TW202117780A - 成像樣品的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於藉由一X射線偵測器(D)使一樣品(S)成像之方法，其包括：提供(10)與一目標(T)相互作用之一電子束(112)以產生從該目標上之一X射線點(122)發射之X射線輻射(120)；相對於該目標移動(20)該樣品；使該電子束偏轉(30)，使得該X射線點在該樣品之該移動的同時且根據該樣品之該移動在該目標上移動；及偵測(450)從該X射線點發射且與該樣品相互作用之X射線輻射。

Description

成像樣品的方法
本發明大體上係關於一種用於藉由X射線輻射使樣品成像之系統及方法。
X射線成像係在例如醫療診斷及工業檢測及品質控制中採用X射線輻射來擷取關於樣品之資訊之一技術。一般言之，容許藉由將一電子束引導至一目標而產生之來自一X射線點之X射線照射在樣品上且藉由一X射線偵測器觀察X射線與樣品之物質之間的相互作用。例如，藉由分析X射線輻射在其行進通過樣品時之衰減或X射線輻射在其與樣品之物質相互作用時之散射，可例如擷取關於樣品之組合物及結構之資訊。
以精細解析度且在短時間內獲取一相對大樣品之一X射線影像係一個挑戰。此等係在許多工業檢測系統中發現之要求。為能夠解析小特徵而不引起影像模糊，需要一小X射線點。此通常藉由聚焦衝擊目標之電子束而達成。一較大X射線點將不可避免地引起影像模糊，此係因為來自點之不同部分之X射線輻射將與樣品相互作用且自不同角度到達偵測器。然而，使X射線點變小可需要一較低X射線通量，此係因為可施加至一較小點而不具有使目標過熱之風險之電子束功率可小於一較大點可能之電子束功率。增加施加至一小點之電子束功率意謂增加功率密度，此繼而可導致對目標之局部損害。一給定點大小之最大可用X射線通量通常受電子目標(其在與電子束相互作用時產生X射線輻射)能夠處置而不會過熱且承受其他熱引起之損害之最大熱負載限制。因此，隨著點大小減小，曝光時間可能需增加以達成從一影像品質觀點所需之X射線劑量。增加曝光時間通常將增加檢測樣品所需之總時間。因此，看似必須在解析度與檢測時間之間作出權衡。
為達成清晰影像，一直截了當之解決方案係在樣品未相對於X射線源及偵測器運動時使其成像。針對與成像系統之視野相比相對大之一樣品，樣品或成像系統必須執行一重複步進運動(即，從靜止開始，移動至目的地，停止，等待引起之振動減小，且重複)，此將增加檢測時間。
一替代方案可為在樣品相對於成像系統運動時使其成像。然而，為避免運動引起之影像模糊，曝光時間必須短於由影像解析度及樣品之速度設定之一時間標度，使得樣品在一個曝光期間移動之距離與影像解析度相比係可忽略的。如上文論述，一改良解決方案可意味著一較長曝光時間以及一較低速度，以便避免模糊。一較低速度亦將意謂一較長檢測時間。再者，解析度與檢測時間之間似乎存在一衝突。
一進一步選項可為使用複數個偵測器以從樣品獲取更多資訊。樣品之影像可形成為從各偵測器獲得之影像之一總和。然而，歸因於實體約束，各偵測器將從一稍微不同角度觀察樣品之相同區，此將引起所得影像之影像模糊。
因此，需要一改良X射線成像技術。
本發明之一目標係解決或減輕上文描述之問題。更特定言之，本發明旨在提供一種用於以改良品質及產出時間使一樣品成像之方法及系統。
將從以下描述明白之此及其他目標完全或部分由根據隨附獨立請求項之方法及系統達成。附屬請求項定義較佳實施例。
本發明不應被解釋為限於一特定應用或一特定類型之樣品。相反地，本發明可與其中期望X射線檢測之許多類型之樣品一起使用且可用於不同類型之工業應用中。為獲得本發明之益處，本發明可較佳地用於樣品分析，從其中特別關注從二維資料擷取之二維樣品資訊。可從藉由從樣品之實質上一個側提供X射線輻射而獲得之一二維X射線影像提取此資料。在一些情況中(例如，在分層攝影應用中)，可組合從稍微不同角度獲得之一物件之複數個二維影像以提供一些深度資訊。需要具有一完整三維特性之資訊之樣品可更佳地適於斷層攝影成像，其中從複數個方向提供X射線輻射且重建樣品之一完整三維影像。本申請案致力於描述及保護強加於X射線源上之限制，因而達成所要檢測目標，即，在短時間內提供大物件之高解析度、高品質影像。特定類型之樣品可需要調適不同成像系統組件(例如，樣品固持器及偵測器)，但根據本發明之一X射線源仍可為適用的。
一般言之，本發明提供可用於藉由在一電子束與一目標之間的相互作用時產生之X射線輻射使一樣品成像之一技術。X射線輻射可經引導朝向樣品且藉由一偵測器進行偵測。
電子束可相對於目標偏轉，使得在其從目標發射X射線輻射之X射線點可相應地移動。X射線點之移動可與樣品之一移動相關。此等關係之各種實例係在本發明中描述之實施例之目的。實例包含協調X射線點在目標上之移動與由樣品描述之移動之至少一部分，使得如投射在偵測器上之樣品之一影像並不在偵測器上移動。進一步實例包含在某一時間週期內同步X射線點及樣品之移動，諸如例如電子束在目標上之一掃描，且在樣品之一移動的同時及根據樣品之一移動在目標上移動X射線點。
因此，在一態樣中，提供一種用於藉由一X射線偵測器使一樣品成像之方法，其中該方法包括：提供與一目標相互作用之一電子束以產生從該目標上之一X射線點發射之X射線輻射；相對於該目標移動該樣品；使該電子束偏轉，使得該X射線點根據該樣品之該移動而在該目標上移動；及偵測從該X射線點發射且與該樣品相互作用之X射線輻射。較佳地，該X射線點與由該樣品描述之該移動之至少一部分同時移動。
在一態樣中，提供一種用於使一樣品成像之方法，其包括：提供與一目標相互作用之一電子束以產生從該目標上之一X射線點發射之X射線輻射；提供一偵測器，其經配置用於接收在該目標處產生且行進通過該樣品之X射線輻射；相對於該目標移動該樣品；及使該電子束偏轉，使得該樣品上之一檢測區之一影像不相對於該偵測器移動。
在一態樣中，提供一種用於檢測一移動樣品之X射線源，其包括一目標、一電子源、一電子光學系統及一控制器。該電子源經組態以提供與該目標相互作用之一電子束以產生從該目標上之一X射線點發射之X射線輻射，而該電子光學系統經組態以使該電子束偏轉，以便在該目標上移動該X射線點。該控制器可操作地連接至該電子光學系統且經組態以藉由該電子光學系統且基於指示該樣品之該移動之一信號而使該電子束偏轉，使得該X射線點基於該樣品之該移動而在該目標上移動。較佳地，該X射線點根據該樣品之該移動而在該目標上移動，且在一些實例中，在由該樣品描述之該運動之至少一部分期間與該樣品之該移動同時移動。在一些實施例中，指示該樣品之該移動之該信號可僅為關於該樣品移動之速度及方向之資訊。若該樣品之該移動在一恆定速度下係線性的，則一旦已提供該樣品移動之一開始觸發，便無需進一步輸入。
在一態樣中，本發明提供一種用於藉由一X射線偵測器使一樣品成像之成像系統，其中該系統包括一目標、一電子源、一樣品固持器及一電子光學系統。該電子源經組態以提供與該目標相互作用之一電子束以產生從該目標上之一X射線點發射之X射線輻射，而該樣品固持器經組態以相對於該目標移動該樣品且該電子光學系統經組態以使該電子束偏轉，使得該X射線點根據該樣品之該移動而在該目標上移動。
一般言之，本發明解決如上文描述之解析度與曝光時間之間的權衡挑戰且提出其中可在某一時間週期期間根據樣品移動樣品上之X射線照明之一技術。因此，針對樣品及X射線點之相對移動之至少一部分，樣品上之X射線照明可固定或照射在樣品之一固定位置上或內。換言之，可在一非零時間間隔內協調X射線點之移動與樣品之一移動，使得X射線照明在至少該非零時間間隔內跟隨樣品。為避免運動引起之所產生影像之模糊，可協調樣品及X射線點之運動，使得在偵測器上產生檢測區之一影像，該影像在樣品及X射線點移動時不相對於偵測器移動。
可注意到若干優點。首先，此技術容許樣品之一特定檢測位置之曝光時間隨著樣品上之X射線照明連同樣品一起移動而增加。其次，使用一增加曝光時間使得可使用一減小功率密度，此繼而降低X射線源及特定言之X射線源之電子目標的過熱之風險。第三，使電子束偏轉使得X射線點在目標上移動降低目標材料之局部過熱之風險且使得可增加電子束之功率密度。第四，相對於目標移動樣品容許以一循序方式使樣品上之複數個檢測位置成像。換言之，此技術使得可使具有超過X射線源及偵測器之視野之一大小之樣品成像。第五，能夠協調X射線點在目標上之運動與樣品之移動，使得樣品在偵測器上之一影像與偵測器本身之間的相對運動減少或使得影像實質上固定在偵測器上可減少由偵測器獲取之影像之運動引起之雜訊及模糊。
本發明利用以下認識：一電子光學系統通常可用於以高於可由機械構件達成之速度及精度之一速度及精度導致電子束與目標之間的一相對移動。機械引起之移動通常限於所涉及零件之慣性及工程容限，而電子光學系統傾向於能夠使電子束偏轉而無需機械零件之任何實質移動。此容許藉由電子光學系統控制電子束在目標上之位置及因此自其從目標發射X射線輻射之X射線點。X射線點在目標上之運動可例如經控制，使得樣品上之所得X射線照明跟隨樣品之一運動。歸因於獲得一精確機械移動之上述挑戰，在一些實例中，樣品固持器可經組態以在一量測序列期間以一實質上連續方式移動樣品，而電子光學系統可經組態以在相同量測序列期間在目標上重複來回移動X射線點複數次。因此，量測序列可包括複數個曝光，其中針對各曝光，X射線點可在一正向方向上在目標上移動，使得照明跟隨樣品上之一特定檢測位置，且在起始樣品上之另一檢測位置之下一曝光之前快速移動回至目標上之一開始位置。在一些實施例中，可較佳地在移動回至開始位置之期間遮沒電子束，使得在此階段期間不產生X射線輻射。若未遮沒電子束，則X射線點將對應於其中將已產生X射線輻射之點。
先前技術(其中尚未實現根據樣品之一運動而在目標上移動X射線點之該等優點)可能需訴諸於使樣品及整個X射線源以一逐步方式相對於彼此移動以執行大於檢測系統之可用視野之一樣品之檢測。此技術固有地受到有關加速及減速一大規模物件之機械限制的限制。通常，必須容許充裕時間來開始、移動、停止及等待所引起之振動減小，從而導致一延長檢測時間。若在嘗試減少檢測時間時在樣品及X射線源已相對於彼此靜止之前獲取影像，則剩餘振動可導致影像模糊。本發明在以下意義上係有利的：其容許樣品在檢測期間在電子束重複掃描遍及目標的同時以一連續方式移動，因此在一相當短時間內提供整個樣品之清晰影像。此外，本發明優於其中照明在一固定樣品上以一連續方式運動掃描(或相對於一固定X射線源掃描樣品)之先前技術，此係因為本發明在各檢測位置處容許一增加曝光時間。為減輕此問題，一些先前技術解決方案包括用於使樣品重複成像之複數個偵測器。樣品之影像可形成為從各偵測器獲得之影像之一總和。然而，歸因於實體約束，各偵測器將從一稍微不同角度觀察樣品之相同區，此將引起所得影像之影像模糊。本發明藉由根據樣品移動X射線點，使得在由各偵測器記錄影像資料時從相同角度照明樣品上之各檢測區而解決此缺點。此外，若相對於一固定X射線源掃描樣品，則影像可以相對於樣品速率之影像放大率按比例調整之一速率在偵測器上移動。另一方面，若根據本發明移動X射線點，則偵測器上之影像速率可等於樣品速率。此可提供針對偵測器之讀出速度的稍微寬鬆要求。
因此，根據一實施例，電子光學系統可經組態以在複數個掃描中在目標上來回移動電子束，而樣品固持器經組態以在電子束之一或若干個重複掃描期間以一實質連續移動方式移動樣品。在一些實施例中，較佳地可在電子束之反向運動期間控制電子束，使得在此階段不產生X射線輻射，例如藉由遮沒電子束或以其他方式防止電子束與目標相互作用。
根據一實施例，成像系統可經組態以協調電子束之移動與樣品之移動，使得在電子束之一掃描期間，X射線照明跟隨樣品上之一特定位置，使得此位置被投射至偵測器上之一固定位置上。換言之，可協調電子束及樣品之移動，使得在一掃描期間，不存在或實質上不存在樣品之影像與偵測器之間的相對運動。
如本文中使用，術語「曝光時間」通常被理解為樣品之一區被曝光至用於執行成像之X射線輻射之時間間隔。換言之，曝光時間可係指偵測器記錄X射線輻射與樣品相互作用之時間間隔。
術語「檢測區」或「檢測位置」通常係指樣品上待檢測之一實體位置或區(較佳地在電子束遍及目標之一單一掃描期間)。因此，一量測序列可包括樣品上之複數個檢測區之量測。
將理解，檢測區可彼此重疊、並排配置或彼此實體分離。
在一些實例中，一檢測區之大小或面積可由X射線源及偵測器之視野定義。一檢測區之大小可例如等於視野之大小。
電子束及X射線輻射可被視為將某一功率分別遞送至目標及樣品。每單位時間之功率(已知被定義為遞送至目標(或樣品)之能量之總量)可由每單位時間遞送至目標之電子(或每單位時間遞送至樣品之光子)之能量及總數(或通量)判定。目標(或樣品)之每單位面積之所遞送功率可被稱為功率密度且可被視為表示目標上之電子點區或樣品上之X射線照明之每單位面積之一平均功率。
X射線點或關於產生X射線之所關注區可係指從其發射X射線輻射之目標上之一表面。X射線點可由目標上之一電子束點、目標之一幾何形狀及/或目標相對於電子束之定向定義。
「目標」通常意謂能夠在與一電子束相互作用時產生X射線輻射之一陽極。可在本發明之內容脈絡中採用不同類型之目標。目標可為例如足夠薄以容許X射線行進通過目標之一透射目標或其中從與電子束照射之側相同之側發射X射線之一反射目標。因此，目標可具有容許X射線點及電子點定位在目標之相同側或相對側上之一類型。X射線點之大小可被視為受限於用於接收X射線之一X射線光學元件之視野及/或偵測器之視野。
此外，目標可為一所謂液體目標(例如，由一液體金屬噴流形成)或一固體目標。固體目標可具有一固定類型或一旋轉類型。
為隨附發明申請專利範圍之目的，一「偵測器」或「感測器」可係指適於偵測照射在偵測器上之X射線輻射之存在(且若適用，功率或密度)之任何構件。其亦可係指此偵測器之一部分。舉幾個實例，偵測器可為一電荷敏感區域、與一光感測器組合之一閃爍器或與一光感測器組合之一發光材料。偵測器可為一直接偵測器，其中收集藉由X射線光子與一半導體之間的相互作用產生之電子電洞對。偵測器可為一間接偵測器，其中一閃爍器用於將X射線輻射轉換為可由一CCD或一CMOS感測器偵測之可見光。在一些實施例中，偵測器可為一線掃描偵測器或一時間延遲積分(TDI)偵測器。TDI偵測器可包括複數個線性偵測器陣列，可在其等上掃描樣品，使得在樣品之影像從一個偵測器線移動至下一偵測器線時，積分電荷連同影像一起移動以提供一增加解析度。
偵測器可形成如在隨附獨立請求項中定義之系統之部分或形成一單獨實體之部分。此外，偵測器可相對於目標固定或可移動。在一些實例中，偵測器可連同樣品之運動一起移動，使得其例如跟隨如投射在偵測器上之檢測區之運動。
每次由電子束執行掃描，至少可從偵測器讀取一次資料。較佳地，成像系統可經配置，使得偵測器讀數含有來自僅一個掃描之資料。在一實施例中，可在掃描之間(即，在電子束從一個掃描之結束位置移動至下一掃描之開始位置時)從偵測器讀取資料。在從偵測器讀取資料所需之時間長於電子束從一個掃描之結束位置移動至下一掃描之開始位置所需之時間之情況中，偵測器可對掃描之間的所容許時間設定一下限。在此情況中，X射線系統可經控制，使得直至偵測器處於其可再次開始記錄資料之一條件才起始下一掃描。在一實施例中，連續檢測區經配置以重疊以確保檢測樣品之全部或實質上全部位置，即使偵測器無法始終記錄資料。
根據一實施例，成像系統可進一步包括：一位置感測器，其經配置以提供指示樣品之移動或位置之資料；及一控制器，其經配置以基於感測器資料而調整電子束之偏轉。此容許監測樣品之移動且容許基於樣品之所監測移動而控制或至少調整X射線點之移動。
根據一實施例，樣品固持器可包括經組態以由位置感測器偵測之一參考特徵。參考特徵可為例如能夠在由與X射線輻射之一相互作用導致之一信號中產生一對比度之一結構或幾何相異區。因此，在一實施例中，位置感測器可經組態以偵測與參考特徵相互作用之X射線輻射。在一實施例中，位置感測器可由用於使樣品成像之偵測器形成。成像系統可經組態以調整電子束之移動，使得形成於偵測器上之參考特徵之影像在一掃描期間不相對於偵測器移動。
根據一實施例，位置感測器可包括以下元件之至少一者：一光學感測器、一磁性感測器、一電感感測器、一電容感測器及一雷射干涉儀。
根據一實施例，電子束可根據樣品之移動而移動，使得不始終照射在目標上。電子束可經配置以短暫地照射在目標上，因此產生一X射線點，且其餘時間經引導至其中不產生與樣品相互作用且到達偵測器之X射線輻射之一位置。換言之，可產生一X射線閃光。此位置可經配置為目標之一部分或與目標分開配置。此實施例在其中所需曝光時間較短之情況中係有利的，所需曝光時間依由樣品之運動及成像系統之解析度定義之一時間標度量測。若可在足夠短以不產生運動模糊之一時間內提供足以產生具有所需信雜比之一影像之一劑量，則此實施例可提供一替代方案，其中對以一受控方式移動樣品固持器之要求可稍微放寬。在此情況中，樣品固持器之速率之非預期變化可對影像模糊賦予可忽略的影響。此外，此實施例可包括一液體目標，其在熱負載高於某一臨限值時可具有蒸發風險但能夠針對下一曝光及時再生一新目標表面。
所揭示技術可被體現為用於控制一可程式化電腦，使得其導致一X射線系統執行上文概述之方法之電腦可讀指令。可以包括儲存指令之一非揮發性電腦可讀媒體之一電腦程式產品之形式散佈此等指令。
將瞭解，上文針對根據上文第一態樣之方法描述之實施例中之任何特徵可與根據本發明之第二及第三態樣之方法組合，且反之亦然。
在研究以下詳細揭示內容、圖式及隨附發明申請專利範圍時將變得明白本發明之進一步目標、特徵及優點。熟習此項技術者將意識到，本發明之不同特徵可經組合以產生除下文描述之實施例以外的實施例。
現參考圖1，繪示根據本發明之一些實施例之一成像系統1之一橫截面側視圖。
成像系統1包括具有用於產生一電子束112之一電子源110之一X射線源100。電子源110可例如包括一陰極，該陰極由一電源供應器(未展示)供電且包含一電子發射器，諸如一熱場或冷場帶電粒子源。通常，所產生電子束112之電子能量之範圍可為從約5 keV至約500 keV。由電子源110產生之電子束112可加速朝向一加速孔徑，此後其進入用於控制電子束112之方向之一電子光學系統140。電子光學系統140可例如包括偏轉板及/或靜電對準板及電磁透鏡之一配置。電子光學系統140之可變性質可藉由由一控制器150所提供之信號控制。在所繪示實例中，電子光學系統140可操作以使電子束112至少在由箭頭P指示之方向上偏轉，使得電子束112可在至少一個維度上掃描遍及目標T。
在電子光學系統140之下游，一出射電子束112可與一目標T相交用於在與電子束112相互作用時產生X射線輻射。目標可為例如一鎢目標且可具有容許其作為一透射目標操作之一厚度。如圖1中指示，電子束可照射在目標T之一個表面中，即，面向電子源110及電子光學系統140之表面，而可自相對側從目標T發射出射X射線輻射120。因此，可在實質上相同於電子束112之方向上發射X射線輻射120。
其中電子束照射目標T之表面之目標T之區可被稱為形成於目標T上之電子點。此外，從其發射出射X射線輻射120之目標T之表面之區可被稱為目標上之X射線點122。電子光學系統140可進一步可操作以將電子束聚焦於目標上以設定電子點之大小，此繼而將判定X射線點之大小。在本實例中，可藉由移動電子點在目標T之相對表面上之位置而變化X射線點122之位置。因此，藉由使電子束掃描遍及目標T，X射線點122可相應地掃描。應注意，藉由電子光學系統移動X射線點通常比藉由移動整個X射線源100容易得多。
從目標T上之X射線點122發射之X射線輻射120可接著傳播朝向可定位於X射線源100之一下游方向上且在目標T與一偵測器D之間的一樣品S，該偵測器D用於接收與樣品S相互作用或至少行進通過樣品S之X射線輻射120。因此，樣品可經配置，使得其可在某一時間間隔內由X射線輻射照明，該時間間隔亦可被稱為曝光時間。
樣品S可配置於用於控制樣品S相對於目標T之一位置之一樣品固持器130中。較佳地，樣品固持器130經組態以相對於目標T移動樣品S，使得可使從目標T發射之X射線輻射120照射在樣品S上之不同位置上。樣品S上之所關注區(即，待檢測或成像之區)可被稱為檢測區或檢測位置。藉由相對於目標T移動樣品S，可藉由X射線輻射120曝光不同檢測區。因此，可使大於X射線源100及偵測器D之一視野之樣品成像。
偵測器D (其可配置於樣品S之下游，以便接收行進通過樣品S之X射線輻射120)可包括一區域影像感測器(CCD或CMOS)及一閃爍器。影像感測器可耦合至具有一閃爍器之一光纖板(FOS)。偵測器可包括具有整合於感測器晶片上之額外功能性之一平板感測器。可直接或在某一內部處理(例如，時間延遲積分(TDI))之後從偵測器擷取資料。在本實施例中，偵測器D可相對於目標T固定。然而，應瞭解，偵測器D亦可係可移動或可調整的，從而容許其相對於待偵測之X射線輻射偏移。在某些實施例中，為一偵測器提供根據樣品移動來偏移所獲得資料之能力可為有利的。此將有效地對應於使樣品之一個部分重複成像。因此，在偵測器上移動影像資料而非移動偵測器。當X射線輻射120照射在偵測器上時，其可在偵測器D上形成樣品S之檢測區之一X射線投影。
另外，可採用一位置感測器132來偵測樣品S之位置及/或移動。位置感測器132可例如包括一電感感測器或一光學感測器，諸如例如一雷射干涉儀，其可量測固持器之一參考表面相對於感測器之位置之位置。所得感測器信號可被用作回饋或輸入用於控制系統之操作及特定言之電子光學系統之操作、控制電子束112在目標T上之偏轉，且樣品固持器130控制樣品S之位置。控制操作及程序可由一控制器150執行，該控制器150可操作地有線或無線連接至系統1之其餘部分。由控制器接收之指示樣品之運動之一信號可取決於所需控制等級而具有不同特性。在一些實施例中，指示樣品之一連續運動之開始或指示樣品處於一已知位置之一指標脈衝可為足夠的。其他實施例可包括對應於樣品之位置或速率之一輸入信號。X射線源可包括一輸入埠，該輸入埠通信地連接至控制器且經配置用於接收指示樣品位置之輸入信號。替代地，成像期間，在位置感測器132與電子光學系統140之間不存在回饋連接。在該情況中，樣品固持器130可經組態以根據一預定方案移動樣品S，且電子光學系統140經組態以根據另一預定方案移動X射線點。可在例如一校準程序中判定該等方案。指示樣品位置之信號可為指示樣品移動之速度及方向之一信號，其可為恆定的。
在一較佳例示性實施例中，電子光學系統140可經操作，使得電子束112在目標T上之一垂直方向(參考圖紙之定向)上偏轉。將電子束從目標表面上之一下位置移動至一上位置可被稱為一單一掃描。因此，由電子束112產生之X射線點122可相應地掃描遍及目標T。針對一固定樣品S (即，具有相對於目標T之一固定位置之一樣品)，電子束112在目標T上之偏轉將導致相應地由X射線輻射120掃描樣品S。因此，可藉由偵測器D使複數個檢測區或一放大檢測區成像。
然而，在一些實施例中，樣品S可根據X射線點122之移動而移動或反之亦然。較佳地，可協調樣品S之移動與X射線點之移動，使得所得X射線輻射120跟隨樣品S上之檢測區。因此，電子光學系統140及樣品固持器130可經操作，使得由X射線輻射120在樣品上產生之X射線照明124在電子束112之一掃描期間實質上相對於樣品固定。因此，樣品S之某一區可在一增加曝光時間期間曝光至X射線輻射。
電子光學系統140可經組態以容許X射線照明124在電子束之一整個掃描期間跟隨樣品之運動。因此，若樣品跟隨一實質上連續路徑(較佳地具有一恆定速度)，則電子束可相應地移動。然而，由於目標T具有一有限長度(如在掃描方向上所見)，所以掃描需在電子束到達目標表面上之一結束位置時終止。電子束可被視為具有擁有可由實體及/或幾何約束定義之兩個端點之一偏轉範圍。當已到達一結束位置時，電子光學系統可將電子點返回至一初始位置，其可表示偏轉範圍之另一端點。返回運動可以高於掃描速度之一速度執行，以便減少系統無法產生影像資料之時間且在一樣品亦在電子點之返回期間繼續其移動之之情況中減少樣品S在電子點之返回運動期間行進之距離。在一些實施例中，較佳地可在返回運動期間遮沒電子束，使得在此階段期間不產生X射線輻射。
樣品固持器130可包括支撐樣品之一載物台。載物台可例如由一板或一框架形成用於為樣品提供機械支撐，同時容許X射線輻射行進通過樣品S且朝向偵測器D。此外，可提供諸如一夾箝136之附接構件用於將樣品S固定至載物台。如圖1之本實例中展示，樣品固持器130可包括一導引構件，諸如一導軌137，樣品可沿該導軌137相對於目標T來回移動。樣品沿導軌137之運動可藉由一馬達138實現，該馬達138可由控制器150控制。
樣品固持器130可安裝於一外殼170中，從而為樣品S之機械移動提供機械支撐及穩定性。在一些實施例中，偵測器D可安裝於相同外殼170中，以便促進偵測器D及樣品固持器130之對準及相對定位。
圖2係類似於圖1中揭示之系統之一成像系統之一部分之一示意性橫截面。在本圖中，揭示一例示性系統之目標T、樣品S及偵測器D。電子束可在藉由一第一端點a'及一第二端點a’’限制之一偏轉範圍內偏轉。在圖2中，第一端點a’由如使用實線112’繪製之電子束之位置繪示，而偏轉範圍之第二端點a’’由如使用虛線112’’繪製之電子束繪示。因此，目標T上之電子點將形成於目標上之不同位置上，從而導致X射線點相應地形成於目標T上之不同位置上。藉由相應地移動樣品，較佳地使得X射線輻射照射在樣品S上之位置在整個偏轉範圍期間係相同的，樣品之該位置處之曝光時間可在整個範圍內之偏轉期間延長至最後。此狀況在圖2中繪示，其中樣品位置及因此樣品S上之檢測區180在電子束配置於偏轉範圍之第一端點中時由實線指示且在電子束處於偏轉範圍之第二端點中時由虛線指示。在本實例中，偵測器D相對於目標T固定，使得X射線投影將在偏轉範圍之各自端點中照射在偵測器D上之不同位置上。然而，將瞭解，偵測器D可經組態以亦移動，使得其可例如跟隨或至少部分跟隨樣品之移動及/或如投射在偵測器之一影像平面上之X射線投影。在具有一固定偵測器之實施例中，在不同時間從偵測器之不同部分獲得之對應於相同檢測區之資料可經組合以形成最終影像。此可藉由以對應於使樣品移動對應於偵測器之一像素大小之一距離所需之時間之一速率從偵測器讀出資料而實現。若引起之影像模糊對於特定應用係可接受的，則可使用較低讀出速率。一替代方案可為對包括於偵測器內之一感測器晶片執行時間延遲積分，在此情況中，影像資料以相同於影像在感測器上移動之速度在感測器晶片上累積及移動。在其中X射線點至少在一部分時間內以實質上相同於樣品之速率移動之實施例中，影像可以實質上相同於樣品之速率在偵測器上移動而無關於放大率。
在一實施例中，樣品可沿一第一方向(較佳地，電子束之偏轉方向)在複數個連續掃描運動中移動以產生一量測序列，且在各連續掃描運動之間在一第二方向(較佳地，正交於第一方向)上以一逐步方式移動。以此方式，可以一相對高解析度及一相對高速度檢測一相對大樣品，同時使物件經受減少數目個加速及減速。
現將參考例示性假設及計算更詳細論述X射線點及樣品之各種移動方案及基於此等移動之成像方法。另外，參考圖3，其繪示目標T、樣品S及偵測器D之間的可能關係。
若樣品S以一速率v移動且包括由距離d分離之檢測位置180，則X射線點122可在一積分時間ti (亦被稱為曝光時間)內以一恆定速率移動。此外，X射線點122可在一輸送時間ttr 內以一速率vtr 在一相反方向上移動(當電子束及因此X射線點122從偏轉範圍之一個端點返回至另一端點時)。較佳地，積分時間ti 與輸送時間ttr 之總和小於或等於樣品S移動距離d所需之時間。考慮到X射線點122在連同樣品S一起移動時在目標T上移動之距離等於X射線點122在返回時在相反方向上移動之距離，可建立以下表示法：
Figure 02_image001
自此，吾人可見，若X射線點122可在返回期間(即，在掃描之間)以一相對高速率移動，則運送時間ttr 將係相對短的。由於藉由使電子束偏轉而導致X射線點122之運動，所以返回運動可以相較於機械地移動樣品S之速率之一非常高速率執行。此外，由於用於連同樣品S移動X射線點122且返回之時間的總和較佳地應小於在兩個檢測位置180之間移動樣品S所需之時間，所以可建立以下關係：
Figure 02_image002
此意謂針對以某一速率v移動之一給定樣品S，積分時間ti 將存在一上限。若速率vtr 與樣品S之運動速率相比相對大，則分母中之第二項可被忽略且積分時間ti 可被設定為等於移動樣品S所需之時間。另一方面，若積分時間ti 被視為限制因素，則可求解v之不等式：
Figure 02_image003
其中在上文提及之條件期間獲得近似值。
若干實施例係可行的，其等之不同之處在於偵測器D是否移動及如何移動。
在一實施例中，偵測器D可相對於目標T固定，且X射線點之掃描經調整，使得各檢測位置180之影像在掃描之持續時間內不在偵測器上移動。此意味著X射線點122在目標上移動之距離略長於檢測位置180移動之距離。在圖3中提供此之一示意性圖解，其中A係從目標上之X射線點至樣品S之距離且B係從樣品S至偵測器D之距離。
影像不在偵測器D上移動意謂在掃描開始時，X射線點122應在檢測位置180稍後方(如在樣品運動方向上所見)，在掃描進行一半時，X射線點122應與檢測位置180對準，且在掃描結束時，X射線點122應在檢測位置180稍前方。此由圖4a至圖4c中描繪之時間序列進一步繪示，其中在圖4a中，X射線點122定位於檢測位置180稍左方，而在圖4b中，其等垂直地對準，且在圖4c中，X射線點122定位於檢測位置180稍右方。此意謂X射線點應以高於物件在積分時間(ti )期間之速率(v)之一速率(vspot )移動。藉由考量全等三角形，吾人可寫出：
Figure 02_image004
圖4a至圖4c示意性地繪示類似於圖3之成像系統之一成像系統，執行其中移動X射線點122及樣品S之一成像方法，使得在X射線點122從目標T上之第一端點a’(圖4a)移動至目標T上之第二端點a’’(圖4c)時，如投射在偵測器D上之樣品S之檢測區180之影像不在偵測器D上移動。端點a’、a’’可被視為表示其中電子光學系統可經組態以使電子束(未展示)偏轉之偏轉範圍之端點。在本實施例中，偵測器D可相對於目標T固定。因此，檢測區180可在一曝光期間以不同角度投射在偵測器D之影像平面上。在圖4a及圖4c中，X射線點122定位於偏轉範圍之端點a’、a’’中，從而導致檢測區在偵測器D上之一傾斜投影，而在圖4b中繪示其中X射線點122、檢測區180及偵測器D與偵測器之影像平面之一法線對準之一狀況。
在一些情況中，尤其當樣品厚度在從稍微不同角度曝光(如上文結合圖4a至圖4c論述)時導致不可接受的模糊時，包括一移動偵測器之實施例可為較佳的。在此一實施例之一實例中，偵測器經配置以與樣品同步移動。X射線點可沿樣品之運動方向以相同於樣品及偵測器之速率移動且在另一方向上以一更高速率移動。因此，X射線點可在一個掃描長度(對應於圖2中之位置a’及a’’)內跟隨樣品及偵測器且接著返回至開始位置a’以執行下一掃描。以此方式，檢測區180可在一曝光期間以實質上相同角度投射在偵測器D之影像平面上。此實施例可增強影像品質，但其可能需要一更大偵測器以適應覆蓋整個樣品之曝光。此外，此實施例可需要用於使偵測器與樣品一起或同步移動之構件。
在一實施例中，偵測器D可連同樣品S之運動一起移動。此可在各掃描期間提供一實質上恆定視角，但將需要具有一相對大視野之一偵測器D，以便容納整個影像。若可接受以不同角度觀察不同檢測位置180，則可使用具有一較小視野之一偵測器。在此情況中，可移動X射線點122，使得各檢測位置180之影像在各掃描期間不相對於偵測器移動且此外，視角在各掃描期間維持實質上恆定。然而，可針對不同檢測位置180以不同視角執行連續掃描。
為確保X射線點122之掃描符合樣品S之實際移動，可提供一回饋迴路。接著將基於樣品或樣品固持器(未展示)之所量測運動調整X射線點122之運動。此賦予可補償在樣品S之移動中發生之誤差之優點。否則，所記錄影像可受到假影困擾，例如一特徵可被感知為在行進方向上比其實際更長。此外，若例如樣品之不同部分需要不同積分時間，則一主動回饋可實現更複雜運動型樣。
在一實施例中，在X射線點跟隨樣品運動時，偵測器可為固定的且影像資料可根據樣品移動累積及偏移。以此方式，檢測區180可在一曝光期間以實質上相同角度投射在偵測器之影像平面上。在又另一實施例中，以對應於影像在影像平面中移動一個像素所需之時間之一速率從偵測器提取影像資料。因此，在一個掃描期間產生之影像將為在樣品及X射線點彼此同步移動時獲取之一系列影像(各相對於偵測器稍微偏移)之總和。在一進一步實施例中，X射線點可以一逐步方式掃描遍及目標，使得在各步驟期間，樣品上之一檢測區在偵測器上之投影實質上相對於偵測器固定且下一掃描步驟以自先前步驟之一偏移開始，該偏移對應於樣品在先前步驟期間之移動。以此方式，針對各步驟，檢測區之視角將係實質上相同的。樣品仍可以一連續方式移動且掃描步驟之長度可經選擇，使得樣品運動對應於偵測器之一像素大小。因此，藉由選擇掃描速度，使得偵測器上之投影在一個掃描步驟期間不移動，可避免像素模糊。換言之，X射線點之平均速率將實質上等於樣品之速率，而X射線點之掃描速率將高出達由目標與偵測器之間的距離除以目標與樣品之間的距離而給出之一倍數，如上文論述。當X射線點已到達可用掃描範圍之末端時，其可返回至可用掃描範圍之開端且可重新開始程序。
圖4a至圖4c繪示在樣品在檢測區之一曝光期間以一實質上恆定速率v移動時檢測區180、偵測器D及目標T之相對位置。因此，曝光時間可被定義為電子束執行從目標T上之端點a’至端點a’’之一掃描所花費之時間。藉由使電子點返回至第一端點a’，可較佳地對樣品之另一檢測區執行一第二曝光。可藉由樣品之移動判定隨後檢測區之位置。在樣品從先前掃描繼續運動之情況中，隨後檢測區可配置在先前檢測區旁邊，如在樣品S (及X射線點122)之移動方向上所見。然而，將瞭解，樣品S亦可取決於待成像之下一區之位置而在其他方向上移動。
現將參考圖5描述用於藉由一X射線偵測器D使一樣品S成像之一方法。該方法可藉由根據先前揭示實施例之任一者之一成像系統執行。該方法可包括：提供10與一目標T相互作用之一電子束112以產生X射線輻射120；提供12一偵測器D用於接收行進通過樣品S之X射線輻射；及相對於目標T移動20樣品S。可例如在一整個影像序列之擷取期間在一連續移動中移動22樣品S。在樣品S之移動期間，可例如藉由一干涉儀或藉由監測設置於樣品本身上或例如樣品固持器上之一參考特徵之一位置而量測24樣品之移動及/或位置。
在藉由樣品固持器移動樣品S時，電子束可偏轉30，使得X射線點根據樣品S之移動而在目標T上移動。電子束可例如偏轉32，使得X射線點描述目標T上之一掃描序列，較佳地同時樣品S在整個序列內以一實質上恆定速度移動。在一實施例中，可量測24樣品S之移動且基於所量測樣品移動調整34電子束之偏轉。最終，可由偵測器偵測40與樣品S相互作用之X射線輻射，其中X射線輻射可描述如投射至偵測器D之一影像平面上之目標T之檢測區180之一影像。
1:成像系統 10:提供 20:移動 22:移動 24:量測 30:偏轉 32:偏轉 34:調整 40:偵測 100:X射線源 110:電子源 112:電子束 112’:實線 112’’:虛線 120:X射線輻射 122:X射線點 124:X射線照明 130:樣品固持器 132:位置感測器 136:夾箝 137:導軌 138:馬達 140:電子光學系統 150:控制器 170:外殼 180:檢測區 a’:第一端點 a’’:第二端點 d:距離 D:偵測器 P:箭頭 S:樣品 T:目標 v:速率 vspot :速率
現將出於例示之目的參考隨附圖式描述本發明，其中： 圖1係根據本發明之一些實施例之一成像系統之一示意性橫截面側視圖； 圖2係根據一些實施例之一目標、一樣品及一偵測器之一示意性透視圖； 圖3係根據本發明之一些實施例之一成像系統之一目標、一樣品及一偵測器之一示意性圖解； 圖4a至圖4c係根據一實施例之一X射線點及一樣品之相對運動之一示意性圖解；及 圖5示意性地繪示根據一些實施例之方法。 全部圖係示意性的，而未必按比例繪製，且通常僅展示闡明本發明所需之部分，其中可省略或僅建議其他部分。
1:成像系統
100:X射線源
110:電子源
112:電子束
120:X射線輻射
122:X射線點
124:X射線照明
130:樣品固持器
132:位置感測器
136:夾箝
137:導軌
138:馬達
140:電子光學系統
150:控制器
170:外殼
180:檢測區
D:偵測器
P:箭頭
S:樣品
T:目標

Claims (15)

  1. 一種用於藉由一X射線偵測器(D)使一樣品(S)成像之方法，其包括： 提供(10)與一目標(T)相互作用之一電子束(112)以產生從該目標上之一X射線點(122)發射之X射線輻射(120)， 相對於該目標移動(20)該樣品， 使該電子束偏轉(30)，使得該X射線點在該樣品之該移動的同時且根據該樣品之該移動在該目標上移動，及 偵測(40)從該X射線點發射且與該樣品相互作用之X射線輻射。
  2. 如請求項1之方法，其中協調該電子束之該移動與該樣品之該移動，使得在由該目標上之該電子束之一掃描長度定義之一曝光時間期間由X射線輻射輻照該樣品上之一檢測區(180)。
  3. 如請求項2之方法，其進一步包括在一重複掃描序列中使該電子束偏轉(32)，且在該整個序列期間在一連續移動中移動(22)該樣品。
  4. 如請求項3之方法，其包括在該整個序列期間以一實質上恆定速度移動該樣品。
  5. 如請求項2至4中任一項之方法，其進一步包括使該電子束偏轉，使得在該曝光時間期間實質上維持該X射線輻射輻照該樣品所依之一角度。
  6. 如請求項2至4中任一項之方法，其進一步包括使該電子束偏轉，使得形成於該偵測器上之該檢測區之一影像在該曝光時間期間實質上不相對於該偵測器移動。
  7. 如請求項1至4中任一項之方法，其進一步包括量測(24)該樣品之該移動且基於該移動調整(34)該電子束之該偏轉。
  8. 如請求項7之方法，其中該調整經執行，使得在該電子束偏轉時將一參考特徵維持在該偵測器之一影像平面中之一固定位置處。
  9. 一種用於檢測一移動樣品(S)之X射線源(1)，其包括： 一目標(T)， 一電子源(110)，其經組態以提供與該目標相互作用之一電子束(112)以產生從該目標上之一X射線點(122)發射之X射線輻射(120)， 一電子光學系統(140)，其經組態以在複數個重複掃描中使該電子束在該目標上偏轉，及 一控制器(150)，其可操作地連接至該電子光學系統且經組態以藉由該電子光學系統且基於指示該樣品之該移動之一信號而使該電子束偏轉，使得該X射線點在該樣品之該移動的同時且根據該樣品之該移動在該目標上移動。
  10. 如請求項9之X射線源，其中該控制器通信地連接至經組態以接收指示該樣品之該移動之該信號之一輸入埠。
  11. 如請求項9或10之X射線源，其中該控制器經組態以使該電子束偏轉，使得針對各掃描，使用以一實質上恆定入射角照射在該樣品上之X射線輻射輻照該樣品。
  12. 如請求項9或10之X射線源，其中該控制器經組態以使該電子束偏轉，使得針對各掃描，形成於一影像平面中之該樣品之一影像不在該影像平面中移動。
  13. 一種用於使一樣品(S)成像之成像系統(1)，其包括： 如請求項9至13中任一項之X射線源， 一偵測器， 一樣品固持器(130)，其經組態以相對於該目標移動該樣品，及 一位置感測器(132)，其經配置以提供指示該樣品之該移動之資料， 其中該控制器(150)經配置以基於該資料調整該電子束之該偏轉。
  14. 如請求項13之成像系統，其中該樣品固持器進一步包括經組態以由該位置感測器偵測之一參考特徵(134)。
  15. 如請求項13或14之成像系統，其中： 該電子光學系統經組態以使該電子束掃描遍及該目標，且 該樣品固持器經組態以在該電子束之一掃描期間在一連續移動中移動該樣品。
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