ノズル装置
【課題】本発明は、特に、流体を真空室に噴射するための、ノズル装置(1)に関する。
【解決手段】ノズル流路の内輪郭は、少なくとも部分的に凹面状に形成されている。
【解決手段】ノズル流路の内輪郭は、少なくとも部分的に凹面状に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、請求項1の前提部分に記載の、特に、流体ジェットを真空室に噴射するための、ノズル装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液状の標的材料がノズル装置によって真空室に噴射され、そこで、レーザ照射によって、材料に特有な蛍光X線が放射されるプラズマ状態へ変えられてなるX線源は知られている。ここでは、噴射された流体ジェットが真空室内で出来る限り安定のままであることが重要である。しかし、このことは、知られたノズル装置では、これまで不十分であった。
【0003】
例えば、US 4 131 236からは、材料を加工するためのノズル装置が公知である。この公報では、このノズル装置は、出口開口部の方にテーパをなしており、凸面状の内輪郭を有するノズル流路を具備する。しかし、流体ジェットを真空室に噴射するための、このタイプのノズル装置の使用は、真空室内の不安定な流体ジェットをもたらす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従って、真空室への噴射中に出来る限り安定的な流体ジェットを発生させるノズル装置を製造するという課題が、本発明の基礎になっている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この課題は、請求項1の前提部分に記載の前記知られたノズル装置を前提として、請求項1の特徴部分によって解決される。
【0006】
本発明は、真空室に噴射された流体ジェットの安定性が、流体ジェット内の出来る限り層状の流れによって、促進されるという知識を前提とする。
【0007】
従って、本発明は、ノズル装置を、ノズル装置の出口開口部での流れが出来る限り層状であるように構成するという一般的な技術的教示を含む。
【0008】
従って、本発明に係わるノズル装置は、少なくとも部分的に凹面状に形成された内輪郭を有するノズル流路を具備する。
【0009】
本発明の枠内で用いられる、凹面状の内輪郭という概念は、一般的に解釈されることができ、この概念の狭い数学的な意味に限定されない。例えば、本発明に係わるノズル装置の場合では、ノズル流路の内輪郭は単に外側に湾曲されていてよい。
【0010】
しかし、本発明に係わるノズル装置の好ましい実施の形態では、ノズル流路は、放物線状の内輪郭を有する。このことは特に好都合であることが明らかになった。
【0011】
この場合、ノズル流路の凹面状のまたは放物線状の内輪郭が、出口開口部から始まって、ジェット方向に、所定の領域に亘って延びていることは好ましい。従って、本発明の枠内では、ノズル流路の凹面状のまたは放物線状の内輪郭が、ノズル装置の全長に亘って延びていることは不要である。
【0012】
好ましい実施の形態では、ノズル流路はノズル本体に延びている。このノズル本体は、少なくとも部分的に、凸面状の外輪郭を有する。本発明の枠内で用いられる、凸面状の外輪郭という概念も、一般的に解釈されることができ、この概念の狭い数学的な意味に限定されない。例えば、ノズル本体も、只1つの球形のまたは外側に湾曲した外輪郭を有してもよく、外輪郭が出口開口部の方向にテーパをなしていることは好ましい。
【0013】
しかし、ノズル本体が放物線状の外輪郭を有することは好ましい。このことは、真空室への流体ジェットの噴射中に、特に好都合であることが明らかになった。
【0014】
この場合、ノズル本体の凸面状のまたは放物線状の外輪郭が、出口開口部から始まってジェット方向に、所定の領域に亘って延びていることは好ましい。従って、本発明の枠内では、ノズル本体の凸面状のまたは放物線状の外輪郭が、ノズル本体の全長に亘って延びていることは不要である。
【0015】
ノズル本体が、石英、サファイア、ガラスまたは他の誘電体からなることは好ましい。ノズル本体のための、このような材料選択が長い寿命をもたらすことは好都合である。何故ならば、誘電体としてのこれらの材料は電気化学的腐蝕に晒されていないからである。このことは、特に、多くのイオンを発生する、明細書導入部に記載されたX線源の場合に、重要である。ノズル本体のための材料としてのガラスの他の利点は、良好な加工性にある。何故ならば、1μmないし1mmの範囲の内径を有する出口開口部が製造されるからである。
【0016】
しかし、本発明は、ノズル本体の材料に関して、前記材料に限定されず、例えば、プラスチックのノズル本体によっても実現される。但し、使用されたプラスチックが十分な耐腐食性および滑らかさを有する場合に限る。
【0017】
本発明の他の変更の実施の形態では、ノズル本体は例えばガラスのような透明な材料からなる。ここでは、ノズル本体の透明性は、ノズル流路中の気泡および汚れが、簡単な肉眼による検査によって検出されることができ、これにより、故障発見が著しく簡単になるという利点を供する。
【0018】
ノズル装置の出口開口部の直径に関しては、多様な可能性があるが、出口開口部の内径が1μmないし0.5mmの範囲にあることは好ましい。この場合、任意に多くの中間値が可能である。真空室への流体ジェットの噴射の最中に、5μmないし0.25mmの範囲にある出口開口部の内径が特に好都合であることが明らかになった。
【0019】
更に、ノズル流路内の流体の過冷却または凍結でさえ防止するために、ノズル本体は熱伝導性の材料からなる。このことが好都合であるのは、特に、本発明に係わるノズル装置が、真空室への流体ジェットの噴射のために、用いられる場合である。何故ならば、この場合、真空の故に、流体が蒸発するからである。このことは、蒸発に関連した潜熱が、流体の冷却をもたらす。
【0020】
本発明の好ましい実施の形態では、ノズル本体は、供給管に接続されており、ノズル本体と供給管との間には、シールが設けられている。この場合、シールは、一方では、供給管とノズル本体との間の移行部をシールする機能を有する。他方では、比較的硬い供給管が同様に比較的硬いノズル本体に直接当たることをシールが防止することが意図される。何故ならば、このことは、かなりの摩耗に結び付けられるだろうからである。従って、シールが、ノズル本体および/または供給管よりも著しく軟らかい材料からなることは好ましい。例えば、シールはナイロンのようなプラスチックからなるが、他の材料も可能である。
【0021】
この場合、供給管およびシールには、同様に、噴射される流体を供給するための内部流路が延びている。この場合、供給管は0.1mmないし5mmの内径を持つ内部流路を有する。これに対し、シールに設けられた内部流路が0.01mmないし5mmの範囲の内径を有することは好ましい。
【0022】
出来る限り安定的な流体ジェットを達成するために、更に、供給管における、シールにおけるおよびノズル流路における内部流路の内径が、2倍未満だけ異なっていることが好都合であることが明らかになった。
【0023】
本発明の好ましい実施の形態では、更に、供給管、シールおよび/またはノズル流路を互いに接続するために、ねじ込み接続部が設けられている。このようなねじ込み接続部が例えば洗浄の目的のためのノズル装置の容易な分解を可能にすることは好都合である。
【0024】
このねじ込み接続部が供給管と螺着可能なねじ込みスリーブおよびこのねじ込みスリーブと螺着可能なねじ込みキャップからなることは好ましい。この場合、ねじ込みキャップが、このねじ込みキャップをしっかり締め付けるために、ツール用の肩部を有することは好ましい。
【0025】
更に述べなければならないことは、本発明に係わるノズル装置が少なくとも100barの圧縮強さを有することが好ましいことである。何故ならば、すべての構成要素が一体的にデザインされており、例えば、全然溶接継目を有しないからである。
【0026】
更に、本発明は、真空室と、流体ジェットをこの真空室に噴射するための、請求項1ないし20のいずれか1に記載のノズル装置とを有する装置を具備する。例えば、本発明に係わるノズル装置が、標的材料を、明細書導入部に略述したX線源の、光電子分光計のまたは質量分析器の真空室に噴射するために適切であることは好ましい。
【0027】
真空室での安定的な流体ジェットを達成するためには、流体ジェットが開始されたとき初めて真空室が真空にされることが、好都合であることが明らかになった。
【0028】
更に、流体蒸気圧を過度に増大させることなく、真空室への流体の噴射の最中に生じる潜熱を補償するために、本発明に係わるノズル装置がサーモスタットで加熱されることは適切であるだろう。
【0029】
本発明の他の好都合な改善は、従属請求項に特徴づけられている。これらの改善を、本発明の実施の形態の記述と共に、図面を参照して詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0030】
図1Aに示した、本発明に係わるノズル装置1は、実質的に、供給管2と、シール3と、供給管2に螺着されたねじ込みスリーブ4と、ねじ込みスリーブ4に螺着されたねじ込みキャップ5と、シール3に挿入されたノズル本体6とからなる。ノズル本体は、簡略のために、図1Aに示されておらず、図1Fおよび1Gに詳細に示されている。
【0031】
耐圧式のノズル装置1が流体ジェットを真空室に噴射するために適切であることは特に好都合である。何故ならば、ノズル装置1によって、安定的な流体ジェットが発生されるからである。
【0032】
供給管2は図1Bに詳細に示されており、噴射する流体を供給するための貫通する内部流路7を有する。
【0033】
供給管2は、自由端に、4mmの外径の頭部8を有する。頭部8は雄ねじを有し、この雄ねじは、取り付けられた状態では、雄ねじに適合しかつねじ込みスリーブ4に設けられた雌ねじ9に係合する。ねじ込みスリーブ4は図1Cに詳細に示されている。
【0034】
更に、供給管2の頭部8は、自由端面に、内部流路7の錐形の拡径部を有する。拡径部のテーパ角度は90°である。
【0035】
図1Dに詳細に示したシール3は、供給管2に向いた側で、拡径部に対応する錐形のテーパ部10を有する。このテーパ部10のテーパ角度は同様に90°である。図1Aに示した、取り付けられた状態では、シール3のテーパ部10は、供給管2の内部流路7の錐形のテーパ部にある。
【0036】
シール3は、ここでは、ナイロンからなり、従って、金属からなる供給管2よりも著しく軟らかい。一方では、シール3のためのこの材料選択は、良好な密閉作用を引き起こす。他方では、かくして、比較的摩耗しやすい金属・ガラス移行部が生じないようにされる。
【0037】
シール3は、同様に、貫通する内部流路11を有する。この内部流路を通って、噴射される流体は先へ送られる。
【0038】
シール3の内部で、内部流路11は受入れ室12に移行する。受入れ室には、取り付けられた状態では、図1Fおよび1Gに示したノズル本体6が設けられている。ノズル本体6をこれから詳述する。
【0039】
供給管2から離隔した側で、シール3は、同様に、錐形のテーパ部13を有する。テーパ部13のテーパ角度は15°に過ぎない。
【0040】
シール3をねじ込みスリーブ4に固定するためには、図1Eに詳細に示したねじ込みキャップ5が用いられる。
【0041】
かくて、ねじ込みキャップ5は、その内側に、雌ねじ14を有する。雌ねじは、取り付けられた状態では、ねじ込みスリーブ4の外側面に設けられた、対応の雄ねじ15に係合する。従って、ねじ込みの際に、ねじ込みキャップ5は、シール3を、軸方向に供給管2の方に押圧する。これにより、ねじ込みスリーブ4は、ねじ込みキャップ5およびねじ込みスリーブ4からなるねじ込み接続部を、供給管2に固定する。
【0042】
この場合、ねじ込みキャップ5には、径方向に貫通する穿孔16が設けられている。穿孔は、ねじ込みキャップ5をねじ込みスリーブ4にしっかり締め付けることができるために、ねじ込みツール用の肩部として用いられる。
【0043】
以下、図1Fおよび1Gに示したノズル本体6を詳述する。
【0044】
かくて、ノズル本体6は、実質的に、中空シリンダ状のガラス管からなる。このガラス管は透明であり、従って、簡単な肉眼での検査によりノズル管本体6内の泡または汚れの検知を可能にする。
【0045】
ノズル本体6のための材料としてのガラスの使用の他の利点は、良好な加工性にある。それ故に、dD=20μmの内径の出口開口部17が形成される。
【0046】
この場合、プラスチックからなるシール3の使用が、供給管2へのガラス・金属移行部を生じないようにすることは好都合である。何故ならば、このようなガラス・金属移行部は非常に摩耗し易いからである。
【0047】
更に、ノズル本体6は、貫通するノズル流路18を有する。ノズル流路18は、出口開口部17に隣接する領域に、凹面状の内部領域19を有する。ノズル流路18の凹面状の内部領域19は、出口開口部17における層流の発生に寄与し、従って、噴射される流体ジェットの安定性を促進する。
【0048】
更に、ノズル本体6は、出口開口部17に隣接する領域に、凸面状の外輪郭20を有する。これにより、同様に、安定的な流体ジェットが促進される。
【0049】
本発明に係わるノズル装置1´の、図2Aないし2Eに示した実施の形態は、前記実施の形態に著しく一致している。それ故に、繰返しを避けるために、前の記述を大幅に参照するよう指摘する。以下、互いに対応する構成部材に関しては、区別のためには単にダッシュが付されている同一の参照符号を使用する。
【0050】
ノズル装置1´の顕著な特徴は、ノズル本体6´が凸面状の外輪郭を有さず、シリンダ状のガラス部分として形成されていることにある。
【0051】
しかし、この場合、ノズル本体6´に設けられたノズル流路18´は、出来る限り層状の流れを達成するために、同様に、凹面状の内輪郭19´を有する。
【0052】
図3には、本発明に係わるX線源の実施の形態が略示されている。
【0053】
X線源は、温度調節可能な真空室22に接続されている標的源21と、照射手段23と、収集手段24とを有する。
【0054】
標的源21は、標的材料26のためのリザーバ25と、供給管27と、ノズル装置28とを有する。ノズル装置は、図1Aないし1Gまたは2Aないし2Eに図示のように形成されている。例えばポンプまたは圧電式の搬送手段を有する作動手段(図示せず)によって、標的材料26はノズル装置28に運ばれ、このノズル装置から、流体ジェットの形で放出され、真空室22へ噴射される。
【0055】
照射手段23は放射源29および照射レンズ30を有する。照射レンズによって、放射源29からの放射が標的材料26へ集束されることができる。放射源29は例えばレーザである。レーザの光は、場合によっては、反射鏡(図示せず)によって標的材料26へ向けられる。その代わりに、照射手段23としては、共に真空室22に設けられているイオン源または電子源が設けられていてもよい。
【0056】
収集手段24は、例えば、漏斗または毛管の形の受け器31を有する。この受け器は、照射の作用下で蒸発されていない標的材料26を、真空室22から除去し、貯蔵タンク32へ導く。低い蒸気圧を有する液状の標的材料26の使用の場合に、集められた流体を、更なる措置なしに、貯蔵タンク32に受け止められることができることは好都合である。場合によっては、集められた標的材料26の、真空室22への逆流の危険性を防止するために、冷却手段(図示せず)および/または真空ポンプ(図示せず)による貯蔵タンク32の冷却を行なうことができる。
【0057】
真空室22は、少なくとも第1の窓33および少なくとも1つの第2の窓33を有するハウジングを具備する。前者の窓を通って標的材料26が照射されることができ、後者の窓を通って、発生されたX線が出る。第2の窓33は、発生されたX線を所定の使用のために真空室22から取り出すために、選択的に設けられている。このことが必要でない場合は、第2の窓は省略することができる。更に、真空室22は、この真空室22内に低圧を発生させる真空手段34に接続されている。この低圧が10−5mbarより下にあることは好ましい。照射レンズ30は、同様に、真空室22に設けられている。
【0058】
真空室22は、1つまたは複数のサーモスタット35ないし37を有する加熱手段を具備する。サーモスタット35ないし37によって、真空室22のハウジング、受け器32および/または照射レンズ30を温度調節することができる。場合によっては、標的源21も温度調節することができる。サーモスタットは、例えば、知られた抵抗加熱手段を有する。
【0059】
加熱手段によって調整された温度は、標的材料26の蒸気圧が、照射手段23による標的材料26への照射によって形成されるガス圧力を上回るように、に選択される。このことによって、本発明では、真空室22における気相の過飽和が防止される。遊離されたポリマーはガス状のままであり、真空手段34によってほとんど定量的に排出されることができる。
【0060】
第2の窓33は、弱いX線に対し透過性のある窓材料、例えばベリリウムからなる。第2の窓33が設けられているとき、真空可能な加工室38が続くことができる。この加工室は他の真空手段39に接続されている。加工室38では、材料の加工のためにX線が対象物に投射されることができる。例えば、半導体基板の表面を照射するX線リソグラフィ手段40が設けられている。真空室22のX線源と、加工室38のX線リソグラフィ手段40との空間的分離は、加工される材料が、蒸発された標的材料26の沈殿物に晒されない、という利点を有する。
【0061】
X線リソグラフィ手段40は、例えば、所望のX線波長を選択するフィルタ41と、マスク42と、照射される基板43とを有する。追加的に、X線をX線リソグラフィ手段40に向けるための、投影光学系(例えば鏡)が設けられていてもよい。
【0062】
本発明は、前記の好ましい実施の形態に限定されない。むしろ、同様に本発明の思想を利用し、従って、保護範囲に含まれる多数の変更の実施の形態が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1A】本発明に係わるノズル装置を横断面図で示す。
【図1B】図1Aのノズル装置の供給管を横断面図で示す。
【図1C】図1Aのノズル装置のねじ込みスリーブを横断面図で示す。
【図1D】図1Aのノズル装置のシールの横断面図を示す。
【図1E】図1Aのノズル装置のねじ込みキャップの横断面図を示す。
【図1F】図1Aのノズル装置のノズル本体を示す。
【図1G】出口開口部の領域におけるノズル本体の詳細横断面図を示す。
【図2A】本発明に係わるノズル装置の代替の実施の形態を横断面図で示す。
【図2B】図2Aのノズル装置の供給管を横断面図で示す。
【図2C】図2Aのノズル装置のシールを横断面図で示す。
【図2D】図2Aのノズル装置のねじ込みスリーブを横断面図で示す。
【図2E】図2Aのノズル装置のノズル本体の詳細横断面図を示す。
【図3】本発明に係わるノズル装置を有するX線源を示す。
【技術分野】
【0001】
本発明は、請求項1の前提部分に記載の、特に、流体ジェットを真空室に噴射するための、ノズル装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液状の標的材料がノズル装置によって真空室に噴射され、そこで、レーザ照射によって、材料に特有な蛍光X線が放射されるプラズマ状態へ変えられてなるX線源は知られている。ここでは、噴射された流体ジェットが真空室内で出来る限り安定のままであることが重要である。しかし、このことは、知られたノズル装置では、これまで不十分であった。
【0003】
例えば、US 4 131 236からは、材料を加工するためのノズル装置が公知である。この公報では、このノズル装置は、出口開口部の方にテーパをなしており、凸面状の内輪郭を有するノズル流路を具備する。しかし、流体ジェットを真空室に噴射するための、このタイプのノズル装置の使用は、真空室内の不安定な流体ジェットをもたらす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従って、真空室への噴射中に出来る限り安定的な流体ジェットを発生させるノズル装置を製造するという課題が、本発明の基礎になっている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この課題は、請求項1の前提部分に記載の前記知られたノズル装置を前提として、請求項1の特徴部分によって解決される。
【0006】
本発明は、真空室に噴射された流体ジェットの安定性が、流体ジェット内の出来る限り層状の流れによって、促進されるという知識を前提とする。
【0007】
従って、本発明は、ノズル装置を、ノズル装置の出口開口部での流れが出来る限り層状であるように構成するという一般的な技術的教示を含む。
【0008】
従って、本発明に係わるノズル装置は、少なくとも部分的に凹面状に形成された内輪郭を有するノズル流路を具備する。
【0009】
本発明の枠内で用いられる、凹面状の内輪郭という概念は、一般的に解釈されることができ、この概念の狭い数学的な意味に限定されない。例えば、本発明に係わるノズル装置の場合では、ノズル流路の内輪郭は単に外側に湾曲されていてよい。
【0010】
しかし、本発明に係わるノズル装置の好ましい実施の形態では、ノズル流路は、放物線状の内輪郭を有する。このことは特に好都合であることが明らかになった。
【0011】
この場合、ノズル流路の凹面状のまたは放物線状の内輪郭が、出口開口部から始まって、ジェット方向に、所定の領域に亘って延びていることは好ましい。従って、本発明の枠内では、ノズル流路の凹面状のまたは放物線状の内輪郭が、ノズル装置の全長に亘って延びていることは不要である。
【0012】
好ましい実施の形態では、ノズル流路はノズル本体に延びている。このノズル本体は、少なくとも部分的に、凸面状の外輪郭を有する。本発明の枠内で用いられる、凸面状の外輪郭という概念も、一般的に解釈されることができ、この概念の狭い数学的な意味に限定されない。例えば、ノズル本体も、只1つの球形のまたは外側に湾曲した外輪郭を有してもよく、外輪郭が出口開口部の方向にテーパをなしていることは好ましい。
【0013】
しかし、ノズル本体が放物線状の外輪郭を有することは好ましい。このことは、真空室への流体ジェットの噴射中に、特に好都合であることが明らかになった。
【0014】
この場合、ノズル本体の凸面状のまたは放物線状の外輪郭が、出口開口部から始まってジェット方向に、所定の領域に亘って延びていることは好ましい。従って、本発明の枠内では、ノズル本体の凸面状のまたは放物線状の外輪郭が、ノズル本体の全長に亘って延びていることは不要である。
【0015】
ノズル本体が、石英、サファイア、ガラスまたは他の誘電体からなることは好ましい。ノズル本体のための、このような材料選択が長い寿命をもたらすことは好都合である。何故ならば、誘電体としてのこれらの材料は電気化学的腐蝕に晒されていないからである。このことは、特に、多くのイオンを発生する、明細書導入部に記載されたX線源の場合に、重要である。ノズル本体のための材料としてのガラスの他の利点は、良好な加工性にある。何故ならば、1μmないし1mmの範囲の内径を有する出口開口部が製造されるからである。
【0016】
しかし、本発明は、ノズル本体の材料に関して、前記材料に限定されず、例えば、プラスチックのノズル本体によっても実現される。但し、使用されたプラスチックが十分な耐腐食性および滑らかさを有する場合に限る。
【0017】
本発明の他の変更の実施の形態では、ノズル本体は例えばガラスのような透明な材料からなる。ここでは、ノズル本体の透明性は、ノズル流路中の気泡および汚れが、簡単な肉眼による検査によって検出されることができ、これにより、故障発見が著しく簡単になるという利点を供する。
【0018】
ノズル装置の出口開口部の直径に関しては、多様な可能性があるが、出口開口部の内径が1μmないし0.5mmの範囲にあることは好ましい。この場合、任意に多くの中間値が可能である。真空室への流体ジェットの噴射の最中に、5μmないし0.25mmの範囲にある出口開口部の内径が特に好都合であることが明らかになった。
【0019】
更に、ノズル流路内の流体の過冷却または凍結でさえ防止するために、ノズル本体は熱伝導性の材料からなる。このことが好都合であるのは、特に、本発明に係わるノズル装置が、真空室への流体ジェットの噴射のために、用いられる場合である。何故ならば、この場合、真空の故に、流体が蒸発するからである。このことは、蒸発に関連した潜熱が、流体の冷却をもたらす。
【0020】
本発明の好ましい実施の形態では、ノズル本体は、供給管に接続されており、ノズル本体と供給管との間には、シールが設けられている。この場合、シールは、一方では、供給管とノズル本体との間の移行部をシールする機能を有する。他方では、比較的硬い供給管が同様に比較的硬いノズル本体に直接当たることをシールが防止することが意図される。何故ならば、このことは、かなりの摩耗に結び付けられるだろうからである。従って、シールが、ノズル本体および/または供給管よりも著しく軟らかい材料からなることは好ましい。例えば、シールはナイロンのようなプラスチックからなるが、他の材料も可能である。
【0021】
この場合、供給管およびシールには、同様に、噴射される流体を供給するための内部流路が延びている。この場合、供給管は0.1mmないし5mmの内径を持つ内部流路を有する。これに対し、シールに設けられた内部流路が0.01mmないし5mmの範囲の内径を有することは好ましい。
【0022】
出来る限り安定的な流体ジェットを達成するために、更に、供給管における、シールにおけるおよびノズル流路における内部流路の内径が、2倍未満だけ異なっていることが好都合であることが明らかになった。
【0023】
本発明の好ましい実施の形態では、更に、供給管、シールおよび/またはノズル流路を互いに接続するために、ねじ込み接続部が設けられている。このようなねじ込み接続部が例えば洗浄の目的のためのノズル装置の容易な分解を可能にすることは好都合である。
【0024】
このねじ込み接続部が供給管と螺着可能なねじ込みスリーブおよびこのねじ込みスリーブと螺着可能なねじ込みキャップからなることは好ましい。この場合、ねじ込みキャップが、このねじ込みキャップをしっかり締め付けるために、ツール用の肩部を有することは好ましい。
【0025】
更に述べなければならないことは、本発明に係わるノズル装置が少なくとも100barの圧縮強さを有することが好ましいことである。何故ならば、すべての構成要素が一体的にデザインされており、例えば、全然溶接継目を有しないからである。
【0026】
更に、本発明は、真空室と、流体ジェットをこの真空室に噴射するための、請求項1ないし20のいずれか1に記載のノズル装置とを有する装置を具備する。例えば、本発明に係わるノズル装置が、標的材料を、明細書導入部に略述したX線源の、光電子分光計のまたは質量分析器の真空室に噴射するために適切であることは好ましい。
【0027】
真空室での安定的な流体ジェットを達成するためには、流体ジェットが開始されたとき初めて真空室が真空にされることが、好都合であることが明らかになった。
【0028】
更に、流体蒸気圧を過度に増大させることなく、真空室への流体の噴射の最中に生じる潜熱を補償するために、本発明に係わるノズル装置がサーモスタットで加熱されることは適切であるだろう。
【0029】
本発明の他の好都合な改善は、従属請求項に特徴づけられている。これらの改善を、本発明の実施の形態の記述と共に、図面を参照して詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0030】
図1Aに示した、本発明に係わるノズル装置1は、実質的に、供給管2と、シール3と、供給管2に螺着されたねじ込みスリーブ4と、ねじ込みスリーブ4に螺着されたねじ込みキャップ5と、シール3に挿入されたノズル本体6とからなる。ノズル本体は、簡略のために、図1Aに示されておらず、図1Fおよび1Gに詳細に示されている。
【0031】
耐圧式のノズル装置1が流体ジェットを真空室に噴射するために適切であることは特に好都合である。何故ならば、ノズル装置1によって、安定的な流体ジェットが発生されるからである。
【0032】
供給管2は図1Bに詳細に示されており、噴射する流体を供給するための貫通する内部流路7を有する。
【0033】
供給管2は、自由端に、4mmの外径の頭部8を有する。頭部8は雄ねじを有し、この雄ねじは、取り付けられた状態では、雄ねじに適合しかつねじ込みスリーブ4に設けられた雌ねじ9に係合する。ねじ込みスリーブ4は図1Cに詳細に示されている。
【0034】
更に、供給管2の頭部8は、自由端面に、内部流路7の錐形の拡径部を有する。拡径部のテーパ角度は90°である。
【0035】
図1Dに詳細に示したシール3は、供給管2に向いた側で、拡径部に対応する錐形のテーパ部10を有する。このテーパ部10のテーパ角度は同様に90°である。図1Aに示した、取り付けられた状態では、シール3のテーパ部10は、供給管2の内部流路7の錐形のテーパ部にある。
【0036】
シール3は、ここでは、ナイロンからなり、従って、金属からなる供給管2よりも著しく軟らかい。一方では、シール3のためのこの材料選択は、良好な密閉作用を引き起こす。他方では、かくして、比較的摩耗しやすい金属・ガラス移行部が生じないようにされる。
【0037】
シール3は、同様に、貫通する内部流路11を有する。この内部流路を通って、噴射される流体は先へ送られる。
【0038】
シール3の内部で、内部流路11は受入れ室12に移行する。受入れ室には、取り付けられた状態では、図1Fおよび1Gに示したノズル本体6が設けられている。ノズル本体6をこれから詳述する。
【0039】
供給管2から離隔した側で、シール3は、同様に、錐形のテーパ部13を有する。テーパ部13のテーパ角度は15°に過ぎない。
【0040】
シール3をねじ込みスリーブ4に固定するためには、図1Eに詳細に示したねじ込みキャップ5が用いられる。
【0041】
かくて、ねじ込みキャップ5は、その内側に、雌ねじ14を有する。雌ねじは、取り付けられた状態では、ねじ込みスリーブ4の外側面に設けられた、対応の雄ねじ15に係合する。従って、ねじ込みの際に、ねじ込みキャップ5は、シール3を、軸方向に供給管2の方に押圧する。これにより、ねじ込みスリーブ4は、ねじ込みキャップ5およびねじ込みスリーブ4からなるねじ込み接続部を、供給管2に固定する。
【0042】
この場合、ねじ込みキャップ5には、径方向に貫通する穿孔16が設けられている。穿孔は、ねじ込みキャップ5をねじ込みスリーブ4にしっかり締め付けることができるために、ねじ込みツール用の肩部として用いられる。
【0043】
以下、図1Fおよび1Gに示したノズル本体6を詳述する。
【0044】
かくて、ノズル本体6は、実質的に、中空シリンダ状のガラス管からなる。このガラス管は透明であり、従って、簡単な肉眼での検査によりノズル管本体6内の泡または汚れの検知を可能にする。
【0045】
ノズル本体6のための材料としてのガラスの使用の他の利点は、良好な加工性にある。それ故に、dD=20μmの内径の出口開口部17が形成される。
【0046】
この場合、プラスチックからなるシール3の使用が、供給管2へのガラス・金属移行部を生じないようにすることは好都合である。何故ならば、このようなガラス・金属移行部は非常に摩耗し易いからである。
【0047】
更に、ノズル本体6は、貫通するノズル流路18を有する。ノズル流路18は、出口開口部17に隣接する領域に、凹面状の内部領域19を有する。ノズル流路18の凹面状の内部領域19は、出口開口部17における層流の発生に寄与し、従って、噴射される流体ジェットの安定性を促進する。
【0048】
更に、ノズル本体6は、出口開口部17に隣接する領域に、凸面状の外輪郭20を有する。これにより、同様に、安定的な流体ジェットが促進される。
【0049】
本発明に係わるノズル装置1´の、図2Aないし2Eに示した実施の形態は、前記実施の形態に著しく一致している。それ故に、繰返しを避けるために、前の記述を大幅に参照するよう指摘する。以下、互いに対応する構成部材に関しては、区別のためには単にダッシュが付されている同一の参照符号を使用する。
【0050】
ノズル装置1´の顕著な特徴は、ノズル本体6´が凸面状の外輪郭を有さず、シリンダ状のガラス部分として形成されていることにある。
【0051】
しかし、この場合、ノズル本体6´に設けられたノズル流路18´は、出来る限り層状の流れを達成するために、同様に、凹面状の内輪郭19´を有する。
【0052】
図3には、本発明に係わるX線源の実施の形態が略示されている。
【0053】
X線源は、温度調節可能な真空室22に接続されている標的源21と、照射手段23と、収集手段24とを有する。
【0054】
標的源21は、標的材料26のためのリザーバ25と、供給管27と、ノズル装置28とを有する。ノズル装置は、図1Aないし1Gまたは2Aないし2Eに図示のように形成されている。例えばポンプまたは圧電式の搬送手段を有する作動手段(図示せず)によって、標的材料26はノズル装置28に運ばれ、このノズル装置から、流体ジェットの形で放出され、真空室22へ噴射される。
【0055】
照射手段23は放射源29および照射レンズ30を有する。照射レンズによって、放射源29からの放射が標的材料26へ集束されることができる。放射源29は例えばレーザである。レーザの光は、場合によっては、反射鏡(図示せず)によって標的材料26へ向けられる。その代わりに、照射手段23としては、共に真空室22に設けられているイオン源または電子源が設けられていてもよい。
【0056】
収集手段24は、例えば、漏斗または毛管の形の受け器31を有する。この受け器は、照射の作用下で蒸発されていない標的材料26を、真空室22から除去し、貯蔵タンク32へ導く。低い蒸気圧を有する液状の標的材料26の使用の場合に、集められた流体を、更なる措置なしに、貯蔵タンク32に受け止められることができることは好都合である。場合によっては、集められた標的材料26の、真空室22への逆流の危険性を防止するために、冷却手段(図示せず)および/または真空ポンプ(図示せず)による貯蔵タンク32の冷却を行なうことができる。
【0057】
真空室22は、少なくとも第1の窓33および少なくとも1つの第2の窓33を有するハウジングを具備する。前者の窓を通って標的材料26が照射されることができ、後者の窓を通って、発生されたX線が出る。第2の窓33は、発生されたX線を所定の使用のために真空室22から取り出すために、選択的に設けられている。このことが必要でない場合は、第2の窓は省略することができる。更に、真空室22は、この真空室22内に低圧を発生させる真空手段34に接続されている。この低圧が10−5mbarより下にあることは好ましい。照射レンズ30は、同様に、真空室22に設けられている。
【0058】
真空室22は、1つまたは複数のサーモスタット35ないし37を有する加熱手段を具備する。サーモスタット35ないし37によって、真空室22のハウジング、受け器32および/または照射レンズ30を温度調節することができる。場合によっては、標的源21も温度調節することができる。サーモスタットは、例えば、知られた抵抗加熱手段を有する。
【0059】
加熱手段によって調整された温度は、標的材料26の蒸気圧が、照射手段23による標的材料26への照射によって形成されるガス圧力を上回るように、に選択される。このことによって、本発明では、真空室22における気相の過飽和が防止される。遊離されたポリマーはガス状のままであり、真空手段34によってほとんど定量的に排出されることができる。
【0060】
第2の窓33は、弱いX線に対し透過性のある窓材料、例えばベリリウムからなる。第2の窓33が設けられているとき、真空可能な加工室38が続くことができる。この加工室は他の真空手段39に接続されている。加工室38では、材料の加工のためにX線が対象物に投射されることができる。例えば、半導体基板の表面を照射するX線リソグラフィ手段40が設けられている。真空室22のX線源と、加工室38のX線リソグラフィ手段40との空間的分離は、加工される材料が、蒸発された標的材料26の沈殿物に晒されない、という利点を有する。
【0061】
X線リソグラフィ手段40は、例えば、所望のX線波長を選択するフィルタ41と、マスク42と、照射される基板43とを有する。追加的に、X線をX線リソグラフィ手段40に向けるための、投影光学系(例えば鏡)が設けられていてもよい。
【0062】
本発明は、前記の好ましい実施の形態に限定されない。むしろ、同様に本発明の思想を利用し、従って、保護範囲に含まれる多数の変更の実施の形態が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1A】本発明に係わるノズル装置を横断面図で示す。
【図1B】図1Aのノズル装置の供給管を横断面図で示す。
【図1C】図1Aのノズル装置のねじ込みスリーブを横断面図で示す。
【図1D】図1Aのノズル装置のシールの横断面図を示す。
【図1E】図1Aのノズル装置のねじ込みキャップの横断面図を示す。
【図1F】図1Aのノズル装置のノズル本体を示す。
【図1G】出口開口部の領域におけるノズル本体の詳細横断面図を示す。
【図2A】本発明に係わるノズル装置の代替の実施の形態を横断面図で示す。
【図2B】図2Aのノズル装置の供給管を横断面図で示す。
【図2C】図2Aのノズル装置のシールを横断面図で示す。
【図2D】図2Aのノズル装置のねじ込みスリーブを横断面図で示す。
【図2E】図2Aのノズル装置のノズル本体の詳細横断面図を示す。
【図3】本発明に係わるノズル装置を有するX線源を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
特に、流体を真空室に噴射するための、ノズル装置(1,1´,28)であって、所定の内輪郭(19,19´)を有するノズル流路(18,18´)を具備し、このノズル流路(18,18´)は、出口開口部(17,17´)に通じているノズル装置において、
前記ノズル流路(18,18´)の前記内輪郭(19,19´)は、少なくとも部分的に凹面状に形成されていることを特徴とするノズル装置(1,1´,28)。
【請求項2】
前記ノズル流路(18,18´)の前記内輪郭(19,19´)は、放物線状の形状を有することを特徴とする請求項1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項3】
前記ノズル流路(18,18´)は、前記出口開口部(17,17´)に隣接する領域に、凹面状のまたは放物線状の内輪郭(19,19´)を有することを特徴とする請求項1または2に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項4】
前記ノズル流路(18,18´)は、ノズル本体(6,6´)に延びており、このノズル本体(6,6´)は、少なくとも部分的に、凸面状の外輪郭(20)を有することを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項5】
前記ノズル本体(6,6´)は、放物線状の外輪郭(20)を有することを特徴とする請求項4に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項6】
前記ノズル本体(6,6´)は、前記出口開口部(17,17´)に隣接する領域に、凸面状のまたは放物線状の外輪郭(20)を有することを特徴とする請求項4または5に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項7】
前記ノズル本体(6,6´)は、石英、サファイアまたはガラスからなることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項8】
前記ノズル本体(6,6´)は、透明な材料からなることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項9】
前記出口開口部(17,17´)は、1μmないし0.5mmの範囲の内径を有することを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項10】
前記ノズル本体(6,6´)は、熱伝導性の材料からなることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項11】
前記ノズル本体(6,6´)は、供給管(2,2´)に接続されており、前記ノズル本体(6,6´)と前記供給管(2,2´)との間には、シール(3,3´)が設けられていることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項12】
前記シール(3,3´)は、前記ノズル本体(6,6´)および/または前記供給管(2,2´)よりも著しく軟らかい材料からなることを特徴とする請求項11に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項13】
前記シール(3,3´)は、プラスチックからなることを特徴とする請求項12に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項14】
前記供給管(2,2´)は、0.1mmないし5mmの範囲の内径を有することを特徴とする請求項11ないし13のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項15】
前記シール(3,3´)は、0.01mmないし5mmの範囲の内径を有することを特徴とする請求項11ないし14のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項16】
前記供給管(2,2´)と、前記シール(3,3´)と、前記ノズル流路(18,18´)との内径は、2倍未満だけ異なっていることを特徴とする請求項11ないし15のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項17】
前記供給管(2,2´)の、前記シール(3,3´)のおよび/または前記ノズル流路(18,18´)の接続のために、ねじ込み接続部が設けられていることを特徴とする請求項11ないし16のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項18】
前記ねじ込み接続部は、前記供給管(2,2´)と螺着可能なねじ込みスリーブ(4)およびこのねじ込みスリーブ(4)と螺着可能なねじ込みキャップ(5,5´)からなることを特徴とする請求項17に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項19】
前記ねじ込みキャップ(5,5´)は、このねじ込みキャップ(5,5´)をしっかり締め付けるために、ツール用の肩部(16、16´)を有することを特徴とする請求項18に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項20】
少なくとも100バールの圧縮強さを有することを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項21】
真空室(22)と、流体ジェットをこの真空室に噴射するための、前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(28)とを有する装置。
【請求項22】
流体ジェットを前記ノズル装置(28)によって前記真空室(22)に噴射する工程と、
前記流体ジェットの噴射中または噴射後に前記ノズル装置(28)を真空にする工程とを有する、請求項21に記載の装置のための操作方法。
【請求項23】
前記ノズル装置(28)を加熱することを特徴とする請求項21または22に記載の装置のための操作方法。
【請求項1】
特に、流体を真空室に噴射するための、ノズル装置(1,1´,28)であって、所定の内輪郭(19,19´)を有するノズル流路(18,18´)を具備し、このノズル流路(18,18´)は、出口開口部(17,17´)に通じているノズル装置において、
前記ノズル流路(18,18´)の前記内輪郭(19,19´)は、少なくとも部分的に凹面状に形成されていることを特徴とするノズル装置(1,1´,28)。
【請求項2】
前記ノズル流路(18,18´)の前記内輪郭(19,19´)は、放物線状の形状を有することを特徴とする請求項1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項3】
前記ノズル流路(18,18´)は、前記出口開口部(17,17´)に隣接する領域に、凹面状のまたは放物線状の内輪郭(19,19´)を有することを特徴とする請求項1または2に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項4】
前記ノズル流路(18,18´)は、ノズル本体(6,6´)に延びており、このノズル本体(6,6´)は、少なくとも部分的に、凸面状の外輪郭(20)を有することを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項5】
前記ノズル本体(6,6´)は、放物線状の外輪郭(20)を有することを特徴とする請求項4に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項6】
前記ノズル本体(6,6´)は、前記出口開口部(17,17´)に隣接する領域に、凸面状のまたは放物線状の外輪郭(20)を有することを特徴とする請求項4または5に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項7】
前記ノズル本体(6,6´)は、石英、サファイアまたはガラスからなることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項8】
前記ノズル本体(6,6´)は、透明な材料からなることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項9】
前記出口開口部(17,17´)は、1μmないし0.5mmの範囲の内径を有することを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項10】
前記ノズル本体(6,6´)は、熱伝導性の材料からなることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項11】
前記ノズル本体(6,6´)は、供給管(2,2´)に接続されており、前記ノズル本体(6,6´)と前記供給管(2,2´)との間には、シール(3,3´)が設けられていることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項12】
前記シール(3,3´)は、前記ノズル本体(6,6´)および/または前記供給管(2,2´)よりも著しく軟らかい材料からなることを特徴とする請求項11に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項13】
前記シール(3,3´)は、プラスチックからなることを特徴とする請求項12に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項14】
前記供給管(2,2´)は、0.1mmないし5mmの範囲の内径を有することを特徴とする請求項11ないし13のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項15】
前記シール(3,3´)は、0.01mmないし5mmの範囲の内径を有することを特徴とする請求項11ないし14のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項16】
前記供給管(2,2´)と、前記シール(3,3´)と、前記ノズル流路(18,18´)との内径は、2倍未満だけ異なっていることを特徴とする請求項11ないし15のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項17】
前記供給管(2,2´)の、前記シール(3,3´)のおよび/または前記ノズル流路(18,18´)の接続のために、ねじ込み接続部が設けられていることを特徴とする請求項11ないし16のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項18】
前記ねじ込み接続部は、前記供給管(2,2´)と螺着可能なねじ込みスリーブ(4)およびこのねじ込みスリーブ(4)と螺着可能なねじ込みキャップ(5,5´)からなることを特徴とする請求項17に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項19】
前記ねじ込みキャップ(5,5´)は、このねじ込みキャップ(5,5´)をしっかり締め付けるために、ツール用の肩部(16、16´)を有することを特徴とする請求項18に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項20】
少なくとも100バールの圧縮強さを有することを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(1,1´,28)。
【請求項21】
真空室(22)と、流体ジェットをこの真空室に噴射するための、前記すべての請求項のいずれか1に記載のノズル装置(28)とを有する装置。
【請求項22】
流体ジェットを前記ノズル装置(28)によって前記真空室(22)に噴射する工程と、
前記流体ジェットの噴射中または噴射後に前記ノズル装置(28)を真空にする工程とを有する、請求項21に記載の装置のための操作方法。
【請求項23】
前記ノズル装置(28)を加熱することを特徴とする請求項21または22に記載の装置のための操作方法。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図3】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図3】
【公表番号】特表2006−522997(P2006−522997A)
【公表日】平成18年10月5日(2006.10.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−501926(P2006−501926)
【出願日】平成16年2月23日(2004.2.23)
【国際出願番号】PCT/EP2004/001761
【国際公開番号】WO2004/076071
【国際公開日】平成16年9月10日(2004.9.10)
【出願人】(594056568)マツクス−プランク−ゲゼルシャフト ツール フエルデルング デル ヴイツセンシャフテン エー フアウ (13)
【出願人】(505321097)ゲオルグ−アウグスト−ウニベルズィテート・ゲッティンゲン (2)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成18年10月5日(2006.10.5)
【国際特許分類】
【出願日】平成16年2月23日(2004.2.23)
【国際出願番号】PCT/EP2004/001761
【国際公開番号】WO2004/076071
【国際公開日】平成16年9月10日(2004.9.10)
【出願人】(594056568)マツクス−プランク−ゲゼルシャフト ツール フエルデルング デル ヴイツセンシャフテン エー フアウ (13)
【出願人】(505321097)ゲオルグ−アウグスト−ウニベルズィテート・ゲッティンゲン (2)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]