JP2007240510A

JP2007240510A - X-ray topography measuring instrument, and x-ray topography measuring method

Info

Publication number: JP2007240510A
Application number: JP2006111094A
Authority: JP
Inventors: Ryohei Tanuma; 良平田沼
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2007-09-20

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain X-ray section topography having 1 μm or less of high space resolution to generate a multi-dimensional clear and uniform topographic image. SOLUTION: A measuring crystal medium is moved along a plurality of directions within a prescribed area including a converged X-ray beam, under the condition where the converged X-ray beam having a prescribed converged beam shape is made to get incident into the measuring crystal medium, and an intensity of a diffracted X-ray beam of the converged X-ray beam obtained by diffraction within the prescribed area in the measuring crystal medium is measured along with the moving to generate the topographic image corresponding to a crystal cut cross-sectional shape, in conformity with the moved direction within the prescribed area in the measuring crystal medium, based on the measured intensity. COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、Ｘ線トポグラフィー装置、および、Ｘ線トポグラフィー測定方法に関し、より詳細には、セクショントポグラフィーを測定するための装置および測定方法に関する。 The present invention relates to an X-ray topography apparatus and an X-ray topography measurement method, and more particularly to an apparatus and a measurement method for measuring a section topography.

（従来例１）
最近の半導体素子はますます微細化の傾向にあり、それに伴って微細加工により発生する局所歪が素子の性能を大きく左右するようになってきた。 (Conventional example 1)
Recent semiconductor elements have been increasingly miniaturized, and accordingly, local strain generated by microfabrication has greatly influenced the performance of the elements.

Ｘ線トポグラフィーは、このような歪を評価するために、広く用いられている測定方法である。Ｘ線による方法は、Ｘ線の透過力が大きいため、数百ミクロンの深部の歪評価が可能であること、および感度が高く１０^−７といった微小歪までも検出できること等から、ラマン分光等の他の手法より優れている。Ｘ線トポグラフィーの中でも、セクショントポグラフィーは試料断面の歪分布を測定できる手法として広く用いられている。その１例として、例えば特許文献１に開示されている。 X-ray topography is a widely used measurement method for evaluating such distortion. Since the X-ray method has a high X-ray transmission power, it is possible to evaluate strains in the depth of several hundred microns, and because it has high sensitivity and can detect even small strains such as 10 ^−7. It is superior to the method. Among X-ray topographies, section topography is widely used as a technique that can measure the strain distribution of a sample cross section. One example is disclosed in Patent Document 1, for example.

図２４は、従来のセクショントポグラフィー装置の構成例を示す。入射Ｘ線ビーム６４は、スリット６３に入射することにより、シート状Ｘ線ビーム６５に整形されて出射する。この整形されたシート状Ｘ線ビーム６５は、測定試料６１に入射することにより、透過又は回折される。これにより、シート状Ｘ線ビーム６５のビーム形状の各部から発せられる回折Ｘ線６６の像がイメージ記録デバイス６２に記録され、試料断面の回折Ｘ線像が記録される。イメージ記録デバイス６２は、トポグラフ像を記録するための写真フィルム、原子核乾板、イメージングプレート、あるいは２次元ＣＣＤ素子等からなる。 FIG. 24 shows a configuration example of a conventional section topography apparatus. The incident X-ray beam 64 is shaped into a sheet-like X-ray beam 65 and then emitted by entering the slit 63. The shaped sheet-like X-ray beam 65 is transmitted or diffracted by being incident on the measurement sample 61. As a result, an image of the diffracted X-ray 66 emitted from each part of the beam shape of the sheet-like X-ray beam 65 is recorded in the image recording device 62, and a diffracted X-ray image of the sample cross section is recorded. The image recording device 62 includes a photographic film for recording a topographic image, a nuclear plate, an imaging plate, a two-dimensional CCD element, or the like.

この場合、測定試料６１の結晶格子面の一つに対して入射Ｘ線がブラッグ条件を満たすように、その測定試料６１の角度（Ｘ線入射角度）を調節する。歪により格子面間隔、あるいは格子面の傾きが変化すると、ブラッグ条件を満たす測定試料６１の回転角が変化する。したがって、測定試料６１の微小回転により、各ポイントにおいて試料回転角と回折Ｘ線強度を求めることによって、断面内での歪の分布を求めることができる。 In this case, the angle (X-ray incident angle) of the measurement sample 61 is adjusted so that the incident X-ray satisfies the Bragg condition with respect to one of the crystal lattice planes of the measurement sample 61. When the lattice plane spacing or the lattice plane inclination changes due to the strain, the rotation angle of the measurement sample 61 that satisfies the Bragg condition changes. Therefore, the strain distribution in the cross section can be obtained by obtaining the sample rotation angle and the diffraction X-ray intensity at each point by minute rotation of the measurement sample 61.

図２５は、測定試料６１へのシート状Ｘ線ビーム６５の厚みの影響を説明する図である。シート状Ｘ線ビーム６５のビームの厚みは、１０μｍ程度が一般的である。このようにシート状Ｘ線ビーム６５に厚みがあると、図中の点Ａから点Ｂの範囲で回折されたＸ線が、イメージ記録デバイス６２の記録面の１点Ｃに記録されることになり、鮮明な断面像が得られなくなる。そこで、セクショントポグラフィーでは、入射Ｘ線ビーム６４を、シート状Ｘ線ビーム６５のような薄いシート形状断面に整形する必要がある。 FIG. 25 is a diagram for explaining the influence of the thickness of the sheet-like X-ray beam 65 on the measurement sample 61. The thickness of the sheet X-ray beam 65 is generally about 10 μm. When the sheet-like X-ray beam 65 is thick in this way, X-rays diffracted in the range from point A to point B in the figure are recorded at one point C on the recording surface of the image recording device 62. As a result, a clear sectional image cannot be obtained. Therefore, in the section topography, it is necessary to shape the incident X-ray beam 64 into a thin sheet-shaped cross section like the sheet-like X-ray beam 65.

（従来例２）
次に、従来の画像処理方法について説明する。医療分野でのＣＴ画像計測、衛星写真画像のなどさまざまな画像計測において、不完全なフォーカシング（ピンボケ）や検出素子の分解能の限界に起因する画像劣化（ぼけ）が発生する。元画像と測定画像の１次元データをそれぞれ
x = [x(1), x(2), ・・・・,x(n)]^T … （１）
y = [y(1), y(2), ・・・・,y(n)]^T … （２）
で表すと、図１４で示すぼけ関数で画像が劣化する場合、元画像と測定画像との関係は、
y(i) = 0.06 x(i-2) + 0.5 x(i-1) + x(i) + 0.5 x(i+1) + 0.06 x(i+2) … （３）
となる。したがって、式（３）を行列で表現すると、 (Conventional example 2)
Next, a conventional image processing method will be described. In various image measurements such as CT image measurement and satellite photograph image in the medical field, image focusing (blurring) due to incomplete focusing (defocus) and resolution limit of the detection element occurs. 1D data of original image and measurement image respectively
x = [x (1), x (2), ..., x (n)] ^T ... (1)
y = [y (1), y (2), ..., y (n)] ^T ... (2)
If the image deteriorates due to the blur function shown in FIG. 14, the relationship between the original image and the measured image is
y (i) = 0.06 x (i-2) + 0.5 x (i-1) + x (i) + 0.5 x (i + 1) + 0.06 x (i + 2)… (3)
It becomes. Therefore, when Expression (3) is expressed as a matrix,

となる。すなわち、
Ax = y … （５）
であり、Ａをぼけ行列と呼ぶ。画像データが２次元の場合、元画像データと測定画像データをそれぞれ It becomes. That is,
Ax = y (5)
And A is called a blur matrix. When the image data is 2D, the original image data and the measured image data are

で表すと、
AX = Y … （７）
となる。式（７）は、画像行列（６）の列ベクトルデータの劣化過程を示している。 In terms of
AX = Y (7)
It becomes. Expression (7) shows the deterioration process of the column vector data of the image matrix (6).

一般に、列ベクトル行ベクトル双方の劣化過程を表すためには、行列データを１つのベクトルデータに並べ替えて式（５）により劣化過程を表す必要がある。しかしながら、この場合、例えば１００×１００画素の画像データに対して、ぼけ行列は要素数１００００×１００００という膨大なものになるといった問題がある。しかし２次元ぼけ関数がガウス関数 In general, in order to represent the degradation process of both the column vector row vector, it is necessary to rearrange the matrix data into one vector data and express the degradation process by the equation (5). However, in this case, for example, there is a problem that the blur matrix becomes enormous with the number of elements of 10000 × 10000 for image data of 100 × 100 pixels. However, the two-dimensional blur function is a Gaussian function

のように変数分離可能な場合は、列ベクトルと行ベクトルの劣化過程を独立に表現することが可能で、画像劣化は、
ＡXB=Y … （９）
と表現できる（非特許文献２参照）。ここで、Ｂは、行ベクトルデータのぼけ行列である。よって、ＡとＢの逆行列Ａ^−１とＢ^−１行列により、
X=A^-1YB^-1 … （１０）
のごとく劣化画像を修復して元画像を得ることが可能である。また、劣化画像の修復に関する問題を解決するために、古くから多くの手法が研究されている。その一つの手法として、チコノフの正則化と呼ばれる方法がある（非特許文献１参照）。この方法では、ある程度の「食い違い」を認めて「不自然さ」との妥協を図る。すなわち、‖Ａｘ−ｙ‖を「食い違い」の尺度、‖ｘ‖を「不自然さ」の尺度とし、‖Ａｘ−ｙ‖^２＋α‖ｘ‖^２が最小になるようにｘを決定する。ここで、例えばｘに対して ‖ｘ‖^２＝ｘ（１） ^２＋ｘ（２） ^２＋・・・・＋ｘ（ｎ） ^２である。αを大きく設定するほど「不自然さ」を重視することになる。具体的には、ｘ＝Ａ^−１ｙの代わりに、
x = (A^TA +αI)^-1A^Ty … （１１）
を計算することにより画像修復を実行する。 When the variable separation is possible, the degradation process of the column vector and the row vector can be expressed independently.
AXB = Y (9)
(See Non-Patent Document 2). Here, B is a blur matrix of row vector data. Therefore, the inverse matrix A- ¹ and B- ¹ matrix of A and B,
X = A ^-1 YB ^-1 (10)
As described above, it is possible to restore the deteriorated image and obtain the original image. In addition, many methods have been studied for a long time in order to solve problems related to the restoration of degraded images. One of the methods is a method called regularization of Tikhonov (see Non-Patent Document 1). In this method, a certain amount of “difference” is recognized and a compromise with “unnaturalness” is attempted. That is, a measure of the "discrepancy" of ‖Ax-y‖, a measure of "unnatural" the ‖X‖, determining x such ‖Ax-y‖ ^² + α‖x‖ ² is minimized. Here, for example, for x, ‖x‖ ² = x (1) ² + x (2) ² +... + X (n) ² . As α is set larger, “unnaturalness” is more important. Specifically, instead of x = A ⁻¹ y,
x = (A ^T A + αI) ^-1 A ^T y (11)
Perform image restoration by calculating.

以上に述べた画像修復法は、医療分野でのＣＴスキャン画像の処理、衛星画像の修復など、広い分野で利用されている。 The image restoration methods described above are used in a wide range of fields such as CT scan image processing and satellite image restoration in the medical field.

特開平８−１２４９８３号公報JP-A-8-124983 平岡和幸、堀玄、プログラミングのための線形代数、（２００４）オーム社Kazuyuki Hiraoka, Gen Hori, Linear Algebra for Programming, (2004) Ohmsha Ｂ．Ｂ．Ｋｉｍａ，Ｓ．Ｗ．Ｚｕｃｋｅｒ：ＡｎａｌｙｔｉｃｉｎｖｅｒｓｅｏｆｄｉｓｃｒｅｔｅＧａｕｓｓｉａｎｂｌｕｒ，ＯＰＴＩＣＡＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ，Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１，ｐｐ．１６６−１７６（１９９３）B. B. Kima, S .; W. Zucker: Analytical inverse of discreet Gaussian blur, OPTICA ENGINEERING, Vol. 32, no. 1, pp. 166-176 (1993)

特許文献１に関連する上記従来例１の課題について説明する。従来のＸ線セクショントポグラフィーの課題の１つには、シート状入射ビームの形成に関するものがある。図２４で示したように、Ｘ線セクショントポグラフィーで鮮明な画像を得るためには、入射Ｘ線ビーム６４を薄いシート状のシート状Ｘ線ビーム６５に整形する必要がある。しかし、一般的に、入射Ｘ線ビームの厚みは１０μｍ程度が限界である。その理由の一つは、機械加工により１０μｍ以下のスリットを製作するのが困難なためである。 The problem of the above conventional example 1 related to Patent Document 1 will be described. One problem with conventional x-ray section topography is related to the formation of a sheet-like incident beam. As shown in FIG. 24, in order to obtain a clear image by X-ray section topography, the incident X-ray beam 64 needs to be shaped into a thin sheet-like sheet X-ray beam 65. However, in general, the thickness of the incident X-ray beam is limited to about 10 μm. One reason is that it is difficult to manufacture slits of 10 μm or less by machining.

Ｘ線は物質に対する透過率が高く、例えばセクショントポグラフィーでよく用いられるＥ＝１７．５ｋｅＶ付近のＸ線エネルギー領域において、厚み１００μｍの銅板のＸ線透過率は約１％である。このエネルギー領域の銅製スリットの板厚は、１００μｍ以上でなければならない。従って、１０μｍ以下のスリットでは、アスペクト比（厚みと開口幅の比）が１０以上となり、均等な隙間を有するスリットを製作するのが困難になる。 X-rays have a high transmittance with respect to a substance. For example, in an X-ray energy region near E = 17.5 keV often used in section topography, a copper plate having a thickness of 100 μm has an X-ray transmittance of about 1%. The plate thickness of the copper slit in this energy region must be 100 μm or more. Therefore, when the slit is 10 μm or less, the aspect ratio (ratio of thickness to opening width) is 10 or more, and it becomes difficult to manufacture a slit having a uniform gap.

このように従来のＸ線セクショントポグラフィーでは、入射Ｘ線ビーム６４の厚みを１０μｍ以下にすることができないため、図２５に示したとおり、得られる空間分解能がこのビームサイズの影響を受けて、１μｍ以下の空間分解能を達成することができない。 As described above, in the conventional X-ray section topography, the thickness of the incident X-ray beam 64 cannot be reduced to 10 μm or less. Therefore, as shown in FIG. 25, the obtained spatial resolution is affected by the beam size. A spatial resolution of 1 μm or less cannot be achieved.

次に、非特許文献１，２に関連する上記従来例２の課題について説明する。非特許文献２に関連した問題点として、逆行列Ａ^−１，Ｂ^−１の計算である。一般に、ぼけ行列は、その行列式（例えばｄｅｔ［Ａ］）の値が非常に小さい。ｄｅｔ［Ａ］＝０は不定の条件であり逆行列が存在しないことからわかるように、ｄｅｔ［Ａ］が０に近いと安定した逆行列計算が困難である。 Next, the problem of Conventional Example 2 related to Non-Patent Documents 1 and 2 will be described. A problem associated with Non-Patent Document 2 is calculation of inverse matrices A ⁻¹ and B ⁻¹ . In general, the value of a determinant (for example, det [A]) is very small in a blur matrix. As can be seen from the fact that det [A] = 0 is an indefinite condition and there is no inverse matrix, if det [A] is close to 0, stable inverse matrix calculation is difficult.

このような場合には、データに含まれる僅かなノイズが原因で修復画像が大きく乱れ、元画像と似ても似つかないものとなることがある。ｄｅｔ［Ａ］の値が小さくなる理由は式（４）からわかるように、隣り合う行、あるいは列が似かよった数値列で構成されているためである（同一列、または同一行が含まれるとｄｅｔ［Ａ］＝０）。このことはぼけ関数に多くの画素が含まれるほど、すなわち、ぼけの大きな画像を修復する場合ほど顕著である。 In such a case, the repaired image may be greatly distorted due to slight noise included in the data, and it may not be similar even if it is similar to the original image. The reason why the value of det [A] becomes small is that, as can be seen from the equation (4), adjacent rows or columns are composed of similar numeric columns (if the same column or the same row is included) det [A] = 0). This is more conspicuous as more pixels are included in the blur function, that is, when a blur image is restored.

このように、ぼけ行列の逆行列計算が困難なことが劣化画像修復の大きな課題である。 As described above, it is a big problem for the degraded image restoration that the inverse matrix calculation of the blur matrix is difficult.

そこで、本発明の目的は、１μｍ以下の高空間分解能を有するＸ線セクショントポグラフィーを達成して、鮮明で均一な多次元のトポグラフ像を生成することが可能な、Ｘ線トポグラフィー測定装置、および、Ｘ線トポグラフィー測定方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to achieve an X-ray section topography having a high spatial resolution of 1 μm or less, and to generate a clear and uniform multidimensional topographic image, And it is providing the X-ray topography measuring method.

また、本発明の他の目的は、劣化画像に対する画像修復処理を精度良く行うことにより、高解像度なトポグラフ像を生成することが可能な、Ｘ線トポグラフィー測定装置、および、Ｘ線トポグラフィー測定方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an X-ray topography measuring apparatus and an X-ray topography measurement capable of generating a high-resolution topographic image by performing an image restoration process on a degraded image with high accuracy. It is to provide a method.

本発明は、Ｘ線トポグラフィー測定装置であって、Ｘ線ビームを発生するビーム発生手段と、前記発生したＸ線ビームを所定の集光ビーム形状に集光し、該所定の集光ビーム形状に集光された集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させるビーム集光手段と、前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させる媒体移動制御手段と、前記集光Ｘ線ビームが前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内において回折して得られた所定の焦点形状をもつ回折Ｘ線ビームの強度を測定し、該測定した強度に基づいて前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応する多次元のトポグラフ像を生成する像作成手段とを具えたことを特徴とする。 The present invention is an X-ray topography measuring apparatus, comprising: a beam generating means for generating an X-ray beam; and the generated X-ray beam is condensed into a predetermined focused beam shape, and the predetermined focused beam shape A beam condensing means for making the condensed X-ray beam condensed on the measuring crystal medium enter the measuring crystal medium, and moving the measuring crystal medium in a plurality of directions within a predetermined region including the condensed X-ray beam. The medium movement control means measures the intensity of the diffracted X-ray beam having a predetermined focal shape obtained by diffracting the focused X-ray beam in the predetermined region of the measurement crystal medium, and measures the intensity. And an image creating means for generating a multidimensional topographic image corresponding to a crystal cut surface shape in accordance with a moving direction of the measurement crystal medium in the predetermined region based on intensity.

前記ビーム集光手段は、前記発生したＸ線ビームを、直線状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光する直線領域集光手段としてもよい。 The beam condensing unit may be a linear region condensing unit that condenses the generated X-ray beam into a predetermined condensing X-ray beam having a linear focal region.

前記直線領域集光手段は、１次元フレネルゾーンプレートとしてもよい。 The linear region condensing means may be a one-dimensional Fresnel zone plate.

前記ビーム集光手段は、前記発生したＸ線ビームを、点状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光する点領域集光手段としてもよい。 The beam condensing unit may be a point region condensing unit that condenses the generated X-ray beam into a predetermined condensing X-ray beam having a point-like focal region.

前記点領域集光手段は、２次元フレネルゾーンプレートとしてもよい。 The point area condensing means may be a two-dimensional Fresnel zone plate.

前記点領域集光手段は、楕円ミラーとしてもよい。 The point area condensing means may be an elliptical mirror.

前記媒体移動制御手段は、前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む平面内の第１の方向と、該集光Ｘ線ビームに直交する第２の方向とに移動させてもよい。 The medium movement control means may move the measurement crystal medium in a first direction within a plane including the focused X-ray beam and a second direction orthogonal to the focused X-ray beam. Good.

前記像作成手段は、前記回折Ｘ線ビームの１点の強度を測定する回折強度測定手段を含んでもよい。 The image creating means may include diffraction intensity measuring means for measuring the intensity of one point of the diffracted X-ray beam.

前記像作成手段は、くさび状隙間を有するスリットを含んでもよい。 The image creating means may include a slit having a wedge-shaped gap.

前記像作成手段は、前記回折Ｘ線ビームの強度を測定して生成された前記トポグラフ像に対して、所定のぼけ画像修復処理を行う画像処理手段をさらに具えてもよい。 The image creating means may further comprise image processing means for performing a predetermined blurred image restoration process on the topographic image generated by measuring the intensity of the diffracted X-ray beam.

前記画像処理手段は、前記回折Ｘ線像のＸ線強度信号から、所定の測定画像行列を生成する手段と、前記測定画像行列と、前記くさび状隙間を有するスリットの透過率曲線で決定されるぼけ行列とに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列を生成する手段とを含んでもよい。 The image processing means is determined by means for generating a predetermined measurement image matrix from the X-ray intensity signal of the diffracted X-ray image, the measurement image matrix, and a transmittance curve of the slit having the wedge-shaped gap. Based on the blur matrix, there may be included means for performing a blur repair process on the measurement image to generate a repair image matrix.

本発明は、Ｘ線トポグラフィー測定方法であって、発生したＸ線ビームをビーム集光手段により所定の集光ビーム形状に集光し、該所定の集光ビーム形状に集光された集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させる工程と、前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させる工程と、前記集光Ｘ線ビームが前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内において回折して得られた所定の焦点形状をもつ回折Ｘ線ビームの強度を測定する工程と、前記測定した強度に基づいて前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応する多次元のトポグラフ像を生成する工程とを具えることを特徴とする。 The present invention is an X-ray topography measuring method, wherein the generated X-ray beam is condensed into a predetermined focused beam shape by a beam focusing means, and the focused light beam is focused into the predetermined focused beam shape. A step of causing an X-ray beam to enter the measurement crystal medium; a step of moving the measurement crystal medium in a plurality of directions within a predetermined region including the focused X-ray beam; Measuring the intensity of a diffracted X-ray beam having a predetermined focal shape obtained by diffracting within the predetermined region of the measuring crystal medium, and the measuring crystal medium based on the measured intensity And a step of generating a multidimensional topographic image corresponding to a crystal cut surface shape in accordance with a moving direction in a predetermined region.

本発明によれば、所定の集光ビーム形状を有する集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させた状態で、測定用結晶媒体をその集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させ、この移動と共に集光Ｘ線ビームがその測定用結晶媒体の所定の領域内において回折して得られた回折Ｘ線ビームの強度を測定し、測定した強度に基づいて測定用結晶媒体の所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応するトポグラフ像を生成するようにしたので、１μｍ以下の空間分解能を有するＸ線セクショントポグラフィーを得ることが可能となり、これにより、従来のＸ線セクショントポグラフィーにおける入射ビームの厚みに起因する像のボケの問題を解消して、鮮明で均一な多次元のトポグラフ像を生成することができる。 According to the present invention, in a state where a focused X-ray beam having a predetermined focused beam shape is incident on the measuring crystal medium, a plurality of measuring crystal media are included in a predetermined region including the focused X-ray beam. The intensity of the diffracted X-ray beam obtained by diffracting the focused X-ray beam within the predetermined region of the crystal medium for measurement is measured along with this movement, and the measurement is performed based on the measured intensity. Since the topographic image corresponding to the crystal cut surface shape corresponding to the moving direction in the predetermined area of the crystal medium is generated, it becomes possible to obtain an X-ray section topography having a spatial resolution of 1 μm or less, This eliminates the problem of image blurring caused by the thickness of the incident beam in the conventional X-ray section topography, and can generate a clear and uniform multidimensional topographic image.

また、本発明によれば、くさび状隙間を有するスリットは鋭い透過率曲線を有するので、該スリットを経由して生成されるトポグラフ画像の解像度を向上させることができる。 In addition, according to the present invention, since the slit having the wedge-shaped gap has a sharp transmittance curve, the resolution of the topographic image generated via the slit can be improved.

さらに、本発明によれば、回折Ｘ線像のＸ線強度信号から、所定の測定画像行列を生成して、測定画像行列と、くさび状隙間を有するスリットの透過率曲線で決定されるぼけ行列とに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列を生成するようにしたので、該スリットのぼけ行列に対して、その逆行列を解析的に容易に求めることができ、これにより、ノイズののったもともと不正確な測定画像に対して画像修復を厳密に効果的に行って、一段と高解像度なトポグラフ像を生成することができる。 Further, according to the present invention, a predetermined measurement image matrix is generated from the X-ray intensity signal of the diffracted X-ray image, and the blur matrix determined by the measurement image matrix and the transmittance curve of the slit having the wedge-shaped gap. Based on the above, the restoration image matrix is generated by executing the blur restoration process of the measurement image. Therefore, the inverse matrix of the blur matrix of the slit can be easily obtained analytically. Accordingly, it is possible to generate a topographic image with higher resolution by performing image restoration strictly and effectively on the originally inaccurate measurement image with noise.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

［第１の例］
本発明の第１の実施形態を、図１〜図７に基づいて説明する。 [First example]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図１は、本発明に係るＸ線トポグラフィー測定装置１００の構成例を示す。 FIG. 1 shows a configuration example of an X-ray topography measuring apparatus 100 according to the present invention.

本装置１００は、入射用のＸ線ビーム１を発生するＸ線発生源２０と、Ｘ線ビーム１を直線領域Ｐ（ｅ−ｆを結ぶＸ方向の領域）に集光した集光Ｘ線ビーム６を作成するＸ線集光手段３と、そのＸ線ビーム１の集光された直線領域Ｐ（すなわち、焦線４）の近傍において集光Ｘ線ビーム６を透過させる測定媒体５と、測定媒体５を、集光Ｘ線ビーム６を含む平面（Ｙ−Ｚ平面）内の第１の方向と集光Ｘ線ビーム６に直交する第２の方向（Ｘ方向）とに移動させる移動手段と、測定媒体５内におけるラウエ回折により散乱される回折Ｘ線像１３の１点の強度を測定し、測定媒体５の結晶断面のトポグラフ像を作成する像作成手段８，９，１０とによって構成される。 The apparatus 100 includes an X-ray generation source 20 that generates an incident X-ray beam 1 and a condensed X-ray beam obtained by condensing the X-ray beam 1 in a linear region P (an X-direction region connecting ef). An X-ray condensing means 3 for creating the X-ray beam 6, a measuring medium 5 for transmitting the condensed X-ray beam 6 in the vicinity of the linear region P (that is, the focal line 4) where the X-ray beam 1 is condensed, and measurement Moving means for moving the medium 5 in a first direction within a plane (YZ plane) including the focused X-ray beam 6 and a second direction (X direction) orthogonal to the focused X-ray beam 6; The image forming means 8, 9, and 10 measures the intensity of one point of the diffraction X-ray image 13 scattered by Laue diffraction in the measurement medium 5 and creates a topographic image of the crystal cross section of the measurement medium 5. The

以下の例では、像作成手段８は横スリット８であり、像作成手段９は縦スリット９であり、像作成手段１０はシンチレーションカウンタ１０である。 In the following example, the image creating means 8 is a horizontal slit 8, the image creating means 9 is a vertical slit 9, and the image creating means 10 is a scintillation counter 10.

図３は、Ｘ線トポグラフィー測定装置１００を用いたＸ線トポグラフィーの測定方法を示す。 FIG. 3 shows an X-ray topography measuring method using the X-ray topography measuring apparatus 100.

ステップＳ１では、発生したＸ線ビーム１をビーム集光手段３により所定の集光ビーム形状（直線領域Ｐ（又は、後述する第２の例では点領域Ｑ）のビーム形状）に集光し、該所定の集光ビーム形状に集光された集光Ｘ線ビーム６を測定媒体５に入射させる。 In step S1, the generated X-ray beam 1 is condensed by the beam condensing means 3 into a predetermined condensing beam shape (a linear region P (or a beam shape of a point region Q in the second example described later)), The focused X-ray beam 6 focused in the predetermined focused beam shape is incident on the measurement medium 5.

ステップＳ２では、測定媒体５を、集光Ｘ線ビーム６を含む所定の領域内において複数の方向に移動させる。例えば、測定媒体５を、例えばパルスモータにより駆動する光学ステージ等の移動手段を用いて、集光Ｘ線ビーム６を含む平面（Ｙ−Ｚ平面）内の第１の方向と、集光Ｘ線ビーム６に直交する第２の方向（Ｘ方向）とに移動させる。 In step S 2, the measurement medium 5 is moved in a plurality of directions within a predetermined region including the condensed X-ray beam 6. For example, the measurement medium 5 is moved using a moving means such as an optical stage driven by a pulse motor, for example, in a first direction in a plane (YZ plane) including the focused X-ray beam 6 and the focused X-ray. It is moved in a second direction (X direction) orthogonal to the beam 6.

ステップＳ３では、集光Ｘ線ビーム６が測定媒体５の上記所定の領域内において回折して得られた回折Ｘ線像１３の１点の強度を、像作成手段８，９によって測定する。ステップＳ４では、測定した強度に基づいて、測定媒体５の所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応するトポグラフ像を像作成手段１０によって作成する。 In step S 3, the intensity of one point of the diffracted X-ray image 13 obtained by diffracting the focused X-ray beam 6 in the predetermined region of the measurement medium 5 is measured by the image creating means 8 and 9. In step S 4, based on the measured intensity, the topographic image corresponding to the crystal cut surface shape corresponding to the moving direction in the predetermined region of the measurement medium 5 is created by the image creating means 10.

（具体例）
以下、Ｘ線トポグラフィー測定装置１００を、具体例を挙げて説明する。 (Concrete example)
Hereinafter, the X-ray topography measuring apparatus 100 will be described with a specific example.

Ｘ線発生源２０として、放射光施設において発生する放射光Ｘ線を利用するものとするが、これに限るものではなく、他の発生方法を用いてもよい。 As the X-ray generation source 20, the synchrotron radiation X-ray generated in the synchrotron radiation facility is used. However, the present invention is not limited to this, and other generation methods may be used.

Ｘ線発生源２０から発生したＸ線をモノクロメータで単色化することにより、Ｘ線ビーム１として用いる。 The X-ray generated from the X-ray generation source 20 is used as the X-ray beam 1 by monochromatizing with a monochromator.

Ｘ線ビーム１は、軌跡ａ−ｂ−ｃ−ｄで示す矩形断面２を有する。ビームサイズはａｂ＝２００μｍ、ａｄ＝５００μｍである。本例において、フォトンエネルギーはＥ＝１５ｋｅＶである。 The X-ray beam 1 has a rectangular cross section 2 indicated by a locus abcd. The beam size is ab = 200 μm and ad = 500 μm. In this example, the photon energy is E = 15 keV.

直線フォーカスのためのＸ線集光手段３として、Ｘ線ビーム１の断面２を一方向にのみ縮小して、軌跡ｅ−ｆで示す焦線４上に集光するための１次元フレネルゾーンプレート（以下、１Ｄゾーンプレート）３を用いる。 As an X-ray condensing means 3 for linear focusing, a one-dimensional Fresnel zone plate for condensing on a focal line 4 indicated by a locus ef by reducing the cross section 2 of the X-ray beam 1 only in one direction. (Hereinafter referred to as 1D zone plate) 3 is used.

１Ｄゾーンプレート３は、ＳｉＮ層（厚み２μｍ）の上に形成したＴａ膜（厚み２μｍ）にゾーンプレートのパターンを電子線描画したものである。 The 1D zone plate 3 is obtained by drawing a zone plate pattern with an electron beam on a Ta film (thickness 2 μm) formed on a SiN layer (thickness 2 μm).

１Ｄゾーンプレート３のサイズは、Ｘ線ビーム１の断面２とほぼ同一で、最外部パターンの線幅Δｒ_Ｎは０．２μｍ、焦点距離ｆは５００ｍｍである。 The size of the 1D zone plate 3 is substantially the same as that of the cross section 2 of the X-ray beam 1, the line width Δr _N of the outermost pattern is 0.2 μm, and the focal length f is 500 mm.

１Ｄゾーンプレート３は、シリンドリカルレンズと同等の機能を有する。Ｘ線ビーム１が、この１Ｄゾーンプレート３を通過すると、集光Ｘ線ビーム６となって伝播し、測定試料５の直前に置いたゼロ次光除去用スリット（後述する図２参照）を通って、直線領域Ｐとしての焦線４上にラインフォーカスされる。なお、ゼロ次光除去用スリットの配置および機能については、図２で詳述する。 The 1D zone plate 3 has a function equivalent to that of a cylindrical lens. When the X-ray beam 1 passes through the 1D zone plate 3, it propagates as a condensed X-ray beam 6 and passes through a zero-order light removal slit (see FIG. 2 described later) placed immediately before the measurement sample 5. Thus, the line focus is performed on the focal line 4 as the straight line region P. The arrangement and function of the zero-order light removal slit will be described in detail with reference to FIG.

測定媒体としての測定結晶５には、Ｓｉ（１００）ウエハを用いる。測定結晶５は、その内部に焦線４が位置するように配置する。 A Si (100) wafer is used as the measurement crystal 5 as a measurement medium. The measurement crystal 5 is arranged so that the focal line 4 is located inside.

図２は、そのＸ線トポグラフィー測定装置１００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するＸ方向（Ａ矢印方向）から見た図である。ゾーンプレートを理想レンズと仮定した場合の集光サイズは、光源の大きさＳ、光源からゾーンプレートまでの距離Ｌ、および焦点距離ｆによりＷ＝Ｓ×ｆ／Ｌで表される。本例の場合、縦方向（図１のＹ方向）の光源サイズＳｙ＝５μｍ、Ｌ＝５０ｍ、ｆ＝０．５ｍであるから、縦方向（Ｙ方向）の集光サイズはＷｙ＝Ｓｙ×ｆ／Ｌ＝０．０５μｍとなる。 FIG. 2 is a view of the X-ray topography measuring apparatus 100 as viewed from the X direction (A arrow direction) orthogonal to the YZ plane. The condensing size when the zone plate is assumed to be an ideal lens is expressed as W = S × f / L by the size S of the light source, the distance L from the light source to the zone plate, and the focal length f. In this example, since the light source size Sy = 5 μm, L = 50 m, and f = 0.5 m in the vertical direction (Y direction in FIG. 1), the light collection size in the vertical direction (Y direction) is Wy = Sy × f. /L=0.05 μm.

一方、ゾーンプレートのレンズとしての分解能はδ＝１．２２Δｒ_Ｎ＝０．２４μｍであり、δ＞Ｗｙであるため、本例のラインフォーカスされた集光Ｘ線ビーム６の集光ビームサイズは、事実上ゾーンプレートの分解能で決まり、０．２〜０．３μｍとなる。 On the other hand, since the resolution of the zone plate lens is δ = 1.22Δr _N = 0.24 μm and δ> Wy, the condensed beam size of the line-focused condensed X-ray beam 6 in this example is In effect, it is determined by the resolution of the zone plate and is 0.2 to 0.3 μm.

図４は、測定結晶５に入射する集光Ｘ線ビーム６の形状を示す。 FIG. 4 shows the shape of the condensed X-ray beam 6 incident on the measurement crystal 5.

集光Ｘ線ビーム６のサイズは、試料である測定結晶５内で厳密には一定ではないが、以下に示す視点を固定して、測定結晶５を２次元的に移動する方法で均一なトポグラフ像を得ることができる。これにより、距離Ａ’Ｂ’よって発生するボケを１μｍ以下とすることができる。 Although the size of the focused X-ray beam 6 is not strictly constant in the measurement crystal 5 as a sample, it is a uniform topograph by a method of moving the measurement crystal 5 in a two-dimensional manner with the following viewpoint fixed. An image can be obtained. Thereby, the blur generated by the distance A′B ′ can be reduced to 1 μm or less.

次に、図２に示すゼロ次光除去用スリット１１の機能を、測定結晶５との移動に関連して説明する。 Next, the function of the zero-order light removal slit 11 shown in FIG. 2 will be described in relation to the movement with the measurement crystal 5.

１Ｄゾーンプレート３は、回折素子であるため、理想的に機能しても回折次数±１、±３、±５、・・・の回折光を発生する。 Since the 1D zone plate 3 is a diffractive element, it generates diffracted light of diffraction orders ± 1, ± 3, ± 5,.

また、実際には、回折されない光（０次光）１２も存在する。これらの光の中で、目的の集光Ｘ線ビーム６は＋１次光のみであるため、これ以外の光を除去する目的でゼロ次光除去用スリット１１を用いる。ゼロ次光除去用スリット１１のサイズは１０μｍで、測定結晶５の直前１０ｍｍの位置にセットした。 In practice, there is also light (0th-order light) 12 that is not diffracted. Among these lights, the target focused X-ray beam 6 is only + 1st order light, and therefore the zero order light removal slit 11 is used for the purpose of removing other light. The size of the slit 11 for removing zero-order light was 10 μm, and was set at a position 10 mm immediately before the measurement crystal 5.

図１および図２に示す構成において、回折条件はＳｉ（６６０）反射であり、回折Ｘ線像１３は２θ＝８０．５°の方向へ反射される。回折Ｘ線像１３は、測定結晶５内の斜線で示した断面のセクショントポグラフィーである。 In the configuration shown in FIGS. 1 and 2, the diffraction condition is Si (660) reflection, and the diffracted X-ray image 13 is reflected in the direction of 2θ = 80.5 °. The diffraction X-ray image 13 is a section topography of a cross section indicated by oblique lines in the measurement crystal 5.

セクショントポグラフィーを測定するためには、Ｙ−Ｚ面内（図２参照）の１方向と、Ｘ方向（紙面に垂直方向）のパルスモータ駆動のステージによる２次元スキャンで測定する。 In order to measure the section topography, it is measured by a two-dimensional scan using a stage driven by a pulse motor in one direction in the YZ plane (see FIG. 2) and in the X direction (perpendicular to the paper surface).

このセクショントポグラフィーの１点の強度を測定するために、横スリット８と縦スリット９で回折Ｘ線像１３を切り出し、その強度をシンチレーションカウンタ１０で測定しつつ試料位置をスキャンすることによって、トポグラフ像を生成する。 In order to measure the intensity of one point of this section topography, the topography is obtained by cutting out the diffraction X-ray image 13 with the horizontal slit 8 and the vertical slit 9 and scanning the sample position while measuring the intensity with the scintillation counter 10. Generate an image.

図５は、横Ｖスリット８の構成例を示す。横Ｖスリット８の谷は、図2のζ方向（紙面
に垂直）である。 FIG. 5 shows a configuration example of the lateral V slit 8. The valley of the horizontal V slit 8 is the ζ direction (perpendicular to the paper surface) in FIG.

図６は、そのスリット８の入射Ｘ線に対する透過率特性を示す。図中のξは、図2、図5のξ方向に対応している。 FIG. 6 shows transmittance characteristics of the slit 8 with respect to incident X-rays. Ξ in the figure corresponds to the ξ direction in FIGS.

Ｖスリット８，９の特徴は、片側面３１を閉じたくさび状スリット３０として形成され、くさび状隙間の先端位置Ｒの閉じた片側面３１からＸ線を入射する点にある。Ｘ線の透過率は、透過距離の指数関数となるため、このような隙間の透過率曲線は鋭く尖った形状となる。 A feature of the V slits 8 and 9 is that they are formed as a wedge-shaped slit 30 with one side 31 closed, and X-rays are incident from the closed one side 31 at the tip position R of the wedge-shaped gap. Since the X-ray transmittance is an exponential function of the transmission distance, the transmittance curve of such a gap has a sharp pointed shape.

図６は、鉄製のくさびスリット３０を開口角３°とした場合の透過率曲線を示す。半値幅（Ｘ線強度の透過率が０．５となるビーム幅）は、０．８μｍである。この０．８μｍのビーム幅内に、このようにくさび状スリット３０を横スリット８および縦スリット９として構成することにより、１μｍ以下の空間分解能によるトポグラフ像の測定が可能となる。Ｘ線回折像１３を、くさび形隙間の閉じた片側面３１から入射する理由は、多重反射を防ぐためである。 FIG. 6 shows a transmittance curve when the iron wedge slit 30 has an opening angle of 3 °. The full width at half maximum (the beam width at which the transmittance of X-ray intensity is 0.5) is 0.8 μm. By configuring the wedge-shaped slit 30 as the horizontal slit 8 and the vertical slit 9 within the beam width of 0.8 μm, it is possible to measure a topographic image with a spatial resolution of 1 μm or less. The reason why the X-ray diffraction image 13 is incident from the one side surface 31 where the wedge-shaped gap is closed is to prevent multiple reflection.

縦Ｖスリット９は横Ｖスリットと直交しており、図５、図６のξをζと置き換えたものが、それぞれ縦Ｖスリット９の構成例と透過率特性となる。 The vertical V-slit 9 is orthogonal to the horizontal V-slit, and ξ in FIG. 5 and FIG. 6 is replaced with ζ, which is a configuration example of the vertical V-slit 9 and transmittance characteristics, respectively.

上述した例におけるラインフォーカス方式では、図１のＹ方向にのみＸ線ビーム１を集光するため、Ｘ方向については平行ビームのままである。 In the line focus method in the above-described example, the X-ray beam 1 is condensed only in the Y direction in FIG.

従って、本例では、回折Ｘ線像１３の発散角が小さく、生成されるトポグラフ像の解像度が高く得られるという利点がある。 Therefore, in this example, there is an advantage that the divergence angle of the diffracted X-ray image 13 is small and the resolution of the generated topographic image can be obtained high.

また、本例によるＸ線トポグラフィー装置１００では、入射するＸ線ビーム１を直線領域Ｐに集光し、この集光Ｘ線ビーム６を測定結晶５に透過させる。集光Ｘ線ビーム６のビームサイズは１μｍ以下とすることが可能なため、従来のＸ線セクショントポグラフィーに見られる像のボケを最小限に抑えることができる。 Further, in the X-ray topography apparatus 100 according to the present example, the incident X-ray beam 1 is focused on the linear region P, and the focused X-ray beam 6 is transmitted through the measurement crystal 5. Since the beam size of the focused X-ray beam 6 can be set to 1 μm or less, it is possible to minimize image blurring seen in the conventional X-ray section topography.

しかし、Ｘ線ビーム１が焦線４近傍の微小領域に集中するため、通常のセクショントポグラフィーのように写真フィルム等で回折像を記録すると、焦線４付近のみが明るく写って均一な断面像が得られない。 However, since the X-ray beam 1 is concentrated in a minute area near the focal line 4, when a diffraction image is recorded with a photographic film or the like as in a normal section topography, only the vicinity of the focal line 4 appears bright and a uniform cross-sectional image. Cannot be obtained.

そこで、本例では、図７に示すように、くさび状スリット３０からなる横スリット８、縦スリット９を用いて、回折Ｘ線像１３の焦線４付近で回折された部分の強度を測定するような配置とする。 Therefore, in this example, as shown in FIG. 7, the intensity of the portion diffracted in the vicinity of the focal line 4 of the diffracted X-ray image 13 is measured using the horizontal slit 8 and the vertical slit 9 formed of the wedge-shaped slit 30. The arrangement is as follows.

さらに、例えばパルスモータにより駆動する光学ステージ等の移動手段によって、測定結晶５の位置を所定の領域内（集光Ｘ線ビーム６を含む平面（Ｙ−Ｚ平面）内の第１の方向と、集光Ｘ線ビーム６に直交する第２の方向（Ｘ方向））において変化させる。 Further, for example, by a moving means such as an optical stage driven by a pulse motor, the position of the measurement crystal 5 is set within a predetermined region (a first direction in a plane including the condensed X-ray beam 6 (YZ plane)), It is changed in the second direction (X direction) orthogonal to the condensed X-ray beam 6.

これにより、測定結晶５の切断面形状の所定の位置に対応した回折Ｘ線強度を測定することができるため、鮮明で均一な多次元のトポグラフ像を生成することができる。 Thereby, since the diffracted X-ray intensity corresponding to the predetermined position of the cut surface shape of the measurement crystal 5 can be measured, a clear and uniform multidimensional topographic image can be generated.

［第２の例］
本発明の第２の実施の形態を、図８〜図１０に基づいて説明する。 [Second example]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

なお、前述した第１の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。 In addition, about the same part as the 1st example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.

図８は、本発明に係るＸ線トポグラフィー測定装置２００の構成例を示す。 FIG. 8 shows a configuration example of the X-ray topography measuring apparatus 200 according to the present invention.

本装置２００は、入射用のＸ線ビーム３１を発生するＸ線発生源２０（図１参照）と、Ｘ線ビーム３１を点領域Ｑ（すなわち、焦点３４）に集光した集光Ｘ線ビーム６を作成するＸ線集光手段３３と、そのＸ線ビーム３１の集光された点領域Ｑの近傍において集光Ｘ線ビーム６を透過させる測定媒体５０と、測定媒体５０を、集光Ｘ線ビーム６を含む平面（Ｙ−Ｚ平面）内の第１の方向と集光Ｘ線ビーム６に直交する第２の方向（Ｘ方向）とに移動させる移動手段と、測定媒体５０内におけるラウエ回折により散乱される回折Ｘ線像１３の１点の強度を測定し、測定媒体５０の結晶断面形状に対応したトポグラフ像を作成する像作成手段８，９，１０とによって構成される。 The apparatus 200 includes an X-ray generation source 20 that generates an incident X-ray beam 31 (see FIG. 1), and a condensed X-ray beam obtained by condensing the X-ray beam 31 in a point region Q (that is, a focal point 34). X-ray condensing means 33 for generating the X-ray 6, the measuring medium 50 that transmits the condensed X-ray beam 6 in the vicinity of the focused point region Q of the X-ray beam 31, and the measuring medium 50 A moving means for moving in a first direction in a plane including the line beam 6 (YZ plane) and a second direction (X direction) orthogonal to the focused X-ray beam 6; Laue in the measurement medium 50; The image forming means 8, 9, and 10 measures the intensity of one point of the diffracted X-ray image 13 scattered by diffraction and creates a topographic image corresponding to the crystal cross-sectional shape of the measurement medium 50.

（具体例）
以下、Ｘ線トポグラフィー測定装置２００を、具体例を挙げて説明する。本例では、Ｘ線ビーム３１を、点領域Ｑとしての焦点３４に集光する点フォーカスの例である。 (Concrete example)
Hereinafter, the X-ray topography measuring apparatus 200 will be described with a specific example. In this example, the X-ray beam 31 is an example of a point focus that focuses the focal point 34 as the point region Q.

フォトンエネルギーは、Ｅ＝１５ｋｅＶである。 The photon energy is E = 15 keV.

点フォーカスのためのＸ線集光手段３３として、２次元フレネルゾーンプレート３３（以下２Ｄゾーンプレート３３は、ＳｉＮ層（厚み２μｍ）の上に形成したＴａ膜（厚み２μｍ）に同心円のゾーンプレートパターンが電子線描画されている。最外周パターン線幅は０．２μｍ、焦点距離は５００ｍｍである。 As an X-ray focusing means 33 for point focusing, a two-dimensional Fresnel zone plate 33 (hereinafter, 2D zone plate 33 is a zone plate pattern concentric with a Ta film (thickness 2 μm) formed on a SiN layer (thickness 2 μm). The outermost pattern line width is 0.2 μm, and the focal length is 500 mm.

Ｘ線ビーム３１は、２Ｄゾーンプレート３３を通過すると、集光Ｘ線ビーム３６となって伝播し、ゼロ次光除去用ピンホール（図９で説明）を通って、焦点３４上にフォーカスされる。 When the X-ray beam 31 passes through the 2D zone plate 33, it propagates as a condensed X-ray beam 36, passes through a zero-order light removal pinhole (described in FIG. 9), and is focused on the focal point 34. .

本例における縦方向（Ｙ方向）の集光サイズは、図１、図２と同様で、０．２μｍである。 The condensing size in the vertical direction (Y direction) in this example is the same as in FIGS. 1 and 2 and is 0.2 μm.

一方、光源の横方向のサイズはＳｘ＝３００μｍと大きいため、Ｗｘ＝Ｓｘ×ｆ／Ｌ＝３μｍ、となる。この場合、Ｗｘ＞δであるため、横方向（Ｘ方向）の集光サイズはＷｘ＝３μｍである。 On the other hand, since the horizontal size of the light source is as large as Sx = 300 μm, Wx = Sx × f / L = 3 μm. In this case, since Wx> δ, the condensing size in the horizontal direction (X direction) is Wx = 3 μm.

測定結晶５０とＸ線ビーム３１との関係は、前述した図４と同様であり、本例においても距離Ａ’Ｂ’よって発生するボケを１μｍ以下とすることができる。 The relationship between the measurement crystal 50 and the X-ray beam 31 is the same as in FIG. 4 described above, and in this example, the blur generated by the distance A′B ′ can be 1 μm or less.

測定結晶５０としては、Ｓｉ（１００）ウエハを用いる。測定結晶５０は、その内部に焦点３４が位置するように配置する。回折条件は、Ｓｉ（６６０）反射であり、回折Ｘ線像４３は２θ ＝８０．５°の方向へ反射される。 As the measurement crystal 50, a Si (100) wafer is used. The measurement crystal 50 is arranged so that the focal point 34 is located inside. The diffraction condition is Si (660) reflection, and the diffraction X-ray image 43 is reflected in the direction of 2θ = 80.5 °.

図９は、そのＸ線トポグラフィー測定装置２００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するＸ方向（Ａ矢印方向）から見た図である。 FIG. 9 is a diagram of the X-ray topography measuring apparatus 200 as viewed from the X direction (A arrow direction) orthogonal to the YZ plane.

４１は、φ１０μｍのゼロ次光除去用ピンホールである。 Reference numeral 41 denotes a pinhole for removing zero-order light having a diameter of 10 μm.

本例でも、横スリット８および縦スリット９を、くさび状スリット３０の構造として形成することにより、回折Ｘ線像４３の１点の強度を測定し、Ｙ−Ｚ面内（図９参照）の１方向と、Ｘ方向（紙面に垂直方向）との２次元スキャンによってトポグラフ像を生成する。 Also in this example, by forming the horizontal slit 8 and the vertical slit 9 as the structure of the wedge-shaped slit 30, the intensity of one point of the diffracted X-ray image 43 is measured, and in the YZ plane (see FIG. 9). A topographic image is generated by two-dimensional scanning in one direction and the X direction (direction perpendicular to the paper surface).

本例では、Ｘ線ビーム３１を点フォーカスするため、試料結晶内におけるＸ線強度を大きくすることが可能である。 In this example, since the X-ray beam 31 is point-focused, the X-ray intensity in the sample crystal can be increased.

従って、前述した第１の例に比べて、トポグラフ像の測定に要する時間を一段と短縮することができる利点がある。 Therefore, compared to the first example described above, there is an advantage that the time required for measuring the topographic image can be further shortened.

また、本例によるＸ線トポグラフィー装置２００では、入射するＸ線ビーム１を点領域Ｑに集光し、この集光Ｘ線ビーム６を測定結晶５に透過させる。集光Ｘ線ビーム６のビームサイズは１μｍ以下とすることが可能なため、従来のＸ線セクショントポグラフィーに見られる像のボケを最小限に抑えることができる。 Further, in the X-ray topography apparatus 200 according to this example, the incident X-ray beam 1 is focused on the point region Q, and the focused X-ray beam 6 is transmitted through the measurement crystal 5. Since the beam size of the focused X-ray beam 6 can be set to 1 μm or less, it is possible to minimize image blurring seen in the conventional X-ray section topography.

しかし、Ｘ線ビーム１が焦点３４近傍の微小領域に集中するため、通常のセクショントポグラフィーのように写真フィルム等で回折像を記録すると、焦点３４付近のみが明るく写って均一な断面像が得られない。 However, since the X-ray beam 1 is concentrated in a small area near the focal point 34, when a diffraction image is recorded with a photographic film or the like as in a normal section topography, only the vicinity of the focal point 34 appears bright and a uniform cross-sectional image is obtained. I can't.

そこで、本例では、図１０に示すように、くさび状スリット３０からなる横スリット８、縦スリット９を用いて、回折Ｘ線像１３の焦点３４付近で回折された部分の強度を測定するような配置とする。 Therefore, in this example, as shown in FIG. 10, the intensity of the portion diffracted in the vicinity of the focal point 34 of the diffracted X-ray image 13 is measured using the horizontal slit 8 and the vertical slit 9 formed of the wedge-shaped slits 30. Arrange it properly.

以上の例では、Ｘ線ビーム１の集光手段としてフレネルゾーンプレートを用いて説明したが、これに限るものではなく、例えば円筒鏡のような反射型の集光手段を用いることも可能である。また、トポグラフ像の強度を測定する目的で、上記例に用いたくさびスリット以外に、通常の突合せ板型のスリット、あるいはピンホールを用いることも可能である。 In the above example, the Fresnel zone plate has been described as the condensing unit for the X-ray beam 1. However, the present invention is not limited to this, and a reflective condensing unit such as a cylindrical mirror can also be used. . In addition to the wedge slit used in the above example for the purpose of measuring the intensity of the topographic image, it is also possible to use a normal butt plate type slit or pinhole.

［第３の例］
本発明の第３の実施形態を、図１１〜図１４に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。 [Third example]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the same part as each example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.

本例では、像作成手段８，９としてのくさび状隙間を有するスリット（以下、Ｖスリット８，９という）のぼけ関数が画像修復に極めて適していることに着目し、Ｖスリット８，９により再構成されたトポグラフィー画像に対して、ぼけ画像修復処理を適用する。 In this example, focusing on the fact that the blur function of a slit having a wedge-shaped gap (hereinafter referred to as V slits 8 and 9) as the image creating means 8 and 9 is extremely suitable for image restoration. A blurred image restoration process is applied to the reconstructed topographic image.

図１１は、本発明に係るＸ線トポグラフィー測定装置１００の構成例を示す。 FIG. 11 shows a configuration example of the X-ray topography measuring apparatus 100 according to the present invention.

図１２は、Ｘ線トポグラフィー測定装置１００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するＹ方向（X矢印方向）図１とは異なる方向から見た構成図を示す。 12 shows a configuration diagram of the X-ray topography measuring apparatus 100 as seen from a direction different from FIG. 1 in the Y direction (X arrow direction) orthogonal to the YZ plane.

本例は、前述した図１に示した第１の例の変形例であり、像作成手段８，９，１０の後段に、像作成手段９０をさらに設けた場合の例である。 This example is a modification of the first example shown in FIG. 1 described above, and is an example in which an image creating means 90 is further provided at the subsequent stage of the image creating means 8, 9, 10.

像作成手段９０は、Ｖスリット８，９を通過することにより生成されたトポグラフ像に対して、所定のぼけ画像修復処理を行う画像処理手段（以下、画像処理部９０という）からなる。 The image creating unit 90 includes an image processing unit (hereinafter referred to as an image processing unit 90) that performs a predetermined blurred image restoration process on the topographic image generated by passing through the V slits 8 and 9.

この画像処理部９０は、回折Ｘ線像のＸ線強度信号から、所定の測定画像行列を生成する第１の処理部９１と、測定画像行列と、くさび状隙間を有するスリットの透過率曲線で決定されるぼけ行列とに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列を生成する第２の処理部９２とからなる。 The image processing unit 90 includes a first processing unit 91 that generates a predetermined measurement image matrix from an X-ray intensity signal of a diffraction X-ray image, a measurement image matrix, and a transmittance curve of a slit having a wedge-shaped gap. The second processing unit 92 generates a repaired image matrix by executing a blur repair process on the measurement image based on the determined blur matrix.

Ｘ線トポグラフィー測定装置１００を用いたＸ線トポグラフィーの測定方法は、前述した図３と同様に行うことができる。 The X-ray topography measuring method using the X-ray topography measuring apparatus 100 can be performed in the same manner as in FIG.

すなわち、図３において、ステップＳ１〜ステップＳ２を同様に処理する。その後、ステップＳ３では、集光Ｘ線ビーム６が測定媒体５の上記所定の領域内において回折して得られた回折Ｘ線像１３の１点の強度を、像作成手段８，９，１０，９０によって測定する。ステップＳ４では、測定した強度に基づいて、測定媒体５の所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応するトポグラフ像を像作成手段９０によって作成する。 That is, in FIG. 3, step S1 to step S2 are processed similarly. Thereafter, in step S3, the intensity of one point of the diffracted X-ray image 13 obtained by diffracting the focused X-ray beam 6 in the predetermined region of the measurement medium 5 is calculated as the image creating means 8, 9, 10, Measure by 90. In step S 4, based on the measured intensity, the topographic image corresponding to the crystal cut surface shape corresponding to the moving direction within the predetermined region of the measurement medium 5 is created by the image creating means 90.

（画像処理）
画像処理部９０の機能について説明する。 (Image processing)
The function of the image processing unit 90 will be described.

図１３は、画像処理部９０の機能を示したものである。 FIG. 13 shows the function of the image processing unit 90.

第１の処理部９１は、パルスモータ（図示せず）により駆動される試料の位置座標（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）と、シンチレーションカウンタ１０からのＸ線強度信号から測定画像行列Ｙを生成する部分である。 The first processing unit 91 generates a measurement image matrix Y from the position coordinates (Xs, Ys, Zs) of the sample driven by a pulse motor (not shown) and the X-ray intensity signal from the scintillation counter 10. It is.

第２の処理部９２は、前述した式（１０）により、ぼけ修復処理を実行し、修復画像行列Ｘを生成する部分である。 The second processing unit 92 is a part that performs a blur restoration process and generates a repaired image matrix X according to the above-described equation (10).

図１４は、図６の透過率曲線に対応してシンチレーションカウンタ１０から得られた、画素位置に対するＸ線強度信号の波形を示す。 FIG. 14 shows the waveform of the X-ray intensity signal with respect to the pixel position obtained from the scintillation counter 10 corresponding to the transmittance curve of FIG.

以下、第２の処理部９２の機能を詳細に説明する。ξを図５のξ方向の距離にとると、横Ｖスリット８の透過率曲線は、 Hereinafter, the function of the second processing unit 92 will be described in detail. When ξ is a distance in the ξ direction of FIG. 5, the transmittance curve of the lateral V slit 8 is

で表される。ここで、Ｔ_１は横スリットの透過率、μはＸ線吸収率、δはＶスリットの開口角である。 It is represented by Here, T ₁ is the transmissivity of the horizontal slit, μ is the X-ray absorption rate, and δ is the opening angle of the V slit.

また、図５の紙面に垂直方向の距離をζとすると、縦Ｖスリット９の透過率曲線は、 Further, if the distance in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 5 is ζ, the transmittance curve of the vertical V slit 9 is

となる。したがって、ぼけ関数Ｔは、 It becomes. Therefore, the blur function T is

となる。 It becomes.

すなわち、ぼけ関数Ｔは、変数分離型となって、前述した式（１０）による画像修復が可能である。 That is, the blur function T becomes a variable separation type, and image restoration can be performed by the above-described equation (10).

次に、Ｔ_１に関して、 Next, with respect to _{T 1,}

とおく。 far.

ここで、ξ_１は隣接画素間の距離、具体的には、パルスモータによる試料移動の１ステップ距離である。Ｖスリット８，９のぼけ行列をｂで表すと、 Here, ξ ₁ is a distance between adjacent pixels, specifically, one step distance of sample movement by the pulse motor. If the blur matrix of the V slits 8 and 9 is represented by b,

となる。そして都合のよいことに、この形の行列の逆行列は、 It becomes. And conveniently, the inverse of this form of matrix is

となる。 It becomes.

本例において、横Ｖスリット８および縦Ｖスリット９の開口角δは、等しい。 In this example, the opening angles δ of the horizontal V slit 8 and the vertical V slit 9 are equal.

また、ξ方向およびζ方向の試料移動のステップを等しくとったので、Ａ＝Ｂである。したがって、
Ｘ = Ａ^−１ＹＡ^−１ … （１８）
により、画像修復処理を行う。 In addition, since the steps of moving the sample in the ξ direction and the ζ direction are equal, A = B. Therefore,
X = A ⁻¹ Y A ⁻¹ (18)
Thus, image restoration processing is performed.

本例における画像修復処理の計算では、従来技術において最大の課題であった逆行列計算が不要である。 In the calculation of the image restoration processing in this example, the inverse matrix calculation which is the biggest problem in the prior art is unnecessary.

式（１６）、式（１７）の関係は、周知の内容であるが、本例では、Ｖスリット８，９がこの関係を物理的に実現する手段であることに着目した。 The relationship between the equations (16) and (17) is a well-known content, but in this example, attention is paid to the fact that the V slits 8 and 9 are means for physically realizing this relationship.

Ｖスリット８，９の特長は、まず透過率曲線が図６のごとく鋭いピークを有する（式（１６）の対角要素が大きく単位行列に近い）ことから、測定画像Ｙ自体が高い解像度を有することである。 The feature of the V slits 8 and 9 is that the transmittance curve has a sharp peak as shown in FIG. 6 (the diagonal element of equation (16) is large and close to the unit matrix), so the measurement image Y itself has a high resolution. That is.

以上より、Ｖスリット８，９のぼけ修復処理に適していることから、高解像度な修復画像Ｘを得ることが可能となる。 As described above, since it is suitable for the blur repair processing of the V slits 8 and 9, it is possible to obtain a high-resolution repair image X.

［第４の例］
本発明の第４の実施形態を、図１５および図１６に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。 [Fourth example]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 and 16. In addition, about the same part as each example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.

図１４は、本発明に係るＸ線トポグラフィー測定装置１００の構成例を示す。 FIG. 14 shows a configuration example of the X-ray topography measuring apparatus 100 according to the present invention.

図１５は、Ｘ線トポグラフィー測定装置１００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するＸ方向（Ａ矢印方向）から見た構成図を示す。 FIG. 15 shows a configuration diagram of the X-ray topography measuring apparatus 100 viewed from the X direction (A arrow direction) orthogonal to the YZ plane.

本例は、前述した図８に示した第２の例の変形例であり、像作成手段８，９，１０の後段に、像作成手段９０をさらに設けた場合の例である。 This example is a modification of the second example shown in FIG. 8 described above, and is an example in which an image creating means 90 is further provided at the subsequent stage of the image creating means 8, 9, 10.

像作成手段９０は、前述した第３の例と同様に、第１の処理部９１と第２の処理部９２とを有する画像処理部９０として構成される。 The image creating unit 90 is configured as an image processing unit 90 having a first processing unit 91 and a second processing unit 92, as in the third example described above.

本例においても、前述した第３の例と同様に処理することにより、Ｖスリット８，９は鋭い透過率曲線を有するので、該Ｖスリット８，９を経由して生成されるトポグラフ画像を、高解像度のものとすることができる。 Also in this example, the V slits 8 and 9 have a sharp transmittance curve by processing in the same manner as in the third example described above. Therefore, the topographic image generated via the V slits 8 and 9 is It can be of high resolution.

また、第１の処理部９１により、回折Ｘ線像のＸ線強度信号から、所定の測定画像行列Ｙを生成し、第２の処理部９２により、測定画像行列Ｙと、Ｖスリット８，９の透過率曲線で決定されるぼけ行列Ａ，Ｂとに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列Ｘを生成するようにしたので、Ｖスリット８，９のぼけ行列Ａ，Ｂに対しては、その逆行列Ａ^−１，Ｂ^−１が解析的に容易に求めることができる。 The first processing unit 91 generates a predetermined measurement image matrix Y from the X-ray intensity signal of the diffracted X-ray image, and the second processing unit 92 generates the measurement image matrix Y and the V slits 8 and 9. Based on the blur matrixes A and B determined by the transmittance curves, the repair image matrix X is generated by executing the blur repair process of the measurement image, so that the blur matrices A and V of the V slits 8 and 9 are generated. For B, the inverse matrices A ⁻¹ and B ⁻¹ can be easily determined analytically.

これにより、ノイズののったもともと不正確な測定画像に対しても、画像修復を厳密に効果的に行うことができ、一段と高解像度なトポグラフ像を生成することができる。 As a result, it is possible to perform image restoration strictly and effectively on a measurement image that is inherently inaccurate due to noise, and a topographic image with higher resolution can be generated.

［第５の例］
本発明の第５の実施形態を、図１７〜図２３に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。 [Fifth Example]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the same part as each example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.

図１７は、本発明に係るＸ線トポグラフィー測定装置３００の構成例を示す。 FIG. 17 shows a configuration example of an X-ray topography measuring apparatus 300 according to the present invention.

図１８は、Ｘ線トポグラフィー測定装置３００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するX方向（Ａ矢印方向）から見た構成図を示す。 FIG. 18 shows a configuration diagram of the X-ray topography measuring apparatus 300 viewed from the X direction (A arrow direction) orthogonal to the YZ plane.

本例は、前述した図８，９に示した第２の例、および図１５，１６に示した第４の例の変形例である。 This example is a modification of the second example shown in FIGS. 8 and 9 and the fourth example shown in FIGS.

Ｘ線集光手段として、２Ｄゾーンプレートの代わりに、楕円ミラー９３を用いる。 As an X-ray condensing means, an elliptical mirror 93 is used instead of the 2D zone plate.

像作成手段としての横Ｖスリット８とシンチレーションカウンタ１０の後段に、画像処理を行うための像作成手段９０をさらに設けた。 An image creating means 90 for performing image processing is further provided at the subsequent stage of the horizontal V slit 8 and the scintillation counter 10 as image creating means.

Ｘ線トポグラフィー測定装置３００を用いたＸ線トポグラフィーの測定方法は、前述した図３と同様に行うことができる。 The X-ray topography measuring method using the X-ray topography measuring apparatus 300 can be performed in the same manner as in FIG.

すなわち、図３において、ステップＳ１〜ステップＳ２を同様に処理する。その後、ステップＳ３では、集光Ｘ線ビーム６が測定媒体５の上記所定の領域内において回折して得られた回折Ｘ線像１３の１点の強度を、像作成手段８，１０，９０によって測定する。ステップＳ４では、測定した強度に基づいて、測定媒体５０の所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応するトポグラフ像を像作成手段９０によって作成する。 That is, in FIG. 3, step S1 to step S2 are processed similarly. Thereafter, in step S 3, the intensity of one point of the diffracted X-ray image 13 obtained by diffracting the focused X-ray beam 6 within the predetermined region of the measurement medium 5 is obtained by the image creating means 8, 10, 90. taking measurement. In step S 4, based on the measured intensity, the topographic image corresponding to the crystal cut surface shape corresponding to the moving direction within the predetermined region of the measurement medium 50 is created by the image creating means 90.

（具体例）
以下、Ｘ線トポグラフィー測定装置３００を、具体例を挙げて説明する。 (Concrete example)
Hereinafter, the X-ray topography measuring apparatus 300 will be described with a specific example.

矩形断面ａ−ｂ−ｃ−ｄを有するＸ線ビーム３１を得る手段は、前述した第１の例〜第４の例と同様である。 The means for obtaining the X-ray beam 31 having the rectangular cross section abcd is the same as in the first to fourth examples described above.

Ｘ線ビーム３１のサイズはａｂ＝２００μｍ、ｃｄ＝２００μｍ、フォトンエネルギーは、Ｅ＝１５ｋｅＶである。 The size of the X-ray beam 31 is ab = 200 μm, cd = 200 μm, and the photon energy is E = 15 keV.

点フォーカスのためのＸ線集光手段９３として、シリコンに白金Ｐｔをコートした楕円面ミラーを用い、この楕円ミラー９３にＸ線ビーム３１を全反射臨界角以下の低視斜角で入射させ、反射させることによりＸ線ビーム３１を点領域Ｑ（すなわち、焦点３４）に集光した。 As the X-ray condensing means 93 for the point focus, an ellipsoidal mirror in which platinum Pt is coated on silicon is used, and the X-ray beam 31 is incident on the elliptical mirror 93 at a low visual oblique angle equal to or less than the total reflection critical angle. The X-ray beam 31 was focused on the point region Q (that is, the focal point 34) by reflecting.

楕円ミラー９３の焦点距離は５００ｍｍである。集光サイズはＷｘ、Ｗｙとも１〜２μｍであった。 The focal length of the elliptical mirror 93 is 500 mm. The condensed light size was 1-2 μm for both Wx and Wy.

本例では、ＷｘがＸ方向とＹ方向に要求される分解能を十分満たすため、Ｖスリットとして、Ｚ方向の分解能を上げるための横Ｖスリット８のみを用いた。 In this example, since Wx sufficiently satisfies the resolution required in the X direction and the Y direction, only the lateral V slit 8 for increasing the resolution in the Z direction is used as the V slit.

本例で用いた試料（測定媒体５０）は４Ｈ−ＳｉＣ基板上にＳｉＣエピ層を形成し、ｐ−ｎダイオードを形成したものである（後述）。 The sample (measuring medium 50) used in this example is obtained by forming a SiC epi layer on a 4H—SiC substrate and forming a pn diode (described later).

図１８は、Ｘ線トポグラフィー測定装置３００を、Ｙ−Ｚ平面に直交するＸ方向（Ａ矢印方向）から見た図である。 FIG. 18 is a diagram of the X-ray topography measuring apparatus 300 viewed from the X direction (A arrow direction) orthogonal to the YZ plane.

楕円ミラー９３は断面図で示したように反射面が楕円体形状を有し、入射Ｘ線ビーム３１が反射して焦点Ｑ（３４）に収束する。楕円ミラー９３による集光では，図９，１６におけるゼロ次光除去用ピンホール４１は不要である。 As shown in the sectional view, the elliptical mirror 93 has an ellipsoidal reflecting surface, and the incident X-ray beam 31 is reflected and converged to the focal point Q (34). In the condensing by the elliptical mirror 93, the zero-order light removing pinhole 41 in FIGS. 9 and 16 is unnecessary.

回折Ｘ線４３の一部が横Ｖスリット８を経由してシンチレーションカウンタ１０に達してその強度が測定される。 A part of the diffracted X-ray 43 reaches the scintillation counter 10 via the horizontal V slit 8 and the intensity thereof is measured.

測定媒体５０の位置をスキャンしてトポグラフ像を得る仕組みは、前述した第１の例〜第４の例と同様である。ただし、本実施例では新たに図１８に示した座標軸Ｘ−Ｙ’−Ｚ’を定義し、この座標軸に平行に測定媒体５０をスキャンした。 The mechanism for obtaining the topographic image by scanning the position of the measurement medium 50 is the same as in the first to fourth examples. However, in this embodiment, the coordinate axis X-Y′-Z ′ shown in FIG. 18 is newly defined, and the measurement medium 50 is scanned in parallel with the coordinate axis.

すなわち、図３のステップＳ２において，第１の方向はＺ’方向でスキャンのキザミは０．５μｍ、第２の方向はＸ方向でスキャンのキザミは１μｍある。ここで、新座標軸のＹ’は測定媒体５０の表面に平行、Ｚ’は垂直な座標軸である。 That is, in step S2 of FIG. 3, the first direction is the Z ′ direction and the scan scratch is 0.5 μm, the second direction is the X direction, and the scan scratch is 1 μm. Here, Y 'of the new coordinate axis is parallel to the surface of the measurement medium 50, and Z' is a vertical coordinate axis.

図１９は、測定用媒体５０の断面構造を示す。 FIG. 19 shows a cross-sectional structure of the measurement medium 50.

この試料は４Ｈ−ＳｉＣ基板５００のＳｉ面側にＳｉＣエピ層５０１を成長させ、表面付近にｐ−ｎダイオードを形成したものである。図の５０３はｎ層，５０４はｐ層である。 In this sample, a SiC epi layer 501 is grown on the Si surface side of the 4H—SiC substrate 500, and a pn diode is formed near the surface. In the figure, 503 is an n layer, and 504 is a p layer.

エピ層の厚みは約６．７μｍ、ｐ−ｎ界面は表面から約１．４μｍの位置にある。六方晶のｃ軸は＜１１−２０＞方向に８°（ｏｆｆ角）傾いている。 The thickness of the epi layer is about 6.7 μm, and the pn interface is located about 1.4 μm from the surface. The hexagonal c-axis is inclined 8 ° (off angle) in the <11-20> direction.

ＳｉＣは次世代半導体材料として最も有望な材料の一つであるが、その実用化の最大の課題は結晶欠陥の低減である。本実施例では結晶欠陥の一種であるらせん転位の連続性を評価する目的で本発明を適用した。 SiC is one of the most promising materials as next-generation semiconductor materials, but the biggest problem in practical use is the reduction of crystal defects. In this example, the present invention was applied for the purpose of evaluating the continuity of screw dislocations, which is a kind of crystal defect.

図２０は、らせん転位のＸ−Ｚ’断面のトポグラフ像を等高線図として表したものである。 FIG. 20 shows a topographic image of the X-Z ′ cross section of the screw dislocation as a contour map.

このトポグラフ像は画像処理部９０を用いることなく得たものである。らせん転位中心部は結晶歪みは、きわめて大きいため、回折条件が満たされず、このような回折光強度の空洞が観測される。 This topographic image is obtained without using the image processing unit 90. Since the crystal distortion at the screw dislocation center is extremely large, the diffraction condition is not satisfied, and a cavity having such diffracted light intensity is observed.

空洞の傾きはｏｆｆ（８°）によく一致している。この結果はらせん転位が基板からエピ層まで連続していることを示している。 The inclination of the cavity is in good agreement with off (8 °). This result indicates that screw dislocations are continuous from the substrate to the epilayer.

図２１は、図２０のＸ＝１８μｍにおけるラインプロファイルとその差分曲線である。測定媒体表面における差分曲線のピーク幅が空間分解能を表していて、図２１では約２．２μｍである。 FIG. 21 shows a line profile at X = 18 μm in FIG. 20 and its difference curve. The peak width of the difference curve on the surface of the measurement medium represents the spatial resolution, which is about 2.2 μm in FIG.

この空間分解能はらせん転位評価には十分であるが、デバイス構造、特に積層構造との関係を評価するためには空間分解能をさらに改善する必要がある。 Although this spatial resolution is sufficient for evaluating screw dislocations, it is necessary to further improve the spatial resolution in order to evaluate the relationship with the device structure, particularly the laminated structure.

そこで、デバイスの積層構造とトポグラフ像との対応を評価するため、画像処理部９０によりＺ’方向の画像処理を行った。 Therefore, in order to evaluate the correspondence between the stacked structure of the device and the topographic image, the image processing unit 90 performs image processing in the Z ′ direction.

具体的には、図２１の差分曲線を図６の透過率曲線でフィットすることによりｂ＝０．６６と推定し、式１７により求めたＡ^−１を用いて、
Ｘ = Ａ^−１Ｙ … （１９）
により元画像行列Ｙから修復画像行列Ｘを計算した。 Specifically, b = 0.66 is estimated by fitting the difference curve of FIG. 21 with the transmittance curve of FIG. 6, and using A ⁻¹ obtained by Equation 17,
X = A ⁻¹ Y (19)
Thus, the repaired image matrix X was calculated from the original image matrix Y.

図２２は、画像修復の結果を示す。 FIG. 22 shows the result of image restoration.

元画像と比較すると修復画像は測定媒体表面の鮮明度が大幅に改善されたことがわかる。さらにｐ／ｎ界面とエピ／基板界面が識別できるようになり、積層構造と歪みとの関係を評価することが可能になった。 Compared with the original image, it can be seen that the sharpness of the surface of the measurement medium is significantly improved in the restored image. Furthermore, the p / n interface and the epi / substrate interface can be distinguished, and the relationship between the laminated structure and the strain can be evaluated.

図２３は、修復画像のラインプロファイルと差分曲線である。 FIG. 23 shows a line profile and a difference curve of the repaired image.

差分曲線ピークの幅は約０．５μｍであり、元画像の２．２μｍが大幅に改善されたことがわかる。 The width of the difference curve peak is about 0.5 μm, and it can be seen that 2.2 μm of the original image is greatly improved.

このように本発明によるＸ線トポグラフィー装置は、画像修復手段９０を追加することにより、空間分解能を大幅に改善することが可能となる。 As described above, the X-ray topography apparatus according to the present invention can significantly improve the spatial resolution by adding the image restoration means 90.

本発明の第１の実施の形態である、Ｘ線トポグラフィー測定装置の構成例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structural example of the X-ray topography measuring apparatus which is the 1st Embodiment of this invention. Ｘ線トポグラフィー測定装置を、図１とは異なる方向から見た構成図である。It is the block diagram which looked at the X-ray topography measuring apparatus from the direction different from FIG. Ｘ線トポグラフィー測定方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a X-ray topography measuring method. 測定結晶に入射する集光Ｘ線ビームの形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of the condensing X-ray beam which injects into a measurement crystal. くさび状のスリットを示す構成図である。It is a block diagram which shows a wedge-shaped slit. スリットの入射Ｘ線に対する透過率特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the transmittance | permeability characteristic with respect to the incident X-ray of a slit. 回折Ｘ線像の強度を測定するスリットの配置例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of arrangement | positioning of the slit which measures the intensity | strength of a diffraction X-ray image. 本発明の第２の実施の形態である、Ｘ線トポグラフィー測定装置の構成例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structural example of the X-ray topography measuring apparatus which is the 2nd Embodiment of this invention. Ｘ線トポグラフィー測定装置を、図８とは異なる方向から見た構成図である。It is the block diagram which looked at the X-ray topography measuring apparatus from the direction different from FIG. 回折Ｘ線像の強度を測定するスリットの配置例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of arrangement | positioning of the slit which measures the intensity | strength of a diffraction X-ray image. 本発明の第３の実施の形態である、Ｘ線トポグラフィー測定装置の構成例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structural example of the X-ray topography measuring apparatus which is the 3rd Embodiment of this invention. Ｘ線トポグラフィー測定装置を、図１１とは異なる方向から見た構成図である。It is the block diagram which looked at the X-ray topography measuring apparatus from the direction different from FIG. 画像処理部の機能を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the function of an image processing part. 図６の透過率曲線に対応してシンチレーションカウンタから得られた、画素位置に対するＸ線強度信号の波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the waveform of the X-ray intensity signal with respect to the pixel position obtained from the scintillation counter corresponding to the transmittance | permeability curve of FIG. 本発明の第４の実施の形態である、Ｘ線トポグラフィー測定装置の構成例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structural example of the X-ray topography measuring apparatus which is the 4th Embodiment of this invention. Ｘ線トポグラフィー測定装置を、図１５とは異なる方向から見た構成図である。It is the block diagram which looked at the X-ray topography measuring apparatus from the direction different from FIG. 本発明の第５の実施の形態である、Ｘ線トポグラフィー測定装置の構成例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structural example of the X-ray topography measuring apparatus which is the 5th Embodiment of this invention. Ｘ線トポグラフィー測定装置を、図１７とは異なる方向から見た構成図である。It is the block diagram which looked at the X-ray topography measuring apparatus from the direction different from FIG. 測定用媒体の断面構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cross-sectional structure of the medium for a measurement. らせん転位のＸ−Ｚ’断面のトポグラフ像を等高線図として表した説明図である。It is explanatory drawing which represented the topographic image of the X-Z 'cross section of a screw dislocation as a contour map. 図２０のＸ＝１８におけるラインプロファイルとその差分曲線を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the line profile in X = 18 of FIG. 20, and its difference curve. 画像修復の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of image restoration. 修復画像のラインプロファイルと差分曲線を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the line profile and difference curve of a restoration image. 従来のセクショントポグラフィー装置の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of the conventional section topography apparatus. 測定試料への入射Ｘ線ビームの厚みの影響を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the influence of the thickness of the incident X-ray beam to a measurement sample.

符号の説明Explanation of symbols

１Ｘ線ビーム
３Ｘ線集光手段（１次元フレネルゾーンプレート）
４焦線（直線領域Ｐ）
５測定媒体（測定結晶）
６集光Ｘ線ビーム
８，９像作成手段（横スリット、縦スリット）
１０像作成手段（シンチレーションカウンタ）
１３回折Ｘ線像
２０Ｘ線発生源
３０くさび状スリット
３１Ｘ線ビーム
３３Ｘ線集光手段（２次元フレネルゾーンプレート）
３４焦点（点領域Ｑ）
３５測定媒体（測定結晶）
３６集光Ｘ線ビーム
４３回折Ｘ線像
５０測定媒体（試料）
６４入射Ｘ線ビーム
６５シート状Ｘ線ビーム
９０像作成手段（画像処理部）
９１像作成手段（第１の処理部）
９２像作成手段（第２の処理）
９３Ｘ線集光手段（楕円ミラー）
１００，２００，３００Ｘ線トポグラフィー測定装置
1 X-ray beam 3 X-ray focusing means (1D Fresnel zone plate)
4 Focal line (Linear area P)
5 Measurement medium (measurement crystal)
6 Condensed X-ray beam 8, 9 Image creation means (horizontal slit, vertical slit)
10 Image creation means (scintillation counter)
13 X-ray diffraction image 20 X-ray generation source 30 Wedge-shaped slit 31 X-ray beam 33 X-ray focusing means (two-dimensional Fresnel zone plate)
34 Focus (Point area Q)
35 Measurement medium (measurement crystal)
36 Condensed X-ray beam 43 Diffracted X-ray image 50 Measurement medium (sample)
64 incident X-ray beam 65 sheet-like X-ray beam 90 image creating means (image processing unit)
91 Image creating means (first processing unit)
92 Image creating means (second processing)
93 X-ray focusing means (elliptical mirror)
100, 200, 300 X-ray topography measuring device

Claims

Ｘ線トポグラフィー測定装置であって、
Ｘ線ビームを発生するビーム発生手段と、
前記発生したＸ線ビームを所定の集光ビーム形状に集光し、該所定の集光ビーム形状に集光された集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させるビーム集光手段と、
前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させる媒体移動制御手段と、
前記集光Ｘ線ビームが前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内において回折して得られた所定の焦点形状をもつ回折Ｘ線ビームの強度を測定し、該測定した強度に基づいて前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応する多次元のトポグラフ像を生成する像作成手段と
を具えたことを特徴とするＸ線トポグラフィー測定装置。 An X-ray topography measuring device,
Beam generating means for generating an X-ray beam;
Beam condensing means for condensing the generated X-ray beam into a predetermined condensing beam shape, and causing the condensed X-ray beam condensing into the predetermined condensing beam shape to enter the measurement crystal medium;
Medium movement control means for moving the measurement crystal medium in a plurality of directions within a predetermined region including the focused X-ray beam;
The intensity of the diffracted X-ray beam having a predetermined focal shape obtained by diffracting the focused X-ray beam in the predetermined region of the crystal medium for measurement is measured, and the measurement is performed based on the measured intensity. An X-ray topography measuring apparatus comprising: an image creating means for generating a multidimensional topographic image corresponding to a crystal cut surface shape in accordance with a moving direction of the crystal medium for use in the predetermined region.

前記ビーム集光手段は、前記発生したＸ線ビームを、直線状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光する直線領域集光手段からなることを特徴とする請求項１記載のＸ線トポグラフィー測定装置。 The said beam condensing means consists of a linear area condensing means which condenses the said produced | generated X-ray beam to the predetermined condensing X-ray beam which has a linear focus area | region. X-ray topography measuring device.

前記直線領域集光手段は、１次元フレネルゾーンプレートからなることを特徴とする請求項２記載のＸ線トポグラフィー測定装置。 The X-ray topography measuring apparatus according to claim 2, wherein the linear region condensing means comprises a one-dimensional Fresnel zone plate.

前記ビーム集光手段は、前記発生したＸ線ビームを、点状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光する点領域集光手段からなることを特徴とする請求項１記載のＸ線トポグラフィー測定装置。 The said beam condensing means consists of point area condensing means which condenses the said produced | generated X-ray beam to the predetermined condensing X-ray beam which has a point-like focal area | region. X-ray topography measuring device.

前記点領域集光手段は、２次元フレネルゾーンプレートからなることを特徴とする請求項４記載のＸ線トポグラフィー測定装置。 5. The X-ray topography measuring apparatus according to claim 4, wherein the point area condensing means is a two-dimensional Fresnel zone plate.

前記点領域集光手段は、楕円ミラーからなることを特徴とする請求項４記載のＸ線トポグラフィー測定装置。 5. The X-ray topography measuring apparatus according to claim 4, wherein the point area condensing means comprises an elliptical mirror.

前記媒体移動制御手段は、前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む平面内の第１の方向と、該集光Ｘ線ビームに直交する第２の方向とに移動させることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定装置。 The medium movement control means moves the measurement crystal medium in a first direction in a plane including the focused X-ray beam and a second direction orthogonal to the focused X-ray beam. The X-ray topography measuring apparatus according to any one of claims 1 to 6,

前記像作成手段は、前記回折Ｘ線ビームの１点の強度を測定する回折強度測定手段を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定装置。 8. The X-ray topography measuring apparatus according to claim 1, wherein the image creating means includes diffraction intensity measuring means for measuring the intensity of one point of the diffracted X-ray beam.

前記像作成手段は、くさび状隙間を有するスリットを含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定装置。 The X-ray topography measuring apparatus according to claim 1, wherein the image creating unit includes a slit having a wedge-shaped gap.

前記像作成手段は、
前記回折Ｘ線ビームの強度を測定して生成された前記トポグラフ像に対して、所定のぼけ画像修復処理を行う画像処理手段をさらに具えたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定装置。 The image creating means includes
10. The image processing device according to claim 1, further comprising image processing means for performing a predetermined blurred image restoration process on the topographic image generated by measuring the intensity of the diffracted X-ray beam. The X-ray topography measuring apparatus as described.

前記画像処理手段は、
前記回折Ｘ線像のＸ線強度信号から、所定の測定画像行列を生成する手段と、
前記測定画像行列と、前記くさび状隙間を有するスリットの透過率曲線で決定されるぼけ行列とに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列を生成する手段と
を含むことを特徴とする請求項１０記載のＸ線トポグラフィー測定装置。 The image processing means includes
Means for generating a predetermined measurement image matrix from the X-ray intensity signal of the diffraction X-ray image;
Means for generating a repaired image matrix by performing a blurring repair process on the measured image based on the measured image matrix and a blur matrix determined by a transmittance curve of the slit having the wedge-shaped gap. The X-ray topography measuring apparatus according to claim 10, wherein

Ｘ線トポグラフィー測定方法であって、
発生したＸ線ビームをビーム集光手段により所定の集光ビーム形状に集光し、該所定の集光ビーム形状に集光された集光Ｘ線ビームを測定用結晶媒体に入射させる工程と、
前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む所定の領域内において複数の方向に移動させる工程と、
前記集光Ｘ線ビームが前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内において回折して得られた所定の焦点形状をもつ回折Ｘ線ビームの強度を測定する工程と、
前記測定した強度に基づいて前記測定用結晶媒体の前記所定の領域内での移動方向に即した結晶切断面形状に対応する多次元のトポグラフ像を生成する工程と
を具えたことを特徴とするＸ線トポグラフィー測定方法。 X-ray topography measurement method,
Condensing the generated X-ray beam into a predetermined focused beam shape by a beam condensing means, and causing the focused X-ray beam focused in the predetermined focused beam shape to enter the measurement crystal medium;
Moving the measurement crystal medium in a plurality of directions within a predetermined region including the focused X-ray beam;
Measuring the intensity of the diffracted X-ray beam having a predetermined focal shape obtained by diffracting the focused X-ray beam in the predetermined region of the measurement crystal medium;
Generating a multi-dimensional topographic image corresponding to a crystal cut surface shape in accordance with a moving direction of the measurement crystal medium in the predetermined region based on the measured intensity. X-ray topography measurement method.

前記発生したＸ線ビームを、直線状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光することを特徴とする請求項１２記載のＸ線トポグラフィー測定方法。 13. The X-ray topography measurement method according to claim 12, wherein the generated X-ray beam is focused on a predetermined focused X-ray beam having a linear focal region.

前記発生したＸ線ビームを、１次元フレネルゾーンプレートに導くことにより、前記直線領域の集光ビーム形状の集光Ｘ線ビームに集光することを特徴とする請求項１３記載のＸ線トポグラフィー測定方法。 14. The X-ray topography according to claim 13, wherein the generated X-ray beam is led to a one-dimensional Fresnel zone plate to be focused on a focused X-ray beam having a focused beam shape in the linear region. Measuring method.

前記発生したＸ線ビームを、点状の焦点領域を有する所定の集光Ｘ線ビームに集光することを特徴とする請求項１２記載のＸ線トポグラフィー測定方法。 13. The X-ray topography measuring method according to claim 12, wherein the generated X-ray beam is condensed into a predetermined focused X-ray beam having a dotted focal region.

前記Ｘ線ビームを、２次元フレネルゾーンプレートに導くことにより、前記点領域の集光ビーム形状の集光Ｘ線ビームに集光することを特徴とする請求項１５記載のＸ線トポグラフィー測定方法。 16. The X-ray topography measuring method according to claim 15, wherein the X-ray beam is focused on a two-dimensional Fresnel zone plate, thereby condensing the X-ray beam into a focused X-ray beam in the shape of the focused beam in the point region. .

前記Ｘ線ビームを、楕円ミラーに導くことにより、前記点領域の集光ビーム形状の集光Ｘ線ビームに集光することを特徴とする請求項１５記載のＸ線トポグラフィー測定方法。 The X-ray topography measurement method according to claim 15, wherein the X-ray beam is focused on an elliptical mirror so as to be focused on a focused X-ray beam having a focused beam shape in the point region.

前記測定用結晶媒体を、前記集光Ｘ線ビームを含む平面内の第１の方向と、該集光Ｘ線ビームに直交する第２の方向とに移動させることを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定方法。 13. The measurement crystal medium is moved in a first direction within a plane including the focused X-ray beam and a second direction orthogonal to the focused X-ray beam. The X-ray topography measuring method according to any one of 17.

前記測定する工程は、前記回折Ｘ線像の１点の強度を測定することを特徴とする請求項１２ないし１８のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定方法。 The X-ray topography measuring method according to claim 12, wherein the measuring step measures the intensity of one point of the diffraction X-ray image.

前記測定する工程は、前記回折Ｘ線像がくさび状隙間を有するスリットを通過することによって該回折Ｘ線ビームの１点の強度を測定することを特徴とする請求項１２ないし１９のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定方法。 20. The measuring step includes measuring the intensity of one point of the diffracted X-ray beam by passing the diffracted X-ray image through a slit having a wedge-shaped gap. The X-ray topography measuring method as described.

前記トポグラフ像を生成する工程は、前記回折Ｘ線ビームの強度を測定して生成された前記トポグラフ像に対して、所定のぼけ画像修復処理を行う画像処理工程をさらに具えたことを特徴とする請求項１２ないし２０のいずれかに記載のＸ線トポグラフィー測定方法。 The step of generating the topographic image further comprises an image processing step of performing a predetermined blurred image restoration process on the topographic image generated by measuring the intensity of the diffracted X-ray beam. 21. The X-ray topography measurement method according to any one of claims 12 to 20.

前記画像処理工程は、
前記回折Ｘ線ビームのＸ線強度信号から、所定の測定画像行列を生成する工程と、
前記測定画像行列と、前記くさび状隙間を有するスリットの透過率曲線で決定されるぼけ行列とに基づいて、測定画像のぼけ修復処理を実行して修復画像行列を生成する工程と
を含むことを特徴とする請求項２１記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
The image processing step includes
Generating a predetermined measurement image matrix from the X-ray intensity signal of the diffracted X-ray beam;
Including a step of generating a repair image matrix by performing a blur repair process of the measurement image based on the measurement image matrix and a blur matrix determined by a transmittance curve of the slit having the wedge-shaped gap. The X-ray topography measuring method according to claim 21, characterized in that: