特開 2024-159579 複数の角度入力面を有するＸ線回折イメージング検出器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024159579

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】複数の角度入力面を有するＸ線回折イメージング検出器

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/20 20060101AFI20241031BHJP

   G01N 23/2055 20180101ALI20241031BHJP

   G01N 23/205 20180101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

G01T1/20 C

G01N23/2055 310

G01N23/205

G01T1/20 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024065944

(22)【出願日】2024-04-16

(31)【優先権主張番号】18/307,834

(32)【優先日】2023-04-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】524143593

【氏名又は名称】ブルカー テクノロジーズ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141553

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 信彦

(74)【代理人】

【識別番号】100210239

【弁理士】

【氏名又は名称】富永 真太郎

(72)【発明者】

【氏名】リチャード テイク バイザウェイ

【テーマコード（参考）】

2G001

2G188

【Ｆターム（参考）】

2G001AA01

2G001BA18

2G001CA01

2G001DA01

2G001DA09

2G001KA03

2G001KA04

2G001LA11

2G188AA27

2G188BB02

2G188CC13

2G188CC22

2G188DD05

(57)【要約】

【課題】Ｘ線回折イメージング（ＸＲＤＩ）における分解能を改善するための方法及びシステムを提供すること。
【解決手段】Ｘ線システムの検出器組立体であって、検出器組立体は、（ａ）第１の面を有する光学センサであって、光学センサは、第１の面に衝突する光放射線を受信し、光放射線に応答して電気信号を生成するように構成されている光学センサと、（ｂ）光学センサの第１の面上に配置された光ファイバプレート（ＦＯＰ）であって、ＦＯＰが（ｉ）第１の面の法線に対して鋭角に配置され、光放射線を光学センサに伝達するように構成されている１又は２以上の光ファイバと、（ｉｉ）第１の面に対して傾斜した第２の面とを含む、ＦＯＰと、（ｃ）ＦＯＰの第２の面上に配置され、Ｘ線ビームを光放射線に変換するように構成されたシンチレータ層と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ線システムの検出器組立体であって、
第１の面を有する光学センサであって、前記第１の面に衝突する光放射線を受信して、前記光放射線に応答して電気信号を生成するように構成された光学センサと、
前記光学センサの第１の面上に配置された光ファイバプレート（ＦＯＰ）と、
を備え、
前記ＦＯＰが、
前記第１の面の法線に対して鋭角に配置された１又は２以上の光ファイバであって、前記光放射線を前記光学センサに伝達するように構成されている、１又は２以上の光ファイバと、
前記第１の面に対して傾斜した第２の面と、
を含み、
前記検出器組立体が更に、
前記ＦＯＰの第２の面上に配置され、Ｘ線ビームを前記光放射線に変換するように構成されたシンチレータ層を備える、
Ｘ線システムの検出器組立体。

【請求項2】

前記第１の面上に配置された追加のＦＯＰを備え、前記追加のＦＯＰが、（ｉ）前記法線に平行に配置された追加の光ファイバと、（ｉｉ）前記第１の面に平行であり且つ追加のシンチレータ層がその上に配置された第３の面と、を含む、請求項１に記載の検出器組立体。

【請求項3】

前記Ｘ線ビームが、（ｉ）前記法線に対して第１の角度を有する第１の方向で試料から放出される第１のＸ線ビームと、（ｉｉ）前記第１の角度よりも大きい、前記法線に対して第２の角度を有する第２の方向で前記試料から回折される第２のＸ線ビームと、を含み、前記第２のＸ線ビームの受信に応答して、前記ＦＯＰ及び前記追加のＦＯＰは、前記第１の面上にそれぞれ第１のスポット及び第２のスポットを生成するように構成され、前記第２のスポットが前記第１のスポットよりも小さい、請求項２に記載の検出器組立体。

【請求項4】

前記第１のＸ線ビームの受信に応答して、前記ＦＯＰ及び前記追加のＦＯＰは、前記第１の面に第３及び第４のスポットをそれぞれ生成するように構成され、前記第４のスポットは前記第３のスポットよりも小さい、請求項３に記載の検出器組立体。

【請求項5】

前記ＦＯＰの１又は２以上の光ファイバは、前記第１の面に対して第１の傾斜した角度で及び前記第２の面に対して第２の傾斜した角度で配置される、請求項１～４の何れかに記載の検出器組立体。

【請求項6】

前記第１の傾斜した角度及び前記第２の傾斜した角度が等しい、請求項５に記載の検出器組立体。

【請求項7】

Ｘ線分析のためのシステムであって、
第１のＸ線ビームを試料の面上に衝突するように配向するよう構成された線源組立体と、
検出器組立体と、
を備え、
前記検出器組立体が、
第１の面を有する光学センサと、
前記第１の面上に配置された光ファイバプレート（ＦＯＰ）と、
を備え、
前記ＦＯＰが、
前記第１の面の法線に対して鋭角に配置された１又は２以上の光ファイバと、
前記第１の面に対して傾斜した第２の面と、
を含み、
前記検出器組立体が更に、
前記ＦＯＰの第２の面上に配置されたシンチレータ層を含み、
前記シンチレータ層が、前記第１のＸ線ビームに応答して前記試料から放出される第２のＸ線ビームを光放射線に変換するように構成され、前記ＦＯＰ内の光ファイバは、前記光放射線を前記光学センサに伝達するように構成され、前記光学センサは、前記第１の面に衝突する光放射線を受信して、前記光放射線に応答して電気信号を生成するように構成されている、システム。

【請求項8】

プロセッサを備え、前記プロセッサが、前記電気信号に基づいてＸ線分析を実行するように構成されている、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記第２のＸ線ビームは、前記法線に平行な第１の方向で前記試料から放出される第１のビームと、前記法線に対して傾斜した第２の方向で前記試料から回折される第２のビームとを含み、前記第１及び第２のビームの受信に応答して、（ｉ）前記ＦＯＰは、前記第１の面上に第１及び第２のスポットをそれぞれ生成するように構成され、（ｉｉ）追加のＦＯＰが、前記第１の面上に第３及び第４のスポットをそれぞれ生成するように構成され、前記プロセッサは、前記Ｘ線分析を実行するために前記第２及び第３のスポットを使用するように構成されている、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記試料が、前記線源組立体と前記検出器組立体との間に配置され、前記線源組立体は、前記第１のＸ線ビームを前記試料の第３の面に衝突するように配向するように構成され、前記検出器組立体は、前記第３の面で前記試料に入射し、前記試料を通過する間に回折され、前記第３の面とは反対側の第４の面で前記試料から出射した前記第２のＸ線ビームを検出するように構成されており、前記第２のＸ線ビームに基づいて、前記プロセッサは、前記試料のＸ線回折（ＸＲＤ）画像を生成するように構成されている、請求項８に記載のシステム。

【請求項11】

前記ＸＲＤ画像に基づいて、前記プロセッサは、前記試料中の１又は２以上の欠陥を検出するように構成され、検出された欠陥の少なくとも１つは、前記第３の面と前記第４の面との間に位置する結晶中の欠陥を含む、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記線源組立体及び前記検出器組立体は、前記試料の面上に面しており、前記線源組立体は、前記第１のＸ線ビームを前記試料の面上に第１の鋭角で衝突するように配向するように構成されており、前記検出器組立体は、前記面から第２の鋭角で回折された前記第２のＸ線ビームを検出するように構成されており、前記第２のＸ線ビームに基づいて、前記プロセッサは、前記試料のＸ線回折（ＸＲＤ）画像を生成するように構成されている、請求項８に記載のシステム。

【請求項13】

Ｘ線分析のための方法であって、
第１のＸ線ビームを試料の面上に衝突するように配向するステップと、
（ａ）第１の面を有する光学センサ及び（ｂ）前記第１の面上に配置された光ファイバプレート（ＦＯＰ）を備えた検出器組立体を用いて、前記第１のＸ線ビームに応答して前記試料から放出される第２のＸ線ビームを検出するステップであって、前記ＦＯＰが、少なくとも、（ｉ）前記第１の面の法線に対して鋭角に配置された１又は２以上の光ファイバ及び（ｉｉ）前記第１の面に対して傾斜した第２の面を含む、ステップと、
前記第２のＸ線ビームを光放射線に変換するステップと、
前記光放射線を前記光学センサの第１の面に伝達するステップと、
前記光放射線に応答して電気信号を生成するステップと、
を含む方法。

【請求項14】

前記検出器組立体は、前記ＦＯＰの第２の面上に配置されたシンチレータ層を備え、前記第２のＸ線ビームを変換するステップは、前記第２のＸ線ビームを前記シンチレータ層に配向するステップと、前記第２のＸ線ビームを前記光放射線に変換するための前記シンチレータ層を施工するステップと、を含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記第２のＸ線ビームを検出するステップが、前記第１の層の上に配置された追加のＦＯＰを施工するステップを含み、前記追加のＦＯＰが、（ｉ）前記法線に対して平行に配置された追加の光ファイバと、（ｉｉ）前記第１の層に対して平行であり且つ追加のシンチレータ層がその上に配置された第３の層とを含む、請求項１３及び１４の何れかに記載の方法。

【請求項16】

前記第２のＸ線ビームは、（ｉ）前記法線に対して第１の角度を有する第１の方向で前記試料から放出される第１のビームと、（ｉｉ）前記第１の角度よりも大きい、前記法線に対して第２の角度を有する第２の方向で前記試料から回折される第２のビームと、を含み、前記光放射線を伝達するステップが、前記第２のＸ線ビームの受信に応答して、前記第１の面上に第１のスポット及び第２のスポットをそれぞれ生成するために前記ＦＯＰ及び前記追加のＦＯＰを施工するステップを含み、前記第２のスポットが、前記第１のスポットよりも小さい、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記第１のビームの受信に応答して、前記第１の面上に第３及び第４のスポットをそれぞれ生成するため前記ＦＯＰ及び前記追加のＦＯＰを施工するステップを含み、前記第４のスポットが前記第３のスポットよりも小さい、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

Ｘ線システムの検出器組立体を製造する方法であって、
光ファイバプレート（ＦＯＰ）を受けるステップであって、前記ＦＯＰが、前記ＦＯＰの第１の面の法線に対して鋭角に配置された１又は２以上の光ファイバと、前記第１の面に対して傾斜した第２の面とを含む、ステップと、
前記ＦＯＰの第２の面上に、Ｘ線ビームを光放射線に変換するためのシンチレータ層を配置するステップと、
前記光放射線を前記光学センサに伝達するために前記光学センサの第３の面上に前記ＦＯＰを配置するステップと、
を含む、方法。

【請求項19】

前記１又は２以上の光ファイバを、前記第１の面に対して第１の傾斜した角度で及び前記第２の面に対して第２の傾斜した角度で配置するステップを含む、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記第１の傾斜した角度及び前記第２の傾斜した角度が等しい、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般にＸ線分析に関し、特にＸ線回折イメージング（ＸＲＤＩ）における分解能を改善するための方法及びシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体基板中の結晶欠陥を検出するために、Ｘ線トポグラフィとしても知られるＸ線回折イメージング（ＸＲＤＩ）の分解能を向上させるための様々な技術が開発されてきた。

【0003】

例えば、米国特許第９，３３５，２８２号には、試料に入射する所望の特性Ｘ線をＸ線源から放射されるＸ線から分離し、及び所望の特性Ｘ線の照射領域を増加させることができるＸ線トポグラフィ装置が記載されている。このＸ線トポグラフィ装置は、高精度焦点から所定の特性Ｘ線を含むＸ線を放射するＸ線源と、所定の特性Ｘ線に対応する勾配を有する多層間隔を有する多層ミラーを含む光学系であって、多層ミラーで反射されたＸ線を試料に入射させるように構成された光学系と、回折されたＸ線を検出するＸ線検出器と、を含む。多層ミラーは、放物面断面を有する湾曲反射面を含み、Ｘ線源の微細焦点は、湾曲反射面の焦点上に設けられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第９，３３５，２８２号明細書

【特許文献2】米国特許第１０，８１６，４８７号明細書

【発明の概要】

【0005】

本明細書に記載される本発明の実施形態は、Ｘ線システムの検出器組立体を提供し、検出器組立体は、（ａ）第１の面を有する光学センサであって、第１の面に衝突する光放射線を受信して、光放射線に応答して電気信号を生成するように構成された光学センサと、（ｂ）光学センサの第１の面上に配置された光ファイバプレート（ＦＯＰ）と、を備え、ＦＯＰが、（ｉ）第１の面の法線に対して鋭角に配置された１又は２以上の光ファイバであって、光放射線を光学センサに伝達するように構成されている、１又は２以上の光ファイバと、（ｉｉ）第１の面に対して傾斜した第２の面と、を含み、検出器組立体が更に（ｃ）ＦＯＰの第２の面上に配置され、Ｘ線ビームを光放射線に変換するように構成されたシンチレータ層を備える。

【0006】

幾つかの実施形態では、検出器組立体は、第１の面上に配置された追加のＦＯＰを含み、追加のＦＯＰは、（ｉ）法線に対して平行に配置された追加の光ファイバと、（ｉｉ）第１の面に対して平行であり且つ追加のシンチレータ層がその上に配置された第３の面を有する。他の実施形態では、Ｘ線ビームは、（ｉ）法線に対して第１の角度を有する第１の方向で試料から放出される第１のＸ線ビームと、（ｉｉ）法線に対して第１の角度よりも大きい第２の角度を有する第２の方向で試料から回折される第２のＸ線ビームと、を含み、第２のＸ線ビームの受信に応答して、ＦＯＰ及び追加のＦＯＰは、第１の面上に第１のスポット及び第２のスポットをそれぞれ生成するように構成され、第２のスポットは第１のスポットよりも小さい。更に他の実施形態では、第１のＸ線ビームの受信に応答して、ＦＯＰ及び追加のＦＯＰは、第１の面上に第３及び第４のスポットをそれぞれ生成するように構成され、第４のスポットは第３のスポットよりも小さい。

【0007】

幾つかの実施形態では、ＦＯＰの１又は２以上の光ファイバは、第１の面に対して第１の傾斜した角度で及び第２の面に対して第２の傾斜した角度で配置される。他の実施形態では、第１の傾斜した角度及び第２の傾斜した角度は等しい。

【0008】

本発明の一実施形態によれば、Ｘ線分析のためのシステムが更に提供され、システムは、（ａ）第１のＸ線ビームを試料の面上に衝突するように配向するように構成された線源組立体と、（ｂ）検出器組立体と、を備え、検出器組立体が、（ｉ）第１の面を有する光学センサと、（ｉｉ）第１の面上に配置された光ファイバプレート（ＦＯＰ）と、を備え、ＦＯＰが、第１の面の法線に対して鋭角に配置された１又は２以上の光ファイバと、第１の面に対して傾斜した角度である第２の面とを含む光ファイバプレートと、検出器組立体が更に（ｉｉｉ）ＦＯＰの第２の面上に配置されたシンチレータ層と、を備える。シンチレータ層は、第１のＸ線ビームに応答して試料から放出される第２のＸ線ビームを光放射線に変換するように構成され、ＦＯＰ内の光ファイバは、光放射線を光学センサに伝達するように構成され、光学センサは、第１の面に衝突する光放射線を受信し、光放射線に応答して電気信号を生成するように構成される。

【0009】

幾つかの実施形態では、システムは、電気信号に基づいてＸ線分析を実行するように構成されたプロセッサを含む。他の実施形態では、第２のＸ線ビームは、法線に平行な第１の方向で試料から放出される第１のビームと、法線に対して傾斜した第２の方向で試料から回折される第２のビームとを含み、第１及び第２のビームの受信に応答して、（ｉ）ＦＯＰは、第１の面上に第１及び第２のスポットをそれぞれ生成するように構成され、（ｉｉ）追加のＦＯＰは、第１の面上に第３及び第４のスポットをそれぞれ生成するように構成され、プロセッサは、Ｘ線分析を実行するために第２及び第３のスポットを使用するように構成される。

【0010】

幾つかの実施形態では、試料は、線源組立体と検出器組立体との間に配置され、線源組立体は、第１のＸ線ビームを、試料の第３の面に衝突するように配向するように構成され、検出器組立体は、第３の面で試料に入射し、試料を通過する間に回折され、第３の面とは反対側の第４の面で試料から出射した第２のＸ線ビームを検出するように構成されており、第２のＸ線ビームに基づいて、プロセッサは、試料のＸ線回折（ＸＲＤ）画像を生成するように構成されている。

【0011】

幾つかの実施形態では、ＸＲＤ画像に基づいて、プロセッサは、試料中の１又は２以上の欠陥を検出するように構成され、検出された欠陥の少なくとも１つは、第３の面と第４の面との間に位置する結晶中の欠陥を含む。他の実施形態では、線源組立体及び検出器組立体は、試料の面上に面しており、線源組立体は、第１のＸ線ビームを試料の面上に第１の鋭角で衝突するように配向するように構成されており、検出器組立体は、上記面から第２の鋭角で回折された第２のＸ線ビームを検出するように構成されており、第２のＸ線ビームに基づいて、プロセッサは、試料のＸ線回折（ＸＲＤ）画像を生成するように構成されている。

【0012】

本発明の一実施形態によれば、Ｘ線分析のための方法が更に提供され、方法は、第１のＸ線ビームを試料の面上に衝突するように配向するステップを含む。第２のＸ線ビームが検出される。第２のＸ線ビームは、（ａ）第１の面を有する光学センサ及び（ｂ）第１の面上に配置された光ファイバプレート（ＦＯＰ）を含む検出器組立体を用いて、第１のＸ線ビームに応答して試料から放出され、ＦＯＰは、少なくとも：（ｉ）第１の面の法線に対して鋭角に配置された１又は２以上の光ファイバと、（ｉｉ）第１の面に対して傾斜した第２の面とを含む。第２のＸ線ビームは光放射線に変換される。光放射線は光学センサの第１の面に伝達されて、光放射線に応答して電気信号が生成される。

【0013】

本発明の一実施形態によれば、Ｘ線システムの検出器組立体を製造するための方法が更に提供され、方法は、光ファイバプレート（ＦＯＰ）を受けるステップを含み、ＦＯＰは、（ｉ）ＦＯＰの第１の面の法線に対して鋭角に配置された１又は２以上の光ファイバと、（ｉｉ）第１の面に対して傾斜した第２の面とを含む。ＦＯＰの第２の面上には、Ｘ線を光放射線に変換するためのシンチレータ層が配置されている。ＦＯＰは、光放射線を光学センサに伝達するために、光学センサの第３の面上に配置される。

【0014】

幾つかの実施形態において、本方法は、１又は２以上の光ファイバを、第１の面に対して第１の傾斜した角度で及び第２の面に対して第２の傾斜した角度で配置するステップを含む。他の実施形態では、第１の傾斜した角度及び第２の傾斜した角度は等しい。

【0015】

本発明は、実施形態に関する以下の詳細な説明から、図面を参照して理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係るＸ線回折イメージング（ＸＲＤＩ）装置の概略側面図である。

【0017】

【図2】本発明の実施形態による、図１のシステムの検出器組立体の概略断面図である。

【0018】

【図3】本発明の実施形態に従った、図２の検出器組立体を使用してＸ線分析を実行する方法を概略的に示すフローチャートである。

【0019】

【図4】本発明の実施形態に従った、図２の検出器組立体を製造する方法を概略的に示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

概要
Ｘ線トポグラフィとしても知られるＸ線回折イメージング（ＸＲＤＩ）は、半導体ウェーハから回折されたＸ線の強度を分析することに基づいて、半導体ウェーハのような結晶試料の格子内の欠陥を検出するために使用することができる。

【0021】

本明細書に記載される本発明の実施形態は、ＸＲＤＩシステムを用いて生成される画像の解像度を向上させることにより、結晶試料中の欠陥の検出能力を向上させる方法及びシステムを提供する。

【0022】

幾つかの実施形態では、ＸＲＤＩシステム（本明細書では、簡潔にするために、Ｘ線トポグラフィシステム、又はシステムとも呼ばれる）は、１つ又は２以上の線源組立体を備え、線源組立体の少なくとも１つは、１つ又は２以上のそれぞれのＸ線ビームを放出するように構成された１つ又は２以上のＸ線管体を備える。線源組立体の各々は、入射Ｘ線ビームを、結晶シリコンウェーハなどの試料の所与の（例えば、下側の）面に入射角度で衝突するように配向するように構成される。

【0023】

幾つかの実施形態において、システムは、透過モード及び反射モードをそれぞれ有するＸＲＤＩを実施するための２つの異なる構成を有することができる。透過モードでは、入射Ｘ線ビームは、ウェーハを通過する間に結晶面によって回折され、ウェーハの上側面及び下側面とは反対側でウェーハを出る。なお、透過モードでは、入射Ｘ線ビームは、ウェーハ表面の法線の両側に対して約０ｏ及び３０ｏの間の角度で照射される。換言すれば、入射ビームは、ウェーハの下面に対して直角又は比較的大きな鋭角（例えば、約８０°）に向けられる。

【0024】

反射モードでは、入射Ｘ線ビームはウェーハの上面に対して小さな鋭角、例えば上面に対して約０°及び４５°の間で向けられる。入射したＸ線ビームは結晶面によって回折され、その後、（ｉ）入射ビームと回折ビームの方向が法線に対して対称となるように、（回折面が表面に平行な場合）ほぼ同じ小さな鋭角で、又は（ｉｉ）ビームが表面に対して傾斜した面から回折される場合には、入射ビームの角度とは異なる角度で、ウェーハの上面から出射する。

【0025】

幾つかの実施形態では、システムは、１又は２以上の検出器を有する検出器組立体を備える。各検出器は、ウェーハから回折されたＸ線ビームを検出するように構成されている。一実施形態では、検出器組立体は、回折Ｘ線ビームの検出に応答して１又は２以上の電気信号を生成するように構成される。検出器組立体の構造を以下に詳細に説明する。

【0026】

幾つかの実施形態では、システムはプロセッサを備え、このプロセッサは、検出器から供給される電気信号に基づいて、入射Ｘ線ビームによって照射される領域におけるウェーハのＸＲＤ画像を生成するように構成される。更に、電気信号に基づいて、プロセッサは、結晶ウェーハの１又は２以上の欠陥を検出し、検出された欠陥をシステムのユーザに表示するように構成される。

【0027】

幾つかの実施形態では、システムは、（ｉ）ウェーハ内の関心領域でＸＲＤＩを行うために、プロセッサからの制御信号に基づいて、入射ビームに対するウェーハの位置を設定及び調整するように構成されたウェハステージと、（ｉｉ）試料に対して線源組立体を移動させることによって入射角を調整するように構成されたソースステージと、を備える。

【0028】

幾つかの実施形態では、検出器組立体は、（ｉ）光学センサと、（ｉｉ）光学センサの外面上に配置された１又は２以上の光ファイバプレート（ＦＯＰ）と、（ｉｉｉ）各ＦＯＰの外面上に配置され、ウェーハから受信したＸ線を光放射線に変換するように構成されたシンチレータ層と、を備える。

【0029】

幾つかの実施形態では、各ＦＯＰは、（ａ）ウェーハから回折され、シンチレータ層によって光放射線に変換されたＸ線ビームを受けるように構成された（ＦＯＰの前述の外面である）入力面と、（ｂ）光放射線を搬送するように構成された光ファイバと、（ｃ）上述のように、プロセッサによってＸＲＤ画像を生成するように、光放射線を受けることに応答して電気信号を生成する光学センサに、搬送された光放射線を出力するように構成された出力面と、を備える。

【0030】

原理的には、ＦＯＰの入力面及び出力面は、互いに平行とすることができ、ウェーハ及び光学センサの表面に対して平行とすることができ、光ファイバの方向（例えば、長手方向）は、これらの表面に対して垂直とすることができる。しかしながら、この構成では、鋭角でシンチレータ層に入射する回折ビームは、直角でシンチレータ層に入射する回折ビームよりも大きなスポットサイズとなる。更に、スポット幅の拡大は、上述のように、例えば反射モードＸＲＤＩ構成において、小さな鋭角において増強される。

【0031】

幾つかの実施形態では、検出器組立体は、異なる形状を有する１又は２以上のＦＯＰを備えることができる。一実施態様では、出力面は依然として光学センサの表面に対して平行とすることができるが、ＦＯＰの入力（すなわち、外面）層は入力層に対して傾斜している。更に、光ファイバは、（ｉ）ＦＯＰの出力面に対して第１の鋭角、及び（ｉｉ）ＦＯＰの入力面に対して第２の鋭角で配置される。一実施形態では、第１の鋭角は、入力面及び出力面の各々（及びその間）における光放射線の歪みを最小にするように、第２の鋭角に等しいが、別の実施形態では、第１の鋭角及び第２の鋭角は、異なる大きさを有してもよい。

【0032】

幾つかの実施形態では、ＦＯＰの入力面と出力面との間の角度は、システムの構成及びＸＲＤＩアプリケーションに従って設定することができる。例えば、ウェーハ表面に対する入射ビームの小さな角度（例えば、約３０°）を有する反射構成では、ウェーハ表面に対する回折ビームの角度は約３０°であり、従って、ＦＯＰの入力表面及びシンチレータ層は、入力表面に対して約６０°の角度で配置される。この構成では、回折ビームはほぼ直角にシンチレータ層に入射するため、スポットサイズが最小となり、プロセッサはＸＲＤ画像の高解像度を得ることができる。

【0033】

幾つかの実施形態では、非平行の入力面及び出力面を有するＦＯＰに加えて、検出器組立体は、（ｉ）平行な入力面及び出力面を有する前述のＦＯＰ、及び（ｉｉ）入力面と出力面との間に異なる傾斜した角度を有する他のＦＯＰのうちの少なくとも１つを備えることができる。

【0034】

幾つかの実施形態では、上記の選択肢の何れかから選択される好適な構成に基づいて、プロセッサは、光ファイバによって光学センサに伝達される光放射線のスポットサイズを最小化するために、ウェハステージ及びソースステージの少なくとも一方を制御するように構成される。これらの技術を適用することによって、プロセッサは、システムによって生成されるＸＲＤ画像の解像度を向上させるように構成される。

【0035】

システムの説明
図１は、本発明の実施形態によるＸ線トポグラフィシステム１０の概略側面図である。本明細書ではＸ線回折イメージング（ＸＲＤＩ）システムとも呼ばれるシステム１０は、結晶構造を有する半導体ウェーハ２２等の当試料を検査し、ウェーハ２２の格子中の結晶欠陥等の欠陥を検出するように構成されている。

【0036】

本開示の文脈及び特許請求の範囲において、用語「試料」及び「ウェーハ」は同義的に使用され、当該何れかの適切な試料を指す。例えば、単結晶シリコンウェーハ、化合物半導体から作られた基板であり、例えば、これらは、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）のようなＩＩＩ－Ｖ基板としても知られる元素周期表の第３列及び第５列の元素を備え、格子不整合エピタキシャル層がオプトエレクトロニクスデバイスに一般的に使用され、オプトエレクトロニクス及びパワーエレクトロニクスデバイス用のＳｉウェーハ又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板上の窒化ガリウム（ＧａＮ）及び他のＩＩＩ－窒化膜スタックであり、並びに他の何れかの適切なタイプの基板である。

【0037】

幾つかの実施形態において、「結晶欠陥」という用語は、結晶ウェーハの格子における様々なタイプの歪み及び欠陥を指す。例えば、マイクロクラック、転位等のインライン欠陥、積層欠陥等の平面欠陥、ボイド、空隙率及び不純物に関する体積欠陥である。

【0038】

幾つかの実施形態では、システム１０は、１又は２以上のＸ線管、本発明の実施例では、単一のＸ線管１００を有する線源組立体１０１を備え、線源組立体１０１は、１又は２以上のＸ線ビーム１０５を、線源組立体１０１に面しているウェーハ２２の下面（後述の図２に示す）に、斜め又は直角に衝突するように配向するように構成されている。線源組立体１０１は、Ｘ線管１００の励起源を駆動するように構成された高電圧電源ユニット（ＰＳＵ）（図示せず）を更に備える。

【0039】

幾つかの実施形態では、Ｘ線管１００は、１００Ｗより小さい出力で約１００μｍより小さいスポットサイズを有する低出力マイクロ焦点線源、又は２～３ｋＷで１ｍｍのスポットサイズを有する中出力ノーマル焦点線源、又は１～２ｋＷ又は高エネルギーで約１００μｍのスポットサイズを有する高輝度回転アノード線源、より大きいスポットサイズを有する、例えば１ｍｍ源で最大１０ｋＷのスポットサイズを有する高輝度回転アノード線源を備える。

【0040】

幾つかの実施形態では、Ｘ線管１００は、高エネルギーＸ線を放出するように構成された金属から作られたアノードを備える。固体アノードは、典型的には、５０～６０ｋＶで動作する典型的には１７ｋｅＶのＫαエネルギー放出を有するモリブデン（Ｍｏ）から作られる。Ｍｏベースのアノードは、ウェーハ２２又は他の適切なタイプの試料を透過することができるＸ線を発生するように構成される。

【0041】

他の実施形態では、Ｘ線管１００のアノードは、異なる用途に適した任意の他のタイプの固体材料から備えることができる。例えば、アノードは、２２ｋｅＶのＫαエネルギー放出を有する銀（Ａｇ）などの他の材料から作られてもよい。Ａｇベース及びＩｎベースのアノードは、５０ｋＶより大きい電圧で動作させることができる；このような高エネルギーＸ線ビームは、上述した他のタイプのウェーハを撮像するのに有用である。

【0042】

他の実施形態では、Ｘ線管１００のアノードは、融点が低く、室温又は室温付近で液体である金属及び合金を含むことができる。例えば、アノードは、約２５ｋｅＶのＫαエネルギー放出を有するインジウム（Ｉｎ）合金からなることができる。

【0043】

幾つかの実施形態では、Ｘ線管体１００は、適切なエネルギー範囲及びパワーフラックスを有するＸ線をＸ線光学系（図示せず）に放出するように構成される。幾つかの実施形態では、システム１０は、例えばシステム１０のＸＹＺ座標系のＹ軸に沿った回転軸を有する電動回転ステージ１５０を備える。

【0044】

幾つかの実施形態では、回転ステージ１５０は、結晶の異なる回折面間でＸ線ビーム１０５を移動させるように、ウェーハ２２の表面に対するＸ線ビーム１０５の角度を調整するように更に構成される。このような実施形態では、システム１０は、ウェーハ２２の格子面の長距離変動等の１又は２以上の欠陥を検出及び任意選択で画像化するように、結晶構造の異なる回折面を検査するように構成される。

【0045】

本開示において、用語「回転ステージ」及び「運動組立体」は、同義的に使用され、線源組立体１０１のＸ線管１００を移動させるステージを指す。

【0046】

幾つかの実施形態では、システム１０は、Ｘ線管１００に関連し、ビーム１０５のＸ線スペクトルの少なくとも一部（及び典型的には全て）に対して不透明な材料から作られる、本明細書ではスリット１１０と呼ばれる電動スリット組立体を備える。

【0047】

幾つかの実施形態では、システム１０はフィルタ１１５を備え、フィルタは、線源組立体１０１のＸ線管体１００とウェーハ２２の下面との間に取り付けられている。フィルタ１１５は、Ｘ線ビームの選択されたスペクトル部分の強度を減衰させるように構成された、本明細書では「フィルム」とも呼ばれる１又は２以上の材料層を備えることができ、後述する検出器１４０によって取得される画像の品質を低下させる可能性がある。

【0048】

フィルタ１１５の実施例は、例えば、米国特許第１０，８１６，４８７号に詳細に記載されており、その開示内容は引用により本明細書に組み込まれる。

【0049】

幾つかの実施形態では、Ｘ線管体１００、フィルタ１１５及びスリット１１０は、全て回転ステージ１５０に取り付けられている。Ｘ線管体１００及びスリット１１０は、それぞれのＸ線回折アプリケーションの要求に従ってビーム１０５を成形するように構成される。本発明の実施例では、ビーム１０５は、入射Ｘ線ビーム１０６を得るように成形され、この入射Ｘ線ビーム１０６は、以下で詳細に説明するように、ウェーハ２２の下面に衝突するように構成されている。

【0050】

幾つかの実施形態では、ウェーハ２２の表面に入射するＸ線ビーム１０５の角度範囲を適合させるように、回折光学素子例えば単結晶又は多層ミラー等の反射光学素子等の他の光学素子を回転ステージ１５０に取り付けることができる。

【0051】

幾つかの実施形態では、システム１０は、可動プラットフォーム、本発明の実施例ではＸ－Ｙ－φステージ４０を備え、このステージは、入射Ｘ線ビーム１０６に対してウェーハ２２（その上に取り付けられている）を相対的に移動させるように構成されている。ステージは、ＸＹＺ座標系のＸ軸及びＹ軸に沿ってウェーハ２２を移動させ、ウェーハ２２の表面に垂直な軸（例えば、Ｚ軸）を中心に回転φ（図示せず）を加えるように構成されている。

【0052】

幾つかの実施形態において、ウェーハ２２は、典型的には、３つの移動テーブルを備えるハンドルロボット（図示せず）を用いてステージ４０上に配置される。本発明の実施例では、Ｘ軸用の下側テーブル、Ｙ軸用の中間プレート、及びφ回転軸用の上側プレートである。３つのプレートは全て、入射Ｘ線ビーム１０６がウェーハ２２の下面に衝突するように開口を有する。

【0053】

幾つかの実施形態では、システム１０は、インタフェース３６及びプロセッサ３４を有する処理ユニット３８を備える。典型的には、プロセッサ３４は、本明細書で説明する機能を実行するようにソフトウェアでプログラムされた汎用コンピュータを備える。ソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して、電子形式でコンピュータにダウンロードされてもよく、又は、代替的に又は追加的に、磁気、光学、又は電子メモリ等の非一過性の有形媒体に提供及び／又は記憶されてもよい。インタフェース３６は、以下に説明するように、プロセッサ３４とシステム１０のエンティティとの間で信号を交換するように構成される。

【0054】

幾つかの実施形態では、入射Ｘ線ビーム１０６のＸ線は、下面においてウェーハ２２に入射する。その後、Ｘ線は、ウェーハ２２を通過する間に回折され、Ｘ線ビーム１４４として、下面とは反対側であるウェーハ２２の上面（後述の図２に示す）から出る。

【0055】

幾つかの実施形態では、システム１０は、ウェーハ２２から回折されたＸ線を検出するための１又は２以上の検出器組立体を備える。本発明の実施例では、検出器組立体１４１は、高速撮像モードでＸ線を検出するように構成され、Ｘ線カメラ４６は、高解像度撮像モードでＸ線を検出するように構成される。幾つかの実施形態では、システム１０は、回折ビームを遮断するために検出器組立体１４１及びカメラ４６の一方又は両方を位置決めするように構成された１又は２以上の追加の運動ステージ（図示せず）を備えることができる。組立体１４１及びカメラ４６は、以下に詳細に説明され、システム１０は、本明細書に記載される透過モード及び反射モードの両方でＸＲＤＩを実施するように構成されることに留意されたい。

【0056】

図１の例では、透過モード構成において、線源組立体１０１は、透過モードを使用して入射Ｘ線ビーム１０５を指向するために使用され、この場合、Ｘ線は、ウェーハ２２の下面（線源組立体１０１に面する）に指向され、ウェーハ２２の厚さ全体（Ｚ軸に沿って）を貫通し、ウェーハの結晶面によって回折され、上面ウェーハ２２（検出器組立体１４１及びカメラ４６に面する）からビーム１４４として出る。ビーム１４４のＸ線光子は、ＸＲＤＩ用途（例えば、上述のような高速撮像モード又は高分解能撮像モード）に応じて、検出器組立体１４１又はカメラ４６を用いて検出することができることに留意されたい。

【0057】

更に、反射モードの構成は、概念的な明瞭さのために両方のモードを示すために図１に重ねて示されているが、典型的には、システム１０は、透過構成又は反射構成の何れかを備える。このような実施形態では、反射モードにおいて、線源組立体１５１は、ビームとウェーハ２２の上面との間の入射角１５４（例えば、約２５°及び３５°の間）で入射Ｘ線ビーム１５２をウェーハ２２の上面に配向するために使用され、ビームは、ウェーハの結晶面によって回折され、角度１５４と同じ大きさを有する（又は結晶面の向きによって異なる大きさを有する）ことができる角度１５５でＸ線ビーム１５３として上面ウェーハ２２から出射し、これは、検出器組立体１４１（高速撮像モードの場合）又はカメラ４６（高分解能撮像モードの場合）によって検出される。以下に説明する技術が透過モード及び反射モードの両方に適用可能であり、両方の構成で実施できることを示すために、透過モード及び反射モードの両方の構成が同じ図に示されていることに留意されたい。検出器組立体１４１及びカメラ４６は、本明細書において詳細に説明される。

【0058】

図１の実施例では、高速撮像モードは透過モードＸＲＤＩにおいて使用され、高解像度撮像モードは反射モードＸＲＤＩにおいて使用されているが、高速撮像モード及び高解像度撮像モードの両方は、透過モードＸＲＤＩ及び反射モードＸＲＤＩの両方において（以下の図２に記載される幾つかの制限を伴って）使用できる。

【0059】

幾つかの実施形態では、検出器組立体１４１は、ウェーハ２２から回折されたＸ線ビーム１４４のＸ線光子の検出に応答して電気信号を生成するように構成されている。電気信号は、ＸＲＤ分析を実行するため、及び該当する場合にはＸＲＤ画像を生成するために、処理ユニット３８に転送される。

【0060】

幾つかの実施形態では、検出器組立体１４１は、１又は２以上の検出器を備え、本発明の実施例では、ラウエ幾何学に従ってウェーハ２２を通して回折されたＸ線を、ウェーハの表面に対する検出器の位置の関数として測定するように有する２次元（２Ｄ）位置感応型Ｘ線カメラを有する単一の検出器１４０である。検出器組立体１４１における本発明の実施に向けられた実施形態は、以下の図２に詳細に記載されている。

【0061】

他の実施形態では、検出器組立体１４１は、何れかの適切な構成で配置された複数の検出器１４０を備えることができる。４つの検出器（検出器１４０のような）の一実施構成は、その開示が引用により本明細書に組み込まれる米国特許第１０，８１６，４８７号に記載されているが、代替の実施形態では、検出器（又は他の種類の検出器）の何れかの適切な構成が検出器組立体１４１に実装されてもよい。

【0062】

幾つかの実施形態では、システム１０は、ウェーハ２２及び検出器１４０の間に取り付けられる、Ｘ線不透過材料から作られたビームストッパー１３０を備える。

【0063】

幾つかの実施形態では、ビームストッパー１３０は、ウェーハ２２を直接透過する（すなわち、回折されずに透過する）Ｘ線ビームの一部が検出器１４０の表面に衝突しないように閉塞するように構成されている。更に、ビームストッパー１３０は、望ましくないＸ線が検出器組立体１４１によって検出されるのを阻止し、それにより、検出器組立体１４１によって生成される前述の電気信号におけるノイズ及びアーチファクトのレベルを低減するように構成される。

【0064】

幾つかの実施形態では、前述の高分解能Ｘ線カメラ４６は、本明細書では高分解能Ｘ線検出器組立体とも呼ばれ、典型的には、Ｘ線に感応するＣＣＤ又はＣＭＯＳ検出器を備える。Ｘ線カメラ４６は、典型的には、検出器組立体１４１と比較して高い空間分解能を提供するように、高空間分解能、例えば、約１０～１５μｍ又はそれ以下のピクセルサイズを有する、ウェーハ２２の選択された領域を撮像するために使用され、一方、検出器組立体１４１は、ウェーハ２２のフルスキャン及びＸＲＤＩ、並びに、入射Ｘ線ビームとウェーハ２２との間のアライメント、及び任意選択で他の種類の較正操作等の他の操作のために使用することができる。

【0065】

カメラ４６における本発明の実施に向けられた実施形態は、以下の図２において詳細に説明される。

【0066】

幾つかの実施形態では、システム１０は、統合光学検査システム５０を備えることができる。システム１０は、光ルミネセンス（ＰＬ）又はラマン散乱ヘッド（図示せず）等の付加的な統合センサを備えることができ、補完的な計測又は検査能力を提供するように構成される。

【0067】

幾つかの実施形態では、プロセッサ３４は、検出器組立体１４１から受信した電気信号を処理し、及び検出器１４０によって捕捉されたＸ線光子の回折強度画像を決定するように構成される。プロセッサ３４は更に、電気信号に基づいて、ウェーハ２２内の１又は２以上の欠陥を検出するように構成される。

【0068】

幾つかの実施形態では、プロセッサ３４は、（ｉ）ステッピングモータ、サーボモータ又はそれらの適切な組み合わせを用いて移動させることができるステージ４０、及び（ｉｉ）ウェーハ２２の下面に対する入射Ｘ線ビーム１０６の角度を調整するための回転ステージ１５０を制御するように構成される。

【0069】

システム１０のこの特定の構成は、本発明の実施形態によって対処される特定の問題を説明するため、及びこのようなＸＲＤＩシステムの性能を向上させる際のこれらの実施形態の適用を実証するために、例として示されている。しかしながら、本発明の実施形態は、決してこの特定の種類の例示的なシステムに限定されるものではなく、本明細書で説明する原理は、当技術分野で公知の他の種類のＸ線分析システムにも同様に適用することができる。

【0070】

検出器組立体における複数の角度付き入力面を用いたＸ線回折像の分解能の改善
図２は、本発明の実施形態による検出器組立体８８の概略断面図である。検出器組立体８８は、例えば、上記図１の検出器組立体１４１及び／又はカメラ４６に実装されてもよく、又はこれに置き換えてもよいが、以下に詳細に説明するように、本発明は、前述の高分解能ＸＲＤＩモードのためにカメラ４６に実装されるとより効果的である。

【0071】

幾つかの実施形態では、検出器組立体８８は単一の検出器を備える。或いは、検出器組立体８８は、何れかの適切な構成で配置された複数の検出器を備えることができる。

【0072】

幾つかの実施形態では、透過モードにおいて、線源組立体１０１は、入射Ｘ線ビーム１０６をウェーハ２２の下側表面２３に、典型的には、表面２３及び表面２４（ウェーハ２２の上面及び下側表面は互いにほぼ平行である）に対する法線５４に対して約－２５°と＋２５°との間の何れかの適切な角度で配向する。その後、Ｘ線ビーム１４４は、上述の図１で説明したように、様々な角度で回折されて、ウェーハ２２の上面２４から出射する。図２の例では、入射Ｘ線ビーム１０６ａ、１０６ｂ及び１０６ｃは、ウェーハ２２の表面２３上の３つのそれぞれの領域に向けられる。Ｘ線ビーム１４４ａ及び１４４ｃは、それぞれ入射Ｘ線ビーム１０６ａ及び１０６ｃの指向に応答して表面２４から出射する。
Ｘ線ビーム１４４ａ及び１４４ｃは、表面２４に対する法線５４に対してほぼ平行であるか、又は法線５４に対してそれぞれ１又は２以上の小さな鋭角を有する１又は２以上のそれぞれの方向で表面２４から放出されることに留意されたい。更に、入射Ｘ線ビーム１０６ｂをウェーハ２２に配向することに応答して、Ｘ線ビーム１４４ｂは、法線５４に対して鋭角５１で表面２４から出射する。鋭角５１は、Ｘ線ビーム１４４ａ及び１４４ｃの１又は２以上の小さな鋭角よりも大きいことに留意されたい。

【0073】

反射モードでは、線源組立体１５１は、入射Ｘ線ビーム１５２を上面２４に、典型的には表面２４に対して約２５°～３５°の間の何れかの適切な角度１５４で配向する（上述の図１に記載されているように）。その後、入射Ｘ線ビーム１５２をウェーハ２２に配向することに応答して、Ｘ線ビーム１５３は回折され、上述した図１に記載されているように、角度１５５に対応する角度５２（法線５４に対して）で上面２４から出射する。

【0074】

本開示の文脈及び特許請求の範囲において、相対的又は絶対的な数値又は範囲に対する用語「約」又は「約」は、本明細書に記載されるように、部品又は部品の集合体がその意図された目的のために機能することを可能にする適切な寸法公差を示す。

【0075】

幾つかの実施形態では、検出器組立体８８は、ウェーハ２２の上面２４にほぼ平行であり且つウェーハ２２の上面２４に面している表面２５を有する光学センサ３３を備える。光学センサ３３は、上述の図１に記載されているように、表面２５に衝突する光放射線を受信して、衝突した光放射線に応答して電気信号を生成するように構成されている。

【0076】

幾つかの実施形態では、光学センサ３３から受信した電気信号に基づいて、プロセッサ３４は、ウェーハ２２内の前述の４つの領域のＸＲＤ画像を生成するように構成される。

【0077】

幾つかの実施形態では、光学センサ３３は、ステップスキャンの場合にＸ線感応性シンチレータスクリーンを特徴とする１又は２以上の電荷結合デバイス（ＣＣＤ）又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラを備えることができる。

【0078】

他の実施形態において、ステージ４０に連続スキャンを適用する場合、光学センサ３３は、高速スキャンにおいて信号対雑音比（ＳＮＲ）を増加させるように、浜松ホトニクス（浜松市、日本）により製造されたもの等の１又は２以上の時間遅延積分（ＴＤＩ）Ｘ線カメラを備えることができる。

【0079】

幾つかの実施形態では、検出器組立体８８は、１又は２以上の光ファイバプレート（ＦＯＰ）、本発明の実施例では、光学センサ３３の表面２５上に配置されるＦＯＰ５５及びＦＯＰ４４を備える。

【0080】

幾つかの実施形態では、ＦＯＰ５５は、ＦＯＰ５５の外面２６と内面２７との間に配置された１又は２以上の光ファイバ７７（本明細書では、簡潔にするためにファイバ７７ともいう）を備える。本発明の実施例では、内面２７は光学センサ３３の表面２５と結合している。

【0081】

幾つかの実施形態では、表面２６及び２７の両方は、互いに及び表面２５に対してほぼ平行であり、繊維７７は、互いに平行であり、表面２５及び２６に対してほぼ垂直である、すなわち、それぞれ直角２８及び２９を有する。

【0082】

幾つかの実施形態では、検出器組立体８８は、ＦＯＰ５５の表面２６上に形成され、Ｘ線ビーム１４４及び１５３を光放射線に変換するように構成されたシンチレータ層５６を備える。本構成では、表面２６及び層５６はウェーハ２２に面しており、従って、層５６に衝突するＸ線ビーム１４４ａ～１４４ｃ及び１５３を受信することに留意されたい。
従って、表面２６は、本明細書では、ＦＯＰ５５の入力表面とも呼ばれる。

【0083】

幾つかの実施形態では、シンチレータ層５６は、約１０μｍと２５０μｍとの間の有限の厚さ（Ｚ軸に沿って）を有し、ビーム１４４ａ及び１４４ｂの受信に応答して、層５６は、ビーム１４４ａ及び１４４ｂのＸ線光子を、それぞれスポット３０及び３２において表面２６上に配置された光子に変換する。言い換えれば、スポット３０及び３２は、ビーム１４４ａ及び１４４ｂの受信に応答してシンチレータ層５６によって形成される。法線５４に対する角度に起因して、スポット３０は、スポット３２のサイズ６４よりも小さいサイズ３１（例えば、Ｘ軸に沿った直径）を有することに留意されたい。換言すれば、ビーム１４４ａは直角（又は角度５１より実質的に小さい非常に鋭角な層）で層５６に衝突し、及び従って、スポット３０は、ビーム１４４ｂを鋭角５１で配向する場合に得られるスポット３２より小さい。

【0084】

更に、反射モードでは、ビーム１５３は、角度５１よりも実質的に大きい角度５２で表面１５３から出射し、従って、スポット３２よりも大きいスポット（図示せず）が、層５６に衝突するビーム１５３に応答して表面２６上に形成される。

【0085】

幾つかの実施形態では、ファイバ７７は、スポット３０及び３２の光フォトンを表面２５に伝達し、それにより、スポット３０及び３２と実質的に類似するスポットを表面２５上に形成するように構成される。本発明の実施例において、光放射線は、可視光（例えば、約５５０ｎｍの波長を有する緑色）又は他の何れかの適切な波長を有し、スポットの強度は、表面２６及び２５においてほぼ同一である。換言すれば、ＦＯＰ５５のファイバ７７は、表面２６及び２５の間で光放射線を伝達する間、無視できる強度損失を引き起こす。

【0086】

ビーム１４４ａ及び１４４ｂの異なる方向が、光学センサ３３によって生成されるＸＲＤ画像の解像度に影響を及ぼすことに留意されたい。より具体的には、ビーム１４４ａと表面２６（及び層５６）との間の垂直性（又は非常に鋭角）により、スポット３２のサイズと比較して、スポット３０のサイズが小さくなり、従って、光学センサ３３によって生成されるＸＲＤ画像の解像度は、入射ビーム１０６ｂによって照射される領域と比較して、入射ビーム１０６ａによって照射される領域において高くなる。

【0087】

原理的には、ウェーハ２２を検出器組立体８８に対して相対的に回転させることが可能であるが（例えば、少なくとも一方を回転させることによって）、このような回転は、Ｚ軸に沿って表面２４及び２６間の距離が不均一になり、光学センサ３３によって生成されるＸＲＤ画像の均一性に影響を与える。更に、このような回転は、ウェーハ２２の表面２４と層５６の外面との間の作動距離５９を増大させる可能性がある。作動距離５９を増加させると、光学センサ３３によって生成されるＸＲＤ画像の解像度が下側になることに留意されたい。換言すれば、表面２６に対するビーム１４４の入射角、又は作動距離、例えばウェーハ２２の表面２４と層５６の外面との間の作動距離５９の何れかにおいて妥協しなければ有する。

【0088】

幾つかの実施形態では、ＦＯＰ４４は、光学センサ３３の表面２５にほぼ平行であり、及び表面２５と結合している表面４７を有する。幾つかの実施形態では、ＦＯＰ４４は、表面２５及び４７の両方に対して傾斜している表面７６を有する。本開示の文脈では、表面７６は本明細書ではＦＯＰ４４の入力表面とも呼ばれ、表面４７は本明細書ではＦＯＰ４４の出力表面とも呼ばれる。この構成では、ＦＯＰ４４は、非平行な入力面及び出力面を有する。

【0089】

図２の例に示すように、表面７６は、その間に傾斜した角度を示すように、表面２５及び４７と角度５８を形成するように延びている（互いに平行であるＦＯＰ５５の表面２６及び２７とは対照的である）。他の実施態様では、表面７６及び４７は、互いに斜めであっても、物理的に互いに交差しないことがある。

【0090】

次に、ＦＯＰ４４を示す挿入図４８を参照する。幾つかの実施形態では、ＦＯＰ４４は、ＦＯＰ４４の表面７６上に配置され、シンチレータ層５６について上述したように、Ｘ線ビーム１４４ｃ及び１５３を光放射線に変換するように構成されたシンチレータ層４５を備える。

【0091】

幾つかの実施形態では、ＦＯＰ４４は、（１又は２以上の）光ファイバ６６を備え、これらの光ファイバ６６は、表面２５及び４７に対する法線５４に対して鋭角７０で配置される。光ファイバ６６は、シンチレータ層４５によって生成された光放射線を光学センサ３３に伝達するように構成される。

【0092】

幾つかの実施形態では、シンチレータ層４５に衝突するビーム１４４ｃ及び１５３に応答して、Ｘ線光子が光放射線の光子に変換され、光放射線のスポット６２及び６０が、それぞれ、ＦＯＰ４４の表面７６上に形成される。

【0093】

ここで、図２の全体図に戻って参照する。幾つかの実施形態では、ＦＯＰ４４の光ファイバ６６は、ＦＯＰ４４の表面４７及び７６に対して傾斜した角度で配置される。より具体的には、光ファイバ６６は、表面４７に対して傾斜した角度３７で配置されて、表面７６に対して傾斜した角度３９で配置される。図２の例では、角度３７及び３９は共に鋭角である。更に、幾つかの実施形態では、角度３７及び３９の大きさは、ファイバ６６によって伝達される光放射線の歪みを低減するように、可能な限り同様である。

【0094】

上述の実施形態によれば、Ｘ線ビーム１４４ｃは、法線５４に平行な方向にウェーハ２２から放出され、サイズ（例えば、直径）４１を有するスポット６０の形成を引き起こし、Ｘ線ビーム１５３は、法線５４に対して傾斜した角度、例えば、角度５２で試料から回折され、スポット６０のサイズ４１よりも小さいサイズ（例えば、直径）４３を有するスポット６２の形成を引き起こす。従って、非平行面４７及び７６を有するＦＯＰ４４の使用は、ビーム１５３に対するＸＲＤ画像の解像度を向上させる。

【0095】

加えて、又は代替的に、ビーム１４４ａ及び１４４ｂがＦＯＰ４４の層４５に衝突する場合、ビーム１４４ｂに関連するスポットサイズは、ビーム１４４ａに関連するスポットサイズと比較して、典型的には小さい。換言すれば、Ｘ線ビームが傾斜した角度で表面２４から回折される場合、平行な表面２６及び２７を有するＦＯＰ５５を使用する代わりに、非平行な表面（ＦＯＰ４４の表面４７及び７６など）を有するＦＯＰを使用すると、ＸＲＤ画像の改善された解像度を得ることができる。

【0096】

上記の説明に基づいて、（ｉ）法線５４に対してほぼ平行なビーム１４４（例えば、ビーム１４４ａ及び１４４ｃ）用のＦＯＰ５５、及び（ｉｉ）法線５４に対して傾斜した角度でウェーハ２２から回折されたビーム１４４ｂ及び１５３用の非平行な表面を有するＦＯＰ４４又は他の適切なＦＯＰ４４を使用することによって、ＸＲＤ画像の解像度を向上させることができることに留意されたい。本発明の実施例では、プロセッサ３４は、ＦＯＰ５５のスポット３０及びＦＯＰ４４のスポット６２を選択することにより、ＸＲＤ画像の解像度を向上させるように構成されている。更に、ＸＲＤ画像の解像度を向上させるために、プロセッサ３４は、ステージ４０を制御して、（ｉ）ビーム１４４ａ及び１４４ｃを放出する領域をＦＯＰ５５の前方に、（ｉｉ）ビーム１４４ｂ及び１５３が回折される領域をＦＯＰ４４の前方に、配置するように構成される。

【0097】

幾つかの実施形態では、高分解能モードにおけるピクセルサイズは約５μｍ及び２０μｍの間であり、一方、高速モードにおけるピクセルサイズは約４０μｍ及び１００μｍの間である。このような実施形態では、ＦＯＰ４４は、検出器組立体１４１の高速検出器１４０に実装され得るが、シンチレータ層４５の厚さは、高速モードで使用されるピクセルサイズに対して小さいので、このような高速用途では、低い入射角（角度１５５など）を有するビーム１５３を層４５に衝突させるように配向することによって引き起こされるスポットの広がりがそれほど大きくないので、このようなことをする必要性はあまりない。更に、高速用途ではピクセルサイズが比較的大きいので、表面２４と検出器１４０との間の作動距離はそれほど小さくする必要がなく、必要に応じて、プロセッサ３４は、ウェーハ２２の表面２４に対して検出器組立体１４１を回転させるようにシステムを制御することができる。このような実施形態において、本発明は、検出器組立体８８の構造がカメラ４６に実装される場合に、より効果的である。

【0098】

他の実施形態では、システム１０の反射構成において、ビーム１５２を向け、及び小さな角度１５５を有する回折ビーム１５３を受けるとき、検出器組立体８８は、ＸＲＤＩの改善された分解能を得るように、角度５８が角度１５５に調整されるＦＯＰ４４のみを備えることができる。

【0099】

代替の実施形態では、検出器組立体８８は、表面２５のＸＹ平面に沿って（例えば、図２の断面図におけるＸ軸に沿って）並んで配置された複数のＦＯＰ４４を備えることができる。

【0100】

他の実施形態では、検出器組立体８８は、ＦＯＰ４４の表面７６及び４７のような、非平行の入力及び出力表面を有する複数のＦＯＰを備えることができるが、ＦＯＰのうちの少なくとも２つは、入力表面と出力表面との間に異なる角度（挿入図４８において角度５８として示されている）を有することができる。加えて、又は代替的に、ＦＯＰの少なくとも２つは、異なる角度３７及び／又は異なる角度３９を有することができる。

【0101】

代替的な実施形態では、検出器組立体８８は複数のＦＯＰを備えることができ、ＦＯＰのうちの１又は２以上は、法線５４（ＦＯＰ４４及び角度５８のような）に対して左側に、１又は２以上の鋭角で、向いた入力面を有し、ＦＯＰのうちの１又は２以上は、法線５４に対して右側に、１又は２以上の反対の鋭角で、向いた入力面を有する。
このような実施形態では、検出器組立体８８の構成は、例えば、ＦＯＰ５５の（ＦＯＰ４４の）反対側に位置し、Ｚ軸に沿って回転したＦＯＰ４４のミラー構造を有する追加のＦＯＰを有する対称構造を有することができる。

【0102】

代替の実施形態では、検出器組立体８８のシンチレータ層のうちの少なくとも２つは、それぞれのＦＯＰの角度に基づいて光出力及び空間分解能を最適化するために互いに異なっていてもよい。例えば、ＦＯＰ４４上に配置されるシンチレータ層４５は、ＦＯＰ５５上に配置されるシンチレータ層５６と比較して異なる厚さを有することができる。加えて、又は代替的に、シンチレータ層４５及び５６は、それぞれＦＯＰ４４及び５５の角度に基づいて光出力及び空間分解能を最適化するように、異なる材料層を備えることができる。言い換えれば、複数のＦＯＰは、ＦＯＰの角度に基づいて光出力及び空間分解能を最適化するために、異なるシンチレータ厚さ及び／又は材料を有することができる。

【0103】

ＦＯＰ４４及び検出器組立体８８のこの特定の構成は、本発明の実施形態によって対処される特定の問題を説明するため、及び検出器組立体の撮像分解能、及びこのようなＸＲＤＩシステムの他の性能を向上させる際のこれらの実施形態の適用を実証するために、例として示されている。しかしながら、本発明の実施形態は、決してこの特定の種類の例示的なＦＯＰ及び検出器組立体に限定されるものではなく、本明細書で説明する原理は、Ｘ線分析システムの他の種類のＸ線検出器、及びＸ線以外の波長を使用するシステムの光子検出器にも同様に適用することができる。

【0104】

図３は、本発明の実施形態による、検出器組立体８８を用いてＸ線分析を行う方法を概略的に示すフローチャートである。

【0105】

上記図２で説明したように、検出器組立体８８は、例えば、上記図１の検出器組立体１４１及び／又はカメラ４６を置き換えることができる。

【0106】

本方法は、上述の図２に詳細に記載されているように、入射Ｘ線ビーム（例えば、ビーム１５２）をウェーハ２２の表面２４に衝突するように配向するＸ線ビーム指向ステップ２００から開始する。

【0107】

検出ステップ２０２において、角度１５５で表面２４から出てＦＯＰ４４のシンチレータ層４５に衝突するＸ線ビーム１５３が検出される。検出器組立体８８は、前述の図２で詳細に説明したように、表面２５を有する光学センサ３３、及び表面４７が光学センサ３３の表面２５に平行であり、その上に配置されるＦＯＰ４４を備えることに留意されたい。更に、ＦＯＰ４４は、（ｉ）表面４７及び２５の両方に対して傾斜した角度５８で配置された表面７６、及び（ｉｉ）表面４７及び７６に対してそれぞれ鋭角３７及び３９で配置された光ファイバ６６を備える。検出器組立体８８は、上述の図２にも詳細に記載されているように、ＦＯＰ４４の表面７６上に配置されたシンチレータ層４５を更に備える。

【0108】

ビーム変換ステップ２０４において、ビーム１５３を有することに応答して、シンチレータ層４５は、ビーム１５３のＸ線を光放射線に変換し、光ファイバ６６は、上述の図２に詳細に記載されているように、光放射線を表面４７に伝達する。

【0109】

本方法を完結する画像生成ステップ２０６において、光学センサ３３は、ＦＯＰ４４によって生成され伝達された光放射線に応答して電気信号を生成し、電気信号プロセッサ３４は、上述の図１及び図２に詳細に記載されているように、ＸＲＤ画像を生成する。

【0110】

図４は、本発明の実施形態による、検出器組立体８８を製造する方法を概略的に示すフローチャートである。

【0111】

本方法は、光ファイバプレート（ＦＯＰ）受け取りステップ２１０から始まり、ＦＯＰ４４及び５５を受けることにより、ＦＯＰ４４は、上記図２に詳細に記載されているように、（ｉ）表面４７（及び表面２５）に対して鋭角３７に配置された光ファイバ６６、及び（ｉｉ）表面４７に対して傾斜した角度５８に配置された表面７６、を備える。

【0112】

シンチレータ配置ステップ２１２において、シンチレータ層４５がＦＯＰ４４の表面７６上に配置されて、シンチレータ層５６がＦＯＰ５５の表面２６上に配置される。

【0113】

本方法を終了するＦＯＰ配置ステップ２１４において、ＦＯＰ４４及び５５が光学センサ３３の表面２５上に配置される。

【0114】

図４の製造方法は、製造プロセスの本質を説明するものであり、本発明の主要な実施形態に焦点を当てるために、提示を明確にするために幾つかのプロセスステップを省略していることに留意されたい。例えば、製造方法は、（ｉ）光ファイバ６６を製造するステップ、（ｉｉ）ＦＯＰ４４と光学センサ３３との間の結合、（ＩＩＩ）ＦＯＰ４４の構成要素（例えば、光ファイバ６６）を成形するステップ、及び製造プロセスの任意の他のサブステップを備えることができる。

【0115】

代替の実施形態では、ステップ２１２及び２１４の順序を変更して、ＦＯＰの少なくとも１つが光学センサ３３の表面２５上に配置され、その後、シンチレータ層がそれぞれのＦＯＰの外面上に配置されるようにしてもよい。

【0116】

本明細書で説明する実施形態は、主に、ウェーハ及び他のタイプの基板等の半導体及び化合物半導体試料におけるトポグラフィ及び結晶欠陥の検出及び撮像に対処しているが、本明細書で説明する方法及び光学系は、例えば幾つかの高性能光学用途で使用されるような他の単結晶材料における欠陥の検出用とすることができる。

【0117】

従って、上述した実施形態は例示として引用されたものであり、本発明は、本明細書において特に図示され説明されたものに限定されないことが理解されるであろう。むしろ、本発明の範囲は、本明細書に記載された様々な特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせの両方、並びに上述の説明を読んで当業者に想起され、従来技術に開示されていないこれらの変形及び修正形態を含む。引用により本特許出願に組み込まれた文書は、本明細書において明示的又は非明示的になされた定義と矛盾する方法でこれらの組み込まれた文書において定義された用語がある範囲では本明細書における定義のみを考慮すべきであることを除き、本出願の不可分の一部とみなされる。

【符号の説明】

【0118】

１０ Ｘ線トポグラフィシステム
２２ ウェーハ
３８ 処理ユニット
４６ カメラ
１０１ 線源組立体
１０５ 入射Ｘ線ビーム
１４１ 検出器組立体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【外国語明細書】