JPH01134300A

JPH01134300A - Ｘ線顕微鏡

Info

Publication number: JPH01134300A
Application number: JP29275387A
Authority: JP
Inventors: Sadao Aoki; 貞雄青木; Tadahiro Takigawa; 忠宏滝川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-11-19
Filing date: 1987-11-19
Publication date: 1989-05-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、Ｘ線顕微鏡に係わり、特にＸ線像を電子や光
の像に変換して検出するＸ線顕微鏡に関する。

（従来の技術）近年、試料にＸ線を照射し試料から得られるＸ線像を検
出することにより試料の観察を行うＸ線顕微鏡が研究開
発されている。このＸ線顕微鏡は、 ■　光源としてのＸ線源の波長が光学顕微鏡よりも遥か
に短いので、原理的に光学顕微鏡より解像度が高い。

■　Ｘ線は各種試料に対して透過性が大きいので、電子
顕微鏡よりも厚い試料の観察或いは大気中や水溶液中で
の観察が可能である。

■　照射損傷が電子顕微鏡よりも少ない。

等の特長を有しており、生物、半導体分野等からその実
現が強く要望されている。しかし、Ｘ線領域では物質の
屈折率が１に極めて近く、可視領域で得られるような実
用的な屈折光学系や反射光学系が従来得られず、Ｘ線顕
微鏡の開発は進まなかった。

ところで、理論的には、ウォルター型の斜め入射型Ｘ線
反射鏡、多層膜を利用した直入射型Ｘ線反射鏡或いはゾ
ーンプレート等を用いることにより、５０人程度の高い
解像度を得ることが可能である。そして最近では、超高
精度機械加工技術、超平滑化処理技術、多層膜形成技術
及び超微細加工技術等の発展が著しく、実用可能なＸ線
光学素子が作られ始めている（青木貞雄；　“Ｘ線光学
素子とその利用技術“、応用物理学会、　５Ｂ、　（１
９８７）。

Ｐ３４２〜３５０）。

第３図に、西独の５ｃｂａ＋ａ１等が開発したＸ線顕微
鏡を例として示す。左から広い波長を持ったＸ線放射光
を入射させ、比較的径の大きいコンデンサ・ゾーンプレ
ートで集光分光し、集光面上に試料を置いて、対物ゾー
ンプレートで拡大像を得ている。波長４．５ｎｍの軟Ｘ
線で、分解能５０ｎｍを得ている。像の検出は、マイク
ロチャネルプレートを用いて行っている。マイクロチャ
ネルプレートは、微小なチャネルトロンを蜂の巣状に束
ねたもので、１つのチャネルトロンの寸法が検出器の解
像度となる。チャネルトロンの寸法は約２０μｍである
ので、５０ｒｎの解像度の像を観察するためには、像を
少なくとも４００倍程文末で拡大すればよい。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、像の検出器の解像度はＣＯＤを用いれ
ば１０μｍ程度まで改善できる。その場合でも、５０ｎ
ｓの解像度を得るためには、２００倍程文末像の拡大が
必要となる。１段のレンズで像を数１００倍と大きく拡
大すると、収差が大きくなり解像力が低下し、その結果
歪みが大きくなる。

さらに、数１００倍の拡大を１段のレンズで行うにため
は、レンズを大型化せざるを得ず、装置構成の大型化を
招く等の問題を生じる。また、レンズ段数を増加すると
、これらの問題はなくなるが、Ｘ線の減衰が大きくなり
望ましくない。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来、１段のレンズでＸ線像を大きく拡大す
ると収差が大きくなり解像度が低下する問題があり、ま
たレンズ段数を増加するとＸ線の減衰が大きくなる等の
問題があった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、解像度の低下及びＸ線の減衰を最小限
に抑えることができ、良好なＸ線像検出を行い得るＸ線
顕微鏡を提供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明の骨子は、Ｘ線像を電子線像若しくは光の像に変
換し、この電子線像若しくは光の像をレンズにより拡大
することにある。

即ち本発明は、試料にＸ線を照射し該試料からのＸ線像
を検出することにより試料の観察を行うＸ線顕微鏡にお
いて、Ｘａを放射するｘ、ａｍと、このＸ線源から放射
されたＸ線を試料面上に照射する第１のＸ線光学素子と
、Ｘ線の照射により試料から得られるＸ線を拡大結像す
る第２のＸ線光学素子と、Ｘ線の照射により電子を発生
するＸ線−電子変換面またはＸ線の照射により光を発生
するＸ線−光変換面を有し、前記第２のＸ線光学素子に
よるＸ線結像面に配置されたＸ線変換部と、このＸ線変
換部で発生した電子又は光の像を拡大結像する手段と、
拡大結像された電子又は光の像を検出する手段とを設け
るようにしたものである。

（作用）本発明によれば、第２のＸ線光学素子でＸ線像を拡大し
たのちに、電子又は光の光学素子により電子又は光の像
を拡大することになる。このとき、１段のレンズでＸ線
像を数１００倍程文末拡大するのではなく、複数段のレ
ンズにより必要な拡大を行っているので、収差が大きく
なり解像度が低下するのを最小限に抑えることができる
。また、第２のＸ線光学素子でＸ線像を拡大したのちは
、減衰の少ない電子又は光の光学素子で電子又は光の像
を拡大しているので、全体としての像情報の減衰を極め
て少なくすることができる。従って、Ｘ線の減衰、収差
を少なくして解像度の高い検出が可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わるＸ線顕微鏡を示す概
略構成図である。図中１１はＸ線を放射するＸ線源であ
り、このＸ線源１１から放射されたＸ線はＸ線コンデン
サレンズ（第１のＸ線光学素子）１２を介して被検査試
料１３上に照射される。試料１３は移動可能な試料台１
４上に載置されており、試料台１４は試料載置領域が極
めて薄く形成、或いは試料載置領域に開口が形成されて
いる。そして、試料１３を透過したＸ線は、Ｘ線対物レ
ンズ（第２のＸ線光学素子）１５により、Ｘ線導入窓１
６を介して真空容器１７内に導かれ、所定の位置に拡大
結像されるものとなっている。

真空容器１７内には、Ｘ線像を電子線像に変換するため
のＸ線変換部１８．Ｘ線変換部１８に対向するアノード
１９．電子レンズ２０．２１及びマイクロチャネルプレ
ート２２が収容されている。

前記Ｘ線対物レンズ１５により拡大されたＸ線像は、Ｘ
線変換部１８上に結像される。このＸ線変換部１８は、
枠体１８ａで支持・された薄膜１８ｂの下面に、Ｘ線照
射により電子を発生する光電面１８ｃを取着して設けら
れている。枠体１８ａはＸ線マスクのＳｔ枠を用いれば
よく、薄膜１８ｂはＸ線マスクで良く用いられる１μｍ
厚のＳｉＮ或いはＢＮを用いることができる。光電面１
８ｃとしては、Ｃｓ　Ｉ、Ａｕ、Ｗ、Ｔａ等、Ｘ線の照
射による光電子放出効率の高い材料が望ましい。

なお、光電面１８ｃには直流電源２３により負の高電位
が与えられている。そして、この光電面１８上に前記Ｘ
線の拡大像が形成され、この像に応じて光電面１８ｃか
ら電子ビームが放出される。

Ｘ線変換部１８の光電面１８ｃから放出された電子ビー
ムは、光電面１８ｃとアノード１９との空間の高電界と
容器１７外に設置されたコイル２４によって発生する一
様磁界とにより加速され、これによりアノード１９の近
傍に電子線像Ｑｌが形成される。この電子線像Ｑ１は、
電子レンズ２０により拡大結像されて電子線像Ｑ２を形
成し、さらに電子レンズ２１によりマイクロチャネルプ
レート２２上に拡大結像されて電子線像Ｑ３を形成する
。そして、このマイクロチャネルプレート２２により、
試料の観察像に相当する電子線像が検出されるものとな
っている。

このような構成においては、収差の影響を考えると、各
種レンズの倍率は１段当り１０倍以下が望ましい。ここ
では、レンズ１５の倍率を１０倍、レンズ２０の倍率を
１０倍、レンズ２１の倍率を５倍とした。この場合、試
料１３上で５０ｎｍの距離は光電面１８ｃ上で０．５μ
ｍに対応する。光電面の解像度は０．５μｍ以下なので
、Ｘ線−電子線変換で解像度が低下することはない。ま
た、光電面１８ｃ上で０．５μｍの距離はマイクロチャ
ネルプレート２２上では２５μｍに対応する。従って、
マイクロチャネルプレート２２が２５μ尻の解像度を有
していれば、Ｘ線顕微鏡として５０ｎｍの解像度が得ら
れることになる。また、マイクロチャネルプレート２２
が５０μｍの解像度だとしても、Ｘ線顕微鏡として０．
１μｍの解像度が得られることになる。なお、光電面１
８ｃの厚さは薄い程解像度は高くなるが、Ｘ線１発生効
率は下がるので最適値があり、０．１〜ＩＯμｍ程度が
望ましい。

かくして本実施例によれば、Ｘ線像を十分に拡大して試
料の状態を観察できるのは勿論のこと、次のような効果
が得られる。即ち、Ｘ線像を拡大するのはＸ線対物レン
ズ１５の１段のみであるのでＸ線の減衰は極めて少ない
。さらに、このレンズ１５による拡大倍率は１０倍程度
であるので、収差が大きくなり解像度が低下することは
殆どない。

また、Ｘ線像を電子線像に変換した後は、電子レンズ２
０．２１により電子線像を拡大するが、このとき電子レ
ンズ２０．２１による電子の減衰はなく、さらにそれぞ
れのレンズの拡大倍率も１０倍以下と小さいので収差の
影響も殆どない。従って、収差の影響による解像度の低
下を極力少なくし、且つ像情報の減衰を少なくすること
ができ、サブミクロンの解像度を十分に達成することが
できる。

また、Ｘ線像を数１００倍に拡大する大型のＸ線しンズ
を要することもなく、全体構成の小型化をはかることも
可能である。

第２図は本発明の他の実施例を示す概略構成図である。

なお、第１図と同一部分には同一符号を付して、その詳
しい説明は省略する。

この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、試料を
透過した透過Ｘ線を用いるのではなく、試料で反射した
反射Ｘ線を用いたことにある。即ち、被検査試料１３は
試料台２６の下面に取付けられており、Ｘ線源１１から
のＸ線はＸ線コンデンサレンズ１２を介して試料１３に
斜め方向から照射される。そして、Ｘ線照射により試料
１３から得られる反射Ｘ線の像が、Ｘ線対物レンズ１５
により先の実施例と同様に拡大結像されるものとなって
いる。

このような構成であっても、先の実施例と同様の効果が
得られるのは勿論であり、特に反射Ｘ線を用いることか
ら比較的厚い試料の観察も可能となる。また、対物レン
ズ１５と試料１３との相対距離２を微調整することによ
り、試料内部の像を光電面１８ｃに形成することができ
、さらに試料を傾けることにより、立体構造の斜面を観
察することもできる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前記Ｘ線変換部として、Ｘ線−電子変換
面の代りに、Ｘ線の照射により光を放出するＸ線−光変
換面を用いることができる。

この場合、Ｘ線変換部以降のレンズを光学レンズとすれ
ばよく、光学的に拡大される最初の像がＸ線光学素子に
より既に１０倍程度拡大されているので、通常の光学顕
微鏡のｌＯ倍程度の解像度が得られる。Ｘ線−光変換面
としては、例えばＣｓ　Ｉ。

Ａｕ、Ｗ等を用いることができる。また、試料の像情報
を持つＸ線として、Ｘ線照射により試料から発生される
２次Ｘ線を用いることも可能である。

さらに、電子線像や光の像等を検出する手段としては、
マイクロチャネルプレートに限らず、ＣＯＤ等の撮像素
子を用いることも可能である。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、Ｘ線像を一旦拡大
したのち電子又は光の像に変換し、この変換した像を十
分に拡大して検出しているので、解像度の低下及び減衰
を小さくすることができ、良好な試料観察を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるＸ線顕微鏡を示す概
略構成図、第２図は他の実施例を示す概略構成図、第３
図は従来装置を示す概略構成図である。１１・・・Ｘ線源、１２・・・Ｘ線コンデンサレンズ（
第１のＸ線光学素子）、１３・・・試料、１４゜２６・
・・試料台、１５・・・Ｘ線対物レンズ（第２のＸ線光
学素子）、１６・・・Ｘ線導入窓、１７・・・真空容器
、１８・・・Ｘ線変換部、１８ｃ・・・光電面（Ｘ線−
電子変換面）、１９・・・アノード、２０．２１・・・
電子レンズ、２２・・・マイクロチャネルプレート、２
３・・・直流電源、２４・・・コイル。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１１！Ｉ第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｘ線を放射するＸ線源と、このＸ線源から放射さ
れたＸ線を試料面上に照射する第１のＸ線光学素子と、
Ｘ線の照射により前記試料から得られるＸ線を拡大結像
する第２のＸ線光学素子と、Ｘ線の照射により電子を発
生するＸ線−電子変換面又はＸ線の照射により光を発生
するＸ線−光変換面を有し、前記第２のＸ線光学素子に
よるＸ線結像面に配置されたＸ線変換部と、このＸ線変
換部で発生した電子又は光の像を拡大結像する手段と、
拡大結像された電子又は光の像を検出する手段とを具備
してなることを特徴とするＸ線顕微鏡。
（２）前記試料から得られるＸ線は、Ｘ線照射により試
料を透過した透過Ｘ線、試料で反射した反射Ｘ線、又は
試料から放射された２次Ｘ線であることを特長とする特
許請求の範囲第１項記載のＸ線顕微鏡。