DE4200493A1

DE4200493A1 - Vorrichtung zur duennschichtbildung

Info

Publication number: DE4200493A1
Application number: DE4200493A
Authority: DE
Inventors: Takehiko Nakahara; Masao Koshinaka; Nobuyuki Kosaka; Toshimasa Tomoda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-01-09
Filing date: 1992-01-08
Publication date: 1992-11-05
Anticipated expiration: 2012-01-09
Also published as: US5305366A; DE4200493C2; JPH04270953A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Dünnschichtbildung für die Verwendung in der Herstel lung von elektronischen Schaltungen, Halbleitern und dergleichen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Dünnschichtbildung, die in der Lage ist, kontinuierlich die Zusammensetzung ei ner Probe in dem Bildungsprozeß der gewünschten Dünn schicht auf der Probe zu messen. Die Erfindung be zieht auch auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Analysieren einer Vielzahl von Elementen, die auf der Oberfläche eines interessierenden Materials oder in ihrer Nähe vorgesehen ist, ebenso wie auf eine Vor richtung zur Dünnschichtbildung, die in der Lage ist, die Zusammensetzung einer Probe während der Dünn schichtbildung in dem Vorgang der Halbleiterherstel lung zu messen.

Da die Integrierungsdichte der elektronischen Schal tungen, deren Halbleitervorrichtungen und so weiter immer vergrößert wurde, während ihre Merkmalsgröße sich verkleinert, ist es offensichtlich, daß die Lei stungsfähigkeit dieser Vorrichtungen von der Qualität der verwendeten Dünnschichten abhängt. Wenn bei spielsweise das Silizium/Sauerstoffverhältnis eines Siliziumdioxids (SiO₂) von dem stöchiometrischen Wert von 1 : 2 abweicht, kann man schließen, daß eine uner wünschte Substanz in die Dünnschicht eingetreten ist, die ihre dielektrische Konstante ändert, wodurch ge wünschte Hochfrequenzcharakteristiken nicht erreicht werden. Wenn darüber hinaus eine zusammengesetzte Dünnschicht gebildet wird, ist es häufig schwierig, die gewünschte Zusammensetzung zu erhalten, hauptlich aufgrund von Unterschieden in der Zerstäubungsausbeu te und des Haftkoeffizienten.

Nach dem Stand der Technik wird eine Zusammensetzungsanalysierer verwen det, um die Zusammensetzung einer Dünnschicht nach der Herstellung durch eine Vorrichtung zur Dünn schichtbildung auszuwerten, aber in diesem Fall war es schwierig, eine Dünnschicht ohne irgendeine Ände rung in ihrer Zusammensetzung zu bilden aufgrund der Änderungen in den Verfahrensbedingungen, die während der Dünnschichtbildung in richtiger Weise korrigiert wurden. Unter diesen Umständen wurden Versuche ge macht, nacheinander bzw. aufeinanderfolgend die Ände rung zu messen, die in der Zusammensetzung der zu bildenden Dünnschicht auftritt.

Fign. 17 und 18 sind schematische Ansichten auf eine Vorrichtung zur Dünnschichtbildung nach dem Stand der Technik, die in Ino et al. "Surface Analysis by RHEED Excited Total Reflection Angular X-Ray Spectroscopy (TRAXS)" in Oyo Butsuri (Applied Physics), 56, 7, 1987, Seiten 843 bis 850. Fig. 17 zeigt eine Vorrich tung, die mit einem Elementenanalysierer zur Messung der Änderung der Zusammensetzung einer Probe ausgerü stet ist. Mit 1 ist ein Gefäß bezeichnet, das den Röntgenstrahlen-Detektor unter Unterdruck hält; 3 ist ein Fenster, das die Unterdruckeinfassung des Rönt genstrahlen-Detektors aufrechterhält, das aber die Röntgenstrahlen durchläßt, 6 ist ein Dewargefäß mit flüssigem Stickstoff zum Kühlen des Röntgenstrahlen- Detektors, 7 ist ein für Röntgenstrahlen durchlässi ges Fenster, 10 ist eine Unterdruckkammer zur Dünn schichtbildung, 12 ist eine Vorrichtung zum Herstel len der Probe, 13 eine Abzugseinheit zum Entgasen der Unterdruckkammer 10, 21 ist eine Probe und 31 eine Erregerquelle, die die Elemente in der Probe 21 zum Emittieren ihrer charakteristischen Röntgenstrahlen (Fluoreszenz-Röntgenstrahlen) erregt. 51 ist ein Pro benhalter mit einer Basis 52 zum Halten der Probe 21 in ihrer Stellung.

Fig. 18 zeigt das Innere des Gefäßes 1 im Detail. Mit 2 ist ein Röntgenstrahlen-Detektor (im folgenden auch nur als "Detektor" bezeichnet), 4 ist ein Verstärker zum Verstärken des Ausgangssignals aus dem Detektor 2, 5 ist ein Stab, der das Signal vom Verstärker 5 nach außen aus der Unterdruckeinfassung leitet und der in ein Kühlmedium zum Kühlen des Detektors führt.

Die Betriebsweise der Vorrichtung nach den Fig. 17 und 18 wird im folgenden beschrieben. Wenn eine Dünn schicht aus Galliumarsenik (GaAs) gebildet werden soll, wird die Vorrichtung 12 aktiviert, damit Galli um (Ga) und Arsen (As) auf die Probe 21 aufgedampft werden kann. Während der Dünnschichtbildung wird ein Erregerstrahl, wie beispielsweise ein Elektronen strahl, der von einer Erregerquelle 31, beispielswei se einer Elektronenkanone erzeugt wird, auf die Probe 21 geleitet, wodurch Gallium (Ga) und Arsen (As) zum Emittieren ihrer charakteristischen Röntgenstrahlen erregt werden. Die emittierten Röntgenstrahlen ver lassen die Kammer 10 durch das Fenster 7 und gelangen Luftatmosphäre in den Detektor 2 durch das Fenster 3 an der Stirnfläche des Gefäßes 1. Die den detektier ten charakteristischen Röntgenstrahlen zugeordneten Signale werden von dem Verstärker 4 verstärkt und die verstärkten Signale gehen durch den Stab 5 und werden einem Spektralanalysierer (nicht gezeigt) oder einem anderen geeigneten externen Kreis zugeführt.

Der Elementenanalysierer nach dem Stand der Technik wird im folgenden genauer beschrieben. Fig. 19 zeigt eine schematische Ansicht auf einen Elementaranaly sierer, der in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 82 840/1985 beschrieben ist. Wie dargestellt, um faßt der Analysierer einen Detektor 2, eine Unter druckkammer 11, einen Abzugskanal 14, der mit einer Unterdruckpumpe (nicht dargestellt) verbunden ist, und der das Innere der Kammer 11 bei Unterdruck hält, eine Elektronenkanone 32 zum Emittieren eines Elek tronenstrahls auf die Probe 21, einen Probenhalter 51, eine Probenbefestigungsbasis 52, einen Spektral analysierer 71 zum spektralen Trennen der mit dem Detektor 2 erfaßten Röntgenstrahlen, und eine Spei chereinheit 72 zum Speichern der Ausgangssignale des Spektralanalysierers. Die Speichereinheit 72 kann durch eine Anzeigeeinheit ersetzt werden.

Die Betriebsweise des Elementenanalysierers nach Fig. 19 wird im folgenden beschrieben. Die Probe 21 ist auf der Basis 52 am distalen Ende des Probenhalters 51 befestigt. Um seine Befestigung zu vereinfachen, ist ein Öffnungs-/Schließbereich an geeigneter Stelle in der Vakuumkammer 11 vorgesehen, so daß die Probe 21 in die Kammer 11 über diesen Bereich eingeschoben werden kann. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Kammer so konstruiert sein, daß der Proben halter 51 zum Montieren der Probe 21 aus der Kammer herausgezogen werden kann. Der Probenhalter kann mit Balgen oder anderen geeigneten Mitteln ausgerüstet sein, die eine Drehung oder eine Hin- und Herbewegung der Probe erlauben, so daß die Stellung und die Nei gung der Probe 21 frei eingestellt werden kann.

Bei Anlegen der Elektronenkanone 32 an eine Span nungsversorgung erzeugt und emittiert sie einen Elek tronenstrahl. Der emittierte Elektronenstrahl wird durch eine wahlweise vorhandene Elektronenlinse und einen Kollimator (nicht dargestellt) fokussiert, so daß er auf die Oberfläche der Probe 21 fällt. Dieser Elektronenstrahl erregt die Elemente, die auf der Oberfläche der Probe 21 und in ihrer Nähe vorhanden sind, wodurch Röntgenstrahlen, die charakteristisch für die erregten Elemente sind, emittiert werden und von dem Detektor 2 erfaßt werden. Die detektierten Röntgenstrahlen werden mit dem Spektralanalysierer 71 spektral getrennt und die Röntgenspektren von dem Spektralanalysierer 71 werden in der Speichereinheit 72 gespeichert.

Der Winkel, bei dem die emittierten Röntgenstrahlen aufgefangen werden, wird als Winkel der Totalrefle xion der elektromagnetischen Wellen (im allgemeinen charakteristische Röntgenstrahlen) gewählt, die von der Probe 21 emittiert werden, nämlich der Grenzwin kel oder nahe danebenliegende Winkel. Der Grund für die Wahl des Grenzwinkels als Winkel, bei dem die emittierten Röntgenstrahlen aufgefangen werden, wird weiter unten auf der Grundlage der Veröffentlichungen in "Oyo Butsuri (Applied Physics)", 56, 7, 1987, Sei ten 842 bis 850 und "Japanese Journal of Applied Phy sics", 24, 6, 1985, Seiten 387 bis 390 beschrieben. In der folgenden Diskussion wird jeder Winkel, wie der Grenzwinkel und der Auffallwinkel als der Winkel gemessen, den die einfallenden oder austretenden Röntgenstrahlen mit der Oberfläche der Probe bilden.

Fig. 20 zeigt, wie die Röntgenstrahlen, die die Flä che eines Materials verlassen, um in das Vakuum ein zutreten, gebrochen werden. Wie gezeigt, verringert sich die Intensität dieser Röntgenstrahlen steil, wenn sie bei kleineren Winkeln als einem bestimmten Grenzwinkel R_c emittiert werden. Der Wert von R_c stimmt mit dem Grenzwinkel für die Totalreflexion überein, die auftritt, wenn Röntgenstrahlen der glei chen Energie vom Vakuum in das interessierende Mate rial gelangen und er wird ausgedrückt durch:

R_c = (5,4×10₁₀×Z/A · ρ)^1/2 · λ (1)

wobei Z, A und ρ die Atomzahl, die Massenzahl und die Dichte des interessierenden Materials sind und λ ist die Wellenlänge der eintreffenden und ausgehenden Röntgenstrahlen.

Es wird beispielsweise angenommen, daß der Elektro nenstrahl auf die Oberfläche des Materials fällt. Die charakteristischen Röntgenstrahlen werden, wie in Fig. 21 gezeigt, gebrochen und diejenigen, die bei Winkeln nahe dem Grenzwinkel R_c aufgefangen werden, enthalten Informationen von der Oberflächenschicht, während diejenigen, die bei Winkeln größer als R_c erfaßt werden, Informationen von den tieferen Berei chen enthalten. Wie Gleichung (1) zeigt, variiert der Grenzwinkel R_c mit der Wellenlänge des einfallenden und ausgehenden Röntgenstrahls und je kürzer seine Wellenlänge ist (d. h. je höher seine Energie ist), je geringer ist der kritische Winkel oder Grenzwinkel. Zusätzlich haben die charakteristischen Röntgenstrah len Energiewerte, die den zugeordneten Elementen ei gen ist. Beispielsweise weist die Intensität der von der Probe 21 emittierten charakteristischen Röntgen strahlen bei einer auf die Si Oberfläche aufgedampf ten Schicht von ungefähr einer Atomschicht von Silber (Ag) eine Abhängigkeit vom Erfassungswinkel entspre chend Fig. 22 auf. Die von Silber emittierten charak teristischen Röntgenstrahlen können mit einer sehr hohen Empfindlichkeit detektiert werden, indem sie bei einem Winkel der Totalreflexion der Ag charakte ristischen Röntgenstrahlen in bezug auf Si oder be nachbarten Winkeln erfaßt werden. Zusätzlich können die aus der Nähe Si Oberfläche emittierten charakte ristischen Röntgenstrahlen selektiv detektiert wer den, indem die von Si emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen bei einem Winkel der Totalreflexion von Si charakteristischen Röntgenstrahlen in bezug auf Si oder bei in der Nähe liegenden Winkeln erfaßt werden.

In einem anderen Beispiel weist die Intensität der von der Probe 21 emittierten Röntgenstrahlen, die Kalzium (Ca), Eisen (Fe) oder Kupfer (Cu) als Spuren verunreinigungen auf der Si Oberfläche aufweist, eine Erfassungswinkelabhängigkeit nach Fig. 23 auf. Offen sichtlich variiert der Totalreflexionswinkel der emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen in bezug auf Si jeweils mit der Art des Elements, das die Röntgenstrahlen emittiert. Wenn die Probe 21 aus Zinksulfid (ZnS) besteht, weist die Intensität der von der Probe emittierten Röntgenstrahlen eine Abhän gigkeit des Erfassungswinkels entsprechend Fig. 24 auf. Wie leicht erkennbar, unterscheidet sich der Totalreflexionswinkel der Zn charakteristischen Rönt genstrahlung in bezug auf ZnS von dem der S charak teristischen Röntgenstrahlung in bezug auf ZnS und bei dem Totalreflexionswinkel Zn weist die S charak teristische Röntgenstrahlung eine sehr geringe Inten sität auf, während bei dem Totalreflexionswinkel von S die Zn charakteristischen Röntgenstrahlen mehr von der Information von den tieferen Bereichen der Probe enthält.

Wenn der Elementenanalysierer nach dem Stand der Technik in der oben beschriebenen Weise aufgebaut ist, besteht das Problem, daß, wenn mehr als ein Ele ment in der Nähe der Oberfläche der Probe 21 vorhan den ist, die von den Röntgenstrahlencharakteristiken der individuellen Elemente besessenen Energiewerte unterschiedliche Totalreflexionswinkel für die Probe 21 vorsehen. Ein Ergebnis ist, daß, wenn die von ei nem bestimmten Element emittierten Röntgenstrahlen bei einem Winkel in der Nähe des Totalreflexionswin kels dieses Elementes detektiert wird, die Intensität der charakteristischen Röntgenstrahlung eines anderen Elementes verringert wird oder mehr von der Informa tion von einem tieferen Bereich detektiert wird, wo durch die Empfindlichkeit der Messung für die Ober fläche der Probe reduziert wird (d. h. mehr von den unerwünschten Informationen werden in der Information über die Oberfläche der Probe 21 enthalten sein).

Die Vorrichtung zur Dünnschichtbildung nach dem Stand der Technik, die in der Lage ist, die Messung der Zusammensetzung von Proben durchzuführen und die den Aufbau entsprechend Fig. 17 aufweist, hat die folgen den Nachteile:

1) Üblicherweise wird das für Röntgenstrahlen durch lässige Fenster 7 aus einer Berylliumfolie (Be) ge bildet, die bei genügender Dicke zur Aufrechterhal tung der üblichen Höhe des Unterdrucks weicher Rönt genstrahlen mit einer Energie von nicht mehr als 1 keV absorbiert und dies macht es schwierig, die charakteristischen Röntgenstrahlen von Materialien, wie Oxide und Karbide, die Lichtelemente enthalten, zu messen.
2) Selbst wenn das Röntgenstrahlen durchlassende Fenster 7 aus einem organischen Material besteht, das weiche Röntgenstrahlen durchläßt (z. B. Parylen), kann die Strahlungswärme, die vom Substrat oder von ande ren Quellen während der Dünnschichtbildung erzeugt wird, das Röntgenstrahlen durchlässige Fenster auf weichen oder schmelzen.
3) Selbst wenn die Vorrichtung so modifiziert wird, daß eine Messung von Lichtelementen ermöglicht wird, sinkt der Wirkungsgrad der Erzeugung der charakteri stischen Röntgenstrahlen drastisch mit der sinkenden Atomzahl der Lichtelemente, wie Sauerstoff (O), Stickstoff (N) und Kohlenstoff (C). Mit Bestandtei len, die diese Lichtelemente enthalten, wird die Aus beute der charakteristischen Röntgenstrahlen stark mit der Art der Elemente variieren, selbst wenn das Zusammensetzungsverhältnis von zwei Elementen 1 : 1 ist. Somit ist bei Durchführung von Impulsmessungen von den in den Detektor 2 einfallenden charakteristi schen Röntgenstrahlen die Zählgeschwindigkeit der Pulse durch die höhere der beiden Ausbeuten der cha rakteristischen Röntgenstrahlen begrenzt und die Zählrate für die Messung der charakteristischen Rönt genstrahlen der niedrigeren der beiden Ausbeuten wird sehr niedrig. Unter diesen Umständen muß die Zeit der Impulsmessung verlängert werden, um eine hohe Meßge nauigkeit zu erzielen. Da es eine lange Zeit für die Durchführung der Messung von Materialien mit Licht elementen braucht, ist es schwierig, mit der hohen Geschwindigkeit der Dünnschichtbildung einherzugehen, und kontinuierlich die Zusammensetzung der Probe 21 im Prozeß der Dünnschichtbildung zu messen, wenn sie Lichtelemente enthält.

Die vorliegende Erfindung wurde unter diesen Umstän den durchgeführt und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Dünnschichtbildung vorzusehen, die in der Lage ist, kontinuierlich die Zusammenset zung einer Probe in dem Prozeß der Dünnschichtbildung zu messen, selbst wenn sie Lichtelemente enthält.

Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Elementenanalyse vorzusehen, bei dem die Messungen an einer Vielzahl von Elementen, die in der Nähe der Probenoberfläche vorhanden sind, durchführen läßt, ohne die Oberflä chenempfindlichkeit für eines dieser Elemente zu ver schlechtern.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Elementenanalysierer vorzusehen, der in der Lage ist, Messungen an einer Vielzahl von Elemen ten in der oben beschriebenen Weise durchzuführen.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 1 wird eine Vorrichtung zur Dünnschichtbildung vor gesehen, die sich dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektor durch einen Schild von Licht und Wärme, die in einer Vorrichtung zur Herstellung der Probe er zeugt werden, isoliert wird, wobei der Schild nicht nur wärmewiderstandsfähig ist, sondern auch für Fluo reszenz-Röntgenstrahlen einschließlich weicher Rönt genstrahlen von 1 keV und weniger durchlässig ist, und daß ein Spiegel für eine Totalreflexion der Fluo reszenz-Röntgenstrahlen entweder am Eingang oder am Ausgang oder bei beiden vorgesehen ist, wobei der Spiegel mit Schlitzen versehen ist, die eine Einstel lung der Einfalls- und Ausfallswinkel der durch die Erregerquelle erregten Fluoreszenz-Röntgenstrahlen von der Probe, sowie der Bereiche dieser Winkel er möglichen.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 2 ist eine Vorrichtung zur Dünnschichtbildung vorge sehen, die eine Erregerquelle, die die Elemente in der Probe zum Emittieren ihrer eigenen charakteristi schen Röntgenstrahlen erregt, einen Totalreflexions spiegel, der die charakteristischen Röntgenstrahlen reflektiert, einen Röntgenstrahlen-Detektor, der die charakteristischen Röntgenstrahlen, wie sie vom To talreflexionsspiegel reflektiert werden, erfaßt, Schlitze, die den Bereich der Einfallswinkel für die charakteristischen Röntgenstrahlen, die auf den To talreflexionsspiegel fallen, sowie den Bereich der Ausfallswinkel für diese charakteristischen Röntgen strahlen bestimmen, die von dem Totalreflexionsspie gel reflektiert wurden und den Detektor erreichen, und einen Schild umfaßt, der den Detektor von Licht und Wärme isoliert und der nicht nur wärmewider standsfähig sondern auch durchlässig für Fluoreszenz- Röntgenstrahlen einschließlich weicher Röntgenstrah len von 1 keV und weniger ist.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 3 wird ein Verfahren der Elementenanalyse vorgesehen, das einen Bestrahlungsschritt, bei dem Energieparti kel, wie einen Elektronenstrahl, einen Ionenstrahl oder einen neutralen Korpuskelstrahl oder elektroma gnetische Wellen, wie Röntgenstrahlen der Oberfläche der Probe zugeführt werden, einen Erfassungsschritt, bei dem eine zweite elektromagnetische Welle, die jeweils von den in der Nähe der Oberfläche vorhande nen Elementen emittiert wird, als Ergebnis der Erre gung im Bestrahlungsschritt, bei Winkeln eines Be reichs erfaßt wird, der den Totalreflexionswinkel der zweiten elektromagnetischen Welle von der Probenober fläche einschließt, einen Reflexionsschritt, bei dem alle so erfaßten zweiten elektromagnetischen Wellen der Totalreflexion unterworfen werden, und einen De tektionsschritt umfaßt, bei dem die totalreflektier ten zweiten elektromagnetischen Wellen zur Erfassung einer Spektroskopie unterworfen werden.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 4 wird ein Verfahren der Elementenanalyse vorgesehen, das dem nach Anspruch 3 entspricht, mit der Ausnahme, daß die einfallende elektromagnetische Welle auf die Oberfläche der Probe bei Winkeln eines Bereiches fal len kann, der den Totalreflexionswinkel dieser elek tromagnetischen Welle von der Probenoberfläche ein schließt.

Nach vorliegenden Erfindung entsprechend Anspruch 5 wird ein Elementenanalysierer vorgeschlagen, der eine Erregerquelle, die mehr als ein in der Nähe der Ober fläche einer Probe vorhandenes Element zum Emittieren der charakteristischen Röntgenstrahlung dieses Ele mentes erregt, einen Schlitz zum Auffangen der emit tierten charakteristischen Röntgenstrahlen bei Win keln eines Bereichs, der den Totalreflexionswinkel der charakteristischen Röntgenstrahlung von der Pro benoberfläche einschließt, einen gekrümmten Spiegel oder eine Spiegelanordnung, die aus einer Kombination von zwei oder mehr ebenen Spiegeln besteht, wobei der Spiegel oder die Spiegelanordnung die Totalreflexion der charakteristischen Röntgenstrahlen bewirkt, die durch den Schlitz hindurchgegangen sind, und einen Röntgenstrahlendetektor umfaßt, der die von dem Spie gel oder Spiegelanordnung reflektierten charakteri stischen Röntgenstrahlen detektiert.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 6 wird ein Elementenanalysierer vorgesehen, der dem jenigen nach Fig. 5 entspricht, mit der Ausnahme, daß die reflektierende Oberfläche des gekrümmten Spiegels aus unterschiedlichen Materialien in verschiedenen Bereichen zusammengesetzt ist oder daß die Spiegel anordnung aus der Kombination von zwei oder mehreren ebenen Spiegeln besteht, deren reflektierende Ober flächen aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 7 wird ein Elementenanalysierer vorgeschlagen, der dem nach Anspruch 5 entspricht mit der Ausnahme, daß der gekrümmte Spiegel oder die Spiegelanordnung eine Krümmung in zwei axialen Richtungen aufweisen, wo durch die durch den Schlitz hindurchgehenden Röntgen strahlen totalreflektiert und anschließend fokussiert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vor richtung zur Dünnschichtbildung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Kennlinie, die die Beziehung zwi schen dem Ausfallswinkel und dem Re flexionsgrad eines totalreflektieren den Spiegels zeigt,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Bei spiels eines Schildes,

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Vor richtung zur Dünnschichtbildung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Vor richtung zur Dünnschichtbildung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Vor richtung zur Dünnschichtbildung nach einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7 die schematische Ansicht eines Elemen tenanalysierers nach einem Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 8 eine Kennlinie für die Beziehung zwi schen dem Reflexionswinkel bei einem Gold (Au)-Spiegel und dem Reflexions grad,

Fig. 9 eine schematische Ansicht eines Bei spiels eines Spiegelaufbaus,

Fig. 10 eine schematische Ansicht eines weite ren Ausführungsbeispiels einer Spie gelanordnung,

Fig. 11 eine schematische Ansicht eines weite ren Ausführungsbeispiels einer Spie gelanordnung,

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht des Hauptteils eines Elementenanalysierers entsprechend einem weiteren Ausfüh rungsbeispiels der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 13 eine schematische Ansicht eines Ele mentenanalysierers nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 14 eine schematische Ansicht eines Ele mentenanalysierers nach einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 15 eine schematische Ansicht einer Vor richtung zur Dünnschichtbildung, bei dem ein Verfahren der Elementenanalyse nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung angewandt wird,

Fig. 16 eine schematische Ansicht einer Vor richtung zur Dünnschichtbildung, bei dem ein Verfahren der Elementenanalyse nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewandt wird,

Fig. 17 eine schematische Ansicht einer Vor richtung zur Dünnschichtbildung nach dem Stand der Technik,

Fig. 18 eine schematische Ansicht eines Auf baus eines Gefäßes zur Aufnahme des Röntgenstrahlendetektors,

Fig. 19 eine schematische Ansicht eines Ele mentenanalysierers nach dem Stand der Technik,

Fig. 20 mehrere Darstellungen, die zeigen, wie Röntgenstrahlen gebrochen werden,

Fig. 21 eine Darstellung, die zeigt, wie die charakteristischen Röntgenstrahlen, die durch Erregung mit einem Elektro nenstrahl emittiert werden, gebrochen werden,

Fig. 22 eine Kennlinie, die die Abhängigkeit des Erfassungswinkels der charakteri stischen Röntgenstrahlen zeigt, die von einer Probe mit ungefähr einer Atomschicht von auf die Si Oberfläche aufgedampften Ag emittiert wird,

Fig. 23 eine Kennlinie, die die Abhängigkeit des Erfassungswinkels der charakteri stischen Röntgenstrahlen zeigt, die von verschiedenen in sehr geringen Mengen auf der Si Oberfläche abge schiedenen Elementen, Sa, Fe und Cu emittiert werden, und

Fig. 24 eine Kennlinie der Abhängigkeit des Erfassungswinkels der von einer ZnS Probe emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen.

Der Spiegel für die Totalreflexion von Röntgenstrah len, der in der Vorrichtung zur Dünnschichtbildung nach Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist derart ausgebildet, daß je höher die Ener gie der Röntgenstrahlen bei einem bestimmten Spiegel winkel ist, je niedriger ist der Reflexionsgrad des Spiegels (M.J. Janiak und T. Arai, Abstr. von 1979 Pittsburgh Conf. und Chem. Appl. Spectros., S. 701) und daher können zwei Röntgenstrahlen mit unter schiedlichen Energiepegeln und somit unterschiedli chen Intensitäten durch saubere Festlegung des Spie gels und der Schlitze, die in der Lage sind, die Ein falls- und Ausfallswinkel der Fluoreszenz-Röntgen strahlen von der Probe einzustellen, ebenso wie die Bereiche dieser Winkel, in der Weise verarbeitet wer den, daß sie vergleichbare Intensitätspiegel haben mittels der Kombination des totalreflektierenden Spiegels und der Schlitze.

Somit werden entsprechend der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 1 die Grundelemente der auf der Probe zu bildenden Dünnschicht durch die Erregungsquelle erregt, um Fluoreszenz-Röntgenstrahlen auszusenden, und der totalreflektierende Spiegel und die Schlitze, die in der Lage sind, die Einfalls- und Ausfallswin kel der emittierenden Fluoreszenz-Röntgensstrahlung ebenso wie die Bereiche dieser Winkel derart festzu legen, daß die Intensitäten dieser Fluoreszenz-Rönt genstrahlen, die von den jeweiligen Elementen emit tiert werden, miteinander vergleichbar werden. Folg lich ist die Zählrate der Impulsmessung in keiner Weise durch die höhere der beiden Ausbeuten der ein fallenden Fluoreszenz-Röntgenstrahlen begrenzt, wenn die Anzahl der gepulsten Photonen in den in den De tektor eintretenden Fluoreszenz-Röntgenstrahlen ge zählt wird, und die Zusammensetzungsmessung der Probe kann in Übereinstimmung mit der Rate der Dünnschicht bildung durchgeführt werden, selbst wenn die zu bil dende Dünnschicht Lichtelemente enthält.

Darüber hinaus ist die Vorrichtung zur Dünnschicht bildung entsprechend Anspruch 1 der vorliegenden Er findung mit einem Licht- und Hitzeschild ausgerüstet, der nicht nur wärmewiderstandsfähig ist, sondern auch Fluoreszenz-Röntgenstrahlen, einschließlich weicher Röntgenstrahlen von 1 keV und weniger durchläßt und dies bewirkt, daß sichergestellt wird, daß das in dem Vorgang der Dünnschichtbildung erzeugte Licht und die Wärme keine schädliche Wirkung auf den Detektor hat, wobei die Zusammensetzung der Probe aufeinanderfol gend während des Vorgangs der Dünnschichtbildung ge messen werden kann.

Der totalreflektierende Spiegel und die Schlitze in der Vorrichtung zur Dünnschichtbildung entsprechend Anspruch 2 der vorliegenden Erfindung ermöglicht, daß emittierte charakteristische Röntgenstrahlen dem De tektor in einer selektiven Weise zugeführt werden, so daß die von einer Mehrzahl von Elementen emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen vergleichbare In tensitätspegel für den Detektor vorgeben.

Der Reflexionsschritt des Verfahrens zur Elementen analyse entsprechend Anspruch 3 der vorliegenden Er findung ist derart, daß eine in einem Erfassungs schritt aufgenommene elektromagnetische Welle bei Winkeln einschließlich dem Totalreflexionswinkel die ser elektromagnetischen Welle vom Spiegel reflektiert wird, wobei die Information von der Umgebung der Oberfläche der Probe selektiv dem Detektionsschritt zugeführt wird.

Der Bestrahlungsschritt des Verfahrens zur Elementen analyse entsprechend Anspruch 4 der vorliegenden Er findung ist derart, daß die elektromagnetische Welle auf die Oberfläche der Probe bei Winkeln in einem Bereich, der den Totalreflexionswinkel dieser elek tromagnetischen Welle für die Probe umfaßt, fallen kann, wobei nur die auf der Oberfläche der Probe vor handenen Elemente erregt werden.

Die Schlitze und der Spiegel in dem Elementenanaly sierer nach Anspruch 5 der vorliegenden Erfindung sind derart, daß die charakteristischen Röntgenstrah len von der Probe bei Winkeln erfaßt werden, die den Winkel der Totalreflexion einschließen, während zur gleichen Zeit die erfaßten charakteristischen Rönt genstrahlen von dem Spiegel bei Winkeln einschließ lich dem Totalreflexionswinkel diese charakteristi schen Röntgenstrahlen reflektiert werden können, wo bei die Information aus der Umgebung der Oberfläche der Probe selektiv dem Röntgenstrahlendetektor zuge führt wird.

Der Spiegel in dem Elementenanalysierer nach Anspruch 6 der vorliegenden Erfindung ist derart, daß der Re flexionswinkel mit dem Winkel variiert, bei dem die charakteristischen Röntgenstrahlen durch die Schlitze erfaßt werden, wobei in die Information von der Umge bung der Oberfläche der Probe selektiv dem Röntgen strahlendetektor zugeführt wird.

Der Spiegel in dem Elementenanalysierer nach Anspruch 7 der vorliegenden Erfindung weist eine Krümmung in biaxialen Richtungen auf, so daß die reflektierten Röntgenstrahlen an einem Punkt zusammenlaufen können, wodurch dem Detektor ermöglicht wird, einen schmale ren Bereich zu detektieren.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die bei gefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Dünn schichtbildung, die die Messung der Zusammensetzung einer Probe ermöglicht, selbst wenn eine Lichtelemen te enthaltende Dünnschicht auf der Probe gebildet werden soll. Mit 42 ist ein Spiegel für die Totalre flexion von Röntgenstrahlen dargestellt, der üblicherweise aus Sodakalkglas hergestellt ist, 43 ist ein Schlitz, der sowohl am Eingang als auch am Ausgang des Spiegels 42 vorgesehen ist und der in der Lage ist, die Einfalls- und Ausfallswinkel der Fluo reszenz-Röntgenstrahlen festzulegen, die auf den Spiegel fallen und aus diesem heraustreten, ebenso wie die Bereiche dieser Winkel; 41 ist ein Schild für das Licht und die Wärme, die von einem Probenerzeu gungsmechanismus 12 erzeugt werden, wobei der Schild nicht nur wärmewiderstandsfähig ist, sondern auch für Fluoreszenz-Röntgenstrahlen einschließlich weiche Röntgenstrahlen von 1 keV und darunter durchlässig ist.

Die Betriebsweise der Vorrichtung zur Dünnschichtbil dung wird im folgenden genauer beschrieben. Fluores zenz-Röntgenstrahlen, die durch das Schild 41 eintre ten, können mittels der Schlitze 43 in der Weise ein gestellt werden, daß die von den einzelnen Elementen der Probe 21 emittierten Fluoreszenz-Röntgenstrahlen vergleichbare Intensitätspegel aufweisen, die darauf folgend mit einem Detektor 2 erfaßt werden. Der Schild schirmt den Detektor 2 wirksam gegen das Licht und die Wärme, die in dem Mechanismus 12 bzw. der Einrichtung 12 erzeugt werden. Darüber hinaus ist der Schild 41 so weit wärmewiderstandsfähig, daß er weder durch die Strahlungshitze von dem Substrat und ande ren Komponenten, die während der Dünnschichtbildung aufgeheizt werden, deformiert wird noch schmelzen wird und daher können die emittierten Fluoreszenz- Röntgenstrahlen nacheinanderfolgend über den gesamten Vorgang der Dünnschichtbildung gemessen werden.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das den Reflexionsgrad des Sodakalkglasspiegels für die einfallenden charakteri stischen Röntgenstrahlen, die von den verschiedenen Elementen emittiert wird, zeigt. Offensichtlich ist der Reflexionsgrad des Spiegels bei einem gegebenen Beobachtungswinkel je niedriger, je höher die Energie der Röntgenstrahlen ist. Dieses Merkmal wird in der vorliegenden Erfindung in der Weise benutzt, daß die Bereiche der Einfalls- und Ausfallswinkel der Rönt genstrahlen auf und von dem Spiegel 42 genau mittels der Schlitze 43 eingestellt werden, wodurch der De tektor 2 mit zwei Röntgenstrahlungen versorgt werden kann, die vergleichbare Intensitätspegel aufweisen, selbst wenn Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Energiepegeln von der Probe emittiert werden.

In der Vorrichtung zur Dünnschichtbildung erregt die Erregerquelle 31 die sich auf der Probe 21 bildende Dünnschicht, so daß die jeweiligen Elemente in der Dünnschicht ihre eigene charakteristische Röntgen strahlung aussendet. Die emittierten charakteristi schen Röntgenstrahlungen gehen durch den Schlitz 43 beim Eingang und fallen auf den totalreflektierenden Spiegel 42, von dem sie reflektiert werden und durch den Schlitz 43 an dem Ausgang hindurchgehen, um dem Detektor 2 zugeführt zu werden. Wie schon erwähnt wurde, sind die Schlitze 43 in der Weise festgelegt, daß die charakteristischen Röntgenstrahlen von den einzelnen Elementen, die von dem Spiegel 42 reflek tiert wurden, ungefähr vergleichbare Intensitätspegel aufweisen, bevor sie dem Detektor 2 zugeführt werden. Daher können die jeweiligen charakteristischen Rönt genstrahlen mit dem Detektor 2 impulsgemessen werden und die Zählrate wird nicht durch die höhere der bei den Ausbeuten dieser charakteristischen Röntgenstrah len begrenzt. In anderen Worten gesagt, kann die Zu sammensetzung der Probe 21 bei einer Geschwindigkeit gemessen werden, die mit der Rate (Geschwindigkeit) der Dünnschichtbildung einhergeht, selbst wenn die auf der Probe zu bildende Dünnschicht Lichtelemente enthält.

Der Schild 41 kann typischerweise einen Aufbau ent sprechend Fig. 3 aufweisen. Der Schild hat eine dünne Metallschicht 41, die aus einem Material geringer Atomzahl, wie Al oder Be besteht, so daß sie den Durchgang von weichen Röntgenstrahlen mit einer Ener gie von 1 keV und weniger hindurchläßt. Die Metall schicht 41a wird dünner hergestellt als das Röntgen strahlen durchlassende Fenster 7 nach dem Stand der Technik. Wegen seiner dünnen Abmessung ist die Me tallschicht 41a weniger wirksam im Verteilen der Strahlungswärme und um dieses Problem zu lösen, ist der Schild 41 mit einer Stützschicht 41b versehen, die eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Stütz schicht 41b erfüllt vorzugsweise die Forderungen nach einer guten Transmission von weichen Röntgenstrahlen und einer hohen physischen Festigkeit und kann typi scherweise aus polykristallinem oder amorphem Borni trid (BN) bestehen. Der Schild 41 ist auch mit einem Si-Träger 41c versehen, der nicht nur die dünne Me tallschicht 41a und die Stützschicht 41b trägt, son dern auch zur Erleichterung der Herstellung des Schildes 41 dient.

Der Schild 41 schützt den Detektor 2 dadurch, daß er den Eintritt von Wärme und Licht verhindert. Darüber hinaus wird der wärmewiderstandsfähig ausgebildete Schild 41 nicht durch die Strahlungswärme von dem Substrat und anderen Elementen, die während der Dünn schichtbildung aufgeheizt werden, deformiert. Daher ist die Vorrichtung zur Dünnschichtbildung in der Lage, aufeinanderfolgend die charakteristischen Rönt genstrahlen, die während der Dünnschichtbildung emit tiert werden, zu messen.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Detektor 2 dazu geeignet, der Luftatmosphäre ausge setzt zu werden, aber wenn es möglich ist, den Detek tor 2 ständig unter Unterdruck oder Vakuum zu halten, sollte ein Aufbau entsprechend Fig. 4 gewählt werden. Mit 44 ist ein Mechanismus bezeichnet, der teilweise die Stirnfläche oder vordere Seite eines Gefäßes 1 öffnet und schließt. Dieser Aufbau stellt sicher, daß selbst wenn das Vakuum in der Kammer 10 in bestimmten Situationen zusammengebrochen ist, der Mechanismus 44 nur geschlossen werden muß, um einen hohen Unterdruck um den Detektor 2 herum aufrechtzuerhalten.

Fig. 5 zeigt den Fall, bei dem ein Wegeventil 45 vor gesehen ist, um den Nichtbrennbereich zugänglich für die Desorption zu halten, wenn in der Vakuumkammer 10 gebrannt wird. Wenn das System installiert wird, wird eine unabhängig von der Abzugseinheit 13 zu der Kam mer 10 vorgesehene Abzugskammer 47 aktiviert, um ei nen Unterdruck von einer Vakuumbox 46 (dem Bereich, der der Desorption unterzogen werden soll) zu ziehen und daher wird das Wegeventil 45 geöffnet, um die gleiche Wirkung wie in dem vorhergehenden Absatz be schrieben wurde.

Wenn die Vakuumkammer der Vorrichtung entsprechend Fig. 4 aufgeheizt wird, wird der Detektor gleichfalls in einer aufgeheizten Atmosphäre gehalten. Der übli cherweise verwendete Detektor ist häufig derart, daß er beim Aufheizen zerstört wird, so daß es wünschens wert ist, daß er entfernt wird, wenn die Vakuumkammer 10 aufgeheizt wird. Die Fig. 5 und 6 zeigen eine derart gewünschte Vorrichtung, bei der eine Vakuumbox einschließlich des Detektors lösbar von der Vakuum kammer 10 angeordnet ist. Die Vorrichtung ist mit einem Wegeventil 45 versehen, das geöffnet wird, um den notwendigen Grad an Vakuum (notwendigen Unter druck) in der Vakuumkammer 10 zurückzuhalten, nachdem die Vakuumbox von der Kammer entfernt wurde. Die Be triebsweise der Vorrichtung wird kurz unter Bezug auf die Fig. 5 und 6 erläutert.

Zuerst wird das Wegeventil 45 geschlossen und die Vakuumbox 46 wird entfernt, während die Vakuumkammer 10 anschließend aufgeheizt wird. Nach dem Ende des Aufheizens wird die Vakuumbox 46 wieder angeordnet und eine Abzugseinheit 47 wird aktiviert, um einen Unterdruck in der Vakuumbox 46 zu erzeugen (wenn das Wegeventil 45 geöffnet wird, während die Vakuumbox 46 zur Luftatmosphäre offen ist, könnte die Abgaseinheit 13 brechen oder der Grad des Unterdrucks sich ver schlechtern, wodurch Schwierigkeiten für die Herstel lung der Proben entstehen). Nachdem ein adäquater Unterdruck in der Vakuumbox 46 hergestellt wurde, wird das Wegeventil 45 geöffnet, wodurch das System der Vorrichtung nach Fig. 4 angeglichen wird und das Ergebnis ist das gleiche, das mit dieser Vorrichtung erzielt wird.

Das gleiche Ergebnis kann auch erzielt werden, indem der Schild 41 und das Wegeventil 45 zwischen dem Ge fäß 1 und dem Schlitz 43 am Ausgang des Spiegels 42 vorgesehen wird.

Die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen den Fall der Abkürzung der Zeit zum Messen der Zusam mensetzung einer Probe in einer Vorrichtung zur Dünn schichtbildung. Es sei allerdings darauf hingewiesen, daß das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung auch für den Zweck der Verkürzung der Zeit der Zusammen setzungsmessungen mit einem Zusammensetzungsanalysie rer nach dem Stand der Technik anwendbar ist.

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht eines Elementen analysierers, der derart realisiert ist, daß das Ver fahren der Elementenanalyse nach der vorliegenden Erfindung bei der Partikel induzierten Röntgenstrah len-Emissionsspektroskopie (PIXE) angewandt wird. Mit dem Bezugszeichen 33 ist dabei ein Ionenstrahlbe schleuniger bezeichnet, 81 ist ein Schlitz zur Erfas sung von Röntgenstrahlen und 91 bezeichnet einen Spiegel für die Reflexion von Röntgenstrahlen. Die anderen Bauelemente des Systems nach Fig. 7 sind die gleichen wie diejenigen nach Fig. 19 und sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Betriebsweise des Systems nach Fig. 7 wird im folgenden beschrieben. Der Ionenstrahlbeschleuniger 33 bringt einen beschleunigten Ionenstrahl auf die Probe 21, worauf das durch den Ionenstrahl erregte Element seinen eigenen charakteristischen Röntgen strahl emittiert. Die Öffnung des Schlitzes 81 ist in der Weise festgelegt, daß die emittierte charakteri stische Röntgenstrahlung bei Winkeln erfaßt wird, die den Winkel der Totalreflexion einschließen. Somit fallen alle bei dem Totalreflexionswinkel erfaßten charakteristischen Röntgenstrahlen auf den Spiegel 91, der diese Röntgenstrahlen reflektiert. Die re flektierten Röntgenstrahlen werden von dem Detektor 2 erfaßt und durch den Spektralanalysierer 71 ge schickt, wobei das resultierende Röntgenstrahlenspek trum in der Speichereinheit 72 gespeichert wird. Wie im Falle des Standes der Technik kann die Speicher einheit 72 durch eine Anzeigeeinheit ersetzt werden.

Es sei der Fall beschrieben, bei dem Ca, Fe und Cu als Spurenverunreinigungen auf der Oberfläche der Siliziumprobe 21 abgeschieden werden. Die Intensität der charakteristischen Röntgenstrahlung über den Win kel, bei dem sie von dem zugehörigen Element erfaßt wurde, ist in Fig. 23 dargestellt. Hinsichtlich der Fig. 23 (oder der Gleichung 1) sind die Totalrefle xionswinkel der charakteristischen Röntgenstrahlungen von Ca, Fe und Cu in bezug auf Silizium 0,48°, 0,27° und 0,21°. Somit wird die Öffnung des Schlitzes 81 in der Weise festgelegt, daß er den Durchgang der Rönt genstrahlen erlaubt, die von der Oberfläche der Probe 21 bei Winkeln einschließlich 0,48° bis 0,21° austre ten.

Die durch den Schlitz 81 hindurchgehenden Röntgen strahlen werden von dem Spiegel 91 bei bestimmten Winkeln reflektiert. In diesem Fall werden die cha rakteristischen Röntgenstrahlen mit niedriger Energie bei größeren Winkeln totalreflektiert und diejenigen charakteristischen Röntgenstrahlen, die bei den To talreflexionswinkeln für die niedrige Energie erfaßt werden, enthalten ebenfalls charakteristische Rönt genstrahlen der höheren Energie. Da der Totalrefle xionswinkel der charakteristischen Röntgenstrahlen mit höherer Energie kleiner als derjenige für niedri ge Energie ist, ist eine Information von den tiefen Bereichen ebenfalls in den bei diesem Totalreflexionswinkel für die niedrige Energie erfaß ten Röntgenstrahlen enthalten. Wenn sichergestellt ist, daß die bei diesem Winkel der Totalreflexion erfaßten charakteristischen Röntgenstrahlen von dem Spiegel 91 bei einem bestimmten Winkel reflektiert werden, können die charakteristischen Röntgenstrahlen der höheren Energie wegen der Beziehung nach Fig. 8 gedämpft werden. Durch Wiederholen dieses Vorganges bei den Totalreflexionswinkeln für die jeweiligen interessierenden Elemente können Informationen über mehr als ein Element in der Umgebung der Oberfläche der Probe selektiv für die Elementenanalyse erhalten werden.

Es wird beispielsweise der Fall betrachtet, bei dem der Spiegel aus Gold (Au) besteht. Der Reflexionsgrad der charakteristischen Röntgenstrahlung für jedes Element über den Reflexionswinkel ist in Fig. 8 dar gestellt. Wenn somit das System in der Weise festge legt wird, daß die bei einem Winkel von 0,48° erfaßte Röntgenstrahlung (das ist der Totalreflexionswinkel der Ca charakteristischen Röntgenstrahlung in bezug auf Si und er ist größer als die Totalreflexionswin kel für Fe und Cu) auf die Oberfläche des Spiegels 91 bei 1,39° einfällt, werden diejenigen Röntgenstrah len, die bei diesem Reflexionswinkel reflektiert wür den und die charakteristisch für Fe und Cu sind, ge dämpft. Mit anderen Worten, werden die Fe und Cu cha rakteristischen Röntgenstrahlen gedämpft, die Infor mationen von den tieferen Bereichen der Probe 21 ent halten.

Wenn das System in der Weise festgelegt wird, daß die bei dem Winkel von 0,27°, (der der Totalreflexions winkel der Fe charakteristischen Röntgenstrahlung in bezug auf Si ist und der größer als der Totalrefle xionswinkel für Cu ist) erfaßte Röntgenstrahlung auf die Oberfläche des Spiegels 91 bei 0,77° fällt, wer den diese Röntgenstrahlen gedämpft, die bei diesem Reflexionswinkel reflektiert werden und die charak teristisch für Cu sind. Mit anderen Worten, wird die Cu charakteristische Röntgenstrahlung, die Informa tionen von dem tieferen Bereich der Probe 21 enthält, gedämpft. Weiterhin wird das System in der Weise festgelegt, daß die bei dem Winkel von 0,21° (der der Totalreflexionswinkel der charakteristischen Röntgen strahlung für Cu ist) erfaßte Röntgenstrahlung auf die Oberfläche bei einem Winkel kleiner als 0,61° fällt, wobei sichergestellt wird, daß diese einfal lende Röntgenstrahlung nicht gedämpft wird. Auf diese Weise kann die charakteristische Röntgenstrahlung für die jeweiligen interessierenden Elemente erfaßt wer den mit der Wirkung, daß die Röntgenstrahlungen für die anderen Elemente entsprechend reduziert werden. Zusätzlich wird als Erregungsquelle ein Ionenstrahl verwendet, so daß die Dosis der Röntgenstrahlungen auf grund der Bremsstrahlung verringert werden kann, wo durch der Hintergrund der erfaßten Röntgenstrahlungen verringert werden kann.

Da die Energiepegel der charakteristischen Röntgen strahlungen für die jeweiligen Elemente diskrete Wer te annehmen, können verschiedene ebene Spiegel zusam men kombiniert werden (im Fall nach Fig. 9 werden vier ebene Spiegel 91a bis 91d kombiniert), um eine Spiegelanordnung 91A herzustellen, die in der Lage ist, das oben schon beschriebene Ergebnis zu erzie len. Ein durch den Schlitz 81 bei einem der bezeich neten Winkeln (0,48°, 0,27° und 0,21° in den oben diskutierten Fällen) erfaßte Röntgenstrahlung kann auf einen bestimmten von den zugeordneten ebenen Spiegeln 91a bis 91d fallen, während zur gleichen Zeit diese ebenen Spiegel 91a bis 91d in der Weise festgelegt sind, daß sie die einfallenden Röntgen strahlen bei geeigneten Winkeln reflektieren werden (bei 1,39°, 0,77° und weniger als 0,61° in den oben diskutierten Fällen). Wenn es wünschenswert ist, kann die Basis der Spiegelanordnung 91A (die mit I in Fig. 9 bezeichnet ist) aus Quarz (SiO₂), Siliziumkarbid (SiC) oder aus einem anderen Material bestehen, wäh rend eine Goldschicht von ungefährt 1000 Å auf die Oberfläche der Anordnung aufgedampft ist (wie durch II bezeichnet) und diese Art von Spiegelanordnung wird in der gleichen Weise arbeiten, als ob sie voll ständig aus Gold besteht.

In dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Energiepegel, der durch den Spiegel 91 selektierten charakteristischen Röntgenstrahlen und somit der aus gewählten charakteristischen Röntgenstrahlen vari iert, indem der Einfallswinkel auf die Fläche des Spiegels 91 geändert wird. Allerdings variiert ent sprechend Gleichung 1 der Totalreflexionswinkel mit der Dichte des Spiegels 91, so daß der ausgewählte Energiepegel durch Ändern des Materials, aus dem der Spiegel hergestellt wird, variiert werden kann. Somit kann der zu filternde Energiepegel variiert werden. Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer Spiegelanordnung, die auf der Grundlage dieses Prinzips konstruiert ist. Die Spiegelanordnung, die im allgemeinen mit 91B bezeichnet wird, ist aus verschiedenen Spiegelmate rialien IIa bis IId zusammengesetzt, die in der Weise ausgewählt sind, daß Materialien mit der niedrigen Dichte in Zuordnung mit Röntgenstrahlen, die bei grö ßeren Totalreflexionswinkeln erfaßt werden, verwendet werden, während diejenigen der höheren Dichte in Zu sammenhang mit Röntgenstrahlen, die bei kleineren Totalreflexionswinkeln erfaßt werden, verwendet wer den. Eine derart aufgebaut Spiegelanordnung 91B er zielt die gleichen Ergebnisse wie in der vorbeschrie benen Ausführungsbeispielen.

Ein anderes Beispiel des Spiegels 91 ist ein gekrümm ter Spiegel, wie in Fig. 11 mit 91C bezeichnet wird. Dieser gekrümmte Spiegel 91C hat den Vorteil, daß er für eine größere Vielfalt von Elementen anwendbar ist. Zu diesem Zweck wird die Krümmung des Spiegels 91C in der Weise festgelegt, daß, wenn Röntgenstrah len bei Winkeln, bei denen sie durch den Schlitz 81 erfaßt wurden, auffallen, sie von dem Spiegel 91C bei den jeweiligen geeigneten Winkeln reflektiert werden. Wenn gewünscht, kann die Oberfläche des gekrümmten Spiegels 91C aus verschiedenen Materialien abhängig von der Stellung gebildet werden.

Wenn der Einfallswinkel auf den Spiegel 91 und das Material der Spiegeloberfläche gut ausgewählt sind, ist es möglich, daß der Spiegel 91 als optisches Fil ter arbeitet, wobei die reflektierten Röntgenstrahlen an einem Punkt fokussiert werden. Zu diesem Zweck werden zwei zylindrische Spiegel 92a und 92b mit ei nem elliptischen Querschnitt vorgesehen, wie in Fig. 12 gezeigt wird. Mit dieser Anordnung wird der Punkt, bei dem die Elementarerregung auftritt, um charakte ristische Röntgenstrahlen zu emittieren, in Überein stimmung mit einem der zwei Brennpunkte der Ellipse gebracht und die Oberfläche eines Spiegels 92a be steht aus einem geeignet ausgewählte Material, um eine Filterung vorzusehen, während der andere Spiegel 92b, der senkrecht zu dem Spiegel 92a angeordnet wird, die einfallenden Röntgenstrahlen fokussiert und an einem Punkt sammelt. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß der für die Erfassung notwendige Bereich des Detektors 2 ausreichend reduziert ist, um die Auflösung und somit die Genauigkeit der Analyse zu verbessern. Röntgenstrahlen können auch mittels eines einzigen Spiegels an einem Punkt fokussiert werden, der eine Krümmung in Richtung der z-Achse aufweist.

Mit der oben beschriebenen Anordnung, bei der der Elementaranalysierer einen gekrümmten Spiegel auf weist, kann eine Vielzahl von Spurmetallelementen in einer Bioprobe mit hoher Empfindlichkeit analysiert werden. Zu diesem Zwecke wird eine Bioprobe auf der Oberfläche eines C Substrats angeordnet und die Öff nung des Schlitzes 81 wird in einer Weise festgelegt, daß Röntgenstrahlen bei Winkeln kleiner als dem To talreflexionswinkel für C erfaßt werden können, wobei die bei den Totalreflexionswinkeln für die jeweiligen zu analysierenden Elemente erfaßten Röntgenstrahlen durch den geeigneten Spiegel, wie oben beschrieben reflektiert werden, um die Messung der verschiedenen Elemente mit hoher Empfindlichkeit zu ermöglichen. In diesem Fall kann durch Erfassen der Röntgenstrahlun gen bei Winkeln kleiner als der Totalreflexionswinkel für C die Intensität der Röntgenstrahlen, die charak teristisch für C sind und die den Detektor 2 treffen, ausreichend verringert werden, um die Empfindlichkeit für die Probe auf der Oberfläche des C Substrats zu verbessern.

Fig. 13 ist eine schematische Ansicht eines Elemen tenanalysierers, der durch Anwenden des Verfahrens der Elementenanalyse der vorliegenden Erfindung auf die Elektronenuntersuchung-Mikroanalyse (EPMA) reali siert wird. Mit dem Bezugszeichen 34 in Fig. 13 wird ein Elektronenstrahlbeschleuniger bezeichnet, 53 ist eine X-Y Basis, 73 ist ein Sekundärelektronendetektor und 74 ist eine Elektronenstrahlsteuerung zum Abta sten der Elektronenstrahlen. Die anderen Elemente des Systems sind die gleichen wie die in Fig. 7 und sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Bei dem Elementenanalysierer des oben erwähnten Auf baus wird ein Elektronenstrahl durch den Beschleuni ger 34 abhängig von dem Abtasten mit der Steuerein heit 74 beschleunigt und der Probe 21 zugeführt, wo rauf die von dem einfallenden Elektronenstrahl erreg ten Elemente ihre eigenen charakteristischen Röntgen strahlen emittieren. Wie im Falle der vorhergehenden Ausführungsbeispiele werden die emittierten charak teristischen Röntgenstrahlen durch den Durchgang durch den Schlitz 81 und die Reflexion durch den Spiegel 91 gefiltert, bevor sie in den Detektor 2 fallen. Die Ausgangssignale des Detektors 2 werden dem Spektralanalysierer 71 zugeführt und die resul tierenden Röntgenstrahlenspektren werden in der Spei chereinheit 72 gespeichert. Die Röntgenstrahlenspek tren können auch auf dem Bildschirm einer Anzeigeein heit dargestellt werden.

Wie im Falle der vorhergehenden Ausführungsbeispiele können die in der Nähe der Fläche der Probe 21 vor handenen Elemente mit hoher Empfindlichkeit gemessen werden. Einzigartig bei diesem Ausführungsbeispiel ist, daß die Steuereinheit 74 dazu geeignet ist, den erregenden Elektronenstrahl abzutasten, während der Sekundärelektronendetektor 73 die von der Probe 21 emittierten Sekundärelektronen erfaßt, wodurch es möglich ist, ein Sekundärelektronenbild jedes Elemen tes zusammen mit seiner Analyse zu erhalten. Als Er gebnis kann eine Bilddarstellung der Oberfläche der Probe 21 und eine Elementenanalyse der Nähe oder der Umgebung dieser Oberfläche simultan in der Speicher einheit 72 oder der Anzeigeeinheit durchgeführt wer den.

Fig. 14 ist eine schematische Ansicht eines Elemen tenanalysierers, der durch Anwenden des Verfahrens der elementaren Analyse der vorliegenden Erfindung auf die Totalreflexion-Röntgenstrahlfluoreszenz-Spek troskopie (TRXRF) realisiert wird. Mit 35 ist eine Röntgenstrahlquelle bezeichnet, 53 ist eine X-Y Basis (X-Y Stufe), 82 ist ein Schlitz, durch den die Rönt genstrahlen von der Quelle der Probe 21 bei dem To talreflexionswinkel oder einem in der Nähe liegenden Winkel zugeführt wird. Die anderen Bauteile des Sy stems in Fig. 14 sind die gleichen wie in Fig. 7 und mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Bei dem System nach Fig. 14 werden die von der Rönt genstrahlquelle 35 erzeugten Röntgenstrahlen durch den Schlitz 82 in der Weise eingestellt, daß sie der Probe 21 bei dem Totalreflexionswinkel oder einem in der Nähe liegenden Winkel zugeführt wird. Die Elemen te in der Oberfläche der Probe 21 werden durch die einfallenden Röntgenstrahlen erregt und emittieren ihre eigenen charakteristischen Fluoreszenz-Röntgen strahlen, die dann von dem Schlitz 81 bei Winkeln, die den Totalreflexionswinkel einschließen, erfaßt werden. Wie im Falle der vorhergehenden Ausführungs beispiele werden die so erfaßten Röntgenstrahlen durch den Spiegel 91 reflektiert, dann von dem Detek tor 2 detektiert und dem Spektralanalysierer 71 zu geführt, wobei die resultierenden Röntgenstrahlen spektren in der Speichereinheit 72 gespeichert wer den. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die Röntgenstrahlenspektren auf dem Bildschirm einer An zeigeeinheit dargestellt werden.

Wie in dem Falle der vorhergehenden Ausführungsbei spiele können somit die in der Nähe der Oberfläche der Probe liegenden Elemente mit hoher Empfindlich keit gemessen werden. Einzigartig bei diesem Ausfüh rungsbeispiel ist, daß, da die Röntgenstrahlen von der Röntgenquelle 35 durch den Schlitz 82 so einge stellt werden, daß sie bei dem Totalreflexionswinkel oder bei einem in der Nähe liegenden Winkel auf die Probe 21 fallen, nur Elemente in der Oberfläche der Probe 21 durch die aufgebrachten Röntgenstrahlen er regt werden und keine Fluoreszenz-Röntgenstrahlen von den tieferen Bereichen der Probe emittiert werden. Dies trägt zu einer weiteren Verbesserung in der Emp findlichkeit der Oberflächenmessung bei. Wenn ge wünscht ist, können die Röntgenstrahlen von der Rönt genquelle 35, die von der Probe 21 reflektiert wur den, durch den Schlitz 81 abgeblockt werden oder die Richtung ihrer Erfassung kann zu der Richtung der Röntgenstrahlung versetzt werden, so daß sie nicht die beabsichtigte Messung stören können. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Synchroton strahlung als Röntgenstrahlquelle 35 verwendet wer den.

Es ist gleichfalls möglich, den Elementenanalysierer als Vorrichtung zum Überwachen der Oberfläche von Si Wafer zu verwenden, um das Vorhandensein von Fremd elementen oder Verunreinigungen festzustellen. In diesem Fall können mehrere Einheiten des Schlitzes 81, des Röntgenstrahlen reflektierenden Spiegels 91 und des Detektors 2 vorgesehen werden, um die Empfindlichkeit der Erfassung zu verbessern.

Die Beschreibung der vorhergehenden Ausführungsbei spiele zentriert sich auf den Fall der Verwendung eines Elektronenstrahls oder eines Ionenstrahls. Es sei allerdings darauf hingewiesen, daß gleichfalls ein neutral er Korpuskelstrahl als Erregerstrahl ver wendet werden kann und dies hat den Vorteil der Ver meidung des Problems der Aufladung, das sonst durch geladene Korpuskelstrahlen auftreten würde, wenn die Probe 21 Isolator ist.

Fig. 15 zeigt eine schematische Ansicht einer Vor richtung zur Dünnschichtbildung, die das Verfahren der Elementenanalyse nach der vorliegenden Erfindung einschließt. Dabei ist mit 32 eine Elektronenkanone, mit 81 ein Schlitz zum Erfassen der Röntgenstrahlen, mit 93 eine Spiegelanordnung und mit 75 eine Steuer einrichtung bezeichnet, die eine Speichereinheit oder eine Anzeigeeinheit umfaßt und die die Vorrichtung zur Herstellung der Probe steuert. Die anderen Bau elemente des Systems nach Fig. 15 sind die gleichen wie diejenigen nach Fig. 1 und sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Betriebsweise des Systems nach Fig. 15 wird im folgenden beschrieben. Der Elektronenstrahl aus der Elektronenkanone 2 wird auf die Oberfläche der Probe 21 aufgebracht, worauf die in der Oberfläche der Pro be 21 oder in ihrer Nähe vorhandenen Elemente durch den einfallenden Elektronenstrahl erregt werden und ihre eigenen charakteristischen Röntgenstrahlen emit tieren. Die emittierten charakteristischen Röntgen strahlen werden von dem Schlitz 81 bei Winkeln, die den Totalreflexionswinkel einschließen, erfaßt. Die durch den Schlitz 81 hindurchgehenden Röntgenstrahlen werden durch die Spiegelanordnung 93 reflektiert und darauffolgend durch den Detektor 2 erfaßt. Die Aus gangssignale des Detektors werden von dem Spektral analysierer 71 spektral getrennt und die resultieren den Röntgenstrahlspektren werden in der Steuerein richtung 75 gespeichert oder angezeigt. Die Spiegel anordnung 93 besteht aus einer Vielzahl von ebenen Spiegeln (drei Spiegel, wie in Fig. 15 gezeigt wird), die unabhängig voneinander geneigt werden können, um die gleiche Wirkung wie der Spiegel 91 in Fig. 7 zu erzielen.

Wie oben beschrieben, wird das Verfahren der elemen taren Analyse (Elementenanalyse) entsprechend der vorliegenden Erfindung auf eine Vorrichtung zur Dünn schichtbildung angewendet und dies ermöglicht die Information über die Zusammensetzung der Probe in der Nähe der Oberfläche, die mit hoher Empfindlichkeit erhalten werden. Eine homogene Dünnschicht, die die gleiche Zusammensetzung unabhängig von der Tiefe auf weist, kann durch Steuern der Vorrichtung zur Her stellung der Probe 21 auf der Basis der so erhaltenen Informationen gebildet werden.

Die Anwendbarkeit dieser Technik zur Elementenanalyse ist nicht auf die Vorrichtung zur Dünnschichtbildung begrenzt und sie kann bei einer Ätzvorrichtung oder anderen Vorrichtungen angewandt werden, um den Grad der Verunreinigung der Oberfläche der Probe mit Fremdelementen zu prüfen, die in dem Inneren dieser Vorrichtungen auftreten kann.

Fig. 16 zeigt eine schematische Ansicht einer anderen Vorrichtung zur Dünnschichtbildung, die das Verfahren der Elementenanalyse der vorliegenden Erfindung ein schließt. Dabei sind mit 41 ein Schild, der den De tektor 2 von Hitze und Licht isoliert und der Rönt genstrahlen einschließlich weicher Röntgenstrahlen von 1 keV und weniger durchläßt, 44 ein Offen-/Schließ mechanismus, der an der Stirnfläche des den Detektor 2 aufnehmenden Gefäßes 1 angeordnet ist und mit 45 ein Durchlaßventil bezeichnet. Die anderen Bauelemente des Systems nach Fig. 16 sind die glei chen wie diejenigen nach Fig. 15 und werden somit durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Betriebsweise des Systems nach Fig. 16 wird im folgenden beschrieben. Der von der Elektronenkanone 32 gelieferte Elektronenstrahl wird auf die Oberflä che der Probe 21 aufgebracht. Die in der Oberfläche der Probe 21 und ihrer Nähe vorhandenen Elemente wer den durch den einfallenden Elektronenstrahl erregt und emittieren ihre eigenen charakteristischen Rönt genstrahlen, die durch den Schlitz 81 bei den Total reflexionswinkel einschließenden Winkeln erfaßt wer den. Die durch den Schlitz 81 hindurchgehenden Rönt genstrahlen werden von dem Spiegel 91 reflektiert und dann von dem Detektor 2 erfaßt. Die Ausgangssignale des Detektors 2 werden von dem Spektralanalysierer 71 spektral getrennt und die resultierenden Röntgen strahlspektren werden entweder in der Steuereinrich tung 75 gespeichert oder angezeigt. Im Falle des Bil dens einer Dünnschicht aus zwei Verbindungen ermög licht der Schlitz 81 eine Erfassen der charakteristi schen Röntgenstrahlen von den zwei interessierenden Elementen bei Winkeln nahe den zugeordneten Totalre flexionswinkeln. Da die bei dem größeren Totalrefle xionswinkel erfaßten Röntgenstrahlen die charakteri stischen Röntgenstrahlen höherer Energie enthalten, die die Informationen von dem tieferen Bereich umfas sen, werden diese charakteristischen Röntgenstrahlen hoher Energie mittels des Spiegels gedämpft. Die von dem Spiegel 91 reflektierten Röntgenstrahlen, die bei dem kleineren Totalreflexionswinkel erfaßt werden, werden von dem Detektor 2 detektiert.

Somit kann eine Information über die Zusammensetzung der Probe 21 in der Nähe seiner Oberfläche mit hoher Empfindlichkeit erhalten werden. Einzigartig bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 16 ist, daß das Gefäß 1 des Detektors 2 mit dem Öffnungs-/Schließmechanismus 44 versehen ist und daß, nachdem der Unterdruck durch Entgasen mittels der Abzugseinheit 47 hergestellt worden ist, der Mechanismus zum Beginn der Messung geöffnet wird. Ein weiterer Vorteil ist der Schild 41, der den Detektor 2 vom ankommenden Licht und Wär me isoliert und der die Röntgenstrahlung einschließ lich der weichen Röntgenstrahlen von 1 keV und weni ger durchläßt und dadurch sicherstellt, daß selbst charakteristische Röntgenstrahlen von Lichtelementen ohne schädliche Wirkungen des Lichts oder der Wärme, die durch die Vorrichtung 12 zur Erzeugung der Probe oder durch das Aufheizen der Probe 21 selbst erzeugt werden, gemessen werden können.

Wie in den vorhergehenden Seiten beschrieben wurde, ist die Vorrichtung zur Dünnschichtbildung nach An spruch 1 derart ausgebildet, daß das Licht und die von der Vorrichtung zur Herstellung der Probe erzeug te Wärme von dem Detektor mittels des Schildes fern gehalten wird, der nicht nur wärmewiderstandsfähig ist sondern auch für Fluoreszenz-Röntgenstrahlen ein schließlich weicher Röntgenstrahlen von 1 keV und weniger durchlässig ist. Darüber hinaus ist ein Spie gel zur Totalreflexion der Röntgenstrahlen, der mit Schlitzen ausgerüstet ist, die eine Einstellung der Einfalls- und Ausfallswinkel der mittels der Erre gungsquelle erregten Fluoreszenz-Röntgenstrahlen von der Probe ermöglichen, ebenso wie die Bereiche dieser Winkel, entweder am Eingang oder Ausgang des Schildes oder bei beiden vorgesehen. Wenn somit die Anzahl der gepulsten Photonen in den Fluoreszenz-Röntgenstrah len, die in den Detektor eintreten, gezählt werden, ist die Zählrate der Impulsmessung überhaupt nicht durch die höhere der beiden Ausbeuten der einfallen den Fluoreszenz-Röntgenstrahlen begrenzt und die Zu sammensetzungsmessung der Probe kann in Übereinstim mung mit der Geschwindigkeit der Dünnschichtbildung durchgeführt werden, selbst wenn die zu bildende Dünnschicht Lichtelemente enthält. Darüber hinaus ist sichergestellt, daß das Licht und die in dem Vorgang der Dünnschichtbildung erzeugte Hitze keine schädli chen Wirkungen auf den Detektor haben, wodurch die Zusammensetzung der Probe aufeinanderfolgend durch den Vorgang der Dünnschichtbildung hindurch gemessen werden kann.

Die Vorrichtung zur Dünnschichtbildung nach Anspruch 2 ist derart, daß die Intensitätspegel der charakte ristischen Röntgenstrahlen für unterschiedliche Ele mente mittels des totalreflektierenden Spiegels und der Schlitze eingestellt werden können, während zur gleichen Zeit ein Schild vorgesehen wird, der nicht nur wärmewiderstandsfähig ist sondern auch in der Lage ist, den Röntgenstrahlendetektor von Hitze und Licht zu isolieren. Wenn somit die Anzahl der gepuls ten Photonen in den auf den Detektor fallenden Fluo reszenz-Röntgenstrahlen gezählt wird, ist die Zählra te der Impulsmessung in keiner Weise auf die höhere der beiden Ausbeuten der einfallenden Fluoreszenz- Röntgenstrahlen begrenzt und die Zusammensetzungsmes sung der Probe kann übereinstimmend mit der Geschwin digkeit der Dünnschichtbildung durchgeführt werden, selbst wenn die zu bildende Dünnschicht Lichtelemente enthält. Darüber hinaus kann die Zusammensetzung der Probe aufeinanderfolgend durch den Prozeß der Dünn schichtbildung gemessen werden.

Bei dem Verfahren der Elementenanalyse nach Anspruch 3 werden die elektromagnetischen Wellen von der Ober fläche der Probe bei Winkeln einschließlich des To talreflexionswinkels dieser Wellen erfaßt, so daß die erfaßten elektromagnetischen Wellen der Totalrefle xion unterworfen werden. Somit können Informationen über verschiedene interessierende Elemente mit hoher Empfindlichkeit erhalten werden, die in der Fläche der Probe und in ihrer Nähe vorhanden sind.

Bei dem Verfahren der Elementenanalyse nach Anspruch 4 kann eine erregende elektromagnetische Welle auf die Oberfläche der Probe bei Winkeln eines Bereiches, der den Totalreflexionswinkel von der Oberfläche der Probe einschließt, fallen. Somit werden nur die Ele mente, die in der Oberfläche der Probe und in ihrer Nähe vorhanden sind, erregt, und keine charakteristi schen Röntgenstrahlen werden von den tieferen Berei chen der Probe emittiert, wodurch die Empfindlichkeit der Oberflächenmessung in der Elementenanalyse wei terhin verbessert werden kann.

Die Elementenanalyse nach Anspruch 5 ist derart, daß die charakteristischen Röntgenstrahlen für die jewei ligen interessierenden Elemente bei Winkeln eines Bereiches erfaßt werden, der den Totalreflexionswin kel von der Probenoberfläche einschließt, wobei die erfaßten Röntgenstrahlen bei Winkeln reflektiert wer den, die den jeweiligen Elementen zugeordnet sind. Wegen dieses Merkmals können Informationen über die jeweiligen Elemente erhalten werden, ohne die Empfindlichkeit der Oberflächenmessung zu verschlech tern.

Der Elementenanalysierer nach Anspruch 6 ist derart ausgebildet, daß die charakteristischen Röntgenstrahlen für die jeweiligen interessierenden Elemente bei Winkeln des Bereichs erfaßt werden, der den Totalreflexionswinkel von der Oberfläche der Probe einschließt, und daß die erfaßten Röntgenstrahlen von einem Spiegel reflektiert werden, der aus verschiedenen Materialien abhängig von dem Bereich, in dem die Röntgenstrahlen auftreffen, hergestellt ist. Wegen dieses Merkmals können die charakteristischen Röntgenstrahlen für die gewünschten Elemente reflektiert werden, während die Röntgenstrahlen mit höheren Energiepegeln gedämpft werden können, wodurch die Informationen über die interessierenden Elemente, die in der Oberfläche der Probe und in ihrer Nähe vorhanden sind, selektiv erhalten werden können.

Der Elementenanalysierer nach Anspruch 7 ist derart ausgebildet, daß die charakteristischen Röntgenstrahlen für die jeweiligen interessierenden Elemente bei Winkeln eines Bereiches erfaßt werden, der den Totalreflexionswinkel von der Probenoberfläche einschließt, und daß die erfaßten Röntgenstrahlen bei Winkeln reflektiert werden, die den jeweiligen Elementen zugeordnet sind mit dem zusätzlichen Ergebnis, daß die reflektierten Röntgenstrahlen an einem einzelnen Punkt fokussiert werden. Wegen dieses Merkmals kann der Erfassungsbereich des Röntgenstrahlendetektors ausreichend reduziert werden, um sicherzustellen, daß die Auflösung des Röntgenstrahldetektors und somit die Genauigkeit der Analyse verbessert wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Dünnschichtbildung, bei der die Elemente einer durch ein Dünnschichtbildungsver fahren in einer Unterdruckkammer herzustellenden Probe durch eine Erregerquelle erregt werden und zugeordnete Fluoreszenz-Röntgenstrahlen emittie ren, die von einem Detektor erfaßt werden, um sicherzustellen, daß die Zusammensetzung der Probe im Dünnschichtbildungsverfahren fortlau fend gemessen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Detektor durch einen Schild von Licht und Wärme, die in einer Vorrichtung zur Herstel lung der Probe erzeugt werden, ferngehalten wird, wobei der Schild nicht nur wärmewider standsfähig ist, sondern auch für Fluoreszenz- Röntgenstrahlen einschließlich weicher Röntgen strahlen von 1 keV und weniger durchlässig ist, und
daß ein Spiegel für eine Totalreflexion der Fluoreszenz-Röntgenstrahlen entweder am Eingang oder Ausgang des Schildes oder bei beiden vor gesehen ist, wobei der Spiegel mit Schlitzen versehen ist, die eine Einstellung der Einfalls- und Ausfallswinkel der Fluoreszenz-Röntgenstrah len sowie der Bereiche dieser Winkel ermöglichen.

2. Vorrichtung zur Dünnschichtbildung mit einer in einer Unterdruckkammer vorgesehenen Vorrichtung zur Herstellung einer Probe nach dem Dünn schichtbildungsverfahren und einem Elementenana lysierer zum Messen der Zusammensetzung der Pro be während ihrer Herstellung, dadurch gekennzeichnet, daß der Elementenanalysierer eine Erregerquelle, die die Elemente in der Probe zum Emittieren ihrer eigenen charakteristischen Röntgenstrahlen anregt, einen Totalreflexionsspiegel, der die charakteristischen Röntgenstrahlen reflektiert, einen Röntgenstrahlen-Detektor, der die charak teristischen Röntgenstrahlen erfaßt, wie sie vom Totalreflexionsspiegel reflektiert werden, Schlitze, die den Bereich der Einfallswinkel der charakteristischen Röntgenstrahlen, die auf den Totalreflexionsspiegel fallen, sowie den Bereich der Ausfallswinkel dieser charakteristischen Röntgenstrahlen bestimmen, die von dem Totalre flexionsspiegel reflektiert wurden und den De tektor erreichen, und einen Schild aufweist, der den Röntgenstrahlen-Detektor von Licht und Wärme fernhält und der nicht nur wärmewiderstandsfähig ist, sondern auch für Fluoreszenz-Röntgenstrah len einschließlich weicher Röntgenstrahlen von 1 keV und weniger durchlässig ist.

3. Verfahren zum Analysieren von mehr als einem Element, das in der Nähe der Oberfläche einer Probe vorhanden ist, gekennzeichnet durch
einen Bestrahlungsschritt, bei dem Energieparti kel oder elektromagnetische Wellen der Oberflä che der Probe zugeführt werden,
einen Erfassungsschritt, bei dem eine zweite elektromagnetische Welle, die jeweils von den in der Nähe der Oberfläche vorhandenen Elementen emittiert wird als Ergebnis der Erregung in dem Bestrahlungsschritt, bei Winkeln eines Bereichs aufgefangen wird, der den Totalreflexionswinkel der zweiten elektromagnetischen Welle von der Oberfläche einschließt,
einen Reflexionsschritt, bei dem alle so erfaß ten zweiten elektromagnetischen Wellen der To talreflexion unterworfen werden, und
einen Detektionsschritt, bei dem die totalre flektierten zweiten elektromagnetischen Wellen zur Erfassung einer Spektroskopie unterworfen werden.

4. Verfahren zum Analysieren von mehr als einem Element, das in der Nähe der Oberfläche einer Probe vorhanden ist, gekennzeichnet durch
einen Bestrahlungsschritt, bei dem eine elektro magnetische Welle auf die Oberfläche der Probe bei Winkeln eines Bereiches, der den Totalrefle xionswinkel der elektromagnetischen Welle von der Oberfläche der Probe einschließt,
einen Erfassungsschritt, bei dem eine zweite elektromagnetische Welle, die jeweils von den in der Nähe der Oberfläche vorhandenen Elementen emittiert wird als Ergebnis der Erregung in dem Bestrahlungsschritt, bei Winkeln eines Bereichs aufgefangen wird, der den Totalreflexionswinkel der zweiten elektromagnetischen Welle von der Oberfläche einschließt,
einen Reflexionsschritt, bei dem alle so erfaß ten zweiten elektromagnetischen Wellen der To talreflexion unterworfen werden, und
einen Detektionsschritt, bei dem die totalre flektierten zweiten elektromagnetischen Wellen zur Erfassung einer Spektroskopie unterworfen werden.

5. Elementenanalysierer mit einer Erregerquelle, die mehr als ein in der Nähe der Oberfläche ei ner Probe vorhandenes Element zum Emittieren der charakteristischen Röntgenstrahlung dieses Ele mentes erregt, einem Schlitz zum Auffangen der emittierten charakteristischen Röntgenstrahlung bei Winkeln eines Bereichs, der den Totalrefle xionswinkel der charakteristischen Röntgenstrah lung von der Oberfläche der Probe einschließt, einem gekrümmten Spiegel oder einer Spiegelan ordnung, die aus einer Kombination von zwei oder mehr ebenen Spiegeln besteht, wobei der Spiegel oder die Spiegelanordnung sicherstellen, daß die charakteristischen Röntgenstrahlen, die durch den Schlitz hindurchgegangen sind, bei Winkeln entsprechend den einzelnen Elementen totalre flektiert werden, und mit einem Röntgenstrahlen- Detektor, der die von dem Spiegel oder der Spie gelanordnung reflektierten charakteristischen Röntgenstrahlen erfaßt.

6. Elementenanalysierer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche des gekrümmten Spiegels oder der Spiegelanord nung aus unterschiedlichen Materialien in unter schiedlichen Bereichen zusammengesetzt ist.

7. Elementenanalysierer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel eine Krümmung in zwei axialen Richtungen aufweist, wobei die durch den Schlitz hindurchgehenden charakteri stischen Röntgenstrahlen totalreflektiert und anschließend fokussiert werden.