JPH09500453A - 球面ミラーかすめ入射ｘ線光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 Ｘ線のための光学システムは、それぞれの次元に対する少なくとも二つの球面ミラーまたは球面に近いミラーを組み合わせてなる。これらのミラーは、かすめ入射をなさしめるように配向され、Ｘ線領域におけるレンズの役割を果たしている。Ｘ線放射線をＸ次元およびＹ次元の双方で焦点合わせさせるには、ミラーの一つがＸ次元の焦点合わせをし、第２のミラーがＹ方向の焦点合わせをし、第３のミラーがコマ収差を除去すべくＸ次元の補正をし、第４のミラーがＹ次元の補正をする。さらに良好な焦点合わせを行うためには、球面収差も除去するようにしてもよい。ミラーの順番は重要ではない。

Description

【発明の詳細な説明】 球面ミラーかすめ入射Ｘ線光学系 本発明はＮＡＳＡにより与えられた政府援助のもとになされた。政府は本発明 についてある種の権利を有している。 発明の背景 発明の分野 本発明はＸ線を光学的に処理する装置および方法に関する。特に本発明は、ス ペクトルのＸ線帯域において焦点を合わせたり、結像させたり、コリメート（光 軸を平行にする）したり、インターフェロメトリー（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔ ｒｙ）を実現したりするために、かすめ入射線（ｇｒａｚｉｎｇ ｉｎｃｉｄｅ ｎｃｅ）に対して球面ミラーを用いることに関する。本発明は、Ｘ線の全範囲で の結像に特に有用である。とりわけ、最終的な像の焦点の質を改良すること、お よびＸ線リソグラフィに有用である。従来技術の説明 軟Ｘ線帯域での物質の屈折率の値は、１よりわずかに低く、高い吸収係数と関 連づけられている。吸収率が高いことによって、屈折Ｘ線光学系における全ての 試みは今日まで不十分なものとされていた。これまでに３つのアプローチが行わ れている。輪帯回折板を用いたもの、通常の入射角で多層ミラーを用いたもの、 そして、かすめ入射角となるようにミラーを用いたものである。 輪帯回折板は、回折を利用して結像を行う。同心円状のリングが薄いシート上 に描かれ、それによって、像が形成される中央部分へと放射線のいくらかが回折 される。かかるシステムは、回折の物理学から考えてわかるように非効率的であ り、結果としての像は、通常はかなりの色収差を有している。 多層ミラーは、屈折係数の異なる二つの要素からなる薄い層を互い違いに配置 することによって得られる。このシステムは構造的な干渉（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ ｉｖｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を生じ、一つの波長において高い反射率を 示す。このアプローチの方法は、通常の入射態様での光学系を用いて行うことが できるという利点を有するが、非常に限定されたスペクトル帯域になるという欠 点を有する。多層ミラーは、約４ナノメータ（ｎｍ）より長い波長にて使用され る。これより短い波長だと、適当な層対層の干渉性（ｌａｙｅｒ ｔｏ ｌａｙ ｅｒ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）を達成するのが難しいからである。 かすめ入射態様での光学系は、屈折率が１より小さいという事実を利用し、放 射入射角（ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｎｃｉｄｅｎｔ）を低いかすめ角（ｇｒａｚ ｅ ａｎｇｌｅ）として、全外反射（ｔｏｔａｌ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌ ｅｃｔｉｏｎ）をなさしめる。かすめ入射ミラー（ｇｒａｚｉｎｇ ｉｎｃｉｄ ｅｎｃｅ ｍｉｒｒｏｒ）はまた、研磨の必要性（ｐｏｌｉｓｈ ｒｅｑｕｉｒ ｅｍｅｎｔｓ）を、ｓｉｎθの関数として低下させることができるという利点を 有する。ここでθは、かすめ角である。したがって、Ｘ線スペクトルの帯域であ っても、ナノメータ以下の品質の面に仕上げる必要はなくなる。 かすめ入射の考えに基づいた最初の光学設計例は、１９４８年にＫｉｒｋｐａ ｔｒｉｃｋおよびＢａｅｚ（Ｋ−Ｂ）によって発表された（１９５１年に特許） 。彼らは平板、球体および円柱体を用いて一次元の線状焦点（ｏｎｅ ｄｉｍｅ ｎｓｉｏｎａｌ ｌｉｎｅ ｆｏｃｕｓ）を作り出した。焦点の第２の次元（ｓ ｅｃｏｎｄ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｆｏｃｕｓ）は、第１の光学系を越え て９０度の角度に配向されて位置づけられた第２の光学系によって得られる。こ の配置構成は、相当のコマ収差（ｃｏｍａｔｉｃ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）を有 するので、高い解像度が要求される適用例での使用は制限される。焦点の各次元 のための二つの球面ミラーが、コマ収差および球面収差を最小にすべく選択され 且つ配向され得るということは、今日まで認識されていなかった。 １９５２年にＷａｌｔｅｒが、軸から外れた最も外側の部分に（ｅｘｔｒｅｍ ｅ）非球状放物面、双曲面および楕円面を利用したシステムを発表した。このシ ステムでは、軸上（ｏｎ−ａｘｉｓ）で高い解像度を得、軸外（ｏｆｆ−ａｘｉ ｓ）では、よりよい解像度を得ることができた。しかしながら残念なことに、最 も外側の部分を非球面にし且つ軸合わせするのが困難であり、しかも費用がかか るため、利用可能性および高度の品質の光学系の実現性という面で制限を受けざ るを得なかった。 最近見られる、上記のアプローチの変形として、Ｗａｌｔｅｒの特徴であった 放物面および双曲面の代わりに二つのトロイド（ｔｏｒｏｉｄ、円錐曲線回転体 ） 面を利用したものがある。これによれば、拡散するシンクロトロン・ビームがコ リメートされて、真っすぐな細い線となり、二つのかすめ入射反射線を伴う。こ の原理の装置は、Ｃｏｌｅ他に与えられた米国特許第５，０３１，１９９号に開 示されている。しかしながら、トロイド面の収差制御は、球面収差の制御と比べ て非常に心もとないものであり、トロイド面の製造コストも球面に比べて非常に 高く、また、結果として光学系で作られたものは、球面利用のものと比べ、画像 および散乱性において非常に劣ると言わざるを得ない。 そこで、Ｘ線を光学的に処理するに当たり、費用が安くつき、大きなコマ収差 および球面収差を伴わないような装置および方法が、今でも当業界で必要とされ ているのである。 発明の概要 本発明の目的は、安い費用で、しかも大きなコマ収差および球面収差を伴うこ となく、Ｘ線を光学的に処理するための方法および装置を提供することである。 この目的は、スペクトルのＸ線帯域での高い解像度の焦点合わせ、コリメート、 インターフェロメトリーを可能にすべく、標準的な光学技術によって優れた公差 で製造できる、かすめ入射線ミラーのシステムを提供することにより達成される 。本明細書において、「焦点合わせ」の用語は、特に断りのない限り、線状およ び点状焦点合わせ、結像およびコリメートの意味を含んだものとして使用される ものとする。 本発明によれば、対象物と焦点面との間の入射放射線は、それぞれが球面を有 する第１および第２のミラーによって処理される。それぞれのミラーの配向は、 次のようになされる。まず対象物からの放射線が、第１のミラーをかすめるよう な角度で該第１のミラーで反射し、それから第２のミラーをかすめるような角度 で該第２のミラーで反射して焦点面に達する。それによって、最も外側の放射線 （ｅｘｔｒｅｍｕｍ ｒａｙｓ）のコマ収差は、少なくとも最も外側の放射線の 球面収差のレベルにまで減じることができる。最も外側の放射線のコマ収差およ び球面収差の双方は、５次のレベルの収差まで減じられる。この装置は、例えば 放射線を線状焦点合わせするのに使用することができる。 本発明によれば、対象物からの入射放射線は４つの球面ミラーを配向すること により焦点面上に二つの次元で焦点合わせされる。球面ミラーの配向は次のよう になされる。すなわち、入射放射線がそれぞれのミラーを順番にかすめるような 方向で該ミラー上を反射してゆき、それによって最も外側の放射線のコマ収差が 球面収差のレベルまで減じられるようにする。または、最も外側の放射線のコマ 収差および球面収差の双方はが５次のレベルまで減じられるようにする。 本発明によれば、Ｘ線干渉計は、少なくとも６つの球面ミラーを備える。３つ のミラーは、第１のビームに対してかすめ入射となるようになされ、該第１のビ ームを焦点面上に焦点合わせし、他の３つのミラーは、第２のビームに対してか すめ入射となるようになされ、該第２のビームを焦点面上に焦点合わせし、二つ のビームが干渉するようにする。最も外側の放射線のコマ収差は、少なくとも最 も外側の放射線の球面収差のレベルまで減じられる。 ここで論議するコマに関する方程式において二つの項を最小にすべくミラーを 選択し且つ配向することにより、二つの球面ミラーを有するシステムにおいて、 放射線を焦点合わせし且つそのコマ収差を最小にすることが可能である。また、 ここに開示する方程式を使ったシステムにおいて、球面収差を最小にすることも 可能である。また、４つのミラーを用いたシステムにおいてコマ収差および球面 収差を減じるための方程式も与えられる。 当業界で通常の知識を有する者は、添付図面に示された望ましい実施例につい ての、以下の、より詳細な記述から、本発明のこれまでに述べた目的および他の 目的、特徴、利点および適用例などを理解することができるであろう。 図面の簡単な説明 図１は、光路長を示す、球面ミラーの側面図。 図２は、Ｘ線ビームのための、一つのミラーを用いた、かすめ入射光学システ ムの側断面図。 図３は、Ｘ線ビームの一つの次元を焦点合わせし且つ補正するための、本発明 による、二つのミラーを使用したシステムの側断面図。 図４は、Ｘ線ビームの二つの次元を焦点合わせし且つ補正するための、本発明 による、４つのミラーを使用したシステムの側断面図。 図５は、図４のシステムの要素のパラメータを示す表。 図６は、本発明による干渉計の側断面図。 望ましい実施例の詳細な説明 図１は、点８（Ａで示す）からの放射線が球面ミラー９で反射して点１０（Ｂ で示す）に焦点合わせされる状況を示す。放射線の一つ１２は、球面ミラー９上 の任意の点１１（Ｐで示す）で反射する。ミラー９の上面は、実際には、比較的 大きな半径を有する球体の内面となっている。したがって、ミラー９の曲がりは 、図１では物理的には見えない。当業者は、ＡからＰさらにＢへの道程に対する 光路長の展開式が次のようになることを理解するであろう。 Ｍ₀は中央の放射線の全長である。Ｍ₂項以上については、Ｍ_nがシステムのｎ 次の収差を示す。Ｍ₂項は、システムが焦点を外れている量を示す。Ｍ₃項は、シ ステムのコマを与える。Ｍ₄は、システムの球面収差を与える。Ｍ₅は５次の収差 を与える。以下、同様である。各次数の収差は、前の次数のものよりも小さくな っている。 図２は、対象物１４から出されたＸ線放射線１２が、球面ミラー１６で反射し て該ミラー１６の右方へ向かって収束し、点１８でだいたい焦点合わせされてい る。一つのミラーを用いたシステムでは正確な焦点合わせは得られない。球面収 差およびコマ収差があるからである。球面収差が生じるのは、軸上の対象物から の放射線にして、軸から大きく離れた点でミラー面に当たった放射線が、よりミ ラーの軸に近い点でミラーに当たった放射線よりも、ミラーに近い点で焦点合わ せされるからである。コマ収差が生じるのは、ミラーの軸から外れた対象物の点 が、像の単一の点で焦点を合わせないからである。本発明のような、かすめ入射 システムにおいては、コマ収差の方が支配的である。下記の方程式（７）は、上 記の方程式（４）と同じであり、一つのミラーを使用したシステムのための、焦 点合わせのパラメータを与える。システムは、Ｍ₂＝０のとき、ほぼ焦点を合わ せられる。θはミラー１６上へのビーム１４の入射角である。ｒは対象物の点か らミラーまでの距離である。ｒ’はミラーから像点までの距離である。Ｒはミラ ー１６の曲率半径である。もしＲが負ならば、球面は凸となる。 方程式（８）は、一つのミラーを使用したシステムのコマ収差の近似値Ｍ₃を 与える。方程式（５）の最初の二つの項だけが含まれているのは、後の二つの項 は、かすめ角の形態においては無視できるからである。方程式（８）から明らか なように、対象物までの距離と焦点までの距離とが等しい場合（一般的には現実 的でない）でない限り、一つのミラーを使用したシステムにおいてコマ収差をゼ ロにまで減じることはできない。例えば、望遠鏡においては、対象物までの距離 は無限大に近いので、焦点までの距離と等しくすることは現実的でない。 焦点における収差のほとんどはコマに由来し、Ｍ₃がゼロにまで減じられたシ ステムは、非常に優れた焦点合わせができることになる。さらに良い焦点合わせ を行うためには、球面収差も同様にゼロにまで減じることになる。球面収差Ｍ₄ は、一つのミラーを使用したシステムにおいては、方程式（９）で近似される。 ここでも、方程式（６）の最初の二つの項だけが、かすめ入射において無視でき ないものとして残されている。 コマの場合におけるように、対象物までの距離と焦点までの距離の負の値とが 等しくない限り、球面収差をゼロにまで減じることはできない。 図３は、ミラー２０およびミラー２２を含む、二つのミラーを使用したシステ ムにおけるＸ線放射線１２を示す。単一の対象物の点２４からの放射線は、線２ ６へと焦点を合わせられる。線２６は、図３の紙面に垂直に延びている。焦点は 線状焦点であり、二次元的に非常にわずかに曲がっている。この曲がりは、球面 の二次元的な曲がりに由来し、もし線が十分に長かったら、曲がりも大きなもの になるであろう。球面の代わりに円柱面を採用すれば、この影響は完全に除去す ることができる。下記の方程式（１０）は、二つの球面を利用したシステムにお ける焦点に関するものである。焦点の合った（ｉｎ−ｆｏｃｕｓ）システムでは 、丸括弧内の二つの項はゼロに等しくなり、そうするとσ₂の値は重要ではなく なる。方程式（１０）において、θは、ミラー２０上での放射線１２のかすめ角 である。θ₂は、ミラー２２上でのかすめ角である。ｒは、対象物から第１のミ ラー２０までの距離である。ｒ₂は、ミラー２０の焦点からミラー２２までの距 離である。ｒ₂’は、ミラー２２から焦点面までの距離である。ｒ’は、ミラー ２０から該ミラー２０の焦点面までの距離である。Ｒは、ミラー２０の曲率半径 であり、Ｒ₂は、ミラー２２の曲率半径である。 ｒ’は、丸括弧の中の第１項をゼロに設定することによって求められる。ｒ’ ＋ｒ₂は二つの球面の中心間の距離に等しいから、ｒ₂も求められることになる。 図３のシステムにおいては、ｒ₂は負である。 方程式（１１）によって近似されるコマ収差は、二つのミラー２０および２２ 上での入射角とそれぞれのミラーの半径とを適当に選択することにより、ゼロに 設定することができる。 Ｍ₃の値がゼロに設定されると、σ₃が決定される。かつて当業界に従事してい た者は、（ｒ₂／ｒ’）³に等しい値をσ₃の値として使用していた。この値は、 通常の入射角のシステムに対しては正確である。しかし、本願発明者は、σ₃が 以下の方程式（１２）によって与えられることを発見した。 もちろん、通常の入射角のシステムにおいては、ｓｉｎθファクタは１に近く 、したがって無視することもできる。 再び、コマをゼロに等しく設定すると、非常に良好な焦点合わせが得られる。 さらに球面収差をゼロに設定することにより、焦点会わせをさらに改善すること ができる。二つのミラーを使用したシステムにおける球面収差のための方程式は 、以下の方程式（１３）によって与えられる。 Ｍ₄もまた、二つのミラー２０および２２の入射角およびこれらのミラーの半 径を適当に選択することにより、ゼロに設定することができる。 本願発明者は、方程式（１３）におけるσ₄は次式によって与えられることを 発見した。 一般的に、複数の要素からなるシステムに対しては、方程式（１５）が焦点、 コマ収差および球面収差の項を与える。 ここで、総和は、ミラーｉにわたって行われる。 本発明は、球面ミラーの使用を基本にしているが、球面に近い面も使用できる ことが当業者には理解されよう。球面は、利用可能な最も基本的な光学的形であ り、二つの面を一緒に研磨することにより得られる自然な形状である。なぜなら 、同じ半径の二つの球面は、互いにスケール・フリー（ｓｃａｌｅ ｆｒｅｅ） な状態で且つ方向自在な状態でスライドできるからである。結局、適度なコスト で非常に高い品質の球面を作り出すことができる。球面は優れた形状と光沢とを 有し、低いコストで容易に入手しやすい。したがって、球面が、本発明の基本を 形成する、一般的に入手可能な形状であることになる。しかしながら、ある場合 には、真の球面から幾らか偏差のある方がシステムの性能を改善することがある 。例えば、円柱面は球面にとって代わることができ、線状焦点から曲がりをなく すことができる。同様にして、球面を幾らか偏心させる（通常は大きな双曲面と なるような偏心）ことにより、球面収差に付加的な制御を加えることができ、し たがって、しっかりしたシステムを作ることができる。 従来、かすめ入射光学系を製造する際の大きな問題となっていたのは、中間周 波数（ｍｉｄ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）のリップル（約１ミリメートルのスケール ）の減少であった。このリップルは、Ｘ線の散乱を生じさせる一方、同時に形（ ｆ ｉｇｕｒｅ）を制御する。球面の主要な利点は、研磨工程における回転自在性に より、ほとんど全ての中間周波数誤差を除去されるということである。 図４は、本発明による、四つの球面ミラー３０、３２、３４および３６を使用 した二次元像システム（ｔｗｏ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｓ ｙｓｔｅｍ）を示す。ミラー３０、３２、３４、３６の曲がりは図４では目に見 えない。曲率半径が相当大きいからである。二つのミラー３０および３４は、図 １に示したＸ方向のビームを焦点合わせし且つ補正する。他の二つのミラー３２ および３６は、Ｙ方向のビームを焦点合わせし且つ補正する。結果として、大き なコマ収差および（所望であれば）球面収差を伴わず、真実の二次元焦点を画面 に与える。各ミラーは、収束するビームの回りで、次のミラーに対して直角に配 向される。直交する球面の位置は、互いに物理的に干渉しないようにしなければ ならない。 このように、対象物の点を像点に焦点合わせするために、本発明では四つのミ ラーが使用される。各次元において焦点を合わせるのに一つのミラーが使用され 、各次元において球面収差およびコマ収差を補正するのに一つのミラーが使用さ れる。ＫｉｒｋｐａｔｒｉｃｋおよびＢａｅｚのとったアプローチは、二つの方 向で焦点合わせを行うのに二つのミラーのみを使用するというもので、結果とし て大きな収差が残ってしまった。図４に示した望ましい実施例においては、全て の四つのミラーは凹状であり、全てのミラーは次のミラーの隣に位置づけられ、 ミラー間の間隙はミラーの長さに比べて小さくされている。各ミラーは、約１ｃ ｍ幅で２８．６ｃｍの長さを有し、剛性を与えるための適当な厚さをもっている 。ミラー３０および３４は、紙面の平面内にＸ線を反射させる面を有しており、 ミラー３２および３６は、紙面の平面から出るようにＸ線を反射させる。図示さ れた角度は、わかりやすくするために誇張されている。 図４の望ましい実施例は、１平方センチメートルの入口開口（図示せず）にお ける平行光入射を、約３メートルの距離を越えて５μ平方の焦点（図示せず）へ と焦点合わせするようになされた望遠鏡である。望遠鏡は、四つの球面ミラー３ ０、３２、３４および３６を備えている。図５に示した特定の設計例では、本質 的にコマ収差が無い状態であるが、球面収差に関しては、すでに相当小さくなっ ているので、除去されてはいない。別の設計例および形状例においては、球面収 差を減少ないし除去することが望ましいであろう。 図５は、望ましい実施例の一つの特定例における四つのミラーの位置および配 向を示した表である。望ましい実施例において、ミラー３０および３４は、Ｘ方 向の焦点合わせおよび補正を行い、ミラー３２および３６は、Ｙ方向の焦点合わ せおよび補正を行う。実際には、要素の順番は問題ではない。四つのミラーのそ れぞれについて、曲率半径は表の２縦列目または３縦列目で与えられる。それぞ れのミラー中心点と該ミラーに先行するミラーの中心点と間の分離距離も与えら れる。Ｘ線放射がそれぞれのミラーから離れるように出るときの角度も与えられ る。それぞれのミラーは、３００ミリメートル以上の長さを有しており、ミラー どうしは介在配列されることができる。コマ収差係数および球面収差係数の値は 、それぞれのミラーについてと、ミラー３０および３４の組み合わせ並びにミラ ー３２および３６の組み合わせについてとの双方に関して示されている。ｚ³Ｍ₃ で与えられる全体のコマ収差（方程式（１）を参照）は、それぞれのミラー単独 でのコマ収差の１パーセントより小さい。ｚ（軸からの距離）の値は３０ｍｍよ り大きいので、全体のコマ収差（ｚ³Ｍ₃）は、全体の球面収差（ｚ⁴Ｍ₄）のレベ ルまで減少された。したがって、この設計例は、球面収差によってのみ制限を受 けている例である。すべてのタイプの最悪の収差を有する、最も外側の放射線（ レンズの縁における放射線）は、球面収差のレベルより相当低い値にまで減少さ れたコマ収差を有している。球面収差は、既に十分小さくなっているので、補正 はなされなかった。当業者にしてみれば、コマ収差および球面収差の双方が除去 される設計例を考えつくことは容易であろう。かかる設計例は別の形状のものと なろう。 焦点面は、像が焦点合わせされるところの面である。望ましい実施例では、焦 点面は、収束するビームに対して９０度に配向されている。解像の程度は、四つ 以上の反射放射線を含んで収束するビームに垂直な広い視野を与えることができ るものである。焦点面は、ミラー３６から２１０１．０３ミリメートル離れて位 置づけられている。像の質に対し、四つの要素の整合公差は、かなりルーズでも よい。これは主に、典型的にはおよそｆ／３００である、ビームの非常にスロー な性質（ｖｅｒｙ ｓｌｏｗ ｎａｔｕｒｅ）の効果である。０．５アークセカ ンド（ａｒｃｓｅｃｏｎｄ）の像に対する表面公差の要求を満足させる可能性は 、例えば、現行の球面光学系の研磨技術によって容易に達成することができる。 かかる像のための、システム内の任意の二つの要素間の厳格な位置公差は、０． ３ｍｍである。最も厳格な角度制限は、１０アークセカンド（ａｒｃｓｅｃｏｎ ｄ）である。これらは容易に達成でき、維持され得る。 当業者にとっては、ここに開示した望ましい実施例のさまざまな変形例を考え ることができるであろう。例えば、ここに説明した装置の幾何学的寸法は、かす め角をどの程度にして使用するかによって、調整がなされよう。１０度近くの角 度であれば、１０ｎｍのオーダーおよびそれ以上の波長を支持する。２度の角度 であれば、１ｎｍのオーダーおよびそれ以上の波長を支持する。かすめ角が０． ５度以下の設計例が特に良い。このような小さなかすめ角にすると、真空室を設 ける必要なくシステムを作動させて、０．１ｎｍのオーダーの波長を有するＸ線 を焦点合わせすることができるのである。凸状の球面を用いると、理想的な設計 を行うのに非常に役に立つ。特に、広い視野をもつ設計を可能にする。 本発明は、さまざまな分野で適用される。例えば、望遠鏡、顕微鏡、リレー光 学系（ｒｅｌａｙ ｏｐｔｉｃｓ）、コリメータ、干渉計などである。要するに 、それぞれにおける四つのミラーの組み合わせが、Ｘ線領域でのレンズの役割を 果たし、スペクトルの可視部分に関してレンズを完全に配列した状態を、Ｘ線領 域に移し変えることを可能にしたのである。また、レンズを並べて組み合わせる ことにより、多様なデザインが可能となるように、Ｘ線のための球面も多数を組 み合わせることによって、多様な用途を可能にすることができる。 例えば、本発明における、非常に高い品質の焦点、および有効焦点長さの制御 能力は、図６に示すようなＸ線干渉計の設計を可能にする。球面５０および５１ は、回折によってのみ制限される焦点面５６上に、高品質の線状焦点を作り出す 。球面５２は、焦点を拡大し、検出器５６上で視野を平坦にする。球面５３、５ ４および５５は、焦点面５６上の同じ線に焦点合わせされる同一のビームを作り 出す。回折の包絡面（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｅｎｖｅｌｏｐｅ）は、λ／Ｄ で角度間隔（ａｎｇｕｌａｒ ｓｐａｃｉｎｇ）を変え（ここでＤは球面５０お よ び５３の分離距離）、限界解像度（ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ） を、公知の装置を大きく越えるように高める。例えば、Ｄが２０センチメートル で、λが１０オングストロームだとすると、解像度（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）は ２×１０⁸、または０．００１アークセカンド（ａｒｃｓｅｃｏｎｄ）である。 本発明は、かすめ入射を利用しており、これは他のＸ線光学系システムようり も、効果的である。多層ミラーや輪帯回折板を用いた設計と異なり、かすめ入射 を利用したシステムは、かすめ角によって設定されたカットオフエネルギまでの 全ての放射線を焦点合わせする。典型的には、１０ないし５０パーセントの範囲 の効率である。 さらに、本発明は、従来のシステムよりも高品質な像を作ることができる。う まく設計された四つの（またはそれ以上の）要素を備えたシステムで、十分に研 磨されて形作られた球面を使用すると、収差が大きくなる相当前に、解像度の限 界は回折の限界となる。例えば、０．０１の開口数（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐ ｅｒｔｕｒｅ）を使用して０．１ｎｍで作動させると、限界スポットサイズ（ｓ ｐｏｔ ｓｉｚｅ）は、０．０１ミクロンである。 本発明の特定の望ましい実施例について説明してきたが、当業者は、本発明の 精神を逸脱することなく、ここに述べた以外の変形例等を想到することができよ う。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．対象物と焦点面との間で入射放射線を処理するための装置にして、 球面を有する第１のミラーと、 球面を有する第２のミラーと、 前記第１および第２のミラーを配向する手段であって、対象物からの放射線を 、前記第１のミラーの球面にてかすめ角で反射させ、次いで前記第２のミラーの 球面にてかすめ角で反射させて焦点面へと向け、それによって、最も外側の放射 線のコマ収差を少なくとも最も外側の放射線の球面収差のレベルまで減少させる ように、前記第１および第２のミラーを配向する手段と、 を備える装置。 ２．請求項１に記載の装置にして、 前記配向する手段が、さらに、最も外側の放射線の球面収差と最も外側の放射 線のコマ収差とを少なくとも最も外側の放射線の５次の収差のレベルまで減少さ せるように前記第１および第２のミラーを配向させる手段を備えていることを特 徴とする装置。 ３．対象物から発せられる入射放射線を二次元で焦点面上に焦点合わせするた めの装置にして、 第１の球面ミラーと、 第２の球面ミラーと、 第３の球面ミラーと、 第４の球面ミラーと、 放射線を発する前記対象物と前記焦点面との間の前記四つのミラーを、該四つ のミラーのそれぞれにおいて放射線がかすめ角で反射されるように配向し、それ によって、放射線が最初に前記第１の球面ミラーにて反射され、次いで前記第２ の球面ミラーにて反射され、それから前記第３の球面ミラーにて反射され、さら に前記第４の球面ミラーにて反射されて前記焦点面上に焦点合わせされるように し、また、各次元における最も外側の放射線のコマ収差が、少なくとも最も外側 の放射線の球面収差のレベルまで減じられるよう、前記四つの球面ミラーを配向 する手段と、 を備えている装置。 ４．請求項３に記載の装置にして、 前記配向する手段が、さらに、最も外側の放射線の球面収差と最も外側の放射 線のコマ収差とを双方の次元で少なくとも最も外側の放射線の５次の収差のレベ ルまで減少させるように前記四つの球面ミラーを配向させる手段を備えているこ とを特徴とする装置。 ５．焦点面にてＸ線放射線の二つのビームを干渉させるための装置にして、 少なくとも六つの球面ミラーと、 該六つの球面ミラーのうち三つのミラーを配向する手段であって、前記二つの ビームのうちの第１のビームが、前記ミラーのうちの第１のミラーにてかすめ角 で反射され、次いで前記ミラーのうちの第２のミラーにてかすめ角で反射され、 次いで前記ミラーのうちの第３のミラーにてかすめ角で反射されて前記焦点面に て焦点合わせされるようにし、また、最も外側の放射線のコマ収差が少なくとも 最も外側の放射線の球面収差のレベルまで減少されるように、前記三つのミラー を配向する手段と、 前記六つの球面ミラーのうち残りの三つのミラーを配向する手段であって、前 記二つのビームのうちの第２のビームが、前記ミラーのうちの第４のミラーにて かすめ角で反射され、次いで前記ミラーのうちの第５のミラーにてかすめ角で反 射され、次いで前記ミラーのうちの第６のミラーにてかすめ角で反射されて前記 焦点面にて焦点合わせされるようにし、また、最も外側の放射線のコマ収差が少 なくとも最も外側の放射線の球面収差のレベルまで減少されるようにし、さらに 、前記第２のビームが前記第１のビームと干渉するように、前記残りの三つのミ ラーを配向する手段と、 を備えている装置。 ６．少なくとも第１および第２の球面ミラーを有する光学システムにて対象物 からの入射Ｘ線放射線を焦点面上に線状焦点合わせする方法にして、 前記第１のミラーを、前記Ｘ線放射線をかすめ角で反射させて前記第２のミラ ーへと向けるように位置付け、前記第２のミラーを、前記第１のミラーからの放 射線をかすめ角で反射させて前記焦点面にて焦点合わせさせるよう配向し、それ によって、最も外側の放射線のコマ収差を少なくとも最も外側の放射線の球面収 差のレベルまで減少させるようにする段階を含む、方法。 ７．請求項６に記載の方法にして、 前記位置付けし且つ配向する段階が、さらに、最も外側の放射線の球面収差と 最も外側の放射線のコマ収差とが少なくとも最も外側の放射線の５次の収差のレ ベルまで減少されるように、前記二つのミラーを選択し且つ配向する段階を含ん でいることを特徴とする、方法。 ８．少なくとも四つの球面ミラーを有する光学システムにて対象物からの入射 Ｘ線放射線を二次元で焦点面上に焦点合わせする方法にして、 前記ミラーのうち第１のミラーを、前記放射線を受けてかすめ角で反射させて 前記ミラーのうち第２のミラーへと向けるように位置付ける段階と、 前記第２のミラーを、前記第１のミラーからの放射線を受けてかすめ角で反射 させるように配向し、前記第３のミラーを、前記第２のミラーからの放射線をか すめ角で反射させるように位置決めする段階と、 前記第４のミラーを、前記第３のミラーからの放射線をかすめ角で反射させる ように配置し、それによって、それぞれの次元で最も外側の放射線のコマ収差が 少なくとも最も外側の放射線の球面収差のレベルまで減少されるようにする段階 と、 を含む、方法。 ９．請求項８に記載の方法にして、 前記位置付けし、配向し、位置決めし、配置する段階が、さらに、最も外側の 放射線の球面収差と最も外側の放射線のコマ収差とを双方の次元で少なくとも最 も外側の放射線の５次の収差のレベルまで減少させるように前記四つのミラーを 選択し且つ配向する段階を含んでいることを特徴とする方法。 １０．対象物からの入射Ｘ線放射線を焦点面上に線状焦点合わせする装置にして 、 半径Ｒの球面を有する第１のミラーと、 半径Ｒ₂の球面を有する第２のミラーと、 前記第１および第２のミラーを放射線に対してかすめ角をとるように配向する 手段であって、下記の方程式（１６）におけるそれぞれの丸括弧内の項を最小に することにより、放射線が前記第１のミラーの面にて反射されて前記第２のミラ ーの面へと到達してさらに焦点面にて焦点合わせされるようにし、また、下記の 方程式（１７）におけるＭ₃を最小にすることによりコマ収差Ｍ₃を最小にするよ うにする、前記配向する手段と、 を備える装置。 ここで、θは前記第１のミラー上での放射線のかすめ角であり、θ₂は前記第 ２のミラー上での放射線のかすめ角であり、ｒは対象物から前記第１のミラーま での距離であり、ｒ₂は前記第１のミラーの焦点から前記第２のミラーまでの距 離であり、ｒ₂’は前記第２のミラーから焦点面までの距離であり、ｒ’は前記 第１のミラーから該第１のミラーの焦点までの距離であり、σ₃は方程式（１８ ）によって与えられる。 １１．放射線に対してかすめ角をとるように配向された二つの球面ミラーであっ て、第１のミラーにて反射された放射線が第２のミラーへと到達してさらに焦点 面上で焦点合わせされるようになされた二つの球面ミラーを有する光学システム にて、対象物からの入射Ｘ線放射線を焦点面上に線状焦点合わせする方法にして 、 前記第１および第２のミラーの球面部分がそれぞれＲおよびＲ₂の半径を有す るよう、該第１および第２のミラーを形状づける段階と、 下記の方程式（１９）におけるそれぞれの丸括弧内の項を最小にすることによ って、放射線が焦点面にて焦点合わせされるよう前記二つのミラーを配向する段 階と、 下記の方程式（２０）におけるＭ₃を最小にすることによりコマ収差Ｍ₃を最小 にする段階と、 を備える方法。 ここで、θは前記第１のミラー上での放射線のかすめ角であり、θ₂は前記第 ２のミラー上での放射線のかすめ角であり、ｒは対象物から前記第１のミラーま での距離であり、ｒ₂は前記第１のミラーの焦点から前記第２のミラーまでの距 離であり、ｒ₂’は前記第２のミラーから前記焦点面までの距離であり、ｒ’は 前記第１のミラーから該第１のミラーの焦点までの距離であり、σ₃は方程式（ ２１）によって与えられる。