-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Röntgenstrahlungs-Kristallorientierungsmessverfahren
und eine Röntgenstrahlungs-Kristallorientierungsmessvorrichtung
zum Messen einer Kristallorientierung unter Verwendung von Röntgenstrahlung.
-
Eine
Orientierungsmessung eines Kristalls kann auf ein Einkristallmaterial
angewendet werden. Die Messung der Kristallorientierung wird daher
vorgenommen, um die Wachstumsrichtung der Kristallachse zu studieren,
insbesondere in Bezug auf eine Außenkonfiguration des Kristalls,
und hierzu sind im Allgemeinen bereits ein Verfahren zur Bestimmung
aller Orientierungen in drei (3) Achsen sowie eine Flächen-Orientierungsmessung
zum Studium der Richtung einer Normalen auf einer bestimmten Gitterebene
bekannt.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine solche Flächen-Orientierungsmessung,
und diese Flächen-Orientierungsmessung
kann angewendet werden, wenn die Orientierung aller drei (3) Achsen durch
oder aus der Außenkonfiguration
aufgrund des Habitus und/oder der Spalten des Kristalls bekannt
ist, und daher wird sie angewendet, falls versucht wird, den Kristall
genau an einer bestimmten Fläche
zu schneiden. Beispielsweise steht stellvertretend dafür ein Verfahren,
das als "Schnittflächen-Untersuchungsverfahren" bezeichnet wird.
-
Jedoch
fällt der
vorstehend genannte Einkristall in seinen mechanischen, optischen
und/oder elektromechanischen Eigenschaften je nach Kristallorientierung
unterschiedlich aus (d. h. er weist eine Anisotropie auf). Aus diesem
Grund muss, um solche Eigenschaften des Kristalls auf vorteilhafte
Weise zu verwenden, der Einkristall im Voraus hinsichtlich seiner
Kristallorientierung studiert werden und muss in einer gewünschten Richtung
geschnitten (beispielsweise in einer bestimmten Orientierung geschnitten)
werden, um verwendet zu werden. Auch für den vorstehend genannten
Zweck ist eine Kristallorientierungsmessung erforderlich, auf die sich
die vorliegende Erfindung bezieht.
-
Im Übrigen sind
aus dem Patentdokument 1, das nachstehend genannt wird, bereits
ein Verfahren und eine Vorrichtung dafür bekannt, worin eine Messung
bei einem Einfallswinkel einer Röntgenstrahlung
vorgenommen wird, an dem eine Bragg'sche Reflexion auftritt, wobei eine
charakteristische Röntgenstrahlung
verwendet wird, und dieser Vorgang wird auf der Oberfläche der
Kristallplatte in vier (4) Richtungen ausgeführt, die jeweils durch einen
90°-Winkel
getrennt sind, oder alternativ in zwei (2) Richtungen ausgeführt, die
jeweils durch einen 180°-Winkel
getrennt sind. Dadurch wird die erforderliche Flächen-Orientierung aus den bereits bekannten
Bragg'schen Winkeln
gemessen. Jedoch ist eine derartige Flächen-Orientierungsmessvorrichtung als
Produkt der Anwendung des vorliegenden Messverfahrens bereits auf
dem Markt erhältlich,
beispielsweise unter dem Namen "FSAS" oder "SAM".
-
Ebenfalls
ist bereits ein Verfahren zum Messen der Kristallorientierung durch
Messen eines Einfallwinkels der Röntgenstrahlung aus dem Patentdokument
2 bekannt, das nachstehend aufgeführt ist, wobei die Bragg'sche Reflexion bei
Verwendung der charakteristischen Röntgenstrahlung auftritt und
gleichzeitig studiert wird, an welcher Position die gebeugte Röntgenstrahlung
einfällt.
-
Patentdokument
1: japanische Patentveröffentlichung
Nr. Hei 4-59581 (1992) (entspricht der japanischen Offenlegungsschrift
Nr. Sho-57-136151
(1982)), insbesondere 3;
und
-
Patentdokument
2: japanische Patentveröffentlichung
Nr. Hei 3-58058 (1991) (entspricht der japanischen Offenlegungsschrift
Nr. Sho-57-136150
(1982)), insbesondere 4.
-
Jedoch
ist es bei einem solchen Verfahren, das sich auf die vorstehend
genannten konventionellen Techniken bezieht, unerlässlich,
einen Vorgang durchzuführen,
d. h. die Röntgenstrahlung
an ihrem Einfallswinkel (Winkel ω)
innerhalb eines vorgegebenen Bereichs abzutasten. Und falls der
Kristall beispielsweise in seiner Art oder in seinem Gitterebenenindex
verkettet ist, muss daher, da sich auch deren Beugungswinkel 2θ ändert, jedes
Mal wieder ein optisches Messsystem errichtet werden. Aus diesem
Grund liegt der Nachteil vor, dass ein komplexer Mechanismus vorgesehen
werden muss, wie beispielsweise ein Abtastmechanismus, was dazu
führt,
dass die Vorrichtung selbst in der Herstellung teuer wird. Insbesondere
ergibt sich mit dem Verfahren des vorgenannten Patentdokuments 1,
da das Abtasten vier (4) Mal oder zwei (2) Mal ausgeführt werden muss
und da eine Bestimmung der oberen und unteren Position der gebeugten
Strahlung notwendig ist, daher der Nachteil, dass die Messung zeitaufwendig
ist. Durch das Verfahren, das durch das vorgenannte Patentdokument
2 bekannt ist, besteht nach dem Abtasten von ω, da die Position an dem Detektor,
an dem die Röntgenstrahlen
auftreffen, studiert werden muss, während dieser Winkel ω auf einen
Spitzenwert zurückgeführt wird,
um dort festgelegt zu werden, ebenfalls der Nachteil oder das Problem,
dass die Messung zeitaufwändig ist.
-
Des
Weiteren wird bei dem Verfahren des vorgenannten Patentdokuments
1 angenommen, dass das Messzielobjekt eine Einzeldomäne ist,
d. h. ein Kristall, in dem Atome oder Moleküle regelmäßig und zyklisch angeordnet
oder positioniert sind, und daher ist die Kristallorientierung immer
in dieselbe Richtung gerichtet, wenn man sie an einer beliebigen
Position des Kristalls studiert. Wenn dann das Verfahren auf andere
Kristalle angewandt wird, welche Strukturen aufweisen wie z. B.
die Subkornstruktur <d.
h. einen Kristall, bei dem es schwierig ist, eine derartige Einzeldomäne zu erhalten,
wie sie vorstehend erwähnt
wurde, und der aus einer großen
Anzahl Kristallkörner
besteht, beispielsweise einem Fluoritkristall (CaF2),
einem Magnesiumoxidkristall (MgO), einem Ferritkristall, usw. >; die Verzweigungsstruktur
(d. h. dies ist eine Art Defektstruktur, so dass sie, in Abhängigkeit
von der Position, das Verhalten zeigen könnte, dass die Orientierung
des Kristalls sich ständig ändert. Beispielsweise
kann dies bei Saphirstrukturen von Oxidkristallen, LN (Lithiumniobat:
LiNbO3), LT (Lithiumtantalat: LiTaO3), usw. festgestellt werden>, dann kann ein Fall
auftreten, bei dem die Röntgenstrahlung bei
den Vorgängen
des vier- (4) maligen oder zwei- (2) maligen Abtastens des Winkels ω nicht dieselbe
Position auf dem Kristall bestrahlt; daher liegt der Nachteil vor,
dass hierbei ein fehlerhaftes Ergebnis herauskommt.
-
Insbesondere
besteht, wenn die Verteilung der Orientierungen des Kristalls, der
statt der Einzeldomäne
eine solche Subkornstruktur und/oder die Kleinwinkelkorngrenzenstruktur
aufweist, die Notwendigkeit einer so genannten Abbildungsmessung
("mapping measurement"), d. h. zum Messen
der Orientierung an mehreren Messpunkten auf seiner Messoberfläche. Aus
diesem Grund ist mit den Verfahren, die durch die vorgenannten Patentdokumente
1 und 2 bereits bekannt sind, wie aus dem zuvor genannten Verfahren
ersichtlich ist, eine beträchtlich
lange Zeit für
nur eine einmalige (1) Messung selbst (d. h. die Messung an einem
(1) Punkt) erforderlich, daher liegt insbesondere in einem Fall,
wenn versucht wird, die Messung der Orientierung an einer großen Anzahl
Messpunkten durch die Abbildungsmessung durchzuführen, der Nachteil vor, dass dies
ausgesprochen viel Zeit in Anspruch nimmt.
-
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Es
ist nunmehr ein Ziel der vorliegenden Erfindung, zur Beseitigung
der Nachteile in Verbindung mit den vorstehend genannten herkömmlichen
Techniken eine Vorrichtung zur Kristallorientierungsmessung mittels
Röntgenstrahlung
zur Verfügung
zu stellen, bei der die Zeit, die zur einmaligen (1) Messung (an
einem (1) Punkt) der Kristallorientierung erforderlich ist, kurz
ist, selbst wenn die Messung der Orientierungsverteilung auf dem
Kristall durchgeführt
wird, der eine andere Struktur als die Einzeldomäne aufweist, wie etwa die Subkornstruktur
oder die Kleinwinkelkorngrenzenstruktur, mit anderen Worten, bei
dem Kristall, der die Abbildungsmessung erfordert, wodurch die Messung
der Verteilung der Kristallorientierungen ermöglicht wird, aber ohne eine
so lange Zeit zu erfordern, selbst wenn die Abbildungsmessung an
vielen Punkten ausgeführt
wird. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Kristallorientierungsmessung
mittels Röntgenstrahlung
zur Verfügung
gestellt, das zum Erhalt einer solchen vorgenannten Vorrichtung
geeignet ist.
-
Um
das vorgenannte Ziel gemäß der vorliegenden
Erfindung zu erreichen, wird zunächst
ein Verfahren zur Kristallorientierungsmessung mittels Röntgenstrahlung
zur Verfügung
gestellt, das die folgenden Schritte umfasst: Ausstrahlen von kontinuierlicher
Röntgenstrahlung
auf eine Messoberfläche
eines zu messenden Kristalls in einem vorge gebenen Winkel; Erfassen
von Spots (Flecken), die durch das Ausstrahlen der kontinuierlichen
Röntgenstrahlung
erhalten wurden, entsprechend einer Gitterebene des Kristalls mithilfe
eines zweidimensionalen Detektors, und Messen einer zentralen Position
der erfassten Flecken, wodurch eine Normale der Gitterebene des
Kristalls auf der Basis des gemessenen zentralen Punkts berechnet
wird.
-
Weiterhin
wird es gemäß der vorliegenden
Erfindung bei dem Verfahren zur Kristallorientierungsmessung mittels
Röntgenstrahlung,
wie es vorstehend beschrieben ist, bevorzugt, dass die Messung gemäß dem vorstehend
genannten Messverfahren an mehreren Abschnitten auf der Messoberfläche des
zu messenden Kristalls durchgeführt
wird, wodurch die Verteilung der Orientierungen auf der Messoberfläche des
Kristalls gemessen wird, oder dass die Spots (Flecken), die durch
Ausstrahlen der kontinuierlichen Röntgenstrahlen auf die Messoberfläche des
zu messenden Kristalls erhalten wurden, Laue-Flecken sind.
-
Ebenfalls
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Erreichung des vorstehend genannten Ziels des Weiteren
eine Vorrichtung zur Kristallorientierungsmessung mittels Röntgenstrahlung
zur Verfügung
gestellt, um die Orientierung eines Kristalls auf der Messoberfläche eines
zu messenden Kristalls unter Verwendung von Röntgenstrahlung zu messen, mit:
einer Probenbefestigungseinrichtung, um darauf einen zu messenden Kristall
zu befestigen, die in horizontaler Richtung beweglich ist; einer
Einrichtung zum Ausstrahlen von Röntgenstrahlung in einem vorgegebenen
Winkel auf die Messoberfläche
des zu messenden Kristalls, der auf der Probenbefestigungseinrichtung
befestigt ist; einer Einrichtung zum Erfassen eines Beugungsbilds
der Röntgenstrahlung,
die auf die Messoberfläche
des zu messenden Kristalls aus der Röntgenstrahlungseinrichtung gestrahlt
wird; und einer Einrichtung zum Berechnen der Kristallorientierung
auf der Messoberfläche des
zu messenden Kristalls aus dem von der Erfassungseinrichtung erfassten
Beugungsbild.
-
Ferner
wird es gemäß der vorliegenden
Erfindung bei der Vorrichtung zur Kristallorientierungsmessung mittels
Röntgenstrahlung,
wie sie vorstehend erwähnt
ist, bevorzugt, dass die Berechnungseinrichtung einen zentralen
Punkt des Beugungsbilds, das von der Erfassungseinrichtung erfasst
wurde, berechnet, wodurch die Kristallorientierung auf der Messoberfläche des
zu messenden Kristalls berechnet wird, dass die von der Erfassungseinrichtung
erfassten Spots Laue-Flecken sind. Außerdem wird ebenfalls bevorzugt,
dass die Erfassungseinrichtung teilweise beweglich ist, wodurch
bewirkt wird, dass eine Kameralänge
davon justierbar ist, dass die Röntgenstrahlungseinrichtung
und die Erfassungseinrichtung so angebracht sind, dass die Strahlungsrichtung
der Röntgenstrahlung
und deren Einfallsrichtung in Bezug auf die Messoberfläche des
zu messenden Kristalls einander gleich sind und dass die Röntgenstrahlungseinrichtung
und die Erfassungseinrichtung in Richtung einer Normale zur Messoberfläche des
zu messenden Kristalls, der auf der Probenbefestigungseinrichtung
befestigt ist, beweglich sind.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER MEHREREN ZEICHNUNGSANSICHTEN
-
Diese
und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit
den beigefügten
Zeichnungen besser ersichtlich, worin:
-
1 eine
Ansicht eines kurzen Aufbaus einer Vorrichtung zur Kristallorientierungsmessung
mittels Röntgenstrahlung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 eine
Querschnittsansicht der Einzelheiten eines hochempfindlichen zweidimensionalen
Detektors in der Röntgenstrahlen-Kristallorientierungsmessvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
3 die
Ansicht eines Beispiels für
das Beugungsbild (d. h. das Laue-Bild) zur Erläuterung des Prinzips zur Messung
der Kristallorientierung in der Röntgenstrahlen-Kristallorientierungsmessvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
4 die
Ansicht eines Beispiels für
ein Beobachtungsbild eines zentralen Punkts (d. h. dem Schwerkraftzentrum
des Flecks) des Beugungsbild (d. h. des Laue-Bilds) zur Erläuterung
des Prinzips der Messung der Kristallorientierung in der vorstehend
genannten Röntgenstrahlen-Kristallorientierungsmessvorrichtung zeigt;
-
5 eine
Erläuterungsansicht
zur Erläuterung
des Prinzips der Kristallorientierungsmessung, insbesondere über einen
Normalenvektor der Gitterebene, in der vorstehend genannten Röntgenstrahlen-Kristallorientierungsmessvorrichtung
ist;
-
6 ebenfalls
eine Erläuterungsansicht
zur Erläuterung
des Prinzips der Kristallorientierungsmessung, insbesondere über einen
Einfallwinkel α der
Gitterebene und eine Richtung der Neigung β, in der vorstehend genannten
Röntgenstrahlen-Kristallorientierungsmessvorrichtung
ist;
-
7 eine
Ansicht zur Erläuterung
des Winkels ist, der durch die Normale der Gitterebene zwischen zwei
(2) Kristallkörnern
auf einem Kristall mit Subkornstruktur definiert ist;
-
8 eine
Ansicht zur Erläuterung
des Vorgehens zur Ermittlung des Normalenvektors auf der vorstehend
genannten Gitterebene ist;
-
9 eine
Ansicht des Vektors in Richtung der vorstehend genannten gebeugten
Röntgenstrahlen, aber
innerhalb eines (XYZ)-Systems, ist;
-
10 eine
Ansicht eines Verfahrens zum Befestigen einer Probe auf der vorstehend
genannten Röntgenstrahlen-Kristallorientierungsmessvorrichtung
ist; und
-
11(A) und 11(B) Ansichten
zur Erläuterung
einer Abbildungsmessung mit der vorstehend erwähnten Röntgenstrahlen-Kristallorientierungsmessvorrichtung
sind.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Nachstehend
werden Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständig erläutert.
-
Im
Folgenden ist jedoch eine Röntgenstrahlen-Kristallorientierungsmessvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
eine Vorrichtung zum Messen der Orientierungsverteilung über einem
Kristall mit Subkornstruktur (beispielsweise einem Fluoritkristall),
insbesondere einem, bei dem der Einzeldomänenkristall schwer zu ermitteln
ist.
-
Zunächst zeigt
die hier beigefügte 1 die
Struktur eines Hauptabschnitts der Röntgenstrahlen-Kristallorientierungsmessvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform.
-
In
dieser 1 bezeichnet nämlich
das Bezugszeichen 10 das Fundament der Vorrichtung und
auf diesem Fundament 10 ist eine so genannte XY-Bühne 20 angeordnet,
die aus einem beweglichen X-Tisch 21 und einem Y-Tisch 22,
welche sich im rechten Winkel kreuzen, besteht, um darauf eine Probe
S anzubringen. Ebenfalls ist auf dem Fundament 10 eine
Wand 30 zur Befestigung eines optischen Systems darauf
angeordnet, die in ihrer äußeren Form
torähnlich
ist, wobei die Stützbeine 31 und 32 daran
befestigt werden, wodurch sie die zuvor erwähnte XY-Bühne 20 überbrückt. Des
Weiteren ist diese Wand 30 zum Befestigen des optischen
Systems auch in Richtung eines Pfeils (d. h. auf und ab: Z-Bewegung)
in der Figur mittels einer Antriebsvorrichtung, wie beispielsweise
einem Impulsmotor usw., beweglich, z. B. auf ähnliche Art und Weise wie der X-Tisch 21 und
der Y-Tisch 22 der zuvor genannten XY-Bühne 20. Des Weiteren
bezeichnet das Bezugszeichen 33 in der Figur ein Messinstrument
zur Z-Positionskorrektur, um die Z-Position der Wand 30 zum
Befestigen des optischen Systems zu korrigieren. Außerdem bezeichnet
das Bezugszeichen 25 in der Figur eine Führung zum
Positionieren der Probe, die auf dem Y-Tisch 22 der XY-Bühne 20 angebracht
ist, deren Einzelheiten jedoch erst später genannt werden. Des Weiteren
sind die Komponenten insgesamt mit einer Anti-Röntgenstrahlen- (oder röntgenstrahlensicheren)
Abdeckung bedeckt, die in der Figur nicht gezeigt ist.
-
Wie
aus 1 ersichtlich ist, wird bei der vorstehend genannten
Röntgenstrahlen-Kristallorientierungsmessvorrichtung
ein optisches Messsystem davon aufgebaut mit einer Röntgenstrahlung
erzeugenden Vorrichtung 50, die eine Röntgenstrahlenquelle darstellt,
einem Kollimator 51, um die daraus erzeugten Röntgenstrahlen (so genannte
kontinuierliche Röntgenstrahlen)
zu parallelen Röntgenstrahlen
zu machen, und einem hochempfindlichen zwei- (2) dimensionalen Detektor
(oder einem hochempfindlichen Röntgenstrahlen-TV) 60,
der aus beispielsweise einem zwei- (2) dimensionalen (plattenähnlichen) CCD
aufgebaut ist. Es wird jedoch ein Winkel des Kollimators 51 so
eingestellt, dass die Röntgenstrahlung
auf der Messoberfläche der
Probe S auf der XY-Bühne 20 in
einem vorgegebenen Winkel ω (beispielsweise ω = 60°) einfällt. Außerdem ist
dieser Kollimator ein Doppelstiftloch-Kollimator mit etwa einem
Lochdurchmesser von zum Beispiel 0,3 mm bis 0,5 mm. Auch beträgt der Ausgangsabstand
zwischen der Röntgenstrahlenquelle
und dem Kollimator etwa 200 bis 250 mm und der Abstand hinauf zur
Probe S beträgt
etwa 300 mm. Die Röntgenstrahlenquelle
und der Kollimator sind fixiert. Wenn die Kameralänge groß bemessen
wird, kann eine Verbesserung der Genauigkeit beim Messen der Orientierung
erzielt werden, wenn jedoch eine große Verschiebung der Orientierung
auftritt, gerät
sie außerhalb
der Detektionsoberfläche;
daher ist es unmöglich,
sie zu messen. Wenn andererseits die Kameralänge klein bemessen wird, ist
es möglich,
eine solche große
Verschiebung der Orientierung zu bewältigen. Aus diesem Grund wird
die Kameralänge
geeigneterweise in Abhängigkeit
vom Zustand des Probenkristalls eingestellt.
-
Andererseits
wird der hochempfindliche zweidimensionale Detektor 60 auf
bestimmte Art und Weise angeordnet, so dass er das Beugungsbild
(d. h. das Laue-Bild) auffangen kann, das aus der Beugung der Röntgenstrahlung,
die aus dem zuvor genannten Kollimator 51 ausgestrahlt
wird, auf der Messoberfläche
der Probe S erhalten wird; d. h. eine zu jener Messoberfläche senkrechte
Normale definiert auch den gleichen Winkel ω zur Messoberfläche auf
der Probe S. Des Weiteren ist dieser hochempfindliche zweidimensionale
Detektor 60 in der Richtung eines Pfeils in der Figur mittels
der Antriebsvorrichtung, wie etwa dem Impulsmotor usw., auch frei
beweglich. Daher ist mit einer solchen Struktur die Kameralänge "L" (siehe 9) variabel
(d. h. verschiebbar) und ihre variable Region bzw. ihr variabler
Bereich beträgt
beispielsweise beinahe 100 bis 300 mm. Jedoch müssen bei der vorstehend erwähnten derartigen
Struktur die Röntgenstrahlenquelle
und der Kollimator an der Wand 30 zum Befestigen des optischen
Systems fixiert sein, während
eine vorgegebene Beziehung zwischen ihnen beibehalten wird. Eine
elektrische Energiequelle der die Röntgenstrahlung erzeugenden Vorrichtung 50 kann
an einer Außenseite
davon angeordnet sein.
-
Außerdem bezeichnet
das Bezugszeichen 90 in der Figur einen Steuer-PC (CPU) und er umfasst
in einem Teil eine Speichervorrichtung, wie etwa ein Festplattenlaufwerk
usw., worin verschiedene Arten von Software in der Speichervorrichtung
zur Ausführung
einer Steuerung und/oder Messung für jeden Abschnitt der Vorrichtung
gespeichert sind, oder alternativ können in einem Teil die Bilder
und/oder die Messergebnisse, die erhalten wurden, gespeichert sein.
Dieser Steuer-PC 90 umfasst
außerdem
eine Anzeigevorrichtung 92, um darauf das Beugungsbild
(d. h. das Laue-Bild), das durch den hochempfindlichen zweidimensionalen
Detektor 60 erhalten wurde, einer Bedienperson zu zeigen,
des Weiteren eine Eingabevorrichtung einschließlich beispielsweise einer
Tastatur 93 und/oder einer Maus 94, usw., und
eine Ausgabevorrichtung wie etwa einen Drucker, usw., obwohl dies
in der Figur nicht gezeigt ist. Zusätzlich dazu steuert der Steuer-PC 90 die
Positionen des X-Tisches 21 und des Y-Tisches 22 der
XY-Bühne 20 sowie
die Position der Z-Bühne
durch die XY-Bühnen-Steuervorrichtung 95 und
die Z-Bühnen-Steuervorrichtung 96.
Weiterhin steuert er die Kameralänge
des hochempfindlichen zweidimensionalen Detektors 60.
-
Als
nächstes
ist in der hier beigefügten 2 ein
Beispiel für
die detaillierte Struktur des zuvor genannten hochempfindlichen
zweidimensionalen Detektors 60 gezeigt. In diesem Detektor 60 sind
nämlich
auf einer Seite, auf der die Röntgenstrahlung
einfällt,
ein Szintillator 61 zum Erzeugen eines Lichts aufgrund
der darauf einfallenden Röntgenstrahlung
und ein I.I (Image Intensifier – Bildverstärker) 62 zum
Verstärken
oder Intensivieren des Beugungsbilds (d. h. des Laue-Bilds), das
auf dem Szintillator erhalten wurde, vorgesehen, und worin des Weiteren
das in diesem I.I verstärkte
Licht auf die zwei- (2) dimensionale CCD-Vorrichtung 64 (in
oberflächenartiger
Form, zum Beispiel etwa 20 mm × 20
mm) durch die Funktion einer Kopplungslinse 63, die dahinter
angeordnet ist, fällt,
wodurch es ein Bild formt, das in ein elektrisches Signal umzuwandeln
ist. Jedoch bezeichnet in dieser 2 ein Bezugszeichen 65 eine
elektrische Energiequelle des zuvor genannten I.I und die Steuervorrichtung
ist mit dem Steuer-PC (d. h. der CPU) 90 aufgebaut, der
in der zuvor genannten 1 gezeigt ist. Diese Steuervorrichtung
empfängt
ein Bild, das auf dem CCD geformt wird, unter Verwendung beispielsweise
der Steuersoftware, die in der in 1 gezeigten
Speichervorrichtung 91 gespeichert ist, sowie unter Verwendung
einer Empfangsleiterplatte 66 für ein CPU-Bild, und gleichzeitig
zeigt sie das Bild, das empfangen wird, auf ihrem Videomonitor 92 (d.
h. der in 1 gezeigten Anzeigevorrichtung).
-
Nachstehend
folgt eine detaillierte Erläuterung
des Prinzips der Messung der Orientierungsverteilung in einem Kristall
unter Verwendung der Röntgenstrahlen-Kristallorientierungsmessvorrichtung,
deren Struktur vorstehend bereits beschrieben ist, sowie eines Verfahrens
davon.
-
I. Messprinzip
-
1.1 Messung
-
Ein
von der vorliegenden Vorrichtung übernommenes Messprinzip beruht
auf dem Laue-Verfahren. Bei dem Kristall, der untersucht werden
soll, handelt es sich jedoch um einen Kristall, der auf einer Flächen-Orientierung, etwa
(111), geschnitten ist, und neben diesen kann die vorliegende Vorrichtung
die Fälle
(100) und (110) bewältigen.
Bei diesen Hauptindizes sind die Laue-Spots von hoher Intensität (d. h.
ei nem weißen
Abschnitt auf dem Foto), aber die Räume darum herum sind in dem
Zustand geöffnet
(d. h. schwarzer Abschnitt in dem Foto). Dieser Zustand kann auf
einem Laue-Bild mit weitem Bereich beobachtet werden, der erhalten werden
kann, indem die Entfernung zwischen der Probe und der zweidimensionalen
Detektor (die durch die „Kameralänge" bezeichnet wird)
kurz eingestellt wird. Dieses Laue-Bild mit weitem Bereich ist in
der hier beigefügten 3 gezeigt.
Der Fleck in der Mitte der Figur entspricht (111) und darum herum
ist geöffnet.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird insbesondere nur die Position jenes Spots bei (111)
darin beachtet. Eine lange Einstellung der Kameralänge ermöglicht nämlich eine
deutliche Beobachtung der Position von nur (111), wie durch 100 in
der hier beigefügten 4 gezeigt
ist. Indem jene Position genau gemessen wird, wird die Kristallorientierungsmessung
durchgeführt.
-
Das
Prinzip der vorgenannten Messung wird in der hier beigefügten 5 gezeigt.
In dem rechteckigen (xyz)-Koordinatensystem in der Figur ist die
Probenoberfläche,
auf der die Orientierung gemessen wird, so angeordnet, dass sie
mit dessen x,y-Ebene zusammenfällt.
Andererseits liegt die einfallende Röntgenstrahlung in der y,z-Ebene,
da sie im Winkel ω in
Bezug auf die Probenoberfläche
einfällt,
und sie strahlt auf den Koordinatenursprung. Diese einfallende Röntgenstrahlung
wird auf einer Gitterebene (111) gebeugt, die mit der Probenoberfläche beinahe
parallel ist (weiterhin auf ähnliche
Weise in den Fällen,
in denen sie (100) und (110) ist). Als Ergebnis hiervon kann das
Beugungsbild (d. h. das Laue-Bild) von der TV-Kamera eingefangen werden,
welche den zweidimensionalen Detektor darstellt, der ebenfalls in
Richtung einer Emission im Winkel ω auf der y,z-Ebene der Koordinaten
angeordnet ist.
-
Des
Weiteren bedeutet in der vorliegenden 5 "k0" einen Vektor der
die einfallende Röntgenstrahlung
angibt, und "k" einen Vektor, der die
Richtung der gebeugten Strahlen angibt. Dieser Vektor "k", der die Richtung der gebeugten Strahlen
angibt, kann aus der Position des gebeugten Bilds auf der Licht
empfangenden Oberfläche
des vorstehend genannten TVs ermittelt werden; d. h., er kann aus
einer Vektorberechnung, die nachstehend genannt wird, als Normalenvektor "V", der senkrecht zur Gitterebene ist,
berechnet werden.
-
Der
Fleck 100 in der vorstehend genannten 4 ist
nämlich
das Beugungsbild auf dem Fluorit (111), das von der TV-Kamera der
vorliegenden Vorrichtung eingefangen wird, und aus diesem Beugungsbild
können die
Schwerpunktpositionen der Flecke durch eine automatische Spitzenwertsuche
(beispielsweise eine Digitalisierungsverarbeitung eines Bilds) gemessen
werden, und daher kann die Flächen-Orientierung davon
berechnet werden, wie nachstehend erläutert wird.
-
1.2 Ausdruck der Flächen-Orientierung
-
Es
wird auf die hier beigefügte
6 Bezug
genommen, wonach nach dem Umwandeln des Normalvektors "V" der Gitterebene in Einheitsvektoren
die Flächen-Orientierung
durch Vx, Vy und Vz, deren Komponenten und in der Figur gezeigten
Orientierungswinkeln "α" und "β" dargestellt werden kann. Vorliegend
bezeichnet der Winkel "α" einen Winkel, der
zwischen der Normalen der Probenoberfläche (d. h. der z-Achse) und
der Normalen der Gitterebene definiert ist, während der Winkel "β" ein Winkel ist, der zwischen einer
Projektionslinie der Normalen der Gitterebene auf der x,y-Ebene
(d. h. der Probenoberfläche)
und der x-Achse definiert ist, und weiterhin können jene Winkel "α" und "β" durch die folgenden
Gleichungen berechnet werden:
α =
cos–1 VZ (Gl.
1) worin der in der vorstehend
genannten Gleichung verwendete Begriff "QtWl" für eine Quadratwurzel
steht.
-
Wie
in der hier beigefügten 7 gezeigt
ist, wird insbesondere auch ein Winkel "δij" ausgegeben, der durch
die Normalen von Gitterebenen zwischen den Kristallkörnern im
Kristall einer Körnerstruktur
als Wert definiert ist, der die Streuung oder Verteilung auf der
Orientierung angibt. Dieser Winkel "δij" kann aus der folgenden
Gleichung berechnet werden: δij
= cos–1 Vi·Vj = cos–1 (VixVjx
+ ViyVjy + VizVjz) (Gl. 3)
-
Jedoch
stehen "Vi" und "Vj" für die Normalenvektoren
der Gitterebene bei dem Korn "i" bzw. dem Korn "j". Und deren Komponenten sind durch "Vix", "Viy" und "Viz" sowie durch "Vjx", "Vjy" und "Vjz" angegeben.
-
1.3 Berechnung des Vektors "V"
-
Der
vorstehend genannte Gitterebenen-Normalenvektor "V" kann
durch die folgenden Vorgänge
ermittelt werden:
Zunächst
sei angenommen, dass sich in der hier beigefügten
8 der Vektor "k
0" der einfallenden
Röntgenstrahlung
in deren Einfallswinkel "ω" befindet, dann kann
er im rechteckigen Koordinatensystem (xyz) folgendermaßen ausgedrückt werden:
-
Als
nächstes
sei, wie in der hier beigefügten 9 gezeigt
ist, angenommen, dass die Kameralänge "L" beträgt und die
Koordinaten des Laue-Bilds auf der Detektoroberfläche (X,
Y) sind, dann kann der Richtungsvektor "k" der
gebeugten Röntgenstrahlen
im rechteckigen Koordinatensystem (XYZ) wie folgt angegeben werden.
-
-
Wenn
weiterhin der zuvor genannte Richtungsvektor "k" der
gebeugten Röntgenstrahlen
im (xyz)-System dargestellt wird, kann er durch die folgende Gleichung
angegeben werden:
-
Aus
dem Vorstehenden kann der Gitterebenen-1Vormalvektor aus der folgenden
Gleichung berechnet werden. V = (k – k0)/|k – k0| (Gl.
7)
-
2. Messschritte
-
2.1 Befestigen der Probe
-
Zunächst wird
ein Kristall (d. h. der zu messende Kristall) S, der die Probe darstellt,
an der die Messung der Orientierungsverteilung auf deren Oberfläche vorgenommen
wird, auf der XY-Bühne 20 der
Röntgenstrahlen-Kristallorientierungsmessvorrichtung
angeordnet. Wie in der vorstehend genannten 6 gezeigt
ist, weist dieser Probenkristall S grundsätzlich eine äußere Konfiguration
auf, die etwa zylinderartig oder scheibenartig ist, und daher wird
er, wie ebenfalls in der hier beigefügten 10 gezeigt
ist, positioniert, indem eine seiner Seitenflächen an die so genannten Anstoßreferenzführungen 25 und 25 angelegt
wird, die längs
der X-Achse und der Y-Achse vorgesehen sind und sich senkrecht zueinander
in Richtung des Ursprungs auf der zuvor genannten XY-Bühne 20 erstrecken.
Jedoch weist im Fall des vorerwähnten
Fluorits die Probe eine Durchmessergröße von etwa 400 mm (100 mm
Dicke) für
eine zu messende größere auf,
oder für
eine kleine kann eine so genannte wafer-ähnliche Form angenommen werden,
deren Durchmesser-Minimalwert beträgt jedoch etwa 10 mm (0,5 mm
Dicke). Jedoch ist es bei jedem von diesen Fällen unter Verwendung der Anstoßreferenzführungen 25 und 25,
die vorstehend erwähnt
wurden, möglich,
die Probe in optimaler Position zu positionieren, und zwar ungeachtet
der Größen (d.
h. ob sie groß oder
klein sind) der Probe im Allgemeinen.
-
2.2 Abbildungsmessung
-
Anschließend wird
zum Durchführen
der Abbildungsmessung unter Verschieben oder Bewegen der XY-Bühne 20 die
Bestimmung eines Hubs sowie einer Gittermaschengröße in Richtung
der X-Achse und der Y-Achse in Abhängigkeit von der vorstehend
genannten Proben größe vorgenommen,
und zwar unter Berücksichtigung
des Durchmessers der zu messenden Probe oder dergleichen. Beispielsweise
wird der Bewegungshub zum für
eine große
Probe auf etwa 410 mm eingestellt, und das Auflösungsvermögen davon beträgt etwa
0,02 mm. Die Gittermaschengröße wird
auf zwischen einigen mm bis zu mehreren zehn mm eingestellt. Des
Weiteren kann die Bestimmung des Hubs und der Gittermaschengröße durch
Eingabe von für
diese benötigten
Daten in den Steuer-PC 90 durch die Tastatur 93 oder
eine ähnliche
der vorgenannten Eingabevorrichtungen erfolgen. Auch wird im vorliegenden
Beispiel bevorzugt der Durchmesser dieses Kristalls eingegeben und
zusätzlich
dazu wird die Position ebenfalls in Richtung der Z-Achse bewegt, um
für das
optische Messsystem, das auf der Wand 30 zum Befestigen des optischen
Systems fixiert ist, in Abhängigkeit
von der Größe der Probe,
insbesondere deren Dicke, justiert zu werden.
-
Als
nächstes
wird die vorstehend genannte Vorrichtung betätigt, um die Messung der Orientierungsverteilung
auf der Probenoberfläche
durchzuführen.
Wie nämlich
in 10 gezeigt ist, wird, während die vorgenannte XY-Bühne 20 zusammen
mit ihrer X-Achse und ihrer Y-Achse
der Reihe nach bewegt wird, wobei sie dem vorstehend eingestellten
Hub folgen (siehe 11(a)),
die Messung der Gitterorientierung an jedem Messpunkt durchgeführt. Danach
wird ein Messergebnis auf folgende Art und Weise angezeigt.
-
2.3 Anzeigen des Messergebnisses
-
Nach
der vorstehend angeführten
Messung werden die Messergebnisse auf der Anzeigevorrichtung 92 angezeigt.
In diesem Fall ist es möglich,
die in den Ausdrücken
erhaltenen Messergebnisse der Kristallorientierungen auszugeben,
etwa als Zahlenwerttabelle, als Histogrammdarstellung, als Kartendarstellung,
als Verteilungsdarstellung, usw., beispielsweise mittels der vorstehend
erwähnten
CPU 90.
-
Auf
diese Art und Weise werden mit der Röntgenstrahlen-Kristallorientierungsmessvorrichtung
und auch mit dem Kristallorientierungsmessverfahren in einer solchen
vorstehend genannten Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung das Laue-Verfahren und der zwei-dimensionale Detektor hierzu
angewendet und als Ergebnis davon ist es, selbst wenn der Kristall
in seiner Art verändert
und/oder sein Gitterebenenindex verändert wird; wenn etwa die Flächen-Orientierung
beispielsweise zu (100), (110) und (111) verändert wird, jedoch möglich, die
Gitterebene (d. h. die Beugungsoberfläche) durch dasselbe optische System
zu studieren. Da überhaupt
keine Notwendigkeit besteht, die Abtastung oder dergleichen für die Orientierungsmessung
zu bewegen, kann in diesem Fall daher das optische Messsystem fixiert
bleiben (somit ist es nicht notwendig, das optische System zu bewegen).
Genauer gesagt, wird dies mittels der auf dem CCD basierenden hochempfindlichen
zweidimensionalen Detektor erreicht, wobei die Laue-Flecken entsprechend der
Gitterebene erfasst werden und die Richtung der Gitterebenen-Normale
aus jener Position berechnet wird (d. h. Bestimmen der Oberflächenrichtung).
-
Um
die Verteilung der Kristallorientierungen auf der Probenoberfläche zu erhalten,
während
die vorstehend genannte XY-Bühne 20 bewegt
wird, wird an jedem Messpunkt eine Abbildung oder ein Bild aufgenommen,
die bzw. das durch den hochempfindlichen zweidimensionalen Detektor 60 für eine Integrationszeit von
etwa einer (1) Sekunde erhalten werden kann. Jedoch kann diese Integration
durch beispielsweise eine auf einem Chip ausgeführte CCD-Integration erhalten
werden. Danach kann für
das aufgenommene Bild dessen Schwerpunkt durch eine automatische
Spitzenwertsuche ermittelt werden, und weiterhin kann die Flächen-Orientierung
gemäß der vorstehend
genannten Berechnungsgleichung berechnet werden. Somit ermöglicht die
Wiederholung einer solchen Messung, wie sie über den gesamten Bereich der
Messung, die auf der Probenoberfläche eingerichtet ist, angeführt wurde,
die Messung der Kristallorientierungen in den jeweiligen Abschnitten
in Form einer netzähnlichen
Karte (siehe 11(b)).
-
Weiterhin
ist es zusätzlich
zu der vorstehend genannten automatischen Messung auch möglich, eine so
genannte Echtzeitbeobachtung durchzuführen, d. h., während eine
X-Schritt-Bewegung und eine Y-Schritt-Bewegung
ausgeführt
werden, kann eine Inaugenscheinnahme oder visuelle Beobachtung an
dem auf dem Videomonitor angezeigten Beugungsbild durch Vorgänge des
Stoppens und/oder Zurückfahrens
in eine Position vorgenommen werden, wobei dabei ein Vorgang mit
der Maus durchgeführt
wird. Wenn nämlich eine
Verschiebung in der Kristallorientierung auf der Probenoberfläche vorliegt,
bewegt sich das betrachtete Beugungsbild auf dem Monitor.
-
Weiterhin
ist es aus einem Messergebnis, das tatsächlich an der Kristallorientierung
der Probe unter Einsatz der vorstehend genannten Vorrichtung durchgeführt wurde,
möglich,
eine Messung der Flächen-Orientierung für jeden
einzelnen (1) Punkt in kurzer Zeit, d. h. etwa 2-3 Sekunden, einschließlich der
Zeit für
die Bewegung der X- und Y-Achsen
darin, durchzuführen.
Damit kann eine Verkürzung
einer Einheitszeit für
die Kristallorientierungsmessung (d. h. die Orientierungsmessung
für einen
(1) Messpunkt) erreicht werden. Aus diesem Grund ist nicht viel
Zeit erforderlich, insbesondere, wenn die Abbildungsmessung ausgeführt wird,
wobei die Messung an einer großen
Anzahl von Punkten durchgeführt
wird, wodurch erreicht wird, dass die Röntgenstrahlen-Kristallorientierungsmessvorrichtung
für die
Praxis geeignet ist.
-
Die
vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt sein,
ohne von ihrem Geist oder einem wesentlichen Merkmal oder ihren
Eigenschaften abzuweichen. Die vorliegende(n) Ausführungsformen)
ist/sind daher in jeglicher Hinsicht als veranschaulichend und nicht
einschränkend
zu betrachten, wobei der Umfang der Erfindung eher durch die beigefügten Ansprüche als
durch die vorstehende Beschreibung angegeben wird und der Äquivalenzumfang
der Ansprüche
daher hierin umfasst sein soll.
