sich ein Transmissionsgitter mit mehreren abwechselnd angeordneten ersten und zweiten Gitterabschnitten ergibt.
  • Die Verwendung des röntgenabsorbierenden Materials in Form eines losen, trockenen Pulvers ermöglicht ein besonders einfaches, schnelles und zuverlässiges Befüllen der Kavitäten. Das heißt, im Vergleich zum Stand der Technik sind keine langsamen galvanischen Abscheidungsprozesse notwendig. Somit kann auch der technologische Aufwand zur Herstellung gering gehalten werden, da lediglich das lose, trockene Pulver in die Kavitäten eingefüllt werden muss. Somit sind beispielsweise auch "dicke" röntgenabsorbierende Gitterlinien mit geringem Aufwand herstellbar, da eine entsprechende Dicke (z.B. von zumindest 100 µm) nur noch maßgeblich von der Herstellung der Kavität abhängen kann (in welche das Pulver "einfach" eingefüllt wird) und eben nicht von einem Abscheidungsprozess.
  • Somit kann ein erfindungsgemäßes Transmissionsgitter in kurzer Zeit, aber auch mit hoher Zuverlässigkeit, hergestellt werden. Hierbei ist die Herstellungspräzision hinsichtlich einer Geometrie des Gitters beispielsweise nur noch maßgeblich von der Herstellung der Kavitäten abhängig, in die das Pulver eingefüllt wird. Es besteht keine Abhängigkeit von etwa galvanischen Prozessparametern oder Bindemitteln. Zudem ist keine teure und aufwändige Zentrifugation nötig. Insbesondere kann dadurch eine mechanische Belastung des Substrats sowie des röntgenabsorbierenden Materials gering gehalten werden.
  • Außerdem wurde erkannt, dass mittels der Verwendung von losem, trockenem Pulver auch eine hohe Homogenität der röntgenabsorbierenden Strukturen, also beispielsweise der ersten Gitterabschnitte, erzielt werden kann. Das Pulver kann in den Kavitäten optional zusätzlich verdichtet werden, um somit mögliche Gaseinschlüsse zu verhindern.
  • An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass optional sowohl die Substratstege teilentfernt und/oder mittels eines anderen Materials ersetzt werden können, als auch das lose, trockene Pulver mittels einer Beschichtung zu porösen Körpern verfestigt und/oder teilverfestigt werden kann.
  • Das Pulver kann zum Beispiel in Form einer granularen Materie oder in Form eines Puders vorliegen. Entsprechende Pulver können also, anders ausgedrückt, eine große Menge kleiner Partikel umfassen oder aus einer solchen Menge gebildet sein. Die Partikel können eine mittlere oder maximale Teilchengröße von weniger als 50 µm oder von weniger als 25 µm, oder von weniger als 15 µm, oder von weniger als 5 µm, oder von weniger als 1 µm aufweisen.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner ein zumindest Verfestigen des innerhalb der Kavitäten befindlichen losen, trockenen Pulvers auf. Die in Pulverform vorliegenden Partikel können dabei vollständig, oder aber auch nur teilweise verfestigt werden. Diese (Teil-)Verfestigung kann unter Anwendung eines Beschichtungsprozesses erfolgen, wobei ein hierbei verwendetes Beschichtungsmaterial in Hohlräume zwischen einzelne Partikel eindringt und damit die Partikel miteinander fest verbindet. Dadurch entstehen verfestigte poröse Strukturkörper, die eine sehr hohe Festigkeit aufweisen können. Erfindungsgemäß kann also zumindest ein Teil der Vielzahl von Partikeln innerhalb der Kavitäten in Form von verfestigten porösen Körpern mit, im Vergleich zum Substrat, höherer Röntgenstrahlungsabsorption bereitgestellt werden.
  • In anderen Worten weist das Verfahren optional also ein zumindest teilweises Verfestigen des innerhalb der Kavitäten befindlichen losen, trockenen Pulvers unter Anwendung eines Beschichtungsprozesses auf, wobei das innerhalb einer Kavität verfestigte Pulver jeweils einen verfestigten porösen Körper in der jeweiligen Kavität bildet, und wobei die jeweiligen verfestigten porösen Körper eine, im Vergleich zum Substrat, höhere Röntgenstrahlungs-absorption aufweisen.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können also die zumindest teilweise verfestigten Partikel sowohl in Form von noch nicht verfestigtem losem, trockenem Pulver, als auch in Form von mittels der Beschichtung zu porösen Körpern verfestigten Partikeln vorliegen. Das unverfestigte lose, trockene Pulver kann jeweils zwischen den verfestigten Partikeln und dem Substrat in den Kavitäten eingeschlossen angeordnet sein.
  • Beispielsweise kann mittels der verfestigten Partikel in den jeweiligen Kavitäten eine Art "Pfropfen" erzeugt werden, um ein Herausfallen des in der jeweiligen Kavität befindlichen losen, trockenen Pulvers zu verhindern. Die mittels der verfestigten Partikel gebildeten festen porösen Körper können somit insbesondere an einem dem Substrat abgewandten Ende der jeweiligen Kavität befindlich sein. Dies kann sich daraus ergeben, dass das im Beschichtungsprozess verwendete Beschichtungsmaterial von oben nach unten in die Kavitäten vordringt, und somit die in den Kavitäten befindlichen Partikel von oben nach unten beschichtet. Der Beschichtungsprozess kann so gesteuert werden, dass eben nur ein (oberer) Teil der Partikel beschichtet und verfestigt wird, oder sodass die gesamten Partikel vollständig beschichtet und verfestigt werden. Dementsprechend kann, im Falle einer Teilverfestigung, das in einer Kavität unbeschichtet gebliebene lose, trockene Pulver dementsprechend an einem dem Substrat zugewandten (unteren) Ende der Kavität befindlich sein. Optional kann das Beschichtungsmaterial auch dazu dienen, um einen damit erzeugten festen porösen Körper an einer Innenwand der Kavität zu befestigen. Die Innenwand der Kavität kann dabei aus Substratmaterial bestehen, gebildet von z.B. beim Strukturieren der Kavitäten übrig gebliebenen Stegen, oder aber auch aus einem anderen Material, z.B. einem Füllmaterial oder Vergussmaterial mit welchem entfernte oder teilentfernte Substratstege ersetzt wurden.
  • In einem erfindungsgemäßen Transmissionsgitter können also die Partikel teilweise oder vollständig in Form von mittels der Beschichtung zu porösen Körpern verfestigten Partikeln vorliegen, wobei diese verfestigten porösen Körper jeweils die ersten Gitterabschnitte bilden können.
  • Mittels einer vollständigen Verfestigung kann eine Steifheit und/oder eine mechanische Stabilität des Transmissionsgitters erhöht werden. Ferner kann mittels der Beschichtung die erste Gitterstruktur auf robuste Art und Weise in der Kavität befestigt werden, da die Beschichtung bis zu einer Bodenstruktur der Kavität die einzelnen Gitterlinien, also beispielsweise die Stege umfassend die verfestigten Partikel, in der Kavität befestigen kann.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Beschichtungsprozess unter Verwendung eines flüssigen Polymers durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Beschichtungsprozess ein Abscheiden von organischen oder anorganischen Substanzen aus einer Gasphase beinhalten, z.B. mittels einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) oder z.B. mittels einer Atomlagenabscheidung (ALD). Insbesondere eine Atomlagenabscheidung ermöglicht es, mittels der Beschichtung in die Zwischenräume zwischen den Partikeln einzudringen und die Partikel an ihren Kontaktpunkten mechanisch robust und zuverlässig zu verbinden.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ferner ein Aufbringen einer Deckschicht auf die Gitterstruktur bzw. auf die erste Hauptseite des Substrats, um die Vielzahl von Partikeln in den Kavitäten einzuschließen. Gemäß Ausführungsbeispielen kann somit die Deckschicht auf der Gitterstruktur angeordnet sein, um die Partikel in den ersten Gitterabschnitten einzuschließen.
  • Die Deckschicht kann alternativ oder zusätzlich zu der oben beschriebenen Verfestigung des losen, trockenen Pulvers aufgebracht werden. Die Deckschicht kann in den Kavitäten bzw. in den ersten Gitterabschnitten befindliches loses, trockenes Pulver bedecken, oder abdecken, sodass das Pulver in der jeweiligen Kavität eingeschlossen und somit befestigt ist. Die Deckschicht kann ihrerseits eine Vielzahl von Partikeln beinhalten, die in Form von losem, trockenen Pulver und/oder in Form von verfestigten bzw. agglomerierten Partikeln vorliegen, um die darunterliegenden Partikel in der Kavität einzuschließen. In diesem Fall kann ein an einem dem Substrat abgewandten Ende angeordneter poröser Körper zusammen mit der Deckschicht als "doppelter Deckel" für das lose, trockene Pulver dienen. Im Sinne der Vollständigkeit sei hierbei auch erwähnt, dass ein Aufbringen einer Deckschicht auch im Fall von vollständig verfestigtem bzw. agglomeriertem Pulver in einer jeweiligen Kavität möglich ist.
  • Das Aufbringen der Deckschicht kann zumindest einen der folgenden Prozessschritte beinhalten: Aufbringen einer mechanisch stabilen Folie, z B. einer Polymerfolie oder einer Metallfolie wie bspw. einer dünnen Aluminiumfolie, Aufbringen einer Polymerschicht (z.B. einer flüssigen Polymerschicht und optional anschließendes Aushärten der Polymerschicht), und/oder Aufbringen von aus der Gasphase abgeschiedenen organischen oder anorganischen Substanzen, z.B. mittels chemischer und/oder physikalischer Gasphasenabscheidung oder z.B. mittels Atomlagenabscheidung.
  • Es kann beim Anordnen der Deckschicht auf der Gitterstruktur auch das in den Kavitäten befindliche lose, trockene Pulver, zumindest teilweise, mittels des Deckschichtmaterials bzw. der Deckschichtbeschichtung selbst verfestigt werden.
  • Für eine ordnungsgemäße Funktion des Transmissionsgitters kann es von Bedeutung sein, dass die Oberfläche des Substrats insbesondere im Bereich der Substratstege zwischen den röntgenabsorbierenden Gitterlinien weitgehend frei von Partikeln des absorbierenden Materials ist. Anhäufungen absorbierender Partikel können das Absorptionsverhalten des Transmissionsgitters lokal negativ beeinträchtigen und auf diese Weise Abbildungsfehler verursachen.
  • Um Partikel von der Substratoberfläche zu entfernen, kann bei der Herstellung des Transmissionsgitters eine Opferschicht genutzt werden. Als Opferschicht kann z. B. ein Photolack oder eine Siliziumschicht dienen. Die Opferschicht kann vor dem Erzeugen der Kavitäten aufgebracht und strukturiert werden, so dass vor dem Einbringen der Partikel die Oberflächen des Substrats einschließlich der Substratstege, ganz oder teilweise, von der Opferschicht bedeckt sind. Nach dem Erzeugen der absorbierenden Gitterlinien kann die Opferschicht durch einen geeigneten Ätzprozess selektiv zu allen anderen anwesenden Materialien entfernt werden. Dabei können auf der Opferschicht befindliche Partikel ganz oder teilweise mit abgelöst bzw. entfernt werden, so dass eine saubere Substratoberfläche zurückbleibt, die weitestgehend bzw. vollständig frei von Partikeln ist.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Oberfläche des Transmissionsgitters nach dem Aufbringen einer Deckschicht z. B. geschliffen und/oder poliert werden, um absorbierende Partikel außerhalb der röntgenabsorbierenden Gitterlinien von der Substratoberfläche zu entfernen.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ferner ein Rückdünnen einer, der ersten Hauptseite gegenüberliegenden, zweiten Hauptseite des Substrats. Somit können absorbierende Partikel auf einfache Weise auch von der anderen Seite des Substrats entfernt werden. Zudem können mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise eine Steifigkeit des Transmissionsgitters, und / oder optische Eigenschaften, z.B. in Hinblick auf einen Strahlengang bzw. einer Länge eines entsprechenden Strahlengangs im Substratmaterial angepasst werden (z.B. bei einer Rückseitenbestrahlung). Durch die Herstellung des Transmissionsgitters mittels Einfüllen von Partikeln und der optionalen Beschichtung, welche z.B. bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt werden kann, kann das Substrat nur geringe innere Spannungen oder sonstige Belastungsschwachstellen aufweisen, sodass eine strukturelle Schwächung des Substrats zur Anpassung von Eigenschaften des Transmissionsgitters möglich ist.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ferner ein zumindest teilweises Entfernen von einem oder mehreren der Stege aus Substratmaterial. Die Stege können ausgehend von der ersten Hauptseite und/oder von einer der ersten Hauptseite gegenüberliegenden, zweiten Hauptseite des Substrats durchgeführt werden. Dadurch können mechanische und/oder optische Eigenschaften des Transmissionsgitters angepasst werden. Beispielsweise kann das Entfernen von Stegmaterial zwischen den ersten Gitterabschnitten dazu führen, dass die Steifigkeit des Transmissionsgitters verringert ist, sodass das Transmissionsgitter leichter gebogen werden kann.
  • Bereiche, in denen die Stege aus Substratmaterial ganz oder teilweise entfernt wurden, können ganz oder teilweise mit einem Füllstoff befüllt werden, wobei der Füllstoff eine geringere Absorption für Röntgenstrahlung aufweist als die jeweils angrenzenden losen oder (teil-)verfestigten Partikel. Mittels eines entsprechenden Füllstoffs, was im Übrigen auch ein Umgebungsfluid wie z.B. Luft sein kann, kann somit eine vom Substratmaterial abweichende Röntgenabsorption eingestellt werden, um das Transmissionsgitter mit abwechselnd angeordneten Gitterabschnitten unterschiedlicher Strahlungsabsorption zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann der Füllstoff zur Anpassung von mechanischen Eigenschaften verwendet werden. Beispielsweise kann ein Füllstoff verwendet werden, der eine erhöhte Biegbarkeit des Transmissionsgitters erlaubt, aber zugleich als Abstandshalter zwischen den einzelnen, Partikel beinhaltenden, Abschnitten (erste Gitterabschnitte) dient, sodass die Abstandshalter flexible zweite Gitterabschnitte bilden, die jeweils zwischen den ersten Gitterabschnitten angeordnet sind. Das heißt, die zweiten Gitterabschnitte können zumindest teilweise mittels des Füllstoffs gebildet werden.
  • Beispielsweise aufgrund eines Entfernens von Stegen des Substrats kann somit ein Transmissionsgitter gemäß Ausführungsbeispielen optional keine Kavitäten im Substratmaterial mehr aufweisen. Insbesondere können die beim Herstellungsprozess erzeugten Kavitäten dahingehend nicht mehr vorhanden sein, dass diese mit den Partikeln verfüllt sind. Neue Kavitäten können dabei bspw. in den Bereichen gebildet sein, in welchen Stege aus Substratmaterial entfernt wurden, diese aber nicht mittels Füllstoff aufgefüllt sind. Auch können die Partikel dementsprechend in, mittels Füllstoff und Substrat gebildeten, Kavitäten zumindest teilweise eingeschlossen sein.
  • In einigen Ausführungsbeispielen können die ersten Gitterabschnitte teilweise aus den Kavitäten im Substratmaterial herausragen. In diesem Fall wäre ein entsprechender erster Gitterabschnitt also beispielsweise nur zum Teil in einer Kavität angeordnet.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist eine jeweilige Kavität ein Aspektverhältnis (Breite / Tiefe) von zumindest 1:9 oder von zumindest 1:5 auf. Ferner kann optional eine Gitterperiode der Gitterstruktur weniger als 50 µm betragen. Beispielsweise kann ein Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden ersten Gitterabschnitten und / oder zwei aufeinanderfolgenden zweiten Gitterabschnitten bezüglich einer vordefinierten Einstrahlrichtung für die Röntgenstrahlung weniger als 50 µm betragen. Beispielsweise können in diesem Fall die Partikel insbesondere mittlere oder maximale Teilchengrößen von weniger als 50 µm, oder von weniger als 25 µm, oder von weniger als 15 µm, oder von weniger als 5 µm, oder von weniger als 1 µm aufweisen
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die Partikel zumindest Wolfram und/oder Bismuth und/oder Gold aufweisen. Ausführungsbeispiele der Erfindung ermöglichen es dabei insbesondere Wolfram effizient zu verarbeiten, was mit bisherigen Verfahren in dieser Form bisher nicht möglich war. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann Wolfram in Form von losem, trockenen Pulver mit geringem technologischen Aufwand verarbeitet werden, um daraus die hier beschriebenen ersten Gitterabschnitte zu erzeugen, welche einen sehr hohen Absorptionsgrad für Röntgenstrahlung aufweisen.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Substrat mindestens eines der folgenden Materialien aufweisen, oder daraus bestehen: Silizium, Glas, Saphir, Keramik, oder Polymere. Somit ermöglichen Ausführungsbeispiele die Verwendung von gängigen Substratmaterialien und bieten daher eine gute Flexibilität.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die ersten Gitterabschnitte eine fehlstellenfreie Verteilung von Partikeln aufweisen, wobei Fehlstellen Hohlräume sind, die um ein Mehrfaches größer sind, als eine mittlere Porengröße der porösen Körper.
    • Figurenkurzbeschreibung
  • Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Hinsichtlich der dargestellten schematischen Figuren wird darauf hingewiesen, dass die dargestellten Funktionsblöcke sowohl als Elemente oder Merkmale der offenbarungsgemäßen Vorrichtung als auch als entsprechende Verfahrensschritte des offenbarungsgemäßen Verfahrens zu verstehen sind, und auch entsprechende Verfahrensschritte des offenbarungsgemäßen Verfahrens davon abgeleitet werden können. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Ansicht eines mikrostrukturierten Transmissionsgitters für Röntgenstrahlung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Befüllvorgangs eines Substrats mit Kavitäten mit losem Pulver gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 3 a), b)
    schematische Seitenansichten von Transmissionsgittern mit einer optionalen Deckschicht und optional verfestigten Partikeln gemäß Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung n;
    Fig. 4 a), b)
    schematische Ansichten von Transmissionsgittern mit optional gedünntem Substrat und optional teilweise entfernten Substratstegen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 5
    ein Transmissionsgitter gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 6 a)-h)
    schematische Ansichten von Transmissionsgittern und zugehörigen Zwischenprodukten bei einem Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 7 a)-t)
    schematische Ansichten weiterer optionaler Ausgestaltungen von Transmissionsgittern gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; und
    Fig. 8 a)-c)
    ein Beispiel für Röntgentransmissionsgitter hergestellt durch Einzentrifugation einer Metallpartikelsuspension.
    Detaillierte Beschreibung der Beispiele gemäß den Figuren
  • Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines mikrostrukturierten Transmissionsgitters 100 für Röntgenstrahlung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • Das Transmissionsgitter 100 weist ein Substrat 110 mit einer Gitterstruktur 120 auf. Die Gitterstruktur 120 weist mehrere abwechselnd nebeneinander angeordnete erste und zweite Gitterabschnitte 122, 124 auf. Die ersten Gitterabschnitte 122 beinhalten bzw. weisen eine Vielzahl von (hier nur schematisch angedeuteten) Partikeln 130 auf, die in Form von losem, trockenem Pulver und/oder in Form von mittels einer Beschichtung verfestigten Partikeln vorliegen können. Ferner weisen die ersten Gitterabschnitte 122 eine höhere Absorption für Röntgenstrahlung auf als die zweiten Gitterabschnitte 124, um so das mikrostrukturierte Transmissionsgitter 100 mit unterschiedlichen Strahlungsabsorptionskoeffizienten für Röntgenstrahlung zu bilden.
  • In anderen Worten sind die ersten und zweiten Gitterabschnitte 122, 124 also alternierend angeordnet, um somit stärker und weniger stark absorbierende Linien des Transmissionsgitters 100 zu bilden. Die zweiten Gitterabschnitte 124 können Stege 114 aus Substratmaterial aufweisen oder aus solchen Stegen 114 bestehen. Wie später noch näher erläutert wird, können derartige Stege 114 auch ganz oder teilweise entfernt sein, und sie können ganz oder teilweise durch ein anderes Material, z.B. durch einen Füllstoff oder ein Vergussmaterial, ersetzt sein.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 1 soll im Folgenden ferner ein Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsbeispielen erläutert werden. Das Verfahren umfasst dabei ein Bereitstellen des Substrats 110 und ein Erzeugen einer Gitterstruktur 120 in bzw. auf dem Substrat 110. Die Gitterstruktur 120 kann erzeugt werden, indem eine Vielzahl von periodisch angeordneten Kavitäten 112 in eine erste Hauptseite des Substrats 110 strukturiert wird, wobei zwischen den Kavitäten 112 jeweils einzelne Stege 114 aus Substratmaterial bestehen bleiben.
  • Die Kavitäten 112 können dann ebenjene Bereiche sein, die von dem Substrat 110 mit aufeinanderfolgenden Stegen 114 begrenzt sind. Ferner umfasst das Verfahren ein Verfüllen der Kavitäten 112 mit einer Vielzahl von Partikeln 130 in Form von losem, trockenem Pulver. Die Kavitäten 112 können hierbei zumindest teilweise, vorzugsweise aber vollständig mit dem losen, trockenen Pulver befüllt werden.
  • Erfindungsgemäß weisen die Partikel 130 eine höhere Absorption für Röntgenstrahlung auf als das Substrat 110. Somit wird ein Transmissionsgitter 120 erzeugt, welches abwechselnd erste Gitterabschnitte 122 und zweite Gitterabschnitte 124 aufweist, wobei die ersten Gitterabschnitte 122 eine höhere Absorption für Röntgenstrahlung aufweisen als die zweiten Gitterabschnitte 124. Die ersten Gitterabschnitte 122 können dabei mittels der zuvor erwähnten Partikel 130 gebildet sein, die zunächst in Form von losem, trockenen Pulver in die Kavitäten 112 eingebracht, und anschließend optional verfestigt und/oder teilverfestigt werden können. Die zweiten Gitterabschnitte 124 können aus den, zwischen den Kavitäten 112 verbleibenden, Stegen 114 aus Substratmaterial gebildet werden.
  • Sowohl die mit den Partikeln 130 befüllten Kavitäten 112, als auch die in den Kavitäten 112 befindlichen losen und/oder (teil-)verfestigten Partikel 130 selbst, können im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als erste Gitterabschnitte 122 bezeichnet werden.
  • Im Folgenden wird Bezug genommen auf die Figuren 2 a), b) und 3 a), b).
  • Die Figuren 2a) und 2b) zeigen eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Befüllvorgangs von, in einem Substrat vorhandenen, Kavitäten mit losem, trockenen Pulver gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Fig. 2a) zeigt ein Substrat 210 mit Kavitäten 212, sowie eine Vielzahl von Partikeln 230 in Form eines losen, trockenen Pulvers. Fig. 2b) zeigt das Substrat 210 mit eingefüllten Partikeln 230, wobei das Partikelpulver 230 die Kavitäten 212 weitestgehend vollständig ausfüllt.
  • Die Figuren 3a) und 3b) zeigen schematische Seitenansichten von erfindungsgemäßen Transmissionsgittern 300a, 330b mit einer optionalen Deckschicht 340a bzw. optional verfestigten Partikeln.
  • Fig. 3a) zeigt ein Transmissionsgitter 300a, aufweisend ein Substrat 310a und eine Gitterstruktur 320a. Die Gitterstruktur 320a weist erste Gitterabschnitte 322a auf, die durch eine Vielzahl von Partikeln gebildet werden, die hier in Form von losem Pulver 330a, z.B. Absorberpulver, vorliegen. Die Gitterstruktur 320a weist zweite Gitterabschnitte 324a auf, die zwischen den ersten Gitterabschnitten 322a angeordnet sind, und die beispielsweise in Form von Stegen aus Substratmaterial ausgestaltet sein können. Das Transmissionsgitter 300a kann optional eine Deckschicht 340a aufweisen. Die Deckschicht 340a kann beispielsweise in Form einer Polymerfolie und/oder in Form eines Polymers, z.B. in Form eines aushärtbaren Epoxidharzes, ausgestaltet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Deckschicht 340a mittels aus der Gasphase, z.B. unter Anwendung eines CVD-Prozesses, abgeschiedenen organischen oder anorganischen Substanzen gebildet werden.
  • Fig. 3b) zeigt eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transmissionsgitters 300b mit einem Substrat 310b und einer Gitterstruktur 320b. Hier sind die ersten Gitterabschnitte 322b in Form von zumindest teilweise, oder vorzugsweise vollständig, verfestigten Partikeln 330b ausgestaltet. Die zunächst in Pulverform vorliegenden Partikel 330b können beispielsweise unter Anwendung einer Atomlagenabscheidung (ALD) beschichtet, und dadurch (teil-)verfestigt werden. Die (teil-)verfestigten Partikel 330b des ursprünglich losen, trockenen Pulvers 330a können dabei eine Vielzahl von festen porösen Körpern bilden, welche die ersten Gitterabschnitte 322b und somit die röntgenstrahlungsabsorbierenden Linien des Transmissionsgitters 300b bilden können. Auch hier können die zweiten Gitterabschnitte 324b in Form von Stegen aus Substratmaterial gebildet sein.
  • Fig. 3b) zeigt somit also ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein zuvor loses Absorberpulver durch Umhüllung der Pulverpartikel mittels eines geeigneten (z.B. ALD) Beschichtungsverfahrens zu festen porösen Strukturkörpern mit hoher Röntgenstrahlungs-Absorption umgewandelt wird. Durch die Beschichtung werden die Partikel 330a dabei an ihren Kontaktpunkten mechanisch verbunden. Zur mechanischen Verbindung bzw. Verfestigung der zunächst losen, trockenen Pulverschüttung, können beispielsweise flüssige Polymere oder aus der Gasphase (z.B. unter Anwendung eines ALD-Verfahrens) abgeschiedene organische oder anorganische Substanzen verwendet werden. Diese dringen in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Partikeln 330a ein und verbinden die Partikel 330a an deren jeweiligen Kontaktpunkten zu den zumindest teilweise, oder vorzugsweise vollständig, verfestigten Partikeln 330b miteinander.
  • Die unter Bezugnahme auf die Figuren 3a) und 3b) beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombinierbar sein. Das heißt, die in Figur 3a) beispielhaft beschriebenen losen Partikel unterhalb der Deckschicht 340a können (teil-)verfestigt sein. Ebenso kann auf der in Figur 3b) gezeigten Gitterstruktur 320b eine Deckschicht 340a angeordnet sein.
  • Alle hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen ein Substrat mit einer Gitterstruktur auf. Als Ausgangsmaterial kann ein planares Substrat aus einem Material mit geringer Röntgenabsorption dienen. Zum Erzeugen der Gitterstruktur kann das Substrat beispielsweise mit geeigneten, periodisch angeordneten, Kavitäten (z.B. 112, 212) versehen werden, die mit losem, trockenem Pulver mit hoher Röntgenabsorption gefüllt werden (siehe Fig. 2a)).
  • Geeignete Materialien für Substrate sind beispielsweise Silizium, Glas, Saphir, Keramiken oder Polymere. Geeignete Pulver sind beispielsweise Wolfram, Bismuth oder Gold. Die Periodizität der Gitterabschnitte beträgt bspw. höchstens 50 µm. Optional beträgt das Aspektverhältnis der Kavitäten mindestens 9, bevorzugt mindestens 5.
  • Erfindungsgemäß wird das lose Pulver (z.B. 112, 212, 330a) trocken in die Kavitäten (z.B. 112, 212) eingebracht (siehe Fig. 2b)). Anschließend kann optional die lose Pulverschüttung durch eine geeignete auf dem Pulver aufliegende Deckschicht (z.B. 304a) mechanisch in den Kavitäten eingeschlossen werden (siehe Fig. 3a)) und/oder durch ein geeignetes Verfahren mechanisch (teil-)verfestigt werden (siehe Fig. 3 b)).
  • Geeignete Deckschichten umfassen bspw. (Polymer-)Folien-und/oder Polymere wie z.B. aushärtbare Epoxidharze, sowie aus einer Gasphase (z.B. CVD) abgeschiedene organische und anorganische Substanzen. Zur mechanischen Verfestigung eines teilweisen oder des ganzen Volumens der losen Pulverschüttung können ferner optional flüssige Polymere oder aus der Gasphase (z.B. ALD) abgeschiedene organische und anorganische Substanzen verwendet werden, welche in die Zwischenräume zwischen den Partikeln eindringen und die Partikel an ihren Kontaktpunkten mechanisch verbinden können.
  • Im Folgenden wird Bezug genommen auf die Figuren 4a) und 4b), in denen schematische Ansichten eines Transmissionsgitters 400a gezeigt sind, die ein auf der Rückseite rückgedünntes Substrat 410a aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel können optional die zwischen den Kavitäten befindlichen Substratstege ganz oder teilweise entfernt werden.
  • Fig. 4a) zeigt ein Transmissionsgitter 400a mit einem gedünnten Substrat 410a sowie mit einer Gitterstruktur 420a mit ersten und zweiten Gitterabschnitten 422a, 424a. Die ersten Gitterabschnitte 422a sind in Form einer Vielzahl von Partikeln 430a ausgestaltet, wie es beispielsweise zuvor unter Bezugnahme auf Figur 3b) beschrieben wurde. In anderen Worten zeigt Figur 4a) ein Transmissionsgitter 400a nach einem Rückdünnen bzw. teilweisen Entfernen des verbleibenden rückseitigen Substrats.
  • Figur 4b) zeigt das Transmissionsgitter 400b nach dem Ausführen eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes. Hierbei können die, zwischen den (teil-)verfestigten Partikeln befindlichen, Stege aus Substratmaterial, d.h. die zweiten Gitterabschnitte 424b, teilweise entfernt werden. Die Stege aus Substratmaterial können ganz oder teilweise entfernt werden. Außerdem können die Stege aus Substratmaterial sowohl von einer, als auch von beiden Seiten des Transmissionsgitters her entfernt werden.
  • In anderen Worten zeigen die Figuren 4a) und 4b) denkbare Ausführungsbeispiele, in denen nach der Verfestigung des losen, trockenen Pulvers zunächst das verbleibende Substrat auf der Rückseite gedünnt bzw. teilweise entfernt wird (Fig. 4a)) und danach optional die dazwischenliegenden Stege, z.B. mittels eines geeigneten Ätzprozesses, ganz oder teilweise von einer oder beiden Seiten entfernt werden (siehe Fig. 4b)). Das Rückdünnen des Substrats ist optional, es erleichtert jedoch ein Entfernen der Stege von der Rückseite her.
  • Durch die in Figur 4b) gezeigte Ausführungsform lässt sich der Kontrast zwischen den röntgenabsorbierenden und den weniger röntgenabsorbierenden Linien des Gitters erhöhen. Darüber hinaus erlaubt das (teilweise) Entfernen der Substratstege das mechanische Biegen des Gitters, z.B. auf einen definierten Radius. Die durch das Entfernen des Substratmaterials entstehenden Zwischenräume können, z.B. zur Erhöhung der mechanischen Stabilität, optional mit einer geeigneten Vergussmasse mit niedriger Röntgenabsorption (z.B. Epoxidharz, PDMS oder anderer Polymere) aufgefüllt werden.
  • Ein spezifischer Lösungsweg gemäß Ausführungsbeispielen für die Herstellung von Röntgentransmissionsgittern kann beispielsweise beinhalten, dass zuerst Kavitäten mit einer gewünschten Gitterperiode in einem Substrat erzeugt werden, z.B. mittels eines geeigneten Hochratenätzprozesses. In einem weiteren Schritt kann ein Röntgenabsorberpulver (als Beispiel für ein loses Pulver), wie z.B. Wolfram- oder Bismuthpulver, trocken in die Kavitäten eingebracht werden. Dies kann z.B. erfolgen, indem in einer speziellen Vorrichtung das trockene Pulver, z.B. zusammen mit Gummikugeln, auf die Substratoberfläche dosiert wird, wobei die Partikel, optional durch Überlagerung einer niederfrequenten Schwingung mit Ultraschall, in die Kavitäten transportiert und verdichtet werden können.
  • Figur 5 zeigt ein mittels des hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes Transmissionsgitter 500. Das Transmissionsgitter 500 ist hier beispielhaft mit Wolframpartikeln 530 befüllt. Die wenigen auf den Siliziumstegen 514 verbleibenden Wolframpartikel (kleine Punkte) stören die Funktion des Transmissionsgitters 500 nicht. Größere Ansammlungen von Wolframpartikeln 530 können hingegen durchaus störend sein. Zur Vermeidung solcher größerer Ansammlungen kann bspw., wie zuvor erläutert, bei der Herstellung des Transmissionsgitters 500 z. B. eine Opferschicht genutzt werden, welche vor dem Erzeugen der Kavitäten aufgebracht und strukturiert werden kann, so dass vor dem Einbringen der Partikel 530 die Oberflächen des Substrats einschließlich der Substratstege 514 ganz oder teilweise von der Opferschicht bedeckt sind. Nach dem Erzeugen der absorbierenden Gitterlinien im Substrat kann die Opferschicht durch einen geeigneten Ätzprozess selektiv zu allen anderen anwesenden Materialien entfernt werden. Dabei können auch entsprechend überbleibende unerwünschte Partikelansammlungen beseitigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Oberfläche des Transmissionsgitters nach dem Aufbringen einer Deckschicht geschliffen und/oder poliert werden, um absorbierende Partikel 530 außerhalb der röntgenabsorbierenden Gitterlinien von der Substratoberfläche zu entfernen.
  • In einem optionalen weiteren Verfahrensschritt kann die Oberfläche des Substrats, z.B. durch Rakeln, von überschüssigem Pulver befreit werden. Wie weiter oben erwähnt, kann das lose Pulver optional mittels eines Beschichtungsprozesses ganz oder teilweise verfestigt werden. Dies kann beispielsweise unter Anwendung eines ALD-Prozesses mit z.B. Al2O3 erfolgen, wodurch das zuvor lose, trockene Pulver zu festen porösen Mikrostrukturen verfestigt werden kann. Prinzipiell eignen sich darüber hinaus alle mittels Atomlagenabscheidung (ALD) abscheidbaren mechanisch stabilen Schichten, wie beispielsweise Metalle, Metalloxide und -nitride sowie Polymere und Kombinationen davon. In anderen Worten können Ausführungsbeispiele beliebige derartige Materialien als Beschichtungsmaterial umfassen.
  • Nachfolgend zeigen die Figuren 6a) bis 6h) jeweils schematische Ansichten einzelner Verfahrensschritte zum Herstellen von erfindungsgemäßen Transmissionsgittern inklusive zugehöriger Zwischenprodukte.
  • Figur 6a) zeigt ein Substrat 610, welches als Ausgangsprodukt für ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren dienen kann. Das Substrat 610 kann Silizium, Glas, Saphir, Keramik und/oder Polymere aufweisen oder aus einem solchen Material bestehen.
  • Figur 6b) zeigt einen Prozessschritt zum Erzeugen einer Gitterstruktur 601 in oder auf dem Substrat 610. In diesem nicht-limitierenden Beispiel kann die Gitterstruktur 601 erzeugt werden, indem eine Vielzahl von Kavitäten 612 in eine erste Hauptseite 611 des Substrats 610 strukturiert wird. Dies kann beispielsweise mittels Ätzen, z.B. unter Anwendung eines Hochratenätzprozesses (z.B. reaktives lonentiefenätzen), ausgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich können lithographische Prozesse, z.B. unter Verwendung von Fotolacken, zum Einsatz kommen. Die Kavitäten 612 können ein Aspektverhältnis, bezüglich Breite / Tiefe, von zumindest 1:9 oder zumindest 1:5 aufweisen.
  • Zwischen den Kavitäten 612 können jeweils Stege 614 bestehen bleiben. Sofern die Kavitäten 612, wie zuvor beschrieben, direkt in das Substrat 610 strukturiert werden, so können die Stege 614 dementsprechend aus Substratmaterial gebildet sein, welches beim Erzeugen der Kavitäten 612 stehengeblieben ist. In alternativen Ausführungsformen können diese verbliebenen Substratstege 614 ganz oder teilweise entfernt werden, und anschließend optional ganz oder teilweise mit einem Füllstoff aufgefüllt werden. In diesem Fall würden die zwischen den Kavitäten 612 angeordneten Stege 614 ganz oder teilweise ebenjenen Füllstoff beinhalten.
  • Die Kavitäten 612 werden vorzugsweise derart erzeugt, dass sie periodisch in dem Substratmaterial angeordnet sind. Das heißt, es kann eine Vielzahl von Kavitäten 612 erzeugt werden, die alle im gleichen Abstand zueinander angeordnet sind. Die Gitterstruktur 601 kann beispielsweise eine Gitterperiode von weniger als 50 µm aufweisen. Eine Dicke der Kavitäten 612 kann zumindest 100 µm oder mehr betragen, wodurch eine besonders gute Absorption von Röntgenstrahlung erreicht werden kann. Die Dicke bemisst sich dabei in Einfallrichtung der abzuhaltenden Röntgenstrahlung.
  • Figur 6c) zeigt einen weiteren Prozessschritt, in dem die Kavitäten 612 mit Partikeln 630 in Form von losem, trockenen Pulver verfüllt werden können. Die Kavitäten 612 können hierbei ganz oder teilweise verfüllt werden. Hierfür kann das trockene, lose Partikelpulver 630 auf einer, den Öffnungen der Kavitäten 612 zugewandten, Oberfläche des Substrats 610, bzw. auf der ersten Hauptseite 611 des Substrats 610, aufgeschüttet werden. Anschließend können Schwingungen eines ersten Frequenzbereichs (z.B. 25 Hz bis 150 Hz) mit Schwingungen eines zweiten Frequenzbereichs (z.B. 10 kHz bis 100 kHz) überlagert werden, um die trockenen, losen Partikel 630 in die Kavitäten 612 zu befördern und optional zu verdichten.
  • Anschließend können überschüssige lose Partikel 630, die sich beispielsweise noch außerhalb der Kavitäten 612 befinden können, entfernt werden, sodass die befüllten Kavitäten 612 mit der Substratoberfläche zumindest näherungsweise fluchten.
  • Optional können zusammen mit dem trockenen, losen Partikelpulver 630 kugelförmige Elemente (z.B. Gummikugeln) auf die Substratoberfläche aufgebracht werden, wobei die kugelförmigen Elemente einen Durchmesser aufweisen können, der mindestens dreifach größer ist als eine maximale Breite oder ein maximaler Durchmesser einer jeweiligen Kavität 612. Mittels der kugelförmigen Elemente können gegebenenfalls gebildete Agglomerate der losen, trockenen Partikel 630 aufgebrochen werden. Dies kann insbesondere mittels obig erläuterter Schwingungen durchgeführt werden, sodass die kugelförmigen Elemente sich bewegen und dadurch Inhomogenitäten des losen, trockenen Pulvers 630 in den Kavitäten 612 beseitigen. Anschließend werden die kugelförmigen Elemente wieder entfernt. Alternativ oder zusätzlich können die auf der Substratoberfläche befindlichen überschüssigen, losen Partikel 630 mittels Rakeln entfernt werden.
  • Ganz allgemein können durch eine Verwendung von überlagerten Schwingungen und/oder kugelförmigen Elementen, aber auch ohne Anwendung solcher optionalen Schritte, erste Gitterabschnitte gebildet werden, die eine weitestgehend gasblasenfreie und homogene Verteilung von Partikeln 630 aufweisen.
  • Die Partikel 630 können dabei, wie zuvor erläutert, zumindest eines der Materialien Wolfram, Bismuth, und/oder Gold aufweisen oder aus einem dieser Materialien, in diesem Herstellungsschritt in Pulverform, bestehen.
  • Unter Bezugnahme auf Figur 6c) kann also bis hierhin festgehalten werden, dass das Transmissionsgitter 600 ein Substrat 610 und eine Gitterstruktur 601 aufweist. Die Gitterstruktur 601 wiederum weist eine Vielzahl von abwechselnd angeordneten ersten und zweiten Gitterabschnitten 621, 622 auf. Die ersten Gitterabschnitte 621 weisen eine höhere Absorption für Röntgenstrahlung auf als die zweiten Gitterabschnitte 622. Die ersten Gitterabschnitte 621 können in Form von mit Partikeln 630 gefüllten Kavitäten 612 ausgestaltet sein. Die zweiten Gitterabschnitte 624 können in Form von, zwischen den Kavitäten 612 angeordneten, Stegen 614 ausgestaltet sein. Die Stege 614 können Substratmaterial und/oder einen Füllstoff aufweisen.
  • In den Figuren 6a) bis 6h) sind rein beispielhaft lediglich zwei Kavitäten 612 und drei Stege 614 gezeigt. Das erfindungsgemäße Transmissionsgitter 600 kann aber deutlich mehr Kavitäten 612 und Stege 614, bzw. deutlich mehr abwechselnd angeordnete erste und zweite Gitterabschnitte 621, 622, aufweisen. Die ersten Gitterabschnitte 621, die bis zu dem in Figur 6c) gezeigten Verfahrensschritt mittels eines trockenen Partikelpulvers 630 gebildet sind, können in optionalen weiteren Verfahrensschritten beschichtet und verfestigt werden, und/oder mittels einer Abdeckschicht in den Kavitäten 612 eingeschlossen werden. Dies soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 6d) und 6e) erläutert werden.
  • Die Figuren 6d) bis 6f) zeigen optionale weitere Verfahrensschritte, mit welchen eine Deckschicht 640 auf die erste Hauptseite 611, bzw. auf die Gitterstruktur 601 umfassend die ersten und zweiten Gitterabschnitte 621, 622, aufgebracht werden kann. Die Deckschicht 640 kann beispielsweise in Form einer Polymerfolie, einer aushärtbaren Polymerschicht, oder in Form von aus der Gasphase (z.B. mittels CVD oder ALD) abgeschiedenen organischen oder anorganischen Substanzen aufgebracht werden. Mittels der Deckschicht 640 können die Partikel 630 in den Kavitäten 612 eingeschlossen werden.
  • Wie in Figur 6d) gezeigt ist, kann die Deckschicht 640 die Gitterstruktur 601 komplett überspannen. Die Deckschicht 640 kann hierbei auf den ersten und zweiten Gitterabschnitten 621, 622 obenauf liegen. Dies wäre beispielsweise bei Polymerfolien der Fall.
  • Sofern die Deckschicht 640 aber beispielsweise mittels eines Beschichtungsverfahrens aufgebracht wird, so kann das verwendete Beschichtungsmaterial, z.B. ein flüssiges Polymer, teilweise in die Kavitäten 612 eindringen, wie dies beispielhaft in Figur 6e) gezeigt ist. Es wäre auch vorstellbar, dass das Beschichtungsmaterial der Deckschicht 640 vollständig in die Kavitäten 612 eindringt, wie es beispielhaft in Figur 6f) dargestellt ist. Das Beschichtungsmaterial kann die in den Kavitäten 612 befindlichen Partikel 630 durchsetzen und dabei als eine Beschichtung für die Partikel 630 wirken.
  • Somit kann das in den Kavitäten 612 befindliche Partikelpulver 630 mittels der Deckschicht 640, bzw. mittels dem dabei verwendeten Beschichtungsmaterial, teilverfestigt oder vollständig verfestigt werden. Bei einer Teilverfestigung (Figur 6e)) können die Partikel 630 poröse Körper 632d bilden, die im Bereich der ersten Hauptseite 611 des Substrats in den Kavitäten 612 angeordnet sind. Darunterliegende unbeschichtet gebliebene lose Partikel 634 können in den Kavitäten 612 eingeschlossen werden. Im Ergebnis ergibt sich ein Transmissionsgitter 601 mit einer Deckschicht 640, die die ersten und zweiten Gitterabschnitte 621, 622 bedeckt, wobei die ersten Gitterabschnitte 621 teilverfestigtes Partikelpulver 630 aufweisen.
  • Im Falle einer vollständigen Durchdringung (Figur 6f)) des Partikelpulvers 630 mit dem Beschichtungsmaterial, kann das gesamte Partikelpulver 630 verfestigt werden, sodass weitestgehend alle Partikel mittels der Beschichtung zu festen porösen Körpern 632d verfestigt sind. Im Ergebnis ergibt sich ein Transmissionsgitter 601 mit einer Deckschicht 640, die die ersten und zweiten Gitterabschnitte 621, 622 bedeckt, wobei die ersten Gitterabschnitte 621 vollständig verfestigtes Partikelpulver 630, bzw. feste poröse Strukturkörper 632d, aufweisen.
  • Alternativ dazu kann das trockene Partikelpulver 630, wie es beispielhaft in den Figuren 6g) und 6h) gezeigt ist, auch unabhängig von einer Deckschicht 640, mittels einer Beschichtung 650 teilverfestigt oder vollständig verfestigt werden. Hierfür kann beispielsweise ein Beschichtungsverfahren verwendet werden, wobei das Partikelpulver 630 mittels des dabei verwendeten Beschichtungsmaterials zu festen porösen Körpern 632e verfestigt werden kann. Zur mechanischen Verbindung bzw. Verfestigung der zunächst losen, trockenen Pulverschüttung 630, können beispielsweise flüssige Polymere oder aus der Gasphase (z.B. mittels ALD/CVD) abgeschiedene organische oder anorganische Substanzen verwendet werden. Diese dringen in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Partikeln ein und verbinden die Partikel an deren jeweiligen Kontaktpunkten miteinander.
  • Zusammenfassend können also die ersten Gitterabschnitte 621 der Gitterstruktur 601 mittels in den Kavitäten 612 befindlichen Partikeln gebildet werden, die entweder nur in Form eines losen, trocken Pulvers 630 vorliegen, und optional mit einer Deckschicht 640 in den Kavitäten 612 eingeschlossen sein können, um sie gegen ein Herausfallen zu sichern. Alternativ oder zusätzlich kann das Partikelpulver 630 teilverfestigt sein, wobei eine Mischung aus festen porösen Körpern 632d, 632e und unverfestigtem, d.h. losem, trockenen Pulver 630 vorliegt, wobei diese Mischung die ersten Gitterabschnitte 621 bildet. Auch hier kann optional eine Deckschicht 640 vorhanden sein. Alternativ kann das Partikelpulver 630 vollständig verfestigt sein, wobei feste poröse Körper 632d, 632e vorliegen, die dann wiederum die ersten Gitterabschnitte 621 bilden. Auch hier kann optional eine Deckschicht 640 vorhanden sein.
  • In den oben beschriebenen Verfahrensschritten wurden die ersten Gitterabschnitte 621 erzeugt, indem Kavitäten 612 in das Substrat 610 strukturiert wurden, die anschließend mit trockenem Partikelpulver 630 gefüllt wurden, wobei das Partikelpulver 630 (teil-)verfestigt wurde. Die zweiten Gitterabschnitte 622 lagen dabei in Form von Stegen 614 aus Substratmaterial vor, das während der Strukturierung des Substrats bestehen geblieben ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann optionale weitere Verfahrensschritte aufweisen. Beispielsweise können die Stege 614 aus Substratmaterial ganz oder teilweise entfernt werden. Die entfernten Bereiche können dann, ebenfalls ganz oder teilweise, mit einem Füllstoff aufgefüllt werden. In diesem Falle werden Stege 614 aus Füllstoff erzeugt.
  • Die Figuren 7a) bis 7t) zeigen unterschiedliche Möglichkeiten, wie mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Transmissionsgitter 700 mit ersten und zweiten Gitterabschnitten 721, 722 erzeugt werden kann. In allen Figuren 7a) bis 7t) sind Transmissionsgitter mit 700, erste Gitterabschnitte mit 721, zweite Gitterabschnitte mit 722, Substrate mit 710, Stege mit 714, Partikel mit 730, Deckschichten mit 740 und Füllstoffe, bzw. Vergussstoffe, mit 750 bezeichnet. Im Vergleich zu den Figuren 6a) bis 6h) sind die die Partikel 730 hier vereinfacht dargestellt. Die Partikel 730 können jedoch auch hier in Form von losem, trockenem Pulvern oder in Form von festen porösen Körpern vorliegen, die aus mittels einer Beschichtung teilverfestigten oder vollständig verfestigten, Partikeln erzeugt werden können.
  • Fig. 7a) zeigt zunächst eine Ausführungsform, wie sie zuvor unter Bezugnahme auf die Figuren 6d) bis 6f) beschrieben wurde. Optional kann das Substrat 710 von einer Rückseite her gedünnt werden (Figur 7b)). Ferner können optional die, zwischen den ersten Gitterabschnitten 721 angeordneten, Stege 714 aus Substratmaterial, zumindest teilweise entfernt werden (Figur 7c)). Alternativ dazu können die Stege 714 auch ganz entfernt werden, siehe Fig. 7 d). Das Entfernen der Stege 714 kann, wie in den Figuren exemplarisch gezeigt ist, von einer Rückseite her geschehen. Alternativ oder zusätzlich können die Stege 714 aber auch von einer Vorderseite des Substrats 710 her ganz oder teilweise entfernt werden. In diesen Fällen können die zweiten Gitterabschnitte 722 in Form von Luftspalten zwischen den ersten Gitterabschnitten 721 (z.B. (teil-verfestigte) Partikel) gebildet sein.
  • Wie in den Figuren 7e) und 7f) gezeigt ist, können die entfernten Substratbereiche optional wieder mittels eines Füllstoffs 750, z.B. mit einer Vergussmasse, ganz oder teilweise aufgefüllt werden. In diesem Fall können die zweiten Gitterabschnitte 722 in Form von Stegen 714 aus Füllmaterial und/oder Substratmaterial zwischen den ersten Gitterabschnitten 721 (z.B. (teil-verfestigte) Partikel) gebildet sein.
  • Figur 7g) zeigt eine Ausführungsform ohne Abdeckschicht. Auch hier kann das Substrat 710 optional von einer Rückseite her gedünnt werden (Figur 7h)). Ferner können Stege 714 aus Substratmaterial, von einer oder beiden Substratseiten her, ganz (Figur 7j)) oder teilweise (Figur 7i)) entfernt werden. In beiden Fällen kann auch wiederum das Substrat 710 rückseitig gedünnt werden (Figur 7k)). Optional kann die Entfernung der Stege 714 aus Substratmaterial auch von der Rückseite des Substrats 710 her, d.h. gegenüberliegend zur ersten Hauptseite 711, ausgeführt werden (Figur 7l)). Ferner alternativ kann die Entfernung der Stege 714 aus Substratmaterial auch ausgehend von beiden Seiten des Substrats 710 erfolgen, wobei aufgrund einer unvollständigen Entfernung optional ein Abschnitt 715 aus Substratmaterial bestehen bleiben kann (Figuren 7m) und 7n)).
  • Auch in diesen Fällen kann entferntes Substratmaterial wiederum mittels eines Füllstoffs 750 aufgefüllt werden (Figuren 7o) bis 7t)). Je nachdem, ob die Bereiche entfernten Substratmaterials ganz oder teilweise mit dem Füllstoff 750 aufgefüllt sind, können die zweiten Gitterabschnitte 722 den Füllstoff 750 und/oder Substratmaterial aufweisen. In allen Fällen, in denen Füllstoff 750 verwendet wird, kann dieser Füllstoff 750 eine geringere Absorption für Röntgenstrahlung aufweisen als die Partikel 730.
  • Wie in den Figuren 7a) bis 7t) außerdem ersichtlich ist, können die ersten Gitterabschnitte 721, die mittels der Partikel 730 gebildet sind, auch nur teilweise in einer Kavität im Substrat 710 angeordnet sein. Die Kavitäten können dabei mittels Substratmaterial gebildet sein, oder auch mittels des Füllstoffs 750, wobei die ersten Gitterabschnitte 721 somit teilweise in Kavitäten, gebildet mittels Substratmaterial, und teilweise in Kavitäten, gebildet mittels Füllstoff 750, angeordnet sein können.
  • Wie in den Figuren 7a) bis 7t) außerdem ersichtlich ist, können die zweiten Gitterabschnitte 721 mittels Substratmaterial, mittels Substratmaterial und Füllstoff 750, oder nur mittels Füllstoff 750 gebildet sein, sodass diese jeweils abwechselnd mit den ersten Gitterabschnitten 721 zur Bildung des Transmissionsgitters 700 angeordnet sind.
  • An dieser Stelle sei nochmal darauf hingewiesen, dass Ausführungsbeispiele also ganz allgemein eine besonders kostengünstige Herstellung gegenüber bestehenden Verfahren schaffen. Ferner kann optional eine besonders homogene Verfüllung, insbesondere durch Vermeidung von Gasblaseneinschlüssen, erreicht werden. Darüber hinaus ist eine hohe Materialvielfalt verwendbar, insbesondere Wolfram als besonders vorteilhaftes Absorbermaterial.
  • Wie zuvor ausführlich erläutert wurde, ermöglichen Ausführungsbeispiele eine trockene Einfüllung von trockenen, losen Partikeln in Kavitäten, sodass Gasblaseneinschlüsse, wie z.B. im Zuge von Nassverfüllung, vermieden werden können. Damit können besonders homogene Strukturen erzeugt werden.
  • Neben der hohen Flexibilität in der Materialwahl ermöglichen Ausführungsbeispiele ferner die Realisierung sehr geringer Prozesszeiten. Außerdem können hohe Aspektverhältnisse (z.B. der Kavitäten und damit der ersten Gitterabschnitte) ermöglicht werden. Es können insbesondere Absorbermaterialien unabhängig, oder im Wesentlichen unabhängig, von ihrem Schmelzpunkt (z.B. bezüglich eines Schmelzpunkts des Substratmaterials) verwendet werden. Die erfindungsgemäße Verwendung von Beschichtungsprozessen ermöglicht insbesondere eine bezüglich thermischer Belastung "schonende" Prozessierung (z.B. mittels Durchführung der Beschichtung bei moderaten Temperaturen) des Transmissionsgitters, sodass auch thermisch empfindliche Materialien verwendet werden können.
  • Außerdem kann gemäß Ausführungsbeispielen auf eine galvanische Abscheidung verzichtet werden. Somit können Ausführungsbeispiele, wie zuvor erläutert, insbesondere Partikel aus Wolfram aufweisen.
  • Die erfindungsgemäßen Transmissionsgitter können beispielsweise in der Dunkelfeld-Radiografie (z.B. zerstörungsfreie Analyse, klinische Anwendung) und/oder in der Dunkelfeld-Computertomografie (z.B. zerstörungsfreie Analyse, klinische Anwendung) zur Anwendung kommen.
  • Alle hierin aufgeführten Aufzählungen der Materialien, Umwelteinflüsse, elektrischen Eigenschaften und optischen Eigenschaften sind als beispielhaft und nicht als abschließend anzusehen.
  • Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung nochmals zusammengefasst:
    Ein erstes Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Transmissionsgitters (100, 300a,b, 400a,b) für Röntgenstrahlung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Substrats (110, 210, 310a,b, 41 0a,b, 610, 710) und Erzeugen einer Gitterstruktur (120, 320a,b, 420a,b) mittels Strukturieren einer Vielzahl periodisch angeordneter Kavitäten (112, 212, 612) in einer ersten Hauptseite des Substrats, wobei zwischen den Kavitäten jeweils einzelne Stege (114, 514, 614) aus Substratmaterial bestehen bleiben; Verfüllen der Kavitäten mit Partikeln (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) in Form von losem, trockenem Pulver; wobei das Substrat eine geringere Absorption für Röntgenstrahlung aufweist als die in den Kavitäten befindlichen Partikel.
  • Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ferner auf: zumindest teilweises Verfestigen der innerhalb der Kavitäten (112, 212, 612) befindlichen Partikel, unter Anwendung eines Beschichtungsprozesses, um zumindest einen Teil der Partikel (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) in Form einer Vielzahl von verfestigten porösen Körpern (632 d,e) mit, im Vergleich zum Substrat (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710), höherer Röntgenstrahlungsabsorption bereitzustellen.
  • Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel werden bei dem Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die in den einzelnen Kavitäten (112, 212, 612) befindlichen Partikel jeweils vollständig mittels des Beschichtungsprozesses zu porösen Körpern (632 d,e) verfestigt.
  • Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel wird bei dem Verfahren gemäß dem zweiten oder dem dritten Ausführungsbeispiel der Beschichtungsprozess unter Verwendung eines flüssigen Polymers durchgeführt wird; und/oder der Beschichtungsprozess weist ein Abscheiden von organischen oder anorganischen Substanzen aus einer Gasphase, z.B. mittels einer chemischen Gasphasenabscheidung oder z.B. mittels einer Atomlagenabscheidung, auf.
  • Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel weist das Verfahren gemäß einem der vorigen Ausführungsbeispiele ferner auf: Aufbringen einer Deckschicht (340a, 640, 740) auf die erste Hauptseite des Substrats, um die in den Kavitäten (112, 212, 612) befindlichen Partikel (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) darin einzuschließen.
  • Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel weist bei dem Verfahren gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel das Aufbringen der Deckschicht (340a, 640, 740) mindestens einen der folgenden Schritte auf:
    • Aufbringen einer mechanisch stabilen Folie, z B. einer Polymerfolie oder einer Metallfolie,
    • Aufbringen einer Polymerschicht, und/oder
    • Aufbringen von aus der Gasphase abgeschiedenen organischen oder anorganischen Substanzen, z.B. mittels chemischer und/oder physikalischer Gasphasenabscheidung oder z.B. mittels Atomlagenabscheidung.
  • Gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren gemäß einem der vorigen Ausführungsbeispiele ferner auf: Rückdünnen einer, der ersten Hauptseite des Substrats gegenüberliegenden, zweiten Hauptseite des Substrats (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710).
  • Gemäß einem achten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren gemäß einem der vorigen Ausführungsbeispiele ferner auf: zumindest teilweises Entfernen von einem oder mehreren der verbliebenen Stege (114, 514, 614) aus Substratmaterial.
  • Gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel werden beim dem Verfahren gemäß dem achten Ausführungsbeispiel die Stege (114, 514, 614) ausgehend von der ersten Hauptseite zumindest teilweise entfernt, und/oder die Stege werden ausgehend von einer, der ersten Hauptseite gegenüberliegenden, zweiten Hauptseite des Substrats (110, 210, 310a,b, 41 0a,b, 610, 710) zumindest teilweise entfernt.
  • Gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren gemäß dem achten oder neunten Ausführungsbeispiel ferner auf: zumindest teilweises Befüllen der Bereiche in denen die Stege (114, 514, 614), oder Teile der Stege, aus Substratmaterial entfernt wurden mit einem Füllstoff (750); wobei der Füllstoff eine geringere Absorption für Röntgenstrahlung aufweist als die Partikel (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730).
  • Gemäß einem elften Ausführungsbeispiel weist das Verfahren gemäß einem der vorigen Ausführungsbeispiele ferner auf: Aufbringen einer Opferschicht auf die erste Hauptseite des Substrats (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710), vor dem Erzeugen der Gitterstruktur (120, 320a,b, 420a,b); wobei das Strukturieren der Vielzahl periodisch angeordneter Kavitäten (112, 212, 612) in der ersten Hauptseite des Substrats (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) ein Strukturieren der Opferschicht umfasst, sodass die jeweils zwischen den Kavitäten (112, 212, 612) verbleibenden einzelnen Stege (114, 514, 614) von der Opferschicht bedeckt bleiben; und wobei das Verfahren ferner ein Entfernen der Opferschicht nach dem Verfüllen der Kavitäten (112, 212, 612) mit den Partikeln (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) aufweist.
  • Ein zwölftes Ausführungsbeispiel umfasst ein mikrostrukturiertes Transmissionsgitter (100, 300a,b, 400a,b) für Röntgenstrahlung, wobei das Transmissionsgitter die folgenden Merkmale aufweist: ein Substrat (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) mit einer Gitterstruktur (120, 320a,b, 420a,b), wobei die Gitterstruktur mehrere abwechselnd angeordnete erste und zweite Gitterabschnitte aufweist; wobei die ersten Gitterabschnitte (122, 322a,b, 422a,b) eine Vielzahl von Partikeln (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) aufweisen, die in Form von losem, trockenem Pulver und/oder in Form von mittels einer Beschichtung verfestigten Partikeln vorliegen; und wobei die ersten Gitterabschnitte eine höhere Absorption für Röntgenstrahlung aufweisen als die zweiten Gitterabschnitte, um so das mikrostrukturierte Transmissionsgitter für die Röntgenstrahlung zu bilden.
  • Gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel weist bei dem Transmissionsgitter gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel das Substrat (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) eine Vielzahl periodisch angeordneter Kavitäten (112, 212, 612) auf; und die jeweiligen Kavitäten bilden die ersten Gitterabschnitte (122, 322a,b, 422a,b).
  • Gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel weist bei dem Transmissionsgitter gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel eine jeweilige Kavität (112, 212, 612) ein Aspektverhältnis, bezüglich Breite zu Tiefe, von zumindest 1:9 oder von zumindest 1:5 auf.
  • Gemäß einem fünfzehnten Ausführungsbeispiel liegen bei dem Transmissionsgitter gemäß dem dreizehnten oder vierzehnten Ausführungsbeispiel die Partikel (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) sowohl in Form von losem, trockenem Pulver, als auch in Form von mittels einer Beschichtung zu porösen Körpern (632 d,e) verfestigten Partikeln vor; und das lose, trockene Pulver ist jeweils zwischen den verfestigten Partikeln und dem Substrat (110, 210, 310a,b, 41 0a,b, 610, 710) in den Kavitäten (112, 212, 612) eingeschlossen.
  • Gemäß einem sechzehnten Ausführungsbeispiel liegen bei dem Transmissionsgitter gemäß dem zwölften, dreizehnten oder vierzehnten Ausführungsbeispiel die Partikel (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) in Form von mittels einer Beschichtung vollständig zu porösen Körpern (632 d,e) verfestigten Partikeln vor, wobei die porösen Körper jeweils die ersten Gitterabschnitte (122, 322a,b, 422a,b) bilden.
  • Gemäß einem siebzehnten Ausführungsbeispiel weisen bei dem Transmissionsgitter gemäß dem fünfzehnten oder sechzehnten Ausführungsbeispiel die ersten Gitterabschnitte (122, 322a,b, 422a,b) eine fehlstellenfreie Verteilung von Partikeln (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) auf, wobei Fehlstellen Hohlräume sind, die um ein Mehrfaches größer sind, als eine mittlere Porengröße der porösen Körper (632 d,e).
  • Gemäß einem achtzehnten Ausführungsbeispiel weisen bei dem Transmissionsgitter gemäß einem des zwölften bis siebzehnten Ausführungsbeispiels die zweiten Gitterabschnitte Substratmaterial und/oder ein vom Substrat (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) unterschiedliches Material auf, wobei das vom Substrat (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) unterschiedliche Material in Form eines Füllstoffs (750) mit einer, im Vergleich zu den ersten Gitterabschnitten (122, 322a,b, 422a,b), geringeren Röntgenabsorption ausgestaltet ist.
  • Gemäß einem neunzehnten Ausführungsbeispiel weist das Transmissionsgitter gemäß einem des zwölften bis achtzehnten Ausführungsbeispiels ferner auf: eine auf der Gitterstruktur (120, 320a,b, 420a,b) angeordnete Deckschicht (340a, 640, 740), um die Partikel (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) in den ersten Gitterabschnitten (122, 322a,b, 422a,b) einzuschließen.
  • Gemäß einem zwanzigsten Ausführungsbeispiel beträgt bei dem Transmissionsgitter gemäß einem des zwölften bis neunzehnten Ausführungsbeispiels eine Gitterperiode der Gitterstruktur (120, 320a,b, 420a,b) weniger als 50 µm.
  • Gemäß einem einundzwanzigsten Ausführungsbeispiel weisen bei dem Transmissionsgitter gemäß einem des zwölften bis zwanzigsten Ausführungsbeispiels die ersten Gitterabschnitte (122, 322a,b, 422a,b) jeweils eine in Einfallrichtung der Röntgenstrahlung zu bemessende Dicke von zumindest 100 µm auf.
  • Gemäß einem zweiundzwanzigsten Ausführungsbeispiel beinhalten bei dem Transmissionsgitter gemäß einem des zwölften bis einundzwanzigsten Ausführungsbeispiels die Partikel (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) Wolfram oder bestehen aus Wolfram.
  • Gemäß einem dreiundzwanzigsten Ausführungsbeispiel weist bei dem Transmissionsgitter gemäß einem des zwölften bis zweiundzwanzigsten Ausführungsbeispiels das Substrat (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) mindestens eines der folgenden Materialien auf oder besteht aus mindestens einem dieser Materialien: Silizium, Glas, Saphir, Keramik, oder Polymere.
    • Referenzen
    1. [1] C. Kostmann, T. Lisec, M. Bodduluri, and 0. Andersen, "Automated Filling of Dry Micron-Sized Particles into Micro Mold Pattern within Planar Substrates for the Fabrication of Powder-Based 3D Microstructures," Micromachines, vol. 12, no. 10, p. 1176, 2021, doi: 10.3390/mi12101176.
    2. [2] T. Lisec, 0. Behrmann, and B. Gojdka, "PowderMEMS-A Generic Microfabrication Technology for Integrated Three-Dimensional Functional Microstructures," Micromachines, vol. 13, no. 3, p. 398, 2022, doi:10.3390/mi 13030398.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Transmissionsgitters (100, 300a,b, 400a,b) für Röntgenstrahlung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
    Bereitstellen eines Substrats (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) und Erzeugen einer Gitterstruktur (120, 320a,b, 420a,b) mittels Strukturieren einer Vielzahl periodisch angeordneter Kavitäten (112, 212, 612) in einer ersten Hauptseite des Substrats, wobei zwischen den Kavitäten jeweils einzelne Stege (114, 514, 614) aus Substratmaterial bestehen bleiben;
    Verfüllen der Kavitäten mit Partikeln (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) in Form von losem, trockenem Pulver;
    wobei das Substrat eine geringere Absorption für Röntgenstrahlung aufweist als die in den Kavitäten befindlichen Partikel.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend:
    zumindest teilweises Verfestigen der innerhalb der Kavitäten (112, 212, 612) befindlichen Partikel, unter Anwendung eines Beschichtungsprozesses, um zumindest einen Teil der Partikel (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) in Form einer Vielzahl von verfestigten porösen Körpern (632 d,e) mit, im Vergleich zum Substrat (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710), höherer Röntgenstrahlungsabsorption bereitzustellen.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2,
    wobei der Beschichtungsprozess unter Verwendung eines flüssigen Polymers durchgeführt wird; und/oder
    wobei der Beschichtungsprozess ein Abscheiden von organischen oder anorganischen Substanzen aus einer Gasphase, z.B. mittels einer chemischen Gasphasenabscheidung oder z.B. mittels einer Atomlagenabscheidung, aufweist.
  4. Verfahren gemäß einem der vorigen Ansprüche, ferner aufweisend:
    Rückdünnen einer, der ersten Hauptseite des Substrats gegenüberliegenden, zweiten Hauptseite des Substrats (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710).
  5. Verfahren gemäß einem der vorigen Ansprüche, ferner aufweisend:
    zumindest teilweises Entfernen von einem oder mehreren der verbliebenen Stege (114, 514, 614) aus Substratmaterial, und
    zumindest teilweises Befüllen der Bereiche in denen die Stege (114, 514, 614), oder Teile der Stege, aus Substratmaterial entfernt wurden mit einem Füllstoff (750);
    wobei der Füllstoff eine geringere Absorption für Röntgenstrahlung aufweist als die Partikel (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730).
  6. Verfahren gemäß einem der vorigen Ansprüche, ferner aufweisend:
    Aufbringen einer Opferschicht auf die erste Hauptseite des Substrats (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710), vor dem Erzeugen der Gitterstruktur (120, 320a,b, 420a,b);
    wobei das Strukturieren der Vielzahl periodisch angeordneter Kavitäten (112, 212, 612) in der ersten Hauptseite des Substrats (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) ein Strukturieren der Opferschicht umfasst, sodass die jeweils zwischen den Kavitäten (112, 212, 612) verbleibenden einzelnen Stege (114, 514, 614) von der Opferschicht bedeckt bleiben; und
    wobei das Verfahren ferner ein Entfernen der Opferschicht nach dem Verfüllen der Kavitäten (112, 212, 612) mit den Partikeln (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) aufweist.
  7. Mikrostrukturiertes Transmissionsgitter (100, 300a,b, 400a,b) für Röntgenstrahlung, wobei das Transmissionsgitter die folgenden Merkmale aufweist:
    ein Substrat (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) mit einer Gitterstruktur (120, 320a,b, 420a,b), wobei die Gitterstruktur mehrere abwechselnd angeordnete erste und zweite Gitterabschnitte aufweist;
    wobei die ersten Gitterabschnitte (122, 322a,b, 422a,b) eine Vielzahl von Partikeln (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) aufweisen, die in Form von losem, trockenem Pulver und/oder in Form von mittels einer Beschichtung verfestigten Partikeln vorliegen; und
    wobei die ersten Gitterabschnitte eine höhere Absorption für Röntgenstrahlung aufweisen als die zweiten Gitterabschnitte, um so das mikrostrukturierte Transmissionsgitter für die Röntgenstrahlung zu bilden.
  8. Transmissionsgitter (100, 300a,b, 400a,b) gemäß Anspruch 7,
    wobei das Substrat (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) eine Vielzahl periodisch angeordneter Kavitäten (112, 212, 612) aufweist; und
    wobei die jeweiligen Kavitäten die ersten Gitterabschnitte (122, 322a,b, 422a,b) bilden.
  9. Transmissionsgitter (100, 300a,b, 400a,b) gemäß Anspruch 8,
    wobei die Partikel (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) sowohl in Form von losem, trockenem Pulver, als auch in Form von mittels einer Beschichtung zu porösen Körpern (632 d,e) verfestigten Partikeln vorliegen; und
    wobei das lose, trockene Pulver jeweils zwischen den verfestigten Partikeln und dem Substrat (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) in den Kavitäten (112, 212, 612) eingeschlossen ist.
  10. Transmissionsgitter (100, 300a,b, 400a,b) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8,
    wobei die Partikel (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) in Form von mittels einer Beschichtung vollständig zu porösen Körpern (632 d,e) verfestigten Partikeln vorliegen, wobei die porösen Körper jeweils die ersten Gitterabschnitte (122, 322a,b, 422a,b) bilden.
  11. Transmissionsgitter (100, 300a,b, 400a,b) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10,
    wobei die ersten Gitterabschnitte (122, 322a,b, 422a,b) eine fehlstellenfreie Verteilung von Partikeln (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) aufweisen, wobei Fehlstellen Hohlräume sind, die um ein Mehrfaches größer sind, als eine mittlere Porengröße der porösen Körper (632 d,e).
  12. Transmissionsgitter (100, 300a,b, 400a,b) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11,
    wobei die zweiten Gitterabschnitte Substratmaterial und/oder ein vom Substrat (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) unterschiedliches Material aufweisen, wobei das vom Substrat (110, 210, 310a,b, 410a,b, 610, 710) unterschiedliche Material in Form eines Füllstoffs (750) mit einer, im Vergleich zu den ersten Gitterabschnitten (122, 322a,b, 422a,b), geringeren Röntgenabsorption ausgestaltet ist.
  13. Transmissionsgitter (100, 300a,b, 400a,b) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, ferner umfassend:
    eine auf der Gitterstruktur (120, 320a,b, 420a,b) angeordnete Deckschicht (340a, 640, 740), um die Partikel (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) in den ersten Gitterabschnitten (122, 322a,b, 422a,b) einzuschließen.
  14. Transmissionsgitter (100, 300a,b, 400a,b) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13,
    wobei eine Gitterperiode der Gitterstruktur (120, 320a,b, 420a,b) weniger als 50 µm beträgt; und/oder
    wobei die ersten Gitterabschnitte (122, 322a,b, 422a,b) jeweils eine in Einfallrichtung der Röntgenstrahlung zu bemessende Dicke von zumindest 100 µm aufweisen.
  15. Transmissionsgitter (100, 300a,b, 400a,b) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 14,
    wobei die Partikel (130, 230, 330a,b, 430a,b, 530, 630, 730) Wolfram beinhalten oder aus Wolfram bestehen.
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