特許 7572033 結像型Ｘ線顕微鏡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】結像型Ｘ線顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   G21K 7/00 20060101AFI20241016BHJP

   G21K 1/00 20060101ALI20241016BHJP

   G21K 1/06 20060101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

G21K7/00

G21K1/00 X

G21K1/06 G

G21K1/06 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020178363

(22)【出願日】2020-10-23

(65)【公開番号】P2022069273

(43)【公開日】2022-05-11

【審査請求日】2022-12-12

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000250339

【氏名又は名称】株式会社リガク

(74)【代理人】

【識別番号】100125391

【弁理士】

【氏名又は名称】白川 洋一

(74)【代理人】

【識別番号】110004107

【氏名又は名称】弁理士法人Ｋｉｇｈｓ

(72)【発明者】

【氏名】表 和彦

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 雷太

(72)【発明者】

【氏名】加藤 秀一

(72)【発明者】

【氏名】ユーリー・プラトノフ

【審査官】大門 清

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－２５００００（ＪＰ，Ａ）

【文献】安田周平 他，モノリシックな一次元 Wolter mirror を用いた結像型X 線顕微鏡の開発，2015 年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集，L33，日本，2015年，p.705-706

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｋ ７／００

Ｇ２１Ｋ １／００

Ｇ２１Ｋ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ線源と、放射されたＸ線を試料に向けて集光照射するコンデンサーミラーからなるＸ線照射部と、
前記試料を保持する試料保持部と、
前記試料を透過したＸ線を結像する反射ミラー型Ｘ線レンズ部と、
前記結像されたＸ線像を取得する撮像部と、を備え、
前記照射されるＸ線は、４ｋｅＶ以上のエネルギーを有し、
前記コンデンサーミラーおよび反射ミラー型Ｘ線レンズ部を構成する各ミラーは、多層膜が形成された反射面を有する多層膜ミラーであり、
前記反射ミラー型Ｘ線レンズ部は、Ｘ線照射方向に対して垂直な第１の方向および前記第１の方向に垂直な第２の方向へ反射可能なウォルター型ミラーセットであり、
前記多層膜は、設計された周期性に対して０．５Å以下の誤差で形成されていることを特徴とする結像型Ｘ線顕微鏡。

【請求項2】

前記Ｘ線源は、１００μｍ以下の焦点サイズでＸ線を発生させ、
前記コンデンサーミラーは、前記発生されたＸ線を１００μｍ以下の照射領域に集光することを特徴とする請求項１記載の結像型Ｘ線顕微鏡。

【請求項3】

前記照射されるＸ線は５００Ｗ以上の出力によることを特徴とする請求項１または請求項２記載の結像型Ｘ線顕微鏡。

【請求項4】

前記撮像部は、１μｍ以下の空間分解能を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の結像型Ｘ線顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、実験室において結像Ｘ線顕微鏡の性能を大幅に向上するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の結像型Ｘ線顕微鏡では、結像系にフレネルゾーンプレートレンズ（ＦＺＰ）が用いられることが多い（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、ＦＺＰを高エネルギーＸ線に適用した場合は、アスペクト比を大きくすることが難しく、回折効率が著しく低下する。例えば、１５ｋｅＶ以上のＸ線をＦＺＰで結像させた場合には効率は数％以下となる。また、その場合の開口数（ＮＡ）も１ｍｒａｄ以下であり非常に小さい。したがって、実験室において高エネルギーＸ線を用いた高分解能Ｘ線顕微鏡を実現することは困難であった。

【0003】

これに対し、室内に搬入できるサイズのＸ線顕微鏡としてKirkpatrick-Baezミラー（ＫＢミラー）を用いたものが開発されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２記載のＸ線顕微鏡は、反射凹面を有するＫＢミラーと、反射凸面を有するＫＢミラーとを用いて結像系を構成している。その結果、拡大倍率を保持しながら光学系の後側焦点距離を短縮している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許第７３９４８９０号明細書

【文献】特許第６４７８４３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献２記載のＸ線顕微鏡においては、Ｘ線の全反射を利用しているため、入射角度を臨界角以下に制限しなければならず、開口数の大きなレンズを実現するには、Ｘ線ビーム方向の大きさを長くする必要がある。特に、実験室内に設置できるサイズで高エネルギーのＸ線においても高い効率で結像できるＸ線顕微鏡が求められている。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高いエネルギーのＸ線であっても開口数を大きくすることができ、実験室内においても十分な強度で拡大像を得ることができる結像型Ｘ線顕微鏡を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）上記の目的を達成するため、本発明の結像型Ｘ線顕微鏡は、微焦点かつ高出力のＸ線源と、放射されたＸ線を試料に向けて集光照射するコンデンサーミラーからなるＸ線照射部と、前記試料を保持する試料保持部と、前記試料を透過したＸ線を結像する反射ミラー型Ｘ線レンズ部と、前記結像されたＸ線像を取得する撮像部と、を備え、前記コンデンサーミラーおよび反射ミラー型Ｘ線レンズ部を構成する各ミラーは、特定波長のＸ線において高い反射率を有する多層膜が形成された反射面を有することを特徴としている。

【0008】

このようにコンデンサーおよび結像レンズを構成する各ミラーが多層膜で形成された反射面を有するため、高いエネルギーのＸ線であっても、Ｘ線入射角度を高く保つことにより開口数を大きくすることができ、実験室内においても十分な強度の拡大像を得ることができる。

【0009】

（２）また、本発明の結像型Ｘ線顕微鏡は、前記Ｘ線源が、１００μｍ以下の焦点サイズでＸ線を発生させ、前記コンデンサーミラーが、前記発生されたＸ線を１００μｍ以下の照射領域に集光することを特徴としている。これにより、微焦点で集光でき、目的の視野に入るＸ線輝度を高くすることができる。Ｘ線源の焦点サイズおよび照射領域における集光サイズを５０μｍ以下に絞ることができれば、さらに明るい拡大像を得ることが可能となる。

【0010】

（３）また、本発明の結像型Ｘ線顕微鏡は、前記反射ミラー型Ｘ線レンズ部は、Ｘ線照射方向に対して垂直な第１の方向および前記第１の方向に垂直な第２の方向へ反射可能なウォルター型ミラーセットであることを特徴としている。これにより、高いエネルギーのＸ線に対しても、高効率で高分解能のＸ線拡大画像を取得することを可能としている。

【0011】

（４）また、本発明の結像型Ｘ線顕微鏡は、前記照射されるＸ線が５００Ｗ以上の出力によることを特徴としている。これにより、照射されるＸ線の輝度を高くすることができる。また、Ｘ線源の出力が、１ｋＷあるいはそれ以上であれば、さらに明るい像を得ることができる。

【0012】

（５）また、本発明の結像型Ｘ線顕微鏡は、前記照射されるＸ線が、４ｋｅＶ以上のエネルギーを有することを特徴としている。このようにエネルギーの高いＸ線を用いることで、高いＸ線透過率により、試料の内部構造を非破壊で高分解能画像を得ることができる。

【0013】

（６）また、本発明の結像型Ｘ線顕微鏡は、前記多層膜が、設計された周期に対して０．５Å以下の誤差で形成されていることを特徴としている。これにより、レンズ全面にわたり、Ｘ線の波面に乱れを少なくすることができる。さらに、０．２Å以下の誤差で多層膜が形成されれば、波面の乱れを無視できるほど小さくでき、高分解能での結像が可能となる。

【0014】

（７）また、本発明の結像型Ｘ線顕微鏡は、前記撮像部が、１μｍ以下の空間分解能を有することを特徴としている。これにより、Ｘ線結像レンズとの組み合わせにより、分解能０．１μｍ以下の高分解能で拡大像のデータを取得できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、高いエネルギーのＸ線であっても高輝度Ｘ線で照射した試料の画像を開口数の大きな光学システムを構築することができ、実験室内においても十分な強度の拡大像を得ることができる結像型Ｘ線顕微鏡を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の結像型Ｘ線顕微鏡を示す概略図である。

【図2】（ａ）、（ｂ）それぞれ結像型Ｘ線顕微鏡の光学系を示す平面図および正面図である。

【図3】集光角および開口角を示す概略図である。

【図4】多層膜を示す断面図である。

【図5】（ａ）、（ｂ）それぞれ鉛直反射のミラーセットおよび水平反射のミラーセットを示す平面図である。

【図6】鉛直反射の第１結像ミラーの位置に対する多層膜の周期長の設計値および測定値を示すグラフである。

【図7】鉛直反射の第２結像ミラーの位置に対する多層膜の周期長の設計値および測定値を示すグラフである。

【図8】水平反射の第１結像ミラーの位置に対する多層膜の周期長の設計値および測定値を示すグラフである。

【図9】水平反射の第２結像ミラーの位置に対する多層膜の周期長の設計値および測定値を示すグラフである。

【図10】水平反射の第２結像ミラーの位置に対する表面形状の誤差の大きさを示すグラフである。

【図11】（ａ）、（ｂ）それぞれ３０秒および１５０秒露光したときの分解能評価用のテストチャートのＸ線像を示す図である。

【図12】１５００秒露光したときの分解能評価用のテストチャートのＸ線像とその一部の強度分布を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

【0018】

［結像型Ｘ線顕微鏡］
図１は、結像型Ｘ線顕微鏡１００の概略図である。結像型Ｘ線顕微鏡１００は、高輝度のＸ線源１２０、コンデンサーミラー１３０、試料保持部１４０、反射ミラー型Ｘ線レンズ部１５０、および高分解能Ｘ線検出器１９０（撮像部）により構成される。コンデンサーミラー１３０および反射ミラー型Ｘ線レンズ部１５０で用いられるＸ線反射ミラーには、多層膜が成膜されている。多層膜で形成された反射面は、特定の波長のＸ線に対し高い反射率を有し、かつＸ線入射角度を高く保つことにより開口数を大きくすることができるため、短時間で高分解能のＸ線拡大画像を取得することを可能としている。なお、結像型Ｘ線顕微鏡１００の分解能δは、定数ｋ、照射するＸ線の波長λおよび開口数ＮＡを用いて、δ＝ｋλ／ＮＡと表すことができる。

【0019】

このような結像型Ｘ線顕微鏡１００は、例えば、数十ｎｍスケールの構造が厚さ数μｍに形成された微細化かつ高密度化された半導体デバイスの検査において、有用性が高い。結像型Ｘ線顕微鏡１００によって製品ウェーハを非破壊で観察または検査できれば、デバイス製造における生産性を大きく向上させることができる。また、結像型Ｘ線顕微鏡１００により、例えば、ライフサイエンスの研究分野において、５０ｎｍ～１μｍサイズの部位の観察が可能になる。具体的には、細胞小器官、細胞、組織、器官、器官系の内部構造、モデル細胞、疾患モデル細胞の形態、および遺伝子改変動物の変位部位の形態が挙げられる。Ｘ線顕微鏡により、５０ｎｍ～１μｍサイズのＣＴ断層画像の観察が可能となり、厚い細胞を薄片化させずにそのまま三次元的に観察することができる。

【0020】

Ｘ線照射部１１０は、Ｘ線源１２０、コンデンサーミラー１３０および絞り１３５を有し、微焦点かつ高出力のＸ線を試料に向けて照射する。Ｘ線源１２０は、好ましくは回転対陰極型の微焦点高出力Ｘ線源である。照射されるＸ線は、４ｋｅＶ以上のエネルギーを有することが好ましい。Ｘ線のエネルギーと波長は、逆比例の関係にあり、エネルギーが高いほど、波長は短くなる。したがって、このように波長の短いＸ線を用いることで、結像型Ｘ線顕微鏡１００の原理的な分解能δの限界を高めることができる。Ｘ線の波長を規定するX線源のターゲットとして、例えば、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｇが挙げられる。

【0021】

Ｘ線源１２０は、５００Ｗ以上の出力でＸ線を発生することが好ましく、１ｋＷ以上であればさらに良い。これにより、照射されるＸ線の強度を大きくすることができる。コンデンサーミラー１３０は、発生したＸ線のうち、Ｘ線レンズの開口数に最適な集光角で微小な照射領域に集光するように設計が最適化されている。また、ミラー面には、必要な波長のＸ線において高い反射率を有する多層膜が形成されている。多層膜の構成の詳細は後述する。なお、本明細書で、「高い反射率を有する」とは、「入射する特性Ｘ線の強度を１００％とした場合、ミラーの１回反射当たりに反射される特性Ｘ線の強度が７０％以上であること」と同義である。

【0022】

絞り１３５は、Ｘ線照射方向に対して垂直な第１の方向および第２の方向の開口の制御が可能であり、試料Ｓに向かうＸ線の各方向のサイズを調整する。本実施形態では、第１の方向が鉛直方向、第２の方向が水平方向を表すが必ずしもこれに限られない。

【0023】

試料保持部１４０は、高精度で回転制御が可能な回転ステージを有し、試料Ｓを保持する。回転ステージで試料Ｓを回転させながら撮影することにより、得られた画像からＣＴ画像を再構成することも可能である。

【0024】

反射ミラー型Ｘ線レンズ部１５０は、Ｘ線照射方向に対して垂直な第１の方向および前記第１の方向に垂直な第２の方向へ反射可能なウォルター型ミラーセットを有し、試料Ｓを透過したＸ線を高分解能Ｘ線検出器１９０の受光面に結像する。これにより、２次元の高分解能の拡大像が得られる。試料から反射ミラー型Ｘ線レンズ部１５０が作るレンズ面までの距離Ｌ１をレンズ面から受光面までの距離Ｌ２で除した値がＸ線像の拡大率である。

【0025】

「ウォルター型」とは、ミラーセットがそれぞれ双曲面および楕円面の反射面を有するミラーを含んでいることを指す。「ウォルター型」であることにより、結像する領域を広くとることが可能になる。各ミラーは、多層膜で形成された反射面を有する。多層膜の詳細は後述する。

【0026】

高分解能Ｘ線検出器１９０は、例えば受光面を有するＣＣＤカメラであり、結像されたＸ線像を取得する。高分解能Ｘ線検出器１９０は、１μｍ以下の空間分解能を有することが好まく、０．５μｍ以下であればさらに良い。これにより、ピクセルサイズ５０ｎｍ以下、好ましくは２５ｎｍ以下の高分解能で拡大像のデータを取得できる。なお、光強度すなわち観察像の明るさは、ＮＡ^２／倍率^２に比例する。

【0027】

［集光系および結像系］
図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ結像型Ｘ線顕微鏡１００の光学系の例を示す平面図および正面図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、結像型Ｘ線顕微鏡１００は、コンデンサーミラー１３０を備えている。

【0028】

Ｘ線源１２０は、１００μｍ以下の焦点サイズでＸ線を発生させ、コンデンサーミラー１３０は、発生されたＸ線を１００μｍ（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum:半値全幅）以下の照射領域に集光することが好ましい。さらに、Ｘ線源の焦点サイズおよび照射領域での集光サイズを５０μｍ（ＦＷＨＭ）以下に絞ることができれば、目的の視野に入るＸ線出力を大きくすることができる。それにより、例えば、φ５０μｍの照射領域に光子量１０^９ｐｈｏｔｏｎｓ／ｓ以上のＸ線を照射することが可能である。なお、焦点サイズとは、Ｘ線束側から見た実効焦点のサイズを意味する。

【0029】

コンデンサーミラー１３０は、多層膜で形成された鉛直方向および水平方向の反射面を有し、試料Ｓに向けて単色化したＸ線を照射することが好ましい。多層膜によりミラーへのＸ線入射角度を大きく取ることができ、大きい集光角により強いＸ線強度の微焦点を形成できる。

【0030】

図２（ａ）、（ｂ）に示す例では、反射ミラー型Ｘ線レンズ部１５０として、試料Ｓ側から順に結像素子１６０、１７０および１８０を備えている。結像素子１６０は、鉛直反射の第１結像ミラーおよび第２結像ミラーによるミラーセットを有している。結像素子１７０は、水平反射の第１結像ミラーを有しており、結像素子１８０は、水平反射の第２結像ミラーを有している。結像素子１７０および１８０により水平反射のミラーセットが構成されている。水平反射の第２結像ミラーと試料Ｓとの距離Ｄ１については後述する。

【0031】

鉛直反射の第１結像ミラーおよび第２結像ミラーはいずれも凹ミラーである。これらのミラーセットは、ミラーセットと重なる位置にレンズ面を形成する。一方、水平反射の第１結像ミラーは凹ミラーであり、水平反射の第２結像ミラーは凸ミラーである。これらのミラーセットは、ミラーセットの前段の位置にレンズ面を形成する。そして、各ミラーの反射面を精密に加工することで、鉛直反射のレンズ面と水平反射のレンズ面とを一致させることができる。なお、上記の例では、コンパクト化およびレンズ面を一致させる観点から凹凹凹凸のミラーの組み合わせが採用されているが、他のミラー配置の組み合わせであってもよい。

【0032】

図２（ａ）、（ｂ）に示す例において、試料Ｓから受光面までの光軸上の距離を各結像ミラーによる反射位置で区切った各距離Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５およびＤ６は、例えば３０～４０ｍｍ、３０～４０ｍｍ、５０～７０ｍｍ、５０～７０ｍｍおよび１～２ｍに設定できる。なお、距離Ｄ２は、ワーキングディスタンスと呼ばれ、試料Ｓから鉛直反射の第１結像ミラーまでの距離に相当する。ユーザは、試料Ｓを配置し、測定をする上で、ワーキングディスタンスをなるべく大きくとりたいが、後述のように必要な倍率や開口数を得る上での制限がある。

【0033】

図２（ａ）、（ｂ）に示す例では、コンデンサーミラー１３０、各結像素子１６０～１８０のいずれの結像ミラーの反射面も多層膜が形成されている。その結果、高いエネルギーのＸ線であっても、試料位置に大きな集光角で強いＸ線を照射できるだけでなく、開口数を大きくすることができ、実験室内においても十分な強度の拡大像を得ることができる。

【0034】

図３は、集光角および開口角を示す概略図である。集光角ψはコンデンサーミラーから試料Ｓに入射するＸ線の光軸に対する最大角度である。開口角αは、試料Ｓから反射ミラー型Ｘ線レンズ部１５０に入射するＸ線の光軸に対する最大角度であり、開口数ＮＡは、ｓｉｎαである。コンデンサーミラー１３０による集光角ψ、反射ミラー型Ｘ線レンズ部１５０への開口数ＮＡは各線源に応じて決まる。例えば、ＣｕＫαに対して、集光角ψは１０ｍｒａｄ、開口角αは４．７ｍｒａｄであり、ＭｏＫαに対して、集光角ψは５ｍｒａｄ、開口角αは２．７ｍｒａｄである。これらにより、試料Ｓの位置が決まり、距離Ｄ１とＤ２との関係が決まる。Ｘ線顕微鏡として高分解能Ｘ線検出器１９０上で得られる強度は、集光角および開口角のおおよそ２乗に比例する。そのため、強度の強いＸ線源を得ることが難しい実験室内の装置においては、これらをできる限り大きく取ることが望ましく、多層膜による反射面への入射角増加の効果は、極めて大きい。

【0035】

［多層膜］
図４は、多層膜を示す断面図である。図４に示すように、多層膜は、重元素で形成された層と軽元素で形成された層が交互に積層されている。各多層膜では、重元素層と軽元素層とが１対の層として、繰り返し積層されている。積層回数は、ミラーセットを構成するミラーごとに設定してもよい。

【0036】

多層膜は、入射するＸ線から対応する特性Ｘ線の波長のＸ線を選択的に反射する。重元素と軽元素が周期的に形成されることによって、電子密度の規則的な濃淡が生じ、回折現象が起こる。入射するＸ線に連続Ｘ線や複数種類の特性Ｘ線が含まれている場合、多層膜ミラーが反射した後のＸ線は、多層膜によって回折された一部又は全部の特性Ｘ線となる。

【0037】

多層間隔ｄは、特性Ｘ線の波長とミラーの形状（放物形状、楕円形状などの湾曲反射面の形状）に応じて決まる。そのため、Ｘ線源１２０のターゲットの種類やミラーの表面形状に応じて最適な多層間隔に設計される。

【0038】

図４に示す例では、入射角θ１の位置における周期長ｄ１と入射角θ２の位置における周期長ｄ２について、θ１＞θ２のときｄ１＜ｄ２の関係が必要である。各層の厚さ（周期長）が位置によって変化するように設計されており、製造時には設計通りの正確な成膜が要求される。

【0039】

ミラー表面に多層膜を成膜することにより、Ｘ線入射角を大きくすることが可能になる。その結果、コンパクトで集光角の大きい集光レンズおよびコンパクトで開口数の高い結像レンズを実現することができる。

【0040】

多層膜は、例えば、プラズマを発生させて、プラズマをターゲットに当てて生じた粒子を基板に積層することで成膜できる。その際に、生じた粒子を絞るスリットを設置し、その開口形状によって、基板に到達する粒子の量、つまり膜厚を調整することができる。あるいは、スリット付近を通過する基板のスピードを変えることにより、基板が速く動いたところは層厚を薄く、ゆっくり動いたところは層厚を厚くすることができる。これらの方法を組み合わせて、場所ごとに異なった膜厚の薄膜を高精度で成膜することができる。なお、重元素としてはタングステンやモリブデン、軽元素としてはケイ素、炭素、ホウ素などを用いることができる。

【0041】

多層膜は、設計された周期性に対して０．５Å以下の誤差で形成されていることが好ましく、０．２Å以下の誤差であればさらによい。光学素子の形状や周期的構造の不均一性は、Ｘ線の波面に乱れを生じさせる。多層膜を成膜する場合、設計値に対して、位置による周期性の誤差や表面形状の誤差が小さくなるように形成することで、形成された反射面で反射したＸ線の波面の乱れを小さくすることができる。これにより、硬Ｘ線を用いた撮影において、レンズ全面にわたって、位相ズレがなく十分に高い分解能のＸ線像を得ることができる。

【0042】

例えば、このような多層膜をコートした反射結像レンズを採用することにより、実験室で汎用的に使われる８ｋｅＶのＸ線を用いた場合でも開口角を４ｍｒａｄより大きくできる。また、１７．５ｋｅＶのＸ線を用いた場合でも、開口角を３ｍｒａｄより大きくでき、かつ、効率が４０％を超えるレンズを実現することができる。

【0043】

［多層膜の精度試験］
結像型Ｘ線顕微鏡１００に用いられる各結像ミラーの多層膜を準備した。多層膜の製造は、ＲＩＴ（リガク・イノベイティブ・テクノロジーズ・インコーポレイテッド）により行われた。多層膜の製造に用いられる成膜装置として、多数回のキャリブレーションを繰り返すことで、高い成膜の安定性、再現性および膜厚のコントロール性が達成されたものを用いた。得られた各多層膜に対し位置に対する周期長をＸ線反射率により高精度に測定した。

【0044】

図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ鉛直反射のミラーセットおよび水平反射のミラーセットを示す平面図である。図５（ａ）に示すように、鉛直反射の結像素子１６０における第１結像ミラー１６１および第２結像ミラー１６２は、それぞれ双曲面および楕円面の多層膜が形成された。また、図５（ｂ）に示すように、水平反射の結像素子１７０および結像素子１８０における第１結像ミラー１７１および第２結像ミラー１８１は、それぞれ楕円面および双曲面の多層膜が形成された。

【0045】

図６は、鉛直反射の第１結像ミラーの位置に対する多層膜の周期長の設計値および測定値を示すグラフである。図７は、鉛直反射の第２結像ミラーの位置に対する多層膜の周期長の設計値および測定値を示すグラフである。図８は、水平反射の第１結像ミラーの位置に対する多層膜の周期長の設計値および測定値を示すグラフである。図９は、水平反射の第２結像ミラーの位置に対する多層膜の周期長の設計値および測定値を示すグラフである。

【0046】

いずれの図でも、直線が位置に応じた周期長の設計値を表しており、円が各位置に対する周期長の測定値を示している。いずれの結像ミラーの多層膜の周期長も誤差が０．２Å以内に収まっていた。

【0047】

図１０は、水平反射の第２結像ミラーの位置に対する表面形状の誤差の大きさを示すグラフである。図１０に示すように、水平反射の第２結像ミラーの表面形状の誤差は１．５ｎｍ以内であった。なお、他のミラーの表面形状についても水平反射の第２結像ミラーと同様の結果が得られた。

【0048】

［Ｘ線像の分解能評価］
上記の多層膜の精度で製造されたミラーを用いて結像型Ｘ線顕微鏡１００を組み上げた。ＣｕＫαのＸ線源を用いた。反射ミラー型Ｘ線レンズ部１５０を構成するミラーセットの詳細の仕様は以下の表の通りである。

【表1】

【0049】

高分解能Ｘ線検出器１９０には、Ｒｉｇａｋｕ製高分解能Ｘ線カメラＸｓｉｇｈｔＸＲＭを用いた。試料として分解能評価用のテストチャートのＸ線像を撮影した。分解能評価用のテストチャートとしては、ＮＴＴ－ＡＴ製の厚膜高解像度タイプのＸ線チャート（ＸＲＥＳＯ－５０ＨＣ、最小寸法５０ｎｍ、パターン高さ５００ｎｍ）を用いた。計算上のＸ線像の画素分解能は、２３ｎｍであった。なお、反射ミラー型Ｘ線レンズ部１５０の倍率と高分解能Ｘ線検出器１９０の空間分解能とＸ線像の画素分解能の関係は、以下の表２の通りである。

【表2】

【0050】

図１１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ３０秒および１５０秒露光したときの分解能評価用のテストチャートのＸ線像を示す図である。図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、いずれのＸ線像でも、０．１μｍのチャートまで区別することが可能であった。ただし、３０秒露光のものより、１５０秒露光のものの方が、明確にコントラストが表れていた。このように、実験室においても、数十秒の測定で、分解能１００ｎｍ以下の測定が可能になり、実験室レベルの装置として結像型Ｘ線顕微鏡１００は実用的な製品レベルに到達した。

【0051】

図１２は、１５００秒露光したときの分解能評価用のテストチャートのＸ線像とその一部の強度分布を示すグラフである。図１２に示すように、５０ｎｍチャートパターンの一部を分解することが可能であった。

【符号の説明】

【0052】

１００ 結像型Ｘ線顕微鏡
１１０ Ｘ線照射部
１２０ Ｘ線源
１３０ コンデンサーミラー
１３５ 絞り
１４０ 試料保持部
１５０ 反射ミラー型Ｘ線レンズ部
１６０～１８０ 結像素子
１９０ 高分解能Ｘ線検出器（撮像部）
Ｄ１～Ｄ６ 距離
Ｌ１、Ｌ２ 距離
Ｓ 試料
ｄ１、ｄ２ 周期長

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】