專利名稱：X射線測(cè)量設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種X射線測(cè)量設(shè)備，其使用從X射線源發(fā)射出的X射線來照射樣 品，并且通過X射線檢測(cè)器來檢測(cè)透過樣品的X射線的透射劑量。本公開提供一種X射線 測(cè)量設(shè)備，其中改進(jìn)了用于調(diào)整來自X射線源的通量(輻射通量)的空間強(qiáng)度分布的擋板 (shield)，以在減小射束硬化發(fā)生的同時(shí)抑制中心部分的通量強(qiáng)度。射束硬化在專利文獻(xiàn) 1中被專門地公開。
背景技術(shù)：
圖6是示出了用于測(cè)量樣品(諸如紙、膜、薄膜板等)的基本重量的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示 例的透視圖。來自X射線源1的錐形光束X射線Bl通過具有縫隙21的準(zhǔn)直器2，以形成切 片的扇形光束X射線B2。使用扇形光束X射線B2來照射在箭頭F的方向上行進(jìn)的樣品3。通過置于樣品之下以面對(duì)X射線源1的X射線檢測(cè)器4的線感測(cè)器來測(cè)量透過樣 品3的X射線的透射劑量。事先測(cè)量其基本重量已知的樣品，并且繪制如圖7所示的標(biāo)準(zhǔn) 曲線L。基于透射劑量與基本重量之間的關(guān)系來執(zhí)行對(duì)樣品的基本重量測(cè)量?？梢酝ㄟ^類 似方法來執(zhí)行對(duì)樣品的涂層量測(cè)量或膜厚度測(cè)量?？梢允褂瞄W爍器和半導(dǎo)體受光裝置(CXD、C-M0S等)的組合作為X射線檢測(cè)器4。 閃爍器和半導(dǎo)體受光裝置的組合以這樣的方式來測(cè)量輻射劑量，即，當(dāng)接收到電子束或光 子能量(電磁波)時(shí)使閃爍器發(fā)出熒光，并且通過對(duì)可見光敏感的半導(dǎo)體受光裝置來將熒 光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電荷?？商鎿Q地，可以將直接轉(zhuǎn)換類型的輻射檢測(cè)裝置等用作X射線檢測(cè)器 4。在直接轉(zhuǎn)換類型的輻射檢測(cè)裝置中，電子束或光子能量(電磁波)被半導(dǎo)體受光裝置直 接接收，并且被轉(zhuǎn)換為與輻射強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的電荷量。X射線檢測(cè)器4所檢測(cè)到的透射劑量的輸出通常為約10到12位(10 到4096灰 度)。該輸出根據(jù)X射線源1與X射線檢測(cè)器4之間的距離或者X射線源輻射角(如圖6 中所示的2Θ)的值而改變。圖8示出了 X射線檢測(cè)器4的輸出的特性的示例。具有線性形狀的X射線檢測(cè)器4的中心部分靠近X射線源1。X射線檢測(cè)器4的 外圍對(duì)透射劑量的敏感性根據(jù)關(guān)于輻射角θ的所謂的余弦四次方定律而減弱。因此，確定 諸如X射線源1的輸出、照射時(shí)間(累計(jì)時(shí)間)等之類的測(cè)量條件，以不提供中心部分的最 大輸出的飽和。劑量高的中心部分的測(cè)量準(zhǔn)確性不同于劑量低的外圍(最外部分)的測(cè)量準(zhǔn)確 性。約1/2的減小不太成問題。但是，如果X射線源1與X射線檢測(cè)器4之間的距離短或 者如果X射線源1的輻射角的強(qiáng)度具有過度的指向性，則在外圍(最外部分)可以獲得中 心部分輸出的僅一小部分。因此，在外圍(最外部分)不能獲得期望的測(cè)量準(zhǔn)確性。因此，如圖9所示，在X射線源1與樣品3之間的任意位置處插入中心部分階梯式 變厚而形成的通量擋板5，以僅在通量高的中心部分限制透射劑量。通量擋板5的材料通常為金屬薄片或鋁、銅、鐵、不銹鋼等的薄板、諸如PET或者聚 丙烯酸酯(acrylic)板之類的樹脂材料、具有沉積有金屬的樹脂基材的復(fù)合材料等。
盡管圖9中所示通量擋板5被形成為三階，但是其不必總為三階。通量擋板5可 以通過諸如制模或切割之類的處理來形成，以使其厚度可以連續(xù)變化?？商鎿Q地，通量擋板 5不必須具有整合的形狀，而可以具有這樣的形狀，其中在中心部分層壓較大量的薄片。以 這種方式，在可以獲得空間上連續(xù)衰減的同時(shí)，還可以容易地調(diào)整屏蔽效應(yīng)。圖10示出了以這種方式限制中心部分劑量的情況下X射線檢測(cè)器4的輸出特性。 當(dāng)插入三階通量擋板5時(shí)，輸出特性中總共出現(xiàn)了四階差異，但是，與中心部分的減小相 比，外圍的減小可以被抑制。當(dāng)通量擋板5的階數(shù)增大時(shí)或者當(dāng)使通量擋板5的階彼此連續(xù)時(shí)，則可以使輸出 特性的每階差異變得更小。劑量確實(shí)減小了。但是，只要中心部分的劑量和外圍的劑量可 以均勻，則當(dāng)延長(zhǎng)照射時(shí)間或者增大X射線源1的輸出時(shí)，就可以確保令人滿意的外圍準(zhǔn)確 性。另外，可以更大地限制中心部分的劑量，這是因?yàn)橹行牟糠值耐繌?qiáng)度的稍微降 低會(huì)導(dǎo)致透射后的均勻劑量。[專利文獻(xiàn) 1] JP-T-2003-517577圖11示出了當(dāng)由具有相關(guān)技術(shù)結(jié)構(gòu)的通量擋板5限制中心部分的劑量時(shí)剛好在 X射線到達(dá)樣品3之前的X射線強(qiáng)度分布。使用與X射線管電壓相對(duì)應(yīng)的連續(xù)譜來輻射光 子能量。但是，由于大氣吸收和輻射窗材料(鈹、云母等的薄膜)在低能帶(圖11中的區(qū) 域D)的吸收不高于幾keV，因此有助于測(cè)量的光子能量在樣品的最外部分具有能量分布A。即使當(dāng)從同一 X射線源輻射的通量被通量擋板限制在僅中心部分處時(shí)，短波和高 能X射線的衰減也如圖11中參考標(biāo)號(hào)B所示的低。樣品中心處的能量分布如圖11中的參 考標(biāo)號(hào)C所示。如圖所示，短波光束硬化在中心部分比在外圍(最外部分)發(fā)生地更強(qiáng)烈。這種現(xiàn)象的發(fā)生是因?yàn)殡S著屏蔽效應(yīng)的加強(qiáng)，由參考標(biāo)號(hào)B所示的低能X射線的 衰減增大而高能X射線沒有被衰減。因此，發(fā)生了所謂的光束硬化現(xiàn)象，其中峰值能量被移 至樣品的中心部分的高能側(cè)。當(dāng)使用高能X射線來測(cè)量薄膜樣品時(shí)，不能獲得令人滿意的樣品的衰減特性。因 此，不能獲得具有高測(cè)量準(zhǔn)確性的測(cè)量結(jié)果。另外，測(cè)量透射特性的光子能通量在中心部分 和外圍之間是不同的。因此，測(cè)量結(jié)果與如圖7所示事先獲得的標(biāo)準(zhǔn)曲線(衰減特性與基 本重量之間的關(guān)系)不一致。即，當(dāng)測(cè)量具有與事先測(cè)量的樣品相同的厚度(基本重量) 的樣品時(shí)，外圍輸出的減小將導(dǎo)致好像樣品較厚的錯(cuò)誤測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供了一種X射線測(cè)量設(shè)備，其中在抑制光束硬化發(fā)生的 同時(shí)改進(jìn)了通量的空間強(qiáng)度分布，并且能量分布和通量劑量在中心部分和外圍之間是均勻 的，以使得可以減小由測(cè)量位置引起的測(cè)量錯(cuò)誤。根據(jù)示例性實(shí)施例的一種X射線測(cè)量設(shè)備，包括X射線源，被配置為發(fā)射X射線，以用X射線輻照樣品；準(zhǔn)直器，被配置為使從X射線源發(fā)射的X射線束形成為切片的扇形光束X射線；通量擋板，被配置為阻擋扇形光束X射線的通量的一部分，以在調(diào)整通量的能量 強(qiáng)度分布的同時(shí)抑制光束硬化，所述通量擋板被放置在準(zhǔn)直器和樣品之間；以及
X射線檢測(cè)器，被配置為檢測(cè)透過樣品的X射線的劑量。根據(jù)以下的詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的X射線測(cè)量設(shè)備的剖視圖；圖2是示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的通量擋板的結(jié)構(gòu)示例的平面視圖；圖3是示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的通量擋板的另一個(gè)結(jié)構(gòu)示例的平面視 圖；圖4是示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的通量擋板的再一個(gè)結(jié)構(gòu)示例的平面視 圖；圖5是示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的通量擋板的再一個(gè)結(jié)構(gòu)示例的透視圖；圖6是示出了用于測(cè)量樣品的基本重量的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示例的透視圖；圖7是示出了基本重量與透射劑量之間的關(guān)系的視圖；圖8是示出了樣品寬度方向與透射劑量之間的關(guān)系的視圖；圖9是示出了具有通量擋板的樣品的基本重量測(cè)量設(shè)備的結(jié)構(gòu)示例的透視圖；圖10是示出了當(dāng)使用通量擋板時(shí)樣品寬度方向與透射劑量之間的關(guān)系的視圖； 以及圖11是示出了用于通過通量擋板說明光束硬化的光子能量與X射線強(qiáng)度之間的 關(guān)系的視圖。
具體實(shí)施例方式以下將參考附圖來詳細(xì)描述示例性實(shí)施例。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的 X射線測(cè)量設(shè)備的剖視圖。與參考圖6描述的相關(guān)技術(shù)結(jié)構(gòu)中的元件相同的元件分別由相 同的數(shù)字標(biāo)出，并且其描述將被省略。該實(shí)施例的特征在于這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)，其中在X射線源1與樣品3之間插入通量擋 板100并將其布置在準(zhǔn)直器2之后，該通量擋板100被用于部分地通過或阻擋由準(zhǔn)直器2 形成的扇形光束X射線B2的通量。通量擋板100可以被插入到準(zhǔn)直器2后部的附近，或者被插入到剛好在樣品3之 前并且與準(zhǔn)直器2距離一段距離處。測(cè)量系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與圖6的相關(guān)技術(shù)結(jié)構(gòu)相同。圖2是示出在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的通量擋板100的結(jié)構(gòu)示例的平面視圖。通 量擋板100具有多個(gè)細(xì)縫隙101，用于通過或阻擋扇形光束X射線B2?？p隙寬度在從中心 部分到外圍部分的方向上增大，以使得扇形光束X射線B2的阻擋率在朝向外圍部分逐步減 小的同時(shí)在中心部分處高。在所示結(jié)構(gòu)中，細(xì)孔(縫隙)通過對(duì)擋板材料(銅、不銹鋼、鐵、黃銅、鎢、鉛、或者 這些材料的合金)進(jìn)行蝕刻而形成，該擋板材料比較薄，在從約幾十微米到幾百微米的范 圍內(nèi)。當(dāng)輻射射線不能令人滿意地被單張擋板吸收時(shí)，彼此緊密接觸地層壓多張擋板。如 圖2的展開圖中所示，優(yōu)選地，根據(jù)通量的傾斜來改變擋板間縫隙的間距。每個(gè)縫隙101的尺寸相對(duì)于X射線檢測(cè)器4的每個(gè)輻射檢測(cè)裝置的尺寸來說必須 足夠小。如果就尺寸而言縫隙101大，則不能在輻射檢測(cè)裝置間執(zhí)行均勻的測(cè)量，而每個(gè)裝置獨(dú)有的波紋將由于擋板結(jié)構(gòu)而發(fā)生，從而使得不能實(shí)現(xiàn)正確的測(cè)量。圖3是示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的通量擋板的另一個(gè)結(jié)構(gòu)示例的平面視 圖。該結(jié)構(gòu)的特征在于，不是通過圖2中的蝕刻來形成縫隙，而是通過形成溝槽來形成開口 部分102(溝槽)。該結(jié)構(gòu)與圖2中的結(jié)構(gòu)具有相同的作用和效果，但是處理容易。將在圖1所示的結(jié)構(gòu)中考慮縫隙101的尺寸。假設(shè)每個(gè)檢測(cè)裝置的尺寸為0. 8mm 乘0. 8mm。當(dāng)X射線源1的焦點(diǎn)位置與X射線檢測(cè)器4之間的距離為500mm并且X射線源 1的焦點(diǎn)位置與細(xì)縫隙類型的通量擋板100之間的距離為200mm時(shí)，當(dāng)X射線通過通量擋板 100時(shí)，等于一個(gè)裝置的尺寸被表示為0. 8X (200/500) = 0. 32mm。當(dāng)每個(gè)縫隙相對(duì)于等于一個(gè)裝置的尺寸來說足夠小時(shí)，可以防止由于細(xì)縫隙類型 的通量擋板100的波紋發(fā)生。例如，可以將足夠小的縫隙解釋如下。即，對(duì)于具有約0.03mm 寬的縫隙的50%的擋板，可以以0. 06mm的間距連續(xù)地提供約0. 03mm寬的縫隙。使用這樣的設(shè)計(jì)，透過五個(gè)縫隙的通量到達(dá)一個(gè)裝置。為了將中心部分的透射率 降低到50%并且在劑量最低的外圍允許100%的透射率，擴(kuò)大縫隙寬度以改變肋條與縫隙 (開口部分)之間的面積比，從而可以有利地控制透射劑量。圖4是示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的通量擋板100的再一個(gè)結(jié)構(gòu)示例的平面 視圖。盡管圖2中所示的每個(gè)縫隙101的縱向垂直于扇形光束X射線B2，但是圖4的結(jié)構(gòu) 中的每個(gè)縫隙103的縱向相對(duì)于扇形光束X射線B2具有傾角β。當(dāng)以該方式使細(xì)開口部分傾斜預(yù)定角度時(shí)，存在以下效果，S卩，與開口部分被提供 為垂直的情況相比，每個(gè)檢測(cè)裝置的波動(dòng)可以幾乎不發(fā)生。因此，某種程度上可以使精加工 程度粗糙。此外，可以靠近X射線源1使用通量擋板100。因此，可以使通量擋板小型化并 且在結(jié)構(gòu)上容易與X射線源集成。圖5是示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的通量擋板的再一個(gè)結(jié)構(gòu)示例的透視圖。 該結(jié)構(gòu)示例的特征在于，溝槽不是通過圖2至圖4所示的蝕刻形成的，而是通過基于使用線 切割洗片機(jī)(processing machine)的放電加工(線切割)的處理方法形成的。根據(jù)該處理方法，本身具有屏蔽效應(yīng)的比較厚的單張板材(約幾毫米)被小直徑 的線開槽成像梳齒的形狀，以形成每個(gè)都具有幾十微米的寬度的溝槽。以與圖2至圖4中 相同的方式，在透射率應(yīng)該減小的部分中密集地形成溝槽，而在透射率應(yīng)該增大的部分中 稀疏地形成溝槽。此外，根據(jù)從X射線源1的焦點(diǎn)的輻射角將像梳齒的形狀形成為像扇形 發(fā)散。在該實(shí)施例中，使用比較厚的單張板材；但是，可以使用其材料本身具有屏蔽效應(yīng)的 單張板材。盡管圖2至圖5中的縫隙或溝槽被一維地說明，但是縫隙或溝槽(開口部分)可 以被二維地生成并且被形成為螺旋縫隙或溝槽(開口部分)。此外，可以在中心部分中密集 地而在外圍部分中稀疏地旋轉(zhuǎn)纏繞(通過定位片(spacer)等)帶狀金屬薄片。當(dāng)將該實(shí)施例中使用的通量擋板100與其中可以為每個(gè)輻射檢測(cè)裝置設(shè)置增益 和偏移的X射線檢測(cè)器(線感測(cè)器)4的功能組合時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)更高準(zhǔn)確性的測(cè)量。在該實(shí)施例中使用的通量擋板100還可以被有效地用作屏蔽單元，用于使將β射 線用作輻射源的測(cè)量設(shè)備中到β射線檢測(cè)器的輻射劑量均勻。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以預(yù)期以下效果。(1)劑量高的中心部分的劑量被限制，以使得劑量可以在外圍部分與中心部分之間均勻。因此，X射線檢測(cè)器的輸出可以均勻，從而解決了在某一測(cè)量位置處不能確保令人 滿意的動(dòng)態(tài)范圍的問題。(2)可以在限制劑量高的中心部分的劑量的同時(shí)抑制光束硬化。因此，在諸如中心 部分之類的典型部分處獲得的標(biāo)準(zhǔn)曲線與具有高準(zhǔn)確性的測(cè)量范圍的任意部分一致。(3)由于可以應(yīng)用均勻的劑量，因此可以為樣品選擇良好敏感的劑量，即使樣品非 常薄。從而，在從劑量分布加強(qiáng)的短距離輻射的情況下，改善的效果尤其大。盡管關(guān)于有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是，得益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以理解的是，可以想出不脫離此處公開的本發(fā)明范圍的其他實(shí)施例。因此，本發(fā)明的范 圍將僅限于所附權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種X射線測(cè)量設(shè)備，其包括X射線源，被配置為發(fā)射X射線，以用X射線輻照樣品；準(zhǔn)直器，被配置為使從X射線源發(fā)射的X射線束形成為切片的扇形光束X射線；通量擋板，被配置為阻擋扇形光束X射線的通量的一部分，以在調(diào)整通量的能量強(qiáng)度 分布的同時(shí)抑制光束硬化，所述通量擋板被放置在準(zhǔn)直器和樣品之間；以及X射線檢測(cè)器，被配置為檢測(cè)透過樣品的X射線的劑量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線測(cè)量設(shè)備，其中通量擋板具有通過精加工形成的多個(gè)縫隙或者溝槽，并且其中每個(gè)縫隙或溝槽的寬度相對(duì)于X射線檢測(cè)器的檢測(cè)裝置的尺寸來說足夠小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的X射線測(cè)量設(shè)備，其中通量擋板被形成為基于通量的劑 量分布或者能量強(qiáng)度分布來增大通量擋板的中心部分的通量的屏蔽率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的X射線測(cè)量設(shè)備，其中通量擋板被形成為在分布的中心 部分和外圍部分之間具有通量均勻的劑量分布或者能量強(qiáng)度分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的X射線測(cè)量設(shè)備，其中以不規(guī)則間隔來布置通量擋板的縫隙或溝槽，并且其中通過縫隙或溝槽與肋條之間的面積比來控制通量的劑量分布和能量強(qiáng)度分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的X射線測(cè)量設(shè)備，其中通量擋板包括多個(gè)層壓的金屬薄 片或金屬薄板，并且每個(gè)金屬薄片或者金屬薄板具有通過精加工形成的多個(gè)縫隙或溝槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的X射線測(cè)量設(shè)備，其中各金屬薄片或金屬薄板的縫隙或溝槽 的間距根據(jù)與X射線源的焦點(diǎn)的發(fā)散度而彼此不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的X射線測(cè)量設(shè)備，其中通量擋板由其材料或厚度具有通 量屏蔽效應(yīng)的單張板材組成，并且通量擋板被形成為具有通過精加工形成的多個(gè)溝槽的像 梳齒的形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的X射線測(cè)量設(shè)備，其中根據(jù)從X射線源的焦點(diǎn)的發(fā)散度將像 梳齒形狀的通量擋板形成為像扇形發(fā)散。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線測(cè)量設(shè)備，其中縫隙或溝槽的寬度在從通量擋板的中 心部分到外圍部分的方向上增大。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線測(cè)量設(shè)備，其中每個(gè)縫隙或溝槽的縱向具有相對(duì)于扇形光束X射線的傾斜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種X射線測(cè)量設(shè)備，其包括X射線源，被配置為發(fā)射X射線，以用X射線輻照樣品；準(zhǔn)直器，被配置為使從X射線源發(fā)射的X射線束形成為切片的扇形光束X射線；通量擋板，被配置為阻擋扇形光束X射線的通量的一部分，以在調(diào)整通量的能量強(qiáng)度分布的同時(shí)抑制光束硬化，所述通量擋板被放置在準(zhǔn)直器和樣品之間；以及X射線檢測(cè)器，被配置為檢測(cè)透過樣品的X射線的劑量。
文檔編號(hào)G01B15/02GK102081164SQ20101056614
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者市澤康史 申請(qǐng)人:橫河電機(jī)株式會(huì)社