KR100637816B1

KR100637816B1 - 플라즈마 건 및 이의 사용을 위한 방법

Info

Publication number: KR100637816B1
Application number: KR1020017012523A
Authority: KR
Inventors: 바이릭스다니엘
Original assignee: 사이언스 리서치 래버러토리, 인크.
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2006-10-25
Also published as: EP1173874A4; KR20030015117A; EP1173874A1; CA2362890C; JP2004335479A; JP3564396B2; WO2000058989A1; HK1041556A1; WO2000058989A8; JP4223989B2; CA2362890A1; JP2003517704A

Abstract

고 펄스 반복 주파수(PRF) 플라즈마 건이 제공되고, 중심 전극(12) 및 동축 외부 전극(14) 사이에 형성된 칼럼(16)으로 선택된 추진제 가스를 끼워 넣고, 전극들(12, 14)을 가로질러 전압을 제공하도록 고체 상태 고 반복율 펄스 구동기(130)를 이용하고, 구동기가 충분히 충전된 때 정상적으로 작동하는 칼럼(16)의 기부에서 플라즈마 개시기(82)를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 개시기(82)는 고체 상태 모의 RF 구동기(130)를 포함하고, 출력은 절연체(72)에 부착된 전극들(91)에 적용되고, 칼럼(16)의 기부 단부의 일부를 형성하는 절연체(72)의 표면에서 고전압 영역을 생성한다.

플라즈마 건, 차폐, 방사선 소스, 전극, 고전압, 플라즈마 개시기

Description

플라즈마 건 및 이의 사용을 위한 방법{PLASMA GUN AND METHODS FOR THE USE THEREOF}

본 발명은 플라즈마 건에 관한 것으로서, 특히 스페이스 쓰러스터(thruster)로서 사용하기에 적합한 개량된 플라즈마 건 또는 극자외선(EUV), 진공 자외선(VUV) 및/또는 고 펄스 반복 주파수 대역에서 유연한 엑스-선 방사선을 포함하여 선택 가능한 파장에서 방사선을 발생시키는 것에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이와 같은 플라즈마 건을 이용하는 방법을 포함한다.

미국 특허 제5,866,871호(그 특허)에 공지된 개량된 플라즈마 건은 이전에 수행될 수 없었거나 이전에 잘 수행될 수 없었고 또는 비교적 크고 비싼 장비를 가지고서만 수행될 수 있었던 기능을 수행하는 다양한 상황에서의 적용을 개시한다. 이러한 기능은 인공 위성 또는 적용을 유지하고 조종하는 다른 우주 정거장을 위한 쓰러스터 및 일반적으로 EUV 대역에서 선택된 주파수에서 방사선의 제어된 발생을 포함한다. 그러한 적용을 위해 개시된 플라즈마 건은 높은 안정성 및 펄스 반복 주파수(PRF)를 제공한다는 점에서 특히 이익이고, 특히 약 100 헤르츠 이상의 PRF, 바람직하게는 우주 적용을 위해 5000 헤르츠 이상의 PRF 및 석판 인쇄 또는 방사선 발생을 요하는 다른 적용을 위한 적어도 500 헤르츠 그리고 바람직하게는 1000 헤 르츠의 PRFs를 가지는 플라즈마 건을 제공한다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 그 특허의 플라즈마 건은 2개의 실시예를 구비하는데, 우주 적용 또는 다른 스러스터 적용을 위한 제1 실시예와 방사선 발생기 적용을 위한 제2 실시예이다. 양쪽 모두의 경우에, 플라즈마 건은 중심 전극 및 중심 전극과 대체로 동축인 외부 전극을 포함하고, 전극들 사이에 동축 칼럼이 형성된다. 선택된 가스는 입구 메커니즘을 통해 칼럼으로 도입되고, 플라즈마 개시기는 칼럼의 기부 단부에 제공된다. 마지막으로, 전극들을 가로질러 고 전압 펄스를 전달하도록 칼럼의 기부의 펄스 개시 상에 작동가능하고 고체 상태 고 반복율 펄스 구동기가 제공되고, 플라즈마는 칼럼의 기부 단부로부터 그의 단부에서 떨어져 팽창한다. 쓰러스터 실시예에서, 각각의 펄스의 전압은 펄스의 지속에 걸쳐 감소하고, 펄스 전압 및 전극 길이는 플라즈마가 칼럼을 나감에 따라 전극을 가로지르는 전압이 대체로 0의 값에 다다르도록 선택된다. 이 실시예를 위해, 입구 메커니즘이 칼럼의 기부 단부에서 중심 전극으로부터 반경 방향으로 가스를 바람직하게 도입하고, 이로써 칼럼을 가로질러 플라즈마 속도의 일정성을 향상하고, 적용에 따라 약간씩 변하는 약 10,000 내지 100,000 m/sec 범위의 현재의 배출 속도에서 이 실시예에 대해 플라즈마가 칼럼을 빠져나간다.

본 발명의 방사선 소스 실시예를 위해, 펄스 전압 및 전극 길이는 플라즈마가 칼럼을 나갈 때 각각의 전압 펄스에 대한 전류가 대체로 그 최대값에 있도록 있다. 본 발명의 이 실시예를 위한 외부 전극은 바람직하게 음극 전극이고 고체일 수 있거나 원으로 배열된 대체로 고르게 이격된 다수의 로드의 형태일 수 있다. 본 발명의 이 실시예를 위한 입구 메커니즘은 칼럼 내에 대체로 일정한 가스 충진을 제공하고, 플라즈마가 중심 전극에서 초기 구동되도록 야기시키고, 중심 전극의 단부에서 매우 고온을 생성하도록 플라즈마가 칼럼을 나갈 때 플라즈마는 자기적으로 핀치(pinch)된다. 가스의 일부로서 핀치에 공급된 선택된 가스/요소는 중심 전극 또는 다른 것들을 통해 소망된 파장에서 방사선을 제공하도록 핀치에서 고온에 의해 이온화된다. 파장은 핀치에 공급된 선택된 가스/요소, 펄스 구동기로부터의 전류, 핀치 지역에서의 플라즈마 온도 및 칼럼 내의 가스 압력을 포함하는 다양한 플라즈마 건 변수의 신중한 선택에 의해 달성된다. 예를 위한 그 특허는 핀치에 공급된 가스로서 예를 들어 리튬 증기를 사용하여 약 13nm의 파장에서 방사선 생성을 위한 변수의 조합을 나타낸다.

본 발명이 상기 적용 중에 하나에서 효율적으로 기능하도록 하기 위해서, 개시기에 의한 가스의 선행-이온화가 절대적으로 일정한 가스의 선행-이온화를 제공하는 것이 중요하다. 그 특허에서, 이것은 칼럼 주위에서 고르게 이격된 구멍을 형성하고 가스가 구멍을 통해 또는 구멍을 향해 도입된 가스와 함께 달성된다. 전극들은 바람직하게 칼럼의 기부에서 구멍 또는 다른 곳에, 바람직하게 칼럼 바깥 또는 그 곳에 인접한 곳에 장착되고, 전극들은 플라즈마를 개시하기 위해 점화된다. 트리거 전극은 바람직하게 칼럼의 기부 단부 주위에 고르게 이격되고 기부 단부에서 플라즈마의 일정한 개시를 제공하도록 대체로 동시에 점화되고, 직류 신호가 전극을 점화하기 위해 사용된다. 이러한 메커니즘이 다른 종래 배열과 함께 가능한 것보다 훨씬 더 일정한 플라즈마 개시를 제공하고 대부분의 적용에 적합한 반 면, 훨씬 더 일정한 플라즈마 개시가 소망되는 경우, 특히 플라즈마 건이 방사선 소스로 사용될 때의 적용들이 있다. 이러한 더 일정한 플라즈마 개시는 전극을 점화하기 위해 RF 신호를 사용함으로써 제공된다. 그러나, 현재 유용가능한 마그네트론(magnrtrons), 클리스트론(klystrons) 또는 RF 증폭기와 같은 RF 동력 소스는 정점 전력 와트 당 약 1 달러의 비용이 들어 작동하기에 상대적으로 비싸고, 또한 8 메가 와트에서 예를 들면 20 킬로 볼트를 생성하기 위해 캐비넷 크기의 봉입물을 요구하여 비교적 크다. 만약 전극을 전화하도록 사용된 RF 신호가 더 낮은 비용에서 전력을 발생하고 감소된 비용 및 대체로 더 작은 크기에 부가해서 장치에 상당히 더 낮은 열 제거 부담을 제공하는 소형 고체 상태 회로를 이용하여 RF 전력이 발생되는 것을 또한 허용하는 방식으로 발생될 수 있다면 바람직할 것이다. 상기 기술된 종류의 모의 RF 발생기가 본 발명의 플라즈마 건 적용에서 특히 유용하게 되는 반면, 현재 기술 분야에서 존재하지 않는 그러한 모의 RF 전력 소스가 다른 적용에서 또한 유용할 것이다.

플라즈마 개시를 위해 사용된 전극이 칼럼의 기부와 전극들 사이에서 가능한 넓은 고전압 영역을 제공하는 것이 또한 바람직하고, 칼럼의 진공 환경으로 선을 가져올 필요없이 칼럼의 기부에서 필요한 고전압 영역을 생성하도록 전극들을 활성화하는 것을 가능하게 하는 것이 또한 바람직하고, 그러한 선 주위의 진공의 유지는 플라즈마 건의 비용을 증가시킨다.

플라즈마 건의 다른 문제는 재료가 소망된 방사선을 생성하도록 이온화된 핀치에 필요한 가스/재료를 얻는 것이다. 그러한 재료를 보유하고 그 재료를 칼럼으 로부터 핀치까지 방출하는 개량된 기술은 따라서 바람직하다.

또한, 상기에 언급된 종류의 플라즈마 건이 방사선 소스로서 제공하고 소망된 파장에서 유용한 방사선을 제공할 수 있는 반면, 칼럼을 구동하고 중심 전극을 떠나는 플라즈마의 고속도가 그러한 소스의 유용성을 상당히 제한하는 문제를 일으킬 수 있다. 특히, 방사선의 소망된 주파수에 따라 100eV 내지 1000eV(예를 들면, 약 11,000°C에서)의 범위 내의 핀치에서 온도는 마이크로 초당 수 센티미터의 속도까지 플라즈마를 구동하기에 충분한 자기 압축 영역을 요구한다. 핀치를 형성하며 중심 컨덕터 아래로 및 단부를 너머 이러한 속도로 이동하는 플라즈마는 중심 컨덕터의 단부로부터 떨어진 공간으로 이동하는 경향이 있고, 플라즈마 덮개는 결국 핀치에 대한 전기적 접촉을 잃는다. 이것은 100 나노 초 만큼 짧은 시간 후에 핀치를 시기 상조로 종결하고 수천 볼트의 과전압 과도 현상을 또한 야기하고 전극들에 심각하게 훼손할 수 있는 재충격을 야기한다.

방전이 수 마이크로 초 동안 지속할 수 있기 때문에, 만약 플라즈마 덮개와 전극 사이의 전기적 연결의 손실을 제거할 수 있다면, 핀치 수명은 상당히 연장될 수 있고 잠적적인 훼손 재충격은 제거될 수 있다. 이것은 플라즈마에 대한 상당하게 증가된 출력 효율 및 소스에 대한 매우 연장된 전극 수명을 야기하고, 따라서 예를 들면, 석판 인쇄 적용에서 비싸질 수 있는 소스 시간 및 유지를 감소시킨다. 저비용에서 상당히 양호한 수행이 따라서 얻어질 수 있다.

마지막으로, 달성될 수 있는 만큼 일정한 파손을 달성하는 것이 바람직하고 그러한 파손의 일정성을 향상시키는 기술, 특히 향상된 구동 신호이 사용에 의해 바람직하다.

따라서 종래 기술의 장치에서 가능한 것 보다 더 저렴한 비용에서 더 일정한 플라즈마 개시를 제공하는 개량된 플라즈마 건 및 이것의 사용 방법이 필요하고, 이 플라즈마 건은 칼럼 안으로 핀치에서 이온화하도록 재료의 도입을 촉진하고, 핀치 및/또는 재충격의 시기 상조의 종결을 막고, 고 전압이 주 전극을 가로질러 적용될 때 더 일정한 파손을 제공한다.

상기에 따라서, 본 출원은 중심 전극, 중심 전극 및 폐쇄된 기부 및 개방 출구 단부를 구비한 상기 전극들 사이에서 형성된 동축 칼럼과 대체로 동축인 외부 전극, 선택된 가스를 상기 칼럼으로 도입하는 입구 메커니즘, 칼럼의 기부 단부의 선택적으로 구동된 플라즈마 개시기, 플리즈마 개시기를 구동하도록 선택적으로 연결된 고체 상태 모의 RF 소스 및 대부분의 구동기 에너지가 더 긴 지속 유지 신호에 의해 제공될 경우 상기 전극을 가로질러 고 전압 펄스를 전달하는 상기 칼럼의 기부에서 칼럼의 기부 단부로부터 출구 밖으로 팽창하는 플라즈마 개시 상에서 작동 가능하고 저 전압에 의해 따르는 고 전압 스파이크를 제공하는 고체 상태 고 반복율 펄스된 구동기를 구비하는 고 PRF 플라즈마 건을 제공한다. RF 소스는 예를 들면, 10 메가 헤르츠 내지 1000 메가 헤르츠 범위의 주파수에서 작동하고 단독으로 또는 직류 소스와 함께 사용될 수 있다.

모의 RF 소스는 N이 1이상의 정수일 경우 N 단계 비선형 자기 펄스 압축기; 에너지 저장 장치를 압축기의 제1 단계의 입력에 연결하기 위해 선택적으로 작동 가능한 고체 상태 스위치; 압축기의 마지막 단계가 커패시턴스(C_N)를 구비하고, C_R이 완전히 충전되기 전에 C_N 상에 역 전압이 있도록 적어도 C_R및 L_R중의 하나가 선택되고, L_R이 주파수(F)에서 C_R을 진동하도록 연속적으로 포화한 경우 모의될 RF 주파수(F)에서 커패시터(C_R) 및 포화 가능 반응기(L_R)를 포함하는 공명 회로를 구비하는 출력 단계; 및 플라즈마 개시기를 구동하도록 C_R로부터 에너지를 결합하는 결합 회로을 포함하는 모의 RF 소스를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서 고체 상태 스위치는 SCR, IGBT 또는 MOSFET이다. C_R이 C_R > C_N이 되도록 선택될 수 있거나 C_N으로부터C_R까지의 충전의 전달이 완료되기 전에 포화하도록 N_R이 선택되도록 선택될 수 있다. 출력 단계는 바람직하게 지면에 대해 공명 포화 가능 분류기이고, C_R에 저장된 에너지의 오직 일부가 C_R의 각각의 진동 싸이클 동안 플라즈마 개시기에 결합되도록 상기 결합 회로가 임피던스를 가진다. 바람직한 실시예에서 출력 단계의 오직 3 내지 4개의 진동 싸이클이 있도록 L_R 및 C_R이 선택된다. 상기 기굴된 고체 상태 모의 RF 소스는 또한 고 PRF 플라즈마 건 적용에 대해 독립적으로 이용될 수 있다.

본 발명의 플라즈마 건은 추가로 또는 고체 상태 모의 RF 소스를 구비하는 대신 절연체에 첨부되고 칼럼 주위로 대체로 일정하게 이격되고 절연체의 칼럼의 기부 단부에 있는 표면에서 고 전압 영역을 생성하는 다수의 전극을 또한 포함할 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서 절연체는 기부 단부에서 중심 전극을 둘러 싸고 전극이 상기 칼럼의 기부에 까깝게 장착된다. 다른 실시예에서, 절연체는 칼럼의 기부를 형성하고, 전극은 상기 칼럼에 대향 측으로부터 절연체 내에 장착되고 절연체에 의해 칼럼으로부터 짧은 거리로 이격되고 전극의 활성화는 칼럼 내의 절연체의 일측에 고 전압 영역을 생성한다.

종래의 요소와 결합하여 또는 독립적으로 이용될 수 있는 본 발명의 다른 특징은, 중심 전극 및 외부 전극 중에 적어도 하나는 소결된 분말 내열성 금속이고, 바람직한 실시예에서는 양쪽 전극이 그러한 소결된 분말 내열성 금속으로 형성된다. 선택된 파장에서 플라즈마 건이 방사선 소스로서 작동할 때 적어도 하나의 전극이 선택된 파장에서 방사선을 발생하는데 적합한 유체(예를 들면, 액체 또는 기체) 재료와 함께 포화될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는 대체로 연속적인 바이어스 상에서 적어도 하나의 전극에 유체 재료를 제공하는 메커니즘을 포함한다.

다시, 단독으로 또는 하나 이상의 종래 요소들과 결합하여 이용될 수 있는 본 발명의 다른 특징은 펄스 구동기가 저 전압, 더 긴 지속 유지 신호에 의해 따르는 고 전압 스파이크를 제공하도록 하고 대부분의 구동기 에너지가 유지 신호에 의해 제공된다는 것이다. 펄스 구동기는 고 전압 스파이크를 발생기키는 제1 비선형 자기 펄스 구동기 및 유지 신호를 발생시키는 제2 비선형 자기 펄스 구동기를 포함할 수 있다. 제2 구동기는 적어도 두 단계를 포함하고, 단계의 마지막의 포화 가능 반응기는 유지 신호를 통과시키도록 반응기가 다시 포화할 때까지 제2 구동기로 부터 개시 유동을 억제하도록 반응기를 부분적으로 불포화시키는 스파이크가 제1 구동기로부터 제2 구동기로 들어가는 것을 막도록 보통 바이어스된다.

종래의 요소와 결합하여 또는 독립적으로 이용될 수 있는 본 발명의 또 다른 특징은 중심 전극, 중심 전극과 대체로 동축인 외부 전극, 폐쇄된 기부 및 개방 출구 단부를 구비한 전극들 사이에서 형성된 동축 칼럼, 선택된 가스를 칼럼으로 도입하는 입구 메커니즘, 칼럼의 기부 단부의 플라즈마 개시기, 전극을 가로지르는 고 전압 펄스를 전달하는 칼럼의 기부에서 칼럼의 기부 단부로부터 출구 밖으로 팽창하는 플라즈마 개시 상에서 작동 가능한 고체 상태 고 반복율 펄스된 구동기, 입구 메커니즘은 칼럼 내에 대체로 일정한 가스 충진을 제공하고, 플라즈마가 칼럼을 나갈 때 자기적으로 핀치된 플라즈마가 초기에 중심 전극을 구동하고, 선택된 파장에서 방사선을 생성하도록 중심 전극의 단부에서 이온화 가능한 요소를 나타내도록 충분한 중심 전극에서의 단부에서 온도를 높이며 플라즈마가 칼럼을 나감에 따라 각각의 펄스에 대한 전류가 대체로 그 최대값에 있도록 하는 펄스 전압 및 전극 길이; 및 방사선의 통로에 대체로 영향을 주지 않으며 중심 전극을 향해 중심 전극을 구동하는 플라즈마를 다시 향하게 하는 성분을 포함하는 고 PRF 방사선 소스의 제공에 있다. 바람직한 실시예에서 다시 향하게 하는 성분은 방사선을 통과하도록 허용하기 위해 위치된 개구부를 구비하는 고온이고 중심 전극의 출구 단부로부터 선택된 거리에 위치되고 중심 전극을 향하여 후방으로 충돌하는 플라즈마를 반사하도록 만들어진 비전도성 재료의 차폐이다. 바람직한 실시예에서, R이 중심 전극의 반경일 경우, 차폐가 중심 전극으로부터 이격된 선택된 거리는 약 R 이상 약 2R 이 하이다. 차폐의 모양은 일반적인 구형, 일반적인 부채꼴형 또는 일반적인 포물선 모양이다. 방사선의 통로를 혀용하는 개구부는 바람직하게 대체로 원형이고 차폐의 중심에 대체로 위치된다. 더욱 특정하면, 개구부는 방사선이 개구부를 통과하는 중심 전극의 축으로부터 약 ±15°의 각도에서 중심 전극을 존재하도록 크기가 정해지고 위치가 정해진다. 차폐를 위한 재료는 바람직하게 적어도 고온 세라믹, 유리, 석영 및 사파이어 중에 하나이고 예시적인 실시예에 대한 재료는 Al₂O₃이다.

본 발명의 전술한 그리고 다른 목적, 특징 및 잇점은 수반된 도면에 도시된 것과 여기에서 논의된 다른 것에 따라 본 발명의 바람직한 실시예의 더 특별한 다음의 설명으로부터 명백할 것이다.

도1은 본 발명의 제1의 예시적 쓰러스터 실시예의 반개략적인 반측단면 도면.

도2는 본 발명의 다른 쓰러스터 실시예의 반개략적인 반측단면 도면.

도3은 본 발명의 방사선 소스 실시예의 반개략적인 반측단면 도면.

도4는 본 발명의 하나의 실시예에 대한 도3의 중심 전극의 확대된 측단면(축척으로 제도하지 않음) 도면.

도5는 쓰러스터 또는 방사선 소스로 사용될 수 있는 상대적 크기 및 다른 요소에 의존하고 본 발명이 설명에 따른 RF 개시기를 구비하는 본 발명의 실시예의 반개략적인 측단면 도면.

도6은 본 발명의 플라즈마 건에서 RF 개시기를 얻는 다른 수단의 개략적인 대표 도면.

도7A는 플라즈마 개시기를 구동하도록 RF 소스로서 사용을 위한 고체 상태 모의된 RF 소스의 개략적인 다이어그램 도면.

도7B 및 도7C는 도7A의 회로 내에서 특정 커패시터를 가로지르는 전압을 도시하는 다이어그램 도면.

도8A 및 도8B는 플라즈마 건에 대해 개시기 전압을 적용하는데 사용을 위해 적합한 2개의 다른 개시기 전극 배치를 도시하는 플라즈마 건 일부의 부분적인 측단면 도면.

도9A는 다른 실시예에 따라 본 발명의 플라즈마 건을 구동하는데 사용하기 위해 적합한 펄스 구동기의 개략적인 다이어그램 도면.

도9B는 도9A의 회로로부터의 예시적인 출력 신호의 다이어그램 도면.

도10A 내지 도10C는 본 발명의 중심 전극의 단부와 구형, 부채꼴 및 포물선형 차폐를 각각 도시하는 확대된 측단면 도면.

도1을 참고하면, 쓰러스터(10)는 중심 전극을 구비하고, 이 실시예를 위해 양 또는 음 전극 및 동심 전극, 접지 또는 회복 전극(14), 두 전극 사이에서 형성되는 일반적으로 원통형 모양을 구비하는 채널(16)이다. 채널(16)은 중심 전극(12)이 장착되는 절연체(18)에 의해 그 기부 단부가 제한된다. 외부 전극(14)은 전도성 하우징 부재(22)를 통해 지면과 연결되는 전도성 하우징 부재(20)에 장 착된다. 중심 전극(12)은 절연체(26)에 교대로 장착된 절연체(24) 내의 그 기부 단부에서 장착된다. 원통형 외부 하우징(28)은 외부 전극(14)을 둘러싸고 전극의 전방 및 출구 단부 너머로 지역(30)에서 벌어진다. 전극(12, 14)은 예를 들면, 또리에이티드(thoriated) 텅스텐, 티타늄 또는 스테인리스 스틸로 형성될 수 있다.

양 전압이 직류-직류 인버터(34), 비 선형 자기 압축기(36) 및 중심 전극(12)를 연결하는 터미털(38)을 통해 직류 전원(32)으로부터 중심 전극(12)에 적용될 수 있다. 직류-직류 인버터(34)는 저장 커패시터(42)를 구비하고, 저장 커패시터(42)는 하나의 큰 커패시터 또는 커패시터의 뱅크, 제어 트랜지스터(44), 한쌍의 다이오드(46, 48) 및 에너지 회복 인턱터(50)가 될 수 있다. 트랜지스터(44)는 바람직하게는 절연된-문 쌍극 트랜지스터이다. 인버터(34)는 직류 전원(32)으로부터 비선형 자기 압축기(36)으로 전력을 전달하는 기술 분야에서 공지된 방법으로 이용된다. 이후에 논의될 바와 같이, 인버터(34)는 맞지 않는 하중 특히 전극(12, 14)로부터 반사된 소모에너지를 회복하도록 또한 기능하여, 펄스 발생 효율을 개선한다.

비선형 자기 압축기(36)는 두 단계를 가지는 것으로 도시되는데, 제1 단계는 저장 커패시터(52), 실리콘 제어 교정기(54) 및 인덕터 또는 포화가능 인덕터(60)를 포함한다. 압축기의 제2단계는 저장 커패시터(58) 및 포화가능 인덕터(60)를 포함하다. 추가 압축 단계는 더 짧고 더 빠른 상승 펄스 및 더 높은 전위를 가지는 것이 소망될 경우 제공될 수 있다. 비선형 자기 압축이 이러한 종류의 회로에서 수행되는 방법이 미국 특허 제5,142,166호에서 논의되고 이 특허의 설명은 참고 로서 여기에 합체된다. 기본적으로, 회로(36)는 공명 회로에서 인덕터로서 포화가능 코어를 사용한다. 각 단계의 코어는 전 단계의 커패시터 내에 저장된 에너지의 상당 부분이 전달되기 전에 포화한다. 비선형 포화 현상은 코어가 포화함에 따라 투과성 감소의 제곱근에 의해 회로의 공명 주파수를 증가시킨다. 에너지는 더 빠르게 결합되고 한 단계로부터 다음으로 더 빨라진다.

압축 회로가 전방 방향으로 주파수를 상부 이동하도록 작동 할 뿐만 아니라 전압 펄스가 반사되고 체인 후방으로 캐스케이드(cascade)함에 따라 하부 이동하도록 작동하기 때문에 압축 회로는 양 방향으로 전력을 전달할 때 효율적이라는 것을 알아야 한다. 잘못 맞추어진 하중/전극으로부터 반사된 에너지는 역방향 전압이 커패시터(42)에 저장되고 다음 펄스로 추가됨에 따라 나타나도록 체인 후방으로 케스케이드 할 수 있다. 특히, 반사된 전하가 초기 에너지 저장 커패시터(42)로 다시 교환될 때, 전류는 에너지 회복 인덕터(50) 내에 유동하도록 개시된다. 커패시터(42) 및 코일(50)의 결합은 공명 회로를 형성한다. 중간 점[t=π/(L₅₀C₄₂)^1/2] 후에, 커패시터(42) 사이의 전압의 극성은 역으로 되고, 이 에너지는 전원(32)로부터 이 커패시터를 재충전하기 위해 요구되는 에너지를 감소시킬 것이다.

도1에 도시된 구동 회로는 매우 낮은 임피던스 하중에 또한 맞추어질 수 있고 요구된다면 복잡한 펄스 모양을 생성할 수도 있다. 회로는 매우 높은 PRFs에서 작동하도록 또한 조절되고 하나의 K_V의 과잉의 전압을 제공하도록 맞추어 질 수 있다.

선(64)로부터 선(68) 상의 신호이 제어 하에서 밸브(66)를 통해 하우징 내의 입구 포트(72)의 수를 공급하는 매니폴드(70)에 전달하는 추진 가스가 도1에서 도시된다. 기부 단부 근처의 하우징(28)의 반구 주위에서 상당히 고르게 이격된 4개 내지 8개의 입구 포트(72) 입구가 예를 들면 있을 수 있다. 포트(72)는 전극(14) 내에 형성된 구멍들(74)로 공급하고 구멍들은 추진제를 중심 전극(12) 근처 채널(16)의 기부를 향해 반경 방향 및 내부로 향하도록 기울어지게 된다. 추진 가스는 또한 채널(16)의 근처로부터 공급될 수 있다.

쓰러스터(10)는 공간에서 또는 어떤 다른 저압, 진공 환경 근처, 특히 파손이 파셴 커브의 저압측 상에서 발생하는 압력에서 작동하도록 설계된다. 이것이 맞는 압력 커브가 이용된 가스 및 쓰러스터의 다른 변수에 따라 약간 변할 동안, 이 압력은 전형적으로 10 토르 범위에 있고 바람직한 실시예에서 1 토르이다. 이 범위의 압력에서, 지점에서 증가하는 압력은 그 지점에서 파손 잠재성을 감소시키고, 그것에 의해 파손이 그러한 지점에서 일어날 가능성을 향상시킨다. 그것에 의해, 이론적으로, 칼럼(16)의 기부에서 추진 가스를 단순히 도입하고, 그것에 의해 이 점에서 압력을 증가하는 것은 이 지점에서 소망된 바와 같이 발생하며 파손/플라즈마 개시를 야기할 수 있다. 그러나, 실제적인 문제로서 예상된 파손을 야기하도록 충분하게 가스 압력을 제어하고 칼럼의 선택된 단면 보다 칼럼 내에서 일정하게 발생하도록 파손을 위한 칼럼(16)의 반구 주위에서 충분히 일정한 압력을 구비하는 것을 모두 하는 것은 어렵다.

적어도 플라즈마 개시가 칼럼(16)의 기부에서 일정하게 발생하는 것과 그러 한 파손이 소망된 시간에서 발생하는 것 2개는 보장될 수 있다. 이러한 파손 향상이 어떻게 달성되는지 이해하기 위해, 본 발명의 플라즈마 건은 0.1 토르와 10 토르 사이 압력에서 전형적으로 작동되는 것 및 파손이 파셴 커브의 저압력측 상에서 발생하는 압력에서 작동되는 것이 이해되어야 한다. 바람직한 실시예에서, 칼럼(16) 내의 압력은 대략 1토르이다. 그러한 저압 방전에서, 가스 파손 또는 개시를 결정하는 두개의 핵심 기준이 있다.

가스 내의 전기장은 사용된 가스 및 가스 압력에 의존하는 가스를 위해 파손 영역을 초과해야 한다. 파손 영역은 파셴 기준으로 공지된 음극(14)에서 전자의 소스를 나타낸다. 건이 작동하는 저압 지점에서. 이 장치의 면적을 위해, 파손 전기장은 증가하는 압력에 따라 감소한다 (이것은 파셴 커브의 저압측 상에서 발생함). 그것에 의해 파손은 가스 압력이 최고인 점에서 칼럼(16) 내에서 발생한다.

두번째로, 전자의 소스가 있어야 한다. 평균 전기장이 파손 영역을 초과하는 경우 조차도, 음의 면이 전자를 방출하기 시작할 때까지 아무것도 일어나지 않는다. 면으로부터 전자를 추출하기 위해선, 2개의 상태 중에 하나가 일어나야 한다. 제1 상태에서, 포텐셜 차이는 음극 추락 또는 음극 포텐셜을 초과하는 면 근처에서 생성되어야 한다. 음극 추락/음극 포텐셜은 가스 압력 및 구성의 기능 및 면의 기하학이다. 지역 가스 압력이 더 높을수록 요구되는 전압은 더 낮아진다. 구멍과 같은 재-참가 기하학은 부피에 대한 표면적의 레벨을 상당히 향상시키고 또한 음극 추락을 감소시킬 것이다. 구멍이 인접면에 대해 전자 소스로서 작동하는 이 효과는 텅빈 음극 효과로 표시된다. 제2 상태는 전자의 소스가 번쩍거리는 트리거 소 스 면에 의해 생성될 수 있는 상태이다. 이러한 상태는 개별적으로 만나고 또는 양쪽으로 채용될 수 있다. 그러나, 전자를 지나가는 전압은 모의 개시를 금지시키기 위해 가스 파손 포텐셜 및 음극 추락 포텐셜이 합보다 작아야 한다.

따라서, 도1에서 가스가 칼럼의 기부에 향하는 다수의 구멍(74)이 음극(14) 내에서 형성되고, 구멍은 칼럼의 기부에 근처에서 끝난다. 바람직한 실시예에서, 다수의 그러한 구멍은 칼럼(16)의 반구 주위에 고르게 이격될 것이다. 이러한 구멍을 통해 들어가는 가스는 이러한 구멍의 존재로부터 야기되는 텅빈 음극 효과와 결합되고, 칼럼(16)의 기부 근처의 이러한 구멍의 지역에서 상당히 증가된 압력을 야기하고 따라서 칼럼 내에서 이 위치에서 플라즈마 개시를 야기한다. 플라즈마 개시의 이러한 방법이 어떤 적용에서 플라즈마 개시, 특히 PRF에 적당한 경우, 양 상태가 플라즈마 개시의 적시 및 일정성을 보장하기 위해 맞추도록 트리거 전자가 다음 실시예를 위해 설명된 방법에 또한 제공되는 것이 바람직하다.

쓰러스터(10)가 이용될 때, 밸브(66)는 가스를 가스 소스로부터 매니폴드(70)을 통해 채널(16)까지 이르는 구멍(74)으로 유동하도록 처음으로 개구된다. 밸브(66)이 장치의 다른 요소 비교하여 상대적으로 느리게 작동하기 때문에, 가스량이 다양한 플라즈마 개시를 통해 소망된 쓰러스트를 진전시키기 위해 충분히 채널(16)으로 유입하도록 밸브가 좌측으로 충분히 길게 개구된다. 예를 들면, 밸브(66)로서 이용될 수 있는 솔레노이드 밸브의 싸이클 시간은 밀리 초 또는 그 이상이다. 플라즈마 파열이 2 내지 3 밀리 초에서 일어날 수 있기 때문에, 그리고 대략 1초의 1/4000에서 바람직한 실시예의 쓰러스트를 위해 사용되는 5 내지 10 센티미터 전극의 길이 아래로 전형적으로 유동할 수 있기 때문에, 만약 각 밸브의 싸이클을 위한 오직 하나의 펄스가 있다면, 추진 가스의 약 1/10이 이용될 것이다. 그것에 의해, 높은 추진 효율을 달성할 수 있고, 예를 들면, 적어도 10개의 다양한 파열 또는 펄스가 밸브의 단일 개구 동안 일어날 수 있다. 펄스의 각각의 개별적 파열동안 정점 전력은 요구된 힘을 생성하기 위해 수 백 킬로와트의 값이 될 것이다. 정점 PRF는 2개의 표준에 의해 결정된다. 충격 시간은 전의 펄스로부터 야기된 플라즈마가 쓰러스터 출구를 깨끗이 하거나 재결합하도록 충분히 길어야한다. 또한, 충격시간은 전극의 길이를 이동하도록 차가운 추진제을 위해 요구되는 시간보다 짧아야 한다. 뒤의 표준은 사용된 가스에 의해 어떤 정도까지 결정된다. 아르곤에 대해서, 5 센티 미터의 칼럼(16)에 대한 전형적인 길이를 가지고, 쓰러스터 전극면에 펴도록 추진제를 위한 시간 지속은 0.1 마이크로 초이고, 크세논과 같은 무게운 가스에 대해서는 시간은 약 0.2 마이크로 초로 증가한다. 그러므로, 고 쓰러스터 펄스 반복율(예를 들면, 애략 5000 pps 이상)은 플라즈마 건이 90%에 다다르는 고 추진 효율을 달성하도록 한다. 유체의 단일 밸빙동안 펄스의 파열 길이는 수백만에 대한 몇 개의 펄스로부터 변할 수 있고 소모된 어떤 연료 및 저 추진 효율과 함께 이로써, 단파열 길이가 달성된다. 그러므로, 가능하면, 파열 싸이클은 적어도 밸브(66)의 최소-시간 싸이클링 동안 제공되는 추진제의 충분한 사용이 가능하도록 충분히 길어야한다.

추진제가 칼럼(16)의 단부에 다다르기 전에, 게이트 트랜지스터(44)는 전자들은 건너 고전압을 제공하도록 충분이 충전되는 커패시터(58)를 야기하며 가능하 거나 개구되고, 단독으로 또는 후에 언급될 방법으로 트리거 전극과 결합하여 칼럼(16)의 기부에서 플라즈마 개시를 야기한다. 이것은 컨덕터의 내부 및 외부와 연력하는 플라즈마의 덮개를 야기하고, 전류는 플라즈마 덮개를 통해 전자들 사이에서 쉽게 유동하고 자기장을 발생시킨다. 야기되는 자기 압력은 전자를 따라 움직임에 따라 플라즈마 덩어리를 가속하는 J x B 로렌츠 힘을 제공하며 플라즈마 덮개를 축방향으로 민다. 이것은 매우 높은 플라즈마 속도를 야기하며, 전극 길이 및 초기 충전은 초기에 시간에 따라 증가하고 그 다음 0으로 감소하는 rms 전류가 전자들을 건너도록 선택되고, 전압은 커패시터(58)가 방전함에 따라 감소하고, 양쪽 모두는 플라즈마가 전극들의 끝으로부터 축출됨에 따라 0으로 복귀한다. 플라즈마가 공동축 구조의 단부에 다다를 때, 본질적으로 모든 가스는 플라즈마로 끌려지거나 당겨지고 전극들의 단부로 가버린다. 이것은 최대 가스량 및 이에 따른 각 펄스에 최대 모멘텀/쓰러스터를 야기한다. 만약 플라즈마가 전극을 나갈 때 커패시터가 완전히 방전하도록 구조의 길이가 선택된 경우, 그런 다음 전류 및 전압을 0이고 가스의 이온화된 슬러그는 고속에서 스러스터(10)를 떠난다. 예를 들면, 10,000 내지 100,000 미터/초의 범위의 소기 속도는 이 방법으로 작동하는 쓰러스터와 함께 달성될 수 있고, 소기 속도와 함께 주어진 쓰러스터 적용을 위해 최적으로 이용될 수 있다. 쓰러스터의 번쩍이는 단부(30)는 현존 가스의 제어된 팽창을 촉진함으로써 잔류 열 에너지의 일부를 등엔트로피 열역학 팽창을 통해 쓰러스트로 전환하도록 하지만, 이 효과는 꽤 무시할만한 것으로 알려졌고 테이퍼된 부분(30)은 일반적으로 채용되지 않는다. 실제로, 전극(12)의 보호부를 제외하고, 일반적 으로 공간에서 필요하지 않고, 쓰러스터(10)의 무게는 완전하게 하우징(28)을 제거함으로 감소될 수 있다. 펄스 파열은 억제 게이트 트랜지스터(44) 또는 회로(36)로부터 소스(32)를 분리시키는 다른 것에 의해 종결될 수 있다.

도2는 도1에 도시된 것과 어떤 점에서 다른 또 하나의 실시예 쓰러스터(10)를 도시한다. 첫째로, 비선형 자기 압축기(36)은 단일 저장 거패시터로 교체 되었고, 실제적인 적용에서 전형적으로 약 100 마이크로패러드(microfarad)의 커패시턴스를 달성하기 위한 커패시터의 뱅크가 된다. 둘째로, 음극(14)은 그 출구 단부를 향해 약간씩 가늘어 진다. 셋째로, 트리거 전극(82)과 같은 스파크-플러그 전극(82)은 구동 회로(86)를 트리거 전극에 대응함으로써 구멍들(74)의 각각에 위치함면서 도시되고; 하우징 부재(77)에 의해 형성된 내부 가스 매니폴드(72)는 구멍(74)에 추진 가스를 공급하도록 제공되고, 가스 입구 구멍(도시되지 않음)은 부재(77) 내에 제공되고, 절연체(24) 및 중심 전극(12) 내에 형성된 가스 출구 구멍(84)이 도시된다. 도1의 실시예에서, 각각의 구멍(74) 내에 트리거 전극(82)및 각각의 구멍(74)를 마주 보는 가스 출구 또는 출구들(84)과 함께 예를 들면, 4 내지 8개의 음극(14)의 반구 주위로 고르게 이격된 다수의 구멍(74)이 전형적으로 있고 그곳에서 가스를 향하게 한다. 이후에 논의될 이유로, 챔버에 대한 대부분의 가스 입구는 적당한 소스로부터 유동하고, 매니폴드(72) 및 구멍(74)을 위한 동일한 소스가 될 수 있고, 출구(84)를 통과하고 중심 전극 근처 챔버로 유입되고, 구멍(74)을 통한 가스 유동은 트리거 전극에 의한 개시를 촉진하도록 주가 된다.

고 전압 구동 펄스를 제공하도록 전압을 저장하기 위해 비선형 자기 압축 회 로(36)의 장소에 어떤 적용에서 커래시터(80)가 이용될 수 있는 경우, 압축기(36)가 더 짧고 더 높은 전압 펄스 모두를 제공하도록 조절되기 때문에, 그러한 배열은 더 낮은 PRFs 또는 더 낮은 전압이 요구되는 적용에 전형적으로 사용될 것이다. 회로(36)는 또한 커패시터(58)를 가로지르는 전압 및 비선형 코일(60)의 포화에 의해 결정되는 시간에서 펄스를 제공하고, 커패시터(80)와 함께 달성될 수 있는 것보다 더욱 예상 가능한 시간이고, 기본적으로 파손이 커패시터를 방전하도록 허용하는 칼럼(16)의 기부에서 발생할 때까지 충전한다.

트리거 전극(82)은 소스(32)로부터 전압을 수용하는 분리 구동 회로(86)에 의해 격발되고, 그렇지 않으면 인버터(34) 및 압축기 또는 커패시터(80) 중 하나에 독립적이다. 구동 회로(86)는 2개의 비선형 압축 단계를 구비하고 트리거 전극의 격발을 개시하도록 SCR에 대한 입력 신호에 대응하여 격발될 수 있다. SCR에 대한 신호는 예를 들면 이 전압이 소정값에 다다를 때 전압 또는 커패시터(80)를 가로지르는 충전을 검출하고 격발을 개시하는 것에 응한 것이거나 커패시터(80)의 충전이 시작될 때 개시된 타이머에 응한 것이 될 수 있고, 격발은 커패시터가 소망값에 다다르도록 충분한 시간이 지날 때 일어난다. 압축기(36)와 함께, 인턱터(60)가 포화될 때 일어나도록 시간을 맞출 수 있다. 칼럼(84)의 기부에서 제어된 개시는 구멍(74)의 재-참가 기하학에 의해 향상되고, 또한 채널(16)이 기부 단부에서 더 좁아지는 사실에 의해 더 나아가 이 지역에서 상승하는 압력 및 전에 논의된 이유에 의해 이 지역 내에서 파손의 개시를 보장한다.

각각의 트리거 전극(82)은 하우징(77) 내의 개구부(89) 안에 맞는 스크류 단 면을 구비하는 구조와 같은 스파크-플러그이고 그 곳에 전극을 고정하기 위해 스크류된다. 전극(82)의 전방 단부는 추진 가스가 트리거 전극 주위의 구멍(74)를 통과하여 유동할 수 있도록 개구부의 직경보다 더 좁은 직경을 가진다. 예를 들면, 트리거 전극이 모의 낮은 점에서 0.40 인치인 반면, 구멍은 직경이 0.44 인치가 될 수 있다. 트리거 전극의 트리거 요소(91)는 칼럼(16)에 인접한 구멍(74)의 단부에 근처까지 연장하지만, 바람직하게는 칼럼(16) 내에 진전되는 플라즈마 힘에 대해 전극을 보호하도록 칼럼(16) 내로 연장하지는 않는다. 전극의 단부는 예를 들면 구멍(74) 직경에 대해 대체로 같은 거리 만큼 구멍(74)의 단부로부터 이격된다.

트리거 전극(82) 및 플라즈마 전극(12, 14)이 모두 공통 전원(32)으로부터 격발되는 경우, 2개의 전극을 위한 구동 회로들은 각각 독립적이고, 상당히 동시에 작동할 경우, 다른 전압 및 전력을 생성한다. 예를 들면, 플라즈마 전극이 전형적으로 400 내지 800 볼트에서 작동하는 경우, 트리거 전극은 5Kv 전압을 그곳을 가로질러 가질 수 있다. 그러나, 이 전압은 에너지를 예를 들면 1/20 주울 보다 더 낮도록 하기 위해 더 짧은 시간 지속 예를 들면, 100 나노 초를 위해 제공된다.

도1 및 도2에 도시된 종류의 쓰러스터들의 다른 잠재적 문제점은 칼럼(16)을 가로지르는 로렌츠 힘이 중심 전극 근처에서 최대가 되고 외부로부터 음극 외부 전극(14)까지 다소 불일정하게 감소하며 불일정하다는 것이다. 그 결과, 가스 플라즈마는 가스가 중심 전극으로부터 처음으로 나가고 그 다음 가스가 외부 전극을 향해 연장하며 기울어진 전방을 따라 나간다. 이것이 바람직한 실시예에서는 행해지지 않았음에도 불구하고, 외부 전극(14)은 그러므로 쓰러스터를 가로질러 불일정하 게 가스를 나가게 하는 것을 촉진하도록 더 짧게 될 수 있다. 이 외부 전극의 테이퍼는 하우징(28)의 지점(30) 내의 테이퍼와 같은 이유이고 이 테이퍼된 지점과 연계하여 논의된 같은 이유에 대해선 선택적이다.

칼럼(16) 내의 고르지 못한 속도의 문제는 대부분의 가스가 구멍(89)을 통해 중심 전극 근처에서 및/또는 전극으로부터 칼럼(16)에 들어감으로써 또한 도2 내에서 처리되고, 이로써 외부 전극보다 중심 전극에서 더 큰 가스량을 야기한다. 중심 전극 근처에서 더 큰 양이 그곳에서 더 큰 가속력을 상쇄하도록 이것이 조심스럽게 행해진다면, 가스/플라즈마가 쓰러스터의 단부를 일정하게(예를 들면, 전극에 전방 수직으로) 나가도록 더 거의 일정한 속도가 칼럼(16)을 가로질러 원주 방향으로 달성될 수 있다. 이러한 보정은 왜 더 짧은 외부 전극이 일반적으로 요구되지 않는지의 하나의 이유이다.

상기에서 언급된 차이를 제외하고, 도2의 쓰러스터는 도1의 쓰러스터와 동일한 방식으로 작동한다. 또한, 단일의 쓰러스터가 도면에 도시된 경우, 공간에서 또는 다른 적용에서, 다수의 그러한 쓰러스터 예를 들면, 12개의 쓰러스터가 이용될 수 있고, 각각의 작동은 1주울/파 그리고 무게는 1킬로그램 이상이다. 모든 쓰러스터는 중앙 전원 공급에 의해 전력이 공급되고, 중앙 제어 장치를 사용하고 공통 소스로부터 추진제를 수용할 것이다. 뒤의 것은 쓰러스터를 이용하는 공간 수송 수단의 조종 수명이 어떤 고체 연료 쓰러스터의 경우와 같이 쓰러스터를 사용하는 대부분의 주파수를 위한 연료 공급량에 의해 지시되지 않고 오직 수송 수단에 탄 전체 추진제에 의해 지시 된다는 점에서 본 발명의 쓰러스터에 대한 특별한 잇 점이다.

도3은 본 발명의 설명에 따른 플라즈마 건의 또 다른 실시예를 도시하고, 건은 쓰러스터로서 보다 방사선 소스로서의 사용을 위해 조절된다. 본 발명의 이 실시예는 직류-직류 인버터(34) 및 비선형 자기 압축기(36)과 함께 도1에 도시된 바와 같은 구동기를 사용하고 또한 가스를 음극의 구멍(74)을 통해 트리거 전극(82)의 주위로 적용하는 다기관(72)을 구비한다. 그러나, 이 실시예에서, 추진 가스는 중심 전극으로부터 입력되지 않는다. 음극 전극은 본 발명의 이 실시예에서 테이퍼하지 않고 실제적으로 중심 전극(12)과 동일한 길이이다. 전극(12, 14)의 길이도 또한 본 발명의 본 실시예에서 방전 전류가 최대에 있을 때 가스/플라즈마가 전극/칼럼 단부에 다다르도록 하는 쓰러스터 실시예에 대해서 보다 짧다. 전형적으로, 커패시터는 이 시점에서 반-전압 점에 다다를 것이다. 또한, 방사선 소스 적용을 위해, 외부 전극(14)은 고체이거나 구멍을 낼 수가 있다. 최상의 결과는 전형적으로 원으로부터 고르게 이격된 로드의 집합을 구성하는 외부 전극과 함께 달성된다. 상기 기술된 배치와 함께, 플라즈마로서 자기장은 플라즈마를 핀치 속으로 구동시키고 그 온도를 상당하게 증가할 힘을 생성하는 중심 전극의 단부가 구동된다. 전류가 높아질수록 그에 따른 자기장도 높아질수록 최종 플라즈마 온도도 증가할 것이다. 칼럼(16)을 가로지르는 더 일정한 속도를 달성하도록 가스 밀도를 프로파일할 노력이 또한 없고 정적이고, 일정한 가스 충전이 전형적으로 사용될 것이다. 그러므로, 이것이 여전히 바람직함에도 불구하고 가스가 칼럼(16)의 기부 단부에 도입될 필요가 없다. 프로파일되지 않는 가스는 외부 컨덕터(14)에서 보 다 중심 컨덕터(12)에서 훨씬 더 높은 속도를 야기한다. 구동기에서 커패시턴스, 가스 밀도 및 전극 길이는 전류가 그 최대값에 가까워짐에 따라 플라즈마 면이 중심 전극의 단부를 구동시키는 것을 보장하도록 조절된다.

일단 플라즈마가 중심 컨덕터의 단부를 구동시키며, 플라즈마 면은 내부로 밀려진다. 플라즈마는 우산 또는 분수대 모양을 형성한다. 중심 컨덕터의 끝에 바로 인접한 플라즈마 컬럼을 통해 유동하는 전류의 자기장은 가스 압력이 내부로 향하여진 자기 압력과 평형에 다다를 때까지 플라즈마 칼럼 내부를 죄는 내부 압력을 제공한다.

태양 표면 보다 100배 이상 뜨거운 온도가 본 기술을 사용한 핀치에서 달성될 수 있다. 소망된 파장의 방사선이 일반적으로 가스 상태이고 핀치에서 그 파장에서 스펙트럼선을 구비하는 요소를 도입함으로써 플라즈마 건(90)으로부터 얻어진다. 이것은 요소로서 기능하는 플라즈마 가스에 의해 또는 어떤 다른 방식으로 핀치에서 도입되는 요소에 의해 달성되는 반면, 바람직한 실시예에서, 요소는 전극(12) 내에 형성된 중심 채널(92)을 통해 도입된다. 중심 전극(12)은 냉각수, 가스 또는 그곳에 접촉하여 하우징의 부분을 덮으며 유동하는 다른 물질을 구비함으로써 그 기부 단부에서 바람직하게 냉각된다. 이것은 플라즈마 핀치가 발생할 때, 약 1200°C의 온도가 될 수 있는 음극의 끝과 함께 큰 온도 그레디언트를 제공한다. 특히, 고온에서, 방사선 강도는 파장의 제4의 힘에 역비례한다 (예를 들면, 강도≒1/λ⁴;=(f/c)⁴; λ= 소망된 방사선의파장, f = 소망된 방사선의 주파수 및 c = 빛의 속도). 따라서, 채널(92)을 통해 핀치에 또는 핀치에 전달되는 다른 것에 공급되는 주어진 가스/요소에 대해, 신호가 단일 전자 상태 (예를 들면, 하나를 제외한 모든 원자가 분자로부터 제외된, 그러한 고 에너지 상태까지 상승된 원자)에서 요소의 원자들에 대해 얻어지는 2P -> 1S 상태로부터 쇠퇴하는 동안, 요소로부터 방사된 최단 파장 신호를 위해 최대 강도를 얻게된다. 단일 전자 상태에 있는 원자에 대해, 파장이 ( λ= 121.5nm/N², N이 기화된 챔버(92)내의 요소의 원자수일 때)에 의해 주어진다. 이 식을 사용하여, 주기표의 제1의 6개의 요소에 대한 최고 에너지를 구비하는 파장이 아래 표1에서 표시된다.

채널(92)를 통해 적용된 가스 정도까지는 그 단일 전자 상태로 완전하게 전환되지 않고, 핀치에서 존재하는 온도에서 조차도 대부분의 가스는 일반적으로 이 상태가지 이온화 되지 않을 것이고, 방사선은 요소를 위한 스펙트럼 다른 파장에서 또한 출력될 것이고; 그러나, 상기 식으로부터 명백하듯이, 이러한 방사선은 훨씬 더 낮은 각도일 것이고, 강도는 단일 전자 상태를 위한 강도의 작은 분율이다. 따라서, 예를 들면, 54의 원자수와 함께 크세논은 작은 값인 0.04nm의 단일 전자 파 장을 구비하지만 짧게 논의될 바와 같이 유용한 13nm의 파장에서 에너지를 또한 구비한다. 그러나, 13nm에서 에너지는 단일 전자 상태에 적합한 핀체에서 온도에 대한 단일 전자 파장에서의 에너지의 1/10^-10이고 더 작은 핀치 온도에서조차 여전히 일반적으로 더 낮은 크기의 순서로 있다. 이것은 상대선 및 상당하게 변하는 온도의 폭을 결정하는 것에 의존하는 흑체 방출 커브의 모양 때문에 오직 13nm에서 방출되도록 에너지의 작은 분율(≤1/4) 이상으로 강제하는 것이 불가능하기 때문이다.

그러므로, 요소의 최적 단일 전자 파장과 다른 파장에서 방사선을 사용하는 것은 요소를 위해 방사된 더 짧은 파장을 거르는 것이 필요하고, 파장은 훨씬 더 높은 강도에 있다. 도3은 플라즈마 건(90)으로부터 방출된 방사선(94)이 소망된 파장 외의 방사선의 모든 파장을 흡수하도록 구성된 기술 분야에서 공지된 종류의 거울(96)에 적용되고, 파장은 소망된 목표를 향해 반사된다. 다른 필터, 적어도 소망된 파장을 위한 하이 패스 필터 및 상기의 것이 또한 사용된다.

따라서, 가능하면, 그 최고의 에너지 단일 전자 상태에서 소망된 파장에서 방사선을 생성하는 채널(92)에 적용된 가스 또는 다른 요소를 위한 요소를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 단일 전자 상태 내의 소망된 파장에서 방사선을 방출하는 어느 요소도 존재하지 않은 경우, 그리고 표1로부터 약 7.6nm, 아주 적은 파장이 사실 그들의 최대 에너지 상태에서 요소를 위해 유용한 것이 보여질 경우, 그 다음에 소망된 파장 및 소망된 파장에서 방사선을 얻기 위해 이용되는 필터 거 울(96)와 같은 적합한 필터에서 방사선을 방출하는 요소가 알려져야 한다. 이 방사선이 단일-전자 상태 파장에서의 방사선보다 훨신 더 낮은 강도에서 있을 것이기 때문에, 더 크고 일반적으로 더 비싼 장치(90)가 더 낮은 강도 파장에서 충분한 에너지를 얻도록 요구될 것이다. 주어진 파장에서 방사선 강도는 와트/미터제곱/헤르츠 용어로 주어지고 주파수 또는 방사선의 파장의 함수 모두에 따라 온도 및 방출률을 변화시킨다. 방출률은 하나의 최대값을 가지는 함수이고 소망된 출력 주파수/파장에서 최대 방출률을 갖는 가스를 선택하는 것이 중요하다. 주어진 파장 λ에 대한 최적 핀치 온도(T_최적)가 바인스 변위 법칙(K°가 캘빈의 플라즈마의 온도인 경우 T_최적=0.2898cm x K°/λ)으로부터 결정될 수 있다. 13nm 방사선을 얻도록 각각의 핀치 동안 방사선을 생성하도록 이온화된 가스의 매우 작은 양 때문에 크세논은 채널(90)을 통해 상대적으로 느린 속도로 유동될 수 있다. 그러나, 앞서 논의된 바와 같이, 크세논이 사용된다면, 13nm에서 출력 방사선은 상대적으로 낮은 강도가 될 것이고, 필터(96)와 같은 필터는 이 파장에서 유용한 방사선을 얻도록 요구될 것이다. 이러한 이유로, 표1로부터 소망된 파장(예를 들면, 13.5nm)에서 실질적으로 최대 강도 파장을 구비하도록 보여질 수 있는 리튬이 이 파장에서 방사선을 위한 바람직한 요소이다.

도4는 소망된 방사선을 생성하도록 리튬 증기를 이용하는 실시예를 위한 중심 전극(12)을 도시한다. 이 도면을 참고하면, 고체 리튬 코어(98)가 스테인리스 스틸과 같은 재료의 튜브(100) 내에 보유되고, 튜브(100)의 끝은 플라즈마 핀치 동 안 약 900도씨의 온도에 있는 끝 근처에 중심 전극을 따른 점에 있고, 리튬 코어(98)의 끝의 약 1 토르의 압력에서 리튬 증기의 생성을 야기한다. 이 리튬 증기는 끝에서 아르곤 또는 다른 플라즈마 가스를 변위시키는 속도로 전극(12)의 단부 내의 구멍(102) 밖으로 유동하고, 이 요구되는 유동율은 도시한 실시예에서 1년에 약 1 내지 10 그램의 범위에 있다. 튜브(100)는 적당한 위치에서 리튬 코어(98)의 전방 단부를 유지하도록 적합한 방식으로 느리게 진행된다. 코어(98)가 사용될 때, 그것은 교체될 수 있다. 헬륨 가스의 작은 양은 바람직하게 오직 리튬 및 헬륨 만이 핀치된 구역에 있다는 것을 보장하도록 튜브(100) 주위 및 개구부(102) 밖으로 공급되고, 작은양으로도 높은 에너지, 짧은 파장선을 도입할 아르곤이 걸러지지 않는다면 소망된 목표에서 13nm 방사선과 간섭할 수 있다.

핀치에 대해 리튬 또는 다른 적합한 재료를 얻는 다른 방식은 유체(예를 들면, 액체 또는 가스) 상태 내에서 액체 리튬 또는 어떤 다른 적합한 재료에 포화된 소결된 분말 내열성 금속의 중심 전극(12) 및 외부 전극(14) 중 적어도 하나를 형성하는 것이다. 텅스텐 또는 몰리브덴과 같은 금속은 적당한 접착제와 함께 텅스텐과 같은 분말된 내열성 재료를 가압함으로써 소망된 전자 모양으로 제조될 수 있고, 그리고 나서 고온에서 결과량을 소결한다. 그 결과, 다공성 소결 금속 매트릭스는 액체 리튬 또는 다른 소망된 재료에 스며들 수 있고, 개선된 수명 및 리튬/재료를 방전으로 도입하는 대안 수단을 제공한다. 액체 리튬은 방사선 발생 재료를 교체하도록 할 필요없이 공정을 위한 실질적인 무한 수명을 제공하도록 소망된다면 작동 동안 전극의 금속 매트릭스에 끊임없이 제공될 수 있다. 분말된 소결 금속을 선택하는데 하나의 구속은 금속이 거친 재료를 발생하는 방사선 내에서 녹지 않는 것을 보장하는 것이다.

만약 크세논이 13nm 방사선을 얻도록 사용된다면, 그 파장에서 흡수성이기 때문에 핀치 바로 근처에서 인접해야만 한다. 칼럼(92) 내에서 요소/가스를 위한 단일 전자 파장과 다른 파장에서 방사선이 사용되는 경우, 크세논의 경우이므로, 핀치에서 온도는 그 단일 전자 상태에 대한 더 작은 요소가 이온화하도록 제어될 수 있고, 따라서, 더 짧은 파장에서 여전히 훨씬 더 높은 강도 방사선에도 불구하고 더 긴 파장 및 더 작은 방사선에서 더 많은 방사선을 제공한다.

방출된 방사선에 대한 원뿔 각도가 가능하면 작은 것이 또한 바람직하다. 작은 원뿔 각도는 핀치에서 방사하는 가스로부터 방사선의 자극된 방출이 동시 방출 보다 훨씬 클 때 달성되고, 동시 방출은 더 산란적이다. 특히, 핀치에서의 온도를 볼츠만 상수(k) 배 한 것이 플랑크 상스(h)를 방사선의 주파수(f)배 한 것보다 훨씬 크다면, 자극된 방출(A)에 대한 동시 방출 비(B)는 (B/A = kT/hf)로 주어진다. 예를 들면, 이 비가 20과 같은 때(예를 들면 플라즈마 온도가 관계의 광자 에너지의 20배 일 때) 반 원뿔각은 약 25°이다. 플라즈마 온도가 높아질수록 원뿔 각도는 더 좁아지지만; 방사선의 파장이 짧아질수록 좁은 원뿔 각도를 달성하는 것이 더 어려워진다. 그러나, 원뿔 각도는 핀치에서 소망된 온도를 달성하기 위한 전류 및 다른 변수 선택에 고려할 하나 이상의 요인이다.

도5는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고, 전극 길이와 같은 요소에 의존하고 방사선 방출 요소/가스가 중심 전극(12)을 통해 도입되는지 여부에 따라 쓰러스 터, 방사선 소스 또는 플라즈마가 사용되는 다른 기능이 될 수 있다. 플라즈마 건은 주 고체 상태 구동기(110)에 의해 구동되는 것처럼 도시되고, 바람직한 실시예에서 직류/직류 전환기 (34) 및 NMC(36)를 포함한다. 그러나, 이 실시예가 플라즈마 개시를 위한 구멍(74) 내에서 스파크 플러그(82) 집합을 이용하는 반면, 스파크 플러그 또는 다른 전자가 직류 블록킹 커패시터(114) 및 공명 공동축선(116)을 통해 펄스 RF 소스로부터 구동된다는 점에서 종래 실시예와 다르다. 바람직한 실시예에서, RF 신호는 10메가 헤르츠 내지 1000메가 헤르츠의 주파수에 있고 주 구동기(110)의 활동에 약 1 내지 10 마이크로 초 선행하여 활성화된다. 도5는 교류 필터 코일(120)을 통해 중심 전극(12)에 연결되는 선택적 직류 바이어스 소스(118)를 또한 도시한다. 소스(118)는 전압 소스(32)가 될 수 있고, 일반적으로 모양 내기 및 회로(86)와 같은 제어 회로를 통해 적용되고, 적용에 의존하는 개별 소스가 될 수 있다.

도5에서 공동(16)의 반대측 상에 위치하는 오직 2개의 트리거 전극 또는 스파크 플러그(82, 91)가 도시되고, 플라즈마 건은 바람직하게 적어도 채널(16)의 반구 주위로 고르게 이격된 4개 그리고 6개 또는 8개(또는 그이상)를 가질 것이다. 4개의 전극을 가지고, 도시된 전자에 적용된 RF 신호는 제1 상에 있을 것이고, 도신된 그것들에 90°에서 전자에 적용된 RF 신호는 제1 상과 함께 상의 바깥 제2 상 90°에 있을 것이다. 6개의 트리거 전극을 구비하는 플라즈마 건에 대해서는, 각각 상이 챔버(16)의 반대측 상의 전자의 쌍에 적용되며 3개의 상 RF 신호가 사용될 것이다. 8개의 전극에서는 2개 상 신호가 바람직하게 이용될 것이고, 하나의 상이 모든 다른 전극 및 사이에서 하나에 대한 제2 상에 적용되며, 4개의 상 신호가 또한 사용될 수 있다. 플라즈마 개시에 직류 신호보다 RF를 사용하는 이유는 개시 전극에 적용된 RF가 챔버(16)에서 일정한 거의 완벽하게 일정한 부피 이온화 또는 개시를 야기하는 것이 알려졌기 때문이다. 소스(118)로부터 바이어스된 직류는 바람직하게 선 또는 선들(22) 상에 제어 신호에 응하여 소스(112)로부터 RF 신호와 동시에 적용되고, 또한 특히 중심 전극 근처에서 일정한 이온화에 기여하고 RF 신호(112)에 전력 요구를 감소시킨다. 직류 바이어스는 도시된 바와 같이, 중심 전극에 적용될 수 있거나 연속으로 전극(84)에 적용될 수 있거나 예를 들면, RF 신호가 직류 바이어스를 조절하도록 RF 신호와 평행일 수 있다.

도6은 예를 들면 서로 90°로 위치하는 2개의 전극/스파크 플러그(82, 82')에 RF 소스의 연결을 도시한다. 2개의 추가 전극/스파크 플러그가 플라즈마 건 내에 있고, 제2 전극(82)과 함께 도시된 전극(82)에 대해 180°에 위치하고 전극(82)에 대해 도시된 방법으로 연결되고 제2 전극(82')은 도시된 전극(82')으로부터 180°에 위치하고 이 전극과 동일한 방법으로 연결된다. 소스(112)는 쿼터 펄스안에 동축선(124, 124')을 통해 동축선(126, 126')의 짧아진 단부 근처점까지 연결되지만, 짧아진 단부로부터 L1, L2 만큼 각각 이격된다. 동축선(126')은 반 펄스 길이이고 짧아지지 않은 단부에서 전극(82')을 구비하는 반면에 동축선(126)은 쿼터 펄스 길이이고 짧아지지 않은 단부에서 전극(82)을 구비한다. 쿼터 펄스 길이 동축선(126) 및 반 펄스 길이 동축선(126')과 함께, 전극(82, 82')에서 RF 신호에 대한 소망된 상 차이가 달성된다. 동축선은 또한 큰 전압 단계-상승을 제공하고, 결합 위치/거리(L1, L2)가 옳게 선택될 경우, 소스를 파손이 달성될 때까지 맞추어진 하중으로 볼 것이다. 좋은 질의 동축선을 사용하면, 10 내지 20 대 1의 전압 단계-상승률이 쉽게 달성될 것이다. 일단 파손이 달성되면, 선은 위치 L1에서 짧은 회로로서 나타난다. L1에서 λ/4 만큼 떨어진 소스에 대한 입력 결합에서, 명백한 임피던스는 개방 회로처럼 보일 것이다. 또한, L2가 올게 선택되고 일단 파손이 개시되면 이 선은 맞추어진 하중처럼 나타날 것이다. 선(126, 126')을 가능하면 짧게 유지하는 것이 소망되는 반면, 소망된 상 및 임피던스 부합은 (2M-1)λ/4 및 Mλ/2의 각각 길이에 따라 선을 위해 일반적으로 달성될 수 있다. 그러므로, RF 소스는 항상 부합된 하중을 보고, 첫째로 스파크 플러그의 한쌍에서 전압 단계-상승을 발생시키고 그리고 나서 전압 단계-하강 그러나 전류는 단계-상승을 제공하고, 스파크 플러그(82')의 제2의 쌍에서 일단 플라즈마가 개시된다. 다음 표2는 도시하는 실시예를 위해 도6의 RF 소스를 위한 변수를 준다.

각각 RF 소스로부터 단독으로 또는 RF 소스 및 직류 바이어스 소스(118) 양쪽 모두로부터의 RF 주파수 및 전압은 크기로부터 결정되고 최대 일정성을 주도록 압력을 작동한다. 일반적으로, RF 신호는 임계 주파수 위로 선택되어야 하고, 임계 주파수는 가스 내의 전자가 각각 하나의 반 싸이클 내에 전체 전자 갭(gap)을 가로질러 쓸려진 시간을 가지는 아래 주파수가 되고, 따라서 잃게 된다. 임계 주파수 위에서, 전자는 전자들 사이에서 전후로 진동하고 가스의 이온화를 촉진한다. 주어진 플라즈마 건 기하학을 위한 임계 주파수가 v_c= 충돌 주파수; f가 방사선의 주파수인 경우 ω= 2πf; q = 전자 충전량; E = 전기장; m = 전자 질량인 경우 아 래식에 의해 결정된다.

첫번째로 유동성을 계산. 그러므로, d= 전자간의 거리일 때 가스를 전달하는 시간은 다음 식에 의해 주어진다.

쓰러스터 실시예에 대해, 전체 방사선 소스(90)가 진공 환경 근처에서 유지되는 것이 요구되고, EUV 영역에서 방사선이 쉽게 흡수되고 근처 진공 환경과 다른 곳에서 유용한 일을 하도록 사용될 수 없기 때문에 이것이 더 요구된다. 추진제 효율이 이 실시예에 대해 임계적이지 않기 때문에, 각 밸빙에 대한 단일 방사선 파열이 있고 또는 밸빙 지속 및 펄스/파열의 수는 소망된 지속을 위해 방사선을 제공하도록 선택될 수 있다.

마그네트론, 클리스트론 또는 RF 증폭기와 같은 표준 고 전압 RF 소스(112)는 종래 실시예에 대해 RF 소스로서 이용될 수 있고, 전에 지적했듯이, 그러한 표준 RF 소스는 구입하고 사용하기에 비싸고, 아주 크고 사용되는 시스템의 열 유지 부담에 더하는 상당한 열을 생성한다. 그러한 소스가 구입하기에 작동하기에 모두 상당히 덜 비싸고 상당히 적은 열을 발생시키는 작은 소스로 교체된다면 바람직할 것이다. 도7A는 이러한 요구를 만족하는 고체 상태 자극된 RF 발생기를 도시한다. 특히, 회로(130)는 표준 RF 전력 소스에 대한 그것의 약 1%인 비용으로 RF 소스를 생성하고 예를 들면 "6" 또는 "8"에 의해 더 큰 용기 보다 작은 회로 기판의 공간을 차지하는 것으로 알려졌다.

도7A를 참고하면, 회로(130)는 예를 들면, 전에 논의된 전원(32)인 전원으로부터 표준식으로 충전되는 커패시터(132)를 포함한다. 고체 상태 스위치(134)는 닫힐 때, 예를 들면 SCR, IGBT 또는 MOSFET이거나 안내는 커패시터(132)를 다양한-상태 비선형 자기 펄스 압축 회로(136)의 입력에 방전하도록 허용하고, 회로는 전에 논의된 종류의 것이다. 회로(136)는 다양한 상태 및/또는 전달기 및 그러한 배치에 하나의 예가 도시된 분화된 출력부(138)에서 종결된다. 출력부(138)는 지면에 대해 공명 포화가능 분류기를 형성하고, 이 부분의 공명 회로는 커패시터(C_R) 및 포화가능 인덕터(L_R)를 포함한다. 커패시터(C_R)는 공명하며 비선형 자기 펄스 압축기(130)의 n번째 상태의 커패시터(C_N)로부터 충전된다. C_N의 충전 동안 C_R이 역진하도록 C_N은 C_R보다 커패시턴스에서 더 작게 선택된다. 또한, L_R은 C_N으로부터 C_R까지의 충전의 전달이 완료되기 전에 포화하도록 선택될 수 있다. 만족되는 이 상태의 하나 또는 양쪽 모두와 함께, 역전 전압이 L_R이 포화되고 C_R이 그 정점 충전에 다다르기 전에 C_N에 대해 발생된다. 이러한 상태 하에서, L_R의 연속적인 포화는 C_R이 도7C에 도시된 바와 같이 진동하도록 한다. 본 발명의 플라즈마 개시 적용에 대해, 소스의 오직 3개 또는 4개의 싸이클이 도7C에 도시된 바와 같이 요구되고, 회 로의 변수는 소망된 수의 사이클을 제공하도록 선택될 수 있다. 출력부(132)의 공명 주파수(F)는 C_R 및 L_R의 값에 의해 결정되고, 그 중에 하나는 회로의 튜닝을 허용하도록 조절될 수 있다. 출력 결합 회로(140)는 저항 요소(R₀) 및/또는 전기 용량 요소(C₀)를 구성하며 제공되고, 이들의 각각은 적합하게 연결된 요소의 수로 형성될 수 있다. 출력 결합 회로(140)는 커패시터(C_R)의 에너지 일부를 외부 터미널(142)에 결합하고, 결합 회로의 임피던스는 단지 각 싸이클에 대한 C_R에 저장된 에너지의 일부(예를 들면, 싸이클 당 20%)를 제거하도록 선택된다. 또한, 도7A에 도시된 회로는 특히 본 발명의 플라즈마 건에 사용을 위해 조절되는 반면, 도7A에 도시된 회로의 수행 특징을 구비하는 고체 상태 자극된 RF 발생기는 현재 존재하지 않고 그러한 회로는 따라서 또한 다른 적용에서 용도를 찾을 수 있다. 이 회로는 또한 따라서 본 발명의 일부이다.

플라즈마 건으로 RF 개시 신호를 전달하는데의 2가지 잠재적 문제점은 파열이 이 지역에서 일러나도록 칼럼(16)의 기부에서 상대적으로 큰 일정한 지역에 걸쳐 고전압 영역을 가진다는 것과 챔버(16) 내에 요구되는 진공에 대한 최소 방해와 함께 이 점에 대해 RF 영역을 얻는다는 것이다. 공간 적용에서 후자는 문제가 되지 않는 반면에, 이것은 방사선 소스로서 플라즈마 건의 더 일반적인 적용에서는 잠재적 문제이다. 도8B가 제2의 오직 목적을 달성하는 방식을 도시하는 반면, 도8A는 두 목적을 달성하는 하나의 방식을 도시한다.

먼저 도8A를 참고하면, 세라믹 절연체(150)가 칼럼(16)의 기부에서 전극들(12, 14) 사이에서 제공된다. 다수의 전극(152)이 채널(16)의 외부에 있는 절연체 분리기(150)의 표면에 장착되고 세라믹 절연체에 의해 칼럼(16) 내부에 절연체의 면(154)으로부터 짧은 거리로 이격된다. 전극(152) 및 표면(154) 사이의 두께는 전형적으로 1/8인치 보다 작고 세라믹 절연체가 깨지거나 끊어지지 않는 것을 보장하는 동안 가능한 얇게 선택된다. RF 및 직류 신호가 전극(152)에 적용될 때, 소망된 플라즈마 파손를 개시하도록 표면(154)에서 나타나는 고전압 영역을 야기한다.

도8B의 장치는 세라믹 절연체(150')가 중심 전극(12)의 바닥 부분에 대해 깃으로 형성되고 칼럼(16)으로 짧은 거리로 연장하는 점에서 도8A와 다르다. 전극(152)은 절연체의 외부 표면(154')에 장착되고 RF 및/또는 직류 신호가 전극에 적용될 때 고전압 영역이 표면(154')에 형성된다. 전체 플라즈마 건이 진공 환경에 있지 않은 경우 적용에 대해, 도8A의 배치는 진공 칼럼(16)으로 가져오도록 전기 도선이 필요하지 않고, 선(156)이 도8B의 실시예에 대한 칼럼으로 가져온다는 점에서 바람직하다.

더 많은 일정한 파손이 개시 수 주전극(12, 14)에 개시 고전압 스파이크를 적용함으로써 플라즈마 건 내에서 달성될 수 있다는 것이 공지되어 있다. 도9A는 도9B에서 도시된 소망된 파형을 달성하는 회로를 도시한다. 특히, 이 파형은 유지 신호(162)에 의해 따르는 개시 스파이크(160)를 구비한다. 개시 스파이크는 유지 신호(162)의 전압의 10배이고 훨씬 더 짧은 지속이며 전극들(12, 14)에 공급된 에 너지의 1/10 만큼 작은 것을 전달한다.

도9A를 참고하면, 회로는 제1 비선형 자기 압축 회로(164)를 구성하고, 오직 마지막 단계가 도9A에 도시되고, 제2 비선형 자기 압축 회로(166)는 오직 도면에 또한 도시된 마지막 단계를 도시한다. 회로(164)가 스파이크(160)의 단부에서 일어나는 훨씬 더 긴 지속의 더 낮은 전압 신호인 유지 신호(162)를 발생시키는 반면, 회로(166)는 고 전압 단지속 펄스인 스파이크(160)을 발생시킨다. 회로(164)의 마지막 단계를 위한 반응기(168)는 스파이커 회로(166)로부터 역방향으로 신호를 유동하는 것을 막지 않고 유지 회로(164)로부터 신호가 유동하는 것을 허용하도록 일 방향으로 포화되기 위해 바이어스 와인더(170)를 통해 적용된 바이어스 신호에 의해 보통 바이어스된다. 따라서, 이 신호는 회로(164)에 적용되지 않고 특히, 마지막 단계의 커패시터(172)에 적용되지 않음으로써 전압 스파이크로부터 회로를 보호하고 이 신호의 모두가 전극들(12, 14)에 적용되는 것을 보장한다. 스파이크(160)는 포화 가능 반응기(168)의 바이어스(bias)의 역으로 시작하고 그곳에 적용된 바이어스를 부분적으로 극복하고, 동시에 쇄도 파손이 전극에서 일어나도록 한다. 이것은 파손 전압을 초과하는 것에 대한 걱정없이 선택되도록 주 방전 체인에 대한 최적 전압 및 구동 임피던스 레벨을 허용한다. 포화 가능 반응기(168)의 역방향 바이어스는 반응기가 다시 포화할 때까지 회로(164)로부터 유지 신호에 대한 지연을 제공함으로써 두 신호 사이에 부드러운 변화를 제공한다.

도3에서의 예에 대해 도시된 종류의 플라즈마 소스의 하나의 문제점은 방사선의 소망된 주파수에 의존하는 100eV 내지 1000eV의 범위에 있는 소망된 핀치 온 도를 달성하기 위해, 마이크로 초 당 수 센티미터의 속도로 플라즈마를 구동하기에 충분한 텔사(Telsa) 단위에서 자기 압축이 요구된다. 이러한 고속은 중심 컨덕터 아래로 구동된 중심 컨덕터의 단부를 구동하는 플라즈마를 야기하고, 플라즈마 장벽은 중심 전극의 단부로부터 멀리 장소로 이동하기를 계속한다. 이것은 핀치에 대한 결국 전기적 연결을 잃는 플라즈마 장벽을 야기하고 따라서, 핀치를 끝내고 큰 전압 과도 현상을 일으킨다. 이 전압 과도 현상은 전극을 심하게 손상시킬 수 있는 고전압 재충격을 야기할 수 있다. 플라즈마와 함께 전기전 접촉의 손실은 또한 소스로부터 출력 효율에서 상당한 감소를 야기하고, 수 마이크로 초(예를 들면, 2 내지 4 마이크로 초)가 될 수 있는 전기적 방전의 상당히 더 긴 지속 보다는 오직 약 100 나노 초동안 핀치는 계속된다.

본 발명에 설명에 따라서, 플라즈마 분리의 이 문제점은 중심 전극을 향해 후방으로 플라즈마 장벽을 다시 향하게 하도록 중심 전극(12)의 출구 단부에 근접한 블래스트 장벽 또는 초점 맞추는 장치(194)에 의해 극복된다. 도10A 내지 도 10C는 초점 맞추는 공동(196A, 196B, 196C)의 모양에서 주로 서로 다른 차폐 또는 초점 맞추는 장치(194A, 194B, 194C)(이하, 집합적으로 차폐로 언급함)와 같은 3개의 가능한 실시예를 도시한다. 특히, 공동(196A)은 공동(196A)의 벽이 차폐와 중심 전극 사이에서 접촉이 있지 않도록 충분한 거리에 의해 중심 전극(12)의 단부로부터 이격되도록 일반적으로 구형 모양을 구비하고, 공동은 외부 전극(14) 또는 소스의 적합한 하우징 요소에 대한 요소를 적합하게 장착함으로써 장착되지만 플라즈마 분리 전에 일어나는 중심 전극에 대해 플라즈마를 후방으로 다시 향하도록 충분 히 가깝다. 이러한 목적들은 R이 중심 전극(12)의 반지름일 때 R에서 2R 범위에서 일반적으로 이격됨에 의해 달성된다. 그러나, 이러한 거리는 소스(10)의 다른 변수에 따라서 어느 정도까지 변할 수 있다. 공동(196B)은 부채꼴 모양을 구비하고 공동(196C)은 포물선 모양을 구비한다. 중심 전극(12)이 단부로부터 공동의 이격을 위해 전에 지적된 변수들은 모두 3개의 공동 모양에 적용된다.

플라즈마 장벽의 분리를 막는 것과 차폐(194)와 함께 장벽을 포함하는 것이 바람직한 반면, 차폐(194)가 소스(10)로부터 소망된 방사선의 존재와 간섭하지 않는 것이 중요하다. 각각의 차폐(194)는 따라서 대응하고 중심 전극의 중심선과 동축의 중심을 구비한 공동의 상부에 형성된 중심 개구부(198A, 198B, 198C)를 구비한다. 개구부(198)는 바람직하게 원형이고, 방출된 방사선의 대강의 각도인 ±15°의 각도에서 중심 전극의 단부에서 핀치로부터 방출된 방사선이 방해되지 않는 개구부를 통해 통과하도록 충분한 직경을 가진다. 각 개구부(198)의 상부 부분은 플라즈마 장벽의 어떤 누출을 상당히 제한하는 동안 방사선의 존재를 촉진하도록 외부로 테이퍼된다.

차폐(194)의 재료는 약 1000°C 이상의 범위에서 온도를 버틸 수 있는 높은 온도의 비전도성 재료이어야 한다. 다양한 고온 세라믹은 도시한 실시예를 위해 이용되는 산화 알루미늄(Al₂O₃)과 함께 소망된 특징을 가진다. 다양한 유리, 수은 및 사파이어도 또한 차폐(194)를 위한 재료로서 제공하도록 소망된 특징을 가진다.

상기 논의 동안, 차폐(194)를 다시 향하게 하는 플라즈마는 방사선 소스의 특별한 특별한 배치와 함께 사용을 위해 도시되고, 이 차폐는 플라즈마 분리가 잠재적 문제일 경우 어떤 방사선 소스와 함께 사용을 위해 적합하고 본 발명은 그러므로 도3의 특정 방사선 소스 배치에 의해 제한되지 않는다. 유사하게, 음극에 대한 방사선을 다시 향하게 하는 3개의 공동 배치가 도10A 내지 도10C에 도시되고, 이 기능을 수행하는데 적합한 다른 공동 모양이 또한 이용될 수 있다. 기술된 특정 재료는 또한 오직 도시의 방식에 의한다.

또한, 변수가 EUV 대역 내의 다른 파장에서 방사선인 13nm에서 방사선을 생성하기 위해 상기에 논의된 반면, 이 대역 외부에 어떤 경우에서 방사선 소스(90)의 다양한 변수를 제어함에 의해, 특히 이용된 요소/가스의 신중한 선택, 고전압 소스로부터 최대 전류, 핀치의 지역에서 플라즈마 온도 및 어떤 경우에는 이용된 방사선 필터에 의해 얻어질 수 있다.

많은 량의 가스가 상기에 언급된 플라즈마 건을 위한 플라즈마 가스로서 사용될 수 있는 반면, 아르곤 및 크세논과 같은 내부 가스가 종종 바람직하다. 사용될 수 있는 다른 가스는 질소, 히드라진, 헬륨, 수소 및 네온을 포함한다. 상기에 지적한 대로, 도3 실시예에 대한 것과 같이 플라즈마 건이 방사선 소스로 사용될 때, 다양한 요소/가스들이 선택된 EUV 또는 다른 파장을 달성하도록 이용될 수 있고, 플라즈마 및 방사선 가스는 어떤 경우엔 동일한 가스이다. 예를 들면, 121.5nm에서 VUV 대역에서 방사선을 효율적으로 얻기 위해 선택될 수 있다. 또한, 다양한 실시예가 상기에 논의된 반면, 이러한 실시예가 오직 예의 방식이고 본 발명에 제한되지 않음이 명백하다. 예를 들면, 도시된 구동기가 본 적용에 대해 이 로운 반면, 다른 높은 PRF 구동기가 적합한 전압 및 상승 시간을 구비하고 높은 전압 이동을 요구하지 않으며 또한 이용될 수 있다. 유사하게, 다양한 플라즈마 개시 메커니즘이 기술된 반면, 모의 고체 상태 RF 구동기 전극 트리거가 바람직하고, 플라즈마 파손을 개시하는 다른 방법이 적합한 적용에 또한 이용될 수 있다. 전극의 배치 및 플라즈마 건에 대한 주어진 적용은 또한 도시의 방식에 의한다. 따라서, 본 발명이 바람직한 실시예에 대해 상기에 특별히 도시되고 기술되는 동안, 전술하고 세부를 형성하는 다른 변화가 여전히 본 발명의 정신 및 범주 내에서 남아 있는 동안 이 기술 분야의 당업자에 의해 만들어질 수 있고 본 발명은 오직 다음 청구항에 의해 제한되는 것이다.

Claims

고 PRF 플라즈마 건(10, 10', 90)에 있어서,

중심 전극(12);

상기 중심 전극과 대체로 동축인 외부 전극(14)과 폐쇄된 기부 단부 및 개방 출구 단부를 구비한 상기 전극들 사이에서 형성된 동축 칼럼(16);

선택된 가스를 상기 칼럼으로 도입하는 입구 메커니즘(70, 72, 74);

상기 칼럼(16)의 기부 단부의 플라즈마 개시기(82);

상기 플라즈마 개시기(82)를 구동하도록 선택적으로 연결된 고체 상태 모의 RF 소스(130); 및

상기 전극을 가로질러 고전압 펄스를 전달하기 위해 상기 칼럼의 기부에서 플라즈마 개시 상에서 작동 가능한 고체 상태 고 반복율 펄스 구동기(32, 34, 36)를 포함하며 플라즈마가 칼럼의 기부 단부로부터 그 출구 단부를 벗어나 팽창하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제1항에 있어서, 상기 RF 소스(112, 130)는 10 메가 헤르츠 내지 1000 메가 헤르츠 범위의 주파수에서 작동하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제1항에 있어서, 상기 모의 RF 소스(130)는

N이 1이상의 정수일 경우, N 단계 비선형 자기 펄스 압축기(136);

에너지 저장 장치(132)를 상기 압축기의 제1 단계의 입력에 연결하기 위해 선택적으로 작동가능한 고체 상태 스위치(134);

공명 회로가 커패시터(C_R) 및 포화가능 반응기(L_R)를 포함하고, 상기 압축기의 마지막 단계는 커패시턴스(C_N)를 구비하며, C_R이 완전히 충전되기 전에 C_N 상에 역 전압이 있도록 적어도 C_R및 L_R중의 하나가 선택되고, L_R을 주파수(F)에서 C_R의 진동을 일으키도록 연속적으로 포화하는, 모의 RF 주파수(F)에서 공명 회로를 구비하는 출력 단계(138); 및

상기 플라즈마 개시기를 구동하도록 C_R로부터 에너지를 결합하는 결합 회로(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제3항에 있어서, 상기 고체 상태 스위치(134)는 SCR, IGBT 및 MOSFET 중에 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제3항에 있어서, C_R이 C_R > C_N이도록 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제3항에 있어서, C_N으로부터C_R까지 충전의 전달이 완료되기 전에 N_R이 포화 하도록 N_R이 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제3항에 있어서, 상기 출력 단계(138)가 지면에 대해 공명 포화 가능 분류기인 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제3항에 있어서, C_R에 저장된 에너지의 오직 일부가 각각의 C_R의 진동 싸이클 동안 상기 플라즈마 개시기에 결합되도록 상기 결합 회로(140)가 임피던스를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제3항에 있어서, 상기 출력 단계(138)의 오직 3 내지 4개의 진동 싸이클이 있도록 L_R 및 C_R이 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제1항에 있어서, 상기 플라즈마 개시기(82)는 절연체(24)에 부착되고 상기 칼럼(16) 주위로 대체로 일정하게 이격된 다수의 전극이며, 상기 전극은 상기 칼럼의 기부 단부에 있는 상기 절연체의 표면에서 고전압 영역을 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제10항에 있어서, 상기 절연체(24)가 그 기부 단부에서 상기 중심 전극을 둘러 싸고 상기 전극(82)이 상기 칼럼의 기부 단부 근처의 상기 절연체에 장착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제10항에 있어서, 상기 절연체(24)는 상기 칼럼(16)의 기부를 형성하고, 상기 전극(82)은 상기 칼럼에 대향 측으로부터 상기 절연체 내에 장착되고 상기 절연체에 의해 상기 칼럼으로부터 짧은 거리로 이격되며, 상기 전극(82)의 활성화는 상기 칼럼의 상기 절연체의 일측에 고전압 영역을 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제1항에 있어서, 상기 중심 전극(12) 및 상기 외부 전극(14) 중에 적어도 하나는 소결된 분말 내열성 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제13항에 있어서, 상기 플라즈마 건은 선택된 파장에서 방사선 소스로서 작동하고 적어도 하나의 상기 전극이 선택된 파장에서 방사선을 발생하는데 적합한 유체 재료와 함께 포화되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제14항에 있어서, 유체는 액체 리튬인 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제14항에 있어서, 대체로 연속적인 기부 상에서 적어도 하나의 전극에 상기 유체 재료를 제공하는 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제13항에 있어서, 상기 중심 전극 및 상기 외부 전극 모두가 상기 소결된 분말 내열성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제1항에 있어서, 상기 펄스 구동기(32, 34, 36)가 저 전압 및 더 긴 지속 유지 신호(162)를 가져오는 고전압 스파이크를 제공하며 대부분의 구동기 에너지는 상기 유지 신호에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제18항에 있어서, 상기 펄스 구동기가 상기 고전압 스파이크(160)를 발생기키는 제1 비선형 자기 펄스 구동기(166) 및 상기 유지 신호(162)를 발생시키는 제2 비선형 자기 펄스 구동기(164)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제19항에 있어서, 상기 제2 구동기는 적어도 두 단계를 포함하고, 상기 단계의 마지막의 포화 가능 반응기(168)는 스파이크가 상기 제1 구동기로부터 상기 제2 구동기로 들어가는 것을 막도록 보통 바이어스되고, 유지 신호를 통과시키도록 반응기가 다시 포화할 때까지 상기 제2 구동기로부터 개시 유동을 억제하도록 스파이크가 상기 반응기를 부분적으로 불포화시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
고 PRF 플라즈마 건(10, 90)에 있어서,

중심 전극(12);

상기 중심 전극과 대체로 동축인 외부 전극(14)과 폐쇄된 기부 단부 및 개방 출구 단부를 구비하고 상기 전극들 사이에서 형성된 동축 칼럼(16);

선택된 가스를 상기 칼럼으로 도입하는 입구 메커니즘(70, 72, 74);

절연체(24)에 부착되고 상기 칼럼(16) 주위로 대체로 일정하게 이격되는 다수의 전극을 포함하며, 상기 전극(82)은 구동될 때 상기 칼럼(16)의 기부 단부에 있는 상기 절연체의 표면에서 고전압 영역을 생성하는, 상기 칼럼의 기부 단부에 있는 플라즈마 개시기(82);

상기 전극을 가로질러 고전압 펄스를 전달하는 상기 칼럼의 기부에서 플라즈마 개시 상에서 작동가능한 고체 상태 고 반복율 펄스 구동기(112, 130)를 포함하며, 플라즈마가 칼럼의 기부 단부로부터 출구 단부에서 벗어나 팽창하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제21항에 있어서, 상기 절연체(24)는 그 기부 단부에서 중심 전극(12)을 둘러 싸고, 상기 전극(82)이 상기 칼럼의 기부 근처의 상기 절연체에 장착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제21항에 있어서, 상기 절연체(24)는 상기 칼럼(16)의 기부를 형성하고, 상기 전극(82)은 상기 칼럼 대향 측으로부터 상기 절연체(24) 내에 장착되고 상기 절연체에 의해 상기 칼럼으로부터 짧은 거리로 이격되며, 상기 전극(82)의 활성화는 상기 칼럼의 상기 절연체의 일측에 고전압 영역을 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
모의 RF 소스(130)에 있어서,

N은 1이상의 정수이며 N 단계 비선형 자기 펄스 압축기(136);

에너지 저장 장치(132)를 상기 압축기(136)의 제1 단계의 입력에 연결하기 위해 선택적으로 작동가능한 고체 상태 스위치(134);

공명 회로가 커패시터(C_R) 및 포화 가능 반응기(L_R)를 포함하고, 상기 압축기의 마지막 단계는 커패시턴스(C_N)를 구비하며, C_R이 완전히 충전되기 전에 C_N 상에 역 전압이 있도록 적어도 C_R및 L_R중의 하나가 선택되고, L_R은 주파수(F)에서 C_R의 진동을 일으키도록 연속적으로 포화하는, 모의 RF 주파수(F)에서 공명 회로를 구비하는 출력 단계(138); 및

C_R로부터 에너지를 결합하는 결합 회로(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 모의 RF 소스.
고 PRF 플라즈마 건(10, 90)에 있어서,

중심 전극(12);

상기 중심 전극 및 외부 전극 중에 적어도 하나는 소결된 분말 내열성 금속이며, 상기 중심 전극과 대체로 동축인 외부 전극(14)과 폐쇄된 기부 단부 및 개방 출구 단부를 구비하고 상기 전극들 사이에서 형성된 동축 칼럼(16);

선택된 가스를 상기 칼럼으로 도입하는 입구 메커니즘(70, 72, 74);

상기 칼럼(16)의 기부 단부의 선택적으로 구동된 플라즈마 개시기(82); 및

상기 전극을 가로질러 고전압 펄스를 전달하는 상기 칼럼의 기부에서 플라즈마 개시 상에서 작동가능한 고체 상태 고 반복율 펄스된 구동기(32, 34, 36)를 포함하며, 플라즈마가 칼럼의 기부 단부로부터 그 출구 단부에서 벗어나 팽창하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제25항에 있어서, 상기 플라즈마 건은 선택된 파장에서 방사선 소스로서 작동하고, 상기 적어도 하나의 전극이 선택된 파장에서 방사선을 발생하는데 적합한 유체 재료와 함께 포화되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제26항에 있어서, 유체는 액체 리튬인 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제26항에 있어서, 대체로 연속적인 기부 상에서 적어도 하나의 전극에 상기 유체 재료를 제공하는 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제25항에 있어서, 상기 중심 전극(12) 및 상기 외부 전극(14) 모두가 상기 소결된 분말 내열성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
고 PRF 플라즈마 건(10, 90)에 있어서,

중심 전극(12);

상기 중심 전극과 대체로 동축인 외부 전극(14)과 폐쇄된 기부 단부 및 개방 출구 단부를 구비하며 상기 전극들 사이에서 형성된 동축 칼럼(16);

선택된 가스를 상기 칼럼으로 도입하는 입구 메커니즘(70, 72, 74);

상기 칼럼의 기부 단부에서 선택적으로 구동된 플라즈마 개시기(82); 및

상기 전극을 가로질러 고 전압 펄스를 전달하는 상기 칼럼의 기부에서 플라즈마 개시 상에서 작동 가능한 고체 상태 고 반복율 펄스 구동기(32, 34, 36)를 포함하며 상기 펄스 구동기는 저 전압, 더 긴 지속 유지 신호(162)를 가져오는 고전압 스파이크(16)를 제공하고 대부분의 구동기 에너지는 상기 유지 신호에 의해 제공되고 플라즈마가 기부 단부로부터 그 출구 단부에서 벗어나 팽창하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제30항에 있어서, 상기 펄스 구동기가 상기 고전압 스파이크를 발생기키는 제1 비선형 자기 펄스 구동기(166) 및 상기 유지 신호를 발생시키는 제2 비선형 자기 펄스 구동기(164)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제31항에 있어서, 상기 제2 구동기는 적어도 두 단계를 포함하고, 상기 단계의 마지막의 포화 가능 반응기(168)는 스파이크가 상기 제1 구동기로부터 상기 제2 구동기로 들어가는 것을 막도록 보통 바이어스되고, 유지 신호를 통과시키도록 반응기가 다시 포화할 때까지 상기 제2 구동기로부터 개시 유동을 억제하도록 스파이 크가 상기 반응기를 부분적으로 불포화시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
선택된 파장에서 고 PRF 방사선 소스(90)에 있어서,

중심 전극(12);

상기 중심 전극과 대체로 동축인 외부 전극(14)과 폐쇄된 기부 단부 및 개방 출구 단부를 구비하며 상기 전극들 사이에서 형성된 동축 칼럼(16);

선택된 가스를 상기 칼럼으로 도입하는 입구 메커니즘(70, 72, 74);

상기 칼럼의 기부 단부에서의 플라즈마 개시기(82);

상기 전극을 가로질러 고전압 펄스를 전달하는 상기 칼럼의 기부에서 칼럼의 기부 단부로부터 그 출구 단부에서 벗어나 팽창하는 플라즈마 개시 상에서 작동가능한 고체 상태 고 반복율 펄스된 구동기(32, 34, 36);

상기 입구 메커니즘은 상기 칼럼 내에 대체로 일정한 가스 충진을 제공하고, 플라즈마가 칼럼을 나갈 때 자기적으로 핀치된 플라즈마가 초기에 중심 전극을 구동하도록 되고, 상기 선택된 파장에서 방사선을 생성하도록 상기 중심 전극의 상기 단부에서 이온화가능한 요소를 나타나내도록 충분한 상기 중심 전극 단부에서 온도를 높이며 플라즈마가 칼럼을 나감에 따라 각각의 펄스에 대한 전류가 대체로 그 최대값에 있도록 하는 펄스 전압 및 전극 길이; 및

상기 방사선의 통로에 대체로 영향을 주지 않으며 중심 전극을 대해 상기 중심 전극(12)을 후방으로 구동하는 플라즈마를 다시 향하게 하는 성분(94)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 소스.
제33항에 있어서, 다시 향하게 하는 상기 성분(94)이 고온이고 상기 중심 전극(12)의 상기 출구 단부로부터 선택된 거리에 위치된 비 전도성 재료이고 상기 중심 전극에 대해 후방으로 충돌하는 플라즈마를 반사하도록 만들어지며 비전도성 재료의 상기 방사선을 통과하도록 허용하기 위해 위치된 개구부(98)를 구비하는 차폐인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.
제34항에 있어서, R이 중심 전극의 반경일 경우, 상기 차폐가 상기 중심 전극으로부터 이격된 상기 선택된 거리는 약 2R 이하인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.
제35항에 있어서, 상기 선택된 거리는 약 R 이상인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.
제34항에 있어서, 상기 차폐(94A)는 일반적으로 구형 모양인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.
제34항에 있어서, 상기 차폐(94B)는 일반적으로 부채꼴 모양인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.
제34항에 있어서, 상기 차폐(94C)는 일반적으로 포물선 모양인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.
제34항에 있어서, 상기 개구부(98)는 대체로 상기 차폐(94)의 중심에 위치된 대체로 원형 개구부인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.
제40항에 있어서, 상기 개구부(98)는 개구부를 통과하는 중심 전극의 축으로부터 약 ±15°의 각도에서 상기 중심 전극(12)을 나가는 방사선이 개구부를 통과하도록 크기가 정해지고 위치가 정해지는 것을 특징으로 하는 방사선 소스.
제33항에 있어서, 상기 재료는 고온 세라믹, 유리, 석영 및 사파이어 중에 하나인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.
제42항에 있어서, 상기 재료가 Al₂O₃인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.
제33항에 있어서, 상기 플라즈마 개시기(82)를 구동하도록 선택적으로 연결된 고체 상태 모의 RF 소스(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 소스.