JPH0354424B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は概ね大気圧空気のような通常の環境下
にある対象物に対してＸ線を照射する装置に関す
る。

本発明による装置は軟Ｘ線の照射を受けるべき
対象物を、Ｘ線を生ずる真空室のような特殊環境
に出し入れすることが高価につき、時間がかか
り、あるいは不便であるような用途に対して特に
有用である。この形式の装置の典型的な用途とし
ては、高解像リトグラフ用、拡張Ｘ線吸収微小構
造（extended Ｘ−ray absorption fine
structure−EXAFS）の分光学用およびＸ線顕微
鏡検査用の、レーザでつくるＸ線装置を含む。

Ｘ線は一般に真空中でつくられるが、多くの用
途においては空気中で用ることが望ましい。しか
し、真空と空気との間の圧力差に耐えるに十分厚
くかつ強靱につくられた窓は、特に約5KeV以下
の光子エネルギを有するような軟Ｘ線に対しては
不透過性となるため、Ｘ線を真空から空気中に取
り出すには問題がある（但し、窓を極めて小さく
し、その厚みを薄くした場合は例外である。）。こ
の問題は大きな面積を照射することが望ましいＸ
線リトグラフイの場合は特に深刻である。

本発明はこの問題を克服する簡単で、安価で、
かつ便利な装置を提供する。

米国特許第4058486号には、固体のターゲツト
レーザ光線を集中させることによりＸ線の強い点
源をつくり出せることが示されている。固形のス
ラブターゲツトに集中されたネオデイウムのレー
ザ光線は25パーセント以上の効率で、１ナノ秒内
に本質的に点源（直径が約100ミクロン）から放
出する数十ジユールのＸ線に変換された。約45度
の入射角にて、約100ジユールのレーザパルスで
照射された鉄製のターゲツトからつくり出された
Ｘ線のパターンは概ね無指向性である。25パーセ
ント以上の変換効率は、スラブから放射され2000
オングストロームアルミニウムを塗布した3000オ
ングストロームのプラスチツク（パラリン−
paraline）を垂直に通過したＸ線に見合う。この
ようにこの変換効率は下限であつて、スペクトル
の約300電子ボルト以上の部分にのみ対応する。
観察されるＸ線のほとんどが約0.3から15KeVの
間にあり、10から100KeVに達する少量ではある
が有用な部分を有している。KAP結晶からとつ
た屈折結晶分光結果を濃度計で検査してみると、
その放射線はスペクトル間隔がほとんどの場合約
0.7から1.2KeVの間であるようである。スペクト
ルの細部において異常な鋭さがあるのはその点源
の寸法が小さいためである。Ｘ線のこの新規な点
源は約0.1から100KeVの範囲中で調和可能なスペ
クトルを提供する。

本発明による装置は典型的には前述の形式のＸ
線発生装置を採用している。しかしながら、本装
置はＸ線を発生させるために、レーザ光線以外の
電子ビームを使用する装置のようなその他の若干
類似の装置も使用することができる。

概ね大気圧で空気のような通常の環境におかれ
る対象物に対してＸ線を照射する本発明による典
型的な装置は、ターゲツトにおいて選定したスペ
クトルと強度のＸ線を発生させるためにそのター
ゲツトにエネルギを向ける手段と、該ターゲツト
の周りの概ね流体密にされた第１の密閉室と、第
１の密閉室内の圧力を概ね大気圧以下に保持する
ためにその中のガス量を減少させる手段と、前記
第１の密閉室に隣接した概ね流体密にされ、Ｘ線
に対して高度に透過性を有するガスを他のガスは
概ね排除した状態で含む第２の密閉室とを含み、
第１の密閉室の一つの壁はＸ線がその中を通過で
きるようにするに十分な大きさであるが、所要の
圧力でそれを通過して入るのと同じ速さで減圧装
置が該第１の密閉室からガスを排出できるに十分
小さい開口を有しており、ターゲツトは発生した
Ｘ線の実質的な部分を前記開口に向いて放出し、
該開口を通過するように十分開口に近接して配置
され、第２の密封室の第１の壁は第１密閉室の壁
の前記開口に隣接して位置決めされたＸ線に対し
て高度に透過性を有する部分を有し、開口を通つ
たＸ線が当該透過性部分を通つて第２密閉室にお
ける離れた第２の壁に向けて進むようにし、第２
の密閉室内のガスは少くとも第２の壁の近くにお
いて大気圧にほぼ等しい圧力に維持され、また、
この第２の壁にＸ線に対して高度に透過性を有す
る部分を設け、これにより、患者などの対象物を
第２密閉室の外側の第２の壁のＸ線透過性部分に
隣接した位置に置いた状態で、空気等により減衰
されないＸ線を照射できるようにしている。

この装置はまた、第１密閉部に隣接する概ね流
体密にされた中間室を有し、該中間室は一部が前
記開口を備える第１密閉室の壁の一部と共通する
内壁と、該共通壁にほぼ平行で前記共通壁内の開
口及び第２密閉室の第１の壁のＸ線透過性部分の
間でそれらに整合された開口を備える外壁とを有
し、それによりＸ線がそれらを通り第２の密閉室
の第２の壁に進めるようにしてあり、更に、中間
室内のガス量を減少させそのガス圧を第１及び第
２密閉室内の圧力の間の値に維持する減圧手段を
有し、前記外壁内の開口は小さく、そのため減圧
手段は少くとも当該開口を通つて入るガスの速度
で中間室内のガスを排除できるようにしてある。

この装置はまた、第１及び第２密閉室間に追加
の類似した少なくとも一つの中間室を有し、隣接
する中間室は開口の設けられた共通壁の両側に位
置決めされ、それらの全ての開口は第１密閉室の
壁の開口及び第２密閉室の第１の壁の透過性部分
間でそれらに整合されて位置決めされ、更にこの
装置は各追加の中間室内のガス量を減少してガス
圧を隣接する密閉室内の圧力の中間の値に維持す
る手段を有し、各室の開口は小さく、そのため各
中間室の減圧手段は少くとも当該開口を通つて入
るガスの速度で中間室内のガスを排出できるよう
にしてある。

各中間室内の圧力は通常、その両側の室の圧力
値のほぼ中間で対数的に維持される。平行な壁の
間隔はそれらの間のガスの流れを避けるに十分な
程大きくすべきである。典型的には、第１の中間
室の内外（平行）壁間の間隔を約２乃至10ミリ、
次の中間室の平行壁間の間隔を約0.5乃至５ミリ、
更に次の中間室の平行壁間の間隔を約0.1乃至２
ミリとする。開口はそれを通つたＸ線が約１乃至
10度の頂点角を有する円錐形となるようなサイズ
にする。

本発明の典型的な実施例においては、第２密閉
室を軽量ガスドリフトチユーブで形成する。該チ
ユーブ内の代表的ガスとしてはほぼ大気圧でのヘ
リウム、水素、炭化水素、好ましくはヘリウムと
する。典型的なトリフトチユーブにおける上記第
１の壁から第２の壁までの距離は約0.5乃至５メ
ートルとされる。ドリフトチユーブ内の前記第１
の壁のＸ線透過性部分及び第２の壁のＸ線透過性
部分は典型的には、基本的にベリリウム、または
低原子価（低Ｌ）プラスチツク材からなることを
典型とする薄いフオイル（箔）を含む。該フオイ
ルの厚さは典型的には約２から20ミクロンであ
る。

本発明の典型的な実施例においては、第２密閉
室の前記第２の壁のＸ線透過性部分に開口を設け
るとともに、該第２密閉室に高いＸ線透過性を有
するガスを供給する手段を設ける。Ｘ線透過性部
分の開口は小さくされ、それによりガス供給手段
が、少くとも当該開口を通つて排出されるガスの
速度でＸ線透過性ガスを第２密閉室に供給し、他
のガスが該第２密閉室に入るのを実質上阻止でき
るようにする。

前記第２の密閉部へ運ばれるガスは典型的には
ヘリウム、水素、または炭化水素であつて、好ま
しくはヘリウムで、少なくとも前記第２の壁の透
過性部分近くで、約0.9から１大気圧に保持され
る。第２の密閉部の第２の壁の透過性の部分は基
本的にベリリウムまたは低原子価プラスチツク材
からなることを典型とするフオイルを含む。該フ
オイルの厚さは典型的には約２乃至20ミクロンで
ある。

前記第２の密閉室中、少なくとも該密閉室の第
２の壁のＸ線透過性部分近くにおけるガスが概ね
大気圧に保持されているので、その透過性部分に
開口を設けることも出来、かつ前記の第２の密閉
室の内部にあるガスは、前記開口を通過するガス
カーテンか、あるいはＸ線を受けるべき対象物に
よつて、あるいは前記壁に当接して置かれ、前記
開口を覆うように前記対象物に付属した要素によ
つてその周りの空気から実質的に分離させること
ができる。

材料のEXAFSデータをとるための本発明によ
る装置は、前記開口を通過するＸ線を受取りスペ
クトル分解したＸ線をＸ線を照射すべき対象物に
隣接したＸ線透過性部分に向かつて導くよう位置
されたスペクトル拡散手段を前記第２の密閉室に
含み、対象物が記録手段を含むことを典型とす
る。この装置は、また、典型的に、第２の密閉室
の中、あるいは第２の密閉室の外側で、第２の壁
のＸ線透過性部分と記録手段との間において、材
料のサンプルをＸ線の光路中に位置させる手段も
含む。

前記のエネルギを向ける手段は、例えば約１か
ら200ミクロンの直径をもつターゲツト上の点へ
レーザ光線からのエネルギを導く手段を含む。前
記共通壁部分の開口は典型的には直径が約0.2か
ら２ミリであつて、前記開口とターゲツト上の点
との間の距離は約0.2から５センチである。ター
ゲツトで作られるＸ線は典型的には概ね約0.3乃
至2KeVのエネルギを有する。

さて図面、特に第１図に示すように、概ね大気
圧で空気のような通常の環境下におかれる対象物
１２にＸ線１１を照射する本発明に係る装置はタ
ーゲツト１５において選定されたスペクトルと強
さをもつＸ線１１を発生させるためにそのターゲ
ツト１５へエネルギ１４を導くレンズ１３のよう
な手段と、ターゲツト１５の周りにある実質的に
流体密の第１の密閉室１６と、第１の密閉室１６
中のガスを矢印１７の方向へ排出してその中の圧
力を概ね大気圧以下（典型的には約１トル以下）
に保つ（図示していないが真空ポンプのような）
減圧手段と、第１の密閉室１６に隣接し実質的に
流体密とされＸ線に対し高度の透過性を有するガ
ス２４を含む第２の密閉室１８とを有している。
第１の密閉室１６の壁１９はＸ線１１がそこを通
過しうるのに十分な大きさであるが、少なくとも
ガスがそこを通る速さと同じ位に前記減圧手段が
第１の密閉室１６からガス２１を排出できるのに
十分小さい開口２０を有し、ターゲツト１５はつ
くられたＸ線１１のかなりの部分を開口２０に向
かつて放出し、該開口２０を通過させるよう開口
２０に十分近接して位置決めされている。第２密
閉室内に設けられた壁３５は開口２０の近くに位
置決めされてＸ線１１に対して高い透過性を有す
る部分２０′（第１図）または３６（第３図）を
有し、開口２０を通つたＸ線が同部分２０′，３
６を通つて第２密閉室１８の反対側の壁２２に向
うようにしている。壁２２はＸ線に対して高い透
過性を有する部分２５を有し、Ｘ線１１が該部分
を通つて第２密閉室の外側で同部分２５に隣接し
て位置決めされた対象物１２に照射されるように
なつている。従つて、対象物に照射されるＸ線は
空気やその他の好ましくない介在物により減衰さ
れることがほとんどない。

例えばＸ線リトグラフイのように、対象物１２
の特定部分のみがＸ線を受取る場合には、対象物
１２のその他の部分に向かつてＸ線が進行するの
を阻止するために壁２２のＸ線透過性部分２５と
対象物１２との間にマスク２６をおけばよい。

この装置はまた、第１密閉室１６に隣接したほ
ぼ流体密にされた中間室３４を有しており、該室
の内壁１９の一部は第１密閉室の壁１９と共通し
ており、また外壁１９′は共通壁１９とほぼ平行
で共通壁の開口２０及び第２密閉室１８の壁３５
の透過性部分２０′または３６の間でそれらに整
合された開口２０′を有し、Ｘ線１１が該開口２
０′を通つて第２密閉室１８の壁２２に進めるよ
うにしている。中間室３４のガスは図示しない減
圧手段により矢印１７′で示された方向に排出さ
れてその内部の圧力を第１及び第２密閉室内の圧
力の間の値に保たれる。外壁の開口２０′は小さ
く、それにより減圧手段が少なくとも該開口を通
るガスの速度で中間室からガスを排出できるよう
にしてある。

第３図に示す装置では更に追加の上記と類似し
た中間室３４′を有しており、両中間室３４，３
４′はそれらが共通する壁１９′の両側に位置決め
されており、開口２０′，２０″が第１密閉室１６
の壁１９の開口２０と第２密閉室１８の壁３５の
Ｘ線透過性部分との間で、それらに整合して位置
決めされている。第２の中間室３４′は図示しな
い減圧手段によつてその中のガスが矢印１７″で
示される方向に排出され、その内部圧力が当該中
間室の両側に隣接した室の内部圧力の中間の圧力
に維持される。開口２０′，２０″は少なくともそ
こを通つて中間室に入る空気の速度と同じ速度で
減圧手段が各中間室からガスを排出することがで
きる程度十分に小さくされる。

中間室３４，３４′内の圧力は、ほぼ平行な壁
１９，１９′，１９″の両側の圧力の間の中間で対
数的に維持される。例えば、第１密閉室１６内で
は約１トル（torr）、中間室３４においては約10
トル、中間室３４′においては約100トルとされ
る。中間室３４′の外壁１９″と第２密閉室１８の
壁３５との間のスペース（典型的には約0.1乃至
２ミリメータ）はもちろん大気圧、約760トルと
される。１以上の中間室３４，３４′が設けられ
る場合、電子ビームを大気に放射するのに使われ
るタイプの異つた排気システムが望ましいであろ
う。

平行な壁１９，１９′，１９″，３５間の間隔は
ガスがこれら壁から壁へ流れるのを防ぐのに十分
な程度大きい。典型的には、第１中間室３４の内
壁１９及び外壁１９′間の間隔は約２乃至10ミリ
追加の第１の中間室の壁１９′，１９″の間の間隔
は約0.5乃至５ミリ、そして更に追加の中間室の
平行壁（または、第３図の壁１９″と３５との間
の如き間隔）は約0.1乃至２ミリとされる。開口
２０，２０′，２０″（及び透過性部分３６）はＸ
線がそこを通つて約１乃至10゜の頂角Ａを有する
円錐形となるような大きさにされる。

本発明の幾つかの典型的な実施例においては第
３図に示すように、第２密閉室１８は軽量ガスド
リフトチユーブからなる。すなわち、該室には典
型的にはヘリウム、炭化水素若しくは水素、好ま
しくはヘリウムのガスがほぼ大気圧で入つてい
る。典型的な密閉室の壁３５から壁２２までの距
離は約0.5乃至５メートル、通常は0.5乃至２メー
トルとされる。典型的には、壁３５のＸ線透過性
部分３６と壁２２のＸ線透過性部分２５とは本質
的にベリリウム若しくは低Ｚプラスチツクから成
る薄いフオイル材から構成される。フオイル材の
原子番号Ｚは８より大きくない。フオイル材の厚
みは約２乃至20ミクロンとされる。

本発明の幾つかの実施例においては、第１図に
示されるように、第２密閉室１８の壁３５のＸ線
透過性部分はその中に開口２０′を有しており当
該装置ではＸ線透過性ガス２４を、少なくとも同
ガスが開口２０′から出て行く速さで室１８に矢
印２３の方向で供給し、該室１８に他のガスが入
るのを防いでいる。典型的には、少くとも壁２２
のＸ線透過性部分の近くにおける第２密閉室内の
ガスが約0.9乃至１気圧に維持される。

典型的には、第２密閉室１８内に導入されるガ
ス２４はヘリウム、水素若しくはメタンのような
炭化水素で、少くとも壁２２のＸ線透過性部分２
５の近くで0.9乃至１気圧とされる。好ましくは、
実質的に不活性でＸ線に対し高い透過性を有する
ものとして知られているヘリウムガスとされる。

壁２２のＸ線透過性部分２５は低Ｚプラスチツ
ク材若しくは本質的にベリリウムからなる薄いフ
オイル材２５から形成される。フオイル材２５の
厚みは約２乃至20ミクロンとされている。原子番
号Ｚが約８より大きくない他のプラスチツク材を
用いられる。Ｘ線透過性の低い材料を使う場合
は、その厚みを極めて薄くしなければならない。

第２密閉室１８内のガス２４の圧力はほぼ大気
圧に維持され、このため壁２２のＸ線透過性部分
２５はその両側の圧力がほぼ同じになるので非常
に薄くすることができる。第２密閉室１８内部の
ガス２４を周囲の空気から実質的に分離するため
には、中実の材料よりもガスカーテンだけを用い
ることができ、又は、第１図のマスク２６若しく
は第２図のサンプル３２を壁２２によつて作られ
た薄いフレームに当接して配置することができ
る。隣接するマスクまたはサンプルが使用されな
い場合、対象物１２を壁２２に当接して配置し、
室１８内のガスを周囲の空気から分離できる。

第２密閉室１８内のガス２４、少なくとも壁２
２のＸ線透過性部分２５の近くのガス２４はほぼ
大気圧に維持される場合、Ｘ線透過性部分は開口
を有することができ、第２密閉室１８内のガス２
４は開口２５に沿つて流されるガスカーテンによ
つて若しくは壁２２に当接して配置されて開口２
５をカバーする（第１図及び第３図におけるマス
ク２６や第２図のサンプル３２のような）対象物
に関係した部品によつて空気から実質的に分離す
ることができる。

第２図に示すように、材料のEXAFデータを得
るための本発明に係る典型的な装置はまた、対象
物１２に隣接した壁２２のＸ線透過性部分２５に
向けてスペクトル分析Ｘ線１１Ｒを指向させるた
め、第２密閉室１８内にモノクロメータ３０の如
きスペクトル分散手段を設けることができる。対
象物１２は典型的には写真フイルム１２のような
記録手段を有している。このような装置はまた点
線３１で示したような第２密閉室１８の内側若し
くは３２で示したようなＸ線透過性部分２５と記
録手段１２との間の第２密閉室１８の外側のいず
れかの位置でＸ線１１，１１Ｒの光路内に材料の
サンプル３１を位置決めするための支持手段（図
示せず）を設けることもできる。位置３２の方
が、第２密閉室１８内の（３１のような）位置よ
りも都合がよい。

典型的には、大体の場合、40未満の原子番号を
有するエレメントとしての材料３２のEXAFSス
ペクトルを得るのに適した軟Ｘ線１１を単一パル
スとして作るように、高エネルギ１４を単一パル
スとしてターゲツト１５に指向する。

第２図に示した如きEXAFS装置はまた、ター
ゲツト１５の表面を回転し且つ前進するように動
かし、レーザの高エネルギ１４が当るターゲツト
１５の円筒形面上の焦点２８の軌跡を、螺旋状に
する手段を含むこともできる。その場合、エネル
ギビーム１４は軟Ｘ線１１を作るように一連のパ
ルスとして動いているターゲツト表面の点２８に
指向される。

ターゲツト１５からのＸ線はサンプル３２の選
定したスペクトル範囲において連続した放射を行
うことが好ましい。典型的には、ターゲツト１５
は選定した材料のEXAFSスペクトル範囲を含み
Ｌ線のすぐ上の連続体を有する元素から基本的に
成つている。あるいは、ターゲツト１５はサンプ
ル３２の選定したEXAFSスペクトル範囲で事実
上連続体を形成するに十分近接した線を有する複
数の元素を含んでいてもよい。そのようなターゲ
ツト１５は典型的には隣接する原子番号をもつ成
分の混合物を含む。

高エネルギは典型的に、平方センチ当り少なく
とも約10¹³ワツトの出力密度を有するレーザパル
ス１４よりなり、ターゲツト１５は典型的には固
体（典型的には金属）面を含むことによつて表面
プラズマが形成され、キロボルトの温度領域まで
上昇する。しかしながら、平方センチ当り約10¹¹
ワツトまで下げた出力密度のものを利用して紫外
線および超軟Ｘ線領域に於てある種のEXAFSを
得ることができる。レーザパルス１４は直径が約
１から200ミクロンの、ターゲツト１５上の焦点
２８に衝突するよう集中される。

材料のEXAFSデータを得るための、第２図に
示す形式の装置についてのさらに典型的で、かつ
好適な詳細は米国特許第4317994号に記載されて
いる。

高エネルギをターゲツトに指向させる手段は第
１密閉室１６内の窓２９を通つたレーザ２７から
のレーザビーム１４をターゲツト１５上の直径約
１乃至200ミクロンの点２８に収束させるレンズ
１３を有している。典型的には、共通壁１９内の
開口２０は約0.2乃至２ミリの直径を有し、開口
２０とターゲツト１５上の点２８との間の距離は
約0.2乃至５センチとされる。ターゲツト１５で
生じたＸ線は大体約0.3乃至2KeVのエネルギを持
つ。

本明細書の背景技術に関して引用した前記米国
特許に詳細に説明され本発明で使用するＸ線をつ
くる典型的な方法でレーザからのエネルギをター
ゲツトに向ける。概ね均一な有効強さをもつ低出
力の先駆パルスの放射エネルギを約１から30ナノ
秒の間ターゲツトの表面に集中することにより、
全体に通常の固体密度以下であつて、ブラズマの
周波数がレーザ放射の周波数以下である低密度
（過小密度）部分とプラズマの周波数がレーザ放
射の周波数以上である高密度（過大密度）部分と
よりなる、広がりをもち非制限のコロナプラズマ
を発生させることによつて少なくとも約３パーセ
ントの変換効率が得られ、先駆パルスがターゲツ
トに衝突して約１から30ナノ秒後に、約10^-3から
30ナノ秒の間ブラズマに向けて集中され、前記過
小密度部分に放射エネルギが吸収され過大密度部
分に伝導されてそれを加熱するような出力密度と
全体エネルギとを有する高出力の主パルスが放射
されることによつて実質的に通常の固体密度以下
に留つているプラズマと共にＸ線を発生させ、こ
のように非均衡のイオン化状態から立ち上るスペ
クトル線の形態でＸ線の実質的な放出を促進す
る。

ターゲツトは、典型的に高原子番号Ｚ、即ち10
以上の原子番号を有する成分から基本的に構成さ
れる。典型的には、ターゲツトは鉄、カルシウ
ム、クローム、ニツケル、アルミニウム、鉛、タ
ングステン、あるいは金から基本的に構成され
る。

典型的には、先駆パルスの振幅、持続時間、お
よび形状はＸ線の強さとスペクトル成分を制御す
るように調整される。先駆パルスは、典型的には
約１から30ナノ秒で約0.01から５ジユール（平方
センチ当り約10¹⁰から10¹²ワツト）であり、ター
ゲツトにその表面から約20から70度の角度で衝突
する。

主パルスは典型的には約１から３ナノ秒間に少
なくとも0.1ジユール、好ましくは10から200ジユ
ールである。

典型的は実施例においては、ターゲツトは基本
的に鉄から構成され、先駆パルスの持続時間は約
８から10ナノ秒である。

プラズマの低密度部分の電子密度は典型的には
１立方センチ当り約10¹⁶から10²¹であつて高密度
部分は立方センチ当り約10¹⁹から10²⁵である。放
射エネルギは典型的には直径が約１から1000ミク
ロンの、ターゲツト上の点に集中される。プラズ
マの容量は典型的には約10^-6から10^-3立方センチ
であつて、プラズマの厚さはどの方向にも約
0.001から0.1センチである。

低エネルギの用途に対しては、Ｘ線は圧倒的に
スペクトル線の形で放出される。

放射エネルギは約１から100ミクロンの直径の、
ターゲツト上の点に集中され、ほぼ同直径のプラ
ズマを発生させてＸ線の概ね点源を形成すること
により実質的にＸ線の誘導放出の利点を与える。

本発明のある実施例においては、ターゲツトの
成分とプラズマの温度はかなりの量のＸ線の誘導
放出をもたらすよう選定される。

その他の実施例においては、Ｘ線は螢光性のタ
ーゲツトに衝突するよう向けられることによつて
その原子から内殻の電子を除去し、ポピユレーシ
ヨン反転を生ぜしめる。

放射エネルギをターゲツトに向けポンピングメ
カニズムによりある上下のレーザレベルをつくり
出すことによつてＸ線の誘導放出を与える典型的
な方法においては、ポンピングメカニズムのみで
は必要なポピユレーシヨン反転は得られないが、
反転を行いそれを連続的に保持するに十分な速度
で下方のレーザレベルを消滅させる消滅メカニズ
ムをポンピングメカニズムに組合せることによつ
て反転が行われる。ポンピングメカニズムは典型
的には電子とイオンとを衝突させるか、あるいは
誘電再結合による励振よりなる。消滅メカニズム
は典型的にはアウガー（Auger）遷移、コスター
ケレニツヒ（Coster−Kronig）遷移、あるいは
衝突よりなる。放射エネルギはレーザからつくる
か、あるいは電子ビームより構成してもよい。ポ
ンピングメカニズムは電子ビームを含んでもよ
い。

本発明による装置は、Ｘ線がつくり出される真
空室のような特殊環境に軟Ｘ線を受けるべき対象
物を出し入れするのが高価につき、時間がかか
り、あるいは不便であるような用途に対して特に
有用である。この種の典型的な用途には高解像性
のリトグラフ、拡張Ｘ線吸収性微小構造
（EXAFS）の分光学、およびＸ線顕微鏡検査用
の、レーザよりつくるＸ線装置を含む。

Ｘ線は通常真空中でつくられるが、多くの用途
ではそれを空気中で照射することが望ましい。特
に約5KeVの光子エネルギを有するような軟Ｘ線
に対しては、真空と空気との間の圧力差に耐える
に十分厚くかつ強靭につくられた窓は不伝導性で
あるため、Ｘ線を真空から空気中に取り出すには
問題がある。この問題は大きな面積を照射するこ
とが好ましいＸ線トリグラフイの場合は特に深刻
である。

本発明は概ね大気圧にある空気のように通常の
環境におかれている対象物にＸ線を照射する問題
を克服するための簡単で、安価で、かつ便利な装
置を提供する。

本発明による方法はＸ線リトグラフイのみなら
ず、レーザEXAFSに対しても、かつ特に単パル
スのレーザ発生のＸ線、あるいは複数パルスの該
Ｘ線を用いる高速EXAFS分光学においても有
用、かつ有益である。

EXAFS分光学の技術は、例えば非晶質（アモ
ルフオス）固体や、生物学的に重要な材料からな
る溶液やガスのように、長い寿命（long−range
order）を欠除するサンプル中の化学構造の研究
に増々重要な手段となつている。これらの研究は
近年において、EXAFSに必要な軟Ｘ線の連続
し、かつ強度のスペクトルを提供するシンクロト
ロンが利用できるようになつたお蔭で拍車がかけ
られてきた。しかしながら、シンクロトロンは高
価であり、科学者はその実験を行うためにその場
所へ行かねばならない。他方、レーザによるＸ線
源は比較的コンパクトで、安価で、かつ操作、保
守が簡単である。さらに、本質的にシンクロトロ
ンによる放射源の能力以上の種々の新規な
EXAFSの実験が行える。短いパルス幅や、低エ
ネルギ（4KeV以下）のＸ線の強いフラツクス
や、かつ（または）連続体、スペクトル製構造又
は密に詰められたスペクトル線構造を必要とする
これらの実験はレーザによりつくられたＸ線に理
想的に適している。

アルミニウムのEXAFSスペクトルが、レーザ
で発生したＸ線によりつくり出された１ナノ秒の
パルスをもつ軟Ｘ線により測定された。この技術
はEXAFSデータ収集に対してシンクロトロン放
射に対する実用的な代替を提供する。また高遷移
性の化学標本の分子構造の分析にも独得の能力を
提供する。

本明細書で示した本発明の形態は現在のところ
好適な実施例を構成するものであるが、その他多
くの実施例も可能である。ここでは、本発明の細
部にわたる可能な均等形態について述べる意図は
ない。また、ここで使用した用語は限定的ではな
く、単に説明目的であつて、本発明の趣旨あるい
は範囲から逸脱することなく種々変更が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による典型的な装置の概略平面
図、第２図は材料のEXAFSデータを収集するた
めの、本発明の典型的な実施例の概略平面図、第
３図は本発明の他の典型的な実施例の概略図であ
る。 図において、１１，１１Ｒ……Ｘ線、１２……
対象物、１３……レンズ、１４……エネルギ、１
５……ターゲツト、１６……第１の密閉部、１８
……第２の密閉部、２０，２０′……開口、２１
……ガス、２２……壁、２４……Ｘ線透過性ガ
ス、２５……Ｘ線透過性部分、２７……レーザ、
２８……焦点、３０……モノクロメータ、３４，
３４′……中間室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 概ね大気圧で空気のような通常の環境におか
   れる対象物にＸ線を照射する装置において、 ターゲツトにエネルギを向け、選定したスペク
   トルと強さをもつＸ線を該ターゲツトにてつくり
   出す手段と； ターゲツトの周りにある実質的に流体密にされ
   た第１の密閉室と； 第１の密閉室内のガスの量を、従つてその圧力
   を減少させて、その中の圧力を実質的に大気圧以
   下に保持する減圧手段と； 前記第１の密閉室に隣接し、Ｘ線に対して高い
   透過性を有するガスを他のガスを排除した状態で
   含む実質的に流体密にされた第２の密閉室と；を
   有し、 第１の密閉室の１つの壁は、Ｘ線を通過させる
   に十分大きい開口で、該開口を通つて第１の密閉
   室に入るガスの流入量が前記減圧手段が第１の密
   閉室から排出するガスの量と多くても同じになる
   程度に小さくされている開口を有し、 前記ターゲツトは、前記開口に十分近づけて配
   置され、発生したＸ線の実質的な部分を前記開口
   に向け同開口を通すように位置決めされており、 第２の密閉室の第１の壁は、Ｘ線に対して高い
   透過性を有し第１の密閉室の壁に設けられた前記
   開口に隣接して位置決めされたＸ線透過性部分を
   有し、開口を通つたＸ線が該Ｘ線透過性部分を通
   り同部分の反対側にある第２の密閉室の第２の壁
   に向けて進むことができるようにしてあり、 第２の密閉室内の前記ガスは、少くとも第２の
   壁の近くにおいて大気圧にほぼ等しい圧力に維持
   されており、 第２の密閉室の第２の壁は、それに向けて進め
   られたＸ線に対して高い透過性を有するＸ線透過
   性部分を有し、それにより、該Ｘ線透過性部分に
   隣接して第２の密閉室の外側に対象物を位置決め
   することにより空気や他の望ましくない介在物に
   よつてほとんど阻害されないＸ線を当該対象物に
   照射するようにしたＸ線を対象物に照射する装
   置。 ２ 一部を、前記開口を有する第１の密閉室の壁
   の一部と共通にする内壁と、該内壁とほぼ平行で
   前記開口及び前記第１の壁のＸ線透過性部分の間
   でそれらに整合された第２の開口が設けられた外
   壁とを有し、Ｘ線がこれら開口及びＸ線透過性部
   分を通つて第２密閉室の第２壁に進めるようにし
   てある、第１密閉室に隣接した実質的に流体密に
   された中間室と；該中間室内のガスの量、従つて
   その圧力を減じて当該中間室内の圧力を第１密閉
   室の圧力及び第２の密閉室の圧力の間の値に維持
   する第２の減圧手段と；を有し、前記外壁の第２
   の開口は該開口を通つて中間室に入るガスの量が
   第２減圧手段によつて中間室から排出されるガス
   の量と多くても同じになる程度小さくされている
   特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 第１及び第２の密閉室間に設けられた少なく
   とも１つの追加の中間室で、隣接する対の中間室
   は開口を備える１つの共通壁の両側に配置され、
   共通壁の開口は第１密閉室の壁に設けられた前記
   開口及び第２密閉室の第１壁のＸ線透過性部分間
   でそれらに整合されてなる追加の中間室と；各追
   加の中間室のガスの量、従つてその圧力を減じ、
   当該中間室内の圧力を隣接する室内の圧力の中間
   の値に維持する手段と；を有し前記共通壁の開口
   は該開口を通つて追加の中間室に入るガス量が当
   該中間室から減圧手段が排出するガスの量と多く
   ても同じになる程度小さくされている特許請求の
   範囲第２項記載の装置。 ４ 各中間室内の圧力の値が、それに隣接する室
   内の圧力の値の中間で対数的に維持される特許請
   求の範囲第３項記載の装置。 ５ 前記中間室の前記共通壁間の間隔をそれらの
   間でガスが流れるのを防ぐに十分な程度大きくし
   た特許請求の範囲第３項記載の装置。 ６ 第１の中間室の内壁及び外壁間の間隔を約２
   乃至10ミリ、第１の追加の中間室の前記共通壁間
   の間隔を0.5乃至５ミリとした特許請求の範囲第
   ３項記載の装置。 ７ 更に追加の中間室の前記共通壁間の間隔を
   0.1乃至２ミリとした特許請求の範囲第６項に記
   載の装置。 ８ 前記開口を、そこを通つたＸ線が１乃至10゜
   の頂角の円錐形となるようなサイズとした特許請
   求の範囲第３項に記載の装置。 ９ 第２密閉室が軽量ガスドリフトチユーブから
   なる特許請求の範囲第１項に記載の装置。 １０ 第２密閉室内のガスをヘリウム、水素若し
   くは炭化水素とした特許請求の範囲第９項に記載
   の装置。 １１ 第２密閉室内のガスをヘリウムとした特許
   請求の範囲第９項に記載の装置。 １２ 第２密閉室内のガス圧を実質的に大気圧と
   した特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １３ 第２密閉室の第１の壁から第２の壁までの
   距離を約0.5乃至５メートルとした特許請求の範
   囲第９項に記載の装置。 １４ 第２密閉室の第１の壁のＸ線透過性部分を
   薄いフオイル材から形成した特許請求の範囲第９
   項に記載の装置。 １５ 第２密閉室の第２の壁のＸ線透過性部分も
   薄いフオイル材から形成した特許請求の範囲第１
   ４項に記載の装置。 １６ 前記フオイル材がベリリウムまたは低Ｚブ
   ラスチツク物質から成る特許請求の範囲第１５項
   に記載の装置。 １７ フオイル材の厚みが約２乃至20ミクロンの
   特許請求の範囲第１６項記載の装置。 １８ 第２密閉室の第１の壁のＸ線透過性部分が
   開口と、高いＸ線透過性のガスを少なくとも第１
   の壁の開口を通つて第２密閉室から排出されるガ
   スの速さで第２密閉室に供給し、それにより第２
   密閉室内に他のガスが入るのを実質的に防止する
   ガス供給手段とを有する特許請求の範囲第１項に
   記載の装置。 １９ 第２密閉室に供給されるガスをヘリウム、
   水素または炭化水素とした特許請求の範囲第１８
   項に記載の装置。 ２０ 第２密閉室に供給されるガスをヘリウムと
   した特許請求の範囲第１８項に記載の装置。 ２１ 第２密閉室内のガス圧が少くとも前記第２
   壁のＸ線透過性部分の近くにおいて約0.9乃至１
   気圧に維持された特許請求の範囲第１８項に記載
   の装置。 ２２ 第２密閉室の第２壁のＸ線透過性部分が薄
   いフオイル材から成る特許請求の範囲第２１項に
   記載の装置。 ２３ フオイル材が、ベリリウム若しくは低Ｚプ
   ラスチツク材とした特許請求の範囲第２２項に記
   載の装置。 ２４ フオイル材の厚みを２乃至20ミクロンとし
   た特許請求の範囲２３項に記載の装置。 ２５ 第２密閉室の第２壁のＸ線透過性部分が開
   口を有し、第２密閉室内のガスを、該開口に沿つ
   て通るガスカーテンにより若しくは第２壁に当接
   され当該開口をカバーするように配置されたＸ線
   を照射される対象物または該対象物に関連した部
   材により、周囲の空気から実質的に分離するよう
   にした特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ２６ 前記開口を通つたＸ線を受け、スペクトル
   分解されたＸ線を、当該Ｘ線の照射される対象物
   に隣接した前記第２の壁のＸ線透過性部分に向け
   て指向されるよう位置決めされた第２密閉室内の
   スペクトル拡散手段を有し、前記対象物が記録手
   段を含む、物質のEXAFSデータを得るようにし
   た特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ２７ 物質のサンプルをＸ線の光路に位置決めす
   る手段を有する特許請求の範囲第２６項に記載の
   装置。 ２８ 前記サンプルが第２密閉室内に位置決めさ
   れるようにした特許請求の範囲第２７項に記載の
   装置。 ２９ 前記サンプルが第２密閉室の外側で、前記
   第２壁のＸ線透過性部分と記録手段との間に位置
   決めされた特許請求の範囲第２７項に記載の装
   置。 ３０ 前記エネルギ指向手段がレーザからのエネ
   ルギをターゲツトに向ける手段を有している特許
   請求の範囲第１項に記載の装置。 ３１ エネルギ指向手段が、エネルギをターゲツ
   ト上の直径約１乃至200ミクロンの直径の点に集
   束させる手段を有している特許請求の範囲第１項
   に記載の装置。 ３２ 第１密閉室の壁の開口が約0.2乃至２ミリ
   の直径を有している特許請求の範囲第１項に記載
   の装置。 ３３ 第１密閉室の壁の開口とターゲツト上の前
   記点との間の距離が約0.2乃至５センチである特
   許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３４ ターゲツトで作られたＸ線が概ね約0.3乃
   至2KeVのエネルギを有している特許請求の範囲
   第１項に記載の装置。