JPH08162286A - レーザプラズマ光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 有害な液体金属を用いることなく、しかもプ
ラズマに寄与しない物質を極力少なくして、プラズマ物
質の付着を有効に防止できるレーザプラズマ光源を提供
する。 【構成】 レーザ光１０８をターゲット１０４上に集光
して生成したプラズマからＸ線を発生させるようにした
レーザプラズマ光源において、ターゲット１０４を、
０．１Ｐａよりも低い蒸気圧を有する液体化合物をもっ
て構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、Ｘ線顕微鏡
やＸ線露光装置等の光源として用いるに好適なレーザプ
ラズマ光源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｘ線領域の光源として、Ｘ線管や
シンクロトロン光源が知られている。しかし、Ｘ線管
は、特性Ｘ線のみしか使用することができず、また、シ
ンクロトロン光源は、大規模な施設が必要になるという
欠点がある。

【０００３】このようなことから、近年、コンパクトに
構成されたレーザプラズマ光源と称される白色Ｘ線光源
が開発されている。このレーザプラズマ光源は、０．１
Ｐａ以下の真空中において、金属を始めとするターゲッ
ト上に、１０¹²Ｗ／ｃｍ² 以上の強度のパルスレーザ光
を照射し、これによりターゲット物質をプラズマ状態と
して、０．５ｎｍ以上の波長の高輝度の白色Ｘ線を発生
させるものである。また、このレーザプラズマ光源をＸ
線光源として用いる軟Ｘ線回折装置や光電子分光器等も
提案されている。

【０００４】しかし、従来提案されているレーザプラズ
マ光源は、例えば、特開平５−１０１７９７号公報に開
示されているように、主として、固体平面ターゲットや
固体回転ターゲットにレーザ光を照射するようにしてい
る。このため、プラズマ化した物質が、レーザ入射窓、
Ｘ線取り出し窓、あるいは他の光学系に付着して、レー
ザ照射パワーの損失や窓の破壊およびＸ線の減衰等を招
くという問題があると共に、固体ターゲットの表面以外
は使用されないため、不経済であるという問題もある。

【０００５】ここで、プラズマ物質の付着を防止する方
法として、以下のような方法が考えられる。 １．ターゲットとして、プラズマ化した後の生成物がガ
ス化する物質、例えば、氷、アンモニアの固体、アルゴ
ン，クリプトン，キセノンの固体、炭酸ガスの固体等を
用いる。 ２．例えば、特開昭６１−１５３９３６号公報に開示さ
れているように、ターゲットとして、水銀等の液体金属
を用い、これを細管またはオリフィスを通して、レーザ
パルスに同期して真空容器内に供給する。この場合、プ
ラズマ化した物質は、飛行中あるいは窓に衝突した後、
再結合して中性化するが、窓や真空容器を形成する物質
として、液体金属と反応して合金を生成しない物質を用
いれば、ターゲット物質は窓等に付着することなく、下
方へ流れることになる。 ３．プラズマ光を発生するターゲット物質は、表面から
数１０〜１００μｍの厚さのみで、残りは飛散物質とな
るので、テープ状ターゲットを用いて、飛散物質の量を
減らす。 ４．数１０μｍの液滴状ターゲットをインクジェット方
式で真空中に吹き出し、これをレーザ光で照射すること
により、飛散物質の量を減らす。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各方法では、以下に説明するような問題がある。 １．ターゲットとして、プラズマ化した後の生成物がガ
ス化する固体物質を用いるため、例えば、日本原子力学
会誌，２６（７），Ｐ５９４（１９８４）に記載されて
いるように、ターゲットを低温に冷やすための複雑な装
置が必要になると共に、ターゲットを供給するための装
置も複雑になる。 ２．ターゲットとして液体金属を用いるため、ターゲッ
ト物質が限られ、また、有害な物質が多いため、取扱い
が複雑になる。 ３．テープ状ターゲットを用いるため、これを作成する
蒸着装置が必要となり、また、テープ状ターゲットのご
く一部しか使用されず、残りの大部分が無駄となるた
め、不経済となる。 ４．インクジェット方式で高速で飛び出す液滴状ターゲ
ットに、レーザ光を集光して照射するのが難しく、ま
た、プラズマ化した後に再結合した液体や、レーザ光に
照射されなかった液体が蒸発して真空度を悪化させない
ようにするために、コールドトラップ装置が必要とな
り、装置が大がかりになる。

【０００７】この発明は、上述した従来の問題点に着目
してなされたもので、有害な液体金属を用いることな
く、しかもプラズマに寄与しない物質を極力少なくし
て、プラズマ物質の付着を有効に防止できるよう適切に
構成したレーザプラズマ光源を提供することを目的とす
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、レーザ光をターゲット上に集光して生
成したプラズマからＸ線を発生させるようにしたレーザ
プラズマ光源において、前記ターゲットを、０．１Ｐａ
よりも低い蒸気圧を有する液体化合物をもって構成した
ことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】この発明では、液体化合物よりなるターゲット
上にレーザ光が集光し、これにより生成されるプラズマ
からＸ線が発生することになる。ここで、プラズマは、
一般に、０．１Ｐａ程度の圧力で発生し、それよりも圧
力が高くなると発生しなくなるが、液体化合物は、０．
１Ｐａよりも低い蒸気圧を有するので、コールドトラッ
プを要することなく、プラズマを確実に発生することが
でき、装置を簡単化することが可能となる。また、液体
金属と異なり、ターゲット選択の幅が広がるので、プラ
ズマに寄与しない物質を極力少なくでき、プラズマ物質
の付着を有効に防止することが可能となる。

【００１０】

【実施例】図１は、この発明の第１実施例の要部の構成
を示すものである。この実施例では、図示しない真空容
器内に、集光レンズ１０２、ターゲット基板１０６およ
び受け皿１０７を設ける。真空容器は、図示しない真空
排気装置に連結し、これにより内部を０．１Ｐａ程度の
真空状態に維持して、大気による軟Ｘ線の吸収を避ける
ようにする。

【００１１】ターゲット基板１０６には、レーザ光１０
８の照射部分に開口部１０５を形成すると共に、この開
口部１０５の近傍には溜め１０１を形成して、この溜め
１０１に、０．１Ｐａよりも低い蒸気圧を有する液体化
合物（例えば、各種の炭化水素、ポリクロロトリフルオ
ロエチレン、パーフルオロポリエーテル等）よりなるタ
ーゲット剤１０４を収容する。また、ターゲット基板１
０６上には、バイトンゴム１０３を移動可能に設け、こ
のバイトンゴム１０３の移動によって、開口部１０５に
厚さ５０μｍ以下のターゲット剤１０４の薄膜を形成す
るようにする。すなわち、図２ａに示すように、バイト
ンゴム１０３をターゲット剤１０４を収容する溜め１０
１に移動させ、その後、開口部１０５を経てバイトンゴ
ム１０３を移動させることにより、図２ｂに示すよう
に、開口部１０５にターゲット剤１０４の薄膜を形成す
る。

【００１２】このようにして、開口部１０５へのターゲ
ット剤１０４の薄膜の形成に同期して、該薄膜上に、集
光レンズ１０２を経てレーザ光１０８を集光させてプラ
ズマ光を発生させる。なお、レーザ光１０８としては、
例えば、Ｎｄ−ＹＡＧパルスレーザの２倍高調波（波
長：５３２ｎｍ）を用いる。ここで、ターゲット剤１０
４の薄膜にレーザ光１０８が照射されると、薄膜はシャ
ボン玉が割れるように弾けるが、その際に発生する飛沫
は、受け皿１０７で回収する。

【００１３】この実施例によれば、液体化合物のターゲ
ット剤１０４を用い、これにより開口部１０５に形成さ
れる化合物液状薄膜のターゲットにレーザ光１０８を照
射するようにしているので、液滴状のターゲットを用い
る場合に比べて、レーザ光１０８を確実にターゲットに
照射でき、したがって安定した光源を得ることができ
る。また、開口部１０５におけるターゲット剤１０４の
厚さを５０μｍ以下としているので、プラズマの汚染粒
子を少なくでき、集光レンズ１０２や、真空容器のレー
ザ入射窓、Ｘ線取り出し窓等の汚染を有効に防止するこ
とができる。

【００１４】さらに、ターゲット剤１０４として、液体
化合物を用いているので、ターゲット剤１０４の選択の
自由度を向上できると共に、液体金属のような毒性がな
いので、取り扱いも容易にできる。また、蒸気圧が０．
１Ｐａよりも低いものを用いているので、ターゲット剤
１０４の冷却を不要とでき、構成を簡略化できる。

【００１５】なお、第１実施例において、液体化合物の
ターゲット剤１０４は、表面を界面活性剤でコーティン
グした金属微粒子のコロイド溶液とすることもできる。
この場合には、金属の特性Ｘ線を強く発生するレーザプ
ラズマ光源を得ることができる。

【００１６】図３は、この発明の第２実施例の要部の構
成を示すものである。この実施例では、ターゲット基板
２０６を磁石をもって構成し、そのレーザ光の照射部分
に直線状の微小間隔のスリット２０５を形成して、該ス
リット２０５を介して反対磁極を対向させる。また、タ
ーゲットとしては、０．１Ｐａよりも低い蒸気圧を有
し、表面を界面活性剤でコーティングした磁性金属微粒
子のコロイド溶液の磁性流体ターゲット２０４を用い
る。

【００１７】ターゲット２０４は、ピエゾ振動子２１０
を有するスポイト２１２を用いて、ピエゾ振動子２１０
の振動によりスリット２０５の近傍に微小量滴下し、こ
れをスリット２０５間の磁気作用により該スリット２０
５間で磁気的につりあわせることにより、スリット２０
５間に厚さ５０μｍ以下のターゲット２０４の薄膜を形
成するようにする。

【００１８】このようにして、スリット２０５へのター
ゲット２０４の薄膜の形成に同期して、該薄膜上に、図
示しない集光レンズを経て、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧパル
スレーザの２倍高調波（波長：５３２ｎｍ）のレーザ光
を集光してプラズマを発生させる。この際、薄膜はシャ
ボン玉が割れるように弾け、ターゲット２０４は、図４
ａに示すように、磁気的につりあうように対向する磁極
に移動する。したがって、以後は、その飛び散った量に
見合うだけのターゲット２０４を、スポイト２１２によ
って補充して、図４ｂに示すように、スリット２０５に
ターゲット２０４の薄膜を形成して、同様にレーザ光を
照射する。

【００１９】この実施例によれば、第１実施例と同様の
効果が得られる他、ターゲット２０４として、表面を界
面活性剤でコーティングした金属微粒子のコロイド溶液
を用いているので、該金属の特性Ｘ線を強く生じるレー
ザプラズマ光源を得ることができる。また、ターゲット
基板２０６として磁石を用い、そのレーザ光の照射部分
にスリット２０５を形成して反対磁極を対向させ、その
スリット２０５間の磁気作用によりターゲット２０４を
移動させて薄膜を形成するようにしたので、簡単な構造
で薄膜を形成することができると共に、ターゲットの操
作性を向上することができる。

【００２０】付記 １．レーザ光をターゲット上に集光して生成したプラズ
マからＸ線を発生させるようにしたレーザプラズマ光源
において、前記ターゲットを、０．１Ｐａよりも低い蒸
気圧を有する液体化合物をもって構成したことを特徴と
するレーザプラズマ光源。 ２．前記レーザ光の照射部分において、前記液体化合物
よりなるターゲットの厚さを５０μｍ以下としたことを
特徴とする付記１記載のレーザプラズマ光源。 ３．前記液体化合物よりなるターゲットを、表面を界面
活性剤でコーティングした金属微粒子のコロイド溶液と
したことを特徴とする付記１または２記載のレーザプラ
ズマ光源。 ４．前記コロイド溶液を、表面を界面活性剤でコーティ
ングした磁性体の金属微粒子の磁性流体としたことを特
徴とする付記３記載のレーザプラズマ光源。 ５．前記磁性流体を、前記レーザ光の照射部分に形成し
た磁気回路の微小間隙に注入するよう構成したことを特
徴とする付記４記載のレーザプラズマ光源。 ６．前記微小間隙を、直線スリット形状としたことを特
徴とする付記５記載のレーザプラズマ光源。

【００２１】

【発明の効果】この発明によれば、０．１Ｐａよりも低
い蒸気圧を有する液体化合物よりなるターゲットにレー
ザ光を集光してＸ線を発生させるようにしたので、コー
ルドトラップの必要がなく、装置を簡単化できる。ま
た、ターゲットを液体化合物とすることで、液体金属を
ターゲットとする場合に比べて、毒性のないものを容易
に選択でき、したがってターゲットの取り扱いを容易に
できると共に、プラズマに寄与しない物質を極力少なく
できるので、プラズマ物質の付着を有効に防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の要部の構成を示す図で
ある。

【図２】第１実施例の作用を説明するための図である。

【図３】この発明の第２実施例の要部の構成を示す図で
ある。

【図４】第２実施例の作用を説明するための図である。

【符号の説明】

１０１ 溜め １０２ 集光レンズ １０３ バイトンゴム １０４ ターゲット剤 １０５ 開口部 １０６ ターゲット基板 １０７ 受け皿 １０８ レーザ光 ２０４ ターゲット ２０５ スリット ２０６ ターゲット基板 ２１０ ピエゾ振動子 ２１２ スポイト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光をターゲット上に集光して生成
   したプラズマからＸ線を発生させるようにしたレーザプ
   ラズマ光源において、 前記ターゲットを、０．１Ｐａよりも低い蒸気圧を有す
   る液体化合物をもって構成したことを特徴とするレーザ
   プラズマ光源。