DE19644936A1 - Anordnung zur Elementanalyse von Proben mittels einer Röntgenstrahlungsquelle - Google Patents
Anordnung zur Elementanalyse von Proben mittels einer RöntgenstrahlungsquelleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Elementanalyse
von Proben, umfassend eine Röntgenstrahlungsquelle,
deren Strahlung auf eine auf einem Probenträger ange
ordnete Probe gerichtet wird, wobei die von der Probe
infolgedessen emittierte Fluoreszenzstrahlung von
wenigstens einem Strahlungsdetektor erfaßt wird.
Es ist bekannt, mittels der Röntgenfluoreszenzanalyse
Proben, insbesondere geringmengige Proben, bezüglich
ihrer Zusammensetzung zu analysieren. Dieses geschieht
beispielsweise zum Zwecke der Ermittlung von Verunrei
nigungen bzw. Störungen in Halbleiterwafern, aus denen
bekannterweise Halbleiter hergestellt werden und die
frei von Verunreinigungen sein müssen. Die Röntgenfluo
reszenzanalyse dieser Art findet aber auch im Bereich
der Werkstoffanalyse und im Bereich der Umweltforschung
und -technik Anwendung, um bestimmte Proben interessie
render Materialien bzw. Werkstoffe zu analysieren.
Bisher wurden Material- bzw. Werkstoffproben auf einen
tellerförmigen Probenträger verbracht und mittels der
Röntgenstrahlung beaufschlagt, wobei die für derartige
Röntgenfluorenz-Analyseverfahren erforderliche hohe
Winkelgenauigkeit der Probe relativ zur einfallenden
Röntgenstrahlung dadurch erzielt worden ist, daß entwe
der die Probe mittels des tellerförmigen Trägers auf
hochpräzise Weise gekippt oder eine extrem feine
Schlitzblende vor dem Strahlungsdetektor bewegt wird.
Dazu mußte bisher durch eine spezielle Meßprozedur vor
Beginn jeder Messung ein Nullwinkel ermittelt werden,
was neben dem zuvor erwähnten hochpräzisen Aufbau des
tellerförmigen Probenträgers und des hochpräzis arbei
tenden Schwenkmechanismus mit erheblichem Herstellungs-
und Bedienungsaufwand verbunden war und ist.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die
keinerlei aufwendig herzustellende und aufwendig zu
betätigende Stellglieder für die Winkeleinstellung
erfordert und frei von beweglichen Teilen ist, um eine
schnelle, präzise und jederzeit reproduzierbare Messung
schnell durchführen zu können, so daß aufwendige Ver
fahrensschritte bei der Justierung der Anordnung ent
fallen und diese somit einfach und kostengünstig herge
stellt und betrieben werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß
der Strahlungsdetektor durch einen CCD-Röntgenstrah
lungsdetektor gebildet wird.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht im
wesentlichen darin, daß mittels der als Strahlungsde
tektor vorgeschlagenen CCD-Strahlungsdetektoren (Charge
Coupled Devices-Röntgenstrahlungsdetektoren) sowohl die
Energie- als auch die Winkelverteilung der von der Probe
emittierten Fluoreszenzstrahlung gleichzeitig erfaßt
werden kann. Dadurch werden, wie aufgabengemäß ange
strebt, mechanische Stellglieder für die Winkeleinstel
lung absolut überflüssig. Dadurch, daß die CCD-Röntgen
strahlungsdetektoren matrixförmig angeordnete CCD-Pixel
aufweisen, können beispielsweise mechanische Bewegungen,
die bisher bei im Stand der Technik bekannten Anordnun
gen nötig waren, durch entsprechende Adressierung der
CCD-Pixel ersetzt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung ist
eine Mehrzahl von Strahlungsdetektoren um die Probe
herum angeordnet, wobei bei dieser Ausgestaltung der
Anordnung Raumwinkelverluste minimiert werden, die
auftreten würden, wenn lediglich ein flächenförmiger
CCD-Röntgenstrahlungsdetektor vorgesehen wird.
Um für kleine Emissionswinkel die Raumwinkelverluste
vollständig auszuschließen, ist es vorteilhaft, daß die
Mehrzahl von Strahlungsdetektoren die Probe kreisförmig
umschließt.
Vorteilhaft ist es, den Emissionswinkel zwischen dem
Probenträger und der Fluoreszenzeinrichtung im Bereich
von 0 bis 10 millirad einzustellen bzw. zu untersuchen.
Bei einer Konzentration auf diesen Winkelbereich ist
aufgrund der in diesem Winkelbereich auftretenden
sogenannten "Grazing Emission" der Untergrund, der durch
den Probenträger zwangsweise verursacht wird, im Ver
gleich zum Fluoreszenzsignal sehr klein, so daß die
Messung bzw. Untersuchung der Probe im wesentlichen frei
von untergrundbedingten Signalen ist.
Obwohl es prinzipiell auf verschiedene Art und Weise
möglich ist, die zu untersuchende Probe auf dem Proben
teller mit der von der Röntgenstrahlungsquelle kommenden
Röntgenstrahlung optimal gezielt zu beaufschlagen,
beispielsweise durch Vorsehen von geeigneten Blenden im
Strahlengang, ist es vorteilhaft, daß die die Röntgen
strahlungsquelle verlassende Röntgenstrahlung vor
Auftritt auf der Probe über ein fokussierendes Element
geleitet wird, das vorzugsweise als Kapillarbündel
ausgebildet sein kann oder vorzugsweise mittels einer
röntgenoptischen Strahlungsanordnung realisiert werden
kann.
Obwohl es grundsätzlich viele geeignete Möglichkeiten
gibt, die CCD-Strahlungsdetektoren in bezug auf die
durch diese detektierte Energie- und Winkelverteilung
der einfallenden Fluoreszenzstrahlung auszuwerten bzw.
auszulesen, beispielsweise mittels einer festverdrahte
ten Auswertelogik, ist es jedoch vorteilhaft, die
Anordnung derart auszugestalten, daß eine vom Strah
lungsdetektor erfaßte Energie- und Winkelverteilung
anhand einer mit dem Strahlungsdetektor verbundenen,
rechnergestützten Auswerteeinrichtung ermittelt wird,
bei der beispielsweise auch durch Änderung des Rechen
programms eine schnelle Anpassung an veränderte Meßpa
rameter möglich ist.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nach
folgenden schematischen Zeichnungen anhand eines Aus
führungsbeispieles eingehend beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch in der Seitenansicht einen ty
pischen Aufbau der Anordnung unter Weglassung
von hier für das Verständnis nicht nötigen
Einzelheiten und
Fig. 2 eine kreisförmige Umzäunung der Probe auf einem
Probenteller, die von der primären Röntgen
strahlung beaufschlagt wird, wobei die dadurch
von der Probe emittierte Fluoreszenzstrahlung,
kreisförmig von der Probe ausgehend, die
kreisförmig um diese herum angeordneten CCD-Strah
lungsdetektoren zur Ermittlung der Ener
gie- und der Winkelverteilung der Fluoreszenz
strahlung beaufschlagt.
Der prinzipielle Aufbau der Anordnung 10 ist in Fig. 1
dargestellt. Die Anordnung 10 umfaßt eine Röntgenstrah
lungsquelle 11, deren Röntgenstrahlung 12 auf eine auf
einem Probenträger 13 angeordnete Probe 14 gerichtet
wird. Als Probenträger 13 dient eine polierte, ebene
Oberfläche. Von der Probe 14 wird Fluoreszenzstrahlung
15 emittiert und fällt auf einen Strahlungsdetektor 16,
von dem in Fig. 1 aus Übersichtlichkeitsgründen nur
einer dargestellt ist.
In den Strahlengang zwischen Röntgenstrahlungsquelle 11
und der Probe 14 ist ein fokussierendes Element 18
angeordnet, das beispielsweise in Form von Kapillarbündeln
ausgebildet sein kann oder in Form einer röntgen
optischen Anordnung.
Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung die auf dem
Probenteller 13 im wesentlichen im Zentrum angeordnete
Probe 14, wobei nach Art einer Umzäunung eine Mehrzahl
von CCD-Röntgenstrahlungsdetektoren 16 die Probe
kreisförmig umschließt. Die Probe 14, die von der
primären Röntgenstrahlung beaufschlagt wird, emittiert
die Fluoreszenzstrahlung 15 vollkreisförmig um die
Probe, was durch die Fluoreszenzstrahlen 15 (Pfeile)
angedeutet wird. Der Abstand der CCD-Röntgenstrahlungs
detektoren 16 zur Probe 14 ist zuvor festgelegt worden.
Die CCD-Röntgenstrahlungsdetektoren 16 sind in der Lage,
die von der Probe 14 ausgehende Fluoreszenzstrahlung 15
simultan sowohl auf ihre spektrale Zusammensetzung als
auch daraufhin zu untersuchen, in welchem Winkel die
Fluoreszenzstrahlung 15 in bezug auf den Probenträger 13
ausgesendet wird.
Konzentriert man sich bei der Analyse der Fluoreszenz
strahlung auf Emissionswinkel 17, vergleiche Fig. 1, im
Bereich von 0 und wenigen millirad, höchstens 10 milli
rad, so handelt es sich um eine sogenannte "Grazing
Emission"-Anordnung. Eine derartige Anordnung weist den
Vorteil auf, daß unterhalb eines bestimmten Winkels der
Untergrund, der durch den Probenträger verursacht wird,
im Vergleich zum von der Fluoreszenzstrahlung 15 her
rührenden Fluoreszenzsignal sehr klein wird. Das gün
stige Verhältnis zwischen störenden Strahlungsbeiträgen
des Probenträgers 13 und der Fluoreszenzstrahlung 15 der
Probe 14 unterhalb bestimmter kritischer Winkel 17 führt
bei der erfindungsgemäßen Ausnutzung der "Grazing
Emission" zu außerordentlich niedrigen Nachweisgrenzen.
Die CCD-Röntgenstrahlungsdetektoren 16 erfassen sowohl
die Energie- als auch die Winkelverteilung der Fluores
zenzstrahlung 15 gleichzeitig. Die für die Quantifizie
rung notwendige Zuordnung zwischen Emissionswinkel 17
und der Fluoreszenzintensität bei einer bestimmten
Energie erfolgt durch eine gegebenenfalls rechnerge
stützte Auswerteeinrichtung, die an derartige
CCD-Röntgenstrahlungsdetektoren 16 angepaßt ist. Da die
Anordnung 10 bestimmungsgemäß keine bewegten Teile
erfordert, werden bisher übliche mechanische Bewegungen
des Probenträgers 13 durch entsprechende Adressierung
der matrixförmig in den Röntgenstahlungsdetektoren 16
angeordneten sogenannten CCD-Pixel ersetzt. Durch die
Quasi-Umzäunung der Probe 14 gemäß der Darstellung von
Fig. 2 mit CCD-Röntgenstrahlungsdetektoren 16 treten im
Bereich kleiner Emissionswinkel 17 bei der Detektion der
Fluoreszenzstrahlung 15 keine Raumwinkelverluste auf. Da
bei der "Grazing Emission" nur kleine Emissionswinkel 17
betrachtet werden, wird eine geometrische Nachweisef
fektivität von 100% erreicht.
10
Anordnung
11
Röntgenstrahlungsquelle
12
Röntgenstrahlung
13
Probenträger
14
Probe
15
Fluoreszenzstrahlung
16
Strahlungsdetektor
17
Emissionswinkel
18
fokussierendes Element
Claims (8)
1. Anordnung zur Elementanalyse von Proben, umfassend
eine Röntgenstrahlungsquelle, deren Strahlung auf eine
auf einem Probenträger angeordnete Probe gerichtet wird,
wobei die von der Probe infolgedessen emittierte Fluo
reszenzstrahlung von wenigstens einem Strahlungsdetektor
erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Strah
lungsdetektor (16) durch einen CCD-Röntgenstrahlungsde
tektor gebildet wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mehrzahl von Strahlungsdetektoren (16) um die
Probe (14) herum angeordnet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mehrzahl von Strahlungsdetektoren (16) die Probe
(14) kreisförmig umschließen.
4. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emissionswinkel
(17) zwischen dem Probenträger (13) und der Fluores
zenzstrahlung im Bereich von 0 bis 10 millirad liegt.
5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Röntgen
strahlungsquelle (11) verlassene Röntgenstrahlung (12)
vor Auftritt auf der Probe (14) über ein fokussierendes
Element (18) geführt wird.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß als fokussierendes Element (18) kapillare Bündel
dienen.
7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß als fokussierendes Element (18) ein Röntgenspiegel
dient.
8. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Strahlungs
detektor erfaßte Energie- und Winkelverteilung anhand
einer mit dem Strahlungsdetektor (16) verbundenen,
rechnergestützten Auswerteeinrichtung ermittelbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19644936A DE19644936C2 (de) | 1996-10-29 | 1996-10-29 | Anordnung zur Elementanalyse von Proben mittels einer Röntgenstrahlungsquelle |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19644936A1 true DE19644936A1 (de) | 1998-05-07 |
DE19644936C2 DE19644936C2 (de) | 1999-02-04 |
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ID=7810312
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19644936C2 (de) |
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- 1996-10-29 DE DE19644936A patent/DE19644936C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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Legal Events
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