(57)【要約】本発明の概念は、ターゲット上のＸ線スポットから、電子ビームとターゲットとの間の相互作用によって生じるＸ線放射を放出するように構成されたＸ線源を制御するための方法に関し、ここにおいて、Ｘ線スポットは、Ｘ線源のＸ線光学システムの視野によって決定される。この方法は、ターゲットを提供することと、ターゲット上に電子スポットを形成し、このターゲットと相互作用してＸ線放射を発生させる電子ビームを提供することと、電子スポットにおける電力密度プロファイルの最大値が所定の限界を下回るようにかつＸ線スポットにおいてターゲットに送達される総電力が増加するように、電子ビームの幅及び総電力を調整することとを備える。【選択図】  図２ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット上のＸ線スポットから、電子ビームと前記ターゲットとの間の相互作用によって生じるＸ線放射を放出するように構成されたＸ線源を制御するための方法であって、前記Ｘ線スポットは、前記Ｘ線源のＸ線光学システムの視野によって決定され、前記方法は、
前記ターゲットを形成する液体ジェットを提供するステップと、
前記ターゲット上に電子スポットを形成し、前記ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生させるように構成された前記電子ビームを提供するステップと、
前記電子ビームの電力密度プロファイルを決定するステップと、
前記電子スポットにおける前記電力密度プロファイルの最大値が所定の限界を下回るように、そして前記Ｘ線スポットにおいて前記ターゲットに送達される総電力が増加するように、前記電子ビームの幅及び総電力を調整するステップと
を備える方法。
【請求項２】
前記電子ビームの前記幅及び総電力は、Ｘ線源性能指標が所定の閾値を下回るように更に調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｘ線源性能指標は、
前記ターゲットからの総蒸気発生量、
前記電子ビームによる前記ターゲットへの単位面積あたりの送達電力の最大値、
前記ターゲットの最高表面温度、及び
前記ターゲットの幅に沿った前記電子ビームによる単位長さあたりの送達電力の最大値
のうちの少なくとも１つに関連付けられる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記電子ビームの前記電力密度プロファイルを決定する前記ステップは、
偏向電流を前記ターゲットに対する前記電子ビームの変位に関連付ける前記Ｘ線源のスケールファクタを決定することと、
前記電子ビームの変位の範囲について前記電子ビームと前記ターゲットとの間の相互作用を示す量を測定することと、
前記量に基づいて前記電子ビームの前記電力密度プロファイルを算出することと
を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記スケールファクタを決定する前記ステップは、
スケールファクタデータベースから前記スケールファクタを受け取ること、
前記ターゲット上で前記電子ビームを変位させ、前記ターゲット上に発生するＸ線スポットの移動を測定すること、及び
所定のアパーチャ寸法を有するセンサアパーチャ上で前記電子ビームを変位させること
のうちの少なくとも１つを備える、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ターゲット幅を決定することを更に備える、請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記ターゲット幅を決定する前記ステップは、
ターゲット幅データベースから前記ターゲット幅を受け取ること、及び
前記電子ビームの前記幅を予想ターゲット幅より狭い幅に設定し、前記電子ビームの変位の範囲について前記ターゲットと前記電子ビームとの間の前記相互作用を示す前記量を測定し、前記測定された量に基づいて前記ターゲット幅を算出すること
のうちの少なくとも１つを備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記スケールファクタを決定する前記ステップは、前記ターゲット上で前記電子ビームを変位させ、前記電子ビームと前記ターゲットとの間の前記相互作用を示す前記量を測定することと、前記量及び前記ターゲット幅に基づいて前記スケールファクタを算出することとを備える、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記電子ビームと前記ターゲットとの間の相互作用を示す前記量は、前記電子ビームと前記ターゲットとの前記相互作用によって形成される後方散乱電子及び／又は放出電子を検出することに関係する、請求項４乃至８のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記電子ビームと前記ターゲットとの間の相互作用を示す前記量は、前記電子ビームと前記ターゲットとの前記相互作用によって生じるＸ線放射を検出することに関係する、請求項４乃至９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記Ｘ線源は、前記電子ビームの伝搬方向において前記ターゲットの下流に配置された電子検出器を備え、前記電子ビームと前記ターゲットとの間の相互作用を示す前記量は、
前記電子ビームの変位の前記範囲について前記電子検出器によって収集された電子を検出することに関係する、請求項４乃至１０のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記Ｘ線源は、前記電子ビームの伝搬方向において前記ターゲットの下流に配置された電子検出器を備え、前記電子検出器は、複数のセグメントを備え、各セグメントが、前記セグメントに対応するエリア内の電子を検出するように構成され、
前記電子ビームの前記電力密度プロファイルを決定する前記ステップは、
前記電子ビームを前記電子検出器に向けることと、
前記複数のセグメントか受け取った信号に基づいて前記電力密度プロファイルを算出することと、を備える、請求項３に記載の方法。
【請求項１３】
ターゲットを形成する液体ジェットを提供するように構成されたターゲットジェネレータと、
前記ターゲット上に電子スポットを形成し、前記ターゲットと相互作用して前記ターゲット上のＸ線スポットからＸ線放射を発生させる電子ビームを提供するように構成された電子源と、
コントローラと、
前記Ｘ線スポットを画定する視野を有するＸ線光学システムと、
前記電子ビームと相互作用する電子光学システムと、を備えるＸ線源であって、
前記コントローラは、前記電子ビームの電力密度プロファイルを決定するために前記電子光学システム及び前記電子源を動作させるように構成されるとともに、前記電子スポットにおける前記電力密度プロファイルの最大値が所定の限界を下回るべく、そして前記Ｘ線スポットにおいて前記ターゲットに送達される総電力が増加するべく、前記電子ビームの幅及び総電力を調整するように構成されている、Ｘ線源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で説明される発明の概念は、一般に、電子衝撃Ｘ線源に関し、特に、そのようなＸ線源を制御するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電力及び高輝度のＸ線源は、多くの分野、例えば、医療診断、非破壊試験、結晶構造解析、表面物理学、リソグラフィ、蛍光Ｘ線、及び顕微鏡法に応用されている。いくつかの用途では、得られるＸ線画像の解像度は、基本的に、Ｘ線源までの距離及びＸ線源のサイズに依存し、Ｘ線源のアノードで発生する有用なＸ線の数は、アノードに衝突する電子ビーム電流に比例する。可能な限り小さい線源から可能な限り多くのＸ線電力を抽出すること、すなわち高輝度を達成することが常に課題であった。Ｘ線放射に変換されないエネルギーは、主にターゲットにおいて熱として蓄積される。従来のＸ線管から放出されるＸ線放射の電力及び輝度を制限する主な要因は、アノードの加熱である。より具体的には、電子ビーム電力は、アノードが固体ターゲットである場合にはアノード材料が溶融しない程度に、又はアノードが液体ターゲットである場合には蒸発しない程度に制限されなければならない。
【０００３】
改良されたＸ線源が必要である。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の概念の目的は、Ｘ線源を制御するための改善された方法を提供することである。
【０００５】
本発明の概念の第１の態様によれば、Ｘ線源を制御するための方法が提供され、Ｘ線源は、ターゲット上のＸ線スポットから、電子ビームとターゲットとの間の相互作用によって生じるＸ線放射を放出するように構成される。Ｘ線スポットは、Ｘ線源のＸ線光学システムの視野によって決定され得る。この方法は、ターゲットを形成する液体ジェットを提供するステップと、ターゲット上に電子スポットを形成し、このターゲットと相互作用してＸ線放射を発生させるように構成された電子ビームを提供するステップと、電子ビームの電力密度プロファイルを決定するステップとを備える。方法は更に、電子スポットにおける電力密度プロファイルの最大値が所定の限界を下回るようにかつＸ線スポットにおいてターゲットに送達される総電力が増加するように、電子ビームの幅及び総電力を調整するステップを備える。
【０００６】
一般に、本発明の概念は、Ｘ線放射の総量が、主にターゲット上のＸ線スポットに送達される総電力によって決定されるのに対して、いくつかのタイプのターゲットについての過熱又は他の熱的に誘発される問題のリスクが、電子スポットにおいてターゲットによって吸収される電力密度の最大値によって決定され得るという認識を伴う。この状況は、例えば、ターゲットに蓄積された熱エネルギーが効率的に逃がされる（transported away）場合に有効である。液体ジェットの場合、新しい材料が連続的に供給されるため、主な制限パラメータとなるのは、全吸収エネルギーではなく、最大電力密度である。故に、液体ジェットの場合、ターゲット上の電力密度プロファイルの最大値が閾値を下回る限り、ターゲット上のどこで電子が吸収されるかは、熱負荷の観点からすると問題ではない。更に、多くのターゲット及びＸ線光学構成では、Ｘ線スポットと電子スポットとの間に厳格な一致がないことがあることが理解される。故に、Ｘ線スポットにおいてターゲットに送達される総電力が増加するように電子ビームの幅及び総電力を調整し、同時に、電子スポット全体にわたってターゲットに送達される電力密度の最大値を制限することによって、ターゲットを熱的過負荷にさらすことなく、Ｘ線放射の生成を増加させることができる。
【０００７】
Ｘ線スポット、即ちＸ線の発生のための関心領域は、Ｘ線放射が放出され、Ｘ線光学システムによって受け取られるターゲット上の表面又は体積を指し得る。故に、Ｘ線スポットは、Ｘ線源のＸ線光学によって画定及び／又は制限され得、すなわち、Ｘ線光学は、ターゲット上のＸ線スポットからＸ線放射を伝送するように構成され得る。換言すると、Ｘ線スポットは、Ｘ線光学の視野によって制限されると考えることができる。Ｘ線スポットは、追加的に又は代替的に、ターゲットのジオメトリ及び／又はＸ線光学システムに対するターゲットの向きによって画定及び／又は制限され得る。Ｘ線放射が電子ビーム方向に対して垂直に放出される円筒状のターゲットを有する実施形態は、例えば、ターゲット形状、ターゲット材料内のＸ線の有限侵入深さ、及び放出された放射とＸ線光学との間の角度関係によって画定されるＸ線スポットを有し得る。
【０００８】
電子スポットは、電子ビームがターゲットに衝突するターゲット上の表面を指し得る。電子スポットの幅は、ターゲット上の電子ビーム電力密度プロファイルの半値全幅として画定され得る。故に、ターゲット上への電子ビームの投影は、電子ビームの「スポットサイズ」又は「電子スポット」と呼ばれ得る。電子ビームは、ガウス電力密度分布を有し得る。電子スポットが、Ｘ線光学の視野に応じて、Ｘ線スポットとは異なり得ることは留意されるべきである。Ｘ線スポットは、例えば、電子スポットのサブセットを形成し得る。
【０００９】
電子ビームは、特定の電力をターゲットに送達すると考えられ得る。単位時間あたりのターゲットに送達されるエネルギーの総量として画定されることが知られている電力は、単位時間あたりの送達される電子のエネルギー及び総数（又はフラックス）によって決定され得る。ターゲットの単位面積（又は単位長さ）あたりの送達電力は、電力密度と呼ばれ得、ターゲットの電子スポット領域の単位面積あたりの平均電力を表すと考えられ得る。本開示の文脈において、「電力密度プロファイル」及び「電力密度分布」という用語は、ターゲットの特定の領域内の電力密度の局所分布を表すために互換的に使用され得る。これらの用語は、ターゲット上の電子スポットの異なる部分が異なる熱負荷にさらされ得るように、電力密度が電子ビームの断面にわたって変化し得るという事実を捉えるために導入される。
【００１０】
既に述べたように、電力密度は、電子スポットの単位面積あたりの印加電力又は単位長さあたりの印加電力を指し得る。特に液体ジェットの場合、制限要因は、熱負荷の観点からすると、単位面積あたりではなく、ジェット進行方向に対して垂直に測定された単位長さあたりの印加電力であり得る。これは、ジェット進行方向におけるターゲット材料の安定した補充のためであり、これは、蓄積された熱負荷を、電子スポットにおける最大、又はピーク、熱負荷より関心の低いものにする。換言すると、液体ジェットの場合、電子ビームの高さは、許容熱負荷を考慮するときに無視され得る。従って、電子ビームの幅又は断面積を調整することは、電力密度プロファイルに影響を及ぼし得る。更に、過熱のリスクを回避又は少なくとも低減するために、ターゲットに送達される電力密度プロファイルの最大値が所望のレベルになるように、電子ビームの総電力を調整することが好ましいであろう。
【００１１】
本発明の概念による方法は、所望の性能が維持されることを保証するために、Ｘ線源の存続期間にわたって何度も実行され得る。特に、本方法は、電子源の経時変化（aging effect）を補償するために定期的に実行され得る。いくつかのタイプの電子源は、経時的に変化する電力密度パターンを生成する傾向があることが示されており、従って、本発明の概念は、これらの変化を補償し、Ｘ線源及び／又はその構成要素が経年劣化するためＸ線源の良好な性能を維持するための技術を提供する。
【００１２】
「変位」という用語は、本開示の文脈では、例えば電子ビームの偏向として解釈され得る。
【００１３】
本開示の文脈における「設定すること」という用語は、「調整すること」を備え得、例えば、電力密度を設定するステップは、電力密度を調整するステップを備え得る。換言すると、電力密度（及び／又は電子ビーム幅、電子ビーム電力、等のようなＸ線源の任意の他の設定）は、Ｘ線源が電源オンされたときに既に設定されていてもよく、逆に、Ｘ線源が電源オンされたときにその調整が必要とされてもよい。
【００１４】
一実施形態によれば、電子ビームの幅及び総電力は、Ｘ線源性能指標が所定の閾値を下回るように調整され得る。Ｘ線源性能指標は、ターゲットからの総蒸気発生量、電子ビームによってターゲットに送達される最大電力密度、ターゲットの最高表面温度、及びターゲットの幅に沿った電子ビームによる単位長さあたりの送達電力の最大値のうちの少なくとも１つに関連付けられ得る。
【００１５】
ターゲットからの総蒸気発生量、電子ビームによってターゲットに送達される最大電力密度、ターゲットの最高表面温度、及びターゲットの幅に沿った電子ビームによる単位長さあたりの送達電力の最大値は、上記性能指標のうちの１つを決定することによって、それ以外の性能指標のうちのいずれかに関連する情報が推定され得るという意味で、相関し得る。
【００１６】
ターゲットからの総蒸気発生量は、電子ビームがターゲットと相互作用することから得られる結果であり得、例えば、ターゲットにエネルギーを送達する電子ビームがターゲットを加熱させ、これにより、ターゲットの材料を気化させ得る。総蒸気発生量は、Ｘ線源に配置された蒸気センサによって監視され、決定され得る。
【００１７】
電子ビームによってターゲットに送達される最大電力密度は、例えば、ターゲットからの蒸気発生量及び／又はターゲットの最高表面温度を表し得る。電子ビームによってターゲットに送達される最大電力密度を所定の閾値未満に保つことによって、例えば、ターゲットからの蒸気発生を制限すること及び／又はターゲットの最高表面温度を制限することが可能であり得る。ターゲットに送達される最大電力密度は、電子ビームの電力密度プロファイルを決定することによって決定され得る。
【００１８】
ターゲットの最高表面温度は、Ｘ線源に配置された温度センサによって決定され得る。最高表面温度は、代替的に又は加えて、電力密度プロファイルを決定することによって及びターゲットの材料特性を決定することによって決定され得る。
【００１９】
ターゲットの幅に沿った電子ビームによる単位長さあたりの送達電力の最大値は、例えば、ターゲットからの蒸気発生量及び／又はターゲットの最高表面温度を表し得る。ターゲットの幅に沿った電子ビームによる単位長さあたりの送達電力の最大値は、電力密度プロファイルを決定することによって決定され得る。
【００２０】
電力密度プロファイルは、電子ビーム内の位置の関数として電力密度を表し得る。電力密度プロファイルは、電子ビーム内の絶対位置の関数として絶対電力を表し得る。電力密度プロファイルは、好ましくは、電子ビームがターゲットと相互作用する位置における電力密度を表すように決定される。
【００２１】
本発明の概念の目的を達成するためには、電力密度プロファイルを二次元で決定する必要はなく、一次元のみで決定すればよい。ターゲットの幅に平行な線に沿って電力密度プロファイルを決定することによって、本発明の概念の目的が達成され得る。
【００２２】
電子ビームの電力密度プロファイルを決定するステップは、偏向電流をターゲットに対する電子ビームの変位に関連付けるＸ線源のスケールファクタを決定することと、電子ビームの変位の範囲について電子ビームとターゲットとの間の相互作用を示す量を測定することと、その量に基づいて電子ビームの電力密度プロファイルを算出することとを備え得る。
【００２３】
電子ビームの電力密度プロファイルを決定するステップは、偏向電流をターゲットに対する電子ビームの変位に関連付けるＸ線源のスケールファクタを決定することと、電子ビームの電力密度プロファイルの形状を仮定することと、電子ビームの変位の範囲について電子ビームとターゲットとの間の相互作用を示す量を測定することと、算出された電力密度プロファイルの形状が仮定された形状に近づくようにターゲット幅を調整することによって、その量に基づいて電子ビームの電力密度プロファイルを算出することとを備え得る。
【００２４】
電子ビームの電力密度プロファイルを決定するステップは、偏向電流をターゲットに対する電子ビームの変位に関連付けるＸ線源のスケールファクタを決定することと、電子ビームの変位の範囲について電子ビームとターゲットとの間の相互作用を示す量を測定することと、測定された量と、変位の全範囲にわたる測定された量の積分が電子ビーム幅から独立しているという観察とに基づいて、電子ビームの電力密度プロファイルを算出することとを備え得る。
【００２５】
次に、スケールファクタを決定するステップについて説明する。スケールファクタは、偏向電流の関数として電子ビームの変位を表す。スケールファクタは、電子ビームの加速電圧とフォーカス電流の両方に依存する。より高いフォーカス電流、すなわちより集束している電子ビームは、所与の偏向電流について電子ビームのより小さい変位をもたらす。より高い加速電圧、すなわちより高エネルギーでより高速の電子もまた、所与の偏向電流について電子ビームのより小さい変位に寄与する。
【００２６】
スケールファクタを決定するステップは、スケールファクタデータベースからスケールファクタを受け取ること、ターゲット上で電子ビームを変位させ、ターゲット上に発生するＸ線スポットの移動を測定すること、及び所定のアパーチャ寸法を有するセンサアパーチャ上で電子ビームを変位させることのうちの少なくとも１つを備え得る。対象となるのはターゲット上の電子ビームの変位に対するスケールファクタであるため、ターゲット上で電子ビームを変位させることによってスケールファクタを決定することが好ましいであろう。スケールファクタが、例えば、ターゲットとは異なる平面にあるターゲットの下流に配置されたセンサアパーチャ上で電子ビームを変位させることによって決定される場合、スケールファクタは、ターゲットの平面に変換される必要があり得る。一般に、それぞれＸ線源の偏向手段から第１及び第２の位置までの距離が異なる場合、第１の位置における電子ビームの変位を観察することによって決定されるスケールファクタは、第２の位置における電子ビームの変位を観察することによって決定されるスケールファクタと等しくないであろう。
【００２７】
スケールファクタデータベースは、Ｘ線源の複数の異なるフォーカス電流及び加速電圧に対するスケールファクタに関するスケールファクタデータを備え得る。そのようなスケールファクタデータは、例えば、特定のＸ線源のための工場セットアップの間にコンパイルされ得る。このようなデータベースは、Ｘ線源の使用中に連続的に更新され得る。
【００２８】
ターゲット上に発生するＸ線スポットの移動は、例えば、Ｘ線源からのＸ線放射を収集するように構成されたピンホールカメラを使用して測定され得る。
【００２９】
スケールファクタは、所定のアパーチャ寸法を有するセンサアパーチャ上で電子ビームを変位させるのに必要な偏向電流を測定することによって取得され得る。
【００３０】
ターゲット幅は、電力密度プロファイルを算出するときに明示的には必要とされない可能性がある。電子ビームとターゲットとの間の相互作用を示す量から、いつの電子がターゲットから散乱されるかに関する測定値が取得され得る。この測定は、幅が変更される間、電子の全フラックスが保持されるという条件で、電子ビーム幅から独立しているべきである。１００％未満の入射電子が散乱され得るため、ターゲット幅の推定値は、上記測定が、散乱している全ての電子に対応する場合に相当する幅を算出することによって取得され得る。更に、この幅は、電力密度プロファイルの決定を完了するために必要とされない可能性がある。上記測定が電子ビーム幅から独立していることは、電子ビーム幅の変化の下で変わらない積分として数学的に表され得、この数学的エンティティは、電力密度プロファイルを算出するのに十分であり得る。明示的な幅が必要とされない可能性のある実施形態は、電力密度プロファイルの形状が既知であるか、又は事前に既知であると仮定される場合である。算出された電力密度プロファイルが設定された形状に近似し、電子ビームとターゲットとの間の相互作用を示す測定された量を再現することを保証する最適化アルゴリズムが用いられ得る。ターゲット幅は、この最適化プロセス中、自由パラメータであり得る。しかしながら、ターゲット幅は、明示的には算出されない可能性がある。
【００３１】
本方法は、ターゲット幅を決定するステップを更に備え得る。
【００３２】
ターゲット幅を決定するステップは、ターゲット幅データベースからターゲット幅を受け取ること、及び電子ビームの幅を予想ターゲット幅より狭い幅に設定し、電子ビームの変位の範囲についてターゲットと電子ビームとの間の相互作用を示す量を測定し、測定された量に基づいてターゲット幅を算出することのうちの少なくとも１つを備え得る。電子ビーム幅がターゲット幅より小さいという条件で、測定される量は、電子ビームがターゲットによって完全に遮られる位置に又はその位置から変位されるときにゼロになるか又はゼロに近づき得る。電子ビーム幅を更に狭くすることによって、より鋭い推移が得られ得、故に、決定されるターゲット幅の確実性が高められ得る。
【００３３】
ターゲット幅データベースは、ターゲット幅に関するターゲット幅データを備え得る。Ｘ線源が液体ターゲットを利用する場合、ターゲット幅は、液体ターゲットを形成するＸ線源のノズル直径に基づいて推定され得る。そのような推定は、ノズルの摩耗が無視できる程度であれば、Ｘ線源の存続期間にわたって有効であり得る。更に、そのようなターゲット幅データは、例えば、Ｘ線源で使用される特定のノズルのための特定のＸ線源の工場セットアップ中、コンパイルされ得る。このようなターゲット幅データは、また、Ｘ線源の使用中に連続的に更新され得る。
【００３４】
電子ビームの幅を設定することは、電子ビームの幅及び／又は高さを調整するためのスティグマトールコイルを備える配列を介して達成され得る。スティグメータコイルは、電子ビーム断面の再成形を引き起こすこととなる四重極電磁場を提供し得る。第１の近似では、スティグマトールコイルは、ターゲット上の電子ビーム幅及び電子ビーム高さを、反対符号で同程度の量に変更し得る。故に、集束コイルと組み合わされたスティグマトールコイルは、電子ビームの幅及び高さの独立した設定を提供することができる。例として、５０μｍの直径を有する円形スポットが、８０μｍの幅及び２０μｍの高さを有する楕円形スポットに再成形され得る。再成形の有効範囲は、スティグマトールコイルによって提供される電界強度によって制限される。より大きい範囲を得るためには、より高い電界強度が必要とされる。これは、より大きいコイル及び／又はより高い電流で実現され得る。
【００３５】
液体ターゲットが使用される場合、予想されるターゲット幅は、例えば、ノズル直径及び／又は流量を考慮することによって推定され得る。固体ターゲットが使用される場合、ターゲット幅は、時間が経っても略一定であり得、故に、予想ターゲット幅は、例えば、Ｘ線源に固体ターゲットを設置するときに決定され得る。液体ジェットターゲットは、その補充性により、静止ターゲットより有利であり得る。静止ターゲットの場合、熱負荷は、経時的に蓄積される熱エネルギーによって制限され得るが、液体ジェットの場合の熱負荷は、代わりに、電力密度プロファイルの最大値又はピークによって制限され得る。
【００３６】
スケールファクタを決定するステップは、ターゲット上で電子ビームを変位させ、電子ビームとターゲットとの間の相互作用を示す量を測定することと、量及びターゲット幅に基づいてスケールファクタを算出することとを備え得る。
【００３７】
電子ビームとターゲットとの間の相互作用を示す量は、電子ビームとターゲットとの相互作用によって形成される後方散乱電子及び／又は放出電子を検出すること、及び電子ビームとターゲットとの相互作用によって生じるＸ線放射を検出することのうちの少なくとも１つに関連し得る。
【００３８】
後方散乱電子は、後方散乱電子を受け取って検出する位置に配置された後方散乱検出器によって検出され得る。後方散乱検出器は、デバイスの幾何学的形状が許す場合には電子ビームの光軸の比較的近くに位置し得、又は走査電子顕微鏡で通常行われているように、後方散乱電子の主経路に沿って光軸から離れて置かれ得る。
【００３９】
同様に、放出電子は、放出電子を受け取って検出する位置に配置された放出電子検出器によって検出され得る。後方散乱電子検出器及び放出電子検出器は、単一の同じ電子検出器であり得る。
【００４０】
Ｘ線源は、電子ビームの伝搬方向においてターゲットの下流に配置された電子検出器を備え得、電子ビームとターゲットとの間の相互作用を示す量は、電子ビームの変位の範囲について電子検出器によって収集された電子を検出することに関係し得る。
【００４１】
Ｘ線源は、電子ビームの伝搬方向においてターゲットの下流に配置された電子検出器を備え得、ここにおいて、電子検出器は、１つ又はいくつかのセグメントを備え、各セグメントは、セグメントに対応するエリア内の電子を検出するように構成され、電子ビームの電力密度プロファイルを決定するステップは、電子ビームを電子検出器に向けることと、（１つ又は複数の）セグメントから受け取った信号に基づいて電力密度プロファイルを算出することとを備え得る。単一のセグメント、すなわち一次元センサ、の場合には、ターゲットのそばの位置から並びにターゲットの中及び上に電子ビームが走査されるときの信号のコントラストが、単位長さあたりの電力の観点から電力密度プロファイルを提供し得る。
【００４２】
電子スポットが少なくとも１つの方向においてＸ線スポットより大きくなる（exceed）ように電子ビームの幅及び総電力を設定するステップは、電子ビームの上記幅がＸ線スポットの幅より大きくなるように電子ビームの幅を設定することを備え得、電子ビームの幅は、ターゲット幅に対して略平行である。
【００４３】
電子スポットが少なくとも１つの方向においてＸ線スポットより大きくなるように電子ビームの幅及び総電力を設定するステップは、電子ビームの幅が電子ビームの高さより大きくなるように電子ビームの幅を設定することを備え得、この高さは、電子ビームの幅に対して略垂直である。電子ビームの高さは、電子ビームの幅の少なくとも４分の１の大きさに設定され得る。
【００４４】
ターゲットは、液体ターゲットであり得る。ターゲットは、液体金属ジェットであり得る。
【００４５】
第２の態様によれば、Ｘ線源が提供される。Ｘ線源は、ターゲットを形成する液体ジェットを提供するように構成されたターゲットジェネレータと、ターゲット上に電子スポットを形成し、このターゲットと相互作用してターゲット上のＸ線スポットからＸ線放射を発生させる電子ビームを提供するように構成された電子源とを備え得る。更に、Ｘ線源は、コントローラと、Ｘ線スポットを画定する視野を有する少なくとも１つのＸ線光学素子又はＸ線光学システムと、電子ビームと相互作用する電子光学システムとを備え得、コントローラは、電子ビームの電力密度プロファイルを決定するために電子光学システム及び電子源を動作させ、電子スポット内の電力密度の最大値が所定の限界を下回るようにかつＸ線スポットにおいてターゲットに送達される総電力が増加するように、電子ビームの幅及び総電力を調整するように構成される。
【００４６】
第１の態様に関連して説明した特徴が別の態様にも組み込まれ得、この特徴の利点が、それが組み込まれる全ての態様に適用可能であることは認識されるであろう。
【００４７】
本発明の概念の態様によれば、Ｘ線源を制御するための方法が提供され、Ｘ線源は、ターゲット上のＸ線スポットから、電子ビームとターゲットとの間の相互作用によって生じるＸ線放射を放出するように構成され、方法は、ターゲット幅を有するターゲットを提供することと、ターゲット上に電子スポットを形成し、このターゲットと相互作用して相互作用領域内にＸ線放射を発生させるように構成された電子ビームを提供することと、電子ビームの電力密度プロファイルを決定することと、電子ビームとターゲットとの間の相互作用からの総蒸気発生量、ターゲット表面上の電子ビームの単位面積あたりの印加電力の最大値、ターゲットの表面温度、及びターゲット幅に沿った電子ビームの単位長さあたりの印加電力のうちの少なくとも１つを制限しつつ、発生するＸ線放射の量を増加させるように、電子ビームの電力密度プロファイルを設定及び／又は調整することとを備える。
【００４８】
本発明の概念の更なる態様では、Ｘ線源を制御するための方法が提供され、Ｘ線源は、ターゲット上のＸ線スポットから、電子ビームとターゲットとの間の相互作用によって生じるＸ線放射を放出するように構成され、方法は、ターゲット幅を有するターゲットを提供するステップと、ターゲット上に電子スポットを形成し、このターゲットと相互作用して相互作用領域内にＸ線放射を発生させるように構成された電子ビームを提供するステップと、電子ビームの電力密度プロファイルを決定するステップと、電子スポットが少なくとも１つの方向においてＸ線スポットより大きくなるように電子ビームの幅及び総電力を設定するステップと、電子スポット内の電力密度の最大値が所定の限界にあるように電子ビームの総電力を設定するステップとを備える。
【００４９】
電子スポットが少なくとも１つの方向においてＸ線スポットより大きくなるように電子ビームの幅を設定することは、電子スポット領域がＸ線スポットより大きくなるように電子ビームの幅を設定することを備え得る。
【００５０】
電力密度の最大値の「所定の限界」は、ターゲットのターゲット表面温度に基づき、及び／又は、ターゲット表面温度に正比例し得る。例えば、限界は、ターゲットを気化させることなくターゲットに送達されることができる最大電力であり得る。別の定義では、所定の限界は、ターゲットの表面温度を、液体ターゲットの場合にはターゲット材料の気化温度未満に、又は固体ターゲットの場合にはターゲット材料の融点未満に保ちつつ、電子スポットに送達することが可能な電力密度の最大値である。
【００５１】
ターゲットに送達される電力密度の最大値は、好ましくは、所定の限界に等しい又は近いが、それを超えないように設定される。この文脈における「近い（close to）」という用語は、電力密度の最大値が、例えば、所定の限界の少なくとも７５％、例えば、所定の限界の少なくとも９０％、例えば、所定の限界の少なくとも９５％、例えば、所定の限界の少なくとも９９％であることを備え得る。
【００５２】
本発明の概念の他の目的、特徴、及び利点は、以下の詳細な開示、添付の特許請求の範囲、並びに図面から明らかになるであろう。
【００５３】
一般に、特許請求の範囲で使用される全ての用語は、本明細書において別段に明示的に定義されない限り、技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。更に、本明細書における「第１の」、「第２の」、及び「第３の」、等の用語の使用は、いかなる順序、量、又は重要性も示すものではなく、ある要素を別の要素と区別するために使用される。「ａ／ａｎ／ｔｈｅ［要素、デバイス、構成要素、手段、ステップ、等］」への全ての言及は、別段に明示的に述べられていない限り、上記要素、デバイス、構成要素、手段、ステップ、等のうちの少なくとも１つの事例を指すものとしてオープンに解釈されるべきである。本明細書に開示される任意の方法のステップは、明示的に述べられない限り、開示される正確な順序で実行される必要はない。
【００５４】
本発明の概念、特に本発明の概念による方法は、コンピュータ実行可能な命令を記憶するコンピュータ読取可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品の形態で分散され、使用されるコンピュータ実行可能命令として具現化され得る。例として、コンピュータ読取可能な媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を備え得る。当業者にはよく知られているように、コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ読取可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータのような情報を記憶するための任意の方法又は技術で実装される揮発性と不揮発性の両方の取外し可能な及び取外し不可能な媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）、フラッシュメモリ又は他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）又は他の光ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶デバイスを含むが、これらに限定されない。更に、通信媒体が、典型的に、コンピュータ読取可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータを、搬送波のような変調データ信号又は他のトランスポートメカニズムで具現化し、任意の情報伝達媒体を含むことは当業者に知られている。
【００５５】
本発明の概念の上記の並びに追加の目的、特徴、及び利点は、添付の図面を参照して、本発明の概念の異なる実施形態の以下の実例となる非限定的な詳細な説明を通してよりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の概念による方法を利用し得るＸ線源の例を概略的に例示する。
【図２ａ】電力密度及びターゲット上の様々な領域を例示する。
【図２ｂ】電力密度及びターゲット上の様々な領域を例示する。
【図２ｃ】本発明の概念によるターゲットの断面図を例示する。
【図３】本発明の概念による方法を利用し得るＸ線源の例を概略的に例示する。
【図４】様々な電力密度プロファイルと、それらが電子ビームの幅及び総電力によってどのように影響を受けるかを概略的に例示する。
【図５】Ｘ線源を制御するための方法をブロック図で例示する。
【詳細な説明】
【００５７】
図面は、必ずしも縮尺通りではなく、一般に、本発明の概念を説明するために必要な部分のみを示し、他の部分は省略され得るか、又は単に示唆され得る。
【００５８】
本発明の概念による方法を利用し得るＸ線源１００の例を、図１を参照して説明する。例示されるＸ線源１００は、電子ビームのターゲットとして液体ジェット１１０を利用する。しかしながら、当業者によって容易に理解されるように、固体ターゲットのような他のタイプのターゲットも、本発明の概念の範囲内で同様に可能である。更に、Ｘ線源１００の開示される特徴のうちのいくつかは、例として含まれているにすぎず、Ｘ線源１００の動作に必要とは限らないであろう。
【００５９】
図１に示されるように、低圧チャンバ、又は真空チャンバ１０２は、エンクロージャ１０４と、低圧チャンバ１０２を周囲大気から分離するＸ線透過窓１０６とによって画定され得る。Ｘ線源１００は、流れ軸Ｆに沿って移動する液体ジェット１１０を形成するように構成された液体ジェットジェネレータ１０８を備える。液体ジェットジェネレータ１０８は、交差領域１１２に向かって及びそれを通って伝搬する液体ジェット１１０を形成するために、例えば液体金属のような液体が噴射され得るノズルを備え得る。液体ジェット１１０は、交差領域１１２を通って、流れ方向に対して液体ジェットジェネレータ１０８の下に配置された収集機構１１３に向かって伝搬する。Ｘ線源１００は、交差領域１１２に向けられた電子ビーム１１６を提供するように構成された電子源１１４を更に備える。電子源１１４は、電子ビーム１１６を発生させるためのカソードを備え得る。交差領域１１２において、電子ビーム１１６は、液体ジェット１１０と相互作用してＸ線放射１１８を発生させ、このＸ線放射は、Ｘ線透過窓１０６を介してＸ線源１００から伝送される。Ｘ線放射１１８は、本明細書では、電子ビーム１１６の方向に対して略垂直にＸ線源１００から外に向けられる。
【００６０】
液体ジェットを形成する液体は、収集機構１１３によって収集され、その後、ポンプ１２０によって再循環経路１２２を介して液体ジェットジェネレータ１０８に再循環され、そこにおいて、液体は、液体ジェット１１０を連続的に発生させるために再使用され得る。
【００６１】
更に図１を参照して、Ｘ線源１００は、本明細書では、液体ジェット１１０を通過する電子ビーム１１６の少なくとも一部を受け取るように構成された電子検出器１２８を備える。電子検出器１２８は、本明細書では、電子源１１４から見て交差領域１１２の後方に配置されている。電子検出器１２８の形状が本明細書では概略的にのみ例示されていること及び他の形状の電子検出器１２８が本発明の概念の範囲内で可能であり得ることは理解されるべきである。
【００６２】
次に図２ａを参照すると、電力密度分布及びターゲット上の様々な領域が例示されている。これらの図が必ずしも一定の縮尺で描かれていないこと、及び、例示されている特徴の形状は、限定ではなく、可能な形状の例にすぎないことは留意されるべきである。
【００６３】
電子スポット２３０ａ及びＸ線スポット２３２ａが例示されているターゲット２１０ａの一部が示される。この特定の例における電子スポット２３０ａとＸ線スポット２３２ａとは重なっていることに留意されたい。ターゲット２１０ａの下のグラフは、ターゲット２１０ａ上に示される線Ａ−Ａに沿った電力密度分布の特性を例示する。
【００６４】
図２ａのターゲット２１０ａの下には、電子ビームの電力密度プロファイル２３６ａを例示するグラフが示されている。本開示で定義されるように、電子スポット２３０ａは、半値全幅Ｉｍａｘに対応する。また、斜線エリア２３４ａによって例示されるように、いくつかの電子は、Ｘ線放射の発生に寄与せず、いくつかの点で、不用とみなされ得る。グラフ２３６ａの下のエリア２３４ａは、Ｘ線放射の発生に寄与しない電子の電力を反映している。
【００６５】
図２ａの下部には、Ｘ線スポット２３２ａ内でターゲット２１０ａと相互作用する電子の電力密度分布を例示するグラフが示されている。ターゲット２１０ａ内で発生する有用なＸ線放射の量は、Ｘ線スポット２３２ａ内でターゲットに衝突する電子ビーム電流に比例し得るため、グラフ２３８ａの下のエリア２４０ａは、Ｘ線スポット２３２ａ内で発生する有用なＸ線放射の量を反映し得る。Ｘ線スポット２３２ａの縁部では、電力密度ＩａがＩｍａｘの半分に等しいことに留意されたい。
【００６６】
次に図２ｂを参照すると、電力密度プロファイル及びターゲット上の様々な領域が例示されている。これらの図が必ずしも一定の縮尺で描かれていないこと、及び、例示されている特徴の形状は、限定ではなく、可能な形状の例にすぎないことは留意されるべきである。
【００６７】
電子スポット２３０ｂ及びＸ線スポット２３２ｂが例示されているターゲット２１０ｂの一部が示される。電子スポット２３０ｂがＸ線スポット２３２ｂより大きいことに留意されたい。特に、電子スポット２３０ｂの幅２３３ｂは、Ｘ線スポット２３２ｂの幅２３１ｂより広い。更に、本明細書では、電子スポット２３０ｂの幅２３３ｂは、電子スポット２３０ｂの高さ２３７ｂより広い。ターゲット２１０ｂの下のグラフは、ターゲット２１０ｂ上に示される線Ａ−Ａに沿った電力密度プロファイルの特性を例示する。
【００６８】
図２ｂのターゲット２１０ｂの下には、電子ビームの電力密度プロファイル２３６ｂを例示するグラフが示されている。本開示で定義されるように、電子スポット２３０ｂは、半値全幅Ｉｍａｘに対応する。電力密度プロファイル２３６ｂに関する電子ビームの総電力が、図２ａに例示される電力密度プロファイル２３６ａに関する電子ビームの総電力と比較してより高いことが強調される。より高い総電力は、例えば、電子源に印加される電流を増加させることによって達成され得る。
【００６９】
また、斜線エリア２３４ｂによって例示されるように、いくつかの電子は、Ｘ線放射の発生に寄与するが、Ｘ線スポット２３２ｂではＸ線放射を発生させず、いくつかの点で、不用とみなされ得る。特に、エリア２３４ｂは、ターゲット２１０ｂと相互作用してＸ線スポット２３２ｂの外側でＸ線放射を発生させる電子の電力を反映する。そのようなＸ線放射は、例えばイメージング又は回折アプリケーションのようなアプリケーションで利用されるために、Ｘ線源によって放出されることはないであろう。
【００７０】
エリア２３９ｂは、Ｘ線放射の発生に寄与しない電子の電力を反映している。更に、エリア２３５ｂは、ターゲット２１０ｂと相互作用するのではなく、例えばターゲット２１０ｂの両脇を通り過ぎる電子の電力を反映している。換言すると、エリア２３５ｂは、ターゲット２１０ｂと相互作用してＸ線放射を発生させない電子の電力を反映している。エリア２３４ｂ、２３５ｂ、及び２３９ｂの合計は、Ｘ線スポット２３２ｂにおけるＸ線放射の発生に寄与しない電子の電力を反映している。
【００７１】
エリア２３４ｂ、２３５ｂ、及び２３９ｂの合計は、図２ａのエリア２３４ａより大きいことに留意されたい。換言すると、電子スポット２３０ｂがＸ線スポット２３２ｂより大きくなるように電子ビームの幅を設定することによって、Ｘ線スポット２３２ｂにおけるＸ線放射の発生に寄与しない電子の電力が増加するという意味で、より多くの電力が不用とみなされ得る。
【００７２】
図２ｂの下部には、Ｘ線スポット２３２ｂ内でターゲット２１０ｂと相互作用する電子の電力密度分布を例示するグラフが示されている。ターゲット２１０ｂ内で発生する有用なＸ線放射の量は、Ｘ線スポット２３２ｂ内でターゲットに衝突する電子ビーム電流に比例し得るため、グラフ２３８ｂの下のエリア２４０ｂは、Ｘ線スポット２３２ｂ内で発生する有用なＸ線放射の量を反映し得る。Ｘ線スポット２３２ｂの縁部では、電力密度ＩｂがＩｍａｘの半分より大きいことに留意されたい。特に、Ｘ線スポット２３２ｂで発生する有用なＸ線放射の量を反映するエリア２４０ｂは、Ｘ線スポット２３２ａで発生する有用なＸ線放射の量を反映している図２ａのエリア２４０ａより大きいことに留意されたい。従って、電子スポット２３０ｂがＸ線スポット２３２ｂより大きくなるように電子ビームの幅を設定することによって、電子スポットがＸ線スポット以下になるように電子ビームの幅を設定することと比較して、より多くの有用なＸ線放射がＸ線スポット２３２ｂにおいて発生し得る。
【００７３】
図２ａ及び図２ｂの最大電力密度Ｉｍａｘは、電力密度の所定の限界を表し得る。換言すると、最大電力密度Ｉｍａｘは、液体アノードの場合にはターゲットを気化させ、固体アノードの場合には溶融させるレベルを下回る電力密度レベルに対応し得る。最大電力密度Ｉｍａｘはまた、液体ターゲットの場合にはターゲット材料の気化温度を下回る表面温度を又は固体ターゲットの場合にはターゲット材料の融点を下回る表面温度をターゲットに仮定させるレベルに対応し得る。電力密度プロファイルの最大電力密度Ｉｍａｘが所定の限界にない場合には、最大電力密度を所定の限界に設定するために、電子ビームの電力が調整、すなわち増加又は減少され得る。
【００７４】
図２ｃは、ターゲット材料の伝搬方向に対して直角の液体ターゲット２１０の断面図である。電子スポット２３３の幅が、この例では、ターゲットに衝突する電子ビーム１６６の幅によって画定されるのに対して、Ｘ線スポット２３１の幅は、この例ではピンホール構成を形成する２つのアパーチャ２５０によって例示されるＸ線光学構成要素とターゲットとの相対的な向きによって画定される。しかしながら、例えば集束ミラーを備える他の構成要素及びＸ線光学システムも考えられる。本例では、Ｘ線スポットのサイズは、Ｘ線放射１１８が放出される方向、故にターゲットの幾何学的形状によって、及び発生したＸ線放射１１８を収集するために使用されるアパーチャ２５０によって画定される視野によって画定される。本開示の文脈で使用される定義によれば、視野の外側にあるＸ線放射１１８は、Ｘ線スポットから生じたものと見なされない。電子スポット２３３は、電子ビーム１６６の幅及び／又はターゲット２１０のサイズ及び向きによって画定され得ることは認識されるであろう。電子ビーム１６６がターゲット２１０より幅広である場合、電子スポット２３３は、ターゲット２１０の幅に対応する幅を有し得る。本例に示すように、電子ビーム１６６がターゲット２１０より狭い場合、電子スポット２３３のサイズは、その半値全幅（ＦＷＨＭ）のような電子ビーム１６６の幅によって決定され得る。
【００７５】
次に、図３を参照して、本発明の概念による方法を利用し得るＸ線源３００の例を説明する。例示されるＸ線源３００は、電子ビームのターゲットとして液体ジェット３１０を利用する。しかしながら、当業者によって容易に認識されるように、固体ターゲットのような他のタイプのターゲットも、本発明の概念の範囲内で同様に可能である。更に、Ｘ線源３００の開示される特徴のうちのいくつかは、例として含まれているにすぎず、Ｘ線源３００の動作に必要とは限らないであろう。
【００７６】
Ｘ線源３００は、一般に、電子源３１４、３４６と、電子ターゲットとして機能する液体ジェット３１０を形成するように構成された液体ジェットジェネレータ３０８とを備える。Ｘ線源３００の構成要素は、図面に示されるようにハウジング３４２の外側に位置して良い電源１４４及びコントローラ３４７といった例外を除いて、気密ハウジング３４２内に位置している。電磁相互作用によって機能する様々な電子光学構成要素も、ハウジング３４２が電磁場をかなりの程度まで遮蔽しない場合、ハウジング３４２の外側に位置し得る。従って、このような電子光学構成要素は、ハウジング３４２が低透磁率の材料、例えばオーステナイト系ステンレス鋼で作られている場合、真空領域の外側に位置し得る。電子源は、一般に、電源１４４によって電力供給されるカソード３１４を備え、電子エミッタ３４６、例えば、熱電子、熱電界、又は冷電界荷電粒子源を含む。
典型的には、電子エネルギーは、約５ｋｅＶ〜約５００ｋｅＶの範囲であり得る。電子源からの電子ビームは、加速アパーチャ３４８に向かって加速され、その点で、整列板３５０の配列、レンズ３５２、及び偏向板３５４の配列を備える電子光学システムに入る。整列板３５０、レンズ３５２、及び偏向板３５４の可変特性は、コントローラ３４７が提供する信号によって制御可能である。例示される例では、偏向板３５０及び整列板３５４は、電子ビームを少なくとも２つの横方向に加速するように動作可能である。最初の較正の後、整列板３５０は、典型的には、Ｘ線源３００の作業サイクルを通して一定の設定に保たれ、一方、偏向板３５４は、Ｘ線源３００の使用中に電子スポット位置を動的に走査又は調整するために使用される。レンズ３５２の制御可能な特性は、それぞれの集束力（焦点距離）を含む。図面は、整列手段、集束手段、及び偏向手段が静電型であることを示唆するようにそれらを象徴的に描写しているが、本発明は、電磁機器、又は静電電子光学構成要素と電磁電子光学構成要素との混合を使用することによって、等しく良好に具現化されることができる。Ｘ線源は、非円形形状の電子スポットが達成されることを提供し得るスティグマトールコイル３５３を備え得る。
【００７７】
電子光学システムの下流で、出射電子ビームＩ２は、交差領域３１２において液体ジェット３１０と交差する。これは、Ｘ線生成が行われ得る場所である。Ｘ線放射は、電子ビームと一致しない方向にハウジング３４２から引き出され得る。交差領域３１２を超えて続いている電子ビームＩ２の任意の部分は、電子検出器３２８に到達し得る。例示される例では、電子検出器３２８は、電流計３５６を介してアースに接続された単なる伝導板であり、この電流計３５６は、交差領域３１２の下流で電子ビームＩ２によって運ばれる全電流の近似測定値を提供する。図が示すように、電子検出器３２８は、交差領域３１２から距離Ｄだけ離れて位置しており、従って、Ｘ線源３００の通常の動作に干渉しない。電子検出器３２８とハウジング３４２との間には、電子検出器３２８とハウジング３４２との間の電位差が許容され得るように、電気絶縁が存在する。電子検出器３２８は、ハウジング３４２の内壁から突出するように示されているが、電子検出器３２８が、ハウジングの壁と同じ高さにも取り付けられ得ることは理解されるべきである。電子検出器は、アパーチャの内側に衝突する電子が電子検出器によって登録され得るのに対して、アパーチャの外側に衝突する電子は検出されないように構成されたアパーチャを更に装備し得る。
【００７８】
ハウジング３４２の下部、ハウジング３４２からガス分子を排気するための真空ポンプ又は同様の手段、液体ジェットを収集し再循環させるためのレセプタクル及びポンプは、この図面には示されていない。コントローラ３４７が、電流計３５６からの実際の信号へのアクセスを有することも理解される。
【００７９】
次に図４を参照すると、電子ビームの様々な電力密度プロファイルが示されており、電子ビームの幅及び／又は総電力を調整することの効果が概略的に示されている。
【００８０】
各電力密度プロファイルＩ〜ＶＩにおいて、垂直軸は、単位長さあたりの電力を表し、水平軸は、電子ビームの任意の線に沿った場所を表す。
【００８１】
電力密度プロファイルＩ〜ＶＩは、相対座標系で配置され、ここにおいて、水平軸に沿った正又は負の移動は、それぞれ、電子ビーム幅の増加又は減少に対応し、垂直軸に沿った正又は負の移動は、それぞれ、電子ビームの総電力の増加又は減少に対応する。
【００８２】
電力密度プロファイルＩ、ＩＩ、及びＩＩＩは、等しい電子ビーム幅を有する電子ビームを表す。しかしながら、電力密度プロファイルＩ、ＩＩ、及びＩＩＩの各々に関連する電子ビームの各々の総電力は、ＩからＩＩ、ＩＩからＩＩＩへと増加する。従って、最大電力密度及び／又は単位長さあたりの送達電力の最大値は、図面の垂直軸に沿って電力密度プロファイルＩからＩＩＩに移動するにつれて増加する。
【００８３】
電力密度プロファイルＩ、ＩＶ、及びＶは、等しい総電力を有する電子ビームを表す。しかしながら、電力密度プロファイルＩ、ＩＶ、及びＶの各々に関連する電子ビームの各々の幅は、ＩからＩＶ、ＩＶからＶへと増加する。従って、最大電力密度及び／又は単位長さあたりの送達電力の最大値は、図面の水平軸に沿って電力密度プロファイルＩからＶへと減少する。更に、スポットサイズ、すなわち電力密度プロファイルの半値全幅は、図面の水軸に沿って電力密度プロファイルＩからＶへと増大する。
【００８４】
電力密度プロファイルＶＩは、電力密度プロファイルＩに関連する電子ビームと比較して増加した幅及び総電力を有する電子ビームを表す。見て分かるように、電力密度プロファイルＶＩの最大電力密度、及び／又は電力密度プロファイルＶＩの単位長さあたりの送達電力の最大値は、電力密度プロファイルＩと比較して変化していない。しかしながら、電力密度プロファイルＶＩの幅は増加する。
【００８５】
次に、図５を参照して、本発明の概念によるＸ線源を制御する方法を説明する。明確さ及び簡略さのために、本方法は、「ステップ」に関して説明される。ステップが、必ずしも、時間的に区切られるか又は互いに分離したプロセスである必要はなく、１つより多くの「ステップ」が同時に並行して実行され得ることは強調される。
【００８６】
ターゲット上のＸ線スポットから、電子ビームとターゲットとの間の相互作用によって生じるＸ線放射を放出するように構成されたＸ線源を制御する方法は、ターゲットを提供するステップ５５８と、ターゲットと相互作用して相互作用領域内にＸ線放射を発生させるように構成された電子ビームを提供するステップ５６０と、電子ビームの電力密度プロファイルを決定するステップ５６２と、電子スポットが少なくとも１つの方向においてＸ線スポットより大きくなるように電子ビームの幅及び総電力を設定するステップ５６４と、ターゲット内の最大電力密度が所定の限界にあるように電子ビームの総電力を設定するステップ５６６とを備える。
【００８７】
当業者は、上で説明した例となる実施形態に決して限定されない。それどころか、添付の特許請求の範囲内で多くの修正及び変形が可能である。特に、１つより多くのターゲット又は１つより多くの電子ビームを備えるＸ線源及びシステムは、本発明の概念の範囲内であると考えられる。更に、本明細書で説明したタイプのＸ線源は、医療診断、非破壊試験、リソグラフィ、結晶解析、顕微鏡法、材質科学、顕微鏡法表面物理学、Ｘ線回折による蛋白質構造決定、Ｘ線光分光法（ＸＰＳ）、臨界寸法小角Ｘ線散乱（ＣＤ−ＳＡＸＳ）、及び蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）によって例示されるがこれらに限定されない特定の用途に合わせて調整されたＸ線光学及び／又は検出器と有利に組み合わせられ得る。追加的に、開示された例に対する変形は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求項に係る発明を実施する際に当業者によって理解され、達成され得る。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。
【００８８】
［参照符号のリスト］
１００      Ｘ線源
１０２      真空チャンバ
１０４      エンクロージャ
１０６      Ｘ線透過窓
１０８      液体ジェットジェネレータ
１１０      液体ジェット
１１２      交差領域
１１３      収集機構
１１４      電子源
１１６      電子ビーム
１１８      Ｘ線放射
１２０      ポンプ
１２２      再循環経路
１２８      電子検出器
１４４      電源
２１０ａ，ｂ      ターゲット
２３０ａ，ｂ      電子スポット
２３１ｂ      Ｘ線スポットの幅
２３２ａ，ｂ      Ｘ線スポット
２３３ｂ      電子スポットの幅
２３４ａ，ｂ      エリア
２３５ｂ      エリア
２３６ａ，ｂ      電力密度プロファイル
２３７ｂ      電子スポットの高さ
２３８ａ，ｂ      電力密度プロファイル
２３９ｂ      エリア
２４０ａ，ｂ      エリア
２５０      Ｘ線光学システム
３００      Ｘ線源
３０８      液体ジェットジェネレータ
３１０      液体ターゲット
３１２      交差領域
３１４      カソード
３２８      電子検出器
３４２      ハウジング
３４６      電子エミッタ
３４７      コントローラ
３５０      整列板
３５２      レンズ
３５３      スティグマトールコイル
３５４      偏向板
３５６      電流計
５５８      ターゲットを提供するステップ
５６０      電子ビームを提供するステップ
５６２      電力密度プロファイルを決定するステップ
５６４      電子ビームの幅及び総電力を設定するステップ
５６６      電子ビームの総電力を設定するステップ
Ｉ      電力密度プロファイル
ＩＩ      電力密度プロファイル
ＩＩＩ      電力密度プロファイル
ＩＶ      電力密度プロファイル
Ｖ      電力密度プロファイル
ＶＩ      電力密度プロファイル
Ｆ      フロー軸
Ｄ      距離
Ｉ２      電子ビーム
【図１】
2021527296.tif 000003
【図２ａ−２ｂ】
2021527296.tif 000004
【図２ｃ】
2021527296.tif 000005
【図３】
2021527296.tif 000006
【図４】
2021527296.tif 000007
【図５】
2021527296.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和2年12月9日(2020.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット上のＸ線スポットから、電子ビームと前記ターゲットとの間の相互作用によって生じるＸ線放射を放出するように構成されたＸ線源を制御するための方法であって、前記Ｘ線スポットは、前記Ｘ線源のＸ線光学システムの視野によって決定され、前記方法は、
前記ターゲットを形成する液体ジェットを提供するステップと、
フォーカス電流によって前記ターゲット上に集束された電子スポットを形成し、前記ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生させるように構成され、加速電圧によって加速された前記電子ビームを提供するステップと、
偏向電流を前記ターゲットに対する前記電子ビームの変位に関連付ける前記加速電圧及び前記フォーカス電流のためのスケールファクタを決定するステップと、
前記電子ビームの変位の範囲について前記電子ビームと前記ターゲットとの間の相互作用を示す量を測定するステップと、
前記量に基づいて前記電子ビームの電力密度プロファイルを算出するステップと、
前記電子スポットにおいてこのように得られた前記電力密度プロファイルの最大値が所定の限界を下回るように、そして前記Ｘ線スポットにおいて前記ターゲットに送達される総電力が増加するように、前記電子ビームの幅及び総電力を調整するステップと
を備える方法。
【請求項２】
前記電子ビームの前記幅及び総電力は、Ｘ線源性能指標が所定の閾値を下回るように更に調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｘ線源性能指標は、
前記ターゲットからの総蒸気発生量、
前記電子ビームによる前記ターゲットへの単位面積あたりの送達電力の最大値、
前記ターゲットの最高表面温度、及び
前記ターゲットの幅に沿った前記電子ビームによる単位長さあたりの送達電力の最大値
のうちの少なくとも１つに関連付けられる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記スケールファクタを決定する前記ステップは、
スケールファクタデータベースから前記スケールファクタを受け取ること、
前記ターゲット上で前記電子ビームを変位させ、前記ターゲット上に発生するＸ線スポットの移動を測定すること、及び
所定のアパーチャ寸法を有するセンサアパーチャ上で前記電子ビームを変位させること
のうちの少なくとも１つを備える、請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
ターゲット幅を決定することを更に備える、請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ターゲット幅を決定する前記ステップは、
ターゲット幅データベースから前記ターゲット幅を受け取ること、及び
前記電子ビームの前記幅を予想ターゲット幅より狭い幅に設定し、前記電子ビームの変位の範囲について前記ターゲットと前記電子ビームとの間の前記相互作用を示す前記量を測定し、前記測定された量に基づいて前記ターゲット幅を算出すること
のうちの少なくとも１つを備える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記スケールファクタを決定する前記ステップは、前記ターゲット上で前記電子ビームを変位させ、前記電子ビームと前記ターゲットとの間の前記相互作用を示す前記量を測定することと、前記量及び前記ターゲット幅に基づいて前記スケールファクタを算出することとを備える、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記電子ビームと前記ターゲットとの間の相互作用を示す前記量は、前記電子ビームと前記ターゲットとの前記相互作用によって形成される後方散乱電子及び／又は放出電子を検出することに関係する、請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記電子ビームと前記ターゲットとの間の相互作用を示す前記量は、前記電子ビームと前記ターゲットとの前記相互作用によって生じるＸ線放射を検出することに関係する、請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記Ｘ線源は、前記電子ビームの伝搬方向において前記ターゲットの下流に配置された電子検出器を備え、前記電子ビームと前記ターゲットとの間の相互作用を示す前記量は、
前記電子ビームの変位の前記範囲について前記電子検出器によって収集された電子を検出することに関係する、請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
ターゲットを形成する液体ジェットを提供するように構成されたターゲットジェネレータと、
前記ターゲット上に電子スポットを形成し、前記ターゲットと相互作用して前記ターゲット上のＸ線スポットからＸ線放射を発生させる電子ビームを提供するように構成された電子源と、
前記電子ビームを加速するための加速電圧を提供するように構成された加速アパーチャと、
フォーカス電流を適用することによって前記電子ビームを集束するように構成された集束コイルと、
コントローラと、
前記Ｘ線スポットを画定する視野を有するＸ線光学システムと、
前記電子ビームと相互作用する電子光学システムと、を備えるＸ線源であって、
前記コントローラは、偏向電流を前記ターゲットに対する前記電子ビームの変位に関連付ける前記加速電圧及び前記フォーカス電流のためのスケールファクタを決定するように構成され、さらに、前記電子ビームの電力密度プロファイルを決定するために前記電子光学システム及び前記電子源を動作させるように構成されるとともに、前記電子スポットにおいてこのように得られた前記電力密度プロファイルの最大値が所定の限界を下回るべく、そして前記Ｘ線スポットにおいて前記ターゲットに送達される総電力が増加するべく、前記電子ビームの幅及び総電力を調整するように構成されている、Ｘ線源。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
［参照符号のリスト］
１００      Ｘ線源
１０２      真空チャンバ
１０４      エンクロージャ
１０６      Ｘ線透過窓
１０８      液体ジェットジェネレータ
１１０      液体ジェット
１１２      交差領域
１１３      収集機構
１１４      電子源
１１６      電子ビーム
１１８      Ｘ線放射
１２０      ポンプ
１２２      再循環経路
１２８      電子検出器
１４４      電源
２１０ａ，ｂ      ターゲット
２３０ａ，ｂ      電子スポット
２３１ｂ      Ｘ線スポットの幅
２３２ａ，ｂ      Ｘ線スポット
２３３ｂ      電子スポットの幅
２３４ａ，ｂ      エリア
２３５ｂ      エリア
２３６ａ，ｂ      電力密度プロファイル
２３７ｂ      電子スポットの高さ
２３８ａ，ｂ      電力密度プロファイル
２３９ｂ      エリア
２４０ａ，ｂ      エリア
２５０      Ｘ線光学システム
３００      Ｘ線源
３０８      液体ジェットジェネレータ
３１０      液体ターゲット
３１２      交差領域
３１４      カソード
３２８      電子検出器
３４２      ハウジング
３４６      電子エミッタ
３４７      コントローラ
３５０      整列板
３５２      レンズ
３５３      スティグマトールコイル
３５４      偏向板
３５６      電流計
５５８      ターゲットを提供するステップ
５６０      電子ビームを提供するステップ
５６２      電力密度プロファイルを決定するステップ
５６４      電子ビームの幅及び総電力を設定するステップ
５６６      電子ビームの総電力を設定するステップ
Ｉ      電力密度プロファイル
ＩＩ      電力密度プロファイル
ＩＩＩ      電力密度プロファイル
ＩＶ      電力密度プロファイル
Ｖ      電力密度プロファイル
ＶＩ      電力密度プロファイル
Ｆ      フロー軸
Ｄ      距離
Ｉ２      電子ビーム
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項をそのまま付記しておく。
［請求項１］
ターゲット上のＸ線スポットから、電子ビームと前記ターゲットとの間の相互作用によって生じるＸ線放射を放出するように構成されたＸ線源を制御するための方法であって、前記Ｘ線スポットは、前記Ｘ線源のＸ線光学システムの視野によって決定され、前記方法は、
前記ターゲットを形成する液体ジェットを提供するステップと、
前記ターゲット上に電子スポットを形成し、前記ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生させるように構成された前記電子ビームを提供するステップと、
前記電子ビームの電力密度プロファイルを決定するステップと、
前記電子スポットにおける前記電力密度プロファイルの最大値が所定の限界を下回るように、そして前記Ｘ線スポットにおいて前記ターゲットに送達される総電力が増加するように、前記電子ビームの幅及び総電力を調整するステップと
を備える方法。
［請求項２］
前記電子ビームの前記幅及び総電力は、Ｘ線源性能指標が所定の閾値を下回るように更に調整される、請求項１に記載の方法。
［請求項３］
前記Ｘ線源性能指標は、
前記ターゲットからの総蒸気発生量、
前記電子ビームによる前記ターゲットへの単位面積あたりの送達電力の最大値、
前記ターゲットの最高表面温度、及び
前記ターゲットの幅に沿った前記電子ビームによる単位長さあたりの送達電力の最大値
のうちの少なくとも１つに関連付けられる、請求項２に記載の方法。
［請求項４］
前記電子ビームの前記電力密度プロファイルを決定する前記ステップは、
偏向電流を前記ターゲットに対する前記電子ビームの変位に関連付ける前記Ｘ線源のスケールファクタを決定することと、
前記電子ビームの変位の範囲について前記電子ビームと前記ターゲットとの間の相互作用を示す量を測定することと、
前記量に基づいて前記電子ビームの前記電力密度プロファイルを算出することと
を備える、請求項１に記載の方法。
［請求項５］
前記スケールファクタを決定する前記ステップは、
スケールファクタデータベースから前記スケールファクタを受け取ること、
前記ターゲット上で前記電子ビームを変位させ、前記ターゲット上に発生するＸ線スポットの移動を測定すること、及び
所定のアパーチャ寸法を有するセンサアパーチャ上で前記電子ビームを変位させること
のうちの少なくとも１つを備える、請求項４に記載の方法。
［請求項６］
ターゲット幅を決定することを更に備える、請求項４又は５に記載の方法。
［請求項７］
前記ターゲット幅を決定する前記ステップは、
ターゲット幅データベースから前記ターゲット幅を受け取ること、及び
前記電子ビームの前記幅を予想ターゲット幅より狭い幅に設定し、前記電子ビームの変位の範囲について前記ターゲットと前記電子ビームとの間の前記相互作用を示す前記量を測定し、前記測定された量に基づいて前記ターゲット幅を算出すること
のうちの少なくとも１つを備える、請求項６に記載の方法。
［請求項８］
前記スケールファクタを決定する前記ステップは、前記ターゲット上で前記電子ビームを変位させ、前記電子ビームと前記ターゲットとの間の前記相互作用を示す前記量を測定することと、前記量及び前記ターゲット幅に基づいて前記スケールファクタを算出することとを備える、請求項６又は７に記載の方法。
［請求項９］
前記電子ビームと前記ターゲットとの間の相互作用を示す前記量は、前記電子ビームと前記ターゲットとの前記相互作用によって形成される後方散乱電子及び／又は放出電子を検出することに関係する、請求項４乃至８のうちのいずれか一項に記載の方法。
［請求項１０］
前記電子ビームと前記ターゲットとの間の相互作用を示す前記量は、前記電子ビームと前記ターゲットとの前記相互作用によって生じるＸ線放射を検出することに関係する、請求項４乃至９のうちのいずれか一項に記載の方法。
［請求項１１］
前記Ｘ線源は、前記電子ビームの伝搬方向において前記ターゲットの下流に配置された電子検出器を備え、前記電子ビームと前記ターゲットとの間の相互作用を示す前記量は、
前記電子ビームの変位の前記範囲について前記電子検出器によって収集された電子を検出することに関係する、請求項４乃至１０のうちのいずれか一項に記載の方法。
［請求項１２］
前記Ｘ線源は、前記電子ビームの伝搬方向において前記ターゲットの下流に配置された電子検出器を備え、前記電子検出器は、複数のセグメントを備え、各セグメントが、前記セグメントに対応するエリア内の電子を検出するように構成され、
前記電子ビームの前記電力密度プロファイルを決定する前記ステップは、
前記電子ビームを前記電子検出器に向けることと、
前記複数のセグメントか受け取った信号に基づいて前記電力密度プロファイルを算出することと、を備える、請求項３に記載の方法。
［請求項１３］
ターゲットを形成する液体ジェットを提供するように構成されたターゲットジェネレータと、
前記ターゲット上に電子スポットを形成し、前記ターゲットと相互作用して前記ターゲット上のＸ線スポットからＸ線放射を発生させる電子ビームを提供するように構成された電子源と、
コントローラと、
前記Ｘ線スポットを画定する視野を有するＸ線光学システムと、
前記電子ビームと相互作用する電子光学システムと、を備えるＸ線源であって、
前記コントローラは、前記電子ビームの電力密度プロファイルを決定するために前記電子光学システム及び前記電子源を動作させるように構成されるとともに、前記電子スポットにおける前記電力密度プロファイルの最大値が所定の限界を下回るべく、そして前記Ｘ線スポットにおいて前記ターゲットに送達される総電力が増加するべく、前記電子ビームの幅及び総電力を調整するように構成されている、Ｘ線源。
【国際調査報告】
2021527296.tif 000009
2021527296.tif 000010
2021527296.tif 000011