JP5073146B2 - X線発生方法および装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般には、X線を生成する方法および装置に係り、特に高輝度を有する方法および装置に関する。生成された放射線は、例えば、医学的な診断、非破壊検査、リソグラフィー(パターン描画技術)、顕微鏡検査、材料科学、またはその他のX線または超紫外線応用分野で用いることができる。
【0002】
【従来の技術】
高出力および高輝度のX線源は、例えば医学的診断、非破壊検査、結晶構造の分析、表面物理学、リソグラフィー、蛍光X線および顕微鏡検査など、多くの分野に適用されている。
【0003】
幾つかの適用例においては、X線は、例えば医学的診断や材料検査における可視光線を通さない対象の内部を撮影するために用いられており、そこでは、10〜1000keVのX線放射、すなわち硬X線放射が実用化されている。電子ビームが固体アノード(陽極)に対して加速されている従来の硬X線源は、相対的に低輝度のX線放射を発生させる。硬X線による撮像においては、得られた画像の解像度は、X線源までの距離と線源の大きさとに依存している。露光時間は、線源までの距離と線源の出力とに依存している。実際には、この露光時間は、X線で撮像することに対して、解像度と露光時間との間での交換を行なっている。この試みは常に、できる限り大きなX線の出力をできる限り小さな線源から引き出すこと、すなわち、高輝度を実現することであった。従来の固体の標的源においては、X線は、ブレムシュトラールング(Bremsstrahlung)および特性直線放射の両方を連続させるものとして放射されており、ここでは特別な放射特性は標的に用いられる材料に依存している。X線照射へと変換されないエネルギーは主として固体の標的における熱として貯蔵される。出力および輝度を制限する、従来のX線管から放射されるX線照射の主要な要素は、アノード(陽極)を加熱することである。より詳細には、電子ビームの出力は、アノードの材料が溶融しないような範囲に制限されるべきである。幾つかの異なる方法(スキーム)が出力の制限を増加させるために導入されていた。このようなスキームの1つは、アノードを冷却したり回転させたりすることを含んでおり、例えば、1990年にベルリンおよびミュンヘンのジーメンス・アクティエンゲセルシャフト社より、E・クレステル(E. Krestel)により著作された『医療診断用撮像システム』の第3章および第7章を参照せよ。冷却され回転するアノードはより高い電子ビーム出力を維持することができるにも拘わらず、その輝度は電子ビームの焦点を局部的に加熱することにより依然として制限されている。同じターゲット材料が夫々の回転について用いられているので、平均した出力負荷もまた制限される。具体的には、医療診断用の非常に高い強度の放射線発生源は100kW/mm2で動作して、現在の技術の状態では、低出力マイクロフォーカス装置は150kW/mm2で動作する。
【0004】
軟X線およびEUV波長(数10eVから数keVまで)の領域における実施化は、例えば、次世代リソグラフィーおよびX線顕微鏡システムを含んでいる。1960年代からずっと、集積化された電子回路の基礎を構成する構造の大きさは、連続的に縮小してきている。その長所は、より少ない電力を要求する、より高速でより複雑な回路である。現在では、写真露光装置は、およそ0.13μmの線幅を有するこのような回路を工業的に生成するために用いられている。この技術は、およそ0.1〜0.07μmにまで縮小させて適用されるべきことも期待され得るものである。線幅をさらに低減させるために、他の方法もおそらく必要となるであろうし、その方法ではEUV照射リソグラフィーが強力な候補となるし、例えば、1999年、インターナショナル・セマテック、オースチンTX刊「半導体のための国際的な技術ロードマップ」を参照せよ。EUV照射リソグラフィーの利用は、10〜20nm近辺の波長の領域におけるEUV対象システムの低減によりなされている。
【0005】
軟X線およびEUV領域において、上述した従来の硬X線放射の生成と比較して、固体ターゲットにおける電子ビームエネルギーから軟X線放射に対する従来の効率が有用であるというには一般的にあまりに低いので、放射の生成のための異なる方法が通常は用いられている。D.T.アットワード、キャムブリッジ大学出版、1999年刊行の「軟X線および超紫外線放射:原理と応用」の第6章にも開示されているように、(およそ1010〜1023W/cm2程度の)極めて強いレーザ放射を用いるような熱くて密度の高いプラズマを生成するために、ターゲットの材料を加熱することに基づいて、軟X線およびEUV放射線の生成のために通常の技術が代わりに行なわれている。これらのいわゆるプラズマにより生成されたレーザ(LPP)は、連続的な放射および特性線照射の両方を放射しており、特定の放射特性はターゲットの材料とプラズマの温度とに依存している。固体のターゲット材料を使用する、従来からのLPPX線源は、ターゲット材料の搬送が限定的な要素となるので、反復率や途切れることのない使用法と同様に、崩壊堆積物の不要な放出により妨げられる。このことは、ガスジェット(例えば米国特許第5,577,092号公報および1996年、光学と光通信学、第4集、第66頁、OSAトレンド刊行、キュビアク他による論文「ガスジェットに基づく崩壊堆積物から解放されたEUVL源」参照)や、液体ジェット(例えば、米国特許第6,002,744号公報および1996年、レビュー・オブ・サイエンティフィック・インスツルメントの第67集、第4150頁に掲載されたマルムクヴィスト他による論文「軟X線生成レーザプラズマのための液体ジェット」参照)を含む再生可能で崩壊堆積物の少ない開発へと導いている。これらのターゲットは、LPP軟X線およびEUV照射源で頻繁に用いられていた。しかしながら、LPP線源の適用可能性は、電気的なエネルギーのレーザ光への相対的に低い変換効率によって制限されており、これにより、レーザ光のX線放射への変換効率も制限され、その必然的な結果として、高価な高出力レーザを使用を伴っていた。
【0006】
ごく最近のこととして、ガスジェット・ターゲットの電子ビームの励起は、結果としての放射が相対的に低出力であっても、直接に、軟X線放射の熱を用いない生成のためにテストされており、2000年、SPIEの会議録第4060号204−208頁における、テル・アバティシアン他の論文を参照せよ。
【0007】
シンクロトロン光源のような大規模な設備も提案されており、これは高い平均出力および輝度を伴うX線放射を生成している。しかしながら、相対的に高い平均出力および輝度を有するX線放射を生成する小型で小規模のシステムを要求する多くの適用例がある。小型でより低廉なシステムは、適用されるユーザに対してより良い使いやすさをもたらし、したがって、科学や社会に対して潜在的に、より大きい価値のあるものである。
【0008】
【発明の概要】
この発明の目的は、上述した問題を解決または軽減することにある。より詳しくは、この発明は、相対的に高い平均的な出力と結合した非常な高輝度を備えるX線を生成する方法および装置を提供することを目的としている。
【0009】
さらに、この発明の目的は、X線を生成するための、小型で相対的に高価ではない装置を提供することにある。
【0010】
発明力のある技術はまた、崩壊堆積物の最小の生成により、X線の安定して単純な生成のために提供するべきである。
【0011】
さらに、この発明の目的は、医療用の診断や材料の検査のための安定した放射を生成する方法および装置を提供することにある。
【0012】
この発明のさらに他の目的は、リソグラフィー(露光装置)、被破壊検査、電子顕微鏡、結晶解析、表面物理学、材料科学、X線写真分光学、X線回折によるタンパク質の構造決定、およびその他のX線の応用における使用を安定させる方法および装置を提供することにある。
【0013】
以下の詳細な説明より明かとなるであろう、上述のおよびその他の目的は、上記の特許請求の範囲の独立請求項に係る方法および装置により、全体的にまたは部分的に達成される。従属する請求項は、好適な実施形態を定義している。
【0014】
従って、この発明は、X線を生成するための方法であって、圧力下で液体の物質を吐出口の開口部を介して吐出させることにより相互作用の領域を介して増強するターゲットジェットを形成するステップと;前記相互作用の領域における前記ターゲットジェットに対して少なくとも1つの電子ビームを方向付けてこの電子ビームがX線を生成するために前記ターゲットジェットと相互に作用するステップとを備える方法を提供する。
【0015】
電子ビームの電流、電圧および焦点の大きさに依存するのと同様にターゲットジェットの材料、このジェットの温度、速度および直径に依存して、この発明力のある方法および装置は、2つのモードの何れかでの動作を許容している。動作の第1のモードにおいては、硬X線放射は、本質的にはこのジェットをプラズマ形成温度にまで加熱することなく、電子ビームのエネルギーをブレムシュトラールングおよび特性直線照射にまで直接変換することにより生成されている。動作の第2のモードにおいては、軟X線は、ジェットをプラズマ形成温度にまで加熱することにより生成されている。動作の何れのモードにおいても、この発明は従来技術のレベルに対して顕著な改善を提供している。
【0016】
動作の第1のモードにおいて、ターゲットジェットは、硬X線放射の生成において従来より用いられていた固体アノード(陽極)に関する幾つかの長所を提供している。より詳しくは、液体ジェットは、生成された放射の高輝度と出力を許容するのに充分に高い密度を有している。さらに、このジェットは、その性質まで再生可能であるので、ターゲット材料を冷却する必要がない。実際には、ターゲット材料は、破壊される可能性があり、換言すれば、ターゲットジェットの再生可能な性質の故に、その溶融温度よりも高い温度にまで加熱される可能性がある。したがって、ターゲットにおける電子ビームの出力密度は、再生可能性のないターゲットに比較すると顕著に増加する可能性がある。これに加えて、このジェットは、相互作用の領域を介して非常に速い伝搬速度を与えられる可能性がある。従来の静止または回転アノードと比較して、相互作用の領域へと移動する材料の対応する高速度の故に、このような高速でのジェットの伝搬においては、より多くのエネルギーが費やされる可能性がある。これらの特徴の組合せは、生成された硬X線放射の輝度における顕著な向上を許容している。したがって、吐出口の開口部を介して圧力下で液体材料を吐出させることにより形成された、ジェットの形式による小さくて高密度で再生可能な高速ターゲットの使用は、具体的には、従来の技術と比較して、生成された硬X線放射の輝度における100倍の向上を許容するべきである。
【0017】
このように新規で再生可能なターゲットにより許容される出力密度を実現するために、電子ビームは、好ましくはターゲット上に適切に焦点を結ぶ(合焦される)べきである。具体的には、電子ビームの生成のために用いられる加速電圧は5〜500kVのオーダー(注文)の範囲となるであろうが、それよりも高くとも良い。ビーム電流は、具体的には10〜1000mAのオーダーの範囲となるであろうが、それよりも高くとも良い。
【0018】
動作の第2のモードは、少なくとも1つの電子ビームがプラズマ照射する軟X線を形成するためにレーザビームに代わって用いることができる、基本的な洞察から生じてきている。上述したLPPの概念に基づく従来の装置と比較すると、この発明による方法および装置は、コストと構成の複雑さをより少なくしているのと同様に、壁に埋め込んだコンセント(wall-plug)の変換効率の顕著な増加を与えている。その他の魅力的な特徴は、繰り返し率や途切れることのない使用における制限を本質的には受けることなく、崩壊堆積物の排出を少なくすることを含んでいる。
【0019】
動作の第2のモードにおいて、電子の発生源は具体的には、所望のプラズマ温度を確立するために、1010〜1013W/cm2のオーダーで相互作用の領域へと供給するべきである。これは、パルス化された電子ビームを生成するための電子発生源を制御することにより容易に実現することができ、ここで、パルスの波長は好ましくはジェットの大きさに一致させられる。したがって、電子発生源の繰り返し率は、生成されたX線の平均的な出力を決定する。パルス化されたビームを用いるとき、ジェットは電子ビームに付随する不連続な相互作用により分散されるかもしれない。このため、ジェットの伝搬速度は好ましくは、ジェットが電子ビームの各パルス間で安定化可能な程度の速さであるべきである。
【0020】
電子ビームが第1および第2のモードにおいて、連続的でパルス化できることは注目されるべきである。
【0021】
動作の何れのモードにおいても、利用し易い電子ビーム出力の最適な実用化のために、ビームの大きさをジェットの大きさと本質的に一致させるために、ビームがジェットの上に焦点を合わせることが望ましい。これに関連して、点焦点の代わりに線焦点を用いることが可能であり、この線焦点の横方向の寸法はジェットの横方向の寸法に合致している。好ましくはこのジェットは、約1〜100μm程度の直径を有して形成されているが、ミリメータと同じ程度の大きさであっても良い。したがって、この放射は、相互作用の狭い領域から高輝度で照射されるであろう。生成された放射をより良く実用化させるために、この発明による装置および方法は、本質的に、例えば、多数の毛細管状のレンズや、複合屈折レンズや、X線ミラーなどのX線光学と併せて用いられても良い。
【0022】
好ましくは、ターゲットジェットは、吐出口の開口部からおよそ10〜1000m/sのジェット伝搬速度で運ぶために0.5〜500MPaの具体的な範囲の圧力を発生させる、ポンプおよび/または加圧されたリザーバの具体的な手段により、例えばノズルまたはオリフィスのような吐出口の開口部を介して液体状の物質を吹き出させることにより生成されている。この物質は、通常の液体状態の物質に限定されず、例えば吐出口の開口部を介して吹き出される前に加熱されて液体となるような固体の物質でも良いし、または、吐出口の開口部を介して吹き出される前に冷却されて液体となるような気体(ガス)状の物質でも良い。あるいは、この物質は、搬送用担体の液体中に溶解された材料を含むことも可能である。吐出口の開口部を介してガス状の物質を吹き出すこともまた考えられ得ることであり、このガス状の物質は吐出口の開口部を介して吹き出された後は液体ジェットを形成することが可能であるように提供される。この形成の後に、このジェットは、異なる流体力学の状態を達成しても良い。ゆっくりとしたジェットは通常、表面張力の影響の下で層流となり多数の小滴へと分散されるが、高速のジェットは、多かれ少なかれ乱流となって、それらが噴霧へと変化する前に遷移領域で空間的に途切れることはない。このジェットの流体力学的な状態の何れかのタイプは、発明として認められる技術として用いられても良い。その他の創作可能な実施形態においては、ジェットは電子ビームとの間で相互作用する前には固体の状態に凍結させることも許容される。
【0023】
さらに、物質のタイプに依存して、ジェットは電気的に導電性を有していてもいなくても良い。これは、相互作用の領域でのジェットに付着された電荷の運搬に密接な関係を有している。もしもジェットが電気的に導電性を有しているのならば、ジェットが実質的に接地電位のままでいるように、ジェットそれ自身から電荷を除去することができる。一方、もしもジェットが非導電性であるならば、付着された電荷はジェットそれ自身の動きにより、相互作用の領域から除去される。相互作用の領域における電荷の何れの増加も、電子ビームの焦点合わせに影響を与えるであろう。非導電性のジェットでは、高速のジェット伝搬速度が、電荷の増加を最小にするために都合が良い。
【0024】
ガスの雰囲気は、この発明による装置内で変化しても良い。装置内におけるガスの雰囲気の必要な広がりは、生成された放射の所望の波長と、電子の発生源のタイプとの両方に依存している。具体的には、相互領域での真空環境の必要性よりも、電子の発生源での必要性の方が高い。装置における異なる部分で異なる圧力を維持させるために、局所化されたガス圧力と、差別化された排気(ポンピング)の方法を用いることができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、この発明を例証することを目的として好適な実施形態を説明する。
【0026】
図1に示された装置は、チャンバ1と、電子発生源2と、ターゲット生成部3とを備えている。電子発生源2は、パルス化され、または、連続する電子ビーム4をチャンバ1内に照射してターゲット5上でビーム4に焦点を結ばせるために設けられており、ターゲット5はターゲット生成部3により生成される。図1には示されていないが、1つより多い電子ビーム4が生成されても良く、これらのビーム4は、ターゲット5上で1またはそれより多い方向から焦点を合わせられている。加速および合焦素子(図示されない)と協働する電子発生源2は、従来の構成とすることも可能であり、電圧電力源6により動力を供給されている。電子ビーム4の所望の特性に依存して、電子発生源2は簡単なカソード(陰極)源から、例えばレーストラック(競技場・長円)のような複雑な高エネルギー源まで、どのようなものであっても良い。
【0027】
以下にさらに説明するように、(図中に矢印で示された)X線またはEUV放射線は、チャンバ1の内部のターゲット5と相互に作用するビーム4により生成されている。通常、真空環境は、電子発生源2からの要求に基づいて、チャンバ1内に提供される。さらに、物質内への軟X線およびEUV放射線の高吸収は、しばしば高真空環境を結果として必要としている。
【0028】
真空環境の中での顕微鏡で見える程度に微細で空間的に安定したターゲットの生成のために、ターゲット生成部3は、液体状態の物質から空間的に連続するジェット5を生成するために設けられている。図1に示されたターゲット生成部3は、リザーバ7と、具体的にはノズル開口部などのリザーバ7の液体吐出口に接続されてチャンバ1内に開口するジェット形成用の吐出口開口部8とを備えている。リザーバ7は、そこからジェット5が形成されるべきである物質を保持している。物質のタイプに依存して、リザーバ7は、通常0.5〜500MPaの高圧力で、具体的にはリザーバ7のガス吸入口7’へ高圧ガスを供給することにより、吐出口開口部8を介して吹き出されている間、物質の液体状態を持続させるために、(図示しない)冷却または加熱素子を備えることも可能である。吐出口開口部8の直径は、具体的には約100μmよりも小さいものである。安定すると共に顕微鏡的に微細で実質的には吐出口開口部8と同一の直径を有する、結果としてのジェット5は、チャンバ1内で約10−1000m/sの速度で広がっていく。図面には示されないが、ジェット5は、ターゲット生成部3の制御パラメータに依存して、水滴または噴霧状態まで、自然発生的に崩れる崩壊点まで広がることができる。この崩壊点までの距離は本質的には、液体状の物質の流体力学的な性質、吐出口8の寸法、および液体状の物質の速度により決定される。
【0029】
液体状の物質が吐出口の開口部8を離れるとき、この物質は蒸発により冷却される。したがって、ジェット5が凍結されて水滴や噴霧が形成されないようにすることも想到可能である。
【0030】
図面に示されているように、電子ビーム4は、ジェット5が自然発生的に、または刺激により、水滴状に崩壊する前に、すなわち、それが依然として小さな平行なジェットである間に、ジェット5に衝突する。したがって、ビーム4よジェット5との間の相互作用の領域9は、ジェット5の空間的に連続する部分、すなわち、直径を著しく上回る長さを有する部分に配置されている。したがって、装置は、以下に説明するように、X線またはEUV放射線を生成するために、連続的または半連続的に制御可能である。さらに、このような解決方法は、ジェット5の直径と略々同じ大きさとなるべきであるジェット5上の電子ビーム4の焦点スポットを許容するように、結果としてジェット5の空間的な充分な安定性をもたらしている。パルス化された電子ビーム4の場合、この解決方法はまた、電子発生源2とターゲット生成部3との間で何らかの一時的な同期をとる必要性を多少とも軽減している。幾つかの場合において、同じような有利な点が、分離された空間的に連続する部分より構成されるジェットと共に得ることができる。しかしながら、液体ジェットから発生してきた液化された物質の何らかの形成は、この発明の範囲内で、それが液体であろうと固体であろうと、水滴、または水滴の噴霧状、または結合であろうと、空間的に連続している、電子ビーム用のターゲットとして使用することができることは、特に重要となるべきである。
【0031】
ターゲット5の特性と関連して電子ビーム4の特性を適正に転用することにより、ジェット5ついてのビーム4の相互作用は、動作の第1のモードでは、放射が、本質的にはジェット5をプラズマ形成温度にまで加熱することなく、直接変換により、相互作用9の範囲から照射されるということを結果している。動作の第2モードにおいては、適切なプラズマ形成温度にまでジェット5が加熱されるように、これらの特性が適用されている。モードの選択は、生成される放射の所望の波長の範囲に依存している。プラズマに基づく動作は、軟X線およびEUV放射線を生成するために最も効果的であり、すなわち、数十eVから数keVまでの範囲において、本質的には非プラズマとしてであるのに対して、硬X線の生成のため直接変換がより効果的であり、具体的には約10keVから約1000keVの範囲で行なわれる。
【0032】
以下に、第1および第2のモードにおける装置の動作について、一般的な用語により説明する。想像可能な具現化の実施例もまた提示されるが、この明細書の開示内容をこれらの実施例に限定するものではない。
【0033】
特に医療用診断で用いられるべき硬X線の生成を主として目指している、動作の第1のモードにおいては、電子発生源2は、ターゲット5の性質と関連して、相互作用9の領域には本質的にプラズマが形成されないようにして制御されている。これにより、硬X線放射は、ブレムシュトラールングおよび特性線放射を介して得られる。吐出口の開口部8から相互作用領域9までの距離は、具体的には0.5〜10mmと充分に長いことが好ましいので、ビーム−ジェット相互作用は吐出口に衝撃を与えない。1つの想像可能な具体化においては、約30μmの直径と約600m/sの伝搬速度を有するジェット5が用いられており、このジェット5は、約100mAで100keVの電子ビーム4により吐出口の開口部8から約10mm離れて放射されており、ビーム4は、相互作用領域9の範囲内で約10MW/mm2の出力密度を得るためにジェット5上に合焦されている。この出力密度は、明細書の冒頭で述べたように、従来の固体ターゲットシステムよりも良好な、概略で100個の因数である。この発明によれば、高解像度の画像が、低露光時間で得ることができる。動作のこの第1のモードにおいて、ジェット5は好ましくは、液体状態にまで加熱された金属から形成される。これに関連して、他の金属や合金は所望の波長の範囲内での放射を生成するために用いられているが、スズ(Sn)は使用するのに容易である。さらに、例えば、液体状態にまで冷却されたガスまたは搬送担体用の液体に溶融された材料のように、ジェット5を生成するために、完全に異なる物質を用いることもまた、想像することができる。第1のモードで動作する装置は、チャンバ1から、患者または他の対象が撮影可能な外部へと生成された放射を引き出すためにX線を透過させる窓(図示されず)を備えていても良い。ターゲットとして顕微鏡的に微細な液体ジェット5を用いることにより、X線放射の大きさは、相互作用領域9の非常に小さい範囲から生成され、その結果として高輝度が得られる。
【0034】
特にEUV射影描画装置で用いられるべき軟X線および/またはEUV放射線を生成することを主として目指している、動作の第2のモードにおいて、電子発生源2は、ターゲット5の特性に関連して、適切な温度でのプラズマが相互作用領域9で形成されるように制御されている。これにより、軟X線および/またはEUV放射線が、連続した特性線放射を介して得られる。好ましくは、パルス化された電子ビーム4がジェット5を照射して、これにより電子発生源2が各電子ビームパルスによりプラズマを形成するように制御される。吐出口の開口部8から相互作用領域9の点までの距離が、具体的には0.5〜10mmと充分に長くなることが好ましいので、生成されたプラズマは吐出口に衝撃を与えない。1つの想像可能な具体化においては、約30μmの直径と約50m/sの伝搬速度を有する液体貴(希)ガスのジェット5が用いられており、このジェット5は、約5nsのパルス長を有する約50kHzの繰り返し率で制御される約10Aで1MeVのパルス化された電子ビーム4により吐出口の開口部8から約10mm離れて放射されており、ビーム4は、相互作用領域9内でパルス当たりで約1012W/cm2の出力密度と、2.5kWの平均電子ビーム出力とを得るためにジェット5上に合焦されている。このようなシステムは、次世代のEUV射影描画装置システムのために必要となるEUV出力を概略的に提供することになる。
【0035】
この動作の第2のモードにおいて、電子ビーム4の特定の性質は、その平均出力が充分に高い限りは致命的ではないし、パルスの出力やパルスの時間は、相互作用領域9における適切なプラズマ形成温度を得るためにターゲットに合致している。動作の第2のモードにおいては、ジェット5は、好ましくは、装置内の感度の良い構成素子の被覆を避けるために、貴ガスから冷却されて液体の状態から形成されている。例えば、液化されたキセノンが10〜15nmの波長の範囲での強X線放射を結果として生じることはレーザプラズマ研究から公知である(例えば、2000年、SPIE第3997号会報に掲載された、ハンソン他による文献“EUVリソグラフィーのためのキセノン液体ジェットレーザプラズマ発生源”を参照せよ)。液化された貴ガスに加えて、搬送担体用液体または液化された金属内に溶融された材料のような、ジェットを生成するための完全に異なる物質を使用することも想像可能である。
【0036】
描画装置または顕微鏡に使用されるように設計された第2のモードで動作する装置は、生成されたEUVまたは軟X線放射の大部分を集めてこれを照明光学系および描画/電子顕微鏡システムの残りへと搬送する多層ミラー(図示されず)の集光システムを含んでいても良い。液体の物質から生成されたジェット5の形式による電子顕微鏡的な微細なターゲットを用いることにより、堆積崩壊物生成は非常に少なくなるであろう。第2のモードで動作するこの発明による装置は、LPPシステムと同様の性能を提供するが、たくさんのキロワット級のレーザが非常に複雑で高価であるので、低価格で提供できる能力を有している。さらに、壁用プラグ(コンセント)変換効果レーザよりも高い電子発生源である。
【0037】
電子発生源2が第1のモードのX線生成のために動作させられおよび/またはパルス化された電子放射を照射するときに、液体物質の大部分は電子ビーム4により影響を受けずにそのままの状態を維持し、チャンバ1を介して妨害されないで広がっていくこともまた注目されるべきである。このことは、蒸発のために真空チャンバ1内の圧力が増加する結果となる。この問題は、例えば異なるポンピング方法を用いることにより解決することができ、図1に示されたように、ジェット5が小さなアパーチャ(開口)10で集められ、集められた物質を圧縮してリザーバ7にフィードバックさせるポンプ11の手段により、リザーバ7で再生利用される。
【0038】
この発明による方法および装置が、医療用の診断、非破壊検査、パターン転写(リソグラフィー)、結晶分析、顕微鏡による検査、材料科学、顕微鏡表面物理学、X線回折によるタンパク質の構造決定、X線写真分光法(XPS)、蛍光X線、またはその他のX線またはEUV応用技術のための放射を提供するために使用することができることを実現するべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の現時点で好適な実施形態に係る電子ビームと液体ジェットとの相互作用によるX線またはEUV放射線生成装置の概略構成図である。
【符号の説明】
2 電子発生源
3 ターゲット生成器
4 電子ビーム
5 ターゲットジェット
7 リザーバ
8 吐出口の開口部
9 相互作用の領域
Claims (28)
- X線を生成するための方法であって、
相互作用の領域(9)を介して伝わるターゲットジェット(5)を形成するステップと;
前記相互作用の領域(9)における前記ターゲットジェット(5)に対して少なくとも1つの電子ビーム(4)を方向付けて、前記ジェット(5)をプラズマ形成温度にまで加熱することなく、ブレムシュトラールング(Bremsstrahlung)および特性直線放射が硬X線領域内で生成されるような強度で、前記ジェット(5)と相互作用させるために、前記電子ビーム(4)を制御するステップと;
を備え、
0.5〜500MPaの圧力下で液体の物質を吐出口の開口部を介して吐出させることにより、相互作用の領域(9)を介して10〜1000m/sの伝搬速度で伝わるように、ターゲットジェット(5)を形成する、X線発生方法。 - 前記液体の物質は、固体材料を加熱して液体状態にすることにより得られる請求項1に記載の方法。
- 前記液体の物質は、気体を冷却して液体状態にすることにより得られる請求項1に記載の方法。
- 前記ジェット(5)は、前記相互作用の領域(9)においては固体の状態である請求項1ないし3の何れかに記載の方法。
- 前記ジェット(5)は、前記相互作用の領域(9)においては液体の状態である請求項1ないし3の何れかに記載の方法。
- 前記ビーム(4)は、前記相互作用の領域(9)における前記ジェット(5)の空間的に連続する部分で相互に作用する請求項1ないし5の何れかに記載の方法。
- 前記ビーム(4)は、前記相互作用の領域(9)における少なくとも1つの小滴と相互に作用する請求項5に記載の方法。
- 前記ビーム(4)は、前記相互作用の領域(9)における複数の小滴または結合(clusters)の噴霧(spray)と相互に作用する請求項5ないし7の何れかに記載の方法。
- 前記電子ビーム(4)は、吐出口開口部(8)からの0.5〜10mmの距離で前記ジェット(5)との間で相互に作用する請求項1ないし8の何れかに記載の方法。
- 前記電子ビーム(4)は、前記ジェット(5)の横断面に前記電子ビーム(4)の横断面が合致するように、前記ジェット(5)上で焦点を結んでいる請求項1ないし9の何れかに記載の方法。
- 前記ジェット(5)は、約1〜10000μmの直径で形成されている請求項1ないし10の何れかに記載の方法。
- 前記電子ビーム(4)は、10〜1000mAのビーム電流を伴う5〜500kVの範囲の加速電圧の手段により、生成されている請求項1ないし11の何れかに記載の方法。
- 前記少なくとも1つの電子ビーム(4)が、ジェット(5)上に方向付けられているパルス化された電子ビーム(4)である請求項1ないし12の何れかに記載の方法。
- 前記少なくとも1つの電子ビーム(4)が、ジェット(5)上に方向付けられている連続する電子ビーム(4)である請求項1ないし13の何れかに記載の方法。
- 医療診断用に、前記生成された放射を使用することをさらに備える、請求項1ないし14の何れかに記載の方法。
- 非破壊検査用に、前記生成された放射を使用することをさらに備える、請求項1ないし14の何れかに記載の方法。
- 液晶分析用に、前記生成された放射を使用することをさらに備える、請求項1ないし14の何れかに記載の方法。
- 顕微鏡用に、前記生成された放射を使用することをさらに備える、請求項1ないし14の何れかに記載の方法。
- X線回折によるタンパク質構造決定のため、前記生成された放射を使用することをさらに備える、請求項1ないし14の何れかに記載の方法。
- X線を生成する装置であって、
相互作用の領域(9)を介して伝搬させるためにターゲットジェットを形成するように設けられたターゲット生成器(3)と、
少なくとも1つの電子ビーム(4)を提供し、前記少なくとも1つの電子ビーム(4)を、前記相互作用の領域(9)における前記ジェット(5)上に方向付けて、前記ジェット(5)をプラズマ形成温度にまで加熱することなく、ブレムシュトラールング(Bremsstrahlung)および特性直線放射が硬X線領域内で生成されるような強度で、前記ジェット(5)と相互作用させるために、前記電子ビーム(4)を制御するための電子発生源(2)と、
を備え、
前記ターゲット生成器(3)が、0.5〜500MPaの圧力下で液体の物質を吐出口の開口部を介して吐出させることにより、相互作用の領域(9)を介して10〜1000m/sの伝搬速度で伝わるように、前記ターゲットジェット(5)を形成するように構成されている、装置。 - 前記ターゲット生成器(3)は、相互作用の領域(9)における凝縮された物質を提供するように、制御可能である請求項20に記載の装置。
- 前記ターゲット生成器(3)は、相互作用の領域(9)における、少なくとも1つの小滴により、または複数の小滴またはその結合の噴霧により、前記ジェット(5)の空間的に連続する部分を提供するように制御可能である請求項20ないし21に記載の装置。
- 前記電子発生源(2)は、前記吐出口の開口部(8)から0.5〜10mmの範囲の距離で前記電子ビーム(4)を前記ジェット(5)上に方向付けるように制御可能である請求項20ないし22の何れかに記載の装置。
- 前記電子発生源(2)は、前記電子ビーム(4)の焦点を前記ジェット(5)上で結ばせることにより、前記電子ビーム(4)横断面と前記ジェット(5)の横断面とを合致させるように制御可能である請求項20ないし23の何れかに記載の装置。
- 前記ターゲット生成器(3)は、約1〜10000μmの直径を備えるジェット(5)を生成するために適合されている請求項20ないし24の何れかに記載の装置。
- 前記電子発生源(2)は、5〜500kVの範囲の加速電圧と、10〜1000mAの範囲の平均ビーム電流を有する電子ビーム(4)との手段により、電子ビーム(4)を生成するように制御可能である請求項20ないし25の何れかに記載の装置。
- 前記電子発生源(2)は、少なくとも1つのパルス化された電子ビーム(4)の生成のために制御可能である請求項20ないし26の何れかに記載の装置。
- 前記電子発生源(2)は、少なくとも1つの連続する電子ビーム(4)の生成のために制御可能である請求項20ないし27の何れかに記載の装置。
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