(57)【要約】 【課題】  ターゲットやアパーチャ等の部品を交換する場合に、真空を破る領域（容積）をできるだけ少なくしたＸ線透視装置のＸ線管を提供する。【解決手段】  電子ビームを放出するフィラメント１と、グリッド電極２と、放出された電子ビームを加速するアノード３と、電子ビームを集束する磁界レンズ５と、Ｘ線透過窓上に設けられたターゲット６並びにターゲット下部に配置されたアパーチャ７とを備え、フィラメント１の周囲並びにフィラメント１からターゲット６に至る電子ビームライン９の周囲が高真空状態に保持されているＸ線管であって、前記アノード３からターゲット６に至る電子ビームライン９の中間部分に、この電子ビームライン９の真空空間を隔壁する開閉可能なシャッター１５が設けられており、更に、このシャッター１５によって隔壁されたターゲット側の真空空間を大気に開放するためのエア抜きバルブ２０が設けている構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを放出するフィラメントと、グリッド電極と、放出された電子ビームを加速するアノードと、電子ビームを集束する磁界レンズと、Ｘ線透過窓上に設けられたターゲット並びにターゲット下部に配置されたアパーチャとを備え、フィラメント周囲並びにフィラメントからターゲットに至る電子ビームラインの周囲が高真空状態に保持されているＸ線管であって、
前記アノードからターゲットに至る電子ビームラインの中間部分に、この電子ビームラインの真空空間を隔壁する開閉可能なシャッターが設けられており、更に、このシャッターによって隔壁されたターゲット側の真空空間を大気に開放するためのエア抜きバルブが設けられていることを特徴とするＸ線管。
【請求項２】
前記フィラメント、グリッド電極並びにアノードが真空容器内に収納され、アノードからターゲットに至る電子ビームラインの周囲がパイプで気密保持されており、前記パイプの中間に前記シャッターが設けられている請求項１に記載のＸ線管。
【請求項３】
前記シャッターが、前記パイプを側面から貫通するプランジャーと、パイプ外部に位置するプランジャーの外側面をスライド自在に保持するシリンダーと、前記プランジャーを往復動させる駆動部とから構成され、プランジャーの往復動によってパイプ内の真空空間を分断及び連通するように形成されている請求項２に記載のＸ線管。 
【請求項４】
前記プランジャーに、スプリングによってアノード側に付勢されて、分断されたアノード側のパイプの開口部を密封するボール弁と、電子ビームラインに沿ったビーム通過穴とが設けられており、プランジャーの往復動によって、ボール弁がパイプ開口部に嵌る閉位置と、ビーム通過穴がパイプ内孔に連なる開位置とが選択できるように構成されている請求項３に記載のＸ線管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線装置に用いる開放型Ｘ線管に関する。ここで、開放型Ｘ線管とは、高真空状態に保持した真空容器内に加速電極（陽極）やフィラメントが配置され、この真空容器に開閉機構が設けられるとともに真空排気ポンプが接続され、Ｘ線管として使用中は容器内が真空状態に維持されてフィラメントが焼き切れることを防止すると共に、フィラメントやターゲットを交換するときに真空容器内を大気に開放することができるようにしたＸ線管をいう。
【背景技術】
【０００２】
被検査物の微細な内部構造を非破壊検査法で観察する手法が各分野で要求されている。例えば半導体パッケージングの開発や実装検査・品質保証のために、微小焦点を有するＸ線管を使って内部の欠陥などが調べられている。微小焦点を有するＸ線管は、厚さが薄いタングステンプレートのターゲットを使用し、収束された電子ビームをこのターゲットに打ち込み、そこで発生するＸ線を放射するものである。このようなＸ線管はマイクロフォーカスＸ線管と呼ばれ、真空容器内でフィラメント（熱陰極）から出射した電子ビームを、磁界レンズ（偏向コイル、収束コイル）により収束させてターゲット上の１〜２００μｍの寸法の微小領域に打ち込み、そこで生じるＸ線を利用するものである。
【０００３】
マイクロフォーカスＸ線管のうち、特に焦点寸法が微小化できるＸ線管は、開放型と呼ばれるタイプのものである。開放型Ｘ線管は、真空容器の開閉機構と真空排気ポンプとを具備しており、Ｘ線管として使用中は容器内を高真空状態に維持し、フィラメント（熱陰極）が切れてフィラメントを交換するとき、或いはターゲットやターゲットに不要な電子が衝突するのを避けるアパーチャを交換するときに、容器内を大気に開放することができるようにしてある。（特許文献１参照）。
【０００４】
開放型Ｘ線管は、透過型と反射型と呼ばれる２つのタイプに分類される。透過型では、ターゲット面から見て電子ビームと出力Ｘ線が反対側に位置するのに対し、反射型では、ターゲット面から見て電子ビームと出力Ｘ線が同じ側に位置する。透過型、反射型とも、電子ビームをターゲット上の微小領域に収束してＸ線の焦点寸法を微細化する構造は同じである。
【特許文献１】特開２００３−１１５３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来の開放型Ｘ線管では、真空容器の中心部に配置されているフィラメントを交換するときはやむを得ないが、電子ビームラインの先端側にあるターゲットやアパーチャ等の部品を交換する場合でも、真空容器内の全ての空間を大気に開放しなければならないので、エア抜きや交換後の真空引きに時間がかかり、交換作業に手間を要した。
【０００６】
そこで、本発明は、電子ビームラインの先端側にあるターゲットやアパーチャ等の部品を交換する場合には、この領域を含む限られた部分だけ大気に開放できるようにして交換にかかる時間と手間を短縮することができるＸ線透視装置のＸ線管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明のＸ線管は、電子ビームを放出するフィラメントと、グリッド電極と、放出された電子ビームを加速するアノードと、電子ビームを集束する磁界レンズと、Ｘ線透過窓上に設けられたターゲット並びにターゲット下部に配置されたアパーチャとを備え、フィラメント周囲並びにフィラメントからターゲットに至る電子ビームラインの周囲が高真空状態に保持されているＸ線管であって、前記アノードからターゲットに至る電子ビームラインの中間部分に、電子ビームラインの真空空間を隔壁する開閉可能なシャッターが設けられており、このシャッターによって隔壁されたターゲット側の真空空間を大気に開放するためのエア抜きバルブが設けている構造とした。
【０００８】
ここで上記磁界レンズとは、一般的に電子レンズや集束コイルとも呼ばれ、これらを包括するものである。また、シャッターは、アノードからターゲットに至る電子ビームラインの真空空間を高気密状態で開閉可能に遮断できる構造のものであれば、どのような構造のものであっても良い。また、シャッターの開閉は電動、手動の何れであっても良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＸ線管によれば、ターゲットやアパーチャ等の部品を交換する場合には、シャッターでアノードからターゲットに至る電子ビームラインの中間部分の真空空間を遮断して、隔壁されたターゲット側の真空空間を大気に開放することにより、真空を破る領域を部分的に且つ小さくすることができ、これにより、交換にかかる時間と手間を短縮することができるといった効果がある。
【００１０】
（その他の課題を解決するための手段および効果）
上記発明において、フィラメント、グリッド電極並びにアノードが真空容器内に収納され、アノードからターゲットに至る電子ビームラインの周囲がパイプで気密保持されており、パイプの中間に前記シャッターが設けられている構造とするのが望ましい。
これによれば、アノードからターゲットに至る電子ビームラインの真空空間が細径の、例えば直径１５mm〜２０mmのパイプで形成することができるので、ターゲット交換時の真空を破る領域、即ち容積を少なくすることができると共に、パイプに対するシャッターの組み付けが容易となる。
【００１１】
また、上記発明において、シャッターが、パイプを側面から貫通するプランジャーと、パイプ外部に位置するプランジャーの外側面をスライド自在に気密保持するシリンダーと、前記プランジャーを往復動させる駆動部とから構成され、プランジャーの往復運動によって、パイプ内の真空空間を分断及び連通するように形成されている構成とするのがよい。
これにより、気密性のあるシャッターを簡単な構造で製作することができる。
【００１２】
更に、上記発明において、前記プランジャーに、スプリングによってアノード側に付勢されて、分断されたアノード側のパイプの開口部を密封するボール弁と、電子ビームラインに沿ったビーム通過穴とが設けられており、プランジャーの往復動によって、ボール弁がパイプ開口部に嵌る閉位置と、ビーム通過穴がパイプ内孔に連なる開位置とに選択できるようにするのが望ましい。
これにより、電子ビームラインの真空空間の遮断時には、ボール弁がスプリングの弾圧力によってパイプ開口部に弾力的に嵌り込んで該開口部を封止し、シャッターからフィラメント側の真空を一層確実に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００１４】
図１は、開放型Ｘ線管を用いたＸ線透視装置の構成例を示す図である。このＸ線透視装置は、主に、開放型Ｘ線管Ａと、試料１２を載せる試料台１３と、Ｘ線検出器１４とからなる。
【００１５】
開放型Ｘ線管Ａは、加熱により熱電子を放出するフィラメント１（熱陰極）と、放出された熱電子を加速するアノード３と、フィラメント１とアノード３との間に配置され、フィラメント１から放出された熱電子がアノード３に向かうのを制限するグリッド電極２（ウェネルト電極）と、熱電子により形成される電子ビームの方向を偏向する偏向コイル４と、偏向された電子ビームを集束する磁界レンズ（収束コイル）５と、Ｘ線透過窓上に設けられたターゲット６と、ターゲット６に不要な電子が衝突するのを避けるためにターゲット６の下方に配置されたアパーチャ７とから構成されている。前記グリッド電極２は、フィラメントから放出される熱電子を制限できる形状であればよいが、電子を収束するために、すり鉢状にしてウェネルト電極としても機能するようにするのが好ましい。
【００１６】
開放型Ｘ線管１０における前記フィラメント１、グリッド電極２並びにアノード３は真空容器８で密閉され、アノード３からターゲット６に至る細い電子ビームライン９の周囲は気密保持されている。本実施例では、アノード３からターゲット６に至るこの電子ビームライン９の周囲はパイプ１０並びに磁界レンズ５で気密保持されている。前記パイプ１０は、直径１５mm〜２０mm、好ましくは直径１６mmの細径パイプで形成される。
また、真空容器８には真空排気ポンプ１１が設けられていて、このポンプによる真空引きにより、真空容器８の内部並びにアノード３からターゲット６に至る電子ビームライン９が高真空状態に保持されている。
【００１７】
開放型Ｘ線管Ａのターゲット６の外側には、試料１２を載置する試料台１３を挟んでＸ線検出器１４が対向配置してあり、ターゲット６から照射されたＸ線を検出することができるようにしてある。Ｘ線検出器１４の検出信号は、図示外の制御系の画像作成部により画像処理されて、Ｘ線輝度信号が作成され、モニタ画面に表示される。あるいは、Ｘ線検出器１４として、Ｘ線検出器本体と画像作成部とが一体化されたフラットパネル検出器を用いた場合には、Ｘ線検出器１４内で検出信号からＸ線輝度信号（画像データ）が作成されてモニタ画面に表示される。また、前記フィラメント１は、電源ケーブルを介して図示外の電源に接続される。
【００１８】
更に、前記アノード３からターゲット６に至る電子ビームライン９の中間部分に、電子ビームラインの真空空間を隔壁する開閉可能なシャッター１５が設けられている。このシャッター１５は気密性の優れた構造のものであればどのようなものであってもよいが、本実施例では図２並びに図３に示すように、パイプ１０を側面から貫通するプランジャー１６と、このプランジャー１６の外側面をスライド自在に保持するシリンダー１７と、前記プランジャー１６を往復動させる駆動部２２とから構成されている。前記プランジャー１６には、スプリングによって常時下方に付勢されて分断された下側のパイプ１０の開口部を密封するボール弁１８と、電子ビームライン９に沿ったビーム通過穴１９とが設けられており、プランジャー１６の往復動によって図２に示す閉位置と図３に示す開位置とが選択できるように構成されている。また、シャッター１５によって隔壁されたターゲット６側のパイプ１０の真空空間を大気に開放するためのエア抜きバルブ２０がパイプ１０に設けられている。
前記プランジャー１６を駆動する駆動部２２は電磁石を利用したソレノイドが好ましいが、モーターと歯車を組み合わせた機械的なものであっても良い。また、駆動部２２を手動操作用のグリップとして手動で開閉操作するようにしても良い。
また、プランジャー１６とシリンダー１７との摺接面やパイプ１０とシリンダー１７との接合面がＯリング等のシール材２１でシールされて気密性が保持されている。
【００１９】
尚、前記した開放型Ｘ線管Ａと、試料１２を載せる試料台１３と、Ｘ線検出器１４とは、散乱Ｘ線防護用のＸ線防護ボックス（図示せず）内に格納されている。
【００２０】
このようなＸ線管Ａにおいて、フィラメント１に電流が流され、熱電子が放出されると、熱電子は加速電極３によりターゲット６に向けて加速され、電子ビームを形成するようになる。
電子ビームはアノード３の中央開口を通過し、偏向コイル４により電子ビームの進行方向が調整される。そして、磁界レンズ５によって、微小な径の電子ビームに収束され、ターゲット６に突入する。
ターゲット６には、例えば、厚さが５０μｍ程度のタングステンが使われる。あるいはターゲット材を線透過窓に直接成膜することにより形成される。このターゲット６に電子ビームが突入するとＸ線を放射する。放射されるＸ線のうちＸ線透過窓を透過する方向のＸ線ビームが試料台１３に載せられた試料１２に照射されて、試料を透過した透過Ｘ線がＸ線検出器１４により検出される。その検出信号が図示外の制御系に送られ、信号処理によりＸ線輝度信号が作成され、モニタにＸ線画像として表示される。
【００２１】
Ｘ線管におけるターゲット６やアパーチャ７は汚れを洗浄したり、新品に交換する場合に取り外す必要がある。殊にアパーチャ７は、分解能や輝度に応じて衝突領域を調整する場合に別に用意した開口面積の異なるアパーチャと交換する必要がある。このような場合、シャッター１５でアノード３からターゲット６に至る電子ビームライン９の中間部分の真空空間を遮断して、隔壁されたターゲット側の真空空間をエア抜きバルブ２０で大気に開放することにより、真空を破る領域をシャッター１５からターゲット６までの小さな容積に抑えることができ、交換にかかる時間を短縮することができる。
【００２２】
上記実施例で示したシャッター１５のプランジャー１６には、気密性を向上させるためにボール弁１８を設けたが、図４に示すように、プランジャー１６とシリンダー１７との摺接面やパイプ１０とシリンダー１７との接合面がＯリング等のシール材２１で確実に気密性が維持できるのであれば前記したボール弁１８は省略することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、開放型Ｘ線管を搭載したＸ線透視装置やＸ線検査装に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態であるＸ線透視装置の構成を示す一部断面図。
【図２】本発明に於けるＸ線管のシャッター部分を示す拡大断面図であって、シャッターの閉位置を示す。
【図３】上記シャッター部分を示す拡大断面図であって、シャッターの開位置を示す。
【図４】上記シャッター部分の他の実施例を示す拡大断面図。
【符号の説明】
【００２５】
Ａ：  Ｘ線管
１：  フィラメント
２：  グリッド電極
３：  アノード
５：  磁界レンズ
６：  ターゲット
７：  アパーチャ
８：  真空容器
９：  電子ビームライン
１０：  パイプ
１５：  シャッター
１６：  プランジャー
１７：  シリンダー
１８：  ボール弁
１９：  ビーム通過穴
２０：  エア抜きバルブ
２２：  駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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