JP6391421B2 - Ｘ線像撮像用ユニット及びｘ線顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線像撮像用ユニット及びＸ線顕微鏡に関する。

顕微鏡には、光を用いた光学顕微鏡の他に電子を用いた電子顕微鏡及びＸ線を用いたＸ線顕微鏡などがある。下記特許文献１には、試料台とＸ線撮像部との間に、試料を透過した電子を偏向させる電場又は磁場を発生する電子偏向手段を有するＸ線顕微鏡が開示されている。このＸ線顕微鏡は、電子偏向手段により、電子偏向手段を通過する電子の進行方向を曲げることで、電子偏向手段を通過した後の電子のＸ線撮像部への入射の低減を図っているものである。

特許第５３１７１２０号公報

上述のＸ線顕微鏡では、電子偏向手段によって電子を偏向させた場合であっても、電子は電子偏向手段を通過しているために、一部の電子がＸ線撮像部に入射することがある。また、偏向された電子が電子偏向手段以降の構造物に入射するとＸ線又は二次電子等が発生し、このＸ線等がＸ線撮像部に入射することがある。これらの場合、Ｘ線撮像部で取得されるＸ線像にノイズが発生するおそれがある。

本発明は、ノイズが低減されたＸ線像を取得できるＸ線像撮像用ユニット及びＸ線顕微鏡を提供することを目的とする。

本発明に係るＸ線像撮像用ユニットは、電子線を照射する電子線源と、電子検出器とを備えた電子顕微鏡の試料室内に配置され、電子線が照射されることによりＸ線を発生するＸ線ターゲット部と、試料を透過したＸ線が入射されることによりＸ線像を生成するＸ線撮像部と、Ｘ線ターゲット部とＸ線撮像部との間に位置し、試料が配置される試料台部と、試料台部とＸ線撮像部との間に配置されており、Ｘ線を通過させるＸ線通過部を有する電極と、を備え、Ｘ線像取得時において、電極は、試料を透過した電子を透過方向とは逆の方向に向かう反転電子にするように電界を形成する。

このＸ線像撮像用ユニットでは、Ｘ線を通過させるＸ線通過部を有する電極が試料台部とＸ線撮像部との間に配置されており、Ｘ線像取得時において、試料を透過した電子を透過方向とは逆の方向に向かう反転電子にするように電界を形成する。これにより、試料を透過した電子が電極を通過すること自体を抑制するため、試料を透過した電子がＸ線撮像部に入射することを確実に抑制できる。したがって、試料を透過した電子に起因したＸ線像のノイズの発生を抑制し、ノイズが低減された良好なＸ線像を取得できる。

また、試料台部と電極との間に配置されており、Ｘ線像取得時に電極の電位に対して正の電位とされる反転電子吸収部をさらに備えてもよい。この場合、透過方向とは逆の方向に向かった反転電子を、反転電子吸収部によって吸収することができる。これにより、反転電子に起因したＸ線像のノイズの発生を低減できる。

また、電極を支持する絶縁基板をさらに備え、絶縁基板は、試料台部とＸ線撮像部との間に配置され、透過方向に交差する方向に広がるように設けられてもよい。この場合、当該絶縁基板によって電極を電気的に安定に支持できる。加えて、反転電子に起因して発生したＸ線がＸ線撮像部に入射することを絶縁基板によって抑制できる。

また、電極は、Ｘ線通過部の周縁から、透過方向に交差する方向に延在する延在部を備えていてもよい。この場合、反転電子が入射しやすい電極のＸ線通過部近傍は、電極の一部である延在部で構成されているため、反転電子によるＸ線通過部近傍の絶縁物のチャージアップが抑制される。

また、Ｘ線通過部を構成するＸ線通過孔の内壁面は、試料台部側からＸ線撮像部側に向かって拡径するテーパ形状を有してもよい。この場合、試料を透過した電子を反転電子にする電界を形成するために電極に印加される電圧値を低くできる。

本発明に係るＸ線顕微鏡は、電子線を照射する電子線源と、電子線が照射されることによりＸ線を発生するＸ線ターゲット部と、試料を透過したＸ線が入射されることによりＸ線像を生成するＸ線撮像部と、Ｘ線ターゲット部とＸ線撮像部との間に位置し、試料が配置される試料台部と、試料台部とＸ線撮像部との間に配置されており、Ｘ線を通過させるＸ線通過部を有する電極と、を備え、Ｘ線像取得時において、電極は、試料を透過した電子を透過方向とは逆の方向に向かう反転電子にするように電界を形成する。

このＸ線顕微鏡では、Ｘ線を通過させるＸ線通過部を有する電極が試料台部とＸ線撮像部との間に配置されており、Ｘ線像取得時において、試料を透過した電子を透過方向とは逆の方向に向かう反転電子にするように電界を形成する。これにより、試料を透過した電子が電極を通過すること自体を抑制するため、試料を透過した電子がＸ線撮像部に入射することを確実に抑制できる。したがって、試料を透過した電子に起因したＸ線像のノイズの発生を抑制し、ノイズが低減された良好なＸ線像を取得できる。

また、Ｘ線顕微鏡は、電子検出器をさらに備えていてもよい。この場合、Ｘ線顕微鏡は、Ｘ線像のみならず、電子線像をも取得することができる。

本発明によれば、ノイズが低減されたＸ線像を取得できるＸ線像撮像用ユニット及びＸ線顕微鏡を提供できる。

図１は、第１実施形態に係るＸ線像撮像用ユニットが設けられた電子顕微鏡の概略断面図である。 図２（ａ）は、支持台及び電極を説明するための拡大斜視図である。図２（ｂ）は、電極の拡大斜視図である。 図３は、第１実施形態のＸ線像撮像用ユニットの一部の拡大断面図である。 図４（ａ）は、第１変形例の電極の概略断面図である。図４（ｂ）は、第２変形例の電極の概略断面図である。図４（ｃ）は、第３変形例の電極の概略断面図である。 図５は、第４変形例の試料台の概略断面図である。 図６は、第２実施形態に係るＸ線顕微鏡の概略断面図である。 図７は、第３実施形態に係るＸ線顕微鏡の概略断面図である。 図８（ａ）〜（ｄ）は、実施例の電極の一部及び形成される電界を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るＸ線像撮像用ユニット１０が設けられた電子顕微鏡１の概略断面図である。図１に示されるように、電子顕微鏡１は、試料室２内部に設置された試料Ｓに電子線を走査させることにより、電子線像を取得する走査型電子顕微鏡である。この電子顕微鏡１の試料室２内には、Ｘ線像を撮像するためのＸ線像撮像用ユニット１０（詳細は後述する）が着脱可能に設けられている。電子顕微鏡１にＸ線像撮像用ユニット１０が設置されている場合、当該電子顕微鏡１は、電子線像撮像モードとＸ線像撮像モードとを切り替えることができる。すなわち、電子顕微鏡１は、試料Ｓの電子線像及びＸ線像を取得することができる。なお、以下では試料Ｓに対して略垂直方向に電子線を照射する際の電子線の照射軸に沿った方向（透過方向）を方向Ｄ１とする。また、方向Ｄ１に対して直交する平面において、互いに直交する任意の方向をそれぞれ方向Ｄ２，Ｄ３とする。

電子顕微鏡１の筐体１ａ内には、試料室２と、試料Ｓに電子線Ｅを照射する電子線源３と、電子線源３から照射された電子線Ｅを収束させる電子レンズ４と、電子線Ｅを走査する際に用いる電子線偏向部（図示せず）と、電子線Ｅの照射により試料Ｓから発生する二次電子を検出する電子検出器５と、Ｘ線像撮像用ユニット１０が設置されるステージ６とが設けられている。電子検出器５と、ステージ６とは、試料室２内に設けられる。

電子レンズ４には、例えば収束レンズに加えて、対物レンズ及び電子線Ｅを絞る絞り部材等が含まれてもよい。ステージ６は、Ｘ線像撮像用ユニット１０を方向Ｄ２，Ｄ３に移動可能に設けられる。

Ｘ線像撮像用ユニット１０は、筐体１１と、筐体１１上部に取り付けられるＸ線発生部１２と、Ｘ線発生部１２を方向Ｄ２又は方向Ｄ３に移動させるターゲット移動装置１３と、試料Ｓが配置される試料支持機構１４と、試料支持機構１４を支持するユニット内ステージ１５と、試料Ｓを透過したＸ線Ｒが入射されることによりＸ線像を生成するイメージセンサ（Ｘ線撮像部）１６と、イメージセンサ１６を冷却する冷却装置１７と、試料支持機構１４、ユニット内ステージ１５及びイメージセンサ１６によって囲まれる空間内に配置される支持台１８と、Ｘ線Ｒを通過させるＸ線通過部を構成し、Ｘ線通過孔である貫通孔３１を有すると共に支持台１８に支持される電極１９と、を有している。

ユニット内ステージ１５、イメージセンサ１６、及び冷却装置１７は、それぞれケーブルＣ１〜Ｃ３を介して制御部２０に接続されている。冷却装置１７に含まれる水冷ジャケット１７ａは、水冷パイプＰを介して水冷装置２１に接続されている。電極１９は、ケーブルＣ４を介して電源２２に接続されている。これらの制御部２０、水冷装置２１及び電源２２は、Ｘ線像撮像用ユニット１０に取り付けられる部材であり、電子顕微鏡１の筐体１ａの外側に設けられている。ケーブルＣ１〜Ｃ４及び水冷パイプＰは、試料室２を構成する壁の一部に設けられた真空導入部２ｂから試料室２内に導入されている。

筐体１１は、例えばステンレス等によって形成されている。筐体１１の一部は、電子検出器５による試料Ｓの二次電子の検出を阻害しないよう開放されている。筐体１１は、この開放された部分を閉じるための蓋部を別途有してもよい。

Ｘ線発生部１２は、電子線Ｅが照射されることによりＸ線Ｒを発生するＸ線ターゲット（Ｘ線ターゲット部）２５と、Ｘ線ターゲット２５を支持するターゲット支持体２６とを有している。Ｘ線ターゲット２５は、透過型ターゲットである。ターゲット支持体２６は、ターゲット移動装置１３に取り付けられている。

ターゲット移動装置１３は、例えば電動モータを有しており、この電動モータの駆動によりＸ線発生部１２を移動させる。このターゲット移動装置１３によるＸ線発生部１２の移動によって、Ｘ線発生部１２を電子線Ｅの照射領域から退避させることで電子顕微鏡１の電子線像撮像モードとＸ線像撮像モードとを切り替えたり、電子線Ｅの入射位置に対するＸ線ターゲット２５の位置を変更したりすることができる。ターゲット移動装置１３は、電子検出器５による試料Ｓの二次電子の検出を阻害しないように配置される。

試料支持機構１４は、方向Ｄ１においてＸ線発生部１２とイメージセンサ１６との間に位置しており、ユニット内ステージ１５に支持される基部４１と、基部４１に支持されると共に試料Ｓが配置される試料台部４２とを有する。基部４１の一部には、Ｘ線Ｒを通過させるための開口部４１ａが設けられている。基部４１は、例えばステンレスによって形成される。

ユニット内ステージ１５は、制御部２０による制御によって試料支持機構１４を方向Ｄ１に沿って移動させるステージである。ユニット内ステージ１５により、Ｘ線発生部１２と試料支持機構１４（試料Ｓ）との間の距離を任意に調節できる。制御部２０によるユニット内ステージ１５の制御によって試料支持機構１４（試料Ｓ）をＸ線発生部１２に近づけることで、電子線像及びＸ線像の倍率を上げることができる。また、制御部２０によるユニット内ステージ１５の制御によって試料支持機構１４をＸ線発生部１２から遠ざけることで、電子線像及びＸ線像の倍率を下げることができる。

イメージセンサ１６は、試料Ｓを透過したＸ線Ｒが入射されることにより当該試料ＳのＸ線像を生成するセンサである。イメージセンサ１６として、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）等の半導体素子が用いられる。イメージセンサ１６は、ケーブルＣ２を介して制御部２０に接続されており、ステージ６に固定されている。制御部２０は、イメージセンサ１６から得られた信号に基づいて、Ｘ線画像を生成することができる。なお、試料Ｓを透過したＸ線Ｒがイメージセンサ１６に入射される領域をＸ線像取得可能領域とする。

冷却装置１７は、イメージセンサ１６の下部に設けられている。この冷却装置１７は、例えば水冷ジャケット１７ａと、ペルチェ素子１７ｂとを有する。ペルチェ素子１７ｂは、ケーブルＣ３を介して接続される制御部２０によって制御される。

図２（ａ）は、支持台１８及び電極１９を説明するための拡大斜視図である。図１及び図２（ａ）に示されるように、支持台１８は、複数の柱部５１と、複数の柱部５１に支持され、電極１９を支持する絶縁基板５２とを有する。複数の柱部５１は、筐体１１に固定されている（図１を参照）。絶縁基板５２は、方向Ｄ１に交差（例えば直交）する方向Ｄ２及び方向Ｄ３に広がるように設けられており、後述する電極１９の本体部３３を挿通する円形状の開口部５２ａを有する（図３を参照）。絶縁基板５２は、例えばポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂）等の樹脂製又はアルミナ等のセラミックス製である。

図２（ｂ）は、電極１９の拡大斜視図である。図１及び図２（ａ），（ｂ）に示されるように、電極１９は、支持台１８に支持されることによりＸ線発生部１２とイメージセンサ１６との間に配置される。電極１９は、貫通孔３１が形成された筒形状（具体的には略円筒形状）の本体部３３と、当該貫通孔３１の試料台部４２側の周縁である縁部３１ａから方向Ｄ１に交差（例えば直交）する方向Ｄ２及び方向Ｄ３に延在する延在部であるフランジ部３２とを備えている。貫通孔３１は、筒形状（具体的には略円筒形状）を有しており、方向Ｄ１に沿った方向においてフランジ部３２からイメージセンサ１６側に延在している。電極１９は、Ｘ線像取得時において、電源２２から電圧が印加されることにより電界を形成する。電極１９に印加される電圧は、Ｘ線発生部１２に入射する電子の加速電圧よりも十分に絶対値が大きい負電圧である。図１に示されるように、電極１９のフランジ部３２には、例えば溶接、はんだ付け又はねじ止め等によってケーブルＣ４が取り付けられている。

電極１９において、貫通孔３１の直径が１ｍｍ未満の場合、Ｘ線発生部１２から発生するＸ線Ｒの多くが支持台１８及び電極１９に入射されるので望ましくない。貫通孔３１の直径が２０ｍｍを超える場合、電極１９に印加される電圧が過大となるので望ましくない。よって、貫通孔３１の直径は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲が好ましく、より好ましくは２ｍｍ以上１６ｍｍ以下、さらに好ましくは３ｍｍ以上１２ｍｍ以下の範囲となる。また、方向Ｄ１における貫通孔３１の長さは、Ｘ線Ｒのイメージセンサ１６への入射を妨げない長さであればよい。貫通孔３１の長さは、６ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲が好ましく、より好ましくは８ｍｍ以上２０ｍｍ以下、さらに好ましくは１０ｍｍ以上１６ｍｍ以下の範囲となる。電極１９がより低い印加電圧で電子を反転させるための電界を形成するためには、貫通孔３１の直径に対する貫通孔３１の長さの比率（長さ／直径）が大きい方が好ましい。

以上に説明した、第１実施形態のＸ線像撮像用ユニット１０を用いた電子顕微鏡１によって得られる効果について説明する。図３は、第１実施形態のＸ線像撮像用ユニット１０の一部の拡大断面図である。図３に示されるように、電子線源３から出射された電子線ＥはＸ線ターゲット２５に入射・吸収されてＸ線を発生するが、電子線Ｅの一部に含まれる電子は、吸収されることなくＸ線ターゲット２５を透過する。これらの電子のうちの少なくとも一部は、さらに試料Ｓをも透過したり、試料Ｓの存在しない（試料Ｓが貫通孔を有する場合も含む）領域を通過したりして、試料Ｓよりもイメージセンサ１６側に到る電子Ｅ１となることがある。この電子Ｅ１がイメージセンサ１６に入射すると、入射した電子に起因したバックグラウンドノイズが発生し、Ｘ線像のＳ／Ｎが低下する。このノイズ発生を抑制するため、第１実施形態に係るＸ線像撮像用ユニット１０には、Ｘ線Ｒを通過させる貫通孔３１を有する電極１９が、試料台部４２とイメージセンサ１６との間に配置されている。

具体的には、Ｘ線像取得時において電極１９に所定の電圧を印加することによって、電子Ｅ１を方向Ｄ１に沿った方向（試料透過方向）から見て、試料透過方向とは逆の方向に向かう反転電子ＲＥにするように電界を形成する。これにより、電子Ｅ１は電極１９の貫通孔３１を通過することなく上記電界によって反転電子ＲＥとなり、当該電子Ｅ１のイメージセンサ１６への入射が抑制される。一方、Ｘ線Ｒは電荷を有さないため、電界の影響を受けずに貫通孔３１を通過し、イメージセンサ１６に入射される。したがって、電子Ｅ１がイメージセンサ１６に入射することを確実に抑制することで電子Ｅ１に起因したＸ線像のノイズの発生を抑制し、ノイズが低減された良好なＸ線像を取得できる。

さらに、電極１９を支持する支持台１８は筐体１１に固定されているので、ユニット内ステージ１５によって試料Ｓが移動したとしても、支持台１８は移動せず、電極１９も移動しない。これにより、電極１９とイメージセンサ１６との位置関係が変化しないので、電極１９をイメージセンサ１６に対して適切な位置に予め固定できる。したがって、電極１９の貫通孔３１の直径の縮小化を可能とすることができる。貫通孔３１の直径が縮小化されることにより、電子Ｅ１を反転電子ＲＥにする電界を形成するために電極１９に印加される電圧値が低くなり、電極１９と周囲の部材との間の放電といった問題の発生を低減できる。また、電極１９のフランジ部３２を支持台１８の試料台部４２側の面に当接させ、本体部３３を支持台１８のイメージセンサ１６側に突出するように配置しているので、試料台部４２とイメージセンサ１６との間の間隔の調整幅が大きい。そのため、Ｘ線像の拡大率の調整幅を大きくすることができる。

また、試料支持機構１４における基部４１は、Ｘ線像取得時に所定の電位となるようにされていてもよい。この場合、基部４１は導電性部材で形成され、電極１９の電位に対して正の電位とされる。基部４１は、例えば接地電位（ＧＮＤ電位）となるように接地されていてもよいし、所望の正の電位を持つように所望の電圧を印加されてもよい。これにより、基部４１は、反転電子ＲＥを吸収する反転電子吸収部となる。このようにＸ線像取得時に基部４１を所望の電位とすることにより、反転電子ＲＥに起因したＸ線像のノイズの発生を低減できる。なお、基部４１自体が絶縁性部材で形成されている場合には、基部４１の電極１９と対向する面を別途導電性部材で覆い、当該導電性部材を電極１９の電位に対して正の電位としてもよい。また、基部４１と電極１９との間に、同様の電位を有する電極を別途設けてもよい。

また、電極１９を支持する絶縁基板５２は、試料台部４２とイメージセンサ１６との間に配置され、方向Ｄ１に交差する方向Ｄ２，Ｄ３に広がるように設けられてもよい。この場合、絶縁基板５２によって電極１９を電気的に安定に支持できる。加えて、試料台部４２側の空間とイメージセンサ１６側の空間とを仕切るように設けられているので、反転電子ＲＥに起因して発生したＸ線又は二次電子等がイメージセンサ１６に入射することを絶縁基板５２によって抑制できる。反転電子ＲＥに起因して発生したＸ線（二次電子）とは、例えば反転電子ＲＥが筐体１ａ等の周囲の部材に入射することにより発生するＸ線（二次電子）である。

また、電極１９の貫通孔３１における周縁である縁部３１ａには、方向Ｄ１に交差する方向Ｄ２，Ｄ３に延在する延在部であるフランジ部３２が設けられてもよい。つまり、反転電子ＲＥが入射しやすい電極１９の貫通孔３１近傍が、電極１９の一部（すなわち導電性部材）であるフランジ部３２で構成されているため、反転電子ＲＥが例えば絶縁基板５２に入射することによるチャージアップが抑制される。また、フランジ部３２は、電極１９の支持台１８への固定にも用いることができる。なお、貫通孔３１近傍の絶縁物である絶縁基板５２等のチャージアップの抑制のためであれば、フランジ部３２を設ける代わりに電極１９自体を肉厚な筒状部材とし、当該筒状部材の端部の壁面を延在部としてもよい。

図４（ａ）は、第１変形例の電極１９Ａを説明するための概略断面図である。図４（ａ）に示されるように、電極１９Ａの貫通孔３１Ａは、方向Ｄ１に沿った方向においてフランジ部３２Ａから試料台部４２側に延在している。この場合であっても、図１，２に示される電極１９と同等の効果を奏する。また、本体部３３Ａを支持台１８の試料台部４２側に突出するように配置しているので、反転電子ＲＥをイメージセンサ１６からより遠ざけ、反転電子ＲＥの影響を低減することができる。

図４（ｂ）は、第２変形例の電極１９Ｂを説明するための概略断面図である。図４（ｂ）に示されるように、電極１９Ｂのフランジ部３２Ｂは、本体部３３Ｂの方向Ｄ１に沿った方向における中心付近から方向Ｄ２及び方向Ｄ３に広がるように設けられている。これにより、貫通孔３１Ｂは、方向Ｄ１に沿った方向においてフランジ部３２Ｂから試料台部４２側及びイメージセンサ１６側の両方に延在している。この場合であっても、図１，２に示される電極１９と同等の効果を奏する。また、本体部３３Ｂを支持台１８の試料台部４２側及びイメージセンサ１６側の両方に突出するように配置しているので、貫通孔３１の全体長を大きくすることができ、電極１９Ｂへの印加電圧を低くすることができる。これにより、電極１９Ｂと周囲の部材との間の放電の発生が抑制される。

図４（ｃ）は、第３変形例の電極１９Ｃを説明するための概略断面図である。図４（ｃ）に示されるように、方向Ｄ１に沿った断面で見た電極１９Ｃの貫通孔３１Ｃ（すなわち、Ｘ線通過部を構成し、Ｘ線通過孔である貫通孔３１Ｃの内壁面）は、試料台部４２側からイメージセンサ１６側に向かって拡径するテーパ形状を有している。よって、方向Ｄ１から見た貫通孔３１Ｃの形状が円形状である場合、当該貫通孔３１Ｃの直径は試料台部４２側からイメージセンサ１６側にかけて徐々に大きくなる。貫通孔３１Ｃの直径の変化は、Ｘ線Ｒのイメージセンサ１６への入射を妨げないように広がっている。この場合であっても、図１，２に示される電極１９と同等の効果を奏する。加えて、電極１９Ｃにおける試料Ｓ側の直径が小さいほど、貫通孔３１Ｃにおける中心部での電位の低下を、その周囲の電位の低下と比較して小さくすることができるので、電極１９Ｃへの印加電圧を低くすることができる。これにより、電極１９Ｃと周囲の部材との間の放電の発生が抑制される。なお、本体部３３Ｃも貫通孔３１Ｃと同様のテーパ形状を有しているが、本体部３３Ｃ自体は貫通孔３１Ｃがテーパ形状であれば、他の形状（例えば円筒形状）でもよい。

また、電極は必ずしも支持台によって支持されていなくてもよい。図５は、第４変形例の試料支持機構１４Ａの概略断面図である。例えば、図５に示されるように、試料支持機構１４Ａの基部４１Ａのイメージセンサ１６側の面に、樹脂製（例えばＰＥＥＫ樹脂製）の複数のスペーサ部５３が設けられている。この複数のスペーサ部５３を用いて、電極１９Ｄが固定された絶縁基板５２Ａが基部４１Ａに取り付けられている。なお、絶縁基板５２Ａは、３つのスペーサ部５３によって３点止めされていることが好ましい。この場合であっても、図１，２に示される電極１９と同等の効果を奏する。また、スペーサ部５３によって基部４１Ａと電極１９Ｄとは互いに電気的に絶縁されているので、基部４１Ａは反転電子吸収部として機能するように電極１９Ｄの電位に対して正の電位とすることができる。電極１９Ｄは、図２に示される電極１９と同様の形状を有しているが、電極１９Ａ〜１９Ｃと同様の形状を有してもよい。

（第２実施形態）
以下では、第２実施形態に係る電子線像取得機能を有するＸ線顕微鏡１Ａについて説明するが、実質的な機能に関しては第１実施形態における電子顕微鏡と相違はない。そのため、第２実施形態の説明において第１実施形態と重複する記載は省略し、第１実施形態と異なる部分を記載する。つまり、技術的に可能な範囲において、第２実施形態に第１実施形態の記載を適宜用いてもよい。

図６は、第２実施形態に係るＸ線顕微鏡１Ａの概略断面図である。図６に示されるように、Ｘ線顕微鏡１Ａの筐体１ａ内には、試料室２と、電子線源３と、電子レンズ４と、電子検出器５と、電子線Ｅが照射されることによりＸ線Ｒを発生するＸ線発生部６１と、試料Ｓが配置される試料支持機構６２と、試料支持機構６２を支持するステージ６３と、試料Ｓを透過したＸ線Ｒが入射されることによりＸ線像を生成するイメージセンサ６４と、試料支持機構６２、ステージ６３及びイメージセンサ６４によって囲まれる空間内に配置される支持台６５と、Ｘ線Ｒを通過させる貫通孔７１を有すると共に支持台６５に支持される電極６６と、イメージセンサ６４及び支持台６５を支持するパイプ６７と、が設けられている。電子検出器５と、Ｘ線発生部６１と、試料支持機構６２と、ステージ６３と、イメージセンサ６４と、支持台６５と、電極６６と、パイプ６７とは、試料室２内に設けられている。

Ｘ線発生部６１は、移動部２７を有する以外は第１実施形態のＸ線発生部１２と同一でよく、Ｘ線ターゲット２５とターゲット支持体２６とを有する。移動部２７は、ターゲット支持体２６及び導入器６８に取り付けられている。試料支持機構６２は、複数の柱部によってステージ６３に固定されていること以外は、第１実施形態の試料支持機構１４と同一でよく、基部４１と試料台部４２とを有する。ステージ６３は、試料支持機構６２を方向Ｄ１〜Ｄ３に移動可能に設けられる。イメージセンサ６４は方向Ｄ１においてＸ線発生部６１とステージ６３との間に配置され、第１実施形態のイメージセンサ１６と同一でよい。

Ｘ線顕微鏡１Ａの筐体１ａ外には、Ｘ線発生部６１を方向Ｄ２又は方向Ｄ３に移動させる導入器６８と、パイプ６７内に液体窒素を供給する液体窒素タンク６９と、イメージセンサ６４から得られた信号に基づいてＸ線像を撮像するカメラ筐体７０と、電源２２とが設けられる。導入器６８によるＸ線発生部６１の移動によって、Ｘ線顕微鏡１ＡのＸ線像撮像モードと電子線像撮像モードとを切り替えることができる。液体窒素タンク６９からパイプ６７内に液体窒素が供給されることによって、当該パイプ６７に支持されるイメージセンサ６４が冷却される。よって、パイプ６７はヒートパイプとして機能する。

支持台６５は、パイプ６７に固定される複数の柱部８１と、複数の柱部８１に支持されると共に電極６６を支持する絶縁基板８２とを有する。絶縁基板８２は、第１実施形態の絶縁基板５２と同一でよく、開口部８２ａを有する。

電極６６は、支持台６５に支持されることによりＸ線発生部６１とイメージセンサ６４との間に配置される。電極６６は、第１実施形態の電極１９と同一でよく、フランジ部７２を有する。また、電極６６は、Ｘ線像取得時において電源２２から電圧が印加されることにより、電子Ｅ１を方向Ｄ１に沿った方向軸で見て、試料透過方向とは逆の方向に向かう反転電子ＲＥにするように電界を形成する。

以上に説明した第２実施形態のＸ線顕微鏡１Ａにおいても、第１実施形態と同様の効果を奏する。加えて、電極６６を支持する支持台６５はパイプ６７に固定されているので、ステージ６３によって試料Ｓが移動したとしても、支持台６５は移動せず、電極６６も移動しない。これにより、電極６６とイメージセンサ６４との位置関係が変化しないので、電極６６をイメージセンサ６４に対して適切な位置に予め固定できる。したがって、電極６６の貫通孔７１の直径の縮小化を可能とすることができる。貫通孔７１の直径が縮小化されることにより、電子Ｅ１を反転電子ＲＥにする電界を形成するために電極６６に印加される電圧値が低くなり、電極６６と周囲の部材との間の放電といった問題の発生を低減できる。

（第３実施形態）
以下では、第３実施形態に係る電子線像取得機能を有するＸ線顕微鏡１Ｂについて説明する。第３実施形態の説明において第１，第２実施形態と重複する記載は省略し、第１，第２実施形態と異なる部分を記載する。つまり、技術的に可能な範囲において、第３実施形態に第１，第２実施形態の記載を適宜用いてもよい。

図７は、第３実施形態に係るＸ線顕微鏡１Ｂの概略断面図である。図７に示されるように、試料支持機構６２Ａの基部４１Ａのイメージセンサ６４側の表面に、複数のスペーサ部５３を用いて絶縁基板８２Ａが取り付けられており、当該絶縁基板８２Ａに電極６６Ａが支持されている。以上に説明した第３実施形態のＸ線顕微鏡１Ｂにおいても、第１実施形態と同様の効果を奏する。

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。

本実施例では、電子を反転電子にするように電界を形成する電極の形状を変化した場合において、当該電極に印加される電圧の変化を検討した。実施例における電極の形状は、図２に示される電極１９の形状、又は図４（ｃ）に示される電極１９Ｃの形状とした。また、電極１９（１９Ｃ）における貫通孔３１（３１Ｃ）の直径及び長さを変更した。これらの電極の貫通孔に対して、５００５ｅＶのエネルギーを有する電子を照射し、当該電子が反転電子になる際の電極に印加される電圧を比較することとした。

図８（ａ）〜（ｄ）は、実施例の電極の一部及び形成される電界を示す模式図である。図８（ａ）〜（ｄ）において、横軸α１〜α４は図１における方向Ｄ１に沿った軸線に相当し、縦軸β１〜β４は図１における方向Ｄ２に沿った軸線に相当する。図８（ａ）〜（ｄ）のそれぞれに示される矢印Ａの先端側が、図１におけるイメージセンサ１６側に相当する。図８（ａ）〜（ｄ）のそれぞれには、電極９１〜９４の一部と、形成される電界９５〜９８の一部とが模式的に示されている。図８（ａ）〜（ｄ）のそれぞれに記載される点線で示された領域は、電子が照射される領域に相当する。また、図８（ａ）〜（ｄ）のそれぞれにおいて、横軸α１〜α４は、方向Ｄ１に沿った方向における電極９１〜９４の中心軸に相当する。

図８（ａ）における電極９１の形状は、電極１９の形状と同一であり、貫通孔の直径は１６ｍｍとし、貫通孔の長さは８ｍｍとした。すなわち、貫通孔における直径と長さとの比は２：１とした。この場合、電極に印加される電圧が６８７５Ｖの際に照射される電子が反転電子となった。

図８（ｂ）における電極９２の形状は、電極１９Ｃの形状と同一であり、貫通孔の試料Ｓ側の第１縁部の直径は６ｍｍとし、貫通孔のイメージセンサ１６側の第２縁部の直径は８ｍｍとし、貫通孔の長さは８ｍｍとした。すなわち、貫通孔において、第１縁部の直径と長さとの比は３：４とし、第２縁部の直径と長さとの比は１：１とした。この場合、電極に印加される電圧が５３７１Ｖの際に照射される電子が反転電子となった。

図８（ｃ）における電極９３の形状は、電極１９の形状と同一であり、その貫通孔の直径は１６ｍｍとし、貫通孔の長さは１６ｍｍとした。すなわち、貫通孔における直径と長さとの比は１：１とした。この場合、電極に印加される電圧が５９１７Ｖの際に照射される電子が反転電子となった。

図８（ｄ）における電極９４の形状は、電極１９Ｃの形状と同一であり、貫通孔の試料Ｓ側の第１縁部の直径は６ｍｍとし、貫通孔のイメージセンサ１６側の第２縁部の直径は１６ｍｍとし、貫通孔の長さは１６ｍｍとした。すなわち、貫通孔において、第１縁部の直径と長さとの比は３：８とし、第２縁部の直径と長さとの比は１：１とした。この場合、電極に印加される電圧が５１５０Ｖの際に照射される電子が反転電子となった。

以上に示したように、電極９４に印加される電圧が最も小さく、電極９１に印加される電圧が最も大きい結果となった。電極９１と電極９２との比較によって、試料Ｓ側の直径が小さいほど印加される電圧が低くなる結果が得られた。すなわち、貫通孔の直径に対する貫通孔の長さの比率（長さ／直径）が大きい方が、電極に印加される電圧が低くなった。これは、電極における試料Ｓ側の直径が小さいほど貫通孔における中心部での電位の低下を、その周囲の電位の低下と比較して小さくすることができるからだと考えられる。

電極９１と電極９３との比較によって、電極の貫通孔の方向Ｄ１における長さが長いほど印加される電圧が低くなる結果が得られた。これは、電極における試料Ｓ側の長さが長いほど、貫通孔における中心部での電位の低下を、その周囲の電位の低下と比較して小さくすることができるからだと考えられる。

電極９２と電極９４との比較によって、電極の貫通孔の方向Ｄ１における長さが長いほど印加される電圧が低くなる結果が得られた。これは、電極における試料Ｓ側の長さが長いほど、貫通孔における中心部での電位の低下を、その周囲の電位の低下と比較して小さくすることができるからだと考えられる。

本発明によるＸ線像撮像用ユニット及びＸ線顕微鏡は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態及び変形例を適宜組み合わせてもよい。例えば、第２実施形態又は第３実施形態に記載された電極を、第１実施形態の第１〜第３変形例の電極に置換してもよい。また、第２実施形態および第３実施形態においては、電子検出器５を持たない、通常のＸ線顕微鏡であってもよい。

上記実施形態及び変形例における電極の貫通孔は、角筒形状でもよく、断面多角形でもよい。また、電極断面は連続体であってもよいし、一部が切れていてもよい。また、この貫通孔は、必ずしも筒形状でなくてもよく、例えば板状の電極に単に設けられた貫通孔であってもよい。この場合、電極における貫通孔以外の部分がフランジ部に相当する。また、貫通孔をＸ線透過性の高い薄膜等で覆うことで、さらに電子の通過を妨げたり、試料の汚染を抑制したりしてもよい。

第１実施形態に係る複数の柱部５１及び第２実施形態の柱部８１、第１実施形態及び第３実施形態に係る複数のスペーサ部５３は、接続する部材の間の空間を囲むような、連続した壁状（枠状）部材であってもよい。これにより、反転電子に起因して発生したＸ線又は二次電子等がイメージセンサに入射されることを抑制できる。

１…電子顕微鏡、１Ａ，１Ｂ…Ｘ線顕微鏡、２…試料室、３…電子線源、４…電子レンズ、５…電子検出器、６，６３…ステージ、１０…Ｘ線像撮像用ユニット、１１…筐体、１２，６１…Ｘ線発生部、１３…ターゲット移動装置、１４，１４Ａ，６２，６２Ａ…試料支持機構、１５…ユニット内ステージ、１６，６４…イメージセンサ（Ｘ線撮像部）、１８，６５…支持台、１９，１９Ａ〜１９Ｄ，６６，６６Ａ，９１〜９４…電極、２２…電源、２５…Ｘ線ターゲット（Ｘ線ターゲット部）、２６…ターゲット支持体、３１，３１Ａ〜３１Ｃ，７１…貫通孔、３１ａ…縁部、３２，３２Ａ，３２Ｂ，７２…フランジ部、３３，３３Ａ〜３３Ｃ…本体部、４１…基部、４２…試料台部、５２，５２Ａ…絶縁基板、５３…スペーサ部、Ｄ１〜Ｄ３…方向、Ｅ…電子線、Ｅ１…電子、Ｒ…Ｘ線、ＲＥ…反転電子、Ｓ…試料。

Claims (7)

1. 電子線を照射する電子線源と、電子検出器とを備えた電子顕微鏡の試料室内に配置されるＸ線像撮像用ユニットであって、
   前記電子線が照射されることによりＸ線を発生するＸ線ターゲット部と、
   試料を透過した前記Ｘ線が入射されることによりＸ線像を生成するＸ線撮像部と、
   前記Ｘ線ターゲット部と前記Ｘ線撮像部との間に位置し、前記試料が配置される試料台部と、
   前記試料台部と前記Ｘ線撮像部との間に配置されており、前記Ｘ線を通過させるＸ線通過部を有する電極と、
   を備え、
   Ｘ線像取得時において、前記電極は、前記試料を透過した電子を透過方向とは逆の方向に向かう反転電子にするように電界を形成する、
   Ｘ線像撮像用ユニット。
2. 前記試料台部と前記電極との間に配置されており、Ｘ線像取得時に前記電極の電位に対して正の電位とされる反転電子吸収部をさらに備える、請求項１に記載のＸ線像撮像用ユニット。
3. 前記電極を支持する絶縁基板をさらに備え、
   前記絶縁基板は、前記試料台部と前記Ｘ線撮像部との間に配置され、前記透過方向に交差する方向に広がるように設けられる、請求項１又は２に記載のＸ線像撮像用ユニット。
4. 前記電極は、前記Ｘ線通過部の周縁から、前記透過方向に交差する方向に延在する延在部を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＸ線像撮像用ユニット。
5. 前記Ｘ線通過部を構成するＸ線通過孔の内壁面が、前記試料台部側から前記Ｘ線撮像部側に向かって拡径するテーパ形状を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＸ線像撮像用ユニット。
6. 電子線を照射する電子線源と、
   前記電子線が照射されることによりＸ線を発生するＸ線ターゲット部と、
   試料を透過した前記Ｘ線が入射されることによりＸ線像を生成するＸ線撮像部と、
   前記Ｘ線ターゲット部と前記Ｘ線撮像部との間に位置し、前記試料が配置される試料台部と、
   前記試料台部と前記Ｘ線撮像部との間に配置されており、前記Ｘ線を通過させるＸ線通過部を有する電極と、
   を備え、
   Ｘ線像取得時において、前記電極は、前記試料を透過した電子を透過方向とは逆の方向に向かう反転電子にするように電界を形成する、
   Ｘ線顕微鏡。
7. 電子検出器をさらに備える、請求項６に記載のＸ線顕微鏡。

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