JP3375007B2 - Soft X-ray microscope - Google Patents
Soft X-ray microscopeInfo
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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、構成元素が未知の塗膜
等の元素分析、内部組織の構成元素の定量および定性分
析および高コントラストで内部組織観察を行うための軟
X線波長選択が可能な軟X線顕微鏡に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention provides a soft X-ray wavelength selection for performing elemental analysis of a coating film whose constituent elements are unknown, quantitative and qualitative analysis of constituent elements of the internal structure and observing the internal structure with high contrast. A possible soft X-ray microscope.
【0002】[0002]
【従来技術】近年、生体観察を目的として、軟X線領域
の波長の軟X線を用いた軟X線顕微鏡の開発が行われて
いる。この軟X線顕微鏡は、光源から発した軟X線を物
体に照射し、この物体を透過した光を軟X線検出器で検
出することにより、物体内部の組成の違いによる軟X線
透過率の違いを利用して物体の内部組織の観察を行うも
のである。2. Description of the Related Art In recent years, a soft X-ray microscope using soft X-rays having a wavelength in the soft X-ray region has been developed for the purpose of observing a living body. This soft X-ray microscope irradiates an object with soft X-rays emitted from a light source, and the light transmitted through this object is detected by a soft X-ray detector to determine the soft X-ray transmittance due to the difference in composition inside the object. The difference between the two is used to observe the internal tissue of the object.
【0003】軟X線の光源としては放射光(シンクロト
ロン光)とレーザープラズマ軟X線光源がある。このう
ち放射光は、装置が大型で生体観察等に簡単に利用でき
ないという問題があるが、レーザープラズマ軟X線は簡
易な装置によって容易に発生させることができ、輝度の
高いパルス軟X線光源であるため生体の動的観察が期待
されている。このようなレーザープラズマ軟X線を用い
る軟X線顕微鏡システムとしては、主として、軟X線
集光光学系を利用した結像型の軟X線顕微鏡(特開平4
−264300号)と軟X線検出器と被測定材を密着
させ、この被測定材に軟X線を照射し、検出された軟X
線像を光学顕微鏡、電子顕微鏡、原子間力顕微鏡等で拡
大して観察する密着型の軟X線顕微鏡がある。この密着
型の軟X線顕微鏡は、従来から実験室等で通常使用され
ている。前記2種類の軟X線顕微鏡のうち結像型の軟X
線顕微鏡は、結像用の光学系の分解能が十分でなく実用
化には程遠いのが現状である。これに対し、密着型の軟
X線顕微鏡は前記した結像型の軟X線顕微鏡の問題点が
なく、現在、生体観察に利用するべく検討されている。Radiation light (synchrotron light) and laser plasma soft X-ray light sources are available as soft X-ray light sources. Among these, synchrotron radiation has a problem that the device is large and cannot be easily used for living body observation and the like, but laser plasma soft X-rays can be easily generated by a simple device, and a pulsed soft X-ray light source with high brightness Therefore, dynamic observation of the living body is expected. As a soft X-ray microscope system using such a laser plasma soft X-ray, an image-forming soft X-ray microscope mainly using a soft X-ray focusing optical system is disclosed (Japanese Patent Laid-Open No. H04-264,
-264300), the soft X-ray detector and the material to be measured are brought into close contact with each other, and the material to be measured is irradiated with soft X-rays to detect the detected soft X-ray.
There is a contact type soft X-ray microscope for enlarging and observing a line image with an optical microscope, an electron microscope, an atomic force microscope, or the like. This contact type soft X-ray microscope has been conventionally used in a laboratory or the like. Image-forming soft X of the two types of soft X-ray microscopes
At present, the line microscope is far from practical use because the resolution of the optical system for image formation is not sufficient. On the other hand, the contact type soft X-ray microscope does not have the above-mentioned problems of the image forming type soft X-ray microscope, and is currently being studied for use in living body observation.
【0004】生体観察に利用するためには、いわゆる
「水の窓」波長域(2.5〜4.4ナノメートル) の軟
X線を用いる必要があり、その波長域の選択窓を得るた
めに回折格子、フィルター、多層膜およびゾーンプレー
ト等が検討され、これらの幾つかを組合せることにより
「水の窓」波長域の軟X線を得てきた。この波長域の軟
X線を用いることにより水分と水分以外の物質の軟X線
透過率の違いを利用して水溶液中で活動するバクテリ
ア、細胞等の観察や生体内に多く含まれる水分以外の構
造物、組織の観察が可能になる。In order to utilize for living body observation, it is necessary to use soft X-rays in the so-called "water window" wavelength range (2.5 to 4.4 nanometers), and to obtain a selection window in that wavelength range. Diffraction gratings, filters, multilayer films, zone plates, etc. have been studied in the above, and soft X-rays in the "water window" wavelength range have been obtained by combining some of these. By using the soft X-rays in this wavelength range, the difference in the soft X-ray transmittance between water and substances other than water can be used to observe bacteria and cells that are active in an aqueous solution, and It enables observation of structures and tissues.
【0005】従来の軟X線顕微鏡は、分光されていない
白色X線または白色X線から波長選択窓を有する回折格
子、フイルターや多層膜等によって得た単色X線が用い
られている。物質を構成する元素の軟X線吸収係数は、
元素の違い、軟X線の波長によって大きく変化する。内
部組織の構成元素が既知の場合は、内部組織を構成する
元素と媒質を構成する元素の吸収率差の大きくなる波長
(最適な波長)の軟X線を用いて組織観察を行えば高コ
ントラスト像が得られる。このように内部組織観察を行
うには試料に対して最適な波長を選び観察等をする必要
がある。そのため、構成元素が未知の塗膜等の組織観察
・元素分析に対しては各種の軟X線光源と波長選択窓を
有する回折格子の選択窓の位置をいろいろ変えたり、厚
さや材質の異なるフイルターを用いたり、周期構造や材
質をいろいろ変えた多層膜等を用いる必要がある。それ
ぞれの組合せにより各種の波長の単色X線を発生させ、
それぞれの単色X線を用いて構成元素が未知の試料観察
・分析を実施し、内部組織が高コントラストで得られな
い場合は異なる組合せにより異なる波長の単色X線を発
生して試料の観察・分析を行うような操作を試行錯誤で
行わなければならず労力と時間がかかる問題点があっ
た。A conventional soft X-ray microscope uses white X-rays which are not spectrally separated or monochromatic X-rays obtained from a white X-ray by a diffraction grating having a wavelength selection window, a filter, a multilayer film or the like. The soft X-ray absorption coefficients of the elements that make up the substance are
It varies greatly depending on the element and the wavelength of the soft X-ray. When the constituent elements of the internal structure are known, high contrast can be obtained by observing the structure using soft X-rays having a wavelength (optimal wavelength) at which the absorption difference between the element forming the internal structure and the element forming the medium becomes large. The image is obtained. As described above, in order to observe the internal structure, it is necessary to select an optimum wavelength for the sample and perform the observation. Therefore, for the structure observation and elemental analysis of coating films whose constituent elements are unknown, various soft X-ray light sources and the position of the selection window of the diffraction grating having the wavelength selection window can be changed variously, and filters of different thickness and materials can be used. Or it is necessary to use a multilayer film having various periodic structures or materials. Each combination produces monochromatic X-rays of various wavelengths,
Observation and analysis of samples whose constituent elements are unknown using each monochromatic X-ray, and when internal tissues cannot be obtained with high contrast, monochromatic X-rays of different wavelengths are generated by different combinations to observe and analyze the sample. There is a problem that it takes labor and time to perform an operation such as the above by trial and error.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】(着眼点)従来の軟X
線顕微鏡は分光器を用いていないため、フイルターがな
い場合は、試料に照射され試料を透過した軟X線は白色
X線となる。この白色X線はすべての波長の光が足しあ
わされたものとなりコントラストがつかない。そのため
従来の軟X線顕微鏡においてはフイルターを設置し、あ
る波長のX線を取り出すことで、コントラストが鮮明に
出るようにしている。本発明者等は、高いコントラスト
が得られる最適な波長を選択するために分光器を用いて
白色X線を分光し、波長データを空間データに変換する
ことを考えた。また、分光器を用いる場合、光軸から外
れたX線を遮断するために通常使われているスリットを
用いると、スペクトルの列(ラインスペクトル)が強い
強度となる。この場合、スペクトルによる光源むらによ
るコントラストと内部組織による像の区別がつきにくい
という問題があった。本発明等は、前記スペクトルによ
る光源むらをできるだけ少なくするために鋭意研究を行
ったところスリットを用いないか、スリットの幅を広げ
た場合に光源むらを最小限にすることができることを見
出した。このような工夫により光源むらによるコントラ
ストと内部組織による像の区別がつきにくいという問題
を解決した。(Points to be Solved) Conventional soft X
Since line microscope does not use a spectrometer, if there is no filter is soft X-rays transmitted through the sample is irradiated on the sample becomes the white X-rays. This white X-ray is a combination of lights of all wavelengths, and no contrast is obtained. for that reason
Set up filters in the conventional soft X-ray microscope, in Succoth eject the X-ray of a certain wavelength, so that the contrast may appear clearly. The present inventors considered converting white wavelength X-rays into spatial data by using a spectroscope to disperse white X-rays in order to select an optimum wavelength with which high contrast can be obtained. Also, when using a spectroscope,
If a slit that is normally used to block the generated X-rays is used, the line of spectra (line spectrum) is strong.
Strength and ing. In this case , there is a problem that it is difficult to distinguish the contrast due to the uneven light source due to the spectrum and the image due to the internal tissue. The present invention, etc., did not use a slit when conducting diligent research in order to reduce the light source unevenness due to the spectrum as much as possible, or widen the width of the slit.
The light source irregularity found that it is possible to minimize the case was. With such a device, the problem that the contrast due to the unevenness of the light source and the image due to the internal tissue are difficult to distinguish is solved.
【0007】本発明は、構成元素が未知の塗膜等の元素
分析、内部組織の構成元素の定量および定性分析および
高コントラストで内部組織観察を行うための軟X線波長
選択が可能な軟X線顕微鏡を提供することを目的とす
る。The present invention provides a soft X-ray wavelength selectable soft X-ray for elemental analysis of a coating film whose constituent elements are unknown, quantitative and qualitative analysis of constituent elements of the internal structure and observation of the internal structure with high contrast. An object is to provide a line microscope.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】(第1発明の構成)本第
1発明の軟X線顕微鏡は、図1に構成の1例を示したよ
うに、レーザー発生手段1と、レーザー発生手段より発
生したレーザーを照射することにより軟X線を発生させ
るためのターゲット3と、この軟X線を分光し各線スペ
クトルの幅を広げ試料位置で見掛け上連続した軟X線ス
ペクトルとするための分光手段6と、被測定材を透過し
た該見掛け上連続した軟X線スペクトルを検出するため
の軟X線検出手段5と、からなるとともにスリットが配
設されないことを特徴とする。 (Structure of the First Invention) The soft X-ray microscope of the first invention is composed of a laser generating means 1 and a laser generating means as shown in FIG. a target 3 for generating soft X-rays by irradiating a laser that occurred, spectroscopic for the apparently continuous soft X-ray spectra at the sample position broaden each line spectrum disperses the soft X-ray A means 6 and a soft X-ray detection means 5 for detecting the apparently continuous soft X-ray spectrum transmitted through the material to be measured, and a slit is provided.
It is characterized by not being installed.
【0009】レーザー発生手段としては、109 w/c
m2 以上の照射強度を達成できるという条件を充足する
装置ならば特に限定はなく、例えば、YAGレーザー、
ガスレーザー、エキシマレーザー、炭酸ガスレーザーを
用いればよい。また、ターゲットとしては、原子番号3
〜82の元素を主成分とする。その理由は、照射強度1
09 〜1013w/cm2 以上において少なくとも波長1
5nm以上において充分な光量を有する軟X線を発生さ
せることが可能であるためである。The laser generating means is 10 9 w / c
There is no particular limitation as long as it is an apparatus that satisfies the condition that an irradiation intensity of m 2 or more can be achieved. For example, a YAG laser,
A gas laser, an excimer laser, or a carbon dioxide laser may be used. As the target, atomic number 3
.About.82 as a main component. The reason is that the irradiation intensity is 1
A wavelength of at least 1 at 0 9 to 10 13 w / cm 2 or more
This is because it is possible to generate soft X-rays having a sufficient light amount at 5 nm or more.
【0010】また、分光手段としては、軟X線を波長ご
とのスペクトルに分光することができるものであれば限
定はなく、通常は回折格子を使用すればよい。また、軟
X線検出手段としては、ミクロン以下の空間分解能を有
し、波長1〜80nmの軟X線に感度を有する装置なら
ば特に限定はなく、例えば、レジスト、軟X線乾板、軟
X線フイルムあるいは軟X線用固体検出器(X線フオト
カソードを有するMCP、CCD、ズーミング管等)を
用いればよい。The spectroscopic means is not limited as long as it can disperse the soft X-ray into a spectrum for each wavelength, and a diffraction grating is usually used. Further, the soft X-ray detecting means is not particularly limited as long as it is a device having a spatial resolution of micron or less and having sensitivity to soft X-rays having a wavelength of 1 to 80 nm, and examples thereof include a resist, a soft X-ray dry plate, and a soft X-ray. A solid film detector for X-ray film or soft X-ray (such as MCP having X-ray photocathode, CCD, zooming tube) may be used.
【0011】また、被測定材としては、高分子材料や高
分子を含有する材料で、例えば、ABS樹脂や塩化ビニ
ル等の構造用プラスチック、塗膜等が対象となる。被測
定材の厚さは、サブミクロン〜数10ミクロンがよい。
サブミクロンより薄いと組織(元素の種類や密度)の差
によるコントラストが得にくく、逆に、数10μmより
厚いと軟X線の透過量が全体的に少なくなるため組織が
見えにくくなるという問題がある。The material to be measured is a polymer material or a material containing a polymer, for example, a structural plastic such as ABS resin or vinyl chloride, a coating film, or the like. The thickness of the material to be measured is preferably submicron to several tens of microns.
If the thickness is less than submicron, it is difficult to obtain the contrast due to the difference in structure (type and density of elements). is there.
【0012】(第2発明の構成)本第2発明の軟X線顕
微鏡は、レーザー発生手段と、レーザー発生手段より発
生したレーザーを照射することにより軟X線を発生させ
るためのターゲットと、この軟X線を分光し各線スペク
トルの幅を広げ試料位置で見掛け上連続した軟X線スペ
クトルとするための分光手段と、前記ターゲットと分光
器との間に配設された光軸から外れたX線を遮断しつつ
波長分解能を低く保つためのスリット幅を広げたスリッ
ト(1例として示した図1では8)と、被測定材を透過
した該見掛け上連続した軟X線スペクトルを検出するた
めの軟X線検出手段と、からなることを特徴とする。[0012] Soft X-ray microscope (second configuration of the invention) the present second invention, a laser generating means, and the target for generating soft X-rays by irradiating a laser that occurred from the laser over generating means , This soft X-ray is spectrally analyzed
The width of the tor is widened and the soft X-ray sp
And a slit with a wide slit for keeping the wavelength resolution low while blocking X-rays off the optical axis disposed between the target and the spectroscope (as an example). In FIG. 1 shown, 8) and a soft X-ray detection means for detecting the apparently continuous soft X-ray spectrum transmitted through the material to be measured.
【0013】スリットとしては、光源、集光ミラーと回
折格子を結ぶ光軸近傍に配し、近軸光線を遮らず、光源
以外からのX線または乱反射X線を遮るような作用を有
するものであれはよい。The slit is arranged near the optical axis connecting the light source, the collecting mirror and the diffraction grating, and has a function of blocking paraxial rays and blocking X-rays or diffusely reflected X-rays from sources other than the light source. That is good.
【0014】[0014]
(第1発明の作用)レーザープラズマ軟X線光源はレー
ザーをターゲット上に集光して発生させる。原子番号3
〜82の元素を主成分とするターゲットを用いているた
め照射強度109 〜1013w/cm2 以上において少な
くとも波長1ナノメータ(nm)以上において充分な光
量を有する軟X線を発生させることができる。レーザー
を集光照射されたターゲットから発生した波長1〜40
nmの軟X線を含むレーザープラズマ軟X線は、軟X線
検出手段位置に集光するように設計されている。ターゲ
ットから発生したレーザープラズマ軟X線の強度が弱い
場合には、ターゲットと分光手段の間に集光ミラーであ
るトロイダルミラーを設置してもよい。この場合には、
軟X線検出手段位置に集光する各軟X線のスペクトルの
強度を高めることができる。(Operation of First Invention) The laser plasma soft X-ray light source focuses the laser on the target to generate it. Atomic number 3
Since a target mainly containing the element of ~ 82 is used, it is possible to generate a soft X-ray having a sufficient amount of light at a wavelength of 1 nanometer (nm) or more at an irradiation intensity of 10 9 to 10 13 w / cm 2 or more. it can. Wavelength 1-40 generated from the target focused and irradiated with laser
Laser plasma soft X-rays containing nm soft X-rays are designed to be focused at the position of the soft X-ray detection means. When the intensity of the laser plasma soft X-ray generated from the target is weak, a toroidal mirror that is a focusing mirror may be installed between the target and the spectroscopic means. In this case,
The intensity of the spectrum of each soft X-ray focused on the position of the soft X-ray detecting means can be increased.
【0015】本第1発明では、例えば集光ミラーと回折
格子間に近軸光線以外の光線の遮断および近軸光線の視
野制限をしてスペクトルの波長分解能を高めるために通
常使用されるスリットを取り除くことにより各線スペク
トルのスペクトル幅を広げ試料位置で見掛け上連続した
軟X線スペクトルとした。In the first aspect of the present invention, for example, a slit which is usually used for blocking the rays other than the paraxial rays and limiting the visual field of the paraxial rays to improve the wavelength resolution of the spectrum is provided between the condenser mirror and the diffraction grating. By removing it, the spectrum width of each line spectrum was widened, and a soft X-ray spectrum apparently continuous at the sample position was obtained.
【0016】被測定材は軟X線検出手段上に形成され、
分光された軟X線が被測定材を透過し、その内部組織が
軟X線検出手段に形成される。この組織は被測定材の構
成元素の波長ごとの軟X線吸収特性の違いによるコント
ラストによって形成される。したがって、軟X線検出手
段で求められた軟X線像は、波長と組織の鮮明度の関係
を表している。また、組織の濃淡と波長との関係からそ
の組織を構成している元素を明らかにすることができ
る。さらに、組織の濃淡を定量評価することにより組成
の定量分析が可能となる。The material to be measured is formed on the soft X-ray detecting means,
The dispersed soft X-rays pass through the material to be measured, and the internal tissue is formed in the soft X-ray detecting means. This structure is formed by the contrast due to the difference in the soft X-ray absorption characteristics for each wavelength of the constituent elements of the material to be measured. Therefore, the soft X-ray image obtained by the soft X-ray detection means represents the relationship between the wavelength and the sharpness of the tissue. Further, the elements constituting the tissue can be clarified from the relationship between the lightness and darkness of the tissue and the wavelength. In addition, quantitative analysis of the composition becomes possible by quantitatively evaluating the density of the tissue.
【0017】また、簡単に最良のコントラストの軟X線
顕微鏡像が得られる理由は以下の通りである。物質を構
成する元素の軟X線に対する吸収係数は、波長によって
大きく変化する。炭素、窒素、酸素、フッ素、ナトリウ
ム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、リンおよび
チタンのK殻吸収端やL殻吸収端が波長1〜20nmの
間にあり、この吸収端近傍の波長では吸収係数が大きく
変化する。また、吸収端波長は、構成元素の種類によっ
て大きく異なるため観察しょうとする物質の内部組織と
媒質を構成する元素の吸収端の間となる波長または吸収
係数が大きく異なる波長を選ぶことにより比較的コント
ラストの強い内部組織の像を得ることができる。The reason why the soft X-ray microscope image with the best contrast can be easily obtained is as follows. The absorption coefficients of the elements that constitute the substance for soft X-rays vary greatly depending on the wavelength. The K-shell absorption edge and the L-shell absorption edge of carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, sodium, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, and titanium are between 1 and 20 nm in wavelength, and the absorption coefficient is large at wavelengths near this absorption edge. Change. Also, since the absorption edge wavelength varies greatly depending on the type of constituent elements, it is comparatively possible to select a wavelength between the internal tissue of the substance to be observed and the absorption edge of the element constituting the medium or a wavelength with a large difference in absorption coefficient. An image of internal tissue with high contrast can be obtained.
【0018】また、元素分析を行える理由は以下の通り
である。分光軟X線顕微鏡で組織の像のコントラストが
変化、逆転する波長が存在する。この波長が組織を構成
している元素の吸収端である。元素の吸収端波長は、元
素の種類によって一義的に決まるため、前記波長より構
成元素を決定することができる。例えば、水中の炭素で
は、波長2.4nmと4.4nmでコントラストの反転
やコントラストの急激な減少が見られる。これは酸素の
K殻吸収端2.4nmと炭素のK殻吸収端4.4nmに
一致する。また、炭素中のケイ素の場合は、波長4.4
nmと12.3nmでコントラストの反転およびコント
ラストの急激な減少が見られ、これは炭素のK殻吸収端
とケイ素のL殻吸収端に一致する。。The reason why the elemental analysis can be performed is as follows. There are wavelengths at which the contrast of a tissue image changes and is reversed by a spectroscopic soft X-ray microscope. This wavelength is the absorption edge of the elements constituting the tissue. Since the absorption edge wavelength of an element is uniquely determined by the type of the element, the constituent element can be determined from the wavelength. For example, in carbon in water, inversion of contrast and a sharp decrease in contrast are observed at wavelengths of 2.4 nm and 4.4 nm. This agrees with a K-shell absorption edge of 2.4 nm for oxygen and a K-shell absorption edge of 4.4 nm for carbon. In the case of silicon in carbon, the wavelength is 4.4.
There was a contrast inversion and a sharp decrease in contrast at nm and 12.3 nm, which is consistent with the K-shell absorption edge of carbon and the L-shell absorption edge of silicon. .
【0019】(第2発明の作用)スリットを使用する理
由は、本来の光源以外からのX線や本来の光源からのX
線が容器等の物質で反射したX線を遮断するためであ
る。以上のような光軸から大きくそれたX線が回折格子
に侵入すると、本来の光源からのX線の波長と空間位置
との関係と無関係に分光されて本来の光源からのX線と
重なり吸収端波長を決定する上で混乱を生じる恐れがあ
る。ただし、容器等の内面にX線反射防止のための加工
を施したり、本来の光源以外からのX線や本来の光源か
らのX線が遮断される処理が施されている場合は、これ
らの光軸から外れたX線による影響はほとんど無視でき
る。(Operation of the second invention) The reason for using the slit is that X-rays from sources other than the original light source and X-rays from the original light source are used.
This is because the rays block the X-rays reflected by the substance such as the container. When X-rays largely deviated from the optical axis as described above enter the diffraction grating, they are dispersed regardless of the relationship between the wavelength of the X-rays from the original light source and the spatial position, and overlap with the X-rays from the original light source to be absorbed. May cause confusion in determining edge wavelengths. However, if the inner surface of the container or the like is processed to prevent X-ray reflection, or if the processing is performed to block X-rays from sources other than the original light source or X-rays from the original light source, The effect of X-rays off the optical axis is almost negligible.
【0020】[0020]
【発明の効果】本発明の軟X線顕微鏡により構成元素が
未知の塗膜等の元素分析が可能となる。また、内部組織
の構成元素の定量および定性分析が可能となる。さらに
本発明の軟X線顕微鏡によれば高コントラストで内部組
織観察を行うための軟X線波長の選択が可能となる。The soft X-ray microscope of the present invention enables elemental analysis of a coating film whose constituent elements are unknown. In addition, quantitative and qualitative analysis of the constituent elements of the internal structure becomes possible. Further, according to the soft X-ray microscope of the present invention, it becomes possible to select the soft X-ray wavelength for observing the internal structure with high contrast.
【0021】[0021]
【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。
(実施例1)図1は本実施例の軟X線顕微鏡の概略構成
を示した図である。図1においてYAGレーザー装置1
からのエネルギー0.4ジュール(J)、パルス幅8ナ
ノ秒(ns)のレーザー光をレンズ2で集光し、鉄から
構成されるターゲット3に照射した。このターゲット3
上での集光径(直径)は40〜80μm以下になるよう
にした。したがって、レンズ2や真空窓4による表面反
射を考慮すると鉄ターゲット3上でのレーザー光の照射
強度は1011〜1013w/cm2 となる。これによりレ
ーザープラズマ軟X線を発生させることができる。レー
ザー光が照射された鉄ターゲット2から発生したレーザ
ープラズマ軟X線は、集光ミラー4であるトロイダルミ
ラーで軟X線検出手段5の位置に集光される。トロイダ
ルミラーを通過した軟X線は分光器6で分光される。被
測定材7は軟X線検出手段である軟X線用乾板上に形成
される。前記分光された軟X線を被測定材に入照させ、
透過した軟X線を軟X線用乾板に露光し被測定材の内部
組織の軟X線像を撮影した。被測定材としては、炭素、
窒素、酸素、水素、ケイ素を組成とする塗膜を用いた。EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples. (Embodiment 1) FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a soft X-ray microscope of this embodiment. In FIG. 1, a YAG laser device 1
Laser light having an energy of 0.4 Joule (J) and a pulse width of 8 nanoseconds (ns) was collected by the lens 2 and irradiated on the target 3 made of iron. This target 3
The converging diameter (diameter) was set to 40 to 80 μm or less. Therefore, considering the surface reflection by the lens 2 and the vacuum window 4, the irradiation intensity of the laser beam on the iron target 3 is 10 11 to 10 13 w / cm 2 . Thereby, laser plasma soft X-rays can be generated. The laser plasma soft X-rays generated from the iron target 2 irradiated with the laser light are focused on the position of the soft X-ray detecting means 5 by the toroidal mirror which is the focusing mirror 4. The soft X-rays that have passed through the toroidal mirror are separated by the spectroscope 6. The measured material 7 is formed on a soft X-ray dry plate which is a soft X-ray detecting means. Irradiating the measured soft X-rays onto the material to be measured,
The transmitted soft X-rays were exposed to a soft X-ray dry plate and a soft X-ray image of the internal structure of the material to be measured was taken. As the material to be measured, carbon,
A coating film having a composition of nitrogen, oxygen, hydrogen and silicon was used.
【0022】前記した鉄ターゲット、分光器、軟X線検
出手段等は真空容器9内に配置され、該真空容器9内は
真空ポンプ(図示せず)によって減圧される。このよう
な構成からなる軟X線顕微鏡により塗膜の組成の違いに
よる軟X線透過率の違いを利用して塗膜を構成する元素
を求めた。The iron target, the spectroscope, the soft X-ray detecting means and the like are arranged in a vacuum container 9, and the inside of the vacuum container 9 is decompressed by a vacuum pump (not shown). The elements constituting the coating film were determined by utilizing the difference in the soft X-ray transmittance due to the difference in the composition of the coating film with the soft X-ray microscope having such a structure.
【0023】図2は鉄ターゲットからの軟X線スペクト
ルを斜入射型回折格子からなる分光器を用いて測定した
結果を示したものである。照射強度1011〜1013w/
cm2 では主として鉄の5価から8価のイオンからの軟
X線が発生するため軟X線の波長は7nm以上の輝度の
高い軟X線スペクトルとなる。FIG. 2 shows the result of measurement of the soft X-ray spectrum from the iron target using a spectroscope composed of an oblique incidence type diffraction grating. Irradiation intensity 10 11 to 10 13 w /
At cm 2 , soft X-rays are mainly generated from ions of pentavalent to octavalent iron, so that the wavelength of the soft X-rays is a high-luminance soft X-ray spectrum of 7 nm or more.
【0024】図3は軟X線顕微鏡によって撮影したケイ
素含有アクリル樹脂とケイ素を含有しないアクリル樹脂
をブレントして作製した塗膜のX線写真である。(1)
は、波長4nm〜40nmの範囲の像のX線写真であ
り、(2)は(1)を40倍に拡大したX線写真であ
る。波長4nm付近の組織には中が黒っぽく縁が白っぽ
い円形の組織が観察され、波長5〜10nm付近では、
円形組織のコントラストが波長4nm付近の像のコント
ラストと反転している。また、波長13nm以上では円
形組織のコントラストが急激に弱くなっていた。これら
のことより円形組織とその周囲の媒質の構成元素は波長
4〜5nmと波長10〜13nmの間に吸収端を有する
ことが予想される。FIG. 3 is an X-ray photograph of a coating film prepared by bleaching a silicon-containing acrylic resin and a silicon-free acrylic resin, taken by a soft X-ray microscope. (1)
Is an X-ray photograph of an image in the wavelength range of 4 nm to 40 nm, and (2) is an X-ray photograph in which (1) is magnified 40 times. A circular tissue with a darkish inside and whitish edges is observed in the tissue near the wavelength of 4 nm, and at the wavelength of 5 to 10 nm,
The contrast of the circular structure is inverted from the contrast of the image near the wavelength of 4 nm. Further, at a wavelength of 13 nm or more, the contrast of the circular structure was sharply weakened. From these, it is expected that the circular structure and the constituent elements of the medium around it have an absorption edge between a wavelength of 4 to 5 nm and a wavelength of 10 to 13 nm.
【0025】波長4〜5nmの吸収端を有する元素とし
ては種々の元素のK殻およびL殻の吸収端波長を示した
表1(B.L.HENKE「ATOMIC DATA
AND NECLEAR DATA TABLES」2
7−1,P34(1982)に示された波長)に示すよ
うに炭素(吸収端の波長約4.4nm)しかなく、波長
10〜13nmに吸収端を有する元素としてはケイ素
(吸収端の波長約12.3nm)しかないため、円形組
織とその周囲の媒質の構成元素として炭素とケイ素が確
定する。さらに、吸収係数の大小により円形組織の内部
はケイ素よりなることがわかる。Table 1 (BL HENKE "ATOMIC DATA" showing the absorption edge wavelengths of K shell and L shell of various elements as elements having an absorption edge of wavelength 4 to 5 nm.
AND NECLEEAR DATA TABLES "2
7-1, P34 (1982), there is only carbon (absorption edge wavelength about 4.4 nm), and as an element having an absorption edge at a wavelength of 10 to 13 nm, silicon (absorption edge wavelength). Since it is only about 12.3 nm), carbon and silicon are determined as constituent elements of the circular structure and the medium around it. Furthermore, it can be seen that the inside of the circular structure is made of silicon depending on the magnitude of the absorption coefficient.
【0026】[0026]
【表1】 [Table 1]
【0027】[0027]
【図1】実施例1で用いた軟X線顕微鏡の概略構成を示
した図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a soft X-ray microscope used in Example 1.
【図2】鉄ターゲットを用いた場合の連続軟X線を示し
た図である。FIG. 2 is a diagram showing continuous soft X-rays when an iron target is used.
【図3】実施例1において軟X線顕微鏡によって求めた
塗膜のX線写真を示した図である。FIG. 3 is a view showing an X-ray photograph of a coating film obtained by a soft X-ray microscope in Example 1.
1 レーザー発生手段 2 レンズ 3 ターゲット 4 集光ミラー 5 軟X線検出手段 6 分光手段 7 被測定材 8 スリット 9 反射ミラー 1 laser generation means 2 lens 3 targets 4 Focusing mirror 5 Soft X-ray detection means 6 Spectral means 7 Material to be measured 8 slits 9 reflection mirror
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−264300(JP,A) 特開 平3−71100(JP,A) 特開 平5−224000(JP,A) 特開 平6−255699(JP,A) 特開 平7−146400(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21K 7/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-264300 (JP, A) JP-A-3-71100 (JP, A) JP-A-5-224000 (JP, A) JP-A-6- 255699 (JP, A) JP-A-7-146400 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G21K 7/00
Claims (2)
段より発生したレーザーを照射することにより軟X線を
発生するターゲットと、該ターゲットより発生し被測定
材を透過した軟X線を検出するための軟X線検出手段
と、を有する軟X線顕微鏡であって、前記軟X線顕微鏡にはスリットが配設されず、 前記ターゲットと前記被測定材との間には、前記ターゲ
ットより発生した軟X線を分光する分光手段が配設され
ており、該分光手段により前記軟X線の各線スペクトル
のスペクトル幅を広げ試料位置で見掛け上連続した軟X
線スペクトルとし、前記軟X線検出手段により前記被測
定材を透過した該見掛け上連続した軟X線スペクトルを
検出することを特徴とする軟X線顕微鏡。And 1. A laser generating means, for detecting a target for generating soft X-rays, soft X-rays generated from the target and transmitted through the DUT material by irradiating a laser that occurred from the laser generating means A soft X-ray detecting means for producing a soft X-ray microscope, wherein the soft X-ray microscope is not provided with a slit , and is generated from the target between the target and the material to be measured. Dispersing means for dispersing the soft X-rays is provided, and the spectral width of each line spectrum of the soft X-rays is broadened by the dispersing means, and the soft X-rays apparently continuous at the sample position are provided.
A soft X-ray microscope, wherein the soft X-ray spectrum is detected and the apparently continuous soft X-ray spectrum transmitted through the material to be measured is detected by the soft X-ray detecting means.
段より発生したレーザーを照射することにより軟X線を
発生するターゲットと、該ターゲットより発生し被測定
材を透過した軟X線を検出するための軟X線検出手段
と、を有する軟X線顕微鏡であって、 前記ターゲットと前記被測定材との間には、前記ターゲ
ットより発生した軟X線を分光する分光手段が配設さ
れ、前記ターゲットと前記分光手段との間には、光軸か
ら外れたX線を遮断しつつ波長分解能を低く保つための
スリット幅を広げたスリットが配設されており、前記軟
X線の各線スペクトルのスペクトル幅を広げ試料位置で
見掛け上連続した軟X線スペクトルとし、前記軟X線検
出手段により前記被測定材を透過した該見掛け上連続し
た軟X線スペクトルを検出することを特徴とする軟X線
顕微鏡。 2. A laser generator and a laser generator.
Soft X-rays can be emitted by irradiating the laser generated from the step
Generated target and measured from the target
Soft X-ray detection means for detecting soft X-rays transmitted through a material
A soft X-ray microscope including: and a target between the target and the material to be measured.
Is equipped with a spectroscopic means for spectroscopically analyzing the soft X-rays generated from the
Between the target and the spectroscopic means.
To keep the wavelength resolution low while blocking out X-rays
A slit with a wider slit width is provided,
At the sample position, widen the spectrum width of each X-ray spectrum
The apparently continuous soft X-ray spectrum is used for the soft X-ray inspection.
The apparently continuous material that has passed through the material to be measured by the output means.
Soft X-ray characterized by detecting a soft X-ray spectrum
microscope.
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JP13356794A JP3375007B2 (en) | 1994-05-23 | 1994-05-23 | Soft X-ray microscope |
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JPH07318700A JPH07318700A (en) | 1995-12-08 |
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