DE3428717A1 - Roentgenstrahlkollimator und roentgenstrahlbelichtungsvorrichtung mit roentgenstrahlkollimator - Google Patents

Roentgenstrahlkollimator und roentgenstrahlbelichtungsvorrichtung mit roentgenstrahlkollimator

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Description

RöntgenstranLkoLLimator und Röntgenstrah lbeLichtungs· vorrichtung mit RöntgenstranLkoLIimator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kollimator zum Kollimieren von Röntgenstrahlen, insbesondere weichen Röntgenstrahlen, und auf eine mit einem solchen Kollimator versehene Röntgenstrah lbe Iichtungsvorrichtung.
Röntgenstrah Ikol I imatoren sind gebräuchlich auf dem Gebiet der Röntgenana lysatoren; seit einiger Zeit werden sie auch für Röntgenstrah lbe I ichtungsvorrichtungen benutzt, bei denen Röntgenstrahlen dazu gebraucht werden, um ein auf einer Schablone oder Gitterplatte ausgebildetes integriertes Schaltungsbild auf eine strahlungsempfindliche Schicht auf einem Substrat zu übertragen. Bei der Röntgenstrahlbe Iichtungsvorrichtung wird die Schablone oder Gitterplatte (im folgenden einfach "Schablone" genannt) mit der auf ihr ausgebildeten Struk·
G/28
«■•.Λ —
tür mit divergierenden weichen Röntgenstrahlen derart
bestrahlt, daß die Bildübertragung auf die empfindliche Schicht auf dem Substrat dazu neigt, von den Inzidenzwinkeln der Röntgenstrahlen beeinflußt zu werden. Deshalb wird ein Röntgenstrahlkollimator angewendet, um die weichen die Schablone bestrahlenden Röntgenstrahlen zu kollimieren und so die Genauigkeit der übertragung des Schaltungsbilds von der Schablone auf die empfindliche Schicht zu verbessern.
10
Figur 1 zeigt ein Beispiel für den Grundaufbau eines Röntgenstrahlkollimators. Der Kollimator weist zwei Blöcke auf, die beide mit einer Vielzahl dünner Spaltbacken 1 aus Metall versehen sind, die miteinander über zwischen ihnen angeordnete Abstandshalter 2 verbunden sind. Die Spaltbacken 1 und Abstandshalter 2 sind an einem Tragrahmen (nicht dargestellt) befestigt und bilden so den jeweiligen Block. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ruht einer der so geformten Blöcke derart auf dem anderen, daß die Längsrichtung des Spalts eines Blocks rechtwinkelig zu der des anderen Blocks verläuft. Von den aus einer nicht dargestellten Quelle austretenden divergierenden Röntgenstrahlen 3 werden nur die zu der Ko 11 imationseinrichtung etwa orthogonalen Teilstrahlen aufgenommen, wodurch ein nahezu paralleler Röntgenstrah L-strom 6 erhalten werden kann. Aus Gründen der Beschreibung sind bei der dargestellten Anordnung die Weite d und die Länge I jedes Spalts in einem Block gleich den jeweils anderen in dem anderen Block. Deshalb beträgt der Divergenzwinkel 2tan (d/l) Grad und der Röntgenst rah Itransmissionskoeffizient begrägt 1/(1+t/d) , wobei t die Dicke der Spaltbacke ist. Die Röntgenstrahlintensität nimmt im umgekehrten Verhältnis zum Quadrat des Abstands zu der Röntgenstrah Ique I Ie ab. Aus den obigen mathematischen Bedingungen geht hervor, daß, um eine gute Parallelität (einen gleichen Divergenzwinkel),
— C _
einen hohen Transmissionskoeffizienten und eine große RöntgenstrahIst romstärke zu sichern, die Weite d des Spalts und die Dicke t der Spaltbacke vorzugsweise vermindert werden, um einen Anstieg der Länge I des Spalts zu vermeiden. Um die industrielle Fertigung zu erleichtern, soll außerdem der Aufbau einfach sein und der Kostenanstieg vermieden werden.
Normalerweise kann jedoch die Dicke t der Spaltbacke nicht unterhalb eines Bereichs von 0,03 mm liegen, selbst dann nicht, wenn die Spaltbacke aus einem Metall mit großer Steifigkeit hergestellt ist.Falls eine geringere Dicke erwünscht ist, ist es notwendig, zusätzliche Elemente zur Beseitigung der Durchbiegung der Spaltbacken einzubauen, was nachteilhaft zu einem komplizierten Aufbau und zu einem Herstellungskostenanstieg der Vorrichtung führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Röntgenstrahlkollimator zu schaffen, dereine verbesserte
Parallelität und einen erhöhten Transmissionskoeffizienten des Röntgenstrahlstroms gewährleistet. Dieser verbesserte RöntgenstrahIkolIimator soll in eine Röntgenstrah Ibe-Ii chtungsvorri.chtung eingebaut werden. 25
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Bei-
spiels für den Grundaufbau eines RöntgenstrahI-kol I imators;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Röntgenst rah Ikol limator s;
35
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung des wichtigen Teils des in Figur 2 dargestellten Röntgenstrahlkollimators;
Figuren
4A,4B,4C jeweils andere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Röntgenstrahlkol limators;
Figur 5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen RöntgenstrahlbeIichtungsvorrichtung.
Figur 2 gibt einen überblick über ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kollimators für weiche Röntgenstrahlen, während Figur 3 den wichtigen Abschnitt des in Figur 2 dargestellten Aufbaus in Vergrößerung zeigt. Der Kollimator weist einen aus Glas hergestellten Kollimationsabschnitt 7 für weiche Röntgenstrahlen auf. Wie am besten aus Figur 3 hervorgeht, ist der Kollimationsabschnitt 7 mit einer Vielzahl einheitlicher, kleiner Durchbohrungen bzw. Durchgangs löcher 9,9' versehen, die alle einen Innendurchmesser d im Bereich von 10 Mikron und eine Länge I im Millimeterbereich haben. Der Kollimationsabschnitt 7 wird in einem aus Glas oder anderem geeigneten Material hergestellten Halterahmen 8 gelagert.
Mit dieser Anordnung werden von einem Röntgenstrahlgenerator 22 ausgesendete, divergierende weiche Röntgenstrahlen 3 durch den Kollimationsabschnitt 7 kollimiert, so daß ein nahezu paralleler Röntgenstrah I st rom 6' erzielt wird. Genauer gesagt, durch die Vorkehrung der jeweils mit einem Innendurchmesser d und einer Länge I versehenen Durchbohrungen 9, 91 werden nur die weichen Röntgenstrah-
-1
Len mit kleineren Divergenzwinkeln als 2tan (d/l) aufgenommen. Bei der Betrachtung der Kollimation in einem der kleinen Durchgangs löcher 9,9' sieht man, daß ein Teil der in das kleine Durchgangs loch eintretenden divergierenden weichen Röntgenstrahlen auf die Glaswand des Durchgangslochs trifft, wodurch dieser Teil zurückgehalten wird,
während der restliche AnteiL das kleine Durchgangs loch durchquert, ohne daß er auf die Glaswand auftrifft. Der letztere, der austretende Röntgenstrah I st rom, weist einen Divergenzwinkel von 2tan (d/l) auf, wie oben beschrieben.
Wenn beispielsweise ein Divergenzwinkel von einem Grad erzielt werden soll und der Innendurchmesser d des Durchgangsloch 30 Mikron beträgt, ergibt sich die Länge I des Durchgangs Lochs auf etwa 3,44 mm.
Die kleinen Durchgangs löcher können auf bekannte Art und Weise hergestellt werden, beispielsweise durch das Versehen einer Glasscheibe mit kleinen öffnungen zur Herstellung einer Hikrolochscheibe (wie veröffentlicht in "Optical Fiber", Seite 191 bis 193, herausgegeben von Kyoritsu Shuppan Kabushiki Kaisha). Diese Technik ist sehr gebräuchlich; die Scheibe mit den kleinen Durchbohrungen kann als äquivalent der klein gelochten Scheibe vor der Bildung von Elektroden oder ähnlichem betrachtet werden. Entsprechend können die kleinen Durchbohrungen der Erfindung einfach hergestellt werden.
Anhand der Figuren 4A bis 4C werden modifizierte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kollimators beschrieben. Der in Figur 4A dargestellte Kollimator weist einen Glasrahmen 10 und eine Vielzahl innerhalb des Rahmens 10 gelagerter kleiner rohrförmiger Elemente 11 auf. Da der Durchmesser jedes rohrförmigen Elements so klein ist, daß die Handhabung des Elements nicht einfach ist, werden die rohrförmigen Elemente zunächst in reihenförmi-9er Weise angeordnet und dann in einem Ofen einer hohen Temperatur und einem hohen Druck ausgesetzt, so daß sie miteinander verschweißt werden.
Alternativ kann das rohrförmige Element 11 durch optische Fasern ersetzt werden, die alle einen schmelzbaren Kern haben. In diesem Fall wird der Kern durch eine geeignete
Säurebehandlung nach dem Verschweißen entfernt.
Die so gebildete geschweißte Platte wird danach zerschnitten, um so Kollimatoren gewünschter Dicke herzustellen. Bei dem in Figur 4 A dargestellten Kollimator liegt die Wandstärke jedes rohrförmigen Elements im Bereich von 2,5 Mikron, während der Innendurchmesser im Bereich von 25 Mikron liegt. Die Figuren 4 B und 4 C zeigen weitere modifizierte Ausführungsbeispiele, wobei jedes in Figur 4B dargestellte kleine Durchgangs loch Rechteckquerschnitt hat, während jedes in Figur 4C dargestellte kleine Durchgangsloch Hexagonalquerschnitt hat. Die Ausführungsbeispiele mit kreisförmigem und hexagonalem Querschnitt sind besonders vorteilhaft, weil die kleinen Durchgangs löcher dieserAusführungsbeispie Ie einfach herzusteLlen sind und außerdem die durch die Teilungswände verbrauchte Querschnitt sf lache klein ist, wodurch der Röntgenstrahl-Transmissionskoeffizient weiter verbessert werden kann.
Der erfindungsgemäße Kollimator kann in allen Bereichen benutzt werden, in denen kollimierte weiche Röntgenstrahlen benutzt werden sollen, beispielsweise bei typischen Röntgenana lysatoren und Röntgenstrah Ibe I ichtungsvorrichtungen.
In Figur 5 wird eine erfindungsgemäße Röntgenstrahlbelichtungsvorrichtung beschrieben. Die Röntgenstrahlbelichtungsvorrichtung beinhaltet eine Vakuumkammer 12, Elektronenstrahler 13, eine AuftrefffIäche 14 zur Erzeugung weicher Röntgenstrahlen und ein Fenster 15 zum Durchlaß der durch die Auftrefffläche 14 erzeugten weichen Röntgenstrahlen. Die Elektronenstrahler 13 sind senkrecht zum Zeichnungsblatt aufgereiht und die Auftrefff lache 14 erstreckt sich senkrecht zum Zeichnungsblatt,so daß ein linearer weicher RöntgenstrahI st rom hergestellt wird.
Die Röntgenstrahlbelichtungsvorrichtung beinhaltet'ferner einen RöntgenstrahIkolIimator mit einem Ko 11 imationsabschnitt 7 und einem Halterahmen 8 für den Ko 11imationsabschnitt. Der in dieser Zeichnung dargestellte KoLM-mator weist etwa denselben Aufbau wie der in Figur 2 dargestellte Kollimator auf. Die ' Vorrichtung beinhaltet weiter einen Fotoschablonenträger 17 zur Halterung einer Fotoschablone 16 mit einem darauf ausgebildeten integrierten Schaltungsbild und einen Substrattrager 19 zur'Halterung eines Substrats 18 mit einer auf dem Substrat 18 ausgebildeten empfindlichen Schicht. Der Fotoschablonenträger 17 und der Substratträger 19 sind derart angeordnet, daß sie durch einen nicht dargestellten Antriebsmechanismus als Einheit mit konstanter Geschwindigkeit längs eines Führungselements 20 bewegt werden, während sie die Fotoschablone 16 und das Substrat 18 in konstanter Abstandsbeziehung halten.
Bei dieser Anordnung bestrahlen die von den Elektronen-Strahlern 13 ausgesendeten Elektronenstrahlen die Auftrefffläche 14 so, daß weiche Röntgenstrahlen erzeugt werden. Die so erzeugten weichen Röntgenstrahlen durchqueren divergierend das Fenster und treffen auf den KoIIi mationsabschnitt 7 auf. Durch diesen Ko 11imationsabschnitt 7 werden die nicht parallelen Strahlungsanteile zurückgehalten, während die parallelen Strah lungsanteiLe den KoLLimationsabschnitt 7 durchqueren, um Linear auf die Fotoschablone 16 aufzutreffen. Da die Fotoschablone 16 und das Substrat 18 als Einheit wie oben beschrieben zur Abtastung bewegt werden, wird die gesamte Oberfläche sowohl der Fotoschablone 16 als auch des Substrats 18 einheitlich mit den weichen Röntgenstrahlen beaufschlagt.
Es ist bekannt, daß die weichen Röntgenstrahlen verglichen mit den harten Röntgenstrahlen, die im medizinischen Bereich benutzt werden, in der Luft stark abgeschwächt werden. Während der in Figur 1 dargestellte KolLimator
einen Mindestabstand von 12 cm zwischen dem Erzeugungspunkt der Röntgenstrahlen und der Oberfläche der empfindlichen Schicht auf dem Substrat 16 braucht, um eine ausreichende Parallelität zu erzielen, verringert der e r findungsgemäße Kollimator den nötigen Abstand zwischen dem Erzeugungspunkt der Röntgenstrahlen und der Oberfläche der empfindlichen Schicht wirksam bis in den Bereich von einigen Millimetern. Dadurch wird die Belichtungszeit vorteilhaft bis in einen Bereich von 1/10 bis 'zu einem 1/20 oder weniger verringert, verglichen mit dem in Figur 1 dargestellten Kollimator.
Außerdem weist der erfindungsgemäße Röntgenstrah I ko 11 i mator selbst einen einfachen Aufbau auf und kann bei vermindertem Kostenaufwand hergestellt werden. Weiterhin ist die Weite des Kollimators ausreichend gering, so daß die Abschwächung der Röntgenstrahlen minimiert wird, um so .einen höheren Röntgenst rah L t ransmi ssi onskoeff i ζ i ent en zu gewährleisten.
Wie oben beschrieben, weist der erfindungsgemäße Röntgenstrahlkollimator, und die erfindungsgemäße Röntgenstrahlbelichtungsvorrichtung verschiedene vorteilhafte Wirkungenauf.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele dargestellt und erläutert wird, versteht es sich, daß sie dadurch nicht beschränkt werden soll. Dem Fachmann sind zahlreiche Abwandlungen, Weglassungen und Änderungen hinsichtlich der Form und der Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne den Rahmen den Erfindung zu verlassen. Der Schutzumfang soll daher nicht durch eine der möglicherweise zufälligen Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsformen oder der Zeichnungen begrenzt sein.
-11-
Ein RöntgenstrahlkolIimator- minimiert die Abschwächung einer Röntgenstrahlung, um einen RöntgenstrahItransmissionskoeffizienten und eine RöntgenstrahLbelichtungsvorrichtung mit dem RöntgenstrahIko11imator zu verbessern. Der RöntgenstrahIkollimator hat einen Röntgenstrahlübertragungsabschnitt mit einer Vielzahl Durchgangslöcher und ein Halteelement zur Lagerung des Röntgenstrah lübertragungsabschnitts, wodurch die Abschwächung der Röntgenstrahlung abgeschwächt und der RöntgenstrahItransmissionskoeffizient verbessert wird. Die RöntgenstrahIbeIichtungs- vo'rrichtung benutzt den Röntgenst rah Iko 11 i mator, so daß die Belichtungszeit verringert wird.

Claims (4)

  1. Patentansprüche
    nj. Röntgenstrahl Ikol limator, gekennzeichnet durch einen Röntgenstrahlübertragungsabschnitt (7) mit einer VieLzahl Durchgangslöcher (9,9·) und ein Halteelement (8) zur Lagerung des Röntgenstrahlübertragungsabschnitts (7).
  2. 2. RöntgenstrahIkolIimator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Durchgangs loch (9,9') kreisförmigen Querschnitt hat.
  3. 3. RöntgenstrahIkolIimator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Durchgangsloch (9,9') polygonalen Querschnitt hat.
  4. 4. RöntgenstrahIbeIichtungsvorrichtung zur Belichtung einer auf einem Substrat angeordneten empfindlichen Schicht durch Gebrauch von Röntgenstrahlung mit einen auf einer Schablone ausgebildeten Schaltungsbild, gekennzeichnet durch ein Element (13) zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, ein Element
    (17) zur Halterung der Schablone (16), ein Element (19) zur Halterung des Substrats (18) und ein RöntgenstrahIkolIimationselement (7), das zwischen dem Halteelement (17) für die Schablone (16) und dem Element (13) zur Erzeugung der Röntgenstrah-
    G/28
    -2-
    lung angeordnet ist, um die Röntgenstrahlung zu kollimieren, wobei das RöntgenstrahIko11imationselement (7) einen Röntgenstrahlübertragungsabschnitt (7) mit einer Vielzahl Durchgangs löcher (9,9') und ein Halteelement (8) zur Halterung des Röntgenstrahlübertragungsabschnitts (7) aufweist, so daß die durch den Röntgenstrah lerzeugungsabschnitt erzeugte Röntgenstrahlung kollimiert wird, um die Schablone (16) zu bestrahlen.
DE19843428717 1983-08-06 1984-08-03 Roentgenstrahlkollimator und roentgenstrahlbelichtungsvorrichtung mit roentgenstrahlkollimator Withdrawn DE3428717A1 (de)

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