(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射Ｘ線放射強度を検出するための領域アレイにおいて配置される複数の別々にアドレス指定可能な領域を規定する検出表面を有するＸ線検出器構造を備える検出器デバイスであって、
前記別々にアドレス指定可能な領域は、当該別々にアドレス指定可能な領域の前記検出表面上に亘って間隔を空けて提供される複数のサブ領域に分けられ、当該サブ領域の各々には前記検出表面上においてフィルタ層が備わっており、
所与の別々にアドレス指定可能な領域の各々のサブ領域の前記フィルタ層は、別個の規定されかつ分光学的に間隔を空けたＸ線吸収エッジを有する別個の異なる材料を含み、
さらに、前記検出器構造は、それ自体が、ソースのスペクトル内の少なくとも３つのエネルギー帯域に亘って入射放射線を分光学的に同時に分解するように構成され、
前記別々にアドレス指定可能な領域は、少なくとも３つのサブ領域に分けられ、前記別々にアドレス指定可能な領域は、目的の当該エッジの下側に特徴的な吸収エッジを有するフィルタ層、目的の当該エッジの上側に特徴的な吸収エッジを有するフィルタ層、および目的の当該エッジを有する吸収エッジを有するフィルタ層を含むために、目的の特定の特徴的なエッジを有するターゲット材料を参照して選択される少なくとも３つのフィルタ層を含む、ことを特徴とする、検出器デバイス。
【請求項２】
所与の別々にアドレス指定可能な領域の前記フィルタ層は、別個の規定されかつ分光学的に間隔を空けたＫエッジを有するように選択される、請求項１に記載の検出器デバイス。
【請求項３】
各フィルタ層は、ニッケル、銅、銀、錫、および金を含む群から選択される１つ以上のターゲット材料を含む、請求項１または２に記載の検出器デバイス。
【請求項４】
各フィルタ層は、単一の純粋な要素材料を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の検出器デバイス。
【請求項５】
前記検出器構造は、半導体材料から製造され、前記半導体材料は、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、テルル化カドミウムマンガン（ＣＭＴ）、ゲルマニウム、臭化ランタン、臭化トリウムから選択される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の検出器デバイス。
【請求項６】
前記半導体材料は、Ｃｄ１−（ａ＋ｂ）ＭｎａＺｎｂＴｅの結晶構造を有し、ここでａ＋ｂ＜１であり、ａおよび／またはｂはゼロであってもよい、請求項５に記載の検出器デバイス。
【請求項７】
Ｘ線検出器構造を提供するステップ、および、使用の際に入射するＸ線放射の強度を検出するために、前記検出器の検出表面上の領域アレイにおいて配置される複数の別々にアドレス指定可能な領域を規定するステップを含む、検出器の製造方法であって、
各々別々にアドレス指定可能な領域の前記検出表面上に、複数の別個のフィルタ層を堆積させるステップであって、各々の層は、前記別々にアドレス指定可能な領域の前記検出表面に亘って間隔を空けた複数のサブ領域のうちの１つを規定し、所与の別々にアドレス指定可能な領域の前記フィルタ層は、別個の規定されかつ分光学的に間隔を空けたＸ線吸収エッジを有する別個の異なる材料を含む、ステップを含み、
さらに、前記検出器構造は、それ自体が、ソースのスペクトル内の少なくとも３つのエネルギー帯域に亘って入射放射線を分光学的に同時に分解するように構成され、
前記別々にアドレス指定可能な領域は、少なくとも３つのサブ領域に分けられ、前記別々にアドレス指定可能な領域は、目的の当該エッジの下側に特徴的な吸収エッジを有するフィルタ層、目的の当該エッジの上側に特徴的な吸収エッジを有するフィルタ層、および目的の当該エッジを有する吸収エッジを有するフィルタ層を含むために、目的の特定の特徴的なエッジを有するターゲット材料を参照して選択される少なくとも３つのフィルタ層を含む、ことを特徴とする、方法。
【請求項８】
材料の検査および特性解析のための装置であって：請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の少なくとも１つの検出器デバイスと；前記検出器との間に対象物の走査領域を規定するために前記検出器から間隔を空けて置かれるＸ線ソースと；を備える、装置。
【請求項９】
前記Ｘ線ソースは、１ｋｅＶ〜１６０ｋｅＶの範囲の少なくとも主要部分に亘り放射線を生成するように選択される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
使用の際に、前記検出器に入射する透過強度データから画像データセットを生成するための画像生成モジュールをさらに備える、請求項８または請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
材料の検査および特性解析のための方法であって：
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の少なくとも１つの検出器デバイスを提供するステップと；
前記検出器との間に対象物の走査領域を規定するために前記検出器から間隔を空けて置かれるＸ線ソースを提供するステップと；
前記走査領域内の試験下の対象物に放射線を当てるステップと；
前記検出器の別々にアドレス指定可能な領域の各サブ領域からの入射強度を比較するステップと；
試験下の前記対象物の前記材料における特定の吸収エッジの存在または不在について、およびそれによる組成について、前記ステップから推定結果を導くステップと；
を含む、方法。
【請求項１２】
前記Ｘ線ソースは、１ｋｅＶ〜１６０ｋｅＶの範囲の少なくとも主要部分に亘り放射線を生成するように選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
透過強度データから画像を生成するステップをさらに含む、請求項１１または請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
画像が生成され、前記画像において、各々の別々にアドレス指定可能な領域は画像ピクセルを含み、前記画像は、各サブ領域からの前記強度データの比較から導き出される推定結果の表示を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
所与の別々にアドレス指定可能な領域における、識別された異なる吸収エッジの応答は、前記ピクセルを異なる色として示すことによって表される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記検出器構造は、前記ソースのスペクトルを、前記ソースのスペクトルの範囲内で複数の周波数帯域に本質的に分解するように選択され、前記複数の周波数帯域に亘り分光学的に分解された強度データは、一連のエネルギーを区別された画像を生成するために割り当てられる、請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出器デバイスおよびその製造に関し、ならびに、この種の検出器デバイスを用いての材料の検査および特性解析のための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、より詳細には、対象物の内部構造および組成についての情報を得ることが所望される場合にその対象物を走査するために、高エネルギー放射（特にＸ線）を使用する検出器デバイス、装置、および方法に関する。この原理は、例えば電子機器の分野において、例えば品質管理目的のために、あるいは、構造物の完全性を決定する目的等のために、構造物の特性解析または試験のために用いられてもよいが、本発明はそのような用途分野に限定されない。
【０００３】
本発明は、より詳細には、特に、画像の生成によって作動するか、または画像の生成と連動して作動する装置および方法に関するが、この種の画像生成に限定されない。
【０００４】
対象物に入射し、かつ対象物から発生する透過Ｘ線の減衰、特に光電吸収に起因する減衰は、材料の中身または構成要素を互いに関連して表す表現データの一部の形を得るために、そして例えば画像を生成するために、それらの対象物をスクリーニングするための基準として用いられている。
【０００５】
そうしたデータは、様々なレベルにおいて情報を与えることができる。強度データが広域スペクトルに亘り単色で（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃａｌｌｙ）集められる場合でも、対象物の厚さ／密度の両方が原因で、減衰は変化することが知られている。適切な検出器および適切なソースを用いることによって、対象物あるいはその中身または構成要素の吸収挙動に基づく画像の形で、試験下のアイテムの放射線写真は、生成可能である。
【０００６】
この方法は、材料の中身についての限定された情報を与えがちである。本質的には、最も単純な場合、測定される全てのものは、放射ソースに対する対象物の透過率である。検出器は、振幅（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）の情報を単に収集するのであり、透過した放射線を分光的に判別したりしない。
【０００７】
しかしながら、透過したＸ線からの分光学的情報が、走査される対象物または構成要素の材料の中身についてのさらなる情報を与えるために用いることができることは、知られている。任意の材料のＸ線吸収特性が、入射Ｘ線の光子周波数／光子エネルギーが原因で分光学的に変化することができ、そしてこの効果が、特に原子番号に依存することは、知られている。これは、低エネルギー帯域および高エネルギー帯域を、適切なソースのＸ線放出のスペクトルから別個に識別することができる二重帯域または二重エネルギー検出器の開発に至っている。このような検出器は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００８】
二重エネルギーシステムは、したがって、組成についての一部の限られた情報を与える。例えば、有機材料が前者のカテゴリになり、大部分の無機材料が後者にカテゴリになるといった非常に粗い概算がなされることができて、二重エネルギー検出器は、したがって、概算の有機／無機の判別をすることができる。しかしながら、有機／無機の区別は粗いものであり、かつ概算である。従来の二重エネルギー検出器は、透過されたＸ線のスペクトルについて、限定された実際の分光学的情報しか与えていない。
【０００９】
個々の検出器が本質的に単色であるかまたは二重エネルギーであっても、複数のソースおよび／またはフィルタおよび／または検出器アレイは、ソーススペクトルに亘ってさらなる帯域に分解する能力を有するシステムを生成するために用いることができる。
【００１０】
より効果的に透過したＸ線についての分光学的情報を分解することができる検出器の近年の開発発展は、例えば多重スペクトルの画像を生成するためにより大きな範囲の複数のエネルギー帯域に亘って本質的に同時に判別する装置の開発につながっている。例えば、特許文献２は、少なくとも３つのエネルギー帯域に亘り強度データを生成し、かつ少なくとも３つの画像を生成するために、広帯域に亘って分光学的に入射Ｘ線を分解するためのテルル化カドミウム検出器の本来的な能力を利用するシステムを開示する。これは、異なる材料による異なるスペクトル吸収の効果をより良く利用し、そして組成に対する透過率をより良く概算するが、しかし表示された画像によって、ならびに、比較的広いエネルギー帯域および透過経路内の物質の組成に特に基づいて、色と多重スペクトル画像との間の任意の関係の概算的な性質および示唆的な性質によって伝達され得る情報にまだ限定されている。
【００１１】
分光学的に分解された強度のデータセットから特定の組成についての情報を生成し、そして特に、複数の帯域の画像化のみによって利用可能であるように補うことがさらに所望される場合、強度データはさらに、数値的に処理されてよく、例えば、入射スペクトルを参照して、Ｘ線の減衰のための公知の関係に対して、測定された分光学的に分解された強度を適合させてよい。このような分析の例は特許文献３に開示される。
【００１２】
このような技術は、非常に強力であり得て、特に、手荷物内の密輸材料があることを示し得る、例えば高分子量の有機物を含む組成を特に正確に識別するために、航空機の荷物などの、複数の構成要素の材料を含む対象物から正確な材料特性解析を得ることが所望される用途において強力であり得る。しかしながら、そのような用途においてなされる必要のある細かい組成の区別のために、そしてしたがって、強度データを適切な数値関係に適合させることに関連され得る計算の複雑性のために、この方法は、比較的時間がかかり得て、そして検出器の材料の解像限界を試験することができる。
【００１３】
数値解析のこのような度合いを含まない代替のアプローチは、例えば、このような複雑かつ近い材料の区別がなされる必要がなく、および／または高スループットレートが所望される場合などの他の状況において、材料の検査および特性解析のための検出器デバイス、装置、および方法を開発することが所望される場合に好ましいかもしれない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第４６２６６８８号明細書
【特許文献２】米国特許第５９４３３８８号明細書
【特許文献３】国際公開第ＷＯ２００８／１４２４４６号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
したがって、本発明の第１の態様によれば、検出器デバイスは、少なくとも１つの別々にアドレス指定可能な領域を規定する検出表面を有するＸ線検出器構造を、前記検出表面上において入射Ｘ線放射強度を検出するために、備え、前記別々にアドレス指定可能な領域は、前記検出表面上に提供される複数のサブ領域に分けられ、それらサブ領域の各々には前記検出表面上においてフィルタ層が備わっており、所与の別々にアドレス指定可能な領域の前記フィルタ層は、別個の規定されかつ分光学的に間隔を空けたＸ線吸収エッジを有する別個の異なる材料を含む。
【００１６】
したがって、その第１の態様において、本発明の原理を利用する検出器は、対象物が検出器と、該検出器から間隔を開けている適切なソースとの間の走査領域に適切に配置される場合、試験下の対象物のｘ線透過挙動についての情報を導き出すために、比較的広範囲のｘ線スペクトルの幅に亘る情報を使用するように構成される。しかしながら、材料組成を詳細に決定するために、全スペクトルに亘って強度情報を分解することによって、およびこの完全な分光学的に分解された強度を既知の関係にフィッティングすることによって、そのようにすることを目的とするのではない。代わりに、フィルタを用いて複数のサブ領域の各々内の検出表面の各々の別々にアドレス指定可能な領域が、異なりかつ特定の特徴的ｘ線吸収エッジを呈し、そこから、別々および別個の強度読み取り値が得られ得る。これにより、検出器が、試験下の材料における同等の特徴的な吸収エッジを迅速かつ効果的に識別することが可能となる。
【００１７】
このような検出器により、全吸収スペクトルの詳細な数値的分析を必要とせずに銅、金および錫などの金属元素の特に迅速な識別が可能となる。これらの元素および他の純粋な元素のｘ線透過挙動は、ｘ線光子のエネルギーが、特定の電子殻から電子を放出するのに必要とされるエネルギーと等しい場合、古典的作用を示す。このようなエネルギーにて、その元素の特徴である減衰係数が非常に鋭くかつ特有に増加する。これはその元素についてのｘ線吸収エッジを表す。
【００１８】
本発明による特定の目的の中で、この効果は電子が原子のＫ殻から退けられる場合に観測される。これにより、Ｋ吸収エッジと称される、減衰係数の特定の特有の増加が生じ、全ての元素についてのこの特徴的吸収エッジの値が非常に十分に集計される。したがって、好適なケースにおいて、所与の別々にアドレス指定可能な領域のフィルタ層の少なくともいくつかは、別個の規定されかつ分光学的に間隔を空けたＫエッジを有するように選択される。
【００１９】
本発明の本質は、少数の別個のターゲット材料と、特有の吸収エッジ、特に少数の元素材料とを迅速に判別することができる検出器を提供するこの効果を利用することである。このような検出器は、試験下の対象物、または少なくともその重要な部分が、このような比較的少数の別個の材料からなることが知られている場合に特定の用途を見出す。このような検出器は、例えば、電子デバイスおよび回路のｘ線入射において用途を見出し得る。各フィルタ層は、デバイスが迅速に識別／判別可能であることが意図される材料の群から選択される１つ以上のターゲット要素材料を含む。上記の好適な用途に関して、フィルタ材料は、特にニッケル、銅、銀、錫および金を含む群から選択されてもよい。
【００２０】
本発明の原理によれば、フィルタのために選択される材料は、別個の吸収エッジ、および特に別個のＫ吸収エッジを有するように選択され、デバイスが迅速に識別／判別できることを意図する材料の群から選択される。理想的には、エッジ自体が、吸収係数において別個の不連続を表すという意味で、および異なる材料が、ソースのｘ線スペクトルの十分な部分を覆うように光子エネルギーに関して十分に間隔を空けた距離で吸収エッジを有するという両方の意味で、材料は、別個の吸収エッジを有するべきである。好適な用途における目的の要素に関して、Ｋ吸収エッジは特に特有である。典型的に、材料はＫエッジフィルタとして作用するように選択される。好適には、フィルタの材料は、少なくとも５対１の比で吸収係数においてＫエッジ化不連続を呈するように選択される。それは少なくとも１０対１またはさらに１００対１ほどの高さであってもよい。
【００２１】
最も簡単な実施形態において、各フィルタは、例えば上記のリストから選択される十分に純粋な要素材料を含んでもよい。別個のフィルタは、各々の別々のアドレス指定可能な領域の少なくとも２つ、および好適なケースにおいて、少なくとも３つのサブ領域を規定するように提供される。別個のフィルタは、ソースのスペクトルに亘って間隔を空けられている別個の吸収エッジを有するように選択され、試験下のターゲット対象物に存在すると予想される材料から選択され、検出器はその間で判別することを意図される。
【００２２】
例えば、領域が２つのサブ領域から構成される場合、フィルタ材料はソースのエネルギースペクトルの下端および上端から選択されてもよい。例えば、領域が３つのサブ領域から構成される場合、対象の特定の特徴的エッジを有する特定のターゲット材料を参照して、別々のフィルタ材料が、対象のエッジの下の特徴的吸収エッジを有するフィルタ、対象のエッジの上の特徴的吸収エッジを有するフィルタ、および対象のエッジを有する吸収エッジを有するフィルタと共に選択されてもよい。
【００２３】
原則として、同じｘ線信号が全てのサブ領域において生じるか否かの決定に基づいた、所与の領域の各サブ領域において検出される強度の比較は、その領域での入射強度における特定のエッジの存在または非存在、それによる、試験下の対照物における特定の特徴的な吸収エッジを有する材料の存在または非存在を決定するように使用されてもよい。この結果は、単に複数のサブ領域の各々において同時に測定される強度を比較することによって、および基礎となる検出器のエネルギー分解の固有の制限により制限されずに単にエッジについての推論から得られ得る。
【００２４】
この効果を達成するために、検出器はさらに、所与の別々のアドレス指定可能な領域のサブ領域の各々において強度を比較し、使用中にそれらから、同じｘ線信号が全てのサブ領域において生成されるか否かの決定に基づいた試験下の対照物において特定の吸収エッジを有する材料の存在または他の場合の示唆を生成するための比較器を含んでもよいかまたは比較器による使用のために構成されてもよい。
【００２５】
各々のサブ領域は、少なくとも１つの規定され、かつ所定の特徴的な吸収エッジ、および特に少なくとも１つの特定の規定され、かつ所定のＫ吸収エッジを有するフィルタ材料を含み、異なるフィルタ材料は、ソースのスペクトルに亘って間隔を空けられた特定および異なる特徴的な吸収エッジを有するサブ領域を規定するために所与の別々にアドレス指定可能な領域における異なるサブ領域のために使用され、予想されるターゲット材料を参照して選択される。最も簡単な実施形態において、各々のフィルタ材料は、単一の実質的に純粋な要素からなるように、特に特定のマークされ、予め選択されるＫ吸収エッジを与えるように選択されてもよい。代替の実施形態において、所与のフィルタ材料は、１つより多い要素からなってもよく、複数の特有のＫ吸収エッジを規定するように選択されてもよく、それにより、そのようなフィルタを有するサブ領域は透過されるスペクトルの非常に固有の部分を規定する。加えてまたは代替として、そのような複数の要素は、検出表面の所与の別々のアドレス指定可能な領域における３つより多いサブ領域を提供することによって組み込まれてもよい。これらが注意深く選択される場合、全体として別々にアドレス指定可能な領域は、材料識別に関してさらに十分に固有となる。
【００２６】
本発明に係る検出器は、別個のフィルタ材料を保有する複数の別個のサブ領域に細分される単一の別々にアドレス指定可能な領域を含んでもよい（および別々の強度読み取り値が各々について回収され得るようにそれら自体が個々にアドレス指定可能である）。しかしながら、多くの実際の適用において、検出器システムが、周知の方法で、例えば線形または領域アレイにおいて複数の別個の領域に分割される検出空間を規定することが望ましい。簡便には、これは、検出器システムが、特にこのような線形または領域アレイにおいて配置される複数の別々にアドレス指定可能な領域を規定するという点で達成されてもよい。
【００２７】
本発明の一般的原理に従う検出器は、このような原理に従って容易に適合可能である。例えば、本発明の検出器構造は、複数の別々にアドレス指定可能な領域を規定する単一要素を含んでもよく、および／または線形もしくは領域アレイにおいて複数の検出器要素を含んでもよく、その検出器要素の各々は、単一または複数の別々にアドレス指定可能な領域を規定する。本発明によれば、このような複数の別々にアドレス指定可能な領域の少なくとも一部は、上記のように別個のフィルタ材料を提供することによって別個のサブ領域に分割される。
【００２８】
加えてまたは代替として、検出器システムは、例えばＰＣＴ／ＧＢ２００９／０５１５４１号に記載されているように検出器要素および／または放射線ソースの適切な移動による適切なラスター走査を実施するように構成することによって複数のこのような別個の領域を有する検出空間を規定してもよい。
【００２９】
（検出器における別々にアドレス指定可能な領域を提供することによるまたは他の方法による）検出空間の複数の別個の領域、例えば線形または領域アレイへの細分は、画像化に関して特定の用途を見出す。このような適用において、このような別個の領域は通常、ピクセルと称される場合がある。本発明は、画像化用途における使用に好適であるが、そのような用途に限定されるわけではない。したがって、本明細書において参照が画像化用途になされる場合、それらは例の目的であることは理解され、当業者は、ピクセル／スーパーピクセル／別々にアドレス可能な領域という用語およびサブピクセル／サブ領域という用語は実質的に交換可能に使用される。
【００３０】
本発明の広範な原理に従う検出器は、特にＫエッジフィルタとして適切に選択されるフィルタ材料を提供することによって、広範なスペクトルソースのスペクトルを利用することができ、それにより、ソースの広範なスペクトルの異なる部分間で少なくともある程度まで判別できることは理解されるべきである。したがって、検出器構造自体は単色広域スペクトル検出器であってもよく、それ自体が、さらに分光学的に入射放射線を分解できる必要はなくてもよい（すなわち、フィルタを提供すること以外の他の方法を本質的に必要としない）。
【００３１】
しかしながら、可能な実施形態において、検出器構造は、さらにそれ自体が、ソースのスペクトル内の複数のエネルギー帯域に亘って、および好ましくはソースのスペクトル内の少なくとも３つのエネルギー帯域に亘って、入射放射線を分光学的に分解するように構成される。検出器構造は、ソースのスペクトルに亘って入射放射線を複数の別々のエネルギー帯域に同時に差異化するように構成されるという点で、入射放射線を分光学的に分解するように構成される。例えば、検出器構造は、入射放射線の複数のエネルギー帯域へのこのような同時の差異化を可能にするソーススペクトルの少なくとも一部に亘って分光学的に可変の応答を示す。好ましくは、検出器構造は、直接的な分光学的応答を呈するという点で、分光学的分解を生じるように構成されてもよい。
【００３２】
全てのこのようなケースにおいて、入射放射線を、ソースのスペクトルに亘って複数の別々のエネルギー帯域に同時に差異化する能力は、単一の材料構造を提供することによって、または適した特性を有する複合成分検出器構造を提供することによって得られ得る。特に好適なケースにおいて、検出器構造は、直接的な材料特性として、ソーススペクトルの異なる部分に対する直接的な可変電気的応答および例えば光電的応答を本質的に呈するように選択される材料から製造される。特に好適なケースにおいて、検出器構造は、本質的に直接的な材料特性として、ソーススペクトルの異なる部分に対して直接的な可変電気的応答および例えば光電的応答を呈するように選択される材料から製造される。
【００３３】
例えば、検出器システムまたは要素は、好ましくはバルク結晶として、および例えばバルク単結晶として形成される半導体材料（複数も含む）を含む（ここで、この文脈におけるバルク結晶は少なくとも５００μｍ、および好ましくは少なくとも１ｍｍの厚さを示す）。半導体を形成している材料は、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、テルル化カドミウムマンガン（ＣＭＴ）、ゲルマニウム、臭化ランタン、臭化トリウムから選択されることが好ましい。ＩＩ−ＶＩ族半導体、および特に上記に記載したものがこれに関して特に好ましい。半導体を形成する材料は好ましくはテルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、テルル化カドミウムマンガン（ＣＭＴ）およびそれらの合金から選択され、例えば、結晶性Ｃｄ１−（ａ＋ｂ）ＭｎａＺｎｂＴｅ（ここで、ａ＋ｂ＜１であり、ａおよび／またはｂはゼロであってもよい）を含む。
【００３４】
本発明の検出器は、少なくとも検出表面上に別個のフィルタを提供することによって、種々のエネルギーに亘って広域スペクトル放射を生成できる広域スペクトルｘ線放射線ソースと共に使用されるように構成される。例えば、前記スペクトルは、１２０ｅＶ〜１ＭｅＶの範囲の少なくとも１つ以上の部分、より特には１ｋｅＶ〜１６０ｋｅＶの範囲または５ｋｅＶ〜１００ｋｅＶの範囲の少なくとも一部、および例えば大部分を含んでもよい。顕著に、第１のこのような範囲は、元素１１〜１０３のＫエッジを包含し、第２のこのような範囲は、電子デバイスの検査に対する本発明の有用な用途において特定のターゲット材料であるニッケル、銅、銀、錫および金のＫエッジを含む。
【００３５】
フィルタ材料は、この放射スペクトルに亘って間隔を空けられ、特に好ましくはこの放射スペクトルの少なくとも大部分に亘って分散された特徴的な吸収エッジを呈するように選択される。検出器構造が、それ自体さらに、分光学的分解を生成するように構成される場合、同様にそれは、この放射スペクトルの少なくとも大部分に亘ってこのように構成されることが好ましい。
【００３６】
本発明のさらなる態様において、検出器を製造する方法は、ｘ線検出器構造を提供し、使用の際に検出表面上において入射するｘ線放射の強度を検出するために、検出器の検出表面上において少なくとも１つの別々にアドレス指定可能な領域を規定するステップと、各々別々にアドレス指定可能な領域の検出表面上において、複数の別個のフィルタ層を堆積させるステップであって、各々の層は、検出表面上のサブ領域を規定し、所与の別々にアドレス指定可能な領域のフィルタ層は、別個の規定されかつ分光学的に間隔を空けてｘ線吸収エッジを有する別個の異なる材料を含む、ステップと、を含む。
【００３７】
したがって、この方法は、本発明の第１の態様のデバイスを製造する方法であり、さらに好適な特徴は、本発明の第１の態様について記載されているものを類推することにより理解されるだろう。
【００３８】
本発明の第３の態様において、材料の検査および特性解析のための装置は、本発明の第１の態様に従った少なくとも１つの検出器デバイスから構成されるか、または本発明の第２の態様の方法に従って製造される検出器システムと、検出器との間に対象物の走査領域を規定するために検出器から間隔を空けて置かれるｘ線ソースと、を備える。
【００３９】
使用の際に、検査される対象物は、例えば静的走査のために固定位置に配置される走査領域にもたらされるか、または可動走査を提供するために走査領域を介して移動される。ｘ線ソースからの放射線は対象物上に衝突するようにもたらされる。検出器システムは好適には、対象物を透過する出現放射線を収集するように、ｘ線ソースから離れて間隔を空けて、試験下の対象物と並置して配置される。
【００４０】
上記の検出器の原理が利用される。特に、フィルタ材料の適切な選択により、および特に比較的制限された数のターゲット材料が試験下の対象物において予想される場合、透過した放射線から特徴的な吸収エッジを識別するその能力により、ソースの全スペクトルに亘る数値的解析を必要とせずに、および検出器構造自体の分解の有用な制限を用いずに、簡単な方法で透過データにおける材料組成について推論することができる。
【００４１】
本発明の第４の態様における類推により、材料の検査および特性解析のための方法は、本発明の第１の態様に従う少なくとも１つの検出器デバイスから構成されるか、または本発明の第２の態様の方法に従って製造される検出器システムを提供するステップと；検出器との間に対象物の走査領域を規定するために該検出器から間隔を空けて置かれるｘ線ソースを提供するステップと；走査領域内の試験下の対象物に放射線を当てるステップと；検出器の別々にアドレス指定可能な領域の各サブ領域からの入射強度を比較するステップと；試験下の対象物の材料における特定の吸収エッジの存在または不在について、したがって組成について、前記ステップから推定結果を導くステップと；を含む。
【００４２】
放射線ソースは、本発明の原理の利用を可能にするために放射線の十分な広域スペクトルを生成できるはずである。そのソースは、典型的な吸収エッジ、特に可能なターゲット材料のＫ吸収エッジを覆うために十分な広域スペクトルを生成するはずである。そのソースは、十分な広域スペクトルに亘る単一の広域スペクトルソースであってもよい。代替として、そのソースは、必要な全スペクトル拡散を提供するために異なるエネルギーにおけるソースの組み合わせを含む複数のソースであってもよい。
【００４３】
好ましくは、ソースは、１２０ｅＶ〜１ＭｅＶの範囲の少なくとも１つ以上の部分に亘って、より好ましくは、１ｋｅＶ〜１６０ｋｅＶの範囲または５ｋｅＶ〜１００ｋｅＶの範囲の少なくとも一部、および例えば大部分に亘って放射線を生成する。顕著には、第１のこのような範囲は、元素１１〜１０３のＫエッジを包含し、第２のこのような範囲は、電子デバイスの検査に対して本発明の有用な用途における特定のターゲット材料である、ニッケル、銅、銀、錫および金のＫエッジを包含する。
【００４４】
コリメータが、ソースから適切な形状の放射ビームを生成するように提供されてもよい。放射ビームの形状は、検出システムの最も有用な形状を決定する。特定のビーム形状は要求されない。
【００４５】
本発明の装置および方法は、静止した対象物または走査領域を移動する対象物の走査を生じるように構成されてもよい。
【００４６】
第１のケースの可能な実施形態において、このようにその方法は、走査領域に試験下の試料を配置するステップと、対象物ホルダ上の走査領域においてその試料を支持するステップと、を含み、装置はそのような対象物ホルダを含む。第２のケースの可能な実施形態において、情報は、複数の走査位置（その間で対象物が移動および／または回転する）における走査領域において試験下の対象物の透過率に関して収集される。この実施形態によれば、その方法は、検出器における放射線入射についての情報の複数の連続データセットが収集されると、対象物を走査領域に対しておよび例えば走査領域を通して移動させる、さらなるステップを含む。この実施形態によれば、装置は、対象物を使用中に移動させるように構成される適切な対象物運搬装置を含む。
【００４７】
その最も基本において、本発明は、ターゲット材料における特定の吸収エッジの存在または非存在、およびそれによる、組成について推論できる。こうするために画像を生成することは必ずしも必要ではない。しかしながら、本発明は、走査画像化システムによって与えられる情報の一部を形成し、情報を補足する可能性を排除せず、実際に、そのようなシステムに容易に適応される。
【００４８】
好ましくは、その方法はさらに、透過強度データからの画像生成を含む。その画像は好ましくは、各々の別々にアドレス指定可能な領域の各々のサブ領域（この文脈において、検出表面上の各々のピクセルの各々のサブピクセルとみなされてもよい）からの強度データの比較から推断される描写を含む画像である。すなわち、各々の別々にアドレス指定可能な領域が、画像ピクセルを含む画像が生成され、その画像は、各々のサブ領域からの強度データの比較から推論される描写を含む。例えば、異なる識別された吸収エッジ応答は、異なる色および／または強度および／または色相として表されてもよい。装置は好ましくは、検出器において収集された強度データからそのような画像を生成するために画像化モジュールを含む。
【００４９】
加えてまたは代替として、検出器構造が、ソーススペクトルを、ソースのスペクトルの範囲内の複数の周波数帯域に本質的に分解する好ましいケースにおいて、従来の原理に従って一連のエネルギーを区別された画像を生成するために割り当てられるソースのスペクトルの範囲内の複数の周波数帯域に亘って分光学的に分解される画像が生成されてもよい。装置は好ましくは、複数のエネルギー分解されたデータセットに基づいて画像を生成するため、特にそのような組み合わせ画像を生成するために画像化モジュールを含む。
【００５０】
本発明の方法は、簡便にはさらに、そのような生成された画像（複数も含む）を表示する追加ステップを提供し、多重画像の場合、そのような画像を同時または連続して表示するステップを含んでもよい。装置は好ましくは、適切な画像ディスプレイを含む。
【００５１】
本発明の方法は、簡便にはさらに、そのような生成された画像（複数も含む）を表示する追加ステップを提供し、多重画像の場合、そのような画像を同時または連続して表示するステップを含んでもよい。
【００５２】
明確さのために、本明細書で使用される場合、画像生成に対する参照は、例えば、適切に保存され、操作可能なデータファイルの形態における情報データセットの作製に対する参照であり、そこから、検査下の対象物の基礎となる構造の視覚的描写が生成されてもよく、この画像を表示することに対する参照は、視覚的に利用可能な形態、例えば適切な表示手段においてこのようなデータセットから生成された画像を提示することに対する参照であることは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
本発明は、添付図面の図１、図２を参照して例として記載される。
【図１】図１は、基本的な材料の吸収エッジ特性の一般的概略図である。
【図２】図２は、本発明の原理を例示する検出器上のピクセル化されたフィルタの可能な配置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１は、吸収エッジの存在を例示するために、基本的な材料のための光子エネルギー対吸収係数の典型的プロットを形成する一般的概略図を示す。単一のエッジ１１だけが、明確にするため示される。このエッジは、例えばＫエッジであるかもしれない。このエッジの位置は構成要素から構成要素まで光子エネルギーと共に変動するので、グラフのスケールは正確ではない。
【００５５】
所与の要素に関して、入射Ｘ線光子のエネルギーの増加と共に減少するＸ線吸収係数についての全体の傾向が、光子のエネルギーが、原子殻の１つにおける電子の結合エネルギーのものと等しくなる点における材料の特徴である非常に鋭くかつ特有の上昇により制限されることは十分に確立されている。ここで特に目的とするものは、電子が原子のＫ殻から退けられる場合に観測されるこの効果である。このエッジは、Ｋ吸収エッジと呼ばれる。
【００５６】
図１における曲線の全体の形状およびＫエッジ１１などの特徴的なエッジの両方は問題のある要素の明確な特徴である。したがって、原則として、上記に参照した従来技術の一部において調べられているように、光子エネルギーの全幅に亘って分光学的に走査された対象物からの出現放射線の透過した放射線スペクトルを分解すること、および種々の数値分析技術によって、このデータを種々の異なる組成成分についての既知の関係にフィッティングすること、および走査下の対象物の組成についての詳細な情報を得ることが可能となる。しかしながら、必要とされる数値分析技術は、複雑であり得、高い検出分解能を必要とし得る。
【００５７】
代替のアプローチにより、特にエッジ１１のみの特徴的なエネルギーに基づいて、特定の元素成分を識別することが示唆され得る。これは、本発明の基本である。
【００５８】
元素のＫエッジは非常に十分に集計され、特に電子部品に関連して特定の目的である金属元素のＫエッジが表１に提示される。
【００５９】
図１から観測され得るように、吸収エッジは、（光子エネルギーに関して）エッジの直下の比較的低い吸収１３の領域と、エッジの真上の比較的高い吸収１５の領域との間の十分な差により特徴付けられる。この差は、試験下の材料を透過した放射線においてエッジの存在または非存在を識別することによって、元素材料を識別する方法を与え、特定の数値的方法または特に検出器についての高分解能を必要としない。この原理は本発明に従って利用される。
【００６０】
【表１】
0005890327.tif 000002
【００６１】
本発明の原理を実施している検出器は、図２において例示される。検出器は、対象物を透過した後、入射するＸ線を検出することが可能な検出器構造を備えている。検出器構造は、材料の範囲内で光電相互作用を経て、または、例えば、それが入射Ｘ線光子に応答する他のエネルギーの光子を生成するシンチレータ層、およびそれらの第２の光子を検出するための検出器層を含むという点で、複数の層の供給を経て、本質的にこうしてもよい。好適な場合には、検出器は、Ｘ線光子を特にそれらが分光器で分解され得るような仕方で本質的に検出し、そして、例えばテルル化カドミウムのような材料である。
【００６２】
検出器の表面は、複数の画素に分けられる。各画素は、入射強度情報の別個のデータセットの画素ごとに収集を可能にするために、別にアドレス指定可能である。画素は、別個の検出器素子として定義されてよく、または、例示の実施形態のように、表面上の領域として実質的に定義されてよく、そして適切な制御装置によって別々にアドレス指定されてよい。本実施形態において、複数の画素２５は、検出器２１の表面２３上の二次元アレイに示される。画素の正確な形状、寸法および分布は、用途に依存して変化する。
【００６３】
本発明の原理によれば、各画素は、複数のサブピクセルに再分割される。各サブピクセルは、少なくとも１つの明確に吸収特性端を有するように選択される材料から成るフィルタ層を備えている。原理として、意味のある情報は、単に画素を２つのサブピクセルに分けていることだけが得られ得る。しかし、図２の上の例のように、各画素は少なくとも３つのサブピクセル２７に再分割されることが好ましい。各々異なるフィルタ材料の中で、図２の下の例に示される例えば９分割２９のアレイもまた、より大きい数のサブピクセルは、より強力な分解を与える。
【００６４】
テストされるターゲット対象物が、または少なくともその重要な構成要素が、比較的少ない数の確認された元素から成ることが公知である場合に、検出器は、用いられるのに特に適している。本発明の原理は、各サブピクセルが急速に確認されることを必要とするグループから選択されるＫエッジフィルタでおおわれているということである。例えば、ニッケル、銅、銀、錫および金のうちの１つ以上の元素を確認することは、望ましくてもよい。それらの状況において、これらの材料は、フィルタのためにも用いられる。上記例において、画素が３つのサブピクセルから成る場合、異材質は表１にリストされるものから各フィルタのために採集されることができることが知り得る。結論は、次いで、１つは関心があるエッジより下のフィルタを有し、１つは関心があるエッジより上のフィルタを有し、３つ目は関心があるエッジでのフィルタを有する、３つのサブピクセルの全てに同じＸ線信号が現れるかどうかによって、引き出されることができる。これは、複合の算出なしで、そして検出器のエネルギー分解能の制限なしで、決定されることができる。
【００６５】
単純な実施形態において、サブピクセルの各々は、ちょうど示された元素の１つから成るフィルタによって定義される。あるいは、例えば混合としての、または複数の層における複数の元素からなるフィルタを使用することは、可能かもしれない。
【００６６】
単純な実施形態において、フィルタは、エッジを定めるために用いる。加えて、例示の実施形態のＣｄＴｅ検出器のような分光器的に分解する検出器が用いられる好適なケースにおいて、この特性は、補助的に使われることができる。ＣｄＴｅタイプ検出器の多スペクトル感応性特性は、低い吸収領域（１３）の下のエネルギーエッジおよび／または高い吸収領域（１５）の上のエネルギーエッジを決定するために用いることができる。これは、１つ以上のフィルタが特定のピクセルに用いられるときに使用されるかもしれず、それは、さまざまなフィルタ処理エネルギー領域の範囲をよりよく定める効果を有する。
【図１】
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【図２】
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