特開 2024-40880 結晶欠陥評価装置、結晶欠陥評価方法、結晶欠陥評価のためのコンピュータプログラムおよびインライン結晶欠陥評価システム

(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】P2024040880

(43)【公開日】2024-03-26

(54)【発明の名称】結晶欠陥評価装置、結晶欠陥評価方法、結晶欠陥評価のためのコンピュータプログラムおよびインライン結晶欠陥評価システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/20 20180101AFI20240318BHJP

   G01N 23/205 20180101ALI20240318BHJP

【ＦＩ】

G01N23/20

G01N23/205

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022145521

(22)【出願日】2022-09-13

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ｈｔｔｐｓ：／／ａｉｐ．ｓｃｉｔａｔｉｏｎ．ｏｒｇ／ｄｏｉ／１０．１０６３／５．００８８７０１、令和４年５月３日 ｈｔｔｐｓ：／／ａｉｐ．ｓｃｉｔａｔｉｏｎ．ｏｒｇ／ｄｏｉ／ｐｄｆ／１０．１０６３／５．００８８７０１、令和４年５月３日 ＡＩＰ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，ＬＬＣ．、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，第１２１巻，第１号，第０１２１０５－１～０１２１０５－６頁、令和４年７月４日 ｈｔｔｐｓ：／／ａｉｐ．ｓｃｉｔａｔｉｏｎ．ｏｒｇ／ｄｏｉ／１０．１０６３／５．００９８９４２、令和４年７月５日 ｈｔｔｐｓ：／／ａｉｐ．ｓｃｉｔａｔｉｏｎ．ｏｒｇ／ｄｏｉ／ｐｄｆ／１０．１０６３／５．００９８９４２、令和４年７月５日

(71)【出願人】

【識別番号】000173522

【氏名又は名称】一般財団法人ファインセラミックスセンター

(74)【代理人】

【識別番号】100126170

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 義之

(72)【発明者】

【氏名】姚 永昭

(72)【発明者】

【氏名】石川 由加里

【テーマコード（参考）】

2G001

【Ｆターム（参考）】

2G001AA01

2G001BA11

2G001BA18

2G001CA01

2G001DA09

2G001GA06

2G001GA13

2G001HA13

2G001KA08

2G001LA11

2G001MA05

2G001SA07

(57)【要約】

【課題】非破壊的な手法により、単結晶基板内部の結晶欠陥を評価する技術を提供する。
【解決手段】
結晶欠陥評価装置１００は、発散Ｘ線をμｔが１０程度となる波長に単色化して射出するＸ線源１０１と、Ｘ線源１０１と対向するようにＸ線Ｉｏの射出方向に固定的に配置され、試料ＳＰＣを透過したＸ線Ｉｔの強度分布を画像として取得可能なカメラ１５０と、Ｘ線源１０１とカメラ１５０との間に配置され、Ｘ線源１０１から射出されたＸ線Ｉｏが通過するように構成され、基板固定面１４１で基板ＳＰＣを固定的に保持する基板保持部と、を有している。基板保持部は、基板固定面１４１の互いに２方向への直線移動と、一点で交差する３軸を中心とする基板固定面１４１の回転とが可能となるように構成されている。回転の角度は、基板ＳＰＣの結晶面とＸ線Ｉｏとが、ブラッグ条件を満たすように調整可能となっている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

単結晶基板の結晶欠陥を評価する結晶欠陥評価装置であって、
Ｘ線発生装置から放射された発散Ｘ線を、前記単結晶基板の線吸収係数μと前記単結晶基板の厚さｔとの積μｔが１０程度となる波長に単色化して所定の方向に射出するＸ線源と、
前記Ｘ線源から前記所定の方向に、前記Ｘ線源と対向するように、前記Ｘ線源に対して固定的に配置され、到達したＸ線の強度を取得可能なＸ線検出器と、
前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に配置され、前記Ｘ線源から射出されたＸ線が通過するように構成され、基板固定面において前記単結晶基板を固定的に保持する基板保持部と、
を備え、
前記基板保持部は、所定の平面に平行な互いに直交する２方向への前記基板固定面の直線移動と、前記所定の平面に平行な第１軸、前記基板固定面に平行な第２軸および前記基板固定面と直交する第３軸の一点で交差する３軸のそれぞれを中心とする前記基板固定面の回転と、が可能となるように構成されており、
前記回転の角度は、前記単結晶基板の選択された結晶面と、前記射出されたＸ線と、がブラッグ条件を満たすように調整可能となっている、
結晶欠陥評価装置。

【請求項2】

請求項１記載の結晶欠陥評価装置であって、
前記所定の平面は、水平面もしくは鉛直面であり、
前記所定の方向は、前記所定の平面と直交する方向に固定されている、
結晶欠陥評価装置。

【請求項3】

請求項１記載の結晶欠陥評価装置であって、
前記所定の平面は、水平面であり、
前記Ｘ線源および前記Ｘ線検出器は、前記第１軸を中心に回転可能となっている、
結晶欠陥評価装置。

【請求項4】

前記Ｘ線検出器は、前記到達したＸ線の強度分布を画像として取得可能なカメラである、請求項１ないし３のいずれか記載の結晶欠陥評価装置。

【請求項5】

請求項１ないし３のいずれか記載の結晶欠陥評価装置を制御して、単結晶基板の結晶欠陥を評価するためのコンピュータプログラムであって、
（ａ）前記基板保持部に固定された前記単結晶基板の前記結晶面と、前記射出されたＸ線と、がブラッグ条件を満たすように、前記回転の角度を調整するステップと、
（ｂ）前記単結晶基板において前記射出されたＸ線が照射された照射領域から射出され、前記Ｘ線検出器に到達したＸ線の強度を取得するステップと、
（ｃ）前記基板保持部を前記２方向に移動させることにより、前記照射領域を走査するステップと、
（ｄ）前記ステップ（ｃ）において走査された各照射領域における前記到達したＸ線の強度に基づいて、前記単結晶基板の少なくとも一部の領域における結晶欠陥の分布を表す画像を取得するステップと、
をコンピュータに実行させる、
コンピュータプログラム。

【請求項6】

請求項５記載のコンピュータプログラムであって、
（ｂ１）前記ステップ（ｂ）は、前記照射領域における前記到達したＸ線の強度の取得に先立って、前記結晶面と前記射出されたＸ線とがブラッグ条件を満たすように、前記第１軸および前記第２軸のそれぞれを中心とする回転の角度を調整するステップを含んでいる、
コンピュータプログラム。

【請求項7】

請求項５記載のコンピュータプログラムであって、
前記Ｘ線検出器は、前記到達したＸ線の強度分布を画像として取得可能なカメラであり、
前記ステップ（ｂ）は、前記到達したＸ線の強度分布を画像として取得することによって、前記照射領域におけるトポグラフィ像を撮影するステップであり、
前記ステップ（ｄ）は、各照射領域におけるトポグラフィ像を合成して、前記少なくとも一部の領域におけるトポグラフィ像を取得するステップである、
コンピュータプログラム。

【請求項8】

請求項１ないし３のいずれか記載の結晶欠陥評価装置を用いて、単結晶基板の結晶欠陥を評価する結晶欠陥評価方法であって、
（１）前記基板保持部の基板固定面に前記単結晶基板を固定する工程と、
（２）前記結晶面と前記射出されたＸ線とがブラッグ条件を満たすように、前記回転の角度を調整する工程と、
（３）前記単結晶基板において前記射出されたＸ線が照射された照射領域から射出され、前記Ｘ線検出器に到達したＸ線の強度を取得する工程と、
（４）前記基板保持部を前記２方向に移動させることにより、前記照射領域を走査する工程と、
（５）前記工程（４）において走査された各照射領域における前記到達したＸ線の強度に基づいて、前記単結晶基板の少なくとも一部の領域における結晶欠陥の分布を表す画像を取得する工程と、
を備える、
結晶欠陥評価方法。

【請求項9】

インライン結晶欠陥評価システムであって、
請求項１ないし３のいずれか記載の結晶欠陥評価装置と、
前記結晶欠陥評価装置の全体を覆うように設置され、Ｘ線を透過しない材質で形成された遮蔽ボックスと、
複数の単結晶基板を搬送する搬送機構と、
前記結晶欠陥評価装置に近接した前記搬送機構上の近接部と、前記基板保持部と、の間で、前記複数の単結晶基板のうちで、現に前記欠陥評価装置による評価の対象となっている評価対象基板を移送する移送機構と、
を備え、
前記遮蔽ボックスには、前記評価対象基板を移送するための開口部が設けられている、
インライン結晶欠陥評価システム。

【請求項10】

単結晶基板の結晶欠陥を評価する結晶欠陥評価方法であって、
前記単結晶基板の線吸収係数μと、評価対象領域における前記単結晶基板の厚さｔとの積μｔが１０程度となるように、Ｘ線の波長を選択する工程と、
前記波長の特性Ｘ線を発生するＸ線発生装置から放射された発散Ｘ線を、前記波長に単色化して所定の方向に射出するＸ線源を準備する工程と、
前記Ｘ線源から射出されたＸ線を、前記単結晶基板に照射する工程と、
前記評価対象領域において、前記射出されたＸ線と前記単結晶基板の選択された結晶面とがブラッグ条件を満たすように、前記単結晶基板の方位を設定する工程と、
前記Ｘ線源から前記所定の方向の位置において、前記評価対象領域に照射された前記Ｘ線が前記単結晶基板を透過してきたＸ線の強度分布を画像として取得する工程と、
を備える、
結晶欠陥評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、単結晶基板の結晶欠陥を評価する技術に関し、特に、Ｘ線の吸収が大きい単結晶基板の結晶欠陥を評価する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（β－Ｇａ_２Ｏ_３）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の半導体は、ＭＯＳＦＥＴ等のバワーデバイスや、ＨＥＭＴ等の高速通信デバイス、発光ダイオードや半導体レーザ等の発光素子、ＰＩＮフォトダイオード等の光検出素子等の各種電子デバイスの製造に重要な材料である。電子デバイスの製造に使用されるこれらの半導体の単結晶基板に欠陥が存在すると、製造された電子デバイスの特性に影響が生じるため、非破壊的な手法によって、単結晶基板内部の結晶欠陥の分布等を評価する技術の確立が強く要請されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０９－３１１１１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一方、単結晶基板の結晶欠陥の分布を評価する非破壊的な手法としては、Ｘ線トポグラフィ等のＸ線イメージング技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、ＧａやＧｅ等の原子番号が比較的大きい元素を含む上記半導体においては、Ｘ線の線吸収係数μが高いため、Ｘ線の侵入深さが浅くなる。そのため、基板表面から約２０μｍ以内に位置する欠陥しか検出することができず、単結晶基板内部の結晶欠陥を的確に評価することができない。

【0005】

この問題は、半導体の単結晶基板に限らず、強誘電性メモリの製造に使用されるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ_３）や表面弾性波フィルタの製造に使用されるタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）等の、原子番号が比較的大きい元素を含み、電子デバイスの製造に使用される種々の単結晶基板に共通する。また、同様の問題は、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の原子番号が比較的大きい元素を含まない半導体や誘電体等の厚い単結晶基板にも存在し、アルミニウム（Ａｌ）の厚い単結晶基板や銅（Ｃｕ）の単結晶基板等の金属の単結晶基板にも存在する。

【0006】

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、非破壊的な手法により、単結晶基板内部の結晶欠陥をより的確に評価する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

【0008】

［適用例１］
単結晶基板の結晶欠陥を評価する結晶欠陥評価装置であって、Ｘ線発生装置から放射された発散Ｘ線を、前記単結晶基板の線吸収係数μと前記単結晶基板の厚さｔとの積μｔが１０程度となる波長に単色化して所定の方向に射出するＸ線源と、前記Ｘ線源から前記所定の方向に、前記Ｘ線源と対向するように、前記Ｘ線源に対して固定的に配置され、到達したＸ線の強度を取得可能なＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に配置され、前記Ｘ線源から射出されたＸ線が通過するように構成され、基板固定面において前記単結晶基板を固定的に保持する基板保持部と、を備え、前記基板保持部は、所定の平面に平行な互いに直交する２方向への前記基板固定面の直線移動と、前記所定の平面に平行な第１軸、前記基板固定面に平行な第２軸および前記基板固定面と直交する第３軸の一点で交差する３軸のそれぞれを中心とする前記基板固定面の回転と、が可能となるように構成されており、前記回転の角度は、前記単結晶基板の選択された結晶面と、前記射出されたＸ線と、がブラッグ条件を満たすように調整可能となっている、結晶欠陥評価装置。

【0009】

この適用例によれば、単結晶基板を透過したＸ線により結晶欠陥の分布を表す画像が取得できるので、単結晶基板内部の結晶欠陥をより的確に評価することができる。さらに、Ｘ線発生装置として、大規模な装置であるシンクロトロン放射光源等ではなく、一般的なＸ線管等を用いることができるので、実験室や工場の生産ライン等において、結晶欠陥の評価を行うことができる。

【0010】

［適用例２］
適用例１記載の結晶欠陥評価装置であって、前記所定の平面は、水平面もしくは鉛直面であり、前記所定の方向は、前記所定の平面と直交する方向に固定されている、結晶欠陥評価装置。

【0011】

この適用例によれば、Ｘ線の進行方向の変化によって予期しない散乱Ｘ線が生じることを抑制することができるので、より容易にＸ線の遮蔽を行うことができる。

【0012】

［適用例３］
適用例１記載の結晶欠陥評価装置であって、前記所定の平面は、水平面であり、前記Ｘ線源および前記Ｘ線検出器は、前記第１軸を中心に回転可能となっている、結晶欠陥評価装置。

【0013】

この適用例によれば、結晶欠陥の分布を表す画像を取得する際に、基板固定面を略水平に維持することができるので、基板固定面への単結晶基板の載置がより容易となる。

【0014】

［適用例４］
前記Ｘ線検出器は、前記到達したＸ線の強度分布を画像として取得可能なカメラである、適用例１ないし３のいずれか記載の結晶欠陥評価装置。

【0015】

この適用例によれば、基板の少なくとも一部のトポグラフィ像を取得することができるので、結晶欠陥の種類を特定し、より詳細に結晶欠陥の評価を行うことができる。

【0016】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、単結晶基板の結晶欠陥を評価する評価装置、単結晶基板の結晶欠陥を評価する評価方法、その装置や方法を用いたインライン評価システム、それらの装置やシステムを制御して単結晶基板の結晶欠陥を評価するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の態様で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】単結晶基板の結晶欠陥の評価に使用されるトポグラフィ像撮影装置の構成を示す説明図。

【図2】結晶によってＸ線が回折する際の入射Ｘ線、回折Ｘ線および透過Ｘ線の関係を示す説明図。

【図3】結晶によってＸ線が回折する際の入射Ｘ線、回折Ｘ線および透過Ｘ線の関係を示す説明図。

【図4】本実施形態のトポグラフィ像撮影装置を用いてトポグラフィ像を撮影する様子を示す説明図。

【図5】トポグラフィ像の撮影に対して結晶面の湾曲が与える影響を示す説明図。

【図6】検証の概要を示す説明図。

【図7】本検証において回折波と前方回折波とを観測した結果を示す説明図。

【図8】回折面と回折波の強度との関係を評価した結果を示す説明図

【図9】基板全体について取得されたトポグラフィ像を示す説明図。

【図10】基板全体のトポグラフィ像を取得する処理の流れを示すフローチャート。

【図11】本実施形態の一応用例としてのインライン結晶欠陥評価システムの構成を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の実施の形態を以下の順序で説明する。
Ａ．実施形態：
Ａ１．トポグラフィ像撮影装置の構成：
Ａ２．回折がＸ線に与える影響：
Ａ３．トポグラフィ像の撮影：
Ａ４．結晶面の湾曲の影響：
Ｂ．トポグラフィ像取得の検証例：
Ｂ１．異常透過の発生の検証：
Ｂ２．トポグラフィ像の取得結果：
Ｃ．基板全体のトポグラフィ像の取得処理：
Ｄ．インライン結晶欠陥評価システム：
Ｅ．変形例：

【0019】

Ａ．実施形態：
Ａ１．トポグラフィ像撮影装置の構成：
図１は、単結晶基板ＳＰＣ（以下、単に「基板ＳＰＣ」と呼ぶ）の結晶欠陥の評価に使用されるトポグラフィ像撮影装置１００の構成を示す説明図である。図１に示すように、トポグラフィ像撮影装置１００は、Ｘ線発生装置１１０と、反射鏡１２０と、コリメータ１３０と、ステージ１４０と、カメラ１５０とを備えている。

【0020】

Ｘ線発生装置１１０は、Ｘ線発生装置１１０に設けられた窓１１９から、進行方向に向かって拡がるＸ線（発散Ｘ線）を放射する。このようなＸ線発生装置１１０としては、例えば、電極間の高電圧で加速された電子をターゲットに照射することによりＸ線を発生する一般的なＸ線管を用いることができる。また、Ｘ線発生装置としては、一般的なＸ線管のほか、焦電結晶の温度変化で発生する高電圧を利用した焦電型のＸ線発生器を用いることも可能である。なお、このようなＸ線発生装置から放射されるＸ線には、ターゲットの構成元素に固有な波長の線スペクトルを有する特性Ｘ線と、連続スペクトルを有する連続Ｘ線とが含まれる。

【0021】

反射鏡１２０は、回転放物面形状の反射面に多層膜が形成されたＸ線反射鏡である。反射鏡１２０にＸ線発生装置１１０から放射された発散Ｘ線が到達すると、反射面に形成された多層膜で特定の波長のＸ線のみがブラッグ反射されることによって、Ｘ線が単色化する。具体的には、Ｘ線発生装置から放射されたＸ線に含まれる特性Ｘ線（通常、複数存在する）と連続Ｘ線とから、選択された特性Ｘ線のみをブラッグ反射させることによって、Ｘ線は単色化される。また、反射鏡１２０は、その反射面が回転放物面形状に形成されていることにより、発散するＸ線が集光されて平行化される。このように、単色化および平行化されたＸ線は、反射鏡１２０からコリメータ１３０に到達する。コリメータ１３０は、反射鏡１２０において平行化および単色化されたＸ線の発散角をさらに縮小し、略平行なＸ線Ｉｏを射出する。

【0022】

なお、単色化されたＸ線の波長は、基板ＳＰＣの線吸収係数μと基板ＳＰＣの厚さｔとの積μｔ（以下、単に「μｔ」ともいう）が１０程度となるように設定される。具体的には、種々のターゲットにおける特性Ｘ線として得られる波長のうちから、μｔが１０程度となる波長が選択される。そして、Ｘ線発生装置１１０として、選択された波長の特性Ｘ線を放射するターゲットのものを使用し、反射鏡１２０において、Ｘ線発生装置１１０から放射されたＸ線が、選択された波長に単色化される。

【0023】

また、以上の説明から判るように、Ｘ線発生装置１１０、反射鏡１２０およびコリメータ１３０は、全体として、μｔが１０程度となる波長に単色化された略平行なＸ線Ｉｏを射出するように構成されている。そのため、Ｘ線発生装置１１０、反射鏡１２０およびコリメータ１３０を併せて、Ｘ線源１０１とも呼ぶことができる。

【0024】

ステージ１４０は、基板ＳＰＣが固定される基板固定面１４１を有する環状の部材であり、Ｘ線源１０１側からカメラ１５０側に向かう貫通穴１４９が形成されている。ステージ１４０は、貫通穴１４９を閉塞しないように構成されたゴニオメータ（図示しない）に固定されている。ゴニオメータが貫通穴１４９を閉塞しないように構成されていることにより、ステージ１４０およびステージ１４０が固定されたゴニオメータ（併せて、「ゴニオステージ」と呼ぶ）は、Ｘ線源１０１から射出されたＸ線Ｉｏを通過させる。

【0025】

ゴニオメータの操作により、ステージ１４０は、Ｘ方向およびＹ方向に直線移動し、また、φ方向、χ方向およびω方向に回転する。図１に示すように、本実施形態において、Ｘ方向およびＹ方向は、互いに直交する水平面に平行な方向となっている。また、φ方向の回転軸（φ軸）は、基板固定面１４１に直交し、χ方向の回転軸（χ軸）およびω方向の回転軸（ω軸）は、それぞれ、基板固定面１４１および水平面と平行となっている。これらφ軸、χ軸およびω軸の３軸は、一点で交差している。なお、ステージ１４０を駆動するゴニオメータは、Ｘ方向およびＹ方向の位置と、φ方向、χ方向およびω方向の回転の角度とが、いずれもトポグラフィ像の撮影に十分な精度で調整可能となるように構成されている。

【0026】

結晶欠陥の評価対象である基板ＳＰＣは、ステージ１４０の基板固定面１４１に載置された状態で、基板固定面１４１に固定される。基板固定面１４１（ステージ１４０）への基板の固定は、固定部材による取付や、負圧による吸着等の種々の方法によって行うことができる。なお、このように、ステージ１４０を有するゴニオステージは、基板ＳＰＣを固定的に保持することができるので、基板保持部とも呼ぶことができる。

【0027】

基板ＳＰＣの固定の後、ステージ１４０は、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれの位置（以下、単に「Ｘ，Ｙ」とも謂う）が所定の位置に設定されるとともに、基板ＳＰＣにおいてＸ線Ｉｏが所定の回折条件（後述する）を満たすように、ステージ１４０のφ方向、χ方向およびω方向のそれぞれの角度（以下、単に「φ，χ，ω」とも謂う）が適宜設定される。

【0028】

基板ＳＰＣに照射されたＸ線Ｉｏは、基板ＳＰＣ内を伝播する際に、基板ＳＰＣを構成する原子と相互作用する。この相互作用により基板ＳＰＣの影響を受けたＸ線Ｉｔは、基板ＳＰＣに入射したＸ線Ｉｏと同一方向に射出され、カメラ１５０に到達する。

【0029】

カメラ１５０は、その受光面に到達したＸ線Ｉｔの強度分布を画像として取得する。このようなカメラ１５０としては、例えば、受光面にシンチレータを配置して、Ｘ線Ｉｔによってシンチレータが発するシンチレーション光を画像として取得するシンチレータ型カメラが使用される。また、カメラとしては、シンチレータ型カメラのほか、Ｘ線Ｉｔから直接変換された電気信号を画像として取得する直接変換型カメラ等の種々のＸ線カメラを使用することもできる。なお、カメラ１５０は、到達したＸ線Ｉｔの強度分布を画像として取得する機能を有しているが、これは、到達したＸ線Ｉｔの強度を取得する機能を有しているものと捉えることもできる。そのため、カメラ１５０は、到達したＸ線Ｉｔの強度を取得可能なＸ線検出器とも謂うことができる。

【0030】

図１に示すように、本実施形態のトポグラフィ像撮影装置１００では、Ｘ線源１０１からは、鉛直上方にＸ線Ｉｏが射出される。そして、基板ＳＰＣを透過したＸ線Ｉｔは、鉛直上方に基板ＳＰＣから射出される。そこで、基板ＳＰＣを透過したＸ線Ｉｔがカメラ１５０に到達するように、カメラ１５０は、Ｘ線源１０１と対向するように、Ｘ線源１０１の鉛直上方に固定的に配置されている。

【0031】

なお、図１においては図示を省略しているが、トポグラフィ像撮影装置１００には、通常、トポグラフィ像撮影装置１００の各部を操作し、また、カメラ１５０等が出力する信号を取得する制御装置が取り付けられる。このような制御装置は、各部とのインタフェースを有するコンピュータとして構成される。そして、トポグラフィ像撮影装置１００の各部の操作、出力信号の取得、および、取得した出力信号に対する演算処理等の各種処理は、当該コンピュータがコンピュータプログラムを実行することにより実現される。

【0032】

Ａ２．回折がＸ線に与える影響：
図２および図３は、結晶によってＸ線が回折する際の入射Ｘ線Ｉｏ、回折Ｘ線Ｉｈおよび透過Ｘ線Ｉｔの関係を示す説明図である。図２（ａ）は、Ｘ線の回折条件を示し、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、薄い基板ＳＰ１における入射Ｘ線Ｉｏ、回折Ｘ線Ｉｈおよび透過Ｘ線Ｉｔのそれぞれの強度Ｉと入射角θとの関係を示している。ここで、入射角θとは、結晶欠陥の評価のために回折を生じさせるように選択された特定の結晶面（以下、回折が生じているか否かにかかわらず「回折面」とも呼ぶ）と入射Ｘ線Ｉｏとのなす角度をいう。

【0033】

また、図３（ａ）および図３（ｂ）は、結晶内部において入射波Ｋｏおよび回折波Ｋｈが干渉している状態を示し、図３（ｃ）および図３（ｄ）は、厚い基板ＳＰ２における入射Ｘ線Ｉｏ、回折Ｘ線Ｉｈおよび透過Ｘ線Ｉｔのそれぞれの強度Ｉと入射角θとの関係を示している。なお、入射波Ｋｏと回折波Ｋｈとは、波動として捉えた入射Ｘ線Ｉｏおよびその延長としての透過Ｘ線Ｉｔと、回折Ｘ線Ｉｈとをいう。

【0034】

入射波Ｋｏや回折波Ｋｈ等の波動は、波数ベクトルによって特徴付けられる。そのため、以下の説明では、入射波Ｋｏや回折波Ｋｈ等と、それらを特徴付ける波数ベクトルとを区別せず、入射波Ｋｏや回折波Ｋｈ等の波数ベクトルも、波数ベクトルＫｏ，Ｋｈのように表記する。また、波動として捉えた場合、入射波Ｋｏは、入射Ｘ線Ｉｏと透過Ｘ線Ｉｔとで区別されないので、ｏ波Ｋｏとも呼ばれる。一方、回折波Ｋｈは、ｏ波Ｋｏに対応してｈ波Ｋｈとも呼ばれる。

【0035】

図２（ａ）に示すように、結晶におけるＸ線の回折条件は、エワルド球ＥＳを用いて説明される。エワルド球ＥＳは、具体的には、逆格子空間において、入射波の波数ベクトルＫｏの終点を原点Ｏにとり、当該波数ベクトルＫｏの始点からその長さ（すなわち、入射波Ｋｏの波数）を半径とする球面として描かれる。そして、エワルド球ＥＳ上に逆格子点が位置する場合、エワルド球ＥＳの中心を始点とし、その逆格子点を終点とするベクトルが波数ベクトルとなる回折波Ｋｈが生じる。

【0036】

図２（ａ）の例で示すように、面間隔ｄの回折面（ｈｋｌ）に入射波Ｋｏ（入射Ｘ線Ｉｏ）がブラッグ角θｂで入射した場合、原点Ｏを始点とするｇベクトル（ｇ＝ｈｋｌ）の終点Ｈ、すなわち、原点Ｏから回折面（ｈｋｌ）の法線方向に１／ｄ離れた逆格子点Ｈ（ｈｋｌ）がエワルド球ＥＳ上に位置することとなる。そのため、回折面（ｈｋｌ）において入射波Ｋｏが回折し、入射波Ｋｏがあたかも回折面（ｈｋｌ）で鏡面反射したような回折波Ｋｈ（回折Ｘ線Ｉｈ）が生じる。なお、ｇベクトルとは、回折面（図２（ａ）の例では、面（ｈｋｌ））の逆格子ベクトルであり、その方向は、当該回折面（ｈｋｌ）の法線方向となる。そのため、回折面（ｈｋｌ）は、ｇベクトルを用いて回折面ｇ＝ｈｋｌと表すこともできる。

【0037】

このように入射波Ｋｏがブラッグ角θｂで回折面（ｈｋｌ）に入射すると、入射波（ｏ波）Ｋｏと回折波（ｈ波）Ｋｈとが回折面（ｈｋｌ）において反射（散乱）を繰り返す。そして、ｏ波Ｋｏおよびｈ波Ｋｈの位相は、周期的な回折面（ｈｋｌ）上に位置する原子での散乱により変化し、ｏ波Ｋｏおよびｈ波Ｋｈの進行に伴って揃っていく。

【0038】

しかしながら、図２（ｂ）に示すようにμｔが１程度の薄い基板ＳＰ１では、ｏ波Ｋｏやｈ波Ｋｈは、位相が十分に揃っていない（コヒーレンシが低い）状態で基板ＳＰ１から射出される。そのため、薄い基板ＳＰ１におけるＸ線の回折は、異なる位置で散乱されたＸ線がコヒーレントでなく、ｏ波Ｋｏとｈ波Ｋｈとの干渉がないものとした、運動学的回折理論で説明される。

【0039】

この運動学的回折理論によれば、入射Ｘ線Ｉｏの強度が、吸収による低下分を除いて、基板ＳＰ１内において一定であるものと扱われる。そのため、基板ＳＰ１から射出される透過Ｘ線Ｉｔおよび回折Ｘ線Ｉｈの強度の和が一定となるので、図２（ｃ）に示すように入射角θがブラッグ角θｂとなる状態において、回折Ｘ線Ｉｈの強度が上昇するのに伴い、透過Ｘ線Ｉｔの強度が低下する。

【0040】

一方、図３（ｃ）に示すように厚い（μｔ～１０）基板ＳＰ２においては、ｏ波Ｋｏおよびｈ波Ｋｈのコヒーレンシが高くなる。そのため、厚い基板ＳＰ２におけるＸ線の回折は、ｏ波Ｋｏとｈ波Ｋｈとの干渉を考慮した動力学的回折理論で説明される。

【0041】

動力学的回折理論によれば、ブラッグ条件（Ｋｈ－Ｋｏ＝ｇ）が満たされると、結晶内部ではｏ波Ｋｏとｈ波Ｋｈとが干渉し、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、原子面を腹あるいは節とし、ｇベクトルの方向に進行しない定常波が発生し得る。しかしながら、Ｘ線の吸収は原子の存在によって生じるため、図３（ａ）に示す原子面を腹とする定常波は、急速に吸収される。そのため、結晶内部においては、図３（ｂ）に示す原子面を節とする定常波のみが存在する。

【0042】

そして、結晶に入射したｏ波Ｋｏは、結晶内部において原子面を節とする定常波（図３（ｂ））として伝播し、結晶から射出される際にｏ波Ｋｏとｈ波Ｋｈとに分離する。そのため、図３（ｄ）に示すように入射角θがブラッグ角θｂとなる状態において、透過Ｘ線Ｉｔおよび回折Ｘ線Ｉｈの強度は、同時に上昇する。

【0043】

また、この状態において、図３（ｂ）に示す定常波では、Ｘ線を吸収する原子の位置（原子面）に節が位置するため、Ｘ線の吸収量が著しく減少する（通常、数千分の１程度））。そのため、透過Ｘ線Ｉｔの強度は、入射角θがブラッグ角θｂとなっていない状態、すなわち、回折が生じていない状態よりも顕著に高くなる。このように、入射波Ｋｏと回折波Ｋｈと回折面（ｇベクトル）とがブラッグ条件（Ｋｈ－Ｋｏ＝ｇ）を満たす状態において、Ｘ線が厚い基板ＳＰ２を透過する現象は、異常透過現象、あるいは、単に異常透過と呼ばれる。

【0044】

なお、一般的に、基板ＳＰ２の内部におけるｏ波Ｋｏおよびｈ波Ｋｈは、完全にコヒーレントな状態になっていない。そのため、異常透過が生じている状態においても、基板ＳＰ２を透過するＸ線Ｉｔには、ｏ波Ｋｏとｈ波Ｋｈとの干渉で生じる定常波として基板ＳＰ２を伝播してきたＸ線（前方回折波）に加え、回折とは関係なく基板ＳＰ２を伝播してきた純粋な透過波とが含まれる。しかしながら、厚い基板ＳＰ２を透過してくることによって、純粋な透過波は著しく減衰するのに対し、前方回折波の減衰は純粋な透過波と比べて極端に少なくなる。そのため、異常透過が生じている状態において観測される透過Ｘ線Ｉｔは、その大部分が前方回折波となる。

【0045】

一方、上述のように、前方回折波は、ｏ波Ｋｏとｈ波Ｋｈと回折面（結晶面）とがブラッグ条件を満たす状態において、ｏ波Ｋｏとｈ波Ｋｈとが干渉し、図３（ｂ）に示すように結晶中に定常波が発生することにより発生する。そのため、結晶中に結晶欠陥によってブラッグ条件を満足しない領域が存在すれば、その領域を伝播する前方回折波の強度が低下する。従って、異常透過を発生させた状態で透過Ｘ線Ｉｔの強度分布を観測すれば、結晶中の結晶欠陥を評価することができる。

【0046】

以上の説明から判るように、μｔを大きくすると、ｏ波Ｋｏとｈ波Ｋｈとのコヒーレンシが高くなるとともに、純粋な透過波の減衰が大きくなる。そのため、透過Ｘ線Ｉｔにおける前方回折波の割合が高くなり、結晶欠陥による前方回折波の強度の低下をより明瞭に観測することができる。しかしながら、異常透過が発生している状態においても、μｔが大きくなると透過Ｘ線Ｉｔの強度が低下するため、透過Ｘ線Ｉｔの強度分布の観測が難しくなる。

【0047】

一方、μｔを小さくすると、透過Ｘ線Ｉｔの強度の低下は抑制されるものの、ｏ波Ｋｏとｈ波Ｋｈとのコヒーレンシが低くなるとともに、純粋な透過波の減衰が小さくなる。そのため、透過Ｘ線Ｉｔにおける前方回折波の割合が低くなり、結晶欠陥による前方回折波の強度の低下を明瞭に観測することが難しくなる。

【0048】

これらの特性を考慮して、μｔは、好適には５～２０に設定され、より好適には１０程度に設定される。このようにμｔを１０程度、あるいは、合理的に設定可能な範囲で１０に近い値に設定することにより、透過Ｘ線Ｉｔの強度分布の観測を容易にするとともに、結晶欠陥による前方回折波の強度の低下を明瞭に観測することができる。

【0049】

Ａ３．トポグラフィ像の撮影：
図４は、本実施形態のトポグラフィ像撮影装置１００を用いてトポグラフィ像を撮影する様子を示す説明図である。なお、図４において破線で示すカメラ９５０は、回折Ｘ線Ｉｈを用いてトポグラフィ像を撮影するとした場合に、回折Ｘ線Ｉｈが到達するように配置されるカメラの位置を示している。

【0050】

トポグラフィ像の撮影では、まず、基板ＳＰＣに入射する入射波（ｏ波）Ｋｏと、回折波（ｈ波）Ｋｈと、回折面（ｇベクトル）とが、ブラッグ条件（Ｋｈ－Ｋｏ＝ｇ）を満たすように、すなわち、回折面へのＸ線（入射Ｘ線）Ｉｏの入射角が当該回折面におけるブラッグ角と一致するように、φ、χおよびωが適宜調整される。

【0051】

φ、χおよびωが調整された状態において、Ｘ線源１０１からＸ線Ｉｏが鉛直上方に射出されると、図４に示すように、Ｘ線源１０１から射出されたＸ線Ｉｏ（入射波／ｏ波Ｋｏ）が基板ＳＰＣの一部分（照射領域）に照射される。そして、ブラッグ条件が満たされていることにより、回折面において入射波Ｋｏが回折し、異常透過が発生する。

【0052】

異常透過が発生することにより、基板ＳＰＣを透過したｏ波Ｋｏは、透過Ｘ線Ｉｔとして、入射Ｘ線Ｉｏと同様に、基板ＳＰＣから鉛直上方に射出される。射出された透過Ｘ線Ｉｔは、Ｘ線源１０１と対向するようにＸ線源１０１の鉛直上方に配置されたカメラ１５０に到達する。

【0053】

上述のように、カメラ１５０に到達した透過Ｘ線Ｉｔは、回折の影響を受けた状態となっているので、カメラ１５０において、基板ＳＰＣを透過したＸ線Ｉｔの強度分布を画像として取得することにより、照射領域における基板ＳＰＣのトポグラフィ像が得られる。

【0054】

基板ＳＰＣ全体のトポグラフィ像は、ステージ１４０をＸ方向およびＹ方向に移動させて照射領域を走査し、各照射領域において撮影されたトポグラフィ像を合成することによって得ることができる。

【0055】

Ａ４．結晶面の湾曲の影響：
ここで、トポグラフィ像の撮影における結晶面の湾曲の影響を考える。本実施形態においては、図４に示すように、異常透過が発生して回折の影響を受けた透過Ｘ線Ｉｔ（透過波／ｏ波Ｋｏ）を用いて基板ＳＰＣのトポグラフィ像を得ているが、回折Ｘ線Ｉｈ（回折波／ｈ波Ｋｈ）も、当然、回折の影響を受けている。そのため、カメラ９５０によって回折Ｘ線Ｉｈ（ｈ波Ｋｈ）の強度分布を画像として取得することによっても、基板ＳＰＣのトポグラフィ像を得ることができる。

【0056】

しかしながら、以下で説明するように、基板ＳＰＣに結晶面の湾曲が存在する場合、湾曲の影響は、透過Ｘ線Ｉｔ（ｏ波Ｋｏ）と比べて、回折Ｘ線Ｉｈ（ｈ波Ｋｈ）に、より強く現れる。そのため、本実施形態のように、透過Ｘ線Ｉｔ（ｏ波Ｋｏ）を用いてトポグラフィ像を撮影することにより、湾曲等の影響を抑制することができる。

【0057】

図５は、トポグラフィ像の撮影に対して結晶面Ｓの湾曲が与える影響を示す説明図である。図５（ａ）は、基板ＳＰＣにおいて結晶面Ｓが湾曲している状態を示している。また、図５（ｂ）および図５（ｃ）は、それぞれ、結晶面Ｓが湾曲した基板ＳＰＣの中央部ＲＧＣにおける入射Ｘ線Ｉｏと回折Ｘ線Ｉｈとの関係、および、入射Ｘ線Ｉｏと透過Ｘ線Ｉｔとの関係を示している。同様に、図５（ｄ）および図５（ｅ）は、基板ＳＰＣの左端部ＲＧＬにおける入射Ｘ線Ｉｏと、回折Ｘ線Ｉｈおよび透過Ｘ線Ｉｔとの関係を示し、図５（ｆ）および図５（ｇ）は、基板ＳＰＣの右端部ＲＧＲにおける入射Ｘ線Ｉｏと、回折Ｘ線Ｉｈおよび透過Ｘ線Ｉｔとの関係を示している。

【0058】

図５（ａ）の例では、基板ＳＰＣの主面と略平行な結晶面Ｓが、一方の主面（紙面における上方の主面）に向かって凸となるように湾曲している。このように結晶面Ｓが湾曲していると、主面に沿った位置が異なる場合、回折面（紙面において略上下方向に延びる細線で示す）およびｇベクトルの方向が変化する。

【0059】

この状態においても、中央部ＲＧＣでは、回折面が基板ＳＰＣの厚さ方向と略平行となり、ｇベクトルが主面と略平行となる。そして、図５（ｂ）に示すように、ブラッグ条件を満たすように結晶面に入射した入射Ｘ線Ｉｏ（入射波／ｏ波Ｋｏ）は、破線で示す湾曲がない場合における回折Ｘ線と同様に回折され、回折Ｘ線Ｉｈ（回折波／ｈ波Ｋｈ）の進行方向は、湾曲がない場合の進行方向から大きく外れない。

【0060】

一方、図５（ｃ）に示すように、透過Ｘ線Ｉｔ（ｏ波Ｋｏ）は、強度分布等において回折の影響を受けているものの、その波数ベクトルＫｏは、入射Ｘ線Ｉｏと同一となる。そのため、結晶面Ｓに湾曲があり、回折面（ｇベクトル）の方向が変化しても、透過Ｘ線Ｉｔの進行方向は、入射Ｘ線Ｉｏと一致したままとなる。同様に、図５（ｅ）および図５（ｇ）に示すように、湾曲によって回折面が大きく傾く両端部ＲＧＬ，ＲＧＲにおいても、透過Ｘ線Ｉｔの進行方向は、入射Ｘ線Ｉｏと一致する。

【0061】

これに対し、図５（ｄ）および図５（ｆ）に示すように、回折Ｘ線Ｉｈ（回折波Ｋｈ）は、回折面において入射Ｘ線Ｉｏ（入射波Ｋｏ）をあたかも鏡面反射したように生じる。そのため、湾曲によって回折面が大きく傾く両端部ＲＧＬ，ＲＧＲにおいて、回折Ｘ線Ｉｈの進行方向は、破線で示す湾曲がない場合の回折Ｘ線の進行方向から大きく外れる。

【0062】

さらに、左端部ＲＧＬと右端部ＲＧＲとでは、回折Ｘ線Ｉｈの進行方向のずれが互いに逆方向となる。そのため、結晶面Ｓが湾曲している基板ＳＰＣの場合、ステージ１４０（図４）をＸ方向およびＹ方向に移動して、入射Ｘ線Ｉｏが照射される照射領域を走査すると、回折Ｘ線Ｉｈの進行方向が大きく変化する。

【0063】

このように、回折Ｘ線Ｉｈの進行方向が変化するため、結晶面Ｓが湾曲している基板ＳＰＣ全体のトポグラフィ像を、回折Ｘ線Ｉｈ（回折波／ｈ波Ｋｈ）を用いて取得する場合、回折Ｘ線Ｉｈが到達するように配置されたカメラ９５０（図４）の位置を、照射領域における回折面（ｇベクトル）の方向の変化に合わせて調整することが必要となる。

【0064】

なお、図５（ｄ）ないし図５（ｇ）に示すように、基板ＳＰＣの両端部ＲＧＬ，ＲＧＲでは、回折面が大きく傾くことにより、入射Ｘ線Ｉｏ（入射波Ｋｏ）の回折面への入射角が厳密なブラッグ角からずれてくる。しかしながら、入射角の厳密なブラッグ角からのずれが十分に小さければ（数十秒角（ａｒｃｓｅｃ）程度以下）、異常透過が発生する。そのため、湾曲している結晶面Ｓの曲率半径が数十ｍ程度以上であれば、基板ＳＰＣ全体のトポグラフィ像を得ることができる。

【0065】

以上の説明から判るように、透過Ｘ線Ｉｏ（透過波／ｏ波Ｋｏ）を用いてトポグラフィ像を撮影する本実施形態によれば、結晶面Ｓが湾曲している基板ＳＰＣであっても、Ｘ線源１０１（図４）に対して固定的に配置されたカメラ１５０を用いて、基板ＳＰＣ全体のトポグラフィ像を取得できる。そのため、結晶面Ｓの湾曲に合わせてＸ線源とカメラとの位置関係を調整することを省略することができるので、基板全体のトポグラフィ像を取得することがより容易となる。

【0066】

このように、本実施形態によれば、Ｘ線源１０１と対向するように、カメラ１５０をＸ線源１０１の鉛直上方に固定的に配置している。また、基板ＳＰＣを透過したＸ線Ｉｔは、基板ＳＰＣの結晶面Ｓに湾曲があっても、Ｘ線源１０１から射出されたＸ線Ｉｏと同じ鉛直上方に、基板ＳＰＣから射出されるので、カメラ１５０には、基板ＳＰＣを透過したＸ線Ｉｔが到達する。

【0067】

そして、Ｘ線源１０１から射出されたＸ線Ｉｏと、基板ＳＰＣの回折面とがブラッグ条件を満たすように、基板ＳＰＣの方位を調整することで、μｔが１０程度となる基板ＳＰＣにおいて通常ではほとんど吸収されるＸ線Ｉｏが、回折によって生じる前方透過波として基板ＳＰＣを透過する。

【0068】

そのため、基板ＳＰＣを透過し、カメラ１５０に到達したＸ線Ｉｔの強度分布を画像として取得することにより、基板ＳＰＣのトポグラフィ像を得ることができるので、基板ＳＰＣの結晶欠陥を評価することができる。なお、このように、トポグラフィ像撮影装置１００を用いることにより、基板ＳＰＣの結晶欠陥を評価することができるので、トポグラフィ像撮影装置１００は、結晶欠陥を評価する結晶欠陥評価装置とも呼ぶことができる。

【0069】

さらに、本実施形態のトポグラフィ像撮影装置１００では、Ｘ線発生装置１１０として、大規模な装置であるシンクロトロン放射光源等ではなく、一般的なＸ線管等を用いることができる。そのため、トポグラフィ像撮影装置１００は、実験室や工場の生産ラインで使用することが容易である。

【0070】

また、本実施形態では、カメラ１５０がＸ線源１０１に対して固定的に配置されるので、結晶欠陥の評価に使用される一般的なＸ線回折装置等のように、基板に対するＸ線源とカメラとの位置関係を別個に調整する必要がない。そのため、本実施形態によれば、結晶欠陥を評価するための結晶欠陥評価装置（トポグラフィ像撮影装置１００）の構成をより簡単にすることができる。

【0071】

さらに、本実施形態のトポグラフィ像撮影装置１００では、Ｘ線源１０１からＸ線Ｉｏが鉛直上方に射出され、ステージ１４０を通過した後、基板ＳＰＣを透過したＸ線Ｉｔが、Ｘ線源１０１の鉛直上方に配置されたカメラ１５０に到達するように構成されている。そのため、Ｘ線源１０１とステージ１４０（ゴニオステージ）とカメラ１５０とが鉛直方向に配列されるため、トポグラフィ像撮影装置１００の占める床面積を縮小することができ、トポグラフィ像撮影装置１００の設置する際の自由度をより高くすることができる。

【0072】

加えて、本実施形態では、Ｘ線源１０１からは、鉛直上方にＸ線Ｉｏが射出される。そして、異常透過が発生している状態において、基板ＳＰＣからは、鉛直上方にＸ線Ｉｔが射出されるとともに、回折したＸ線Ｉｈが射出される。異常透過が発生していない状態において、Ｘ線源１０１から射出されたＸ線Ｉｏは、そのほとんどが基板ＳＰＣにより吸収される。そのため、ビームストッパ等を用いて回折したＸ線Ｉｈの進行を止めれば、トポグラフィ像撮影装置１００におけるＸ線の主な進行方向は、Ｘ線Ｉｏ，Ｉｔの鉛直上方に限定される。このように、本実施形態では、Ｘ線の主な進行方向を１方向に限定することができるので、Ｘ線の進行方向の変化によって予期しない散乱Ｘ線が生じることを抑制し、より容易にＸ線の遮蔽を行うことができる。

【0073】

Ｂ．トポグラフィ像取得の検証例：
本実施形態を適用することによってトポグラフィ像を取得し得ることの検証を行った。具体的には、Ｘ線の線吸収係数μが大きい単結晶基板として、比較的原子番号が大きい元素であるＧａを含む安定相の酸化ガリウム（β－Ｇａ_２Ｏ_３）の基板を準備した。具体的には、主面の面方位が（００１）の長方形のβ－Ｇａ_２Ｏ_３基板を用意した。用意した基板は、大きさが１０ｍｍ×１５ｍｍで、厚みが６８０μｍであり、基板の短辺と長辺とは、それぞれ、［０１０］軸（ｂ軸）と［１００］軸（ａ軸）に平行である。また、基板には、その両主面を平坦化するため、化学機械研磨を施した。そして、準備した基板を用いて、異常透過が発生することを検証し、トポグラフィ像の撮影を行った。

【0074】

Ｂ１．異常透過の発生の検証：
図６は、検証の概要を示す説明図である。図６（ａ）に示すように、検証においては、Ｘ線発生装置としてシンクロトロン放射光源ＳＲＳ（以下、単に「放射光源ＳＲＳ」とも呼ぶ）を用いた。そして、放射光源ＳＲＳから放射された略白色のＸ線をモノクロメータＭＭＸによって単色化し、単色化されたＸ線（入射波Ｋｏ）を基板ＳＰＸに照射した。なお、図６において破線で示すカメラＣＭＺは、回折波（ｈ波）Ｋｈを用いてトポグラフィ像を撮影するとした場合において、回折波Ｋｈが到達するように配置されるカメラの位置を示している。

【0075】

この入射波Ｋｏの回折面（ｇ＝０２０，０２２）への入射角がブラッグ角となるように、基板ＳＰＸの方位をゴニオメータによって調整し、異常透過を発生させた。そして、異常透過によって基板ＳＰＸを透過した前方回折波Ｋｆの進行方向にカメラＣＭＸを配置した。なお、前方回折波Ｋｆは、ｏ波Ｋｏ、すなわち、入射波Ｋｏおよび回折の影響を受けない純粋な透過波Ｋｏと区別することができないが、説明の便宜上、ここでは、前方回折波Ｋｆとｏ波Ｋｏとを別個のものとして扱っている。

【0076】

入射波Ｋｏの波長λは、図６（ｂ）に示す、Ｘ線の波長λと、β－Ｇａ_２Ｏ_３におけるＸ線の線吸収係数μとの関係に基づいて決定することができる。図６（ｂ）のグラフにおいて、丸いマークは、線吸収係数μを表し、三角のマークは、μｔが１０となる厚さを表している。

【0077】

図６（ｂ）に示すように、β－Ｇａ_２Ｏ_３の線吸収係数μは、矢印で示すＫ吸収端（λ＝１．１９６Å）を境に長波長側で急激に減少する。そのため、入射波Ｋｏの波長λをＫ吸収端よりもやや長波長とすることにより、５００～８００μｍの厚さの基板において、μｔを、前方回折波Ｋｆを用いたトポグラフィ像の撮影に適した１０程度にすることができる。そして、本検証において用いたβ－Ｇａ_２Ｏ_３基板の厚さが６８０μｍであるため、入射波Ｋｏの波長λは、１．２５Åに設定した。

【0078】

図７は、本検証において回折波Ｋｈと前方回折波Ｋｆとを観測した結果を示す説明図である。図７（ａ）は、回折面ｇ＝０２０により入射波Ｋｏの回折を生じさせた際の、基板ＳＰＸと、回折波Ｋｈおよび前方回折波Ｋｆを観測するための蛍光スクリーンＦＬＳとの配置を示している。図７（ａ）に示すように、回折面ｇ＝０２０で回折を生じさせた際には、入射波Ｋｏを（００１）面の一方から基板ＳＰＸに入射させ、ｏ波Ｋｏ（前方回折波Ｋｆあるいは透過波Ｋｏ）を他方の（００１）面から射出させた。なお、図７（ａ）における破線は、前方回折波Ｋｆを用いてトポグラフィ像を撮影する際の、カメラＣＭＸとカメラＣＭＸに到達する前方回折波Ｋｆとを示している。

【0079】

そして、回折が発生して異常透過が発生している状態（異常透過あり）と、回折が発生せず異常透過が発生しない状態（異常透過なし）とのそれぞれの状態で、蛍光スクリーンＦＬＳに到達するＸ線の観測を行った。なお、「異常透過あり」の状態は、ωを調整することによりブラッグ条件ωを満たした状態であり、「異常透過なし」の状態は、「異常透過あり」の状態から、ωを１８０秒角（ａｒｃｓｅｃ）変化させた状態である。

【0080】

図７（ｂ）および図７（ｃ）は、「異常透過なし」および「異常透過あり」のそれぞれ状態における、回折波Ｋｈと、前方回折波Ｋｆあるいは透過波Ｋｏとの観測結果を示している。図７（ｂ）に示すように、異常透過が発生していない状態では、蛍光スクリーンＦＬＳには、矢印で示す透過波Ｋｏの極めて暗いスポットが現れた。一方、異常透過が発生している状態では、図７（ｃ）に示すように、蛍光スクリーンＦＬＳには、回折波Ｋｈと前方回折波Ｋｆとの２つの極めて明るいスポットが現れた。これらの結果から、回折面ｇ＝０２０によって入射波Ｋｏを回折させることにより、Ｘ線の吸収を顕著に抑制できることが判った。

【0081】

図７（ｄ）および図７（ｅ）は、回折面ｇ＝０２２で回折を生じさせた際の、回折波Ｋｈと、前方回折波Ｋｆあるいは透過波Ｋｏとの観測結果を示している。図７（ｄ）に示すように、異常透過が発生していない状態では、図７（ｂ）と同様に、蛍光スクリーンＦＬＳには、矢印で示す透過波Ｋｏの極めて暗いスポットが現れた。これに対し、異常透過が発生している状態では、図７（ｅ）に示すように、蛍光スクリーンＦＬＳには、回折波Ｋｈと前方回折波Ｋｆとの２つの明るいスポットが現れた。

【0082】

しかしながら、回折面ｇ＝０２２で入射波Ｋｏを回折させた場合、回折面ｇ＝０２０で回折させた場合に比べ、蛍光スクリーンＦＬＳに現れる回折波Ｋｈと前方回折波Ｋｆとのスポットは暗くなった。これらの結果から、回折面ｇ＝０２２によって入射波Ｋｏを回折させることにより、Ｘ線の吸収を十分に抑制できるものの、回折面ｇ＝０２０で入射波Ｋｏを回折させた場合ほどには吸収が抑制されないことが判った。

【0083】

また、図７（ｃ）および図７（ｅ）から判るように、異常透過が発生している場合、回折波Ｋｈと前方回折波Ｋｆとのスポットの明るさが略同一となっている。このことから、異常透過が発生している場合、入射面から結晶に入射した入射波Ｋｏが定常波として結晶内部を射出面まで伝播し、射出面において回折波Ｋｈと前方回折波Ｋｆとに分離しているものと考えられる。そのため、回折波Ｋｈと前方回折波Ｋｆとのいずれか一方の状態を観測することにより、他方の状態を把握することが可能であることが判る。

【0084】

図８は、回折面と回折波Ｋｈの強度Ｉとの関係を評価した結果を示す説明図である。図８（ａ）は、２つの回折面ｇ＝０２０，０２２のそれぞれにおける、ω方向の角度の変化Δω、すなわち、入射角の厳密なブラッグ角からのずれと、回折波Ｋｈの強度Ｉとの関係を示している。図８（ａ）から判るように、回折面が異なっていても、回折波Ｋｈの強度Ｉは、入射角が厳密なブラッグ角となるΔω＝０において最大となった。また、半値全幅（ＦＷＨＭ）等のΔωの変化に対する強度Ｉの変化の形態（ロッキングカーブ）も、回折面によらず同様であった。

【0085】

しかしながら、図７において示した結果と同様に、回折面ｇ＝０２２で回折させた場合、Δω＝０における回折波Ｋｈの強度Ｉは、回折面ｇ＝０２０で回折させた場合よりも低くなっていた（約１／８０）。これは、図８（ｂ）に示すように、［００１］方向が［１００］方向と直交しない（［００１］方向は、紙面の裏側方向に約１４°傾いている）単斜晶系のβ－Ｇａ_２Ｏ_３においては、すべてのＧａが結晶学的に等価な（０２０）面上に存在し、Ｘ線の吸収が大きいＧａの位置に定常波の節が来るようにできるため、異常透過が強くなったのに対し、（０２２）面には、結晶学的に等価でない２種類の面（図８（ｂ）の（０２２）_Ｉ面と（０２２）_ＩＩ面）が存在し、一方の（０２２）面で生ずる定常波が、他方の（０２２）面上に位置するＧａによって減衰させられるため、異常透過が弱くなったことが原因と考えられる。

【0086】

Ｂ２．トポグラフィ像の取得結果：
図９は、基板全体について取得されたトポグラフィ像を示す説明図である。図９（ａ）および図９（ｂ）は、２つの回折面ｇ＝０２０，０２２のそれぞれにおける回折で生じた前方回折波（すなわち、ｏ波）を用いて取得した基板全体のトポグラフィ像、すなわち、照射領域毎に撮影したトポグラフィ像の合成画像を示している。なお、図９（ａ）および図９（ｂ）において、符号ＳＣＭが付された矢印は、基板面内における位置を特定するために形成された、スクラッチマークを指示している。

【0087】

詳細については説明を省略するが、図９（ａ）に示すように、回折面ｇ＝０２０の回折で生じるｏ波を用いて撮影したトポグラフィ像には、ｇ＝０２０とした際に検出可能な結晶欠陥が暗線として現れた。また、図９（ｂ）に示すように、異常透過が弱くなる回折面ｇ＝０２２で回折を生じさせた場合においても、回折で生じるｏ波を用いてトポグラフィ像を撮影することができた。このトポグラフィ像においては、ｇ＝０２０で検出された結晶欠陥に加え、ｇ＝０２０では検出できない結晶欠陥も暗線として現れた。

【0088】

以上の結果から、基板ＳＰＸにμｔが１０程度となる波長のＸ線を照射し、照射されたＸ線を回折させることで異常透過を発生させた状態において、透過Ｘ線の強度分布を画像として取得することにより、トポグラフィ像を撮影することが可能であることが確認できた。また、回折をさせる結晶面（回折面）は、異常透過が発生する限りにおいて、異常透過の強弱にかかわらず選択可能であることが判った。さらに、必要に応じて、回折面を選択することにより、基板中の結晶欠陥をより確実に検出することが可能であることが判った。

【0089】

Ｃ．基板全体のトポグラフィ像の取得処理：
図１０は、基板全体のトポグラフィ像（トポグラフィ全面像）を取得する処理（全面像取得処理）の流れを示すフローチャートである。上述のように、入射角の厳密なブラッグ角からのずれが十分に小さければ、異常透過が発生する。そのため、図５に示すように、基板ＳＰＣの結晶面Ｓが湾曲した状態においても、Ｘ線Ｉｏが照射されている各照射領域におけるトポグラフィ像を撮影し、撮影したトポグラフィ像から基板ＳＰＣ全体のトポグラフィ像を取得することができる。

【0090】

しかしながら、結晶面が大きく湾曲した基板の場合、照射領域の位置によっては異常透過が発生せず、その照射領域におけるトポグラフィ像を撮影できない可能性がある。また、基板全体において各照射領域のトポグラフィ像の撮影が可能であっても、入射角の厳密なブラッグ角からのずれに伴って、透過Ｘ線の強度の低下が発生する。この場合、撮影したトポグラフィ像のＳ／Ｎ比が低下し、良好なトポグラフィ像が撮影できない虞がある。また、照射領域毎に透過Ｘ線の強度が変動することによって、トポグラフィ全面像の画質が低下し、結晶欠陥の評価が適切に行えなくなる可能性がある。

【0091】

そこで、図１０のフローチャートで示す全面像取得処理を実行することにより、基板全体の各照射領域において良好なトポグラフィ像を撮影し、より確実にトポグラフィ全面像を取得するとともに、より良好なトポグラフィ全面像を得る。なお、この全面像取得処理は、トポグラフィ像撮影装置１００に取り付けられた制御装置（図示しない）として構成されたコンピュータが、コンピュータプログラムを実行することにより実現される。

【0092】

全面像取得処理では、まず、ステージ１４０（図４）をＸ方向およびＹ方向に移動させ、照射領域を走査の開始位置に設定する（ステップＳ１０１）。次いで、φ，χ，ωをブラック条件の理論値に設定する（ステップＳ１０２）。

【0093】

この状態において、基板表面の面方位に仕様からのずれがなく、また、基板に結晶面の湾曲が全くなければ、ブラッグ条件が満たされる。しかしながら、実際の基板においては、基板表面の面方位には公差の範囲でのずれがある。また、大部分の基板においては、程度の大小はあっても、結晶面が湾曲している。従って、ブラッグ条件を厳密に満たし、異常透過を最も強く発生させるためには、φ，χ，ωを最適値に調整（最適化）する必要がある。

【0094】

一方、φ，χ，ωの各角度の変化が回折面（ｇベクトル）の方向に与える影響は、等しくない。そのため、図１０に示す全画像取得処理においては、まず、最も影響の大きいωの最適化を行っている（ステップＳ１０３～Ｓ１０５）。

【0095】

ステップＳ１０３では、ωを±Δωの範囲で変化させ（ωロッキング）、変化させられたωのそれぞれにおける、透過波Ｋｏ（図４の透過Ｘ線Ｉｔ）の強度Ｉ（ω）を取得する。なお、変化させるωの変化幅Δωは、基板の結晶性や湾曲の程度等の結晶品質に基づいて、実験的に設定できる。

【0096】

透過波Ｋｏ（透過Ｘ線Ｉｔ）の強度Ｉは、例えば、カメラ１５０を用いて、積分強度、すなわち、カメラ１５０の各画素において測定されるＸ線の強度を全画素にわたって積算したものを使用することができる。カメラ１５０として、シンチレータを用いたカメラを使用している場合、当該シンチレータが発するシンチレーション光の強度を測定することによって取得することもできる。また、透過波Ｋｏの強度Ｉは、カメラ１５０の後方に配置されたＸ線計数器を用いて取得し、あるいは、図７（ａ）に示すように蛍光スクリーンＦＬＳ上に現れる透過波Ｋｏあるいは前方回折波Ｋｆのスポットの輝度を測定することによって取得することもできる。

【0097】

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で取得された透過波の強度変化Ｉ（ω）を、所定のフィッティング関数にフィッティングする。そして、フィッティングの結果から透過波の強度Ｉのピーク値Ｉｘおよびピーク位置ωｘ（すなわち、ピークに対応するω）を推定して取得する。フィッティング関数としては、強度変化Ｉ（ω）の物理的な特性に適合したフォークト関数を使用するのが好ましいが、ガウシアンやローレンツィアン等の他のフィッティング関数を用いることも可能である。

【0098】

ステップＳ１０５では、ωをステップＳ１０４で得られたωｘに設定する。これにより、ωは、χの最適化を行っていない状態における暫定的な最適値に調整される。暫定的なωの最適化の後、ωに次いで影響の大きいχの最適化が行われる（ステップＳ１０６～Ｓ１１１）。

【0099】

ステップＳ１０６では、χを±Δχ、±２Δχ、±３Δχの６点の変化量で変化させる。そして、６点の異なるχにおいてピーク値Ｉｘが取得されるまで（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０６～Ｓ１０９が繰り返し実行される。なお、χの変化ステップΔχは、基板の結晶性や湾曲の程度等の結晶品質に基づいて、実験的に設定できる。

【0100】

ステップＳ１０７，Ｓ１０８では、ステップＳ１０３，Ｓ１０４と同様に、透過波の強度のピーク値Ｉｘが取得される。なお、χの最適化が行われるステップＳ１０６～Ｓ１１１では、ピーク位置ωｘが使用されないので、ステップＳ１０８ではピーク位置ωｘの取得をしていないが、ステップＳ１０４と同様にピーク位置ωｘを取得しても良い。

【0101】

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０３，Ｓ１０４で取得した、χを変化させていない状態におけるピーク値Ｉｘと、ステップＳ１０６～Ｓ１０９で取得されたピーク値Ｉｘとの、計７点の異なるχについて取得したピーク値Ｉｘを、所定のフィッティング関数にフィッティングする。そして、フィッティングの結果から透過波の強度のピーク位置χｘ（すなわち、ピークに対応するχ）を推定して取得する。

【0102】

次いで、ステップＳ１１１において、χをステップＳ１１０で得られたχｘに設定することにより、χは最適値に調整される。このχの最適化の後、ステップＳ１０３～Ｓ１０５と同様に、ステップＳ１１２～Ｓ１１４においてωの最適化が行われる。なお、ステップＳ１１２～Ｓ１１４は、ステップＳ１１３でピーク値Ｉｘが取得されない点を除いて、ステップＳ１０３～Ｓ１０５と同様であるので、ここではその説明を省略する。

【0103】

ステップＳ１１４において、χ，ωの最適化が終了した後、ステップＳ１１５では、上述のように、照射領域のトポグラフィ像が撮影される。そして、ステップＳ１１６において、基板全体においてトポグラフィ像の撮影が完了したか否かが判断される。

【0104】

ステップＳ１１６で、基板全体の撮影が完了していないと判断された場合、ステップＳ１１７で、基板を走査するように、照射領域は次の位置に設定される。そして、ステップＳ１１６で、基板全体の撮影が完了したと判断されるまで、ステップＳ１０３～Ｓ１１７が繰り返し実行される。

【0105】

なお、以上の説明から判るように、ステップＳ１１７で照射領域が次の位置に設定された際、χおよびωは、それぞれ、移動前の照射領域における最適値χｘおよびωｘに設定されている。そのため、ステップＳ１１７で照射領域が次の位置に設定される際の移動距離が十分に短ければ、設定された最適値χｘおよびωｘと実際の照射領域におけるχおよびωとの差が十分に小さくなるので、結晶面の湾曲が大きい場合においても、ステップＳ１０３，Ｓ１０４におけるωの暫定的な最適値の取得と、ステップ、Ｓ１０６～Ｓ１１０におけるχの最適値の取得とを、より確実に行うことができる。

【0106】

一方、ステップＳ１１６で、基板全体の撮影が完了したと判断された場合、ステップＳ１１８において、各照射領域において撮影されたトポグラフィ像を合成し、トポグラフィ全面像が取得され、図１０に示す全面像取得処理が終了する。

【0107】

なお、図１０に示す全面像取得処理では、ステップＳ１０４，Ｓ１０８，Ｓ１１３において、フィッティングを行っているが、ωロッキングのステップ（すなわち、ωを±Δωの範囲で変化させる際のωの変化ステップ）が十分に小さい場合には、フィッティングを行うことなく、透過波の強度の最大値をピーク値Ｉｘとし、最大値に対応するωをピーク位置ωｘとすることもできる。この場合、フィッティングに要する演算処理量を低減することができる。一方、図１０に示す全面像取得処理では、フィッティングを行うことにより、ωロッキングのステップを大きくとって、透過波の強度の測定回数を低減することができるので、測定に要する時間を短縮することができる。

【0108】

また、図１０に示す全面像取得処理では、ステップＳ１０６～Ｓ１０９において、６点の変化量でχを変化させ、ステップＳ１１０において、計７点の異なるχについて取得したピーク値Ｉｘのフィッティングを行っているが、χの変化量の点数は、適宜増減することができる。但し、変化量の点数を多くすれば、最適値χｘの推定精度をより高くすることができるが、強度の測定に要する時間が長くなるとともに、演算処理量が増加する。一方、変化量の点数を少なくすれば、強度の測定に要する時間を短縮するとともに、演算処理量を低減することができるが、χの最適値χｘの推定精度が低くなる虞がある。χの変化量の点数は、これらの特性を考慮して、適宜設定される。

【0109】

図１０に示す全面像取得処理では、ステップＳ１１０において、７点の異なるχについて取得したピーク値Ｉｘをフィッティングしている。しかしながら、フィッティングができない（フィッティング関数のパラメータが収束しない）時に、χの変化ステップΔχや変化量の点数を適宜変更するものとしても良い。この場合、変化ステップΔχや変化量の点数の変更後、ステップＳ１０６～Ｓ１１０が繰り返し実行される。

【0110】

また、図１０に示す全面像取得処理では、χの最適化（ステップＳ１０６～Ｓ１１１）を繰り返し行っている。しかしながら、上述の通り、χの変化が回折面（ｇベクトル）の方向に与える影響はωよりも小さいため、照射領域が移動してもχの最適値χｘが変化しない場合がある。そのため、照射領域を移動してもχｘが変化しない場合、χの最適化（ステップＳ１０６～Ｓ１１１）と、その後のωの最適化（ステップＳ１１２～Ｓ１１４）とを省略することも可能である。

【0111】

具体的には、ステップＳ１０１において照射領域を走査開始位置に設定した後、最初に取得したχの最適値χｘを記憶する。その後、照射領域を移動して、Ｘ方向およびＹ方向の移動距離があらかじめ設定された距離に到達するまで、χの最適値χｘが変化しない場合、その後のχおよびωの最適化（ステップＳ１０６～Ｓ１１４）が省略される。

【0112】

図１０に示す全面像取得処理では、φの変化が回折面（ｇベクトル）の方向に与える影響が通常は十分に小さいため、φの最適化を省略している。しかしながら、より高い精度で回折面の方向を設定する必要がある場合、あるいは、基板の方位を特定するために基板に形成される構造（オリエンテーションフラット等）の形成精度が十分に高くない場合等、φの最適化が必要な場合には、φの最適化に必要なステップが追加される。

【0113】

この場合、φの最適化は、χの最適化と同様に行うことができる。また、φの最適化は、φ、χ，ωのうちでφの変化が最も影響が小さいため、χの最適化（ステップＳ１０６～Ｓ１１１）の後に行われる。そして、φを最適化した後、再度χの最適化が行われ、再度のχの最適化の後にωの最適化（ステップＳ１１２～Ｓ１１４）が行われる。

【0114】

なお、φの最適化は、必ずしも、照射領域の移動のたびに行う必要はない。例えば、オリエンテーションフラット等の形成精度が十分に高くない場合においては、ステップＳ１０１において照射領域を走査開始位置に設定した後、最初の１回のみ、φの最適化を行うようにしても良い。この場合、再度のχの最適化も最初の１回のみ行えば良い。

【0115】

Ｄ．インライン結晶欠陥評価システム：
図１１は、本実施形態の一応用例としてのインライン結晶欠陥評価システム１０（以下、単に「結晶欠陥評価システム１０」とも呼ぶ）の構成を示す説明図である。なお、図１１は、トポグラフィ像撮影装置１００ａにより、単結晶基板であるウェハＷＦ［Ｍ］の欠陥の評価、すなわち、ウェハＷＦ［Ｍ］のトポグラフィ像全面像の取得を行っている状態を示している。

【0116】

図１１に示すように、結晶欠陥評価システム１０は、トポグラフィ像撮影装置１００ａと、遮蔽ボックス２００と、上流側搬送機構３１０および下流側搬送機構３２０（以下、併せて「搬送機構」とも呼ぶ）とを備えている。ウェハＷＦは、搬送方向（黒塗り矢印で示す）に順次搬送される。なお、図１１および図１１を参照する説明では、順次搬送される複数のウェハＷＦにおいて、個々のウェハＷＦを区別するため、符号の末尾に大括弧で括った符号を付加する。

【0117】

結晶欠陥評価システム１０に使用されるトポグラフィ像撮影装置１００ａは、Ｘ線源１０１ａが、その鉛直上方端部（すなわち、Ｘ線Ｉｏの射出方向の端部）に配置されたシャッタ１０６ａを有している点で、図１に示すトポグラフィ像撮影装置１００と異なっている。他の点は、図１に示すトポグラフィ像撮影装置１００と同一である。

【0118】

シャッタ１０６ａは、Ｘ線の線吸収係数μが高く、機械的に十分な強度を有する材料（例えば、白金イリジウム合金やタングステン）で形成された板状の部材である。シャッタ１０６ａは、白抜きの矢印で示すように移動させることにより開閉される。シャッタ１０６ａを、Ｘ線Ｉｏの経路上から外す（開状態にする）ことにより、Ｘ線Ｉｏは、Ｘ線源１０１ａから射出される。一方、シャッタ１０６ａを、Ｘ線Ｉｏの経路上に配置する（閉状態にする）ことにより、Ｘ線源１０１ａからのＸ線Ｉｏの射出が止められる。

【0119】

シャッタ１０６ａは、トポグラフィ像撮影装置１００ａのステージ１４０と、搬送機構３１０，３２０との間での、ウェハＷＦの移送（後述する）の際等、ステージ１４０上にウェハＷＦがない状態において、Ｘ線Ｉｏがカメラ１５０に直接到達しないように閉じられる。このように、シャッタ１０６ａを閉じて、Ｘ線源１０１ａから射出されたＸ線Ｉｏがカメラ１５０に直接到達しないようにすることにより、シンチレータ等のカメラ１５０の受光面に配置される素子に焼付等の問題が発生することを抑制することができる。

【0120】

但し、シャッタ１０６ａを省略することも可能である。例えば、Ｘ線発生装置１１０におけるＸ線の放射を制御することができれば、シャッタ１０６ａを省略しても、Ｘ線発生装置１１０を制御することにより、Ｘ線源１０１から射出されたＸ線Ｉｏがカメラ１５０に直接到達しないようにすることができる。また、カメラ１５０が、Ｘ線源１０１から射出され、直接到達するＸ線Ｉｏの影響を受けにくいものであれば、シャッタ１０６ａを省略するとともに、Ｘ線発生装置１１０におけるＸ線の放射の制御も省略することができる。

【0121】

遮蔽ボックス２００は、Ｘ線を透過しない材質で形成された箱状の構造物であり、トポグラフィ像撮影装置１００ａの全体を覆うように設置される。この遮蔽ボックス２００には、上流側搬送機構３１０からステージ１４０にウェハＷＦを移送するための開口部２９１と、ステージ１４０から下流側搬送機構３２０にウェハＷＦを移送するための開口部２９２とが設けられている。

【0122】

図１１の例では、搬送機構３１０，３２０として、ベルト３１１，３２１を使用するベルトコンベアを使用している。そして、ベルト３１１，３２１の上面に載置されたウェハＷＦ［Ｂ］，ＷＦ［Ａ］が、搬送方向に搬送される。上流側搬送機構３１０によって搬送されてきた欠陥評価前のウェハＷＦ［Ｂ］は、図示しない移送機構によって、上流側搬送機構３１０の下流側端部から、トポグラフィ像撮影装置１００ａのステージ１４０上に移送される。

【0123】

トポグラフィ像撮影装置１００ａのステージ１４０上に載置されたウェハＷＦ［Ｍ］は、基板固定面１４１に固定される。そして、上述の通り、そのトポグラフィ全面像がトポグラフィ像撮影装置１００ａによって取得され、結晶欠陥が評価される。

【0124】

結晶欠陥が評価されたウェハＷＦは、図示しない移送機構によって、トポグラフィ像撮影装置１００ａのステージ１４０上から、下流側搬送機構３２０の上流側端部に移送される。下流側搬送機構３２０に移送された欠陥評価済のウェハＷＦ［Ａ］は、下流側搬送機構３２０によって搬送されていく。

【0125】

なお、これまでの説明から判るように、結晶欠陥の評価のために、トポグラフィ像を撮影し、トポグラフィ全面像を取得するためには、ステージ１４０に対するウェハＷＦ［Ｍ］の方位を特定する必要がある。ウェハＷＦの方位は、通常、ウェハＷＦに形成されるオリエンテーションフラットＯＦによって特定される。そのため、ウェハＷＦ［Ｍ］の方位は、例えば、ステージ１４０上に、オリエンテーションフラットＯＦと接触する突起を設け、当該突起にオリエンテーションフラットＯＦが突き当たるようにすれば、特定することができる。また、移送機構にオリエンテーションフラットＯＦが突き当たる部材を設けることによって、ウェハＷＦ［Ｍ］の方位を特定することもできる。

【0126】

これらの手段のほか、機械的あるいは光学的な種々の手段を用いて、ウェハＷＦ［Ｍ］の方位を特定することも可能である。例えば、上流側搬送機構３１０による搬送中、上流側搬送機構３１０からステージ１４０への移送中、あるいは、ステージ１４０上への載置の際に、ウェハＷＦの画像を取得し、取得した画像に基づいて、ウェハＷＦ［Ｍ］の方位を特定することもできる。

【0127】

なお、図１１の例では、ベルトコンベアとして構成された搬送機構３１０，３２０を用いてウェハＷＦを搬送しているが、搬送機構は、ウェハの搬送方式や生産ラインの構成等によって、適宜変更される。また、図１１の例では、２つの搬送機構３１０，３２０を用いてウェハＷＦを搬送しているが、単一の搬送機構を用いてウェハを搬送することも可能である。この場合、ウェハは、搬送機構上におけるトポグラフィ像撮影装置１００ａに近接した部分（近接部）と、ステージ１４０との間で移送される。このようにすれば、ウェハの移送のために設けられる遮蔽ボックスの開口部を１つにすることができるので、遮蔽ボックス外部へのＸ線の漏洩をより容易に抑制することができる。

【0128】

このようにして、複数のウェハＷＦについて取得されたトポグラフィ全面像は、ウェハＷＦを用いて製造されるデバイスの選別に応用することができる。この場合、ウェハＷＦ毎にトポグラフィ全面像に画像処理が施され、各ウェハＷＦにおける結晶欠陥の位置や種類が特定される。そして、特定された結晶欠陥の位置や種類に基づいて、ウェハＷＦ毎に、デバイスを形成した際に不適合となる領域（不適合領域）が記録され、あるいは、不適合領域にマーキングがなされる。これにより、加工済ウェハの段階で、デバイスが結晶欠陥に由来する不適合となるか否かが判断できるので、個別のデバイスについて特性等を評価する工程を簡略化することができる。

【0129】

Ｅ．変形例：
本発明は上記実施形態および上記応用例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0130】

Ｅ１．変形例１：
上記実施形態では、Ｘ線発生装置１１０から放射された発散Ｘ線を略平行なＸ線Ｉｏとするため、平行化光学系として、反射鏡１２０と、コリメータ１３０とを用いている。しかしながら、Ｘ線源から射出され、試料に照射されるＸ線は、単色化されていれば、必ずしも略平行とする必要がなく、平行化光学系の少なくとも一部を省略することも可能である。

【0131】

この場合、試料に照射されるＸ線がある程度の発散角で発散するが、試料に入射するＸ線と回折面とがブラッグ条件を満たさない限り異常透過が発生せず、カメラには発散しているＸ線のうち略平行な部分のみが到達するため、上記実施形態と同様にＸ線トポグラフィ像を撮影することができる。但し、カメラに到達するＸ線の強度の低下を抑制するため、Ｘ線源に平行化光学系を設け、略平行なＸ線を射出するようするのが好ましい。なお、平行化光学系のうち、反射鏡１２０を省略する場合、Ｘ線の単色化は、二結晶型モノクロメータ等の一般的なモノクロメータによって行われる。

【0132】

また、上記実施形態では、平行化光学系において、反射面が回転放物面形状の反射鏡１２０を使用しているが、一般的には、反射面に多層膜が形成された、集光性のＸ線反射鏡を用いることもできる。このようなＸ線反射鏡としては、例えば、回転放物面形状を球面形状で近似した反射面に多層膜を形成したものを使用することができる。このようにしても、Ｘ線反射鏡において、単色化と平行化とを同時に行うことができるので、カメラに到達するＸ線の強度の低下を抑制するとともに、トポグラフィ像撮影装置の構造を簡略化することができる。

【0133】

Ｅ２．変形例２：
上記実施形態では、カメラ１５０を、鉛直上方にＸ線Ｉｏを射出するＸ線源１０１の鉛直上方に配置しているが、カメラが、Ｘ線源と対向するように、Ｘ線源からのＸ線の射出方向にＸ線源に対して固定的に配置されていれば、Ｘ線源とカメラとの位置関係を種々変更することができる。例えば、鉛直下方にＸ線を射出するようにＸ線源を配置し、Ｘ線源の鉛直下方にカメラを配置するものとしても良い。

【0134】

また、水平方向にＸ線を射出するようにＸ線源を配置し、Ｘ線源からのＸ線の射出方向にカメラを配置するものとしても良い。この場合、基板を保持する基板保持部は、Ｘ線の射出方向と直交する鉛直面に平行な互いに直交する２方向への基板固定面の直線移動が可能なように構成される。なお、このようにＸ線の射出方向を水平方向とした場合、基板保持部において基板が固定される基板固定面は、ωおよびχ方向に回転していない状態において、鉛直方向に立った状態となる。そのため、基板保持部には、基板固定面から基板が脱落することを抑制するための手段が設けられる。このように水平方向にＸ線を射出するようにＸ線源を配置した場合においても、Ｘ線の進行方向の変化によって予期しない散乱Ｘ線が生じることを抑制し、より容易にＸ線の遮蔽を行うことができる。但し、トポグラフィ像撮影装置の占める床面積を縮小することができ、トポグラフィ像撮影装置の設置の際の自由度をより高くすることができる点で、上記実施形態のように、Ｘ線源は、鉛直方向にＸ線を射出するように配置し、鉛直方向にＸ線源とカメラとを配列するように配置するのが好ましい。

【0135】

さらに、上記実施形態のように、基板保持部を互いに直交する水平面に平行な２方向（Ｘ、Ｙ方向）に基板固定面の直線移動が可能なように構成されている場合において、Ｘ線源とカメラとをω軸を中心に回転可能とすることも可能である。この場合、Ｘ線源とカメラとは、例えば、ω軸を中心に回転可能なアーム上に固定される。このようにすれば、図４に示すようにトポグラフィ像を撮影する際においても、基板固定面（上記実施形態の基板固定面１４０）を略水平に維持することができるので、基板固定面に単結晶基板を載置して固定することがより容易となる。

【0136】

但し、トポグラフィ像撮影装置の構造をより簡単にするとともに、Ｘ線の進行方向の変化によって予期しない散乱Ｘ線が生じることを抑制し、より容易にＸ線の遮蔽をできる点で、上述のように、Ｘ線源から射出されるＸ線の方向は、鉛直方向あるいは水平方向に固定するのが好ましい。

【0137】

Ｅ３．変形例３：
上記実施形態および変形例では、照射領域のトポグラフィ像を基板の全面において撮影し、撮影されたトポグラフィ像を合成することにより基板全面のトポグラフィ像を得ているが、照射領域のトポグラフィ像の撮影は、必ずしも、基板の全面において行う必要はなく、基板の少なくとも一部におけるトポグラフィ像を得るものとしても良い。例えば、基板上において評価対象とする数箇所の評価領域において、複数の照射領域（例えば、隣接する５×５の照射領域）で撮影したトポグラフィ像を合成し、当該評価領域全体のトポグラフィ像（上記の例では、５×５連結像等）を得るようにしても良い。このようにすれば、結晶欠陥を評価すべき領域が限定されている場合において、トポグラフィ像の撮影に要する時間を短縮することができる。

【0138】

Ｅ４．変形例４：
上記実施形態および変形例では、カメラ１５０を用いて到達したＸ線の強度分布を画像として取得することにより、照射領域のトポグラフィ像を撮影しているが、基板の少なくとも一部の領域における結晶欠陥の分布を表す画像が取得可能であれば、トポグラフィ像の撮影に替えて、到達したＸ線の強度のみを取得するようにしても良い。この場合、カメラ１５０において取得された積分強度を使用するものとしても良く、また、カメラ１５０に替えて、Ｘ線計数器等の種々のＸ線検出器を使用するものとしても良い。

【0139】

このようにしても、照射領域を走査して、各照射領域についてその位置と透過Ｘ線Ｉｔの強度とを対応づけることにより、基板の少なくとも一部の領域における結晶欠陥の分布を表す画像を取得することができる。なお、このように結晶欠陥の分布を表す画像を取得する場合、図１０の全面像取得処理で示すように、χやωの最適化を行うのが好ましい。

【0140】

一方、カメラ１５０を用いて照射領域のトポグラフィ像を撮影し、撮影された複数のトポグラフィ像を合成して、基板のトポグラフィ像を取得する上記実施形態は、結晶欠陥の種類を特定し、より詳細に結晶欠陥の評価を行うことができる点で、好ましい。

【符号の説明】

【0141】

１０…インライン結晶欠陥評価システム
１００，１００ａ…トポグラフィ像撮影装置
１０１，１０１ａ…Ｘ線源
１０６ａ…シャッタ
１１０…Ｘ線発生装置
１１９…窓
１２０…反射鏡
１３０…コリメータ
１４０…ステージ
１４１…基板固定面
１４９…貫通穴
１５０，９５０…カメラ
２００…遮蔽ボックス
２９１，２９２…開口部
３１０…上流側搬送機構
３２０…下流側搬送機構
３１１，３２１…ベルト
ＣＭＸ，ＣＭＺ…カメラ
ＦＬＳ…蛍光スクリーン
ＭＭＸ…モノクロメータ
ＯＦ…オリエンテーションフラット
ＲＧＣ…中央部
ＲＧＬ…左端部
ＲＧＲ…右端部
ＳＰ１，ＳＰ２…基板
ＳＰＣ…基板
ＳＰＸ…基板
ＳＲＳ…シンクロトロン放射光源
ＷＦ…ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】