JPH07174900A - Ｘ線光学素子、ｘ線光学装置およびアライメント方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｘ線光学素子の光軸調整を簡易にかつ短時間
に行う。 【構成】 複数のＸ線光学素子２〜６がその光軸ＡＸを
共通にして配置されてなるＸ線光学装置において、各Ｘ
線光学素子２〜６の光軸ＡＸとの相対的位置関係が予め
定められた光軸調整用アライメントマーク１１をＸ線光
学素子２〜６のそれぞれに設け、Ｘ線光学素子２〜６の
それぞれのアライメントマーク１１が同一直線上に位置
するように駆動機構１６によりＸ線光学素子２〜６の位
置を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえばＸ線顕微鏡な
どのＸ線光学装置に用いられるＸ線ゾーンプレートなど
のＸ線光学素子、およびそのアライメント方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、可視光線等に比較して波長の短い
Ｘ線を用いたＸ線光学装置、たとえばＸ線顕微鏡やＸ線
縮小露光装置が提案されている。一例として、Ｘ線顕微
鏡は、観察光に波長の短い（２〜４ｎｍ）Ｘ線を用いた
顕微鏡である。従来、生物観察に欠かせない細胞内部を
観察する顕微鏡としては、主に光学顕微鏡と電子顕微鏡
とがある。光学顕微鏡は生きたままの器官を観察できる
が、可視光を利用しているために分解能は２００ｎｍが
限界である。これに対して、電子顕微鏡は波長の短い電
子線を利用しているために分解能は光学顕微鏡に比較し
て遥かに高いが、試料を真空中に入れなければならない
ために生きたままの生物を観察することは難しい。そこ
で、光学顕微鏡と電子顕微鏡の双方が観察できない領域
をカバーするＸ線顕微鏡の開発がなされている。

【０００３】Ｘ線顕微鏡は、波長の短いＸ線を使用して
いるために分解能も光学顕微鏡の限界よりもさらに細か
い５ｎｍを達成でき、しかも、試料のＸ線透過率を画像
にするために現在使用されている光学顕微鏡と比べて違
ったコントラストでの観察が可能である。また、Ｘ線顕
微鏡に使用する波長のＸ線は水を透過するため、生きた
ままの生物の器官を観察することができ、生物のダイナ
ミックな動きも観察できる特徴を持っている。

【０００４】図１２は、従来のＸ線顕微鏡の光学系を示
す概略図である。この図において、１は点でその位置を
示すＸ線源、２はフィルター、３はコンデンサーゾーン
プレート、４は絞り、５は不図示のサンプル（試料）を
保持するホルダー、６は対物ゾーンプレート、７はＸ線
検出器である。これらＸ線源１、フィルター２などは、
空気によるＸ線の減衰を防ぐために不図示の真空容器内
に配置されている。

【０００５】従来、フィルター２などのＸ線光学素子の
光軸調整は、Ｘ線光学素子を真空容器内に配置する際に
素子を取り付ける枠などを用いておおよその光軸調整を
行い、さらに真空容器内の真空を引いてからＸ線源１よ
りＸ線を照射してその結像位置を確認する工程と真空容
器内を大気に開放してＸ線光学素子の位置を微調整する
工程とを繰りかえすことにより行っていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
Ｘ線顕微鏡においては、Ｘ線を実際に照射してＸ線光学
素子の光軸調整を行っていたので、真空容器内の真空を
引く、および大気に開放する工程とを繰り返し行わなけ
ればならず、光軸調整に非常に時間がかかっていた。光
軸調整工程はサンプルや光学素子を交換する度に必要と
されるため、迅速に光軸調整工程を行う要求は大きい。
また、Ｘ線顕微鏡で観察するサンプルの大きさが数百μ
ｍ程度と小さいため、光軸の微調整をする作業が困難で
ある。さらに、光軸微調整にＸ線を用いているため、こ
の光軸調整作業中にもサンプルにＸ線が照射されてサン
プルが長時間Ｘ線に曝露されるおそれがある。サンプル
にＸ線を長時間照射するとサンプルが死滅するおそれが
あるため、従来のＸ線顕微鏡では生きた状態の生物の器
官を観察できない可能性がある。

【０００７】Ｘ線のかわりに可視光をＸ線光学素子に照
射して光軸調整を行うことも考えられるが、反射鏡であ
ればＸ線の伝播経路と可視光の伝播経路は共通になるも
のの、ゾーンプレートでは回折等を用いて結像作用を実
現しているために波長が異なればその伝播経路も異な
り、正確な光軸調整はできない。

【０００８】本発明の目的は、Ｘ線光学素子の光軸調整
を簡易にかつ短時間に行いうるＸ線光学素子、Ｘ線光学
装置およびアライメント方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１に対
応付けて説明すると、請求項１の発明は、Ｘ線光学素子
２〜６に、光軸ＡＸとの相対的位置関係が予め定められ
た光軸調整用アライメントマーク１１を設けることによ
り上述の目的を達成している。

【００１０】また、請求項２の発明は、複数のＸ線光学
素子２〜６がその光軸ＡＸを共通にして配置されてなる
Ｘ線光学装置に適用され、そして、上述の目的は、Ｘ線
光学素子２〜６に設けられ、その光軸ＡＸとの相対的位
置関係が予め定められた光軸調整用アライメントマーク
１１を用い、Ｘ線光学素子２〜６のそれぞれのアライメ
ントマーク１１が同一直線上に位置するようにＸ線光学
素子２〜６の位置を調整する位置調整手段１６を設ける
ことにより達成される。

【００１１】さらに、請求項３の発明は、複数のＸ線光
学素子２〜６の光軸ＡＸを共通にして配置するようにＸ
線光学素子２〜６の位置を調整するアライメント方法に
適用され、そして、上述の目的は、Ｘ線光学素子２〜６
のそれぞれの光軸ＡＸとの相対的位置関係が同一になる
ようにＸ線光学素子２〜６のそれぞれに設けられたアラ
イメントマーク１１が同一直線上に位置するようにＸ線
光学素子２〜６の位置を調整することにより達成され
る。

【００１２】

【作用】光軸調整用アライメントマーク１１は、各Ｘ線
光学素子２〜６の光軸ＡＸとの相対的位置関係が予め定
められた位置に設けられているので、このアライメント
マーク１１が同一直線上に位置するように各Ｘ線光学素
子２〜６の位置を調整することによりＸ線光学素子２〜
６の光軸ＡＸを共通にすることができる。

【００１３】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明によるＸ線光学装置が適用さ
れたＸ線顕微鏡の一実施例を示す図である。本実施例の
Ｘ線顕微鏡も、従来のそれと同様に、Ｘ線源１、フィル
ター２、コンデンサーゾーンプレート３、絞り４、サン
プルホルダー５、対物ゾーンプレート６およびＸ線検出
器としてのＸ線ＣＣＤ７を備えている。

【００１５】図２〜図５は本実施例のＸ線顕微鏡に用い
られるＸ線光学素子を示す平面図であり、図２は対物ゾ
ーンプレート、図３はコンデンサーゾーンプレート、図
４はサンプルホルダー、図５は絞りを示す。これらゾー
ンプレート３、６、サンプルホルダー５、絞り４（およ
び図示しないフィルター２）はそれぞれ支持基板である
シリコンウエハ１０に支持されている。本実施例では、
シリコンウエハ１０の平面形状はそれぞれ同一形状の略
正方形に形成され、かつ、各光学素子の光軸がシリコン
ウエハ１０の中心に位置するようにそれぞれの光学素子
がシリコンウエハ１０に支持されている。

【００１６】各Ｘ線光学素子を支持するシリコンウエハ
１０のうち、Ｘ線の伝播に影響しない場所である四隅に
はそれぞれアライメントマークである窓１１が形成され
ている。各シリコンウエハ１０の窓１１はそれぞれ同一
形状に形成され、かつ、シリコンウエハ１０が支持する
光学素子の光軸との相対的位置関係が各シリコンウエハ
１０でそれぞれ同一となるような位置に形成されてい
る。

【００１７】本実施例では、シリコンウエハ１０に形成
された窓１１は、平面形状が略正方形の貫通孔からな
る。窓１１の作製方法は任意であるが、シリコンウエハ
１０には面方位があるので、異方性エッチングによりシ
リコンウエハ１０に貫通孔を形成すれば、窓１１の四隅
を略直角にでき、かつ、各辺がなめらかな窓１１を形成
することができる。但し、異方性エッチングによりシリ
コンウエハ１０をエッチングすると、窓１１の形状が図
９に示すように先細りになるので、窓１１の一番細い部
分の一辺の長さ（図中にｄで示す）が各シリコンウエハ
１０の窓１１で共通になるように形成すればよい。

【００１８】一例として、シリコンウエハ１０の各辺が
１０ｍｍ、一番大きい光学素子のコンデンサーゾーンプ
レート３の直径が１００μｍであった場合、一辺の長さ
が１００μｍの窓１１が端部から１ｍｍの位置に形成さ
れる。窓１１の一辺の長さは、後述する検出器（ＣＣ
Ｄ）１８の受光面１８ａの大きさ、および窓１１による
回折の影響等を考慮して定められる。

【００１９】各シリコンウエハ１０は、図６(ａ)、(ｂ)
に示すように２つ割りの支持枠１２、１２の間に配置さ
れ、かつ、ボルト１３等の締結手段により挾持されるこ
とにより不図示の真空容器内に固定される。したがっ
て、上述した窓１１は、支持枠１２により支持される部
分を外して形成される。本実施例では、図１に示すよう
に、各シリコンウエハ１０は光学的設計から要求される
所定間隔をおいて互いに平行になるように配置され、か
つ、各光学素子の光軸ＡＸが同一直線上に位置するよう
に配置される。

【００２０】真空容器内には、図７に示すように、支持
枠１２に傾斜を与える傾斜駆動装置１４、および傾斜駆
動装置１４を図中Ｙ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれ微
小距離だけ駆動するＹＺステージ１５が設けられてお
り、これら傾斜駆動装置１４およびＹＺステージ１５に
よりシリコンウエハ１０、ひいては各Ｘ線光学素子が真
空容器内でＹＺ平面上を移動可能とされている。なお、
図１では、傾斜駆動装置１４およびＹＺステージ１５を
総括して駆動機構１６としてその概略のみを図示してい
る。駆動機構１６は、不図示の制御装置により真空容器
外からその駆動量が制御可能とされている。なお、駆動
機構１６において支持枠１２を駆動するアクチュエータ
としては、たとえば圧電素子等が使用される。

【００２１】また、真空容器内には、シリコンウエハ１
０の四隅にある４個の窓１１に向けて光軸ＡＸに平行な
光ビームＢＭを出射する光源１７が４個（図１では２個
のみ図示）配置されている。本実施例では、光源１７と
してＨｅ−Ｎｅレーザーが用いられ、光源１７から出射
されるレーザービームＢＭのビーム径は窓１１の１辺の
長さと同等とされている。さらに、真空容器内には、シ
リコンウエハ１０を挾んで光源１７と反対側の位置に、
光源１７からの光を検出するための光検出器１８が４個
（図１では２個のみ図示）配置されている。本実施例で
は、光検出器１８としてＣＣＤが用いられており、図８
に示すように、ＣＣＤの受光面１８ａの略中央に光源１
７からの光ビームＢＭが到達するように構成されてい
る。

【００２２】次に、本実施例のＸ線顕微鏡による各Ｘ線
光学素子の光軸調整方法（アライメント方法）の一例に
ついて説明する。まず、１枚のＸ線光学素子（およびこ
れを支持するシリコンウエハ１０）を支持枠１２により
挾持し、ボルト１３により真空容器内に固定する。この
際、支持枠１２とシリコンウエハ１０との相対的位置等
を用いてラフなアライメントを行う。次に、光源１７か
ら光ビームＢＭを出射し、その受光量を光検出器１８に
より検出する。そして、光検出器１８による受光量が最
大になるように駆動機構１６によりＸ線光学素子（およ
びこれを支持するシリコンウエハ１０）の３次元位置を
調整する。これにより、Ｘ線光学素子を図１および図７
のＹＺ平面上に位置させることができ、かつ、ＹＺ平面
上の特定の位置に位置決めすることができ、その光軸を
所定の直線（これがＸ線顕微鏡全体の光軸ＡＸである）
上に位置させることができる。以下、各Ｘ線光学素子に
対して同様の作業を行えば、全てのＸ線光学素子の光軸
を同一直線ＡＸ上に位置させることができ、各Ｘ線光学
素子の光軸調整を行うことができる。

【００２３】したがって、本実施例によれば、Ｘ線を照
射して光軸の微調整を行うことなく各Ｘ線光学素子の光
軸調整作業を行うことができ、短時間にかつ簡易に光軸
調整を行うことができる。しかも、サンプルにＸ線を照
射する必要がないので、生物試料を生きたまま観察する
ことが容易になる。

【００２４】さらに、本実施例では、シリコンウエハ１
０の四隅をエッチングしてアライメントマークである窓
１１を形成している。通常、ゾーンプレート、絞り、フ
ィルター等のＸ線光学素子は半導体製造工程を応用して
製造されるので、Ｘ線光学素子製造時に同時に窓１１も
形成することができ、寸法等の精度が良く、しかも、各
Ｘ線光学素子の光軸との相対的位置関係も高精度にでき
る。

【００２５】以上説明した実施例と請求の範囲との対応
において、フィルター２、コンデンサーゾーンプレート
３、絞り４、サンプルホルダー５および対物ゾーンプレ
ート６はそれぞれＸ線光学素子を、窓１１はアライメン
トマークを、駆動機構１６は位置調整手段をそれぞれ構
成している。

【００２６】なお、本発明のＸ線光学素子、Ｘ線光学装
置およびアライメント方法は、その細部が上述の一実施
例に限定されず、種々の変形が可能である。一例とし
て、一実施例ではアライメントマークとして窓（貫通
孔）を用いていたが、アライメントマークはこれに限ら
ず、たとえば、Ｘ線光学素子が透明なガラスに支持され
ている場合は、図１１に示すようにガラス板２０の四隅
に十字形のアライメントマーク２１を印刷し、この十字
形をコリメータ等で観察して十字形が重なるように位置
調整をすればよい。この際、図１１に示すように各アラ
イメントマーク２１の大きさを違えておけば、どのＸ線
光学素子の位置がずれているかを簡易かつ確実に検出で
きる。あるいは、赤外光で観察する場合は、シリコンが
赤外光の透過率が高いために貫通孔を形成することなく
図１１に示すようなアライメントマークを形成すればよ
い。

【００２７】また、図１０に示すように、光源１７から
の光ＢＭをハーフミラー２２でシリコンウエハ１０側に
向け、反対側に配置した反射鏡２３で光ＢＭを往復させ
て光検出器１８で検出してもよい。各Ｘ線光学素子に設
けるべきアライメントマークの数も、一実施例のように
４個に限定されず、最低３個あればＸ線光学素子の傾き
も含めて光軸調整が可能である。さらに、Ｘ線光学素子
の駆動機構も一実施例のものに限定されず、マイクロメ
ータ等の微調整機構も使用できる。

【００２８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、光軸との相対的位置関係が予め定められたアライ
メントマークが同一直線上に配置されるように各Ｘ線光
学素子の位置を調整することにより光軸調整作業を行っ
ているので、従来のように各Ｘ線光学素子にＸ線を照射
することなく光軸調整を行うことができ、短時間かつ簡
易にＸ線光学素子の光軸調整作業を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるＸ線光学素子が適用さ
れたＸ線顕微鏡を示す概略断面図である。

【図２】一実施例に使用される対物ゾーンプレートを示
す平面図である。

【図３】一実施例に使用されるコンデンサーゾーンプレ
ートを示す平面図である。

【図４】一実施例に使用されるサンプルホルダーを示す
平面図である。

【図５】一実施例に使用される絞りを示す平面図であ
る。

【図６】(ａ)は支持枠を示す平面図、(ｂ)は側面図であ
る。

【図７】駆動機構を示す側面図である。

【図８】光検出器の受光面を示す平面図である。

【図９】窓の断面図である。

【図１０】本発明の一実施例であるＸ線光学素子が適用
されるＸ線顕微鏡の別の例を示す概略図である。

【図１１】本発明の他の実施例であるＸ線光学素子を示
す平面図である。

【図１２】従来のＸ線顕微鏡の一例を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

ＡＸ 光軸 １ Ｘ線源 ２ フィルター ３ コンデンサーゾーンプレート ４ 絞り ５ サンプルホルダー ６ 対物ゾーンプレート ７ Ｘ線検出器 １０ シリコンウエハ １１ 窓 １２ 支持枠 １４ 傾斜駆動装置 １５ ＹＺステージ １６ 駆動機構 １７ 光源 １８ 光検出器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸との相対的位置関係が予め定められ
   た光軸調整用アライメントマークを備えることを特徴と
   するＸ線光学素子。
2. 【請求項２】 複数のＸ線光学素子がその光軸を共通に
   して配置されてなるＸ線光学装置において、 前記Ｘ線光学素子に設けられ、その光軸との相対的位置
   関係が予め定められた光軸調整用アライメントマーク
   と、 前記Ｘ線光学素子のそれぞれのアライメントマークが同
   一直線上に位置するように前記Ｘ線光学素子の位置を調
   整する位置調整手段とを備えたことを特徴とするＸ線光
   学装置。
3. 【請求項３】 複数のＸ線光学素子の光軸を共通にして
   配置するように前記Ｘ線光学素子の位置を調整するアラ
   イメント方法において、 前記Ｘ線光学素子のそれぞれの光軸との相対的位置関係
   が同一になるように前記Ｘ線光学素子のそれぞれに設け
   られたアライメントマークが同一直線上に位置するよう
   に前記Ｘ線光学素子の位置を調整することを特徴とする
   アライメント方法。