KR20220166782A - X선 발생 장치 및 x선 발생 방법 - Google Patents

X선 발생 장치 및 x선 발생 방법 Download PDF

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신야 핫토리
료스케 야부시타
나오후미 코스기
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

X선 발생 장치는, 원형상의 단면 형상을 가지는 전자빔을 출사하는 전자총과, 전자총 보다 후단에 배치되어, 제1 방향에 따른 축주위에 전자빔을 회전시키면서 전자빔을 집속시키는 자기 집속 렌즈와, 자기 집속 렌즈 보다 후단에 배치되어, 전자빔의 단면 형상을, 제1 방향에 직교하는 제2 방향에 따른 장지름과 제1 방향 및 제2 방향에 직교하는 제3 방향에 따른 단지름을 가지는 타원 형상으로 변형시키는 자기 4중극 렌즈와, 자기 4중극 렌즈 보다 후단에 배치되어, 전자빔이 입사된 것에 따라 X선을 방출하는 타겟을 갖춘다.

Description

X선 발생 장치 및 X선 발생 방법
본 개시의 일측면은, X선 발생 장치 및 X선 발생 방법에 관한 것이다.
음극으로부터 출사된 전자빔을 타겟에 입사시킴으로써 X선을 발생시키는 X선 장치가 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 전자빔의 주행(走行) 방향에 대해서 경사지는 전자 입사면을 가지는 반사형의 타겟이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 전자빔의 단면(斷面) 형상을 조정하는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허공개 2006-164819호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 제6527239호 공보
어느 X선 장치에서, 취출(取出)되는 X선의 초점(실효초점)은, 타겟에 입사한 전자빔의 형상(즉, 입사 방향에서 본 전자빔의 형상)이 아니라, 취출 방향(X선의 출사 방향)에서 본 투영 형상이 된다. 또한, X선을 이용한 검사 등에서, 종방향과 횡방향에서 해상도가 일치하는 화상을 얻기 위해서는, 실효초점의 종횡 치수가 일치하는 것(즉, 실효초점의 형상이 대략 원형상인 것)이 요구된다. 실효초점을 대략 원형상으로 하기 위한 방법으로서, 타겟에 입사하는 전자빔의 빔 단면을 타원 형상으로 하는 것을 생각할 수 있다.
전자빔의 단면 형상의 의도하지 않는 변화는, 예를 들면, X선 장치의 하나 이상의 구성요소의 열화에 기인할 수 있다. 또한, 그리드 전극의 개구 형상에 의해 전자빔의 단면 형상이 결정되어 버리면, 타원 형상의 장지름(長徑) 및 단지름(短徑)의 애스펙트비(Aspect ratio) 등의 X선 장치에 의해 형성되는 형상을 변경하거나 보정할 수 없게 될 우려가 있다.
또한, 전자빔의 단면 형상을 조정하기 위해서 2개의 4중극(4重極, Quadrupole) 코어를 이용하는 특정 타입의 X선 장치에서는, 전자빔의 단면 형상의 애스펙트비 및 전자빔의 크기의 양방을 2개의 4중극 코어의 조합에 의해 동시에 조정하는 것이 곤란한 경우가 있다.
본 명세서에서는, 전자빔의 단면 형상의 애스펙트비 및 크기를 용이하고 유연하게 조정하는 것이 가능한 X선 발생 장치의 일례가 개시된다.
예시적인 X선 발생 장치는, 원형 단면 형상을 가지는 전자빔을 출사하는 전자총과, 전자총 보다 후단에 배치되어, 제1 방향에 따른 축(회전축) 주위에 전자빔을 회전시키면서 전자빔을 집속(集束)시키는 자기 집속 렌즈를 갖춘다. 또한, X선 발생 장치는, 자기 집속 렌즈 보다 후단에 배치되어, 전자빔의 원형 단면 형상을, 제1 방향에 직교하는 제2 방향에 따른 장지름과 제1 방향 및 제2 방향의 양방에 직교하는 제3 방향에 따른 단지름을 가지는 타원형 단면 형상으로 변형시키는 자기 4중극 렌즈를 갖추어도 무방하다. 또한, X선 발생 장치는, 자기 4중극 렌즈 보다 후단에 배치되어, 전자빔이 입사된 것에 따라 X선을 방출하는 타겟을 갖추어도 무방하다.
일부의 실시예에서는, 전자총 보다 후단에 배치된 자기 집속 렌즈에 의해, 전자빔의 크기가 조정되는 것과 함께, 자기 집속 렌즈 보다 후단에 배치된 자기 4중극 렌즈에 의해, 전자빔의 단면 형상이 타원 형상으로 변형된다. 이에 따라, 전자빔의 크기의 조정과 단면 형상의 조정을 각각 독립적으로 실시할 수 있다. 또한, 자기 집속 렌즈 내를 통과하는 전자빔은, 제1 방향에 따른 축주위에서 회전하지만, 전자총에 의해 출사되는 전자빔의 단면 형상이 원형상인 것에 의해, 자기 집속 렌즈를 거쳐 자기 4중극 렌즈로 도달하는 전자빔의 단면 형상은, 자기 집속 렌즈 내에서의 전자빔의 회전량에 의존하지 않고 일정(원형상)해진다. 이에 따라, 자기 4중극 렌즈에서의 전자빔의 단면 형상을, 제2 방향에 따른 장지름과 제3 방향에 따른 단지름을 가지는 타원 형상으로, 일관되게 확실히 성형할 수 있다. 그 결과, 전자빔의 단면 형상의 애스펙트비 및 크기를 용이하고 유연하게 조정할 수 있다.
타겟은, 전자빔이 입사되는 전자 입사면을 가져도 무방하다. 전자 입사면은, 제1 방향 및 제2 방향에 대해서 경사져 있어도 무방하다. 자기 4중극 렌즈에 의해 타원형 단면 형상으로 변형된 후의 전자빔의 장지름 및 단지름의 비(比)와, 제1 방향 및 제2 방향에 대한 전자 입사면의 경사 각도는, X선의 취출 방향에서 본 X선의 대략 원형상의 초점 형상을 결정해도 무방하다. 이에 따라, 타겟의 전자 입사면의 경사 각도 및 자기 4중극 렌즈에 의한 성형 조건(애스펙트비)을 조정함으로써, 취출되는 X선의 초점(실효초점)의 형상을 대략 원형상으로 할 수 있다. 그 결과, X선 발생 장치에 의해 발생한 X선을 이용한 X선 검사 등에서, 적절한 검사 화상을 얻을 수 있다.
제1 방향에 따른 자기 집속 렌즈의 길이는, 제1 방향에 따른 자기 4중극 렌즈의 길이 보다 길어도 무방하다. 예를 들면, 자기 집속 렌즈에 비교적 큰 자장(磁場)을 일으켜 전자빔을 효과적으로 작게 집속시키기 위해, 자기 집속 렌즈의 코일의 권수(卷數)를 확실히 확보할 수 있다. 이에 따라, 축소율을 높일 수 있다. 게다가, 타겟의 전자 입사면에 입사하는 전자빔의 크기를 작게 하기 위해, 전자총으로부터 자기 집속 렌즈에 의해 구성되는 렌즈 중심까지의 거리를 길게 해도 무방하다.
자기 집속 렌즈의 폴피스(Pole piece)의 내경(內徑)은, 자기 4중극 렌즈의 내경 보다 커도 무방하다. 예를 들면, 자기 집속 렌즈의 폴피스의 내경을 비교적 크게 함으로써, 자기 집속 렌즈에 의해 구성되는 렌즈의 구면수차(Spherical Aberration)를 작게 할 수 있다. 또한, 자기 4중극 렌즈의 내경을 비교적 작게 함으로써, 자기 4중극 렌즈에서의 코일의 권수 및 상기 코일을 흐르는 전류량을 줄일 수 있다. 그 결과, 자기 4중극 렌즈에서의 발열량을 억제할 수도 있다.
상기 X선 발생 장치는, 제1 방향에 따라서 연재(延在)하고, 전자빔이 통과하는 전자 통과로를 형성하는 통상부(筒狀部)를 더 갖추어도 무방하다. 자기 집속 렌즈 및 자기 4중극 렌즈는, 통상부에 직접적 또는 간접적으로 접속되어도 무방하다. 예를 들면, 통상부를 기준으로 해서, 자기 집속 렌즈 및 자기 4중극 렌즈의 배치 또는 설치를 실시할 수 있기 때문에, 자기 집속 렌즈 및 자기 4중극 렌즈의 중심축을 정밀도 좋게 동축 상에 배치할 수 있다. 그 결과, 자기 집속 렌즈 내, 및 자기 4중극 렌즈 내를 통과한 후의 전자빔의 프로파일(단면 형상)에 일그러짐(歪, distortion)이 생기는 것을 억제할 수 있다.
상기 X선 발생 장치는, 전자빔의 주행 방향을 조정하는 편향 코일을 더 갖추어도 무방하다. 예를 들면, 편향 코일은, 전자총으로부터 출사되는 전자빔의 출사축과 자기 집속 렌즈 및 자기 4중극 렌즈의 중심축과의 사이의 각도 차이를 보정해도 무방하다. 예를 들면, 각도 차이는, 상기 출사축과 상기 중심축이 소정의 각도로 교차하고 있는 경우에 생길 수 있다. 그래서, 편향 코일로 전자빔의 주행 방향을 상기 중심축에 따른 방향으로 변화시킴으로써, 상기 각도 차이를 해소할 수 있다.
편향 코일은, 전자총과 자기 집속 렌즈와의 사이에 배치되어도 무방하다. 예를 들면, 전자빔이 자기 집속 렌즈 및 자기 4중극 렌즈를 통과하기 전에, 전자빔의 주행 방향이 우선적으로 조정될 수 있다. 그 결과, 타겟에 입사되는 전자빔의 단면 형상을, 의도된 타원 형상으로 확실히 유지할 수 있다.
이상에 의해, 본 명세서에 개시하는 예시적인 X선 발생 장치는, 전자빔의 단면 형상의 애스펙트비 및 크기를 용이하고 유연하게 조정하도록 구성할 수 있다.
[도 1] 도 1은, 예시적인 X선 발생 장치의 개략 구성도이다.
[도 2] 도 2는, X선 발생 장치의 자기 렌즈의 구성예를 나타내는 개략 단면도이다.
[도 3] 도 3은, 예시적인 자기 4중극 렌즈의 정면도이다.
[도 4] 도 4는, 자기 집속 렌즈 및 자기 4중극 렌즈를 포함하는 실시예 및 비교예의 구성(더블릿(doublet))의 모식도이다.
[도 5] 도 5는, 전자빔의 단면 형상과 X선의 실효초점의 형상과의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
[도 6] 도 6은, 원통관의 제1 변형예를 나타내는 도면이다.
[도 7] 도 7은, 원통관의 제2 변형예를 나타내는 도면이다.
[도 8] 도 8은, 변형예에 따른 X선 발생 장치의 개략 구성도이다.
이하의 설명에서, 도면을 참조하면서, 동일 또는 상당 요소에는 동일 부호를 이용해 중복되는 설명을 생략한다.
도 1에 도시한 것처럼, 예시적인 X선 발생 장치(1)는, 전자총(2)과, 회전 양극 유닛(3)과, 자기 렌즈(4)와, 배기부(5)와, 전자총(2)을 수용하는 내부 공간(S1)을 획정(劃定)하는 하우징(6)(제1 하우징)과, 회전 양극 유닛(3)을 수용하는 내부 공간(S2)을 획정하는 하우징(7)(제2 하우징)을 갖추고 있다. 하우징(6) 및 하우징(7)은, 서로 분리하는 것이 가능하도록 구성되어도 무방하고, 분리할 수 없는 양태로 일체적으로 결합되어도 무방하고, 최초부터 일체로 형성되어도 무방하다.
전자총(2)은, 전자빔(EB)을 출사한다. 전자총(2)은, 전자빔(EB)을 방출하는 음극(C)을 가지고 있다. 음극(C)은, 원형상의 단면 형상을 가지는 전자빔(EB)을 방출하는 원형 평면 음극이다. 전자빔(EB)의 단면 형상이란, 후술하는 전자빔(EB)의 주행 방향에 평행한 방향인 X축방향(제1 방향)에 대해서 수직인 방향에서의 단면 형상이다. 즉, 전자빔(EB)의 단면 형상은, YZ평면에서의 형상이다. 원형 단면 형상을 가지는 전자빔(EB)을 형성하기 위해서는, 예를 들면, 음극(C)의 전자 방출면 자체가, 음극(C)의 전자 방출면과 대향하는 위치에서 볼 때(음극(C)의 전자 방출면을 X축방향에서 볼 때), 원형상을 가지고 있어도 무방하다.
회전 양극 유닛(3)은, 타겟(31)과, 회전 지지체(32)와, 회전 지지체(32)를 회전축(A) 주위에 회전 구동시키는 구동부(33)를 가지고 있다. 타겟(31)은, 회전축(A)을 중심축으로 한 평평한 원추대상(truncated cone shape)으로 형성된 회전 지지체(32)의 주연부(周緣部)에 따라서 설치되어 있다. 회전축(A)은, 회전 지지체(32)의 중심축이며, 원추대상의 회전 지지체(32)의 측면은, 회전축(A)에 대해서 경사진 표면을 가진다. 또한, 회전 지지체(32)는, 회전축(A)을 중심축으로 한 원환상(ring shape)으로 형성되어도 무방하다. 타겟(31)을 구성하는 재료는, 예를 들면, 텅스텐, 은, 로듐(rhodium), 몰리브덴, 및 이들의 합금 등의 중금속이다. 회전 지지체(32)는, 회전축(A) 주위에 회전 가능하게 되어 있다. 회전 지지체(32)를 구성하는 재료는, 예를 들면, 구리, 구리합금 등의 금속이다. 구동부(33)는, 예를 들면 모터 등의 구동원을 가지고 있고, 회전 지지체(32)를 회전축(A) 주위에 회전 구동시킨다. 타겟(31)은, 회전 지지체(32)의 회전에 수반해 회전하면서 전자빔(EB)을 수취해, X선(XR)을 발생시킨다. X선(XR)은, 하우징(7)에 형성된 X선통과구멍(7a)으로부터 하우징(7)의 외부에 출사된다. X선통과구멍(7a)은, 창부재(8)에 의해 기밀하게 막혀 있다. 회전축(A)의 축방향은, 타겟(31)으로의 전자빔(EB)의 입사 방향과 평행이다. 단, 회전축(A)은, 타겟(31)으로의 전자빔(EB)의 입사 방향에 대해서, 상기 입사 방향에 교차하는 방향으로 연장되도록 경사져 있어도 무방하다. 타겟(31)은, 이른바 반사형이어도 무방하고, 전자빔(EB)의 주행 방향(타겟(31)으로의 입사 방향)에 대해서 교차하는 방향으로 X선(XR)을 방출한다. 일부의 실시예에서는, X선(XR)의 출사 방향은, 전자빔(EB)의 주행 방향에 직교하는 방향이다. 따라서, 전자빔(EB)의 주행 방향에 평행한 방향을 X축방향(제1 방향)으로 하고, 타겟(31)으로부터의 X선(XR)의 출사 방향에 평행한 방향을 Z축방향(제2 방향)으로 하고, X축방향 및 Z축방향에 직교하는 방향을 Y축방향(제3 방향)으로 한다.
자기 렌즈(4)는, 전자빔(EB)을 제어한다. 자기 렌즈(4)는, 편향 코일(41)과, 자기 집속 렌즈(42)와, 자기 4중극 렌즈(43)와, 하우징(44)을 가지고 있다. 하우징(44)은, 편향 코일(41), 자기 집속 렌즈(42), 및 자기 4중극 렌즈(43)를 수용한다. 편향 코일(41), 자기 집속 렌즈(42), 및 자기 4중극 렌즈(43)는, X축방향에 따라서, 전자총(2)측으로부터 타겟(31)측을 향하여, 이 순서로 배치되어 있다. 전자총(2)과 타겟(31)의 사이에는, 전자빔(EB)이 통과하는 전자 통과로(P)가 형성되어 있다. 도 2에 도시한 것처럼, 전자 통과로(P)는, 원통관(9)(통상부)에 의해 형성되어도 무방하다. 원통관(9)은, 전자총(2)과 타겟(31)의 사이에서, X축방향에 따라서 연재하는, 비자성체(非磁性體)의 금속 부재이다. 원통관(9) 추가의 예시적인 구성의 상세에 대해서는 후술한다.
편향 코일(41), 자기 집속 렌즈(42), 및 자기 4중극 렌즈(43)는, 원통관(9)에 직접적 또는 간접적으로 접속되어 있다. 예를 들면, 편향 코일(41), 자기 집속 렌즈(42), 및 자기 4중극 렌즈(43)는, 원통관(9)을 기준으로 해서 조립되는 것에 의해, 각각의 중심축이 정밀도 좋게 동축 상에 배치되고 있다. 이에 따라, 편향 코일(41), 자기 집속 렌즈(42), 및 자기 4중극 렌즈(43)의 각각의 중심축은, 원통관(9)의 중심축(X축에 평행한 축)과 일치하고 있다.
편향 코일(41)은, 전자총(2)과 자기 집속 렌즈(42)의 사이에 배치되어 있다. 편향 코일(41)은, 전자 통과로(P)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 예를 들면, 편향 코일(41)은, 통부재(10)를 통해서, 원통관(9)에 간접적으로 접속되어 있다. 통부재(10)는, 원통관(9)과 동축에 연재하는, 비자성체의 금속 부재이다. 통부재(10)는, 원통관(9)의 외주(外周)를 덮도록 설치되어 있다. 편향 코일(41)은, 벽부(44a)의 타겟(31)측의 면과, 통부재(10)의 외주면에 의해 위치 결정되어 있다. 벽부(44a)는, 내부 공간(S1)에 대향하는 위치에 설치된 하우징(44)의 일부로서 비자성체로 이루어진다. 편향 코일(41)은, 전자총(2)으로부터 출사된 전자빔(EB)의 주행 방향을 조정한다. 편향 코일(41)은, 1개(1조)의 편향 코일에 의해 구성되어도 무방하고, 2개(2조)의 편향 코일에 의해 구성되어도 무방하다. 편향 코일(41)이 1개의 편향 코일을 포함하는 전자의 경우에는, 편향 코일(41)은, 전자총(2)으로부터 출사되는 전자빔(EB)의 출사축과 자기 집속 렌즈(42) 및 자기 4중극 렌즈(43)의 중심축(X축에 평행한 축)과의 사이의 각도 차이를 보정하도록 구성되어도 무방하다. 예를 들면, 각도 차이는, 상기 출사축과 상기 중심축이 소정의 각도로 교차하고 있는 경우에 생길 수 있다. 그래서, 편향 코일(41)로 전자빔(EB)의 주행 방향을 상기 중심축에 따른 방향으로 변화시킴으로써, 상기 각도 차이를 해소할 수 있다. 편향 코일(41)이 2개의 편향 코일을 포함하는 후자의 경우에는, 편향 코일(41)에 의해 2차원적인 편향을 실시할 수 있기 때문에, 상기 각도 차이 뿐만 아니라, 상기 출사축과 상기 중심축과의 사이의 횡방향의 차이(예를 들면, 상기 출사축과 상기 중심축이 X축방향에서 서로 평행하며, Y축방향 및 Z축방향의 일방 또는 양방에서 이간하고 있는 경우 등)에 대해서도 적절히 보정할 수 있다.
자기 집속 렌즈(42)는, 전자총(2) 및 편향 코일(41) 보다 후단에 배치되어 있다. 자기 집속 렌즈(42)는, X축방향에 따른 축주위에 전자빔(EB)을 회전시키면서 전자빔(EB)을 집속시킨다. 예를 들면, 자기 집속 렌즈(42) 내를 통과하는 전자빔(EB)은, 나선을 그리도록 회전하면서 집속한다. 자기 집속 렌즈(42)는, 전자 통과로(P)를 둘러싸도록 배치된 코일(42a)과, 폴피스(42b), 요크(42c), 요크(42d)를 가지고 있다. 요크(42c)는, 코일(42a)의 외측 일부와 통부재(10)를 접속하도록 설치된 하우징(44)의 벽부(44b)로서도 기능한다. 요크(42d)는, 통부재(10)의 외주를 덮도록 설치된 통상 부재이다. 예를 들면, 코일(42a)은, 통부재(10)와 요크(42d)를 통해서, 원통관(9)에 간접적으로 접속되어 있다. 폴피스(42b)는, 요크(42c)와 요크(42d)에 의해 구성되어 있다. 요크(42c) 및 요크(42d)는, 철(鐵) 등의 강자성체이다. 또한, 폴피스(42b)는, 요크(42c)와 요크(42d)의 사이에 설치된 노치(notch)(갭)와, 노치 근방에 위치하는 요크(42c)와 요크(42d)의 일부분에 의해 구성되어도 무방하다. 폴피스(42b)의 내경(D)은, 요크(42c) 또는 요크(42d)에서의 갭 인접 영역의 내경과 동일하다. 이에 따라, 자기 집속 렌즈(42)는, 폴피스(42b)로부터 원통관(9)측에 코일(42a)의 자장이 빠져나가도록 구성되어도 무방하다.
자기 4중극 렌즈(43)는, 자기 집속 렌즈(42) 보다 후단에 배치되어 있다. 자기 4중극 렌즈(43)는, 전자빔(EB)의 단면 형상을, Z축방향에 따른 장지름과 Y축방향에 따른 단지름을 가지는 타원 형상으로 변형시킨다. 자기 4중극 렌즈(43)는, 전자 통과로(P)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 예를 들면, 자기 4중극 렌즈(43)는, 하우징(44)의 벽부(44c)를 통해서, 원통관(9)에 간접적으로 접속되어 있다. 벽부(44c)는, 벽부(44b)에 접속되는 것과 함께, 원통관(9)의 외주를 덮도록 설치되어 있다. 벽부(44c)는, 비자성체의 금속재료로 이루어진다.
도 3에 도시한 것처럼, 예시적인 자기 4중극 렌즈(43)는, 원환상의 요크(43a)와, 요크(43a)의 내주면에 설치된 4개의 원주상의 요크(43b)와, 각 요크(43b)의 선단에 설치된 요크(43c)를 가지고 있다. 요크(43b)에는, 코일(43d)이 감겨 있다. 각 요크(43c)는, YZ평면에서 대략 반원 형상의 단면 형상을 가진다. 자기 4중극 렌즈(43)의 내경(d)은, 각 요크(43c)의 최내측단을 통과하는 내접원의 지름이다. 자기 4중극 렌즈(43)는, XZ면(Y축방향에 직교하는 평면)에서는 오목(凹)렌즈로서 기능하고, XY면(Z축방향에 직교하는 평면)에서는 볼록(凸)렌즈로서 기능한다. 이러한 자기 4중극 렌즈(43)의 기능에 의해, 전자빔(EB)의 Z축방향에 따른 길이가 Y축방향에 따른 길이 보다 커지도록, 전자빔(EB)의 Z축방향에 따른 지름(장지름(X1))과 Y축방향에 따른 지름(단지름(X2))과의 애스펙트비가 조정된다. 따라서, 코일(43d)에 흐르는 전류량을 조정함으로써, 애스펙트비를 선택적으로 조정할 수 있다. 일례로서, 장지름(X1)과 단지름(X2)과의 애스펙트비는 「10：1」로 조정된다.
배기부(5)는, 진공 펌프(5a)(제1 진공 펌프)와, 진공 펌프(5b)(제2 진공 펌프)를 가지고 있다. 하우징(6)에는, 하우징(6) 내의 공간(즉, 하우징(6) 및 자기 렌즈(4)의 하우징(44)에 의해 획정되는 내부 공간(S1))을 진공 배기하기 위한 배기 유로(E1)(제1 배기 유로)가 설치되어 있다. 배기 유로(E1)를 통해서, 진공 펌프(5b)와 내부 공간(S1)이 연통(連通)하고 있다. 하우징(7)에는, 하우징(7) 내의 공간(즉, 하우징(7)에 의해 획정되는 내부 공간(S2))을 진공 배기하기 위한 배기 유로(E2)(제2 배기 유로)가 설치되어 있다. 배기 유로(E2)를 통해서, 진공 펌프(5a)와 내부 공간(S2)이 연통하고 있다. 진공 펌프(5b)는, 배기 유로(E1)를 통해서, 내부 공간(S1)을 진공 배기한다. 진공 펌프(5a)는, 배기 유로(E2)를 통해서, 내부 공간(S2)을 진공 배기한다. 이에 따라, 내부 공간(S1) 및 내부 공간(S2)은, 예를 들면, 전자총 또는 타겟에서 발생하는 가스를 제거하기 위해서, 진공 상태 또는 부분 진공 상태로 유지된다. 내부 공간(S1)의 내압(內壓)은, 바람직하게는 10-4 Pa 이하의 부분 진공으로 유지되어도 무방하고, 보다 바람직하게는 10-5 Pa 이하의 부분 진공으로 유지되어도 무방하다. 내부 공간(S2)의 내압은, 바람직하게는 10-6 Pa∼10-3 Pa의 사이의 부분 진공으로 유지되어도 무방하다. 원통관(9)의 내부 공간(전자 통과로(P) 내의 공간)에 대해서도, 내부 공간(S1) 또는 내부 공간(S2)을 통해서, 배기부(5)에 의해 진공 배기된다.
덧붙여, 도 1에 도시되는 형태와 같이 진공 펌프(5a) 및 진공 펌프(5b)의 2개의 배기 펌프를 사용하지 않고, 도 8에 도시한 것처럼, 1개의 배기 펌프(여기에서는 일례로서, 진공 펌프(5b))로 내부 공간(S1) 및 내부 공간(S2)의 양방을 진공 배기 가능한 구조(X선 발생 장치(1A))가 채용되어도 무방하다. 일부의 실시예에서는, 하우징(6) 및 하우징(7)의 외부에 위치하는 연락로(E3)에 의해, 배기 유로(E1) 및 배기 유로(E2)를 연결해도 무방하다. 다른 예에서는, 연락로(E3)는, 배기 유로(E1)와 배기 유로(E2)를 결합하도록, 하우징(7)의 벽부 내로부터 하우징(6)의 벽부 내로 연속해서 설치된 관통구멍을 포함해도 무방하다. 덧붙여, 1개의 배기 펌프는, 진공 펌프(5a) 및 진공 펌프(5b)의 어느 하나를 이용해도 무방하지만, 배기 유로(E1)와 결합된 진공 펌프(5b)를 배기 펌프로 함으로써, 보다 효율적인 진공 배기가 가능해진다.
일부의 실시예에서는, 내부 공간(S1, S2) 및 전자 통과로(P)가 진공처리된 상태에서, 전자총(2)에 전압이 인가된다. 그 결과, 전자총(2)으로부터 원형 단면 형상의 전자빔(EB)이 출사된다. 전자빔(EB)은, 자기 렌즈(4)에 의해 타겟(31)에 집속되는 것과 함께, 타원형 단면 형상으로 변형되어, 회전하는 타겟(31)에 입사한다. 전자빔(EB)이 타겟(31)에 입사하면, 타겟(31)에서 X선(XR)이 발생하고, 대략 원형상의 실효초점 형상을 가지는 X선(XR)이 X선통과구멍(7a)으로부터 하우징(7)의 외부에 출사된다.
도 2에 도시한 것처럼, 원통관(9)의 구성예는, X축방향에 따라 지름의 크기가 단계적으로 변화하는 형상을 가지고 있다. 예를 들면, 원통관(9)은, X축방향에 따라서 배치된 6개의 원통부(91~96)를 가지고 있다. 원통부(91~96)의 각각은, X축방향에 따라서 일정한 지름을 가지고 있다. 원통관(9)의 외경(外徑)은, 원통관(9)의 내경에 동조해 변화하지 않아도 무방하다. 즉, 원통관(9)의 외경은, 일정해도 무방하다.
원통부(91)(제1 원통부)는, 원통관(9)의 전자총(2)측의 제1 단부(9a)를 포함한다. 원통부(91)는, 제1 단부(9a)로부터, 경계부(9c)에서의 코일(42a)의 전자총(2)측의 부분에 둘러싸인 제2 단부(91a)까지 연장되어 있다. 원통부(92)(제2 원통부)의 제1 단부(92a)는, 원통부(91)의 타겟(31)측의 제2 단부(91a)에 접속되어 있다. 일부의 실시예에서는, 원통부(92)는, 원통부(91)의 제2 단부(91a)로부터 폴피스(42b)보다 약간 타겟(31)측에 있는 제2 원통부(92)의 제2 단부(92b)까지 연장되어 있다. 예를 들면, 제2 원통부(92)의 제2 단부(92b)는, X축방향에 따라서 폴피스(42b)와 타겟(31)과의 사이에 위치해도 무방하다. 또한, 원통부(93)(제3 원통부)의 제1 단부(93a)는, 원통부(92)의 타겟(31)측의 제2 단부(92b)에 접속되어 있다.
원통부(93)는, 원통부(92)의 제2 단부(92b)로부터 자기 4중극 렌즈(43)에 둘러싸인 원통부(93)의 제2 단부(93b)까지 연장되어 있다. 원통부(94)(제4 원통부)의 제1 단부는, 원통부(93)의 타겟(31)측의 제2 단부(93b)에 접속되어 있다. 원통부(94)는, 원통부(93)의 제2 단부(93b)로부터 벽부(44c)의 하우징(7)측까지 연장되어 있다.
원통부(95)(제5 원통부) 및 원통부(96)(제6 원통부)는, 하우징(7)의 벽부(71)의 내부를 지난다. 벽부(71)는, 타겟(31)에 대향하는 위치에 배치되어 있고, X축방향에 교차하도록 연재하고 있다. 원통부(95)는, 원통부(94)의 타겟(31)측의 제2 단부에 접속되어 있다. 원통부(95)는, 원통부(94)의 해당 단부로부터 벽부(71) 내부의 도중부까지 연장되어 있다. 원통부(96)는, 벽부(71) 내부의 도중부에 있어서, 원통부(95)의 타겟(31)측의 단부에 접속되어 있다. 원통부(96)는, 원통부(95)의 상기 단부로부터 원통관(9)의 타겟(31)측의 제2 단부(9b)까지 연장되어 있다. 덧붙여, 도 2에 도시한 것처럼, 예시적인 X선통과구멍(7a)은, 벽부(71)와 접속되어 Z축방향에 교차하도록 연재하는 벽부(72)에 설치되어 있다. X선통과구멍(7a)은, Z축방향에 따라서 벽부(72)를 관통하고 있다.
일부의 실시예에서는, 각 원통부(91~96)의 지름을 d1~d6으로 나타내면, 「d2>d3>d1>d4>d5>d6」의 관계가 성립되고 있다. 일례로서, 지름 d1은 6~12mm이며, 지름 d2는 10~14mm이며, 지름 d3은 8~12mm이며, 지름 d4는 4~6mm이며, 지름 d5는 4~6mm이며, 지름 d6은 0.5~4mm이다.
원통부(91)와 원통부(92)의 적어도 일부는, 전자 통과로(P) 중 자기 집속 렌즈(42)의 폴피스(42b)(특히, 요크(42c)와 요크(42d)의 사이의 갭)에 둘러싸인 부분보다 전자총(2)측에 위치하고 있다. 일부의 실시예에서는, 원통부(91)와 원통부(92)의 적어도 일부는, 「전자 통과로(P) 중 자기 집속 렌즈(42)의 폴피스(42b)에 둘러싸인 부분보다 전자총(2)측의 부분」(이하,「제1 원통 부분」이라고 한다.)을 구성하고 있다. 그리고, 상술한 것처럼, 원통부(91)의 지름 d1보다 원통부(92)의 지름 d2가 크다(d2>d1). 즉, 원통부(92)는, 전자총(2)측에 인접하는 원통부(91)보다 확경되어 있다. 환언하면, 제1 원통 부분에서, 원통부(92)의 적어도 일부는, 타겟(31)측을 향해 확경하는 확경부를 구성하고 있다.
원통부(96)는, 전자 통과로(P)의 타겟(31)측의 단부(9b)를 포함한다. 그리고, 원통부(95)의 지름 d5보다 원통부(96)의 지름 d6이 작다(d6＜d5). 즉, 원통부(96)는, 전자총(2)측에 인접하는 원통부(95)보다 축경(縮徑)되어 있고, 원통부(96)는, 타겟(31)측을 향해 축경하는 축경부를 구성하고 있다. 일부의 실시예에서는, 원통부(92)의 지름 d2가 원통관(9)의 최대지름이며, 원통부(92)로부터 타겟(31)측을 향해서, 순차적으로 축경되고 있다. 따라서, 원통부(93~96)를 포함하는 부분이 상기 축경부를 구성하고 있는 것으로 파악할 수도 있다.
일부의 실시예에서는, 전자총(2) 보다 후단에 배치된 자기 집속 렌즈(42)에 의해, 전자빔(EB)의 크기가 조정되는 것과 함께, 자기 집속 렌즈(42) 보다 후단에 배치된 자기 4중극 렌즈(43)에 의해, 전자빔(EB)의 단면 형상이 타원 형상으로 변형된다. 따라서, 전자빔(EB)의 크기의 조정과 단면 형상의 조정을 각각 독립적으로 실시할 수 있다.
도 4의 (A)는, 도 1 및 도 2에 도시되는 자기 집속 렌즈(42) 및 자기 4중극 렌즈(43)를 포함한 구성예의 모식도이다. 도 4의 (B)는, 비교예의 구성(더블릿)의 모식도이다. 도 4의 (A) 및 (B)는, 음극(C)(전자총(2))으로부터 타겟(31)까지의 사이에 전자빔(EB)에 작용하는 광학계의 일례를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 4의 (B)에 도시되는 비교예의 구성에서는, 오목렌즈로서 작용하는 면과 볼록렌즈로서 작용하는 면을 서로 바꾼 2단의 자기 4중극 렌즈의 조합에 의해, 전자빔의 단면 형상의 크기 및 애스펙트비의 조정이 실시된다. 도 4의 (B)의 비교예에서는, 전자빔의 단면 형상의 크기를 결정하는 렌즈와 애스펙트비를 결정하는 렌즈가 서로 독립되어 있지 않다. 따라서, 2단의 자기 4중극 렌즈의 조합에 의해, 크기 및 애스펙트비를 동시에 조정할 필요가 있다. 이 때문에, 초점 치수 및 초점 형상의 조정이 번잡해진다. 이에 대해서, 도 4의 (A)에 도시되는 실시예의 구성에서는, 전단(前段)의 자기 집속 렌즈(42)에 의해, 전자빔(EB)의 단면 형상의 크기가 조정된다. 즉, 자기 집속 렌즈(42)에 의해, 전자빔(EB)의 단면 형상은, 일정한 크기까지 좁혀진다. 그 후, 후단(後段)의 자기 4중극 렌즈(43)에 의해, 전자빔(EB)의 단면 형상의 애스펙트비가 조정된다. 이와 같이, 도 4의 (A)의 실시예의 구성에서는, 전자빔(EB)의 단면 형상의 크기를 결정하는 렌즈(자기 집속 렌즈(42))와 애스펙트비를 결정하는 렌즈(자기 4중극 렌즈(43))가 서로 독립되어 있다. 이 때문에, 초점 치수 및 초점 형상의 조정을 용이하고 유연하게 실시할 수 있다.
또한, 자기 집속 렌즈(42) 내를 통과하는 전자빔(EB)은, X축방향에 따른 축주위에서 회전하지만, 전자총(2)에 의해 출사되는 전자빔(EB)의 단면 형상이 원형상인 것에 의해, 자기 집속 렌즈(42)를 거쳐 자기 4중극 렌즈(43)로 도달하는 전자빔의 단면 형상은, 자기 집속 렌즈(42) 내에서의 전자빔(EB)의 회전량에 의존하지 않고 일정(원형상)해진다. 이에 따라, 자기 4중극 렌즈(43)에서, 전자빔(EB)의 단면 형상(F1)(YZ면에 따른 단면 형상)을, 일관되게 확실히, Z방향에 따른 장지름(X1)과 Y축방향에 따른 단지름(X2)을 가지는 타원 형상으로 성형할 수 있다. 이상에 의해, 전자빔(EB)의 단면 형상의 애스펙트비 및 크기를 용이하고 유연하게 조정할 수 있다.
전자총(2) 및 자기 렌즈(4)를 갖추는 실시예에 따른 X선 발생 장치(1)의 성능을 실험에 의해 평가하였다. 이때, 전자총(2)에 고전압을 인가하고, 타겟(31)을 접지 전위로 하였다. 소망한 출력(음극(C)으로의 인가 전압)에서, 「40㎛×40㎛」의 실효초점 치수를 가지는 X선(XR)을 얻을 수 있었다. 1000시간의 동작에서, 초점 치수가 변화했을 경우에, 음극(C)측의 동작 조건을 변경하지 않고, 자기 4중극 렌즈(43)의 코일(43d)의 전류량을 조정하는 것만으로, 재차 상기의 실효초점 치수를 용이하게 얻을 수 있었다. 이상과 같이, X선 발생 장치(1)에 의하면, 코일(43d)의 전류량의 조정을 실시하는 것만으로, X선(XR)의 실효초점 치수를 동적인 변화에 따라 용이하게 수정 가능하다는 것이 확인되었다.
일부의 실시예에서는, 도 5에 도시한 것처럼, 타겟(31)은, 전자빔(EB)이 입사되는 전자 입사면(31a)을 가지고 있다. 전자 입사면(31a)은, X축방향 및 Z축방향에 대해서 경사져 있다. 그리고, 자기 4중극 렌즈(43)에 의해 타원 형상으로 변형된 후의 전자빔(EB)의 단면 형상(F1)(즉, 장지름(X1) 및 단지름(X2)의 비)과, X축방향 및 Y축방향에 대한 전자 입사면(31a)의 경사 각도는, X선(XR)의 취출 방향(Z축방향)에서 본 X선(XR)의 초점 형상(F2)이 대략 원형상이 되도록 조정되고 있다. 일부의 실시예에서는, 타겟(31)의 전자 입사면(31a)의 경사 각도 및 자기 4중극 렌즈(43)에 의한 성형 조건(애스펙트비)을 조정함으로써, 취출되는 X선(XR)의 초점(실효초점)의 형상을 대략 원형상으로 할 수 있다. 그 결과, X선 발생 장치(1)에 의해 발생한 X선(XR)을 이용한 X선 검사 등에서, 적절한 검사 화상을 얻을 수 있다.
일부의 실시예에서는, 도 2에 도시한 것처럼, X축방향에 따른 자기 집속 렌즈(42)의 길이는, X축방향에 따른 자기 4중극 렌즈(43)의 길이 보다 길다. 여기서, 「X축방향에 따른 자기 집속 렌즈(42)의 길이」는, 코일(42a)을 포위하는 요크(42c)의 전체길이(全長)를 의미한다. 일부의 실시예에서는, 자기 집속 렌즈(42)의 코일(42a)의 권수를 확보하기 쉬워진다. 그 결과, 자기 집속 렌즈(42)에 비교적 큰 자장을 일으킴으로써, 축소율을 보다 높일 수 있기 때문에, 전자빔(EB)을 효과적으로 작게 집속시킬 수 있다. 게다가, 타겟(31)의 전자 입사면(31a)에 입사하는 전자빔(EB)의 크기를 작게 하기 위해서, 전자총(2)으로부터 자기 집속 렌즈(42)에 의해 구성되는 렌즈 중심(폴피스(42b)가 설치된 부분)까지의 거리를 길게 할 수 있다.
또한, 자기 집속 렌즈(42)의 폴피스(42b)의 내경(D)은, 자기 4중극 렌즈(43)의 내경(d)(도 3 참조)보다 크다. 일부의 실시예에서는, 자기 집속 렌즈(42)의 폴피스(42b)의 내경(D)을 비교적 크게 함으로써, 자기 집속 렌즈(42)에 의해 구성되는 렌즈의 구면수차를 작게 할 수 있다. 또한, 자기 4중극 렌즈(43)의 내경(d)을 비교적 작게 함으로써, 자기 4중극 렌즈(43)에서의 코일(43d)의 권수 및 상기 코일(43d)을 흐르는 전류량을 줄일 수 있다. 그 결과, 자기 4중극 렌즈(43)에서의 발열량을 억제할 수도 있다.
또한, X선 발생 장치(1)는, X축방향에 따라서 연재하고, 전자빔(EB)이 통과하는 전자 통과로(P)를 형성하는 원통관(9)을 갖추고 있다. 그리고, 자기 집속 렌즈(42) 및 자기 4중극 렌즈(43)는, 원통관(9)에 직접적 또는 간접적으로 접속되어 있다. 일부의 실시예에서는, 원통관(9)을 기준으로 해서, 자기 집속 렌즈(42) 및 자기 4중극 렌즈(43)의 배치 또는 장착을 실시할 수 있기 때문에, 자기 집속 렌즈(42) 및 자기 4중극 렌즈(43)의 중심축을 정밀도 좋게 동축 상에 배치할 수 있다. 그 결과, 자기 집속 렌즈(42) 내, 및 자기 4중극 렌즈(43) 내를 통과한 후의 전자빔(EB)의 프로파일(단면 형상)에 일그러짐이 생기는 것을 억제할 수 있다.
또한, X선 발생 장치(1)는, 편향 코일(41)을 갖추고 있다. 일부의 실시예에서는, 상술한 것처럼, 전자총(2)으로부터 출사되는 전자빔(EB)의 출사축과 자기 집속 렌즈(42) 및 자기 4중극 렌즈(43)의 중심축과의 사이에 생긴 각도 차이 등을, 적절히 보정할 수 있다. 또한, 편향 코일(41)은, 전자총(2)과 자기 집속 렌즈(42)의 사이에 배치되어 있다. 일부의 실시예에서는, 전자빔(EB)이 자기 집속 렌즈(42) 및 자기 4중극 렌즈(43)를 통과하기 전에 전자빔(EB)의 주행 방향을 적절히 조정할 수 있다. 그 결과, 타겟(31)에 입사되는 전자빔(EB)의 단면 형상을 의도된 타원 형상으로 유지할 수 있다.
X선 발생 장치(1)에서는, 음극(C)(전자총(2))을 수용하는 하우징(6)과 타겟(31)을 수용하는 하우징(7)에 걸쳐서 설치되는 전자 통과로(P)가 형성되어 있다. 그리고, 전자 통과로(P)의 타겟(31)측의 단부(원통관(9)의 단부(9b))를 포함한 부분은, 타겟(31)측을 향해 축경하고 있다. 일부의 실시예에서는, 원통부(96)(혹은, 원통부(93~96))가, 타겟(31)측을 향해 축경하는 축경부를 구성하고 있다. 이에 따라, 하우징(7) 내에서 전자빔(EB)이 타겟(31)에 입사함에 따라 생긴 반사 전자가, 전자 통과로(P)를 통해 하우징(6) 내로 도달하기 어렵게 되어 있다. 그 결과, 타겟(31)으로부터 방출된 반사 전자에 기인하는 음극(C)의 열화가 억제 또는 방지될 수 있다. 덧붙여, 반사 전자란, 타겟(31)에 입사한 전자빔(EB) 중 타겟(31)에 흡수되지 않고 반사하는 전자이다.
음극(C)으로부터 전자빔(EB)이 방출될 때에, 전자총(2)에 의해 가스가 발생한다. 가스는, 음극(C)이 수용되어 있는 공간에 잔류할 수 있다. 또한, 가스(예를 들면, H2, H2O, N2, CO, CO2, CH4, Ar 등의 가스 부산물)가, 타겟(31)으로의 전자의 충돌에 의해, 하우징(7) 내에서 발생할 수 있다. 이에 따라, 전자가 타겟(31)의 표면으로부터 반사되기도 한다. 일부의 실시예에서는, 전자 통과로(P)의 타겟(31)측 입구(즉, 단부(9b))가 좁아지고 있기 때문에, 전자 통과로(P)를 통해 하우징(6)측(즉, 내부 공간(S1))으로 흡인되는 가스가 적고, 하우징(6)에 설치된 배기 유로(E1)로부터 배출되는 가스는 적다. 그래서, X선 발생 장치(1)에서는, 하우징(7) 자체에, 상기 가스의 배출 경로(배기 유로(E2))가 설치되어 있다. 이에 따라, 각 하우징(6, 7) 내의 진공 배기를 적절히 실시하면서, 반사 전자에 기인한 음극(C)의 열화를 억제 또는 방지할 수 있다.
또한, 전자 통과로(P) 중 자기 집속 렌즈(42)의 폴피스(42b)에 둘러싸인 부분보다 전자총(2)측의 부분(상술한 제1 원통 부분)은, 타겟(31)측을 향해 확경하는 확경부(원통부(92)의 적어도 일부)를 가진다. 일부의 실시예에서는, 전자 통과로(P)의 타겟(31)측의 단부(9b)로부터 전자 통과로(P) 내로 반사 전자가 진입했다고 해도, 타겟(31)측을 향해 확경하는 확경부(즉, 음극(C)측을 향해 축경하는 부분)에 의해, 전자 통과로(P)를 통한 반사 전자의 음극(C)측으로의 이동을 억제할 수 있다. 또한, 타겟(31)을 향하는 전자빔(EB)이 전자 통과로(P)의 내벽(원통관(9)의 내면)에 충돌해 버리는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 확경부는, 원통관(9)의 전자총(2)측으로부터 타겟(31)측을 향하여, 지름 d1(제1 지름)을 가지는 부분(즉, 원통부(91))으로부터, 지름 d1보다 큰 지름 d2(제2 지름)를 가지는 부분(즉, 원통부(92))으로 비연속적으로 변화하는 부분(즉, 원통부(91)와 원통부(92)의 경계 부분)을 포함한다. 일부의 실시예에서는, 원통부(91)와 원통부(92)의 경계 부분에서, 원통관(9)의 지름은, 단차상(段差狀)으로 변화하고 있다. 경계부(9c)가, 지름 d1을 내경으로 하고, 지름 d2를 외경으로 하는 원환상의 벽으로 형성되어 있다(도 2 참조). 일부의 실시예에서는, 전자 통과로(P) 내를 타겟(31)측에서 전자총(2)측으로 진행되는 반사 전자가 존재했다고 해도, 상기 반사 전자를 상기 경계부(9c)에 충돌시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 반사 전자의 음극(C)측으로의 이동을 보다 한층 효과적으로 억제 또는 방지할 수 있다.
또한, 전자 통과로(P) 중 자기 집속 렌즈(42)의 폴피스(42b)에 둘러싸인 부분의 지름(원통부(92)의 지름 d2)은, 전자 통과로(P)의 다른 부분의 지름 이상이다. 즉, 전자 통과로(P)는, 자기 집속 렌즈(42)의 폴피스(42b)에 둘러싸인 부분에서, 최대지름을 가지고 있다. 일부의 실시예에서는, 전자총(2)으로부터 출사한 전자빔(EB)의 퍼짐이 커지는 부분(즉, 폴피스(42b)에 둘러싸인 부분)의 지름을 다른 부분의 지름 이상으로 크게 함으로써, 타겟(31)을 향하는 전자빔(EB)이 전자 통과로(P)의 내벽(원통관(9)의 내면)에 충돌해 버리는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 배기 유로(E1)와 배기 유로(E2)는 연통하고 있다. 그리고, 배기부(5)가, 배기 유로(E1)를 통해 하우징(6) 내를 진공 배기하는 것과 함께, 배기 유로(E2)를 통해 하우징(7) 내를 진공 배기한다. 일부의 실시예에서는, 공통의 배기부(5)에 의해, 하우징(6) 내의 내부 공간(S1) 및 하우징(7) 내의 내부 공간(S2)의 양방을 진공 배기할 수 있기 때문에, X선 발생 장치(1)의 소형화를 도모할 수 있다.
본 명세서에 기재되는 모든 양태, 이점 및 특징은, 임의의 특정 실시예로 반드시 달성되지 않는 것, 혹은 임의의 특정 실시예에 반드시 포함되지 않는 것을 이해하기 바란다. 본 명세서에서는 다양한 실시예를 설명했지만, 다른 재료 및 형상을 가지는 것을 포함한 다른 실시예를 채용할 수 있음은 자명하다.
예를 들면, 전자총(2)으로부터의 전자빔(EB)의 출사축과 자기 집속 렌즈(42)의 중심축이 정밀도 좋게 정렬되는 경우에는, 편향 코일(41)은 생략되어도 무방하다. 또한, 편향 코일(41)은, 자기 집속 렌즈(42)와 자기 4중극 렌즈(43)의 사이에 배치되어도 무방하고, 자기 4중극 렌즈(43)와 타겟(31)의 사이에 배치되어도 무방하다.
전자 통과로(P)(원통관(9))의 형상은, 전역에 걸쳐서 단일의 지름을 가지고 있어도 무방하다. 또한, 전자 통과로(P)는, 단일의 원통관(9)에 의해 형성되어도 무방하다. 다른 예에서는, 원통관(9)은, 하우징(6) 내에만 설치되고, 하우징(7) 내를 지나는 전자 통과로(P)는, 하우징(7)의 벽부(71)에 설치된 관통구멍에 의해 형성되어도 무방하다. 또한, 별도로 원통관(9)을 설치하지 않고, 통부재(10)의 관통구멍과 하우징(44) 및 하우징(7)에 설치된 관통구멍에 의해, 전자 통과로(P)를 구성해도 무방하다.
도 6은, 원통관의 제1 변형예(원통관(9A))를 나타내고 있다. 일부의 실시예에서는, 원통관(9A)은, 원통부(91~96)의 대신에, 원통부(91A~93A)를 가지는 점에서, 도 2에 도시되는 원통관(9)과 상이하다. 원통부(91A)는, 원통관(9)의 단부(9a)로부터 코일(42a)의 전자총(2)측에 둘러싸인 위치까지 연장되어 있다. 원통부(91A)는 테이퍼 형상(taper shape)을 가지고 있다. 예를 들면, 원통부(91A)의 지름은, 단부(9a)로부터 타겟(31)측을 향해서, 지름 d1에서 지름 d2까지 점차 증가하고 있다. 원통부(92A)는, 원통부(91A)의 타겟(31)측의 단부로부터 폴피스(42b)보다 약간 타겟(31)측의 위치까지 연장되어 있다. 원통부(92A)는 일정한 지름(지름 d2)을 가지고 있다. 원통부(93A)는, 원통부(92A)의 타겟(31)측의 단부로부터 원통관(9)의 단부(9b)까지 연장되어 있다. 원통부(93A)는 테이퍼 형상을 가지고 있다. 예를 들면, 원통부(93A)의 지름은, 원통부(92A)의 상기 단부로부터 타겟(31)측을 향해서, 지름 d2로부터 지름 d6까지 점차 감소하고 있다. 원통관(9A)에서는, 원통부(91A)가 확경부에 상당하고, 원통부(93A)가 축경부에 상당한다.
도 7은, 원통관의 제2 변형예(원통관(9B))를 나타내고 있다. 일부의 실시예에서는, 원통관(9B)은, 원통부(91~96)의 대신에 원통부(91B, 92B)를 가지는 점에서, 도 2에 도시되는 원통관(9)과 상이하다. 원통부(91B)는, 원통관(9)의 단부(9a)로부터 폴피스(42b)에 둘러싸인 위치까지 연장되어 있다. 원통부(91B)는 테이퍼 형상을 가지고 있다. 예를 들면, 원통부(91B)의 지름은, 단부(9a)로부터 타겟(31)측을 향해서, 지름 d1에서 지름 d2까지 점차 증가하고 있다. 원통부(92B)는, 원통부(91B)의 타겟(31)측의 단부로부터 원통관(9)의 단부(9b)까지 연장되어 있다. 원통부(92B)는 테이퍼 형상을 가지고 있다. 일부의 실시예에서는, 원통부(92B)의 지름은, 원통부(91B)의 상기 단부로부터 타겟(31)측을 향해서, 지름 d2로부터 지름 d6까지 점차 감소하고 있다. 원통관(9B)에서는, 원통부(91B)가 확경부에 상당하고, 원통부(92B)가 축경부에 상당한다.
일부의 실시예에서는, 원통관(전자 통과로)의 축경부 및 확경부는, 원통관(9)과 같이 단차상(비연속)으로 형성되지 않아도 무방하고, 원통관(9A, 9B)과 같이 테이퍼상으로 형성되어도 무방하다. 또한, 원통관(9B)과 같이, 원통관은, 테이퍼상으로 형성된 부분 만으로 구성되어도 무방하다. 또한, 원통관은, 단차상으로 지름을 변화시키는 부분과, 테이퍼상으로 지름을 변화시키는 부분과의 양방을 가지고 있어도 무방하다. 예를 들면, 확경부가 원통관(9A)과 같이 테이퍼상으로 형성되는 한편으로, 축경부가 원통관(9)과 같이 단차상으로 형성되어도 무방하다.
또한, 타겟은, 회전 양극이 아니어도 무방하다. 일부의 실시예에서는, 타겟이 회전하지 않도록 구성되고, 전자빔(EB)이 항상 타겟 상의 동일 위치에 입사하도록 구성되어도 무방하다. 단, 타겟을 회전 양극으로 함으로써, 타겟에 대한 전자빔(EB)에 의한 국소적인 부하를 감소시킬 수 있다. 그 결과, 전자빔(EB)의 양을 증대시켜, 타겟으로부터 출사되는 X선(XR)의 선량(線量)을 증대시키는 것이 가능해진다.
일부의 실시예에서는, 전자총(2)은, 원형상의 단면 형상을 가지는 전자빔(EB)을 출사하도록 구성되어도 무방하다. 다른 예에서는, 전자총(2)은, 원형상 이외의 단면 형상을 가지는 전자빔을 출사하도록 구성되어도 무방하다.
[부기]
본 개시는, 하기의 구성을 포함하고 있다.
[구성 1]
전자빔(EB)의 주행 방향은, 편향 코일(41)(편향 코일(41)이 2개의 편향 코일에 의해 구성되는 경우에는, 그 일방의 편향 코일)에 의해, 제1 방향(X축방향)에서의 전자빔(EB)의 축과 자기 집속 렌즈(42) 및 자기 4중극 렌즈(43)를 통과하는 전자 통과로(P)의 중심축과의 각도 차이를 보정하도록 조정되고 있다.
[구성 2]
전자빔(EB)의 주행 방향은, 전자총(2)과 자기 집속 렌즈(42)의 사이에 배치된 제2 편향 코일(편향 코일(41)이 2개의 편향 코일에 의해 구성되는 경우에 있어서의 타방의 편향 코일)에 의해, 전자빔(EB)의 축과 전자 통과로(P)의 중심축과의 사이의 횡방향의 차이를 보정하도록 더 조정되고 있다.
[구성 3]
X선 발생 장치(1)는, 원형 단면 형상을 가지는 전자빔(EB)을 방사하는 수단(예를 들면, 전자총(2))과, 전자빔(EB)을 회전축 주위에 회전시키면서 집속시키는 수단(예를 들면, 자기 집속 렌즈(42))과, 전자빔(EB)의 원형 단면 형상을, 회전축에 직교하는 장지름(X1)과 회전축 및 장지름(X1)의 양방에 직교하는 단지름(X2)을 가지는 타원형 단면 형상으로 변형시키는 수단(예를 들면, 자기 4중극 렌즈(43))과, 타원형 단면 형상을 가지는 전자빔(EB)을 수취함에 따라 X선(XR)을 방출하는 수단(예를 들면, 타겟(31))을 갖춘다.
[구성 4]
X선 발생 장치(1)는, 전자빔(EB)의 주행 방향을 조정하는 수단(예를 들면, 편향 코일(41))을 더 갖춘다. 상기 조정하는 수단은, 전자빔(EB)의 주행 방향에서, 전자빔(EB)을 방출하는 수단(전자총(2))과, 전자빔을 집속시키는 수단(자기 집속 렌즈(42))과의 사이에 위치한다.
[구성 5]
전자빔을 집속시키는 수단은, 제1 자기 렌즈(자기 집속 렌즈(42))를 포함한다. 전자빔의 단면 형상을 변형시키는 수단은, 제2 자기 렌즈(자기 4중극 렌즈(43))를 포함한다. 상기 조정하는 수단은, 전자빔(EB)의 회전축과 제1 자기 렌즈 및 제2 자기 렌즈의 양방을 통과하는 중심축과의 각도 차이를 보정하는 수단(예를 들면, 편향 코일(41)에 포함되는 2개의 편향 코일 중 일방)과, 전자빔(EB)의 회전축과 상기 중심축과의 사이의 횡방향의 차이를 보정하는 수단(예를 들면, 편향 코일(41)에 포함되는 2개의 편향 코일 중 타방)을 포함한다.
[구성 6]
X선(XR)을 방출하는 수단(타겟(31))은, 장지름(X1) 및 단지름(X2)의 양방에 대해서 경사진 전자 입사면(31a)을 가진다. X선 발생 장치(1)는, 전자빔(EB)의 원형 단면 형상을 타원형 단면 형상으로 변형시킨 후에, 전자빔(EB)의 장지름(X1) 및 단지름(X2)의 비를 조정하는 수단(자기 4중극 렌즈(43))을 갖춘다. 상기 비와, 장지름(X1) 및 단지름(X2)에 대한 전자 입사면(31a)의 경사각과의 조합에 의해, X선(XR)의 취출 방향(Z축방향)에서 본 X선(XR)의 대략 원형상의 초점 형상(F2)이 결정된다.
[구성 7]
X선 발생 방법은, 원형 단면 형상을 가지는 전자빔(EB)을 방출하는 단계와, 제1 자기 렌즈에 의해, 원형 단면 형상을 가지는 전자빔(EB)을 회전축 주위에 회전시키면서 집속시키는 단계와, 제2 자기 렌즈에 의해, 전자빔(EB)의 원형 단면 형상을, 회전축에 직교하는 장지름(X1)과 회전축 및 장지름(X1)의 양방에 직교하는 단지름(X2)을 가지는 타원형 단면 형상으로 변형시키는 단계와, 타원형 단면 형상을 가지는 전자빔(EB)을 타겟(31)에서 수취함에 따라 X선(XR)을 방출하는 단계를 포함한다.
[구성 8]
제2 자기 렌즈는, 자기 4중극 렌즈(43)를 포함한다.
[구성 9]
자기 4중극 렌즈(43)는, 원형 단면 형상을 가지는 전자빔(EB)이 제1 자기 렌즈에 의해 집속된 후, 전자빔(EB)의 원형 단면 형상을 타원형 단면 형상으로 변형시킨다.
[구성 10]
X선 발생 방법은, 전자빔(EB)이 제1 자기 렌즈에 의해 집속되기 전에, 원형 단면 형상을 가지는 전자빔(EB)의 주행 방향을 조정하는 단계를 더 포함한다.
[구성 11]
전자빔(EB)의 주행 방향은, 전자빔(EB)의 회전축과 제1 자기 렌즈 및 제2 자기 렌즈의 양방을 통과하는 중심축과의 각도 차이를 보정하는 편향 코일(41)에 의해 조정된다.
[구성 12]
전자빔(EB)의 주행 방향은, 전자빔(EB)의 회전축과 제1 자기 렌즈 및 제2 자기 렌즈의 양방을 통과하는 중심축과의 사이의 횡방향의 차이를 보정하는 편향 코일(41)에 의해 조정된다.
[구성 12]
타겟(31)은, 장지름(X1) 및 단지름(X2)의 양방에 대해서 경사진 전자 입사면(31a)을 가진다. X선 발생 방법은, 전자빔(EB)의 원형 단면 형상을 타원형 단면 형상으로 변형시킨 후에, 전자빔(EB)의 장지름(X1) 및 단지름(X2)의 비를 조정하는 단계를 더 포함한다. 상기 비와, 장지름(X1) 및 단지름(X2)에 대한 전자 입사면(31a)의 경사각과의 조합에 의해, X선(XR)의 취출 방향(Z축방향)에서 본 X선(XR)의 대략 원형상의 초점 형상(F2)이 결정된다.

Claims (20)

  1. 원형 단면 형상을 가지는 전자빔을 출사하는 전자총과,
    상기 전자총 보다 후단에 배치되어, 제1 방향에 따른 축주위에 상기 전자빔을 회전시키면서 상기 전자빔을 집속시키는 자기 집속 렌즈와,
    상기 자기 집속 렌즈 보다 후단에 배치되어, 상기 전자빔의 상기 원형 단면 형상을, 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향에 따른 장지름과 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향의 양방에 직교하는 제3 방향에 따른 단지름을 가지는 타원형 단면 형상으로 변형시키는 자기 4중극 렌즈와,
    상기 자기 4중극 렌즈 보다 후단에 배치되어, 상기 전자빔이 입사된 것에 따라 X선을 방출하는 타겟
    을 갖추는, X선 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타겟은, 상기 전자빔이 입사되는 전자 입사면을 가지고,
    상기 전자 입사면은, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 대해서 경사져 있고,
    상기 자기 4중극 렌즈에 의해 상기 타원형 단면 형상으로 변형된 후의 상기 전자빔의 상기 장지름 및 상기 단지름의 비와, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 대한 상기 전자 입사면의 경사 각도에 의해, 상기 X선의 취출 방향에서 본 상기 X선의 대략 원형상의 초점 형상이 결정되는,
    X선 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향에 따른 상기 자기 집속 렌즈의 길이는,
    상기 제1 방향에 따른 상기 자기 4중극 렌즈의 길이 보다 긴,
    X선 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자기 집속 렌즈의 폴피스(Pole piece)의 내경은,
    상기 자기 4중극 렌즈의 내경 보다 큰,
    X선 발생 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향에 따라서 연재하고, 상기 전자빔이 통과하는 전자 통과로를 형성하는 통상부
    를 더 갖추고,
    상기 자기 집속 렌즈 및 상기 자기 4중극 렌즈는,
    상기 통상부에 직접적 또는 간접적으로 접속되어 있는,
    X선 발생 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔의 주행 방향을 조정하는 편향 코일
    을 더 갖추는, X선 발생 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 편향 코일은,
    상기 전자총과 상기 자기 집속 렌즈와의 사이에 배치되어 있는,
    X선 발생 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전자빔의 주행 방향은,
    상기 편향 코일에 의해, 상기 제1 방향에서의 상기 전자빔의 축과 상기 자기 집속 렌즈 및 상기 자기 4중극 렌즈를 통과하는 전자 통과로의 중심축과의 각도 차이를 보정하도록 조정되고 있는,
    X선 발생 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전자빔의 주행 방향은,
    상기 전자총과 상기 자기 집속 렌즈와의 사이에 배치된 제2 편향 코일에 의해, 상기 전자빔의 축과 상기 전자 통과로의 중심축과의 사이의 횡방향의 차이를 보정하도록 더 조정되고 있는,
    X선 발생 장치.
  10. 원형 단면 형상을 가지는 전자빔을 방사하는 수단과,
    상기 전자빔을 회전축 주위에 회전시키면서 집속시키는 수단과,
    상기 전자빔의 상기 원형 단면 형상을, 상기 회전축에 직교하는 장지름과 상기 회전축 및 상기 장지름의 양방에 직교하는 단지름을 가지는 타원형 단면 형상으로 변형시키는 수단과,
    상기 타원형 단면 형상을 가지는 상기 전자빔을 수취함에 따라 X선을 방출하는 수단
    을 갖추는, X선 발생 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전자빔의 주행 방향을 조정하는 수단
    을 더 갖추고,
    상기 조정하는 수단은,
    상기 전자빔의 주행 방향에서, 상기 전자빔을 방출하는 수단과 상기 전자빔을 집속시키는 수단과의 사이에 위치하는,
    X선 발생 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전자빔을 집속시키는 수단은, 제1 자기 렌즈를 포함하고,
    상기 전자빔의 단면 형상을 변형시키는 수단은, 제2 자기 렌즈를 포함하고,
    상기 조정하는 수단은,
    상기 전자빔의 회전축과 상기 제1 자기 렌즈 및 상기 제2 자기 렌즈의 양방을 통과하는 중심축과의 각도 차이를 보정하는 수단과,
    상기 전자빔의 회전축과 상기 중심축과의 사이의 횡방향의 차이를 보정하는 수단
    을 포함하는, X선 발생 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 X선을 방출하는 수단은, 상기 장지름 및 상기 단지름의 양방에 대해서 경사진 전자 입사면을 가지고,
    상기 X선 발생 장치는,
    상기 전자빔의 상기 원형 단면 형상을 상기 타원형 단면 형상으로 변형시킨 후에, 상기 전자빔의 상기 장지름 및 상기 단지름의 비를 조정하는 수단
    을 더 갖추고,
    상기 비와 상기 장지름 및 상기 단지름에 대한 상기 전자 입사면의 경사각과의 조합에 의해, X선의 취출 방향에서 본 상기 X선의 대략 원형상의 초점 형상이 결정되는,
    X선 발생 장치.
  14. 원형 단면 형상을 가지는 전자빔을 방출하는 단계와,
    제1 자기 렌즈에 의해, 상기 원형 단면 형상을 가지는 상기 전자빔을 회전축 주위에 회전시키면서 집속시키는 단계와,
    제2 자기 렌즈에 의해, 상기 전자빔의 상기 원형 단면 형상을, 상기 회전축에 직교하는 장지름과 상기 회전축 및 상기 장지름의 양방에 직교하는 단지름을 가지는 타원형 단면 형상으로 변형시키는 단계와,
    상기 타원형 단면 형상을 가지는 상기 전자빔을 타겟에서 수취함에 따라 X선을 방출하는 단계
    를 포함하는 X선 발생 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 자기 렌즈는,
    자기 4중극 렌즈를 포함하는, X선 발생 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 자기 4중극 렌즈는,
    상기 원형 단면 형상을 가지는 상기 전자빔이 상기 제1 자기 렌즈에 의해 집속된 후, 상기 전자빔의 상기 원형 단면 형상을 상기 타원형 단면 형상으로 변형시키는,
    X선 발생 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 전자빔이 상기 제1 자기 렌즈에 의해 집속되기 전에, 상기 원형 단면 형상을 가지는 상기 전자빔의 주행 방향을 조정하는 단계
    를 더 포함하는, X선 발생 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전자빔의 주행 방향은,
    상기 전자빔의 상기 회전축과 상기 제1 자기 렌즈 및 상기 제2 자기 렌즈의 양방을 통과하는 중심축과의 각도 차이를 보정하는 편향 코일에 의해 조정되는,
    X선 발생 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 전자빔의 주행 방향은,
    상기 전자빔의 상기 회전축과 상기 제1 자기 렌즈 및 상기 제2 자기 렌즈의 양방을 통과하는 중심축과의 사이의 횡방향의 차이를 보정하는 편향 코일에 의해 조정되는,
    X선 발생 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 타겟은, 상기 장지름 및 상기 단지름의 양방에 대해서 경사진 전자 입사면을 가지고,
    상기 X선 발생 방법은,
    상기 전자빔의 상기 원형 단면 형상을 상기 타원형 단면 형상으로 변형시킨 후에, 상기 전자빔의 상기 장지름 및 상기 단지름의 비를 조정하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 비와 상기 장지름 및 상기 단지름에 대한 상기 전자 입사면의 경사각과의 조합에 의해, X선의 취출 방향에서 본 상기 X선의 대략 원형상의 초점 형상이 결정되는,
    X선 발생 방법.
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