JP2004265602A

JP2004265602A - Ｘ線装置

Info

Publication number: JP2004265602A
Application number: JP2003004674A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shimono; 隆下野; Katsunori Shimizu; 克則清水
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2004-09-24
Also published as: US7206381B2; CN1698175A; WO2004064106A1; US20050141669A1; EP1596417A1

Abstract

【課題】簡単な構成で長寿命化を図ったＸ線装置を提供する。
【解決手段】タングステン薄膜の寿命となると、磁石保持体を真空外囲器２の中心を回転軸として１８°手動で回動させる。係止孔４３の位置でボール押しスプリング４５により磁石保持体のボール４６が真空外囲器２の中心方向に付勢して真空外囲器２の係止孔４３に係止することにより、１８°移動した所定の位置に位置決めする。磁石保持体の回動により、永久磁石４２により形成される磁界の径方向の角度が変わることにより、永久磁石４２の位置に従い電子ビームはターゲット３６の以前照射された位置と異なる位置に結像する。電子ビームの結像位置の変更により、電子ビームはターゲット３６の新しいタングステン薄膜の位置に衝突することになり、Ｘ線はターゲット３６の新しい位置で初期性能と等しいＸ線量を発生する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターゲットに電子ビームを照射してＸ線を発生させるＸ線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のＸ線を発生させるＸ線装置としては、マイクロフォーカスＸ線発生装置に用いる透過型マイクロフォーカスＸ線発生管球がある。
【０００３】
そして、反射型マイクロフォーカスＸ線発生管球の場合には、大半で寿命の問題は存在しなかった。一方、透過型マイクロフォーカスＸ線管発生管球は、小型で検査物とＸ線源を接近して配設できるため、拡大倍率を大きくでき、超精密なＸ線透過検査ができる。ところが、透過型マイクロフォーカスＸ線発生管球の場合には、ターゲットに電子ビームを照射してＸ線を発生させているが、ターゲットの微小面積に大きな電力の電子ビームを照射し、この電子ビームのエネルギのほとんどが熱となるため、ターゲットが劣化してターゲットに寿命の問題がある。そこで、透過型マイクロフォーカスＸ線発生装置では開放型としてターゲットを定期的に交換する必要があり、構造は複雑になり大型で高価なものである。また、このような構造を取る必要があるため、Ｘ線源となるターゲットから測定物までの距離を接近させることが困難で、Ｘ線検査の拡大率の性能には限界がある。
【０００４】
近年、小型で構成の簡単な封止切りの透過型マイクロフォーカスＸ線発生管球が開発されているが、ターゲットの熱的な劣化のために寿命が短くなり、焦点サイズが５μｍのもので２Ｗ程度の入力がターゲットの限界である。
【０００５】
そこで、たとえばターゲットの寿命を延ばす構造として、真空容器内に電子ビームを照射する陰極およびこの陰極からの電子ビームを照射してＸ線を発生するターゲットを配設し、このターゲットを電子ビームの軸方向に対して直交する方向に移動可能に配設し、このターゲットを真空容器の外部の磁石により移動させ、電子ビームが照射されるターゲットの位置を異ならせ、ターゲットの電子ビームが照射されるある位置が寿命になった場合に、磁石によりターゲットを移動させて初期の性能を回復するものが知られている（たとえば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平３−２２３３１号公報（第２頁−第３頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように真空容器内のターゲットを移動させる場合、ターゲット自体を移動可能にするとともに、ターゲットを移動させるための磁石を配設するなど構造が複雑になる問題を有している。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、簡単な構成で長寿命化を図ったＸ線装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子ビームを照射する陰極と、この電子ビームが照射されてＸ線を発生するターゲットと、このターゲットに照射される電子ビームの照射位置を移動させる磁石部とを具備したもので、電子ビームを照射してＸ線を発生させていた照射位置が寿命になっても、ターゲットの他の位置に磁石部により電子ビームの照射位置を移動させることができるため、照射位置をターゲットの寿命になってない位置に変えることにより初期の性能を得ることができ、長寿命化を図れる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態のマイクロフォーカスＸ線装置の透過型のマイクロフォーカスＸ線管球を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１に示すように、１はＸ線装置としての真空管であるマイクロフォーカスＸ線発生装置の透過型のマイクロフォーカスＸ線発生管球で、このマイクロフォーカスＸ線発生管球１は、真空気密を保つ真空容器としての真空外囲器２を有し、この真空外囲器２は円筒状の筒状部３を有し、この筒状部３には真空排気用の排気管を取り付ける排気管取付部４が形成されている。なお、この排気管は真空排気後封止切りされる。
【００１２】
また、筒状部３の基端側には、円環のフランジ状の管球取付金具５が取り付けられる。この管球取付金具５は、この管球取付金具５を固定するねじなどを挿通するねじ挿通孔６が複数形成され、この管球取付金具５の背面側には、冷却用の油がこの管球取付金具５に沿って漏出することを防止する図示しないＯリングを装着する装着溝７が全周にわたって形成されている。
【００１３】
さらに、筒状部３の基端側となる管球取付金具５の背面側には、基端側が閉塞された二重筒状のガラス容器１１が位置し、このガラス容器１１の開放している外筒の先端には、金属性の円環状の外筒接続体１２がガラス容器１１に溶着されるなどして一体的に取り付けられ、この外筒接続体１２が管球取付金具５に溶接されて気密に封止されている。また、ガラス容器１１の内筒の内周側には内筒を閉塞する閉塞部１３が形成されている。さらに、ガラス容器１１の内筒の先端には、金属性の円環状の内筒接続体１４がガラス容器１１に溶着されるなどして一体的に取り付けられ、この内筒接続体１４の先端には支持体１５が接続されている。
【００１４】
そして、この支持体１５の先端には環状板の保持体１６が取り付けられ、この保持体１６の内部には陰極保持体１７が取り付けられ、この陰極保持体１７に陰極１８が装着されている。この陰極１８は図示しないフィラメントを内蔵し、このフィラメントを加熱して熱電子となり電子ビームを放出する。また、陰極１８はフィラメント２１を有し、このフィラメント２１にはガラス容器１１の閉塞部１３を気密状態で貫通するフィラメント端子２２が接続され、このフィラメント端子２２からフィラメント２１を介して、外部からの電力が陰極１８に供給される。
【００１５】
また、保持体１６には、一体的に形成された電子レンズとなる静電型の集束電極体２３が取り付けられ、この集束電極体２３および陰極１８により微小焦点電子銃が形成されている。この集束電極体２３は、保持体１６に棒状の電極保持絶縁体２４が取り付けられ、この電極保持絶縁体２４は陰極側から、マイナス数百Ｖの電圧を印加する第１集束電極２５、プラス数ｋＶの電圧を印加する第２集束電極２６、やや大きめの間隙を介してプラス数ｋＶの電圧を印加する第３集束電極２７が所定の寸法に従い順次配設されている。また、第１集束電極２５、第２集束電極２６の中心には図示しない電子ビーム挿通孔が開口形成され、第３集束電極２７の中心には、第１集束電極２５および第２集束電極２６の電子ビーム挿通孔との延長軸上に直線的に連通する電子ビーム挿通孔２８が電子ビームの照射方向に沿って直線的に配設されている。
【００１６】
一方、筒状部３の先端側には、先端に向けて径小となる蓋体３１が取り付けられ、この蓋体３１の先端には取付部３２が形成され、この取付部３２には開口３３が形成され、取付部３２にはターゲット保持体３４が保持され、このターゲット保持体３４は開口３５を有し、このターゲット保持体３４に窓となる透過型のターゲット３６が真空外囲器２の一部として気密に取り付けられている。このターゲット３６は、第１集束電極２５の電子ビーム挿通孔、第２集束電極２６の電子ビーム挿通孔および第３集束電極の電子ビーム挿通孔２８を介して陰極１８に対向して配設されている。また、ターゲット３６は、真空気密の隔壁を目的とし厚さ数百μｍのＸ線の透過損失が少ないＸ線透過窓となるベリリウム薄板やＡｌ基板等を基板とし、このベリリウム薄板等の真空側に例えば約５μｍないし１０μｍのＸ線の発生性能が優れているタングステン等のＸ線源となる薄膜を成膜して形成されている。ベリリウム薄板等は、真空気密の隔壁の目的で、Ｘ線の透過損失が少ない材料として選ばれている。なお、タングステン薄膜厚さは、電子ビームの潜り込む深さと発生したＸ線の減衰量とに基づき設計されている。
【００１７】
さらに、図２にも示すように、真空外囲器２の外周には磁石部４０が取り付けられ、この磁石部４０は真空外囲器２と間隙を介して円環状の磁石保持体４１がたとえば手動により回転自在に取り付けられ、磁石保持体４１の径方向に沿って対向し電子ビームが通過する経路で約１０ガウスないし５０ガウスの強さの磁束を形成する永久磁石４２，４２が異なる極が対向した状態で方向性を持って配設されている。また、真空外囲器２の周囲には、掘込構造が採られて例えば１８°毎に２０箇所に円錐状の係止孔４３が形成されている。一方、図３に示すように、磁石保持体４１には９０°毎に４箇所に穴溝４４が径方向に沿って形成され、この穴溝４４にはボール押しスプリング４５が挿入され、このボール押しスプリング４５の先端には穴溝４４に挿入可能な大きさの位置決め用のボール４６が位置している。そして、ボール押しスプリング４５により磁石保持体４１のボール４６が真空外囲器２の中心方向に付勢されて真空外囲器２の係止孔４３に係止されることにより、所定の位置に位置決めされる。なお、対向する永久磁石４２の周方向の中心を結ぶ線はターゲット３６の中心を通り、永久磁石４２の電子ビームの軸方向に沿った位置は、中心が陰極１８の先端ないし最もターゲット３６側に位置する第３集束電極２７の間のＬの中に含まれる位置に位置する。
【００１８】
次に、上記実施の形態の動作について説明する。
【００１９】
まず、陰極１８に電圧を印加すると、フィラメントが加熱されて熱電子となり電子ビームを放出し、集束電極体２３を介してターゲット３６に照射される。具体的には、陰極１８から放出された電子ビームは、第１集束電極２５のマイナス数百Ｖの電圧の電子レンズで集束され、第２集束電極２６および第３集束電極２７のプラス数ｋＶの電圧でさらに集束され、ターゲット３６に約１００ｋＶの電圧で印加され、２μｍないし５μｍたとえば約５μｍの直径の電子ビームとなって、ターゲット３６の真空側面に結像する。
【００２０】
また、磁石部４０の永久磁石４２により形成される磁界により、永久磁石４２の位置に従い電子ビームはターゲット３６の中心よりややずれた位置に結像する。
【００２１】
そして、このターゲット３６の真空側面に結像した電子ビームは、このターゲット３６のタングステン薄膜に衝突してＸ線となり、このＸ線はベリリウム薄板を透過して外部に取り出され、精密検査装置のＸ線源として利用される。
【００２２】
ところが、数ミクロンメータの焦点径に数Ｗのエネルギが入力されるためタングステン薄膜等のＸ線源の成膜面が高温になって劣化し、経時的に徐々にＸ線の発生量が低下するため、タングステン薄膜等のＸ線源の寿命が数百時間ないし１０００時間程度で寿命となる。
【００２３】
そこで、タングステン薄膜等のＸ線源の寿命となる数百時間、たとえば３００時間から８００時間程度で磁石部４０の磁石保持体４１を真空外囲器２の中心を回転軸として１８°手動あるいは機械的に回動させ、ボール４６がボール押しスプリング４５の付勢に抗して穴溝４４内に収容され、隣合う係止孔４３の位置で再びボール押しスプリング４５により磁石保持体４１のボール４６が真空外囲器２の中心方向に付勢されて真空外囲器２の係止孔４３に係止されることにより、１８°移動した所定の位置に位置決めされる。そして、この磁石保持体４１の回動により、永久磁石４２により形成される磁界の径方向の角度が変わることにより、永久磁石４２の位置に従い電子ビームはターゲット３６の以前照射された位置と異なる、たとえば５０μｍから１００μｍ程度ずれた位置に結像する。この電子ビームの結像位置の変更により、電子ビームはターゲット３６の新しいタングステン薄膜等のＸ線源の位置に衝突することになり、Ｘ線はターゲット３６の新しい位置で初期性能と等しいＸ線量を発生する。なお、この動作は、磁石保持体４１の所定の停止位置に従い磁界の方向との関係も含め、全部で２０通りのターゲット３６の照射位置を設定できる。
【００２４】
なお、磁石保持体４１の回動により最初の位置からＸ線の照射位置が順次動いていくが、寿命終了までにおよそ０．３ｍｍ以下の動きであり、Ｘ線を照射した後の検査装置の受像側の調整は不要である。
【００２５】
このようにして、規定使用時間毎に磁石保持体４１を順次回転させることで、焦点サイズが数μｍの封止切り透過型のマイクロフォーカスＸ線発生管球１として、１万時間を越える寿命を実現できた。
【００２６】
また、永久磁石４２の磁力を強くすると一度の磁石保持体４１の回動による移動距離は大きくなり、目的あるいは装置の大きさにあわせて移動量を設定調整できる。なお、永久磁石４２で電子の焦点をずらす方式では、電子レンズとなる第１集束電極２５、第２集束電極２６および第３集束電極２７の性能を悪化させないでターゲット３６に結像させることが必要である。
【００２７】
また、永久磁石４２の強さと焦点寸法の移動と焦点直径の寸法と寿命時間との関係から、永久磁石４２の最適位置を設定する。なお、永久磁石４２の電子ビームの軸方向に沿った位置は、第１集束電極２５からターゲット３６までの間にあれば、照射位置となる焦点位置を移動することは可能であるが、第３集束電極２７からターゲット３６までの間にあると、磁石保持体４１の回動に伴なって焦点サイズが不均一になったり周辺がボケたりするなど不安定となり、性能が劣化するおそれがある。したがって、永久磁石４２の電子ビームの軸方向に沿った位置は、陰極１８から第３集束電極２７の間にあることにより、陰極１８から放出される電子の初期段階で磁界によるスピンがかかることにより焦点形状の歪みやボケを最小にできる。
【００２８】
次に、他の実施の形態を図４を参照して説明する。
【００２９】
この図４に示す実施の形態は、真空外囲器２の外周に係止孔４３を有さない従来のものに、真空外囲器２に断面Ｌ字状の環状の外付け金具５１を嵌合させ、この外付け金具５１に、図１ないし図３に示す実施の形態の係止孔４３と同様に係止孔５２を形成し、この外付け金具５１の周囲に、磁石部４０の磁石保持体４１を真空外囲器２に対して回転自在に取り付け、この係止孔５２に磁石保持体４１のボール４６を係止させるものである。
【００３０】
このように、マイクロフォーカスＸ線発生管球１自体を改造することなく外付け金具５１を真空外囲器２に取り付け、この外付け金具５１に磁石保持体４１を取り付けることにより、従来の磁石部４０を有さないマイクロフォーカスＸ線発生管球１も、電子ビームを移動させることができるようになり、長寿命化を図ることができるようになる。
【００３１】
また、他の実施の形態を図５を参照して説明する。
【００３２】
この図５に示す実施の形態は、基本的には図１ないし図３に示す実施の形態と同様であるが、磁石部６０は永久磁石４２に代えて真空外囲器２の周囲に等間隔に１２個の電磁石６１を固定して配設したものである。
【００３３】
そして、選択的に対向する電磁石６１に異なる極が対向するように通電して磁界を発生させ、電子ビームをターゲット３６の周方向沿った異なる位置に１２箇所、さらに、電磁石６１の磁界の強さを変化させることにより、ターゲット３６の径方向の異なる位置も変更できる。
【００３４】
このように形成すれば、機械的に動く部分を無くして、電磁石６１を選択的に通電させるとともに、電流を変化させる電気的制御のみで、ターゲット３６の任意の位置に電子ビームを照射でき、電子ビームの照射位置を移動できる。
【００３５】
なお、電磁石６１の磁束は、第１集束電極２５ないし第３集束電極２７の集束に影響を与えない範囲の強さとし、集束に悪影響を与えないようにする。
【００３６】
さらに、他の実施の形態を図６を参照して説明する。
【００３７】
この図６に示す実施の形態は、基本的には図５に示す実施の形態と同様に電磁石を用いるものであるが、磁石部６５は真空外囲器２の周囲に９０°毎の等間隔で２対で合計４個の電磁石６６を固定して配設し、対向する電磁石６６を結ぶ線が直交しており、これら電磁石６６の通電を制御する制御手段６７を有している。
【００３８】
そして、制御手段６７により、４つの電磁石６６の通電量および電流方向を制御することにより、直交する２つの磁束の方向および強さを変化させて、任意の磁束を合成できるため、ターゲット３６の任意の位置に電子ビームを照射できる。したがって、少ない電磁石６６でターゲット３６の任意の位置に電子ビームを照射でき、電子ビームの照射位置を移動できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、電子ビームを照射してＸ線を発生させていた照射位置が寿命になっても、ターゲットの他の位置に磁石部により電子ビームの照射位置を移動させることができるため、照射位置をターゲットの寿命になってない位置に変えることにより初期の性能を得ることができ、長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のマイクロフォーカスＸ線発生管球の図２に示すＩ−Ｉ断面図である。
【図２】同上平面図である。
【図３】同上真空外囲器の係止孔を拡大して示す断面図である。
【図４】同上他の実施の形態のマイクロフォーカスＸ線発生管球の外付け金具を拡大して示す断面図である。
【図５】同上また他の実施の形態のマイクロフォーカスＸ線発生管球を示す平面図である。
【図６】同上さらに他の実施の形態のマイクロフォーカスＸ線発生管球を示す平面図である。
【符号の説明】
１Ｘ線装置としてのマイクロフォーカスＸ線発生管球
１８陰極
２５第１集束電極
２６第２集束電極
２７第３集束電極
３６ターゲット
４０，６０，６５磁石部
６６電磁石
６７制御手段

Claims

電子ビームを照射する陰極と、
この電子ビームが照射されてＸ線を発生するターゲットと、
このターゲットに照射される電子ビームの照射位置を移動させる磁石部と
を具備したことを特徴とするＸ線装置。
磁石部は、電子ビームの軸方向を中心として周囲を回転可能でこの回転により電子ビームの照射位置を変化させる
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
磁石部は、電子ビームを挟んで対向して配設される
ことを特徴とする請求項２記載のＸ線装置。
磁石部は、電子ビームを挟んで対向した複数対の電磁石と、これら電磁石で形成される合成磁界を変化させる制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
ターゲットと陰極との間に複数の集束電極を具備し、
磁石部は電子ビームの軸方向の位置が最もターゲット側の集束電極と陰極との間に位置する
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載のＸ線装置。