特許 7626856 透過Ｘ線源を用いた高スループット３Ｄ Ｘ線撮像システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-27

(45)【発行日】2025-02-04

(54)【発明の名称】透過Ｘ線源を用いた高スループット３Ｄ Ｘ線撮像システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/044 20180101AFI20250128BHJP

   G01N 23/046 20180101ALI20250128BHJP

【ＦＩ】

G01N23/044

G01N23/046

【請求項の数】 41

(21)【出願番号】P 2023534315

(86)(22)【出願日】2021-12-02

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-15

(86)【国際出願番号】 US2021072695

(87)【国際公開番号】W WO2022126071

(87)【国際公開日】2022-06-16

【審査請求日】2023-08-02

(31)【優先権主張番号】63/122,354

(32)【優先日】2020-12-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/274,367

(32)【優先日】2021-11-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】516065870

【氏名又は名称】シグレイ、インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ユン，ウェンビン

(72)【発明者】

【氏名】バイン，デイビッド

(72)【発明者】

【氏名】カーズ，ヤーノシュ

(72)【発明者】

【氏名】ガル，シェラズ

(72)【発明者】

【氏名】ルイス，シルビア・ジア・ユン

(72)【発明者】

【氏名】スピンク，リチャード・イアン

【審査官】吉田 将志

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－３０９６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２３３７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３２９６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０６１９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１２７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０４２９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０５８１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２２８０７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１５７８４１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２３／００ － Ｇ０１Ｎ ２３／２２７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体における関心領域の透過画像を生成するように構成された３次元Ｘ線撮像システムであって、前記システムは、
少なくとも１つのアクティブ要素を備える少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器と、
前記物体における前記関心領域から７０ミリメートル未満の外面を有するＸ線透過真空窓を備えるＸ線源であって、少なくとも１つのＸ線ターゲットを有する前記Ｘ線源は、電子ビームが衝突することによって、前記電子ビームおよびＸ線伝搬軸を有する断面内の幅を有するＸ線スポットであって、前記Ｘ線伝搬軸が前記Ｘ線スポットから前記物体における前記関心領域を通って前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器の前記少なくとも１つのアクティブ要素まで延びているＸ線スポットから発散Ｘ線を生成するように構成され、前記発散Ｘ線の少なくとも一部は、前記真空窓から出射し、かつ前記Ｘ線伝搬軸に沿って伝搬し、前記少なくとも１つのアクティブ要素によって受信された前記発散Ｘ線は、前記Ｘ線伝搬軸を中心とする１度よりも大きい角度発散角内に伝搬経路を有し、前記Ｘ線伝搬軸は、前記真空窓の前記外面に対して第１の角度にあり、前記第１の角度は３度～４５度の範囲にあり、前記Ｘ線スポットは、前記Ｘ線伝搬軸に沿って見た前記断面における有効幅を有し、前記有効幅は、前記幅よりも小さいＸ線源と、
回転軸を中心に前記物体を回転させるように構成され、前記回転軸が前記Ｘ線伝搬軸に対して第２の角度を有するように構成された少なくとも１つのサンプル移動ステージであって、前記第２の角度は４５度～９０度の範囲にある、少なくとも１つのサンプル移動ステージと、
前記少なくとも１つのサンプル移動ステージ上のサンプルマウントであって、前記サンプルマウントは、前記物体を保持するように構成され、前記サンプルマウントは、前記物体を通って前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器に伝搬する前記発散Ｘ線の少なくとも一部の前記伝搬経路内の第１の部分を備え、前記第１の部分は、前記発散Ｘ線のＸ線スペクトルの最大Ｘ線エネルギーの５０％よりも大きいエネルギーを有するＸ線について、３０％よりも大きいＸ線透過率を有する、サンプルマウントと、
少なくとも１つの移動機構であって、前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器を前記物体に対して移動させ、前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器によって生成された前記物体の関心領域の画像の幾何学的倍率を変化させるように構成された、少なくとも１つの移動機構とを備える、システム。

【請求項2】

前記第２の角度は、４５度以上の範囲にあり、前記回転軸は、前記真空窓の前記外面の表面法線に対して第３の角度であり、前記第３の角度は、３０度未満の範囲にある、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記第３の角度を変化させるように構成された機構をさらに備える、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記発散Ｘ線は、前記少なくとも１つのサンプル移動ステージと交差しない、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記第１の部分は、１４未満の原子番号を有する原子元素から構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記サンプルマウントは、前記第１の部分を前記少なくとも１つのサンプル移動ステージに機械的に結合する第２の部分をさらに備え、前記第１の部分および前記第２の部分は、前記発散Ｘ線が前記少なくとも１つのサンプル移動ステージまたは前記第２の部分に衝突しないように、前記少なくとも１つのサンプル移動ステージから前記物体の前記関心領域をオフセットするように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記少なくとも１つのサンプル移動ステージは、５マイクロラジアン未満の非系統的角度ウォブル、５００ナノメートル未満の半径方向振れ、および５００ナノメートル未満の軸方向振れを有する、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記少なくとも１つのサンプル移動ステージは、５マイクロラジアン未満の非系統的角度ウォブル誤差、１０００ナノメートルよりも良好な半径方向振れ再現性、および１０００ナノメートルよりも良好な軸方向振れ再現性を有する、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

１マイクロラジアン未満よりも良好な精度で前記少なくとも１つのサンプル移動ステージの角度ウォブルを測定し、１０００ナノメートルよりも良好な精度で前記少なくとも１つのサンプル移動ステージの半径方向振れを測定し、および／または１０００ナノメートルよりも良好な精度で前記少なくとも１つのサンプル移動ステージの軸方向振れを測定するように構成された計測システムをさらに備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

前記真空窓の前記外面に対する前記Ｘ線伝搬軸の前記第１の角度は、３０度未満、５度未満、または３度未満である、請求項１に記載のシステム。

【請求項11】

前記Ｘ線源は、
真空領域を含む真空チャンバであって、前記真空チャンバは、前記真空窓を備え、前記真空窓は、前記真空領域を前記Ｘ線源の外側の非真空領域から分離し、かつ前記少なくとも１つのＸ線ターゲットに接触する、真空チャンバと、
前記真空領域内の電子ビーム源と、
前記電子ビーム源からの少なくとも一部の電子を、前記少なくとも１つのＸ線ターゲットに集束された前記電子ビームに導くように構成された電子光学系であって、前記集束された電子ビームは、１０ｋＶｐ～２５０ｋＶｐの範囲内に前記少なくとも１つのＸ線ターゲットにおける最大集束電子エネルギーを有し、前記少なくとも１つのＸ線ターゲットは、前記集束された電子ビームによる照射に応答して前記発散Ｘ線を生成するように構成される、電子光学系とをさらに備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項12】

前記少なくとも１つのＸ線ターゲットは、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、ＳｒＢ_６、ＬａＢ_６、ＧｄＢ_６、およびＣｅＢ_６からなる群から選択される少なくとも１つのＸ線発生材料を含む、請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記少なくとも１つのＸ線発生材料は、前記集束された電子ビームによって照射され得る複数の領域を有し、各領域は、前記真空窓の前記外面に垂直な方向に沿って対応する厚さを有し、スループットと分解能との間に異なるトレードオフを提供する、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記少なくとも１つのＸ線発生材料は、前記真空窓に取り付けられ、前記真空窓の前記外面に垂直な方向に沿って０．１ミクロン～１５ミクロンの範囲内の厚さを有し、前記真空窓は、前記真空窓の前記外面に垂直な前記方向に沿って０．０５ミリメートル～３ミリメートルの範囲内の厚さを有する、請求項１２に記載のシステム。

【請求項15】

前記真空窓は、ベリリウム、ダイヤモンド、炭化ホウ素、炭化ケイ素、アルミニウム、および酸化ベリリウム（ＢｅＯ）からなる群から選択される材料から構成される、請求項１１に記載のシステム。

【請求項16】

前記集束された電子ビームは、前記真空窓の前記外面に平行な少なくとも１つの横方向において７ミクロン未満の寸法のスポットサイズを有する、請求項１１に記載のシステム。

【請求項17】

前記少なくとも１つのＸ線ターゲットにおける前記集束された電子ビームは、前記Ｘ線伝搬軸および前記真空窓の前記外面の表面法線を含む平面内の第１の寸法と、前記平面に垂直な方向における第２の寸法とを有するスポット形状を有し、前記第１の寸法は前記第２の寸法よりも大きい、請求項１１に記載のシステム。

【請求項18】

前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器は、シリコン、ＣｄＴｅ、および／またはＣｄＺｎＴｅを含み、Ｘ線を電子に直接変換するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項19】

前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器は、Ｘ線を検出するための少なくとも１つのエネルギー閾値を有し、前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器は、第１のエネルギー閾値を下回るエネルギーおよび／または第２のエネルギー閾値を上回るエネルギーを有するＸ線の検出を拒否および／または抑制するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項20】

前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器は、ＣｄＷＯ_４、ＣｓＩ、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ、ＬＳＯ、ＧＡＧＧ、およびＬＹＳＯからなる群から選択されるシンチレータ材料を含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項21】

前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器は、対物レンズおよびＣＭＯＳまたはＣＣＤ検出器をさらに備え、前記対物レンズは、前記ＣＭＯＳまたはＣＣＤ検出器上に前記シンチレータ材料からの画像を拡大するように構成される、請求項２０に記載のシステム。

【請求項22】

前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器は、前記関心領域を透過した前記Ｘ線の第１のスペクトル部分を吸収および検出するように構成された第１の検出器と、前記関心領域および前記第１の検出器を透過する前記Ｘ線の第２のスペクトル部分を吸収および検出するように構成された第２の検出器とを備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項23】

前記Ｘ線伝搬軸に沿った第１の位置に第１の格子をさらに備え、前記第１の格子は、吸収格子または位相格子を備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項24】

前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器は、前記第１の格子によって形成されるタルボパターンを記録するように構成される、請求項２３に記載のシステム。

【請求項25】

前記第１の格子、および前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器は、暗視野コントラスト画像を記録するように構成される、請求項２３に記載のシステム。

【請求項26】

前記Ｘ線源によって生成された熱による前記物体の加熱を低減するように構成された熱冷却機構をさらに備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項27】

前記熱冷却機構は、前記真空窓と前記物体との間に赤外線（ＩＲ）反射材料を備え、前記ＩＲ反射材料は、１５００ミクロン未満の厚さを有しかつ、前記Ｘ線源によって発生した熱を前記物体および前記サンプルマウントに到達しないように反射するように構成される、請求項２６に記載のシステム。

【請求項28】

少なくとも１つの固体材料に少なくとも１つのオリフィスを備えた少なくとも１つの開口部をさらに備え、前記少なくとも１つのオリフィスは、前記Ｘ線伝搬軸上で前記真空窓と前記物体との間に配置され、前記少なくとも１つの開口部は、前記角度発散角内で前記Ｘ線伝搬軸に沿って伝搬する前記発散Ｘ線が前記関心領域および／または前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器に到達するのを減衰させない一方、前記真空窓から他の方向に放射された少なくとも一部のＸ線および／または散乱Ｘ線が前記関心領域および／または前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器に到達するのを減衰させるように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項29】

前記少なくとも１つのサンプル移動ステージは、空気軸受回転ステージを備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項30】

前記少なくとも１つの移動機構は、前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器を物体に対して移動させるように構成された、少なくとも１つの検出器移動ステージを含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項31】

３次元Ｘ線撮像システムであって、
少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器と、
外面を有するＸ線透過真空窓を備えるＸ線源であって、前記Ｘ線源は、発散Ｘ線を生成するように構成され、前記真空窓の前記外面は、物体の関心領域から７０ミリメートル未満にあり、前記発散Ｘ線の少なくとも一部は、前記真空窓から出射し、前記Ｘ線源から延在するＸ線伝搬軸に沿って伝搬し、前記発散Ｘ線は、前記物体の前記関心領域を通って前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器に伝搬し、前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器によって受信された前記発散Ｘ線は、前記Ｘ線伝搬軸を中心とする１度よりも大きい角度発散角を有し、前記Ｘ線伝搬軸は、前記真空窓の前記外面に対して第１の角度にあり、前記第１の角度は３度～４５度の範囲にある、Ｘ線源と、
回転軸の周りに前記物体を回転させるように構成され、前記Ｘ線伝搬軸に対して第２の角度を有するように前記回転軸を調整するように構成された少なくとも１つのサンプル移動ステージであって、前記少なくとも１つのサンプル移動ステージは、５マイクロラジアン未満の非系統的角度ウォブルを有する、少なくとも１つのサンプル移動ステージと、
前記真空窓と前記物体との間の赤外線（ＩＲ）反射材料であって、前記ＩＲ反射材料は、１５００ミクロン未満の厚さを有しかつ、前記Ｘ線源によって発生した熱を前記物体に到達しないように反射するように構成される、ＩＲ反射材料とを備える、システム。

【請求項32】

前記少なくとも１つのサンプル移動ステージ上の、前記物体を保持するように構成されたサンプルマウントをさらに備え、前記サンプルマウントは、前記物体を通って前記少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器に伝搬する前記発散Ｘ線の少なくとも一部が衝突するように構成された第１の部分を備え、前記第１の部分は、原子番号が１４未満の原子元素から構成され、および／または前記回転軸に沿って１０ミリメートル未満の厚さを有する、請求項３１に記載のシステム。

【請求項33】

前記少なくとも１つのサンプル移動ステージは、空気軸受回転ステージを備える、請求項３１に記載のシステム。

【請求項34】

前記少なくとも１つの位置敏感型検出器によって生成された前記物体の前記関心領域の画像の幾何学的倍率を変化させるための少なくとも１つの移動機構をさらに備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項35】

前記少なくとも１つの移動機構は、前記物体に対して前記Ｘ線源および／または前記少なくとも１つの位置敏感型検出器を移動させるように構成される、請求項３４に記載のシステム。

【請求項36】

前記幅は、前記断面における半値全幅（ＦＷＨＭ）Ｗを有し、前記Ｘ線ターゲットは、前記真空窓の前記外面に垂直の方向に沿った厚さｔを有し、前記有効幅は、前記断面内のＦＷＨＭ有効幅ｓを有し、前記ＦＷＨＭ有効幅ｓは、ｓ＝｛（ｔ／２）^２＋［Ｗ・ｓｉｎ（θ）］^２｝^０．５ に等しく、θは前記第１の角度である、請求項１に記載のシステム。

【請求項37】

前記有効幅は、５ミクロン未満である、請求項１に記載のシステム。

【請求項38】

前記有効幅は、１ミクロン未満である、請求項１に記載のシステム。

【請求項39】

前記有効幅は、０．５ミクロン未満である、請求項１に記載のシステム。

【請求項40】

前記回転軸は、前記真空窓の前記外面の表面法線に対して、３０度未満の第３の非ゼロ角度にある、請求項１に記載のシステム。

【請求項41】

前記回転軸に対して前記Ｘ線源を傾斜させるように、および／または前記Ｘ線源に対して前記回転軸を傾斜させるように構成された、少なくとも１つの傾斜ステージをさらに備える、請求項１に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

優先権主張
本出願は、２０２０年１２月７日に出願された米国仮特許出願第６３／１２２，３５４号および２０２１年１１月１日に出願された米国仮特許出願第６３／２７４，３６７号に対する優先権の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

背景
分野
本出願は、一般に、トモグラフィおよびラミノグラフィＸ線撮像システムに関する。

【背景技術】

【0003】

関連技術の説明
３次元（３Ｄ）Ｘ線撮像技術は、物体の内部構造を撮像するのに有用である。典型的には、３Ｄ画像を取得するために広い角度範囲（例えば、約１８０度、約３６０度）にわたって収集され、続いて再構成されるＸ線透過画像からなるトモグラフィデータセットがある。大きい角度範囲は、３Ｄ画像アーチファクトを回避する（例えば、最小化する）ために使用される。３Ｄ Ｘ線撮像システムは、撮像のために物体を照射するように構成されたＸ線源と、透過Ｘ線画像を記録するように構成された位置敏感型Ｘ線検出器と、Ｘ線源および位置敏感型Ｘ線検出器に対して物体を操作するための電気機械システムとを備える。

【0004】

物体の関心領域に入射するＸ線フラックスは、Ｘ線源からの関心領域の距離の２乗に反比例し、この距離は焦点物体距離（ＦＯＤ）と呼ぶことができる。３Ｄ Ｘ線撮像の高スループットを達成するために、ＦＯＤは小さくなるように選択される（例えば、関心領域は、可能な限りＸ線源の近くに配置される）。例えば、空間分解能を達成するために使用される小さなボクセル体積を考慮すると、関心領域をＸ線源の近くに配置することは、実験室のマイクロフォーカスＸ線源を使用して高い空間分解能を有する３Ｄ Ｘ線撮像に使用することができる。さらに、より大きな物体（例えば、横方向に延在する平面状物体内の小さな関心領域であり、その例は、半導体集積回路（ＩＣ）パッケージ内の配線、および大きな繊維強化複合パネル内の微細な構造的詳細を含むが、これらに限定されない）内の小さな関心領域の３Ｄ Ｘ線撮像では、最小ＦＯＤは物体の寸法によって制限され、物体は１８０度回転するため、達成可能なスループットは実際には制限される。

【0005】

しかしながら、従来技術のマイクロＸ線コンピュータトモグラフィ（μＸＣＴ）およびマイクロＸ線コンピュータラミノグラフィ（μＸＣＬ）システムには多くの制限がある。例えば、図１Ａおよび図１Ｂは、関心領域（ＲＯＩ）が物体の中心または中心付近にある横方向に延在する物体（例えば、プリント回路基板、ウェハ）の従来のトモグラフィおよびラミノグラフィ構成をそれぞれ概略的に示す。Ｘ線源は、Ｘ線ビーム（水平破線で示す）を放射し、ページに垂直な方向における図１Ａおよび図１Ｂ中の物体の厚さは、Ｘ線ビームに沿った物体の寸法（例えば、回転軸の周りに物体を回転させるためにＸ線源とＸ線検出器との間に十分な空間があるような）以下とすることができる。図１Ａに見られるように、トモグラフィの場合、回転軸は、物体の表面法線に実質的に平行であり、Ｘ線ビームに実質的に垂直である。図１Ｂに見られるように、ラミノグラフィの場合、回転軸は、物体の表面法線に実質的に平行であり、Ｘ線ビームに実質的に垂直な方向から角度βだけ傾斜している。図１Ａおよび図１Ｂは、そのような従来のトモグラフィおよびラミノグラフィ構成が、横方向に延在する物体（例えば、半導体ＩＣパッケージ）の表面に平行な平面内の撮像欠陥にあまり適していないことを示しているが、その理由は、トモグラフィ／ラミノグラフィデータセット内の透過Ｘ線スペクトルが、物体に対するＸ線ビーム軸の角度とともに変化するためである。結果として、再構成画像（例えば、コンピュータトモグラフィまたはＣＴ画像）は、放射線硬化および光子欠乏のアーチファクトを被り、物体回転軸に対するそれらの向きに対する再構成特徴の忠実度の依存性をもたらす。横方向に延在する物体の表面に平行な平面内の再構成画像の解像度および画質は、通常、表面法線に沿った方向よりも悪い。加えて、どちらの技術も、物体およびＸ線源の物理的干渉に起因して小さいＦＯＤを達成するように最適化されていない。多くの用途に望ましい可能性がある高フラックスでＸ線源サイズを縮小することによる画像解像度の改善は、そのような従来技術のＸＣＴおよびＸＣＬシステムおよび方法では著しく制限され、そのような延在および／または平面状物体の表面法線に沿ったより高い深度解像度は、達成が特に困難である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

概要
特定の実施態様では、３次元Ｘ線撮像システムは、物体における関心領域の透過画像を生成するように構成される。システムは、少なくとも１つのアクティブ要素を備える少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器を備える。システムは、外面を有するＸ線透過真空窓を備えるＸ線源をさらに備える。Ｘ線源は、発散Ｘ線を生成するように構成され、発散Ｘ線の少なくとも一部は、真空窓から出射し、Ｘ線源から物体の関心領域を通って少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器の少なくとも１つのアクティブ要素まで延在するＸ線伝搬軸に沿って伝搬する。発散Ｘ線は、Ｘ線伝搬軸を中心とする１度よりも大きい角度発散角内に伝搬経路を有する。Ｘ線伝搬軸は、真空窓の外面に対して第１の角度にあり、第１の角度は３度～４５度の範囲にある。システムは、回転軸を中心に物体を回転させるように構成され、回転軸がＸ線伝搬軸に対して４５度～９０度の範囲の第２の角度を有するように構成された少なくとも１つのサンプル移動ステージをさらに備える。システムは、少なくとも１つのサンプル移動ステージ上のサンプルマウントをさらに備える。サンプルマウントは、物体を保持するように構成され、物体を通って少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器に伝搬する発散Ｘ線の少なくとも一部の伝搬経路内の第１の部分を備える。第１の部分は、発散Ｘ線のＸ線スペクトルの最大Ｘ線エネルギーの５０％よりも大きいエネルギーを有するＸ線について、３０％よりも大きいＸ線透過率を有する。

【0007】

特定の実施態様では、３次元Ｘ線撮像システムは、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器を備える。システムは、外面を有するＸ線透過真空窓を備えるＸ線源をさらに備える。Ｘ線源は、発散Ｘ線を生成するように構成され、発散Ｘ線の少なくとも一部は、真空窓から出射し、Ｘ線源から延在するＸ線伝搬軸に沿って伝搬する。発散Ｘ線は、物体の関心領域を通って少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器に伝搬し、Ｘ線伝搬軸を中心とする１度よりも大きい角度発散角を有する。Ｘ線伝搬軸は、真空窓の外面に対して第１の角度にあり、第１の角度は３度～４５度の範囲にある。システムは、回転軸の周りに物体を回転させるように構成され、Ｘ線伝搬軸に対して第２の角度を有するように回転軸を調整するように構成された少なくとも１つのサンプル移動ステージをさらに備え、少なくとも１つのサンプル移動ステージは、５マイクロラジアン未満の非系統的角度ウォブルを有する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】関心領域（ＲＯＩ）が物体の中心または中心付近にある横方向に延在する物体の従来のトモグラフィ構成の概略図である。

【図1B】関心領域（ＲＯＩ）が物体の中心または中心付近にある横方向に延在する物体の従来のラミノグラフィ構成の概略図である。

【図2】本明細書に記載される特定の実施態様に適合する例示的なＸ線３Ｄ撮像システムの概略図である。

【図3A】本明細書に記載される特定の実施態様による、少なくとも１つのＸ線ターゲットに衝突する電子ビームによって生成されたＸ線スポットの概略断面図である。

【図3B】本明細書に記載される特定の実施態様による、図３Ａの電子ビームおよび少なくとも１つのＸ線ターゲットの例示的な構成の概略上面図である。

【図3C】本明細書に記載される特定の実施態様による、図３Ａの電子ビームおよび少なくとも１つのＸ線ターゲットの例示的な構成の概略上面図である。

【図4】本明細書に記載される特定の実施態様による、少なくとも１つの開口部を備える他の例示的なシステムの概略図である。

【図5A】本明細書に記載される特定の実施態様による、サンプルステージおよびサンプルマウントが物体を保持および回転させるように構成される例示的なシステムの概略図である。

【図5B】本明細書に記載される特定の実施態様による、サンプルステージおよびサンプルマウントが物体を保持および回転させるように構成される例示的なシステムの概略図である。

【図6A】本明細書に記載される特定の実施態様による、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器が第１の位置敏感型Ｘ線検出器および第２の位置敏感型Ｘ線検出器を備えるシステムの例の概略図である。

【図6B】本明細書に記載される特定の実施態様による、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器が第１の位置敏感型Ｘ線検出器および第２の位置敏感型Ｘ線検出器を備えるシステムの例の概略図である。

【図7】本明細書に記載される特定の実施態様による、タルボ干渉法またはタルボ・ロー干渉法を使用してマルチコントラストＸ線撮像を実行するように構成された例示的なシステムの概略図である。

【図8】本明細書に記載される特定の実施形態による、並進ラミノグラフィ画像の生成に適合する例示的なシステムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

詳細な説明
特定の実施態様では、３Ｄ Ｘ線撮像システムは、大きな物体内の非常に小さなＦＯＤでＲＯＩの撮像を可能にして、ラミノグラフィックデータセット収集時間を（例えば、撮像データ収集速度を高めるために）短縮する。特定の実施態様では、システムはまた、改善された画質（例えば、忠実度）および横方向に延在する物体の表面に平行な平面内のより高い画像解像度を提供し、これは、（例えば、はんだバンプおよびＣｕ配線としての）半導体ＩＣパッケージの計測、検査、故障分析、およびプロセス開発などの多くの用途にとって重要であり得る。Ｘ線源は、小さいＦＯＤを達成し、空間分解能を改善するように構成することができる。特定の実装形態は、測定ジオメトリを使用して電子ビーム焦点を１次元に「圧縮」するように構成され、これにより、非対称のより大きな、したがってより高いパワーの焦点の使用を可能にすることができ、投影後に対称またはほぼ対称になり、これは等方性の空間分解能を有することが望ましい場合がある。特定の実施態様は、分析される横方向に延在する物体の表面に実質的に垂直な方向に高い空間分解能を達成するように構成された厚さを有するＸ線発生材料を含むＸ線源を有するように構成される。さらに、特定の実施態様は、吸収、位相、および暗視野（散乱）コントラスト、暗視野（散乱）コントラストのみ、および増強された吸収コントラストを得るためのタルボ干渉法を含む、撮像コントラストのいくつかのモードを実施するための追加の構成要素および／または方法を含む。

【0010】

図２は、本明細書に記載される特定の実施態様に適合する例示的なＸ線３Ｄ撮像システム５を概略的に示す。システム５は、Ｘ線源２０と、少なくとも１つのアクティブ要素５２を備える少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０とを備える。Ｘ線源２０は、外面２７を有するＸ線透過真空窓２９を備え、Ｘ線源２０は、発散Ｘ線を生成するように構成される。発散Ｘ線６０の少なくとも一部は、真空窓２９から出射し、Ｘ線源２０から物体３０の関心領域３１を通って少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０の少なくとも１つのアクティブ要素５２まで延在するＸ線伝搬軸１０に沿って伝搬する。少なくとも１つのアクティブ要素５２に衝突する発散Ｘ線６０は、Ｘ線伝搬軸１０を中心とする１度よりも大きい角度発散角１２内に伝搬経路を有する。Ｘ線伝搬軸１０は、真空窓２９の外面２７に対して第１の角度１１にあり、第１の角度１１は４５度以下の範囲（例えば、３０度以下、３度～４５度の範囲、５度～３０度、３度未満）にある。

【0011】

特定の実施態様では、システム５は、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０（例えば、電動式およびコンピュータ制御式、電気機械システムを備える）をさらに備える。少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０は、回転軸１９の周りに物体３０を回転させるように構成される。サンプル移動ステージ８０は、回転軸１９がＸ線伝搬軸１０に対して第２の角度１６を有するように構成され、第２の角度１６は４５度以上の範囲（例えば、４５度～９０度の範囲内）にある。特定の他の実施態様では、第２の角度１６は４５度未満である。特定の実施態様の第２の角度１６は、４５度以上の範囲とすることができ、回転軸１９は、真空窓２９の外面２７の表面法線に対して第３の角度とすることができ、第３の角度は、４５度未満（例えば、３０度未満）の範囲である。特定の実施態様では、システム５は、第３の角度を変化させるように構成された機構を備える。例えば、機構は、Ｘ線源２０を回転軸１９に対して、および／または回転軸１９をＸ線源２０に対して傾斜させるように構成された少なくとも１つの傾斜ステージ（例えばゴニオメータ、電気機械式移動ドライバ、回転モータ、ステッパモータ、エンコーダ付きモータ、ウォーム駆動部を有する直線移動ドライバ）を備えることができる。

【0012】

特定の実施態様では、システム５は、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０上にあり、物体３０を保持するように構成されたサンプルマウント８５をさらに備える。サンプルマウント８５は、物体３０を通って少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０に伝搬する発散Ｘ線６０の少なくとも一部の伝搬経路内の第１の部分８６を備える。第１の部分８６は、発散Ｘ線６０のＸ線スペクトルの最大Ｘ線エネルギーの５０％よりも大きいエネルギーを有するＸ線について、３０％よりも大きい（例えば、５０％よりも大きい）Ｘ線透過率を有する。

【0013】

図２の例示的なシステム５は、ＲＯＩ３１とＸ線源２０との間のＦＯＤを最小にするように、（例えば、真空窓２９の外面２７に実質的に平行になるように配置された）大きいまたは横方向に延在する物体３０内の関心領域（ＲＯＩ）３１を撮像するように構成される。例えば、大きな３次元物体３０内のＲＯＩ３１を撮像するために、物体３０は、Ｘ線源２０の近くに（例えば、真空窓２９の外面２７と物体３０の表面３２との間の７０ミリメートル未満の距離に）配置され、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０の回転軸１９を中心とすることができる。ＲＯＩ３１の３次元（３Ｄ）画像データセットは、物体３０のＲＯＩ３１を通って少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０の少なくとも１つのアクティブ要素５２に透過される発散Ｘ線６０の一連のＸ線透過画像を記録することによって収集することができ、物体３０は角度範囲（例えば、１８０度と３６０度との間）にわたって回転軸１９の周りを回転する。コンピュータラミノグラフィデータセットは、ＲＯＩ３１の３Ｄ画像を得るために、既知のラミノグラフィ再構成方法を使用して再構成することができる。他の例として、平面状物体３０内のＲＯＩ３１（例えば、半導体ＩＣパッケージ内のはんだバンプおよび／または配線）を撮像するために、ＲＯＩ３１により近い物体３０の表面３２が真空窓２９に面するように物体３０を位置決めすることができる。大きい／平面状の物体３０の場合、真空窓２９の外面２７と物体３０の表面３２との間の小さな角度１４を使用して、ＲＯＩ３１をＸ線源２０の近くに配置して、ＲＯＩ３１上のＸ線フラックスを増加させ、したがって撮像スループットを向上させることができる。他の例では、物体３０の表面３２は、（例えば、ＲＯＩ３１への放射線量を低減または最小化するために）真空窓２９の外面２７から外方を向いている。

【0014】

Ｘ線源
図２に概略的に示すように、特定の実施態様では、Ｘ線源２０は、真空領域２３を含む真空チャンバ２１と、真空領域２３内の電子ビーム源２２とを備える。Ｘ線源２０は、電子ビーム源２２からの少なくとも一部の電子を、少なくとも１つのＸ線ターゲット２８に集束された電子ビーム２４に導くように構成された電子光学系２５（例えば、電極）をさらに備える。例えば、電子ビーム源２２および電子光学系２５は、集束電子ビーム２４を生成し、１０ｋＶｐ～２５０ｋＶｐの範囲内の少なくとも１つのＸ線ターゲット２８における選択可能な最大集束電子エネルギーで、少なくとも１つのＸ線ターゲット２８に集束電子ビーム２４を照射するように構成される。特定の実施態様では、真空チャンバ２１は、電子ビーム源２２、電子光学系２５、および少なくとも１つのＸ線ターゲット２８を含む真空密封管を備える。開放管Ｘ線源とは対照的に、特定の実施態様のＸ線源２０は能動的にポンピングされない。

【0015】

少なくとも１つのＸ線ターゲット２８は真空領域２３内にあり、集束電子ビーム２４による照射に応答して発散Ｘ線６０を生成するように構成される。少なくとも１つのＸ線ターゲット２８は、そのＸ線スペクトル生成特性（例えば、特性Ｘ線エネルギー）および／または少なくとも１つのＸ線発生材料のＸ線生成能力に影響を及ぼす他の特性（例えば、原子番号Ｚ、電子密度）のために選択された少なくとも１つのＸ線発生材料を含む。少なくとも１つのＸ線発生材料は、電子ビーム２４による照射によって発生した熱を高パワーで放散するのに十分に高い熱伝導率を有することができる。Ｘ線発生材料の例は、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、ＳｒＢ_６、ＬａＢ_６、およびＣｅＢ_６を含むが、これらに限定されない。図２の挿入図によって概略的に示されるように、少なくとも１つのＸ線ターゲット２８は、真空窓２９に取り付けられ（例えば、一体化され、その構成要素であり、接触し）、真空窓２９は、真空領域２３をＸ線源２０の外側の非真空領域から分離する。真空窓２９の外面２７に実質的に垂直な方向に沿った少なくとも１つのＸ線発生材料の厚さは、０．１ミクロン～１５ミクロン（例えば、０．１ミクロン～１０ミクロン）の範囲内とすることができ、真空窓２９の外面２７に実質的に垂直な方向における真空窓２９の厚さは、０．０５ミリメートル～３ミリメートルの範囲内とすることができる。本明細書で説明するように、少なくとも１つのＸ線発生材料の厚さは、高い空間分解能（例えば、材料内部の電子ビーム散乱を最小限に抑えることによって）および／または高いシステムスループット（例えば、少なくとも１つのＸ線発生材料の内部の電子エネルギー堆積を最大化する）のために最適化するように構成することができる。例えば、少なくとも１つのＸ線発生材料の厚さは、回転軸１９に沿った画像解像度の２倍未満であり得る。特定の実施態様では、少なくとも１つのＸ線発生材料は、電子ビーム２４によって（例えば、電子ビーム焦点を平行移動させることによって）照射され得る複数の領域を有し、各領域は、真空窓２９の外面２７に実質的に垂直な方向に沿って対応する厚さを有する。電子ビーム２４は、スループットと分解能との間の選択されたトレードオフを提供する対応する厚さで選択された領域を照射するように電子光学系２５によって誘導することができる。

【0016】

特定の実施態様では、真空窓２９は、１４未満の原子番号（Ｚ）を有する原子元素から本質的に構成され、少なくとも１つのＸ線発生材料によって発生した高エネルギーＸ線に対して実質的に透過的である。例えば、真空窓２９は、少なくとも１つのＸ線発生材料（例えば、ベリリウム、ダイヤモンド、炭化ホウ素、炭化ケイ素、アルミニウム、および酸化ベリリウム（ＢｅＯ）からなる群から選択される１つまたは複数の材料）の熱損傷（例えば、溶融）を防止するための熱導管を提供するのに十分に高い熱伝導率を有することができる。真空窓２９は、少なくとも１つのＸ線発生材料および／または真空窓２９から電荷を散逸させるのに十分に導電性経路をさらに提供することができる。特定の実施態様では、真空窓２９は、選択された最大集束電子エネルギーの半分よりも大きいエネルギーを有する少なくとも１つのＸ線ターゲット２８によって発生したＸ線の５０％超が真空窓２９を透過するようなＸ線透過率を有するように構成される。特定の実施態様では、真空窓２９の外面２７から放射された発散Ｘ線６０は、Ｘ線伝搬軸１０に沿ってＸ線源２０によって遮られない。Ｘ線源２０は４πの立体角にＸ線を放射するが、図２は、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０の少なくとも１つのアクティブ要素５２への角度発散角１２内でＸ線伝搬軸１０に沿って伝搬する発散Ｘ線６０（例えば、画像形成に寄与するＸ線）のみを概略的に示し、他の発散Ｘ線は、少なくとも１つのＸ線ターゲット２８によって発生し、図２には示されていない真空窓２９の外面２７から他の方向に放射される。

【0017】

特定の実施態様では、システム５は、Ｘ線源２０によって生成された熱による物体３０の加熱を低減するように構成された熱冷却機構をさらに備える。例えば、熱冷却機構は、真空窓２９と物体３０との間に赤外線（ＩＲ）反射材料（例えば、薄いＩＲ反射性で高度にＸ線透過性のフィルムまたは層であり、その例はアルミナイズマイラである）を備えることができる。ＩＲ反射材料は、Ｘ線源２０によって（例えば、電子ビームのパワーが少なくとも１つのＸ線ターゲット２８内で熱に変換されるために）発生した熱を物体３０およびサンプルマウント８５に到達しないように反射する（例えば、物体３０および／またはサンプルマウント８５への熱輸送を低減または最小化するために、物体３０およびサンプルマウント８５から熱エネルギーを誘導する）ように構成される。このようにして、ＩＲ反射材料は、そうでなければＲＯＩ選択の精度および／または３Ｄ体積再構成忠実度に悪影響を及ぼす可能性がある熱膨張を引き起こす可能性があるサンプルの温度変化から物体３０およびサンプルマウント８５を保護することができる。ＩＲ反射材料は、Ｘ線源２０の電子ビーム焦点に近い物体３０の位置決めを実質的に損なわないように、十分に薄い（例えば、１５００ミクロン未満の厚さ、１００ミクロン未満の厚さ）。

【0018】

特定の実施態様では、Ｘ線源２０は、接地アノード透過Ｘ線源（例えば、真空ハウジングが電気的に接地される）を含み、その例は、オハイオ州ＷｅｓｔｌａｋｅのＮｏｒｄｓｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＤＡＧＥ ＢｒｉｇｈｔＨａｗｋ（登録商標）Ｘ線源、日本国浜松市の浜松ホトニクス株式会社から入手可能なＬ１０７１１－０３マイクロフォーカスＸ線源、スウェーデン国ＫｉｓｔａのＥｘｃｉｌｌｕｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＥｘｃｉｌｌｕｍナノチューブＮ１およびＮ２ Ｘ線源、ドイツ国ＧａｒｂｓｅｎのＸ－ｒａｙ Ｗｏｒｘ ＧｍｂＨ、カリフォルニア州Ｓａｎ ＪｏｓｅのＣＯＭＥＴ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能なＸ線源を含むが、これらに限定されない。これらの例示的なＸ線源２０は、真空窓２９と一体化されたＸ線源点を有し、ＦＯＤを減少させる（例えば、最小化する）ために、したがって物体３０におけるＸ線フラックスを増加させる（例えば、最大化する）ために、物体３０をＸ線源２０の近くに配置するように構成することができる。電気的および機械的制約のために、Ｘ線源２０は、真空エンベロープの終端であり、真空窓２９と同一平面上にある大きな平坦面を有することができるが、電子ビーム焦点の品質を妨げずに小さくすることはできない。そのようなＸ線源２０を利用する既存のＸ線トモグラフィおよびラミノグラフィ撮像技術では、この大きな平坦面は、Ｘ線源２０の近くに大きなおよび／または平面状の物体３０を配置する能力を制限し、物体３０を大きな平坦面に実質的に垂直な回転軸１９の周りで（例えば、最大１８０度まで）回転させることができる。本明細書に記載される特定の実施態様は、以前から存在するＸ線撮像システムのこの大きな欠点を有利に回避する。

【0019】

特定の実施態様では、Ｘ線源２０は、十分に短い画像収集時間を容易にするのに十分なＸ線フラックスを生成しながら、小さいＸ線スポットサイズを有する（例えば、真空窓２９の外面２７に実質的に平行な少なくとも１つの横方向において７ミクロン未満の寸法を有する）ように構成される。一般に、Ｘ線スポットサイズは、少なくとも１つのＸ線ターゲット２８における集束電子ビームスポットサイズ（例えば、半径）と、少なくとも１つのＸ線ターゲット２８の内部の電子の散乱による少なくとも１つのＸ線ターゲット２８の内部のＸ線発生ボリュームのサイズ（例えば、半径）との畳み込みにほぼ等しい。したがって、より大きな集束電子ビームスポットサイズは、より低い空間分解能を犠牲にして、より高いＸ線フラックスおよびより短い画像取得時間を付随させて、より高い電子ビーム出力を容易にすることができ、より小さな集束電子ビームスポットサイズは、より低いＸ線フラックスおよびより長い画像取得時間を犠牲にして、より高い空間分解能を容易にすることができる。加えて、集束電子ビーム２４からの入射パワーの大部分（例えば、約９９％）が少なくとも１つのＸ線ターゲット２８内で熱に変換されるので、典型的にはＸ線スポット寸法とともに直線的に減少する入射電子ビームパワーを制限することが望ましい場合がある。

【0020】

特定の実施態様では、真空窓２９の外面２７の表面法線および回転軸１９を含む平面の方向のＸ線透過画像のより高い空間分解能は、少なくとも１つのＸ線ターゲット２８の少なくとも１つのＸ線発生材料の厚さｔを減少させることによって提供され、これにより、有効Ｘ線源サイズｓが減少する。例えば、真空窓２９の外面２７に実質的に垂直な方向に沿った少なくとも１つのＸ線発生材料の厚さｔは、０．１ミクロン～１５ミクロンの範囲内とすることができる。図３Ａは、本明細書に記載される特定の実施態様による、少なくとも１つのＸ線ターゲット２８に衝突する電子ビーム２４によって発生したＸ線スポットの断面図を概略的に示す。図３Ｂおよび図３Ｃは、本明細書に記載される特定の実施態様による、図３Ａの電子ビーム２４および少なくとも１つのＸ線ターゲット２８の例示的な構成の上面図を概略的に示す。図３Ａに概略的に示すように、Ｘ線伝搬軸１０に沿って見たＸ線スポットサイズは、Ｘ線ターゲット２８上の電子ビーム２４の幅Ｗ（例えば、直径）よりも小さくすることができる。厚さｔを有するＸ線発生材料の場合、Ｘ線伝搬軸１０に沿って見たＸ線スポットの半値全幅（ＦＷＨＭ）有効幅ｓは、約ｔ／２（図３Ａは縮尺通りではない）未満とすることができる。特定の実施態様では、少なくとも１つのＸ線発生材料は、真空窓２９の外面２７に対して３０度より小さい角度でＸ線伝搬軸１０に沿って図３Ａの断面平面内で小さなＸ線スポットサイズ（例えば、５ミクロン未満）を達成するために、低Ｚ材料基板（例えば、真空窓２９）の上または内部に薄い高Ｚ材料層（例えば、０．１ミクロン～３ミクロンの範囲の厚さｔ）を含む。断面におけるＸ線スポットサイズのＦＷＨＭ有効幅ｓは、ｓ＝｛（ｔ／２）^２＋［Ｗ・ｓｉｎ（θ）］^２｝^０．５にほぼ等しくすることができ、式中、ｔは高Ｚ材料の厚さであり、Ｗは断面における電子ビームサイズのＦＷＨＭ幅である。例えば、ｔ＝１ミクロン、θ＝１０度、およびＷ＝１ミクロンでは、断面平面内のＸ線スポットサイズのＦＷＨＭ有効幅ｓは０．５３ミクロンであり、Ｗよりも小さい。したがって、Ｘ線伝搬軸１０に沿った断面平面内の有効Ｘ線源サイズは、断面平面内の電子ビーム２４の幅と比較して圧縮することができる。

【0021】

断面における有効Ｘ線スポットサイズが電子ビーム幅Ｗよりも実質的に小さいことにより、特定の実施態様は、図３Ａの断面に実質的に垂直な方向において小さいＸ線スポットサイズをさらに達成することができる。例えば、図３Ｂに模式的に示すように、電子ビーム２４を断面平面に対して略垂直な方向に圧縮するように集束させることができる。Ｘ線ターゲット２８における細長い（例えば、長方形）形状またはフットプリントを有する集束電子ビーム２４は、図３Ａの断面平面内の長い寸法（例えば、ＦＨＷＭ幅Ｗ）および図３Ａの断面平面に実質的に垂直な方向で（例えば、Ｘ線伝搬軸１０および真空窓２９の外面２７の表面法線を含む平面内で）短い寸法（例えば、ＦＷＨＭ幅ｗ）を有することができ、短い寸法は長い寸法よりも小さい。

【0022】

他の例では、図３Ｃに概略的に示すように、図３Ａの断面に実質的に垂直な方向における少なくとも１つのＸ線発生材料の高Ｚ材料の幅ｄは、図３Ａの断面に実質的に垂直な方向における集束電子ビーム２４のＦＷＨＭ幅ｗよりも小さくすることができる。少なくとも１つのＸ線発生材料は真空窓２９よりも効率的にＸ線を発生させるので（例えば、Ｘ線生成効率は材料の平均原子番号にほぼ比例するので）、少なくとも１つのＸ線発生材料に衝突しない電子ビーム２４の部分は効率的にＸ線を発生させず、Ｘ線スポットサイズに実質的に寄与せず、それによってＸ線スポットサイズを図３Ａの断面に実質的に垂直な方向の幅ｄに制限する。特定の実施態様では、少なくとも１つのＸ線発生材料の幅ｄは、０．１ミクロン～５ミクロンの範囲内である。

【0023】

Ｘ線伝搬軸１０（例えば、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０からの方向）に沿って見たときに、外面２７とＸ線伝搬軸１０との間の取り出し角を考慮に入れると、図３Ｂおよび図３ＣのＸ線スポットは、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０において正方形または円形に見え得る。例えば、１０度の取り出し角では、５：１のアスペクト比を有する矩形焦点を有する電子ビーム２４は、実質的に対称に見え得る。電子ビーム２４は細長く、電子ビーム２４が両方向に狭く集束された場合よりも広い領域に衝突するため、より高い電子パワーを使用してＸ線フラックスを（例えば、より高いＸ線輝度を達成するために）増加させ、空間分解能を維持しながら画像収集時間を短縮することができる。例えば、５：１のアスペクト比を有する電子ビーム２４は、見掛けの出力密度の最大５倍の増加を提供することができる。より高いアスペクト比の集束電子ビームと併せて取り出し角をさらに減少させることにより、見かけの出力密度のさらなる改善を容易にすることができる。特定の実施態様は、断面平面に対する直交方向よりも図３Ａの断面平面においてより高い空間分解能を提供する。多くの用途では、高深度分解能（例えば、横方向に延在した物体３０の表面３２に対して実質的に垂直な方向における）が横方向分解能（例えば、はんだバンプの剥離、または半導体パッケージの表面に平行なはんだバンプの応力誘起亀裂の画像化）よりも重要である。
開口部

【0024】

開口部
図４は、本明細書に記載される特定の実施態様による、少なくとも１つの開口部７０を備える他の例示的なシステム５を概略的に示す。特定の実施態様では、少なくとも１つの開口部７０は、少なくとも１つの固体材料（例えば、プレート）に少なくとも１つのオリフィス７２（例えば、スリット、１００ミクロン未満の幅を有する）を備え、少なくとも１つのオリフィス７２は、Ｘ線伝搬軸１０上で真空窓２９と物体３０との間（例えば、真空窓２９の下流かつ物体３０の上流）に配置される。少なくとも１つの開口部７０は、角度発散角１２内でＸ線伝搬軸１０に沿って伝搬する発散Ｘ線６０（例えば、撮像に使用されるＸ線）がＲＯＩ３１および／または少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０に到達するのを減衰させないが、真空窓２９から他の方向に放射された少なくとも一部のＸ線および／または散乱Ｘ線（例えば、撮像に使用されないＸ線）がＲＯＩ３１および／または少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０に到達するのを減衰させるように構成される。特定の実施態様では、少なくとも１つの開口部７０の少なくとも１つの固体材料は、少なくとも１つの開口部７０がＦＯＤを実質的に制限することなくＸ線を減衰させるように構成されるように、十分に高いＺ（例えば、Ｗ、Ａｕ）、十分に高い電子密度、および実質的に薄い厚さを有する。特定の実施態様では、少なくとも１つの開口部７０は、物体３０に到達するＸ線源２０によって放射された角度発散角１２の外側の外部Ｘ線フラックスの量を減衰させるように構成される。この外部Ｘ線フラックスを減衰させることによって、少なくとも１つの開口部７０は、外部Ｘ線フラックスからの画像内の有害なバックグラウンド寄与を低減することができ、および／または撮像に寄与しない外部Ｘ線フラックスからの物体３０への有害なＸ線線量を低減することができる。少なくとも１つの開口部７０の少なくとも１つのオリフィス７２の縁部は、少なくとも１つのオリフィス７２内のＸ線がＸ線伝搬軸１０に沿ってさらに伝搬することのみを可能にすることによって角度発散角１２を画定することができる。特定の実施態様では、１つの開口部７０と真空窓２９との間の距離は、Ｘ線源点とＲＯＩ３１との間の小さなＦＯＤを達成するように（例えば、０．３ミリメートル～５ミリメートルの範囲の距離）構成される。

【0025】

サンプル移動ステージおよびサンプルマウント
特定の実施態様では、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０は、Ｘ線源２０および／または少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０に対して物体３０を移動させるように構成される。特定の実施態様では、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０は、物体３０の位置を（例えば、実質的に垂直なｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向に沿って）制御可能に調整するように構成された少なくとも１つの直線移動サブステージ８２と、物体３０の向きを制御可能に調整する（例えば、回転軸１９の周りに物体３０を回転させる）ように構成された少なくとも１つの回転移動サブステージ８４とを備える。例えば、少なくとも１つの直線移動サブステージ８２は、ＲＯＩ３１がＸ線伝搬軸１０に沿って選択された位置にあるように物体３０を移動させるように構成された１つ、２つ、または３つの電気機械式直線移動ドライバ（例えば、リニアモータ、ステッパモータ、エンコーダ付きモータ、圧電モータ、ネジ付き回転モータ）を備えることができ、少なくとも１つの回転移動サブステージ８４は、物体３０およびＲＯＩ３１を回転軸１９の周りに回転させるように構成された少なくとも１つの電気機械式移動ドライバ（例えば、回転モータ、ステッパモータ、エンコーダ付きモータ、ウォーム駆動部を有する直線移動ドライバ）を備えることができる。

【0026】

特定の実施態様では、図２に概略的に示すように、横方向に延在した物体３０を少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０に取り付けることができ、物体３０の長寸法に平行な物体３０の表面３２は、Ｘ線伝搬軸１０に対して角度β（例えば、１度～３０度の範囲内）で傾斜している。特定の実施態様では、少なくとも１つの回転移動サブステージ８４は、角度βを制御可能に調整するようにさらに構成され、少なくとも１つの直線移動サブステージ８２は、ＲＯＩ３１が回転軸１９上およびＸ線伝搬軸１０上に配置されるように、物体３０および／または少なくとも１つの回転移動サブステージ８４を直線的に並進させるようにさらに構成される。特定の実施態様では、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０は、回転軸１９とＸ線スポット（例えば、電子ビーム焦点）との間の距離を制御可能に調整するように構成される。

【0027】

特定の実施態様では、サンプルマウント８５は、Ｘ線６０がＲＯＩ３１を通って少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０に透過するように、物体３０がＸ線６０によって照射されている間に物体３０を保持するように構成される。サンプルマウント８５は、Ｘ線６０が少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０（例えば、少なくとも１つの直線移動サブステージ８２および少なくとも１つの回転移動サブステージ８４）の固体構成要素と最小限に相互作用する（例えば、それによって最小限に散乱および／または吸収される）ように構成される。サンプルマウント８５は、物体３０が回転軸１９の周りを回転するときに少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０の固体部分と相互作用する発散Ｘ線６０の部分を減少させる（例えば、最小化する）ように構成される。

【0028】

特定の実施態様では、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０およびサンプルマウント８５は、スループットを損なうことなく物体３０を保持および回転させるように構成される。例えば、マイクロフォーカス透過Ｘ線コンピュータラミノグラフィのスループットは、焦点間距離（ＦＯＤ）の２乗に反比例するため、小さいＦＯＤ（例えば、Ｘ線源２０に可能な限り近い物体３０）を使用して高いスループットを達成することができる。

【0029】

図５Ａおよび図５Ｂは、本明細書に記載される特定の実施態様による、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０およびサンプルマウント８５が物体３０を保持および回転させるように構成される例示的なシステム５を概略的に示す。図５Ａの例示的なシステム５では、物体３０は、Ｘ線源２０と少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０との間にある。少なくとも１つの直線移動サブステージ８２および少なくとも１つの回転移動サブステージ８４が少なくとも１つのＸ線源２０から物体３０の反対側にある場合、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０は、Ｘ線６０が物体３０に到達するのを妨げない。しかしながら、図５Ａに示すように、ＲＯＩ３１を通って伝搬した後、Ｘ線６０は、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０に到達する前にサンプルマウント８５の少なくとも一部を通って伝搬する。図５Ｂの例示的なシステム５では、Ｘ線源２０および少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０は、物体３０の同じ側にあり、Ｘ線６０は、物体３０に到達する前にサンプルマウント８５の少なくとも一部を通って伝搬する（例えば、サンプルマウント８５は、Ｘ線源２０の物体３０への最も近い接近を制限することができる）。図５Ａは、Ｘ線源２０が物体３０および少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０の上方にある例示的な実施態様を示しているが、他の実施態様では、Ｘ線源２０、物体３０、および少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０は、互いに同じ相対的な位置決めを保持しながら任意の向きを有することができる。図５Ｂは、Ｘ線源２０が物体３０の下方にある例示的な実施態様を示しているが、他の実施態様では、Ｘ線源２０、物体３０、および少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０は、互いに同じ相対的な位置決めを保持しながら任意の向きを有することができる。

【0030】

特定の実施態様では、サンプルマウント８５は、少なくとも１つのサンプルステージ８０（例えば、少なくとも１つの直線移動サブステージ８２および少なくとも１つの回転移動サブステージ８４）が少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０の撮像視野内にない（例えば、画像再構成の忠実度に悪影響を及ぼすＸ線散乱および／または吸収を低減、回避、または最小化する）ように、少なくとも１つのサンプルステージ８０から物体３０をオフセットするように構成される。例えば、サンプルマウント８５は、少なくとも１つのサンプルステージ８０から５０ミリメートル（例えば、１００ミリメートルよりも大きい、１００ミリメートル～５００ミリメートルの範囲、１００ミリメートル～２００ミリメートルの範囲）を超える距離だけ物体３０をオフセットすることができる。特定の実施態様のサンプルマウント８５は、物体３０およびサンプルマウント８５が回転軸１９の周りに回転するときにＸ線６０の少なくとも一部が衝突するように構成された第１の部分８６と、第１の部分８６を少なくとも１つの移動サブステージ（例えば、少なくとも１つの直線移動サブステージ８２および／または少なくとも１つの回転移動サブステージ８４）に機械的に結合する第２の部分８７とを含む。第１の部分８６および第２の部分８７は、発散Ｘ線６０が少なくとも１つの移動サブステージまたは第２の部分８７に（例えば、物体３０およびサンプルマウント８５が回転軸１９の周りに回転するとき）衝突しないように、少なくとも１つの移動サブステージから物体３０のＲＯＩ３１をオフセットするように構成される。

【0031】

特定の実施態様では、第１の部分８６は、低Ｚ元素（例えば、原子番号が１４未満の原子元素）および／または薄い材料（例えば、回転軸１９に沿った厚さが１０ミリメートル未満である）から本質的に構成される。特定の実施態様では、第１の部分８６は、Ｘ線６０（例えば、Ｘ線源２０によって放射されたＸ線）のＸ線スペクトルの最大Ｘ線エネルギーの５０％よりも大きいエネルギーを有するＸ線に対して５０％よりも大きいＸ線透過率を有する。特定のそのような実施態様は、物体３０に対する十分に少ない放射線損傷で、十分に高いスループットを同時に提供する（例えば、Ｘ線は、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０の吸収材料を透過する必要がないので、物体３０を照射するＸ線フラックスは、高スループット撮像のために十分に大量の検出されたＸ線を提供しながら、放射線損傷を回避するために十分に低く保つことができる）。例えば、第１の部分８６は、炭素繊維または石英板（例えば、Ｘ線伝搬軸１０に沿って投影された厚さが２ミリメートル以下である）を備えることができる。第２の部分８７は、第１の部分８６および少なくとも１つの直線移動サブステージ８２および／または少なくとも１つの回転移動サブステージ８４に機械的に結合される。特定の実施態様では、第２の部分８７は、第１の部分８６（例えば、２ミリメートル以下のＸ線伝搬軸１０に沿った投影厚さを有する炭素繊維または石英管などの低Ｚロッドまたは中空管）と本質的に同じ低Ｚ元素および／または薄い材料から構成されるが、特定の他の実施態様では、第２の部分８７は任意の固体材料（例えば、固体材料のＸ線吸収および／または散乱にかかわらず）を含む。特定の実施態様では、第２の部分８７は、少なくとも１つの直線移動サブステージ８２および／または少なくとも１つの回転移動サブステージ８４の一部である。

【0032】

例えば、図５Ａによって概略的に示されるように、第１の部分８６および第２の部分８７は、回転軸１９に沿って延在し、すべての関心のあるラミノグラフィ角およびすべての関心のある回転角について、Ｘ線６０が少なくとも１つの直線移動サブステージ８２および／または少なくとも１つの回転移動サブステージ８４に衝突しないように構成され得る。回転軸１９から、回転軸１９に実質的に垂直な方向に沿って最大寸法（例えば、半径）Ｒを有する少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０について、第１および第２の部分８６、８７は、Ｘ線６０のエンベロープが、Ｘ線６０を散乱および／または吸収する少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０の部分（例えば、１４より大きい原子番号Ｚを有する少なくとも１つの元素を含む部分、少なくとも１つの直線移動サブステージ８２、少なくとも１つの回転移動サブステージ８４）に衝突しないように、少なくとも１つの直線移動サブステージ８２および／または少なくとも１つの回転移動サブステージ８４から回転軸１９に沿って距離ｚだけ物体３０を保持するように構成することができる。

【0033】

他の例では、図５Ｂに概略的に示すように、第１の部分８６は、物体３０の側面および／または縁部を保持（例えば、クランプ）するように構成され、第２の部分８７は、第１の部分８６を少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０（図５Ｂには示されていない）に機械的に結合する。図５Ｂの少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０は、少なくとも部分的にそれを通って延在するＸ線源２０を有するように構成された透明開口部領域８８（例えば、第２の部分８７によって少なくとも部分的に境界付けられた領域）をさらに備える。特定のそのような実施態様は、Ｘ線源２０を物体３０の面の任意の近くに配置することを可能にし、それによって物体３０をしっかりと取り付けながら高いスループットを提供する。本明細書に記載される特定の実施形態に適合する例示的な第２の部分８７は、マサチューセッツ州ＡｕｂｕｒｎのＰＩ（Ｐｈｙｓｉｋ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅ）から入手可能な大口径超高精度空気軸受回転ステージである。

【0034】

画像再構成の忠実度は、測定中の物体３０の正確な回転に依存し、物体３０の制御されていない移動は、実際に記録された投影データの、ラミノグラフィック再構成アルゴリズムが期待するものからの偏差を生じさせる可能性がある。結果として、これらの制御されない移動は、再構成されたボリュームの解像度およびコントラストを低下させる逆投影データにぼやけを生じさせる可能性がある。特定の実施態様では、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０は、画像視野内の物体３０の並進および／または向きの変化を引き起こす純粋な回転からの偏差を減少させる（例えば、回避する、最小化する）。少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０は、物体３０の制御されていない移動がシステム分解能の１／５未満（例えば、０．５ミクロンのシステム分解能では０．１ミクロン未満の制御されない移動）であるように、回転軸１９の周りの物体３０の回転中に、十分に低い非系統的角度ウォブル（例えば、回転軸１９の周りの回転の関数としての回転軸１９の制御されない角運動）、十分に低い半径方向振れ（例えば、回転軸１９の周りの回転の関数としての回転軸１９の制御されない並進は、回転軸１９に対して実質的に垂直な物体３０の横方向移動をもたらす）、および／または十分に低い軸方向振れ（例えば、回転軸１９に実質的に平行な物体３０の制御されない軸方向移動）を有することができる。例えば、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０の少なくとも１つの回転移動サブステージ８４の上方の距離Ｌに配置された物体３０およびδの画像解像度（例えば、検出器解像度を画像倍率で除算したもの）の場合、ωの非系統的角度ウォブル（例えば、１００ナノラジアン未満、２００ナノラジアン未満、１マイクロラジアン未満、５マイクロラジアン未満）は、Ｒ＝ωＬ＜δ／５（例えば、δ／３未満、δ／２未満、１ミクロン未満、０．５ミクロン未満、２００ナノメートル未満、１００ナノメートル未満）の半径方向振れおよび／または軸方向振れＡ＜δ／５（例えば、δ／３未満、δ／２未満、１ミクロン未満、０．５ミクロン未満、２００ナノメートル未満、１００ナノメートル未満）をもたらし得る。特定の実施態様では、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０は、５マイクロラジアン未満（例えば、１マイクロラジアン未満）の非系統的角度ウォブル（例えば、誤差）、１０００ナノメートルよりも良好な半径方向振れ再現性、および１０００ナノメートルよりも良好な軸方向振れ再現性を有する。特定の実施態様では、システム５は、５マイクロラジアン未満（例えば、１マイクロラジアン未満）よりも良好な精度で少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０の角度ウォブルを測定し、１０００ナノメートルよりも良好な精度で少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０の半径方向振れを測定し、および／または１０００ナノメートルよりも良好な精度で少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０の軸方向振れを測定するように構成された計測システムをさらに備える。

【0035】

特定の実施態様では、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０の少なくとも１つの回転移動サブステージ８４は、５マイクロラジアン未満（例えば、１マイクロラジアン未満、２００ナノラジアン未満）のウォブル角度および１００ナノメートル未満の半径方向および軸方向の振れを有する空気軸受回転ステージ（例えば、ＰＩ（マサチューセッツ州ＡｕｂｕｒｎのＰｈｙｓｉｋ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅ）から入手可能なＡ－６２ＸまたはＡ－６８８回転ステージ、Ａｅｒｏｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．（ペンシルベニア州Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ）から入手可能なＡＢＲＸ００、ＡＢＲＸ１５０、またはＡＢＲＸ２５０回転ステージ）を含むことができる。回転軸１９の周りの回転の角度範囲（例えば、３６０度）にわたる物体３０の位置は、システムの分解能の半分よりも良好に正確であり得る。

【0036】

位置敏感型Ｘ線検出器
特定の実施態様では、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０は、ＲＯＩ３１を透過した後に受信されたＸ線６０の画像を記録するように構成される。少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０の例は、光子計数検出器（例えば、シリコン、ＣｄＴｅ、および／またはＣｄＺｎＴｅを含み、エネルギー弁別の有無にかかわらず、Ｘ線を電子に直接変換するように構成される。スイス国Ｂａｄｅｎ－ＤａｅｔｔｗｉｌのＤｅｃｔｒｉｓから入手可能なＥｉｇｅｒ ＡＳＩＣおよびＰｉｌａｔｕｓ ＡＳＩＣ）、シンチレータ材料を含むフラットパネル検出器（ＦＰＤ）（例えば、ＣｄＷＯ_４、ＣｓＩ、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ、ＬＳＯ、ＧＡＧＧ、および／またはＬＹＳＯ。カナダ国ＷａｔｅｒｌｏｏのＴｅｌｅｄｙｎｅ Ｄａｌｓａから入手可能なＳａｄ－ｏ－Ｂｏｘ ＨＳ検出器、ユタ州Ｓａｌｔ Ｌａｋｅ ＣｉｔｙのＶａｒｅｘ Ｉｍａｇｉｎｇから入手可能な２３１５Ｎ検出器、オハイオ州ＷｅｓｔｌａｋｅのＮｏｒｄｓｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＡｔｈｅｎａ検出器およびＯｎｙｘ検出器、コロラド州ＢｏｕｌｄｅｒのＳｐｅｃｔｒｕｍ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な１４１２ＨＲ検出器）、光ファイバプレートおよびＣＭＯＳまたはＣＣＤ検出器、シンチレータ材料（例えば、ＣｄＷＯ_４、ＣｓＩ、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ、ＬＳＯ、ＧＡＧＧ、および／またはＬＹＳＯ）およびＣＭＯＳまたはＣＣＤ検出器上に画像を拡大するように構成された対物レンズを含むが、これらに限定されない。特定の実施態様では、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０は、７０ミクロン未満（例えば、５０ミクロン未満）の横方向寸法（例えば、検出器５０の表面に沿って）を有する複数のアクティブ要素５２（例えば、画素）を含む。

【0037】

特定の実施態様では、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０は、ＲＯＩ３１を含む物体３０を透過したＸ線６０を受信して撮像するように構成され、Ｘ線６０は、ＲＯＩ３１内の関心のある特徴を識別するのに十分な画像コントラストを容易にする（例えば、最適化する）、および／または撮像収集時間を短縮する所定の範囲のエネルギー（例えば、Ｘ線スペクトル）を有する。例えば、所定のＸ線スペクトルは、所定のＸ線スペクトル内の生成されたＸ線６０が画像コントラストおよび／または撮像収集時間を容易にするのに十分に大きいＸ線フラックスを有するように、少なくとも１つのＸ線ターゲット２８の集束電子エネルギーおよび／または少なくとも１つのＸ線発生材料を選択することによって生成することができる。吸収コントラストを使用するＸ線撮像の場合、所定のＸ線スペクトルは、物体３０が５％～８５％の範囲内（例えば、８％～３０％の範囲内）のＸ線透過率を有するエネルギーを含むことができる。この範囲のＸ線透過率は、（より低いエネルギーのＸ線に有利な）画像コントラストと（より高いエネルギーのＸ線に有利な）物体３０を通る透過との間の有益なトレードオフを提供することができる。

【0038】

他の例では、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０は、Ｘ線を検出するための少なくとも１つのエネルギー閾値を有するように構成することができる（例えば、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０は、第１のエネルギー閾値を下回るエネルギーおよび／または第２のエネルギー閾値を上回るエネルギーを有するＸ線の検出を拒否および／または抑制するように構成することができる）。例えば、少なくとも１つのエネルギー閾値は、閾値カットオフＸ線エネルギーを含むことができ、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０は、閾値カットオフＸ線エネルギー未満のエネルギーを有するＸ線のみを撮像するように構成される。特定の実施態様の閾値カットオフＸ線エネルギーは、物体３０が８５％未満（例えば、５０％未満）のＸ線透過率を有するＸ線に対応する。例えば、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０は、（例えば、閾値カットオフＸ線エネルギーを制御可能に調整するために）少なくとも１つの閾値カットオフＸ線エネルギーを選択するように構成された光子計数検出器を含むことができる。光子計数検出器は、エネルギー依存性Ｘ線透過画像を収集する（例えば、複数のオペレータ選択可能なエネルギーウインドウを使用して、ノイズ、画像アーチファクトを低減し、および／または材料の区別を提供する）ようにさらに構成することができる。他の例では、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０は、シンチレーションスクリーンと、閾値カットオフＸ線エネルギー未満のＸ線のみを撮像するように構成された材料との組合せを備えることができる。

【0039】

図６Ａおよび図６Ｂは、本明細書に記載される特定の実施態様による、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０が第１の位置敏感型Ｘ線検出器５４および第２の位置敏感型Ｘ線検出器５６を備えるシステム５の２つの例を概略的に示す。第２の位置敏感型Ｘ線検出器５６は、第１の位置敏感型Ｘ線検出器５４から得られたものとは異なるＸ線スペクトルの部分に利得感度を提供し、全体的なスループットを増加させ、および／または第１の位置敏感型Ｘ線検出器５４の空間分解能とは異なる空間分解能で測定値を提供するように構成することができる。例えば、第１および第２の位置敏感型Ｘ線検出器５４、５６は、互いに異なるシンチレーション材料および／または互いに異なるシンチレータ厚さを有することができる。

【0040】

例えば、図６Ａに概略的に示すように、第１の検出器５４は、ＲＯＩ３１を透過したＸ線６０の第１のスペクトル部分を吸収および検出するように構成することができ、第２の検出器５６は、ＲＯＩ３１を透過し、第１の検出器５４によって吸収されないＸ線６０の第２のスペクトル部分を吸収および検出するように構成することができる。第１の検出器５４は、高分解能用に（例えば、最適化されている）構成することができ、ＲＯＩ３１から受信したＸ線フラックスの少なくとも一部を送信することができ、第２の検出器５６は、第１の検出器５４の背後に（例えば、図６Ａを参照）配置することができ、第１の検出器５６を透過したＸ線フラックスの少なくとも一部を検出するように構成することができる。他の例では、図６Ｂに概略的に示すように、Ｘ線伝搬軸１０に沿って伝搬するＸ線６０の第１のスペクトル部分を第１の検出器５４のシンチレータスクリーン５５によって吸収することができ、Ｘ線伝搬軸１０に沿って伝搬するＸ線６０の第２のスペクトル部分をシンチレータスクリーン５５によって透過させて、第２の検出器５６に衝突させることができる。シンチレータスクリーン５５によって吸収されたＸ線は、ミラー５７によって反射され、対物レンズ５８によって位置敏感型光子検出器５９上に結像されるシンチレーション光子（例えば、可視光光子）を生成することができる。ミラー５７の材料および厚さは、物体３０を透過するＸ線６０の高い透過率を有するように選択することができる。

【0041】

図６Ａおよび図６Ｂは、互いに同じ方向に沿って伝搬するＸ線６０を検出するように２つの検出器５４、５６が配置される構成を概略的に示しており、特定の他の実装形態では、２つの検出器５４、５６は、少なくとも１つのＸ線源２０から互いに異なる方向（例えば、真空窓２９の外面２７に対して４５度未満の角度で異なる方向）に沿って伝搬するＸ線を収集するように配置される。特定の実施態様では、２つの検出器５４、５６は互いに同時に使用されるが、特定の他の実施態様では、２つの検出器５４、５６は互いに別々に（例えば、順次）使用される。特定の実施態様では、２つの検出器５４、５６は、物体３０において異なる画素解像度（例えば、検出器のピクセルサイズをその幾何学的画像倍率で割ったものにほぼ等しい）を有するように構成される。特定の実施態様では、２つの検出器５４、５６の出力を組み合わせることにより、システム５の全体的な検出効率を高めることができ、より広い範囲の物体空間周波数にアクセスすることができ、したがってスループットおよび再構成品質が向上する。特定の実施態様では、第２の検出器５６は、Ｘ線６０のＸ線スペクトルの異なる部分に敏感であるように構成され（例えば、最適化され）、ビーム硬化および／または材料識別のための補正を可能にすることができる。

【0042】

図７は、本明細書に記載される特定の実施態様による、タルボ干渉法またはタルボ・ロー干渉法を使用してマルチコントラストＸ線撮像を実行するように構成された例示的なシステム５を概略的に示す。システム５は、広範囲の用途のために高解像度および高感度ならびに独自の撮像能力（例えば、２Ｄおよび３Ｄにおける吸収、位相、および暗視野画像コントラスト、暗視野、増強された吸収コントラスト画像化）を提供するように構成することができる。特定の実施態様では、システム５は、タルボ・ロー干渉法、暗視野コントラスト、および増強された吸収コントラストを使用して３Ｄ撮像データセットを収集し、データセットを再構成して物体３０および／または物体３０内のＲＯＩ３１の３Ｄ画像を取得するように構成される。特定の実施態様では、図７に概略的に示すように、システム５は、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０と、Ｘ線伝搬軸１０に沿って伝搬する発散Ｘ線６０の一部と少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０の固体部分との相互作用を低減する（例えば、最小化する）ように構成されたサンプルマウント８５（例えば、図５Ａを参照）とをさらに備える。

【0043】

図７に概略的に示すように、システム５は、Ｘ線伝搬軸１０に沿った第１の位置にタルボ自己像干渉パターンを生成するように構成された第１の格子Ｇ１（例えば、位相格子）と、Ｘ線伝搬軸１０に沿った第２の位置に配置された第２の格子Ｇ２（例えば、分析器格子）とを備える。第１の格子Ｇ１および第２の格子Ｇ２は、タルボパターンが少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０によって間接的に撮像されるように、タルボ干渉法に適合するように構成される。特定の他の実施態様では、第２の格子Ｇ２を省略することができ、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０は、タルボ干渉法に適合するように十分に小さい（例えば、第２格子Ｇ２のピッチの半分以下）空間分解能（例えば、Ｘ線伝搬軸１０に実質的に垂直な横方向のサイズ）を有するアクティブ要素５２を有することができ、タルボパターンは、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０によって直接撮像される。特定の実施態様では、システム５は、線源格子をさらに備え、タルボ・ロー干渉法を実行するように構成される。特定の他の実施態様では、Ｘ線源２０は、１次元または２次元の規則的な配列の複数のＸ線ターゲット２８を含み、複数のＸ線ターゲット２８、第１の格子Ｇ１、および第２の格子Ｇ２の幾何学的パラメータは、タルボ・ロー干渉計条件を満たすように構成される。Ｘ線源２０、ならびに第１および第２の格子Ｇ１、Ｇ２の様々な構成は、米国特許第９，７１９，９４７号および第１０，３４９，９０８号に開示され、これらの各々は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0044】

特定の実施態様では、第１の格子Ｇ１は吸収格子を備える。例えば、第１の格子Ｇ１および第２の格子Ｇ２の一方または両方は、０．５ミクロン～２０ミクロンの範囲の幅を有し、０．５ミクロン～２０ミクロンの範囲の幅を有する実質的に非吸収性の（例えば、５０％未満の吸収）ギャップによって互いに離間された、パターン化された１次元または２次元Ｘ線実質的吸収性（例えば、５０％を超える吸収）構造のアレイを含むことができる。トリコントラスト撮像（例えば、吸収、位相、および散乱）のための位相ステッピングなどの技術を使用することに加えて、特定の実施態様のシステム５は、ピッチ、Ｘ線源２０からの距離、ならびに第１および第２の格子の位置合わせを構成することによって暗視野（例えば、散乱）コントラスト撮像のみを取得するように構成することができ、第１の（例えば、上流）格子Ｇ１の開口部を透過したＸ線は、第２の（例えば、下流）格子Ｇ２の吸収部分に入射する。例えば、第１の格子Ｇ１および第２の格子Ｇ２は、第２の格子Ｇ２の実質的に非吸収性の構造が第１の格子Ｇ１の実質的に吸収性の構造と（例えば、その影で）整列し、第２の格子Ｇ２の実質的に吸収性の構造が第１の格子Ｇ１の実質的に非吸収性の構造と整列するように、少なくとも１つのＸ線源２０と少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０との間のＸ線伝搬軸１０に沿って配置する（例えば、第１の格子Ｇ１は、少なくとも１つの位置選択的Ｘ線検出器５０よりも少なくとも１つのＸ線源２０に近い）ことができる。このような構成では、物体３０が存在しない場合、Ｘ線は第１の格子Ｇ１および第２の格子Ｇ２の両方を透過するとは予想されないが、物体３０の散乱機構が存在する場合、散乱されたＸ線の少なくとも一部が第２の格子Ｇ２を透過し、散乱されたＸ線に対応する物体３０内の機構が撮像される。特定の実施態様では、物体３０によって散乱されたＸ線が第２の格子Ｇ２の吸収構造によって低減されるように、第１および第２の格子の相対的な位置合わせを暗視野撮像に使用される構成からピッチの半分だけ変位させることによって、増強された吸収コントラスト画像を得ることができる。特定の実施態様では、第２の格子Ｇ２を有する代わりに、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０のアクティブ要素５２の第１のセット（例えば、画素）は、第１の格子Ｇ１の実質的吸収性構造と（例えば、その影で）位置合わせされ、少なくとも１つの位置敏感型Ｘ線検出器５０のアクティブ要素５２の第２のセットは、第１の格子Ｇ１の実質的非吸収性構造と位置合わせされる。そのような構成では、物体３０がＸ線伝搬軸１０に沿って配置されると、第２のセットのアクティブ要素５２によって記録されたＸ線計数を使用して吸収コントラスト画像を生成することができ、一方、第１のセットのアクティブ要素５２によって記録されたＸ線計数を使用して散乱／暗視野および／または屈折画像を生成することができる。

【0045】

半導体ＩＣパッケージが３Ｄで撮像される特定の実施態様では、システム５は、半導体チップの表面３２の表面法線に対して小さい角度（例えば、４５度未満の範囲内）でＸ線伝搬軸１０を有するＸ線透過画像を取得するように構成される。例えば、大きな角度範囲（例えば、１８０度～６３０度）にわたる回転ラミノグラフィ、または有限の角度範囲（例えば、±３０度）にわたる限定された角度並進ラミノグラフィを行うことができる。３Ｄ画像は、３Ｄ画像を生成するために、半導体チップの表面３２の表面法線に対して大きな角度（例えば、６０度より大きい）のＸ線伝搬軸１０で得られたラミノグラフィ３Ｄ画像と組み合わせることができる。図８は、本明細書に記載される特定の実施形態による、並進ラミノグラフィ画像の生成に適合する例示的なシステム５を概略的に示す。システム５は、追加のＸ線検出器９０と、検出器９０および物体３０をＸ線源２０に対して並進させるように構成された少なくとも１つの検出器ステージ９２とを備える。特定の実施態様では、少なくとも１つの検出器ステージ９２は、少なくとも１つのサンプル移動ステージ８０を備える。例えば、検出器９０と物体３０とを同じ方向に（例えば、Ｘ線源２０からＲＯＩ３１を通って検出器９０の中心までの線に沿って）比例して移動させることができる。特定の実施態様では、図８のシステム５は、半導体チップの表面法線に実質的に平行な方向に延在する特徴（例えば、銅配線の側壁）について、より高い空間分解能および／またはより良好な画像明瞭性を達成するように構成される。

【0046】

特定の実施態様では、システム５は、少なくとも１つの位置敏感型検出器によって生成された物体の関心領域の画像の幾何学的倍率を変化させるように構成された少なくとも１つの移動機構をさらに備える。例えば、少なくとも１つの移動機構は、物体３０に対してＸ線源２０を移動させるように構成された少なくとも１つの第１の移動ステージ（例えば、直線移動ステージ、電気機械式直線移動駆動部、リニアモータ、ステッパモータ、エンコーダ付きモータ、圧電モータ、ネジ付き回転モータ）、物体３０に対して少なくとも１つの位置敏感型検出器５０を移動させるように構成された少なくとも１つの第２の移動ステージ（例えば、直線移動ステージ、電気機械式直線移動駆動部、リニアモータ、ステッパモータ、エンコーダ付きモータ、圧電モータ、ネジ付き回転モータ）、および／またはＸ線源２０および／または少なくとも１つの位置敏感型検出器５０に対して物体３０を移動させるように構成された少なくとも１つの第３の移動ステージ（例えば、直線移動ステージ、電気機械式直線移動駆動部、リニアモータ、ステッパモータ、エンコーダ付きモータ、圧電モータ、ネジ付き回転モータ、少なくとも１つの直線移動サブステージ８２）を備えることができる。

【0047】

一般的に使用される用語は、理解を容易にするために特定の実施態様のシステムおよび方法を説明するために使用されるが、これらの用語は、本明細書ではそれらの最も広い合理的な解釈を有するために使用される。本開示の様々な態様は、例示的な例および実施態様に関して説明されているが、開示された例および実施態様は、限定するものとして解釈されるべきではない。「ｃａｎ」、「ｃｏｕｌｄ」、「ｍｉｇｈｔ」、または「ｍａｙ」などの条件付き用語は、特に明記しない限り、または使用される文脈内で他の意味で理解されない限り、一般に、特定の実施態様は、特定の特徴、要素、および／またはステップを含むが、他の実施態様は含まないことを伝えることを意図している。したがって、そのような条件付き用語は、一般に、特徴、要素、および／またはステップが１つまたは複数の実施態様に何らかの形で必要とされることを意味することを意図するものではない。特に、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、要素、構成要素、またはステップを非排他的な方法で参照するものとして解釈されるべきであり、参照される要素、構成要素、またはステップが存在するか、または利用されるか、または明示的に参照されていない他の要素、構成要素、またはステップと組み合わされ得ることを示す。

【0048】

句「Ｘ、ＹおよびＺのうちの少なくとも１つ」などの連言用語は、特に明記しない限り、項目、用語などがＸ、Ｙ、またはＺのいずれかであり得ることを伝えるために一般に使用される文脈内で理解されるべきである。したがって、そのような連言用語は、一般に、特定の実施態様がＸのうちの少なくとも１つ、Ｙのうちの少なくとも１つ、およびＺのうちの少なくとも１つの存在を必要とすることを意味するようには意図されていない。

【0049】

用語「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「約（ａｂｏｕｔ）」、「一般に（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ）」、および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの本明細書で使用される程度の用語は、依然として所望の機能を実行するか、または所望の結果を達成する、記載された値、量、または特性に近い値、量、または特性を表す。例えば、「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「約（ａｂｏｕｔ）」、「一般に（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ）」、および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は、記載された量の±１０％以内、±５％以内、±２％以内、±１％以内、または±０．１％以内の量を指し得る。他の例として、「ほぼ平行」および「実質的に平行」という用語は、正確に平行から±１０度、±５度、±２度、±１度、または±０．１度逸脱する値、量、または特性を指し、「ほぼ垂直」および「実質的に垂直」という用語は、正確に垂直から±１０度、±５度、±２度、±１度、または±０．１度逸脱する値、量、または特性を指す。本明細書に開示される範囲はまた、任意のおよびすべての重複、部分範囲、およびそれらの組合せを包含する。「～まで（ｕｐ ｔｏ）」、「少なくとも（ａｔ ｌｅａｓｔ）」、「より大きい（ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ）」、「未満（ｌｅｓｓ ｔｈａｎ）」、「間（ｂｅｔｗｅｅｎ）」などの語は、列挙された数字を含む。本明細書で使用される場合、「ａ」、「ａｎ」、および「ｓａｉｄ」の意味は、文脈が明らかにそうでないことを指示しない限り、複数の言及を含む。構造および／または方法は、本明細書では順序形容詞（例えば、第１、第２など）によってラベル付けされた要素に関して説明されているが、順序形容詞は単に１つの要素を別の要素から区別するためのラベルとして使用され、順序形容詞はこれらの要素の順序またはそれらの使用を示すために使用されない。

【0050】

以上、種々の構成について説明した。本明細書に開示された実施態様は相互に排他的ではなく、様々な構成で互いに組み合わせることができることを理解されたい。本発明をこれらの特定の構成を参照して説明してきたが、説明は本発明を例示することを意図しており、限定することを意図していない。本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、当業者には様々な修正および応用が思い浮かぶであろう。したがって、例えば、本明細書に開示された任意の方法またはプロセスにおいて、方法／プロセスを構成する行為または動作は、任意の適切な順序で実行されてもよく、必ずしも任意の特定の開示された順序に限定されない。上述した様々な実施態様および例からの特徴または要素を互いに組み合わせて、本明細書に開示された実施態様に適合する代替構成を生成することができる。実施態様の様々な態様および利点が、適切な場合に記載されている。そのような態様または利点のすべてが、任意の特定の実施態様に従って必ずしも達成されるとは限らないことを理解されたい。したがって、例えば、様々な実施態様は、本明細書で教示または示唆され得るような他の態様または利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示されるような１つの利点または利点群を達成または最適化するように実行され得ることが認識されるべきである。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】