用于测量、表征和分析周期性结构的x射线方法技术

x射线照射的周期性空间图案用于收集关于周期性物体的信息。可以使用相干的或部分相干的x射线源与分束光栅的相互作用来创建具有周期性结构的Talbot干涉图案，以创建结构化照射。然后将要测量的具有周期性结构的物体放置到该结构化照射中，并且分析来自多个照射点的信号的集合以确定物体及其结构的各种性质。对于x射线吸收/透射、小角度x射线散射、x射线荧光、x射线反射和x射线衍射的应用都可以使用本发明专利技术的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量、表征和分析周期性结构的x射线方法相关申请的交叉引用本申请是2014年10月29日提交的题为“X-RAYINTERFEROMETRICIMAGINGSYSTEM”的美国专利申请14/527,523的部分继续申请并要求其优先权，该美国专利申请14/527,523要求下述申请的权益：2013年10月31日提交的题为“X-rayPhaseContrastimagingSystem”的美国临时专利申请号No.61/898,019、2013年11月7日提交的题为“AnX-raySourceConsistingofanArrayofFineSub-Sources”的美国临时专利申请号61/901,361、和2014年4月17日提交的题为“TwoDimensionalPhaseContrastImagingApparatus”的美国临时专利申请号No.61/981,098，这些申请的全部内容通过引用并入本文。本申请附加地要求下述申请的权益：2014年5月1日提交的题为“METHODSOFREDUCINGSCATTERRADIATIONUSINGTALBOTEFFECT”的美国临时专利申请号61/987,106、2014年5月7日提交的题为“MethodsofImprovingDetectorMTFandDQEandReducingScatterBackgroundofanX-rayImagingSystemUsingCoherenceEffect”的美国临时专利申请号61/989,743、和2014年5月12日提交的题为“MethodofSingle-ShotImagingtoObtainAbsorptionandDifferentialPhase，and/orScattering，and/orPhaseContrastImages”的美国临时专利申请号61/991,889。本专利技术要求下述申请的优先权和权益：2014年5月15日提交的题为“MethodofTalbotEffectBasedX-rayImagingwithHighImageContrastandDesignofApparatusUsingSuch”的美国申请序列号61/993,811、2014年5月15日提交的题为“MethodofTalbot-EffectBasedX-rayPatternedProbeandCharacterization(MetrologyorInspection)ApparatusesUsingSuch”的美国申请序列号61/993,792(在此并入作为第67页的附录A)、和2015年5月15日提交的题为“X-rayMethodforforMeasurement，Characterization，andAnalysisofPeriodicStructures”美国申请序列号14/712,917，所有这些申请的全部内容在此通过引用并入本文并且申请人要求其权益。
在此公开的本专利技术的实施例涉及使用x射线的干涉系统，并且特别是用于观察周期性结构的干涉测量、表征和分析系统。该系统使用x射线的高亮度相干源，其继而可以使用包括嵌入在低原子序数材料的导热基底中的x射线产生材料的周期性微结构的靶或阳极。
技术介绍
x射线由在1895年当他在真空管中进行电子轰击靶试验时首次发现[W.C.“EineNeueArtvonStrahlen”(WurzburgVerlag，1896)；“OnaNewKindofRays，”Nature，Vol.53，pp.274-276(Jan.231896)]。在含钙(原子序数Z＝20)的骨骼和主要含碳(Z＝6)的软组织的吸收之间的对比十分明显，因为这两种体料在5和30keV之间的x射线能量下的吸收差异相差10倍或更多，如图1所示。这些高能量的短波长光子现在常规地用于医疗应用和诊断评估，以及用于安全筛检、工业检查、质量控制和故障分析，以及用于科学应用比如晶体学、断层摄影、x射线荧光分析等。尽管x射线阴影图已经成为标准的医学诊断工具，但是存在简单吸收对比成像的问题。值得注意的是，对于诸如乳腺x射线照相术等的测试，生物组织中的变化可能仅导致细微的x射线吸收图像对比度，使得难以明确检测肿瘤或异常组织。在过去十年中，基于x射线相位对比干涉测量法已经出现一种新型的x射线成像方法。该方法依赖于最初在1837年观察到的众所周知的Talbot干涉效应[H.F.Talbot，“FactsrelatingtoopticalscienceNo.IV”，Philos.Mag.vol.9，pp.401-407，1836]，并由LordRayleigh于1881年详尽解释[LordRayleigh，“Oncopyingdiffractiongratingsandsomephenomenaconnectedtherewith，”Philos.Mag.vol.11，pp.196-205(1881)]。该效应在图2中示出。对于周期为p的吸收光栅G，来自具有足够相干性的波长λ的单色射束的衍射图案形成重复的干涉图案，其按DT(称为Talbot距离)的倍数重建原始光栅图案(被称为“自成像”)。对于入射射束是平面波(等效于位于离光栅G无穷远处的光源)的情况，DT由下式给出：在光栅G与Talbot距离之间，也出现其它周期性干涉图案。Talbot条纹的周期性和位置取决于光栅G的透射特性，包括相移量和吸收百分比、以及光栅线对空间(开口)比或占空因数。例如，对于周期性吸收光栅，以半个光栅周期的横向移位而重建原始光栅图案的条纹图案发生在Talbot距离的一半(DT/2)处，并且周期为原始光栅周期的一半的条纹图案发生在Talbot距离的四分之一(DT/4)处以及在Talbot距离的四分之三(3DT/4)处，如图2所示。这些二维(2D)干涉图案有时被称为“Talbot毯”，因为这些复杂图案与华丽的东方地毯相似。[注释：图2中的光学Talbot毯的图像选自BenGoodman创建的文件并可获取自<http://commons.wikimedia.org/wiki/File：Optical_Talbot_Carpet.png>。]图3和图4示出现有技术的Talbot干涉仪，包括x射线288的局部相干源200(示出为微聚焦源)和周期p1的分束光栅G1210，其建立了一组Talbot干涉条纹图案289。应当注意的是，x射线源的相干长度优选设定为相当于或大于分束光栅G1210的周期p1，使得Talbot干涉条纹将具有高的对比度(如果条纹对比度例如大于20％，则可以良好地定义Talbot条纹)。分束光栅210可以是振幅(也称为吸收或透射)光栅，从而产生如图2所示的强度条纹，但更通常为相位光栅，用于有效地使用照射x射线，从而将周期性相移引入到也形成周期性Talbot条纹289的x射线图案。此后，在本申请中，透射光栅将被用来描述通过光栅线的x射线透射小于10％的光栅，并且相位光栅将被用来描述通过光栅线的相移为π的分数(例如1/2)或奇整数倍的光栅。使用x射线检测器290检测Talbot条纹289，x射线检测器优选具有相等于或更佳于Talbot条纹周期的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检查具有周期性结构的物体的方法，包括：确定将在其中形成Talbot干涉图案的体积，所述Talbot干涉图案使用下述项形成：x射线源和x射线分束光栅；将具有周期性结构的物体放置到所述体积中；建立Talbot干涉图案；将所述物体的周期性结构与所述Talbot干涉图案的腹点对准；和检测由于下述项的相互作用而引起的x射线信号：Talbot干涉图案和所述物体的周期性结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.15 US 61/993,792;2014.05.15 US 61/993,811;1.一种用于检查具有周期性结构的物体的方法，包括：确定将在其中形成Talbot干涉图案的体积，所述Talbot干涉图案使用下述项形成：x射线源和x射线分束光栅；将具有周期性结构的物体放置到所述体积中；建立Talbot干涉图案；将所述物体的周期性结构与所述Talbot干涉图案的腹点对准；和检测由于下述项的相互作用而引起的x射线信号：Talbot干涉图案和所述物体的周期性结构。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述x射线信号是起因于通过所述周期性结构的x射线的透射而产生的信号。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述x射线信号是起因于选自以下项构成的组中的一种或多种现象而产生的信号：小角度x射线散射、x射线荧光、x射线反射、和x射线衍射。4.如权利要求1所述的方法，其中，x射线源是微聚焦源。5.如权利要求1所述的方法，其中，x射线源是与包括周期性孔口的吸收光栅相结合使用的扩展源。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述x射线源包括：真空室；用于电子束的发射器；和电子靶，其包括：包括第一材料的基底，和嵌入在所述基底中的包括根据x射线产生性质选取的第二材料的至少多个离散结构，并且其中所述多个离散结构被布置成形成子源的周期性图案。7.如权利要求1所述的方法，其中，x射线分束光栅包括用以对预定x射线波长引入大约π弧度相移的结构。8.如权利要求1所述的方法，其中，x射线分束光栅包括用以对预定x射线波长引入大约π/2弧度相移的一些结构。9.如权利要求1所述的方法，其中，所述x射线分束光栅包括x射线相移光栅，其中所述x射线相移光栅的周期p1小于或等于来自x射线源的x射线的横向相干长度。10.如权利要求6所述的方法，其中，所述第一选择的材料是选自以下项构成的组：铍、金刚石、石墨、硅、氮化硼、碳化硅、蓝宝石和类金刚石碳；以及第二材料是选自以下项构成的组：铁、钴、镍、铜、镓、锌、钇、锆、钼、铌、钌、铑、钯、银、锡、铱、钽、钨、铟、铯、钡、金、铂、铅、及其组合和合金。11.一种x射线计量系统，包括：x射线源，其包括：真空室；用于电子束的发射器；和电子靶，其包括：包括第一材料的基底，和嵌入在所述基底中的包括根据x射线产生性质选取的第二材料的至少多个离散结构，并且其中所述多个离散结构被布置在子源的周期性图案内；x射线分束光栅，其包括形成x射线相移光栅的周期性结构，所述x射线相移光栅定位成使x射线子源所产生的x射线衍射；用于保持要检查物体的支架系统，其包括用以将支架相对于从x射线分...

【专利技术属性】
技术研发人员：西尔维娅·贾·云·路易斯，云文兵，雅诺什·科瑞，
申请(专利权)人：斯格瑞公司，
类型：发明
国别省市：美国,US