(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的に不活性で室温ではガス状であり冷却した際に液化し、さらに液体状態から固体状態に変化するクライオターゲット材をガス状で、回転軸を有し当該回転軸を中心軸として回転しかつ熱伝導率のよい円筒形を有して極低温に冷却される回転体の表面に供給して付着させ、当該表面に所定の厚さに形成するクライオターゲット層が、高尖頭パワーを有する繰り返しパルスレーザ光を集光照射する際のスポットサイズ以上の幅と前記パルスレーザ光を集光照射した際に蒸散かつ飛散する前記クライオターゲット材に相当するだけの量以上を確保した厚さとを有し、前記回転体表面上に一周を形成する環形状の一つまたは複数のクライオターゲット帯であるレーザプラズマＸ線発生装置において、
回転走行する前記回転体のクライオターゲット帯に対して固定配備され、前記回転体表面に密着摺動して当該クライオターゲット帯の周囲で前記回転体表面に付着したクライオターゲット材を掻き集め、所定形状に押し込んで前記クライオターゲット帯を作成する圧集壁を更に備えることを特徴とするレーザプラズマＸ線発生装置。
【請求項２】
請求項１において、前記クライオターゲット材の供給口は、予め冷却され液体状態に近い濃度の前記クライオターゲット材を前記回転体表面に噴出し、結晶微粒子状態の前記クライオターゲット帯を形成するクライオターゲット材供給ノズルであることを特徴とするレーザプラズマＸ線発生装置。
【請求項３】
請求項１において、前記クライオターゲット帯と回転体表面との間で緩衝層となる、室温ではガス状であり冷却した際に液化し、さらに液体状態から固体状態に変化する緩衝材を、回転体の表面に供給して付着させる緩衝材供給ノズルを更に有することを特徴とするレーザプラズマＸ線発生装置。
【請求項４】
請求項１において、前記パルスレーザ光の集光照射により、この集光照射点から噴出した前記クライオターゲット材を、当該集光照射点から前記回転体の回転方向に基く前記クライオターゲット帯の接線方向上部で収集して排気する排気ノーズを更に備えることを特徴とするレーザプラズマＸ線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学的に不活性で室温ではガス状のクライオ（低温）材を冷却して液体化から固体化まで状態を変化させるクライオターゲット材を、熱伝導率のよい円筒形側面を有して極低温に冷却される回転体の円筒形側面および底平面などの表面に吹き付けにより供給してクライオターゲット層として形成し、このクライオターゲット層に高尖頭パワーを有する繰り返しパルスレーザ光を集光照射して生じたプラズマからパルスＸ線を発生するレーザプラズマＸ線発生装置に関する。
【０００２】
特に、高尖頭パワーを有する繰り返しパルスレーザ光の照射で発生し飛散するターゲット材による微粒子の発生量を少量に限定すると共にこの微粒子を回収することにより、連続して安定した高い平均出力のパルスＸ線を発生することができるレーザプラズマＸ線発生装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
高い尖頭パワーを有するパルスレーザ光を直径１００μｍ以下の点に集光して、これを固体ターゲットに照射することにより高温高密度のレーザプラズマが生成され、このレーザプラズマから高い輝度のパルスＸ線がレーザプラズマＸ線として放射されることは１９７０年代から知られている。そして、レーザ光のパルスエネルギーが向上すると共にその物理的特性の調査が進んでいる。
【０００４】
レーザプラズマＸ線の応用については、医療応用として、またＸ線リソグラフィー用光源への応用として多くの技術の開示があった。その後、レーザ核融合研究の一部としてレーザプラズマＸ線は精力的に研究され、Ｘ線のスペクトル強度に対するレーザ波長、強度依存性またはターゲット元素依存性などが明らかにされた。特に、入射レーザのエネルギーからＸ線エネルギーへの全変換効率は数パーセントから１０パーセントと極めて大きいことが判明し、数１００Ｈｚの高い繰り返し回数が可能でかつ高エネルギーのパルスＹＡＧレーザの実現など、レーザ技術の進展に伴い高い繰り返しによる高平均出力を有するレーザプラズマＸ線の実用化に対する開発が行われた。
【０００５】
入射レーザが集光してプラズマを発生するターゲットとしては、米国特許明細書「Ｊ．Ｍ．Ｆｏｒｓｙｔｈ  ｅｔａｌ；Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  ４，７００，３７１号（Ｏｃｔ．１３，１９８７）」に開示される円筒回転ドラムターゲットまたはテープターゲットがある。しかし、これらのターゲットはいずれも銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）などの金属を主体とする固体材料であるため，レーザ加熱によって蒸発した集光点近傍の材料が周囲のチャンバー壁内面または放射されるレーザプラズマＸ線を集める高価なＸ線鏡の表面に堆積し、かつ飛散した微粒子がＸ線鏡の表面に損傷を与えるなどの問題がある。その理由は、ターゲット材の固体材料は、Ｘ線鏡の表面に堆積付着してＸ線を強く吸収すること及び／または結晶微粒子となってＸ線鏡表面を損傷することがあるため、Ｘ線鏡の反射率が減少し、使用できるＸ線の実効強度が時間と共に低下するためである。従って、定期的に高価なＸ線鏡を交換する必要がある。
【０００６】
また，使用されるターゲットは、それ自体にレーザ光が繰り返し集光照射されるため、いずれも蒸発磨耗により寿命が短く、頻繁に交換する必要がある。
【０００７】
従来、この種のレーザプラズマＸ線発生装置では、上述した問題を解決する方法として，化学的に不活性で室温ではガス状態の物質、例えばキセノン（Ｘｅ）のような希ガスを冷却して液体化または固体化したクライオ材が、クライオターゲット層に形成され用いられている。
【０００８】
例えば、図１３に示されるような、冷却して液体化または固体化したクライオ材によるクライオターゲットを連続供給する装置が、特開平１−６３４９号公報（ 特許番号第２６１４４５７号）に開示されている。
【０００９】
すなわち、図１３に示されるように、真空チャンバー１０１内部には連続移動する回転無端ベルトを有するベルトコンベア１０２が備えられ、液体化または固体化したクライオ材が供給路１０３から回転無端ベルトの表面上に連続的に供給されて付着しクライオターゲット層１０４を形成する。
【００１０】
一方、パルスレーザ光は、入射口から真空チャンバー１０１内に入射し、移動する回転無端ベルト表面上に付着したクライオターゲット層１０４上に集光照射点１０５を形成する。従って、集光照射点１０５においてクライオターゲット層１０４のクライオ材がプラズマ化してパルスＸ線を放射し、パルスＸ線はＸ線射出口を介して外部に取り出される。
【００１１】
この集光照射点１０５でプラズマ化して穴をあけたクライオターゲット層１０４には移動する回転無端ベルトの表面上にクライオ材の供給路１０３からクライオ材が連続して供給され、クライオターゲット層１０４が復旧する。
【００１２】
上述した回転無端ベルトを用いてクライオターゲット層をレーザ集光点に運搬するレーザプラズマＸ線発生装置では、回転無端ベルトは、極低温の回転体と接する際のみに冷却されるが、極低温において屈曲と延伸との作用を受けるため、回転無端ベルトの寿命が短縮されるという問題があり、更に、供給されるクライオ材の付着面の温度を安定した低温に保持することが困難であるという問題がある。
【００１３】
また、クライオ材の供給路から供給を受けて回転無端ベルトに付着形成されるクライオターゲット層では表面に沿っての厚さにおいて均一性が得難いので、クライオターゲット層の表面の法線方向に対するレーザ光の集光照射点の持つ相対位置が面の場所により所定の位置から外れることがあり、発生するＸ線の強度が安定しないという問題もある。
【００１４】
このような問題を解決するために、回転無端ベルトを用いるベルトコンベアの代わりに、例えば、特開２００１−０１５２９６号公報に開示され、図１４に示されるような、冷却した際に液体化または固体化の可能なクライオ材によるクライオターゲットを連続供給する装置がある。
【００１５】
すなわち、図示されるレーザプラズマＸ線発生装置は、真空チャンバー１１０の内部に回転体１１１を有し、回転体１１１は、回転駆動機構により回転させられる回転軸１１２とクライオターゲットの表面として熱伝導率のよい円筒形表面とを有し、回転軸１１２を通して内部に極低温流体１１３を循環させ側面を極低温に冷却している。
【００１６】
一方、ターゲット供給機構１２０は冷却して液体化または固体化される化学的に不活性で室温ではガス状の例えばキセノン（Ｘｅ）をクライオターゲット材として供給路１２１から回転体１１１の表面に供給して所定の厚さのクライオターゲット層１２２を形成する。
【００１７】
レーザプラズマＸ線発生装置では、このクライオターゲット層１２２の集光照射点１３０に高尖頭パワーを有する繰り返しパルスレーザ光１３１が集光照射され、ここにて生じたプラズマからパルスＸ線１３２が発生する。
【００１８】
このように、回転体１１１を回転させることによって再生されたクライオターゲット層１２２をパルスレーザ光１３１の集光照射点１３０へ連続的に供給することができる。従って、熱伝導率のよい回転体１１１を極低温に冷却して表面にクライオターゲット層１２２を形成する際、回転体１１１の回転速度、回転体表面の温度、回転体表面に供給するクライオ材の供給量などの設定によりクライオターゲット層１２２の厚さを適切に設定できる。また、回転体１１１の回転によりパルスレーザの集光照射点１３０の位置を逐次移動できるので、パルスレーザの集光点に生じるプラズマによる回転体１１１の損傷を防止することができる。
【００１９】
また、図示されるように、間隙をもって回転体１１１を囲み間隙にクライオ材の注入を受けて閉じ込める固定壁１５０を備え、回転体１１１の速度、周囲温度を含む環境条件を設定して、回転する回転体１１１の円筒形表面に付着したクライオ材をほぼ均一の厚さに形成しクライオターゲット層１２２としている。従って、回転体１１１の表面に液体化状態または固体化状態のクライオターゲット層を安定に形成することができると共にパルスレーザ光１３１の集光照射点１３０にプラズマを常に同様な安定した条件で発生することができる。
【００２０】
しかしながら、図１５に示すように、上述した回転体１１１の表面に形成されたクライオターゲット層１２２で、０．７Ｊ／２０ｎｓのパルスレーザ光１３１を集光照射点１３０に照射した場合、クライオターゲット層１２２の表面に３０ｎｓ以内で高温高圧のプラズマが形成されかつパルスＸ線１３２が発生する。同時に、クライオターゲット層１２２の内部へは発生したプラズマにより駆動される衝撃波が伝搬し、その透過後、１μｓからほぼ１００μｓまでの間にクライオターゲットとなったクライオ材が蒸発したガス１３４及び破砕した微粒子１３５が拡散して、所定の厚さのクライオターゲット層１２２にクレータ１３６を形成する。キセノン（Ｘｅ）をクライオターゲット材とした場合、このクレータ１３６は深さ１５０μｍ、直径４００μｍに達する。因みに、プラズマの形成によりパルスＸ線を発射するに要するクライオターゲット材の体積は、１００μｍの集光スポット径による面積と深さ２０μｍとの積、程度である。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上述の図１４を参照して説明したレーザプラズマＸ線発生装置では、クライオターゲット材（Ｘｅ）が直径１００μｍの集光照射に対して深さ１５０μｍ、直径４００μｍに達する量を拡散している。従って、拡散するガス及び微粒子が回転する集光照射点近辺で構成要素に損傷を与えることがなくても、これらの発生物質は真空チャンバー内に拡散する。更に、この発生物質は、真空チャンバー内に滞留することにより急激に増加し、装置の機能を低下させる危険性が高い。これを除くために、図１４で示される排気装置１４０のような排気手段を備えて発生物質を回収し再生することができるが、拡散量が急激に増加するので、これには大きな排気量が必要とされる。
【００２２】
本発明の課題は、回転体を用いてクライオターゲット層の基板としたレーザプラズマＸ線発生装置でのこのような問題点を解決するため、レーザ光の集光照射を受けた際に蒸散または拡散するクライオターゲット材の量を、できる限り少量に制限して発生する物質を回収する排気手段の容量を小型化すると共に、発生した物質はできる限り回収して設備およびその運用のコストを低減することができるレーザプラズマＸ線発生装置を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明によるレーザプラズマＸ線発生装置は、化学的に不活性で室温ではガス状であり冷却した際に液化し、さらに液体状態から固体状態に変化するクライオターゲット材を、回転軸を有しこの回転軸を中心軸として回転しかつ熱伝導率のよい円筒形表面を有して極低温に冷却される回転体の側面または底面の表面に供給し、所定の厚さに形成されたクライオターゲット層をクライオターゲットとして形成し、このクライオターゲットに高尖頭パワーを有する繰り返しパルスレーザ光を集光照射して生じたプラズマからパルスＸ線を発生するものである。
【００２４】
その特徴とする一つは、パルスレーザ光を集光照射した際にプラズマ化してＸ線を放出するに必要な最小限のクライオターゲット材の量を確保可能なサイズの幅と厚さとを有する一周以上のクライオターゲットを回転体表面に帯状の円を環状に形成して備えることである。このようなクライオターゲット帯は回転体表面上に厚さをもって形成されても、また回転体表面に深さを有する溝により形成されてもよい。勿論、クライオターゲット帯は浅い溝の上に形成されることもできる。
【００２５】
この場合のクライオターゲット材の供給口は、予め冷却され液体状態に近い濃度のクライオターゲット材を回転体表面に噴出し、回転体表面で直ちに固化させて結晶微粒子状態のクライオターゲット帯を形成するクライオターゲット供給ノズルであることが望ましい。
【００２６】
また、クライオターゲット帯は回転体表面において、側面に回転軸方向に平行に、また底面に同心円で、それぞれが形成されてもよい。また、これに追加される特徴は、回転走行する回転体のクライオターゲット帯に対して固定配備され、回転体表面に密着摺動してクライオターゲット帯の周辺で回転体表面に付着したクライオターゲット材を掻き集めてクライオターゲット帯に押し込み、所定のサイズを有するクライオターゲット帯を作成する圧集壁を備えることである。
【００２７】
また、パルスレーザ光により集光照射されている間にプラズマ化しつつ蒸散するクライオターゲット材の量は、例えばキセノン（Ｘｅ）では厚さ２０μｍ〜３０μｍ程度である。このように、上記クライオターゲット帯の幅及び厚さまたは深さを、レーザ光の集光照射により蒸散する量、すなわち集光スポット径と蒸散の深さとに見合う値に設定することにより、クライオターゲット材の蒸散はターゲット溝の幅方向で制限され回転体基板の表面に拡大されることはない。特に、圧集壁を用いて幅方向の寸法を限定した場合、幅方向の余分な蒸散を生じることはない。
【００２８】
また、クライオターゲット溝が回転体基板表面と接する部分で飛散した高温プラズマ粒子により回転体基板を損傷することのないように、クライオターゲット溝の開口部分は、中央部分に対して広く、断面が凹型に形成されることが望ましい。
【００２９】
また、更に、上記プラズマによる回転体基板の損傷を避けるため、緩衝層となるガス、例えば炭酸ガス（ＣＯ２）を液体化から固体化して回転体表面に緩衝層を形成し、キセノン（Ｘｅ）などのクライオターゲット材を最小とすることができる。この場合、緩衝層となるガスを供給する緩衝材供給ノズルは、クライオターゲット材供給ノズルより上流側の位置に配置されることとなる。
【００３０】
また、他の一つの特徴は、パルスレーザ光の集光照射によりこの集光照射点から噴出した前記クライオ材の結晶微粒子およびその気化ガスを、集光照射点から回転体回転方向、かつクライオターゲット帯上で収集排気する排気ノーズを更に備えることである。この特徴は、上記特徴と組合せることが望ましいが、独立して効果を発揮することもできる。特に、集光照射点から回転体表面に対してほぼ垂直方向に飛散する微粒子は、回転体の回転方向、すなわち円形のクライオターゲット帯の接線方向で斜めに配置される排気ノーズにより自然に収集されることが可能になる。従って、クライオターゲット材の回収が容易となり、真空チャンバー内部でガス化されたクライオターゲット材の残留を大幅に低減することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図の形状もしくは形体または相対寸法などについては説明の理解を助けるために作成されているので参照のみにとどめて頂きたい。
【００３２】
図１は本発明の実施の一形態を示す説明用の縦断面概要図である。
【００３３】
図１のレーザプラズマＸ線発生装置では、真空チャンバー１０、円筒形の回転体１１、回転体１１の回転軸１２、および内部にあって回転体１１を冷却する極低温流体１３が主要構造を形成する。レーザ光のターゲットとなるクライオ材を供給するターゲット材供給部２０は回転体１１の表面にクライオ材を供給するクライオターゲット材供給ノズル２１を有し、クライオ材は回転体１１の表面でクライオターゲット層２２に形成される。
【００３４】
パルスレーザ光３１は、回転体１１の表面のクライオターゲット層２２にある集光照射点３０に集光してプラズマを発生させ、パルスＸ線３２を放射する。パルスＸ線３２の放射を出力方向で平行光とするためＸ線鏡３３が設けられる。プラズマ発生の衝撃により、真空チャンバー１０内に発生したクライオ材のガスは排気装置４０が収集し回収層４１に回収される。固定壁５０は、回転体１１の表面と間隙を有して設けられ、この間隙にクライオ材の注入を受けて閉じ込めるものであり、上述した公開公報で開示されるように、回転体１１の表面上に液体化状態または固体化状態で安定した厚さのクライオターゲット層２２を形成する。
【００３５】
更に、本発明の特徴として従来と大きく相違する点は、クライオ材を供給するクライオターゲット材供給ノズル２１が回転体１１の表面にクライオ材を噴射することであり、クライオ材をその表面で直ちに固化させて結晶微粒子状態で付着させることである。また更に、ターゲット溝５１、圧集壁５２、および排気ノーズ５３が設けられていることである。ここで、クライオターゲット材供給ノズル２１、圧集壁５２、および排気ノーズ５３は上記固定壁５０に固定されているものとする。また、ターゲット溝５１は内部にクライオ材を埋め込み、上述したクライオターゲット帯を形成するものである。なお、固定壁５０は、真空チャンバー１０の高真空度を保つため、比較的圧力の高い噴射部分とクライオターゲット帯周囲とを真空から隔離するために必要である。
【００３６】
また、図では、回転軸受け、回転体１１の回転および移動を駆動する回転駆動機構および軸方向駆動機構、並びに極低温流体１３の導入管および排気管、などが示されている。従って、例えば軸方向駆動機構は、回転体１１を軸方向にステップ移動させることにより、複数の上述したクライオターゲット帯を形成することができる。
【００３７】
次に、図１を参照して各構成要素の機能について説明する。
【００３８】
真空チャンバー１０の内部には、円筒形表面を有し中空で冷却槽となる熱伝導率のよい回転体１１が水平面に垂直な回転軸１２を有して設けられている。回転軸１２は真空チャンバー１０に設けられた回転軸受けにより支持されている。回転軸１２は熱伝導係数の小さい材質が好ましい。
【００３９】
また、回転軸１２は、上部の部分で、液体窒素、液体アルゴン、または液体ヘリウムなどの低温液化ガスを極低温流体１３として回転体１１の中空内部に外部から導入する導入管と、極低温流体１３の気化ガスを排出回収する排気管とを同軸状にそれぞれ備えている。従って、極低温流体１３は、回転体１１内部の中空内部に液体として蓄積され、回転体１１の熱伝導を利用して回転体１１の表面をクライオターゲット層２２となるクライオ材の液化温度以下に冷却する。
【００４０】
一方、クライオ材は例えばキセノンでありレーザプラズマを発生させるレーザ光３１の集光照射対象であるターゲットの材料である。クライオ材は、流体化されて回収槽４１に外部から補給されると共に内部に貯蔵される。また、クライオ材は、温度制御されたクライオターゲット材供給ノズル２１により、冷却された回転体１１の表面に設けられるターゲット溝５１部分の周辺に、液体状態に近い濃度で噴射供給され、結晶微粒子の状態でターゲット溝５１の内部を埋めると共に回転体１１の表面にクライオターゲット層２２を形成する。
【００４１】
ここで、図２および図３に図１を併せ参照して図１に示すターゲット溝５１およびその表面に形成されるクライオターゲット層２２について説明する。
【００４２】
回転体１１は、例えば表面を高融点金属のタングステン合金などにより被覆保護された銅（Ｃｕ）を用いており、円筒形のターゲット基板であり、ターゲット溝５１の深さを充たすに十分な厚さを有している。
【００４３】
図２に示されるように、図１で示されるターゲット溝５１は、回転軸１２に垂直な面で回転軸を中心とした環形状をなしている。パルスＸ線３２が連続的に発生できるように、回転体１１の一周の間にクライオターゲット層の形成とパルスＸ線の生成とが交互に発生することは好ましい。しかし、必要があれば、ターゲット溝５１は、円筒形回転体１１の円筒側面では上述した軸方向駆動機構と相まって回転軸１２の方向に複数の平行線を形成することができる。更に、別のターゲット溝は、円筒形または円盤形の回転体の円形底面に設けることもできる。この場合、複数のターゲット溝は回転軸を中心とする複数の同心円を形成することとなる。
【００４４】
ターゲット溝５１の断面の大きさは、例えば、深い部分で深さ１００μｍおよび幅１５０μｍであり、浅い部分で深さ１５μｍおよび幅３００μｍであれば十分である。このターゲット溝５１の大きさは、パルスレーザ光３１が直接加熱する蒸散現象で、基板材である回転体１１に損傷を与えないだけの容積を有する。
【００４５】
従って、クライオターゲット材供給ノズル２１から噴射されたクライオ材は、極低温に冷却された熱伝導率のよい回転体１１のターゲット溝５１を埋めたうえ、例えば円筒形表面に厚さ１０μｍのクライオターゲット層２２を形成することになる。この場合、回転体１１の回転速度、円筒形表面の温度、円筒形表面に供給するクライオ材の供給量など、環境条件の設定によりクライオターゲット層２２の厚さを適切に形成することができる。
【００４６】
ターゲット溝５１は、ターゲット溝５１と回転体１１の基板表面とが接する部分で基板材を損傷することのないように、浅い部分と深い部分との２段を形成しているが、別の形状、例えば、断面を漏斗形状または半円形状としてもよい。
【００４７】
すなわち、ターゲット溝の断面が図示されるような階段状ではなく凹面構造をとすることは、ターゲット溝の内側表面で反射された反射衝撃波がターゲット溝の中心部に収束されるため、ターゲット溝の周囲に拡散して周囲のターゲット材を広範囲に脱離または剥離することがないので、望ましい。
【００４８】
ここで、また図１に戻り説明を続ける。
【００４９】
後述するように、圧集壁５２がクライオターゲット材をターゲット溝５１の内部に埋め込むため、クライオ材は回転体１１の表面で結晶微粒子状態に在ることが望まれる。従って、クライオ材の供給は、低温制御されたクライオターゲット材供給ノズル２１によりクライオ材を冷却された回転体１１の表面に吹き付けて急速冷却し結晶微粒子の生成を確実にしている。また、クライオターゲット材供給ノズル２１の先端が圧集壁５２の内側に位置することにより、噴射されたクライオ材は回転体１１表面の広範囲に飛散することを防止できる。この結果、クライオターゲット帯形成の効率が向上する。
【００５０】
また、クライオターゲット層２２がプラズマ化された際にガス状となったクライオ材は、排気装置４０により真空チャンバー１０の外へ排出回収され、クライオ材の回収槽４１へ送られ、冷却により再び低温化されて引き続き真空チャンバー１０内で回転体１１の表面にクライオターゲット材供給ノズル２１を介して供給される。更に、排気装置４０は、真空チャンバー１０の内部を１３３×１０−３Ｐａ以下の圧力に保持するように稼動している。
【００５１】
他方、パルスレーザ光３１は集光機構を介して真空チャンバー１０のレーザ入射口から照射されクライオターゲット層２２の集光照射点３０に到達する。次いで、集光照射点３０で発生したプラズマから生じたパルスＸ線３２がＸ線鏡３３により平行光に成形されＸ線出射口から射出される。
【００５２】
次に、図４および図５に示されるように、圧集壁５２は、ターゲット溝５１の上部で、回転体１１の回転走行方向で、集光照射点３０の手前に位置する。排気ノーズ５３は、ターゲット溝５１の上部で、回転体１１の回転走行方向、かつ円形のターゲット溝５１の接線方向で、集光照射点３０の先方に位置する。排気ノーズ５３は図示されるように排気装置４０に結合され、収集された排気材は回収槽４１に回収される。
【００５３】
図４で示される例では、圧集壁５２および排気ノーズ５３は、真空チャンバー１０の内部で間隙をもって円筒形の回転体１１を囲む固定壁５１に固着されている。しかし、圧集壁５２および排気ノーズ５３が真空チャンバー１０自体に直接固定されてもよいことは勿論である。また、図４は回転軸１２に垂直な断面を示す図であり、ターゲット溝５１部分から外されている。
【００５４】
次に、図１に図４から図８までを併せ参照して本発明による主要な動作手順について説明する。
【００５５】
まず、回転体１１の円筒形表面がクライオ材を充分に結晶微粒子化するだけの温度に冷却された後、クライオ材が回転体１１の有するターゲット溝５１を含む表面にクライオターゲット材供給ノズル２１から噴射される。この結果、クライオ材は回転体１１の表面で直ちに固化して結晶微粒子化される。この結晶微粒子化されたクライオ材によるクライオターゲット層２２は、図４に示されるように、回転体１１の回転走行方向に形成される。クライオターゲット層２２は回転体１１の表面に、例えば、１０μｍから５０μｍの厚さで形成される。
【００５６】
次いで、図５および図６に示されるように、圧集壁５２は、回転体１１の表面を摺動して、表面に堆積したクライオターゲット層２２の結晶微粒子状クライオ材を掻き集め、ターゲット溝５１に詰め込み圧縮してクライオターゲット帯２３を成形する。
【００５７】
クライオターゲット帯２３へ入射されるパルスレーザ光３１の光源は、高い尖頭パワーと高い繰り返し型のパルスレーザ光源であり、パルスレーザ光３１はクライオターゲット帯２３の表面に集光照射点３０として約１００μｍのスポット径で集光照射される。この場合、クライオターゲット帯２３の表面上でのレーザ強度は約１０１２W／ｃｍ２となる。
【００５８】
パルスレーザ光３１の集光照射により集光照射点３０を中心にクライオターゲット帯２３にプラズマ２４を発生する。発生したプラズマが消滅した後、クライオ材が、気化ガス３４を発生し、また微粒子（デブリ）３５を生成する。この後にはクライオターゲット帯２３にクレーター状の痕跡３６が発生する。この痕跡３６は、集光照射点３０の周囲でターゲット溝５１を露出させる。しかし、約１００μｍの集光スポット径を有するパルスレーザ光３１がプラズマとして直接飛散させるクライオ材の厚さは、キセノン（Ｘｅ）によるクライオターゲット材の場合で、実験的に測定されているアブレーションレート式から求めると、約３０μｍまでの深さである。実際にこれより大きな深さのクレータが生じるのはプラズマによる伝導加熱と衝撃波とのためである。従って、クライオターゲット材がプラズマとして気化した後に残されるクライオターゲット層の厚さが衝撃波に対して十分に厚ければ、基板材である回転体１１の例えばタングステン合金で覆われた銅の表面は損傷を受けることはない。
【００５９】
一方、パルスレーザを繰り返し周波数３００Ｈｚ〜６０００Ｈｚで動作させ、安定なパルスＸ線３２を得るには１パルス毎に新しいクライオターゲット帯２３の面を照射する必要がある。そのため、クライオターゲット帯２３の面上での集光照射点３０から次の集光照射点までの距離、並びに回転体１１の半径および角速度から回転体１１の回転速度として毎分の回転数が求められる。
【００６０】
すなわち、上述した痕跡３６には再度使用するためクライオターゲット材供給ノズル２１からクライオ材の補充がある。従って、補充に必要な時間と一周のクライオターゲット溝５１上におけるクライオターゲット材供給ノズル２１の数との関係で、必要な場合には、回転体１１を回転軸により回転させるだけでなく回転の軸方向へ往復移動させることによってクライオターゲット帯２３の表面で同じ場所を短時間内に重複してパルスレーザ光３１が照射しないようにしている。すなわち、図示される回転体１１の側面には複数のターゲット溝５１が形成されている。装置は、回転体１１の回転中、クレータ状の痕跡３６にクライオターゲット材供給ノズル２１からクライオ材を吹き付け、痕跡３６を直ちに修復するように構成されている。
【００６１】
また、図７に示されるように、回転体１１の角速度ωと表面までの半径ｒとの積から、クライオターゲット帯２３の表面速度υ（＝ω×ｒ）が求められる。一方、パルスレーザ光３１の照射により回転体１１の表面に垂直方向に速度υＤで発散する微粒子（デブリ）は、クライオターゲット帯２３の表面速度υにより、（υＤ２＋υ２）１／２  の合成速度を有することとなり、表面速度υの方向に傾いて移動する。
【００６２】
一方、排気ノーズ５３はこの位置に口を開けている。すなわち、排気できるガス量Qは排気速度Sと真空度（圧力）Pとの積に等しいが、上述したように、真空チャンバー１０内の圧力は１０−３Torr以下のオーダーにする必要がある。一方で、排気ノーズ５３内の圧力は１０−２Ｔorr程度であり、図１で示す排気装置４０が吸気するので、排気ノーズ５３に吸入された微粒子及びガスは効率よく排気される。
【００６３】
次に、図９および図１０を併せ参照して上述とは別の実施の形態について説明する。
【００６４】
この実施の形態と上述したものとの相違は、ターゲット溝がない回転体６１と先端に切欠きを有する圧集壁６２とである。圧集壁６２は、回転体６１の表面を摺動して、表面に堆積したクライオターゲット層２２の結晶微粒子状クライオ材を掻き集め、圧縮してクライオターゲット帯６３を成形する。従って、圧集壁６２の内壁は先端の切欠きに向かって狭まる形状を有しており、その切欠きの形状がクライオターゲット帯６３の断面形状を決定している。
【００６５】
成形されたクライオターゲット帯６３は、上述したように、少なくともレーザ光の集光スポット径の幅と、プラズマ化により蒸散および拡散するクライオターゲット材の量に見合う厚さとを有することとなる。また、クライオターゲット帯６３は、その断面がクライオ材のガス化を最小にできる裾野を有する小山であるように、圧集壁６２により形成される。
【００６６】
ここでは、回転体基板にターゲット溝がない形体を説明したが、浅いターゲット溝を設けてクライオターゲット層を形成することが安定したクライオターゲット帯を形成する上で望ましい。
【００６７】
また、上記図8を参照した際に説明されたように、クライオターゲット材がプラズマとして気化した後に残されるクライオターゲット層の厚さが衝撃波に対して十分に厚ければ、基板材である回転体１１の表面は損傷を受けることはないが、必要あれば、回転体１１の表面に更に緩衝材を挿入することが考えられる。
【００６８】
次に、図１１および図１２を併せ参照して緩衝材を用いた上述とは別の実施の形態について説明する。
【００６９】
この実施の形態と上述したものとの基本的な相違は、回転体７１の表面とクライオターゲット帯７４との間に、プラズマによる回転体７１の基板の損傷を避けるため、ガス、例えば炭酸ガス（ＣＯ２）を液体化から固体化してドライアイスによる緩衝層７３を形成していることである。この結果、クライオターゲット帯７４となるキセノン（Ｘｅ）などのクライオターゲット材の量を最小にすることができるので、クライオターゲット材が蒸散してガス化および微粒子化する量を抑制することができる。従って、発生するパルスＸ線３２が真空チャンバー内で減衰させられることがなくなる。
【００７０】
すなわち、図示されるように、緩衝層７３となるガスを供給する緩衝材供給ノズル７０は、クライオターゲット帯７４上において、クライオターゲット材供給ノズル２１より上流側の位置に配置されることとなる。
【００７１】
また、緩衝層７３がクライオターゲット帯７４と回転体７１の基板表面との間に厚さを形成できるように、回転体７１の表面には、断面が凹面をなすターゲット溝７２が形成されている。
【００７２】
また、圧集壁７５は、回転体７１の表面を摺動して、表面に堆積したクライオターゲット層７４の結晶微粒子状クライオ材を掻き集め、圧縮してクライオターゲット帯７６を成形する。圧集壁７６の内壁は先端の切欠きに向かって狭まる形状を有しており、その切欠きの形状がクライオターゲット帯７６の断面形状を決定している。クライオターゲット帯７６は上述したと同様その断面が裾野を有する小山構成である。
【００７３】
緩衝層７３となるガス材は液体化、固体化の温度がキセノンのようなクライオ材と比較して大きく異なるので、両者の分離が容易である。
【００７４】
上記説明では、回転体の側面で回転軸方向に平行に、また底面で回転軸を中心として同心円状に複数のクライオターゲット帯を設けるとしたが、クライオターゲット帯をスパイラル状とすることもできる。この場合、圧集壁および排気ノーズ先端の位置を固定または回転体の軸方向もしくは軸に垂直な方向に移動調整することとなる。
【００７５】
このように、上記記載では、図面それぞれを参照し適切な条件を示して説明しているが、図示され説明された形状大きさおよび相互位置などの構成並びに組み合わせについては、環境条件と共に相互に関連があるが上述した機能を満たす限り自由であり、本発明は上記記載に限定されるものではない。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、極低温流体などにより冷却された熱伝導効率のよい回転体の表面に結晶微粒子状のクライオターゲット材を圧集壁により掻き集めて押し込んだクライオターゲット帯を形成し、その中心にパルスレーザ光の集光照射点を置いている。クライオターゲット帯は、その内部で発生したプラズマが回転体基板の壁を損傷しない程度の寸法を有しているので、クライオターゲット帯を形成するクライオターゲット材のみを蒸散および飛散している。従って、プラズマによる伝導加熱および衝撃波による必要以上のクライオターゲット材の蒸散および飛散を回避することができる。
【００７７】
この結果、真空チャンバーの内部でクライオ材のガス放出量が大幅に低減するので発生したＸ線の吸収が減少し、この結果、排気装置のパワーを大幅に縮小できるので経済的効果が大きい。特に、プラズマＸ線発生直後の微粒子回収はこのような効果を更に向上させるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における縦断面概要の実施の一形態を示す図である。
【図２】図１の回転体側面における溝部分の実施の一形態を示す図である。
【図３】図２における部分断面の実施の一形態を示す図である。
【図４】図１における回転体主要部分断面の実施の一形態を示す図である。
【図５】図４の集光照射点周辺における展開平面およびその断面の実施の一形態を示す図である。
【図６】図５の圧集壁に係る横断面および正面断面の実施の一形態を示す図である。
【図７】図５の排気ノーズに係る実施の一形態を示す図である。
【図８】本発明のＸ線発生の過程に係る説明の実施の一形態を示す図である。
【図９】図５とは別の集光照射点周辺における展開平面およびその断面の実施の一形態を示す図である。
【図１０】図９の圧集壁に係る横断面および正面断面の実施の一形態を示す図である。
【図１１】図４とは別の回転体主要部分における断面の実施の一形態を示す図である。
【図１２】図１１のクライオターゲット帯部分における断面の実施の一形態を示す図である。
【図１３】従来の一例を示す斜視図である。
【図１４】従来における縦断面概要の一例を示す図である。
【図１５】従来のＸ線発生の過程に係る説明の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０    真空チャンバー
１１、６１、７１    回転体
１２    回転軸
１３    極低温流体
２０    ターゲット材供給部
２１    クライオターゲット材供給ノズル
２２、７４    クライオターゲット層
２３、６３、７６    クライオターゲット帯
３０    集光照射点
３１    パルスレーザ光
３２    パルスＸ線
３３    Ｘ線鏡
３４    気化ガス
３５    微粒子（デブリ）
３６    痕跡
４０    排気装置
４１    回収槽
５０    固定壁
５１、７２    クライオターゲット溝
５２、６２、７５    圧集壁
５３    排気ノーズ
７０    緩衝材供給ノズル
７３    緩衝層
【図１】
0004351413.tif 000002
【図２】
0004351413.tif 000003
【図３】
0004351413.tif 000004
【図４】
0004351413.tif 000005
【図５】
0004351413.tif 000006
【図６】
0004351413.tif 000007
【図７】
0004351413.tif 000008
【図８】
0004351413.tif 000009
【図９】
0004351413.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0004351413.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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