DE102013008486A1 - Low-noise optical element for detecting radiation by measuring electrical signals - Google Patents

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Abstract

Die Anmeldung beschreibt ein rauscharmes optisches Elemente zur Detektion von Strahlung mittels elektrischer Signale, die ein Substrat umfassen und an dem mindestens zwei voneinander beabstandete Kontakte aufgebracht sind und auf dem Substrat mindestens eine selektiv reflektierende Komponentenschicht aufgebracht ist, wobei das Substrat vor dem Aufbringen der Komponentenschicht mit einer Implantationsmethode prozessiert wurde, um strahlungsempfindliche Bereiche zur Erzeugung der elektrischen Signale zu erzeugen, die über die Kontakte abgeführt werden können.The application describes a low-noise optical element for the detection of radiation by means of electrical signals, which comprise a substrate and to which at least two spaced-apart contacts are applied and at least one selectively reflecting component layer is applied to the substrate, the substrate being applied before the component layer is applied an implantation method was processed in order to generate radiation-sensitive areas for generating the electrical signals, which can be dissipated via the contacts.

Description

Anwendungsgebietfield of use

Die Erfindung betrifft ein besonders rauscharmes optisches Element zur Detektion von Strahlung (elektromagnetischer und Teilchenstrahlung), insbesondere Röntgenstrahlung und EUV-Strahlung, mittels Messung elektrischer Signale.The invention relates to a particularly low-noise optical element for detecting radiation (electromagnetic and particle radiation), in particular X-ray radiation and EUV radiation, by means of measuring electrical signals.

Stand der Technik, Nachteile des Standes der Technik Optische Elemente nach dem erfindungsgemäßen Prinzip finden für einen weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums Anwendung. Insbesondere für den EUV- (extreme ultraviolette Strahlung; Wellenlängenbereich: ca. 50 nm bis ca. 10 nm) und dem Röntgenbereich (ca. 10 nm bis ca. 1 pm) haben diese Prinzipien eine besondere Bedeutung. Im Falle der Röntgenstrahlung sind die Brechungsindizes von Luft und Materie nur geringfügig unterschiedlich, sodass die Strahlung nur wenig ablenkbar ist. Im Falle der EUV-Strahlung liegt für diese ein sehr großes Absorptionsvermögen in Materie vor, sodass große Teile der Strahlintensität verloren gehen. Daher sind in beiden Fällen, im Vergleich zum sichtbaren Licht, spezielle strahlenoptische Konzepte erforderlich. Für eine kompakte Darstellung aber ohne Beschränkung der Allgemeinheit werden Anwendungen in diesen beiden Bereichen beschrieben.PRIOR ART, DISADVANTAGES OF THE PRIOR ART Optical elements according to the principle of the invention are used for a wide range of the electromagnetic spectrum. Especially for the EUV (extreme ultraviolet radiation, wavelength range: about 50 nm to about 10 nm) and the X-ray range (about 10 nm to about 1 pm), these principles have a special meaning. In the case of X-rays, the refractive indices of air and matter are only slightly different, so that the radiation is only slightly deflected. In the case of EUV radiation, these have a very high absorption capacity in matter, so that large parts of the beam intensity are lost. Therefore, in both cases, compared to visible light, special beam optical concepts are required. For a compact presentation but without limitation of generality applications in these two areas are described.

Röntgenstrahlung wird im chemischen, medizinischen, naturwissenschaftlichen und technischen Bereich in großer Breite als Sonde eingesetzt. Als Quellen kommen neben konventionellen Röntgenröhren, neuerdings auch Mikrofokusröhren oder pyroelektrische Materialien, auch Elektronensynchrotrone – alle emittieren ein polychromatisches Röntgenspektrum mit einer divergenten Strahlung – zum Einsatz.X-ray radiation is used as a probe in the chemical, medical, scientific and technical fields. In addition to conventional x-ray tubes, more recently microfocus tubes or pyroelectric materials, electronic synchrotrons - all emitting a polychromatic X-ray spectrum with divergent radiation - are also used as sources.

Für den überwiegenden Teil der Anwendungen, hier sind insbesondere röntgendiffraktometrische und röntgenreflektometrische Methoden zu nennen, ist eine Fokussierung oder Parallelisierung der Strahlung sowie insbesondere eine Eingrenzung des Spektralbereichs und dabei zumeist die Einengung auf quasimonochromatische Röntgenstrahlung erwünscht. Für spektroskopische Anwendungen, d. h. die qualitative und quantitative Elementbestimmung von Substanzen mit der Röntgen-Fluoreszenz-Analyse (RFA), ist eine energiedispersive oder wellenlängendispersive Zerlegung der Komponenten der charakteristischen Strahlung der Probenatome erforderlich.For the vast majority of applications, in particular X-ray diffractometric and X-ray reflectometric methods, a focusing or parallelization of the radiation and in particular a narrowing of the spectral range and thereby mostly the constriction to quasi-monochromatic X-radiation is desired. For spectroscopic applications, i. H. Qualitative and quantitative elemental determination of substances by X-ray fluorescence (XRF) analysis requires energy-dispersive or wavelength-dispersive decomposition of the components of the characteristic radiation of the sample atoms.

Bei der Röntgendiffraktometrie bzw. -reflektometrie werden zumeist reflektierende Materialien zur Röntgenstrahlbeeinflussung/-konfektionierung, d. h. Monochromatisierung, Ausrichtung oder Bündelung der Röntgenstrahlen auf dem Weg von der Röntgenquelle zur Probe und weiter von der Probe zum Detektor, eingesetzt. Insbesondere werden Röntgenstrahlinterferenzen, die an Kristallen oder Nanometer-Vielfachschichtsystemen auftreten können, genutzt. Solche sogenannten Röntgenspiegel (auch Multilayer- oder Göbel-Spiegel) sind beispielsweise in DE 198 33 524 A1 oder DE 44 07 278 genannt.In X-ray diffractometry or reflectometry mostly reflective materials for X-ray influencing / -assembling, ie monochromatization, alignment or bundling of the X-rays on the way from the X-ray source to the sample and further from the sample to the detector, are used. In particular, X-ray interferences that can occur on crystals or nanometer multilayer systems are utilized. Such so-called X-ray mirrors (also multilayer or Goebel mirror) are for example in DE 198 33 524 A1 or DE 44 07 278 called.

Bei der Röntgenspektroskopie mit energiedispersiver Zerlegung werden energieauflösende Detektoren eingesetzt, welche die infolge eines im Detektionsmediums absorbierten Photons freigesetzten und der Zahl nach zu dieser in bestimmtem Verhältnis stehenden elektrischen (Elementar-)Ladungen messen.In energy dispersive X-ray spectroscopy, energy-resolving detectors are used which measure the electrical (elemental) charges released as a result of a photon absorbed in the detection medium and numbered in a certain ratio.

Bei der Röntgenspektroskopie mit wellenlängendispersiver Zerlegung werden Röntgenstrahlinterferenzen, die an Kristallen oder Nanometer-Vielfachschichtsystemen auftreten können und die Strahlung energieabhängig in unterschiedliche Raumbereiche ablenken, genutzt.In X-ray spectroscopy with wavelength dispersive X-ray interference, which can occur on crystals or nanometer multilayer systems and divert the radiation energy-dependent in different spatial areas, used.

UV- bzw. EUV-Strahlung wird u. a. für die optische Lithografie (EUVL) im Bereich der Halbleiterindustrie eingesetzt, welche diese Strahlung z. B. zur Abbildung von kleinsten Schaltkreisstrukturen einer Maske auf ein mit einem strahlungsempfindlichem Lack versehenen Substrat verwenden, welche anschließend durch Ätzprozesse auf das Substrat übertragen werden. Für den Abbildungsvorgang sind aufgrund oben genannter hoher Absorption dieser Strahlung in Materie, ähnliche strahlenoptische Konzepte wie für Röntgenstrahlung notwendig, sodass auch hier auf Reflexion basierende Optiken eingesetzt werden. In DE 10 2004 062 289 B4 ist eine solche Optik beschrieben. Diese ist aus einer periodischen Schichtfolge aus einer Vielzahl von Dünnschichtpaaren mit im Allgemeinen zwei Schichten aus verschiedenen Materialen aufgebaut.UV or EUV radiation is used, inter alia, for optical lithography (EUVL) in the semiconductor industry, which radiation z. Example, for imaging of the smallest circuit patterns of a mask on a substrate provided with a radiation-sensitive paint, which are then transferred by etching processes on the substrate. Due to the above-mentioned high absorption of this radiation in matter, similar beam-optical concepts as for X-radiation are necessary for the imaging process, so that also here reflection-based optics are used. In DE 10 2004 062 289 B4 such an appearance is described. This is composed of a periodic layer sequence of a plurality of thin-film pairs with generally two layers of different materials.

Bei Nutzung von Röntgenstrahlmethoden sowie auf EUV-Strahlung basierende Methoden, welche analog behandelt werden können, lassen sich beugende, brechende, absorbierende und reflektierende Materialien zur Strahlbeeinflussung/-konfektionierung einsetzen. Insbesondere werden aber Strahlinterferenzen, die an periodischen Objekten, wie Nanometer-Vielfachschichtsysteme, auftreten können, genutzt, da die Röntgen- und insbesondere die EUV-Strahlung hiermit einerseits vergleichsweise stark umgelenkt werden kann und andererseits dann nur vergleichweise geringfügig geschwächt (absorbiert) wird und somit hohe Nutzintensitäten verfügbar sind.Using X-ray methods as well as methods based on EUV radiation, which can be treated analogously, diffractive, refractive, absorbing and reflective materials can be used for beam influencing / assembly. In particular, however, beam interferences, which can occur on periodic objects, such as nanometer multilayer systems, are used, since the X-ray and in particular the EUV radiation can be deflected comparatively strongly on the one hand and then only comparatively slightly weakened (absorbed) and thus high utility intensities are available.

Bei Kristallen ist nach der im Allgemeinen hinreichend genauen sogenannten kinematischen Näherung der Ablenkwinkel 2θ eines auf einen Kristall einfallenden Röntgenstrahls (θ gemessen in Bezug zur Netzebenenschar (mit Atomen belegten parallelen Kristallebenen)) bei Erfüllung der Bedingung für ein Interferenzmaximum mit dem Netzebenenabstand und der Wellenlänge der Röntgenstrahlung in einfacher mathematischer Form (Bragg-Gleichung) verknüpft. Charakteristische Parameter der auftretenden Interferenzmaxima (auch Reflexe genannt) sind bei Bezugnahme auf eine Skala des Winkels 2θ (0° für Geradeausrichtung) die Halbwertsbreite der Reflexprofile, die über dem jeweils zugeordneten Winkelbereich – das heißt bis zum Reflexuntergrund – zusammengefasste integrale Reflexintensität und die maximale Intensität bzgl. eines Winkels 2θ. Die Halbwertsbreite bestimmt in spektroskopischen Anwendungen die Energieauflösung, das heißt den unteren Grenzwert z. B. noch zu unterscheidender Energiedifferenzen charakteristischer Röntgenlinien. Aus der integralen Reflexintensität folgt eine Vorgabe für die bei einer geforderten statistischen Absicherung der Messergebnisse notwendige Messzeit. Das Reflexionsvermögen eines Stoffes ist durch das Intensitätsmaximum oder das Integral über ein definiertes Winkelintervall gegeben. Bei Verwendung von Nanometer-Vielfachschichten wie auch beim Einsatz von Kristallen, z. B. als optische Elemente, können diese Parameter durch geeignete Maßnahmen (Schicht- bzw. Kristallqualität sowie durch optische Elemente, wie Blenden, Kollimatoren etc.) optimiert werden.For crystals, after the generally sufficiently accurate so-called kinematic approximation, the deflection angle 2θ of an X-ray incident on a crystal (θ measured with respect to the lattice plane (with atoms) is determined parallel crystal planes)) on fulfillment of the condition for an interference maximum with the interplanar spacing and the wavelength of the X-ray in simple mathematical form (Bragg equation) linked. Characteristic parameters of the interference maxima occurring (also called reflexes) are, when referring to a scale of the angle 2θ (0 ° for straight alignment), the half-width of the reflex profiles, the integral reflex intensity and the maximum intensity combined over the respectively assigned angular range - that is to the reflex background with respect to an angle 2θ. The half-width determines in spectroscopic applications, the energy resolution, ie the lower limit z. B. yet to be distinguished energy differences characteristic X-ray lines. The integral reflex intensity is followed by a specification for the measurement time required for a required statistical verification of the measurement results. The reflectance of a substance is given by the intensity maximum or the integral over a defined angular interval. When using nanometer multilayers as well as when using crystals, eg. B. as optical elements, these parameters can be optimized by appropriate measures (layer or crystal quality and by optical elements such as diaphragms, collimators, etc.).

Im Falle der Verwendung von Nanometer-Vielfachschichten für Röntgenstrahlung ist wegen der überwiegenden Nutzung bei streifendem Einfall, d. h. im Bereich kurz oberhalb des Grenzwinkels der Totalreflexion, zusätzlich die Ablenkung durch Brechung bei Durchgang durch die einzelnen Grenzflächen in der Bragg-Gleichung zu berücksichtigen. Ein genauerer Zusammenhang ist in DE 198 33 524 A1 angegeben.In the case of the use of nanometer multilayers for X-ray radiation, because of the predominant use in grazing incidence, ie in the region just above the critical angle of total reflection, the deflection due to refraction when passing through the individual interfaces in the Bragg equation must additionally be taken into account. A closer connection is in DE 198 33 524 A1 specified.

Im Fall der EUV-Optiken werden Einfallswinkel nahe 90° verwendet.In the case of EUV optics, angles of incidence near 90 ° are used.

Bei der Beugung an Netzebenen von Kristallen und bei der konstruktiven Interferenz von an den Grenzflächen eines Nanometer-Vielfachschichtsystems reflektierten Teilstrahlen kann von Bragg-Maxima der Beugung verschiedener Ordnungen gesprochen werden. Für ein entsprechendes optisches Element soll die Einstellung der Bragg-Bedingung oder einer zugeordneten Position ohne Bezugnahme auf einen externen Strahlungsdetektor erfolgen können.In the diffraction at lattice planes of crystals and in the constructive interference of partial rays reflected at the interfaces of a nanometer multilayer system, Bragg maxima can be used to diffract different orders. For a corresponding optical element, it should be possible to set the Bragg condition or an assigned position without reference to an external radiation detector.

Eine genaue Positionierung bzw. Justage eines solchen optischen Elements kann bisher nur mit einem externen Strahlungsdetektor erfolgen. Da für den Abbildungsvorgang im Bereich der Röntgenstrahlung bis zu vier und besonders im Bereich der EUV-Strahlung bis zu 10 und mehr optische Elemente, in Reihe angeordnet, eingesetzt sein können, ist deren präzise und exakte Ausrichtung unabdingbar, um hohe Reflektivitäten (Nutzintensitäten) bereitzustellen und damit die Genauigkeit und die Geschwindigkeit der Analysen sowie der Bauelemente-Herstellung (in der EUV-Lithografie) hoch zu halten.An accurate positioning or adjustment of such an optical element can be done so far only with an external radiation detector. Since up to four and especially in the area of EUV radiation up to 10 or more optical elements, arranged in series, can be used for the imaging process in the field of X-radiation, their precise and exact alignment is essential in order to provide high reflectivities (useful intensities) and thus to keep the accuracy and the speed of the analyzes as well as the component manufacturing (in EUV lithography) high.

Diese Aufgabe wird durch das optische Element übernommen, welches bereits in der Patentschrift Nr. DE 10 2007 033 210 B4 beschrieben wurde. Gemäß des Hauptanspruchs des Patents DE 10 2007 033 210 B4 können das Substrat und die selektiv reflektierenden Komponentenschichten für den Nachweis (Detektion) von Röntgenstrahlung konfektioniert werden. Dies kann unter der Voraussetzung zugeordneter geeigneter elektronischer Festkörpereigenschaften durch elektrische Kontaktierung und den so möglichen Nachweis der durch Photoionisation in diesen Bereichen gebildeten Ladungsträger ermöglicht werden.This object is achieved by the optical element, which is already described in the patent no. DE 10 2007 033 210 B4 has been described. According to the main claim of the patent DE 10 2007 033 210 B4, the substrate and the selectively reflecting component layers for the detection of X-radiation can be assembled. This can be made possible by the assumption of appropriate suitable electronic solid state properties by electrical contacting and the possible detection of the charge carriers formed by photoionization in these regions.

Die Grundidee der Patentschrift DE 10 2007 033 210 B4 basiert auf dem Umstand, dass die konstruktive Interferenz, das heißt die Anregung eines Reflexes, mit dem Aufbau stehender Wellenfelder im Kristall oder Schichtsystem verbunden ist und somit die in der selektiv reflektierenden Komponentenschicht absorbierte Röntgenstrahlintensität in charakteristischer Weise winkelabhängig moduliert wird und somit über ein zusätzliches aktives Element, wie in der Patentschrift Nr. DE 10 2007 063 682 B3 beschrieben, aufgrund des abgeleiteten elektrischen Signals eine Rückkopplung zur Einstellung der Reflexionsbedingung oder anderer charakteristischer Einstellungen möglich ist.The basic idea of the patent DE 10 2007 033 210 B4 is based on the fact that the constructive interference, that is, the excitation of a reflex, is associated with the development of standing wave fields in the crystal or layer system and thus, the X-ray intensity absorbed in the selectively reflecting component layer is characteristically modulated angle dependent and thus via an additional active Element as in patent no. DE 10 2007 063 682 B3 described, due to the derived electrical signal, a feedback for adjusting the reflection condition or other characteristic settings is possible.

Nachteile/Mängel der naheliegenden Lösung(en)Disadvantages / shortcomings of the obvious solution (s)

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein rauscharmes optisches Element im Sinne eines Strahlungsspiegels auf Basis von Nanometerschichten, insbesondere für den Anwendungsbereich der Röntgenanalytik und der EUV-Lithografie, zur hocheffizienten Detektion von Strahlung (Röntgen- und EUV-Strahlung) mittels Messung von Stromsignalen anzugeben, das derart geeignet ausgebildet ist, dass eine automatisierte – also selbstständige –, hochpräzise und vor allem schnelle – im Bereich von Sekunden und darunter – Einstellung gemäß der Bragg-Reflexionsbedingung oder einer ähnlichen Reflexionsbedingung möglich ist, sodass die zu reflektierende Strahlung mit spezifischen Eigenschaften beauflagt und ohne größeren Bauelementeaufwand geeignet herbeigeführt werden kann.The invention is based on the object of specifying a low-noise optical element in the sense of a radiation mirror based on nanometer layers, in particular for the field of application of X-ray analysis and EUV lithography, for highly efficient detection of radiation (X-ray and EUV radiation) by measuring current signals , Which is designed so that an automated - ie independent -, high-precision and above all fast - in the range of seconds and less - adjustment according to the Bragg reflection condition or a similar reflection condition is possible, so that the radiation to be reflected with specific properties and can be suitably brought about without major component expenditure.

Die Ausrichtung eines solchen optischen Elements/Spiegels, insbesondere eines Röntgenspiegels, kann relativ zu einer Strahlungsquelle oder relativ zu einem anderen optischen Element erfolgen. Bereits kleinste Fehleinstellungen im Bereich von Mikrometern und einigen tausendstel Winkelgraden führen zu signifikanten Reflektivitäts- bzw. Nutzintensitätsverlusten. Ferner führt die thermische Ausdehnung infolge von Temperaturänderungen sowie mechanische Krafteinwirkungen auf das Gehäuse zu Fehlstellungen und damit zu Intensitätsverlusten. Auch können Abweichungen der Strahlposition bedingt durch die Dynamik der Röntgenquelle (z. B. bei Mikrofokusröhre) auftreten, die ebenfalls zu Verlusten der Nutzintensität führen, welche während des Mess-/Analysevorgangs bisher nicht aufgezeichnet bzw. von einer Fehlstellung des Röntgenspiegels nicht unterschieden werden können und eine dedizierte Anpassung der Spiegelposition erfordern.The alignment of such an optical element / mirror, in particular an X-ray mirror, can take place relative to a radiation source or relative to another optical element. Even the smallest misadjustments in the range of micrometers and a few thousandths of an angle lead to significant reflectivity or useful intensity losses. Furthermore, the thermal expansion due to temperature changes and mechanical forces on the housing leads to misalignments and thus intensity losses. Deviations of the beam position due to the dynamics of the X-ray source (eg in the case of a microfocus tube) can also occur, which likewise lead to losses of the useful intensity which can not be recorded during the measurement / analysis procedure or can not be distinguished from a malposition of the X-ray mirror and require a dedicated mirror position adjustment.

Die Mehrzahl der von der Industrie angebotenen Röntgenspiegel verwenden meist Feingewindeschrauben, um das optische Element entsprechend der notwendigen Einstellvorschrift zu Positionieren.Most of the X-ray mirrors offered by the industry usually use fine-thread screws to position the optical element according to the necessary adjustment rule.

Die Notwendigkeit der hochpräzisen Einstellung (Justierung) von Röntgenspiegeln führt dazu, dass selbst für erfahrenes Fachpersonal der Justagevorgang zu komplex und langwierig und der Endnutzer mit der Aufgabe oft überfordert ist. Hinzu kommt, dass das Bedienpersonal aus arbeitsschutzrechtlichen Gründen aufgefordert ist, eine Strahlenexposition möglichst zu vermeiden. Der Justagevorgang erfolgt deshalb oft in einem aufwendigen, iterativen Verfahren, welches das ständige Aus- und Einschalten der Röntgenstrahlung, das Öffnen und Schließen des Röntgengeräteschutzgehäuses bzw. das Verwenden eines zusätzlichen Detektors notwendig macht.The need for high-precision adjustment of X-ray mirrors means that even for experienced specialists the adjustment process is too complex and lengthy and the end user is often overwhelmed with the task. In addition, for reasons of occupational safety and health, operating personnel are required to avoid radiation exposure wherever possible. The adjustment process is therefore often carried out in a complex, iterative process, which makes the constant switching off and on of the X-ray radiation, the opening and closing of the X-ray machine protective housing or the use of an additional detector necessary.

Für hochpräzise Mess-, Analyse- und Fertigungsergebnisse ist es erforderlich, eine äußerst stabile Strahlungsquelle zu nutzen. Schwankungen der Nutzintensitäten, beispielsweise durch Tag-/Nacht-Zyklen, durch Raumtemperaturänderungen, durch Alterungseffekte der Quelle oder durch elektronische Schwankungen, werden während des Betriebs, z. B. von Röntgenanalysegeräten, nicht oder nur unzureichend aufgezeichnet, sodass im Nachhinein keine Überprüfung des Betriebsablaufs mehr möglich ist. Eine nachträgliche Korrektur bei auftretenden Fehlern ist sogar völlig ausgeschlossen. Ferner ist es erforderlich, dass die oben genannten Probleme der Ausrichtung von Spiegeln gelöst sind.For high-precision measurement, analysis and manufacturing results, it is necessary to use an extremely stable radiation source. Variations in the useful intensities, for example by day / night cycles, by changes in room temperature, by aging effects of the source or by electronic fluctuations, are recorded during operation, eg. B. of X-ray analysis, not or insufficiently recorded, so that in retrospect, no review of the operation is possible. A subsequent correction in case of errors is even completely excluded. Further, it is required that the above-mentioned problems of mirror alignment are solved.

Die in der Patentschrift Nr. DE 10 2007 033 210 B4 beschriebenen Varianten könnten die genannten Probleme lösen, lassen sich jedoch für die geforderte Aufgabe nicht einsetzen, da sie den großen Nachteil besitzen, dass die elektrischen Signale sehr klein und das elektronische Rauschen vergleichsweise groß sind und, dadurch bedingt, dass das Signal-zu-Rausch-Verhältnis klein ist. Das führt einerseits zu großen Regelzeiten im Bereich von Minuten, welche den Einstellvorgang der Optik und damit den Messablauf sehr zeitaufwendig machen und andererseits zu ungenauen Positionierungen, infolge dessen nicht der maximal mögliche Strahlungsanteil von der selektiv reflektierenden Komponentenschicht reflektiert wird.The in the patent no. DE 10 2007 033 210 B4 described variants could solve the problems mentioned, but can not be used for the required task, since they have the great disadvantage that the electrical signals are very small and the electronic noise is relatively large and, due to the fact that the signal-to-noise Ratio is small. This leads on the one hand to large control times in the range of minutes, which make the setting process of the optics and thus the measurement process very time consuming and on the other hand inaccurate positioning, as a result of which the maximum possible radiation component is not reflected by the selectively reflecting component layer.

Für schnelle Einstellvorgänge (Justage) ist es sinnvoll, aktive Bereiche, also Bereiche, an denen ein detektierbares elektrisches Signal generiert wird, in charakteristischer Weise auf dem Substrat anzuordnen, folglich eine Ortsauflösung zu erzeugen. Unterschiedliche Signalstärken der einzelnen aktiven Bereiche an unterschiedlichen Orten des Substrats geben dann den spezifischen Hinweis, welcher Freiheitsgrad zur optimalen Einstellung des Röntgenspiegels nachgeregelt werden muss. Das hat den Vorteil, dass schnelle Einstellvorgänge durch gezielte Ansteuerungen der einzelnen Freiheitsgrade möglich werden. Mit den in DE 10 2007 033 210 B4 beschriebenen Varianten ist es nicht möglich eine charakteristische Anordnung von aktiven Bereichen zu realisieren.For fast adjustment operations (adjustment), it makes sense to arrange active areas, ie areas where a detectable electrical signal is generated, in a characteristic manner on the substrate, thus generating a spatial resolution. Different signal strengths of the individual active regions at different locations of the substrate then give the specific indication which degree of freedom must be readjusted for optimum adjustment of the X-ray mirror. This has the advantage that fast setting operations by selective control of the individual degrees of freedom are possible. With the in DE 10 2007 033 210 B4 it is not possible to realize a characteristic arrangement of active regions.

Bei den in Patentschrift Nr. DE 10 2007 033 210 B4 beschriebenen Ausführungen ist es erforderlich, eine mechanische Maske oberhalb des Substrats zu positionieren, um nachträglich die selektiv reflektierende Komponentenschicht aufzubringen. Einerseits kann diese Maske Fertigungstoleranzen im Bereich von 100 um aufweisen. Andererseits existiert zwischen Maske und Substrat ein Spalt – das Substrat kann eine Biegung aufweisen –, sodass während des Aufbringens der selektiv reflektierenden Komponentenschicht Material (Atome) auch unter die Maske geraten können und so die Komponentenschicht keine scharfe Begrenzung aufweist und demzufolge keine exakte Anordnung erfolgt. Das kann zu zusätzlichem elektronischen Rauschen führen, dadurch, dass überdimensionierte Raumladungsbereiche und Kontaktflächen vorhanden sein müssen, welche zusätzlich Leckströme und Rauschen erzeugen und damit die genannten Nachteile noch verstärken [ G. Lutz, Semiconductor Radiation Detectors, Springer-Verlag Berlin/Heidelberg, 1999 ]. Zusätzlich bewirkt das Einbringen einer weiteren mechanischen Komponente während des Beschichtungsvorgangs eine Verschlechterung der Vakuumbedingungen, sodass sich die Güte der aufgebrachten Komponentenschicht verschlechtern kann.In the patent document no. DE 10 2007 033 210 B4 described embodiments, it is necessary to position a mechanical mask above the substrate to subsequently apply the selectively reflecting component layer. On the one hand, this mask can have manufacturing tolerances in the range of 100 μm. On the other hand, there is a gap between the mask and the substrate - the substrate may have a bend - so that during the application of the selectively reflecting component layer, material (atoms) may also get under the mask and so the component layer does not have a sharp boundary and consequently no exact arrangement is made. This can lead to additional electronic noise due to the fact that oversized space charge areas and contact areas must be present, which additionally generate leakage currents and noise and thus further increase the mentioned disadvantages [ G. Lutz, Semiconductor Radiation Detectors, Springer-Verlag Berlin / Heidelberg, 1999 ]. In addition, the introduction of another mechanical component during the coating process causes a deterioration of the vacuum conditions, so that the quality of the applied component layer may deteriorate.

Ursachen dieser Nachteile/MängelCauses of these disadvantages / defects

Die genannten Nachteile hinsichtlich Signalstärke sowie Signal-zu-Rausch-Verhältnis sind unter anderem darauf zurückzuführen, dass der verwendete Aufbau des optischen Elements der Patentschrift Nr. DE 10 2007 033 210 B4 sowie das für die Konfektionierung verwendete Verfahren selbst, hohe Leckströme und ein hohes elektronisches Rauschen zur Folge haben. In den so gefertigten optischen Elementen verursachen unter anderem Leckströme – diese treten aufgrund fehlender Oberflächenpassivierung auf – Überschläge und Diffusion der chemischen Elemente aus den elektrisch leitenden Schichten sowie Fertigungstoleranzen die signifikante Reduzierung des durch Fotoionisation der Röntgen-/EUV-Photonen erzeugten zu detektierenden elektrischen Signals und die signifikante Erhöhung des elektronischen Rauschens. Diese Leckströme sind darauf zurückzuführen, das keine Gradientenstrukturen durch das beschriebene Verfahren erzeugt werden können und insbesondere sich Kantenstrukturen nicht vermeiden lassen, und damit die genannten Ausführungsbeispiele, basierend auf homogenen Schichten, nicht geeignet konfektionierbar sind.The disadvantages mentioned in terms of signal strength and signal-to-noise ratio are due, inter alia, to the fact that the construction used of the optical element of patent no. DE 10 2007 033 210 B4 as well as the process used for packaging itself, high leakage currents and high electronic noise. Among other things, leakage currents in the optical elements produced in this way cause these occur due to lack of surface passivation - arcing and diffusion of the chemical elements from the electrically conductive layers, as well as manufacturing tolerances - the significant reduction in the electrical signal to be detected produced by photoionization of the X-ray / EUV photons and the significant increase in electronic noise. These leakage currents are due to the fact that no gradient structures can be generated by the method described and, in particular, edge structures can not be avoided, and therefore the exemplary embodiments mentioned, based on homogeneous layers, can not be suitably assembled.

Die in der Patentschrift Nr. DE 10 2007 033 210 B4 genauer beschriebenen zwei Varianten betreffen den Aufbau im Sinne einer Schottky-Diode sowie im Sinne eines Metall-(Oxid)-Halbleiter-Kontakts, wobei für beide Varianten hohe Sperrströme charakteristisch sind, die ein hohes Rauschen zur Folge haben, in dem kleine Signaländerungen, wie im Fall des optischen Elements, nicht signifikant nachweisbar sind. Ferner weist die ausgebildete Raumladungszone nur geringe Ausdehnungen auf. Dies hat zur Folge, dass nicht alle Photonen (Strahlungsquanten) auf dem Weg durch diesen Bereich aufgrund eines endlichen Wechselwirkungsquerschnitts von Photon und Elektron ein Elektron-Loch-Paar (gleich elektrisches Signal) erzeugen, sondern zum Teil „ungenutzt” hindurchgehen. Dies führt neben einer Minimierung des zu messenden elektrischen Signals ebenso dazu, dass kleinste, durch einzelne Röntgenphotonen generierte, Signale nicht nachweisbar sind.The in the patent no. DE 10 2007 033 210 B4 two variants described in more detail relate to the construction in the sense of a Schottky diode and in the sense of a metal (oxide) semiconductor contact, wherein high reverse currents are characteristic for both variants, which result in high noise, in the small signal changes in the case of the optical element, are not significantly detectable. Furthermore, the trained space charge zone has only small dimensions. The consequence of this is that not all photons (radiation quanta) on the way through this area generate an electron-hole pair (same electrical signal) due to a finite interaction cross-section of photon and electron, but partly pass through "unused". In addition to minimizing the electrical signal to be measured, this also means that the smallest signals generated by individual X-ray photons can not be detected.

Bei den in der Patentschrift Nr. DE 10 2007 033 210 B4 genannten Substraten wurde nicht auf deren Defektdichten eingegangen. Es ist bekannt, dass strukturelle Defekte in Substraten ebenfalls zu erhöhten Leckströmen führen und damit zum Nachweis kleinster Signale ungeeignet sind.In the patent no. DE 10 2007 033 210 B4 mentioned substrates was not discussed their defect densities. It is known that structural defects in substrates also lead to increased leakage currents and are therefore unsuitable for the detection of very small signals.

Eine vorteilhafte Anordnung aktiver Bereiche auf dem Substrat ist für die in DE 10 2007 033 210 B4 beschriebene Ausführung des optischen Elements auf Basis einer Schottky- oder MOS-Struktur nicht möglich. Dies ist darauf zurückzuführen, dass für die Erzeugung aktiver Bereiche diese mit einer zusätzlichen Metallschicht in engem Kontakt mit dem Substrat versehen werden müssen. Man würde folglich eine charakteristische Anordnung von flächenhaften Bereichen erzeugen müssen. Anschließend müsste die Beschichtung mit der selektiv reflektierenden Komponentenschicht erfolgen, die großflächig, über alle aktiven Bereiche hinweg aufgebracht würde. Die endliche Dicke der aktiven Bereiche, bedingt durch die Metallschichten – diese liegt im Bereich von ca. 50 nm – würde dazu führen, dass die Oberfläche des Substrats große Rauhigkeiten aufweist. Für die selektiv reflektierende Komponentenschicht ist es aber eine zwingende Voraussetzung, dass die Substratoberfläche durch geringstmögliche Rauhigkeitswerte charakterisiert ist. Diese sollten im Bereich von 1 nm und darunter liegen, sodass maximale Reflektivitätswerte für die Röntgenspiegel sowie hochqualitative Strahlkonditionierungen erreicht werden können.An advantageous arrangement of active areas on the substrate is for the in DE 10 2007 033 210 B4 described embodiment of the optical element based on a Schottky or MOS structure not possible. This is due to the fact that they must be provided with an additional metal layer in close contact with the substrate for the generation of active areas. Consequently, one would have to create a characteristic array of areal areas. Subsequently, the coating would have to take place with the selectively reflecting component layer, which would be applied over a large area over all active regions. The finite thickness of the active regions due to the metal layers - this is in the range of about 50 nm - would cause the surface of the substrate to have large roughnesses. For the selectively reflecting component layer, however, it is a mandatory prerequisite that the substrate surface is characterized by the lowest possible roughness values. These should be in the range of 1 nm and below, so that maximum reflectivity values for the X-ray mirrors and high-quality beam conditioning can be achieved.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgrund der beschriebenen Probleme ist es die Aufgabe der Erfindung, ein optisches Element anzugeben, welches die Justagevorgänge automatisiert, die Güte der Einstellung kontinuierlich angibt sowie dadurch die Präzision der Mess- und Belichtungsprozesse signifikant erhöht.Due to the described problems, it is the object of the invention to provide an optical element which automates the adjustment processes, continuously indicates the quality of the adjustment and thereby significantly increases the precision of the measurement and exposure processes.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Die Problemlösung erfolgt erfindungsgemäß durch Erzeugung eines oberflächenpassivierten, leckstromreduzierenden p-n-Übergangs (Halbleiter-Halbleiter-Übergang) innerhalb eines Substrats, durch Nutzung von fotolithografischer Prozessierung und Ionenimplantation sowie durch Verwendung eines speziell hochohmigen Substratmaterials. Das prozessierte Substratmaterial stellt dann eine strahlungsempfindliche PIN-Diode dar, welche aus einem schwach n- oder p-dotierten Grundmaterial mit einer stärker n- oder p-dotierten Schicht auf der Rückseite, die den einen Kontakt bildet, besteht. Die strahlungsempfindliche Seite wird definiert durch einen Bereich mit einer dünnen n- oder p-dotierten Schicht an der Vorderseite. Diese Schicht ist dünn genug, damit die Strahlung möglichst ungehindert bis zum aktiven Bereich, den p-n-Übergang und die darunterliegende Raumladungszone, gelangen kann. Eine elektronische Kontaktstruktur ist auf der Vorderseite und Rückseite des Halbleiter-Substrats vorgesehen.The problem solution according to the invention is achieved by generating a surface-passivated, leakage current-reducing p-n junction (semiconductor-semiconductor junction) within a substrate, by using photolithographic processing and ion implantation and by using a special high-resistance substrate material. The processed substrate material then represents a radiation-sensitive PIN diode, which consists of a weakly n- or p-doped base material with a more heavily n- or p-doped layer on the back, which forms the one contact. The radiation-sensitive side is defined by a region with a thin n- or p-doped layer on the front side. This layer is thin enough for the radiation to reach the active area, the p-n junction and the underlying space charge zone as unhindered as possible. An electronic contact structure is provided on the front and back sides of the semiconductor substrate.

Als Substrate für ein erfindungsgemäßes optisches Element kommen prinzipiell alle Materialien und Kombinationen (z. B. CdTe, Ge, InGaAs, Si), die für den Nachweis von Strahlung (elektromagnetische und Teilchenstrahlung, insbesondere Röntgen- und EUV-Strahlung) auf Grundlage von Festkörpern geeignet sind, insbesondere hochohmige Siliziumwafer, gezüchtet nach dem „Floating Zone”(FZ)-Verfahren, in Frage. Insbesondere müssen diese Substrate von hoher Güte sein, hochkristallin und nahezu defektfrei, und einen vergleichsweise hohen spezifischen Widerstand (geringe Substratdotierung) besitzen. Das Substrat kann eine Dotierung (n- oder p-leitend) aufweisen.In principle, all materials and combinations (for example CdTe, Ge, InGaAs, Si) which are used for the detection of radiation (electromagnetic and particle radiation, in particular X-ray and EUV radiation) based on solids are used as substrates for an optical element according to the invention are suitable, in particular high-resistance silicon wafers, grown according to the "floating zone" (FZ) method in question. In particular, these substrates must be of high quality, highly crystalline and virtually defect-free, and have a comparatively high specific resistance (low substrate doping). The substrate may have a doping (n- or p-type).

Das Substrat kann einer mechanischen Biegung und Fixierung unterzogen werden. Die Oberfläche, auf der das Nanometerschichtsystem aufgebracht wird, kann dann bleibende unterschiedliche Formen aufweisen, abhängig von der Art ihrer Aufgabe. Die Oberflächenform kann eindimensional konkav, konvex oder planar sein oder einer komplexen mathematischen Funktion (parabolisch, elliptisch) folgen.The substrate may be subjected to mechanical bending and fixation. The surface on which the nanometer layer system is applied may then have permanent different shapes, depending on the nature of its Task. The surface shape can be one-dimensional concave, convex, or planar, or it can follow a complex mathematical function (parabolic, elliptical).

Für die Herstellung einer für die selektiv reflektierende Komponentenschicht geeigneten Unterlage (Substrat) kann eine lithografische Strukturierung, nach aktuellem Stand der Technik in der Halbleiterbranche, eingesetzt werden. Hierbei werden die zu erzeugenden Strukturen, welche in einer Maske eingeprägt sind, durch optische Belichtung auf einem mit einem fotoempfindlichen Lack beschichteten Substrat abgebildet. Eine nachfolgende nasschemische Prozessierung des Substrats sowie anschließender Ionenimplantation ermöglicht die gezielte, präzise Erzeugung von Strukturen mit hoher Maßhaltigkeit, auch Gradienten- und kantenreduzierte Strukturen, auf der Unterlage. Der lithografische Prozess kann mehrfach hintereinander erfolgen.For the production of a substrate (substrate) suitable for the selectively reflecting component layer, it is possible to use lithographic structuring according to the state of the art in the semiconductor industry. In this case, the structures to be produced, which are imprinted in a mask, are imaged by optical exposure on a substrate coated with a photosensitive lacquer. Subsequent wet-chemical processing of the substrate and subsequent ion implantation enables the targeted, precise generation of structures with high dimensional stability, including gradient and edge-reduced structures, on the substrate. The lithographic process can be repeated several times.

Zur Schaffung eines p-n-Übergangs werden durch Implantation (z. B. Ionenimplantation) auf beiden Seiten des Substrats abgegrenzte Bereiche dotiert. Zum Einsatz kommen hier für p-Gebiete Elemente aus der dritten Hauptgruppe, wie beispielsweise Aluminium, Bor, Gallium oder Indium und für n-Gebiete die Elemente aus der fünften Hauptgruppe wie beispielsweise Antimon, Arsen oder Phosphor. Die Diffusion als Implantationsmethode ist ebenfalls geeignet, hat aber den Nachteil, dass die abgegrenzten Bereiche nicht genau platziert werden können, und damit höhere Leckströme entstehen und keine optimale Rauschunterdrückung erreicht wird.To create a p-n junction, depleted regions are doped by implantation (eg, ion implantation) on both sides of the substrate. For p-type regions, elements from the third main group are used, such as, for example, aluminum, boron, gallium or indium and for n-type regions the elements from the fifth main group, such as, for example, antimony, arsenic or phosphorus. The diffusion as an implantation method is also suitable, but has the disadvantage that the delimited areas can not be placed accurately, and thus higher leakage currents and no optimal noise suppression is achieved.

Für eine elektrische Kontaktierung an Ober- und Unterseite des Substrats kommen leitfähige Materialien wie beispielsweise die chemischen Elemente Al, Ag, Au, Cu, Ga, Pd oder Elementverbindungen bzw. leitfähige Oxide oder Polymere zum Einsatz. Diese elektrischen Kontakte können beliebige Formen (z. B. Punkte, Linien, Ringe, Flächen) aufweisen und an verschiedenen Positionen auf dem Substrat angeordnet sein.For electrical contacting at the top and bottom of the substrate are conductive materials such as the chemical elements Al, Ag, Au, Cu, Ga, Pd or element compounds or conductive oxides or polymers used. These electrical contacts may have any shapes (eg, points, lines, rings, surfaces) and may be located at different positions on the substrate.

Zwischen Substrat und selektiv reflektierender Komponentenschicht kann eine weitere, leitfähige oder isolierende Schicht (Metall, Halbleiter oder Oxid) angeordnet sein.A further conductive or insulating layer (metal, semiconductor or oxide) may be arranged between substrate and selectively reflecting component layer.

Das prozessierte Substrat bzw. das optische Element kann eine Oberflächenpassivierung aufweisen, welche beispielsweise durch eine SiO2-Schicht realisiert werden kann.The processed substrate or the optical element can have a surface passivation, which can be realized for example by an SiO 2 layer.

Verschiedene Ausführungsbeispiele sind in 4 und 5 gezeigt. Hierbei werden neben beabstandeten elektrisch leitenden Strukturen (40, 41) auf der Oberfläche der Unterlage durch Ionenimplantation elektrisch aktive Bereiche im Inneren des Substrats erzeugt (5, 6, 10), in denen die parasitär durch die selektiv reflektierende Komponentenschicht transmittierte Strahlung infolge Fotoionisation ein elektrisches Signal (Strom) erzeugt, welches dann gemessen werden kann.Various embodiments are in 4 and 5 shown. In addition to spaced electrically conductive structures ( 40 . 41 ) generates on the surface of the substrate by means of ion implantation electrically active regions in the interior of the substrate ( 5 . 6 . 10 In which the radiation transmitted parasitically through the selectively reflecting component layer generates an electrical signal (current) as a result of photoionization, which can then be measured.

In einem letzten Schritt des lithografischen Prozesses kann zur weiteren Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses eine weitere Lackschicht aufgebracht, belichtet und selektiv abgelöst werden, sodass die selektiv reflektierende Komponentenschicht ohne eine mechanische Maske nanometergenau und technisch einfach auf dem Substrat durch physikalische (z. B. mittels Magnetronsputtern oder Laserstrahlverdampfung) oder chemische Abscheideverfahren (z. B. mittels Sol-Gel-Verfahren) positioniert werden kann. Das ermöglicht eine unkomplizierte und exakte Beschichtung der Unterlage dadurch, dass die Komponentenschicht zunächst ganzflächig aufgebracht und später gezielt, durch Ablösen der Lackschicht, mit dem Erhalt einer spezifischen Geometrie abgelöst werden kann (Lift-Off-Verfahren). Damit kann auf eine zusätzliche (mechanische) Maske während des Aufbringens der. selektiv reflektierenden Komponentenschicht verzichtet werden. Das hat den Vorteil, dass sich das Vakuum in der Beschichtungsanlage zum Aufbringen der selektiv reflektierenden Komponentenschicht nicht verschlechtert, was eine geringere Güte (z. B. Erhöhung der Grenzflächenrauhigkeiten durch Defekte, nicht-exakte Schichtdickenvariationen) der Komponentenschicht zur Folge hätte. Stattdessen kann die Beschichtungsgüte erhalten werden und eine nanometergenaue Positionierung ist möglich.In a final step of the lithographic process, to further improve the signal-to-noise ratio, a further resist layer may be applied, exposed and selectively stripped, such that the selectively reflective component layer without a mechanical mask is nanometer-accurate and technically easily supported on the substrate by physical (e.g. B. by means of magnetron sputtering or laser beam evaporation) or chemical deposition methods (eg., By sol-gel method) can be positioned. This allows an uncomplicated and exact coating of the substrate in that the component layer is first applied over the entire surface and later targeted, by detachment of the paint layer, with the receipt of a specific geometry can be replaced (lift-off method). This allows for an additional (mechanical) mask during application of the. are selectively omitted reflective component layer. This has the advantage that the vacuum in the coating system for applying the selectively reflecting component layer does not deteriorate, which would result in a lower quality (eg increase of the surface roughnesses due to defects, non-exact layer thickness variations) of the component layer. Instead, the coating quality can be obtained and nanometer-accurate positioning is possible.

Die Erfindung ermöglicht es, nicht nur im Bereich der Röntgenstrahlung, sondern auch im Bereich der EUV-Strahlung, durch eine hocheffizient arbeitende Nachweiseigenschaft, und damit ein drastisch verbessertes Signal-zu-Rausch-Verhältnis, die Einstellvorgänge des optischen Elements aus den Patentschriften DE 10 2007 033 210 B4 und DE 10 2007 063 682 B3 in Bezug auf die einfallende Strahlung stark (um mindestens einen Faktor 90) zu beschleunigen sowie gleichzeitig die Positioniergenauigkeit des optischen Elements signifikant (um mindestens einen Faktor 10) zu verbessern.The invention makes it possible, not only in the field of X-radiation, but also in the field of EUV radiation, by a highly efficient detection property, and thus a dramatically improved signal-to-noise ratio, the adjustment operations of the optical element of the patents DE 10 2007 033 210 B4 and DE 10 2007 063 682 B3 to accelerate strongly (by at least a factor of 90) with respect to the incident radiation and at the same time to significantly (at least a factor of 10) improve the positioning accuracy of the optical element.

Beschreibung der AbbildungenDescription of the pictures

In 1 sind die Diodenkennlinie des erfindungsgemäßen Aufbaus des optischen Elements zur Detektion von. Strahlung (a) im Vergleich zur Ausführung nach Patenschrift DE 10 2007 033 210 B4 (b) gezeigt. Man erkennt bei einer Sperrspannung US = 0 V einen um einen Faktor 69 verringerten Dunkelstrom (Leckstrom). Der Faktor nimmt beträchtliche Werte an, wenn eine Sperrspannung US angelegt wird. Hier zeigt der erfindungsgemäße Aufbau bei US = –2 V bereits einen um den Faktor 100 verringerten Dunkelstrom. Bei weiterer Erhöhung von US kann der Faktor weiter signifikant steigen. Dies kann aus dem linear-ähnlichen Verlauf der in (c) gezeigten Messkurve (erweiterter Bereich der Messkurve (a)) im Vergleich zum nicht linear-ähnlichen Verlauf der Messkurve in (b) geschlossen werden. Somit wird es möglich, kleinste Änderungen des elektrischen Signals zu detektieren und sicher zu erkennen.In 1 are the diode characteristic of the inventive structure of the optical element for the detection of. Radiation (a) compared to the execution of patent DE 10 2007 033 210 B4 (b) shown. It can be seen at a reverse voltage U S = 0 V reduced by a factor of 69 dark current (leakage current). The factor assumes considerable values when a blocking voltage U S is applied. Here, the structure according to the invention already shows a factor of 100 reduced by U S = -2 V. Dark current. If U S is further increased, the factor can continue to increase significantly. This can be concluded from the linear-like course of the measurement curve shown in (c) (extended range of the measurement curve (a)) compared to the non-linear-like course of the measurement curve in (b). Thus, it becomes possible to detect minute changes of the electric signal and to surely recognize them.

2 zeigt gemessene Ergebnisse des charakteristischen Stromverlaufs (a) des erfindungsgemäßen optischen Elements in Abhängigkeit des Einstrahlwinkels (Omega, ω) der Röntgenstrahlung (b). Im Bereich des Reflex-Maximums der Röntgenstrahlung (ω = 1,3°, (b)) werden zunehmend immer mehr Röntgenphotonen wegreflektiert, sodass insgesamt weniger Ladungsträger durch die verbleibenden, absorbierten Röntgenphotonen generiert werden. Das Stromsignal sinkt und weist schließlich ein Minimum im Bragg-Maximum auf. Nach Durchlaufen des optimalen Bragg-Winkels gelangen wieder vermehrt Röntgenphotonen in das Substrat und das Stromsignal steigt an. 2 shows measured results of the characteristic current profile (a) of the optical element according to the invention as a function of the angle of incidence (Omega, ω) of the X-radiation (b). In the region of the maximum reflection of the X-radiation (ω = 1.3 °, (b)) increasingly more and more X-ray photons are reflected away, so that fewer total charge carriers are generated by the remaining, absorbed X-ray photons. The current signal decreases and finally has a minimum in the Bragg maximum. After passing through the optimum Bragg angle, more X-ray photons enter the substrate and the current signal increases.

3 zeigt ein Querschnitt des rauscharmen optischen Elements zur Detektion von Strahlung mittels Messung elektrischer Signale (US = Sperrspannung). 3 shows a cross section of the low-noise optical element for detecting radiation by measuring electrical signals (U S = blocking voltage).

4 zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele für die vorderseitige Kontaktierung (40) des rauscharmen optischen Elements zur Detektion von Strahlung. 4 shows various embodiments for the front-side contacting ( 40 ) of the low-noise optical element for detecting radiation.

5 zeigt Ausführungsbeispiele (Querschnitte) für das rauscharme optische Element zur Detektion von Strahlung, wobei zwischen der selektiv reflektierenden Komponentenschicht (1) und dem Substrat (2) eine Oxidschicht (3) vorhanden sein kann (Variante B) oder nicht (Variante A). 5 shows exemplary embodiments (cross sections) for the low-noise optical element for detecting radiation, wherein between the selectively reflecting component layer (FIG. 1 ) and the substrate ( 2 ) an oxide layer ( 3 ) may be present (variant B) or not (variant A).

6 zeigt eine mögliche Ausführung des rauscharmen optischen Elements zur Detektion von Strahlung (20) in Kombination mit Peltierelementen (30 und/oder 31 und/oder 32) zur konstanten Kühlung zur Erhöhung (Verbesserung) des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses. 6 shows a possible embodiment of the low-noise optical element for detecting radiation ( 20 ) in combination with Peltier elements ( 30 and or 31 and or 32 ) for constant cooling to increase (improve) the signal-to-noise ratio.

7 zeigt eine Ausführung des rauscharmen optischen Elements zur Detektion von Strahlung (Rückansicht) mit Peltierelementen (30, 31, 32) und Leiterplatine (50). 7 shows an embodiment of the low-noise optical element for detecting radiation (rear view) with Peltier elements ( 30 . 31 . 32 ) and printed circuit board ( 50 ).

8 zeigt eine Ausführung einer Leiterplatine (50, Vorderansicht), bestehend aus einem elektrisch nichtleitenden (49) und einem leitenden Material (51), zur Kontaktierung des Substrats bzw. der Unterseite des rauscharmen optischen Elements zur Detektion von Strahlung. 8th shows an embodiment of a printed circuit board ( 50 , Front view), consisting of an electrically non-conductive ( 49 ) and a conductive material ( 51 ), for contacting the substrate or the bottom of the low-noise optical element for the detection of radiation.

9 zeigt die mögliche Ausführung mit einem Regelkreis bestehend aus rauscharmem optischem Element zur Detektion von Strahlung (20), wobei ein Strommessgerät (16) angeschlossen sein kann, und wobei das elektrische Signal verstärkt (9) und digitalisiert (14) werden kann, und wobei ein Regler (17) die Signale verarbeitet und an ein Steuerglied (18) weiterleitet zur Regelung der Positioniereinheit (11). 9 shows the possible embodiment with a control circuit consisting of a low-noise optical element for the detection of radiation ( 20 ), whereby an ammeter ( 16 ) and the electrical signal is amplified ( 9 ) and digitized ( 14 ), and where a controller ( 17 ) processes the signals and sends them to a control element ( 18 ) for controlling the positioning unit ( 11 ).

10 zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele lithografisch prozessierter Substrate (2) für das rauscharme optische Element zur Detektion von Strahlung, bei denen die aktiven Bereiche (10), diese beinhalten die durch einen p-n-Übergang erzeugte Raumladungszone (10), in charakteristischer Weise (punkt- oder streifenweise) angeordnet sind. Die Kontaktstrukturen (40) sollten zumindest (in der Ebene) auf einer Seite der jeweiligen aktiven Bereiche (10) angeordnet sein und können punkt-, linien- oder flächenförmig sein. 10 shows various embodiments of lithographically processed substrates ( 2 ) for the low-noise optical element for detecting radiation, in which the active regions ( 10 ), these include the space charge zone generated by a pn junction ( 10 ), are arranged in a characteristic manner (dot or strip). The contact structures ( 40 ) should at least (in the plane) on one side of the respective active areas ( 10 ) and may be point, line or planar.

11 zeigt ein Nanometer-Vielfachschichtsystem (1), bestehend aus zwei Einzelschichten (12, 13) unterschiedlicher Elemente (z. B. W (13) und Si (12)) oder Elementverbindungen mit unterschiedlicher Dichte. Beide Einzelschichten wiederholen sich n mal, wobei n typische Werte von 40, 60 oder 80 annehmen kann. 11 shows a nanometer multilayer system ( 1 ), consisting of two individual layers ( 12 . 13 ) of different elements (eg W ( 13 ) and Si ( 12 )) or element compounds of different density. Both monolayers repeat n times, where n can assume typical values of 40, 60 or 80.

12 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die charakteristische Anordnung aktiver Bereiche (10) und entsprechender Kontaktstrukturen (40) auf einem Substrat (2) zur spezifischen Regelung der optimalen Einstellungen des optischen Elements zur Detektion von Strahlung. Während im Falle einer korrekten Positionierung des optischen Elements relativ zum einfallenden Röntgenstrahl (70) alle vier aktiven Bereiche (1', 2', 3', 4') vergleichbare elektrische Signale liefern (a), führt eine Fehlstellung (b) zu signifikant unterschiedlichen elektrischen Signalen der aktiven Bereiche: Lediglich an (1') und (4') sowie (2') und (3') würden vergleichbare elektrische Signale messbar sein. 12 shows an embodiment of the characteristic arrangement of active areas ( 10 ) and corresponding contact structures ( 40 ) on a substrate ( 2 ) for the specific regulation of the optimal settings of the optical element for the detection of radiation. While in the case of correct positioning of the optical element relative to the incident X-ray ( 70 ) all four active areas ( 1' . 2 ' . 3 ' . 4 ' ) provide comparable electrical signals (a), a misalignment (b) leads to significantly different electrical signals of the active regions: only on ( 1' ) and ( 4 ' ) such as ( 2 ' ) and ( 3 ' ) comparable electrical signals would be measurable.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Erfindung betrifft ein rauscharmes optisches Element zur Detektion von Strahlung mittels Messung elektrischer Signale mit dem erfindungsgemäßen Aufbau in 3. Eine selektiv reflektierende Komponente (1) des optischen Elements reflektiert einfallende Strahlung (70, 71), wobei ein Teil (8) durch eine darunter liegende modifizierte Substrat- oder zusätzliche Metall, Halbleiter bzw. Oxid-Schicht (2, 3, 5, 6, 10) in ein rückseitig kontaktiertes (41) Substrat (2) transmittiert wird. In der fotoempfindlichen Schicht (5, 6, 10) werden freie Ladungsträger erzeugt, die durch die Elektrodenstrukturen an der Oberseite (40) und an der Unterseite (41) abfließen und mit einem Strommessgerät (16) gemessen werden.The invention relates to a low-noise optical element for the detection of radiation by measuring electrical signals with the inventive structure in 3 , A selectively reflective component ( 1 ) of the optical element reflects incident radiation ( 70 . 71 ), one part ( 8th ) by an underlying modified substrate or additional metal, semiconductor or oxide layer ( 2 . 3 . 5 . 6 . 10 ) in a back contacted ( 41 ) Substrate ( 2 ) is transmitted. In the photosensitive layer ( 5 . 6 . 10 ) free charge carriers are generated by the electrode structures on the upper side ( 40 ) and at the bottom ( 41 ) flow away and with an ammeter ( 16 ) are measured.

Als Substrate für ein erfindungsgemäßes rauscharmes optisches Element kommen prinzipiell alle Materialien und Kombinationen (z. B. CdTe, Ge, InGaAs, Si), die für den Nachweis von Strahlung (insbesondere Röntgen- und EUV-Strahlung) auf Grundlage von Festkörpern geeignet sind, insbesondere hochohmige Siliziumwafer, gezüchtet nach dem „Floating Zone”(FZ)-Verfahren, in Frage. Insbesondere müssen diese Substrate von hoher Güte sein, hochkristallin und nahezu defektfrei, und einen vergleichsweise hohen spezifischen Widerstand (geringe Substratdotierung) besitzen. Das Substrat kann eine Dotierung (n- oder p-leitend) aufweisen.In principle, all materials and combinations (for example CdTe, Ge, InGaAs, Si) which are suitable for the detection of radiation (in particular X-ray and EUV radiation) based on solids are used as substrates for a low-noise optical element according to the invention. in particular high-resistance silicon wafers, grown according to the "floating zone" (FZ) method, in question. In particular, these substrates must be of high quality, highly crystalline and virtually defect-free, and have a comparatively high specific resistance (low substrate doping). The substrate may have a doping (n- or p-type).

Das modifizierte/prozessierte Substrat kann einer mechanischen Biegung und Fixierung unterzogen werden, wobei die Fixierung z. B. auf einem Invar-Block (21) durch Klebung erfolgt. Die Oberfläche, auf der das Nanometerschichtsystem aufgebracht wird, kann dann bleibende unterschiedliche Formen aufweisen, abhängig von der Art ihrer Aufgabe. Die Oberflächenform kann eindimensional konkav, konvex oder planar sein oder einer komplexen mathematischen Funktion (parabolisch, elliptisch) folgen.The modified / processed substrate may be subjected to mechanical bending and fixation, wherein the fixation z. On an Invar block ( 21 ) by gluing. The surface on which the nanometer layer system is applied may then have permanent different shapes, depending on the nature of its task. The surface shape can be one-dimensional concave, convex, or planar, or it can follow a complex mathematical function (parabolic, elliptical).

Das Substrat kann p- oder n-leitend sein. Als Dotanden können Elemente der dritten Hauptgruppe, z. B. Aluminium, Bor oder Indium (p-leitend) oder der fünften Hauptgruppe, z. B. Antimon, Arsen oder Phosphor (n-leitend), eingesetzt sein.The substrate may be p-type or n-type. As dopants, elements of the third main group, for. As aluminum, boron or indium (p-type) or the fifth main group, z. As antimony, arsenic or phosphorus (n-type) may be used.

Das Substrat kann zumindest eine elektrisch leitende Kontaktstruktur und eine dotierte Substratoberfläche (Vorderseite) aufweisen, wobei die selektiv reflektierende Komponentenschicht (1) zumindest oberhalb der dotierten Substratoberfläche aufgebracht ist und möglicherweise dazwischen eine Metall-, Halbleiter- oder Isolatorschicht (3) vorhanden sein kann und abschließend (auf der Substratrückseite) mit einem elektrisch leitenden Rückkontakt (41) versehen ist, wobei an der Kontaktstruktur und dem Rückkontakt die Anschlüsse für die Strommesseinrichtung (16) vorhanden sind.The substrate may have at least one electrically conductive contact structure and a doped substrate surface (front side), wherein the selectively reflecting component layer (FIG. 1 ) is applied at least above the doped substrate surface and possibly a metal, semiconductor or insulator layer therebetween ( 3 ) and finally (on the back of the substrate) with an electrically conductive back contact ( 41 ), wherein at the contact structure and the back contact the connections for the current measuring device ( 16 ) available.

An vorgegebenen elektrisch leitenden Schichten der selektiv reflektierenden Komponentenschicht und/oder vorgegebenen Kontaktstrukturen des Substrats können Strommesseinrichtungen zur Messung eines von der in der selektiv reflektierenden Komponentenschicht und/oder dem Substrat absorbierten Strahlung erzeugten Stromsignals angeschlossen sein.Current measuring devices for measuring a current signal generated by the radiation absorbed in the selectively reflecting component layer and / or the substrate may be connected to predetermined electrically conductive layers of the selectively reflecting component layer and / or predetermined contact structures of the substrate.

Zumindest ein aktiver Bereich im Substrat mit entsprechenden Kontaktstrukturen ist vorhanden, wobei aktive Bereiche im Substrat zumindest einen p-n-Übergang darstellen. Gibt es mehr als einen aktiven Bereich, so können alle aktiven Bereiche getrennt kontaktiert und/oder gemeinsam kontaktiert sein.At least one active region in the substrate with corresponding contact structures is present, active regions in the substrate representing at least one p-n junction. If there is more than one active area, then all active areas can be contacted separately and / or contacted together.

Zur weiteren Reduzierung des Diodenleckstroms sowie zum Schutz vor elektrostatischen Entladungen (ESD) können ein oder mehrere sogenannte Guard-Ringe eingesetzt werden, welche den aktiven Bereich umschließen und mit der Kathode kurzgeschlossen sind.To further reduce the diode leakage current and to protect against electrostatic discharge (ESD), one or more so-called guard rings can be used, which surround the active region and are short-circuited to the cathode.

Die einfallende Strahlung (70) kann unter einem von der Position einer zugehörigen Strahlungsquelle oder eines anderen optischen Elements und/oder Drehposition des optischen Elements vorgegebenen Einstrahlwinkel ω auf die selektiv reflektierende Komponentenschicht und/oder dem Substrat ein erster Teil als reflektierte Strahlung (71) und ein zweiter Teil als transmittierte Strahlung (8) auftreten, wobei ein dritter Teil der einfallenden Strahlung absorbiert wird und die absorbierte Strahlung infolge sich ausbildender Ladungsträgerbewegungen zumindest durch die angeschlossene Strommesseinrichtung elektrisch registrierbar ist.The incident radiation ( 70 ), a first part as reflected radiation may be applied to the selectively reflecting component layer and / or to the substrate under an angle of incidence ω predetermined by the position of an associated radiation source or another optical element and / or rotational position of the optical element. 71 ) and a second part as transmitted radiation ( 8th ) occur, wherein a third part of the incident radiation is absorbed and the absorbed radiation is electrically registerable due to forming charge carrier movements at least by the connected current measuring device.

Die selektiv reflektierende Komponentenschicht kann eine Nanometerschicht eines Festkörpers oder ein Nanometer-Vielfachschichtsystem von Festkörpern sein. Ein derartiges Schichtsystem kann mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (vorwiegend Laserablation, Magnetronsputtern und Ionenzerstäubung) oder durch nasschemische Synthese (z. B. mit dem Sol-Gel-Verfahren) reproduzierbar hergestellt werden.The selectively reflective component layer may be a nanometer layer of a solid or a nanometer multilayer system of solids. Such a layer system can be produced reproducibly by means of physical vapor deposition (predominantly laser ablation, magnetron sputtering and ion sputtering) or by wet-chemical synthesis (for example with the sol-gel method).

Das Nanometer-Vielfachschichtsystem (11) kann aus zwei Einzelschichten (12, 13) unterschiedlicher Elemente oder Elementverbindungen, zumindest aus Materialien unterschiedlicher Dichte bestehen, z. B. aus einer Siliziumschicht (oder Kohlenstoffschicht, 12) in Kontaktverbindung mit einer Wolframschicht (oder Molybdän- bzw. Nickelschicht, 13), wobei entweder die Siliziumschicht (Kohlenstoffschicht) oder die Wolframschicht (Molybdän-, Nickelschicht) mit dem Substrat (2) oder einer auf dem Substrat zusätzlich vorhandenen Schicht (vorzugsweise im Nanometerbereich) in Verbindung steht. Beide Einzelschichten wiederholen sich n mal, wobei n typische Werte von 40, 60 oder 80 annehmen kann. Typische Längen für derartige Röntgenspiegel sind beispielsweise 60 mm, 80 mm, 100 mm, 120 mm und 150 mm, wobei auch deutlich größere Spiegel bis 1 m möglich sind.The nanometer multilayer system ( 11 ) can consist of two individual layers ( 12 . 13 ) of different elements or element compounds, at least consist of materials of different density, for. B. from a silicon layer (or carbon layer, 12 ) in contact with a tungsten layer (or molybdenum or nickel layer, 13 ), wherein either the silicon layer (carbon layer) or the tungsten layer (molybdenum, nickel layer) with the substrate ( 2 ) or a layer additionally present on the substrate (preferably in the nanometer range). Both monolayers repeat n times, where n can assume typical values of 40, 60 or 80. Typical lengths for such X-ray mirrors are, for example, 60 mm, 80 mm, 100 mm, 120 mm and 150 mm, whereby significantly larger mirrors up to 1 m are possible.

Die selektiv reflektierende Komponentenschicht kann mit einer aufgebrachten elektrisch leitenden Schicht bedeckt sein, deren Schichtdicke vorzugsweise im Nanometerbereich liegt und die einen Anschluss zur Strommesseinrichtung aufweist.The selectively reflecting component layer may be covered with an applied electrically conductive layer whose layer thickness is preferably in the nanometer range and which has a connection to the current measuring device.

Die elektrisch leitenden Kontaktstrukturen können aus Metall, Metalllegierungen und/oder leitfähigen Oxiden oder Polymeren bestehen. The electrically conductive contact structures may consist of metal, metal alloys and / or conductive oxides or polymers.

Die Verwendung des optischen Elements kann als Monochromator bzw. als den Röntgenstrahl konfektionierende Einheit für Röntgenanalysegeräte oder als umlenkende/abbildende Spiegel in Geräten der EUV-Lithografie vorgesehen sein. Es können auch zwei erfindungsgemäße optische Elemente in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet und miteinander fixiert werden, im Sinne einer Kirkpatrick-Baez-Optik ( US 6041099A ).The use of the optical element can be provided as a monochromator or as the X-ray assembling unit for X-ray analysis devices or as deflecting / imaging mirrors in devices of EUV lithography. It is also possible for two optical elements according to the invention to be arranged at an angle of 90 ° to one another and fixed to one another in the manner of a Kirkpatrick-Baez optical system ( US 6041099A ).

Mittels des erfindungsgemäßen rauscharmen optischen Elements zur Detektion von Strahlung können zum einen ein Kristall oder das Nanometer-Vielfachschichtsystem für die Detektion von Strahlung konfektioniert werden. Dies kann unter der Voraussetzung zugeordneter elektronischer Festkörpereigenschaften durch elektrische Kontaktierung und den so möglichen Nachweis der durch Fotoionisation in aktiven Bereichen gebildeten Ladungsträger ermöglicht werden. Zum anderen, und dies stellt keine Anforderung an die elektronischen Eigenschaften von Kristall und Nanometer-Vielfachschichtsystem, können unter diesen Komponentenschichten liegende Substrate, welche die reflektierende Kristallschicht bzw. Nanometer-Vielfachschicht tragen und zugleich die Ableitung eines elektrischen Signals durch geeignete lithografische Strukturierung, das den durch diese Komponenten transmittierten Anteil der Strahlung widerspiegelt, ermöglichen, genutzt werden.By means of the low-noise optical element according to the invention for the detection of radiation, on the one hand, a crystal or the nanometer multilayer system for the detection of radiation can be assembled. This can be made possible by the assumption of associated electronic solid state properties by electrical contacting and the thus possible detection of the charge carriers formed by photoionization in active regions. On the other hand, and this does not make any demands on the electronic properties of crystal and nanometer multilayer systems, substrates underlying these component layers, which carry the reflective crystal layer or nanometer multilayer, and at the same time the derivation of an electrical signal by suitable lithographic structuring, the reflected by these components transmits part of the radiation, allow to be used.

Die Grundidee der Erfindung basiert auf dem Umstand, dass die konstruktive Interferenz, das heißt, die Anregung eines Reflexes, mit dem Aufbau stehender Wellenfelder im Substrat, Kristall oder Schichtsystem verbunden ist und somit im Substrat, Kristall oder der Nanometer-Vielfachschicht absorbierte wie auch durch diese transmittierte Strahlung in charakteristischer Weise winkelabhängig moduliert wird und aufgrund des abgeleiteten Signals eine Rückkopplung zur Einstellung der Reflexionsbedingung oder charakteristischer Einstellungen möglich ist.The basic idea of the invention is based on the circumstance that the constructive interference, that is to say the excitation of a reflex, is associated with the formation of standing wave fields in the substrate, crystal or layer system and thus absorbed in the substrate, crystal or the nanometer multilayer as well as by this transmitted radiation is characteristically modulated angle-dependent and due to the derived signal, a feedback for adjusting the reflection condition or characteristic settings is possible.

Die fotoempfindliche Schicht (5) kann mit einem fünfwertigen (n-Dotierung, z. B. Antimon, Arsen oder Phosphor) oder dreiwertigen Element (p-Dotierung, z. B. Aluminium, Bor oder Indium) dotiert sein, und wird durch einen lithografischen Prozess mit Nutzung der Ionenimplantation erzeugt.The photosensitive layer ( 5 ) may be doped with a pentavalent (n-dopant, eg antimony, arsenic or phosphorus) or trivalent element (p-type doping, eg aluminum, boron or indium) and is produced by a lithographic process using the Ion implantation generated.

Der Kristall oder das Nanometer-Vielfachschichtsystem (1) wird durch chemische oder physikalische Abscheideverfahren aufgebracht, wobei die nanometergenaue Positionierung durch einen zusätzlichen Lithografie-Prozess-Schritt nach dem Lift-off-Verfahren erfolgt, bei dem das prozessierte Substrat in einem letzten Schritt mit einem fotoempfindlichen Lack versehen, dieser geeignet belichtet und schließlich partiell entfernt wird. Nach erfolgter Abscheidung der selektiv reflektierenden Komponentenschicht wird in einem letzten Schritt der restliche Fotolack entfernt und damit gleichzeitig das überschüssige Material der selektiv reflektierenden Komponentenschicht.The crystal or the nanometer multilayer system ( 1 ) is applied by chemical or physical deposition methods, wherein the nanometer-accurate positioning is carried out by an additional lithographic process step after the lift-off process, in which the processed substrate provided in a final step with a photosensitive coating, this suitably exposed and finally is partially removed. After the deposition of the selectively reflecting component layer, in a last step the remaining photoresist is removed and, at the same time, the excess material of the selectively reflecting component layer is removed.

Das erfindungsgemäße optische Element kann über zusätzlich angebrachte Peltierelemente verfügen, die durch konstante Kühlung des erfindungsgemäßen optischen Elements eine weitere Signalverstärkung und eine Rauschminderung bewirken.The optical element according to the invention may have additionally attached Peltier elements, which cause a further signal amplification and a noise reduction by constant cooling of the optical element according to the invention.

Dabei kann, wie in 3 bzw. 5 gezeigt ist, die selektiv reflektierende Komponentenschicht (1) auf einem Substrat (2) aufgebracht sein und mit dem Substrat in enger Kontaktverbindung stehen oder, wie in 5 gezeigt, eine Zwischenschicht aufweisen, die nicht zur selektiv reflektierenden Komponentenschicht gehört.It can, as in 3 respectively. 5 is shown, the selectively reflecting component layer ( 1 ) on a substrate ( 2 ) and are in close contact with the substrate or, as in 5 shown to have an intermediate layer that does not belong to the selectively reflective component layer.

An den vorgegebenen Schichten der selektiv reflektierenden Komponentenschicht (1), wie in 3 gezeigt ist, sind zwei voneinander beabstandete Anschlüsse vorhanden, an denen zumindest auch eine Strommesseinrichtung (15 bzw. 15, 16) zur Messung eines von der in der selektiv reflektierenden Komponentenschicht (1) und/oder dem Substrat (2) absorbierten Röntgenstrahlintensität erzeugten Stromsignals angeschlossen sein kann, wobei das Substrat (2) mit der darauf befindlichen selektiv reflektierenden Komponentenschicht (1) winkelabhängig zur einfallenden Strahlung (Röntgen- oder EUV-Strahlung) (70) relativ bewegbar angeordnet ist.At the predetermined layers of the selectively reflecting component layer ( 1 ), as in 3 is shown, there are two spaced apart terminals on which at least a current measuring device ( 15 respectively. 15 . 16 ) for measuring one of the in the selectively reflecting component layer ( 1 ) and / or the substrate ( 2 ) can be connected to the absorbed X-ray intensity, the substrate ( 2 ) with the selectively reflecting component layer ( 1 ) dependent on the angle to the incident radiation (X-ray or EUV radiation) ( 70 ) is arranged relatively movable.

Die einfallende Strahlung (70) kann unter einem von der Position einer zugehörigen Strahlungsquelle (nicht eingezeichnet) und/oder der Drehposition des optischen Elements vorgegebenen Einstrahlwinkel ω auf die selektiv reflektierende Komponentenschicht (1) auftreffen, wobei von der einfallenden Strahlung (70) nach entsprechender Wechselwirkung mit der selektiv reflektierenden Komponentenschicht (1) und/oder dem Substrat (2) ein erster Teil als reflektierte Strahlung (71) und ein zweiter Teil als transmittierte Strahlung (8) auftreten, wobei ein dritter Teil der einfallenden Strahlung (8) absorbiert wird und die absorbierte Strahlung infolge einer sich ausbildenden Ladungsträgerbewegung zumindest durch die angeschlossene Strommesseinrichtung (16) elektrisch registrierbar ist.The incident radiation ( 70 ) can be applied to the selectively reflecting component layer under an angle of incidence ω predetermined by the position of an associated radiation source (not shown) and / or the rotational position of the optical element ( 1 ), whereby the incident radiation ( 70 ) after appropriate interaction with the selectively reflecting component layer ( 1 ) and / or the substrate ( 2 ) a first part as reflected radiation ( 71 ) and a second part as transmitted radiation ( 8th ), wherein a third part of the incident radiation ( 8th ) is absorbed and the absorbed radiation due to a forming charge carrier movement at least by the connected current measuring device ( 16 ) is electrically recordable.

Das optische Element (20) kann, wie in 3 gezeigt ist, mit einer Einrichtung (11) zur Einstellung einer Position einer Reflexionsbedingung der Komponentenschicht (1) für eine bestimmte Wellenlänge oder ein Wellenlängenband in Verbindung stehen (die Fixierung kann z. B. mechanisch oder magnetisch erfolgen), der die selektiv reflektierende Komponentenschicht (1) oder das Substrat (2) mit der darauf befindlichen selektiv reflektierenden Komponentenschicht (1) zugeordnet ist und mit der die winkelabhängige Reflexionsbedingung-Position der Komponentenschicht (1) zur einfallenden Strahlung (70) für eine bestimmte Wellenlänge oder ein Wellenlängenband einstellbar ist.The optical element ( 20 ) can, as in 3 shown with a device ( 11 ) for adjusting a position of a reflection condition of the component layer ( 1 ) for a particular wavelength or band of wavelengths (the fixation can be done, for example, mechanically or magnetically), which the selectively reflecting component layer ( 1 ) or the substrate ( 2 ) with the selectively reflecting component layer ( 1 ) and with which the angle-dependent reflection condition position of the component layer ( 1 ) to the incident radiation ( 70 ) is adjustable for a particular wavelength or a wavelength band.

Es kann eine Auflage (21) vorgesehen sein, auf der die selektiv reflektierende Komponentenschicht (1) und/oder das Substrat (2) fixierbar ist und mit der die Einstellung der Reflexionsbedingung der selektiv reflektierenden Komponentenschicht (1) aufgrund des mit der Strommesseinrichtung (16) gemessenen elektrischen Signals durch eine gesteuerte Drehung und/oder Kippung um waagerechte und/oder horizontale Achsen der Auflage (21) mittels einer vorgesehenen Vorrichtung (11) zur Änderung zumindest des Einstrahlwinkels ω vorgenommen werden kann.It may be an edition ( 21 ), on which the selectively reflecting component layer ( 1 ) and / or the substrate ( 2 ) and with which the adjustment of the reflection condition of the selectively reflecting component layer ( 1 ) due to the current measuring device ( 16 ) measured electrical signal by a controlled rotation and / or tilting about horizontal and / or horizontal axes of the support ( 21 ) by means of an intended device ( 11 ) can be made to change at least the angle of incidence ω.

Der dem optischen Element (20) zugeordneten Strommesseinrichtung (16) kann wahlweise eine Verschaltung, wie in Patentschrift Nr. DE 10 2007 033 210 B4 beschrieben, erfolgen oder wie in 9 dargestellt, wobei ein Verstärker nachgeschaltet sein kann, der das elektrische Signal verstärkt (9) und digitalisiert (14), und wobei ein Regler (17) die Signale verarbeitet und an ein Steuerglied (18) weiterleitet, zur Regelung (Drehung und/oder Kippung) der Positioniereinheit (11), zur Änderung des Einstrahlwinkels ω oder weiterer Freiheitsgrade.The optical element ( 20 ) associated current measuring device ( 16 ) can optionally be an interconnection, as in patent no. DE 10 2007 033 210 B4 described, done or as in 9 shown, wherein an amplifier may be connected downstream, which amplifies the electrical signal ( 9 ) and digitized ( 14 ), and where a controller ( 17 ) processes the signals and sends them to a control element ( 18 ) for controlling (rotation and / or tilting) the positioning unit ( 11 ), to change the angle of incidence ω or other degrees of freedom.

Alternativ kann der Einstellvorgang zur korrekten Positionierung des optischen Elements auch manuell durch eine mechanisch arbeitende Positioniereinheit erfolgen. Der Regler (17) und das Steuerglied (18) ließen sich dann durch eine optische oder akustische Signalanzeige ersetzten nach der sich die optimale Einstellung durchführen ließe.Alternatively, the adjustment for correct positioning of the optical element can also be done manually by a mechanical positioning unit. The regulator ( 17 ) and the control member ( 18 ) could then be replaced by an optical or acoustic signal display after the optimal setting could be carried out.

Die mit dem optischen Element (20) in Verbindung stehende Vorrichtung (11) zur Änderung zumindest des der selektiv reflektierenden Komponentenschicht (1) zugeordneten Einstrahlwinkels ω kann einen von Piezo-Elementen gesteuerten Piezo-Kipptisch zur Drehung oder Kippung um waagerechte und/oder horizontale Achsen besitzen. Weitere Freiheitsgrade lassen sich durch zusätzliche Piezo-Stellglieder einstellen.The with the optical element ( 20 ) related device ( 11 ) for changing at least the selectively reflecting component layer ( 1 ) associated with the angle of incidence ω may have a controlled by piezo elements piezo tilting table for rotation or tilting about horizontal and / or horizontal axes. Additional degrees of freedom can be set by additional piezo actuators.

Das optische Element zur Detektion von Strahlung (20) kann auch in ein Gehäuse, wie in DE 10 2006 015 933 B3 beschrieben, untergebracht werden, welches durch eine exzentrische Vorrichtung ein mehrachsiges Justieren von optischen Elementen ermöglicht.The optical element for the detection of radiation ( 20 ) can also be in a housing, as in DE 10 2006 015 933 B3 described, which allows a multi-axis adjustment of optical elements by an eccentric device.

Die selektiv reflektierende Komponentenschicht (1) kann als eine Nanometerschicht eines Festkörpers oder als ein Nanometer-Vielfachschichtsystem von Festkörpern ausgebildet sein.The selectively reflecting component layer ( 1 ) may be formed as a nanometer layer of a solid or as a nanometer multilayer system of solids.

Die selektiv reflektierende Komponentenschicht (1) kann aber auch eine kristalline Schicht sein oder enthalten.The selectively reflecting component layer ( 1 ) but can also be or contain a crystalline layer.

Die selektiv reflektierende Komponentenschicht (1) kann zudem mit einer aufgebrachten elektrisch leitenden Schicht bedeckt sein, deren Schichtdicke vorzugsweise im Nanometerbereich liegt und die mit der Strommesseinrichtung (15, 16) kontaktiert ist.The selectively reflecting component layer ( 1 ) can also be covered with an applied electrically conductive layer, the layer thickness is preferably in the nanometer range and with the current measuring device ( 15 . 16 ) is contacted.

Die elektrisch leitenden Kontaktstrukturen (40, 41) können aus Metall, Metalllegierungen und/oder leitfähigen Oxiden/Polymeren bestehen.The electrically conductive contact structures ( 40 . 41 ) may consist of metal, metal alloys and / or conductive oxides / polymers.

Das Substrat (2) kann, wie in 3 gezeigt ist, eine Halbleiterstruktur mit mindestens einem p-n-Übergangsbereich sein.The substrate ( 2 ) can, as in 3 is shown to be a semiconductor structure having at least one pn junction region.

Im Bereich zwischen der Auflage (21) und der Positioniereinheit (11) (3, 6) sowie umlaufend (7) kann zur Verminderung thermisch generierter Ladungsträger eine die selektiv reflektierende Komponentenschicht (1) und/oder das Substrat (2) und/oder die Auflage (21) kühlende komponentenartige Vorrichtung (30, 31, 32) angeordnet sein.In the area between the edition ( 21 ) and the positioning unit ( 11 ) ( 3 . 6 ) as well as circulating ( 7 ) can be used to reduce thermally generated charge carriers, a selectively reflecting component layer ( 1 ) and / or the substrate ( 2 ) and / or the edition ( 21 ) cooling component-like device ( 30 . 31 . 32 ) can be arranged.

Die kühlende Komponentenvorrichtung (30, 31, 32) kann aus Peltierelementen bestehen.The cooling component device ( 30 . 31 . 32 ) may consist of Peltier elements.

Die Verwendung des optischen Elements (20) kann in Anordnungen, insbesondere als Monochromatoren für Röntgenanalysegeräte vorgesehen sein oder als abbildende Spiegel für die EUV-Lithografie.The use of the optical element ( 20 ) may be provided in arrangements, in particular as monochromators for X-ray analysis devices or as imaging mirrors for EUV lithography.

Im Folgenden wird neben weiteren einzelnen Ausbildungen auch die Funktionsweise des erfindungsgemäßen optischen Elements (20) anhand weiterer Figuren erläutert.In the following, in addition to further individual embodiments, the mode of operation of the optical element according to the invention ( 20 ) explained with reference to other figures.

Im gezeigten Falle (3) kann aus den, unter Einbeziehung des rückseitigen Kontakts (41) des Substrats (2), durch vorgegebene elektronische Beschaltung abgeleiteten Signalen (z. B. Strom oder Widerstand) auf die durch das Schichtsystem (1) transmittierte (8) – und somit nicht durch konstruktive Interferenz nach vorn reflektierte (71) – Strahlungsintensität geschlossen werden. Es besteht ein besonderer Vorteil der Erfindung darin, dass auch im Falle polychromatischer Primärstrahlung die Anregung konstruktiver Interferenz für ein schmales Wellenlangenband zu einer messbaren Reduzierung der transmittierten integralen Intensität führt und somit z. B. ein Nanometer-Vielfachschichtsystem (1), das als Monochromator arbeitet, unter Zugrundelegung dieses Signals, auf die Bragg-Bedingung (oder andere charakteristische Situationen im Zusammenhang damit) justiert werden kann.In the case shown ( 3 ) can from the, with the involvement of the back contact ( 41 ) of the substrate ( 2 ), by predetermined electronic circuitry derived signals (eg, current or resistance) to the through the layer system ( 1 ) transmitted ( 8th ) - and thus not reflected by constructive interference forward ( 71 ) - radiation intensity are closed. There is a particular advantage of the invention is that even in the case of polychromatic primary radiation excitation of constructive interference for a narrow wavelength band leads to a measurable reduction in the transmitted integral intensity and thus z. B. a nanometer multilayer system ( 1 ), which as Monochromator operates on the basis of this signal, to the Bragg condition (or other characteristic situations related to it) can be adjusted.

Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel beschreibt ein Wolfram-Silizium-Nanometer-Vielfachschichtsystem (1), welches auf dem Substrat (2), das als PIN-Diode fungiert, abgeschieden ist. Für die Realisierung einer PIN-Diode wird, wie in 3 gezeigt ist, eine Dotierschicht (5, 6) strukturiert mittels Lithografie erzeugt, vorteilhaft direkt in einem Silizium-Substrat (hochohmiger FZ-Si-Wafer; n-Dotierung) angeordnet, sowie ebenfalls leitfähige Kontaktstrukturen (40, 41) aufgebracht. Zur rückseitigen Kontaktierung wird ebenfalls ein leitfähiges Material (z. B. Metall) verwendet. Bereits bei Messung mit dem an die Anschlüsse (40, 41) angeschlossenen Amperemeter (16) kann ohne zusätzliche elektrische Spannung auf infolge Fotoabsorption gebildete Ladungsträger im Leitungsband der PIN-Diode geschlossen werden. Zur Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses lässt sich eine Spannungsquelle zwischen die Anschlüsse (40, 41) einsetzen, welche eine zusätzliche Spannung erzeugt, welche eine Erhöhung der Nachweiseffektivität der generierten Ladungsträger durch die Strommesseinrichtung (16) bewirkt.This in 3 illustrated embodiment describes a tungsten-silicon nanometer multilayer system ( 1 ), which on the substrate ( 2 ), which acts as a PIN diode, is deposited. For the realization of a PIN diode, as in 3 is shown, a doping layer ( 5 . 6 ) structured by means of lithography, advantageously arranged directly in a silicon substrate (high-resistance FZ-Si wafer, n-doping), as well as also conductive contact structures ( 40 . 41 ) applied. For the back contact also a conductive material (eg metal) is used. Already when measuring with the sockets ( 40 . 41 ) connected ammeter ( 16 ) can be closed without additional electrical voltage on charge carriers formed in the conduction band of the PIN diode due to photoabsorption. To improve the signal-to-noise ratio, a voltage source between the terminals ( 40 . 41 ), which generates an additional voltage, which increases the detection efficiency of the generated charge carriers by the current measuring device (FIG. 16 ) causes.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen PIN-Diode ähnlichen Aufbaus kann anhand eines einfachen Bändermodells dargestellt werden. Ein einfallendes Photon hebt dabei durch den Fotoeffekt Elektronen aus dem Halbleiter-Valenzband in unbesetzte Zustände des Leitungsbands und/oder lässt ein Atom ionisiert zurück. Es werden freie Ladungsträger (Elektron-Loch-Paare) generiert. Diese Elektronen-Loch-Paare werden in der zwischen p- und n-Gebiet ausgebildeten und durch eine zusätzlich an die Diode angelegte Sperrspannung vergrößerbaren Raumladungszone getrennt und fließen, wenn der Kontakt elektrisch zwischen den Kontaktstrukturen (40) und dem Rückkontakt (41) geschlossen ist, ab.The mode of operation of the PIN diode-like construction according to the invention can be illustrated by means of a simple band model. In this case, an incident photon lifts electrons from the semiconductor valence band into unoccupied states of the conduction band and / or leaves an atom ionized due to the photoelectric effect. Free charge carriers (electron-hole pairs) are generated. These electron-hole pairs are separated and flow in the space charge zone which is formed between the p and n regions and can be increased by an additional blocking voltage applied to the diode, when the contact is electrically connected between the contact structures (FIG. 40 ) and the back contact ( 41 ) is closed, off.

Für die Röntgenstrahlung ist die Absorption in der gesamten Dicke des Substrats (2) relevant. Aufgrund des Einsatzes bei streifendem Einfall und somit langen Strahlwegen stellen Standard-Wafer (2) von 0,3 mm bzw. 0,5 mm Dicke zumeist bereits „unendlich dicke” Substrate dar.For the X-ray, the absorption is in the total thickness of the substrate ( 2 ) relevant. Due to the use of grazing incidence and thus long beam paths, standard wafers ( 2 ) of 0.3 mm or 0.5 mm thickness usually already "infinitely thick" substrates.

Die 2 zeigt die reflektierte Strahlintensität und den Fotostrom für das erfindungsgemäße optische Element (20) nach 3 mit einem Substrat (2), das bei Verwendung monochromatischer, charakteristischer Strahlung einer Röntgenröhre (nicht eingezeichnet) mit Cu-Anode erhalten wird. Aus dem Vergleich beider Kurven ist die Widerspiegelung der Reflektivitätssituation der charakteristischen Strahlung (Cu-Kα-Strahlung, Totalreflexion am Substrat (2)) in dem am Substrat (2) abgeleiteten und in der Strommesseinrichtung (16) erhaltenen elektrischen Signals erkennbar. Damit ist die Möglichkeit der Gewinnung eines Kriteriums für die Einstellung der Reflexionsbedingung des erfindungsgemäßen optischen Elements (20) aus dem Stromsignal nachgewiesen und somit eine Ladungsträgerbewegung detektiert. Wird dieses Signal für die Steuerung einer – die Strommesseinrichtung (16) ergänzenden – Vorrichtung (11) zur Änderung des Einstrahlwinkels ω verwendet, z. B. einem Piezo-Kipptisch wie in 9 dargestellt, wobei das Prinzipbeispiel einer dynamischen Regelung auf das Reflexintensitätsmaximum, wie in den Patentschriften DE 10 2007 033 210 B4 und DE 10 2007 063 682 B3 beschrieben ist, angewendet werden kann, so kann ein geschlossener Regelkreis mittels der Einrichtung in 9 realisiert werden, womit z. B. die Nachführung der Reflexionsbedingung bei Erschütterungen etc. möglich wird.The 2 shows the reflected beam intensity and the photocurrent for the optical element according to the invention ( 20 ) to 3 with a substrate ( 2 ) obtained using monochromatic characteristic radiation of an X-ray tube (not shown) with Cu anode. By comparing both curves, the reflection of the reflectivity situation of the characteristic radiation (Cu-Kα radiation, total reflection at the substrate ( 2 )) in the substrate ( 2 ) and in the current measuring device ( 16 ) received electrical signal recognizable. Thus, the possibility of obtaining a criterion for the adjustment of the reflection condition of the optical element according to the invention ( 20 ) detected from the current signal and thus detected a charge carrier movement. If this signal for the control of a - the current measuring device ( 16 ) supplementary device ( 11 ) used to change the angle of incidence ω, z. B. a piezo tilting table as in 9 illustrated, wherein the principle example of a dynamic control to the maximum intensity of reflection intensity, as in the patents DE 10 2007 033 210 B4 and DE 10 2007 063 682 B3 can be applied, so can a closed loop by means of the device in 9 be realized, which z. B. the tracking of the reflection condition for vibrations, etc. is possible.

Das kontinuierliche Messen des elektrischen Signals ermöglicht die ständige qualitative und quantitative Charakterisierung der Strahlungsquelle bzw. die Aufnahme des zeitlichen Verlaufs der Intensität der verwendeten Strahlung sowie die Überprüfung der Einstellung der Optik.The continuous measurement of the electrical signal allows the constant qualitative and quantitative characterization of the radiation source or the recording of the time course of the intensity of the radiation used and the verification of the setting of the optics.

Für die selektiv reflektierende Komponentenschicht (1) des optischen Elements (20) können, wie in 3 in zwei Anschlussbeispielen (15, 16) gezeigt ist, eine Detektion von einfallender Strahlung und Einstellung auf die Reflexionsbedingung durchgeführt werden.For the selectively reflecting component layer ( 1 ) of the optical element ( 20 ), as in 3 in two connection examples ( 15 . 16 ), a detection of incident radiation and adjustment to the reflection condition are performed.

Dem erfindungsgemäßen optischen Element (20) können über die einfachen elektronischen Schaltungen, wie in den Ausführungsbeispielen beschrieben, hinaus aufwendigere Verstärkerschaltungen zugeordnet sein, wobei auch eine Arbeitsweise bei zusätzlich angelegter äußerer elektrischer Spannung (in Sperrrichtung) genutzt werden kann. Letzteres kann das Signal-zu-Rausch-Verhältnis verbessern (erhöhen). Anstelle der Nanometer-Vielfachschichten (1) können alternativ kristalline Schichten (Bragg-Reflexion an den Netzebenen) mit hinreichender Transmittanz als röntgenoptische Elemente vorgesehen sein.The optical element according to the invention ( 20 ) can be assigned beyond the simple electronic circuits, as described in the exemplary embodiments, also more expensive amplifier circuits, with a mode of operation with additional applied external electrical voltage (in the reverse direction) can be used. The latter can improve (increase) the signal-to-noise ratio. Instead of the nanometer multilayers ( 1 ), alternatively crystalline layers (Bragg reflection at the lattice planes) with sufficient transmittance can be provided as X-ray optical elements.

Das erfindungsgemäße optische Element kann in einem Gehäuse untergebracht werden, welches gegenüber äußeren Einflüssen, insbesondere Luftfeuchtigkeit, Luftsauerstoff, Ozon, geschützt ist. Es kann vakuumdicht und/oder Lichtdicht ausgelegt sein.The optical element according to the invention can be accommodated in a housing which is protected against external influences, in particular atmospheric humidity, atmospheric oxygen, ozone. It may be designed vacuum-tight and / or light-tight.

Vorteile gegenüber dem Stand der TechnikAdvantages over the prior art

Für hochpräzise Mess-, Analyse- und Fertigungsergebnisse ist es erforderlich, eine äußerst stabile Strahlungsquelle zu. nutzen oder deren Schwankungen der Nutzintensitäten, beispielsweise durch Tag-/Nacht-Zyklen, durch Raumtemperaturänderungen, durch Alterungseffekte der Quelle oder durch elektronische (Netz-)Schwankungen während des Betriebs, z. B. von Röntgenanalysegeräten, mit aufzuzeichnen, sodass im Nachhinein eine Kontrolle des Betriebsablaufs und sogar eine nachträgliche Korrektur bei auftretenden Abweichungen/Fehlern möglich ist.For high-precision measurement, analysis and manufacturing results, it is necessary to have a very stable radiation source. use or their Fluctuations in the useful intensities, for example by day / night cycles, by room temperature changes, by aging effects of the source or by electronic (mains) fluctuations during operation, eg. B. of X-ray analysis equipment to record with, so in retrospect control of the operation and even a subsequent correction in case of deviations / errors is possible.

Die Erfindung ermöglicht es, nicht nur im Bereich der Röntgenstrahlung, sondern auch im Bereich der EUV-Strahlung, durch eine hocheffizient arbeitende Nachweiseigenschaft und damit ein drastisch verbessertes Signal-zu-Rausch-Verhältnis die Einstellvorgänge des optischen Elements aus den Patentschriften DE 10 2007 033 210 B4 und DE 10 2007 063 682 B3 in Bezug auf die einfallende Strahlung signifikant (um mindestens einen Faktor 90) zu beschleunigen sowie gleichzeitig die Positioniergenauigkeit signifikant (um mindestens einen Faktor 10) zu verbessern bzw. automatisierte, hochpräzise Einstellvorgänge des beispielsweise in DE 10 2004 062 289 B4 genannten EUV-Spiegel zu ermöglichen.The invention makes it possible, not only in the field of X-radiation, but also in the field of EUV radiation, by a highly efficient detection property and thus a dramatically improved signal-to-noise ratio, the adjustment operations of the optical element of the patents DE 10 2007 033 210 B4 and DE 10 2007 063 682 B3 with respect to the incident radiation to accelerate significantly (by at least a factor of 90) and at the same time to improve the positioning accuracy significantly (by at least a factor of 10) or automated, high-precision setting operations of, for example DE 10 2004 062 289 B4 EUV level.

Durch die Erfindung wird einerseits die Signalstärke im Vergleich zu bestehenden Systemen um mindestens einen Faktor 90 erhöht sowie das elektronische Rauschen, Dunkelstrom und Leckströme, drastisch um einen Faktor von mindestens 69 reduziert.By means of the invention, on the one hand, the signal strength is increased by at least a factor of 90 compared with existing systems and the electronic noise, dark current and leakage currents are drastically reduced by a factor of at least 69.

Mögliche weitere vorteilhafte Merkmale gegenüber Darstellung der ErfindungPossible further advantageous features over representation of the invention

Das erfindungsgemäße optische Element kann mittels Kombination mit Peltierelementen zur Erhöhung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses gekühlt werden.The optical element according to the invention can be cooled by means of combination with Peltier elements to increase the signal-to-noise ratio.

Die Positioniereinheit kann aus einer Kombination von Untereinheiten unterschiedlicher Freiheitsgrade bestehen: eine Rotationseinheit (Drehung um Normale des optischen Elements), eine Kippeinheit (Kippung um Winkel ω; Winkel bzgl. Oberfläche des optischen Elements und einfallender Strahlung), eine Kippeinheit (Kippung um Winkel χ, Winkel für Kippung um die Richtung des einfallenden/reflektierten Strahls) eine Translationseinheit (Translation senkrecht zur Strahlrichtung; vertikal und horizontal). Die Rotations- und Translationseinheiten können Piezoaktuatoren oder Mikrometerschrauben (auch motorisiert) sein.The positioning unit can consist of a combination of subunits of different degrees of freedom: a rotation unit (rotation about normal of the optical element), a tilting unit (tilting by angle ω, angle with respect to the surface of the optical element and incident radiation), a tilting unit (tilting by angle χ , Angle for tilting about the direction of the incident / reflected beam), a translating unit (translation perpendicular to the beam direction, vertical and horizontal). The rotation and translation units can be piezoactuators or micrometer screws (also motorized).

Das erfindungsgemäße optische Element kann in einem Gehäuse untergebracht sein.The optical element according to the invention can be accommodated in a housing.

Weiterhin können gebondete Drähte und/oder Leiterplatinen verwendet werden.Furthermore, bonded wires and / or printed circuit boards can be used.

Das optische Element kann als Scanner, z. B. Röntgen- oder EUV-Scanner, verwendet werden. Hierbei kann die Positioniereinheit eine spezifische, auch programmierbare Bewegungsabfolge ausführen, welche den Röntgen- oder EUV-Strahl zielgerichtet auf ein Objekt positionieren lässt, z. B. zur Beobachtung dynamischer oder in-line Prozesse, mit der Erfordernis schneller Einstrahlwinkeländerungen über vergleichsweise große Distanzen. Der Vorteil dieser Anordnung mit einem für Röntgen- und EUV-Strahlung ablenkbaren Spiegel ist die geringe Trägheit des Systems und seine kleine Baugröße, was zum Beispiel für ortsveränderliche Geräte interessant ist.The optical element can be used as a scanner, for. As X-ray or EUV scanners are used. Here, the positioning can perform a specific, even programmable sequence of movements, which can position the X-ray or EUV beam targeted to an object, eg. As for the observation of dynamic or in-line processes, with the requirement of rapid Einstrahlwinkeländerungen over relatively large distances. The advantage of this arrangement with a deflectable for X-ray and EUV radiation mirror is the low inertia of the system and its small size, which is interesting, for example, for portable devices.

Das optische Element zur Detektion von Strahlung lässt sich ebenfalls für interferometrische Anwendungen verwenden, bei denen halbdurchlässige Strahlungsspiegel zum Einsatz kommen, die hoch-genau positioniert und ständig überwacht werden müssen. Der Vorteil hier liegt in der einfachen Auslegbarkeit eines Interferometers ohne zusätzlichen, die exakte Positionierung des Spiegels kontrollierenden Detektors und der ständigen Überprüfbarkeit der Einstellungen bzw. deren Korrigierbarkeit.The optical element for detecting radiation can also be used for interferometric applications in which semi-transmissive radiation mirrors are used, which must be positioned with high precision and constantly monitored. The advantage here lies in the simple expediency of an interferometer without additional, the exact positioning of the mirror-controlling detector and the constant verifiability of the settings or their correctability.

Ausführungsbeispiel(e)Embodiment (s)

Die Erfindung wird nachfolgend in verschiedenen Ausgestaltungen an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail below in various embodiments with reference to exemplary embodiments.

3 zeigt das erfindungsgemäße optische Element zur Detektion von einfallender EUV- oder Röntgenstrahlung (70), mittels Messung von Stromsignalen (16) im Querschnitt. Dieses besteht zumindest aus einem hochohmigen Substrat (2) mit einer anhaftenden, passivierenden Oxidschicht (3) sowie aus einer selektiv reflektierenden Komponentenschicht (1) und weist in einem vorgegebenen Abstand Anschlüsse (40, 41) auf, an denen zumindest eine Strommesseinrichtung (16) zur Messung eines in den dotierten Bereichen (5, 6) sowie im Bereich (10) absorbierten Strahlintensität (8) erzeugten Stromsignals angeschlossen ist und wobei die selektiv reflektierende Komponentenschicht (1) zur Einstellung der Reflexionsbedingung (70, 71) der Komponentenschicht (1) für eine bestimmte Wellenlänge relativ bewegbar durch eine Positioniereinheit (11) angeordnet ist. 3 shows the optical element according to the invention for the detection of incident EUV or X-radiation ( 70 ), by measuring current signals ( 16 ) in cross section. This consists at least of a high-impedance substrate ( 2 ) with an adhesive, passivating oxide layer ( 3 ) and a selectively reflecting component layer ( 1 ) and has at a predetermined distance connections ( 40 . 41 ) on which at least one current measuring device ( 16 ) for measuring one in the doped regions ( 5 . 6 ) as well as in the field ( 10 ) absorbed beam intensity ( 8th ) is connected and wherein the selectively reflecting component layer ( 1 ) for setting the reflection condition ( 70 . 71 ) of the component layer ( 1 ) for a particular wavelength relatively movable by a positioning unit ( 11 ) is arranged.

In der 4 sind mögliche Ausführung der Oberflächenkontakte (40) des Substrats (2) zur Messung elektrischer Signale dargestellt. Diese können Flächen-, Ring-, Linien- und Punkt-Strukturen umfassen.In the 4 are possible execution of the surface contacts ( 40 ) of the substrate ( 2 ) for measuring electrical signals. These can include area, ring, line and point structures.

5 zeigt zwei Ausführungsvarianten für das erfindungsgemäße optische Element im Querschnitt. Variante A weist keine, Variante B dagegen eine zusätzliche Oxidschicht (3) zwischen Substrat (2) und Komponentenschicht (1) auf. 5 shows two embodiments for the optical element according to the invention in cross section. Variant A does not have, variant B against it an additional oxide layer ( 3 ) between substrate ( 2 ) and component layer ( 1 ) on.

Das erfindungsgemäße optische Element kann über zusätzlich angebrachte Peltierelemente verfügen, die durch konstante Kühlung des erfindungsgemäßen optischen Elements eine weitere Signalverstärkung und eine Rauschminderung bewirken (6, 7).The optical element according to the invention may have additionally attached Peltier elements, which cause a further signal amplification and a noise reduction by constant cooling of the optical element according to the invention ( 6 . 7 ).

Eine mögliche rückseitige Kontaktierung (41) am Substrat (2) ist in 8 gezeigt, wobei eine entsprechend strukturierte Leiterplatine z. B. mit einem leitfähigen Kleber an das Substrat angebracht werden kann und daran die elektrischen Leitungen befestigbar sind.A possible back contact ( 41 ) on the substrate ( 2 ) is in 8th shown, with a correspondingly structured printed circuit board z. B. can be attached to the substrate with a conductive adhesive and the electrical lines are fastened to it.

In 10 sind verschiedene Ausführungsbeispiele lithografisch prozessierter Substrate (2) für das rauscharme optische Element zur Detektion elektrischer Signale, bei denen die aktiven Bereiche (10), diese beinhalten die durch einen p-n-Übergang erzeugte Raumladungszone (10), in charakteristischer Weise (punkt- oder streifenweise) angeordnet sind. Es können auch geeignete Kombinationen der gezeigten Beispiele sowie asymmetrische Anordnungen (relativ zum Substrat bzw. zur selektiv reflektierenden Komponentenschicht) sinnvoll sein. Die Kontaktstrukturen (40) sollten zumindest (in der Ebene) auf einer Seite der jeweiligen aktiven Bereiche (10) angeordnet sein und können punkt-, linien- oder flächenförmig sein. Durch die so erzeugte Ortsempfindlichkeit lassen sich Rückschlüsse auf die Dejustierung bzgl. der einzelnen Freiheitsgrade ziehen und die Korrektur der optimalen Einstellungen spezifisch und damit schnell durchführen.In 10 are various embodiments of lithographically processed substrates ( 2 ) for the low-noise optical element for detecting electrical signals in which the active regions ( 10 ), these include the space charge zone generated by a pn junction ( 10 ), are arranged in a characteristic manner (dot or strip). Suitable combinations of the examples shown as well as asymmetric arrangements (relative to the substrate or to the selectively reflecting component layer) may also be useful. The contact structures ( 40 ) should at least (in the plane) on one side of the respective active areas ( 10 ) and may be point, line or planar. Due to the spatial sensitivity thus generated conclusions about the misalignment regarding the individual degrees of freedom can be drawn and the correction of the optimal settings can be carried out specifically and thus quickly.

12 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die charakteristische Anordnung aktiver Bereiche (10) und entsprechender Kontaktstrukturen (40, 1', 2', 3', 4') auf einem Substrat (2) zur spezifischen Regelung der optimalen Einstellungen des optischen Elements zur Detektion von Strahlung. Während im Falle einer korrekten Positionierung des optischen Elements relativ zum einfallenden Röntgenstrahl (70) alle vier aktiven Bereiche (1', 2', 3', 4') vergleichbare elektrische Signale liefern (a), führt eine Fehlstellung (b) zu signifikant unterschiedlichen elektrischen Signalen der aktiven Bereiche: Lediglich an (1') und (4') sowie (2') und (3') würden vergleichbare elektrische Signale messbar sein. 12 shows an embodiment of the characteristic arrangement of active areas ( 10 ) and corresponding contact structures ( 40 . 1' . 2 ' . 3 ' . 4 ' ) on a substrate ( 2 ) for the specific regulation of the optimal settings of the optical element for the detection of radiation. While in the case of correct positioning of the optical element relative to the incident x-ray beam ( 70 ) all four active areas ( 1' . 2 ' . 3 ' . 4 ' ) provide comparable electrical signals (a), a misalignment (b) leads to significantly different electrical signals of the active regions: only on ( 1' ) and ( 4 ' ) such as ( 2 ' ) and ( 3 ' ) comparable electrical signals would be measurable.

Was sollte geschützt werden?What should be protected?

Konkret sollte folgendes geschützt werden:
Auf Basis (lithografisch) prozessierter mit Implantation bearbeiteter und oberflächenpassivierter Substrate hergestelltes rauscharmes optisches Element zur Detektion von Strahlung, insbesondere Röntgen- oder EUV-Strahlung, mittels elektrischer Signale,
bestehend zumindest aus einer auf einem Substrat (2, 3, 40, 5, 6, 10, 41) aufgebrachten, Strahlung, insbesondere Röntgen- oder EUV-Strahlung, selektiv reflektierenden Schicht (1), die mindestens zwei übereinander angeordnete Nanoschichten (1) unterschiedlicher Dichte enthält und in der die selektive Reflexion der Strahlung zumindest nach der Bragg-Reflexionsbedingung erfolgt, und
aufweisend voneinander beabstandete, mit elektrisch leitenden Strukturen (40, 41) in Verbindung stehenden Anschlüsse an denen zumindest eine Strommesseinrichtung (16) zur Messung des zumindest von der selektiv reflektierten Komponentenschicht (1) transmittierten Strahlung (8) in der durch Implantation erzeugten strahlungsempfindlichen Substratbereiche (5, 6, 10) erzeugten Stromsignals angeschlossen ist und die strahlungsempfindlichen Bereiche einen p-n-Übergang darstellen,
wobei die selektiv reflektierende Komponentenschicht (1) in Verbindung mit dem Substrat (2, 3, 40, 41, 5, 6, 10) zur Einstellung der für die Komponentenschicht (1) gegebenen Bragg-Reflexionsbedingung für eine bestimmte Wellenlänge oder ein Wellenlängenband winkelabhängig zur einfallenden Strahlung (70) bewegbar angeordnet ist und
wobei aufgrund des gemessenen Stromsignals eine Rückkopplung zur Einstellung von Reflexionsbedingungen möglich ist.
Specifically, the following should be protected:
On the basis of (lithographically) processed implant-processed and surface-passivated substrates produced low-noise optical element for the detection of radiation, in particular X-ray or EUV radiation, by means of electrical signals,
consisting of at least one on a substrate ( 2 . 3 . 40 . 5 . 6 . 10 . 41 ), radiation, in particular X-ray or EUV radiation, selectively reflecting layer ( 1 ) containing at least two nanolayers ( 1 ) contains different density and in which the selective reflection of the radiation takes place at least after the Bragg reflection condition, and
having spaced apart, with electrically conductive structures ( 40 . 41 ) in associated connections to which at least one current measuring device ( 16 ) for measuring at least the selectively reflected component layer ( 1 ) transmitted radiation ( 8th ) in the radiation-sensitive substrate regions ( 5 . 6 . 10 ) is connected and the radiation-sensitive areas represent a pn junction,
wherein the selectively reflecting component layer ( 1 ) in conjunction with the substrate ( 2 . 3 . 40 . 41 . 5 . 6 . 10 ) for adjusting the component layer ( 1 ) given Bragg reflection condition for a particular wavelength or a wavelength band angle-dependent to the incident radiation ( 70 ) is movably arranged and
wherein, due to the measured current signal, feedback is possible for setting reflection conditions.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Selektiv reflektierende KomponentenschichtSelective reflective component layer
22
Substratsubstratum
33
Oxidschichtoxide
4040
Vorderseitiger Kontakt zur Ableitung der elektrischen SignaleFront contact for the derivation of the electrical signals
4141
Rückseitiger Kontakt zur Ableitung der elektrischen SignaleRear contact for the derivation of the electrical signals
55
p/n-dotierter Substrat-Bereichp / n-doped substrate region
66
n/p-dotierter Substrat-Bereichn / p-doped substrate region
7070
Einfallende StrahlungIncident radiation
7171
Reflektierte StrahlungReflected radiation
88th
Transmittierte StrahlungTransmitted radiation
99
Verstärkeramplifier
1010
RaumladungszoneSpace charge region
1111
Positioniereinheitpositioning
1212
Nanometerschicht niedriger Dichte, z. B. Silizium oder KohlenstoffNanometer layer of low density, e.g. As silicon or carbon
1313
Nanometerschicht hoher Dichte, z. B. Molybdän, Wolfram oder NickelNanometer layer of high density, z. As molybdenum, tungsten or nickel
1414
Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
1515
StrommesseinrichtungCurrent measurement device
1616
Strommesseinrichtung (*)Current measuring device (*)
1717
Regler (z. B. Computer + Steuersoftware)Controller (eg computer + control software)
1818
Steuerglied (z. B. Motortreiber)Control element (eg motor driver)
1919
Spannungsquellevoltage source
20 20
Rauscharmes optisches Element zur Detektion von StrahlungLow-noise optical element for the detection of radiation
2121
Metallrückenmetal back
30, 31, 3230, 31, 32
PeltierelementPeltier element
4949
Nicht leitfähige BereicheNon-conductive areas
5050
Leiterplatine zur Kontaktierung (Vorder-/Rückseite)PCB for contacting (front / back)
5151
Leitfähige Bereiche für KontaktierungConductive areas for contacting

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 4407278 [0005] DE 4407278 [0005]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • G. Lutz, Semiconductor Radiation Detectors, Springer-Verlag Berlin/Heidelberg, 1999 [0024] G. Lutz, Semiconductor Radiation Detectors, Springer-Verlag Berlin / Heidelberg, 1999 [0024]

Claims (12)

Rauscharmes optisches Element zur Detektion von Strahlung mittels elektrischer Signale, umfassend ein Substrat (2), an dem mindestens zwei voneinander beabstandete Kontakte aufgebracht sind und auf dem Substrat mindestens eine selektiv reflektierende Komponentenschicht aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) vor dem Aufbringen der Komponentenschicht mit einer Implantationsmethode prozessiert wurde, um strahlungsempfindliche Bereiche zur Erzeugung der elektrischen Signale zu erzeugen, die über die Kontakte abgeführt werden.Low-noise optical element for detecting radiation by means of electrical signals, comprising a substrate ( 2 ), on which at least two spaced-apart contacts are applied and on the substrate at least one selectively reflecting component layer is applied, characterized in that the substrate ( 2 ) was processed prior to applying the component layer with an implantation method to produce radiation sensitive areas for generating the electrical signals that are dissipated through the contacts. Rauscharmes optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) hochohmig ist.Low-noise optical element according to claim 1, characterized in that the substrate ( 2 ) is high impedance. Rauscharmes optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das prozessierte Substrat (2) eine charakteristische Biegung aufweist.Low-noise optical element according to claim 1, characterized in that the processed substrate ( 2 ) has a characteristic bend. Rauscharmes optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) auf einem Befestigungselement (21) aufgebracht ist, wobei das Befestigungselement (21) bevorzugt als Metallrücken ausgeführt ist.Low-noise optical element according to claim 1, characterized in that the substrate ( 2 ) on a fastener ( 21 ) is applied, wherein the fastener ( 21 ) is preferably designed as a metal backing. Rauscharmes optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die prozessierende Implantationsmethode, die Ionenimplantation, bevorzugt die Implantation von Ga-, P-, B-Ionen ist.Low-noise optical element according to claim 1, characterized in that the processing implantation method, the ion implantation, is preferably the implantation of Ga, P, B ions. Rauscharmes optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die selektiv reflektierende Komponentenschicht für Röntgen- oder EUV-Strahlung mindestens zwei Schichten unterschiedlicher Dichte aufweist, die sich n-mal wiederholen, bevorzugt ist n 40 oder 60 oder 80.Low-noise optical element according to claim 1, characterized in that the selectively reflecting component layer for X-ray or EUV radiation has at least two layers of different density, which repeat n times, preferably n is 40 or 60 or 80. Rauscharmes optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche oder einzelne Bereiche der Oberfläche des rauscharmen optischen Elements strukturiert sind, bevorzugt lithografisch strukturiert, besonders bevorzugt im Sinne eines p-n-Übergangs.Low-noise optical element according to claim 1, characterized in that the surface or individual regions of the surface of the low-noise optical element are structured, preferably lithographically structured, particularly preferably in the sense of a pn junction. Rauscharmes optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, wobei einzelne Kontakte lokal verschieden strukturiert sein können, wobei die Herstellung bevorzugt lithografisch erfolgt.Low-noise optical element according to claim 1, characterized in that individual contacts can be locally structured differently, the preparation is preferably carried out lithographically. Rauscharmes optisches Element, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an die Kontakte Messeinrichtungen der elektrischen Signale angebracht sein können.Low-noise optical element according to claim 7, characterized in that measuring devices of the electrical signals can be attached to the contacts. Rauscharmes optisches Element nach Anspruch 1, ergänzt um ein Positionierelement, um damit mechanisch die räumliche Lage anpassen zu können.Low-noise optical element according to claim 1, supplemented by a positioning element in order to be able to mechanically adjust the spatial position. Rauscharmes optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Peltierelemente am rauscharmen elektrischen Element zur Kühlung angebracht sind.Low-noise optical element according to claim 1, characterized in that Peltier elements are mounted on the low-noise electrical element for cooling. Verwendung des rauscharmen optischen Elements, wobei die über die Kontakte abgeführten elektrischen Signale zur Einstellung der Reflexionsbedingungen genutzt werden können.Use of the low-noise optical element, wherein the electrical signals discharged via the contacts can be used to set the reflection conditions.
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