JP2011113705A

JP2011113705A - Ｘ線管

Info

Publication number: JP2011113705A
Application number: JP2009267191A
Authority: JP
Inventors: Nobutada Aoki; 延忠青木; Eiji Seki; 英治関
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2011-06-09

Abstract

【課題】ターゲットの寿命延長機能を備えた小形のＸ線管を提供する。
【解決手段】真空容器13内に、電子ビーム16を発生する電子銃12を収容する。真空容器13は、真空容器本体20、ターゲット22、ターゲット22を支持するターゲット支持体23、および真空容器本体20とターゲット支持体23とを連結する連結体24を備える。連結体24は、金属製で、真空容器本体20とターゲット支持体23とに溶接などでそれぞれ気密に固定するとともに、真空容器本体20に対するターゲット支持体23の変位を許容する。ターゲット支持体23は、電子銃12が発生する電子ビーム16の軸に対して傾斜可能とするとともに、電子ビーム16の軸を中心とする円周方向に沿って傾斜させる方向を変更可能とする。ターゲット支持体23の傾斜させる方向の変更により、ターゲット22における電子ビーム16の照射点を未照射部分に変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子ビームをターゲットに照射してＸ線を放出させるＸ線管に関する。

一般的な微小焦点を有するＸ線管は、マイクロフォーカスＸ線管として既に製品化がなされており、対象物の微小領域を高分解能で検査する非破壊検査装置などに広く利用されている。このＸ線管は、電子源から放出される電子ビームを電磁レンズにより収束させ、ターゲット表面のμｍ台、またはそれ以下の狭い領域に焦点を持たせ、そこからＸ線を放出させる構成が採られている。一定量の電流値で、電子ビームを小さなスポットに収束させるためには、電子源と電磁レンズとを、マッチングをとって設計することが重要であるが、現在では、様々な工夫を凝らすことによって、０．１μｍに迫る微小焦点のＸ線管が達成されている。

ここで、電子ビームの収束サイズ（焦点サイズ）の微小化と、電子ビームエネルギー、電流量を増加させることは、高分解能と画像鮮明度を求める非破壊検査装置では必至のものとなる。反面、この要求に応えるためにはターゲットの耐久性を向上させることが課題であるが、その限界点に達する領域で、さらに動作時間を延長するためには、ターゲットに対する電子ビームの照射点を定期的に変更していく機能を持たせることが必要となる。

微小焦点型のＸ線管のほとんどは、ターゲットへの電子ビームの照射で発生したＸ線がターゲットを透過して放出される透過型ターゲットを適用しており、これはＢｅなどのＸ線透過率の高い基板の上にタングステンなどの重金属をコーティングしたものとなる。微小焦点化を進めていくと、このコーティング材が蒸気化して損耗していく限界の温度近くで動作させることになり、結果的にターゲットの寿命によって動作時間に制限が生じる。このターゲットのコーティング金属の厚さが規定以下にまで損耗した場合には、元のＸ線放射強度に復帰させためには、電子ビームの照射点を変更するか、ターゲットを交換するか、の２つの手法が考えられる。

現在の微小焦点型のＸ線管では、それら両方の方法を採るものが多く、Ｘ線管の構造としては、大型のイオンポンプを装着した開放型管球の構成を採るものがほとんどとなっている。

電子ビームの照射点を変更する手法としては、電子ビームの軌道上に磁界を形成して電子ビームを移動させる手法や（例えば、特許文献１参照。）、ターゲット自体を移動させる手法がある。電子ビームを移動させる手法では、Ｘ線の焦点がずれるため、調整が必要な場合があるが、ターゲット自体を移動させる手法では、そのようなＸ線の焦点のずれが発生しない。

ここで、図３を用いて、ターゲット自体を移動させる手法を用いたＸ線管の構造について説明する。

真空容器１の内部に収容した電子銃２が発生する電子ビーム３を真空容器１に配置したターゲット４の内面に収束させることによって微小焦点を形成し、この微小焦点で発生したＸ線５がターゲット４を透過して放出される。

ターゲット４はターゲット支持板６に取り付けられ、このターゲット支持板６がＯリング７を介してターゲット支持部（ヘッド）８に気密に取り付けられるとともに、Ｏリング７により気密状態を維持したままターゲット支持板６が回転できる構成になっている。ターゲット支持板６の回転軸を電子ビーム３の軸に対して偏心させておくことにより、ターゲット４における電子ビーム３の照射点が損耗した場合、ターゲット支持板６を回転させれば、電子ビーム３の照射点は未照射部分（新しいターゲット面）に移動することなる。

特開２００４−２６５６０２号公報（第１頁、図１）

しかしながら、ターゲット４自体を移動させる手法を用いたＸ線管では、電子ビーム３の照射点を変更することにより、ターゲット４の寿命を延長することが可能となるが、ターゲット４を移動させる場合には、Ｏリング７からの微小なリークを完全に抑えることができないことと、Ｏリング７の耐熱性の限界からＸ線管を事前に高い温度でベーキングしておくことが困難なことから、Ｘ線管を良好なコンディションにしておくうえで支障となってくる。

極限的な微小焦点化を求めたＸ線管では、電子源として、従来のタングステン・フィラメンに代えて、電子顕微鏡で用いられているＬａＢ₆やＴＦＥ（Thermal Field Emitter）を利用することが多く、これらの電子源を安定に動作させるためには、１０^-6Ｐａ台より良好な真空度を維持しておくことが必要となる。

したがって、上述したような微小なリークが生じることを防げない構成、および十分な高温でのベーキングが行えないような構成のＸ線管では、ターボ分子ポンプのような大排気の真空ポンプを備えることが必要であり、結果的にＸ線管が大形になる。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、ターゲットの寿命延長機能を備えた小形のＸ線管を提供することを目的とする。

本発明は、電子ビームを発生する電子銃と、真空容器本体、ターゲット、このターゲットを支持するターゲット支持体、および前記真空容器本体と前記ターゲット支持体とにそれぞれ気密に固定されて連結するとともに前記真空容器本体に対する前記ターゲット支持体の変位を許容する金属製の連結体を有し、前記電子銃が発生する電子ビームを前記ターゲットに照射するように前記電子銃を前記真空容器本体内に取り付けて収容した真空容器とを具備するものである。

本発明によれば、真空容器が、真空容器本体とターゲット支持体とにそれぞれ気密に固定されて連結するとともに真空容器本体に対するターゲット支持体の変位を許容する金属製の連結体を備えるため、十分な高温でＸ線管をベーキングすることが可能となるとともに、連結体を溶接などの完全な気密構造で固定することが可能となって、ターゲットに対する電子ビームの照射点の変更の際にもリークが発生せず、大形の真空ポンプを備える必要が無く、したがって、ターゲットの寿命延長機能を備えた小形のＸ線管を提供できる。

本発明の第１の実施の形態を示すＸ線管の断面図である。本発明の第２の実施の形態を示すＸ線管の断面図である。従来のＸ線管の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１に第１の実施の形態を示す。

Ｘ線管11は、電子銃12、およびこの電子銃12を収容するとともに所定の真空度が維持される真空容器13を備えている。

電子銃12は、電子ビーム16を発生する電子源、および電子ビーム16を加速、収束する電子レンズを有する。この電子銃12は、電子ビーム16の軸が真空容器13の管軸と同一になるように真空容器13内に収容されている。

また、真空容器13は、電子銃12を支持する筒状で金属製の真空容器本体20を有し、この真空容器本体20の一端側の環状のフランジ部21には透過型のターゲット22を支持したターゲット支持体23が連結体24を介して気密に連結され、真空容器本体20の他端側には絶縁筒25が気密に取り付けられている。

ターゲット22は、例えばＢｅなどのＸ線透過率の高い基板の上にタングステンなどの重金属をコーティングしたものなどが用いられる。このターゲット22への電子ビーム16の照射によって発生したＸ線17がターゲット22を透過して透過して真空容器13の外部に放出される。

ターゲット支持体23は、筒状の金属製で、一端側に形成された孔部を気密に閉塞してターゲット22が固定され、他端側の環状のフランジ部26に連結体24が連結されている。

連結体24は、変形可能な金属製の薄板により、環状で、ベローズの１山分と同じように両端周辺部域に対して中央域が内径方向に突出した断面略Ｖ字形または断面略Ｕ字形に形成され、つまり真空容器本体20とターゲット支持体23との間で伸縮可能な形状に形成されている。連結体24の一端周辺部がターゲット支持体23の環状のフランジ部26に溶接された溶接部24aによって気密に固定され、連結体24の他端周辺部が真空容器本体20の環状のフランジ部21に溶接された溶接部24aによって気密に固定されている。したがって、連結体24により、真空容器本体20とターゲット支持体23とが気密に連結されているとともに、真空容器本体20に対するターゲット支持体23の変位が許容されている。より具体的には、図１に示す例では、１８０°異なる連結体24の上部側が伸長し、下部側が収縮した状態にあり、ターゲット支持体23の傾斜する方向を変化させることに伴って、その１８０°異なる状態が円周方向に移動することになる。

絶縁筒25は、この絶縁筒25を通じて図示しない駆動電源から電子銃12に対して電子ビーム16を発生させる電圧、電流が供給される複数の端子27が配置されている。

また、真空容器13内には、真空容器13内のガスを吸着して真空度を維持するためのゲッタ28が配置されている。なお、このゲッタ28に代えて、小型のイオンポンプを用いてもよい。

このように構成されたＸ線管11は、電子銃12の電子源から放出される電子ビーム16が電磁レンズにより加速、収束されてターゲット22の内表面に照射され、そのターゲット22で発生したＸ線17がターゲット22を透過して外部に放出される。

また、このＸ線管11では、真空容器本体20に対してターゲット支持体23の円周方向の一部を押え付ければ、連結体24が変形して、ターゲット22およびターゲット支持体23の中心軸を、真空容器13の管軸つまり電子ビーム16の軸に対して傾斜させることができる。それによって、ターゲット22の内表面に対して電子ビーム16が照射される照射点を、ターゲット22の中心からずれた位置に移動させることが可能となる。

そのため、ターゲット22の内表面における電子ビーム16の照射点での損耗によって放出されるＸ線強度の減少が顕著になった場合には、真空容器本体20に対してターゲット支持体23が傾斜する方向である位相を、真空容器13の管軸つまり電子ビーム16の軸を中心とする円周方向に沿って変更する。これにより、ターゲット22の内表面における電子ビーム16の照射点が未照射部分（新しいターゲット面）に移動し、放出されるＸ線強度を復帰させることができる。

また、真空容器本体20に対してターゲット支持体23が傾斜する方向である位相を、真空容器13の管軸つまり電子ビーム16の軸を中心とする円周方向に沿って逐次変更することによって、ターゲット22の内表面における電子ビーム16の照射点はターゲット22の中心点を中心とする円周方向に移動することになり、１周分移動するまでターゲット22の寿命を延長させることが可能となる。

ここで、電子ビーム16の収束サイズ（焦点サイズ）は直径１μｍかそれ以下のものであるので、電子ビーム16の照射点が数μｍ〜１０μｍ移動できれば、ターゲット22の未照射部分（新しいターゲット面）を電子ビーム16の照射点とすることができる。したがって、連結体24についても数１０μｍの変形が可能なものであればよく、簡単な変形可能な構造を持った連結体24を設けるだけで十分なものとなる。

このように、Ｘ線管11は、真空容器13が、真空容器本体20とターゲット支持体23とにそれぞれ気密に固定されて連結するとともに真空容器本体20に対するターゲット支持体23の変位を許容する金属製の連結体24を備えるため、Ｏリングを用いずにすみ、十分な高温でＸ線管11をベーキングすることが可能となるとともに、連結体24を溶接などの完全な気密構造で固定することが可能となって、ターゲット22に対する電子ビーム16の照射点の変更の際にもリークが発生せず、大形の真空ポンプを備える必要が無く、ゲッタ28か小型のイオンポンプだけでも真空容器13内の高真空を維持することが可能となり、したがって、ターゲット22の寿命延長機能を備えた小形のＸ線管11を提供できる。

次に、図２に第２の実施の形態を示す。

第１の実施の形態のＸ線管11に、真空容器13の外部に配置されるガイド機構31を付加したものである。

このガイド機構31は、真空容器本体20のフランジ部21に対して回転可能に配置される環状のガイドリング32を有し、このガイドリング32の内周部にターゲット支持体23のフランジ部26が円周方向にスライド可能に係合する溝部33が形成されている。溝部33は、真空容器13の管軸と直交する方向の面（真空容器本体20のフランジ部21の一端面）に対して傾斜するように形成されている。すなわち、ガイドリング32の溝部33にフランジ部26が係合したターゲット支持体23およびこのターゲット支持体23に支持されたターゲット22の中心軸が、電子ビーム16の軸に対して傾斜されている。

ガイド機構31には、真空容器本体20に対してガイドリング32を固定したり移動可能とする固定手段や、真空容器本体20に対するガイドリング32の回動位置つまりターゲット支持体23が傾斜する方向である位相を位置決めする位置決め手段などを備えている。

ターゲット22に対する電子ビーム16の照射点を変更する場合には、ガイド機構31の固定手段を緩め、真空容器本体20に対してガイドリング32を回動させることにより、真空容器本体20に対してターゲット支持体23が傾斜する方向である位相を、真空容器13の管軸つまり電子ビーム16の軸を中心とする円周方向に沿って変更することができる。変更後は、ガイド機構31の固定手段により、真空容器本体20に対してガイドリング32を固定する。

位置決め手段として、例えば、真空容器本体20に対してガイドリング32の一定回動角度毎にマークをつけておくことにより、真空容器本体20に対するガイドリング32の回動位置の確認が容易となって、ガイドリング32が１周分回動するまでの管理が容易なものとなり、ターゲット22の同じポイントを電子ビーム16の照射点として二度使用することも防ぐことが可能となる。

このように、ガイド機構31を用いることにより、真空容器本体20に対してターゲット支持体23が傾斜する方向である位相を、真空容器13の管軸つまり電子ビーム16の軸を中心とする円周方向に沿って変更できるとともに、変更後の動作中にターゲット22における電子ビーム16の照射点が変動することを抑えることが可能となる。

また、ガイド機構31のガイドリング32を回動させることにより、真空容器本体20に対してターゲット支持体23が傾斜する方向である位相を、真空容器13の管軸つまり電子ビーム16の軸を中心とする円周方向に沿って容易に変更することができる。

なお、前記各実施の形態では、ターゲット22における電子ビーム16の照射点を変更するのに、連結体24を介して、真空容器13の管軸つまり電子ビーム16の軸に対してターゲット22を傾斜させるようにしたが、真空容器13の管軸つまり電子ビーム16の軸に対して直交する方向にターゲット22を移動させてもよい。

11 Ｘ線管
12 電子銃
13 真空容器
16 電子ビーム
20 真空容器本体
22 ターゲット
23 ターゲット支持体
24 連結体
31 ガイド機構

Claims

電子ビームを発生する電子銃と、
真空容器本体、ターゲット、このターゲットを支持するターゲット支持体、および前記真空容器本体と前記ターゲット支持体とにそれぞれ気密に固定されて連結するとともに前記真空容器本体に対する前記ターゲット支持体の変位を許容する金属製の連結体を有し、前記電子銃が発生する電子ビームを前記ターゲットに照射するように前記電子銃を前記真空容器本体内に取り付けて収容した真空容器と
を具備することを特徴とするＸ線管。
前記真空容器本体に対し、前記連結体を介して前記ターゲット支持体を変位させるとともに、変位させた位置で保持するガイド機構を具備する
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線管。
前記ガイド機構は、前記ターゲット支持体を、前記電子銃が発生する電子ビームの軸に対して傾斜させるとともに、その電子ビームの軸を中心とする円周方向に沿って傾斜させる方向を変更させる
ことを特徴とする請求項２記載のＸ線管。