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JPH06300900A - Soft x-ray microscope - Google Patents

Soft x-ray microscope

Info

Publication number
JPH06300900A
JPH06300900A JP8761893A JP8761893A JPH06300900A JP H06300900 A JPH06300900 A JP H06300900A JP 8761893 A JP8761893 A JP 8761893A JP 8761893 A JP8761893 A JP 8761893A JP H06300900 A JPH06300900 A JP H06300900A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
soft
objective lens
image
visible light
ray
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP8761893A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Horikawa
嘉明 堀川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP8761893A priority Critical patent/JPH06300900A/en
Publication of JPH06300900A publication Critical patent/JPH06300900A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

PURPOSE:To rerform an actuall observation high in magnification and resolution by enabling selecting an arbitrary one of a plurality of objective lenses with different magnifications as an objective lens for optical microscope and varying the observation magnification and by surveying the observation part of a specimen in a low magnitude wide view field and focusing. CONSTITUTION:To an X-ray microscope having a soft X-ray source, a pulse laser 1 for irradiating a specimen 7 through a condenser lens 5, a Schwarzsild tupe objective lens 9 as a soft X-ray objective lens for magnifying the image of the specimen by soft X-rays, a phospher 10 for converting the magnified image to visible light, an objective lens 12 of an optical microscope for remagnifying the image converted to visible light, and an image intensifier 14 as a photographing element sensible to visible light for detecting the remagnified image, an objective lens selection mechanism is provided to select an arbitrary objective lens among a plurality of objective lenses with different magnifications as an objective lens 12.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、X線顕微鏡、特に生体
観察や半導体検査等に好適な高解像度の軟X線顕微鏡装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an X-ray microscope, and more particularly to a high resolution soft X-ray microscope apparatus suitable for living body observation, semiconductor inspection and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】可視光を用いる通常の光学顕微鏡の分解
能はほぼ0.2μmであるので、より高解像度を必要と
する観察の場合には電子顕微鏡を用いることになる。し
かし、電子顕微鏡により生体等を観察するためには、脱
水、固定等の前処理が必要となるとともに、観察を真空
中で行わなければならないという制約を受ける。そこ
で、軟X線領域の光を用いることにより高解像度および
空気中での観察を実現するようにした軟X線顕微鏡の開
発が進められるようになった。その中でも、特に生体観
察を目的とするものとして、「水の窓」と呼ばれる23
〜43Åの波長領域を用いる軟X線顕微鏡の開発が進め
られている。
2. Description of the Related Art Since the resolution of an ordinary optical microscope using visible light is approximately 0.2 μm, an electron microscope is used for observation requiring higher resolution. However, in order to observe a living body or the like with an electron microscope, pretreatment such as dehydration and fixation is required, and there is a restriction that the observation must be performed in a vacuum. Therefore, the development of a soft X-ray microscope which realizes high resolution and observation in air by using light in the soft X-ray region has been advanced. Among them, the one called “water window” for the purpose of observing the living body 23
Development of a soft X-ray microscope using a wavelength region of up to 43Å is underway.

【0003】軟X線顕微鏡は、軟X線光源と、該軟X線
光源から放射された軟X線を試料上に集光するコンデン
サレンズと、試料から反射または透過した軟X線や蛍光
等を拡大して結像する対物レンズと、結像された像を検
出する検出器等から構成され、検出された像はCRT等
に表示される。軟X線領域においては、あらゆる物質の
屈折率は1に近い値となり、屈折や反射はほとんど起こ
らず、吸収も大きくなる。したがって、対物レンズとし
ては、全反射現象を用いた斜入射光学系や、多層膜を用
いた直入射反射光学系や、回折を用いたゾーンプレート
光学系が用いられる。
The soft X-ray microscope includes a soft X-ray light source, a condenser lens that collects the soft X-rays emitted from the soft X-ray light source on a sample, and soft X-rays or fluorescence reflected or transmitted from the sample. Is composed of an objective lens for enlarging and forming an image, a detector for detecting the formed image, and the like, and the detected image is displayed on a CRT or the like. In the soft X-ray region, the refractive index of any substance is a value close to 1, refraction or reflection hardly occurs, and absorption is large. Therefore, as the objective lens, an oblique incidence optical system using a total reflection phenomenon, a direct incidence reflection optical system using a multilayer film, or a zone plate optical system using diffraction is used.

【0004】一般的に、結像光学系においては、分解能
(解像力)δは、δ=0.61λ/NAで与えられる
(ただし、λ;波長、NA;対物レンズの開口数)。こ
こで、使用する波長を40Åとすると、斜入射光学系で
は、全反射角の関係からNAは最大0.06程度と見積
もられるので、分解能δは上式から約400Å、すなわ
ち0.04μm程度となる。また、球面のみを用いた直
入射反射光学系では、幾何学的な収差量からNAは0.
25程度が限界と考えられており、分解能は約100
Å、すなわち0.01μmとなる。したがって、軟X線
顕微鏡の分解能は、0,01〜0.04μm程度になる
が、この分解能は、今後の技術改良によりさらに向上す
ることが期待できる。そして、使い易い大きさの軟X線
顕微鏡を考えた場合、対物レンズの倍率が100倍程度
で、検出器の分解能が数μm以下であることが必要とな
る。
Generally, in an imaging optical system, the resolution (resolution) δ is given by δ = 0.61λ / NA (where λ is the wavelength, NA is the numerical aperture of the objective lens). Here, assuming that the wavelength to be used is 40 Å, in the oblique incidence optical system, the NA is estimated to be about 0.06 at maximum due to the relationship of the total reflection angle, so the resolution δ is about 400 Å from the above formula, that is, about 0.04 μm. Become. Further, in a direct-incidence reflection optical system using only spherical surfaces, NA is 0.
It is thought that about 25 is the limit, and the resolution is about 100.
Å, that is, 0.01 μm. Therefore, the resolution of the soft X-ray microscope is about 0.01 to 0.04 μm, and it is expected that this resolution will be further improved by future technical improvement. When considering a soft X-ray microscope with a size that is easy to use, it is necessary that the objective lens has a magnification of about 100 and the resolution of the detector is several μm or less.

【0005】一般に、軟X線の検出器としてはマイクロ
チャンネルプレート(MCP)、CCD等の固体撮像素
子を用いるが、その場合、各画素間の間隔は何れも10
μm以上なので、分解能が不足する。したがって、何ら
かの手法で像を再拡大してからMCPやCCDで検出す
る方法が用られている。像の再拡大の方法としては、電
子光学的に像を拡大するイメージ型検出器を用いる方法
や、対物レンズによる拡大像をさらに拡大レンズによっ
て拡大する方法が提案されている。
Generally, a solid-state image pickup device such as a microchannel plate (MCP) or a CCD is used as a soft X-ray detector. In that case, the distance between each pixel is 10 or less.
Since it is more than μm, the resolution is insufficient. Therefore, a method is used in which the image is re-enlarged by some method and then detected by the MCP or CCD. As a method for re-enlarging an image, a method using an image-type detector for electron-optically enlarging an image or a method for enlarging an enlarged image by an objective lens by a magnifying lens has been proposed.

【0006】上記電子光学的に像を拡大する方法は、図
2に示すようにして行う。すなわち、電子銃40から放
出される電子をコンデンサ電子レンズ41によってター
ゲット42上に収束し、特性X線(軟X線顕微鏡の場合
は、発生するX線の中から軟X線を用いる)を発生させ
て試料43に照射する。試料43を透過したX線をウォ
ルタ型対物レンズ44によってCaI等の光電変換面4
5上に拡大投影して、光電変換面45でX線を一旦電子
に変換する。その電子を電子レンズ46によって電子光
学的に再拡大し、電子による拡大像をMCP47上に結
像させる。MCP47によって増幅した像を蛍光面48
によって可視光に変換し、CCDカメラ49によって検
出する。なお、以上の系はチェンバ50によって真空に
保たれている。
The electro-optically magnifying method is performed as shown in FIG. That is, the electrons emitted from the electron gun 40 are focused on the target 42 by the condenser electron lens 41, and characteristic X-rays (in the case of a soft X-ray microscope, soft X-rays are used among the generated X-rays) are generated. Then, the sample 43 is irradiated. The X-ray transmitted through the sample 43 is converted by the Walter objective lens 44 into the photoelectric conversion surface 4 such as CaI.
The image is magnified and projected on 5, and the photoelectric conversion surface 45 once converts the X-rays into electrons. The electrons are electro-optically re-enlarged by the electronic lens 46, and an enlarged image by the electrons is formed on the MCP 47. The image amplified by the MCP 47 is used as a fluorescent screen 48.
It is converted into visible light by and is detected by the CCD camera 49. The above system is kept in vacuum by the chamber 50.

【0007】また、上記軟X線のままで拡大像をさらに
拡大する方法は、図3に示すようにして行う。すなわ
ち、軟X線を照射された試料51を斜入射型対物レンズ
(この例ではウォルタ型を用いる)52によって拡大し
て最初の像53を得て、その最初の像53をさらに斜入
射型全反射鏡(この例ではウォルタ型を用いる)54に
よって再拡大する。そして、再拡大された軟X線による
像55をMCPまたはCCD56によって検出する。
A method of further enlarging the magnified image with the above soft X-rays is performed as shown in FIG. That is, the sample 51 irradiated with soft X-rays is magnified by the grazing incidence type objective lens (Walter type is used in this example) 52 to obtain a first image 53, and the first image 53 is further grazing incidence type. Re-magnification by a reflector (using Walter type in this example) 54. Then, the image 55 by the re-enlarged soft X-ray is detected by the MCP or CCD 56.

【0008】ところで、上述の電子光学的に像を拡大す
る方法は、装置が複雑化し、電子レンズによる収差が問
題になる上に、光電変換面で変換されずに透過した軟X
線が直接検出器に入射して画像に悪影響を与える問題が
ある。また、上述の軟X線のままで拡大像をさらに拡大
する方法は、軟X線のままで拡大するため、光量損失が
大きくなる上に、装置の大型化を招く問題がある。
By the way, in the above-mentioned method of enlarging an image electronically and optically, the apparatus becomes complicated, the aberration due to the electron lens becomes a problem, and the soft X transmitted without being converted by the photoelectric conversion surface.
There is a problem that the line directly enters the detector and adversely affects the image. Further, the above-described method of further enlarging the magnified image with the soft X-rays entails enlargement with the soft X-rays, resulting in a large light amount loss and an increase in the size of the apparatus.

【0009】このような問題点に鑑み、特開平3−20
0099号公報に記載の顕微鏡が提案されている。この
公報記載の従来例によれば、フォスファ(phospher;軟
X線を可視光に変換する蛍光体、燐光体等の部材)によ
って軟X線を紫外線を含む可視光に変換した後に、通常
の光学顕微鏡の対物レンズによって拡大してからMCP
やCCDによって画像検出する構成とすることにより、
10μm程度の分解能を有する軟X線検出器を使用し得
るようにして、0.01μmの分解能を実現する顕微鏡
としている。
In view of these problems, Japanese Patent Laid-Open No. 3-20
A microscope described in Japanese Patent Publication No. 0099 has been proposed. According to the conventional example described in this publication, after converting soft X-rays into visible light including ultraviolet rays by a phospher (a member such as a phosphor or a phosphor that converts soft X-rays into visible light), normal optical MCP after enlarging with the microscope objective lens
By adopting a configuration in which images are detected by a CCD or CCD,
A soft X-ray detector having a resolution of about 10 μm is used so that the microscope has a resolution of 0.01 μm.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】軟X線のエネルギーは
高いので、軟X線を試料に長時間照射すると試料に与え
るダメージが大きくなり、好ましくない。しかし、上記
従来例では、例えば0.01μmの分解能となる高解像
度を得るためには総合倍率で2000倍以上になるまで
拡大する必要があるので視野が極端に狭くなることか
ら、短時間で所望の部位を探査することが困難になり、
限られた試料の許容軟X線被曝時間内では試料の見たい
部位を探査することが困難になる。また、ピント合わせ
に要する時間もできる限り短くする必要があるので、正
確なピント合わせを実現することも困難になる。したが
って、所望の部位を探査し、正確にピントを合わせるた
めには長時間の軟X線照射が避けられず、その長時間の
軟X線照射により試料にダメージを与えることが避けら
れなくなる。
Since the energy of soft X-rays is high, irradiating the sample with soft X-rays for a long time causes a large damage to the sample, which is not preferable. However, in the above-mentioned conventional example, in order to obtain a high resolution of, for example, 0.01 μm, it is necessary to enlarge the total magnification to 2000 times or more, so the field of view becomes extremely narrow. It becomes difficult to explore the part of
It is difficult to search a desired part of the sample within the limited soft X-ray exposure time of the sample. In addition, since it is necessary to shorten the time required for focusing as much as possible, it is difficult to achieve accurate focusing. Therefore, long-time soft X-ray irradiation is unavoidable in order to search a desired site and focus accurately, and damage to the sample due to the long soft X-ray irradiation cannot be avoided.

【0011】また、軟X線対物レンズには多数の制約条
件があり、任意の倍率に設計するのが難しいので、軟X
線対物レンズの倍率を変更することにより軟X線顕微鏡
の倍率を所望に応じて変更し得るようにすることは困難
である。したがって、従来の軟X線顕微鏡は、一般に、
固定倍率の軟X線顕微鏡として構成されることになるの
で、低倍率広視野で試料の観察部位の探査を行い、高倍
率高分解能で実際の観察を行う、通常の可視光顕微鏡で
実施されている観察作業を行うことができなかった。
Further, the soft X-ray objective lens has a number of constraints, and it is difficult to design it at an arbitrary magnification, so that the soft X-ray objective lens is
It is difficult to change the magnification of the soft X-ray microscope as desired by changing the magnification of the linear objective lens. Therefore, conventional soft X-ray microscopes generally
Since it will be configured as a fixed-magnification soft X-ray microscope, it will be carried out with an ordinary visible light microscope, in which the observation site of the sample is searched in a wide field of view at a low magnification and actual observation is performed at a high magnification and a high resolution. I couldn't do some observation work.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、試
料に軟X線を照射する軟X線光源と、該試料の軟X線に
よる像を拡大する軟X線対物レンズと、拡大された像を
可視光に変換するフォスファと、可視光に変換された像
を再拡大する光学顕微鏡の対物レンズと、再拡大された
像を検出する可視光感応性の撮像素子とを具える軟X線
顕微鏡において、前記光学顕微鏡の対物レンズとして複
数の異なる倍率の対物レンズの中から任意の対物レンズ
を選択する対物レンズ選択機構を設けたから、観察倍率
が変更可能になり、低倍率広視野で試料の観察部位の探
査を行い、高倍率高分解能で実際の観察を行う、通常の
可視光顕微鏡で実施されている観察作業を行うことがで
きる。
The present invention has been expanded by a soft X-ray light source for irradiating a sample with soft X-rays, and a soft X-ray objective lens for magnifying an image of the sample by soft X-rays. A soft X-ray including a phosphor that converts an image into visible light, an objective lens of an optical microscope that re-enlarges the image converted into visible light, and a visible-light-sensitive image sensor that detects the re-enlarged image. In the microscope, since an objective lens selection mechanism for selecting an objective lens from a plurality of objective lenses of different magnifications is provided as an objective lens of the optical microscope, the observation magnification can be changed, and a low magnification wide field of view of a sample can be obtained. It is possible to perform the observation work that is performed by a normal visible light microscope, in which the observation site is searched and the actual observation is performed with high magnification and high resolution.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図1は本発明の軟X線顕微鏡の第1実施例の
構成を示す図である。この実施例は、軟X線光源として
レーザプラズマ光源を用い、コンデンサレンズとして回
転楕円鏡を用い、対物レンズとして多層膜を用いた直入
射反射鏡から成るシュヴァルツシルド型を用いている。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a first embodiment of a soft X-ray microscope of the present invention. In this embodiment, a laser plasma light source is used as a soft X-ray light source, a spheroidal mirror is used as a condenser lens, and a Schwarzschild type which is a direct-incidence reflecting mirror using a multilayer film is used as an objective lens.

【0014】図1において、軟X線像を観察する際に
は、軟X線光源としての高出力のパルスレーザ1から放
射されるレーザ光は集光レンズ2によって真空容器3内
に設けられたターゲット4上に集光される。真空容器3
にはレーザ光を容器内に導入する図示しない窓が設けら
れている。ターゲット4は、テープ状の薄膜ターゲット
として構成され、パルスレーザ1の1ショット毎に前記
テープを微小距離移動させる。図示しないテープの移動
機構は、例えば録音用のコンパクトカセットと同様な機
構になっている。
In FIG. 1, when observing a soft X-ray image, laser light emitted from a high-power pulse laser 1 as a soft X-ray light source is provided in a vacuum container 3 by a condenser lens 2. It is focused on the target 4. Vacuum container 3
Has a window (not shown) for introducing laser light into the container. The target 4 is configured as a tape-shaped thin film target, and moves the tape a minute distance for each shot of the pulse laser 1. The tape moving mechanism (not shown) is similar to that of a compact cassette for recording, for example.

【0015】集光されたレーザ光によってターゲット4
上に高温、高密度のプラズマが生じて軟X線が発生す
る。ここで、高出力のパルスレーザ1としては、例えば
Nd:YAGレーザで出力1J/pulse、繰返し周
波数10Hzのものを用いる。発生した軟X線は、全反
射を利用した回転楕円鏡のコンデンサレンズ5によって
試料室6内の試料7上に照射される。試料室6は、試料
7の水分を保つために試料を真空に対し隔離する構造に
なっている。したがって、試料室6には窓8が設けられ
ており、窓8を通して試料7を観察できるようになって
いる。窓8は、軟X線を透過するとともに大気圧に耐え
得るように,直径200μm、厚さ0.12μmのSi
34 薄膜で構成されている。なお、材料をポリイミド
等にしてもよい。
The target 4 by the condensed laser light
High-temperature, high-density plasma is generated on the top to generate soft X-rays. Here, as the high-output pulse laser 1, for example, an Nd: YAG laser having an output of 1 J / pulse and a repetition frequency of 10 Hz is used. The generated soft X-rays are irradiated onto the sample 7 in the sample chamber 6 by the condenser lens 5 of the spheroidal mirror using total reflection. The sample chamber 6 has a structure that isolates the sample from the vacuum in order to retain the water content of the sample 7. Therefore, the sample chamber 6 is provided with the window 8 so that the sample 7 can be observed through the window 8. The window 8 is made of Si having a diameter of 200 μm and a thickness of 0.12 μm so that it can transmit soft X-rays and withstand atmospheric pressure.
It is composed of a 3 N 4 thin film. The material may be polyimide or the like.

【0016】試料7を透過した軟X線はシュヴァルツシ
ルド型対物レンズ9に入射する。シュヴァルツシルド型
対物レンズ9は、この例では倍率100倍、NA=0.
25であり、したがって分解能は0,01μmである。
このシュヴァルツシルド型対物レンズ9により100倍
に拡大された軟X線による試料7の像は、フォスファ1
0によって可視光に変換される。フォスファ10として
は、1μm程度の分解能を有するものが必要であり、G
22 S:Tb 、 Gd22 S:Eu 、 La
22 S:Tb 、 La22 S:Eu 、 BaM
2 Al1627:Eu 、 CeMgAl1119:Tb
、 Y26 Eu等のY 、 La 、 Ce 、
Eu 、 Tb、 Tm 、 Yb系の材料や、Ca10
(PO46 (F,Cl)2 :Sb,Mn 、 Caw
4 、 CsI:Na等を用いる。これらの材料は、
0.17mm厚のカバーガラス11上に塗布されてい
る。
The soft X-rays that have passed through the sample 7 enter the Schwarzschild type objective lens 9. The Schwarzschild type objective lens 9 has a magnification of 100 times and NA = 0.
25, so the resolution is 0.01 μm.
The image of the sample 7 magnified 100 times by the Schwarzschild type objective lens 9 is a phosphor 1
Converted to visible light by 0. The phosphor 10 needs to have a resolution of about 1 μm.
d 2 O 2 S: Tb, Gd 2 O 2 S: Eu, La
2 O 2 S: Tb, La 2 O 2 S: Eu, BaM
g 2 Al 16 O 27 : Eu, CeMgAl 11 O 19 : Tb
, Y 2 O 6 Eu, Y, La, Ce,
Eu, Tb, Tm, Yb-based materials and Ca 10
(PO 4 ) 6 (F, Cl) 2 : Sb, Mn, Caw
O 4 , CsI: Na or the like is used. These materials are
It is applied on the cover glass 11 having a thickness of 0.17 mm.

【0017】可視光に変換された像は、光学顕微鏡の対
物レンズ12で再拡大される。対物レンズ12として
は、複数(通常3個)の倍率の異なる対物レンズを用
い、それら対物レンズはレボルバ13に装着されてい
る。本例においては少なくとも低倍率および高倍率の2
個の対物レンズが必要である。
The image converted into visible light is re-enlarged by the objective lens 12 of the optical microscope. As the objective lens 12, a plurality (usually three) of objective lenses having different magnifications are used, and these objective lenses are mounted on the revolver 13. In this example, at least low magnification and high magnification of 2
Individual objective lenses are required.

【0018】このレボルバ13は、真空容器3の外部か
ら図示しない回転機構によって回転させることができ、
このレボルバ13の回転により複数の異なる倍率の対物
レンズの中から任意の対物レンズを選択することができ
る。その際、レボルバ13および図示しない回転機構は
対物レンズ選択機構として機能する。なお、対物レンズ
選択機構を単純なスライド機構によって構成してもよ
い。
The revolver 13 can be rotated from the outside of the vacuum container 3 by a rotation mechanism (not shown),
By rotating the revolver 13, it is possible to select an arbitrary objective lens from a plurality of objective lenses having different magnifications. At that time, the revolver 13 and the rotation mechanism (not shown) function as an objective lens selection mechanism. The objective lens selection mechanism may be configured by a simple slide mechanism.

【0019】上記2回の拡大により任意(所望)の倍率
に拡大された像は、真空容器3の図示しない窓を経て、
可視光に対し感応性を有する撮像素子であるイメージイ
ンテンシファイア14内に設けられたMCP15上の光
電変換面16に結像する。基本的には、パルスレーザ1
の1パルスにつき1画像を検出するものとするが、ショ
ット雑音等を軽減するために積算平均化処理等を行うこ
ともある。有効径10mmのMCP15を用いたときそ
の分解能が約40μmであるとすると、可視光用の対物
レンズ12として40倍の対物レンズを選択した場合、
その4000分の1の0.01μmを解像することがで
き、高解像度が得られる。一方、可視光用の対物レンズ
12として4倍の対物レンズを選択した場合、総合倍率
は400倍となるので、試料7上での視野は25μmと
なり、広視野が得られる。
The image magnified to an arbitrary (desired) magnification by the above-mentioned two times of magnification passes through a window (not shown) of the vacuum container 3,
An image is formed on the photoelectric conversion surface 16 on the MCP 15 provided in the image intensifier 14 which is an image sensor having sensitivity to visible light. Basically, pulse laser 1
It is assumed that one image is detected for each pulse, but integrated averaging processing or the like may be performed to reduce shot noise and the like. Assuming that the resolution is about 40 μm when the MCP 15 having an effective diameter of 10 mm is used, when a 40 × objective lens is selected as the objective lens 12 for visible light,
It is possible to resolve 0.01 μm, which is 1/4000 of that, and high resolution is obtained. On the other hand, when a 4 × objective lens is selected as the visible light objective lens 12, the total magnification is 400 ×, so that the visual field on the sample 7 is 25 μm, and a wide visual field is obtained.

【0020】MCP15は、可視光に対し感応性を有す
る光電変換面16および蛍光面17に挟まれており、こ
の部分で光量増幅がなされる。蛍光面17はレンズ18
を介してCCD19によって撮像され、この撮像により
最終的な画像が得られ、図示しないCRT等で観察され
る。なお、十分な光量を有する場合は、イメージインテ
ンシファイア14の代わりにCCD等の撮像素子によっ
て再拡大された像を直接検出することもできる。また、
レーザの散乱光が強い場合には、レーザ光の特定の波長
をカットするフィルタ20を出し入れ可能に設けること
により、ノイズの少ない像を得ることができる。
The MCP 15 is sandwiched between a photoelectric conversion surface 16 and a fluorescent surface 17 which are sensitive to visible light, and the amount of light is amplified in this portion. The fluorescent screen 17 is a lens 18
The image is picked up by the CCD 19 via the, and a final image is obtained by this picking up and observed by a CRT or the like (not shown). When the light intensity is sufficient, it is possible to directly detect the image re-enlarged by an image pickup device such as CCD instead of the image intensifier 14. Also,
When the scattered light of the laser is strong, an image with less noise can be obtained by providing the filter 20 that cuts off a specific wavelength of the laser light so that it can be taken in and out.

【0021】以下、この実施例における、可視光による
試料観察について説明する。
The sample observation by visible light in this embodiment will be described below.

【0022】可視光を反射するミラー21はターゲット
4からコンデンサレンズ5へ至る光路内の21aで示す
位置に移動し、可視光光源22からの可視光をレンズ2
3を用いてコンデンサレンズ5に導入する。この可視光
の導入のため、真空容器3には図示しない導入用の窓を
設ける。また、真空容器3の外部には、ミラー21の移
動を容器外部から行うための図示しない移動機構を設け
る。
The mirror 21 which reflects the visible light moves to a position 21a in the optical path from the target 4 to the condenser lens 5, and the visible light from the visible light source 22 is reflected by the lens 2
3 is introduced into the condenser lens 5. In order to introduce the visible light, the vacuum container 3 is provided with an introduction window (not shown). Further, outside the vacuum container 3, a moving mechanism (not shown) for moving the mirror 21 from outside the container is provided.

【0023】シュヴァルツシルド型対物レンズ9から対
物レンズ12へ至る光路内のフォスファ10は10aで
示す位置まで移動させて光路から除外する。それと同時
に、カバーガラス11による光路長変化を補正するガラ
ス板24をフォスファ10が存在していた位置に移動す
る。このガラス板24としては、通常、カバーガラス1
1と同一材料、同一板厚のものを用いる。なお、このガ
ラス板24は、フォスファ10が薄膜のままで用いるも
のである場合には省略することができる。また、真空容
器3の外部には、ガラス板24の移動を容器外部から行
うための図示しない移動機構を設ける。可視光を照射さ
れた試料7のシュヴァルツシルド型対物レンズ9による
像は、ガラス板24上に結像し、対物レンズ12によっ
て再拡大された後に、イメージインテンシファイア14
によって撮像されるので、試料の観察部位を探すことが
可能になる。
The phosphor 10 in the optical path from the Schwarzschild type objective lens 9 to the objective lens 12 is moved to the position indicated by 10a and excluded from the optical path. At the same time, the glass plate 24 for correcting the optical path length change due to the cover glass 11 is moved to the position where the phosphor 10 was present. As the glass plate 24, the cover glass 1 is usually used.
The same material and the same plate thickness as No. 1 are used. The glass plate 24 can be omitted when the phosphor 10 is used as a thin film. Further, outside the vacuum container 3, a moving mechanism (not shown) for moving the glass plate 24 from outside the container is provided. An image of the sample 7 irradiated with visible light by the Schwarzschild type objective lens 9 is formed on the glass plate 24, re-enlarged by the objective lens 12, and then the image intensifier 14 is formed.
Since it is imaged by, it becomes possible to find the observation site of the sample.

【0024】次に、この実施例における、一連の試料観
察動作について説明する。
Next, a series of sample observing operations in this embodiment will be described.

【0025】試料7を試料室6とともに軟X線顕微鏡に
セットし、真空容器3内の空気を図示しない排気装置に
よって排気し、真空容器3内を真空にする。このとき、
高真空度を必要とするMCP15は真空容器3と独立し
ているので、真空容器3内の真空度は軟X線を透過する
程度であれば十分であり高真空度を必要としないので、
排気作業を短時間で行えるという利点がある。次に、ミ
ラー21を光路中に移動し、可視光光源22より試料7
に可視光を照射する。その後、フォスファ10をガラス
板24に入れ替えてイメージインテンシファイア14に
よって可視光による像を観察する。その際、像が明る過
ぎる場合には、入射する可視光の明るさを調整するフィ
ルタ20として光路中に出し入れ可能に設けたアッテネ
ータを用いて、イメージインテンシファイア14に必要
以上の光が入射しないようにすることは言うまでもな
い。
The sample 7 is set in the soft X-ray microscope together with the sample chamber 6, and the air in the vacuum container 3 is exhausted by an exhaust device (not shown) to make the vacuum container 3 a vacuum. At this time,
Since the MCP 15 that requires a high degree of vacuum is independent of the vacuum vessel 3, the degree of vacuum in the vacuum vessel 3 is sufficient as long as it transmits soft X-rays and does not require a high degree of vacuum.
There is an advantage that the exhaust work can be performed in a short time. Next, the mirror 21 is moved into the optical path, and the sample 7 is emitted from the visible light source 22.
To irradiate visible light. After that, the phosphor 10 is replaced with the glass plate 24, and the image by the visible light is observed by the image intensifier 14. At that time, if the image is too bright, an attenuator provided so as to be able to be put in and taken out from the optical path is used as the filter 20 for adjusting the brightness of the incident visible light, and more light than necessary is not made incident on the image intensifier 14. Needless to say,

【0026】次に、図示しない試料移動機構により、真
空容器外から試料室6ごと試料7を移動して所望の観察
部位を探査し、同時にピント合わせも行う。その際、上
述したレボルバ13の回転により対物レンズ12を低倍
率から順次高倍率に変更していくものとする。次に、タ
ーゲット4およびコンデンサレンズ5間の光路内に点線
で示すように位置しているミラー21を実線で示す位置
に移動して光路から除外してから可視光の照射を中止
し、シュヴァルツシルド型対物レンズ9から対物レンズ
12へ至る光路内にフォスファ10を実線で示すように
移動して導入する。その後、パルスレーザ1を1ショッ
ト発振させて軟X線画像を得る。このとき、ノイズが多
い場合には積算処理を行う他、画像を図示しないメモリ
に記憶する等の各種画像処理を行っておくことは言うま
でもない。
Next, a sample moving mechanism (not shown) moves the sample 7 together with the sample chamber 6 from the outside of the vacuum container to search for a desired observation site, and at the same time, to perform focusing. At that time, it is assumed that the objective lens 12 is sequentially changed from the low magnification to the high magnification by the rotation of the revolver 13 described above. Next, the mirror 21, which is located in the optical path between the target 4 and the condenser lens 5 as shown by the dotted line, is moved to the position shown by the solid line to exclude it from the optical path, and then the irradiation of visible light is stopped, and the Schwarzschild The phosphor 10 is moved into the optical path from the mold objective lens 9 to the objective lens 12 as shown by the solid line. Then, the pulse laser 1 is oscillated for one shot to obtain a soft X-ray image. At this time, needless to say, when there is a lot of noise, in addition to the integration process, various image processes such as storing an image in a memory (not shown) are performed.

【0027】このようにして、レボルバー13に装着し
た複数の倍率の異なる対物レンズの中から任意に選択さ
れた対物レンズ12により、低倍率(広視野)から高倍
率(高分解能)までの所望の倍率で軟X線観察および可
視光観察を行うことができる。また、可視光で観察部位
の探査およびピント合わせをできるので、軟X線により
試料にダメージを与えずに高分解能で試料観察を行い得
る、簡単な構成の軟X線顕微鏡を提供することができ
る。
In this way, by the objective lens 12 arbitrarily selected from the plurality of objective lenses having different magnifications mounted on the revolver 13, a desired magnification from low magnification (wide field of view) to high magnification (high resolution) can be obtained. Soft X-ray observation and visible light observation can be performed at a magnification. Further, since the observation site can be searched and focused with visible light, it is possible to provide a soft X-ray microscope having a simple structure that can perform sample observation with high resolution without damaging the sample with soft X-rays. .

【0028】また、試料7に可視光を照射する可視光光
源22を設け、試料7の可視光による拡大像を軟X線用
のシュヴァルツシルド型対物レンズ9により得て、可視
光による観察ができるようにしたので、試料7の被曝を
軟X線観察時のみに制限することができる。さらに、軟
X線光源であるパルスレーザ1およびコンデンサレンズ
5間の光路に可視光反射ミラー21を出し入れ可能に設
けて軟X線光路から可視光光路に切り換えるとともに、
可視光の像も結像する軟X線用対物レンズ9によって得
られた可視光の像を、軟X線を可視光に変換するフォス
ファ10を光路から除外するようにしたので、軟X線観
察に用いる撮像素子であるイメージインテンシファイア
14をそのまま用いて可視光観察を行うことができる。
Further, a visible light source 22 for irradiating the sample 7 with visible light is provided, and a magnified image of the sample 7 with visible light is obtained by a Schwarzschild type objective lens 9 for soft X-rays, and observation with visible light is possible. Therefore, the exposure of the sample 7 can be limited only to the soft X-ray observation. Further, a visible light reflecting mirror 21 is provided in the optical path between the pulse laser 1 which is a soft X-ray light source and the condenser lens 5 so as to be able to be taken in and out, and the soft X-ray optical path is switched to the visible light optical path.
Since the image of visible light obtained by the objective lens 9 for soft X-rays which also forms an image of visible light is excluded from the optical path of the phosphor 10 for converting the soft X-rays into visible light, the soft X-ray observation is performed. The visible light observation can be performed by using the image intensifier 14 which is the image pickup element used in the above as it is.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、試
料に軟X線を照射する軟X線光源と、該試料の軟X線に
よる像を拡大する軟X線対物レンズと、拡大された像を
可視光に変換するフォスファと、可視光に変換された像
を再拡大する光学顕微鏡の対物レンズと、再拡大された
像を検出する可視光感応性の撮像素子とを具える軟X線
顕微鏡において、前記光学顕微鏡の対物レンズとして複
数の異なる倍率の対物レンズの中から任意の対物レンズ
を選択する対物レンズ選択機構を設けたから、観察倍率
が変更可能になり、低倍率広視野で試料の観察部位の探
査を行い、高倍率高分解能で実際の観察を行う、通常の
可視光顕微鏡で実施されている観察作業を行うことがで
きる。
As described above, according to the present invention, a soft X-ray light source for irradiating a sample with soft X-rays, and a soft X-ray objective lens for magnifying an image of the sample by soft X-rays are magnified. Soft X including a phosphor that converts the regenerated image into visible light, an objective lens of an optical microscope that re-enlarges the image converted into visible light, and a visible-light-sensitive image sensor that detects the re-enlarged image. In a line microscope, an objective lens selection mechanism is provided as an objective lens of the optical microscope for selecting an objective lens from among a plurality of objective lenses having different magnifications, so that the observation magnification can be changed, and a sample with a low magnification and a wide field of view can be obtained. It is possible to perform the observation work carried out by a normal visible light microscope, in which the observation site is searched and the actual observation is performed with high magnification and high resolution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の軟X線顕微鏡の第1実施例の構成を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a soft X-ray microscope of the present invention.

【図2】従来技術を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a conventional technique.

【図3】従来技術を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 パルスレーザ(軟X線光源) 2 集光レンズ 3 真空容器 4 ターゲット 5 コンデンサレンズ 6 試料室 7 試料 9 シュヴァルツシルド型対物レンズ 10 フォスファ 12 光学顕微鏡の対物レンズ 13 レボルバ 14 イメージインテンシファイア 15 MCP 16 光電変換面 17 蛍光面 19 CCD 20 フィルタ 21 ミラー 22 可視光光源 24 ガラス板 1 pulse laser (soft X-ray light source) 2 condenser lens 3 vacuum container 4 target 5 condenser lens 6 sample chamber 7 sample 9 Schwarzschild type objective lens 10 phosphor 12 objective lens of optical microscope 13 revolver 14 image intensifier 15 MCP 16 Photoelectric conversion surface 17 Fluorescent surface 19 CCD 20 Filter 21 Mirror 22 Visible light source 24 Glass plate

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年5月11日[Submission date] May 11, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0006[Correction target item name] 0006

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0006】上記電子光学的に像を拡大する方法の例
を、図2によって説明する。電子銃40から放出される
電子をコンデンサ電子レンズ41によってターゲット4
2上に収束し、特性X線(軟X線顕微鏡の場合は、発生
するX線の中から軟X線を用いる)を発生させて試料4
3に照射する。試料43を透過したX線をウォルタ型対
物レンズ44によってCaI等の光電変換面45上に拡
大投影して、光電変換面45でX線を一旦電子に変換す
る。その電子を電子レンズ46によって電子光学的に再
拡大し、電子による拡大像をMCP47上に結像させ
る。MCP47によって増幅した像を蛍光面48によっ
て可視光に変換し、CCDカメラ49によって検出す
る。なお、以上の系はチェンバ50によって真空に保た
れている。
An example of the method for enlarging the image electronically and optically will be described with reference to FIG. Electrons emitted from the electron gun 40 are targeted by the condenser electron lens 41 to the target 4
Sample 4 by converging on 2 and generating characteristic X-rays (in the case of a soft X-ray microscope, soft X-rays are used from the generated X-rays).
Irradiate 3. The X-rays transmitted through the sample 43 are enlarged and projected onto the photoelectric conversion surface 45 such as CaI by the Walter objective lens 44, and the X-rays are once converted into electrons by the photoelectric conversion surface 45. The electrons are electro-optically re-enlarged by the electronic lens 46, and an enlarged image by the electrons is formed on the MCP 47. The image amplified by the MCP 47 is converted into visible light by the fluorescent screen 48 and detected by the CCD camera 49. The above system is kept in vacuum by the chamber 50.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0016[Correction target item name] 0016

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0016】試料7を透過した軟X線はシュヴァルツシ
ルド型対物レンズ9に入射する。シュヴァルツシルド型
対物レンズ9は、この例では倍率100倍、NA=0.
25であり、したがって分解能は0,01μmである。
このシュヴァルツシルド型対物レンズ9により100倍
に拡大された軟X線による試料7の像は、フォスファ1
0によって可視光に変換される。フォスファ10として
は、1μm程度の分解能を有するものが必要であり、G
22 S:Tb、Gd22 S:Eu、La22
S:Tb、La22 S:Eu、BaMg2 Al
1627:Eu、CeMgAl1119:Tb、Y26
u等のY、La、Ce、Eu、Tb、Tm、Yb系の材
料や、Ca10(PO46(F,Cl)2 :Sb,M
n、CaWO4 、CsI:Na等を用いる。これらの材
料は、0.17mm厚のカバーガラス11上に塗布され
ている。
The soft X-rays that have passed through the sample 7 enter the Schwarzschild type objective lens 9. The Schwarzschild type objective lens 9 has a magnification of 100 times and NA = 0.
25, so the resolution is 0.01 μm.
The image of the sample 7 magnified 100 times by the Schwarzschild type objective lens 9 is a phosphor 1
Converted to visible light by 0. The phosphor 10 needs to have a resolution of about 1 μm.
d 2 O 2 S: Tb, Gd 2 O 2 S: Eu, La 2 O 2
S: Tb, La 2 O 2 S: Eu, BaMg 2 Al
16 O 27 : Eu, CeMgAl 11 O 19 : Tb, Y 2 O 6 E
u, Y, La, Ce, Eu, Tb, Tm, Yb-based materials, Ca 10 (PO 4 ) 6 (F, Cl) 2 : Sb, M
n, CaWO 4 , CsI: Na or the like is used. These materials are applied on the cover glass 11 having a thickness of 0.17 mm.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0023[Name of item to be corrected] 0023

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0023】シュヴァルツシルド型対物レンズ9から対
物レンズ12へ至る光路内のフォスファ10は10aで
示す位置まで移動させて光路から除外する。それと同時
に、カバーガラス11による光路長変化を補正するガラ
ス板24をフォスファ10が存在していた位置に移動す
る。このガラス板24としては、通常、カバーガラス1
1と同一材料、同一板厚のものを用いる。なお、このガ
ラス板24は、フォスファ10を薄膜のままで用いるも
のである場合には省略することができる。また、真空容
器3の外部には、ガラス板24の移動を容器外部から行
うための図示しない移動機構を設ける。可視光を照射さ
れた試料7のシュヴァルツシルド型対物レンズ9による
像は、ガラス板24上に結像し、対物レンズ12によっ
て再拡大された後に、イメージインテンシファイア14
によって撮像されるので、試料の観察部位を探すことが
可能になる。
The phosphor 10 in the optical path from the Schwarzschild type objective lens 9 to the objective lens 12 is moved to the position indicated by 10a and excluded from the optical path. At the same time, the glass plate 24 for correcting the optical path length change due to the cover glass 11 is moved to the position where the phosphor 10 was present. As the glass plate 24, the cover glass 1 is usually used.
The same material and the same plate thickness as No. 1 are used. The glass plate 24 can be omitted when the phosphor 10 is used as a thin film. Further, outside the vacuum container 3, a moving mechanism (not shown) for moving the glass plate 24 from outside the container is provided. An image of the sample 7 irradiated with visible light by the Schwarzschild type objective lens 9 is formed on the glass plate 24, re-enlarged by the objective lens 12, and then the image intensifier 14 is formed.
Since it is imaged by, it becomes possible to find the observation site of the sample.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】符号の説明[Correction target item name] Explanation of code

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【符号の説明】 1 パルスレーザ 2 集光レンズ 3 真空容器 4 ターゲット 5 コンデンサレンズ 6 試料室 7 試料 9 シュヴァルツシルド型対物レンズ 10 フォスファ 12 光学顕微鏡の対物レンズ 13 レボルバ 14 イメージインテンシファイア 15 MCP 16 光電変換面 17 蛍光面 19 CCD 20 フィルタ 21 ミラー 22 可視光光源 24 ガラス板[Explanation of Codes] 1 pulse laser 2 condenser lens 3 vacuum container 4 target 5 condenser lens 6 sample chamber 7 sample 9 Schwarzschild type objective lens 10 phosphor 12 objective lens of optical microscope 13 revolver 14 image intensifier 15 MCP 16 photoelectric Conversion surface 17 Fluorescent surface 19 CCD 20 Filter 21 Mirror 22 Visible light source 24 Glass plate

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料に軟X線を照射する軟X線光源と、
該試料の軟X線による像を拡大する軟X線対物レンズ
と、拡大された像を可視光に変換するフォスファと、可
視光に変換された像を再拡大する光学顕微鏡の対物レン
ズと、再拡大された像を検出する可視光感応性の撮像素
子とを具える軟X線顕微鏡において、 前記光学顕微鏡の対物レンズとして複数の異なる倍率の
対物レンズの中から任意の対物レンズを選択する対物レ
ンズ選択機構を設けたことを特徴とする、軟X線顕微
鏡。
1. A soft X-ray light source for irradiating a sample with soft X-rays,
A soft X-ray objective lens that magnifies an image of the sample by soft X-rays, a phosphor that converts the magnified image into visible light, and an objective lens of an optical microscope that re-magnifies the image converted into visible light. In a soft X-ray microscope including a visible light sensitive image pickup device for detecting an enlarged image, an objective lens for selecting an arbitrary objective lens from a plurality of objective lenses of different magnifications as the objective lens of the optical microscope. A soft X-ray microscope having a selection mechanism.
【請求項2】 前記試料に可視光を照射する可視光光源
を設け、該試料の可視光による拡大像を前記軟X線対物
レンズにより得ることにより、可視光による観察ができ
るようにしたことを特徴とする、請求項1記載の軟X線
顕微鏡。
2. A visible light source for irradiating the sample with visible light is provided, and a magnified image of the sample by the visible light is obtained by the soft X-ray objective lens to enable observation with visible light. The soft X-ray microscope according to claim 1, which is characterized.
【請求項3】 前記軟X線光源およびコンデンサレンズ
間の光路に可視光反射ミラーを出し入れ可能に設けて軟
X線光路および可視光光路を切り換え可能にするととも
に、前記フォスファを光路から除外する機構を設けたこ
とを特徴とする、請求項1記載の軟X線顕微鏡。
3. A mechanism for providing a visible light reflecting mirror in and out of the optical path between the soft X-ray light source and the condenser lens to switch the soft X-ray optical path and the visible light optical path and to exclude the phosphor from the optical path. The soft X-ray microscope according to claim 1, further comprising:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008133506A1 (en) * 2007-04-26 2008-11-06 Asml Netherlands B.V. Extreme ultraviolet microscope
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