Ｘ線分析方法及びＸ線分析装置
【課題】 Ｘ線分析方法及びＸ線分析装置に関し、参照孔を加工可能なサイズに保った状態において、高い分解能の試料イメージを得る。
【解決手段】 測定用窓部に配置した試料からのＸ線散乱強度を測定する工程と、参照孔からの参照光振幅を推定する工程と、前記Ｘ線散乱強度を推定した前記参照光振幅により補正して補正Ｘ線散乱強度を求める工程と、前記補正Ｘ線散乱強度をフーリエ逆変換して試料のイメージを再生する工程とを設ける。
【解決手段】 測定用窓部に配置した試料からのＸ線散乱強度を測定する工程と、参照孔からの参照光振幅を推定する工程と、前記Ｘ線散乱強度を推定した前記参照光振幅により補正して補正Ｘ線散乱強度を求める工程と、前記補正Ｘ線散乱強度をフーリエ逆変換して試料のイメージを再生する工程とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線分析方法及びＸ線分析装置に関するものであり、例えば、ホログラフィーイメージング法において、高い分解能の試料イメージを得るための手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子やスピン等を用いたナノデバイスの開発においては、動作している状態の電子デバイスを、数十ｎｍ程度の分解能を有する分析装置及び分析方法により観察することが必要となる。このような電子デバイスの多くは、薄膜を積層した構造を有しており、このため、電子デバイスが動作している内部の領域を非破壊で観察することが望まれている。
【０００３】
一方、近年において、干渉性Ｘ線を試料に照射し、試料により散乱された散乱Ｘ線により、試料の内部構造や試料の動作等についてイメージングする技術が進んでいる。特に、フーリエ変換ホログラフィー法では、試料の近傍に参照穴を設け、参照Ｘ線と試料により生じる散乱Ｘ線とを干渉させてホログラムを形成し、形成されたホログラム画像を逆フーリエ変換することにより、試料の内部構造のイメージ画像を得ている。
【０００４】
このようなフーリエ変換ホログラフィー法を用いることにより、試料を破壊することなく、試料の内部構造のイメージ画像を容易に得ることができ、また、試料に照射されるＸ線を走査することなく、迅速に試料のイメージ画像を得ることができるという利点を有している。
【０００５】
ここで、図１３及び図１４を参照して従来のレンズレス・フーリエ変換ホログラフィー法を説明する。図１３は、従来のレンズレス・フーリエ変換ホログラフィー法に用いるＸ線分析装置の構成図であり、Ｘ線源５１、Ｘ線源５１からのＸ線を平行化するＸ線コリメータ５２、試料基板６０、試料基板６０からの干渉Ｘ線を検出する検出器５３からなる。
【０００６】
Ｘ線源５１としては、Ｘ線管球、Ｘ線レーザー、放射光、自由電子レーザー等の干渉性Ｘ線源を用いる。また、Ｘ線コリメータ５２としてはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）用のビーム絞りを用いても良い。検出器５３としては、Ｘ線を直接検出できるＣＣＤカメラ等を用い、Ｘ線以外の波長の光を遮断するために、Ｂｅ膜やＡｌ膜等を用いる。
【０００７】
図１４は、試料基板６０の説明図であり、図１４（ａ）は概略的断面図であり、図１４（ｂ）は要部拡大断面図であり、図１４（ｃ）は要部拡大平面図である。試料基板６０は、７ｍｍ×７ｍｍで厚さが０．６ｍｍのシリコン基板６１の表面に厚さが０．２μｍのＳｉＮ膜からなるメンブレン膜６２を形成し、シリコン基板６１に１ｍｍ×１ｍｍの窓部６３を形成する。全面にＸ線吸収用として厚さが３．２μｍのＡｕ膜６４を形成し、その中心付近に、２μｍ×２μｍのＸ線透過窓６５を形成するとともに、Ｘ線透過窓６５から４μｍ離れた位置に０．２μｍ径の参照孔６６を収束イオンビーム（ＦＩＢ）により形成する。また、Ｘ線透過窓６５に臨む位置のメンブレン膜６２上に観察対象となる試料６７を配置する。
【０００８】
試料６７を透過した回折Ｘ線Ａと、試料６７から離れた位置にある参照孔６６からの球面波参照光Ｒを干渉させ、得られた干渉パターンを逆フーリエ変換することから、試料６７のイメージを得るものである。
【０００９】
検出器５３上で得られるＸ線強度Ｉ（Ｘ，Ｙ）は、試料６７の試料イメージａからの回折Ｘ線をＡ，微小な参照孔ｒからの回折Ｘ線をＲとすると、Ａ及びＲは、
Ａ（Ｘ，Ｙ）＝ＦＴ（ａ（ｘ、ｙ））
Ｒ（Ｘ，Ｙ）＝ＦＴ（ｒ（ｘ、ｙ）） ・・・（１）
で表わされ、Ｘ線強度Ｉ（Ｘ，Ｙ）は、
Ｉ＝｜Ａ＋Ｒ｜２＝｜Ａ｜２＋｜Ｒ｜２＋ＡＲ＊＋Ａ＊Ｒ ・・・（２）
で表わされる。ここでＦＴはフーリエ変換である。
【００１０】
ここで、右辺の最初の２項は位相情報を持たない自己相関強度である。一方、後ろの２項は試料回折Ｘ線Ａと参照穴からの回折Ｘ線Ｒの干渉項（ホログラム）である。このＸ線強度の逆フーリエ変換を行うと、
Ｇ＝ＦＴ−１（Ｉ（Ｘ、Ｙ））
＝ＦＴ−１（｜Ａ｜２＋｜Ｒ｜２）＋ＦＴ−１（ＡＲ＊＋Ａ＊Ｒ） ・・・（３）
となる。
【００１１】
この右辺の第２項は、
ＦＴ−１（ＡＲ＊＋Ａ＊Ｒ）＝a’（ｘ、ｙ）＋a’＊（ｘ、ｙ） ・・・（４）
となる。ここで a’は、参照孔の広がりによるボケが入った試料イメージ、a’＊はその虚像であり、各々原点（Ｘ線方向）から対称にずれた位置に再現される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｓ．Ｅｉｓｅｂｉｔｔ ｅｔ．ａｌ．， Ｎａｔｕｒｅ, ｖ．４３２, （２００４），ｐ．８８５−８８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述のレンズレス・フーリエ変換ホログラフィー法においては、a’、 a’＊として示すように、得られるイメージ画像の分解能は、参照孔の大きさに比例して低下するという問題がある。測定されるホログラフィーは、有限な大きさを持った（広がった）参照孔からの回折Ｘ線Ｒと、試料からの回折Ｘ線Ａの積である。したがって、これを逆フーリエ変換して得られる試料イメージは、イメージと参照孔が畳み込まれた（コンボリューション）もので、その結果、参照孔のサイズに比例したボケ（分解能の低下）が発生することになる。
【００１４】
もし参照孔が、理想的な点光源の場合、球面波因子を除くと、
Ｒ（Ｘ，Ｙ）＝ＦＴ（δ（Ｘ０，Ｙ０））＝１ ・・・（５）
となる。ここでδはデルタ関数、Ｘ０、Ｙ０は参照孔位置であり、回折Ｘ線Ｒは強度分布が１のＸ線になる。したがって、
ＦＴ−１（ＡＲ＊＋Ａ＊Ｒ）＝ＦＴ−１（Ａ＋Ａ＊）=ａ＋ａ＊ ・・・（６）
となり、試料イメージａとその虚像ａ＊が、参照光のボケを含まない良い分解能で再現される。
【００１５】
そのため、理想の分解能を得ようとする場合には、無限に小さい参照孔を形成する必要がある。しかし、実際にＦＩＢにより形成できる参照孔のサイズは最少でも数十ｎｍ程度である。また、参照孔の径を小さくすると、参照孔を通過するＸ線強度も低下するため、試料からの回折線との干渉であるホログラムが弱くなるという問題があった。
【００１６】
したがって、本発明は、参照孔を加工可能なサイズに保った状態において、高い分解能の試料イメージを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
開示する一観点からは、測定用窓部に配置した試料からのＸ線散乱強度を測定する工程と、参照孔からの参照光振幅を推定する工程と、前記Ｘ線散乱強度を推定した前記参照光振幅により補正して補正Ｘ線散乱強度を求める工程と、前記補正Ｘ線散乱強度を逆フーリエ変換して試料のイメージを再生する工程とを有することを特徴とするＸ線分析方法が提供される。
【００１８】
また、開示する別の観点からは、干渉性Ｘ線源と、Ｘ線を絞るコリメータと、試料を保持する試料基板と、前記試料基板に設けた測定用窓部を遮蔽し、参照孔からのＸ線のみを透過するアパーチャー部材と、前記アパーチャー部材をＸ線の光軸方向に対して垂直方向に移動させる移動部材と、試料及び参照孔を透過したＸ線を検出する検出器とを備えたことを特徴とするＸ線分析装置が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
開示のＸ線分析方法及びＸ線分析装置によれば、参照孔を加工可能なサイズに保った状態において、高い分解能の試料イメージを得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態のX線分析方法のチャート図である。
【図２】説明を簡単にするためのテスト用試料の平面図である。
【図３】図２のテスト用試料に対するＸ線散乱強度である。
【図４】図２のテスト用試料に対する初期イメージである。
【図５】切り出したイメージ部である。
【図６】再生したイメージである。
【図７】本発明の実施例１における参照光振幅推定フロー図である。
【図８】形状が既知の試料を測定したＸ線散乱強度の測定結果の説明図である。
【図９】参照孔を適宜仮定した場合のイメージ及び横方向のＸ線強度分布の説明図である。
【図１０】発散防止パラメータΔの説明図である。
【図１１】本発明の実施例２のＸ線分析方法を実施するためのＸ線分析装置の概念的構成図である。
【図１２】本発明の実施例２におけるマスクと遮蔽部材との位置関係の説明図である。
【図１３】従来のレンズレス・フーリエ変換ホログラフィー法に用いるＸ線分析装置の構成図である。
【図１４】試料基板の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ここで、図１乃至図６を参照して、本発明の実施の形態のＸ線分析方法を説明する。図１は、本発明の実施の形態のX線分析方法のチャート図であり、Ｘ線分析装置の基本的構成は図１３に示した構成と同様である。
ａ．まず、試料基板を用いてＸ線散乱強度を実測する。図２は説明を簡単にするためのテスト用試料の平面図であり、線幅が０．０５μｍで高さが０．６μｍのＦ字状を抜きパターンとし、Ｆ字パターン２の中心から３．５μｍ離れた位置に直径が０．２μｍの参照孔３を設けたものとしてシミュレーションを行う。なお、図面における符号１は、Ａｕ膜等からなるＸ線吸収部である。図３は図２のテスト用試料に対するＸ線散乱強度である。
ｂ．次に、補正の必要性の有無を判定する。フーリエ変換ホログラフィーの場合、実イメージと回折イメージ・サイズの関係はフーリエ変換により対応しているため、Ｘ線の波長をλ、試料と検出器の距離をＺ，検出器のピクセルサイズをｐ、画素数をＮとすると、実イメージの最小単位δは、
δ＝λ・Ｚ／（ｐ・Ｎ） ・・・（７）
の関係がある。そこで、参照孔の孔径をｄとすると、ｄ＜δの場合、補正は必要ないが、ｄ≧δの場合には補正が必要であり、通常は測定したＸ線強度を補正する。
【００２２】
ｃ．次いで、測定したＸ線散乱強度を逆フーリエ変換して初期イメージを再生する。図４は、図２のテスト用試料に対する初期イメージであり、中心部に自己相関部ＦＴ−１（｜Ａ｜２＋｜Ｒ｜２）が現れ、その上と下に試料の実像ａ‘と虚像ａ’＊が現れる。この状態ではイメージには参照孔径によるボケが含まれている。
ｄ．実際の測定では中心部には回折Ｘ線の他に、透過Ｘ線や非干渉性散乱Ｘ線が含まれているため、図５に示すように、イメージ部のみを切り出す。ここでは、実像ａ’を切り出す例を示しているが、虚像ａ’＊を用いても良い。
【００２３】
ｅ．次いで、バックグラウンドノイズを除去する。この初期イメージの実像ａ’が形成される領域には干渉しなかったＸ線等のノイズがあるため、初期イメージ周辺部以外のイメージ強度は０であるべきとの条件を使ってバックグラウンド強度を差し引く。なお、図４においては、イメージ部分以外は黒でＸ線強度が０のように見えるが実際には、後述する図８のように、ノイズが存在する。即ち、測定された散乱強度には試料および参照孔からの干渉性Ｘ線による回折Ｘ線分布に加え、非干渉性の透過Ｘ線や散乱Ｘ線が含まれている。これらのバックグラウンドは、Ｘ線光軸方向を中心として動径方向に分布している。それらの強度が、回折Ｘ線に較べ大きい場合には、バックグラウンドを補正する必要がある。
【００２４】
ｆ．次いで、切り出した実像ａ’からバックグラウンドノイズを除去したイメージをフーリエ変換して補正Ｘ線散乱強度Ｈ’を計算する。
Ｈ’＝ＦＴ（ａ’）＝ＡＲ＊ ・・・（８）
以上の工程ｂ乃至工程ｆによりデータ補正部を構成する。次に、参照光振幅推定部を説明する。
【００２５】
ｇ．参照光振幅推定部においては参照光振幅を推定するが、下記の３つの方法のうちのいずれかを用いて行う。
ｇ１．第１の方法は、試料基板に設けた参照孔の形状が、電子顕微鏡による観察などにより既知である場合に適用する。この場合、参照孔の穴サイズをもとに、数式的に参照光振幅を計算する。例として丸穴の場合、ホログラフィー項においてキャンセルされる球面波の形状因子項を省略すると、微小な参照孔ｒからの回折Ｘ線をＲとすると、
Ｒ＝Ｃ・ｒ２（Ｊ１（ｋｒＲ′／Ｚ）／（ｋｒＲ′／Ｚ） ・・・（９）
となる。ここで、Ｃは定数、ｒは参照孔の半径、Ｊ１は第１種ベッセル関数、ｋ＝２π／λ（λはＸ線の波長）、Ｒ′はデータ点の検出器中心点からの距離、Ｚは試料と検出器との距離である。
【００２６】
なお、参照孔が矩形の場合、その振幅は、
Ｒ＝Ｃ・（ｓｉｎα／α）（ｓｉｎβ／β） ・・・（１０）
として計算することができる。但し、α＝ｋｘＸ／２Ｚ，β＝ｋｙＹ／２Ｚであり、Ｃは定数、ｘは参照孔の横幅、ｙは参照孔の縦幅、（Ｘ，Ｙ）は検出器上の位置である。或いは、数値的に、参照孔形状のパターンにフーリエ変換を行い、散乱振幅を求めても良い。
【００２７】
ｇ２．第２の方法では、参照光の強度分布を実測する。測定では試料あるいはマスク下流にアパーチャーを設けた遮蔽部材を挿入して、参照孔部からのＸ線のみを測定する。測定したＸ線強度の平方根を取って参照光振幅を求める。
【００２８】
ｇ３．第３の方法では、形状が既知の試料を測定した散乱強度を用いて参照孔からのＸ線散乱強度Ｒを求めるものであり、参照孔の径を順次変化させてＸ線散乱強度Ｒのフィッティングを行う。この場合、形状が既知の試料として、図８（ａ）に示したマスク・試料分離方式のＸ線マスクの窓部を用いていることが好適である。なお、マスク試料一体型試料を用いる場合には、試料測定後にＦＩＢ加工により、試料部を除去し、図８（ａ）と同様な窓部を形成した試料を用いて同様な測定を行えば良い。
【００２９】
ｈ．次いで、補正Ｘ線散乱強度を推定した参照光振幅を用いて補正して、再補正したＸ線散乱強度を算出する。この場合、補正Ｘ線散乱強度Ｈ’を推定した参照光振幅Ｒ’＊で割ることによって、再補正したＸ線散乱強度Ａ’を算出する。ここで、Ｒ’＊はＲ’の複素共役量である。
【００３０】
ｉ．次いで、算出した再補正Ｘ線散乱強度Ａ’を逆フーリエ変換することによって、イメージを再生する。
ＦＴ−１（Ａ’）＝ａ’ ・・・（１１）
図６は再生したイメージであり実像ａ’に対応する。この場合、工程ｈにおいて、補正Ｘ線散乱強度Ｈ’を推定した参照光振幅Ｒ’＊で割っているので、上述の式（８）及び式（１１）から明らかなように、参照孔からのＸ線の影響を除去したボケのないイメージ像を得ることができる。即ち、推定した参照光振幅Ｒ’＊を用いることによって、参照孔が、理想的な点光源の場合と等価な結果を得ることができる。
【００３１】
本発明の実施の形態においては、参照孔からの透過Ｘ線の振幅を推定し、測定した試料のＸ線散乱強度を補正しているので、有限な径の参照孔から得られた参照光振幅を、理想的な点光源からの参照光振幅とすることができる。その結果、フーリエ変換ホログラフィーデータから、参照光源の広がりを原因とするイメージのボケが除去でき、その結果、高分解の試料イメージングが可能になる。
【実施例１】
【００３２】
以上を前提として、次に、図１乃至図１０を参照して、本発明の実施例１のＸ線分析方法を説明するが、この実施例１は参照光振幅の推定工程として、図１のｇ３の工程を用いたものである。ここでも説明を簡単にするために図２に示した試料パターンを用いて説明する。まず、図２に示した試料パターンに対してＸ線散乱強度を測定する。なお、測定装置の構成は図１３に示した装置構成と同様であり、また、試料基板の構成も図１４に示した構成と同様である。
【００３３】
光源として放射光Ｘ線としては、波長２．２５Å（エネルギー５．５ｋｅＶ）の干渉性Ｘ線を用いる。光源からのＸ線は、試料の５０ｍｍ上流に設置した１０μｍの径のコリメータにより成形する。試料を透過後の回折Ｘ線は３０００ｍｍ下流のＣＣＤ検出器により測定する。ＣＣＤの画素数は１０２４×１０２４チャンネル、ピクセルサイズは２０μｍである。
【００３４】
この場合、ボケの無い空間分解能δは、フーリエ変換（ＦＴ）の関係式（７）から、３３ｎｍと計算される。なお、この実施例１では、マスク・サンプル一体型の試料を用いているが、マスク・サンプル分離型においても同様に適用することができる。
【００３５】
まず、試料基板を用いてＸ線散乱強度を実測する。図３は測定したＸ線散乱強度である。次いで、測定したＸ線散乱強度を逆フーリエ変換して初期イメージを再生する。図４は、図２に対する初期イメージである。次いで、図５に示すように、初期イメージから、実像ａ’を切り出す。次いで、バックグラウンドノイズを除去する。
【００３６】
次いで、参照光の振幅を推定する。図７は、本発明の実施例１における参照光振幅推定フロー図であり、
α．まず、形状が既知の試料を用いてＸ線散乱強度を測定する。ここでは、形状が既知の試料として、マスク・試料一体型の試料を測定後にＦＩＢ加工により、試料部を除去し、窓部を形成した試料の窓部を用いる。図８（ａ）は用いたＸ線マスクの平面図であり、２μｍ×２μｍの窓部と、０．２μｍの径の参照孔を設けている。図８（ｂ）はＸ線散乱強度の初期イメージであり、図８（ｃ）は図８（ｂ）における破線の沿ったＸ線強度分布を示している。
【００３７】
β．次に、参照孔の径ｄを適当に仮定して、参照孔からのＸ線散乱強度Ｒ＊（ｘ，ｙ）を計算して、測定したＸ線散乱強度をＲ＊（ｘ，ｙ）で割って、補正Ｘ線散乱強度を求める。
γ．次に、補正Ｘ線散乱強度を逆フーリエ変換することによってイメージを計算する。図９（ａ）は、ｄ＝０．１８μｍと仮定した場合のイメージであり、図９（ｂ）は図９（ａ）の横方向のＸ線強度分布である。また、図９（ｃ）は、ｄ＝０．２μｍと仮定した場合のイメージであり、図９（ｄ）は図９（ｃ）の横方向のＸ線強度分布である。また、図９（ｅ）は、ｄ＝０．２２μｍと仮定した場合のイメージであり、図９（ｆ）は図９（ｅ）の横方向のＸ線強度分布である。
【００３８】
なお、Ｘ線散乱強度Ｒ＊（ｘ，ｙ）が０になる位置においては、割り算の結果、発散することになるので、発散しないようにΔを用いる。図１０は発散防止パラメータΔの説明図であり、図１０（ａ）は、Ｘ線散乱強度分布であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）における、強度が０近傍の拡大図である。ここで、強度が０近傍になった時の発散を防ぐパラメータとしてΔを設定するが、このパラメータΔは測定データのバックグラウンドレベルにより決めることにより最適な補正を行う。
【００３９】
ここで、Δを測定データの最大振幅Ｐで割ったε＝Δ／Ｐを導入し、εが０．０００１〜０．２の範囲に、例えば、ε＝０．００１に設定する。なお、図９は、ε＝０．００１に設定した場合を示している。したがって、切り出した実像から計算したＸ線散乱強度（式（８））をＲ（ｘ，ｙ）で割る場合には、下記のＲ’（ｘ，ｙ）を用いる。
Ｒ’（ｘ，ｙ）＝Ｒ ｆｏｒ ｜Ｒ｜＞Δ
Ｒ’（ｘ，ｙ）＝Δ ｆｏｒ ｜Ｒ｜＜Δ ａｎｄ Ｒ＞０
Ｒ’（ｘ，ｙ）＝−Δ ｆｏｒ ｜Ｒ｜＜Δ ａｎｄ Ｒ＜０
【００４０】
δ．次いで、窓部に対応するパターン領域のＸ線散乱強度Ｓとそれ以外の領域のＸ線散乱強度Ｎを求め、その比Ｎ／Ｓを順次仮定した参照孔ｄを変動させて形成する。
ε．次いで、計算したｉ回目のＮｉ／Ｓｉが
｜（Ｎｉ−１／Ｓｉ−１）−（Ｎｉ／Ｓｉ）｜／｜Ｎｉ／Ｓｉ｜≦０．００１
の条件を満たすまで再計算する。
【００４１】
ζ．次いで、
｜（Ｎｉ−１／Ｓｉ−１）−（Ｎｉ／Ｓｉ）｜／｜Ｎｉ／Ｓｉ｜≦０．００１
になった時の参照孔の径ｄから参照光のＸ線散乱強度Ｒ＊（ｘ，ｙ）を計算することで、参照光振幅推定工程を終了する。
【００４２】
次いで、補正Ｘ線散乱強度を推定した参照光振幅を用いて補正して、再補正したＸ線散乱強度を算出する。この場合、式（８）で表わされる補正Ｘ線散乱強度を推定した参照光振幅Ｒ’＊で割ることによって、再補正したＸ線散乱強度を算出する。
【００４３】
次いで、算出した再補正Ｘ線散乱強度を逆フーリエ変換することによって、イメージを再生する。図６は再生したイメージであり実像ａ’に対応する。この場合、補正Ｘ線散乱強度を推定した参照光振幅Ｒ’＊で割っているので、上述の式（８）及び式（１１）から明らかなように、参照孔からのＸ線の影響を除去したボケのないイメージ像を得ることができる。
【実施例２】
【００４４】
次に、図１１及び図１２を参照して、本発明の実施例２のＸ線分析方法を説明するが、この実施例２は、参照光振幅の推定工程として、図１のｇ２の工程を用いたものである。図１１は、本発明の実施例２のＸ線分析方法を実施するためのＸ線分析装置の概念的構成図である。このＸ線分析装置は、Ｘ線源１１、モノクロメータ１２、シャッター１３、Ｘ線コリメータ１４、試料を保持するマスク３０、アパーチャー１６を備えた遮蔽部材１５、二次元検出器１７を備えている。Ｘ線コリメータ１４、マスク３０及び遮蔽部材１５はＰＣ（パーソナルコンピュータ）１８を介してコントローラ１９によって位置制御（ｘ１，ｙ１，ｘ２，ｙ２，ｚ２）或いは開口幅制御（ＷＨ，ＷＶ）される。また、二次元検出器１７による測定結果は、検出器コントローラ２０を介してＰＣ１８に出力される。
【００４５】
図１２は、マスクと遮蔽部材との位置関係の説明図であり、ここでもマスク３０はＸ線吸収部材３１にＸ線透過窓３２と参照孔３３とを設け、メンブレン膜３４のＸ線透過窓３２に対応する位置に試料３５が配置されている。
【００４６】
参照光振幅推定工程において、遮蔽部材１５は、アパーチャー１６の位置が参照孔３３の位置に対応するようにコントローラ１９で位置制御して、参照孔からの透過した参照光のみのＸ線散乱強度を測定する。なお、試料からのＸ線散乱強度の測定工程においては、遮蔽部材１５をＸ線の透過位置から退避させて測定を行う。
【００４７】
このように、本発明の実施例２においては、Ｘ線分析装置にアパーチャーを設けた遮蔽部材を備えることによって、マスクに設けた参照孔からのＸ線散乱強度を実測し、その平方根を取ることによりＲ＊を得ることができる。
【００４８】
ここで、実施例１及び実施例２を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１） 測定用窓部に配置した試料からのＸ線散乱強度を測定する工程と、参照孔からの参照光振幅を推定する工程と、前記Ｘ線散乱強度を推定した前記参照光振幅により補正して補正Ｘ線散乱強度を求める工程と、前記補正Ｘ線散乱強度を逆フーリエ変換して試料のイメージを再生する工程とを有することを特徴とするＸ線分析方法。
（付記２） 前記補正Ｘ線散乱強度を求める工程において、前記Ｘ線散乱強度として、測定データ中心部に現れる透過Ｘ線や非干渉性散乱強度を除去した回折Ｘ線のみを用いることを特徴とする付記１に記載のＸ線分析方法。
（付記３） 前記Ｘ線散乱強度として、測定データ中心部に現れる透過Ｘ線や非干渉性散乱強度を除去した回折Ｘ線のみを用いる工程において、前記測定したＸ線散乱強度を逆フーリエ変換して試料の初期イメージを再生する工程と、前記初期イメージから前記参照孔の広がりによるボケの入った試料イメージ或いはその虚像の少なくとも一方を切りだす工程と、前記切り出した試料イメージ或いはその虚像からバックグラウンドノイズを除去する工程と、前記バックグラウンドノイズを除去した試料イメージ或いはその虚像をフーリエ変換してＸ線散乱強度を計算する工程とを有することを特徴とする付記１または付記２に記載のＸ線分析方法。
（付記４） 前記参照光振幅を推定する工程が、参照孔の形状から、数式的に計算により参照光振幅を求める工程であることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載のＸ線分析方法。
（付記５） 前記参照光振幅を推定する工程が、前記測定用窓部をマスク部材で遮蔽して参照光のみの強度分布を実測して参照光振幅を求める工程であることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載のＸ線分析方法。
（付記６） 前記参照光振幅を推定する工程が、形状が既知の試料を測定して得たＸ線散乱強度から参照光振幅を求める工程であることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載のＸ線分析方法。
（付記７） 前記形状が既知の試料を測定したＸ線散乱強度から参照光振幅を求める工程が、測定して得たＸ線散乱強度を逆フーリエ変換して初期イメージを再生する工程と、参照孔の径を仮定して得た参照光の散乱強度でＸ線散乱強度を補正する工程と、補正したＸ線散乱強度を逆フーリエ変換してイメージを計算する工程と、計算したイメージにおける前記既知の形状部分のＸ線強度Ｓとそれ以外の部分のＸ線強度ＮからＮ／Ｓを参照孔の径を順次変動させて計算する工程と、計算したｉ回目のＮｉ／Ｓｉが
｜（Ｎｉ−１／Ｓｉ−１）−（Ｎｉ／Ｓｉ）｜／｜Ｎｉ／Ｓｉ｜≦０．００１
になるまで再計算する工程と、
｜（Ｎｉ−１／Ｓｉ−１）−（Ｎｉ／Ｓｉ）｜／｜Ｎｉ／Ｓｉ｜≦０．００１
になった時の参照孔の径から参照光のＸ線散乱強度を計算する工程とを有することを特徴とする付記６に記載のＸ線分析方法。
（付記８） 干渉性Ｘ線源と、Ｘ線を絞るコリメータと、試料を保持する試料基板と、前記試料基板に設けた測定用窓部を遮蔽し、参照孔からのＸ線のみを透過するアパーチャー部材と、前記アパーチャー部材をＸ線の光軸方向に対して垂直方向に移動させる移動部材と、試料及び参照孔を透過したＸ線を検出する検出器とを備えたことを特徴とするＸ線分析装置。
【符号の説明】
【００４９】
１ Ｘ線吸収部
２ Ｆ字パターン
３ 参照孔
１１ Ｘ線源
１２ モノクロメータ
１３ シャッター
１４ Ｘ線コリメータ
１５ 遮蔽部材
１６ アパーチャー
１７ 二次元検出器
１８ ＰＣ
１９ コントローラ
２０ 検出器コントローラ
３０ マスク
３１ Ｘ線吸収部材
３２ Ｘ線透過窓
３３ 参照孔
３４ メンブレン膜
３５ 試料
５１ Ｘ線源
５２ Ｘ線コリメータ
６０ 試料基板
５３ 検出器
６１ シリコン基板
６２ メンブレン膜
６３ 窓部
６４ Ａｕ膜
６５ Ｘ線透過窓
６６ 参照孔
６７ 試料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線分析方法及びＸ線分析装置に関するものであり、例えば、ホログラフィーイメージング法において、高い分解能の試料イメージを得るための手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子やスピン等を用いたナノデバイスの開発においては、動作している状態の電子デバイスを、数十ｎｍ程度の分解能を有する分析装置及び分析方法により観察することが必要となる。このような電子デバイスの多くは、薄膜を積層した構造を有しており、このため、電子デバイスが動作している内部の領域を非破壊で観察することが望まれている。
【０００３】
一方、近年において、干渉性Ｘ線を試料に照射し、試料により散乱された散乱Ｘ線により、試料の内部構造や試料の動作等についてイメージングする技術が進んでいる。特に、フーリエ変換ホログラフィー法では、試料の近傍に参照穴を設け、参照Ｘ線と試料により生じる散乱Ｘ線とを干渉させてホログラムを形成し、形成されたホログラム画像を逆フーリエ変換することにより、試料の内部構造のイメージ画像を得ている。
【０００４】
このようなフーリエ変換ホログラフィー法を用いることにより、試料を破壊することなく、試料の内部構造のイメージ画像を容易に得ることができ、また、試料に照射されるＸ線を走査することなく、迅速に試料のイメージ画像を得ることができるという利点を有している。
【０００５】
ここで、図１３及び図１４を参照して従来のレンズレス・フーリエ変換ホログラフィー法を説明する。図１３は、従来のレンズレス・フーリエ変換ホログラフィー法に用いるＸ線分析装置の構成図であり、Ｘ線源５１、Ｘ線源５１からのＸ線を平行化するＸ線コリメータ５２、試料基板６０、試料基板６０からの干渉Ｘ線を検出する検出器５３からなる。
【０００６】
Ｘ線源５１としては、Ｘ線管球、Ｘ線レーザー、放射光、自由電子レーザー等の干渉性Ｘ線源を用いる。また、Ｘ線コリメータ５２としてはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）用のビーム絞りを用いても良い。検出器５３としては、Ｘ線を直接検出できるＣＣＤカメラ等を用い、Ｘ線以外の波長の光を遮断するために、Ｂｅ膜やＡｌ膜等を用いる。
【０００７】
図１４は、試料基板６０の説明図であり、図１４（ａ）は概略的断面図であり、図１４（ｂ）は要部拡大断面図であり、図１４（ｃ）は要部拡大平面図である。試料基板６０は、７ｍｍ×７ｍｍで厚さが０．６ｍｍのシリコン基板６１の表面に厚さが０．２μｍのＳｉＮ膜からなるメンブレン膜６２を形成し、シリコン基板６１に１ｍｍ×１ｍｍの窓部６３を形成する。全面にＸ線吸収用として厚さが３．２μｍのＡｕ膜６４を形成し、その中心付近に、２μｍ×２μｍのＸ線透過窓６５を形成するとともに、Ｘ線透過窓６５から４μｍ離れた位置に０．２μｍ径の参照孔６６を収束イオンビーム（ＦＩＢ）により形成する。また、Ｘ線透過窓６５に臨む位置のメンブレン膜６２上に観察対象となる試料６７を配置する。
【０００８】
試料６７を透過した回折Ｘ線Ａと、試料６７から離れた位置にある参照孔６６からの球面波参照光Ｒを干渉させ、得られた干渉パターンを逆フーリエ変換することから、試料６７のイメージを得るものである。
【０００９】
検出器５３上で得られるＸ線強度Ｉ（Ｘ，Ｙ）は、試料６７の試料イメージａからの回折Ｘ線をＡ，微小な参照孔ｒからの回折Ｘ線をＲとすると、Ａ及びＲは、
Ａ（Ｘ，Ｙ）＝ＦＴ（ａ（ｘ、ｙ））
Ｒ（Ｘ，Ｙ）＝ＦＴ（ｒ（ｘ、ｙ）） ・・・（１）
で表わされ、Ｘ線強度Ｉ（Ｘ，Ｙ）は、
Ｉ＝｜Ａ＋Ｒ｜２＝｜Ａ｜２＋｜Ｒ｜２＋ＡＲ＊＋Ａ＊Ｒ ・・・（２）
で表わされる。ここでＦＴはフーリエ変換である。
【００１０】
ここで、右辺の最初の２項は位相情報を持たない自己相関強度である。一方、後ろの２項は試料回折Ｘ線Ａと参照穴からの回折Ｘ線Ｒの干渉項（ホログラム）である。このＸ線強度の逆フーリエ変換を行うと、
Ｇ＝ＦＴ−１（Ｉ（Ｘ、Ｙ））
＝ＦＴ−１（｜Ａ｜２＋｜Ｒ｜２）＋ＦＴ−１（ＡＲ＊＋Ａ＊Ｒ） ・・・（３）
となる。
【００１１】
この右辺の第２項は、
ＦＴ−１（ＡＲ＊＋Ａ＊Ｒ）＝a’（ｘ、ｙ）＋a’＊（ｘ、ｙ） ・・・（４）
となる。ここで a’は、参照孔の広がりによるボケが入った試料イメージ、a’＊はその虚像であり、各々原点（Ｘ線方向）から対称にずれた位置に再現される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｓ．Ｅｉｓｅｂｉｔｔ ｅｔ．ａｌ．， Ｎａｔｕｒｅ, ｖ．４３２, （２００４），ｐ．８８５−８８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述のレンズレス・フーリエ変換ホログラフィー法においては、a’、 a’＊として示すように、得られるイメージ画像の分解能は、参照孔の大きさに比例して低下するという問題がある。測定されるホログラフィーは、有限な大きさを持った（広がった）参照孔からの回折Ｘ線Ｒと、試料からの回折Ｘ線Ａの積である。したがって、これを逆フーリエ変換して得られる試料イメージは、イメージと参照孔が畳み込まれた（コンボリューション）もので、その結果、参照孔のサイズに比例したボケ（分解能の低下）が発生することになる。
【００１４】
もし参照孔が、理想的な点光源の場合、球面波因子を除くと、
Ｒ（Ｘ，Ｙ）＝ＦＴ（δ（Ｘ０，Ｙ０））＝１ ・・・（５）
となる。ここでδはデルタ関数、Ｘ０、Ｙ０は参照孔位置であり、回折Ｘ線Ｒは強度分布が１のＸ線になる。したがって、
ＦＴ−１（ＡＲ＊＋Ａ＊Ｒ）＝ＦＴ−１（Ａ＋Ａ＊）=ａ＋ａ＊ ・・・（６）
となり、試料イメージａとその虚像ａ＊が、参照光のボケを含まない良い分解能で再現される。
【００１５】
そのため、理想の分解能を得ようとする場合には、無限に小さい参照孔を形成する必要がある。しかし、実際にＦＩＢにより形成できる参照孔のサイズは最少でも数十ｎｍ程度である。また、参照孔の径を小さくすると、参照孔を通過するＸ線強度も低下するため、試料からの回折線との干渉であるホログラムが弱くなるという問題があった。
【００１６】
したがって、本発明は、参照孔を加工可能なサイズに保った状態において、高い分解能の試料イメージを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
開示する一観点からは、測定用窓部に配置した試料からのＸ線散乱強度を測定する工程と、参照孔からの参照光振幅を推定する工程と、前記Ｘ線散乱強度を推定した前記参照光振幅により補正して補正Ｘ線散乱強度を求める工程と、前記補正Ｘ線散乱強度を逆フーリエ変換して試料のイメージを再生する工程とを有することを特徴とするＸ線分析方法が提供される。
【００１８】
また、開示する別の観点からは、干渉性Ｘ線源と、Ｘ線を絞るコリメータと、試料を保持する試料基板と、前記試料基板に設けた測定用窓部を遮蔽し、参照孔からのＸ線のみを透過するアパーチャー部材と、前記アパーチャー部材をＸ線の光軸方向に対して垂直方向に移動させる移動部材と、試料及び参照孔を透過したＸ線を検出する検出器とを備えたことを特徴とするＸ線分析装置が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
開示のＸ線分析方法及びＸ線分析装置によれば、参照孔を加工可能なサイズに保った状態において、高い分解能の試料イメージを得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態のX線分析方法のチャート図である。
【図２】説明を簡単にするためのテスト用試料の平面図である。
【図３】図２のテスト用試料に対するＸ線散乱強度である。
【図４】図２のテスト用試料に対する初期イメージである。
【図５】切り出したイメージ部である。
【図６】再生したイメージである。
【図７】本発明の実施例１における参照光振幅推定フロー図である。
【図８】形状が既知の試料を測定したＸ線散乱強度の測定結果の説明図である。
【図９】参照孔を適宜仮定した場合のイメージ及び横方向のＸ線強度分布の説明図である。
【図１０】発散防止パラメータΔの説明図である。
【図１１】本発明の実施例２のＸ線分析方法を実施するためのＸ線分析装置の概念的構成図である。
【図１２】本発明の実施例２におけるマスクと遮蔽部材との位置関係の説明図である。
【図１３】従来のレンズレス・フーリエ変換ホログラフィー法に用いるＸ線分析装置の構成図である。
【図１４】試料基板の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ここで、図１乃至図６を参照して、本発明の実施の形態のＸ線分析方法を説明する。図１は、本発明の実施の形態のX線分析方法のチャート図であり、Ｘ線分析装置の基本的構成は図１３に示した構成と同様である。
ａ．まず、試料基板を用いてＸ線散乱強度を実測する。図２は説明を簡単にするためのテスト用試料の平面図であり、線幅が０．０５μｍで高さが０．６μｍのＦ字状を抜きパターンとし、Ｆ字パターン２の中心から３．５μｍ離れた位置に直径が０．２μｍの参照孔３を設けたものとしてシミュレーションを行う。なお、図面における符号１は、Ａｕ膜等からなるＸ線吸収部である。図３は図２のテスト用試料に対するＸ線散乱強度である。
ｂ．次に、補正の必要性の有無を判定する。フーリエ変換ホログラフィーの場合、実イメージと回折イメージ・サイズの関係はフーリエ変換により対応しているため、Ｘ線の波長をλ、試料と検出器の距離をＺ，検出器のピクセルサイズをｐ、画素数をＮとすると、実イメージの最小単位δは、
δ＝λ・Ｚ／（ｐ・Ｎ） ・・・（７）
の関係がある。そこで、参照孔の孔径をｄとすると、ｄ＜δの場合、補正は必要ないが、ｄ≧δの場合には補正が必要であり、通常は測定したＸ線強度を補正する。
【００２２】
ｃ．次いで、測定したＸ線散乱強度を逆フーリエ変換して初期イメージを再生する。図４は、図２のテスト用試料に対する初期イメージであり、中心部に自己相関部ＦＴ−１（｜Ａ｜２＋｜Ｒ｜２）が現れ、その上と下に試料の実像ａ‘と虚像ａ’＊が現れる。この状態ではイメージには参照孔径によるボケが含まれている。
ｄ．実際の測定では中心部には回折Ｘ線の他に、透過Ｘ線や非干渉性散乱Ｘ線が含まれているため、図５に示すように、イメージ部のみを切り出す。ここでは、実像ａ’を切り出す例を示しているが、虚像ａ’＊を用いても良い。
【００２３】
ｅ．次いで、バックグラウンドノイズを除去する。この初期イメージの実像ａ’が形成される領域には干渉しなかったＸ線等のノイズがあるため、初期イメージ周辺部以外のイメージ強度は０であるべきとの条件を使ってバックグラウンド強度を差し引く。なお、図４においては、イメージ部分以外は黒でＸ線強度が０のように見えるが実際には、後述する図８のように、ノイズが存在する。即ち、測定された散乱強度には試料および参照孔からの干渉性Ｘ線による回折Ｘ線分布に加え、非干渉性の透過Ｘ線や散乱Ｘ線が含まれている。これらのバックグラウンドは、Ｘ線光軸方向を中心として動径方向に分布している。それらの強度が、回折Ｘ線に較べ大きい場合には、バックグラウンドを補正する必要がある。
【００２４】
ｆ．次いで、切り出した実像ａ’からバックグラウンドノイズを除去したイメージをフーリエ変換して補正Ｘ線散乱強度Ｈ’を計算する。
Ｈ’＝ＦＴ（ａ’）＝ＡＲ＊ ・・・（８）
以上の工程ｂ乃至工程ｆによりデータ補正部を構成する。次に、参照光振幅推定部を説明する。
【００２５】
ｇ．参照光振幅推定部においては参照光振幅を推定するが、下記の３つの方法のうちのいずれかを用いて行う。
ｇ１．第１の方法は、試料基板に設けた参照孔の形状が、電子顕微鏡による観察などにより既知である場合に適用する。この場合、参照孔の穴サイズをもとに、数式的に参照光振幅を計算する。例として丸穴の場合、ホログラフィー項においてキャンセルされる球面波の形状因子項を省略すると、微小な参照孔ｒからの回折Ｘ線をＲとすると、
Ｒ＝Ｃ・ｒ２（Ｊ１（ｋｒＲ′／Ｚ）／（ｋｒＲ′／Ｚ） ・・・（９）
となる。ここで、Ｃは定数、ｒは参照孔の半径、Ｊ１は第１種ベッセル関数、ｋ＝２π／λ（λはＸ線の波長）、Ｒ′はデータ点の検出器中心点からの距離、Ｚは試料と検出器との距離である。
【００２６】
なお、参照孔が矩形の場合、その振幅は、
Ｒ＝Ｃ・（ｓｉｎα／α）（ｓｉｎβ／β） ・・・（１０）
として計算することができる。但し、α＝ｋｘＸ／２Ｚ，β＝ｋｙＹ／２Ｚであり、Ｃは定数、ｘは参照孔の横幅、ｙは参照孔の縦幅、（Ｘ，Ｙ）は検出器上の位置である。或いは、数値的に、参照孔形状のパターンにフーリエ変換を行い、散乱振幅を求めても良い。
【００２７】
ｇ２．第２の方法では、参照光の強度分布を実測する。測定では試料あるいはマスク下流にアパーチャーを設けた遮蔽部材を挿入して、参照孔部からのＸ線のみを測定する。測定したＸ線強度の平方根を取って参照光振幅を求める。
【００２８】
ｇ３．第３の方法では、形状が既知の試料を測定した散乱強度を用いて参照孔からのＸ線散乱強度Ｒを求めるものであり、参照孔の径を順次変化させてＸ線散乱強度Ｒのフィッティングを行う。この場合、形状が既知の試料として、図８（ａ）に示したマスク・試料分離方式のＸ線マスクの窓部を用いていることが好適である。なお、マスク試料一体型試料を用いる場合には、試料測定後にＦＩＢ加工により、試料部を除去し、図８（ａ）と同様な窓部を形成した試料を用いて同様な測定を行えば良い。
【００２９】
ｈ．次いで、補正Ｘ線散乱強度を推定した参照光振幅を用いて補正して、再補正したＸ線散乱強度を算出する。この場合、補正Ｘ線散乱強度Ｈ’を推定した参照光振幅Ｒ’＊で割ることによって、再補正したＸ線散乱強度Ａ’を算出する。ここで、Ｒ’＊はＲ’の複素共役量である。
【００３０】
ｉ．次いで、算出した再補正Ｘ線散乱強度Ａ’を逆フーリエ変換することによって、イメージを再生する。
ＦＴ−１（Ａ’）＝ａ’ ・・・（１１）
図６は再生したイメージであり実像ａ’に対応する。この場合、工程ｈにおいて、補正Ｘ線散乱強度Ｈ’を推定した参照光振幅Ｒ’＊で割っているので、上述の式（８）及び式（１１）から明らかなように、参照孔からのＸ線の影響を除去したボケのないイメージ像を得ることができる。即ち、推定した参照光振幅Ｒ’＊を用いることによって、参照孔が、理想的な点光源の場合と等価な結果を得ることができる。
【００３１】
本発明の実施の形態においては、参照孔からの透過Ｘ線の振幅を推定し、測定した試料のＸ線散乱強度を補正しているので、有限な径の参照孔から得られた参照光振幅を、理想的な点光源からの参照光振幅とすることができる。その結果、フーリエ変換ホログラフィーデータから、参照光源の広がりを原因とするイメージのボケが除去でき、その結果、高分解の試料イメージングが可能になる。
【実施例１】
【００３２】
以上を前提として、次に、図１乃至図１０を参照して、本発明の実施例１のＸ線分析方法を説明するが、この実施例１は参照光振幅の推定工程として、図１のｇ３の工程を用いたものである。ここでも説明を簡単にするために図２に示した試料パターンを用いて説明する。まず、図２に示した試料パターンに対してＸ線散乱強度を測定する。なお、測定装置の構成は図１３に示した装置構成と同様であり、また、試料基板の構成も図１４に示した構成と同様である。
【００３３】
光源として放射光Ｘ線としては、波長２．２５Å（エネルギー５．５ｋｅＶ）の干渉性Ｘ線を用いる。光源からのＸ線は、試料の５０ｍｍ上流に設置した１０μｍの径のコリメータにより成形する。試料を透過後の回折Ｘ線は３０００ｍｍ下流のＣＣＤ検出器により測定する。ＣＣＤの画素数は１０２４×１０２４チャンネル、ピクセルサイズは２０μｍである。
【００３４】
この場合、ボケの無い空間分解能δは、フーリエ変換（ＦＴ）の関係式（７）から、３３ｎｍと計算される。なお、この実施例１では、マスク・サンプル一体型の試料を用いているが、マスク・サンプル分離型においても同様に適用することができる。
【００３５】
まず、試料基板を用いてＸ線散乱強度を実測する。図３は測定したＸ線散乱強度である。次いで、測定したＸ線散乱強度を逆フーリエ変換して初期イメージを再生する。図４は、図２に対する初期イメージである。次いで、図５に示すように、初期イメージから、実像ａ’を切り出す。次いで、バックグラウンドノイズを除去する。
【００３６】
次いで、参照光の振幅を推定する。図７は、本発明の実施例１における参照光振幅推定フロー図であり、
α．まず、形状が既知の試料を用いてＸ線散乱強度を測定する。ここでは、形状が既知の試料として、マスク・試料一体型の試料を測定後にＦＩＢ加工により、試料部を除去し、窓部を形成した試料の窓部を用いる。図８（ａ）は用いたＸ線マスクの平面図であり、２μｍ×２μｍの窓部と、０．２μｍの径の参照孔を設けている。図８（ｂ）はＸ線散乱強度の初期イメージであり、図８（ｃ）は図８（ｂ）における破線の沿ったＸ線強度分布を示している。
【００３７】
β．次に、参照孔の径ｄを適当に仮定して、参照孔からのＸ線散乱強度Ｒ＊（ｘ，ｙ）を計算して、測定したＸ線散乱強度をＲ＊（ｘ，ｙ）で割って、補正Ｘ線散乱強度を求める。
γ．次に、補正Ｘ線散乱強度を逆フーリエ変換することによってイメージを計算する。図９（ａ）は、ｄ＝０．１８μｍと仮定した場合のイメージであり、図９（ｂ）は図９（ａ）の横方向のＸ線強度分布である。また、図９（ｃ）は、ｄ＝０．２μｍと仮定した場合のイメージであり、図９（ｄ）は図９（ｃ）の横方向のＸ線強度分布である。また、図９（ｅ）は、ｄ＝０．２２μｍと仮定した場合のイメージであり、図９（ｆ）は図９（ｅ）の横方向のＸ線強度分布である。
【００３８】
なお、Ｘ線散乱強度Ｒ＊（ｘ，ｙ）が０になる位置においては、割り算の結果、発散することになるので、発散しないようにΔを用いる。図１０は発散防止パラメータΔの説明図であり、図１０（ａ）は、Ｘ線散乱強度分布であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）における、強度が０近傍の拡大図である。ここで、強度が０近傍になった時の発散を防ぐパラメータとしてΔを設定するが、このパラメータΔは測定データのバックグラウンドレベルにより決めることにより最適な補正を行う。
【００３９】
ここで、Δを測定データの最大振幅Ｐで割ったε＝Δ／Ｐを導入し、εが０．０００１〜０．２の範囲に、例えば、ε＝０．００１に設定する。なお、図９は、ε＝０．００１に設定した場合を示している。したがって、切り出した実像から計算したＸ線散乱強度（式（８））をＲ（ｘ，ｙ）で割る場合には、下記のＲ’（ｘ，ｙ）を用いる。
Ｒ’（ｘ，ｙ）＝Ｒ ｆｏｒ ｜Ｒ｜＞Δ
Ｒ’（ｘ，ｙ）＝Δ ｆｏｒ ｜Ｒ｜＜Δ ａｎｄ Ｒ＞０
Ｒ’（ｘ，ｙ）＝−Δ ｆｏｒ ｜Ｒ｜＜Δ ａｎｄ Ｒ＜０
【００４０】
δ．次いで、窓部に対応するパターン領域のＸ線散乱強度Ｓとそれ以外の領域のＸ線散乱強度Ｎを求め、その比Ｎ／Ｓを順次仮定した参照孔ｄを変動させて形成する。
ε．次いで、計算したｉ回目のＮｉ／Ｓｉが
｜（Ｎｉ−１／Ｓｉ−１）−（Ｎｉ／Ｓｉ）｜／｜Ｎｉ／Ｓｉ｜≦０．００１
の条件を満たすまで再計算する。
【００４１】
ζ．次いで、
｜（Ｎｉ−１／Ｓｉ−１）−（Ｎｉ／Ｓｉ）｜／｜Ｎｉ／Ｓｉ｜≦０．００１
になった時の参照孔の径ｄから参照光のＸ線散乱強度Ｒ＊（ｘ，ｙ）を計算することで、参照光振幅推定工程を終了する。
【００４２】
次いで、補正Ｘ線散乱強度を推定した参照光振幅を用いて補正して、再補正したＸ線散乱強度を算出する。この場合、式（８）で表わされる補正Ｘ線散乱強度を推定した参照光振幅Ｒ’＊で割ることによって、再補正したＸ線散乱強度を算出する。
【００４３】
次いで、算出した再補正Ｘ線散乱強度を逆フーリエ変換することによって、イメージを再生する。図６は再生したイメージであり実像ａ’に対応する。この場合、補正Ｘ線散乱強度を推定した参照光振幅Ｒ’＊で割っているので、上述の式（８）及び式（１１）から明らかなように、参照孔からのＸ線の影響を除去したボケのないイメージ像を得ることができる。
【実施例２】
【００４４】
次に、図１１及び図１２を参照して、本発明の実施例２のＸ線分析方法を説明するが、この実施例２は、参照光振幅の推定工程として、図１のｇ２の工程を用いたものである。図１１は、本発明の実施例２のＸ線分析方法を実施するためのＸ線分析装置の概念的構成図である。このＸ線分析装置は、Ｘ線源１１、モノクロメータ１２、シャッター１３、Ｘ線コリメータ１４、試料を保持するマスク３０、アパーチャー１６を備えた遮蔽部材１５、二次元検出器１７を備えている。Ｘ線コリメータ１４、マスク３０及び遮蔽部材１５はＰＣ（パーソナルコンピュータ）１８を介してコントローラ１９によって位置制御（ｘ１，ｙ１，ｘ２，ｙ２，ｚ２）或いは開口幅制御（ＷＨ，ＷＶ）される。また、二次元検出器１７による測定結果は、検出器コントローラ２０を介してＰＣ１８に出力される。
【００４５】
図１２は、マスクと遮蔽部材との位置関係の説明図であり、ここでもマスク３０はＸ線吸収部材３１にＸ線透過窓３２と参照孔３３とを設け、メンブレン膜３４のＸ線透過窓３２に対応する位置に試料３５が配置されている。
【００４６】
参照光振幅推定工程において、遮蔽部材１５は、アパーチャー１６の位置が参照孔３３の位置に対応するようにコントローラ１９で位置制御して、参照孔からの透過した参照光のみのＸ線散乱強度を測定する。なお、試料からのＸ線散乱強度の測定工程においては、遮蔽部材１５をＸ線の透過位置から退避させて測定を行う。
【００４７】
このように、本発明の実施例２においては、Ｘ線分析装置にアパーチャーを設けた遮蔽部材を備えることによって、マスクに設けた参照孔からのＸ線散乱強度を実測し、その平方根を取ることによりＲ＊を得ることができる。
【００４８】
ここで、実施例１及び実施例２を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１） 測定用窓部に配置した試料からのＸ線散乱強度を測定する工程と、参照孔からの参照光振幅を推定する工程と、前記Ｘ線散乱強度を推定した前記参照光振幅により補正して補正Ｘ線散乱強度を求める工程と、前記補正Ｘ線散乱強度を逆フーリエ変換して試料のイメージを再生する工程とを有することを特徴とするＸ線分析方法。
（付記２） 前記補正Ｘ線散乱強度を求める工程において、前記Ｘ線散乱強度として、測定データ中心部に現れる透過Ｘ線や非干渉性散乱強度を除去した回折Ｘ線のみを用いることを特徴とする付記１に記載のＸ線分析方法。
（付記３） 前記Ｘ線散乱強度として、測定データ中心部に現れる透過Ｘ線や非干渉性散乱強度を除去した回折Ｘ線のみを用いる工程において、前記測定したＸ線散乱強度を逆フーリエ変換して試料の初期イメージを再生する工程と、前記初期イメージから前記参照孔の広がりによるボケの入った試料イメージ或いはその虚像の少なくとも一方を切りだす工程と、前記切り出した試料イメージ或いはその虚像からバックグラウンドノイズを除去する工程と、前記バックグラウンドノイズを除去した試料イメージ或いはその虚像をフーリエ変換してＸ線散乱強度を計算する工程とを有することを特徴とする付記１または付記２に記載のＸ線分析方法。
（付記４） 前記参照光振幅を推定する工程が、参照孔の形状から、数式的に計算により参照光振幅を求める工程であることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載のＸ線分析方法。
（付記５） 前記参照光振幅を推定する工程が、前記測定用窓部をマスク部材で遮蔽して参照光のみの強度分布を実測して参照光振幅を求める工程であることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載のＸ線分析方法。
（付記６） 前記参照光振幅を推定する工程が、形状が既知の試料を測定して得たＸ線散乱強度から参照光振幅を求める工程であることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載のＸ線分析方法。
（付記７） 前記形状が既知の試料を測定したＸ線散乱強度から参照光振幅を求める工程が、測定して得たＸ線散乱強度を逆フーリエ変換して初期イメージを再生する工程と、参照孔の径を仮定して得た参照光の散乱強度でＸ線散乱強度を補正する工程と、補正したＸ線散乱強度を逆フーリエ変換してイメージを計算する工程と、計算したイメージにおける前記既知の形状部分のＸ線強度Ｓとそれ以外の部分のＸ線強度ＮからＮ／Ｓを参照孔の径を順次変動させて計算する工程と、計算したｉ回目のＮｉ／Ｓｉが
｜（Ｎｉ−１／Ｓｉ−１）−（Ｎｉ／Ｓｉ）｜／｜Ｎｉ／Ｓｉ｜≦０．００１
になるまで再計算する工程と、
｜（Ｎｉ−１／Ｓｉ−１）−（Ｎｉ／Ｓｉ）｜／｜Ｎｉ／Ｓｉ｜≦０．００１
になった時の参照孔の径から参照光のＸ線散乱強度を計算する工程とを有することを特徴とする付記６に記載のＸ線分析方法。
（付記８） 干渉性Ｘ線源と、Ｘ線を絞るコリメータと、試料を保持する試料基板と、前記試料基板に設けた測定用窓部を遮蔽し、参照孔からのＸ線のみを透過するアパーチャー部材と、前記アパーチャー部材をＸ線の光軸方向に対して垂直方向に移動させる移動部材と、試料及び参照孔を透過したＸ線を検出する検出器とを備えたことを特徴とするＸ線分析装置。
【符号の説明】
【００４９】
１ Ｘ線吸収部
２ Ｆ字パターン
３ 参照孔
１１ Ｘ線源
１２ モノクロメータ
１３ シャッター
１４ Ｘ線コリメータ
１５ 遮蔽部材
１６ アパーチャー
１７ 二次元検出器
１８ ＰＣ
１９ コントローラ
２０ 検出器コントローラ
３０ マスク
３１ Ｘ線吸収部材
３２ Ｘ線透過窓
３３ 参照孔
３４ メンブレン膜
３５ 試料
５１ Ｘ線源
５２ Ｘ線コリメータ
６０ 試料基板
５３ 検出器
６１ シリコン基板
６２ メンブレン膜
６３ 窓部
６４ Ａｕ膜
６５ Ｘ線透過窓
６６ 参照孔
６７ 試料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定用窓部に配置した試料からのＸ線散乱強度を測定する工程と、
参照孔からの参照光振幅を推定する工程と、
前記Ｘ線散乱強度を推定した前記参照光振幅により補正して補正Ｘ線散乱強度を求める工程と、
前記補正Ｘ線散乱強度をフーリエ逆変換して試料のイメージを再生する工程と
を有することを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項２】
前記参照光振幅を推定する工程が、参照孔の形状から、数式的に計算により参照光振幅を求める工程であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析方法。
【請求項３】
前記参照光振幅を推定する工程が、前記測定用窓部をマスク部材で遮蔽して参照光のみの強度分布を実測して参照光振幅を求める工程であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析方法。
【請求項４】
前記参照光振幅を推定する工程が、形状が既知の試料を測定して得たＸ線散乱強度から参照光振幅を求める工程であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析方法。
【請求項５】
干渉性Ｘ線源と、
Ｘ線を絞るコリメータと、
試料を保持する試料基板と、
前記試料基板に設けた測定用窓部を遮蔽し、参照孔からのＸ線のみを透過するアパーチャー部材と、
前記アパーチャー部材をＸ線の光軸方向に対して垂直方向に移動させる移動部材と、
試料及び参照孔を透過したＸ線を検出する検出器と
を備えたことを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項１】
測定用窓部に配置した試料からのＸ線散乱強度を測定する工程と、
参照孔からの参照光振幅を推定する工程と、
前記Ｘ線散乱強度を推定した前記参照光振幅により補正して補正Ｘ線散乱強度を求める工程と、
前記補正Ｘ線散乱強度をフーリエ逆変換して試料のイメージを再生する工程と
を有することを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項２】
前記参照光振幅を推定する工程が、参照孔の形状から、数式的に計算により参照光振幅を求める工程であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析方法。
【請求項３】
前記参照光振幅を推定する工程が、前記測定用窓部をマスク部材で遮蔽して参照光のみの強度分布を実測して参照光振幅を求める工程であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析方法。
【請求項４】
前記参照光振幅を推定する工程が、形状が既知の試料を測定して得たＸ線散乱強度から参照光振幅を求める工程であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析方法。
【請求項５】
干渉性Ｘ線源と、
Ｘ線を絞るコリメータと、
試料を保持する試料基板と、
前記試料基板に設けた測定用窓部を遮蔽し、参照孔からのＸ線のみを透過するアパーチャー部材と、
前記アパーチャー部材をＸ線の光軸方向に対して垂直方向に移動させる移動部材と、
試料及び参照孔を透過したＸ線を検出する検出器と
を備えたことを特徴とするＸ線分析装置。
【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】
【公開番号】特開２０１２−１５９３５４（Ｐ２０１２−１５９３５４Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８２０８（Ｐ２０１１−１８２０８）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]