特開 2024-43971 撮像装置、及び、画像生成方法

(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】P2024043971

(43)【公開日】2024-04-02

(54)【発明の名称】撮像装置、及び、画像生成方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/04 20180101AFI20240326BHJP

   G01T 7/00 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

G01N23/04

G01T7/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022149238

(22)【出願日】2022-09-20

(71)【出願人】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002907

【氏名又は名称】弁理士法人イトーシン国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山根 武

【テーマコード（参考）】

2G001

2G188

【Ｆターム（参考）】

2G001AA01

2G001BA11

2G001CA01

2G001DA08

2G001FA06

2G001GA01

2G001HA07

2G001JA09

2G001LA11

2G001MA05

2G001PA11

2G188AA25

2G188BB02

2G188CC42

2G188DD04

(57)【要約】

【課題】高精度に再構成像を取得することができる、撮像装置、及び、画像生成方法を提供する。
【解決手段】撮像装置は、被検体４１を保持しＸ方向に走査可能なステージ２２と、Ｘ方向に延在するライン状の画素１４２をＹ方向に複数かつ等間隔に並べて配置してなる１次元検出器１４と、被検体４１を透過し１次元検出器１４で検出された撮像光の検出強度から被検体４１の像を再構成する制御解析部３１と、を備える。
１次元検出器１４は、ステージ２２が画素１４２のライン長さの距離を走査する時間の半分以下に設定されたサンプリング間隔Δｔ毎に検出強度を出力する。制御解析部３１は、検出強度分布を、像強度分布と窓関数によるコンボリューションであるとして、デコンボリューションによって、画素１４２ごとに像強度分布を算出し、すべての画素１４２の像強度分布をＹ方向に配置して被検体の像を生成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検体を保持するステージと、
第１方向に延在するライン状の受光面を有するライン状画素を、前記第１方向と直交する第２方向に複数かつ等間隔に並べて配置してなる検出器と、
前記被検体を透過する撮像光を前記検出器の検出面に結像させる結像光学部材と、
前記検出器で検出された前記撮像光の強度である検出強度から前記被検体の像を再構成する画像処理部と、を備え、
前記ステージは、前記第１方向と平行な方向に走査可能であり、
前記検出器は、前記ステージが前記ライン状画素のライン長さの距離を走査する時間の半分以下をサンプリング間隔として、前記サンプリング間隔毎に前記検出強度を出力し、
前記画像処理部は、前記ステージの位置座標に対する前記検出強度を示す検出強度分布を、前記ライン状画素のライン延長線上における像強度分布と、前記ライン長さに相当する前記ステージの位置座標の範囲にて１を示し、その他の範囲では０を示す窓関数によるコンボリューションであるとして、前記検出強度分布からデコンボリューションによって、前記ライン状画素ごとに前記像強度分布を算出し、すべての前記ライン状画素において算出された前記像強度分布を、前記ライン状画素の配列方向に配置して前記被検体の像を生成する、撮像装置。

【請求項2】

前記サンプリング間隔は、前記第２方向に配列された前記ライン状画素の画素ピッチを、前記ステージの走査速度の２倍で除した値である、請求項１に記載の撮像装置。

【請求項3】

前記ステージが走査する距離は、前記サンプリング間隔に、前記ステージが走査する速度を乗じた値の１００倍以上である、請求項１に記載の撮像装置。

【請求項4】

前記被検体は、少なくとも一部に周期構造を有し、前記ステージが走査を開始する位置と終了する位置において前記周期構造が連続するように、前記走査を開始する位置と前記走査を終了する位置が設定される、請求項１に記載の撮像装置。

【請求項5】

前記画像処理部は、第１方向における前記ステージの走査範囲外の検出強度分布をシミュレーションするシミュレーターを備え、前記シミュレーターによって生成される、計前記走査範囲よりも前記第１方向負側の前記検出強度分布である第１シミュレート検出強度分布と、前記シミュレーターによって生成される、前記走査範囲よりも前記第１方向正側の前記検出強度分布である第２のシミュレート検出強度分布と、前記１次元検出器によって検出される前記検出強度分布を合成した合成強度分布を生成し、前記像強度分布を用いて前記像強度分布を算出する、請求項１に記載の撮像装置。

【請求項6】

前記被検体は、メモリセルアレイが形成された半導体記憶装置である、請求項４に記載の撮像装置。

【請求項7】

ステージに保持された被検体に撮像光を照射し、
前記被検体を第１方向に所定の速度で走査しながら、第１方向に延在するライン状の受光面を有するライン状画素を、前記第１方向と直交する第２方向に複数かつ等間隔に並べて配置してなる検出器によって、前記ステージが前記ライン状画素のライン長さの距離を走査する時間の半分以下に設定されたサンプリング間隔ごとに、前記被検体を透過する撮像光の強度である検出強度を出力し、
前記ステージの位置座標に対する前記検出強度を示す検出強度分布を、前記ライン状画素のライン延長線上における像強度分布と、前記ライン状画素の長さに相当する前記ステージの位置座標の範囲にて１を示し、その他の範囲では０を示す窓関数とによるコンボリューションであるとして、前記検出強度分布からデコンボリューションによって、前記ライン状画素ごとに前記像強度分布を算出し、
すべての前記ライン状画素において算出された前記像強度分布を、前記ライン状画素の配列方向に配置して前記被検体の像を生成する、画像生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、撮像装置、及び、画像生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

被検体の構造を高分解能かつ非破壊で観察する装置として、透過Ｘ線顕微鏡が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６４７８４３３号公報

【特許文献2】特開２０２０－１６５４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本実施形態は、高精度に再構成像を取得することができる、撮像装置、及び、画像生成方法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】

【0005】

本実施形態の撮像装置は、被検体を保持するステージと、第１方向に延在するライン状の受光面を有するライン状画素を、前記第１方向と直交する第２方向に複数かつ等間隔に並べて配置してなる検出器と、前記被検体を透過する撮像光を前記検出器の検出面に結像させる結像光学部材と、前記検出器で検出された前記撮像光の強度である検出強度から前記被検体の像を再構成する画像処理部と、を備える。前記ステージは、前記第１方向と平行な方向に走査可能である。前記検出器は、前記ステージが前記ライン状画素のライン長さの距離を走査する時間の半分以下をサンプリング間隔として、前記サンプリング間隔毎に前記検出強度を出力する。前記画像処理部は、前記ステージの位置座標に対する前記検出強度を示す検出強度分布を、前記ライン状画素のライン延長線上における像強度分布と、前記ライン長さに相当する前記ステージの位置座標の範囲にて１を示し、その他の範囲では０を示す窓関数によるコンボリューションであるとして、前記検出強度分布からデコンボリューションによって、前記ライン状画素ごとに前記像強度分布を算出する。また、前記画像処理部は、すべての前記ライン状画素において算出された前記像強度分布を、前記ライン状画素の配列方向に配置して前記被検体の像を生成する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態の撮像装置の構成の一例を説明する概略図。

【図2】被検体の一例を説明する概略図。

【図3】メモリチップ対応領域に形成されたメモリセルアレイの一例を説明する平面図。

【図4】メモリセルアレイの詳細な構造の一例を説明する平面図。

【図5】１次元検出器の構成を説明する概略図。

【図6】１次元検出器の原理回路構成図。

【図7】超電導ストリップにおけるＸ線光子の検出原理を説明する図。

【図8A】画素ｎの検出強度分布の一例を示す図。

【図8B】図８Ａの領域Ａを拡大した図。

【図9】窓関数の一例を説明する図。

【図10】再構成された被検体の２次元像の一例を説明する図。

【図11】デコンボリューション前後の強度分布、および、実際の強度分布の一例を示す図。

【図12】デコンボリューション後における走査領域内外の強度分布を模式的に示した図。

【図13】第１実施形態における画像生成方法の一例を説明するフローチャート。

【図14】第２実施形態における走査領域内外の強度分布を模式的に示した図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照して実施形態を説明する。
（第１実施形態）
実施形態の撮像装置は、例えば、透過Ｘ線顕微鏡である。透過Ｘ線顕微鏡は、波長が短い電磁波を用いた結像光学系であり、数十ｎｍ程度の高い分解能を有する。また、Ｘ線は透過率が高いため、表面に半導体デバイスなどが形成されたシリコンウェーハなど、比較的厚い被検体の表面構造や内部構造を観察可能である。

【0008】

図１は、実施形態の撮像装置の構成の一例を説明する概略図である。撮像装置は、光源１１と、照明ミラー１２と、結像ミラー１３と、１次元検出器１４とを備えている。また、撮像装置は、ステージ２２と、ステージ駆動部２３と、制御解析部３１とを備えている。光源１１は、モリブデン等を材料とするターゲットに電子線を照射してＸ線を発生させるＸ線源である。照明ミラー１２は、光源１１より発せられるＸ線を、ステージ２２に載置された被検体４１に向かって集光するために用いられる。照明ミラー１２には、例えばモンテルミラーが用いられる。

【0009】

被検体４１は、例えば、半導体デバイスが形成されたシリコンウェーハである。図２は、被検体の一例を説明する概略図である。被検体であるシリコンウェーハ４１は、複数のメモリチップ対応領域２００が、Ｘ方向およびＹ方向に行列状に配列される。シリコンウェーハ４１をメモリチップ対応領域２００の境界にダイシング（ｄｉｅ ｃｕｔｔｉｎｇ）することにより、複数のメモリチップが取り出される。シリコンウェーハ４１上に、ＣＶＤ技術などにより各種の膜を堆積させたり、イオン注入技術により各種膜に不純物を注入したり、リソグラフィ技術及びエッチング技術により堆積された膜をパターニングしたりする様々な工程を繰り返し、複数のメモリチップ対応領域２００のそれぞれに不揮発性メモリが形成される。

【0010】

本実施形態においては、ステージ２２にシリコンウェーハ４１を載置し、ステージ２２をＸ方向に移動させながら、観察を行う。例えば、ステージ２２にシリコンウェーハ４１を載置した状態で、ステージ２２を図２における矢印つき点線で示す方向に沿って所定の速度で移動させることで、シリコンウェーハ４１上のＸ線の照射位置を移動させる。

【0011】

メモリチップ対応領域２００は、例えば、メモリセルアレイと周辺回路とから構成されている。図３は、メモリチップ対応領域２００に形成されたメモリセルアレイの一例を説明する平面図である。図３には、メモリセルアレイの一部領域を拡大して示している。メモリセルアレイに含まれる各ブロックＢＬＫは、Ｘ方向に直交する方向（Ｙ方向）を長手方向としＹ方向に所定の幅を有する帯状領域として形成される。各ブロックＢＬＫの間にはスリットＳＴが形成されている。スリットＳＴには絶縁材料が充填されており、隣り合うブロックＢＬＫ間を電気的に分離する。各ブロックＢＬＫは、複数のストリングユニットＳＵを含む。ストリングユニットＳＵは、ブロックＢＬＫのＸ方向の辺を分割した帯状領域として形成される。各ストリングユニットＳＵの間にはスリットＳＨＥが形成されている。このように、メモリセルアレイは、ブロックＢＬＫを単位とする周期構造を有する。図３に示すように、例えば、観察領域４２１が含まれるブロックＢＬＫを走査領域４１１として設定し、観察を行う。

【0012】

ここで、観察領域４２１とは、構造の観察対象となる領域である。また、走査領域４１１とは、観察領域４２１の構造を観察するために、被検体４１を走査しながらＸ線を照射する領域である。より具体的には、走査領域４１１のＸ方向の範囲は、被検体４１を走査しながら観察する際に、被検体４１に照射されるＸ線の中心位置が移動する範囲と一致する。走査領域４１１のＹ方向の範囲は、観察領域４２１のＹ方向の範囲、または、１次元検出器１４におけるＹ方向の検出範囲のうちの大きいほうと一致する。観察領域４２１のＸ方向の長さをＳ、走査領域１４１のＸ方向の長さをＴとする。

【0013】

図４は、メモリセルアレイの詳細な構造の一例を説明する平面図である。図４には、１つのブロックＢＬＫの構造を示しており、１ブロックＢＬＫ内に、スリットＳＨＥによって分離された５つの選択ゲート線ＳＧＤ０～ＳＧＤ４をそれぞれ含む５つのストリングユニットＳＵ０～ＳＵ４が構成された例を示している。スリットＳＨＥには絶縁材料が充填されており、隣り合うストリングユニットＳＵ間の選択ゲート線ＳＧＤは電気的に分離されている。各々のストリングユニットＳＵは、複数のＮＡＮＤストリングを含む。各ＮＡＮＤストリングは、Ｚ方向に延伸する円柱状のメモリホールＭＨに形成される。１ストリングユニットＳＵにはＮＡＮＤストリングＮＳを構成するメモリホールＭＨが複数配置される。１ストリングユニット中のＮＡＮＤストリング数（メモリホール数）は極めて多く、チップサイズを縮小するために、メモリホールＭＨは千鳥配列に配置される。１ストリングユニットＳＵ内の各メモリホールＭＨは、それぞれコンタクトプラグＣＰによってビット線ＢＬに接続される。各ビット線ＢＬは、それぞれコンタクトプラグＣＰを介してストリングユニットＳＵ毎に１つのメモリホールＭＨに接続される。なお、各ビット線ＢＬを各ストリングの１つのメモリホールＭＨに接続するために、コンタクトプラグＣＰの位置は、ビット線ＢＬの延伸方向に直交する方向にずらしてある。実施形態の撮像装置は、例えば、図４に示すようなメモリホールＭＨが形成された領域の表面構造の観察に用いられる。

【0014】

図１に戻り、実施形態の撮像装置の詳細な構成について説明する。結像光学部材としての結像ミラー１３は、被検体４１を透過したＸ線を集光し、被検体４１の像を１次元検出器１４の検出面１４１に結像させる。図５は、１次元検出器の構成を説明する概略図である。図５に示すように、１次元検出器１４は、Ｄ１方向に延伸する、ライン状の画素として機能する超電導ストリップ１４２を、検出面１４１内にＤ２方向に等間隔にＮ本配置して構成される。Ｘ－Ｙ平面と平行に配置されている被検体４１の像は、検出面１４１のＤ１－Ｄ２平面に結像される。また、Ｘ線の光軸はＺ方向に沿って被検体４１に入射され、Ｄ３方向に沿って１次元検出器１４の検出面１４１に入射される。すなわち、検出面１４１のＤ１方向は、被検体４１のＸ方向と対応しており、検出面１４１のＤ２方向は、被検体４１のＹ方向と対応しており、検出面１４１のＤ３方向は、被検体４１のＺ方向と対応している。なお、Ｄ１方向とＤ２方向とＤ３方向とは、互いに直交する。１次元検出器１４には、例えば、超電導ストリップ（超電導単一光子検出器）が複数配置された超電導ストリップ検出器が用いられる。ライン状の画素である超電導ストリップ１４２の断面積が、超電導領域の分断が発生する程度に小さくするように、超電導ストリップ１４２の幅（図５におけるＤ２方向の長さ）と厚さ（図５におけるＤ３方向の長さ）を決定する。なお、以下の説明において、１本の超電導ストリップ１４２の幅と、隣接する超電導ストリップ１４２間の間隔との和を、画素ピッチＬＰとする。また、超電導ストリップ１４２の長さをＬとする。１次元検出器１４の検出面１４１は、なるべく広い範囲のＸ線を検出できるように、光源１１から発せられたＸ線が照射された領域１４６内であり、なるべく大きい面積になるように設定される。

【0015】

図６は、１次元検出器の原理回路構成図である。図６は、複数配置された超電導ストリップ１４２のうち１つと、当該１つの超電導ストリップ１４２に対応した電流源１４３、増幅器１４４、および計測器１４５を示している。図６に示すように、各々の超電導ストリップ１４２は、一端が接地される。超電導ストリップ１４２の他端には電流源１４３と増幅器１４４が接続される。電流源１４３は、超電導ストリップ１４２にバイアス電流Ｉｂを供給する。増幅器１４４は、超電導ストリップ１４２で発生した電気信号を増幅し、計測器１４５に出力信号（電気信号）を送信する。計測器１４５は、超電導ストリップ１４２によるＸ線光子の検出時に増幅器１４４から送信されるパルス状の出力信号（電気信号）をカウントする。なお、電流源１４３、増幅器１４４、および、計測器１４５は、１次元検出器１４の外部に設けることも可能である。例えば、電流源１４３、増幅器１４４、および、計測器１４５を、制御解析部３１内に設ける構成にすることも可能である。

【0016】

図７は、超電導ストリップにおけるＸ線光子の検出原理を説明する図である。まず、超電導ストリップ１４２を図示しない冷凍機により転移温度以下に冷却して超電導状態にする。そして、超電導ストリップ１４２の超電導状態を維持する臨界電流をわずかに下回る程度のバイアス電流Ｉｂを電流源１４３から供給する。この状態で、Ｘ線光子を超電導ストリップ１４２に入射させる。

【0017】

このとき、超電導ストリップ１４２の幅及び厚さは２００ｎｍ程度で形成されており、超電導ストリップ１４２の断面積は小さい。そのため、Ｘ線光子が超電導ストリップ１４２に吸収されると、図７に示すように、超電導ストリップ１４２の超電導領域内にホットスポットと呼ばれる常伝導に転移する領域（ホットスポット領域）５１が形成される。ホットスポット領域５１の電気抵抗は増加するので、図７に示すように、バイアス電流Ｉｂはホットスポット領域５１を迂回して別の領域である迂回領域５２内を流れる。

【0018】

そして、迂回領域５２に臨界電流以上の電流が流れると、迂回領域５２が常伝導に転移して電気抵抗が増大し、最終的に超電導ストリップ１４２の超電導領域は分断される。すなわち、上述した超電導ストリップ１４２の超電導領域が分断された状態（分断状態）が発生する。この後、常伝導に転移したホットスポット領域５１および迂回領域５２は冷却により速やかに消滅するため、超電導ストリップ１４２の超電導領域の分断により発生する一時的な電気抵抗によってパルス状の電気信号が発生する。このパルス状の電気信号を増幅器１４４で増幅し、計測器１４５でカウントすることによって、Ｘ線光子の数を検出することができる。計測器１４５でカウントされた、超電導ストリップ１４２ごとのＸ線光子（フォトン）の数、すなわち、１次元検出器１４の検出結果は、制御解析部３１に出力される。

【0019】

画像処理部としての制御解析部３１は、１次元検出器１４から出力された信号（検出結果）を解析し、被検体４１の像（２次元像）を再構成する。２次元像の具体的な再構成の方法については、後に詳述する。制御解析部３１には、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）とメモリ（ＲＡＭ）とを備えた、パーソナルコンピュータを用いることができる。被検体４１の像を再構成する動作は、例えば、予めプログラムとしてメモリに格納しておき、ＣＰＵにおいて実行することにより、ソフトウェア的に行われる。また、被検体４１の像を再構成する動作は、ハードウェアとして構成された１つ以上のプロセッサが行うようにしてもよい。例えば、電子回路として構成されたプロセッサであっても構わないし、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の集積回路で構成されたプロセッサであってもよい。また、制御解析部３１は、ステージ２２をＸ方向またはＹ方向に移動させるステージ駆動部２３に制御信号を出力し、移動タイミング、移動方向、移動速度ｖなどを指示する。

【0020】

次に、制御解析部３１において、２次元像を再構成する具体的な方法について、図８Ａ～図１０を用いて説明する。図８Ａは、画素ｎの検出強度分布の一例を示す図である。また、すなわち、検出面１４１に配置されたＮ本の超電導ストリップ（画素）１４２のうちの１本の画素についての検出強度分布の一例を示している。図８Ｂは、図８Ａの領域Ａを拡大した図である。図９は、窓関数の一例を説明する図である。図１０は、再構成された被検体の２次元像の一例を説明する図である。なお、以下の説明において、被検体４１上において、検出面１４１の中心１４７に相当するＤ１（Ｘ）座標上の位置をｘとする。換言すると、ｘは、検出面１４１の中心１４７に入射されるＸ線が、被検体４１を透過するＸ座標上の位置である。Ｘ方向にステージ２２を走査させながら被検体４１を観察する際の、ｘの走査範囲を－Ｔ／２≦ｘ＜Ｔ／２とする（図３参照）。

【0021】

１次元検出器１４として超伝導ナノストリップ検出器を用いる場合、ある画素にてＸ線フォトン１個を検出すると、１個のパルス信号を出力する。ある一定のサンプリング間隔Δｔの間に検出されたフォトンの累積数を強度とし、Ｘ座標に対して強度をプロットすることによって、図８Ａに示すような検出強度分布ｉ_ｎ（ｘ）を取得する。検出面１４１に配置されているＮ本の超電導ストリップ（画素）１４２のそれぞれについて、検出強度分布ｉ_ｎ（ｘ）（１≦ｎ≦Ｎ）が得られる。ステージ２２の走査速度をｖとすると、図８Ｂに示すように、ｉｎ（ｘ）はｘのグリッド間隔がｖΔｔである離散データとなる（ｘ＝－Ｔ／２、－Ｔ／２＋ｖΔｔ、－Ｔ／２＋２ｖΔｔ、・・・、Ｔ／２－ｖΔｔ）。

【0022】

次に、デコンボリューションによって、画素ｎのライン延長線上（図５における二点鎖線で示す直線１４２ａの線上）における像強度分布ａ'_ｎ（ｘ）を求める。あるＸ座標上の位置（ｘ_０）における画素ｎの検出強度ｉ_ｎ（ｘ_０）は、画素ｎのライン延長線上に結像される被検体４１の像強度分布ａ_ｎ（ｘ）と、－Ｌ／２≦ｘ≦Ｌ／２の区間にて１、その他は０となる窓関数ｗ（ｘ）（図９参照）を用いて以下の（１）式で表される。

【0023】

（１）式に示すように、ｉ_ｎ（ｘ）はａ_ｎ（ｘ）とｗ_ｎ（ｘ）のコンボリューションである。Ｘ方向の空間周波数をｕ、ｉ_ｎ（ｘ）、ａ_ｎ（ｘ）、ｗ_ｎ（ｘ）のフーリエ変換をI_ｎ（ｕ）、Ａ_ｎ（ｕ）、Ｗ_ｎ（ｕ）とすると、フーリエ変換の畳み込み定理により、Ｉ_ｎ（ｕ）は以下の（２）式で表される。

【0024】

Ｉ_ｎ（ｕ）＝Ａ_ｎ（ｕ）Ｗ_ｎ（ｕ） …（２）式
従ってＩ_ｎ（ｕ）／Ｗ_ｎ（ｕ）にて得られるＡ_ｎ（ｕ）を逆フーリエ変換することにより、画素ｎの延長線上における像強度分布ａ'_ｎ（ｘ）を得ることができる。

【0025】

最後に、各画素ｎ（１≦ｎ≦Ｎ）の像強度分布ａ'_ｎ（ｘ）をＹ方向に配置することによって、図１０に示すような２次元像が再構成される。

【0026】

図１１は、デコンボリューション前後の強度分布、および、実際の強度分布の一例を示す図である。図１１において、一点鎖線で示すプロファイル４０２は、デコンボリューション前、すなわち、１次元検出器４１から出力された検出強度分布ｉ_ｎ（ｘ）を示している。また、実線で示すプロファイル４０１は、デコンボリューション後の像強度分布ａ'_ｎ（ｘ）を示している。さらに、点線で示すプロファイル４０３は、実際の像強度分布である被検体４１の像強度分布ａ_ｎ（ｘ）を示している。図１１に示すように、像強度分布ａ_ｎ（ｘ）に対する検出強度分布ｉ_ｎ（ｘ）のずれよりも、像強度分布ａ_ｎ（ｘ）に対する像強度分布ａ'_ｎ（ｘ）のずれのほうが小さい。すなわち、上述のようにデコンボリューションを行うことで、高精度に再構成像を取得することができる。

【0027】

ライン状の画素を持つ１次元検出器で被検体４１を透過するＸ線強度を検出し、再構成像を取得する方法としては、被検体４１を回転させながら１次元像強度分布を取得し２次元像を再構成する方法が、比較例としてあげられる。比較例においては、透過Ｘ線の強度を検出する際に、中心軸がずれないように被検体４１を高精度に回転させる必要がある。回転時に中心軸がずれてしまうと、本来検出されるべき画素とは異なる画素でＸ線光子が検出されてしまう。画素位置に基づき像強度分布を積算するため、回転軸がずれてしまうと正しい積算ができず、再構成像の精度が低下してしまう。これに対し、実施形態の撮像装置は、被検体４１を回転させず、ライン状の画素の長手方向に沿って被検体４１を走査することで強度分布を取得し、デコンボリューションにより再構成像を取得しているので、比較例に対して高精度に再構成像を取得することができる。

【0028】

次に、サンプリング間隔Δｔと認識できるＸ方向の最小サイズについて説明する。Ｘ方向の長さがＵである観察対象を認識するためには、最終的に取得する２次元像のＸ方向の最小検出単位（分解能）はＵ以下である必要がある。超電導ストリップ（画素）１４２のＤ１（Ｘ）方向の長さＬに対し、Ｌ≦Ｕの場合、ΔｔをＬ／ｖとすると各サンプリングにて取得する検出領域が重複せず、デコンボリューションを行うことなく検出強度分布がそのまま分解能Ｌの像強度分布となり、サイズがＵの観察対象を認識可能である。従って、本実施形態の撮像装置は、Ｌ＞Ｕの場合、すなわち、観察対象のＸ方向の長さが、超電導ストリップ（画素）１４２の長さよりも短い場合において、高精度に再構成像を取得することができる。標本化定理によりサンプリング間隔ΔｔはＵ／（２ｖ）以下でなければならない。故に、ΔｔはＬ／（２ｖ）未満となる。

【0029】

デコンボリューションによって算出される像強度分布ａ'_ｎ（ｘ）のグリッド間隔ｖΔｔは、Ｘ方向の分解能Ｐｘに相当する。ΔｔはＬ／（２ｖ）未満であるので、ＰｘはＬ／２未満となる。一方、Ｙ方向の分解能Ｐｙは、Ｄ２（Ｙ）方向に配列した超電導ストリップ（画素）１４２のピッチＬＰに相当する。従って本手法により、Ｘ方向の分解能がＬ／２未満であり、Ｙ方向の分解能が超電導ストリップ（画素）１４２のピッチＬＰに相当する２次元像を取得することが可能になる。

【0030】

また、認識できる観察対象のＸ方向の最小サイズは２ｖΔｔである。Ｙ方向に認識できる最小サイズはＹ方向の分解能と等しくＰｙであり、通常、認識できる最小サイズはＸとＹ方向で同一であるため、この場合はΔｔはＰｙ／（２ｖ）となる。

【0031】

なお、実施形態では、Ｘ線が被検体４１に入射する時点での光学的な倍率と、Ｘ線が検出面１４１に入射する時点での光学的な倍率とが等しいものと仮定している。これらの倍率が異なる場合は、適宜係数を乗ずるなどして数値を変換してもよい。

【0032】

次に、ステージの走査領域４１１のＸ方向の長さＴの設定について説明する。図８Ａに示すように、検出強度分布ｉ_ｎ（ｘ）が得られる範囲は、－Ｔ／２≦ｘ＜Ｔ／２である。図１２は、デコンボリューション後における走査領域内外の強度分布を模式的に示した図である。デコンボリューションによって－Ｔ／２≦ｘ＜Ｔ／２の範囲の像強度分布ａ'_ｎ（ｘ）を求める際に、図１２に示すように、ｘ＜－Ｔ／２、ｘ≧Ｔ／２の区間ではａ'_ｎ（ｘ）が繰り返し現れるとみなされ、ａ'_ｎ（ｘ）＝ａ'_ｎ（ｘ＋Ｔ）とみなされる。従ってａ'_ｎ（－Ｔ／２）＝ａ'_ｎ（Ｔ／２）となり、ｘが－Ｔ／２、Ｔ／２の近傍における像強度分布ａ'_ｎ（ｘ）は実際の像強度分布ａ_ｎ（ｘ）と必ずしも一致しない（図１１参照）。従って、観察領域４２１のＸ方向の範囲が、実際の像強度分布との誤差が少ないと思われる－Ｔ／４＜ｘ＜Ｔ／４の間に含まれるように、走査領域４１１のＸ方向の長さＴを設定する必要がある。すなわち、走査領域４１１のＸ方向の長さＴを、観察領域４２１のＸ方向の長さＳの２倍以上に設定することが好ましい。

【0033】

ただし、観察領域４２１が、図３に示すように、半導体メモリセルのブロックＢＬＫなどの周期構造を有する領域内に設定されている場合、ｘ＝－Ｔ／２またはＴ／２において周期構造が連続するように走査領域４１１を設定すると、ａ'ｎ（－Ｔ／２）＝ａ'ｎ（Ｔ／２）となっても実際の像強度分布との誤差が小さくなるため、取得した２次元像にて誤差の少ない範囲を広くすることが可能になる。すなわち、走査領域４１１のＸ方向の長さＴは、観察領域４２１のＸ方向の長さＳ以上であればよく、２倍以上に設定しなくてもよい。

【0034】

このように、周期構造を観察する場合、走査領域４１１の境界と周期構造の境界とを一致させることで、再構成された２次元像の精度をよりいっそう高めることができる。なお、２周期以上の周期構造が含まれるように、走査領域４１１を設定してもよい。例えば、図３に示す一例の場合、走査領域４１１に２つのブロックＢＬＫが含まれるように設定してもよい。

【0035】

次に、サンプリング回数について説明する。サンプリング回数はＴ／（ｖΔｔ）にて表され、ｉ_ｎ（ｘ）やＩ_ｎ（ｕ）、Ａ_ｎ（ｕ）、ａ'_ｎ（ｘ）の離散データの数はサンプリング回数と同一である。ｉ_ｎ（ｘ）からＩ_ｎ（ｕ）へのフーリエ変換によりサンプリング回数と同じ数の空間周波数成分に分けられるが、サンプリング回数が少ないとｉ_ｎ（ｘ）にて実際に存在する空間周波数を欠落させ、ａ'_ｎ（ｘ）にてａ_ｎ（ｘ）との差異を大きくさせる可能性がある。このため、サンプリング回数は多い程望ましい。具体的には、Ｔはサンプリング間隔にて走査する距離（ｖΔｔ）の１００倍以上であることが望ましい。一方で、サンプリング回数が多すぎると１回のサンプリングで検出される強度が少なくなり、検出される強度におけるノイズ成分（例えば、ショットノイズなど）の占める割合が多くなる。従って、サンプリング回数は、検出強度のノイズが許容できるサンプリング回数以下である必要がある。

【0036】

次に、実施形態の撮像装置を用いた画像生成方法について説明する。図１３は、第１実施形態における画像生成方法の一例を説明するフローチャートである。なお、被検体４１をステージ２２に載置してから観察（画像生成）を開始する。

【0037】

まず、ステージ２２の移動速度ｖと、サンプリング間隔Δｔとを設定する（Ｓ１）。そして、検出開始位置（－Ｔ／２）と検出終了位置（Ｔ／２）とを設定する（Ｓ２）。具体的には、被検体４１上において、検出面１４１の中心１４７に入射されるＸ線が被検体４１を透過するＸ座標上の位置（＝ｘ）について、検出開始時点における位置と、検出終了時点における位置とを設定する。Ｓ２は、走査領域４１１の設定ともいえる。Ｓ２における走査領域４１１の設定は、上述したように、観察領域４２１のＸ方向の長さＳや、被検体４１の構造（周期構造であるか否か）などを考慮して行われる。

【0038】

続いて、Ｓ２で設定した検出開始位置（－２／Ｔ）にｘが一致するように、ステージ２２の位置を調整し（Ｓ３）、光源１１から被検体４１にＸ線を照射して、１次元検出器４１から出力された検出強度を取得する（Ｓ４）。

【0039】

ｘを、現在の座標からグリッド間隔であるｖΔｔだけＸ方向正側に移動させ（Ｓ５）、移動後のｘの位置がＳ２で設定された検出終了位置（Ｔ／２）を超えていない場合（Ｓ６、ＮＯ）、Ｓ４に戻って移動後の位置における検出強度を取得する。一方、移動後のｘの位置がＳ２で設定された検出終了位置（Ｔ／２）を超えている場合（Ｓ６、ＹＥＳ）、設定された走査領域４１１における強度の取得が完了しているため、Ｓ７に進む。

【0040】

Ｓ７では、Ｓ４で取得した検出強度分布ｉ_ｎ（ｘ）を用いてデコンボリューションを行い、像強度分布ａ'_ｎ（ｘ）を取得する。最後に、各画素ｎ（１≦ｎ≦Ｎ）の像強度分布ａ'_ｎ（ｘ）をＹ方向に配置して、２次元像を再構成し（Ｓ８）、第１実施形態の画像生成方法に関する一連の手順を終了する。

【0041】

このように、実施形態の撮像装置によれば、長さＬのライン状の画素である超電導ストリップ１４２による検出強度分布から、解像度がＬ以下である像強度分布を算出することが可能になる。従って１次元検出器１４を走査することによってＸ方向の解像度が画素のライン長さＬ以下であり、Ｙ方向の解像度がライン配列ピッチＬＰである、高精度な２次元像を取得することができる。また、実施形態の撮像装置によれば、１次元検出器１４に配置された超電導ストリップ１４２の長手方向に沿って被検体４１を走査させながら透過Ｘ線の強度分布を取得し、デコンボリューションにより再構成像を取得している。強度分布の取得において、被検体４１を回転させる必要がないので、被検体４１を走査時の位置ずれ（回転軸のずれ）が発生しないため、高精度に再構成像を生成することができる。また、被検体４１を回転走査する必要がないので、ステージ２２を駆動する機構を簡素化することができ、装置の小型化やコストの低減も可能である。

【0042】

以上の実施形態は透過Ｘ線顕微鏡を想定したものであるが、被検体４１の像を取得するものであれば何でもよい。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態の画像生成方法は、デコンボリューション時に用いる検出強度分布ｉ_ｎ（ｘ）が上述した第１実施形態と異なる。撮像装置、及び、画像形成装置の構成については、上述した第１実施形態と同様であるので説明を省略し、以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

【0043】

上述した第１実施形態では、検出強度分布ｉ_ｎ（ｘ）が得られる範囲は、－Ｔ／２≦ｘ＜Ｔ／２であるため、－Ｔ／２≦ｘ＜Ｔ／２の範囲の像強度分布ａ'ｎ（ｘ）を求める際に、ｘ＜－Ｔ／２、ｘ≧Ｔ／２の区間ではａ'ｎ（ｘ）が繰り返し現れるとみなしてデコンボリューションを行う。これに対し、本実施形態では、被検体４１に相当する半導体デバイスの設計データと、デバイスを構成する材料の光学定数を用いたシミュレーションにより、ｘ＜－Ｔ／２、ｘ≧Ｔ／２の区間について、予め像強度分布を取得する。以下、第２実施形態の画像生成方法について、図１４を用いて説明する。

【0044】

図１４は、第２実施形態における走査領域内外の強度分布を模式的に示した図である。シミュレーションにより得られた像強度分布と、（１）式とを用いて、－αＴ／２＜ｘ＜－Ｔ／２におけるシミュレート検出強度分布５０１と、Ｔ／２＜ｘ＜αＴ／２の範囲におけるシミュレート検出強度分布５０２を取得する。ここでαは１以上の値とする。－Ｔ／２＜ｘ＜Ｔ／２の範囲は、１次元検出器１４から検出される検出強度分布５０３を取得する。シミュレート検出強度分布５０１、５０２と、実際に１次元検出器１４によって得られる検出強度分布５０３を合成することによって、－αＴ／２＜ｘ＜αＴ／２の範囲における強度分布ｉ_ｎ（ｘ）を取得する。このようにして生成した強度分布ｉ_ｎ（ｘ）を用い、第１実施形態と同様のデコンボリューションを行うことで、像強度分布ａ'_ｎ（ｘ）を取得する。各画素ｎ（１≦ｎ≦Ｎ）の像強度分布ａ'_ｎ（ｘ）をＹ方向に配置することによって、２次元像が再構成される。

【0045】

このように、実施形態の画像生成方法によれば、ｘ＜－Ｔ／２、ｘ≧Ｔ／２の区間について、被検体４１の構造や材料に基づくシミュレーションにより生成した検出強度分布を用いてデコンボリューションを行う。このため、ｘが－Ｔ／２、Ｔ／２の近傍における像強度分布ａ'_ｎ（ｘ）における、実際の像強度分布ａ_ｎ（ｘ）との誤差が小さくなる。故に、より高精度な再構成像を取得することができる。

【0046】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、一例として示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0047】

１１…光源、１２…照明ミラー、１３…結像ミラー、１４…１次元検出器、２２…ステージ、２３…ステージ駆動部、３１…制御解析部、４１…被検体、１４１…検出面、１４２…画素（超電導ストリップ）、４１１…走査領域、４２１…観察領域、

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】