【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線撮像装置に関するもので、特に、高解像度Ｘ線透視試験に好適な、透過型ターゲットを使用する微小焦点Ｘ線撮像装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】Ｘ線透視試験における検出解像度を支配する一要因として、Ｘ線源の焦点寸法が挙げられる。 このため、高解像度が要求されるＸ線透視試験においては、微小焦点のマイクロフォーカスＸ線源が使用されている。 【０００３】マイクロフォーカスＸ線源に使用されるターゲットは、ターゲットを透過したＸ線を用いる透過形と、横方向に出たＸ線を用いる反射形に大別される。 解像度の点では、ターゲット内での電子線の拡がりを小さくできるため、透過形が優れている。 透過形ターゲットを使用したＸ線源については、例えば、特開平２−１３
８８５６号、特開平３−２７４５００号、特開平４−１
４４０４５号に記載されている。 集束電子線を透過形薄膜のターゲットに照射することで得られた微小焦点サイズのＸ線を試料に照射し、その透過Ｘ線を幾何学的に拡大投影した画像を撮像し、試料の微小な内部構造を観察する。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】解像度を向上させるためには、集束電子線のスポット径を小さくすると共に、
透過形ターゲットの膜厚を薄くする必要がある。 しかし、透過形ターゲットの膜厚を薄くする、あるいは、集束電子線の加速電圧を上げると、発生するＸ線の強度に方向性が生じ、撮像したＸ線透過画像の中心部に明るい輝点が生じる。 このため、画像の質が著しく低下する。 【０００５】また、集束電子線のスポット径を小さくすると、ターゲットに照射される集束電子線の電流密度が増加するため、ターゲットの損傷が増大する。 【０００６】本発明の第１の目的は、画像に明るい輝点が発生しない、透過形ターゲットを使用したＸ線撮像装置を提供することである。 【０００７】第２の目的は、ターゲットの寿命の長い、
透過形ターゲットを使用したＸ線撮像装置を提供することである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、電子線を発生させ加速する手段と、電子線を集束する手段と、Ｘ線を発生させる透過形ターゲットと、試料を透過したＸ線を検出するＸ線検出手段を使用し、透過形ターゲットに照射する集束電子線の進行方向の延長線上に、
Ｘ線検出手段を配置しないことにより達成される。 【０００９】上記第２の目的は、電子線を発生させ加速する手段と、電子線を集束する手段と、Ｘ線を発生させる透過形ターゲットと、透過形ターゲットを冷却する手段と、試料を透過したＸ線を検出するＸ線検出手段より、達成される。 【００１０】 【作用】微小焦点サイズのＸ線源を実現するためには、
透過形ターゲットに照射する電子線を細く絞るだけでは不十分である。 何故なら、ターゲットに入射した電子は、散乱し、ターゲットの内部まで侵入するためであり、例えば、加速電圧１００ｋＶの電子線の散乱領域は、５μｍ以上であると言われている。 このため、ターゲットを薄膜にして電子の散乱領域を制限し、焦点サイズを微小化することが必要である。 【００１１】透過形ターゲットを薄膜にすると、発生するＸ線の強度に方向性が生じる。 図１に示すように、透過形ターゲットに入射する集束電子線の進行方向に発生するＸ線の強度が強い。 膜厚１μｍのタングステンターゲットから発生するＸ線の強度分布の実測例を図２、図３に示す。 図２は集束電子線の加速電圧が７５ｋＶのデータであり、図３は加速電圧２００ｋＶのデータである。 加速電圧が高くなると、Ｘ線の強度ピークが急激に大きくなっている。 また、Ｘ線の強い範囲はおよそ０．
７度であり、その部分を外すと一定のＸ線強度が得られる。 【００１２】従来の透過形ターゲットを使用したＸ線撮像装置では、電子銃、透過形ターゲット、試料、Ｘ線検出器が一直線上に並んでいるため、透過形ターゲットに入射する集束電子線の進行方向にＸ線検出器が配置されていた。 このため、Ｘ線検出器の中心にＸ線強度分布のピークがあった。 【００１３】本発明によれば、電子銃と透過形ターゲットを結ぶ直線と、透過形ターゲット、試料、Ｘ線検出器を結ぶ直線とが一致せず、互いに傾いているため、透過形ターゲットに入射する集束電子線の進行方向にＸ線検出器がなく、斜め方向にＸ線検出器が配置される。 このため、Ｘ線検出器に入射するＸ線の強度は一様となる。 【００１４】次に、ターゲットに照射される電子のエネルギーのうちＸ線に変換される割合は１％以下であり、
残りの９９％は熱に変換されると言われている。 このため、ターゲットは非常に高温となり、損傷が激しい。 そこで、反射形ターゲットでは、ターゲットを回転したり、あるいは、水冷を行なっている。 透過形ターゲットでは、２層膜にして熱を逃がすことが行なわれているが、冷却は行なわれていない。 この理由は、透過形ターゲットと試料との距離（ワーキング ディスタング：Ｗ
Ｄ）を縮めるため、ターゲット冷却する構造を配置する空間が無いためである。 透過形ターゲットでは、その微小焦点寸法を活かすため、試料を透過したＸ線像を幾何学的に拡大投影した後検出し、高倍率を得たいがために、ＷＤを小さくする必要がある。 【００１５】本発明によれば、透過形ターゲットの集束電子線の照射側に円管状の冷却装置を配置し、透過形ターゲットを冷却する。 冷却装置は円管上であるため、中空の所を集束電子線が通過してターゲットに入射する。
冷却装置は電子線の入射面側にあるため、Ｘ線の取り出し面のすぐそばまで試料を近接することができる。 【００１６】以上により高解像度なＸ線撮像装置が実現できる。 高解像度なＸ線撮像装置の代表的な構成は、電子銃、電子レンズ、冷却装置、透過形ターゲット、試料ステージ、Ｘ線ＴＶ撮影装置、ＴＶモニター装置などからなる。 電子銃で発生した電子線を電子レンズにより細く集束し、透過形ターゲットに照射する。 この時、ターゲットは冷却装置により冷却されている。 電子線のビーム径を十分に細くし、Ｘ線を発生する薄膜を十分に薄くすると、微小な焦点サイズが得られるため、半影ぼけのない鮮明な試料の透視像が得られる。 この試料の透視Ｘ
線像を斜めに配置したＸ線ＴＶ撮影装置にて検出し、Ｔ
Ｖモニター装置に表示させる。 また、試料は、試料ステージで保持しておき、ステージを移動することで、透視箇所を変える。 【００１７】 【実施例】まず、従来の透過形ターゲットを使用したＸ
線撮像装置の構成を図４に示す。 電子銃５で発生した電子線１を電子レンズ６で集束し、透過形ターゲット２に照射すると、Ｘ線３が発生する。 試料７を透過したＸ線は拡大投影され、Ｘ線検出器８で検出される。 このとき、電子銃５、透過形ターゲット２、試料７、Ｘ線検出器８は中心軸９上に並んでいる。 透過形ターゲット２の膜厚を薄くすると、中心軸方向に発生するＸ線の強度が増加し、Ｘ線検出器８では、中心が明るく検出される。 【００１８】本発明によるＸ線撮像装置の第１の実施例を図５に示す。 電子銃５で発生した電子線１は、電子レンズ６で集束され、透過形ターゲットに照射される。 透過形ターゲットは、Ｘ線の発生するタングステン膜１０
と、タングステン膜を保持するベリリウム膜１１の２層膜であり、さらに、タングステン膜１０の上には、メッシュ１２が密着している。 この透過形ターゲットは、押え１３により電子冷却素子１４に密着されている。 偏向コイル１５により電子線１はタングステン膜１０上を走査され、そこから発生する反射電子、あるいは２次電子が電子線検出器１６で検出される。 走査像検出回路１７
は、偏向コイル１５を駆動し、電子線検出器１６からの信号を受け、生成した走査電子像をディスプレイ１８に表示する。 電子線１の通路は、真空容器１９で密閉され、バルブ２０を介して、真空ポンプ２１で真空に保たれている。 真空容器１９の一部は、Ｘ線３を取り出すベリリウムの窓２２になっている。 試料７を透過したＸ線像はＸ線イメージインテンシファイア２２で光学像に変換され、検出像がディスプレイ２５に表示される。 【００１９】第１の実施例の動作を以下に示す。 電子銃５は、電子を発生し、所定の管電圧まで電子を加速する。 電子を発生させるフィラメントは、高輝度なランタンヘキサボライト（ＬａＢ 6 ）が望ましいが、一般的なタングステン（Ｗ）でも良い。 電子レンズ６は、所望のＸ線焦点寸法以下に電子線を集束させる働きがある。 高分解能を得るためには、微小な焦点寸法が不可欠であり、例えば、１μｍ程度に電子線を集束する。 【００２０】図５には１個の電磁レンズを図示しているが、電子線を細く絞るためには、複数個の電磁レンズを使用するのが望ましく、また、静電レンズを使用することも考えられる。 透過形ターゲットは、ベリリウム膜１
１の上にタングステン膜１０をスパッタリングやＣＶＤ
により蒸着した２層膜である。 ベリリウム膜１１の膜厚は１０から数百μｍであり、タングステン膜１０の膜厚は、所望のＸ線焦点寸法以下、例えば、１から４μｍとする。 タングステン膜１０の表面に集束電子線１が確実に絞られているかを確認するために、透過形ターゲット表面の走査電子像を検出する。 透過形ターゲットの表面が最も鮮明に見えるように電子レンズに励磁電流を調整し、電子線の焦点を合わせる。 タングステン膜１０の表面は滑らかであるため、その上にメッシュを密着させ、
メッシュパターンを検出して焦点を合わすと良い。 メッシュには、銅製の１０００メッシュや２０００メッシュが入手しやすく、便利である。 【００２１】電子線の焦点を合わせた後は、走査を止め、タングステン膜１０上の一点に照射して、Ｘ線源を固定する。 照射する点を日によって変えることで、タングステン膜１０のダメージを減らすことができ、長期間交換の必要が無い。 電子線の照射により発生した熱により高温になった透過形ターゲットを冷却するため、透過形ターゲットは電子冷却素子１４に密着されている。 電子冷却素子１４は、透過形ターゲットの熱を真空容器１
９に伝えるヒートポンプの働きをする。 透過形ターゲットは、真空中にあるため、室温以下に冷却しても露や霜の心配が無く、ゼロ度以下に冷却することができる。 また、真空中であるため、断熱性が良く、冷却効率が良い。 電子冷却素子１４を使用せず、環状のパイプで水冷するだけでも効果はある。 【００２２】発生したＸ線は、ベリリウム窓２２を介して、外部に取り出される。 Ｘ線は、電子線の進行方向に強度のピークを持つため、Ｘ線検出器を電子線の進行方向の延長線上に置かずに斜め方向に置く。 これにより、
Ｘ線検出器には一様な強度のＸ線が入射する。 試料７も斜めに置く必要があるため、真空容器１９のＸ線取り出し口周辺は円錐形状であることが望ましい。 Ｘ線検出器は、Ｘ線イメージインテンシファイアとビデオカメラで構成されている。 試料７の透過Ｘ線像は、Ｘ線イメージインテンシファイア２２で可視光像に変換され、ファイバープレート２３で伝送され、ＣＣＤイメージセンサ２
４で検出される。 もちろん、ビデオカメラとしてＣＣＤ
イメージセンサ以外に撮像管を使用することも可能である。 Ｘ線透過画像は一般にノイズが多いため、検出画像の加算がよく行なわれる。 長時間露光タイプのＣＣＤイメージセンサを使用すると、素子上で画像を加算できるため、好都合である。 また、Ｘ線イメージインテンシファイア２２とＣＣＤイメージセンサ２４とのカップリングはファイバープレートを用いずにレンズを用いても良い。 【００２３】本発明によるＸ線撮像装置の第２の実施例を図６に示す。 電子銃５で発生した電子線１は、電子レンズ６で集束され、透過形ターゲットに照射される。 透過形ターゲットは、Ｘ線の発生するタングステン膜１０
と、タングステン膜を保持するベリリウム膜１１の２層膜であり、さらに、タングステン膜１０の上には、メッシュ１２が密着している。 この透過形ターゲットは、押え１３により電子冷却素子１４に密着されている。 偏向コイル１５により電子線１はタングステン膜１０上を走査され、そこから発生する反射電子、あるいは２次電子が電子線検出器１６で検出される。 【００２４】走査像検出回路１７は、偏向コイル１５を駆動し、電子線検出器１６からの信号を受け、生成した走査電子像をディスプレイ１８に表示する。 電子線１の通路は、真空容器１９で密閉され、バルブ２０を介して、真空ポンプ２１で真空に保たれている。 真空容器１
９の一部は、Ｘ線３を取り出すベリリウムの窓２２になっている。 試料７を透過したＸ線像はＸ線イメージインテンシファイア２２で光学像に変換され、検出像がディスプレイ２５に表示される。 以上、基本的な構成は第１
の実施例と同じである。 第１の実施例との違いは、透過形ターゲットの取付け向きである。 第１の実施例では、
電子線照射系の軸と垂直に透過形ターゲットを取り付けており、透過形ターゲットに対して垂直に電子線が入射する。 第２の実施例では、斜めに透過形ターゲットが取り付いており、斜め方向から電子線が入射する。 透過形ターゲットと試料とＸ線検出器とを平行にすることで、
透過形ターゲットと試料との間隔（ＷＤ）を小さくすることが容易となり、高倍率を得ることができる。 【００２５】Ｘ線撮像装置に使用する透過形ターゲットの第１の実施例を図７に示す。 保持層であるベリリウム膜１１の上にＸ線発生層であるタングステン膜１０をスパッタリングやＣＶＤにより蒸着した２層膜である。 Ｘ
線は、重金属であるタングステン膜１０で発生するが、
軽元素であるベリリウム膜１１では殆ど発生しない。 ベリリウム膜１１は、機械的強度を増す働きと、タングステン膜１０で発生する熱を逃がす働きがある。 ベリリウム膜１１の膜厚は１０から数百μｍであり、タングステン膜１０の膜厚は、所望のＸ線焦点寸法以下、例えば、
１から４μｍとする。 Ｘ線発生層としては、タングステン以外の重金属、例えば、モリブデンなどでも構わない。 保持層としては、ベリリウム以外の軽元素、例えば、カーボン等でも良い。 タングステン膜１０には、走査像の検出を容易にするため、メッシュを密着する。 メッシュには、銅製の１０００メッシュや２０００メッシュを使用する。 【００２６】Ｘ線撮像装置に使用する透過形ターゲットの第２の実施例を図８に示す。 ベリリウム膜１１の上にタングステン膜１０をスパッタリングやＣＶＤにより蒸着した２層膜である。 タングステン膜１０には、走査像の検出を容易にするため、溝を切ってある。 溝は、集束イオンビーム、あるいは、リソグラフィ工程により加工する。 【００２７】透過形ターゲットを使用したＸ線ビーム発生装置の実施例を図９に示す。 電子銃５で発生した電子線１は、電子レンズ６で集束され、透過形ターゲットに照射される。 透過形ターゲットは、Ｘ線の発生するタングステン膜１０と、タングステン膜を保持するベリリウム膜１１の２層膜である。 この透過形ターゲットは、押え１３により電子冷却素子１４に密着されている。 電子線１の通路は、真空容器１９で密閉され、バルブ２０を介して、真空ポンプ２１で真空に保たれている。 真空容器１９の一部は、Ｘ線ビーム３を取り出すベリリウムの窓２２になっている。 タングステン膜１０を薄くすると電子線１の進行方向にピークを持つ指向性の高いＸ線が発生する。 電子線の進行方向の延長線上にＸ線の取り出し窓２２を設けることで、Ｘ線ビームが得られる。 【００２８】 【発明の効果】これまでの説明で明らかなように以下の効果がある。 【００２９】Ｘ線発生層を薄膜とし、保持層との２層構造の透過形ターゲットとしたことで、電子の散乱領域が制限され、微小な焦点サイズのＸ線源が得られる。 【００３０】薄い透過形ターゲットを使用することで、
電子線の進行方向にＸ線ビームを発生させることができる。 【００３１】電子線の進行方向の延長線上にＸ線検出手段を配置しないことにより、一様な強度のＸ線透過画像を検出できる。 【００３２】環状の冷却機構により透過形ターゲットを冷却することで、ターゲットの寿命が伸びると共に、大電流の電子線を照射でき、発生するＸ線量が増す。 さらに、環状の冷却機構を電子線の照射側に配置することで、透過形ターゲットと試料の間隔を短くすることが可能となり、高倍率が得られる。 【００３３】電子線を偏向する機能を持たせ、Ｘ線発生層の走査電子像を検出することで、電子線の焦点を確実にＸ線発生層に合わすことができる。 特に、Ｘ線発生層にメッシュを置くとピントが合わせやすい。 【００３４】電子線を偏向する機能を持たせ、ターゲットが劣化したら、電子線の照射位置をずらすことで、ターゲットの寿命が伸びる。 【００３５】薄いＸ線発生層と支持膜との２層構造とした透過形ターゲットに微細な電子線を照射して微小焦点寸法のＸ線源を作り、電子光学系の光軸に対して斜めに、試料とＸ線検出器（Ｘ線イメージインテンシファイアと長時間露光タイプのＣＣＤカメラ）を配置することで、高解像度のＸ線撮像装置が得られる。 【図面の簡単な説明】 【図１】透過形ターゲットから発生するＸ線の強度分布を示す模式図 【図２】実験で求めた透過形ターゲットから発生するＸ
線の強度分布を示す図 【図３】実験で求めた透過形ターゲットから発生するＸ
線の強度分布を示す図 【図４】従来の透過形ターゲットを使用したＸ線撮像装置の構成を示す図 【図５】透過形ターゲットを使用したＸ線撮像装置の第１の実施例を示す図 【図６】透過形ターゲットを使用したＸ線撮像装置の第２の実施例を示す図 【図７】透過形ターゲットの第１の実施例を示す図 【図８】透過形ターゲットの第１の実施例を示す図 【図９】Ｘ線ビーム発生装置の実施例を示す図 【符号の説明】 １ 電子線 ２ 透過形ターゲット
３ Ｘ線 ５ 電子銃 ６ 電子レンズ
７ 試料 ８ Ｘ線検出器 １０ タングステン膜
１１ ベリリウム膜 １２ メッシュ １４ 電子冷却素子
１５ 偏向コイル １６ 電子線検出器 ２２ Ｘ線イメージインテンシファイア ２４ ＣＣＤカメラ フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−326266（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−144045（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−237077（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−186710（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−138856（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−262348（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−6881（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭52−56778（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭52−56779（ＪＰ，Ｙ２) 米国特許5629969（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ，ＤＢ名) G01N 23/02 - 23/18 H01J 35/08 G21K 7/00 |
