WO2005112071A1 - Ｘ線源及びその陽極 - Google Patents

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WO2005112071A1
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metal layer
ray source
anode
target
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PCT/JP2005/009078
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Inventor
Yuuichi Motoi
Noriyasu Kobayashi
Yoshika Mitsunaka
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Toshiba
Toshiba Electron Tubes & Devices Co., Ltd.
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/112—Non-rotating anodes
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/088—Laminated targets, e.g. plurality of emitting layers of unique or differing materials
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    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/112—Non-rotating anodes
    • H01J35/116—Transmissive anodes

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray source for generating X-rays used for nondestructively observing internal structures of industrial products, biological samples, and the like, and an anode thereof.
  • a method for facilitating the positioning of an electron beam focus on a target, especially immediately after a hot filament as an electron source is replaced.
  • a hole through which an electron beam passes is formed in the center of an aperture between an electron lens and a target and is divided around the hole.
  • An electrode is provided. If the beam shape is divergent or skewed, the electron beam collides with the divided electrodes without passing through the center.
  • the electron beam can pass through the center and align the X-ray generation point with the center position on the target.
  • the spot size of the electron beam on the target is limited by the focus of the electron lens. It is impossible to reduce it beyond performance.
  • the output data of an X-ray image detector is required to facilitate proper adjustment of the focusing position of an electron beam on a target.
  • a method has been devised to automatically adjust the electron lens based on the force. In this method, it cannot be detected automatically until the spot size of the electron beam is reduced to the minimum.
  • a microfocus X-ray source is intended to observe an image of an object with high spatial resolution by narrowing the spot size of an electron beam focused on a target to a very small value.
  • the size of the area for generating X-rays on the target is determined by the ability of the electron lens to focus the electron beam on the target, and the spot size of the electron beam on the target.
  • the user of the device can determine the extent to which the focal point spread and the position of the electron beam on the target are displaced. It was difficult to measure directly and quantitatively easily.
  • the microfocus X-ray source requires an electron lens having an electron focusing function with a very high degree of convergence, which has led to a problem that the cost of the apparatus is increased.
  • An object of the present invention is to provide an X-ray source capable of focusing an X-ray finer than an electron beam spot size and an anode thereof.
  • the anode of the X-ray source includes a first metal layer, an insulating layer, and a second metal layer formed in this order on a base, and the first metal layer is formed of a second metal layer. Having an atomic number higher than the atomic number of the element that constitutes the first metal layer, and a hole for partially exposing the first metal layer in the insulating layer and the second metal layer. .
  • the number of electrons per unit volume of the first metal layer that is, the volume density of the number of electrons is determined by the number of electrons per unit volume of the second metal layer, that is, the number of electrons.
  • a hole for partially exposing the first metal layer is formed in the insulating layer and the second metal layer having a volume density larger than that of the first metal layer.
  • the anode of the X-ray source includes a substrate, a target layer overlaid on the substrate, for generating X-rays by electron impact, and an insulating layer overlaid on the target layer. And a shield layer overlying the insulating layer and having an opening with the insulating layer to partially expose the target layer.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of an X-ray source according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the anode of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view of the anode of FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional structure of an X-ray source (also referred to as an X-ray tube) according to the present embodiment.
  • a vacuum container 10 accommodates a cathode 11, an anode 8, a force grid electrode 12, a deflection coil 13, an aperture 14, and an electron lens 15.
  • the grid electrode 12 is formed by a field emission electron source such as a thermoelectron emitted from a filament of the cathode 11 or a carbon nanotube.
  • four deflection coils 13 are discretely arranged around the central axis (optical axis) of the electron beam 5 at a period of 90 °.
  • the four deflection coils 13 constitute a deflection unit together with a deflection coil control unit (not shown) that supplies current to them.
  • the four electronic lenses (also referred to as focus coils) 15 constitute an electronic lens unit together with an electronic lens control unit (not shown) for supplying a current thereto.
  • X-ray sources are used for X-ray diagnostic apparatuses, X-ray computed tomography apparatuses, and the like.
  • the X-ray source is connected to, for example, one end of a C-shaped arm and an image intensifier (II) or solid-state X-ray detector (also called a flat panel detector (FPD)) at the other end. Attached to face each other.
  • II image intensifier
  • FPD flat panel detector
  • the X-ray source is mounted together with an X-ray detector on an annular frame that is rotatably held.
  • the X-ray source and X-ray detector can be fixed and the object can be mounted on a rotating table for tomography.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the anode 8 of FIG.
  • FIG. 3 shows a plan structure of the anode 8 of FIG.
  • a first metal layer 2 is overlaid on a substrate 1 also serving as an X-ray emission window of an X-ray source.
  • the first metal layer 2 constitutes a target layer for effectively generating X-rays by collision of the electron beam 5.
  • the electron beam 5 accelerated at high speed by the high voltage between the cathode 11 and the anode 8 collides with the first metal layer 2, a large amount of heat is generated in a minute area.
  • the substrate 1 needs to be a material having a high X-ray transmittance, that is, a material composed of an element having a relatively small atomic number so that it can be used as a window material, and has excellent heat conductivity. It needs to be a material. Since the atomic number of an element is equal to the number of electrons possessed by the atom of the element, a material composed of an element having a relatively small atomic number means that the number of electrons per unit volume, that is, the volume of electrons It can be said that it is a material with low density.
  • Such a material examples include a single material composed of a single element such as diamond, graphite, beryllium, and aluminum, and a compound material such as aluminum nitride, boron nitride, and silicon carbide. It is selectively used as a material for the substrate 1 from the inside.
  • the first metal layer 2 is made of a single material of an element having a relatively large atomic number, such as tungsten or molybdenum, or a composite material containing the element.
  • an insulating layer 3 having a relatively small atomic number and having an elemental force is overlaid.
  • the insulating layer 3 is required to be a substance that can be electrically insulated, has heat resistance, and has a low vapor pressure, and is preferably made of a material such as silicon dioxide, aluminum aluminum, or diamond.
  • a second metal layer 4 made of a single material of an element having a relatively small atomic number such as titanium or a composite material containing the element is stacked on the insulating layer 3.
  • the second metal layer 4 is configured such that the amount of X-rays generated in the second metal layer 4 under the same conditions is smaller than the amount of X-rays generated in the first metal layer 2 or
  • the atomic number of the element that mainly constitutes is smaller than the atomic number of the element that constitutes or mainly constitutes the first metal layer 2.
  • the volume density of the number of electrons of the second metal layer 4 is smaller than the volume density of the number of electrons of the first metal layer 2.
  • an element constituting or mainly constituting the second metal layer 4 is selected so that almost no X-rays are generated in the second metal layer 4.
  • the second metal layer 4 is provided as a shield layer for shielding the first metal layer 2 from the electron beam 5 except for the opening.
  • a minute, substantially circular opening (also referred to as a hole) 6 is formed substantially at the center of the second metal layer 4 and the insulating layer 3.
  • the opening 6 is formed by etching.
  • the anode 8 is aligned with the center axis of the electron beam 5 so that the center of the opening 6 is located on the center axis of the electron beam 5.
  • a plurality of openings 6 may be provided near the central axis of the single force electron beam 5. In this way, when the opening is thermally damaged by the electron beam, the life of the anode can be extended by selecting an opening that is not damaged by electron beam deflection from among the plurality of openings. It can be substantially extended.
  • the aperture 6 has a diameter smaller than the limit diameter of the spot 26 of the electron beam 5 that can be narrowed down by the electron lens 15. Since the opening 6 is opened in the second metal layer 4 and the insulating layer 3, a part of the surface of the first metal layer 2 corresponding to the opening 6 is exposed to the cathode 11.
  • the electron beam 5 arriving at the anode 8 is shielded by the second metal layer 4, passes through the opening 6 and collides with a part of the surface of the first metal layer 2.
  • X-rays are generated on a part of the surface of the first metal layer 2 colliding with the electron beam 5. Therefore, the X-ray focal point where X-rays are generated can be realized in a size smaller than the spot diameter of the electron beam 5. That is, when the electron beam 5 is irradiated on the anode 8, the electrons that have passed through the opening 6 and reached the bottom, that is, the surface of the first metal layer 2, have a large atomic number. X-rays are generated by colliding with.
  • the electron beam 5 when the spot 26 of the electron beam 5 is wider than the opening 6, the electron beam 5 also collides with the second metal 4 having a small atomic number.
  • the X-ray generation region substantially depends on the area of the bottom of the opening 6. Therefore, by making the size of the opening 6 formed by photolithography or electron beam exposure to be smaller than the size of the spot 26 of the electron beam 5, the X-ray focus X-ray can be obtained. It is possible to miniaturize the X-ray generation area of the device beyond the beam focus performance of the device.
  • the first metal layer 2 and the second metal layer 4 are electrically insulated because they are separated by the insulating layer 3 therebetween.
  • the base 1 also serving as the window material of the X-ray source is electrically insulated from the casing 10, and the second metal layer 4 and the insulating layer 3 are etched at the center of the center axis of the X-ray beam 5 by etching.
  • An ammeter 25 is connected so that the amount of current of the electron beam 5 that is removed and collides with the opening 6 whose surface is exposed to the first metal layer 2 can be detected. Therefore, the intensity ratio of the electron beam that collides with the first metal layer 2 and the second metal layer 4 can be detected by monitoring the current flowing to the ground for the respective metal layers 2 and 4.
  • the current flowing from the first metal layer 2 to the ground is 0, and it is detected by the current that the electron beam 5 is warped in the position of the opening 6. .
  • the spot diameter of the electron beam 5 is wider than the diameter of the opening 6, the ratio of the current flowing from the first metal layer 2 and the second metal layer 4 to the ground respectively becomes the spot 26 of the electron beam 5 It is monitored as an amount that reflects the size of the size.
  • Electrons that collide with the second metal layer 4 around the opening 6 generate a small amount of X-rays because the atomic number of the second metal layer 4 is small. Therefore, even when the electron beam 5 is wider than the size of the opening 6, the size of the X-ray generation region (X-ray focal point) is roughly equal to the size of the opening 6 formed by etching. It is almost equal to the diameter.
  • the second metal layer 4 is made up of a plurality of intersecting openings 6, in this case two grooves 19, 20 [four sub-sections 4 1]. , 4- 2, 4- 3, 4 4
  • the grooves 19 and 20 reach the insulating layer 3, and the surfaces of the first metal layer 2 are exposed in the grooves 19 and 20.
  • the grooves 19 and 20 are formed by removing the second metal layer 4 and the insulating layer 3 therebelow by etching calories, and the outermost surface is the first metal layer 2.
  • the electrode portions 4-1, 4-2, 4, 3, 4-4 made of the second metal layer 4 are electrically separated.
  • Ammeters 21, 2, 23 and 24 are connected so that they can be detected.
  • the current values detected by the ammeters 21, 2, 23, 24 are denoted as II, 12, 13, 14.
  • the direction and distance of the shift of the center of the spot 26 of the electron beam 5 with respect to the center of the opening 6 can be specified based on the comparison results of the current values II, 12, 13, and 14.
  • the deflection coil control unit (not shown) specifies the direction and distance of the deviation based on the current values II, 12, 13, and 14, and supplies a current corresponding to the specified direction and distance of the deviation to the four deflection coils 13.
  • the center of the spot 26 of the electron beam 5 is dynamically adjusted to the center of the opening 6. A specific description will be given assuming that the coordinates of the center in FIG. 3 are (0, 0).
  • the shift in the X direction in FIG. 3 can be specified by comparing the sum of the currents II and 13 and the sum of the currents 12 and 14.
  • the sum of the currents 12 and 14 is almost 0, it can be seen that the electron beam 5 hits a region almost off the center (0, 0) (X ⁇ 0). Therefore, the current flowing through the pair of deflection coils 13 in the X direction is controlled so that the electron beam 5 gradually moves to X> 0.
  • the sum of the currents 12 and 14 becomes non-zero, and becomes approximately the same as the sum of the currents II and 13.
  • An electron lens control unit (not shown) includes a current value 10 detected by an ammeter 25 connected to the first metal layer 2, and a divided electrode portion 4-1, 4 of the second metal layer 4. -Based on the sum of the currents II, 12, 13, I 4 detected by the ammeters 21, 22, 23, 24 connected to 2, 4, 3, 4 4 The size can be specified.
  • the electron lens control unit controls the electron beam 5. The current flowing through the electron lens 15 can be controlled so that the spot 26 reaches the critical diameter.
  • the spot 26 of the electron beam 5 approaches the critical diameter, the sum of the currents II, 12, 13, and 14 detected by the ammeters 21, 22, 23, and 24 decreases, and the first metal layer The current value 10 detected by the ammeter 25 connected to 2 becomes higher.
  • the spot 26 of the electron beam 5 reaches the critical diameter, the difference between the sum of the currents II, 12, 13, and 14 and the current 10 becomes a predetermined value.
  • the size of the spot 26 of the electron beam 5 is controlled by controlling the current flowing through the electron lens 15 so that the difference between the sum of the currents II, 12, 13, and 14 and the current 10 matches or approximates a predetermined value. Can be minimized.
  • the focus as an X-ray source for generating X-rays can be narrowed down more than the region where the accelerated electrons collide with the anode target, and the micro focus having high spatial resolution can be obtained.
  • An X-ray source can be configured. Therefore, an electromagnetic lens having a low electron beam focusing ability can be used, and the cost of the apparatus can be reduced.
  • by monitoring the value of the current flowing through each electrode on the divided target it is possible to control the generation point of the X-ray source on the target to a predetermined location that is pre-determined, The focus position of the electron beam can be easily adjusted.
  • the spot size of the electron beam on the target can be monitored and controlled.

Abstract

　Ｘ線源の陽極（８）は、基体（１）上に第１の金属層（２）と絶縁層（３）と第２の金属層（４）が順に形成され、第１の金属層（２）は第２の金属層（４）を構成する元素の原子番号より大きい原子番号の元素を有し、絶縁層（３）及び第２の金属層（４）には第１の金属層（２）を部分的に露出するための孔（６）が開けられている。

Description

明 細 書
X線源及びその陽極
技術分野
[0001] 本発明は、工業製品や生体試料などの内部構造を非破壊的に観察するために用 いられる X線を発生する X線源及びその陽極に関する。
背景技術
[0002] マイクロフォーカス X線管において、特に電子源となる熱フィラメントの交換直後のタ 一ゲット上の電子ビーム焦点の位置合わせを容易にするための方法が考案されて!、 る。その一つは、特開 2001— 319608号公報に記載されているように、電子レンズと ターゲットとの間のアパーチャ部に中心部に電子ビームが通過する孔が開けられそ の周囲に分割された電極が設けられたものである。ビーム形状に広がりや偏りがある 場合に電子ビームは中心を通過せずに分割された電極に衝突する。電極に流れる 電流をモニターしながら電子レンズを電流などにより制御することにより、電子ビーム が中心を通過してターゲット上の中心位置に X線発生点をあわせることが可能となつ ている。し力しながら、この方式において、分割電極に衝突する電子数に依存する電 流値を最小にする条件にぉ 、ても、ターゲット上の電子ビームのスポットサイズは電 子レンズの焦点の絞りの性能を超えて小さくすることは不可能である。
[0003] また、特開 2003— 004668号公報に示されているように、ターゲット上で電子ビー ムが集束位置を適切に合わせることを容易にするために、 X線像検出器の出力デー タをもとに電子レンズを自動的に調節する方式が考案されている力 この方式におい ては電子ビームのスポットサイズが最小に絞ることまでは自動的に検出することはで きないでいる。マイクロフォーカス X線源は、ターゲット上で結像する電子ビームのス ポットサイズを微小に絞ることにより高い空間分解能で対象物の像を観察しょうとする ものである。従来のマイクロフォーカス X線源においては、ターゲット上で X線を発生 させる領域の大きさは、ターゲット上の電子ビームのスポットサイズは電子ビームを集 束させる電子レンズの性能によって決定づけられている。また、従来の方法では、装 置の利用者がターゲット上での電子ビームの焦点の広がりと位置のずれがどの程度 であるかを直接的かつ定量的に簡便に計測することができな力つた。さらに、マイクロ フォーカス X線源においては、極めて集束度が高い電子集束機能をもつ電子レンズ が必要とされるため、装置のコストが高くなつてしまうことが問題であった。
発明の開示
[0004] 本発明の目的は、電子ビームのスポットサイズより微小に X線焦点を絞ることの可能 な X線源及びその陽極を提供することにある。
[0005] 本発明の第 1の局面においては、 X線源の陽極は、基体上に第 1の金属層と絶縁 層と第 2の金属層が順に形成され、第 1の金属層は第 2の金属層を構成する元素の 原子番号より大きい原子番号の元素を有し、絶縁層及び第 2の金属層には第 1の金 属層を部分的に露出するための孔が開けられている。
[0006] 本発明の第 2の局面においては、第 1の金属層の単位体積当たりの電子数、つまり 電子数の体積密度は、第 2の金属層の単位体積当たりの電子数、つまり電子数の体 積密度より大きぐ絶縁層及び第 2の金属層には第 1の金属層を部分的に露出する ための孔が開けられている。
[0007] 本発明の第 3の局面においては、 X線源の陽極は、基体と、基体上に重ねられ電 子衝突により X線を発生するためのターゲット層と、ターゲット層上に重ねられる絶縁 層と、絶縁層上に重ねられ、ターゲット層を部分的に露出するために絶縁層とともに 開口が開けられるシールド層とを具備する。
図面の簡単な説明
[0008] [図 1]図 1は本実施形態による X線源の断面構造を示す図である。
[図 2]図 2は図 1の陽極の断面図である。
[図 3]図 3は図 1の陽極の平面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0009] 以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図 1には、本実施形態に係る X線源 (X線管ともいう）の断面構造を示している。真 空容器 10には陰極 11と陽極 8と力 グリッド電極 12、偏向コイル 13、アパーチャ 14、 電子レンズ 15とともに収容される。グリッド電極 12は、陰極 11のフィラメントから放出 された熱電子又はカーボンナノチューブ等の電界放出型電子源力 放出された電子 を電子ビーム 5に整形する。典型的には 4つの偏向コイル 13が、電子ビーム 5の中心 軸 (光軸）の回りに 90° の周期で離散的に配置される。 4つの偏向コイル 13は、それ らに電流を供給する図示しない偏向コイル制御部とともに偏向部を構成する。 4つの 電子レンズ (フォーカスコイルともいう） 15は、それらに電流を供給する図示しない電 子レンズ制御部とともに電子レンズ部を構成する。
[0010] X線源は、医用分野では、 X線診断装置、 X線コンピュータ断層撮影装置等に用い られる。 X線診断装置であれば、 X線源は、例えば C形のアームの一端に、他端のィ メージインテンシファイア (I. I. )又は固体 X線検出器 (フラットパネルデテクタ (FPD) ともいう）に対向するように取り付けられる。人体用 X線コンピュータ断層撮影装置で あれば、 X線源は、回転自在に保持される環状フレームに X線検出器とともに取り付 けられる。比較的小さな工業部品や生体試料の場合は、 X線源と X線検出器は固定 し、対象物を回転する台に載せて断層撮影をおこなうこともできる。
[0011] 図 2に図 1の陽極 8の断面構造を示している。図 3には図 1の陽極 8の平面構造を示 している。 X線源の X線放射窓を兼ねた基体 1上に、第 1の金属層 2が重ねられる。第 1の金属層 2は、電子ビーム 5の衝突により X線を効果的に発生するためのターゲット 層を構成する。陰極 11と陽極 8の間の高電圧により高速に加速された電子ビーム 5 が第 1の金属層 2に衝突すると、微小な領域で多量の熱を発生する。したがって基体 1としては、窓材として利用できるように X線の透過率の高い、すなわち原子番号の比 較的小さな元素によって構成された材料であることが必要であるとともに、熱伝導性 に優れた材料であることが必要とされる。元素の原子番号は、その元素の原子の持 つ電子数に等しいので、原子番号の比較的小さな元素によって構成された材料であ るということは、単位体積当たりの電子数、すなわち電子数の体積密度が小さい材料 であるとも言うことができる。このような材料として、例えばダイヤモンド、グラフアイト、 ベリリウム、アルミニウムのような単一の元素で構成された単体の材料や、窒化アルミ ユウム、窒化硼素、炭化珪素のような化合物の材料があり、その中から基体 1の材料 として選択的に用いられる。
[0012] 第 1の金属層 2は、タングステンやモリブデンなどの原子番号の比較的大きな元素 の単一素材又はその元素を含む複合材料力 構成される。第 1の金属層 2の上には 、原子番号の比較的小さな元素力 なる絶縁層 3が重ねられる。絶縁層 3としては、 電気的な絶縁が可能で耐熱性があり、蒸気圧が低い物質であることが必要とされ、二 酸化珪素、窒素アルミニウム、ダイヤモンドなどの材料が好ましい。
[0013] 絶縁層 3の上に、チタンなどの原子番号の比較的小さな元素の単一素材又はその 元素を含む複合材料から構成される第 2の金属層 4が重ねられる。同一条件のもとで 第 2の金属層 4で発生する X線の量が第 1の金属層 2で発生する X線の量よりも少なく なるように、第 2の金属層 4を構成する又は主に構成する元素の原子番号は、第 1の 金属層 2を構成する又は主に構成する元素の原子番号よりも小さい。あるいは、第 2 の金属層 4の電子数の体積密度は、第 1の金属層 2の電子数の体積密度よりも小さ い。好ましくは、第 2の金属層 4ではほとんど X線が発生しないように、第 2の金属層 4 を構成する又は主に構成する元素が選定される。第 2の金属層 4は、開口部分を除 き電子ビーム 5から第 1の金属層 2を遮蔽するためのシールド層として設けられている
[0014] 第 2の金属層 4と絶縁層 3の略中央には、微小な略円形の開口部（孔ともいう） 6が 開けられている。開口部 6はエッチングカ卩ェによって形成される。開口部 6の中心が 電子ビーム 5の中心軸上に位置するように陽極 8が電子ビーム 5の中心軸に対してァ ライメントされている。典型的には開口部 6は単一である力 電子ビーム 5の中心軸の 近傍に複数個設けられていても構わない。このようにすると、開口部が電子ビームに より熱的に損傷していく場合に、複数の開口部の中から電子ビームの偏向により損傷 していない開口部を選択することで、陽極の寿命を実質的に延ばすことができる。開 口部 6は、電子レンズ 15で小さく絞り込むことのできる電子ビーム 5のスポット 26の限 界径よりも短い径で形成される。第 2の金属層 4と絶縁層 3に開口部 6が開けられたこ とにより、開口部 6に対応する第 1金属層 2の一部表面が陰極 11に対して露出される
[0015] 陽極 8に到達した電子ビーム 5は第 2の金属層 4で遮蔽され、開口部 6を通過して第 1の金属層 2の一部表面に衝突する。電子ビーム 5が衝突した第 1の金属層 2の一部 表面において X線が発生する。従って、 X線が発生する X線焦点は、電子ビーム 5の スポット径よりも小さ 、サイズに実現され得る。 [0016] つまり、電子ビーム 5を陽極 8に照射すると、開口部 6を通過してその底部、つまり第 1の金属層 2の表面まで到達した電子は、原子番号の大きな第 1の金属層 2に衝突し て X線を発生する。一方、電子ビーム 5のスポット 26が開口部 6より広がっている場合 、電子ビーム 5は原子番号の小さな第 2の金属 4にも衝突する。この場合は X線の発 生が少ないため、 X線の発生領域はほぼ開口部 6の底部の面積に依存する。したが つて、あら力じめフォトリソグラフィーまたは電子ビーム露光を用いて形成された開口 部 6の大きさを、電子ビーム 5のスポット 26のサイズより、小さく加工することにより、マ イク口フォーカス X線装置において装置のビームフォーカスの性能を超えた X線発生 領域の微小化をおこなうことができる。
[0017] 第 1の金属層 2と第 2の金属層 4とは、絶縁層 3を挟んで隔てられているため、電気 的に絶縁されている。 X線源の窓材を兼ねた基体 1は筐体 10から電気的に絶縁され 、 X線ビーム 5の中心軸の中心において、エッチングカ卩ェによって第 2の金属層 4と絶 縁層 3が除かれて第 1の金属層 2が表面に露出された開口部 6に衝突する電子ビー ム 5の電流量が検出できるように電流計 25が接続されている。したがって、第 1の金 属層 2と第 2の金属層 4に衝突する電子ビームの強度比は、それぞれの金属層 2, 4 力もグランドへ流れる電流をモニターすることにより検知することができる。例えば、 X 線の発生がほとんど 0である場合には、第 1の金属層 2からグランドへ流れる電流が 0 であり、電子ビーム 5が開口部 6の位置力 反れていることが電流によって検知される 。電子ビーム 5のスポット径が開口部 6の径より広がっている場合には、第 1の金属層 2および第 2の金属層 4からそれぞれグランドへ流れる電流の比が電子ビーム 5のス ポット 26のサイズの大きさを反映した量としてモニターされる。電子ビーム 5がこのよう な光軸中心に開口部 6が開けられた第 1の金属層 2に衝突するとき、その元素の原子 番号が大きいため効率良く X線が発生する。開口部 6の周囲の第 2の金属層 4に衝 突した電子は、第 2の金属層 4の原子番号が小さいため、 X線の発生量は少ない。し たがって、電子ビーム 5が開口部 6の大きさよりも広がっている場合においても、 X線 の発生領域 (X線焦点）の大きさはあら力じめエッチング加工により作製された開口部 6の径にほぼ等しいものとなる。
[0018] しかしながら、電子ビーム 5のスポット 26の位置が開口部 6の位置からどの向きにど の程度にずれているかは、この情報だけ力 得ることはできない。それを解決するた めに、図 3に示したように、第 2の金属層 4が、開口部 6で交差する複数本、ここでは 2 本の溝 19, 20【こより 4つの咅分 4 1, 4- 2, 4- 3, 4 4【こ分害 ijされて!/ヽる。
[0019] 溝 19, 20は絶縁層 3にも到達しており、溝 19, 20では第 1の金属層 2の表面が露 出している。溝 19, 20は、第 2の金属層 4およびその下の絶縁層 3をエッチングカロェ により除去することで形成され、最表面は第 1の金属層 2になっている。この溝 19, 2 0により、第 2の金属層 4からなる電極部分 4—1, 4- 2, 4- 3, 4— 4は、電気的に分 離されている。これら 4—1, 4 - 2, 4- 3, 4—4には、電子ビーム 5がそれぞれの電 極 4—1 , 4- 2, 4- 3, 4—4に衝突して流れる電流量が検出できるようにそれぞれ 電流計 21 , 2, 23, 24が接続される。電流計 21, 2, 23, 24で検出される電流値を、 II, 12, 13, 14と表記する。
[0020] これら電流値 II, 12, 13, 14の比較結果によって、開口部 6の中心に対する電子ビ ーム 5のスポット 26の中心のずれの向きと距離を特定することができる。図示しない偏 向コイル制御部は、電流値 II, 12, 13, 14に基づいて、ずれの向きと距離を特定する とともに、特定したずれの向きと距離に応じた電流を 4つの偏向コイル 13にそれぞれ 供給することにより開口部 6の中心に対して電子ビーム 5のスポット 26の中心を動的 に合わせる。図 3の中心の座標を (0, 0)として、具体的に説明する。
[0021] まず、図 3の X方向のずれは、電流 IIと電流 13の合計と、電流 12と電流 14の合計と の比較によって特定することができる。まず、電流 12と電流 14の合計がほとんど 0であ る場合には、電子ビーム 5はほとんど中心（0, 0)からはずれた (Xく 0)の領域に当た つていることがわかる。したがって、 X方向に関する対の偏向コイル 13に流す電流を 電子ビーム 5が X>0に漸次移動していくように制御する。電子ビーム 5のスポット 26 の中心の X座標がほぼ 0に近づくと、電流 12と電流 14の合計が 0でなくなり、電流 IIと 電流 13の合計の値と同じ程度の値になる。この状態で、電流 IIと電流 13の合計が電 流 12と電流 14の合計より高い場合は、電子ビーム 5のスポット 26の位置が X>0の方 向に移動するように偏向コイル 13の電流を制御し、逆に電流 IIと電流 13の合計が電 流 12と電流 14の合計より低 、場合は、 Xく 0の方向に移動するように偏向コイル 13の 電流を制御する。 [0022] Y軸方向の電子ビーム 5のスポット 26の位置の制御も同様に行われる。すなわち、 電流 IIと電流 12の合計が電流 13と電流 14の合計より高 、場合は、 Υ< 0の方向にビ 一ムスポット 26が移動するように偏向コイル 13に電流を供給する。反対に、電流 IIと 電流 12の合計が電流 13と電流 14の合計より低い場合は、 Υ>0の方向にビームスポ ット 26が移動するように偏向コイル 13を制御する。
[0023] 図示しない電子レンズ制御部は、第 1の金属層 2に接続された電流計 25によって 検出される電流値 10と、分割された第 2の金属層 4の電極部分 4—1, 4- 2, 4- 3, 4 4に接続されている電流計 21, 22, 23, 24によって検出される電流 II, 12, 13, I 4の合計とに基づいて、電子ビーム 5のスポット 26のサイズを特定することができる。 また、電子レンズ制御部は、特定した電子ビーム 5のスポット 26のサイズが所定の径 、典型的には電子レンズ 15の集束性能上の限界径に実質的に達していないとき、電 子ビーム 5のスポット 26が限界径に達するように、電子レンズ 15に流す電流を制御す ることができる。電子ビーム 5のスポット 26が限界径に接近すると、それに伴って、電 流計 21, 22, 23, 24によって検出される電流 II, 12, 13, 14の合計が低下し、第 1の 金属層 2に接続された電流計 25によって検出される電流値 10が高くなる。電子ビー ム 5のスポット 26が限界径に達したとき、電流 II, 12, 13, 14の合計と、電流 10との差 が所定値になる。電流 II, 12, 13, 14の合計と、電流 10との差が所定値に一致する又 は近似するように電子レンズ 15に流す電流を制御することにより、電子ビーム 5のス ポット 26のサイズを最小化することができる。
[0024] 本実施形態によれば、 X線を発生する X線源としての焦点を、加速された電子が陽 極ターゲットに衝突する領域よりも微小に絞ることができ、空間分解能の高いマイクロ フォーカス X線源を構成することができる。そのため、電子ビームのフォーカス能力が 低い電磁レンズを用いることができ、装置のコストを下げることができる。また、分割さ れたターゲット上のそれぞれの電極に流れる電流値をモニターすることにより、ターゲ ット上の X線源の発生点をあら力じめ定めた一定の場所に制御することができ、電子 ビームの焦点の位置合わせを容易におこなうことができる。さらに、ターゲット上での 電子ビームのスポットサイズをもモニターし、制御することができる。
[0025] なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなぐ実施段階ではそ の要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体ィ匕できる。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わせにより、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カゝら幾つかの構成要素を削除しても よい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
産業上の利用可能性
本発明によれば、電子ビームのスポットサイズより微小に X線焦点を絞ることが可能 である。

Claims

請求の範囲
[1] 基体上に第 1の金属層と絶縁層と第 2の金属層が順に形成され、前記第 1の金属層 は前記第 2の金属層を構成する元素の原子番号より大きい原子番号の元素を有し、 前記絶縁層及び前記第 2の金属層には前記第 1の金属層を部分的に露出するため の孔が開けられていることを特徴とする X線源の陽極。
[2] 基体上に第 1の金属層と絶縁層と第 2の金属層が順に形成され、前記第 1の金属層 の単位体積当たりの電子数は、前記第 2の金属層の単位体積当たりの電子数より大 きぐ前記絶縁層及び前記第 2の金属層には前記第 1の金属層を部分的に露出する ための孔が開けられていることを特徴とする X線源の陽極。
[3] 基体と、
前記基体上に重ねられ、電子衝突により X線を発生するためのターゲット層と、 前記ターゲット層上に重ねられる絶縁層と、
前記絶縁層上に重ねられ、前記ターゲット層を部分的に露出するために前記絶縁 層とともに開口が開けられるシールド層とを具備することを特徴とする X線源の陽極。
[4] 前記ターゲット層は、前記シールド層を構成する元素の原子番号より大きい原子番 号の元素を有することを特徴とする請求項 3記載の X線源の陽極。
[5] 前記ターゲット層の単位体積当たりの電子数は、前記シールド層の単位体積当たり の電子数より大きいことを特徴とする請求項 3記載の X線源の陽極。
[6] 前記シールド層は、前記開口において交差する複数本の溝により電気的に分離され た複数の部分を有することを特徴とする請求項 3記載の X線源の陽極。
[7] 陰極と、
電子発生部と、
前記電子発生部で発生された電子が前記陰極との間の高電圧により加速され衝突 することにより X線を発生する陽極とを具備し、
前記陽極は、
基体と、
前記基体上に重ねられ、電子衝突により X線を発生するためのターゲット層と、 前記ターゲット層上に重ねられる絶縁層と、 前記絶縁層上に重ねられ、前記ターゲット層を部分的に露出するために前記絶縁 層とともに開口が開けられるシールド層とを具備することを特徴とする X線源。
[8] 前記ターゲット層は、前記シールド層を構成する元素の原子番号より大きい原子番 号の元素を有することを特徴とする請求項 7記載の X線源。
[9] 前記ターゲット層の単位体積当たりの電子数は、前記シールド層の単位体積当たり の電子数より大きいことを特徴とする請求項 7記載の X線源。
[10] 前記シールド層は、前記開口において交差する複数本の溝により電気的に分離され た複数の部分を有することを特徴とする請求項 7記載の X線源。
[11] 前記電子衝突により前記複数の部分に流れる電流をそれぞれ計測する複数の電流 計をさらに備えることを特徴とする請求項 10記載の X線源。
[12] 前記複数の電流計で計測した電流値に基づいて前記電子を偏向する偏向部をさら に備えることを特徴とする請求項 11記載の X線源。
[13] 前記シールド層に前記ターゲット層と略等価な電圧を印加する電圧発生部をさらに 備えることを特徴とする請求項 7記載の X線源。
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