(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｘ線反射率測定等において、試料から散乱されるＸ線ビームを限定するアパーチャの位置、サイズを容易に決定することができる。【解決手段】試料（２０４）からの偏向Ｘ線ビーム（２０６）を検出するためのＸ線検出システム（４００）であって、検出器（４０２）でＸ線ビームエリアを受信可能とされた画素アレイを有する検出器（４０２）と、試料画像を検出器（４０２）から読み出す画像処理手段（４０４）と、第１のエリアのサブ画像を試料画像から抽出する対象領域抽出手段（４０６、４０８）とを備える。サブ画像は、一般に「仮想アパーチャ」画像を得るための画素アレイの狭い細片か、あるいは「仮想アパーチャ」画像を得るための画素アレイの円形エリアである。検出器（４０２）から取り込んだ試料画像から複数のサブ画像を抽出することができる。【選択図】図４
2006201166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料からの偏向Ｘ線ビームを検出するためのＸ線検出システムであって、
イメージング検出器と、
試料画像を検出器から読み出す画像処理手段と、
第１のエリアのサブ画像を試料画像から抽出する対象領域抽出手段と、
を備える、検出システム。
【請求項２】
サブ画像がストライプである、請求項１に記載の検出システム。
【請求項３】
サブ画像が湾曲したストライプである、請求項１に記載の検出システム。
【請求項４】
サブ画像が略円形の部分である、請求項１に記載の検出システム。
【請求項５】
画像解析手段をさらに備え、
サブ画像が１つ以上のアルゴリズムに従って解析される、請求項１に記載の検出システム。
【請求項６】
画像解析手段が、対象領域抽出手段が試料画像から第２のエリアの別のサブ画像を抽出するように指示可能とされている、請求項１に記載の検出システム。
【請求項７】
検出器が画素のアレイまたはマトリクスを備える、請求項１に記載の検出システム。
【請求項８】
試料からの偏向Ｘ線ビームを検出するための方法であって、
偏向Ｘ線ビームを試料画像の形で取り込むステップと、
対象領域に対応するサブ画像を試料画像から抽出するステップと、
を備える、方法。
【請求項９】
試料を測定するためのＸ線測定システムであって、
Ｘ線ビームを試料に向けるＸ線源と、
試料からの偏向Ｘ線ビームを受信する請求項１に記載のＸ線検出システムと、
を備える、測定システム。
【請求項１０】
Ｘ線トポグラフィ、反射率計または回折計システムである、請求項９に記載の測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線検出システムに関する。
【背景】
【０００２】
一般に、Ｘ線測定装置はＸ線源とＸ線検出器とを含む。Ｘ線源は、Ｘ線ビームを形成し、測定の対象である試料に向けるためのＸ線光学系を有することができる。検出器を、要求される測定に応じて回折または正反射Ｘ線を受けるように位置決めすることができる。ほとんどの種類の測定において、試料から散乱されるＸ線ビームの角度またはエリアを限定するために、Ｘ線検出器の前に物理的なスリットまたはアパーチャが必要とされる。スリットまたはアパーチャを有するには２つの主な理由がある。
１．異なる情報が異なる角度領域または異なるエリアに含まれるが、これらを区別するのに必要である。
２．例えば装置の表面に当たるビームからの不要な散乱によりデータにアーチファクトが与えられるが、これは除去されなければならない。
【０００３】
従来技術のＸ線反射率測定システム１００の例が図１に示されている。入射Ｘ線ビーム１０２が試料１０４に向けられる。入射Ｘ線ビーム１０２は試料１０４から偏向され、反射Ｘ線ビーム１０６を形成する。機械的な小さいアパーチャである、スリット１０８が検出器１１０の正面に位置決めされる。スリット１０８は偏向Ｘ線ビーム１０６から正反射Ｘ線ビーム１１２を分離する。
【０００４】
偏向Ｘ線ビーム１０６は、正反射Ｘ線ビーム１１２に含まれている、試料１０４からの追加情報を含む。この追加情報は、正反射Ｘ線ビーム１１２周囲の散漫散乱内に含まれ、別の走査による測定を可能にするためには検出器１１０およびスリット１０８の場所を変える必要がある。
【０００５】
さらに、Ｘ線測定を行う前にスリットまたはアパーチャサイズを決定するのは困難であることが多い。適切なスリットまたはアパーチャサイズを選択する際に考慮しなければならない因子には、強度、解像度および信号対雑音比が含まれる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、試料からの偏向Ｘ線ビームを検出するためのＸ線検出システムであって、
イメージング検出器と、
試料画像を検出器から読み出す画像処理手段と、
第１のエリアのサブ画像を試料画像から抽出する対象領域抽出手段と
を備える検出システムが提供される。
【０００７】
サブ画像がストライプであるのが好ましい。
【０００８】
一般に、ストライプは試料画像の略矩形の部分である。例えば、画素で構成されたデジタル試料画像については、隣接画素の多数の列を選択することによりストライプを抽出することができる。
【０００９】
あるいは、サブ画像が湾曲したストライプである。
【００１０】
湾曲したストライプは、試料に近接配置した特定のマイクロフォーカス線源を用いて要求することができる。
【００１１】
またあるいは、サブ画像が略円形の部分である。
【００１２】
サブ画像がストライプのときＸ線検出手段は「仮想」スリットに相当し、サブ画像が略円形の部分のときＸ線検出手段は「仮想」アパーチャに相当する。
【００１３】
Ｘ線検出システムが、画像解析手段をさらに備え、サブ画像が１つ以上のアルゴリズムに従って解析されるのが好ましい。
【００１４】
画像解析手段が、対象領域抽出手段が試料画像から第２のエリアの別のサブ画像を抽出するように指示可能とされているのが好ましい。
【００１５】
検出器が画素のアレイまたはマトリクスを備えるのが好ましい。
【００１６】
検出器が、Ｘ線に適したＣｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ）撮像素子であるのが好ましい。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、試料からの偏向Ｘ線ビームを検出するための方法であって、
偏向Ｘ線ビームを試料画像の形で取り込むステップと、
対象領域に対応するサブ画像を試料画像から抽出するステップと
を備える方法が提供される。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、試料を測定するためのＸ線測定システムであって、
Ｘ線ビームを試料に向けるＸ線源と、
試料からの偏向Ｘ線ビームを受信する第１の態様によるＸ線検出手段と
を備える、Ｘ線測定システムが提供される。
【００１９】
Ｘ線測定システムが、Ｘ線トポグラフィ、反射率計、または回折計システムであるのが好ましい。
【００２０】
以下に、本発明の実施形態を添付の図面を参照して説明する。
【発明の詳細説明】
【００２１】
図２を参照すると、Ｘ線測定システム２００が示されている。システム２００は、試料２０４に向けられるＸ線ビーム２０２を生成するＸ線源（図示せず）を含む。Ｘ線ビーム２０２は、試料２０４から偏向されて、偏向Ｘ線ビーム２０６を生成する。検出器アレイ２１０は、Ｘ線ビーム２０６を受信して、試料画像（図３、３００）を記録し、これが画像処理手段（図４、４０４）により抽出される。
【００２２】
検出器アレイ２１０は、適当な信号対雑音比およびダイナミックレンジ性能を持つＸ線感受性ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の任意の適当なイメージングデバイスであってもよい。
【００２３】
試料画像３００は、画像処理手段により合成されたデータから得られるが、一般に正反射および乱反射データの両方を含むことになる。
【００２４】
次に、試料画像３００は情報を抽出するためにデジタル処理される。正反射または弾性的に散乱されたデータが点Ａ−Ａ間の垂直方向ストライプを積分することによって求められる。
【００２５】
点Ａの位置は、実験が行われる前でなく取得したデータを処理する際に決定され、ストライプの最適な寸法を求めるために、追加のＸ線測定を要せずに必要な回数変更することができる。
【００２６】
散漫散乱は、垂直方向の一片Ａ−Ａとは逆側の点ＡおよびＢ間に発生する。全散漫散乱（ＴＤＳ）を測定するために全体的に積分するか、あるいは角度位置に対する散漫散乱のプロットを得るために狭い細片で積分することができる。
【００２７】
結果として、１組の機器の設定から独立した「仮想」スリットを得る。「仮想スリット」サイズは、試料画像３００が取得された後で変更することができる。さらに、試料画像３００は、最適な情報を得るために、異なるスリットサイズを用いて必要な回数だけ処理することができる。
【００２８】
上記の例は、試料に関連するデータのストライプを得るためにスリットおよび仮想スリットを用いることを説明するものである。あるＸ線測定では、ストライプよりもむしろ円などの小さいエリアがアパーチャを通してＸ線により照射される。試料画像から「仮想」アパーチャを構成するのに同一の原理が適用される。
【００２９】
さらに、Ｘ線測定システム２００において、検出器２１０が偏向Ｘ線ビーム２０６を正反射的に受信するように位置決めされている。本発明のＸ線検出システムは、Ｘ線ビームが偏向され、検出器がＸ線発生器から試料と同じ側または反対側のいずれかに位置決めされるＸ線測定に同様に適用可能である。つまり、検出器２１０を伝送測定にも同様に使用可能である。
【００３０】
図４を参照すると、Ｘ線測定システム４００が、検出器アレイ４０２と、画像処理手段４０４と、正反射ＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ：対象領域）抽出手段４０６と、乱反射ＲＯＩ抽出手段４０８と、画像解析手段４１０とを備える。
【００３１】
使用時、Ｘ線ビーム４１２が検出器アレイ４０２により受信され、図３に示すような試料画像が画像処理手段４０４により取り込まれる。この例では、正反射ＲＯＩ抽出手段が、試料画像から図３の垂直方向片Ａ−Ａと同等のサブ画像を抽出する。正反射ＲＯＩ抽出手段は、垂直方向片Ａ−Ａの反対側の片Ａ−Ｂと同等の試料画像からサブ画像を抽出する。画像分析手段４１０がサブ画像を分析し、必要に応じて、サイズ変更コマンドによってＲＯＩのサイズまたは形状（つまり、垂直方向片Ａ−Ａの寸法）を変更することにより、代替のサブ画像の抽出を要求する。画像分析手段４１０が一旦サブ画像を最適化してしまうと、それらは画像出力手段４１６により表示または保存される。
【００３２】
ｍｉｃｒｏｓｏｕｒｃｅ（登録商標）Ｘ線源等のマイクロフォーカスＸ線源を試料に近接して用いた場合に、特有の問題が生じる。試料から得られるストライプは、平面検出器上で測定したとき顕著に湾曲する。この曲率は、幾何学的な回折原理から算出することができ、円錐曲線（「Ｂｒａｇｇ円錐」）である。物理的なスリットを用いる場合には、それも湾曲していなければならず、その曲率が円錐のものと合致しなければならない。この「曲率」が画像積分ではＲｅｇｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ（ＲＯＩ）の定義で行われるので、仮想スリットを用いるほうがずっと簡単である。仮想スリットは、このように可変曲率機械スリットよりもずっと簡単である。
【００３３】
ＢｅｄｅＳｃａｎ（商標）（米国特許第６，７８２，０７６号）として既知であるデジタルＸ線トポグラフィシステムにおいて、データはイメージング検出器上で取得され、続いて処理されて全面画像を形成する。本発明によるＸ線検出システムを用いることにより、試料の様々な特徴を強調するために、局所走査を様々な方法で再構築することができる。
【００３４】
図５を参照すると、狭い仮想スリット（ＲＯＩ１０ピクセル幅）で本発明によるＸ線検出システムから得られた試料のトポグラフィ走査が示されている。この狭い仮想スリットは、方位コントラストに非常に敏感なトポグラフィ走査を作り出す。図６は同じ試料のトポグラフィ走査であり、５０ピクセル幅の広い仮想スリットで再度本発明によるＸ線検出システムを用いている。仮想スリット幅が広くなるほで、方位コントラストは抑制されるが、他の欠陥コントラストはより目に付きやすくなる。
【００３５】
高解像度Ｘ線回折において、本発明のＸ線検出システムには、一般にはエピタキシャル層の厚みおよび組成を測定するために半導体計測システムの反復性およびスループットを高める用途がある。
【００３６】
典型的な測定は、試料の速度の２倍の走査を行う（ω―２θ走査）スリット制限計測検出器を用いる。スリット制限検出器は、そのデータ取得の感受性領域が機械スリットにより画成されている検出器であり、つまり、機械スリットがＸ線検出器の前に配置されている。スリットを、走査に十分な信号対雑音比を得るのに十分な程度に狭めなければないが、これは強度の損失とスループットの悪化を招く。スループットはデータ取得（＋試料の変更等の間接要因）の合計時間である。
【００３７】
本発明のＸ線検出システムを用いることにより、最適な反復性が得られるまでデータの後処理において徐々にスリット設定を小さくするアルゴリズムを採用可能である。これは、米国特許第６，１９２，１０３号のＧｅｎｅｔｉｃ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍソフトウェア等の自動調整アルゴリズムにより報告される「適合度」により判断可能である。
【００３８】
別の例は、３軸逆格子空間データを収集するエリア検出器の使用である。３軸逆格子空間データに関する情報は、Ｄ．Ｋ．ＢｏｗｅｎおよびＢ．Ｋ  Ｔａｎｎｅｒによる「Ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｘ−Ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｒｙ  ａｎｄ  ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ」（Ｔａｙｌｏｒ  ＆  Ｆｒａｎｃｉｓ、Ｌｏｎｄｏｎ、１９９８年、第７章）で知ることができる。これは、検出器上の仮想アパーチャを用いて、様々な解像度での逆格子空間マップを示すよう効果的に後処理可能である。
【００３９】
Ｘ線粉末回折において、機械スリットを本発明のＸ線検出手段で置き換えることにより、無限に可変の受信スリットを合成することが可能となる。データには後処理によりピークにおいて高解像度または高強度のいずれかを与えることができる。
【００４０】
Ｘ線反射率において、正反射および散漫散乱を分離するが、同時に測定することができる。この場合、仮想スリット幅が入射ビーム特性に適合するように設定される。
【００４１】
本発明の範囲から逸脱することなく、改良および改変を組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来技術のＸ線測定システムを示す図である。
【図２】本発明に係るＸ線検出システムを組み込んだＸ線測定システムの実施形態を示す図である。
【図３】本発明に係る試料画像のエンコードを示す図である。
【図４】本発明に係るＸ線検出システムのフロー図である。
【図５】本発明に係るＸ線検出システムを用いた１０画素幅の対象領域のＸ線トポグラフィ走査を示す図である。
【図６】本発明に係るＸ線検出システムを用いた５０画素幅の対象領域のＸ線トポグラフィ走査を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
２０４…試料、２０６…偏向Ｘ線ビーム、４００…Ｘ線測定システム、４０２…検出器（検出器アレイ）、４０４…画像処理手段、４０６、４０８…対象領域抽出手段。
【図１】
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【図２】
2006201166.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2006201166000001.pdf