(57)【要約】【課題】電極31の性能および機能を維持しながら、電極31付近でのガスの停滞、電極31への配線の難易性、高価格の課題を解決できるＸ線源11を提供する。【解決手段】２枚の絶縁板33により静電レンズ17の電極31を挟み込んで保持する。絶縁板33には、ロウ材35を介して電極31を接合する溝34を設ける。電極31と２枚の絶縁板33との接合時には、電極31の軸精度、平行度を確保するための治具を用いて保持した電極31に２枚の絶縁板33を接合する。電極31の絶縁板33を配置した方向とは交差する両側面が開き、電極31に電子ビーム15が入射することによって放出されるガスが電極31間に溜まりにくく、電極への配線も容易となる。【選択図】図１
2009245727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を有し、電子ビームを発生する電子銃と、
この電子銃が発生する電子ビームを収束する電極を有する静電レンズと、
前記電子銃および前記静電レンズの少なくとも一方の電極を挟み込んで保持する複数の絶縁体と
を具備していることを特徴とするＸ線源。
【請求項２】
電極を有し、電子ビームを発生する電子銃と、
この電子銃が発生する電子ビームを収束する電極を有する静電レンズと、
前記電子銃および前記静電レンズの少なくとも一方の電極を取り付ける電極支持体と、
この電極支持体を挟み込んで保持する複数の絶縁体と
を具備していることを特徴とするＸ線源。
【請求項３】
絶縁体には、電極を嵌合する溝が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線源。
【請求項４】
絶縁体には、電極支持体を嵌合する溝が設けられている
ことを特徴とする請求項２記載のＸ線源。
【請求項５】
絶縁体の溝は、絶縁体の全周に設けられている
ことを特徴とする請求項３または４記載のＸ線源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線を放出するＸ線源に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、特に微小焦点を有する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線源は、電子銃から放出される電子ビームを電磁レンズにより収束させ、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焦点を持たせて、そこで放出されるＸ線を、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（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一定量の電流値で、電子ビームを小さなスポットに収束させるためには、電子銃と電磁レンズとを、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。
【０００４】
このＸ線源の本体部であるＸ線管は、その収束機構（レンズ）として電磁石で構成した磁界レンズ方式と、複数の電極で構成した静電レンズ方式に分類でき、前者は１００ｋＶを越える高電圧加速への対応が容易である反面、大型なものとなり、後者は５０ｋＶ以下の加速電圧で小型なものとなることが特徴として挙げられる。
【０００５】
軟Ｘ線のエネルギー領域までのＸ線を放出させることができる低電圧加速の静電レンズ方式である微小焦点型Ｘ線管は、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いることから、産業ニーズの急速な増加が期待できるものである。
【０００６】
電子ビームを収束するための静電レンズを構成する場合、電子ビームが通過する孔を備えた電極を複数枚、絶縁を維持して軸方向に直列に並べたものが必要となる。電極間の絶縁を保つためにはセラミックスなどの絶縁材で形成された円筒型の絶縁筒を使用し、複数の電極間に絶縁筒を配置した段積み構造を採っている。一般的なＸ線管では、高温でのベーキング処理を施すので、この温度に耐えるため電極と絶縁筒の接着は、ロウ付けなどの接合方法が利用される。
【０００７】
電子ビームに対して光学設計どおりの収束性能を発揮するためには、軸方向に段積みされた電極の軸精度と平行度が十分維持された静電レンズを構成することが必要条件となる。そのため、段積み構造の静電レンズの場合には、十分な精度で加工・製造された電極と絶縁筒などの部品を使用すること、軸精度を保障するために電極と絶縁筒が嵌合するような形状とすること、さらに組み立て時には、専用の治具を使用するなどの措置、工夫が必要となる。
【０００８】
また、電極間に加える電圧は、最大で電子ビームの加速電圧と同等のものとなるため、この電圧に対して空間絶縁破壊、および沿面絶縁破壊を引き起こさないような絶縁距離を有する絶縁筒を備えることが必要となる。
【特許文献１】特開２００４−２８８４５号公報（第４−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に、電子ビームをターゲット表面上で１μｍ以下のサイズに収束するような微小焦点型Ｘ線管の場合には、静電レンズを構成する電極の軸心精度として概ね±１０μｍ程度が求められる。このように、段積み構造の静電レンズでは、上述したように部品の加工精度を高くすることが要求され、これは、加工方法が難しい絶縁筒も同様となる。かかる理由により、絶縁筒の製造コストは非常に高いものとなる。さらに、絶縁筒の長さに対して十分な沿面絶縁距離を確保できない場合には、絶縁筒の内、外壁に凹凸加工を施すことが必要となり、この加工を施すことによって絶縁筒はさらに高価格なものとなる。
【００１０】
また、電極に電子ビームが入射することによって放出されるガスは、絶縁筒と電極間に滞りやすく、すなわちコンダクタンス的に望ましくない構造となっている。これにより、Ｘ線管の真空容器の内部で局部的に真空度が劣化し、電子ビームの軌道を安定に維持するのに支障をきたすものとなる。
【００１１】
また、段積み構造の静電レンズでは、絶縁筒に挟み込まれている中間の電極への配線に難易性がある。
【００１２】
また、電子銃の有する電極についても絶縁筒を用いて支持しており、静電レンズと同様の問題がある。
【００１３】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、電極の性能および機能を維持しながら、電極付近でのガスの停滞、電極への配線の難易性、高価格の課題を解決できるＸ線源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】
【００１４】
本発明は、電極を有し、電子ビームを発生する電子銃と、この電子銃が発生する電子ビームを収束する電極を有する静電レンズと、前記電子銃および前記静電レンズの少なくとも一方の電極を挟み込んで保持する複数の絶縁体とを具備しているものである。
【００１５】
また、本発明は、電極を有し、電子ビームを発生する電子銃と、この電子銃が発生する電子ビームを収束する電極を有する静電レンズと、前記電子銃および前記静電レンズの少なくとも一方の電極を取り付ける電極支持体と、この電極支持体を挟み込んで保持する複数の絶縁体とを具備しているものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の絶縁体により電子銃および静電レンズの少なくとも一方の電極を挟み込んで保持するため、電極の性能および機能を維持しながら、電極付近でのガスの停滞、電極への配線の難易性、高価格の課題を解決できる。
【００１７】
また、本発明によれば、複数の絶縁体により電極支持体を挟み込んで保持し、この電極支持体に電子銃および静電レンズの少なくとも一方の電極を取り付けるため、電極の性能および機能を維持しながら、電極付近でのガスの停滞、電極への配線の難易性、高価格の課題を解決でき、さらに、使用可能な電極の自由度が高くなり、収束特性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
図１および図２に第１の実施の形態を示す。
【００２０】
Ｘ線源11は、微小焦点型Ｘ線管であり、内部が真空保持される真空容器12を有し、この真空容器12の一端にＸ線13を外部に放出するＸ線放出窓を兼ねたターゲット14が配設されている。
【００２１】
真空容器12内には、ターゲット14へ向けて電子ビーム15を発生する電子銃16、この電子ビーム15を収束してターゲット14に入射させる静電レンズ17、これら電子銃16や静電レンズ17と外部とを接続するための絶縁導入端子18などが配設されている。
【００２２】
そして、電子銃16は、電子ビーム15を発生する電子源（エミッタ）21、クロスオーバを形成して目的の電圧で加速する電極としての抑制電極（ウェネルト電極またはサプレッサ電極と称せられる）22、およびこの抑制電極22を真空容器12に支持する絶縁筒23を備えている。抑制電極22は、カップ状で、電子ビーム15が通過する孔24が形成されている。
【００２３】
また、静電レンズ17は、金属製の複数の電極31を用いて構成されており、本例では３枚の電極31（第１の電極31a、第２の電極31b、第３の電極31c）を用いた３極構造のレンズ構成を例としている。一般に、中間に配置される第２の電極31bには加速電圧に近い電圧が印加され、第１および第３の電極31a，31cは接地電位またはそれに近い電圧が印加される。これら電極31は、四角形の板状で、中央には電子ビームが通過する孔32が形成されている。
【００２４】
これら電極31は複数の絶縁体として２枚の絶縁板33で挟み込んで保持している。これら絶縁板33は、金属製の電極31とロウ接合するためにセラミックス製で、電極31を挟み込む面に複数本の溝34が形成され、この溝34に３枚の電極31の縁部をロウ材35とともに嵌合して接合固定されている。溝34の数は、電極31の数よりも多く設けられている。なお、図２には、電極31を嵌合する溝34以外の溝34は省略して図示している。また、電極31を挟み込んで保持した絶縁板33は真空容器12側に支持される。
【００２５】
３枚の電極31と２枚の絶縁板33との接合時には、電極31の軸精度、平行度を確保するための治具を用いて保持した３枚の電極31に２枚の絶縁板33を接合するため、２枚の絶縁板33は設置精度には寄与せず、単に３枚の電極31の支持および固定の役割を果たすものとなる。そのため、絶縁板33は高い形状精度を必要とせず、安価なものとすることが可能となる。
【００２６】
ロウ材35は、金属製の電極31とセラミックス製の絶縁板33とを直接接合するため、セラミックスの接合面にメタライズ処理を必要としない活性ロウ材を使用するのが好ましい。
【００２７】
そして、Ｘ線源11では、電子銃16内の電子源21から放出された電子ビーム15が、抑制電極22の孔24の近傍で一度クロスオーバを形成して目的の電圧で加速された後、静電レンズ17によって収束作用を受け、ターゲット14の表面で焦点を形成する。Ｘ線13は、ターゲット14の焦点部分から発生し、ターゲット14を透過してＸ線源11外へ放出される。
【００２８】
このように構成されたＸ線源11の静電レンズ17は、電極31の２枚の絶縁板33が配置される方向とは交差する両側面が開いた構造となるため、電極31に電子ビーム15が入射することによって放出されるガスは電極31間に溜まりにくく、さらに、中間の第２の電極31bの電位を決めるための配線の接続も容易となる。
【００２９】
したがって、静電レンズ17の電極31を２枚の絶縁板33で挟み込んで保持する構造を採ることにより、電極31の性能および機能を維持しながら、電極31付近でのガスの停滞、電極31への配線の難易性、高価格の課題を解決できる。
【００３０】
次に、図３に第２の実施の形態を示す。
【００３１】
第１の実施の形態の静電レンズ17のように２枚の絶縁板33で電極31を挟み込んで保持する構成を、電子銃16にも適用した例である。
【００３２】
電子銃16の抑制電極22を２枚の絶縁板33で挟み込んで保持し、真空容器12側に支持する。抑制電極22の外面には絶縁板33の溝34に嵌合されてロウ材35で接合される板部41が突設されている。真空容器12側にも、絶縁板33の溝34に嵌合されてロウ材35で接合される板部42が突設されている。
【００３３】
そして、電子銃16において、抑制電極22の２枚の絶縁板33が配置される方向とは交差する両側面が開いた構造となるため、抑制電極22に電子ビーム15が入射することによって放出されるガスが排出しやすくなって抑制電極22の付近に溜まりにくくすることができる。
【００３４】
微小焦点型Ｘ線管であるＸ線源11では、その特徴上、電子銃16から放出された電子ビーム15の多くが静電レンズ17に入射する直前でカットされるが、その原因が電子銃16から放出された電子ビーム15が抑制電極22に入射して放出するガスが多くなることが考えられ、ガスを排出しやすくなって抑制電極22の付近に溜まりにくくすることが有効な対処方法となる。
【００３５】
このように、ガス放出の対処を向上させたＸ線源11を提供できる。
【００３６】
次に、図４および図５に第３の実施の形態を示す。
【００３７】
静電レンズ17において、絶縁板33に溝34を形成することにより、電極31間の沿面絶縁距離を増加させることが可能となり、これは電極31間の溝34の数を増やすことによりさらに効果を増大させることができる。
【００３８】
強度の高い静電レンズ17を形成するためには、電極31間に高い電界を形成することが求められるので、沿面絶縁距離を維持するためにむやみに絶縁板33の長さを増加することは電子光学設計上好ましくないものとなる。特に高い電圧で加速された電子ビーム15に対しては、電極31間の距離を変えずに沿面絶縁距離を増加できる溝34の施工方法は、レンズ強度を維持しながらコンパクトにＸ線源11を構成するうえで効果的なものとなる。
【００３９】
しかし、沿面距離は、電極31間の絶縁板33の全周方向のパス（放電走破経路）に対して考慮することが必要であり、そのため、絶縁板33の電極31を挟み込む面だけでなく、その裏面と側面にも溝34を連続して形成することが必要となる。
【００４０】
これにより、電極間距離を変えることなく、沿面絶縁距離を増加させることができ、強度の高い静電レンズ17を提供することが可能となる。
【００４１】
また、電子銃16の絶縁板33についても同様である。
【００４２】
このように、高い加速電圧でもコンパクトなサイズを維持したＸ線源11を提供できる。
【００４３】
次に、図６および図７に第４の実施の形態を示す。
【００４４】
２枚の絶縁板33に電極支持体としての電極支持板51を先に接合し、その後、電極支持板51に電極31を接合するという二段階の接合方法を採った構造を特徴とするものである。電極支持板51は、電極31と同じ外形を有し、内側には電極31の外形より少し小さい開口部52が形成されている。
【００４５】
静電レンズ17の収束性能を高めるためには、それを構成する電極31が平面型だけでは十分でなく、幾つかをカップ状など様々な立体形状を持ったものを適用することが求められる。このような要求に対応するため、立体構造を持った電極31を装着しやすいよう絶縁板33に接続する電極支持板51と電極31とを分離し、順をおって接合、組み立てていける構造を採るものとする。
【００４６】
図６および図７には、静電レンズ17の中間の第２の電極31bをカップ状の形状にしたもので、これにより面収差の小さな静電レンズ17を構成することができ、電子ビーム15の収束特性を向上させることができる。
【００４７】
このように、収差特性を改善した静電レンズ17や電子銃16を具備し、焦点サイズ性能を向上させたＸ線源11を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すＸ線源の断面図である。
【図２】同上Ｘ線源の静電レンズの斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示すＸ線源の断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示すＸ線源の静電レンズの断面図である。
【図５】同上図４のＡ矢視図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態を示すＸ線源の静電レンズの分解状態の断面図である。
【図７】同上静電レンズの組立状態の断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
11    Ｘ線源
15    電子ビーム
16    電子銃
17    静電レンズ
22    電極としての抑制電極
31    電極
33    絶縁体としての絶縁板
34    溝
51    電極支持体としての電極支持板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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