CN117795624A - 将被x射线照射的对象成像的成像光学配置 - Google Patents

将被x射线照射的对象成像的成像光学配置 Download PDF

Info

Publication number
CN117795624A
CN117795624A CN202280055227.9A CN202280055227A CN117795624A CN 117795624 A CN117795624 A CN 117795624A CN 202280055227 A CN202280055227 A CN 202280055227A CN 117795624 A CN117795624 A CN 117795624A
Authority
CN
China
Prior art keywords
imaging
diaphragm
imaging optical
rays
detection
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
CN202280055227.9A
Other languages
English (en)
Inventor
J·鲁夫
J·阿特金森莫拉
T·A·卡斯
H·费尔德曼
C·H·格拉夫沃姆哈根
T·M·格雷戈里奇
G·克兰佩特
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.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss X Ray Microscopy Inc
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss X Ray Microscopy Inc
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 Carl Zeiss SMT GmbH, Carl Zeiss X Ray Microscopy Inc filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Priority claimed from PCT/EP2022/070678 external-priority patent/WO2023020782A1/en
Publication of CN117795624A publication Critical patent/CN117795624A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/046Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K7/00Gamma- or X-ray microscopes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/044Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using laminography or tomosynthesis
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/083Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the radiation being X-rays
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/083Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the radiation being X-rays
    • G01N23/087Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the radiation being X-rays using polyenergetic X-rays
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/18Investigating the presence of flaws defects or foreign matter
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/20Detecting prohibited goods, e.g. weapons, explosives, hazardous substances, contraband or smuggled objects
    • G01V5/22Active interrogation, i.e. by irradiating objects or goods using external radiation sources, e.g. using gamma rays or cosmic rays
    • G01V5/232Active interrogation, i.e. by irradiating objects or goods using external radiation sources, e.g. using gamma rays or cosmic rays having relative motion between the source, detector and object other than by conveyor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/03Investigating materials by wave or particle radiation by transmission
    • G01N2223/04Investigating materials by wave or particle radiation by transmission and measuring absorption
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/20Sources of radiation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/30Accessories, mechanical or electrical features
    • G01N2223/33Accessories, mechanical or electrical features scanning, i.e. relative motion for measurement of successive object-parts
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/30Accessories, mechanical or electrical features
    • G01N2223/33Accessories, mechanical or electrical features scanning, i.e. relative motion for measurement of successive object-parts
    • G01N2223/3308Accessories, mechanical or electrical features scanning, i.e. relative motion for measurement of successive object-parts object translates
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/40Imaging
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/50Detectors
    • G01N2223/501Detectors array
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/50Detectors
    • G01N2223/505Detectors scintillation

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

一种将X射线照射的对象成像的成像光学配置。成像光学设备用于将场平面中的传输场成像到检测平面内的检测场。闪烁体材料层配置于该传输场处。光阑配置于该成像光学设备的光瞳平面内。该成像光学设备具有光学轴。该光阑的光阑开口的中心配置在相对于该光学轴的偏心距离处。此成像光学配置确保该对象的高质量成像,而不管进入该传输场的X射线如何倾斜。该成像光学配置为更含有检测阵列及载物台的检测组合件的一部分。此检测组合件为更含有X射线源的检测系统的一部分。

Description

将被X射线照射的对象成像的成像光学配置
技术领域
本申请案主张专利申请案US 17/402 819、US 17/402 822、DE 10 2021 210175.5和DE 10 2021 210 174.7的优先权,其内容通过引用在此并入本文供参考。本发明关于成像被X射线照射的对象的成像光学配置。此外,本发明有关包括此成像光学配置的检测组合件及有关包括此检测组合件的检测系统。此外,本发明有关使用此检测系统的X射线检查方法。
背景技术
从US 7,057,187 B1、US 7,130,375 B1和US 9,129,715 B2中已知成像被X射线照射的对象的成像光学配置。此外,从DE 10 2018 209 570 A1已知一种产生三维图像的方法和装置。US 2021/0012499 A1揭示使用X射线检测设备缺陷的方法和系统。在S.Gondrom等人的文献中,NDT.net-1999年7月7号第4卷,揭示包括功能原理和产业应用在内的数字计算断层摄影和断层合成。DE 42 28 082 C1揭示一种光阑。US 2016/0088205 A1揭示多路傅立叶叠层成像系统和方法。US 2018/0164690 A1揭示一种用于EUV投射光刻的成像光学单元。US 2017/0131528 A1揭示一种用于试验光刻掩模的计量系统的成像光学单元。US 2012/0154823 A1揭示一种位置检测装置、曝光设备和制造方法。
发明内容
一般来说,本发明建立一种成像光学配置,无论X射线以歪斜(oblique)或是倾斜(tilted)方式进入传输场(transfer field),都能够高质量成像对象。
上述方面通过一种成像光学配置来实现,该配置配置成对被X射线照射的对象成像,其中该成像光学配置包括成像光学设备,用于将场平面中的传输场经由成像光路径成像到检测平面内的检测场,该传输场上配置一层闪烁体材料(scintillator material),并且一光阑配置在该成像光学设备的光瞳平面内。该成像光学设备具有光学轴,并且该光阑的光阑开口中心配置在相对于光学轴的偏心距离处。
发明人已意识到,以相对于成像光学配置中成像光学设备的光学轴配置在偏心距离处的光阑,可针对X射线至成像光学设备传输场的歪斜或倾斜进入角度来调适此偏心距离。通过分别使光阑开口偏心,来自闪烁体材料层不同位置的原点成像光斑的平均光斑尺寸可有利地保持较小。即使在射线歪斜进入闪烁体材料层的情况下,这也能提供从传输场到检测场的良好成像。
成像光学配置的光阑的光阑开口限定成像光学设备的光瞳。
尤其是,可对小于20μm、小于10μm并且特别是小于1μm的对象结构成像。此类结构的范例是介于微芯片与基板导体路径之间的Cu-Cu混合键合结构。尤其是,可检查单裸芯之间或基板晶片上整个晶片之间的直接黏合。
尤其是,通过组合从不同方向拍摄的多个2D图像,可对正在研究的对象样品进行3D断层摄影重建。
至少10%光阑开口宽度的偏心距离已证明,能够很好适配于包括此成像光学配置的检测系统和检测组合件的典型空间要求。偏心距离可大于光阑开口宽度的10%,并且可达到光阑开口宽度的15%、20%、25%、30%、35%、40%或者甚至更大的数量。偏心距离可为对象的X射线照射入射角的连续函数。在测量此X射线入射角之后,对于已知的成像光学配置,偏心距离值可储存在例如查找表(lookup table)中,以在成像光学设备之内进行调整。
该光阑的光阑开口可为圆形开口。在此情况下,光阑开口的宽度也就是其直径。在非圆形光阑开口的情况下,该宽度可通过在光阑配置平面中该光阑开口的所有可能方向上测量的平均宽度计算得出。
该光阑可安装在驱动器上以调动(translate)光瞳光阑。该光瞳光阑驱动器可为偏心驱动器,以沿光瞳平面中的至少一个光阑偏心方向横向调动光瞳光阑。该偏心驱动器允许调整偏心距离。该偏心驱动器可用信号连接到成像光学配置或检测组合件或利用该成像光学配置的检测系统的控制装置。然后,该控制装置可控制偏心驱动器的动作以调动该光阑。此控制可根据提供给控制装置的另一参数来进行。此其他参数可为成像光学配置、检测组合件或检测系统的对应工作条件的结果或者可为测量的结果。替代或附加地,光瞳光阑驱动器可为轴向驱动器,以垂直于光瞳平面调动光瞳光阑。此轴向驱动器可用作远心调整驱动器,以调整成像光学配置的远心参数。
由光阑开口界定的成像光学设备的物侧NA可大于0.4。该物侧NA使得能够以足够的分辨率对对象成像。此物侧NA可为0.45、0.5、0.55、0.6、1.0、1.2或者可更大。通常,由光阑开口限定的此物侧NA小于1.8。物侧数值孔径可大于1.0,因为闪烁体材料可具有大于1.0的折射率。
该成像光学配置可更包含用于调整主射线特性的构件,此构件包括可动光学元件,或包含轴向移动该光阑的构件。
该光阑可为环状光瞳光阑。
在另一通常方面中,检测组合件包括成像光学配置,该配置配置成对被X射线照射的对象成像,其中该成像光学配置包括成像光学设备,用于将场平面中的传输场经由成像光路径成像到检测平面内的检测场,该传输场处配置一层闪烁体材料,并且光阑配置在该成像光学设备的光瞳平面内。该成像光学设备具有光学轴,并且该光阑的光阑开口中心配置在相对于光学轴偏心距离处。该检测组合件更包含配置在该成像光学设备的该检测场处的检测阵列,以及用于保持(hold)要经由成像光学设备成像的对象的载物台(objectmount)。
上述检测组合件的优点对应于上面关于成像光学配置所讨论的优点。该检测组合件的检测阵列、该成像光学设备和该载物台可以固定关系安装。
在另一通常方面中,一种检测系统包括检测组合件,其包括配置成对被X射线照射的对象成像的成像光学配置。该成像光学配置包括成像光学设备,用于将场平面中的传输场经由成像光路径成像到检测平面内的检测场;配置在该传输场上的闪烁体材料层;以及配置在该成像光学设备的光瞳平面内的光阑。该成像光学设备具有光学轴,并且该光阑的光阑开口中心配置在相对于光学轴的偏心距离处。该检测组合件更包括配置在该成像光学设备的该检测场处的检测阵列、以及用于保持要经由成像光学设备成像的对象的载物台。该检测系统更包括X射线源。
上述检测系统的优点对应于上面关于成像光学配置以及关于检测组合件所讨论的优点。
所用X射线的X射线能量可在5keV与160keV之间,较佳在15keV与90keV之间。
该检测系统可包括用于将载物台相对于X射线源相对横向位移的横向位移驱动器。横向位移驱动器可对对象进行高质量的自动成像测量。DE 10 2018 209 570 A1中揭示一种可使用此横向位移驱动器的成像方法,其全部内容通过引用并入本文供参考。
在此载物台相对于X射线源横向位移期间,成像光学设备的光学轴方向可保持不变,即可不倾斜。尤其是,在载物台横向位移期间,对象和成像光学配置可保持固定的空间关系。
平衡一方面X射线源相对于光学支架的横向位移以及另一方面光阑开口偏心使得,尽管成像光通过X射线路径(其相对于传输场平面的法线歪斜或倾斜)在垂直于传输场平面的闪烁体材料的整个厚度上产生,但能够以传输场到检测场的成像的低平均有效光斑尺寸实现高质量量成像。上述平衡中涉及的光阑开口偏心可包括调整光阑开口中心相对于成像光学设备光学轴的偏心距离。该成像光学设备内的成像光的主要成像射线被定义为从闪烁体材料层发出的光束的中心光线。或者,此主要成像射线可被定义为携带主成像光能方向的那些射线。
进入传输场的X射线与成像光学设备的光学轴间的角度可在0度与80度之间。当使用根据DE 102018209570A1的方法时,上述角度已被证明提供良好的成像结果,尤其是良好的三维成像结果。此角度可在10度和30度之间,并且可在20度的范围内。
该检测系统可包括与偏心驱动器和横向位移驱动器信号连接的控制装置。该控制装置能够根据由横向位移驱动器产生的横向位移来控制偏心驱动器。这使得自动测量过程能够产生对象的三维图像。一方面关于偏心驱动器的动作与另一方面关于横向位移驱动器的动作间的相关数据都可从查找表中收集,此查找表可在检测系统的准备校准步骤中产生。
在另一通常方面中,使用该检测系统的X射线检查方法包括检测组合件,其包括配置成对被X射线照射的对象进行成像的成像光学配置。该成像光学配置包括成像光学设备,用于将场平面中的传输场经由成像光路径成像到检测平面内的检测场;配置在该传输场上的闪烁体材料层;以及配置在该成像光学设备的光瞳平面内的光阑。该成像光学设备具有光学轴,并且该光阑的光阑开口中心配置在相对于光学轴的偏心距离处。该检测组合件更包括配置在该成像光学设备的该检测场处的检测阵列、以及用于保持要经由成像光学设备成像的对象的载物台。该检测系统更包括X射线源。该光阑的光阑开口的偏心距离适配于X射线歪斜或倾斜进入成像光学设备传输场的角度。上述X射线检查方法的优点对应于上面关于检测系统所讨论的那些。
该检测系统可包含具有屏蔽光阑孔径的屏蔽光阑(shield stop),该屏蔽光阑孔径透射用于将对象成像的X射线,该屏蔽光阑配置在X射线源与载物台之间X射线的光路径中的配置平面内,该屏蔽光阑可通过屏蔽光阑位移驱动器沿该配置平面中至少一个光阑位移方向移动。该屏蔽光阑和该检测阵列可相对于待检查对象同步移动,以实现不同对象的成像投射。
该屏蔽光阑、该检测阵列和该对象的同步运动保证用于照射该对象的X射线的光路径总是撞击在期望的待成像对象区域处的对象,从而产生期望的对象成像投射。
根据可替代或除了上述那些方面而实现的另一通常方面,连同以下提到的进一步方面表示为附加的通常方面,本发明优化对象的X射线照射,特别是提供实现高分辨率对象成像的可能性。
上述方面通过一种检测系统来实现,该检测系统包括用于产生X射线的X射线源,以及用于被X射线照射的物平面中的对象的成像的成像光学配置,该成像光学配置包括成像光学设备,以将场平面中的传输场成像到检测平面中的检测场中。该检测系统包括设置在该成像光学设备检测场的检测阵列,以及通过该成像光学设备保持待成像对象的载物台,其中该载物台可通过对象位移驱动器,沿该物平面中的至少一个横向对象位移方向相对于光源移动。该检测系统包括具有屏蔽光阑孔径的屏蔽光阑,该屏蔽光阑孔径对于用来将对象成像的X射线是透射的,该屏蔽光阑配置在X射线源与载物台之间X射线的光路径中的配置平面内,该屏蔽光阑可通过屏蔽光阑位移驱动器沿该配置平面中至少一个光阑位移方向移动。该检测系统包括具有驱动控制单元的控制装置,该驱动控制单元与屏蔽光阑位移驱动器和对象位移驱动器信号连接,用于使屏蔽光阑位移驱动和对象位移驱动的运动同步。
可移动屏蔽光阑提供保障只有被X射线照射对象的那些区域会被成像光学配置成像的可能性。未检测的光学区域,即实际上未被该成像光学配置成像的对象那些区域,然后受保护免于不必要的X射线曝光。在一些实施方式中,该屏蔽光阑位移驱动器和该对象位移驱动器的同步运动确保用于照射对象的X射线的光路径总是(或在检测系统的基本上大部分操作期间)撞击在要成像的所需对象区域处的对象上。
尤其是,可对小于20μm、小于10μm并且特别是小于1μm的对象结构成像。此类结构的范例为微芯片和基板导体路径之间的Cu-Cu混合键合结构。尤其是,可检测单一裸芯之间或基板晶片上整个晶片之间的直接键合。
尤其是,通过组合从不同方向拍摄的多个2D图像,可对正在研究的对象样品进行3D断层摄影重建。
所用X射线的X射线能量可在5keV与160keV之间,较佳在15keV与90keV之间。
在一些具体实施例中,该载物台可沿着至少一个线性位移方向移动。该屏蔽光阑可沿至少一个线性位移方向移动。上述载物台/屏蔽光阑可移动性已被证明特别有利于获取高分辨率对象图像。该载物台可沿两个横向位移方向移动,这两个位移方向可跨越物平面。该屏蔽光阑可沿两个横向位移方向移动,这两个位移方向可跨越该屏蔽光阑配置平面。
在一些实施方式中,载物台和/或屏蔽光阑可沿至少一个圆形方向移动。上述优点也适用于如上所述在至少一个圆形方向上的可移动变体。
在一些实施方式中,具有尺寸可变的屏蔽光阑孔径的屏蔽光阑使得视场光阑尺寸能够适应要求,这些要求将由使用的X射线路径撞击要成像的对象区域来满足。此大小的可变性可通过可变光圈(iris stop)来实现。具有可变尺寸屏蔽光阑孔径的屏蔽光阑可具有孔径变化驱动器。此孔径变化驱动器也可与控制装置的驱动控制单元信号连接。经由孔径变化驱动器控制的孔径尺寸可取决于屏蔽光阑位移驱动器和/或对象位移驱动器的位置。
该屏蔽光阑可包括多个屏蔽片(shield blade)。上述屏蔽光阑的具体实施例可具有相对简单的结构。该屏蔽片可相对于彼此移动,以实现可变的屏蔽光阑孔径尺寸。多个屏蔽片可配置为至少一对或多对屏蔽片。在使用两对屏蔽片的情况下,其可彼此成90度定向,以提供例如产生方形或矩形屏蔽光阑孔径的可能性。
在一些实施方式中,屏蔽光阑孔径可具有过滤器(filter)。上述过滤器提供滤除不需要的波长和/或碎屑的可能性。
在一些实施方式中,该检测系统可包括屏蔽光阑更换支架,以在不同的屏蔽光阑之间交换。上述屏蔽光阑更换支架可促进不同屏蔽光阑之间的更换。这可用于更换磨损的屏蔽光阑或调适屏蔽光阑的孔径尺寸。
在一些实施方式中,该检测系统可包括配置在传输场处的闪烁体材料层。上述闪烁体材料层能够实现从传输场到检测场的良好成像。
在一些实施方式中,该检测系统可包括配置在成像光学设备的光瞳平面中的光瞳光阑。上述光瞳光阑能够调适尤其是成像光学设备的数值孔径,以满足检测系统成像要求。
这尤其适用于可经由光瞳光阑偏心驱动器移动,以在光瞳平面中调动光瞳光阑的光瞳光阑。尤其是,发明人已意识到,以相对于成像光学配置中成像光学设备的光学轴配置在偏心距离处的光阑,可针对X射线至成像光学设备传输场的歪斜或倾斜进入角度,来调整此偏心距离。通过相应使光阑开口偏心,来自闪烁体材料层不同位置的原点成像光斑的平均光斑尺寸可有利地保持较小。即使在射线歪斜进入闪烁体材料层的情况下,这也能提供从传输场到检测场的良好成像。
在一些实施方式中,驱动控制单元可与光瞳光阑偏心驱动器信号连接。上述驱动控制单元使得屏蔽光阑位移驱动器、横向位移驱动器和光瞳光阑位移驱动器的运动同步。这使得自动测量过程能够产生对象的3维图像。可从查找表收集关于屏蔽光阑位移驱动器、横向位移驱动器和光瞳光阑位移驱动器的动作之间相依的数据。此查找表可在检测系统的准备校准步骤中产生。
在一些实施方式中,X射线源可为开放透射源或液态金属射流源。上述X射线源已被证明适用于该检测系统。
该载物台可为环形载物台的类型。此载物台在使用的光路径与对象之间可没有额外的载台材料。这避免了不希望的X射线吸收。
在一些实施方式中,载物台可包括至少一个有机托盘或者可包括铝和/或玻璃托盘,该托盘尤其包括掺杂物以过滤所产生X射线的光谱的低能量部分。上述载物台可最小化X射线吸收和/或过滤X射线的光谱中不需要的低能量部分。
在另一通常方面中,使用对对象进行X射线检查的检测系统来执行X射线检查方法,其中该检测系统包括用于产生X射线的X射线源;以及用于被X射线照射的物平面中的对象的成像的成像光学配置,该成像光学配置包括成像光学设备,以将场平面中的传输场成像到检测平面中的检测场中。该检测系统包括设置在该成像光学设备检测场的检测阵列;以及经由该成像光学设备保持待成像对象的载物台,其中该载物台可经由对象位移驱动器,沿该物平面中的至少一个横向对象位移方向相对于该光源移动。该检测系统包括具有屏蔽光阑孔径的屏蔽光阑,该屏蔽光阑孔径透射用来将对象成像的X射线,该屏蔽光阑配置在X射线源与载物台之间X射线的光路径中的配置平面内,该屏蔽光阑可经由屏蔽光阑位移驱动器沿该配置平面中至少一个光阑位移方向移动。该检测系统包括具有驱动控制单元的控制装置,该驱动控制单元与该屏蔽光阑位移驱动器和该对象位移驱动器信号连接,用于使该屏蔽光阑位移驱动器和该对象位移驱动器的运动同步。该屏蔽光阑和该检测阵列相对待检测对象同步移动,以实现不同的对象成像投射。上述X射线检查方法的优点对应于上面关于检测系统所讨论的那些。该屏蔽光阑、该检测阵列和该对象的同步运动保证用于照射该对象的X射线的光路径始终(或在该检测系统的实质大部分操作期间)撞击在期望的待成像对象区域处的对象,从而产生期望的对象成像投射。
此附加的一般方面可使用以下各条款进一步描述:
1.(条款1)一种用于对对象进行X射线检查的检测系统,该检测系统包含:
-X射线源,用于产生X射线;
-成像光学配置,用于将由该X射线照射的物平面中的对象成像,该成像光学配置包含成像光学设备,以将场平面中的传输场成像到检测平面中的检测场中;
-检测阵列,其配置在该成像光学设备的该检测场处,
-载物台,其通过该成像光学设备保持待成像对象,其中该载物台可通过对象位移驱动器,沿该物平面中的至少一个横向对象位移方向相对于该光源移动,
-屏蔽光阑,其具有屏蔽光阑孔径,该屏蔽光阑孔径对于用来将对象成像的X射线是透射的,该屏蔽光阑配置在X射线源与载物台之间X射线的光路径中的配置平面内,该屏蔽光阑可通过屏蔽光阑位移驱动器沿该配置平面中至少一个光阑位移方向移动,
-控制装置,其具有驱动控制单元,该驱动控制单元与该屏蔽光阑位移驱动器和该对象位移驱动器信号连接,用于使该屏蔽光阑位移驱动器和该对象位移驱动器的运动同步。
2.(条款2)如条款1所述的检测系统,其中该载物台可沿着至少一个线性位移方向移动。
3.(条款3)如条款1所述的检测系统,其中该屏蔽光阑可沿着至少一个线性位移方向移动。
4.(条款4)如条款1所述的检测系统,其中该载物台和/或该屏蔽光阑可沿着至少一个圆形方向移动。
5.(条款5)如条款1所述的检测系统,其中该屏蔽光阑配置成使得该屏蔽光阑孔径的尺寸可变。
6.(条款6)如条款1所述的检测系统,其中该屏蔽光阑包含多个屏蔽片。
7.(条款7)如条款1所述的检测系统,其中该屏蔽光阑装备有过滤器。
8.(条款8)如条款1所述的检测系统,其包含屏蔽光阑更换支架,以在不同的屏蔽光阑之间更换。
9.(条款9)如条款1所述的检测系统,其包含配置在该传输场处的闪烁体材料层。
10.(条款10)如条款1所述的检测系统,其包含配置在该成像光学设备的光瞳平面中的光瞳光阑。
11.(条款11)如条款10所述的检测系统,其中该光瞳光阑可经由光瞳光阑偏心驱动器移动,以在该光瞳平面中调动该光瞳光阑。
12.(条款12)如条款11所述的检测系统,其中该驱动控制单元与该光瞳光阑偏心驱动器信号连接。
13.(条款13)如条款1所述的检测系统,其中该X射线源为开放透射源或液态金属射流源。
14.(条款14)如条款1所述的检测系统,其中该载物台包括至少一个有机托盘或者包括铝和/或玻璃托盘,该托盘尤其包括掺杂物以过滤所产生X射线的光谱的低能量部分。
15.(条款15)一种使用如条款1所述的检测系统的X射线检查方法,其中该屏蔽光阑和该检测阵列相对于待检查对象同步移动,实现不同的对象成像投射。
16.(条款16)如条款15所述的X射线检查方法,其包含沿着至少一个线性位移方向移动该载物台。
17.(条款17)如条款15所述的X射线检查方法,其包含沿着至少一个线性位移方向移动该屏蔽光阑。
18.(条款18)如条款15所述的X射线检查方法,其包含沿着至少一个圆形方向移动该载物台和/或该屏蔽光阑。
19.(条款19)如条款15所述的X射线检查方法,其包含从查找表中读取数据,该查找表储存关于该屏蔽光阑位移驱动器的动作与该对象位移驱动器的动作之间的相依关系(dependency)的数据;以及
使用来自该查找表的数据,以同步该屏蔽光阑位移驱动器和该对象位移驱动器的运动。
20.(条款20)如条款1所述的检测系统,其包含查找表,该查找表储存关于该屏蔽光阑位移驱动器的动作与该对象位移驱动器的动作之间的相依关系的数据,
其中该控制装置配置成使用该查找表内储存的该数据来同步该屏蔽光阑位移驱动器和该对象位移驱动器的运动。
此附加一般方面的部件和功能可结合上述一般方面的部件和功能。
附图说明
以下将参考附图来详细说明本发明的示范具体实施例。在图中:
图1部分示意性和部分透视性描绘检测系统的侧视图,该检测系统包括检测组合件,该检测组合件具有成像光学配置以对被X射线照射的对象成像,具体实施为在该检测组合件的第一位置显示的显微镜物镜,其包括相对于该检测系统的X射线源的载物台,该检测系统更包括在X射线源的源区域与该载物台之间的屏蔽光阑;
图1A为图1的插图,显示该屏蔽光阑的平面xy视图;
图2为类似于图1的视图,与图1相比,该检测系统在包括该载物台的该检测组合件相对于X射线源的更远位置处横向位移;
图3显示在径向和示意性剖面图中的成像光学配置,其中成像射束路径的突显射线沿来自对象的倾斜X射线从闪烁体层的不同点发出,并进入要由该成像对象配置的成像对象成像的传输场;
图4为成像光学配置的另一具体实施例,其包括可轴向位移的光瞳光阑和成像光学设备,以将传输场成像到检测场中;
图5为类似于图4中该成像光学配置的视图,其中该光瞳光阑具体实施为环形孔径光阑;以及
图6为类似于图5中该成像光学配置的视图,其中该光瞳光阑进一步偏心,即从该成像光学配置的光学轴横向移位。
具体实施方式
检测系统1用于研究或检查被X射线3照射的对象2。检测系统1特别用于研究封装质量,即电子部件的机械和电气接合质量,特别是在具有微米和/或纳米结构的芯片上。此类电子部件通常配置成分层的三维(3D)结构。在图1中,显示几个层4i(i=1...3、5、7、10或更多)。
为了帮助进一步说明,以下使用笛卡尔xyz坐标系统。在图1中,x方向指向右侧,y方向垂直于绘图平面并指向远离观察者的方向且z方向指向上方。
层4i在z方向堆叠。
X射线3从X射线源6的源区5发射,X射线源6也称为光源。X射线3在配置对象2的发射锥内发射。此发射锥的典型锥角在90度和175度之间的范围内,并且可为170度。取决于光源6的类型,源区5的光斑尺寸可在1μm与100μm之间的范围内。光源6的连续功率可在1W与200W之间的范围内,并且再次取决于光源的类型可为20W或50W。
X射线源6可为开放式透射源类型或液态金属射流源类型。开放式透射X射线源的范例是来自德国X-RAY WorX GmbH提供的产品线“TCHE+”的来源。液态金属射流源的实例为ExcillumAB提供的源“金属射流D2+70kV”。
对象2由定义物平面8的载物台7支承。对象2相对于物场8a内的x-v维度配置。载物台7能够安装直径最大为300mm或更大的对象2。
载物台7可具体实施为环形载物台,以在使用的光路径8e与对象2之间没有附加的载物台材料。替代上,载物台7可包括薄的有机托盘或多个此托盘。此有机托盘的功能是将使用的X射线3的吸收减到最低。替代地,可使用具有适当掺杂物的铝和/或玻璃托盘作为载物台7的一部分,以过滤X射线3的光谱中不需要的低能量部分。
低于10keV或15keV的X射线能量通过对应载物台侧过滤器进行过滤。在载物台7的对应具体实施例中,有机托盘/铝和/或玻璃托盘的典型厚度可在1mm与5mm之间的范围内。
玻璃托盘可含有适量的掺杂材料,诸如Pb、B、As、Bi、Cd、Co、U,特别是为了优化低能量X射线的过滤。
在源区5和载物台7之间,屏蔽光阑8b配置在配置平面8c中。屏蔽光阑8b配置在X射线3的一般光路径8d中,并且用于在由光源6的发射锥体界定的总光路径8d内选择可用光路径8e。尤其是,屏蔽光阑8b保护对象2的未检测区域免受X射线曝光。屏蔽光阑8b具有光阑开口8f,其也称为屏蔽光阑孔径。通过屏蔽光阑孔径8f,可用光路径8e在更远的向下光束路径中传播照射在对象2上。
屏蔽光阑孔径8f可透射X射线3,用于对物件2成像。此屏蔽光阑孔径8f可为圆形,可为方形孔径或可为矩形。屏蔽光阑孔径8f的其他边界轮廓也是可能的,例如六边形轮廓。
屏蔽光阑8b可经由屏蔽光阑位移驱动器8g在配置平面8c中沿至少一个光阑位移方向x/y移动。
经由屏蔽光阑位移驱动器8g执行的此屏蔽光阑8b的移动可为沿至少一个线性位移方向的线性位移,例如,沿x/y。替代地并取决于屏蔽光阑位移驱动器8g的具体实施例,屏蔽光阑8b的可移动性可沿着两个位移方向,例如x和y,跨越配置平面8c。在屏蔽光阑位移驱动器8g的替代或附加具体实施例中,屏蔽光阑8b可沿至少一个弯曲方向移动,特别是可沿至少一个圆形方向移动。
屏蔽光阑8b可配置成使得屏蔽光阑孔径8f的尺寸可变。尤其是,屏蔽光阑8b可配置成具有可变尺寸光阑开口8f的可变光圈。此光阑开口尺寸/形状变化可通过对应屏蔽光阑孔径驱动器(未示出)来实现。
如显示屏蔽光阑8b的平面xy视图的插入图1A所示,在屏蔽光阑8b的具体实施例中,此可包括多个屏蔽片8ba、8bb、8be和8bd,其一起限定屏蔽光阑孔径8f。
在图1A所示的具体实施例中,叶片8ba至8bd配置成两对叶片8ba、8bb和8bc、8bd,其从相对位置限定屏蔽光阑孔径8f的范围。从图1A的方向看,叶片8bc、8bd配置在叶片8ba、8bb的下方。这些叶片对8ba、8bb和8bc、8bd之间的z距离可非常小,并且可在1μm与100μm之间的范围内。
如图1中的虚线所示,屏蔽光阑孔径8f可装备有过滤器8h。此滤波器具有滤除来自来源的X射线光谱的低能量部分的功能。
检测系统1可包括屏蔽光阑更换支架8i,其在图1中示意性指示。此屏蔽光阑更换支架8i具有在不同场光阑8b之间进行更换的功能,特别是在具有不同屏蔽光阑孔径8f的屏蔽光阑8b之间进行更换和/或在其标称使用时间之后更换屏蔽光阑8b。
屏蔽光阑8b的材料可来自高吸收性材料,例如铅、钨合金。屏蔽光阑8b的z厚度为在100μm与1mm之间的范围内。
对象2经由成像光学配置9成像,该装置包括具体实施为显微镜物镜的成像光学设备10。成像光学配置9是检测组合件11的一部分,该组合件更包含载物台7和保持在检测壳体13内的检测阵列12。检测阵列12可为CCD或CMOS阵列。检测阵列12可配置成平板检测器。检测阵列12可具有根据每秒10个帧(fps)的最小图像读出时间。此图像读出时间可更小以获得更高的fps值,特别是超过10fps、超过25fps和超过50fps。通常,图像读出时间大于5ms。
检测组合件11具有大视野(field of view,FOV)。FOV很大程度上取决于所用微物镜的放大倍率,范围从70毫米0.4倍物镜到0.7毫米40倍物镜。当然,FOV取决于检测阵列12的大小。
成像光学配置9可配置成使得成像光学设备10是可更换的,特别是在不同的放大比例之间切换。
在对应的成像测量期间,检测阵列12、成像光学设备10和载物台7以彼此固定的空间关系配置。此部件群组7、10和12相对于X射线源6移动,如下面进一步描述。为了成像/调整的目的,检测阵列12、成像光学设备10和载物台7可相互调整,特别是在z方向上。
成像光学设备10与对象2之间的典型距离d在1mm(毫米)的范围内。
物平面8(即载物台7的配置平面)与屏蔽光阑8b的配置平面8c之间的典型最小距离为1mm。X射线源6的源区5与屏蔽光阑8b之间的典型最小距离在1mm的范围内。
源区5与对象2之间的所得小距离导致使用光路径8e的最大产量。此外,对象2与成像光学设备10之间的此最小距离导致对象成像的最大分辨率。
以下另参考图3讨论成像光学配置9的更多细节。
成像光学配置9的成像光学设备10用于将场平面15中的传输场14成像到检测或像平面16a中的检测场16中。此成像可根据成像光学设备10的对应具体实施例以1倍或大于1的放大倍率进行,例如2、3、4、5、8、10、15、20、25、50、100或甚至更大。
典型的放大值可在4至40的范围内。
检测组合件11的检测器阵列12配置在成像光学设备10的检测场16处。检测阵列12可相对于成像光学设备10的像平面16a的位置沿z方向移动。
在传输场14处配置闪烁体材料层17。
通常,来自X射线源6的X射线3通过射线照相遮蔽投射(radiographicallyshading casting),在闪烁体材料层17上产生投射图像。在此具体实施例中不存在影响可用光路径8e内X射线3的方向的X射线光学设备。
此闪烁体层17的厚度对应于要由成像光学设备10成像的传输场14体积的z延伸。闪烁体层17的典型z延伸,即此层17的典型厚度,为1μm至500μm,特别是在5μm与50μm之间的范围内。闪烁体材料层17从进入层17的X射线3产生可在近紫外光范围、可见光范围或近红外光区域的成像光。
取决于对应具体实施例,可存在进一步X射线光学设备,以将物平面8中的物场8a成像到传输场14中。
成像光学设备10具有也称为参考轴的光学轴18。可为透镜和/或反射镜的成像光学设备10的光学部件相对此参考轴18表现出至少一定程度的对称性,并且特别可呈现相对于此参考轴的旋转对称性。在成像光学设备10的示意图中,非常示意性指示这些光学部件中的两个18a、18b。
在图3中,传输场14和检测场16之间的成像光路径由从闪烁体层17的三个不同原点22、23、24发出的示范性射线19、20、21表示。作为射线19、20、21的示范性范例,示出两个边缘射线和一个主射线19c、20c、21c。成像光学设备10内成像光路径的主光线或主成像射线19c、20c、21c都被定义为从闪烁体层17的各个原点22、23、24发出的光束的中心射线。替代地,此主成像射线19c、20c、21c可被定义为携带主成像光能方向的那些射线。
原点22位于示范X射线25从输入X射线3进入闪烁体层17的入口处。原点23位于X射线25与场平面15的交叉点处,特别是在闪烁体层17的z延伸的中间。原点24位于X射线25从闪烁体层17离开之处。
在图3所示的光束路径中,X射线25以与光学轴18成角度A的方式进入传输场14。此角度可在0度与80度之间的范围内。因此,通常,不同的原点22至24具有不同的x坐标,当然还有不同的z坐标。
成像光学设备10更包含配置在成像光学设备10的光瞳平面27中的光瞳光阑26。光瞳光阑26定义从闪烁体层17的不同原点射出的对应光束的边缘射线方向。主射线19c、20c、21c共线延伸。
光瞳光阑26的光阑开口28的中心C配置在相对于光学轴18的偏心距离DD处。
光阑开口28限定成像光学设备10的光瞳。由光瞳光阑26的光阑开口28限定的成像光学设备10的可用物侧数值孔径(NA),即可用物侧NA,大于0.4。在显示的具体实施例中,成像光学设备10的可用物侧NA可达到0.6。可用物侧数值孔径可为0.5。
偏心距离DD至少是典型宽度W的10%,特别是光阑开口28的直径。此比率DD/W可在10%与50%之间的范围内,特别是在25%与35%之间的范围内。
光瞳光阑26安装在驱动器29上,此驱动器29具体实施为偏心驱动器。此偏心驱动器29用来调动光瞳平面27内的光瞳光阑26,此调动可沿x轴和y轴或沿x-y平面中的任何方向进行。偏心驱动器29信号连接(未示出)到检测系统1的控制装置30的控制单元30a(比较图1)。
检测组合件11包括横向位移驱动器31。此横向位移驱动器31用于载物台7相对于X射线源6在x和/或y方向上的相对横向位移。在图1和2所显示的具体实施例中,横向位移驱动器31连接到X射线源6。在一替代的基本构造中,来源6保持固定并且只有包括保持对象2的载物台7和屏蔽光阑8b的检测组合件11移动。因此,根据对应具体实施例,此横向位移驱动器可替代或另外连接到特别保持载物台7的框架。此框架也可保持成像光学配置9,特别是可保持整个检测组合件11。
控制装置30的控制单元30a另与横向位移驱动器31信号连接(未示出)。进一步,控制装置30的控制单元30a与屏蔽光阑位移驱动器8g信号连接(未示出)。
图2显示横向位移驱动器31的效果。与图1相比,X射线源6相对于检测组合件11沿正x方向位移。如上所述,此x位移可由使整个检测组合件11位移的横向位移驱动器(未示出)和/或由使X射线源6位移的横向位移驱动器31引起。由于其横向移动载物台7的作用,横向位移驱动器31也称为对象位移驱动器。这导致根据上面关于图3解释的角度A用X射线25倾斜照射对象2。相比之下,在根据图1的X射线源6的初始配置中,此X射线25沿z方向行进,即垂直撞击物平面8。通过横向位移驱动器31的作用,载物台7可在物平面8中沿至少一个对象位移方向x/y相对于光源6移动。载物台7经由横向位移驱动器31的此可移动性,可沿至少一个线性位移方向x和/或y。在替代或另外的具体实施例中,载物台7可经由横向位移驱动器31或作用在载物台7上的对应横向位移驱动器,沿至少一个圆形方向相对于光源6移动。图1中的此圆形方向示意性由箭头C表示。作为替代或此外,沿着二维中任意路径的移动是可能的。此任意路径也可沿着3D路径运行。
如图2示意性所示,根据X射线源6相对于检测组合件11的横向移动,屏蔽光阑8b也通过屏蔽光阑位移驱动器8g横向位移,以确保X射线3的所使用的光路径8e照射在对象要由检测系统1成像的部分上。如此,屏蔽光阑位移驱动器8g、横向位移驱动器31以及光瞳光阑位移驱动器29的运动经由控制装置30的控制单元30a来同步。
一方面X射线源6相对于载物台7以及检测组合件11的其他部件的横向位移L(比较图2)且另一方面光阑开口28的中心C相对于成像光学设备10的光学轴18的偏心距离DD平衡,使得X射线25平行于主射线19c、20c、21c进入传输场14。
控制单元30用于根据由横向位移驱动器31实现的X射线源6横向位移,来控制光瞳光阑26的偏心驱动器29和屏蔽光阑位移驱动器8g。此对应驱动量是(1)偏心驱动器29、(2)屏蔽光阑位移驱动器8g和(3)横向位移驱动器31的三倍,这导致(1)通过屏蔽光阑孔径8f中心的X射线25方向的平衡以及(2)平行于主射线19c至21c方向的X射线25方向的平衡,可储存在控制装置30的查找表中。
检测系统1操作如下:
在根据图1的初始构造中,可在典型X射线波段中并且可具有10keV与160keV之间能量的X射线在传输场14中产生对象图像,并由闪烁体层17转换到特别是近紫外光范围、可见光范围或近红外光范围内的波长范围,其可由检测阵列12检测。此转换后的成像射线,例如成像射线19至21,然后经由成像光学设备10成像到检测阵列12上,从而在检测场16中产生传输场14的图像,并由此在检测阵列12上产生对象2的图像。
通过使用在DE 10 2018 209 570 A1中描述的方法,通过如上述X射线源6的横向位移,运用不同的对象成像投射。如此,确保成像光学设备10的入口,即闪烁体层17,与对象2的最近层41之间非常小的距离,以最小化从对象2到传输场14的传输误差。最小距离d(比较图1)可在1毫米的范围内。由于这个最小距离d,当X射线源6相对于检测组合件11横向位移时,光学轴18相对于z轴的倾斜不可能使成像光学设备10适配于通过X射线25倾斜照明。这导致上面解释的角度A。偏心光瞳光阑26的使用确保在检测场16中产生的图像不会由于此倾斜进入的X射线25而受到损害,其产生在闪烁体层17中沿各自倾斜路径产生的成像射线19至21的原点(比较图3中的原点22至24)。偏心距离DD与横向位移L的平衡导致较小的平均有效光斑尺寸19s、20s、21s,如图3中原点22至24的光斑图像示例性所示。因此如图3所示,右侧画面上的有效光斑尺寸32较小。此斑点尺寸可计算为第一艾里根(Airy root)与相应艾里斑(Airy disc)中心的距离。特别是在x维度上,由于光阑26的偏心光阑开口28,使得有效光斑尺寸32可比具有居中光阑的未校正光斑尺寸小1、2至3倍,特别是在1.5与2.5之间范围内的倍数,特别是在比具有居中光阑的未校正光斑尺寸小2左右的范围内。
例如,使用由光阑26的光阑开口28定义的0.4物侧数值孔径,并进一步使用波长400nm的成像射线19至21,可产生x方向和y方向上的有效光斑尺寸,其在1μm的范围内(FWHM或半高全宽(full width at half maximum))。这里,使用45°的X射线25对光学轴18的角度A。
此外,屏蔽光阑8b的使用确保只有X射线3通过配置平面8c,这是经由所使用的光路径8e照射对象2所需的。这避免对对象2以及检测组合件11的部件造成不必要的X射线负荷。
可在没有收缩偏心光瞳光阑26的情况下使用的成像光学设备10的标称物侧数值孔径(NA)大于由光阑开口28限定的物侧数值孔径。例如,在光阑开口28的宽度W导致可用物侧数值孔径为0.6的情况下,并且进一步在角度A达到20度的情况下,成像光学设备10的此标称物侧数值孔径为(sin20deg=0.34)0.6+0.34,即为0.94。
通过使用浸没式成像光学设备10,可实现更大的标称物侧数值孔径。在US 7,057,187中给出此类其他成像光学设备的范例和参考,其整个内容通过引用并入本文供参考。例如,成像光学设备10的标称物侧数值孔径可高达1.9。
US 7,057,187另给出可用于闪烁体17的闪烁材料的实例。较佳材料为CsI,其具有1.95的折射率。也可使用折射率在1.50与2.20之间的其他闪烁材料。
用于闪烁层17的可能闪烁体材料为NaI:Tl、CsI:Tl、CsI:Na、CsI、BaF2、CeF3、BGO、PWO:Y、LSO/LYSO或诸如CsPbBr3和CsPbI3的钙钛矿。
图4例示成像光学配置35的进一步实例,其可当成上述成像光学配置9的替代品。对应于以上特别是关于图1至图3所解释的那些的部件和功能用相同的参考标号表示,并且不再详细讨论。
在图4的具体实施例中,光瞳光阑26的驱动器29具体实施为轴向驱动器,以垂直于光瞳平面27平移光瞳。
样品2(例如包括不同密度的区域或结构2a的半导体样品)被X射线辐射3照射。X射线辐射3源自于X射线源6。X射线源6可为真实的或者配置成虚拟X射线源6,例如中间焦点。从X射线源6,X射线3的同心束传播并照射样品2。X射线3由样品2部分吸收或穿过样品2而没有偏转且撞击到闪烁体层17上。闪烁体层17将X射线3转换为例如可见光。为了将许多X射线光子转换为可见光,闪烁体17具有约1μm至500μm的最小厚度。闪烁体层17的此厚度取决于由图4中透镜示意性描绘的成像光学设备10的数值孔径。闪烁体层17的厚度应该是几个瑞利单位。通常,闪烁体层17的厚度选自于10与200μm之间。
除了上面参考图1至图3的具体实施例给出的解释外,利用闪烁体17的有限厚度,维持足够数量的X射线3被转换成可见光。此外,闪烁体17内的激发区域沿着厚闪烁体17内的X射线轨迹拉长,因此在闪烁体17内具有不同的取向或倾斜角,这取决于横向位置。来自激发区域的光子由成像光学设备10成像在检测阵列12的检测场16上。成像光学设备10配置成将闪烁体17的放大图像形成到检测阵列12上。
根据本发明的具体实施例,配置成像光学设备10的远心特性是根据X射线3的投射方向,X射线3源自X射线源6。调整成像光学设备10的远心特性,使得X射线源6的图像35a(如果其由成像光学设备10形成)形成于当成远心光阑的光瞳光阑26的中心处。对于远心特性,此处通常描述闪烁体17处主射线19c、20c、21c的方向,尽管该方向在数学意义上可能不是远心的。一束主射线19c、20c、21c也可能是同心。
根据图4的具体实施例,调整成像光学设备10的远心特性,使得主射线19c、20c、21c与作为主射线19c、20c、21c的虚拟原点或交点的X射线源6形成同心束。主射线19c、20c、21c是与孔径光阑26在孔径8f的中心位置,即光阑开口28的中心位置相交的那些射线。
通过此根据X射线3的投射方向配置的主射线19c、20c、21c的构造,实现沿X射线3的投射方向具有高分辨率的激发区图像。图4中示范由成像光学设备10成像的成像射束10a、10b。
根据X射线3的投射方向的主射线19c、20c、21c的配置可通过专为主射线19c、20c、21c的同心束设计的成像光学设备10的具体实施例来实现。在一实例中,成像光学设备10包含用于调整主射线特性的构件,例如通过可动光学元件,诸如在配置成改变主射线19c、20c、21c在场平面15(即闪烁体材料层17的配置平面)附近远心特性的变焦系统中。在图4的实例中,主射线19c、20c、21c的远心特性变化通过可移动光瞳光阑26实现。在图4的实例中,可移动光瞳光阑26可经由轴向驱动器29沿光学轴18移动,由此主射线特性根据X射线源6的轴向距离而改变。此实例中的驱动器29充当轴向驱动器,以调动光瞳光阑26。
在图4中,光瞳26显示为处于相对于光瞳平面27轴向位移的单中心光阑位置。当光瞳光阑26从此单中心光阑位置调动时(即从平面36调动到光瞳平面27中),实现光瞳光阑26的远心光阑定位。
通过使用环形光瞳光阑37代替根据图1至4的光瞳光阑26,可进一步提高利用成像光学设备10的光学成像的分辨率。此实例被例示于图5。对应于以上特别是关于图1至图4所解释的那些的部件和功能用相同的参考标号表示,并且不再详细讨论。
使用环形光瞳光阑37将成像射束10a、10b限制为环形光束,这允许更大的景深,并且因此允许具有更高横向分辨率的闪烁体17的延长激发区域成像。如图5所示,环形光瞳光阑37也具体实施为由驱动器29驱动的可轴向驱动光阑。
相应光阑8b、26、37可具体实施为可更换的,并且光学成像光学设备10可配置成具有多个可更换和可移动的光阑,其包括例如圆形和环形光阑。
在另一实例中,可移动光阑可从光学轴横向位移,由此主射线特性根据X射线源相对于成像光学设备10的光学轴的轴向距离而改变。一实例被例示于图6。对应于以上特别关于图1至图5所解释那些的部件和功能使用相同的参考标号表示,并且不再详细讨论。
在图6的成像光学配置35的具体实施例中,光瞳光阑37由驱动器29驱动到相对于光学轴18偏心并进一步相对于光瞳平面27轴向位移的位置。在图6的具体实施例中,驱动器29包括偏心驱动单元并更包括轴向驱动单元。
关于此偏心驱动器的功能,具体参考上面关于图1至图3的具体实施例所给出的描述。
在图4和5的具体实施例中,成像光学设备10简化为单一透镜。应当理解,成像光学设备10可包含多个透镜元件或透镜元件的多个组,或者可包含多个光学部件的子系统,例如显微镜透镜和管状透镜。成像光学设备10可包含用于改变成像光学设备10的放大率的变焦系统。
成像光学设备10可更至少包含配置在检测器阵列12或闪烁体层17附近的场透镜40。在图6的实例中,场透镜40配置在检测阵列12附近。利用场透镜40,可减小相对于图像传感器的入射角。在实例中,场透镜40配置成可经由相应偏心驱动器41在横向方向上位移。由此,可补偿根据离轴X射线源位置(相对于成像光学设备10的光学轴18)的主射线特性。
虽然本说明书内含实施细节,但这些不应该构成对所主张本发明范围的限制,而是对本发明特定具体实施例的特征描述。本说明书的个别具体实施例范围内描述的特定特征也可在单一具体实施例中组合实施。相反的,在单一具体实施例范围内描述的各种特征也可分散地在多个实施例或在任何合适的次组合内实施。上述具体实施例中的各种系统组件的分开不应理解成在所有具体实施例内都需要分开。此外,尽管特征可以在上面被描述为以某些组合起作用,甚至在最初被要求保护时也是如此,但是在某些情况下,来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以从该组合中删除,并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变体。
如此,已说明本发明的特定具体实施例。其他具体实施例在随后的权利要求的范围内。此外,权利要求中所引用的动作可采取不同的顺序执行,并仍实现期望的结果。

Claims (22)

1.一种将被X射线照射的对象成像的成像光学配置,该成像光学配置包含:
-成像光学设备,用于将场平面中的传输场经由成像光路径成像到检测平面内的检测场;
-闪烁体材料层,配置于该传输场处;以及
-光阑,配置于该成像光学设备的光瞳平面内,
-其中该成像光学设备具有光学轴,
-其中该光阑的光阑开口的中心配置在相对于该光学轴的偏心距离处。
2.如权利要求1所述的成像光学配置,其中该偏心距离为该光阑开口的宽度的至少10%。
3.如权利要求1或2所述的成像光学配置,其中该光阑安装在驱动器上,以在该光瞳平面内调动该光阑。
4.如权利要求1至3中任一项所述的成像光学配置,其中由该光阑开口定义的该成像光学设备的物侧数值孔径大于0.4。
5.如权利要求1至4中任一项所述的成像光学配置,其中该成像光学配置更包含用于调整主射线特性的构件,该构件包括可动光学元件,或更包含轴向移动该光阑的构件。
6.如权利要求1至5中任一项所述的成像光学配置,其中该光阑为环形光瞳光阑。
7.一种包括如权利要求1至6中任一项所述的成像光学配置的检测组合件,该检测组合件更包含:
-检测阵列,配置在该成像光学设备的该检测场处;以及
-载物台,保持要经由该成像光学设备成像的对象。
8.一种检测系统,包含如权利要求7所述的检测组合件,该检测系统更包含X射线源。
9.如权利要求8所述的检测系统,具有横向位移驱动器,用于该载物台相对于该X射线源的相对横向位移。
10.如权利要求9所述的检测系统,其中:
该X射线源相对于该载物台的横向位移,以及
该光阑开口的中心相对于该成像光学设备的该光学轴的偏心距离
已平衡,使得进入该传输场的X射线平行于该成像光路径内的成像光的主成像射线行进。
11.如权利要求8至10中任一项所述的检测系统,其中进入该传输场的所述X射线与该成像光学设备的该光学轴之间的角度介于0度与80度之间。
12.如权利要求9所述的检测系统,更包含:偏心和/或轴向驱动器,用于调动该光瞳平面中的光阑;以及与该偏心和/或轴向驱动器以及与该横向位移驱动器信号连接的控制装置。
13.一种使用如权利要求8至12中任一项所述的检测系统的X射线检查方法,其中该光阑的该光阑开口的该偏心距离适配于X射线歪斜或倾斜进入该成像光学设备的该传输场的角度。
14.如权利要求2所述的成像光学配置,其中该光阑安装在偏心和/或轴向驱动器上,以在该光瞳平面内调动该光阑。
15.如权利要求2所述的成像光学配置,其中由该光阑开口定义的该成像光学设备的物侧数值孔径大于0.4。
16.如权利要求7所述的检测组合件,其中该偏心距离为该光阑开口的宽度的至少10%。
17.如权利要求7或16所述的检测组合件,其中该光阑安装在驱动器上,以在轴向或横向方向的至少一者上调动该光阑。
18.如权利要求12所述的检测系统,包含查找表,该查找表储存关于该偏心驱动器的动作与该横向位移驱动器的动作之间的相依关系的数据,
其中该控制装置配置成使用该查找表内储存的数据,来控制该偏心驱动器和该横向位移驱动器。
19.如权利要求13所述的X射线检查方法,包含平衡该X射线源相对于该载物台的横向位移和该光阑开口的该中心相对于该成像光学设备的该光学轴的该偏心距离,使得进入该传输场的X射线平行于该成像光路径内的成像光的主成像射线行进。
20.如权利要求13或19所述的X射线检查方法,包含读取来自查找表的数据,该查找表储存关于该偏心和/或轴向驱动器的动作与该横向位移驱动器的动作之间的相依关系的数据;以及
使用来自该查找表的该数据来平衡该X射线源相对于该载物台的横向位移和该光阑开口的中心相对于该成像光学设备的光学轴的偏心距离。
21.如权利要求13、19或20所述的X射线检查方法,其中进入该传输场的所述X射线与该成像光学设备的光学轴之间的角度介于0度与80度之间。
22.如权利要求13或19至21中任一项所述的X射线检查方法,包含使用横向位移驱动器来执行该载物台相对于该X射线源的相对横向位移。
CN202280055227.9A 2021-08-16 2022-07-22 将被x射线照射的对象成像的成像光学配置 Pending CN117795624A (zh)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/402,819 2021-08-16
US17/402,822 2021-08-16
US17/402,822 US11817231B2 (en) 2021-08-16 2021-08-16 Detection system for X-ray inspection of an object
DE102021210174.7 2021-09-15
DE102021210175.5 2021-09-15
PCT/EP2022/070678 WO2023020782A1 (en) 2021-08-16 2022-07-22 Imaging optical arrangement to image an object illuminated by x-rays

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117795624A true CN117795624A (zh) 2024-03-29

Family

ID=85177121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280055227.9A Pending CN117795624A (zh) 2021-08-16 2022-07-22 将被x射线照射的对象成像的成像光学配置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11817231B2 (zh)
CN (1) CN117795624A (zh)

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2626432B1 (fr) * 1988-01-25 1995-10-13 Commissariat Energie Atomique Appareil de tomographie a rayons x
US6774983B2 (en) * 2002-08-12 2004-08-10 Anvik Corporation Distributed projection system
US7057187B1 (en) 2003-11-07 2006-06-06 Xradia, Inc. Scintillator optical system and method of manufacture
US7130375B1 (en) 2004-01-14 2006-10-31 Xradia, Inc. High resolution direct-projection type x-ray microtomography system using synchrotron or laboratory-based x-ray source
US8571175B2 (en) * 2009-11-30 2013-10-29 The Boeing Company System and method for determining ionization susceptibility using x-rays
JP6036321B2 (ja) * 2012-03-23 2016-11-30 株式会社リガク X線複合装置
US9129715B2 (en) 2012-09-05 2015-09-08 SVXR, Inc. High speed x-ray inspection microscope
US10295485B2 (en) * 2013-12-05 2019-05-21 Sigray, Inc. X-ray transmission spectrometer system
WO2016012426A1 (de) 2014-07-22 2016-01-28 Carl Zeiss Smt Gmbh Verfahren zum dreidimensionalen vermessen eines 3d-luftbildes einer lithografiemaske
US10324050B2 (en) * 2015-01-14 2019-06-18 Kla-Tencor Corporation Measurement system optimization for X-ray based metrology
JP6677519B2 (ja) * 2016-02-03 2020-04-08 日本電子株式会社 電子顕微鏡および収差測定方法
DE102018209570A1 (de) 2017-06-14 2018-12-20 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines dreidimensionalen Abbilds
DE102018201250B3 (de) * 2018-01-26 2019-06-27 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Variable Blendenvorrichtung und Computertomograph umfassend eine variable Blendenvorrichtung
US10692184B2 (en) * 2018-07-05 2020-06-23 SVXR, Inc. Super-resolution X-ray imaging method and apparatus
US11009471B2 (en) * 2018-09-12 2021-05-18 Illinois Tool Works Inc. Dynamic radiation collimation for non destructive analysis of test objects
US11651492B2 (en) * 2019-07-12 2023-05-16 Bruker Nano, Inc. Methods and systems for manufacturing printed circuit board based on x-ray inspection
US11615533B2 (en) * 2019-07-12 2023-03-28 Bruker Nano, Inc. Methods and systems for product failure prediction based on X-ray image re-examination
US11430118B2 (en) * 2019-07-12 2022-08-30 Bruker Nano, Inc. Methods and systems for process control based on X-ray inspection
US11688067B2 (en) * 2019-07-12 2023-06-27 Bruker Nano, Inc. Methods and systems for detecting defects in devices using X-rays
US11042981B2 (en) * 2019-07-12 2021-06-22 SVXR, Inc. Methods and systems for printed circuit board design based on automatic corrections

Also Published As

Publication number Publication date
US20230046280A1 (en) 2023-02-16
US11817231B2 (en) 2023-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7400704B1 (en) High resolution direct-projection type x-ray microtomography system using synchrotron or laboratory-based x-ray source
US10976269B2 (en) Wafer alignment for small-angle x-ray scatterometry
KR102003202B1 (ko) 결정학적 그레인 배향 맵핑 능력을 가진 실험실 x-레이 마이크로-단층촬영 시스템
KR101370203B1 (ko) 광원의 요동을 측정하기 위한 시스템을 구비한 euv 조명시스템
EP3355315A1 (en) X-ray microscope
KR20190015531A (ko) 엑스선 현미경 관찰을 위한 방법 및 장치
US20150055745A1 (en) Phase Contrast Imaging Using Patterned Illumination/Detector and Phase Mask
JP4639352B2 (ja) 波長≦100nmで物体を検査する検査系
KR20050010835A (ko) 대역 판을 포함하는 다중 영상화 시스템을 사용하는 원소특이성 x-선 형광 현미경
KR101807396B1 (ko) 펠리클의 검사 장치 및 그 검사 방법
WO2018216277A1 (ja) 欠陥検査装置及び欠陥検査方法
Schroer et al. Beryllium parabolic refractive x-ray lenses
WO2020008420A2 (en) Small-angle x-ray scatterometry
US20230384245A1 (en) High throughput 3d x-ray imaging system using a transmission x-ray source
Schröter et al. Large-area full field x-ray differential phase-contrast imaging using 2D tiled gratings
Cerrina et al. Maximum: A scanning photoelectron microscope at Aladdin
Wu et al. Characterization and calibration of a multilayer coated Wolter optic for an imager on the Z-machine at Sandia National Laboratories
CN117795624A (zh) 将被x射线照射的对象成像的成像光学配置
JP2011064662A (ja) 透視用テーブル付ct装置
TW202316193A (zh) 將被x射線照射之物件成像的成像光學配置
US20220050067A1 (en) Industrial x-ray workpiece measuring system and method for operating same
US11992350B2 (en) System and method for compact laminography utilizing microfocus transmission x-ray source and variable magnification x-ray detector
US20230050439A1 (en) Imaging optical arrangement to image an object illuminated by x-rays
WO2021008819A1 (en) Microscopy system
TW202405416A (zh) 半導體檢查裝置、半導體檢查系統及半導體檢查方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination