WO2003081605A1 - Dispositif d'agrandissement d'image de rayons x - Google Patents

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Akira Ohba
Masaru Sugiyama
Shinobu Onoda
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Hamamatsu Photonics K.K.
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    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/06—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators
    • G—PHYSICS
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    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G—PHYSICS
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    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K7/00—Gamma- or X-ray microscopes

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray image magnifying apparatus capable of observing a sample using X-rays.
  • an X-ray microscope capable of observing a sample without processing has been used in living body observation, semiconductor inspection, and the like.
  • an imaging X-ray microscope is configured to irradiate a sample with X-rays, magnify and image the X-ray image on a detector by an imaging optical system, and observe the sample.
  • a zone plate optical system utilizing diffraction Japanese Patent Laid-Open No. 9-251100, etc.
  • a Schwarzschild optical system for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 6-3000, which is obtained by laminating a multilayer film having the following, is used.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-251101 discloses a soft X-ray in which focusing is performed by moving the detector in the optical axis direction and changing the distance between the detector and the zone plate type objective lens.
  • a microscope is disclosed, a change in imaging magnification by this technique requires a slight change in wavelength because a zone plate having high wavelength selectivity is used.
  • the loss of X-ray light is large, monochromaticity is required, and the use of synchrotron radiation is required.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-300900 discloses that after converting an image enlarged by a Schwarzschild type multilayer mirror into visible light with a phosphor screen or the like, a plurality of r from low magnification to high magnification is provided. Technique for observing the converted image with an optical microscope while changing the magnification Although the technique is described, in this technique, the wavelength that can be observed is limited because a multilayer mirror is used, and the work efficiency is reduced because the wavelength is converted to visible light.
  • a grazing incidence mirror with high utilization efficiency and no wavelength selectivity is suitable as an optical element in a laboratory scale X-ray microscope.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide an X-ray image magnifying apparatus capable of changing an imaging magnification using an oblique incidence mirror having no wavelength selectivity.
  • an X-ray image magnifying apparatus includes an illumination optical system that irradiates a sample with X-rays emitted from a source, and an oblique incidence mirror including a hyperboloid of revolution and a spheroid.
  • An objective lens configured to magnify an X-ray transmitted through the sample at a predetermined position
  • an X-ray image detecting unit configured to detect an X-ray image formed by the objective lens
  • the X-ray image detecting unit An imaging magnification adjusting means for adjusting an imaging magnification of the X-ray image by moving at least one of the sample and the illumination optical system along an optical axis direction.
  • the position where the sample is placed is the object point o
  • the oblique incidence mirror W consists of a hyperboloid of revolution and a spheroid
  • the position of the junction between the hyperboloid and the spheroid on the optical axis is s
  • the position of the image plane is Let I be the distance from the object point o to the junction S of the grazing incidence mirror, and let the distance from the position S to the position I be b.
  • the distances a and b are originally fixed values due to their design, and therefore the magnification M is also a fixed value.
  • the magnification M is also a fixed value.
  • the distances a and b were adjusted and the imaging magnification M was changed.
  • the change in resolution when the magnification M is changed Is shown in FIG. From FIG.
  • the imaging magnification can be changed without replacing the oblique incidence mirror.
  • the use of a grazing incidence mirror as the objective lens has the following advantages as compared with the conventional example using a zone plate optical system and a Sparschild type multilayer J3 mirror as the objective lens.
  • the observable wavelength is not limited to a single wavelength and can be observed in a wide wavelength range as compared with a conventional example using a Sparschild type multilayer mirror as an objective lens.
  • the X-ray image magnifying apparatus of the present invention may further include a light irradiating unit that irradiates the sample with any one of visible light and ultraviolet light, and an image formed by light transmitted through the sample and reflected by the objective lens. And light detecting means for detecting As a result, there is an advantage that the handling and observation of the apparatus are easier and the radiation damage to the sample is reduced as compared with the case where only X-rays are used.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention.
  • Fig. 2 is a graph showing the change in resolution when the magnification is changed in an oblique incidence mirror.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the X-ray microscope according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a moving mechanism of the X-ray detector.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation when observing at a low magnification.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an operation for observation at a high magnification.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an X-ray microscope according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing the arrangement of the illumination optical system.
  • FIG. 3 is a sectional view showing a schematic configuration of the X-ray microscope according to the first embodiment of the present invention.
  • the apparatus shown in Fig. 1 consists of an X-ray source 1, a filter 2, an oblique illumination mirror 3 having a spheroidal shape using total internal reflection, a sample 4, and an oblique spheroidal and spheroidal surface of the objective lens. It is configured to include an incident mirror 5 and an X-ray detector 6.
  • the X-ray source 1 for example, a gas puff type plasma X-ray source is used.
  • Gas-puff type plasma X-rays generated from the X-ray source 1 are limited to the wavelength region of the X-rays to be observed by the filter 2, and are irradiated on the sample 4 by the oblique incidence mirror 3 for illumination.
  • the X-ray transmitted through the sample 4 is incident on the oblique incidence mirror 5, and an enlarged X-ray image is detected on the light receiving surface of the X-ray detector 6.
  • adjust the distance b from the grazing incidence mirror 5 to the detector 6 by moving the X-ray detector 6 along the optical axis direction of arrow Q so that the desired magnification is obtained. .
  • the image detected by the X-ray detector 6 is considered. Then, the specimen 4 is moved in the optical axis direction of the arrow P by a moving mechanism (not shown in FIG. 3) so that the focus is adjusted, and the distance a between the specimen 4 and the grazing incidence mirror 5 is adjusted. I do.
  • the X-ray detector 6 may be moved so as to be focused. Finally, the oblique incidence mirror for illumination 3 is moved so as to obtain optimal illumination.
  • FIG. 8 shows the arrangement of the illumination optical system.
  • O is a light source and I is a converging point (image of the light source O), and the above-mentioned equation (1) holds.
  • the oblique incidence mirror 3 for illumination is moved so that the position of the sample 4 coincides with the focal point I.
  • the sample 4 and the illumination oblique incidence mirror 3 in FIG. 3 need to have a mechanism capable of moving several mm along the optical axis direction of the arrow P, and the X-ray detector 6 is required to have a mechanism capable of moving several meters.
  • the X-ray in this region has a large absorption of air, and its optical path needs to be kept in a vacuum.
  • Grazing incidence mirror 3, sample 4, grazing incidence The mirror 5 and X-ray detector 6 are set in a vacuum vessel. Therefore, it is preferable that the moving mechanism of the oblique incidence mirror 3, the sample 4, the oblique incidence mirror 5, and the X-ray detector 6 can be controlled from outside the vacuum vessel. Note that a configuration in which only the sample 4 is installed in the air can be adopted.
  • the moving range of the sample 4, the grazing incidence mirror 3, and the grazing incidence mirror 5 is as small as several millimeters, these moving mechanisms can be configured with commercially available moving stages, manipulators, and the like.
  • the use of a vacuum bellows 14 as shown in FIG. 4 enables a large range of about several meters to be moved.
  • the vacuum bellows 14 are connected to the vacuum flanges 12 a and 12 b by the respective vacuum pipes 11.
  • the vacuum flange 12 a is connected to a vacuum pipe having the oblique incidence mirror 5 shown in FIG. 3, and the vacuum flange 12 b is connected to a vacuum flange 15 for connection with the X-ray detector 6.
  • Each of the vacuum pipe 11 and the vacuum flanges 12a and 12b has a column 16 attached thereto, and a hole through which a bolt 17 penetrates.
  • a bolt 17 is fixed in the longitudinal direction at the end of the support of the vacuum flanges 12a and 12b.
  • Nuts 13a to 13d are provided. When adjusting the position of the X-ray detector 6, loosen the nuts 13c and 13d, expand and contract the vacuum bellows 14 to adjust it to the desired length, and then adjust the nuts 13c and 13 Fix the length of the vacuum bellows 14 by tightening d.
  • design magnification M is 100
  • distance a between sample 4 and grazing incidence mirror 5 is 2 O mm
  • grazing incidence mirror 5 and X-ray detector 6 Using a grazing incidence mirror 5 with a distance b of 200 O mm, observation at about 40 ⁇ at low magnification and about 200 ⁇ at high magnification is performed. Further, the position and inclination of the oblique incidence mirror for illumination 3, the sample 4, and the oblique incidence mirror 5 can be independently adjusted by the moving stages 7, 8, and 9, respectively.
  • the distance b between the oblique incidence mirror 5 and the X-ray detector 6 should be about 80 mm as shown in FIG.
  • the sample 4 is moved by the moving stage 8 so that it is in focus.
  • the distance a between the oblique incidence mirrors 5 is adjusted, and the illumination stage 3 for illumination is moved by the moving stage 7 so as to obtain optimal illumination.
  • the distance b between the grazing incidence mirror 5 and the X-ray detector 6 is set to about 400 mm.
  • the vacuum bellows 14 of the bellows vacuum pipe 10 is extended so that the sample 4 is moved by the moving stage 8 so as to focus while observing the image of the X-ray detector 6.
  • the distance a between the oblique incidence mirrors 5 is adjusted, and the oblique incidence mirror 3 for illumination is moved by the moving stage 7 so as to obtain optimal illumination.
  • the distance a between the sample 4 and the grazing incidence mirror 5 and the distance between the grazing incidence mirror 5 and the X-ray detector 6 By adjusting b, it is not necessary to replace the grazing incidence mirror 5. In addition, the imaging magnification can be changed.
  • the method of moving the grazing incidence mirrors 3, 5, the sample 4, and the X-ray detector 6 is not limited to the above-described method, and various changes and modifications may be made as long as the mechanism has a mechanism capable of moving the target position. Deformation can be added.
  • the second embodiment is configured to easily perform low-magnification observation with visible light or the like for sample exploration.
  • the configuration of the second embodiment is different from the configuration of the first embodiment in that a visible light source 21, mirrors 22 and 23 that can be inserted and retracted on the optical path, arrows R of these mirrors, Straight insertion terminals 25 and 26 for driving insertion and retraction operations in the S direction, and a detector 24 sensitive to visible light are provided.
  • a visible light source 21, mirrors 22 and 23 that can be inserted and retracted on the optical path, arrows R of these mirrors, Straight insertion terminals 25 and 26 for driving insertion and retraction operations in the S direction, and a detector 24 sensitive to visible light are provided.
  • mirrors 22a and 23a indicated by solid lines show a state retracted from the optical path
  • mirrors 22b and 23b shown by broken lines show a state inserted into the optical path.
  • the design magnification M is 100
  • the distance a between the sample 4 and the grazing incidence mirror 5 is 20 mm
  • the grazing incidence mirror 5 and the X-ray detector 6 Observation at a low magnification (approximately 40 times) is performed with visible light using an oblique incidence mirror 5 with the distance b set to 200 mm, and high magnification (approx. (0 ⁇ ) observation.
  • the mirrors 22a and 23a are driven by driving the linear introduction terminals 25 and 26, respectively. Enter positions 2 2 b and 2 3 b on the axis.
  • the visible light source 21 is turned on.
  • the visible light is reflected by the mirror 22 and is irradiated on the sample 4 by the oblique incidence mirror 3 for illumination.
  • the visible light transmitted through the sample 4 is reflected by the oblique incidence mirror 15, reflected by the mirror 23, and is incident on the detector 24.
  • the distance between the grazing incidence mirror 5 and the detector 24 via the mirror 23 is set to about 80 mm.
  • Image detected by detector 24 The distance a between the sample 4 and the grazing incidence mirror 5 is adjusted by moving the sample 4 with the moving stage 8 so that it is in focus while observing the image.
  • the oblique incidence mirror 3 is moved in the optical axis direction. Note that similar results can be obtained for the illumination by moving the visible light source 21 in the optical axis direction.
  • mirrors 22 and 23 are connected to positions 2 2a and 2 a by linear introduction terminals 25 and 26, respectively.
  • magnification M is about 100 times
  • the distance b between the grazing incidence mirror 5 and the X-ray detector 6 is about 200 mm
  • magnification M is about 200 times.
  • the X-ray detector 6 is moved so that the distance b between the grazing incidence mirror 15 and the X-ray detector 6 becomes about 400 O mm.
  • the sample 4 is moved by the moving stage 8 so that it is in focus.
  • the distance a is adjusted, and the oblique incidence mirror 3 for illumination is moved in the optical axis direction by the moving stage 7 so as to obtain optimal illumination.
  • the second embodiment since visible light is used in addition to X-rays, handling and observation are easier than when only X-rays are used. In addition, since the measurement is performed using visible light, radiation damage to the sample can be reduced. Further, since the observation with the X-ray is only on the high magnification side, the moving distance of the X-ray detector 6 can be reduced.
  • the present invention is capable of various modifications.
  • the X-ray detector 6 in observation at a high magnification, the X-ray detector 6 is moved by the vacuum pipe with bellows 10 so that the magnification can be adjusted, but it is necessary to adjust the magnification on the high magnification side.
  • the position of the X-ray detector 6 may be fixed by a fixed length pipe without using the bellows pipe 10.
  • the oblique incidence mirror for illumination 3 is installed at a position where optimal illumination can be obtained at high magnification observation, and at low magnification observation using visible light, the position of the visible light source 21 is calculated by the equation (1). If the optimal illumination position is set, the adjustment of illumination light is not necessary at low magnification and high magnification, and observation can be performed with a simpler procedure. I can.
  • an ultraviolet light source may be used.
  • mirrors 22 and 23 use ultraviolet mirrors
  • detector 24 uses a detector sensitive to ultraviolet light.
  • another X-ray light source (X-ray irradiating means) other than the X-ray source 1 may be installed at the position of the visible light source 21, in which case, a mirror 22 (first X-ray reflecting means), The mirror 23 (second X-ray reflecting means) uses a multilayer mirror for X-rays, and the detector 24 uses a detector (X-ray detecting means) sensitive to X-rays.
  • two X-ray images having different magnifications can be obtained without moving the X-ray detector 6 by the bellows-equipped vacuum pipe 10.
  • the X-ray source a laser plasma X-ray source or synchrotron radiation may be employed in addition to the gas-puff type plasma X-ray source.
  • the illumination optical system is the oblique incidence mirror for illumination 3 having a spheroidal shape using total reflection, but an oblique incidence mirror having a hyperboloid of revolution and a spheroid may be employed.
  • the distance between the sample and the grazing incidence mirror and the distance between the grazing incidence mirror and the detector are changed in the X-ray image magnifying apparatus using the grazing incidence mirror as an objective lens.
  • the imaging magnification can be changed without replacing the oblique incidence mirror.
  • the present invention uses a grazing incidence mirror as the objective lens, so that it is not necessary to illuminate X-rays at a single wavelength and the configuration of the illumination optical system is simplified as compared with the case where a zone plate optical system is used.
  • the focal length f does not change even if the X-ray wavelength changes at the same magnification, so there is no need to move the sample and the detector, and the X-ray utilization efficiency is high.
  • the wavelength that can be observed is not limited to a single wavelength, and is excellent in that observation can be performed in a wide wavelength range (visible to X-ray).
  • the present invention is applicable to a living body observation device, a semiconductor inspection device, and the like (

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Description

糸田 »
X線像拡大装置
技術分野
本発明は、 X線を利用して試料を観察することが可能な X線像拡大装置に関す る。
背景技術
従来、 生体観察や半導体検査等においては、 試料を未処理で観察することがで きる X線顕微鏡が利用されている。 例えば結像型 X線顕微鏡は、 試料に X線を照 射し、 その X線像を結像光学系により検出器上に拡大結像させて試料を観察する ように構成されている。
上記結像型 X線顕微鏡の結像光学系としては、 回折を利用したゾーンプレート 光学系（特開平 9一 2 5 1 1 0 0号公報など）、特定波長の X線に対して高い反射 率を有する多層膜を積層してなるシュバルツシルト光学系 （特開平 6— 3 0 0 9 0 0号公報など） などが用いられている。
発明の開示
しかしながら、 特開平 9一 2 5 1 1 0 0号公報には、 検出器を光軸方向に移動 させて検出器とゾーンプレート型対物レンズとの距離を変化させることによりフ オーカシングを行う軟 X線顕微鏡が開示されているが、 この技術による結像倍率 の変化は、 波長選択性の高いゾーンプレートを使用するため、 波長を僅かに変化 させる必要がある。 また、 X線光量の損失が大きく、 単色性が必要で放射光の利 用が必要とされる。 また、 同じ倍率でも異なる波長で観察する場合には、 試料及 び検出器を移動させる必要があり、 シュパルツシルト型の対物'レンズを用いた場 合でも、 観察する波長が決まってしまう。
また、 特開平 6 _ 3 0 0 9 0 0号公報には、 シュバルッシルト型多層膜ミラー で拡大した像を蛍光面等で可視光に変換した後、 低倍率から高倍率までの複数の r備えた光学顕微鏡で、 拡大率を変えながら上記変換後の像を観察する技 術が記載されているが、 この技術では、 多層膜ミラーを用いるため、 観察可能な 波長が限られるとともに、 一且可視光に変換するため、 作業効率が低くなつてし まう。
このため、 実験室規模の X線顕微鏡では、 光学素子として、 利用効率が高く、 波長選択性が無い斜入射ミラーが適している。
本発明は、 上記課題を解決するために成されたものであり、 波長選択性が無い 斜入射ミラーを用いて結像倍率を変更することができる X線像拡大装置を提供す ることを目的とする。
上記目的を達成するために、 本発明に係る X線像拡大装置は、 線源から発した X線を試料に照射する照明光学系と、 回転双曲面と回転楕円面から成る斜入射ミ ラーにより構成され、 前記試料を透過した X線を所定の位置に拡大結像させる対 物レンズと、前記対物レンズにより結像した X線像を検出する X線像検出手段と、 前記 X線像検出手段、 前記試料、 及び前記照明光学系の少なくとも 1つを光軸方 向に沿って移動させることで、 前記 X線像の結像倍率を調整する結像倍率調整手 段と、 を備えたことを特徴とする。
ここで、 図 1において本発明の原理を説明する。 試料を置く位置を物点 o、 斜 入射ミラー Wは回転双曲面と回転楕円面からなり、 光軸上における回転双曲面と 回転楕円面との接合部の位置を s、 結像面の位置を Iとし、 物点 oから斜入射ミ ラーの接合部 Sまでの距離を a、位置 Sから位置 Iまでの距離を bとする。また、 この斜入射ミラーの焦点距離を f 、結像倍率を Mとすると、以下の式が成立する。
( l / a ) + ( l / b ) = l / f …式 ( 1 )
b = a M …式 （2 )
斜入射ミラーの場合、 本来、 その設計により、 距離 a、 bは固定値であり、 従 つて、 倍率 Mも固定値となる。 ところが、 光線追跡シミュレーションによれば、 分解能は悪くなるものの、 距離 a、 bを調整し結像倍率 Mを変化させても結像可 能であることが確認された。 一例として、 距離 aを 2 0 mm、 距離 bを 2 0 0 0 mm、 倍率 Mを 1 0 0で設 計した斜入射ミラーにおいて、 倍率 Mを変えた場合の分解能の変化 （シミュレ一 シヨン結果） を図 2に示す。 この図 2から、 設計倍率 Mが 1 0 0のとき、 最も分 解能が高いがそれ以外の倍率でも分解能は低いものの、 結像することが解る。 分 解能を 0 . 0 5 μ πιまで許容する場合には、 このミラーでは、 倍率 6 0倍から 3 0 0倍まで使用できることがわかる。 このとき、 距離 aは 2 0 . 1〜1 9 . 9 m mの範囲で、距離 bは、約 1 2 0 0 mm〜 6 0 0 0 mmの範囲で変化する。なお、 低倍率側での観察で試料探査が主な目的の場合には、 高分解能はあまり必要とさ れないため、 3 0倍程度でも十分使用することができる。
従って、 距離 a、 bを上記のような範囲で変化させることができれば、 斜入射 ミラーを交換することなく、 結像倍率を変更させることができる。
本発明では、 対物レンズに斜入射ミラーを用いることにより、 対物レンズとし てゾーンプレート光学系ゃシュパルッシルト型多層 J3莫ミラーを用いた従来例に比 ベ、 以下の利点がある。
即ち、 対物レンズとしてゾーンプレート光学系を用いた場合に比べ、 照明す る X線を単一波長にする必要がなく照明光学系の構成が簡単になること、 口同一 倍率なら X線波長が変化しても f 値が変わらないため、 距離 a、 bの値は変わら ないこと、 線の利用効率が高いことが挙げられる。 また、 対物レンズとして シュパルッシルト型多層膜ミラーを用いた従来例に比べ、 観察できる波長が単一 波長に制限されず、 広範囲の波長域で観察可能であることが挙げられる。
また、 本発明の X線像拡大装置は、 可視光又は紫外光のいずれかの光を前記試 料に照射する光照射手段と、 前記試料を透過し前記対物レンズで反射した光によ る像を検出する光検出手段と、 をさらに備えたことを特徴としてもよい。 これに より、 X線のみを用いる場合に比べ、 装置の取り扱いや観察が容易となり、 試料 の放射線損傷が軽減される、 という利点がある。
図面の簡単な説明 図 1は、 本発明の原理を説明するための図である。
図 2は、 斜入射ミラーにおいて倍率を変えた場合の分解能の変化を示すグラフ である。
図 3は、 第 1実施形態に係る X線顕微鏡の概略構成を示す断面図である。 図 4は、 X線検出器の移動機構の一例を示す図である。
図 5は、 低倍率で観察する場合の操作を説明するための図である。
図 6は、 高倍率で観察する場合の操作を説明するための図である。
図 7は、 第 2実施形態に係る X線顕微鏡の概略構成を示す断面図である。 図 8は、 照明光学系の配置を示す図である
発明を実施するための最良の形態
以下、 図面と共に本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。 なお、 図 面の説明においては同一要素には同一符号を付し、 重複する説明を省略する。 ま た、 図面の寸法比率は、 説明のものと必ずしも一致していない。
[第 1実施形態]
図 3は、 本発明の第 1実施形態に係る X線顕微鏡の概略構成を示す断面図であ る。 図 1に示した装置は、 X線源 1、 フィルター 2、 全反射を利用した回転楕円 面形状からなる照明用斜入射ミラー 3、 試料 4、 対物レンズの回転双曲面と回転 楕円面からなる斜入射ミラー 5、 及び X線検出器 6を含んで構成されている。 X 線源 1としては、 例えば、 ガスパフ型プラズマ X線源を用いる。
図 3を用いて、 第 1実施形態に係る X線顕微鏡の動作を説明する。 ガスパフ型 プラズマ X線源 1から発生した X線をフィルター 2によって、 観察する X線の波 長領域に制限し、 照明用斜入射ミラー 3により試料 4に照射する。 試料 4を透過 した X線は斜入射ミラー 5に入射し、 X線検出器 6の受光面において、 拡大され た X線像が検出される。 拡大率を変更する場合は、 所望する倍率になるように X 線検出器 6を矢印 Qの光軸方向に沿つて移動させることで斜入射ミラー 5から検 出器 6までの距離 bを調整する。 その後、 X線検出器 6で検出された画像を見な がら、フォーカスが合うように試枓 4を、移動機構（図 3には図示されていない。） によって矢印 Pの光軸方向に移動させ、 試料 4と斜入射ミラー 5間の距離 aを調 整する。 または、 試料 4を移動させた後、 フォーカスが合うように X線検出器 6 を移動させても良い。 そして最後に、 最適な照明が得られるように照明用斜入射 ミラー 3を移動させる。
なお、 図 8には照明光学系の配置を示す。 Oが光源、 Iが集光点 （光源 Oの像） であり、 前述した式 （1 ) が成り立つ。 上記の図 3の試料 4の位置が決まれば、 試料 4の位置と集光点 Iとが一致するように照明用斜入射ミラー 3を移動させる。 このとき、 図 3の試料 4及ぴ照明用斜入射ミラー 3は、 矢印 Pの光軸方向に沿 つて数 mm移動でき、 X線検出器 6は数 m移動できる機構を有する必窭がある。 X線として波長 1 n m以上の比較的長い軟 X線を用いる場合、 この領域の X線は 空気の吸収が大きく、 その光路は真空に保つ必要があり、 斜入射ミラー 3、 試料 4、 斜入射ミラー 5、 X線検出器 6は真空容器の中に設置される。 従って、 斜入 射ミラー 3、 試料 4、 斜入射ミラー 5、 X線検出器 6の移動機構は真空容器の外 から制御できるものであることが好適である。 なお、 試料 4のみ空気中に設置す る構成も採用することができる。
試料 4、 斜入射ミラー 3、 斜入射ミラー 5の移動範囲は数 mmと小さいため、 これらの移動機構は市販の移動ステージやマニピュレータ等で構成することがで きる。 一方、 X線検出器 6の移動機構については、 図 4に示すような真空べロー ズ 1 4を用いることにより、 数 m程度の大きい範囲の移動も可能となる。 真空べ ローズ 1 4は真空フランジ 1 2 a、 1 2 bと各真空配管 1 1によって連結されて いる。真空フランジ 1 2 aは図 3の斜入射ミラー 5を有する真空配管に連結され、 真空フランジ 1 2 bは X線検出器 6との接続を行う真空フランジ 1 5に連結され る。 真空配管 1 1と真空フランジ 1 2 a、 1 2 bには、 それぞれ支柱 1 6が取り 付けられており、 その先にボルト 1 7を貫通させる穴が設けられている。 真空フ ランジ 1 2 a、 1 2 bの支柱の先には、 ボルト 1 7をその長さ方向において固定 するナツト 1 3 a 〜 l 3 dが設けられている。 X線検出器 6の位置を調整すると きは、 ナット 1 3 c 、 1 3 dを緩め、 真空べローズ 1 4を伸縮して目的の長さに 調節し、 再ぴナツト 1 3 c 、 1 3 dを締めることにより、 真空べローズ 1 4の長 さを固定する。
次に、図 5、図 6を用いて具体的な操作を説明する。ここでは、例として式（1 )、 式 （2 ) において、 設計倍率 Mを 1 0 0、 試料 4と斜入射ミラー 5間の距離 aを 2 O mm、 斜入射ミラー 5と X線検出器 6間の距離 bを 2 0 0 O mmと設定され た斜入射ミラー 5を用い、 低倍率側で約 4 0倍、 高倍率側で約 2 0 0倍の観察を 行うものとする。 また、 照明用斜入射ミラー 3、 試料 4、 斜入射ミラー 5は、 そ れぞれ独立に移動ステージ 7 、 8 、 9によって、 その位置おょぴ傾き等が調整可 能とされている。
低倍率 （例えば倍率 M二約 4 0倍） で観察する場合は、 図 5に示すように斜入 射ミラー 5と X線検出器 6との距離 bが約 8 0 O mmになるように上述のベロー ズ付真空配管 1 0の真空べローズ 1 4を縮め、 X線検出器 6の画像を観察しなが ら、 フォーカスが合うように移動ステージ 8によって試料 4を移動させることで 試料 4と斜入射ミラー 5間の距離 aを調整し、 最適な照明が得られるように移動 ステージ 7によって照明用斜入射ミラー 3を移動させる。
—方、 高倍率 （例えば倍率 M=約 2 0 0倍） で観察する場合は、 図 6に示すよ うに斜入射ミラー 5と X線検出器 6との距離 bが約 4 0 0 O mmになるようにべ ローズ付真空配管 1 0の真空べローズ 1 4を伸ばし、 X線検出器 6の画像を観察 しながら、 フォーカスが合うように移動ステージ 8によって試料 4を移動させる ことで試料 4と斜入射ミラー 5間の距離 aを調整し、 最適な照明が得られるよう に移動ステージ 7によって照明用斜入射ミラー 3を移動させる。
このような第 1実施形態によれば、 斜入射ミラー 5を対物レンズとして用いる X線顕微鏡において、 試料 4と斜入射ミラー 5間の距離 a、 斜入射ミラー 5と X 線検出器 6間の距離 bを調整することにより、 斜入射ミラー 5を交換することな く、 結像倍率を変更することができる。
なお、 斜入射ミラー 3、 5、 試料 4、 X線検出器 6を移動させる方法は、 上記 の方法に限定されず、 目的の位置に移動可能な機構を持つものであれば、 種々の 変更や変形を加えることができる。
[第 2実施形態]
次に、 図 7を用いて本発明に係る第 2実施形態を説明する。 この第 2実施形態 は、 試料探査のため、 低倍率の観測を可視光等で簡単に行うように構成したもの である。
図 7に示すように、 第 2実施形態の構成は、 第 1実施形態の構成に加え、 可視 光源 2 1、 光路上に挿入及び退避可能なミラー 2 2、 2 3、 これらミラーの矢印 R、 S方向の挿入 '退避動作を駆動する直線導入端子 2 5、 2 6、 並びに、 可視 光に感度がある検出器 2 4が設けられている。 図 7において実線で示すミラー 2 2 a、 2 3 aは光路から退避した状態を示し、 破線で示すミラー 2 2 b、 2 3 b は光路上に挿入した状態を示している。
ここでは、 例として式 （1 )、 式 （2 ) において、 設計倍率 Mを 1 0 0、 試料 4 と斜入射ミラー 5間の距離 aを 2 0 mm、 斜入射ミラー 5と X線検出器 6間の距 離 bを 2 0 0 O mmと設定された斜入射ミラー 5を用い、可視光により低倍率 (約 4 0倍） の観察を行い、 X線により高倍率 （約 1 0 0〜2 0 0倍） の観察を行う ものとする。
試料探査のための可視光による低倍率 (例えば倍率 M=約 4 0倍）での観察は、 直線導入端子 2 5、 2 6を駆動することでミラー 2 2 a、 2 3 aを、 それぞれ光 軸上の位置 2 2 b、 2 3 bに揷入する。 次に、 可視光源 2 1を点灯させる。 この 可視光は、 ミラー 2 2により反射し、 照明用斜入射ミラー 3により試料 4に照射 する。 この試料 4を透過した可視光は、 斜入射ミラ一 5により反射して、 ミラー 2 3により反射し、 検出器 2 4に入射する。 ミラー 2 3を介した斜入射ミラー 5 と検出器 2 4との距離は約 8 0 O mmに設定する。 検出器 2 4で検出された画像 を見ながら、 フォーカスが合うように移動ステージ 8によって試料 4を移動させ ることで試料 4と斜入射ミラー 5間の距離 aを調整し、 最適な照明が得られるよ うに移動ステージ 7によって照明用斜入射ミラー 3を光軸方向に移動させる。 な お、 照明に関しては、 可視光源 2 1を光軸方向に移動させても同様の結果が得ら れる。
試料 4の所望の位置を探査した後、 X線を用いて高倍率の詳細な観察を行う場 合、 ミラー 2 2、 2 3を直線導入端子 2 5、 2 6により、 それぞれ位置 2 2 a、 2 3 aに退避させ、 倍率 Mが約 1 0 0倍の場合は、 斜入射ミラー 5と X線検出器 6間の距離 bを約 2 0 0 O mmにし、 倍率 M=約 2 0 0倍の場合は、 斜入射ミラ 一 5と X線検出器 6間の距離 bを約 4 0 0 O mmになるように X線検出器 6を移 動させる。 X線源 1から X線を照射し、 X線検出器 6において画像を観察しなが ら、 フォーカスが合うように移動ステージ 8によって試料 4を移動させることで 試料 4と斜入射ミラー 5間の距離 aを調整し、 最適な照明が得られるように移動 ステージ 7によって照明用斜入射ミラー 3を光軸方向に移動させる。
このような第 2実施形態によれば、 X線に加え可視光も用いるため、 X線のみ を用いる場合に比べ、 取り扱いや観察が容易である。 また、 可視光で行うため、 試料の放射線損傷を低減することができる。 さらに、 X線での観察は高倍率側だ けであるため、 X線検出器 6の移動距離を削減することができる。
なお、 本発明は、 種々の変形態様が可能である。 例えば、 上記の例では高倍率 での観察において、 ベローズ付真空配管 1 0により X線検出器 6を移動させて倍 率を調整できるようにしてあるが、 高倍率側で倍率を調整する必要がない場合に は、 ベローズ付配管 1 0を用いず、 長さが一定とされた配管によって X線検出器 6の位置を固定しても良い。 この場合、 照明用斜入射ミラー 3を高倍率の観察で 最適な照明が得られる位置に設置し、 可視光を用いた低倍率の観察では、 可視光 源 2 1の位置を式 （1 ) によって最適な照明位置が得られる位置に設定しておけ ば、 低倍率、 高倍率で照明光の調整が必要なくなり、 より簡便な手順で観察を行 うことができる。
また、可視光源に代わり、紫外線光源を用いても良く、その場合、 ミラー 2 2、 2 3は紫外線用ミラーを用い、検出器 2 4は紫外線に感度がある検出器を用いる。 また、 X線源 1とは別の X線光源 （X線照射手段） を可視光源 2 1の位置に設 置しても良く、 その場合、 ミラー 2 2 (第 1の X線反射手段）、 ミラー 2 3 (第 2 の X線反射手段） は X線用多層膜ミラーを用い、 検出器 2 4は X線に感度がある 検出器 （X線検出手段） を用いる。 この構成によれば、 ベローズ付真空配管 1 0 により X線検出器 6を移動させることなく、 倍率の異なる二つの X線像を得るこ とができる。
さらに、 第 1、 第 2実施形態においては、 種々の変形、 変更が可能である。 例 えば、 X線源としては、 ガスパフ型プラズマ X線源の他に、 レーザープラズマ X 線源あるいは放射光を採用しても良い。 また、 照明光学系を、 全反射を利用した 回転楕円面形状からなる照明用斜入射ミラー 3としたが、 回転双曲面及び回転楕 円面を有する斜入射ミラーを採用しても良い。
以上説明したように、 本発明によれば、 斜入射ミラーを対物レンズとして用い る X線像拡大装置において、 試料と斜入射ミラー間の距離、 斜入射ミラーと検出 器間の距離を変更することにより、 斜入射ミラーを交換することなく、 結像倍率 を変更することができる。
また、 本発明は、 対物レンズとして斜入射ミラーを用いたことで、 ゾーンプレ —ト光学系を用いた場合に比べ、 照明する X線を単一波長にする必要がなく照明 光学系の構成を簡素化できること、 同一倍率なら X線波長が変化しても焦点距離 f が変わらないため、 試料、 検出器を移動させる必要がないこと、 X線の利用効 率が高いことの 3点において優れており、 シュパルッシルト型多層膜ミラーを用 いた場合に比べ、 観察できる波長が単一波長に制限されず広範囲の波長域 （可視 ~ X線） で観察が可能である点で優れている。
産業上の利用可能性 本発明は、 生体観察装置、 半導体検査装置などに適用可能である (

Claims

請求の範匪
1 . 線源から発した X線を試料に照射する照明光学系と、
回転双曲面と回転楕円面とを含んで成る斜入射ミラーにより構成され、 前記試 料を透過した X線を所定の位置に拡大結像させる対物レンズと、
前記対物レンズにより結像した X線像を検出する X線像検出手段と、 前記 X線像検出手段、 前記試料、 及び前記照明光学系の少なくとも 1つを光軸 方向に沿って移動させることで、 前記 X線像の結像倍率を調整する結像倍率調整 手段と、
を備えた X線像拡大装置。
2 . 可視光又は紫外光のいずれかの光を前記試料に照射する光照射手段と、 前記試料を透過し前記対物レンズで反射した光による像を検出する光検出手段 と、
を更に備えた請求項 1記載の X線像拡大装置。
3 · X線源を含み X線を照射する X線照射手段と、
前記 X線照射手段により照射された前記 X線を前記対物レンズの光軸方向に反 射させて前記試料に導く第 1の X線反射手段と、
前記試料を通過し前記対物レンズで反射した前記 X線を反射させる第 2の X線 反射手段と、
前記第 2の X線反射手段で反射した前記 X線による像を検出する X線検出手段 と、
を更に備えた請求項 1記載の X線像拡大装置。
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