Ｘ線トポグラフィー測定装置、および、Ｘ線トポグラフィー測定方法
【課題】１μｍ以下の高空間分解能を有するＸ線セクショントポグラフィーを達成して、鮮明で均一な多次元のトポグラフ像を生成すること。
【解決手段】所定の集光ビーム形状を有する集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させた状態で、測定用結晶媒体をその集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させ、この移動と共に集光Ｘ線ビームがその測定用結晶媒体の所定の領域内において回折して得られた回折Ｘ線ビームの強度を測定し、測定した強度に基づいて測定用結晶媒体の所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応するトポグラフ像を生成する。
【解決手段】所定の集光ビーム形状を有する集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させた状態で、測定用結晶媒体をその集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させ、この移動と共に集光Ｘ線ビームがその測定用結晶媒体の所定の領域内において回折して得られた回折Ｘ線ビームの強度を測定し、測定した強度に基づいて測定用結晶媒体の所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応するトポグラフ像を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線トポグラフィー装置、および、Ｘ線トポグラフィー測定方法に関し、より詳細には、セクショントポグラフィーを測定するための装置および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（従来例１）
最近の半導体素子はますます微細化の傾向にあり、それに伴って微細加工により発生する局所歪が素子の性能を大きく左右するようになってきた。
【０００３】
Ｘ線トポグラフィーは、このような歪を評価するために、広く用いられている測定方法である。Ｘ線による方法は、Ｘ線の透過力が大きいため、数百ミクロンの深部の歪評価が可能であること、および感度が高く１０−７といった微小歪までも検出できること等から、ラマン分光等の他の手法より優れている。Ｘ線トポグラフィーの中でも、セクショントポグラフィーは試料断面の歪分布を測定できる手法として広く用いられている。その１例として、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
図２４は、従来のセクショントポグラフィー装置の構成例を示す。入射Ｘ線ビーム６４は、スリット６３に入射することにより、シート状Ｘ線ビーム６５に整形されて出射する。この整形されたシート状Ｘ線ビーム６５は、測定試料６１に入射することにより、透過又は回折される。これにより、シート状Ｘ線ビーム６５のビーム形状の各部から発せられる回折Ｘ線６６の像がイメージ記録デバイス６２に記録され、試料断面の回折Ｘ線像が記録される。イメージ記録デバイス６２は、トポグラフ像を記録するための写真フィルム、原子核乾板、イメージングプレート、あるいは２次元ＣＣＤ素子等からなる。
【０００５】
この場合、測定試料６１の結晶格子面の一つに対して入射Ｘ線がブラッグ条件を満たすように、その測定試料６１の角度（Ｘ線入射角度）を調節する。歪により格子面間隔、あるいは格子面の傾きが変化すると、ブラッグ条件を満たす測定試料６１の回転角が変化する。したがって、測定試料６１の微小回転により、各ポイントにおいて試料回転角と回折Ｘ線強度を求めることによって、断面内での歪の分布を求めることができる。
【０００６】
図２５は、測定試料６１へのシート状Ｘ線ビーム６５の厚みの影響を説明する図である。シート状Ｘ線ビーム６５のビームの厚みは、１０μｍ程度が一般的である。このようにシート状Ｘ線ビーム６５に厚みがあると、図中の点Ａから点Ｂの範囲で回折されたＸ線が、イメージ記録デバイス６２の記録面の１点Ｃに記録されることになり、鮮明な断面像が得られなくなる。そこで、セクショントポグラフィーでは、入射Ｘ線ビーム６４を、シート状Ｘ線ビーム６５のような薄いシート形状断面に整形する必要がある。
【０００７】
（従来例２）
次に、従来の画像処理方法について説明する。医療分野でのＣＴ画像計測、衛星写真画像のなどさまざまな画像計測において、不完全なフォーカシング（ピンボケ）や検出素子の分解能の限界に起因する画像劣化（ぼけ）が発生する。元画像と測定画像の１次元データをそれぞれ
x = [x(1), x(2), ・・・・,x(n)]T … （１）
y = [y(1), y(2), ・・・・,y(n)]T … （２）
で表すと、図１４で示すぼけ関数で画像が劣化する場合、元画像と測定画像との関係は、
y(i) = 0.06 x(i-2) + 0.5 x(i-1) + x(i) + 0.5 x(i+1) + 0.06 x(i+2) … （３）
となる。したがって、式（３）を行列で表現すると、
【０００８】
【数１】
【０００９】
となる。すなわち、
Ax = y … （５）
であり、Ａをぼけ行列と呼ぶ。画像データが２次元の場合、元画像データと測定画像データをそれぞれ
【００１０】
【数２】
【００１１】
で表すと、
AX = Y … （７）
となる。式（７）は、画像行列（６）の列ベクトルデータの劣化過程を示している。
【００１２】
一般に、列ベクトル行ベクトル双方の劣化過程を表すためには、行列データを１つのベクトルデータに並べ替えて式（５）により劣化過程を表す必要がある。しかしながら、この場合、例えば１００×１００画素の画像データに対して、ぼけ行列は要素数１００００×１００００という膨大なものになるといった問題がある。しかし２次元ぼけ関数がガウス関数
【００１３】
【数３】
【００１４】
のように変数分離可能な場合は、列ベクトルと行ベクトルの劣化過程を独立に表現することが可能で、画像劣化は、
ＡXB=Y … （９）
と表現できる（非特許文献２参照）。ここで、Ｂは、行ベクトルデータのぼけ行列である。よって、ＡとＢの逆行列Ａ−１とＢ−１行列により、
X=A-1YB-1 … （１０）
のごとく劣化画像を修復して元画像を得ることが可能である。また、劣化画像の修復に関する問題を解決するために、古くから多くの手法が研究されている。その一つの手法として、チコノフの正則化と呼ばれる方法がある（非特許文献１参照）。この方法では、ある程度の「食い違い」を認めて「不自然さ」との妥協を図る。すなわち、‖Ａｘ−ｙ‖を「食い違い」の尺度、‖ｘ‖を「不自然さ」の尺度とし、‖Ａｘ−ｙ‖２＋α‖ｘ‖２が最小になるようにｘを決定する。ここで、例えばｘに対して ‖ｘ‖２ ＝ ｘ（１） ２ ＋ ｘ（２） ２ ＋ ・・・・＋ｘ（ｎ） ２である。αを大きく設定するほど「不自然さ」を重視することになる。具体的には、ｘ＝Ａ−１ｙの代わりに、
x = (ATA +αI)-1ATy … （１１）
を計算することにより画像修復を実行する。
【００１５】
以上に述べた画像修復法は、医療分野でのＣＴスキャン画像の処理、衛星画像の修復など、広い分野で利用されている。
【００１６】
【特許文献１】特開平８−１２４９８３号公報
【非特許文献１】平岡和幸、堀玄、プログラミングのための線形代数、（２００４）オーム社
【非特許文献２】Ｂ．Ｂ．Ｋｉｍａ，Ｓ．Ｗ．Ｚｕｃｋｅｒ：Ａｎａｌｙｔｉｃ ｉｎｖｅｒｓｅ ｏｆ ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｂｌｕｒ，ＯＰＴＩＣＡ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ， Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１，ｐｐ．１６６−１７６（１９９３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献１に関連する上記従来例１の課題について説明する。従来のＸ線セクショントポグラフィーの課題の１つには、シート状入射ビームの形成に関するものがある。図２４で示したように、Ｘ線セクショントポグラフィーで鮮明な画像を得るためには、入射Ｘ線ビーム６４を薄いシート状のシート状Ｘ線ビーム６５に整形する必要がある。しかし、一般的に、入射Ｘ線ビームの厚みは１０μｍ程度が限界である。その理由の一つは、機械加工により１０μｍ以下のスリットを製作するのが困難なためである。
【００１８】
Ｘ線は物質に対する透過率が高く、例えばセクショントポグラフィーでよく用いられるＥ＝１７．５ｋｅＶ付近のＸ線エネルギー領域において、厚み１００μｍの銅板のＸ線透過率は約１％である。このエネルギー領域の銅製スリットの板厚は、１００μｍ以上でなければならない。従って、１０μｍ以下のスリットでは、アスペクト比（厚みと開口幅の比）が１０以上となり、均等な隙間を有するスリットを製作するのが困難になる。
【００１９】
このように従来のＸ線セクショントポグラフィーでは、入射Ｘ線ビーム６４の厚みを１０μｍ以下にすることができないため、図２５に示したとおり、得られる空間分解能がこのビームサイズの影響を受けて、１μｍ以下の空間分解能を達成することができない。
【００２０】
次に、非特許文献１，２に関連する上記従来例２の課題について説明する。非特許文献２に関連した問題点として、逆行列Ａ−１，Ｂ−１の計算である。一般に、ぼけ行列は、その行列式（例えばｄｅｔ［Ａ］）の値が非常に小さい。ｄｅｔ［Ａ］＝０は不定の条件であり逆行列が存在しないことからわかるように、ｄｅｔ［Ａ］が０に近いと安定した逆行列計算が困難である。
【００２１】
このような場合には、データに含まれる僅かなノイズが原因で修復画像が大きく乱れ、元画像と似ても似つかないものとなることがある。ｄｅｔ［Ａ］の値が小さくなる理由は式（４）からわかるように、隣り合う行、あるいは列が似かよった数値列で構成されているためである（同一列、または同一行が含まれるとｄｅｔ［Ａ］＝０）。このことはぼけ関数に多くの画素が含まれるほど、すなわち、ぼけの大きな画像を修復する場合ほど顕著である。
【００２２】
このように、ぼけ行列の逆行列計算が困難なことが劣化画像修復の大きな課題である。
【００２３】
そこで、本発明の目的は、１μｍ以下の高空間分解能を有するＸ線セクショントポグラフィーを達成して、鮮明で均一な多次元のトポグラフ像を生成することが可能な、Ｘ線トポグラフィー測定装置、および、Ｘ線トポグラフィー測定方法を提供することにある。
【００２４】
また、本発明の他の目的は、劣化画像に対する画像修復処理を精度良く行うことにより、高解像度なトポグラフ像を生成することが可能な、Ｘ線トポグラフィー測定装置、および、Ｘ線トポグラフィー測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、Ｘ線トポグラフィー測定装置であって、Ｘ線ビームを発生するビーム発生手段と、前記発生したＸ線ビームを所定の集光ビーム形状に集光し、該所定の集光ビーム形状に集光された集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させるビーム集光手段と、前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させる媒体移動制御手段と、前記集光Ｘ線ビームが前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内において回折して得られた所定の焦点形状をもつ回折Ｘ線ビームの強度を測定し、該測定した強度に基づいて前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応する多次元のトポグラフ像を生成する像作成手段とを具えたことを特徴とする。
【００２６】
前記ビーム集光手段は、前記発生したＸ線ビームを、直線状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光する直線領域集光手段としてもよい。
【００２７】
前記直線領域集光手段は、１次元フレネルゾーンプレートとしてもよい。
【００２８】
前記ビーム集光手段は、前記発生したＸ線ビームを、点状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光する点領域集光手段としてもよい。
【００２９】
前記点領域集光手段は、２次元フレネルゾーンプレートとしてもよい。
【００３０】
前記点領域集光手段は、楕円ミラーとしてもよい。
【００３１】
前記媒体移動制御手段は、前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む平面内の第１の方向と、該集光Ｘ線ビームに直交する第２の方向とに移動させてもよい。
【００３２】
前記像作成手段は、前記回折Ｘ線ビームの１点の強度を測定する回折強度測定手段を含んでもよい。
【００３３】
前記像作成手段は、くさび状隙間を有するスリットを含んでもよい。
【００３４】
前記像作成手段は、前記回折Ｘ線ビームの強度を測定して生成された前記トポグラフ像に対して、所定のぼけ画像修復処理を行う画像処理手段をさらに具えてもよい。
【００３５】
前記画像処理手段は、前記回折Ｘ線像のＸ線強度信号から、所定の測定画像行列を生成する手段と、前記測定画像行列と、前記くさび状隙間を有するスリットの透過率曲線で決定されるぼけ行列とに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列を生成する手段とを含んでもよい。
【００３６】
本発明は、Ｘ線トポグラフィー測定方法であって、発生したＸ線ビームをビーム集光手段により所定の集光ビーム形状に集光し、該所定の集光ビーム形状に集光された集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させる工程と、前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させる工程と、前記集光Ｘ線ビームが前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内において回折して得られた所定の焦点形状をもつ回折Ｘ線ビームの強度を測定する工程と、前記測定した強度に基づいて前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応する多次元のトポグラフ像を生成する工程とを具えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、所定の集光ビーム形状を有する集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させた状態で、測定用結晶媒体をその集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させ、この移動と共に集光Ｘ線ビームがその測定用結晶媒体の所定の領域内において回折して得られた回折Ｘ線ビームの強度を測定し、測定した強度に基づいて測定用結晶媒体の所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応するトポグラフ像を生成するようにしたので、１μｍ以下の空間分解能を有するＸ線セクショントポグラフィーを得ることが可能となり、これにより、従来のＸ線セクショントポグラフィーにおける入射ビームの厚みに起因する像のボケの問題を解消して、鮮明で均一な多次元のトポグラフ像を生成することができる。
【００３８】
また、本発明によれば、くさび状隙間を有するスリットは鋭い透過率曲線を有するので、該スリットを経由して生成されるトポグラフ画像の解像度を向上させることができる。
【００３９】
さらに、本発明によれば、回折Ｘ線像のＸ線強度信号から、所定の測定画像行列を生成して、測定画像行列と、くさび状隙間を有するスリットの透過率曲線で決定されるぼけ行列とに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列を生成するようにしたので、該スリットのぼけ行列に対して、その逆行列を解析的に容易に求めることができ、これにより、ノイズののったもともと不正確な測定画像に対して画像修復を厳密に効果的に行って、一段と高解像度なトポグラフ像を生成することができる。
【００４０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００４１】
［第１の例］
本発明の第１の実施形態を、図１〜図７に基づいて説明する。
【００４２】
図１は、本発明に係るＸ線トポグラフィー測定装置１００の構成例を示す。
【００４３】
本装置１００は、入射用のＸ線ビーム１を発生するＸ線発生源２０と、Ｘ線ビーム１を直線領域Ｐ（ｅ−ｆを結ぶＸ方向の領域）に集光した集光Ｘ線ビーム６を作成するＸ線集光手段３と、そのＸ線ビーム１の集光された直線領域Ｐ（すなわち、焦線４）の近傍において集光Ｘ線ビーム６を透過させる測定媒体５と、測定媒体５を、集光Ｘ線ビーム６を含む平面（Ｙ−Ｚ平面）内の第１の方向と集光Ｘ線ビーム６に直交する第２の方向（Ｘ方向）とに移動させる移動手段と、測定媒体５内におけるラウエ回折により散乱される回折Ｘ線像１３の１点の強度を測定し、測定媒体５の結晶断面のトポグラフ像を作成する像作成手段８，９，１０とによって構成される。
【００４４】
以下の例では、像作成手段８は横スリット８であり、像作成手段９は縦スリット９であり、像作成手段１０はシンチレーションカウンタ１０である。
【００４５】
図３は、Ｘ線トポグラフィー測定装置１００を用いたＸ線トポグラフィーの測定方法を示す。
【００４６】
ステップＳ１では、発生したＸ線ビーム１をビーム集光手段３により所定の集光ビーム形状（直線領域Ｐ（又は、後述する第２の例では点領域Ｑ）のビーム形状）に集光し、該所定の集光ビーム形状に集光された集光Ｘ線ビーム６を測定媒体５に入射させる。
【００４７】
ステップＳ２では、測定媒体５を、集光Ｘ線ビーム６を含む所定の領域内において複数の方向に移動させる。例えば、測定媒体５を、例えばパルスモータにより駆動する光学ステージ等の移動手段を用いて、集光Ｘ線ビーム６を含む平面（Ｙ−Ｚ平面）内の第１の方向と、集光Ｘ線ビーム６に直交する第２の方向（Ｘ方向）とに移動させる。
【００４８】
ステップＳ３では、集光Ｘ線ビーム６が測定媒体５の上記所定の領域内において回折して得られた回折Ｘ線像１３の１点の強度を、像作成手段８，９によって測定する。ステップＳ４では、測定した強度に基づいて、測定媒体５の所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応するトポグラフ像を像作成手段１０によって作成する。
【００４９】
（具体例）
以下、Ｘ線トポグラフィー測定装置１００を、具体例を挙げて説明する。
【００５０】
Ｘ線発生源２０として、放射光施設において発生する放射光Ｘ線を利用するものとするが、これに限るものではなく、他の発生方法を用いてもよい。
【００５１】
Ｘ線発生源２０から発生したＸ線をモノクロメータで単色化することにより、Ｘ線ビーム１として用いる。
【００５２】
Ｘ線ビーム１は、軌跡ａ−ｂ−ｃ−ｄで示す矩形断面２を有する。ビームサイズはａｂ＝２００μｍ、ａｄ＝５００μｍである。本例において、フォトンエネルギーはＥ＝１５ｋｅＶである。
【００５３】
直線フォーカスのためのＸ線集光手段３として、Ｘ線ビーム１の断面２を一方向にのみ縮小して、軌跡ｅ−ｆで示す焦線４上に集光するための１次元フレネルゾーンプレート（以下、１Ｄゾーンプレート）３を用いる。
【００５４】
１Ｄゾーンプレート３は、ＳｉＮ層（厚み２μｍ）の上に形成したＴａ膜（厚み２μｍ）にゾーンプレートのパターンを電子線描画したものである。
【００５５】
１Ｄゾーンプレート３のサイズは、Ｘ線ビーム１の断面２とほぼ同一で、最外部パターンの線幅ΔｒＮは０．２μｍ、焦点距離ｆは５００ｍｍである。
【００５６】
１Ｄゾーンプレート３は、シリンドリカルレンズと同等の機能を有する。Ｘ線ビーム１が、この１Ｄゾーンプレート３を通過すると、集光Ｘ線ビーム６となって伝播し、測定試料５の直前に置いたゼロ次光除去用スリット（後述する図２参照）を通って、直線領域Ｐとしての焦線４上にラインフォーカスされる。なお、ゼロ次光除去用スリットの配置および機能については、図２で詳述する。
【００５７】
測定媒体としての測定結晶５には、Ｓｉ（１００）ウエハを用いる。測定結晶５は、その内部に焦線４が位置するように配置する。
【００５８】
図２は、そのＸ線トポグラフィー測定装置１００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するＸ方向（Ａ矢印方向）から見た図である。ゾーンプレートを理想レンズと仮定した場合の集光サイズは、光源の大きさＳ、光源からゾーンプレートまでの距離Ｌ、および焦点距離ｆによりＷ＝Ｓ×ｆ／Ｌで表される。本例の場合、縦方向（図１のＹ方向）の光源サイズＳｙ＝５μｍ、Ｌ＝５０ｍ、ｆ＝０．５ｍであるから、縦方向（Ｙ方向）の集光サイズはＷｙ＝Ｓｙ×ｆ／Ｌ＝０．０５μｍとなる。
【００５９】
一方、ゾーンプレートのレンズとしての分解能はδ＝１．２２ΔｒＮ＝０．２４μｍであり、δ＞Ｗｙであるため、本例のラインフォーカスされた集光Ｘ線ビーム６の集光ビームサイズは、事実上ゾーンプレートの分解能で決まり、０．２〜０．３μｍとなる。
【００６０】
図４は、測定結晶５に入射する集光Ｘ線ビーム６の形状を示す。
【００６１】
集光Ｘ線ビーム６のサイズは、試料である測定結晶５内で厳密には一定ではないが、以下に示す視点を固定して、測定結晶５を２次元的に移動する方法で均一なトポグラフ像を得ることができる。これにより、距離Ａ’Ｂ’よって発生するボケを１μｍ以下とすることができる。
【００６２】
次に、図２に示すゼロ次光除去用スリット１１の機能を、測定結晶５との移動に関連して説明する。
【００６３】
１Ｄゾーンプレート３は、回折素子であるため、理想的に機能しても回折次数±１、±３、±５、・・・の回折光を発生する。
【００６４】
また、実際には、回折されない光（０次光）１２も存在する。これらの光の中で、目的の集光Ｘ線ビーム６は＋１次光のみであるため、これ以外の光を除去する目的でゼロ次光除去用スリット１１を用いる。ゼロ次光除去用スリット１１のサイズは１０μｍで、測定結晶５の直前１０ｍｍの位置にセットした。
【００６５】
図１および図２に示す構成において、回折条件はＳｉ（６６０）反射であり、回折Ｘ線像１３は２θ＝８０．５°の方向へ反射される。回折Ｘ線像１３は、測定結晶５内の斜線で示した断面のセクショントポグラフィーである。
【００６６】
セクショントポグラフィーを測定するためには、Ｙ−Ｚ面内（図２参照）の１方向と、Ｘ方向（紙面に垂直方向）のパルスモータ駆動のステージによる２次元スキャンで測定する。
【００６７】
このセクショントポグラフィーの１点の強度を測定するために、横スリット８と縦スリット９で回折Ｘ線像１３を切り出し、その強度をシンチレーションカウンタ１０で測定しつつ試料位置をスキャンすることによって、トポグラフ像を生成する。
【００６８】
図５は、横Ｖスリット８の構成例を示す。横Ｖスリット８の谷は、図2のζ方向（紙面
に垂直）である。
【００６９】
図６は、そのスリット８の入射Ｘ線に対する透過率特性を示す。図中のξは、図2、図5のξ方向に対応している。
【００７０】
Ｖスリット８，９の特徴は、片側面３１を閉じたくさび状スリット３０として形成され、くさび状隙間の先端位置Ｒの閉じた片側面３１からＸ線を入射する点にある。Ｘ線の透過率は、透過距離の指数関数となるため、このような隙間の透過率曲線は鋭く尖った形状となる。
【００７１】
図６は、鉄製のくさびスリット３０を開口角３°とした場合の透過率曲線を示す。半値幅（Ｘ線強度の透過率が０．５となるビーム幅）は、０．８μｍである。この０．８μｍのビーム幅内に、このようにくさび状スリット３０を横スリット８および縦スリット９として構成することにより、１μｍ以下の空間分解能によるトポグラフ像の測定が可能となる。Ｘ線回折像１３を、くさび形隙間の閉じた片側面３１から入射する理由は、多重反射を防ぐためである。
【００７２】
縦Ｖスリット９は横Ｖスリットと直交しており、図５、図６のξをζと置き換えたものが、それぞれ縦Ｖスリット９の構成例と透過率特性となる。
【００７３】
上述した例におけるラインフォーカス方式では、図１のＹ方向にのみＸ線ビーム１を集光するため、Ｘ方向については平行ビームのままである。
【００７４】
従って、本例では、回折Ｘ線像１３の発散角が小さく、生成されるトポグラフ像の解像度が高く得られるという利点がある。
【００７５】
また、本例によるＸ線トポグラフィー装置１００では、入射するＸ線ビーム１を直線領域Ｐに集光し、この集光Ｘ線ビーム６を測定結晶５に透過させる。集光Ｘ線ビーム６のビームサイズは１μｍ以下とすることが可能なため、従来のＸ線セクショントポグラフィーに見られる像のボケを最小限に抑えることができる。
【００７６】
しかし、Ｘ線ビーム１が焦線４近傍の微小領域に集中するため、通常のセクショントポグラフィーのように写真フィルム等で回折像を記録すると、焦線４付近のみが明るく写って均一な断面像が得られない。
【００７７】
そこで、本例では、図７に示すように、くさび状スリット３０からなる横スリット８、縦スリット９を用いて、回折Ｘ線像１３の焦線４付近で回折された部分の強度を測定するような配置とする。
【００７８】
さらに、例えばパルスモータにより駆動する光学ステージ等の移動手段によって、測定結晶５の位置を所定の領域内（集光Ｘ線ビーム６を含む平面（Ｙ−Ｚ平面）内の第１の方向と、集光Ｘ線ビーム６に直交する第２の方向（Ｘ方向））において変化させる。
【００７９】
これにより、測定結晶５の切断面形状の所定の位置に対応した回折Ｘ線強度を測定することができるため、鮮明で均一な多次元のトポグラフ像を生成することができる。
【００８０】
［第２の例］
本発明の第２の実施の形態を、図８〜図１０に基づいて説明する。
【００８１】
なお、前述した第１の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００８２】
図８は、本発明に係るＸ線トポグラフィー測定装置２００の構成例を示す。
【００８３】
本装置２００は、入射用のＸ線ビーム３１を発生するＸ線発生源２０（図１参照）と、Ｘ線ビーム３１を点領域Ｑ（すなわち、焦点３４）に集光した集光Ｘ線ビーム６を作成するＸ線集光手段３３と、そのＸ線ビーム３１の集光された点領域Ｑの近傍において集光Ｘ線ビーム６を透過させる測定媒体５０と、測定媒体５０を、集光Ｘ線ビーム６を含む平面（Ｙ−Ｚ平面）内の第１の方向と集光Ｘ線ビーム６に直交する第２の方向（Ｘ方向）とに移動させる移動手段と、測定媒体５０内におけるラウエ回折により散乱される回折Ｘ線像１３の１点の強度を測定し、測定媒体５０の結晶断面形状に対応したトポグラフ像を作成する像作成手段８，９，１０とによって構成される。
【００８４】
（具体例）
以下、Ｘ線トポグラフィー測定装置２００を、具体例を挙げて説明する。本例では、Ｘ線ビーム３１を、点領域Ｑとしての焦点３４に集光する点フォーカスの例である。
【００８５】
フォトンエネルギーは、Ｅ＝１５ｋｅＶである。
【００８６】
点フォーカスのためのＸ線集光手段３３として、２次元フレネルゾーンプレート３３（以下２Ｄゾーンプレート３３は、ＳｉＮ層（厚み２μｍ）の上に形成したＴａ膜（厚み２μｍ）に同心円のゾーンプレートパターンが電子線描画されている。最外周パターン線幅は０．２μｍ、焦点距離は５００ｍｍである。
【００８７】
Ｘ線ビーム３１は、２Ｄゾーンプレート３３を通過すると、集光Ｘ線ビーム３６となって伝播し、ゼロ次光除去用ピンホール（図９で説明）を通って、焦点３４上にフォーカスされる。
【００８８】
本例における縦方向（Ｙ方向）の集光サイズは、図１、図２と同様で、０．２μｍである。
【００８９】
一方、光源の横方向のサイズはＳｘ＝３００μｍと大きいため、Ｗｘ＝Ｓｘ×ｆ／Ｌ＝３μｍ、となる。この場合、Ｗｘ＞δであるため、横方向（Ｘ方向）の集光サイズはＷｘ＝３μｍである。
【００９０】
測定結晶５０とＸ線ビーム３１との関係は、前述した図４と同様であり、本例においても距離Ａ’Ｂ’よって発生するボケを１μｍ以下とすることができる。
【００９１】
測定結晶５０としては、Ｓｉ（１００）ウエハを用いる。測定結晶５０は、その内部に焦点３４が位置するように配置する。回折条件は、Ｓｉ（６６０）反射であり、回折Ｘ線像４３は２θ ＝８０．５°の方向へ反射される。
【００９２】
図９は、そのＸ線トポグラフィー測定装置２００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するＸ方向（Ａ矢印方向）から見た図である。
【００９３】
４１は、φ１０μｍのゼロ次光除去用ピンホールである。
【００９４】
本例でも、横スリット８および縦スリット９を、くさび状スリット３０の構造として形成することにより、回折Ｘ線像４３の１点の強度を測定し、Ｙ−Ｚ面内（図９参照）の１方向と、Ｘ方向（紙面に垂直方向）との２次元スキャンによってトポグラフ像を生成する。
【００９５】
本例では、Ｘ線ビーム３１を点フォーカスするため、試料結晶内におけるＸ線強度を大きくすることが可能である。
【００９６】
従って、前述した第１の例に比べて、トポグラフ像の測定に要する時間を一段と短縮することができる利点がある。
【００９７】
また、本例によるＸ線トポグラフィー装置２００では、入射するＸ線ビーム１を点領域Ｑに集光し、この集光Ｘ線ビーム６を測定結晶５に透過させる。集光Ｘ線ビーム６のビームサイズは１μｍ以下とすることが可能なため、従来のＸ線セクショントポグラフィーに見られる像のボケを最小限に抑えることができる。
【００９８】
しかし、Ｘ線ビーム１が焦点３４近傍の微小領域に集中するため、通常のセクショントポグラフィーのように写真フィルム等で回折像を記録すると、焦点３４付近のみが明るく写って均一な断面像が得られない。
【００９９】
そこで、本例では、図１０に示すように、くさび状スリット３０からなる横スリット８、縦スリット９を用いて、回折Ｘ線像１３の焦点３４付近で回折された部分の強度を測定するような配置とする。
【０１００】
さらに、例えばパルスモータにより駆動する光学ステージ等の移動手段によって、測定結晶５の位置を所定の領域内（集光Ｘ線ビーム６を含む平面（Ｙ−Ｚ平面）内の第１の方向と、集光Ｘ線ビーム６に直交する第２の方向（Ｘ方向））において変化させる。
【０１０１】
これにより、測定結晶５の切断面形状の所定の位置に対応した回折Ｘ線強度を測定することができるため、鮮明で均一な多次元のトポグラフ像を生成することができる。
【０１０２】
以上の例では、Ｘ線ビーム１の集光手段としてフレネルゾーンプレートを用いて説明したが、これに限るものではなく、例えば円筒鏡のような反射型の集光手段を用いることも可能である。また、トポグラフ像の強度を測定する目的で、上記例に用いたくさびスリット以外に、通常の突合せ板型のスリット、あるいはピンホールを用いることも可能である。
【０１０３】
［第３の例］
本発明の第３の実施形態を、図１１〜図１４に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１０４】
本例では、像作成手段８，９としてのくさび状隙間を有するスリット（以下、Ｖスリット８，９という）のぼけ関数が画像修復に極めて適していることに着目し、Ｖスリット８，９により再構成されたトポグラフィー画像に対して、ぼけ画像修復処理を適用する。
【０１０５】
図１１は、本発明に係るＸ線トポグラフィー測定装置１００の構成例を示す。
【０１０６】
図１２は、Ｘ線トポグラフィー測定装置１００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するＹ方向（X矢印方向）図１とは異なる方向から見た構成図を示す。
【０１０７】
本例は、前述した図１に示した第１の例の変形例であり、像作成手段８，９，１０の後段に、像作成手段９０をさらに設けた場合の例である。
【０１０８】
像作成手段９０は、Ｖスリット８，９を通過することにより生成されたトポグラフ像に対して、所定のぼけ画像修復処理を行う画像処理手段（以下、画像処理部９０という）からなる。
【０１０９】
この画像処理部９０は、回折Ｘ線像のＸ線強度信号から、所定の測定画像行列を生成する第１の処理部９１と、測定画像行列と、くさび状隙間を有するスリットの透過率曲線で決定されるぼけ行列とに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列を生成する第２の処理部９２とからなる。
【０１１０】
Ｘ線トポグラフィー測定装置１００を用いたＸ線トポグラフィーの測定方法は、前述した図３と同様に行うことができる。
【０１１１】
すなわち、図３において、ステップＳ１〜ステップＳ２を同様に処理する。その後、ステップＳ３では、集光Ｘ線ビーム６が測定媒体５の上記所定の領域内において回折して得られた回折Ｘ線像１３の１点の強度を、像作成手段８，９，１０，９０によって測定する。ステップＳ４では、測定した強度に基づいて、測定媒体５の所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応するトポグラフ像を像作成手段９０によって作成する。
【０１１２】
（画像処理）
画像処理部９０の機能について説明する。
【０１１３】
図１３は、画像処理部９０の機能を示したものである。
【０１１４】
第１の処理部９１は、パルスモータ（図示せず）により駆動される試料の位置座標（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）と、シンチレーションカウンタ１０からのＸ線強度信号から測定画像行列Ｙを生成する部分である。
【０１１５】
第２の処理部９２は、前述した式（１０）により、ぼけ修復処理を実行し、修復画像行列Ｘを生成する部分である。
【０１１６】
図１４は、図６の透過率曲線に対応してシンチレーションカウンタ１０から得られた、画素位置に対するＸ線強度信号の波形を示す。
【０１１７】
以下、第２の処理部９２の機能を詳細に説明する。ξを図５のξ方向の距離にとると、横Ｖスリット８の透過率曲線は、
【０１１８】
【数４】
【０１１９】
で表される。ここで、Ｔ１は横スリットの透過率、μはＸ線吸収率、δはＶスリットの開口角である。
【０１２０】
また、図５の紙面に垂直方向の距離をζとすると、縦Ｖスリット９の透過率曲線は、
【０１２１】
【数５】
【０１２２】
となる。したがって、ぼけ関数Ｔは、
【０１２３】
【数６】
【０１２４】
となる。
【０１２５】
すなわち、ぼけ関数Ｔは、変数分離型となって、前述した式（１０）による画像修復が可能である。
【０１２６】
次に、Ｔ１に関して、
【０１２７】
【数７】
【０１２８】
とおく。
【０１２９】
ここで、ξ１は隣接画素間の距離、具体的には、パルスモータによる試料移動の１ステップ距離である。Ｖスリット８，９のぼけ行列をｂで表すと、
【０１３０】
【数８】
【０１３１】
となる。そして都合のよいことに、この形の行列の逆行列は、
【０１３２】
【数９】
【０１３３】
となる。
【０１３４】
本例において、横Ｖスリット８および縦Ｖスリット９の開口角δは、等しい。
【０１３５】
また、ξ方向およびζ方向の試料移動のステップを等しくとったので、Ａ＝Ｂである。したがって、
Ｘ = Ａ−１Ｙ Ａ−１ … （１８）
により、画像修復処理を行う。
【０１３６】
本例における画像修復処理の計算では、従来技術において最大の課題であった逆行列計算が不要である。
【０１３７】
式（１６）、式（１７）の関係は、周知の内容であるが、本例では、Ｖスリット８，９がこの関係を物理的に実現する手段であることに着目した。
【０１３８】
Ｖスリット８，９の特長は、まず透過率曲線が図６のごとく鋭いピークを有する（式（１６）の対角要素が大きく単位行列に近い）ことから、測定画像Ｙ自体が高い解像度を有することである。
【０１３９】
以上より、Ｖスリット８，９のぼけ修復処理に適していることから、高解像度な修復画像Ｘを得ることが可能となる。
【０１４０】
［第４の例］
本発明の第４の実施形態を、図１５および図１６に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１４１】
図１４は、本発明に係るＸ線トポグラフィー測定装置１００の構成例を示す。
【０１４２】
図１５は、Ｘ線トポグラフィー測定装置１００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するＸ方向（Ａ矢印方向）から見た構成図を示す。
【０１４３】
本例は、前述した図８に示した第２の例の変形例であり、像作成手段８，９，１０の後段に、像作成手段９０をさらに設けた場合の例である。
【０１４４】
像作成手段９０は、前述した第３の例と同様に、第１の処理部９１と第２の処理部９２とを有する画像処理部９０として構成される。
【０１４５】
本例においても、前述した第３の例と同様に処理することにより、Ｖスリット８，９は鋭い透過率曲線を有するので、該Ｖスリット８，９を経由して生成されるトポグラフ画像を、高解像度のものとすることができる。
【０１４６】
また、第１の処理部９１により、回折Ｘ線像のＸ線強度信号から、所定の測定画像行列Ｙを生成し、第２の処理部９２により、測定画像行列Ｙと、Ｖスリット８，９の透過率曲線で決定されるぼけ行列Ａ，Ｂとに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列Ｘを生成するようにしたので、Ｖスリット８，９のぼけ行列Ａ，Ｂに対しては、その逆行列Ａ−１，Ｂ−１が解析的に容易に求めることができる。
【０１４７】
これにより、ノイズののったもともと不正確な測定画像に対しても、画像修復を厳密に効果的に行うことができ、一段と高解像度なトポグラフ像を生成することができる。
【０１４８】
［第５の例］
本発明の第５の実施形態を、図１７〜図２３に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１４９】
図１７は、本発明に係るＸ線トポグラフィー測定装置３００の構成例を示す。
【０１５０】
図１８は、Ｘ線トポグラフィー測定装置３００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するX方向（Ａ矢印方向）から見た構成図を示す。
【０１５１】
本例は、前述した図８，９に示した第２の例、および図１５，１６に示した第４の例の変形例である。
【０１５２】
Ｘ線集光手段として、２Ｄゾーンプレートの代わりに、楕円ミラー９３を用いる。
【０１５３】
像作成手段としての横Ｖスリット８とシンチレーションカウンタ１０の後段に、画像処理を行うための像作成手段９０をさらに設けた。
【０１５４】
Ｘ線トポグラフィー測定装置３００を用いたＸ線トポグラフィーの測定方法は、前述した図３と同様に行うことができる。
【０１５５】
すなわち、図３において、ステップＳ１〜ステップＳ２を同様に処理する。その後、ステップＳ３では、集光Ｘ線ビーム６が測定媒体５の上記所定の領域内において回折して得られた回折Ｘ線像１３の１点の強度を、像作成手段８，１０，９０によって測定する。ステップＳ４では、測定した強度に基づいて、測定媒体５０の所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応するトポグラフ像を像作成手段９０によって作成する。
【０１５６】
（具体例）
以下、Ｘ線トポグラフィー測定装置３００を、具体例を挙げて説明する。
【０１５７】
矩形断面ａ−ｂ−ｃ−ｄを有するＸ線ビーム３１を得る手段は、前述した第１の例〜第４の例と同様である。
【０１５８】
Ｘ線ビーム３１のサイズはａｂ＝２００μｍ、ｃｄ＝２００μｍ、フォトンエネルギーは、Ｅ＝１５ｋｅＶである。
【０１５９】
点フォーカスのためのＸ線集光手段９３として、シリコンに白金Ｐｔをコートした楕円面ミラーを用い、この楕円ミラー９３にＸ線ビーム３１を全反射臨界角以下の低視斜角で入射させ、反射させることによりＸ線ビーム３１を点領域Ｑ（すなわち、焦点３４）に集光した。
【０１６０】
楕円ミラー９３の焦点距離は５００ｍｍである。集光サイズはＷｘ、Ｗｙとも１〜２μｍであった。
【０１６１】
本例では、ＷｘがＸ方向とＹ方向に要求される分解能を十分満たすため、Ｖスリットとして、Ｚ方向の分解能を上げるための横Ｖスリット８のみを用いた。
【０１６２】
本例で用いた試料（測定媒体５０）は４Ｈ−ＳｉＣ基板上にＳｉＣエピ層を形成し、ｐ−ｎダイオードを形成したものである（後述）。
【０１６３】
図１８は、Ｘ線トポグラフィー測定装置３００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するＸ方向（Ａ矢印方向）から見た図である。
【０１６４】
楕円ミラー９３は断面図で示したように反射面が楕円体形状を有し、入射Ｘ線ビーム３１が反射して焦点Ｑ（３４）に収束する。楕円ミラー９３による集光では，図９，１６におけるゼロ次光除去用ピンホール４１は不要である。
【０１６５】
回折Ｘ線４３の一部が横Ｖスリット８を経由してシンチレーションカウンタ１０に達してその強度が測定される。
【０１６６】
測定媒体５０の位置をスキャンしてトポグラフ像を得る仕組みは、前述した第１の例〜第４の例と同様である。ただし、本実施例では新たに図１８に示した座標軸Ｘ−Ｙ’−Ｚ’を定義し、この座標軸に平行に測定媒体５０をスキャンした。
【０１６７】
すなわち、図３のステップＳ２において，第１の方向はＺ’方向でスキャンのキザミは０．５μｍ、第２の方向はＸ方向でスキャンのキザミは１μｍある。ここで、新座標軸のＹ’は測定媒体５０の表面に平行、Ｚ’は垂直な座標軸である。
【０１６８】
図１９は、測定用媒体５０の断面構造を示す。
【０１６９】
この試料は４Ｈ−ＳｉＣ基板５００のＳｉ面側にＳｉＣエピ層５０１を成長させ、表面付近にｐ−ｎダイオードを形成したものである。図の５０３はｎ層，５０４はｐ層である。
【０１７０】
エピ層の厚みは約６．７μｍ、ｐ−ｎ界面は表面から約１．４μｍの位置にある。六方晶のｃ軸は＜１１−２０＞方向に８°（ｏｆｆ角）傾いている。
【０１７１】
ＳｉＣは次世代半導体材料として最も有望な材料の一つであるが、その実用化の最大の課題は結晶欠陥の低減である。本実施例では結晶欠陥の一種であるらせん転位の連続性を評価する目的で本発明を適用した。
【０１７２】
図２０は、らせん転位のＸ−Ｚ’断面のトポグラフ像を等高線図として表したものである。
【０１７３】
このトポグラフ像は画像処理部９０を用いることなく得たものである。らせん転位中心部は結晶歪みは、きわめて大きいため、回折条件が満たされず、このような回折光強度の空洞が観測される。
【０１７４】
空洞の傾きはｏｆｆ（８°）によく一致している。この結果はらせん転位が基板からエピ層まで連続していることを示している。
【０１７５】
図２１は、図２０のＸ＝１８μｍにおけるラインプロファイルとその差分曲線である。測定媒体表面における差分曲線のピーク幅が空間分解能を表していて、図２１では約２．２μｍである。
【０１７６】
この空間分解能はらせん転位評価には十分であるが、デバイス構造、特に積層構造との関係を評価するためには空間分解能をさらに改善する必要がある。
【０１７７】
そこで、デバイスの積層構造とトポグラフ像との対応を評価するため、画像処理部９０によりＺ’方向の画像処理を行った。
【０１７８】
具体的には、図２１の差分曲線を図６の透過率曲線でフィットすることによりｂ＝０．６６と推定し、式１７により求めたＡ−１を用いて、
Ｘ = Ａ−１Ｙ … （１９）
により元画像行列Ｙから修復画像行列Ｘを計算した。
【０１７９】
図２２は、画像修復の結果を示す。
【０１８０】
元画像と比較すると修復画像は測定媒体表面の鮮明度が大幅に改善されたことがわかる。さらにｐ／ｎ界面とエピ／基板界面が識別できるようになり、積層構造と歪みとの関係を評価することが可能になった。
【０１８１】
図２３は、修復画像のラインプロファイルと差分曲線である。
【０１８２】
差分曲線ピークの幅は約０．５μｍであり、元画像の２．２μｍが大幅に改善されたことがわかる。
【０１８３】
このように本発明によるＸ線トポグラフィー装置は、画像修復手段９０を追加することにより、空間分解能を大幅に改善することが可能となる。
【０１８４】
これにより、ノイズののったもともと不正確な測定画像に対しても、画像修復を厳密に効果的に行うことができ、一段と高解像度なトポグラフ像を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】本発明の第１の実施の形態である、Ｘ線トポグラフィー測定装置の構成例を示す構成図である。
【図２】Ｘ線トポグラフィー測定装置を、図１とは異なる方向から見た構成図である。
【図３】Ｘ線トポグラフィー測定方法を示すフローチャートである。
【図４】測定結晶に入射する集光Ｘ線ビームの形状を示す説明図である。
【図５】くさび状のスリットを示す構成図である。
【図６】スリットの入射Ｘ線に対する透過率特性を示す特性図である。
【図７】回折Ｘ線像の強度を測定するスリットの配置例を示す構成図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態である、Ｘ線トポグラフィー測定装置の構成例を示す構成図である。
【図９】Ｘ線トポグラフィー測定装置を、図８とは異なる方向から見た構成図である。
【図１０】回折Ｘ線像の強度を測定するスリットの配置例を示す構成図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態である、Ｘ線トポグラフィー測定装置の構成例を示す構成図である。
【図１２】Ｘ線トポグラフィー測定装置を、図１１とは異なる方向から見た構成図である。
【図１３】画像処理部の機能を説明するブロック図である。
【図１４】図６の透過率曲線に対応してシンチレーションカウンタから得られた、画素位置に対するＸ線強度信号の波形を示す説明図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態である、Ｘ線トポグラフィー測定装置の構成例を示す構成図である。
【図１６】Ｘ線トポグラフィー測定装置を、図１５とは異なる方向から見た構成図である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態である、Ｘ線トポグラフィー測定装置の構成例を示す構成図である。
【図１８】Ｘ線トポグラフィー測定装置を、図１７とは異なる方向から見た構成図である。
【図１９】測定用媒体の断面構造を示す断面図である。
【図２０】らせん転位のＸ−Ｚ’断面のトポグラフ像を等高線図として表した説明図である。
【図２１】図２０のＸ＝１８におけるラインプロファイルとその差分曲線を示す説明図である。
【図２２】画像修復の結果を示す説明図である。
【図２３】修復画像のラインプロファイルと差分曲線を示す説明図である。
【図２４】従来のセクショントポグラフィー装置の例を示す構成図である。
【図２５】測定試料への入射Ｘ線ビームの厚みの影響を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１８６】
１ Ｘ線ビーム
３ Ｘ線集光手段（１次元フレネルゾーンプレート）
４ 焦線（直線領域Ｐ）
５ 測定媒体（測定結晶）
６ 集光Ｘ線ビーム
８，９ 像作成手段（横スリット、縦スリット）
１０ 像作成手段（シンチレーションカウンタ）
１３ 回折Ｘ線像
２０ Ｘ線発生源
３０ くさび状スリット
３１ Ｘ線ビーム
３３ Ｘ線集光手段（２次元フレネルゾーンプレート）
３４ 焦点（点領域Ｑ）
３５ 測定媒体（測定結晶）
３６ 集光Ｘ線ビーム
４３ 回折Ｘ線像
５０ 測定媒体（試料）
６４ 入射Ｘ線ビーム
６５ シート状Ｘ線ビーム
９０ 像作成手段（画像処理部）
９１ 像作成手段（第１の処理部）
９２ 像作成手段（第２の処理）
９３ Ｘ線集光手段（楕円ミラー）
１００，２００，３００ Ｘ線トポグラフィー測定装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線トポグラフィー装置、および、Ｘ線トポグラフィー測定方法に関し、より詳細には、セクショントポグラフィーを測定するための装置および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（従来例１）
最近の半導体素子はますます微細化の傾向にあり、それに伴って微細加工により発生する局所歪が素子の性能を大きく左右するようになってきた。
【０００３】
Ｘ線トポグラフィーは、このような歪を評価するために、広く用いられている測定方法である。Ｘ線による方法は、Ｘ線の透過力が大きいため、数百ミクロンの深部の歪評価が可能であること、および感度が高く１０−７といった微小歪までも検出できること等から、ラマン分光等の他の手法より優れている。Ｘ線トポグラフィーの中でも、セクショントポグラフィーは試料断面の歪分布を測定できる手法として広く用いられている。その１例として、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
図２４は、従来のセクショントポグラフィー装置の構成例を示す。入射Ｘ線ビーム６４は、スリット６３に入射することにより、シート状Ｘ線ビーム６５に整形されて出射する。この整形されたシート状Ｘ線ビーム６５は、測定試料６１に入射することにより、透過又は回折される。これにより、シート状Ｘ線ビーム６５のビーム形状の各部から発せられる回折Ｘ線６６の像がイメージ記録デバイス６２に記録され、試料断面の回折Ｘ線像が記録される。イメージ記録デバイス６２は、トポグラフ像を記録するための写真フィルム、原子核乾板、イメージングプレート、あるいは２次元ＣＣＤ素子等からなる。
【０００５】
この場合、測定試料６１の結晶格子面の一つに対して入射Ｘ線がブラッグ条件を満たすように、その測定試料６１の角度（Ｘ線入射角度）を調節する。歪により格子面間隔、あるいは格子面の傾きが変化すると、ブラッグ条件を満たす測定試料６１の回転角が変化する。したがって、測定試料６１の微小回転により、各ポイントにおいて試料回転角と回折Ｘ線強度を求めることによって、断面内での歪の分布を求めることができる。
【０００６】
図２５は、測定試料６１へのシート状Ｘ線ビーム６５の厚みの影響を説明する図である。シート状Ｘ線ビーム６５のビームの厚みは、１０μｍ程度が一般的である。このようにシート状Ｘ線ビーム６５に厚みがあると、図中の点Ａから点Ｂの範囲で回折されたＸ線が、イメージ記録デバイス６２の記録面の１点Ｃに記録されることになり、鮮明な断面像が得られなくなる。そこで、セクショントポグラフィーでは、入射Ｘ線ビーム６４を、シート状Ｘ線ビーム６５のような薄いシート形状断面に整形する必要がある。
【０００７】
（従来例２）
次に、従来の画像処理方法について説明する。医療分野でのＣＴ画像計測、衛星写真画像のなどさまざまな画像計測において、不完全なフォーカシング（ピンボケ）や検出素子の分解能の限界に起因する画像劣化（ぼけ）が発生する。元画像と測定画像の１次元データをそれぞれ
x = [x(1), x(2), ・・・・,x(n)]T … （１）
y = [y(1), y(2), ・・・・,y(n)]T … （２）
で表すと、図１４で示すぼけ関数で画像が劣化する場合、元画像と測定画像との関係は、
y(i) = 0.06 x(i-2) + 0.5 x(i-1) + x(i) + 0.5 x(i+1) + 0.06 x(i+2) … （３）
となる。したがって、式（３）を行列で表現すると、
【０００８】
【数１】
【０００９】
となる。すなわち、
Ax = y … （５）
であり、Ａをぼけ行列と呼ぶ。画像データが２次元の場合、元画像データと測定画像データをそれぞれ
【００１０】
【数２】
【００１１】
で表すと、
AX = Y … （７）
となる。式（７）は、画像行列（６）の列ベクトルデータの劣化過程を示している。
【００１２】
一般に、列ベクトル行ベクトル双方の劣化過程を表すためには、行列データを１つのベクトルデータに並べ替えて式（５）により劣化過程を表す必要がある。しかしながら、この場合、例えば１００×１００画素の画像データに対して、ぼけ行列は要素数１００００×１００００という膨大なものになるといった問題がある。しかし２次元ぼけ関数がガウス関数
【００１３】
【数３】
【００１４】
のように変数分離可能な場合は、列ベクトルと行ベクトルの劣化過程を独立に表現することが可能で、画像劣化は、
ＡXB=Y … （９）
と表現できる（非特許文献２参照）。ここで、Ｂは、行ベクトルデータのぼけ行列である。よって、ＡとＢの逆行列Ａ−１とＢ−１行列により、
X=A-1YB-1 … （１０）
のごとく劣化画像を修復して元画像を得ることが可能である。また、劣化画像の修復に関する問題を解決するために、古くから多くの手法が研究されている。その一つの手法として、チコノフの正則化と呼ばれる方法がある（非特許文献１参照）。この方法では、ある程度の「食い違い」を認めて「不自然さ」との妥協を図る。すなわち、‖Ａｘ−ｙ‖を「食い違い」の尺度、‖ｘ‖を「不自然さ」の尺度とし、‖Ａｘ−ｙ‖２＋α‖ｘ‖２が最小になるようにｘを決定する。ここで、例えばｘに対して ‖ｘ‖２ ＝ ｘ（１） ２ ＋ ｘ（２） ２ ＋ ・・・・＋ｘ（ｎ） ２である。αを大きく設定するほど「不自然さ」を重視することになる。具体的には、ｘ＝Ａ−１ｙの代わりに、
x = (ATA +αI)-1ATy … （１１）
を計算することにより画像修復を実行する。
【００１５】
以上に述べた画像修復法は、医療分野でのＣＴスキャン画像の処理、衛星画像の修復など、広い分野で利用されている。
【００１６】
【特許文献１】特開平８−１２４９８３号公報
【非特許文献１】平岡和幸、堀玄、プログラミングのための線形代数、（２００４）オーム社
【非特許文献２】Ｂ．Ｂ．Ｋｉｍａ，Ｓ．Ｗ．Ｚｕｃｋｅｒ：Ａｎａｌｙｔｉｃ ｉｎｖｅｒｓｅ ｏｆ ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｂｌｕｒ，ＯＰＴＩＣＡ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ， Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１，ｐｐ．１６６−１７６（１９９３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献１に関連する上記従来例１の課題について説明する。従来のＸ線セクショントポグラフィーの課題の１つには、シート状入射ビームの形成に関するものがある。図２４で示したように、Ｘ線セクショントポグラフィーで鮮明な画像を得るためには、入射Ｘ線ビーム６４を薄いシート状のシート状Ｘ線ビーム６５に整形する必要がある。しかし、一般的に、入射Ｘ線ビームの厚みは１０μｍ程度が限界である。その理由の一つは、機械加工により１０μｍ以下のスリットを製作するのが困難なためである。
【００１８】
Ｘ線は物質に対する透過率が高く、例えばセクショントポグラフィーでよく用いられるＥ＝１７．５ｋｅＶ付近のＸ線エネルギー領域において、厚み１００μｍの銅板のＸ線透過率は約１％である。このエネルギー領域の銅製スリットの板厚は、１００μｍ以上でなければならない。従って、１０μｍ以下のスリットでは、アスペクト比（厚みと開口幅の比）が１０以上となり、均等な隙間を有するスリットを製作するのが困難になる。
【００１９】
このように従来のＸ線セクショントポグラフィーでは、入射Ｘ線ビーム６４の厚みを１０μｍ以下にすることができないため、図２５に示したとおり、得られる空間分解能がこのビームサイズの影響を受けて、１μｍ以下の空間分解能を達成することができない。
【００２０】
次に、非特許文献１，２に関連する上記従来例２の課題について説明する。非特許文献２に関連した問題点として、逆行列Ａ−１，Ｂ−１の計算である。一般に、ぼけ行列は、その行列式（例えばｄｅｔ［Ａ］）の値が非常に小さい。ｄｅｔ［Ａ］＝０は不定の条件であり逆行列が存在しないことからわかるように、ｄｅｔ［Ａ］が０に近いと安定した逆行列計算が困難である。
【００２１】
このような場合には、データに含まれる僅かなノイズが原因で修復画像が大きく乱れ、元画像と似ても似つかないものとなることがある。ｄｅｔ［Ａ］の値が小さくなる理由は式（４）からわかるように、隣り合う行、あるいは列が似かよった数値列で構成されているためである（同一列、または同一行が含まれるとｄｅｔ［Ａ］＝０）。このことはぼけ関数に多くの画素が含まれるほど、すなわち、ぼけの大きな画像を修復する場合ほど顕著である。
【００２２】
このように、ぼけ行列の逆行列計算が困難なことが劣化画像修復の大きな課題である。
【００２３】
そこで、本発明の目的は、１μｍ以下の高空間分解能を有するＸ線セクショントポグラフィーを達成して、鮮明で均一な多次元のトポグラフ像を生成することが可能な、Ｘ線トポグラフィー測定装置、および、Ｘ線トポグラフィー測定方法を提供することにある。
【００２４】
また、本発明の他の目的は、劣化画像に対する画像修復処理を精度良く行うことにより、高解像度なトポグラフ像を生成することが可能な、Ｘ線トポグラフィー測定装置、および、Ｘ線トポグラフィー測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、Ｘ線トポグラフィー測定装置であって、Ｘ線ビームを発生するビーム発生手段と、前記発生したＸ線ビームを所定の集光ビーム形状に集光し、該所定の集光ビーム形状に集光された集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させるビーム集光手段と、前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させる媒体移動制御手段と、前記集光Ｘ線ビームが前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内において回折して得られた所定の焦点形状をもつ回折Ｘ線ビームの強度を測定し、該測定した強度に基づいて前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応する多次元のトポグラフ像を生成する像作成手段とを具えたことを特徴とする。
【００２６】
前記ビーム集光手段は、前記発生したＸ線ビームを、直線状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光する直線領域集光手段としてもよい。
【００２７】
前記直線領域集光手段は、１次元フレネルゾーンプレートとしてもよい。
【００２８】
前記ビーム集光手段は、前記発生したＸ線ビームを、点状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光する点領域集光手段としてもよい。
【００２９】
前記点領域集光手段は、２次元フレネルゾーンプレートとしてもよい。
【００３０】
前記点領域集光手段は、楕円ミラーとしてもよい。
【００３１】
前記媒体移動制御手段は、前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む平面内の第１の方向と、該集光Ｘ線ビームに直交する第２の方向とに移動させてもよい。
【００３２】
前記像作成手段は、前記回折Ｘ線ビームの１点の強度を測定する回折強度測定手段を含んでもよい。
【００３３】
前記像作成手段は、くさび状隙間を有するスリットを含んでもよい。
【００３４】
前記像作成手段は、前記回折Ｘ線ビームの強度を測定して生成された前記トポグラフ像に対して、所定のぼけ画像修復処理を行う画像処理手段をさらに具えてもよい。
【００３５】
前記画像処理手段は、前記回折Ｘ線像のＸ線強度信号から、所定の測定画像行列を生成する手段と、前記測定画像行列と、前記くさび状隙間を有するスリットの透過率曲線で決定されるぼけ行列とに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列を生成する手段とを含んでもよい。
【００３６】
本発明は、Ｘ線トポグラフィー測定方法であって、発生したＸ線ビームをビーム集光手段により所定の集光ビーム形状に集光し、該所定の集光ビーム形状に集光された集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させる工程と、前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させる工程と、前記集光Ｘ線ビームが前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内において回折して得られた所定の焦点形状をもつ回折Ｘ線ビームの強度を測定する工程と、前記測定した強度に基づいて前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応する多次元のトポグラフ像を生成する工程とを具えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、所定の集光ビーム形状を有する集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させた状態で、測定用結晶媒体をその集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させ、この移動と共に集光Ｘ線ビームがその測定用結晶媒体の所定の領域内において回折して得られた回折Ｘ線ビームの強度を測定し、測定した強度に基づいて測定用結晶媒体の所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応するトポグラフ像を生成するようにしたので、１μｍ以下の空間分解能を有するＸ線セクショントポグラフィーを得ることが可能となり、これにより、従来のＸ線セクショントポグラフィーにおける入射ビームの厚みに起因する像のボケの問題を解消して、鮮明で均一な多次元のトポグラフ像を生成することができる。
【００３８】
また、本発明によれば、くさび状隙間を有するスリットは鋭い透過率曲線を有するので、該スリットを経由して生成されるトポグラフ画像の解像度を向上させることができる。
【００３９】
さらに、本発明によれば、回折Ｘ線像のＸ線強度信号から、所定の測定画像行列を生成して、測定画像行列と、くさび状隙間を有するスリットの透過率曲線で決定されるぼけ行列とに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列を生成するようにしたので、該スリットのぼけ行列に対して、その逆行列を解析的に容易に求めることができ、これにより、ノイズののったもともと不正確な測定画像に対して画像修復を厳密に効果的に行って、一段と高解像度なトポグラフ像を生成することができる。
【００４０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００４１】
［第１の例］
本発明の第１の実施形態を、図１〜図７に基づいて説明する。
【００４２】
図１は、本発明に係るＸ線トポグラフィー測定装置１００の構成例を示す。
【００４３】
本装置１００は、入射用のＸ線ビーム１を発生するＸ線発生源２０と、Ｘ線ビーム１を直線領域Ｐ（ｅ−ｆを結ぶＸ方向の領域）に集光した集光Ｘ線ビーム６を作成するＸ線集光手段３と、そのＸ線ビーム１の集光された直線領域Ｐ（すなわち、焦線４）の近傍において集光Ｘ線ビーム６を透過させる測定媒体５と、測定媒体５を、集光Ｘ線ビーム６を含む平面（Ｙ−Ｚ平面）内の第１の方向と集光Ｘ線ビーム６に直交する第２の方向（Ｘ方向）とに移動させる移動手段と、測定媒体５内におけるラウエ回折により散乱される回折Ｘ線像１３の１点の強度を測定し、測定媒体５の結晶断面のトポグラフ像を作成する像作成手段８，９，１０とによって構成される。
【００４４】
以下の例では、像作成手段８は横スリット８であり、像作成手段９は縦スリット９であり、像作成手段１０はシンチレーションカウンタ１０である。
【００４５】
図３は、Ｘ線トポグラフィー測定装置１００を用いたＸ線トポグラフィーの測定方法を示す。
【００４６】
ステップＳ１では、発生したＸ線ビーム１をビーム集光手段３により所定の集光ビーム形状（直線領域Ｐ（又は、後述する第２の例では点領域Ｑ）のビーム形状）に集光し、該所定の集光ビーム形状に集光された集光Ｘ線ビーム６を測定媒体５に入射させる。
【００４７】
ステップＳ２では、測定媒体５を、集光Ｘ線ビーム６を含む所定の領域内において複数の方向に移動させる。例えば、測定媒体５を、例えばパルスモータにより駆動する光学ステージ等の移動手段を用いて、集光Ｘ線ビーム６を含む平面（Ｙ−Ｚ平面）内の第１の方向と、集光Ｘ線ビーム６に直交する第２の方向（Ｘ方向）とに移動させる。
【００４８】
ステップＳ３では、集光Ｘ線ビーム６が測定媒体５の上記所定の領域内において回折して得られた回折Ｘ線像１３の１点の強度を、像作成手段８，９によって測定する。ステップＳ４では、測定した強度に基づいて、測定媒体５の所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応するトポグラフ像を像作成手段１０によって作成する。
【００４９】
（具体例）
以下、Ｘ線トポグラフィー測定装置１００を、具体例を挙げて説明する。
【００５０】
Ｘ線発生源２０として、放射光施設において発生する放射光Ｘ線を利用するものとするが、これに限るものではなく、他の発生方法を用いてもよい。
【００５１】
Ｘ線発生源２０から発生したＸ線をモノクロメータで単色化することにより、Ｘ線ビーム１として用いる。
【００５２】
Ｘ線ビーム１は、軌跡ａ−ｂ−ｃ−ｄで示す矩形断面２を有する。ビームサイズはａｂ＝２００μｍ、ａｄ＝５００μｍである。本例において、フォトンエネルギーはＥ＝１５ｋｅＶである。
【００５３】
直線フォーカスのためのＸ線集光手段３として、Ｘ線ビーム１の断面２を一方向にのみ縮小して、軌跡ｅ−ｆで示す焦線４上に集光するための１次元フレネルゾーンプレート（以下、１Ｄゾーンプレート）３を用いる。
【００５４】
１Ｄゾーンプレート３は、ＳｉＮ層（厚み２μｍ）の上に形成したＴａ膜（厚み２μｍ）にゾーンプレートのパターンを電子線描画したものである。
【００５５】
１Ｄゾーンプレート３のサイズは、Ｘ線ビーム１の断面２とほぼ同一で、最外部パターンの線幅ΔｒＮは０．２μｍ、焦点距離ｆは５００ｍｍである。
【００５６】
１Ｄゾーンプレート３は、シリンドリカルレンズと同等の機能を有する。Ｘ線ビーム１が、この１Ｄゾーンプレート３を通過すると、集光Ｘ線ビーム６となって伝播し、測定試料５の直前に置いたゼロ次光除去用スリット（後述する図２参照）を通って、直線領域Ｐとしての焦線４上にラインフォーカスされる。なお、ゼロ次光除去用スリットの配置および機能については、図２で詳述する。
【００５７】
測定媒体としての測定結晶５には、Ｓｉ（１００）ウエハを用いる。測定結晶５は、その内部に焦線４が位置するように配置する。
【００５８】
図２は、そのＸ線トポグラフィー測定装置１００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するＸ方向（Ａ矢印方向）から見た図である。ゾーンプレートを理想レンズと仮定した場合の集光サイズは、光源の大きさＳ、光源からゾーンプレートまでの距離Ｌ、および焦点距離ｆによりＷ＝Ｓ×ｆ／Ｌで表される。本例の場合、縦方向（図１のＹ方向）の光源サイズＳｙ＝５μｍ、Ｌ＝５０ｍ、ｆ＝０．５ｍであるから、縦方向（Ｙ方向）の集光サイズはＷｙ＝Ｓｙ×ｆ／Ｌ＝０．０５μｍとなる。
【００５９】
一方、ゾーンプレートのレンズとしての分解能はδ＝１．２２ΔｒＮ＝０．２４μｍであり、δ＞Ｗｙであるため、本例のラインフォーカスされた集光Ｘ線ビーム６の集光ビームサイズは、事実上ゾーンプレートの分解能で決まり、０．２〜０．３μｍとなる。
【００６０】
図４は、測定結晶５に入射する集光Ｘ線ビーム６の形状を示す。
【００６１】
集光Ｘ線ビーム６のサイズは、試料である測定結晶５内で厳密には一定ではないが、以下に示す視点を固定して、測定結晶５を２次元的に移動する方法で均一なトポグラフ像を得ることができる。これにより、距離Ａ’Ｂ’よって発生するボケを１μｍ以下とすることができる。
【００６２】
次に、図２に示すゼロ次光除去用スリット１１の機能を、測定結晶５との移動に関連して説明する。
【００６３】
１Ｄゾーンプレート３は、回折素子であるため、理想的に機能しても回折次数±１、±３、±５、・・・の回折光を発生する。
【００６４】
また、実際には、回折されない光（０次光）１２も存在する。これらの光の中で、目的の集光Ｘ線ビーム６は＋１次光のみであるため、これ以外の光を除去する目的でゼロ次光除去用スリット１１を用いる。ゼロ次光除去用スリット１１のサイズは１０μｍで、測定結晶５の直前１０ｍｍの位置にセットした。
【００６５】
図１および図２に示す構成において、回折条件はＳｉ（６６０）反射であり、回折Ｘ線像１３は２θ＝８０．５°の方向へ反射される。回折Ｘ線像１３は、測定結晶５内の斜線で示した断面のセクショントポグラフィーである。
【００６６】
セクショントポグラフィーを測定するためには、Ｙ−Ｚ面内（図２参照）の１方向と、Ｘ方向（紙面に垂直方向）のパルスモータ駆動のステージによる２次元スキャンで測定する。
【００６７】
このセクショントポグラフィーの１点の強度を測定するために、横スリット８と縦スリット９で回折Ｘ線像１３を切り出し、その強度をシンチレーションカウンタ１０で測定しつつ試料位置をスキャンすることによって、トポグラフ像を生成する。
【００６８】
図５は、横Ｖスリット８の構成例を示す。横Ｖスリット８の谷は、図2のζ方向（紙面
に垂直）である。
【００６９】
図６は、そのスリット８の入射Ｘ線に対する透過率特性を示す。図中のξは、図2、図5のξ方向に対応している。
【００７０】
Ｖスリット８，９の特徴は、片側面３１を閉じたくさび状スリット３０として形成され、くさび状隙間の先端位置Ｒの閉じた片側面３１からＸ線を入射する点にある。Ｘ線の透過率は、透過距離の指数関数となるため、このような隙間の透過率曲線は鋭く尖った形状となる。
【００７１】
図６は、鉄製のくさびスリット３０を開口角３°とした場合の透過率曲線を示す。半値幅（Ｘ線強度の透過率が０．５となるビーム幅）は、０．８μｍである。この０．８μｍのビーム幅内に、このようにくさび状スリット３０を横スリット８および縦スリット９として構成することにより、１μｍ以下の空間分解能によるトポグラフ像の測定が可能となる。Ｘ線回折像１３を、くさび形隙間の閉じた片側面３１から入射する理由は、多重反射を防ぐためである。
【００７２】
縦Ｖスリット９は横Ｖスリットと直交しており、図５、図６のξをζと置き換えたものが、それぞれ縦Ｖスリット９の構成例と透過率特性となる。
【００７３】
上述した例におけるラインフォーカス方式では、図１のＹ方向にのみＸ線ビーム１を集光するため、Ｘ方向については平行ビームのままである。
【００７４】
従って、本例では、回折Ｘ線像１３の発散角が小さく、生成されるトポグラフ像の解像度が高く得られるという利点がある。
【００７５】
また、本例によるＸ線トポグラフィー装置１００では、入射するＸ線ビーム１を直線領域Ｐに集光し、この集光Ｘ線ビーム６を測定結晶５に透過させる。集光Ｘ線ビーム６のビームサイズは１μｍ以下とすることが可能なため、従来のＸ線セクショントポグラフィーに見られる像のボケを最小限に抑えることができる。
【００７６】
しかし、Ｘ線ビーム１が焦線４近傍の微小領域に集中するため、通常のセクショントポグラフィーのように写真フィルム等で回折像を記録すると、焦線４付近のみが明るく写って均一な断面像が得られない。
【００７７】
そこで、本例では、図７に示すように、くさび状スリット３０からなる横スリット８、縦スリット９を用いて、回折Ｘ線像１３の焦線４付近で回折された部分の強度を測定するような配置とする。
【００７８】
さらに、例えばパルスモータにより駆動する光学ステージ等の移動手段によって、測定結晶５の位置を所定の領域内（集光Ｘ線ビーム６を含む平面（Ｙ−Ｚ平面）内の第１の方向と、集光Ｘ線ビーム６に直交する第２の方向（Ｘ方向））において変化させる。
【００７９】
これにより、測定結晶５の切断面形状の所定の位置に対応した回折Ｘ線強度を測定することができるため、鮮明で均一な多次元のトポグラフ像を生成することができる。
【００８０】
［第２の例］
本発明の第２の実施の形態を、図８〜図１０に基づいて説明する。
【００８１】
なお、前述した第１の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００８２】
図８は、本発明に係るＸ線トポグラフィー測定装置２００の構成例を示す。
【００８３】
本装置２００は、入射用のＸ線ビーム３１を発生するＸ線発生源２０（図１参照）と、Ｘ線ビーム３１を点領域Ｑ（すなわち、焦点３４）に集光した集光Ｘ線ビーム６を作成するＸ線集光手段３３と、そのＸ線ビーム３１の集光された点領域Ｑの近傍において集光Ｘ線ビーム６を透過させる測定媒体５０と、測定媒体５０を、集光Ｘ線ビーム６を含む平面（Ｙ−Ｚ平面）内の第１の方向と集光Ｘ線ビーム６に直交する第２の方向（Ｘ方向）とに移動させる移動手段と、測定媒体５０内におけるラウエ回折により散乱される回折Ｘ線像１３の１点の強度を測定し、測定媒体５０の結晶断面形状に対応したトポグラフ像を作成する像作成手段８，９，１０とによって構成される。
【００８４】
（具体例）
以下、Ｘ線トポグラフィー測定装置２００を、具体例を挙げて説明する。本例では、Ｘ線ビーム３１を、点領域Ｑとしての焦点３４に集光する点フォーカスの例である。
【００８５】
フォトンエネルギーは、Ｅ＝１５ｋｅＶである。
【００８６】
点フォーカスのためのＸ線集光手段３３として、２次元フレネルゾーンプレート３３（以下２Ｄゾーンプレート３３は、ＳｉＮ層（厚み２μｍ）の上に形成したＴａ膜（厚み２μｍ）に同心円のゾーンプレートパターンが電子線描画されている。最外周パターン線幅は０．２μｍ、焦点距離は５００ｍｍである。
【００８７】
Ｘ線ビーム３１は、２Ｄゾーンプレート３３を通過すると、集光Ｘ線ビーム３６となって伝播し、ゼロ次光除去用ピンホール（図９で説明）を通って、焦点３４上にフォーカスされる。
【００８８】
本例における縦方向（Ｙ方向）の集光サイズは、図１、図２と同様で、０．２μｍである。
【００８９】
一方、光源の横方向のサイズはＳｘ＝３００μｍと大きいため、Ｗｘ＝Ｓｘ×ｆ／Ｌ＝３μｍ、となる。この場合、Ｗｘ＞δであるため、横方向（Ｘ方向）の集光サイズはＷｘ＝３μｍである。
【００９０】
測定結晶５０とＸ線ビーム３１との関係は、前述した図４と同様であり、本例においても距離Ａ’Ｂ’よって発生するボケを１μｍ以下とすることができる。
【００９１】
測定結晶５０としては、Ｓｉ（１００）ウエハを用いる。測定結晶５０は、その内部に焦点３４が位置するように配置する。回折条件は、Ｓｉ（６６０）反射であり、回折Ｘ線像４３は２θ ＝８０．５°の方向へ反射される。
【００９２】
図９は、そのＸ線トポグラフィー測定装置２００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するＸ方向（Ａ矢印方向）から見た図である。
【００９３】
４１は、φ１０μｍのゼロ次光除去用ピンホールである。
【００９４】
本例でも、横スリット８および縦スリット９を、くさび状スリット３０の構造として形成することにより、回折Ｘ線像４３の１点の強度を測定し、Ｙ−Ｚ面内（図９参照）の１方向と、Ｘ方向（紙面に垂直方向）との２次元スキャンによってトポグラフ像を生成する。
【００９５】
本例では、Ｘ線ビーム３１を点フォーカスするため、試料結晶内におけるＸ線強度を大きくすることが可能である。
【００９６】
従って、前述した第１の例に比べて、トポグラフ像の測定に要する時間を一段と短縮することができる利点がある。
【００９７】
また、本例によるＸ線トポグラフィー装置２００では、入射するＸ線ビーム１を点領域Ｑに集光し、この集光Ｘ線ビーム６を測定結晶５に透過させる。集光Ｘ線ビーム６のビームサイズは１μｍ以下とすることが可能なため、従来のＸ線セクショントポグラフィーに見られる像のボケを最小限に抑えることができる。
【００９８】
しかし、Ｘ線ビーム１が焦点３４近傍の微小領域に集中するため、通常のセクショントポグラフィーのように写真フィルム等で回折像を記録すると、焦点３４付近のみが明るく写って均一な断面像が得られない。
【００９９】
そこで、本例では、図１０に示すように、くさび状スリット３０からなる横スリット８、縦スリット９を用いて、回折Ｘ線像１３の焦点３４付近で回折された部分の強度を測定するような配置とする。
【０１００】
さらに、例えばパルスモータにより駆動する光学ステージ等の移動手段によって、測定結晶５の位置を所定の領域内（集光Ｘ線ビーム６を含む平面（Ｙ−Ｚ平面）内の第１の方向と、集光Ｘ線ビーム６に直交する第２の方向（Ｘ方向））において変化させる。
【０１０１】
これにより、測定結晶５の切断面形状の所定の位置に対応した回折Ｘ線強度を測定することができるため、鮮明で均一な多次元のトポグラフ像を生成することができる。
【０１０２】
以上の例では、Ｘ線ビーム１の集光手段としてフレネルゾーンプレートを用いて説明したが、これに限るものではなく、例えば円筒鏡のような反射型の集光手段を用いることも可能である。また、トポグラフ像の強度を測定する目的で、上記例に用いたくさびスリット以外に、通常の突合せ板型のスリット、あるいはピンホールを用いることも可能である。
【０１０３】
［第３の例］
本発明の第３の実施形態を、図１１〜図１４に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１０４】
本例では、像作成手段８，９としてのくさび状隙間を有するスリット（以下、Ｖスリット８，９という）のぼけ関数が画像修復に極めて適していることに着目し、Ｖスリット８，９により再構成されたトポグラフィー画像に対して、ぼけ画像修復処理を適用する。
【０１０５】
図１１は、本発明に係るＸ線トポグラフィー測定装置１００の構成例を示す。
【０１０６】
図１２は、Ｘ線トポグラフィー測定装置１００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するＹ方向（X矢印方向）図１とは異なる方向から見た構成図を示す。
【０１０７】
本例は、前述した図１に示した第１の例の変形例であり、像作成手段８，９，１０の後段に、像作成手段９０をさらに設けた場合の例である。
【０１０８】
像作成手段９０は、Ｖスリット８，９を通過することにより生成されたトポグラフ像に対して、所定のぼけ画像修復処理を行う画像処理手段（以下、画像処理部９０という）からなる。
【０１０９】
この画像処理部９０は、回折Ｘ線像のＸ線強度信号から、所定の測定画像行列を生成する第１の処理部９１と、測定画像行列と、くさび状隙間を有するスリットの透過率曲線で決定されるぼけ行列とに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列を生成する第２の処理部９２とからなる。
【０１１０】
Ｘ線トポグラフィー測定装置１００を用いたＸ線トポグラフィーの測定方法は、前述した図３と同様に行うことができる。
【０１１１】
すなわち、図３において、ステップＳ１〜ステップＳ２を同様に処理する。その後、ステップＳ３では、集光Ｘ線ビーム６が測定媒体５の上記所定の領域内において回折して得られた回折Ｘ線像１３の１点の強度を、像作成手段８，９，１０，９０によって測定する。ステップＳ４では、測定した強度に基づいて、測定媒体５の所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応するトポグラフ像を像作成手段９０によって作成する。
【０１１２】
（画像処理）
画像処理部９０の機能について説明する。
【０１１３】
図１３は、画像処理部９０の機能を示したものである。
【０１１４】
第１の処理部９１は、パルスモータ（図示せず）により駆動される試料の位置座標（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）と、シンチレーションカウンタ１０からのＸ線強度信号から測定画像行列Ｙを生成する部分である。
【０１１５】
第２の処理部９２は、前述した式（１０）により、ぼけ修復処理を実行し、修復画像行列Ｘを生成する部分である。
【０１１６】
図１４は、図６の透過率曲線に対応してシンチレーションカウンタ１０から得られた、画素位置に対するＸ線強度信号の波形を示す。
【０１１７】
以下、第２の処理部９２の機能を詳細に説明する。ξを図５のξ方向の距離にとると、横Ｖスリット８の透過率曲線は、
【０１１８】
【数４】
【０１１９】
で表される。ここで、Ｔ１は横スリットの透過率、μはＸ線吸収率、δはＶスリットの開口角である。
【０１２０】
また、図５の紙面に垂直方向の距離をζとすると、縦Ｖスリット９の透過率曲線は、
【０１２１】
【数５】
【０１２２】
となる。したがって、ぼけ関数Ｔは、
【０１２３】
【数６】
【０１２４】
となる。
【０１２５】
すなわち、ぼけ関数Ｔは、変数分離型となって、前述した式（１０）による画像修復が可能である。
【０１２６】
次に、Ｔ１に関して、
【０１２７】
【数７】
【０１２８】
とおく。
【０１２９】
ここで、ξ１は隣接画素間の距離、具体的には、パルスモータによる試料移動の１ステップ距離である。Ｖスリット８，９のぼけ行列をｂで表すと、
【０１３０】
【数８】
【０１３１】
となる。そして都合のよいことに、この形の行列の逆行列は、
【０１３２】
【数９】
【０１３３】
となる。
【０１３４】
本例において、横Ｖスリット８および縦Ｖスリット９の開口角δは、等しい。
【０１３５】
また、ξ方向およびζ方向の試料移動のステップを等しくとったので、Ａ＝Ｂである。したがって、
Ｘ = Ａ−１Ｙ Ａ−１ … （１８）
により、画像修復処理を行う。
【０１３６】
本例における画像修復処理の計算では、従来技術において最大の課題であった逆行列計算が不要である。
【０１３７】
式（１６）、式（１７）の関係は、周知の内容であるが、本例では、Ｖスリット８，９がこの関係を物理的に実現する手段であることに着目した。
【０１３８】
Ｖスリット８，９の特長は、まず透過率曲線が図６のごとく鋭いピークを有する（式（１６）の対角要素が大きく単位行列に近い）ことから、測定画像Ｙ自体が高い解像度を有することである。
【０１３９】
以上より、Ｖスリット８，９のぼけ修復処理に適していることから、高解像度な修復画像Ｘを得ることが可能となる。
【０１４０】
［第４の例］
本発明の第４の実施形態を、図１５および図１６に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１４１】
図１４は、本発明に係るＸ線トポグラフィー測定装置１００の構成例を示す。
【０１４２】
図１５は、Ｘ線トポグラフィー測定装置１００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するＸ方向（Ａ矢印方向）から見た構成図を示す。
【０１４３】
本例は、前述した図８に示した第２の例の変形例であり、像作成手段８，９，１０の後段に、像作成手段９０をさらに設けた場合の例である。
【０１４４】
像作成手段９０は、前述した第３の例と同様に、第１の処理部９１と第２の処理部９２とを有する画像処理部９０として構成される。
【０１４５】
本例においても、前述した第３の例と同様に処理することにより、Ｖスリット８，９は鋭い透過率曲線を有するので、該Ｖスリット８，９を経由して生成されるトポグラフ画像を、高解像度のものとすることができる。
【０１４６】
また、第１の処理部９１により、回折Ｘ線像のＸ線強度信号から、所定の測定画像行列Ｙを生成し、第２の処理部９２により、測定画像行列Ｙと、Ｖスリット８，９の透過率曲線で決定されるぼけ行列Ａ，Ｂとに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列Ｘを生成するようにしたので、Ｖスリット８，９のぼけ行列Ａ，Ｂに対しては、その逆行列Ａ−１，Ｂ−１が解析的に容易に求めることができる。
【０１４７】
これにより、ノイズののったもともと不正確な測定画像に対しても、画像修復を厳密に効果的に行うことができ、一段と高解像度なトポグラフ像を生成することができる。
【０１４８】
［第５の例］
本発明の第５の実施形態を、図１７〜図２３に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１４９】
図１７は、本発明に係るＸ線トポグラフィー測定装置３００の構成例を示す。
【０１５０】
図１８は、Ｘ線トポグラフィー測定装置３００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するX方向（Ａ矢印方向）から見た構成図を示す。
【０１５１】
本例は、前述した図８，９に示した第２の例、および図１５，１６に示した第４の例の変形例である。
【０１５２】
Ｘ線集光手段として、２Ｄゾーンプレートの代わりに、楕円ミラー９３を用いる。
【０１５３】
像作成手段としての横Ｖスリット８とシンチレーションカウンタ１０の後段に、画像処理を行うための像作成手段９０をさらに設けた。
【０１５４】
Ｘ線トポグラフィー測定装置３００を用いたＸ線トポグラフィーの測定方法は、前述した図３と同様に行うことができる。
【０１５５】
すなわち、図３において、ステップＳ１〜ステップＳ２を同様に処理する。その後、ステップＳ３では、集光Ｘ線ビーム６が測定媒体５の上記所定の領域内において回折して得られた回折Ｘ線像１３の１点の強度を、像作成手段８，１０，９０によって測定する。ステップＳ４では、測定した強度に基づいて、測定媒体５０の所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応するトポグラフ像を像作成手段９０によって作成する。
【０１５６】
（具体例）
以下、Ｘ線トポグラフィー測定装置３００を、具体例を挙げて説明する。
【０１５７】
矩形断面ａ−ｂ−ｃ−ｄを有するＸ線ビーム３１を得る手段は、前述した第１の例〜第４の例と同様である。
【０１５８】
Ｘ線ビーム３１のサイズはａｂ＝２００μｍ、ｃｄ＝２００μｍ、フォトンエネルギーは、Ｅ＝１５ｋｅＶである。
【０１５９】
点フォーカスのためのＸ線集光手段９３として、シリコンに白金Ｐｔをコートした楕円面ミラーを用い、この楕円ミラー９３にＸ線ビーム３１を全反射臨界角以下の低視斜角で入射させ、反射させることによりＸ線ビーム３１を点領域Ｑ（すなわち、焦点３４）に集光した。
【０１６０】
楕円ミラー９３の焦点距離は５００ｍｍである。集光サイズはＷｘ、Ｗｙとも１〜２μｍであった。
【０１６１】
本例では、ＷｘがＸ方向とＹ方向に要求される分解能を十分満たすため、Ｖスリットとして、Ｚ方向の分解能を上げるための横Ｖスリット８のみを用いた。
【０１６２】
本例で用いた試料（測定媒体５０）は４Ｈ−ＳｉＣ基板上にＳｉＣエピ層を形成し、ｐ−ｎダイオードを形成したものである（後述）。
【０１６３】
図１８は、Ｘ線トポグラフィー測定装置３００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するＸ方向（Ａ矢印方向）から見た図である。
【０１６４】
楕円ミラー９３は断面図で示したように反射面が楕円体形状を有し、入射Ｘ線ビーム３１が反射して焦点Ｑ（３４）に収束する。楕円ミラー９３による集光では，図９，１６におけるゼロ次光除去用ピンホール４１は不要である。
【０１６５】
回折Ｘ線４３の一部が横Ｖスリット８を経由してシンチレーションカウンタ１０に達してその強度が測定される。
【０１６６】
測定媒体５０の位置をスキャンしてトポグラフ像を得る仕組みは、前述した第１の例〜第４の例と同様である。ただし、本実施例では新たに図１８に示した座標軸Ｘ−Ｙ’−Ｚ’を定義し、この座標軸に平行に測定媒体５０をスキャンした。
【０１６７】
すなわち、図３のステップＳ２において，第１の方向はＺ’方向でスキャンのキザミは０．５μｍ、第２の方向はＸ方向でスキャンのキザミは１μｍある。ここで、新座標軸のＹ’は測定媒体５０の表面に平行、Ｚ’は垂直な座標軸である。
【０１６８】
図１９は、測定用媒体５０の断面構造を示す。
【０１６９】
この試料は４Ｈ−ＳｉＣ基板５００のＳｉ面側にＳｉＣエピ層５０１を成長させ、表面付近にｐ−ｎダイオードを形成したものである。図の５０３はｎ層，５０４はｐ層である。
【０１７０】
エピ層の厚みは約６．７μｍ、ｐ−ｎ界面は表面から約１．４μｍの位置にある。六方晶のｃ軸は＜１１−２０＞方向に８°（ｏｆｆ角）傾いている。
【０１７１】
ＳｉＣは次世代半導体材料として最も有望な材料の一つであるが、その実用化の最大の課題は結晶欠陥の低減である。本実施例では結晶欠陥の一種であるらせん転位の連続性を評価する目的で本発明を適用した。
【０１７２】
図２０は、らせん転位のＸ−Ｚ’断面のトポグラフ像を等高線図として表したものである。
【０１７３】
このトポグラフ像は画像処理部９０を用いることなく得たものである。らせん転位中心部は結晶歪みは、きわめて大きいため、回折条件が満たされず、このような回折光強度の空洞が観測される。
【０１７４】
空洞の傾きはｏｆｆ（８°）によく一致している。この結果はらせん転位が基板からエピ層まで連続していることを示している。
【０１７５】
図２１は、図２０のＸ＝１８μｍにおけるラインプロファイルとその差分曲線である。測定媒体表面における差分曲線のピーク幅が空間分解能を表していて、図２１では約２．２μｍである。
【０１７６】
この空間分解能はらせん転位評価には十分であるが、デバイス構造、特に積層構造との関係を評価するためには空間分解能をさらに改善する必要がある。
【０１７７】
そこで、デバイスの積層構造とトポグラフ像との対応を評価するため、画像処理部９０によりＺ’方向の画像処理を行った。
【０１７８】
具体的には、図２１の差分曲線を図６の透過率曲線でフィットすることによりｂ＝０．６６と推定し、式１７により求めたＡ−１を用いて、
Ｘ = Ａ−１Ｙ … （１９）
により元画像行列Ｙから修復画像行列Ｘを計算した。
【０１７９】
図２２は、画像修復の結果を示す。
【０１８０】
元画像と比較すると修復画像は測定媒体表面の鮮明度が大幅に改善されたことがわかる。さらにｐ／ｎ界面とエピ／基板界面が識別できるようになり、積層構造と歪みとの関係を評価することが可能になった。
【０１８１】
図２３は、修復画像のラインプロファイルと差分曲線である。
【０１８２】
差分曲線ピークの幅は約０．５μｍであり、元画像の２．２μｍが大幅に改善されたことがわかる。
【０１８３】
このように本発明によるＸ線トポグラフィー装置は、画像修復手段９０を追加することにより、空間分解能を大幅に改善することが可能となる。
【０１８４】
これにより、ノイズののったもともと不正確な測定画像に対しても、画像修復を厳密に効果的に行うことができ、一段と高解像度なトポグラフ像を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】本発明の第１の実施の形態である、Ｘ線トポグラフィー測定装置の構成例を示す構成図である。
【図２】Ｘ線トポグラフィー測定装置を、図１とは異なる方向から見た構成図である。
【図３】Ｘ線トポグラフィー測定方法を示すフローチャートである。
【図４】測定結晶に入射する集光Ｘ線ビームの形状を示す説明図である。
【図５】くさび状のスリットを示す構成図である。
【図６】スリットの入射Ｘ線に対する透過率特性を示す特性図である。
【図７】回折Ｘ線像の強度を測定するスリットの配置例を示す構成図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態である、Ｘ線トポグラフィー測定装置の構成例を示す構成図である。
【図９】Ｘ線トポグラフィー測定装置を、図８とは異なる方向から見た構成図である。
【図１０】回折Ｘ線像の強度を測定するスリットの配置例を示す構成図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態である、Ｘ線トポグラフィー測定装置の構成例を示す構成図である。
【図１２】Ｘ線トポグラフィー測定装置を、図１１とは異なる方向から見た構成図である。
【図１３】画像処理部の機能を説明するブロック図である。
【図１４】図６の透過率曲線に対応してシンチレーションカウンタから得られた、画素位置に対するＸ線強度信号の波形を示す説明図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態である、Ｘ線トポグラフィー測定装置の構成例を示す構成図である。
【図１６】Ｘ線トポグラフィー測定装置を、図１５とは異なる方向から見た構成図である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態である、Ｘ線トポグラフィー測定装置の構成例を示す構成図である。
【図１８】Ｘ線トポグラフィー測定装置を、図１７とは異なる方向から見た構成図である。
【図１９】測定用媒体の断面構造を示す断面図である。
【図２０】らせん転位のＸ−Ｚ’断面のトポグラフ像を等高線図として表した説明図である。
【図２１】図２０のＸ＝１８におけるラインプロファイルとその差分曲線を示す説明図である。
【図２２】画像修復の結果を示す説明図である。
【図２３】修復画像のラインプロファイルと差分曲線を示す説明図である。
【図２４】従来のセクショントポグラフィー装置の例を示す構成図である。
【図２５】測定試料への入射Ｘ線ビームの厚みの影響を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１８６】
１ Ｘ線ビーム
３ Ｘ線集光手段（１次元フレネルゾーンプレート）
４ 焦線（直線領域Ｐ）
５ 測定媒体（測定結晶）
６ 集光Ｘ線ビーム
８，９ 像作成手段（横スリット、縦スリット）
１０ 像作成手段（シンチレーションカウンタ）
１３ 回折Ｘ線像
２０ Ｘ線発生源
３０ くさび状スリット
３１ Ｘ線ビーム
３３ Ｘ線集光手段（２次元フレネルゾーンプレート）
３４ 焦点（点領域Ｑ）
３５ 測定媒体（測定結晶）
３６ 集光Ｘ線ビーム
４３ 回折Ｘ線像
５０ 測定媒体（試料）
６４ 入射Ｘ線ビーム
６５ シート状Ｘ線ビーム
９０ 像作成手段（画像処理部）
９１ 像作成手段（第１の処理部）
９２ 像作成手段（第２の処理）
９３ Ｘ線集光手段（楕円ミラー）
１００，２００，３００ Ｘ線トポグラフィー測定装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線トポグラフィー測定装置であって、
Ｘ線ビームを発生するビーム発生手段と、
前記発生したＸ線ビームを所定の集光ビーム形状に集光し、該所定の集光ビーム形状に集光された集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させるビーム集光手段と、
前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させる媒体移動制御手段と、
前記集光Ｘ線ビームが前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内において回折して得られた所定の焦点形状をもつ回折Ｘ線ビームの強度を測定し、該測定した強度に基づいて前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応する多次元のトポグラフ像を生成する像作成手段と
を具えたことを特徴とするＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項２】
前記ビーム集光手段は、前記発生したＸ線ビームを、直線状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光する直線領域集光手段からなることを特徴とする請求項１記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項３】
前記直線領域集光手段は、１次元フレネルゾーンプレートからなることを特徴とする請求項２記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項４】
前記ビーム集光手段は、前記発生したＸ線ビームを、点状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光する点領域集光手段からなることを特徴とする請求項１記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項５】
前記点領域集光手段は、２次元フレネルゾーンプレートからなることを特徴とする請求項４記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項６】
前記点領域集光手段は、楕円ミラーからなることを特徴とする請求項４記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項７】
前記媒体移動制御手段は、前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む平面内の第１の方向と、該集光Ｘ線ビームに直交する第２の方向とに移動させることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項８】
前記像作成手段は、前記回折Ｘ線ビームの１点の強度を測定する回折強度測定手段を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項９】
前記像作成手段は、くさび状隙間を有するスリットを含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項１０】
前記像作成手段は、
前記回折Ｘ線ビームの強度を測定して生成された前記トポグラフ像に対して、所定のぼけ画像修復処理を行う画像処理手段をさらに具えたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項１１】
前記画像処理手段は、
前記回折Ｘ線像のＸ線強度信号から、所定の測定画像行列を生成する手段と、
前記測定画像行列と、前記くさび状隙間を有するスリットの透過率曲線で決定されるぼけ行列とに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列を生成する手段と
を含むことを特徴とする請求項１０記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項１２】
Ｘ線トポグラフィー測定方法であって、
発生したＸ線ビームをビーム集光手段により所定の集光ビーム形状に集光し、該所定の集光ビーム形状に集光された集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させる工程と、
前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させる工程と、
前記集光Ｘ線ビームが前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内において回折して得られた所定の焦点形状をもつ回折Ｘ線ビームの強度を測定する工程と、
前記測定した強度に基づいて前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応する多次元のトポグラフ像を生成する工程と
を具えたことを特徴とするＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項１３】
前記発生したＸ線ビームを、直線状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光することを特徴とする請求項１２記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項１４】
前記発生したＸ線ビームを、１次元フレネルゾーンプレートに導くことにより、前記直線領域の集光ビーム形状の集光Ｘ線ビームに集光することを特徴とする請求項１３記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項１５】
前記発生したＸ線ビームを、点状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光することを特徴とする請求項１２記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項１６】
前記Ｘ線ビームを、２次元フレネルゾーンプレートに導くことにより、前記点領域の集光ビーム形状の集光Ｘ線ビームに集光することを特徴とする請求項１５記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項１７】
前記Ｘ線ビームを、楕円ミラーに導くことにより、前記点領域の集光ビーム形状の集光Ｘ線ビームに集光することを特徴とする請求項１５記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項１８】
前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む平面内の第１の方向と、該集光Ｘ線ビームに直交する第２の方向とに移動させることを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項１９】
前記測定する工程は、前記回折Ｘ線像の１点の強度を測定することを特徴とする請求項１２ないし１８のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項２０】
前記測定する工程は、前記回折Ｘ線像がくさび状隙間を有するスリットを通過することによって該回折Ｘ線ビームの１点の強度を測定することを特徴とする請求項１２ないし１９のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項２１】
前記トポグラフ像を生成する工程は、前記回折Ｘ線ビームの強度を測定して生成された前記トポグラフ像に対して、所定のぼけ画像修復処理を行う画像処理工程をさらに具えたことを特徴とする請求項１２ないし２０のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項２２】
前記画像処理工程は、
前記回折Ｘ線ビームのＸ線強度信号から、所定の測定画像行列を生成する工程と、
前記測定画像行列と、前記くさび状隙間を有するスリットの透過率曲線で決定されるぼけ行列とに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列を生成する工程と
を含むことを特徴とする請求項２１記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項１】
Ｘ線トポグラフィー測定装置であって、
Ｘ線ビームを発生するビーム発生手段と、
前記発生したＸ線ビームを所定の集光ビーム形状に集光し、該所定の集光ビーム形状に集光された集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させるビーム集光手段と、
前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させる媒体移動制御手段と、
前記集光Ｘ線ビームが前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内において回折して得られた所定の焦点形状をもつ回折Ｘ線ビームの強度を測定し、該測定した強度に基づいて前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応する多次元のトポグラフ像を生成する像作成手段と
を具えたことを特徴とするＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項２】
前記ビーム集光手段は、前記発生したＸ線ビームを、直線状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光する直線領域集光手段からなることを特徴とする請求項１記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項３】
前記直線領域集光手段は、１次元フレネルゾーンプレートからなることを特徴とする請求項２記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項４】
前記ビーム集光手段は、前記発生したＸ線ビームを、点状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光する点領域集光手段からなることを特徴とする請求項１記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項５】
前記点領域集光手段は、２次元フレネルゾーンプレートからなることを特徴とする請求項４記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項６】
前記点領域集光手段は、楕円ミラーからなることを特徴とする請求項４記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項７】
前記媒体移動制御手段は、前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む平面内の第１の方向と、該集光Ｘ線ビームに直交する第２の方向とに移動させることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項８】
前記像作成手段は、前記回折Ｘ線ビームの１点の強度を測定する回折強度測定手段を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項９】
前記像作成手段は、くさび状隙間を有するスリットを含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項１０】
前記像作成手段は、
前記回折Ｘ線ビームの強度を測定して生成された前記トポグラフ像に対して、所定のぼけ画像修復処理を行う画像処理手段をさらに具えたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項１１】
前記画像処理手段は、
前記回折Ｘ線像のＸ線強度信号から、所定の測定画像行列を生成する手段と、
前記測定画像行列と、前記くさび状隙間を有するスリットの透過率曲線で決定されるぼけ行列とに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列を生成する手段と
を含むことを特徴とする請求項１０記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項１２】
Ｘ線トポグラフィー測定方法であって、
発生したＸ線ビームをビーム集光手段により所定の集光ビーム形状に集光し、該所定の集光ビーム形状に集光された集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させる工程と、
前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させる工程と、
前記集光Ｘ線ビームが前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内において回折して得られた所定の焦点形状をもつ回折Ｘ線ビームの強度を測定する工程と、
前記測定した強度に基づいて前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応する多次元のトポグラフ像を生成する工程と
を具えたことを特徴とするＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項１３】
前記発生したＸ線ビームを、直線状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光することを特徴とする請求項１２記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項１４】
前記発生したＸ線ビームを、１次元フレネルゾーンプレートに導くことにより、前記直線領域の集光ビーム形状の集光Ｘ線ビームに集光することを特徴とする請求項１３記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項１５】
前記発生したＸ線ビームを、点状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光することを特徴とする請求項１２記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項１６】
前記Ｘ線ビームを、２次元フレネルゾーンプレートに導くことにより、前記点領域の集光ビーム形状の集光Ｘ線ビームに集光することを特徴とする請求項１５記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項１７】
前記Ｘ線ビームを、楕円ミラーに導くことにより、前記点領域の集光ビーム形状の集光Ｘ線ビームに集光することを特徴とする請求項１５記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項１８】
前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む平面内の第１の方向と、該集光Ｘ線ビームに直交する第２の方向とに移動させることを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項１９】
前記測定する工程は、前記回折Ｘ線像の１点の強度を測定することを特徴とする請求項１２ないし１８のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項２０】
前記測定する工程は、前記回折Ｘ線像がくさび状隙間を有するスリットを通過することによって該回折Ｘ線ビームの１点の強度を測定することを特徴とする請求項１２ないし１９のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項２１】
前記トポグラフ像を生成する工程は、前記回折Ｘ線ビームの強度を測定して生成された前記トポグラフ像に対して、所定のぼけ画像修復処理を行う画像処理工程をさらに具えたことを特徴とする請求項１２ないし２０のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項２２】
前記画像処理工程は、
前記回折Ｘ線ビームのＸ線強度信号から、所定の測定画像行列を生成する工程と、
前記測定画像行列と、前記くさび状隙間を有するスリットの透過率曲線で決定されるぼけ行列とに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列を生成する工程と
を含むことを特徴とする請求項２１記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２００７−２４０５１０（Ｐ２００７−２４０５１０Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１１０９４（Ｐ２００６−１１１０９４）
【出願日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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