JP7062547B2 - 粒子検出器、画像生成装置および画像生成方法 - Google Patents

粒子検出器、画像生成装置および画像生成方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は粒子検出器、画像生成装置および画像生成方法に関する。
超伝導材料で作成された細いストリップ（超伝導ストリップ）を用いたＸ線光子検出器が知られている。Ｘ線光子を検出するときには、超伝導状態の超伝導ストリップにバイアス電流を流しておく。この状態で超伝導ストリップにＸ線光子が衝突すると、Ｘ線光子の衝突箇所の近傍が一時的に常伝導に転移し、パルス状の電気信号が発生する。この電気信号を検出してＸ線光子の数をカウントする。
特許第５０２７９６５号公報 特許第５８４６５７４号公報 特開２０１７－９３７２号公報
Soft X-Ray Single-Photon Detection with Superconducting Tantalum Nitride and Niobium nanowires", IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 23, 2200505 (2013) 画像回復・再構成"，光学 31巻 8号 P.636-642 (2002)
本発明の目的は、粒子の積算検出数プロファイルの生成に利用できる粒子検出器、ならびに、それを用いた画像生成装置および画像生成方法を提供することにある。
一実施形態の粒子検出器は、基板と、前記基板上に設けられるとともに、前記基板とは絶縁された複数の検出領域とを含む。前記複数の検出領域の各々は粒子を検出するための複数の超伝導ストリップを有する。前記複数の超伝導ストリップの配列方向は前記複数の検出領域毎に異なる。前記複数の検出領域の各々で検出される粒子の数は、前記複数の検出領域の各々の前記複数の超伝導ストリップの配列方向における前記粒子の積算検出数プロファイルを生成するために用いられ、前記積算検出数プロファイルは前記複数の超伝導ストリップの各々についてその長手方向において検出される粒子の数を積算して取得されるプロファイルを含む。
一実施形態の画像生成装置は、上記粒子検出器を含んでいる。前記画像生成装置は、さらに、前記粒子検出器の複数の検出領域の各々で検出された粒子の数に基づいて積算検出数プロファイルを作成する生成部を含む。
一実施形態の画像生成方法は、上記粒子検出器を用いる。前記画像生成方法は、前記粒子検出器の複数の検出領域の各々で検出された粒子の数に基づいて積算検出数プロファイルを生成する工程を含む。
図１は第１の実施形態に係る粒子検出器の概略構成を示す斜視図である。 図２は粒子検出器の検査領域を説明するための断面図である。 図３は粒子検出器の超伝導ストリップに接続される電流源、増幅器および計測器を模式的に示す図である。 図４は超伝導ストリップの超伝導領域の分断を示す図である。 図５は試料を透過して検査領域の複数の超伝導ストリップに入射するＸ線光子を示す図である。 図６は試料を透過したＸ線光子の積算検出数プロファイル、この積算検出数プロファイルのフーリエ変換像プロファイルおよび試料のＸ線投影像のフーリエ変換像を示す図である。 図７は第２の実施形態に係る画像生成装置の概略構成を示すブロック図である。 図８は投影切断面定理を説明するための図である。 図９は試料を透過して検査領域の複数の超伝導ストリップに入射するＸ線光子を示す図である。 図１０は第３の実施形態に係る粒子検出器で用いる試料の周期パターンおよびそのフーリエ変換像を示す図である。 図１１は第４の実施形態に係る粒子検出器の概略構成を示す斜視図である。 図１２は第４の実施形態に係る粒子検出器を用いた画像生成方法を説明するための図である。 図１３は第４の実施形態に係る粒子検出器を用いた他の画像生成方法を説明するための図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図面は、模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は、必ずしも現実のものと同一であるとは限らない。図面において、同一符号は同一または相当部分を付してあり、重複した説明は必要に応じて行う。また、簡略化のために、同一または相当部分があっても符号を付さない場合もある。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る粒子検出器の概略構成を示す斜視図である。本実施形態では、粒子の一例であるＸ線光子を検出する粒子検出器について説明する。
本実施形態の粒子検出器は、基板１０と、基板１０上に設けられた第１検出領域１１１と、第１検出領域１１１上に設けられた第２検出領域１１２と、第２検出領域１１２上に設けられた第３検出領域１１３と、第３検出領域１１３上に設けられた第４検出領域１１４とを含む。本実施形態では検出領域の数（積層数）は４であるが、その数は２、３または５以上でも構わない。
基板１０は、図２（ａ）の断面図に示すように、半導体基板１０ａおよびその上に設けられた絶縁層１０ｂを含む。半導体基板１０ａは例えばシリコン基板であり、絶縁層１０ｂは例えば二酸化シリコン層である。
第１検出領域１１１～第４検出領域１１４は絶縁層１０ｂ上に順次設けられている。その結果、第１検出領域１１１～第４検出領域１１４は基板１０とは絶縁された状態で、基板１０上に重ねて設けられている。
第１検出領域１１１は、複数の第１超伝導ストリップ２０１を含む。複数の第１超伝導ストリップ２０１の配列方向は第１方向Ｄ１である。複数の第１超伝導ストリップ２０１の長手方向は、第１方向Ｄ１に対して垂直な方向である。複数の第１超伝導ストリップ２０１は、例えば、等間隔に配置される。
第１超伝導ストリップ２０１の幅および厚さは２００ｎｍ以下である。その理由は、第１超伝導ストリップ２０１の断面積を超伝導領域の分断が発生する程度に小さくするためである。第１超伝導ストリップ２０１の材料は公知のものから適宜選択することが可能であるが、タンタルを含む材料のようにＸ線の吸収率が高いものほどＸ線光子の検出効率は高くなる。
本実施形態では、第１超伝導ストリップ２０１の数は５であるが、その数は４、３、２または６以上でも構わない。
第１検出領域１１１は、図２（ａ）の断面図に示すように、複数の第１超伝導ストリップ２０１を覆う第１絶縁層２１をさらに含む。第１絶縁層２１の材料は、例えば、二酸化シリコンである。第１絶縁層２１の表面は研磨により平坦化されている。
第２検出領域１１２は、配列方向が第１方向Ｄ１とは異なる第２方向Ｄ２である複数の第２超伝導ストリップ２０２を含む。複数の第２超伝導ストリップ２０２の長手方向は、第２方向Ｄ２に対して垂直な方向である。複数の第２超伝導ストリップ２０２は、例えば、等間隔に配置される。
複数の第２超伝導ストリップ２０２は図２（ａ）に示した第１絶縁層２１上に設けられている。第２検出領域１１２は、図２（ａ）に示した第１絶縁層２１に対応する第２絶縁層をさらに含む。複数の第２超伝導ストリップ２０２の寸法、本数および超伝導材料は、複数の第１超伝導ストリップ２０１のそれらと同じである。
第３検出領域１１３は、配列方向が第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２と異なる第３方向Ｄ３である複数の第３超伝導ストリップ２０３を含む。複数の第３超伝導ストリップ２０３の長手方向は、第３方向Ｄ３に対して垂直な方向である。複数の第３超伝導ストリップ２０３は、例えば、等間隔に配置される。
複数の第３超伝導ストリップ２０３は上述した第２絶縁層上に設けられている。第３検出領域１１３は、図２（ａ）に示した第１絶縁層２１に対応する第３絶縁層をさらに含む。
複数の第３超伝導ストリップ２０３の寸法、本数および超伝導材料は、複数の第１超伝導ストリップ２０１のそれらと同じである。
第４検出領域１１４は、配列方向が第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２および第３方向Ｄ３と異なる第４方向Ｄ４である複数の第４超伝導ストリップ２０４を含む。複数の第４超伝導ストリップ２０４の長手方向は、第４方向Ｄ４に対して垂直な方向である。複数の第４超伝導ストリップ２０４は、例えば、等間隔に配置される。
複数の第４超伝導ストリップ２０４は上述した第３絶縁層上に設けられている。第４検出領域１１４は、例えば、図２（ｂ）の断面図に示すように、複数の第４超伝導ストリップ２０４の側面を覆う第４絶縁層２４をさらに含む。第４絶縁層２４は、複数の第４超伝導ストリップ２０４の上面を覆わない。複数の第４超伝導ストリップ２０４の上面にはＸ線光子が入射する。当該上面にＸ線光子が入射できるなら、当該上面は第４絶縁層２４またはその他の層（例えば保護層）で覆われていても構わない。なお、第４検出領域１１４は、例えば、図２（ｃ）の断面図に示すように、第４絶縁層２４はなくても構わない。
複数の第４超伝導ストリップ２０４の本数および超伝導材料は、複数の第１超伝導ストリップ２０１のそれらと同じである。
上述したように、第４検出領域１１４（最上層の検出領域）にはＸ線光子が入射する。この入射したＸ線光子は第４検出領域１１４の複数の第４超伝導ストリップ２０４のいずれか、第３検出領域１１３の複数の第３超伝導ストリップ２０３のいずれか、第２検出領域１１２の複数の第２超伝導ストリップ２０２のいずれか、もしくは、第１検出領域１１１（最下層の検出領域）の複数の第１超伝導ストリップ２０１のいずれかにて吸収されるか、または、第４検出領域１１４～第１検出領域１１１を透過して基板１０に到達する。最下層の検出領域にある程度のＸ線光子が吸収される程度に積層数を決定することにより、Ｘ線光子の検出確率が高くなり、Ｘ線光子を検出できないという検出取りこぼしの発生を抑制できる。また、同時に入射した複数のＸ線光子が最上層の検出領域から最下層の検出領域までのいずれかの検出領域で検出した場合においても、複数のＸ線光子全てを検出することができる。
本実施形態の粒子検出器は、第４検出領域１１４の上方に配置され、検出されるＸ線の領域を制限するスリット部３０を含んでいても構わない。参照符号３０ｓはスリット部３０の開口部（スリット開口部）を示している。スリット部開口３０ｓを透過するＸ線の領域が、第４検出領域１１４～第１検出領域１１１のいずれにおいても超伝導ストリップが並ぶ領域内に含まれるようにスリット部開口３０ｓの形状を決定する。スリット部３０を粒子検出器の一部に含めない場合、Ｘ線光子を検出するときにスリット部３０を用意する。
本実施形態の粒子検出器は、スリット部３０の上方に配置され、Ｘ線を発生するＸ線発生装置３１を含んでいても構わない。Ｘ線発生装置３１を粒子検出器の一部に含めない場合、Ｘ線光子を検出するときにＸ線発生装置３１を用意する。
以下、第１～第４超伝導ストリップ２０１～２０４を特に区別する必要がない場合、超伝導ストリップ２０ｉと記す。同様に、第１～第４検出領域１１１～１１４を特に区別する必要がない場合、検出領域１１ｉと記す。
粒子検出器は、図３に示すように、超伝導ストリップ２０ｉの一端２０ｉＡに接続された電流源２５を含んでいても構わない。電流源２５は、超伝導ストリップ２０ｉにバイアス電流Ｉｂを供給する。バイアス電流Ｉｂは、超伝導ストリップ２０ｉの超伝導材料の臨界電流よりも小さい。超伝導ストリップ２０ｉの他端２０ｉＢは接地されている。なお、電流源２５を粒子検出器の一部に含めない場合、Ｘ線光子を検出するときに電流源２５を用意する。
粒子検出器は、超伝導ストリップ２０ｉの一端２０ｉＡに接続された増幅器２６を含んでいても構わない。増幅器２６は、超伝導ストリップ２０ｉで発生した電気信号を増幅する。増幅器２６を粒子検出器の一部に含めない場合、Ｘ線光子を検出するときに増幅器２６を用意する。
粒子検出器は、増幅器２６に接続され、電気信号をモニタするための計測器２７を含んでいても構わない。
転移温度以下に冷却された超伝導状態の超伝導ストリップ２０ｉにＸ線光子が吸収されると、超伝導ストリップ２０ｉの超伝導領域は分断する。そのため、超伝導領域が分断した状態（分断状態）を検出することは、Ｘ線光子を検出することに対応する。ここで、分断状態が発生すると、超伝導ストリップ２０ｉは電気信号（例えばパルス状の電気信号）を発生する。したがって、計測器２７により電気信号を検出することで、Ｘ線光子を検出することができる。
計測器２７を粒子検出器の一部に含めない場合、Ｘ線光子を検出するときに計測器２７を用意する。
超伝導ストリップ２０ｉは超伝導状態を維持するため任意の冷凍機（不図示）によって転移温度以下に冷却される。冷凍機は、電流源２５や増幅器２６などと同様に粒子検出器に含まれていなくても構わない。
次に、本実施形態の粒子検出器を用いたＸ線光子の検出方法について説明する。
図１に示すように、Ｘ線発生装置３１と第４検出領域１１４との間に試料３２（例えば、半導体デバイス）を配置する（ステップＳ１）。次に、超伝導ストリップ２０ｉを冷凍機により冷却して超伝導状態にする（ステップＳ２）。次に、超伝導ストリップ２０ｉにバイアス電流Ｉｂを供給し（ステップＳ３）、この状態でＸ線発生装置３１から発生したＸ線を試料３２に照射し（ステップＳ４）、試料３２を通過したＸ線のＸ線光子を超伝導ストリップ２０ｉに入射させる（ステップＳ５）。バイアス電流Ｉｂは超伝導ストリップ２０ｉの超伝導状態を維持する臨界電流をわずかに下回る程度とする。
超伝導ストリップ２０ｉの幅および厚さは２００ｎｍ以下であるので、超伝導ストリップ２０ｉの断面積は小さい。そのため、Ｘ線光子が超伝導ストリップ２０ｉにて吸収されると、図４に示すように、超伝導ストリップ２０ｉの超伝導領域５０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が生成される。ホットスポット領域５１の電気抵抗は増加するので、図４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（迂回領域）５２内に流れる。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超伝導領域５０は分断される。すなわち、上述した超伝導ストリップ２０ｉの超伝導領域が分断した状態（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、超伝導領域５０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は増幅器２６で増幅され、この増幅されたパルス状の電気信号を計測器２７でカウントすることによってＸ線光子の数を検出する（ステップＳ６）。
ここで、検出されるＸ線光子の数は、例えば、第４検出領域１１４にて検出されるＸ線光子６１の数は、図５に示すように、複数の超伝導ストリップ２０４に相当する試料３２の複数の領域Ａ４を透過するＸ線光子６１の数に相当する。
図５では、中央の第４超伝導ストリップ２０４に相当する領域Ａ４を透過するＸ線光子６１の数は３であり、当該中央の第４超伝導ストリップ２０４の両側に隣接して配置された二つの第４超伝導ストリップ２０４に相当する二つの領域Ａ４を透過するＸ線光子６１の数はそれぞれ２であり、そして、最も外側に配置された二つの第４超伝導ストリップ２０４に相当する二つの領域Ａ４を透過するＸ線光子６１の数はそれぞれ１である。
なお、図５において、角度θ４は基準として選んだ任意の軸（第１軸）７１と超伝導ストリップ２０４の配列方向と平行な軸（第２軸）７２とのなす角度（傾き角度）を示している。以下、第１軸７１と超伝導ストリップ２０ｉの配列方向と平行な軸とのなす角度（傾き角度）をθｉと記す。
横軸に第４超伝導ストリップ２０４の配列方向（第２軸７２に平行な方向）の位置、縦軸に検出されたＸ線光子の数をプロットすると、図６（ａ）に示すようなプロファイルが得られる。このプロファイルは、複数の第４超伝導ストリップ２０４の配列方向の位置に対する、複数の第４超伝導ストリップ２０４の各々についてその長手方向において検出されるＸ線光子の数を積算して取得される積算検出数のプロファイル（積算検出数プロファイル）である。
かくして本実施形態によれば、複数の検出領域１１ｉが積層された構造を採用することにより、複数の方向におけるＸ線光子の積算検出数プロファイルの作成に利用できる粒子検出器を提供することができる。
得られた積算検出数プロファイルの使用例として、異なる２つの試料の差異を評価することがあげられる。つまり異なる２つの試料の、ある一つの方向における積算検出数プロファイルを比較することにより、その方向における両者の差異を評価することが可能であり、複数の方向全てについて同様の比較評価を行うことによって、異なる２つの試料の差異を詳細に評価することが可能となる。このとき、複数の方向（本実施形態では方向Ｄ１～Ｄ４）が均等に配分されていると（本実施形態では方向Ｄ１と方向Ｄ２のなす角度と、方向Ｄ２と方向Ｄ３のなす角度と、方向Ｄ３と方向Ｄ４のなす角度とが同じであると）、異なる２つの試料の差異を偏りなく評価することができる。例えば、試料が水平・垂直の辺によって構成される幾何学的なパターンであれば、上記の複数の方向とは辺に沿った２方向（水平、垂直に）と、辺に沿わない２方向（左上斜め、右上斜め）の合計４方向を選択すると最低限の比較評価が可能である。
本実施形態ではＸ線光子を検出するための粒子検出器および粒子検出方法について説明したが、本実施形態は他の粒子を検出することにも適用できる。例えば、極端紫外線（ＥＵＶ）光子、紫外線光子、赤外線光子、可視光線光子、電子、中性子、イオンなどの粒子を検出することにも適用可能である。
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る画像生成装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の画像生成装置は、第１の実施形態の粒子検出器を用いるものである。
図７において、参照符号１は第１の実施形態の粒子検出器を示しており、この粒子検出器１には画像生成部２が接続されている。より詳細には、図３に示した計測器２７に画像生成部２は接続されている。画像生成部２は、積算検出数プロファイル生成部２ａ、フーリエ変換像生成部２ｂおよびＸ線投影像生成部２ｃを含んでいる。なお、図７では、Ｘ線発生装置３１は粒子検出器１には含まれていない。
積算検出数プロファイル生成部２ａは、計測器２７にて計測されたデータに基づいて、複数の積算検出数プロファイルを生成する（ステップＳ１１）。積算検出数プロファイルの数は検出領域の積層数と同じであり、本実施形態では第１積算検出数プロファイル～第４積算検出数プロファイルが生成される。より詳細には以下の通りである。
積算検出数プロファイル生成部２ａは、計測器２７にて計測されたデータ、つまり、複数の超伝導ストリップ２０４の配列方向の位置に対する、複数の第４超伝導ストリップ２０４の各々についてその長手方向において検出されるＸ線光子の数を積算して取得される積算検出数のプロファイル（第４積算検出数プロファイル）を作成する。
積算検出数プロファイル生成部２ａは、さらに、計測器２７にて計測されたデータ、つまり、複数の第３超伝導ストリップ２０３の配列方向の位置に対する、複数の第３超伝導ストリップ２０３の各々についてその長手方向において検出されるＸ線光子の数を積算して取得される積算検出数のプロファイル（第３積算検出数プロファイル）を生成する。
積算検出数プロファイル生成部２ａは、さらに、計測器２７にて計測されたデータ、つまり、複数の第２超伝導ストリップ２０２の配列方向の位置に対する、複数の第２超伝導ストリップ２０２の各々についてその長手方向において検出されるＸ線光子の数を積算して取得される積算検出数のプロファイル（第２積算検出数プロファイル）を生成する。
積算検出数プロファイル生成部２ａは、さらに、計測器２７にて計測されたデータ、つまり、複数の第１超伝導ストリップ２０１の配列方向の位置に対する、複数の第１超伝導ストリップ２０１の各々についてその長手方向において検出されるＸ線光子の数を積算して取得される積算検出数のプロファイル（第２積算検出数プロファイル）を生成する。
以下、第１積算検出数プロファイル～第４積算検出数プロファイルを特に区別する必要がない場合、積算検出数プロファイルと記す。
第１積算検出数プロファイル～第４積算検出数プロファイルはフーリエ変換像生成部２ｂに入力される。フーリエ変換像生成部２ｂは、投影切断面定理に基づいて第１積算検出数プロファイル～第４積算検出数プロファイルをフーリエ変換して第１フーリエ変換像プロファイル～第４フーリエ変換像プロファイルを生成する。図６（ｂ）に、図６（ａ）の積算強度プロファイルをフーリエ変換して得られたフーリエ変換像プロファイルを模式的に示す。フーリエ変換像プロファイルは、試料のＸ線投影像をフーリエ変換して得られたフーリエ変換像のθ４方向における断面（プロファイル）に相当する。フーリエ変換像生成部２ｂは、さらに、第１フーリエ変換像プロファイル～第４フーリエ変換像プロファイルから等高線を作成することによって試料のＸ線投影像のフーリエ変換像を生成する。図６（ｃ）に、生成したフーリエ変換像を模式的に示す。
試料のＸ線投影像のフーリエ変換像はＸ線投影像生成部２ｃに入力される。Ｘ線投影像生成部２ｃは、試料のＸ線投影像のフーリエ変換像を逆フーリエ変換することによって、試料のＸ線投影像を生成（再構成）する（ステップＳ１２）。このＸ線投影像は、試料を透過するＸ線の投影像である。
ここで、医療用ＣＴ（computed tomography）装置では、Ｘ線発生装置からのＸ線を異なる方向から被検体に照射するという複数回のＸ線照射を行うが、本実施形態では各検出領域毎に角度θｉの値は異なるので、１回のＸ線照射によって投影像を取得することができる。これは試料のＸ線投影像の生成時間の短縮化につながる。
投影切断面定理では、図８に示すように、強度プロファイル８１中の１点の値は厚みのある試料（被撮像物）８２を方向８３に透過するＸ線光子数（強度）を示し、角度θ’は方向８３を規定する傾き角度である。つまり、Ｘ線の進む方向は角度θ’の平面内にある。強度プロファイル８１をフーリエ変換し、全ての角度θ’におけるフーリエ変換像プロファイルの等高線からフーリエ像を生成し、得られたフーリエ像を逆フーリエ変換することによって像を生成（再構成）する。ここで生成（再構成）する像は角度θ’の平面による試料８２の２次元断面像（再構成像）である。
一方、本実施形態では、強度プロファイル中の１点のデータは、試料３２を透過して傾き角度がθｉの超伝導ストリップ２０ｉの上面に入射するＸ線光子の数を超伝導ストリップ２０ｉの長手方向に積算した値であり、Ｘ線の進む方向は角度θｉの平面に垂直である。生成（再構成）する像（再構成像）は角度θｉの平面に投影される試料３２の投影像である。投影切断面定理におけるＸ線進行方向と角度θ’との関係を変えることによって、投影切断面定理の手法を用いて２次元断面像ではなく投影像を取得することが可能になる。
なるべく均等にフーリエ変換像の強度データを取得するためには、角度θｉは例えば０度から１８０度の間を積層数Ｎで均等に分割されるように決定する。
図６（ｃ）において、複数の検出領域の強度プロファイルが交差する領域（交差領域）７３におけるフーリエ変換像プロファイルの強度は、最上層の検出領域に入射したＸ線光子が各検出領域で検出される確率（検出率）に比例し、下の検出領域ほどＸ線光子が到達する確率が低くなり、Ｘ線光子の検出率は低下する。この検出率の低下によるフーリエ変換像プロファイルの強度の減衰をキャンセルするため、例えば、得られたフーリエ変換像プロファイルの強度に検出率の逆数を乗じるという補正を行う。
また、図９（ａ）に示すように、Ｘ線光子６１の進行方向に平行であるとともに、試料３２の中心を通る軸（不図示）に関して試料３２を異なる回転角度ωｊ（ｊ＝１，２，…）で複数回転させ、各回転角度ωｉにて各検査領域の積算検出数プロファイルを取得すると、超伝導ストリップ２０ｉの配列方向を示す角度をそれぞれθｉからθｉ－ωｊに変更した状態にて各検出領域の積算検出数プロファイルを取得することに相当し、より多くの超伝導ストリップの配列方向にて積算検出数プロファイルが取得すること、あるいは、より少ない検出領域にて積算検出数プロファイルを取得することが可能である。このとき、試料３２を回転させるのではなく、粒子検出器を回転させて同様の位置関係にしてもよい。
なお、簡略化のため、図９（ａ）には一つのＸ線光子６１しか示していない。また、回転角度ωｊは、例えば、ｊ・Δωで与えられる。ここで、ｊは正の整数、Δωは固定値である。さらに、回転角度ωｊはΔωの正の整数倍で変化するのではなく、不規則に変化しても構わない。
さらに、図９（ｂ）に示すように、試料３２を傾けることにより、試料３２のＸ線光子６１が照射される面とＸ線光子６１の進行方向に平行な軸に対して垂直な面とがなす角度（傾き角度）φを変化させ、なるべく多くの異なる傾き角度φにおいて投影像を取得する。得られた全ての傾き角度φにおける投影像を用いて、投影切断面定理によって再構成を行うと試料３２の３次元像を取得することが可能である。このとき試料３２を傾けるのではなく、Ｘ線進行方向と粒子検出器を傾けて同様の位置関係にしてもよい。なお、簡略化のため、図９（ｂ）には一つのＸ線光子６１しか示していない。
なお、画像生成部２は、積算検出数プロファイル生成部２ａの機能、フーリエ変換像生成部２ｂの機能およびＸ線投影像生成部２ｃの機能を有する、一つの生成部、二つの生成部または四つ以上の生成部を用いて画像生成部２を構成しても構わない。四つ以上の生成部を用いる例としては、例えば、フーリエ変換像生成部２ｂの機能において、第１フーリエ変換像プロファイル～第４フーリエ変換像プロファイルを生成する機能と、試料のＸ線投影像のフーリエ変換像を生成する機能とをそれぞれ別の生成部で実装することがあげられる。
また、本実施形態の画像生成装置に評価部（または検査部）を追加すれば、試料３２を評価（または検査）するための検査装置（または評価装置）を実現することもできる。より詳細には、画像生成部２にて生成された試料３２の投影像に基づいて、試料３２の良否を評価する評価部（または試料３２に欠陥がある否かを判断する検査部）を追加する。評価部（または検査部）は画像生成部２に接続される。
また、評価部として二つの試料の差異を評価するための評価部を用いれば、画像生成部２にて生成された二つの試料の投影像に基づいて、二つの試料の差異を評価することができる。
（第３の実施形態）
試料３２が図１０（ａ）に示すように四角形９０が周期的に並んだアレイパターン９１を含む場合、アレイパターン９１をフーリエ変換すると図１０（ｂ）に示すように円９２が格子状に並んだフーリエ変換像９３が得られる。
図１０（ａ）において、アレイパターン９１の横方向（Ｘ方向）の周期をａ、アレイパターン９１の縦方向（Ｙ方向）の周期をｂとする。Ｙ方向はＸ方向に対して垂直である。
図１０（ａ）の周期ａに対応する空間周波数は１／ａ、図１０（ａ）の周期ｂに対応する空間周波数は１／ｂであり、図１０（ｂ）では横方向に１／ａ、縦方向に１／ｂの間隔にて格子点が現れ、ｎおよびｍを任意の整数とすると（ｍ／ａ、ｎ／ｂ）の位置に格子点が現れる。言い換えると、傾きがｔａｎ－１（ｎ・ａ／ｍ・ｂ）で規定される直線９４上にフーリエ変換像の格子点が現れる。
したがって、試料３２がアレイパターン９１（周期パターン）を含む場合、図６（ａ）の傾き角度θ４として、ｔａｎ－１（ｎ・ａ／ｍ・ｂ）で規定される角度を採用すれば、Ｘ線投影像のフーリエ変換像内に含まれる格子点を増やすことができるので、検出領域の積層数を少なくできる。また、整数ｎおよびｍが０に近いほど、Ｘ線投影像のフーリエ変換像内に含まれる格子点は多くなる。
例えば、ｎおよびｍがそれぞれ－１，０，１のいずれかの値である場合において、ｎが０で、ｍが－１または１のときにはθは０度となり、ｎが１で、ｍが１、もしくはｎが－１で、ｍが－１のときにはθはｔａｎ－１（ａ／ｂ）度となり、ｎが－１または１で、ｍが０のときにはθは９０度となり、そして、ｎが－１で、ｍが１、もしくはｎが１で、ｍが－１のときにはθは１８０－ｔａｎ－１（ａ／ｂ）度となる。
（第４の実施形態）
図１１は、第４の実施形態に係る粒子検出器の概略構成を示す斜視図である。
第１の実施形態では複数の検出領域は積層されているが、本実施形態では図１１に示すように複数の検出領域１１ｉは基板１０の表面（共通の面）に接触して配置されている。複数の検出領域１１ｉは方向Ｄ０に沿って配置されている。なお、図１１では簡略化のために検出領域の数は３としてある。また、図１１にはスリット部は示されていないが、第１の実施形態と同様にスリット部を用いても構わない。
図１２（ａ）～図１２（ｃ）は、本実施形態の粒子検出器を用いた粒子検出方法を説明するための図である。
まず、図１２（ａ）に示すように、試料３２にＸ線（不図示）を照射し、試料３２の所定の領域３３を透過するＸ線光子６１の数を第１検出領域１１１にて検出する。
次に、図１２（ｂ）に示すように、試料３２を方向Ｄ０に走査し、試料３２の所定の領域を透過するＸ線光子６１の数を第２検出領域１１２にて検出する。
そして、図１２（ｃ）に示すように、試料３２を方向Ｄ０に走査し、試料３２の所定の領域を透過するＸ線光子６１の数を第３検出領域１１3にて検出する。
図１３（ａ）～図１３（ｄ）は、本実施形態の粒子検出器を用いた他の粒子検出方法を説明するための図である。この粒子検出方法では、試料３２の複数の所定の領域３３ａ，３３ｂを透過するＸ線光子６１の数を検出する。図１３（ａ）～図１３（ｄ）には、方向Ｄ０に連続する二つの領域３３ａ，３３ｂが示されている。
まず、図１３（ａ）に示すように、試料３２にＸ線（不図示）を照射し、試料３２の所定の領域３３ａを透過するＸ線光子６１の数を第１検出領域１１１にて検出する。
次に、図１３（ｂ）に示すように、試料３２を方向Ｄ０に走査し、試料３２の所定の領域３３ａを透過するＸ線光子６１の数および試料３２の所定の領域３３ｂを透過するＸ線光子６１の数をそれぞれ第２検出領域１１２および第１検出領域１１１にて検出する。
次に、図１３（ｃ）に示すように、試料３２を方向Ｄ０に走査し、試料３２の所定の領域３３ａを透過するＸ線光子６１の数および試料３２の所定の領域３３ｂを透過するＸ線光子６１の数をそれぞれ第３検出領域１１３および第２検出領域１１２にて検出する。
そして、図１３（ｄ）に示すように、試料３２を方向Ｄ０に走査し、試料３２の所定の領域３３ｂを透過するＸ線光子６１の数を第３検出領域１１３にて検出する。
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、例として提示したものであり、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ともに、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。
ａ，ｂ…周期、Ａ４…第４超伝導ストリップに相当する試料上の領域、Ｄ１～Ｄ４…第１方向～第４方向、１…粒子検出器、２…画像生成部、２a…積算検出数プロファイル生成部、２ｂ…フーリエ変換像生成部…、２ｃ…Ｘ線投影像生生成部、１０…基板、１１１～１１４…第１検出領域～第４検出領域、２０１～２０４…第１超伝導ストリップ～第４超伝導ストリップ、２１…第１絶縁層、２４…第４絶縁層、２５…電流源、３０…スリット部、３０ｓ…スリット開口部、３１…Ｘ線発生装置、３２…試料、３３、３３ａ、３３ｂ…試料の所定の領域、５０…超伝導領域、５１…ホットスポット領域、５２…迂回領域、６１…Ｘ線光子、７１…第１軸、７２…第２軸、７３…交差領域、８１…強度プロファイル、８２…試料、８３…方向、９０…四角形、９１…アレイパターン、９２…点、９３…フーリエ変換像、９４…直線。

Claims (17)

  1. 基板と、
    前記基板上に設けられるとともに、前記基板とは絶縁された複数の検出領域とを具備し、
    前記複数の検出領域の各々は粒子を検出するための複数の超伝導ストリップを有し、前記複数の超伝導ストリップの配列方向は前記複数の検出領域毎に異なり、
    前記複数の検出領域の数は３以上であり、
    前記複数の検出領域の各々で検出される粒子の数は、前記複数の検出領域の各々の前記複数の超伝導ストリップの配列方向における前記粒子の積算検出数プロファイルを生成するために用いられ、前記積算検出数プロファイルは前記複数の超伝導ストリップの各々についてその長手方向において検出される粒子の数を積算して取得されるプロファイルを含む粒子検出器。
  2. 前記粒子の積算検出数プロファイルは、投影切断面定理の手法による再構成像を生成するために用いられる請求項１に記載の粒子検出器。
  3. 前記複数の超伝導ストリップの各配列方向は、均等に配分されている請求項１に記載の粒子検出器。
  4. 前記複数の超伝導ストリップは、絶縁された状態で積層されているか、または、絶縁された状態で同一の面に配置されている請求項１に記載の粒子検出器。
  5. 前記複数の検出領域は、第１検出領域、第２検出領域、第３検出領域および第４検出領域を含み、
    前記第１検出領域は、前記配列方向が第１方向である複数の第１超伝導ストリップを含み、
    前記第２検出領域は、前記配列方向が前記第１方向とは異なる第２方向である複数の第２超伝導ストリップを含み、
    前記第３検出領域は、前記配列方向が前記第１方向および前記第２方向とは異なる第３方向である複数の第３超伝導ストリップを含み、
    前記第４検出領域は、前記配列方向が前記第１方向、前記第２方向および前記第３方向とは異なる第４方向である複数の第４超伝導ストリップを含み、
    前記複数の第１超伝導ストリップの各々で検出される粒子の数は第１積算検出数プロファイルを生成するために用いられ、
    前記複数の第２超伝導ストリップの各々で検出される粒子の数は第２積算検出数プロファイルを生成するために用いられ、
    前記複数の第３超伝導ストリップの各々で検出される粒子の数は第３積算検出数プロファイルを生成するために用いられ、
    前記複数の第４超伝導ストリップの各々で検出される粒子の数は第４積算検出数プロファイルを生成するために用いられる、請求項１ないし４のいずれかに記載の粒子検出器。
  6. 前記第１方向、前記第２方向、前記第３方向および前記第４方向は、ｔａｎ－１｛（ｎ・ａ）／（ｍ・ｂ）｝に基づいて決定され、ｎおよびｍは整数であり、ａおよびｂは試料のパターン周期であり、前記粒子は前記試料を透過した粒子である請求項５に記載の粒子検出器。
  7. 前記粒子は、試料を透過した粒子である請求項１ないし４のいずれかに記載の粒子検出器。
  8. 前記粒子は、Ｘ線光子である請求項１ないし７のいずれかに記載の粒子検出器。
  9. 前記粒子は、極端紫外線光子、紫外線光子、赤外線光子、可視光線光子、電子、中性子、イオンからなる群より選ばれたものである請求項１ないし７のいずれかに記載の粒子検出器。
  10. 前記複数の検出領域は、第１検出領域、第２検出領域および第３検出領域を含み、
    前記第１検出領域は、前記配列方向が第１方向である複数の第１超伝導ストリップを含み、
    前記第２検出領域は、前記配列方向が前記第１方向とは異なる第２方向である複数の第２超伝導ストリップを含み、
    前記第３検出領域は、前記配列方向が前記第１方向および前記第２方向とは異なる第３方向である複数の第３超伝導ストリップを含み、
    前記複数の第１超伝導ストリップの各々で検出される粒子の数は第１積算検出数プロファイルを生成するために用いられ、
    前記複数の第２超伝導ストリップの各々で検出される粒子の数は第２積算検出数プロファイルを生成するために用いられ、
    前記複数の第３超伝導ストリップの各々で検出される粒子の数は第３積算検出数プロファイルを生成するために用いられる、請求項１に記載の粒子検出器。
  11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載の粒子検出器と、
    前記粒子検出器の複数の検出領域の各々で検出された粒子の数に基づいて積算検出数プロファイルを作成する生成部と
    を具備する画像生成装置。
  12. 前記生成部は、前記積算検出数プロファイルに基づいて投影切断面定理の手法による再構成像を生成する請求項１１に記載の画像生成装置。
  13. 請求項１ないし１０のいずれかに記載の粒子検出器を用いた画像生成方法であって、
    試料に粒子を照射して前記試料を透過した粒子を前記粒子検出器に照射する工程と、
    前記粒子検出器の複数の検出領域の各々で検出された粒子の数に基づいて積算検出数プロファイルを生成する工程とを具備する画像生成方法。
  14. 前記試料の前記粒子が照射される面、および、前記粒子検出器の前記粒子が照射される面は、前記粒子の進行方向に平行な軸に対して垂直であり、
    前記粒子検出器の前記複数の検出領域の各々で検出された粒子の数は、前記軸に関して前記試料または前記粒子検出器を異なる回転角度で複数回転させて、各回転角度毎に検出された前記複数の検出領域の各々で検出された粒子の数である請求項１３に記載の画像生成方法。
  15. 前記積算検出数プロファイルに基づいて投影切断面定理の手法による再構成像を生成する工程をさらに具備する請求項１３または１４に記載の画像生成方法。
  16. 前記投影切断面定理の手法による再構成像は、前記粒子が透過した試料の投影像である請求項１５に記載の画像生成方法。
  17. 前記投影切断面定理の手法による再構成像は、前記試料の前記粒子が照射される面と前記粒子の進行方向に平行な軸に対して垂直な面とがなす傾き角度を複数変化させて、各傾き角度毎に前記試料の投影像を取得し、投影切断面定理の手法による再構成像を生成することにより３次元像を取得する、請求項１６に記載の画像生成方法。
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