JP2001021697A

JP2001021697A - レーザープラズマｘ線源

Info

Publication number: JP2001021697A
Application number: JP11191677A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Hayashi; 茂樹林; Yuzo Nagumo; 雄三南雲; Takashi Yagi; 隆志八木
Original assignee: Shimadzu Corp; Tokai University
Current assignee: Shimadzu Corp; Tokai University
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2001-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】高電圧を印加して硬Ｘ線源を発生するレーザ
ープラズマＸ線源において、均一なＸ線を連続的に発生
する。【解決手段】レーザー光の照射によってプラズマを生
成しＸ線を発生するレーザープラズマＸ線源において、
電極間に高電圧が印加される電極対を備え、この電極対
の一方の電極２３が構成する壁部を挟んで他方の電極２
２と反対側に、連続移動する電極材２４や移動機構２５
を設置し、電極材２４の表面にレーザー光を照射する配
置・構成とする。また、内寸を異にする筒状の２つの電
極を含み、電極間に高電圧が印加される電極対を備え、
一方の電極２２の筒状体内に他方の電極２３を設置し、
さらに他方の電極２３の筒状体内に連続移動する電極材
２４及び移動機構２５を設置する。これによる電磁気的
な損傷の抑制、飛散物の付着の抑制、電極間の電気特性
の向上等の効果によって均一なＸ線を連続的に発生す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非破壊検査装置や
分析装置に適用することができるレーザープラズマＸ線
源に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線レーザー、Ｘ線リソグラフィー装
置、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線分析装置等に用いるＸ線源とし
て、通常Ｘ線管やプラズマＸ線源が知られている。プラ
ズマＸ線源は、プラズマ中にできる高電離多価イオンと
電子の相互作用により発生するＸ線を用いるものであ
り、高密度のプラズマをレーザーで生成するレーザープ
ラズマＸ線源が知られている。レーザープラズマＸ線源
では、レンズやミラーの光学系で１０μｍ程度の大きさ
に絞ったレーザー光を、Ａｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ａｕ等
の金属表面に数ｎｓの時間幅のパルス光によって集光照
射して形成している。上記したＸ線源から得られるＸ線
は主に軟Ｘ線である。これに対して、次世代超ＬＳＩチ
ップの断線や欠陥検査等の非破壊検査装置や、パルス性
を生かした熱的変化や応力変化による結晶構造の短時間
変化を観察することができるＸ線回折等の分析装置で
は、波長が１ｎｍ以下の硬Ｘ線が求められている。

【０００３】レーザープラズマＸ線源において、フェム
ト秒等の極短パルスレーザーを用いることによって発生
するプラズマのパワー密度を高め、硬Ｘ線輝線の成分を
増加させたり、ターゲットに高電圧を印加することによ
って照射時間がナノ秒程度の比較的長いパルスレーザー
を用いた場合であっても硬Ｘ線が発生することが知られ
ている。なお、高電圧を印加しない場合に発生するＸ線
は主に軟Ｘ線であり、硬Ｘ線の発生量は無視できる程度
に少ない。また、平行平板型の電極に高電圧を印加し、
該電極にレーザーを照射するレーザープラズマＸ線源で
は、1回のレーザー照射によるレーザーアブレーション
によって電極に穴が形成される。この状態で次のレーザ
ー照射を行うと、レーザーの焦点がずれるため連続した
Ｘ線を発生することができない。そのため、レーザー照
射毎に電極を交換する必要がある。

【０００４】そこで、テープ状の電極材（ターゲット）
を連続的に移動させることによって、常に新しい電極面
にレーザーを照射し、各レーザー照射毎に要する電極材
の交換を不要とし、Ｘ線をレーザー照射を単位として連
続的に発生させる構成も提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の硬Ｘ線を発生す
るレーザープラズマＸ線源では、テープ状の電極材（タ
ーゲット）を用いることによってレーザー照射を単位と
して硬Ｘ線を連続的に発生させることができる。しかし
ながら、高電圧の印加で流れる電流によって電極材（タ
ーゲット）が電磁気的に損傷されたり、レーザープラズ
マで発生した飛散物（デブリ）によってレーザープラズ
マＸ線源の他の電極や絶縁物が汚染されるため、Ｘ線の
連続的な発生が阻害されるという問題があり、その結果
レーザープラズマＸ線源の寿命が短くなることにもな
る。

【０００６】また、高電圧を印加して硬Ｘ線を発生する
レーザープラズマＸ線源では、電極間の電気的特性は電
極間に形成する電界分布に影響し、発生するＸ線の均一
性に影響する。特に、テープ状の電極材（ターゲット）
や該電極材を移動させる移動機構を備える構成では、電
極間の電気特性は電極材や移動機構によって大きく影響
を受け、発生するＸ線が空間的にも時間的にも不均一と
なるという問題がある。

【０００７】また、このＸ線の均一性は、前記した電極
材に生じる電磁気的な損傷や、レーザープラズマＸ線源
を構成する電極や絶縁物に付着する飛散物によって影響
を受けるおそれもある。

【０００８】そこで、本発明は前記した従来の問題点を
解決し、高電圧を印加して硬Ｘ線源を発生するレーザー
プラズマＸ線源において、均一なＸ線を連続的に発生す
ることを目的とし、より詳細には、電極材に対する電磁
気的な損傷を抑制すること、レーザープラズマＸ線源を
構成する電極や絶縁物に対する飛散物の付着を抑制する
こと、及び電極間の電気特性を向上させることを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、高電圧を印加
して硬Ｘ線源を発生するレーザープラズマＸ線源におい
て、電極対を形成する各電極や電極材等の配置及び構成
によって、電極材に対する電磁気的な損傷の抑制や、電
極や絶縁物に対する飛散物の付着の抑制や、電極間の電
気特性の向上を達成し、これによって均一なＸ線の連続
的発生を行うものである。本発明のレーザープラズマＸ
線源は、電極対を形成する電極間に高電圧を印加するこ
とによって硬Ｘ線を発生するものである。高電圧の印加
において、何れの電極側を高電圧側とするかは任意とす
ることができる。また、電極材はレーザー光の照射によ
ってプラズマを形成するためのターゲットを構成するも
のである。本発明の第１の態様は、レーザー光の照射に
よってプラズマを生成しＸ線を発生するレーザープラズ
マＸ線源において、上記の電極や電極材等の配置及び構
成として、電極間に高電圧が印加される電極対を備え、
この電極対の一方の電極が構成する壁部を挟んで他方の
電極と反対側に、連続移動する電極材を設置し、電極材
の表面にレーザー光を照射する配置・構成とする。

【００１０】第１の態様によれば、一方の電極を挟んで
他方の電極と電極材とが隔離された状態で配置され、電
極材が直接対向するのは一方の電極だけとなる。上記の
配置・構成によって、電極材は一方の電極によって電磁
気的に遮蔽される。これによって、電極間に印加される
高電圧によって電極間に流れる電流は、壁部を構成する
一方の電極を流れ、電極材側に電流が流れ込むことを抑
制することができる。また、電極間に形成される電界及
び磁界が電極材に影響することを抑制することができ
る。

【００１１】上記の配置・構成によって、レーザープラ
ズマによって電極材から放出された飛散物（デブリ）
は、一方の電極の電極材側に付着し、他方の電極やその
他の絶縁物への付着を抑制することができる。また、上
記の配置・構成によって、電極間は一方の電極によって
電極材から電磁気的に遮蔽される。これによって、電極
間に形成される電界分布は電極材からの影響を低減する
ことができ、電極間の電気特性を向上させることができ
る。

【００１２】本発明の第２の態様は、第１の態様に加え
て、電極材を連続移動させる移動機構を備え、該移動機
構を壁部を挟んで電極材と同じ側に設置すると共に電極
材と同電位とする配置・構成とする。第２の態様によれ
ば、一方の電極を挟んで他方の電極と電極材及び移動機
構とが隔離された状態で配置され、電極材及び移動機構
が直接対向するのは一方の電極だけとなる。上記の配置
・構成によって、第１態様と同様に、移動機構を介して
電極材に電流が流れ込むことを抑制することができ、ま
た、電極間に形成される電界及び磁界が移動機構上の電
極材に影響することを抑制することができる。また、電
極間に形成される電界分布は移動機構からの影響を低減
することができ、電極間の電気特性を向上させることが
できる。

【００１３】本発明の第３の態様は、レーザー光の照射
によってプラズマを生成しＸ線を発生するレーザープラ
ズマＸ線源において、上記の電極や電極材等の配置及び
構成として、内寸を異にする筒状の２つの電極を含み、
電極間に高電圧が印加される電極対を備え、この電極対
の一方の電極は、筒状体内に他方の電極を設置し、さら
に電極対の他方の電極は、筒状体内に連続移動する電極
材及び該電極材を連続移動させる移動機構を設置し、電
極材の表面にレーザー光を照射する配置・構成とする。

【００１４】第３の態様によれば、電極形状をそれぞれ
筒状とし、各筒状体内に、電極材及び移動機構あるいは
筒状電極を設置することによって、一方の電極を挟ん
で、他方の電極と電極材及び移動機構とが隔離された状
態で配置され、電極材及び移動機構が直接対向するのは
他方の電極だけとなる。なお、電極と電極材及び移動機
構との配置関係において、一方の電極及び他方の電極の
表記は、第１の態様と第３の態様とでは異なって表記し
ている。

【００１５】上記の配置・構成によって、電極材及び移
動機構は、該電極材及び移動機構を筒状体の内側に設置
する他方の電極によって電磁気的に遮蔽される。これに
よって、電極間に印加される高電圧によって電極間に流
れる電流は、他方の電極を流れ、電極材及び移動機構側
に電流が流れ込むことを抑制することができる。また、
電極間に形成される電界及び磁界が電極材及び移動機構
側に影響することを抑制することができる。上記の配置
・構成によって、レーザープラズマによって電極材から
放出された飛散物（デブリ）は、他方の電極の筒状体の
内側面に付着し、一方の電極やその他の絶縁物への付着
を抑制することができる。また、上記の配置・構成によ
って、電極間は他方の電極によって電極材及び移動機構
から電磁気的に遮蔽される。これによって、電極間に形
成される電界分布は電極材及び移動機構からの影響を低
減することができ、電極間の電気特性を向上させること
ができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明のレーザ
ープラズマＸ線源の第１の形態の概略を説明するための
概略斜視図である。図１に示すレーザープラズマＸ線源
１の構成は、第１の電極２と、第２の電極３と、連続移
動する電極材４とを備える。第１の電極２と第２の電極
３は電極対を形成し、電極対間には電極に印加された高
電圧によって電界が形成される。高電圧の印加は、第１
の電極２と第２の電極３のいずれか一方に高電圧電源１
０を接続することによって行う。図１では、第２の電極
３に高電圧電源１０を接続し、第１の電極２を接地する
構成を示している。

【００１７】第２の電極３は壁部を構成して、第１の電
極２と反対側の位置に電極材４を設置する。電極材４
は、テープ状とし、移動機構５によって連続移動する。
該移動機構５は、例えば、電極材４の両端をリールに巻
回させ、該リールを駆動機構で回転させる構成とするこ
とができる。電極材４及び移動機構５は第２の電極３と
同電位とする。

【００１８】第１の形態では、第２の電極３は電極材４
を第１の電極２から電磁気的に隔離し、第１，２の電極
２，３の電極対間で形成される電界が電極材４に影響を
及ぼさないように抑制する。また、レーザープラズマに
よって電極材４から飛散物（デブリ）が放出されるが、
この飛散物は第２の電極３に付着し、第１の電極２やそ
の他の絶縁物に付着しない。また、電極間に印加される
高電圧によって第１の電極２と第２の電極３との間に電
流が流れるが、該電流は両電極２，３を通して放電され
るため、電極材側４への電流の流れ込みは抑制される。

【００１９】第２の電極３には開口部７が形成され、該
開口部７を通して後方に配置した電極材４の表面にレー
ザー光８を照射する。なお、レーザー光８は図示しない
レーザー光源から、第１の電極２に設けた窓６を通して
導入することができる。

【００２０】電極材４の表面では、照射されたレーザー
光８によってプラズマが生成され、第１，２の電極２，
３の電極対間で形成される電界によって硬Ｘ線が発生す
る。発生した硬Ｘ線９は、第１の電極２に設けた窓６を
通して導出することができる。

【００２１】図２は本発明のレーザープラズマＸ線源の
第２の形態の概略を説明するための概略斜視図である。
図２に示すレーザープラズマＸ線源１１の構成は、第１
の形態とほぼ同様であり、第１の電極１２と、第２の電
極１３と、連続移動する電極材１４と、移動機構１５を
備える。第２の形態と第１の形態との構成上の相違は、
移動機構１５を第２の電極１３が構成する壁部に対し
て、第１の電極１２と反対側の位置に電極材１４に加え
て移動機構１５を設置する点にあり、他の構成及び動作
は第１の形態と同様とすることができる。

【００２２】第２の形態では、第２の電極１３は電極材
１４及び移動機構１５を第１の電極１２から電磁気的に
隔離し、第１，２の電極１２，１３の電極対間で形成さ
れる電界が電極材１４及び移動機構１５に影響を及ぼさ
ないように抑制する。また、レーザープラズマによって
電極材１４から放出される飛散物は第２の電極１３に付
着し、第１の電極１２やその他の絶縁物に付着しない。
また、電極間に流れる電流は両電極１２，１３を通して
放電されるため、電極材側１４及び移動機構１５への電
流の流れ込みは抑制される。

【００２３】図３，４は本発明のレーザープラズマＸ線
源の第３の形態の概略を説明するための概略斜視図、及
び概略断面図である。図３，４に示すレーザープラズマ
Ｘ線源２１の構成は、第１の電極２２と、第２の電極２
３と、連続移動する電極材２４と、移動機構２５とを備
える。第１の電極２２と第２の電極２３は、それぞれ内
径を異にする筒状体とし、第１の電極２２の筒状体の内
側に第２の電極２３を設置して電極対を形成する。電極
対間には、電極に印加された高電圧によって電界が形成
される。高電圧の印加は、第１の電極２２と第２の電極
２３のいずれか一方に高電圧電源１０を接続することに
よって行う。図３，４では、第２の電極２３に高電圧電
源１０を接続し、第１の電極２２を接地する構成を示し
ている。

【００２４】さらに、第３の態様では、第２の電極２３
の筒状体の内側に電極材２４及び移動機構２５を設置す
る。電極材２４及び移動機構２５は第２の電極２３と同
電位とする。なお、図４では移動機構を省略して示して
いる。電極材２４は、第１，２の態様と同様に、両端に
設けたリールに巻回したテープとし、移動機構２５によ
って連続移動する。第３の形態において、第２の電極２
３は電極材２４及び移動機構２５を第１の電極２２から
電磁気的に隔離し、第１，２の電極２２，２３の電極対
間で形成される電界が電極材２４及び移動機構２５に影
響を及ぼさないように抑制する。

【００２５】第１の電極２２にはガラス等の窓２６が形
成され、第２の電極２３には開口部２７が形成され、該
開口部２６，２７を通して第２の電極２３の後方に配置
した電極材２４の表面にレーザー光２８を照射する。な
お、レーザー光２８は図示しないレーザー光源から照射
される。電極材２４の表面では、照射されたレーザー光
２８によってプラズマ３０が生成され、第１，２の電極
２２，２３の電極対間で形成される電界によって硬Ｘ線
が発生する。発生した硬Ｘ線２９は、第１の電極２に設
けた窓２６を通して導出することができる。

【００２６】また、レーザープラズマ３０によって電極
材１４から放出される飛散物３２は第２の電極２３に付
着し、第１の電極２２やその他の絶縁物に付着しない。
また、電極間に流れる電流３１は両電極２２，２３を通
して放電されるため、電極材側２４及び移動機構２５へ
の電流の流れ込みは抑制される。さらに、第２の電極２
３を第１の電極２２の筒状体内の設置し、第１の電極２
２を第１の電極２２が形成する閉じた空間内に置く配置
構成とすることによって、電極間で安定した電界の形成
が容易となる。また、第１の電極２２と第２の電極２３
の両筒状体を同心円状に配置する構成とすることによっ
て、軸に対して対称な電界分布を形成することができ、
発生するＸ線を均一なものとすることができる。

【００２７】図５，６は本発明の第３の態様についてよ
り詳細な構成を説明するための断面図及び一部を切り欠
いた斜視図である。

【００２８】図５，６において、レーザープラズマＸ線
源２１は、ほぼ円筒状でその一部にガラス等からなる窓
２６を備えた閉じた導電性の容器によって第１電極２２
を構成し、第１電極２２が形成する容器の内部に、ほぼ
円筒状で一部に開口部２７を備えた導電性の容器によっ
て第２電極２３を構成する。さらに、第２電極２２が形
成する容器の内部に、テープ状の電極材２４を設置す
る。電極材２４の両端はリール２５ａ，２５ｂに巻かれ
る。該リール２５ａ，２５ｂを回転駆動すると、一方の
リールから繰り出された電極材２４は、第２電極２３に
形成された開口部２７の近傍を通過した後、他方のリー
ルに巻き取られる。この駆動機構２５によって、電極材
３４は連続的に移動し、開口部２７には常に新しい電極
表面が現れることになる。

【００２９】図５では、第１電極２２を接地し、第２電
極２３を電極材２４及び移動機構２５と共に高電圧源１
０に接続することによって、第１電極２２と第２電極２
３との間に高電界を形成する。図示しないレーザー光源
からのレーザー光２８を窓２６及び開口部２７を通して
電極材２４の表面に照射してプラズマを発生させる。こ
のプラズマ及び高電界によって硬Ｘ線２９が発生する。
発生した硬Ｘ線２９は窓２６を通して取り出す。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザー
プラズマＸ線源によれば、電極材に対する電磁気的な損
傷を抑制することができ、レーザープラズマＸ線源を構
成する電極や絶縁物に対する飛散物の付着を抑制するこ
とができ、電極間の電気特性を向上させることができ、
これによって、高電圧を印加して硬Ｘ線源を発生するレ
ーザープラズマＸ線源において、均一なＸ線を連続的に
発生することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザープラズマＸ線源の第１の形態
の概略を説明するための概略斜視図である。

【図２】本発明のレーザープラズマＸ線源の第２の形態
の概略を説明するための概略斜視図である。

【図３】本発明のレーザープラズマＸ線源の第３の形態
の概略を説明するための概略斜視図である。

【図４】本発明のレーザープラズマＸ線源の第３の形態
の概略を説明するための概略断面図である。

【図５】本発明の第３の態様の詳細な構成を説明するた
めの断面図である。

【図６】本発明の第３の態様の詳細な構成を説明するた
めの一部を切り欠いた斜視図である。

【符号の説明】

１，１１，２１…レーザープラズマＸ線源、２，１２，
２２…第１の電極、３，１３，２３…第２の電極、４，
１４，２４…電極材、５，１５，２５…移動機構、６，
１６，２６…窓、７，１７，２７…開口部、８，１８，
２８…レーザー光、９，１９，２９…Ｘ線、３０…プラ
ズマ、３１…電流、３２…飛散物。、１３…光学系、１
４…集光レンズ、２０…光軸移動部、２１…Ｘ軸移動機
構、２２…Ｙ軸移動機構、２３…Ｚ軸移動機構、２５，
２６，２７，２８…変位機構、３０…光検出部、３１…
ＣＣＤ、３２…モニタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者南雲雄三京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地株式会社島津製作所内 (72)発明者八木隆志茨城県北相馬郡守谷町守谷甲932−57

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー光の照射によってプラズマを生
成しＸ線を発生するレーザープラズマＸ線源において、
電極間に高電圧が印加される電極対を備え、前記電極対
の一方の電極は壁部を構成し、該壁部を挟んで他方の電
極と反対側に、連続移動する電極材を設置し、前記レー
ザー光は電極材の表面を照射する、レーザープラズマＸ
線源。
【請求項２】前記電極材を連続移動させる移動機構
を、前記壁部を挟んで電極材と同じ側に設置し、電極材
と同電位とする、請求項１記載のレーザープラズマＸ線
源。
【請求項３】レーザー光の照射によってプラズマを生
成しＸ線を発生するレーザープラズマＸ線源において、
内寸を異にする筒状の２つの電極を含み、電極間に高電
圧が印加される電極対を備え、前記電極対の一方の電極
は、筒状体内に他方の電極を設置し、前記電極対の他方
の電極は、筒状体内に連続移動する電極材及び該電極材
を連続移動させる移動機構を設置し、前記レーザー光は
電極材の表面を照射する、レーザープラズマＸ線源。