JP-2026077717-A - 電子銃、Ｘ線発生管、Ｘ線発生装置およびＸ線撮影システム

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Abstract

【課題】焦点の大きさ形状の安定性が高く、信頼性の高いＸ線発生管を提供する。【解決手段】電子放出部と、複数のグリッド電極と、複数のグリッド電極を支持する絶縁支持部材と、を有す電子銃を備えたＸ線発生管であって、電子銃は、電子放出部から放出されグリッド電極を通過する電子からみて絶縁支持部材が直視されないように遮る導電部を有している。【選択図】図１

Inventors

辻野和哉

Assignees

キヤノン株式会社

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20260210

Claims (20)

電子の照射によりＸ線を発生するターゲットと、電子を放出する電子放出部と、前記ターゲットに向けて照射される電子ビームを形成するグリッド電極の複数と、前記複数のグリッド電極の少なくとも２つを電気的に絶縁し支持する絶縁支持部材と、を有する電子銃と、を有するＸ線発生管であって、前記電子銃は、前記電子放出部から放出され前記グリッド電極を通過する前記電子からみて前記絶縁支持部材が直視されないように遮る導電部を有していることを特徴とするＸ線発生管。
前記導電部は、電圧源により電位規定されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生管。
前記グリッド電極は、前記電圧源に電気的に接続され、前記導電部は、前記グリッド電極の部分であることを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生管。
前記グリッド電極は、前記電子通過路を規定する電子通過孔が設けられ、管径方向に延在する環状部と、前記環状部に連なり前記電子通過路に沿って延在する管状部と、を有し、前記導電部は、前記管状部の少なくとも一部であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生管。
前記グリッド電極は、前記環状部が前記電子放出部と対向するように配置され、前記管状部が管軸方向において前記電子放出部に重なるように配置された引き出しグリッド電極を含むことを特徴とする請求項４に記載のＸ線発生管。
前記複数のグリッド電極は、互いの前記環状部が管軸方向に対向し、互いの前記管状部が管径方向に対向する部分を有する、少なくとも一対のグリッド電極を含むことを特徴とする請求項４または５に記載のＸ線発生管。
前記一対のグリッド電極において、前記環状部が前記電子放出部に近い側に位置する前記グリッド電極の前記管状部は、前記環状部が前記電子放出部から遠い側に位置する前記グリッド電極の前記管状部より、管径方向において、外側に位置していることを特徴とする請求項６に記載のＸ線発生管。
前記複数のグリッド電極は、前記ターゲットに対向する環状部を有し、前記ターゲット上に形成する焦点の大きさを規定する集束グリッド電極を含み、前記電子通過路は、前記電子放出部から放出された前記電子が前記集束グリッド電極を通過するまでの通過経路に対応することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
前記電子銃は、管径方向における外側から見て前記絶縁支持部材が直視されない様に、前記絶縁支持部材の管径方向における外側に外周管状部を有し、前記導電部は前記外周管状部の部分であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
前記外周管状部は、前記グリッド電極の部分であることを特徴とする請求項９に記載のＸ線発生管。
前記Ｘ線発生管は、前記ターゲットに接続され、前記ターゲットとともに陽極に含まれる陽極部材と、前記電子銃に接続され、前記電子放出源とともに陰極に含まれる陰極部材と、管軸方向おける一端と他端とが、それぞれ、前記陽極部材と前記陰極部材とに接続される絶縁管と、を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
前記Ｘ線発生管は、前記ターゲットに接続され、前記ターゲットとともに陽極に含まれる陽極部材と、前記電子銃に接続され、前記電子放出源とともに陰極に含まれる陰極部材と、管軸方向おける一端と他端とが、それぞれ、前記陽極部材と前記陰極部材とに接続される絶縁管と、を有し、前記外周管状部は、前記陰極部材に固定されていることを特徴とする請求項９または１０に記載のＸ線発生管。
前記導電部は、前記電子通過路の側から運動する散乱金属粒子が、前記絶縁支持部材に堆積するのを抑制するように、前記電子通過路と前記絶縁支持部材との間に位置することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
前記ターゲットは、電子の照射によりＸ線を発生するターゲット層と、前記ターゲット層を支持するとともに前記Ｘ線を透過する支持基板とを有する透過型ターゲットであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のＸ線発生管と、前記ターゲットと前記電子放出部とのそれぞれに電気的に接続され、前記ターゲットと前記電子放出部との間に印加される管電圧を出力する駆動回路と、を備えることを特徴とするＸ線発生装置。
請求項１５に記載のＸ線発生装置と、前記Ｘ線発生装置から放出され被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出装置と、前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出装置とを連携して制御するシステム制御装置と、を備えることを特徴とするＸ線撮影システム。
電子の照射によりＸ線を発生するターゲットと、電子を放出する電子放出部と、前記ターゲットに向けて照射される電子ビームを形成するグリッド電極の複数と、前記複数のグリッド電極の少なくとも２つを電気的に絶縁し支持する絶縁支持部材と、を有する電子銃と、を有するＸ線発生管であって、前記複数のグリッド電極は、前記電子放出部から放出された前記電子が通過される電子通過路を規定し、前記電子銃は、前記電子通過路からみて前記絶縁支持部材が直視されないように遮る導電部を有していることを特徴とするＸ線発生管。
前記グリッド電極は、電圧源に電気的に接続され、前記導電部は、前記グリッド電極の部分であることを特徴とする請求項１７に記載のＸ線発生管。
前記グリッド電極は、前記電子通過路を規定する電子通過孔が設けられ、管径方向に延在する環状部と、前記環状部に連なり前記電子通過路に沿って延在する管状部と、を有し、前記導電部は、前記管状部の少なくとも一部であることを特徴とする請求項１７または１８に記載のＸ線発生管。
前記グリッド電極は、前記環状部が前記電子放出部と対向するように配置され、前記管状部が管軸方向において前記電子放出部に重なるように配置された引き出しグリッド電極を含むことを特徴とする請求項１９に記載のＸ線発生管。

Description

本発明は、医療機器および産業機器分野における非破壊Ｘ線撮影等に適用できるＸ線発生装置、および該Ｘ線発生装置を備えるＸ線撮影システムに関する。近年半導体デバイス等の微細化や多層化が進み産業分野における半導体集積回路基板に代表される電子デバイス検査においてはＸ線発生管を備えたＸ線検査装置が用いられている。ターゲットに電子ビームを照射する電子源として、管軸方向に沿ってターゲットに向けて突出させた電子銃を備えたＸ線発生管が知られている。特許文献１には、ターゲット側に複数のグリッド電極を備える電子銃とすることにより、ターゲット上に形成される焦点の位置精度とマイクロフォーカス化が図られることが開示されている。また、かかる電子銃が備える複数のグリッド電極は、それぞれが絶縁性の部材により支持されることにより、電極間の距離が規定されるとともに、各電極に所定の電位が印加されるように構成されている。特許文献２には、微小焦点化を意図して、管軸方向に延びる絶縁性の支柱に複数のグリッド電極が間隔をあけて支持された電子銃を備えたＸ線発生管が開示されている。特開２００２‐２９８７７２号公報特開２００７‐６６６９４号公報本発明の第１の実施形態に係るＸ線発生管を示す概略構成図（ａ）～（ｈ）である。参考形態に係るＸ線発生管を示す概略構成図（ａ）～（ｉ）である。本発明の課題に係る、散乱金属粒子の絶縁支持部材上への推定された堆積過程の概念図（ａ）～（ｆ）である。本発明の第２の実施形態に係るＸ線発生管を示す概略構成図（ａ）～（ｊ）である。本発明の第３の実施形態に係るＸ線発生管を示す概略構成図（ａ）～（ｈ）である。本発明の第４の実施形態に係るＸ線発生装置を示す概略構成図である。本発明の第５の実施形態に係るＸ線撮影システムを示す概略構成図である。以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。これらの実施形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対配置などは、この発明の範囲を限定する趣旨のものではない。また、本明細書で特に図示又は記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知又は公知の技術を適用する。＜Ｘ線発生管＞図１は、本願発明の第１の実施形態に係るＸ線発生管１が示されている。Ｘ線発生管１は、本願発明の基本的な特徴である導電部を備えた透過型のＸ線発生管である。図１（ａ）、（ｂ）は、Ｘ線発生管１の基本的な構成を示す２面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ線発生管１を陽極側から見た正面図である。また、図１（ｃ）は、本実施形態のＸ線発生管１を駆動した際に、ターゲット上に形成される焦点が示されている図１（ｂ）の部分拡大図である。また、図１（ｄ）は、図１（ａ）に示すＸ線発生管１の電子銃４ｂを拡大した断面図である。さらに、また、図１（ｅ）～（ｈ）は、図１（ｄ）に示す仮想平面Ａ－Ａ、Ｂ－Ｂ、Ｃ－Ｃ、Ｄ－Ｄにおける、電子銃４ｂの断面を示す断面図である。本実施形態では、電子放出部４０から放出された電子ビームをターゲット層５ｃに照射することによりターゲット５ｂからＸ線を発生させる。このため、ターゲット層５ｃは支持基板５ｄが電子銃４ｂに向いている面に配置されている。即ち、電子放出部４０はターゲット５ｂに対向するように陰極４に配置されている。電子放出部４０から放出された電子は、Ｘ線発生管１に印加された管電圧により陰極４と陽極５との間に形成された加速電場により、ターゲット層５ｃでＸ線を発生させる為に必要な入射エネルギーまで加速される。陽極５はターゲット５ｂとターゲット５ｂに接続される陽極部材５ａとを備え、Ｘ線発生管１の陽極電位を規定する電極として機能している。陽極部材５ａは、導電性材料からなりターゲット層５ｃと電気的に接続される。陽極部材５ａは、図１に示すように、支持基板５ｄの周囲に接続されターゲット５ｂを保持している。また、ターゲット層５ｃは、高い原子番号、高融点、高比重の金属元素として、タンタル、モリブデン、タングステン等のターゲット金属が含有されている。一方、支持基板５ｄは、Ｘ線の透過性が高く、熱伝導性が高い材料が好ましく、例えば、ダイヤモンド、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミ、グラファイト、ベリリウム等を用いることができる。特に、ダイヤモンドは、ｓｐ３結合に由来する高い熱伝導性と、放射線に対する高い透過性とを有している点において透過型ターゲットの支持基板材料として好ましい。Ｘ線発生管１の内部は、電子線の平均自由行程を確保することを目的として、真空となっている。Ｘ線発生管１の内部の真空度は、１×１０－４Ｐａ以下であることが好ましく、電子放出部４０の電子放出特性の安定化の観点からは、１×１０－６Ｐａ以下であることがより一層好ましい。本実施形態においては、電子放出部４０およびターゲット層５ｃは、それぞれ、Ｘ線発生管１の内部空間または内面に配置されている。Ｘ線発生管１の内部の真空は、不図示の排気管および真空ポンプを用いて排気された後、かかる排気管を封止することにより、形成される。Ｘ線発生管１の内部には、真空度の維持を目的として、不図示のゲッタが配置される場合もある。Ｘ線発生管１は、陰極電位に規定される電子放出部４０と、陽極電位に規定されるターゲット層５ｃとの間の電気的絶縁を図る目的において、陽極部材５ａと陰極部材４ａとの間に絶縁管２が狭持されている。即ち、絶縁管２は、管軸方向において一端と他端とが、それぞれ陽極部材５ａと陰極部材４ａとに接続されている。絶縁管２は、ガラス材料やセラミクス材料等の絶縁性材料で構成される。セラミクスからなる絶縁管２は、強度を担保する意図において、外周面を０．１μｍ～１００μｍ厚のガラス層で保護される。本実施形態において、絶縁管２、電子放出部４０を備えた陰極４、ターゲット５ｂを備えた陽極５は、真空度を維持するための気密性と大気圧に耐える堅牢性とを有する外囲器を構成している。従って、陰極４及び陽極５は、絶縁管２の管軸方向の両端にそれぞれ接続されることにより、外囲器の部分を構成する。同様にして、支持基板５ｄは、ターゲット層５ｃで発生したＸ線をＸ線発生管１の外に取り出す透過窓の役割を担うとともに、外囲器の部分を構成していると言える。＜電子銃＞次に本願発明のＸ線発生管の特徴である電子銃について、図１（ａ）、（ｄ）、（ｅ）～（ｈ）を用いて説明する。陰極４は、電子放出部４０、グリッド電極４２、および、グリッド電極を支持する絶縁支持部材４１と、を備える電子銃４ｂと陰極部材４ａを備え、ターゲット５ｂと電子放出部４０とが対向するように配置されている。電子放出部４０は、タングステンフィラメント、含浸型カソード、酸化物カソードなどの熱陰極電子源や、モリブデンからなるｓｐｉｎｄｔ型カソード等の冷陰極電子源が適用される。本実施形態の電子銃４ｂは、図１（ａ）に示す通り、陰極部材４ａより陽極５の側に向かって突出している。このように陽極５の側に電子銃４ｂを突出させた配置とすることは、絶縁耐圧を低下させずに焦点位置精度を担保することと意図するものである。即ち、陰極４と陽極５の間を接続する絶縁管２の沿面経路を所定距離以上に離す、一方で、電子銃４ｂとターゲット５ｂとの距離を所定距離以下とすることにより、電子放出部４０より放出された電子線が管径方向の電場の影響を受け難くされている。電子銃４ｂは、陽極５の側に突出している部分に電子放出部４０、グリッド電極４２が配置される、かかる部分をヘッド部と称する。また、ヘッド部を陰極部材４ａに対して支えている部分をネック部と称する。本実施形態のネック部には、図１（ｄ）～（ｈ）に示すように、電子放出部４０を支えるカソード支持部４５、引き出しグリッド電極４３に引き出し電位を給電する給電部４３ｄ、集束グリッド電極４４に集束電位を給電する給電部４４ｄ、が配置されている。電子銃４ｂは、図１（ｄ）～（ｈ）に示す様に、電子通過孔４３ｆ、電子通過孔４４ｆを備えた引き出しグリッド電極４３、集束グリッド電極４４と、かかるグリッド電極４３、集束グリッド電極４４を支持する絶縁支持部材４１と、を備えている。グリッド電極４３、集束グリッド電極４４が備える電子通過孔４３ｆ、４４ｆは、電子放出部４０からターゲット５ｂに向かう方向に電子通過路７を規定する。引き出しグリッド電極４３および、集束グリッド電極４４のいずれも、電子通過路７を通過する電子の運動を規制し、電子ビームのビーム径を規定するという点において共通するため、本願発明においては、グリッド電極４２と、まとめて称する。また、引き出しグリッド電極４３は、電子放出部４０から放出された電子が電子通過孔４３ｆを通過する電子の通過量を経時的に制御することを意図して設けられており、不図示の電圧源より複数の電位が切り替えられて印加される。一方、集束グリッド電極４４は、電子に対して集束電場を形成しターゲット５ｂ上に形成する焦点８の大きさを規定することを意図して設けられ、電子放出部４０に対して所定の電位差を有した集束グリッド電位が不図示の電圧源より印加される。なお、本願明細書における電子通過路７は、電子放出部４０から放出された電子が集束グリッド電極４４を通過するまでの通過経路に対応する。引き出しグリッド電極４３は、電子通過孔４３ｆが設けられ管径方向および周方向に延在する環状部４３ａを備えており、環状部４３ａの外縁において電子通過路７の周囲に９０度間隔で４つ配置された絶縁支持部材４１ａ～４１ｄにより支持されている。絶縁支持部材４１ａ～４１ｄは、グリッド電極４２との接続部における熱応力を緩和するために、グリッド電極４２と線膨張係数の整合がはかられる。グリッド電極４２がモリブデン（３００Ｋにおけるα＝４．８×１０－６Ｋ－１）で構成されている場合は、アルミナ（３００Ｋにおけるα＝７．０×１０－６Ｋ－１）が適用される。グリッド電極４２と絶縁支持部材４１ａ～４１ｄとは不図示のろう材を介して接合されている。なお、グリッド電極４３、集束グリッド電極４４のそれぞれが複数配置される形態も本願発明の実施態様（不図示）に含まれる。従って、グリッド電極４２が、３以上である形態も本願発明の実施態様（不図示）に含まれる。かかる態様においては、絶縁支持部材４１は、複数のグリッド電極４２の少なくとも２つを電気的に絶縁するとともに支持する。また、集束グリッド電極４４は、図１（ｄ）、（ｈ）に示す様に、引き出しグリッド電極４３の電子通過孔４３ｆを通過した電子が通過可能な電子通過孔４４ｆが設けられ管径方向および周方向に延在する環状部４４ａを備えている。なお、環状部４３ａ、４４ａは、管径方向（ｙｚ平面）に平行である必要は無く、電子通過路７を規定するだけの電場が形成する形態であればよく、すり鉢状（コーン状）であっても良い。また、環状部４３ａ、４４ａは、メッシュ状グリッド、スパイラル状グリッド電極、多重環状電極等の不連続な形状であっても良い。＜第１の実施形態＞次に、本願発明の特徴である導電部を備えた第１の実施形態に係るＸ線発生管について、図１（ａ）～（ｈ）の各図を用いてより詳細に説明する。本実施形態のグリッド電極４２は、電子放出部４０に近い側に引き出しグリッド電極４３、電子放出部４０から遠い側に集束グリッド電極４４を備えている。引き出しグリッド電極４３は、さらに、管軸方向に延在する管状部４３ｂ、４３ｃを備えている。管状部４３ｂ、４３ｃは、管径方向と交差する方向に延在しているとも言える。管状部４３ｂおよび４３ｃは、電子放出部４０の側と、集束グリッド電極４４の側と、に環状部４３ａからそれぞれ突出している管状の突出部である。管状部４３ｂ、４３ｃは、引き出しグリッド電極４３の部分であり、環状部４３ａとともに、不図示の電圧源に電気的に接続されて電位規定されている。また、集束グリッド電極４４は