JP2002025484A - マイクロフォーカスｘ線発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高圧ソケット部の真空側に曝される表面から
のガス放出を少なくし高真空でフィラメントを動作させ
て長寿命化を図り、耐電圧を向上させることができるマ
イクロフォーカスＸ線発生装置を提供する。 【解決手段】 マイクロフォーカスＸ線管に高電圧を印
加する高圧端子の高圧ソケット４の真空側に面する部分
に、ガス放出の少ないセラミックシェル１０を成形し、
その中に各電極（リング電極１、リング電極２、ピン電
極３）を配置した状態でエポキシ系樹脂などにより内側
形状を成形する。または、前記と同一形状のセラミック
シェル１０と内側の樹脂部分を、別途製作し、それぞれ
の間を弾性接着剤等により接合して製作し、フランジ５
を固着する。そして、上記各電極から電子発生源８のフ
ィラメント９、グリッドに高電圧を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工業用Ｘ線検査装
置、分析用Ｘ線装置、医用Ｘ線装置等に係わり、特に、
高電圧を印加して放出電子を加速し、電子レンズで収束
して、陽極ターゲットに衝突させ、Ｘ線を発生させるマ
イクロフォーカスＸ線発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】微細な内部構造を被破壊検査法で観察す
る手法が各分野で要求されている。例えば、半導体パッ
ケージングの開発や実装検査・品質保証のために、微小
焦点を有するＸ線管を使って内部の欠陥などが調べられ
ている。このＸ線管は開放型構造で、ターゲットに厚さ
が薄いタングステンプレートを使用し、収束された電子
ビームを、このターゲットに打ち込み、そこで発生する
Ｘ線を放射するものである。検査部品の微細な構造を観
察するため、焦点寸法は微細なものが使われている。こ
のＸ線管はマイクロフォーカスＸ線管と呼ばれ、真空容
器内で熱陰極から出発した電子ビームを、電子レンズに
より収束させて、ターゲット上の１〜２００μｍの寸法
の微小領域に打ち込み、そこで生じるＸ線を利用するも
のである。マイクロフォーカスＸ線管のうち、特に焦点
寸法が微少化できるものは、開放型と呼ばれるタイプの
ものである。開放型のマイクロフォーカスＸ線管は、真
空容器の開閉機構と、真空排気ポンプを具備しており、
熱陰極やターゲット材を交換できるという特徴をもつ。
このため、開放型のマイクロフォーカスＸ線管では、熱
陰極やターゲットの寿命を犠牲にして熱陰極の温度を上
げて焦点寸法を微細化したり、高管電圧、高管電流の条
件で焦点寸法を微細化することが可能である。開放型の
マイクロフォーカスＸ線管は、さらに透過型と反射型と
呼ばれる２つのタイプに分類される。透過型では、ター
ゲット面から見て電子ビームと出力Ｘ線が反対側に位置
するのに対し、反射型では、ターゲット面から見て電子
ビームと出力Ｘ線が同じ側に位置する。透過型、反射型
とも、電子ビームをターゲット上の微小領域に収束して
Ｘ線の焦点寸法を微細化する機構は同じである。図２
に、断面を示した開放型マイクロフォーカスＸ線管と、
高電圧発生器２６と、真空ポンプ２８と、システム全体
を制御する制御器２７と、ホストＰＣ２９とから構成さ
れるマイクロフォーカスＸ線発生装置を示す。このマイ
クロフォーカスＸ線管は、真空ポンプ２８で真空に排気
された開閉機構を有する真空容器２０で、カソード部の
高圧ソケット４に高圧プラグ４ａが挿入され、ケーブル
１３を介して高電圧発生器２６から負の高電圧が、フィ
ラメント９とグリッド１５に印加される。そして、中央
に電子の通過する穴を有し真空パイプ１９に連結された
有孔陽極１６が、真空容器２０に取付けられ、接地電位
に保たれている。フィラメント９に電流が流され、フィ
ラメント９から放出された電子は、グリッド１５で引き
出され、有孔陽極１６によって加速される。そして、加
速された電子は電子ビーム１８となって偏向器１７によ
り進行方向が調整され、真空パイプ１９の中を進行す
る。そして、ヨーク２２に設けられた収束コイル２１に
よって、微小な径の電子ビーム１８に収束され、ターゲ
ット２３に衝突する。図２では、説明の都合上、ターゲ
ット２３を垂直に配置し透過した透過Ｘ線２４と、ター
ゲット２３を傾斜して配置し反射した反射Ｘ線２５を利
用できる両方を示した。透過型の場合、ターゲット２３
は、例えば、厚さ５０μｍ程度のタングステンが使われ
たり、ターゲット２３をＸ線出力窓に直接成膜したりし
ている。また、マイクロフォーカスＸ線管のＸ線条件
は、管電圧が３０〜２２５ｋＶ、管電流が〜２ｍＡ程度
で、焦点寸法は１〜２００μｍ程度のものが使われてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】マイクロフォーカスＸ
線発生装置は以上のように構成されているが、陰極側に
負の高電圧を印加するための高圧ソケット部は、従来、
図３に示すような形状のものが使われている。接地電位
となるフランジ５に、エポキシ系の樹脂で成形された高
圧ソケット４と、その内筒の先端部分に設けられた電子
発生源８のフィラメント９と、グリッド１５に電圧を印
加するための、リング状のリング電極１とリング電極２
と、その中央部にピン状に突出したピン電極３が設けら
れ、その各電極からリード線６を介してピン７に成形接
続されている。一方、高圧プラグ部は、高電圧ケーブル
先端のプラグ形状が、互換性のために図４に示すような
形状に製作されて、このケーブルを使うことで高電圧を
真空中に導入している。この高圧プラグ部はケーブル１
３からの高圧導線が接続カラー１２でバインドされ、エ
ポキシ系樹脂で成形された高圧プラグ４ａの中心を通
り、先端に設けられた高圧ソケット４のピン電極３に対
応する電極３ａ、リング電極１に対応する電極１ａと、
絶縁物１１を介して、リング電極に対応する電極２ａに
接続され、支持部１４上に各電極が設けられている。し
かし、高圧ソケット部の真空側に曝される高圧ソケット
４の材料が、エポキシ系の樹脂で成形されているため、
その表面からのガス放出が多く、マイクロフォーカスＸ
線管の真空容器２０を１×１０^−８Ｔｏｒｒ台以上にす
ることが難しいという問題がある。そのため、フィラメ
ント９の長寿命化に対応できない。また、高圧ソケット
４全体の素材を、高真空で利用されている放出ガスの少
ないセラミック製にすると、高圧プラグ部を装着する時
に、高圧プラグ部の各電極（電極１ａ、電極２ａ）が高
圧ソケット４の内側にこすれて金属粉を発生し、その金
属粉によって耐電圧不良を起こすという問題がある。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、高圧ソケット部の真空側に曝される高
圧ソケット４の材料表面からのガス放出が少なく、さら
に、高圧プラグ部を装着する時に、高圧プラグ部の各電
極（電極１ａ、電極２ａ）が高圧ソケット４の内側にこ
すれても、金属粉を発生しないようにしたマイクロフォ
ーカスＸ線発生装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のマイクロフォーカスＸ線発生装置は、陰極
フィラメントから放出された電子を偏向器で方向を決
め、高電圧で加速させ電子レンズで収束させて陽極ター
ゲットに衝突させ、Ｘ線を発生させるマイクロフォーカ
スＸ線発生装置において、前記高電圧を電極に印加する
ために、高圧ソケットの外部の真空側全面に設けられた
放出ガスの少ないセラミック製シェルとそのシェルの内
側に成形され固着された樹脂製ソケットとを有する高圧
ソケット部と、前記樹脂製ソケットに挿入する高圧プラ
グの挿入部分に成形された樹脂製プラグを有する高圧プ
ラグ部とを備えるものである。

【０００６】本発明のマイクロフォーカスＸ線発生装置
は上記のように構成されており、高圧ソケット部の真空
に曝される外面に、放出ガスの少ないセラミック製シェ
ルを設け、そのシェルの内側に樹脂製ソケットを成形し
固着しているので、セラミック製シェルの材料表面から
のガス放出が少なくなり、真空度を上げることができ
る。そのため、フィラメントの長寿命化を図ることがで
きる。さらに、高圧プラグ部を装着する時に高圧プラグ
部の各電極が高圧ソケットの内側にこすれても、樹脂製
ソケットのため、金属粉を発生することが無く、耐電圧
が向上し安定して使用することが出来る。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明のマイクロフォーカスＸ線
発生装置の一実施例を図１を参照しながら説明する。図
１は本発明のマイクロフォーカスＸ線発生装置の高圧ソ
ケット部の断面を示す図である。本マイクロフォーカス
Ｘ線発生装置は、従来の図２に示す装置と、高圧ソケッ
ト４の構造が異なり、その他は同じである。本装置の高
圧ソケット部は、真空容器２０に取付けられるフランジ
５と、それに取付けられた高圧ソケット４と、その高圧
ソケット４の真空に曝される表面に成形され固着された
セラミックシェル１０と、高圧ソケット４の先端部分に
モールド埋設されたリング電極１とリング電極２とピン
電極３とそのリード線と出力端子のピン７とから構成さ
れている。

【０００８】高圧ソケット部は、高圧ソケット４の真空
に曝される部分にガス放出の少ないセラミックシェル１
０を成形固着している。高圧ソケット４の内部は、エポ
キシ系樹脂を用いて成形される。埋設されたリング電極
１、リング電極２、ピン電極３は、図４に示す高圧プラ
グ部の電極１ａ、電極２ａ、電極３ａに対応した位置に
設けられ、電子発生源８のフィラメント９及びグリッド
１５に、リード線６及びピン７を介して、負の高電圧が
印加される。各電極配置は、そこに挿入される高圧プラ
グ部の電極に対応しており、他の装置との互換性から規
格で決められている。

【０００９】高圧ソケット４は、まず、真空側に面する
部分の形状をしたセラミックス製のシェルを作り、その
中に各電極を配置した状態でエポキシ系樹脂などにより
内側形状を成形する。または、前記と同一形状のシェル
と内側の樹脂部分を、別途製作し、それぞれの間を弾性
接着剤等により接合することで製作する。

【００１０】次に、本マイクロフォーカスＸ線発生装置
の操作を図２を参照して説明する。まず、高圧プラグ４
ａを高圧ソケット４に装着する。この時高圧ソケット４
の内側はエポキシ系樹脂で成形されたもので出来ている
ので、高圧プラグ４ａの先端に設けられている電極１
ａ、２ａ、３ａがエポキシ系樹脂に接触しても、金属の
粉などを散らすことが無く、高圧プラグ４ａを高圧ソケ
ット４に装着することが出来る。次に、開放型の真空容
器２０を開放して、フィラメント９を新しいものに交換
する。そして、真空容器２０を閉じ、ロータリポンプで
粗引きし、次に、ターボ分子ポンプを働かせ、真空容器
２０内を真空に排気する。この時真空容器２０内の各部
品の表面からもガスが放出する。通常各部品はガス放出
の少ない金属、例えばステンレス、アルミニウム、ニッ
ケルクロム鋼等が用いられる。従来の高圧ソケット４の
真空に曝される表面は、エポキシ系の樹脂が使われてお
り、この部分からのガス放出で真空容器２０内の真空度
が上がらず、低い真空度でマイクロフォーカスＸ線管を
動作させており、フィラメント９が蒸発するのと同時に
内部のガス分子でたたかれ、やせて細くなり、寿命が短
く、フィラメント９の交換を約２００時間ごとに行なわ
なければならない状態であった。本マイクロフォーカス
Ｘ線発生装置に用いられる高圧ソケット４は、真空に曝
される表面に、ガス放出の少ないセラミックシェルが成
形固着されているので、その表面からのガス放出は非常
に少なく、そのため、真空容器２０内の真空度を１×１
０^−８Ｔｏｒｒ台以上にすることが出来る。それによっ
てフィラメント９の寿命を長くすることが出来る。次に
被検体を試料台にセットする。そして、制御器２７でＸ
線条件を設定し、Ｘ線放射ボタンをＯＮにすと、高電圧
発生器２６からケーブル１３を介して、高圧プラグ４ａ
内にモールドされた３本の導線により電極１ａ、２ａ、
３ａから、高圧ソケット４のリング電極１、リング電極
２、ピン電極３を介してフィラメント９とグリッド１５
に負の高電圧が印加される。制御器２７の操作パネルの
Ｘ線管加熱電流を調整して、フィラメント９に流す電流
を増加させると、フィラメントから電子が放出され、グ
リッド１５によって引き出され、接地電位の有孔陽極１
６間との高電界によって加速され、有孔陽極１６の中心
の穴を通って真空パイプ１９に入る。加速された電子
は、偏向器１７によってその進行方向が調整され、電子
ビーム１８となって進行し、ヨーク２２に設けられた収
束コイル２１により、微小径の電子ビーム１８となって
ターゲット２３に衝突する。ターゲット２３の微小焦点
のＸ線源からＸ線がＸ線透過窓を透過して外部に放射す
る。そして、試料を透過したＸ線をＸ線受像器で受像
し、その出力信号を制御器１７に取り入れ、ホストＰＣ
２９のモニタに表示したり、記録したりする。

【００１１】

【発明の効果】本発明のマイクロフォーカスＸ線発生装
置は上記のように構成されており、高圧ソケットの真空
に曝される表面に、ガス放出の少ないセラミックシェル
を用いているので、高真空でマイクロフォーカスＸ線管
を動作させることができ、フィラメントの長寿命化をす
ることが出来る。また、高圧プラグの装着される高圧ソ
ケットの内側には、エポキシ系樹脂が成形されているの
で、高圧プラグを挿入する時に、高圧プラグの先端に設
けられた電極が、接触によって金属粉を生じることが無
いので、絶縁不良になることなく安定して高電圧を印加
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のマイクロフォーカスＸ線発生装置の
一実施例を示す図である。

【図２】 マイクロフォーカスＸ線発生装置の構成を示
す図である。

【図３】 従来のマイクロフォーカスＸ線発生装置の高
圧ソケット部の断面を示す図である。

【図４】 従来のマイクロフォーカスＸ線発生装置の高
圧プラグ部を示す図である。

【符号の説明】

１…リング電極 １ａ…電極 ２…リング電極 ２ａ…電極 ３…ピン電極 ３ａ…電極 ４…高圧ソケット ４ａ…高圧プラグ ５…フランジ ６…リード線 ７…ピン ８…電子発生源 ９…フィラメント １０…セラミックシェル １１…絶縁物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】陰極フィラメントから放出された電子を偏
   向器で方向を決め、高電圧で加速させ電子レンズで収束
   させて陽極ターゲットに衝突させ、Ｘ線を発生させるマ
   イクロフォーカスＸ線発生装置において、前記高電圧を
   電極に印加するために、高圧ソケットの外部の真空側全
   面に設けられた放出ガスの少ないセラミック製シェルと
   そのシェルの内側に成形され固着された樹脂製ソケット
   とを有する高圧ソケット部と、前記樹脂製ソケットに挿
   入する高圧プラグの挿入部分に成形された樹脂製プラグ
   を有する高圧プラグ部とを備えることを特徴とするマイ
   クロフォーカスＸ線発生装置。