JP2001023796A - レーザープラズマｘ線源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鮮明な撮影像を得るに適した硬Ｘ線を放出す
るＸ線源を得る。より詳細には小径の線源径を備え、硬
Ｘ線量充分な量とし、線源の形状や位置が変化しないＸ
線源を得る。 【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、電極対の陽
極側の電極は陰極と対向する側に突出する針状の先端部
を備える。また、電極間に高電圧が印加される電極対電
極対の陰極側の電極は湾曲した凹面を備え、この凹面を
陽極と対向して配置し、電極対の間において少なくとも
陽極と別体にレーザー光を集光するターゲットを備え
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の時間間隔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
チップ等の電子部品の欠陥検査やエンジン・モーターの
回転状態における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、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。この
硬Ｘ線は、時間的にパルス状で発生するため、回転中の
エンジン・モーターを時間解析するＸ線撮像に好適であ
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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】硬Ｘ線を用いて非破壊
検査やＸ線回折分析等を行う場合、解析精度を高めるに
は被検体を透過して撮像される像が鮮明であることが必
要であり、鮮明な撮影像を得るに適した硬Ｘ線を放出す
るＸ線源が求められている。本発明の発明者は、鮮明な
撮影像を得るに適した硬Ｘ線を放出するＸ線源の特性と
して以下の特性を検討した。（ａ）硬Ｘ線を発生するＸ
線源の大きさを表す線源径が小さいこと、（ｂ）充分な
量のＸ線量が得られること、（ｃ）硬Ｘ線のＸ線源の形
状や位置が変化しないこと。

【０００５】（ａ）電極に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線源において、Ｘ線の発生源
の大きさは陽極とほぼ同じ大きさとなる。従来のレーザ
ープラズマＸ線源は平行平板型の電極構造を備えている
ため、Ｘ線の発生源の大きさを表す線源径は平板形状の
陽極とほぼ同程度の大きさとなる。そのため、このＸ線
源から得られる硬Ｘ線を用いて撮像すると、得られる撮
影像は鮮明さを欠くことになる。図６は従来のレーザー
プラズマＸ線源の構成を説明するための概略図である。
図６において、レーザープラズマＸ線源１０１は、陽極
１０３のレーザー光０１５を照射してプラズマを発生さ
せると共に、共に平板形状の陰極１０２と陽極１０３と
の間に高電圧１０４を印加して高電界を形成する。陰極
１０２で発生した光電子は陽極１０３に衝突し、Ｘ線１
０８が発生する。陽極１０３は平板形状であるため、発
生するＸ線１０８の線源径は平板形状と同程度となり、
大きなものとなる。

【０００６】（ｂ）また、発生するＸ線量は光電子を発
生する陰極１０２の面積に依存するする。電極の平板の
面積を大きくすることによって、プラズマで発生した光
の集光量を増やすことができるが、プラズマからの距離
が離れた部分の集光効率は低下する。拡大した電極の面
積を有効に使用するには、対向する陽極の面積も広げる
必要がある。陽極の面積を広げると線源径が大きくな
り、得られる撮影像は鮮明さを欠くことになる。

【０００７】（ｃ）また、陽極１０３にレーザー光を照
射すると、アブレーションによって電極が減耗し、電極
の形状や位置が変化する。電極の形状や位置が変化する
と、硬Ｘ線の線源の形状や位置も変化することになり、
得られる撮影像も変化し同一条件で撮像することができ
ない。

【０００８】そこで、本発明は前記した従来の問題点を
解決し、レーザープラズマＸ線源において、鮮明な撮影
像を得るに適した硬Ｘ線を放出するＸ線源を得ることを
目的とする。詳細には、線源径を小径とすること、充分
な量の硬Ｘ線量を得ること、線源の形状や位置が変化し
ないことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】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り、電極対を
構成する陰極及び陽極の特徴的な構成によって、鮮明な
撮影像を得るに適した硬Ｘ線を放出するのに適したＸ線
源を得るものである。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、電極間に高電圧が印加さ
れる電極対を備え、電極対の陽極側の電極は陰極と対向
する側に突出する針状の先端部を備える。

【００１０】第１の態様によれば、陽極側の電極は突出
した先端部を備え、その先端部は陰極側と対向して配置
する。電極間に高電圧を印加すると、電極間に高電界が
形成される。レーザー光の照射によってプラズマが生成
されると、陰極から放出された光電子は陽極で衝突し、
硬Ｘ線を発生する。第１の態様では、陽極側の電極は突
出した針状の先端部を備えているため、陰極から放出さ
れた光電子はこの先端部に集中し、先端部のみから硬Ｘ
線を発生する。これによって、硬Ｘ線を発生するＸ線源
の線源径を小さくすることができる。線源径を小さくす
ることによって、鮮明な撮影像を得るに適した硬Ｘ線を
得ることができる。

【００１１】本発明の第２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、電極間に高電圧が印加される電極
対電極対の陰極側の電極は湾曲した凹面を備え、この凹
面を陽極と対向して配置するを構成を備える。第２の態
様によれば、陰極側の電極は湾曲した凹面を備え、この
凹面を陽極と対向して配置する。電極間に高電圧を印加
すると、電極間に高電界が形成される。レーザー光の照
射によってプラズマが生成されると、プラズマで発生し
たＸ線・イオン等は陰極面を照射する。陰極は光電子を
陽極に向けて放出し、放出された光電子は陽極と衝突し
硬Ｘ線を発生する。第２の態様では、陰極側の電極は凹
面形状であるため、陰極からプラズマを見たときの立体
角が大きくなり、プラズマで発生したＸ線・イオン等は
陰極面を効率的に照射する。その結果、陰極では光電子
を効果的に大量に発生することができる。光電子を大量
に発生することによって、鮮明な撮影像を得るに適した
硬Ｘ線を得ることができる。

【００１２】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、電極対の間において少なくとも陽
極と別体にレーザー光を集光するターゲットを備える。
第３の態様によれば、レーザー光を集光するターゲット
を陽極と別体に設け得る。このターゲットは、陰極の一
部を用いることも、陽極及び陰極と別体とし電位も陽極
及び陰極から独立したものとすることができる。

【００１３】電極間に高電圧を印加すると、電極間に高
電界が形成される。レーザー光を陽極と別体のターゲッ
トに照射することによってプラズマが生成される。ター
ゲットはレーザー光の照射によるアブレーションによっ
て減耗される。このターゲットは陽極と別体であるた
め、陽極はアブレーションによって減耗されない。その
ため、アブレーションによってターゲットが減耗されて
も、硬Ｘ線を発生する陽極の先端部の形状及び位置は変
化しない。したがって、陽極の先端部の形状及び位置が
変わらないため、鮮明な撮影像を得るに適した硬Ｘ線を
得ることができる。なお、本発明の第３の態様は、第１
の態様と組み合わせる構成、第２の態様と組み合わせる
構成、及び第１，２の態様と組み合わせる構成とするこ
とができる。

【００１４】

【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、陰極２と、陽極３とを備える。陰極２と陽
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、陰
極２と陽極３に高電圧電源４を接続することによって行
う。図１では、陰極２に高電圧電源４の負側を接続ある
いは接地し、陽極３に正側を接続する構成を示してい
る。陰極２は平板状とし、陽極３は陰極２に向いた部分
が針状に突出した先端部３ａを備える。第１の形態で
は、図示しないレーザー光源からレーザー５を陽極３に
向けて照射しプラズマ６を生成する。陰極２はプラズマ
６で発生した光を集光し、光電子７を放出する。陽極３
の先端部３ａは光電子７を集中して集め、硬Ｘ線８を発
生する。硬Ｘ線８の発生部分は先端部３ａであるため、
線源径を小さくすることができる。

【００１５】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。
なお、図２（ａ）は斜視図であり、図２（ｂ）は断面図
である。図２に示すレーザープラズマＸ線源１１の構成
は、陰極１２と、陽極１３とを備える。陰極１２と陽極
１３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、陰
極１２と陽極１３に高電圧電源１４を接続することによ
って行う。図２では、陰極１２に高電圧電源１４の負側
を接続あるいは接地し、陽極１３に正側を接続する構成
を示している。陰極１２は凹面１２ａを備え、陽極１３
は第１の形態と同様に陰極１２に向いた部分が針状に突
出した先端部１３ａを備える。また、陰極１２に設けた
開口部１２ｂは、図示しないレーザー光源からレーザー
光１５を照射するためである。

【００１６】第２の形態では、図示しないレーザー光源
からレーザー１５を開口部１２ｂを通して陽極１３に向
けて照射しプラズマ１６を生成する。陰極１２はプラズ
マ１６で発生した光を集光する。陰極１２は、プラズマ
１６と対向する面形状が凹面１２ａであるため、プラズ
マ１６を見たときの立体角を大きくすることができ、プ
ラズマ１６からの光を効率的に集光することができる。
陰極１２は凹面１２ａから光電子１７を放出する。陽極
１３の先端部１３ａは光電子１７を集中して集め、硬Ｘ
線１８を発生する。硬Ｘ線１８の発生部分は先端部１３
ａであるため、線源径を小さくすることができる。

【００１７】図３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である。
なお、図３（ａ）は斜視図であり、図３（ｂ）は断面図
である。図３に示すレーザープラズマＸ線源２１の構成
は、陰極２２と、陽極２３とを備える。第３の形態は第
２の形態とほぼ同様に構成であり、陰極２２の一部にレ
ーザー光の照射を受けるターゲット部分２９を備える構
成の点で相違する。以下、第２の形態と異なる構成及び
動作について説明し、共通する部分の説明は省略する。
ターゲット部分２９は、陰極２２の凹面２２ａの一部を
陽極２３方向に延ばして構成し、その先端部分に開口部
２２ｂを通して入射されるレーザー光２５が照射され
る。

【００１８】第３の形態では、図示しないレーザー光源
からレーザー２５を開口部２２ｂを通してターゲット２
９に向けて照射しプラズマ２６を生成する。陰極２２は
プラズマ２６で発生した光を凹面２２ａによって効率的
に集光する。陽極２３の先端部２３ａは光電子１７を集
中して集め、硬Ｘ線１８を発生する。ターゲット２９は
陽極２３と別体であるため、アブレーションによってタ
ーゲット２９が減耗されても、陽極２３の先端は減耗さ
れないため、硬Ｘ線２８の発生部分である先端部２３ａ
に位置及び形状は変化しない。

【００１９】図４は本発明のレーザープラズマＸ線源の
第４の形態の概略を説明するための概略斜視図である。
なお、図４（ａ）は斜視図であり、図４（ｂ）は断面図
である。図４に示すレーザープラズマＸ線源３１の構成
は、陰極３２と、陽極３３とを備える。第４の形態は第
３の形態とほぼ同様に構成であり、陽極３３及び陰極３
２と別体に、レーザー光の照射を受けるターゲット部分
３９を備える構成の点で相違する。以下、第３の形態と
異なる構成及び動作について説明し、共通する部分の説
明は省略する。ターゲット部分３９は、陽極３３及び陰
極３２と別体に構成し、その先端部分に開口部３２ｂを
通して入射されるレーザー光３５が照射される。

【００２０】第４の形態では、図示しないレーザー光源
からレーザー３５を開口部３２ｂを通してターゲット３
９に向けて照射しプラズマ３６を生成する。陰極３２は
プラズマ３６で発生した光を凹面３２ａによって効率的
に集光する。陽極２３の先端部２３ａは光電子１７を集
中して集め、硬Ｘ線１８を発生する。ターゲット３９は
陽極３３及び陰極３２と別体であるため、アブレーショ
ンによってターゲット３９が減耗されても、陽極３３の
先端は減耗されないため、硬Ｘ線３８の発生部分である
先端部３３ａに位置及び形状は変化しない。また、陰極
３２も減耗されない。

【００２１】図５は本発明のレーザープラズマＸ線源の
第５の形態の概略を説明するための概略斜視図である。
なお、図５（ａ）は斜視図であり、図５（ｂ）は断面図
である。図５に示すレーザープラズマＸ線源４１の構成
は、陰極４２と、陽極４３とを備える。第５の形態は第
４の形態と類似した構成であり、陰極４２を球体形状と
する構成の点で相違する。以下、第４の形態と異なる構
成及び動作について説明し、共通する部分の説明は省略
する。陰極４２は内面４２ｂを有し、内部に陽極４３の
先端部及びターゲット４９を備える。陽極４３は陰極４
２に対して絶縁材を挟んで取り付けられ、電気的に絶縁
されている。また、ターゲット４９は陰極４２に対して
絶縁材を挟んで電気的に絶縁して取り付けることも、あ
るいは絶縁材を挟まずに陰極４２と同電位で取り付ける
こともできる。ターゲット部分４９の先端部分に開口部
４２ｂを通して入射されるレーザー光４５が照射され
る。

【００２２】第５の形態では、図示しないレーザー光源
からレーザー４５を開口部４２ｂを通してターゲット４
９に向けて照射しプラズマ４６を生成する。陰極４２は
プラズマ４６で発生した光を内面４２ａによって効率的
に集光する。陽極４３の先端部４３ａは光電子４７を集
中して集め、硬Ｘ線４８を発生する。発生した硬Ｘ線４
８は、陰極４２に設けた開口部４２ｃを通して取り出さ
れる。ターゲット４９は陽極４３と別体であるため、ア
ブレーションによってターゲット３９が減耗されても、
陽極４３の先端は減耗されないため、硬Ｘ線４８の発生
部分である先端部４３ａに位置及び形状は変化しない。
なお、前記した各形態において、開口部に変えて窓部と
することもできる。

【００２３】

【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、鮮明な撮影像を得るに適した
硬Ｘ線を放出するＸ線源を得ることができる。また、第
１の態様によれば線源径を小径とすることができ、第２
の態様によれば充分な量の硬Ｘ線量を得ることができ
る、第３の態様によれば線源の形状や位置が変化しない
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４の形態
の概略を説明するための概略斜視図である。

【図５】本発明のレーザープラズマＸ線源の第５の形態
の概略を説明するための概略斜視図である。

【図６】従来のレーザープラズマＸ線源の構成を説明す
るための概略図である。

【符号の説明】 １，１１，２１，３１，４１，１０１…レーザープラズ
マＸ線源、２，１２，２２，３２，４２,１０２…陰
極、１２ａ，２２ａ，３２ａ…凹面、４２ａ…内面、１
２ｂ，２２ｂ，３２ｂ，４２ｂ、４２ｃ…開口部、３，
１３，２３，３３，４３，１０３…陽極、３ａ…先端
部、４，１４，２４，３４，４４，１０４…高圧電源、
５，１５，２５，３５，４５，１０５…レーザー光、
６、１６，２６，３６，４６，１０６…プラズマ、７，
１７，２７，３７，４７，１０７…光電流、８，１８，
２８，３８，４８，１０８…硬Ｘ線、２９，３９，４９
…ターゲット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 茂樹 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 Ｆターム(参考） 4C092 AA06 AA17 AB04 AC08 AC09

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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、電極対の陽
   極側の電極は陰極と対向する側に突出する先端部を備え
   る、レーザープラズマＸ線源。
2. 【請求項２】 前記電極対の陰極側の電極は湾曲した凹
   面を備え、該凹面を陽極と対向して配置する、請求項１
   記載のレーザープラズマＸ線源。
3. 【請求項３】 前記電極対の間においてレーザー光を集
   光するターゲットを少なくとも陽極と別体に備える、請
   求項１又は２記載のレーザープラズマＸ線源。