DE3137186A1

DE3137186A1 - Roentgenfluoreszenz-messeinrichtung

Info

Publication number: DE3137186A1
Application number: DE19813137186
Authority: DE
Inventors: Koga Tokyo Toshiyuki
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1980-09-22
Filing date: 1981-09-18
Publication date: 1982-05-06
Also published as: NL184977B; JPS5758300U; NL184977C; DE3137186C2; US4406015A; US4534049A; NL8102926A

Description

D I P L. - P H Y S. F. E N D L I C H ' · ' β^κιΚιδ' 17.*"sat. 1981 E/m PATENTANWALT

MÖNCHEN 84 36 38

TELEGRAMMADRESSE: _PATENDUCH MÖNCHEN

CABLEADDRESS: PATENDLICH MÜNCHEN

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH. POSTFACH, D-8034 GERMERINQ

TELEX: 821730pated

Meine Akte: D-4905

Anmelderin: Kabushiki Kaisha Daini Seikosha, Tokyo, Japan

Röntgenfluoreszenz-Meßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Röntgenfluoreszenz-Meßeinrichtung, insbesondere zur Bestimmung der Oberflächenbeschichtung einer Probe.

Bei einer bekannten Meßeinrichtung dieser Art (Fig. 1 und 2) wird ein Meßpunkt P auf einer Probe 1 durch von einer Röntgenröhre 2 erzeugte Röntgenstrahlung 3 bestrahlt, so daß ein Röntgenf luoreszenz-Strahlenbündel von dem Meßpunkt P zu einer Nachweiseinrichtung 5 emittiert wird, die zur Messung der emittierten Röntgenstrahlung dient. Der Meßpunkt wird durch Beobachtung der Probe 1 mit Hilfe einer ein Mikroskop und eine Projektor enthaltenden Beobachtungseinrichtung 6 bestimmt, die über der Probe angeordnet ist. Da jedoch die optische Achse 7 der Beobachtungseinrichtung 6 nicht mit dem Strahlengang 3 der von der Röntgenröhre 2 abgegebenen Röntgenstrahlung zusammenfällt, weil der Einfallswinkel der Röntgenstrahlung auf die Probe kleiner als 90 ist, ist der bestrahlte Meßpunkt auf der Probe nicht kreisförmig sondern elliptisch ausgebildet, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn beispielsweise die Schichtstärke einer Beschichtung in einem sehr kleinen Bereich einer sehr genau ausgebildeten Probe wie einer integrierten Schaltung gemessen wird, ergibt sich auch bei einem sehr dünn ausgebildeten Röntgenstrahlenbündel ein elliptischer Meßpunkt, so daß benachbarte Bereiche unnötigerweise be-

strahlt werden und die Schichtstärke deshalb nicht ausreichend genau gemessen werden kann. Wenn sich ferner die Probe 1 in vertikaler Richtung bewegt, wird auch der elliptische Meßpunkt verändert, wodurch die Meßgenauigkeit weiter herabgesetzt wird.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Röntgenfluoreszenz-Meßeinrichtung der eingangs genannten Art unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten derart zu verbessern, daß durch genauere Ausbildung und Beobachtung des Meßpunkts Meßergebnisse mit erhöhter Genauigkeit erzielbar sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Röntgenfluoreszenz-Meßeinrichtung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Probe in Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Meßgeräts für eine Meßeinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Vorderansicht des Meßgeräts in Fig. 3;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Meßeinrichtung gemäß der Erfindung; .-"·""

Fig. 6 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Meßkopfs der Meßeinrichtung in Fig. 5;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Sperrglieds in Fig. 6;

Fig. 8 und 9 eine Vorderansicht bzw. Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Röntgenfluoreszenz-Meßeinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 10 eine teilweise im Schnitt dargestellte vergrößerte Teilansicht des Ausführungsbeispiels in Fig. 8 und 9;

Fig. 11 eine Schnittansicht entlang der Linie"A-A in Fig. 10;

Fig. 12 einen Grundriß zur Erläuterung eines Hauptbestandteils des Ausführungsbeispiels in Fig. 10;

Fig. 13 eine Schnitt ansieht entlang der Linie B-B in Fig. 10,-

Fig. 14 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Meßeinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 15 eine perspektivische Darstellung der Nachweiseinrichtung

in Fig. 14; und

Fig. 16 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Meßeinrichtung gemäß der Erfindung.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Röntgenfluoreszenz-Meßeinrichtung mit einem Steuergerät 29 vorgesehen, von dem Ansichten in Fig.3 und 4 dargestellt sind. Die Meßeinrichtung enthält einen Meßkopf 31 mit einer Röntgenröhre 20 zur Erzeugung eines auf die Probe 2 4 gerichteten Röntgenstrahl lenbündels 25. Von der Probe 24 emittierte Röntgenfluoreszenzstrahlung 26 wird in einer Nachweiseinrichtung 27 in ein elektrisches Signal umgewandelt, das einem Impulshöhendiskriitiinator in dem Steuergerät 29 über einen Verstärker 28 zugeführt wird. Das zur Steuerung und Betätigung des Meßkopfs 31 dienende Steuergerät 29 enthält eine Hochspannungsquelle 32 zur Erzeugung der Hochspannung für die Röntgenröhre 20. Das Ausgangssignal des Impulshöhendiskriminators 30 wird über eine Impulszähler-Zeitsteuereinrichtung 32a einem Mikroprozessor 33 zugeführt, an dem eine digitale Anzeigeeinrichtung 34 angeschlossen ist.

Wie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ist an dem Steuergerät 29 ein Tastenfeld 35 zur Eingabe von Daten vorgeeehen.

An dem als Verschluß dienenden Sperrglied 21, das unter der Röntgenröhre 20 angeordnet ist, ist ein Spiegel 36'auf dessen Unterseite angeordnet (Fig. 6). Das Sperrglied 21 ist in horizontaler Richtung verschiebbar angeordnet (Fig. 7, 11 und 12) und der Kollimator 22 ist einstückig mit dem Sperrglied 21 ausgebildet und an dessen Unterseite angeordnet, wie aus Fig. 7 und 11 ersichtlich ist. Das Sperrglied 21 wird durch Führungsschienen (Fig. 10) geführt, die auf der Unterseite eines Behälters 37 angeordnet sind. Eine Führungsplatte 39 des Sperrglieds 21 ist durch eine Drehspule 40 in horizontaler Richtung verschiebbar, deren Anordnung aus Fig. 11 ersichtlich ist. Die Verschiebung des Sperrglieds 21 ist durch eine einstellbare Anschlagschraube 41 begrenzt, deren Einstellung die Justierlage des Sperrglieds in der horizontalen Richtung bestimmt. Durch Verschieben des als Verschluß dienenden Sperrglieds 21 in den Strahlengang der Röntgenröhre 20 kann deshalb eine Bestrahlung der Probe 2 4 durch Röntgenstrahlung verhindert werden. Die Probe 24 wird deshalb nur

dann mit Röntgenstrahlung beaufschlagt, wenn das Sperrglied 21 durch die Spüle 40 derart verschoben wird, daß sich der Kollimator 22 im Strahlengang befindet. -

An einem Halter 42 (Fig. 10) an der Seitenwand des Behälters ist das als Beobachtungseinrichtung dienende Mikroskop 43 angeordnet. Wenn sich das Sperrglied 21 in der in Fig. 6 dargestellten Lage befindet, kann die Oberfläche der Probe 24 über den Spiegel 36 beobachtet werden. Der Halter 42 ist entlang Führungen 45 (Fig. 13) an einer Basisplatte 44 an der Seitenwand des Behälters 37 in Richtung des Pfeils A verschiebbar angeordnet. Die Verschiebungslage ist durch eine Justierschraube 46 derart einstellbar, daß die optische Achse des Mikroskops 43 mit dem Strahlengang der Röntgenröhre 20 zusammenfällt.

Die in dem Behälter 37 angeordnete Röntgenröhre ist mit einer Hochspannungsquelle 47 versehen. Der Behälter 37 ist mit isolierendem öl 48 gefüllt. Die obere Öffnung 49 des Behälters 37 ist durch eine Abdeckplatte 50 abgedeckt (Fig. 10 und 11).

Die Nachweiseinrichtung 27 ist auf der Unterseite des Behälters 37 angeordnet, an der auch eine Führung 52 für ein Filter 53 angeordnet ist, das über eine öffnung 51 der Nachweiseinrichtung 27 verschiebbar ist. Das Filter 53 besteht aus Kobalt, das für Fluoreszenzröntgenstrahlung entsprechend dem Spektrum von Nickel durchlässig aber für Fluoreszenzröntgenstrahlung von Kupfer undurchlässig ist. Durch diese in Fig. 14 schematisch dargestellte Meßeinrichtung kann deshalb die Schichtstärke einer Nickelschicht 2 4b auf einem Träger 24a aus Kupfer mit Hilfe der zu der Nachweiseinrichtung 27 gelangenden Fluoreszenzröntgenstrahlung gemessen werden.

Wie aus dem Ausführungsbeispiel in Fig. 8 - 10 ersichtlich ist, ragt bei diesem Ausführungsbeispiel das Mikroskop 43 von einem zentralen Bereich eines Gehäuses 54 vor. Ein Halter 23 für die Probe 24 ist auf einer Positionierungseinrichtung 55 angeordnet. Der interessierende Bereich der Probe 24 kann deshalb mit der durch das· Mikroskop verursachten Vergrößerung beobachtet werden. Es ist deshalb eine genaue Einjustierung in einem Bereich mit gleicher Schichtstärke möglich, in dem die Röntgenstrahlung in einem kreisförmigen Fleck auftritt, so daß wegen des zusammen-

fallenden Verlaufs der optischen Achse und des Strahlengangs der Röntgenstrahlung sehr genaue Messungen der Schichtstärke durchführbar sind. Mit dem Mikroskop kann beispielsweise die Einjustierung der Beobachtung auf einen Bereich mit etw 0,3 mm Durchmesser erfolgen.

Der Spiegel 36 kann aus einem Material bestehen, das Licht reflektiert und für Röntgenstrahlung durchlässig ist, beispielsweise auf einer SiO„-Platte mit einer aufgedampften Aluminiumschicht oder aus einer auf einer organischen Schicht aufgedampften Aluminiumschicht. Deshalb kann die Röntgenstrahlung, mit der die Probe 2 4 beaufschlagt ist, durch den Spiegel 36 hindurchtreten und die Probe 24 kann mit Hilfe des von dem Spiegel 36 reflektierten sichtbaren Lichts beobachtet werden.

Da bei einer Meßeinrichtung der beschriebenen Art der Strahlengang der Röntgenstrahlung der Röntgenröhre mit der optischen Achse der Beobachtjungseinrichtung zusammenfällt, kann der durch die Röntgenstrahlung beaufschlagte Meßpunkt auf der Probe beobachtet werden und der Meßpunkt kann von derselben Richtung wie die Achse des Strahlengangs der Röntgenröhre bestimmt werden. Es können deshalb keine Bereiche mit einem Durchmesser von etwa 0,3mm ausgemessen werden. Da der Meßpunkt, in dem die Probe durch die Röntgenstrahlung beaufschlagt wird, kreisförmig ist, kann durch Vermeidung einer fehlerhaften Bestrahlung eine erhöhte Meßgenauigkeit erzielt werden.

Claims

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1.*Röntgenfluoreszenz-Meßeinrichtung zur Bestimmung der Schichtstärke einer Oberflächenbeschichtung einer Probe, bestehend aus einer Röntgenröhre und einer Nachweiseinrichtung für von der mit der Röntgenstrahlung beaufschlagten Probe emittierte Röntgenfluoreszenzstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Röntgenröhre (20) und einem \ Kollimator (22) zur Begrenzung des von der Röntgenröhre (20) ausgehenden Röntgenstrahlenbündels ein in horizontaler Richtung verschiebbares Sperrglied Angeordnet ist, daß entlang dem Strahlengang der Röntgenstrahlung ein Spiegel (36) angeordnet ist, und daß eine Beobachtungseinrichtung (43) für den Meßpunkt auf der durch die Röntgenstrahlung beaufschlagten Probe (2 4) derart vorgesehen ist, daß die optische Achse der Beobachtungseinrichtung mit der Achse des Strahlengangs der Röntgenstrahlung zusammenfällt.

2. Röntgenfluoreszenz-Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungseinrichtung ein Mikroskop ' (43) ist.

3. Röntgenf luoreszenz-Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder. 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied (21) einstückig mit dem Spiegel (36) ausgebildet ist.

r ν w 4» t.

4. Röntgenfluoreszenz—Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h . g e k e η η zeich net, daß der Spiegel (36) Licht reflektiert und für die Röntgenstrahlung durchlässig ist.

5. Röntgenfluoreszenz-Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Eintrittsöffnung der Nachweiseinrichtung (27) ein aus Kobalt bestehendes Filterglied (53) angeordnet ist.