用于制造微结构组件的方法、微结构组件和X射线设备与流程

本发明涉及一种用于制造微结构组件、尤其x射线相衬光栅的方法。此外，本发明涉及一种微结构组件，尤其x射线相衬光栅以及一种具有其的x射线设备。

背景技术：

在x射线成像的领域中，尤其在医学领域中，部分地利用所谓的泰伯效应。由此，能够生成更精确的图像信息，这通过如下方式形成：产生的图像的对比度通过将x射线的由检查对象造成的相移包括在内来改进。在此，通常使用所谓的(x射线)相衬光栅，所述(x射线)相衬光栅引入到光路中。这种光栅在此通常通过沿x射线辐射方向定向的由吸收x射线的材料构成的板片形成。通常，所述板片相互间的间距和壁厚度在此位于一位至小两位的微米范围中。整个光栅的厚度(或：高度)在透射区域中通常最大为一毫米。因此，这种相衬光栅为微结构组件。

由于尺寸小，所述相衬光栅通常通过在硅晶片中的刻蚀方法和随后用吸收x射线的材料填充刻蚀出的凹陷部来制造，以构成板片。这例如从de102015201741a1中已知。在此频繁有问题的是，相衬光栅在理想情况下应匹配于从通常点状的辐射源开始的径向射线的局部辐射方向。即板片在理想情况下应相互间以一角度排着。

技术实现要素：

本发明基于如下目的，能够实现改进的微结构组件。

所述目的根据本发明通过用于制造这种微结构组件的方法来实现。此外，所述目的根据本发明通过微结构组件来实现。此外，所述目的根据本发明通过x射线设备来实现。本发明的有利的和部分本身创造性的实施方式和改进方案在下面的描述中示出。

根据本发明的方法用于制造微结构组件。根据方法，在此将多个点状的并且尤其彼此独立的孕育结构(impfstrukturen)以网格引入到片状的硅基板的表面中，尤其引入到晶片或晶片的一部分中，所述网格沿着第一基板方向和——垂直于第一基板方向的——第二基板方向预设。随后，将孕育结构(优选仅)沿硅基板的深度方向(或者还有：厚度方向)在第一刻蚀步骤中延长——即加深——成钻孔。随后，在第二刻蚀步骤中至少部分地移除与硅基板的第一表面相对置的第二表面，以在后侧打开钻孔。在第三刻蚀步骤中，随后将各向异性作用的刻蚀介质——尤其刻蚀溶剂——交替地从硅基板的两个表面起冲洗穿过钻孔。刻蚀介质在此交替地冲洗穿过钻孔，直至沿第一基板方向并排设置的钻孔连接成沿第一基板方向伸展的狭缝。

优选地，通过上文描述的方法尤其制造(x射线)相衬光栅作为微结构组件。

此外，优选地，将如下方向用作为第一基板方向和第二基板方向，沿着所述方向，硅基板的称作为“(111)晶面”的晶面穿过硅基板的平行于第一表面定向的“(100)晶面”。

通过在第一刻蚀步骤中将孕育结构沿厚度方向——优选以小的、仅轻微的或可忽略的扩展——加深成钻孔，所述钻孔有利地能够以相对高的直径深度比(也称作为“纵横比”)成型。因为在第三刻蚀步骤中将多个并排设置的钻孔连接成狭缝，仅需要去除在两个沿第一基板方向相邻的钻孔之间的基板材料，由此有利地能够实现，也将由钻孔形成的狭缝的纵横比(即宽高比)保持得尽可能高，优选即仅允许沿第二基板方向的相对轻微的“扩宽”。优选地，对此在每个狭缝的常规的纵向延伸之上分布有多个孕育结构和从而还有多个钻孔。在此，高的纵横比在微结构组件在x射线设备中用作为(x射线)相衬光栅的情况下通常对于特别精确的成像特性是有利的。

在一个优选的方法变型形式中，将孕育结构沿第二基板方向相互间以第一间距设置。沿第一基板方向，将所述孕育结构分别组合成组。所述组分别包括孕育结构的子数量。此外，将在所述组之内的孕育结构相互间以第二间距设置，所述第二间距减小到第一间距的0.2-0.6、优选0.3-0.5。即孕育结构在所述组内和从而沿着第一基板方向具有如下间距，所述间距相对于第一间距小至少百分之四十。由此，以简单的方式能够实现——如在上文中描述的那样——在第三刻蚀步骤中沿第一基板方向通过连接各个钻孔在相对短的时间中构成狭缝，并且在第二基板方向上分别通过梁(在下文中称作为“纵梁”)将所述狭缝彼此分开(以及有利地与狭缝的纵向延伸相比仅经受轻微的扩宽)。

在一个有利的改进方案中，将在上文中描述的组在第一基板方向上以相对于第二间距增大的第三间距彼此跟随地设置。即，将所述组在第一空间方向上空间地彼此(尤其宽于所述组之内的孕育结构)分开。第三间距在此选择成，使得在第三刻蚀步骤中，每个组的边缘侧的孕育结构不与沿第一基板方向接下来的组的孕育结构一起生长。尤其地，由此有利地能够实现，在第三刻蚀步骤中，沿第一基板方向观察，构成多个彼此跟随的狭缝，所述狭缝分别通过横梁彼此分开，所述横梁沿第二基板方向的方向定向。由此，用狭缝遍布的硅基板的机械稳定性(尤其抗弯刚性)沿第二基板方向观察有利地提高。

在一个适当的方法变型形式中，在上文中描述的在第二基板方向上观察彼此跟随的组关于其沿着第一基板方向的纵向延伸尤其交替地彼此错开地设置。即每个组和从而每个由此形成的狭缝相对于沿第二基板方向相邻的组或相邻的狭缝沿第一基板方向移动地设置。在所述情况下——尤其在上文中描述的横梁的情况下——在第三刻蚀步骤中构成的横梁沿第二基板方向观察围绕沿第一基板方向伸展的狭缝“蜿蜒”(即横梁沿第二基板方向观察不齐平，或至少不全部齐平)。由此，有利地得到，形成的微结构组件相对于围绕沿第一基板方向伸展的弯曲轴线的弯曲的机械稳定性虽然尤其相对于沿第一基板方向连续地伸展的狭缝提高，但是仍能够实现对于围绕所述弯曲轴线的弯曲足够的柔韧性。后者是有利的，以便——尤其在相衬光栅的情况下——能够实现优选以狭缝构成的光栅叠片匹配于局部的辐射方向，尤其能够将相衬光栅以简单的方式围绕所述弯曲轴线(优选沿着圆柱形的面)弯曲。

在关于生产方面适当的改进方案中，上文中描述的组以其沿着第一基板方向的纵向延伸的大致(优选刚好)一半彼此错开地设置。因此，位于沿第一基板方向伸展的“狭缝行”中的组对于每个行增量(zeilensprung)(即在每个沿第二基板方向相邻的狭缝行中)以大致一半沿纵向方向移动。由此，优选能够实现狭缝沿第二基板方向的对称的顺序，所述顺序又有利地在硅基板围绕第一基板方向弯曲时引起尽可能均匀的变形。

在另一适当的方法变型形式中，将直径或边长小于或等于2.5微米、尤其小于或等于2微米的正方形的基本面用于孕育结构。

在一个优选的方法变型形式中，将在2-20微米之间、尤其直至大致12微米的值用于第一间距。优选地，所述第一间距在此对应于微结构组件在作为相衬光栅的适当的使用状态下所要求的光栅常数。

在另一优选的方法变型形式中，将在40微米和1300微米之间，尤其在40微米和500微米之间，特别优选在50微米和300微米之间的值用于组的纵向延伸。尤其在纵向延伸小于1000微米的情况下，有利地能够实现微结构组件的足够高的机械稳定性。

在另一适当的方法变型形式中，将钻孔成型(“推进”)直至大约400微米至500微米、例如450微米或470微米的深度。由此，尤其结合孕育结构的在上文中描述的尺寸得出钻孔和从而还有由此形成的狭缝的特别高的纵横比。优选地，在第一刻蚀步骤中，在此使用所谓的paece方法(“photoassistedelectro-chemicaletching，光辅助电化学刻蚀”)。优选地，为了支持所述刻蚀方法，为硅基板选择相应的掺杂。钻孔在刻蚀之后尤其具有圆柱形的结构，即圆形的基本面。

在一个优选的方法变型形式中，作为在第三刻蚀步骤中使用的各向异性作用的刻蚀介质选择包含苛性钾(koh)、过氧化氢和异丙醇的溶液。由此尤其实现，钻孔由其圆形的基本面转变成正方形的基本面和从而生长成正方形的“圆柱孔”。尤其在硅基板的(111)晶面的伸展处第一基板方向和第二基板方向精确定向时，扩展的钻孔的棱边同样精确地沿着第一基板方向和第二基板方向伸展，使得形成的狭缝具有沿着这两个基板方向的直线的棱边。

在另一适当的方法变型形式中，将孕育结构尤其通过借助于施加到第一表面上的掩模层、例如光刻层和/或陶瓷的保护层的刻蚀引入到第一表面中。在此尤其在以圆形的或与孕育结构的目标轮廓协调的正方形的“孔”的形式借助于碱液、尤其包含苛性钾的溶液局部地打开掩模层之后，将孕育结构传递到硅基板的第一表面中。尤其地，将孕育结构在此在硅基板中沿深度方向观察构成为具有基本面为正方形的棱锥形的结构。掩模层优选在引入孕育结构之后再次移除。

尤其对于如下情况，微结构组件为相衬光栅，那么所述微结构组件在第三刻蚀步骤之后——即在将钻孔扩展成相应的狭缝之后——围绕沿着第一基板方向的轴线(即围绕上述弯曲轴线)弯曲。弯曲半径在此优选选择成，使得每个狭缝的深度方向(或者位于其之间的纵梁的高度方向)平行于透射相衬光栅的x射线的在相衬光栅的适当的使用状态下出现的局部的辐射方向定向。所述弯曲半径在此可以小于一厘米。

优选地，将狭缝尤其在上述弯曲之后借助吸收x射线的材料、尤其金属合金填充。例如，在此使用锡或锡合金、钽、钨、金等。例如，填充通过浇注过程、通过有电流的或无电流的沉积工艺进行。

在一个适当的方法变型形式中，在附加的(第四)刻蚀步骤中，在硅基板的后侧(即第二表面)中，将硅基板的尤其沿第二基板方向观察在中央的区域(优选在完整的沿第一基板方向延伸的面之上)移除，并且将第二表面的沿第二基板方向观察相对于硅基板处于末端地设置的侧向区域至少部分地保留。换言之，所述侧向区域为硅基板的边缘区域，所述边缘区域在所述刻蚀步骤中未被剥离或相对于中央区域仅被轻微地剥离。优选地，侧向区域在此相应地遮掩，使得在此使用的刻蚀介质不能够“侵蚀”所述侧向区域。通过中央剥离，进一步降低硅基板的抗弯刚性。边缘区域此外得出硅基板的“加厚部”，所述加厚部已知地具有提高的机械稳定性，并且能够用作为操作结构。尤其对于微结构组件作为相衬光栅的使用，在中央区域中(所述中央区域优选对应于透射区域)x射线在硅中的吸收也减小。优选地，在用吸收x射线的材料填充狭缝之后进行所述第四刻蚀步骤，使得所述材料在中央区域中至少部分地以空出的板片的形式从保留的硅基板中伸出。

根据本发明的微结构组件、尤其通过其形成的相衬光栅根据上述方法制造。优选地，微结构组件在相衬光栅的情况下也弯曲。尤其地，根据本发明的微结构组件具有相同的、从上述方法中得到的特征和优点。

在关于机械稳定性有利的实施方案中，微结构组件具有多个沿第一基板方向纵向延伸(沿厚度方向连续)的狭缝。在第二基板方向上观察，所述狭缝在狭缝行之间关于其纵向延伸彼此错开地设置。

优选地，所述狭缝由吸收x射线的材料填充。

根据本发明的x射线设备具有通过上述微结构组件形成的相衬光栅。因此，根据本发明的x射线设备也共享上述特征和优点。尤其，在x射线设备的适当的使用状态中，微结构组件的上述狭缝由吸收x射线的材料填充，以形成光栅板片。

附图说明

下面根据附图更为详细地示出本发明的实施例。在此示出：

图1示出具有相衬光栅的x射线设备的示意侧视图，

图2以示意流程图示出用于制造相衬光栅的方法，

图3、图4分别以示意俯视图示出用于从硅基板中产生相衬光栅的孕育结构的网格的实施例，

图5以贯穿硅基板的横截面示出刻蚀步骤，

图6示出硅基板中的根据图3的由网格形成的狭缝的视图，

图7以根据图5的视图示出相衬光栅的一个可选的实施例的视图。

彼此相应的部分在全部图中始终设有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中示意性表示地示出x射线设备1。x射线设备1具有x射线辐射源2和x射线检测器3。在x射线源2和x射线检测器3之间的光路中设置有(x射线)相衬光栅4。相衬光栅4在此具有多个板片6，所述板片平行于相应的局部x射线子射束8定向。相衬光栅4在此沿厚度方向10(或者也为：沿着辐射方向)观察具有最大一毫米的尺寸。因此，相衬光栅4为具有在微米范围中的结构的组件(“微结构组件”)。为了在这样小的尺寸的情况下仍能够精确地塑造相衬光栅4的板片6，执行在下文中根据图2更为详细描述的制造方法。

在第一方法步骤20中，在此将孕育结构22(参见图4)引入到片状的硅基板26的第一表面24(参见图5)中。硅基板26具体为硅晶片。孕育结构22在此以网格28分布于硅基板26的第一表面24之上。网格28在此(具体成行地)在第一基板方向s1和第二基板方向s2上预设。即孕育结构22在所谓的“狭缝行”30中设置，所述狭缝行沿第一基板方向s1伸展并且沿第二基板方向s2重复。在行方向上——即在第一基板方向s1上——分别将多个孕育结构22(在当前的实施例中具体为七个孕育结构22)分别组合成组32。相应的狭缝行30、具体地沿第二基板方向s2并排设置的孕育结构22在此相互间以第一间距a1设置。第一间距a1在当前的实施例中为12微米并且在此具体地对应于相衬光栅4的光栅常数。在组32之内，孕育结构22相互间以间距a2设置，所述间距为第一间距a1的0.5倍小。

孕育结构22对此首先作为掩模层(未详细示出)中的孔描绘，例如如在图3中示出的那样圆形地或已经具有在图4中示出的正方形的基本面。随后，将孕育结构通过刻蚀传递到硅基板26的第一表面24上。在那里，所述孕育结构始终以正方形的基本面塑造(在圆形掩模的情况下也如此)。孕育结构22在此构成为具有小于或等于2微米的边长。组32的纵向延伸l因此大致为50微米。

此外，组32相互间以第三间距a3间隔开地设置。第三间距a3在此大致对应于在相应的狭缝行30中省去其中一个孕育结构22。

在第二方法步骤40中，在一个刻蚀步骤中将孕育结构22沿厚度方向10扩展成圆形的钻孔，其侧壁垂直于第一表面24。对此，使用所谓的paece方法。具体地，将孕育结构22扩展成具有470微米的深度的钻孔。

在第三方法步骤50中，在另一刻蚀步骤中，将与第一表面24相对置的第二表面52移除，使得钻孔在后侧(即朝向第二表面52)打开。对此，使用刻蚀方法，如例如借助苛性钾的湿化学刻蚀或等离子诱导的干法刻蚀。

在第四方法步骤60中，在更新的刻蚀步骤中，将钻孔交替地从第一表面24和第二表面52开始以各向异性作用的刻蚀介质冲洗(参见图5的反向的箭头)。刻蚀介质在此包含苛性钾、过氧化氢和异丙醇。第一和第二基板方向s1或s2平行于如下方向选择，在所述方向上，硅的(111)晶面穿过(平行于第一表面24)的(100)晶面。由此，各个钻孔在第一和第二基板方向s1和s2上扩展，使得其具有正方形的横截面，并且在继续扩展时与相应的组32之内的相邻的钻孔分别组合成狭缝62(参见图5、图6)。因为第一间距a1大于第二间距a2，在各个狭缝行30之间形成狭缝之后保留由硅构成的纵梁64。由于各个组32之间的第三间距a3，在第一基板方向s1上观察在通过组32形成的狭缝62之间也分别保留横梁66。

网格28在此选择成，使得两个直接相邻的狭缝行30的组32以沿第一基板方向s1的纵向延伸l的一半错开。由此，两个直接相邻的狭缝行30的横梁66不彼此齐平。更确切地说，始终“再下一个”狭缝行30的横梁66彼此齐平。由此，得到抵抗围绕沿第一基板方向s1定向的弯曲轴线的弯曲的机械稳定性与用于这种弯曲的足够的柔韧性之间的良好折中。

在另一方法步骤70中，将硅基板26围绕在第一基板方向s1上的弯曲轴线弯曲。随后，将狭缝62用金属材料、具体地锡合金填充。被填充的狭缝62在此得出在图1中示出的板片6。

在图7中示出的实施例中，在另一刻蚀步骤中(在附加的可选的方法步骤中)将硅基板26的后侧(即在第二表面52的一侧上)的中央区域沿厚度方向10部分地移除。仅在第二基板方向s2上保留处于末端的边缘区域72(也称作为：侧向区域)，使得在所述边缘区域72中存在更实心的和从而机械上更稳定的操作结构(“抓握结构”)。具体地，将边缘区域72在刻蚀之前相应地遮掩。刻蚀借助于苛性钾进行。通过锡合金在被填充的狭缝62中形成的板片6因此至少部分地露出。在图7中未示出硅基板26的弯曲。

本发明的主题不局限于上述实施例。更确切地说，本领域技术人员能够从上面描述中导出本发明的其他实施例。尤其地，本发明的根据不同的实施例描述的单独特征和其设计变型形式也能够以其他方式彼此组合。