(57)【要約】  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。【選択図】図１
2009512173.tif 000002
【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。
【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
【図１】
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【図２】
2009512173.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009512173.tif 000009
【図７Ａ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2009512173.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
2009512173.tif 000021
2009512173.tif 000022
2009512173.tif 000023
2009512173.tif 000024