(57)【要約】【課題】本発明は、スキャンされる対象物を通過するコヒーレントな放射線の位相情報を視覚化する位相コントラスト撮像に関する。コーンビームジオメトリの場合、強い位相コントラストゆがみは、撮像野（ＦＯＶ）の中心の外側領域において起こる【解決手段】関心対象物を検査する位相コントラスト撮像装置に関する格子が提供される。光軸に対する特定の角度の投影において台形プロファイルの作成を減らす集束格子が使用される。レーザーサポート法は、斯かる集束格子構造を作成する専用のエッチング処理と組み合わせて使用される。【選択図】  図８
2018033988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関心対象物を検査する位相コントラスト撮像装置に関する格子を製造する方法において、前記格子が前記撮像装置に設置されるとき、前記格子が、放射線源に向かう方向に構成される第１の軸を持ち、前記方法は、
電磁放射線を用いて、少なくとも第１の溝をウェーハ物質へ書き込むステップと、
エッチング技術により前記書き込まれた第１の溝の表面を滑らかにするステップとを有し、
前記第１の溝が、第１の方向に深さを持ち、
前記第１の溝が前記第１の軸に対して第１の角度で傾斜するよう、前記第１の方向は、前記第１の軸と異なる、方法。
【請求項２】
少なくとも第１の溝を吸収物質で充填するステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
関心対象物を検査する位相コントラスト撮像装置に関する格子であって、前記格子が前記撮像装置に設置されるとき、前記格子が、放射線源に向かう方向に構成される第１の軸を持ち、前記格子は、
ウェーハ物質と、
前記ウェーハ物質内部にあり、第１の方向に深さを持つ第１の溝とを有し、
前記第１の溝が前記第１の軸に対して傾斜するよう、前記第１の方向が、前記第１の軸と異なる、格子。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の方法により製造される、請求項３に記載の格子。
【請求項５】
前記ウェーハ物質内部にある第２の溝を更に有し、
前記第１の溝が、前記第１の軸に対して第１の角度で傾斜し、
前記第２の溝は、前記第１の軸に対して第２の角度で傾斜し、
前記第１の角度が、前記第２の角度より小さい、請求項３又は４に記載の格子。
【請求項６】
溝のシーケンスを更に有し、
前記溝のシークエンスにおける各溝が、前記第１の軸に対して個別の角度で傾斜し、
前記個別の角度が、溝から溝へと増加する、請求項３乃至５の一項に記載の格子。
【請求項７】
前記格子が、前記撮像装置の集束ジオメトリでの動作を可能にする、請求項３乃至６の一項に記載の格子。
【請求項８】
前記溝が、集束ジオメトリにおける線形溝、台形溝及び非対称の溝の少なくとも１つである、請求項３乃至７の一項に記載の格子。
【請求項９】
前記格子の前記第１の軸が、前記格子の表面に垂直である、請求項３乃至８の一項に記載の格子。
【請求項１０】
関心対象物を検査する位相コントラスト撮像装置であって、
放射線を放出する源と、
検出器と、
前記源及び前記検出器の間に配置される格子とを有し、
前記検出器が、前記関心対象物及び前記格子を進んだあとの前記放射線を検出するよう構成され、
前記格子は、集束ジオメトリを持ち、
前記格子が前記撮像装置に設置されるとき、前記格子が、放射線源に向かう方向に構成される第１の軸を持ち、
前記格子は、
ウェーハ物質と、
前記ウェーハ物質内部にあり、第１の方向に深さを持つ第１の溝とを有し、
前記第１の溝が前記第１の軸に対して傾斜するよう、前記第１の方向が、前記第１の軸と異なる、位相コントラスト撮像装置。
【請求項１１】
溝のシーケンスを更に有し、
前記溝のシークエンスにおける各溝が、前記第１の軸に対して個別の角度で傾斜し、
前記個別の角度が、溝から溝へと増加する、請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記検出器の前に配置される吸収格子である第２の格子を更に有し、
前記第２の格子が、前記格子位置に適合される集束ジオメトリを持つ、請求項１０又は１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
台形ジオメトリを持つ吸収格子であり、前記源及び前記位相格子の間に配置される第３の格子であって、前記位相格子の少なくとも部分的にコヒーレントな照射を可能にする、第３の格子を更に有する、請求項１０乃至１２の一項に記載の撮像装置。
【請求項１４】
少なくとも１つのアクチュエータ又はステッパーモータを更に有し、前記源により放出される前記放射線が、光軸を持ち、前記アクチュエータ又はステッパーモータは、前記位相格子と前記源により放出される放射線の光学軸に垂直な前記第２の格子との少なくとも１つを動かすこと、及び、特定の角度へと前記格子を傾けることにより、前記入射する放射線に関する有効な溝深さを変化させることの少なくとも１つを行うよう構成される、請求項１０乃至１３の一項に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記源が、Ｘ線源であり、
前記装置は、Ｘ線ベースの差分位相コントラスト撮像装置として構成される、請求項１０乃至１３の一項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相コントラスト撮像に関する。特に、本発明は、位相コントラスト撮像装置に関する格子、斯かる格子を有する位相コントラスト撮像装置及び位相コントラスト撮像装置に関する格子を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁放射線を用いた関心対象物の検査のため、可視若しくは不可視光又はＸ線が使用されることができる。Ｘ線差分位相コントラスト撮像（ＤＰＣＩ）は、スキャンされる対象物を進むコヒーレントなＸ線の位相情報を視覚化する。古典的Ｘ線送信撮像に加えて、ＤＰＣＩは、投影ラインに沿ってスキャンされる対象物の吸収特性だけでなく、送信されたＸ線の位相シフトも決定する。これにより、コントラスト強化、物質合成又は線量削減に関して使用可能な可変的な追加情報が与えられる。
【０００３】
最近、Villingen, SwitzerlandのPaul-Scherrer Instituteグループは、ＤＰＣＩの実現をもたらした（例えばPfeifferらによるEP 1 731 099 A1、EP 1 879 020 A1、Nature Physics 2, 258 (2006)参照）。
【０００４】
以前の差分又は非差分のＰＣＩ法は、非常にモノクロかつコヒーレントなＸ線源の要件を必要とするが、上記の方法は、小さな開口部を介してコヒーレンスを保証することができる追加的なソース格子を用いて、標準的なＸ線源、即ちＸ線管の使用を可能にすることができる。撮像される関心対象物の後に、位相シフト格子（Ｇ１）が、配置される（ビームスプリッタとして機能する）。結果として生じる干渉パターン（図２を参照）はその最小及び最大の相対的な位置（通常は数マイクロメートルのオーダー）においてビーム位相シフトに関する必要な情報を含む。一般的なＸ線検出器（１５０μｍのオーダーの典型的な解像度）は、斯かる微細構造を分解することができないので、干渉パターンの周期性に類似する周期性を持つ送信及び吸収ストリップの周期的パターンを特徴とする位相アナライザ格子（別名「吸収格子Ｇ２」）を用いて、干渉がサンプリングされる。
【０００５】
類似する周期性は、非常により大きい周期性を持つ格子の後にモアレパタンを生み出す。これは、一般的なＸ線検出器（図３を参照）により検出可能である。差分位相シフトを得るため、アナライザ格子（吸収格子）Ｇ２は、「位相ステッピング」と呼ばれる格子ピッチｐ（通常は１μｍのオーダー）の分数により、横方向にシフトされる必要がある。位相シフトは、アナライザ格子の各位置に対して測定される特定のモアレパタンから抽出されることができる。拡張において、硬Ｘ線を用いて位相シフトのコンピュータ断層撮影が実行されることもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特にコーンビームジオメトリの場合、強い位相コントラストゆがみは、撮像野（ＦＯＶ）の中心の外側領域において起こる。
【０００７】
より少ない位相コントラストゆがみを持つ画像を撮像システムに生み出させることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、関心対象物を検査する位相コントラスト撮像装置のための格子、斯かる格子を持つ位相コントラスト撮像装置及び斯かる格子を製造する方法に関する。本発明の例示的な実施形態の更なる特徴が従属項に述べられる。
【０００９】
以下において例えば位相格子に関して記載される特徴は、撮像装置の一部とすることもできる点に留意されたい。逆もまた同じである。更に、以下において、格子に関して記載されるすべての特徴は、格子を製造するための個別の方法ステップに関連する。
【００１０】
本発明の例示的な実施形態によれば、関心対象物を検査する位相コントラスト撮像装置に関する格子が提供される。上記格子が上記撮像装置に設置されるとき、上記格子が、放射線源に向かう方向に構成される第１の軸を持つ。上記格子は、ウェーハ物質と、上記ウェーハ物質内部にあり、第１の方向に深さを持つ第１の溝とを有し、上記第１の溝が上記第１の軸に対して傾斜するよう、上記第１の方向が、上記第１の軸と異なる。
【００１１】
言い換えると、第１の軸に対して傾けられた角度で第１の軸の方向において基板へと単に「掘る」ことで、溝は、穿設されず、又はエッチングされず、又は「組み立てられる」こともない。第１の軸は通常、基板の表面に垂直である。
【００１２】
「溝」は、必ずしも基板に穿孔又はエッチングされる必要はないが、基板上に溝の壁を成長させることにより基板上で「成長される」こともできる点に留意されたい。１つの可能性は、物質の犠牲層が基板上に提供される事前加工ステップとすることができる。この基板へと、後の壁に関するギャップが（例えば適切なエッチングステップにより追従される電子ビームリソグラフィにより）切り離される。すると、次のステップにおいて、溝の壁は、例えばスパッタリングにより基板上へと成長されることができる。第３のステップにおいて、必要に応じて、残りの犠牲層が除去されることができる。
【００１３】
格子が溝を持つ構造として規定されること、及び溝が、位相格子のための空気又は吸収格子に関する吸収物質で充填されることができることに更に留意されたい。
【００１４】
格子がセグメント化される又は２次元構造である場合、第１の軸は、個別のセグメントに対する第１の軸である。
【００１５】
従って、層の数を増やすことが、エッチングに対する代替手段である。しかしながら、これは、シリコンにおけるエッチングと比較して製造により多くの時間がかかる。プラスチック／金属の３Ｄ印刷又はレーザー焼結といった方法が、５０μｍ未満の特徴サイズで可能である。微粉末粒度は、斯かるより小さな構造の焼結を可能にすることができる。
【００１６】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、この格子は、上記ウェーハ物質内部にある第２の溝を更に有する。上記第１の溝が、上記第１の軸に対して第１の角度で傾斜し、上記第２の溝は、上記第１の軸に対して第２の角度で傾斜する。上記第１の角度が、上記第２の角度より小さい。
【００１７】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、溝のシーケンスが提供される。上記溝のシークエンスにおける各溝が、上記（可能であればセグメント化された）第１の軸に対して個別の角度で傾斜し、上記個別の角度が、溝から溝へと増加する。
【００１８】
言い換えると、溝から溝へと移動するとき、次の溝はそれぞれ前の溝よりちょっとだけ大きく傾けられる。例えば、第１の溝は第１の軸（これは、格子が撮像装置に挿入されるとき、電磁放射線の源の方を指す）に対して−２０°の角度により傾けられ、次の溝は、−１９，９９９９°で傾けられ、その次の溝は、−１９，９９９８°で傾けられる、等となる。中間の溝は傾けられず、中間の溝より後の溝は、０，０００１°傾けられる、等となる。ここで、最後の溝は、＋２０°で傾けられる。
【００１９】
１つの格子を、溝から溝までの１μｍの距離で、源から格子／検出器への約１ｍの距離で見て、約３０ｃｍの検出器サイズを考えると、溝から溝への角傾斜はかなり小さい。多くは、溝当たり０．００１°から０．０００１°の範囲にある。従って、構造から構造への非常に正確な配列及び修正が可能である。
【００２０】
これは、焦束ジオメトリにおいて撮像装置が動作することを可能にすることができる。
【００２１】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、溝は線形溝である。この溝は例えば、第１の軸に垂直な平面において互いに平行に構成される。
【００２２】
言い換えると、格子の第１の軸に沿って見るとき、（ほとんどの溝が、第１の軸の方向に対して傾けられるにもかかわらず）、各溝は、第１の軸に垂直な平面に沿って線形に延在し、他の溝に平行に構成される。
【００２３】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、格子の第１の軸は、格子の表面に垂直である。
【００２４】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、関心対象物を検査する位相コントラスト撮像装置が提供される。この装置は、放射線を放出する源と、放射線を検出する検出器と、上記源及び上記検出器の間に配置される位相格子とを有する。上記検出器が、上記関心対象物及び上記位相格子（Ｇ１）を進んだあとの上記放射線を検出するよう構成される。更に、位相格子は、焦束ジオメトリを持つ。
【００２５】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、撮像装置は、例えばＣアームシステム又はＣＴシステムといったコーンビームジオメトリを持つ。
【００２６】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、撮像装置は、タルボットインターフェロメトリ撮像装置の形式において構成される。
【００２７】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、撮像装置は源から検出器の方を指す光学軸を持つ。この場合、格子は、この格子が撮像装置に設置されるとき、光学軸の方向に構成される第１の軸を持つ。位相コントラスト撮像装置の位相格子は、上述され、以下更に詳細に説明される格子の１つである。
【００２８】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、この撮像装置は、上記検出器の前で第１の格子Ｇ１の後に配置される吸収格子（Ｇ２）である第２の格子を有する。第２の格子も、焦束ジオメトリを持つ。特に、第２の格子Ｇ２は、上記され、以下に更に説明される格子と同じ特徴を持つことができる。
【００２９】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、この撮像装置は、台形ジオメトリを持つ吸収格子（Ｇ０）であり、上記源及び上記位相格子の間に配置される第３の格子であって、上記位相格子の少なくとも部分的にコヒーレントな照射を可能にする、第３の格子を更に有する。
【００３０】
上述の格子が、１次元格子又は２次元格子とすることができる点に留意されたい。
【００３１】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、この撮像装置は、例えば圧電アクチュエータといったアクチュエータ又はステッパーモータを更に有し、源により放出される放射線のビームが光学軸を持ち、上記ステッパーモータは、上記源により放出される放射線のビームの光学軸に垂直な上記格子Ｇ０、Ｇ１又はＧ２の少なくとも１つを動かすこと、及び／又は、例えば、エネルギー依存の位相シフトに格子における送信長を適合させるため、特定の角度へと上記格子を傾けることにより、上記入射する放射線のビームに関する有効な溝の深さを変化させることを行うよう構成される。
【００３２】
撮像装置は、位相格子Ｇ１及び／又は吸収格子Ｇ２を回転させるよう構成されるモーター又はアクチュエータを有することができる。また、２つのモーター又はアクチュエータが提供されることができる。１つの格子に対してそれぞれが又は各格子に対して２つが、２つの方向において角傾斜（angular tile）を制御する。
【００３３】
従って、測定の間でさえ、角度α（これは、格子法線及び源から放出される光線の間の角度である）を制御することが可能である。
【００３４】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、源はＸ線源である。この場合、装置は、Ｘ線位相差分の位相コントラスト撮像装置として構成される。
【００３５】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、撮像装置は光学撮像装置として構成される。この場合、源は光源である。関心対象物を探索するのに使用される放射線は、この場合、例えば４００ｎｍから１，４００ｎｍの範囲に含まれる波長を持つ光学放射線ビームである。
【００３６】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、上記され、以下に説明される、関心対象物を検査する位相コントラスト撮像装置のための格子を製造する方法が提供される。この方法は、レーザビームを用いて、第１の溝又は溝構造をウェーハ物質へ書き込むステップと、ジオメトリを最適化し／エッチングにより上記書き込まれた第１の溝の表面を滑らかにするステップとを有し、上記第１の溝が、第１の方向に深さを持ち、上記第１の溝が上記第１の軸に対して第１の角度で傾斜するよう、上記第１の方向は、上記第１の軸と異なる。
【００３７】
更に、この方法は、第１の軸に対してすべて傾けられる追加的な溝を書き込む追加的なステップを有することができる。各溝は、溝から溝へ移動するとき、ちょっとずつ大きく傾けられることができる。従って、例えば２Ｄ構造又は周回構造（circluar）が提供されることができる。
【００３８】
更に、この方法は、少なくとも第１の溝（例えばすべての溝）を吸収物質で充填する追加的なステップを有することができる。すでに述べたように、タルボット干渉計を用いるＸ線差分位相コントラスト撮像のパフォーマンスは、方形構造の格子を用いるときＦＯＶの中心の外側領域において強い位相コントラスト劣化により影響される場合がある。斯かる強い位相コントラスト劣化は、非焦束格子Ｇ０、Ｇ１及びＧ２の場合に常に発生することができる。なぜなら、方形構造が、光学軸に対して特定の角度を持つ投影において台形プロファイルを作成するからである。
【００３９】
本発明の主旨は、斯かる焦束格子構造を作成するため専用のエッチング処理と組み合わせてレーザーサポート法が提供される点にあることが分かる。エッチング処理が等方性処理であるので、好ましい方向においてシリコンへと溝を持ってくる必要がある。シリコンに穿孔し、及びレーザー又は他の電磁放射線ビーム法を用いて領域を構造化することも可能である。しかしながら、レーザー穿孔の表面構造は、格子に必要とされるほど完全ではない場合がある。提案される方法は、少なくとも２つのステップの組合せである。
【００４０】
１．溝は、格子線方向に沿って、しかし溝から溝へとわずかに増加される角度でシリコンウエハに「書き込まれる」。これは、全体の構造の粗い「集束」方向を与える。溝「書き込み」処理の間、レーザーは、シリコン内部の異なる深度に焦束されなければならない。また、ビーム形状は、溝の側面でほぼ大きなプロファイル線を実現するよう構成されなければならない。
【００４１】
ビーム形状は、規定されたビームプロファイルを得るため、レーザーの光学レンズシステムの適応的位置依存焦束（規定されたビーム幅を持つ物質内部の特定の深度への焦束）を実行することにより適合される。
【００４２】
２．ポストプロセス・ステップは、表面を「きれいにする」及び「滑らかにし」、及び格子構造を最適化するエッチングステップである。
【００４３】
例えばウェット又はＤＲＩＥエッチング（例えば既知のボッシュ処理）が、ジオメトリ、溝構造へのシリコンウエハ（結晶構造）配列に基づき、及び溝プロファイル及びジオメトリにも基づき、用いられることができる。
【００４４】
異方性及び等方性処理ステップのこの組合せは、意図された位相コントラスト撮像システムに対して焦束構造を構築するためウェーハ物質の規定された構造化を可能にする。
【００４５】
格子Ｇ０、Ｇ１、Ｇ２は、ウェーハ物質への溝構造のレーザビーム書き込みの代わりに、電子ビームリソグラフィを用いて製造されることができる点にも留意されたい。
【００４６】
例えば、電子ビームは、基板の特定の領域又はその上のフォトレジスト層の特定の領域を除去する又は露出させるのに用いられることができる。所望の、変化する傾斜角αを持つ溝を「書き込む」ため、基板は、３次元において基板を線形に配置するだけでなく、入射する電子ビーム及び基材表面の間の異なる角度が提供されることができるべく、基板を回転させるよう構成される位置決めデバイスに取り付けられることができる。斯かる基板の位置決めを高精度で提供するため、いわゆる「スリップスティック」技術に基づかれるローテータ及び線形ポジショナが用いられることができる。斯かるナノポジショナは例えば、attotube systems AG社から利用可能である。
【００４７】
電子ビームリソグラフィ後、及び露出したフォトレジストの除去後、基板上で傾けられた溝を成長させるため、スパッタリングステップが実行されることができる。
【００４８】
リフトオフステップ後、例えば対応するエッチングステップにより、成長された溝構造の表面が滑らかにされることができる。
【００４９】
本発明の別の主旨は、「傾けられた」溝を持つ斯かる格子が、位相コントラスト撮像に、例えばＸ線差分位相コントラスト撮像に用いられることにある。画像品質を更に改善するために、第１の吸収格子Ｇ０は、台形ジオメトリ（対称形又は非対称であってもよい）を持つことができる。
【００５０】
ビーム内部において制御された態様で撮像システムの格子を傾ける１つの利点は、溝の同じ物理アスペクト比を持つより効率性の高い設計エネルギーが得られることができる点、及びシステムが、格子ジオメトリを修正することなく、専用のエネルギーパラメータへとチューニングされることができる点にある。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】本発明による撮像装置に使用されるＤＰＣＩを示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａに表されるセットアップの横断面を示す図である。
【図１Ｃ】矩形の、非傾斜ジオメトリにおいて、格子Ｇ０、Ｇ１及びＧ２の横断面を示す図である。
【図２】Ｇ１及びＧ２の間に作られる干渉パターンを示す図である。
【図３】吸収格子Ｇ２をシフトさせることによる「差分位相コントラスト」の検出を示す図である。
【図４】非傾斜溝を持つ格子の一部を示す図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態による撮像装置に関するセットアップを示す図である。
【図６】平行溝を持つ格子の別の横断面を示す図である。
【図７】本発明の例示的な実施形態による角傾斜溝を持つ格子の横断面を示す図である。
【図８】ポストプロセス後の図７の格子の横断面を示す図である。
【図９】台形ジオメトリの吸収格子Ｇ０の横断面を示す図である。
【図１０】法線方向において衝突する放射線を持つ格子の斜視図を示す図である。
【図１１】法線方向に対する角度αの下で衝突する放射線を持つ図１０の格子を示す図である。
【図１２Ａ】本発明の例示的な実施形態による撮像装置に関する異なるセットアップを示す図である。
【図１２Ｂ】本発明の別の例示的な実施形態による撮像装置に関するセットアップを示す図である。
【図１２Ｃ】本発明の別の例示的な実施形態による位相格子及び吸収格子を持つ撮像装置を持つセットアップを示す図である。
【図１３】本発明の例示的な実施形態による方法のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
本発明のこれら及び他の側面が、以下に説明される実施形態から明らかとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。
【００５３】
本発明の例示的な実施形態が、以下の図面を参照して以下に説明されることになる。
【００５４】
図面における説明は、概略的であり、大きさ通りに描かれているものではない。異なる図において、類似する又は同一の要素は、同一の参照番号を用いて与えられる。
【００５５】
図１Ａは、差分位相コントラスト撮像（ＤＰＣＩセットアップ）に関する測定セットアップを示す。撮像装置は、例えばＸ線源又は光学源といった電磁放射線源を有し、焦点スポット４０１により符号化される。源の後に、吸収又は源格子３００（Ｇ０）が空間ビームコヒーレンスのため構成される。使用されるインコヒーレントなＸ線源が、焦点スポット４０１により符号化される。源により放出される放射ビームは、光軸４０４を持つ。まず、ビームは吸収格子３００を進む。次に、ビームは、関心対象物４０３及び位相格子１００（Ｇ１）を進む。その後、ビームは第２の吸収格子２００（Ｇ２）を進む。この格子は、撮像検出器４０２の前に構成される。
【００５６】
位相格子１００は、Ｇ１及びＧ２の間に干渉パターンを生み出すよう構成される。
【００５７】
図１Ｂは、図１Ａの撮像セットアップの横断面を示す。格子３００は第１のピッチｐ０を持ち、位相格子１００は第２のピッチｐ１を持ち、そして、第２の吸収格子２００は第３のピッチｐ２を持つ。格子３００及び１００の間の距離はｌであり、格子１００及び２００の間の距離はｄである。これは、タルボット距離に対応する。
【００５８】
図１Ｃは、３つの格子３００、１００、２００の横断面を示す。図１Ｃから分かるように、格子３００及び２００は、金で満たされる。ここで、位相格子１００（中央）は、金で満たされず、シリコン基板にエッチングされる溝を持つ。
【００５９】
図２は、Ｇ１及びＧ２の間に作られる干渉パターンを示す。これは、特性距離ｄ１、ｄ２及びｄ３における格子の「自己撮像」効果（タルボット効果）を示す。最小及び最大の相対的な位置は、Ｇ１に入射する波面の位相シフトに依存する。現在使用されるＤＰＣＩセットアップにおいて、ｄ１は通常、数ｃｍのオーダーである。
【００６０】
図３は、光軸に垂直、かつ光軸に垂直な断面図における格子ラインの方向に垂直な方向ｘにおいて、吸収格子Ｇ２をシフトさせることによる「差分位相コントラスト」の検出を示す。２つの位置「１」及び「２」での波面位相における差が、ここでは４つのサンプリング位置ｘ１からｘ４に対する測定されたモアレパタンの位相シフトφ２−φ１から抽出されることができる。
【００６１】
人間の撮像に関するシステムの実現に関して重要な主題の１つは、例えばマモグラフィー又は神経アプリケーションにおいてといった、より大きい対象物の撮像に必要なコーンビームジオメトリである。非集束格子の場合、通常は、ＦＯＶ中心の外側領域において強い位相コントラスト劣化が見られる。なぜなら、長方形構造が、光軸に対して特定の角度を持つ投影において台形プロファイルを作成するからである。コーンビームジオメトリへの適合のため、格子Ｇ０、Ｇ１及びＧ２に関して集束溝構造を持つことが必要である。
【００６２】
ウエットエッチング（例えば、シリコンの結晶学的なエッチングに使用されることができる被加熱水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を用いるもの）又はＤＲＩＥ（深反応性イオンエッチング）の方法が、シリコンウエハに高アスペクト比を持つ溝をエッチングするのに使用されることができる。規定されたピッチ内の規則的な構造は、重要なパラメータである。エッチングのためのアスペクト比に関する要件が、しかし後には、吸収物質での充填に関する要件も、かなり高いものであるので、格子は通常、平行構造を用いて実現される（図４を参照）。
【００６３】
本発明によれば、格子の構築は、集束格子ジオメトリを生じさせる。エッチング処理が等方性処理であるので、好適な方向にある溝をシリコンに持ってくることが必要である。
【００６４】
シリコンに穴を穿孔し、更にレーザーを用いて領域を構築することも可能である。しかしながら、レーザー穿設された穴の表面構造は、それが格子に関して必要とされるほど完全ではない場合がある。
【００６５】
従って、続く２つのステップが実行される。
【００６６】
１．溝は、格子ライン方向に沿って、溝毎にわずかに増加した角度でシリコンウエハに「書き込まれる」。これは、全体の構造の粗い「集束」方向を与える。この溝「書き込み」処理の間、レーザー（又は他の適切な電磁放射線源）が、シリコン内部の異なる深さへと集束されなければならず、更に、ビーム形状は、溝の側面でほぼまっすぐなプロファイルのラインを実現するよう構成されなければならない。
【００６７】
２．ポストプロセス・ステップは、表面を「クリーンにし」かつ滑らかにし、及び格子構造を最適化するエッチングステップである。
【００６８】
以下の図は、格子のジオメトリ及び測定セットアップを示す。
【００６９】
図５は、本発明の例示的な実施形態による撮像装置に関する測定セットアップを示す。
【００７０】
光軸の方向において、源格子３００（Ｇ０）がＸ線源４０１の後に構成される。次に、ビームが、関心対象物４０３を通過する。次に、ビームは、検出される前に吸収格子２００（Ｇ２）が後に続く位相格子１００（Ｇ１）を通過する。
【００７１】
図６は、平行溝を持つ格子の横断面を示す。（第１の軸と同一の）光軸４０４及び溝の間の角度は０度である。言い換えると、溝は非傾斜溝である。
【００７２】
図７は、（この深さに集束し、傾いている）レーザビームにより形成され、ウェーハ物質７０１内部に配置される角傾斜溝の横断面（大きさ通りに描かれていない）を示す。溝１０１〜１１３のそれぞれは、光学又は第１の軸４０４に対して異なる傾斜角度を持つ。
【００７３】
図７から分かるように、レーザビームは、各溝の傾斜角度に対応する入射角を持つ。しかしながら、レーザビーム書き込みの後、溝の壁は、最適な画像品質に関して十分に滑らかではない場合がある。
【００７４】
図８は、適切なエッチングステップを用いるポストプロセス後の図７に表される格子１００、２００の横断面を示す。この時点で、溝１０１〜１１３の壁は滑らかである。
【００７５】
構築技術の別の拡張は、Ｇ０格子３００の集束及び台形設計を生じさせる。集束設計に加えて、各溝９０１〜９０８に関する台形形状は、Ｘ線又は電磁放射線の他のビームが、より幅広い角度分布において通過することを可能にする。即ち斯かるＧ０格子の出力が増加される。
【００７６】
これは、「ボッシュ」処理における隔離ステップに対するエッチングに関するパラメータを減らすことにより、深反応的イオンエッチング（ＤＲＩＥエッチング）技術を用いて実行されることができる。斯かる方法において、より閉じた（又は開いた）溝ジオメトリが実現されることができる。これは、図９に示される。
【００７７】
より高いＸ線エネルギーへとＸ線差位相コントラスト撮像を変換する際の障壁は、高アスペクト比を持つ位相格子及び吸収格子の製造である。これらの２つの格子の間の距離が一定に保たれる場合、位相格子のアスペクト比ＲはＥ３／２のように増加する。ここで、ＥはＸ線エネルギーである。シリコンから製造される格子の従来の製作におけるアスペクト比Ｒの制限は、（数ミクロンの領域における）ピッチ、表面粗さ等の多くの要素に基づき、現在１５から２０の間にある。従って、ＤＰＣに関して使用可能なエネルギーの範囲は現在、約３０〜４０ｋｅＶとなる。
【００７８】
言い換えると、溝深さは、定数（π）の位相シフトに対するＥに比例し、深さは、タルボット状態に基づき１／ｓｑｒｔ（Ｅ）となる。
【００７９】
以下において、上記の制限を克服する単純かつ有効な方法が開示される。これは、（エネルギーに適合的な）高い物理アスペクト比を持つ格子を必要とすることなく、より高いＸ線エネルギーでの適用を可能にする。
【００８０】
特に位相格子は、Ｘ線スペクトルの選択された平均エネルギーに適応的に傾斜される。
【００８１】
ＤＰＣの通常の概念において、Ｘ線光子は、格子面に垂直に入射する。上記及び以下に記載される本発明の中心的なアイデアは、入射Ｘ線の方向とこの格子のラインにより決定される方向との両方に垂直な軸の周りで格子を回転させることにより、入射Ｘ線に対して所与の角度に格子法線をそろえることからなる。これは、格子の回転により、又は、図１２ｃに図示するように、基板表面に対して、及び従って第１の軸に対して格子を傾けることにより、実現されることができる。
【００８２】
図１０から分かるように、有効アスペクト比Ｒｅｆｆは、ＲＦ＝Ｒ／ｃｏｓαを介して物理アスペクト比Ｒに関連付けられる。ここで、α１００３は、入射光線１００２と格子法線１００１との間の角度である（図１１を参照）。格子は、符号１０００で参照される。
【００８３】
言い換えると、図１１の場合有効アスペクト比ＲＦは、図１０に表される場合に対して１／ｃｏｓα分高い。ここで、入射ビームは、表面法線１００１に平行である。
【００８４】
位相格子及び吸収格子がタルボット干渉計の一部であるので、各々に対して平行のまま、両方の格子は、入射Ｘ線に対して傾けられるべきである。小さな角度αに対して、検出器を格子に平行に保つことも可能である（図１２ａを参照）。
【００８５】
しかしながら、より高い角度に関して、検出器４０２は、システムの光学又は第１の軸４０４（Ｘ線伝搬の方向）に対して垂直に保たれることができる。例えば図１２Ｂを参照されたい。この場合、それは、位相／吸収格子ペア１００、２００の前後で異なる伝搬長のため修正される必要があってもよい。
【００８６】
図１２Ｃから分かるように、格子１００、２００及び検出器４０２は、入射Ｘ線４０４に垂直に構成される。しかしながら、格子１００、２００は、溝１０１、１０２、１０３、１０４等を持つ。これは、溝の壁が光軸１０４と同じ平面にないよう、光軸４０４に対して傾けられる。参照符号１２０２、１２０３は溝の２つの壁を示す。これらは、基板１２０１上で成長されることができる。代替的に、溝は、上述のエッチング処理においてエッチングされることができる。
【００８７】
図１２Ｃの実施形態は、位相及び吸収格子１００、２００の間の距離を減らし、検出器４０２が吸収格子２００（Ｇ２）の後に正しく位置決めされることを可能にする。
【００８８】
図１３は、本発明の例示的な実施形態のフローチャートを示す。ステップ１３０１において、溝は、制御されたレーザビーム又は他の放射線ビームにより前もって作られるか又は「書き込まれる」。ステップ１３０２において、溝は、表面を滑らかにするため、エッチングによりポストプロセッシングされる。
【００８９】
本発明は、PfeifferらによるNature Physics 2, 258 (2006)に開示される格子干渉計タイプに基づかれる撮像システムにも適用される。
【００９０】
特に、本発明の用途は、差分位相コントラスト撮像に関連付けられるすべてのモダリティ、即ち静止した送信ジオメトリ（即ちマンモグラフィー、蛍光透視等）だけでなく、コンピュータ断層撮影及び関連する回転Ｘ線撮像技術において見つかる。
【００９１】
「有する」という単語は、他の要素又はステップを除外するものではない点、及び「a」又は「an」は、複数性を排除するものではない点に留意されたい。また、異なる実施形態に関連して記載される要素は、結合されることができる。
【００９２】
また、請求項における参照符号は、請求項の範囲を制限するものとして解釈されるべきでない点に留意されたい。
【図１Ａ】
2018033988.tif 000003
【図１Ｂ】
2018033988.tif 000004
【図１Ｃ】
2018033988.tif 000005
【図２】
2018033988.tif 000006
【図３】
2018033988.tif 000007
【図４】
2018033988.tif 000008
【図５】
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【図６】
2018033988.tif 000010
【図７】
2018033988.tif 000011
【図８】
2018033988.tif 000012
【図９】
2018033988.tif 000013
【図１０】
2018033988.tif 000014
【図１１】
2018033988.tif 000015
【図１２Ａ】
2018033988.tif 000016
【図１２Ｂ】
2018033988.tif 000017
【図１２Ｃ】
2018033988.tif 000018
【図１３】
2018033988.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月22日(2017.11.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関心対象物を検査する位相コントラスト撮像装置に関する格子であって、前記格子が前記撮像装置に設置されるとき、前記格子が、放射線源に向かう方向に構成される第１の軸を持ち、前記格子は、
ウェーハ物質と、
前記ウェーハ物質内部にあり、第１の方向に深さを持つ第１の溝とを有し、
前記第１の溝が前記第１の軸に対して傾斜するよう、前記第１の方向が、前記第１の軸と異なり、
前記ウェーハ物質内部にある第２の溝を更に有し、
前記第１の溝が、前記第１の軸に対して第１の角度で傾斜し、
前記第２の溝は、前記第１の軸に対して第２の角度で傾斜し、
前記第１の角度が、前記第２の角度より小さく、
前記格子は溝のシーケンスを更に有し、
前記溝のシークエンスにおける各溝が、前記第１の軸に対して個別の角度で傾斜し、
前記個別の角度が、溝から溝へと増加し、
前記第１の軸に沿って見るとき、各々の前記溝は、前記第１の軸に垂直な平面に沿って線形に延在し、他の前記溝に平行に構成される、
格子。
【請求項２】
前記格子が、前記撮像装置の集束ジオメトリでの動作を可能にする、請求項１に記載の格子。
【請求項３】
前記溝が、集束ジオメトリにおける線形溝、台形溝及び非対称の溝の少なくとも１つである、請求項１乃至２の何れか一項に記載の格子。
【請求項４】
前記格子の前記第１の軸が、前記格子の表面に垂直である、請求項１乃至３の何れか一項に記載の格子。
【請求項５】
関心対象物を検査する位相コントラスト撮像装置であって、
放射線を放出する源と、
検出器と、
前記源及び前記検出器の間に配置される格子とを有し、
前記検出器が、前記関心対象物及び前記格子を進んだあとの前記放射線を検出するよう構成され、
前記格子は、集束ジオメトリを持ち、
前記格子が前記撮像装置に設置されるとき、前記格子が、放射線源に向かう方向に構成される第１の軸を持ち、
前記格子は、
ウェーハ物質と、
前記ウェーハ物質内部にあり、第１の方向に深さを持つ第１の溝とを有し、
前記第１の溝が前記第１の軸に対して傾斜するよう、前記第１の方向が、前記第１の軸と異なり、
前記ウェーハ物質内部にある第２の溝を更に有し、
前記第１の溝が、前記第１の軸に対して第１の角度で傾斜し、
前記第２の溝は、前記第１の軸に対して第２の角度で傾斜し、
前記第１の角度が、前記第２の角度より小さく、
前記格子は溝のシーケンスを更に有し、
前記溝のシークエンスにおける各溝が、前記第１の軸に対して個別の角度で傾斜し、
前記個別の角度が、溝から溝へと増加し、
前記第１の軸に沿って見るとき、各々の前記溝は、前記第１の軸に垂直な平面に沿って線形に延在し、他の前記溝に平行に構成される、
位相コントラスト撮像装置。
【請求項６】
前記検出器の前に配置される吸収格子である第２の格子を更に有し、
前記第２の格子が、前記格子位置に適合される集束ジオメトリを持つ、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
台形ジオメトリを持つ吸収格子であり、前記源及び前記位相格子の間に配置される第３の格子であって、前記位相格子の少なくとも部分的にコヒーレントな照射を可能にする、第３の格子を更に有する、請求項５乃至６の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項８】
少なくとも１つのアクチュエータ又はステッパーモータを更に有し、前記源により放出される前記放射線が、光軸を持ち、前記アクチュエータ又はステッパーモータは、前記位相格子と前記源により放出される放射線の光学軸に垂直な前記第２の格子との少なくとも１つを動かすこと、及び、特定の角度へと前記格子を傾けることにより、前記入射する放射線に関する有効な溝深さを変化させることの少なくとも１つを行うよう構成される、請求項５乃至７の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記源が、Ｘ線源であり、
前記装置は、Ｘ線ベースの差分位相コントラスト撮像装置として構成される、請求項５乃至７の何れか一項に記載の撮像装置。
【外国語明細書】
2018033988000001.pdf