JP4457513B2

JP4457513B2 - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JP4457513B2
Application number: JP2001078700A
Authority: JP
Inventors: 浩昌丸野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2021-03-19
Also published as: JP2002279918A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＬＳＩの製品検査などのために、Ｘ線非破壊検査、Ｘ線分析、ＬＳＩの内部構造を拡大してＸ線写真を撮るような工業用Ｘ線装置、細胞のＸ線写真をとるようなＸ線装置などに用いられるＸ線発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｘ線発生装置は、図９に示すように、内部を真空状態にした管本体３と、この管本体３の内部に配備された陰極４と、すり鉢状に形成されたブロック状のウェーネルト電極５と、通電に伴い陰極４から発生した電子ビームを照射してＸ線を発生させるターゲットＴと、ターゲットＴに向けて電子ビームを収束させる磁界レンズ７とを備えている。
【０００３】
また、ウェーネルト電極５は、陰極４に対して負の電位が保たれており、通電の際に陰極４から発生した電子ビームをある程度絞って出力するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の装置は、図９に示すように、ウェーネルト電極５がブロック状をしているので、陰極４に比べ、熱容量が大きくなる。つまり、通電時の陰極４の温度と、この陰極４から発生した輻射熱を帯びて上昇したウェーネルト電極５の温度との間に極端な温度差が生じてしまう。
【０００５】
また、管本体３の内部は真空状態といえども、残留物であるカーボンや、電子を発生する際に陰極４が磨耗して生ずる酸化物などの蒸散物が微量に存在し、これらが絶縁物となり陰極４の近くに存在する陰極４よりも温度の低い物に付着するといった傾向がある。すなわち、陰極４の間近に存在するウェーネルト電極５の端部に付着する。その結果、陰極４とウェーネルト電極５との電位差が設定条件と異なり、出力する電子ビームを安定に取り出せなくなる。そして、最終的にＸ線を正確かつ安定に出力できないといった問題がある。
【０００６】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ウェーネルト電極への絶縁物の付着を抑制し、Ｘ線を安定に効率よく発生するＸ線発生装置を提供することを主たる目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、内部を真空状態にした管本体と、この管本体内で電子ビームを発生する電子源と、この電子源から発生した電子ビームを照射してＸ線を発生するターゲットとを備えたＸ線発生装置において、前記電子源は、（ａ）通電に伴い電子を発生する陰極と、（ｂ）円筒状の支持部の前記ターゲット側の表面から前記陰極に向かうにつれて電子ビームが通過する開口部の幅が狭くなるように、平板によってすり鉢状に形成されたウェーネルト電極とを備え、（ｃ）前記ウェーネルト電極は、前記支持部から前記陰極に向かうにつれて厚みが薄くなっているものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、内部を真空状態にした管本体と、この管本体内で電子ビームを発生する電子源と、この電子源から発生した電子ビームを照射してＸ線を発生するターゲットとを備えたＸ線発生装置において、前記電子源は、（ａ）通電に伴い電子を発生する陰極と、（ｄ）円筒状の支持部の前記ターゲット側の表面から前記陰極先端方向に平板が水平に延伸し、かつ前記陰極部分で電子ビームが通過する開口部が設けられ、さらに電子ビーム出力方向斜めに開口部が拡がる方向に平板が屈折することですり鉢状に形成されたウェーネルト電極とを備え、（ｅ）前記ウェーネルト電極のすり鉢状の陰極側先端の厚みは、１００〜５００μｍの範囲に設定されているものである。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のＸ線発生装置において、（ｆ）前記ウェーネルト電極の厚みは、１００〜５００μｍの範囲に設定されている。
【００１１】
〔作用〕
請求項１に記載の発明の作用は次のとおりである。
すなわち、請求項１に記載の発明は、円筒状の支持部のターゲット側の表面から陰極に向かうにつれて電子ビームが通過する開口部の幅が狭くなるように、平板によってすり鉢状に形成されたウェーネルト電極を備えている。つまり、ウェーネルト電極は、通電に伴い陰極から発生する輻射熱を帯びて、直ちに陰極と略同じ温度まで上昇させられる。その結果、ウェーネルト電極へのカーボンなどの絶縁物の付着が抑制され、陰極とウェーネルト電極との極端な電位差が回避される。また、ウェーネルト電極は、陰極に向かうにつれて厚みが薄くなっているので、陰極からの輻射熱により、直ちに陰極と略同じ温度まで上昇させられる。つまり。陰極とウェーネルト電極との電位差が抑制される。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、円筒状の支持部のターゲット側の表面から陰極先端方向に平板が水平に延伸し、かつ陰極部分で電子ビームが通過する開口部が設けられ、さらに電子ビーム出力方向斜めに開口部が拡がる方向に平板が屈折することですり鉢状に形成されたウェーネルト電極を備え、ウェーネルト電極のすり鉢状の陰極側先端の厚みは、１００〜５００μｍの範囲に設定されている。つまり、ウェーネルト電極は、通電に伴い陰極から発生する輻射熱を帯びて、直ちに陰極と略同じ温度まで上昇させられる。その結果、ウェーネルト電極へのカーボンなどの絶縁物の付着が抑制され、陰極とウェーネルト電極との極端な電位差が回避される。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、厚みが１００〜５００μｍの範囲に設定されたウェーネルト電極を用いることにより、陰極とウェーネルト電極との熱容量の差により発生する極端な電位差が回避される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
<第1実施例>
次に、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
図1はこの発明のＸ線発生装置の全体構成を示すブロック図、図２はこの実施例のＸ線発生部の要部構成である電子源を示す縦断面図、図３は電子源の平面図、図４は陰極とウェーネルト電極の配置関係を示した模式図である。
【００１６】
この実施例のＸ線発生装置は、図１に示すように、Ｘ線出力側から順にＸ線を発生するＸ線発生部１と、Ｘ線発生部１の内部を真空状態にする真空排気部８と、Ｘ線発生部１に管電圧・管電流を供給する高電圧電源部９と、前記各部を制御する制御部１０と、制御部１０にＸ線を発生させるための設定条件などの情報を送るコンピュータ１１と、このコンピュータ１１に接続され、Ｘ線出力の条件設定などの入力を行うキーボードなどからなる操作卓１２と、この入力された設定条件や装置全体の状況を表示するモニタ１３とを備えている。以下、各部の構成および機能について具体的に説明する。
【００１７】
先ず、この実施例装置の特徴的な構成を有する電子源２を備えたＸ線発生部１について説明する。
Ｘ線発生部１は、図２に示すように、内部を真空可能にした管本体３に、陰極４と、この陰極４から発生する電子をビーム状に絞り込むウェーネルト電極５とを備えた電子源２と、電子源２から出力される電子ビームを後段のターゲットに照射するように、さらに電子ビームを収束する磁界レンズ部７とから構成されている。
【００１８】
管本体３は、ステンレス鋼などからなる円柱状をしており、図示しないが、その長手方向の端部にＸ線出力窓を備えている。また、その側部には開閉部を備えており、陰極４の交換などのメンテナンスが行えるようになっている。
【００１９】
陰極４は、高電圧コネクタ碍子６に着脱可能に取り付けられている。陰極４の材質としては、ＬａＢ₆（六ホウ化ランタン）が用いられている。なお、陰極４の材質はＬａＢ₆に限定されるものではなく、例えば、タングステンなどであってもよい。
【００２０】
ウェーネルト電極５は、ステンレス鋼で形成されている。また、図２および図３に示すように、ウェーネルト電極５の支持部周縁から陰極に向かうにつれて先窄まりとなったすり鉢状（以下、適宜「テーパ状」という）に形成されている。また、その先窄まりの先端側には、陰極４から発生する電子がビーム状となり通過するように開口部ｄが設けられている。さらに、テーパ状に形成されたウェーネルト電極５の傾斜角θは、図に示す鉛直方向の中心軸Ｙを基準に左右６０°、すなわち、電子ビーム出力方向に１２０°の開口部を形成している。
【００２１】
つまり、ウェーネルト電極５は、陰極４に対して数ｋＶ程度の負の電位に保たれており、ビーム電流を制御するとともに、開口部ｄを通過する電子ビームの径を細く絞り込むようになっている。
【００２２】
なお、ウェーネルト電極５の材質は、ステンレス鋼に限定されるものではなく、例えば、タングステン、タンタル、モリブデンなどが挙げられる。また、この実施例ではウェーネルト電極の傾斜角θが１２０°となっているが、１２０°に限定されるものではない。
【００２３】
また、ウェーネルト電極５の厚みＨは、使用する材質によっても異なるが、図２のＬに示す支持部から陰極方向の先端までを１００〜５００μｍの範囲に設定することが好ましい。さらに好ましくは、１００〜２００μｍの範囲である。
【００２４】
つまり、ウェーネルト電極５の厚みＨが１００μｍ未満であれば、厚みが薄くなりすぎてウェーネルト電極５の先端と陰極４との間で放電現象が発生してしまうからである。
【００２５】
逆に、ウェーネルト電極５の厚みＨが５００μｍを越えると、陰極４から電子を発生する際の輻射熱を帯びて上昇するウェーネルト陰極５の温度と、陰極４の温度のとの間に極端な温度差が生じる。そして、管本体３に微量に存在するカーボンなどの蒸散物が絶縁物としてウェーネルト電極５の先端に付着する。その結果、陰極４とウェーネルト電極５との間で設定以上の電位差が生じてしまうからである。
【００２６】
また、陰極４とウェーネルト電極５との配置関係は、図４に示すように、ウェーネルト電極５を陰極方向に延伸した仮想線が陰極４の先端と交差するようになっている。このように相互配置することによって、陰極４から発生した電子が効率よくウェーネルト電極５の開口部ｄを通過するようになっている。なお、この実施例装置の場合、開口部ｄは、０．５〜１．０ｍｍの範囲に設定されているが、この範囲に限定されるものではない。
【００２７】
次に、磁界レンズ部７は、図９に示す構造と同様であり、磁界レンズ７ａと、ターゲットＴから構成されている。
磁界レンズ７ａは、純鉄からなる円筒状の側壁内部にコイルＣが設けられているとともに、円筒の中央空間部の先端側（電子ビーム出力側）に間隙Ｋが設けられている。つまり、コイルＣに電流を流したときに発生する磁力が、純鉄の間隙Ｋ部分に集中するとともに、電流レベルを調整することによって磁力が変更され、所定の位置に電子ビームが収束するように調整される。
【００２８】
そして、磁界レンズ７ａの後段にターゲットＴが配置されており、このターゲットＴに電子ビームが照射されることによってＸ線が発生するようになっている。
【００２９】
ターゲットＴとしは、タングステンからなる平板状のものや、円柱状のものであってもよい。特に、円柱状のものは、その長手方向の中心軸を基準に回転可能であるとともに、長手方向の左右にスライド移動できるようになっている。つまり、電子ビームの照射によって照射部分が磨耗した場合、電子ビームの照射箇所が容易に変更できるようになっている。
【００３０】
つまり、この実施例装置の場合、磁界レンズ部７としては、透過型または反射型のいずれであってもよい。
【００３１】
真空排気部８は、管本体３の内部を真空状態にするためのものである。つまり、Ｘ線発生部１の陰極４を交換するなどのメンテナンスを行う場合、管本体３の内部を一旦大気状態に戻し、陰極４を交換した後に再度真空状態に戻すようになっている。
【００３２】
高電圧電源部９は、操作卓１３で設定された管電圧・管電流の情報に基づいて制御部１０から送られるパルス信号に応じて、Ｘ線発生部１に管電圧・管電流を供給するようになっている。なお、Ｘ線発生時のＸ線発生部１側の管電圧・管電流の状況が逐次高電圧電源部９にフィードバックされ、図示しないトランスによって逐次モニタリングされている。つまり、設定条件の管電圧・管電流を一定に保つようになっている。
【００３３】
制御部１０は、上述のＸ線発生部１、真空排気部８、高電圧電源部９のそれぞれを、操作卓１３から入力設定された情報に基づいて総括的に制御している。
【００３４】
次に、上記構成を有するＸ線発生装置の動作を説明する。
オペレータは、出力するＸ線レベルに応じた管電圧・管電流などの条件を操作卓１３から入力する。この入力情報に基づいて制御部１０がパルス信号を高電圧電源部９に送り、高電圧電源部９から管電圧・管電流をＸ線発生部１に供給する。このとき、制御部１０は、他の各構成部も総括的に制御する。
【００３５】
管電圧・管電流が供給されたＸ線発生部１では、陰極４から電子が発生する。この発生した電子は、ウェーネルト電極５の開口部ｄを通過すときに陰極４とウェーネルト電極５との電位差によって生ずる磁界の強度に応じて絞り込まれ、磁界レンズ部７に向けて電子ビームとなって出力される。
【００３６】
そして、出力された電子ビームは、磁界レンズによって、さらにビーム径が収束されてターゲットに照射される。そして、電子ビームが照射されたターゲットからＸ線が出力される。
【００３７】
以上に述べた上記実施例のＸ線発生装置によれば、ウェーネルト電極５の厚みを薄くして熱容量を小さくすることによって、電子を発生するときの陰極４とウェーネルト電極５との温度差が抑制される。つまり、電子を発生するときの陰極４の輻射熱を受けたウェーネルト電極５は、直ちに陰極４と略同じ温度まで上昇するので、管本体３の内部に存在するカーボンなどの絶縁物がウェーネルト電極の先端部分に付着しない。その結果、電子源２は設定条件に応じた電子ビームを正確かつ安定に出力することができるとともに、Ｘ線発生部１としては、この電子ビームを利用することによって所定のＸ線を正確かつ安定に出力することができる。
【００３８】
<第２実施例>
次に、第２実施例に係るＸ線発生装置について説明する。
なお、この実施例装置において、Ｘ線発生部以外の構成は、先の第１実施例と同一であるので同一箇所については同一符号を付すに留め、説明を省略する。
図５は第２実施例のＸ線発生部の要部である電子源の縦断面図である。
【００３９】
電子源２は、陰極４と、支持部周縁から陰極方向にテーパ状に形成され平板状のウェーネルト電極５とを備えている。ウェーネルト電極５のテーパ状に傾斜した傾斜角θは、図５に示すように陰極４側から電子ビーム出力側に向かって１２０°となっている。
【００４０】
そして、ウェーネルト電極５の厚みは、支持部側から陰極側の先端に向かうにつれて、例えば、２００（支持部側）〜１００（先端側）μｍと厚みが次第に薄くなるように形成されている。つまり、ウェーネルト電極５は、支持部側の厚みを厚くすることによって構造上の強度を増すようにするとともに、ウェーネルト電極５の先端では陰極４との間で放電が発生しない限度の厚みが維持されている。
【００４１】
上述のようにウェーネルト電極５を形成することによって、ウェーネルト電極５の先端への絶縁物の付着が抑制され、設定条件に応じた電子ビームを電子源２から正確かつ安定に出力することができる。その結果、Ｘ線発生装置１からはＸ線を正確かつ安定に出力することができる。
【００４２】
<第３実施例>
次に、第３実施例に係るＸ線発生装置について説明する。
なお、この実施例装置において、Ｘ線発生部のウェーネルト電極以外の構成は、先の第１実施例および第２実施例と同一であるので同一箇所については同一符号を付すに留め、説明を省略する。
図６は第３実施例のＸ線発生部の要部である電子源の縦断面図である。
【００４３】
ウェーネルト電極５は、平板状のもので形成されたすり鉢状のものであって、内部は中空となっている。つまり、ウェーネルト電極５は、図６に示すように、支持部から陰極４先端の水平方向に延伸しており、かつ陰極４部分で電子ビームを出力する開口部ｄを設け、電子ビーム出力方向斜めに屈折している。そして、図６に示すＳ部分は中空となっている。
【００４４】
なお、ウェーネルト電極５の屈折（傾斜角θ）は、陰極中心軸Ｙを基準に左右６０°、すなわち、電子ビーム出力方向に１２０°の開口部を形成したものとなっている。
【００４５】
なお、この実施例では、ウェーネルト電極５の陰極側先端の厚みＨが１００〜５００μｍの範囲に設定されていればよい。
【００４６】
この発明は、上記実施例の形態に限られるものではなく、下記のように変形実施することができる。
（１）上記実施例では、平板状のウェーネルト電極５であったが、平板状に限定されるものではく、陰極間４とウェーネルト電極５との間で放電が起こらないとともに、互いの温度差によってウェーネルト電極に絶縁物が付着して異なった電位差が生じないような構成であればよい。例えば、図７に示すように、ウェーネルト電極の先端がリング状のものであってもよいし、図８に示すブロック状のものであってもよい。ただし、上述の条件を満たすために、図７および図８の先端部分の厚みは、１００〜５００μｍの範囲に設定することが好ましい。
【００４７】
（２）上記実施例では、磁界レンズを設けていたが、磁界レンズに限定されるものではなく、例えば、コンデンサレンズなどの集光器であってもよい。
【００４８】
（３）上記1実施例では、管本体３の内部をメンテナンスできる開放型にＸ線発生装置について説明しているが、開放型に限定されるものではない。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、円筒状の支持部の前記ターゲット側の表面から陰極に向かうにつれて電子ビームが通過する開口部の幅が狭くなるように、平板によってすり鉢状に形成されたウェーネルト電極を備え、陰極に向かうにつれて厚みが薄くなっている。そのため、陰極とウェーネルト電極との熱容量が略同一とされる。つまり、陰極とウェーネルトの電極との温度差が抑制され、ウェーネルト電極への絶縁物の付着を回避することができる。その結果、電子源は、陰極とウェーネルト電極との間で異なった電位差が生じないので、電子ビームの出力を安定かつ効率よく行えるとともに、Ｘ線発生装置としては設定条件に応じたＸ線を正確かつ安定に出力させることができる。
【００５０】
また、請求項２に記載の発明によれば、円筒状の支持部のターゲット側の表面から陰極先端方向に平板が水平に延伸し、かつ陰極部分で電子ビームが通過する開口部が設けられ、さらに電子ビーム出力方向斜めに開口部が拡がる方向に平板が屈折することですり鉢状に形成されたウェーネルト電極とを備え、ウェーネルト電極のすり鉢状の陰極側先端の厚みは、１００〜５００μｍの範囲に設定されている。そのため、陰極とウェーネルト電極との熱容量が略同一とされる。つまり、陰極とウェーネルトの電極との温度差が抑制され、ウェーネルト電極への絶縁物の付着を回避することができる。その結果、電子源は、陰極とウェーネルト電極との間で異なった電位差が生じないので、電子ビームの出力を安定かつ効率よく行えるとともに、Ｘ線発生装置としては設定条件に応じたＸ線を正確かつ安定に出力させることができる。また、請求項３に記載の発明によれば厚みが１００〜５００μｍの範囲に設定されたウェーネルト電極を用いることにより、陰極とウェーネルト電極との熱容量が略同一とされる。つまり、陰極とウェーネルト電極との温度差の影響による電位差が抑制され、ウェーネルト電極への絶縁物の付着が回避される。その結果、Ｘ線発生装置は、設定条件に応じたＸ線を正確かつ安定に出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のＸ線発生装置に係る第１実施例の全体構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施例の要部構成を示した縦断面図である。
【図３】第1実施例の電子源の正面図である。
【図４】第1実施例の陰極とウェーネルト電極との配置関係を示した模式図である。
【図５】第２実施例装置のＸ線発生装置に係る要部の縦断面図である。
【図６】第３実施例装置のＸ線発生装置に係る要部の縦断面図である。
【図７】この発明のＸ線発生装置に係る変形例の要部を示した縦断面図である。
【図８】この発明のＸ線発生装置に係る変形例の要部を示した縦断面図である。
【図９】従来例のＸ線発生装置の要部構成を示した図である。
【符号の説明】
１ … Ｘ線発生部
２ … 電子源
３ … 管本体
４ … 陰極
５ … ウェーネルト電極
７ … 電界レンズ部
８ … 真空排気部
９ … 高圧電源部
１０ … 制御部
１１ … コンピュータ

Claims

内部を真空状態にした管本体と、この管本体内で電子ビームを発生する電子源と、この電子源から発生した電子ビームを照射してＸ線を発生するターゲットとを備えたＸ線発生装置において、前記電子源は、（ａ）通電に伴い電子を発生する陰極と、（ｂ）円筒状の支持部の前記ターゲット側の表面から前記陰極に向かうにつれて電子ビームが通過する開口部の幅が狭くなるように、平板によってすり鉢状に形成されたウェーネルト電極とを備え、（ｃ）前記ウェーネルト電極は、前記支持部から前記陰極に向かうにつれて厚みが薄くなっていることを特徴とするＸ線発生装置。
内部を真空状態にした管本体と、この管本体内で電子ビームを発生する電子源と、この電子源から発生した電子ビームを照射してＸ線を発生するターゲットとを備えたＸ線発生装置において、前記電子源は、（ａ）通電に伴い電子を発生する陰極と、（ｄ）円筒状の支持部の前記ターゲット側の表面から前記陰極先端方向に平板が水平に延伸し、かつ前記陰極部分で電子ビームが通過する開口部が設けられ、さらに電子ビーム出力方向斜めに開口部が拡がる方向に平板が屈折することですり鉢状に形成されたウェーネルト電極とを備え、（ｅ）前記ウェーネルト電極のすり鉢状の陰極側先端の厚みは、１００〜５００μｍの範囲であることを特徴とするＸ線発生装置。
請求項１に記載のＸ線発生装置において、（ｆ）前記ウェーネルト電極の厚みは、１００〜５００μｍの範囲であることを特徴とするＸ線発生装置。