CN110574138A

CN110574138A - 蒸气监测

Info

Publication number: CN110574138A
Application number: CN201880026760.6A
Authority: CN
Inventors: 波尔·塔克曼; 汤米·图希玛
Original assignee: Excillum AB
Current assignee: Excillum AB
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2019-12-13
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: CN110574138B; US10930464B2; JP7039055B2; WO2018184904A1; EP3607574A1; EP3385976A1; JP2020516033A; EP3607574B1; US20200058461A1; KR20190134724A; KR102500068B1

Abstract

披露了一种用于生成X射线辐射的方法。该方法包括：在腔室(120)中提供(10)液体靶标(J)；将电子束(132)引导朝向该液体靶标(20)，使得该电子束与该液体靶标相互作用以生成X射线辐射(134)；通过测量该腔室中带正电颗粒的数量来估计(30)通过该电子束与该液体靶标之间的相互作用产生的颗粒的数量并且消除来自散射电子的对所估计的颗粒的数量的贡献；以及控制(40)该电子束和/或该液体靶标的区域中的温度，使得所估计的颗粒的数量低于预定极限，在该区域中，该电子束与该靶标相互作用。还披露了一种相应的X射线源。

Description

蒸气监测

技术领域

本文披露的发明总体上涉及包括液体阳极的电子冲击X射线源。具体地，本发明涉及用于基于所估计的通过电子束与液体靶标之间的相互作用产生的颗粒的数量来控制X射线源的技术。

背景技术

在本申请人的国际申请PCT/EP2009/000481中描述了用于通过照射液体靶标来生成X射线的系统。在这些系统中，利用包括高压阴极的电子源来产生撞击在液体靶标上的电子束。该靶标优选地由设置在真空腔室内的液态金属射流形成。在操作期间，在空间中液体射流的一部分被电子束撞击的位置被称为相互作用区域或相互作用点。通过电子束与液体射流之间的相互作用生成的X射线辐射可以通过将真空腔室与周围大气分离的X射线窗口离开真空腔室。

在X射线源的操作期间，包括来自液体射流的碎屑和蒸气在内的自由颗粒趋于沉积在窗口和阴极上。这导致系统性能的逐渐退化，因为沉积的碎屑可能使窗口模糊并降低阴极的效率。在PCT/EP2009/000481中，采用热源来蒸发沉积在窗口上的污染物。

即使这种技术可以减轻由真空腔室中的污染物引起的问题，但是仍然需要改进的X射线源，以允许改进对由液体靶标产生的颗粒的数量进行的监测和控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决上述缺点中的至少一些的X射线技术。具体目的是提供一种允许对由液体靶标生成的蒸气量进行改进的监测和控制的方法和X射线源。

因此，根据第一方面，提供了一种用于生成X射线辐射的方法。该方法包括提供液体靶标并将电子束引导朝向该液体靶标，使得该电子束与该液体靶标相互作用以生成X射线辐射。进一步地，估计通过该电子束与该液体靶标之间的相互作用产生的颗粒的数量。这种估计可以用于控制该电子束和/或该液体靶标的区域中的温度，使得所估计的颗粒的数量低于预定极限，在该区域中，该电子束与该液体靶标相互作用。

根据第二方面，提供了一种X射线源，该X射线源包括：被配置为提供液体靶标的液体靶标源、适于提供被引导朝向该液体靶标的电子束以使得该电子束与该液体靶标相互作用以生成X射线辐射的电子源、以及适于测量通过该电子束与该液体靶标之间的相互作用产生的颗粒的数量的设备(arrangement)。进一步地，可以基于所测得的颗粒的数量来控制电子源。另外地或替代性地，液体靶标源可以操作用于控制液体靶标的区域中的温度，在该区域中电子束与液体靶标相互作用。

本方面通常涉及对在X射线源的操作期间生成的蒸气进行监测和控制，这允许对X射线源的操作进行相应的控制和调整。X射线靶标的汽化是众所周知的现象，其中关键参数是蒸气压力。对于可以通过升华而生成蒸气的固体靶标的情况，这可能是靶标恶化的原因。然而，液体靶标具有再生的可能性，并且因此可以在不影响X射线源的性能的情况下允许一定程度的汽化。汽化导致材料以诸如例如原子、液滴或碎屑等自由颗粒的形式离开靶标并穿过腔室。这些颗粒可能最终沉积或吸附到各种表面(诸如，例如X射线窗口)、电子源和对X射线源的操作和性能至关重要的其他部分。因此，感兴趣的是，对在操作期间生成的蒸气的量以及存在于腔室中的蒸气的量进行监测和控制。

由于液体汽化的程度尤其取决于液体靶标材料的蒸气压力、液体靶标的温度、并且具体是液体靶标的经加热表面区的尺寸，因此可以通过改变电子束在液体中引起的热量来控制从靶标的汽化。例如，可以通过变化相互作用区域的光斑尺寸、束的电子电流或束的焦点来改变所引起的热量。替代性地或另外地，可以通过例如冷却液体靶标材料或向相互作用区域供应不同温度的新材料来控制在相互作用区域处的液体靶标的温度。因此，通过获得通过电子束与液体靶标之间的相互作用产生的颗粒的数量的度量或指示，并且相应地调整电子束或液体靶标，可以将汽化速率保持在期望水平。

蒸气可以包括在电子束与液体靶标之间进行相互作用时生成的带电颗粒(诸如带正电颗粒或离子)。因此，可以将颗粒的数量以及因此的汽化测量为电流。然而，设想其他替代性方案，该其他替代性方案包括测量沉积速率，即在一定时间段期间沉积在表面上的材料的量。另一个替代性方案或另外选项是检测通过电子束与存在于腔室内的颗粒之间的相互作用生成的X射线辐射。例如，这可以由诸如例如二极管等X射线传感器来实现。以下将结合本发明的实施例来描述其他替代性方案和示例。

在本申请的上下文中，术语“颗粒”、“污染物”和“蒸气”可以指在X射线源的操作期间生成的自由颗粒，该自由颗粒包括碎屑、液滴和原子。这些术语在整个申请中可以互换使用。因此，由于液体靶标的材料向蒸气的相变而可能生成颗粒。蒸发和沸腾是这种转变的两个示例。沸腾可以在液体的沸腾温度或高于沸腾温度时发生，而蒸发可以针对给定压力在低于沸腾温度的温度下发生。在靶标表面处的蒸气压力不通过例如腔室内的环境压力来平衡时，可能会发生蒸发。进一步地，诸如例如碎屑等颗粒可能通过例如液体的飞溅、重大冲击或湍流生成。因此，意识到，权利要求中所提及的颗粒不必限于源自汽化过程的颗粒。将意识到，本发明的概念可以涉及对液体靶标的汽化速率的估计(所述估计例如可以被测量为每时间单位离开靶标的材料的量)和/或涉及对在给定的时间点处(例如以颗粒形式)存在于腔室中的材料的量的估计。

将理解，用于靶标的液体可以是优选地具有低熔点的液态金属，诸如，例如铟、锡、镓、铅、或铋、或其合金。液体的其他示例包括例如水和甲醇。

在本申请的上下文中，术语‘液体靶标(liquid target)’或‘液体阳极(liquidanode)’可以是指被迫通过例如喷嘴并传播通过真空腔室内部的液体射流、液体流或液流。尽管射流通常可以由基本上连续的液体流或液流形成，但将理解，射流另外地或替代性地可以包括多个液滴或甚至由多个液滴形成。具体地，液滴可以在与电子束相互作用时生成。液滴组或液滴簇的这类示例也可以由术语‘液体射流’或‘靶标’所涵盖。液体靶标的替代性实施例可以包括多个喷嘴、固定或旋转的液体池、在固体表面上流动的液体或由固体表面限制的液体。

可以通过消除来自散射电子的贡献来改进对颗粒的数量的估计，该估计可以被认为与通过电子束与液体靶标之间的相互作用产生的碎屑的量相对应。在一些示例中，可以通过从由带正电颗粒生成的电流中减去由散射电子生成的电流来实现消除来自散射电子的贡献。替代性地或另外地，可以通过阻止或防止电子到达对带正电颗粒的数量进行测量的传感器或设备来实现消除来自散射电子的贡献。因此，可以阻止散射电子干扰对带正电颗粒的测量，由此允许对通过生成X射线辐射产生的颗粒的数量或碎屑的数量进行改进的且更准确的估计。

将意识到，术语“消除”可以是指补偿或减小可能存在于腔室中的散射电子的影响的过程。因此，本披露内容不必限于完全排除或去除来自散射电子的贡献。相反，应当理解，可以通过考虑来自电子的对腔室中带电颗粒的测量的贡献来实现用于生成X射线辐射的改进技术。

根据实施例，所估计的通过电子束与液体靶标之间的相互作用产生的颗粒的数量可以是对液体靶标的汽化速率的度量。通过知道汽化速率，可以相应地调整对X射线源的操作以将汽化保持在优选范围内。

根据实施例，所估计的通过该电子束与该液体靶标之间的相互作用产生的颗粒的数量可以是对存在于该腔室中的液体靶标材料(例如，在腔室中以颗粒形式存在)的量的度量。因此，所估计的颗粒的数量可以用于指示从液体靶标蒸发的材料的总量或积聚量。

根据实施例，可以通过测量由来自电子束与液体靶标之间的相互作用的带正电颗粒生成的电流来估计颗粒的数量。例如，这可以通过颗粒捕集阱和测量设备来实现，该颗粒捕集阱可以适于连接到负电势以吸引带正电颗粒中的至少一些，并且该测量设备用于测量由被吸引的颗粒生成的捕集阱电流。替代性实施例可以包括连接到地的捕集阱，即没有负偏压的捕集阱。这个实施例依赖于以下事实：由于不存在可以吸引颗粒的电势，因此可以给予带正电颗粒将他们导向到捕集阱上的轨迹。另一方面，由于捕集阱可能不需要与腔室壳体电隔离，因此实施方式可以更简单。

根据实施例，可以采用用于偏转、收集或阻挡散射电子的设备来减少干扰带正电颗粒的测量的电子的数量，这些散射电子例如可以源自与液体靶标的相互作用。例如，这可以通过使散射电子偏转离开上述颗粒捕集阱来实现。

根据实施例，可以测量由散射电子生成的电流。例如，这可以通过适于连接到正电势以便使带正电颗粒偏转并可能吸引散射电子的颗粒反射极来实现。有利地，可以以优化电子可能碰撞到其上的表面区为目的来选择反射极的形状。这也适用于可以选择反射极的位置，以便允许尽可能多的电子撞击到反射极上。由被吸引电子或撞击电子生成的反射极电流可以由连接到颗粒反射极的测量设备来测量。

因此，根据一些实施例，X射线源的颗粒传感器可以包括颗粒捕集阱、颗粒反射极以及用于测量如以上所描述的捕集阱电流和反射极电流的一个或若干个测量设备。颗粒传感器可以进一步包括被配置为基于该捕集阱电流和该反射极电流来估计颗粒的数量的处理设备或处理电路系统。

即使捕集阱电流的大小可以给出与颗粒捕集阱相互作用的带电颗粒的数量的指示，但是如以上所讨论的，这些测量结果可能会受到反向散射电子的干扰，从而降低了对X射线源操作的准确性和性能。可以通过测量反射极电流来解决这个问题，该反射极电流可以用作对腔室中反向散射电子的数量的度量，并且因此可以用作在基于捕集阱电流对颗粒的数量进行估计时要考虑的校正因子。换言之，在颗粒反射极中吸收的电子电流可以用于估计来自反向散射电子的对捕集阱电流的贡献，这进而是对相互作用区域中颗粒生成(或蒸气生成)速率的度量。由于校正因子，可以获得对颗粒生成的更准确估计。

颗粒捕集阱可以被实现为导电元件(诸如，例如导电板或导电屏蔽)，该导电元件具有带正电颗粒可以通过电场朝向其加速的表面。电场例如可以由施加到颗粒捕集阱上的电势差生成。因此，该电势差应被选择成使得带正电颗粒被吸引到捕集阱，并且优选地被沉积或被吸附在捕集阱处。因此，该电势差相对于地或带正电颗粒可以具有负号，并且在本申请的上下文中也可以称为负电势。然而，将理解的是，颗粒捕集阱也可以连接至地，即，被提供有零电势。在这种情况下，可能有利的是，向捕集阱提供增大与颗粒的相互作用的物理形状和位置，或者换言之，使得该物理形状和位置被尽可能多的颗粒撞击，以补偿缺乏静电吸引。

颗粒捕集阱可以适于在一定量的材料已经积聚在该捕集阱上时被更换。因此，可以将颗粒捕集阱视为可以定期更换的消耗品，以确保所需的性能。

颗粒反射极可以被实现为可以类似地被配置为颗粒捕集阱的导电元件(诸如，例如导电板或导电屏蔽)。然而，颗粒反射极应被配置成使得带正电颗粒可以被加速或被偏转离开反射极。这可以由引起电场的电势差来实现，该电场将带正电颗粒从反射极转移开。因此，电势差可以被选择为相对于地或带正电颗粒具有正号，并且在本申请的上下文中也可以称为正电势。颗粒反射极可以用于使颗粒从轨迹偏转，否则所述轨迹将允许这些颗粒朝向电子源传送。

电子束可以被控制成使得所估计的腔室内的颗粒的数量保持低于预定极限，该极限可以是为确保X射线源安全且稳定操作而设置的极限值。这可以例如通过控制器或电路来实现，该控制器或电路可操作地连接到电子源并且被配置为改变例如所生成的电子束的电流和/或强度。替代性地或另外地，对电子束的控制可以涉及用于改变电子束的焦点或光斑尺寸和/或相对于相互作用区域使电子束偏转的电子光学系统。控制的目的可以是将相互作用区域中生成的颗粒保持低于一定极限或阈值，并且由此将例如窗口的污染速率保持在期望水平。

控制电子束的替代性方案或补充方案可以是控制液体靶标，使得对于给定的电子束配置，该液体靶标可以生成较少的蒸气。这可以例如通过在基本上垂直于电子束的方向的方向上增加靶标的速度(在靶标是液体射流的情况下)、或者通过引起靶标材料的混合来实现。以此方式，可以将较低温度的新材料添加至靶标，因此导致产生较少的蒸气。

可以基于所估计的腔室中的颗粒的数量来控制电子束和/或液体靶标。可以采用以上所描述的类似方式实现控制，即，将所估计的颗粒水平用作输入或参考数据以进行控制。因此，所估计的颗粒的数量可以用于验证或监测腔室中的汽化速率，并且相应地调整电子束和/或液体靶标，以将颗粒的数量保持低于预定极限。

例如可以基于特定系统的可接受颗粒水平的实证研究、期望维护间隔、X射线源的操作模式、或性能要求来确定极限。

可以将颗粒反射极和/或颗粒捕集阱布置成紧靠电子束的路径，以防止颗粒朝向电子源或阴极迁移。在一些示例中，容纳相互作用区域的腔室可以与电子源所位于的区域分离或封离。这两个区域尤其可以经由孔或至少部分地包围电子束的路径的一部分的孔装置连通。在这种配置中，反射极和/或颗粒捕集阱可以布置成紧邻孔，以防止颗粒进入电子源所位于的区域。

根据实施例，颗粒反射极可以布置在电子源与颗粒捕集阱之间。因此，反射极可以充当使任何成功朝向电子源逃脱捕集阱的颗粒偏转的备用装置。进一步地，颗粒反射极可以提供被配置为将颗粒引导朝向颗粒捕集阱的电场。在颗粒捕集阱接地并且因此不能通过其自身装置吸引颗粒的情况下，这可能是特别重要的。

根据实施例，可以布置在电子源与颗粒反射极之间的颗粒捕集阱、颗粒反射极和孔可以被布置成保护电子源免受在相互作用区域中生成的颗粒的影响。以此方式，提供了颗粒需要在其朝向电子源的途中通过的三个障碍物。

有利地，颗粒反射极可以布置成紧靠颗粒捕集阱。这允许颗粒反射极吸收或捕捉反向散射电子，否则这些反向散射电子将可能有干扰颗粒捕集阱处测得的捕集阱电流的风险。

根据一些实施例，孔装置的至少一个表面或至少部分地围绕孔的表面可以涂覆有吸收电子的材料，以减少从孔反向散射的电子的数量。替代性地或另外地，可以将吸收电子的材料设置在颗粒反射极的表面或表面部分上。吸收电子的材料允许减少与颗粒捕集阱相互作用的反向散射电子的数量，并且因此可以提高对腔室内颗粒的数量估计的准确性。

与围绕孔和/或形成颗粒反射极的材料相比，吸收电子的材料可以理解为具有改进的吸收电子能力或防止这些电子从材料散射的能力的材料。石墨是吸收电子的材料的示例，其可以以薄层或涂层的形式提供。

根据实施例，用于消除来自散射电子的贡献的装置可以涉及用于感测或表征X射线源的腔室中的带电颗粒(诸如，电子)的设备或方法。用于表征来自散射电子的贡献的合适技术例如可以包括：利用垂直电场和磁场来检索电子信息的维恩过滤器(Wien filter)，以及基于半导体的传感器(诸如，电荷耦合设备)。

替代性地或另外地，可以通过查阅参考数据表来估计来自散射电子的贡献。该表例如可以包括指示来自散射电子的对某些系统参数或操作参数(诸如，电子源的电流和加速电压、电子束在靶标处的光斑尺寸、靶标上的热负载等)的估计贡献的数据。这些数据可以在先前的校准过程中确定和/或通过计算来估计。这允许X射线源的控制器请求与特定操作条件相关的数据，并在确定通过电子束与靶标之间的相互作用产生的颗粒的数量时，将该数据用作校正因子。

根据实施例，X射线源的颗粒传感器可以包括测量元件，该测量元件用于测量由在相互作用区域中产生的颗粒形成的沉积材料的量。除此之外或作为替代性方案，该测量元件可以用于颗粒捕集阱和颗粒反射极。测量元件例如可以包括材料可以以例如层的形式沉积在其上的表面。材料的量(例如被测量为该层的厚度)可以用于估计腔室中的材料的量。例如，可以在一定的时间段内检测材料的沉积量，以便估计在相同时间段期间存在于腔室内的材料的总量。进一步地，该层的厚度可以用作污染例如窗口的材料的厚度的指示。为此目的，可能有利的是，使测量元件的表面靠近窗口的内表面和/或在与窗口的内表面相同的方向上定向。所估计的X射线窗口的污染水平允许更高效地维护X射线源，因为可以减少太早或太晚更换窗口的风险。

然而，将理解的是，测量元件可以位于腔室中的其他位置，诸如，例如靠近或围绕电子束的路径、孔装置、颗粒反射极和/或颗粒捕集阱。进一步设想的是，测量元件形成孔装置、颗粒捕集阱和颗粒反射极中的任何一个的结构一体部分，或者由这些元件中的任何一个形成。

根据实施例，测量元件可以适于振荡。因此，利用谐振频率趋于随振荡元件的质量和物理尺寸而变化的事实，可以通过测量测量元件的谐振频率来估计沉积在测量元件上的材料的厚度或量。

根据实施例，测量元件可以由压电元件形成。这种元件的示例包括例如石英晶体监测设备(QCM)。QCM使用可以被驱动以进行振荡的金属化压电晶体。压电元件的优点在于它们可以提供高准确性和高敏感性的测量结果。

替代性地或另外地，颗粒传感器可以包括用于确定液体靶标的不同成分的蒸气速率的质谱仪。这种添加的信息可以用于检测靶标的成分变化，例如，如果靶标包括两种元素，并且其中一种在蒸气中被表示过多，则可以推断出剩余的靶标成分已经变化。X射线源可以设置有单独的材料容器和控制系统，该材料容器包含包括在靶标中的元素，并且该控制系统基于来自质谱仪的结果确保适当的靶标成分。

另一替代性方案或另外方案是使颗粒传感器包括至少一个X射线二极管，该X射线二极管被布置用于检测通过电子束与存在于腔室内的颗粒之间的相互作用产生的X射线辐射。为了完成该检测，可以使二极管严格准直，即滤除源自电子束与液体靶标之间的相互作用的辐射。此外，二极管可以被提供有能量辨别力，即被配置为主要检测源自电子束与包括在液体靶标中的元素之间的相互作用的X射线辐射。使用X射线二极管的优点是可以将该这些X射线二极管放置在真空腔室的外部，这使整个系统的设计不太复杂。

在理想系统中，电子束可以在绝对真空中与液体靶标相互作用。然而，实际上通常有一些环境气体存在。气体的量趋于在初始系统使用期间减少，并且在一段时间后达到稳定状态，其中由系统内的不同部件生成的气体的量可能会通过泵的容量来平衡。环境气体的存在可能会干扰对通过电子束与液体靶标之间的相互作用产生的蒸气的速率进行监测的意图。可以通过与电子束的直接相互作用以及与反向散射电子的相互作用使环境气体电离，其中，在大多数情况下，通过与反向散射电子相互作用的过程展现出较高的电离截面。来自环境气体的对所测得信号的贡献可以被最小化或被补偿。为了估计环境气体对离子电流的贡献，可以执行参考测量。这种测量的一个示例是使用高度散焦的电子束，因此在液体靶标中沉积相对少量的能量并且因此不生成或几乎不生成蒸气。然后，针对这种配置所测得的信号可以假定为源自环境气体，并用作将来测量的偏移校正。替代性地，与通过电子束与液体靶标之间的相互作用生成的蒸气相比，环境气体以较低的速度移动的知识可以用于例如通过提供防止低速离子到达离子捕集阱的维恩过滤器来提供主动过滤。假如使用质谱仪来检测蒸气，则只要成分是靶标中不存在的元素，就可以直接测量环境气体的贡献。又另一个实施例可以包括被布置成不受由靶标生成的蒸气影响的单独真空传感器，其中，所述传感器可以提供可以用于补偿来自颗粒传感器的对环境气体贡献的结果的信号。

根据液体靶标被提供为液体射流的实施例，X射线源可以进一步包括包含闭环循环系统的系统或者布置在包含闭环循环系统的系统中。该循环系统可以位于收集贮存器与靶标发生器之间，并且可以适于使液体射流的所收集液体和/或附加液体循环到靶标发生器。该闭环循环系统允许X射线源的连续操作，因为液体可以重复使用。可以根据以下示例来操作闭环循环系统：

·使用高压泵将包含在闭环循环系统的第一部分中的液体压力升高到至少10巴，优选地至少50巴或更高。

·加压液体被传导至喷嘴。尽管通过导管的任何传导都将导致一些(在这种情况下可以忽略不计)压力损失，但加压液体在仍然高于10巴、优选地高于50巴的压力下到达喷嘴。

·液体从喷嘴喷射到相互作用区域所位于的真空腔室中以生成液体射流。

·在穿过相互作用区域之后，所喷射的液体被收集在收集贮存器中。

·在流动方向上在闭环循环系统的位于收集贮存器与高压泵之间的第二部分中，所收集液体的压力升高到高压泵的吸入侧压力(入口压力)(即，在系统的正常操作期间，液体从收集贮存器流向高压泵)。高压泵的入口压力为至少0.1巴，优选地为至少0.2巴，以便提供高压泵的可靠且稳定的操作。

然后通常连续地重复这些步骤——也就是说，将入口压力下的液体再次馈送到高压泵，该高压泵再次将其加压至至少10巴等——使得以连续的闭环方式实现了将液体射流供应至相互作用区域。

在一些实施方式中，X射线源可以布置在系统中，其中，液体可以在其在系统中的循环期间穿过一个或多个过滤器。例如，可以在正常流动方向上在收集贮存器与高压泵之间布置相对粗略的过滤器，并且可以在正常流动方向上在高压泵与喷嘴之间布置相对精细的过滤器。粗略的过滤器和精细的过滤器可以单独地或以组合的方式使用。包括对液体进行过滤的实施例是有利的，只要固体污染物被捕获并且可以在它们对系统的其他部分造成损害之前从循环中去除。

所披露的技术可以体现为计算机可读指令，该计算机可读指令用于控制可编程计算机，其方式为使得该可编程计算机使X射线源执行上述方法。这些指令可以以包括存储有指令的非易失性计算机可读介质的计算机程序产品的形式分布。

将理解的是，针对根据以上第一方面的方法在以上所描述的实施例中的特征中的任何特征都可以与根据本发明的第二方面的X射线源组合，并且反之亦然。

当研究以下详细披露内容、附图和所附权利要求时，本发明的进一步目的、特征和优点将变得清楚。本领域技术人员将意识到，可以组合本发明的不同特征来创建除了以下描述的实施例之外的实施例。

附图说明

出于举例说明的目的，现在将参考附图来描述本发明，在附图中：

图1是根据本发明的一些实施例的X射线源的示意性截面侧视图；

图2是根据图1的X射线源的局部视图，其中，展示了反向散射电子的影响；

图3是根据实施例的孔、颗粒捕集阱和颗粒反射极的截面立体图；

图4是根据一个方面的系统的示意性展示；并且

图5示意性地展示了根据本发明的实施例的用于生成X射线辐射的方法。

所有附图都是示意性的、不一定按比例绘制、并且通常仅示出为了阐明本发明所必需的部分，其中其他部分可以被省略或仅仅是提出。

具体实施方式

现在将参考图1描述根据本发明实施例的X射线源100。如图1中所指示的，真空腔室120可以由外壳122以及将真空腔室120与周围大气隔开的X射线透明窗口124限定。X射线134可以由相互作用区域T生成，在该相互作用区域中，来自电子束132的电子可以与靶标J相互作用。

可以由电子源130(诸如包括高压阴极的电子枪130)生成被引导朝向相互作用区域T的电子束132。电子束132可以沿着电子源130与相互作用区域T之间的轨迹或路径，其中，该轨迹可以由电子光学装置和/或电子源的配置调整。电子源可以进一步是可控制的，以便允许调整电子束的参数，诸如例如束电流、强度、宽度、高度和电子能量。此外，电子源可以被布置为提供多个电子束。

根据本实施例，靶标可以例如由与相互作用区域T相交的液体射流J形成。液体射流J可以由靶标发生器110生成，该靶标发生器包括喷嘴，诸如例如液态金属等流体可以通过该喷嘴排出以形成朝向并通过相互作用区域T传播的射流J。替代性地，液体靶标J可以由例如多种射流、可以是静止的或旋转的液体贮存器或池、或者可以在表面上漂浮或在腔室内自由流动的液帘或液片(sheet)形成。在一些示例中，射流J可以由贮存器或池收集。

X射线源100可以进一步包括位于用于收集液体射流J的材料的收集贮存器112与靶标发生器110之间的闭环循环系统(未示出)。该闭环系统可以适于通过高压泵使收集的液态金属循环到靶标发生器110，该高压泵适于将压力升高到至少10巴、优选地至少50巴或更高以生成靶标射流J。

进一步地，X射线源可以包括颗粒传感器，该颗粒传感器用于测量存在于腔室中和/或由液体靶标产生的颗粒的数量。颗粒传感器例如可以被实施为测量电流的一个或若干个电传感器，和/或被实施为用于测量沉积在腔室内的特定表面上的材料的量的传感器。在本图中，指示了颗粒传感器的实施方式的若干示例。所展示示例中的每个示例可以单独使用或彼此组合。在第一示例中，颗粒传感器包括用于收集存在于腔室120中的颗粒的颗粒捕集阱140。颗粒捕集阱140例如可以由导电元件形成，该导电元件可以连接到电压源160，以将诸如负电势差等电势施加到颗粒捕集阱140。图1示出了形成为具有孔的板的颗粒捕集阱140的截面，该孔被布置成包围电子束132，并且由此在其朝向电子源130的途中捕获来自相互作用区域T的带电颗粒(诸如，例如带正电的碎屑和蒸气)。这些颗粒可以朝向颗粒捕集阱140的表面加速，在该表面上可以沉积或吸附这种颗粒。该板可以例如由不锈钢或其他导电材料形成。

在颗粒传感器的第二示例中，可以提供颗粒反射极150。颗粒反射极可以由在使反射极150附近的带正电颗粒偏转或反射的电势下操作的导电元件形成。在一些示例中，反射极可以被类似地配置为颗粒捕集阱140(即，包括具有包围电子束132的孔的板)，并且可以优选地与颗粒捕集阱140结合使用。在本图中展示了这种示例，其中反射极沿着电子束132的路径并且在颗粒捕集阱140与电子源130之间定位。与颗粒捕集阱140类似，反射极可以电连接到电压源160，该电压源产生实现颗粒反射效应所需的电势差。反射极可以例如由不锈钢或其他导电材料形成。

颗粒反射极可以与可以布置在界定X射线源130的腔室区域120和阴极区域121的板或壁元件192中的孔装置190组合，以保护电子源130免受腔室120中生成的颗粒(诸如碎屑和蒸气)损害。因此，颗粒反射极150可以布置在孔190与颗粒捕集阱之间，以防止设法通过颗粒捕集阱的颗粒到达孔口190(并且最终到达电子源130)。

另一实施例可以包括在颗粒反射极与颗粒捕集阱之间的孔，以减少从离子反射极反向散射到达离子捕集阱的电子的数量。因此，孔可以用作用于消除来自至少一些散射电子的对离子测量的贡献的装置。可以提供电场以将离子导向离子捕集阱，并且该电场可以被相应地修改以在离子捕集阱中提供较大的离子电流。

在颗粒传感器的第三示例中，可以提供测量元件172，以用于测量由在相互作用区域T中产生的颗粒形成的沉积材料的量。测量元件172例如可以是振荡设备(诸如，例如晶体监测设备)，该振荡设备的谐振频率可以根据沉积材料的厚度(或量)而变化。在图1所展示的本示例中，测量元件172可以是石英晶体监测设备(QCM)，该石英晶体监测设备布置在X射线窗口124的附近并且面向相互作用区域J，以提供对已经沉积在X射线窗口124上的材料的量的指示，并且因此提供对何时更换或清洁窗口124的指示。测量元件172可以用于代替颗粒捕集阱140和颗粒反射极150，或者与这些元件结合使用。

尽管在本图中颗粒捕集阱140、颗粒反射极150和孔190沿着电子束132的路径对准，但是也可以设想其他配置。颗粒捕集阱140和/或反射极150的替代(或另外)位置例如可以包括紧靠X射线窗口124或相互作用区域T。

电压源160可以布置在腔室120的外部并且经由电馈通件连接到颗粒捕集阱140和颗粒反射极150。电压源160可以是对颗粒捕集阱140和颗粒反射极150共用的，并且能够向两者供应所需的电压，或者包括两个单独的并且优选的可单独控制的电压源160——一个用于颗粒捕集阱140，并且另一个用于颗粒反射极150。电压源160可以由控制器电路(未示出)操作，该控制器电路适于分别在颗粒捕集阱140和颗粒反射极150处生成期望的电势差。可以基于例如在腔室中生成颗粒的速率以及由捕集阱捕获的材料的类型和量来改变电势差。

X射线源100可以进一步包括(或可操作地连接至)用于测量在颗粒捕集阱140中生成的捕集阱电流I_T和在颗粒反射极150中生成的反射极电流I_R的装置(诸如，例如电流表170)。捕集阱电流I_T可以用作对由颗粒捕集阱140捕获的颗粒(诸如，带正电颗粒或离子)的数量的度量，并且因此给出对当前存在于腔室120中或在该腔室中生成的蒸气的量(或颗粒的数量)的指示。另一方面，反射极电流I_R可以用作对由正偏压颗粒反射极150吸引和捕获的反向散射电子的数量的度量。这种度量可以用于确定与来自反向散射电子的对捕集阱电流I_T的贡献相对应的校正因子，并且可以用于更准确估计腔室120中的颗粒的数量。换言之，反射极电流I_R可以用于消除或至少减小来自散射电子的对所估计的颗粒的数量的贡献。将理解的是，电压源160和电流表170可以组合在共用单元中。在一个示例中，电压源160可以被配置为将颗粒捕集阱140和/或反射极150保持在相对恒定的偏压下。这允许将捕集阱电流I_T和/或反射极电流I_R检测为由撞击颗粒和/或电子引起的偏压中的波动或干扰。

图2展示了存在于腔室120中的反向散射电子BS的影响，并且进而，这些反向散射电子相对于X射线源100中的颗粒反射极150和孔190的表面反向散射，该X射线源可以被类似地配置为以上参考图1所描述的X射线源。流入的反向散射电子BS可以视为电流I_BS，该电流可以用于估计电子的对所测得的捕集阱电流I_T和反射极电流I_R的贡献。可以将所测得的捕集阱电流I_T估计为由在颗粒捕集阱150中捕集的离子生成的正电流I_离子与源自反向散射电子BS的电子的负贡献k₁I_BS之和，该反向散射电子BS再次从颗粒反射极150反向散射并与颗粒捕集阱140相互作用。在这种情况下，系数k₁表示再次从颗粒反射极反向散射并被捕集阱捕获的这些电子BS的比例分数。因此，捕集阱电流I_T可以表达为：

I_T＝I_离子+k₁·I_BS

进一步地，反射极电流I_R可以通过考虑由颗粒反射极150吸收的反向散射电子BS的数量(表示为k₂·I_BS)以及在围绕孔190的表面192处反向散射并被反射极吸收的反向散射电子BS的数量来估计。该贡献可以表示为k₃·I_BS。因此，反射极电流I_R可以表达为：

I_R＝(k₂+k₃)·I_BS

其中，k₂是在颗粒反射极150中被吸收的反向散射电子的比例分数，并且k₃是从孔装置190反向散射并且然后在颗粒反射极中被吸收的比例分数。

可以通过减少从颗粒反射极150反向散射的电子的比例分数(即k₁)来改进对捕集阱电流I_T的估计。与来自从颗粒反射极150反向散射的电子的贡献相比，这允许来自正电流I_离子的相对贡献增加。这可以通过例如以涂层形式在颗粒反射极150上设置吸收电子的材料152来实现。因此，可以增大表示被颗粒反射极吸收的反向散射电子的比例分数的因子k₂。

通过相对于k₂减小k₃还可以进一步改进对捕集阱电流I_T的估计。这可以通过将吸收电子的材料194布置在孔装置190上来实现，使得可以减小从孔装置190反向散射的反向散射电子BS的比例分数。

以上示例披露了对反向散射电子BS的影响的直接测量。然而，理解的是，根据其他示例，可以通过例如通过查找表检索的参考数据来提供电子的对所测得的捕集阱电流I_T和反射极电流I_R的贡献。参考数据可以例如基于先前的测量或校准。

图3示出了以上结合图1讨论的X射线源的一部分，该部分进一步详细地展示了颗粒捕集阱140、颗粒反射极150和孔装置190的示例。根据本实施例，孔装置190可以包括用于支撑颗粒捕集阱140和颗粒反射极150的壳体或壁部分192，该颗粒捕集阱和颗粒反射极可以沿着电子束的路径与孔190对准。颗粒反射极150和/或颗粒捕集阱140可以例如是环形或板形的，并且可以形成围绕电子束布置的孔或开口。颗粒捕集阱140和颗粒反射极150可以进一步通过电连接器(诸如，例如导管162、164)电连接到相应的电压源和电流测量设备(未示出)。如本示例中所指示的，颗粒捕集阱140可以在几何上对相互作用区域T的视线隐藏。例如，这可以通过布置在颗粒捕集阱140和相互作用区域之间的法兰或孔结构来实现。通过将颗粒捕集阱140布置在这样的位置，该颗粒捕集阱可以更少地暴露于源自相互作用区域T的反向散射电子。进一步地，特别是当与颗粒反射极150相比时，颗粒捕集阱140可以被设置有相对较小的表面区，以便进一步减少对电子的暴露并因此提高所测得的颗粒捕集阱电流I_T的质量。在实施例中，颗粒捕集阱140可以连接至负电势，以便即使该颗粒捕集阱具有相对较小的表面区并且即使其布置在相对于来自相互作用区域T的视线的某个隐藏位置，也可以吸引带电颗粒。

图4示意性地展示了用于生成X射线的系统，该系统包括根据以上结合先前附图描述的实施例的X射线源100、处理设备(或处理电路)180和控制器(或控制电路)182。处理设备180可以被配置为从测量设备170和/或测量元件172(如图1中示出的)接收信息(诸如，例如所估计的捕集阱电流I_T和反射极电流I_R)，并且处理所接收到的数据以便消除例如存在于腔室中的多个颗粒。该估计可以例如包括使用如以上结合图2所讨论的校正因子进行计算。

来自处理设备180的结果然后可以被输出到控制器182，该控制器可以被配置为相应地控制电子源。在所估计的颗粒的数量例如超过预定极限的情况下，控制器例如可以控制电子束的强度或液体靶标的温度以减少所生成的颗粒的数量。该系统可以根据反馈回路进行操作，其中通过电子束与X射线源100的金属射流之间的相互作用生成的蒸气可以由处理设备180确定，并且可以由控制器182用于调整X射线源的操作。经调整的操作可以导致蒸气产生速率的变化，该变化可以由处理设备180确定并且被传输至控制器182等。

图5是展示了根据本发明的实施例的用于生成X射线辐射的方法的草图。该方法例如可以通过以上针对图4描述的控制器182和处理设备180来执行，并且用于控制可以被类似地配置为以上实施例中的任一个的X射线源100。该方法包括：提供液体靶标10；以及将电子束132引导朝向该液体靶标20，使得该电子束132与该液体靶标相互作用以生成X射线辐射134。该方法进一步包括：估计通过电子束与液体靶标之间的相互作用产生的颗粒的数量30；以及控制电子束40，使得所估计的颗粒的数量低于预定极限。

在本图中披露的特定示例中，估计颗粒的数量30的步骤可以包括：向颗粒捕集阱140施加负电势31；以及向颗粒反射极150施加正电势33。然后，通过测量通过带正电颗粒与颗粒捕集阱相互作用生成的捕集阱电流I_T32以及通过测量通过散射电子与颗粒反射极相互作用生成的反射极电流I_R34，可以基于该捕集阱电流I_T和该反射极电流I_R来估计腔室120中的颗粒的数量。颗粒的数量可以用作到控制器182的输入以对例如电子束132的电流、焦点或光斑尺寸、或液体靶标J的温度进行控制40，使得汽化速率保持在相对较低的水平。

根据实施例，估计颗粒的数量30的步骤可以(除此之外或作为替代性方案)包括测量例如振荡测量元件上的沉积材料的量36，其中，该沉积材料是由相互作用区域中产生的颗粒形成的。

根据实施例，估计颗粒的数量30的步骤可以(除此之外或作为替代性方案)包括通过测量布置在内壁上的两个电极之间的电阻来测量例如所述壁的一部分上的沉积材料的量36。如果沉积材料在连接两个电极的绝缘表面上形成膜，则电阻将与薄膜厚度成反比，并且因此与沉积材料的量成反比。在离开靶标的材料是以液滴形式的情况下，这些材料可以沉积在电极上，并且因此在电极之间创建用于导电的路径，从而有效地使电阻接近零(在测量准确性内)。

本领域技术人员意识到，本发明决不限于以上所描述的示例和配置。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。例如，颗粒捕集阱和颗粒反射极可以布置在其他几何位置中。可以结合以上所描述的用于估计腔室中的颗粒的数量的方法，将颗粒捕集阱和颗粒反射极例如用于保护X射线窗口免受污染，或者用于保护腔室内的其他部分和元件免受污染。进一步地，施加到颗粒捕集阱和颗粒反射极的电压不必是恒定的，而是可以以不同的方式变化，只要其有效地限制或控制颗粒的迁移率和/或测量污染物的数量即可。具体地，可以实现随时间变化的电势，这可以提供从不安全区域(例如，孔或窗口的附近)转移颗粒并估计其产生速率的更复杂的方式。此外，可以包括用于使通过电子束与液体靶标之间的相互作用生成的碎屑或颗粒主动电离的装置，因此增大了指向离子捕集阱的碎屑或颗粒的比例分数。在申请人的欧洲申请号16175573.1中披露了利用这种电离工具的X射线源，该申请通过引用并入本文。此外，在本发明概念的范围内，可以设想包括多于一个液体射流和/或多于一个电子束的X射线源和系统。此外，本文所描述类型的X射线源可以有利地与根据特定应用而定制的X射线光学器件和/或检测器组合，该特定应用例如但不限于以下各项：医学诊断、无损测试、光刻、晶体分析、显微镜学、材料科学、显微镜表面物理学、X射线衍射法测定蛋白质结构、X射线光谱分析(XPS)、临界尺寸小角X射线散射(CD-SAXS)和X射线荧光光谱分析(XRF)。另外，通过研究附图、披露内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所披露示例的变化。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的纯粹事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims

1.一种用于生成X射线辐射的方法，该方法包括：

在腔室(120)中提供(10)液体靶标(J)；

将电子束(132)引导(20)朝向所述液体靶标，使得该电子束与该液体靶标相互作用以生成X射线辐射(134)；以及

通过测量该腔室中带正电颗粒的数量来估计(30)通过该电子束与该液体靶标之间的相互作用产生的颗粒的数量并且消除来自散射电子的对所估计的颗粒的数量的贡献；该方法进一步包括：

控制(40)所述电子束和/或该液体靶标的区域中的温度，使得所估计的颗粒的数量低于预定极限，在该区域中，该电子束与所述靶标相互作用。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所估计的通过该电子束与该液体靶标之间的相互作用产生的颗粒的数量是对该液体靶标的汽化速率的度量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所估计的通过该电子束与该液体靶标之间的相互作用产生的颗粒的数量是对作为该腔室中的颗粒存在的液体靶标材料的量的度量。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，消除来自散射电子的贡献包括测量(34)由散射电子生成的电流，这些散射电子源自与该液体靶标的相互作用。

5.根据权利要求1至3所述的方法，其中，消除来自散射电子的贡献包括使这些散射电子偏转离开用于测量所述带正电颗粒的数量的颗粒传感器(140，150，172)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，控制该电子束的步骤包括改变该电子束的电流、光斑尺寸和焦点中的至少一项。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：将该液体靶标形成为射流。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，控制相互作用区域中的该液体靶标的温度的步骤包括改变该射流的速度。

9.一种X射线源(100)，包括：

腔室(120)；

液体靶标源，该液体靶标源被配置为在该腔室中提供液体靶标(J)；

电子源(130)，该电子源适于提供电子束(132)，该电子束被引导朝向该液体靶标，使得该电子束与该液体靶标相互作用以生成X射线辐射(134)；以及

设备，该设备适于测量通过该电子束与该液体靶标之间的相互作用产生的颗粒的数量，该设备包括：

颗粒传感器(140、150、172)，该颗粒传感器适于测量该腔室内的带正电颗粒的数量；以及

用于消除来自散射电子的对所测得的带正电颗粒的数量的贡献的装置；其中：

该电子源是可基于所测得的颗粒的数量控制的，和/或

该液体靶标源可操作以基于所测得的颗粒的数量来控制该液体靶标的区域中的温度，在该区域中，该电子束与所述靶标相互作用。

10.根据权利要求9所述的X射线源，其中，用于消除来自散射电子的贡献的装置包括用于使这些散射电子偏转离开该颗粒传感器或用于在这些散射电子朝向该颗粒传感器的途中捕集这些散射电子的设备。

11.根据权利要求10所述的X射线源，其中，该颗粒传感器选自包括以下各项的组：

用于捕集通过该电子束与该液体靶标之间的相互作用产生的正离子并测量所产生电流的设备，该设备进一步包括用于减去对所述电流的电子贡献的装置；

用于测量通过该电子束与该液体靶标之间的相互作用产生的颗粒形成的沉积材料的量的测量元件(172)；

用于测量X射线辐射的X射线二极管；以及

质谱仪。

12.根据权利要求11所述的X射线源，其中，用于捕集正离子的设备包括：

颗粒捕集阱(140)，该颗粒捕集阱适于收集通过与该液体靶标的相互作用产生的带正电颗粒；

颗粒反射极(150)，该颗粒反射极适于连接至正电势，以便偏转通过与该液体靶标的相互作用产生的带正电颗粒；

测量设备(170)，该测量设备用于测量通过该带正电颗粒与该颗粒捕集阱相互作用而生成的捕集阱电流(I_T)，并且用于测量通过这些散射电子与该颗粒反射极相互作用而生成的反射极电流(I_R)；以及

处理设备(180)，该处理设备被配置为基于该捕集阱电流和该反射极电流来估计颗粒的数量。

13.根据权利要求12所述的X射线源，其中，该颗粒捕集阱适于连接至负电势以便吸引带正电颗粒。

14.根据权利要求12或13所述的X射线源，其中，该颗粒捕集阱和该颗粒反射极沿着该电子束的路径布置。

15.根据权利要求12至14所述的X射线源，进一步包括：孔(190)，该孔包围该电子束的路径，其中，该颗粒反射极布置在该电子源与该颗粒捕集阱之间，并且该孔布置在该电子源与该颗粒反射极之间。

16.根据权利要求15所述的X射线源，其中，至少部分地围绕该孔的表面和/或该颗粒反射极的表面涂覆有吸收电子的材料(192，152)。

17.根据权利要求16所述的X射线源，其中，该吸收电子的材料是石墨。

18.根据权利要求11所述的X射线源，其中，该测量元件包括振荡测量元件。

19.根据权利要求9至18中任一项所述的X射线源，进一步包括控制器(182)，该控制器适于基于所测得的颗粒的数量来控制所述电子束和/或所述液体靶标源。

20.根据权利要求9至19中任一项所述的X射线源，其中，以液体射流的形式提供该液体靶标。