KR101968377B1

KR101968377B1 - X선 발생 장치 및 x선 발생 방법

Info

Publication number: KR101968377B1
Application number: KR1020147027413A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 이시이; 모토히로 스야마; 나오노부 스즈키; 료스케 야부시타
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2019-04-11
Also published as: KR20150010936A; JP6224580B2; CN104285270A; EP2849202A1; US20150117616A1; WO2013168468A1; TW201403649A; EP2849202A4; JPWO2013168468A1

Abstract

본 발명의 X선 발생 장치(1)는, 전자빔(EB)을 출사하는 전자총부(3)와, 다이아몬드로 이루어지는 기판(21)과, 전자빔(EB)의 입사에 의해 X선(XR)을 발생하는 재료로 이루어지고 또한 기판(21)에 밀착하여 매설된 타겟체(23)를 가지는 타겟부(T)를 구비한다. 타겟체(23)의 외경은, 0.05 ~ 1㎛의 범위이다. 전자빔(EB)의 타겟부(T)에서의 조사야의 외경은 타겟체(23)의 외경의 1.1 ~ 2.5배의 범위이다. X선 발생 장치(1)는, 타겟체(23)가 조사야에 내포되도록 전자빔(EB)을 타겟체(23)에 조사하는 것에 의해, 타겟체(23)로부터 X선(XR)을 발생시킨다. 이것에 의해, 전자빔이 타겟부에서의 타겟체 이외의 부분으로 입사하는 것에 의해 발생하는 X선 성분이, 공간 분해능에 영향이 생기지 않을 정도로 억제되므로, 공간 분해능의 저하를 억제한 X선 발생 장치를 제공할 수 있다.

Description

X선 발생 장치 및 X선 발생 방법{X-RAY GENERATION DEVICE AND X-RAY GENERATION METHOD}

본 발명은, X선 발생 장치 및 X선 발생 방법에 관한 것이다.

X선 발생 장치로서, 전자빔을 출사하는 전자총부와, 기판과, 기판에 매설되어 있고 전자빔의 입사에 의해 X선을 발생하는 재료로 이루어지는 타겟체를 가지는 타겟부를 구비하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 타겟부로서, 다이아몬드로 이루어지는 기판과, 기판에 비(非)관통 상태로 매설된 텅스텐 등으로 이루어지는 타겟체를 가지는 것도 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2004－028845호 공보 특허 문헌 2 : 미국특허 제5148462호 명세서

본 발명은, 공간 분해능의 저하를 억제하는 것이 가능한 X선 발생 장치 및 X선 발생 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 조사 연구의 결과, 이하와 같은 사실을 새롭게 찾아냈다.

다이아몬드로 이루어지는 기판에 밀착하여 매설된 타겟체로서, 나노 오더 사이즈(nano order size)의 타겟체가 이용되는 것에 의해, X선의 초점 지름이 미소(微小)하게 되어, 높은 공간 분해능(해상도)이 얻어진다. 나노 오더 사이즈의 타겟체는, 통상, 외경이 0.05 ~ 1㎛의 범위로 설정되어 있다. X선의 초점 지름은, 타겟체의 사이즈(외경)로 정해지기 때문에, 전자빔의 조사야(照射野, radiation field)가 타겟체의 외경 보다도 큰 경우에도, 높은 공간 분해능이 얻어진다. 따라서, X선의 초점 지름에 비교하여, 여유를 가지고 전자빔의 조사야의 제어를 행할 수 있다.

그렇지만, 전자빔의 조사야가 타겟체의 단면(端面)보다도 너무 큰 경우에는, 이하의 문제점이 생기는 것을 알았다. 즉, 얻어진 X선에 노이즈 성분이 포함되기 때문에, 공간 분해능이 저하한다. 이 노이즈 성분은, 타겟체로부터 발생한 X선 성분이 아니라, 타겟체의 주위에 위치하는 타겟체 이외의 부분으로 전자빔이 입사하는 것에 의해 당해 부분으로부터 발생한 X선 성분에 의하는 것으로 생각되어진다. 나노 오더 사이즈의 타겟체를 이용하는 것에 의해 얻어지는 높은 공간 분해능을 유지하기 위해서는, 타겟체 이외의 부분으로 입사하는 전자빔을 줄여, 노이즈 성분이 되는 상기 X선 성분을 감소시키면서, 안정적으로 전자빔을 제어하는 것이 중요하게 된다.

여기서, 본 발명자들은, 타겟체의 외경과 전자빔의 조사야의 외경과의 관계에 주목하여, 공간 분해능의 저하를 억제할 수 있는 구성에 대해 더 열심히 연구를 행하여, 본 발명을 생각하기에 이르렀다.

하나의 관점에서는, 본 발명은, X선 발생 장치로서, 전자빔을 출사하는 전자총부와, 다이아몬드로 이루어지는 판 모양의 기판과, 상기 전자빔의 입사에 의해 X선을 발생하는 재료로 이루어지고 또한 상기 기판에 밀착하여 매설된 타겟체를 가지는 타겟부를 구비하고 있으며, 상기 기판은, 서로 대향하고 또한 평행한 제1 주면(主面)과 제2 주면을 가짐과 아울러, 저부를 가지는 모양의 구멍부가 형성되어 있고, 상기 구멍부는, 상기 제1 주면측으로부터 상기 제2 주면을 향하여 상기 제1 주면에 수직인 방향으로 연장하고 있음과 아울러, 기둥체 형상을 나타내고 있는 내측 공간을 가지며, 상기 타겟체는, 상기 구멍부 내에 배치되어 있음과 아울러, 상기 구멍부의 상기 내측 공간에 대응한 기둥체 형상을 나타내며, 상기 타겟체의 외경은, 0.05 ~ 1㎛의 범위이고, 상기 전자빔의 상기 타겟부에서의 조사야(照射野, radiation field)의 외경이 상기 타겟체의 외경의 1.1 ~ 2.5배의 범위이며, 상기 제1 주면에 수직인 방향으로부터 보아 상기 타겟체의 전체가 상기 조사야에 내포되도록 상기 전자빔을 상기 제1 주면에 수직인 방향으로부터 상기 타겟체에 조사하는 것에 의해, 상기 타겟체로부터 X선을 발생시키고, X선이 상기 기판을 투과하여 외부로 출사된다.

다른 관점에서는, 본 발명은, 다이아몬드로 이루어지는 판 모양의 기판과, 전자빔의 입사에 의해 X선을 발생하는 재료로 이루어지고 또한 상기 기판에 밀착하여 매설된 타겟체를 가지는 타겟부에 전자빔을 조사하여, 상기 타겟체로부터 X선을 발생시키는 X선 발생 방법으로서, 상기 기판은, 서로 대향하고 또한 평행한 제1 주면(主面)과 제2 주면을 가짐과 아울러, 저부를 가지는 모양의 구멍부가 형성되어 있으며, 상기 구멍부는, 상기 제1 주면측으로부터 상기 제2 주면을 향하여 상기 제1 주면에 수직한 방향으로 연장하고 있음과 아울러, 기둥체 형상을 나타내고 있는 내측 공간을 가지고, 상기 타겟체는, 상기 내측 공간에 배치되어 있음과 아울러, 상기 구멍부의 상기 내측 공간에 대응한 기둥체 형상을 나타내며, 상기 타겟체의 외경을, 0.05 ~ 1㎛의 범위로 하고, 상기 전자빔의 상기 타겟부에서의 조사야의 외경을, 상기 타겟체의 외경의 1.1 ~ 2.5배의 범위로 하며, 상기 제1 주면에 수직한 방향으로부터 보아 상기 조사야가 상기 타겟체의 전체를 내포하도록, 상기 전자빔을 상기 제1 주면에 수직한 방향으로부터 상기 타겟체에 조사하고, 상기 타겟체로부터 발생한 X선을 상기 기판을 투과시켜 외부로 출사한다.

이들 본 발명에 따른 X선 발생 장치 및 X선 발생 방법 각각에 따르면, 전자빔이 타겟부에서의 타겟체 이외의 부분으로 입사하는 것에 의해 발생하는 X선 성분이, 공간 분해능에 영향이 생기지 않을 정도로 억제된다. 이 결과, 공간 분해능의 저하를 억제할 수 있다.

기판에서의 전자빔의 입사면측에는, 천이 원소를 포함하는 보호층이 형성되어 있어도 괜찮다. 이 경우, 전자빔이 기판에 직접 조사되는 것에 의해, 타겟체 근방의 기판의 손상이 억제된다. 이 결과, 전자빔이 조사되는 영역을 안정화하고, 공간 분해능의 저하를 보다 한층 억제할 수 있다.

전자빔을 수속(收束)시키는 제1 코일부와, 전자빔을 편향시키는 제2 코일부와, 전자빔의 상기 타겟부에서의 조사야의 외경이 타겟체의 외경의 1.1 ~ 2.5배의 범위가 되도록 제1 코일부를 제어하며, 전자빔의 조사야가 타겟체를 내포하도록 제2 코일부를 제어하는 제어부를 더 구비하고 있어도 괜찮다. 타겟체로부터의 2차 전자 또는 타겟체로부터 발생한 X선 또는 타겟 전류를 검출하는 검출부를 더 구비하며, 제어부는, 검출부의 검출 신호에 기초하여 제2 코일부를 제어해도 괜찮다.

전자빔을 수속시키는 제1 코일부와, 전자빔을 편향시키는 제2 코일부를 이용하며, 제1 코일부에 의해, 전자빔의 타겟부에서의 조사야의 외경이 타겟체의 외경의 1.1 ~ 2.5배의 범위가 되도록, 전자빔을 수속시키고, 제2 코일부에 의해, 전자빔의 조사야가 타겟체를 내포하도록, 전자빔을 편향시켜도 괜찮다. 타겟체로부터의 2차 전자 또는 타겟체로부터 발생한 X선 또는 타겟 전류를 검출하는 검출부를 이용하며, 검출부의 검출 신호에 기초하여, 제2 코일부를 제어하여, 전자빔을 편향시켜도 괜찮다.

본 발명에 따르면, 공간 분해능의 저하를 억제하는 것이 가능한 X선 발생 장치 및 X선 발생 방법을 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 X선 발생 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는, 타겟부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은, 전자빔의 조사야와 타겟체의 외경과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명자들의 시험에 의해 구해진 최소 공간 분해능을 나타내는 도표이다.
도 5는, 전자빔의 타겟부 상에서의 조사야의 외경과 타겟체의 외경과의 비(比)와, 공간 분해능과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은, 전자빔의 타겟부 상에서의 조사야의 외경과 타겟체의 외경과의 비(比)와, 공간 분해능과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은, X선 해상력 테스트 차트의 X선상(像)을 나타내는 도면이다.
도 8은, X선 해상력 테스트 차트의 X선상(像)을 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 실시 형태의 변형예에 관한 X선 발생 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 10은, 본 실시 형태의 변형예에 관한 X선 발생 장치를 나타내는 개략 구성도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또, 설명에서, 동일 요소 또는 동일 기능을 가지는 요소에는, 동일 부호를 이용하는 것으로 하고, 중복하는 설명은 생략한다.

우선, 도 1을 참조하여, 본 실시 형태에 관한 X선 발생 장치의 구성에 대해 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 관한 X선 발생 장치를 나타내는 개략 구성도이다.

X선 발생 장치(1)는, 개방형이며, 일회용으로 제공되는 폐쇄형과 달리, 진공 상태를 임의로 만들어 낼 수 있다. X선 발생 장치(1)에서는, 타겟부(T) 및 전자총부(3)의 캐소드(cathode) 등의 교환이 가능하다. X선 발생 장치(1)는, 동작시에 진공 상태가 되는 원통형 모양의 스테인리스제의 통 모양부(5)를 가지고 있다. 통 모양부(5)는, 하측에 위치하는 고정부(5a)와, 상측에 위치하는 착탈부(5b)를 가지고 있다. 착탈부(5b)는, 힌지(미도시)를 매개로 하여 고정부(5a)에 장착되어 있다. 따라서, 착탈부(5b)가, 힌지를 매개로 하여 옆으로 쓰러지도록 회동함으로써, 고정부(5a)의 상부를 개방시킬 수 있다. 이것에 의해, 고정부(5a) 내에 수용되어 있는 전자총부(3)(캐소드)로의 액세스가 가능해진다.

X선 발생 장치(1)는, 집속(集束) 렌즈로서 기능을 하는 통 모양의 코일부(7)와, 편향 코일로서 기능을 하는 통 모양의 코일부(9)를 구비하고 있다. 코일부(7)와 코일부(9)는, 착탈부(5b) 내에 배치되어 있다. 착탈부(5b) 내에는, 각 코일부(7, 9)의 중심을 통과하도록, 통 모양부(5)의 길이 방향으로 전자 통로(11)가 연장하고 있다. 전자 통로(11)는 코일부(7, 9)에 의해 포위된다. 착탈부(5b)의 하단에는, 디스크판(13)이 뚜껑이 되도록 고정되어 있다. 디스크판(13)의 중심에는, 전자 통로(11)의 하단측에 일치시키는 전자 도입 구멍(13a)이 형성되어 있다.

착탈부(5b)의 상단은 원추대(圓錐台)로 형성되어 있다. 착탈부(5b)의 꼭대기부에는, 타겟부(T)가 배치되어 있다. 타겟부(T)는, 전자 통로(11)의 상단측에 위치하고 있으며, 투과형의 X선 출사창을 형성한다. 타겟부(T)는, 착탈 가능한 회전식 캡부(미도시) 내에 어스(earth)시킨 상태로 수용되어 있다. 따라서, 캡부를 떼어내는 것에 의해서, 소모품인 타겟부(T)의 교환도 가능하게 된다.

고정부(5a)에는 진공 펌프(17)가 고정되어 있다. 진공 펌프(17)는, 통 모양부(5) 내 전체를 고(高)진공 상태로 한다. 즉, X선 발생 장치(1)가 진공 펌프(17)를 구비하는 것에 의해서, 타겟부(T) 및 캐소드 등의 교환이 가능하게 되어 있다.

통 모양부(5)의 기단측에는, 전자총부(3)와의 일체화가 도모된 몰드 전원부(19)가 고정되어 있다. 몰드 전원부(19)는, 전기 절연성의 수지(예를 들면, 에폭시 수지)로 몰드 성형되어 있다. 몰드 전원부(19)는, 금속제의 케이스 내에 수용되어 있다.

몰드 전원부(19) 내에는, 고압 발생부(미도시)가 봉입(封入)되어 있다. 고압 발생부는, 고전압(예를 들면, 타겟부(T)를 어스시키는 경우에는 최대-160kV)을 발생시키는 것과 같은 트랜스(변압기)를 구성한다. 몰드 전원부(19)는, 전원 본체부(19a)와, 넥부(neck部, 19b)를 가진다. 전원 본체부(19a)는, 하측에 위치하고 있으며, 직방체형 모양을 나타낸 블록 모양이다. 넥부(19b)는, 전원 본체부(19a)로부터 상부를 향해서 연장하고 있고, 고정부(5a) 내로 돌출하고 있으며, 원기둥 모양을 나타내고 있다. 고압 발생부는, 전원 본체부(19a) 내에 봉입되어 있다.

X선 발생 장치(1)는, 전자총부(3)를 구비하고 있다. 전자총부(3)는, 전자 통로(11)를 사이에 두고 타겟부(T)에 대치(對峙)하도록, 넥부(19b)의 선단부에 배치되어 있다. 몰드 전원부(19)의 전원 본체부(19a) 내에는, 고압 발생부에 전기적으로 접속시킨 전자 방출 제어부(미도시)가 봉입되어 있다. 전자 방출 제어부는, 전자총부(3)에 접속되어 있고, 전자의 방출의 타이밍이나 관(管)전류 등을 제어하고 있다.

X선 발생 장치(1)는, 타겟부(T)를 구비하고 있다. 타겟부(T)는, 도 2에도 나타내어지는 바와 같이, 기판(21)과, 타겟체(23)와, 보호층(25)을 가지고 있다. 기판(21)은, 다이아몬드로 이루어지며, 원형 또는 직사각형 등의 외형을 가지는 판 모양이다. 다이아몬드는, X선 투과성과 방열성이 뛰어난 재료이다. 기판(21)은, 서로 대향하고 또한 평행한 제1 주면(主面, 21a)과 제2 주면(21b)을 가지고 있다. 기판(21)의 두께는, 기판의 외경 보다도 작다. 예를 들면, 기판의 외경은 0.3 ~ 1.5cm 정도로 설정되며, 기판(21)의 두께는 50 ~ 300㎛ 정도로 설정되어 있다.

기판(21)에는, 저부를 가지는 모양의 구멍부(22)가 형성되어 있다. 구멍부(22)는, 제1 주면(21a)측으로부터 제2 주면(21b)을 향하여, 제1 주면(21a)에 대략 수직인 방향으로 연장하고 있다. 구멍부(22)는, 저면(22a)과 내측면(22b)에 의해 구획되는 내측 공간을 가지고 있으며, 당해 내측 공간은, 제1 및 제2 주면(21a, 21b)을 따른 방향에서의 단면이 대략 원형인 원기둥체 형상을 나타내고 있다. 내측면(22b)의 제1 주면(21a)에 수직인 방향에서의 길이(즉, 구멍부(22)의 깊이)는, 저면(22a)의 제1 주면(21a)에 평행한 방향에서의 길이(즉, 구멍부(22)의 내경) 보다도 크다. 구멍부(22)의 내경은 0.05 ~ 1㎛의 범위로 설정되며, 구멍부(22)의 깊이는 0.5 ~ 4㎛의 범위로 설정되어 있다. 본 실시 형태에서는, 구멍부(22)의 내경은 0.5㎛로 설정되며, 구멍부(22)의 깊이는 1㎛로 설정되어 있다.

타겟체(23)는, 기판(21)에 형성되어 있는 구멍부(22) 내에 배치되어 있다. 타겟체(23)는, 기판(21)과는 다른 재료로 이루어지는 금속(예를 들면, 텅스텐, 금, 또는 백금 등)으로 이루어진다. 타겟체(23)는, 구멍부(22)의 내측 공간에 대응한, 즉 구멍부(22)에 파묻힌 원기둥체 형상을 나타내고 있다. 타겟체(23)는, 서로 대향하는 제1 및 제2 단면(端面)(23a, 23b)과, 외측면(23c)을 가지고 있다. 본 실시 형태에서는, 타겟체(23)의 금속으로서, 텅스텐(W)이 채용되어 있다.

타겟체(23)는, 상기 금속이 구멍부(22)의 저면(22a)으로부터 제1 주면(21a)측을 향해 퇴적되어 구성되어 있다. 따라서, 타겟체(23)의 제1 단면(23a)은, 그 전체가 구멍부(22)의 저면(22a)과 밀착하고 있다. 타겟체(23)의 외측면(23c)은, 그 전체가 구멍부(22)의 내측면(22b)과 밀착하고 있다. 즉, 적어도 그 일부가 구멍부(22)와 동일 형상을 가진 타겟체(23)가, 구멍부(22)에 충전되도록 기판(21)에 밀착하여 매설되어 있다. 따라서, 타겟체(23)의 사이즈는, 구멍부(22)의 내측 공간에 대응한 사이즈이며, 타겟체(23)의 외경은, 0.05 ~ 1㎛의 범위로 설정된다. 본 실시 형태에서는, 타겟체(23)의 외경은 0.5㎛로 설정되어 있다.

보호층(25)은, 기판(21)의 제1 주면(21a)측에 형성되어 있다. 보호층(25)은, 제1 천이 원소(예를 들면, 티탄 또는 크롬 등)로 이루어진다. 보호층(25)은, 타겟체(23)의 제2 단면(23b)이 노출하도록, 제1 주면(21a) 상에 형성되어 있다. 즉, 전자빔 입사측에서는, 보호층(25)에 의해서 기판(21)이 노출하지 않도록 되어 있는 한편으로, 기판(21)의 측면과 X선 출사측인 제2 주면(21b)에는 보호층(25)은 형성되어 있지 않다.

보호층(25)의 두께는, 너무 작으면 기판(21)으로부터 박리하기 쉽고, 또 틈없이 형성하는 것이 곤란해질 가능성이 있다. 보호층(25)은 기판(21)과 비교하여 방열성이 낮아, 타겟체(23)를 덮은 경우에는, 타겟체(23)로의 전자빔의 입사가 방해될 가능성도 있다. 따라서, 보호층(25)의 두께는, 타겟체(23)의 높이(구멍부(22)의 깊이) 보다도 작으며, 구체적으로는 10 ~ 100nm, 바람직하게는 20 ~ 60nm이고, 본 실시 형태에서는 50nm 정도로 설정되어 있다. 보호층(25)은, 물리 증착(PVD) 등의 증착에 의해 형성할 수 있다.

보호층(25)을 구성하는 재료로서는, 알루미늄과 같이 다이아몬드로 이루어지는 기판(21)으로부터 박리하기 쉬운 것은 바람직하지 않다. 이 때문에, 보호층(25)을 구성하는 재료로서, 티탄, 크롬, 몰리브덴, 또는 텅스텐과 같은 천이 원소를 채용하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 천이 원소 중에서도 타겟체(23)에 이용하는 텅스텐(제3 천이 원소)이나 몰리브덴(제2 천이 원소)과 같이 X선 발생 효율이 높은 것은, 보호층(25)에서 발생한 X선 성분이 타겟체(23)에서 발생한 X선의 초점 지름에 영향을 미칠 가능성이 있다. 이 때문에, 보호층(25)의 막 두께를 가능한 한 작게 설정할 필요가 있어, 성막시에서의 막 두께의 제어가 어렵다. 여기서, 보호층(25)을 구성하는 재료는, 타겟체(23)를 구성하는 재료 보다도 X선 발생 효율이 낮은, 티탄 또는 크롬 등의 제1 천이 원소 혹은 그 도전성 화합물(탄화 티탄 등)인 것이, 보다 바람직하다.

장치 내의 분위기에 산소가 잔류하고 있는 상태에서, 전자빔이 기판(21)의 제1 주면(21a)에 직접 조사되면, 기판(21)이 손상하고, 상황에 따라서는, 관통공이 형성되어 버린다고 하는 문제점이 생기는 일이 있다. 장치 내의 잔류 가스를 저감하려면, 장치의 케이스 자체나 배기 수단 등, 여러 가지 개선이 필요하여, 용이하지는 않다. 따라서, 기판(21) 상에 형성 가능한 구조물에 의해서, 전자빔으로부터 보호하는 것이 바람직하다.

이것에 대해서, 천이 원소를 포함하는 보호층(25)이 제1 주면(21a)을 덮도록 형성되어 있으면, 전자빔이 제1 주면(21a)에 직접 조사되지는 않고, 또한 보호층(25)과 기판(21)과의 접합성이 유지된다. 따라서, 기판(21)이 손상되는 것을 막을 수 있다. 기판(21)의 측면과 X선 출사측인 제2 주면(21b)에는 보호층(25)은 형성되어 있지 않기 때문에, 기판(21)에 의한 양호한 방열성을 이용할 수 있다.

보호층(25)의 전자빔의 입사측의 면은, 도전성도 가지고 있다. 이 때문에, 보호층(25)은, 도전층으로서 기능을 하고, 기판(21)의 제1 주면(21a)측으로 전자가 입사한 경우에 발생할 수 있는 대전(帶電)을 방지할 수도 있다.

다시, 도 1을 참조한다. X선 발생 장치(1)는, 제어부로서의 컨트롤러(31)와, 검출부로서의 2차 전자 검출기(33)를 구비하고 있다. 2차 전자 검출기(33)는, 타겟부(T)(타겟체(23))에서 반사된 전자(2차 전자)를 검출한다. 2차 전자 검출기(33)는, 도시하지 않은 경로를 매개로 하여, 또는, 전자 통로(11) 중에서의, 타겟부(T)를 향하는 전자빔(EB)에 대해서 서로 영향을 받지 않을 정도의 위치에, 타겟체(23)를 향하도록 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 2차 전자 검출기(33)는, 착탈부(5b)의 상단측에 배치되어 있다. 2차 전자 검출기(33)는, 2차 전자의 검출 결과를 검출 신호로서, 컨트롤러(31)에 출력한다.

컨트롤러(31)는, 몰드 전원부(19)의 고압 발생부 및 전자 방출 제어부를 제어한다. 이것에 의해, 전자총부(3)와 타겟부(T)(타겟체(23))와의 사이에 소정의 전류 전압이 인가되어, 전자총부(3)로부터 전자빔(EB)이 출사한다. 전자총부(3)로부터 출사된 전자빔(EB)은, 컨트롤러(31)에 의해 제어된 코일부(7)에서 적절히 수속 되어, 타겟체(23)로 입사한다. 타겟체(23)로 전자빔(EB)이 입사하면, 타겟체(23)로부터 X선(XR)이 방사되며, 이 X선(XR)은, 기판(21)을 투과하여 외부로 출사된다.

컨트롤러(31)는, 도 3에 나타내어지는 바와 같이, 타겟부(T)에 수직인 방향(전자 입사 방향)으로부터 보아, 전자빔(EB)의 타겟부(T) 상에서의 조사야(F)에 타겟체(23)가 내포될 수 있도록, 코일부(7)를 제어한다. 본 실시 형태에서는, 컨트롤러(31)는, 전자빔(EB)의 타겟부(T) 상에서의 대략 원형의 조사야(F)의 외경 D1과 대략 원형의 타겟체(23)의 외경 D2와의 관계가

1.1≤D1/D2≤2.5

를 만족하도록, 코일부(7)를 제어한다. 코일부(7)는, 전자총부(3)로부터 출사된 전자빔(EB)을, 상기 관계를 만족하도록 수속시킨다.

컨트롤러(31)는, 2차 전자 검출기(33)로부터 출력된 검출 신호에 기초하여, 코일부(9)를 제어한다. 구체적으로는, 컨트롤러(31)는, 2차 전자 검출기(33)가 검출하는 2차 전자의 강도를 감시하고, 타겟부(T)(타겟체(23))로부터의 2차 전자의 강도와 타겟부(T)(타겟체(23))에서 설정된 위치 정보에 기초하여, 전자빔(EB)의 조사 위치를 결정한다. 컨트롤러(31)는, 결정한 조사 위치에 전자빔(EB)이 조사되도록, 코일부(9)를 제어한다. 코일부(9)는, 전자총부(3)로부터 출사된 전자빔(EB)이 결정된 조사 위치에 조사되도록, 전자빔(EB)을 편향한다.

전자빔(EB)을 물질에 조사했을 때, 물질의 원자 번호에 의존하는 양(量)의 2차 전자가 방출된다(원자 번호가 클수록, 많은 2차 전자를 방출한다). 본 실시 형태에서는, 다이아몬드로 이루어지는 기판(21) 중에 텅스텐으로 이루어지는 타겟체(23)를 매설하고 있으므로, 보다 많은 2차 전자를 검출한 위치를 타겟체(23)로 판정할 수 있다. 즉, 타겟체(23)가 전자빔(EB)의 타겟부(T) 상에서의 조사야(F)에 내포되었을 때에, 보다 많은 2차 전자가 방출된다. 따라서, 보다 많은 2차 전자가 방출된 위치가, 전자빔(EB)의 타겟부(T) 상에서의 조사야가 타겟체(23)를 내포하는 위치이며, 조사 위치로서 설정된다.

X선 발생 장치(1)에서는, 컨트롤러(31)의 제어에 기초하여, 전자총부(3)로부터 적절한 가속도를 가지고 전자빔(EB)이 출사되고, 코일부(7)에서 전자빔(EB)이 적절히 수속되며, 코일부(9)에서 전자빔(EB)이 편향되어, 타겟부(T)(타겟체(23))에 전자빔(EB)이 조사된다. 조사된 전자빔(EB)이 타겟체(23)에 충돌함으로써, X선이 외부로 조사되게 된다.

X선 발생 장치에서, 높은 공간 분해능은, 전자를 높은 전압(예를 들면, 50 ~ 150keV 정도)으로 가속하여 전자빔을, 타겟 상에서 미소(微小)한 초점으로 포커스하는 것에 의해, 얻을 수 있다. 그렇지만, 높은 가속 전압(예를 들면, 50 ~ 150 keV 정도)으로 전자를 조사하면, 타겟부(T) 부근에서 전자가 퍼져, X선의 초점 사이즈가 넓어질 우려가 있다.

본 실시 형태에서는, 타겟체(23)의 외경이 0.05 ~ 1㎛의 범위로 설정되어 있으며, 타겟체(23)가 나노 오더 사이즈이다. 이 때문에, 상술한 높은 가속 전압(예를 들면, 50 ~ 150keV 정도)으로 전자를 조사하여, 타겟부(T) 부근에서 전자가 퍼져 버린 경우에도, X선 초점 지름이 넓어지지는 않아, 공간 분해능의 열화가 억제된다. 즉, 본 실시 형태에서는, 타겟체(23)의 사이즈에 의해 정해지는 공간 분해능이 얻어진다. 따라서, 타겟체(23)를 이용한 X선 발생 장치(1)에서는, 나노 오더(수십 ~ 수백 nm)로의 공간 분해능을 얻을 수 있다.

여기서, 전자빔(EB)의 타겟부(T) 상에서의 조사야(F)의 외경 D1과, 타겟체(23)의 외경 D2와의 관계에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명자들은, 상기 외경 D1과 외경 D2와의 비(D1/D2)와, 공간 분해능과의 관계를 분명히 하기 위해서, 이하와 같은 시험을 행했다. 즉, 타겟부(T) 상에서의 조사야(F)를 다르게 하여 전자빔(EB)을 조사하여 X선을 발생시키고, X선 해상력 테스트 차트를 이용하여, 분해하고 있다고 인정되고 있는 최소 선쌍(line pair)의 폭(간격)을 최소 공간 분해능(㎛)으로서 구했다. 시험 결과를 도 4 ~ 도 6에 나타내다.

대략 원형의 조사야(F)의 외경 D1은, 도 4에 나타내어지는 바와 같이, 0.75㎛, 0.84㎛, 0.97㎛, 1.14㎛, 1.36㎛, 및 1.62㎛로 설정했다. 대략 원형의 타겟체(23)의 외경 D2는, 0.5㎛로 설정했다. 시험 결과를 도 5에 나타낸다. 관전압은, 70kV로 설정하고, 관전류는, 100㎂로 설정했다.

도 4 및 도 5에 나타내어지는 시험 결과로부터, 외경 D1과 외경 D2와의 비(D1/D2)가 2.5 이하일 때에, 높은 공간 분해능이 얻어지는 것을 알 수 있다.

이어서, 대략 원형의 타겟체(23)의 외경 D2를 1㎛로 설정한 다음, 외경 D1과 외경 D2와의 비(D1/D2)를 다르게 하여, 최소 공간 분해능(㎛)을 구했다. 시험 결과를 도 6에 나타낸다. 관전압은, 70kV로 설정하고, 관전류는, 100㎂로 설정했다.

도 6에 나타내어지는 시험 결과로부터도, 외경 D1과 외경 D2와의 비(D1/D2)가 2.5 이하일 때, 높은 공간 분해능이 얻어지는 것을 알 수 있다.

다음으로, 전자빔(EB)의 타겟부(T) 상에서의 대략 원형의 조사야(F)의 외경 D1이 0.5㎛이며, 대략 원형의 타겟체(23)의 외경 D2가 0.2㎛일 때의, X선 해상력 테스트 차트의 X선상(像)을 취득했다. X선 해상력 테스트 차트는, 선쌍의 폭(간격)이 0.1㎛이다. 관전압은, 40kV로 설정하고, 관전류는, 140㎂로 설정했다. 취득한 X선상(像)을 도 7에 나타낸다.

이어서, 전자빔(EB)의 타겟부(T) 상에서의 대략 원형의 조사야(F)의 외경 D1가 0.3㎛이며, 대략 원형의 타겟체(23)의 외경 D2가 0.2㎛일 때의, X선 해상력 테스트 차트의 X선상(像)을 취득했다. X선 해상력 테스트 차트는, 선쌍의 폭(간격)이 0.1㎛이다. 관전압은, 40kV로 설정하고, 관전류는, 140㎂로 설정했다. 취득한 X선상(像)을 도 8에 나타낸다.

도 7 및 도 8에 나타내어지는 X선 해상력 테스트 차트의 X선상(像)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전자빔(EB)의 타겟부(T) 상에서의 조사야(F)의 외경 D1이 타겟체(23)의 외경 D2의 2.5배 이하일 때, 0.1㎛의 공간 분해능을 확보할 수 있는 것을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 전자빔(EB)의 타겟부(T) 상에서의 조사야(F)의 외경 D1이 타겟체(23)의 외경 D2의 1.1 ~ 2.5배의 범위이므로, 전자빔(EB)이 타겟부(T)에서의 타겟체(23) 이외의 부분으로 입사하는 것에 의해 발생하는 X선 성분이, 공간 분해능에 영향이 생기지 않을 정도로 억제된다. 이 결과, 공간 분해능의 저하를 억제할 수 있다.

전자빔(EB)의 타겟부(T) 상에서의 조사야(F)의 외경 D1이 타겟체(23)의 외경 D2의 1.1배 이상인 것에 의해, 타겟체(23)가 조사야(F)에 확실히 내포된다. 이것에 의해, X선(XR)을 적절히 발생시킬 수 있다.

본 실시 형태에서는, 보호층(25)이 제1 주면(21a)을 덮도록 형성되어 있으며, 전자빔이 제1 주면(21a)에 직접 조사되지는 않는다. 이것에 의해, 전자빔(EB)이 제1 주면(21a)에 직접 조사되는 것에 의한, 타겟부(T) 근방의 기판(21)의 손상이 억제된다. 이 결과, 전자빔(EB)이 조사되는 영역을 안정화 하고, 공간 분해능의 저하를 보다 한층 억제할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명해 왔지만, 본 발명은 반드시 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다.

구멍부(22)의 내측 공간의 형상, 즉 타겟체(23)의 형상은, 상술한 원기둥체 형상에 한정되지 않는다. 타겟체(23)의 형상은, 제1 및 제2 주면(21a, 21b)을 따른 방향의 단면이 다각 형상의 각기둥체 형상이라도 괜찮다. 이 경우, 타겟체(23)의 외경은, 타겟체(23)의 최대 외경으로 정의할 수 있다.

타겟부(T) 상에서의 전자빔의 조사야의 형상은, 대략 원형에 한정되지 않고, 타겟체(23)의 외형 등의 조사 조건의 변화에 대응하여 형상을 변화시켜도 괜찮다. 전자빔의 조사야의 형상은, 예를 들면 타원형이라도 괜찮고, 이 경우에는, 조사야의 외경은, 짧은 지름으로 정의할 수 있다.

보호층(25)은, 기판(21)의 제1 주면(21a) 및 타겟체(23)의 제2 단면(23b)을 덮도록, 제1 주면(21a) 상에 형성되어 있어도 괜찮다.

본 실시 형태에서는, 컨트롤러(31)는, 2차 전자의 강도에 기초하여 코일부(9)를 제어하고 있었지만, 이것에 한정되지 않고, 특성 X선량에 기초하여 코일부(9)를 제어해도 괜찮다. 이 경우, X선 발생 장치(1)는, 도 9에 나타내어지는 바와 같이, 2차 전자 검출기(33)를 대신하여, X선 검출기(41)를 구비한다. X선 검출기(41)도, 2차 전자 검출기(33)와 마찬가지로, 검출 결과를 검출 신호로서, 컨트롤러(31)에 출력한다. 컨트롤러(31)는, X선 검출기(41)로부터 출력된 검출 신호에 기초하여, 코일부(9)를 제어한다.

전자빔을 물질에 조사했을 때, X선이 발생한다. X선은 연속 스펙트럼의 제동 X선과 선스펙트럼의 특성 X선으로 나뉘어지며, 특성 X선은 원소에 고유의 에너지를 가진다. 타겟체(23)를 구성하는 W의 K열 특성 X선의 에너지는 대략 59.3keV이고, L열 특성 X선의 에너지는 대략 8.4keV, 대략 9.7keV이다. 따라서, 컨트롤러(31)는, X선 검출기(41)에서 검출되는 특성 X선량이 소정의 값으로 일정, 혹은 최대가 되도록 전자빔(EB)의 편향을 제어한다.

본 실시 형태에서는, 기판(21)이 다이아몬드로 이루어지며, 타겟체(23)가 텅스텐으로 이루어진다. 이 경우, 전자빔의 조사에 의해 기판(21)으로부터 발생하는 X선량과, 전자빔의 조사에 의해 타겟체(23)로부터 발생하는 X선량이 크게 다르다. 기판(21)으로부터 발생하는 X선량과 타겟체(23)로부터 발생하는 X선량이 크게 다른 경우에는, 특성 X선량만이 아니라, X선 검출기(41)에서 전체적인 X선량을 검출해도 괜찮다. 컨트롤러(31)는, X선 검출기(41)에서 검출되는 전체적인 X선량이 소정의 값으로 일정, 혹은 최대가 되도록 전자빔(EB)의 편향을 제어한다.

컨트롤러(31)는, 타겟부(T)로부터 검출되는 타겟 전류값에 기초하여 코일부(9)를 제어해도 괜찮다. 이 경우, X선 발생 장치(1)는, 도 10에 나타내어지는 바와 같이, 2차 전자 검출기(33)를 대신하여, 타겟 전류를 검출하는 전류 검출기(51)를 구비한다. 전류 검출기(51)도, 2차 전자 검출기(33) 또는 X선 검출기(41)와 마찬가지로, 검출 결과를 검출 신호로서, 컨트롤러(31)에 출력한다. 컨트롤러(31)는, 전류 검출기(51)로부터 출력된 검출 신호에 기초하여, 코일부(9)를 제어한다. 전류 검출기(51)를 별도 구비하지 않고, 컨트롤러(31)가, 타겟 전류를 검출하는 검출부를 구비하고 있어도 괜찮다.

전자빔을 물질에 조사했을 때, 물질의 원자 번호에 의존하는 양(量)의 전자가 흡수된다. 즉, 원자 번호가 클수록 타겟 전류는 작고, 원자 번호가 작을수록 타겟 전류는 크다. 본 실시 형태에서는, 다이아몬드로 이루어지는 기판(21) 중에 텅스텐으로 이루어지는 타겟체(23)를 매설하고 있으므로, 타겟 전류가 작은 위치를 타겟체(23)로 판정할 수 있다. 여기서, 컨트롤러(31)는, 타겟 전류가 보다 작게 되도록 전자빔(EB)의 편향을 제어한다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명은, X선 비파괴 검사 장치에 이용할 수 있다.

1 - X선 발생 장치 3 - 전자총부
7, 9 - 코일부 21 - 기판
23 - 타겟체 25 - 보호층
31 - 컨트롤러 33 - 2차 전자 검출기
41 - X선 검출기 51 - 전류 검출기
D1 - 전자빔의 타겟부 상에서의 조사야의 외경
D2 - 타겟체의 외경 EB - 전자빔
F - 조사야 T - 타겟부
XR - X선

Claims

X선 발생 장치로서,
전자빔을 출사하는 전자총부와,
다이아몬드로 이루어지는 판 모양의 기판과, 상기 전자빔의 입사에 의해 X선을 발생하는 재료로 이루어지고 또한 상기 기판에 밀착하여 매설된 타겟체를 가지는 타겟부를 구비하고 있으며,
상기 기판은, 서로 대향하고 또한 평행한 제1 주면(主面)과 제2 주면을 가짐과 아울러, 저부를 가지는 모양의 구멍부가 형성되어 있고,
상기 구멍부는, 상기 제1 주면측으로부터 상기 제2 주면을 향하여 상기 제1 주면에 수직인 방향으로 연장하고 있음과 아울러, 기둥체 형상을 나타내고 있는 내측 공간을 가지며,
상기 타겟체는, 상기 구멍부 내에 배치되어 있음과 아울러, 상기 구멍부의 상기 내측 공간에 대응한 기둥체 형상을 나타내며,
상기 타겟체의 외경은, 0.05 ~ 1㎛의 범위이고,
상기 전자빔의 상기 타겟부에서의 조사야(照射野, radiation field)의 외경이 상기 타겟체의 외경의 1.1 ~ 2.5배의 범위이며,
상기 제1 주면에 수직인 방향으로부터 보아 상기 타겟체의 전체가 상기 조사야에 내포되도록 상기 전자빔을 상기 제1 주면에 수직인 방향으로부터 상기 타겟체에 조사하는 것에 의해, 상기 타겟체로부터 X선을 발생시키고, X선이 상기 기판을 투과하여 외부로 출사되는 X선 발생 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 기판에서의 상기 전자빔의 입사면측에는, 천이 원소를 포함하는 보호층이 형성되어 있는 X선 발생 장치.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 전자빔을 수속(收束)시키는 제1 코일부와,
상기 전자빔을 편향시키는 제2 코일부와,
상기 전자빔의 상기 타겟부에서의 조사야의 외경이 상기 타겟체의 외경의 1.1 ~ 2.5배의 범위가 되도록 상기 제1 코일부를 제어하고, 상기 전자빔의 상기 조사야가 상기 타겟체를 내포하도록 상기 제2 코일부를 제어하는 제어부를 더 구비하는 X선 발생 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 타겟체로부터의 2차 전자 또는 상기 타겟체로부터 발생한 X선 또는 타겟 전류를 검출하는 검출부를 더 구비하며,
상기 제어부는, 상기 검출부의 검출 신호에 기초하여 상기 제2 코일부를 제어하는 X선 발생 장치.
다이아몬드로 이루어지는 판 모양의 기판과, 전자빔의 입사에 의해 X선을 발생하는 재료로 이루어지고 또한 상기 기판에 밀착하여 매설된 타겟체를 가지는 타겟부에 전자빔을 조사하여, 상기 타겟체로부터 X선을 발생시키는 X선 발생 방법으로서,
상기 기판은, 서로 대향하고 또한 평행한 제1 주면(主面)과 제2 주면을 가짐과 아울러, 저부를 가지는 모양의 구멍부가 형성되어 있으며,
상기 구멍부는, 상기 제1 주면측으로부터 상기 제2 주면을 향하여 상기 제1 주면에 수직한 방향으로 연장하고 있음과 아울러, 기둥체 형상을 나타내고 있는 내측 공간을 가지고,
상기 타겟체는, 상기 내측 공간에 배치되어 있음과 아울러, 상기 구멍부의 상기 내측 공간에 대응한 기둥체 형상을 나타내며,
상기 타겟체의 외경을, 0.05 ~ 1㎛의 범위로 하고,
상기 전자빔의 상기 타겟부에서의 조사야의 외경을, 상기 타겟체의 외경의 1.1 ~ 2.5배의 범위로 하며,
상기 제1 주면에 수직한 방향으로부터 보아 상기 조사야가 상기 타겟체의 전체를 내포하도록, 상기 전자빔을 상기 제1 주면에 수직한 방향으로부터 상기 타겟체에 조사하고, 상기 타겟체로부터 발생한 X선을 상기 기판을 투과시켜 외부로 출사하는 X선 발생 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 기판에서의 상기 전자빔의 입사면측에는, 천이 원소를 포함하는 보호층이 형성되어 있는 X선 발생 방법.
청구항 5 또는 6에 있어서,
상기 전자빔을 수속시키는 제1 코일부와, 상기 전자빔을 편향시키는 제2 코일부를 이용하며,
상기 제1 코일부에 의해, 상기 전자빔의 상기 타겟부에서의 조사야의 외경이 상기 타겟체의 외경의 1.1 ~ 2.5배의 범위가 되도록, 상기 전자빔을 수속시키며,
상기 제2 코일부에 의해, 상기 전자빔의 상기 조사야가 상기 타겟체를 내포하도록, 상기 전자빔을 편향시키는 X선 발생 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 타겟체로부터의 2차 전자 또는 상기 타겟체로부터 발생한 X선 또는 타겟 전류를 검출하는 검출부를 이용하며,
상기 검출부의 검출 신호에 근거하여, 상기 제2 코일부를 제어하여, 상기 전자빔을 편향시키는 X선 발생 방법.