JPH0377252A

JPH0377252A - 微小ｘ線源

Info

Publication number: JPH0377252A
Application number: JP1212694A
Authority: JP
Inventors: Masao Murota; 正雄無漏田
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1989-08-18
Filing date: 1989-08-18
Publication date: 1991-04-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、投影型Ｘ線顕ｗｉ鏡のための微小Ｘ線源に関
するものであり、特にＸ線発生部の大きさが小さいにも
関わらず輝度の高い微小ｘｌｓ源に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、試料の拡大透過Ｘ線像を得る装置として、投影型
Ｘ線顕微鏡が知られている。この装置は、第２図の概略
全体構成図に示すように、微小ＸｗＡ源２を備えており
、この線源２の下には、それに接して試料支持メツシュ
又は支持膜４上に載せた測定試料３が配置され、線源２
から下方半径方向に放射され試料３を透過した発散Ｘ線
７を離れた位置で受けて検出するように、フィルム、位
置敏感検出器、蛍光板等の検出器５が配置されている。

線源２、試料３、支持メツシュ又は支持膜４及び検出器
５から成る部分はカメラ部８と呼ばれ、試料３の拡大透
過Ｘ線像を検出器５上に投影するものである。

微小Ｘ線源２は、Ｘ線マイクロアナライザ、走査型電子
顕微鏡、透過型電子顕微鏡の走査像観察装置等の対物レ
ンズ１の焦点位置にＸ線を発生させたい金属の箔２１を
置き、対物レンズｌから数１０ｋｅＶ−１００ａＶに加
速した電子線６を発射してこの金属箔２１に当てて特性
Ｘ線を発生させるものである。金属箔２１と測定試料３
との配置関係としては、金属箔２１に近接して測定試料
３を配置する方法の他に、測定用の試料３上に直接特性
Ｘ線を発生させたい金属を蒸着してその膜２１を形成し
、その膜２１に対して上記と同様にして電子線を当てて
Ｘ線を発生させる等の方法が用いられてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

第３図の拡大図を用いて、従来の微小Ｘ線源２の作用を
説明する。従来の微小Ｘ線源２は単一の金属箔又は膜２
１から成り、この表面に加速した電子線６を当てると、
その表面から内部に球の頭部を切り取った形状のＸ線発
生部９が形成され、その周囲に熱を発生する電子散乱部
１０が形成される。このようｔ単一の金属箔又は膜２１
を用いてＸ線を発生させる方法においては、Ｘ線発生部
９の大きさを小さくし、その輝度を上げることが必要で
あるが、これらを両立させることは困難であった。すな
わち、輝度を上げるためには単位面積当りの電子ビーム
を多くするか、その加速電圧を上げればよい。しかしな
がら、電子ビームを多く流すと、それを当てた部分の温
度が上昇して熱的に損傷を受けやすく、動作中に金属箔
や膜が溶解して穴があいたり、変形したりしやすい。他
方、加速電圧を上げるとＸ線発生部９が広がってしまう
。また、電子線６を金属箔又は膜２１に当てた時に発生
する反射電子が対物レンズ、絞り、構造材籾等に当たり
、Ｘ線や二次電子を発生させ、信号のバックグラウンド
や雑音要因となる。

さらに、−次電子が、対物レンズ近傍に設置されている
絞りを通過する際に発生するＸ線は、Ｘ線発生用金属箔
又は膜２Ｉを通過し、ここで発生するＸ線と混ざって投
影像の中心部に別の投影像を形成するため、投影像に使
用不能個所が生じる。

また、従来の方法では、Ｘｉ７は、電子ビーム６の進行
方向にしか取り出せない。

すなわち、従来、微小Ｘ線源は、金属箔や蒸着薄膜とし
て単一純金属を用いるので、微小Ｘ線源として望まれる
、耐熱性に優れ、高輝度で、微小であり、反射電子、透
過電子がなく、特性Ｘ線、連続Ｘ線、バックグラウンド
、雑音の分離が良く、多方向に取り出せ、また、エネル
ギー（波長）選択が可能で、発生源の大きさや輝度、位
置を可変にでき、かつ、再現性が良い等の要件を同時に
満たすことはできず、良好な微小Ｘ線源として確立され
たものはなかった。そのため、第２図に示したような投
影型Ｘ線顕微鏡は、実用に耐えるものが作られていない
。

したがって、本発明の目的は、上記した従来の微小Ｘ線
源の問題点を解決して、上記した微小Ｘ線源の要件を満
足する新規な微小Ｘ線源を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の微小Ｘ線源は、電子ビーム入射側から、第１電
子散乱熱拡散層、Ｘ線発生層、及び第２電子散乱熱拡散
層からなる多重層と、この多重層に接続された直流高圧
電源とからなり、前記第１電子散乱熱拡散層を貫通して
前記Ｘ線発生層に至る微小な穴が設けられていて、この
穴にＸ線励起用の電子ビームを入射させるようになって
いることを特徴とするものである。

前記第１電子散乱熱拡散層の電子ビーム入射側表面に誘
電体層を設け、前記第２電子散乱熱拡散層のＸ線取り出
し側表面に特性Ｘ線分離連続Ｘ線吸収熱反射層を設け、
前記微小穴を前記誘電体層及び第１電子散乱熱拡散層を
貫通して設けることが最も望ましい。

また、前記微小穴はピンホール又は深さの異なるＶ字溝
の形状をしているものでよい。

さらに、前記直流高圧電源は前記多重層に前記電子ビー
ムの加速電圧と同程度又はそれ以上の直流電圧をかける
ものであるのが望ましい。

そして、前記直流電圧はＸ線発生金属の臨界励起電圧を
中心電圧としてプラス数１０ｋｅＶからマイナス１．０
０　ｅ　Ｖの範囲にあるものである。

さらに、前記直流電圧は可変であることが望ましい。

また、前記第１電子散乱熱拡散層、Ｘ線発生層、第２電
子散乱熱拡散層を構成する物質の原子番号を電子ビーム
入射側から順に等しいか小さくなるように選択すること
が望ましい。

また、前記多重層の前記微小穴近傍の側面に第２電子散
乱熱拡散層と第２の特性Ｘ線分離連続Ｘ線吸収熱反射層
を設けて、前記電子ビームと平行及び直角の二方向を中
心に多方向へＸ線を取り出し可能にすることが望ましい
。

上記微小Ｘ線源は、投影型Ｘ線顕微鏡、微小Ｘ線回折装
置に用いることができる。

〔作用〕

微小穴に入射した電子線はその底部のＸ線発生層へ当た
り、Ｘ線発生部を形成する。このようにすると、反射電
子は閉じ込められて多重層の外に出ないため、Ｘ線発生
４部は球形状になり、従来のものに一比較して球形状の
頭部に相当する部分において余分にＸ線を発生する。し
たがって、Ｘ線発生部の見掛けの大きさを変えないで、
Ｘ線発生部の輝度を向上させることができる。この時、
多重層には直流電圧がかかっているので、反射電子等は
多重層に引き戻されて吸収され、悪影響を与えない。

〔実施例〕

次に、第１図の本発明の実施例の断面図を参照にして本
発明を説明する。

この微小Ｘ線源２は、電子線６が入射する方向から、誘
電体層１１．電子散乱熱拡散層１２、Ｘ線発生層１３、
電子散乱熱拡散層１４、特性Ｘ線分離連続Ｘ線吸収熱反
射層１５からなる多重層と、この多重層に接続された直
流高圧電源１９とからなり、また、Ｘ線発生部９及びそ
の周囲の電子散乱部１０近傍の多重層側面には特性Ｘ線
分離連続Ｘ線吸収熱反射層１５’が設けられている。誘
電体層１１及び電子散乱熱拡散層１２を貫通してＸ線発
生層１３に至るピンホール又は深さの異なるＶ字溝１６
が設けられており、ピンホール１６に対物レンズ１　（
第２図）によって絞られた電子線６が入射するようにな
っている。そして、この微小Ｘ線源２は、直流高圧電源
１９によりＸ線発生金属の臨界励起電圧を中心電圧とし
てプラス数１ＯｋｅＶ〜マイナス１００ｅＶの直流高圧
が印加されている状態で使用される。

これらの構成要素の役割は下記の通りである。

誘電体層１１は、高加速電圧時反射電子の発生を抑え、
発生する反射電子、迷電子が不特定に電子散乱拡散層１
２やＸ線発生層１３に入り込まないように絶縁するもの
であり、また、対物レンズ１近傍にある電子ビーム絞り
からのＸ線を吸収して検出器５に届かないようにするも
のである。原子番号の大きいものが望ましい。

電子散乱熱拡散層１２は、入射電子が臨界励起電圧以下
のエネルギーしか持たず、エネルギーの大部分を熱とし
て放出する層で、Ｘ線発生層１３の金属と同じか熱伝導
性、電気伝導性の良い高融点物質が用いられる。できる
だけ原子番号の小さい物質で、特性Ｘ線の波長が長いも
の、例えば銅が望ましい。　誘電体層１１、電子散乱熱
拡散層１２は、前記したように、Ｘ線発生層１３に至る
ピンホール又は深さの異なるＶ字溝１６を有することを
特徴とするもので、熱損傷を防ぐための熱拡散層を兼ね
ている。

Ｘ線発生１１１３としては高融点、高熱伝導、高電気伝
導物質で特性Ｘ線強度の高い物質であることが要求され
、金属単体、例えばタンタル、アルミニウム、チタン、
金、又はその化合物がＸ線発生源として良好な結果を与
える。これらの化合物を使用する時は、電子散乱熱拡散
層１２は導電性物質で構威しなければならない。

電子散乱熱拡散層１４は、Ｘ線発生物質と同様か、それ
より原子番号の小さい元素の単体からなる層である。Ｘ
線透過率が良く、熱伝導性、電気伝導性の良い高融点物
質が望ましい。

特性Ｘ線分離連続Ｘ線吸収熱反射層１５は、軽金属元素
、又は、非晶質炭素及び高分子薄膜などの有機化合物（
１〜数層）の薄膜層よりなる。この層の主な目的は、連
続Ｘ線吸収用フィルターとしての作用であるが、Ｘ線発
生層１３、電子散乱熱拡散層１２．１４からの熱線の反
射作用も兼ねている。この層は、使用目的に応じてその
厚さ、枚数、種類を変えることにより、波長選択特性を
変えることが可能である。

直流高圧電源１９は、電子線６がＸ線発生層１３に照射
された時の反射電子の発生を押さえること、照射電流量
とは独立に加速電圧を変えてＸ線発生領域９を可変とす
ること、前記の絞りを通過する際に発生するＸ線の低減
及び阻止を目的としている。Ｘ１ｍ取出口１８．１８′
より透過電子や二次電子が検出器５方向に向かうのを引
き戻す役目もある。

次に、この微小Ｘ線源用多重層の動作を説明すると、こ
の微小Ｘ線源用多重層は、Ｘ線マイクロアナライザ、走
査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡の走査像観察装置等
の対物レンズ１とＸ線検出器５の間に組み込み、電子線
６の持つエネルギーをＸ線７に変換する微小Ｘ線源２を
得るためのものであり、この多重層の下に近接して試料
３を置くことにより投影型Ｘ線顕微鏡が実現する。

対物レンズ１により細く絞られた数１０ｋｅＶ〜１００
ｅＶの加速電子をピンホール又は深さの異なるＶ字溝１
６の底部のＸ線発生層１３へ照射する。すると、球形状
のＸ線発生部９ができる。

従来の方法においては、第３図に関連して説明したよう
に、上部の電子が反射電子となるので、球形状の頭部を
切り取った形状のｘｍ発生部９となるが、本発明のよう
に、多重層にピンホール又は深さの異なるＶ字溝１６を
設けたものを用いて、電子線６を多重層の中で照射する
と、反射電子は閉じ込められて外に出ないため、Ｘ線発
生部９は球形状になり、従来のものに比較して第１図の
部分１７において余分にＸ線を発生する。したがって、
Ｘ線発生部９の見掛けの大きさを変えないで（下から見
た大きさは従来のものと同じである。

）、部分１７の分だけＸ線発生部９の輝度を向上させる
ことができる。この時、多重層１２〜１４には、Ｘ線発
生金属の臨界励起電圧を中心電圧として電子線６の加速
電圧と同程度又はそれ以上の直流電圧をかけておく。こ
のように動作すれば、Ｘ線発生部９．１７より特性Ｘ線
と連続Ｘ線、及び、熱が、電子散乱部１０より連続Ｘ線
と熱が発生する。この中の連続Ｘ線を電子散乱熱拡散層
１４、特性Ｘｍ分離連続Ｘ線吸収熱反射層１５でできる
だけ吸収し、熱線を特性Ｘ線分離連続Ｘ線吸収熱反射層
１５．１５’で反射し、第１図に示したように、電子ビ
ーム６と平行及び直角の二方向を中心に多方向へＸｗＡ
を取り出す。Ｘ線取出口１８．１８′の表面で二次電子
等が発生するが、これらは直流高圧電源１９により多重
層に通常圧の高電圧が印加されているため、多重層に吸
収される。上記のように動作するので、投影型ＸＷＡｕ
＠鏡のために微小点から発生するＸ線が供給される。

なお、実験結果によると、電子散乱熱拡散層１２、ｘｌ
ｓ発生層１３、電子散乱熱拡散層１４を構成する物質の
原子番号は、上から下へ順に小さくなるように選択する
のが望ましい。

また、Ｘ線発生層１３に用いる単体金属や化合物、利用
する特性Ｘ線の種類により、多重層の物質には多数の組
み合わせがあるが、Ｘ線発生層１３に用いる物質として
、大別して軽元素で反射電子の少ない場合と重元素で反
射電子の多い場合、さらには、大気中で用いる場合と真
空中で用いる場合の４つが考えられる。しかしながら、
これらのいずれの場合においても、各層の材質、厚さの
調整、ピンホール、Ｖ字溝の深さの選択、及び、直流高
圧電源の電圧調整により、第１図に示した構成を変化さ
せないで対応可能である。

ところで、誘電体層１１と特性Ｘ線分離連続Ｘ線吸収熱
反射１１１５はその役割上、必ずしも層１２〜１４から
なる多重層表面に一体に設ける必要はないことを付は加
えておく。

なお、本発明の微小Ｘ線源は、微小Ｘ線回折装置用にも
使用できる。

〔発明の効果〕

本発明の微小Ｘ線源においては、多重層にピンホール又
は深さの異なるＶ字溝１６を設けたので、電子線６をこ
のピンホール等を通して多重層の中で照射すると、反射
電子はその中に閉じ込められて外に出ないため、Ｘ線発
生部９は球形になり、従来のものにおいて反射電子エネ
ルギーとして失われていたエネルギーを新たに加わった
部分１７でＸ線エネルギーに変換でき、重元素をＸ線発
生層１３の材料とする場合、発生ｘｉ強度を２０〜４０
％向上させることができた。

また、直流高圧電［１９を取り付けて多重層に正電圧を
かけたので、反射電子を多重層に吸収することができ、
Ｘ線取出口１８．１８′付近で発生する二次電子も吸収
できた。また、上記電圧により、入射電子線６の加速電
圧を、電子銃のフィラメントとアノード間にかかる電圧
以外の個所で、その電流量と独立に調整可能となり、Ｘ
線発生領域９の大きさ、輝度、位置制御が可能となった
。

さらに、誘電体層１１を多重層の表面に設けたので、外
乱要因の反射電子、絞り及びその周辺からのＸ線の中で
検出器５に到達するものを最小に押さえることができた
。

また、電子散乱熱拡散層１２．１４を設けたので、本発
明の微小Ｘ線源は耐熱性が向上し、耐久性も増した。

また、Ｘ線取出口側に特性Ｘ線分離連続Ｘ線吸収熱反射
層１５．１５′を設けたので、検出器に達する連続Ｘ線
の量が少なくなり、Ｐ／Ｂ比の良い特性Ｘ線が得られ、
投影像のコントラドが向上し、熱雑音が消えた。

さらに、Ｘ線取出口１８．１８′から電子ビーム６と平
行及び直角の二方向を中心に多方向へＸ線を取り出すこ
とが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の微小Ｘ線源の拡大断面図、第
２図は投影型ＸＷＡ顕微鏡の概略全体構成図、第３図は
従来法の微小Ｘ線源の拡大断面図である。１：対物レンズ、２：微小Ｘ線源、３：測定試料、４：
試料支持メツシュ又は支持膜、５：検出器、６：電子線
、７二発生Ｘ線、８；カメラ部、９Ｘ線発生部、１０：
電子散乱部、１１：誘電体層、１２：電子散乱熱拡散層
、１３：Ｘ線発生層、１４：電子散乱熱拡散層、１５．
１５′　：特性Ｘ線分離連続Ｘ線吸収熱反射層、１６：
ピンホール又は深さの異なる７字溝、１７二余分にＸ線
を発生する部分、１８．１８’：Ｘ線取出口、１９：直
流高圧電源、２１：金属の箔出　　願　　人　日本電子株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子ビーム入射側から、第１電子散乱熱拡散層、
Ｘ線発生層、及び第２電子散乱熱拡散層からなる多重層
と、この多重層に接続された直流高圧電源とからなり、
前記第１電子散乱熱拡散層を貫通して前記Ｘ線発生層に
至る微小な穴が設けられていて、この穴にＸ線励起用の
電子ビームを入射させるようになっていることを特徴と
する微小Ｘ線源。
（２）前記第１電子散乱熱拡散層の電子ビーム入射側表
面に誘電体層を設け、前記第２電子散乱熱拡散層のＸ線
取り出し側表面に特性Ｘ線分離連続Ｘ線吸収熱反射層を
設け、前記微小穴を前記誘電体層及び第１電子散乱熱拡
散層を貫通して設けたことを特徴とする請求項１記載の
微小Ｘ線源。
（３）前記微小穴はピンホール又は深さの異なるＶ字溝
の形状をしていることを特徴とする請求項１又は２記載
の微小Ｘ線源。
（４）前記直流高圧電源は前記多重層に前記電子ビーム
の加速電圧と同程度又はそれ以上の直流電圧をかけるも
のであることを特徴とする請求項１から３いずれかに記
載の微小Ｘ線源。
（５）前記直流電圧はＸ線発生金属の臨界励起電圧を中
心電圧としてプラス数１０ｋｅＶからマイナス１００ｅ
Ｖの範囲にあることを特徴とする請求項４記載の微小Ｘ
線源。
（６）前記直流電圧は可変であることを特徴とする請求
項４又は５記載の微小Ｘ線源。
（７）前記第１電子散乱熱拡散層、Ｘ線発生層、第２電
子散乱熱拡散層を構成する物質の原子番号を電子ビーム
入射側から順に等しいか小さくなるように選択したこと
を特徴とする請求項１から６いずれかに記載の微小Ｘ線
源。
（８）前記多重層の前記微小穴近傍の側面に第２電子散
乱熱拡散層と第２の特性Ｘ線分離連続Ｘ線吸収熱反射層
を設けて、前記電子ビームと平行及び直角の二方向を中
心に多方向へＸ線を取り出し可能にしたことを特徴とす
る請求項１から７いずれかに記載の微小Ｘ線源。
（９）請求項１から８いずれかに記載の微小Ｘ線源を用
いた投影型Ｘ線顕微鏡。
（１０）請求項１から８いずれかに記載の微小Ｘ線源を
用いた微小Ｘ線回折装置。