JP3331245B2 - Scanning soft X-ray microscope - Google Patents

Scanning soft X-ray microscope

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JP3331245B2
JP3331245B2 JP32455093A JP32455093A JP3331245B2 JP 3331245 B2 JP3331245 B2 JP 3331245B2 JP 32455093 A JP32455093 A JP 32455093A JP 32455093 A JP32455093 A JP 32455093A JP 3331245 B2 JP3331245 B2 JP 3331245B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、走査型軟X線顕微鏡に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning soft X-ray microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、SOR光源やラボラトリーユース
のレーザープラズマの出現に伴い、軟X線光学素子を用
いた様々なシステムの開発が提案されている。特に、試
料の透過像を高解像度で観察できるX線顕微鏡の研究
は、各研究機関で精力的に進められている。その中で
も、結像光学素子で微小のビームを得て、試料上を走査
することにより画像を形成する走査型のものは、生物試
料の生きたままの状態での観察、各種材料物質の分析な
どの用途に適するものとして、注目されている。有限の
サイズの光源をX線光学系で縮小結像して、X線マイク
ロビームを形成して試料を走査する走査型X線顕微鏡
は、透過型顕微鏡あるいは蛍光X線や2次電子を計測す
る表面分析にも応用できるので、便利である。
2. Description of the Related Art In recent years, with the advent of SOR light sources and laser plasma for laboratory use, development of various systems using soft X-ray optical elements has been proposed. In particular, research on X-ray microscopes capable of observing a transmission image of a sample with high resolution is being vigorously pursued by various research institutions. Among them, the scanning type, which forms an image by scanning a sample by obtaining a minute beam with an imaging optical element, observes a biological sample in a living state, analyzes various materials, etc. Attention has been paid to those suitable for the use of A scanning X-ray microscope that forms an X-ray micro-beam by scanning a sample by reducing an image of a light source of a finite size by an X-ray optical system measures a transmission microscope or fluorescent X-rays and secondary electrons. It is convenient because it can be applied to surface analysis.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】図2に示すものでは、
次のようにして、走査型X線顕微鏡を実現しようとする
ものである。本例は、X線光源にレーザープラズマ光源
を用いたもので、マイクロビームを作成するためのX線
光学系としてシュバルツシルド型光学系を用いている。
The problem shown in FIG. 2 is as follows.
An attempt is made to realize a scanning X-ray microscope as follows. In this example, a laser plasma light source is used as an X-ray light source, and a Schwarzschild type optical system is used as an X-ray optical system for creating a micro beam.

【0004】図中、1はNd:YAGレーザー、2はレ
ンズ、3はターゲットをそれぞれ示し、これらでレーザ
ープラズマを発生させる。ターゲット3へのレーザー照
射により発光したX線は、光源の前方に配置されたピン
ホール11を通過し、シュバルツシルド型光学系21に
より分光及び縮小結像される。そして、集光点を対象試
料(サンプル)により2次元走査するが、このとき、本
顕微鏡を、前記で触れたように試料の透過像の観察のた
めの透過型顕微鏡として利用する場合は、図示の如く、
集光点の後方にフィルタ24、検出器25を置いてその
強度をモニターする。また、表面分析機として利用する
場合には、試料の前方に、図中参照符号30を付して示
す電子分光器あるいはX線検出器を配置する。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an Nd: YAG laser, reference numeral 2 denotes a lens, and reference numeral 3 denotes a target, which generate laser plasma. X-rays emitted by laser irradiation on the target 3 pass through a pinhole 11 arranged in front of the light source, and are spectrally and reducedly imaged by the Schwarzschild type optical system 21. Then, the light-converging point is two-dimensionally scanned by the target sample (sample). At this time, if this microscope is used as a transmission microscope for observing a transmission image of the sample as mentioned above, Like
A filter 24 and a detector 25 are placed behind the focal point to monitor the intensity. When used as a surface analyzer, an electron spectrometer or an X-ray detector denoted by reference numeral 30 in the figure is arranged in front of the sample.

【0005】ここで、走査については、試料をラスター
状に動かすことによって行う。かかる移動のためサンプ
ルステージ22が備えられ、対象試料をここに配してこ
れを移動させるようになす。試料の走査は空間分解能を
上げるためにPZT等を用いた高精度のX−Yステージ
を利用し、そのようなステージをサンプル走査ステージ
22として使用する。
Here, the scanning is performed by moving the sample in a raster shape. A sample stage 22 is provided for such movement, and the target sample is arranged here and moved. The sample scanning uses a high-precision XY stage using PZT or the like to increase the spatial resolution, and such a stage is used as the sample scanning stage 22.

【0006】ここで、走査型X線顕微鏡の空間分解能に
着目すると、一般に、走査型X線顕微鏡の空間分解能を
決定するのは、ピンホールのサイズとX線光学系の倍率
及び空間分解能である。ここに、シュバルツシルド型光
学系等は特に空間分解能が優れ、空間分解能は数10n
m程度で非常に高い。従って、X線結像光学系にかかる
光学系を用いる場合、マイクロビームのサイズを決める
のは主に、ピンホールと光学系の倍率であるということ
になる。具体例をあげれば、例えば、使用ピンホール及
びX線結像光学系について、10μmφのピンホールを
用い、200倍のX線結像光学系でマイクロビームを形
成するするなら、そのビームサイズは大体50nm程度
になる。
Here, focusing on the spatial resolution of the scanning X-ray microscope, the spatial resolution of the scanning X-ray microscope is generally determined by the size of the pinhole, the magnification of the X-ray optical system, and the spatial resolution. . Here, the Schwarzschild type optical system has particularly excellent spatial resolution, and the spatial resolution is several tens of nanometers.
m, which is very high. Therefore, when the optical system related to the X-ray imaging optical system is used, the size of the microbeam is mainly determined by the magnification of the pinhole and the optical system. As a specific example, for example, if a microhole is formed by a 200-fold X-ray imaging optical system using a pinhole of 10 μmφ with respect to a used pinhole and an X-ray imaging optical system, the beam size is approximately It is about 50 nm.

【0007】この場合、このようなマイクロビームのサ
イズの分解能を有する走査型X線顕微鏡を実現しようと
するためには、試料の走査のためのその手段として少な
くとも50nmの空間分解能を有する2次元ステージが
必要であることになる。
In this case, in order to realize a scanning X-ray microscope having such a resolution of the size of a microbeam, a two-dimensional stage having a spatial resolution of at least 50 nm is used as a means for scanning a sample. Is required.

【0008】しかして、走査型X線顕微鏡を設計する
際、一番問題となるものの一つは、試料を走査するため
のそのステージ(サンプル走査ステージ)22である。
なぜなら、それは、上記でみたように、あるいは下記す
る考察の点を含めて、その場合に備えるべきサンプル走
査ステージとしては、直線性が優れ、しかも数10nm
程度の高い空間分解能をもつステージを作製する必要が
あるからである。一般に、光学系で縮小結像する際、焦
点深度が非常に浅い(縮小側で開口数が例えば0.2程
度)。従って、もし、その使用走査ステージの直線性が
悪いと、試料を走査する際にデフォーカスが発生し、空
間分解能が著しく劣化するなどする。故に、そのように
ならないようにと、サンプル走査ステージには、非常に
高価で精度の高い走査ステージが必要とされることにな
る。
When designing a scanning X-ray microscope, one of the most problematic is the stage (sample scanning stage) 22 for scanning a sample.
This is because it has excellent linearity as a sample scanning stage to be prepared in that case, as described above or including the following considerations, and has several tens of nm.
This is because it is necessary to produce a stage having a high spatial resolution. In general, when a reduced image is formed by an optical system, the depth of focus is very shallow (the numerical aperture on the reduction side is, for example, about 0.2). Therefore, if the used scanning stage has poor linearity, defocus occurs when scanning the sample, and the spatial resolution is significantly deteriorated. Therefore, to avoid this, a very expensive and highly accurate scanning stage is required for the sample scanning stage.

【0009】本発明は、上述のような考察結果に基づき
なされたもので、上記の如き不利等を解消し得て、走査
に高精度のステージを要求されず、かつ空間分解能に優
れる、X線顕微鏡観察を実現しようというものである。
The present invention has been made on the basis of the above-mentioned considerations, and can solve the above-mentioned disadvantages, does not require a high-precision stage for scanning, and is excellent in spatial resolution. This is to realize microscopic observation.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、X線光源から
のX線を用い、軟X線マイクロビームのサイズを規定す
るピンホール、及び入射するX線ビームを縮小結像する
軟X線結像光学系により試料への照射を行うX線顕微鏡
であって、前記ピンホールを前記X線光源と前記軟X線
結像光学系との間に配置すると共に、前記ピンホールを
光軸と垂直な平面内で移動させる手段を設け、これによ
り所要の空間分解能に前記軟X線結像光学系の倍率を乗
じた値に相当する精度以上で前記ピンホールを移動させ
て走査を行うよう構成したことを特徴とするものであ
る。さらに、本発明は、X線光源からのX線を用い、軟
X線マイクロビームのサイズを規定するピンホール、及
び入射するX線ビームを縮小結像する軟X線結像光学系
により試料への照射を行うX線顕微鏡であって、前記ピ
ンホールを前記X線光源と前記軟X線結像光学系との間
に配置すると共に、前記ピンホールを光軸と垂直な平面
内で移動させる手段を設け、これにより前記ピンホール
のサイズに相当する精度以上で前記ピンホールを移動さ
せて走査を行うよう構成したことを特徴とするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a pinhole for defining the size of a soft X-ray micro-beam using X-rays from an X-ray light source, and a soft X-ray for reducing and imaging an incident X-ray beam. An X-ray microscope that irradiates a sample with an imaging optical system, wherein the pinhole is disposed between the X-ray light source and the soft X-ray imaging optical system, and the pinhole is positioned at an optical axis. A means for moving the pinhole in a vertical plane, whereby scanning is performed by moving the pinhole with an accuracy equal to or higher than a value obtained by multiplying a required spatial resolution by a magnification of the soft X-ray imaging optical system. It is characterized by having done. Furthermore, the present invention uses a X-ray from an X-ray light source to form a soft X-ray microbeam with a pinhole that defines the size of the microbeam, and a soft X-ray imaging optical system that reduces and forms an incident X-ray beam on a sample. An X-ray microscope for irradiating the X-ray, wherein the pinhole is arranged between the X-ray light source and the soft X-ray imaging optical system, and the pinhole is moved in a plane perpendicular to the optical axis. Means is provided, whereby scanning is performed by moving the pinhole with an accuracy higher than the size of the pinhole.

【0011】[0011]

【作用】本発明においては、試料は固定でそのピンホー
ルを光軸と垂直な平面内で走査してマイクロビーム自体
を走査する方法が効果的に実現される。マイクロビーム
のサイズで試料を走査するにあたり、縮小側の試料ステ
ージで走査する場合にあっては、高い所要の位置分解能
で走査する必要があるのに対し、走査時、試料が固定
で、ピンホールが光軸と垂直な平面内を移動できるよう
にして、マイクロビーム自体を走査すると、そのピンホ
ールのサイズでピンホール自体を2次元走査すればよ
い。また、これのみならず、ピンホールを2次元走査す
る際、光軸方向の変動を伴って走査がされたとしても、
その結像光学系での集光点の位置は、ピンホールが光軸
方向に変動したその移動量よりも、はるかに僅かしか移
動しない。従って、デフォーカスによる空間分解能の劣
化も起こりにくい。よって、走査のために、例えばステ
ッピングモータを用いるステージでも精度は足り、所要
の空間分解能を容易に確保することができる。また、本
発明においては、SOR光源、レーザープラズマ光源に
いずれも適用できる。
According to the present invention, a method in which the sample is fixed and the pinhole is scanned in a plane perpendicular to the optical axis to scan the micro beam itself is effectively realized. When scanning the sample with the size of the microbeam, when scanning with the sample stage on the reduction side, it is necessary to scan with a high required positional resolution. When the microbeam itself is scanned by allowing the microhole to move in a plane perpendicular to the optical axis, the pinhole itself may be two-dimensionally scanned with the size of the pinhole. In addition to this, even when the pinhole is two-dimensionally scanned, even if the scanning is performed with the fluctuation in the optical axis direction,
The position of the focal point in the imaging optical system moves much less than the amount of movement of the pinhole in the optical axis direction. Therefore, deterioration of the spatial resolution due to defocus hardly occurs. Therefore, for example, a stage using a stepping motor for scanning has sufficient accuracy, and required spatial resolution can be easily secured. Further, in the present invention, any of the SOR light source and the laser plasma light source can be applied.

【0012】[0012]

【実施例】本発明の実施例を図面に基づき説明する。図
1は、本発明の一実施例を示す。同図は、本実施例によ
るものの光源、顕微鏡システムの全体構成像を表してお
り、基本的な構成については、図2に示したものと同様
であってよい。本システムでは、X線光源、軟X線マイ
クロビームのサイズを規定するピンホール、軟X線ビー
ムを形成する軟X線結像光学系、サンプル、紫外光フィ
ルター及びX線検出器等からなる構成のものとできる
が、具体的には、ここでは、光源としてレーザープラズ
マ光源を用い、また、シュバルツシルド光学系を用いる
走査型X線顕微鏡の場合を例にとっている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. FIG. 3 shows an overall configuration image of the light source and the microscope system according to the present embodiment, and the basic configuration may be the same as that shown in FIG. This system consists of an X-ray light source, a pinhole for defining the size of a soft X-ray microbeam, a soft X-ray imaging optical system for forming a soft X-ray beam, a sample, an ultraviolet filter, an X-ray detector, and the like. Specifically, here, the case of a scanning X-ray microscope using a laser plasma light source as a light source and using a Schwarzschild optical system is taken as an example.

【0013】以下、その構成について、機能も併せて述
べるに、Nd:YAGレーザー1は、真空中に置かれた
ターゲット3を照射する。即ち、該レーザー1からのレ
ーザー光を集光レンズ2でターゲット3上に集光し、白
色のレーザープラズマを発生させる。これで軟X線光源
を得ている。
The Nd: YAG laser 1 irradiates a target 3 placed in a vacuum. That is, the laser light from the laser 1 is condensed on the target 3 by the condensing lens 2 to generate white laser plasma. Thus, a soft X-ray light source is obtained.

【0014】上記により発光したX線は、マイクロビー
ムをプローブ光として試料へ照射するべく、軟X線マイ
クロビームを形成し、またそのビームのサイズを規定す
るよう、光源の近くに置かれた所要ホールサイズのピン
ホール11を通過し、シュバルツシルド光学系21に向
かい、これに入射させる。シュバルツシルド光学系21
は、所定波長に対し反射率分布をもつ多層膜を被覆して
なる球面鏡からなり、X線結像光学系は、これを含んで
構成される。
The X-rays emitted as described above form a soft X-ray microbeam in order to irradiate the sample with the microbeam as probe light, and are required to be placed near the light source so as to define the size of the beam. The light passes through a pinhole 11 having a hole size, travels toward a Schwarzschild optical system 21, and is incident thereon. Schwarzschild optical system 21
Comprises a spherical mirror coated with a multilayer film having a reflectance distribution with respect to a predetermined wavelength, and the X-ray imaging optical system is configured to include this.

【0015】集光点の後方には、紫外光カットフィルタ
ー24と、マイクロチャンネルプレート(MCP)から
なる検出器25を配置する。本フィルター24は、結像
に関係しない紫外迷光をカットする役割をする。X線検
出器25は、試料の透過像観察のための透過型顕微鏡観
察を行うのに用いられ、これは容器外の例えばディスプ
レイモニター等に接続されて使用される。試料へのマイ
クロビーム照射による発生2次電子等の検出用の光電子
分光器あるいはX線検出器30は、これも容器内に配置
して併用するときは、本システムは、透過型顕微鏡と表
示分析機との使い分けができる。上記のような光学系、
検出系も、空気による軟X線の吸収を避けるため真空中
におかれる。
An ultraviolet light cut filter 24 and a detector 25 composed of a micro channel plate (MCP) are arranged behind the light collecting point. The present filter 24 plays a role of cutting off ultraviolet stray light not related to image formation. The X-ray detector 25 is used for performing a transmission microscope observation for observing a transmission image of the sample, and is used by being connected to a display monitor or the like outside the container. When a photoelectron spectroscope or X-ray detector 30 for detecting secondary electrons or the like generated by irradiating a sample with a microbeam is also arranged in a container and used together, the present system uses a transmission microscope and display analysis. Can be used properly with the machine. Optical system as above,
The detection system is also placed in a vacuum to avoid absorption of soft X-rays by air.

【0016】本システムは上述の光源、光学系、検出系
を備えるとともに、更に、本実施例にあっては、レーザ
ープラズマ光源部とシュバルツシルド光学系21の間の
前記所定サイズのピンホール11を光軸と垂直な平面内
で走査してマイクロビーム自体を走査するよう、当該ピ
ンホール11が光軸と垂直な平面内を移動できるような
手段を設ける。該手段は、ピンホール11が設定された
ピンホール形成部材12を設けられて、ピンホール11
が光軸と垂直な平面内を移動できるようなステージ13
を具備することができる。
The present system includes the above-described light source, optical system, and detection system. In the present embodiment, the pinhole 11 having the predetermined size between the laser plasma light source unit and the Schwarzschild optical system 21 is provided. Means are provided so that the pinhole 11 can move in a plane perpendicular to the optical axis so as to scan the microbeam itself by scanning in a plane perpendicular to the optical axis. The means is provided with a pinhole forming member 12 in which a pinhole 11 is set.
Stage 13 that can move in a plane perpendicular to the optical axis
Can be provided.

【0017】このようにするのは、下記のような点に基
づくものである(解決原理)。今、使用ピンホールのサ
イズをs、X線光学系の倍率をmで表すとすると、マイ
クロビームサイズはs/mとなる。従って、かかるマイ
クロビームのサイズで試料を走査する場合において、縮
小側の試料ステージで走査する場合には、s/mの位置
分解能で走査する必要がある。
This is based on the following points (the principle of solution). Assuming that the size of the pinhole used is s and the magnification of the X-ray optical system is m, the microbeam size is s / m. Therefore, when scanning the sample with the size of the microbeam, when scanning with the sample stage on the reduction side, it is necessary to scan with a positional resolution of s / m.

【0018】しかるに、走査では、サンプルは固定で、
ピンホール11を光軸と垂直な平面内で走査して、マイ
クロビーム自体を走査する本方法であるなら、この方法
では、(s/m)・m=sの、即ちピンホール11のサ
イズ(s)でピンホール11自体を2次元走査すればよ
い。これによると、それだけ、走査はラフなものであっ
てもよいことになる。また、加えて、そのピンホール1
1の2次元走査にあたり、たとえその2次元走査にとっ
ては本来的に不所望な方向へのピンホール移動があって
も、デフォーカスに起因する空間分解能の大幅な劣化も
避けられる。即ち、ピンホール11を2次元走査する
際、光軸方向の変動を伴って走査したとしても、集光点
側では縦倍率(即ち、1/m2 )で効くので、仮に、使
用光学系の倍率が例えば100倍(=m)のときなら
ば、ピンホール11が100μm程度光軸方向に移動し
ても、集光点の位置は10nm程度しか移動しない(こ
れは、この点でも、その分、走査に、そういった面での
高精度も要求されないことを意味する)。従って、デフ
ォーカスによる空間分解能の劣化が起こりにくい。
However, in scanning, the sample is fixed,
If the method scans the microbeam itself by scanning the pinhole 11 in a plane perpendicular to the optical axis, this method requires (s / m) · m = s, that is, the size of the pinhole 11 ( In step s), the pinhole 11 itself may be two-dimensionally scanned. According to this, the scanning may be rough. In addition, the pinhole 1
In one two-dimensional scan, even if the pinhole moves in a direction originally undesirable for the two-dimensional scan, a large deterioration in spatial resolution due to defocus can be avoided. In other words, when the pinhole 11 is two-dimensionally scanned, even if the pinhole 11 is scanned with fluctuations in the optical axis direction, it works at the vertical magnification (that is, 1 / m 2 ) on the condensing point side. If the magnification is, for example, 100 times (= m), even if the pinhole 11 moves about 100 μm in the optical axis direction, the position of the condensing point moves only about 10 nm. , Which means that scanning does not require such high precision). Therefore, deterioration of the spatial resolution due to defocus hardly occurs.

【0019】以上のようにして、走査は、高精度のもの
でなくても足り、所要の空間分解能も確保し得るのであ
る。本システムは、このような点から、ピンホール11
を光軸と垂直な平面内で走査するステージ13を具備さ
せる。
As described above, scanning need not be high-precision, and a required spatial resolution can be ensured. This system is based on the pinhole 11
Is provided with a stage 13 for scanning in a plane perpendicular to the optical axis.

【0020】なお、上記の場合において、使用X線光源
との関係に関しては、次のようなことがいえるものであ
る。即ち、このとき重要な点となるのは、X線光源が十
分大きく一様な輝度をもっているかどうかであるが、S
OR光の場合には、ビームはサイズ1mm×1mmであ
り、比較的一様な輝度をもっている。従って、10μm
φ(=s)のピンホールを用いても、100×100の
画素で構成される2次元イメージが得られる。一方、レ
ーザープラズマ光源は、レーザー光を数10μm程度に
集光した場合には光源のサイズが200〜300μmで
あるが、レーザーのビーム径を大きくし、強度を上げれ
ば、やはり1mm程度のプラズマサイズ形成することが
できる。従って、本実施例システムの如くレーザープラ
ズマ光源でも適用できる。レーザープラズマ光源による
ときは、試料の画像を得て顕微鏡観察する場合、あるい
は表面分析をする場合に、製作の簡単なラボラトリーユ
ースの光源が利用できる。
In the above case, the following can be said with respect to the relationship with the used X-ray light source. That is, at this time, an important point is whether or not the X-ray light source has a sufficiently large and uniform luminance.
In the case of OR light, the beam is 1 mm × 1 mm in size and has relatively uniform brightness. Therefore, 10 μm
Even if a pinhole of φ (= s) is used, a two-dimensional image composed of 100 × 100 pixels can be obtained. On the other hand, the laser plasma light source has a light source size of 200 to 300 μm when the laser light is condensed to about several tens of μm. However, if the laser beam diameter is increased and the intensity is increased, the plasma size is also about 1 mm. Can be formed. Therefore, the present invention can be applied to a laser plasma light source as in the system of this embodiment. In the case of using a laser plasma light source, when obtaining an image of a sample and observing it with a microscope, or when performing surface analysis, a light source that can be easily used in a laboratory can be used.

【0021】上記に従ってピンホール11を走査するべ
く設けられるステージ13は、具体的にはこれを移動機
構の簡単なステッピングモータによるマイクロステージ
とするのは、好ましい態様である。本実施例システムで
は、上記のようにレーザープラズマ光源及びシュバルツ
シルド光学系21を用いるものであるが、この場合にお
いて、特にシュバルツシルド型光学系は視野が広いので
数10μm(像面側:縮小側)の領域で、マイクロビー
ムのサイズは、0.1μmより小さい。このような条件
では、10μm×10μm(100×100画素)領域
で0.1μmよりいい(高い)分解能の領域が実現す
る。像面側で100nm程度のステップで位置制御する
場合、物体側であるピンホール側ではそれは光学系の倍
率(=m)を掛けた値のものになる。よって、例えば、
100倍の対物を利用する場合、100nm×100=
10μmの精度でピンホール11を移動すればよい。
In a preferred embodiment, the stage 13 provided for scanning the pinhole 11 in accordance with the above is specifically a microstage using a simple stepping motor having a moving mechanism. In the system of this embodiment, the laser plasma light source and the Schwarzschild optical system 21 are used as described above. In this case, the Schwarzschild type optical system has a wide field of view, so that it has several tens μm (image side: reduction side). In the area (), the size of the microbeam is smaller than 0.1 μm. Under such conditions, an area with a resolution better than (higher than) 0.1 μm is realized in a 10 μm × 10 μm (100 × 100 pixel) area. When the position is controlled in steps of about 100 nm on the image plane side, on the object side, the pinhole side, the value is multiplied by the magnification (= m) of the optical system. So, for example,
When using a 100 × objective, 100 nm × 100 =
The pinhole 11 may be moved with an accuracy of 10 μm.

【0022】従って、移動機構は極めて簡単になる。そ
れ故に、例えば、これを実現する移動機構としては、ス
テッピングモータを用いるマイクロステージでも精度が
足りることになる。勿論、インチワームステージ等の高
精度のPZTを用いるステージでもかまわない。
Therefore, the moving mechanism becomes extremely simple. Therefore, for example, as a moving mechanism for realizing this, even a microstage using a stepping motor has sufficient accuracy. Of course, a stage using high-precision PZT such as an inchworm stage may be used.

【0023】こうして、本システムにおいて、ピンホー
ル11のためのステージ13は、好ましくは、ステッピ
ングモータを用いたマイクロステージである。また、よ
り好ましくは、これは2次元ステージにとどまらず、ピ
ンホール11の2次元走査に加え、ピンホール11を光
軸方向にも走査可能なX−Y−Zの3次元マイクロステ
ージである。また、好ましくは、マイクロステージは、
大気側(真空容器外)からステッピングモータ等を制御
することで位置制御できるピンホールステージである。
もっとも、先にも触れたとおり、インチワームステージ
等の高精度のPZTを用いたステージをピンホールステ
ージ13として使用することを妨げるものではない。こ
の場合でも、ピンホール11を光軸と垂直な平面内で走
査してマイクロビーム自体を走査することはできる。
Thus, in the present system, the stage 13 for the pinhole 11 is preferably a micro stage using a stepping motor. More preferably, this is not only a two-dimensional stage but also a three-dimensional XYZ microstage that can scan the pinhole 11 in the optical axis direction in addition to the two-dimensional scanning of the pinhole 11. Also, preferably, the microstage comprises:
This is a pinhole stage whose position can be controlled by controlling a stepping motor and the like from the atmosphere side (outside the vacuum vessel).
However, as mentioned above, it does not prevent using a stage using high-precision PZT such as an inchworm stage as the pinhole stage 13. Even in this case, the microbeam itself can be scanned by scanning the pinhole 11 in a plane perpendicular to the optical axis.

【0024】ここでは、3次元マイクロステージを用い
るものとし、従って、ピンホール11を有するピンホー
ル形成部材12は、上記X−Y−Zの3次元マイクロス
テージ13上に固定されている。このマイクロステージ
13は大気側からステッピングモータ等を制御すること
で位置制御できる。
Here, a three-dimensional microstage is used, and therefore, the pinhole forming member 12 having the pinhole 11 is fixed on the three-dimensional microstage 13 of XYZ. The position of the micro stage 13 can be controlled by controlling a stepping motor or the like from the atmosphere side.

【0025】試料の走査はこのような構成の下で行わ
れ、使用シュバルツシルド光学系21及びピンホール1
1として、例えば、200倍(=m)のシュバルツシル
ド光学系と10μmφ(=s)のピンホールを用いる場
合、像面で50nmの空間分解能が必要であれば、該ピ
ンホール11は10μm程度の精度で光軸と直交する面
内で2次元走査できればよい。図2によるのものでは、
同様の光学系倍率及びピンホールサイズの場合において
同様の分解能を有するものを実現せんとするときに要求
される精度に比し、はるかにラフなものであって済む。
The scanning of the sample is performed under such a configuration, and the Schwarzschild optical system 21 and the pinhole 1 are used.
For example, if a 200 × (= m) Schwarzschild optical system and a pinhole of 10 μmφ (= s) are used, if a spatial resolution of 50 nm is required on the image plane, the pinhole 11 has a size of about 10 μm. It suffices if two-dimensional scanning can be performed in a plane orthogonal to the optical axis with high accuracy. In the one according to FIG.
In the case of a similar optical system magnification and a pinhole size, it is much rougher than the precision required when realizing a lens having the same resolution.

【0026】上記3次元マイクロステージ13によって
光軸と垂直な平面内で移動されるピンホール11を通過
したX線は、シュバルツシルド光学系21に入射し該光
学系の多層膜で分光され、同光学系で結像される。本実
施例では、透過試料は固定のままで、集光点と試料の位
置合わせはピンホール11を光軸方向に移動することで
行う。3次元マイクロステージ13であると、このよう
なことも実現できる。なお、サンプルステージ22a
は、試料の光軸への挿脱などの用途に使用できる。走査
時、マイクロビーム自体を走査することにより試料の走
査がなされ、かくして試料を通過したX線は、紫外迷光
をカットする紫外光カットフィルター24を透過し、M
CPを使用した検出器25で検出され、試料の透過像を
高解像度でディスプレイ等により観察することができ
る。
The X-rays having passed through the pinhole 11 moved in a plane perpendicular to the optical axis by the three-dimensional microstage 13 are incident on a Schwarzschild optical system 21 and split by a multilayer film of the optical system. An image is formed by an optical system. In this embodiment, the transmission sample is kept fixed, and the focusing point and the sample are aligned by moving the pinhole 11 in the optical axis direction. With the three-dimensional micro stage 13, such a thing can be realized. The sample stage 22a
Can be used for applications such as insertion and removal of a sample from the optical axis. At the time of scanning, the sample is scanned by scanning the microbeam itself, and the X-rays that have passed through the sample pass through the ultraviolet light cut filter 24 that cuts off the ultraviolet stray light,
The transmitted image of the sample detected by the detector 25 using the CP can be observed with high resolution on a display or the like.

【0027】このようにして、レーザープラズマ光源、
ピンホール11、シュバルツシルド光学系21、紫外光
フィルタ24、検出器25を備えるとともに、上記ステ
ージ13による構成をもって、サンプルは固定でピンホ
ール11を光軸と垂直な平面内で移動してマイクロビー
ム自体を走査する方法を効果的に実現できる走査型軟X
線顕微鏡を得られる。焦点深度の非常に浅い光学系で縮
小結像させる際でも、使用ステージ13の直線性の良否
が試料走査の際のデフォーカスの発生、それによる空間
分解能の著しく劣化等、性能を大きく左右することも回
避できる。直線性に優れしかも高い空間分解能をもつ非
常に高価な走査ステージを製作し、それを用いないで
も、上記走査型軟X線顕微鏡を実現できる。
Thus, a laser plasma light source,
The sample includes a pinhole 11, a Schwarzschild optical system 21, an ultraviolet filter 24, and a detector 25. The sample 13 is fixed and moves the pinhole 11 in a plane perpendicular to the optical axis. Scanning soft X that can effectively realize the method of scanning itself
Obtain a line microscope. Even when reducing and forming an image with an optical system having a very shallow depth of focus, the quality of the linearity of the stage 13 to be used greatly affects performance such as occurrence of defocus during scanning of a sample and remarkable deterioration of spatial resolution. Can also be avoided. An extremely expensive scanning stage having excellent linearity and high spatial resolution can be manufactured, and the above-mentioned scanning soft X-ray microscope can be realized without using it.

【0028】更に、本実施例について、具体的な数値を
含めて説明する。本実施例において、今、その使用シュ
バルツシルド光学系21の像面側の開口数を0.3と仮
定して、その場合における像面でのデフォーカス量wと
マイクロビームのデフォーカスによるぼけを見積る。
Further, the present embodiment will be described including specific numerical values. In the present embodiment, it is now assumed that the numerical aperture on the image plane side of the used Schwarzschild optical system 21 is 0.3, and in that case, the defocus amount w on the image plane and the blur due to the defocus of the micro beam are reduced. Estimate.

【0029】マイクロビームがデフォーカスによるぼけ
の程度は、像面がマイクロビームを横切る面積である。
従って、像面側の開口数が0.3の光学系において、こ
の場合のマイクロビームを横切る面積の径aは、2・w
・tan0.3 ≒0.6wで与えられる。そして、かかる
顕微鏡で空間分解能が0.1μm以上必要な場合には、
wは0.15μm 以下である必要がある。従って、像面
側で試料をマイクロビームによりw=0.15μm以下
の平面精度で走査する必要がある。しかして、本発明に
従えば、ピンホール自体を走査するのでm2 wの精度で
ピンホールを2次元走査すれば良い。具体的には、本実
施例では、m=200、w=0.15μm で、2002
×0.15μm =6mm程度となる。以上のように、こ
の点からも、非常にラフな精度のステージを用いて走査
型X線顕微鏡が実現できることがわかる。
The degree of blurring due to defocus of the micro beam is the area where the image plane crosses the micro beam.
Therefore, in an optical system having a numerical aperture on the image plane side of 0.3, the diameter a of the area crossing the microbeam in this case is 2 · w
・ It is given by tan0.3 ≒ 0.6w. Then, when the spatial resolution is required to be 0.1 μm or more in such a microscope,
w needs to be 0.15 μm or less. Therefore, it is necessary to scan the sample on the image plane side with a microbeam with a planar accuracy of w = 0.15 μm or less. According to the present invention, since the pinhole itself is scanned, the pinhole may be two-dimensionally scanned with an accuracy of m 2 w. Specifically, in this embodiment, m = 200, w = 0.15 μm, and 200 2
× 0.15 μm = about 6 mm. As described above, also from this point, it can be understood that a scanning X-ray microscope can be realized using a stage with extremely rough accuracy.

【0030】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではない。例えば、光源は図示例では、レーザープ
ラズマ光源として説明したが、先にも触れたように、S
OR光源でもよい。また、結像光学系についてもシュバ
ルツシルド光学系以外のもので実施してもよい。また、
専ら表面分析機として利用する場合も、本発明に含まれ
るものである。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the illustrated example, the light source has been described as a laser plasma light source, but as mentioned earlier, S
An OR light source may be used. Further, the imaging optical system may be implemented by a system other than the Schwarzschild optical system. Also,
The present invention also includes a case where it is exclusively used as a surface analyzer.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、走査は、試料が固定で
ピンホールを光軸と垂直な平面内を移動できるようして
マイクロビーム自体を走査することができ、走査に高精
度のステージを要求されず、ラフな精度のものであって
十分足り、かつ、その場合であっても所要の空間分解能
を容易に確保することができる。
According to the present invention, the scanning can be performed by moving the pinhole in a plane perpendicular to the optical axis while the sample is fixed, and the microbeam itself can be scanned. However, rough accuracy is sufficient and sufficient spatial resolution can be easily secured even in such a case.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】図1と対比して示す、レーザープラズマ光源部
及びシュバルツシルド型光学系を用いる走査型軟X線顕
微鏡の比較例の図である。
FIG. 2 is a diagram of a comparative example of a scanning soft X-ray microscope using a laser plasma light source unit and a Schwarzschild type optical system, which is shown in comparison with FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Nd:YAGレーザー 2 レンズ 3 ターゲット 11 ピンホール 12 ピンホール形成部材 13 ピンホールステージ 21 シュバルツシルド型光学系 22a ステージ 24 フィルタ(紫外光カットフィルタ) 25 検出器(マイクロチャンネルプレート) 30 光電子分光器又はX線検出器 Reference Signs List 1 Nd: YAG laser 2 Lens 3 Target 11 Pinhole 12 Pinhole forming member 13 Pinhole stage 21 Schwarzschild type optical system 22a Stage 24 Filter (ultraviolet light cut filter) 25 Detector (micro channel plate) 30 Photoelectron spectroscope or X-ray detector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−98773(JP,A) 特開 平3−246500(JP,A) 特開 平5−273400(JP,A) 特開 平5−164987(JP,A) 特開 平5−54500(JP,A) 特開 昭62−126334(JP,A) 特開 平5−142400(JP,A) 特開 平2−181639(JP,A) 特開 昭63−163278(JP,A) 実開 平5−75719(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21K 7/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-50-98773 (JP, A) JP-A-3-246500 (JP, A) JP-A-5-273400 (JP, A) JP-A-5-273400 164987 (JP, A) JP-A-5-54500 (JP, A) JP-A-62-126334 (JP, A) JP-A-5-142400 (JP, A) JP-A-2-181639 (JP, A) JP-A-63-163278 (JP, A) JP-A-5-75719 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G21K 7/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 X線光源からのX線を用い、軟X線マイ
クロビームのサイズを規定するピンホール、及び入射す
るX線ビームを縮小結像する軟X線結像光学系により試
料への照射を行うX線顕微鏡であって、 前記ピンホールを前記X線光源と前記軟X線結像光学系
との間に配置すると共に、前記ピンホールを光軸と垂直
な平面内で移動させる手段を設け、これにより所要の空
間分解能に前記軟X線結像光学系の倍率を乗じた値に相
当する精度以上で前記ピンホールを移動させて走査を行
うよう構成したことを特徴とする走査型軟X線顕微鏡。
An X-ray from an X-ray light source is used to form a soft X-ray microbeam on a sample by a pinhole for defining the size of a soft X-ray microbeam and a soft X-ray imaging optical system for reducing and imaging an incident X-ray beam. An X-ray microscope for performing irradiation, wherein the pinhole is arranged between the X-ray light source and the soft X-ray imaging optical system, and the pinhole is moved in a plane perpendicular to an optical axis. Wherein the scanning is performed by moving the pinhole with an accuracy equal to or more than a value obtained by multiplying a required spatial resolution by a magnification of the soft X-ray imaging optical system. Soft X-ray microscope.
【請求項2】 X線光源からのX線を用い、軟X線マイ
クロビームのサイズを規定するピンホール、及び入射す
るX線ビームを縮小結像する軟X線結像光学系により試
料への照射を行うX線顕微鏡であって、 前記ピンホールを前記X線光源と前記軟X線結像光学系
との間に配置すると共に、前記ピンホールを光軸と垂直
な平面内で移動させる手段を設け、これにより前記ピン
ホールのサイズに相当する精度以上で前記ピンホールを
移動させて走査を行うよう構成したことを特徴とする走
査型軟X線顕微鏡。
2. An X-ray from an X-ray light source, a pinhole for defining the size of a soft X-ray microbeam, and a soft X-ray imaging optical system for reducing and imaging an incident X-ray beam to a sample. An X-ray microscope for performing irradiation, wherein the pinhole is arranged between the X-ray light source and the soft X-ray imaging optical system, and the pinhole is moved in a plane perpendicular to an optical axis. A scanning soft X-ray microscope, wherein the scanning is performed by moving the pinhole with an accuracy equal to or greater than the size of the pinhole.
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