(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極フィラメントから放出された電子を加速収束してターゲット陽極に衝突させ透過方向にＸ線を発生させる開放型構造の透過形Ｘ線管において、ターゲット基台の同一平面上に同じ物質からなり厚さの異なる複数のターゲットを配置し、電子ビーム光軸に対して直角な平面でターゲット基台を平行もしくは回転移動させることにより厚さの異なるターゲット位置に電子を入射させる機構を備えることを特徴とするＸ線管。
【請求項２】
陰極フィラメントから放出された電子を加速収束してターゲット陽極に衝突させ透過方向にＸ線を発生させる開放型構造の透過形Ｘ線管において、ターゲット基台の同一平面上に同じ物質からなり厚さの異なる複数のターゲットを配置し、真空封じ下で電子ビーム光軸を異なるターゲット位置まで機械的に移動させる機構を備えることを特徴とするＸ線管。
【請求項３】
陰極フィラメントから放出された電子を加速収束してターゲット陽極に衝突させ透過方向にＸ線を発生させる開放型構造の透過形Ｘ線管において、ターゲット基台の同一平面上に同じ物質からなり厚さの異なる複数のターゲットを配置し、真空封じ下で偏向コイルにより電子ビーム光軸を異なるターゲット位置まで偏向させる機構を備えることを特徴とするＸ線管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線管に関し、特に開放透過型Ｘ線管の陽極形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。このＸ線管は開放型構造で、ターゲットに厚さが薄いタングステンプレートを使用し、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線を透過した裏側から放射するものである。検査部品の微細な構造を観察するため、焦点寸法は微小なものが使われている。
図７に開放透過型Ｘ線管の断面構造を示す。このＸ線管はカソード部５０（下部）とアノード部５１（中部）とターゲット部５２（上部）、から構成されており、各部はＯ−リングで互いに真空気密に連結されており、ターボポンプとロータリーポンプ（図示せず）による２段引きがされた真空チャンバ５を形成している。カソード部５０は高圧ケーブル挿込み口３４に高圧ケーブルが挿し込まれ、ウエネルト２の電極とフィラメント１に負の高電圧が印加される。アノード部５１、ターゲット部５２及び真空チャンバ５の外装は接地電位に保たれている。高圧ケーブル（図示されていない）からフィラメント１に電圧が印加され電流が流れ加熱されると、熱電子が放出されアノード４に向かって加速され、電子ビームＥを形成する。アノード部５１はレンズホルダ７にアノード４とパイプ６を組み込んだものである。電子ビームＥはパイプ６の中空部を通り、ターゲット部５２の収束コイル８によって、微小な径の電子ビームＥに収束されターゲット１２に突入する。ターゲット部５２はポールピース９の円筒内に収束コイル８を組み込み、ポールピース１０（ＴＯＰ）の上部と、ターゲットホルダ１１の間にターゲット基台１１Ｋがサンドイッチされた状態で組込まれており、ターゲット基台１２ａ上の内側にターゲット１２がマウントされている。ターゲット１２は例えば厚さが０．０５ｍｍ程度のタングステンが使われている。このターゲット１２に電子ビームＥが突入すると、そこでＸ線を放射する。その放射方向は指向性を持っており、透過した方向のＸ線ビームＸを利用している。Ｘ線管のＸ線条件は管電圧は５〜１６０ｋＶ、管電流は〜０．３ｍＡ程度で、焦点寸法は１〜２００μｍ程度のものが使われている。
ターゲット１２に衝突した電子の運動エネルギーの一部はＸ線に変換され、その強度はＩ＝ｋ・ｉ・Ｚ・Ｖ２により与えられる。ここでＩはＸ線強度、ｋは定数、ｉは管電流、Ｚはターゲット元素の原子番号、Ｖは加速電圧である。ターゲット１２は固定式で、ターゲット基台１１Ｋに厚み一定の箔または薄膜が取り付けられており、発生するＸ線の強度は波長分布を持ち、その分布は加速電圧Ｖとターゲットの材質とターゲットの厚みなどにより決定される。図８はタングステンターゲットの厚みによるＸ線スペクトルの違いを示す。横軸に光子エネルギー、縦軸に相対Ｘ線強度を示す。厚みが厚いターゲットＡは厚みが薄いターゲットＵに比べて、光子エネルギーの低い領域におけるＸ線強度が大きく異なる。これは光子エネルギーの低い領域のＸ線、つまり波長が長いＸ線（軟Ｘ線）は、短い波長のＸ線（硬Ｘ線）に比べてターゲット１２の内部吸収により大きく減衰するためである。したがって透過型Ｘ線管において発生するＸ線のスペクトルは、加速電圧Ｖ、ターゲット１２の材質、そしてターゲット１２の厚みにより決定される。ターゲット基台１１ＫもそのためＸ線透過率の良い材料が使われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＸ線管は以上のように構成されているが、厚みがある金属材料の試料の透過検査を行なう場合には、加速電圧Ｖを上げて波長の短いエネルギーの高いＸ線（硬Ｘ線）を発生させて、試料の透過能力を上げている。このような試料では軟Ｘ線成分は試料内部で吸収されるため画像には反映されないが、試料内部にＸ線吸収が少ない部分が混在する場合にはハレーションの原因になる。一方、試料の厚みが薄い場合や樹脂材料などのＸ線吸収が少ない試料については、波長の短いＸ線（硬Ｘ線）を照射しても試料透過能力が高すぎて十分な内部構造のコントラストを得ることは難しいという問題点がある。従って、この場合には波長の長いＸ線（軟Ｘ線）のほうがよりＸ線の吸収差を得やすいことになる。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、厚さの厚い試料やＸ線吸収が大きい試料、又は厚さの薄い試料やＸ線吸収が少ない試料を一つのＸ線管で検査してもコントラストのあるＸ線画像を得ることができるＸ線管を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明のＸ線管は、陰極フィラメントから放出された電子を加速収束してターゲット陽極に衝突させ透過方向にＸ線を発生させる開放型構造の透過形Ｘ線管において、ターゲット基台の同一平面上に同じ物質からなり厚さの異なる複数のターゲットを配置したことを特徴とする。またさらには、電子ビーム光軸に対して直角な平面でターゲット基台を平行もしくは回転移動させることにより厚さの異なるターゲット位置に電子を入射させる機構を備えることを特徴とする。
【０００７】
また請求項２記載の本発明のＸ線管は、陰極フィラメントから放出された電子を加速収束してターゲット陽極に衝突させ透過方向にＸ線を発生させる開放型構造の透過形Ｘ線管において、ターゲット基台の同一平面上に同じ物質からなり厚さの異なる複数のターゲットを配置し、真空封じ下で電子ビーム光軸を異なるターゲット位置まで機械的に移動させる機構を備えることを特徴とする。
【０００８】
また請求項３記載の本発明のＸ線管は、陰極フィラメントから放出された電子を加速収束してターゲット陽極に衝突させ透過方向にＸ線を発生させる開放型構造の透過形Ｘ線管において、ターゲット基台の同一平面上に同じ物質からなり厚さの異なる複数のターゲットを配置し、真空封じ下で偏向コイルにより電子ビーム光軸を異なるターゲット位置まで偏向させる機構を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明のＸ線管は上記のように構成されており、同一平面上に厚みの異なるターゲットを配置し、検査対象に応じて電子ビーム光軸とターゲットの相対位置関係を簡便に切りかえられる様にする。つまり、厚みの異なるターゲット位置まで電子ビーム光軸を移動させるか、もしくは厚みの異なるターゲットを電子ビーム光軸まで移動させるための機構を設けることで、発生するＸ線の線質を選択することができ、コントラストのあるＸ線画像を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のＸ線管の一実施例を図１を参照しながら説明する。図１は本発明のＸ線管のターゲット部の上面（ａ）と断面（ｂ）を示す。図２はその外観を示す。ターゲット基台３３の内側に厚さの異なるターゲット１４ａ、１４ｂが取り付けられ、ターゲット基台３３はポールピース（ＴＯＰ）１０の上面にＯ−リングを介してセットされ、上方からターゲットホルダ１３により４個のスライドレバー１５で締め付け固定される。ターゲットホルダ１３にはスライド溝３５が設けられ、スライドレバー１５を緩めるとスライド溝３５の方向にターゲットホルダ１３を移動することができる。ターゲット基台３３がターゲットホルダ１３の凹面に嵌められているので、同時にスライド溝３５の方向に移動する構造である。
ターゲット基台３３はＸ線透過率の良い材料（例えばベリリュウムなど）が使われ、その内側に厚みの異なるターゲット１４ａ（例えばタングステン箔：厚み３０μｍ）、１４ｂ（例えばタングステン薄膜：厚み３μｍ）をスライド溝３５の長さに対応したピッチで取り付けられている。
ターゲット部の収束コイル８によって収束された電子ビームＥは中央に位置したターゲット１４ｂに突入する。検査対象がかわり別の厚みのターゲット１４ａに切り換えたい時は、まず４個のスライドレバー１５を少し緩めて、ターゲットホルダ１３をスライド溝３５の方向に移動し、その後再度スライドレバー１５を締め込む。ターゲット基台３３はＯ−リングにて真空封じされているが、移動させる場合にも加圧したまま移動させるので真空の漏れは最小限に押えることができる。このようにしてターゲット１４ａが電子ビームＥの光軸に位置してこのターゲット１４ａでＸ線放射をすることができる。
ここではＸ線管のターゲット部のみを図示したが、アノード部、カソード部については図７に示す従来と同じ構造をしている。このＸ線管はカソード側に負の高圧が印加され、アノード側が接地電位に設定されており、外部の真空チャンバ５は接地電位である。
【００１１】
次に操作手順を説明する。まず図７に示す真空チャンバ５の内部をリークバルブ（図示せず）を介して大気圧にする。次にターゲット部のスライドレバー１５を緩め、ターゲットホルダ１３を取り外し、ターゲット基台３３を取り出す。ターゲット基台３３に検査試料に応じた厚みの異なるターゲット１４ａ、１４ｂを所定の位置（スライド溝３５の長さに対応したピッチ）に取り付ける。ターゲット基台３３をターゲットホルダ１３に嵌め込み、Ｏ−リングの状態を確かめてターゲット基台３３を装着したターゲットホルダ１３をポールピース（ＴＯＰ）１０の上部にのせ、４個のスライドレバー１５でスライド溝３５の端で、必要とするターゲット１４ｂが中央にくるように位置して締め付け固定する。この状態でロータリポンプ（図示していない）を働かせて真空粗引きし、ターボポンプ（図示していない）で真空度を上げる。真空度が所定値に安定したところでＸ線管に高電圧を印加し、フィラメント１に電流を流す。フィラメント１から放出した電子ビームＥはアノード４に向かって加速され、アノード部のパイプ６の中を通過して、ターゲット部の収束コイル８によって細い径に収束されてターゲット１４ｂに突入する。ターゲット１４ｂで発生するエネルギースペクトルでＸ線が放射される。
次に、検査対象がかわり別の厚みのターゲット１４ａに切り換えたい時は、真空ポンプの真空排気回路を一次的に閉じて、次の操作にうつる。まず４個のスライドレバー１５を少し緩めて、ターゲットホルダ１３をスライド溝３５の方向に移動し、その後再度スライドレバー１５を締め込む。ターゲット基台３３はＯ−リングにて真空封じされているが、移動させる場合にも加圧したまま移動させるので真空の漏れは最小限に押えることができるが、ターボポンプ（図示されていない）の動作に影響しないように真空排気回路を一時的に閉じておく。再度スライドレバー１５を締め込み、その後に真空排気回路を開けて真空チャンバ５の内部を真空ポンプ（図示されていない）で真空引きする。真空度が所定値に安定したところで再びＸ線管に高電圧を印加し、フィラメント１に電流を流し、電子ビームＥを収束コイル８により収束させ、ターゲット１４ａに突入させて、ターゲット１４ａで発生するＸ線質でＸ線が放射される。検査終了後はＸ線管の高電圧とフィラメント電流を遮断し、真空ポンプの真空引き回路を閉じて、電源を切りＸ線管の内部は真空状態にしておく。
このように一つのＸ線管で、厚さの異なるターゲット１４ａ、１４ｂを使い分けることで、線質の異なるＸ線を放射することができる。
【００１２】
本発明の他の実施例を図３を参照しながら説明する。図３は本発明のＸ線管のターゲット部５２の上面（ａ）と断面（ｂ）を示す。図４はその外観を示す。ターゲット基台３３がシャフト１７を中心にしたＸ線透過率の良い材料からなる円形状のプレートで作られ、そのターゲット基台３３の内側に電子ビームＥの突入する位置に、厚さの異なるターゲット１６ａ、１６ｂが取り付けられている。ターゲットホルダ１８Ａはポールピース（ＴＯＰ）１０に固定されており、ターゲット基台３３はポールピース（ＴＯＰ）１０の上面に、Ｏ−リングとターゲットホルダ１８Ａを介してセットされ、上方からターゲットホルダ１８Ｂにより回転レバー２０で締め付け固定される。ターゲットホルダ１８Ｂには回転溝３６が設けられ、回転レバー２０を緩めると回転溝３６の円弧方向にターゲットホルダ１８Ｂをシャフト１７を中心に回転することができる。ターゲット基台３３がターゲットホルダ１８Ｂの内面に全円周部が接触しているので、回転レバー２０を緩めると、ターゲット基台３３は手動でシャフト１７を中心にして回転することができる構造である。
ここではＸ線管のターゲット部のみを図示したが、アノード部、カソード部に付いては図７に示す従来と同じ構造をしている。また、このＸ線管の動作及び操作の方法は前記の実施例に準ずる。
いずれも厚みの異なるターゲットを電子ビーム光軸まで移動させるため、直線に移動させるか、回転により移動させるかの違いで、この機構を設けることで、発生するＸ線の線質を選択することができ、コントラストのあるＸ線画像を得ることができる。
【００１３】
本発明の他の実施例を図５を参照しながら説明する。図５は本発明のＸ線管のターゲット部がＸ線管球本体２４と真空ベローズ２３で連結されている構造の断面を示す。ターゲット基台３３の内側に電子ビームＥの突入する位置に、厚さの異なる２個のターゲット２１が取り付けられている。そのターゲット基台３３はターゲットホルダ２２に真空気密状態で取り付けられ、そのターゲットホルダ２２は筐体２５に同じく真空気密状態に固定されている。下部の筐体２５にはＸ線管球本体２４が固定されており、上部の筐体２５と下部の筐体２５が真空ベローズ２３でＯ−リングを介して結合し、内部は真空ポンプ（図示していない）で真空引きがされる。真空ベローズ２３により、ターゲット２１とＸ線管球本体２４とは自由に相対位置を移動することができる。そのためＸ線管球本体２４の電子ビーム光軸を必要とするターゲット２１に移動して合わせ、ターゲット２１の一つを選択することができる。この場合はターゲット選択時に前記の実施例のような真空度の変化は発生しない。
ここではＸ線管のターゲット部のみを図示したが、Ｘ線管球本体２４のアノード部、カソード部に付いては図７に示す従来と同じ構造をしている。
【００１４】
本発明の他の実施例を図６を参照しながら説明する。図６は本発明のＸ線管のターゲット部に、電子ビームを偏向コイル用いて電気的にシフトさせる方法を示す。図６（ａ）は偏向コイルが一段のものであり、図６（ｂ）は偏向コイルが２段の例である。ターゲット基台３３上に厚さの異なるターゲット２７が２個セットされており、フィラメント３２からの放出電子はウエネルト３１の電極で絞られその電子ビームは、（ａ）では偏向コイル２９でターゲット２７の方向に偏向され、収束レンズ２８でそのビーム径が収束されてターゲット基台３３上のターゲット２７に衝突し、Ｘ線を発生する。一方、（ｂ）では電子ビームは偏向コイル３０と偏向コイル２９により電子ビームが平行にシフトされ、収束レンズ２８でそのビーム径が収束されて、ターゲット基台３３上のターゲット２７に直角に衝突し、Ｘ線を発生する。
【００１５】
前記の機械的に電子ビーム光軸とターゲット位置をシフトさせた実施例では、操作を手動でできるもので説明したが、手動に限定すること無く、自動化したシフト方法においても適用できる。
また図５の実施例では下部の筐体２５（Ｘ線管球本体２４が固定されている側）は固定し、上部の筐体２５を動かす方法においても同様に適用できる。
以上の実施例の図１、図３、図５に示したように機械的に電子ビーム光軸とターゲット位置をシフトさせた方法や、図６に示すように偏向コイル２９、３０を用いて電気的にシフトさせた方法を用いて簡便に使用するターゲットの厚みを変更することが可能であり、検査対象に応じて最適なＸ線スペクトルを発生させることが可能となり、良好なコントラストの画像を得ることができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明のＸ線管は上記のように構成されており、検査対象に応じた、コントラストの高いＸ線画像を得ることができる。具体的には同一試料内にＸ線吸収量が高い部分と非常に低い部分が混在する試料を見る場合には、厚みの厚いターゲットを選択することにより軟Ｘ線成分を除去してハレーションの少ないＸ線画像を取得し、樹脂材料など試料全体のＸ線吸収量が少ない試料の吸収差を見る場合には、厚みの薄いターゲットを選択することにより、軟Ｘ線成分の多い、微小な吸収差がより強調された、コントラストの高いＸ線画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のＸ線管の一実施例を示す図である。
【図２】  本発明のＸ線管の外観を示す図である。
【図３】  本発明のＸ線管の他の実施例を示す図である。
【図４】  本発明のＸ線管の外観を示す図である。
【図５】  本発明のＸ線管の他の実施例を示す図である。
【図６】  本発明のＸ線管の他の実施例を示す図である。
【図７】  従来のＸ線管を示す図である。
【図８】  ターッゲット厚さが異なる場合のＸ線スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１…フィラメント                    ２…ウエネルト
３…高電圧レセプタクル              ４…アノード
５…真空チャンバ                    ６…パイプ
７…レンズホルダ                    ８…収束コイル
９…ポールピース                  １０…ポールピース（ＴＯＰ）
１１…ターゲットホルダ              １２…ターゲット
１３…ターゲットホルダ              １４ａ、１４ｂ…ターゲット
１５…スライドレバー                １６ａ、１６ｂ…ターゲット
１７…シャフト                      １８Ａ、１８Ｂ…ターゲットホルダ
２０…回転レバー                    ２１…ターゲット
２２…ターゲットホルダ              ２３…真空ベローズ
２４…Ｘ線管球本体                  ２５…筐体
２７…ターゲット                    ２８…収束レンズ
２９…偏向コイル                    ３０…偏向コイル
３１…ウエネルト                    ３２…フィラメント
３３…ターゲット基台                ３４…高圧ケーブル挿込み口
３５…スライド溝                    ３６…回転溝
１１Ｋ…ターゲット基台              ５０…カソード部
５１…アノード部                    ５２…ターゲット部
【図１】
0003812165.tif 000002
【図２】
0003812165.tif 000003
【図３】
0003812165.tif 000004
【図４】
0003812165.tif 000005
【図５】
0003812165.tif 000006
【図６】
0003812165.tif 000007
【図７】
0003812165.tif 000008
【図８】
0003812165.tif 000009