JP2003004670A - Ｘ線反射装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 反射装置において、低角（０°近く）にお
ける表面反射率が高角における表面反射率より著しく大
きい。 【解決手段】 反射装置であって、試料の表面に対し
て一定範囲の角度に渡って放射線を前記試料に照射する
ように構成された放射線源と、前記範囲の角度に渡って
前記試料から反射された放射線を受け取るように配置さ
れ、前記放射線に応答する信号を生成するための検出ア
センブリと、前記放射線を遮断するように調節可能に配
置されたシャッターであって、前記範囲の角度の低角領
域の放射線を遮断し、それによって前記範囲の高角領域
の反射された放射線のみが前記アレイに到達できるよう
にする遮断位置と、前記範囲の低角領域の放射線が遮断
されずに実質的に前記アレイに到達する開放位置とを有
する、該シャッターとを含む。
ける表面反射率が高角における表面反射率より著しく大
きい。 【解決手段】 反射装置であって、試料の表面に対し
て一定範囲の角度に渡って放射線を前記試料に照射する
ように構成された放射線源と、前記範囲の角度に渡って
前記試料から反射された放射線を受け取るように配置さ
れ、前記放射線に応答する信号を生成するための検出ア
センブリと、前記放射線を遮断するように調節可能に配
置されたシャッターであって、前記範囲の角度の低角領
域の放射線を遮断し、それによって前記範囲の高角領域
の反射された放射線のみが前記アレイに到達できるよう
にする遮断位置と、前記範囲の低角領域の放射線が遮断
されずに実質的に前記アレイに到達する開放位置とを有
する、該シャッターとを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は分析機器に係り、具
体的にはＸ線を用いた薄膜分析機器および手法に関す
る。
体的にはＸ線を用いた薄膜分析機器および手法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線反射装置（ＸＲＲ）は基板上に積層
された薄膜層の膜厚、密度、表面の性質を測定するため
のよく知られた技法である。通常のＸ線反射装置は沢山
の会社、中でもテクノス (日本、大阪)、Siemens社（Mun
ich、Germany）、Bede Scientific Instrument 社(Durh
am、UK)から販売されている。それらの反射装置は一般
的に試料にかすめ角、すなわち試料の表面から微小な角
度、試料の外部からの全反射角に近い角度でＸ線ビーム
を照射する仕組みである。試料から反射したＸ線強度を
角度の関数として測定すると干渉縞パターンが見られ、
この干渉縞を解析する事で干渉縞の原因となっている薄
膜層の特性を決定する事ができる。Ｘ線強度測定は通
例、比例計数器またはフォトダイオードアレイや電荷結
合素子（CCD）が典型的な例としてあげられるアレイ検
出器などの位置敏感型検出器を用いて行われる。
された薄膜層の膜厚、密度、表面の性質を測定するため
のよく知られた技法である。通常のＸ線反射装置は沢山
の会社、中でもテクノス (日本、大阪)、Siemens社（Mun
ich、Germany）、Bede Scientific Instrument 社(Durh
am、UK)から販売されている。それらの反射装置は一般
的に試料にかすめ角、すなわち試料の表面から微小な角
度、試料の外部からの全反射角に近い角度でＸ線ビーム
を照射する仕組みである。試料から反射したＸ線強度を
角度の関数として測定すると干渉縞パターンが見られ、
この干渉縞を解析する事で干渉縞の原因となっている薄
膜層の特性を決定する事ができる。Ｘ線強度測定は通
例、比例計数器またはフォトダイオードアレイや電荷結
合素子（CCD）が典型的な例としてあげられるアレイ検
出器などの位置敏感型検出器を用いて行われる。
【０００３】薄膜の膜厚を決定するためのＸ線データ解
析手法は例えば、Komiyaらの米国特許第5,740,226号に
開示されている。また、この特許に言及することをもっ
て本明細書の一部とする。Ｘ線の反射率を角度の関数と
して測定した後、平均反射率曲線が干渉縞スペクトル(f
ringe spectrum)に適用される。平均曲線は減衰、背景
と薄膜表面の粗さを表す式に基づいている。適用された
平均反射率曲線は干渉縞スペクトルの振動する成分を抜
き出すのに用いられる。この成分はフーリエ変換するこ
とにより薄膜の膜厚が判明する。
析手法は例えば、Komiyaらの米国特許第5,740,226号に
開示されている。また、この特許に言及することをもっ
て本明細書の一部とする。Ｘ線の反射率を角度の関数と
して測定した後、平均反射率曲線が干渉縞スペクトル(f
ringe spectrum)に適用される。平均曲線は減衰、背景
と薄膜表面の粗さを表す式に基づいている。適用された
平均反射率曲線は干渉縞スペクトルの振動する成分を抜
き出すのに用いられる。この成分はフーリエ変換するこ
とにより薄膜の膜厚が判明する。
【０００４】反射率測定に基づいたＸ線膜厚測定器はKo
ppelの米国特許第5,619,548号に開示されている。ま
た、この特許に言及することをもって本明細書の一部と
する。曲線反射Ｘ線モノクロメーターは試料の表面にＸ
線の焦点を結ぶために用いられる。フォトダイオード検
出器アレイのような位置検出器は表面から反射したＸ線
を検出し、反射角の関数として強度信号を発生する。角
度に依存している信号を分析することで膜厚、密度、表
面の粗さを含む試料の薄膜層構造を測定することができ
る。Bartonの米国特許第5,923,720号にも曲線結晶モノ
クロメーターに基づいたＸ線反射装置が開示されてい
る。また、この特許に言及することをもって本明細書の
一部とする。モノクロメーターはテーパー状の対数状の
らせん形をしており、試料表面上で従来技術に基づくモ
ノクロメーターよりも細かい焦点を実現するものとして
記載されている。試料の表面から反射または回折したＸ
線は位置検出器で受信される。
ppelの米国特許第5,619,548号に開示されている。ま
た、この特許に言及することをもって本明細書の一部と
する。曲線反射Ｘ線モノクロメーターは試料の表面にＸ
線の焦点を結ぶために用いられる。フォトダイオード検
出器アレイのような位置検出器は表面から反射したＸ線
を検出し、反射角の関数として強度信号を発生する。角
度に依存している信号を分析することで膜厚、密度、表
面の粗さを含む試料の薄膜層構造を測定することができ
る。Bartonの米国特許第5,923,720号にも曲線結晶モノ
クロメーターに基づいたＸ線反射装置が開示されてい
る。また、この特許に言及することをもって本明細書の
一部とする。モノクロメーターはテーパー状の対数状の
らせん形をしており、試料表面上で従来技術に基づくモ
ノクロメーターよりも細かい焦点を実現するものとして
記載されている。試料の表面から反射または回折したＸ
線は位置検出器で受信される。
【０００５】さまざまなタイプの位置検出Ｘ線検出器が
反射装置技術として知られている。固層アレイは一般的
にCCDやほかのスキャニング機構で読み取られる多数の
検出要素から成る。一般的に、各要素は読み取りが終わ
る前までの時間の間にも光電荷を蓄積するのでそれゆえ
に入射Ｘ線の光子数やエネルギーを決定する事ができな
い。単純に各要素の入射である輻射束の総和を記録する
アレイに基づくＸＸＲシステムという技術が知られてい
る。通常、全反射角以下の角度からの信号はそれ以上の
角度の信号よりも強くなっている。一般的には0°から3
°の間の反射では光子束で105に対して10７の比率とな
る。アレイ検出装置の技術で知られているダイナミック
レンジはこの比率よりだいぶ小さくなっている。それゆ
え、高入射角での高次元の干渉縞は一般的に検出するこ
とができなかった。これらの角度での微弱な信号を測定
するためには光子数計測できるくらいの感度が必要とな
る。
反射装置技術として知られている。固層アレイは一般的
にCCDやほかのスキャニング機構で読み取られる多数の
検出要素から成る。一般的に、各要素は読み取りが終わ
る前までの時間の間にも光電荷を蓄積するのでそれゆえ
に入射Ｘ線の光子数やエネルギーを決定する事ができな
い。単純に各要素の入射である輻射束の総和を記録する
アレイに基づくＸＸＲシステムという技術が知られてい
る。通常、全反射角以下の角度からの信号はそれ以上の
角度の信号よりも強くなっている。一般的には0°から3
°の間の反射では光子束で105に対して10７の比率とな
る。アレイ検出装置の技術で知られているダイナミック
レンジはこの比率よりだいぶ小さくなっている。それゆ
え、高入射角での高次元の干渉縞は一般的に検出するこ
とができなかった。これらの角度での微弱な信号を測定
するためには光子数計測できるくらいの感度が必要とな
る。
【０００６】Ｘ線薄膜測定システムの技術としてのさら
なる障害は空間解像度の欠如である。前述した曲線モノ
クロメーターのようなＸ線光学では、Ｘ線ビームを直径
が100μｍ以下のスポットに焦点をあわすことができ
る。表面に低角度でビームが入射するとき、例えば１°
以下ならば表面上のスポットは、その直径の50倍以上に
細長くなる。こういった状況下での測定からは全体が細
長い領域上での平均的な表面特性しか得られない。集積
回路ウェアハ上の薄膜の微細構造の評価作業のような、
より多くの応用のためによりよい空間解像度が必要であ
る。
なる障害は空間解像度の欠如である。前述した曲線モノ
クロメーターのようなＸ線光学では、Ｘ線ビームを直径
が100μｍ以下のスポットに焦点をあわすことができ
る。表面に低角度でビームが入射するとき、例えば１°
以下ならば表面上のスポットは、その直径の50倍以上に
細長くなる。こういった状況下での測定からは全体が細
長い領域上での平均的な表面特性しか得られない。集積
回路ウェアハ上の薄膜の微細構造の評価作業のような、
より多くの応用のためによりよい空間解像度が必要であ
る。
【０００７】本明細書では主に試料へ単色ビームを照射
するシステムに関係しているが、Ｘ線反射装置の技術と
して他の方法も知られている。例えばそのような方法の
一つがChibaによりJournal of Applied Cyrstallograph
y 22 (1989) のp.460に「NewApparatus for Grazing X-
ray Reflectometry in the Angle-Resolved Dispersive
Mode」という題の記事で記述されている。この特許に
言及することをもって本明細書の一部とする。細いＸ線
ビームが試料の表面にかすめ角で向けられており、Ｘ線
ビーム供給源の向かい側には反射Ｘ線を収集する検出器
が置かれている。一次Ｘ線ビームを遮り、反射したＸ線
ビームだけが検出器に届くようにサンプルの表面近くに
ナイフエッジがおかれている。検出器に到達する反射Ｘ
線ビームの波長はサンプルと検出器の間(米国特許第5,6
19,548号のようにＸ線源とサンプル間ではなく)におか
れたモノクロメーターにより選択する。
するシステムに関係しているが、Ｘ線反射装置の技術と
して他の方法も知られている。例えばそのような方法の
一つがChibaによりJournal of Applied Cyrstallograph
y 22 (1989) のp.460に「NewApparatus for Grazing X-
ray Reflectometry in the Angle-Resolved Dispersive
Mode」という題の記事で記述されている。この特許に
言及することをもって本明細書の一部とする。細いＸ線
ビームが試料の表面にかすめ角で向けられており、Ｘ線
ビーム供給源の向かい側には反射Ｘ線を収集する検出器
が置かれている。一次Ｘ線ビームを遮り、反射したＸ線
ビームだけが検出器に届くようにサンプルの表面近くに
ナイフエッジがおかれている。検出器に到達する反射Ｘ
線ビームの波長はサンプルと検出器の間(米国特許第5,6
19,548号のようにＸ線源とサンプル間ではなく)におか
れたモノクロメーターにより選択する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ｘ線
分析による測定、特に薄膜特性の測定のための改良した
方法及び装置を提供することである。
分析による測定、特に薄膜特性の測定のための改良した
方法及び装置を提供することである。
【０００９】本発明のいくつかの実施態様の更なる目的
は、ダイナミックレンジを拡大したＸ線反射装置のため
のシステムを提供することである。
は、ダイナミックレンジを拡大したＸ線反射装置のため
のシステムを提供することである。
【００１０】本発明のいくつかの実施態様の更なる目的
は、改善された空間解像度を有するＸ線微少分析のため
の装置を提供することである。
は、改善された空間解像度を有するＸ線微少分析のため
の装置を提供することである。
【００１１】本発明のいくつかの実施態様の更なる目的
は、改善されたＳ/Ｎ比を有するＸ線反射率の測定をす
るための装置を提供することである。
は、改善されたＳ/Ｎ比を有するＸ線反射率の測定をす
るための装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の好適な実施例で
は、Ｘ線反射装置を用いて、通常は半導体ウエハである
試料の表面の薄膜の特性を決定する。試料は、その表面
の小さなスポットに集光されるＸ線の単色ビームによっ
て照射される。表面から反射されたＸ線は、好ましくは
ＣＣＤアレイである検出アレイに入射する。アレイの各
検出要素は、表面からの異なった反射角度に対応する。
検出要素に蓄積された電荷は、クロック信号によってア
レイからプロセッサに送られる。プロセッサは、角度の
関数として表面から反射されたＸ線の強度に対応する干
渉縞パターンを作り出す電荷を分析する。システムのＸ
線源、光学素子、及び処理回路は、高いＳ/Ｎ比及び広
いダイナミックレンジを達成するべく配置されており、
それによって高次の干渉縞が反射された信号に含まれ
る。プロセッサは、密度、膜厚、表面の粗さを含む薄膜
特性の物理的モデルに基づいて干渉縞パターンを分析す
る。広いダイナミックレンジによって、薄膜層の表層の
みならず、試料の表面の下側の１或いは複数の層の特性
を正確に決定することができる。
は、Ｘ線反射装置を用いて、通常は半導体ウエハである
試料の表面の薄膜の特性を決定する。試料は、その表面
の小さなスポットに集光されるＸ線の単色ビームによっ
て照射される。表面から反射されたＸ線は、好ましくは
ＣＣＤアレイである検出アレイに入射する。アレイの各
検出要素は、表面からの異なった反射角度に対応する。
検出要素に蓄積された電荷は、クロック信号によってア
レイからプロセッサに送られる。プロセッサは、角度の
関数として表面から反射されたＸ線の強度に対応する干
渉縞パターンを作り出す電荷を分析する。システムのＸ
線源、光学素子、及び処理回路は、高いＳ/Ｎ比及び広
いダイナミックレンジを達成するべく配置されており、
それによって高次の干渉縞が反射された信号に含まれ
る。プロセッサは、密度、膜厚、表面の粗さを含む薄膜
特性の物理的モデルに基づいて干渉縞パターンを分析す
る。広いダイナミックレンジによって、薄膜層の表層の
みならず、試料の表面の下側の１或いは複数の層の特性
を正確に決定することができる。
【００１３】本発明の背景の部分で説明したように、Ｘ
線反射装置システムにおける大きな問題点の１つは、低
角（０°近く）における表面反射率が高角における表面
反射率より著しく大きいことである。検出アレイに入射
する低角Ｘ線の強いフラックスは、全バックグラウンド
レベルを上昇させる傾向にあり、それによって高角の弱
いフラックスを検出することが困難となる。この問題に
取り組むために、本発明のいくつかの好適な実施例で
は、システムは、低角検出位置及び高角検出位置を有す
る動的なシャッターを含む。低角位置では、シャッター
は、Ｘ線源からのＸ線のビーム全てが試料に衝当する。
高角位置では、シャッターは低角のＸ線を遮断する。そ
の結果、強い低角の反射が排除され、それによって検出
器におけるバックグラウンドレベルが低減され、高角に
おける有用な信号を得ることができる。プロセッサは、
シャッターの低角位置において検出器によって受け取ら
れた信号とシャッターの高角位置において検出器によっ
て受け取られた信号とを継ぎ合わせ（stitches togethe
r）、広いダイナミックレンジを有する１つの干渉縞ス
ペクトルを生成する。
線反射装置システムにおける大きな問題点の１つは、低
角（０°近く）における表面反射率が高角における表面
反射率より著しく大きいことである。検出アレイに入射
する低角Ｘ線の強いフラックスは、全バックグラウンド
レベルを上昇させる傾向にあり、それによって高角の弱
いフラックスを検出することが困難となる。この問題に
取り組むために、本発明のいくつかの好適な実施例で
は、システムは、低角検出位置及び高角検出位置を有す
る動的なシャッターを含む。低角位置では、シャッター
は、Ｘ線源からのＸ線のビーム全てが試料に衝当する。
高角位置では、シャッターは低角のＸ線を遮断する。そ
の結果、強い低角の反射が排除され、それによって検出
器におけるバックグラウンドレベルが低減され、高角に
おける有用な信号を得ることができる。プロセッサは、
シャッターの低角位置において検出器によって受け取ら
れた信号とシャッターの高角位置において検出器によっ
て受け取られた信号とを継ぎ合わせ（stitches togethe
r）、広いダイナミックレンジを有する１つの干渉縞ス
ペクトルを生成する。
【００１４】検出圧アレイに関連する読み出し回路及び
ハウジングは、高角の要素におけるバックグラウンドレ
ベルを低減するように設計されるのが好ましい。アレイ
から回路に送られる出力信号が、高角の反射を受け取る
アレイの端部に隣接するように、ＣＣＤアレイが読み出
し回路に接続されるのが最も好ましい。この構成では、
高角のアレイ要素が始めに読み出され、低角要素から転
送されるバックグラウンド電荷によって読み出しが汚染
される前に、高角のアレイ要素が受け取る弱い信号を正
確に読み出すことができる。追加或いは別法として、検
出アレイは、アレイの前面からアレイとサンプルとの間
のかなりの距離離間したＸ線透過窓によって閉じられ、
真空にされたエンクロージャによって保護されている。
その結果、窓によって散乱される低角Ｘ線、及びアレイ
の前面の付近の空気によって散乱される低角Ｘ線がかな
り低減されるため、高角要素におけるバックグラウンド
のレベルが低下する。
ハウジングは、高角の要素におけるバックグラウンドレ
ベルを低減するように設計されるのが好ましい。アレイ
から回路に送られる出力信号が、高角の反射を受け取る
アレイの端部に隣接するように、ＣＣＤアレイが読み出
し回路に接続されるのが最も好ましい。この構成では、
高角のアレイ要素が始めに読み出され、低角要素から転
送されるバックグラウンド電荷によって読み出しが汚染
される前に、高角のアレイ要素が受け取る弱い信号を正
確に読み出すことができる。追加或いは別法として、検
出アレイは、アレイの前面からアレイとサンプルとの間
のかなりの距離離間したＸ線透過窓によって閉じられ、
真空にされたエンクロージャによって保護されている。
その結果、窓によって散乱される低角Ｘ線、及びアレイ
の前面の付近の空気によって散乱される低角Ｘ線がかな
り低減されるため、高角要素におけるバックグラウンド
のレベルが低下する。
【００１５】試料の表面のスポットに入射するＸ線の大
きさを小さくし、かつ低入射角における過度に強い信号
を低減するための別の方法は、本発明の好適な実施例で
は、動的なナイフエッジを表面上に配置する。動的なナ
イフエッジは、上記した動的なシャッターと共に動作す
るのが好ましい。低角入射を測定する場合は、ナイフエ
ッジを表面に近接するように下げ、入射Ｘ線ビームを遮
断し、表面のスポットの横方向の寸法を短くするように
する（すなわち、ビームの軸に概ね平行な表面に沿った
方向における寸法）。動的シャッターを用いた高角入射
を測定する場合は、ナイフエッジをＸ線経路の上方に上
げ、Ｘ線ビームの全強度を利用できるようにするのが好
ましい。このようにナイフエッジを動作させることによ
って、高角においても高い強度を維持しつつ、スポット
の横方向の寸法が最も細長くなる低角においても高い空
間解像度で測定が可能となる。
きさを小さくし、かつ低入射角における過度に強い信号
を低減するための別の方法は、本発明の好適な実施例で
は、動的なナイフエッジを表面上に配置する。動的なナ
イフエッジは、上記した動的なシャッターと共に動作す
るのが好ましい。低角入射を測定する場合は、ナイフエ
ッジを表面に近接するように下げ、入射Ｘ線ビームを遮
断し、表面のスポットの横方向の寸法を短くするように
する（すなわち、ビームの軸に概ね平行な表面に沿った
方向における寸法）。動的シャッターを用いた高角入射
を測定する場合は、ナイフエッジをＸ線経路の上方に上
げ、Ｘ線ビームの全強度を利用できるようにするのが好
ましい。このようにナイフエッジを動作させることによ
って、高角においても高い強度を維持しつつ、スポット
の横方向の寸法が最も細長くなる低角においても高い空
間解像度で測定が可能となる。
【００１６】本発明のいくつかの好適な実施例では、プ
ロセッサは検出アレイの出力を分析して、高い強度（通
常は低角）における各検出要素に対する全Ｘ線フラック
スを決定するとともに、低い強度（高角）における検出
要素あたりの個々のＸ線光子を効果的にカウントする。
本願発明者らは、既知のエネルギーであるＸ線光子は、
高光子フラックスの一部として光子が入射すると、検出
要素に所定の平均電荷を生成し、低光子フラックスの一
部として光子が入射すると、隣接する２つの検出要素に
広がり得る低い平均電荷を生成することを見出した。ア
レイの出力を分析するために、プロセッサはまず、高Ｘ
線フラックスが入射する各検出要素に入射する光子の数
を、これらの検出要素に蓄積された全電荷を高フラック
ス平均電荷で除して決定するのが好ましい。次に、プロ
セッサが、低フラックス電荷に相当する電荷レベルを有
する個々の要素或いは対の要素を、残っている検出要素
において検索する。プロセッサは、このような各要素或
いは対の要素に対して１つの光子カウントを記録する。
この技術によって、ＣＣＤアレイなどの１つの検出アレ
イを用いて、集中フラックス及び光子カウントの測定を
両方同時に行い、システムが反射干渉縞のパターンを測
定できるダイナミックレンジをさらに広くすることがで
きる。
ロセッサは検出アレイの出力を分析して、高い強度（通
常は低角）における各検出要素に対する全Ｘ線フラック
スを決定するとともに、低い強度（高角）における検出
要素あたりの個々のＸ線光子を効果的にカウントする。
本願発明者らは、既知のエネルギーであるＸ線光子は、
高光子フラックスの一部として光子が入射すると、検出
要素に所定の平均電荷を生成し、低光子フラックスの一
部として光子が入射すると、隣接する２つの検出要素に
広がり得る低い平均電荷を生成することを見出した。ア
レイの出力を分析するために、プロセッサはまず、高Ｘ
線フラックスが入射する各検出要素に入射する光子の数
を、これらの検出要素に蓄積された全電荷を高フラック
ス平均電荷で除して決定するのが好ましい。次に、プロ
セッサが、低フラックス電荷に相当する電荷レベルを有
する個々の要素或いは対の要素を、残っている検出要素
において検索する。プロセッサは、このような各要素或
いは対の要素に対して１つの光子カウントを記録する。
この技術によって、ＣＣＤアレイなどの１つの検出アレ
イを用いて、集中フラックス及び光子カウントの測定を
両方同時に行い、システムが反射干渉縞のパターンを測
定できるダイナミックレンジをさらに広くすることがで
きる。
【００１７】本発明のいくつかの好適な実施例では、当
分野で知られているようにパルスＸ線源を用いて試料を
照射する。検出アレイをパルス源と同期してゲート制御
し、好ましくは、パルス源が放射する直前にアレイ要素
によって蓄積された電荷を消失させ、次にパルスを励起
した直後に各要素を読み出すようにする。この方式で
は、検出アレイの出力に対する熱雑音などの定常状態の
バックグラウンドノイズが、アレイのゲーティング・デ
ューティーサイクルに比例して低減される。一方、Ｘ線
源の平均電力が、パルスモードにおいて従来の定常波
（ＣＷ）動作と同じであれば、検出アレイからの全信号
出力が同一に維持される。この方式では、システムのＳ
/Ｎ比が著しく改善される。
分野で知られているようにパルスＸ線源を用いて試料を
照射する。検出アレイをパルス源と同期してゲート制御
し、好ましくは、パルス源が放射する直前にアレイ要素
によって蓄積された電荷を消失させ、次にパルスを励起
した直後に各要素を読み出すようにする。この方式で
は、検出アレイの出力に対する熱雑音などの定常状態の
バックグラウンドノイズが、アレイのゲーティング・デ
ューティーサイクルに比例して低減される。一方、Ｘ線
源の平均電力が、パルスモードにおいて従来の定常波
（ＣＷ）動作と同じであれば、検出アレイからの全信号
出力が同一に維持される。この方式では、システムのＳ
/Ｎ比が著しく改善される。
【００１８】本発明の好適な実施例は、薄膜、具体的に
は半導体ウエハ上のＸ線反射率測定に関するが、本発明
の原理は、その他のＸ線反射率計への適用でき、またそ
の他の種類の放射線を利用した分析にも同様に利用する
ことができる。
は半導体ウエハ上のＸ線反射率測定に関するが、本発明
の原理は、その他のＸ線反射率計への適用でき、またそ
の他の種類の放射線を利用した分析にも同様に利用する
ことができる。
【００１９】従って、本発明の好適な実施例に従って反
射装置を提供する。この反射装置は、試料の表面に対し
て一定範囲の角度に渡って放射線を前記試料に照射する
ように構成された放射線源と、前記範囲の角度に渡って
前記試料から反射された放射線を受け取るように配置さ
れ、前記放射線に応答する信号を生成するための検出ア
センブリと、前記放射線を遮断するように調節可能に配
置されたシャッターであって、前記範囲の角度の低角領
域の放射線を遮断し、それによって前記範囲の高角領域
の反射された放射線のみが前記アレイに到達できるよう
にする遮断位置と、前記範囲の低角領域の放射線が遮断
されずに実質的に前記アレイに到達する開放位置とを有
する、該シャッターとを含む。
射装置を提供する。この反射装置は、試料の表面に対し
て一定範囲の角度に渡って放射線を前記試料に照射する
ように構成された放射線源と、前記範囲の角度に渡って
前記試料から反射された放射線を受け取るように配置さ
れ、前記放射線に応答する信号を生成するための検出ア
センブリと、前記放射線を遮断するように調節可能に配
置されたシャッターであって、前記範囲の角度の低角領
域の放射線を遮断し、それによって前記範囲の高角領域
の反射された放射線のみが前記アレイに到達できるよう
にする遮断位置と、前記範囲の低角領域の放射線が遮断
されずに実質的に前記アレイに到達する開放位置とを有
する、該シャッターとを含む。
【００２０】好ましくは、前記放射線がＸ線を含み、前
記範囲の低角領域が、前記表面から前記放射線が全反射
する臨界角より低い角度を含む。
記範囲の低角領域が、前記表面から前記放射線が全反射
する臨界角より低い角度を含む。
【００２１】さらに好ましくは、前記反射された放射線
が、角度の関数として薄膜層による強度の変化で特徴付
けられ、前記シャッターが遮断位置にある場合、前記範
囲の角度の高角領域の反射された放射線に応答して前記
検出アセンブリによって生成された前記信号が、前記シ
ャッターが前記開放位置にある場合のバックグラウンド
レベルより低減されたバックグラウンドレベルを有す
る。好適な実施例では、前記試料が１或いは複数の薄膜
層を含み、前記強度の変化が振動パターンを含む。最も
好ましくは、装置が、前記検出アセンブリからの信号を
受け取るように接続され、前記１或いは複数の薄膜層の
１或いは複数の特性を決定するべく前記振動パターンを
分析するためのプロセッサを含む。
が、角度の関数として薄膜層による強度の変化で特徴付
けられ、前記シャッターが遮断位置にある場合、前記範
囲の角度の高角領域の反射された放射線に応答して前記
検出アセンブリによって生成された前記信号が、前記シ
ャッターが前記開放位置にある場合のバックグラウンド
レベルより低減されたバックグラウンドレベルを有す
る。好適な実施例では、前記試料が１或いは複数の薄膜
層を含み、前記強度の変化が振動パターンを含む。最も
好ましくは、装置が、前記検出アセンブリからの信号を
受け取るように接続され、前記１或いは複数の薄膜層の
１或いは複数の特性を決定するべく前記振動パターンを
分析するためのプロセッサを含む。
【００２２】追加或いは別法として、前記振動パターン
が、前記試料の表面における前記薄膜層の外側の層から
前記放射線が全反射される臨界角近傍で生じる第１の肩
部を含み、前記１或いは複数の特性が、前記外側の薄膜
層の密度を含み、前記プロセッサが、任意の他の特性に
関わりなく、前記肩部に対応する前記外側の薄膜層の密
度を推定するように構成されている。
が、前記試料の表面における前記薄膜層の外側の層から
前記放射線が全反射される臨界角近傍で生じる第１の肩
部を含み、前記１或いは複数の特性が、前記外側の薄膜
層の密度を含み、前記プロセッサが、任意の他の特性に
関わりなく、前記肩部に対応する前記外側の薄膜層の密
度を推定するように構成されている。
【００２３】さらなる追加或いは別法として、前記検出
器アレイが検出要素のアレイを含み、前記信号が、前記
要素に入射した前記放射線の光子によって前記検出器ア
レイに蓄積されたそれぞれの電荷を表し、前記プロセッ
サが、前記それぞれの電荷に応答して前記要素のそれぞ
れに入射した光子の数を推定するように構成されてい
る。
器アレイが検出要素のアレイを含み、前記信号が、前記
要素に入射した前記放射線の光子によって前記検出器ア
レイに蓄積されたそれぞれの電荷を表し、前記プロセッ
サが、前記それぞれの電荷に応答して前記要素のそれぞ
れに入射した光子の数を推定するように構成されてい
る。
【００２４】好ましくは、前記検出アセンブリが、前記
シャッターが前記開放位置にある第１の集積時間に渡っ
て、および前記シャッターが前記遮断位置にある前記第
１の集積時間より相当長い第２の集積時間に渡って、前
記放射線を受け取るように構成されており、前記検出ア
センブリからの前記信号を受け取るように接続され、前
記第１の集積時間中に前記検出アセンブリによって生成
された信号と前記第２の集積時間中に前記検出アセンブ
リによって生成された信号とを組み合わせて、前記範囲
の全角度に渡って強度の変化を生成するように構成され
たプロセッサを含む。
シャッターが前記開放位置にある第１の集積時間に渡っ
て、および前記シャッターが前記遮断位置にある前記第
１の集積時間より相当長い第２の集積時間に渡って、前
記放射線を受け取るように構成されており、前記検出ア
センブリからの前記信号を受け取るように接続され、前
記第１の集積時間中に前記検出アセンブリによって生成
された信号と前記第２の集積時間中に前記検出アセンブ
リによって生成された信号とを組み合わせて、前記範囲
の全角度に渡って強度の変化を生成するように構成され
たプロセッサを含む。
【００２５】好ましくは、前記検出アセンブリが、前記
角度の範囲の低い領域の角度で前記試料から反射された
放射線を受け取るように配置された第１の要素と、前記
範囲の角度の高い領域の角度で前記試料から反射された
放射線を受け取るように配置された最後の要素とを含む
検出要素のアレイを含む。最も好ましくは、前記検出ア
センブリが読み出し回路および電荷結合素子（ＣＣＤ）
を含み、前記ＣＣＤが、前記読み出し回路に接続された
出力を有し、前記放射線に応答して前記検出要素によっ
て生成された電荷を、前記検出要素の前記最後の要素か
らアレイに沿って逐次前記出力に転送するように接続さ
れている。
角度の範囲の低い領域の角度で前記試料から反射された
放射線を受け取るように配置された第１の要素と、前記
範囲の角度の高い領域の角度で前記試料から反射された
放射線を受け取るように配置された最後の要素とを含む
検出要素のアレイを含む。最も好ましくは、前記検出ア
センブリが読み出し回路および電荷結合素子（ＣＣＤ）
を含み、前記ＣＣＤが、前記読み出し回路に接続された
出力を有し、前記放射線に応答して前記検出要素によっ
て生成された電荷を、前記検出要素の前記最後の要素か
らアレイに沿って逐次前記出力に転送するように接続さ
れている。
【００２６】好ましくは、前記放射線源が、前記試料上
のスポットに照射するように構成されており、前記シャ
ッターが前記開放位置にあるときに前記放射線の一部を
遮断して前記スポットの寸法を小さくするように調節可
能に配置されたナイフエッジをさらに含む。最も好まし
くは、前記放射線がＸ線を含み、前記範囲が前記表面か
ら前記放射線が全反射する臨界角近傍の角度を含み、前
記ナイフエッジを前記スポットの寸法を１ｍｍ以下と小
さくするように配置可能である。
のスポットに照射するように構成されており、前記シャ
ッターが前記開放位置にあるときに前記放射線の一部を
遮断して前記スポットの寸法を小さくするように調節可
能に配置されたナイフエッジをさらに含む。最も好まし
くは、前記放射線がＸ線を含み、前記範囲が前記表面か
ら前記放射線が全反射する臨界角近傍の角度を含み、前
記ナイフエッジを前記スポットの寸法を１ｍｍ以下と小
さくするように配置可能である。
【００２７】本発明の好適な実施例に従って、放射線検
出装置を提供する。この放射線検出装置は、検出要素の
アレイを含む検出アセンブリであって、所定の範囲の角
度に渡って放射されたＸ線光子を受け取るように配置さ
れ、前記検出要素に入射した光子によって前記検出要素
に蓄積されたそれぞれの電荷を表す信号を生成する、該
検出アセンブリと、前記検出アセンブリからの前記信号
を受け取るように接続されたプロセッサであって、前記
信号に応答して、前記各要素に光子の高いフラックス或
いは光子の低いフラックスの何れかが入射したかを決定
し、前記各要素に入射した光子の数を、前記高フラック
スが入射した前記要素によって蓄積された電荷を高フラ
ックス平均電荷で除し、前記低フラックスが入射した前
記要素によって蓄積された電荷を前記高フラックス平均
電荷とは相当異なる低フラックス平均電荷で除して推定
する、該プロセッサとを含む。
出装置を提供する。この放射線検出装置は、検出要素の
アレイを含む検出アセンブリであって、所定の範囲の角
度に渡って放射されたＸ線光子を受け取るように配置さ
れ、前記検出要素に入射した光子によって前記検出要素
に蓄積されたそれぞれの電荷を表す信号を生成する、該
検出アセンブリと、前記検出アセンブリからの前記信号
を受け取るように接続されたプロセッサであって、前記
信号に応答して、前記各要素に光子の高いフラックス或
いは光子の低いフラックスの何れかが入射したかを決定
し、前記各要素に入射した光子の数を、前記高フラック
スが入射した前記要素によって蓄積された電荷を高フラ
ックス平均電荷で除し、前記低フラックスが入射した前
記要素によって蓄積された電荷を前記高フラックス平均
電荷とは相当異なる低フラックス平均電荷で除して推定
する、該プロセッサとを含む。
【００２８】好ましくは、前記低フラックスを、電荷が
蓄積される所定時間に１個以下の光子が前記１つの要素
に入射する場合の前記１つの要素への入射とする。最も
好ましくは、前記低フラックスが前記要素に入射した場
合、前記プロセッサが、相互に隣接する一対の要素によ
って蓄積された電荷を前記低フラックス平均電荷で除し
て、前記一対の要素の１つの要素に１つの光子が入射し
たか否かを決定するように構成されている。
蓄積される所定時間に１個以下の光子が前記１つの要素
に入射する場合の前記１つの要素への入射とする。最も
好ましくは、前記低フラックスが前記要素に入射した場
合、前記プロセッサが、相互に隣接する一対の要素によ
って蓄積された電荷を前記低フラックス平均電荷で除し
て、前記一対の要素の１つの要素に１つの光子が入射し
たか否かを決定するように構成されている。
【００２９】追加或いは別法として前記検出アセンブリ
が、前記高フラックスが前記範囲の低角領域の角度で前
記要素に入射し、前記低フラックスが前記範囲の高角領
域の角度で前記要素に入射するように角度の関数として
反射された光子のフラックスの変化によって特徴づけら
れる、前記範囲の角度に渡って試料から反射されるＸ線
光子を受け取るように構成されている。
が、前記高フラックスが前記範囲の低角領域の角度で前
記要素に入射し、前記低フラックスが前記範囲の高角領
域の角度で前記要素に入射するように角度の関数として
反射された光子のフラックスの変化によって特徴づけら
れる、前記範囲の角度に渡って試料から反射されるＸ線
光子を受け取るように構成されている。
【００３０】本発明の好適な実施例に従って、さらに検
出アセンブリを提供する。この検出アセンブリは、放射
線を受け取るように配置され、その放射線に応答して信
号を生成する検出要素のアレイであって、第１の要素及
び最後の要素を含み、前記第１の要素と前記最後の要素
との間の距離によって画定される長さを有する、該検出
要素のアレイと、前記アレイの前記長さに少なくとも等
しい距離離間した前面と後面とを有する真空にすること
が可能なエンクロージャであって、前記アレイが前記エ
ンクロージャの前記後面に配置され、前記放射線が透過
して前記アレイに衝当するように形成された前記前面に
設けられた窓を含む、該エンクロージャとを含む。
出アセンブリを提供する。この検出アセンブリは、放射
線を受け取るように配置され、その放射線に応答して信
号を生成する検出要素のアレイであって、第１の要素及
び最後の要素を含み、前記第１の要素と前記最後の要素
との間の距離によって画定される長さを有する、該検出
要素のアレイと、前記アレイの前記長さに少なくとも等
しい距離離間した前面と後面とを有する真空にすること
が可能なエンクロージャであって、前記アレイが前記エ
ンクロージャの前記後面に配置され、前記放射線が透過
して前記アレイに衝当するように形成された前記前面に
設けられた窓を含む、該エンクロージャとを含む。
【００３１】好ましくは、前記エンクロージャの前記前
面と前記後面とが、前記アレイの前記長さの少なくとも
２倍の距離離間している。
面と前記後面とが、前記アレイの前記長さの少なくとも
２倍の距離離間している。
【００３２】さらに好ましくは、前記放射線が、前記エ
ンクロージャの外側の試料から放出され、前記第１の要
素が所定範囲の低い領域の角度に前記試料から反射され
た前記放射線を受け取り、前記最後の要素が前記範囲の
角度の高い領域の角度で前記試料から反射された前記放
射線を受け取るように、前記範囲の角度に渡って前記試
料から反射されたＸ線を含む。最も好ましくは、前記検
出アセンブリが、読み出し回路および電荷結合素子（Ｃ
ＣＤ）を含み、前記ＣＣＤが、前記読み出し回路に接続
された出力を有し、前記放射線に応答して前記検出要素
によって生成された電荷を、前記検出要素のまず前記最
後の要素からアレイに沿って逐次前記出力に転送するよ
うに接続されている。
ンクロージャの外側の試料から放出され、前記第１の要
素が所定範囲の低い領域の角度に前記試料から反射され
た前記放射線を受け取り、前記最後の要素が前記範囲の
角度の高い領域の角度で前記試料から反射された前記放
射線を受け取るように、前記範囲の角度に渡って前記試
料から反射されたＸ線を含む。最も好ましくは、前記検
出アセンブリが、読み出し回路および電荷結合素子（Ｃ
ＣＤ）を含み、前記ＣＣＤが、前記読み出し回路に接続
された出力を有し、前記放射線に応答して前記検出要素
によって生成された電荷を、前記検出要素のまず前記最
後の要素からアレイに沿って逐次前記出力に転送するよ
うに接続されている。
【００３３】本発明の好適な実施例に従って、さらに反
射装置のための方法を提供する。この方法は、試料の表
面に対して所定の範囲の角度に渡って放射線で前記試料
を照射するステップと、前記範囲の低い領域の角度に反
射された前記放射線に応答して低い範囲の信号を生成す
るべく、前記範囲の角度に渡って前記試料から反射され
た前記放射線を受け取るステップと、前記範囲の角度の
低い領域を遮断して、それによって前記範囲の高い領域
の角度に反射された前記放射線のみが実質的にアレイに
到達するようにするステップと、前記範囲の高い領域の
角度に反射された放射線に応答して高い範囲の信号を生
成するべく、前記範囲の低い領域が遮断された状態で、
前記範囲の角度に渡って前記試料から反射された放射線
を受け取るステップと、前記高い範囲の信号と前記低い
範囲の信号とを組み合わせて、前記低い領域及び前記高
い領域の両方を含む前記範囲の角度に渡って反射された
放射線のパターンを決定するステップとを含む。
射装置のための方法を提供する。この方法は、試料の表
面に対して所定の範囲の角度に渡って放射線で前記試料
を照射するステップと、前記範囲の低い領域の角度に反
射された前記放射線に応答して低い範囲の信号を生成す
るべく、前記範囲の角度に渡って前記試料から反射され
た前記放射線を受け取るステップと、前記範囲の角度の
低い領域を遮断して、それによって前記範囲の高い領域
の角度に反射された前記放射線のみが実質的にアレイに
到達するようにするステップと、前記範囲の高い領域の
角度に反射された放射線に応答して高い範囲の信号を生
成するべく、前記範囲の低い領域が遮断された状態で、
前記範囲の角度に渡って前記試料から反射された放射線
を受け取るステップと、前記高い範囲の信号と前記低い
範囲の信号とを組み合わせて、前記低い領域及び前記高
い領域の両方を含む前記範囲の角度に渡って反射された
放射線のパターンを決定するステップとを含む。
【００３４】本発明の好適な実施例に従って、さらに放
射線を検出する方法を提供する。この方法は、検出要素
のアレイで所定の範囲の角度に渡って放射されたＸ線光
子を受け取って、前記要素に入射した前記光子によって
前記検出要素に蓄積されたそれぞれの電荷を表す信号を
生成するステップと、前記信号に応答して前記各検出要
素に光子の高いフラックス或いは光子の低いフラックス
が入射したかを決定するステップと、前記高フラックス
が入射した前記各要素に入射した光子の数を、前記要素
によって蓄積された前記電荷を高フラックス平均電荷で
除して推定するステップと、前記低フラックスが入射し
た前記各要素に入射した光子の数を、前記要素によって
蓄積された前記電荷を前記高フラックス平均電荷とは相
当異なる低フラックス平均電荷で除して推定するステッ
プとを含む。
射線を検出する方法を提供する。この方法は、検出要素
のアレイで所定の範囲の角度に渡って放射されたＸ線光
子を受け取って、前記要素に入射した前記光子によって
前記検出要素に蓄積されたそれぞれの電荷を表す信号を
生成するステップと、前記信号に応答して前記各検出要
素に光子の高いフラックス或いは光子の低いフラックス
が入射したかを決定するステップと、前記高フラックス
が入射した前記各要素に入射した光子の数を、前記要素
によって蓄積された前記電荷を高フラックス平均電荷で
除して推定するステップと、前記低フラックスが入射し
た前記各要素に入射した光子の数を、前記要素によって
蓄積された前記電荷を前記高フラックス平均電荷とは相
当異なる低フラックス平均電荷で除して推定するステッ
プとを含む。
【００３５】好ましくは、前記高フラックス或いは前記
低フラックスの何れかが入射したかを決定するステップ
が、バックグラウンド電荷を含まない前記要素によって
蓄積された電荷が前記高フラックス平均電荷の少なくと
も３倍である場合、高フラックスが前記要素の１つに入
射したと決定するステップとを含む。追加或いは別法と
して、前記高フラックス或いは前記低フラックスの何れ
かが入射したかを決定するステップが、電荷が蓄積され
ている所定の時間に１個以下の光子が前記要素に入射し
た場合に、低フラックスが前記要素の１つに入射したと
決定するステップを含む。
低フラックスの何れかが入射したかを決定するステップ
が、バックグラウンド電荷を含まない前記要素によって
蓄積された電荷が前記高フラックス平均電荷の少なくと
も３倍である場合、高フラックスが前記要素の１つに入
射したと決定するステップとを含む。追加或いは別法と
して、前記高フラックス或いは前記低フラックスの何れ
かが入射したかを決定するステップが、電荷が蓄積され
ている所定の時間に１個以下の光子が前記要素に入射し
た場合に、低フラックスが前記要素の１つに入射したと
決定するステップを含む。
【００３６】本発明の好適な実施例に従って、さらに放
射線を検出する方法を提供する。この方法は、エンクロ
ージャ内に検出要素のアレイを配設するステップであっ
て、前記アレイが第１の要素と最後の要素とを含み、前
記両要素によって前記両要素間の前記アレイの長さが画
定され、前記エンクロージャが、その前面に窓を有し、
前記窓が、放射線が透過できるように形成され、前記ア
レイの前記長さに少なくとも等しい距離前記アレイから
離間している、前記配設するステップと、前記アレイを
含む前記エンクロージャを真空にするステップと、前記
アレイで前記放射線を受け取り、その放射線に応答して
信号を生成するステップとを含む。
射線を検出する方法を提供する。この方法は、エンクロ
ージャ内に検出要素のアレイを配設するステップであっ
て、前記アレイが第１の要素と最後の要素とを含み、前
記両要素によって前記両要素間の前記アレイの長さが画
定され、前記エンクロージャが、その前面に窓を有し、
前記窓が、放射線が透過できるように形成され、前記ア
レイの前記長さに少なくとも等しい距離前記アレイから
離間している、前記配設するステップと、前記アレイを
含む前記エンクロージャを真空にするステップと、前記
アレイで前記放射線を受け取り、その放射線に応答して
信号を生成するステップとを含む。
【００３７】本発明の好適な実施例に従って、さらに反
射装置のための方法を提供する。この方法は、１或いは
複数の薄膜層を含む試料に、前記試料の表面に対して所
定範囲の角度に渡って放射線を照射するステップと、前
記範囲の角度に渡って前記試料から反射された前記放射
線を受け取り、前記反射された放射線に応答して信号を
生成するステップであって、前記信号が前記角度の関数
として振動パターンを有し、前記パターンが、前記試料
の表面の前記薄膜層の外側の層から放射線が全反射する
臨界角近傍で生じる第１の肩部を含む、該ステップと、
前記１或いは複数の薄膜層の任意の他の特性に関わら
ず、前記肩部に応答して前記外側の薄膜層の密度を推定
するステップとを含む。
射装置のための方法を提供する。この方法は、１或いは
複数の薄膜層を含む試料に、前記試料の表面に対して所
定範囲の角度に渡って放射線を照射するステップと、前
記範囲の角度に渡って前記試料から反射された前記放射
線を受け取り、前記反射された放射線に応答して信号を
生成するステップであって、前記信号が前記角度の関数
として振動パターンを有し、前記パターンが、前記試料
の表面の前記薄膜層の外側の層から放射線が全反射する
臨界角近傍で生じる第１の肩部を含む、該ステップと、
前記１或いは複数の薄膜層の任意の他の特性に関わら
ず、前記肩部に応答して前記外側の薄膜層の密度を推定
するステップとを含む。
【００３８】好ましくは、この方法は、前記推定した密
度を用いて１或いは複数の他の特性を決定するステップ
を更に含み、前記１或いは複数のその他の特性を決定す
るステップが、前記層の少なくとも１つの層の膜厚を推
定するステップおよび／または前記層の少なくとも１つ
の層の表面の粗さを推定するステップを含む。
度を用いて１或いは複数の他の特性を決定するステップ
を更に含み、前記１或いは複数のその他の特性を決定す
るステップが、前記層の少なくとも１つの層の膜厚を推
定するステップおよび／または前記層の少なくとも１つ
の層の表面の粗さを推定するステップを含む。
【００３９】本発明の好適な実施例に従って、さらなる
反射装置を提供する。この反射装置は、試料を、その表
面に対して所定の範囲の角度に渡って放射線の一連のパ
ルスで照射するように構成されたパルスＸ線源と、前記
範囲の角度に渡って前記試料から反射された前記放射線
を受け取るように配置され、検出要素に入射した放射線
の光子によって前記検出要素に蓄積されたそれぞれの電
荷を表す信号を生成する検出要素のアレイと、一連の各
パルスの直前に、前記検出要素から電荷を消失させ、前
記各パルスの直後に前記要素からの信号をサンプリング
するように前記アレイに接続されたタイミング回路とを
含む。
反射装置を提供する。この反射装置は、試料を、その表
面に対して所定の範囲の角度に渡って放射線の一連のパ
ルスで照射するように構成されたパルスＸ線源と、前記
範囲の角度に渡って前記試料から反射された前記放射線
を受け取るように配置され、検出要素に入射した放射線
の光子によって前記検出要素に蓄積されたそれぞれの電
荷を表す信号を生成する検出要素のアレイと、一連の各
パルスの直前に、前記検出要素から電荷を消失させ、前
記各パルスの直後に前記要素からの信号をサンプリング
するように前記アレイに接続されたタイミング回路とを
含む。
【００４０】一般的には、前記試料が１或いは複数の薄
膜層を含み、前記反射された放射線が、前記角度の関数
として前記薄膜層による強度の振動的な変化で特徴づけ
られ、前記検出要素のアレイが前記振動的な変化を検出
するように構成されている。好ましくは、前記装置が、
前記検出要素のアレイからの信号を受け取るように接続
され、前記振動の変化を分析して前記１或いは複数の薄
膜層の１或いは複数の特性を決定するプロセッサを含
む。最も好ましくは、前記プロセッサが、前記それぞれ
の電荷に応答して、前記要素のそれぞれに入射した光子
の数を推定するように構成されている。
膜層を含み、前記反射された放射線が、前記角度の関数
として前記薄膜層による強度の振動的な変化で特徴づけ
られ、前記検出要素のアレイが前記振動的な変化を検出
するように構成されている。好ましくは、前記装置が、
前記検出要素のアレイからの信号を受け取るように接続
され、前記振動の変化を分析して前記１或いは複数の薄
膜層の１或いは複数の特性を決定するプロセッサを含
む。最も好ましくは、前記プロセッサが、前記それぞれ
の電荷に応答して、前記要素のそれぞれに入射した光子
の数を推定するように構成されている。
【００４１】一般的には、さらに前記検出要素が、前記
放射線に関わらず、前記検出要素に雑音電荷を蓄積させ
るバックグラウンド電流によって特徴づけられ、前記電
荷を前記検出要素から消失させることによって、前記タ
イミング回路が、前記各パルスの直後に前記要素からサ
ンプリングされた前記信号における前記雑音電荷を低減
するように動作する。好適な実施例では、前記検出要素
のアレイが電荷結合素子（ＣＣＤ）を含む。
放射線に関わらず、前記検出要素に雑音電荷を蓄積させ
るバックグラウンド電流によって特徴づけられ、前記電
荷を前記検出要素から消失させることによって、前記タ
イミング回路が、前記各パルスの直後に前記要素からサ
ンプリングされた前記信号における前記雑音電荷を低減
するように動作する。好適な実施例では、前記検出要素
のアレイが電荷結合素子（ＣＣＤ）を含む。
【００４２】好ましくは、前記タイミング回路が、前記
検出要素から前記電荷を消失させること及び前記検出要
素から前記信号をサンプリングすることを前記Ｘ線源か
らの前記パルスと同期させるように接続されている。
検出要素から前記電荷を消失させること及び前記検出要
素から前記信号をサンプリングすることを前記Ｘ線源か
らの前記パルスと同期させるように接続されている。
【００４３】本発明の好適な実施例に従って、反射装置
のための方法を提供する。この方法は、試料から反射さ
れた放射線を受け取り、前記放射線に応答して、前記要
素に入射した放射線の光子によって前記検出要素に蓄積
されたそれぞれの電荷を表す信号を生成できるように検
出要素のアレイを配置するステップと、前記試料の表面
に対して所定の範囲の角度に渡って前記放射線の一連の
パルスを前記試料に照射するステップと、前記一連の各
パルスの直前に、前記検出要素から前記電荷を消失させ
るステップと、前記範囲の角度に渡って反射された前記
放射線のパターンを決定するべく、前記各パルスの直後
に前記要素から前記信号をサンプリングするステップと
を含む。
のための方法を提供する。この方法は、試料から反射さ
れた放射線を受け取り、前記放射線に応答して、前記要
素に入射した放射線の光子によって前記検出要素に蓄積
されたそれぞれの電荷を表す信号を生成できるように検
出要素のアレイを配置するステップと、前記試料の表面
に対して所定の範囲の角度に渡って前記放射線の一連の
パルスを前記試料に照射するステップと、前記一連の各
パルスの直前に、前記検出要素から前記電荷を消失させ
るステップと、前記範囲の角度に渡って反射された前記
放射線のパターンを決定するべく、前記各パルスの直後
に前記要素から前記信号をサンプリングするステップと
を含む。
【００４４】後述する添付の図面を用いた詳細な好適な
実施例から、本発明がより明らかになるであろう。
実施例から、本発明がより明らかになるであろう。
【００４５】
【発明の実施の形態】図１は本発明の好適実施例にした
がった２２を試料としたＸ線反射率を測定するためのシ
ステム２０の模式図である。試料は位置及び方向が正確
に調整ができるモーションステージ２４に取り付けるの
が好ましい。２６はＸ線源で、一般的にはＸ線管と好適
な光学素子(図示せず)から成り、試料２２上の小領域２
８を照射する。この目的のためにＸ線管はOxford Instr
uments社(Scotts Valley, California)製のXTF5011Ｘ線
管である。Ｘ線源２６で用いられるいくつかの異なる光
学素子の構成は米国出願特許第09/408,894号に開示され
ており、本出願の譲受人が譲り受けている。また、この
特許に言及することをもって本明細書の一部とする。光
学素子はXOS社(Albany, New York)製のDoubly-Bent Foc
using Crystal Opticのような湾曲結晶モノクロメータ
(curved crystal monochrometer)から成るのが好まし
い。他の好適な光学素子は出願特許第09/408,894号と、
前述の米国特許第5,619,548号と同第5,923,720号に開示
されている。なお可能な光学素子は当業者なら明らかで
あろう。システム２０では一般に反射率測定のＸ線エネ
ルギーを約8.05KeV(CuKa1)としている。代わりに5.4KeV
(CrKa1)のような他のエネルギー値を用いてもよい。動
的なナイフエッジ３６とシャッター３８が後述されるよ
うにＸ線の入射ビーム２７を制限するように用いられる
のが好ましい。
がった２２を試料としたＸ線反射率を測定するためのシ
ステム２０の模式図である。試料は位置及び方向が正確
に調整ができるモーションステージ２４に取り付けるの
が好ましい。２６はＸ線源で、一般的にはＸ線管と好適
な光学素子(図示せず)から成り、試料２２上の小領域２
８を照射する。この目的のためにＸ線管はOxford Instr
uments社(Scotts Valley, California)製のXTF5011Ｘ線
管である。Ｘ線源２６で用いられるいくつかの異なる光
学素子の構成は米国出願特許第09/408,894号に開示され
ており、本出願の譲受人が譲り受けている。また、この
特許に言及することをもって本明細書の一部とする。光
学素子はXOS社(Albany, New York)製のDoubly-Bent Foc
using Crystal Opticのような湾曲結晶モノクロメータ
(curved crystal monochrometer)から成るのが好まし
い。他の好適な光学素子は出願特許第09/408,894号と、
前述の米国特許第5,619,548号と同第5,923,720号に開示
されている。なお可能な光学素子は当業者なら明らかで
あろう。システム２０では一般に反射率測定のＸ線エネ
ルギーを約8.05KeV(CuKa1)としている。代わりに5.4KeV
(CrKa1)のような他のエネルギー値を用いてもよい。動
的なナイフエッジ３６とシャッター３８が後述されるよ
うにＸ線の入射ビーム２７を制限するように用いられる
のが好ましい。
【００４６】試料２２からのＸ線反射ビーム２９は検出
器アセンブリ３０に集められる。アセンブリ３０に反射
角がサンプルの全反射臨界角の下値と上値に該当する約
０度と３°の間の値にわたった反射Ｘ線が集められるの
が好ましい。後述のように、アセンブリ３０は検出アレ
イ３２から成り、検出アレイ３２としてはＣＣＤアレイ
が好ましい。図の単純化のために、図１には比較的少数
の検出要素の検出器の列が一つしか示されていないが、
本発明の好適実施例ではアレイ３２は一般的に多数の要
素を含み、マトリクス(２次元)または直線状のアレイと
して配置されている。さらに、アセンブリ３０はベリリ
ウムのような適切なＸ線透過材料によって作られた窓３
４から成り、その窓は検出器アレイの前、試料とアレイ
の間に位置している。
器アセンブリ３０に集められる。アセンブリ３０に反射
角がサンプルの全反射臨界角の下値と上値に該当する約
０度と３°の間の値にわたった反射Ｘ線が集められるの
が好ましい。後述のように、アセンブリ３０は検出アレ
イ３２から成り、検出アレイ３２としてはＣＣＤアレイ
が好ましい。図の単純化のために、図１には比較的少数
の検出要素の検出器の列が一つしか示されていないが、
本発明の好適実施例ではアレイ３２は一般的に多数の要
素を含み、マトリクス(２次元)または直線状のアレイと
して配置されている。さらに、アセンブリ３０はベリリ
ウムのような適切なＸ線透過材料によって作られた窓３
４から成り、その窓は検出器アレイの前、試料とアレイ
の間に位置している。
【００４７】試料２２から反射したＸ線光子フラックス
の、与えられたエネルギーもしくはエネルギー領域での
角度関数の分布４２を決定するためにアセンブリ３０の
出力を反射率計プロセッサ４０で分析する。一般的に、
試料２２は領域２８の薄膜のように一つまたはそれ以上
の薄膜層を持っているので、分布４２は層間の境界面か
らの反射Ｘ線の波同士の干渉効果による振動が示され
る。プロセッサは後述される解析手法を用いて振動構造
の特性を分析し、一つまたはそれ以上の表面層の膜厚、
密度、表面の性質を決定する。
の、与えられたエネルギーもしくはエネルギー領域での
角度関数の分布４２を決定するためにアセンブリ３０の
出力を反射率計プロセッサ４０で分析する。一般的に、
試料２２は領域２８の薄膜のように一つまたはそれ以上
の薄膜層を持っているので、分布４２は層間の境界面か
らの反射Ｘ線の波同士の干渉効果による振動が示され
る。プロセッサは後述される解析手法を用いて振動構造
の特性を分析し、一つまたはそれ以上の表面層の膜厚、
密度、表面の性質を決定する。
【００４８】システム２０はまた、プロセッサ４０の統
制下におかれていることが好ましい随意選択の同期コン
トローラ４３にが含まれているものとして示されてい
る。同期コントローラ４３は本発明の別の実施例に用い
てＸ線源２６のパルス動作と検出器アセンブリ３０のゲ
ーティングの同期させる。この実施態様は以降の文で図
１０を参照しながら記述されている。
制下におかれていることが好ましい随意選択の同期コン
トローラ４３にが含まれているものとして示されてい
る。同期コントローラ４３は本発明の別の実施例に用い
てＸ線源２６のパルス動作と検出器アセンブリ３０のゲ
ーティングの同期させる。この実施態様は以降の文で図
１０を参照しながら記述されている。
【００４９】図１に示されている好適な実施例では、Ｘ
線反射率法を用いてシステム２０を説明するが、このシ
ステム２０は必要な変更を加えれば、同様の方法で他の
分野のＸ線分析に用いることができることを理解された
い。適用可能な分野は、微小角放射（grazing emissio
n）Ｘ線蛍光（ＸＲＦ）分析及び当分野で周知のその他
のＸＲＦ技術を含むＸ線蛍光分析を含む。微小角放射Ｘ
ＲＦは例えば、WienarによりApplied Surface Science
125(1998)の p.129に「Characterization of Tiatanium
Nitride Layers by Grazing-Emission X-ray Fluoresc
ence Spectrometry」なる記事で記述されている。ま
た、この特許に言及することをもって本明細書の一部と
する。それだけでなく、システム２０の原理はガンマ線
やそれ以外の核放射線のような他のエネルギー領域にお
ける位置敏感型検出システムとして履行することができ
る。図２は本発明の好適実施例に同じ検出器アセンブリ
３０の詳細をブロックを用いた図で模式的に示したもの
である。前述した通り、検出器アレイ３２はHamamatu社
(日本、浜松市)製のS7032-0908N型アレイのようなＣＣ
Ｄアレイから成るのが好ましい。このアレイは全体の大
きさが12.6×6mmで、536×256個のピクセルから成り、
この目的のためのHamamatu社製の特別製のハードウェア
を用いてライン・ビニング(line-binning)モードで操作
することが好ましい。代わりに、検出器アレイは本出願
の譲渡人が譲渡されている米国出願特許第09/409,046号
に記述された処理回路(Integrated processing electro
nics)を一体化したものでもよい適切な読み出し回路を
備えたPINダイオードアレイを含んでもよい。また、こ
の特許に言及することをもって本明細書の一部とする。
この特許出願第09/409,096号はまた、アレイに関するさ
まざまな(一次元と二次元両方の)幾何学的構成と、適用
することによりアレイの検出特性を高めるマスキングを
含めた一つのアレイ特性を記述している。これらの特性
もまた、本明細書のアセンブリ３０に適用できる。いず
れにせよ、これらの検出機の型はここでは例として記述
しており、適切などんな種類、寸法、および数の検出器
でも用いることができることを理解されたい。
線反射率法を用いてシステム２０を説明するが、このシ
ステム２０は必要な変更を加えれば、同様の方法で他の
分野のＸ線分析に用いることができることを理解された
い。適用可能な分野は、微小角放射（grazing emissio
n）Ｘ線蛍光（ＸＲＦ）分析及び当分野で周知のその他
のＸＲＦ技術を含むＸ線蛍光分析を含む。微小角放射Ｘ
ＲＦは例えば、WienarによりApplied Surface Science
125(1998)の p.129に「Characterization of Tiatanium
Nitride Layers by Grazing-Emission X-ray Fluoresc
ence Spectrometry」なる記事で記述されている。ま
た、この特許に言及することをもって本明細書の一部と
する。それだけでなく、システム２０の原理はガンマ線
やそれ以外の核放射線のような他のエネルギー領域にお
ける位置敏感型検出システムとして履行することができ
る。図２は本発明の好適実施例に同じ検出器アセンブリ
３０の詳細をブロックを用いた図で模式的に示したもの
である。前述した通り、検出器アレイ３２はHamamatu社
(日本、浜松市)製のS7032-0908N型アレイのようなＣＣ
Ｄアレイから成るのが好ましい。このアレイは全体の大
きさが12.6×6mmで、536×256個のピクセルから成り、
この目的のためのHamamatu社製の特別製のハードウェア
を用いてライン・ビニング(line-binning)モードで操作
することが好ましい。代わりに、検出器アレイは本出願
の譲渡人が譲渡されている米国出願特許第09/409,046号
に記述された処理回路(Integrated processing electro
nics)を一体化したものでもよい適切な読み出し回路を
備えたPINダイオードアレイを含んでもよい。また、こ
の特許に言及することをもって本明細書の一部とする。
この特許出願第09/409,096号はまた、アレイに関するさ
まざまな(一次元と二次元両方の)幾何学的構成と、適用
することによりアレイの検出特性を高めるマスキングを
含めた一つのアレイ特性を記述している。これらの特性
もまた、本明細書のアセンブリ３０に適用できる。いず
れにせよ、これらの検出機の型はここでは例として記述
しており、適切などんな種類、寸法、および数の検出器
でも用いることができることを理解されたい。
【００５０】検出器アセンブリ３０は検出器アレイ３２
に近接した真空可能なエンクロージャ４４を含む。アレ
イ３２とサンプル２２の間に位置するエンクロージャ４
４の前面には窓３４で閉じられていて作業中は真空状態
になっている。アレイ３２と窓３４の間の距離は少なく
とも第一番目の検出要素４６から最後の検出素子４８ま
での計測によるアレイの長さと同じであることが好まし
く、アレイの２、３倍の長さであるのがもっとも好まし
い。（第一番目の検出器の要素４６はほぼ０°の最低反
射角度での光子を捕える位置に設定されており、一方、
最後の要素４８は一般的に３°近い最高反射角度での光
子を捕える位置に設定されている。）本願発明者らは窓
をアレイから遠ざけて、アレイの前面に隣接した領域か
ら空気を除去するとアレイに到達する散乱Ｘ線光子の数
が大幅に減少することを見い出した。アレイ３２を空気
中で用いたり、窓３４をアレイの近くに位置付けると試
料２２から反射された低角度での光子の散乱が高角度で
の信号バックグラウンドに大きく寄与してくる。一般的
に低角度での反射は高角度での反射と比較してかなり強
度があるのでこのバックグラウンドは高角度での信号を
かなり弱め、おおい隠してしまうことさえある。図２に
示しているように窓３４および真空エンクロージャ４４
を使用することで、システム全体を真空にする難しさや
そのための出費なしにこの散乱によるバックグラウンド
をほとんど除去することができる。
に近接した真空可能なエンクロージャ４４を含む。アレ
イ３２とサンプル２２の間に位置するエンクロージャ４
４の前面には窓３４で閉じられていて作業中は真空状態
になっている。アレイ３２と窓３４の間の距離は少なく
とも第一番目の検出要素４６から最後の検出素子４８ま
での計測によるアレイの長さと同じであることが好まし
く、アレイの２、３倍の長さであるのがもっとも好まし
い。（第一番目の検出器の要素４６はほぼ０°の最低反
射角度での光子を捕える位置に設定されており、一方、
最後の要素４８は一般的に３°近い最高反射角度での光
子を捕える位置に設定されている。）本願発明者らは窓
をアレイから遠ざけて、アレイの前面に隣接した領域か
ら空気を除去するとアレイに到達する散乱Ｘ線光子の数
が大幅に減少することを見い出した。アレイ３２を空気
中で用いたり、窓３４をアレイの近くに位置付けると試
料２２から反射された低角度での光子の散乱が高角度で
の信号バックグラウンドに大きく寄与してくる。一般的
に低角度での反射は高角度での反射と比較してかなり強
度があるのでこのバックグラウンドは高角度での信号を
かなり弱め、おおい隠してしまうことさえある。図２に
示しているように窓３４および真空エンクロージャ４４
を使用することで、システム全体を真空にする難しさや
そのための出費なしにこの散乱によるバックグラウンド
をほとんど除去することができる。
【００５１】アセンブリ３０の中のバックグラウンドの
さらなる原因はアレイ３２のＣＣＤシフトレジスタ中に
残った電荷である。ＣＣＤは電荷を「バケツブリゲー
ド」モードで一つの要素から次の要素へとアレイの下に
移動させることによって動作する。電荷はそのようにし
て最後の要素４８でアレイの出力と接続した読み出し回
路５０に一度に１ピクセルずつ運ばれる。ＣＣＤは要素
から要素へかなり効率よく電荷を運ぶが、それでも、運
ばれる度に転送電荷の量におおよそ比例する少量ずつの
残存電荷が残る。図２で示される構成では、Ｘ線露光時
間毎に最後の要素４８が最初に読み込まれ、それに対し
第一の要素４６は電荷がアレイ全体を転送された後、最
後に読み込まれる。最も弱いＸ線信号を通常受け取る要
素４８が最初に読み込まれるようにアレイ３２の位置を
設定していることにより、残存電荷によるバックグラウ
ンドのレベルが要素４８付近における弱い信号の要素で
は最小になる。最後に信号を読み込むために、第一の要
素４６付近の検出要素における強い信号に加算されるバ
ックグラウンドは信号そのものの強さと比較するとたい
したことはない。
さらなる原因はアレイ３２のＣＣＤシフトレジスタ中に
残った電荷である。ＣＣＤは電荷を「バケツブリゲー
ド」モードで一つの要素から次の要素へとアレイの下に
移動させることによって動作する。電荷はそのようにし
て最後の要素４８でアレイの出力と接続した読み出し回
路５０に一度に１ピクセルずつ運ばれる。ＣＣＤは要素
から要素へかなり効率よく電荷を運ぶが、それでも、運
ばれる度に転送電荷の量におおよそ比例する少量ずつの
残存電荷が残る。図２で示される構成では、Ｘ線露光時
間毎に最後の要素４８が最初に読み込まれ、それに対し
第一の要素４６は電荷がアレイ全体を転送された後、最
後に読み込まれる。最も弱いＸ線信号を通常受け取る要
素４８が最初に読み込まれるようにアレイ３２の位置を
設定していることにより、残存電荷によるバックグラウ
ンドのレベルが要素４８付近における弱い信号の要素で
は最小になる。最後に信号を読み込むために、第一の要
素４６付近の検出要素における強い信号に加算されるバ
ックグラウンドは信号そのものの強さと比較するとたい
したことはない。
【００５２】図３は本発明の好適実施例にしたがった、
入射光子に対する検出器アレイ３２の要素の応答を模式
的に示したプロットである。この実験では、検出器アレ
イは単色Ｘ線で照射されており、信号は二つの異なる読
み出しモードが集められている。横軸の振幅の単位は任
意であるが、アレイ要素への入射である各Ｘ線光子によ
り産み出された電子数の見積もりをアレイからの出力信
号に基づき示している。各入射光子は一つの「事象」を
構成しており、縦軸はそれぞれの振幅の値に対して入射
光子によりその振幅の電荷が何回発生したかを示してい
る。
入射光子に対する検出器アレイ３２の要素の応答を模式
的に示したプロットである。この実験では、検出器アレ
イは単色Ｘ線で照射されており、信号は二つの異なる読
み出しモードが集められている。横軸の振幅の単位は任
意であるが、アレイ要素への入射である各Ｘ線光子によ
り産み出された電子数の見積もりをアレイからの出力信
号に基づき示している。各入射光子は一つの「事象」を
構成しており、縦軸はそれぞれの振幅の値に対して入射
光子によりその振幅の電荷が何回発生したかを示してい
る。
【００５３】図から見てとれるように、異なる読み出し
モードでは事象の分布がかなり異なっている。入射光子
により発生した電荷は二つの近接したピクセルに分布す
るのが一般的である。振幅１００付近に鋭いピークを持
つ曲線は近接したピクセルで計測された電荷を合わせた
ものである。しかしながら、この読み出しモードは、任
意の読み出しフレームにおいて、ほとんどのピクセルが
光子を受け取らず、ピクセル当たり入射光子が１個以下
の場合のような低フラックスの場合にのみ適用すること
ができる。各要素への入射光子の多い高フラックスにお
いてはこの「電荷合計」手法は使えない。この場合に
は、事象分布は振幅60近くにピークを持つ図3に示され
る第二の曲線形となる。そのような振る舞いはCu Kα
(8.05 KeV)線とCr Kα(5.41 KeV)線の両方で観測され
ている。本願発明者らはこれら二つの高フラックスと低
フラックス状態の読み出しモードを、アレイ32から受け
取った電気信号レベルをかなり広範なダイナミックレン
ジにわたり光子の計測単位に変換することで効果的に用
いることができることを経験的に見い出した。これは、
ＸＲＲ測定においては一般的である。
モードでは事象の分布がかなり異なっている。入射光子
により発生した電荷は二つの近接したピクセルに分布す
るのが一般的である。振幅１００付近に鋭いピークを持
つ曲線は近接したピクセルで計測された電荷を合わせた
ものである。しかしながら、この読み出しモードは、任
意の読み出しフレームにおいて、ほとんどのピクセルが
光子を受け取らず、ピクセル当たり入射光子が１個以下
の場合のような低フラックスの場合にのみ適用すること
ができる。各要素への入射光子の多い高フラックスにお
いてはこの「電荷合計」手法は使えない。この場合に
は、事象分布は振幅60近くにピークを持つ図3に示され
る第二の曲線形となる。そのような振る舞いはCu Kα
(8.05 KeV)線とCr Kα(5.41 KeV)線の両方で観測され
ている。本願発明者らはこれら二つの高フラックスと低
フラックス状態の読み出しモードを、アレイ32から受け
取った電気信号レベルをかなり広範なダイナミックレン
ジにわたり光子の計測単位に変換することで効果的に用
いることができることを経験的に見い出した。これは、
ＸＲＲ測定においては一般的である。
【００５４】図４は、本発明の好適な実施例に従った、
検出器アレイ３２によって受け取られた信号を分析する
ための方法を模式的に例示するフローチャートである。
この方法は、図３を用いて説明した原理に基づいてい
る。それぞれの要素に対して、電荷がアレイの要素から
読み出される度に、プロセッサが各要素において測定さ
れた電荷の振幅を入射したＸ線光子の単位に変換する。
この方法は、アレイの全てのピクセルに対して実行され
る４つの動作を含む。
検出器アレイ３２によって受け取られた信号を分析する
ための方法を模式的に例示するフローチャートである。
この方法は、図３を用いて説明した原理に基づいてい
る。それぞれの要素に対して、電荷がアレイの要素から
読み出される度に、プロセッサが各要素において測定さ
れた電荷の振幅を入射したＸ線光子の単位に変換する。
この方法は、アレイの全てのピクセルに対して実行され
る４つの動作を含む。
【００５５】１．バックグラウンド減算ステップ５２で
は、全バックグラウンドレベルを各ピクセルで測定され
たデジタル信号レベルから差引いて、バックグラウンド
を含まない各ピクセルのレベルｙ（ｊ）を得る。全バッ
クグラウンドレベルは、入射Ｘ線が存在しない時に検出
器アレイから出力される暗電流を測定して求める。
は、全バックグラウンドレベルを各ピクセルで測定され
たデジタル信号レベルから差引いて、バックグラウンド
を含まない各ピクセルのレベルｙ（ｊ）を得る。全バッ
クグラウンドレベルは、入射Ｘ線が存在しない時に検出
器アレイから出力される暗電流を測定して求める。
【００５６】２．高フラックスのカウントステップ５４
では、バックグラウンドを差引いた後の信号レベルを、
図３に示されている高フラックスモードの分布に基づい
て決定された高い信号の閾値と比較する。具体的には、
プロセッサが、信号レベルｙ（ｊ）が信号振幅パラメー
タＡｖ１の３倍より大きいピクセル（即ち、検出器アレ
イ要素）を探す。この信号振幅パラメータＡｖ１は、高
フラックスの単一光子の信号におけるピーク（図３に示
されている高振幅ピークのような）の位置に基づいて経
験的に決定される。このようなピクセルｊのそれぞれに
対して、このピクセルに対する光子のカウント数ｎ
（ｊ）は、 ｎ（ｊ）＝ｉｎｔ｛［ｙ（ｊ）-BL1］／Ａ
ｖ１｝の式から求めることができる。この式のＢＬ１は
経験的なバックグラウンド閾値である。次にプロセッサ
４０は、続くステップで再びカウントされないように、
ピクセルに対する信号レベルを０にセットする。
では、バックグラウンドを差引いた後の信号レベルを、
図３に示されている高フラックスモードの分布に基づい
て決定された高い信号の閾値と比較する。具体的には、
プロセッサが、信号レベルｙ（ｊ）が信号振幅パラメー
タＡｖ１の３倍より大きいピクセル（即ち、検出器アレ
イ要素）を探す。この信号振幅パラメータＡｖ１は、高
フラックスの単一光子の信号におけるピーク（図３に示
されている高振幅ピークのような）の位置に基づいて経
験的に決定される。このようなピクセルｊのそれぞれに
対して、このピクセルに対する光子のカウント数ｎ
（ｊ）は、 ｎ（ｊ）＝ｉｎｔ｛［ｙ（ｊ）-BL1］／Ａ
ｖ１｝の式から求めることができる。この式のＢＬ１は
経験的なバックグラウンド閾値である。次にプロセッサ
４０は、続くステップで再びカウントされないように、
ピクセルに対する信号レベルを０にセットする。
【００５７】３．ピクセル対のカウントステップ５６で
は、プロセッサは、ステップ５４でカウントされずに残
っているピクセルを検索し、低フラックス単一光子信号
振幅パラメータＡｖ２に概ね等しい全信号レベル（対の
合計）の隣接するピクセルの対を探す。このパラメータ
Ａｖ２及び第２のバックグラウンド閾値ＢＬ２は、経験
的に決定される。具体的には、本願発明者らは、Ａｖ２
＝Ａｖ１とすることによって良い結果が得られることを
見いだした。ＢＬ１及びＢＬ２は、ステップ５４および
ステップ５６のそれぞれにおける光子エネルギースペク
トルの高強度領域及び低強度領域が一致するようにセッ
トされる。これらのパラメータに基づいて、ステップ５
６でプロセッサが、｜ｙ（ｊ）＋ｙ（ｊ＋１）−Ａｖ２
｜＜ＢＬ２ を満たすピクセルの対を探す。このような
対のそれぞれに対して、プロセッサは２つのピクセルの
うちの第１のピクセルに対して任意に割り当てられた光
子カウント数ｎ（ｊ）である１つの光子カウント数を記
録する。これらのピクセルにおける信号のレベルを０に
戻す。
は、プロセッサは、ステップ５４でカウントされずに残
っているピクセルを検索し、低フラックス単一光子信号
振幅パラメータＡｖ２に概ね等しい全信号レベル（対の
合計）の隣接するピクセルの対を探す。このパラメータ
Ａｖ２及び第２のバックグラウンド閾値ＢＬ２は、経験
的に決定される。具体的には、本願発明者らは、Ａｖ２
＝Ａｖ１とすることによって良い結果が得られることを
見いだした。ＢＬ１及びＢＬ２は、ステップ５４および
ステップ５６のそれぞれにおける光子エネルギースペク
トルの高強度領域及び低強度領域が一致するようにセッ
トされる。これらのパラメータに基づいて、ステップ５
６でプロセッサが、｜ｙ（ｊ）＋ｙ（ｊ＋１）−Ａｖ２
｜＜ＢＬ２ を満たすピクセルの対を探す。このような
対のそれぞれに対して、プロセッサは２つのピクセルの
うちの第１のピクセルに対して任意に割り当てられた光
子カウント数ｎ（ｊ）である１つの光子カウント数を記
録する。これらのピクセルにおける信号のレベルを０に
戻す。
【００５８】４．残りのカウントステップ５８では、ス
テップ５４およびステップ５６でカウントされなかった
有意の信号レベルを有するその他のピクセル全てを評価
する。このステップを実行するために、バックグラウン
ドレベルより低い、即ちステップ５２でバックグラウン
ドが差し引かれた後にｙ（ｊ）＜０となる全てのピクセ
ルの信号値ｙ（ｊ）をｙ（ｊ）＝０にセットする。局所
最大（すなわち、信号値ｙ（ｊ）が隣接するピクセルよ
り高い）である各ピクセルに対して、ピクセル光子カウ
ント数ｎ（ｊ）は、ｎ（ｊ）＝ｉｎｔ｛［ｙ（ｊ）＋ｙ
（ｋ）−ＢＬ１］／Ａｖ１｝の式から求めることができ
る。この式のｙ（ｋ）は、ピクセルｊに隣接する２つの
ピクセルｊ＋１及びｊ−１の内の信号の値の高い方であ
る。次に値ｙ（ｊ）及びｙ（ｋ）を０にセットする。残
ったピクセル（局所最大或いは近接するピクセルより高
くない）全てに対する光子カウント数は、ｎ（ｊ）＝ｉ
ｎｔ｛［ｙ（ｊ）−ＢＬ１］／Ａｖ１｝の式から求める
ことができ、ｙ（ｊ）を０にする。
テップ５４およびステップ５６でカウントされなかった
有意の信号レベルを有するその他のピクセル全てを評価
する。このステップを実行するために、バックグラウン
ドレベルより低い、即ちステップ５２でバックグラウン
ドが差し引かれた後にｙ（ｊ）＜０となる全てのピクセ
ルの信号値ｙ（ｊ）をｙ（ｊ）＝０にセットする。局所
最大（すなわち、信号値ｙ（ｊ）が隣接するピクセルよ
り高い）である各ピクセルに対して、ピクセル光子カウ
ント数ｎ（ｊ）は、ｎ（ｊ）＝ｉｎｔ｛［ｙ（ｊ）＋ｙ
（ｋ）−ＢＬ１］／Ａｖ１｝の式から求めることができ
る。この式のｙ（ｋ）は、ピクセルｊに隣接する２つの
ピクセルｊ＋１及びｊ−１の内の信号の値の高い方であ
る。次に値ｙ（ｊ）及びｙ（ｋ）を０にセットする。残
ったピクセル（局所最大或いは近接するピクセルより高
くない）全てに対する光子カウント数は、ｎ（ｊ）＝ｉ
ｎｔ｛［ｙ（ｊ）−ＢＬ１］／Ａｖ１｝の式から求める
ことができ、ｙ（ｊ）を０にする。
【００５９】上記した４つ全てのステップが終了した
後、アレイをリセットし、プロセッサがアレイ３２から
読み出した次の信号を受け取る。次に、カウント累算ス
テップ６０で、各ピクセルに対して決定されたカウント
数を対応するレジスタに累算する。上記した信号の読み
出し及び処理のステップを十分な回数を繰り返して、ア
レイ全体に渡るカウントスペクトルを決定するのが好ま
しい。この技術を用いると、各信号読み出しサイクルに
おいて多くのピクセルに入射する（高フラックスピクセ
ル）低角においてのみならず、所定のサイクルにおいて
それぞれのピクセルに１個以下しか光子が到達しない高
角においても干渉縞構造が得られる。
後、アレイをリセットし、プロセッサがアレイ３２から
読み出した次の信号を受け取る。次に、カウント累算ス
テップ６０で、各ピクセルに対して決定されたカウント
数を対応するレジスタに累算する。上記した信号の読み
出し及び処理のステップを十分な回数を繰り返して、ア
レイ全体に渡るカウントスペクトルを決定するのが好ま
しい。この技術を用いると、各信号読み出しサイクルに
おいて多くのピクセルに入射する（高フラックスピクセ
ル）低角においてのみならず、所定のサイクルにおいて
それぞれのピクセルに１個以下しか光子が到達しない高
角においても干渉縞構造が得られる。
【００６０】図５及び図６には、本発明の好適な実施例
に従った、ナイフエッジ３６及びシャッター３８を有す
るシステム２０の詳細が示されている。図５では、０°
に近い低角の反射の最適な検出が可能となるように、ナ
イフエッジ及びシャッターが配置されている。シャッタ
ー３８は、入射ビーム２７の範囲外となるように下げら
れている。ナイフ３６は、入射ビーム２７の上側の領域
をカットするように配置されている。その結果、入射ビ
ーム２７の大部分がカットされ、領域２８に入射するＸ
線スポットの横方向の寸法が小さくなる。好ましくは試
料２２の表面から１０μｍ未満、最も好ましくは表面か
ら１μｍ未満の距離となるように、ナイフエッジを下げ
る。こうすることによって、スポットの横方向の寸法
が、ナイフエッジを使用しない場合の５ｍｍ以上から１
ｍｍ未満になる。試料上のスポットの大きさが小さくな
ると、システム２０によって行なわれる低角反射測定の
空間解像度が改善され、試料２２の薄膜微細構造につい
てのより詳細な情報が得られる。代替或いは追加とし
て、パターン形成された半導体ウエハなどの試料の所定
の領域を検査のために残さなければならない場合、スポ
ットのサイズが小さいため、検査のために試料の小さい
領域「リアルエステイト（real estate）」を残せばよ
い。
に従った、ナイフエッジ３６及びシャッター３８を有す
るシステム２０の詳細が示されている。図５では、０°
に近い低角の反射の最適な検出が可能となるように、ナ
イフエッジ及びシャッターが配置されている。シャッタ
ー３８は、入射ビーム２７の範囲外となるように下げら
れている。ナイフ３６は、入射ビーム２７の上側の領域
をカットするように配置されている。その結果、入射ビ
ーム２７の大部分がカットされ、領域２８に入射するＸ
線スポットの横方向の寸法が小さくなる。好ましくは試
料２２の表面から１０μｍ未満、最も好ましくは表面か
ら１μｍ未満の距離となるように、ナイフエッジを下げ
る。こうすることによって、スポットの横方向の寸法
が、ナイフエッジを使用しない場合の５ｍｍ以上から１
ｍｍ未満になる。試料上のスポットの大きさが小さくな
ると、システム２０によって行なわれる低角反射測定の
空間解像度が改善され、試料２２の薄膜微細構造につい
てのより詳細な情報が得られる。代替或いは追加とし
て、パターン形成された半導体ウエハなどの試料の所定
の領域を検査のために残さなければならない場合、スポ
ットのサイズが小さいため、検査のために試料の小さい
領域「リアルエステイト（real estate）」を残せばよ
い。
【００６１】更に本願発明者らは、検査及び製造装置に
おいて良く実行されるように特に真空チャックで保持す
ると、ウエハが反る傾向にあることを見出した。Ｘ線ス
ポットが横方向に長い寸法に亘って拡散すると、この反
りによってスポットの異なった部分がわずかに異なった
角度でウエハに入射する。その結果、反射された放射線
の測定された分布における干渉縞構造がぶれてしまう。
従って、ナイフエッジ３６を用いる別の利点は、スポッ
ト内のＸ線の入射角の範囲が狭いため、ウエハの反りに
よるぶれが抑制されことである。
おいて良く実行されるように特に真空チャックで保持す
ると、ウエハが反る傾向にあることを見出した。Ｘ線ス
ポットが横方向に長い寸法に亘って拡散すると、この反
りによってスポットの異なった部分がわずかに異なった
角度でウエハに入射する。その結果、反射された放射線
の測定された分布における干渉縞構造がぶれてしまう。
従って、ナイフエッジ３６を用いる別の利点は、スポッ
ト内のＸ線の入射角の範囲が狭いため、ウエハの反りに
よるぶれが抑制されことである。
【００６２】図６において、弱い高角反射を効果的に検
出することができるように、ナイフエッジ３６及びシャ
ッター３８が配置されている。この場合、ナイフエッジ
３６はビームから離れ、シャッター３８は入射ビーム２
７の低角領域をカットするように配置されている。別法
では、シャッターは反射されたビーム２９の低角領域を
カットするように配置してもよい。試料２２からの高角
反射のみが検出器アレイに到達し、強い低角反射は検出
器アレイに到達しない。その結果、検出器アレイの高角
の要素におけるバックグラウンドのレベルが低下し、飽
和することなくＸ線光子をかなり長い集積時間に渡って
アレイで収集することができる。従って、弱い高角の信
号が検出され、Ｓ/Ｎ比が高くなる。
出することができるように、ナイフエッジ３６及びシャ
ッター３８が配置されている。この場合、ナイフエッジ
３６はビームから離れ、シャッター３８は入射ビーム２
７の低角領域をカットするように配置されている。別法
では、シャッターは反射されたビーム２９の低角領域を
カットするように配置してもよい。試料２２からの高角
反射のみが検出器アレイに到達し、強い低角反射は検出
器アレイに到達しない。その結果、検出器アレイの高角
の要素におけるバックグラウンドのレベルが低下し、飽
和することなくＸ線光子をかなり長い集積時間に渡って
アレイで収集することができる。従って、弱い高角の信
号が検出され、Ｓ/Ｎ比が高くなる。
【００６３】図７は、図５および図６に示されている動
的シャッター３８及び図４の信号処理方法を用いて、本
発明の好適な実施例に従ったプロセッサ４０によって収
集された反射信号を示す模式的なプロットである。この
プロットは反射角の関数として各ピクセルに集積された
カウント数ｎ（ｊ）を対数目盛で示す。高い強度トレー
ス７０は、図５の構成を用いて（ナイフエッジ３６を用
いて或いは用いないで）比較的短時間の露光で生成され
た。第２の低い強度トレース７２は、図６に示されてい
るように低角ビームを遮断するように配置したシャッタ
ー３８を用いて長時間の露光で生成した。トレース７０
は低角干渉縞構造を示し、一方、トレース７２は高角干
渉縞構造を示す。中間領域（約１°）における干渉縞は
両方のトレースで見られる。
的シャッター３８及び図４の信号処理方法を用いて、本
発明の好適な実施例に従ったプロセッサ４０によって収
集された反射信号を示す模式的なプロットである。この
プロットは反射角の関数として各ピクセルに集積された
カウント数ｎ（ｊ）を対数目盛で示す。高い強度トレー
ス７０は、図５の構成を用いて（ナイフエッジ３６を用
いて或いは用いないで）比較的短時間の露光で生成され
た。第２の低い強度トレース７２は、図６に示されてい
るように低角ビームを遮断するように配置したシャッタ
ー３８を用いて長時間の露光で生成した。トレース７０
は低角干渉縞構造を示し、一方、トレース７２は高角干
渉縞構造を示す。中間領域（約１°）における干渉縞は
両方のトレースで見られる。
【００６４】図８は、トレース７０を中間領域における
トレース７０の振幅と一致するように尺度を合わせた後
のトレース７０及び７２を示す模式的なプロットであ
る。
トレース７０の振幅と一致するように尺度を合わせた後
のトレース７０及び７２を示す模式的なプロットであ
る。
【００６５】図９は、本発明の好適な実施例に従った、
尺度を合わせて重ね合わせた図８のトレース７０と７２
を組み合わせて生成した合成トレース７４を示す。合成
トレース７４における各ピクセルの値は、角度の関数と
して適切に変化する重み付け因子を用いて重み付けされ
たトレース７０及びトレース７２における対応する値の
合計である。トレース７４は、約０°から２．５°に渡
る輪郭が明確に示された干渉縞パターンを示す。高角干
渉縞は、特に多層から成る薄膜構造を分析する場合、試
料２２の表面における中間層の特性を決定する際に重要
である。高角において見られるスパイクは、後述する分
析では無視する実験的なアーティファクトである。
尺度を合わせて重ね合わせた図８のトレース７０と７２
を組み合わせて生成した合成トレース７４を示す。合成
トレース７４における各ピクセルの値は、角度の関数と
して適切に変化する重み付け因子を用いて重み付けされ
たトレース７０及びトレース７２における対応する値の
合計である。トレース７４は、約０°から２．５°に渡
る輪郭が明確に示された干渉縞パターンを示す。高角干
渉縞は、特に多層から成る薄膜構造を分析する場合、試
料２２の表面における中間層の特性を決定する際に重要
である。高角において見られるスパイクは、後述する分
析では無視する実験的なアーティファクトである。
【００６６】図１０は、本発明の好適な実施例に従っ
た、試料２２の薄膜の特性を決定するためにトレース７
４を分析する方法を模式的に示すフローチャートであ
る。この方法は、反射された干渉縞パターンの物理的モ
デルに基づいている。この物理的モデルに従えば、干渉
縞パターンにおける最初の肩７８（図９）の角度位置
は、主に試料の最も上層の密度によって決定される。干
渉縞の空間周波数即ち周波数は薄膜層の厚みを示唆す
る。トレース７４に合わせた減衰曲線７６によって示さ
れる低次の干渉縞に対する高次の干渉縞の強度は、試料
の最も外側の表面の粗さによって主に決定され、第２に
試料の薄膜層間の界面によって決定される。
た、試料２２の薄膜の特性を決定するためにトレース７
４を分析する方法を模式的に示すフローチャートであ
る。この方法は、反射された干渉縞パターンの物理的モ
デルに基づいている。この物理的モデルに従えば、干渉
縞パターンにおける最初の肩７８（図９）の角度位置
は、主に試料の最も上層の密度によって決定される。干
渉縞の空間周波数即ち周波数は薄膜層の厚みを示唆す
る。トレース７４に合わせた減衰曲線７６によって示さ
れる低次の干渉縞に対する高次の干渉縞の強度は、試料
の最も外側の表面の粗さによって主に決定され、第２に
試料の薄膜層間の界面によって決定される。
【００６７】密度合わせステップ８０では、このモデル
に基づき、最初の理論干渉縞パターンを、モデルにおけ
る密度を調節して理論パターンが肩７８に一致するよう
にトレース７４に合わせる。このステップの目的のため
に、薄膜を無限の厚みと仮定し、肩に近接する干渉縞パ
ターンの部分のみを考慮する。次に、粗さ合わせステッ
プ８２で、試料の外側の表面の粗さに対応するモデルに
おけるパラメータを調節して、曲線７６を角度の関数と
してトレース７４の実際の平均減衰に合わせるようにす
る。このように合わせられるため、全角度の範囲（或い
は範囲の相当な選択された領域）に渡って統合されたト
レース７４と曲線７６との差は、殆ど０である。
に基づき、最初の理論干渉縞パターンを、モデルにおけ
る密度を調節して理論パターンが肩７８に一致するよう
にトレース７４に合わせる。このステップの目的のため
に、薄膜を無限の厚みと仮定し、肩に近接する干渉縞パ
ターンの部分のみを考慮する。次に、粗さ合わせステッ
プ８２で、試料の外側の表面の粗さに対応するモデルに
おけるパラメータを調節して、曲線７６を角度の関数と
してトレース７４の実際の平均減衰に合わせるようにす
る。このように合わせられるため、全角度の範囲（或い
は範囲の相当な選択された領域）に渡って統合されたト
レース７４と曲線７６との差は、殆ど０である。
【００６８】振動抽出ステップ８４で、反射した信号の
振動部分を分離するために、トレース７４から合わせた
減衰曲線を差し引く。周波数決定ステップ８６で、差し
引いた信号における振動周波数すなわち周波数が、好ま
しくは信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）分析して決定
される。周波数スペクトルは、スプリアス高周波数成分
を排除するためにフィルタリングするのが好ましい。フ
ィルタリングしたスペクトルを変換してその空間ドメイ
ンに戻し、膜厚測定ステップ８８で、最小二乗法で試料
の表面に検出された層の膜厚を決定する。試料が複数の
層から成る場合、通常は外側の層が、この層の膜厚に対
応する比較的低い周波数においてスペクトルに最も強い
周波数成分を与える。次の周波数成分は、外側の層とそ
の下側の層との合計した膜厚に対応する高周波数にな
る。次の層の膜厚は、組み合わせた膜厚から外側の層の
膜厚を差し引いて求める。追加の層の膜厚は、スペクト
ルが十分な解像度であれば同様に求めることができる。
振動部分を分離するために、トレース７４から合わせた
減衰曲線を差し引く。周波数決定ステップ８６で、差し
引いた信号における振動周波数すなわち周波数が、好ま
しくは信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）分析して決定
される。周波数スペクトルは、スプリアス高周波数成分
を排除するためにフィルタリングするのが好ましい。フ
ィルタリングしたスペクトルを変換してその空間ドメイ
ンに戻し、膜厚測定ステップ８８で、最小二乗法で試料
の表面に検出された層の膜厚を決定する。試料が複数の
層から成る場合、通常は外側の層が、この層の膜厚に対
応する比較的低い周波数においてスペクトルに最も強い
周波数成分を与える。次の周波数成分は、外側の層とそ
の下側の層との合計した膜厚に対応する高周波数にな
る。次の層の膜厚は、組み合わせた膜厚から外側の層の
膜厚を差し引いて求める。追加の層の膜厚は、スペクト
ルが十分な解像度であれば同様に求めることができる。
【００６９】ステップ８８を終了すると、試料の外側の
層の物理的特性（密度、膜厚、及び外側表面の粗さ）が
分かる。ステップ８６で２以上の周波数が検出された場
合、多層構造に従って、トレース７４をさらに分析して
１或いは複数の中間層の特性を決定する。中間層の密度
を合わせるステップ９０で、表層の下側の第２の層の密
度を理論モデルに導入して、最適のフィットが得られる
ように調節する。最も外側の層と内部の層との間の界面
に対する粗さパラメータは、中間層の粗さ合わせステッ
プ９２で、トレース７４における振動の振幅に対するモ
デル曲線のフィットが改善されるように調節する。微調
整ステップ９４で、最も外側の層及び第２の層の膜厚に
おける可能なエラーに対応する膜厚パラメータが、干渉
縞の位置と得られたモデルの位置との全ての不一致を補
正するために調節される。上記したようにトレース７４
が明確で詳細な干渉縞の十分な解像度を提供している範
囲まで、ステップ９０、９２、及び９４を繰り返して試
料の中間層を調べる。
層の物理的特性（密度、膜厚、及び外側表面の粗さ）が
分かる。ステップ８６で２以上の周波数が検出された場
合、多層構造に従って、トレース７４をさらに分析して
１或いは複数の中間層の特性を決定する。中間層の密度
を合わせるステップ９０で、表層の下側の第２の層の密
度を理論モデルに導入して、最適のフィットが得られる
ように調節する。最も外側の層と内部の層との間の界面
に対する粗さパラメータは、中間層の粗さ合わせステッ
プ９２で、トレース７４における振動の振幅に対するモ
デル曲線のフィットが改善されるように調節する。微調
整ステップ９４で、最も外側の層及び第２の層の膜厚に
おける可能なエラーに対応する膜厚パラメータが、干渉
縞の位置と得られたモデルの位置との全ての不一致を補
正するために調節される。上記したようにトレース７４
が明確で詳細な干渉縞の十分な解像度を提供している範
囲まで、ステップ９０、９２、及び９４を繰り返して試
料の中間層を調べる。
【００７０】図１１は、本発明の好適な実施例に従っ
た、試料２２からのＸ線反射のゲート測定の際に用いら
れるパルスＸ線管１００の模式的な部分図である。パル
スＸ線管１００の構造は、Jaklevicらによる、IEEE Tra
nsactions On Nuclear ScienceNS-19:3 (1972)の３９２
〜３９５ページに掲載された“High Rate X-ray Fluore
scence Analysis by Pulsed Excitation”、及びAdvanc
es in X-ray Analysis15 (1972)の２６６〜２７５ペー
ジに掲載された“Smal1 X-ray Tubes for Energy Dispe
rsive Analysis Using Semiconductor Spectrometers”
に記載されている。これらの記事に言及することをもっ
て本明細書の一部とする。Jaklevic及び彼の同僚らは、
エネルギー散発性Ｘ線螢光（ＥＤ−ＸＲＦ）光子カウン
トシステムにおいて発生するパルスの「パイルアップ」
の現象を回避するために、パルスＸ線励起の使用につい
て述べている。
た、試料２２からのＸ線反射のゲート測定の際に用いら
れるパルスＸ線管１００の模式的な部分図である。パル
スＸ線管１００の構造は、Jaklevicらによる、IEEE Tra
nsactions On Nuclear ScienceNS-19:3 (1972)の３９２
〜３９５ページに掲載された“High Rate X-ray Fluore
scence Analysis by Pulsed Excitation”、及びAdvanc
es in X-ray Analysis15 (1972)の２６６〜２７５ペー
ジに掲載された“Smal1 X-ray Tubes for Energy Dispe
rsive Analysis Using Semiconductor Spectrometers”
に記載されている。これらの記事に言及することをもっ
て本明細書の一部とする。Jaklevic及び彼の同僚らは、
エネルギー散発性Ｘ線螢光（ＥＤ−ＸＲＦ）光子カウン
トシステムにおいて発生するパルスの「パイルアップ」
の現象を回避するために、パルスＸ線励起の使用につい
て述べている。
【００７１】パルスＸ線管１００は、真空容器１０２に
含まれるタングステンフィラメント１０４などの電子供
給源とアノード１０６とを含む。アノードは、電力供給
源１１４によって接地されたフィラメントに対して約＋
４０ｋＶに維持されている。制御グリッド１０８及びス
クリーングリッド１１０を用いて、フィラメントからア
ノードへの電子の経路を制御する。このスクリーングリ
ッドは約＋３００Ｖに維持されている。パルスとパルス
との間は、この制御グリッドは−１０Ｖのカットオフ電
圧より低く維持される。パルス発生器１１６は、約＋１
００Ｖで素早く制御グリッドにパルスし、それによって
電子バーストが起こりスクリーングリッドを通ってアノ
ード１０６に衝当する。従って、アノードで生成された
Ｘ線が窓１１８を介してパルスＸ線管１００から放射さ
れ、上記したように試料２２に収束される。
含まれるタングステンフィラメント１０４などの電子供
給源とアノード１０６とを含む。アノードは、電力供給
源１１４によって接地されたフィラメントに対して約＋
４０ｋＶに維持されている。制御グリッド１０８及びス
クリーングリッド１１０を用いて、フィラメントからア
ノードへの電子の経路を制御する。このスクリーングリ
ッドは約＋３００Ｖに維持されている。パルスとパルス
との間は、この制御グリッドは−１０Ｖのカットオフ電
圧より低く維持される。パルス発生器１１６は、約＋１
００Ｖで素早く制御グリッドにパルスし、それによって
電子バーストが起こりスクリーングリッドを通ってアノ
ード１０６に衝当する。従って、アノードで生成された
Ｘ線が窓１１８を介してパルスＸ線管１００から放射さ
れ、上記したように試料２２に収束される。
【００７２】図１及び図２を参照すると、検出アセンブ
リ３０の読み出し回路５０が同期コントローラ４３によ
って同期され、パルスＸ線管１００の各パルスの直前及
び直後にアレイ３２の要素から電荷が読み出される。パ
ルスＸ線管１００から放射される前に行なわれる読み出
しサイクルで蓄積される電荷は、熱雑音などのバックグ
ラウンド効果によってのみ生じる。従って、この読み出
し信号を廃棄する、或いはこの読み出し信号を用いて、
次の信号から差し引くための基準ノイズのレベルを確立
する。パルスＸ線管がパルスされた後のサイクルにおい
て蓄積された電荷が、試料からのＸ線光子の反射による
信号を表し、Ｓ/Ｎ比が高い。
リ３０の読み出し回路５０が同期コントローラ４３によ
って同期され、パルスＸ線管１００の各パルスの直前及
び直後にアレイ３２の要素から電荷が読み出される。パ
ルスＸ線管１００から放射される前に行なわれる読み出
しサイクルで蓄積される電荷は、熱雑音などのバックグ
ラウンド効果によってのみ生じる。従って、この読み出
し信号を廃棄する、或いはこの読み出し信号を用いて、
次の信号から差し引くための基準ノイズのレベルを確立
する。パルスＸ線管がパルスされた後のサイクルにおい
て蓄積された電荷が、試料からのＸ線光子の反射による
信号を表し、Ｓ/Ｎ比が高い。
【００７３】本実施例によってＳ/Ｎ比を高めるため
に、平均全ノイズレベルをＮカウント/秒とし、アセン
ブリ３０がＭフレーム/秒の一定の比率で読み出され
る。このような条件下で、読み出し回路５０が、平均し
てフレーム当たりＮ/Ｍノイズカウントを読み出す。当
分野で周知のシステムと同様に、Ｘ線源２６が平均出力
電力レベルＰで連続的に動作する場合、各フレームでア
レイ３２によって検出される反射信号がＰ/Ｍに比例す
るため、各フレームにおけるシステム２０のＳ/Ｎ比
が、（Ｐ/Ｍ）/（Ｎ/Ｍ）＝Ｐ/Ｎに比例する。一方、例
えば同じ平均出力電力レベルＰに維持しながら、パルス
Ｘ線管１００が１秒に１回パルスされる場合、ノイズレ
ベルが一定に維持されながら、平均出力電力レベルＰに
よる全ての反射信号が１つのフレームに収集される。従
って、Ｓ/Ｎ比がＰ（Ｎ/Ｍ）となり、従来の連続動作に
対してＭ倍のＳ/Ｎ比となる（信号の平均化によって連
続した動作におけるＳ/Ｎ比の可能な改善率（√Ｍ）を
無視した場合）。
に、平均全ノイズレベルをＮカウント/秒とし、アセン
ブリ３０がＭフレーム/秒の一定の比率で読み出され
る。このような条件下で、読み出し回路５０が、平均し
てフレーム当たりＮ/Ｍノイズカウントを読み出す。当
分野で周知のシステムと同様に、Ｘ線源２６が平均出力
電力レベルＰで連続的に動作する場合、各フレームでア
レイ３２によって検出される反射信号がＰ/Ｍに比例す
るため、各フレームにおけるシステム２０のＳ/Ｎ比
が、（Ｐ/Ｍ）/（Ｎ/Ｍ）＝Ｐ/Ｎに比例する。一方、例
えば同じ平均出力電力レベルＰに維持しながら、パルス
Ｘ線管１００が１秒に１回パルスされる場合、ノイズレ
ベルが一定に維持されながら、平均出力電力レベルＰに
よる全ての反射信号が１つのフレームに収集される。従
って、Ｓ/Ｎ比がＰ（Ｎ/Ｍ）となり、従来の連続動作に
対してＭ倍のＳ/Ｎ比となる（信号の平均化によって連
続した動作におけるＳ/Ｎ比の可能な改善率（√Ｍ）を
無視した場合）。
【００７４】パルス動作におけるＳ/Ｎ比のこのような
著しい改善は、飽和効果が存在せず、熱雑音が主雑音源
であるという仮定に基づいている。最適なパルスレート
及びその他のパルスＸ線管１００に対する動作パラメー
タは、パルスＸ線管、試料、及び検出アセンブリの特性
によってそれぞれ異なる。しかしながら、好適な動作条
件下では、システム２０にパルスＸ線管１００を使用す
ることは、同じ平均電力レベルで動作する連続波（Ｃ
Ｗ）Ｘ線管より相当良いＳ/Ｎ比を実現できる。
著しい改善は、飽和効果が存在せず、熱雑音が主雑音源
であるという仮定に基づいている。最適なパルスレート
及びその他のパルスＸ線管１００に対する動作パラメー
タは、パルスＸ線管、試料、及び検出アセンブリの特性
によってそれぞれ異なる。しかしながら、好適な動作条
件下では、システム２０にパルスＸ線管１００を使用す
ることは、同じ平均電力レベルで動作する連続波（Ｃ
Ｗ）Ｘ線管より相当良いＳ/Ｎ比を実現できる。
【００７５】システム２０の構造を組み合わせて説明し
てきたが、これらの構造を個別にまたはサブグループに
して、その他の構造としは別に用いることもできること
を理解されたい。更に、これらの構造はＸ線反射率法の
範囲で説明してきたが、その内の少なくともいくつか
は、Ｘ線及びその他の放射線を用いる回折法などの別の
分析分野にも応用することができる。
てきたが、これらの構造を個別にまたはサブグループに
して、その他の構造としは別に用いることもできること
を理解されたい。更に、これらの構造はＸ線反射率法の
範囲で説明してきたが、その内の少なくともいくつか
は、Ｘ線及びその他の放射線を用いる回折法などの別の
分析分野にも応用することができる。
【００７６】上記した好適な実施例は例を用いて説明し
てきたが、本発明は図示された例及び上記した説明に限
定されるものではないことを理解されたい。むしろ、本
発明の範囲は、上記した様々な構造の組み合わせや、先
行技術としては開示されていないが当業者であれば上記
の説明から発案可能な変更や変形を含む。
てきたが、本発明は図示された例及び上記した説明に限
定されるものではないことを理解されたい。むしろ、本
発明の範囲は、上記した様々な構造の組み合わせや、先
行技術としては開示されていないが当業者であれば上記
の説明から発案可能な変更や変形を含む。
【００７７】
【発明の効果】Ｘ線反射装置における低角（０°近く）
の表面反射率が高角の表面反射率より著しく大きいとい
う問題点を考慮した、Ｘ線分析による測定、特に薄膜特
性の測定のための改良した装置が提供される。
の表面反射率が高角の表面反射率より著しく大きいとい
う問題点を考慮した、Ｘ線分析による測定、特に薄膜特
性の測定のための改良した装置が提供される。
【図１】本発明の好適な実施例に従ったＸ線反射装置の
ためのシステムの模式的な例を示す。
ためのシステムの模式的な例を示す。
【図２】本発明の好適な実施例に従った図１のシステム
に用いられるＸ線検出アセンブリの例を示す模式的なブ
ロック図である。
に用いられるＸ線検出アセンブリの例を示す模式的なブ
ロック図である。
【図３】本発明の好適な実施例に従った、所定のエネル
ギーのＸ線光子が入射する検出器によって集積された電
荷の振幅の模式的なプロットである。
ギーのＸ線光子が入射する検出器によって集積された電
荷の振幅の模式的なプロットである。
【図４】本発明の好適な実施例に従った、Ｘ線検出アレ
イによって生成された信号を処理するための方法を模式
的に例示するフローチャートである。
イによって生成された信号を処理するための方法を模式
的に例示するフローチャートである。
【図５】本発明の好適な実施例に従ったシステムに用い
られる動的なナイフエッジ及びシャッターの動作を例示
する、図１のシステムの模式的な詳細図である。
られる動的なナイフエッジ及びシャッターの動作を例示
する、図１のシステムの模式的な詳細図である。
【図６】本発明の好適な実施例に従ったシステムに用い
られる、図５とは異なった位置にある動的なナイフエッ
ジ及びシャッターを例示する、図１のシステムの模式的
な詳細図である。
られる、図５とは異なった位置にある動的なナイフエッ
ジ及びシャッターを例示する、図１のシステムの模式的
な詳細図である。
【図７】本発明の好適な実施例に従った、２つの異なっ
た検出条件における反射角の関数であるＸ線反射信号の
模式的なプロットである。
た検出条件における反射角の関数であるＸ線反射信号の
模式的なプロットである。
【図８】本発明の好適な実施例に従った図７の各信号の
尺度を合わせた信号を例示する模式的なプロットであ
る。
尺度を合わせた信号を例示する模式的なプロットであ
る。
【図９】本発明の好適な実施例に従った、図８の各信号
を合成したＸ線反射スペクトルを例示する模式的なプロ
ットである。
を合成したＸ線反射スペクトルを例示する模式的なプロ
ットである。
【図１０】本発明の好適な実施例に従った、Ｘ線反射ス
ペクトルから薄膜のデータを得るための方法を模式的に
例示するフローチャートである。
ペクトルから薄膜のデータを得るための方法を模式的に
例示するフローチャートである。
【図１１】本発明の好適な実施例を実施するために有用
な、パルスＸ線管の例を示す模式的な部分図である。
な、パルスＸ線管の例を示す模式的な部分図である。
２０ システム
２２ 試料
２４ モーションステージ
２７ 入射ビーム
２８ 領域
２９ 反射ビーム
３０ 検出器アセンブリ
３２ 検出アレイ
３４ 窓
３６ ナイフエッジ
３８ シャッター
４０ プロセッサ
４２ Ｘ線光子フラックスの分布
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 アレクサンダー・ディコポルツェフ
イスラエル国ハイファ32296・ハキホンス
トリート 23／２
(72)発明者 アイザック・メイザー
イスラエル国ハイファ34980・デニア・ハ
ーグストリート 29
(72)発明者 デイビッド・ベルマン
イスラエル国ティボン・ハベラディムスト
リート 17
Ｆターム(参考） 2G001 AA01 AA02 BA04 BA15 CA01
CA02 DA01 DA03 DA08 DA09
EA02 EA09 GA06 GA08 HA07
HA13 JA02 JA04 JA11 JA12
KA01 KA11 LA11 MA05 QA01
SA01 SA04
4C092 AA01 AB04 AC08 BB05 BC12
BD01 CC04 CD09 CE11 CE14
CF43
Claims (63)
- 【請求項１】 反射装置であって、 試料の表面に対して一定範囲の角度に渡って放射線を前
記試料に照射するように構成された放射線源と、 前記範囲の角度に渡って前記試料から反射された放射線
を受け取るように配置され、前記放射線に応答する信号
を生成するための検出アセンブリと、 前記放射線を遮断するように調節可能に配置されたシャ
ッターであって、前記範囲の角度の低角領域の放射線を
遮断し、それによって前記範囲の高角領域の反射された
放射線のみが前記アレイに到達できるようにする遮断位
置と、前記範囲の低角領域の放射線が遮断されずに実質
的に前記アレイに到達する開放位置とを有する、該シャ
ッターとを含むことを特徴とする反射装置。 - 【請求項２】 前記放射線がＸ線を含み、前記範囲の
低角領域が、前記表面から前記放射線が全反射する臨界
角より低い角度を含むことを特徴とする請求項１に記載
の反射装置。 - 【請求項３】 前記反射された放射線が、角度の関数
として薄膜層による強度の変化で特徴付けられ、前記シ
ャッターが遮断位置にある場合、前記範囲の角度の高角
領域の反射された放射線に応答して前記検出アセンブリ
によって生成された前記信号が、前記シャッターが前記
開放位置にある場合のバックグラウンドレベルより低減
されたバックグラウンドレベルを有することを特徴とす
る請求項１若しくは請求項２の何れかに記載の反射装
置。 - 【請求項４】 前記試料が１或いは複数の薄膜層を含
み、前記強度の変化が振動パターンを含むことを特徴と
する請求項３に記載の反射装置。 - 【請求項５】 前記検出アセンブリからの信号を受け
取るように接続され、前記１或いは複数の薄膜層の１或
いは複数の特性を決定するべく前記振動パターンを分析
するためのプロセッサを含むことを特徴とする請求項４
に記載の反射装置。 - 【請求項６】 前記振動パターンが、前記試料の表面
における前記薄膜層の外側の層から前記放射線が全反射
される臨界角近傍で生じる第１の肩部を含み、前記１或
いは複数の特性が、前記外側の薄膜層の密度を含み、前
記プロセッサが、任意の他の特性に関わりなく、前記肩
部に対応する前記外側の薄膜層の密度を推定するように
構成されていることを特徴とする請求項５に記載の反射
装置。 - 【請求項７】 前記検出器アレイが検出要素のアレイ
を含み、前記信号が、前記要素に入射した前記放射線の
光子によって前記検出器アレイに蓄積されたそれぞれの
電荷を表し、前記プロセッサが、前記それぞれの電荷に
応答して前記要素のそれぞれに入射した光子の数を推定
するように構成されていることを特徴とする請求項５に
記載の反射装置。 - 【請求項８】 前記プロセッサが、前記信号に応答し
て、前記各要素に光子の高いフラックス或いは光子の低
いフラックスの何れかが入射したかを決定し、前記各要
素に入射した光子の数を、高フラックスが入射した前記
要素によって蓄積された電荷を高フラックス平均電荷で
除し、前記低フラックスが入射した前記要素によって蓄
積された電荷を前記高フラックス平均電荷とは相当異な
る低フラックス平均電荷によって除して推定するように
構成されていることを特徴とする請求項７に記載の反射
装置。 - 【請求項９】 前記検出アセンブリが、前記シャッタ
ーが前記開放位置にある第１の集積時間に渡って、およ
び前記シャッターが前記遮断位置にある前記第１の集積
時間より相当長い第２の集積時間に渡って、前記放射線
を受け取るように構成されており、前記検出アセンブリ
からの前記信号を受け取るように接続され、前記第１の
集積時間中に前記検出アセンブリによって生成された信
号と前記第２の集積時間中に前記検出アセンブリによっ
て生成された信号とを組み合わせて、前記範囲の全角度
に渡って強度の変化を生成するように構成されたプロセ
ッサを含むことを特徴とする請求項３に記載の反射装
置。 - 【請求項１０】 前記検出アセンブリが、前記角度の
範囲の低い領域の角度に前記試料から反射された放射線
を受け取るように配置された第１の要素と、前記範囲の
角度の高い領域の角度に前記試料から反射された放射線
を受け取るように配置された最後の要素とを含む検出要
素のアレイを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項
９の何れかに記載の反射装置。 - 【請求項１１】 前記検出アセンブリが読み出し回路
および電荷結合素子（ＣＣＤ）を含み、前記ＣＣＤが、
前記読み出し回路に接続された出力を有し、前記放射線
に応答して前記検出要素によって生成された電荷を、前
記検出要素の前記最後の要素からアレイに沿って逐次前
記出力に転送するように接続されていることを特徴とす
る請求項１０に記載の反射装置。 - 【請求項１２】 前記アレイが、前記第１の要素から
前記最後の要素までの長さを有し、前記検出アセンブリ
が、前記アレイの長さに少なくとも等しい距離離間した
前面と後面とを有する真空にすることが可能なエンクロ
ージャを含み、前記アレイが前記エンクロージャの前記
後面に配置されており、前記エンクロージャがその前面
に前記反射された放射線が透過できるように形成された
窓を含むことを特徴とする請求項１０に記載の反射装
置。 - 【請求項１３】 前記放射線源が、前記試料上のスポ
ットに照射するように構成されており、前記シャッター
が前記開放位置にあるときに前記放射線の一部を遮断し
て前記スポットの寸法を小さくするように調節可能に配
置されたナイフエッジをさらに含むことを特徴とする請
求項１乃至請求項１０の何れかに記載の反射装置。 - 【請求項１４】 前記放射線がＸ線を含み、前記範囲
が前記表面から前記放射線が全反射する臨界角近傍の角
度を含み、前記ナイフエッジが前記スポットの寸法を１
ｍｍ以下と小さくするように配置可能であることを特徴
とする請求項１３に記載の反射装置。 - 【請求項１５】 放射線検出装置であって、 検出要素のアレイを含む検出アセンブリであって、所定
の範囲の角度に渡って放射されたＸ線光子を受け取るよ
うに配置され、前記検出要素に入射した光子によって前
記検出要素に蓄積されたそれぞれの電荷を表す信号を生
成する、該検出アセンブリと、 前記検出アセンブリからの前記信号を受け取るように接
続されたプロセッサであって、前記信号に応答して、前
記各要素に光子の高いフラックス或いは光子の低いフラ
ックスの何れかが入射したかを決定し、前記各要素に入
射した光子の数を、前記高フラックスが入射した前記要
素によって蓄積された電荷を高フラックス平均電荷で除
し、前記低フラックスが入射した前記要素によって蓄積
された電荷を前記高フラックス平均電荷とは相当異なる
低フラックス平均電荷で除して推定する、該プロセッサ
とを含むことを特徴とする放射線検出装置。 - 【請求項１６】 前記低フラックスを、電荷が蓄積さ
れる所定時間に１個以下の光子が前記１つの要素に入射
する場合の前記１つの要素への入射とすることを特徴と
する請求項１５に記載の放射線検出装置。 - 【請求項１７】 前記低フラックスが前記要素に入射
した場合、前記プロセッサが、相互に隣接する一対の要
素によって蓄積された電荷を前記低フラックス平均電荷
で除して、前記一対の要素の１つの要素に１つの光子が
入射したか否かを決定するように構成されていることを
特徴とする請求項１６に記載の放射線検出装置。 - 【請求項１８】 前記検出アセンブリが、前記高フラ
ックスが前記範囲の低角領域の角度で前記要素に入射
し、前記低フラックスが前記範囲の高角領域の角度で前
記要素に入射するように、角度の関数として反射された
光子のフラックスの変化で特徴づけられる、前記範囲の
角度に渡って試料から反射されるＸ線光子を受け取るよ
うに構成されていることを特徴とする請求項１５乃至請
求項１７の何れかに記載の放射線検出装置。 - 【請求項１９】 検出アセンブリであって、 放射線を受け取るように配置され、その放射線に応答し
て信号を生成する検出要素のアレイであって、第１の要
素及び最後の要素を含み、前記第１の要素と前記最後の
要素との間の距離によって画定される長さを有する、該
検出要素のアレイと、 前記アレイの前記長さに少なくとも等しい距離離間した
前面と後面とを有する真空にすることが可能なエンクロ
ージャであって、前記アレイが前記エンクロージャの前
記後面に配置され、前記放射線が透過して前記アレイに
衝当するように形成された前記前面に設けられた窓を含
む、該エンクロージャとを含むことを特徴とする検出ア
センブリ。 - 【請求項２０】 前記エンクロージャの前記前面と前
記後面とが、前記アレイの前記長さの少なくとも２倍の
距離離間していることを特徴とする請求項１９に記載の
アセンブリ。 - 【請求項２１】 前記放射線が、前記エンクロージャ
の外側の試料から放出されることを特徴とする請求項１
９若しくは請求項２０に記載のアセンブリ。 - 【請求項２２】 前記放射線が、前記第１の要素が所
定範囲の低い領域の角度に前記試料から反射された前記
放射線を受け取り、前記最後の要素が前記範囲の角度の
高い領域の角度に前記試料から反射された前記放射線を
受け取るように、前記範囲の角度に渡って前記試料から
反射されたＸ線を含むことを特徴とする請求項２１に記
載のアセンブリ。 - 【請求項２３】 前記検出アセンブリが、読み出し回
路および電荷結合素子（ＣＣＤ）を含み、前記ＣＣＤ
が、前記読み出し回路に接続された出力を有し、前記放
射線に応答して前記検出要素によって生成された電荷
を、前記検出要素のまず前記最後の要素からアレイに沿
って逐次前記出力に転送するように接続されていること
を特徴とする請求項２２に記載のアセンブリ。 - 【請求項２４】 反射装置のための方法であって、 試料の表面に対して所定の範囲の角度に渡って放射線で
前記試料を照射するステップと、 前記範囲の低い領域の角度に反射された前記放射線に応
答して低い範囲の信号を生成するべく、前記範囲の角度
に渡って前記試料から反射された前記放射線を受け取る
ステップと、 前記範囲の角度の低い領域を遮断して、それによって前
記範囲の高い領域の角度に反射された前記放射線のみが
実質的にアレイに到達するようにするステップと、 前記範囲の高い領域の角度に反射された放射線に応答し
て高い範囲の信号を生成するべく、前記範囲の低い領域
が遮断された状態で、前記範囲の角度に渡って前記試料
から反射された放射線を受け取るステップと、 前記高い範囲の信号と前記低い範囲の信号とを組み合わ
せて、前記低い領域及び前記高い領域の両方を含む前記
範囲の角度に渡って反射された放射線のパターンを決定
するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２５】 前記放射線がＸ線を含み、前記範囲
の低い領域が、前記表面からの前記放射線の全反射のた
めの臨界角より低い角度を含むことを特徴とする請求項
２４に記載の方法。 - 【請求項２６】 前記反射された放射線が、前記角度
の関数として薄膜層による強度の変化で特徴づけられ、
前記範囲の角度の低い領域が遮断されている状態で前記
放射線を受け取るステップが、前記範囲の角度の低い領
域が遮断されていない場合のバックグラウンドレベルよ
り低いバックグラウンドレベルの前記高い範囲の信号を
生成するステップを含むことを特徴とする請求項２４に
記載の方法。 - 【請求項２７】 前記サンプルが１或いは複数の薄膜
層を含み、前記強度の変化が振動パターンを含むことを
特徴とする請求項２６に記載の方法。 - 【請求項２８】 前記振動パターンを分析して、前記
１或いは複数の薄膜層の１或いは複数の特性を決定する
ステップを更に含むことを特徴とする請求項２７に記載
の方法。 - 【請求項２９】 前記振動パターンが、前記試料の前
記表面における前記薄膜層の外側の層から放射線が全反
射する臨界角近傍で生じる第１の肩部を含み、前記１或
いは複数の特性を決定するステップが、任意の他の特性
に関わりなく、前記肩部に対応する前記外側の薄膜層の
密度を推定するステップを含むことを特徴とする請求項
２８に記載の方法。 - 【請求項３０】 前記検出アセンブリが検出要素のア
レイを含み、前記信号が、前記要素に入射した前記放射
線の光子によって前記検出要素に蓄積されたそれぞれの
電荷を表し、前記信号を組み合わせるステップが、前記
それぞれの電荷に応答して前記各要素に入射した光子の
数を推定するステップを含むことを特徴とする請求項２
４乃至請求項２９の何れかに記載の方法。 - 【請求項３１】 前記光子の数を推定するステップ
が、 前記信号に応答して、前記各要素に光子の高いフラック
ス或いは光子の低いフラックスの何れかが入射したかを
決定するステップと、 前記高フラックスが入射した前記要素によって蓄積され
た電荷を、高フラックス平均電荷によって除すステップ
と、 前記低フラックスが入射した前記要素によって蓄積され
た電荷を、前記高フラックス平均電荷とは相当異なる低
フラックス平均電荷によって除すステップとを含むこと
を特徴とする請求項３０に記載の方法。 - 【請求項３２】 前記低い範囲の信号を生成するべく
前記放射線を受け取るステップが、第１の集積時間に渡
って前記放射線を受け取るステップを含み、前記高い範
囲の信号を生成するべく前記放射線を受け取るステップ
が、前記第１の集積時間より相当長い第２の集積時間に
渡って前記放射線を受け取るステップを含むことを特徴
とする請求項２４乃至請求項３１の何れかに記載の方
法。 - 【請求項３３】 前記放射線を受け取るステップが、
前記範囲の低い領域の角度に前記試料から反射された放
射線を受け取るように配置された第１の要素と、前記範
囲の高い領域の角度に前記試料から反射された放射線を
受け取るように配置された最後の要素とを含む検出要素
のアレイで前記放射線を受け取るステップと、前記放射
線に応答して生成された電荷を、前記検出要素の前記最
後の要素から前記アレイに沿って逐次転送するステップ
とを含むことを特徴とする請求項２４乃至請求項３２の
何れかに記載の方法。 - 【請求項３４】 前記放射線を受け取るステップが、 エンクロージャ内に設けられた検出要素のアレイで前記
放射線を受け取るステップであって、前記アレイが第１
の要素及び最後の要素を含み、これら両要素によって前
記アレイの長さが画定され、前記エンクロージャが、そ
の前面を画定する窓を有し、前記窓が、前記反射された
放射線が透過できるように形成され、前記アレイの前記
長さに少なくとも等しい距離前記アレイから離間して配
置されている、該放射線を受け取るステップと、 前記アレイを含む前記エンクロージャを、前記放射線を
受け取る間真空にするステップとを含むことを特徴とす
る請求項２４乃至請求項３３の何れかに記載の方法。 - 【請求項３５】 前記試料を照射するステップが、前
記試料上のスポットを照射するステップと、前記低い範
囲の信号を生成するべく前記放射線を受け取る間、前記
スポットの寸法を小さくするように前記放射線の一部を
遮断するステップとを含むことを特徴とする請求項２４
乃至請求項３４の何れかに記載の方法。 - 【請求項３６】 前記放射線がＸ線を含み、前記角度
の範囲が、前記表面から前記放射線が全反射する臨界角
近傍の角度を含み、前記放射線の一部を遮断するステッ
プが、前記スポットの寸法が１ｍｍ以下となるように前
記表面に近接してナイフエッジを配置するステップを含
むことを特徴とする請求項３５に記載の方法。 - 【請求項３７】 放射線を検出する方法であって、 検出要素のアレイで所定の範囲の角度に渡って放射され
たＸ線光子を受け取って、前記要素に入射した前記光子
によって前記検出要素に蓄積されたそれぞれの電荷を表
す信号を生成するステップと、 前記信号に応答して前記各検出要素に光子の高いフラッ
クス或いは光子の低いフラックスが入射したかを決定す
るステップと、 前記高フラックスが入射した前記各要素に入射した光子
の数を、前記要素によって蓄積された前記電荷を高フラ
ックス平均電荷で除して推定するステップと、 前記低フラックスが入射した前記各要素に入射した光子
の数を、前記要素によって蓄積された前記電荷を前記高
フラックス平均電荷とは相当異なる低フラックス平均電
荷で除して推定するステップとを含むことを特徴とする
放射線を検出する方法。 - 【請求項３８】 前記高フラックス或いは前記低フラ
ックスの何れかが入射したかを決定するステップが、バ
ックグラウンド電荷を含まない前記要素によって蓄積さ
れた電荷が前記高フラックス平均電荷の少なくとも３倍
である場合、高フラックスが前記要素の１つに入射した
と決定するステップとを含むことを特徴とする請求項３
７に記載の方法。 - 【請求項３９】 前記高フラックス或いは前記低フラ
ックスの何れかが入射したかを決定するステップが、電
荷が蓄積されている所定の時間に１個以下の光子が前記
要素に入射した場合に、低フラックスが前記要素の１つ
に入射したと決定するステップを含むことを特徴とする
請求項３７若しくは請求項３８に記載の方法。 - 【請求項４０】 前記低フラックスが入射した前記各
要素に入射した光子の数を推定するステップが、相互に
隣接する一対の前記要素によって蓄積された電荷を前記
低フラックス平均電荷で除し、前記一対の要素の１つの
要素に１つの光子が入射したか否かを決定するステップ
を含むことを特徴とする請求項３７乃至請求項３９の何
れかに記載の方法。 - 【請求項４１】 前記Ｘ線光子を受け取るステップ
が、前記高フラックスが前記要素に前記範囲の低角領域
で入射し、前記低フラックスが前記要素に前記範囲の高
角領域で入射するように、角度の関数として反射された
光子のフラックスの変化によって特徴づけられる、前記
範囲の角度に渡ってサンプルによって反射される前記Ｘ
線光子を含むことを特徴とする請求項３７乃至請求項４
０の何れかに記載の方法。 - 【請求項４２】 放射線を検出する方法であって、 エンクロージャ内に検出要素のアレイを配設するステッ
プであって、前記アレイが第１の要素と最後の要素とを
含み、前記両要素によって前記両要素間の前記アレイの
長さが画定され、前記エンクロージャが、その前面に窓
を有し、前記窓が、放射線が透過できるように形成さ
れ、前記アレイの前記長さに少なくとも等しい距離前記
アレイから離間している、前記配設するステップと、 前記アレイを含む前記エンクロージャを真空にするステ
ップと、 前記アレイで前記放射線を受け取り、その放射線に応答
して信号を生成するステップとを含むことを特徴とする
放射線を検出する方法。 - 【請求項４３】 前記アレイから前記窓までの距離が
前記アレイの長さの少なくとも２倍であることを特徴と
する請求項４２に記載の方法。 - 【請求項４４】 前記放射線を受け取るステップが、
前記エンクロージャの外側の試料から放射された放射線
を受け取るステップを含むことを特徴とする請求項４２
若しくは請求項４３の何れかに記載の方法。 - 【請求項４５】 前記放射線が、前記第１の要素が前
記試料から所定の範囲の角度の低い領域に反射された放
射線を受け取り、前記最後の要素が前記試料から前記範
囲の角度の高い領域に反射された放射線を受け取るよう
に、前記範囲の角度に渡って前記試料から反射されたＸ
線を含み、前記信号を生成するステップが、前記放射線
に応答して前記検出要素で生成された電荷を、前記検出
要素の前記最後の要素から前記アレイに沿って逐次出力
子に転送するステップを含むことを特徴とする請求項４
４に記載の方法。 - 【請求項４６】 反射装置のための方法であって、 １或いは複数の薄膜層を含む試料に、前記試料の表面に
対して所定範囲の角度に渡って放射線を照射するステッ
プと、 前記範囲の角度に渡って前記試料から反射された前記放
射線を受け取り、前記反射された放射線に応答して信号
を生成するステップであって、前記信号が前記角度の関
数として振動パターンを有し、前記パターンが、前記試
料の表面の前記薄膜層の外側の層から放射線が全反射す
る臨界角近傍で生じる第１の肩部を含む、該ステップ
と、 前記１或いは複数の薄膜層の任意の他の特性に関わら
ず、前記肩部に応答して前記外側の薄膜層の密度を推定
するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項４７】 前記推定した密度を用いて１或いは
複数の他の特性を決定するステップを更に含むことを特
徴とする請求項４６に記載の方法。 - 【請求項４８】 前記１或いは複数のその他の特性を
決定するステップが、前記層の少なくとも１つの層の膜
厚を推定するステップを含むことを特徴とする請求項４
７に記載の方法。 - 【請求項４９】 前記１或いは複数のその他の特性を
決定するステップが、前記層の少なくとも１つの層の表
面の粗さを推定するステップを含むことを特徴とする請
求項４７若しくは請求項４８に記載の方法。 - 【請求項５０】 反射装置であって、 試料を、その表面に対して所定の範囲の角度に渡って放
射線の一連のパルスで照射するように構成されたパルス
Ｘ線源と、 前記範囲の角度に渡って前記試料から反射された前記放
射線を受け取るように配置され、検出要素に入射した放
射線の光子によって前記検出要素に蓄積されたそれぞれ
の電荷を表す信号を生成する検出要素のアレイと、 一連の各パルスの直前に、前記検出要素から電荷を消失
させ、前記各パルスの直後に前記要素からの信号をサン
プリングするように前記アレイに接続されたタイミング
回路とを含むことを特徴とする反射装置。 - 【請求項５１】 前記試料が１或いは複数の薄膜層を
含み、前記反射された放射線が、前記角度の関数として
前記薄膜層による強度の振動的な変化で特徴づけられ、
前記検出要素のアレイが前記振動的な変化を検出するよ
うに構成されていることを特徴とする請求項５０に記載
の装置。 - 【請求項５２】 前記検出要素のアレイからの信号を
受け取るように接続され、前記振動の変化を分析して前
記１或いは複数の薄膜層の１或いは複数の特性を決定す
るプロセッサを含むことを特徴とする請求項５１に記載
の装置。 - 【請求項５３】 前記プロセッサが、前記それぞれの
電荷に応答して、前記要素のそれぞれに入射した光子の
数を推定するように構成されていることを特徴とする請
求項５２に記載の装置。 - 【請求項５４】 前記検出要素が、前記放射線に関わ
らず、前記検出要素に雑音電荷を蓄積させるバックグラ
ウンド電流によって特徴づけられ、前記電荷を前記検出
要素から消失させることによって、前記タイミング回路
が、前記各パルスの直後に前記要素からサンプリングさ
れた前記信号における前記雑音電荷を低減するように動
作することを特徴とする請求項５０乃至請求項５３の何
れかに記載の装置。 - 【請求項５５】 前記検出要素のアレイが電荷結合素
子（ＣＣＤ）を含むことを特徴とする請求項５４に記載
の装置。 - 【請求項５６】 前記タイミング回路が、前記検出要
素から前記電荷を消失させること及び前記検出要素から
前記信号をサンプリングすることを前記Ｘ線源からの前
記パルスと同期させるように接続されていることを特徴
とする請求項５０乃至請求項５５に記載の装置。 - 【請求項５７】 反射装置のための方法であって、 試料から反射された放射線を受け取り、前記放射線に応
答して、前記要素に入射した放射線の光子によって前記
検出要素に蓄積されたそれぞれの電荷を表す信号を生成
できるように検出要素のアレイを配置するステップと、 前記試料の表面に対して所定の範囲の角度に渡って前記
放射線の一連のパルスを前記試料に照射するステップ
と、 前記一連の各パルスの直前に、前記検出要素から前記電
荷を消失させるステップと、 前記範囲の角度に渡って反射された前記放射線のパター
ンを決定するべく、前記各パルスの直後に前記要素から
前記信号をサンプリングするステップとを含むことを特
徴とする反射装置のための方法。 - 【請求項５８】 前記試料が１或いは複数の薄膜層を
含み、前記反射された放射線が、前記角度の関数として
前記薄膜層による強度の振動的な変化で特徴づけられ、
前記信号をサンプリングするステップが前記振動的な変
化を検出するステップを含むことを特徴とする請求項５
７に記載の方法。 - 【請求項５９】 前記１或いは複数の薄膜層の１或い
は複数の特性を決定するべく、前記信号における前記振
動変化を分析するステップを更に含むことを特徴とする
請求項５８に記載の方法。 - 【請求項６０】 前記振動の変化を検出するステップ
が、前記それぞれの電荷に応答して、前記要素のそれぞ
れに入射した光子の数を決定するステップを含むことを
特徴とする請求項５９に記載の方法。 - 【請求項６１】 前記検出要素が、前記放射線に関わ
らず、前記検出要素に雑音電荷を蓄積させるバックグラ
ウンド電流によって特徴づけられ、前記電荷を消失させ
るステップによって、前記各パルスの直後に前記要素か
らサンプリングした前記信号における前記雑音電荷が低
減されることを特徴とする請求項５７乃至請求項６０の
何れかに記載の方法。 - 【請求項６２】 前記検出要素のアレイが、電荷結合
素子（ＣＣＤ）を含むことを特徴とする請求項６１に記
載の方法。 - 【請求項６３】 前記電荷を消失させるステップ及び
前記信号をサンプリングするステップが、前記電荷を消
失させること及び前記信号をサンプリングすることを前
記Ｘ線源からの前記パルスと同期させるステップを含む
ことを特徴とする請求項５７乃至請求項６２の何れかに
記載の方法。
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