JPH07162596A

JPH07162596A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH07162596A
Application number: JP5339965A
Authority: JP
Inventors: Takuma Yamamoto; 琢磨山本; Nobuyuki Nakagiri; 伸行中桐; Hiroyuki Kondo; 洋行近藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1993-12-07
Publication date: 1995-06-23

Abstract

(57)【要約】【目的】光線照射による物体像を、簡単な構成で、高
分解能にて低雑音で安定に検出する。【構成】試料に光線を照射して得られる像を走査して
撮影する撮像装置において、光線を照射すると電子を放
出して正に帯電する絶縁体層（１ａ）と該絶縁体層に積
層形成された導電性薄膜（１ｂ）を含む受光部材（１）
と、半導体材料で構成され前記受光部材の絶縁体層に対
向して配置された探針（２ａ）を有するカンチレバー
（２）と、前記探針と前記受光部材を相対的に走査する
走査手段（５，６）と、前記探針と前記受光部材の導電
性薄膜との間のキャパシタンスを測定するキャパシタン
ス測定手段（４）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像装置に関し、特に
Ｘ線等の光線の照射に応じて絶縁体に蓄積された電荷を
半導体材料で構成された探針でキャパシタンス変化によ
って検出することにより高分解能の撮像を可能にする技
術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常の可視光よりも分解能が高い撮像方
法としてＸ線を用いる方法があり、Ｘ線顕微鏡などの光
学分析装置が知られている。例えば、波長が２〜５ｎｍ
の軟Ｘ線を用いるＸ線顕微鏡は、可視光（波長が４００
〜８００ｎｍ）を用いるよりも分解能が高く、また生物
試料を水中で生きたまま観察できるため医学や生物光学
の分野で有用である。

【０００３】このような光学分析装置は、一般的に試料
に光線を照射しそれによってできる像を拡大し撮像装置
へ送るための光学系と、送られてきた拡大された試料の
光線像を電気的信号として取り出すための撮像装置から
なる。試料分析に係る分解能は、光学系の拡大倍率と撮
像装置の画素のサイズによって決まる（試料分析に係る
分解能＝撮像装置の画素のサイズ／光学系の倍率）。例
えば、撮像装置の画素のサイズが１０μｍで光学系の倍
率が１０倍ならば、試料において１０００ｎｍの分解能
が得られる。逆に試料において１０ｎｍの分解能を得た
い場合、光学系の倍率が１０倍ならば、撮像装置の画素
のサイズは０．１μｍ以下でなければならない。但し、
試料に照射する光線の波長は得られる分解能より短い必
要がある。

【０００４】ところで、上述のような光学分析装置のな
かでも高分解能が期待できるＸ線顕微鏡は、上記光学系
として、Ｘ線発生器、このＸ線発生器から出射したＸ線
を集光して試料を照明する集光用光学系、試料を透過し
たＸ線を結像させる結像用光学系を含み、さらに結像用
光学系の結像位置に配置された撮像装置、Ｘ線発生器か
ら撮像装置までの光路を真空にするための真空容器、お
よび該真空容器内を真空に排気するための排気系を備え
る。そして、前記撮像装置としては、従来は主に写真、
レジスト、ＭＣＰ（マルチチャネルプレート）に蛍光板
を組み合わせたもの、ＣＣＤ等が用いられていた。ま
た、結像用光学系には、主にウォルター鏡およびシュワ
ルツシルド鏡等のＸ線光学素子が使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記に示したＸ線顕微
鏡のような光学分析装置において、Ｘ線に対応した分解
能（１０ｎｍ以下）を得るためには、この装置の光学系
（結像系）または撮像装置（受光手段）の少なくとも一
方の分解能を高める必要がある。しかし、従来の撮像装
置として使用していたＣＣＤの１画素のサイズは約１０
μｍであり、その撮像装置としての分解能は、Ｘ線に対
応した試料の分解能（１０ｎｍ以下）を得るために必要
な撮像装置としての分解能（光学系の倍率が１０倍の場
合０．１μｍ）よりも低い。同様にＭＣＰと蛍光板とを
組み合わせた場合も撮像装置としての分解能はＸ線より
も低く、前記分析装置の分解能は撮像装置の分解能に制
約されてしまう問題があった。そこで、光学系の倍率を
高くすることが考えられるが、１０ｎｍ以下の分解能を
得るためには、１０００倍以上の倍率が必要となる。し
かし、現在のウォルター鏡およびシュワルツシルド鏡等
のＸ線光学素子は、たかだか倍率は５０倍程度であり、
加工精度上の問題によりこれ以上倍率を大きくすること
が困難である。

【０００６】一方、撮像装置として写真やレジストを用
いる方法は、分解能はある程度得ることができるが、撮
像する度に真空容器から取り出して現像する必要があり
作業が煩雑になってしまう問題があった。

【０００７】このような問題に対処するためいくつかの
撮像方法が提案されている。基本的には、試料のＸ線像
をＸ線吸収膜に照射し、Ｘ線吸収膜の表面に対向した探
針をその表面上で走査し、各走査点におけるＸ線吸収膜
と探針間の電流値や電位を検出することにより試料のＸ
線像の強度分布を得るものである。例えば、特開平２−
１２３７００公報のＸ線像可視化装置では、探針として
導電性材料、Ｘ線吸収膜としては絶縁性フィルム、帯電
或いは導電性を呈する材料、または絶縁材料を使用して
いる。フィルム使用の場合、フィルムにＸ線像を投射し
たときに放出される電子を同時に走査する探針によって
検出し、帯電材料の場合、Ｘ線吸収膜の帯電後にＸ線を
照射してできる電荷の強度分布を、探針で走査して電流
として検出し、一方、絶縁材料の場合、絶縁材料にＸ線
像を照射して電子を放出した後にできる電荷の強度分布
を探針で走査して電流として検出する。特開平５−５２
７８０公報のＸ線像拡大装置及び方法では、Ｘ線吸収膜
として光導電性薄膜を使用し、Ｘ線吸収膜にＸ線像を照
射したときに放出される電子を同時に走査する探針によ
って検出する。また、Ｘ線照射中に探針で発生する電子
による電流を検出する方法も提案されている。

【０００８】ところが、上記各従来例の装置では、Ｘ線
吸収膜は画素毎に区切られた構造にはなっていないた
め、探針で電子を吸収する場合、探針との距離や探針に
印加する電圧によって、吸収する範囲が変動する。この
調節は難しく、吸収する範囲が広がり、Ｘ線を用いた場
合に得られうる理想的な高分解能が容易に得られないと
いう問題があった。さらに、上記に示した装置では、探
針を被検面に対して近接距離で走査しているため、検出
される電流量に距離の変動による誤差が生ずる。従っ
て、これまでのような探針及びＸ線吸収膜の構造や探針
の走査方法では、高分解能特性を得ること、さらにそれ
を安定して得ることが難しかった。

【０００９】本発明の目的は、前述の従来例の装置にお
ける問題点に鑑み、Ｘ線等の光線の照射によって得られ
る試料像を、比較的簡単な構成でありながら、ナノメー
タオーダーでの極めて高い分解能にて検出し、さらにそ
れらを低雑音で安定に検出し得る実用的な撮像装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、試料に光線を照射して得られる像
を走査して撮影する撮像装置において、光線を照射する
と電子を放出して正に帯電する絶縁体層と該絶縁体層に
積層形成された導電性薄膜を含む受光部材と、半導体材
料で構成され前記受光部材の絶縁体層に対向して配置さ
れた探針を有するカンチレバーと、前記探針と前記受光
部材を相対的に走査する走査手段と、前記探針と前記受
光部材の導電性薄膜との間のキャパシタンスを測定する
キャパシタンス測定手段と、を設ける。

【００１１】このとき、前記探針の先端付近に形成され
る空乏層を介して生じる前記探針と前記導電性薄膜間の
前記キャパシタンスを測定することは、前記キャパシタ
ンス測定手段の１つの有効な手段である。

【００１２】また、前記キャパシタンス測定手段に、前
記探針と前記導電性薄膜との間に交流のみ、或いは交流
及び直流のバイアス電圧を加えるバイアス電源を備える
ことは、前記キャパシタンスを測定するのに有効であ
る。

【００１３】さらに、前記撮像装置において、付勢手段
を用いて前記探針を前記受光部材に対して所定の付勢力
によって接触させることは効果的である。

【００１４】また、前記試料に光線を照射し、前記試料
を透過或いは反射した光線の一部が前記受光部材に吸収
された後、前記探針で前記受光部材の一面を前記走査手
段によって走査し、各走査点において前記探針と前記受
光部材の導電性薄膜との間のキャパシタンスを前記キャ
パシタンス測定手段で測定し、該キャパシタンスの値か
ら前記試料の光線像に対応した電気的信号に変換し、前
記試料の光線像を映像表示させるよう構成すると好都合
である。

【００１５】

【作用】上記構成においては、試料に光線を照射し、試
料を透過或いは反射した光線の一部を受光部材に吸収さ
せる。光線が受光部材に吸収されるとその部分において
光量に応じた量の電子が放出され正に帯電する。次に、
カンチレバー内の半導体材料で構成された探針で、光量
に応じて電荷が分布した受光部材の一面を走査手段によ
って走査すると、探針の先端付近に空乏層が形成され、
探針と受光部材の間のキャパシタンスが減少する。従っ
て、キャパシタンスの値或いはその変化率は受光部材に
吸収された試料の光線像に対応した電気的信号と一義的
な関係を有する。そこで、各走査点において探針と受光
部材の導電性薄膜との間のキャパシタンスをキャパシタ
ンス測定手段で測定する。

【００１６】また、さらに付勢手段が付加された撮像装
置の構成においては、撮像の基本的な作用に関しては上
記と同様であるが、探針の走査時に付勢手段によって探
針を受光部材に接触させる作用が加わる。具体的には、
上記作用において、受光部材に光線を照射した後に、付
勢手段によって探針を受光部材に対して、カンチレバー
の撓み量が所定値になるように接触させ、その後に探針
を受光部材の面上で走査手段によって走査する。

【００１７】上記の作用の結果、光線の照射によって得
られる試料像の強度分布に対応したキャパシタンスを検
出できるが、引き続いて該キャパシタンスの値から試料
像に対応した電気的信号に変換することによって、これ
を試料像の強度分布として画像表示化できる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につき
説明する。図１は、本発明の１実施例に係わるＸ線撮像
装置の概略の構成を示す。本Ｘ線撮像装置は、Ｘ線を当
てると電子を放出して正に帯電する絶縁体層１ａ及びＸ
線透過率の大きい導電性薄膜１ｂからなる受光部材１
と、ｐ型シリコン製の探針２ａを有するカンチレバー２
と、探針２ａに対して受光部材１を接触した状態でＸＹ
Ｚ方向に走査させるアクチュエータ５及びその駆動制御
手段６と、探針２ａと導電性薄膜１ｂとの間のキャパシ
タンスを測定するキャパシタンス測定手段４と、探針２
ａと受光部材１の導電性薄膜１ｂとの間に交流および直
流の電位を印加するバイアス電源３とを備えている。ま
た、本Ｘ線撮像装置は、付勢手段として、カンチレバー
２の撓みを光てこ法により検出するための半導体レーザ
７及び該レーザを検出する光検出手段８を備える。さら
に、本撮像装置は、上記に示した各手段から得られるデ
ータの集中処理及び動作の集中管理を行うコンピュータ
９、及び映像情報を表示するＣＲＴ１０を備えている。

【００１９】受光部材１の一例として、絶縁体層１ａは
５０〜２００ｎｍ厚さの窒化シリコンで、導電性薄膜１
ｂは１００〜２００ｎｍ厚のベリリウム膜で構成でき
る。

【００２０】図２は、カンチレバー２の具体的な構造の
一例を示す。カンチレバー２は、原子間力顕微鏡で用い
られるカンチレバーを使用できるが、一般に半導体プロ
セス技術或いはリソグラフィ技術を用いて製作される。
カンチレバー２は、厚み０．５ｍｍ、幅２ｍｍ、長さ４
ｍｍのパイレックスガラスからなる支持体３１と、厚さ
０．５μｍ、幅５０μｍ、長さ２００μｍの可撓性プレ
ート３０が一体化形成された構造をしている。可撓性プ
レート３０は、０．３μｍ厚のｐ型シリコン膜３０ａお
よび５０ｎｍ厚のアルミニウム膜３０ｂより構成でき
る。可撓性プレート３０の先端部付近には高さ２０μｍ
のピラミッド型探針２ａを形成する。

【００２１】また、図１に示すバイアス電源３が備える
交流電源は、キャパシタンスの値を測定するためのもの
で、そのキャパシタンスは被測定部分に高周波数の電流
を通すことによって、測定した抵抗値から求めることが
できる。なお、このバイアス電源３は、キャパシタンス
測定手段４に含めることもできる。

【００２２】以上のような構成を有するＸ線撮像装置に
おいて、受光部材１に吸収されたＸ線像を読み出す過程
を説明する。基本的な動作としては、試料にＸ線を照射
し該試料を透過或いは反射したＸ線を受光部材１に照射
する段階と、次に探針２ａを受光部材１の表面上に接触
させる段階と、続いて探針２ａに対して受光部材１を走
査して各走査点において探針２ａと受光部材１の導電性
薄膜１ｂとの間のキャパシタンスを測定する段階と、測
定したキャパシタンスの値を電気的信号に変換して試料
像を映像表示させる段階とを続けて行う。ただし、探針
２ａを受光部材１に接触させる段階は、試料をＸ線に照
射する前やＸ線像を受光部材１に照射する前に行っても
よい。以上の各動作の管理は全てコンピュータ９によっ
て統制されており、各動作に必要な計算や処理等もコン
ピュータ９によって行われる。以下に、これらの動作に
ついて順を追ってそれぞれ詳細に説明する。

【００２３】まず、試料にＸ線を照射し、該試料を透過
した或いは該試料から反射したＸ線を受光部材１の絶縁
体層１ａに照射する。この絶縁体層１ａでは、照射され
たＸ線の光量（強度）に応じて多量の光電子が放出さ
れ、光電子を放出した分だけ正に帯電する（これを外部
光電効果という）。この場合外部に放出された光電子
は、図示しない正電位が印加された光電子捕捉電極によ
って捕捉すると好都合である。その結果、絶縁体層１ａ
には、放出された光電子の量に応じた正電荷の２次元分
布が形成される。このようにして、該試料のＸ線像の強
度分布は、絶縁体層１ａにおいて電荷分布に変換され
る。

【００２４】次に、半導体レーザ７と光検出手段８を備
える付勢手段によって、探針２ａを受光部材１に、該部
材を傷つけることのない極めて弱い付勢力で接触させ
る。この接触動作は以下のようにして行う。駆動制御手
段６によって、アクチュエータ５のＺ方向（受光部材１
に対して垂直方向）を駆動し、受光部材１をカンチレバ
ー２に接近させて接触させる。このときの付勢力は、カ
ンチレバー２の撓みを光てこ法により検出する。すなわ
ち、カンチレバー２に半導体レーザ７からのレーザ光を
照射し、カンチレバー２による反射光を光検出手段８で
検出する。これによりカンチレバーの撓みが測定でき、
探針２ａを所定の付勢力で受光部材１に接触できるよう
に駆動制御手段６によって調整する。アクチュエータ５
の使用とコンピュータ９による制御によって、例えば１
×１０^−８Ｎ（ニュートン）というような極めて弱い付
勢力に調整することが可能である。この調整が完了した
後に次の探針２ａの走査を行うが、この走査中において
もコンピュータ９によってカンチレバー２の撓みを測定
し、アクチュエータ５の変位をフィードバック制御する
ことで、探針２ａの付勢力をＸ線像を読み出す間常に一
定に保つことができる。逆に、レーザ光の漏れや散乱等
によって探針２ａにおけるキャパシタンスの検出に誤差
が生ずるような場合は、走査中に、レーザ光の照射を止
めることも可能である。

【００２５】探針２ａを受光部材１に接触した後は、受
光部材１を探針２ａに対して接触した状態で、駆動制御
手段６によってアクチュエータ５のＸＹ方向（受光部材
１の表面と平行な方向）に走査し、探針２ａによって受
光部材１の導電性薄膜１ｂとの間のキャパシタンスを各
走査点においてキャパシタンス測定手段によって測定す
る。このキャパシタンスの測定によって、絶縁体層１ａ
に帯電した電荷分布を読み出すことができる。この電荷
分布を読み出す方法について図３及び図４を用いて詳細
に説明する。

【００２６】図３は、探針２ａと導電性膜１ｂとの間の
キャパシタンスが、絶縁体層１ａに帯電した電荷によっ
て変化する原理を示す説明図である。ｐ型シリコン３０
ａを含む探針２ａを用いると、受光部材１の絶縁体層１
ａおよび導電性薄膜１ｂと共にＭＩＳ（金属−絶縁体−
半導体）構造が形成され、キャパシタンスが生じる（図
３（ａ））。ここで、ｐ型のシリコンを用いたＭＩＳ構
造では、導電性薄膜１ｂ側に正の直流の電位を印加する
とｐ型シリコン３０ａの絶縁体層１ａとの界面付近にお
いて、多数キャリアである正孔が追い払われて空乏層２
ｂが形成される（図３（ｂ））。空乏層２ｂはキャリア
が存在しないため導電性を持たない。従って、空乏層の
厚さが大きくなるに従って導電性薄膜１ｂとシリコン製
探針２ａとの間のキャパシタンスが減少する。従って、
Ｘ線の照射によって絶縁体層中に正の電荷が存在する
と、この正の電荷の存在は導電性薄膜１ｂに正の電位を
印加したのと同様に作用し、電荷量に応じてキャパシタ
ンスが減少する。以上の原理を用いれば、キャパシタン
スの値から絶縁体層１ａの電荷分布を検出することがで
きる。

【００２７】次に図４を用いて具体的な電荷分布の検出
方法について説明する。図４は、バイアス電源３によっ
て探針２ａと導電性薄膜１ｂとの間に印加する電圧Ｖに
対するキャパシタンスの値Ｃ（同図（ａ））と、各電圧
値Ｖに対するキャパシタンスの変化量ｄＣ／ｄＶ（同図
（ｂ））を示す。図４（ａ）中の曲線２０ａは、絶縁体
層１ａに電荷が存在しないとき（図３（ａ））のキャパ
シタンスの変化を示し、一方、絶縁体層１ａに正の電荷
が存在するとき（図３（ｂ））のキャパシタンスの変化
は、同図の曲線２０ｂで示される。これは、予め絶縁体
層１ａ中の正の電荷が、印加電圧の一部とみなされるた
め、その電荷に相当する電圧だけ曲線２０ａがシフトす
る。従って、ある一定の印加電圧値におけるキャパシタ
ンスの値は、絶縁体層１ａに存在する電荷量によって変
化する。この場合、印加電圧を０Ｖとすればバイアス電
源３の直流電源は不要となる。一方、曲線２０ａおよび
曲線２０ｂの微分値（ｄＣ／ｄＶ）からも、電荷量を推
定できる。それらの微分値は、それぞれ図４（ｂ）の曲
線２１ａおよび曲線２１ｂで表される。このとき、バイ
アス電源３により、直流バイアス電圧Ｖ１ならびに高周
波のモジュレーション電圧を導電性薄膜１ｂに加え、キ
ャパシタンス測定手段によりｄＣ／ｄＶを測定すると、
絶縁体層１ａ中に電荷が存在しないときにはｄＣ／ｄＶ
は極大値であるが、正の電荷が存在するときには減少
し、図示した場合にはｄＣ／ｄＶはほぼ０である。この
現象を利用して、ｄＣ／ｄＶの測定により、電荷量を求
めることができる。この手法を使用するにおいて、バイ
アス電源３により印加する各電圧等の値の一例を示す
と、探針２ａに対して受光部材１の導電薄膜１ｂに印加
する直流バイアス電圧は−０．５Ｖ、モジュレーション
電圧は１Ｖｐ−ｐ、１００ｋＨｚ、サイン波のように設
定できる。

【００２８】最後の段階として、測定されたキャパシタ
ンス変化量の値は図１に示すコンピュータ９に送られ、
探針２ａの受光部材１上の位置（ＸＹ平面での位置）の
情報と関連させて、電荷分布やそれに対応した電気的信
号に変換されて画像データとして記憶される。さらにこ
のデータはＣＲＴ１０に送られ、画面上に表示される。

【００２９】上記のようにして本実施例では、探針２ａ
内に形成される空乏層を介して導電性薄膜１ｂとの間の
キャパシタンスを測定することによって、試料のＸ線像
の電荷分布、即ち強度分布を検出することができる。こ
の時の分解能は空乏層２ｂの形成に寄与する絶縁体層１
ａ中の正の電荷の範囲に依存し、探針２ａの構造などに
よって受光部材１上において１μｍ以下の分解能が可能
である。従って、従来のＣＣＤ等を使用する場合に比べ
て１０〜１００倍の分解能の向上が期待できる。

【００３０】図５は、本発明のＸ線撮像装置を用いたＸ
線顕微鏡の構成を示す概略図である。このＸ線顕微鏡
は、Ｘ線源５１と、Ｘ線源５１から出射したＸ線を集光
して試料５４を照明する集光光学素子５２及び絞り５３
を含む集光光学系と、試料５４を透過したＸ線を結像さ
せる結像光学系５５を含むＸ線光学系と、Ｘ線源５１か
らＸ線集光位置までの光路を真空にするための真空容器
５６と、および該真空容器５６を真空に排気するための
真空排気系５７とを有している。さらに、試料５４のＸ
線像を読み出すために、探針２ａを有するカンチレバー
２と、カンチレバー保持具４１と、カンチレバー２を変
位させる駆動制御手段４２と、Ｘ線の結像位置に置かれ
た受光部材１と、受光部材１を探針２ａに対して走査さ
せるアクチュエータ５と、カンチレバー２の撓みを光て
こ法により検出するための半導体レーザ７と、光検出手
段８と、から構成されるＸ線撮像部を有している。

【００３１】以下に、本実施例のＸ線顕微鏡において試
料像を得る過程を説明する。まず、図５により受光部材
１にＸ線像を形成する過程を説明する。Ｘ線が受光部材
１上で結像するようにＸ線光学系を調整した状態で、探
針２ａが受光部材１のＸ線結像部上に位置するように駆
動制御手段４２により位置調整を行う。ただし、探針２
ａと受光部材１は５０ｎｍ程度離しておき、探針２ａの
電位はアース電位にしておく。さらに、この状態で光て
こ法によるカンチレバー２の撓み検出系の調整を行う。
以上の調整が終了したら、Ｘ線源５１よりＸ線を出射し
て、試料５４のＸ線像を受光部材１に結像させる。Ｘ線
を止めた後、アクチュエータ５により受光部材１を所定
の付勢力で探針２ａに接触させる。以下の撮像方法は、
上記実施例で述べた方法と同様である。すなわち、アク
チュエータ５によって、受光部材１を探針２ａに対して
走査し、同時に探針２ａと受光部材１との間のキャパシ
タンスを測定し、それらの値をコンピュータにより画像
データに変換すれば、高分解能の試料の画像をＣＲＴ上
に映像表示することができる。

【００３２】以上の実施例の説明では、探針２ａが受光
部材１に接触して走査される場合について示したが、探
針２ａを受光部材１に接触させずに微小距離だけ離して
近接設置することによってもキャパシタは検出できる。
ただし、探針を近接設置する方法では、探針と受光部材
との間の距離の変動が検出値に影響を与える場合があ
る。この場合、この距離を常に一定に保つように制御す
る方法、或いはキャパシタンスが一定になるように距離
を制御しその制御信号を検出する方法等によって解決で
きる。但し、上記実施例で示した接触して走査する方法
は、探針と受光部材との間の距離による影響が全く無く
なるという利点、及び接触によってキャパシタンス形成
に寄与する受光部材１の表面の範囲が狭くなるため、受
光部材１を探針２ａで走査するときの分解能が高くなる
という利点を有する。

【００３３】また、探針２ａの受光部材１に対する相対
的な走査方法としては、本実施例で示したＸＹ方向なる
２次元に限らず、１次元のみの走査や、螺旋状の走査、
同心円状の走査など様々な形式の走査方法が適用でき
る。

【００３４】さらに、本実施例では、各手段の動作の管
理や得られるデータの処理にコンピュータが使用でき
る。特に、探針２ａの受光部材１に対する相対的な走査
において、その走査速度及び走査領域はコンピュータ９
のソフトウェア上で任意に設定できる。また、コンピュ
ータとＣＲＴの使用により、高分解能で得られた試料の
強度分布を自動的にＣＲＴ上に映像表示することも可能
となる。

【００３５】また、本実施例では、探針２ａの材料とし
てｐ型シリコン製の半導体材料を使用したが、ｎ型の半
導体材料を用いても本発明を実施することは可能であ
る。

【００３６】なお、本発明では、絶縁体に光線を照射す
ると光電子を外部へ放出し、正に帯電する外部光電効果
を利用しているが、放出された光電子が再び絶縁体に吸
収され絶縁体に生じた電荷分布に影響を与えないよう
に、正電位の電極を絶縁体の近接に設置することによっ
て該光電子を吸収すると好都合である。これによって、
より雑音の少ない電荷分布を検出することができる。

【００３７】なお、上記実施例では、試料に照射する光
線としてＸ線を使用した場合について述べたが、Ｘ線だ
けでなく、可視光も使用可能であり、波長順に言えば赤
外線からγ線までの波長の光線が適用可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上のように，本発明によれば、探針内
に形成される空乏層を利用して受光部材との間のキャパ
シタンスを測定することによって、試料のＸ線像の電荷
分布、即ち強度分布を検出することができる。この時
の、受光部材１上において１μｍ以下の分解能が可能で
ある。従って、従来のＣＣＤ等を使用する場合に比べて
１０〜１００倍の分解能の向上が期待でき、Ｘ線等の光
線の分解能に対応した高空間分解能での撮像が可能とな
る。

【００３９】また、本発明では探針を受光部材に接触さ
せる付勢手段を付加することも可能で、この場合接触し
ない場合に比べて探針と受光部材との間の距離の変動に
よる測定値の不安定性を除去することができると共に、
走査する受光部材の範囲の狭さにより高分解能が期待で
きる。

【００４０】さらに、上記実施例の操作は全て真空中で
行うことができ、Ｘ線顕微鏡における試料観察の作業性
の向上の効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に関わる撮像装置の概略の構
成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施例で使用したカンチレバーの構造
を示す概略図である。

【図３】本発明の撮像装置において、探針と導電性膜と
の間のキャパシタンスが、絶縁体層に帯電した電荷によ
って変化する原理を示す説明図である。

【図４】本発明の撮像装置における探針と導電性薄膜間
の印加電圧に対するキャパシタンスの大きさ（ａ）及び
キャパシタンスの変化量（ｂ）を示すグラフである。

【図５】本発明の撮像装置を使用したＸ線顕微鏡の構成
を示すブロック図である。

【符号の説明】

１受光部材１ａ絶縁体層１ｂ導電性薄膜２カンチレバー２ａ探針２ｂ空乏層３バイアス電源４キャパシタンス測定手段５アクチュエータ６駆動制御手段７半導体レーザ８光検出手段９コンピュータ１０ＣＲＴ２０ａ曲線（絶縁体層に電荷が存在しないときのキャ
パシタス値）２０ｂ曲線（絶縁体層に電荷が存在するときのキャパ
シタス値）２１ａ曲線（絶縁体層に電荷が存在しないときのｄＣ
／ｄＶ値）２１ｂ曲線（絶縁体層に電荷が存在するときのｄＣ／
ｄＶ値）３０可撓性プレート３０ａｐ型シリコン膜３０ｂアルミニウム膜３１支持体４１カンチレバー保持具４２駆動制御手段５１Ｘ線源５２集光光学素子５３絞り５４試料５５結像光学系５６真空容器５７真空排気系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料に光線を照射して得られる像を走査
して撮影する撮像装置であって、光線を照射すると電子を放出して正に帯電する絶縁体層
と該絶縁体層に積層形成された導電性薄膜を含む受光部
材と、半導体材料で構成され前記受光部材の絶縁体層に対向し
て配置された探針を有するカンチレバーと、前記探針と前記受光部材を相対的に走査する走査手段
と、前記探針と前記受光部材の導電性薄膜との間のキャパシ
タンスを測定するキャパシタンス測定手段と、を具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】前記キャパシタンス測定手段は、前記探
針の先端付近に形成される空乏層を介して生じる前記探
針と前記導電性薄膜間の前記キャパシタンスを測定する
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】前記キャパシタンス測定手段は、前記探
針と前記導電性薄膜との間に交流のみ、或いは交流およ
び直流のバイアス電圧を加えるバイアス電源を含むこと
を特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】前記探針を前記受光部材に対して所定の
付勢力によって接触させる付勢手段を有することを特徴
とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】前記試料に光線を照射し、前記試料を透
過或いは反射した光線の一部が前記受光部材に吸収され
た後、前記探針で前記受光部材の一面を前記走査手段に
よって走査し、各走査点において前記探針と前記受光部
材の導電性薄膜との間のキャパシタンスを前記キャパシ
タンス測定手段で測定し、該キャパシタンスの値から前
記試料の光線像に対応した電気的信号に変換し、前記試
料の光線像を映像表示させることを特徴とする請求項１
〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。