(57)【要約】【課題】超高分解能で且つ非常に短時間での非破壊検査が可能であると共に、高精度の電子プローブ制御機能、ＣＴ機能，元素分析機能，ターゲット切替機能などの優れた機能を搭載したＸ線顕微検査装置を提供する。【解決手段】電子発生部の近傍に磁界発生部が配置された磁界重畳レンズと、Ｘ線発生用ターゲットの近傍に配置され、前記磁界重畳レンズを介して形成された電子プローブの前記Ｘ線発生用ターゲットからの反射電子を検出する反射電子検出手段と、前記反射電子検出手段の検出信号に基づいて前記Ｘ線発生用ターゲットのターゲット面の電子像を画像化する電子像生成手段とを備え、前記電子プローブの前記Ｘ線発生用ターゲットに対するピント調整，非点収差補正を含む調整を前記電子像の画像情報に基づいて行い得るように構成する。更に、電子プローブ制御機能、電子線軸合わせ機能、ＣＴ機能，元素分析機能，ターゲット切替機能などの機能を搭載する。【選択図】　図４
2004138461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源からの電子線をＸ線発生用ターゲットに当ててＸ線を発生させるＸ線発生手段を有し、前記Ｘ線を利用して被検査体を検査するＸ線顕微検査装置において、電子銃の電子発生部の近傍に磁界発生部が配置された磁界重畳レンズと、前記Ｘ線発生用ターゲットの上方に検出部が配置され、前記磁界重畳レンズを介して形成された電子プローブの前記Ｘ線発生用ターゲットからの反射電子を検出する反射電子検出手段と、前記反射電子検出手段の検出信号に基づいて前記Ｘ線発生用ターゲットのターゲット面の電子像を画像化する電子像生成手段とを備え、前記電子プローブの前記Ｘ線発生用ターゲットに対するピント調整，非点収差補正を含む調整を前記電子像の画像情報に基づいて行い得るように構成したことを特徴とするＸ線顕微検査装置。
【請求項２】
電子源からの電子線をＸ線発生用ターゲットに当ててＸ線を発生させるＸ線発生手段を有し、前記Ｘ線を利用して被検査体を検査するＸ線顕微検査装置において、電子銃の電子発生部の近傍に磁界発生部が配置された磁界重畳レンズと、前記磁界重畳レンズを介して形成される電子プローブを前記Ｘ線発生用ターゲットの面上で自在に振るための走査コイルとを備えたことを特徴とするＸ線顕微検査装置。
【請求項３】
電子源からの電子線をＸ線発生用ターゲットに当ててＸ線を発生させるＸ線発生手段を有し、前記Ｘ線を利用して被検査体を検査するＸ線顕微検査装置において、電子銃の電子発生部の近傍に磁界発生部が配置された磁界重畳レンズと、前記電子源から発生する電子の発生部近傍に配置され、前記磁界重畳レンズを介して前記Ｘ線発生用ターゲットに当てる電子線の軸を電子の加速前に合わせる電子線軸合わせコイルとを備えたことを特徴とするＸ線顕微検査装置。
【請求項４】
電子源からの電子線をＸ線発生用ターゲットに当ててＸ線を発生させるＸ線発生手段を有し、前記Ｘ線を利用して被検査体を検査するＸ線顕微検査装置において、電子銃の電子発生部の近傍に磁界発生部が配置された磁界重畳レンズと、前記磁界重畳レンズを介して集束された電子線を電子プローブとして磁場の制御により前記Ｘ線発生用ターゲット上を所定の経路に沿って走査する電子プローブ制御手段と、前記走査に応じて得られた前記被検査体の透過Ｘ線の検出データに基づき、前記被検査体の異なる断面に係る複数枚の画像を処理して前記被検査体の当該断層の微細構造を表示可能にするＸ線断層画像生成手段とを備えたことを特徴とするＸ線顕微検査装置。
【請求項５】
電子源からの電子線をＸ線発生用ターゲットに当ててＸ線を発生させるＸ線発生手段を有し、前記Ｘ線を利用して被検査体を検査するＸ線顕微検査装置において、電子銃の電子発生部の近傍に磁界発生部が配置された磁界重畳レンズと、前記被検査体の上方で且つ前記Ｘ線発生用ターゲットから発生するＸ線の領域外に検出部が配置され前記被検査体から発生する蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出手段と、前記蛍光Ｘ線検出手段からの蛍光Ｘ線検出信号及び各元素を特定するための設定値に基づいて前記被検査体の元素を分析する元素分析手段とを備えたことを特徴とするＸ線顕微検査装置。
【請求項６】
電子源からの電子線をＸ線発生用ターゲットに当ててＸ線を発生させるＸ線発生手段を有し、前記Ｘ線を利用して被検査体を検査するＸ線顕微検査装置において、電子銃の電子発生部の近傍に磁界発生部が配置された磁界重畳レンズと、異なる波長のＸ線を発生する複数のＸ線発生用ターゲットとを具備し、検査目的に応じて前記Ｘ線発生用ターゲットを切替えて当該波長の特性Ｘ線を発生できるように構成したことを特徴とするＸ線顕微検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＸ線検査装置に関し、特に、高輝度電子流を放射する電子源を用いた超高分解能のＸ線顕微検査装置において、これまでにない高分解能ＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ　ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ　：Ｘ線断層撮影）機能、蛍光Ｘ線を利用した元素分析機能、複数の金属ターゲットを備えて検査目的に応じてターゲットを選べるターゲット切替機能などの新しい機能を付加したＸ線顕微検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線を利用した検査装置としては、Ｘ線顕微鏡，異物検査装置，蛍光Ｘ線分析装置などの各種の産業検査装置や、Ｘ線診断装置などの医療用Ｘ線装置が知られている。図９は、従来のＸ線検査装置の構成例を示している。本例でのＸ線検査装置は、電子源として熱電子放射陰極２１ｂを用い、グリッド２１ａとアノード２１ｃとの間に高電圧を印加することにより、電子源２１ｂからの電子Ｒｅを加速後、電子レンズ２２によりタングステンなどの高融点金属の薄板でできたターゲット２３上に電子Ｒｅを集束させ、微小な点状Ｘ線源２３ａを得るようにしている。そして、Ｘ線源２３ａから発生する点状Ｘ線Ｒｘを用いて試料（被検査体）１０の内部を拡大投影し、試料内部の微細構造を非破壊で透視検査するというものである。
【０００３】
本出願人が開発し商品化している従来のＸ線顕微検査装置では、集束レンズ系にできるだけ球面収差と色収差の少ないレンズを用いた二段縮小系と、熱電子源としてすぐれた性質をもつＬａＢ６（六ほう化ランタン）カソードを採用し、さらに高感度のイメージ増強管を使用しており、分解能は１μｍを切り、０．４μｍ程度に達している。この分解能は、実用的なＸ線検査装置としては世界的にみて現在最高の値（露光時間を無視すれば０．１μｍ程度までが最高の値）であるが、技術的に現状での限界と考えてよく、本発明で期待する０．１μｍより良い分解能は、従来技術をもってしては不可能である（後述の非特許文献１〜５の説明参照）。
【０００４】
一方、これら投影型のＸ線検査装置には、最近数社でマイクロＣＴ機能が付加されるようになり、サンプル（試料）の任意の断面形状が観察できるため、その効用は非常に拡大した。しかしながら、現状でのＣＴ像の分解能はもとの投影像のそれより数倍悪く、発展が阻まれている。これはＣＴ像を得るのに必要な試料の回転における軸振れの技術的な制限と、試料をターゲットに近づけた状態で回転できないという本質的な制限によるものである。
【０００５】
在来、投影型のＸ線検査装置では像のコントラスト（つまり透過度の違い）から試料の種類を推定するのみで、元素分析の必要性は極めて大きかったが、それが行われたことはなかった。これは在来の元素分析用検出器を試料の下部に置くと、ターゲットからの直接のＸ線と試料からの特性Ｘ線（この場合、蛍光Ｘ線）とが重なって区別がつかないからである。また図９に示すように、試料１０の上方には検出器を入れるスペースがそもそも無かったことにもよる。
【０００６】
試料によってはコントラストの付き方を変えて観察をすることが必要で、このため加速電圧とターゲットの種類を変えることが望ましい。加速電圧を変えることはよく行われることであるが、ターゲットを高真空に保ったまま変えることは非常に難しく、大がかりな装置にならざるを得ないので今までのＸ線検査装置でオンラインで行われたことはない。
【０００７】
ここで、Ｘ線検査装置の分解能に係る従来の技術について説明する。
【０００８】
分解能に係る技術については、例えば非特許文献１〜非特許文献５に開示されている。非特許文献１には、Ｘ線陰影顕微鏡に関し、従来、その分解能は０．５μｍが限界であったが、今回ターゲットに非常に薄い金属膜（厚さ０．１μｍ）を用いることにより、分解能０．１μｍを達成したことが記載されている。また、一枚の画像を得るのに露光時間は５分であったことが記載されており、この非特許文献１の論文が開示された後、露光時間を短くするための研究などが盛んに行われるようになった。また、非特許文献２は、電子顕微鏡の照射系を利用した透過型Ｘ線陰影顕微鏡についての研究報告（東北大学科学計測研究所報告）で、分解能０．１μｍを達成したことが記載されてる。また、分解能に影響を与える各要因について理論的分析を行い、Ｘ線源のスポットサイズが分解能に一番影響を与えるという結論を導き出している。また、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）であることを利用して、焦点合わせに偏向コイルで電子ビームを振ることを利用していることが記載されている。
【０００９】
また、非特許文献３は、今日までのＸ線顕微鏡の流れを解説したものであり、特に生物試料の観察に言及して、比較的波長の短い（１〜１００Å）軟Ｘ線顕微鏡について解説している。非特許文献４は、非特許文献２の内容とほぼ同じであるが、０．１μｍの分解能の根拠になる波形が示されている（本文ｐ．１４６）。非特許文献５は、Ｘ線顕微鏡についてわかりやすく解説されており、ターゲット
非特許文献２，３，４と同じで、コントラストが付きづらい試料に対してターゲットを変えることにより、像質が良くなることが示されている。
【００１０】
【非特許文献１】
ニクソン（Ｎｉｘｏｎ）著，「ハイ−リゾルーション　エックス−レイ　プロジェクション　マイクロスコーピィ（Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ｘ−ｒａｙ　ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」，１９６０年，Ａ２３２：ｐ．４７５−４８５
【非特許文献２】
矢田　慶治・石川　寿，「ＳＥＭを利用した透過型Ｘ線陰影顕微鏡」，東北大学科学計測研究所報告，１９８０年，　第２９巻　第１号　ｐ．２５−４２
【非特許文献３】
矢田慶治・篠原邦夫，「軟Ｘ線顕微鏡の発達」，１９８０年，生物物理　Ｖｏｌ．３３　Ｎｏ．４　ｐ．８−１６
【非特許文献４】
ケイジ　ヤダ（Ｋｅｉｊｉ　Ｙａｄａ）・ショウイチ　タカハシ（Ｓｈｏｉｃｈｉ　Ｔａｋａｈａｓｈｉ），「ハイ−リゾルーション　プロジェクション　エックス−レイ　マイクロスコーピィ（Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　Ｘ−ｒａｙ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」，１９９４年，Ｃｈａｐ．８　ｐ１３３−１５０
【非特許文献５】
矢田慶治・篠原邦夫，「投影Ｘ線顕微鏡の開発と生物学への応用」，１９９６年，青森公立大学紀要　第１巻　ｐ．２−１３
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
現在の半導体技術は微細化の一途をたどっており、０．１μｍ程度の分解能のＸ線顕微装置は近い将来必須のものとなると予想される。ナノテクノロジーの分野は情報、医療、環境にわたるが、例えば、医療で言われているマイクロマシンにおいては、それを構成する部品が１μｍを切り、ナノのオーダーに入ろうとしている。また、現在の半導体技術は微細化の一途をたどっており、これまでにない微小Ｘ線源を用いて分解能０．１μｍ以下クラスでの非破壊検査が是非とも必要な課題となっている。特に情報分野では次世代超ＬＳＩの線幅を現在の１８０〜１３０ｎｍから７０〜１００ｎｍにしようという大きな課題がある。同時に、軽元素を主体とした微細構造が観察対象となるケースが多く、像にコントラストをつけるため、在来のＸ線検査装置では困難であった１０〜２０ｋＶの低加速電圧による長波長のＸ線を用いても高分解能を保持することが重要な課題となっている。それと同時に、これまでにない多くの新しい機能が望まれよう。
【００１２】
これまでにない高分解能をもつＸ線検査装置を製作するためには、より高輝度（単位面積／単位立体角あたりの電流量が多く）且つ放射電流量が多い電子源が必要になってくる。また、できるだけ多くの電子プローブ電流量を確保する電子レンズ系も必要になってくる。さらに、こうした高電流密度をもつ電子プローブが衝突しても融けたり蒸発しない様、ターゲットの放熱効果を大きくする工夫が必要になってくる。
【００１３】
また、超高分解能（ここでは、０．１μｍ以下の分解能を言う）をもつＸ線検査装置において実用化が望まれる新機能の第１は、電子プローブのＸ線発生用ターゲット（Ｘ線源）に対するピント調整，電子プローブの非点収差補正などの調整を画像を見ながら容易に行うことが可能な機能（以下、焦点調整機能と言う）である。また、第２は、被検査体の所望の部位の検査やターゲットの切替えを可能とするために、電子プローブをターゲット面上で自由に振って当該Ｘ線により被検査体を走査可能とする機能（以下、電子プローブ制御機能と言う）である。第３は、Ｘ線発生用ターゲットに当てる電子線の軸合わせを容易に行うことが可能な電子線軸合わせ機能である。第４は、高分解能かつ高速のＣＴ機能である。第５は、透視像の所望の部分の元素を分析する元素分析機能である。これには蛍光Ｘ線による元素分析を利用するが、そのためのＸ線ターゲットが必要である。従って、第６の機能としては、分析用ターゲットの他に短波長用と長波長用のターゲットを複数具備し、検査目的に応じてターゲットを切替可能とするターゲット切替機能である。
【００１４】
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、ナノテクノロジーの分野に大きく貢献することができるＸ線顕微検査装置を提供することにある。詳しくは、超高分解能で且つ非常に短時間での非破壊検査が可能であると共に、高精度の電子プローブ制御機能、ＣＴ機能，元素分析機能，ターゲット切替機能などの優れた機能を搭載したＸ線顕微検査装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子源からの電子線をＸ線発生用ターゲットに当ててＸ線を発生させるＸ線発生手段を有し、前記Ｘ線を利用して被検査体を検査するＸ線顕微検査装置に関するものであり、本発明の上記目的は、電子銃の電子発生部の近傍に磁界発生部が配置された磁界重畳レンズと、前記Ｘ線発生用ターゲットの上方に検出部が配置され、前記磁界重畳レンズを介して形成された電子プローブの前記Ｘ線発生用ターゲットからの反射電子を検出する反射電子検出手段と、前記反射電子検出手段の検出信号に基づいて前記Ｘ線発生用ターゲットのターゲット面の電子像を画像化する電子像生成手段とを備え、前記電子プローブの前記Ｘ線発生用ターゲットに対するピント調整，非点収差補正を含む調整を前記電子像の画像情報に基づいて行い得るように構成することによって達成される。
【００１６】
また、本発明は、電子銃の電子発生部の近傍に磁界発生部が配置された磁界重畳レンズと、前記磁界重畳レンズを介して形成される電子プローブを前記Ｘ線発生用ターゲットの面上で自在に振るための走査コイルとを備えることよって達成される。また、電子銃の電子発生部の近傍に磁界発生部が配置された磁界重畳レンズと、前記電子源から発生する電子の発生部近傍に配置され、前記磁界重畳レンズを介して前記Ｘ線発生用ターゲットに当てる電子線の軸を電子の加速前に合わせる電子線軸合わせコイルとを備えることよって達成される。また、電子銃の電子発生部の近傍に磁界発生部が配置された磁界重畳レンズと、前記磁界重畳レンズを介して集束された電子線を電子プローブとして磁場の制御により前記Ｘ線発生用ターゲット上を所定の経路に沿って走査する電子プローブ制御手段と、前記走査に応じて得られた前記被検査体の透過Ｘ線の検出データに基づき、前記被検査体の異なる断面に係る複数枚の画像を処理して前記被検査体の当該断層の微細構造を表示可能にするＸ線断層画像生成手段とを備えることよって達成される。
【００１７】
また、本発明は、電子銃の電子発生部の近傍に磁界発生部が配置された磁界重畳レンズと、前記被検査体の上方で且つ前記Ｘ線発生用ターゲットから発生するＸ線の領域外に検出部が配置され前記被検査体から発生する蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出手段と、前記蛍光Ｘ線検出手段からの蛍光Ｘ線検出信号及び各元素を特定するための設定値に基づいて前記被検査体の元素を分析する元素分析手段とを備えることよって達成される。また、電子銃の電子発生部の近傍に磁界発生部が配置された磁界重畳レンズと、異なる波長のＸ線を発生する複数のＸ線発生用ターゲットとを具備し、検査目的に応じて前記Ｘ線発生用ターゲットを切替えて当該波長の特性Ｘ線を発生できるように構成することとよって達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明に係るＸ線顕微検査装置の基本構成について説明する。本発明では、以下に説明する磁界重畳レンズを有するＸ線顕微検査装置の構成に、後述する電子像による焦点調整機能、電子プローブ制御機能、電子線軸合わせ機能、ＣＴ機能，元素分析機能，ターゲット切替機能などの多機能を実現するための手段を付加した装置構成としている。
【００１９】
図１は、本発明に係るＸ線顕微検査装置の基本構成の一例を示しており、Ｘ線発生手段は、電子銃１、対物レンズ２、ターゲット３等から成り、電子銃１は、ショットキーモジュール１ａ，電子源１ｂ，アノード１ｃ等から構成される。
【００２０】
本実施の形態では、Ｘ線顕微検査装置の電子銃１の電子発生部の近傍に、Ｘ線顕微鏡では使われたことのない磁界重畳レンズ１ｄを配置し、少なくとも電子発生部１ａから電子加速手段の構成要素であるアノード１ｃに至るまで、電子銃が作る電界に磁界重畳レンズ１ｄが作る磁界を重畳させて、電子Ｒｅをアノード１ｃで加速しながら集束させる構成としている。すなわち、電子発生部１ａから発生した直後の電子Ｒｅを集束させながら加速することによって集束電子線の損失電子線量を減らしている。そして、高電流密度を有する集束電子線（Ｘ線発生用電子プローブ）をターゲット３に当て、ターゲット３から発生するＸ線量を増加させるようにしている。
【００２１】
いわゆる磁界重畳レンズは、従来より透過電子顕微鏡や走査電子顕微鏡等の電子線装置においては使用されているが、これらの電子線装置では、電子線のスポット径は小さいが、放射電流量が少ないためターゲット３から所望のＸ線量が得られず、Ｘ線顕微検査装置には適用できなかった。その理由は、電子顕微鏡では放射電流量はかなり小さくても信号量として充分でそれ程問題とならないが、Ｘ線顕微検査装置では、電子顕微鏡と違い、少ないプローブ電流では、像が暗く、長い露光時間を要するという問題が発生するからである。特に、露光時間が短いというのが産業用に普及するための必要条件である。また、電子顕微鏡等の電子線装置では、超高真空が求められる電子銃室内に磁気回路等を組込む構成としている。より大電子流（プローブ電流）を必要とするＸ線顕微検査装置では、電子流が当たって放出するガスと発熱を伴う磁気回路による真空の劣化を解決するのが困難であった。そのため、電子線装置で使用されているものをＸ線検査装置に適用したものはなく、従来のＸ線検査装置では、アノードで加速した電子線をレンズで曲げて集束させるようにしていた。本発明に係るＸ線顕微検査装置では、ガス放出量が少ないとされている材料の採用と磁気回路を真空的に分離し、かつ水冷することでこの問題を解決している。
【００２２】
ここで、本発明に係るＸ線検査装置独特の磁界重畳レンズの構成について、走査電子顕微鏡装置等の電子線装置で使用されているものと比較して説明する。
【００２３】
ＦＥ（電界放射）電子銃は、輝度が高く且つ干渉性の良い電子線が得られることから、透過電子顕微鏡、走査電子顕微鏡、走査透過型電子顕微鏡、あるいは電子線露光装置などで威力を発揮している。しかし、この性能は、光源のクロスオーバを著しく小さく縮小して得られる。いわゆる電子線プローブもナノメータサイズ以下（サブナノメータ）のプローブとした時に初めて十分な性能を発揮している。しかし、光源のクロスオーバをサブミクロンからミクロンサイズと拡大したプローブを得ようとすると、拡大レンズの大きな収差によって十分なプローブ電流を得ることは困難となる。この収差は電子銃の光源の位置から拡大レンズ（１段又は複数段）の初段までの距離に関係し、距離の３−４乗に比例する。そのため電子銃部に電子レンズを付加した、いわゆる複合レンズが考案され、一部で実用化されている。
【００２４】
しかし、従来のＦＥ電子銃は、図１０の構成例に示すように、電子銃室の筐体は全体がステンレスなどの真空シール材１Ｂで形成されており、その超高真空内に配置された電子銃先端部１Ａに独立した磁気回路１ｄ１（磁性体１ｄ１１，励磁コイル１ｄ１２等）を組み込んだ構成としている。このような構成では、超高真空が求められるＦＥ電子銃室Ａ内に発熱を伴う磁気回路、冷却水、磁気コイルの組み込み、それらにつながるリード線、配管の取り出しに大きな困難が伴う。また、電子銃と電子レンズの軸合わせ機構も極めて困難である。これに対して、本発明に係る磁界重畳レンズを有する電子銃（以下、磁界レンズ重畳電子銃と言う）は、磁気回路１ｄ１等から成る磁界重畳レンズの磁界発生部を、電子銃の電子源（電子を発生する電子銃先端部１Ａ）の近傍で且つ電子銃室とは真空的に分離した部位に設けた構成としている。
【００２５】
図２は、本発明に係る磁界レンズ重畳電子銃の第１の構成例を、図１０に示した従来のＦＥ電子銃の構成に対応させて示しており、１Ａはエミッタ，サプレッサ，エキストラクタ等から構成される電子銃先端部、１ｄ１は磁気回路、１ｄ１１は磁気回路を構成する磁性体、１ｄ１２は、磁気回路１ｄ１のための励磁コイル、ｓは電子レンズの二つのポールピースの間隔、ｂ２（図１０では“ｂ”）はポールピースの穴径をそれぞれ示している。図２に示すように、本実施の形態では、電子銃室そのものを磁性体１ｄ１１等から成る磁気回路１ｄ１の中に組み込んだ構成としている。詳しくは、磁界重畳レンズ１ｄの構成要素として、図２中に示すような例えば断面が矩形状で筐体の全体（又は一部）が磁性体で覆われた電子銃収容部を電子銃室Ａとして具備し、その電子銃収容部内に電子銃が組み込まれた構成となっている。すなわち、電子銃室を構成する筐体の部位（上板、底板、外筒など筐体の一部又は全体）を磁気回路（磁界発生部）の一部又は全体とし、電子銃と電子レンズ１ｄとを真空的に分離した構成としている。
【００２６】
この第１の構成例では、強い励磁が求められるが、物面（光源のクロスオーバ）はレンズ場中心より後方に配置されるため、収差係数（特に球面収差）を十分小さくできるという効果がある。その理由は、一般に、物面（この場合、光源のクロスオーバ）から電子レンズ下極までの距離が固定されると、ポールピースの穴径、間隔は大きい方が球面収差は小さくなるからである。なお、色収差はその限りではないが、本発明の対象として色収差は無視することができる。また、超高真空が求められる電子銃室とは構成上分離した形となるため、真空シール、冷却水、リード線の取り出しなどが容易になるという効果がある。
【００２７】
図３は、本発明に係る磁界レンズ重畳電子銃の第２の構成例を図３に示した第１の構成例に対応させて示しており、本実施の形態では、図３に示すように、電子銃先端部１Ａと磁性体１ｄ１１とがより近接するように、例えば断面が凹状に形成された磁性体１ｄ１１等から成る磁界重畳レンズ１ｄの上部に凸状の電子銃室Ａを設け、電子銃先端部１Ａを磁界重畳レンズ１ｄの上側から磁界の中に挿入する形の構成としている。図２に示した第１の構成例では極めて強い磁界が得られるため、低加速電子線に対しては極めて有効であるが、ある程度、高加速の電子線に対しては必ずしも好都合とは言えない。そこで、小さな励磁で済むように、ポールピースの穴径ｂ（本例では上下が異なる径サイズの穴径ｂ１，ｂ２）、間隔ｓを小さくして、その磁界の中に電子銃先端部１Ａを挿入する形としたのが、本実施の形態である。
【００２８】
上記の磁界レンズ重畳電子銃の第１，第２の構成例とも、磁界重畳レンズは、磁界発生部を電子銃の電子発生部の近傍で且つ電子銃室とは分離した部位に配置した構成としており、電子銃と電子レンズとを真空的に分離できる（焼きだしを含めて超高真空を実現しやすい）という効果と、電子銃の作る電界と電子レンズの作る磁界とを無理なく重畳できるという効果がある。また、４０ｎｍ〜１００ｎｍのナノスケールでの高分解能のＸ線顕微検査装置とするため、図１のＸ線顕微検査装置は、Ｘ線発生手段の構成要素として、上記の磁界重畳レンズ１ｄの他に、輝度がＬａＢ６陰極より２桁高く、同時に実効的な電子源の大きさが３桁小さい「熱電界放射陰極」又は「液体金属電界放射陰極」を、Ｘ線顕微検査装置としては初めて用いた電子源１ｂを備えている。そして、液体金属を用いた電子源の場合、液体金属（低融点金属のうち融点での蒸気圧が比較的低いＩｎ（インジウム），Ｇａ（ガリウム）などの金属）が電子発生部先端に供給される構成としている。
【００２９】
また、電子ビームによるターゲットの温度上昇を大幅に減少させ、電子線から変換されるＸ線が大幅に増加しても熱的負荷に耐えられるターゲットを実現するため、Ｘ線発生用ターゲット３としては、Ｘ線が透過し易く、絶縁物であるにも拘わらず熱伝導率が極めて高く、且つ融点も極めて高いダイヤモンド（ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）にて形成された薄板状のダイヤモンド）をヒートシンクとして、そのダイヤモンド上にターゲット材料をＣＶＤにより蒸着した構成の「ダイヤモンドヒートシンク付きターゲット」を備えている。
【００３０】
電子線集束用のレンズとしては、原理的には上述した磁界重畳レンズ１ｄだけで良く、図１に示したターゲット３側の電子レンズ（対物レンズ）２は必須構成ではないが、対物レンズ２を設けて電子線の集束を２段階とすることで、所望の電子プローブサイズとプローブ電流を選択する自由度が極めて大きくなる。また、従来の装置（図９参照）と比較して、本発明のＸ線顕微検査装置では、対物レンズ２の焦点距離が長く、従来のＸ線顕微検査装置では得られない長い作動距離（数ｃｍ）を実現することができる。そのため、対物レンズ２とターゲット３との間の空間を広くとることができ、その空間内に検査に係る周辺機器を設置することが可能となる。本発明では、上記の空間内に後述する検出機器を配置し、高電流密度を有するＸ線発生用電子プローブにより被検査体の微細構造を高分解能で検査できると共に、これまでにない機能を有する高性能のＸ線顕微検査装置を実現している。
【００３１】
以下、本発明に係る各機能を搭載したＸ線顕微検査装置について説明する。
【００３２】
本発明のＸ線顕微検査装置では、［発明が解決しようとする課題］で述べた第１〜第６の機能、すなわち、（１）　電子像によるピント調整，非点収差補正などの焦点調整機能、（２）　電子プローブをターゲット面上で自由に振って当該Ｘ線により被検査体を走査可能とする電子プローブ制御機能、（３）　Ｘ線発生用ターゲットに当てる電子線の軸合わせを行う電子線軸合わせ機能、（４）　高分解能かつ高速のＣＴ機能，（５）　透視像の所望の部分の元素を分析する元素分析機能，（６）　検査目的に応じて目的に応じてターゲットを切替可能とするターゲット切替機能、の少なくともいずれか一つ以上の機能を付加した装置構成としている。これらの機能を実現するためには、前述した「熱電界放射陰極」又は「液体金属電界放射陰極」を用いた電子源１ｂ、ダイヤモンドヒートシンク付きターゲット３は、構成要素としては必須ではなく、従来のＬａＢ６陰極を用いた電子源、ダイヤモンドヒートシンクを有しないターゲットであっても良いが、より高分解能の装置を実現するために、本実施の形態では上記構成要素を備えた装置構成としている。
【００３３】
図４、本発明に係る多機能を有するＸ線顕微検査装置の構成の一例を図１に対応させて示しており、図２の装置と同一構成箇所は同符号を付して説明を省略する。
【００３４】
本発明に係るＸ線顕微検査装置は、前述のように、電子Ｒｅを加速しながら集束する電子レンズ（磁界重畳レンズ）１ｄを導入することにより、損失電子線量を減らしながら全体として数倍の拡大系として動作させるようにしている。このように、レンズ系が縮小系でなく拡大系で作動させるため、対物レンズ２の焦点距離が長く、従来のＸ線顕微検査装置では得られない長い作動距離（数ｃｍ）を実現することができる。
【００３５】
本実施の形態では、対物レンズ２とターゲット３との間に、偏向コイル（走査コイル）４と反射電子検出電極１２ａから成る反射電子検出器１２の検出部とがそれぞれ設けられている。偏向コイル４は、磁界重畳レンズ１ｄを介して形成される電子プローブ（電子ビームＲｅ）をＸ線発生用ターゲット３の面上で自在に振るためのコイルである。本例では、図４中に示すように、偏向コイル４が対物レンズ２の中心側の下部に形成されている。反射電子検出電極１２ａは、Ｘ線発生用ターゲット３からの反射電子を検出するための鏡体と絶縁された電極であり、反射電子検出器１２の検出信号は、本例では分析用コンピュータ１５に入力され、ターゲット面の電子像が画像化されてモニタ表示されるようになっている
【００３６】
また、被検査体（試料）１０の上方で且つＸ線発生用ターゲット３から発生するＸ線の領域外に、被検査体１０から発生する蛍光Ｘ線を検出するための蛍光Ｘ線検出器１３が配置されている。蛍光Ｘ線検出器１３で検出した蛍光Ｘ線の検出情報は、パルスハイトアナライザー１４を介して分析用コンピュータ１５に入力され、蛍光Ｘ線の検出情報及び各元素を特定するための設定値に基づいて被検査体の元素の分析処理が行われるようになっている。
【００３７】
上述のような構成において、本発明のＸ線顕微検査装置が有する各機能について説明する。図４に示したＸ線顕微検査装置は、電子線の軸調整を極めて容易にするために、Ｘ線ターゲット３の近傍に反射電子検出器１２が配置されており、電子プローブにより走査することによってＸ線発生用ターゲット３の表面の電子像を画像化できるように構成されている。そして、ターゲット３の反射電子像が、ピント調整（電子プローブのＸ線発生用ターゲットに対するピント調整），電子プローブの非点収差補正などの調整によって、最もシャープになった時に走査を止めることで、所望の電子プローブが得られるようになっている。この方法はＸ線顕微検査装置では初めての試みである。この反射電子像による調整は、例えば分析用コンピュータ１５により画像化された画像を見ながら、対物レンズ２を電磁的に調整することにより行われるが、外部からの信号で制御可能な駆動機構を設けて、電子像の画像情報に基づいて自動的に調整する構成としても良い。
【００３８】
上記の電子プローブによる走査は、電子プローブの周囲の偏向コイル（走査コイル）を用いて行われ、Ｘ線発生用ターゲット上を所定の経路に沿って走査するように制御する。
【００３９】
ところで、高分解能のＸ線顕微検査装置を実現するには、試料（被検査体）１０に照射するＸ線量が多く、且つ高強度で微小な焦点サイズのＸ線を発生させるためには、ターゲット３に当てる電子線は高性能レンズにより集束のロスが少なく電子量が多いことが重要であるが、Ｘ線発生用の電子ビームの軸の向き及び位置も重要である。本実施の形態では、図１並びに図４に例示したように、Ｘ線顕微検査装置としては初めて、電子発生部１Ａの近傍（電子源のすぐ近くに）に電子線軸合わせコイル１ｅを配置する構成とし、この軸合せコイル１ｅにより、アノード１ｃで加速する前の電子線をＸ，Ｙ方向にシフトして軸を合わせることで、電子ビームのＸ線源に対する軸合わせを正確且つ極めて容易にできるようにしている。この軸合わせは、前述のピント調整と共に、例えば分析用コンピュータ１５により画像化された反射電子像の画像を見ながら行われる。
【００４０】
本実施の形態では、電子ビーム（Ｘ線発生用の電子プローブ）によりスキャンして、反射電子検出器１２の検出信号に基づいてターゲット表面の反射電子像を観察する能力があるので、走査コイル４に流す電流を制御して、例えば図５の例のように、電子ビームＲｅを偏向してターゲット３上で円形にスキャンするなど、電子プローブを自在に動作させる機能を付加することによって、被検査体１０を回転しなくてもターゲット３上で円形に電子ビームＲｅを振りながら多数の像Ｉｓを取り込むことができる。そのため、ＣＴ処理によって任意の断面積の観察が可能となる。この方法は、被検査体１０がターゲット３に接近した高分解能を期待できる状況で極めて精度よく被検査体を回転するのと等価な状態であり、数倍高分解能・高速のＣＴ機能が実現できる。
【００４１】
ここで、電子プローブの走査によるＸ線断層の撮像処理について説明する。本実施の形態では、磁界重畳レンズ１ｄを介して集束された電子線を電子プローブとして、磁場の制御によりＸ線発生用ターゲット３上を任意の経路に沿って走査する電子プローブ制御手段と、走査に応じて得られた被検査体１０の透過Ｘ線の検出データに基づき、被検査体１０の異なる断面に係る複数枚の画像を処理して被検査体１０の当該断層の微細構造を表示可能にするＸ線断層画像生成手段とを備えている。これらの電子プローブの制御と画像処理は、分析用コンピュータ１５、若しくは図示されない制御回路若しくは他のコンピュータで行われる。
【００４２】
図４に示した走査コイル４は、例えば図６に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ対向して環状に配置された４つの円弧状のコイル４Ｘａ，４Ｘｂ，４Ｙａ，４Ｙｂから構成される。そして、これらの走査コイル４に流す電流を制御して電子プローブの周囲の磁場を変える。これにより、電子プローブの位置と方向を変えることで、被検査体１０を円形にスキャンするなど所望の方向にスキャンしてそのＸ線像を得る。
【００４３】
図７（Ａ）は、電子プローブにより水平方向，垂直方向にスキャンする場合の走査コイル４の制御例を模式的に示している。また、同図（Ｂ）は、円形方向にスキャンする場合の走査コイル４の制御例を模式的に示している。これらの図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向のコイル４Ｘａ，４Ｘｂ、及びＹ軸方向のコイル４Ｙａ，４Ｙｂに流す電流量を制御することにより、電子プローブを偏向させてＸ線源２３ａの位置を連続的に変えることで、被検査体１０をスキャンしてそのＸ線像を得る。
【００４４】
次に、元素分析機能について説明する。被検査体１０にＸ線を照射すると全方位に被検査体の構成元素特有の波長をもった蛍光Ｘ線が発生する。これを検出できれば被検査体の元素分析が可能となる。他方、ターゲット３からは連続Ｘ線と特性Ｘ線が出るが、特に連続Ｘ線は電子の入射方向に沿って下方に照射される。そのため被検査体の下方で蛍光Ｘ線検出器を置いても連続Ｘ線がバックグラウンドになり蛍光Ｘ線が測定できない。本発明に係るＸ線顕微検査装置は、対物レンズ２の焦点距離が長く、前述のように従来のＸ線顕微検査装置では得られない長い作動距離（数ｃｍ）を実現できるため、図４に示したように、被検査体１０の上方で且つＸ線の発生領域外（本例ではＸ線ターゲットの斜め上方）に蛍光Ｘ線分析用検出器１３を置く空間を確保できる。
【００４５】
蛍光Ｘ線の検出器１３としては、冷却しないで使用でき、且つ検出感度の高いＣｄＴｅ（テルル化カドミウム半導体）などを使用する。分析の部位を特定するために１０−２０μｍ程度のピンホールを、被検査体上面で走査して上方に出た蛍光Ｘ線を分析すると同時に、ピンホール５を通り抜けたＸ線でできた透視像で位置的な同定を行うことができるようにする。
【００４６】
蛍光Ｘ線は、１次Ｘ線がエネルギーの高い硬Ｘ線の方が発生効率が高いので、分析用ターゲットにはなるべく原子番号の大きいものを用いるのが望ましい。同時にそのターゲットからの特性Ｘ線が観察しようとする被検査体の蛍光Ｘ線と紛らわしくないものであることが必要である。また、分解能と並んで重要な像のコントラストは加速電圧とターゲット材の種類に依存する。従来のＸ線検査装置は、単一のターゲット材を用いており、ターゲットを変えて様々な特性Ｘ線を利用するという機構のものはなかった。
【００４７】
本発明ではターゲットとして従来一般的に用いられてきたＷ（タングステン）のほか、蛍光Ｘ線分析用や軽元素試料用を考慮して、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｅ（レニウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）といった高融点金属をＣＶＤ法もしくはスパッタ法により、図８に示すように、微細な帯状に構成し、ターゲット３の直上の走査コイル４に電子ビームを移動する機能を付加して、各々のターゲット３（本例では３ａ，３ａ，３ｃ）を観察目的に合わせて、反射電子像を見ながら選択できるようにする。その結果、各々の試料に最適なコントラストをもたらすターゲット材料を容易に選べるようになる。
【００４８】
下記の表１は、これらのターゲット材料の原子番号、Ｋα、Ｌα線の波長、融点を示している。この表１からあまり観察用試料に使われない材料という観点から、分析用ターゲットとしては“Ｒｈ”が適していることが判る。
【００４９】
【表１】
2004138461.tif 000003
【００５０】
なお、上述した実施の形態においては、全ての機能を搭載したＸ線顕微検査装置を例として説明したが、個々の機能を独立して搭載することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、高電流密度を有するＸ線発生用電子プローブにより被検査体の微細構造を高分解能で検査できると共に、これまでにない高性能の機能を有するＸ線顕微検査装置を提供することが可能となる。詳しくは、電子プローブのＸ線発生用ターゲットに対するピント調整，非点収差補正を含む調整を画像を見ながら容易に行うことが可能となる。また、走査コイルにより電子プローブを自在に制御することができるので、被検査体を回転などさせること無く、所望の部位を検査することが可能となる。また、電子線の軸を電子の加速前に合わせる機能を備えているので、高電流密度を有するＸ線発生用電子プローブの軸合わせを正確且つ極めて容易に行うことができる。
【００５２】
また、高分解能かつ高速のＣＴ機能を備えているので、次世代超ＬＳＩ等の検査など、ナノスケールでの非破壊検査を高精度で行うことが可能となる。また、ターゲットからから発生するＸ線の影響を受けること無く、被検査体から発生する蛍光Ｘ線を検出して被検査体の元素を高精度で分析することができる。また、Ｘ線発生用ターゲットを手動で交換すること無く、検査目的に応じて自在に切替えることができるので、コントラストの付き方を変えて観察をするなど、波長の異なる複数のＸ線による検査が容易に行えるようになる。
【００５３】
ところで、近年、半導体部品を筆頭にその構成最小単位はマイクロスケールからナノスケールヘ微細化が進んでいる。そうした部品の内部の微細構造を非破壊で検査し、特性Ｘ線を利用して被検査体ごとに最適なコントラストを実現し、微小部位の元素分析するということは今後、必要不可欠な技術になってくる。こうした内部構造を非破壊かつ高分解能で観察および分析できる手段は、今のところＸ線しかない。よって本発明により、ナノテクノロジーの分野に大きく貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る本発明に係るＸ線顕微検査装置の基本構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明に係る磁界レンズ重畳電子銃の第１の構成例を示す模式図である。
【図３】本発明に係る磁界レンズ重畳電子銃の第２の構成例を示す模式図である。
【図４】本発明に係る多機能を有するＸ線顕微検査装置の構成の一例を示す模式図である。
【図５】本発明におけるＣＴ機能を説明するための模式図である。
【図６】走査コイルの構成例を示す模式図である。
【図７】電子プローブを自由に振るための走査コイルの制御方式を説明するための図である。
【図８】本発明におけるターゲット切替機能を説明するための図である。
【図９】従来のＸ線検査装置の構成の一例を示す概略図である。
【図１０】従来のＦＥ電子銃の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
１　磁界レンズ重畳電子銃
１Ａ　電子銃先端部（電子発生部）
１Ｂ　真空シール材
１ａ　ショットキーモジュール
１ｂ　液体金属電界放射陰極又は熱電界放射陰極（電子源）
１ｃ　アノード
１ｄ　磁界重畳レンズ
１ｄ１　磁気回路
１ｄ１１　磁性体
１ｄ１２　励磁コイル
１ｅ　軸合わせコイル
２　対物レンズ
３　ダイヤモンドヒートシンク付きターゲット
３ａ　ターゲット材料
３ｂ　ダイヤモンド板
４　走査コイル（偏向コイル）
５　ピンホール
１０　被検査体（試料）
１１　Ｘ線検出器
１２　反射電子検出器
１２ａ　反射電子検出電極
１３　蛍光Ｘ線検出器
１４　パルスハイトアナライザー
１５　分析用コンピュータ
２１　熱電子放射電子銃
２１ａ　グリッド
２１ｂ　熱電子放射陰極（電子源）
２１ｃ　アノード
２２　電子レンズ（対物レンズ）
２３　ターゲット
２３ａ　Ｘ線源
２４　検出器
Ｒｅ　電子（電子線）
Ｒｘ　Ｘ線
【図１】
2004138461.tif 000004
【図２】
2004138461.tif 000005
【図３】
2004138461.tif 000006
【図４】
2004138461.tif 000007
【図５】
2004138461.tif 000008
【図６】
2004138461.tif 000009
【図７】
2004138461.tif 000010
【図８】
2004138461.tif 000011
【図９】
2004138461.tif 000012
【図１０】
2004138461.tif 000013