軟X線発生器
軟X線発生器は、カソードとアノードとの間の放電を開始するために高い信頼性と再現性でプラズマを提供する円錐形状の独特なパルストリガ組立体を有する。また、本発明の軟X線発生器は、外周縁を有する略円盤状の回転アノードを有する。このアノードは、アノードの異なる分部をプラズマ放電に晒すためにカソードに対して回転でき、これによりアノードの磨耗を低減すると共により長期の運転を可能にする。また、アノードの腐食は、使用中におけるアノードの液体冷却によって低減できる。発生器は、カソード・アノード放電のために比較的低いキャパシタンスを使用し、連続的で再現可能な結果を得るために比較的高い電圧とパルス繰り返し速度(周波数)を使用する。
【発明の詳細な説明】
【関連出願への相互参照】
【0001】
本出願は、Robert (NMI) Dottenらによる2005年10月18日出願の米国仮り出願第60/727,881号(発明の名称:軟X線発生器)に基づく米国特許法第119(e)条の優先権を主張するものであり、その仮り出願の全開示を本明細書の一部を成すものとして援用する。
【技術分野】
【0002】
本発明は、軟X線発生器における改良に関する。
【背景技術】
【0003】
米国特許第6,240,163号は、約75evから約12Kevの範囲の改善された放射線の短バーストを提供する軟X線(EUVとも呼ばれる)電磁放射線源を開示している。これらの放射線のバーストは、科学、産業及び医療の分野において、リソグラフィー、結晶構造解析及び放射線写真術等の種々の応用での使用のために最大強度を有する。米国特許第6,240,163号の開示を本明細書の一部を成すものとして援用する。米国特許第6,240,163号に開示されたシステムは従来技術による軟X線発生器に比べて大幅に改良されているが、連続的な高周波動作状態下での寿命がより長いシステムに対するニーズがいまだにある。寿命を長くするためには、例えば、アノードの腐食を阻止すると共に、その様な連続運転ために、アノードとカソードとの間の放電を開始するためのトリガ動作の予測可能性及び信頼性を高めることが必要となる。
【特許文献1】米国特許第6,240,163号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の軟X線発生器は、これらのニーズを満たすと共に、更なる利益を提供するものであり、これは、高い信頼性と再現性でプラズマを提供し、カソードとアノードの間の放電を開始する独特なパルストリガ組立体を設けることで達成される。トリガ組立体は、トリガの効率的で信頼性の高い動作を提供するために気体放電を行う円錐形の幾何学形状を有する。一実施形態においては、本発明の軟X線発生器は、外周縁を備える略円盤状の回転アノードを有し、この回転アノードは、プラズマを発生する真空火花放電にアノードの異なる分部を晒すためにカソードに対して回転され、これにより アノードの磨耗を低減させ、より長期の運転を可能にする。また、アノードの腐食は、アノードの液体冷却によって低減される。本発明の発生器は、カソード・アノード放電のために比較的低いキャパシタンスを利用し、その連続的で再現可能な結果を達成するために比較的高いパルス繰り返し速度(周波数)を採用している。
【0005】
本発明のこれら及びその他の特徴、目的及び利点は、添付の図面を参照すると共に以下の記載を読むことによって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0006】
本発明は他の実施形態も可能であるため、本発明は、図に示し記載した特定の構成の細部に限定されないことを理解すべきである。本明細書で使用される材料やパラメータは記載を目的とするものであって、限定を目的とするものでない。図1を参照すると、本発明のX線発生器10が示されている。このX線発生器は、外側チャンバ12を有し、これを通して種々の電源、冷却導管、ガス供給導管27及び真空ポンプが従来の方法で密閉可能に結合され、動作電圧を供給し、導管27を介してトリガ電極組立体に不活性ガスを供給し、トリガ組立体と回転アノードの両方に異なる冷却流体を供給し、また、密閉チャンバ12の内部11を真空にする。好ましい実施形態では、X線発生器は、トリガ電極組立体100と回転アノード組立体200とを有しており、これらは本出願の種々の図面に詳細に示されている。これらの組立体は、両方とも真空チャンバ内部11に収容されており、1個以上のコンデンサ20がアノード組立体200と、カソード106を含むトリガ組立体100との間に接続されている。コンデンサ20は、要求される動作特性に応じて、約−3kvから約−20kvでパスル化電源22によって充電される。電源22は図17に示されると共に記載されている。コンデンサは、約1Hzから約100kHzのトリガ動作の周波数に対応する繰り返し速度で充放電される。トリガ電極100はトリガ電源24に接続されており、この電源は、電圧振幅が約−3.5kvから約−30.0kvのパルスを同じ周波数で提供する。
【0007】
X線発生器10と、構成部品を収容するチャンバ12の全体的な幾何学的な形状が図2から図4に示されている。チャンバ12は、一端に環状フランジ18を備えた略円筒形の本体14を有し、この本体は、ヒンジ式円形ドア26が係合した時に開口端を密閉するための密閉Oリング17を備えている。チャンバ12に対して閉止された真空密閉状態でドア26を密閉可能にクランプするために、図3及び図4に示すように回転式ロックノブを備えた従来設計のロッククランプ組立体29が採用されている。ドア26は、ヒンジ28によってフランジ18に対してヒンジ結合されていると共に、密閉窓30を備えており、ドア26を介して、又は本体14からの導管34から延在するフランジ32を含むのぞきポートを介してチャンバの内部11を見ることができる。のぞきポートは、X線発生器のカソードとアノードとの間のパルス放電を観察するためのピンダイオード36を備えていてもよい。また、発生器10は、X線フィルタを設置できる窓19を備えた出口ポート40(図3において最も良く示されている)を有している。ベリリウム製の窓19を採用する場合、その典型的な厚さは、約3から約20ミクロン、好ましくは、約8から約10ミクロンであり、チャンバ11内で発生される軟X線に対しては適度に透明である。発生器10によって発生された軟X線は、窓を通過し、その様なX線を採用する装置に対して取付けフランジ42を通して印加できる。その様な装置には、リソグラフィー、結晶構造解析、放射線写真術、及び発生器10によって発生された軟X線から利益を得るその他の科学的又は医学的設備で使用される器具が含まれる。
【0008】
また、フランジ42とポート40は、下記のようにカソード組立体と連通する円筒形導管を介してチャンバ12の円筒形本体14に接続されている。チャンバ12の本体14は、円筒形本体14に接続されると共にベース44に取付けられた取付けブラケット38、39によって取付けられている。ベース44は、発生器10の構成部品の残りのもの(電源、制御回路、流体・液体供給源、及びポンプ)を収容する好適なキャビネットによって支持されている。
【0009】
比較的大きな円筒形導管46が、チャンバ12の内部スペース11と連通しており、チャンバの内部11を排気して、約10−4から約10−6torrの真空を得るための高真空ポンプに接続されている。導管46は、高真空ポンプ(不図示)に接続するためのフランジ47で終わっている。
【0010】
モータ組立体300が、フランジ50によって、ハウジング本体14の後部壁13(図3)に密閉可能に接続されている。組立体300は、ハウジング310内の真空軸受け360(図15及び図16)、モータハウジング320、及び、後でより詳細に説明する回転式冷却水供給ハウジング330を有する。モータ組立体300は、回転アノード200に接続された回転駆動軸312を回転すると共に、それに水等の冷却流体を提供する。チャンバ12の構成部品は、ステンレス鋼から加工されるのが好ましい。
【0011】
トリガ組立体100は、図5〜図7により詳細に示されており、スペース11(図2)内においてチャンバ本体14に対して絶縁関係で、隣接する回転アノード組立体200に対して図4、図5及び図8に示す関係で取付けられている。回転アノード200とトリガ組立体100のカソード106との間には、システムの要求される動作特性に応じて約1ナノフラッドから約1マイクロフラッドのキャパシタンスを提供するために離間された取付け板21、23の間に1個以上のコンデンサ20が取付けられている。コンデンサ20は、並列に接続された一対の略円盤状コンデンサ20a、20bを含む(図9、図10及び図17)。
【0012】
トリガ組立体100は、略環状のトリガ電極120を有し、このトリガ電極は、図7において最も良く示されているように、先端103がカソード106に係合した円錐形部材102を同心的に取り囲んでいる。電極120及び円錐形部材102は、図5及び図7において最も良く示されているように、円錐形状のガス充填チャンバ129を画定している。また、ノズル106は、円錐形状の出口穴107を備えている。電源24(図1)からの負の電圧がトリガ電極120と円錐部材102との間に印加され、それらの間のトリガチャンバ129内において不活性ガスのイオン化が引き起こされ、プラズマと自由電子が発生される。ガスは、典型的には、チャンバ129に供給される、アルゴン等の不活性ガス、又はその他の種類のガス(例えば、窒素)や混合ガスとすることができる。チャンバ内で気体放電が起きると、自由電子とプラズマが穴60(図7及び図7A)と、カソードノズル106の開口先端107を介してカソードとアノードとの間の空隙内に拡散し、接地されたアノード組立体200に向かう。電子は、パルス化電源22からカソードとアノードとの間に印加された高電圧によって提供された電界によって加速される。電子がアノードに衝突すると、アノード材料である銅(他のアノード材料も採用できる)からアノードプラズマが発生され、これはカソードに向かって拡散する。両方のプラズマが出会うと、接地されたアノードと負の高電圧のカソードとの間のコンデンサ20の放電が開始される。放電工程の間、電流は数ナノ秒の間に急速に増加し、電流ピンチ効果により、小さいサイズのプラズマ領域がカソードとアノードとの間に形成され、そこで、プラズマの温度が上昇し、プラズマ内の銅イオンと原子が多重イオン化される。これにより、点源サイズの軟X線が発生され、トリガ電極組立体100の出口ポート又は窓105(図5及び7)を通してチャンバ12内に出ていく。チャンバ12は、放射線に対して透明な窓(窓19等)を備えることができ、これにより、カソードと回転アノードとの間で発生された軟X線を外部で収束し、種々の用途のために採用することを可能にする。
【0013】
トリガ組立体100のアノード組立体200に対しての関係は図5及び図8に示され、図2にも示されているカソード構造体は、部分的に、フェノール製の絶縁板16によってチャンバ12内に取付けられている。絶縁板16は、カソード組立体をチャンバ本体14の後部壁13に対して絶縁状態で取付けるための穴15を備えている。一対のブラケット33、35(図8)が絶縁体16から延びており、トリガハウジング110を所定の位置でクランプする。導電板23(図8〜図10)がコンデンサ20a、20bに接続されると共に、図8で分かるように、トリガ組立体100のハウジング110に固定されている。後述のように、残りの導電板21は、コンデンサ20a、20bの反対側に接続されると共に、回転アノード組立体200の導電性端部軸受け228に接続されている。本システムの主要な構成部品とその動作について簡単に説明したが、次に、トリガ組立体、そして回転アノード組立体の幾何学的形状についての詳細な説明を図5〜図7に関連して行う。
【0014】
トリガ組立体は、図5〜図7に最もよく示されており、流体(油等)によって冷却されたトリガハウジング110を有しており、その内部にはトリガ電極120を取り囲むと共にこれに対向する環状のフィン付き油冷却チャンネル126が形成されている。冷却チャンネルには、入口111を介して油等の冷却流体が供給される。出口112は、チャンバ11の外部で冷却された冷却油を受け入れるために、密閉ハウジングを貫通する流路を提供する。油流入ホース(不図示)がハウジング110の入口111に冷却された油を供給し、油流出ホース(不図示)がハウジング110の出口112からの加熱された油を、外部で冷却するためにチャンバ導管46内の密閉カップリングを介して戻す。
【0015】
トリガハウジングの後部カバー116は、固定具119及び密閉Oリング114によってトリガハウジング110に密閉可能に取付けられている。カバー116は、密閉された組立体によって画定されたチャンバ129の内部に不活性ガスを供給する不活性ガス入口118を備えている。トリガ電極120に印加される負の電圧は、絶縁体123内の導体117を介して印加される。導体117はトリガハウジング110(図7)を貫通して延在し、リング形状のトリガ電極120に接続される。トリガ電圧は、約−0.5kvから約−10kvの相対的パルス化負電圧をカソード106と電極120との間に印加するために、リング形状のトリガ電極120まで延在する導体117(図7)を通して印加される。
【0016】
トリガ電極120は、後側絶縁体122、前側絶縁体124及び絶縁体123によってハウジング110から絶縁されている。これらの絶縁体は全て、一連のOリング130、132、134によってトリガチャンバ104内に密閉可能な係合状態で取付けられている。Oリング115は、トリガ前部カバー128をトリガハウジング110に密閉可能に接続するものであるが、固定具136(図6及び図7)等の適切な固定具によって所定の位置に保持されている。カソードトリガノズル106(カソードを形成)は、ノズル保持円板108及び前側取付け板128内のねじ付き穴内に固定される適切な固定ねじ109によってトリガ前部カバー128に固定されている。約0.010インチから約0.150インチの僅かな空隙「g」が円錐部材102とトリガ電極120との間に存在している。高電圧が導体117を介してトリガ電極120と円錐部材102との間に印加されると、図7Aで最も良く示されているようにカソード内の1個以上の放射状に離間された穴60を通して真空チャンバ11と連通するチャンバ129内にプラズマが形成される。図7にも示されている穴60は、チャンバ129とカソードノズル106の開口107との間を連通しており、図7Aに示すように、カソードノズル106は、前側取付け板128への取付け(図7に示す)を容易にするために環状の取付けフランジ64を備えている。本発明の好適な一実施形態では、穴60は120°の間隔で等しく離間されており、約0.030インチの直径を有し、ノズル開口107は、0.040インチの内径を有していた。用途によっては、円錐形チャンバ129内に含まれるプラズマをカソード106の出口穴107に供給するためにより多くの又はより少ない数の穴60を設けてもよい。トリガ電極組立体100のチャンバ129内にプラズマが形成されると、そのプラズマは、チャンバ11内の負圧によって穴107を通して、回転アノード組立体200に向かって外側に吸引され、アノード202(以下に記載)の縁204(図5及び図8)に達する。約1mmから約6mmの間隔「S」(図5)がカソード106の先端とアノード202の位置合わせされた縁204との間に形成されている。
【0017】
図8は、組み立てられた状態のトリガ組立体100の斜視図を示す。図8は、コンデンサ20a、20bの取付けを示し、一方の取付け板23は固定具127(図9)によってトリガ前部カバー128の縁に取付けられており、残りの取付け板21は、下記のように導電性軸受けを介して回転アノード組立体200を支持している。
【0018】
トリガ組立体は、油で冷却された後部ハウジング116及び主ハウジング110の円錐状内壁121(図7)から離間された第2の円錐部材102を有する。円錐部材102も比較的熱いままとなり、油で冷却されたハウジングによって影響されず、ゴミがカソード106に隣接する円錐部材102の穴を詰まらせるのを防ぐ。ベリリウム製の窓19は、典型的には約3から約20ミクロン、好ましくは、約8から約10ミクロンの厚さを有し、チャンバ11内で発生される軟X線に対しては適度に透明である。窓105が、ねじ付き固定具101によって所定の位置に保持された環状の取付けリング125によって後部ハウジング116の開口穴の所定の位置に保持されている。トリガ組立体について述べたが、次に回転アノード組立体についての説明を図5、図8及び図10〜図16と関連して行う。
【0019】
回転アノード組立体200は、銅や他の適切な金属で作られた略円形の円盤状アノード202を有する。アノード202は、図14に最もよく示されるように、アノード202の本体の交差し互いに接近する壁206、208の平坦な頂部に形成された外周縁204を有する。アノード202は、一方の側に外周リム215によって画定された凹部210を備え、中央の円盤状壁211によって分離された反対側に外周リム219によって画定された同様の凹部212を備えている。アノード202は、カップ形状の第1の端壁220と第2のカップ形状の端壁230との間に密閉可能に保持されており、これらの端壁は、それぞれリム219、215(図16)内で延在すると共に、それらに対してOリング222、232によってそれぞれ密閉されている。端壁230は、中空の駆動軸312のねじ付き端311(図15)を受け入れるねじ付き穴240を備えている。後で述べるように水等の冷却流体が、中空の駆動軸312と同心の供給導管332を通して導入され、壁211内の中央開口又は穴213を介して部材220、230間のキャビティ210、212によって画定されたチャンバ内に流れることができる。そのような冷却のために、複数の離間された穴214(図11〜図14)が所定の角度間隔で形成されており、その穴は、互いに接近する壁206、208に沿っているとともにそれらに平行であり、それらから内側に離間されている。穴214は、約0.113インチの内径を有し、縁204の直ぐ近くにクーラントのための流路を提供する。穴214は、アノード202の壁211の周縁の周りに延在すると共に、縁204の近くで延在し、圧力下においてキャビティ212から穴213を通して、また穴214を通してキャビティ210へ水が流れるのを促進し、アノードを、通常到達する温度よりもはるかに低い動作温度に維持できる。壁206、208は、約45°で互いに接近し、縁204において約90°の角度を形成する。壁206、208が本体211につながっている箇所での略三角状の周縁の厚さは約0.5インチである。アノードは,図5及び図8に最も良く示されているように、縁204が上記のようにカソードトリガノズル106の先端から約1mmから約6mm離間されており、穴107を通して引き出されたプラズマは、アノードの高いレベルに充電された縁204に衝突して金属イオンを作る。この金属イオンはその後集まってピンチ領域を作り、前述のように軟X線を発生する。一実施形態では、アノード202は約4.9インチの外径を有しているが、外径が異なる他のアノードを使用してもよい。
【0020】
密閉された中空のアノード組立体200の端壁220、230がアノード202に取付けられる。このアノードは、アノードを壁230に取り付けるために端壁230の内側表面上の等間隔で離間された3個のねじ付き穴217(図16)にねじ込まれる押さえねじを受け入れるための等間隔で離間された3個のリセス付き穴216を有している。一方、アノードは、端壁220をアノード202に密閉係合状態で取り付けるための六角ボルト223(図9及び図16)を収容する等間隔で離間された散在する3個のねじ付き穴218を有している。端壁220は、めくら取付けボス224を有しており、このボスには、板21に取り付けられる導電性軸受け228のねじ付き軸端226(図16)を受け入れるために内側にねじが形成されている。軸受け228は、プレート21を受けると共にねじ付きナット233によってプレート21に固定される内側にねじを形成したスタブ軸229を備えている。したがって、軸226は、図8にも示されているように、導電性軸受けの固定された本体228及びスタブ軸229に対して回転できる。アノード組立体200及びその一端での、固定で接地された板21への回転可能な取付けについて述べたが、次に、回転駆動軸312と、そのX線発生器10のチャンバ12の本体14への取り付けについて図15及び図16に関連して説明する。
【0021】
次に、回転アノード組立体200に接続された回転駆動軸312のための駆動システムについて図15及び図16に関連して説明する。アノード202を最大で1500rpmで回転させるためだけでなく、中空の駆動軸312を通してアノード202に水等の冷却流体を供給するために組立体300が採用されている。流体の供給は水道水とし、戻った流体を排出することができ、用途によっては、クーラントを循環させ、熱せられたクーラントを再循環のために冷却機に戻すことができる。これは図15と図16に示す構造によって達成されるが、この構造は、冷却流体供給チューブ332を離間し且つ同心で収容するための長手方向に延在する中央穴314を有する中空の駆動軸312を有する。この軸312は、図16に示すように水供給ユニオン331の回転取付け具336を受け入れるねじを形成した端部313を備える。また、駆動軸312は、ステータ324を含むモータのロータ322をセンタリングするために領域315に沿ってスプラインが形成されている。ロータ322は軸受け321、323の間に取付けられると共に、エポキシを用いて領域315内において軸312に固定されている。ロータの固定は、ハウジング310のリセス333内において一端で行われ、モータハウジング部320内のリセス334まで行われる。また、駆動軸312は、軸312に対して長手方向の位置を合わせた状態で軸受け321、323を固定するためのスナップリングを受け入れる円周方向のスナップリング穴317を備える。軸312は、フェルール流体軸受けを通して延在するため、端部311に向かってその直径が増大している。フェルール流体軸受けは、例えば、Ferrotec Corporation(Model No.HS−1500−SLFBC)から入手可能である。この真空軸受け360は、ハウジング310内に取付けられ、軸312と共に回転するクランプ362によって所定の位置に保持されている。また、軸312は、軸312に対して長手方向の位置を合わせた状態で軸受け321を固定するための円周方向に延在するスナップリング穴319を備える。軸方向に位置合わせされたモータ325のステータ324は、図16に示すように、ハウジング310のリセス339及びハウジング320のリセス337内に嵌まっている。
【0022】
クーラント供給チューブ332は、図16に示すように、ユニオン331内にねじ込まれる第1のねじ付き端335を備え、入口コネクタ340を介して水等の冷却流体を受け入れる。固定の同心チューブ332が、一端においてユニオン331に結合され、アノード202内の穴213を通して延在していることにより、チューブ332の外径と回転駆動軸312の穴314の内径との間の環状空間に対して、長手方向に沿って離間するよう位置合わせされて保持される。必要な場合、供給チューブ332の端部338と穴213との間に従来のブッシュ221(図5及び図15)が設けられる。ユニオン331は、例えば、イリノイ州ノースブルックのDeublin Companyによって製造されている入手可能な回転ユニオン(Model 57シリーズ)である。ハウジング330のフランジ345は、ハウジング330、320、310を互いに固定するために従来の方法でハウジング320を貫通して延在してハウジング310内に達する、ボルト又は押さえねじ347(図16)等の固定具を受け入れる。一方、六角ボルト等の他の適切な固定具が、組立体300をチャンバ12の本体14に固定するためにフランジ50内の穴を貫通して延在している。
【0023】
コンデンサ20のための負電源22(図1)は、コンデンサを、パルストリガ電圧の周波数と少なくとも同じ程度に速い(又はそれよりも僅かに速い)速度で充電する。電源は、トリガパルス速度と同じ周波数でなければならない。それらは、2つの信号の間に時間遅れが生じるようにコントローラ(図17)によって同期される。主パルスが最初にコンデンサを所定の電圧まで充電し、それにトリガパルスが続き、トリガがトリガ組立体のチャンバ129内のプラズマを放電させると直ぐに、完全に充電されたコンデンサ20がアノード縁204とカソード106と間の空隙「S」(図5)内のプラズマを通して放電し、チャンバ11内において軟X線を発生する。そして、X線発生器のX線放射に対して透明な出口ポート40又は窓19のX線フィルタを介してX線がトリガ組立体から送出される。チャンバ11は、発生器10の外部において収束され、その後リソグラフィー、結晶構造解析、放射線写真術等において従来の方法で使用される軟X線を送出するために、窓19(図1)等の複数の類似の窓をハウジング12の周りの種々の位置に有していてもよい。
【0024】
放電の速い繰り返し速度を達成するために、500ボルトの直流(図17)電源によってコンデンサClと20を約−3kvから約−20kvに高速で充電する必要がある。この目的のために、図17に概略的に示す様な2段共振充電回路が使用される。第1段階は、インダクタL1を通してコンデンサClを1000ボルトに共振によって充電し、第2段階は、昇圧変圧器T1を使用し、インダクタL1を通してコンデンサClからコンデンサ20を共振によって充電する。パルサは、C1の負電圧を検出することによって、真空チャンバ内において短絡回路が20を短絡させたことをコントローラ(マイクロプロセッサを含む)に知らせることができる。コントローラは、パルサにパルスを供給することを停止して、可能性のある充電回路の損傷を阻止する。所望の出力電力のために真空放電を制御された高い繰り返し速度で行うためには、最大で100kHzまでの高い繰り返し速度を制御して供給できるコントローラとパルサモジュールの柔軟な設計が望ましい。単一のパルサ回路から複数の充電速度を得るためには、多重化した複数のパルサが使用される。
【0025】
当業者であれば、本明細書で記載したような本発明の好適な実施形態に対する種々の変更を、添付の特許請求の範囲に定義された発明の精神又は範囲から逸脱することなく行えることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明を具体化した軟X線発生器の概略図。
【図2】図1に示す真空チャンバ内に収容された構成部品と軟X線発生器ハウジングの斜視図であり、一部が仮想線で描かれている。
【図3】図2に示すX線発生器の右立面図。
【図4】図2及び図3に示すX線発生器の正面立面図。
【図5】図2及び図4に示すアノード及びトリガ組立体の断面図。
【図6】図5に示すトリガ組立体の分解斜視図。
【図7】図5に示す組み立てられた状態のトリガ組立体の拡大断面図。
【図7A】カソードの正面図。
【図8】チャンバから取外したアノード組立体、モータ組立体及びトリガ組立体の斜視図。
【図9】アノード組立体及びトリガ組立体の正面立面図。
【図10】カソード組立体の背面立面図。
【図11】図1、図2、図5及び図8に示す回転アノード組立体の分解斜視図。
【図12】図4に示すアノードの斜視図。
【図13】図12に示す回転アノードの正面立面図。
【図14】図1、図2及び図13に示す回転アノードの図13の断面線XIV−XIVに沿う断面図。
【図15】アノードのための駆動及び冷却システムの分解図。
【図16】図15の組立済み構造体の縦断面図。
【図17】本発明の軟X線発生器と共に用いる高電圧電源の概略電気回路図。
【符号の説明】
【0027】
10 X線発生器
12 チャンバ
20 コンデンサ
100 トリガ電極組立体
106 カソード
200 アノード組立体
【関連出願への相互参照】
【0001】
本出願は、Robert (NMI) Dottenらによる2005年10月18日出願の米国仮り出願第60/727,881号(発明の名称:軟X線発生器)に基づく米国特許法第119(e)条の優先権を主張するものであり、その仮り出願の全開示を本明細書の一部を成すものとして援用する。
【技術分野】
【0002】
本発明は、軟X線発生器における改良に関する。
【背景技術】
【0003】
米国特許第6,240,163号は、約75evから約12Kevの範囲の改善された放射線の短バーストを提供する軟X線(EUVとも呼ばれる)電磁放射線源を開示している。これらの放射線のバーストは、科学、産業及び医療の分野において、リソグラフィー、結晶構造解析及び放射線写真術等の種々の応用での使用のために最大強度を有する。米国特許第6,240,163号の開示を本明細書の一部を成すものとして援用する。米国特許第6,240,163号に開示されたシステムは従来技術による軟X線発生器に比べて大幅に改良されているが、連続的な高周波動作状態下での寿命がより長いシステムに対するニーズがいまだにある。寿命を長くするためには、例えば、アノードの腐食を阻止すると共に、その様な連続運転ために、アノードとカソードとの間の放電を開始するためのトリガ動作の予測可能性及び信頼性を高めることが必要となる。
【特許文献1】米国特許第6,240,163号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の軟X線発生器は、これらのニーズを満たすと共に、更なる利益を提供するものであり、これは、高い信頼性と再現性でプラズマを提供し、カソードとアノードの間の放電を開始する独特なパルストリガ組立体を設けることで達成される。トリガ組立体は、トリガの効率的で信頼性の高い動作を提供するために気体放電を行う円錐形の幾何学形状を有する。一実施形態においては、本発明の軟X線発生器は、外周縁を備える略円盤状の回転アノードを有し、この回転アノードは、プラズマを発生する真空火花放電にアノードの異なる分部を晒すためにカソードに対して回転され、これにより アノードの磨耗を低減させ、より長期の運転を可能にする。また、アノードの腐食は、アノードの液体冷却によって低減される。本発明の発生器は、カソード・アノード放電のために比較的低いキャパシタンスを利用し、その連続的で再現可能な結果を達成するために比較的高いパルス繰り返し速度(周波数)を採用している。
【0005】
本発明のこれら及びその他の特徴、目的及び利点は、添付の図面を参照すると共に以下の記載を読むことによって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0006】
本発明は他の実施形態も可能であるため、本発明は、図に示し記載した特定の構成の細部に限定されないことを理解すべきである。本明細書で使用される材料やパラメータは記載を目的とするものであって、限定を目的とするものでない。図1を参照すると、本発明のX線発生器10が示されている。このX線発生器は、外側チャンバ12を有し、これを通して種々の電源、冷却導管、ガス供給導管27及び真空ポンプが従来の方法で密閉可能に結合され、動作電圧を供給し、導管27を介してトリガ電極組立体に不活性ガスを供給し、トリガ組立体と回転アノードの両方に異なる冷却流体を供給し、また、密閉チャンバ12の内部11を真空にする。好ましい実施形態では、X線発生器は、トリガ電極組立体100と回転アノード組立体200とを有しており、これらは本出願の種々の図面に詳細に示されている。これらの組立体は、両方とも真空チャンバ内部11に収容されており、1個以上のコンデンサ20がアノード組立体200と、カソード106を含むトリガ組立体100との間に接続されている。コンデンサ20は、要求される動作特性に応じて、約−3kvから約−20kvでパスル化電源22によって充電される。電源22は図17に示されると共に記載されている。コンデンサは、約1Hzから約100kHzのトリガ動作の周波数に対応する繰り返し速度で充放電される。トリガ電極100はトリガ電源24に接続されており、この電源は、電圧振幅が約−3.5kvから約−30.0kvのパルスを同じ周波数で提供する。
【0007】
X線発生器10と、構成部品を収容するチャンバ12の全体的な幾何学的な形状が図2から図4に示されている。チャンバ12は、一端に環状フランジ18を備えた略円筒形の本体14を有し、この本体は、ヒンジ式円形ドア26が係合した時に開口端を密閉するための密閉Oリング17を備えている。チャンバ12に対して閉止された真空密閉状態でドア26を密閉可能にクランプするために、図3及び図4に示すように回転式ロックノブを備えた従来設計のロッククランプ組立体29が採用されている。ドア26は、ヒンジ28によってフランジ18に対してヒンジ結合されていると共に、密閉窓30を備えており、ドア26を介して、又は本体14からの導管34から延在するフランジ32を含むのぞきポートを介してチャンバの内部11を見ることができる。のぞきポートは、X線発生器のカソードとアノードとの間のパルス放電を観察するためのピンダイオード36を備えていてもよい。また、発生器10は、X線フィルタを設置できる窓19を備えた出口ポート40(図3において最も良く示されている)を有している。ベリリウム製の窓19を採用する場合、その典型的な厚さは、約3から約20ミクロン、好ましくは、約8から約10ミクロンであり、チャンバ11内で発生される軟X線に対しては適度に透明である。発生器10によって発生された軟X線は、窓を通過し、その様なX線を採用する装置に対して取付けフランジ42を通して印加できる。その様な装置には、リソグラフィー、結晶構造解析、放射線写真術、及び発生器10によって発生された軟X線から利益を得るその他の科学的又は医学的設備で使用される器具が含まれる。
【0008】
また、フランジ42とポート40は、下記のようにカソード組立体と連通する円筒形導管を介してチャンバ12の円筒形本体14に接続されている。チャンバ12の本体14は、円筒形本体14に接続されると共にベース44に取付けられた取付けブラケット38、39によって取付けられている。ベース44は、発生器10の構成部品の残りのもの(電源、制御回路、流体・液体供給源、及びポンプ)を収容する好適なキャビネットによって支持されている。
【0009】
比較的大きな円筒形導管46が、チャンバ12の内部スペース11と連通しており、チャンバの内部11を排気して、約10−4から約10−6torrの真空を得るための高真空ポンプに接続されている。導管46は、高真空ポンプ(不図示)に接続するためのフランジ47で終わっている。
【0010】
モータ組立体300が、フランジ50によって、ハウジング本体14の後部壁13(図3)に密閉可能に接続されている。組立体300は、ハウジング310内の真空軸受け360(図15及び図16)、モータハウジング320、及び、後でより詳細に説明する回転式冷却水供給ハウジング330を有する。モータ組立体300は、回転アノード200に接続された回転駆動軸312を回転すると共に、それに水等の冷却流体を提供する。チャンバ12の構成部品は、ステンレス鋼から加工されるのが好ましい。
【0011】
トリガ組立体100は、図5〜図7により詳細に示されており、スペース11(図2)内においてチャンバ本体14に対して絶縁関係で、隣接する回転アノード組立体200に対して図4、図5及び図8に示す関係で取付けられている。回転アノード200とトリガ組立体100のカソード106との間には、システムの要求される動作特性に応じて約1ナノフラッドから約1マイクロフラッドのキャパシタンスを提供するために離間された取付け板21、23の間に1個以上のコンデンサ20が取付けられている。コンデンサ20は、並列に接続された一対の略円盤状コンデンサ20a、20bを含む(図9、図10及び図17)。
【0012】
トリガ組立体100は、略環状のトリガ電極120を有し、このトリガ電極は、図7において最も良く示されているように、先端103がカソード106に係合した円錐形部材102を同心的に取り囲んでいる。電極120及び円錐形部材102は、図5及び図7において最も良く示されているように、円錐形状のガス充填チャンバ129を画定している。また、ノズル106は、円錐形状の出口穴107を備えている。電源24(図1)からの負の電圧がトリガ電極120と円錐部材102との間に印加され、それらの間のトリガチャンバ129内において不活性ガスのイオン化が引き起こされ、プラズマと自由電子が発生される。ガスは、典型的には、チャンバ129に供給される、アルゴン等の不活性ガス、又はその他の種類のガス(例えば、窒素)や混合ガスとすることができる。チャンバ内で気体放電が起きると、自由電子とプラズマが穴60(図7及び図7A)と、カソードノズル106の開口先端107を介してカソードとアノードとの間の空隙内に拡散し、接地されたアノード組立体200に向かう。電子は、パルス化電源22からカソードとアノードとの間に印加された高電圧によって提供された電界によって加速される。電子がアノードに衝突すると、アノード材料である銅(他のアノード材料も採用できる)からアノードプラズマが発生され、これはカソードに向かって拡散する。両方のプラズマが出会うと、接地されたアノードと負の高電圧のカソードとの間のコンデンサ20の放電が開始される。放電工程の間、電流は数ナノ秒の間に急速に増加し、電流ピンチ効果により、小さいサイズのプラズマ領域がカソードとアノードとの間に形成され、そこで、プラズマの温度が上昇し、プラズマ内の銅イオンと原子が多重イオン化される。これにより、点源サイズの軟X線が発生され、トリガ電極組立体100の出口ポート又は窓105(図5及び7)を通してチャンバ12内に出ていく。チャンバ12は、放射線に対して透明な窓(窓19等)を備えることができ、これにより、カソードと回転アノードとの間で発生された軟X線を外部で収束し、種々の用途のために採用することを可能にする。
【0013】
トリガ組立体100のアノード組立体200に対しての関係は図5及び図8に示され、図2にも示されているカソード構造体は、部分的に、フェノール製の絶縁板16によってチャンバ12内に取付けられている。絶縁板16は、カソード組立体をチャンバ本体14の後部壁13に対して絶縁状態で取付けるための穴15を備えている。一対のブラケット33、35(図8)が絶縁体16から延びており、トリガハウジング110を所定の位置でクランプする。導電板23(図8〜図10)がコンデンサ20a、20bに接続されると共に、図8で分かるように、トリガ組立体100のハウジング110に固定されている。後述のように、残りの導電板21は、コンデンサ20a、20bの反対側に接続されると共に、回転アノード組立体200の導電性端部軸受け228に接続されている。本システムの主要な構成部品とその動作について簡単に説明したが、次に、トリガ組立体、そして回転アノード組立体の幾何学的形状についての詳細な説明を図5〜図7に関連して行う。
【0014】
トリガ組立体は、図5〜図7に最もよく示されており、流体(油等)によって冷却されたトリガハウジング110を有しており、その内部にはトリガ電極120を取り囲むと共にこれに対向する環状のフィン付き油冷却チャンネル126が形成されている。冷却チャンネルには、入口111を介して油等の冷却流体が供給される。出口112は、チャンバ11の外部で冷却された冷却油を受け入れるために、密閉ハウジングを貫通する流路を提供する。油流入ホース(不図示)がハウジング110の入口111に冷却された油を供給し、油流出ホース(不図示)がハウジング110の出口112からの加熱された油を、外部で冷却するためにチャンバ導管46内の密閉カップリングを介して戻す。
【0015】
トリガハウジングの後部カバー116は、固定具119及び密閉Oリング114によってトリガハウジング110に密閉可能に取付けられている。カバー116は、密閉された組立体によって画定されたチャンバ129の内部に不活性ガスを供給する不活性ガス入口118を備えている。トリガ電極120に印加される負の電圧は、絶縁体123内の導体117を介して印加される。導体117はトリガハウジング110(図7)を貫通して延在し、リング形状のトリガ電極120に接続される。トリガ電圧は、約−0.5kvから約−10kvの相対的パルス化負電圧をカソード106と電極120との間に印加するために、リング形状のトリガ電極120まで延在する導体117(図7)を通して印加される。
【0016】
トリガ電極120は、後側絶縁体122、前側絶縁体124及び絶縁体123によってハウジング110から絶縁されている。これらの絶縁体は全て、一連のOリング130、132、134によってトリガチャンバ104内に密閉可能な係合状態で取付けられている。Oリング115は、トリガ前部カバー128をトリガハウジング110に密閉可能に接続するものであるが、固定具136(図6及び図7)等の適切な固定具によって所定の位置に保持されている。カソードトリガノズル106(カソードを形成)は、ノズル保持円板108及び前側取付け板128内のねじ付き穴内に固定される適切な固定ねじ109によってトリガ前部カバー128に固定されている。約0.010インチから約0.150インチの僅かな空隙「g」が円錐部材102とトリガ電極120との間に存在している。高電圧が導体117を介してトリガ電極120と円錐部材102との間に印加されると、図7Aで最も良く示されているようにカソード内の1個以上の放射状に離間された穴60を通して真空チャンバ11と連通するチャンバ129内にプラズマが形成される。図7にも示されている穴60は、チャンバ129とカソードノズル106の開口107との間を連通しており、図7Aに示すように、カソードノズル106は、前側取付け板128への取付け(図7に示す)を容易にするために環状の取付けフランジ64を備えている。本発明の好適な一実施形態では、穴60は120°の間隔で等しく離間されており、約0.030インチの直径を有し、ノズル開口107は、0.040インチの内径を有していた。用途によっては、円錐形チャンバ129内に含まれるプラズマをカソード106の出口穴107に供給するためにより多くの又はより少ない数の穴60を設けてもよい。トリガ電極組立体100のチャンバ129内にプラズマが形成されると、そのプラズマは、チャンバ11内の負圧によって穴107を通して、回転アノード組立体200に向かって外側に吸引され、アノード202(以下に記載)の縁204(図5及び図8)に達する。約1mmから約6mmの間隔「S」(図5)がカソード106の先端とアノード202の位置合わせされた縁204との間に形成されている。
【0017】
図8は、組み立てられた状態のトリガ組立体100の斜視図を示す。図8は、コンデンサ20a、20bの取付けを示し、一方の取付け板23は固定具127(図9)によってトリガ前部カバー128の縁に取付けられており、残りの取付け板21は、下記のように導電性軸受けを介して回転アノード組立体200を支持している。
【0018】
トリガ組立体は、油で冷却された後部ハウジング116及び主ハウジング110の円錐状内壁121(図7)から離間された第2の円錐部材102を有する。円錐部材102も比較的熱いままとなり、油で冷却されたハウジングによって影響されず、ゴミがカソード106に隣接する円錐部材102の穴を詰まらせるのを防ぐ。ベリリウム製の窓19は、典型的には約3から約20ミクロン、好ましくは、約8から約10ミクロンの厚さを有し、チャンバ11内で発生される軟X線に対しては適度に透明である。窓105が、ねじ付き固定具101によって所定の位置に保持された環状の取付けリング125によって後部ハウジング116の開口穴の所定の位置に保持されている。トリガ組立体について述べたが、次に回転アノード組立体についての説明を図5、図8及び図10〜図16と関連して行う。
【0019】
回転アノード組立体200は、銅や他の適切な金属で作られた略円形の円盤状アノード202を有する。アノード202は、図14に最もよく示されるように、アノード202の本体の交差し互いに接近する壁206、208の平坦な頂部に形成された外周縁204を有する。アノード202は、一方の側に外周リム215によって画定された凹部210を備え、中央の円盤状壁211によって分離された反対側に外周リム219によって画定された同様の凹部212を備えている。アノード202は、カップ形状の第1の端壁220と第2のカップ形状の端壁230との間に密閉可能に保持されており、これらの端壁は、それぞれリム219、215(図16)内で延在すると共に、それらに対してOリング222、232によってそれぞれ密閉されている。端壁230は、中空の駆動軸312のねじ付き端311(図15)を受け入れるねじ付き穴240を備えている。後で述べるように水等の冷却流体が、中空の駆動軸312と同心の供給導管332を通して導入され、壁211内の中央開口又は穴213を介して部材220、230間のキャビティ210、212によって画定されたチャンバ内に流れることができる。そのような冷却のために、複数の離間された穴214(図11〜図14)が所定の角度間隔で形成されており、その穴は、互いに接近する壁206、208に沿っているとともにそれらに平行であり、それらから内側に離間されている。穴214は、約0.113インチの内径を有し、縁204の直ぐ近くにクーラントのための流路を提供する。穴214は、アノード202の壁211の周縁の周りに延在すると共に、縁204の近くで延在し、圧力下においてキャビティ212から穴213を通して、また穴214を通してキャビティ210へ水が流れるのを促進し、アノードを、通常到達する温度よりもはるかに低い動作温度に維持できる。壁206、208は、約45°で互いに接近し、縁204において約90°の角度を形成する。壁206、208が本体211につながっている箇所での略三角状の周縁の厚さは約0.5インチである。アノードは,図5及び図8に最も良く示されているように、縁204が上記のようにカソードトリガノズル106の先端から約1mmから約6mm離間されており、穴107を通して引き出されたプラズマは、アノードの高いレベルに充電された縁204に衝突して金属イオンを作る。この金属イオンはその後集まってピンチ領域を作り、前述のように軟X線を発生する。一実施形態では、アノード202は約4.9インチの外径を有しているが、外径が異なる他のアノードを使用してもよい。
【0020】
密閉された中空のアノード組立体200の端壁220、230がアノード202に取付けられる。このアノードは、アノードを壁230に取り付けるために端壁230の内側表面上の等間隔で離間された3個のねじ付き穴217(図16)にねじ込まれる押さえねじを受け入れるための等間隔で離間された3個のリセス付き穴216を有している。一方、アノードは、端壁220をアノード202に密閉係合状態で取り付けるための六角ボルト223(図9及び図16)を収容する等間隔で離間された散在する3個のねじ付き穴218を有している。端壁220は、めくら取付けボス224を有しており、このボスには、板21に取り付けられる導電性軸受け228のねじ付き軸端226(図16)を受け入れるために内側にねじが形成されている。軸受け228は、プレート21を受けると共にねじ付きナット233によってプレート21に固定される内側にねじを形成したスタブ軸229を備えている。したがって、軸226は、図8にも示されているように、導電性軸受けの固定された本体228及びスタブ軸229に対して回転できる。アノード組立体200及びその一端での、固定で接地された板21への回転可能な取付けについて述べたが、次に、回転駆動軸312と、そのX線発生器10のチャンバ12の本体14への取り付けについて図15及び図16に関連して説明する。
【0021】
次に、回転アノード組立体200に接続された回転駆動軸312のための駆動システムについて図15及び図16に関連して説明する。アノード202を最大で1500rpmで回転させるためだけでなく、中空の駆動軸312を通してアノード202に水等の冷却流体を供給するために組立体300が採用されている。流体の供給は水道水とし、戻った流体を排出することができ、用途によっては、クーラントを循環させ、熱せられたクーラントを再循環のために冷却機に戻すことができる。これは図15と図16に示す構造によって達成されるが、この構造は、冷却流体供給チューブ332を離間し且つ同心で収容するための長手方向に延在する中央穴314を有する中空の駆動軸312を有する。この軸312は、図16に示すように水供給ユニオン331の回転取付け具336を受け入れるねじを形成した端部313を備える。また、駆動軸312は、ステータ324を含むモータのロータ322をセンタリングするために領域315に沿ってスプラインが形成されている。ロータ322は軸受け321、323の間に取付けられると共に、エポキシを用いて領域315内において軸312に固定されている。ロータの固定は、ハウジング310のリセス333内において一端で行われ、モータハウジング部320内のリセス334まで行われる。また、駆動軸312は、軸312に対して長手方向の位置を合わせた状態で軸受け321、323を固定するためのスナップリングを受け入れる円周方向のスナップリング穴317を備える。軸312は、フェルール流体軸受けを通して延在するため、端部311に向かってその直径が増大している。フェルール流体軸受けは、例えば、Ferrotec Corporation(Model No.HS−1500−SLFBC)から入手可能である。この真空軸受け360は、ハウジング310内に取付けられ、軸312と共に回転するクランプ362によって所定の位置に保持されている。また、軸312は、軸312に対して長手方向の位置を合わせた状態で軸受け321を固定するための円周方向に延在するスナップリング穴319を備える。軸方向に位置合わせされたモータ325のステータ324は、図16に示すように、ハウジング310のリセス339及びハウジング320のリセス337内に嵌まっている。
【0022】
クーラント供給チューブ332は、図16に示すように、ユニオン331内にねじ込まれる第1のねじ付き端335を備え、入口コネクタ340を介して水等の冷却流体を受け入れる。固定の同心チューブ332が、一端においてユニオン331に結合され、アノード202内の穴213を通して延在していることにより、チューブ332の外径と回転駆動軸312の穴314の内径との間の環状空間に対して、長手方向に沿って離間するよう位置合わせされて保持される。必要な場合、供給チューブ332の端部338と穴213との間に従来のブッシュ221(図5及び図15)が設けられる。ユニオン331は、例えば、イリノイ州ノースブルックのDeublin Companyによって製造されている入手可能な回転ユニオン(Model 57シリーズ)である。ハウジング330のフランジ345は、ハウジング330、320、310を互いに固定するために従来の方法でハウジング320を貫通して延在してハウジング310内に達する、ボルト又は押さえねじ347(図16)等の固定具を受け入れる。一方、六角ボルト等の他の適切な固定具が、組立体300をチャンバ12の本体14に固定するためにフランジ50内の穴を貫通して延在している。
【0023】
コンデンサ20のための負電源22(図1)は、コンデンサを、パルストリガ電圧の周波数と少なくとも同じ程度に速い(又はそれよりも僅かに速い)速度で充電する。電源は、トリガパルス速度と同じ周波数でなければならない。それらは、2つの信号の間に時間遅れが生じるようにコントローラ(図17)によって同期される。主パルスが最初にコンデンサを所定の電圧まで充電し、それにトリガパルスが続き、トリガがトリガ組立体のチャンバ129内のプラズマを放電させると直ぐに、完全に充電されたコンデンサ20がアノード縁204とカソード106と間の空隙「S」(図5)内のプラズマを通して放電し、チャンバ11内において軟X線を発生する。そして、X線発生器のX線放射に対して透明な出口ポート40又は窓19のX線フィルタを介してX線がトリガ組立体から送出される。チャンバ11は、発生器10の外部において収束され、その後リソグラフィー、結晶構造解析、放射線写真術等において従来の方法で使用される軟X線を送出するために、窓19(図1)等の複数の類似の窓をハウジング12の周りの種々の位置に有していてもよい。
【0024】
放電の速い繰り返し速度を達成するために、500ボルトの直流(図17)電源によってコンデンサClと20を約−3kvから約−20kvに高速で充電する必要がある。この目的のために、図17に概略的に示す様な2段共振充電回路が使用される。第1段階は、インダクタL1を通してコンデンサClを1000ボルトに共振によって充電し、第2段階は、昇圧変圧器T1を使用し、インダクタL1を通してコンデンサClからコンデンサ20を共振によって充電する。パルサは、C1の負電圧を検出することによって、真空チャンバ内において短絡回路が20を短絡させたことをコントローラ(マイクロプロセッサを含む)に知らせることができる。コントローラは、パルサにパルスを供給することを停止して、可能性のある充電回路の損傷を阻止する。所望の出力電力のために真空放電を制御された高い繰り返し速度で行うためには、最大で100kHzまでの高い繰り返し速度を制御して供給できるコントローラとパルサモジュールの柔軟な設計が望ましい。単一のパルサ回路から複数の充電速度を得るためには、多重化した複数のパルサが使用される。
【0025】
当業者であれば、本明細書で記載したような本発明の好適な実施形態に対する種々の変更を、添付の特許請求の範囲に定義された発明の精神又は範囲から逸脱することなく行えることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明を具体化した軟X線発生器の概略図。
【図2】図1に示す真空チャンバ内に収容された構成部品と軟X線発生器ハウジングの斜視図であり、一部が仮想線で描かれている。
【図3】図2に示すX線発生器の右立面図。
【図4】図2及び図3に示すX線発生器の正面立面図。
【図5】図2及び図4に示すアノード及びトリガ組立体の断面図。
【図6】図5に示すトリガ組立体の分解斜視図。
【図7】図5に示す組み立てられた状態のトリガ組立体の拡大断面図。
【図7A】カソードの正面図。
【図8】チャンバから取外したアノード組立体、モータ組立体及びトリガ組立体の斜視図。
【図9】アノード組立体及びトリガ組立体の正面立面図。
【図10】カソード組立体の背面立面図。
【図11】図1、図2、図5及び図8に示す回転アノード組立体の分解斜視図。
【図12】図4に示すアノードの斜視図。
【図13】図12に示す回転アノードの正面立面図。
【図14】図1、図2及び図13に示す回転アノードの図13の断面線XIV−XIVに沿う断面図。
【図15】アノードのための駆動及び冷却システムの分解図。
【図16】図15の組立済み構造体の縦断面図。
【図17】本発明の軟X線発生器と共に用いる高電圧電源の概略電気回路図。
【符号の説明】
【0027】
10 X線発生器
12 チャンバ
20 コンデンサ
100 トリガ電極組立体
106 カソード
200 アノード組立体
【特許請求の範囲】
【請求項1】
X線発生器であって、
アノード組立体を収容する真空チャンバと、
カソードを備えたトリガ組立体とを有し、
前記カソードが、前記アノードに対向する出口穴を備えた円錐形状ノズルを備えているX線発生器。
【請求項2】
前記トリガ組立体は、前記ノズルに対して絶縁された関係で取り付けられた環状のトリガ電極を備えている、請求項1に記載のX線発生器。
【請求項3】
前記トリガ電極に対して離間され絶縁された関係で取付けられた円錐部材を更に有し、前記前記円錐部材と前記トリガ電極との間にプラズマチャンバを画定した、請求項2に記載のX線発生器。
【請求項4】
前記カソードは、前記出口穴と前記プラズマチャンバとの間に延在する少なくとも1個の追加の穴を備えている、請求項3に記載のX線発生器。
【請求項5】
前記プラズマチャンバは略円錐形である、請求項4に記載のX線発生器。
【請求項6】
前記出口穴は、前記円錐部材内の空間と連通している、請求項5に記載のX線発生器。
【請求項7】
前記アノードをトリガ組立体の前記カソードに対して回転し、X線発生器の動作中にアノードの異なる部分をカソードに晒す駆動装置を更に有し、前記駆動装置は、前記アノードのための液体クーラントの供給源を備え、前記アノードは、前記カソードと対向する縁において終わる互いに接近する外側壁を備え、前記アノードは、前記外側壁に対して平行で離間した関係で延在するクーラント穴を備えている、請求項6に記載のX線発生器。
【請求項8】
前記アノードは略円盤状で、前記縁が前記カソードと対向している、請求項7に記載のX線発生器。
【請求項9】
前記アノード組立体は、前記アノードの両側を密閉可能に取り囲んで内部空間を画定する一対のカップ形状のエンドプレートを備えている、請求項8に記載のX線発生器。
【請求項10】
前記穴は、前記外側壁の領域において前記アノードの一方の側から前記アノードを貫通して反対側に延在しており、前記外側壁を通して冷却流体が流れること可能にする、請求項9に記載のX線発生器。
【請求項11】
前記アノード組立体の前記内部空間に接続された冷却流体源を有し、前記冷却流体源は、前記アノードを回転するために前記アノード組立体に接続された中空の駆動軸を備えると共に、冷却流体が前記内部空間へ流入すると共にこれから排出されることを可能にするために、クーラント流体を前記内部空間に供給するための内側クーラント供給導管と、前記内部空間からのクーラントの排出のための環状の通路を提供する前記内側クーラント供給導管と駆動軸との間の同心外側導管とを備えている、請求項10に記載のX線発生器。
【請求項12】
前記駆動軸を回転するための駆動モータを更に有し、前記駆動軸とクーラント供給導管は、前記駆動モータのロータを貫通して延び、回転型クーラント供給ユニオンに接続されている、請求項11に記載のX線発生器。
【請求項13】
軟X線発生器であって、
アノードを備えたアノード組立体、及びこのアノード組立体と離間して取付けられカソードを備えたトリガ組立体を収容するチャンバと、
前記アノードを前記カソードに対して回転し、X線発生器の動作中にアノードの異なる部分をカソードに晒す駆動装置とを有し、
前記駆動装置は、前記アノードのための液体クーラントの供給源を備え、前記アノードは、前記カソードと対向する縁において終わる互いに接近する外側壁と、前記外側壁に対して平行で離間した関係で延在する収束するクーラント穴を備えている、軟X線発生器。
【請求項14】
前記アノードは略円盤状で、前記縁が前記カソードと対向している、請求項13に記載の軟X線発生器。
【請求項15】
前記アノード組立体は、前記アノードの両側を密閉可能に取り囲んで内部空間を画定する一対のカップ形状のエンドプレートを備えている、請求項14に記載の軟X線発生器。
【請求項16】
前記穴は、前記外側縁の領域において前記アノードの一方の側から前記アノードを貫通して反対側に延在しており、前記縁に隣接する前記外側壁を通して冷却流体が流れること可能にする、請求項15に記載の軟X線発生器。
【請求項17】
前記アノード組立体の前記内部空間に接続された冷却流体源を有し、前記冷却流体源は、前記アノードを回転するために前記アノード組立体に接続された中空の駆動軸を備えると共に、冷却流体が前記内部空間へ流入すると共にこれから排出されることを可能にするために、クーラント流体を前記内部空間に供給するための内側クーラント供給導管と、前記内部空間からのクーラントの排出のための環状の通路を提供する前記内側クーラント供給導管と駆動軸との間の同心導管とを備えている、請求項16に記載の軟X線発生器。
【請求項18】
前記駆動軸を回転するための駆動モータを更に有し、前記駆動軸とクーラント供給導管は、前記駆動モータのロータを貫通して延び、回転型クーラント供給ユニオンに接続されている、請求項17に記載の軟X線発生器。
【請求項19】
軟X線発生器であって、
アノードを備えたアノード組立体を収容する真空チャンバと、
前記チャンバ内において前記アノード組立体と離間して取付けられると共にカソードを備えたトリガ組立体と、
前記アノードを前記トリガ組立体の前記カソードに対して回転し、X線発生器の動作中に前記アノードの異なる部分を前記カソードに晒す駆動装置を有し、
前記トリガ組立体は、前記カソードに結合された細い先端を有する円錐形状の部材を備えている、軟X線発生器。
【請求項20】
前記トリガ組立体は、前記円錐形状部材を取り囲むと共にこれから離間された環状トリガ電極を備えている、請求項19に記載の軟X線発生器。
【請求項21】
前記円錐形状部材の外部と前記トリガ電極の内部との間の空間がプラズマ形成チャンバを画定する、請求項20に記載の軟X線発生器。
【請求項22】
前記カソードは、前記アノードに対向する出口穴を有する円錐形状のノズルを備えている、請求項21に記載の軟X線発生器。
【請求項23】
前記カソードは、前記出口穴を前記チャンバに接続する少なくとも1個の穴を備えている、請求項22に記載の軟X線発生器。
【請求項24】
軟X線発生器のためのパルス化電源であって、
第1及び第2の共振コンデンサ充電ステージと、
前記第1のステージと前記第2のステージとの間に接続された昇圧変圧器とを有するパルス化電源。
【請求項25】
第1のコンデンサを所定の周波数で充電及び放電するために前記第1の共振充電ステージに接続されたコントローラを更に有する、請求項24に記載のパルス化電源。
【請求項26】
前記第2の共振コンデンサ充電ステージは、前記チャンバ内に配置された少なくとも1個のコンデンサを備えている、請求項25に記載のパルス化電源。
【請求項27】
軟X線発生器であって、
導電性材料製の真空チャンバと、
前記チャンバに電気的に接続されたアノードを備えたアノード組立体と、
前記アノード組立体に対して絶縁され離間された関係で前記真空チャンバに取付けられカソードを備えたトリガ組立体と、
前記アノードと前記カソードとの間に接続された放電コンデンサと、
前記アノードを支持するために前記チャンバ、前記放電コンデンサの片側のプレート、及び前記アノードに電気的に接続された取付け板とを有する軟X線発生器。
【請求項28】
前記アノードをトリガ組立体の前記カソードに対して回転し、X線発生器の動作中にアノードの異なる部分をカソードに晒す駆動装置を更に有する、請求項27に記載の軟X線発生器。
【請求項29】
前記アノードは、前記取付け板に向かって延在する軸を備え、前記取付け板は、前記アノードを回転可能に支持する軸受けを備えている、請求項28に記載の軟X線発生器。
【請求項30】
前記アノード組立体は、前記アノードの両側を密閉可能に取り囲んで内部空間を画定する一対のカップ形状のエンドプレートを備えている、請求項29に記載の軟X線発生器。
【請求項31】
前記アノード組立体の前記内部空間に接続された冷却流体源を有し、前記冷却流体源は、前記アノードを回転するために前記アノード組立体に接続された中空の駆動軸を備えると共に、冷却流体が前記内部空間へ流入すると共にこれから排出されることを可能にするために、クーラント流体を前記内部空間に供給するための内側クーラント供給導管と、前記内部空間からのクーラントの排出のための環状の通路を提供する前記内側クーラント供給導管と駆動軸との間の同心導管とを備えている、請求項30に記載の軟X線発生器。
【請求項32】
前記駆動軸を回転するための駆動モータを更に有し、前記駆動軸とクーラント供給導管は、前記駆動モータのロータを貫通して延び、回転型クーラント供給ユニオンに接続されている、請求項31に記載の軟X線発生器。
【請求項33】
軟X線発生器であって、
アノード組立体を収容する真空チャンバと、
カソードを備えたトリガ組立体とを有し、
前記カソードは、前記アノードに対向する出口穴を備えた円錐形状のノズルを備えている軟X線発生器。
【請求項34】
前記トリガ組立体は、前記ノズルに対して絶縁された関係で取り付けられた環状のトリガ電極を備えている、請求項33に記載の軟X線発生器。
【請求項35】
前記トリガ電極に対して離間され絶縁された関係で取付けられた円錐部材を更に有し、前記前記円錐部材と前記トリガ電極との間にプラズマチャンバを画定した、請求項34に記載の軟X線発生器。
【請求項36】
前記カソードは、前記出口穴と前記プラズマチャンバとの間に延在する少なくとも1個の追加の穴を備えている、請求項35に記載の軟X線発生器。
【請求項37】
前記プラズマチャンバは略円錐形である、請求項36に記載の軟X線発生器。
【請求項38】
前記出口穴は、前記円錐部材内の空間と連通している、請求項37に記載の軟X線発生器。
【請求項39】
前記アノードをトリガ組立体の前記カソードに対して回転し、X線発生器の動作中にアノードの異なる部分をカソードに晒す駆動装置を更に有し、前記駆動装置は、前記アノードのための液体クーラントの供給源を備え、前記アノードは、前記カソードと対向する縁において終わる互いに接近する外側壁を備え、前記アノードは、前記外側壁に対して平行で離間した関係で延在するクーラント穴を備えている、請求項38に記載の軟X線発生器。
【請求項40】
前記アノードは略円盤状で、前記縁が前記カソードと対向している、請求項39に記載の軟X線発生器。
【請求項41】
前記アノード組立体は、前記アノードの両側を密閉可能に取り囲んで内部空間を画定する一対のカップ形状のエンドプレートを備えている、請求項40に記載の軟X線発生器。
【請求項42】
前記穴は、前記外側壁の領域において前記アノードの一方の側から前記アノードを貫通して反対側に延在しており、前記外側壁を通して冷却流体が流れること可能にする、請求項41に記載の軟X線発生器。
【請求項43】
前記アノード組立体の前記内部空間に接続された冷却流体源を有し、前記冷却流体源は、前記アノードを回転するために前記アノード組立体に接続された中空の駆動軸を備えると共に、冷却流体が前記内部空間へ流入すると共にこれから排出されることを可能にするために、前記クーラント流体を前記内部空間に供給するための内側クーラント供給導管と、前記内部空間からのクーラントの排出のための環状の通路を提供する前記内側クーラント供給導管と駆動軸との間の同心外側導管とを備えている、請求項42に記載の軟X線発生器。
【請求項44】
前記駆動軸を回転するための駆動モータを更に有し、前記駆動軸とクーラント供給導管は、前記駆動モータのロータを貫通して延び、回転型クーラント供給ユニオンに接続されている、請求項43に記載の軟X線発生器。
【請求項1】
X線発生器であって、
アノード組立体を収容する真空チャンバと、
カソードを備えたトリガ組立体とを有し、
前記カソードが、前記アノードに対向する出口穴を備えた円錐形状ノズルを備えているX線発生器。
【請求項2】
前記トリガ組立体は、前記ノズルに対して絶縁された関係で取り付けられた環状のトリガ電極を備えている、請求項1に記載のX線発生器。
【請求項3】
前記トリガ電極に対して離間され絶縁された関係で取付けられた円錐部材を更に有し、前記前記円錐部材と前記トリガ電極との間にプラズマチャンバを画定した、請求項2に記載のX線発生器。
【請求項4】
前記カソードは、前記出口穴と前記プラズマチャンバとの間に延在する少なくとも1個の追加の穴を備えている、請求項3に記載のX線発生器。
【請求項5】
前記プラズマチャンバは略円錐形である、請求項4に記載のX線発生器。
【請求項6】
前記出口穴は、前記円錐部材内の空間と連通している、請求項5に記載のX線発生器。
【請求項7】
前記アノードをトリガ組立体の前記カソードに対して回転し、X線発生器の動作中にアノードの異なる部分をカソードに晒す駆動装置を更に有し、前記駆動装置は、前記アノードのための液体クーラントの供給源を備え、前記アノードは、前記カソードと対向する縁において終わる互いに接近する外側壁を備え、前記アノードは、前記外側壁に対して平行で離間した関係で延在するクーラント穴を備えている、請求項6に記載のX線発生器。
【請求項8】
前記アノードは略円盤状で、前記縁が前記カソードと対向している、請求項7に記載のX線発生器。
【請求項9】
前記アノード組立体は、前記アノードの両側を密閉可能に取り囲んで内部空間を画定する一対のカップ形状のエンドプレートを備えている、請求項8に記載のX線発生器。
【請求項10】
前記穴は、前記外側壁の領域において前記アノードの一方の側から前記アノードを貫通して反対側に延在しており、前記外側壁を通して冷却流体が流れること可能にする、請求項9に記載のX線発生器。
【請求項11】
前記アノード組立体の前記内部空間に接続された冷却流体源を有し、前記冷却流体源は、前記アノードを回転するために前記アノード組立体に接続された中空の駆動軸を備えると共に、冷却流体が前記内部空間へ流入すると共にこれから排出されることを可能にするために、クーラント流体を前記内部空間に供給するための内側クーラント供給導管と、前記内部空間からのクーラントの排出のための環状の通路を提供する前記内側クーラント供給導管と駆動軸との間の同心外側導管とを備えている、請求項10に記載のX線発生器。
【請求項12】
前記駆動軸を回転するための駆動モータを更に有し、前記駆動軸とクーラント供給導管は、前記駆動モータのロータを貫通して延び、回転型クーラント供給ユニオンに接続されている、請求項11に記載のX線発生器。
【請求項13】
軟X線発生器であって、
アノードを備えたアノード組立体、及びこのアノード組立体と離間して取付けられカソードを備えたトリガ組立体を収容するチャンバと、
前記アノードを前記カソードに対して回転し、X線発生器の動作中にアノードの異なる部分をカソードに晒す駆動装置とを有し、
前記駆動装置は、前記アノードのための液体クーラントの供給源を備え、前記アノードは、前記カソードと対向する縁において終わる互いに接近する外側壁と、前記外側壁に対して平行で離間した関係で延在する収束するクーラント穴を備えている、軟X線発生器。
【請求項14】
前記アノードは略円盤状で、前記縁が前記カソードと対向している、請求項13に記載の軟X線発生器。
【請求項15】
前記アノード組立体は、前記アノードの両側を密閉可能に取り囲んで内部空間を画定する一対のカップ形状のエンドプレートを備えている、請求項14に記載の軟X線発生器。
【請求項16】
前記穴は、前記外側縁の領域において前記アノードの一方の側から前記アノードを貫通して反対側に延在しており、前記縁に隣接する前記外側壁を通して冷却流体が流れること可能にする、請求項15に記載の軟X線発生器。
【請求項17】
前記アノード組立体の前記内部空間に接続された冷却流体源を有し、前記冷却流体源は、前記アノードを回転するために前記アノード組立体に接続された中空の駆動軸を備えると共に、冷却流体が前記内部空間へ流入すると共にこれから排出されることを可能にするために、クーラント流体を前記内部空間に供給するための内側クーラント供給導管と、前記内部空間からのクーラントの排出のための環状の通路を提供する前記内側クーラント供給導管と駆動軸との間の同心導管とを備えている、請求項16に記載の軟X線発生器。
【請求項18】
前記駆動軸を回転するための駆動モータを更に有し、前記駆動軸とクーラント供給導管は、前記駆動モータのロータを貫通して延び、回転型クーラント供給ユニオンに接続されている、請求項17に記載の軟X線発生器。
【請求項19】
軟X線発生器であって、
アノードを備えたアノード組立体を収容する真空チャンバと、
前記チャンバ内において前記アノード組立体と離間して取付けられると共にカソードを備えたトリガ組立体と、
前記アノードを前記トリガ組立体の前記カソードに対して回転し、X線発生器の動作中に前記アノードの異なる部分を前記カソードに晒す駆動装置を有し、
前記トリガ組立体は、前記カソードに結合された細い先端を有する円錐形状の部材を備えている、軟X線発生器。
【請求項20】
前記トリガ組立体は、前記円錐形状部材を取り囲むと共にこれから離間された環状トリガ電極を備えている、請求項19に記載の軟X線発生器。
【請求項21】
前記円錐形状部材の外部と前記トリガ電極の内部との間の空間がプラズマ形成チャンバを画定する、請求項20に記載の軟X線発生器。
【請求項22】
前記カソードは、前記アノードに対向する出口穴を有する円錐形状のノズルを備えている、請求項21に記載の軟X線発生器。
【請求項23】
前記カソードは、前記出口穴を前記チャンバに接続する少なくとも1個の穴を備えている、請求項22に記載の軟X線発生器。
【請求項24】
軟X線発生器のためのパルス化電源であって、
第1及び第2の共振コンデンサ充電ステージと、
前記第1のステージと前記第2のステージとの間に接続された昇圧変圧器とを有するパルス化電源。
【請求項25】
第1のコンデンサを所定の周波数で充電及び放電するために前記第1の共振充電ステージに接続されたコントローラを更に有する、請求項24に記載のパルス化電源。
【請求項26】
前記第2の共振コンデンサ充電ステージは、前記チャンバ内に配置された少なくとも1個のコンデンサを備えている、請求項25に記載のパルス化電源。
【請求項27】
軟X線発生器であって、
導電性材料製の真空チャンバと、
前記チャンバに電気的に接続されたアノードを備えたアノード組立体と、
前記アノード組立体に対して絶縁され離間された関係で前記真空チャンバに取付けられカソードを備えたトリガ組立体と、
前記アノードと前記カソードとの間に接続された放電コンデンサと、
前記アノードを支持するために前記チャンバ、前記放電コンデンサの片側のプレート、及び前記アノードに電気的に接続された取付け板とを有する軟X線発生器。
【請求項28】
前記アノードをトリガ組立体の前記カソードに対して回転し、X線発生器の動作中にアノードの異なる部分をカソードに晒す駆動装置を更に有する、請求項27に記載の軟X線発生器。
【請求項29】
前記アノードは、前記取付け板に向かって延在する軸を備え、前記取付け板は、前記アノードを回転可能に支持する軸受けを備えている、請求項28に記載の軟X線発生器。
【請求項30】
前記アノード組立体は、前記アノードの両側を密閉可能に取り囲んで内部空間を画定する一対のカップ形状のエンドプレートを備えている、請求項29に記載の軟X線発生器。
【請求項31】
前記アノード組立体の前記内部空間に接続された冷却流体源を有し、前記冷却流体源は、前記アノードを回転するために前記アノード組立体に接続された中空の駆動軸を備えると共に、冷却流体が前記内部空間へ流入すると共にこれから排出されることを可能にするために、クーラント流体を前記内部空間に供給するための内側クーラント供給導管と、前記内部空間からのクーラントの排出のための環状の通路を提供する前記内側クーラント供給導管と駆動軸との間の同心導管とを備えている、請求項30に記載の軟X線発生器。
【請求項32】
前記駆動軸を回転するための駆動モータを更に有し、前記駆動軸とクーラント供給導管は、前記駆動モータのロータを貫通して延び、回転型クーラント供給ユニオンに接続されている、請求項31に記載の軟X線発生器。
【請求項33】
軟X線発生器であって、
アノード組立体を収容する真空チャンバと、
カソードを備えたトリガ組立体とを有し、
前記カソードは、前記アノードに対向する出口穴を備えた円錐形状のノズルを備えている軟X線発生器。
【請求項34】
前記トリガ組立体は、前記ノズルに対して絶縁された関係で取り付けられた環状のトリガ電極を備えている、請求項33に記載の軟X線発生器。
【請求項35】
前記トリガ電極に対して離間され絶縁された関係で取付けられた円錐部材を更に有し、前記前記円錐部材と前記トリガ電極との間にプラズマチャンバを画定した、請求項34に記載の軟X線発生器。
【請求項36】
前記カソードは、前記出口穴と前記プラズマチャンバとの間に延在する少なくとも1個の追加の穴を備えている、請求項35に記載の軟X線発生器。
【請求項37】
前記プラズマチャンバは略円錐形である、請求項36に記載の軟X線発生器。
【請求項38】
前記出口穴は、前記円錐部材内の空間と連通している、請求項37に記載の軟X線発生器。
【請求項39】
前記アノードをトリガ組立体の前記カソードに対して回転し、X線発生器の動作中にアノードの異なる部分をカソードに晒す駆動装置を更に有し、前記駆動装置は、前記アノードのための液体クーラントの供給源を備え、前記アノードは、前記カソードと対向する縁において終わる互いに接近する外側壁を備え、前記アノードは、前記外側壁に対して平行で離間した関係で延在するクーラント穴を備えている、請求項38に記載の軟X線発生器。
【請求項40】
前記アノードは略円盤状で、前記縁が前記カソードと対向している、請求項39に記載の軟X線発生器。
【請求項41】
前記アノード組立体は、前記アノードの両側を密閉可能に取り囲んで内部空間を画定する一対のカップ形状のエンドプレートを備えている、請求項40に記載の軟X線発生器。
【請求項42】
前記穴は、前記外側壁の領域において前記アノードの一方の側から前記アノードを貫通して反対側に延在しており、前記外側壁を通して冷却流体が流れること可能にする、請求項41に記載の軟X線発生器。
【請求項43】
前記アノード組立体の前記内部空間に接続された冷却流体源を有し、前記冷却流体源は、前記アノードを回転するために前記アノード組立体に接続された中空の駆動軸を備えると共に、冷却流体が前記内部空間へ流入すると共にこれから排出されることを可能にするために、前記クーラント流体を前記内部空間に供給するための内側クーラント供給導管と、前記内部空間からのクーラントの排出のための環状の通路を提供する前記内側クーラント供給導管と駆動軸との間の同心外側導管とを備えている、請求項42に記載の軟X線発生器。
【請求項44】
前記駆動軸を回転するための駆動モータを更に有し、前記駆動軸とクーラント供給導管は、前記駆動モータのロータを貫通して延び、回転型クーラント供給ユニオンに接続されている、請求項43に記載の軟X線発生器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図7A】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図7A】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【公表番号】特表2009−512173(P2009−512173A)
【公表日】平成21年3月19日(2009.3.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−536156(P2008−536156)
【出願日】平成18年10月18日(2006.10.18)
【国際出願番号】PCT/IB2006/004052
【国際公開番号】WO2007/066239
【国際公開日】平成19年6月14日(2007.6.14)
【出願人】(508120330)アルフト インコーポレイテッド (1)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成21年3月19日(2009.3.19)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年10月18日(2006.10.18)
【国際出願番号】PCT/IB2006/004052
【国際公開番号】WO2007/066239
【国際公開日】平成19年6月14日(2007.6.14)
【出願人】(508120330)アルフト インコーポレイテッド (1)
【Fターム(参考)】
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