(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本のＸ線分析のための装置であって、
前記標本を照射するＸ線放射源と、
前記照射に応じて前記標本からのＸ線を受けるＸ線検出デバイスとを備え、
該検出デバイスは、
放射光子の入射に応じて電気信号を発生する、放射線感度が高いダイオード検出器のアレイと、
前記検出器のそれぞれ１つからの前記信号を処理して、前記それぞれの検出器への前記光子の入射率と、前記光子のエネルギ分布との双方に応じた出力を発生するように各々が結合されている複数個の信号処理チャネルを備えた処理回路と、
前記信号処理チャネルは、選択されたエネルギ範囲外の光子に対応する信号を拒絶する弁別器を含み、
エネルギ通過帯域の幅が約０．３ＫｅＶ未満となるように、前記処理回路は、前記弁別器の前記所定の選択されたエネルギ範囲を調整する閾値制御回路を含み、その結果、エネルギ通過帯域の光子だけが選択される、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記複数個の信号処理チャネルは各々が、前記それぞれの検出器と共通の基板上に配置された集積回路を含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記共通基板は多数の前記信号処理チャネルに属する集積回路を含む半導体チップを含む請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記信号処理チャネルは調整可能な処理パラメータに従って前記信号を処理する請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記処理パラメータは前記それぞれの検出器での前記光子の異なる入射率に応じて、前記チャネルのうち異なる１つごとに別個に調整される請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記信号処理チャネルは前記光子のエネルギに応じて前記それぞれの検出器への光子の入射数をカウントするカウンタを含むと共に、前記処理回路は前記チャネルからのそれぞれの光子カウントを順次受け、かつ出力する多数の前記チャネルに共通のバスを含む請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記Ｘ線検出デバイスは前記標本から反射したＸ線を受ける請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記Ｘ線検出デバイスは前記標本から照射された蛍光Ｘ線を受ける請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記Ｘ線放射源は、前記標本に所定エネルギで実質的に単色光のＸ線が照射されるようにモノクロメータを含む請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記信号処理チャネルは、前記所定エネルギの前記単色光Ｘ線を含むエネルギ範囲外の光子に対応する信号を拒絶するように調整された弁別器を含む請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
標本のＸ線分析のための方法であって、
前記標本をＸ線で照射するステップと、
Ｘ線光子の入射に応じて電気信号を発生する放射線感度が高いダイオード検出器のアレイのそれぞれの所定の位置で、前記照射に応じて前記標本からのＸ線を受けるステップと、
前記それぞれの位置に入射する、前記光子のエネルギ分布に応じた前記光子の到達率を示す出力を発生するように、それぞれの信号処理チャネル内で前記検出器アレイからの前記信号を処理するステップと、
を含み、
前記信号を処理するステップは、
エネルギ通過帯域の幅が約０．３ＫｅＶ未満となるように規定し、所定のエネルギ範囲外の光子に対応する信号を拒絶するように信号レベルを弁別するステップと、
前記所定のエネルギ範囲内で前記位置それぞれへの光子の入射数をカウントするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記信号を処理するステップは、前記検出器によって発生された信号を処理するために、前記それぞれの検出器と共通の基板上に配置された集積回路をそれぞれ備えた複数個のチャネルを提供するステップを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記信号を処理するステップは、前記チャネルのうち異なる１つごとに別個に調整可能である処理パラメータに従って信号を処理するステップを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記信号を処理するステップは、前記検出器への前記光子の入射率に応じて前記チャネル内の前記処理パラメータを調整するステップを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記標本の照射は選択されたエネルギの実質的に単色光のＸ線で前記標本を照射するステップを含むと共に、前記信号レベルの弁別は前記選択されたエネルギの前記単色光を含むＸ線のエネルギ範囲外の光子に対応する信号を拒絶するステップを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記Ｘ線を受けるステップは前記標本から反射したＸ線を受けるステップを含む請求項１１から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記Ｘ線を受けるステップは前記標本から照射された蛍光Ｘ線を受けるステップを含む請求項１１から１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は一般に分析機器に関し、特にＸ線を用いた薄膜を分析する機器と方法とに関する。
【０００２】
発明の背景
Ｘ線反射率測定（ＸＲＲ）は基板上に載置された薄膜層の厚み、密度および表面特性を測定するよく知られている技術である。従来形のＸ線反射率計はTechnos（大阪、日本）、Siemens（ミュンヘン、ドイツ）、およびBede Ｓcientific Instrument（ダラム、イギリス）を含む多くの企業から市販されている。このような反射率計は標準的には斜入射角で、すなわち、標本材料の総外部反射角に近い、標本の表面に対して僅かな角度で標本にＸ線ビームを照射することによって動作する。角度の関数として標本から反射されるＸ線強度の測定によって干渉縞のパターンが得られ、これを分析して縞のパターンを作成する要因である薄膜層の特性が判定される。一般にＸ線強度の測定は、比例カウンタ、またはアレイ検出器、標準的にはフォトダイオード・アレイまたは電荷結合素子（ＣＣＤ）のような位置敏感型検出器を使用して行われる。薄膜の厚みを判定するための分析を行う方法は例えば、Komiya氏他の米国特許明細書第５，７４０，２２６号に記載されており、この文献は本明細書で参考文献として参照されている。
【０００３】
本明細書で参考文献として参照されているKoppel氏の米国特許明細書第５，６１９，５４８号は反射率計による測定に基づくＸ線厚みゲージを記載している。標本の表面にＸ線を集束するため、湾曲した反射性のＸ線モノクロメータが使用される。フォトダイオード検出器アレイのような位置敏感型検出器は、表面から反射したＸ線を検出し、かつ反射角の関数として強度信号を発生する。この角度によって左右される信号が分析されて、厚み、密度、および表面の粗さを含む標本上の薄膜の構造の特性が判定される。
【０００４】
開示内容が本明細書で参考文献として参照されているBarton氏他の米国特許明細書第５，９２３，７２０号も湾曲した水晶モノクロメータに依るＸ線スペクトロメータを記載している。このモノクロメータは先細の対数らせんの形状を有しており、これは従来形のモノクロメータよりも精細な焦点を達成するものと記載されている。標本の表面から反射、または回折されるＸ線は位置敏感型検出器によって受けられる。
【０００５】
反射率測定の分野では様々な種類の位置敏感型Ｘ線検出器が公知である。ソリッドステート・アレイは標準的にはＣＣＤまたはその他の走査機構によって読み取られる複数の検出素子からなっている。各素子は読み取られる前の所定期間において光電荷を累積し、従って入射するＸ線光子のエネルギまたは数を分解できない。このようなアレイを使用したＸＲＲは各素子へと入射した全ての集積された放射線フラックスを単に記録するだけである。エネルギの弁別は、標本と検出器アレイとの間で追加のモノクロメータが使用された場合だけ達成可能であるが、このような構造の場合、信号の処理量が実際の用途には少なくなりすぎる。
【０００６】
比例カウンタは標準的には約２０％（６ＫｅＶのラインで１２００ｅＶ）程度のエネルギ分解能をもたらす、ガスを使用した、ある種の位置敏感型Ｘ線検出器である。しかし、このようなカウンタは一時に１つの光子しか処理することができず、従って分析速度は極めて遅い。それらのエネルギ分解能は多くの用途では不十分である。
【０００７】
Ｘ線反射率測定を行う別の一般的な方法は、例えば「角度分解型分散モードでの斜入射Ｘ線反射率測定のための新規の装置」のタイトルのChihab氏他の論文（応用結晶学ジャーナル２２号（１９８９年）４６０ページ）に記載されている。Ｘ線のナロービームは斜入射角で標本の表面に向けられ、Ｘ線ビーム源とは反対側の検出器が反射したＸ線を収集する。主Ｘ線ビームを遮断するために標本表面の近傍にナイフエッジが配置されるので、反射したＸ線だけが検出器に到達する。（米国特許明細書第５，６１９，５４８号のようにビーム源と標本との間ではなく）標本と検出器との間の検出器がこれに到達しようとする反射したＸ線ビームの波長を選択する。
【０００８】
Ｘ線反射率測定は薄膜層の成分組成に関する追加情報を得るために蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）の測定と組合わせて行われてきた。例えば、本明細書で参考文献として参照されている、タイトルが「Ｘ線反射、積層された構造と境界とを調査するための新規の手段」であるLengeler氏による論文（Advanced in X-ray Analysis ３５号（１９９２年）１２７ページに記載）は、蛍光Ｘ線も測定される、斜入射Ｘ線反射を測定するシステムを記載している。標本が斜入射Ｘ線放射源によって照射される。一つのＸ線検出器は標本の表面から反射されたＸ線を（同様に斜入射で）捕捉し、一方、標本の上方の別の検出器はＸ線放射源による励起により標本によって照射された蛍光Ｘ線を捕捉する。この論文に記載されているように、標本が励起した場合に入射Ｘ線の全外部反射について臨海角度未満の角度で照射される蛍光の分析は、この分野では全反射蛍光Ｘ線（ＴＸＲＦ）分析として知られている。
【０００９】
関連技術は、本明細書で参考文献として参照されている、タイトルが「Ｘ線すれすれ入射(glancing incidence)分析の応用」（Ｘ線反射率測定２６号（１９９７年）１１５ページ）であるLeenaer氏他の論文に記載されている。この論文は標本を構造的、化学的に分析するために、Ｘ線反射率および、角度に依存する蛍光Ｘ線測定と組み合わせたＸ線すれすれ入射分析方法（ＧＩＸＡ）を記載している。
【００１０】
薄膜層の厚みと成分組成とを判定する代替方法は本明細書で参考文献として参照されている、タイトルが「斜放出(grazing-emission) 蛍光Ｘ線反射率測定による窒化チタン層の特徴判定」（応用表面科学１２５号（１９９８年）１２９ページ）であるWiener氏他の論文に記載されている。この論文は標本がＸ線放射源によって直入射、またはほぼ直入射で照射され、かつ標本から放出された蛍光Ｘ線光子が表面の近傍で斜入射角で収集される技術を記載している。収集された光子のスペクトルはこの分野で公知であるように波長分散技術によって分析され、放出角による光子の分布も判定される。その結果のデータが標本上の薄膜層の厚みと成分組成に関する情報をもたらす。
【００１１】
エネルギ分散技術は、例えば本明細書で参考文献として参照されている、タイトルが「多重放射エネルギ分散Ｘ線反射率測定による薄膜密度の判定」（第４７会年次デンバーＸ線会議（１９９８年８月））であるWindover氏他の論文に記載されているように、反射した光子のスペクトル分布を分析するためにも利用できる。
【００１２】
シンクロトロン放射に基づく写像システムで使用するために、各々の検出器ごとに専用の処理回路を備えたＸ線検出器アレイが開発されている。このようなアレイは本明細書で参考文献として参照されている、タイトルが「ディジタル式放射線写真法のためのシリコン検出器の分野の新規の開発」（物理研究における核機器と方法Ａ３７７号（１９９６年）５０８ページ）である論文、および「Ｘ線写像のためのＡＣ−結合ＦＯＸＦＥＴバイアス“エッジオン(edge-on)”シリコンストリップ検出器の設計と評価」（物理研究における核機器と方法Ａ３８５号（１９９７年）３１１ページ）でArfelli氏他によって記載されている。アレイ内の検出器は各チャネルごとのプリアンプ、シェーパ、バッファ、弁別器、およびカウンタを含む、多重チャネル計数のためのＶＬＳＩ  ＣＭＯＳ回路によって読み取られる。検出器アレイ・チップはワイヤボンディングによってＶＬＳＩ入力によって接続されるが、著者は将来的な再設計によって検出器チップ自体に直接、フロントエンド回路を実装可能になると述べている。
【００１３】
本発明の目的は、位置敏感型Ｘ線検出のための改良型の方法と装置とを提供することにある。
本発明のある態様における別の目的は、標本のエネルギ分解Ｘ線分析のための、特にＸ線反射率測定分析のための改良型の方法と装置とを提供することにある。
【００１４】
発明の概要
好適な実施形態では、Ｘ線検出装置はそれぞれの信号処理チャネルに結合されたＸ線感度が高い検出器から構成されている。好適には、検出器は公知のように、線形、またはマトリクス（二次元）構造で配列されたフォトダイオードからなっている。処理チャネルはそれぞれの検出器と共通の基板上に形成され、または実装された集積回路からなっているので、各チャネルは一体のユニットとしてそれぞれの検出器と結合されている。最も好適には、これらのユニットは全て単一の集積回路チップ上に形成されるが、代替としてハイブリッド、チップキャリヤ、またはその他のプリント回路上に実装された多数の別個の構成部品から装置を構成してもよい。
【００１５】
Ｘ線光子が検出器の１つに衝突すると、入射光子のエネルギを表す振幅を有する電気パルスが発生される。このパルスはエネルギ分散Ｘ線信号処理の分野で一般に知られているように、光子のエネルギを判定するためにそれぞれのチャネルによって処理される。各チャネルはそれぞれの検出器へのＸ線光子の入射率、および入射光子のエネルギ分布に応じた出力を発生する。チャネルの感度は、標準的には時間定数、および各チャネル内のパルス成形フィルタの利得の調整によって、自動的、または手動的に制御される。パルス処理量が多くなるように入射光子の入射率が比較的低いチャネルの感度を高める一方、入射率が高いチャネルの感度を低くするために各チャネルの感度を別個に制御する選択肢もある。
【００１６】
このチャネル信号を並行して処理するアレイによって、位置敏感型の、エネルギ準拠のＸ線光子計数を極めて高い効率、エネルギ分解、およびダイナミックレンジで実行することが可能にある。このような特性は、複数の検出器が共通のパルス処理チャネルを共用し、全フラックス、または平均フラックスしか測定できない公知のＸ線反射率測定法で知られている検出器アレイでは達成できない。
【００１７】
本発明のある好適な実施形態では、処理チャネルは所定範囲外の光子エネルギによりパルスを除去するエネルギレベル弁別器を備えている。全てのチャネルの弁別器は好適には個々に、または全て一緒に調整可能であるので、所定範囲内の光子だけがカウントされる。
【００１８】
好適な一実施例では、所定の、実質的に単色光のエネルギレベルでＸ線ビームによって照射される標本からのＸ線反射率を検出するためにアレイが使用される。弁別器は反射した光子によるパルスだけを受け、散乱および蛍光プロセスによりエネルギシストした光子を拒絶するように設定される。このようにアレイを使用することによって、高いダイナミックレンジと処理能力で精密な反射率測定が可能になると共に、標本から反射したビームをフィルタリングし、または単色化する必要がなくなる。
【００１９】
従って、本発明の好適な実施例によって、
標本を照射するＸ線放射源と、
照射に応じて前記標本からのＸ線を受けるＸ線検出デバイスとを備え、
該検出デバイスは、
放射光子の入射に応じて電気信号を発生する、放射線感度が高い検出器のアレイと、
前記検出器のそれぞれ１つからの信号を処理して、それぞれの検出器への光子の入射率に応じた、また入射光子のエネルギ分布に応じた出力を発生するように各々が結合されている複数個の信号処理チャネルを備えた処理回路と、を備えている標本のＸ線分析のための装置が提供される。
【００２０】
好適には、検出器アレイは放射線感度が高いダイオード、最も好適にはシリコンダイオードの検出器を含んでいる。
更に好適には、複数の信号処理チャネルは各々、それぞれの検出器と共通の基板上に配置された集積回路を含んでいる。最も好適には、共通基板は多数の信号処理チャネルに属する集積回路を含む半導体チップを含んでいる。
【００２１】
好適な実施例では、信号処理チャネルは、それぞれの検出器での異なる光子入射率に応じて、随意に別個に調整される調整可能な処理パラメータに従って信号を処理する。
【００２２】
好適には、信号処理チャネルは所定のエネルギ範囲外の光子に対応する信号を拒絶する弁別器を含んでおり、処理回路は弁別器の所定のエネルギ範囲を調整する閾値制御回路を含んでいる。
【００２３】
好適には、信号処理チャネルは光子のエネルギに応じてそれぞれの検出器への光子の入射数をカウントするカウンタを含んでおり、処理回路はチャネルからのそれぞれの光子カウントを順次受け、かつ出力する多数のチャネルに共通のバスを含んでいる。
【００２４】
好適な実施形態では、Ｘ線検出デバイスは標本から反射したＸ線、または、あるいはこれに加えて標本から照射される蛍光Ｘ線を受ける。好適には、Ｘ線放射源は、標本に所定エネルギで実質的に単色光のＸ線が照射されるようにモノクロメータを含んでいる。最も好適には、信号処理チャネルは、単色光のＸ線の所定のエネルギを含むエネルギ範囲外の光子に対応する信号を拒絶するように調整される弁別器を含んでいる。
【００２５】
更に、本発明の好適な実施形態により、
標本をＸ線で照射するステップと、
Ｘ線光子の入射に応じて電気信号を発生する検出器のアレイのそれぞれの所定の位置で、照射に応じて標本からのＸ線を受けるステップと、
それぞれの位置への、入射光子のエネルギ分布に応じた光子入射の到達率を示す出力を発生するように、それぞれの信号処理チャネル内の検出器アレイからの信号を処理するステップと、を含む標本のＸ線分析のための方法も提供される。
【００２６】
更に、本発明の好適な実施形態により、
放射光子の入射に応じて電気信号を発生する、放射線感度が高い検出器のアレイと、
処理回路とを備え、
該処理回路は、
検出器のそれぞれ１つからの信号を処理するように各々のチャネルが結合されており、かつそれぞれの検出器への光子の入射数をカウントするカウンタを備えている複数個の信号処理チャネルと、
チャネルからのそれぞれの光子カウントを順次受け、かつ出力する多数のチャネルに共通のバスを含む、放射線検出装置が提供される。
【００２７】
本発明は添付図面を参照した好適な実施例の以下の詳細な説明によってより明解に理解される。
好適な実施の形態の詳細な説明
図１は本発明の好適な実施例による標本２２のＸ線反射率測定のためのシステム２０の概略図である。標準的にはＸ線管であるＸ線放射源２４は集束モノクロメータ２６を介して標本２２の小領域２８を照射する。最も好適には、モノクロメータ２６はミシガン州トロイのOsmic.Inc.から市販されているＫｉｒｋｐaｔｒｉｃ−Ｂａｅｚ型素子、またはニューヨーク州アルバニーのＸＯＳ（X-ray optical Systems）Ｉｎｃ．で製造されているＸ線ダブリーベント集束水晶光学素子である。このようなモノクロメータは本件特許出願の譲受人に譲渡され、その開示内容が本明細書で参考文献として参照されている米国特許明細書第０９／４０８，８９４号に詳細に記載されている。あるいは、例えばChihab氏他の前述の論文に記載されているナイフエッジ構造のような、前述の米国特許明細書第５，６１９，５４８号および５，９２３，７２０号に記載されているような他の適宜のモノクロメータを使用してもよい。システム２０における反射率測定のための標準的な照射エネルギは約５．４ＫｅＶである。
【００２８】
標本２２から反射したＸ線は検出器３２のアレイ３０によって収集される。検出器は、各々が対応する検出器３２から信号を受ける複数個の処理チャネル３６を備えた処理回路３４と結合されている。説明を簡略にするため、図１には比較的少数の検出器を含む単一アレイの検出器３２だけを図示しているが、本発明の好適な実施形態では、後に詳述するように、アレイ３０は一般的には処理チャネル３６の対応するアレイを有する線形、またはマトリクス（二次元）のアレイに配列されたより多くの素子を含んでいる。好適にはディジタル形式であるチャネル３６からの出力信号は、標準的にはディスプレー４０および／または出力素子と結合されている適宜にプログラムされた汎用コンピュータを備えた処理および分析ブロック３８に伝送される。
【００２９】
ブロック３８は、好適には所定のエネルギで、またはあるエネルギ範囲にわたって角度の関数として標本２２から反射された光子フラックスの分布４２を判定するためにチャネル３６の出力を分析する。後に更に詳細に説明するように、チャネル３６によるエネルギ分散処理によって、信号処理にエネルギ選択性が得られるので、標本２２と検出器アレイ３０との間の追加のモノクロメータは必要なくなる。標本２２が領域２８に薄膜のような１つ、またはそれ以上の薄い表面層を有している場合は、分布４２は標準的には層間の境界から反射したＸ線波相互の干渉により周期的な構造を呈する。周期的構造の特性は好適には、例えば前述の米国特許明細書第５，６１９，５４８号、および５，７４０，２２６号に記載されているような分析方法、または公知のその他の方法を用いて１つ、またはそれ以上の表面層の厚み、密度、および表面特性を判定するためにブロック３８によって分析される。
【００３０】
図１に示した好適な実施形態ではアレイ３０および付随する回路３４を含むシステム２０はＸ線反射率測定に関連して説明されているが、システムは必要な変更を加えて他の分野のＸ線分析でも同様に使用できることが理解されよう。可能な用途の分野には特に斜角放出ＸＲＦ（蛍光Ｘ線）分析を含み、または発明の背景で記載したその他の公知のＸＲＦ技術を含む蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）分析が含まれる。更に、システム２０の原理をガンマ線、またはその他の核放射線の検出のような他のエネルギ範囲のための位置敏感型検出システムで実現してもよい。
【００３１】
図２は本発明の好適な実施形態による検出器アレイ３０および処理回路３４を概略的に示したブロック図である。検出器３２は好適には空乏の厚みが少なくとも２０μｍであるシリコンＰＩＮダイオードからなっている。このような検出器にはコストが低く、または共通のシリコン基板上の回路３４に集積できるという利点がある。あるいは、例えば好適には対応する処理チャネル３６を含む１つ、またはそれ以上のシリコンチップにワイヤ・ボンディングされたＣｄＺｎＴｅ検出器のようなその他の適宜の種類の公知の検出器を使用してもよい。信号／ノイズ比を改良するために、アレイ３０および回路３４を好適には熱電クーラで冷却する選択肢もある。チャネル３６の詳細は図３を参照して以下に説明する。
【００３２】
アレイ３０は最も好適には、軸方向の寸法が約３０μｍで、横方向の寸法が６−１２ｍｍであるアレイの直線軸に沿って配置された５１２個の検出器３２から構成される。このような寸法によってアレイには約１５×６ｍｍから約１５×１２ｍｍまでの能動領域が得られる。検出器の軸方向の間隔を狭くすることによって、アレイ３０を使用した測定で達成可能な角度分解能が強化され、一方、横方向の寸法が広いことは検出感度を最大化するのに有用であり、従ってシステム２０のＸＲＲ測定処理能力が高められる。しかし、検出器のこれらの寸法、および個数はここでは一例として記載したものであり、任意の適宜な種類、寸法、および個数の検出器を使用できることが理解されよう。
【００３３】
図２に示した線形アレイの代わりに、検出器３２は二次元のマトリクス・アレイに配列してもよい。このようなアレイには必要ならば二次元の角度分解能が得られるという利点がある。二次元の分解能が必要ない場合は、信号出力を各列のアレイの各々のピクセルにわたって加算してもよい。この構造のピクセルのサイズが比較的小さいことには少なくとも２つの潜在的な利点がある。すなわち（１）高いＸ線フラックスを有する角度での飽和が回避される。および（２）検出器のキャパシタンスが低下し、それによって全体的な検出ノイズを低減できる。
【００３４】
更なる代替実施形態として、Ｘ線に露曝される検出器３２の能動領域を制限するために線形アレイ３０にマスクを配置してもよい。例えば、横方向並びに軸方向での高い角度分解能が望まれる場合は、検出器３２の能動領域をマスキングして、Ｘ線に露曝される領域の横方向の寸法を縮小してもよい。必要ならば、Ｘ線を異なる横方向の角度位置で捕捉するためにマスクを横方向に起動し、信号が複数の位置で捕捉されるようにしてもよい。あるいは、軸方向での検出分解能を増強するために、各々のスリットが１つの検出器３２に対応する狭いスリットの列からなるマスクをアレイの上方で軸方向に並進移動させてもよい。更なる代替実施形態として、（ＸＲＲ測定でよく見られるように）アレイ３０へのＸ線フラックス入射に軸方向での角度の関数として実質的な変動が生ずる場合は、マスクの横方向寸法に段階を付けることで、検出器３２のＸ線に露曝される高フラックス領域の能動領域が低フラックス領域の能動領域よりも小さくなるようにしてもよい。このような構成によって高フラックス領域での飽和の確率が低下し、アレイのダイナミックレンジが効果的に増大する。
【００３５】
図３は本発明の好適な実施形態による処理チャネル３６の１つを概略的に示したブロック図である。対応する検出器３２によって出力された信号は先ず、標準的には低ノイズのＦＥＴ増幅器である電荷敏感型プリアンプ７０によって増幅される。パルス成形フィルタ７２は、入射光子のエネルギを示す振幅を有するパルスを発生するために、プリアンプ７０によって出力された信号を平滑化し、成形する。好適には、利得および成形制御回路７３（図面を簡略化するために図２には図示せず）によってプリアンプ７０およびフィルタ７２への適宜の制御入力が供給される。
【００３６】
好適には、フィルタ７２によって実行される平滑化の度合いは、検出器に生ずるパルス伝送速度に基づいて、すなわちアレイ３０へのＸ線光子入射のフラックスに応じて調整される。このような調整はパルスカウントの高い処理能力が得られるように、光子入射率が比較的低いチャネルの感度を高め、一方、入射率が高いチャネルの感度を低くするために行われる。標準的には、感度はチャネル３６がチャネルのパルス成形時間によって決定される少なくとも１．５×１０5 パルス／秒に適応できるように設定される。各チャネルの感度、またはチャネル群の感度を個々に調整可能であるようにする選択肢もある。チャネルの構成部品および設計上のパラメータの適切とされる選択は、従来形のエネルギ分散処理システムに採用されている同様の構成部品および設計に基づいて、当業者には明白であろう。
【００３７】
レベル弁別器７４は好適には、ｎビットカウンタ回路７６に送られるエネルギ範囲を選択するためにパルス整形器７２の出力に適用される。好適には、各カウンタ回路７６はカウントがそれを経て読み取られるバス６０の幅、および連続する読み取りの間の統合時間に応じて１０8 までの光子カウントを統合することができる。弁別器７４の範囲はエネルギ閾値制御５２によって選択されるので、選択されたエネルギ範囲内の光子だけが選択される。好適には、エネルギの通過帯域の幅が約０．３ＫｅＶ未満である全てのチャネル３６について共通のエネルギ範囲が選択される。選択された通過帯域外の光子を拒絶することに加えて、弁別器７４で設定される上限はパルスのパイルアップに起因する偽信号、すなわち２つの光子がほぼ同時に到達した場合に発生される高振幅の信号をも除去する。
【００３８】
アレイ３０および回路３４によってもたらされるエネルギ弁別は標本２２から反射したＸ線の角分布を判定する際に特に有用である。それによって、（放射源２４からの入射光線と同じ、ほぼ単色光のエネルギを有する）反射したＸ線光子を、蛍光放射と散乱プロセスに起因して波長がシフトした光子から区別することが可能になる。標本２２と検出器アレイ３０との間の追加のモノクロメータは必要ない。このようなエネルギ弁別能力は同様に、特定のＸ線蛍光線、または散乱遷移の区別にも利用できる。
【００３９】
あるいは、異なるチャネル３６内のレベル弁別器７４には異なるエネルギが選択される。更なる代替として、または追加として、エネルギ閾値が当該の多くの異なるエネルギ・レベルにわたって掃引される。その上、チャネル３６は図３では単一の弁別器７４およびカウンタ７６を含むものとして図示されているが、本発明の代替実施形態では、チャネルは各々が独自のレベル弁別器を備えた複数の並列カウンタを含んでいてもよい。このような実施形態では、並列カウンタは多数の異なるエネルギレベルで対応する検出器３２への多数のＸ線光子入射を同時にカウントする。
【００４０】
ここで図２に戻ると、検出器３２のアレイ３０の全体、および対応する処理チャネルについてある機能が集中的に行われることが示されている。高圧バイアス回路５０は全ての検出器に共通のバイアス電圧を供給する。閾値制御回路５２は好適には、（前述のように異なるチャネルには異なる範囲を設定可能であるものの）、全てのチャネルについてのエネルギレベル弁別範囲を設定する。カウンタ７６のＮ−ビットのカウント出力は、バスコントローラ５４の制御の下で、処理および分析ブロック３８に逐次伝送されるように共通バス６０に出力される。バスコントローラはチップリセットおよび制御回路５６によって供給される信号およびカウンタアドレスバス回路５８によるアドレスの選択に従って各チャネル３６からのカウントを順次読み取る。バスのアドレス指定は順次、またはランダムアクセスでチャネル３６を読み取る。こうした回路の設計については、当業者には明らかであろう。光子フラックスが比較的低いチャネルには比較的長い統合時間を付与するように、回路５８をプログラミングし、かつ制御する選択肢もある。
【００４１】
各検出器３２および対応するチャネル３６は、好適には単一基板上に集積されたチャネルユニット４８を構成する。最も好適には、全てのユニット４８、すなわちアレイ３０内の全ての検出器、および回路３４内の処理チャネルはシリコン基板上の単一の、カスタム集積回路チップ６２上に一緒に構成される。制御回路５２、５４、５６および５８も好適にはチップ６２上に含められる。
【００４２】
しかし、その他の集積モードも可能である。例えば、各チャネルユニット４８はシリコン基板上に別個の集積回路を備えてもよく、あるいはセラミックまたはチップキャリヤ基板上に幾つかの集積回路を有するハイブリッド回路を備えていてもよい。あるいは、多数のユニット４８を単一のカスタム集積回路、またはハイブリッド回路内に一緒に含めてもよい。このような集積チャネルユニット４８は次にハイブリッド、または多層サンドイッチ構成に組合わされ、またはプリント回路板上に組合わせされて、回路３４と共にアレイ全体３０を構成してもよい。当業者はアレイ３０の複数のチャホルを統合するためのその他の手段を考案することができ、その手段の全ては本発明の範囲内に含まれるものと見なされる。
【００４３】
このように、前述の好適な実施形態を例として記載したが、本発明の全範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の好適な実施例によるＸ線反射率測定のためのシステムの概略図である。
【図２】  本発明の好適な実施例による図１のシステムで使用されるＸ線検出装置を示す概略ブロック図である。
【図３】  本発明の好適な実施例による図２の装置の信号処理チャネルをを示す概略ブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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