使用透射x射线源的高产量3Dx射线成像系统的制作方法

使用透射x射线源的高产量3d x射线成像系统
1.优先权的主张
2.本技术主张2020年12月7日提交的美国临时申请第63/122,354号及2021年11月1日提交的美国临时申请第63/274,367号的优先权权利，这些申请的各者的全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本技术大体上涉及断层摄影及层析成像x射线成像系统。


背景技术：

4.三维(3d)x射线成像技术可用于对物体的内部结构成像。通常，断层摄影资料集由在大角度范围(例如，约180度；约360度)上收集且随后经重建以获得3d影像的x射线透射影像组成。大角度范围用于避免(例如最小化)3d影像伪影。3d x射线成像系统包括配置为照射物体用于成像的x射线源、配置为记录透射x射线影像的位置敏感x射线检测器及用于相对于x射线源及位置敏感x射线检测器操纵物体的机电系统。
5.入射于物体的感兴趣区上的x射线通量与感兴趣区距x射线源的距离的平方成反比，此距离可指称焦点物体距离(fod))。为了达成3d x射线成像的高产量，fod选择得很小(例如，将感兴趣区放置成尽可能靠近x射线源)。例如，鉴于用于达成空间分辨率的小体素体积，将感兴趣区靠近x射线源可用于使用实验室微焦点x射线源的具有高空间分辨率的3d x射线成像。此外，对于较大物体中的小感兴趣区(例如，横向延伸的平面物体中的小感兴趣区，其示例包含(但不限于)半导体集成电路(ic)封装中的互连及大型纤维增强复合板中的精细结构细节)的3d x射线成像，最小fod受物体尺寸限制，其实际上限制可达成产量，因为物体将旋转180度。
6.然而，现有技术的显微x射线计算机断层摄影(μxct)及显微x射线计算机层析成像(μxcl)系统具有许多局限性。例如，图1a及图1b分别示意性地绘示横向延伸物体(例如，印刷电路板；晶圆)的习知断层摄影及层析成像配置，其中感兴趣区(roi)位于物体的中心处或靠近物体的中心。x射线源发射x射线束(由水平虚线指示)且图1a及图1b中物体在垂直于页面的方向上的厚度可等于或小于物体沿x射线束的尺寸(例如，使得x射线源与x射线检测器之间有足够空间用于绕旋转轴线旋转物体)。如图1a中所见，对于断层摄影，旋转轴线大致平行于物体的表面法线且大致垂直于x射线束。如图1b中所见，对于层析成像，旋转轴线大致平行于物体的表面法线且自大致垂直于x射线束的方向倾斜一角度β。图1a及图1b展示这些习知断层摄影及层析成像配置不太适合对平行于横向延伸物体(例如半导体ic封装)的表面的平面中的缺陷成像，因为断层摄影/层析成像资料集中的透射x射线光谱随x射线束轴线相对于物体的角度而变化。因此，经重建影像(例如，计算机断层摄影或ct影像)受辐射硬化及光子饥饿伪影的影响且引入经重建特征的保真度对其相对于物体旋转轴线的定向的依赖性。平行于横向延伸物体的表面的平面中经重建影像的分辨率及影像质量通常比沿表面法线的方向差。另外，归因于物体及x射线源的实体干涉，两种技术均未最佳化以达
成小fod。藉由减小具有高通量的x射线源大小来改善影像分辨率(其对于许多应用而言可期望)受此等现有技术xct及xcl系统及方法的限制且沿这些扩展和/或平坦物体的表面法线的更高深度分辨率特别难以达成。


技术实现要素：

7.在特定实施方案中，一种三维x射线成像系统配置为产生物体中感兴趣区的透射影像。该系统包括至少一个位置敏感x射线检测器，其包括至少一个主动元件。该系统进一步包括x射线源，其包括具有外表面的x射线透射真空窗。该x射线源配置为产生发散x射线，发散x射线的至少一些自该真空窗出射且沿自该x射线源延伸的x射线传播轴线传播，通过该物体的该感兴趣区到达该至少一个位置敏感x射线检测器的该至少一个主动元件。发散x射线具有以该x射线传播轴线为中心的在大于1度的角发散角内的传播路径。该x射线传播轴线相对于该真空窗的该外表面成第一角度，该第一角度在3度至45度的范围内。该系统进一步包括至少一个样品运动台，其配置为绕旋转轴线旋转该物体且配置为使得该旋转轴线相对于该x射线传播轴线具有第二角度，该第二角度在45度至90度的范围内。该系统进一步包括样品架，其位于该至少一个样品运动台上。该样品架配置为保持该物体且包括在通过该物体传播至该至少一个位置敏感x射线检测器的发散x射线的至少一些的传播路径中的第一部分。对于具有大于发散x射线的x射线光谱的最大x射线能量的50％的能量的x射线，该第一部分具有大于30％的x射线透射率。
8.在特定实施方案中，一种三维x射线成像系统包括至少一个位置敏感x射线检测器。该系统进一步包括x射线源，其包括具有外表面的x射线透射真空窗。该x射线源配置为产生发散x射线，发散x射线的至少一些自该真空窗出射且沿自该x射线源延伸的x射线传播轴线传播。发散x射线传播通过物体的感兴趣区到达该至少一个位置敏感x射线检测器且具有以该x射线传播轴线为中心的大于1度的角发散角。该x射线传播轴线相对于该真空窗的该外表面成第一角度，该第一角度在3度至45度的范围内。该系统进一步包括至少一个样品运动台，其配置为绕旋转轴线旋转该物体且配置为调整该旋转轴线以具有相对于该x射线传播轴线的第二角度，该至少一个样品运动台具有小于5微弧度的非系统角摆动。
附图说明
9.图1a及图1b分别示意性地绘示横向延伸物体的传统断层摄影及层析成像配置，其中感兴趣区(roi)位于物体的中心处或靠近物体的中心。
10.图2示意性地绘示与本文中所描述的特定实施方案兼容的示例x射线3d成像系统。
11.图3a示意性地绘示根据本文中所描述的特定实施方案的由撞击至少一个x射线靶的电子束产生的x射线光点的横截面图。
12.图3b及图3c示意性地绘示根据本文中所描述的特定实施方案图3a的电子束及至少一个x射线靶的两个示例配置的俯视图。
13.图4示意性地绘示根据本文中所描述的特定实施方案的包括至少一个孔的另一示例系统。
14.图5a及图5b示意性地绘示根据本文中所描述的特定实施方案的示例系统，其中样品台及样品架配置为保持及旋转物体。
15.图6a及图6b示意性地绘示根据本文中所描述的特定实施方案的系统的两个示例，其中至少一个位置敏感x射线检测器包括第一位置敏感x射线检测器及第二位置敏感x射线检测器。
16.图7示意性地绘示根据本文中所描述的特定实施方案的配置为使用talbot干涉量测法或talbot-lau干涉量测法来执行多对比度x射线成像的示例系统。
17.图8示意性地绘示根据本文中所描述的特定实施方案的与产生平移层析成像影像兼容的示例系统。
具体实施方式
18.在特定实施方案中，3d x射线成像系统能够对大物体中具有非常小fod的roi成像以减少层析成像资料集收集时间(例如增加成像资料收集速度)。在特定实施方案中，系统还在平行于横向延伸物体的表面的平面中提供经改善影像质量(例如保真度)及更高影像分辨率，其对于许多应用而言可为重要的，例如计量、检验、故障分析及半导体ic封装的程序开发(例如作为焊料凸块及cu互连)。x射线源可配置为达成小fod且用于改善空间分辨率。特定实施方案配置为使用量测几何来“压缩”一维中的电子束焦点，其可允许使用不对称更大，且因此更高功率，焦点在投影的后变得对称或几乎对称，其可为可期望以具有各向同性空间分辨率。特定实施方案配置为具有包括x射线产生材料的x射线源，该x射线产生材料具有配置为在大致垂直于经分析的横向延伸物体的表面的方向上达成高空间分辨率的厚度。另外，特定实施方案包括用于实施若干成像对比度模式的额外组件和/或方法，包含用于获得吸收、相位及暗场(散射)对比度、仅暗场(散射)对比度及增强吸收对比度的塔尔博特干涉量测法。
19.图2示意性地绘示与本文中所描述的特定实施方案兼容的示例x射线3d成像系统5。系统5包括x射线源20及包括至少一个主动元件52的至少一个位置敏感x射线检测器50。x射线源20包括具有外表面27的x射线透射真空窗29，且x射线源20配置为产生发散x射线。至少一些发散x射线60自真空窗29射出且沿自x射线源20延伸、通过物体30的感兴趣区31、到达至少一个位置敏感x射线检测器50的至少一个主动元件52的x射线传播轴线10传播。撞击至少一个主动元件52的发散x射线60具有在以x射线传播轴线10为中心的大于1度的角发散角12内的传播路径。x射线传播轴线10相对于真空窗29的外表面27成第一角度11，第一角度11在小于或等于45度的范围内(例如，小于或等于30度；在3度至45度的范围内；在5度与30度之间；小于3度)。
20.在特定实施方案中，系统5进一步包括至少一个样品运动台80(例如，机动及计算机控制；包括机电系统)。至少一个样品运动台80配置为绕旋转轴线19旋转物体30。样品运动台80配置为使得旋转轴线19相对于x射线传播轴线10具有第二角度16，第二角度16在大于或等于45度的范围内(例如，在45度至90度的范围内)。在其他特定实施方案中，第二角度16小于45度。特定实施方案的第二角度16可在大于或等于45度的范围内且旋转轴线19可相对于真空窗29的外表面27的表面法线成第三角度，第三角度在小于45度的范围内(例如小于30度)。在特定实施方案中，系统5包括配置为改变第三角度的机构。例如，机构可包括配置为相对于旋转轴线19和/或相对于x射线源20的旋转轴线19倾斜x射线源20的至少一个倾斜台(例如，测角仪；机电运动驱动器；旋转马达；步进马达；具有编码器的马达；具有蜗杆驱
动的线性运动驱动器)。
21.在特定实施方案中，系统5进一步包括在至少一个样品运动台80上且配置为保持物体30的样品架85。样品架85包括在传播通过物体30到达至少一个位置敏感x射线检测器50的至少一些发散x射线60的传播路径中的第一部分86。第一部分86对于具有大于发散x射线60的x射线光谱的最大x射线能量的50％的能量的x射线，具有大于30％(例如大于50％)的x射线透射率。
22.图2的示例系统5配置为对较大或横向延伸物体30(例如，经定位成大致平行于真空窗29的外表面27)中的感兴趣区(roi)31成像，以最小化roi 31与x射线源20之间的fod。例如，为了对大三维物体30中的roi 31成像，可将物体30放置于靠近x射线源20(例如，在真空窗29的外表面27与物体30的表面32之间以小于70毫米的距离)且以至少一个样品运动台80的旋转轴线19为中心。roi 31的三维(3d)影像资料集可由记录发散x射线60的一系列x射线透射影像收集，这些发散x射线通过物体30的roi 31透射至至少一个位置敏感x射线检测器50的至少一个主动元件52，其中物体30绕旋转轴线19在一角度范围内(例如，180度与360度之间)旋转。可使用已知层析成像重建方法来重建运算层析成像资料集，以获得roi 31的3d影像。针对另一示例，用于对平面物体30中的roi 31(例如，半导体ic封装中的焊料凸块和/或互连)成像，物体30可经定位成使得物体30的更靠近roi 31的表面32面向真空窗29。对于较大/平面物体30，真空窗29的外表面27与物体30的表面32之间的小角度14可用于将roi 31靠近x射线源20放置以增加roi 31上的x射线通量且因此增加成像产量。在另一示例中，物体30的表面32背离真空窗29的外表面27(例如以减少或最小化对roi 31的辐射剂量)。
23.x射线源
24.如图2示意性地绘示，在特定实施方案中，x射线源20包括含有真空区23的真空腔室21及在真空区23中的电子束源22。x射线源20进一步包括配置为将来自电子束源22的至少一些电子引导至聚焦于至少一个x射线靶28处的电子束24的电子光学器件25(例如电极)。例如，电子束源22及电子光学器件25配置为产生经聚焦电子束24及用经聚焦电子束24轰击至少一个x射线靶28，其中在至少一个x射线靶28处具有自10kvp至250kvp的范围内的可选择最大聚焦电子能量。在特定实施方案中，真空腔室21包括含有电子束源22、电子光学器件25及至少一个x射线靶28的真空密封管。与开管x射线源相比，特定实施方案的x射线源20未经主动泵送。
25.至少一个x射线靶28在真空区23内且配置为响应于由经聚焦电子束24的轰击而产生发散x射线60。至少一个x射线靶28包括针对其x射线光谱产生性质(例如，特性x射线能量)和/或影响至少一个x射线产生材料的x射线产生能力的其他性质(例如，原子序数z；电子密度)而选择的至少一个x射线产生材料。至少一个x射线产生材料可具有一足够高热导率以消散由具高功率的电子束24轰击产生的热。x射线产生材料的示例包含(但不限于)：cr、fe、co、ni、cu、w、rh、mo、au、pt、ag、srb6、lab6及ceb6。如图2的插入图示意性展示，至少一个x射线靶28可固定至真空窗29(例如，与其整合；为其的组件；与其接触)，真空窗29将真空区23与x射线源20之外的非真空区分离。沿大致垂直于真空窗29的外表面27的方向的至少一个x射线产生材料的厚度可在0.1微米至15微米(例如0.1微米至10微米)的范围内且真空窗29在大致垂直于真空窗29的外表面27的方向上的厚度可在0.05毫米至3毫米的范围内。
如本文中所描述，至少一个x射线产生材料的厚度可配置为最佳化高空间分辨率(例如通过最小化材料内部的电子束散射)和/或高系统产量(例如最大化至少一个x射线产生材料内部的电子能量沉积)。例如，至少一个x射线产生材料的厚度可小于沿旋转轴线19的影像分辨率的两倍。在特定实施方案中，至少一个x射线产生材料具有可由电子束24(例如通过平移电子束焦点)轰击的多个区域，各区沿大致垂直于真空窗29的外表面27的方向具有对应厚度。电子束24可由电子光学器件25引导以用提供产量与分辨率之间的选定权衡的对应厚度轰击选定区。
26.在特定实施方案中，真空窗29基本上由具有原子序数(z)小于14的原子元素组成且基本上可透射至由至少一个x射线产生材料产生的较高能量x射线。例如，真空窗29可具有足够高热导率以提供热导管以防止至少一个x射线产生材料(例如，选自由以下组成的材料：铍、金刚石、碳化硼、碳化硅、铝及氧化铍(beo)的一或多个材料)的热损坏(例如熔化)。真空窗29可进一步提供足够导电的路径以耗散来自至少一个x射线产生材料和/或真空窗29的电荷。在特定实施方案中，真空窗29配置为具有x射线透射，使得由具有大于选定最大聚焦电子能量二分之一的能量的至少一个x射线源28产生的x射线的高于50％透射通过真空窗29。在特定实施方案中，自真空窗29的外表面27发射的发散x射线60沿x射线传播轴线10未由x射线源20阻挡。虽然x射线源20发射x射线至4π的立体角中，但图2仅示意性地绘示在角发散角12内沿x射线传播轴线10传播至至少一个位置敏感x射线检测器50的至少一个主动元件52的发散x射线60(例如x射线贡献至影像形成)，其中由至少一个x射线靶28产生且自真空窗29的外表面27在其他方向上发射的其他发散x射线未绘示于图2中。
27.在特定实施方案中，系统5进一步包括配置为减少由x射线源20产生的热对物体30加热的热冷却机构。例如，热冷却机构可包括在真空窗29与物体30之间的红外(ir)反射材料(例如，薄ir反射及高x射线透射膜或层，其的示例是镀铝聚酯薄膜)。ir反射材料配置为反射由x射线源20产生的热(例如，归因于电子束的功率在至少一个x射线靶28中经转换成热)，以免到达物体30及样品架85(例如，将热能引导远离物体30及样品架85以减少或最小化至物体30和/或样品架85的热传输)。依此方式，ir反射材料可保护物体30及样品架85免受样品温度变化的影响，否则样品温度变化引起可有害地影响roi选择的准确度和/或3d体积重建保真度的热膨胀。ir反射材料足够薄(例如，厚度小于1500微米；厚度小于100微米)，以便大致不损害物体30靠近x射线源20的电子束焦点的定位。
28.在特定实施方案中，x射线源20包括接地阳极透射x射线源(例如真空外壳电接地)，其示例包含(但不限于)：可自俄亥俄州韦斯特莱克nordson公司获得的dagex射线源；可自日本滨松市hamamatsu photonics k.k.获得的l10711-03微焦点x射线源；可自瑞典kista的excillum corporation获得的excillum nanotube n1及n2 x射线源；德国加布森的x射线worx gmbh；可自加利福尼亚州圣何塞的comet技术公司获得的x射线源)。这些示例x射线源20可配置为具有与真空窗29整合的x射线源点且将物体30靠近x射线源20放置以减少(例如最小化)fod且因此增加(例如最大化)物体30处的x射线通量。归因于电气及机械约束，x射线源20可具有大平面，该平面是真空壳体的末端且与真空窗29共面但不可在不影响电子束聚焦质量的情况下做得更小。对于先前存在的利用这些x射线源20的x射线断层摄影及层析成像技术，此大平面限制将大的和/或平面物体30靠近x射线源20放置且能够绕大致垂直于大平面的旋转轴线19旋转物体30(例如高达180度)的能
力。本文中所描述的特定实施方案有利地避免先前存在的x射线成像系统的此主要缺点。
29.在特定实施方案中，x射线源20配置为具有小x射线光点大小(例如，在大致平行于真空窗29的外表面27的至少一个横向方向上具有小于7微米的尺寸)同时产生足够x射线通量以促进足够短影像收集时间。一般而言，归因于至少一个x射线靶28内部的电子的散射，x射线光点大小大致等于至少一个x射线靶28处的经聚焦电子束光点大小(例如半径)与至少一个x射线靶28内部的x射线产生体积的大小(例如半径)的回旋。因此，较大聚焦电子束光点大小可促进较高电子束功率，伴随较高x射线通量及较短影像获取时间，代价为较低空间分辨率，且较小聚焦电子束光点大小可促进较高空间分辨率，代价为较低x射线通量及较长影像获取时间。另外，由于来自聚焦电子束24的大部分(例如约99％)入射功率在至少一个x射线靶28中转换成热，因此可期望限制入射电子束功率，其通常随x射线光点尺寸线性减小。
30.在特定实施方案中，在含有真空窗29的外表面27的表面法线及旋转轴线19的平面的方向上的x射线透射影像的较高空间分辨率由减小至少一个x射线靶28的至少一个x射线产生材料的厚度t提供，其减小有效x射线源大小s。例如，沿大致垂直于真空窗29的外表面27的方向的至少一个x射线产生材料的厚度t可在0.1微米至15微米的范围内。图3a示意性地绘示根据本文中所描述的特定实施方案的由撞击至少一个x射线靶28的电子束24产生的x射线光点的横截面图。图3b及图3c示意性地绘示根据本文中所描述的特定实施方案的图3a的电子束24及至少一个x射线靶28的两个示例配置的俯视图。如图3a示意性地绘示，沿x射线传播轴线10观察的x射线光点大小可小于x射线靶28上的电子束24的宽度w(例如直径)。对于具有厚度t的x射线产生材料，沿x射线传播轴线10观察的x射线光点的半峰全宽(fwhm)有效宽度s可大致小于t/2(图3a未按比例绘制)。在特定实施方案中，至少一个x射线产生材料包括在低z材料基板(例如真空窗29)上或内部的薄高z材料层(例如，厚度t在0.1微米至3微米的范围内)以在图3a的横截面中沿x射线传播轴线10以相对于真空窗29的外表面27的小于30度的角度达成小x射线光点大小(例如小于5微米)。横截面中x射线光点大小的fwhm有效宽度s可大致等于s＝{(t/2)2+[w
·
sin(θ)]2}
0.5
，其中t为高z材料的厚度，且w为横截面中电子束大小的fwhm宽度。例如，当t＝1微米，θ＝10度，且w＝1微米时，横截面中x射线光点大小的fwhm有效宽度s为0.53微米，其小于w。因此，与横截面中的电子束24的宽度相比，沿x射线传播轴线10的横截面中的有效x射线源大小可经压缩。
[0031]
由于横截面上的有效x射线光点大小大致小于电子束宽度w，所以特定实施方案可进一步在大致垂直于图3a的横截面的方向上达成小x射线光点大小。例如，如图3b示意性地绘示，电子束24可在大致垂直于横截面的方向上聚焦以经压缩。在x射线靶28处具有细长(例如矩形)形状或足迹的聚焦电子束24在图3a的横截面中可具有长尺寸(例如fhwm宽度w)且在大致垂直于图3a的横截面的一方向上具有一短尺寸(例如fwhm宽度w)(例如，在含有x射线传播轴线10及真空窗29的外表面27的表面法线的平面中)，短尺寸小于长尺寸。
[0032]
对于另一示例，如图3c示意性地绘示，至少一个x射线产生材料的高z材料在大致垂直于图3a的横截面的方向上的宽度d可小于聚焦电子束24在大致垂直于图3a的横截面的方向上的fwhm宽度w。由于至少一个x射线产生材料比真空窗29更有效地产生x射线(例如，因为x射线产生效率与材料的平均原子序数大致成比例)，所以不撞击至少一个x射线产生材料的电子束24的部分不有效地产生x射线且大致不影响x射线光点大小，由此在大致垂直
于图3a的横截面的方向上将x射线光点大小限制于宽度d。在特定实施方案中，至少一个x射线产生材料的宽度d在0.1微米至5微米的范围内。
[0033]
当沿x射线传播轴线10(例如，来自至少一个位置敏感x射线检测器50的方向)观察，且考虑到外表面27与x射线传播轴线10之间的起飞角时，图3b及图3c的x射线光点可在至少一个位置敏感x射线检测器50处呈现正方形或圆形。例如，在10度的起飞角处，具有5:1纵横比的一矩形焦点的电子束24可看起来大致对称。由于与电子束24在两个方向上狭窄地聚焦相比，电子束24经拉长且撞击更大区域，因此可使用更高电子功率来增加x射线通量(例如，以达成更高x射线亮度)且因此在维持空间分辨率时减少影像收集时间。例如，具有5:1纵横比的电子束24可提供高达五倍的视在功率密度增加。结合更高纵横比聚焦电子束进一步减小起飞角可促进视在功率密度的进一步改善。特定实施方案在图3a的横截面中提供比在与横截面正交的方向上更高的空间分辨率。对于许多应用，高深度分辨率(例如，在大致垂直于横向延伸物体30的表面32的方向上)比横向分辨率(例如，对平行于半导体封装中的表面的焊料凸块的分层或焊料凸块中的应力引起的裂纹成像)更重要。
[0034]
孔
[0035]
图4示意性地绘示根据本文中所描述的特定实施方案的包括至少一个孔70的另一示例系统5。在特定实施方案中，至少一个孔70包括在至少一个固体材料(例如板)中的至少一个孔口72(例如，狭缝；具有小于100微米的宽度)，该至少一个孔口72定位于x射线传播轴线10上以及真空窗29与物体30之间(例如，真空窗29的下游及物体30的上游)。至少一个孔70配置为不衰减在角发散角12内沿x射线传播轴线10传播的发散x射线60(例如用于成像的x射线)到达roi 31和/或至少一个位置敏感x射线检测器50，但配置为衰减自真空窗29发射的至少一些x射线在其他方向上和/或散射x射线(例如，不用于成像的x射线)到达roi 31和/或至少一个位置敏感x射线检测器50。在特定实施方案中，至少一个孔70的至少一个固体材料具有足够高z(例如，w；au)、足够高电子密度及大致小厚度，使得至少一个孔70配置为在大致不限制fod的情况下衰减x射线。在特定实施方案中，至少一个孔70配置为衰减由x射线源20发射的到达物体30的角发散角12之外的外来x射线通量的量。通过衰减此外来x射线通量，至少一个孔70可减少来自外来x射线通量的影像中的有害背景贡献和/或可减少来自对成像没有贡献的外来x射线通量对物体30的有害x射线剂量。至少一个孔70的至少一个孔口72的边缘可通过仅允许至少一个孔口72内的x射线沿x射线传播轴线10进一步传播来界定角发散角12。在特定实施方案中，一个孔70至真空窗29之间的距离经配置(例如，在自0.3毫米至5毫米的范围内的一距离)以达成x射线源点与roi 31之间的小fod。
[0036]
样品运动台及样品架
[0037]
在特定实施方案中，至少一个样品运动台80配置为相对于x射线源20和/或至少一个位置敏感x射线检测器50移动物体30。在特定实施方案中，至少一个样品运动台80包括配置为可控地调整物体30的位置(例如，沿基本上垂直x方向、y方向及z方向)的至少一个线性运动子台82及配置为可控地调整物体30的定向(例如，绕旋转轴线19旋转物体30)的至少一个旋转运动子台84。例如，至少一个线性运动子台82可包括一个、两个或三个机电线性运动驱动器(例如，线性马达；步进马达；具有编码器的马达；压电马达；具有螺杆的旋转马达)，其配置为移动物体30使得roi 31位于沿x射线传播轴线10的选定位置处且至少一个旋转运动子台84可包括至少一个机电运动驱动器(例如，旋转马达；步进马达；具有编码器的马达；
具有蜗杆驱动器的线性运动驱动器)，其配置为绕旋转轴线19旋转物体30及roi 31。
[0038]
在特定实施方案中，如图2示意性地绘示，横向延伸物体30可安装于至少一个样品运动台80上，使得平行于物体30的长尺寸的物体30的表面32相对于x射线传播轴线10以一角度β(例如，在1度至30度的范围内)倾斜。在特定实施方案中，至少一个旋转运动子台84进一步配置为可控地调整角度β且至少一个线性运动子台82进一步配置为配置为线性平移物体30和/或至少一个旋转运动子台84，使得roi 31定位于旋转轴线19以及x射线传播轴线10上。在特定实施方案中，至少一个样品运动台80配置为可控地调整旋转轴线19与x射线光点(例如电子束焦点)之间的距离。
[0039]
在特定实施方案中，样品架85配置为在物体30由x射线60照射时保持物体30，使得x射线60通过roi 31投射至至少一个位置敏感x射线检测器50。样品架85配置为使得x射线60与至少一个样品运动台80(例如，至少一个线性运动子台82及至少一个旋转运动子台84)的固体组件最小相互作用(例如，由其最小散射和/或吸收)。样品架85配置为当物体30绕旋转轴线19旋转时减少(例如最小化)发散x射线60的与至少一个样品运动台80的固体部分相互作用的部分。
[0040]
在特定实施方案中，至少一个样品运动台80及样品架85配置为在不影响产量的情况下保持及旋转物体30。例如，由于微焦点透射x射线计算机层析成像的产量与焦点至物体距离(fod)的平方成反比，因此可使用小fod(例如，使物体30尽可能靠近x射线源20)来达成高产量。
[0041]
图5a及图5b示意性地绘示示例系统5，其中根据本文中所描述的特定实施方案，至少一个样品运动台80及样品架85配置为保持及旋转物体30。在图5a的示例系统5中，物体30位于x射线源20与至少一个样品运动台80之间。在至少一个线性运动子台82及至少一个旋转运动子台84在物体30与至少一个x射线源20的相对侧上的情况下，至少一个样品运动台80不妨碍x射线60到达物体60。然而，如图5a中所展示，在传播通过roi 31后，x射线60在到达至少一个位置敏感x射线检测器50之前传播通过样品架85的至少一部分。如图5b的示例系统5中，x射线源20及至少一个样品运动台80位于物体30的相同侧上且x射线60在到达物体30(例如，样品架85可限制x射线源20最靠近物体30)之前传播通过样品架85中至少一部分。尽管图5a展示其中x射线源20在物体30及至少一个样品运动台80上方的示例实施方案，但在其他实施方案中，x射线源20、物体30及至少一个样品运动台80可具有任何定向，同时保持彼此相同相对定位。尽管图5b展示其中x射线源20在物体30下方的一示例实施方案，但在其他实施方案中，x射线源20、物体30及至少一个样品运动台80可具有任何定向同时保持彼此相同相对定位。
[0042]
在特定实施方案中，样品架85配置为使物体30自至少一个样品台80偏移，使得至少一个样品台80(例如，至少一个线性运动子台82及至少一个旋转运动子台84)不在至少一个位置敏感x射线检测器50的成像视域中(例如，减少、避免或最小化将有害地影响影像重建保真度的x射线散射和/或吸收)。例如，样品架85可使物体30自至少一个样品台80偏移大于50毫米(例如，大于100毫米；在100毫米至500毫米的范围内；在100毫米至200毫米的范围内)的距离。特定实施方案的样品架85包括配置为在物体30及样品架85绕旋转轴线19旋转时由x射线60的至少一部分撞击的第一部分86及将第一部分86机械地耦合至至少一个运动子台(例如，至少一个线性运动子台82和/或至少一个旋转运动子台84)的第二部分87。第一
部分86及第二部分87配置为将物体30的roi 31自至少一个运动子台偏移，使得发散x射线60不撞击至少一个运动子台或第二部分87(例如，在物体30及样品架85绕旋转轴线19旋转时)。
[0043]
在特定实施方案中，第一部分86基本上由低z元素(例如，原子序数小于14的原子元素)和/或薄材料(例如，沿旋转轴线19的厚度小于10毫米)组成。在特定实施方案中，第一部分86对于能量大于x射线60(例如由x射线源20发射的x射线)的x射线光谱的最大x射线能量的50％的x射线，具有大于50％的x射线透射率。这些特定实施方案同时提供足够高产量及对物体30的足够小量辐射损坏(例如，因为x射线不必投射通过至少一个样品运动台80的吸收材料，所以照射物体30的x射线通量可保持足够低以避免辐射损坏，同时提供足够大量经检测x射线用于高通量成像)。例如，第一部分86可包括碳纤维或石英板(例如，具有小于或等于2毫米的沿x射线传播轴线10的投影厚度)。第二部分87机械地耦合至第一部分86及至少一个线性运动子台82和/或至少一个旋转运动子台84。在特定实施方案中，第二部分87基本上由如第一部分86的相同低z元素和/或薄材料组成(例如，低z杆或中空管，诸如碳纤维或石英管，其具有沿x射线传播轴线10的小于或等于2毫米的投影厚度)，然在其他特定实施方案中，第二部分87包括任何固体材料(例如，不管固体材料的x射线吸收和/或散射如何)。在特定实施方案中，第二部分87是至少一个线性运动子台82和/或至少一个旋转运动子台84的部分。
[0044]
例如，如图5a示意性地绘示，第一部分86及第二部分87沿旋转轴线19延伸且可配置为使得对于所有感兴趣的层析成像角度及对于所有感兴趣的旋转角度，x射线60不撞击至少一个线性运动子台82和/或至少一个旋转运动子台84。对于具有距旋转轴线19且沿大致垂直于旋转轴线19的方向的最大尺寸(例如半径)r的至少一个样品运动台80，第一部分86及第二部分87可配置为将物体30与至少一个线性运动子台82和/或至少一个旋转运动子台84沿旋转轴线19保持一距离z，使得x射线60的包络不撞击至少一个样品运动台80的将散射和/或吸收x射线60的部分(例如，包括原子序数z大于14的至少一个元素的部分；至少一个线性运动子台82；至少一个旋转运动子台84)。
[0045]
对于另一示例，如图5b示意性地绘示，第一部分86配置为保持(例如夹住)物体30的侧面和/或边缘且第二部分87将第一部分86机械地耦合至至少一个样品运动台80(未展示于图5b中)。图5b的至少一个样品运动台80进一步包括一通孔区88(例如，至少部分由第二部分87界定的一区)，其配置为具有至少部分延伸穿过其的x射线源20。这些特定实施方案使x射线源20能够任意靠近物体30的一面放置，藉此在刚性安装物体30时提供高产量。与本文中所描述的特定实施方案兼容的示例第二部分87是可自马萨诸塞州奥本市的pi(physik instrumente)获得的大孔径、超高精度、空气轴承旋转台。
[0046]
影像重建保真度取决于测量期间物体30的精确旋转，且物体30的不受控运动可造成实际记录投影资料与层析重建算法预期的偏差。因此，这些不受控运动可在反投影资料中产生模糊，其降低重建体积的分辨率及对比度。在特定实施方案中，至少一个样品运动台80减少(例如，避免；最小化)与引起影像视域内的物体30的平移和/或定向改变的纯旋转的偏差。至少一个样品运动台80可在物体30绕旋转轴线19的旋转期间具有足够低非系统角摆动(例如，依据绕旋转轴线19旋转而变化的旋转轴线19的不受控角运动)、足够低径向跳动(例如，依据绕旋转轴线19旋转而变化的旋转轴线19的不受控平移，导致物体30的横向移动
大致垂直于旋转轴线19)，和/或足够低轴向跳动(例如，大致平行于旋转轴线19的物体30的不受控轴向移动)，使得物体30的不受控运动小于系统分辨率的五分之一(例如，对于0.5微米的一系统分辨率，小于0.1微米的不受控运动)。例如，对于定位于至少一个样品运动台80的至少一个旋转运动子台84上方一距离l且影像分辨率(例如，检测器分辨率除以影像放大率)为δ的物体30，非系统性角摆动ω(例如，小于100纳弧度；小于200纳弧度；小于1微弧度；小于5微弧度)可导致径向跳动r＝ωl＜δ/5(例如，小于δ/3；小于δ/2；小于1微米；小于0.5微米；小于200纳米；小于100纳米)和/或一轴向跳动a＜δ/5(例如，小于δ/3；小于δ/2；小于1微米；小于0.5微米；小于200纳米；小于100纳米)。在特定实施方案中，至少一个样品运动台80具有小于5微弧度(例如小于1微弧度)的非系统角摆动(例如误差)、优于1000纳米的径向跳动重复性及优于1000纳米的轴向跳动重复性。在特定实施方案中，系统5进一步包括计量系统，其配置为以优于小于5微弧度(例如小于1微弧度)的准确度量测至少一个样品运动台80的角摆动，以优于1000纳米的准确度量测至少一个样品运动台80的径向跳动和/或以优于1000纳米的准确度量测至少一个样品运动台80的轴向跳动。
[0047]
在特定实施方案中，至少一个样品运动台80的至少一个旋转运动子台84可包括具有小于5微弧度(例如，小于1微弧度；小于200纳弧度)的摆动角及小于100纳米的径向及轴向跳动的空气轴承旋转台(例如，可自pi(auburn，massachusetts的physik instrumente；abrx00、abrx150或可自宾夕法尼亚州匹兹堡的aerotech公司获得的abrx250旋转台)获得的a-62x或a-688旋转台)。物体30在绕旋转轴线19旋转的角度范围(例如360度)上的位置可准确至优于系统的分辨率的二分之一。
[0048]
位置敏感x射线检测器
[0049]
在特定实施方案中，至少一个位置敏感x射线检测器50配置为记录在透射通过roi 31之后接收的x射线60的影像。至少一个位置敏感x射线检测器50的示例包含(但不限于)：光子计数检测器(例如，包括硅、cdte和/或cdznte且配置为在有或没有能量歧视的情况下直接将x射线转换成电子；可自瑞士巴登-达特维尔的dectris获得的eiger asic及pilatus asic)；包括闪烁体材料(例如，cdwo4、csi、gd2o2s、lso、gagg和/或lyso；可自加拿大waterloo的teledyne dalsa获得的shad-o-box hs检测器；可自犹他州盐湖城的varex imaging获得的2315n检测器；可自俄亥俄州westlake的nordson公司获得的athena检测器及onyx检测器；可自科罗拉多州博尔德的spectrum logic公司获得的1412hr检测器)的平板检测器(fpd)；光纤板及cmos或ccd检测器；闪烁体材料(例如，cdwo4、csi、gd2o2s、lso、gagg和/或lyso)及经配置将影像放大至cmos或ccd检测器上的物镜。在特定实施方案中，至少一个位置敏感x射线检测器50包括具有小于70微米(例如小于50微米)的横向尺寸(例如沿检测器50的表面)的多个主动元件52(例如像素)。
[0050]
在特定实施方案中，至少一个位置敏感x射线检测器50配置为接收及成像透射通过物体30的x射线60，包含roi 31，x射线60具有预定范围的能量(例如x射线光谱)，其促进(例如最佳化)足够影像对比度以辨别roi 31中感兴趣的特征和/或减少成像收集时间。例如，可通过选择至少一个x射线靶28的聚焦电子能量和/或至少一个x射线产生材料来产生预定x射线光谱，使得预定x射线光谱中的所产生x射线60具有足够大x射线通量以促进影像对比度和/或成像收集时间。对于使用吸收对比度的x射线成像，预定x射线光谱可包含物体30具有5％至85％的范围内(例如8％至30％的范围内)的x射线透射率的能量。此x射线透射
率范围可在影像对比度(其有利于较低能量x射线)与通过物体30的透射(其有利于较高能量x射线)之间提供有利折衷。
[0051]
作为另一示例，至少一个位置敏感x射线检测器50可配置为具有用于检测x射线的至少一个能量阈值(例如，至少一个位置敏感x射线检测器50可配置为拒绝和/或抑制具有低于第一能量阈值的能量和/或高于第二能量阈值的能量的x射线的检测)。例如，至少一个能量阈值可包括阈值截止x射线能量，至少一个位置敏感x射线检测器50配置为仅对具有低于阈值截止x射线能量的能量的x射线成像。特定实施方案的阈值截止x射线能量对应于物体30具有小于85％(例如小于50％)的x射线透射率的x射线。例如，至少一个位置敏感x射线检测器50可包括配置为选择至少一个阈值截止x射线能量的光子计数检测器(例如，以可控地调整阈值截止x射线能量)。光子计数检测器可进一步配置为收集依赖于能量的x射线透射影像(例如，使用多个操作者可选择能量窗来减少噪声、影像伪影和/或提供材料区分)。对于另一示例，至少一个位置敏感x射线检测器50可包括闪烁荧幕及配置为仅对低于阈值截止x射线能量的x射线成像的材料的组合。
[0052]
图6a及图6b示意性地绘示根据本文中所描述的特定实施方案的系统5的两个示例，其中至少一个位置敏感x射线检测器50包括第一位置敏感x射线检测器54及第二位置敏感x射线检测器56。第二位置敏感x射线检测器56可配置为对与自第一位置敏感x射线检测器54获得的x射线光谱的不同部分提供增益灵敏度，以增加总产量，和/或提供具有与第一位置敏感x射线检测器54不同的空间分辨率的量测。例如，第一位置敏感x射线检测器54及第二位置敏感x射线检测器56可具有彼此不同的闪烁材料和/或彼此不同的闪烁体厚度。
[0053]
例如，如图6a示意性地绘示，第一检测器54可配置为吸收及检测透射通过roi 31的x射线60的第一光谱部分且第二检测器56可配置为吸收及检测透射通过roi 31且不由第一检测器54吸收的x射线60的第二光谱部分。第一检测器54可经配置(例如最佳化)用于高分辨率且可透射自roi 31接收的x射线通量的至少一些，且第二检测器56可定位于第一检测器54后面(参阅(例如)图6a)且配置为检测透射通过第一检测器56的x射线通量的至少一些。对于另一示例，如图6b示意性地绘示，沿x射线传播轴线10传播的x射线60的第一光谱部分可由第一检测器54的闪烁体荧幕55吸收且沿x射线传播轴线10传播的x射线60的第二光谱部分可由闪烁体荧幕55透射以撞击第二检测器56。由闪烁体荧幕55吸收的x射线可产生闪烁光子(例如可见光光子)，其由反射镜57反射且由物镜58成像至位置敏感光子检测器59上。可选择反射镜57的材料及厚度以具有透射通过物体30的x射线60的高透射率。
[0054]
尽管图6a及图6b示意性地绘示其中两个检测器54、56经定位以检测沿彼此相同方向传播的x射线60的配置。但在其他特定实施方案中，两个检测器54、56经定位以收集自至少一个x射线源20沿彼此不同方向(例如，相对于真空窗29的外表面27的小于45度的角度的不同方向)传播的x射线。在特定实施方案中，两个检测器54、56彼此同时使用，而在其他特定实施方案中，两个检测器54、56彼此分离(例如循序)使用。在特定实施方案中，两个检测器54、56配置为在物体30处具有不同像素分辨率(例如，大致等于检测器的像素大小除以其几何影像放大率)。在特定实施方案中组合两个检测器54、56的输出可提高系统5的整体检测效率，且可存取更宽范围的物体空间频率，因此改善产量及重建质量。在特定实施方案中，第二检测器56经配置(例如，经最佳化)以对x射线60的x射线光谱的不同部分敏感，其可允许束硬化和/或材料识别的校正。
[0055]
图7示意性地绘示根据本文中所描述的特定实施方案的配置为使用talbot干涉量测法或talbot-lau干涉量测法来执行多对比x射线成像的示例系统5。系统5可配置为宽范围的应用提供高分辨率及灵敏度以及独特成像能力(例如，2d及3d中的吸收、相位及暗场影像对比度；暗场；经增强吸收对比度成像)。在特定实施方案中，系统5配置为使用talbot-lau干涉量测法、暗场对比度及经增强吸收对比度来收集3d成像资料集，且重建该资料集以获得物体30和/或物体30中的roi 31的3d影像。在特定实施方案中，如图7示意性地绘示，系统5进一步包括至少一个样品运动台80及样品架85(参阅(例如)图5a)，其配置为减少(例如最小化)沿x射线传播轴线10传播的发散x射线60的具有至少一个样品运动台80的固体部分的部分的相互作用。
[0056]
如图7示意性地绘示，系统5包括配置为在沿x射线传播轴线10的第一位置处产生talbot自影像干涉图案的第一光栅g1(例如，相位光栅)及沿x射线传播轴线10定位于第二位置处的第二光栅g2(例如，分析仪光栅)。第一光栅g1及第二光栅g2配置为与talbot干涉测量兼容，使得talbot图案由至少一个位置敏感x射线检测器50间接成像。在其他特定实施方案中，可省略第二光栅g2且至少一个位置敏感x射线检测器50可使具有空间分辨率(例如，在大致垂直于x射线传播轴线10的横向方向上的大小)的主动元件52足够小(例如，小于或等于第二光栅g2节距的二分之一)以与talbot干涉测量兼容，使得talbot图案由至少一个位置敏感x射线检测器50直接成像。在特定实施方案中，系统5进一步包括源光栅且配置为执行talbot-lau干涉量测法。在其他特定实施方案中，x射线源20包括一维或二维的规则阵列的多个x射线靶28，多个x射线靶28、第一光栅g1及第二光栅g2的几何参数配置为满足talbot-lau干涉仪条件。x射线源20以及第一光栅g1及第二光栅g2的各种配置揭示于美国专利案第9,719,947号及第10,349,908号中，这些专利的各者的全部内容以引用的方式并入本文中。
[0057]
在特定实施方案中，第一光栅g1包括吸收光栅。例如，第一光栅g1及第二光栅g2中的一者或两者可包括经图案化一维或二维x射线大致吸收性(例如吸收大于50％)结构的阵列，其具有在0.5微米至20微米的范围内的宽度且由具有在0.5微米至20微米的范围内的宽度的大致非吸收性(例如吸收小于50％)间隙彼此间隔开。除使用诸如用于三对比度成像(例如，吸收、相位及散射)的相位步进的技术之外，特定实施方案的系统5可配置为通过配置节距、距x射线源20的距离及第一光栅及第二光栅的对准来仅获得暗场(例如散射)对比度成像，使得透射通过第一(例如上游)光栅g1的开口的x射线入射于第二(例如下游)光栅g2的吸收部分上。例如，第一光栅g1及第二光栅g2可沿x射线传播轴线10放置于至少一个x射线源20与至少一个位置敏感x射线检测器50之间(例如，第一光栅g1距至少一个x射线源20比距至少一个位置选择x射线检测器50更近)，使得第二光栅g2的大致非吸收性结构与第一光栅g1的大致吸收性结构对准(例如，在其阴影中)且第二光栅g2的大致吸收性结构与第一光栅g1的大致非吸收性结构对准。在此配置中，在不存在物体30的情况下，预期不会有x射线透射通过第一光栅g1及第二光栅g2两者，但在物体30的散射特征存在的情况下，至少一些经散射x射线透射通过第二光栅g2，导致对经散射x射线负责的物体30中的特征的成像。在特定实施方案中，可通过将第一光栅及第二光栅的相对对准自使用于暗场成像中的配置位移一半节距来获得一经增强吸收对比度影像，使得由物体30散射的x射线由第二光栅g2的吸收结构减少。在特定实施方案中，代替具有第二光栅g2，至少一个位置敏感x射线
检测器50的第一组主动元件52(例如像素)与第一光栅g1的大致吸收性结构(例如，在其阴影中)对准且至少一个位置敏感x射线检测器50的第二组主动元件52与第一光栅g1的大致非吸收结构对准。在此配置中，当物体30沿x射线传播轴线10放置时，由第二组主动元件52记录的x射线计数可用于产生吸收对比度影像，而由第一组主动元件52记录的x射线计数可用于产生散射/暗场和/或折射影像。
[0058]
在其中半导体ic封装将以3d成像的特定实施方案中，系统5配置为相对于半导体芯片的表面32的表面法线以一小角度(例如，在小于45度的一范围内)的x射线传播轴线10获得x射线透射影像。例如，可执行大角度范围(例如，180度至630度)上的旋转层析成像或有限角度范围(例如
±
30度)上的有限角度平移层析成像。3d影像可与相对于半导体芯片的表面32的表面法线以大角度(例如大于60度)的x射线传播轴线10获得的层析成像3d影像组合以产生3d影像。图8示意性地绘示根据本文中所描述的特定实施方案的与产生平移层析成像影像兼容的示例系统5。系统5包括额外x射线检测器90及至少一个检测器台92，其配置为相对于x射线源20平移检测器90及物体30。在特定实施方案中，至少一个检测器台92包括至少一个样品运动台80。例如，检测器90及物体30可在相同方向上按比例移动(例如，沿自x射线源20通过roi 31至检测器90的中心的线)。在特定实施方案中，图8的系统5配置为对于在大致平行于半导体芯片的表面法线的方向上延伸的特征(例如铜互连的侧壁)达成更高空间分辨率和/或更佳影像清晰度。
[0059]
在特定实施方案中，系统5进一步包括配置为改变由至少一个位置敏感检测器产生的物体的感兴趣区的影像的几何放大率的至少一个运动机构。例如，至少一个运动机构可包括配置为相对于物体30移动x射线源20的至少一个第一运动台(例如，线性运动台；机电线性运动驱动器；线性马达；步进马达；具有编码器的马达；压电马达；具有螺杆的旋转马达)、配置为相对于物体30移动至少一个位置敏感检测器50的至少一个第二运动台(例如，线性运动台；机电线性运动驱动器；线性马达；步进马达；具有编码器的马达；压电马达；具有螺杆的旋转马达)和/或配置为相对于x射线源20和/或至少一个位置敏感检测器50移动物体30的至少一个第三运动台(例如，线性运动台；机电线性运动驱动器；线性马达；步进马达；具有编码器的马达；压电马达；具有螺杆的旋转马达；至少一个线性运动子台82)。
[0060]
尽管为了便于理解使用常用术语来描述特定实施方案的系统及方法，但本文中使用这些术语是为了具有其最广泛合理解释。尽管关于绘示性示例及实施方案描述本公开的各个方面，但所揭示示例及实施方案不应被解释为限制性的。除非另有特别说明或在所使用的上下文中依其他方式理解，否则条件语言(诸如“可以(can)”、“可(could)”、“可能(might)”或“可行(may)”)通常旨在传达特定实施方案包含，而其他实施方案不包含特定特征、元件和/或步骤。因此，此条件语言通常不旨在暗示特征、元件和/或步骤依一或多个实施方案所需的任何方式。特定言的，术语“包括(comprises)”及“包括(comprising)”应被解释为依非排他方式指代元件、组件或步骤，指示所引用元件、组件或步骤可存在、使用或与未明确引用的其他元件、组件或步骤组合。
[0061]
除非另外特别说明，否则连接语言(诸如词组“x、y及z的至少一者”)应在通常用于传达项目、术语等可为x、y或z的上下文内理解。因此，此连接语言通常不旨在暗示特定实施方案需要存在x的至少一者、y的至少一者及z的至少一者。
[0062]
如本文中所使用的程度语言(诸如术语“大致”、“约”、“大体上”及“大致”)表示接
近于所述值、量或特性的仍执行所需功能或达成所需结果的值、量或特性。例如，术语“大致”、“约”、“大体上”及“大致”可指在所述量的
±
10％内、
±
5％内、
±
2％内、
±
1％内或
±
0.1％内的量。作为另一示例，术语“大体上平行”及“大致平行”指偏离完全平行
±
10度、
±
5度、
±
2度、
±
1度或
±
0.1度的值、量或特性，且术语“大体上垂直”及“大致垂直”指偏离完全垂直
±
10度、
±
5度、
±
2度、
±
1度或
±
0.1度的值、量或特性。本文中所揭示的范围还涵盖任何及所有重叠、子范围及其组合。语言(诸如“高达”、“至少”、“大于”、“小于”、“介于”及其类似者)包含所述数字。如本文中所使用，“一”、“一个”及“该”的含义包含多个参考，除非上下文另有明确指示。尽管本文根据由序数形容词(例如，第一、第二等)标记的元件来讨论结构和/或方法，但序数形容词仅用作区分一个元件与另一元件的标签，且序数形容词不用于指示这些元件或其等使用的顺序。
[0063]
上文已描述各种配置。应了解，本文中所揭示的实施方案并非相互排斥且可以各种配置彼此组合。尽管已参考这些特定配置描述本发明，但这些描述旨在绘示本发明而不旨在限制性。在不脱离本发明的真实精神及范畴的情况下，本领域技术人员可想到各种修改及应用。因此，例如，在本文中所揭示的任何方法或程序中，构成该方法/程序的动作或操作可依任何合适序列执行且不必限于任何特定所揭示序列。来自上文所讨论的各种实施方案及示例的特征或元件可彼此组合以产生与本文中所揭示的实施方案兼容的替代配置。已在适当时描述实施方案的各种方面及优点。应理解，并非所有这些方面或优点都可根据任何特定实施方案来达成。因此，例如，应认识到，可依达成或最佳化如本文中所教导的一个优点或一群组优点而不必达成如本文中所教导或建议的其他方面或优点的方式来执行各种实施方案。

技术特征：
1.一种配置为产生物体中感兴趣区的透射影像的三维x射线成像系统，所述系统包括：至少一个位置敏感x射线检测器，其包括至少一个主动元件；x射线源，其包括具有外表面的x射线透射真空窗，所述x射线源配置为产生发散x射线，所述发散x射线的至少一些自所述真空窗出射且沿自所述x射线源延伸的x射线传播轴线传播、通过所述物体的所述感兴趣区到达所述至少一个位置敏感x射线检测器的所述至少一个主动元件，所述发散x射线具有以所述x射线传播轴线为中心的在大于1度的角发散角内的传播路径，所述x射线传播轴线相对于所述真空窗的所述外表面成第一角度，所述第一角度在3度至45度的范围内；至少一个样品运动台，其配置为使所述物体绕旋转轴线旋转且配置为使得所述旋转轴线相对于所述x射线传播轴线具有第二角度，所述第二角度在45度至90度的范围内；及样品架，其位于所述至少一个样品运动台上，所述样品架配置为保持所述物体，所述样品架包括第一部分，所述第一部分在通过所述物体传播至所述至少一个位置敏感x射线检测器的所述发散x射线的至少一些的所述传播路径中，并且对于具有比所述发散x射线的x射线光谱的最大x射线能量的50％更大的能量的x射线，所述第一部分具有大于30％的x射线透射率。2.如权利要求1所述的系统，其中所述第二角度在大于或等于45度的范围内且所述旋转轴线相对于所述真空窗的所述外表面的表面法线成第三角度，所述第三角度在小于30度的范围内。3.如权利要求2所述的系统，其进一步包括配置为改变所述第三角度的机构。4.如权利要求1所述的系统，其中所述发散x射线不与所述至少一个样品运动台相交。5.如权利要求1所述的系统，其中所述第一部分基本上由原子序数小于14的原子元素组成。6.如权利要求1所述的系统，其中所述样品架进一步包括将所述第一部分，所述第二部分将所述第一部分机械耦合至所述至少一个样品运动台，所述第一部分及所述第二部分配置为将所述物体的所述感兴趣区自所述至少一个样品运动台偏移，使得所述发散x射线不撞击所述至少一个样品运动台或所述第二部分。7.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个样品运动台具有小于5微弧度的非系统角摆动、小于500纳米的径向跳动及小于500纳米的轴向跳动。8.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个样品运动台具有小于5微弧度的非系统角摆动误差、优于1000纳米的径向跳动重复性及优于1000纳米的轴向跳动重复性。9.如权利要求1所述的系统，其进一步包括计量系统，其配置为以优于小于1微弧度的准确度测量所述至少一个样品运动台的角摆动，以优于1000纳米的准确度测量所述至少一个样品运动台的径向摆动准确度和/或以优于1000纳米的准确度测量所述至少一个样品运动台的轴向跳动。10.如权利要求1所述的系统，其中所述x射线传播轴线相对于所述真空窗的所述外表面的所述第一角度小于30度、小于5度或小于3度。11.如权利要求1所述的系统，其中所述x射线源包括：真空腔室，其含有真空区，所述真空腔室包括所述真空窗，所述真空窗将所述真空区与所述x射线源外的非真空区分离；
至少一个x射线靶，其与所述真空窗接触；电子束源，其位于所述真空区中；及电子光学器件，其配置为将来自所述电子束源的至少一些电子引导至聚焦于所述至少一个x射线靶处的电子束中，所述聚焦电子束在所述至少一个x射线靶处具有在自10kvp至250kvp的范围内的最大聚焦电子能量，所述至少一个x射线靶配置为响应于由所述聚焦电子束的轰击而产生所述发散x射线。12.如权利要求11所述的系统，其中所述至少一个x射线靶包括选自由以下组成的组的至少一个x射线产生材料：cr、fe、co、ni、cu、w、rh、mo、au、pt、ag、srb6、lab6、gdb6及ceb6。13.如权利要求12所述的系统，其中所述至少一个x射线产生材料具有可由所述聚焦电子束轰击的多个区，每个所述区沿大致垂直于所述真空窗的所述外表面的方向具有对应厚度且在产量与分辨率之间提供不同权衡。14.如权利要求12所述的系统，其中所述至少一个x射线产生材料固定至所述真空窗且具有沿大致垂直于所述真空窗的所述外表面的方向的在0.1微米至15微米的范围内的厚度，且所述真空窗具有沿大致垂直于所述真空窗的所述外表面的所述方向的0.05毫米至3毫米的范围内的厚度。15.如权利要求11所述的系统，其中所述真空窗基本上由选自由铍、金刚石、碳化硼、碳化硅、铝及氧化铍(beo)组成的组的材料组成。16.如权利要求11所述的系统，其中所述聚焦电子束包括具有在大致平行于所述真空窗的所述外表面的至少一个横向方向上的小于7微米的尺寸的光点大小。17.如权利要求11所述的系统，其中在所述至少一个x射线靶处的所述聚焦电子束具有光点形状，其在含有所述x射线传播轴线及所述真空窗的所述外表面的所述表面法线的平面中具有第一维度且在沿所述至少一个x射线靶且大致垂直于所述第一横向方向的第二横向方向上具有第二维度，所述第一维度大于所述第二维度。18.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个位置敏感x射线检测器包括硅、cdte和/或cdznte且配置为将x射线直接转换成电子。19.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个位置敏感x射线检测器具有用于检测x射线的至少一个能量阈值，所述至少一个位置敏感x射线检测器配置为拒绝和/或抑制具有低于第一能量阈值的能量和/或高于第二能量阈值的能量的x射线的检测。20.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个位置敏感x射线检测器包括选自由以下组成的组的闪烁体材料：cdwo4、csi、gd2o2s、lso、gagg及lyso。21.如权利要求20所述的系统，其中所述至少一个位置敏感x射线检测器进一步包括物镜及cmos或ccd检测器，所述物镜配置为将来自所述闪烁体材料的影像放大至所述cmos或ccd检测器上。22.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个位置敏感x射线检测器包括第一检测器和第二检测器，所述第一检测器配置为吸收及检测透射通过所述感兴趣区的所述x射线的第一光谱部分，所述第二检测器配置为吸收及检测透射通过所述感兴趣区及所述第一检测器的所述x射线的第二光谱部分。23.如权利要求1所述的系统，其进一步包括在沿所述x射线传播轴线的第一位置处的第一光栅，所述第一光栅包括吸收光栅或相位光栅。
24.如权利要求23所述的系统，其中所述至少一个位置敏感x射线检测器配置为记录由所述第一光栅形成的talbot图案。25.如权利要求23所述的系统，其中所述第一光栅、所述第二光栅及所述至少一个位置敏感x射线检测器配置为记录暗场对比影像。26.如权利要求1所述的系统，其进一步包括配置为减少由所述x射线源产生的热对所述物体的加热的热冷却机构。27.如权利要求26所述的系统，其中所述热冷却机构包括位于所述真空窗与所述物体之间的红外(ir)反射材料，所述ir反射材料配置为反射由所述x射线源产生的热，以免到达所述物体及所述样品台。28.如权利要求1所述的系统，其进一步包括具有在至少一个固体材料中的至少一个孔口的至少一个孔，所述至少一个孔口定位于所述x射线传播轴线上且位于所述真空窗与所述物体之间，所述至少一个孔配置为不衰减在所述角发散角内沿所述x射线传播轴线传播的所述发散x射线到达所述感兴趣区和/或所述至少一个位置敏感x射线检测器，同时衰减自其他方向的所述真空窗和/或经散射x射线发射的至少一些x射线到达所述感兴趣区和/或所述至少一个位置敏感x射线检测器。29.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个样品运动台包括空气轴承旋转台。30.如权利要求1所述的系统，其进一步包括至少一个运动机构，其配置为改变由所述至少一个位置敏感检测器产生的所述物体的所述感兴趣区的影像的几何放大率。31.如权利要求1所述的系统，其进一步包括改变所述第三角度的机构。32.一种三维x射线成像系统，其包括：至少一个位置敏感x射线检测器；x射线源，其包括具有外表面的x射线透射真空窗，所述x射线源配置为产生发散x射线，所述发散x射线的至少一些自所述真空窗出射且沿自所述x射线源延伸的x射线传播轴线传播，所述发散x射线传播通过物体的感兴趣区到达所述至少一个位置敏感x射线检测器，所述发散x射线具有以所述x射线传播轴线为中心的大于1度的角发散角，所述x射线传播轴线相对于所述真空窗的所述外表面成第一角度，所述第一角度在3度至45度的范围内；及至少一个样品运动台，其配置为使所述物体绕旋转轴线旋转且配置为调整所述旋转轴线以具有相对于所述x射线传播轴线的第二角度，所述至少一个样品运动台具有小于5微弧度的非系统角摆动。33.如权利要求32所述的系统，其进一步包括在所述至少一个样品运动台上且配置为保持所述物体的样品架，所述样品架包括第一部分，所述第一部分配置为由传播通过所述物体到达所述至少一个位置敏感x射线检测器的所述发散x射线的至少一些进行撞击，所述第一部分基本上由具有原子序数小于14的原子元素组成和/或具有沿所述旋转轴线的小于10毫米的厚度。34.如权利要求32所述的系统，其中所述至少一个样品运动台包括空气轴承旋转台。35.一种三维x射线成像系统，其包括：至少一个位置敏感x射线检测器；x射线源，其包括具有外表面的x射线透射真空窗，所述x射线源配置为产生发散x射线，所述发散x射线的至少一些自所述真空窗出射且沿自所述x射线源延伸的x射线传播轴线传
播，所述发散x射线传播通过物体的感兴趣区到达所述至少一个位置敏感x射线检测器，所述发散x射线具有以所述x射线传播轴线为中心的大于1度的角发散角，所述x射线传播轴线相对于所述真空窗的所述外表面成第一角度，所述第一角度在3度至45度的范围内；及至少一个样品运动台，其配置为使所述物体绕旋转轴线旋转且配置为调整所述旋转轴线以具有相对于所述x射线传播轴线的第二角度，所述至少一个样品运动台具有大致透射x射线的孔，使得x射线在撞击所述物体内的所述感兴趣区之前传播通过所述孔，所述至少一个样品运动台配置为在大致平行于所述真空窗的所述外表面的至少一个方向上移动所述物体；及至少一个运动机构，其用于改变由所述至少一个位置敏感检测器产生的所述物体的所述感兴趣区的影像的几何放大率。36.如权利要求35所述的系统，其中所述至少一个运动机构配置为相对于所述物体移动所述x射线源和/或所述至少一个位置敏感检测器。

技术总结
一种三维x射线成像系统包含至少一个检测器及包含x射线透射真空窗的x射线源。该x射线源配置为产生发散x射线，发散x射线自该真空窗出射且沿延伸通过物体的感兴趣区的x射线传播轴线传播到达该至少一个检测器。发散x射线在以该x射线传播轴线为中心的大于1度的角发散角内具有传播路径。该系统进一步包含配置为使该物体绕旋转轴线旋转的至少一个样品运动台。该系统进一步包含配置为保持该物体的样品架且包括第一部分，该第一部分在发散x射线的至少一些的传播路径中，且对于具有比发散x射线的x射线光谱的最大x射线能量的50％更大的能量的x射线，具有大于30％的x射线透射率。具有大于30％的x射线透射率。具有大于30％的x射线透射率。


技术研发人员：云文兵 大卫
受保护的技术使用者：斯格瑞公司
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2023/8/13