JPWO2013168468A1 - Ｘ線発生装置及びｘ線発生方法 - Google Patents

Abstract

本発明のＸ線発生装置（１）は、電子ビーム（ＥＢ）を出射する電子銃部（３）と、ダイヤモンドからなる基板（２１）と、電子ビーム（ＥＢ）の入射によりＸ線（ＸＲ）を発生する材料からなり且つ基板（２１）に密着して埋設されたターゲット体（２３）と、を有するターゲット部（Ｔ）と、を備える。ターゲット体（２３）の外径は、０．０５〜１μｍの範囲である。電子ビーム（ＥＢ）のターゲット部（Ｔ）での照射野の外径はターゲット体（２３）の外径の１．１〜２．５倍の範囲である。Ｘ線発生装置（１）は、ターゲット体（２３）が照射野に内包されるように電子ビーム（ＥＢ）をターゲット体（２３）に照射することにより、ターゲット体（２３）からＸ線（ＸＲ）を発生させる。これにより、電子ビームがターゲット部におけるターゲット体以外の部分に入射することにより発生するＸ線成分が、空間分解能に影響が生じない程度に抑制されるので、空間分解能の低下を抑制したＸ線発生装置を提供することができる。

Description

本発明は、Ｘ線発生装置及びＸ線発生方法に関する。

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）。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体と、を有す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

本発明は、空間分解能の低下を抑制することが可能なＸ線発生装置及びＸ線発生方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、調査研究の結果、以下のような事実を新たに見出した。

ダイヤモンドからなる基板に密着して埋設されたターゲット体として、ナノオーダーサイズのターゲット体が用いられることにより、Ｘ線の焦点径が微小となり、高い空間分解能（解像度）が得られる。ナノオーダーサイズのターゲット体は、通常、外径が０．０５〜１μｍの範囲に設定されている。Ｘ線の焦点径は、ターゲット体のサイズ（外径）で決まるため、電子ビームの照射野がターゲット体の外径よりも大きい場合でも、高い空間分解能が得られる。したがって、Ｘ線の焦点径に比して、余裕を持って電子ビームの照射野の制御を行うことができる。

しかしながら、電子ビームの照射野がターゲット体の端面よりも大きすぎる場合には、以下の問題点が生じることが分かった。すなわち、得られたＸ線にノイズ成分が含まれるため、空間分解能が低下する。このノイズ成分は、ターゲット体から発生したＸ線成分ではなく、ターゲット体の周囲に位置するターゲット体以外の部分に電子ビームが入射することにより当該部分から発生したＸ線成分によるものと考えられる。ナノオーダーサイズのターゲット体を用いることにより得られる高い空間分解能を維持するためには、ターゲット体以外の部分に入射する電子ビームを減らして、ノイズ成分となる上記Ｘ線成分を減少させつつ、安定して電子ビームを制御することが重要となる。

そこで、本発明者らは、ターゲット体の外径と電子ビームの照射野の外径との関係に着目して、空間分解能の低下を抑制し得る構成について更に鋭意研究を行い、本発明を想到するに至った。

一つの観点では、本発明は、Ｘ線発生装置であって、電子ビームを出射する電子銃部と、ダイヤモンドからなる基板と、電子ビームの入射によりＸ線を発生する材料からなり且つ基板に密着して埋設されたターゲット体と、を有するターゲット部と、を備えており、ターゲット体の外径は、０．０５〜１μｍの範囲であり、電子ビームのターゲット部での照射野の外径がターゲット体の外径の１．１〜２．５倍の範囲であり、ターゲット体が照射野に内包されるように電子ビームをターゲット体に照射することにより、ターゲット体からＸ線を発生させる。

別の観点では、本発明は、ダイヤモンドからなる基板と、電子ビームの入射によりＸ線を発生する材料からなり且つ基板に密着して埋設されたターゲット体と、を有するターゲット部に電子ビームを照射して、ターゲット体からＸ線を発生させるＸ線発生方法であって、ターゲット体の外径を、０．０５〜１μｍの範囲とし、電子ビームのターゲット部での照射野の外径を、ターゲット体の外径の１．１〜２．５倍の範囲とし、照射野がターゲット体を内包するように、電子ビームをターゲット体に照射する。

これら本発明に係るＸ線発生装置及びＸ線発生方法それぞれによれば、電子ビームがターゲット部におけるターゲット体以外の部分に入射することにより発生するＸ線成分が、空間分解能に影響が生じない程度に抑制される。この結果、空間分解能の低下を抑制することができる。

基板における電子ビームの入射面側には、遷移元素を含む保護層が形成されていてもよい。この場合、電子ビームが基板に直接照射されることによる、ターゲット体近傍の基板の損傷が抑制される。この結果、電子ビームが照射される領域を安定化し、空間分解能の低下をより一層抑制することができる。

電子ビームを収束させる第一コイル部と、電子ビームを偏向させる第二コイル部と、電子ビームの前記ターゲット部での照射野の外径がターゲット体の外径の１．１〜２．５倍の範囲となるように第一コイル部を制御し、電子ビームの照射野がターゲット体を内包するように第二コイル部を制御する制御部と、を更に備えていてもよい。ターゲット体からの二次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を更に備え、制御部は、検出部の検出信号に基づいて第二コイル部を制御してもよい。

電子ビームを収束させる第一コイル部と、電子ビームを偏向させる第二コイル部と、を用い、第一コイル部により、電子ビームのターゲット部での照射野の外径がターゲット体の外径の１．１〜２．５倍の範囲となるように、電子ビームを収束させ、第二コイル部により、電子ビームの照射野がターゲット体を内包するように、電子ビームを偏向させてもよい。ターゲット体からの二次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を用い、検出部の検出信号に基づいて、二次コイルを制御して、電子ビームを偏向させてもよい。

本発明によれば、空間分解能の低下を抑制することが可能なＸ線発生装置及びＸ線発生方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るＸ線発生装置を示す概略構成図である。 図２は、ターゲット部の構成を示す図である。 図３は、電子ビームの照射野とターゲット体の外径との関係を示す図である。 図４は、本発明者らの試験により求められた最小空間分解能を示す図表である。 図５は、電子ビームのターゲット部上での照射野の外径とターゲット体の外径との比と、空間分解能と、の関係を示す図である。 図６は、電子ビームのターゲット部上での照射野の外径とターゲット体の外径との比と、空間分解能と、の関係を示す図である。 図７は、Ｘ線解像力テストチャートのＸ線像を示す図である。 図８は、Ｘ線解像力テストチャートのＸ線像を示す図である。 図９は、本実施形態の変形例に係るＸ線発生装置を示す概略構成図である。 図１０は、本実施形態の変形例に係るＸ線発生装置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る。Ｘ線発生装置１では、ターゲット部Ｔ及び電子銃部３のカソード等の交換が可能である。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、を有している。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。したがって、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る。これにより、固定部５ａ内に収容されている電子銃部３（カソード）へのアクセスが可能となる。

Ｘ線発生装置１は、集束レンズとして機能する筒状のコイル部７と、偏向コイルとして機能する筒状のコイル部９と、を備えている。コイル部７とコイル部９とは、着脱部５ｂ内に配置されている。着脱部５ｂ内には、各コイル部７，９の中心を通るように、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ている。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ている。着脱部５ｂの頂部には、ターゲット部Ｔが配置されている。ターゲット部Ｔは、電子通路１１の上端側に位置しており、透過型のＸ線出射窓を形成する。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が固定されている。真空ポンプ１７は、筒状部５内全体を高真空状態にする。すなわち、Ｘ線発生装置１が真空ポンプ１７を備えることによって、ターゲット部Ｔ及び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）でモールド成形されている。モールド電源部１９は、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、高圧発生部（不図示）が封入されている。高圧発生部は、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する。モールド電源部１９は、電源本体部１９ａと、ネック部１９ｂと、を有する。電源本体部１９ａは、下側に位置しており、直方体形状を呈したブロック状である。ネック部１９ｂは、電源本体部１９ａから上方に向けて延びており、固定部５ａ内に突出しており、円柱状を呈している。高圧発生部は、電源本体部１９ａ内に封入されている。

Ｘ線発生装置１は、電子銃部３を備えている。電子銃部３は、電子通路１１を挟んでターゲット部Ｔに対峙するように、ネック部１９ｂの先端部に配置されている。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。

Ｘ線発生装置１は、ターゲット部Ｔを備えている。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、保護層２５と、を有している。基板２１は、ダイヤモンドからなり、円形又は矩形などの外形を有する板状である。ダイヤモンドは、Ｘ線透過性と放熱性とに優れた材料である。基板２１は、互いに対向し且つ平行な第一主面２１ａと第二主面２１ｂとを有している。基板２１の厚みは、基板の外径よりも小さい。たとえば、基板の外径は０．３〜１．５ｃｍ程度に設定され、基板２１の厚みは５０〜３００μｍ程度に設定されている。

基板２１には、有底状の穴部２２が形成されている。穴部２２は、第一主面２１ａ側から第二主面２１ｂに向かって、第一主面２１ａに略垂直な方向に延びている。穴部２２は、底面２２ａと内側面２２ｂとで画成される内側空間を有しており、当該内側空間は、第一及び第二主面２１ａ，２１ｂに沿った方向での断面が略円形である円柱体形状を呈している。内側面２２ｂの第一主面２１ａに垂直な方向での長さ（すなわち、穴部２２の深さ）は、底面２２ａの第一主面２１ａに平行な方向での長さ（すなわち、穴部２２の内径）よりも大きい。穴部２２の内径は０．０５〜１μｍの範囲に設定され、穴部２２の深さは０．５〜４μｍの範囲に設定されている。本実施形態では、穴部２２の内径は０．５μｍに設定され、穴部２２の深さは１μｍに設定されている。

ターゲット体２３は、基板２１に形成されている穴部２２内に配置されている。ターゲット体２３は、基板２１とは異なる材料からなる金属（たとえば、タングステン、金、又は白金など）からなる。ターゲット体２３は、穴部２２の内側空間に対応した、すなわち穴部２２に埋め込まれた円柱体形状を呈している。ターゲット体２３は、互いに対向する第一及び第二端面２３ａ，２３ｂと、外側面２３ｃと、を有している。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）が採用されている。

ターゲット体２３は、上記金属が穴部２２の底面２２ａから第一主面２１ａ側に向かって堆積されて構成されている。したがって、ターゲット体２３の第一端面２３ａは、その全体が穴部２２の底面２２ａと密着している。ターゲット体２３の外側面２３ｃは、その全体が穴部２２の内側面２２ｂと密着している。すなわち、少なくともその一部が穴部２２と同じ形状を有したターゲット体２３が、穴部２２に充填されるように基板２１に密着して埋設されている。したがって、ターゲット体２３のサイズは、穴部２２の内側空間に対応したサイズであり、ターゲット体２３の外径は、０．０５〜１μｍの範囲に設定される。本実施形態では、ターゲット体２３の外径は０．５μｍに設定されている。

保護層２５は、基板２１の第一主面２１ａ側に形成されている。保護層２５は、第一遷移元素（たとえば、チタン又はクロムなど）からなる。保護層２５は、ターゲット体２３の第二端面２３ｂが露出するように、第一主面２１ａ上に形成されている。すなわち、電子ビーム入射側では、保護層２５によって基板２１が露出しないようになっている一方で、基板２１の側面とＸ線出射側である第二主面２１ｂとには保護層２５は形成されていない。

保護層２５の厚みは、小さすぎると基板２１から剥離しやすく、また隙間無く形成するのが困難となる可能性がある。保護層２５は基板２１と比較して放熱性が低く、ターゲット体２３をも覆う場合には、ターゲット体２３への電子ビームの入射の妨げにもなる可能性がある。したがって、保護層２５の厚みは、ターゲット体２３の高さ（穴部２２の深さ）よりも小さく、具体的には１０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜６０ｎｍであり、本実施形態においては５０ｎｍ程度に設定されている。保護層２５は、物理蒸着（ＰＶＤ）等の蒸着により形成することができる。

保護層２５を構成する材料としては、アルミニウムのようにダイヤモンドからなる基板２１から剥離しやすいものは好ましくない。このため、保護層２５を構成する材料として、チタン、クロム、モリブデン、又はタングステンといった遷移元素を採用すること好ましい。しかしながら、遷移元素の中でもターゲット体２３に用いるタングステン（第三遷移元素）やモリブデン（第二遷移元素）のようにＸ線発生効率が高いものは、保護層２５で発生したＸ線成分がターゲット体２３で発生したＸ線の焦点径に影響を及ぼす可能性がある。このため、保護層２５の膜厚を出来る限り小さく設定する必要があり、成膜時における膜厚の制御が難しい。そこで、保護層２５を構成する材料は、ターゲット体２３を構成する材料よりもＸ線発生効率の低い、チタン又はクロムなどの第一遷移元素若しくはその導電性化合物（炭化チタン等）であることが、より好ましい。

装置内の雰囲気に酸素が残留している状態で、電子ビームが基板２１の第一主面２１ａに直接照射されると、基板２１が損傷し、状況によっては、貫通孔が形成されてしまうという問題点が生じることがある。装置内の残留ガスを低減するには、装置の筐体自体や排気手段等、様々な改善が必要であり、容易ではない。したがって、基板２１上に形成可能な構造物によって、電子ビームから保護するのが好ましい。

これに対して、遷移元素を含む保護層２５が第一主面２１ａを覆うように形成されていると、電子ビームが第一主面２１ａに直接照射されることはなく、かつ保護層２５と基板２１との接合性が保持される。したがって、基板２１が損傷することを防ぐことができる。基板２１の側面とＸ線出射側である第二主面２１ｂには保護層２５は形成されていないため、基板２１による良好な放熱性を利用することができる。

保護層２５の電子ビームの入射側の面は、導電性も有している。このため、保護層２５は、導電層として機能し、基板２１の第一主面２１ａ側に電子が入射した場合に発生し得る帯電を防止することもできる。

再び、図１を参照する。Ｘ線発生装置１は、制御部としてのコントローラ３１と、検出部としての二次電子検出器３３と、を備えている。二次電子検出器３３は、ターゲット部Ｔ（ターゲット体２３）で反射された電子（二次電子）を検出する。二次電子検出器３３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を臨むように配置されている。本実施形態では、二次電子検出器３３は、着脱部５ｂの上端側に配置されている。二次電子検出器３３は、二次電子の検出結果を検出信号として、コントローラ３１に出力する。

コントローラ３１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３１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。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。

コントローラ３１は、図３に示されるように、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Ｆにターゲット体２３が内包され得るように、コイル部７を制御する。本実施形態では、コントローラ３１は、電子ビームＥＢのターゲット部Ｔ上での略円形の照射野Ｆの外径Ｄ１と略円形のターゲット体２３の外径Ｄ２との関係が
１．１≦Ｄ１／Ｄ２≦２．５
を満たすように、コイル部７を制御する。コイル部７は、電子銃部３から出射された電子ビームＥＢを、上記関係を満たすように収束させる。

コントローラ３１は、二次電子検出器３３から出力された検出信号に基づいて、コイル部９を制御する。具体的には、コントローラ３１は、二次電子検出器３３が検出する二次電子の強度を監視し、ターゲット部Ｔ（ターゲット体２３）からの二次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、電子ビームＥＢの照射位置を決定する。コントローラ３１は、決定した照射位置に電子ビームＥＢが照射されるように、コイル部９を制御する。コイル部９は、電子銃部３から出射された電子ビームＥＢが決定された照射位置に照射されるように、電子ビームＥＢを偏向する。

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二次電子が放出される（原子番号が大きいほど、多くの二次電子を放出する）。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、より多くの二次電子を検出した位置をターゲット体２３と判定することができる。すなわち、ターゲット体２３が電子ビームＥＢのターゲット部Ｔ上での照射野Ｆに内包されたときに、より多くの二次電子が放出される。したがって、より多くの二次電子が放出された位置が、電子ビームＥＢのターゲット部Ｔ上での照射野がターゲット体２３を内包する位置であり、照射位置として設定される。

Ｘ線発生装置１では、コントローラ３１の制御に基づき、電子銃部３から適切な加速度をもって電子ビームＥＢが出射され、コイル部７で電子ビームＥＢが適切に収束され、コイル部９で電子ビームＥＢが偏向されて、ターゲット部Ｔ（ターゲット体２３）に電子ビームＥＢが照射される。照射された電子ビームＥＢがターゲット体２３に衝突することで、Ｘ線が外部に照射されることになる。

Ｘ線発生装置において、高い空間分解能は、電子を高い電圧（例えば、５０〜１５０ｋｅＶ程度）で加速して電子ビームを、ターゲット上で微小な焦点へフォーカスすることにより、得ることができる。しかしながら、高い加速電圧（例えば、５０〜１５０ｋｅＶ程度）で電子を照射すると、ターゲット部Ｔ付近で電子が拡がって、Ｘ線の焦点サイズが広がる懼れがある。

本実施形態では、ターゲット体２３の外径が０．０５〜１μｍの範囲に設定されており、ターゲット体２３がナノオーダーサイズである。このため、上述した高い加速電圧（例えば、５０〜１５０ｋｅＶ程度）で電子を照射して、ターゲット部Ｔ付近で電子が拡がってしまった場合でも、Ｘ線焦点径が拡がることはなく、空間分解能の劣化が抑制される。すなわち、本実施形態では、ターゲット体２３のサイズで決まる空間分解能が得られる。したがって、ターゲット体２３を用いたＸ線発生装置１では、ナノオーダー（数十〜数百ｎｍ）での空間分解能を得ることができる。

ここで、電子ビームＥＢのターゲット部Ｔ上での照射野Ｆの外径Ｄ１と、ターゲット体２３の外径Ｄ２と、の関係について詳細に説明する。

本発明者等は、上記外径Ｄ１と外径Ｄ２との比（Ｄ１／Ｄ２）と、空間分解能との関係を明らかにするために、以下のような試験を行った。すなわち、ターゲット部Ｔ上での照射野Ｆを異ならせて電子ビームＥＢを照射してＸ線を発生させ、Ｘ線解像力テストチャートを用いて、分解していると認められている最小線対の幅（間隔）を最小空間分解能（μｍ）として求めた。試験結果を図４〜図６に示す。

略円形の照射野Ｆの外径Ｄ１は、図４に示されるように、０．７５μｍ、０．８４μｍ、０．９７μｍ、１．１４μｍ、１．３６μｍ、及び１．６２μｍに設定した。略円形のターゲット体２３の外径Ｄ２は、０．５μｍに設定した。試験結果を図５に示す。管電圧は、７０ｋＶに設定し、管電流は、１００μＡに設定した。

図４及び図５に示される試験結果から、外径Ｄ１と外径Ｄ２との比（Ｄ１／Ｄ２）が２．５以下であるときに、高い空間分解能が得られることが分かる。

続いて、略円形のターゲット体２３の外径Ｄ２を１μｍに設定した上で、外径Ｄ１と外径Ｄ２との比（Ｄ１／Ｄ２）を異ならせて、最小空間分解能（μｍ）を求めた。試験結果を図６に示す。管電圧は、７０ｋＶに設定し、管電流は、１００μＡに設定した。

図６に示される試験結果からも、外径Ｄ１と外径Ｄ２との比（Ｄ１／Ｄ２）が２．５以下であるときに、高い空間分解能が得られることが分かる。

次に、電子ビームＥＢのターゲット部Ｔ上での略円形の照射野Ｆの外径Ｄ１が０．５μｍであり、略円形のターゲット体２３の外径Ｄ２が０．２μｍであるときの、Ｘ線解像力テストチャートのＸ線像を取得した。Ｘ線解像力テストチャートは、線対の幅（間隔）が０．１μｍである。管電圧は、４０ｋＶに設定し、管電流は、１４０μＡに設定した。取得したＸ線像を図７に示す。

続いて、電子ビームＥＢのターゲット部Ｔ上での略円形の照射野Ｆの外径Ｄ１が０．３μｍであり、略円形のターゲット体２３の外径Ｄ２が０．２μｍであるときの、Ｘ線解像力テストチャートのＸ線像を取得した。Ｘ線解像力テストチャートは、線対の幅（間隔）が０．１μｍである。管電圧は、４０ｋＶに設定し、管電流は、１４０μＡに設定した。取得したＸ線像を図８に示す。

図７及び図８に示されるＸ線解像力テストチャートのＸ線像から分かるように、電子ビームＥＢのターゲット部Ｔ上での照射野Ｆの外径Ｄ１がターゲット体２３の外径Ｄ２の２．５倍以下であるときに、０．１μｍの空間分解能を確保できることが分かる。

以上のように、本実施形態では、電子ビームＥＢのターゲット部Ｔ上での照射野Ｆの外径Ｄ１がターゲット体２３の外径Ｄ２の１．１〜２．５倍の範囲であるので、電子ビームＥＢがターゲット部Ｔにおけるターゲット体２３以外の部分に入射することにより発生するＸ線成分が、空間分解能に影響が生じない程度に抑制される。この結果、空間分解能の低下を抑制することができる。

電子ビームＥＢのターゲット部Ｔ上での照射野Ｆの外径Ｄ１がターゲット体２３の外径Ｄ２の１．１倍以上であることにより、ターゲット体２３が照射野Ｆに確実に内包される。これにより、Ｘ線ＸＲを適切に発生させることができる。

本実施形態では、保護層２５が第一主面２１ａを覆うように形成されており、電子ビームが第一主面２１ａに直接照射されることはない。これにより、電子ビームＥＢが第一主面２１ａに直接照射されることによる、ターゲット部Ｔ近傍の基板２１の損傷が抑制される。この結果、電子ビームＥＢが照射される領域を安定化し、空間分解能の低下をより一層抑制することができる。

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。

穴部２２の内側空間の形状、すなわちターゲット体２３の形状は、上述した円柱体形状に限られない。ターゲット体２３の形状は、第一及び第二主面２１ａ，２１ｂに沿った方向の断面が多角形状の角柱体形状であってもよい。この場合、ターゲット体２３の外径は、ターゲット体２３の最大外径で定義することができる。

ターゲット部Ｔ上における電子ビームの照射野の形状は、略円形に限られず、ターゲット体２３の外形などの照射条件の変化に対応して形状を変化させてもよい。電子ビームの照射野の形状は、たとえば楕円形であってもよく、この場合には、照射野の外径は、短径で定義することができる。

保護層２５は、基板２１の第一主面２１ａ及びターゲット体２３の第二端面２３ｂを覆うように、第一主面２１ａ上に形成されていてもよい。

本実施形態では、コントローラ３１は、二次電子の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、Ｘ線発生装置１は、図９に示されるように、二次電子検出器３３に代えて、Ｘ線検出器４１を備える。Ｘ線検出器４１も、二次電子検出器３３と同様に、検出結果を検出信号として、コントローラ３１に出力する。コントローラ３１は、Ｘ線検出器４１から出力された検出信号に基づいて、コイル部９を制御する。

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３１は、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ＥＢ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。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線量を検出してもよい。コントローラ３１は、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ＥＢの偏向を制御する。

コントローラ３１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、Ｘ線発生装置１は、図１０に示されるように、二次電子検出器３３に代えて、ターゲット電流を検出する電流検出器５１を備える。電流検出器５１も、二次電子検出器３３又はＸ線検出器４１と同様に、検出結果を検出信号として、コントローラ３１に出力する。コントローラ３１は、電流検出器５１から出力された検出信号に基づいて、コイル部９を制御する。電流検出器５１を別途備えることなく、コントローラ３１が、ターゲット電流を検出する検出部を備えていてもよい。

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は小さく、原子番号が小さいほどターゲット電流は大きい。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、ターゲット電流が小さい位置をターゲット体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。

本発明は、Ｘ線非破壊検査装置に利用できる。

１…Ｘ線発生装置、３…電子銃部、７，９…コイル部、２１…基板、２３…ターゲット体、２５…保護層、３１…コントローラ、３３…二次電子検出器、４１…Ｘ線検出器、５１…電流検出器、Ｄ１…電子ビームのターゲット部上での照射野の外径、Ｄ２…ターゲット体の外径、ＥＢ…電子ビーム、Ｆ…照射野、Ｔ…ターゲット部、ＸＲ…Ｘ線。

Claims (8)

1. Ｘ線発生装置であって、
   電子ビームを出射する電子銃部と、
   ダイヤモンドからなる基板と、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り且つ前記基板に密着して埋設されたターゲット体と、を有するターゲット部と、を備えており、
   前記ターゲット体の外径は、０．０５〜１μｍの範囲であり、
   前記電子ビームの前記ターゲット部での照射野の外径が前記ターゲット体の外径の１．１〜２．５倍の範囲であり、
   前記ターゲット体が前記照射野に内包されるように前記電子ビームを前記ターゲット体に照射することにより、前記ターゲット体からＸ線を発生させる。
2. 請求項１に記載のＸ線発生装置であって、
   前記基板における前記電子ビームの入射面側には、遷移元素を含む保護層が形成されている。
3. 請求項１又は２に記載のＸ線発生装置であって、
   前記電子ビームを収束させる第一コイル部と、
   前記電子ビームを偏向させる第二コイル部と、
   前記電子ビームの前記ターゲット部での照射野の外径が前記ターゲット体の外径の１．１〜２．５倍の範囲となるように前記第一コイル部を制御し、前記電子ビームの前記照射野が前記ターゲット体を内包するように前記第二コイル部を制御する制御部と、を更に備える。
4. 請求項３に記載のＸ線発生装置であって、
   前記ターゲット体からの二次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を更に備え、
   前記制御部は、前記検出部の検出信号に基づいて前記第二コイル部を制御する。
5. ダイヤモンドからなる基板と、電子ビームの入射によりＸ線を発生する材料からなり且つ前記基板に密着して埋設されたターゲット体と、を有するターゲット部に電子ビームを照射して、前記ターゲット体からＸ線を発生させるＸ線発生方法であって、
   前記ターゲット体の外径を、０．０５〜１μｍの範囲とし、
   前記電子ビームの前記ターゲット部での照射野の外径を、前記ターゲット体の外径の１．１〜２．５倍の範囲とし、
   前記照射野が前記ターゲット体を内包するように、前記電子ビームを前記ターゲット体に照射する。
6. 請求項５に記載のＸ線発生方法であって、
   前記基板における前記電子ビームの入射面側には、遷移元素を含む保護層が形成されている。
7. 請求項５又は６に記載のＸ線発生方法であって、
   前記電子ビームを収束させる第一コイル部と、前記電子ビームを偏向させる第二コイル部と、を用い、
   前記第一コイル部により、前記電子ビームの前記ターゲット部での照射野の外径が前記ターゲット体の外径の１．１〜２．５倍の範囲となるように、前記電子ビームを収束させ、
   前記第二コイル部により、前記電子ビームの前記照射野が前記ターゲット体を内包するように、前記電子ビームを偏向させる。
8. 請求項７に記載のＸ線発生方法であって、
   前記ターゲット体からの二次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を用い、
   前記検出部の検出信号に基づいて、前記二次コイルを制御して、前記電子ビームを偏向させる。