Ｘ線分析装置及びＸ線分析方法
【課題】試料を微細に加工することなく、容易に３次元イメージ画像を得る。
【解決手段】Ｘ線が発せられるＸ線源と、前記Ｘ線を遮蔽する基材に、前記Ｘ線が透過する透過窓と前記透過窓よりも小さく前記Ｘ線の可干渉となる位置に設けられた複数の参照穴を有するマスク部と、前記マスク部を透過したＸ線が照射される試料と、前記試料を支持する試料支持部材と、を有する観察用試料部と、前記Ｘ線が照射された試料により生じる散乱Ｘ線と前記参照穴を通過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムと、前記複数の参照穴を通過した参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出する検出器と、前記検出器により得られた前記参照Ｘ線同士の干渉によるホログラムに基づき前記試料の３次元イメージ画像を得るための処理を行う処理部と、を備えることを特徴とするＸ線分析装置により上記課題を解決する。
【解決手段】Ｘ線が発せられるＸ線源と、前記Ｘ線を遮蔽する基材に、前記Ｘ線が透過する透過窓と前記透過窓よりも小さく前記Ｘ線の可干渉となる位置に設けられた複数の参照穴を有するマスク部と、前記マスク部を透過したＸ線が照射される試料と、前記試料を支持する試料支持部材と、を有する観察用試料部と、前記Ｘ線が照射された試料により生じる散乱Ｘ線と前記参照穴を通過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムと、前記複数の参照穴を通過した参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出する検出器と、前記検出器により得られた前記参照Ｘ線同士の干渉によるホログラムに基づき前記試料の３次元イメージ画像を得るための処理を行う処理部と、を備えることを特徴とするＸ線分析装置により上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線分析装置及びＸ線分析方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子やスピン等を用いたナノデバイスの開発においては、動作している状態の電子デバイスを、数十ｎｍ程度の分解能を有する分析装置及び分析方法により観察することが必要となる。このような電子デバイスの多くは、薄膜を積層した構造を有しており、このため、電子デバイスが動作している内部の領域を非破壊で観察することが望まれている。
【０００３】
一方、近年において、干渉性Ｘ線を試料に照射し、試料により散乱された散乱Ｘ線より、試料の内部構造や試料の動作等についてイメージングする技術が進んでいる。特に、フーリエホログラフィー法は、試料の近傍に参照穴を設け、参照Ｘ線と試料により生じる散乱Ｘ線とを干渉させホログラムを形成し、形成されたホログラムをフーリエ変換することにより、試料の内部構造のイメージ画像を得ることのできる方法である。これにより試料を破壊することなく、試料の内部構造のイメージ画像を容易に得ることができ、また、試料に照射されるＸ線を走査することなく、迅速に試料のイメージ画像を得ることができるという利点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２８３４７１号公報
【特許文献２】特開２００８−１９７２４０号公報
【特許文献３】特開２０１１−９９８３９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】"Lensless imaging of magnetic nanostructures by X-ray spectro-holography", S. Eisebitt et.al., Nature, v432, (2004), p.885-888
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献３等に記載されている方法において、３次元のイメージ画像を得ようとした場合、試料を回転させて複数の２次元イメージ画像を取得し、取得した２次元イメージ画像に基づきラドン変換することにより３次元イメージを得る方法が考えられる。
【０００７】
この場合、複数の２次元イメージ画像を取得する際に、試料を支持する試料支持部材はＸ線を多少なりともＸ線を吸収するため、試料支持部材及び試料に参照Ｘ線が照射されないように、試料支持部材を微細に加工する必要がある。しかしながら、試料支持部材を例えば、ミクロンオーダーで微細に加工することは極めて困難であるため、試料の３次元イメージを得ることが困難なものとなっていた。
【０００８】
よって、干渉性Ｘ線を用いたフーリエホログラフィー法において、試料を支持する試料支持部材において微細な加工を施すことなく、試料の３次元イメージ画像を容易に得ることのできるＸ線分析装置及びＸ線分析方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施の形態の一観点によれば、Ｘ線が発せられるＸ線源と、前記Ｘ線を遮蔽する基材に、前記Ｘ線が透過する透過窓と前記透過窓よりも小さく前記Ｘ線の可干渉となる位置に設けられた複数の参照穴を有するマスク部と、前記マスク部を透過したＸ線が照射される試料と、前記試料を支持する試料支持部材と、を有する観察用試料部と、前記Ｘ線が照射された試料により生じる散乱Ｘ線と前記参照穴を通過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムと、前記複数の参照穴を通過した参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出する検出器と、前記検出器により得られた前記参照Ｘ線同士の干渉によるホログラムに基づき前記試料の３次元イメージ画像を得るための処理を行う処理部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、Ｘ線を遮蔽する基材にＸ線の透過窓と前記透過窓よりも小さく前記Ｘ線の可干渉となる位置に設けられた複数の参照穴とを有するマスク部を透過して前記Ｘ線を試料に照射する工程と、前記Ｘ線に照射された試料により生じる散乱Ｘ線と前記参照穴を通過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムと、前記複数の参照穴を通過した参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出する工程と、
前記参照Ｘ線同士の干渉によるホログラムに基づき前記試料の３次元イメージ画像を得るための処理を行う工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
開示のＸ線分析装置及びＸ線分析方法によれば、試料を支持する試料支持部材において微細な加工を施すことなく、試料の３次元イメージ画像を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】比較例によるＸ線分析装置の構造図
【図２】図１に示すＸ線分析装置におけるＸ線吸収部と観察用試料部の側面図
【図３】図１に示すＸ線分析装置におけるＸ線吸収部の正面図
【図４】観察用試料部を回転させる場合の説明図（１）
【図５】観察用試料部を回転させる場合の説明図（２）
【図６】第１の実施の形態におけるＸ線吸収部の正面図
【図７】第１の実施の形態におけるＸ線分析装置の構造図
【図８】図３に示すＸ線吸収部を用いた場合に得られる２次元イメージ画像
【図９】図６に示すＸ線吸収部を用いた場合に得られる２次元イメージ画像
【図１０】第１の実施の形態におけるＸ線吸収部の説明図
【図１１】第１の実施の形態における他のＸ線分析装置の構造図
【図１２】第２の実施の形態におけるＸ線吸収部の正面図
【図１３】図１２に示すＸ線吸収部を用いた場合に得られる２次元イメージ画像
【図１４】第２の実施の形態におけるＸ線吸収部の説明図
【図１５】第３の実施の形態におけるＸ線分析方法のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１４】
〔比較例〕
最初に、図１に基づき、２次元イメージ画像を得るための比較例によるＸ線分析装置について説明する。このＸ線分析装置は、Ｘ線フーリエホログラフィー法を利用するものであり、Ｘ線源１１、モノクロメータ１４、シャッター１５、Ｘ線コリメータ１２、Ｘ線吸収部（マスク部）２０、観察用試料部３０、検出器１３等を有している。
【００１５】
Ｘ線源１１は、干渉性Ｘ線を発するものであり、具体的には、Ｘ線管球、ローター型Ｘ線光源、放射光源、軟Ｘ線レーザ、自由電子レーザ（Free Electron Laser；ＦＥＬ）等のＸ線を発生するものである。Ｘ線源１１より発せられた干渉性Ｘ線は、後述するＸ線コリメータ１２によりコリメートされ、Ｘ線吸収部２０及び観察対象となる観察用試料部３０に照射される。
【００１６】
モノクロメータ１４は、Ｘ線の波長を略均一にするためのものであり、Ｘ線源１１からのＸ線を単色化するものである。
【００１７】
シャッター１５は、Ｘ線を透過しない金属材料等により形成されており、開閉により、検出器１３による計測時以外におけるＸ線を遮断することができる。
【００１８】
Ｘ線コリメータ１２は、試料領域以外のＸ線を遮蔽するためのものである。
【００１９】
検出器１３は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の２次元のイメージングデバイス（撮像デバイス）により形成されており、後述する試料３２により生じた散乱Ｘ線と参照穴２３から入射したＸ線との干渉により形成されるホログラムを検出するものである。尚、検出器１３は、２次元のイメージングデバイス以外でも、１次元の撮像デバイスを走査させるものであってもよい。
【００２０】
Ｘ線吸収部２０は、第１ステージ２９に設置されており、第１ステージ２９によりＸ線吸収部２０をＸ軸方向、Ｙ軸方向の２次元に移動させることが可能である。
【００２１】
観察用試料部３０は、第２ステージ３９に設置されており、第２ステージ３９により、観察用試料部３０を回転させることにより、試料３２を所定の方位となるようにすることができる。また、第２ステージ３９は、観察用試料部３０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３次元に移動させることが可能である。尚、後述する本発明における実施の形態では、第２ステージ３９を試料回転部と記載する場合がある。
【００２２】
また、Ｘ線源１１、シャッター１５、Ｘ線コリメータ１２、第１ステージ２９及び第２ステージ３９はコントローラ１６を介し、処理部となるコンピュータ１７に接続されており、コントローラ１６を介し各々の制御が行われる。検出器１３は、検出器コントローラ１８を介しコンピュータ１７に接続されており、検出器１３において得られたホログラムに基づき、コンピュータ１７においてフーリエ変換を行う。これにより試料３２における内部構造のイメージ画像を得ることができ、コンピュータ１７の表示部１９において試料３２における内部構造のイメージ画像を表示することができる。
【００２３】
図２に示すように、このＸ線分析装置では、Ｘ線吸収部２０と観察用試料部３０とは分離して形成されている。Ｘ線吸収部２０には、図３にも示されるように、Ｘ線を透過しないＡｕ、Ｐｔ等により形成される金属層２１に、一辺が約２μｍの略正方形状のＸ線透過窓２２と、直径が約０．０５μｍの略円形の形状の参照穴２３が形成されている。Ｘ線透過窓２２と参照穴２３との相対的な位置は、Ｘ線源１１より照射されるＸ線可干渉距離を考慮した最適な位置に設けられている。観察用試料部３０には、Ｘ線を透過するＳｉＮ、ＳｉＣ、有機材料等により形成される試料支持部材３１となる支持膜上に観察対象となる試料３２が設置されている。
【００２４】
図８は、図３に示す１つの参照穴２３が設けられたＸ線吸収部２０を用いて得られたホログラムをフーリエ変換した画像であり、試料３２の２次元イメージ画像５２が得られる。
【００２５】
図１に示すＸ線分析装置において、試料３２の３次元イメージ画像を得るため、観察用試料部３０を回転させた場合、回転させることにより参照Ｘ線が透過する試料支持部材３１の距離が変化するため、試料支持部材３１を透過した参照Ｘ線の強度が変化する。即ち、参照Ｘ線は試料支持部材３１を透過することにより弱められるが、参照Ｘ線が試料支持部材３１を透過する距離が変化することによりＸ線の吸収量が変化するため、回転させることにより観察用試料部３０から出る参照Ｘ線の強度が変化してしまう。このため連続性のある２次元イメージ画像を得ることができない。
【００２６】
このことを、より詳細に図４に基づき説明する。図４に示すように、例えば、観察用試料部３０を図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）の順に回転させた場合、観察用試料部３０には、Ｘ線吸収部２０におけるＸ線透過窓２２を通ったＸ線２２ｘ０と、参照穴２３を通った参照Ｘ線２３ｘ０とが照射される。参照Ｘ線２３ｘ０は、試料支持部材３１を透過することにより強度が弱まり、参照Ｘ線２３ｘとなるが、観察用試料部３０を回転させた場合、参照Ｘ線２３ｘの強度は変化する。即ち、観察用試料部３０を回転させることにより、照射された参照Ｘ線が試料支持部材３１を透過する距離が変化するため、これにより試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線２３ｘの強度は変化する。従って、Ｘ線２２ｘ０が試料３２により散乱された散乱Ｘ線２２ｘと参照Ｘ線２３ｘとの干渉によるホログラムにより得られる２次元イメージ画像は、参照Ｘ線２３ｘの強度が変化しているため連続性がない。このように連続性のない２次元イメージ画像では、ラドン変換による３次元イメージ画像を得ることはできない。ここで、ラドン（Radon）変換とは、Ｘ線ＣＴ等において用いられる方法であり、複数の２次元画像データに基づき、３次元画像データを得ることのできる方法である。
【００２７】
尚、図５に示すように、観察用試料部３０における試料支持部材３１を小さく形成し、参照Ｘ線２３ｘ０が試料支持部材３１に照射されないようにすることも可能であるが、前述したように、試料支持部材３１を小さくする微細加工は極めて困難であり実用的ではない。
【００２８】
〔第１の実施の形態〕
（Ｘ線分析装置）
次に、本発明のおける第１の実施の形態におけるＸ線分析装置について説明する。本実施の形態におけるＸ線分析装置は、図６に示すＸ線吸収部１２０を用いたものであり、図７に示すように、図１に示すＸ線吸収部２０に代えてＸ線吸収部１２０を設置したものである。本実施の形態におけるＸ線分析装置におけるＸ線吸収部１２０には、Ｘ線透過窓２２と３つの参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃが設けられている。尚、Ｘ線吸収部１２０は、Ｘ線吸収部２０と同様の材料で形成されており、参照穴１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｃは、Ｘ線吸収部２０における参照穴２３と同様に形成されている。また、３つの参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃは全て略同じ大きさで形成されている。
【００２９】
図９は、図６に示す３つの参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃが設けられたＸ線吸収部１２０、即ち、本実施の形態におけるＸ線分析装置に用いられるＸ線吸収部を用いて得られたホログラムをフーリエ変換した画像である。
【００３０】
図９に示す場合では、試料３２の２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃの他、参照Ｘ線同士の干渉による干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃが得られる。
【００３１】
Ｘ線吸収部１２０について、図１０に基づき、より詳細に説明する。Ｘ線吸収部１２０は、Ｘ線透過窓２２の他に、３つの参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃを有している。これらの参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃを通過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０、１２３ｘｃ０は、試料支持部材３１を透過することにより弱められ参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃとなる。この参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃと試料３２により散乱された散乱Ｘ線２２ｘａとが干渉することにより、図９に示されるように、試料３２の２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃとなるホログラムが形成される。また、参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃ同士が干渉することにより、図９に示されるように、干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃとなるホログラムが形成される。
【００３２】
本実施の形態では、干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃの強度に基づき試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃを算出し、参照Ｘ線の強度補正を行なう。具体的には、試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度に基づき参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０、１２３ｘｃ０となるように補正をする。この場合、予め参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０、１２３ｘｃ０の強度は測定されているものとする。また、試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度に基づき参照Ｘ線の強度を各々一定の値となるように規格化してもよい。これにより、試料３２を回転させた場合においても、連続性を有する複数の２次元イメージ画像を得ることができる。このようにして得られた連続性を有する複数の２次元イメージ画像に基づきラドン変換することにより、試料３２の３次元イメージ画像を得ることができる。
【００３３】
次に、干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃに基づき、試料支持部材３１を通過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度を得る方法について説明する。
【００３４】
本実施の形態において、参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度を算出する際には、数１に示すフレネル・キルヒホッフの回折積分式（M. Born and E. Wolf, Principles of optics, 6th ed., Pergamon Press, Oxford, 1987）を用いる。尚、Ｘ線の出射位置（ｘ１、ｙ１、０）における電場をＥ１とし、検出器１３における検出位置（ｘ２、ｙ２、ｚ）における電場をＥ２とする。尚、電場Ｅ１、Ｅ２の２乗がＸ線強度となる。
【００３５】
【数１】
【００３６】
上記の数１に示す式により、下記に示す３つの干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃに対応する数２から数４に示す３つの式を得ることができる。尚、｜Ｅ２ＡＢ｜２をフーリエ変換することにより干渉イメージ像１５３ａｂが得られ、｜Ｅ２ＢＣ｜２をフーリエ変換することにより干渉イメージ像１５３ｂｃが得られ、｜Ｅ２ＡＣ｜２をフーリエ変換することにより干渉イメージ像１５３ａｃが得られる。また、座標位置（ｘ１Ａ、ｙ１Ａ、０）における参照Ｘ線１２３ｘａの電場をＥ１Ａとし、座標位置（ｘ１Ｂ、ｙ１Ｂ、０）における参照Ｘ線１２３ｘｂの電場をＥ１Ｂとし、座標位置（ｘ１Ｃ、ｙ１Ｃ、０）における参照Ｘ線１２３ｘｃの電場をＥ１Ｃとする。上述のとおり、｜Ｅ２ＡＢ｜２、｜Ｅ２ＢＣ｜２、｜Ｅ２ＡＣ｜２をフーリエ変換することにより各々の干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃが得られるため、電場Ｅ２ＡＢ、Ｅ２ＢＣ、Ｅ２ＡＣは知ることができる。従って、数２から数４に示す式において、未知数は３つの電場Ｅ１Ａ、Ｅ１Ｂ、Ｅ１Ｃとなり、未知数となる３つの電場Ｅ１Ａ、Ｅ１Ｂ、Ｅ１Ｃは、数２から数４に示す３つの連立方程式より算出することができる。
【００３７】
尚、座標位置（ｘ１Ａ、ｙ１Ａ、０）、（ｘ１Ｂ、ｙ１Ｂ、０）、（ｘ１Ａ、ｙ１Ａ、０）は、試料支持部材３１を透過した直後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃにおける座標位置を示す。また、（ｘ２Ｈ、ｙ２Ｈ、ｚ）は、受光器１３において検出されるホログラムの座標位置を示す。
【００３８】
【数２】
【００３９】
【数３】
【００４０】
【数４】
【００４１】
数２から数４に示す式に基づき、電場Ｅ１Ａ、Ｅ１Ｂ、Ｅ１Ｃを算出し、これに基づき、参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度を算出することができる。更に、この算出された参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度に基づき、参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０、１２３ｘｃ０となるように補正をすることにより、連続性を有する試料３２の２次元イメージ画像を得ることができる。このようにして得られる連続性を有する複数の２次元イメージ画像をラドン変換することにより試料３２の３次元イメージ画像を得ることができる。これらの処理については、処理部となるコンピュータ１７等において行なわれる。
【００４２】
尚、本実施の形態では、参照穴が３つの場合について説明したが、参照穴を３以上設けてもよい。例えば、参照穴が４つ設けた場合には、参照Ｘ線同士の干渉イメージ像は６種類発生するため６つの式が得られ、参照穴が５つ設けた場合には、参照Ｘ線同士の干渉イメージ像は１０種類発生するため１０個の式を導くことができる。このため、参照穴が４以上の場合では、参照穴の数よりも、参照Ｘ線同士の干渉イメージ像により得られる式の方が多いため、試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線の強度を各々算出することができる。
【００４３】
以上より、本実施の形態では、試料支持部材３１を微細に加工することなく試料３２の３次元イメージ画像を容易に得ることができる。
【００４４】
（他のＸ線分析装置）
また、本実施の形態におけるＸ線分析装置の変形例としては、図１１に示す構造のものであってもよい。図１１に示すＸ線分析装置は、Ｘ線源１１より連続Ｘ線を出射するものであり、Ｘ線源１１より出射された連続Ｘ線はモノクロメータ１６１により単色化される。単色化されたＸ線は、コヒーレンスフィルタとして機能するピンホール１６２を通った後、Ｘ線吸収部１２０に照射される。Ｘ線源１１から出射されるＸ線は干渉性の高いＸ線が好ましく、例えば、放射光Ｘ線が好ましい。また、ピンホール１６２は、開口が数μｍ〜２０μｍφであるものが好ましい。Ｘ線吸収部１２０は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｗ、Ｔａ等の原子番号が大きく、高密度な材料の膜により形成されており、この膜に、Ｘ線透過窓２２と３つの参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃが設けられている。
【００４５】
Ｘ線吸収部１２０におけるＸ線透過窓２２を通ったＸ線は、観察用試料部３０における試料３２に照射される。観察用試料部３０は、試料回転部となるステージ４０に設置されており、観察用試料部３０を回転させ所定の角度とすることができる。観察用試料部３０において散乱された散乱Ｘ線と３つの参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃを通った参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃは干渉し、検出部１３においてホログラムが形成される。
【００４６】
ここで、ＳｉとＡｕについて、７００ｅＶのエネルギーのＸ線における１μｍの厚さのＸ線透過率を比較すると、Ｓｉは３×１０−１であるのに対し、Ａｕは２×１０−８であり、Ａｕの方が効率よくＸ線を遮蔽することができる。尚、Ｓｉは原子番号が１４で密度が２．３（ｇ／ｃｍ３）であり、Ａｕは原子番号が７９で密度が１９．３（ｇ／ｃｍ３）である。
【００４７】
また、Ｘ線吸収部１２０の厚さは、軟Ｘ線を用いる場合には０．５〜２μｍ程度が好ましく、硬Ｘ線を用いる場合には１〜１０μｍ程度が好ましい。Ｘ線吸収部１２０の厚さは、薄すぎるとＸ線を十分遮蔽することができず、厚すぎると参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃを形成することが困難となり、イメージ画像の空間分解能が低下する。参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃはすべて同じ大きさで形成されていることが好ましく、０．０５〜０．３μｍφ程度が好ましい。
【００４８】
尚、ステージ４０等により、観察用試料部３０はＸ線吸収部１２０に対し相対的に移動させることが可能であり、所望の領域の２次元イメージ画像を得ることができる。
【００４９】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、Ｘ線吸収部に２つの参照穴を設けた構造のものである。
【００５０】
本実施の形態におけるＸ線吸収部について、図１２に基づき説明する。本実施の形態におけるＸ線吸収部２２０には、Ｘ線透過窓２２と２つの参照穴１２３ａ、１２３ｂが設けられている。尚、Ｘ線吸収部２２０は、Ｘ線吸収部２０と同様の材料で形成されており、参照穴１２３ａ及び１２３ｂは、Ｘ線吸収部２０における参照穴２３と同様に形成されている。また、２つの参照穴１２３ａ、１２３ｂは略同じ大きさで形成されている。本実施の形態におけるＸ線分析装置は、第１の実施の形態におけるＸ線分析装置において、Ｘ線吸収部１２０に代えて、Ｘ線吸収部２２０を設置したものである。
【００５１】
図１３は、図１２に示す２つの参照穴１２３ａ、１２３ｂが設けられたＸ線吸収部２２０、即ち、本実施の形態におけるＸ線分析装置に用いられるＸ線吸収部２２０を用いて得られたホログラムをフーリエ変換した画像である。
【００５２】
図１３に示す場合では、試料３２の２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂの他、参照Ｘ線同士の干渉による干渉イメージ像１５３ａｂが得られる。
【００５３】
Ｘ線吸収部２２０について、図１４に基づき、より詳細に説明する。Ｘ線吸収部１２０は、Ｘ線透過窓２２の他に、２つの参照穴１２３ａ、１２３ｂを有している。これらの参照穴１２３ａ、１２３ｂを通過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０は、試料支持部材３１を透過することにより弱められ参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂとなる。この参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂと試料３２により散乱された散乱Ｘ線２２ｘａとが干渉することにより、図１３に示されるように、試料３２の２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂとなるホログラムが形成される。また、参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ同士が干渉することにより、図１３に示されるように、干渉イメージ像１５３ａｂが形成される。
【００５４】
本実施の形態では、２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂ及び干渉イメージ像１５３ａｂの強度に基づき試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂを算出し、参照Ｘ線の強度補正を行なう。具体的には、試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂの強度に基づき参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０となるように補正をする。この場合、参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０の強度は、予め測定されているものとする。また、試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂの強度に基づき参照Ｘ線の強度を各々一定の値となるように規格化してもよい。これにより、試料３２を回転させた場合においても、連続性を有する複数の２次元イメージ画像を得ることができる。このようにして得られた連続性を有する複数の２次元イメージ画像に基づきラドン変換することにより、試料３２の３次元イメージ画像を得ることができる。
【００５５】
次に、２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂ及び干渉イメージ像１５３ａｂに基づき、試料支持部材３１を通過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂの強度を得る方法について説明する。
【００５６】
前述した数１に示す式により、干渉イメージ像１５３ａｂ及び２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂに対応する下記の数５から数７に示す３つの式を得ることができる。尚、｜Ｅ２ＡＢ｜２をフーリエ変換することにより干渉イメージ像１５３ａｂが得られ、｜Ｅ２Ａ０｜２をフーリエ変換することにより２次元イメージ画像１５２ａが得られ、｜Ｅ２Ｂ０｜２をフーリエ変換することにより２次元イメージ画像１５２ｂが得られる。また、座標位置（ｘ１Ａ、ｙ１Ａ、０）における参照Ｘ線１２３ｘａの電場をＥ１Ａとし、座標位置（ｘ１Ｂ、ｙ１Ｂ、０）における参照Ｘ線１２３ｘｂの電場をＥ１Ｂとし、座標位置（ｘ１０、ｙ１０、０）における散乱Ｘ線２２ｘの電場をＥ１０とする。上述のとおり、電場Ｅ２ＡＢ、Ｅ２Ａ０、Ｅ２Ｂ０をフーリエ変換することにより、干渉イメージ像１５３ａｂ、２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂが得られることから、｜Ｅ２ＡＢ｜２、｜Ｅ２Ａ０｜２、｜Ｅ２Ｂ０｜２は知ることができる。よって、数５から数７に示す式において、未知数は３つの電場Ｅ１Ａ、Ｅ１Ｂ、Ｅ１０となり、未知数となる３つの電場Ｅ１Ａ、Ｅ１Ｂ、Ｅ１０は、数５から数７に示す３つの連立方程式より算出することができる。
【００５７】
尚、座標位置（ｘ１Ａ、ｙ１Ａ、０）、（ｘ１Ｂ、ｙ１Ｂ、０）、（ｘ１０、ｙ１０、０）は、試料支持部材３１を透過した直後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ及び散乱Ｘ線２２ｘにおける座標位置を示す。また、（ｘ２Ｈ、ｙ２Ｈ、ｚ）は、受光器１３において検出されるホログラムの座標位置を示す。
【００５８】
【数５】
【００５９】
【数６】
【００６０】
【数７】
【００６１】
数５、数６、数７に示す式に基づき、電場Ｅ１Ａ、Ｅ１Ｂ、Ｅ１０を算出し、これに基づき、参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂの強度を算出することができる。更に、この算出された参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂの強度に基づき、参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０となるように補正をすることにより、連続性を有する試料３２の２次元イメージ画像を得ることができる。このようにして得られる連続性を有する複数の２次元イメージ画像をラドン変換することにより試料３２の３次元イメージ画像を得ることができる。
【００６２】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００６３】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態におけるＸ線分析装置を用いて、試料３２の３次元イメージ画像を得るＸ線分析方法である。図１５に基づき本実施の形態におけるＸ線分析方法について説明する。
【００６４】
最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、初期設定を行なう。本実施の形態では、試料３２の複数の２次元イメージ画像をラドン変換することにより、試料３２の３次元イメージ画像を得るものである。よって、取得される２次元イメージ画像の数をカウントするカウンタの値ｎを最初にｎ＝１として設定する。
【００６５】
次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）において、試料３２にＸ線を照射し、試料３２により散乱された散乱Ｘ線と複数の参照穴を通った参照Ｘ線による干渉により生じたホログラムを検出器１３により検出する。この際、参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出器１３により検出する。例えば、参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃを通過した参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０、１２３ｘｃ０は、試料支持部材３１を透過し参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃとなり、散乱Ｘ線と干渉する。この際、参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃ同士も干渉する。
【００６６】
次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）において、検出器１３により検出されたホログラムをフーリエ変換する。
【００６７】
次に、ステップ１０８（Ｓ１０８）において、フーリエ変換により得られた３つの干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃの強度を取得する。
【００６８】
次に、ステップ１１０（Ｓ１１０）において、例えば３つの干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃの強度及び数２から数４に示す式に基づき各々の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度を算出する。このように算出された参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度に基づき、参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０、１２３ｘｃ０となるように補正をする。尚、予め参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０、１２３ｘｃ０の強度は測定されているものとする。また、この際、試料支持部材３１において吸収された参照Ｘ線の吸収量も同時に知ることができる。
【００６９】
次に、ステップ１１２（Ｓ１１２）において、補正された参照Ｘ線１２３ｘａ０等に基づき、２次元イメージ画像を取得する。この２次元イメージ画像は、参照Ｘ線が試料支持部材３１を透過していない状態において得られる２次元イメージ画像と同様のものである。
【００７０】
次に、ステップ１１４（Ｓ１１４）において、観察用試料部３０を第２ステージ３９等により、試料３２を所定の角度回転させることにより、試料３２が所定の方位となるようにする。回転させる角度は、例えば、取得される２次元イメージ画像の数をＮである場合、２π／Ｎである。
【００７１】
次に、ステップ１１６（Ｓ１１６）において、ｎに１を加える。
【００７２】
次に、ステップ１１８（Ｓ１１８）において、ｎの値がＮよりも小さいか否かが判断される。上述したように、Ｎは角度を変えながら取得される２次元イメージ画像の数である。ｎの値がＮよりも小さいと判断された場合には、ステップ１０４に移行する。ｎの値がＮよりも小さいくないと判断された場合、即ち、ｎの値がＮ以上であると判断された場合には、ステップ１２０に移行する。
【００７３】
次に、ステップ１２０（Ｓ１２０）において、試料３２の角度を変えて得られたＮ個の２次元イメージ画像をラドン変換することにより、試料３２の３次元イメージ画像を取得する。
【００７４】
以上により、本実施の形態におけるＸ線分析方法により、試料３２の３次元イメージ画像を得ることができる。尚、本実施の形態は、第２の実施の形態についても適用することができる。この場合、干渉イメージ像１５３ａｂの強度と２つの２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂの強度及び数５から数７に示す式に基づき各々の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂの強度を算出する。このように算出された参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂの強度に基づき、開口穴１２３ａ、１２３ｂを透過した直後の参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０の強度を補正する。
【００７５】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。例えば、上述した実施の形態では、試料支持部材による参照Ｘ線の吸収により３次元イメージ取得が困難となる場合を例示して説明したが、試料支持部材上に搭載された試料による参照Ｘ線の吸収により３次元イメージ化が困難となる場合においても本発明の適用が可能である。
【００７６】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
Ｘ線が発せられるＸ線源と、
前記Ｘ線を遮蔽する基材に、前記Ｘ線が透過する透過窓と前記透過窓よりも小さく前記Ｘ線の可干渉となる位置に設けられた複数の参照穴を有するマスク部と、
前記マスク部を透過したＸ線が照射される試料と、前記試料を支持する試料支持部材と、を有する観察用試料部と、
前記Ｘ線が照射された試料により生じる散乱Ｘ線と前記参照穴を通過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムと、前記複数の参照穴を通過した参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出する検出器と、
前記検出器により得られた前記参照Ｘ線同士の干渉によるホログラムに基づき前記試料の３次元イメージ画像を得るための処理を行う処理部と、
を備えることを特徴とするＸ線分析装置。
（付記２）
前記処理部は、前記複数の参照穴からの参照Ｘ線同士の干渉による干渉イメージ像の強度に基づき、前記試料支持部材及び前記試料の少なくともいずれかを透過した後の参照Ｘ線の強度を算出することを特徴とする付記１に記載のＸ線分析装置。
（付記３）
前記試料を所定の角度回転させる試料回転部を備え、
前記試料回転部により前記試料を回転させ、所定の角度ごとの複数の前記試料の２次元イメージ画像を得ることを特徴とする付記１または２に記載のＸ線分析装置。
（付記４）
前記処理部は、前記試料支持部材及び前記試料の少なくともいずれかを透過した後の参照Ｘ線の強度を算出することにより前記試料の２次元イメージの強度を補正することを特徴とする付記２または３に記載のＸ線分析装置。
（付記５）
前記処理部は、強度補正された前記試料の２次元イメージ画像をラドン変換することにより前記試料の３次元イメージ画像を得ることを特徴とする付記４に記載のＸ線分析装置。
（付記６）
前記Ｘ線吸収部に設けられている前記参照穴は３つであることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載のＸ線分析装置。
（付記７）
複数の前記参照穴の大きさは略等しいことを特徴とする付記１から６のいずれかに記載のＸ線分析装置。
（付記８）
Ｘ線を遮蔽する基材にＸ線の透過窓と前記透過窓よりも小さく前記Ｘ線の可干渉となる位置に設けられた複数の参照穴とを有するマスク部を透過して前記Ｘ線を試料に照射する工程と、
前記Ｘ線に照射された試料により生じる散乱Ｘ線と前記参照穴を通過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムと、前記複数の参照穴を通過した参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出する工程と、
前記参照Ｘ線同士の干渉によるホログラムに基づき前記試料の３次元イメージ画像を得るための処理を行う工程と、を備えることを特徴とするＸ線分析方法。
（付記９）
試料支持部材に支持された試料により散乱された散乱Ｘ線と、３以上の参照穴より照射され前記試料支持部材を透過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムを検出器により検出する工程と、
前記ホログラムをフーリエ変換することにより、前記参照Ｘ線同士の干渉による３つ以上の干渉イメージ像の強度を取得する工程と、
前記３つ以上の干渉イメージ像の各々の強度に基づき、前記試料支持部材を透過した前記参照Ｘ線の強度を算出し、前記算出された強度に基づき補正された参照Ｘ線による前記試料の２次元イメージ画像を得る工程と、
前記試料を所定の角度回転させる度に、前記検出器により検出する工程、前記干渉イメージ像の強度を取得する工程と、前記試料の２次元イメージ画像を得る工程を行ない、前記補正された参照Ｘ線による角度ごとの前記試料の２次元イメージ画像を複数得る工程と、
前記試料の角度ごとに得られる複数の前記２次元イメージ画像をラドン変換することにより前記試料の３次元イメージ画像を得る工程と、
を有することを特徴とするＸ線分析方法。
（付記１０）
前記Ｘ線吸収部に設けられている前記参照穴は３つであることを特徴とする付記９に記載のＸ線分析方法。
（付記１１）
前記参照Ｘ線の強度の補正は、前記試料支持部材を透過した３つの前記参照Ｘ線の強度と、３つの前記干渉イメージ像の強度との関係に基づき、前記試料支持部材を透過した前記参照Ｘ線の強度を算出し、
前記試料支持部材を透過した前記参照Ｘ線の強度に基づき、前記試料支持部材を透過する前の前記参照Ｘ線の強度となるように補正するものであることを特徴とする付記１０に記載のＸ線分析方法。
（付記１２）
試料支持部材に支持された試料により散乱された散乱Ｘ線と、２つの参照穴より照射され前記試料支持部材を透過した参照Ｘ線との干渉及び、前記参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを前記検出器により検出する工程と、
前記ホログラムをフーリエ変換することにより前記参照Ｘ線同士の干渉による干渉イメージ像の強度及び２つの前記試料の２次元イメージ画像の強度を取得する工程と、
前記干渉イメージ像の強度及び２つの前記２次元イメージ画像の強度に基づき、前記試料支持部材を透過した前記参照Ｘ線の強度を算出し、前記算出された強度に基づき補正された参照Ｘ線による前記試料の２次元イメージ画像を得る工程と、
前記試料を所定の角度回転させる度に、前記検出器により検出する工程、前記干渉イメージ像の強度を取得する工程と、前記試料の２次元イメージ画像を得る工程を行ない、前記補正された参照Ｘ線による角度ごとの前記試料の２次元イメージ画像を複数得る工程と、
前記試料の角度ごとに得られる複数の２次元イメージ画像をラドン変換することにより前記試料の３次元イメージ画像を得る工程と、
を有することを特徴とするＸ線分析方法。
（付記１３）
前記参照Ｘ線の強度の補正は、前記試料支持部材を透過した２つの前記参照Ｘ線の強度及び前記試料に照射されるＸ線の強度と、前記干渉イメージ像の強度及び２つの２次元イメージ画像の強度との関係に基づき、前記試料支持部材を透過した前記参照Ｘ線の強度を算出し、
前記試料支持部材を透過した前記参照Ｘ線の強度に基づき、前記試料支持部材を透過する前の前記参照Ｘ線の強度となるように補正するものであることを特徴とする付記１２に記載のＸ線分析方法。
（付記１４）
観察用試料部に設置された試料により散乱された散乱Ｘ線と、２以上の参照穴より照射され前記試料支持部材を透過した参照Ｘ線との干渉及び前記参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出器により検出する工程と、
前記ホログラムをフーリエ変換することにより前記参照Ｘ線同士の干渉による干渉イメージ像の強度または前記試料の２次元イメージ画像の強度を取得する工程と、
前記干渉イメージ像の強度に基づき、前記観察用試料部における参照Ｘ線の吸収量を算出する工程と、
を有することを特徴とするＸ線分析方法。
【符号の説明】
【００７７】
１１ Ｘ線源
１２ Ｘ線コリメータ
１３ 検出器
１４ モノクロメータ
１５ シャッター
１６ コントローラ
１７ コンピュータ
１８ 検出器コントローラ
１９ 表示部
２０ Ｘ線吸収部
２１ 金属層
２２ Ｘ線透過窓
２３ 参照穴
２４ フレーム
２５ 試料支持部材（支持膜）
２９ 第１ステージ
３０ 観察用試料部
３１ 支持膜
３２ 試料
３９ 第２ステージ（試料回転部）
１２０ Ｘ線吸収部
１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ 参照穴
１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ 試料の２次元イメージ画像
１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃ 干渉イメージ像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線分析装置及びＸ線分析方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子やスピン等を用いたナノデバイスの開発においては、動作している状態の電子デバイスを、数十ｎｍ程度の分解能を有する分析装置及び分析方法により観察することが必要となる。このような電子デバイスの多くは、薄膜を積層した構造を有しており、このため、電子デバイスが動作している内部の領域を非破壊で観察することが望まれている。
【０００３】
一方、近年において、干渉性Ｘ線を試料に照射し、試料により散乱された散乱Ｘ線より、試料の内部構造や試料の動作等についてイメージングする技術が進んでいる。特に、フーリエホログラフィー法は、試料の近傍に参照穴を設け、参照Ｘ線と試料により生じる散乱Ｘ線とを干渉させホログラムを形成し、形成されたホログラムをフーリエ変換することにより、試料の内部構造のイメージ画像を得ることのできる方法である。これにより試料を破壊することなく、試料の内部構造のイメージ画像を容易に得ることができ、また、試料に照射されるＸ線を走査することなく、迅速に試料のイメージ画像を得ることができるという利点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２８３４７１号公報
【特許文献２】特開２００８−１９７２４０号公報
【特許文献３】特開２０１１−９９８３９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】"Lensless imaging of magnetic nanostructures by X-ray spectro-holography", S. Eisebitt et.al., Nature, v432, (2004), p.885-888
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献３等に記載されている方法において、３次元のイメージ画像を得ようとした場合、試料を回転させて複数の２次元イメージ画像を取得し、取得した２次元イメージ画像に基づきラドン変換することにより３次元イメージを得る方法が考えられる。
【０００７】
この場合、複数の２次元イメージ画像を取得する際に、試料を支持する試料支持部材はＸ線を多少なりともＸ線を吸収するため、試料支持部材及び試料に参照Ｘ線が照射されないように、試料支持部材を微細に加工する必要がある。しかしながら、試料支持部材を例えば、ミクロンオーダーで微細に加工することは極めて困難であるため、試料の３次元イメージを得ることが困難なものとなっていた。
【０００８】
よって、干渉性Ｘ線を用いたフーリエホログラフィー法において、試料を支持する試料支持部材において微細な加工を施すことなく、試料の３次元イメージ画像を容易に得ることのできるＸ線分析装置及びＸ線分析方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施の形態の一観点によれば、Ｘ線が発せられるＸ線源と、前記Ｘ線を遮蔽する基材に、前記Ｘ線が透過する透過窓と前記透過窓よりも小さく前記Ｘ線の可干渉となる位置に設けられた複数の参照穴を有するマスク部と、前記マスク部を透過したＸ線が照射される試料と、前記試料を支持する試料支持部材と、を有する観察用試料部と、前記Ｘ線が照射された試料により生じる散乱Ｘ線と前記参照穴を通過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムと、前記複数の参照穴を通過した参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出する検出器と、前記検出器により得られた前記参照Ｘ線同士の干渉によるホログラムに基づき前記試料の３次元イメージ画像を得るための処理を行う処理部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、Ｘ線を遮蔽する基材にＸ線の透過窓と前記透過窓よりも小さく前記Ｘ線の可干渉となる位置に設けられた複数の参照穴とを有するマスク部を透過して前記Ｘ線を試料に照射する工程と、前記Ｘ線に照射された試料により生じる散乱Ｘ線と前記参照穴を通過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムと、前記複数の参照穴を通過した参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出する工程と、
前記参照Ｘ線同士の干渉によるホログラムに基づき前記試料の３次元イメージ画像を得るための処理を行う工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
開示のＸ線分析装置及びＸ線分析方法によれば、試料を支持する試料支持部材において微細な加工を施すことなく、試料の３次元イメージ画像を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】比較例によるＸ線分析装置の構造図
【図２】図１に示すＸ線分析装置におけるＸ線吸収部と観察用試料部の側面図
【図３】図１に示すＸ線分析装置におけるＸ線吸収部の正面図
【図４】観察用試料部を回転させる場合の説明図（１）
【図５】観察用試料部を回転させる場合の説明図（２）
【図６】第１の実施の形態におけるＸ線吸収部の正面図
【図７】第１の実施の形態におけるＸ線分析装置の構造図
【図８】図３に示すＸ線吸収部を用いた場合に得られる２次元イメージ画像
【図９】図６に示すＸ線吸収部を用いた場合に得られる２次元イメージ画像
【図１０】第１の実施の形態におけるＸ線吸収部の説明図
【図１１】第１の実施の形態における他のＸ線分析装置の構造図
【図１２】第２の実施の形態におけるＸ線吸収部の正面図
【図１３】図１２に示すＸ線吸収部を用いた場合に得られる２次元イメージ画像
【図１４】第２の実施の形態におけるＸ線吸収部の説明図
【図１５】第３の実施の形態におけるＸ線分析方法のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１４】
〔比較例〕
最初に、図１に基づき、２次元イメージ画像を得るための比較例によるＸ線分析装置について説明する。このＸ線分析装置は、Ｘ線フーリエホログラフィー法を利用するものであり、Ｘ線源１１、モノクロメータ１４、シャッター１５、Ｘ線コリメータ１２、Ｘ線吸収部（マスク部）２０、観察用試料部３０、検出器１３等を有している。
【００１５】
Ｘ線源１１は、干渉性Ｘ線を発するものであり、具体的には、Ｘ線管球、ローター型Ｘ線光源、放射光源、軟Ｘ線レーザ、自由電子レーザ（Free Electron Laser；ＦＥＬ）等のＸ線を発生するものである。Ｘ線源１１より発せられた干渉性Ｘ線は、後述するＸ線コリメータ１２によりコリメートされ、Ｘ線吸収部２０及び観察対象となる観察用試料部３０に照射される。
【００１６】
モノクロメータ１４は、Ｘ線の波長を略均一にするためのものであり、Ｘ線源１１からのＸ線を単色化するものである。
【００１７】
シャッター１５は、Ｘ線を透過しない金属材料等により形成されており、開閉により、検出器１３による計測時以外におけるＸ線を遮断することができる。
【００１８】
Ｘ線コリメータ１２は、試料領域以外のＸ線を遮蔽するためのものである。
【００１９】
検出器１３は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の２次元のイメージングデバイス（撮像デバイス）により形成されており、後述する試料３２により生じた散乱Ｘ線と参照穴２３から入射したＸ線との干渉により形成されるホログラムを検出するものである。尚、検出器１３は、２次元のイメージングデバイス以外でも、１次元の撮像デバイスを走査させるものであってもよい。
【００２０】
Ｘ線吸収部２０は、第１ステージ２９に設置されており、第１ステージ２９によりＸ線吸収部２０をＸ軸方向、Ｙ軸方向の２次元に移動させることが可能である。
【００２１】
観察用試料部３０は、第２ステージ３９に設置されており、第２ステージ３９により、観察用試料部３０を回転させることにより、試料３２を所定の方位となるようにすることができる。また、第２ステージ３９は、観察用試料部３０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３次元に移動させることが可能である。尚、後述する本発明における実施の形態では、第２ステージ３９を試料回転部と記載する場合がある。
【００２２】
また、Ｘ線源１１、シャッター１５、Ｘ線コリメータ１２、第１ステージ２９及び第２ステージ３９はコントローラ１６を介し、処理部となるコンピュータ１７に接続されており、コントローラ１６を介し各々の制御が行われる。検出器１３は、検出器コントローラ１８を介しコンピュータ１７に接続されており、検出器１３において得られたホログラムに基づき、コンピュータ１７においてフーリエ変換を行う。これにより試料３２における内部構造のイメージ画像を得ることができ、コンピュータ１７の表示部１９において試料３２における内部構造のイメージ画像を表示することができる。
【００２３】
図２に示すように、このＸ線分析装置では、Ｘ線吸収部２０と観察用試料部３０とは分離して形成されている。Ｘ線吸収部２０には、図３にも示されるように、Ｘ線を透過しないＡｕ、Ｐｔ等により形成される金属層２１に、一辺が約２μｍの略正方形状のＸ線透過窓２２と、直径が約０．０５μｍの略円形の形状の参照穴２３が形成されている。Ｘ線透過窓２２と参照穴２３との相対的な位置は、Ｘ線源１１より照射されるＸ線可干渉距離を考慮した最適な位置に設けられている。観察用試料部３０には、Ｘ線を透過するＳｉＮ、ＳｉＣ、有機材料等により形成される試料支持部材３１となる支持膜上に観察対象となる試料３２が設置されている。
【００２４】
図８は、図３に示す１つの参照穴２３が設けられたＸ線吸収部２０を用いて得られたホログラムをフーリエ変換した画像であり、試料３２の２次元イメージ画像５２が得られる。
【００２５】
図１に示すＸ線分析装置において、試料３２の３次元イメージ画像を得るため、観察用試料部３０を回転させた場合、回転させることにより参照Ｘ線が透過する試料支持部材３１の距離が変化するため、試料支持部材３１を透過した参照Ｘ線の強度が変化する。即ち、参照Ｘ線は試料支持部材３１を透過することにより弱められるが、参照Ｘ線が試料支持部材３１を透過する距離が変化することによりＸ線の吸収量が変化するため、回転させることにより観察用試料部３０から出る参照Ｘ線の強度が変化してしまう。このため連続性のある２次元イメージ画像を得ることができない。
【００２６】
このことを、より詳細に図４に基づき説明する。図４に示すように、例えば、観察用試料部３０を図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）の順に回転させた場合、観察用試料部３０には、Ｘ線吸収部２０におけるＸ線透過窓２２を通ったＸ線２２ｘ０と、参照穴２３を通った参照Ｘ線２３ｘ０とが照射される。参照Ｘ線２３ｘ０は、試料支持部材３１を透過することにより強度が弱まり、参照Ｘ線２３ｘとなるが、観察用試料部３０を回転させた場合、参照Ｘ線２３ｘの強度は変化する。即ち、観察用試料部３０を回転させることにより、照射された参照Ｘ線が試料支持部材３１を透過する距離が変化するため、これにより試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線２３ｘの強度は変化する。従って、Ｘ線２２ｘ０が試料３２により散乱された散乱Ｘ線２２ｘと参照Ｘ線２３ｘとの干渉によるホログラムにより得られる２次元イメージ画像は、参照Ｘ線２３ｘの強度が変化しているため連続性がない。このように連続性のない２次元イメージ画像では、ラドン変換による３次元イメージ画像を得ることはできない。ここで、ラドン（Radon）変換とは、Ｘ線ＣＴ等において用いられる方法であり、複数の２次元画像データに基づき、３次元画像データを得ることのできる方法である。
【００２７】
尚、図５に示すように、観察用試料部３０における試料支持部材３１を小さく形成し、参照Ｘ線２３ｘ０が試料支持部材３１に照射されないようにすることも可能であるが、前述したように、試料支持部材３１を小さくする微細加工は極めて困難であり実用的ではない。
【００２８】
〔第１の実施の形態〕
（Ｘ線分析装置）
次に、本発明のおける第１の実施の形態におけるＸ線分析装置について説明する。本実施の形態におけるＸ線分析装置は、図６に示すＸ線吸収部１２０を用いたものであり、図７に示すように、図１に示すＸ線吸収部２０に代えてＸ線吸収部１２０を設置したものである。本実施の形態におけるＸ線分析装置におけるＸ線吸収部１２０には、Ｘ線透過窓２２と３つの参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃが設けられている。尚、Ｘ線吸収部１２０は、Ｘ線吸収部２０と同様の材料で形成されており、参照穴１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｃは、Ｘ線吸収部２０における参照穴２３と同様に形成されている。また、３つの参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃは全て略同じ大きさで形成されている。
【００２９】
図９は、図６に示す３つの参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃが設けられたＸ線吸収部１２０、即ち、本実施の形態におけるＸ線分析装置に用いられるＸ線吸収部を用いて得られたホログラムをフーリエ変換した画像である。
【００３０】
図９に示す場合では、試料３２の２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃの他、参照Ｘ線同士の干渉による干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃが得られる。
【００３１】
Ｘ線吸収部１２０について、図１０に基づき、より詳細に説明する。Ｘ線吸収部１２０は、Ｘ線透過窓２２の他に、３つの参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃを有している。これらの参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃを通過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０、１２３ｘｃ０は、試料支持部材３１を透過することにより弱められ参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃとなる。この参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃと試料３２により散乱された散乱Ｘ線２２ｘａとが干渉することにより、図９に示されるように、試料３２の２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃとなるホログラムが形成される。また、参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃ同士が干渉することにより、図９に示されるように、干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃとなるホログラムが形成される。
【００３２】
本実施の形態では、干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃの強度に基づき試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃを算出し、参照Ｘ線の強度補正を行なう。具体的には、試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度に基づき参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０、１２３ｘｃ０となるように補正をする。この場合、予め参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０、１２３ｘｃ０の強度は測定されているものとする。また、試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度に基づき参照Ｘ線の強度を各々一定の値となるように規格化してもよい。これにより、試料３２を回転させた場合においても、連続性を有する複数の２次元イメージ画像を得ることができる。このようにして得られた連続性を有する複数の２次元イメージ画像に基づきラドン変換することにより、試料３２の３次元イメージ画像を得ることができる。
【００３３】
次に、干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃに基づき、試料支持部材３１を通過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度を得る方法について説明する。
【００３４】
本実施の形態において、参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度を算出する際には、数１に示すフレネル・キルヒホッフの回折積分式（M. Born and E. Wolf, Principles of optics, 6th ed., Pergamon Press, Oxford, 1987）を用いる。尚、Ｘ線の出射位置（ｘ１、ｙ１、０）における電場をＥ１とし、検出器１３における検出位置（ｘ２、ｙ２、ｚ）における電場をＥ２とする。尚、電場Ｅ１、Ｅ２の２乗がＸ線強度となる。
【００３５】
【数１】
【００３６】
上記の数１に示す式により、下記に示す３つの干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃに対応する数２から数４に示す３つの式を得ることができる。尚、｜Ｅ２ＡＢ｜２をフーリエ変換することにより干渉イメージ像１５３ａｂが得られ、｜Ｅ２ＢＣ｜２をフーリエ変換することにより干渉イメージ像１５３ｂｃが得られ、｜Ｅ２ＡＣ｜２をフーリエ変換することにより干渉イメージ像１５３ａｃが得られる。また、座標位置（ｘ１Ａ、ｙ１Ａ、０）における参照Ｘ線１２３ｘａの電場をＥ１Ａとし、座標位置（ｘ１Ｂ、ｙ１Ｂ、０）における参照Ｘ線１２３ｘｂの電場をＥ１Ｂとし、座標位置（ｘ１Ｃ、ｙ１Ｃ、０）における参照Ｘ線１２３ｘｃの電場をＥ１Ｃとする。上述のとおり、｜Ｅ２ＡＢ｜２、｜Ｅ２ＢＣ｜２、｜Ｅ２ＡＣ｜２をフーリエ変換することにより各々の干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃが得られるため、電場Ｅ２ＡＢ、Ｅ２ＢＣ、Ｅ２ＡＣは知ることができる。従って、数２から数４に示す式において、未知数は３つの電場Ｅ１Ａ、Ｅ１Ｂ、Ｅ１Ｃとなり、未知数となる３つの電場Ｅ１Ａ、Ｅ１Ｂ、Ｅ１Ｃは、数２から数４に示す３つの連立方程式より算出することができる。
【００３７】
尚、座標位置（ｘ１Ａ、ｙ１Ａ、０）、（ｘ１Ｂ、ｙ１Ｂ、０）、（ｘ１Ａ、ｙ１Ａ、０）は、試料支持部材３１を透過した直後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃにおける座標位置を示す。また、（ｘ２Ｈ、ｙ２Ｈ、ｚ）は、受光器１３において検出されるホログラムの座標位置を示す。
【００３８】
【数２】
【００３９】
【数３】
【００４０】
【数４】
【００４１】
数２から数４に示す式に基づき、電場Ｅ１Ａ、Ｅ１Ｂ、Ｅ１Ｃを算出し、これに基づき、参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度を算出することができる。更に、この算出された参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度に基づき、参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０、１２３ｘｃ０となるように補正をすることにより、連続性を有する試料３２の２次元イメージ画像を得ることができる。このようにして得られる連続性を有する複数の２次元イメージ画像をラドン変換することにより試料３２の３次元イメージ画像を得ることができる。これらの処理については、処理部となるコンピュータ１７等において行なわれる。
【００４２】
尚、本実施の形態では、参照穴が３つの場合について説明したが、参照穴を３以上設けてもよい。例えば、参照穴が４つ設けた場合には、参照Ｘ線同士の干渉イメージ像は６種類発生するため６つの式が得られ、参照穴が５つ設けた場合には、参照Ｘ線同士の干渉イメージ像は１０種類発生するため１０個の式を導くことができる。このため、参照穴が４以上の場合では、参照穴の数よりも、参照Ｘ線同士の干渉イメージ像により得られる式の方が多いため、試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線の強度を各々算出することができる。
【００４３】
以上より、本実施の形態では、試料支持部材３１を微細に加工することなく試料３２の３次元イメージ画像を容易に得ることができる。
【００４４】
（他のＸ線分析装置）
また、本実施の形態におけるＸ線分析装置の変形例としては、図１１に示す構造のものであってもよい。図１１に示すＸ線分析装置は、Ｘ線源１１より連続Ｘ線を出射するものであり、Ｘ線源１１より出射された連続Ｘ線はモノクロメータ１６１により単色化される。単色化されたＸ線は、コヒーレンスフィルタとして機能するピンホール１６２を通った後、Ｘ線吸収部１２０に照射される。Ｘ線源１１から出射されるＸ線は干渉性の高いＸ線が好ましく、例えば、放射光Ｘ線が好ましい。また、ピンホール１６２は、開口が数μｍ〜２０μｍφであるものが好ましい。Ｘ線吸収部１２０は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｗ、Ｔａ等の原子番号が大きく、高密度な材料の膜により形成されており、この膜に、Ｘ線透過窓２２と３つの参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃが設けられている。
【００４５】
Ｘ線吸収部１２０におけるＸ線透過窓２２を通ったＸ線は、観察用試料部３０における試料３２に照射される。観察用試料部３０は、試料回転部となるステージ４０に設置されており、観察用試料部３０を回転させ所定の角度とすることができる。観察用試料部３０において散乱された散乱Ｘ線と３つの参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃを通った参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃは干渉し、検出部１３においてホログラムが形成される。
【００４６】
ここで、ＳｉとＡｕについて、７００ｅＶのエネルギーのＸ線における１μｍの厚さのＸ線透過率を比較すると、Ｓｉは３×１０−１であるのに対し、Ａｕは２×１０−８であり、Ａｕの方が効率よくＸ線を遮蔽することができる。尚、Ｓｉは原子番号が１４で密度が２．３（ｇ／ｃｍ３）であり、Ａｕは原子番号が７９で密度が１９．３（ｇ／ｃｍ３）である。
【００４７】
また、Ｘ線吸収部１２０の厚さは、軟Ｘ線を用いる場合には０．５〜２μｍ程度が好ましく、硬Ｘ線を用いる場合には１〜１０μｍ程度が好ましい。Ｘ線吸収部１２０の厚さは、薄すぎるとＸ線を十分遮蔽することができず、厚すぎると参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃを形成することが困難となり、イメージ画像の空間分解能が低下する。参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃはすべて同じ大きさで形成されていることが好ましく、０．０５〜０．３μｍφ程度が好ましい。
【００４８】
尚、ステージ４０等により、観察用試料部３０はＸ線吸収部１２０に対し相対的に移動させることが可能であり、所望の領域の２次元イメージ画像を得ることができる。
【００４９】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、Ｘ線吸収部に２つの参照穴を設けた構造のものである。
【００５０】
本実施の形態におけるＸ線吸収部について、図１２に基づき説明する。本実施の形態におけるＸ線吸収部２２０には、Ｘ線透過窓２２と２つの参照穴１２３ａ、１２３ｂが設けられている。尚、Ｘ線吸収部２２０は、Ｘ線吸収部２０と同様の材料で形成されており、参照穴１２３ａ及び１２３ｂは、Ｘ線吸収部２０における参照穴２３と同様に形成されている。また、２つの参照穴１２３ａ、１２３ｂは略同じ大きさで形成されている。本実施の形態におけるＸ線分析装置は、第１の実施の形態におけるＸ線分析装置において、Ｘ線吸収部１２０に代えて、Ｘ線吸収部２２０を設置したものである。
【００５１】
図１３は、図１２に示す２つの参照穴１２３ａ、１２３ｂが設けられたＸ線吸収部２２０、即ち、本実施の形態におけるＸ線分析装置に用いられるＸ線吸収部２２０を用いて得られたホログラムをフーリエ変換した画像である。
【００５２】
図１３に示す場合では、試料３２の２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂの他、参照Ｘ線同士の干渉による干渉イメージ像１５３ａｂが得られる。
【００５３】
Ｘ線吸収部２２０について、図１４に基づき、より詳細に説明する。Ｘ線吸収部１２０は、Ｘ線透過窓２２の他に、２つの参照穴１２３ａ、１２３ｂを有している。これらの参照穴１２３ａ、１２３ｂを通過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０は、試料支持部材３１を透過することにより弱められ参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂとなる。この参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂと試料３２により散乱された散乱Ｘ線２２ｘａとが干渉することにより、図１３に示されるように、試料３２の２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂとなるホログラムが形成される。また、参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ同士が干渉することにより、図１３に示されるように、干渉イメージ像１５３ａｂが形成される。
【００５４】
本実施の形態では、２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂ及び干渉イメージ像１５３ａｂの強度に基づき試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂを算出し、参照Ｘ線の強度補正を行なう。具体的には、試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂの強度に基づき参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０となるように補正をする。この場合、参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０の強度は、予め測定されているものとする。また、試料支持部材３１を透過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂの強度に基づき参照Ｘ線の強度を各々一定の値となるように規格化してもよい。これにより、試料３２を回転させた場合においても、連続性を有する複数の２次元イメージ画像を得ることができる。このようにして得られた連続性を有する複数の２次元イメージ画像に基づきラドン変換することにより、試料３２の３次元イメージ画像を得ることができる。
【００５５】
次に、２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂ及び干渉イメージ像１５３ａｂに基づき、試料支持部材３１を通過した後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂの強度を得る方法について説明する。
【００５６】
前述した数１に示す式により、干渉イメージ像１５３ａｂ及び２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂに対応する下記の数５から数７に示す３つの式を得ることができる。尚、｜Ｅ２ＡＢ｜２をフーリエ変換することにより干渉イメージ像１５３ａｂが得られ、｜Ｅ２Ａ０｜２をフーリエ変換することにより２次元イメージ画像１５２ａが得られ、｜Ｅ２Ｂ０｜２をフーリエ変換することにより２次元イメージ画像１５２ｂが得られる。また、座標位置（ｘ１Ａ、ｙ１Ａ、０）における参照Ｘ線１２３ｘａの電場をＥ１Ａとし、座標位置（ｘ１Ｂ、ｙ１Ｂ、０）における参照Ｘ線１２３ｘｂの電場をＥ１Ｂとし、座標位置（ｘ１０、ｙ１０、０）における散乱Ｘ線２２ｘの電場をＥ１０とする。上述のとおり、電場Ｅ２ＡＢ、Ｅ２Ａ０、Ｅ２Ｂ０をフーリエ変換することにより、干渉イメージ像１５３ａｂ、２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂが得られることから、｜Ｅ２ＡＢ｜２、｜Ｅ２Ａ０｜２、｜Ｅ２Ｂ０｜２は知ることができる。よって、数５から数７に示す式において、未知数は３つの電場Ｅ１Ａ、Ｅ１Ｂ、Ｅ１０となり、未知数となる３つの電場Ｅ１Ａ、Ｅ１Ｂ、Ｅ１０は、数５から数７に示す３つの連立方程式より算出することができる。
【００５７】
尚、座標位置（ｘ１Ａ、ｙ１Ａ、０）、（ｘ１Ｂ、ｙ１Ｂ、０）、（ｘ１０、ｙ１０、０）は、試料支持部材３１を透過した直後の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ及び散乱Ｘ線２２ｘにおける座標位置を示す。また、（ｘ２Ｈ、ｙ２Ｈ、ｚ）は、受光器１３において検出されるホログラムの座標位置を示す。
【００５８】
【数５】
【００５９】
【数６】
【００６０】
【数７】
【００６１】
数５、数６、数７に示す式に基づき、電場Ｅ１Ａ、Ｅ１Ｂ、Ｅ１０を算出し、これに基づき、参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂの強度を算出することができる。更に、この算出された参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂの強度に基づき、参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０となるように補正をすることにより、連続性を有する試料３２の２次元イメージ画像を得ることができる。このようにして得られる連続性を有する複数の２次元イメージ画像をラドン変換することにより試料３２の３次元イメージ画像を得ることができる。
【００６２】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００６３】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態におけるＸ線分析装置を用いて、試料３２の３次元イメージ画像を得るＸ線分析方法である。図１５に基づき本実施の形態におけるＸ線分析方法について説明する。
【００６４】
最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、初期設定を行なう。本実施の形態では、試料３２の複数の２次元イメージ画像をラドン変換することにより、試料３２の３次元イメージ画像を得るものである。よって、取得される２次元イメージ画像の数をカウントするカウンタの値ｎを最初にｎ＝１として設定する。
【００６５】
次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）において、試料３２にＸ線を照射し、試料３２により散乱された散乱Ｘ線と複数の参照穴を通った参照Ｘ線による干渉により生じたホログラムを検出器１３により検出する。この際、参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出器１３により検出する。例えば、参照穴１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃを通過した参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０、１２３ｘｃ０は、試料支持部材３１を透過し参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃとなり、散乱Ｘ線と干渉する。この際、参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃ同士も干渉する。
【００６６】
次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）において、検出器１３により検出されたホログラムをフーリエ変換する。
【００６７】
次に、ステップ１０８（Ｓ１０８）において、フーリエ変換により得られた３つの干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃの強度を取得する。
【００６８】
次に、ステップ１１０（Ｓ１１０）において、例えば３つの干渉イメージ像１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃの強度及び数２から数４に示す式に基づき各々の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度を算出する。このように算出された参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂ、１２３ｘｃの強度に基づき、参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０、１２３ｘｃ０となるように補正をする。尚、予め参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０、１２３ｘｃ０の強度は測定されているものとする。また、この際、試料支持部材３１において吸収された参照Ｘ線の吸収量も同時に知ることができる。
【００６９】
次に、ステップ１１２（Ｓ１１２）において、補正された参照Ｘ線１２３ｘａ０等に基づき、２次元イメージ画像を取得する。この２次元イメージ画像は、参照Ｘ線が試料支持部材３１を透過していない状態において得られる２次元イメージ画像と同様のものである。
【００７０】
次に、ステップ１１４（Ｓ１１４）において、観察用試料部３０を第２ステージ３９等により、試料３２を所定の角度回転させることにより、試料３２が所定の方位となるようにする。回転させる角度は、例えば、取得される２次元イメージ画像の数をＮである場合、２π／Ｎである。
【００７１】
次に、ステップ１１６（Ｓ１１６）において、ｎに１を加える。
【００７２】
次に、ステップ１１８（Ｓ１１８）において、ｎの値がＮよりも小さいか否かが判断される。上述したように、Ｎは角度を変えながら取得される２次元イメージ画像の数である。ｎの値がＮよりも小さいと判断された場合には、ステップ１０４に移行する。ｎの値がＮよりも小さいくないと判断された場合、即ち、ｎの値がＮ以上であると判断された場合には、ステップ１２０に移行する。
【００７３】
次に、ステップ１２０（Ｓ１２０）において、試料３２の角度を変えて得られたＮ個の２次元イメージ画像をラドン変換することにより、試料３２の３次元イメージ画像を取得する。
【００７４】
以上により、本実施の形態におけるＸ線分析方法により、試料３２の３次元イメージ画像を得ることができる。尚、本実施の形態は、第２の実施の形態についても適用することができる。この場合、干渉イメージ像１５３ａｂの強度と２つの２次元イメージ画像１５２ａ、１５２ｂの強度及び数５から数７に示す式に基づき各々の参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂの強度を算出する。このように算出された参照Ｘ線１２３ｘａ、１２３ｘｂの強度に基づき、開口穴１２３ａ、１２３ｂを透過した直後の参照Ｘ線１２３ｘａ０、１２３ｘｂ０の強度を補正する。
【００７５】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。例えば、上述した実施の形態では、試料支持部材による参照Ｘ線の吸収により３次元イメージ取得が困難となる場合を例示して説明したが、試料支持部材上に搭載された試料による参照Ｘ線の吸収により３次元イメージ化が困難となる場合においても本発明の適用が可能である。
【００７６】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
Ｘ線が発せられるＸ線源と、
前記Ｘ線を遮蔽する基材に、前記Ｘ線が透過する透過窓と前記透過窓よりも小さく前記Ｘ線の可干渉となる位置に設けられた複数の参照穴を有するマスク部と、
前記マスク部を透過したＸ線が照射される試料と、前記試料を支持する試料支持部材と、を有する観察用試料部と、
前記Ｘ線が照射された試料により生じる散乱Ｘ線と前記参照穴を通過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムと、前記複数の参照穴を通過した参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出する検出器と、
前記検出器により得られた前記参照Ｘ線同士の干渉によるホログラムに基づき前記試料の３次元イメージ画像を得るための処理を行う処理部と、
を備えることを特徴とするＸ線分析装置。
（付記２）
前記処理部は、前記複数の参照穴からの参照Ｘ線同士の干渉による干渉イメージ像の強度に基づき、前記試料支持部材及び前記試料の少なくともいずれかを透過した後の参照Ｘ線の強度を算出することを特徴とする付記１に記載のＸ線分析装置。
（付記３）
前記試料を所定の角度回転させる試料回転部を備え、
前記試料回転部により前記試料を回転させ、所定の角度ごとの複数の前記試料の２次元イメージ画像を得ることを特徴とする付記１または２に記載のＸ線分析装置。
（付記４）
前記処理部は、前記試料支持部材及び前記試料の少なくともいずれかを透過した後の参照Ｘ線の強度を算出することにより前記試料の２次元イメージの強度を補正することを特徴とする付記２または３に記載のＸ線分析装置。
（付記５）
前記処理部は、強度補正された前記試料の２次元イメージ画像をラドン変換することにより前記試料の３次元イメージ画像を得ることを特徴とする付記４に記載のＸ線分析装置。
（付記６）
前記Ｘ線吸収部に設けられている前記参照穴は３つであることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載のＸ線分析装置。
（付記７）
複数の前記参照穴の大きさは略等しいことを特徴とする付記１から６のいずれかに記載のＸ線分析装置。
（付記８）
Ｘ線を遮蔽する基材にＸ線の透過窓と前記透過窓よりも小さく前記Ｘ線の可干渉となる位置に設けられた複数の参照穴とを有するマスク部を透過して前記Ｘ線を試料に照射する工程と、
前記Ｘ線に照射された試料により生じる散乱Ｘ線と前記参照穴を通過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムと、前記複数の参照穴を通過した参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出する工程と、
前記参照Ｘ線同士の干渉によるホログラムに基づき前記試料の３次元イメージ画像を得るための処理を行う工程と、を備えることを特徴とするＸ線分析方法。
（付記９）
試料支持部材に支持された試料により散乱された散乱Ｘ線と、３以上の参照穴より照射され前記試料支持部材を透過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムを検出器により検出する工程と、
前記ホログラムをフーリエ変換することにより、前記参照Ｘ線同士の干渉による３つ以上の干渉イメージ像の強度を取得する工程と、
前記３つ以上の干渉イメージ像の各々の強度に基づき、前記試料支持部材を透過した前記参照Ｘ線の強度を算出し、前記算出された強度に基づき補正された参照Ｘ線による前記試料の２次元イメージ画像を得る工程と、
前記試料を所定の角度回転させる度に、前記検出器により検出する工程、前記干渉イメージ像の強度を取得する工程と、前記試料の２次元イメージ画像を得る工程を行ない、前記補正された参照Ｘ線による角度ごとの前記試料の２次元イメージ画像を複数得る工程と、
前記試料の角度ごとに得られる複数の前記２次元イメージ画像をラドン変換することにより前記試料の３次元イメージ画像を得る工程と、
を有することを特徴とするＸ線分析方法。
（付記１０）
前記Ｘ線吸収部に設けられている前記参照穴は３つであることを特徴とする付記９に記載のＸ線分析方法。
（付記１１）
前記参照Ｘ線の強度の補正は、前記試料支持部材を透過した３つの前記参照Ｘ線の強度と、３つの前記干渉イメージ像の強度との関係に基づき、前記試料支持部材を透過した前記参照Ｘ線の強度を算出し、
前記試料支持部材を透過した前記参照Ｘ線の強度に基づき、前記試料支持部材を透過する前の前記参照Ｘ線の強度となるように補正するものであることを特徴とする付記１０に記載のＸ線分析方法。
（付記１２）
試料支持部材に支持された試料により散乱された散乱Ｘ線と、２つの参照穴より照射され前記試料支持部材を透過した参照Ｘ線との干渉及び、前記参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを前記検出器により検出する工程と、
前記ホログラムをフーリエ変換することにより前記参照Ｘ線同士の干渉による干渉イメージ像の強度及び２つの前記試料の２次元イメージ画像の強度を取得する工程と、
前記干渉イメージ像の強度及び２つの前記２次元イメージ画像の強度に基づき、前記試料支持部材を透過した前記参照Ｘ線の強度を算出し、前記算出された強度に基づき補正された参照Ｘ線による前記試料の２次元イメージ画像を得る工程と、
前記試料を所定の角度回転させる度に、前記検出器により検出する工程、前記干渉イメージ像の強度を取得する工程と、前記試料の２次元イメージ画像を得る工程を行ない、前記補正された参照Ｘ線による角度ごとの前記試料の２次元イメージ画像を複数得る工程と、
前記試料の角度ごとに得られる複数の２次元イメージ画像をラドン変換することにより前記試料の３次元イメージ画像を得る工程と、
を有することを特徴とするＸ線分析方法。
（付記１３）
前記参照Ｘ線の強度の補正は、前記試料支持部材を透過した２つの前記参照Ｘ線の強度及び前記試料に照射されるＸ線の強度と、前記干渉イメージ像の強度及び２つの２次元イメージ画像の強度との関係に基づき、前記試料支持部材を透過した前記参照Ｘ線の強度を算出し、
前記試料支持部材を透過した前記参照Ｘ線の強度に基づき、前記試料支持部材を透過する前の前記参照Ｘ線の強度となるように補正するものであることを特徴とする付記１２に記載のＸ線分析方法。
（付記１４）
観察用試料部に設置された試料により散乱された散乱Ｘ線と、２以上の参照穴より照射され前記試料支持部材を透過した参照Ｘ線との干渉及び前記参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出器により検出する工程と、
前記ホログラムをフーリエ変換することにより前記参照Ｘ線同士の干渉による干渉イメージ像の強度または前記試料の２次元イメージ画像の強度を取得する工程と、
前記干渉イメージ像の強度に基づき、前記観察用試料部における参照Ｘ線の吸収量を算出する工程と、
を有することを特徴とするＸ線分析方法。
【符号の説明】
【００７７】
１１ Ｘ線源
１２ Ｘ線コリメータ
１３ 検出器
１４ モノクロメータ
１５ シャッター
１６ コントローラ
１７ コンピュータ
１８ 検出器コントローラ
１９ 表示部
２０ Ｘ線吸収部
２１ 金属層
２２ Ｘ線透過窓
２３ 参照穴
２４ フレーム
２５ 試料支持部材（支持膜）
２９ 第１ステージ
３０ 観察用試料部
３１ 支持膜
３２ 試料
３９ 第２ステージ（試料回転部）
１２０ Ｘ線吸収部
１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ 参照穴
１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ 試料の２次元イメージ画像
１５３ａｂ、１５３ｂｃ、１５３ａｃ 干渉イメージ像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線が発せられるＸ線源と、
前記Ｘ線を遮蔽する基材に、前記Ｘ線が透過する透過窓と前記透過窓よりも小さく前記Ｘ線の可干渉となる位置に設けられた複数の参照穴を有するマスク部と、
前記マスク部を透過したＸ線が照射される試料と、前記試料を支持する試料支持部材と、を有する観察用試料部と、
前記Ｘ線が照射された試料により生じる散乱Ｘ線と前記参照穴を通過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムと、前記複数の参照穴を通過した参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出する検出器と、
前記検出器により得られた前記参照Ｘ線同士の干渉によるホログラムに基づき前記試料の３次元イメージ画像を得るための処理を行う処理部と、
を備えることを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記複数の参照穴からの参照Ｘ線同士の干渉による干渉イメージ像の強度に基づき、前記試料支持部材及び前記試料の少なくともいずれかを透過した後の参照Ｘ線の強度を算出することを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析装置。
【請求項３】
前記試料を所定の角度回転させる試料回転部を備え、
前記試料回転部により前記試料を回転させ、所定の角度ごとの複数の前記試料の２次元イメージ画像を得ることを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線分析装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記試料支持部材及び前記試料の少なくともいずれかを透過した後の参照Ｘ線の強度を算出することにより前記試料の２次元イメージの強度を補正することを特徴とする請求項２または３に記載のＸ線分析装置。
【請求項５】
前記処理部は、強度補正された前記試料の２次元イメージ画像をラドン変換することにより前記試料の３次元イメージ画像を得ることを特徴とする請求項４に記載のＸ線分析装置。
【請求項６】
Ｘ線を遮蔽する基材にＸ線の透過窓と前記透過窓よりも小さく前記Ｘ線の可干渉となる位置に設けられた複数の参照穴とを有するマスク部を透過して前記Ｘ線を試料に照射する工程と、
前記Ｘ線に照射された試料により生じる散乱Ｘ線と前記参照穴を通過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムと、前記複数の参照穴を通過した参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出する工程と、
前記参照Ｘ線同士の干渉によるホログラムに基づき前記試料の３次元イメージ画像を得るための処理を行う工程と、を備えることを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項１】
Ｘ線が発せられるＸ線源と、
前記Ｘ線を遮蔽する基材に、前記Ｘ線が透過する透過窓と前記透過窓よりも小さく前記Ｘ線の可干渉となる位置に設けられた複数の参照穴を有するマスク部と、
前記マスク部を透過したＸ線が照射される試料と、前記試料を支持する試料支持部材と、を有する観察用試料部と、
前記Ｘ線が照射された試料により生じる散乱Ｘ線と前記参照穴を通過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムと、前記複数の参照穴を通過した参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出する検出器と、
前記検出器により得られた前記参照Ｘ線同士の干渉によるホログラムに基づき前記試料の３次元イメージ画像を得るための処理を行う処理部と、
を備えることを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記複数の参照穴からの参照Ｘ線同士の干渉による干渉イメージ像の強度に基づき、前記試料支持部材及び前記試料の少なくともいずれかを透過した後の参照Ｘ線の強度を算出することを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析装置。
【請求項３】
前記試料を所定の角度回転させる試料回転部を備え、
前記試料回転部により前記試料を回転させ、所定の角度ごとの複数の前記試料の２次元イメージ画像を得ることを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線分析装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記試料支持部材及び前記試料の少なくともいずれかを透過した後の参照Ｘ線の強度を算出することにより前記試料の２次元イメージの強度を補正することを特徴とする請求項２または３に記載のＸ線分析装置。
【請求項５】
前記処理部は、強度補正された前記試料の２次元イメージ画像をラドン変換することにより前記試料の３次元イメージ画像を得ることを特徴とする請求項４に記載のＸ線分析装置。
【請求項６】
Ｘ線を遮蔽する基材にＸ線の透過窓と前記透過窓よりも小さく前記Ｘ線の可干渉となる位置に設けられた複数の参照穴とを有するマスク部を透過して前記Ｘ線を試料に照射する工程と、
前記Ｘ線に照射された試料により生じる散乱Ｘ線と前記参照穴を通過した参照Ｘ線との干渉により生じたホログラムと、前記複数の参照穴を通過した参照Ｘ線同士の干渉により生じたホログラムを検出する工程と、
前記参照Ｘ線同士の干渉によるホログラムに基づき前記試料の３次元イメージ画像を得るための処理を行う工程と、を備えることを特徴とするＸ線分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−１９８１４（Ｐ２０１３−１９８１４Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５４２７８（Ｐ２０１１−１５４２７８）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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