JP3668776B2

JP3668776B2 - Ｘ線顕微鏡

Info

Publication number: JP3668776B2
Application number: JP2002097219A
Authority: JP
Inventors: 利和眞島; 敏尚富江
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003294899A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
Ｘ線顕微鏡、特に、レーザ生成プラズマを用いてＸ線の照射を行う分野であり、試料周辺の溶媒のＸ線吸収によりＸ線像が影響を受けるような技術分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線発生用ターゲットにパルスレーザを照射することでプラズマを生成し、これにより生ずるＸ線で試料を露光するＸ線露光装置は、例えば半導体集積回路作製時において回路基板上のフォトレジストに微細回路パタンを転写するときや、電子顕微鏡では不可能な、生きた微小生物試料の瞬時の状態をＸ線フラッシュ撮像するとき等、多方面での応用が図られている。
【０００３】
図１に、従来のＸ線フラッシュ撮像をなす装置、いわゆるＸ線顕微鏡に応用された場合におけるＸ線露光装置の代表的な構造例を示す。この構造は、本願発明者等が特開平8-338900号公報において開示しているＸ線露光装置である。
【０００４】
該装置は、内部に所定容積の中空室、すなわち内部チェンバー12を画成する真空容器11を有する。真空容器11の内部チェンバー12は、排気管13を介し、図示しない排気装置により所望の真空度になるよう、真空引きをすることができる。真空容器11の壁構造の一部には、内部チェンバー12の真空を破ることのないようにレーザ光入射用ガラス窓15が設けられ、外部に備えられたレーザ光源（図示せず）からのパルスレーザ光14は、収束レンズを介する等して適宜収束されながら、このレーザ光入射用ガラス窓15を介して内部チェンバー12内に入射し、内部チェンバー12内に所定の姿勢で固定設置されているＸ線発生用ターゲット（標的）17を照射してプラズマを発生させる。
【０００５】
このようなレーザ励起プラズマからはＸ線が発生し、パルスレーザ光14のパルス時間幅に応じた時間を単位照射時間として試料20を照射するが、例えば、当該試料20が微小生物試料20であるような場合、それを生きたまま観測するには、そのまま真空容器11の内部チェンバー12内に収めることはできない。微少生物試料20の周囲環境は一般に真空であってはならず、多くの場合、大気圧環境でなければならない。
【０００６】
このため、真空容器11の一部を構成する内蓋30に、Ｘ線は、透過するが、真空を保持するＸ線透過窓16を形成する。この窓16は、シリコン基板に窒化シリコン膜を形成し、該膜とは反対面から所定の寸法でシリコン基板をエッチングにより削除する作成することにより、窒化シリコン膜で構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、密着型Ｘ線顕微鏡は、レーザパルス光を集光しプラズマを発生させるための真空チェンバーと、シリコン基板等の表面に形成されたＰＭＭＡなどのＸ線感光材の薄膜上に載せられた生物試料を入れた試料ホルダー、および上記真空チェンバーと試料設置個所とを隔て、圧力隔壁として働くとともに、Ｘ線透過能をもつ窒化シリコン薄膜などで構成されたＸ線透過窓から構成されている。
【０００８】
しかしながら、図２に示すように、従来の技術においては、真空チェンバーと大気圧に保たれた試料ホルダーとの圧力差のためにＸ線窓がたわみ、Ｘ線窓の中央部分と周辺部分とを比較すると中央部分では微生物試料を収容する水の層の厚みが周辺部分よりも厚くなる。使用している軟Ｘ線は、酸素にも吸収されるので、水の層が厚いとＸ線照射を行って得られるＸ線像は、水分子を構成する酸素による吸収がバイアスとして背景に現れたものとなり、水の層の薄い周辺部分で得られたＸ線像と比較するとコントラストの低下したものとなるので、Ｘ線窓の内部全体で均一なＸ線像が得られない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
Ｘ線顕微鏡窓の内部でＸ線像が不均一になる原因となっている水層の厚みの不均衡を是正するために、プラズマ生成用真空チェンバー内部の圧力を上昇させ、Ｘ線窓にかかる圧力差を小さくして、Ｘ線窓のたわみを解消することにより、Ｘ線窓の下部の水の層の厚みを均一にする。このための方策として、真空チェンバー内部にヘリウムガスなど軟Ｘ線に対する吸収が少ない気体を導入し、圧力差を解消する。導入する気体は、Ｘ線窓にたわみが現れない程度の気圧差で試料のＸ像を得るために必要なＸ線量を確保できるものであれば種類を問わない。
【００１０】
【実施例１】
（先に内蓋内に試料を収め外蓋をしたのち、真空容器に入れる方式）
装置の内蓋３０に気密性を保持できるようにＸ線透過窓１６を取り付けたのち、標的１７（０．５ｍｍ厚のイットリウム板）を取り付けた。卓上に置いた試料台上部にＸ線感光膜２１を載せ、次いで試料２０（液体培地に懸濁した大腸菌）を適量とりＸ線感光膜上に乗せた。試料台とＸ線感光膜２１及び試料２０を、上述のＸ線透過窓１６と標的１７を取り付けた内蓋３０の内部に納め、外蓋３１を被せ、内蓋３０と外蓋を図には表示されていないネジを用いてとめ一体化する。試料台固定ネジを用いてＸ線透過窓１６と試料２０及びＸ線感光膜２１を密着させる。この状態を保持したまま、試料２０を収め外蓋３１と一体化された内蓋３０を、真空容器１１に装着したのち、図には表示されていない油回転型真空ポンプで真空容器内を排気した。
【００１１】
このとき真空容器１１の上部に設けた光学顕微鏡用試料観察窓を通して内蓋３０に取り付けられたＸ線透過窓１６の形状を観察すると真空容器１１内外の圧力差により、Ｘ線透過窓１６は真空容器の内部に向かって凸に撓んでいた。
【００１２】
この状態において真空容器１１の内部にヘリウムガスを導入し、真空容器１１内の圧力をほぼ大気圧と等しくした。このときＸ線透過窓１６の形状を観察すると撓みはなく平坦に保持されていた。
【００１３】
その後、図には表示されていないヤグレーザから放射されたパルスレーザ光（第二高調波）１４をレーザ光入射用ガラス窓１５より導入し、厚さ０．１ｍｍのイットリウム板でできた標的１７に照射した。このレーザ照射により、プラズマが発生し、該プラズマの発生に伴って軟Ｘ線が発生した。この軟Ｘ線を、Ｘ線透過窓１６を通して微生物試料（培養液中の大腸菌）２０に照射した。
【００１４】
試料を透過した透過Ｘ線をＸ線感光膜であるＰＭＭＡ膜２１により感光した。その結果、従来においては、露光されたＸ線窓の中心部と周辺部においてＸ線像を比較すると、周辺部ではレリーフ状に形成されるＸ線像の高さが高く、中央部ではＸ線像の高さが低くなり、Ｘ線像に濃淡差がみられたが、本願発明の装置によるＸ線像においては、こうした濃淡差が見られずＸ線像の高さはほぼ均一であった。
【００１５】
【実施例２】
（先に真空容器に内蓋を取り付けておき、後から試料を挿入する方式で、試料をセットして直ちにＸ線露光ができるのが特徴である方式）
装置の内蓋３０に気密性を保持できるようにＸ線透過窓１６を取り付けた後、標的１７（０．１ｍｍ厚のイットリウム板）を取り付け、内蓋３０を真空容器１１に装着しネジを用いて内蓋を真空容器に固定した。図には表示されていない油回転型真空ポンプで真空容器内を排気した。このとき真空容器１１の上部に設けた光学顕微鏡用試料観察窓１８を通して内蓋３０に取り付けられたＸ線透過窓１６の形状を観察すると真空容器１１内外の圧力差により、Ｘ線透過窓１６は真空容器の内部に向かって凸にたわんでいた。
【００１６】
この状態で真空容器１１の内部にヘリウムガスを導入し、真空容器１１内の圧力をほぼ大気圧と等しくした。このときＸ線透過窓１６の形状を観察するとたわみはなく平坦に保持されていた。
【００１７】
Ｘ線感光膜（ＰＭＭＡ膜）２１上に載せた試料２０（ＰＭＭＡ膜上で培養した神経細胞）を試料台に載せ、ヘリウムの導入によりＸ線透過窓１６が平坦に保持された状態の内蓋３０の内部に入れた。外部から力を加えて試料台を保持することによりＸ線透過窓１６と試料２０とを密着させた。この状態で、図には示されていないＹＡＧレーザから出されたレーザパルス光１４（ＹＡＧレーザ第二高調波）をレーザ光入射用ガラス窓１５から真空容器１１内部に導入した。レーザパルス光１４は、図には表示されていない光学レンズを用いてイットリウム板（厚み０．５ｍｍ）で作られたプラズマ発生用標的１７上に集光され、プラズマがつくられた。このプラズマから発生したＸ線は、Ｘ線透過窓１６を透過したのち試料２０を露光し、Ｘ線透過窓１６内部に存在した各元素の当該Ｘ線吸収率と存在密度を反映したＸ像がＸ線感光膜２１上に記録される。
【００１８】
Ｘ線露光を行ったＰＭＭＡ膜から試料残滓を取り除いた後、有機溶媒で現像処理を行い、ＰＭＭＡ膜上にレリーフ状に形成されたＸ線像を得た。原子間力顕微鏡を用いてこのＸ線像を観察し、試料のＸ線像の拡大像を得た。
【００１９】
この方法で得られたＸ線像を検討した結果、従来においては、Ｘ線を露光されたＸ線窓の中心部と周辺部において比較すると、周辺部ではレリーフ状に形成されるＸ線像の高さが高く、中央部ではＸ線像の高さが低くなり、Ｘ線像に濃淡差がみられたが、本願発明の装置によるＸ線像においては、こうした濃淡差が見られずＸ線像の高さはほぼ均一であった。
【００２０】
上記実施例１及び２においては、生物試料は、水中にあるものについて説明したが、空気中の試料についても全く同様に観察することが出来る。
【００２１】
【発明の効果】
この発明により、密着型Ｘ線顕微鏡の使用上問題となっていたＸ線窓の内部でのＸ線像の不均一さが解消される。従来は、２００ミクロン角程度のＸ窓であっても中央部分と周辺部分とではＸ線像のコントラストにむらが生じたが、この方法によればＸ線窓を１ミリ角に広げてもＸ線窓内部の画像は均一であり、Ｘ線顕微鏡の利便性が改善される。同様な効果は、密着型Ｘ線顕微鏡のみならずＸ線窓を用いるＸ線顕微鏡一般で有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】密着型Ｘ線顕微鏡の概念図
【図２】従来の密着型Ｘ線顕微鏡におけるＸ線透過膜の状況概念図。Ｘ線源となるプラズマを発生させる真空チェンバー内を真空ポンプで排気しているので、大気圧に保たれた試料ホルダーとの間で圧力隔壁としても機能しているＸ線透過膜が圧力差のために歪んでいる。
【図３】本願発明のＸ線顕微鏡におけるＸ線透過膜の状況概念図。プラズマを発生させる真空チェンバー内にヘリウムガスなどを導入し、チャンバ内外の圧力の平衡がはかられているために、Ｘ線透過膜は、平坦になっている。
【符号の説明】
１１……真空容器
１２……内部チャンバ
１３……排気管
１４……レーザ光
１５……レーザ光入射用ガラス窓
１６……Ｘ線透過窓
１７……プラズマ発生用標的
１８……光学顕微鏡用試料観察ガラス窓
２０……試料
２１……Ｘ線感光膜（ＰＭＭＡ膜）
３０……内蓋
３１……外蓋

Claims

密閉容器内にＸ線源を有し、該容器外のＸ線被照射試料に該容器の一部に薄膜で形成されたＸ線照射用の窓を通してＸ線を照射するＸ線顕微鏡において、該容器内にＸ線吸収の低いガスを充填することにより、該容器内外の圧力を平衡させ、該薄膜が平坦に形成されていることを特徴とするＸ線顕微鏡。
上記窓は、窒化シリコン薄膜により形成されていることを特徴とする請求項１記載のＸ線顕微鏡。
上記Ｘ線は、レーザ生成プラズマにより発生するＸ線であることを特徴とする請求項１記載のＸ線顕微鏡。
上記容器には、該容器の一部にレーザ入射用の窓を設けると共に、レーザ照射によりプラズマを発生するターゲットを備えていることを特徴とする請求項３記載のＸ線顕微鏡。
大気圧に保持された生物試料をＸ線感光材料上に保持し、上記窓に対抗して配置してあることを特徴とする請求項１記載のＸ線顕微鏡。
上記窓と上記試料とは、上記窓の面に垂直方向に相対移動可能であることを特徴とする請求項５記載のＸ線顕微鏡。