Ｘ線顕微鏡及びＸ線を用いた顕微方法。
【課題】本発明はＸ線顕微鏡及びＸ線を用いた顕微方法に関し、Ｘ線画像の分解能を向上させることができるＸ線顕微鏡及びＸ線を用いた顕微方法を提供することを目的としている。
【解決手段】電子ビームＥＢを集束して照射する電子ビーム照射手段と、該電子ビーム照射手段からの集束電子ビームの照射に応じてＸ線発生源となる薄膜１１と、該薄膜１１の第１の面に照射された集束電子ビームによって該薄膜１１から発生するＸ線１３を検出するＸ線検出手段８とを有し、前記薄膜１１の第２の面に接して配置された試料７を透過したＸ線１３を前記Ｘ線検出手段８により検出するように構成する。
【解決手段】電子ビームＥＢを集束して照射する電子ビーム照射手段と、該電子ビーム照射手段からの集束電子ビームの照射に応じてＸ線発生源となる薄膜１１と、該薄膜１１の第１の面に照射された集束電子ビームによって該薄膜１１から発生するＸ線１３を検出するＸ線検出手段８とを有し、前記薄膜１１の第２の面に接して配置された試料７を透過したＸ線１３を前記Ｘ線検出手段８により検出するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線顕微鏡及びＸ線を用いた顕微方法に関し、更に詳しくは試料とＸ線源を接近させることで分解能を向上させることができるようにしたＸ線顕微鏡及びＸ線を用いた顕微方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３は従来装置の構成例を示す図である。電子銃１から照射された電子ビーム（電子線ともいう）ＥＢは、続く集束レンズ２で集束された後、偏向コイル３で電子ビームＥＢの入射位置を調節し、Ｘ線源４に入射させる。これにより、Ｘ線源４から発生したＸ線５を試料台６に載せられた試料７に照射させる。
【０００３】
試料７を透過したＸ線５を後方に配置されているＸ線検出器８にて検出し、検出したＸ線画像に所定の画像処理を施して透過像を得ることができる。図中の１０は電子銃１，集束レンズ２，偏向コイル３をその内部にもつチャンバ（鏡筒ともいう）であり、該チャンバ１０内に前記した各構成要素が取り付けられる。１０ａは、真空排気用の開口である。この開口１０ａからイオンポンプ等でチャンバ１０内を排気して、所定の圧力の真空状態を作り出す。
【０００４】
従来のこの種の装置としては、超高分解能で且つ非常に短時間での非破壊検査が可能であると共に、高精度の電子プローブ制御機能、ＣＴ機能、元素分析機能、ターゲット切り替え機能などの優れた機能を搭載したＸ線顕微検査装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、試料表面に形成したＸ線ターゲットに微小走査電子ビームを照射し、発生したＸ線を試料を透過させ、透過したＸ線を２次元のＸ線検出器で検知し、画像化するようにしたＸ線顕微鏡が知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９９８５５６号公報（段落００３１〜００４０、図４）
【特許文献２】ＷＯ２００７／１４１８６８号公報（段落０００７、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
Ｘ線顕微鏡を高分解能化するためには、以下の工夫が必要になる。
１）発生領域が小さく、高強度のＸ線が必要である。
２）試料とＸ線源との距離を近付ける。
【０００８】
これに対して１）は電子ビームを集束させて薄膜のＸ線源に照射することで実現される。そのため、現状では、試料とＸ線源との距離をどれだけ近付けることができるかにより分解能が決まる。
【０００９】
特許文献２では試料にＸ線源を蒸着することで、試料とＸ線源接触させて高分解能化を可能にしている。ところが、Ｘ線源を蒸着して作るという前処理が必要なため、観察するためには手間がかかるという問題がある。更に、試料の雰囲気を真空保持しなければならないため、生体試料を観察する場合は当該試料が蒸着工程を経て真空中に曝露しているため、本来のものとは異なる状態を観察することになる。
【００１０】
これに対して、特許文献１では、大気中での試料観察が可能であるが、電子ビーム側の真空はＸ線源のついた基板で保持しており、さらに試料は検体保持フィルムに載せてある。そのため、Ｘ線源を保持している基板の厚みと、基板から離れた位置に試料が配置してあるため、Ｘ線源と試料との距離が離れてしまっている。
【００１１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、試料とＸ線源とを接近させることで分解能を上げることができるＸ線顕微鏡及びＸ線を用いた顕微方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した課題を解決するために、本発明は以下のような構成をとっている。
【００１３】
（１）請求項１記載の発明は、電子ビームを集束して照射する電子ビーム照射手段と、該電子ビーム照射手段からの集束電子ビームの照射に応じてＸ線発生源となる薄膜と、該薄膜の第１の面に照射された集束電子ビームによって該薄膜から発生するＸ線を検出するＸ線検出手段とを有し、前記薄膜の第２の面に接して配置された試料を透過したＸ線を前記Ｘ線検出手段により検出することを特徴とする。
【００１４】
（２）請求項２記載の発明は、電子ビームを集束して照射する電子ビーム照射手段と、該電子ビーム照射手段からの集束電子ビームの照射に応じてＸ線発生源となる第１の薄膜と、該第１の薄膜における第１の面に照射された集束電子ビームによって該薄膜から発生するＸ線を検出するＸ線検出手段と、前記第１の薄膜における第２の面に対向して配置された第２の薄膜とを有し、前記第１及び第２の薄膜の間隙において第１の薄膜における第２の面に接して配置された試料を透過し、かつ第２の薄膜を透過したＸ線を前記Ｘ線検出手段により検出することを特徴とする。
【００１５】
（３）請求項３記載の発明は、前記Ｘ線発生源となる薄膜は、試料中での顕微対象物を構成する元素のＸ線吸収端のエネルギー値以上のエネルギー値を有する特性Ｘ線を放出する元素を含むことを特徴とする。
【００１６】
（４）請求項４記載の発明は、前記Ｘ線発生源となる薄膜は、２層以上の積層構造となっており、該積層中の少なくとも１層がＸ線発生層となっていることを特徴とする。
【００１７】
（５）請求項５記載の発明は、前記Ｘ線検出手段と試料との間の距離が調整可能となっており、これにより倍率又は分解能の調節が可能であることを特徴とする。
【００１８】
（６）請求項６記載の発明は、集束電子ビームを走査する走査手段を更に有し、前記Ｘ線検出手段は複数の検出素子が配列されてなる検出器を備え、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報と該検出器によるＸ線の検出情報とから、試料中における３次元情報を取得することを特徴とする。
【００１９】
（７）請求項７記載の発明は、集束電子ビームを走査する走査手段を更に有し、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報と前記Ｘ線検出手段によるＸ線の検出情報とから試料の走査透過像を取得することを特徴とする。
【００２０】
（８）請求項８記載の発明は、前記Ｘ線発生源となる薄膜を集束電子ビームの進行方向に対して直交する方向に移動させる手段を更に有し、該移動に基づく該薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報とＸ線検出器によるＸ線の検出情報とから試料の走査透過像を取得することを特徴とする。
【００２１】
（９）請求項９記載の発明は、電子ビームの加速エネルギーが、Ｘ線発生源となる薄膜から発生するＸ線のエネルギーよりもほぼ３倍高いことを特徴とする。
【００２２】
（１０）請求項１０記載の発明は、前記Ｘ線発生源となる薄膜の熱伝導率は、２００[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]以上であることを特徴とする。
【００２３】
（１１）請求項１１記載の発明は、前記Ｘ線発生源となる薄膜を通過した電子ビームが試料に到達し、これにより試料を透過又は散乱した電子、或いは試料から発生した２次電子を検出するための電子検出器を備えることを特徴とする。
【００２４】
（１２）請求項１２記載の発明は、前記Ｘ線発生源となる薄膜から発生する２次電子又は反射電子を検出するための電子検出器を備えることを特徴とする。
【００２５】
（１３）請求項１３記載の発明は、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面に、集束された電子ビームを照射してＸ線を発生させ、前記薄膜の第２の面に接して配置された試料を透過したＸ線を検出することにより、試料の透過像を取得することを特徴とする。
【００２６】
（１４）請求項１４記載の発明は、Ｘ線発生源となる第１の薄膜における第１の面に、集束された電子ビームを照射してＸ線を発生させ、第１の薄膜における第２の面に接して配置された試料を透過するとともに、前記第１の薄膜における第２の面に対向されて配置された第２の薄膜を透過したＸ線を検出することにより、試料の透過像を取得することを特徴とする。
【００２７】
（１５）請求項１５記載の発明は、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面において集束電子ビームを走査させ、当該走査情報とＸ線の検出情報とから試料の走査透過像を取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は以下に示すような効果を有する。
【００２９】
（１）請求項１記載の発明によれば、薄膜の面に接して配置された試料を透過したＸ線をＸ線検出手段により検出するので、分解能の高いＸ線像を得ることができる。
【００３０】
（２）請求項２記載の発明によれば、第１の薄膜と第２の薄膜との間に試料を入れた空間を作り、その空間の雰囲気を例えば大気圧とすることにより、例えば生物試料を最も好ましい状態で配置することができ、正確なＸ線像を得ることができる。
【００３１】
（３）請求項３記載の発明によれば、検出されるＸ線量は試料の厚みによって変化するので、透過像にコントラストをつけることができる。
【００３２】
（４）請求項４記載の発明によれば、２層以上の積層構造の薄膜を用いて、Ｘ線発生源を得ることができる。
【００３３】
（５）請求項５記載の発明によれば、Ｘ線検出手段と試料との間を調整可能とすることにより、倍率又は分解能を可変することができる。
【００３４】
（６）請求項６記載の発明によれば、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報と検出器によるＸ線の検出情報とから、試料中における３次元情報を取得することができる。
【００３５】
（７）請求項７記載の発明によれば、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報と検出器によるＸ線の検出情報とから、試料の走査透過像を取得することができる。
【００３６】
（８）請求項８記載の発明によれば、Ｘ線発生源となる薄膜を電子ビームの進行方向に対して直交する方向に移動させることにより、試料の走査透過像を取得することができる。
【００３７】
（９）請求項９記載の発明によれば、電子ビームの加速エネルギーがＸ線発生源となる薄膜から発生するＸ線のエネルギーのほぼ３倍高くなるようにすることにより、Ｘ線の発生効率を向上させることができる。
【００３８】
（１０）請求項１０記載の発明によれば、薄膜の熱伝導率を、２００［Ｗ／（ｍ・ｋ）］以上にすることで、試料が熱上昇するのを抑制することができる。
【００３９】
（１１）請求項１１記載の発明によれば、試料を透過又は散乱した電子、或いは試料から発生した２次電子を検出するための電子検出器を備えることにより、これらの電子像を得ることができる。
【００４０】
（１２）請求項１２記載の発明によれば、薄膜から発生する２次電子又は反射電子像を得ることができる。
【００４１】
（１３）請求項１３記載の発明によれば、試料の透過像を取得することができる。
【００４２】
（１４）請求項１４記載の発明によれば、薄膜の面に接して配置された試料を透過したＸ線をＸ線検出手段により検出するので、分解能の高いＸ線像を得ることができる。
【００４３】
（１５）請求項１５記載の発明によれば、試料の走査透過像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図である。
【図２】Ｘ線発生部の移動による試料影の移動を示す図である。
【図３】観察対象の位置の求め方の説明図である。
【図４】電子ビームの走査による試料影の移動を示す図である。
【図５】Ｘ線透過率特性を示す図である。
【図６】電子検出器を使用した装置の説明図である。
【図７】２層構造の薄膜（Ｘ線源）の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施例を示す構成図である。
【図９】密閉型の試料容器の説明図である。
【図１０】開放型の試料容器の説明図である。
【図１１】本発明の第３の実施例を示す構成図である。
【図１２】密閉型試料容器の他の構成例を示す図である。
【図１３】従来装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。図１は本発明の構成原理図である。図６と同一のものは同一の符号を付して示す。図に示す装置は、図１３に示す装置と比較して倒立型となっているが、倒立型である必要はない。図において、１０はチャンバ、１０ａは該チャンバ１０に設けられた真空排気用の開口である。
【００４６】
１は電子銃、２は該電子銃１が放射された電子ビームＥＢを集束する集束レンズ、３は電子ビームＥＢを偏向する偏向コイル、１１はチャンバ１０の上部に設けられたＸ線源、７は該Ｘ線源１１の上部に載置された試料、８はＸ線源１１から放射され試料７を透過したＸ線を検出するＸ線検出器である。１２はＸ線源１１を兼ねる窓材である。この装置は電子銃１，集束レンズ２，偏向コイル３，窓材１２，試料７及びＸ線検出器８を備えている。
【００４７】
電子銃１から窓材１２までは、真空排気されており、窓材１２は例えばシリコンナイトライドの薄膜を用い、Ｏリング（図示せず）で電子銃側の真空を保持している。前述したように、窓材１２はＸ線源１１を兼ねており、窓材１２によってＸ線源１１が構成される。試料７は窓材１２の大気側に載せられている。即ち、Ｘ線源１１と試料７とは接して配置されている。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００４８】
電子銃１から引き出された電子ビームＥＢを少なくとも１段の集束レンズ２で集束し、偏向コイル３で電子ビームＥＢの入射位置を調節し、Ｘ線源１１の薄膜に入射させる。電子ビームＥＢの入射によってＸ線源１１から発生したＸ線１３は、試料７に到達して照射され、試料７を透過したＸ線をＸ線検出器８で検出する。該Ｘ線検出器８で検出されたＸ線に基づくＸ線像は、図示しない画像処理部によって所定の画像処理された後、透過Ｘ線像として取得される。
【００４９】
ここで、電子ビームＥＢの真空は窓材１２で保持されており、試料７は大気側に配置されるので、大気中での観察や、試料を液体に浸して観察することも可能である。そのため、生体試料は、乾燥することなく観察でき、液中であれば生体試料が生きたままの観察もできる。このように、第１の実施例によれば、薄膜の面に接して配置された試料を透過したＸ線をＸ線検出手段により検出するので、分解能の高いＸ線像を得ることができる。
【００５０】
透過Ｘ線像の取得方法は、Ｘ線検出器８として、Ｘ線ＣＣＤカメラのような２次元配列の検出器を用いれば、各画素の信号量から透過像を得ることができる。また、試料７とＸ線ＣＣＤカメラ８の距離を調節すれば像の倍率が変化する。即ちＸ線検出手段としてのＸ線ＣＣＤカメラ８と試料７との間を調整可能とすることにより、倍率又は分解能を可変することができる。
【００５１】
また、集束された電子ビームＥＢの走査に基づいて、窓材１２（Ｘ線源１１）内部におけるＸ線発生部が移動すると、試料７の影は移動するが、この移動量は試料７と当該Ｘ線発生部との距離によって変化する。図２はＸ線源１１（即ち窓材１２）内部でのＸ線発生部の移動による試料影の移動を示す図である。上段はＸ線発生部１１ａの移動の様子を、下段はその時のＣＣＤ検出器８で得られた透過像を示す図である。この図は観察対象が分布している試料中に、それぞれの位置からＸ線が照射された時の影の方向を示している。
【００５２】
集束電子ビームＥＢの走査に基づき、Ｘ線源１１内部でＸ線発生部１１ａが（ａ）〜（ｅ）と移動するにつれて、影の移動量が変化していることが分かる。１７ａは試料中の下にある観察対象７ａによる影を、１７ｂは試料中の上にある観察対象７ｂによる影を示している。
【００５３】
図２より明らかなように、試料７中の観察対象と窓材１２とが接している場合、Ｘ線発生部１１ａの移動量に対して当該観察対象の影の移動量は大きくなるが、試料７中の観察対象と窓材１２とが離れてくると、Ｘ線発生部１１ａの移動量に対して当該観察対象の影の移動量は小さくなる。
【００５４】
このように、試料中に観察対象が分布している時、窓材１２に近い位置にある観察対象７ａと、窓材１２から離れた位置にある観察対象７ｂでは、Ｘ線発生部１１ａの位置によって、それぞれ対応する影１７ａ，１７ｂのできる位置が異なる。そこで、検出器８の受光面の中心に観察対象の影がある時のＸ線発生部１１ａの位置と、検出器８の受光面の端に観察対象の影があるときのＸ線発生部１１ａの位置から、窓材１２に対する各観察対象の位置を求めることができる。このように、電子ビームの走査量に応じて順次Ｘ線ＣＣＤ検出器８により取得された複数の像から、影の移動量を求めることによって、試料７の内部に分布する各部位の位置関係を３次元的に調べることができる。
【００５５】
ここで、図３は観察対象の距離の求め方の説明図である。観察対象の影中心が検出器受光面の中心にある時のＸ線発生部１１ａの位置と、影中心が検出器受光面の端にある時のＸ線発生部１１ａの位置の差をｘとして、窓材１２と検出器８の受光面の距離をＬとし、検出器８の受光面の幅をＤとし、窓材１２と観察対象７ｃの中心までの距離をＬ’とする。図において、７は試料、１７ｃは観察対象、１２はＸ線発生源を構成する窓材、１１ａはＸ線発生部である。この時、距離Ｌ’は以下の式で表わすことができる。
【００５６】
【数１】
【００５７】
Ｄ，Ｌは装置の構成から決まり、ｘは電子ビームの走査量から求まるので、Ｌ’を計算して求めることができる。他にも、Ｘ線発生部１１ａを一定距離移動させ、観察対象の影位置から観察対象７ｃの位置を求めることも可能である。
【００５８】
また、図２内での２つの観察対象は粒形状を有し、ほぼ同じ大きさであるが、Ｘ線発生部１１ａに近い観察対象は大きく見えてしまう。上の方法で窓材１２から観察対象までの距離が求まれば、影の開き角を求めることができるので、得られた観察対象の像の大きさを補正して、観察対象１７の位置が異なっても試料の大きさが同じなら、同じ大きさで表示することも可能になる。
【００５９】
この方法以外にも透過Ｘ線像の取得方法として、ＣＣＤのような配列型の検出器ではなく、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）、比例計数管、マイクロカロリメトリー検出器など、検出器に入射するＸ線量を測定する単一の検出器でも像取得は可能である。
【００６０】
例えば、試料７とＸ線検出器８の位置関係を固定しておき、電子ビームＥＢを窓材１２上で走査させればＸ線発生部１１ａが移動するので、試料７に入射するＸ線１３の角度が変化し、これにより透過Ｘ線像が移動するので、検出器８に入射するＸ線量が変化する。図４は電子ビームの走査による試料影の移動を示す図である。電子ビームのＥＢの位置により、Ｘ線検出器８に到達する透過像の量が変化している。
【００６１】
そこで、電子ビームＥＢの走査量と検出したＸ線量を用いて画像化することにより、透過像を得ることができる。また、電子ビームＥＢとＸ線検出器８を固定しておき、Ｘ線源１１を構成する窓材１２を試料７と共に移動させながらＸ線量を測定し、透過像を作成することも可能である。この場合は、試料７の移動量とＸ線の検出量を用いて画像化する。
【００６２】
更に、Ｘ線検出器８にシリコンドリフト（ＳＤＤ）検出器、マイクロカロリメトリー検出器を使用した場合、透過Ｘ線のスペクトルから試料７の組成分析もできる。例として、炭素の分析方法を示す。図５は黒鉛１［μｍ］の吸収Ｘ線の特性である。横軸はＸ線エネルギー［ｅＶ］、縦軸はＸ線透過率である。黒鉛に限らず、炭素からなる物質は２８４．２［ｅＶ］に吸収端を持つので、この付近のエネルギー帯を検出すれば、試料中の炭素の分布を調べることができる。
【００６３】
図５において、炭素の特性Ｘ線エネルギーは２７７．０［ｅＶ］、炭素の吸収端エネルギーは２８４．２［ｅＶ］、窒素の吸収端エネルギーは４０９．９［ｅＶ］である。
【００６４】
図６は電子検出器を備えた装置の説明図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図に示すように、半導体の電子検出器２０を配置し、電子ビームＥＢを走査させながら検出される２次電子又は反射電子の検出量を求め、走査量と電子検出量とに基づいて画像化すれば、薄膜の状態を観察したり、ビームの加速電圧を高く（例えば３０［ｋＶ］）し、試料７からの反射電子を検出して反射電子像を得ることもできる。即ち、電子検出器２０で検出された反射電子は、図示しない後段の画像処理回路により画像処理された後、反射電子像として取得することができる。
【００６５】
次に、図７に示すように電子ビームＥＢ側にＸ線発生層３１、試料７側に真空保持のための支持層３２を備える薄膜（Ｘ線源）３３を使用した例を示す。例えばＸ線発生層３１に銀、支持層３２にシリコンナイトライドを使用し、生体試料７を観察する。銀のＭζの特性Ｘ線は３１１．７［ｅＶ］で、生体試料に多く含まれる炭素の吸収端エネルギー２８４．２［ｅＶ］より高いため、炭素で吸収されやすい。
【００６６】
一方、支持層３２に使用するシリコンナイトライドに含まれる窒素の吸収端エネルギー４０９．９［ｅＶ］より低いので、支持層３２では吸収されにくい。そのため、Ｘ線検出器８で検出されるＸ線量は試料７の厚みによって変化するので、透過像にコントラストがつく。また、Ｘ線源となる薄膜の熱伝導率が高いものを使用すると、電子ビームの入射によって発生した熱を薄膜に沿って鏡筒（チャンバ）１０などに逃がすことにより、試料が暖まるのを防ぐことも可能である。具体的には薄膜の熱伝導率を、２００［Ｗ／（ｍ・ｋ）］以上にするとよい。
【００６７】
Ｘ線源１１となる薄膜に入射する電子ビームＥＢのエネルギーは、Ｘ線源１１となる薄膜で発生する特性Ｘ線のエネルギーの約３倍にすると、効率がよくなる。Ｘ線源１１となる薄膜が銀の場合で、Ｍζの特性Ｘ線を使用する場合は、３１１．７［ｅＶ］の３倍の約０．９［ｋｅＶ］の電子ビームＥＢを入射させるとよい。
【００６８】
図８は本発明の第２の実施例を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図８に示す第２の実施例は、図１に示す第１の実施例よりも単純な構成にしたものである。電子銃１，集束レンズ２，偏向コイル３，試料容器２５，試料７，Ｘ線検出器８からなる。電子銃１からＸ線検出器８まではチャンバ１０内に配置され、真空排気されている。
【００６９】
試料７は図９に示すように、上下が窓材Ａ，Ｂの試料容器２５に入れられ、該試料容器２５はＯリング２７で密閉されている。電子ビームＥＢが入射する側の窓材ＡはＸ線源１１を兼ねている。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００７０】
電子銃１から引き出された電子ビームを少なくとも１段の集束レンズ２で集束し、偏向コイル３で電子ビームＥＢの入射位置を調整し、Ｘ線源１１に入射させる。電子ビームＥＢの入射によってＸ線源１１（窓材Ａ）から発生したＸ線１３は試料７に照射され、試料７を透過したＸ線は試料容器２５の窓材Ｂを抜け、Ｘ線検出器８で検出し、透過Ｘ線像を得る。
【００７１】
透過Ｘ線像の取得方法や、試料７の組成分析については、第１の実施例と同様である。第１の実施例では、Ｘ線検出器８が大気中にあるため、大気中の分子によって透過Ｘ線が減衰するが、第２の実施例の場合はＸ線検出器８が真空中にあるためデータ透過Ｘ線像が第１の実施例に比べて減衰しにくいという特徴がある。
【００７２】
試料容器２５は密閉されているので、試料７の雰囲気を液中にしたり大気にしたりすることが可能である。そのため、大気圧であれば生体試料の乾燥を防いで観察したり、生きた試料の場合は液中で生きたまま観察することが可能になる。
【００７３】
また、試料容器２５の前方又は後方に電子検出器を光軸上に挿入することができるようにすれば、透過電子や散乱電子を検出し、電子像を取得し、Ｘ線像と比較することができる。
【００７４】
金属や半導体など、真空中でも観察可能な試料の場合には、図１０に示すように開放型の容器を使用し、Ｘ線透過像を取得することも可能である。真空中で観察することによって、大気中や液中で観察する時に比べ、試料以外でのＸ線の減衰量が少ないので、コントラストが得やすくなる。また、試料付近にシンチレータ検出器を配置し、２次電子像を取得したり、試料後方に半導体検出器配置して透過電子或いは散乱電子を検出し、走査透過像や透過像を取得するようにすることもできる。
【００７５】
図１１は本発明の第３の実施例を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施例では、チャンバ１０内に２次電子検出器２８と透過電子検出器２９を設けている例を示す。
【００７６】
また、第１の実施例と同様に、図１２に示すように支持層としての窓材ＡにＸ線源となるＸ線源薄膜３０を部分的に設置するようにしてもよい。
【００７７】
以上のように本発明のＸ線顕微鏡は、電子ビームＥＢを集束して照射する電子ビーム照射手段と、該電子ビーム照射手段からの集束電子ビームＥＢの照射に応じてＸ線発生源となる薄膜１１と、該薄膜１１の第１の面に照射された集束電子ビームＥＢによって該薄膜１１から発生するＸ線１３を検出するＸ線検出手段８とを有し、前記薄膜１１の第２の面に接して配置された試料７を透過したＸ線１３を前記Ｘ線検出手段８により検出することができる。
【００７８】
また、本発明の他のＸ線顕微鏡は、電子ビームＥＢを集束して照射する電子ビーム照射手段と、該電子ビーム照射手段からの集束電子ビームＥＢの照射に応じてＸ線発生源となる第１の薄膜（窓材Ａ）と、該第１の薄膜における第１の面に照射された集束電子ビームＥＢによって該薄膜から発生するＸ線１３を検出するＸ線検出手段８と、前記第１の薄膜における第２の面に対向して配置された第２の薄膜（窓材Ｂ）とを有し、前記第１及び第２の薄膜（窓材Ａ及び窓材Ｂ）の間隙において第１の薄膜における第２の面に接して配置された試料７を透過し、かつ第２の薄膜を透過したＸ線１３を前記Ｘ線検出手段８により検出することができる。
【００７９】
また、前記Ｘ線発生源となる薄膜（薄膜１１又は窓材Ａ）は、試料７中での顕微対象物７ａ，７ｂを構成する元素のＸ線吸収端のエネルギー値以上のエネルギー値を有する特性Ｘ線を放出する元素を含むことができる。
【００８０】
また、前記Ｘ線発生源となる薄膜は、２層以上の積層構造（Ｘ線発生層３１及び支持層３２）となっており、該積層３１，３２中の少なくとも１層がＸ線発生層とすることができる。
【００８１】
また、前記Ｘ線検出手段８と試料７との間の距離が調整可能となっており、これにより倍率又は分解能の調節が可能である。
【００８２】
また、集束電子ビームＥＢを走査する走査手段を更に有し、前記Ｘ線検出手段８は複数の検出素子が配列されてなる検出器８を備え、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームＥＢの走査情報と該検出器８によるＸ線の検出情報とから、試料７中における３次元情報を取得することができる。
【００８３】
また、集束電子ビームＥＢを走査する走査手段を更に有し、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームＥＢの走査情報と前記Ｘ線検出手段８によるＸ線の検出情報とから試料７の走査透過像を取得することができる。
【００８４】
また、前記Ｘ線発生源となる薄膜を集束電子ビームの進行方向に対して直交する方向に移動させる手段を更に有し、該移動に基づく該薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報とＸ線検出器８によるＸ線１３の検出情報とから試料７の走査透過像を取得することができる。
【００８５】
また、電子ビームＥＢの加速エネルギーは、Ｘ線発生源となる薄膜から発生するＸ線のエネルギーよりもほぼ３倍高くすることができる。
【００８６】
また、前記Ｘ線発生源となる薄膜の熱伝導率は、２００[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]以上とすることができる。
【００８７】
また、前記Ｘ線発生源となる薄膜を通過した電子ビームＥＢが試料７に到達し、これにより試料７を透過又は散乱（後方散乱（反射）を含む）した電子、或いは試料７から発生した２次電子を検出するための電子検出器２０，２８，２９を備えることができる。
【００８８】
また、前記Ｘ線発生源となる薄膜から発生する２次電子又は反射電子を検出するための電子検出器２０を備えることができる。
【００８９】
また、本発明の顕微方法では、Ｘ線発生源となる薄膜１１の第１の面に、集束された電子ビームＥＢを照射してＸ線１３を発生させ、前記薄膜１１の第２の面に接して配置された試料７を透過したＸ線を検出することにより、試料の透過像を取得することができる。
【００９０】
また、Ｘ線発生源となる第１の薄膜（窓材Ａ）における第１の面に、集束された電子ビームＥＢを照射してＸ線１３を発生させ、第１の薄膜における第２の面に接して配置された試料７を透過するとともに、前記第１の薄膜における第２の面に対向されて配置された第２の薄膜（窓材Ｂ）を透過したＸ線１３を検出することにより、試料７の透過像を取得することができる。
【００９１】
また、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面において集束電子ビームＥＢを走査させ、当該走査情報とＸ線１３の検出情報とから試料７の走査透過像を取得することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１ 電子銃
２ 集束レンズ
３ 偏向コイル
７ 試料
８ Ｘ線検出器
１０ チャンバ
１０ａ 開口
１１ Ｘ線源
１２ 窓材
１３ Ｘ線
ＥＢ 電子ビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線顕微鏡及びＸ線を用いた顕微方法に関し、更に詳しくは試料とＸ線源を接近させることで分解能を向上させることができるようにしたＸ線顕微鏡及びＸ線を用いた顕微方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３は従来装置の構成例を示す図である。電子銃１から照射された電子ビーム（電子線ともいう）ＥＢは、続く集束レンズ２で集束された後、偏向コイル３で電子ビームＥＢの入射位置を調節し、Ｘ線源４に入射させる。これにより、Ｘ線源４から発生したＸ線５を試料台６に載せられた試料７に照射させる。
【０００３】
試料７を透過したＸ線５を後方に配置されているＸ線検出器８にて検出し、検出したＸ線画像に所定の画像処理を施して透過像を得ることができる。図中の１０は電子銃１，集束レンズ２，偏向コイル３をその内部にもつチャンバ（鏡筒ともいう）であり、該チャンバ１０内に前記した各構成要素が取り付けられる。１０ａは、真空排気用の開口である。この開口１０ａからイオンポンプ等でチャンバ１０内を排気して、所定の圧力の真空状態を作り出す。
【０００４】
従来のこの種の装置としては、超高分解能で且つ非常に短時間での非破壊検査が可能であると共に、高精度の電子プローブ制御機能、ＣＴ機能、元素分析機能、ターゲット切り替え機能などの優れた機能を搭載したＸ線顕微検査装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、試料表面に形成したＸ線ターゲットに微小走査電子ビームを照射し、発生したＸ線を試料を透過させ、透過したＸ線を２次元のＸ線検出器で検知し、画像化するようにしたＸ線顕微鏡が知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９９８５５６号公報（段落００３１〜００４０、図４）
【特許文献２】ＷＯ２００７／１４１８６８号公報（段落０００７、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
Ｘ線顕微鏡を高分解能化するためには、以下の工夫が必要になる。
１）発生領域が小さく、高強度のＸ線が必要である。
２）試料とＸ線源との距離を近付ける。
【０００８】
これに対して１）は電子ビームを集束させて薄膜のＸ線源に照射することで実現される。そのため、現状では、試料とＸ線源との距離をどれだけ近付けることができるかにより分解能が決まる。
【０００９】
特許文献２では試料にＸ線源を蒸着することで、試料とＸ線源接触させて高分解能化を可能にしている。ところが、Ｘ線源を蒸着して作るという前処理が必要なため、観察するためには手間がかかるという問題がある。更に、試料の雰囲気を真空保持しなければならないため、生体試料を観察する場合は当該試料が蒸着工程を経て真空中に曝露しているため、本来のものとは異なる状態を観察することになる。
【００１０】
これに対して、特許文献１では、大気中での試料観察が可能であるが、電子ビーム側の真空はＸ線源のついた基板で保持しており、さらに試料は検体保持フィルムに載せてある。そのため、Ｘ線源を保持している基板の厚みと、基板から離れた位置に試料が配置してあるため、Ｘ線源と試料との距離が離れてしまっている。
【００１１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、試料とＸ線源とを接近させることで分解能を上げることができるＸ線顕微鏡及びＸ線を用いた顕微方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した課題を解決するために、本発明は以下のような構成をとっている。
【００１３】
（１）請求項１記載の発明は、電子ビームを集束して照射する電子ビーム照射手段と、該電子ビーム照射手段からの集束電子ビームの照射に応じてＸ線発生源となる薄膜と、該薄膜の第１の面に照射された集束電子ビームによって該薄膜から発生するＸ線を検出するＸ線検出手段とを有し、前記薄膜の第２の面に接して配置された試料を透過したＸ線を前記Ｘ線検出手段により検出することを特徴とする。
【００１４】
（２）請求項２記載の発明は、電子ビームを集束して照射する電子ビーム照射手段と、該電子ビーム照射手段からの集束電子ビームの照射に応じてＸ線発生源となる第１の薄膜と、該第１の薄膜における第１の面に照射された集束電子ビームによって該薄膜から発生するＸ線を検出するＸ線検出手段と、前記第１の薄膜における第２の面に対向して配置された第２の薄膜とを有し、前記第１及び第２の薄膜の間隙において第１の薄膜における第２の面に接して配置された試料を透過し、かつ第２の薄膜を透過したＸ線を前記Ｘ線検出手段により検出することを特徴とする。
【００１５】
（３）請求項３記載の発明は、前記Ｘ線発生源となる薄膜は、試料中での顕微対象物を構成する元素のＸ線吸収端のエネルギー値以上のエネルギー値を有する特性Ｘ線を放出する元素を含むことを特徴とする。
【００１６】
（４）請求項４記載の発明は、前記Ｘ線発生源となる薄膜は、２層以上の積層構造となっており、該積層中の少なくとも１層がＸ線発生層となっていることを特徴とする。
【００１７】
（５）請求項５記載の発明は、前記Ｘ線検出手段と試料との間の距離が調整可能となっており、これにより倍率又は分解能の調節が可能であることを特徴とする。
【００１８】
（６）請求項６記載の発明は、集束電子ビームを走査する走査手段を更に有し、前記Ｘ線検出手段は複数の検出素子が配列されてなる検出器を備え、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報と該検出器によるＸ線の検出情報とから、試料中における３次元情報を取得することを特徴とする。
【００１９】
（７）請求項７記載の発明は、集束電子ビームを走査する走査手段を更に有し、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報と前記Ｘ線検出手段によるＸ線の検出情報とから試料の走査透過像を取得することを特徴とする。
【００２０】
（８）請求項８記載の発明は、前記Ｘ線発生源となる薄膜を集束電子ビームの進行方向に対して直交する方向に移動させる手段を更に有し、該移動に基づく該薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報とＸ線検出器によるＸ線の検出情報とから試料の走査透過像を取得することを特徴とする。
【００２１】
（９）請求項９記載の発明は、電子ビームの加速エネルギーが、Ｘ線発生源となる薄膜から発生するＸ線のエネルギーよりもほぼ３倍高いことを特徴とする。
【００２２】
（１０）請求項１０記載の発明は、前記Ｘ線発生源となる薄膜の熱伝導率は、２００[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]以上であることを特徴とする。
【００２３】
（１１）請求項１１記載の発明は、前記Ｘ線発生源となる薄膜を通過した電子ビームが試料に到達し、これにより試料を透過又は散乱した電子、或いは試料から発生した２次電子を検出するための電子検出器を備えることを特徴とする。
【００２４】
（１２）請求項１２記載の発明は、前記Ｘ線発生源となる薄膜から発生する２次電子又は反射電子を検出するための電子検出器を備えることを特徴とする。
【００２５】
（１３）請求項１３記載の発明は、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面に、集束された電子ビームを照射してＸ線を発生させ、前記薄膜の第２の面に接して配置された試料を透過したＸ線を検出することにより、試料の透過像を取得することを特徴とする。
【００２６】
（１４）請求項１４記載の発明は、Ｘ線発生源となる第１の薄膜における第１の面に、集束された電子ビームを照射してＸ線を発生させ、第１の薄膜における第２の面に接して配置された試料を透過するとともに、前記第１の薄膜における第２の面に対向されて配置された第２の薄膜を透過したＸ線を検出することにより、試料の透過像を取得することを特徴とする。
【００２７】
（１５）請求項１５記載の発明は、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面において集束電子ビームを走査させ、当該走査情報とＸ線の検出情報とから試料の走査透過像を取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は以下に示すような効果を有する。
【００２９】
（１）請求項１記載の発明によれば、薄膜の面に接して配置された試料を透過したＸ線をＸ線検出手段により検出するので、分解能の高いＸ線像を得ることができる。
【００３０】
（２）請求項２記載の発明によれば、第１の薄膜と第２の薄膜との間に試料を入れた空間を作り、その空間の雰囲気を例えば大気圧とすることにより、例えば生物試料を最も好ましい状態で配置することができ、正確なＸ線像を得ることができる。
【００３１】
（３）請求項３記載の発明によれば、検出されるＸ線量は試料の厚みによって変化するので、透過像にコントラストをつけることができる。
【００３２】
（４）請求項４記載の発明によれば、２層以上の積層構造の薄膜を用いて、Ｘ線発生源を得ることができる。
【００３３】
（５）請求項５記載の発明によれば、Ｘ線検出手段と試料との間を調整可能とすることにより、倍率又は分解能を可変することができる。
【００３４】
（６）請求項６記載の発明によれば、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報と検出器によるＸ線の検出情報とから、試料中における３次元情報を取得することができる。
【００３５】
（７）請求項７記載の発明によれば、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報と検出器によるＸ線の検出情報とから、試料の走査透過像を取得することができる。
【００３６】
（８）請求項８記載の発明によれば、Ｘ線発生源となる薄膜を電子ビームの進行方向に対して直交する方向に移動させることにより、試料の走査透過像を取得することができる。
【００３７】
（９）請求項９記載の発明によれば、電子ビームの加速エネルギーがＸ線発生源となる薄膜から発生するＸ線のエネルギーのほぼ３倍高くなるようにすることにより、Ｘ線の発生効率を向上させることができる。
【００３８】
（１０）請求項１０記載の発明によれば、薄膜の熱伝導率を、２００［Ｗ／（ｍ・ｋ）］以上にすることで、試料が熱上昇するのを抑制することができる。
【００３９】
（１１）請求項１１記載の発明によれば、試料を透過又は散乱した電子、或いは試料から発生した２次電子を検出するための電子検出器を備えることにより、これらの電子像を得ることができる。
【００４０】
（１２）請求項１２記載の発明によれば、薄膜から発生する２次電子又は反射電子像を得ることができる。
【００４１】
（１３）請求項１３記載の発明によれば、試料の透過像を取得することができる。
【００４２】
（１４）請求項１４記載の発明によれば、薄膜の面に接して配置された試料を透過したＸ線をＸ線検出手段により検出するので、分解能の高いＸ線像を得ることができる。
【００４３】
（１５）請求項１５記載の発明によれば、試料の走査透過像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図である。
【図２】Ｘ線発生部の移動による試料影の移動を示す図である。
【図３】観察対象の位置の求め方の説明図である。
【図４】電子ビームの走査による試料影の移動を示す図である。
【図５】Ｘ線透過率特性を示す図である。
【図６】電子検出器を使用した装置の説明図である。
【図７】２層構造の薄膜（Ｘ線源）の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施例を示す構成図である。
【図９】密閉型の試料容器の説明図である。
【図１０】開放型の試料容器の説明図である。
【図１１】本発明の第３の実施例を示す構成図である。
【図１２】密閉型試料容器の他の構成例を示す図である。
【図１３】従来装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。図１は本発明の構成原理図である。図６と同一のものは同一の符号を付して示す。図に示す装置は、図１３に示す装置と比較して倒立型となっているが、倒立型である必要はない。図において、１０はチャンバ、１０ａは該チャンバ１０に設けられた真空排気用の開口である。
【００４６】
１は電子銃、２は該電子銃１が放射された電子ビームＥＢを集束する集束レンズ、３は電子ビームＥＢを偏向する偏向コイル、１１はチャンバ１０の上部に設けられたＸ線源、７は該Ｘ線源１１の上部に載置された試料、８はＸ線源１１から放射され試料７を透過したＸ線を検出するＸ線検出器である。１２はＸ線源１１を兼ねる窓材である。この装置は電子銃１，集束レンズ２，偏向コイル３，窓材１２，試料７及びＸ線検出器８を備えている。
【００４７】
電子銃１から窓材１２までは、真空排気されており、窓材１２は例えばシリコンナイトライドの薄膜を用い、Ｏリング（図示せず）で電子銃側の真空を保持している。前述したように、窓材１２はＸ線源１１を兼ねており、窓材１２によってＸ線源１１が構成される。試料７は窓材１２の大気側に載せられている。即ち、Ｘ線源１１と試料７とは接して配置されている。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００４８】
電子銃１から引き出された電子ビームＥＢを少なくとも１段の集束レンズ２で集束し、偏向コイル３で電子ビームＥＢの入射位置を調節し、Ｘ線源１１の薄膜に入射させる。電子ビームＥＢの入射によってＸ線源１１から発生したＸ線１３は、試料７に到達して照射され、試料７を透過したＸ線をＸ線検出器８で検出する。該Ｘ線検出器８で検出されたＸ線に基づくＸ線像は、図示しない画像処理部によって所定の画像処理された後、透過Ｘ線像として取得される。
【００４９】
ここで、電子ビームＥＢの真空は窓材１２で保持されており、試料７は大気側に配置されるので、大気中での観察や、試料を液体に浸して観察することも可能である。そのため、生体試料は、乾燥することなく観察でき、液中であれば生体試料が生きたままの観察もできる。このように、第１の実施例によれば、薄膜の面に接して配置された試料を透過したＸ線をＸ線検出手段により検出するので、分解能の高いＸ線像を得ることができる。
【００５０】
透過Ｘ線像の取得方法は、Ｘ線検出器８として、Ｘ線ＣＣＤカメラのような２次元配列の検出器を用いれば、各画素の信号量から透過像を得ることができる。また、試料７とＸ線ＣＣＤカメラ８の距離を調節すれば像の倍率が変化する。即ちＸ線検出手段としてのＸ線ＣＣＤカメラ８と試料７との間を調整可能とすることにより、倍率又は分解能を可変することができる。
【００５１】
また、集束された電子ビームＥＢの走査に基づいて、窓材１２（Ｘ線源１１）内部におけるＸ線発生部が移動すると、試料７の影は移動するが、この移動量は試料７と当該Ｘ線発生部との距離によって変化する。図２はＸ線源１１（即ち窓材１２）内部でのＸ線発生部の移動による試料影の移動を示す図である。上段はＸ線発生部１１ａの移動の様子を、下段はその時のＣＣＤ検出器８で得られた透過像を示す図である。この図は観察対象が分布している試料中に、それぞれの位置からＸ線が照射された時の影の方向を示している。
【００５２】
集束電子ビームＥＢの走査に基づき、Ｘ線源１１内部でＸ線発生部１１ａが（ａ）〜（ｅ）と移動するにつれて、影の移動量が変化していることが分かる。１７ａは試料中の下にある観察対象７ａによる影を、１７ｂは試料中の上にある観察対象７ｂによる影を示している。
【００５３】
図２より明らかなように、試料７中の観察対象と窓材１２とが接している場合、Ｘ線発生部１１ａの移動量に対して当該観察対象の影の移動量は大きくなるが、試料７中の観察対象と窓材１２とが離れてくると、Ｘ線発生部１１ａの移動量に対して当該観察対象の影の移動量は小さくなる。
【００５４】
このように、試料中に観察対象が分布している時、窓材１２に近い位置にある観察対象７ａと、窓材１２から離れた位置にある観察対象７ｂでは、Ｘ線発生部１１ａの位置によって、それぞれ対応する影１７ａ，１７ｂのできる位置が異なる。そこで、検出器８の受光面の中心に観察対象の影がある時のＸ線発生部１１ａの位置と、検出器８の受光面の端に観察対象の影があるときのＸ線発生部１１ａの位置から、窓材１２に対する各観察対象の位置を求めることができる。このように、電子ビームの走査量に応じて順次Ｘ線ＣＣＤ検出器８により取得された複数の像から、影の移動量を求めることによって、試料７の内部に分布する各部位の位置関係を３次元的に調べることができる。
【００５５】
ここで、図３は観察対象の距離の求め方の説明図である。観察対象の影中心が検出器受光面の中心にある時のＸ線発生部１１ａの位置と、影中心が検出器受光面の端にある時のＸ線発生部１１ａの位置の差をｘとして、窓材１２と検出器８の受光面の距離をＬとし、検出器８の受光面の幅をＤとし、窓材１２と観察対象７ｃの中心までの距離をＬ’とする。図において、７は試料、１７ｃは観察対象、１２はＸ線発生源を構成する窓材、１１ａはＸ線発生部である。この時、距離Ｌ’は以下の式で表わすことができる。
【００５６】
【数１】
【００５７】
Ｄ，Ｌは装置の構成から決まり、ｘは電子ビームの走査量から求まるので、Ｌ’を計算して求めることができる。他にも、Ｘ線発生部１１ａを一定距離移動させ、観察対象の影位置から観察対象７ｃの位置を求めることも可能である。
【００５８】
また、図２内での２つの観察対象は粒形状を有し、ほぼ同じ大きさであるが、Ｘ線発生部１１ａに近い観察対象は大きく見えてしまう。上の方法で窓材１２から観察対象までの距離が求まれば、影の開き角を求めることができるので、得られた観察対象の像の大きさを補正して、観察対象１７の位置が異なっても試料の大きさが同じなら、同じ大きさで表示することも可能になる。
【００５９】
この方法以外にも透過Ｘ線像の取得方法として、ＣＣＤのような配列型の検出器ではなく、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）、比例計数管、マイクロカロリメトリー検出器など、検出器に入射するＸ線量を測定する単一の検出器でも像取得は可能である。
【００６０】
例えば、試料７とＸ線検出器８の位置関係を固定しておき、電子ビームＥＢを窓材１２上で走査させればＸ線発生部１１ａが移動するので、試料７に入射するＸ線１３の角度が変化し、これにより透過Ｘ線像が移動するので、検出器８に入射するＸ線量が変化する。図４は電子ビームの走査による試料影の移動を示す図である。電子ビームのＥＢの位置により、Ｘ線検出器８に到達する透過像の量が変化している。
【００６１】
そこで、電子ビームＥＢの走査量と検出したＸ線量を用いて画像化することにより、透過像を得ることができる。また、電子ビームＥＢとＸ線検出器８を固定しておき、Ｘ線源１１を構成する窓材１２を試料７と共に移動させながらＸ線量を測定し、透過像を作成することも可能である。この場合は、試料７の移動量とＸ線の検出量を用いて画像化する。
【００６２】
更に、Ｘ線検出器８にシリコンドリフト（ＳＤＤ）検出器、マイクロカロリメトリー検出器を使用した場合、透過Ｘ線のスペクトルから試料７の組成分析もできる。例として、炭素の分析方法を示す。図５は黒鉛１［μｍ］の吸収Ｘ線の特性である。横軸はＸ線エネルギー［ｅＶ］、縦軸はＸ線透過率である。黒鉛に限らず、炭素からなる物質は２８４．２［ｅＶ］に吸収端を持つので、この付近のエネルギー帯を検出すれば、試料中の炭素の分布を調べることができる。
【００６３】
図５において、炭素の特性Ｘ線エネルギーは２７７．０［ｅＶ］、炭素の吸収端エネルギーは２８４．２［ｅＶ］、窒素の吸収端エネルギーは４０９．９［ｅＶ］である。
【００６４】
図６は電子検出器を備えた装置の説明図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図に示すように、半導体の電子検出器２０を配置し、電子ビームＥＢを走査させながら検出される２次電子又は反射電子の検出量を求め、走査量と電子検出量とに基づいて画像化すれば、薄膜の状態を観察したり、ビームの加速電圧を高く（例えば３０［ｋＶ］）し、試料７からの反射電子を検出して反射電子像を得ることもできる。即ち、電子検出器２０で検出された反射電子は、図示しない後段の画像処理回路により画像処理された後、反射電子像として取得することができる。
【００６５】
次に、図７に示すように電子ビームＥＢ側にＸ線発生層３１、試料７側に真空保持のための支持層３２を備える薄膜（Ｘ線源）３３を使用した例を示す。例えばＸ線発生層３１に銀、支持層３２にシリコンナイトライドを使用し、生体試料７を観察する。銀のＭζの特性Ｘ線は３１１．７［ｅＶ］で、生体試料に多く含まれる炭素の吸収端エネルギー２８４．２［ｅＶ］より高いため、炭素で吸収されやすい。
【００６６】
一方、支持層３２に使用するシリコンナイトライドに含まれる窒素の吸収端エネルギー４０９．９［ｅＶ］より低いので、支持層３２では吸収されにくい。そのため、Ｘ線検出器８で検出されるＸ線量は試料７の厚みによって変化するので、透過像にコントラストがつく。また、Ｘ線源となる薄膜の熱伝導率が高いものを使用すると、電子ビームの入射によって発生した熱を薄膜に沿って鏡筒（チャンバ）１０などに逃がすことにより、試料が暖まるのを防ぐことも可能である。具体的には薄膜の熱伝導率を、２００［Ｗ／（ｍ・ｋ）］以上にするとよい。
【００６７】
Ｘ線源１１となる薄膜に入射する電子ビームＥＢのエネルギーは、Ｘ線源１１となる薄膜で発生する特性Ｘ線のエネルギーの約３倍にすると、効率がよくなる。Ｘ線源１１となる薄膜が銀の場合で、Ｍζの特性Ｘ線を使用する場合は、３１１．７［ｅＶ］の３倍の約０．９［ｋｅＶ］の電子ビームＥＢを入射させるとよい。
【００６８】
図８は本発明の第２の実施例を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図８に示す第２の実施例は、図１に示す第１の実施例よりも単純な構成にしたものである。電子銃１，集束レンズ２，偏向コイル３，試料容器２５，試料７，Ｘ線検出器８からなる。電子銃１からＸ線検出器８まではチャンバ１０内に配置され、真空排気されている。
【００６９】
試料７は図９に示すように、上下が窓材Ａ，Ｂの試料容器２５に入れられ、該試料容器２５はＯリング２７で密閉されている。電子ビームＥＢが入射する側の窓材ＡはＸ線源１１を兼ねている。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００７０】
電子銃１から引き出された電子ビームを少なくとも１段の集束レンズ２で集束し、偏向コイル３で電子ビームＥＢの入射位置を調整し、Ｘ線源１１に入射させる。電子ビームＥＢの入射によってＸ線源１１（窓材Ａ）から発生したＸ線１３は試料７に照射され、試料７を透過したＸ線は試料容器２５の窓材Ｂを抜け、Ｘ線検出器８で検出し、透過Ｘ線像を得る。
【００７１】
透過Ｘ線像の取得方法や、試料７の組成分析については、第１の実施例と同様である。第１の実施例では、Ｘ線検出器８が大気中にあるため、大気中の分子によって透過Ｘ線が減衰するが、第２の実施例の場合はＸ線検出器８が真空中にあるためデータ透過Ｘ線像が第１の実施例に比べて減衰しにくいという特徴がある。
【００７２】
試料容器２５は密閉されているので、試料７の雰囲気を液中にしたり大気にしたりすることが可能である。そのため、大気圧であれば生体試料の乾燥を防いで観察したり、生きた試料の場合は液中で生きたまま観察することが可能になる。
【００７３】
また、試料容器２５の前方又は後方に電子検出器を光軸上に挿入することができるようにすれば、透過電子や散乱電子を検出し、電子像を取得し、Ｘ線像と比較することができる。
【００７４】
金属や半導体など、真空中でも観察可能な試料の場合には、図１０に示すように開放型の容器を使用し、Ｘ線透過像を取得することも可能である。真空中で観察することによって、大気中や液中で観察する時に比べ、試料以外でのＸ線の減衰量が少ないので、コントラストが得やすくなる。また、試料付近にシンチレータ検出器を配置し、２次電子像を取得したり、試料後方に半導体検出器配置して透過電子或いは散乱電子を検出し、走査透過像や透過像を取得するようにすることもできる。
【００７５】
図１１は本発明の第３の実施例を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施例では、チャンバ１０内に２次電子検出器２８と透過電子検出器２９を設けている例を示す。
【００７６】
また、第１の実施例と同様に、図１２に示すように支持層としての窓材ＡにＸ線源となるＸ線源薄膜３０を部分的に設置するようにしてもよい。
【００７７】
以上のように本発明のＸ線顕微鏡は、電子ビームＥＢを集束して照射する電子ビーム照射手段と、該電子ビーム照射手段からの集束電子ビームＥＢの照射に応じてＸ線発生源となる薄膜１１と、該薄膜１１の第１の面に照射された集束電子ビームＥＢによって該薄膜１１から発生するＸ線１３を検出するＸ線検出手段８とを有し、前記薄膜１１の第２の面に接して配置された試料７を透過したＸ線１３を前記Ｘ線検出手段８により検出することができる。
【００７８】
また、本発明の他のＸ線顕微鏡は、電子ビームＥＢを集束して照射する電子ビーム照射手段と、該電子ビーム照射手段からの集束電子ビームＥＢの照射に応じてＸ線発生源となる第１の薄膜（窓材Ａ）と、該第１の薄膜における第１の面に照射された集束電子ビームＥＢによって該薄膜から発生するＸ線１３を検出するＸ線検出手段８と、前記第１の薄膜における第２の面に対向して配置された第２の薄膜（窓材Ｂ）とを有し、前記第１及び第２の薄膜（窓材Ａ及び窓材Ｂ）の間隙において第１の薄膜における第２の面に接して配置された試料７を透過し、かつ第２の薄膜を透過したＸ線１３を前記Ｘ線検出手段８により検出することができる。
【００７９】
また、前記Ｘ線発生源となる薄膜（薄膜１１又は窓材Ａ）は、試料７中での顕微対象物７ａ，７ｂを構成する元素のＸ線吸収端のエネルギー値以上のエネルギー値を有する特性Ｘ線を放出する元素を含むことができる。
【００８０】
また、前記Ｘ線発生源となる薄膜は、２層以上の積層構造（Ｘ線発生層３１及び支持層３２）となっており、該積層３１，３２中の少なくとも１層がＸ線発生層とすることができる。
【００８１】
また、前記Ｘ線検出手段８と試料７との間の距離が調整可能となっており、これにより倍率又は分解能の調節が可能である。
【００８２】
また、集束電子ビームＥＢを走査する走査手段を更に有し、前記Ｘ線検出手段８は複数の検出素子が配列されてなる検出器８を備え、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームＥＢの走査情報と該検出器８によるＸ線の検出情報とから、試料７中における３次元情報を取得することができる。
【００８３】
また、集束電子ビームＥＢを走査する走査手段を更に有し、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームＥＢの走査情報と前記Ｘ線検出手段８によるＸ線の検出情報とから試料７の走査透過像を取得することができる。
【００８４】
また、前記Ｘ線発生源となる薄膜を集束電子ビームの進行方向に対して直交する方向に移動させる手段を更に有し、該移動に基づく該薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報とＸ線検出器８によるＸ線１３の検出情報とから試料７の走査透過像を取得することができる。
【００８５】
また、電子ビームＥＢの加速エネルギーは、Ｘ線発生源となる薄膜から発生するＸ線のエネルギーよりもほぼ３倍高くすることができる。
【００８６】
また、前記Ｘ線発生源となる薄膜の熱伝導率は、２００[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]以上とすることができる。
【００８７】
また、前記Ｘ線発生源となる薄膜を通過した電子ビームＥＢが試料７に到達し、これにより試料７を透過又は散乱（後方散乱（反射）を含む）した電子、或いは試料７から発生した２次電子を検出するための電子検出器２０，２８，２９を備えることができる。
【００８８】
また、前記Ｘ線発生源となる薄膜から発生する２次電子又は反射電子を検出するための電子検出器２０を備えることができる。
【００８９】
また、本発明の顕微方法では、Ｘ線発生源となる薄膜１１の第１の面に、集束された電子ビームＥＢを照射してＸ線１３を発生させ、前記薄膜１１の第２の面に接して配置された試料７を透過したＸ線を検出することにより、試料の透過像を取得することができる。
【００９０】
また、Ｘ線発生源となる第１の薄膜（窓材Ａ）における第１の面に、集束された電子ビームＥＢを照射してＸ線１３を発生させ、第１の薄膜における第２の面に接して配置された試料７を透過するとともに、前記第１の薄膜における第２の面に対向されて配置された第２の薄膜（窓材Ｂ）を透過したＸ線１３を検出することにより、試料７の透過像を取得することができる。
【００９１】
また、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面において集束電子ビームＥＢを走査させ、当該走査情報とＸ線１３の検出情報とから試料７の走査透過像を取得することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１ 電子銃
２ 集束レンズ
３ 偏向コイル
７ 試料
８ Ｘ線検出器
１０ チャンバ
１０ａ 開口
１１ Ｘ線源
１２ 窓材
１３ Ｘ線
ＥＢ 電子ビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを集束して照射する電子ビーム照射手段と、
該電子ビーム照射手段からの集束電子ビームの照射に応じてＸ線発生源となる薄膜と、
該薄膜の第１の面に照射された集束電子ビームによって該薄膜から発生するＸ線を検出するＸ線検出手段とを有し、
前記薄膜の第２の面に接して配置された試料を透過したＸ線を前記Ｘ線検出手段により検出することを特徴とするＸ線顕微鏡。
【請求項２】
電子ビームを集束して照射する電子ビーム照射手段と、
該電子ビーム照射手段からの集束電子ビームの照射に応じてＸ線発生源となる第１の薄膜と、
該第１の薄膜における第１の面に照射された集束電子ビームによって該薄膜から発生するＸ線を検出するＸ線検出手段と、
前記第１の薄膜における第２の面に対向して配置された第２の薄膜とを有し、
前記第１及び第２の薄膜の間隙において第１の薄膜における第２の面に接して配置された試料を透過し、かつ第２の薄膜を透過したＸ線を前記Ｘ線検出手段により検出することを特徴とするＸ線顕微鏡。
【請求項３】
前記Ｘ線発生源となる薄膜は、試料中での顕微対象物を構成する元素のＸ線吸収端のエネルギー値以上のエネルギー値を有する特性Ｘ線を放出する元素を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線顕微鏡。
【請求項４】
前記Ｘ線発生源となる薄膜は、２層以上の積層構造となっており、該積層中の少なくとも１層がＸ線発生層となっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項５】
前記Ｘ線検出手段と試料との間の距離が調整可能となっており、これにより倍率又は分解能の調節が可能であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項６】
集束電子ビームを走査する走査手段を更に有し、前記Ｘ線検出手段は複数の検出素子が配列されてなる検出器を備え、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報と該検出器によるＸ線の検出情報とから、試料中における３次元情報を取得することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項７】
集束電子ビームを走査する走査手段を更に有し、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報と前記Ｘ線検出手段によるＸ線の検出情報とから試料の走査透過像を取得することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項８】
前記Ｘ線発生源となる薄膜を集束電子ビームの進行方向に対して直交する方向に移動させる手段を更に有し、該移動に基づく該薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報とＸ線検出器によるＸ線の検出情報とから試料の走査透過像を取得することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項９】
電子ビームの加速エネルギーが、Ｘ線発生源となる薄膜から発生するＸ線のエネルギーよりもほぼ３倍高いことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項１０】
前記Ｘ線発生源となる薄膜の熱伝導率は、２００[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]以上であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項１１】
前記Ｘ線発生源となる薄膜を通過した電子ビームが試料に到達し、これにより試料を透過又は散乱した電子、或いは試料から発生した２次電子を検出するための電子検出器を備えることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項１２】
前記Ｘ線発生源となる薄膜から発生する２次電子又は反射電子を検出するための電子検出器を備えることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項１３】
Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面に、集束された電子ビームを照射してＸ線を発生させ、前記薄膜の第２の面に接して配置された試料を透過したＸ線を検出することにより、試料の透過像を取得することを特徴とするＸ線を用いた顕微方法。
【請求項１４】
Ｘ線発生源となる第１の薄膜における第１の面に、集束された電子ビームを照射してＸ線を発生させ、第１の薄膜における第２の面に接して配置された試料を透過するとともに、前記第１の薄膜における第２の面に対向されて配置された第２の薄膜を透過したＸ線を検出することにより、試料の透過像を取得することを特徴とするＸ線を用いた顕微方法。
【請求項１５】
Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面において集束電子ビームを走査させ、当該走査情報とＸ線の検出情報とから試料の走査透過像を取得することを特徴とする請求項１３又は１４記載のＸ線を用いた顕微方法。
【請求項１】
電子ビームを集束して照射する電子ビーム照射手段と、
該電子ビーム照射手段からの集束電子ビームの照射に応じてＸ線発生源となる薄膜と、
該薄膜の第１の面に照射された集束電子ビームによって該薄膜から発生するＸ線を検出するＸ線検出手段とを有し、
前記薄膜の第２の面に接して配置された試料を透過したＸ線を前記Ｘ線検出手段により検出することを特徴とするＸ線顕微鏡。
【請求項２】
電子ビームを集束して照射する電子ビーム照射手段と、
該電子ビーム照射手段からの集束電子ビームの照射に応じてＸ線発生源となる第１の薄膜と、
該第１の薄膜における第１の面に照射された集束電子ビームによって該薄膜から発生するＸ線を検出するＸ線検出手段と、
前記第１の薄膜における第２の面に対向して配置された第２の薄膜とを有し、
前記第１及び第２の薄膜の間隙において第１の薄膜における第２の面に接して配置された試料を透過し、かつ第２の薄膜を透過したＸ線を前記Ｘ線検出手段により検出することを特徴とするＸ線顕微鏡。
【請求項３】
前記Ｘ線発生源となる薄膜は、試料中での顕微対象物を構成する元素のＸ線吸収端のエネルギー値以上のエネルギー値を有する特性Ｘ線を放出する元素を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線顕微鏡。
【請求項４】
前記Ｘ線発生源となる薄膜は、２層以上の積層構造となっており、該積層中の少なくとも１層がＸ線発生層となっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項５】
前記Ｘ線検出手段と試料との間の距離が調整可能となっており、これにより倍率又は分解能の調節が可能であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項６】
集束電子ビームを走査する走査手段を更に有し、前記Ｘ線検出手段は複数の検出素子が配列されてなる検出器を備え、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報と該検出器によるＸ線の検出情報とから、試料中における３次元情報を取得することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項７】
集束電子ビームを走査する走査手段を更に有し、Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報と前記Ｘ線検出手段によるＸ線の検出情報とから試料の走査透過像を取得することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項８】
前記Ｘ線発生源となる薄膜を集束電子ビームの進行方向に対して直交する方向に移動させる手段を更に有し、該移動に基づく該薄膜の第１の面における集束電子ビームの走査情報とＸ線検出器によるＸ線の検出情報とから試料の走査透過像を取得することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項９】
電子ビームの加速エネルギーが、Ｘ線発生源となる薄膜から発生するＸ線のエネルギーよりもほぼ３倍高いことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項１０】
前記Ｘ線発生源となる薄膜の熱伝導率は、２００[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]以上であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項１１】
前記Ｘ線発生源となる薄膜を通過した電子ビームが試料に到達し、これにより試料を透過又は散乱した電子、或いは試料から発生した２次電子を検出するための電子検出器を備えることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項１２】
前記Ｘ線発生源となる薄膜から発生する２次電子又は反射電子を検出するための電子検出器を備えることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載のＸ線顕微鏡。
【請求項１３】
Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面に、集束された電子ビームを照射してＸ線を発生させ、前記薄膜の第２の面に接して配置された試料を透過したＸ線を検出することにより、試料の透過像を取得することを特徴とするＸ線を用いた顕微方法。
【請求項１４】
Ｘ線発生源となる第１の薄膜における第１の面に、集束された電子ビームを照射してＸ線を発生させ、第１の薄膜における第２の面に接して配置された試料を透過するとともに、前記第１の薄膜における第２の面に対向されて配置された第２の薄膜を透過したＸ線を検出することにより、試料の透過像を取得することを特徴とするＸ線を用いた顕微方法。
【請求項１５】
Ｘ線発生源となる薄膜の第１の面において集束電子ビームを走査させ、当該走査情報とＸ線の検出情報とから試料の走査透過像を取得することを特徴とする請求項１３又は１４記載のＸ線を用いた顕微方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２０９１１８（Ｐ２０１１−２０９１１８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７７２６４（Ｐ２０１０−７７２６４）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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