CN1296178A - X－射线的导向装置 - Google Patents

Abstract

一种用来将X－射线从一辐射源导向一测量物体(16)的装置,该装置至少有两个形成一狭缝的反射面(18)。

Description

X-射线的导向装置

本发明涉及一种将X-射线从辐射源导向测量物体用的装置。

X-射线荧光方法可用来测量薄层或多层物质。在进行这种层分析的过程中，检测样品中的个别元素的X-射线荧光辐射并将它转换成层的厚度和组成。由准直系统限制的激发的X-射线就以一细小的射线束的形式通向测量区域。该X-射线的荧光辐射就从这里发射出来。该辐射在正比计数管或另外的检测器中以能量散射的方式被检测。例如，通过这种层厚分析可对具有直到100μm×100μm大小的作用区域进行非接触和非破坏的精确测定。

例如对于小于100μm×100μm的较小的作用区域的层厚分析来说，已知一些X-射线的导管(X-ray conductor)，它们都能使该X-射线聚焦在这些小的作用区域上形式。它们就是所谓的单毛细管。这些单毛细管被设计成圆形的细玻璃管。该玻璃管周壁上的全反射能使该X-射线以足够的强度导向该测量物体。

此外，设计成单毛细管的准直器已被进一步改进，结果是使该玻璃管的内壁具有抛物面的结构，因而反射的射线都倾向向该测量物体聚焦。而且，还知道有一些所谓的多毛细管。这些多毛细管是具有一由多个单毛细管构成的毛细管束的集合体，这些单毛细管被这样排列，使得被导向的X-射线以指向目标的方式聚焦在该集合体的出射平面之外的一点上。

这些毛细管有如下缺点：这种毛细管是很昂贵的，因而就不可能很经济地生产具有这些准直器的测量装置。此外，上述的准直器还具有如下缺点，它们的直径是固定的，因而不可能将该X-射线调节并聚焦在不同大小的测量物体上。而且，这些准直器具有的缺点是采购是极为困难，因为这些准直器的生产是被垄断的，尤其是考虑到它们的复杂性更是如此。

因而本发明的目的是提供一种将X-射线从辐射源导向测量物体用的装置，特别是用于具有作用区域小于100μm×100μm的小结构尺寸的物体的装置，同时这种装置还能低成本生产，能按待测量的面积进行调节，以及能将辐射强度充分传送到该测量物体上。

按照本发明，此目的是通过根据权利要求1所述的装置来实现的。

本发明的由至少两个形成一狭缝的反射面(reflecting areas)组成的构形具有如下的优点：创造了一简单的结构，它能将X-射线以足够的强度提供给该测量物体，以便使该检测器能检测到所发射的荧光辐射的足够强度。该至少两个形成一狭缝的反射面对于生产来说是很简单的。与从现有技术知道的单和/或多毛细管相比，用于生产该X-射线导向装置的制造方法就不算复杂了。

与该单或多毛细管是由全封闭的小玻璃管构成的现有技术相反，按照本发明的题材，它通过由至少两个反射面形成的狭缝内的全反射，足以将该X-射线导向该测量物体。从该单狭缝或多狭缝横向射出的X-射线对于激发该荧光辐射是不起作用的，但一至少足够的强度却通过在这至少两个形成狭缝的反射面之间的X-射线的全反射，被传递或传送到该测量物体上。

本发明的一个有利实施例可提供由至少两个反射面形成的宽度可调的狭缝。这使得测量物体上的测量面积的大小可以调节。因此，可对该装置进行调节，从而能适应该层厚分析的不同要求。

本发明的一个有利实施例提供了两个彼此相对和彼此平行设置的两个反射面。这可提供一种结构简单的X-射线的导向装置构形。该狭缝宽度至少是与该测量物体的测量面积大小相适应的，而且对于X-射线管的出口是有利的，以便能把最大的辐射强度传送到该测量物体上。

本发明的另一个有利实施例提供了两个彼此相对设置的反射面和具有一向着测量物体逐渐变窄的狭缝。借助于这种近似楔形的反射面的结构布局，可获得X-射线的额外聚焦。在该入口和楔形端的出口之间的反射面构成的缝隙(aperture)宽度可以在微米范围之内或微米以上。

本发明的另一个有利实施例，提供至少一个待固定的反射面和至少一个在距离上和/角度上待可调节的另外的反射面。这意味着，可将一个反射面作为基准面并根据应用按一定方式随意对距离和/或角度进行调节。

本发明的另一个有利实施例，提供一种用半导体材料，特别是用硅片制备的反射面。在此期间，硅片的工业生产成本已变得很低廉。而且由于高度的平面构形，该硅片具有一很适合X-射线全反射的表面。例如该全反射的临界角为几个毫弧度，这与X-射线的能量有关。该射线可借助于硅片的高质量平表面充分无损耗地进行传送。

只要该反射面至少局部地在其上汽相沉积了贵金属，最好是铜、银、金、铂、钯之类就是有益的。借助这种最好施加在硅片上的涂镀，结果是该全反射的临界角就可增大，例如在涂镀铂的情况下，该临界角可增加到4.5毫弧度。这同时又导致如下效果：在测量物体上有较高强度的X-射线照射，这就意味着，它可能提供一足够高的强度来发射荧光射线。

本发明的另一个有利实施例，提供至少局部地施加在面对X-射线管射线出口的一端上的涂镀层。这通过输入区内的全反射就能使很多X-射线被反射，因此可获得很高的射线强度。

本发明的另一个有利实施例在于提供反射面，它在测量物体附近有一个区域具有防止全反射的涂镀层，或者在至少经局部涂镀的反射面情形下，有一个区域没有涂镀层或者在其中有一防止全反射的涂镀层。

这意味着，在从反射面出来之前，它有可能将在最后反射之后可能会处于该测量区外面的射线的全反射消除。这种结构有可能获得测量物体的测量区的更为准确的辐射，这同时也提高了测量的质量。

本发明的一个有利的实施例，提供至少一个可由至少一个调节单元调节的反射面。这种调节单元可方便地设计成精确的机械调节装置，也可设计成电动的、液压的、气动的或压电的致动器。这种调节单元必须能至少在微米范围内进行调节，以便提供至少两个相对安置的反射面的准确取向和调整。

本发明的其它有利实施例和改进都说明在其余的权利要求中。

参考下面的附图和说明更为详细地对一优选实施例进行介绍。这些附图中：

图1表示一具有本发明所述装置的层厚测量设备的示意图，

图2表示图1所示层厚测量设备的侧视示意图，

图3表示本发明所述装置细节的示意性图示，以及

图4表示本发明所述装置朝向测量物体的一端的放大示意图。

图1示意地图示出层厚测量设备11的基本部件，在这图中，已省去了计算单元、用来使由摄像机记录的物体可视化的屏幕、以及输入键盘和打印机。例如，这种层厚测量设备11被用于测量焊盘、其上局部涂镀有选择性涂层的触点、印刷线路(conductor tracks)，以及小面积上的功能性涂层。具有本发明所述装置12的层厚测量设备11，最好用来测定或检验其测量面积或作用面积小于100μm×100μm，尤其是小于50μm×50μm的层的厚度。X-射线产生于一X-射线管13中并经由阳极14指向测量物体16。该X-射线就在这测量物体的层中激发出荧光辐射。该荧光辐射的强度与能量(能谱)有关，它是层厚度的函数。这强度或层系统的参数通过借助于检测器17记录该发射辐射系而被利用。

本发明所述的装置12设置在X-射线管13和测量物体16之间，按照该示范性的实施例，该装置包含有相互对置的反射面18。这两个反射面18用来聚焦射线和传送射线，其结果是，该X-射线被传送到测量物体16的测量区域上。该反射面最好安置得直接与阳极14或与阳极14附近的出口法兰21相关联。此外，准直器23被装在反射面18的下端22，并彼此相配，其结果就能映射出测量物体上测量区24的图像，如图3所示。有利地是，该准直器23为一狭缝宽度可调的狭缝准直器。

将该反射面18设计成细长的矩形面，如从图1和图2中可了解的那样。该反射面18的长度基本上由结构以及全反射的角度所决定。在测量区24的轴线和阳极14之间不是平行行进的X-射线至少被全反射偏斜一次。该反射面18的宽度至少是待检测的最大作用面的1.5倍。这种低廉的基底材料可简单地被修改以便与本发明的装置12的相应尺寸向适应。另一些半导体材料，如锗、镓、砷化物等也适合作反射面18。

该反射面18最好用硅片制作，如图3所示，它可有利地应用于固定元件26、27上。这些元件有利于进行无应力粘结，因而能维持多个反射面18。作为一可供选择的方案，反射面18通过夹持手段等也能以无应力的方式固定在固定元件26、27上。如图3所示，一调节单元28连接在两固定元件27之一上，通过这个调节单元就可相对于该静止元件26对固定元件27进行调节。该固定元件26方便地接纳平行于该装置12的中心轴29的反射面18。该狭缝的宽度可通过调节单元28来调节。同样也可调节固定元件27相对于元件26的夹角。作为一种可供选择的方案，还可提供一镜象颠倒(a mirror-inverded)的配置。同样，也可提供一种设置在每一个固定元件26、27上的调节单元28，因而该固定元件26、27都可安置成彼此平行和/或彼此有一夹角，从而形成一均匀的或向着测量物体16逐渐变窄的狭缝。该调节单元28被这样设计，使得可在例如10～100μm的范围任意调节狭缝宽度。为此，可提供精密的机械调节机构、压电致动器、以及电动、液压的、气动操作的致动装置。

在朝向测量物体16的一端，在固定元件26上提供有一整平的部分31。这整平的部分31使得有可能具有一足够的缝隙宽度32用来发射荧光辐射以便对该发射的荧光辐射进行检测。

例如，还可将一种贵金属汽相沉积在该反射面18上。这使得有可能增大全反射的临界角，对硅而言是1.5毫弧度，通过涂镀铂层就可增加到4.5毫弧度。这同时对X-射线的传送也有有益的影响。作为一种可供选择的方案，在使用涂镀过的反射面的情形中，可以想象得到，该基底材料可包括满足平面度要求并具有一涂镀层的石英表面或塑料。该涂镀层可有利地至少涂镀在该反射面18的输入部分上，以便捕捉和反射的射线数尽可能大。该涂镀层在沿该反射面18的路径上可以是完全连续的，要不就只局部施加。同样，也可改变该涂镀层或该涂镀层的材料，这种改变与应用情况有关。举例来说，通过减小全反射的临界角，就可能减小在反射面18的出口处射线的发散度，这使得有可能实现该辐射的聚焦，因而，可增大在测量物体16的测量区24上的辐射强度。为此，可以想象到，例如，对于在该反射面18的下端22的附近的区域没有施加涂镀层或施加了防止全反射的涂镀层的情形来说，在反射面18的下面发出的辐射会因此被精确地聚焦到该测量物体16的测量区24的大小。在该测量区24外的边缘区域的辐射因此可被明显地减少。

本发明的装置12的构形能根据测量任务对该测量区进行调节。该准直器23同样也可针对这测量区进行适应性调整，以便该辐射的聚焦能使辐射强度在预定的测量区域上增大。

作为一种可选择的方案，它可以这样来形成，将该反射面18设计成至少稍凹的面。同样，此凹面结构朝向下端22可逐渐便窄，产生一种岩洞(meslithone)形的反射面18的构形。但是，在这种情形应考虑尺寸，该尺寸也可处在微米的范围内。

在该装置12的入口处的反射面18的缝隙宽度与经由阳极发出的X-射线的出口基本相当。同样，还可能提供一比X-射线的主斑点直径稍大或稍小的缝隙宽度。

此外，该装置12还可具有一些开口和插孔，用来安放光学系统，以便利用摄像机使该测量物体16可视化。

按照该示范性实施例，该装置12由两个相互对置和相互平行或彼此相对成一锐角的反射面18形成。它也可这样形成，不是由两个反射面18，而是由三个或更多的反射面以彼此相对来说适当的方式排列，以便能将X-射线传送到测量物体16的测量区24，从而通过该X-射线的聚焦使强度的增加成为可能。但是，与由现有技术得知的情况相反，它不需利用封闭的、管状的装置通过全反射来将该X-射线聚焦到该测量区。能利用X-射线全反射的反射面18的另外的一些几何构形也是可设想的。

Claims (15)

1．一种将X-射线从一辐射源导向一测量物体(16)用的装置，其特征在于：至少提供两个反射面(18)形成一狭缝。

2．按照权利要求1所述的装置，其特征在于：由至少两个反射面(18)形成的该狭缝具有一可调节的狭缝宽度。

3．按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于：提供有两个彼此对置并彼此平行排列的反射面(18)。

4．按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于：提供有两个彼此对置并形成一狭缝的反射面(18)，该狭缝朝向测量物体(16)逐渐变窄。

5．按照前述权利要求之一所述的装置，其特征在于：至少有一个反射面(18)是固定的，而且至少有一个另外的反射面(18)在距离和/或角度上是可调节的。

6．按照前述权利要求之一所述的装置，其特征在于：至少一个，最好该反射面(18)基本上就直接安置在该射线发射装置的射线出射口上。

7．按照前述权利要求之一所述的装置，其特征在于：至少有一个反射面(18)具有平面结构。

8．按照权利要求1-6中之一所述的装置，其特征在于：从横截面看，至少有一个反射面(18)具有凹曲结构。

9．按照前述权利要求之一所述的装置，其特征在于：该反射面(18)是由半导体材料，特别是由硅片来制造的。

10．按照前述权利要求之一所述的装置，其特征在于：至少有一个反射面(18)至少在局部涂镀有贵金属，最好是金、铂、铜、银和钯。

11．按照权利要求10所述的装置，其特征在于：该至少是局部的涂镀层被施加在面向该X-射线管射线出口的一端上。

12．按照权利要求10或11所述的装置，其特征在于：至少有一个局部涂镀的反射面(18)在该测量物体(16)的附近有一区域没有涂镀层，或有一防止全反射的涂镀层。

13．按照权利要求1-11之一所述的装置，其特征在于：没有涂镀的反射面(18)在该测量物体(16)的附近有一区域有一防止全反射的涂镀层。

14．按照前述权利要求之一所述的装置，其特征在于：至少有一个反射面(18)被提供在一调节单元(28)上，它可调节该狭缝的缝隙宽度。

15．按照前述权利要求之一所述的装置，其特征在于：配给反射面(18)的准直器(23)被提供在指向测量物体(16)的一端上，该准直器的宽度最好是可调的。

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