(57)【要約】【課題】微小なスポットで且つ高輝度を実現するＸ線発生源と、それを用いた高密度多層プリント基板等の非破壊検査装置を提供する。【解決手段】Ｘ線発生源は、真空ダクト６の底部にターゲット１５が配置され、ターゲット１５はＸ線発生効率の高い重元素のタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）でなる単一の柱状の金属ワイヤで形成されている。当該ターゲットは長さと断面の最大径の比が１．５以上の柱状とし、重元素のターゲット１５は冷却と保持を兼ねて、ベリリウム（Ｂｅ）又はカーボン（Ｃ）の軽元素からなる基板８に埋設されている。更に、ターゲット１５と基板８を囲む状態で冷却装置９を配置し、冷却装置９は冷媒１８を密封したヒートポンプ構造１７、又は冷媒を流体として基板８を取り囲む流路に流す構造とする。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを金属ターゲットに照射し、ターゲットの電子ビームとは反対側からＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生源に用いられ、当該ターゲットを柱状とし、当該ターゲットの片側断面に、この断面より大きな径を有する電子ビームを照射してＸ線を発生させる高輝度・高出力微小Ｘ線発生源。
【請求項２】
前記ターゲットは長さ／断面の最大径の比が１．５以上の柱状とすることを特徴とする請求項１記載の高輝度・高出力微小Ｘ線発生源。
【請求項３】
前記柱状ターゲットは断面の最大径が１０μｍ以下で、長さは電子の飛程以下であることを特徴とする請求項２記載の高輝度・高出力微小Ｘ線発生源。
【請求項４】
前記ターゲットはタングステン又はモリブデンでなる単一並びに複層どちらかの柱状の金属ワイヤであることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の高輝度・高出力微小Ｘ線発生源。
【請求項５】
前記ターゲットは軽元素基板に埋設されており、基板に冷却装置が配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の高輝度・高出力微小Ｘ線発生源。
【請求項６】
前記基板はベリリウム又はカーボンからなることを特徴とする請求項５記載の高輝度・高出力微小Ｘ線発生源。
【請求項７】
上記請求項１乃至請求項６記載のＸ線発生源を用いた非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＸ線源を微小なスポットで且つ高輝度で実現するＸ線発生源と、それを用いた非破壊検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話に見られるように電子機器の小型化が加速し、プリント基板や半導体パッケージにおいては微細化、多層化が進展し検査対象が高密度化している。そのため、プリント基板や半導体パッケージの評価技術が重要になり、Ｘ線透過法を用いて微細な内部構造を非破壊で検査する非破壊検査法が各分野で用いられている。それに伴って、Ｘ線透過検査への要求が高度化し、それらの開発や製品検査において、分解能を上げるため、Ｘ線の微小焦点化が要求されている。
【０００３】
Ｘ線管の中で透過型は、収束された電子ビームを、厚さが薄いタングステンターゲットに打ち込み、ターゲットの裏面より放出されるＸ線を利用するものである。この時、電子ビームをターゲット面で１〜５０μｍ程度に絞ることによって、Ｘ線源を微小化している。このＸ線源はマイクロフォーカスＸ線と呼称され、既に商品化されているものがある。
【０００４】
この方式は電子ビームを微小スポットにしても、ターゲット内部での電子ビームの散乱があるため光源サイズは小さくならず、Ｘ線の出力（輝度）が低い。そこで、Ｘ線の出力を高めるために電子ビームの電流を増加させると冷却が不充分になり出力に限度がある。このため測定に時間を要し、製品検査での全数検査に対応できない。そのため、プリント基板の高密度化が進み全数検査への要望が強いが、現実にはオフラインでの検査になっている。
【０００５】
また、強力なＸ線源を得るため、ターゲットを高熱伝導率の無機化合物／金属薄膜の二層構造とし、冷却効果を発揮させて高出力を得るものは、特公平７−６０７５７号公報のものがある。これは電子ビーム入射に対して９０度方向に放出するＸ線を利用する反射型と呼ばれる輝度の高いＸ線源であるが、Ｘ線源スポットは電子ビームの太さと飛程とに依存し、小さなスポットは得られない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のＸ線発生源は、電子ビームを微小スポットにしようとしても電流の増加に限度があり、ターゲット内部での電子ビーム散乱のため光源サイズが小さくならず輝度が低かった。このため非破壊検査の測定に時間を要し、製品検査での全数検査に対応できず、オフラインでの検査になっていた。また、反射型の輝度の高いＸ線源のものもあるが、Ｘ線源スポットは電子ビームの太さと飛程とに依存し、小さなスポットは得られなかった。そこで、本発明は微小なスポットで且つ高輝度を実現するＸ線発生源と、それを用いて高密度多層プリント基板等の非破壊検査をオンラインで可能とする非破壊検査装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るＸ線発生源は、電子ビームを金属ターゲットに照射し、ターゲットの電子ビームとは反対側からＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生源に用いられ、当該ターゲットを柱状とし、当該ターゲットの片側断面に、この断面より大きな径を有する電子ビームを照射してＸ線を発生させるように構成した。
【０００８】
こうして、ターゲットは柱状形状とし、ターゲットの片側断面に、この断面より大きな径を有する電子ビームを照射してＸ線を発生させるものであり、ターゲット径でＸ線源の大きさが決まり、Ｘ線取り出し方向から見ると微小なスポットを形成することができる。そして、金属薄膜のターゲットの作成が簡単であると共に、熱に対する制限も緩和され、より高い電子パワー密度で運転が可能な高輝度Ｘ線源とすることができる。
【０００９】
本発明の請求項２に係るＸ線発生源は、電子ビームを金属ターゲットに照射し、ターゲットの電子ビームとは反対側からＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生源に用いられ、当該ターゲットを長さ／断面の最大径の比が１．５以上の柱状とし、当該ターゲットの片側断面に、この断面より大きな径を有する電子ビームを照射してＸ線を発生させるように構成した。但し、ターゲットの長さは少なくとも電子の飛程と同じとする。
【００１０】
本発明の請求項３に係るＸ線発生源は、電子ビームを金属ターゲットに照射し、ターゲットの電子ビームとは反対側からＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生源に用いられ、当該ターゲットを断面の最大径が１０μｍ以下で、長さは電子飛程長（例えば、５０ｋｅＶの入射電子では５μｍ）の柱状とし、当該ターゲットの片側断面に、この断面より大きな径を有する電子ビームを照射してＸ線を発生させるように構成した。
【００１１】
本発明の請求項４に係るＸ線発生源は、上記請求項１乃至請求項３記載の高輝度・高出力微小Ｘ線発生源に用いる前記ターゲットを、タングステン又はモリブデンでなる単一の柱状の金属ワイヤで構成とした。
【００１２】
こうして、ターゲットはＸ線発生効率の高い重元素のタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）でなる単一の柱状の金属ワイヤで形成され、該ターゲットは長さ／断面の最大径の比が１．５以上の柱状とし、例えば、断面の最大径が１０μｍ以下で、長さは電子飛程長とすることにより、微小タングステンのターゲットで微小Ｘ線源を構成でき、より高い電子パワー密度で運転が可能な高輝度Ｘ線源とすることができる。
【００１３】
本発明の請求項５に係るＸ線発生源は、上記請求項１乃至請求項３記載の高輝度・高出力微小Ｘ線発生源に用いる前記ターゲットを、タングステン又はモリブデンでなる単一の柱状の金属ワイヤで構成し、前記ターゲットはＸ線発生量の極めて少ない基板に埋設されており、該基板に冷却装置が配置されている構成とした。
【００１４】
本発明の請求項６に係るＸ線発生源は、上記請求項１乃至請求項３記載の高輝度・高出力微小Ｘ線発生源に用いる前記ターゲットを、タングステン又はモリブデンでなる単一の柱状の金属ワイヤで構成し、前記ターゲットはＸ線発生量の極めて少なく、かつ熱伝導量の大きなベリリウム又はカーボンからなる基板に埋設されており、該基板に冷却装置が配置されている構成とした。
【００１５】
こうして、ターゲットはＸ線発生効率の高い重元素のタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）でなる単一の柱状の金属ワイヤで形成され、該ターゲットは長さ／断面の最大径の比が１．５以上の柱状とする。そして、冷却と保持を兼ねて、ベリリウム（Ｂｅ）又はカーボン（Ｃ）の軽元素からなる基板に埋設され、熱伝導率が大きく冷却機能を有する軽元素の基板で囲まれているため、効率よく冷却できる。更に、ターゲットと基板を囲む状態で冷却装置を配置することにより、冷却効率をより高くすることができる。
【００１６】
本発明の請求項７に係る非破壊検査装置は、上記請求項１乃至請求項６記載のＸ線発生源を非破壊検査装置のＸ線発生源として適用して構成した。
【００１７】
こうして、プリント基板や半導体パッケージの評価を非破壊検査技術を用いて行なう際に、微小なスポットで且つ高輝度を実現するＸ線発生源を用いて高密度多層プリント基板等の非破壊検査をオンラインで可能とし、プリント基板の高密度化に伴う全数検査の要望に応える非破壊検査装置を実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は微小なスポットで且つ高輝度を実現するＸ線発生源と、それを用いた非破壊検査装置に関するものであり、図を参照して説明する。図１は非破壊検査装置の模式的概略図を示し、図２はＸ線発生源の模式的概略図を示し、図３はＸ線発生源の詳細図を示す。
【００１９】
図において、１は真空チャンバー、２は真空排気装置、３は高電圧パルス発生器、４はニードル束光陰極電子銃、５は紫外線パルスレーザー発振器、６は真空ダクト、７は電子収束用磁気レンズ、８は基板、９は冷却装置、１０はＸＹ（Ｚ）走査台ステージ、１１はステージ１０上に載置される多層回路基板等の試料、１２は高速Ｘ線撮像装置、１３は画像信号処理装置、１４はＸＹ（Ｚ）制御装置、１５は重元素でなるターゲット、１６はＸ線射出口である。
【００２０】
図１により本発明の非破壊検査装置の概要を説明する。真空チャンバー１は真空排気装置２により１０−５Ｐａの真空度が保たれる。高電圧パルス発生器３が５０ｋＶ，１〜１０ｋＨｚの高圧を発生し、ニードル束光陰極電子銃４で電子を放出する。紫外線パルスレーザー発振器５が１〜１０ｋＨｚの３倍高調波をニードル束先端に照射することにより得られる超高輝度電子ビームを真空ダクト６を通りビーム収束用磁気レンズ７によって、微小な電子ビームとして収束する。
【００２１】
ここで、紫外線パルスレーザー発振器が１〜１０ｋＨｚの３倍高調波をニードル束先端に照射することにより得られる超高輝度電子ビームについては、本発明者等の発表論文「Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ−Ｂｒｉｇｈｔ　Ｎｅｅｄｌｅ　Ｐｈｏｔｏｃａｔｈｏｄｅ　ｆｏｒ　ＦＥＬ」（Ｔ．Ｉｎｏｕｅ，Ｓ．Ｍｉｙａｍｏｔｏ，Ｈ．Ｈｉｇａｓｈｉｕｃｈｉ，Ｍ．Ｙａｔｓｕｚｕｋａ，ａｎｄ　Ｔ．Ｍｏｃｈｉｚｕｋｉ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　２５ｔｈ　Ｌｉｎｅａｒ　Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ　Ｍｅｅｔｉｎｇ　ｉｎ　Ｊａｐａｎ，ｐｐ．７４−７６，Ｈｉｍｅｊｉ，Ｊｕｌｙ　１２−１４（２０００））に詳細に説明している。
【００２２】
電子ビームはスポットとなるため、そこに例えば直径１０μｍ、長さ２０μｍの柱状のＸ線発生用ターゲットを配置し、軸方向より電子ビームを収束させて照射すると、Ｘ線取り出し方向から見ると硬Ｘ線を発生する直径１０μｍの擬似的な点Ｘ線源を生成する。
【００２３】
Ｘ線発生源の概略図は図２に示すように、ターゲット１５としてはＸ線発生効率の高い重元素（効率約１０−３／立体角）のタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）からなる単一の柱状の金属ワイヤを用い、当該ターゲット１５は冷却と保持を兼ねて、ベリリウム（Ｂｅ）又はカーボン（Ｃ）の軽元素からなる基板８に埋設されている。基板８にはその外方に冷却装置９が配置されている。そして、ターゲット１５で発生したＸ線はＸ線射出口１６から放射される。
【００２４】
ターゲット１５から放射されたＸ線をＸＹ（Ｚ）走査台ステージ１０上に載置された試料の多層回路基板１１に照射して得られる透過像は、点Ｘ線源からのＸ線によって拡大投影され、ペルチェ冷却Ｘ線用ＣＣＤマルチ方式、又はＸＹ走査合成式による読取方式で高速Ｘ線撮像装置１２中に記録される。
【００２５】
高速Ｘ線撮像装置１２の画像は画像信号処理装置１３によって、並列処理と高速像判読アルゴリズムを用いて、画像の評価を行い、その結果をシステム制御装置２０に蓄積する。システム制御装置２０は検査手順等システム全体の動作を制御し、得られたデータ全体を外部に出力する。そのため、システム制御装置２０は制御装置１４を介して、ＸＹ（Ｚ）走査台ステージ１０を制御し、更に、磁気レンズ７を制御する。
【００２６】
また、システム制御装置２０による画像の評価結果に基づき、レーザーのパルス幅とタイミングを制御することによってＸ線の発生時間幅とタイミングを制御し、瞬間Ｘ線透過像も容易に観察することができる。
【００２７】
図３に本発明のＸ線発生源の詳細図を示す。真空ダクト６の底部にターゲット１５が配置される。ターゲット１５はＸ線発生効率の高い重元素のタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）でなる単一の柱状の金属ワイヤで形成されている。
【００２８】
ターゲット１５に重元素のタングステンを用いる理由は、電子の吸収は大体ターゲットの質量密度に比例するので、比重１９．４のタングステンは比重２．６の炭素（グラファイト）に比べ７倍以上の効率で電子を吸収するためである。また、Ｘ線発生率はターゲットの原子番号の２乗に比例するので、タングステン（ｚ＝７４）と炭素（ｚ＝６）を比べると、タングステンのＸ線発生率が１５０倍以上多い。そのため、微小タングステンのターゲット１５で微小Ｘ線源を構成できる。
【００２９】
該ターゲットは長さと断面の最大径の比が１．５〜２以上の柱状とし、例えば、断面の最大径が１０μｍ以下で、長さは２０μｍ以下とすることが実験的に好ましい結果が得られた。重元素のターゲット１５は冷却と保持を兼ねて、ベリリウム（Ｂｅ）又はカーボン（Ｃ）の軽元素からなる基板８に埋設されている。
【００３０】
そして、ターゲット１５を埋め込む基板８にグラファイトを用いる理由は、発生したＸ線はグラファイトの基板内を通過するが、Ｘ線吸収率は、図４に示すように、利用するＸ線エネルギー（３０ｋｅＶ）付近で、タングステンに比べ炭素（グラファイト）は吸収係数が２桁小さいため、基板８で殆んど減衰することなく、取り出すことができるためである。
【００３１】
更に、少しでもＸ線の吸収損失を下げるためと、ターゲット１５の冷却のために、基板８であるグラファイトの底面を削っている。電子のエネルギーが高密度で吸収される重元素のターゲット１５部が微小であるため、Ｘ線源として利用されない電子は周辺を照射する。しかし、そのような電子は基板８中に広く拡散され単位体積当りの熱負荷は小さい。
【００３２】
このように、熱発生の主たる要素である重元素のターゲット１５が、冷却機能を有する軽元素の基板８で囲まれているため、効率よく冷却できる。更に、ターゲット１５と基板８を囲む状態で、熱交換用のフィンを有する冷却装置９を配置する。冷却装置９は冷媒１８を密封したヒートポンプ構造１７とすることにより、熱輸送係数が銅以上となり冷却効率をより高くすることができる。又は冷媒を流体として基板８を取り囲む流路に流すことによって、冷却効率を高くすることができる。
【００３３】
こうして、ターゲット１５で発生した高出力のＸ線はＸ線射出口１６から放射され、金属薄膜でなるターゲットの作成が簡単であると共に、熱に対する制限も緩和され、より高い電子パワー密度で運転が可能で、１０１７Ｐｈｏｔｏｎ／ｃｍ２ｓ／ｓｒと１０倍以上の高輝度Ｘ線源とすることができる。
【００３４】
以上のように本発明は、電子ビームを金属ターゲットに照射し、ターゲットの電子ビームとは反対側からＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生源において、重元素のターゲットは柱状形状で、柱の側面で軽元素の基板と接触するように填め込んだ構造とし、その断面の最大径が１０μｍ以下、柱の長さを１．５倍以上とし、ターゲットの片側断面に、この断面より大きな径を有する電子ビームを照射してＸ線を発生させるものであり、ターゲット径でＸ線源の大きさが決まり、Ｘ線取り出し方向では微小なスポットを形成することができる。
【００３５】
例えば、１０μｍ径、２０μｍ長さのターゲットのタングステンを厚さ数ｍｍのグラファイトなどの低原子番号の基板に埋め込みＸ線源とすると、電子の吸収は主にタングステンで起こり、そこで発生したＸ線の吸収は小さく、効率よくＸ線が取り出せる。また、ターゲット側面で基板と接触しているため冷却機構が取り付けられ、冷却効果が充分である。
【００３６】
また、従来のマイクロフォーカスで見られる電子ビームの散乱による解像度劣化が防げられ、電子ビーム収束関係が簡略化され、高出力が得られる。一例を挙げれば、Ｘ線源から２０ｃｍ離れた位置に設置したＸ線検出用２次元検出器でのＸ線密度は、１０４から１０５　光子／１０μｍピクセルとなり、通常の値より１桁ないし２桁高い値となるので、ＣＣＤの１フレームで画像が得ることができ、広い応用範囲が期待できる。本実施例は一例にすぎず、本発明はここで説明に使われた数値又は形状には限定されないことは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明はターゲットを柱状形状とし、ターゲットはＸ線発生効率の高い重元素のタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）でなる単一の柱状の金属ワイヤで形成され、ターゲットの片側断面に、この断面より大きな径を有する電子ビームを照射してＸ線を発生させるものであり、ターゲット径でＸ線源の大きさが決まり、微小なスポットを形成することができ、より高い電子パワー密度で運転が可能な高輝度Ｘ線源とすることができる。
【００３８】
また、ターゲットは冷却と保持を兼ねて、ベリリウム（Ｂｅ）又はカーボン（Ｃ）の軽元素からなる基板に埋設され、冷却機能を有する軽元素の基板で囲まれているため、効率よく冷却できる。更に、ターゲットと基板を囲む状態で冷却装置を配置することにより、冷却効率をより高くすることができる。
【００３９】
そして、プリント基板や半導体パッケージの評価を非破壊検査技術を用いて行なう際に、微小なスポットで且つ高輝度を実現するＸ線発生源を用いて高密度多層プリント基板等の非破壊検査をオンラインで可能とし、プリント基板の高密度化に伴う全数検査を高速で行なうことに対する要望を満足させる非破壊検査装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非破壊検査装置の模式図。
【図２】本発明のＸ線発生源の模式図。
【図３】本発明のＸ線発生源の詳細図。
【図４】元素のＸ線エネルギーと吸収係数との関係図。
【符号の説明】
１　　　　　　　　真空チャンバー
２　　　　　　　　真空排気装置
３　　　　　　　　高電圧パルス発生器
４　　　　　　　　ニードル束光陰極電子銃
５　　　　　　　　紫外線パルスレーザー発振器
６　　　　　　　　真空ダクト
７　　　　　　　　磁気レンズ
８　　　　　　　　基板
９　　　　　　　　冷却装置
１０　　　　　　　ＸＹ（Ｚ）走査台ステージ
１１　　　　　　　多層回路基板等の試料
１２　　　　　　　高速Ｘ線撮像装置
１３　　　　　　　画像信号処理装置
１４　　　　　　　ＸＹ（Ｚ）制御装置
１５　　　　　　　ターゲット
１６　　　　　　　Ｘ線射出口
１７　　　　　　　ヒートポンプ構造
１８　　　　　　　冷媒
２０　　　　　　　システム制御装置
【図１】
2004028845.tif 000003
【図２】
2004028845.tif 000004
【図３】
2004028845.tif 000005
【図４】
2004028845.tif 000006