JPS58225636A - Ｘ線を対象物に照射する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は概ね大気圧空気のような通常の環境下にある対
象物に対してＸ線を照射する装置に関する。

本発明による装置は軟Ｘ線の照射を受けるへき対象物を
、Ｘ線を生ずる真空室のような特殊環境に出し入れする
ことが高価につき、時間がかかり、あるいは不便である
ような用途に対して特に有用である。この形式の装置の
典型的な用途としては、高解像リトグラフ用、拡張Ｘ線
吸収微小構造（ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ｘ−ｒａｙ　ａｂｓ
ｏｒｐｔｉｏｎ　ｆｉｎｅ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ　−Ｅ
ＸＡＦＳ　）の分光学用およびＸ線顕微鏡検査用の、レ
ーザでつくるＸ線装置を含む。

Ｘ線は一般に真空中でつくられるが、多くの用途におい
ては空気中で用ることか望ましい。しかし、真空と空気
との間の圧力差に耐えるに十分厚くかつ強靭につくられ
た窓は、特に約５ＫｅＶ以下の光子エネルギを有するよ
うな軟Ｘ線に対しては不透過性となるため、Ｘ線を真空
から空気中に取り出すには問題がある（但し、窓を極め
て小さくし、その厚みを薄くした場合は例外である。）
。

この問題は大きな面積を照射することが望ましいＸ線リ
トグラフィの場合は特に深刻である。

本発明はこの問題を克服する簡単で、安価で、かつ便利
な装置を提供する。

米国特許第４，０５８，４８６号には、固体のターゲン
トヘレーザ光線を集中させることによりＸ線の強い点源
をつくり出せることが示されている。

固形のスラブターゲットに集中されたネオディラムのレ
ーザ光線は２５パ一セント以上の効率で、１ナノ秒内に
本質的に点源（直径が約１００ミクロン）から放出する
数十ジュールのＸ線に変換された。約４５度の入射角に
て、約１００ジユールのレーザパルスで照射された鉄製
のターゲットからつくり出されたＸ線のパターンは概ね
無指向性である。２５パ一セント以上の変換効率は、ス
ラブから放射され２０００オングストロームアルミニウ
ムを塗布した３０００オングストロームのプラスチック
（バラリン−ｐａｒａｌｉｎｅ　）を垂直に通過したＸ
線に見合う。このようにこの変換効率は下限であって、
スペクトルの約３００電子ボルト以上の部分にのみ対応
する。観察されるＸ線のほとんどが約０．３から１５　
ＫｅＶの間にあり、１０から１００　ＫｅＶに達する少
量ではあるが有用な部分を有している。ＫＡＰ結晶から
とった屈折結晶分光結果を濃度計で検査してみると、そ
の放射線はスペクトル間隔がほとんどの場合約０７から
１．２ＫｅＶの間であるようである。スペクトルの細部
において異常な鋭さがあるのはその点源の寸法が小さい
ためである。Ｘ線のこの新規な点源は約０．１から１０
０　ＫｅＶの範囲中で調和可能なスペクトルを提供する
。

本発明による装置は典型的には前述の形式のＸ線発生装
置を採用している。しかしながら、本装置はＸ線を発生
させるために、レーザ光線以外の電子ビームを使用する
装置のようなその他の若干類似の装置も使用することが
できる。

概ね大気圧で空気のような通常の環境におがれる対象物
に対してＸ線を照射する本発明による典型的な装置は、
ターゲットにおいて選定したス　　　　　１ベクトルと
強度のＸ線を発生させるためにそのターゲットにエネル
ギを向ける手段と、該ターゲットの周りの概ね流体密に
された第１の密閉室と、第１の密閉室内の圧力を概ね大
気圧以下に保持するためにその中のガス量を減少させる
手段と、前記第１の密閉室ｒ隣接した概ね流体密にされ
、Ｘ線に対して高度に透過性を有するガスを他のガスは
概ね排除した状態で含む第２の密閉室とを含み、第１の
密閉室の一つの壁はＸ線がその中を通過できるようにす
るに十分な大きさであるが、所要の圧力でそれを通過し
て入るのと同じ速さで減圧装置が該第１の密閉室からガ
スを排出できるに十分小さい開口を有しており、ターゲ
ットは発生したＸ線の実質的な部分を前記開口に向いて
放出し、該開口を通過するように十分開口に近接して配
置され、第２の密封室の第１の壁は第１密閉室の壁の前
記開口に隣接して位置決めされたＸ線に対して高度に透
過性を有する部分を有し、開口を通ったＸ線が当該透過
性部分を通って第２密閉室における離れた第２の壁に向
けて進むようにし、また、この第２の壁にＸ＃ｉ＋に対
して高度に透過性を有する部分を設け、これにより、患
者などの対象物を第２密閉室の外側の第２の壁のＸ線透
過性部分に隣接した位置に置いた状態で、空気等により
減衰されないＸ線を照射できるようにしている。

この装置はまた、第１密閉部に隣接する概ね流体密にさ
れた中間室を有し、該中間室は一部が前記開口を備える
第１密閉室の壁の一部と共通する内壁と、該共通壁にほ
ぼ平行で前記共通壁内の開口及び第２密閉室の第１の壁
のＸ線透過性部分の間でそれらに整合された開口を備え
る外壁とを有し、それによりＸ線がそれらを通り第２の
密閉室の第２の壁に進めるようにしてあり、更に、中間
室内のガス量を減少させそのガス圧を第１及び第２密閉
室内の圧力の間の値に維持する減圧手段を有し、前記外
壁内の開口は小さく、そのため減圧手段は少くとも当該
開口を通って入るガスの速度で中間室内のガスを排除で
きるようにしである。

この装置はまた、第１及び第２密閉室間に追加の類似し
た少なくとも一つの中間室を有し、隣接する中間室は開
口の設けられた共通壁の両側に位置決めされ、それらの
全ての開口は第１密閉室の壁の開口及び第２密閉室の第
１の壁の透過性部分間でそれらに整合されて位置決めさ
れ、更にこの装置は各追加の中間室内のガス量を減少し
てガス圧を隣接する密閉室内の圧力の中間の値に維持す
る手段を有し、各室の開口は小さく、そのため各中間室
の減圧手段は少くとも当該開口を通って入るガスの速度
で中間室内のガスを排出できるようにしである。

各中間室内の圧力は通常、その両側の室の圧力値のほぼ
中間で対数的に維持される。平行な壁の間隔はそれらの
間のガスの流れを避けるに十分な程太きくずへきである
。典型的には、第１の中間室の内外（平行）壁間の間隔
を約２乃至１０ミリ、次の中間室の平行壁間の間隔を約
０．５乃至５ミリ、更に次の中間室の平行壁間の間隔を
約０．１乃至２ミリとする。開口はそれを通ったＸ線が
約１乃至１０度の頂点角を有する円錐形となるようなサ
イズにする。

本発明の典型的な実施例においては、第２密閉室を軽量
ガスドリフトチー−ブで形成する。該チーーブ内の代表
的ガスとしてはほぼ大気圧でのヘリウム、水素、炭化水
素、好ましくはヘリウムとする。典型的なトリフトチー
−ブにおける上記第１の壁から第２の壁までの距離は約
０５乃至５メートルとされる。ドリフトチー−ブ内の前
記第１の壁のＸ線透過性部分及び第２の壁のＸ線透過性
部分は典型的には、基本的にベリリウム、または低原子
価（低し）プラスチック材からなることを典型とする薄
いフォイル（箔）を含む。該フォイルの厚さは典型的に
は約２から２（）ミクロンである。

本発明の典型的な実施例においては、第２密閉室の前記
第２の壁のＸ線透過性部分に開口を設けるとともに、該
第２密閉室に高いＸ線透過性を有するガスを供給する手
段を設ける。Ｘ線透過性部分の開口は小さくされ、それ
によりガス供給手段が、少くとも当該開口を通って排出
されるガスの速度でＸ線透過性ガスを第２密閉室に供給
し、他のガスが該第２密閉室に入るのを実質上阻止でき
るようにする。

前記第２の密閉部へ運ばれるガスは典型的にはヘリウム
、水素、または炭化水素であって、好ましくはヘリウム
で、少なくとも前記第２の壁の透過性部分近くで、約０
９から１大気圧に保持される。第２の密閉部の第２の壁
の透過性の部分は基本的にベリリウムまたは低原子価プ
ラスチック材からなることを典型とするフォイルを含む
。該フォイルの厚さは典型的には約２乃至２０ミクロン
である。

前記第２の密閉室中、少なくとも該密閉室の第２の壁の
Ｘ線透過性部分近くにおけるガスが概ね大気圧に保持さ
れている場合は、その透過性部分に開口を設けることも
出来、かつ前記の第２の密閉室の内部にあるガスは、前
記開口を通過するガスカーテンか、あるいはＸ線を受け
るべき対象物によって、あるいは前記壁に当接して置か
れ、前記開口を覆うように前記対象物に付属した要素に
よってその周りの空気から実質的に分離させることがで
きる。

材料のＥＸＡＦＳデータをとるための本発明による装置
は、前記開口を通過するＸ線を受取りスペクトル分解し
たＸ線をＸ線を照射すべき対象物に隣接したＸ線透過性
壁部分に向かって導くよう位置されたスペクトル拡散手
段を前記第２の密閉室に含み、対象物が記録手段を含む
ことを典型とする。この装置は、また、典型的に、第２
の密閉室の中、あるいは第２の密閉室の外側で、第２の
壁のＸ線透過性部分と記録手段との間において、材料の
サンプルをＸ線の光路中に位置させる手段も含む。

前記のエネルギを向ける手段は、例えば約１から２００
ミクロンの直径をもつターゲット上の点ヘレーザ光線か
らのエネルギを導く手段を含む。

前記共通壁部分の開口は典型的には直径が約０．２から
２ミリであって、前記開口とターゲット上の点との間の
距離は約０．２から５センチである。ターゲットで作ら
れるＸ線は典型的には概ね約０３乃至２　ＫｅＶのエネ
ルギを有する。

さて図面、特に第１図に示すように、概ね大気圧で空気
のような通常の環境下におかれる対象物１２にＸ線１１
を照射する本発明に係る装置はターゲット１５において
選定されたスペクトルと強さをもつＸ線１１を発生させ
るためにそのターゲット１５へエネルギ１４を導くレン
ズ１３のような手段と、ターゲット１５０周りにある実
質的に流体密の第１の密閉室１６と、第１の密閉室１６
中のガスを矢印１７の方向へ排出してその中の圧力を概
ね大気圧以下（典型的には約ｌトル以下）に保つ（図示
していないが真空ポンプのような）減圧手段と、第１の
密閉室１６に隣接し実質的に流体密とされＸ線に対し高
度の透過性を有するガス２４を含む第２の密閉室１８と
を有している。

第１の密閉室１６の壁１９はＸ線１１がそこを通過しう
るのに十分な大きさであるが、少なくともガスがそこを
通る速さと同じ位に前記減圧手段が第１の密閉室１６か
らガス２１を排出できるのに十分小さい開口２０を有し
、ターゲット１５はつくられたＸ＃！１１のかなりの部
分を開口２０に向かって放出し、該開口２０を通過させ
るよう開口２０に十分近接して位置決めされている。第
２密閉室内に設けられた壁３５は開口２００近くに位置
決めされてＸ線１１に対して高い透過性を有する部分２
０′（第１図）または３６（第３図）を有し、開口２０
を通ったＸ線が同部分２０’、３６を通って第２密閉室
１８の反対側の壁２２に向うようにしている。壁２２は
Ｘ線に対して高い透過性を有する部分２５を有し、Ｘ線
１１が該部分を通って第２密閉室の外側で同部分２５に
隣接して位置決めされた対象物１２に照射されるように
なっている。従って、対象物に照射されるＸ線は空気や
その他の好ましくない介在物により減衰されることかほ
とんどない。

例えばＸ線リトグラフィのように、対象物１２の特定部
分のみがＸ線を受取る場合には、対象物１２のその他の
部分に向かってＸ線が進行するのを阻止するために壁２
２のＸ線透過性部分２５と対象物１２との間にマスク２
６をおけばよい。

この装置はまた、第１密閉室１６に隣接した　　　　　
１はぼ流体密にされた中間室３４を有しており、該室の
内壁１９の一部は第１密閉室の壁１９と共通しており、
また外壁１９′は共通壁１９とほぼ平行で共通壁の開口
２０及び第２密閉室１８の壁３５の透過性部分２０′ま
たは３６０間でそれらに整合された開口２０′を有し、
Ｘ線１１が該開口２０′を通って第２密閉室１Ｂの壁２
２に進めるようにしている。中間室３４のガスは図示し
ない減圧手段により矢印１７′で示された方向に排出さ
れてその内部の圧力を第１及び第２密閉室内の圧力の間
の値に保たれる。外壁の開口２０′は小さく、それによ
り減圧手段が少なくとも該開口を通るガスの速度で中間
室からガスを排出できるようにしである。

第３図に示す装置では更に追加の上記と類似した中間室
３４′を有しており、雨中間室３４．３４′はそれらが
共通する壁１９′の両側に位置決めされており、開口２
０’、２０”が第１密閉室１６の壁１９の開口２０と第
２密閉室１８の壁３５のＸ線透過性部分との間で、それ
らに整合して位置決めされている。第２の中間室３４′
は図示しない減圧手段によってその中のガスが矢印１１
″で示される方向に排出され、その内部圧力が当該中間
室の両側に隣接した室の内部圧力の中間の圧力に維持さ
れる。開口２Ｇ’、２０”は少なくともそこを通って中
間室に入る空気の速度と同じ速度で減圧手段が各中間室
からガスを排出することができる程度十分に小さくされ
る。

中間室３４．３４′内の圧力は、はぼ平行な壁１９．１
９’、１９“の両側の圧力の間の中間で対数的に維持さ
れる。例えば、第１密閉室１６内では約ｌトル（ｔｏｒ
ｒ　）　、中間室３４においては約１０トル、中間室３
４′においては約１００トルとされる。中間室３４′の
外壁１９″と第２密閉室１８の壁３５との間のスペース
（典型的には約０．１乃至２ミリメータ）はもちろん大
気圧、約７６０トルとされる。１以上の中間室３４．３
４’が設けられる場合、電子ビームを大気に放射するの
に使われるタイプの異った排気システムが望ましいであ
ろう。

平行な壁１９．１９’、１９“、３５間の間隔はガスが
これら壁から壁へ流れるのを防ぐのに十分な程度大きい
。典型的には、第１中間室３４の内壁１９及び外壁１９
′間の間隔は約２乃至１０ミリ追加の第１の中間室の壁
１９’、１９“間の間隔は約０５乃至５ミリ、そして更
に追加の中間室の平行壁（または、第３図の壁１９“と
３５との間の如き間隔）は約０．■乃至２ミリとされる
。

開口２０．２０′、２０“（及び透過性部分３６）はＸ
線がそこを通って約１乃至１０°の頂角Ａを有する円錐
形となるような大きさにされる。

本発明の幾つかの典型的な実施例においては第３図に示
すように、第２密閉室１８は軽量ガスドリフトチー−ブ
からなる。すなわち、該室には典型的にはヘリウム、炭
化水素若しくは水素、好ましくはヘリウムのガスがほぼ
大気圧で入っている。典型的な密閉室の壁３５から壁２
２までの距離は約０．５乃至５メートル、通常は０．５
乃至２メートルとされる。典型的には、壁３５のＸ線透
過性部分３６と壁２２のＸ線透過性部分２５とは本質的
にベリリウム若しくは低Ｚプラスチックから成る薄いフ
ォイル材から構成される。フォイル材の原子番号Ｚは８
より大きくない。フォイル材の厚みは約２乃至２０ミク
ロンとされる。

本発明の幾つかの実施例においては、第１図に示される
ように、第２密閉室１８の壁３５のＸ線透過性部分はそ
の中に開口２０′を有しており当該装置ではＸ線透過性
ガス２４を、少なくとも同ガスが開口２０′から出て行
く速さで室１８に矢印２３の方向で供給し、該室１８に
他のガスが入るのを防いでいる。典型的には、少くとも
壁２２のＸ線透過性部分の近くにおける第２密閉室内の
ガスが約０９乃至１気圧に維持される。

典型的には、第２密閉室１８内に導入されるガス２４は
ヘリウム、水素若しくはメタンのような炭化水素で、少
くとも壁２２のＸ線透過性部分２５０近くで０９乃至１
気圧とされる。好ましくは、実質的に不活性でＸ線に対
し高い透過性を有するものとして知られているヘリウム
ガスとされる。

壁２２のＸ線透過性部分２５は低Ｚプラスチック材若し
くは本質的にベリリウムからなる薄いフォイル材２５か
ら形成される。フォイル材２５の厚みは約２乃至２０ミ
クロンとされている。原子番号２が約８より大きくない
他のプラスチック材も用いられる。Ｘ線透過性の低い材
料を使う場合は、その厚みを極めて薄くしなければなら
ない。

第２密閉室１８内のガス２４の圧力はほぼ大気圧に維持
され、このため壁２２０Ｘ＠透過性部分２５はその両側
の圧力がほぼ同じになるので非常に薄くすることができ
る。第２密閉室１８内部のガス２４を周囲の空気から実
質的に分離するためには、中実の材料よりもガスカーテ
ンだけを用いることができ、又は、第１図のマスク２６
若しくは第２図のサンプル３２を壁２２によって作られ
た薄いフレームに当接して配置することができる。隣接
するマスクまたはサンプルが使用されない場合、対象物
１２を壁２２に当接して配置し、室１８内のガスを周囲
の空気から分離できる。

第２密閉室１８内のガス２４、少なくとも壁２２のＸ線
透過性部分２５０近くのガス２４はほぼ大気圧に維持さ
れる場合、Ｘ線透過性部分は開口を有することができ、
第２密閉室１８内のガス２４は開口２５に沿って流され
るガスカーテンによって若しくは壁２２に当接して配置
されて開口２５をカバーする（第１図及び第３図におけ
るマスク２６や第２図のサンプル３２のような）対象物
に関係した部品によって空気から実質的に分離すること
ができる。

第２図に示すように、材料のＥＸＡＦデータを得るため
の本発明に係る典型的な装置はまた、対象物１２に隣接
した壁２２のＸ線透過性部分２５に向けてスペクトル分
析Ｘ線１１Ｒを指向させるため、第２密閉室１８内にモ
ノクロメータ３０の如きスペクトル分散手段を設けるこ
とができる。

対象物１２は典型的には写真フィルム１２のような記録
手段を有している。このような装置はまた点線３１で示
したような第２密閉室１８の内側若しくは３２で示した
ようなＸ線透過性部分２５と記録手段１２との間の第２
密閉室１８の外側のいずれかの位置でＸ線１１．１１Ｒ
の光路内に材料のサンプル３１を位置決めするための支
持手段（図示せず）を設けることもできる。位置３２の
方が、第２密閉室１８内の（３１のような）位置よりも
都合がよい。

典型的には、大体の場合、４０未満の原子番号を有する
エレメントとしての材料３２のＥＸＡＦＳスペクトルを
得るのに適した軟Ｘ線１１を単一パルスとして作るよう
に、高エネルギ１４を単一パルスとしてターゲット１５
に指向する。

第２図に示した如きＥＸＡＦＳ装置はまた、ターゲット
１５０表面を回転し且つ前進するように動かし、レーザ
の高エネルギ１４が当るターゲット１５０円筒形而上の
焦点２８の軌跡を、螺旋状にする手段を含むこともでき
る。その場合、エネルギビーム１４は軟Ｘ線１１を作る
ように一連のパルスとして動いているターゲット表面の
点２８に指向される。

ターゲット１５からのＸ線はサンプル３２の選定したス
ペクトル範囲において連続した放射を行うことが好まし
い。典型的には、ターゲット１５は選定した材料のＥＸ
ＡＦＳスペクトル範囲な含みＬ線のすぐ上の連続体を有
する元素から基本的に成っている。あるいは、ターゲッ
ト１５はサンプル３２０選定したＥＸＡＦＳスペクトル
範囲で事実上連続体を形成するに十分近接した線を有す
る複数の元素を含んでいてもよい。そのよ５なターゲッ
ト１５は典型的には隣接する原子番号をもつ成分の混合
物を含む。

高エネルギは典型的に、平方センナ当り少なくとも約ｌ
Ｏワットの出力密度を有するレーザパルス１４よりなり
、ターゲット１５は典型的には固体（典型的には金属）
面を含むことによって表面プラズマが形成され、キロボ
ルトの温度領域まで上昇する。しかしながら、平方セン
ナ当り約１０１１ワツトまで下げた出力密度のものを利
用して紫外線および超軟Ｘ線領域に於である種のＥＸＡ
ＦＳ　を得ることができる。レーザパルス１４は直径が
約１から２００ミクロンの、ターゲット１５上の焦点２
８に衝突するよう集中される。　　　　　　　［材料の
ＥＸＡＦＳ　データを得るための、第２図に示す形式の
装置についてのさらに典型的で、かつ好適な詳細は米国
特許第４．：３１７，９９４号に記載されている。

高エネルギをターゲットに指向させる手段は第１密閉室
１６内の窓２９を通ったレーザ２７かものレーザビーム
１４をターゲット１５上の直径約１乃至２００ミクロン
の点２８に収束させるレンズ１３を有している。典型的
には、共通壁１９内の開口２０は約０．２乃至２ミリの
直径を有し、開口２０とターゲット１５上の点２８との
間の距離は約０．２乃至５センチとされる。ターゲット
１５で生じたＸ線は大体約０３乃至２　ＫｅＶのエネル
ギを持つ。

本明細書の背景技術に関して引用した前記米国特許に詳
細に説明され本発明で使用するＸ線をつくる典型的な方
法ではレーザからのエネルギをターゲットに向ける。概
ね均一な有効強さをもつ低出力の先駆パルスの放射エネ
ルギを約１から３０ナノ秒の間ターゲットの表面に集中
することにより、全体に通常の固体密度以下であって、
プラズマの周波数がレーザ放射の周波数以下である低密
度（過少密度）部分とプラズマの周波数がレーザ放射の
周波数以上である高密度（過大密度）部分とよりなる、
広がりをもち非制限のコロナプラズマを発生させること
によって少なくとも約３パーセントの変換効率が得られ
、先駆パルスがターゲットに衝突して約１から３０ナノ
秒後に、約１Ｏ−３から３０ナノ秒の間プラズマに向け
て集中され、前記過小密度部分に放射エイ・ルキが吸収
され過大密度部分に伝導されてそれを加熱するような出
力密度と全体エネルギとを有する高出力の主パルスが放
射されることによって実質的に通常の固体密度以下に留
っているプラズマと共にＸ線を発生させ、このように非
均衡のイオン化状態から立ち上るスペクトル線の形態で
Ｘ線の実質的な放出を促進する。

ターゲットは、典型的に高原子番号Ｚ、即ち１０以上の
原子番号を有する成分から基本的に構成される。典型的
には、ターゲットは鉄、カルシウム、クローム、ニッケ
ル、アルミニウム、鉛、タングステン、あるいは金から
基本的に構成される。

典型的には、先駆パルスの振幅、持続時間、および形状
はＸ線の強さとスペクトル成分を制御するように調整さ
れる。先駆パルスは、典型的には約１から３０ナノ秒で
約０．０１から５ジユール（平方センナ当り約１Ｏ１０
から１０１２ワツト）であり、ターゲットにその表面か
ら約２０から７０度の角度で衝突する。

主パルスは典型的には約１から３ナノ秒間に少なくとも
０．１ジユール、好ましくは１０かも２００ジユールで
ある。

典型的な実施例においては、ターゲットは基本的に鉄か
ら構成され、先駆パルスの持続時間は約８から１０ナノ
秒である。

プラズマの低密度部分の電子密度は典型的には１立方セ
ンチ当り約１０　　から１０　　であって高密度部分は
立方センナ当り約１０　　から１０２５である。放射エ
ネルギは典型的には直径が約１から１０００ミクロンの
、ターゲット上の点に集中される。プラズマの容量は典
型的には約１０　　かう１〇−立方センチであって、プ
ラズマの厚さはどの方向にも約０．００１から０．１セ
ンチである。

低エネルギの用途に対しては、Ｘ線は圧倒的にスペクト
ル線の形で放出される。

放射エネルギは約１から１００ミクロンの直径の、ター
ゲット上の点に集中され、はぼ同直径のプラズマを発生
させてＸ線の概ね点源な形成することにより実質的にＸ
線の誘導放出の利点を与える。

本発明のある実施例においては、ターゲットの成分とプ
ラズマの温度はかなりの量のＸ線の誘導放出をもたらす
よう選定される。

その他の実施例においては、Ｘ線は螢光性のターゲット
に衝突するよう向けられることによってその原子から内
殻の電子を除去し、ポピユレーション反転を生ぜしめる
。

放射エネルギをターゲットに向はポンピングメカニズム
によりある上下のレーザレベルをつく　　　　　　□！
り出すことによってＸ線の誘導放出を与える典型的な方
法においては、ポンピングメカニズムのみでは必要なポ
ピユレーション反転は得られないが、反転を行いそれを
連続的に保持するに十分な速度で下方のレーザレベルを
消滅させる消滅メカニズムをポンピングメカニズムに組
合せることによって反転が行われる。ポンピングメカニ
ズムは典型的には電子とイオンとを衝突させるか、ある
いは誘電再結合による励振よりなる。消滅メカニズムは
典型的にはアウガー（Ａｕｇｅｒ　）遷移、コスターケ
レニツヒ（Ｃｏ５ｔｅｒ　−Ｋｒ；ｎｉｇ　）遷移、あ
るいは衝突よりなる。放射エネルギはレーザからつくる
か、あるいは電子ビームより構成してもよい。ポンピン
グメカニズムは電子ビームを含んでもよい。

本発明による装置は、Ｘ線がつくり出される真空室のよ
うな特殊環境に軟Ｘ線を受けるべき対象物を出し入れす
るのが高価につき、時間がかかり、あるいは不便である
ような用途に対して特に有用である。この種の典型的な
用途には高解像性のリトグラフ、拡張Ｘ線吸収性微小構
造（ＥＸＡＦＳ）の分光学、およびＸ線顕微鏡検査用の
、レーザよりつくるＸ線装置を含む。

Ｘ線は通常真空中でつくられるが、多くの用途ではそれ
を空気中で照射することが望ましい。

特に約５ＫｅＶの光子エネルギを有するような軟Ｘ線に
対しては、真空と空気との間の圧力差に耐えるに十分厚
くかつ強靭につくられた窓は不伝導性であるため、Ｘ線
を真空から空気中に取り出すには問題がある。この問題
は大きな面積を照射することが好ましいＸ線トリグラフ
ィの場合は特に深刻である。

本発明は概ね大気圧にある空気のように通常の環境にお
かれている対象物にＸ線を照射する問題を克服するため
の簡単で、安価で、かつ便利な装置を提供する。

本発明による方法はＸ、％１リトグラフィのみならず、
レーザＥＸＡＦＳ　に対しても、かつ特に単パルスのレ
ーザ発生のＸ線、あるいはＤ数パルスの該Ｘ線を用いる
高速ＥＸＡＦＳ　分光学においても有用、かつ有益であ
る。

ＥＸＡＦＳ　　分光学の技術は、例えば非晶質（アモル
フオス）固体や、生物学的に重要な材料からなる溶液や
ガスのように、長い寿命（ｌｏｎｇ　−ｒａｎｇｅ　ｏ
ｒｄｅｒ　）を欠除するサンプル中の化学構造の研究に
増々重要な手段となっている。これらの研究は近年にお
いて、ＥＸＡＦＳ　に必要な軟Ｘ線の連続し、かつ強度
のスペクトルを提供するシンクロトロンが利用できるよ
うになったお蔭で拍車がかけられてきた。しかしながら
、シンクロトロンは高価であり、科学者はその実験を行
うためにその場所へ行かねばならない。他方、レーザに
よるＸ線源は比較的コンパクトで、安価で、かつ操作、
保守が簡単である。さらに、本質的にシンクロトロンに
よる放射源の能力以上の種々の新規なＥＸＡＦＳ　　の
実験が行える。短いパルス幅や、低工子ルギ（４ＫｅＶ
以下）のＸ線の強いフラツクスや、かつ（または）連続
体、スペクトル製構造又は密に詰められたスペクトル線
構造を必要とするこれらの実験はレーザによりつくられ
たＸ線に理想的に適している。

アルミニウムのＥＸＡＦＳスペクトルカ、レーザで発生
したＸ線によりつくり出された１ナノ秒のパルスをもつ
軟Ｘ線により測定された。この技術はＥＸＡＦＳデータ
収集に対してシンクロトロン放射に対する実用的な代替
を提供する。また高遷移性の化学標本の分子構造の分析
にも独得の能力を提供する。

本明細書で示した本発明の形態は現在のところ好適な実
施例を構成するものであるが、その他多くの実施例も可
能である。ここでは、本発明の細部にわたる可能な均等
形態について述べる意図はない。また、ここで使用した
用語は限定的ではなく、単に説明目的であって、本発明
の趣旨あるいは範囲から逸脱することなく種々変更が可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による典型的な装置の概略平面図、 第２図は材料のＥＸＡＦＳデータを収集するための、本
発明の典型的な実施例の概略平面図、　　　　　　ｊ第
３図は本発明の他の典型的な実施例の概略図である。 図において、 １１、ｉｔａ・・Ｘ線　　　１２・・・・・対象物１３
・・・レンズ　　　　１４・・・・エネルギ１５　・・
ターゲット１６・　・第１の密閉部１８・・・・第２の
密閉部　２ｏ、２ｏ＜・−・・・開　口２１　・・ガ　
ス　　　　２２・・・壁２４・・・・Ｘ線透過性ガス　
　２５　・・Ｘ線透過性部分２７　・・レーザ　　　　
２８．・・・・・焦　点３０・−・・・モノクロメータ
　３４．３４’・・中間室特許出願人　　　バノテル・
デイベロプメント・コーポレーション （外２名） 手続補正書（方式） １．事件の表示 昭和に７年　袖　願第１ＱプＵ３　号 ×蝉Ｘ−プ１覇１・戸、治する襲匿 ６、補正をする者 事件との関係　　出　願　人 住所 ４代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）概ね大気圧で空気のような通常の環境におかれる
   対象物にＸ線を照射する装置において、ターゲットにエ
   イルギを向け、選定したスペクトルと強さをもつＸ線を
   該ターゲットにてつくり出す手段と； ターゲットの周りにある実質的に流体密にされた第１の
   密閉室と。 第１の密閉室内のガスの量を、従ってその圧力を減少さ
   せて、その中の圧力を実質的に大気圧以下に保持する減
   圧手段と。 前記第１の密閉室に隣接し、Ｘ線に対して高い透過性を
   有するガスを他のガスを排除した状態で含む実質的に流
   体密にされた第２の密閉室と：を有し、 第１の密閉室の１つの壁は、Ｘ線を通過させるに十分大
   きい開口で、該開口を通って第１の密閉室に入るガスの
   流入量が前記減圧手段が第１の密閉室から排出するガス
   の量と多くても同じになる程度に小さくされている開口
   を有し、前記ターゲットは、前記開口に十分近づけて配
   置され、発生したＸ線の実質的な部分を前記開口に向は
   同開口を通すように位置決めされており、 第２の密閉室の第１の壁は、Ｘ線に対して高い透過性を
   有し第１の密閉室の壁に設けられた前記開口に隣接して
   位置決めされたＸ線透過性部分を有し、開口を通ったＸ
   線が該Ｘ線透過性部分を通り同部分の反対側にある第２
   の密閉室の第２の壁に向けて進むことができるようにし
   てあり、 第２の密閉室の第２の壁は、それに向けて進められたＸ
   線に対して高い透過性を有するＸ線透過性部分を有し、
   それにより、該Ｘ線透過性部分に隣接して第２の密閉室
   の外側に対象物を位置決めすることにより空気や他の望
   ましくない介在物によってほとんど阻害されないＸ線を
   当該対象物に照射するようにしたＸ線を対象物に照射す
   る装置。 （２）一部を、前記開口を有する第１の密閉室の壁の一
   部と共通にする内壁と、該内壁とほぼ平行で前記開口及
   び前記第１の壁のＸ線透過性部分の間でそれらに整合さ
   れた第２の開口が設けられた外壁とを有し、Ｘ線がこれ
   ら開口及びＸ線透過性部分を通って第２密閉室の第２壁
   に進めるようにしである、第１密閉室に隣接した実質的
   に流体密にされた中間室と、該中間室内のガスの量、従
   ってその圧力を減じて当該中間室内の圧力を第１密閉室
   の圧力及び第２の密閉室の圧力の間の値に維持する第２
   の減圧手段と；を有し、前記外壁の第２の開口は該開口
   を通って中間室に入るガスの量が第２減圧手段によって
   中間室から排出されるガスの量と多くても同じになる程
   度小さくされている特許請求の範囲第１項記載の装置。 （３）第１及び第２の密閉室間に設けられた少なくとも
   １つの追加の中間室で、隣接する対の中間室は開口を備
   える１つの共通壁の両側に配置され、共通壁の開口は第
   １密閉室の壁に設けられた前記開口及び第２密閉室の第
   １壁のＸ線透過性部分間でそれらに整合されてなる追加
   の中間室と、各追加の中間室のガスの量、従ってその圧
   力を減じ、当該中間室内の圧力を隣接する室内の圧力の
   中間の値に維持する手段と、を有し前記共通壁の開口は
   該開口を通って追加の中間室に入るガス量が当該中間室
   から減圧手段が排出するガスの量と多くても同じになる
   程度小さくされている特許請求の範囲第２項記載の装置
   。 （４）各中間室内の圧力の値が、それに隣接する室内の
   圧力の値の中間で対数的に維持される特許請求の範囲第
   ３項記載の装置。 （５）前記中間室の前記共通壁間の間隔をそれらの間で
   ガスが流れるのを防ぐに十分な程度大きくした特許請求
   の範囲第３項記載の装置。 （６）第１の中間室の内壁及び外壁間の間隔を約２１乃
   至１０ミリ、第１の追加の中間室の前記共通壁間の間隔
   を０５乃至５ミリとした特許請求の範囲第３項に記載の
   装置。 （力　更に追加の中間室の前記共通壁間の間隔を０．１
   乃至２ミリとした特許請求の範囲第６項に記載の装置。 （８）前記開口を、そこを通ったＸ線が１乃至１０゜の
   頂角の円錐形となるようなサイズとした特許請求の範囲
   第３項に記載の装置。 （９）第２密閉室が軽量ガスドリフトテー−プからなる
   特許請求の範囲第１項に記載の装置。 （１０）第２密閉室内のガスをヘリウム、水素若しくは
   炭化水素とした特許請求の範囲第９項に記載の装置。 （１１）　　第２密閉室内のガスをヘリウムとした特許
   請求の範囲第９項に記載の装置。 （１′ｌＪ　　第２密閉室内のガス圧を実質的に大気圧
   とした特許請求の範囲第９項に記載の装置。 （１３）第２密閉室の第１の壁から第２の壁までの距離
   を約０．５乃至５メートルとした特許請求の範囲第９項
   に記載の装置。 （１４）　　第２密閉室の第１の壁のＸ線透過性部分を
   薄いフォイル材から形成した特許請求の範囲第９項に記
   載の装置。 （１５）第２密閉室の第２の壁のＸ線透過性部分も薄い
   フォイル材から形成した特許請求の範囲第１４項に記載
   の装置。 （１６）前記フォイル材がベリリウムまたは低２プラス
   チック物質から成る特許請求の範囲第１５項に記載の装
   置。 （１７）　　フォイル材の厚みが約２乃至２０ミクロン
   の特許請求の範囲第１６項記載の装置。 ０８）第２密閉室の第１の壁のＸ線透過性部分が開口と
   、高いＸ線透過性のガスを少くとも第１の壁の開口を通
   って第２密閉室から排出されるガスの速さで７第２密閉
   室に供給し、それにより第２密閉室内に他のガスが入る
   のを実質的に防止するガス供給手段とを有する特許請求
   の範囲第１項に記載の装置。 ０９）第２密閉室に供給されるガスをヘリウム、水素ま
   たは炭化水素とした特許請求の範囲第１８項に記載の装
   置。 （２０）第２密閉室に供給されるガスをヘリウムとした
   特許請求の範囲第１８項に記載の装置。 （２１）第２密閉室内のガス圧が少くとも前記第２壁の
   Ｘ線透過性部分の近くにおいて約０．９乃至１気圧に維
   持された特許請求の範囲第１８項に記載の装置。 （２２）第２密閉室の第２壁のＸ線透過性部分が薄いフ
   ォイル材から成る特許請求の範囲第２１項に記載の装置
   。 （２３）　　フォイル材が、ベリリウム若しくは低Ｚプ
   ラスチック拐とした特許請求の範囲第２２項に記載の装
   置。 （２４）　　フォイル材の厚みを２乃至２０ミクロンと
   した特許請求の範囲第２３項に記載の装置。 （２５）第２密閉室内のガスを、少なくとも第２壁の近
   くにおいて大気圧にほぼ等しい圧力に維持した特許請求
   の範囲第１項に記載の装置。 （２６）第２密閉室の第２壁のＸ線透過性部分が開口を
   有し、第２密閉室内のガスを、該開口に沿って通るガス
   カーテンにより若しくは第２壁に当接され当該開口をカ
   バーするように配置されたＸ線を照射される対象物また
   は該対象物に関連した部材により、周囲の空気から実質
   的に分離するようにした特許請求の範囲第２５項に記載
   の装置。 （２７）前記開口を通ったＸ線を受け、スペクトル分解
   されたＸ線を、当該Ｘ線の照射される対象物に隣接した
   前記第２の壁のＸ線透過性部分に向けて指向させるよう
   位置決めされた第２密閉室内のスペクトル拡散手段を有
   し、前記対象物が記録手段を含む、物質のＥＸＡＦＳテ
   ータを得るよ５にした特許請求の範囲第１項に記載の装
   置。 （２８）物質のサンプルをＸ線の光路に位置決めする手
   段を有する特許請求の範囲第２７項に記載の装置。 （２９）　　前記サンプルが第２密閉室内に位置決めさ
   れるようにした特許請求の範囲第２８項に記載の装置。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　［
   （３０）前記サンプルが第２密閉室の外側で、前記第２
   壁のＸ線透過性部分と記録手段との間に位置決めされた
   特許請求の範囲第２８項に記載の装置。 （３１）前記エネルギ指向手段がレーザからのエネルギ
   をターゲットに向ける手段を有している特許請求の範囲
   第１項に記載の装置。 （３渇　　エネルギ指向手段が、エネルギをターゲット
   上の直径約１乃至２００ミクロンの直径の点に集束させ
   る手段を有している特許請求の範囲第１項に記載の装置
   。 （３タ　　第１密閉室の壁の開口が約０２乃至２ミリの
   直径を有している特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ０ａ　　第１密閉室の壁の開口とターゲット上の前記点
   との間の距離が約０．２乃至５センチである特許請求の
   範囲第１項に記載の装置。 （３５１ターゲットで作られたＸ線が概ね約０．３乃至
   ２ＫｅＶのエネルギを有している特許請求の範囲第１項
   に記載の装置。