JP5012374B2

JP5012374B2 - Ｘ線検査装置

Info

Publication number: JP5012374B2
Application number: JP2007253355A
Authority: JP
Inventors: 裕樹前田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: JP2009085667A

Description

本発明はＸ線管から発生するＸ線を利用して試料の状態などを検査するＸ線検査装置に関する。このＸ線検査装置には、試料内部を透視した透視像を得るＸ線透視装置や、試料の断面像を得るＸ線ＣＴ装置を含む。

図３にＸ線透視装置の模式図を示す。Ｘ線管５１の微小なＸ線焦点５２から発生したＸ線５８は広がりを持ってＸ線検出器５６に向かって放射される。Ｘ線管５１とＸ線検出器５６とに間には３次元的に移動可能な試料ステージ５３の上に載置された試料５４が配置される。Ｘ線５８は試料ステージ５３および試料５４を透過してＸ線検出器５６の２次元の検出面５７で検出され、その信号が計測されて試料のＸ線透視像が得られる。透視像の拡大率は、Ｘ線焦点５２からＸ線検出器５６の検出面５７までの距離（ＳＩＤ）とＸ線焦点５２から試料５４の観察点５５までの距離（ＳＯＤ）の比ＳＩＤ／ＳＯＤで表される。詳細に試料が観察できるよう拡大率を上げるためには、ＳＩＤを大きくし、または、ＳＯＤを小さくすればよい。最大拡大率が得られる状態は、ＳＩＤは装置の物理的制約が許す最大距離であり、ＳＯＤは試料とＸ線管が密着したときである。また、透視している視野を変更する場合は試料ステージ５３を駆動してＸ線光軸５９に垂直な面内で試料を移動させればよい。

従来技術の例として、特許文献１にはＸ線透視装置の拡大率を大きくする構成が記載されている。
特開２００２−２０２２７２

透視像の拡大率を大きくしたいときには試料ステージはＸ線管と密着した状態となる。透視の視野を移動する場合には試料ステージはＸ線放射方向（Ｘ線光軸）と直交する面内で駆動される。拡大率が大きい状態で試料ステージを駆動するときに、試料ステージの駆動が低速である場合には問題は少ないが、高速で移動する場合には試料ステージとＸ線管が接触した状態であると摩擦によって部品が磨耗することが問題となる。とくに、一般的に縦型と呼ばれるＸ線透視装置で、Ｘ線の放射方向が鉛直方向でありＸ線管が下方に配置されＸ線検出器が上方に配置され、それらの間に試料ステージを配置した装置の場合、重力による試料ステージのたわみも存在するので、試料ステージとＸ線管が接触したときの影響が大きくなる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、透視像の拡大率を大きくするために試料ステージとＸ線管を密着させたときにもＸ線管やその周辺部材に悪影響を及ぼさないＸ線検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、試料にＸ線を照射し試料を透過したＸ線を検出して試料の検査を行うＸ線検査装置において、Ｘ線を放射するＸ線放射窓を有するＸ線管と、前記Ｘ線管と対向して配置されＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器の間に配置されＸ線放射方向に移動可能であるとともにＸ線放射方向と交差する面内で移動可能な試料ステージとを備え、前記Ｘ線放射窓の周辺には前記試料ステージが前記Ｘ線放射窓に接触することを防ぐための保護部材を備えるとともに、前記保護部材の材質は少なくとも表面がフッ素樹脂であることを特徴とする。

Ｘ線透視像を高拡大率で観察する場合には試料を載置している試料ステージはＸ線管と密着させた状態となる。このときに試料ステージの一部とＸ線管の一部は接触することになるが、試料ステージがＸ線放射窓への接触を防ぐための保護部材をＸ線放射窓の周辺に備えることで試料ステージとＸ線放射窓が接触することを避けることができる。その結果として、試料ステージの材料やＸ線放射窓が磨耗すること、磨耗により発生した粉塵がＸ線放射窓に堆積すること等を防ぐことができる。

上記の保護部材は前記Ｘ線管の先端部であってＸ線放射窓の周囲に設けられているとともに、保護部材の先端はＸ線放射窓の先端より０．１〜０．５ｍｍだけＸ線放射方向に突出していることが望ましい。

Ｘ線透視像を高拡大率で観察する場合には試料を載置している試料ステージはＸ線管と密着させた状態となる。このときに試料ステージの一部とＸ線管の一部は接触することになるが、試料ステージがＸ線放射窓への接触を防ぐための保護部材をＸ線放射窓の周辺に備えることで試料ステージとＸ線放射窓が接触することを避けることができる。その結果として、試料ステージの材料やＸ線放射窓が磨耗すること、磨耗により発生した粉塵がＸ線放射窓に堆積すること等を防ぐことができる。保護部材の材質は少なくとも表面がフッ素樹脂であることが適当である。

また保護部材の先端はＸ線放射窓の先端より０．１〜０．５ｍｍだけＸ線放射方向に突出しているとしているのは、次の理由からである。透視像の拡大率を大きくするためにはなるべく試料ステージがＸ線放射窓に近づく必要がある。したがって、保護部材の先端が大きく突出していては拡大率が大きくならないという不具合が生じる。また、突出量があまりに小さくては試料ステージのわずかな変形などによりＸ線放射窓に接触する恐れが出てくる。これらの事情を鑑みて、保護部材の先端はＸ線放射窓の先端より０．１〜０．５ｍｍだけ突出することが適当である。

上述の保護部材の材質の少なくとも表面をフッ素樹脂とするのは、フッ素樹脂は摩擦係数が非常に小さく磨耗に強い材質だからである。

本発明によれば、高拡大のＸ線透視像を得るために、試料ステージをＸ線管に密着することができる。密着しても試料ステージとＸ線放射窓が直接的に接触することがないので、Ｘ線放射窓を形成する材料が磨耗することがなくＸ線管をいためる可能性が低くなる。ひいてはＸ線管やＸ線検査装置全体のメンテナンスの手間を少なくすることができる。

図１を用いて本発明の一実施の形態を説明する。図１は縦型のＸ線透視装置であって、正面から見た模式図である。

Ｘ線管１は鉛直の上方に向かってＸ線を放射するように配置され、Ｘ線検出器６は２次元的にＸ線を検出する検出面７がＸ線管１に対向するように下方に向けて配置される。Ｘ線管１とＸ線検出器６との間には試料ステージ３が配置される。試料ステージ３は試料５を載せてＸ線光軸９の方向（Ｚ軸）に駆動されるとともに、Ｚ軸に垂直な水平面内で互いに直交する２つの軸（Ｘ軸とＹ軸）により２次元的に駆動される。Ｘ線光軸９はＸ線管１から広がりを持ってコーンビーム状に放射されるＸ線の中心を示す方向であって、図１の配置では鉛直の方向である。

Ｘ線検出器６はフラットパネル型の検出器であり、平面状の検出面７によって２次元的な面としてＸ線を検出することができる。このＸ線検出器６はＸ線光軸に対して傾動するように構成し、斜め方向からの透視像が得られるようにしてもよい。なお、Ｘ線検出器６はフラットパネル型に限られず、イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラを組み合わせたものを使用することもできる。

Ｘ線管１はほぼ円筒形状のケースの端面にＸ線放射窓１３を有している。Ｘ線放射窓はベリリウムなどのＸ線を透過しやすい材料でできており、その内側には例えばタングステンなどのターゲット物質が薄膜として形成されている。この薄膜のターゲット物質にＸ線管内で発生させた電子ビームを集束して衝突させることによりＸ線が発生する。Ｘ線の発生領域は直径が１〜数μｍ程度の大きさであり点光源とみなすことができる。このＸ線の発生点をＸ線焦点２と呼ぶ。

Ｘ線焦点２で発生したＸ線８はＸ線放射窓１３を通って上方に放射される。試料ステージ３のカーボン板などからなる試料載置部１５の上には試料４が載置され、Ｘ線８は試料ステージ３と試料４を透過してＸ線検出器６によって検出される。このとき試料４の内部にある観察点５の映像が透過像として観察されることになる。Ｘ線焦点２と観察点５までの光軸方向の距離がＳＯＤであり、Ｘ線焦点２とＸ線検出器６の検出面７までの光軸方向の距離がＳＩＤであって、得られる透視像の拡大率αは、α＝ＳＩＤ／ＳＯＤとして計算される。

試料ステージは互いに直交する水平面内の２軸（Ｘ軸とＹ軸）、および、鉛直方向（Ｚ軸）からなる３軸方向に移動可能である。Ｘ軸とＹ軸は透視観察される視野を変更するときに駆動され、Ｚ軸は透視倍率を変更するときに駆動される。上述の拡大率αの式から分かるとおり、ＳＩＤが一定とすれば、ＳＯＤを大きくすれば拡大率αが小さくなり、ＳＯＤを小さくすれば拡大率αが大きくなる。

拡大率αを最大にしようとすれば観察点５をＸ線焦点２に可能な限り近づける必要がある。そのためにＸ線放射窓１３はＸ線管１の端部で最も突出するように構成されている。さらに試料ステージ３の試料載置部１５はＸ線放射窓１３に密着するまで駆動可能である。そうすると試料載置部１５はＸ線放射窓１３に接触することになるが、本発明では、試料載置部１５とＸ線放射窓１３が直接的に接触しないようにするためにＸ線放射窓１３の周囲に保護部材１１を配置している。

図２（ａ）にＸ線管１を光軸方向から見た図を示すように、保護部材１１はＸ線放射窓１３の周囲を取り囲むように配置されたリング状の部材である。図２（ｂ）は保護部材１１の他の例であって、Ｘ線放射窓１３の周囲の複数箇所に島状の保護部材１１を配置している。この図では保護部材１１は４個配置したが、少なくとも３個あればよく、実際上は４〜８個程度が適当である。保護部材１１の材質としては摩擦係数が小さく磨耗に耐えるフッ素樹脂が適当である。他の材料表面にフッ素樹脂を被覆したような材料を使用してもよい。保護部材１１はネジ止めなどによりＸ線管１の先端部に固定されている。ただし、固定のためのネジの頭は保護部材１１の表面には出ないようにしておく。また、保護部材１１をネジ止めなどによって固定することにすれば、かりに使用中に試料ステージ３と接触することによって多少磨耗したり傷んだとしても簡単に交換が可能である。

保護部材１１の先端表面１２はＸ線放射窓１３の先端表面１４よりもＸ線光軸方向にわずかに突出するような寸法となっている。例えば、Ｘ線放射窓１３の先端表面１４に対する保護部材１１の先端表面１２の突出量は０．１ｍｍから０．５ｍｍ程度が望ましい。この突出量は大きければ拡大率αの最大値を制限してしまうので望ましくない。また、この突出量があまりに小さければ試料載置部１５のわずかな撓みや凹凸などにより試料載置部の下面がＸ線放射窓に接触する恐れが高くなるので現実的ではない。

装置の操作中に透視の拡大率αを上げるときには試料ステージ３をＸ線放射窓１３に近づけるが、試料ステージ３の試料載置部１５の下面は最初に保護部材１１の先端表面１２に当たるのでＸ線放射窓１３に直接接触することがない。拡大率αを大きくした状態で視野移動を行うとき、試料載置部１５の下面が保護部材１１の先端表面１２に接触したまま試料載置部１５がＸＹ軸によって駆動されることとなる。このときでも保護部材１１は摩擦係数が小さい材料からなっているので磨耗することがなく、粉塵なども発生しない。この効果は試料ステージ３の駆動速度が大きい装置では顕著となる。

一般的にＸ線放射窓はＸ線の吸収係数の小さいベリリウムやアルミニウムが使用される。とくにアルミニウムは柔らかいので磨耗に弱い。また試料ステージの試料載置部は、これもＸ線の吸収係数の小さいものが使われ、アルミニウムやカーボンファイバー入りのＦＲＰなどが使用される。本発明装置は摩擦係数の小さい保護部材を備えることでＸ線放射窓の磨耗が起こらないようにすることができる。さらに試料ステージ側の部材をも磨耗から保護することができる。

さらに、部品の磨耗を防ぐという点についてのみいえば、試料ステージ側に磨耗対策をすることも考えられるが、実際には、試料ステージ側に部品が追加されるとＸ線の吸収が増えてしまうという問題が新たに発生する。また、一般に試料ステージ側はＸ線管と比較して複雑な構造をしているので、部品が傷んだ場合の交換が容易ではない。このような事情を考えても、本発明の構成は簡単で効果がある。

上述の説明ではＸ線透視装置を例に説明したが、断層像を得ることのできるＸ線ＣＴ装置にも本発明は有効である。また、Ｘ線光軸が鉛直方向となる縦型の装置に限られず、Ｘ線光軸が水平方向にある装置にも本発明は有効である。

本発明のＸ線検査装置の概略図である。保護部材の形状例を示す図である。Ｘ線透視装置の概略説明図である。

符号の説明

１…Ｘ線管、２…Ｘ線焦点、３…試料ステージ、４…試料、５…観察点、６…Ｘ線検出器、７…検出面、８…Ｘ線、９…Ｘ線光軸、１１…保護部材、１２…先端表面、１３…Ｘ線放射窓、１４…先端表面、５１…Ｘ線管、５２…Ｘ線焦点、５３…試料ステージ、５４…試料、５５…観察点、５６…Ｘ線検出器、５７…検出面、５８…Ｘ線、５９…Ｘ線光軸

Claims

試料にＸ線を照射し試料を透過したＸ線を検出して試料の検査を行うＸ線検査装置において、Ｘ線を放射するＸ線放射窓を有するＸ線管と、前記Ｘ線管と対向して配置されＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器の間に配置されＸ線放射方向に移動可能であるとともにＸ線放射方向と交差する面内で移動可能な試料ステージとを備え、前記Ｘ線放射窓の周辺には前記試料ステージが前記Ｘ線放射窓に接触することを防ぐための保護部材を備えるとともに、前記保護部材の材質は少なくとも表面がフッ素樹脂であることを特徴とするＸ線検査装置。
前記保護部材は前記Ｘ線管の先端部であって前記Ｘ線放射窓の周囲に設けられているとともに、前記保護部材の先端は前記Ｘ線放射窓の先端より０．１〜０．５ｍｍだけＸ線放射方向に突出していることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。