JP2011129430A

JP2011129430A - Ｘ線検査装置

Info

Publication number: JP2011129430A
Application number: JP2009288153A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Tanaka; 敏文田中; 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: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-06-30

Abstract

【課題】試料を高分解能で検査することが可能なＸ線検査装置を提供することを目的とする。
【解決手段】固定ベース４０と、電子を放出する電子銃１１と、電子銃１１から放出された電子が衝突する陽極ターゲット１２と、陽極ターゲット１２を支持するヘッド部１５Ｂ及びボディ部１５Ａを有するとともに電子銃１１を収容する真空外囲器１５と、を有するＸ線管１０と、Ｘ線管１０から放出されたＸ線を検出するセンサ２０と、Ｘ線管１０とセンサ２０との間に位置するとともに試料を保持する試料ステージ３０と、ボディ部１５Ａを固定ベース４０に固定する第１固定部材５０Ａと、ヘッド部１５Ｂを固定ベース４０に固定する第２固定部材５０Ｂと、を備えている。
【選択図】図２

Description

この発明は、Ｘ線を発生するＸ線管を有するＸ線検査装置に関する。

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いる。微小焦点を有するＸ線管は、検査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。このようなＸ線管において、例えば、特許文献１によれば、電子銃から放出された電子ビームをビーム収束用磁気レンズにより収束させる技術が開示されている。

また、マイクロフォーカスＸ線源などの放射状Ｘ線照射源とするＸ線検査装置において、簡単な機構を用いて２次元Ｘ線透過像を生成するために、例えば、特許文献２によれば、Ｘ線放射源とラインディテクタを対峙させて、Ｘ線放射が確実にラインディテクタに入射するようにして固定した間に、被険体を載置するステージがラインディタクタの軸に垂直方向に往復動するようにした試料台を介設して、固定されたラインディタクタを横切る方向に被検体を往復動させることにより、被検体の隣接する位置ごとに１次元のＸ線透過プロフィールを取得し、この１次元Ｘ線測定結果を集積複合して２次元Ｘ線透過像を生成する技術が開示されている。

微小焦点を有するＸ線管を用いたＸ線検査装置において、電子源から放出された電子ビームが陽極ターゲットに衝突することにより熱が発生し、Ｘ線管が熱膨張することがあり、検査対象物である試料に対して電子が衝突する陽極ターゲットの微小焦点の位置がずれてしまうことがある。また、Ｘ線検査装置の起動時における振動により、試料に対して微小焦点の位置がずれてしまうことがある。これにより、試料を高分解能で検査することができないことがある。

特開２００４−２８８４５号公報特開２００４−２３９８１５号公報

この発明の目的は、試料を高分解能で検査することが可能なＸ線検査装置を提供することにある。

この発明の一態様によれば、固定ベースと、電子を放出する電子銃と、前記電子銃から放出された電子が衝突する陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットを支持するヘッド部及びボディ部を有するとともに前記電子銃を収容する真空外囲器と、を有するＸ線管と、前記Ｘ線管から放出されたＸ線を検出するセンサと、前記Ｘ線管と前記センサとの間に位置するとともに試料を保持する試料ステージと、前記ボディ部を前記固定ベースに固定する第１固定部材と、前記ヘッド部を前記固定ベースに固定する第２固定部材と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、試料を高分解能で検査することが可能なＸ線検査装置を提供することができる。

図１は、この発明の一実施の形態に係るＸ線検査装置のＸ線管の構成を概略的に示す断面図である。図２は、この発明の一実施の形態に係るＸ線検査装置の構成を概略的に示す断面図である。図３は、他の実施の形態に係るＸ線検査装置の構成を概略的に示す断面図である。

以下、本発明の一態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本実施の形態に係るＸ線検査装置に用いられるＸ線管の構成の一例について図１を参照して説明する。図１に示すように、Ｘ線管１０は、電子銃１１と、陽極ターゲット１２と、真空外囲器１５と、を有している。

電子銃１１は、電子（電子ビーム）を放出する電子源（図示しない）と、放出された電子を収束する収束機構（図示しない）と、を備えている。電子銃１１は、絶縁筒１３によって支持されている端子部１４と接続されている。電子銃１１は、端子部１４を介して駆動電源（図示しない）と接続されている。

陽極ターゲット１２は、電子銃１１の電子を放出する電子放出面ＳＦと対向するように配置されている。陽極ターゲット１２は、電子銃１１から放出された電子が衝突する微小焦点（電子衝突面）を有している。微小焦点は、ミクロンオーダ、またはそれ以下の領域である。

真空外囲器１５の内部には、ゲッタ１６が収容されており、ゲッタ１６によって真空状態に維持されている。なお、真空状態を維持する手段として、ゲッタ１６に限らず、イオンポンプなどの真空ポンプを用いてもよい。

真空外囲器１５は、電子銃１１を収容している。真空外囲器１５は、略円筒状のボディ部１５Ａと、ヘッド部１５Ｂと、を有している。ここでは、ボディ部１５Ａには、電子銃１１の一部が固定されている。これにより、ボディ部１５Ａは、電子銃１１を支持している。ヘッド部１５Ｂは、電子放出面ＳＦと対向する開口ＡＰを有している。ヘッド部１５Ｂには、開口ＡＰを塞ぐように、陽極ターゲット１２の一部が固定されている。これにより、ヘッド部１５Ｂは、陽極ターゲット１２を支持している。ここでは、ヘッド部１５Ｂには、固定用ネジ穴１５Ｈが設けられている。ヘッド部１５Ｂは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの剛性の高い材料によって形成されている。

つまり、真空外囲器１５内には電子銃１１が固定されており、真空外囲器１５の一端には陽極ターゲット１２が固定されている。真空外囲器１５は、電子銃１１と陽極ターゲット１２とが対向するように、電子銃１１と陽極ターゲット１２とを固定している。

このようなＸ線管１０の動作時において、電子銃１１に端子部１４を介して駆動電源から電圧及び電流が供給され、電子銃１１の電子源が電子を放出する。電子銃１１は、陽極ターゲット１２に向けて放出された電子を加速させ、収束させる。電子銃１１から放出された電子は、陽極ターゲット１２に衝突し、Ｘ線が発生する。Ｘ線は、陽極ターゲット１２を透過して、Ｘ線管１０の外側に向かって放出される。

次に、本実施の形態に係るＸ線検査装置の一例の構成について図２を参照して説明する。図２に示すように、Ｘ線検査装置１は、Ｘ線管１０と、センサ２０と、試料ステージ３０と、固定ベース４０と、第１固定部材５０Ａと、第２固定部材５０Ｂと、を有している。

センサ２０は、Ｘ線管１０の陽極ターゲット１２に対向するように配置されている。センサ２０は、Ｘ線管１０から放出されたＸ線を検出する。センサ２０は、データを収集する。収集されたデータにより透過画像が得られる。

試料ステージ３０は、検査対象物である試料ＳＡを保持する。試料ステージ３０は、Ｘ線管１０とセンサ２０との間に位置している。試料ステージ３０は、移動可能である。

固定ベース４０は、定盤４０Ａと、第１ベース部４０Ｂ１と、第２ベース部４０Ｂ２と、第３ベース部４０Ｂ３と、を有している。第１ベース部４０Ｂ１、第２ベース部４０Ｂ２及び第３ベース部４０Ｂ３は、定盤４０Ａの上に固定されている。

第１ベース部４０Ｂ１の上には、Ｘ線管１０が配置されている。ここでは、第１ベース部４０Ｂ１は、固定用ネジ穴（図示しない）を有している。第２ベース部４０Ｂ２の上には、試料ステージ３０が固定されている。ここでは、第２ベース部４０Ｂ２は、剛性の高い材料によって形成されている。第３ベース部４０Ｂ３の上には、センサ２０が固定されている。

第１固定部材５０Ａは、Ｘ線管１０の真空外囲器１５のボディ部１５Ａを固定ベース４０の第１ベース部４０Ｂ１に固定している。つまり、第１ベース部４０Ｂ１には、第１固定部材５０ＡによりＸ線管１０が固定されている。ここでは、第１固定部材５０Ａは、第１ベース部４０Ｂ１の固定用ネジ穴と略同等のサイズの固定用穴部（図示しない）を有している。第１固定部材５０Ａは、ボディ部１５Ａの外周面に沿って架け渡されている。この第１固定部材５０Ａは、固定用ネジ５０Ｓを第１固定部材５０Ａの固定用穴部に貫通させ、第１ベース部４０Ｂ１に設けられた固定用ネジ穴に嵌め込むことによって第１ベース部４０Ｂ１に固定されている。

第２固定部材５０Ｂは、Ｘ線管１０の真空外囲器１５のヘッド部１５Ｂを固定ベース４０の第２ベース部４０Ｂ２に固定している。つまり、第２ベース部４０Ｂ２には、第２固定部材５０Ｂ及び試料ステージ３０が固定されている。第２固定部材５０Ｂは、陽極ターゲット１２により近い位置でヘッド部１５Ｂに固定されていることが望ましい。

ここでは、第２固定部材５０Ｂは、Ｘ線管１０の真空外囲器１５よりも熱伝導率が高い金属製フランジ、金属板などによって形成されている。第２固定部材５０Ｂは、ヘッド部１５Ｂの外周面に沿って架け渡され、固定用ネジ（図示しない）をヘッド部１５Ｂに設けられた固定用ネジ穴１５Ｈに嵌め込むことによってヘッド部１５Ｂに固定されている。

このようなＸ線検査装置１において、試料ＳＡを試料ステージ３０の上に配置し、Ｘ線管１０から放出されたＸ線が試料ＳＡに照射されるように試料ステージ３０を移動させ試料の位置を調節する。Ｘ線検査装置１の起動時において、Ｘ線管１０から放出されたＸ線が試料ＳＡに照射され、試料ＳＡを透過したＸ線をセンサ２０が検出し、検出したデータから透過画像が得られる。なお、試料ステージ３０を移動させることによって、試料ＳＡの任意の領域にＸ線を照射することができ、その照射領域を検査することができる。

ところで、微小焦点を有するＸ線管１０を用いたＸ線検査装置１において、電子銃１１から放出された電子ビームが陽極ターゲット１２に衝突することにより熱が発生し、Ｘ線管１０が熱膨張することがある。これにより、陽極ターゲット１２の位置が変動することがあるため、試料ＳＡに対して陽極ターゲット１２の微小焦点の位置がずれることがある。

また、Ｘ線検査装置１のＸ線管１０の真空外囲器１５の中央部分を固定部材によって固定ベース部に固定するような構成の場合において、Ｘ線検査装置１の起動時における振動による影響を陽極ターゲット１２が受けやすく、試料ＳＡに対して陽極ターゲット１２の微小焦点の位置がずれることがある。つまり、１μｍ以下の微小焦点で、試料ＳＡに対して陽極ターゲット１２の微小焦点の位置を維持することができないことがあり、微小焦点の性能が発揮できないことがある。これにより、センサ２０によって得られる透過画像にぶれが生じ、試料ＳＡを高分解能で検査ができないことがある。

これに対して、本実施の形態において、第１固定部材５０Ａがボディ部１５Ａを固定し、第２固定部材５０Ｂが陽極ターゲット１２を支持するヘッド部１５Ｂを固定しているため、Ｘ線管１０の熱膨張あるいは振動が抑制され、陽極ターゲット１２の位置の変動を抑制することができ、試料ＳＡに対する陽極ターゲット１２の微小焦点の位置の変動を抑制することができる。

また、本実施の形態において、第２固定部材５０Ｂが陽極ターゲット１２により近い位置でヘッド部１５Ｂを固定しているため、さらに陽極ターゲット１２の位置の変動を抑制することができ、試料ＳＡに対する陽極ターゲット１２の微小焦点の位置の変動を抑制することができる。

さらに、本実施の形態において、第２固定部材５０ＢがＸ線管１０の真空外囲器１５より、熱伝導性の高い材料によって形成されているため、電子ビームが陽極ターゲット１２に衝突することにより発生する熱をＸ線管１０から第２固定部材５０Ｂを介してＸ線管１０の外部へ放熱することができる。これにより、Ｘ線管１０の熱膨張を抑制することができ、さらに試料ＳＡに対する陽極ターゲット１２の微小焦点の位置の変動を抑制することができる。

さらに、本実施の形態において、第２ベース部４０Ｂ２が剛性の高い材料によって形成されているため、第２ベース部４０Ｂ２の熱膨張を抑制することができ、第２ベース部４０Ｂ２の上に配置された第２固定部材５０Ｂの位置の変動を抑制することができ、ヘッド部１５Ｂの位置の変動を抑制することができる。これにより、さらに陽極ターゲット１２の位置の変動を抑制することができ、試料ＳＡに対する陽極ターゲット１２の微小焦点の位置の変動を抑制することができる。

以上、本実施の形態によれば、試料ＳＡに対する陽極ターゲット１２の微小焦点の位置の変動を抑制することが可能となり、試料ＳＡを高分解能で検査することが可能なＸ線検査装置を提供することができる。

なお、真空外囲器１５のボディ部１５Ａとヘッド部１５Ｂとが一体的に形成されていてもよい。このとき、ボディ部１５Ａは、電子銃１１が固定されている位置より絶縁筒１３側の部分であり、ヘッド部１５Ｂは、電子銃１１が支持されている位置より陽極ターゲット１２側の部分である。

次に、他の実施の形態について図３を参照して説明する。この図３に示したＸ線検査装置１は、図２に示したＸ線検査装置１と比較して冷却器を備えている点で異なる。なお、他の構成については、図２に示した例と同一であるため、同一の参照符号を付して詳細な説明は省略する。

すなわち、Ｘ線管１０の真空外囲器１５のボディ部１５Ａは、第１固定部材５０Ａによって第１ベース部４０Ｂ１に固定されている。ヘッド部１５Ｂは、第２固定部材５０Ｂによって第２ベース部４０Ｂ２に固定されている。

図３に示すように、Ｘ線検査装置１は、冷却器６０を有している。冷却器６０は、第２ベース部４０Ｂ２を冷却している。冷却器６０は、例えば、冷却液によって満たされた配管６０Ｐ及びポンプ（図示しない）を有しており、ポンプによって冷却液を循環させることにより第２ベース部４０Ｂ２を冷却している。

この実施の形態においても、図２に示した例と同様の効果が得られる。

また、この実施の形態において、第２ベース部４０Ｂ２が冷却器６０によって冷却されているため、電子ビームが陽極ターゲット１２に衝突することにより発生する熱をさらにＸ線管１０からＸ線管１０の外部へと放出することができ、Ｘ線管１０の熱膨張を抑制することができ、試料ＳＡに対する陽極ターゲット１２の微小焦点の位置の変動を抑制することができる。

さらに、この実施の形態において、第２ベース部４０Ｂ２が冷却器６０によって冷却されているため、さらに第２ベース部４０Ｂ２の熱膨張を抑制することができ、第２固定部材５０Ｂの位置の変動を抑制することができ、ヘッド部１５Ｂの位置の変動を抑制することができる。これにより、さらに陽極ターゲット１２の位置の変動を抑制することができ、試料ＳＡに対する陽極ターゲット１２の微小焦点の位置の変動を抑制することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

４０…固定ベース１１…電子銃１２…陽極ターゲット１５Ａ…ボディ部１５Ｂ…ヘッド部１５…真空外囲器１０…Ｘ線管２０…センサ３０…試料ステージ５０Ａ…第１固定部材５０Ｂ…第２固定部材

Claims

固定ベースと、
電子を放出する電子銃と、前記電子銃から放出された電子が衝突する陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットを支持するヘッド部及びボディ部を有するとともに前記電子銃を収容する真空外囲器と、を有するＸ線管と、
前記Ｘ線管から放出されたＸ線を検出するセンサと、
前記Ｘ線管と前記センサとの間に位置するとともに試料を保持する試料ステージと、
前記ボディ部を前記固定ベースに固定する第１固定部材と、
前記ヘッド部を前記固定ベースに固定する第２固定部材と、
を備えたことを特徴とするＸ線検査装置。
前記第２固定部材は、前記真空外囲器よりも熱伝導率が高い材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
前記固定ベースは、前記第１固定部材を固定する第１ベース部と、前記試料ステージ及び前記第２固定部材を固定する第２ベース部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
さらに、前記第２ベース部を冷却する冷却器を備えたことを特徴とする請求項３に記載のＸ線検査装置。