JPH0694900A - 真空光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 真空容器の真空排気及び大気開放の前後にお
いて光学系のアライメントが狂わない、小型且つコンパ
クトな真空光学系を提供する。 【構成】 真空容器（５，１３；６０５；７０３，７１
２）は、真空中に置かれるべき光学系部分を格納してい
る。真空容器内に備えられた光学系載置部材（６，１
４；６０７；７０４，７１３）は、真空容器内の気圧変
化に伴う真空容器の変形により真空容器に変位が生じて
も、光学系に伝達される変位量が光学系に要求される精
度を越えない程度の変位量の小さい部分で支持されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空中で使用する光学
系を格納する真空容器を備えた真空光学系、例えば軟Ｘ
線を用いた光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、放射光等の軟Ｘ線の光源の進歩に
より、軟Ｘ線光学の研究が盛んになってきた。半導体露
光装置については、集積回路の微細化に伴って転写され
る線幅も一層細くなり、露光に用いられる光の波長が紫
外光から軟Ｘ線の領域に迫ってきている。顕微鏡につい
ては、生体観察に適するといわれる波長２２Åから４４
Åの所謂「水の窓」領域での観察が注目されている。
又、分析装置については軟Ｘ線領域に元素の吸収端が多
数存在していることより、元素分析への応用が試みられ
ている。

【０００３】軟Ｘ線は、大気による吸収が大きいため、
光学系を真空中で組む必要があるが、光学系の支持手段
としては真空フランジに取付けられたマニピュレータや
真空容器に直接取付けたステージがあり、これらを用い
てアライメントを行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の真空
光学系においては、ａ）図１４に示すように、光学系の
取付台であるステージが真空容器又は真空フランジと兼
用又はこれらに直接取付けられており、大気中でのアラ
イメント後に真空排気を行うと、図１５に示すように、
大気圧による真空容器の変形のためにアライメントが狂
ったり、ｂ）真空状態で真空容器内にある移動機構とし
てのステージ等を駆動するためには、放熱対策が必要な
真空用モータや高電圧を用いるＰＺＴ素子が必要となる
ため、装置全体が大きくなったり、ｃ）軟Ｘ線による観
察においては、光電子増倍管等の高電圧を用いる検出器
が必要とする高真空に達するまでに長時間を必要とした
り、ｄ）観察対象物を封じ込めるための薄膜や、軟Ｘ線
観察の際不必要な光を除去するために用いる超薄膜フィ
ルタや、軟Ｘ線を真空容器外に取り出す薄膜の窓等が真
空排気の際の急激な空気の流れによって破壊されたりす
る等の問題があり、必ずしも使い勝手が良いと言えなか
った。

【０００５】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、コンパクトで而も使い勝手の良い真空光学系を
提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による真空光学系
は、真空容器内の気圧変化に伴う真空容器の変形により
真空容器に変位が生じても、使用されるべき光学系に伝
達される変位量がその光学系に要求される精度から定ま
る所定の変動誤差量を越えない程度の変位伝達量の小さ
い部分で支持された、光学系載置部材を真空容器内に備
えている。

【０００７】

【作用】この真空光学系によれば、真空容器の真空排気
及び大気開放の前後において光学系のアライメントを保
持することができる。即ち、例えば、図１及び２に示す
如く、光学系達成部材であるプレート上に全光学系があ
る場合、真空容器の変位による該部材の変形量が光学系
に要求される精度よりも小さければ、真空容器の真空排
気及び大気開放の前後において光学系のアライメント精
度は保持される。

【０００８】光学系載置部材上に設置された移動機構を
有する装置と真空容器に取付けられた駆動機構とを、真
空容器の変形を吸収し得る手段を有する動力伝達機を用
いて接続すれば、真空容器が変形しても移動機構には変
位が伝わらないため、光学系のアライメントに狂いが生
じることなく外部から移動機構を駆動することができ、
構造が簡単でコンパクトな装置となる。

【０００９】軟Ｘ線源から発した軟Ｘ線を対象物に集光
させる軟Ｘ線レンズによって収束された軟Ｘ線を検出す
る軟Ｘ線検出器と、軟Ｘ線検出器を格納する検出器用真
空容器と、前記真空容器と検出器用真空容器とを接続す
るパイプと、このパイプの途中に設けられていて前記両
真空容器間を真空的に絶縁し得るゲートバルブとを備え
ることにより、観察に必要な真空度に到達するまでの時
間が短くて済み、又真空容器内の急激な空気の流れを軽
減することができる。

【００１０】このように本発明によれば、真空排気の前
後において容器が変形しても真空容器内の光学系のアラ
イメントが狂うことはなく、又外部から真空容器内の移
動機構を操作できるコンパクトな真空光学となる。更
に、軟Ｘ線観察時には、真空排気の時間が短く内部の薄
膜構造を破壊しない装置となる。

【００１１】尚、本発明は、軟Ｘ線光学系のみならず、
真空中で使用される総ゆる光学系例えば紫外光や可視光
を用いる光学系にも適用され得る。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照にして本発明の実施例につ
いて説明する。図３及び４は本発明による軟Ｘ線光学系
の第１実施例の平面図及び側面図である。本実施例では
光学系として軟Ｘ線顕微鏡を採用し、軟Ｘ線光源として
レーザプラズマ光源を用い、真空容器及び排気用ターボ
分子ポンプは防振台上に設置されている。１はＸ線源と
なる金属ターゲット、２は回転楕円面形状のコンデンサ
レンズ、３はシュヴァルツシルト型対物レンズ、４は可
視光の反射ミラーであって、これらは真空容器５中に置
かれたプレート６上のステージ７，８，９，１０に夫々
設置されている。プレート６は角型真空容器５では変形
の少ない底板の端部５ａ，５ｂ，５ｃに３点で支持され
ている。又、１１は入射Ｘ線とは異なる波長で発光する
蛍光面付マイクロチャンネルプレート（以下、ＭＣＰと
いう）等の軟Ｘ線検出器、１２は入射レーザの波長の光
に対する反射防止膜をコーティングした可視光の反射ミ
ラーで真空容器１３中におかれたプレート１４上のステ
ージ１５，１６に夫々設置されている。プレート１４も
プレート６と同様に真空容器１３の底板の端部１３ａ，
１３ｂ，１３ｃに３点で支持されている。１７は真空容
器５と真空容器１３とを接続するパイプ、１８は真空容
器５と真空容器１３を真空的に絶縁して夫々独立の真空
系として機能するようにすることのできるゲートバルブ
である。ゲートバルブ１８は、真空容器５，真空容器１
３内が共に大気又は共に真空のとき開閉可能となってお
り、大気下で光学系のアライメントやフォーカシングが
行えるようになっている。又、パイプ１７の中には複数
の遮光板１９が収められている。２０は可視光源、２１
は入射レーザの波長の光に対する反射防止膜をコーティ
ングした可視接眼レンズ、２２は高出力パルスＹＡＧレ
ーザ、２３は光ファイバ、２４は集光レンズ、２５は試
料、２６は試料用ステージ、２７は光学系全体を担持す
る防振台、２８は真空紫外光除去用の軟Ｘ線フィルタで
ある。

【００１３】可視光反射ミラー４は、金属ターゲット１
とコンデンサレンズ２との間の軟Ｘ線光路に挿脱自在に
配置されていて、可視光源２０から真空容器５に入射し
た可視光を反射してこれを上記軟Ｘ線と実質的に同じ光
軸に沿って導き対物レンズ３に入射せしめる。又、可視
光反射ミラー１２は、対物レンズ３と軟Ｘ線検出器１１
との間の軟Ｘ線光路に挿脱自在に配置されていて、対物
レンズ３からの可視光を反射して上記軟Ｘ線の光軸から
分離せしめ、これを軟Ｘ線検出器１１の受光面と共役な
位置に結像せしめる。可視光反射ミラー１２により分離
された光路上の可視光像は、接眼レンズ２１を介して真
空容器１３の外側から観察できる。これらが可視光用の
観察系をなしている。尚、真空容器５と真空容器１３の
排気系は、図５に示すように、ロータリーポンプ２０
１，２０２とターボ分子ポンプ２０３，２０４と排気径
の断面積が可変となるコンダクタンスバルブ２０５，２
０６と複数個所に配置されたバタフライバルブ２０７と
から成っている。

【００１４】高出力パルスＹＡＧレーザ２２からのレー
ザ光を、光ファイバ２３で、レーザ光の波長に対する反
射防止膜をコーティングした集光レンズ２４の直前まで
導き、集光レンズ２４によって金属ターゲット１に集光
させる。ターゲット１からでた軟Ｘ線は、コンデンサレ
ンズ２によって試料２５上に集光し、試料２５を透過・
回折した軟Ｘ線は、対物レンズ３によって軟Ｘ線検出器
１１上に収束され、検出器の蛍光面を介して観察される
ようになっている。尚、コンデンサレンズ２は無酸素銅
の回転楕円面鏡であり、又、軟Ｘ線を反射させることに
よって対物レンズ３を構成するシュヴァルツシルト光学
系は、所定の波長域の軟Ｘ線に対して反射率分布を持つ
多層膜を被覆してなるものであるが、これらは可視光に
対しても大きな反射率を有するため、可視光用レンズと
しても使用できる。

【００１５】図６は、真空容器３０１内のプレート３０
０上に設置されたステージ（移動機構）３０２を真空容
器外から操作するための機構の概略図である。回転導入
端子３０３及びユニバーサルジョイント３０４を用いて
真空容器内のステージ３０２のマイクロメータ３０５を
駆動しており、回転導入端子３０６とフレキシブルシャ
フト３０７でマイクロメータ３０８を駆動している。３
０９はユニバーサルジョイント３０４及びフレキシブル
シャフト３０７を回転させるためのハンドルである。

【００１６】図７は、真空容器４０１内のプレート４０
２上に固定し得るステージ４０３を真空容器外から操作
するための機構の概略図である。ステージ４０３は支持
台４０４Ａの長手軸方向に沿った面上に設けられてお
り、支持台４０４Ａの端部には、プレート４０２に対し
て垂直方向に長手軸方向が向くように配置された固定端
子（ビス止め，ネジ止め等）が設けられていて、支持台
４０４Ａはその固定端子を介して固定台４０５上に固定
支持されている。固定台４０５上には更にマイクロメー
タ４０６が設けられていて、図示しない回転導入端子及
びユニバーサルジョイントを用いて真空容器４０１の外
部から操作できるようになっている。又、ステージ４０
３の一端にはワイヤー４０７が接続されており、このワ
イヤーの他端はプーリ４０８，４０９を介してマイクロ
メータ４０６に接続されている。ステージ４０３は、マ
イクロメータ４０６を操作することによりワイヤー４０
７，プーリ４０９，４０８を介して、支持台４０４Ａの
長手軸方向に沿って上下動せしめられる。

【００１７】更に、上記支持台４０４Ａを取外し、代わ
りにプレート４０２に対して長手軸が或る所定の角度θ
だけ傾いて設置できるように端部に固定端子が設けられ
た支持台４０４Ｂを、固定台４０５に固定支持させる。
かくして、図８に示すように、マイクロメータ４０６を
操作することにより、ステージ４０３をプレート４０２
に対し角度θ方向へ移動させることが可能となる。

【００１８】このように、複数の支持台４０４Ａ，４０
４Ｂ等を用いることにより、ステージ４０３の移動方向
を任意に設定することが可能である。又、支持台４０４
Ａ，４０４Ｂと固定台４０５とを保持する固定端子を段
階的に固定できるような固定溝付きレールを設置して、
図７から図８への変更を上述の如き支持台の取外し交換
による方式ではなく、支持台の端部と固定台４０５との
接続位置の移動によって行う方式にすれば、支持台の長
手軸方向の傾き角θを任意に選択することが可能とな
る。

【００１９】図９は、真空容器５０１内のプレート５０
０上に固定されたステージ５０２を真空容器外から操作
するための機構の概略図で、直線導入端子５０３の先端
のヒッカケ５０４で、ステージ５０２の溝部５０５を押
引することによってステージ５０２を駆動する。ヒッカ
ケ５０４と溝部５０５の間には遊びがあって、真空容器
５０１が変形してもステージ５０２が移動しないように
なっている。又、ステージ５０２には鋼球５０２ａを取
り付けた板バネ５０６を、ステージの取付け台５０７に
はステージの移動方向と直角に５０８ａが切ってあるレ
ール５０８を取り付けてあるので、ステージ５０２は設
定された幾つかの位置に確実に停止するようになってい
る。図６から図９までの機構はステージ間の取り合い、
マイクロメータの位置，ステージの駆動精度等に応じて
図４のステージに用いられている。更に、各ステージの
マイクロメータの目盛りやステージの位置が大気中から
目視できるように真空容器には窓が付けてある。尚、上
記説明において、ステージ及びステージ支持台の如き被
動部材は移動機構を、ハンドル，回転導入端子及び直線
導入端子の如き部材は駆動機構を、又ユニバーサルジョ
イントやフレキシブルシャフトの如き移動機構と駆動機
構をつないで動力を伝達する部材は動力電圧機構を夫々
構成する。

【００２０】本実施例は上記の如く構成されているが、
次にその作用を説明する。まず、真空容器５，１３内を
真空排気せずにゲートバルブ１８を開き可視光ミラー
４，１２を軟Ｘ線光路内に挿入すると、可視光源２０を
発した可視光は、可視光ミラー４によって光路を曲げら
れ、コンデンサレンズ２に導かれる。コンデンサレンズ
２に導かれた可視光はコンデンサレンズ２により集光さ
れ、試料２５を照明する。試料２５を透過・回折した可
視光は対物レンズ３に導かれ、対物レンズ３に導かれた
可視光は対物レンズ３による収束作用を受け、可視光ミ
ラー１２でその光路を曲げられた後軟Ｘ線検出器１１の
受光面と共役な位置に試料像として拡大結像せしめられ
る。そして、この試料像が接眼レンズ２１を通して肉眼
で観察される。従って、操作者は可視光による試料２５
の像の観察が可能になると共に、この可視光による観察
を行いながら、図６乃至９に例示したような機構を利用
して、アライメントやフォーカシングを行うことができ
る。

【００２１】次に、ゲートバルブ１８を閉じて真空排気
を行うが、プレート１６，１４は夫々真空容器５，１３
の底板の端部５ａ，５ｂ，５ｃ；１３ａ，１３ｂ，１３
ｃで接しているだけなので、真空容器の変形に対して
も、プレート１６，１４上の光学系のアライメントが狂
うことはない。又、各ステージを駆動する動力の伝達
は、前述の動力伝達機構を用いて行われるので、真空容
器側板が変形してもフレキシブルシャフト３０７の変形
やユニバーサルジョイント３０４の伸縮によって、ステ
ージに不必要な力が加わらないため、アライメントが狂
うことはない。

【００２２】真空排気に際しては、先ずコンダクタンス
バルブ２０５，２０６を閉じた状態でロータリーポンプ
２０１，２０２を始動し、コンダクタンスバルブ２０
５，２０６を徐々に開きながら真空排気を行うが、この
ように真空排気が徐々に行われれば、真空容器内に激し
い気体の流れは生じないため、衝撃によってアライメン
トが狂ったり、内部の薄膜構造が破壊されたりすること
はない。かくして、各真空容器内部の真空度が数torrま
で達すると、コンダクタンスバルブ２０５，２０６を全
開にしても、もはや内部に激しい気体の流れは生じな
い。又、この真空度に達するまでにはさほど時間が掛か
らないため、コンダクタンスバルブ２０５，２０６を徐
々に開きながら排気することによる時間のロスは、観察
可能な高真空度に達するまでにかかる時間の割合に対し
て小さい。

【００２３】真空容器間のパイプ１７に設置されたゲー
トバルブ１８は排気初期においては他方の真空容器から
気体が流れ込むのをおさえ、内部の薄膜構造の破壊を防
ぐと共に、２系統で真空排気を行うことができるため検
出器を常に高真空に保つことが可能となり、真空排気開
始から観察までの時間を大幅に短縮できる。

【００２４】コンダクタンス（流動抵抗の逆数）の小さ
いパイプ１７で真空容器５，１３を接続することにより
差動排気が可能となり、真空容器５内が軟Ｘ線の発生・
透過に必要な１×１０^-4torrの真空度の状態でゲートバ
ルブ１８を開いても、真空容器１３内の真空度は１×１
０^-6torrに保つことができ、真空容器５内が高真空状態
になるまで長時間待つ必要がない。接続パイプ１７は、
コンダクタンスを小さくするためには内径が小さいこと
が望ましいが、内径を小さくするとパイプ内面での可視
光及び真空紫外光の乱反射が増大する。遮光板１９は乱
反射を防ぐと共にパイプ１７のコンダクタンスを小さく
する役割を果たしている。

【００２５】次に、可視光反射ミラー４のみを軟Ｘ線の
光路外に退避させ、真空容器５，１３が所定の真空度に
達した後ゲートパルプ１８を開き、パルスレーザ２２か
らのレーザ光を集光レンズ２４で金属ターゲット１に集
光させ、軟Ｘ線を含んだ白色のプラズマ光を発生させ
る。発生した前記プラズマ光はコンデンサレンズ２によ
り収束され、試料２５を照明する。試料２５を透過・回
折したプラズマ光は対物レンズ３に導かれ、対物レンズ
３の収束作用を受け、可視光反射ミラー１２で光路を曲
げられた後軟Ｘ線検出器１１と共役な位置に結像せしめ
られ、可視光接眼レンズ２１によって肉眼で観察され
る。このとき、可視光反射ミラー１２の反射防止膜と接
眼レンズ２１の透過防止膜とにより、レーザ光の波長の
光はカットされ、スペックルパタンのない良好な可視像
が得られる。

【００２６】この場合、高出力パルスレーザ２２を集光
レンズ２４の直前までファイバ２３で導いているので、
レーザ光の光路は露出しておらず安全であり、且つレー
ザを防振台の上に設置しなくてもよいため防振台が小さ
くて済む。又、通常防振台の下部は空間になっているの
で、ここにレーザ２２本体を置くと軟Ｘ線顕微鏡システ
ム全体としてコンパクトになる。更に、検出器１１とし
て入射レーザの光と異なる波長で発光する蛍光面付のＭ
ＣＰを用いているので、観察し易い。

【００２７】尚、本実施例では、プレート６，１４を真
空容器の底板端部で支持しているが、変位が小さい部分
であれば底面，側面，上面に拘らず他の位置でプレート
は支持されてもよい。

【００２８】又、本実施例ではステージ等の駆動機構を
全て真空容器外から操作可能となっているが、真空容器
のスペース，光学系等の必要に応じた機構のみ真空容器
外から操作し、その他の機構は従来例の駆動機構でもよ
い。又、コンデンサレンズに回転楕円鏡，対物レンズに
シュヴァルツシルト光学系を用いたが、これに限定する
ことなくウォルター光学系や、ゾーンプレート光学系等
を用いてもよい。又、ゲートバルブ１８は真空容器５と
真空容器１３の何れかに直接接続されていてもよい。

【００２９】又、本実施例では排気系はロータリーポン
プ，ターボ分子ポンプを２組用いたが、図１０に示した
如く１組のポンプを用いて、各バルブを適当に開閉する
ことによって、二つの真空容器の排気を行うようにして
もよい。更に、可視光反射ミラーの反射防止膜と可視光
接眼レンズの透過防止膜は何れか一方でもよい。

【００３０】図１１は第２実施例の要部を示している。
本実施例では光学系としてＸ線縮小露光装置を採用し、
軟Ｘ線光源としては放射光光源を用い、真空容器及び排
気用ターボ分子ポンプは定盤の上に設置されている。図
中、６０１は定盤，６０２は定盤６０１の上に固定され
た金属棒，６０３はＯリング，６０４はＯリング６０３
を締め付けている治具で、金属棒６０２とＯリング６０
３と治具６０４で真空を保持する真空容器６０５の一部
を構成している。６０６はバネで、真空容器６０５を支
えている。６０７は光学系を保持するのに十分な剛性を
備えた金属板で、金属棒６０２に固定されている。６０
８はＯリング６０３を押さえるためのＯリング押さえで
ある。治具６０４を締めれば、その締付け力はＯリング
押さえ６０８を伝わってＯリング６０３を押圧する。押
圧されたＯリング６０３は、真空容器６０５の内側と外
側とをつなぐ金属棒６０２の周囲の隙間を遮断するよう
に変形し、真空容器６０５内の真空を保持する。６０９
はシュヴァルツシルト型コンデンサレンズ、６１０はＸ
線マスク、６１１はシュヴァルツシルト型縮小投影レン
ズ、６１２はウエハであって、これらは、図示しないス
テージによって、金属板６０７上に設置されている。
又、６１３はベリリウム製の軟Ｘ線用透過窓である。真
空容器６０５には、小排気量のロータリーポンプ６１４
と大排気量のロータリーポンプ６１５とターボ分子ポン
プ６１６が接続されている。６１７はバタフライバルブ
である。

【００３１】本実施例は、上記の如く構成されている
が、その作用は次の通りである。先ず、小排気量のロー
タリーポンプ６１４を始動し、真空容器６０５の排気を
開始する。ロータリーポンプ６１４の排気能力は小さい
ため、真空容器内に激しい気体の流れが生じることはな
く、従って衝撃によって軟Ｘ線透過窓６１３が破壊され
ることはない。真空容器内の真空度が数torrまで達した
段階で大排気量のロータリーポンプ６１５に切り替えて
も、もはや内部に激しい気体の流れが生じることはな
い。又、この真空度に達するまでにはさほど時間が掛か
らないため、小排気量のロータリーポンプ６１４で徐々
に排気することによる時間のロスは、露光可能な高真空
度に達するまでにかかる時間の割合に対して小さい。

【００３２】又、真空容器６０５内の圧力変動に伴う容
器の変形はバネ６０６が吸収するため、金属棒６０３が
変形することはない。従って、金属棒６０３に固定され
た光学系を設置した金属板６０７は、真空容器６０５の
排気前後で定盤６０１に対して、変位することはない。

【００３３】本実施例においては、コンデンサレンズと
縮小投影レンズにシュヴァルツシルト光学系を用いてい
るが、ウォルター光学系等の他の軟Ｘ線光学系を用いて
もよい。又、本実施例では、金属棒６０２は定盤６０１
の上に設けられていたが、例えば定盤を横にした壁に金
属棒６０２を横付けしてやり、真空容器６０５の底面を
振動を吸収するバネなどで支える構成としても、真空容
器６０５の変形に際し金属板６０７は金属棒６０２を介
して壁に固定されていて、その変形の影響を受けないの
で良い。従って、この金属棒６０２によってのみ支持さ
れた金属板６０７上に配設されているコンデンサレンズ
６０９，Ｘ線マスク６１０，縮小投影レンズ６１１及び
ウエハ６１２もまた真空にすることによって生じる真空
容器の変形の影響を受けない。更に金属棒６０２を上述
の如き上付け，横付け以外の場合でも同様である。

【００３４】図１２及び１３は、本発明による軟Ｘ線光
学系の第３実施例の要部の平面図及び側面図である。本
実施例では光学系として、生物用軟Ｘ線顕微鏡を採用
し、軟Ｘ線光源としてレーザプラズマ光源を用い、真空
容器及び排気用ターボ分子ポンプは防振台上に設置され
ている。図中、７０１は金属ターゲット，７０２はウォ
ルター型コンデンサレンズであって、これらは軟Ｘ線用
の照明系を構成していると共に、空気による軟Ｘ線の吸
収を出来るだけ避けるために真空容器７０３中におかれ
たプレート７０４上にステージ７０５，７０６を用いて
夫々設置されている。そして、コンデンサレンズ７０２
により収束される軟Ｘ線は、真空容器７０３に設けられ
たＳｉ₃ Ｎ₄ の薄膜製の窓７０７から出射して空気中に
おかれた試料７０８を照射するようになっている。７０
９はコンデンサレンズ７０２と同じ構造のシュヴァルツ
シルト型対物レンズ、７１０はＣＣＤを用いた軟Ｘ線検
出器、７１１は軟Ｘ線検出器７１０の前面に配置された
可視光及び真空紫外光カット用の軟Ｘ線フィルタとして
用いるベリリウム薄膜であって、これらは軟Ｘ線用の拡
大結像系を構成していると共に、空気による軟Ｘ線の吸
収を出来るだけ避けるために、真空容器７１２中に置か
れたプレート７１３上にステージ７１４，７１５，７１
６を用いて夫々設置されている。そして、試料７０８を
透過・回折した軟Ｘ線は真空容器７１２に設けられたＳ
ｉ₃ Ｎ₄ の薄膜製の窓７１７から入射して対物レンズ７
０９により軟Ｘ線検出器７１０上収束されるようになっ
ている。尚、対物レンズ７０９を構成するシュヴァルツ
シルト光学系は、「水の窓」領域の波長の軟Ｘ線に対し
て高い反射率を持つＮｉ／Ｔｉ多層膜を被膜してなって
いる。７１８は図示しない手段によって金属ターゲット
７０１とコンデンサレンズ７０２との間の光路に挿脱自
在に配置されている入射レーザ光の波長の光に対する透
過防止膜をコーティングした厚さ１０μｍの硝子板であ
る。

【００３５】高出力パルスＹＡＧレーザ７１９からのレ
ーザ光を光ファイバ７２０で真空容器７０３内の集光レ
ンズ７２１へ導き、集光レンズ７２１によって金属ター
ゲット７０１に集光させ、プラズマ光を発生させる。光
ファイバ７２０の端部と集光レンズ７２１は、プレート
７０４上に図示しないステージを介して設置されてい
る。これらが軟Ｘ線光源系をなしている。集光レンズ７
２１と金属ターゲット７０１の間にはレーザ径よりも大
きな孔のある遮光板７２４が、遮光板７２４と集光レン
ズ７２１の間にはレーザの波長の光に対する反射防止膜
をコーティングした硝子板７２５が配置されている。遮
光板７２４は、少なくとも金属ターゲット７０１から飛
散する電子，イオン，中性粒子などの汚染物質が遮光板
の孔以外からは硝子板７２５や集光レンズ７２１に直接
付着しないようにするだけの大きさを持ち、硝子板７２
５の径は少なくとも遮光板７２４の孔から飛散してきた
金属ターゲット７０１からの汚染物質が直接集光レンズ
７２１に付着しないようにするだけの大きさを持つ。

【００３６】又、本実施例においても、第１実施例と同
様に、プレート７０４は真空容器７０３の底板の端部７
０３ａ，７０３ｂ，７０３ｃ，７０３ｄにより、プレー
ト７１３は真空容器７１２の底板の端部７１２ａ，７１
２ｂ，７１２ｃ，７１２ｄにより、夫々支持されてい
る。更に、各ステージは図６乃至９に示した如き機構等
を用いて真空容器の外部から移動させることができるよ
うになっている。

【００３７】本実施例は上述の如く構成されているか
ら、先ず、真空容器７０３，７１２を真空排気せずに図
示しない手段によって可視光によるアライメント及びフ
ォーカシングを行った後に真空排気を行っても、プレー
ト７０４，７０５が夫々変位しないため、アライメント
が狂うことはない。

【００３８】次に、硝子板７１８を軟Ｘ線の光路内に挿
入し、軟Ｘ線フィルタ７１１を軟Ｘ線の光路外に退避さ
せ、真空容器７０３，７１２内が所定の真空度に達した
後、パルスレーザ７１９からのレーザ光を集光レンズ７
２１で集光させ、軟Ｘ線を含んだ白色のプラズマ光を発
生させる。レーザを光ファイバ７２０で真空容器７０３
内に導いているため、レーザの光路が大気中になく極め
て安全である。発生したプラズマ光は硝子板７１８に入
射するが、ここで軟Ｘ線やターゲット７０１からの前記
汚染物質がカットされるため、可視光によるアライメン
ト，フォーカシング及び観察時には試料７０８に不必要
な軟Ｘ線の被爆が生じず、後の軟Ｘ線観察時まで、生き
たままの状態で生物試料を保つことができる。又、ター
ゲット７０１からの汚染物質はコンデンサ等の光学系で
弾性反射してくるため、後段のＸ線透過窓７０７等に付
着するか又はこれを破壊することがあるので、このよう
に可視光観察のときに飛散する汚染物質をカットするこ
とが好ましい。又、硝子板７２５を外部から移動させる
ことができるので、硝子板７２５に汚染粒子が付着して
も真空を開放せずに新しい面をターゲットへ向けること
ができる。

【００３９】本実施例では、軟Ｘ線や汚染物質をカット
するための硝子板７１８を金属ターゲット７０１とコン
デンサレンズ７０２の間に配置しているが、コンデンサ
レンズ７０２の直後に配置してもよい。又、コンデンサ
レンズ，対物レンズにシュヴァルツシルト光学系を用い
たが、これに限定されることなくウォルター光学系や、
ゾーンプレート光学系等を用いても良い。更に、各光学
系をステージに複数積載し、本実施例に用いた駆動機構
によってレボルバー方式又はスライド方式で交換すると
観察対象に適当な光学系を真空を開放することなく外部
から選択する事が出来る。

【００４０】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、真空容器の
真空排気及び大気開放の前後において光学系のアライメ
ントが狂うことなく、装置全体を小型且つコンパクトに
構成することができる。使い勝手の良い真空光学系を提
供することができる。尚、本発明は軟Ｘ線光学系のみに
限定されるものではなく、真空中で使用する総ての光学
系、例えば真空紫外光や可視光にも適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による真空光学系において真空容器内が
大気圧状態にある場合の光学系のアライメント状態を示
す説明図である。

【図２】図１に示した真空容器内が真空状態にある場合
の光学系のアライメント状態を示す説明図である。

【図３】本発明による真空光学系の第１実施例の平面図
である。

【図４】図１の側面図である。

【図５】第１実施例に用いられる真空排気装置の一例の
ブロック図である。

【図６】第１実施例に適用され得る移動機構，駆動機構
及び動力伝達機構の一例を示す構成図である。

【図７】第１実施例に適用され得る移動機構及び動力伝
達機構の他の例の一使用状態を示す構成図である。

【図８】図７に示された例の他の使用状態を示す構成図
である。

【図９】第１実施例に適用され得る移動機構，駆動機構
及び動力伝達機構の更に他の例を示す構成図である。

【図１０】第１実施例に用いられる真空排気装置の他の
例のブロック図である。

【図１１】本発明による真空光学系の第２実施例の側面
図である。

【図１２】本発明による真空光学系の第３実施例の平面
図である。

【図１３】図１２の側面図である。

【図１４】従来の真空光学系において真空容器内が大気
圧状態にある場合の光学系のアライメント状態を示す説
明図である。

【図１５】図１４に示した真空容器内が真空状態にある
場合の光学系のアライメント状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１・・・・金属ターゲット， ２・・・・コンデン
サレンズ，３・・・・対物レンズ， ４・・
・・可視光反射ミラー，５・・・・真空容器，
６・・・・プレート，７・・・・ターゲット用ステージ，
８・・・・コンデンサ用ステージ，９・・・・対物レン
ズ用ステージ， １０・・・・反射ミラー用ステージ，
１１・・・・軟Ｘ線検出器， １２・・・・可視光
反射ミラー，１３・・・・真空容器， １
４・・・・プレート，１５・・・・検出器用ステージ，
１６・・・・反射ミラー用ステージ，１７・・・・真空容器接
続用パイプ， １８・・・・ゲートバルブ，１９・・・・遮
光板， ２０・・・・可視光観察用光
源，２１・・・・可視接眼レンズ， ２２・・・・高
出力パルスＹＡＧレーザ，２３・・・・光ファイバ
２４・・・・集光レンズ，２５・・・・試料，
２６・・・・試料用ステージ，２７・・・・防
振台， ２８・・・・軟Ｘ線フィルタ，
２０１・・・・ロータリーポンプ， ２０２・・・・ロー
タリーポンプ，２０３・・・・ターボ分子ポンプ，
２０４・・・・ターボ分子ポンプ，２０５・・・・コンダクタン
スバルブ， ２０６・・・・コンダクタンスバルブ，２０
７・・・・バタフライバルブ， ３００・・・・プレー
ト，３０１・・・・真空容器， ３０２・・・・
ステージ，３０３・・・・回転導入端子， ３０
４・・・・ユニバーサルジョイント，３０５・・・・マイクロメ
ータ， ３０６・・・・回転導入端子，３０７・・・・
フレキシブルシャフト， ３０８・・・・マイクロメー
タ，３０９・・・・ハンドル， ４０１・・・・
真空容器，４０２・・・・プレート， ４０
３・・・・ステージ，４０４Ａ，４０４Ｂ・・・・支持台，
４０５・・・・固定台，４０６・・・・マイクロメータ，
４０７・・・・ワイヤー４０８，４０９・・・・プーリ，
５００・・・・プレート，５０１・・・・真空容器，
５０２・・・・ステージ，５０３・・・・直線
導入端子， ５０４・・・・ヒッカケ，５０５・・
・・ステージ溝部， ５０６・・・・板バネ，６０
１・・・・定盤， ６０２・・・・金属棒，
６０３・・・・Ｏリング， ６０４・・・・Ｏリ
ング締め付け用治具，６０５・・・・真空容器，
６０６・・・・バネ，６０７・・・・金属板，
６０８・・・・Ｏリング押さえ，６０９・・・・コンデ
ンサレンズ， ６１０・・・・Ｘ線マスク，６１１・・
・・縮小投影レンズ， ６１２・・・・ウエハ，６１
３・・・・軟Ｘ線透過窓， ６１４・・・・ロータリ
ーポンプ，６１５・・・・ロータリーポンプ， ６１
６・・・・ターボ分子ポンプ，６１７・・・・バタフライバル
ブ， ７０１・・・・金属ターゲット，７０２・・・・コ
ンデンサレンズ， ７０３・・・・真空容器，７０４
・・・・プレート， ７０５・・・・ターゲット
用ステージ，７０６・・・・コンデンサ用ステージ， ７
０７・・・・軟Ｘ線透過窓，７０８・・・・試料，
７０９・・・・対物レンズ，７１０・・・・軟Ｘ線検出
器， ７１１・・・・軟Ｘ線フィルタ，７１２・・
・・真空容器， ７１３・・・・プレート，７
１４・・・・対物レンズ用ステージ， ７１５・・・・検出器
用ステージ，７１６・・・・フィルタ用ステージ， ７
１７・・・・軟Ｘ線透過窓，７１８・・・・硝子板，
７１９・・・・高出力パルスレーザ，７２０・・・・光
ファイバ， ７２１・・・・集光レンズ，７２
２・・・・光ファイバー用ステージ， ７２３・・・・集光レン
ズ用ステージ，７２４・・・・遮光板，
７２５・・・・硝子板，７２６・・・・防振台

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１１月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による真空光学系
は、真空容器内の気圧変化に伴う真空容器の変形により
真空容器に変位が生じても、使用されるべき光学系に伝
達される変位量がその光学系に要求される精度から定ま
る所定の変動誤差量を越えない程度の変位量の小さい部
分で支持された、光学系載置部材を真空容器内に備えて
いる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【作用】この真空光学系によれば、真空容器の真空排気
及び大気開放の前後において光学系のアライメントを保
持することができる。即ち、例えば、図１及び２に示す
如く、光学系載置部材であるプレート上に光学系がある
場合、真空容器の変形による該部材を支持する部分の変
形量が光学系に要求される精度よりも小さければ、真空
容器の真空排気及び大気開放の前後において光学系のア
ライメント精度は保持される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】このように本発明によれば、真空排気の前
後において容器が変形しても真空容器内の光学系のアラ
イメントが狂うことはなく、又外部から真空容器内の移
動機構を操作できるコンパクトな真空光学となる。更
に、軟Ｘ線観察時には、真空排気の時間が短く内部や真
空容器の窓などの薄膜構造を破壊しない装置となる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】図９は、真空容器５０１内のプレート５０
０上に固定されたステージ５０２を真空容器外から操作
するための機構の概略図で、直線導入端子５０３の先端
のヒッカケ５０４で、ステージ５０２の溝部５０５を押
引することによってステージ５０２を駆動する。ヒッカ
ケ５０４と溝部５０５の間には遊びがあって、真空容器
５０１が変形してもステージ５０２が移動しないように
なっている。又、ステージ５０２には鋼球５０２ａを取
り付けた板バネ５０６を、ステージの取付け台５０７に
はステージの移動方向と直角に５０８ａが切ってあるレ
ール５０８を取り付けてあるので、ステージ５０２は設
定された幾つかの位置に確実に停止するようになってい
る。図６から図９までの機構はステージ間の取り合い、
マイクロメータの位置，ステージの駆動精度等に応じて
図４のステージに用いられている。更に、各ステージの
マイクロメータの目盛りやステージの位置が大気中から
目視できるように真空容器には窓が付けてある。尚、上
記説明において、ステージ及びステージ支持台の如き被
動部材は移動機構を、ハンドル，回転導入端子及び直線
導入端子の如き部材は駆動機構を、又ユニバーサルジョ
イントやフレキシブルシャフトの如き移動機構と駆動機
構をつないで動力を伝達する部材は動力伝達機構を夫々
構成する。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】次に、可視光反射ミラー４のみを軟Ｘ線の
光路外に退避させ、真空容器５，１３が所定の真空度に
達した後ゲートバルブ１８を開き、パルスレーザ２２か
らのレーザ光を集光レンズ２４で金属ターゲット１に集
光させ、軟Ｘ線を含んだ白色のプラズマ光を発生させ
る。発生した前記プラズマ光はコンデンサレンズ２によ
り収束され、試料２５を照明する。試料２５を透過・回
折したプラズマ光は対物レンズ３に導かれ、対物レンズ
３の収束作用を受け、可視光反射ミラー１２で光路を曲
げられた後軟Ｘ線検出器１１と共役な位置に結像せしめ
られ、可視光接眼レンズ２１によって肉眼で観察され
る。このとき、可視光反射ミラー１２の反射防止膜と接
眼レンズ２１の透過防止膜とにより、レーザ光の波長の
光はカットされ、スペックルパタンのない良好な可視像
が得られる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】本実施例は上述の如く構成されているか
ら、先ず、真空容器７０３，７１２を真空排気せずに図
示しない手段によって可視光によるアライメント及びフ
ォーカシングを行った後に真空排気を行っても、プレー
ト７０４，７０５が夫々アライメント誤差許容量よりも
変位が小さいため、アライメントが狂うことはない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｇ０１Ｊ 3/02 Ｚ 9215−2Ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空中で使用する光学系を格納する真空
   容器を備えた真空光学系において、前記真空容器内の気
   圧変化に伴う前記真空容器の変形により前記真空容器に
   変位が生じても前記光学系に伝達される変位量が前記光
   学系に要求される精度から定まる所定の変動誤差量を越
   えない程度の変位量の小さい部分で支持された、少なく
   とも前記光学系を載置した部材を前記真空容器内に備え
   ていることを特徴とする真空光学系。