EP2050100A2 - Système de délivrance de faisceau de rayons x stabilisé - Google Patents

Système de délivrance de faisceau de rayons x stabilisé

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EP2050100A2
EP2050100A2 EP07823313A EP07823313A EP2050100A2 EP 2050100 A2 EP2050100 A2 EP 2050100A2 EP 07823313 A EP07823313 A EP 07823313A EP 07823313 A EP07823313 A EP 07823313A EP 2050100 A2 EP2050100 A2 EP 2050100A2
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EP
European Patent Office
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conditioning
source
source block
shutter
stabilizing
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EP07823313A
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German (de)
English (en)
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EP2050100B1 (fr
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Pascal Boulee
Dan Mihai Cenda
Peter Hoghoj
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XENOCS
Original Assignee
XENOCS
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Publication of EP2050100B1 publication Critical patent/EP2050100B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/02—Constructional details
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
    • G21K1/04—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators using variable diaphragms, shutters, choppers

Definitions

  • the invention relates to X-ray beam delivery systems.
  • Such X-ray beam delivery systems are used in particular in diffraction, reflectometry or X-ray fluorescence equipment.
  • Such equipment finds applications, for example, in the field of metrology, and more particularly in the field of metrology to perform part controls or process drift controls for semiconductor manufacturing applications.
  • the X-ray beam delivery system generates a beam that is directed to a sample to perform analyzes such as diffraction, fluorescence or reflectometry measurements.
  • analyzes such as diffraction, fluorescence or reflectometry measurements.
  • the analysis of the X-ray beam diffracted by the sample or the analysis of the RX fluorescence generated by this sample makes it possible to deduce characteristics of this sample, for example thicknesses of thin layers deposited on its surface. , mechanical stress levels of these thin layers, or phase analyzes of materials.
  • These delivery systems usually include:
  • a source block for generating an X-ray source beam through a source orifice comprises an X-ray source, a protective sheath for confining the source and means for cooling the source.
  • shutter means controlled and intended to block the beam at the source orifice
  • Source beam conditioning means making it possible to obtain at the level of the sample a delivered beam having desired characteristics.
  • the delivery systems must allow to obtain beams having at the sample level precise characteristics.
  • a beam at the sample level is usually characterized by the following parameters: "the size and shape of the beam.
  • the beam projection on the sample is usually called spot or spot spot.
  • spot spot the required beam, projected on a plane perpendicular to the direction of the beam, typically has dimensions less than 300 microns in a horizontal direction and a vertical direction, and a symmetrical shape in these two directions.
  • the conditioning means are in particular intended to treat the source beam in order to obtain the desired characteristics at the level of the sample.
  • the means. packaging can present:
  • An optical block comprising an optical device for spatially and spectrally processing the source beam.
  • the spectral effect typically corresponds to a monochromatization from a polychromatic spectrum emitted by the source. This spectral effect can also be a simultaneous reflection of several wavelengths while eliminating the background noise emitted by the source.
  • the spatial effect typically corresponds to an optical focusing or collimation effect to focus the beam toward the sample. • a collimator designed to block the scattered X-rays
  • shaping of the beam is thus typically provided by shaping orifices (hereinafter referred to by their Anglo-Saxon term "pinhole") placed in the collimator.
  • pinhole shaping orifices
  • an orifice placed at the end of the collimator will define the shape of the beam on the sample, this is the case of a collimator end placed near the sample.
  • the conditioning means allow to monochromatize, focus or collimate the beam.
  • Monochromatization corresponds to the filtration of a particular wavelength from a polychromatic spectrum emitted by the source
  • the focusing makes it possible to obtain a convergent beam from the divergent beam coming from the source
  • collimation aims to obtain a substantially parallel beam.
  • the usual delivery systems do not allow satisfactory temporal or spatial stability of the RX spot on the sample.
  • a spatial stability of the beam at the analysis zone of less than 50 microns, ie the variation of the position of the RX spot on the sample must be less than 50 microns, • a stability timing of the flow at the RX spot by plus or minus 5% (ie, the flux variation is within an interval defined by an average value and maximum and minimum values corresponding to the average value, respectively). increased by approximately 2.5% and the average value minus approximately 2.5%),
  • the stability performances of existing delivery systems have even more penalizing limits when they include beam shaping orifices whose size is very small and typically has a diameter less than 100 ⁇ m.
  • solutions proposing alignment and control systems of the position of the RX spot output with a servo on the alignment of the optical blocks and the collimator to overcome some misalignments do not allow to find a satisfactory stability in a reasonable delay.
  • This stabilization of the beam must thus be able to be typically done in a few tens of seconds in the case of a hot opening, that is to say with a system put to sleep at a reduced power of the source, or in a few tens minutes in the case of cold ignition of the source.
  • the aim of the invention is to improve the existing X-ray beam delivery systems and in particular to improve their spatial or temporal stability.
  • an X-ray beam delivery system comprising a source block emitting an X-ray source beam, conditioning means for conditioning the source beam, is provided in the context of the present invention.
  • the system further comprising stabilizing means arranged to thermally stabilize a zone of the system located downstream of the source block, to limit heat transfer to the conditioning means to prevent temperature disturbances at the level of the conditioning means.
  • stabilizing means arranged to thermally stabilize a zone of the system located downstream of the source block, to limit heat transfer to the conditioning means to prevent temperature disturbances at the level of the conditioning means.
  • the conditioning means are in fact protected from any external thermal disturbance, which may be derived from the devices surrounding the conditioning means (such as, for example, the sealing means), or even from the external temperature variation properly speaking.
  • the X-ray beam delivery system may furthermore optionally have at least one of the following characteristics: the system comprises, downstream of the source block, means for closing the source block and the stabilizing means comprise shutter stabilizing means arranged so as to thermally stabilize the shutter means, the disturbances being generated by the shutter means.
  • the system comprises, downstream of the source block, fast shut-off means and the stabilization means comprise fast shutter stabilization means arranged in such a way as to thermally stabilize the fast shut-off means, the disturbances being generated by the shut-off means fast.
  • the closing means and the fast closure means comprise at least one control member generating the thermal disturbances, and the stabilizing means are directly in contact with the control member so as to thermally stabilize.
  • the shut-off means and the fast shut-off means comprise at least one control element generating the thermal disturbances, the control element supports, and the stabilizing means are in contact with these supports so as to thermally stabilize them.
  • control member is a coil or a servomotor.
  • the stabilizing means comprise second stabilizing means arranged so as to thermally stabilize all or part of the conditioning means.
  • the conditioning means comprise an optical block and / or a collimator.
  • the system comprises a support bracket of the conditioning means, and the stabilizing means are arranged to thermally stabilize the bracket.
  • the source block comprises a cooling zone
  • the stabilization means are arranged so as to allow a transfer of heat from at least the zone to be stabilized towards the cooling zone of the source block.
  • the stabilization means comprise at least one plate cooled by convection of a heat transfer liquid.
  • the source block comprises a cooling zone
  • the stabilization means comprise a plate of a conductive material in contact with the cooling zone on the one hand and with the zone to be stabilized on the other hand.
  • the plate has a certain elasticity so as to absorb vibrations emitted by the sealing means.
  • the stabilization means comprise at least one heat pipe.
  • the source block comprises at least one cooling zone
  • the heat pipe comprises a capacitor part associated with the cooling zone of the source block.
  • the heat pipe comprises an evaporator part associated with the zone to be stabilized.
  • the invention further relates to a method of stabilizing an X-ray beam generated by an X-ray beam delivery system comprising a source block emitting a source beam of X-ray, conditioning means for conditioning the source beam in the direction of a sample, in which a zone of the system located downstream of the source block is thermally stabilized, to limit heat transfer to the conditioning means with a view to to prevent the conditioning means from undergoing thermal disturbances.
  • Figures 1a and 1b are perspective views of an X-ray beam delivery system according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIGS. 2a to 2c are diagrams of exemplary X-ray beam delivery system having a first type of stabilizing means.
  • Figures 3a to 3c are X-ray beam delivery system diagrams according to various exemplary embodiments and having a second type of stabilizing means. The invention will now be detailed with reference to the embodiments proposed in Figures la to 3c.
  • the X-ray beam delivery system 1 comprises:
  • the source block 100 The source block 100
  • the source block 100 includes in particular a source for generating an X-ray source beam through a source orifice.
  • the direction of propagation of the waves constituting the source beam defines an upstream direction and a downstream direction 11 in a direction of propagation determined by the direction of the beam delivered by the X-ray beam delivery system 1.
  • the source block 100 comprises an X-ray tube disposed in a protective sheath, the sheath providing X-ray radiation protection and possibly a pre-cooling of the X-ray tube.
  • the tube may be immersed in a heat-transfer fluid contained in the sheath and providing pre-cooling.
  • the source block further comprises cooling means for maintaining the tube at temperatures typically below 45 ° C.
  • these cooling means comprise a cooling shell 102.
  • the cooling shell 102 is thus connected to a remote external heat exchanger for undoing the coolant heat that it has accumulated in the cooling shell.
  • the connection is made at the inlet tips 104 and 105.
  • the external heat exchanger, the cooling shell 102 are also connected to a remote pump of the beam delivery system to ensure the cycle of the coolant .
  • the exchanger, the cooling shell, the connections and the pump thus define a closed circuit.
  • the protective sheath may also be cooled by a radiator affixed for example above the source to ventilate the protective sheath.
  • the cooling shell 102 of the source block 100 thus defines an outer envelope constituting a cooling zone 102 of the source.
  • the X-ray tube is a low-power micro-focus tube.
  • Low power means an X-ray source comprising an electron gun generating an electron beam of an electronic power typically less than 100 Watts (or of the order of a few hundred Watts), this electron beam being intended impacting the anode of the X-ray tube to generate X-rays of desired energy.
  • the apparent focus of such a micro-focus source is typically less than 100 microns.
  • the apparent focus corresponds to the focus as "seen” by the adjacent optical elements when these are typically placed at an angle of 6 ° to the tube anode surface (this angle corresponds to the angle of elevation of the optics relative to the surface of the anode of the tube and is commonly called in Anglo-Saxon term “take-off angle”).
  • This type of X-ray tube is available from Oxford X-ray Technology based in Scott Valley, California, or from RTW Roentgentechnik GmbH.
  • the amount of heat generated by the source is important which requires adequate sizing of the cooling capacity of the cooling system 1. It is specified that typically 99% of the power of the electron beam impacting the anode is dissipated into heat energy and 1% of the energy is dissipated in X-rays. A large part of the energy of the electron beam is thus dissipated. in thermal energy on the anode, the latter radiating part of this heat on the walls of the X-ray tube.
  • the invention is not limited to the use of this type of tubes and higher power tubes may be used.
  • the dimensioning of the cooling means of the source will have to be adapted.
  • the source block 100 may comprise instead of a sealed tube an RX source of the rotating anode type.
  • the tube may be an anode tube of copper, molybdenum or tungsten.
  • the packaging means 500 The packaging means 500
  • the purpose of the conditioning means 500 is to collect the beam emitted by the source and to process it spatially and spectrally in order to shape it in the direction of a sample. They are arranged downstream of the source block.
  • Energy filtration and focusing or collimation are in particular ensured by an optical block 520 arranged in the direction of propagation of the beam, downstream of the source.
  • the optics may be multi-layered optics or a natural crystal for X-ray diffraction, and shaped to provide a focus or collimation effect in one or two dimensions as needed.
  • the optic can also be a monocapillary or polycapillary optic.
  • the optics is included in a sarcophagus.
  • This sarcophagus provides radiation protection and a vacuum or light inert gas Helium type of optics, to limit the absorption of X-rays.
  • under vacuum also protects the surface against surface degradation phenomena activated by exposure X-rays in air.
  • Alignment screws 540 align the optics and / or the sarcophagus with the source.
  • mirrors producing one-dimensional or two-dimensional focusing or collimating effects may be used.
  • mirrors with simple reflection having advanced forms of the type of those defined in FR 2 841 371 or even Kirkpatrick-Baez mirrors contiguous or dissociated may be used.
  • the collimator 530
  • the conditioning means 500 may also comprise a collimator 530 making it possible to shape the beam in order to obtain an RX spot of desired size and shape at the sample and to limit the background noise of the X-rays. disseminated.
  • the attenuation of the background noise can be obtained for example by absorption of the scattered radiation on all the parts of the delivery system 1 by means of a combination of slots and baffles.
  • the shaping of the beam makes it possible to obtain an RX spot of desired size and shape at the sample level.
  • This shaping of the beam is typically obtained by means of dedicated orifices, designated hereafter by their usual and Anglo-Saxon terminology "pinhole”.
  • Such pinhole may be disposed at the downstream end of the packaging means 500 in a support member 532 carried by an outlet nozzle 531.
  • the pinhole mainly has a bore of very small and precise diameter through which the beam passes.
  • the pinhole is close to the focal point of the optics close to the sample to be analyzed and has a diameter of its bore less than 100 microns.
  • the diameter dimension of the pinhole is typically between 80 and 30 microns.
  • the conditioning means 500 described above make it possible to obtain a bundle delivered having the following characteristics:
  • a focussing ensured over a source-focal point distance of between approximately 40 and 60 cm, the sample being placed at the focal point or a few centimeters after the focal point,
  • conditioning means 500 may be limited either to the optical block 520 or to the collimator 530.
  • the shutter means 400 The shutter means 400
  • the shutter means 400 comprise a control member 401, a control member support 402, a shutter.
  • These shutter means 400 are arranged downstream of the source block 100.
  • the role of the shutter means 400 is to ensure a blocking of the source beam at the source orifice.
  • This blocking is provided by the shutter, which comprises a shutter plate in the form of a solid piece, a material sufficiently heavy to absorb the entire source beam.
  • the displacement of the shutter from a blocking position of the beam to an open position of the source and vice versa is controlled by the control member 401.
  • the shutter means 400 ensure the safety of the system 1 in that they block the source beam in any situation other than an operator controlled opening.
  • This shutter is thus designed to be able to move and hold in the locked position in case of power failure.
  • This type of shutter is thus commonly known as a safety shutter.
  • the control member 401 comprises an electromagnet coil controlled from the outside by an operator. These coils can be surrounded by air, as shown in the example of Figure 1, which allows good thermal insulation and offers greater tolerance to vibrations possibly caused by the movement of the shutter in the shutter guide .
  • the controls may also, in other devices, be in contact with the outer walls of these closure means 400.
  • the controller 401 includes a servomotor.
  • the control member support 402 allows stable mechanical maintenance of the control member 401 on the delivery system 1.
  • the shutter may also be in the form of an enclosure for containing substantially sealing the control member 401.
  • the system 1 also comprises a shutter guide providing the reciprocating guidance of the shutter between a source blocking position and an opening position of the source.
  • rapid shutter means 450 have the role of ensuring a very fast and perfectly controlled blocking of the beam to allow very short exposure times of the sample.
  • fast shutter means 450 are especially used for crystallography-type diffractometry applications.
  • the response time of the fast shutter means is typically of the order of a few milliseconds, and the response time of the safety shut-off means is typically of the order of a few tens of milliseconds.
  • These fast shutter means 450 may be arranged along the direction of the beam between the source block 100 and the downstream end of the X-ray beam delivery system 1.
  • These fast shutter means 450 may operate in particular on a rotation principle as is known from the state of the art or on a sliding principle.
  • Support brackets 450 may operate in particular on a rotation principle as is known from the state of the art or on a sliding principle.
  • the choice of the stabilization means 800 and their arrangement in the system 1 also depend on the way in which the conditioning means 500 are linked to the other elements of the system 1.
  • the conditioning means 500 are usually arranged cantilevered with respect to the block source 100, it is further possible to provide a support bracket 700 whose function is to ensure the mechanical strength and the rigidity of the system 1.
  • This bracket 700 is disposed downstream of the source block 100.
  • delivery systems including FIGS. 1a, 1b, 2b, 3a,
  • FIG. 3c show examples, comprise a support square 700 forming a mechanical support for the conditioning means 500.
  • This bracket 700 is generally in contact with a part of the closure means 400 and with a part of the conditioning means 500.
  • FIGS. 2a, 2c, 3b propose system configurations 1 of delivery without a support square 700.
  • the shutter means 400 and the packaging means 500 are supported by means of robust mechanical interfaces. These interfaces usually made of metal allow heat transfer by conduction.
  • the stabilization means 800 The stabilization means 800
  • the closure means 400 can generate a slight increase in temperature likely to influence the spatial and temporal stability of the beam. X-ray generated by the system. Indeed, once the opening actuated, the control member 401 consumes a power of a few watts to a few tens of Watts to keep the shutter in the open position. The control member 401 thus releases a thermal power. This thermal power can be released relatively continuously since the safety shutters can be kept open for several tens of minutes or several hours.
  • thermal disturbances generated by the shutter means 400 propagate by conduction on the walls of the optical block 520 and the collimator 530 as well as on the shaping pins of the beam.
  • the zones of the system 1 subjected to such temperature variations undergo a thermal expansion that can cause a spatial and temporal instability of the beam.
  • the thermal disturbances are essentially generated by elements external to the conditioning means as such. It is therefore important to be able to limit these thermal disturbances generated from outside the conditioning means. Indeed, if the interaction of the X-ray beam with the active surface means In theory, the conditioning circuit can generate a heating of the latter, such an internal thermal disturbance can be neglected within the scope of the invention with regard to the considered fields of application for which the power dissipated at the level of the active surface is the same. order of a few milliwatts.
  • the delivery system 1 comprises stabilization means 800. These stabilization means
  • thermally stabilizing an area means maintaining this zone at a substantially constant temperature.
  • These stabilization means 800 ensure a transfer of heat from an area to be stabilized to a cooled zone or thermally stabilized. Thus, the heat generated by the control member
  • the conditioning means 500 are therefore not subject to temperature variations and the spatial and temporal stabilities of the X-ray beam delivery system 1 are therefore not disturbed.
  • stabilization means 800 can be envisaged. Some of these solutions are described in detail below and should not be considered as limiting the teachings of the present invention.
  • the stabilization means 800 are designated: shutter stabilization means if they are associated directly with the shutter means 400 and whose function is to ensure the stabilization of the shutter means 400, Second stabilization means if they are directly associated with the conditioning means 500, and whose function is to ensure the stabilization of the conditioning means 500,
  • fast shutter stabilizing means if they are associated with the fast shutter means 450 and have the function of ensuring the stabilization of the fast shutter means 450.
  • An area of the system 1 stabilized by stabilizing means 800 is designated thereafter zone to be stabilized.
  • the areas to be stabilized are located downstream of the source block 100.
  • the cooling means of the source are not disposed downstream of the source block 100 and are therefore not stabilizing means 800 within the meaning of the present application.
  • the location of the zone to be stabilized must be chosen so as to prevent temperature disturbances from reaching the conditioning means.
  • These stabilization means 800 are intended to carry out a transfer of heat between two zones by thermal conduction.
  • This thermal conduction may in particular be ensured by bringing the zone to be stabilized into contact with one or more of the following heat transfer elements:
  • Shutter stabilization means associated with the supports of the control member 401.
  • the stabilizing means 800 may comprise a cooled part 830 by convection of a heat transfer liquid.
  • This part may in particular be a cooled part by forced convection of a heat transfer liquid circulating inside the room.
  • the liquid can thus circulate in a coil inserted in the room to ensure a guided flow.
  • the cooled part 830 can be connected to the cooling circuit of the cooling shell 102 of the source if it is cooled by forced convection with the same type of heat transfer liquid.
  • This cooled part 830 may be placed in contact with the supports of the control member 401, in particular on the opposite side to the source block, in order to improve the compactness of the system in order to position the conditioning means as close as possible to the source, which increases the solid angles of collection at the level of optics.
  • This principle is illustrated in Figures 2a, 2b, 2c.
  • the cooled part is also in contact with this bracket 700 to ensure stabilization of both the optical block 520 collimator 530.
  • This configuration is shown in Figure 2b.
  • an aluminum part about 1 cm thick cooled by circulation of brine with a temperature of 25 ° C at the input of the piece stabilizes the system 1 to achieve the performance mentioned above.
  • the interface piece 600 providing mechanical support between the source block 100 and the conditioning means 500 must be dimensioned so as to ensure sufficient mechanical strength of the system 1 despite the provision cantilever of the conditioning means 500 with respect to the source block 100.
  • This interface piece 600 is therefore likely to be more massive and to have a surface contact with the shutter means 400 larger than in the case of an assembly with bracket 700.
  • This interface piece 600 therefore tends to favor thermal exchanges between the various elements of the system 1.
  • a cooled part 830 as described above between the interface piece 600 and the conditioning means 500.
  • Such a cooled part 830 has a thickness of about 1 cm.
  • Figure 2c provides an example of this configuration.
  • the supports of the control member 401 are in contact with a highly conductive part.
  • This highly conductive part 810 is for example made of a metal including copper, or aluminum.
  • the copper parts will be especially nickel-plated copper in order to limit copper contamination which is highly undesirable for this industry.
  • This highly conductive part 810 thus provides a thermal bridge between these two elements and thus promotes thermal transfer by conduction of the heat generated by the control member 401 to the cooling zone 102 of the source block 100.
  • an aluminum cooling shell whose outer surface is maintained at an ambient temperature of the order of 25 ° C., for example through forced convection cooling of a coolant circulating in the shell, and associated with the highly conductive part 810 ensures such cooling.
  • This stabilization solution involving a strongly conductive part 810 provides a good stabilization of the shutter means 400 and a greatly reduced size.
  • the shutter means 400 comprise a shutter passing from an open position to a sliding lock position
  • the highly conductive part 810 has a certain elasticity.
  • the vibrations generated by the friction due to the sliding of the shutter and mechanically transmitted to the supports of the control member 401 are damped by the highly conductive part.
  • Such a highly conductive part 810 may especially consist of a thin sheet of copper or aluminum. This plate has for example a thickness of 1 mm.
  • this highly conductive part 810 has a bend formed by bending. Such a geometry makes it possible to substantially increase the capacity of this part to absorb the vibrations generated by the sliding of the shutter.
  • a stabilization of the shutter means 400 by contacting a highly conductive part 810 is particularly effective for the stabilization of a coil consuming a power of the order of 20 Watts. o 850 heat pipes
  • the stabilization means 800 comprise a heat pipe 850 or a heat pipe network.
  • Heatpipes 850 are used very effectively to remove a significant amount of heat from a limited contact area.
  • a heat pipe 850 usually has a hermetic enclosure which encloses a liquid in equilibrium with its vapor phase. The heat transfer is carried out passively, by cycles of evaporation of the liquid on the part to be cooled designated evaporator zone 851 and condensation on the cold part called condenser zone 852.
  • the steam flows from the evaporator zone 851 to the capacitor zone 852 by overpressure and the condensate flows in the opposite direction by capillary action.
  • This effect can be caused by a porous medium disposed on the inner walls of the capillary. The effect may be accentuated by the gravity resulting from inclination of the tube.
  • Heat pipe cooling 850 has the advantage of easily integrating into an X-ray beam delivery system 1 because it does not require water connections.
  • the heat pipes 850 therefore offer a great deal of flexibility in the design of the configurations of the X-ray beam delivery systems.
  • heat pipes have a very good thermal efficiency. Indeed, the thermal conductivity of a heat pipe 850 is a thousand times greater than that of a copper tube of equivalent dimensions.
  • heat pipes 850 may be provided to arrange these heat pipes 850 as follows: Contacting the evaporator zone 851 of the heat pipe 850 with the zone to be stabilized and,
  • the thermal stabilization of the zones to be stabilized is ensured by the arrangement of heat pipe 850 without additional radiators, the cooling of the condenser part of the heat pipes 850 being ensured by the cooling zone 102 of the source block 100.
  • the Use of the heat pipes is particularly advantageous in the case where the area to be stabilized is located at a significant distance, typically greater than a few centimeters from the cooling zone of the source because of its high thermal conductivity. This principle is illustrated in particular in FIG. 3c, where a heat pipe 850 is used to evacuate the calories of a quick shutter 450 which can thus be placed approximately 20 centimeters from the source block 100.
  • Heat pipes may also be used effectively to effect a thermal bridge between the cooling zone 102 of the source block 100 and the zone to be stabilized when this thermal bridge is to be made through a part made of a material with a low thermal conductivity such as than stainless steel.
  • bracket 700 For assemblies with bracket 700, it will also be possible to provide heat pipes 850 whose evaporator zone 851 is associated with bracket 700 to prevent the latter from forming a thermal bridge between closure means 400 and the conditioning means 500.
  • Shutter stabilization means directly associated with the control member 401.
  • the shutter stabilizing means are directly associated with the control member 401.
  • it can be expected to have in contact with the coil an element of high thermal conductivity.
  • control member 401 comprises a servomotor
  • the element of high thermal conductivity is disposed in contact with the heat generating portion of the booster.
  • control member supports 402 form an enclosure containing the coil, it can also be provided to circulate in the chamber, a heat transfer fluid for a particularly efficient heat exchange between the coil and the fluid.
  • the delivery system 1 comprises other stabilizing means 800 associated with the conditioning means 500 and designated second stabilizing means.
  • These second stabilization means are intended to stabilize the conditioning means 500 subjected to heat transfer generated by the closure means.
  • these second stabilization means are intended to prevent a variation in the temperature of the ambient medium from influencing the conditioning means 500.
  • the variation in ambient temperature may be a variation in the general temperature of the room. the room surrounding the water delivery system or a localized temperature variation, for example at the sample that can be heated to high temperature for experimental purposes or raised to very low temperature so as not to be degraded (in the case of organic samples).
  • the second stabilization means make it possible both to stabilize the conditioning means 500 subjected to a heat transfer generated by the closure means, and to prevent a variation in the temperature of the ambient medium from influencing the conditioning means 500.
  • the heat transfer elements that comprise the stabilization means 800 mentioned previously about the shutter stabilizing means can also be used to form the second stabilizing means.
  • At least one cooled part by convection of a heat transfer fluid At least one cooled part by convection of a heat transfer fluid
  • At least one piece of strong thermal conduction At least one piece of strong thermal conduction.
  • the bars 811 of a conductive material (aluminum or copper) with a diameter of the order of a few millimeters can be used to stabilize the support bracket 700.
  • the system 1 actually comprises two aluminum bars placed symmetrically with respect to the vertical plane (YZ plane in Figure la).
  • one or more heat pipes 850 can also be associated directly with the optical block 520.
  • the evaporator zone 851 of the heat pipe 850 is in contact with the optical block 520 while the capacitor zone 852 of the same heat pipe 850 is in contact with the cooling zone 102 of the source block 100. It can also be provided that the collimator 530 is in contact with the evaporator zone 851 of a heat pipe 850 whose capacitor zone 852 is in contact with the cooling zone 102 of the source block 100.
  • Such solutions provide a stabilization of the cooling means.
  • 500 packaging are all the more advantageous that these conditioning means 500 play a major role in the spatial and temporal stability of the delivered beam.
  • the thermal stabilization of the pinhole is particularly decisive.
  • the pinhole tightly conditions the size of the RX spot at the sample level, and because of its very small size it is particularly sensitive to any variation in temperature.
  • an embodiment of the invention comprises stabilization means 800 associated with fast shutter means 450. These stabilization means 800 are designated rapid shutter stabilization means.
  • these rapid shutter stabilization means may comprise one of the following heat transfer elements or a combination of these heat transfer elements:
  • At least one cooled part by convection of a coolant or
  • fast closing means 450 are arranged between the optical block 520 and the collimator 530.
  • Fast shut-off means 450 comprising a heat pipe 850 make it possible to stabilize these fast shut-off means 450.
  • the evaporator zone 851 of the heat pipe 850 is in contact with the fast shut-off means 450 while the condenser zone 852 of the same heat pipe 850 is in contact with the cooling zone 102 of the source block 100.
  • the source consists of a tube operating with a power of the order of 50 Watts, and comprises cooling means 102 for discharging a thermal power of the order of 100 Watts thus ensuring a stabilization of the source but also a stabilization of the sealing means and means of packaging.
  • the X-ray beam delivery systems according to the invention typically achieve the following performance:
  • a spatial stability of the RX spot at the analysis zone of less than 50 microns, and typically of the order of 20 microns,
  • the rise in temperature of the conditioning means 500 following the opening of the source is typically less than 1 ° C.
  • the X-ray beam delivery systems thus obtained are particularly suitable for applications of X-ray diffraction or X-ray fluorescence requiring high stability constraints.
  • Such X-ray beam delivery systems are particularly advantageous in the field of semiconductor fabrication for controlling process drifts.
  • the X-ray beam delivery systems according to the invention offer a very good spatial and temporal stability.
  • these spatial and temporal stability performances are obtained independently of the number of openings of the shutter means and independently of the ambient temperature variations.
  • the bulk of a beam delivery system according to the examples mentioned above and comprising an optical block and a collimator may typically have a length of 50 cm.
  • the same system may comprise several heat transfer elements of different natures, each of these elements being associated with a respective stabilization zone.
  • shutter stabilizing means may comprise both a part with a high thermal conductivity and a cooled part convection of a heat transfer liquid.

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Description

Système de délivrance de faisceau de rayons X stabilisé.
L'invention concerne les systèmes de délivrance de faisceau de rayons X.
De tels systèmes de délivrance de faisceau de rayons X sont utilisés notamment dans des équipements de diffraction, de réflectométrie ou de fluorescence rayons X. De tels équipements trouvent des applications par exemple dans le domaine de la métrologie, et plus particulièrement dans le domaine de la métrologie pour effectuer des contrôles de pièces ou des contrôles de dérive de procédés pour les applications de fabrication de semi-conducteurs.
Le système de délivrance de faisceau de rayons X génère un faisceau qui est dirigé vers un échantillon afin de procéder à des analyses telles que des mesures de diffraction, de fluorescence ou de réflectométrie. Suivant la technique utilisée, l'analyse du faisceau de rayons X diffracté par l'échantillon ou l'analyse de la fluorescence RX généré par cet échantillon permet de déduire des caractéristiques de cet échantillon comme par exemple des épaisseurs de couches minces déposées à sa surface, des niveaux contraintes mécaniques de ces couches minces, ou encore des analyses de phases de matériaux.
Ces systèmes de délivrance comportent habituellement :
• un bloc source permettant de générer un faisceau source de rayons X à travers un orifice source. Ce bloc source comprend une source de rayons X, une gaine de protection permettant de confiner la source et des moyens de refroidissement de la source.
• des moyens d'obturation commandés et destinés à bloquer le faisceau au niveau de l'orifice source,
• des moyens de conditionnement du faisceau source permettant d'obtenir au niveau de l'échantillon un faisceau délivré présentant des caractéristiques souhaitées.
Pour des applications analytiques de métrologie par diffraction ou fluorescence par exemple, les systèmes de délivrance doivent permettre d'obtenir des faisceaux présentant au niveau de l'échantillon des caractéristiques précises.
Ainsi, un faisceau au niveau de l'échantillon est habituellement caractérisé par les paramètres suivants: « la dimension et la forme du faisceau. La projection du faisceau sur l'échantillon est habituellement appelée tache RX ou spot. Pour de telles applications le faisceau requis, projeté sur un plan perpendiculaire à la direction du faisceau, a typiquement des dimensions inférieures à 300 μm selon une direction horizontale et une direction verticale, et une forme symétrique selon ces deux mêmes directions.
• son intensité,
• son spectre énergétique (ou en longueur d'onde)
• sa divergence ou sa convergence
• sa stabilité spatiale, qui se définit comme la capacité de la tache RX à conserver la même position sur l'échantillon.
• sa stabilité temporelle, qui représente la capacité de la tache RX à présenter une intensité constante au cours du temps.
Les moyens de conditionnement sont notamment destinés à traiter le faisceau source afin d'obtenir les caractéristiques souhaitées au niveau de l'échantillon. A cet effet, les moyens . de conditionnement peuvent présenter :
• un bloc optique comprenant une optique pour traiter spatialement et spectralement le faisceau source. L'effet spectral correspond typiquement à une monochromatisation à partir d'un spectre polychromatique émis par la source. Cet effet spectral peut être également une réflexion simultanée de plusieurs longueurs d'ondes tout en éliminant le bruit de fond émis par la source. L'effet spatial correspond typiquement à un effet optique de focalisation ou de collimation pour concentrer le faisceau en direction de l'échantillon. • un collimateur destiné à bloquer le rayonnement X diffusé
(susceptible de générer du bruit de fond) et à mettre en forme le faisceau afin d'obtenir une tache RX de dimension et de forme souhaitée au niveau de l'échantillon. La mise en forme du faisceau est ainsi typiquement assurée par des orifices de mises en forme (désigné ci- après par leur terme anglo-saxon "pinhole") placés dans le collimateur. Pour certaines applications un orifice placé en sortie du collimateur définira la forme du faisceau sur l'échantillon, tel est le cas d'une extrémité de collimateur placée à proximité d'échantillon.
Ainsi, les moyens de conditionnement permettent de monochromatiser, focaliser ou collimater le faisceau.
Pour rappel,
• la monochromatisation correspond à la filtration d'une longueur d'onde particulière à partir d'un spectre polychromatique émis par la source,
• la focalisation permet d'obtenir un faisceau convergent à partir du faisceau divergent issu de la source,
• la collimation vise à obtenir un faisceau sensiblement parallèle. Les systèmes de délivrance habituels ne permettent pas une stabilité temporelle ou spatiale satisfaisante de la tache RX sur l'échantillon.
Pour de nombreuses applications, notamment pour les applications exigeant de fortes contraintes de stabilité, les solutions apportées ne se sont pas montrées satisfaisantes.
Il en est notamment ainsi pour les applications qui nécessitent :
• une stabilité spatiale du faisceau au niveau de la zone d'analyse inférieure à 50 microns, c'est-à-dire que la variation de la position de la tache RX sur l'échantillon doit être inférieure à 50 microns, • une stabilité temporelle du flux au niveau de la tache RX de plus ou moins 5 % (c'est-à-dire que la variation du flux est comprise dans un intervalle défini par une valeur moyenne et des valeurs maximum et minimum correspondant respectivement à la valeur moyenne majorée d'environ 2,5% et à la valeur moyenne minorée d'environ 2,5%),
Les performances notamment en stabilité des systèmes de délivrance existants présentent des limites encore plus pénalisantes lorsqu'ils comportent des orifices de mises en formes du faisceau dont la taille est très petite et présente typiquement un diamètre inférieur à 100 μm.
A fortiori, les solutions connues ne permettent pas d'obtenir une telle stabilité spatiale sur une période étendue, typiquement de l'ordre de plusieurs semaines.
De plus les solutions proposant des systèmes d'alignement et de contrôle de la position de la tache RX en sortie avec un asservissement sur l'alignement des blocs optiques et du collimateur afin de palier certains désalignements ne permettent pas de retrouver une stabilité satisfaisante dans un délai raisonnable.
En outre il a été observé que cette instabilité du faisceau peut perdurer pendant plusieurs heures.
Or, dans les applications précitées, et notamment pour satisfaire les contraintes liées aux rendements industriels, il est indispensable d'obtenir une stabilisation rapide du système de délivrance.
Cette stabilisation du faisceau doit ainsi pouvoir se faire typiquement en quelques dizaines de secondes dans le cas d'une ouverture à chaud, c'est-à-dire avec un système mis en veille à une puissance réduite de la source, ou en quelques dizaines de minutes dans le cas d'un allumage à froid de la source.
L'invention vise à améliorer les systèmes existants de délivrance de faisceau rayon X et a notamment pour but d'améliorer leur stabilité spatiale ou temporelle.
Pour atteindre les objectifs pré-mentionnés, il est prévu dans le cadre de la présente invention un système de délivrance de faisceau de rayons X comprenant un bloc source émettant un faisceau source de rayons X, des moyens de conditionnement permettant de conditionner le faisceau source en direction d'un échantillon, le système comportant en outre des moyens de stabilisation agencés de manière à stabiliser thermiquement une zone du système située en aval du bloc source, pour limiter les transferts thermiques vers les moyens de conditionnement en vue de prévenir des perturbations de température au niveau des moyens de conditionnement. Ainsi, le système selon l'invention permet de limiter les transferts thermiques en aval du bloc source. Les perturbations des moyens de conditionnement dues notamment aux variations de température générées par les moyens d'obturation sont donc limitées. Par conséquent, les stabilités spatiale et temporelle du faisceau délivré sont améliorées.
Les moyens de conditionnement sont en effet protégés de toute perturbation thermique externe, qui peut être issue des dispositifs environnant les moyens de conditionnement (comme par exemple les moyens d'obturation), voire de la variation de température externe à proprement parlée.
Le système de délivrance de faisceau de rayons X selon l'invention pourra en outre présenter facultativement au moins l'une des caractéristiques suivantes : - le système comporte en aval du bloc source des moyens d'obturation du bloc source et les moyens de stabilisation comprennent des moyens de stabilisation obturateur agencés de manière à stabiliser thermiquement les moyens d'obturation, les perturbations étant générées par les moyens d'obturation. - le système comporte en aval du bloc source des moyens d'obturation rapide et les moyens de stabilisation comprennent des moyens de stabilisation obturateur rapide agencés de manière à stabiliser thermiquement les moyens d'obturation rapide, les perturbations étant générées par les moyens d'obturation rapide. - les moyens d'obturation et les moyens d'obturation rapide comprennent au moins un organe de commande générant les perturbations thermiques, et les moyens de stabilisation sont directement au contact de l'organe de commande de manière à le stabiliser thermiquement. - les moyens d'obturation et les moyens d'obturation rapide comprennent au moins un organe de commande générant les perturbations thermiques, des supports d'organe de commande, et les moyens de stabilisation sont au contact de ces supports de manière à les stabiliser thermiquement.
- l'organe de commande est une bobine ou un servo-moteur.
- les moyens de stabilisation comportent des seconds moyens de stabilisation agencés de manière à stabiliser thermiquement tout ou partie des moyens de conditionnement.
- les moyens de conditionnement comprennent un bloc optique et/ou un collimateur.
- le système comprend une équerre de support des moyens de conditionnement, et les moyens de stabilisation sont agencés de manière à stabiliser thermiquement cette équerre.
- le bloc source comprend une zone de refroidissement, et les moyens de stabilisation sont agencés de manière à permettre un transfert de chaleur depuis au moins la zone à stabiliser vers la zone de refroidissement du bloc source. les moyens de stabilisation comportent au moins une plaque refroidie par convection d'un liquide caloporteur.
- le bloc source comprend une zone de refroidissement, et les moyens de stabilisation comportent une plaque d'un matériau conducteur en contact avec la zone de refroidissement d'une part et avec la zone à stabiliser d'autre part.
- la plaque présente une certaine élasticité de manière à absorber des vibrations émises par les moyens d'obturation.
- la plaque est coudée. - les moyens de stabilisation comportent au moins un caloduc.
- le bloc source comprend au moins une zone de refroidissement, et le caloduc comprend une partie condensateur associée à la zone de refroidissement du bloc source.
- le caloduc comprend une partie évaporateur associée à la zone à stabiliser.
L'invention a en outre pour objet un procédé de stabilisation d'un faisceau de rayons X généré par un système de délivrance de faisceau de rayons X comprenant un bloc source émettant un faisceau source de rayons X, des moyens de conditionnement permettant de conditionner le faisceau source en direction d'un échantillon, dans lequel on stabilise thermiquement une zone du système située en aval du bloc source, pour limiter les transferts thermiques vers les moyens de conditionnement en vue d'empêcher les moyens de conditionnement de subir des perturbations thermiques.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :
Les figures la et Ib sont des vues en perspective d'un système de délivrance de faisceau de rayons X selon un exemple de réalisation de l'invention.
Les figures 2a à 2c sont des schémas d'exemples de système de délivrance de faisceau de rayons X comportant un premier type de moyens de stabilisation.
Les figures 3a à 3c sont des schémas de système de délivrance de faisceau de rayons X selon divers exemples de réalisation et comportant un deuxième type de moyens de stabilisation. L'invention va maintenant être détaillée en référence aux modes de réalisation proposés sur les figures la à 3c.
Dans ces exemples de réalisation, le système 1 de délivrance de faisceau de rayons X comporte :
• un bloc source 100, • des moyens de conditionnement 500,
• des moyens d'obturation 400,
• des moyens de stabilisation 800.
Le bloc source 100
Le bloc source 100 comprend notamment une source permettant de générer un faisceau source de rayons X à travers un orifice source. Le sens de propagation des ondes constituant le faisceau source définit un sens amont et un sens aval 11 selon une direction 10 de propagation déterminée par la direction du faisceau délivré par le système 1 de délivrance de faisceau de rayons X. Plus précisément, le bloc source 100 comporte un tube à rayons X disposé dans une gaine de protection, la gaine assurant une radioprotection des rayons X et éventuellement un pré-refroidissement du tube à rayon X. Selon une variante de réalisation, le tube peut être immergé dans un fluide caloporteur contenu dans la gaine et assurant un pré-refroidissement.
Le bloc source comporte en outre des moyens de refroidissement permettant de maintenir le tube à des températures typiquement inférieures à 45°C.
Selon une version privilégiée de l'invention ces moyens de refroidissement comprennent une coque de refroidissement 102.
Il peut s'agir d'une coque en matériau conducteur apposé à la gaine ou à une partie de la gaine contenant des liquides caloporteurs tels que de l'eau glycolée assurant un refroidissement par convection forcée. Selon cette variante, la coque de refroidissement 102 est ainsi raccordée à un échangeur externe déporté permettant de défaire le liquide caloporteur de la chaleur qu'il aura accumulé dans la coque de refroidissement. Le raccordement s'effectue au niveau des embouts d'entrée 104 et de sortie 105. L'échangeur externe, la coque de refroidissement 102 sont également raccordés à une pompe déportée du système de délivrance de faisceau permettant d'assurer le cycle du liquide caloporteur. L'échangeur, la coque de refroidissement, les raccords et la pompe définissent ainsi un circuit fermé.
Selon une autre variante, la gaine de protection peut également être refroidie par un radiateur apposé par exemple au-dessus de la source pour ventiler la gaine de protection. La coque de refroidissement 102 du bloc source 100 définit ainsi une enveloppe extérieure constituant une zone de refroidissement 102 de la source.
Selon une version privilégiée de l'invention, le tube à rayons X est un tube micro-foyer à faible puissance. On entend par faibles puissances une source rayons X comportant un canon à électrons générant un faisceau d'électrons d'une puissance électronique typiquement inférieure à 100 Watts (ou de l'ordre de quelques centaines de Watts), ce faisceau d'électrons étant destiné à impacter l'anode du tube à rayons X afin de générer les rayons X d'énergie souhaitée. Le foyer apparent d'une telle source micro-foyer est typiquement inférieur à 100 microns. Le foyer apparent correspond au foyer tel que "vu" par les éléments optiques adjacents lorsque ceux-ci sont placés typiquement à un angle de 6° par rapport à la surface de l'anode du tube (cet angle correspond à l'angle d'élévation de l'optique par rapport à la surface de l'anode du tube et est communément appelé en terme anglo-saxon "take-off angle"). Ce type de tubes à rayons-X est notamment disponible auprès de la société Oxford X-ray Technology basée à Scott Valley en Californie ou de la société RTW Rôntgen Technik Gmbh. La quantité de chaleur générée par la source est importante ce qui requiert un dimensionnement adéquat des capacités de refroidissement du système 1 de refroidissement. On précise à ce titre que typiquement 99% de la puissance du faisceau électronique impactant l'anode est dissipée en énergie thermique et 1% de l'énergie est dissipée en rayons X. Une grande partie de l'énergie du faisceau électronique est ainsi dissipée en énergie thermique sur l'anode, cette dernière rayonnant une partie de cette chaleur sur les parois du tube à rayons X.
Néanmoins, l'invention ne se limite pas à l'utilisation de ce type de tubes et des tubes à puissance plus élevée pourront être utilisés. Dans ce cas là le dimensionnement des moyens de refroidissement de la source devra être adapté. De plus le bloc source 100 pourra comprendre au lieu d'un tube scellé une source RX du type anode tournante. Dans le cas des applications de métrologie par diffraction ou fluorescence telles que mentionnées en introduction, le tube pourra être un tube à anode en cuivre, en molybdène ou en tungstène.
Les moyens de conditionnement 500
Les moyens de conditionnement 500 ont pour but de collecter le faisceau émis par la source et de le traiter spatialement et spectralement afin de le mettre en forme en direction d'un échantillon. Ils sont disposés en aval du bloc source.
Le bloc optique 520
La filtration énergétique et la focalisation ou collimation sont notamment assurées par un bloc optique 520 disposé dans la direction de propagation du faisceau, en aval de la source.
L'optique peut être une optique à revêtement multicouche ou un cristal naturel permettant de diffracter les rayons X, et est mise en forme afin d'obtenir un effet de focalisation ou de collimation dans une ou deux dimensions selon les besoins. L'optique peut également être une optique monocapillaire ou polycapillaire.
L'optique est inclue dans un sarcophage. Ce sarcophage assure la radioprotection ainsi qu'une mise sous vide ou sous un gaz inerte léger de type Hélium de l'optique, afin de limiter l'absorption des rayons X. Dans le cas d'une optique multicouche à revêtement multicouche, la mise sous vide permet également de protéger la surface contre des phénomènes de dégradation de surface activés par une exposition rayons X sous air.
Des vis d'alignement 540 permettent d'aligner l'optique et/ou le sarcophage par rapport à la source. Dans le cas des optiques à revêtement multicouches des miroirs produisant des effets de focalisation ou de collimation monodimensionnels ou bidimensionnels pourront être utilisés. Dans le cas des miroirs multicouches produisant des effets dans deux dimensions, des miroirs à simple réflexion ayant des formes évoluées du type de ceux définis dans FR 2 841 371 ou encore des miroirs Kirkpatrick-Baez accolés ou dissociés pourront être utilisés. Le collimateur 530
De manière facultative les moyens de conditionnement 500 peuvent également comporter un collimateur 530 permettant de mettre en forme le faisceau afin d'obtenir une tache RX de dimension et de forme voulue au niveau de l'échantillon et de limiter le bruit de fond des rayons X diffusés.
L'atténuation du bruit de fond peut être par exemple obtenue par absorption du rayonnement diffusé sur l'ensemble des pièces du système 1 de délivrance au moyen d'une association de fentes et de chicanes.
La mise en forme du faisceau permet d'obtenir une tache RX de dimension et de forme voulue au niveau de l'échantillon. Cette mise en forme du faisceau est typiquement obtenue au moyen d'orifices dédiés, désignés par la suite par leur terminologie habituelle et anglo-saxonne « pinhole ».
Un tel pinhole peut être disposé à l'extrémité avale des moyens de conditionnement 500 dans un élément de support 532, porté par une buse 531 de sortie. Le pinhole comporte principalement un alésage de diamètre très petit et précis au travers duquel passe le faisceau. Ainsi, selon un exemple particulier de réalisation de l'invention, le pinhole est proche du point focal de l'optique à proximité de l'échantillon à analyser et présente un diamètre de son alésage inférieur à 100 microns. Pour les applications précitées, la dimension du diamètre du pinhole est typiquement comprise entre 80 et 30 microns. De manière générale, les moyens de conditionnement 500 décrits précédemment permettent d'obtenir un faisceau délivré présentant les caractéristiques suivantes :
• une focalisation assurée sur une distance source-point focal comprise entre 40 et 60 cm environ, l'échantillon étant placé au point focal ou à quelques centimètres après le point focal,
• une tache RX au niveau de l'échantillon de dimension inférieure à 250μm. Néanmoins, l'invention ne se limitera pas à des systèmes de délivrance utilisant des optiques focalisantes mais s'appliquera également à des systèmes utilisant des optiques collimatantes.
Il convient de noter que les moyens de conditionnement 500 peuvent se limiter soit au bloc optique 520, soit au collimateur 530.
Les moyens d'obturation 400
Les moyens d'obturation 400 comportent un organe de commande 401, un support d'organe de commande 402, un obturateur.
Ces moyens d'obturation 400 sont disposés en aval du bloc source 100.
Le rôle des moyens d'obturation 400 est d'assurer un blocage du faisceau source au niveau de l'orifice source. Ce blocage est assuré par l'obturateur, qui comporte une plaque obturatrice se présentant sous la forme d'une pièce massive, en un matériau suffisamment lourd pour absorber l'ensemble du faisceau source.
Le déplacement de l'obturateur depuis une position de blocage du faisceau jusqu'à une position d'ouverture de la source et inversement est commandé par l'organe de commande 401. Ainsi, les moyens d'obturation 400 assurent la sécurité du système 1 en ce qu'ils bloquent le faisceau source dans toute situation autre qu'une ouverture commandée par un opérateur. Cet obturateur est ainsi conçu pour pouvoir se déplacer et se maintenir en position de blocage en cas de coupure de courant. Ce type d'obturateur est ainsi communément appelé obturateur de sécurité.
L'organe de commande 401 comporte une bobine d'électroaimant commandée depuis l'extérieur par un opérateur. Ces bobines peuvent être entourées d'air, comme représenté dans l'exemple de la figure 1, ce qui permet une bonne isolation thermique et offre une tolérance plus grande aux vibrations éventuellement occasionnées par le déplacement de l'obturateur dans le guide d'obturateur. Les organes de commandes pourront également, dans d'autres dispositifs, être en contacts des parois extérieures de ces moyens d'obturation 400.
Dans d'autres modes de réalisation, l'organe de commande 401 comporte un servomoteur. Le support d'organe de commande 402 permet un maintien mécanique stable de l'organe de commande 401 sur le système 1 de délivrance.
L'obturateur peut également se présenter sous la forme d'une enceinte permettant de contenir de façon sensiblement étanche l'organe de commande 401.
Le système 1 comprend également un guide d'obturateur assurant le guidage alternatif de l'obturateur entre une position de blocage de la source et une position d'ouverture de la source.
D'autres moyens appelés moyens d'obturation rapide 450 ont pour rôle d'assurer un blocage très rapide et parfaitement contrôlé du faisceau pour permettre des temps d'exposition très courts de l'échantillon. De tels moyens d'obturation rapide 450 sont notamment utilisés pour des applications de diffractométrie du type cristallographie des protéines. Le temps de réponse des moyens d'obturation rapide est typiquement de l'ordre de quelques millisecondes, et le temps de réponse des moyens d'obturation de sécurité est typiquement de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes.
Ces moyens d'obturation rapide 450, de conceptions similaires aux moyens d'obturation 400, peuvent être disposés tout au long de la direction du faisceau entre le bloc source 100 et l'extrémité aval du système 1 de délivrance de faisceau de rayons X.
Ces moyens d'obturation rapide 450 pourront fonctionner notamment sur un principe de rotation comme cela est connu de l'état de l'art ou sur un principe de glissement. L'équerre de support
Le choix des moyens de stabilisation 800 et leur agencement dans le système 1 dépendent également de la manière dont les moyens de conditionnement 500 sont liés aux autres éléments du système 1. Les moyens de conditionnement 500 étant habituellement disposés en porte à faux par rapport au bloc source 100, on peut en outre prévoir une équerre 700 de support ayant pour fonction d'assurer la tenue mécanique et la rigidité du système 1.
Cette équerre 700 est disposée en aval du bloc source 100. Ainsi des systèmes de délivrance, dont les figures la, Ib, 2b, 3a,
3c représentent des exemples, comportent une équerre 700 de support formant un support mécanique pour les moyens de conditionnement 500.
Cette équerre 700 est généralement en contact avec une partie des moyens d'obturation 400 et avec une partie des moyens de conditionnement 500.
Cette équerre 700 est donc susceptible de constituer un pont thermique apte à favoriser un transfert de chaleur depuis les moyens d'obturation 400 vers les moyens de conditionnement 500. Les figures 2a, 2c, 3b, proposent quant à elles des configurations de système 1 de délivrance ne comportant pas d'équerre 700 de support.
Dans ces configurations, les moyens d'obturation 400 et les moyens de conditionnement 500 sont supportés à l'aide d'interfaces mécaniques robustes. Ces interfaces habituellement constituées de métal permettent des transferts de chaleur par conduction.
Les moyens de stabilisation 800
L'auteur de la présente invention a découvert que lors du passage d'une position d'obturation à une position d'ouverture les moyens d'obturation 400 peuvent générer une légère augmentation de température de nature à influencer les stabilités spatiale et temporelle du faisceau de rayons-X généré par le système. En effet, une fois l'ouverture actionnée, l'organe de commande 401 consomme une puissance de quelques Watts à quelques dizaines de Watts pour maintenir l'obturateur en position ouverte. L'organe de commande 401 dégage ainsi une puissance thermique. Cette puissance thermique peut-être dégagée de manière relativement continue puisque les obturateurs de sécurité peuvent être maintenus ouverts pendant plusieurs dizaines de minutes ou plusieurs heures.
En outre quelque soit la durée pendant laquelle les obturateurs sont maintenus ouverts, la puissance thermique dégagée est significative compte-tenu de la fréquence d'utilisation du système de délivrance de faisceau 1.
Une analyse a permis de constater que cette consommation de puissance génère une augmentation de température de l'ordre de 5°C par rapport à une température proche de la température ambiante sur les parois extérieures des moyens de conditionnement 500.
Ainsi ces perturbations thermiques générées par les moyens d'obturation 400 se propagent par conduction sur les parois du bloc optique 520 et du collimateur 530 ainsi que sur les pinholes de mise en forme du faisceau. Les zones du système 1 soumises à de telles variations de température subissent une dilatation thermique pouvant entraîner une instabilité spatiale et temporelle du faisceau.
En effet, une visualisation sur une caméra haute résolution placée au point focal d'une optique focalisant à une distance de 30 cm (distance optique-point focal) a permis de déduire qu'un tel effet thermique est à l'origine d'une variation de la position de la tache RX au point focal de quelques dizaines de microns.
Dans le domaine d'application du système selon l'invention, les perturbations thermiques sont essentiellement générées par des éléments externes aux moyens de conditionnement en tant que tels. Il est donc important de pouvoir limiter ces perturbations thermiques générées depuis l'extérieur des moyens de conditionnement. En effet, si l'interaction du faisceau de rayons X avec la surface active des moyens de conditionnement peut en théorie générer un échauffement de ces derniers, une telle perturbation thermique interne peut être négligée dans le cadre de l'invention eu égard aux domaines d'application considérés pour lesquels la puissance dissipée au niveau de la surface active est de l'ordre de quelques milliwatts.
Pour prévenir une augmentation de chaleur au niveau des moyens de conditionnement, le système 1 de délivrance selon l'invention comporte des moyens de stabilisation 800. Ces moyens de stabilisation
800 ont pour fonction de stabiliser thermiquement une zone située en aval du bloc source.
Au sens de la présente demande, stabiliser thermiquement une zone signifie maintenir cette zone à une température sensiblement constante.
Ces moyens de stabilisation 800 assurent un transfert de chaleur depuis une zone à stabiliser jusqu'à une zone refroidie ou stabilisée thermiquement. Ainsi, la chaleur générée par l'organe de commande
401 n'est pas transmise par conduction aux moyens de conditionnement
500. Les moyens de conditionnement 500 ne sont donc pas soumis à des variations de température et les stabilités spatiales et temporelles du système 1 de délivrance de faisceau de rayons X ne sont par conséquent pas perturbées.
Selon la partie du système 1 de délivrance à laquelle sont associée les moyens de stabilisation 800, et suivant la nature des moyens de stabilisation 800 employés, plusieurs solutions de stabilisations peuvent être envisagées. Certaines de ces solutions sont décrites en détail par la suite et ne doivent évidemment pas être considérées comme limitatives des enseignements de la présente invention.
Les moyens de stabilisation 800 sont désignés : • moyens de stabilisation obturateur s'ils sont associés directement aux moyens d'obturation 400 et ont pour fonction d'assurer la stabilisation des moyens d'obturation 400, • seconds moyens de stabilisation s'ils sont directement associés aux moyens de conditionnement 500, et ont pour fonction d'assurer la stabilisation des moyens de conditionnement 500,
• moyens de stabilisation obturateur rapide s'ils sont associés aux moyens d'obturation rapide 450 et ont pour fonction d'assurer la stabilisation des moyens d'obturation rapide 450.
Une zone du système 1 stabilisée par des moyens de stabilisation 800 est désignée par la suite zone à stabiliser.
Les zones à stabiliser sont situées en aval du bloc source 100. Les moyens de refroidissement de la source ne sont pas disposés en aval du bloc source 100 et ne sont donc pas des moyens de stabilisation 800 au sens de la présente demande.
Ainsi, la localisation de la zone à stabiliser doit être choisie de manière à empêcher que des perturbations de température atteignent les moyens de conditionnement.
Pour assurer une stabilisation adéquate du système 1, on peut choisir de n'utiliser que l'un de ces moyens de stabilisation 800 ou une combinaison de ces moyens de stabilisation 800.
Ces moyens de stabilisation 800 ont pour but d'effectuer un transfert de chaleur entre deux zones par conduction thermique.
Cette conduction thermique peut notamment être assurée par la mise en contact de la zone à stabiliser avec une ou plusieurs éléments suivants de transfert thermique :
• une pièce refroidie par convection d'un liquide caloporteur, • un caloduc,
• une pièce de forte conduction thermique.
Le choix de ces différents éléments de transfert thermique dépend notamment de leur conductivité thermique, des délais de stabilisation à atteindre, ainsi que des contraintes de coût et d'encombrement. Moyens de stabilisation 800 obturateur
• Moyens de stabilisation obturateur associés aux supports de l'organe de commande 401.
o Pièce refroidie par convection d'un liquide caloporteur
Les moyens de stabilisation 800 peuvent comporter une pièce refroidie 830 par convection d'un liquide caloporteur.
Cette pièce peut notamment être une pièce refroidie par convection forcée d'un liquide caloporteur circulant à l'intérieur de la pièce. Le liquide peut ainsi circuler dans un serpentin inséré dans la pièce afin d'assurer un flux guidé. Dans ce mode de mise en œuvre la pièce refroidie 830 pourra être raccordée au circuit de refroidissement de la coque de refroidissement 102 de la source si celle-ci est refroidie par convection forcée avec le même type de liquide caloporteur.
Cette pièce refroidie 830 peut être disposée au contact des supports de l'organe de commande 401 notamment du côté opposé au bloc source afin d'améliorer la compacité du système dans le but de positionner les moyens de conditionnement au plus près de la source, ce qui augmente les angles solides de collection au niveau de l'optique. Ce principe est illustré sur les figures 2a, 2b, 2c.
Si le système 1 de délivrance est du type montage avec équerre
700, de manière avantageuse, la pièce refroidie est également en contact avec cette équerre 700 afin d'assurer une stabilisation aussi bien du bloc optique 520 que du collimateur 530. Cette configuration est représentée en figure 2b.
A titre d'exemple, une pièce en aluminium d'environ 1 cm d'épaisseur refroidie par circulation d'eau glycolée avec une température de 25°C en entrée de pièce permet de stabiliser le système 1 pour atteindre les performances mentionnées précédemment.
Si le système 1 de délivrance est du type montage sans équerre 700, la pièce d'interface 600 assurant un support mécanique entre le bloc source 100 et les moyens de conditionnement 500 doit être dimensionnée de manière à assurer une tenue mécanique suffisante du système 1 malgré la disposition en porte à faux des moyens de conditionnement 500 par rapport au bloc source 100. Cette pièce d'interface 600 est donc susceptible d'être plus massive et de présenter une surface de contact avec les moyens d'obturation 400 plus grande que dans le cas de d'un montage avec équerre 700.
Cette pièce d'interface 600 tend donc à favoriser les échanges thermiques entre les différents éléments du système 1.
Il peut alors être nécessaire de prévoir une pièce refroidie 830 telle que décrite ci-dessus entre la pièce d'interface 600 et les moyens de conditionnement 500. Une telle pièce refroidie 830 présente une épaisseur de l'ordre de 1 cm. La figure 2c propose un exemple de cette configuration.
Comme alternative aux pièces refroidies décrites dans les exemples précédents, il peut également être prévu des systèmes de refroidissement par convection du type de ceux utilisés pour refroidir les microprocesseurs. Ces systèmes de refroidissement sont très minces et présentent typiquement une épaisseur de l'ordre de quelques millimètres.
o Pièce fortement conductrice
Dans un autre exemple de réalisation des moyens de stabilisation 800, représenté en figure la et Ib, les supports de l'organe de commande 401 sont en contact avec une pièce fortement conductrice. Cette pièce fortement conductrice 810 est par exemple constituée d'un métal comportant notamment du cuivre, ou de l'aluminium. Dans le cas d'une application destinée à l'industrie semi-conducteurs, les pièces de cuivre seront notamment en cuivre nickelé afin de limiter la contamination en cuivre qui est fortement indésirable pour cette industrie.
Cette pièce est mise en contact d'une part avec les supports de l'organe de commande 401 et avec une zone de la coque de refroidissement 102 d'autre part. Les figures la et Ib illustrent un tel agencement.
Cette pièce fortement conductrice 810 réalise donc un pont thermique entre ces deux éléments et favorise donc un transfert thermique par conduction de la chaleur générée par l'organe de commande 401 vers la zone de refroidissement 102 du bloc source 100.
Par exemple, une coque de refroidissement en aluminium dont la surface extérieure est maintenue à une température ambiante de l'ordre de 25 0C par le biais par exemple d'un refroidissement par convection forcée d'un liquide caloporteur circulant dans la coque, et associée à la pièce fortement conductrice 810 permet d'assurer un tel refroidissement.
Cette solution de stabilisation mettant en jeu une pièce fortement conductrice 810 permet d'obtenir une bonne stabilisation des moyens d'obturation 400 et un encombrement fortement restreint.
De manière avantageuse, lorsque les moyens d'obturation 400 comprennent un obturateur passant d'une position d'ouverture à une position de blocage par glissement, il est prévu que la pièce fortement conductrice 810 présente une certaine élasticité. Ainsi, les vibrations générées par le frottement dû au glissement de l'obturateur et transmises mécaniquement aux supports de l'organe de commande 401 sont amorties par la pièce fortement conductrice.
Une telle pièce fortement conductrice 810 peut notamment être constituée d'une fine nappe de cuivre ou d'aluminium. Cette plaque présente par exemple une épaisseur de lmm.
Il peut également être prévu que cette pièce fortement conductrice 810 présente un coude formé par pliage. Une telle géométrie permet d'accroître de façon substantielle la capacité de cette pièce à absorber les vibrations générées par le glissement de l'obturateur. Une stabilisation des moyens d'obturation 400 par mise en contact d'une pièce fortement conductrice 810 se montre particulièrement efficace pour la stabilisation d'une bobine consommant une puissance de l'ordre de 20 Watts. o Caloducs 850
Dans un autre exemple de réalisation, les moyens de stabilisation 800 comportent un caloduc 850 ou un réseau de caloducs.
Les caloducs 850 sont utilisés de manière très efficace pour retirer une quantité importante de chaleur à partir d'une surface de contact limitée. Un caloduc 850 comporte habituellement une enceinte hermétique qui renferme un liquide en équilibre avec sa phase vapeur. Le transfert de chaleur s'effectue de manière passive, par des cycles d'évaporation du liquide sur la partie à refroidir désignée zone évaporateur 851 et de condensation sur la partie froide appelée zone condensateur 852. La vapeur s'écoule de la zone évaporateur 851 vers la zone condensateur 852 par surpression et le condensât circule dans le sens inverse par effet de capillarité. Cet effet peut-être provoqué à l'aide d'un milieu poreux disposé sur les parois internes du capillaire. L'effet peut-être accentué par la gravité résultant d'une inclinaison du tube.
Un refroidissement par caloducs 850 présente pour avantage de s'intégrer aisément dans un système 1 de délivrance de faisceau de rayons X car il ne nécessite pas de raccords d'eau.
Les caloducs 850 offrent par conséquent une grande souplesse pour la conception des configurations des systèmes de délivrance de faisceau rayon X.
De plus les caloducs 850 présentent une très bonne efficacité thermique. En effet, la conductivité thermique d'un caloduc 850 est mille fois supérieure à celle d'un tube de cuivre de dimensions équivalentes.
Forte conductivité thermique et grande souplesse de conception rendent particulièrement avantageuse l'utilisation des caloducs 850 afin de stabiliser des moyens d'obturation 400 dont l'organe de commande 401 consomme une puissance supérieure à quelques dizaines de Watts.
Il peut être prévu de disposer ces caloducs 850 de la manière suivante : • mise en contact de la zone évaporateur 851 du caloduc 850 avec la zone à stabiliser et,
• mise en contact de la zone condensateur 852 avec une partie de la coque de refroidissement de la source. Par ce biais, la stabilisation thermique des zones à stabiliser est assurée par la disposition de tubes caloducs 850 sans radiateurs additionnels, le refroidissement de la partie condenseur des caloducs 850 étant assurée par la zone de refroidissement 102 du bloc source 100. Ainsi, l'utilisation des caloducs est particulièrement avantageuse dans le cas où la zone à stabiliser est située à une distance importante, typiquement supérieure à quelques centimètres de la zone de refroidissement de la source en raison de sa conductivité thermique élevée. Ce principe est notamment illustré sur la figure 3c où un caloduc 850 est utilisé pour évacuer les calories d'un obturateur rapide 450 qui pourra ainsi être placé à environ 20 centimètres du bloc source 100.
Des caloducs pourront également être utilisés efficacement pour effectuer un pont thermique entre la zone de refroidissement 102 du bloc source 100 et la zone à stabiliser lorsque ce pont thermique doit se faire au travers d'une pièce constituée d'un matériau à faible conductivité thermique tel que l'acier inoxydable.
Pour les montages avec équerre 700, on pourra également prévoir des caloducs 850 dont la zone évaporateur 851 est associée à l'équerre 700 de support afin d'empêcher que celle-ci ne forme un pont thermique entre les moyens d'obturation 400 et les moyens de conditionnement 500.
Des exemples de réalisations associant caloducs et équerre 700 de support sont représentés sur les figures 3a et 3c.
• Moyens de stabilisation obturateur associés directement à l'organe de commande 401.
Selon un autre mode de réalisation les moyens de stabilisation obturateur sont directement associés à l'organe de commande 401. Ainsi, il peut être prévu de disposer au contact de la bobine un élément de forte conductivité thermique.
Dans le cas où l'organe de commande 401 comporte un servomoteur, l'élément de forte conductivité thermique est disposé au contact de la partie génératrice de chaleur du servomoteur.
Ce mode de réalisation permet d'effectuer un transfert thermique au plus près de la zone d'émission de chaleur. Ainsi, la chaleur ne se dissipe pas aux autres éléments du système 1 et la stabilisation est effectuée de manière particulièrement efficace. Dans le cas où les supports d'organe de commande 402 forment une enceinte contenant la bobine, il peut également être prévu de faire circuler dans l'enceinte, un fluide caloporteur permettant un échange de chaleur particulièrement efficace entre la bobine et ce fluide.
• Seconds moyens de stabilisation.
De manière additionnelle ou alternative aux moyens de stabilisation 800 obturateur, le système 1 de délivrance selon un autre exemple de réalisation comprend d'autres moyens de stabilisation 800 associés aux moyens de conditionnement 500 et désignées seconds moyens de stabilisation.
Ces seconds moyens de stabilisation visent à stabiliser les moyens de conditionnement 500 soumis à un transfert de chaleur généré par les moyens d'obturation. De manière alternative, ces seconds moyens de stabilisation visent à empêcher qu'une variation de température du milieu ambiant n'influence les moyens de conditionnement 500. On précise à ce titre que la variation de température ambiante pourra être une variation de la température générale de la pièce environnante au système de délivrance de fais,ceau ou une variation localisée de température par exemple au niveau de l'échantillon qui pourra être porté à haute température pour des besoins expérimentaux ou porté à très basse température pour ne pas être dégradé (dans le cas d'échantillons organiques).
De manière avantageuse, les seconds moyens de stabilisation permettent à la fois de stabiliser les moyens de conditionnement 500 soumis à un transfert de chaleur généré par les moyens d'obturation, et d'empêcher qu'une variation de température du milieu ambiant n'influence les moyens de conditionnement 500.
Les éléments de transfert de chaleur que comportent les moyens de stabilisation 800 mentionnés précédemment à propos des moyens de stabilisation obturateur peuvent également être employés pour former les seconds moyens de stabilisation.
Ainsi, il peut être prévu d'associer aux moyens de conditionnement 500 :
• au moins une pièce refroidie par convection d'un liquide caloporteur,
• au moins un caloduc,
• au moins une pièce de forte conduction thermique.
Comme représenté sur la figure la des barreaux 811 d'un matériau conducteur (d'aluminium ou de cuivre) d'un diamètre de l'ordre de quelques millimètres peuvent être utilisés pour stabiliser l'équerre de support 700. Dans le cas du système représenté sur la figure la, le système 1 comporte en réalité deux barreaux en aluminium placés symétriquement par rapport au plan vertical (plan YZ sur la figure la).
Ces barreaux 811 insérés dans une partie de l'équerre de support sont également en contact avec la zone de refroidissement 102 assurant ainsi un transfert thermique vers cette zone de refroidissement.
Comme représenté sur la figure 3b un ou plusieurs caloducs 850 peuvent également être associés directement au bloc optique 520.
La zone évaporateur 851 du caloduc 850 est au contact du bloc optique 520 tandis que la zone condensateur 852 de ce même caloduc 850 est au contact de la zone de refroidissement 102 du bloc source 100. II peut également être prévu que le collimateur 530 soit au contact de la zone évaporateur 851 d'un caloduc 850 dont la zone condensateur 852 est au contact de la zone de refroidissement 102 du bloc source 100. De telles solutions offrant une stabilisation des moyens de conditionnement 500 sont d'autant plus avantageuses que ces moyens de conditionnement 500 jouent un rôle majeur dans les stabilités spatiale et temporelle du faisceau délivré.
A cet égard, la stabilisation thermique du pinhole est particulièrement décisive. En effet, le pinhole conditionne étroitement la dimension de la tache RX au niveau de l'échantillon, et de part ses très petites dimensions il est particulièrement sensible à toute variation de température.
• Moyens de stabilisation obturateur rapide
De façon additionnelle ou alternative aux moyens de stabilisation
800 mentionnés précédemment, un mode de réalisation de l'invention comporte des moyens de stabilisation 800 associés à des moyens d'obturation rapide 450. Ces moyens de stabilisation 800 sont désignés moyens de stabilisation obturateur rapide.
De même que pour les moyens de stabilisation 800 décrits précédemment, ces moyens de stabilisation obturateur rapide peuvent comporter l'un des éléments de transfert thermique suivant ou une combinaison de ces éléments de transfert thermique:
• au moins une pièce refroidie par convection d'un liquide caloporteur, ou
• au moins un caloduc, ou
• au moins une pièce de forte conduction thermique. A titre d'exemple, et comme le représente la figure 3c, des moyens d'obturation rapide 450 sont disposés entre le bloc optique 520 et le collimateur 530. Des moyens d'obturation rapide 450 comportant un caloduc 850 permettent de stabiliser ces moyens d'obturation rapide 450.
La zone évaporateur 851 du caloduc 850 est au contact des moyens d'obturation rapide 450 tandis que la zone condensateur 852 de ce même caloduc 850 est au contact de la zone de refroidissement 102 du bloc source 100.
A titre d'exemple, la source est constituée d'un tube fonctionnant avec une puissance de l'ordre de 50 Watts, et comporte des moyens de refroidissement 102 permettant d'évacuer une puissance thermique de l'ordre de 100 Watts assurant ainsi une stabilisation de Ia source mais également une stabilisation des moyens d'obturation et des moyens de conditionnements.
Les systèmes de délivrance de faisceau de rayons X selon l'invention permettent typiquement d'atteindre les performances suivantes :
• une stabilité spatiale de la tache RX au niveau de la zone d'analyse inférieure à 50 microns, et typiquement de l'ordre de 20 microns,
• une stabilité en intensité de plus ou moins 5% dans le temps au niveau d'une zone d'analyse inférieure à 100 microns.
Ces performances de stabilités sont obtenues indépendamment du nombre d'ouvertures de moyens d'obturation 400 et sont atteintes également avec des pinholes de diamètre de l'ordre de 50 μm.
Ces niveaux de stabilité sont atteints après un délai faisant suite à une ouverture des moyens d'obturation 400 d'environ:
• 1 minute environ pour un système 1 mis en veille, c'est-à-dire avec puissance maintenue à 10-20% de la puissance maximale,
• 10 minutes environ pour un système 1 démarré à froid. L'élévation de température des moyens de conditionnement 500 suite à l'ouverture de la source est typiquement inférieure à 1 0C.
Les systèmes de délivrance de faisceau de rayons X ainsi obtenus sont particulièrement adaptés à des applications de diffractions rayons X ou de fluorescence rayons X exigeant de fortes contraintes de stabilité. Ainsi, de tels systèmes de délivrance de faisceau de rayons X se révèlent particulièrement avantageux dans Ie domaine de la fabrication de semi conducteur pour le contrôle des dérives procédé.
De manière avantageuse, les systèmes de délivrance de faisceau de rayons X selon l'invention offrent une très bonne stabilité spatiale et temporelle.
Avantageusement, ces performances de stabilité spatiale et temporelle sont obtenues indépendamment du nombre d'ouvertures des moyens d'obturation et indépendamment des variations de température du milieu ambiant.
Ils présentent un encombrement restreint et ne nécessitent pas de systèmes d'asservissement additionnel.
En effet, l'encombrement d'un système de délivrance de faisceau selon les exemples mentionnés ci-dessus et comprenant un bloc optique et un collimateur pourra typiquement présenter une longueur de 50 cm
(dimension selon l'axe Z), une hauteur de 30 cm (dimension selon l'axe
Y) et une largeur de 10 cm (dimension selon l'axe X).
Ils offrent également une stabilisation rapide tant pour un système mis en veille que pour un système démarré à froid. Leur montage est simple et n'induit pas de coût supplémentaire important.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, mais s'étend à tout mode de réalisation conforme à son esprit. Notamment, la nature ainsi que la disposition des éléments de transfert thermique ne sont pas limités aux seuls exemples mentionnés.
En particulier, le nombre de caloducs ou de pièces conductrices peut être adapté sans sortir de l'enseignement de la présente demande.
De plus, un même système peut comprendre plusieurs éléments de transfert thermique de natures différentes, chacun de ces éléments étant associés à une zone de stabilisation respective.
En outre, les éléments de transfert thermique peuvent être combinés pour assurer Ia stabilisation d'une même zone à stabiliser. Ainsi, des moyens de stabilisation obturateur peuvent comprendre à la fois une pièce à forte conductivité thermique et une pièce refroidie par convection d'un liquide caloporteur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système (1) de délivrance de faisceau de rayons X comprenant un bloc source (100) émettant un faisceau source de rayons X, des moyens de conditionnement (500) permettant de conditionner le faisceau source en direction d'un échantillon, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de stabilisation (800) agencés de manière à stabiliser thermiquement une zone du système (1) située en aval du bloc source (100), pour limiter des transferts thermiques vers les moyens de conditionnement en vue d'empêcher les moyens de conditionnement (500) de subir des perturbations thermiques.
2. Système (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte en aval du bloc source (100) des moyens d'obturation (400) du bloc source et en ce que les moyens de stabilisation (800) comprennent des moyens de stabilisation obturateur agencés de manière à stabiliser thermiquement les moyens d'obturation (400), les perturbations thermiques étant générées par les moyens d'obturation (400).
3. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en aval du bloc source (100) des moyens d'obturation rapide (450) et en ce que les moyens de stabilisation (800) comprennent des moyens de stabilisation d'obturateur rapide agencés de manière à stabiliser thermiquement les moyens d'obturation rapide (450), les perturbations thermiques étant générées par les moyens d'obturation rapide (450).
4. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'obturation (400) et des moyens d'obturation rapide (450) comprenant au moins un organe de commande (401) générant les perturbations thermiques, et en ce que les moyens de stabilisation (800) sont directement au contact de l'organe de commande (401) de manière à le stabiliser thermiquement.
5. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'obturation (400) et les moyens d'obturation rapide (450) comprennent au moins un organe de commande (401) générant les perturbations thermiques, des supports (402) d'organe de commande, et en ce que les moyens de stabilisation (800) sont au contact de ces supports (402) de manière à les stabiliser thermiquement.
6. Système (1) selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de commande (401) est une bobine ou un servo-moteur.
7. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens stabilisation (800) comportent des seconds moyens de stabilisation agencés de manière à stabiliser thermiquement tout ou partie des moyens de conditionnement (500).
8. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une équerre (700) de support des moyens de conditionnement (500), les moyens de stabilisation (800) étant agencés de manière à stabiliser thermiquement cette équerre (700).
9. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de conditionnement (500) comprennent un bloc optique (520) et/ou un collimateur (530).
10. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc source (100) comprend une zone de refroidissement (102), et en ce que les moyens de stabilisation (800) sont agencés de manière à permettre un transfert de chaleur depuis au moins la zone à stabiliser vers la zone de refroidissement (102).
11. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de stabilisation (800) comportent au moins une plaque refroidie par convection d'un liquide caloporteur.
12. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc source (100) comprend une zone de refroidissement, et en ce que les moyens de stabilisation (800) comportent une plaque d'un matériau conducteur en contact avec la zone de refroidissement (102) d'une part et avec la zone à stabiliser d'autre part.
13. Système (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le bloc source (100) comprend une zone de refroidissement, et en ce que les moyens de stabilisation (800) comportent une plaque d'un matériau conducteur en contact avec la zone de refroidissement (102) d'une part et avec la zone à stabiliser d'autre part, la plaque présentant une certaine élasticité de manière à absorber des vibrations émises par les moyens d'obturation (400).
14. Système (1) selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque est coudée.
15. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de stabilisation (800) comportent au moins un caloduc.
16. Système (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le bloc source (100) comprend au moins une zone de refroidissement, et en ce que le caloduc comprend une partie condensateur associée à la zone de refroidissement (102).
17. Système (1) selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que le caloduc comprend une partie évaporateur associée à la zone à stabiliser.
18. Procédé de stabilisation d'un faisceau de rayons X généré par un système (1) de délivrance de faisceau de rayons X comprenant un bloc source (100) émettant un faisceau source de rayons X, des moyens de conditionnement (500) permettant de conditionner le faisceau source en direction d'un échantillon, caractérisé en ce qu'on stabilise thermiquement une zone du système (1) située en aval du bloc source (100), pour limiter des transferts thermiques vers les moyens de conditionnement en vue d'empêcher les moyens de conditionnement (500) de subir des perturbations thermiques.
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