JP2012142129A

JP2012142129A - 軟ｘ線源

Info

Publication number: JP2012142129A
Application number: JP2010292745A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Otani; 良一大谷; Nobutada Aoki; 延忠青木; Toshifumi Tanaka; 敏文田中
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-26

Abstract

【課題】ノイズＸ線が放出されるのを低減できる軟Ｘ線源を提供する。
【解決手段】軟Ｘ線源11は、透過ターゲット32を備えた真空容器12、およびこの真空容器12に収納された電子銃13を備える。電子銃13は、電子ビーム26を発生する電子源16、この電子源16から電子ビーム26を引き出す引出電極18、この引出電極18により引き出された電子ビーム26を加速する加速電極19、およびこの加速電極19で加速された電子ビーム26を収束させるレンズ電極20を有する。引出電極18の少なくとも電子ビームが入射する部分を炭素材料で形成する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、軟Ｘ線を放出する軟Ｘ線源に関する。

一般的な微小焦点を有するＸ線源は、マイクロフォーカスＸ線源として既に製品化がなされており、対象物の微小領域を高分解能で検査する非破壊検査装置などに広く利用されている。このＸ線源では、電子銃が発生する電子ビームを電磁レンズにより収束させて透過ターゲット表面のμｍオーダ、またはそれ以下の狭い領域に入射させ、そこで放出されるＸ線を透過ターゲットを透過させて放出させる構成が採られている。

一定量の電流値で、電子ビームを小さなスポットに集束させるためには、電子源と電磁レンズとのマッチングを採って設計することが重要であるが、現在では、様々な工夫を凝らすことによって、０．１μｍに迫る微小焦点のＸ線源が達成されている。

ここで、高い分解能で検査対象の透過撮影を行うＸ線源には、空間分解能を確保する上で、上記のような微小焦点を持つことが必要条件であるが、もう一方、高いコントラストを確保するために適切なエネルギーのＸ線を放出できることが重要となる。これは、検査部位の微小領域の透過撮影を行うとき、使用するＸ線のエネルギーが高すぎると、Ｘ線撮影画像にコントラスト（濃淡度）がつかず、欠陥の有無などの判定ができなくなることによる。

現有のマイクロフォーカスＸ線源は、７０ｋＶ以上あるいは１５０ｋＶ以上の高い電圧で駆動し、高エネルギーのＸ線を放出させるものがほとんどである。しかし、検査対象が数１０μｍの小さなサンプル、あるいは、その構成元素がＸ線の減弱率の小さな軽元素、とりわけ有機物であったりするような場合には、利用するＸ線のエネルギーとしては３０ｋｅＶ以下のものが適用されている。さらに、生体試料のような軟らかく微小な試料を観察対象とするような場合には、３ｋｅＶ以下の軟Ｘ線領域に及ぶ低エネルギーのＸ線を利用することが必要となる。

近年、有機系材料を多用するような製品分野、製薬の分野、さらには細胞に至るような軽元素で構成される微小な対象物に対する高分解能検査の要求が高まっており、上記の軟Ｘ線領域に及ぶ低エネルギーのＸ線を放出できる軟Ｘ線源の実用化が求められている。

特開２００９−２６６００号公報

しかし、軟Ｘ線領域に及ぶ低エネルギーのＸ線を放出できる軟Ｘ線源を構成しようとする場合、撮影により得られたＸ線撮影画像に、透過ターゲットの焦点から放出されるＸ線以外のノイズＸ線成分が多く現れ、Ｘ線撮影画像の良好な画質が得られにくいことが判明した。高エネルギーのＸ線を利用する一般的なＸ線源の場合には、Ｘ線撮影画像にノイズＸ線成分の影響が生じていなかったために、ノイズＸ線が放射されていることが分からなかったが、軟Ｘ線領域に及ぶ低エネルギーのＸ線を利用する軟Ｘ線源の場合には、Ｘ線撮影画像にノイズＸ線成分が多く現れることが判明した。Ｘ線撮影画像に現れるノイズＸ線成分は、軟Ｘ線源内で電子ビームが入射した箇所で発生したノイズＸ線が透過ターゲットを透過していることが要因としてある。

本発明が解決しようとする課題は、ノイズＸ線が放出されるのを低減できる軟Ｘ線源を提供することである。

本実施形態の軟Ｘ線源は、透過ターゲットを備えた真空容器、およびこの真空容器に収納された電子銃を備える。電子銃は、電子ビームを発生する電子源、この電子源から電子ビームを引き出す引出電極、この引出電極により引き出された電子ビームを加速する加速電極、およびこの加速電極で加速された電子ビームを収束させる電子光学系を有する。引出電極の少なくとも電子ビームが入射する部分を炭素材料で形成する。

第１の実施形態を示す軟Ｘ線源の断面図である。同上軟Ｘ線源を用いたＸ線測定装置の構成図である。同上軟Ｘ線源の動作を説明する説明図である。同上軟Ｘ線源の動作を説明する説明図である。同上(a)は軟Ｘ線源の引出電極がステンレス鋼の場合のＸ線撮影画像の模式図、(b)は軟Ｘ線源の引出電極が炭素材料の場合のＸ線撮影画像の模式図である。第２の実施形態を示す軟Ｘ線源の断面図である。

以下、第１の実施形態を、図１ないし図５を参照して説明する。

図１に軟Ｘ線源の断面図を示し、この軟Ｘ線源11は、真空容器12、およびこの真空容器12内に収納された電子銃13を備えている。

まず、電子銃13について説明する。この電子銃13は、電子源16、抑制電極17、引出電極18、加速電極19、電子光学系としてのレンズ電極20、およびＮＡアパチャー21を備えている。

電子源16は、エミッタ24を主構成部品としている。このエミッタ24は、フィラメント24aの先端にエミッタチップ24bを接合したものを抑制電極17でカバーした構成となっている。最も代表的な例としてＴＦＥ（Thermal Field Emission：熱電界放出型）電子源があり、電子顕微鏡用の電子源として汎用的に使用されている。

抑制電極17は、負電圧が印加され、エミッタチップ24bの先端部以外の周辺部分からの電子の放出を抑制するように構成されている。抑制電極17の中心には、エミッタチップ24bが配置される円形の開口部17aが形成されている。

引出電極18は、正電圧が印加され、エミッタチップ24bの先端から電子を電子ビーム26として引き出すように構成されている。引出電極18の中心には、電子ビーム26が通過する円形の開口部18aが形成されている。そして、引出電極18は、炭素材料であって、例えばカーボングラファイトによって一体に形成されている。

加速電極19は、引出電極18よりさらに大きい値の正電圧が印加され、引出電極18によって引き出された電子ビームを加速するように構成されている。加速電極19の中心には、電子ビーム26が通過する円形の開口部19aが形成されている。

レンズ電極20は、正電圧が印加され、加速電極19により加速された電子ビーム26を収束して真空容器12に設けられた透過ターゲットに入射させるように構成されている。レンズ電極20の中心には、電子ビーム26が通過する円形の開口部20aが形成されている。

ＮＡアパチャー21は、電子ビーム26の不要な成分を除去するもので、ＮＡアパチャー21の中心には、必要な電子ビーム26が通過する円形の開口部21aが形成されている。

これら電子源16、抑制電極17、引出電極18、加速電極19およびレンズ電極20は互いに接続状態で絶縁支持物28により支持され、さらに、ＮＡアパチャー21は絶縁支持物29により支持されている。

そして、電子銃13は、エミッタチップ24bの先端と、抑制電極17、引出電極18、加速電極19、レンズ電極20およびＮＡアパチャー21のそれぞれの開口部中心とが、基準軸に対して１００μｍ以下、一般的な高精度加工技術を適用すれば５０μｍ以下の高い精度でアライメントされている。

次に、電子銃13を収納する真空容器12について説明する。

真空容器12は、真空容器本体31、透過ターゲット32、絶縁筒33および導入端子34を主な外部構成要素とし、真空容器本体31内に電子銃13が収納されて固定されている。

真空容器本体31は、円筒状に形成され、一端に電子銃13から放出される電子ビーム26が入射する透過ターゲット32が密閉状態に設けられ、他端に絶縁筒33が密閉状態に配設されている。

透過ターゲット32は、一般的にはタングステンなどの材料で形成され、Ｘ線を外部に放出するＸ線透過窓を兼ねている。

導入端子34は、絶縁筒33を通じて電子銃13の各電極17〜20に電気的に接続されている。

そして、真空容器12は、この真空容器12の内部に電子銃13を配置した後、電子銃13の動作に必要な到達真空度になるまで真空容器12の内部を真空排気し、封じ切る措置が採られている。また、各導入端子34により、電子銃13の各電極17〜20に所定の電圧、電流を供給可能としている。

次に、図２に軟Ｘ線源11を用いたＸ線測定装置41の構成図を示す。

Ｘ線測定装置41は、軟Ｘ線または超軟Ｘ線の領域に及ぶ低エネルギーのＸ線42を放出する軟Ｘ線源11と、この軟Ｘ線源11に電源を供給する電源部43、および軟Ｘ線源11から放出されて被測定物44を透過したＸ線42を測定するＸ線測定器45を備えている。電源部43は、軟Ｘ線源11の導入端子34などにケーブル46により接続され、電子銃13のエミッタ24や各電極17〜20に所定の電圧、電流を供給する。

次に、図３を参照して軟Ｘ線源11の動作について説明する。

電子銃13のエミッタ24や各電極17〜20に所定の電圧、電流を供給することにより、エミッタ24の先端から引出電極18によって引き出された電子ビーム26が、加速電極19によって加速され、レンズ電極20によって収束され、ＮＡアパチャー21を通過して透過ターゲット32の表面に入射する。透過ターゲット32の表面には電子ビーム26の焦点（収束スポット）が形成され、そこで発生するＸ線42が透過ターゲット32を透過して外部に放出される。

そして、軟Ｘ線源11で、エネルギーが３ｋｅＶ以下の超軟Ｘ線を得ようとする場合、引出電極18を通過した電子ビーム26を、加速電極19により５ｋＶ程度の電圧で加速した後、レンズ電極20の作用により収束させ、ＮＡアパチャー21を通じて、透過ターゲット32に照射する。透過ターゲット32の所定の焦点サイズ領域に入射した電子ビーム26は、加速電圧５ｋＶで加速されたときのエネルギー（５ｋｅＶ）を持っているため、透過ターゲット32からは５ｋｅＶを最大値で、ピークが３ｋｅＶ程度の連続Ｘ線42が放出されることになる。

しかし、電子銃13のＮＡアパチャー21よりも上流側にはエミッタチップ24bから放出される電子が入射する電極が存在しており、とりわけ引出電極18にはエミッタチップ24bから放出される電子の９０％以上が入射する。すなわち、図３に示すように、エミッタ24と引出電極18との間に印加した電圧によりエミッタチップ24bから放出される電子は、Ｘ線42の放射に寄与する電子ビーム26とともに、引出電極18に入射する電子ビーム48が発生する。また、引出電極18で引き出された電子は、引出電圧（３〜４ｋＶ）によって付加されたエネルギーを持ち、このエネルギーを持つ電子ビーム48が引出電極18の開口部18aの内壁に入射することにより、引出電極18の開口部18aの内壁から引出電圧（３〜４ｋＶ）に相当するエネルギーのノイズＸ線49が放出されることなる。この部分からのノイズＸ線49は等方的に放出され、ＮＡアパチャー21を通過し、さらに透過ターゲット32を透過して外部に放出される成分が生じる。

このため、図４に示すように、軟Ｘ線源11とＸ線測定器45の間に配置した被測定物44を、透過ターゲット32の電子ビーム26が入射した焦点から発生したＸ線42で作るＸ線画像の中に、透過ターゲット32を透過したノイズＸ線49の影響が現出するようになり、結果として画質が低下するものとなる。

また、引出電極18は、電子ビーム48の入射により、引出電極18の材料の原子番号に比例するノイズＸ線49を放射する。

引出電極18の材料には、電子ビーム48が入射しかつ電子ビーム26が通過する開口部18aを真円に整形するために、ステンレス鋼が一般に用いられる。引出電極18がステンレス鋼で形成されている場合、電子ビーム48が引出電極18の開口部18aの内壁に入射することにより、大量のノイズＸ線49が発生する。

図５(a)には、引出電極18がステンレス鋼で形成されている場合に、Ｘ線測定器45で測定したＸ線画像を示す。このＸ線画像には、電子が入射する引出電極18の開口部18aからのノイズＸ線49の影響によるノイズＸ線像50がリング状に現出し、被測定物44の透過像と重なり、画質が低下し、正確なＸ線測定が困難になる。

そこで、本実施形態では、引出電極18の材料に炭素材料を用いている。電子ビーム48が引出電極18に入射して発生するＸ線量は、引出電極18の材料の原子番号に比例するため、ステンレス鋼の主成分である原子番号２６の鉄（Ｆｅ）よりも小さい原子番号６の炭素（Ｃ）を用いることで、発生するＸ線強度は６／２６＝３／１３と大きく減少する。

引出電極18を炭素材料で形成することにより、電子ビーム48が引出電極18に入射して発生するＸ線量が３／１３＝０.２３％低下するために、ノイズＸ線49も０.２３％低下できる。そのため、Ｘ線測定器45で測定するＸ線画像には、図５(b)に示すように、ノイズＸ線49の影響によるノイズＸ線像50が低減され、画質が向上し、正確なＸ線測定ができる。

このように本実施形態の軟Ｘ線源11によれば、引出電極18を炭素材料で形成したため、引出電極18への電子ビーム48の入射によるノイズＸ線49の発生量を低減でき、ノイズＸ線49が外部に放出されるのを低減できる。

また、引出電極18を炭素材料としてカーボングラファイトで一体形成することにより、炭素材料の引出電極18を形成することができる。

また、図６に第２の実施の形態を示すように、引出電極18の大きさを必要最小限とし、この引出電極18を支持体53によって支持するようにしてもよい。これにより、引出電極18を小形にできるため、引出電極18の製作を容易にできる。

なお、前記各実施形態では、引出電極18を炭素材料で一体に形成したが、例えば、開口部18aの内壁や開口部18aの周辺部など、電子ビーム48が入射する部分が炭素材料で形成されていれば、他の部分はステンレス鋼などで形成されていてもよい。

また、炭素材料の採用は、引出電極18のみに限らず、他の電極17，19，20にも採用してもよく、これにより、ＮＡアパチャー21より上流でのノイズＸ線49の発生を抑制することがより確実にでき、ノイズ成分による画質の低下を抑えることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

11 軟Ｘ線源
12 真空容器
13 電子銃
16 電子源
18 引出電極
19 加速電極
20 電子光学系としてのレンズ電極
26 電子ビーム
32 透過ターゲット

Claims

透過ターゲットを備えた真空容器と、
電子ビームを発生する電子源、この電子源から電子ビームを引き出す引出電極、この引出電極により引き出された電子ビームを加速する加速電極、およびこの加速電極で加速された電子ビームを収束させて前記透過ターゲットへ入射させる電子光学系を備え、前記電極のうち少なくとも前記引出電極でかつその電極の少なくとも電子ビームが入射する部分が炭素材料で形成され、前記真空容器内に収納された電子銃と、
を具備していることを特徴とする軟Ｘ線源。
前記引出電極は、カーボングラファイトで一体形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の軟Ｘ線源。