(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射軟Ｘ線のうち特定の波長のＸ線を光軸に対し上下に等しい角度を持って進む、強度の等しい２つのビームに分ける機能を有するビームスプリッターとしての第１の透過回折格子と、分かれたビームをそれぞれ反射する第１及び第２の全反射鏡と、反射されたビームが光軸に沿って同じ距離だけ進み、２つのビームが重なる位置に配置され、前記２つのビームをそれぞれ光軸上を進むように戻す機能を有する第２の透過回折格子と、該第２の透過回折格子の後段に配置された２次元Ｘ線検出器とからなることを特徴とする軟Ｘ線干渉計。
【請求項２】
入射軟Ｘ線のうち特定の波長のＸ線を光軸に対し上下に等しい角度を持って進む、強度の等しい２つのビームに分ける機能を有するビームスプリッターとしての第１の透過回折格子と、分光された軟Ｘ線をそれぞれ反射し、かつそれぞれ光軸に垂直な方向に互いに反対方向に等しい距離移動可能な第１及び第２の全反射鏡と、反射された軟Ｘ線が光軸に沿って同じ距離だけ進み、２つの軟Ｘ線が重なる位置に配置され、前記２つのビームをそれぞれ光軸上を進むように戻す機能を有する第２の透過回折格子と、該第２の透過回折格子の後段に配置された２次元Ｘ線検出器とからなり、適用波長を可変にしたことを特徴とする軟Ｘ線干渉計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＸ線技術、Ｘ線光学、精密光学、応用物理学の分野に応用できる、透過回折格子をビームスプリッターとして用いた軟Ｘ線干渉計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から存在するＸ線干渉光学系には、硬Ｘ線を用いるものと軟Ｘ線を用いるものがある。硬Ｘ線の干渉光学系としてはボンズ・ハート型といわれる干渉光学系があり、位相差コントラスト結像や、位相差マイクロトモグラフィーに利用されている。
【０００３】
軟Ｘ線の干渉光学系としては、フレネル・バイミラー型といわれる干渉光学系があり、薄膜の屈折率の直接測定や高電圧印加金属表面形状の測定に利用されている。一方、軟Ｘ線に対する干渉光学系を形成するために、入射Ｘ線の強度あるいは波面を分割する必要がある。その強度分割する光学素子をビームスプリッターと呼んでいる。
【０００４】
そして、ビームスプリッターを用いた干渉計を利用したマッハ・ツェンダー型と呼ばれる干渉光学系があり、また、入射Ｘ線の波面を分割するタイプのものとして、斜入射全反射鏡を２枚使用することによってＸ線ビームを空間的に分割し、干渉光学系を構成する方式がある。
【０００５】
軟Ｘ線は物質との相互作用が非常に強いので、通常、ビームスプリッターにはサブミクロンの厚さをもった薄膜型Ｘ線多層膜が用いられている。しかし、Ｘ線多層膜ビームスプリッターは作製するのに高度な技術を要し、一般には市販されていないか、又は特注品となり高価であり、かつ極く薄い膜であるために取り扱いに注意を要する等の問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のＸ線多層膜ビームスプリッターは高価であり、取り扱いが厄介であるので、比較的入手し易い光学素子を使った軟Ｘ線干渉計をつくる必要がある。また、波面分割型全反射干渉計はＸ線を分光する機能がないため入射光はあらかじめ他の方法で分光しておく必要がある。そこで、本発明はビームスプリッターに透過型回折格子を用いることで、比較的安価で取扱い易く、透過効率の高い軟Ｘ線干渉計を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の請求項１に係る軟Ｘ線干渉計は、入射軟Ｘ線のうち特定の波長のＸ線を光軸に対し上下に等しい角度を持って進む、強度の等しい２つのビームに分ける機能を有するビームスプリッターとしての第１の透過回折格子と、分かれたビームをそれぞれ反射する第１及び第２の全反射鏡と、反射されたビームが光軸に沿って同じ距離だけ進み、２つのビームが重なる位置に配置され、前記２つのビームをそれぞれ光軸上を進むように戻す機能を有する第２の透過回折格子と、該第２の透過回折格子の後段に配置された２次元Ｘ線検出器とからなる構成した。
【００１０】
こうして、構成要素が軸対称に配置され（菱形構造）、構造が簡便であり、入射軟Ｘ線のうち特定の波長のＸ線を光軸に対し上下に等しい角度を持って進む、強度の等しい２つのビームに分ける機能を有する透過回折格子と全反射鏡を用いるので高効率の干渉計が得られ、透過回折格子の回折効率は理論的に予測可能なので、干渉計測系全体の効率予測が容易な軟Ｘ線干渉計を実現できる。
【００１１】
この発明の請求項２に係る軟Ｘ線干渉計は、入射軟Ｘ線のうち特定の波長のＸ線を光軸に対し上下に等しい角度を持って進む、強度の等しい２つのビームに分ける機能を有するビームスプリッターとしての第１の透過回折格子と、分光された軟Ｘ線をそれぞれ反射し、かつそれぞれ光軸に垂直な方向に互いに反対方向に等しい距離移動可能な第１及び第２の全反射鏡と、反射された軟Ｘ線が光軸に沿って同じ距離だけ進み、２つの軟Ｘ線が重なる位置に配置され、前記２つのビームをそれぞれ光軸上を進むように戻す機能を有する第２の透過回折格子と、該第２の透過回折格子の後段に配置された２次元Ｘ線検出器とからなり、適用波長を可変にした構成とした。
【００１２】
こうして、透過回折格子は、ビームスプリッターとしてだけでなく分光素子としても機能するので、入射する軟Ｘ線を分光した後、その単色Ｘ線に対して干渉光学系が構成できるので、適用波長を変える度に光学素子を変える必要がなく、透過回折格子は波長に応じた回折角をもって入射光を分光する。そして、分光された軟Ｘ線を反射する全反射鏡は、それぞれ光軸に垂直な方向に互いに反対に等しい距離移動するだけで干渉する軟Ｘ線の波長変化に対応できるので、適用波長を変えるために動かす構成要素が全反射鏡のみで、波長変化に容易に対応可能な軟Ｘ線干渉計を実現することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図を参照して説明する。図において、１は第１の透過回折格子、２は第２の透過回折格子、３は第１（上部）の全反射鏡、４は第２（下部）の全反射鏡、５は２次元Ｘ線検出器、６は０次光遮蔽板、７は測定対象となる位相物体である。
【００１４】
第１の透過回折格子１は入射軟Ｘ線のうち特定の波長のＸ線を光軸に対し上下に等しい角度を持って進む、強度の等しいビーム１とビーム２の２つのビームに分ける機能を有する。第２の透過回折格子２はビーム１とビーム２をそれぞれ光軸上を進むように戻す機能を有する。上部の全反射鏡３はビーム１を鏡面反射して折り返す機能を有し、下部の全反射鏡４はビーム２を鏡面反射して折り返す。２次元Ｘ線検出器５はビーム１とビーム２によって形成される干渉パターンを検出し、記録するものである。
【００１５】
次に、本発明の軟Ｘ線干渉計の動作を説明する。軟Ｘ線発生装置（図示せず）からの入射軟Ｘ線を第１の透過回折格子１に入射すると、第１の透過回折格子１は入射軟Ｘ線のうち特定の波長のＸ線を光軸に対し上下に等しい角度を持って進む、強度の等しいビーム１とビーム２の２つのビームに分ける。このとき０次光は０次光遮蔽板６により遮蔽される。
【００１６】
一方のビーム１は上部の全反射鏡３において鏡面反射して折り返され、参照光となる。他方のビーム２は下部の全反射鏡４において鏡面反射して折り返され、測定対象の位相物体７に照射される。ビーム１とビーム２は図のように等しい角度で光軸に向かうので、光軸上の同一点で交わる。
【００１７】
第２の透過回折格子２はビーム１とビーム２をそれぞれ分光する機能を有し、入射される参照光のビーム１と、物体光のビーム２の回折格子２への人射角に従って、それぞれ光軸に平行に進むようになりビームが重なって干渉する。ビーム１とビーム２によって形成される干渉パターンは、後段の２次元Ｘ線検出器５により検出され記録され、位相物体の軟Ｘ線に対する屈折率の直接測定ができると、同時に物体の位相差顕微鏡とすることができる。
【００１８】
また、このような構成とすることにより、（１）構成要素が軸対称に配置され（菱形構造）、構造が簡便である。（２）透過回折格子と全反射鏡を用いるので高効率の干渉計ができる。（３）透過回折格子の回折効率は理論的に予測可能なので、干渉計測系全体の効率予測が容易となる、等の有用な効果が得られる。
【００１９】
本発明に用いられる透過回折格子１は、ビームスプリッターとしてだけでなく分光素子としても機能するので、透過回折格子を用いて入射する軟Ｘ線を分光したのち、その単色Ｘ線に対して干渉光学系が構成できる。このことにより適用波長を変える度に光学素子を変える必要はない。
【００２０】
即ち、透過回折格子１は波長に応じた回折角をもって入射光を分光する。また、第１（上部）の全反射鏡３及び第２（下部）の全反射鏡４をそれぞれ光軸に垂直な方向に互いに反対に等しい距離移動できるような構造にしておくことにより、分光された軟Ｘ線を反射する上部の全反射鏡３及び下部の全反射鏡４は、それぞれ光軸に垂直な方向に互いに反対に等しい距離移動するだけで干渉する軟Ｘ線の波長変化に対応できるので、適用波長を変えるために動かす構成要素が全反射鏡のみであるので、波長変化に容易に対応することができる軟Ｘ線干渉計を実現することができる。
【００２１】
次に、本発明の軟Ｘ線干渉計の干渉光学系を検証するために、軟Ｘ線とは波長が異なるが、Ｈｅ−Ｎｅレーザーによる原理実証について図２に説明する。図２において図１と同一物には同符号を付しており、８はスクリーン、９は干渉パターンである。
【００２２】
Ｈｅ−Ｎｅレーザーの波長は632.8ｎｍとし、1000本/ｍｍの透過回折格子を用いて干渉光学系を構成した。Ｈｅ−Ｎｅレーザーを第１の透過回折格子１に垂直に入射させ、１次および−１次回折光をそれぞれの全反射鏡３、４に照射した後、第２の透過回折格子２に入射させた。
【００２３】
第２の透過回折格子２の後段にスクリーン８を置き、所定の光軸上に全反射鏡３、４によりビーム１及びビーム２を一致させたところ干渉縞が出現し、図２に示す干渉縞のパターンが観測された。このことにより、本発明の軟Ｘ線干渉計の有用性が実証された。
【００２４】
このように、本発明の軟Ｘ線干渉計は使用する光の波長を越える分解能で変位を測定することができる。そして、一方の全反射鏡を試験ミラーとすると、反射ミラー形状のナノメーターオーダーの精密計測が可能になる。また、一方のビームに位相物体を挿入すると、物質の軟Ｘ線に対する屈折率の直接測定ができると同時に、物体の位相差顕微鏡としての応用もできる。更に、位相変化をもたらす物質内部の元素分布、ホログラフィー法による３次元構造の計測等、可視光で実現されている多様な方法をＸ線領域でも可能とするものである。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、従来の高価で取り扱いが厄介なＸ線多層膜ビームスプリッターではなく、ビームスプリッターに透過型回折格子を用いることで、比較的安価で取扱い易く、透過効率の高い軟Ｘ線干渉計を得ることができる。また、構成要素が軸対称に配置され（菱形構造）、構造が簡便であり、透過回折格子と全反射鏡を用いるので高効率の干渉計が得られ、透過回折格子の回折効率は理論的に予測可能なので、干渉計測系全体の効率予測が容易な軟Ｘ線干渉計を実現できる。
【００２６】
また、透過回折格子は、ビームスプリッターとしてだけでなく分光素子としても機能するので、入射する軟Ｘ線を分光した後、その単色Ｘ線に対して干渉光学系が構成できるので、適用波長を変える度に光学素子を変える必要がなく、透過回折格子は波長に応じた回折角をもって入射光を分光する。そして、分光された軟Ｘ線を反射する全反射鏡は、それぞれ光軸に垂直な方向に互いに反対に等しい距離移動するだけで干渉する軟Ｘ線の波長変化に対応できるので、適用波長を変えるために動かす構成要素が全反射鏡のみで、波長変化に容易に対応可能な軟Ｘ線干渉計を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軟Ｘ線干渉計の構成図。
【図２】Ｈｅ−Ｎｅレーザーによる本発明の軟Ｘ線干渉計の検証構成図。
【図３】Ｈｅ−Ｎｅレーザーによる干渉縞パターン図。
【符号の説明】
１                第１の透過回折格子
２                第２の透過回折格子
３                第１（上部）の全反射鏡
４                第２（下部）の全反射鏡
５                ２次元Ｘ線検出器
６                ０次光遮蔽板
７                位相物体
８                スクリーン
９                干渉パターン
【図１】
0003715955.tif 000002
【図２】
0003715955.tif 000003
【図３】
0003715955.tif 000004