JP3141660B2 - X線照射装置 - Google Patents

X線照射装置

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JP3141660B2
JP3141660B2 JP05315147A JP31514793A JP3141660B2 JP 3141660 B2 JP3141660 B2 JP 3141660B2 JP 05315147 A JP05315147 A JP 05315147A JP 31514793 A JP31514793 A JP 31514793A JP 3141660 B2 JP3141660 B2 JP 3141660B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X線顕微鏡において観
察試料にX線を照射し、あるいは、X線投影露光装置に
おいてレチクルにX線を照射する場合等に用いられるX
線照射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】X線顕微鏡による試料の観察において
は、たとえば図7に示すようなレーザプラズマによるX
線照射装置が使用される。このX線照射装置は、図示さ
れていないレーザ発振器からのレーザ光Lを集光レンズ
60により集光して、レーザ光導入窓65を介して真空
容器61内のターゲット62にスポット照射し、ターゲ
ット62の表面に径100μm程度のプラズマPを生成
せしめ、このプラズマPより可視光除去フイルタ63を
透過して出射するX線Lxを、X線反射多層膜が表面に
形成された回転楕円面鏡64により集光し、観察試料M
に照射する。
【0003】X線投影露光装置によるレチクルなどへの
X線照射においては、たとえば図8に示すように、シン
クロトロン放射光Sを光源として回折格子分光器70に
より分光し、回折格子分光器70よりの回折光Ldから
フィルタ71によって短波長光の高次回折成分や可視光
などの混合光を除去し、単色化されたX線Lxをレチク
ルRに照射する。
【0004】
【発明が解決しようする課題】しかしながら、上述した
従来のX線照射装置のいずれにおいても、回転楕円面鏡
64や回折格子分光器70を用いて観察試料Mやレチク
ルRにX線を照射していたので、X線源(プラズマP、
シンクロトロン)におけるX線強度分布が被照射物体上
の照度分布として反映し、光源のX線強度分布が一様で
ない場合には照明むらが生じる。すなわち、回転楕円面
鏡64や回折格子分光器70により照射されるX線はい
わばX線源の像であるため、このX線源の強度むらがそ
のまま観察試料MやレチクルR上における照明むらとな
る。
【0005】反射鏡として、回転放物線面による凹面鏡
が使用されれば、その凹面鏡の焦点より発するすべての
光線が回転放物線面の中心軸線(放物線の主軸)に平行
な光線になり、平行光が得られ、照明むらが解消され
る。しかし回転放物線面による凹面鏡は集光能を有して
おらず、観察試料、レチクルなどに照射するX線強度を
高めることができない。
【0006】本発明の目的は、被照射物体に対して高強
度のX線を均一に照射することの可能なX線照射装置を
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】一実施例を示す図1〜図
5に対応づけて説明すると、請求項1の発明は、放物線
Prの一部がなす線分Lsを、この放物線Prの焦点f
を通りかつ放物線Prの主軸Xに対して線分Ls側に傾
斜した軸線Aの周りに回転して得られる回転曲面の内周
面を反射面3とする集光鏡1を備え、焦点fの位置から
集光鏡1の内周面へ向けてX線Lxを放射するX線照射
装置を構成することにより、上述の目的を達成している
(図1〜3参照)。
【0008】また、請求項2の発明は、一つの焦点fを
共有する互いに異なる複数の放物線Pr1、Pr2の各々
の一部がなす複数の線分Ls1、Ls2のそれぞれを、焦
点fを通りかつ各線分Ls1、Ls2に対応する放物線P
1、Pr2の主軸X1、X2に対して線分Ls1、Ls2
に傾斜した一つの軸線Aの周りに回転して得られる複数
の回転曲面の内周面の各々を反射面31、32とする集光
鏡1を備え、焦点fの位置から集光鏡1の内周面へ向け
てX線Lxを放射するX線照射装置を構成することによ
り上述の目的を達成している(図4,5参照)。焦点f
の位置に点状X線源2を配置してもよく、また、集光鏡
1の反射面にX線反射多層膜4を設けてもよい。
【0009】
【作用】焦点位置Fより発したX線Lxは、集光鏡1の
反射面3によって反射し、反射されたX線Lxは、放物
線Pr、Prの主軸X、X´に平行な進路p、p´をも
って進行する。また、本発明の集光鏡1の反射面3は、
軸線Aを中心として環状に形成されている。従って、反
射面3全体から反射されたX線Lxは、集光鏡1の回転
中心をなす軸線Aの放物線主軸Xに対する傾斜角aの2
倍の集束角bをもって、軸線Aを中心とする領域C内に
集光する。
【0010】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。
【0011】
【実施例】
−第1実施例− 図1は本発明によるX線照射装置の第1実施例を示す断
面図、図2は斜視図である。これらの図に示すように、
本実施例のX線照射装置は、集光鏡1と微小X線源2と
を含んでいる。
【0012】集光鏡1は略円環状の外形を有し、その内
周面が反射面3とされている。この反射面3は、図3に
示すように、放物線Prの一部がなす線分Lsを、放物
線Prの焦点fを通り、かつ放物線Prの主軸(対称
軸)Xに対して線分Lsの側に傾斜した軸線Aの周りに
一回転して得られる回転曲面の内周面Fiからなる。な
お、図3において、符号Pr′は放物線Prを軸線Aの
周りに180°回転させた状態を、符号Ls´は線分L
sを軸線Aの周りに180°回転させた状態を示し、ま
た符号X′はその放物線Pr′の主軸を示している。注
意すべきことは、線分Lsを軸線Aの周りに回転するこ
とにより、これに対応する放物線Pr、およびその主軸
Xも軸線Aの周りに回転しているのであり、反射面3の
任意の周方向の位置において対応する主軸Xの向きはそ
れぞれ異なる。後述のように、この主軸Xの向きがX線
の照射方向および領域を決定する。
【0013】集光鏡1の反射面3には、その前面にわた
ってX線反射多層膜4が形成されている。X線反射多層
膜4は、ある波長のX線における屈折率と真空の屈折率
(=1)との差が大きい物質と、差が小さい物質とが交
互に積層された構造を有し、ブラッグの条件式を満たす
ことで特定の波長を有するX線を反射させるものであ
る。このX線反射多層膜4によって、反射面3全体はX
線に対して一様な反射率を有するようになる。X線反射
多層膜4によって選択的に反射されるX線の波長は、こ
の多層膜4を構成する各層の物質および周期長(前記差
の大きい物質と小さい物質の1ペア分の膜厚)により定
まり、これらは既知の方法により決定される(代表的な
ものとして、タングステン(W)とカーボン(C)等の
組合せが知られている)。また、各層を形成する物質は
真空蒸着等の薄膜形成技術によって形成される。微小X
線源2は、放物線Prの焦点fに整合する焦点位置Fに
配置され、X線Lxを集光鏡1の反射面3へ向けて放射
する。
【0014】焦点位置Fに配置された微小X線源2が発
したX線Lxは、集光鏡1の反射面3によって反射され
る。反射面3によるX線の反射を図3を参照して詳細に
説明すると、図3において線分Lsに入射したX線は、
放物線Prの主軸Xに平行な進路pをもって軸線Aを横
切る。一方、線分Lsから180°離れた位置にある線
分Ls´に入射したX線Lxは、放物線Pr´の主軸X
´に平行な進路p´をもって軸線Aを横切る。同様にし
て反射面3の全体についてX線の経路を辿ると、図2に
示すように、微小X線源2が発したX線Lxは、集光鏡
1の反射面3により反射されて、集光鏡1の軸線Aの放
物線主軸Xに対する傾斜角aの2倍の集束角b(図1、
図3参照)をもって軸線Aを中心とする微小円形領域C
内に集光する。
【0015】よって、図1に示すように、この微小円形
領域C内に被照射物体Mを配置することにより、集光さ
れかつ平行なX線Lxにより被照射物体Mの全体を均一
に照射することができる。
【0016】集光鏡1の反射面3にX線反射多層膜4が
コーティングされていない場合には、X線の斜入射によ
る全反射を利用することになり、分光はできない。ま
た、焦点距離が大きくなる。一方、反射面3にX線反射
多層膜4がコーティングされていれば、反射面3におけ
るX線の反射角が大きく設定できるようになり、焦点距
離が短くなって装置全体がコンパクトになる。また、上
述のように、X線反射多層膜4の多層膜材質、層厚の選
択によって任意の単色X線を被照射物体Mに照射するこ
とが可能になる。
【0017】−第2実施例− 図4は本発明によるX線照射装置の第2実施例を示す図
である。なお、図4において、上述した第1実施例と同
様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を
簡略化する。
【0018】本実施例においては集光鏡1は複数(より
詳細には2枚)の反射面31、32を備えており、全体と
して樽状の中空環状体に形成されている。これら反射面
1、32は、一つの焦点fを共有する互いに異なる2本
の放物線Pr1、Pr2の各々の一部がなす2本の線分L
1、Ls2のそれぞれを、焦点fを通り、かつ各線分L
1、Ls2に対応する放物線Pr1、Pr2の主軸X1
2に対して線分Ls1、Ls2側に傾斜した一つの軸線
Aの周りに一回転して得られる複数の回転曲面の内周面
Fi1、Fi2からなる。
【0019】集光鏡1の反射面31、32にはその全面に
わたってX線反射多層膜4がコーティングされ、特定の
波長を有するX線に対して反射面31、32の全体が一様
な反射率を有するように構成されている。この場合、線
分Ls1とLs2とが軸線方向に互いに連続していること
により、集光鏡1の反射面31と32とは軸線方向に互い
に連続している。
【0020】焦点位置Fに配置された微小X線源2が発
したX線Lxは、集光鏡1の反射面31、32の各々によ
って反射し、各反射面31、32で反射されたX線Lx
は、それぞれの反射面31、32に対応する放物線Pr1
あるいはPrの主軸X1、X2に平行な進路p1、p2をも
って、かつ集光鏡1の軸線Aの放物線主軸X1、X2に対
する傾斜角a1、a2の2倍の集束角b1、b2をもって軸
線Aを中心とする一つの微小円形領域C内に重複集光す
る。
【0021】したがって、本実施例によっても、微小円
形領域C内に被照射物体Mを配置することにより、集光
されかつ平行なX線Lxにより被照射物体Mの全体を均
一に照射することができる。しかも、本実施例では、反
射面31と32の各々よりのX線Lxが微小円形領域C内
に重複集光するので、被照射物体Mに照射されるX線L
xの強度が倍増する。
【0022】なお、図6を参照して、反射面31および
2の決定方法について説明する。 (1) まず、焦点fを図示の位置に持ち、この焦点fを
通る直線X1を主軸とする放物線Pr1の一部をなす線分
Ls1を考える。焦点fに整合する焦点位置Fに配置さ
れたX線源から発したX線Lxは、内周面が線分Ls1
に一致する反射面で反射して、主軸X1に平行な光路p1
を辿る。 (2) 次に、放物線Pr1の焦点fと共通の焦点を図示
の位置に持ち、この焦点fを通る直線X1と異なる直線
2を主軸とする放物線Pr1と異なる放物線Pr2の一
部をなす線分Ls2を考える。焦点fに整合する焦点位
置Fに配置されたX線源から発したX線Lxは、内周面
が線分Ls2に一致する反射面で反射して、主軸X2に平
行な光路p2を辿る。 (3) 光路p1と光路p2は、図示の領域Cで交わる。 (4) この交差領域Cの中心点と上述の焦点fとを通る
直線Aを回転軸として、放物線Pr1、Pr2の一部をな
す線分Ls1、Ls2を回転させて回転曲面を形成する。
この回転曲面の内周面が集光鏡1の反射面31、32とな
る。
【0023】−第3実施例− 図4に示す実施例においては、集光鏡1の反射面31
2とは軸線方向に互いに連続した形態をなしている
が、図5に示すように、径違いに構成されて軸線Aを中
心として互いに同心に配置されてもよい。この場合も図
示するような進路をもってX線Lxが微小円形領域C内
に重複集光するから、上述の第2実施例と同様の作用効
果が得られる。
【0024】上述した第1〜第3の実施例において、X
線源2が可視光も放射するものである場合には、X線源
2と反射鏡1との間、あるいは反射鏡1と被照射物体M
との間に可視光除去用のフィルタを配置することが望ま
しい。
【0025】なお、本発明のX線照射装置は、その細部
が上述の各実施例に限定されず、種々の変形が可能であ
る。
【0026】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、集光鏡の反射面で反射されたX線はこの反射面を
形成する放物線の主軸に沿って平行に進行し、かつ、反
射面の回転軸の延長方向にある領域に集光されるので、
この領域内に被照射物体を配置することにより、被照射
物体を均一な照度分布をもって一様に集光照射すること
が可能になる。また、請求項2の発明によれば、集光鏡
が複数の反射面を有しているので、その反射面の総面積
に応じて被照射物体に照射されるX線の強度が増大し、
照度が増加する。この反射面の配置個数は立体的配置が
許す限り、幾つであってもよい。さらに、請求項4の発
明によれば、反射面にX線反射多層膜を形成したので、
反射面におけるX線の反射角を大きく設定でき、焦点距
離が短くなるので装置をコンパクトなものにすることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例であるX線照射装置を示す
縦断面図。
【図2】第1実施例のX線照射装置の概略斜視図。
【図3】第1実施例のX線照射装置に使用される集光鏡
の幾何学的形状を説明する説明図。
【図4】本発明の第2実施例であるX線照射装置を示す
縦断面図。
【図5】本発明の第3実施例であるX線照射装置を示す
縦断面図。
【図6】第2実施例のX線照射装置の反射面を決定する
方法を説明するための図。
【図7】X線顕微鏡に使用されるX線照射装置の従来例
を示す概略構成図。
【図8】X線投影露光装置の従来例を示す概略構成図。
【符号の説明】
1 集光鏡 2 微小X線源 Pr、Pr1、Pr2 放物線 f 焦点 F 焦点位置 A 軸線 X、X1、X2 主軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−53832(JP,A) 特開 昭64−54402(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 13/04 G21K 1/06 G21K 5/02 G21K 5/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放物線の一部がなす線分を、前記放物線
    の焦点を通りかつこの放物線の主軸に対して前記線分側
    に傾斜した軸線の周りに回転して得られる回転曲面の内
    周面を反射面とする集光鏡を備え、前記焦点の位置から
    前記集光鏡の内周面へ向けてX線を放射するX線照射装
    置。
  2. 【請求項2】 一つの焦点を共有する互いに異なる複数
    の放物線の各々の一部がなす複数の線分のそれぞれを、
    前記焦点を通りかつ前記各線分に対応する前記放物線の
    主軸に対して前記線分側に傾斜した一つの軸線の周りに
    回転して得られる複数の回転曲面の内周面の各々を反射
    面とする集光鏡を備え、前記焦点の位置から前記集光鏡
    の内周面へ向けてX線を放射するX線照射装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載のX線照射装置
    において、 前記焦点の位置に点状X線源が配置されていることを特
    徴とするX線照射装置。
  4. 【請求項4】 請求項1、2または3に記載のX線照射
    装置において、 前記集光鏡の反射面にX線反射多層膜が設けられている
    ことを特徴とするX線照射装置。
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