(57)【要約】【課題】ターゲット上の複数の離散的スポットに電子ビームを誘導しＸ線を形成するように構成したシステムを提供すること。【解決手段】Ｘ線を形成するためのシステム及び方法である。例示的なシステムの１つは、ターゲットと、複数の電子供給源を備えた電子放出サブシステムと、を含む。複数の電子供給源の各々は、ターゲット上にＸ線をそこから発生させる複数の離散的スポットを生成させるように構成されている。別の例示的なシステムは、ターゲットと、その各々がターゲット上に複数のスポットのうちの少なくとも１つを生成させる複数の電子供給源を備えた電子放出サブシステムと、過渡ビーム電流、ターゲットからの物質放出及び電場過渡状態から電子放出サブシステムを保護するための過渡ビーム保護サブシステムと、を含む。【選択図】図１
2008501222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を形成するためのシステム（１０）であって、
ターゲット（４６）と、
単一の電子供給源（２６）を備えた、前記ターゲット上にそこからＸ線（５０）を発生させる複数の離散的なまたは掃引型の集束スポット（４８）を生成させるように構成させた少なくとも１つの電子放出サブシステム（２０）と、
を備えるシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの電子放出サブシステムは、前記ターゲットでの前記複数のスポットの生成を選択的に許可及び抑制するための機構（３２、１０５）を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの電子放出サブシステムは、前記電子供給源からの電子ビーム放出が前記ターゲットに衝突する前に該電子ビーム放出を集束させるためのビーム集束サブシステム（４０）を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの電子放出サブシステムは、電子ビームを前記ターゲット上の前記複数のスポットに偏向させるためのビーム偏向サブシステム（４２）を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ターゲットは第１の真空容器（４７）の内部に収容されており、かつ前記少なくとも１つの電子放出サブシステムは第２の真空容器（２５）の内部に収容されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記ターゲットは、同様のＸ線強度及び分布特性を備えた複数のＸ線スポットを生成するように偏向電子ビームが複数の点でターゲットに衝突できるように構成させた複数の表面（４９、４９ａ、４９ｂ）を含んでいる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
Ｘ線を形成するためのシステム（１０）であって、
ターゲット（４６）と、
複数の電子供給源（２６）を備えた前記ターゲット上に複数のスポット（４８）を生成させるための少なくとも１つの電子放出サブシステム（１２０）であって、該複数の電子供給源は該ターゲット上に該複数のスポットのうちの少なくとも１つを生成させている少なくとも１つの電子放出サブシステムと、
前記複数の電子供給源からの電子ビーム放出が前記ターゲットに衝突する前に該電子ビーム放出を集束させるためのビーム集束サブシステム（４０）と、
を備えるシステム。
【請求項８】
前記複数の電子供給源のそれぞれは、電界エミッタ、熱電界エミッタ、タングステン・ワイヤ、被覆タングステン・ワイヤ、タングステン・プレート、光電子放出表面、ディスペンサ陰極、熱電子陰極、光エミッタ、及び強誘電性陰極からなる群のうちの１つを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
Ｘ線を形成するためのシステム（１０）であって、
ターゲット（４６）と、
複数の電子供給源（２６）を備えた前記ターゲット上に複数のスポット（４８）を生成させるための電子放出サブシステム（１２０）と、
過渡ビーム電流、前記ターゲットからの物質放出及び電場過渡状態から前記電子放出サブシステムを保護するための過渡ビーム保護サブシステムと、
を備えるシステム。
【請求項１０】
前記複数の電子供給源のそれぞれは前記ターゲット上に前記複数のスポットの少なくとも１つを生成させている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記過渡ビーム保護サブシステムは、
ターゲットのポテンシャルが低下した場合に前記複数の電子供給源のそれぞれからの電流をシンクさせること、
過渡ビーム放出の間に前記複数の電子供給源のそれぞれに対する保護を提供すること、
のうちの少なくとも一方を実行するように構成させた少なくとも１つの構造を備えている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記過渡ビーム保護サブシステムは前記複数の電子供給源のそれぞれをアルコーブ（２９）の内部に位置決めすることを含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
前記過渡ビーム保護サブシステムは前記複数の電子供給源のそれぞれと前記ターゲットとの間に延びるチャンネル（３３）を備えている、請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、その内容全体を参照により本明細書に組み込むものとする米国仮出願第６０／５７６，１４７号（２００４年５月２８日提出）の特典を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、全般的にはＸ線を形成するためのシステムに関し、さらに詳細にはターゲット上の複数の離散的スポットに電子ビームを誘導しＸ線を形成するように構成したシステムに関する。
【０００３】
Ｘ線スキャンは、医学診断、工業イメージング及びセキュリティ関連の用途で使用されている。市場で入手可能なＸ線源は、典型的には、タングステン・ワイヤから製作され高温で動作するらせん状コイルとなった従来式の熱電子エミッタを利用している。各熱電子エミッタはターゲット上の単一の集束スポットに電子ビームを放出するように構成されている。１０ｍｍ２の電子ビームサイズをもつ１０から２０ｍＡの全体電流を得るには、４．５ｅＶの仕事関数を有する金属製ワイヤから形成させたらせん状コイルを約２６００Ｋまで加熱しなければならない。タングステン・ワイヤは、その性質が堅牢であるために、最適な電子エミッタとなっている。
【特許文献１】欧州特許出願公開第０２４３２５A号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の熱電子フィラメント・エミッタを使用することには欠点がある。こうしたフィラメント・エミッタは、ビームの適正な方向制御（ｓｔｅｅｒｉｎｇ）や集束に必要な均一の放出プロフィールを有していない。さらに、電子ビーム電流が大きいと、こうしたフィラメント・エミッタの寿命が短くなる。さらに、こうしたフィラメント・エミッタでは大きな休止時電力消費が必要となり、これがより大型でより複雑な冷却アーキテクチャ、より大きなシステム容器、並びにより大きなコストにつながる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の例示的な実施形態は、ターゲットと、このターゲット上に複数のスポットを生成させるための少なくとも１つの電子放出サブシステムと、を含んだＸ線を形成するためのシステムを提供する。この少なくとも１つの電子放出サブシステムは複数の電子供給源を含み、かつこの複数の電子供給源の各々はターゲット上に複数のスポットのうちの少なくとも１つを生成させる。本システムはさらに、複数の電子供給源からの電子ビーム放出がターゲットに衝突する前に電子ビーム放出を集束させるためのビーム集束サブシステムを含む。
【０００６】
本発明の別の例示的実施形態は、ターゲットと、このターゲット上に複数のスポットを生成させるための電子放出サブシステムと、過渡ビーム電流、ターゲットからの物質放出及び電場過渡状態から電子放出サブシステムを保護するための過渡ビーム保護サブシステムと、を含んだＸ線を形成するためのシステムを提供する。この電子放出サブシステムは複数の電子供給源を含む。
【０００７】
本発明の別の例示的実施形態は、ターゲットと、複数の電子供給源を含んだ電子放出サブシステムと、を含んだＸ線を形成するためのシステムを提供する。この電子放出サブシステムは、ターゲット上にそこからＸ線が発生される複数の離散的スポットを生成するように構成されている。ターゲットは第１の真空チェンバの内部に収容されており、かつ電子放出サブシステムは第２の真空チェンバの内部に収容されている。
【０００８】
本発明の別の例示的実施形態は、ターゲット上の離散的なまたは掃引型の（ｓｗｅｐｔ）集束スポットに衝突させるように電子供給源から電子ビームを放出しこの離散的または掃引型集束スポットからＸ線を生成することを含んだ物体をＸ線スキャンするための方法を提供する。本方法はさらに、電子供給源からの電子ビームをターゲットに電子ビーム放出が衝突する前に集束させること、並びに離散的または掃引型集束スポットから生成されたＸ線を検出することを含む。
【０００９】
これらの利点及び特徴、並びにその他の利点及び特徴は、添付の図面に関連して提供した本発明の好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことによってより容易に理解できよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１及び２を参照しながら先ず、Ｘ線システム１０について説明することにする。Ｘ線システム１０は、ターゲット４６（図２）を含んだＸ線発生サブシステム１５と、検出器６０と、電子計算サブシステム８０と、を含む。方向制御可能な電子放出サブシステム２０を含むことがあるＸ線発生サブシステム１５の一部分は第１の真空容器２５内に包含されることがあり、一方ターゲット４６は第２の真空容器またはターゲット・チェンバ４７（図６）の内部に包含されることがある。Ｘ線システム１０は、高い検出率及び許容し得る偽陽性数（ｆａｌｓｅ  ｐｏｓｉｔｉｖｅｓ）による高い物品スループットに対応するように構成すること（例えば、１時間以内に１０００個以上の個別の荷物をスクリーニングすること）ができる。一方、Ｘ線システム１０は医学診断の目的で人間など生物対象をスキャンすることに対応するように構成されることがある。別法としてＸ線システム１０は、工業的な非破壊検査を実施するように構成されることがある。電子放出サブシステム２０及びターゲット４６は静止状態や回転状態となし得る検出器６０に対して静止状態とさせることがあり、あるいは電子放出サブシステム２０及びターゲット４６は静止状態や回転状態となし得る検出器６０に対して回転状態とさせることがある。
【００１１】
具体的に図２及び４を参照しながら次に、電子放出サブシステム２０を含んだＸ線発生サブシステム１５の例示的な一実施形態について説明することにする。ターゲット４６の周りに複数の電子放出サブシステム２０を配列させることがあることを理解されたい。電子放出サブシステム２０は電子供給源２６を含む。電子放出サブシステム２０内部で発生させた各電子ビームは方向制御可能である。電子放出サブシステム２０の内部において電子供給源２６は、電子放出サブシステム２０が過渡電圧及び／または電流から電子供給源２６を保護する過渡ビーム保護サブシステムの役割を果たせるように位置決めされている。さらに、電子放出サブシステム２０はターゲット・チェンバ４７（図６）内の損傷性スパッタガスから電子供給源２６を保護している。具体的には、ターゲット４６と電子供給源２６の間にチャンネル３３が延びており、過渡ビーム電流の悪影響や、物質放出の電子供給源２６やその近傍での衝突の悪影響を緩和している。過渡ビーム保護サブシステムは、ターゲット４６の電圧ポテンシャルの差が電子供給源２６やその周辺環境のポテンシャルと比べてかなり高い場合により効率よく機能する。こうした過渡ビーム保護サブシステムは、陽極またはターゲット４６のポテンシャルが低下した場合に１つまたは複数の電子供給源からの電流をシンク（ｓｉｎｋ）させると共に、過渡ビーム放出中に１つまたは複数の電子供給源に保護を提供する役割を果たす。
【００１２】
電子ビーム放出をターゲット４６上の複数の集束スポットに作用させるためには別のアーキテクチャが利用されることもあることを理解されたい。Ｘ線発生サブシステム１５に関連して記載したような方向制御可能な電子放出サブシステムを利用するのではなく、専用のエミッタ設計アーキテクチャが使用されることがある。例えば具体的に図３を参照すると、エミッタ配列１２２を有する電子放出サブシステム１２０を含んだＸ線発生サブシステム１１５を使用することがある。エミッタ配列１２２は、その各々がアルコーブ２９内部に位置決めされておりかつその各々がターゲット４６上の離散的集束スポット４８に電子ビーム４４を放出するように構成されている複数の電子供給源２６を含んでいる。図３の実施形態向けの過渡ビーム保護サブシステムは、チャンネル３３とアルコーブ２９の組み合わせを含むことがある。過渡ビーム保護サブシステムはさらに、追加的な保護機構としてガード電極（図示せず）を含むことがある。さらに、こうした過渡ビーム保護サブシステムは、（ａ）ターゲット４６のポテンシャルが低下した場合に１つまたは複数の電子供給源からの電流をシンクさせる役割と、（ｂ）過渡ビーム放出中に１つまたは複数の電子供給源に対して保護を提供する役割と、を果たす。
【００１３】
さらに、幾つかのタイプの電子供給源（すなわち、エミッタ）が利用されることがあることを理解されたい。適当な電子エミッタの例には、タングステン・フィラメント、タングステン・プレート、電界エミッタ、熱電界エミッタ、ディスペンサ陰極、熱電子陰極、光エミッタ、並びに強誘電性陰極が含まれる（ただし、これらの電子エミッタはターゲット上の複数の離散的集束スポットに電子ビームを放出するように構成させる）。
【００１４】
Ｘ線発生サブシステム１５は、ビーム集束サブシステム４０と、ビーム偏向サブシステム４２と、電子供給源２６からの電子ビームがターゲット４６に向けて放出されるのを選択的に許可及び抑制するためのピンチング（ｐｉｎｃｈｉｎｇ）電極と、を含む。こうした機構の１つは、作動時に電子ビーム４４をピンチオフするように構成させたピンチオフ・プレートまたはビーム・グリッドである。こうした機構の別の１つは、作動時に電子ビーム４４の発生を促進するように構成させた導電ゲート３２（図４）である。こうした機構のさらに別の１つは、ビームダンプ（ｂｅａｍ  ｄｕｍｐ）１０５（図２、７）である。ビームダンプ１０５は作動時に、電子ビーム４４をターゲット４６（図２、６、７）の方向にある非偏向経路２７から偏向経路２７ｃに逸らして容器内に至らせる。
【００１５】
ビーム集束サブシステム４０は、ターゲット４６に向かう経路２７（図５）に至るように電子ビーム４４を形成させかつ集束させる役割を果たす。ビーム集束サブシステム４０は、静電式集束構成要素（例えば、その各々が異なるポテンシャルのバイアスを受けている複数の集束プレート）や、磁気式集束構成要素（例えば、集束ソレノイド、偏向双極子及びビーム形成４極電磁石からなる適当な組み合わせ）を含むことがある。高次のモーメント（６極、８極、など）を発生させる電磁石は、ビームの品質を向上させるため、あるいはサブシステム４０の要素を具体的に選択したり設計する際に生じることがあるエッジ集束の影響に対処するために使用することができる。
【００１６】
ビーム偏向サブシステム４２は、経路２７からの電子を偏向経路２７ａ、２７ｂ（図５）上に方向制御すなわち偏向させ、ターゲット４６上の多数の離散的集束スポット４８（図１０）に向かわせる役割を果たす。電子ビームをターゲット４６上の複数の集束スポット４８に方向制御する能力は、必要数のＸ線集束スポットに対して使用される電子エミッタ数の低減を容易にする観点から重要となる。電子供給源２６は低電流密度の電子供給源とすることがある。ターゲット４６において低電流密度電子供給源から高電流密度のビーム４４を形成するために、ビーム集束サブシステム４０などの光学系が使用される。各離散的電子ビーム４４はターゲット４６上の集束スポット４８に衝突し、これにより対象（無生物のことも生物のこともある）をスキャンするために使用されるＸ線ビーム５０（図３）が発生する。図３に表したエミッタ配列１２２を有するＸ線発生サブシステム１１５などの電子供給源からなる配列についてはビーム偏向サブシステム４２が不要であることもあるが、依然としてビーム集束サブシステム４０を使用することもできることを理解されたい。複数の電子供給源２６を互いに隣接させて配置させると、ターゲット４６上の複数の集束スポット４８で電子ビーム衝突を発生させるために各電子供給源２６からの電子ビーム４４の方向制御は不要となる可能性がある。
【００１７】
ビーム偏向サブシステム４２は静電気式、磁気式、あるいはこれら２者の組み合わせとすることがある。例えばビーム偏向サブシステム４２は、チャンネル３３の内部に位置決めされ得る１つまたは複数の自立型導電性プレートを有する静電式方向制御機構を含むことがある。電子ビーム電流４４が電子供給源２６から放出されるに連れて、プレートは接地を基準としてかなり大きな負のポテンシャルまで帯電される可能性がある。このプレートは導電性物質から形成させることや、絶縁物質から形成させて導電性コーティングで被覆することがある。ビーム偏向サブシステム４２は、集束スポット４８（図３、１０）の形状が幅広い偏向角度の組にわたって維持できるように、別のより高次モーメントの磁界を有する磁界を補正するための磁気コア（例えば、ヘクサポール（ｈｅｘａｐｏｌｅ））を備えた磁気式方向制御機構を含むことがある。別法として磁気式方向制御機構は、磁気コアを有しないことがある。適当な磁気式方向制御機構の例には、その各々が実質的な４極モーメント並びに双極子モーメントを伴う磁界を発生させることが可能な１つまたは複数のコイル、コイル形状電磁石、及び高速切替式磁界発生マグネットが含まれる。
【００１８】
上で述べたように、各電子放出サブシステム２０は第１の真空容器２５内に包含されることがあり、一方ターゲット４６は第２の真空容器４７（図５、６）の内部に包含されることがある。第１の真空容器２５の各々はチャンネル３３を介して第２の真空容器４７から分離されている。真空容器２５、４７のそれぞれの圧力差は細径のパイプを通じた差動ポンピングを使用することにより維持可能である。例示的な一実施形態では、２つのゲートバルブ７０、７２によってそれぞれチャンネル３３を通じて第１の真空容器２５を第２の真空容器４７と接続させている。この配列によれば、任意の単一の電子供給源２６の交換が必要となった場合に、ゲートバルブ７０を閉じた状態に維持しながらゲートバルブ７２を開き真空容器２５から電子供給源２６を取り外すことが可能となる。別法として、単一のゲートバルブを用いて２つの真空容器２５、４７を分離させることもある。
【００１９】
ここで図４を参照しながら次に、図２及び３の電子供給源２６に関する例示的一実施形態について説明することにする。図４に表した電子供給源２６は、基板すなわちサブストレート２８とカーボン・ナノチューブ３６とを含む。カーボン・ナノチューブ３６は触媒パッド３４上に位置決めされており、この触媒パッド自体はサブストレート２８の表面上に配置されている。サブストレート２８はシリコンや別の同様の物質から形成されることがある。サブストレート２８の上には誘電体スペーサ３０が位置決めされる。誘電体スペーサ３０内にはウェル３５がエッチングされており、またその内部に触媒パッド３４が位置決めされている。スペーサ３０の上に位置決めされた導電性ゲート３２は、カーボン・ナノチューブ３６の先端の近傍に大きな電場を発生させる役割を果たしており、このカーボン・ナノチューブによって電子供給源２６内部の電子放出が促進される。カーボン・ナノチューブ３６は、化学蒸着法を使用することにより触媒パッド３４上に選択的に成長させることがある。アスペクト比が本質的に高いため、これらは電場放出に特によく適したものとなる。
【００２０】
別法として具体的に図８ａ、８ｂを参照すると、電子供給源としてディスペンサ陰極１２６を利用することがある。ディスペンサ陰極１２６は、多孔性のタングステン・プラグ１２９を備えた容器１２８を含むことがある。容器１２８の内部には、タングステンから形成させることが好ましいコイル１３０が位置決めされており、このコイル１３０は例えば酸化バリウム、酸化カルシウムまたは酸化スズなどの酸化物系の溶液によって囲繞されている。ディスペンサ陰極１２６とターゲット４６（図２、５、６）の間にグリッド機構１４０（図８ｂ）を配置させ、ディスペンサ陰極１２６からの電子放出のターゲット４６との衝突を許可または抑制することがある。酸化物質によりタングステン・プラグ１２９をコーティングし、これによりディスペンサ陰極１２６の仕事関数を低下させている。ディスペンサ陰極１２６を使用することの利点の１つは、仕事関数の低下によってタングステンコイル１３０に対して必要な加熱が、非被覆タングステン熱電子エミッタの場合に必要となる２５００℃ではなく１３００℃までで済むことである。さらに別の利点は市販のディスペンサ陰極１２６のコストが低いことである。酸化物質が気化して失われたときに、ディスペンサ陰極１２６を廃棄し別のものと交換することが可能である。
【００２１】
次に、図５に示したＸ線システム１０について説明することにする。複数の電子放出サブシステム２０がターゲット４６の周りに配列されている。電子放出サブシステム２０のそれぞれは第１の真空容器２５の内部にあり、一方ターゲット４６は第２の真空容器４７の内部にある。真空容器２５、４７のそれぞれは、第１の真空容器２５のそれぞれと第２の真空容器４７との間に圧力差が得られるようにポンピングを受ける。第１の真空容器２５のそれぞれはチャンネル３３を介して第２の真空容器４７と接続可能である。第１の真空容器２５と第２の真空容器４７の圧力差は、差動ポンピングの使用により維持されている。それぞれが独立の第１の真空容器２５内部にある６つの離散的電子放出サブシステム２０を図示しているが、任意の数の電子放出サブシステム２０が利用され得ることを理解されたい。ビーム偏向サブシステム４２は経路２７からの電子ビーム４４（図２、３）を偏向経路２７ａ、２７ｂの方に方向制御し、別の離散的集束スポット４８（図３）でターゲット４６と衝突させている。
【００２２】
具体的に図９、１０を参照しながら次に、ターゲット４６の例示的一実施形態について説明することにする。図９及び１０に示したターゲット４６は、ターゲット面４９、４９ａ及び４９ｂを含む。ターゲット面４９ａ及び４９ｂはターゲット面４９に対してある角度を成している。非偏向の電子ビーム４４は、ターゲット面４９に沿った集束スポット４８の位置でターゲット４６と衝突するような経路２７に従うようにしている。別法として、偏向させた電子ビーム４４は、ターゲット面４９ａまたは４９ｂに沿った集束スポット４８の位置でターゲット４６と衝突するような偏向経路２７ａまたは２７ｂに従うようにしている。ターゲット面４９、４９ａ、４９ｂは湾曲した表面とすることがあり、また互いに対してある角度を成した平坦表面とすることがある。ターゲット面４９ａ及び４９ｂの入射角は、非偏向電子ビーム４４がターゲット面４９に沿った集束スポット４８に衝突するのと同じ角度で偏向電子ビーム４４がターゲット面４９ａ、４９ｂに沿った集束スポット４８に衝突するように選択される。この方式により、ビーム偏向サブシステム４２（図２、５）はターゲット４６に沿った複数の集束スポット４８に衝突するように電子ビーム４４を偏向させることができ、これによりすべてのターゲット面４９、４９ａ、４９ｂに沿った衝突から同じＸ線エネルギースペクトルを得ること、並びに各衝突によりＸ線ビーム５０の同じ放出角度を得ることが可能である（図２、３）。
【００２３】
次に図１を参照しながら、検出器６０及び電子計算サブシステム８０について説明することにする。検出器６０は、Ｘ線発生サブシステム１５に隣接して位置決めされた検出器リングを含むことがある。この検出器リングはＸ線発生サブシステム１５からオフセットさせることがある。しかし本コンテキストにおいて「に隣接して」とは、検出器リングがＸ線発生サブシステム１５からオフセットされている、Ｘ線発生サブシステムと隣り合っている、Ｘ線発生サブシステムと同心円状になっている、Ｘ線発生サブシステムと結合されている、Ｘ線発生サブシステムと境を接している、またさもなければＸ線発生サブシステムと近接状態にあることを意味するものと解釈すべきであることを理解されたい。検出器リングは、直線状、多重スライス式、あるいは面状の検出器配列とし得る複数の離散的な検出器モジュールを含むことがある。さらに、シンチレーション・デバイスや直接変換デバイスを含め、エネルギー集積式、光子計数式あるいはエネルギー弁別式の検出器を利用することがある。検出器モジュールの例示的一実施形態は、例えば２ミリメートル×２ミリメートルなどのピッチを有する検出器セルを含んでおり、各空間次元で概ね１ミリメートルの等方性分解能を提供することができる。検出器モジュールの別の例示的実施形態は、１ミリメートル×１ミリメートルのピッチを有する検出器セルを含んでいる。
【００２４】
電子計算サブシステム８０は検出器６０とリンクさせている。電子計算サブシステム８０は、検出器６０から受け取ったデータを再構成すること、このデータをセグメント分割すること、並びに自動検出及び／またはクラス分けを実行すること、を行うように機能する。電子計算サブシステム８０の一実施形態は、その内容全体を参照により本明細書に組み込むものとする米国特許出願第１０／７４３，１９５号（２００３年１２月２２日出願）に記載されている。
【００２５】
Ｘ線システム１０の装備に関する上述の配列には幾つかの利点がある。方向制御可能な電子供給源（Ｘ線発生サブシステム１５の電子供給源など）及びターゲット面４９、４９ａ、４９ｂを利用することによって、分解能のロスを最小にしながら各電子供給源２６からの電子ビーム４４（図２）の範囲が拡大される。電子ビーム４４の範囲拡大は、ある電子供給源２６からの電子ビーム４４の一部が隣接する電子供給源２６からの電子ビーム４４の別の一部と重なり合い得るというある程度の冗長性につながることがある。さらに、冗長性が高いために動作不良の電子放出サブシステム２０がより多くあってもＸ線システム１０を使用できるため、電子ビーム４４の範囲拡大はＸ線システム１０の動作寿命を長くし、メンテナンス間隔を拡げることにつながることがある。
【００２６】
Ｘ線システム１０の別の利点は、過渡ビーム保護サブシステムを配置させることによって、過渡的真空アーク、真空放電、あるいはターゲット４６からのスピットの電子供給源２６またはその近傍への衝突が阻止されることである。チャンネル３３はより狭い経路を提供でき、スピットが電子供給源２６まで戻されるようにこの経路を通過する可能性が低くなる。さらに、アルコーブ２９によって電子供給源２６に対する任意のスパッタ損傷を最小限にすることができる。さらに、過渡ビーム保護サブシステムは、放電のためにＸ線発生サブシステム１５内部の電場が崩壊した場合に電子供給源２６からの電流をシンクさせることができる。
【００２７】
さらに、Ｘ線システム１０のアーキテクチャを使用することによって電子供給源２６の電力消費に関する懸念が軽減される、というのはその使用する電力量が熱電子電子エミッタを利用する同等のＸ線システムと比べてかなり少ないからである。従来のＸ線システムでは、集束スポット位置は互いに隣接させて位置決めされており、このため集束機構を配置させるスペースが狭くなっている。Ｘ線発生サブシステム１５の専用のエミッタ設計（図３）では、各Ｘ線スポット４８ごとに電子供給源が必要である。これらのエミッタは互いに対して極めて近くに位置決しているため、ビームを偏向させるビーム光学系を組み込むことは達成困難である。したがって例えば、１０００個のＸ線スポット４８を生成するには、１０００個の電子エミッタが必要となる。熱電子エミッタは典型的には電子放出のために概ね１０ワットの電力を必要とするため、全体の電力要件に対応することは困難である。ビーム集束サブシステム４０を使用することでより低密度の電子供給源を使用することが可能となり、かつビーム偏向サブシステム４２を使用するために単一の電子供給源から複数のＸ線スポットを可能にすることができ、かつ代替的な電子エミッタ（例えば、ディスペンサ陰極、電界放出デバイス）を使用するために休止時電力消費が低下しており、これらのすべてによって電力消費全体が低下する。
【００２８】
具体的に図１１を参照しながら次に、対象をＸ線スキャンための方法について説明することにする。工程２００では、ターゲットに隣接して複数の電子放出サブシステムが提供される。工程２０５では、過渡ビーム保護サブシステムがターゲットの周りに配列させた各電子放出サブシステムの近傍に位置決めされる。例えば、チャンネル３３、アルコーブ２９またはガード電極（図示せず）のうちの１つまたは複数を含んだ過渡ビーム保護サブシステムを使用することによってターゲット４６から各電子放出サブシステム２０、１２０を分離させることがある。過渡ビーム保護サブシステムは、過渡ビーム電流／電圧、ターゲット４６からの物質放出、並びに電場の崩壊から電子供給源２６を保護するように設計している。
【００２９】
工程２１０では、電子放出サブシステムからターゲット４６上の第１の集束スポット４８に第１の電子ビーム電流が放出される。工程２１５では、電子放出サブシステムからターゲット上の第２の集束スポット４８に第２の電子ビーム電流が放出される。電子放出サブシステム２０では、単一の電子供給源２６がこれらの電子ビーム電流の両方を送出しており、この電子ビーム電流のうちの１つが偏向を受ける。その各々が電子供給源２６からなる配列に統合されている電子放出サブシステム１２０では、各電子供給源がそれ以外の電子供給源からオフセットされているため、電子ビーム電流に対する偏向は不要である。ターゲット４６上の集束スポット４８への電流の放出は多数回とすることがあり、また所望により集束スポット４８の数に応じたＮ回実行のループとすることがあることを理解されたい。
【００３０】
最後に工程２２０では、ターゲット上の集束スポットから放出されたＸ線を計測するために検出器６０などの検出器が提供される。
【００３１】
本発明について限られた数の実施形態に関連して詳細に記載してきたが、本発明が開示したこうした実施形態に限定されないことは容易に理解できよう。それどころか本発明は、これまでに記載していないが本発明の精神及び趣旨に相応するような任意の数の変形形態、修正形態、置換形態、等価的機構を組み込むように修正することが可能である。例えば、全体として電界エミッタ及びディスペンサ陰極について記載しているが、本発明の様々な実施形態は陽極接地式、陰極接地式、または多極式の電界エミッタ及び／またはディスペンサ陰極を組み込むこともあることを理解されたい。さらに、本発明に関して様々な実施形態を記載しているが、本発明の態様は記載した実施形態のうちの一部のみを含むこともあり得ることを理解すべきである。したがって、本発明は上述の記述によって限定されるものと理解すべきではなく、添付の特許請求の範囲の趣旨によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の例示的な一実施形態に従って製作したＸ線システムの概略図である。
【図２】図１のＸ線システムで使用するためのＸ線発生サブシステムの例示的一実施形態の概略図である。
【図３】図１のＸ線システムで使用するための電子供給源配列の例示的一実施形態の概略図である。
【図４】図１のＸ線システムで使用するための電子供給源の側面像である。
【図５】図１のＸ線システムの内部にある複数の方向制御可能な電子放出サブシステムの概略図である。
【図６】図５の供給源及びターゲットの真空状態に関する概要図である。
【図７】図２の円ＶＩＩの内部にあるビームダンプ機構の拡大図である。
【図８ａ】図１のＸ線システムで使用するための代替的な供給源の斜視図である。
【図８ｂ】図８ａの電子供給源を線ＶＩＩＩａ−ＶＩＩＩａに沿って切って見た断面図である。
【図９】本発明の別の例示的実施形態に従って製作したターゲットの斜視図である。
【図１０】図９のターゲットの一部分の側面像である。
【図１１】本発明の別の例示的実施形態に従って対象からＸ線を得るための処理工程を表した図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  Ｘ線システム
１５  Ｘ線発生サブシステム
２０  電子放出サブシステム
２５  第１の真空容器
２６  電子供給源
２７  非偏向経路
２７ａ  偏向経路
２７ｂ  偏向経路
２７ｃ  偏向経路
２８  基板、サブストレート
２９  アルコーブ
３０  誘電体スペーサ
３２  導電ゲート
３３  チャンネル
３４  触媒パッド
３５  ウェル
３６  カーボン・ナノチューブ
４０  ビーム集束サブシステム
４２  ビーム偏向サブシステム
４４  電子ビーム
４６  ターゲット
４７  第２の真空容器、ターゲット・チェンバ
４８  集束スポット
４９  ターゲット面
４９ａ  ターゲット面
４９ｂ  ターゲット面
５０  Ｘ線ビーム
６０  検出器
７０  ゲートバルブ
７２  ゲートバルブ
８０  電子計算サブシステム
１０５  ビームダンプ
１１５  Ｘ線発生サブシステム
１２０  電子放出サブシステム
１２２  エミッタ配列
１２６  ディスペンサ陰極
１２８  容器
１２９  タングステン・プラグ
１３０  コイル
１４０  グリッド機構
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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