(57)【要約】【課題】  ターゲットガスが真空チャンバー内に洩れるのを防止し、パルスＸ線をターゲットガスに吸収されることなく取り出せるようにする。【解決手段】  集光照射口３を形成する照射フランジ３０を、クライオ化カバー５に取り付ける基端取付部３１と、集光照射口３を形成する照射口形成部３２とに分割して、バネ作用を有するベローズ３３で連結し、照射口形成部３２の集光照射口３の周りにシール部材３４を配置し、バネ作用で照射口形成部３２をシール部材３４を介して回転ドラム部８の外表面に一定圧力で摺接させることにより、回転ドラム部８との間に集光照射口３に通じる隙間が生じず、シール性が保持され、真空チャンバー１の真空度を保持できて、発生したパルスＸ線をターゲットガスに吸収されずに取り出すことができるようにする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内に配置された略円筒状のカバーと、該カバーの内側で回転する回転円筒体を備え、前記カバーに設けたターゲット材供給口から化学的に不活性で室温でガス状態のターゲット材をガス状態にて供給し、内部に冷媒を導入して極低温に冷却した回転円筒体の外表面に接触させることにより、冷却して、固体化し結晶となって前記回転円筒体の外表面に付着したクライオターゲット層を形成し、該クライオターゲット層の表面に、高尖頭パワーを有し所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザー光を、前記カバーに取り付けたフランジの開口を通して集光照射するとともに、前記回転円筒体の回転方向または軸方向への移動あるいはそれら２方向への移動の組み合わせにより、空間的に固定されたパルスレーザー光の集光照射点に対してクライオターゲット層を有する回転円筒体の外表面を面方向へ移動させて、該回転円筒体の外表面上で前記集光照射点を相対移動させ、前記パルスレーザー光の集光照射により高温高密度プラズマを生成し、該パルスレーザー光の集光照射によるプラズマ化によってクレータ穴が発生したクライオターゲット層を、前記ターゲット材供給口から供給する前記ターゲット材の供給により修復させ、前記高温高密度プラズマからパルスＸ線を連続的に繰り返し発生させるレーザープラズマＸ線発生装置において、
前記フランジを、前記カバーに取り付ける基端取付部と、パルスレーザー光を照射する前記開口を形成する照射口形成部とに分割し、それら基端取付部と照射口形成部とをバネ作用を有するベローズで連結するとともに、照射口形成部の前記開口の周りにシール部材を配置し、前記ベローズのバネ作用で照射口形成部をシール部材を介して回転円筒体の外表面に一定圧力で摺接させる構成としたことを特徴とするレーザープラズマＸ線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、高尖頭パワーを有し所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザ光を、固体標的物質をターゲットとして集光照射することにより、高温高密度プラズマを生成し、該高温高密度プラズマからパルスＸ線（レーザープラズマＸ線）を連続的に繰り返し発生させるレーザープラズマＸ線発生装置に関し、特に、化学的に不活性で室温でガス状態のターゲット材を液体窒素等により極低温に冷却した回転円筒体の外表面に接触させることにより、冷却し、固体化し結晶となって回転円筒体の外表面に付着したクライオターゲット層を形成して、そのクライオターゲット層をパルスレーザー光照射のターゲットとするレーザープラズマＸ線発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高尖頭パワーを有し所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザー光を、固体標的物質をターゲットとして集光照射することにより、高温高密度プラズマを生成し、該高温高密度プラズマからパルスＸ線（レーザープラズマＸ線）を連続的に繰り返し発生させるレーザープラズマＸ線発生装置として、本発明者らが開発した、Ｋｅ（キセノン）等の化学的に不活性で室温でガス状態のターゲット材を液体窒素等により極低温に冷却した回転円筒体の外表面に接触させることにより、冷却し、固体化し結晶となって回転円筒体の外表面に付着したクライオターゲット層を形成して、そのクライオターゲット層をパルスレーザー光照射のターゲットとするレーザープラズマＸ線発生装置が従来から知られている（特許文献１、２参照。）。
【０００３】
このレーザープラズマＸ線発生装置においては、回転円筒体の回転方向または軸方向への移動あるいはそれら２方向への移動の組み合わせにより、空間的に固定されたパルスレーザー光の集光照射点に対してクライオターゲット層を有する回転円筒体表面が面方向へ移動して、回転円筒体表面上で集光照射点が移動し、その間、ターゲット材が連続的に供給されて、パルスレーザー光の集光照射によるプラズマ化によってクレータ穴が発生したクライオターゲット層は修復される。そして、所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザー光が、順次、クライオターゲット層表面の修復した箇所へ集光照射され、パルスＸ線が連続的に繰り返し発生する。
【特許文献１】特開２００１−３５７９９７号公報
【特許文献２】特開２００１−３５７９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のレーザープラズマＸ線発生装置においては、ガス状態にて供給したターゲット材（ターゲットガス）を回転円筒体の周囲に密封するようカバー（クライオ化カバー）を設置するとともに、発生した軟Ｘ線（パルスＸ線）がキセノンガス等のターゲットガスの分子によって吸収されてしまわないよう、カバーの周りを真空チャンバーとして、洩れ出たターゲットガスを真空ポンプで吸引して常時ある程度の真空度に保持しておく必要がある。また、ターゲットガスを回転円筒体の周囲に密封するカバーには、パルスレーザー光を通すとともに、発生したパルスＸ線を通すための開口（集光照射口）を備えたフランジ（照射フランジ）を取り付ける必要がある。しかし、そのようにクライオ化カバーにフランジを取り付けるとともに、周りを真空チャンバーとし、その圧力を下げると、圧力差によって、クライオ化カバー内のターゲットガスがフランジと回転円筒体との隙間からフランジの開口を経て真空チャンバー内に洩れる量が多くなり、そのために、真空チャンバーの圧力が上昇し、発生したパルスＸ線がターゲットガスの分子に吸収されて、Ｘ線変換効率が悪くなり、必要なパルスＸ線が得られなくなるという問題が発生する。
【０００５】
フランジは常温では回転円筒体に接触していても、回転円筒体が液体窒素等によって冷却され、収縮して径が小さくなると、ある程度の隙間ができ、その隙間からターゲットガスが洩れる。
【０００６】
本発明は、こうした問題点を解決するもので、真空チャンバー内に配置した略円筒状のカバーの内側で回転する極低温に冷却した回転円筒体の周りに化学的に不活性で室温ではガス状態であるキセノンガス等のターゲット材を供給し、冷却し、固体化したクライオターゲット層として回転円筒体の外表面に付着させ、カバーに設けたフランジの開口を通して、パルスレーザー光を集光照射し、発生したパルスＸ線を取り出すレーザープラズマＸ線発生装置において、ガス状態のターゲット材がフランジと回転円筒体との隙間から真空チャンバー内に洩れるのを防止し、パルスＸ線をターゲットガスに吸収されることなく取り出せるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のレーザープラズマＸ線発生装置は、真空チャンバー内に配置された略円筒状のカバーと、該カバーの内側で回転する回転円筒体を備え、前記カバーに設けたターゲット材供給口から化学的に不活性で室温でガス状態のターゲット材をガス状態にて供給し、内部に冷媒を導入して極低温に冷却した回転円筒体の外表面に接触させることにより、冷却して、固体化し結晶となって前記回転円筒体の外表面に付着したクライオターゲット層を形成し、該クライオターゲット層の表面に、高尖頭パワーを有し所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザー光を、前記カバーに取り付けたフランジの開口を通して集光照射するとともに、前記回転円筒体の回転方向または軸方向への移動あるいはそれら２方向への移動の組み合わせにより、空間的に固定されたパルスレーザー光の集光照射点に対してクライオターゲット層を有する回転円筒体の外表面を面方向へ移動させて、該回転円筒体の外表面上で前記集光照射点を相対移動させ、前記パルスレーザー光の集光照射により高温高密度プラズマを生成し、該パルスレーザー光の集光照射によるプラズマ化によってクレータ穴が発生したクライオターゲット層を、前記ターゲット材供給口から供給する前記ターゲット材の供給により修復させ、前記高温高密度プラズマからパルスＸ線を連続的に繰り返し発生させるレーザープラズマＸ線発生装置において、前記フランジを、前記カバーに取り付ける基端取付部と、パルスレーザー光を照射する前記開口を形成する照射口形成部とで構成し、それら基端取付部と照射口形成部とをバネ作用を有するベローズで連結するとともに、照射口形成部の前記開口の周りにシール部材を配置し、前記ベローズのバネ作用で照射口形成部をシール部材を介して回転円筒体の外表面に一定圧力で摺接させる構成としたことを特徴とする。
【０００８】
このレーザープラズマＸ線発生装置は、Ｋｅ（キセノン）等の化学的に不活性で室温でガス状態のターゲット材が、ガス状態にてカバー内に供給される。そして、そのガス状態のターゲット材が、極低温に冷却された回転円筒体の外表面に接触して、冷却され、固体化し結晶となって付着し、堆積して、クライオターゲット層を形成する。そして、そのクライオターゲット層の表面に、高尖頭パワーを有するパルスレーザー光が、カバーに取り付けたフランジの開口を通して照射されることにより、高温高密度プラズマが生成され、該高温高密度プラズマからパルスＸ線が発生し、その発生したパルスＸ線が真空チャンバーを通って外部へ取り出される。そして、回転円筒体の回転方向または軸方向への移動あるいはそれら２方向への移動の組み合わせにより、空間的に固定されたパルスレーザー光の集光照射点に対して、回転円筒体の外表面が面方向へ移動して、回転円筒体の外表面に形成されたクライオターゲット層上で集光照射点が移動し、その間、ターゲット材が連続的に供給されて、パルスレーザー光の集光照射によるプラズマ化によってクレータ穴が発生したクライオターゲット層の修復が行われる。
【０００９】
そして、このレーザープラズマＸ線発生装置は、パルスレーザー光を集光照射するとともに発生したパルスＸ線の取り出すための開口を形成するフランジを、カバーに取り付ける基端取付部と、開口を形成する照射口形成部とで構成し、それら基端取付部と照射口形成部とをバネ作用を有するベローズで連結するとともに、照射口形成部の開口の周りにシール部材を配置し、ベローズのバネ作用で照射口形成部をシール部材を介して回転円筒体の外表面に一定圧力で摺接させる構成としたことにより、回転円筒体が冷却されて収縮し径が小さくなっても、フランジと回転円筒体表面との間（ターゲット材が固化付着した場合は、その固化付着したターゲット材の表面との間）にフランジの開口に通じる隙間はなくなり、シール性が保持される。そのため、カバー内のガス状態のターゲット材がフランジと回転円筒体との隙間から真空チャンバーへ洩れるのを防止して、真空チャンバーの真空度を保持し、発生したパルスＸ線がターゲット材に吸収されずに取り出されて必要なパルスＸ線が得られるようにすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上の説明から明らかなように、本発明のレーザープラズマＸ線発生装置は、カバー内のガス状態のターゲット材が、真空チャンバー内に洩れるのを防止して、真空チャンバーの真空度を保持し、発生したパルスＸ線がターゲット材に吸収されずに取り出されて必要なパルスＸ線が得られるようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１〜３は、本発明の実施の形態の一例を示している。図１はこの実施の形態のレーザープラズマＸ線発生装置の全体概略構成を示す模式図、図２はその要部詳細構成図、図３はＸ−Ｘ断面図である。
【００１２】
この実施の形態のレーザープラズマＸ線発生装置は、図１に模式的に示すように、真空チャンバー１の内部に、化学的に不活性で室温でガス状のターゲット材（以下、ターゲットガスという。）を移送するターゲットガス供給管２と、パルスレーザー光の集光照射口３とターゲットガス供給口４（ターゲット材供給口）とを備えたクライオ化カバー５（カバー）が配置され、ターゲットガス供給管２がクライオ化カバー５の内部にターゲットガスを導入するよう接続され、そのクライオ化カバー５の内側に回転円筒体６が回転方向および軸方向移動可能に設置されている。ターゲットガス供給口４は、集光照射口３に対し周方向に並ぶ位置に設けられている。なお、図示の例は、縦型で、真空チャンバー１に対し回転円筒体６を上下方向に配置した装置であるが、同様の構造で回転円筒体６を横に倒した横型の装置としてもよい。
【００１３】
回転円筒体６は内部が空洞で、回転方向および軸方向へ駆動するための回転シャフト部７と、クライオターゲット層を形成させる回転ドラム部８とで構成されている。そして、回転円筒体６の内部に、回転シャフト部７を貫通して回転ドラム部８の内部に達するよう冷媒導入パイプ９が挿入されている。
【００１４】
前記回転シャフト部７は真空チャンバー１の壁部を貫通して外部へ延設されている。そして、その貫通部分には、Ｏリング、磁性流体などの真空シール部１０が設けられている。
【００１５】
回転円筒体６の回転シャフト部７は、真空シール部１０と接触するため、熱伝導の悪い材料で作られている。また、回転ドラム部８は液体窒素、ヘリウムガス等の冷媒で内部から冷却して外表面を極低温に保つため、熱伝導の良い材料で作られている。
【００１６】
また、前記回転円筒体６を回転方向または軸方向へ移動させるための駆動装置として、あるいは回転方向および軸方向の移動を組み合わせた駆動を行う駆動装置として、回転方向駆動装置１１と軸方向駆動装置１２が設置され、それらが回転シャフト部７にそれぞれ連結されている。
【００１７】
そして、真空チャンバー１の側方に、高尖頭パワーを有する所定周波数のパルスレーザー光を発生するパルスレーザー光発生装置１３が設置されている。このパルスレーザー光発生装置１３から出力されるパルスレーザー光１６は、レーザー集光レンズ１４を通して、真空チャンバー１の側壁に設けられた入射口１５から入射され、回転ドラム部８の外表面近傍に位置する空間的に固定された集光照射点１７に集光する。
【００１８】
パルスレーザー光の集光照射口３は、パルスレーザー光１６の集光照射とそれにより発生するＸ線の射出のための必要最低限の大きさの穴で形成される。
【００１９】
また、回転円筒体６は、回転ドラム部８で挟んで回転シャフト部７側と先端側（図示の例では下端）がそれぞれ単数個または複数個の軸受１９、２０により支承されている。これらの軸受１９、２０は、スラスト用、ラジアル用、またはスラスト用とラジアル用を組合わせた軸受、あるいは、スラスト用とラジアル用を組合せたものと同等の性能を有する軸受である。
【００２０】
このレーザープラズマＸ線発生装置には、パルスレーザー光１６の集光照射によるプラズマ化により後述のクライオターゲット層の表面に発生したクレータを検出する光学画像検出器２１と、その検出信号に基づくクレータの位置座標とパルスレーザー光１６の集光照射点１７の位置座標を比較して、パルスレーザ光１６の集光照射点１７が回転ドラム部８の外表面上で所定の軌跡を描くように回転方向駆動装置１１および軸方向駆動装置１２を制御し回転円筒体６の移動位置を制御する位置制御装置２２が設けられ、また、パルスレーザー光１６の集光照射を回転円筒体６の移動に同期させる同期制御装置２３が設けられている。
【００２１】
また、真空チャンバー１には真空ポンプ等の真空装置２４が接続され、クライオ化カバー５にはターゲットガス供給路２を介して加圧したターゲットガスを供給するターゲットガス供給装置２５が接続されている。
【００２２】
パルスレーザー光１６の集光照射によるプラズマ生成により発生したパルスＸ線は、パルスＸ線集光鏡（図示せず）で集光反射し、Ｘ線射出口（図示せず）から真空チャンバー１の外部へ取り出される。
【００２３】
このレーザープラズマＸ線発生装置の要部構成は、詳細には、例えば図２および図３に示すとおりで、駆動機構により上下方向および回転方向へ駆動される回転シャフト部７の下端延設部分に回転ドラム部８が連結され、その回転ドラム部８の底部中央に下方へ突設した下部シャフト部２６が設けられて、この下部シャフト部２６が、軸受ホルダー２７に保持された軸受２０で支持されている。これら回転シャフト７、回転ドラム部８および下部シャフト部２６により回転円筒体６が構成される。
【００２４】
クライオ化カバー５には、回転ドラム部８の外表面の所定位置に対向する位置に集光照射口３を形成する照射フランジ３０が取り付けられている。この照射フランジ３０は、クライオ化カバー５に取り付ける基端取付部３１と、集光照射口３を形成する照射口形成部３２とに分割し、それら基端取付部３１と照射口形成部３２とをバネ作用を有する金属製（ＳＵＳ等）のベローズ３３で連結し、照射口形成部３２の集光照射口３の周りにＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のシール部材３４を配置し、ベローズ３３のバネ作用で照射口形成部３２をシール部材３４を介して回転ドラム部８の外表面に一定圧力（例えば１〜２Ｐａ）で摺接させる構成としたものである。
【００２５】
回転円筒体６は、例えば毎秒１回転しながら軸方向に１ｍｍ上昇し、３回転分上昇すると、下降に転じて次の３回転は毎秒１回転しながら１回転毎に１ｍｍ下降し、３回転分下降すると、また上昇に転じ、以下、その繰り返しで回転しつつ上下するよう制御される（ただし、回転円筒体６の移動パターンは、その他、回転方向または軸方向への移動あるいはそれら２方向への移動の組み合わせによる任意のパターンであってよい。）。これにより、空間的に固定された集光照射点１７に対し、回転円筒体６は回転ドラム部８の外表面が面方向へ移動する。そして、その移動範囲は、回転円筒体６が例えば上記のように毎秒１回転で１ｍｍ上下する場合は回転方向に全周で、上下（軸方向）に３ｍｍであり、パルスレーザー光の集光照射によって発生するクレータ穴の径が例えば約０．６ｍｍであるので、例えば上下に５ｍｍ弱が、パルスレーザー光の集光照射によりクライオターゲットがプラズマ化される範囲である。
【００２６】
そして、回転ドラム部８の外表面には、ターゲットガス供給口４からターゲットガスが供給される位置、すなわちパルスレーザー光が集光照射される位置に、パルスレーザー光の集光照射によりクライオターゲットがプラズマ化される上記回転方向に全周で上下に例えば５ｍｍ弱の範囲にわたって、ターゲットガス供給口４から供給されたターゲット材を堆積させる結晶固定溝３５が設けられている。結晶固定溝３５の深さは例えば約０．５ｍｍである。
【００２７】
また、回転ドラム部８の外表面には、照射フランジ３０の照射口形成部３２に設けられたシール部材３４が摺接する位置に、焼付防止とシール性向上のため、硬質クロムメッキ等の表面処理層３６が設けられる。
【００２８】
このレーザープラズマＸ線発生装置は、冷媒導入パイプ９により回転ドラム部８の内部に冷媒としての液体窒素が導入され、回転ドラム部８が冷却されて、その外表面が極低温に保持される。そして、化学的に不活性で室温でガス状態であるターゲット材（クリプトン、キセノン、アルゴン等の希ガス等）がガス状態でターゲットガスとしてターゲットガス供給管２により供給され、各ターゲットガス供給口４から、回転ドラム部８の結晶固定溝３５に向けて噴出する。そして、結晶固定溝３５の壁面に接触して、冷却され、固体化し結晶となって付着し、堆積して、結晶固定溝３５内にクライオターゲット層を形成する。
【００２９】
そして、パルスレーザー光発生装置１３により、高尖頭パワーを有し所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザ光が、照射フランジ３０の集光照射口３を通して入射し、回転ドラム部８の外表面近傍に位置する空間的に固定された集光照射点１７において、結晶固定溝３５内のクライオターゲット層の表面に集光照射され、そのパルスレーザー光の集光照射により、高温高密度プラズマが生成し、その高温高密度プラズマからパルスＸ線が発生する。また、回転ドラム部８は回転シャフト部７と一体に回転方向および軸方向へ移動し、それにより、空間的に固定されたパルスレーザー光の集光照射点１７に対して、回転ドラム部８の外表面が面方向へ移動し、結晶固定溝３５内のクライオターゲット層の表面でパルスレーザー光の集光照射点１７が所定の軌跡を描いて移動し、その間、ターゲットガスが連続的に供給されて、パルスレーザー光の集光照射によるプラズマ化によってクレータ穴が発生したクライオターゲット層が修復され、所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザー光の集光照射により、パルスＸ線が連続的に繰り返し発生する。
【００３０】
そして、このレーザープラズマＸ線発生装置では、ベローズ３３のバネ作用で照射口形成部３２がシール部材３４を介して回転ドラム部８の外表面に一定圧力で摺接することにより、回転ドラム部８との間（あるいは、固化付着したターゲット材の表面との間）に集光照射口３に通じる隙間が生じることはなく、シール性が保持される。そのため、ターゲットガスの真空チャンバー１への洩れは少なくて、真空チャンバー１の真空度を保持でき、発生したパルスＸ線はターゲットガスに吸収されずに取り出すことができ、必要なパルスＸ線が得られる。
【００３１】
以上、実施の形態の一例およびその変更例を説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、発明の技術的思想の範囲において適宜構成を変更して実施できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態のレーザープラズマＸ線発生装置の全体概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態のレーザープラズマＸ線発生装置の要部詳細構成図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  真空チャンバー
２  ターゲットガス供給管
３  集光照射口
４  ターゲットガス供給口
５  クライオ化カバー
６  回転円筒体
７  回転シャフト部
８  回転ドラム部
9  冷媒導入パイプ
１１  回転方向駆動装置
１２  軸方向駆動装置
１３  パルスレーザー光発生装置
１５  入射口
１６  パルスレーザー光
１７  集光照射点
２２  位置制御装置
２３  同期制御装置
２４  真空装置
２５  ターゲットガス供給装置
３０  照射フランジ
３１  基端取付部
３２  照射口形成部
３３  ベローズ
３４  シール部材
３５  結晶固定溝
３６  表面処理層
【図１】
2005332787.tif 000003
【図２】
2005332787.tif 000004
【図３】
2005332787.tif 000005