JP2002352754A

JP2002352754A - 透過型ｘ線ターゲット

Info

Publication number: JP2002352754A
Application number: JP2001159784A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Hiraishi; 雅弘平石
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2002-12-06

Abstract

(57)【要約】【課題】薄い試料やＸ線吸収が少ない試料や微小試料
について、コントラストのある鮮明なＸ線画像を得るこ
とができる透過型Ｘ線ターゲットを提供する。【解決手段】集束された電子ビーム１が、トリウムが
ドーブされたタングステン又はタングステンレニウム合
金からなるＣＶＤ法で製作された蒸着ターゲット６に衝
突する。Ｘ線透過窓基材としてセラミックのセラミック
基材５あるいはガラス基材が用いられており、蒸着ター
ゲット６で発生したＸ線４は軟Ｘ線成分を減弱すること
なくセラミック基材５を透過する。また、蒸着ターゲッ
ト６で発生した熱はセラミック基材５から周辺に放散さ
れ、タングステン表面はトリウムの拡散によってあれる
ことがなくＸ線放射効率の低下を低減することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透過型Ｘ線管のタ
ーゲットに係わり、特に、ターゲット金属に電子をあ
て、そこから発生する透過軟Ｘ線を用いて、Ｘ線非破壊
検査やＸ線分析を行なう透過型マイクロフォーカスＸ線
管の透過型Ｘ線ターゲットに関する。

【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。

【０００３】図４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２０（下部）とアノード部
２１（中部）とターゲット部２２（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１１を形成し
ている。カソード部２０は、高圧ケーブル挿込み口１７
に高圧ケーブルが挿し込まれ、ウエネルト９の電極とフ
ィラメント１０に負の高電圧が印加される。アノード部
２１、ターゲット部２２及び真空チャンバ１１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１０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１９に
向かって加速され、電子ビーム１を形成する。アノード
部２１はレンズホルダ２５にアノード１９とパイプ２６
を組み込んだものである。

【０００４】電子ビーム１はパイプ２６の中空部を通
り、ターゲット部２２の電子レンズ８によって、微小な
径の電子ビーム１に収束されターゲット金属２に突入す
る。ターゲット部２２はポールピース２７の円筒内に電
子レンズ８を組み込み、ポールピースＴＯＰ２３の上部
と、ターゲットホルダ１４の間にＸ線透過窓基材３が、
サンドイッチされた状態で組込まれており、図５に示す
ように、アルミニウムの厚みｔ＝０．５ｍｍ程度のＸ線
透過窓基材３上の内側にターゲット金属２がマウントさ
れている。ターゲット金属２は、例えば、厚さが５０μ
ｍ程度のタングステンが使われたり、ターゲット金属２
をＸ線透過窓基材３に直接成膜したりしている。このタ
ーゲット金属２に電子ビーム１が突入すると、そこでＸ
線４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４を利用している。Ｘ線管のＸ線条
件は、管電圧が５〜１６０ｋＶ、管電流が〜０．３ｍＡ
程度で、マイクロフォーカスにより焦点寸法は１〜２０
０μｍ程度のものが使われている。

【０００５】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ものは、開放型と呼ばれるタイプ
のものである。開放型のＸ線管は、真空容器の開閉機構
と、真空排気ポンプを具備しており、熱陰極やターゲッ
ト材を交換できるという特徴をもつ。このため、閉放型
のマイクロフォーカスＸ線管では、熱陰極やターゲット
の寿命を犠牲にして陰極の熱陰極の温度を上げて焦点寸
法を微細化し、高管電圧、高管電流の条件で焦点寸法を
微細化することが可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の透過型Ｘ線ター
ゲットは以上のように構成されており、ターゲット金属
２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・Ｖ^２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
ゲット金属２は固定式で、Ｘ線透過窓基材３に厚み一定
の箔または薄膜が付けられており、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
金属２の材質と厚みなどにより決定される。厚みが厚い
金属（ターゲット金属２＋Ｘ線透過窓基材３）は、厚み
が薄い金属（ターゲット金属２＋Ｘ線透過窓基材３）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）に比べて金属（ターゲット金属２＋Ｘ線透
過窓基材３）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、ターゲット金属２とＸ線透
過窓基材３の材質、及び、ターゲット金属２とＸ線透過
窓基材３の厚みにより決定される。軟Ｘ線はＸ線吸収率
が大きく、試料の厚さが薄い場合や、樹脂材料などのＸ
線吸収が少ない試料については、コントラストがつきや
すく有利である。

【０００７】そのため、Ｘ線透過窓基材３もＸ線透過率
の良い材料と適正な厚みが要求される。しかしながら、
Ｘ線４が透過していくＸ線透過窓基材３の厚みが、従来
のものはアルミニウム板０．５ｍｍ程度と厚いため、こ
の厚みが厚いと１〜１０ｋｅＶの軟Ｘ線が遮蔽されてし
まう。そのため、ベリリウムなどのＸ線透過性の良い材
料を用い、又は、Ｘ線透過窓基材３の厚さをできるだけ
薄くするなどの工夫がなされている。しかし、Ｘ線透過
窓基材３の材料として、アルミニウム、ベリリウム特性
以上の基材のものがなく、厚さを薄くすることも強度的
に限界がある。アルミニウムよりＸ線透過性の良い金属
材料としてベリリウムＢｅがあるが、ベリリウムは室温
では硬くて脆く、圧延、伸延等の加工が難しい。そのう
え、ベリリウムは酸素に対して親和力を有するので、加
工は水素気中、または真空中で高い温度で加工される
か、酸でエッチングするか、Ｂｅ粉末に注意を払って研
磨して製作される。ベリリウム板は高価で、その加工は
上記のように困難であるので、一般にはＸ線透過窓基材
３としては薄いアルミニウム板が用いられる。しかし、
従来のＸ線透過窓基材３の０．５ｍｍ程度の厚みでは、
波長の長い軟Ｘ線成分が吸収されてしまい、波長の短い
硬Ｘ線を薄い試料に照射しても、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が難しい
という問題があった。

【０００８】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、厚さの薄い試料やＸ線吸収が少ない試
料や微小試料について、コントラストのある鮮明なＸ線
画像を得ることができる透過型Ｘ線ターゲットを提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の透過型Ｘ線ターゲットは、陰極のフィラメ
ントから放出された電子を加速収束させて陽極側のＸ線
透過窓基材上に設けられたターゲット金属に衝突させ、
透過方向にＸ線を発生させるＸ線管の透過型Ｘ線ターゲ
ットにおいて、前記Ｘ線透過窓基材にセラミックまたは
ガラスを用い、そのＸ線透過窓基材の内面に前記ターゲ
ット金属を蒸着したものである。

【００１０】また、本発明の透過型Ｘ線ターゲットは、
陰極のフィラメントから放出された電子を加速収束させ
て陽極側のＸ線透過窓基材上に設けられたターゲット金
属に衝突させ透過方向にＸ線を発生させるＸ線管の透過
型Ｘ線ターゲットにおいて、前記Ｘ線透過窓基材にセラ
ミックまたはガラスを用い、そのＸ線透過窓基材の内面
にターゲット金属以外の金属からなる帯電防止膜を形成
し、その帯電防止膜上に前記ターゲット金属を蒸着した
ものである。

【００１１】そして、請求項３の透過型Ｘ線ターゲット
は、前記Ｘ線透過窓基材にアルミナ又は窒化アルミニウ
ム又は炭化珪素又は窒化珪素又は前記セラミックの混合
物のセラミックを用いたものである。

【００１２】また、請求項４の透過型Ｘ線ターゲット
は、前記ターゲット金属にタングステン又はタングステ
ンレニウム合金を用いたものである。

【００１３】また、請求項５の透過型Ｘ線ターゲット
は、前記ターゲット金属にタングステン又はタングステ
ンレニウム合金にトリウムをドーブした金属を用いたも
のである。

【００１４】そして、請求項６の透過型Ｘ線ターゲット
は、Ｘ線透過窓基材の内面に形成されたターゲット金属
以外の金属からなる前記帯電防止膜にアルミニウム又は
アルミニウム合金又はベリリウムを用いたものである。

【００１５】本発明の透過型Ｘ線ターゲットは上記のよ
うに構成されており、Ｘ線透過窓基材に、アルミナ又は
窒化アルミニウム又は炭化珪素又は窒化珪素又は前記セ
ラミックの混合物のセラミック、又はガラスを用い、そ
して、Ｘ線透過窓基材上にターゲット金属以外の金属、
例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金又はベリリ
ウムからなる帯電防止膜を形成し、その後、その帯電防
止膜上にタングステン又はタングステンレニウム合金、
又は、それにトリウムをドーブしたターゲット金属を蒸
着して構成される。

【００１６】そのため、Ｘ線透過窓基材は、Ｘ線の減弱
が少なく、強度上も強く、熱伝導性も良いセラミック、
又はガラスが用いられ、軟Ｘ線吸収が少なく、そして、
ターゲット金属には、タングステン又はタングステンレ
ニウム合金を用い、さらにトリウムをドーブすること
で、ターゲット表面の電子衝撃による熱的な表面あれを
少なくし、Ｘ線放射効率の低下を低減することができ
る。また、ターゲットに衝撃した電子を周辺にチャージ
アップさせないように帯電防止膜が設けられているの
で、安定して動作することができる。そして、軟Ｘ線成
分の多いＸ線で、厚さの薄い試料やＸ線吸収が少ない試
料について、コントラストのあるＸ線画像を得ることが
できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の透過型Ｘ線ターゲットの
一実施例を、図１を参照しながら説明する。図１は本発
明の透過型Ｘ線ターゲットの断面を示す図である。本透
過型Ｘ線ターゲットは、図４におけるアノード１９側に
設けられ外部にＸ線４を透過させるＸ線透過窓基材とし
てのセラミック基材５と、そのセラミック基材５上に蒸
着形成され図４に示す陰極のフィラメント１０から放出
された電子ビーム１が加速収束されて衝突しＸ線４を透
過方向に放射する蒸着ターゲット６とから構成されてい
る。本透過型Ｘ線ターゲットは、従来の透過型Ｘ線ター
ゲットと異なるところは、従来の透過型Ｘ線ターゲット
のＸ線透過窓基材がアルミニウム合金板を用いているの
に対し、本透過型Ｘ線ターゲットのＸ線透過窓基材とし
て、Ｘ線透過性がよく、強度も強く、熱伝導性も良いセ
ラミック、又はガラスが用いられている点にある。これ
により軟Ｘ線成分を多く放射することができる。

【００１８】また、従来の透過型Ｘ線ターゲットのター
ゲット金属は、タングステン箔をスポット溶接し、又は
タングステンを蒸着しているのに対して、本透過型Ｘ線
ターゲットの蒸着ターゲット６は、タングステンあるい
はタングステンレニウム合金を、ＣＶＤ法を用いて形成
している点にある。これにより緻密な金属層を形成する
ことができる。また、本透過型Ｘ線ターゲットのターゲ
ット金属材は、タングステンあるいはタングステンレニ
ウム合金にトリウムをドーブして、形成される点にあ
る。これによりターゲット表面の電子衝撃による熱的な
表面あれが少なくなり、Ｘ線放射効率を上げることがで
きる。

【００１９】セラミック基材５は、Ｘ線透過窓基材とし
て用いられ、Ｘ線透過性が良く、強度も強く、局所的に
高温度になっても破損せず、さらに熱伝導性のよいセラ
ミックが用いられる。例えば、アルミナ、又は窒化アル
ミニウム、又は炭化珪素、又は窒化珪素、又はこれらの
混合物のセラミックが用いられる。それらの中でも窒化
アルミニウムが熱伝導性に優れるため最も好ましい。そ
の厚さは、限定されるものではないが、ｔ＝０．１〜
１．０ｍｍの間の任意の値のものが用いられる。これら
の材料は軟Ｘ線に対する減弱が少ない。また、セラミッ
ク基材５の替りにガラス基材、特に硬質ガラス基材を用
いても同様な特性を満たすことができる。

【００２０】蒸着ターゲット６は、ターゲット金属材と
して機能するために、原子番号が大であること、加速さ
れた電子ビーム１が衝突し局所的に高温度になるので溶
融点の高いこと、真空中で使用されるので蒸気圧の低い
こと、放熱を行なうために熱伝導率が良く、そして、電
気伝導率の良いことなどから、タングステン、あるいは
タングステンレニウム合金が用いられる。そして、その
膜厚は０．１〜１５μｍの任意の値に製作され、その製
作法はＣＶＤ法が用いられる。

【００２１】ＣＶＤ法は高温において化学反応による薄
膜生成の熱ＣＶＤ法が用いられる。高温における膜生成
は、緻密で高純度物質の膜がしかもきわめて強い付着強
度で得られ、内部歪やピンホールの少ない膜となり、密
着性に優れた膜となる。熱ＣＶＤ法においては、膜にし
ようとする材料の揮発性化合物（ソース）を気化し、高
温加熱した基板上になるべく均一になるように送り込
み、基板上で分解、還元、酸化、置換などの化学反応を
おこなわせ、基板上に薄膜を形成する。タングステンの
薄膜を形成するためには、揮発性化合物としてハロゲン
化物のＷＦ_６又はＷ（ＣＯ）_６を用い、その揮発性ガス
を気化し、ＡｒまたはＨｅなどのキャリアガスに混ぜ
て、又は、ＷＣｌ_６を用い気化し、Ｈ_２などのキャリア
ガスに混ぜて反応室に送り込み、気相反応によりタング
ステンの薄膜を形成する。

【００２２】本Ｘ線透過型ターゲットは、ターゲット金
属材のタングステンあるいはタングステンレニウム合金
にトリウムをドーブすることが好ましい。このドーブさ
れたトリウムは、集束された電子ビーム１が蒸着された
蒸着ターゲット６に衝突すると、タングステン薄膜層が
高温になり、タングステンの結晶粒間に歪が発生する
が、トリウムが結晶粒の粒界を拡散し表面に達し、それ
が表面に広がってトリウムの単原子層を形成する。その
ため、タングステン金属材の表面が荒れた状態になりに
くくなる。これによりＸ線放射効率（電子ビームエネル
ギーからＸ線エネルギーに変換される効率）の低下を低
減することができる。

【００２３】図２に本Ｘ線透過型ターゲットの他の実施
例を示す。図１に示すものは蒸着ターゲット６がセラミ
ック基材５の中央部分に蒸着されたものであるが、セラ
ミック基材５が絶縁物であり、電子ビーム１が蒸着ター
ゲット６に衝突して、その電子が周辺部に表面上を流れ
るが、その流れをよくするために蒸着ターゲット６ａを
セラミック基材５の全域に形成したものである。

【００２４】また、図３に本Ｘ線透過型ターゲットの他
の実施例を示す。図３のものは、図２に示すような蒸着
ターゲット６ａをセラミック基材５の全域に形成するの
でなく、Ｘ線透過性の良い導電性の帯電防止膜７の薄
膜、例えば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金あ
るいはベリリウムの薄膜を形成し、その後にターゲット
金属材である蒸着ターゲット６をＣＶＤ法により形成し
たものである。これにより、セラミックなどの絶縁物上
に衝突後の電子のチャージアップが無くなり、安定した
動作をすることができる。この場合、セラミック基材５
が強度を有するので、帯電防止膜７は厚さを薄くするこ
とができ、軟Ｘ線成分の吸収を小さくすることができ
る。

【００２５】上記の実施例のように、集束された電子ビ
ーム１が蒸着ターゲット６に衝突するとそのエネルギー
の大部分は熱になり、蒸着ターゲット６を局所的に高温
度に加熱する。蒸着ターゲット６のタングステンにトリ
ウムをドーブした場合には、タングステン表面のあれを
防ぎ、衝突後の電子はターゲット中及び帯電防止膜７中
を通過して周辺部にチャージアップすることがない。そ
して、蒸着ターゲット６で発生したＸ線４は、Ｘ線透過
性の良いセラミック基材５を透過し軟Ｘ線成分を減弱さ
せることなく外部に放射される。Ｘ線透過窓基材として
セラミック基材５は、強度を有し、軟Ｘ線成分の減弱を
少なくして、厚さの薄い試料やＸ線吸収が少ない試料や
微小試料について、コントラストのある鮮明なＸ線画像
を得ることができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の透過型Ｘ線ターゲットは上記の
ように構成されており、Ｘ線透過窓基材に、セラミック
又はガラスを用いているので、軟Ｘ線吸収が少なく、強
度上も強く、熱伝導性も良い。そして、Ｘ線透過窓基材
上にアルミニウム等からなる帯電防止膜を形成し、その
後、その上にタングステン又はタングステンレニウム合
金にトリウムをドーブしたターゲット金属を蒸着して形
成した場合は、ターゲットに衝撃した電子を周辺にチャ
ージアップすることもなく、安定して動作し、また、電
子衝突による熱的な表面あれが少なく、Ｘ線放射効率の
低下を低減することができる。これにより、軟Ｘ線成分
の多いＸ線で、厚さの薄い試料やＸ線吸収が少ない試料
について、コントラストのあるＸ線画像を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の透過型Ｘ線ターゲットの一実施例を
示す図である。

【図２】本発明の透過型Ｘ線ターゲットの蒸着ターゲ
ットを全面に蒸着した実施例を示す図である。

【図３】本発明の透過型Ｘ線ターゲットの他の実施例
を示す図である。

【図４】透過型Ｘ線管を示す図である。

【図５】従来の透過型Ｘ線ターゲットを示す図であ
る。

【符号の説明】

１…電子ビーム２…ターゲット金属３…Ｘ線透過窓基材４…Ｘ線５…セラミック基材６、６ａ…蒸着ターゲット７…帯電防止膜８…電子レンズ９…ウエネルト１０…フィラメント１１…真空チャンバ１２…試料１４…ターゲットホルダ１５…Ｘ線検出器１７…高圧ケーブル挿込み口１８…高電圧レセプタクル１９…アノード２０…カソード部２１…アノード部２２…ターゲット部２３…ポールピースＴＯＰ２５…レンズホルダ２６…パイプ２７…ポールピース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陰極のフィラメントから放出された電子を
加速収束させて陽極側のＸ線透過窓基材上に設けられた
ターゲット金属に衝突させ、透過方向にＸ線を発生させ
るＸ線管の透過型Ｘ線ターゲットにおいて、前記Ｘ線透
過窓基材にセラミックまたはガラスを用い、そのＸ線透
過窓基材の内面に前記ターゲット金属を蒸着したことを
特徴とする透過型Ｘ線ターゲット。
【請求項２】陰極のフィラメントから放出された電子を
加速収束させて陽極側のＸ線透過窓基材上に設けられた
ターゲット金属に衝突させ、透過方向にＸ線を発生させ
るＸ線管の透過型Ｘ線ターゲットにおいて、前記Ｘ線透
過窓基材にセラミックまたはガラスを用い、そのＸ線透
過窓基材の内面にターゲット金属以外の金属からなる帯
電防止膜を形成し、その帯電防止膜上に前記ターゲット
金属を蒸着したことを特徴とする透過型Ｘ線ターゲッ
ト。
【請求項３】Ｘ線透過窓基材にアルミナ又は窒化アルミ
ニウム又は炭化珪素又は窒化珪素又は前記セラミックの
混合物のセラミックを用いたことを特徴とする請求項１
あるいは請求項２記載の透過型Ｘ線ターゲット。
【請求項４】ターゲット金属にタングステン又はタング
ステンレニウム合金を用いたことを特徴とする請求項１
あるいは請求項２記載の透過型Ｘ線ターゲット。
【請求項５】ターゲット金属にタングステン又はタング
ステンレニウム合金にトリウムをドーブした金属を用い
たことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の透
過型Ｘ線ターゲット。
【請求項６】Ｘ線透過窓基材の内面に形成されたターゲ
ット金属以外の金属からなる帯電防止膜にアルミニウム
又はアルミニウム合金又はベリリウムを用いたことを特
徴とする請求項２記載の透過型Ｘ線ターゲット。