JP5687001B2 - Ｘ線発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線発生装置に関する。

Ｘ線発生装置として、電子ビームを出射する電子銃部と、基板と、基板に埋設されており電子ビームの入射によりＸ線を発生する材料からなるターゲット体と、を有するターゲット部と、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ターゲット部として、ダイヤモンドからなる基板と、基板に非貫通状態にて埋設されたタングステン等からなるターゲット部と、を備えるものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−０２８８４５号公報 米国特許第５１４８４６２号明細書

Ｘ線発生装置では、電子銃部から出射された電子ビームをターゲット体に入射させて、ターゲット体からＸ線を放射させているが、装置の構成部材の熱膨張等の要因により、装置の駆動開始当初と比較して、電子ビームの照射野とターゲット体との位置関係が変化してしまうことがある。電子ビームの照射野とターゲット体との位置関係が変化すると、ターゲット体の一部にしか電子ビームが照射されないため、所望のＸ線量を得ることが困難となってしまう。

本発明は、電子ビームの照射野とターゲット体との位置関係が変化するのを抑制して、所望のＸ線量を安定して得ることが可能なＸ線発生装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＸ線発生装置は、電子ビームを出射する電子銃部と、基板と、該基板に埋設されており電子ビームの入射によりＸ線を発生する材料からなるターゲット体と、を有するターゲット部と、電子銃部から出射された電子ビームの進路を変更可能な電子ビーム偏向部と、ターゲット体からの反射電子又はターゲット体から発生したＸ線又はターゲット電流を検出する検出部と、検出部の検出信号に基づいて電子ビーム偏向部を制御する制御部と、を備え、電子ビームのターゲット部での照射野がターゲット体を含んでおり、制御部は、電子ビーム偏向部を制御して、電子ビームのターゲット部での照射野内にターゲット体が常に含まれるように、照射野をターゲット部上において二次元的に走査することを特徴とする。

本発明に係るＸ線発生装置では、制御部が電子ビーム偏向部を制御して、電子ビームのターゲット部での照射野内にターゲット体が常に含まれるように、当該照射野をターゲット部上において二次元的に走査しているので、電子ビームの照射野とターゲット体との位置関係の変化が抑制されることとなる。この結果、本発明によれば、所望のＸ線量を安定して得ることができる。

好ましくは、制御部は、電子ビームのターゲット部での照射野内にターゲット体が含まれている状態において、照射野をターゲット部上で回転走査するように電子ビーム偏向部を制御する。この場合、電子ビームの照射により得られるＸ線量が略一定となり、Ｘ線の発生状態が安定するように制御することができる。

好ましくは、検出部は、ターゲット体からの反射電子又はターゲット体から発生したＸ線を検出し、制御部は、検出部での検出量が一定であるか否かを判定し、一定でないと判定した場合に、検出量が増加する方向に回転走査の中心を移動させるように、電子ビーム偏向部を制御する。この場合、Ｘ線の発生状態を安定させるための制御を確実且つ容易に行なうことができる。

好ましくは、検出部は、ターゲット電流を検出し、制御部は、検出部での検出量が一定であるか否かを判定し、一定でないと判定した場合に、検出量が減少する方向に回転走査の中心を移動させるように、前記電子ビーム偏向部を制御する。この場合、Ｘ線の発生状態を安定させるための制御を確実且つ容易に行なうことができる。

好ましくは、制御部は、電子ビームのターゲット部での照射野内にターゲット体が含まれている状態において、照射野をターゲット部上で交差する２方向に走査するように電子ビーム偏向部を制御する。この場合、電子ビームの照射により得られるＸ線量が最大となるように制御することができる。

好ましくは、検出部は、ターゲット体からの反射電子又はターゲット体から発生したＸ線を検出し、制御部は、２方向それぞれについて、検出部での検出量が最大となるように、電子ビーム偏向部を制御する。この場合、最大Ｘ線量を得るための制御を確実且つ容易に行なうことができる。

好ましくは、検出部は、ターゲット電流を検出し、制御部は、２方向それぞれについて、検出部での検出量が最小となるように、電子ビーム偏向部を制御する。この場合、最大Ｘ線量を得るための制御を確実且つ容易に行なうことができる。

好ましくは、制御部は、電子ビームのターゲット部での照射野内にターゲット体が含まれていない場合、照射野内にターゲット体が含まれるまで電子ビームを二次元的に走査させ、ターゲット体の位置を特定する。この場合、電子ビームのターゲット部での照射野内にターゲット体が含まれていない場合であっても、ターゲット体の位置を確実且つ容易に特定することができる。

好ましくは、制御部は、電子ビームのターゲット部での照射野内にターゲット体が含まれていない場合、照射野内にターゲット体が含まれるまで電子ビームをデフォーカスさせ、ターゲット体の位置を特定する。この場合、電子ビームのターゲット部での照射野内にターゲット体が含まれていない場合であっても、ターゲット体の位置を確実且つ容易に特定することができる。

好ましくは、制御部は、ターゲット体を含むデフォーカスされた電子ビームの照射野の輪郭に対応する円軌道に沿って、フォーカスした電子ビームを走査するように、電子ビーム偏向部を制御する。この場合、ターゲット体の位置を特定した後、電子ビームの照射野内にターゲット体が含まれるように、確実且つ容易に走査することができる。

本発明によれば、電子ビームの照射野とターゲット体との位置関係が変化するのを抑制して、所望のＸ線量を安定して得ることが可能なＸ線発生装置を提供することができる。

本実施形態に係るＸ線発生装置を示す概略構成図である。 ターゲット部の構成を示す図である。 コントローラによるコイル部の制御を説明するためのフロー図である。 コントローラによるコイル部の制御を説明するための模式図である。 コントローラによるコイル部の制御を説明するための模式図である。 回転走査における円軌道上の位置と、反射電子強度との関係の一例を示す線図である。 コントローラによるコイル部の制御を説明するための模式図である。 回転走査における円軌道上の位置と、反射電子強度との関係の一例を示す線図である。 コントローラによるコイル部の制御を説明するための模式図である。 回転走査における円軌道上の位置と、反射電子強度との関係の一例を示す線図である。 コントローラによるコイル部の制御を説明するための模式図である。 コントローラによるコイル部の制御を説明するための模式図である。 コントローラによるコイル部の制御を説明するためのフロー図である。 コントローラによるコイル部の制御を説明するための模式図である。 コントローラによるコイル部の制御を説明するための模式図である。 Ｙ軸方向の走査における位置と、反射電子強度との関係の一例を示す線図である。 コントローラによるコイル部の制御を説明するための模式図である。 Ｘ軸方向の走査における位置と、反射電子強度との関係の一例を示す線図である。 ターゲット体の位置の検出を説明するための模式図である。 ターゲット体の位置の検出を説明するための模式図である。 ターゲット体の位置の検出を説明するための模式図である。 回転走査における円軌道上の位置と、反射電子強度との関係の一例を示す線図である。 ターゲット体の位置の検出を説明するための模式図である。 ターゲット体の位置の検出を説明するための模式図である。 ターゲット体の位置の検出を説明するための模式図である。 本実施形態に係るＸ線発生装置の変形例を示す概略構成図である。 本実施形態に係るＸ線発生装置の変形例を示す概略構成図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照して、本実施形態に係るＸ線発生装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るＸ線発生装置を示す概略構成図である。

Ｘ線発生装置１は、開放型であり、使い捨てに供される閉鎖型と異なり、真空状態を任意に作り出すことができ、ターゲット部Ｔや電子銃部３のカソード等の交換を可能にしている。Ｘ線発生装置１は、動作時に真空状態になる円筒形状のステンレス製の筒状部５を有している。筒状部５は、下側に位置する固定部５ａと上側に位置する着脱部５ｂとからなり、着脱部５ｂはヒンジ（不図示）を介して固定部５ａに取り付けられている。従って、着脱部５ｂが、ヒンジを介して横倒しになるように回動することで、固定部５ａの上部を開放させることができ、固定部５ａ内に収容されている電子銃部３（カソード）へのアクセスを可能にする。

着脱部５ｂ内には、集束レンズとして機能する筒状のコイル部７と、偏向コイル（電子ビーム偏向部）として機能する筒状のコイル部９が設けられると共に、コイル部７，９の中心を通るよう、筒状部５の長手方向に電子通路１１が延在している。電子通路１１はコイル部７，９で包囲される。着脱部５ｂの下端にはディスク板１３が蓋をするように固定され、ディスク板１３の中心には、電子通路１１の下端側に一致させる電子導入孔１３ａが形成されている。

着脱部５ｂの上端は円錐台に形成され、頂部には、電子通路１１の上端側に位置して透過型のＸ線出射窓を形成するターゲット部Ｔが装着されている。ターゲット部Ｔは、着脱自在な回転式キャップ部（不図示）内にアースさせた状態で収容されている。従って、キャップ部の取り外しによって、消耗品であるターゲット部Ｔの交換も可能になる。

固定部５ａには真空ポンプ１７が固定され、真空ポンプ１７は筒状部５内全体を高真空状態にするためのものである。すなわち、Ｘ線発生装置１が真空ポンプ１７を装備することによって、ターゲット部Ｔやカソード等の交換が可能になっている。

筒状部５の基端側には、電子銃部３との一体化が図られたモールド電源部１９が固定されている。モールド電源部１９は、電気絶縁性の樹脂（例えば、エポキシ樹脂）でモールド成形させたものであると共に、金属製のケース内に収容されている。

モールド電源部１９内には、高電圧（例えば、ターゲット部Ｔをアースさせる場合には最大−１６０ｋＶ）を発生させるようなトランスを構成させた高圧発生部（不図示）が封入されている。モールド電源部１９は、下側に位置して直方体形状をなすブロック状の電源本体部１９ａと、電源本体部１９ａから上方に向けて固定部５ａ内に突出する円柱状のネック部１９ｂとからなる。高圧発生部は、電源本体部１９ａ内に封入されている。ネック部１９ｂの先端部には、電子通路１１を挟むように、ターゲット部Ｔに対峙させるよう配置させた電子銃部３が装着されている。モールド電源部１９の電源本体部１９ａ内には、高圧発生部に電気的に接続させた電子放出制御部（不図示）が封入されている。電子放出制御部は、電子銃部３に接続されており、電子の放出のタイミングや管電流などを制御している。

ターゲット部Ｔは、図２にも示されるように、基板２１と、ターゲット体２３と、を有している。基板２１は、Ｘ線透過性および放熱性に優れた材料、例えばダイヤモンドからなり、板状である。基板２１は、互いに対向する第１及び第２主面２１ａ，２１ｂを有している。基板２１の厚みは、例えば１００μｍ程度に設定されている。ターゲット体２３は、基板２１の第１主面２１ａ側に位置している。ターゲット体２３は、基板２１とは異なる材料からなる金属（例えば、タングステン、金、白金等）によって円柱状に形成されており、ナノサイズ（例えば、外径が１００ｎｍ程度）とされている。本実施形態では、ターゲット体２３の金属として、タングステン（Ｗ）を採用している。

再び、図１を参照する。Ｘ線発生装置１は、反射電子検出部としての反射電子検出器３１と、制御部としてのコントローラ３３と、を備えている。反射電子検出器３１は、図示しない経路を介して、又は電子通路１１中における、ターゲット部Ｔに向かう電子ビームＥＢに対して互いに影響を受けないような位置に、ターゲット体２３を臨むように着脱部５ｂの上端側に配置されており、ターゲット部Ｔ（ターゲット体２３）で反射された電子（反射電子）を検出する。

コントローラ３３は、モールド電源部１９の高圧発生部及び電子放出制御部を制御する。これにより、電子銃部３とターゲット部Ｔ（ターゲット体２３）との間に所定の電流電圧が印加され、電子銃部３から電子ビームＥＢが出射する。電子銃部３から出射された電子ビームＥＢは、コントローラ３３により制御されたコイル部７にて適切に収束されて、ターゲット体２３に入射する。このとき、ターゲット部Ｔに垂直な方向（電子入射方向）から見て、電子ビームＥＢのターゲット部Ｔ上での照射野内にターゲット体２３が含まれるように、例えば電子ビームＥＢのターゲット部Ｔ上での照射野の径は、ターゲット体２３の径よりも大きくされる。ターゲット体２３に電子ビームＥＢが入射すると、ターゲット体２３からＸ線ＸＲが放射され、このＸ線ＸＲは、基板２１を透過して外部に出射される。

また、コントローラ３３は、反射電子検出器３１が検出する反射電子の強度をリアルタイムに監視し、ターゲット部Ｔ（ターゲット体２３）からの反射電子の強度とターゲット部Ｔ（ターゲット体２３）において設定された位置情報に基づいて、コイル部９を制御する。このとき、コイル部９は、電子銃部３からの電子ビームＥＢを、電子ビームＥＢの照射野がターゲット部Ｔ上で二次元的に走査するように偏向する。

電子ビームＥＢを物質に照射した時、物質の原子番号に依存する量の反射電子が放出される（原子番号が大きいほど、多くの反射電子を放出する）。本実施形態では、ダイヤモンドからなる基板２１中にタングステンからなるターゲット体２３を埋設しているので、より多くの反射電子を検出した場所をターゲット体２３と判定することができる。そこで、コントローラ３３は、より多くの反射電子を得られるように電子ビームＥＢの偏向を制御する。

続いて、図３〜図１２を参照して、コントローラ３３によるコイル部９の制御の一例について説明する。図３は、コントローラによるコイル部の制御を説明するためのフロー図である。図４、図５、図７、図９、図１１、及び図１２は、コントローラによるコイル部の制御を説明するための模式図である。図６、図８、及び図１０は、回転走査における円軌道上の位置と、反射電子強度との関係の一例を示す線図である。ターゲット体２３には、ハッチングを付している。

まず、コントローラ３３は、ターゲット体２３の位置を検出した後（Ｓ１０１）、電子ビームの照射野Ｆをターゲット部Ｔ上において回転走査するように、コイル部９を制御する（Ｓ１０３）。ターゲット体２３の位置検出に関しては、予めターゲット体２３の座標データを取得しておくことにより、ターゲット体２３の位置データを検出してもよく、後述する手法により位置データを検出してもよい。

上記回転走査では、図４に示されるように、電子ビームの照射野Ｆに少なくともターゲット体２３の一部が含まれた状態において、電子ビームの照射野Ｆが所定の中心Ｃ回りに所定の半径を有する円軌道に沿って走査される。このとき、電子ビームの照射野Ｆ下にターゲット体２３全体が含まれた状態で、電子ビームの照射野Ｆが回転走査されると（図５参照）、反射電子検出器３１にて検出される反射電子の量、すなわち反射電子強度は、図６に示されるように、所定の値（最大値）で一定になる。このため、反射電子強度が所定の最大値となるように電子ビームの照射位置を設定することができれば、所望のＸ線状態が得られることとなる。

ところで、回転走査における円軌道の中心Ｃと、ターゲット体２３の中心とが重なった状態では（図７参照）、電子ビームの照射野Ｆ下にターゲット体２３の全体を含む状態ではないものの、図８に示されるように、反射電子強度は最大値よりも小さい値で一定（図８中、破線にて示された特性）となる懼れがある。

そこで、コントローラ３３は、反射電子検出器３１にて検出される反射電子強度が所定の値で略一定であるか否かを判定し（Ｓ１０５）、反射電子強度が所定の値で略一定である場合には、図５に示されるように、電子ビームの照射野Ｆ下にターゲット体２３全体が含まれた状態を保持するように、回転走査を継続する。

円軌道の位置によって電子ビームの照射野Ｆに含まれるターゲット体２３の領域の大きさが変化する場合（図９参照）、反射電子強度は、図１０に示されるように、変動する。そこで、反射電子強度が所定の値で略一定でない場合には、反射電子強度の変動データと円軌道上の位置情報とを照合し、値が増加する方向に円軌道の中心Ｃを移動させる（Ｓ１０７）。そして、Ｓ１０３に戻り、中心Ｃを移動させた新たな円軌道に沿って電子ビームの照射野Ｆが走査され、制御を継続する。

電子ビームの照射野Ｆにターゲット体２３の少なくとも一部が含まれている場合、回転走査の円軌道の半径を必要以上に大きく設定する必要はない。したがって、回転走査における円軌道ＣＯ（電子ビームの照射野Ｆの中心の軌道）の中心Ｃは、図１１に示されるように、電子ビームの照射野Ｆ内（照射野Ｆの境界線も含む）に設定することが好ましい。回転走査における円軌道の半径（円軌道の中心Ｃと電子ビーム照射野Ｆの中心との距離）は、電子ビームの照射野Ｆの半径より小さいことがより好ましい。

回転走査における円軌道の半径は、予め決められた一定の値でもよく、また、反射電子強度の値に基づいて徐々に小さくしてもよい。回転走査における円軌道の半径を小さくすることにより、より適切な電子ビームの照射が可能となる。特に、回転走査における円軌道の中心がターゲット体２３の中心と一致している場合、上述したように、反射電子強度が一定となるものの、図１２に示されるように、円軌道の半径を小さくしていくことにより、反射電子強度が大きくなる。

上述した回転走査は、常に継続して行なう必要はない。例えば、反射電子強度が所望の値で略一定である場合には、回転走査を中止し、電子ビームの照射野Ｆの位置を固定してもよい。そして、所定の時間（例えば、５分等）の経過後に、再度回転走査を開始してもよい。または、反射電子検出器３１にて照射野Ｆの位置を固定している状態での反射電子強度をモニタリングしておき、反射電子強度が低下した場合に、再度回転走査を始めてもよい。

Ｘ線発生装置では、次のような要因により、装置の駆動開始当初と比較して、電子ビームの照射野Ｆとターゲット体との位置関係が変化してしまう懼れがある。

例えば、電子銃部のカソードが自身の発熱により膨張変形して、電子ビームを出射する位置が移動してしまう。これにより、ターゲット部（ターゲット体）に対する電子ビームの到達位置が変化してしまう。

例えば、電子軌道や電子ビームの集束を制御する各コイル部の発熱膨張により、電子レンズ形状が変化してしまう。これにより、電子ビーム軌道が変化してしまう。

例えば、電子ビームの照射により炭化物（Ｘ線発生装置の封止箇所に使用する真空グリース等に起因）が分解され、分解された炭化物が電子通過路等の筐体内部に付着することにより、チャージアップが発生する。このチャージアップによって電界が不均一となり、電子ビームの軌道が変化してしまう。

しかしながら、本実施形態のＸ線発生装置１では、コントローラ３３がコイル部９を制御して、電子ビームの照射野Ｆをターゲット部Ｔ上において二次元的に走査することで、ターゲット体２３の位置を特定し、電子ビームのターゲット部Ｔでの照射野Ｆ内にターゲット体２３が常に含まれるように制御している。これにより、電子ビームの照射野Ｆとターゲット体２３との位置関係の変化が抑制されることとなる。この結果、本実施形態によれば、所望のＸ線量やＸ線焦点径を安定して得ることができる。

特に、本実施形態では、コントローラ３３は、電子ビームのターゲット部Ｔでの照射野Ｆ内にターゲット体２３が含まれている状態において、電子ビームの照射野Ｆをターゲット部Ｔ上で回転走査するようにコイル部９を制御している。これにより、Ｘ線発生装置１では、電子ビームの照射により得られるＸ線量が略一定となり、Ｘ線の発生状態が安定するように制御することができる。

本実施形態においては、コントローラ３３は、反射電子検出器３１が検出する反射電子の量（反射電子強度）が一定であるか否かを判定し、一定でないと判定した場合に、反射電子強度が増加する方向に回転走査における円軌道の中心を移動させるように、コイル部９を制御している。これにより、Ｘ線発生装置１では、Ｘ線の発生状態を安定させるための制御を確実且つ容易に行なうことができる。

本実施形態のＸ線発生装置１では、ターゲット体２３のサイズで決まる分解能が得られることとなる。ターゲット体２３がナノサイズとされていることから、Ｘ線焦点径が拡がるようなことはなく、分解能の劣化が抑制される。したがって、Ｘ線発生装置１では、Ｘ線量を増やしつつ、ナノオーダー（数十〜数百ｎｍ）での分解能を得ることができる。

次に、図１３〜図１８を参照して、コントローラ３３によるコイル部９の制御の他の一例について説明する。図１３は、コントローラによるコイル部の制御を説明するためのフロー図である。図１４、図１５、及び図１７は、コントローラによるコイル部の制御を説明するための模式図である。図１６及び図１８は、ＸＹ方向の走査における直線軌道上の位置と、反射電子強度との関係の一例を示す線図である。

まず、コントローラ３３は、ターゲット体２３の位置を検出した後（Ｓ２０１）、電子ビームの照射野Ｆをターゲット部Ｔ上において交差する２方向うち一方の方向に走査するように、コイル部９を制御する（Ｓ２０３）。ターゲット体２３の位置検出に関しては、上述したように、予めターゲット体２３の座標データを取得しておくことにより、ターゲット体２３の位置データを検出してもよく、後述する手法により位置データを検出してもよい。以下、本例では、交差する２方向を互いに直交する方向とし、一方の方向をＹ方向、他方の方向をＸ方向とする。

上記Ｙ方向走査では、図１４に示されるように、電子ビームの照射野Ｆに少なくともターゲット体２３の一部が含まれた状態において、電子ビームの照射野ＦがＹ方向に沿ってライン状に往復走査される。例えば、図１５に示されたような状態で、電子ビームの照射野Ｆ下にターゲット体２３全体が含まれた状態で、電子ビームの照射野Ｆが下方から上方へＹ軸方向に走査されると、反射電子検出器３１にて検出される反射電子の量、すなわち反射電子強度は、図１６に示されるように、電子ビームの照射野Ｆが最下方にある位置から電子ビームの照射野Ｆの中心とターゲット体２３の中心とのＹ軸方向での位置が一致する位置までは、増加する。そして、電子ビームの照射野Ｆの中心とターゲット体２３の中心とのＹ軸方向での位置が一致する位置から上方に走査されると、反射電子強度は減少していく。そこで、反射電子強度が減少すると、走査方向を反転させ、電子ビームの照射野Ｆを上方から下方へＹ軸方向に走査させる。このような操作を繰り返すことにより、反射電子強度が最大となるＹ軸方向での位置を特定することが可能となる。

つまり、コントローラ３３は、Ｓ２０３において、電子ビームの照射野ＦがＹ軸のプラス方向に所定の長さだけ移動するように、コイル部９を制御する。そして、コントローラ３３は、反射電子検出器３１にて検出される反射電子強度が減少したか否かを判定し（Ｓ２０５）、反射電子強度が減少していないと判断した場合には、Ｓ２０３に戻り、電子ビームの照射野ＦがＹ軸のプラス方向に更に所定の長さだけ移動するように、コイル部９を制御し、処理を繰り返す。

一方、コントローラ３３は、Ｓ２０５にて、反射電子強度が減少したと判断した場合には、電子ビームの照射野ＦがＹ軸のマイナス方向に所定の長さだけ移動するように、コイル部９を制御する（Ｓ２０７）。そして、コントローラ３３は、反射電子検出器３１にて検出される反射電子強度が減少したか否かを判定し（Ｓ２０９）、反射電子強度が減少していないと判断した場合には、Ｓ２０７に戻り、電子ビームの照射野ＦがＹ軸のマイナス方向に更に所定の長さだけ移動するように、コイル部９を制御し、処理を繰り返す。

そして、コントローラ３３は、Ｓ２０９にて、反射電子強度が減少したと判断した場合には、Ｓ２０３に戻り、電子ビームの照射野ＦがＹ軸のプラス方向に更に所定の長さだけ移動するように、コイル部９を制御し、処理を繰り返す。

このようにして、電子ビームの照射野Ｆにおける、反射電子強度が最大となるＹ軸方向での位置を特定し、Ｙ軸方向での電子ビーム固定位置を決定する。また、コントローラ３３において、電子ビームの照射野ＦのＹ軸方向での位置と、反射電子強度とが関係付けることが可能な場合には、コントローラ３３は、電子ビームの照射野ＦのＹ軸方向への一度の走査により、反射電子強度が最大となる位置を取得し、当該位置に電子ビームの照射野Ｆが一致するように、コイル部９を制御してもよい。

そして、Ｙ軸方向における電子ビームの位置を固定した後、Ｘ軸方向への走査を開始する。図１７に示されるように、電子ビームの照射野Ｆが左側から右側へＸ軸方向に走査されると、反射電子検出器３１にて検出される反射電子の量、すなわち反射電子強度は、図１８に示されるように、電子ビームの照射野Ｆが最下方にある位置から電子ビームの照射野Ｆの中心とターゲット体２３の中心とのＸ軸方向での位置が一致する位置までは、増加する。そして、電子ビームの照射野Ｆの中心とターゲット体２３の中心とのＸ軸方向での位置が一致する位置から右側に走査されると、反射電子強度は減少していく。そこで、反射電子強度が減少すると、走査方向を反転させ、電子ビームの照射野Ｆを右側から左側へＸ軸方向に走査させる。このような操作を繰り返すことにより、反射電子強度が最大となるＸ軸方向での位置を特定することが可能となる。

したがって、コントローラ３３は、Ｘ軸方向についても、上述したＹ軸方向への走査と同様に、電子ビームの照射野Ｆを走査するように、コイル部９を制御する。これにより、Ｘ軸方向についても、反射電子強度が最大となる位置を特定することが可能となる。Ｘ軸方向の走査に関しては、図１３における対応するステップに「Ｘ軸」を括弧書きで追記することにより、詳細な説明を省略する。このようにして、Ｘ軸上においてもＹ軸上においても反射電子強度が最大となる位置を特定することができる。また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の走査の順番は逆でもよい。

上述したＸＹ方向の走査は、常に継続して行なう必要はない。例えば、反射電子強度が所望の値で略一定である場合には、走査を中止し、電子ビームの照射野Ｆの位置を固定してもよい。そして、所定の時間（例えば、５分等）の経過後に、再度走査を開始してもよい。または、反射電子検出器３１にて照射野Ｆの位置を固定している状態での反射電子強度をモニタリングしておき、反射電子強度が低下した場合に、再度走査を始めてもよい。

以上のように、本例においては、コントローラ３３がコイル部９を制御して、電子ビームの照射野Ｆをターゲット部Ｔ上において二次元的に走査することで、ターゲット体２３の位置を特定し、電子ビームのターゲット部Ｔでの照射野Ｆ内にターゲット体２３が常に含まれるように制御している。これにより、電子ビームの照射野Ｆとターゲット体２３との位置関係の変化が抑制されることとなり、所望のＸ線量及びＸ線焦点径を安定して得ることができる。

特に、本例では、コントローラ３３は、電子ビームのターゲット部Ｔでの照射野Ｆ内にターゲット体２３が含まれている状態において、照射野Ｆをターゲット部Ｔ上で交差する２方向（ＸＹ軸方向）に走査するようにコイル部９を制御している。これにより、本例においては、電子ビームの照射により得られるＸ線量が最大となるように制御することができる。

本例においては、コントローラ３３は、２方向それぞれについて、反射電子検出器３１での検出量が最大となるように、コイル部９を制御している。これにより、最大Ｘ線量を得るための制御を確実且つ容易に行なうことができる。

また、ターゲット体２３に対して電子ビームの照射野Ｆが完全に外れ、電子ビームの照射野Ｆにターゲット体２３が含まれていない場合、照射野Ｆの大きさを維持した状態で、ターゲット部Ｔ上を二次元的に走査し、反射電子検出器３１の反射電子強度を元に、ターゲット体２３の位置の検出を行ってもよい。その際の二次元的な走査は、回転走査でも、照射野Ｆをターゲット部Ｔ上で交差する２方向に走査してもよい。すなわち、照射野Ｆ内にターゲット体２３が一部でも含むような位置を検出できればよい。これらの場合、電子ビームのターゲット部Ｔでの照射野Ｆ内にターゲット体２３が含まれていない場合であっても、ターゲット体の位置を確実且つ容易に特定することができる。

ところで、ターゲット体２３の位置の検出は、次の手法により行なうことも可能である。

図１９（ａ）に示されるように、ターゲット体２３に対して電子ビームの照射野Ｆが完全に外れ、電子ビームの照射野Ｆにターゲット体２３が含まれていない場合、図１９（ｂ）に示されるように、電子ビームの照射野Ｆにターゲット体２３の一部が含まれて、反射電子検出器３１にて反射電子が検出される領域（図１９（ｂ）中、実線にて示した領域）まで電子ビームをデフォーカスする。これにより、少なくともターゲット体２３を含む領域が特定され、走査すべき領域を特定することができる。このとき、ターゲット体２３は上記領域の縁部に位置していることは自明なので、図２０に示されるように、デフォーカスした領域（図中、一点鎖線にて表示）に内接するように回転走査するのが好ましい。そして、この走査により、ターゲット体２３の位置を検出することができる。

また、図２１に示されるように、電子ビームの照射野Ｆにターゲット体２３の全体が含まれるまで、デフォーカスしてもよい。電子ビームの照射野Ｆにターゲット体２３の全体が含まれるまでデフォーカスした場合、反射電子強度は、図２２に示されるように、所定の大きさの半径を超えれば、ターゲット体２３全体を含むようになるので、略一定となる。

このため、図２３に示されるように、反射電子強度が略一定となり始める円（図中、一点鎖線にて表示）に内接するように回転走査することで、ほぼターゲット体２３全体を含む位置を特定することができる。この場合は、データが最大値を示す位置がターゲット体２３の位置となる。

実際には、デフォーカスすることにより単位面積あたりの電子量が減少するため、一定の管電流では上記したグラフのように一定値とはならない。しかしながら、反射電子強度の変化の傾向は把握することができ、凡そでの位置検出は可能である。また、デフォーカスするにつれて管電流値を大きくし、同一の電子量となるように制御してもよい。

図２４に示されるように、反射電子強度が略一定となり始める円の半径よりも僅かに大きい半径の円（図中、一点鎖線にて表示）に沿って回転走査すると、完全にターゲットを内部に含んだ状態の電子ビームを得ることができる。管電流の制御によって、データに正確性があれば、最大値を示す位置を最終目的位置とすることもできる。上述した僅かに大きいとは、図２５に示されるように、電子ビームの照射野Ｆの直径からターゲット体２３の直径を引いた値を超えない値である。

以上のように、本実施形態でのコントローラ３３は、電子ビームのターゲット部Ｔでの照射野Ｆ内にターゲット体２３が含まれていない場合、照射野Ｆ内にターゲット体２３が含まれるまで電子ビームをデフォーカスさせ、ターゲット体２３の位置を特定してもよい。これにより、電子ビームのターゲット部Ｔでの照射野Ｆ内にターゲット体２３が含まれていない場合であっても、ターゲット体の位置を確実且つ容易に特定することができる。

特に、コントローラ３３は、ターゲット体２３を含むデフォーカスされた電子ビームの照射野Ｆの輪郭に対応する円軌道に沿って、フォーカスした電子ビームを走査するように、コイル部９を制御する。これにより、ターゲット体２３の位置を特定した後、電子ビームの照射野Ｆ内にターゲット体２３が含まれるように、確実且つ容易に走査することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

本実施形態では、コントローラ３３は、反射電子強度に基づいてコイル部９を制御していたが、これに限られることなく、特性Ｘ線量に基づいてコイル部９を制御してもよい。この場合、図２６に示されるように、反射電子検出器３１に代えて、Ｘ線検出器４１を用いることが好ましい。電子ビームを物質に照射したとき、Ｘ線が発生する。Ｘ線は連続スペクトルの制動Ｘ線と線スペクトルの特性Ｘ線に分けられ、特性Ｘ線は元素に固有のエネルギーを有する。ターゲット体２３を構成するＷのＫ列特性Ｘ線のエネルギーは略５９．３ｋｅＶであり、Ｌ列特性Ｘ線のエネルギーは略８．４ｋｅＶ、略９．７ｋｅＶである。したがって、コントローラ３３は、上述した反射電子強度と同様に、Ｘ線検出器４１にて検出される特性Ｘ線量が所定の値で一定、もしくは最大となるように電子ビームの偏向を制御する。

本実施形態では、基板２１がダイヤモンドからなり、ターゲット体２３がタングステンからなる。この場合、電子ビームの照射により基板２１から発生するＸ線量と、電子ビームの照射によりターゲット体２３から発生するＸ線量と、が大きく異なる。このように、基板２１から発生するＸ線量とターゲット体２３から発生するＸ線量とが大きく異なる場合には、特性Ｘ線量のみではなく、Ｘ線検出器４１にて全体的なＸ線量を検出し、Ｘ線検出器４１にて検出される全体的なＸ線量が所定の値で一定、もしくは最大となるように電子ビームの偏向を制御してもよい。

コントローラ３３は、ターゲット部Ｔから検出されるターゲット電流値に基づいてコイル部９を制御してもよい。この場合、図２７に示されるように、ターゲット電流を検出する電流検出器５１（電流検出部）を設け、コントローラ３３にターゲット部Ｔからの検出信号（ターゲット電流値）が入力される。電流検出部は、コントローラ３３自体が備えていてもよい。

電子ビームを物質に照射した時、物質の原子番号に依存する量の電子が吸収される。すなわち、原子番号が大きいほどターゲット電流値は小さく、原子番号が小さいほどターゲット電流値は大きい。本実施形態では、ダイヤモンドからなる基板２１中にタングステンからなるターゲット体２３を埋設しているので、ターゲット電流値が小さい場所をターゲット体２３と判定することができる。そこで、コントローラ３３は、ターゲット電流値がより小さくなるように電子ビームＥＢの偏向を制御する。例えば、コントローラ３３は、ターゲット電流値が一定であるか否かを判定し、一定でないと判定した場合に、ターゲット電流値が減少する方向に回転走査の中心を移動させるように、電子ビームＥＢの偏向を制御する。また、コントローラ３３は、Ｙ軸方向及びＸ軸方向それぞれについて、ターゲット電流値が最小となるように、電子ビームＥＢの偏向を制御する。

ターゲット体２３の数は、一つに限られことなく、複数であってもよい。また、複数のターゲット体２３の材料をそれぞれ異ならせ、異なるエネルギーのＸ線を発生させてもよい。また、ターゲット部Ｔ上における電子ビームの照射野Ｆの形状は円形に限らず、楕円形であってもよい。

１…Ｘ線発生装置、３…電子銃部、９…コイル部、２１…基板、２３…ターゲット体、３１…反射電子検出器、３３…コントローラ、４１…Ｘ線検出器、５１…電流検出器、ＥＢ…電子ビーム、Ｆ…照射野、Ｔ…ターゲット部。

Claims (8)

1. 電子ビームを出射する電子銃部と、
   基板と、該基板に埋設されており前記電子ビームの入射によりＸ線を発生する材料からなるターゲット体と、を有するターゲット部と、
   前記電子銃部から出射された前記電子ビームの進路を変更可能な電子ビーム偏向部と、
   前記ターゲット体からの反射電子又は前記ターゲット体から発生したＸ線又はターゲット電流を検出する検出部と、
   前記検出部の検出信号に基づいて前記電子ビーム偏向部を制御する制御部と、を備え、
   電子入射方向から見て、前記電子ビームの前記ターゲット部上での照射野内に前記ターゲット体が含まれるように、前記電子ビームの前記ターゲット部上での照射野の径は、前記ターゲット体の径よりも大きく、
   前記電子ビームの前記ターゲット部での照射野が前記ターゲット体を含んでおり、
   前記制御部は、
   前記電子ビーム偏向部を制御して、前記電子ビームの前記ターゲット部での前記照射野内に前記ターゲット体が常に含まれるように、前記照射野を前記ターゲット部上において二次元的に走査し、
   前記電子ビームの前記ターゲット部での前記照射野内に前記ターゲット体が含まれている状態において、前記照射野を前記ターゲット部上で交差する２方向に走査するように前記電子ビーム偏向部を制御することを特徴とするＸ線発生装置。
2. 前記検出部は、前記ターゲット体からの反射電子又は前記ターゲット体から発生したＸ線を検出し、
   前記制御部は、前記２方向それぞれについて、前記検出部での検出量が最大となるように、前記電子ビーム偏向部を制御することを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
3. 電子ビームを出射する電子銃部と、
   基板と、該基板に埋設されており前記電子ビームの入射によりＸ線を発生する材料からなるターゲット体と、を有するターゲット部と、
   前記電子銃部から出射された前記電子ビームの進路を変更可能な電子ビーム偏向部と、
   前記ターゲット体からの反射電子又は前記ターゲット体から発生したＸ線又はターゲット電流を検出する検出部と、
   前記検出部の検出信号に基づいて前記電子ビーム偏向部を制御する制御部と、を備え、
   前記電子ビームの前記ターゲット部での照射野が前記ターゲット体を含んでおり、
   前記検出部は、前記ターゲット体からの反射電子又は前記ターゲット体から発生したＸ線を検出し、
   前記制御部は、
   前記電子ビーム偏向部を制御して、前記電子ビームの前記ターゲット部での前記照射野内に前記ターゲット体が常に含まれるように、前記電子ビームの前記ターゲット部での前記照射野内に前記ターゲット体が含まれている状態において、前記照射野を前記ターゲット部上で回転走査し、
   前記検出部での検出量が一定であるか否かを判定し、一定でないと判定した場合に、前記検出量が増加する方向に回転走査の中心を移動させるように、前記電子ビーム偏向部を制御することを特徴とするＸ線発生装置。
4. 電子ビームを出射する電子銃部と、
   基板と、該基板に埋設されており前記電子ビームの入射によりＸ線を発生する材料からなるターゲット体と、を有するターゲット部と、
   前記電子銃部から出射された前記電子ビームの進路を変更可能な電子ビーム偏向部と、
   前記ターゲット体からの反射電子又は前記ターゲット体から発生したＸ線又はターゲット電流を検出する検出部と、
   前記検出部の検出信号に基づいて前記電子ビーム偏向部を制御する制御部と、を備え、
   前記電子ビームの前記ターゲット部での照射野が前記ターゲット体を含んでおり、
   前記検出部は、ターゲット電流を検出し、
   前記制御部は、
   前記電子ビーム偏向部を制御して、前記電子ビームの前記ターゲット部での前記照射野内に前記ターゲット体が常に含まれるように、前記電子ビームの前記ターゲット部での前記照射野内に前記ターゲット体が含まれている状態において、前記照射野を前記ターゲット部上で回転走査し、
   前記検出部での検出量が一定であるか否かを判定し、一定でないと判定した場合に、前記検出量が減少する方向に回転走査の中心を移動させるように、前記電子ビーム偏向部を制御することを特徴とするＸ線発生装置。
5. 電子ビームを出射する電子銃部と、
   基板と、該基板に埋設されており前記電子ビームの入射によりＸ線を発生する材料からなるターゲット体と、を有するターゲット部と、
   前記電子銃部から出射された前記電子ビームの進路を変更可能な電子ビーム偏向部と、
   前記ターゲット体からの反射電子又は前記ターゲット体から発生したＸ線又はターゲット電流を検出する検出部と、
   前記検出部の検出信号に基づいて前記電子ビーム偏向部を制御する制御部と、を備え、
   前記電子ビームの前記ターゲット部での照射野が前記ターゲット体を含んでおり、
   前記検出部は、ターゲット電流を検出し、
   前記制御部は、
   前記電子ビーム偏向部を制御して、前記電子ビームの前記ターゲット部での前記照射野内に前記ターゲット体が常に含まれるように、前記電子ビームの前記ターゲット部での前記照射野内に前記ターゲット体が含まれている状態において、前記照射野を前記ターゲット部上で交差する２方向に走査し、
   前記２方向それぞれについて、前記検出部での検出量が最小となるように、前記電子ビーム偏向部を制御することを特徴とするＸ線発生装置。
6. 前記制御部は、前記電子ビームの前記ターゲット部での前記照射野内に前記ターゲット体が含まれていない場合、前記照射野内に前記ターゲット体が含まれるまで電子ビームを二次元的に走査させ、前記ターゲット体の位置を特定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＸ線発生装置。
7. 電子ビームを出射する電子銃部と、
   基板と、該基板に埋設されており前記電子ビームの入射によりＸ線を発生する材料からなるターゲット体と、を有するターゲット部と、
   前記電子銃部から出射された前記電子ビームの進路を変更可能な電子ビーム偏向部と、
   前記ターゲット体からの反射電子又は前記ターゲット体から発生したＸ線又はターゲット電流を検出する検出部と、
   前記検出部の検出信号に基づいて前記電子ビーム偏向部を制御する制御部と、を備え、
   前記電子ビームの前記ターゲット部での照射野が前記ターゲット体を含んでおり、
   前記制御部は、
   前記電子ビーム偏向部を制御して、前記電子ビームの前記ターゲット部での前記照射野内に前記ターゲット体が常に含まれるように、前記照射野を前記ターゲット部上において二次元的に走査し、
   前記電子ビームの前記ターゲット部での前記照射野内に前記ターゲット体が含まれていない場合、前記照射野内に前記ターゲット体が含まれるまで電子ビームをデフォーカスさせ、前記ターゲット体の位置を特定することを特徴とするＸ線発生装置。
8. 前記制御部は、前記ターゲット体を含むデフォーカスされた電子ビームの照射野の輪郭に対応する円軌道に沿って、フォーカスした電子ビームを走査するように、前記電子ビーム偏向部を制御することを特徴とする請求項７に記載のＸ線発生装置。

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