JPH0690320B2

JPH0690320B2 - Ｘ線顕微鏡

Info

Publication number: JPH0690320B2
Application number: JP60109774A
Authority: JP
Inventors: 裕市原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-05-22
Filing date: 1985-05-22
Publication date: 1994-11-14
Anticipated expiration: 2009-11-14
Also published as: JPS61267000A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、Ｘ線を利用した顕微鏡に関するものである。

（発明の背景）Ｘ線顕微鏡は、電子顕微鏡の様に観察対象物（試料）を
真空中に置かなくても観察できるので、観察準備に手間
が掛からず、特に試料が生物である場合には、生かした
まま観察ができるという優れた利点がある。

ところで、Ｘ線顕微鏡には大別して二通りの方式があ
る。第１の方式は、Ｘ線用光学（結像）素子、例えば、
フレネルゾーンプレートやミラー等を用いて像を拡大
し、結像するものである。また、第２の方式は、試料の
Ｘ線による影を形成し、その影を電子的に拡大するもの
である。

これらについて更に詳しく述べる。前記第１の方式、即
ちＸ線光学素子により拡大結像する方式のうち、鏡を用
いる方式では鏡の加工精度を高めることが困難で、現在
十分な精度のものが得られていない。そして、今後も得
ることは困難であると考えられている。

これに対して、フレネルゾーンプレートを用いる方式で
は、分解能1000Å程度の解像力が現在得られている。こ
の方式の解像力は、ゾーンプレートの最外周の輪帯の間
隔と等しくなる。現在、更にこの間隔を短くして解像力
を上げる研究がなされている。

しかし、この方式の欠点はＸ線の回折を利用しているた
め、Ｘ線源（光源）として単色性の良いものが要求され
ることである。具体的には、Ｘ線の波長をλ、半値幅を
△λとすると、フレネルゾーンプレートのゾーン（輪
帯）の数をＮとしてλ／△λ＞Ｎである必要がある。

このため、現在ではＸ線源としてSOR（シンクロトロン
オービタルラジエーション：シンクロトロン軌道放射）
の電磁波を分光して用いており、装置が非常に大がかり
になるという欠点がある。

一方、前記第２の方式、即ち試料の影を電子的に拡大す
る方式は、現在最も高い解像力が得られている方式であ
る。該方式のうちの具体的な一方式は、以下の如くであ
る。

先ず、試料の下にＸ線硬化型のフォトレジストを置い
て、Ｘ線を上から照射する。フォトレジストを現像する
と、試料の透過率に応じて凹凸が付くので、これを走査
型の電子顕微鏡で観察する。この方式の欠点は、現像処
理等の手間と時間がかかり、実時間で試料を観察できな
いことである。

そこで、提案されている方式が、試料の影を直接拡大す
る方式であって、試料を透過したＸ線を光電変換膜（フ
ォトエミッシブな膜）に当て、飛びだした電子を電磁レ
ンズで拡大結像するものである。

しかし、この方式は飛び出した電子の波長が様々であ
り、電磁レンズの色収差の影響をそのまま受けるので、
解像力が低下する。これを解決するためには、フィルタ
ーを通して分光する必要がある。

しかし、フィルターを通すと、有効な電子の数が減少
し、感度が低下するという不都合が生じる。また、解像
度を高めるために、電磁レンズの球面収差を除く必要が
ある。このためには、絞りを設ける必要があるが、これ
も有効な電子の数を減少させることとなり、やはり感度
を低下させることになる。

従って、SOR等の強力なＸ線源を用いたとしても、解像
力を上げることができず、現状では分解能500Åの性能
を上回ることは困難である。

（発明の目的）本発明は、これらの欠点を解決し、大がかりな光源を必
要とせず、実時間で高い解像力のＸ線像を観察できるＸ
線顕微鏡を提供することを目的とする。

（発明の概要）本発明にかかるＸ線顕微鏡では、Ｘ線発生装置からのＸ
線を試料に照射して、Ｘ線を透過する導電性基板（例え
ば、ベリリウム）に設けたＸ線用光導電膜（例えば、酸
化鉛）上に、試料のＸ線吸収に応じた影を作る。この影
の明るい部分では光導電膜の抵抗は低くなり、暗い部分
では光導電膜は元の高抵抗のままである。

この際、電圧印加手段（画像信号発生装置の一部）によ
り、前記導電性基板に正の電圧を加えると、Ｘ線が当た
って低抵抗となった光導電膜の部分は正に帯電する。一
方、Ｘ線が当たらない光導電膜の部分は高抵抗であるた
め、ほとんど帯電しない。そのため、光導電膜上に試料
の影に対応した帯電分布が生じる。

そこで、電子線発生走査装置により、前記帯電分布が生
じた光導電膜上を走査する。前記の正に帯電した光導電
膜部分に電子ビームが当たったとき、この部分は正に帯
電しているので、飛び出す２次電子の量は非常に少な
い。一方、前記のほとんど帯電していない部分に電子ビ
ームが当たったとき、この部分は電位がほぼ０であるの
で、飛び出す２次電子の量が多い。

従って、前記試料の影に対応して２次電子が光導電膜か
ら飛び出すことになる。画像信号発生装置により、この
２次電子を検出して画像信号に変換すれば、試料の影に
対応した画像信号が得られる。

（実施例）第１図は本発明の第１の実施例であって、Ｘ線発生装置
から出たＸ線は、不図示のウィンドウ（窓）を通過後、
試料１を照射する。試料１を透過したＸ線は、透明導電
性基板（例えば、ベリリウム）２上に蒸着された光導電
膜（例えば、酸化鉛）３上に試料の吸収に応じた影を作
る。この影の明るい部分では光導電膜の抵抗は低くな
り、暗い部分では高抵抗のままである。

この際、前記透明導電性基板２に正の電圧を加えると、
Ｘ線か当たって低抵抗となった光導電膜の部分は正に帯
電する。一方、Ｘ線が当たらない光導電膜の部分は高抵
抗であるため、ほとんど帯電しない。即ち、光導電膜上
に試料の影に対応した帯電分布が生じる。

そこで、電子銃８、電磁レンズ5,7、偏向器６等からな
る電子ビーム発生走査装置により、前記帯電分布が生じ
た光導電膜３上を走査する。

前記の正に帯電した光導電膜部分に電子ビームが当たっ
たとき、この部分は正に帯電しているので、飛び出す２
次電子の量は非常に少ない。一方、前記のほとんど帯電
していない部分に電子ビームが当たったとき、この部分
は電位がほぼ０であるから、飛び出す２次電子の量が多
い。

従って、前記試料の影に対応して２次電子が光導電膜３
から飛び出すことになる。この２次電子を加速用グリッ
ド９で加速し、MCP（マイクロチャンネルプレート）10
で増幅し、蛍光板11で光に変換し、フォトマルチプライ
ヤー（光電子増倍管）12で増幅し、不図示の画像信号発
生回路にて画像信号を発生させる。

画像信号のS/N比を向上させるために、第１図に示す実
施例では、負の電圧をかけたグリッド４を配置してエネ
ルギー分析を行い、高エネルギーの２次電子、即ち試料
の影である暗い光導電膜部分から飛び出した２次電子だ
けがグリッド４を通過し、検出されるようにしてある。

第１実施例では、画像信号発生装置は、基板２への正電
圧印加手段（不図示）、グリッド４（２次電子エネルギ
ー分析用）、加速用グリッド９、MCP10、蛍光板11、フ
ォトマルチプライヤー（光電子増倍管）12、画像信号発
生回路（不図示）等からなる。尚、図１の装置には、一
般的な撮像管としての機構も付加されている。

次に、さらにS/N比を向上させる場合の実施例を第２図
に示す。この第２の実施例では、得られた画像信号をフ
レームメモリーに取り込み、繰り返し走査を行って、信
号の平均化を行うことにより、S/N比を向上させてい
る。

21は電子銃用高圧電源、28はＸ線発生装置用電源、22,2
4は電磁レンズ用電源、26は２次電子のエネルギー分析
グリッド用電源、23は偏向器駆動回路、25は画像信号発
生回路、29は走査信号発生回路、30はフレームメモリ、
31はミニコン、32は例えばCRT等のディスプレー、33は
Ｘ線発生装置である。

第２実施例では、画像信号発生装置は、基板２への正電
圧印加手段（不図示）、グリッド４（２次電子エネルギ
ー分析用）、加速用グリッド９、MCP10、蛍光板、フォ
トマルチプライヤー（光電子倍増管）12、画像信号発生
回路25等からなる。尚、図２の装置には、一般的な撮像
管としての機構（撮像面光電流検出回路27等）も付加さ
れている。

ミニコン31からの指令により、電子ビーム発生走査装置
の構成要素である走査信号発生回路29及び偏向器駆動回
路23を動作させ、同じく構成要素の偏向器６により電子
線を走査し、画像信号発生回路25からの出力を走査信号
発生回路29の走査に同期してフレームメモリ30（画像メ
モリ）に取り込む。その画像信号をミニコン31により、
多数回平均し、ディスプレー32に表示する。

このようにして、S/N比を前記実施例の場合よりも、さ
らに向上させることができる。

尚、両実施例において、走査電子ビームが光導電膜３の
中に入り込むと、光導電膜３中で２次電子が拡がること
や、チャージアップ等により解像力の低下を引き起こ
す。これを防ぐため、走査電子ビームが光導電膜３の中
に入り込まないように、電子銃にかける電圧を1KV前後
あるいはそれ以下の低電圧にするとよい。

低電圧にすると、走査電子ビーム自身が拡がり、解像力
が低下することになるが、電子銃に強電界をかけるフィ
ールドエミッションにより、電子ビームを充分細くする
ことができる。従って、分解能500Åの性能を上回るこ
とができる。

また、前記のフォトエミッシブな膜と電磁レンズを用い
る方法と比べて、本実施例のものは、電子光学系の色収
差や球面収差等の点で有利であり、軸外の収差について
も補正が簡単である。本実施例の装置は、試料を大気圧
中で観察できるので、特に生物試料の観察に有効であ
る。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、試料にＸ線を照射して、
その像が得られるので、試料を大気圧中（空気中）に置
くことができる。そのため、観察準備に手間が掛から
ず、特に生物観察の場合に生きた状態で試料を観察でき
る。

さらに本発明によれば、大がかりな光源を必要とせず、
実時間で高い解像力のＸ線像を観察できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を示す説明図、第２図
は、本発明の第２実施例の回路系のブロック図を含む説
明図である。（主要部分の符号の説明）１……試料、２……透明導電性基板３……光導電膜、４……グリッド５……電磁レンズ、６……偏向器７……電磁レンズ、８……電子銃９……加速用グリッド 10……MCP（マイクロチャンネルプレート） 11……蛍光板 12……フォトマルチプライヤ 25……画像信号発生回路 33……Ｘ線発生装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、Ｘ線発生装置と、Ｘ線を透過
する導電性基板と、該導電性基板上に設けられたＸ線用
光導電膜と、Ｘ線により該光導電膜上に形成された試料
の影を走査する電子線発生走査装置と、前記光導電膜か
ら前記試料の影に対応した２次電子を飛び出させ、それ
を検出して画像信号に変換する画像信号発生装置とを備
えるＸ線顕微鏡。