JP3734254B2

JP3734254B2 - Ｘ線測定および試験複合システム

Info

Publication number: JP3734254B2
Application number: JP2002517505A
Authority: JP
Inventors: ムラジンアブベキロビッチクマホフ，
Original assignee: ムラジンアブベキロビッチクマホフ，
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2020-08-07
Also published as: US7110503B1; KR100690457B1; EP1308717A4; EP1308717A1; UA59495C2; AU2001213151B2; JP2004506193A; AU1315101A; CN1230674C; CA2397070A1; KR20020060705A; CN1454314A; WO2002012871A1; RU2208227C2; CA2397070C; HK1059645A1

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、Ｘ線を使用して、物質、材料またはデバイスを研究および試験する技術に関する。
【０００２】
（背景技術）
上記の研究を実施するため、およびいくつかの分析デバイスで同時に試験するための複合システムは、公知である（ＳｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎＲａｄｉａｔｉｏｎ．Ｋ．Ｋｕｎｔｓ編．Ｍｏｓｃｏｗ，「Ｍｉｒ」，１９８１，８０−８９頁［１］を参照のこと）。全ての分析デバイスに対して共通の放射線源が、このような複合システムにおいて使用される。上記供給源は、シンクロトロン、またはより近年の複合システムにおいては、蓄積リングを呈する。シンクロトロンまたは蓄積リングから出現するシンクロトロン放射線は、分析デバイス（ワークステーション）へと伝達される。特定の研究または試験を実施するために必要なスペクトルバンドが、非常に広帯域のシンクロトロン放射線（本発明が関する局面においては、この帯域は、Ｘ線範囲にある）から抽出される。各分析デバイスの装置の構成要素は、何らかの型の研究および試験におけるその専門化によって、規定される。
【０００３】
しかし、蓄積リングを含むシンクロトロン放射線源は、費用が数億ドルに達する非常に複雑な構築を与えることが、公知である。従って、放射線スペクトルがＸ線の範囲を含む蓄積リングは、直径が５０ｍ以上である（［１］、８０頁）。
【０００４】
上記シンクロトロン放射線源が使用される場合に、その構築の巨大な大きさを考慮すると、最も複雑な問題は、許容可能な減圧レベルを、リングの周囲から数十メートル離れた分析デバイスへのシンクロトロン放射線伝達チャネル（アキュムレーターに対して開いている）と、各分析デバイスの実験容量との両方において、維持することである。任意の分析デバイスにおける減圧の低下は、アキュムレーター自体においてのみでなく、アキュムレーターが接続されたデバイス全体においてもまた、このデバイスの作用を狂わせ得る（［１］、８０頁）。
【０００５】
分析デバイスの数に従って、シンクロトロンまたは蓄積リングから出現する狭い指向されたビームからＸ線を抽出し、そしていくつかのビームを形成すること（これは、減圧中で実現されなければならない）は、慎重を要する作業を与え、これは、斜入射ミラーおよび結晶のシステムによって、解決され得る。記載した範囲のチャネルを使用する場合には、各形成されたビーム（これの垂直平面における幅は、ｍｒａｄの単位である）の位置の制御および維持を確実にするための、特定の工程が行われるべきである。従って、４０ｍの距離において、ビームが１０ｍｍ以下だけ変位する場合には、分析デバイスの口径に依存して、１桁または２桁の強度が損失される（［１］、８５頁）。
【０００６】
上記大きさのシンクロトロンおよび蓄積リングに関して、シンクロトロンまたは加速器を用いて作業する職員と、分析デバイスの研究職員との両方の放射線遮蔽の問題を解決することも、同様に困難である。
【０００７】
少なくとも、シンクロトロンまたは蓄積リングに基づく複合システムは、非常に高価であり、そのためほんのいくつかの政府のみが、これらの組み立ての資金を調達し得る。従って、ほんの少数の複合システムのみが存在し、そして最近数十年にわたって、政府は、このような複合システムを組み立てるために、団結しなければならない。シンクロトロン放射線の欧州センターが、このような複合システムの一例である（Ｇｒｅｎｏｂｌｅ，Ｆｒａｎｃｅ）。
【０００８】
記載した欠点にもかかわらず、シンクロトロン放射線の供給源は、最近は特に独自の型の供給源であり、必要とされる作動範囲において、いくつかの分析デバイスに対して同時に、狭い指向された放射線のスペクトル平面を得ることを可能にし、研究および試験の目的のために十分である。
【０００９】
従って、安価な供給源を使用して分析デバイスの入口口径における高輝度の放射線が得られ得る、科学者および技術者に利用可能な複合システムを作製することが、非常に重要である。
【００１０】
本発明は、上記欠点（巨大な大きさ、非常に高い費用、減圧維持の問題、放射線の安全性の提供、放射線が分析デバイスに伝達された場合のいくらかのビームの形成および制御）のない、複合システムの作製を提供する。
【００１１】
（発明の要旨）
いくつかの分析デバイスで同時にＸ線範囲において研究するための、本発明の測定および試験複合システムは、公知のものと同様に、放射線源、分析デバイスへの放射線伝達のためのチャネル、および分析デバイスの装置を備える。
【００１２】
公知のものとは異なり、本発明の複合システムは、放射線源として発散Ｘ線供給源を備え、分析デバイスへの放射線伝達のための各チャネルは、湾曲チャネルの壁からのＸ線の複数の全外反射を使用した、ひとまとまりの湾曲チャネルとして作製されるＸ線レンズを備え、このレンズは、供給源の発散Ｘ線の一部を捕獲し得るように、そしてＸ線を擬似平行なＸ線に転換し得るように、配置される。Ｘ線管、レーザーまたはプラズマの供給源を、発散Ｘ線の供給源として使用し得る。
【００１３】
従って、上記型の技術的結果は、放射線源としてシンクロトロンまたは蓄積リングを拒否すること、および特に、上記供給源として標準的なＸ線管を使用すること、そして放射線を抽出して狭い指向された擬似平行ビームを形成するためにＸ線レンズ（これは、Ｘ線を分析デバイスへと伝達する）を使用することに起因して、本発明によって提供される。
【００１４】
さらに、この複合システムは、湾曲チャネルの壁からのＸ線の複数の全外反射を使用した、ひとまとまりの湾曲チャネルとしてのＸ線レンズ、および分析デバイスをさらに備え得、このレンズは、供給源の発散Ｘ線の一部を捕獲し得るよう位置決めされ、そしてこのレンズは、このＸ線を転換し得るよう作製され、そしてこの分析デバイスは、物体の必要とされる部分をＸ線集光の領域と整列させて配置し得るよう作製される。
【００１５】
Ｘ線管の発散Ｘ線が、本発明の複合システムにおいて供給源として使用される場合には、この管は、種々の型のアノードを備えて作製され得る。特に、このアノードは、微小焦点アノード、貫通アノード、回転アノード、複合アノード、タングステンアノードであり得る。以下のものを使用することは、価値がある：広い立体角で発散する放射線を生成するための、微小焦点アノードまたは貫通アノードを備えるＸ線管；アノードの一部である単体に関して異なるスペクトル線の放射線を得る可能性を提供するための、複合アノードを備えるＸ線管；熱の除去の改善に起因して、さらなる密度を得る能力を提供するための、回転アノードを備えるＸ線管；広帯域Ｘ線生成のための、タングステンアノードを備えるＸ線管。
【００１６】
本発明の複合システムが、発散Ｘ線供給源として回転アノード、複合アノードまたはタングステンアノードを備えるＸ線管を備える場合には、この複合システムは、少なくとも１つのモノクロメーターをさらに備え得、このモノクロメーターは、擬似平行ビームの経路内に配置され、Ｘ線レンズにより形成され、このビームの一部を抽出して分析デバイスに向けて反射し得る。この場合において、１つのＸ線レンズによって形成された擬似平行ビームは、少なくとも２つの分析デバイスのためのＸ線を提供するために使用される。
【００１７】
本発明の複合システムの一部である分析デバイスが、分光学的研究を実施するよう意図される場合には、この分析デバイスは、研究中のサンプルを配置するための手段、このサンプルにおいて励起される放射線の検出器、この検出器の出力に接続された分光学的チャネル、ならびにこの分光学的チャネルの出力に接続された、データ処理および画像化の手段を備える。このような分析デバイスは、この複合システムの一部であるＸ線レンズの出力集光領域の一部に配置され、そしてこのレンズは、供給源の発散Ｘ線の一部を捕獲し得るよう配置され、そしてこのレンズは、この放射線を集光し得るよう作製される。この分析デバイスは、研究中のサンプルの必要な部分を、このレンズの集光領域と整列させ得るよう作製されなければならない。
【００１８】
放射線の擬似平行ビームが伝達される分析デバイスは、特に、以下の可能性を有する。
【００１９】
このような分析デバイスが、分光学的研究を実施するよう意図される場合には、この分析デバイスは、湾曲チャネルの壁からのＸ線の複数の全外反射を使用した、ひとまとまりの湾曲チャネルの形態でのＸ線レンズを備え、このレンズは、放射線の擬似平行ビームを集光させ得るよう配置かつ作製される。この分析デバイスは、さらに、研究中のサンプルの必要な部分をＸ線の集光領域と整列させて、研究中のサンプルを配置するための手段を備える。さらに、所定の分析デバイスは、研究中のサンプルにおいて励起された放射線の検出器, この検出器の出力に接続された分光学的チャネル、ならびにこの分光学的チャネルの出力に接続された、データ処理および画像化の手段を備える。
【００２０】
１つの局面において、本発明の複合システムの一部であり、かつ放射線の擬似平行ビームが伝達される分析デバイスが、回折学的研究を実施するよう意図される場合には、この分析デバイスは、ビーム伝播の方向に関して研究中のサンプルを配置および配向するための手段、研究中のサンプル上において回折された放射線の検出器、およびこの検出器と研究中のサンプルとを相対的に配置するための手段、ならびにこの検出器の出力に接続されたデータ処理および画像化の手段を備える。
【００２１】
１つの局面において、本発明の複合システムの一部であり、かつ放射線の擬似平行ビームが伝達される分析デバイスが、物体の内部構造の画像形成を意図される場合には、この分析デバイスは、物体の配置のための手段、およびこの物体を通過する放射線の検出器を備え、画像の可視化および記録のための手段を備える。
【００２２】
１つの局面において、本発明の複合システムの一部であり、かつ放射線の擬似平行ビームが伝達される分析デバイスが、Ｘ線リソグラフィーを実施するよう意図される場合には、この分析デバイスは、マスクを配置するための手段、および表面にレジスト層が適用された基板を配置するための手段を備え、ここで、基板を配置するための手段は、マスクを配置するための手段の背後に配置されている。
【００２３】
（本発明を実施するための形態）
本発明の複合システム（図１）は、Ｘ線管１を備え、このＸ線管は、分析デバイス（ワークステーション）５のための共通のＸ線供給源であり、この分析デバイスの各々は、明確な型の研究、測定または試験への分析デバイスの専門化に対応する装置の構成を有する。いくつかのＸ線レンズ２（分析デバイス５の数による）は、Ｘ線管１によって形成される放射線に対応する立体角で、配置される。これらのレンズの各々は、Ｘ線管１の放射線の立体角３の部分を捕獲し、そしてこのレンズによって吸収された発散放射線を、擬似平行放射線のビーム４に転換する。Ｘ線レンズ２の入力面の一部からの、Ｘ線レンズ２の集光領域は、互いに整列し、そして可能であればいずれかの位置で、Ｘ線管１の出力口径の中心と整列する。
【００２４】
レンズ２の各々の出力ビーム４は、対応する分析デバイス５の入力口径に指向される。分析デバイス５は、Ｘ線レンズ２から、アクセス可能性の観点から選択した距離に基づいて配置される（分析デバイス配置のゾーンにおけるビーム間の距離は、装置および職員の配置のために十分でなければならない）。
【００２５】
Ｘ線レンズ２は、発散Ｘ線を擬似平行Ｘ線に転換し得るよう作製され、そしてこのレンズによって形成される擬似平行ビーム４と一緒になって、供給源（Ｘ線管１）から分析デバイス（ワークステーション）５へとＸ線を伝達するチャネルを形成する。
【００２６】
特定の局面において、複合システムは、同様に、１つ以上のＸ線レンズ６を備え得、このＸ線レンズは、このＸ線レンズによって吸収されるＸ線管の発散放射線を、専門化された分析デバイス８の入力の所定の位置にある小さな領域に集光させる。このことは、研究中の物体に作用するＸ線の特性の正確さを必要とする。立体角７は、図１のレンズ６のＸ線の集光された出力ビームに対応する。上記のものと等価の作用が必要とされる場合には、Ｘ線管の放射線領域のすぐ近くに集光レンズ６を備えない複合システムにおいて、レンズ２の１つと類似するがこのレンズとは逆に配向されるレンズ５を、分析デバイス５に組み込むことによって、得られ得る。このようなレンズは、Ｘ線の擬似平行ビーム４を集光ビームに転換する。
【００２７】
分析デバイスの職員の、管１の指向性Ｘ線に対する保護は、ビーム４、７の断面の大きさの穴を有するスクリーン９によって提供される。保護スクリーン９は、分析デバイス５、８（図１はこの場合を示す）の近くに配置され得、そしてＸ線レンズ２、６の出力面の近くに配置され得る。ビーム４の長さは数メートル以上であり得るので、第一の場合におけるスクリーン９の大きさは、第二のものよりかなり大きい。しかし、保護スクリーン作製のエラーが、Ｘ線管１の指向性の放射線が職員に対して作用する可能性に対してさらに作用することが、予測されるべきである。
【００２８】
本発明の複合システムの最も重要な構成要素は、技術的結果を得ることが可能であるその利用に起因して、Ｘ線レンズである。この構成要素は、上記発明の要旨に列挙された。
【００２９】
Ｘ線制御（発散放射線を集光すること、発散放射線から平行な束を形成すること、平行な放射線を集光することなど）のための第一のレンズは、ひとまとまりの、必要に応じて湾曲した、放射線伝達のチャネル１０（図２）を呈し、ここで放射線は、壁１１からの複数の全外反射を受ける。図２の多角形の線１２は、Ｘ線レンズのチャネル１０に沿って生成される場合の、別個の量子のＸ線の複数の全外反射のプロセスを示す。このようなレンズは、キャピラリーのセットまたはポリキャピラリーとして作製され、レンズの長さに沿って規定の距離に配置される、周囲の構造体の穴またはセルを通過する（Ｖ．Ａ．Ａｒｋａｄｉｅｖ，Ａ．Ｉ．Ｋｏｌｏｍｉｉｔｓｅｖ，Ｍ．Ａ．Ｋｕｍａｋｈｏｖら、ＢｒｏａｄｂａｎｄＸ−ｒａｙｏｐｔｉｃｓｗｉｔｈｗｉｄｅａｎｇｌｅａｐｅｒｔｕｒｅ．ＵｓｐｅｋｈｉＰｈｉｓｉｃｈｅｓｋｉｋｈｎａｕｋ，１９８９，第１５７巻，第３号，５２９−５３７頁［２］；米国特許第５，１９２，８６９号（０９．０３．９３公開）［３］を参照のこと）。レンズは、発散放射線を集光するよう意図される場合には、全体として樽の形状である（すなわち、両方の面に向かって狭まる）。または、発散放射線を擬似平行放射線に転換するよう意図される場合には、半分の樽の形状である（すなわち、面の一方のみに向かって狭まる）。
【００３０】
本明細書中以下において、用語「全」レンズおよび「半」レンズは、対応して、これら２つの型のレンズを指定するよう適用され、構成的実施形態において記載したものとは異なるレンズを含む。適切な命名が、本発明を記載する際に、以下において使用される。
【００３１】
隣接する放射線伝達チャネルの壁がその全長にわたって互いに接触しており、チャネル自体の断面がその長さに沿って可変であり、そしてそのレンズの全断面と同じ法則に従って変化するレンズは、公知である（Ｖ．Ｍ．Ａｎｄｒｅｅｖｓｋｙ，Ｍ．Ｖ．Ｇｕｂａｒｅｖ，Ｐ．Ｉ．Ｚｈｉｄｋｉｎ，Ｍ．Ａ．Ｋｕｍａｋｈｏｖ，Ａ．Ｖ．Ｎｉｓｋｉｎ，Ｉ．Ｙｕ．Ｐｏｎｏｍａｒｅｖ，Ｋｈ．Ｚ．Ｕｓｔｏｋ．Ｘ−ｒａｙｗａｖｅｇｕｉｄｅｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈａｖａｒｉａｂｌｅｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅｃｔｉｏｎｓ．ＴｈｅＩＶ−ｔｈＡｌｌ−ＵｎｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆＲａｄｉａｔｉｏｎｗｉｔｈＳｏｌｉｄｓ．ＢｏｏｋｏｆＡｂｓｔｒａｃｔｓ（Ｍａｙ１５−９，１９９０，Ｅｌｂｒｕｓｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，Ｋａｂａｒｄｉｎｏ−ＢａｌｋａｒｉａｎＡＳＳＲ，ＵＳＳＲ，１７７−１７８頁）［４］；米国特許第５，５７０，４０８（２９．１０．９６公開）［５］）。このようなチャネルを備える「全」レンズおよび「半」レンズを、それぞれ図３および図４に模式的に示す。
【００３２】
「全」レンズ（図３）は、対応する面からのこれらの左右の連続が左の集光領域１３および右の集光領域１４を覆うように湾曲しているチャネルを有し、このチャネルの大きさは、別個のチャネルの直径のオーダーである。「全」レンズの周囲により近く配置されるチャネルは、レンズの光軸１５（長手方向の対称軸に一致する）により近く配置されるチャネルより大きく湾曲している。発散Ｘ線を集光するためには、擬似点供給源が、集光領域の１つに存在し、次いで集光が、他の集光領域において実現されなければならない。
【００３３】
発散放射線が図４に示す「半」レンズに左側から当たる場合に、このレンズは、この放射線を擬似平行放射線に転換し、この擬似平衡放射線は、右側の面から出現する。チャネルの曲率は、「半」レンズの光軸１５からの異なる距離に基づいて様々であり、その左側の端部の連続を「半」レンズの集光領域１６と交差させ、これによって集光領域１６は、発散Ｘ線の擬似点供給源の配置と一致しなければならない；そして「半」レンズのチャネルは、出力面（図４において右側の面）において互いに平行である。擬似平行Ｘ線が「半」レンズの右側の面に当たる場合には、図４によれば、この放射線は、左側の面に位置する集光領域１６に集光する。
【００３４】
指向性Ｘ線を形成する供給源（Ｘ線管）の使用に起因して、記載される複合システムにおいて供給源の放射線からＸ線範囲の放射線を抽出するためのいずれの手段を使用する必要もない。放射線の抽出および分析デバイスへの伝達のチャネルにわたるその分布も同様に、いかなる特定の手段も技術も必要としない。レンズ２、６を、レンズの集光領域の近隣を管１の放射線の有効な幾何学的中心に提供する距離で、放射線が管１から出るゾーンに配置することで、十分である。
【００３５】
形成された光線（Ｘ線ビーム４、７）の必要とされる軌道を維持するためのいかなる特定の手段を分析デバイス５、８への途中に使用することも同様に、必要とされない。Ｘ線管１とレンズ２、６との相対的な機械的固定を提供することで、十分である。Ｘ線管１およびＸ線レンズ２、６の特徴は、安定であり、そして最初の適切な取り付けの後にいかなる調節もなしに行うことを、可能にする。
【００３６】
伝達される擬似平行放射線のビーム長（すなわち、Ｘ線レンズの出力面と分析デバイスとの間の距離）は数メートル（この距離は、分析デバイスの装置の好都合な配置および職員に対して十分である）を超えないので、Ｘ線の減衰および発散は、重要ではない。従って、放射線伝達は、排気の努力を何もせずに、空気媒体中で直接的に可能である。この事実に起因して、本発明の複合システムにおいては、減圧維持の問題は存在しない。
【００３７】
スクリーン９によって実現される放射線保護は、構築的に非常に単純であり、そして低電力Ｘ線管１において通常の構造的構築によって、提供され得る（このことが非常に認容可能であり得ることを、以下に示す）。
【００３８】
放射線のパルス化された特徴によって特徴付けられるシンクロトロンに対してそうであるように、そのパラメータは、分析デバイスの職員によっては変えられ得ず、Ｘ線管放射線は、最後の放射線の所望のパラメータを有する、連続放射線とパルス放射線との両方であり得る。連続放射線において作動する可能性に起因して、パルス放射線が認容可能ではない研究（例えば、パルス放射線の平均強度が連続放射線と等しいこと、パルスの高い強度によって引き起こされる、試験中の媒体における非線形効果の関係が可能であることに起因する）が、本発明の複合システムにおいて実施され得る。
【００３９】
本発明の複合システムの一部である分析デバイスは、多数の異なる基本的作業および応用される作業（例えば、単純結晶、複合結晶およびタンパク質結晶の回折測定および局所解剖学、集光Ｘ線ビームによるＸ線蛍光分析、異なる物体の内部構造の画像形成（生物学的医学的適用を含む）、新たな材料および医薬の分析、チップ、特徴および表面の品質の分析など）を解決するよう意図され得る。
【００４０】
１つの局面において、本発明の複合システムの一部である分析デバイスが、分光学的研究を実施するよう意図されている場合には、この分析デバイス（図５）は、研究中のサンプル１８を配置するための手段１７、このサンプルにおいて励起される放射線の検出器１９、検出器１９の出力に接続された分光学的チャネル２０、ならびに分光学的チャネル２０の出力に接続された、データ処理および画像化のための手段２１を備える。このような分析デバイス８は、この複合システムの一部である「全」Ｘ線レンズ６の出力集光領域２２の一部に配置され（図１もまた参照のこと）、そしてこのレンズは、供給源１の発散Ｘ線の一部を捕獲し得るよう配置され、そしてこの放射線を集光し得るよう作製される。研究中のサンプルを配置するための手段１７は、研究中のサンプル１８の必要な部分を「全」レンズ６の出力集光領域２２（図１、図５の右側の領域）と整列させ得なければならない。分光学的チャネルの部材（増幅器、上位置の除波器、マルチチャネル増幅分析器など）に関する情報、ならびにデータ処理および画像化のための手段２１に関する情報は、特に、以下の文献に与えられる：Ｒ．Ｖｏｌｓｄｅｔ．ＡｐｐｌｉｅｄｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙｏｆＸ−ｒａｙｓ．Ｍｏｓｃｏｗ，Ａｔｏｍｉｚｄａｔ，１９７７［６］，第２章。分光学的研究の適用の主要な分野は、サンプルにおける異なる化学元素の定量的含有量の帰属を用いる、このサンプルの元素組成の決定である。
【００４１】
記載されるものと類似の分析デバイスは、同様に、擬似平行Ｘ線を使用し得、このビームは、「半」レンズ２（図１）の１つによって形成される。この目的のためには、図５に示すデバイス８を、「半」レンズ２３を用いて完成させることで十分である（図６を参照のこと、ここには、このようなレンズおよび付属物を備えるデバイス５が示される）。「半」レンズ２３の集光領域２４は、「全」レンズの出力集光領域の役割を果たす。
【００４２】
１つの局面において、本発明の複合システムの一部であり、そして擬似平行ビームが伝達される、分析デバイス５が、回折測定研究を実施するよう意図される場合には、この分析デバイス（図７）は、研究中のサンプル１８を配置し、そしてこのサンプルをビーム４の伝播の方向に対して配向させるための手段１７、研究中のサンプル上において回折される放射線の検出器１９、および検出器１９と研究中のサンプル１８とを相対的に配置するための手段２５、ならびに検出器１９の出力に接続された、データ処理および画像化のための手段２６を備える。検出器と研究中のサンプルとの相対的な配置のための手段２５、および研究中のサンプルを配置し、そしてこのサンプルをビーム４の伝播の方向に対して配向させるための手段１７は、高い角度正確さを提供するべきであり、そしてこれらの手段は、角度計機構として作製される。このような分析デバイスの主要な分野は、結晶サンプルの研究である。
【００４３】
１つの局面において、本発明の複合デバイスの一部であり、そして擬似平行ビームが伝達される、分析デバイス５が、物体の内部構造の画像形成を意図される場合には、このデバイス（図８）は、物体１８の配置のための手段１７、およびこの物体を透過した放射線の検出器２７を備える。最も局面な場合において、フィルムを光の作用から保護するためのパッケージ内の通常のＸ線フィルムが、この検出器として使用される。このフィルムは、画像を記録する手段、およびおよびこの画像を現像した後に画像を可視化する手段として、同時に機能する。本発明の複合システムの分析デバイスにおいて適用される、画像形成の他の図は、例えば、欧州特許出願第ＥＰ０７４２１５０号（３１．０７．９６公開）［７］に記載されている。
【００４４】
１つの局面において、本発明の複合デバイスの一部であり、そして擬似平行ビームが伝達される、分析デバイス５が、Ｘ線リソグラフィーを実現するよう意図される場合には、このデバイス（図９）は、マスク２９を配置するための手段２８および基板３１の表面にレジスト層３２が適用された基板３１を配置するための手段３０、を備え、そしてこの手段３０は、この手段２８の背後に配置される。より詳細な図は、例えば、米国特許第５，１７５，７５５（２９．１２．９２公開），［８］に見られる。
【００４５】
分析デバイス（このデバイスにおけるＸ線「全」レンズおよびＸ線「半」レンズの使用を含む）の構造の多数の他の例は、例えば、米国特許第５，４９７，００８（０５．０３．９６公開）［９］および欧州特許第ＥＰ０５５５３７６号（１８．０３．９８公開）［１０］に記載されている。
【００４６】
管のアノードがタングステンで作製される場合には、モノクロメーターによって、種々の波長を抽出することが可能である。なぜなら、タングステン放射線は、非常に広帯域かつ強力であるからである。
【００４７】
いくつかの化学元素で作製される複合標的が、アノードとして使用される場合には、モノクロメーターは、複合アノードの特徴的な放射線の何らかの波長を選択的に抽出する。
【００４８】
使用における発散Ｘ線の供給源の型の選択は、特に、解決されるべき作業によって規定される。従って、軟Ｘ線帯域のレーザーおよびプラズマ供給源の放射線は、生物学的な医薬の研究が実施される場合に、顕微鏡検査法などのために使用され得る。このような供給源の他に、十分な電力のＸ線管も同様に、Ｘ線リソグラフィの作業（接触と投影との両方）およびＬＩＧＡ技術が解決される複合システム（分析デバイス（ワークステーション）を含む）において使用され得る。
【００４９】
管のアノード、Ｘ線レンズおよび分析デバイスの配置における可変の「幾何学的構造」の使用は、Ｘ線管の型に依存する。
【００５０】
上記および図１に示す幾何学的構造は、各分析デバイスがこの分析デバイスのみのために放射線ビームを形成するＸ線レンズに対応する場合には、同様に可能なものである。この「幾何学的構造」において、例えば、貫通アノードまたは微小焦点アノードを備える管を使用することが適切である。このような管は、特に、半分のスペースで放射し、従って、大多数の「半」レンズおよび「全」レンズが、この管の放射線の立体角において配置され得る。
【００５１】
図１０は、回転アノードを備える管（位置１は、この管を従来的に示す）として作製されるＸ線供給源について非常に広範に特徴的である、別の「幾何学的構造」を示す。このような管が使用される場合には、放射線源は線状である。この管は、２つの出力窓を有する。Ｘ線光学デバイスは、これら２つの窓から出現する放射線のみを「とり」得る。いくつか（５〜１０）のモノクロメーター３３が、Ｘ線「半」レンズ２によって形成される擬似平行ビーム４の経路上に、異なる角度で配置されて、豊富な分析デバイスが作動し得る。このモノクロメーターは、「半」レンズ２から出現する最初のビーム４の断面の異なる部分３４を「遮断」し、そしてこの最初のビーム４の反射された部分３５を分析デバイス５へと指向する。結晶面および層構造に対して非平行なせん断面を有する結晶は、モノクロメーター３３として使用され得る。モノクロメーターの型、および「半」レンズから出現するＸ線ビームの方向に対するその配向角度は、このモノクロメーター上で回折されたビームの部分の視準の必要な程度を規定する。
【００５２】
従って、Ｘ線管が発散放射線の供給源として使用される場合には、分析デバイスへの放射線伝達のチャネルは、以下の部分に分割され得る：
図１に示す「幾何学的構造」において：
−Ｘ線管１（より正確には、この管のアノード）とＸ線レンズ２または６の入力面との間のスペース（立体角３の範囲内）；
−Ｘ線レンズ２または６のチャネル；
−Ｘ線レンズ２または６の出力面と分析デバイス５または８との間のスペース（レンズ６の出力ビームに対応する、立体角７のレンズ２の出力ビーム４の断面の範囲内）；
図１０に示す「幾何学的構造」において：
−Ｘ線管１（より正確には、この管のアノード）とＸ線レンズ２の入力面との間のスペース（立体角３の範囲内）；
−Ｘ線レンズ２のチャネル；
−Ｘ線レンズ２の出力面とモノクロメーター３３との間のスペース（レンズ２の出力ビーム４の部分３４の断面の範囲内）；
−モノクロメーター３３と分析デバイス５との間のスペース（モノクロメーターによって反射されるビーム３５の断面の範囲内）。
【００５３】
最近のシンクロトロンと、本発明の構成の複合システムの一部であるＸ線管との、放射線のパラメータを比較する。
【００５４】
文献［１］の図１５（２０頁）において、英国のシンクロトロン「Ｄｏｒｉｓ」の放射線輝度曲線（Ｅ＝２ＧｅＶ、電流は３００ｍＡに等しい）が与えられている。この図に見られ得るように、約１０ｋｅＶにおいて、このシンクロトロンは、１０¹⁰光子／ｓｅＶ（ｍｒａｄ）²を放射する。すなわち、１ｍｒａｄに等しい狭い立体角および１ｅＶに等しい狭いスペクトル範囲において、「Ｄｏｒｉｓ」は、１秒間あたり１０¹⁰の光子を放射する。１Ｗの電力のＸ線管は、同じ時間あたり等方的に約３・１０¹¹の光子を放射する。これらの光子は、約１０ｅＶの幅のスペクトル範囲の擬似単色光子である。これに対応して、１０ｋＷの電力の管は、１秒間あたり３・１０¹⁵の光子を放射する。
【００５５】
約３ｍｒａｄの角発散を有する擬似平行で伝達される以下の光子の量は、Ｘ線「半」レンズによって生成され得、発散放射線を擬似平行放射線へと転換し、そして本発明の複合システムにおいて使用される：
Ｎ＝３・１０¹⁵・α・π・（Δθ₃）²／４π ｐｈｏｔ／ｓ・（３ｍｒａｄ）²・１０ｅＶ
ここで、Δθ₃は、「半」レンズによるＸ線管の放射線捕獲の口径であり、
αは、「半」レンズの透過係数である。
【００５６】
ここで、Δθ₃＝０．１ｒａｄ、α＝０．３とすると、
Ｎ＝２．５・１０¹¹・ｐｈｏｔ／ｓ・ｅＶ・（ｍｒａｄ）²であり、
すなわち、１０ｋＷの平均電力の本発明の複合システムのＸ線管は、光学機器とともに、同じスペクトル範囲および角度範囲においてシンクロトロン「Ｄｏｒｉｓ」が与えるものより２５倍大きな強度を与える。シンクロトロン「Ｄｏｒｉｓ」と等しい約１０ｋｅＶの放射線密度を、本発明の複合システムにおいて、ほんの４００Ｗの管電力で得ることが可能であることが、明らかである。このような管およびさらにより強力な管は、科学的研究（例えば、回折測定）において広範に使用される。従って、ＰｈｉｌｉｐｓＣｏｍｐａｎｙは、回折測定のために、２．５ｋＷの電力の管を使用する。
【００５７】
最近は、３０〜１００ｋＷの電力の回転アノードを有する管が生産され、そして自由に販売されている。この管の費用は、発生器を含めて、約１００，０００ＵＳＤである。すなわち、シンクロトロンの費用より約３桁低い。
【００５８】
本発明の解決法の使用の効率および有用性は、所定の計算から明らかである。
【００５９】
（産業上の利用性）
本発明の複合システムは、伝統的な手段と比較したその相対的な単純さおよび低い費用の観点から、広範にわたる専門家に利用可能であり、そしてＸ線研究、試験および測定の適用を有意に広げることを可能にし、認容可能な放射線の輝度を分析デバイスの入力口径において提供する。この複合システムは、将来的には、大きな物理学研究室および中程度の物理学研究室において、広範な適用を享受することが、示唆され得る。
【００６０】
（情報源）
１．ＳｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎＲａｄｉａｔｉｏｎ．Ｋ．Ｋｕｎｔｓ編、Ｍｏｓｃｏｗ、「Ｍｉｒ」、１９８１。
２．Ｖ．Ａ．Ａｒｋａｄｉｅｖ，Ａ．Ｉ．Ｋｏｌｏｍｉｉｔｓｅｖ，Ｍ．ＡＫｕｍａｋｈｏｖら、ＢｒｏａｄｂａｎｄＸ−ｒａｙｏｐｔｉｃｓｗｉｔｈｗｉｄｅａｎｇｕｌａｒａｐｅｒｔｕｒｅ．Ｕｓｐｅｋｈｉｆｉｚｉｃｈｅｓｋｉｋｈｎａｕｋ，１９８９，ｖｏｌｕｍｅ１５７，ｉｓｓｕｅ３，５２９−５３７頁。
３．米国特許第５，１９２８６９号（０９．０３．９３公開）。
４．Ｖ．Ａ．Ａｎｄｒｅｅｖｓｋｙ，Ｍ．Ｖ．Ｇｕｂａｒｅｖ，Ｐ．Ｉ．Ｚｈｉｄｋｉｎ，Ｍ．Ａ．Ｋｕｍａｋｈｏｖ，Ａ．Ｖ．Ｎｏｓｋｉｎ，Ｉ．Ｙｕ．Ｐｏｎｏｍａｒｅｖ，Ｋｈ．Ｚ．Ｕｓｔｏｋ．Ｘ−ｒａｙｗａｖｅｇｕｉｄｅｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈａｖａｒｉａｂｌｅｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅｃｔｉｏｎｓ．ＴｈｅＩＶ−ｔｈＡｌｌ−ＵｎｉｏｎｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆＲａｄｉａｔｉｏｎｗｉｔｈＳｏｌｉｄｓ．ＢｏｏｋｏｆＡｂｓｔｒａｃｔｓ（Ｍａｙ１５−１９，１９９０，Ｅｌｂｒｕｓｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，Ｋａｂａｒｄｉｎｏ−ｂａｌｋａｒｉａｎＡＳＳＲ，ＵＳＳＲ，１７７−１７８頁）。
５．米国特許第５，５７０，４０８（２９．１０．９６公開）。
６．Ｒ．Ｖｏｌｓｄｅｔ．ＡｐｐｌｉｅｄｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙｏｆＸ−ｒａｙｓ．Ｍｏｓｃｏｗ，Ａｔｏｍｉｚｄａｔ，１９７７。
７．欧州特許第ＥＰ０７４２１５０（３１．０７．９６公開）。
８．米国特許第５，１７５，７５５号（２９．１２．９２公開）。
９．米国特許第５，４９７，００８号（０５．０３．９６公開）。
１０．欧州特許第ＥＰ０５５５３７６号（１８．０３．９８公開）。
【図面の簡単な説明】
本発明を、図面を用いて例示する。
【図１】図１は、本発明の複合システムの主要な部品の構成および相対的位置を示す。
【図２】図２は、Ｘ線レンズの別個のチャネルに沿った複数の全外反射での、Ｘ線伝播を示す。
【図３】図３は、発散放射線の集光のためのＸ線レンズ（「全」レンズ）の図を示す。
【図４】図４は、発散放射線を擬似平行放射線に転換するためのＸ線レンズ（「半」レンズ）の図を示す。
【図５】図５は、供給源の放射線が、供給源の発散放射線を集光する「全」Ｘ線レンズによって、デバイスに伝達される場合の、分光学的研究を実施するよう意図された分析デバイスの装置の構成および相対的位置を示す。
【図６】図６は、「半」レンズによって形成される擬似平行放射線が分析デバイスに伝達される場合の、上記分析デバイスの装置の構成および相対的位置を示す。
図７は、擬似平行放射線が伝達され、そして回折学的研究を実施するよう意図された分析デバイスの装置の構成および相対的位置を示す。
【図８】図８は、擬似平行放射線が伝達され、そして物体の内部構造の画像化形成を意図された、分析デバイスの装置の構成および相対的位置を示す。
【図９】図９は、擬似平行放射線が伝達され、そしてＸ線リソグラフィーを実施するよう意図された分析デバイスの装置の構成および相対的位置を示す。
【図１０】図１０は、擬似平行ビームを複数の部分に分離していくつかの分析デバイスに伝達するためにモノクロメーターを使用する場合の、本発明の複合システムの構成要素の配置の「幾何学的構造」の実施形態を示す。

Claims

複数の分析ステーションで放射線のＸ線範囲の研究のための測定および試験を同時に行う複合システムであって、
複数の分析ステーションであって、各分析ステーションが、入力口と、研究中の物体を位置決めする手段とを含む、複数の分析ステーションと、
複数の発散Ｘ線を含む放射線を出力する放射線源と、
各分析ステーションに対する複数のチャネルであって、該複数の発散Ｘ線のうちの少なくとも幾つかを該複数の分析ステーションのうちの１つに導く、複数のチャネルと
を備え、
各分析ステーションに対する該複数のチャネルは、Ｘ線レンズを形成し、各分析ステーションに対する該複数のチャネルは、該複数の発散Ｘ線のうちの少なくとも幾つかを受け取り、かつ、それらから複数の擬似平行Ｘ線ビームを生成するように湾曲しており、該複数の擬似平行Ｘ線ビームのうちの少なくとも１つは、該複数の分析ステーションのうちの１つの該入力口に導かれ、かつ、該入力口を通過し、
各Ｘ線レンズは、該複数の発散Ｘ線のうちの特定の幾つかを受け取り、かつ、それらから特定の複数の擬似平行Ｘ線ビームを生成するように配置されている、複合システム。
各分析ステーションに対する前記複数のチャネルは、前記特定の複数の擬似平行Ｘ線ビームを該分析ステーションの入力口に導くように湾曲しており、
各分析ステーションに対して前記Ｘ線レンズを形成する該複数のチャネルのそれぞれは、各チャネルの壁からの該受け取られた少なくとも幾つかの発散Ｘ線から生じる少なくとも１つのＸ線ビームの複数の全外反射を用いて、該少なくとも幾つかの発散Ｘ線を各チャネルの入力から各チャネルの出力へ伝播し、
各分析ステーションは、前記研究中の物体が該特定の複数の擬似平行Ｘ線ビームを受け取るように該研究中の物体を位置付ける手段を含む、請求項１に記載の複合システム。
前記複数の分析ステーションのうちの少なくとも１つに対する前記複数のチャネルは、前記複数の発散Ｘ線の特定の幾つかから生成された前記特定の複数の擬似平行Ｘ線ビームを集光領域上に集光するようにさらに湾曲しており、
該さらに湾曲している複数のチャネルに対応する該分析ステーションは、分光学的研究を実施するよう意図されており、
該分析ステーションが、
該集光領域において該研究中の物体を整列させるように該研究中の物体を位置付ける手段と、
該研究中の物体が励起した結果として該研究中の物体から出射される放射線を検出する検出器と、
該検出器の出力に接続された分光学的チャネルと、
該分光学的チャネルの出力に接続されたデータ処理および画像化を行う手段と
をさらに備えている、請求項２に記載の複合システム。
前記放射線源が、Ｘ線管を備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合システム。
前記Ｘ線管が、微小焦点アノードを備えて作製される、請求項４に記載の複合システム。
前記Ｘ線管が、貫通アノードを備えて作製される、請求項４に記載の複合システム。
前記Ｘ線管が、回転アノードを備えて作製される、請求項４に記載の複合システム。
前記Ｘ線管が、複合アノードを備えて作製される、請求項４に記載の複合システム。
前記Ｘ線管が、タングステンアノードを備えて作製される、請求項４に記載の複合システム。
複数の分析ステーションで放射線のＸ線範囲の研究のための測定および試験を同時に行う複合システムであって、
複数の分析ステーションであって、各分析ステーションが、入力口と、研究中の物体を位置決めする手段とを含む、複数の分析ステーションと、
複数の発散Ｘ線を含む放射線を出力する放射線源と、
各分析ステーションに対する少なくとも１つのチャネルを含む複数のチャネルであって、該少なくとも１つのチャネルは該複数の発散Ｘ線の少なくとも幾つかを該複数の分析ステーションのうちの１つに導く、複数のチャネルと
を備え、
該複数のチャネルは、Ｘ線レンズを形成し、該複数のチャネルは、該複数の発散Ｘ線の少なくとも幾つかを受け取り、かつ、それらから複数の擬似平行Ｘ線ビームを生成するように湾曲しており、該複数の擬似平行Ｘ線ビームのうちの少なくとも１つは、複数のモノクロメータのうちの少なくとも１つに導かれ、該少なくとも１つのモノクロメータは、該少なくとも１つの擬似平行Ｘ線ビームが該複数の分析ステーションのうちの１つの該入力口に導かれるように、該少なくとも１つの擬似平行Ｘ線ビームを反射し、
各Ｘ線レンズは、該複数の発散Ｘ線の特定の幾つかを受け取り、かつ、それらから特定の複数の擬似平行Ｘ線ビームを生成するように配置されている、複合システム。
前記放射線源が、プラズマのＸ線供給源またはレーザーのＸ線供給源のいずれかを備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合システム。
前記複数の分析ステーションのうちの少なくとも１つが、回折学的研究を実施するよう意図されており、
前記少なくとも１つの擬似平行ビームの伝播の方向に対して、前記研究中の物体を配置および配向する手段と、
該研究中の物体によって回折された放射線を検出する検出器と、
該研究中の物体に対して該検出器を位置決めする手段と、
該検出器の出力に接続されたデータ処理および画像化を行う手段と
を備えた、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の複合システム。
前記複数の分析ステーションのうちの少なくとも１つが、前記研究中の物体の内部構造の画像形成を意図されており、
該研究中の物体を位置決めする手段と、
該物体を通過する放射線を検出する検出器と、
該研究中の物体の画像の可視化および記録を行う手段と
をさらに備えた、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の複合システム。
前記複数の分析ステーションのうちの少なくとも１つが、分光学的研究を実施するよう意図されており、
該複合システムは、
該少なくとも１つの分析ステーションに対する第２の複数のチャネルをさらに備え、
該第２の複数のチャネルは、半Ｘ線レンズを形成し、前記特定の複数の擬似平行Ｘ線ビームのうちの少なくとも１つを受け取り、かつ、該少なくとも１つの擬似平行Ｘ線ビームを集光領域上に集光するように湾曲しており、
該第２の複数のチャネルは、各チャネルの壁からの該受け取られた少なくとも１つの擬似平行発散Ｘ線から生じる少なくとも１つのＸ線ビームの複数の全外反射を用いて、該少なくとも１つの擬似平行発散Ｘ線ビームを各チャネルの入力から該各チャネルの出力へ伝播し、
該少なくとも１つの分析ステーションは、
該集光領域において該研究中の物体を整列させるように該研究中の物体を位置決めする手段と、
該研究中の物体において励起した放射線を検出する検出器と、
該検出器の出力に接続された分光学的チャネルと、
該分光学的チャネルに接続されたデータ処理および画像化を行う手段と
をさらに備えた、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の複合システム。
前記放射線源が、Ｘ線管である、請求項１０に記載の複合システム。
前記複数の分析ステーションのうちの少なくとも１つに対する第２の複数のチャネルをさらに備え、
該第２の複数のチャネルは、半Ｘ線レンズを形成し、該少なくとも１つの分析ステーションに対応するマクロメータから反射される該少なくとも１つの擬似平行Ｘ線ビームを受け取り、かつ、該少なくとも１つの擬似平行Ｘ線ビームを該研究中の物体上に集光するように湾曲している、請求項１０に記載の複合システム。