特許 6377578 Ｘ線発生装置、及びその調整方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6377578

(24)【登録日】2018年8月3日

(45)【発行日】2018年8月22日

(54)【発明の名称】Ｘ線発生装置、及びその調整方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 35/14 20060101AFI20180813BHJP

   H01J 35/00 20060101ALI20180813BHJP

【ＦＩ】

   H01J35/14

   H01J35/00 Z

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-132907(P2015-132907)

(22)【出願日】2015年7月1日

(65)【公開番号】特開2017-16903(P2017-16903A)

(43)【公開日】2017年1月19日

【審査請求日】2018年1月18日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000250339

【氏名又は名称】株式会社リガク

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】特許業務法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】野々口 雅弘

【審査官】 道祖土 新吾

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００８０６６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００３０９５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１５９３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２１７０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５０３９６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３５／００

Ｈ０１Ｊ ３５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子線を出射する、電子線発生部と、
前記電子線が照射してＸ線が発生する、円柱形状ローター型の電子標的と、
前記電子線発生部と前記電子標的との間に配置され、前記電子線発生部が出射する前記電子線を調整する、電子線調整部と、
前記電子線調整部と前記電子標的との間に配置され、前記電子標的に照射される前記電子線を偏向させる、電子線偏向部と、
前記電子線調整部と前記電子標的との間を前記電子線が通過する空間の磁場を検出するための、磁気センサと、
を備える、Ｘ線発生装置であって、
前記電子線調整部は、
前記電子線の断面形状を変化させる、電子線断面形成部と、
前記電子線を前記電子標的に向けて集束させる、電子線集束部と、
前記電子線の光軸を調整する、電子線光軸調整部と、を備える、ことを特徴とする、Ｘ線発生装置。

【請求項2】

請求項１に記載のＸ線発生装置であって、
前記磁気センサは、前記電子線が前記電子標的を照射する領域の近傍であって、前記電子線から離間して配置される、
ことを特徴とする、Ｘ線発生装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載のＸ線発生装置であって、
前記磁気センサが測定する前記磁場に基づいて、前記電子線偏向部は、前記電子線が前記電子標的に照射する位置を変化させる、
ことを特徴とする、Ｘ線発生装置。

【請求項4】

電子線を電子標的に照射してＸ線が発生する、Ｘ線発生装置の調整方法であって、
前記Ｘ線発生装置は、
電子線を出射する、電子線発生部と、
前記電子線が照射してＸ線が発生する、円柱形状ローター型の電子標的と、
前記電子線発生部と前記電子標的との間に配置され、前記電子線発生部が出射する前記電子線を調整する、電子線調整部と、
前記電子線調整部と前記電子標的との間に配置され、前記電子標的に照射される前記電子線を偏向させる、電子線偏向部と、
前記電子線調整部と前記電子標的との間を前記電子線が通過する空間の磁場を検出するための、磁気センサと、
を備え、
前記電子線調整部は、
前記電子線の断面形状を変化させる、電子線断面形成部と、
前記電子線を前記電子標的に向けて集束させる、電子線集束部と、
前記電子線の光軸を調整する、電子線光軸調整部と、
を備え、
前記電子線近傍の磁場を前記磁気センサにより測定する、磁場測定工程と、
前記磁場測定工程において測定される磁場に基づいて、前記電子線の偏向量を計算する、偏向量計算工程と、
前記偏向量計算工程において計算される前記偏向量に基づいて、前記電子線偏向部により前記電子線が前記電子標的に照射する位置を変化させる、偏向部制御工程と、
を備える、Ｘ線発生装置の調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ｘ線発生装置、及びその調整方法に関し、特に、外乱磁場の変動の影響を抑制する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

電子線（電子ビーム）を用いる装置（以下、電子線応用装置と記す）には、電子顕微鏡や電子線描画装置、Ｘ線発生装置などがある。電子線は、高速度で進行する電子群であり、電子は電荷を有している。それゆえ、磁場中を進行する電子はローレンツ力を受けて、進行方向が変化する。それゆえ、電子線応用装置は、外乱磁場の変動の影響を受ける。

【0003】

外乱磁場の変動による影響を抑制するために、いくつかの方法が考えられる。第１の方法は、電子線応用装置を、外乱磁場の変動の影響を受けにくい地下室に設置することである。第２の方法は、磁場シールド方式である。電子線応用装置を設置する空間をパーマロイ材など磁気シールド材料で囲う。すなわち、磁気シールドボックスを製作し、外乱磁場のバイパス路を設置する。第３の方法は、磁場キャンセラー方式である。設置される電子線応用装置の周辺にキャンセラーコイルを設置する。外乱磁場の変動を磁気センサで検出して、キャンセラーコイルを制御することにより、外乱磁場の変動をキャンセルする。特許文献１に、アクティブ磁場キャンセラーを備える荷電粒子線装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−１７３７５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記方式はいずれも、コストが非常にかかる上に、電子線応用装置の設置箇所や移動に対して自由度が極めて制限されるという問題がある。外乱磁場の発生源が実験室の外部にある電車、自動車、エレベーターなどの移動などに起因する場合は、上記方式であっても外乱磁場の影響を抑制することが出来る。しかしながら、外乱磁場の発生源が実験室の内部にある場合には、上記方式では外乱磁場の影響を抑制することが出来ない。特に、電子線応用装置がＸ線発生装置である場合、Ｘ線発生装置は、複数の部品とともに、測定系が形成されることが考えられる。複数の部品に外乱磁場の発生源となる部品を含んでいる場合には、Ｘ線発生装置は、該部品が発生する外乱磁場の影響を受けることとなる。

【0006】

本発明はかかる課題を鑑みてなされたものであり、本発明は、外乱磁場の影響を抑制することが出来る、Ｘ線発生装置、及びその調整方法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】

【0007】

（１）上記課題を解決するために、本発明に係るＸ線発生装置は、電子線を出射する、電子線発生部と、前記電子線が照射してＸ線が発生する、電子標的と、前記電子線発生部と前記電子標的との間に配置され、前記電子線発生部が出射する前記電子線を調整する、電子線調整部と、前記電子線調整部と前記電子標的との間に配置され、前記電子標的に照射される前記電子線を偏向させる、電子線偏向部と、前記電子線調整部と前記電子標的との間を前記電子線が通過する空間の磁場を検出するための、磁気センサと、を備える。

【0008】

（２）上記（１）に記載のＸ線発生装置であって、前記磁気センサは、前記電子線が前記電子標的を照射する領域の近傍であって、前記電子線から離間して配置されてもよい。

【0009】

（３）上記（１）又は（２）に記載のＸ線発生装置であって、前記磁気センサが測定する前記磁場に基づいて、前記電子線偏向部は、前記電子線が前記電子標的に照射する位置を変化させてもよい。

【0010】

（４）本発明に係るＸ線発生装置の調整方法は、電子線を電子標的に照射してＸ線が発生する、Ｘ線発生装置の調整方法であって、前記電子線近傍の磁場を測定する、磁場測定工程と、前記磁場測定工程において測定される磁場に基づいて、前記電子線の偏向量を計算する、偏向量計算工程と、前記偏向量計算工程において計算される前記偏向量に基づいて、前記電子線が前記電子標的に照射する位置を変化させる、偏向部制御工程と、を備えてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明により、外乱磁場の影響を抑制することが出来る、Ｘ線発生装置、及びその調整方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係るＸ線分析装置の構造を示す模式図である。

【図2】本発明の実施形態に係るＸ線発生装置の構造を示す模式図である。

【図3】本発明の実施形態に係るＸ線発生装置の構造を示す模式図である。

【図4】本発明の実施形態に係るＸ線発生装置の調整方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、寸法、形状等について模式的に表す場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

【0014】

図１は、本発明の実施形態に係るＸ線分析装置６０の構造を示す模式図である。当該実施形態に係るＸ線分析装置６０は、例えば、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）である。Ｘ線分析装置６０は、Ｘ線発生装置１と、試料台１０１と、光学系１０３と、Ｘ線検出器１０５と、回転駆動系１０６と、を備えている。

【0015】

本発明の主な特徴は、Ｘ線発生装置１の構造にある。Ｘ線発生装置１は、電子標的に照射される電子線を偏向させる、電子線偏向部と、電子線が通過する空間の磁場を検出するための、磁気センサと、を備える。磁気センサが測定する磁場に基づいて、電子線偏向部は、電子線が電子標的に照射する位置を変化させることが可能となる。Ｘ線発生装置１の詳細については後述する。

【0016】

以下、当該実施形態に係るＸ線分析装置６０の構造について説明する。試料台１０１は、針状のサンプルホルダーと、１又は複数の回転駆動系と、を備えており、針状のサンプルホルダーの先端には単結晶である試料１００が装着され、試料１００はサンプルホルダーに支持される。光学系１０３は、多層膜集光ミラーとコリメータとを備え、Ｘ線発生装置１が放射するＸ線を多層膜集光ミラーによって集光しコリメータより試料１００へ出射している。光学系１０３が出射するＸ線が試料１００に入射するよう、サンプルホルダーが配置される。さらに、回転駆動系にサンプルホルダーの他端が固定され、回転駆動系により、試料１００を３次元的に方向転換させることが可能となっている。

【0017】

Ｘ線検出器１０５は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）である。Ｘ線が試料１００に照射され、試料１００より回折Ｘ線が発生する。Ｘ線検出器１０５は、試料１００より発生する回折Ｘ線を２次元の平面で検出することが可能である。Ｘ線検出器１０５は、試料１００を中心に角度移動をすることが出来る回転駆動系１０６の上に配置されている。試料台１０１の回転駆動系と、回転駆動系１０６により、Ｘ線検出器１０５は、試料１００の回折像全体を検出することが可能である。なお、Ｘ線検出器１０５は、ＣＣＤに限定されることはなく、試料１００の回折像を検出することが出来るＸ線検出器であればよい。また、試料１００の例として単結晶としたが、これに限定されることはなく、試料１００の種別や分析目的に応じて、Ｘ線分析装置６０の構成を変えればよい。

【0018】

前述の通り、外乱磁場の発生源は、Ｘ線分析装置６０が設置される実験室の外部にある場合（外乱磁場の発生源が地磁気である場合を含む）に加えて、実験室の内部にある場合があり得る。特に、Ｘ線分析装置６０は、試料台１０１の回転駆動系や、Ｘ線検出器１０５が配置される回転駆動系１０６を含んでおり、これら回転駆動系は、ステップモータを含んでいる。Ｘ線分析装置６０によって測定が行われる場合に、駆動するステップモータは外乱磁場の発生源となり得る。また、測定が行われている間に、外乱磁場が変動し得る。このように、実験室の内部、特に、実験装置そのものに外乱磁場の発生源が存在する場合に、本発明は顕著な効果を奏する。

【0019】

図２及び図３は、本発明の実施形態に係るＸ線発生装置１の構造を示す模式図である。図２はＸ線発生装置１のブロック図であり、図３はＸ線発生装置１の主要部品の透視図を電子線の断面形状とともに示した図である。図２及び図３には、ｘｙｚ座標が記載されており、理想的な電子線に基づいて定義される。ｚ軸方向は該電子線の光軸方向であり、ｘｙ平面は該電子線の光軸に垂直な平面である。ｘ軸方向は、電子標的に照射される該電子線の断面の偏平方向（長軸方向）であり、ｙ軸方向は、偏平方向に垂直な方向（短軸方向）である。

【0020】

当該実施形態に係るＸ線発生装置１は、電子線発生部１１（電子銃）と、アライメントコイル１２（Alignment Coil）と、偏平・回転コイル１３（Deforming & Rotating Coil）と、集束コイル１４（Focusing Coil）と、偏向コイル１５（Deflecting Coil）と、磁場プローブ１６と、ローターターゲット１７（電子標的）と、制御部１８と、外囲器２０（真空チャンバー）と、を備えている。なお、電子線調整部２は、アライメントコイル１２と、偏平・回転コイル１３と、集束コイル１４と、を含んでいる。当該実施形態に係るＸ線発生装置１において、理想的な電子線のローターターゲット１７における断面は楕円形状（楕円ビーム）であり、楕円形状の偏平方向（長軸方向）はローターターゲット１７の軸方向である。また、電子線発生部１１と、ローターターゲット１７とは、外囲器２０の中に収納されており、内部が真空状態に維持される。電子線調整部２に含まれる各部品、偏向コイル１５、及び磁場プローブ１６は、外囲器２０の外部に配置される。

【0021】

ローターターゲット１７は円柱形状の回転体であり、その側面には金属が帯状に形成されている。側面の幅（円柱の高さ）は４０ｍｍである。ローターターゲット１７の側面に形成される金属に電子線が照射され、Ｘ線が発生する。すなわち、ローターターゲット１７の側面に形成される金属が電子標的である。当該実施形態では、ローターターゲット１７の側面はＣｕ（銅）によって形成されている。

【0022】

電子線がローターターゲット１７に衝突することにより、Ｘ線が発生する。ローターターゲット１７の軸と、ローターターゲット１７の側面における電子線の断面（楕円）の長軸と、によって形成される平面（ｘｚ平面）を考える。ここで、かかる平面において、長軸（ｘ軸方向）となす角を取り出し角θとすると、Ｘ線の発生箇所（電子線の断面）の中心からθ＝１４°となる方向に、Ｘ線窓３０が配置され、ローターターゲット１７より発生するＸ線のうち、Ｘ線窓３０を通過するＸ線が外部へ出射される。

【0023】

電子線発生部１１は、フィラメント２１と、ウェネルト２２（Wehnelt）と、アノード２３と、を備えており、アノード２３には孔が形成されている。なお、フィラメント２１とウェネルト２２とで、カソードを構成している。フィラメント２１から放出された電子が加速され、この孔を通り抜けて外部へ放出し、電子線となる。すなわち、電子線発生部１１は、電子標的であるローターターゲット１７に照射するための電子線を出射する。ウェネルト２２によって、フィラメント２１とアノード２３との間で、電子線は集束し、クロスオーバーを形成して、その後発散する。さらに、電子線は、集束コイル１４によって、例えば、ローターターゲット１７の側面に電子線が焦点を結ぶよう調整される。電子線の焦点サイズを小さくするためには、クロスオーバーのサイズを小さくするのが望ましい。それゆえ、フィラメント２１に用いる材料は、電子放出密度が大きくてフラットな小径エミッタ―を実現できる六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）や六ホウ化セリウム（ＣｅＢ６）等の希土類金属化合物が望ましいが、これに限定されることはない。

【0024】

電子線調整部２は、電子線発生部１１とローターターゲット１７との間に配置され、電子線発生部１１が出射する電子線が、所望の条件でローターターゲット１７に照射されるよう、電子線を調整する。ここでは、電子線調整部２は、複数のコイルを用いて、磁場によって電子線を調整する。電子線調整部２に含まれる各部品については後述する。

【0025】

偏向コイル１５は、ローターターゲット１７に照射される電子線を偏向させる電子線偏向部であり、電子線調整部２とローターターゲット１７との間に配置される。偏向コイル１５は４極コイルによって構成されており、偏向コイル１５通過前の電子線の光軸を垂直に貫く平面のいずれの方向にも、偏向コイル１５通過後の電子線を偏向させることが出来る。偏向コイル１５の原理は、電磁偏向形ブラウン管オシロスコープの偏向コイルと同じである。

【0026】

磁場プローブ１６は、その先端にホール素子を備え、ホール素子が備えられる位置（磁場プローブ１６の先端）の磁場を測定する、磁気センサである。磁場プローブ１６には、ｘｙｚ３軸方向の磁場をそれぞれ測定することが出来る３次元磁気センサが望ましく、ここでは、磁場プローブ１６の先端にはｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの成分の磁場を検出するホール素子が備えられているが、これに限定されることはない。ｚ軸方向に進む電子線の進行方向を変化させるのは、ｘｙ平面成分の磁場であるので、ｘｙ平面成分の磁場を測定できる２次元磁気センサであってもよい。さらに、１次元磁気センサであっても、９０度回転することにより、ｘ軸方向とｙ軸方向それぞれの成分の磁場を測定すればよい。

【0027】

磁場プローブ１６は、図２及び図３に示す通り、電子線調整部２とローターターゲット１７との間であって、外囲器２０の外側に配置される。すなわち、磁場プローブ１６は、電子線から離間されて配置されている。磁場プローブ１６は、電子線調整部２とローターターゲット１７との間を電子線が通過する空間の磁場を検出するための、磁気センサである。電子線調整部２の出射口からローターターゲット１７における電子線の照射箇所までの空間における外乱磁場の変動が、ローターターゲット１７における電子線の照射箇所の変動の原因となる。磁場プローブ１６が測定する磁場が、電子線調整部２とローターターゲット１７との間を電子線が通過する空間における磁場に等しいと近似できる程度に、磁場プローブ１６が実際に測定する磁場の位置が、かかる空間を通過する電子線に対して出来る限り近傍となるよう、磁場プローブ１６を配置するのが望ましい。具体的には、磁場プローブ１６が実際に測定する磁場の位置が、電子線の中心から、３０ｍｍ以内が望ましく、さらに１０ｍｍ以内が望ましい。前述の通り、磁場プローブ１６は外囲器２０の外側に配置されており、外囲器２０の外縁から、５ｍｍ以内が望ましく、さらに２ｍｍ以内が望ましい。

【0028】

Ｘ線発生装置１の内部に、磁場プローブ１６（磁気センサ）が備えられることにより、磁場プローブ１６が電子線調整部２とローターターゲット１７との間を電子線が通過する空間の磁場を検出することができる。しかしながら、Ｘ線発生装置１が稼働し、Ｘ線を出射している時に、実際に電子線が通過する空間の磁場を検出することは不可能である。それゆえ、磁場プローブ１６が、電子線がローターターゲット１７を照射する領域の近傍であって、電子線から離間して配置されることにより、実際に電子線が通過する空間の磁場に等しいと近似できる磁場を、磁場プローブ１６は検出することができる。

【0029】

制御部１８は、電子線発生部１１が出射する電子線が、所望の条件でローターターゲット１７を照射するよう、電子線調整部２に電子線を調整させる。制御部１８は、ＣＰＵ４０と、電子線発生部制御部４１と、アライメントコイル制御部４２と、偏平・回転コイル制御部４３と、集束コイル制御部４４と、偏向コイル制御部４５と、磁場プローブ制御部４６と、ローターターゲット制御部４７と、メモリ５０と、を備えている。電子線発生部制御部４１、アライメントコイル制御部４２、偏平・回転コイル制御部４３、集束コイル制御部４４、偏向コイル制御部４５、磁場プローブ制御部４６、及びローターターゲット制御部４７は、それぞれ、電子線発生部１１、アライメントコイル１２、偏平・回転コイル１３、集束コイル１４、偏向コイル１５、磁場プローブ１６、及びローターターゲット１７を制御する。ＣＰＵ４０に入力又はＣＰＵ４０から出力される信号データは、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）を介して入出力可能である。かかる信号データはメモリ５０に格納されてもよい。また、ＣＰＵ４０の内部で実行される演算結果がメモリ５０に格納される。ＣＰＵ４０の内部での演算結果は、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）を介して、外部へ出力することが出来る。制御部１８は、市販のコンピュータ機器と各部品への制御回路によって実現される。制御部１８は、Ｘ線発生装置１に内蔵されていてもよいし、制御部１８の一部又は全部は、Ｘ線発生装置１の外部に配置されてもよい。

【0030】

次に、電子線調整部２に含まれる各部品について説明する。アライメントコイル１２は、電子線の光軸を調整する電子線光軸調整部である。電子線の光軸が、偏平・回転コイル１３や集束コイル１４の磁場中心に近づくよう、アライメントコイル１２によって、電子線発生部１１が出射する電子線が光軸調整される（アライメントされる）。電子線の光軸が、偏平・回転コイル１３や集束コイル１４の磁場中心と一致しているのがさらに望ましい。

【0031】

アライメントコイル１２は、電子線の光軸（ｚ軸方向）に沿って並ぶ２組のコイルを含み、各組のコイルは４極コイルである。２組の４極コイルにより、ｘ軸回りの回転とｙ軸回りの回転の組み合わせを、各組のコイルによって順に実行することによって、電子線の光軸をｚ軸方向に平行に近づけつつ、光軸をｘｙ平面の中心に近づけることが可能である。

【0032】

偏平・回転コイル１３は、電子線の断面形状を変化させる、電子線断面形成部である。
電子線の断面は、偏平・回転コイル１３により、楕円形状に形成される。偏平・回転コイル１３は８極コイルによって構成されている。偏平・回転コイル１３が８極コイルによって構成されていることにより、電子線の断面を、所望の偏平比（長径と短径の比）、所望の偏平方向（長軸方向）の楕円形状とすることが出来る。例えば、長径が短径の例えば４倍となるように、偏平される（偏平比４：１）。前述の通り、ローターターゲット１７から発生するＸ線のうち、取り出し角θが１４°となる方向のＸ線が外部に放出される。Ｘ線の焦点サイズは、電子標的に照射される電子線のビームサイズと実質的に等しいが、かかる取り出し角の場合、見かけ上のＸ線の焦点サイズは、ローターターゲット１７における電子線の断面の長軸方向の長さ（長径）が１／４に圧縮される。それゆえ、ここでは、ローターターゲット１７における電子線の断面は長径が短径の４倍となる楕円形状である場合に、見かけ上のＸ線の焦点が円形状（ドット）の微小焦点となる。なお、Ｘ線発生装置のＸ線の焦点として円形状の微小焦点を所望する場合は、電子線の断面の偏平比を、取り出し角θに応じて決定すればよい。

【0033】

また、電子線が集束コイル１４を通過する際に、電子線が焦点に向けて集束されることに加えて、電子線の断面が回転する。当該実施形態に係るＸ線発生装置では、集束コイル１４とローターターゲット１７との間に、偏向コイル１５と磁場プローブ１６を配置する必要があり、集束コイル１４とローターターゲット１７との間に、偏平・回転コイル１３をさらに配置することは望ましくない。それゆえ、当該実施形態に係るＸ線発生装置では、偏平・回転コイル１３が、集束コイル１４よりも電子線発生部１１側に配置されている。ローターターゲット１７における電子線の断面の偏平方向がローターターゲット１７の軸方向に沿うように、集束コイル１４における回転角を考慮して、偏平・回転コイル１３通過後の電子線の断面の偏平方向を決定すればよい。偏平・回転コイル１３は、電子線の断面の偏平方向を所望の方向とすることが出来るので、電子線の断面の偏平方向を９０度回転させた試験電子線を生成することも容易である。

【0034】

なお、前述の通り、偏平・回転コイル１３は８極コイルで構成されている。８極コイルは２組の４極コイルからなり、２組の４極コイルは、ｘ軸及びｙ軸の正負それぞれの向きに配置される４極コイルと、該４極コイルをそれぞれｚ軸に対して４５°回転させた位置にある４極コイルである。

【0035】

集束コイル１４は、電子線をローターターゲット１７に向けて集束させる電子線集束部である。集束コイル１４は磁界型電子レンズである。電子線発生部１１より出射される電子線は、発散をしながら、アライメントコイル１２及び偏平・回転コイル１３を通過するが、集束コイル１４が電子線を集束させる。電子線を集束させる程度を表す集束距離（レンズの焦点距離）を、集束コイル１４に流れる電流（集束コイル電流）によって制御することが出来る。ローターターゲット１７の側面において電子線が焦点を結ぶのが望ましい。前述の通り、電子線が集束コイル１４を通過する際に、電子線の断面が回転する。電子の軌道回転角Ψは、Ψ＝０．１８６・Ｉ・Ｎ／√Ｖ_０（Ｉ：集束コイル電流，Ｎ：集束コイルの巻き数，Ｖ_０：電子加速電圧）で表される。なお、電子加速電圧Ｖ_０は、フィラメント２１とアノード２３間の電圧である。

【0036】

以上、当該実施形態に係るＸ線発生装置の構造について説明した。従来のＸ線発生装置は、ターゲットを接地電圧とし、カソード電圧とバイアス電圧の３極が形成する電界によって、フィラメントから放出される電子線をターゲットに集束させていた。このようなＸ線発生装置が発生するＸ線の焦点サイズは、Φ７０μｍ以上である。Ｘ線の焦点サイズがΦ７０μｍ以下の微小焦点を実現するためには、当該実施形態に係る電子線調整部のように、電子線光軸調整部、電子線断面形成部、及び電子線集束部が磁気的に電子線の調整を行うことが望ましく、かかる電子線調整部を備えるＸ線発生装置によって、焦点サイズがΦ７０μｍ以下のＸ線の発生が実現される。焦点サイズがΦ５０μｍ以下のＸ線を従来のＸ線発生装置で実現することは困難であり、典型的にはΦ２０μｍ以下の焦点サイズのＸ線の発生を実現することが出来る。

【0037】

特に、電子線調整部において、電子線光軸調整部、電子線断面形成部、及び電子線集束部を、電子線発生部側から電子標的側へ順に配置することにより、電子線集束部と電子標的に存在する空間の自由度が増し、当該実施形態のように、電子線偏向部や磁気センサなどを配置することが出来る。電子線断面形成部が電子線の断面を円形状から偏平形状に変化させると、前述の通り、電子線集束部を通過する際に電子線の断面が回転する。しかし、当該実施形態のように、その回転角を考慮して、電子線断面形成部が電子線の断面を変化させることにより、かかる配置であっても、電子標的における電子線の断面を所望の形状とすることが実現する。

【0038】

なお、当該実施形態に係る電子線調整部２に含まれるアライメントコイル１２、偏平・回転コイル１３、及び集束コイル１４は、電子顕微鏡や電子線描画装置など、電子線を用いる装置に備えられる部品と原理は共通している。特に、当該実施形態に係る偏平・回転コイルは、電子顕微鏡に用いられるスティグメータ（８極コイル）と原理は共通している。しかしながら、当該実施形態に係る偏平・回転コイルは、電子線の断面を意図的に楕円形状（偏平形状）と形成することを目的として配置されるのに対して、スティグメータは非点補正、すなわち、電子線の断面形状が円形状でない場合に円形状に近づけることを目的として配置されるので、使用する目的が全く異なっている。

【0039】

また、従来のＸ線発生装置では、電子線を調整する自由度が少なく、フィラメントの交換により、Ｘ線の焦点サイズが±５％程度まで変動することもあり得た。しかし、Ｘ線の焦点サイズがΦ７０μｍ以上のＸ線発生装置を備える測定装置（例えば、単結晶構造解析装置やＸ線顕微鏡）では、かかるＸ線の焦点サイズの変動もあまり問題となっていない。前述の通り、Ｘ線の焦点サイズがΦ７０μｍ以下の微小焦点を実現するためには、電子線光軸調整部、電子線断面形成部、及び電子線集束部が磁気的に電子線の調整を行うことが望ましいが、電子線発生部と電子標的の間に電子線調整部を配置する必要があり、両者の距離は従来のＸ線発生装置と比べると（例えば、１０倍以上）非常に長くなる。それゆえ、例えば、電子線集束部である集束コイル（集束レンズ）に流れる電流（集束コイル電流）の変動で焦点サイズも敏感に変動する。本発明により電子線を調整することが可能となっており、本発明は顕著な効果を奏している。また、例えば、集束コイルによって誤って電子標的における電子線の断面を過度に小さくしてしまうと、電子標的にダメージを与えてしまうことも考えらえられる。そのために、高出力でＸ線を出射する前に、低出力によって電子線を調整しておくことが重要となる。

【0040】

さらに、Ｘ線の焦点サイズがΦ７０μｍ以上のＸ線発生装置を備える測定装置では、外乱磁場の変動に起因して、電子標的における電子線の照射箇所が変動し、Ｘ線の焦点位置が変動しても、あまり問題とはなっていない。しかしながら、Ｘ線発生装置のＸ線の焦点サイズがより小さくなると、Ｘ線の焦点位置の変動が測定装置の測定精度に与える影響はより大きくなる。光学系に含まれる多層膜集光ミラーの配置は、Ｘ線発生装置のＸ線の焦点位置に対して決定されるが、一度、多層膜集光ミラーの配置が決定されると、測定開始後に、多層膜集光ミラーの配置を変更することは困難である。それゆえ、Ｘ線発生装置と光学系の位置決定後に、外乱磁場の変動により、Ｘ線発生装置のＸ線の焦点位置が変動すると、測定精度を低下させてしまう。

【0041】

当該実施形態に係るＸ線分析装置では、磁気センサが測定する磁場に基づいて、電子線偏向部は、電子線が電子標的に照射する位置を変化させて、Ｘ線発生装置のＸ線の焦点位置を調整することが出来る。Ｘ線分析装置が、ステップモータなどの外乱磁場の発生源を有する場合に、特に顕著な効果を奏する。

【0042】

以下、当該実施形態に係るＸ線発生装置において、電子線が電子標的に照射する位置を調整する調整法について説明する。図４は、当該実施形態に係るＸ線発生装置１の調整方法を示す図である。以下の調整方法は、制御部１８が偏向コイル１５（電子線偏向部）や磁場プローブ１６（磁気センサ）を制御することにより実現される。

【0043】

［Ｓ１：磁場測定ステップ］
電子線近傍の磁場を測定する。具体的には、磁場プローブ１６が、その先端に配置されるホール素子によって、ホール素子が配置される位置の磁場を測定する。ホール素子が検出する電圧（又は電流）を検出し、磁場プローブ制御部４６がその電圧（又は電流）の値を取得する。磁場プローブ制御部４６は、取得した電圧（又は電流）の値に基づいて、かかる位置の磁場のｘｙｚ各成分を計算する。

【0044】

［Ｓ２：偏向量計算ステップ］
磁場測定ステップにおいて測定される磁場に基づいて、電子線の偏向量を計算する。進行方向に垂直な成分を有する磁場中を電子が進行する場合に、電子はローレンツ力を受けて、進行方向を変化させる。ここで、電子線調整部２（集束コイル１４）の出射口からローターターゲット１７の照射領域までの空間における磁場を一定だとすると、電子線調整部２（集束コイル１４）の出射口からローターターゲット１７の照射領域までの距離と磁場から、電子線の偏向量を計算することが出来る。長さＬの磁場Ｂが存在する空間を電子（負電荷の絶対値ｅ）が速度ｖ_０で通過する場合、電子線調整部２から出射される電子線の光軸に対して、Ｂ・Ｒ＝ｍｖ_０／ｅ（式１）により求まる角度α（偏向角α）となる角度に、電子は偏向される（回転半径Ｒは、Ｌ≒Ｒ・αより求まる）。なお、速度ｖ_０は、（１／２）ｍｖ_０^２＝ｅＶ_０（Ｖ_０は電子加速電圧）により求まる。

【0045】

なお、ｚ方向に進行する電子は、ｘｙ成分を有する磁場によって偏向される。電子線の偏向量は、偏向の向き（ｘｙ平面における単位ベクトルｅ_θ）と偏向角αで表してもよい。また、実際に、ローターターゲット１７に照射される位置におけるｘｙ座標で表してもよい。また、他の方法によって表記してもよい。

【0046】

［Ｓ３：偏向部制御ステップ］
偏向量計算ステップにおいて計算される偏向量に基づいて、電子線が電子標的に照射する位置を変化させる。測定される磁場に基づいて計算される電子線の偏向量を打ち消すように、偏向コイル制御部４５が、偏向コイル１５に所望の電流を流し、偏向コイル１５は電子線を偏向させる。それにより、電子線がローターターゲット１７に照射する位置を変化させて、Ｘ線の焦点位置を調整する。

【0047】

以上、電子線が電子標的に照射する位置を調整する調整法を説明した。係る調整法を、Ｘ線発生装置稼働時に繰り返し実行することにより、リアルタイムでＸ線の焦点位置を調整することが出来る。前述の通り、当該実施形態に係るＸ線分析装置６０は、図１に示すＸ線回折装置に限定されることはない。例えば、Ｘ線分析装置６０がＸ線膜厚計であってもよい。Ｘ線膜厚計となるＸ線分析装置６０は、２０μｍ以下といった微小焦点のＸ線発生装置１と、ミラーと、試料を支持する試料ステージと、を備えている。測定の間、試料ステージに内蔵されるステップモータにより、試料ステージはＸ線発生装置１に対する位置が変わる。試料ステージに内蔵されるステップモータ（電磁モータ）の漏れ磁束が、Ｘ線発生装置１における外乱磁場の変動となり、Ｘ線の焦点位置の変動を引き起こし、ミラーの位置は固定されているので、試料に照射されるＸ線の強度低下を招いてしまう。しかしながら、当該実施形態に係るＸ線発生装置１により、電子線が電子標的に照射する位置を変化することが出来るので、その効果は格別となる。例えば、電子加速電圧Ｖ_０＝４０ｋＶで加速された電子が長さＬ＝１０ｍｍ，Ｂ＝１．２ｇａｕｓｓの磁場を有する空間を通過する場合、かかる空間への入射位置と出口位置では、電子の入射方向から平面視して、１７μｍ曲げられる。すなわち、焦点サイズが１０μｍといった微小焦点を有するＸ線発生装置では、１．２ｇａｕｓｓといった外乱磁場の変動であっても、焦点位置が焦点サイズ（やビーム径）よりも大きく変動させられてしまう。

【0048】

以上、本発明の実施形態に係るＸ線発生装置と、その調整方法について説明した。本発明に係るＸ線発生装置は、上記実施形態に限定されることなく、広く適用することが出来る。例えば、上記実施形態における電子標的は、ローターターゲットとしたが、平面ターゲットであってもよい。また、上記実施形態に係るＸ線発生装置に備えられる電子線調整部及び電子線偏向部はそれぞれ、（複数の）コイルによって構成されており、電子線を磁気的に制御している。しかし、これに限定されることなく、同様の機能を有する他の素子によって実現されてもよい。さらに、本発明は、Ｘ線発生装置に限定されることなく、電子顕微鏡や電子線描画装置などの他の電子線応用装置にも適用することが出来る。

【符号の説明】

【0049】

１ Ｘ線発生装置、２ 電子線調整部、１１ 電子線発生部、 １２ アライメントコイル、１３ 偏平・回転コイル、１４ 集束コイル、１５ 偏向コイル、１６ 磁場プローブ、１７ ローターターゲット、１８ 制御部、２０ 外囲器、２１ フィラメント、２２ ウェネルト、２３ アノード、３０ Ｘ線窓、４０ ＣＰＵ、４１ 電子線発生部制御部、 ４２ アライメントコイル制御部、４３ 偏平・回転コイル制御部、４４ 集束コイル制御部、４５ 偏向コイル制御部、４６ 磁場プローブ制御部、４７ ローターターゲット制御部、５０ メモリ、６０ Ｘ線分析装置、１００ 試料、１０１ 試料台、１０３ 光学系、１０５ Ｘ線検出器、１０６ 回転駆動系。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】