DE8708876U1 - Device for non-destructive measurement of metal traces - Google Patents
Device for non-destructive measurement of metal tracesInfo
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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Description
Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien
Messung von" Metallspuren in der Oberfläche Von Materialproben, bei der die Oberfläche mittels Röntgenstrahlung streik
fend beaufschlagt4 mit einem über der Materialprobe bef§=
stigten ersten Detektor die von der Materialprobe ausgehende
Strahlung untersucht, die Divergenz der Röntgenstrahlung
mittels Blenden begrenzt und die Oberfläche bzgl. einer
Fläche an einem als optische Bank dienenden Körper ausgerichtet wird.The innovation concerns a device for non-destructive
Measurement of metal traces in the surface of material samples, where the surface is struck by X-rays
fend loaded 4 with a above the material sample bef§=
first detector emitted from the material sample
Radiation investigated, the divergence of X-rays
limited by means of apertures and the surface with respect to a
surface is aligned with a body serving as an optical bench.
Bei der Messung von Verunreinigungen in Si 1iziumwafer-Oberflächen
wird nach einer früheren Patentanmeldung P 36 06 748
die Röritgenf luoreszenzanalyse unter totalref lektierenden
Bedingungen eingesetzt. Damit diese Meßmethode angewendetWhen measuring impurities in silicon wafer surfaces, according to an earlier patent application P 36 06 748
X-ray fluorescence analysis under totally reflecting
conditions. In order for this measurement method to be used
werden kann, muß die zu untersuchende Oberfläche äußerst |can be, the surface to be examined must be extremely |
präzise gegenüber der einfallenden Röntgenstrahlung ausge- |precisely exposed to the incident X-rays |
richtet werden» weil die Totalreflexion von Röntgenstrahlung |be directed" because the total reflection of X-rays |
nur sehr kleine Winkeltoleranzen nicht über einer Bogenmi- Ionly very small angle tolerances not exceeding a bow mid- I
nute zuläßt. Die exakte Einhaltung bestimmter sehr kleiner Jnute allows. The exact observance of certain very small J
Winkel erfordert eine exakte Ausrichtung des Wafers mit jjAngle requires exact alignment of the wafer with jj
einer Genauigkeit von mindestens einem um. Gemäß der in der |an accuracy of at least one um. According to the |
früheren Patentanmeldung angegebenen Lösung wird der Wafer fThe solution given in the previous patent application is the wafer f
gegen einen speziell geformten Quarzkörper gedruckt, der als Iprinted against a specially shaped quartz body, which is known as I
optische Bank eine Referenzebene definiert und den Wafer in 1optical bench defines a reference plane and the wafer in 1
einer exakt festgelegten Meßposition fixiert. Obwohl die zu |a precisely defined measuring position. Although the |
untersuchende Oberfläche bei diesem Positionierungsverfahren fsurface to be examined in this positioning method f
nur gering belastet und kaum kontaminiert wird, ist unter fis only slightly polluted and hardly contaminated, is under f
Umständen, z. B. bei der Kontrolle der laufenden Produktion, 1 ein technische Lösung vorzuziehen, bei der die Oberflächecircumstances, e.g. when controlling ongoing production, 1 a technical solution is preferable in which the surface
überhaupt nicht berührt wird. 1is not touched at all. 1
Die der Neuerung gestellte Aufgabe besteht darin, die e. g. > Vorrichtung derart auszugestalten, daß eine berührungsloseThe task of the innovation is to design the e. g. > device in such a way that a contactless
Ausrichtung von Oberflächen an einer Referenzfläche ermög- fAlignment of surfaces to a reference surface enables
licht wird. 1becomes light. 1
- 4 - I- 4 - I
Die Lösung ist fieuerungsgemäß gekennzeichnet duröhThe solution is marked according to the combustion process by
a) einen Aufnahmezylinder für die Materialprobe, der an der fläche der optischen Bank arretiert ist und an dema) a sample holder cylinder which is fixed to the surface of the optical bench and to which
b) die Blenden angeordnet sind sowie durchb) the apertures are arranged and by
c) eine Vefstelleinriehtung für die Oberfläche der Materialprobe gegenüber (iär Fläche der optischen Bank innerhalb des Aufnahmezylinders.c) an adjustment device for the surface of the material sample relative to the surface of the optical bench within the receiving cylinder.
Die übrigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Neuerung an.The remaining claims specify advantageous embodiments or further developments of the innovation.
Die Neuerung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mittels der Fig. 1 und 2 näher beschrieben*The innovation is described in more detail below using an example embodiment using Figs. 1 and 2*
Die Fig. 1 zeigt zum Teil schematisch und im Schnitt die Anordnung, mit der Si-Wafer ausmeßbar sind. Die Strahlung 9 einer Röntgenröhre 1 wird streifend in einem Winkel von wenigen Bogenminuten auf die Oberfläche 10 des zu untersuchenden Objektes 2 gelenkt. Die Einstellung des wirksamen Einfallswinkels wird durch Veränderung der Höhe der Röntgenröhre 1 vorgenommen, die Divergenz des einfallenden Strahls wird durch die Blende 3 begrenzt. Liegt aer eingestellte Winkel unter dem Grenzwinkel für die Totalreflexion, dringt die anregende Strahlung 9 nur minimal (ca. 10 n) in den Wafer 2 ein, so daß nur die Atome der obersten Oberflächenschicht zur Aussendung von Fluoreszenzstrahlung angeregt Werden. Diese Fluoreszenzstrahlung wird mit einem ersten Detektor 5 aufgefangen und mit der in der Röntgenfluoreszenzanalyse üblichen Technik identifiziert und quantifiziert. Der Detektor 1 befindet sich in einer Abschirmung 12 und ist senkrecht zur Oberfläche 10 des Wafers 2 ausgerich^ tet.Fig. 1 shows, partly schematically and in section, the arrangement with which Si wafers can be measured. The radiation 9 of an X-ray tube 1 is directed at an angle of a few arc minutes onto the surface 10 of the object 2 to be examined. The effective angle of incidence is set by changing the height of the X-ray tube 1, the divergence of the incident beam is limited by the aperture 3. If the set angle is below the critical angle for total reflection, the exciting radiation 9 penetrates only minimally (approx. 10 n) into the wafer 2, so that only the atoms of the uppermost surface layer are excited to emit fluorescent radiation. This fluorescent radiation is captured by a first detector 5 and identified and quantified using the technique commonly used in X-ray fluorescence analysis. The detector 1 is located in a shield 12 and is aligned perpendicular to the surface 10 of the wafer 2.
Die wesentlichen Komponenten der Anordnung umfassen eine verstellbare Röntgenröhre 1, einen speziell ausgearbeiteten Quarz- bzw. Referenzblock 6, einen Positionierschlit-The essential components of the arrangement include an adjustable X-ray tube 1, a specially designed quartz or reference block 6, a positioning slide
teil 13 mit Andrückkölben 8 für einen Aufnahmezylinder 15 zum Andrücken an eine eben polierte Fläche 17 an der Unterseite des Quarzkörpers 6.part 13 with pressure pistons 8 for a receiving cylinder 15 for pressing against a flat polished surface 17 on the underside of the quartz body 6.
Der QUar2körper 6 dient als optische Bank, dessen ebene und biegesteife Unterfiä'che 17 als höchgenäue Referenzfläche zur Ausrichtung der Waferoberflache 10 mit der Trägerplatte 18 und der Höhenverstellung 16, 16' und als Bezugsebene für die Höhe der Feinfokus-Anode 19 der Röhre 1 sowie der Rändblende 3 und der Blende 4 herangezogen wird. Auf diese Weise wird konstruktiv sichergestellt, daß die bei Winkeln von wenigen Bogenminuten naturgemäß kleinen Toleranzen eingehalten werden können. The QUar2 body 6 serves as an optical bench, the flat and rigid base surface 17 of which is used as a highly accurate reference surface for aligning the wafer surface 10 with the carrier plate 18 and the height adjustment 16, 16' and as a reference plane for the height of the fine focus anode 19 of the tube 1 as well as the edge diaphragm 3 and the diaphragm 4. In this way, it is structurally ensured that the naturally small tolerances at angles of a few arc minutes can be maintained.
Statt der zu prüfenden Oberfläche 10 selbst, ist jedoch neuerungsgemäß der Aufnahmezylinder 15 mit plangeschliffenem Rand 20 als Hilfsrahmen an den Referenzkörper 6 angedrückt. Zusätzlich zu dem Äufnahmezylinder 15 sind die zwei, z. B. elektrische, Höhenverstellungen 16, 16' vorgesehen, die die Distanzen H1 und H2 reproduzierbar mit der erforderlichen Genauigkeit einzustellen erlauben.Instead of the surface 10 to be tested itself, however, the new feature is that the receiving cylinder 15 with a flat-ground edge 20 is pressed against the reference body 6 as an auxiliary frame. In addition to the receiving cylinder 15, two height adjustments 16, 16', e.g. electrical ones, are provided, which allow the distances H 1 and H 2 to be set reproducibly with the required accuracy.
Etwa mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Normwafers oder einer anderen Scheibe genau bekannter Dicke sowie mit Präzisionsendschaltern an dem Referenzkörper 6 wird die Nulleinstellung der Distanzen H1 und H2 ermittelt. Daraufhin werden H1 und H2 mittels der Höhenverstellung 16, 16' auf vorher i'rmittelte Idealwerte (z. B. 30 pm) vergrößert. Nach Entfernung des Einstellwafers ist die Trägerplatte 18 zur Aufnahme tier zu messenden Wafer 2, 10 in der gewünschten Normposition. Wegen möglicher Meßabweichungen der Wafer 2, 10 bzw. aufgrund von mechanischen Ungenauigkeiten anderer Art, ist nicht auszuschließen, daß die Distanzen H1 und H2 nach dem Wechsel der Probe in unzulässiger Weise von den Normwerten abweichen. Die korrekte Ausrichtung der jeweils zur Messung anstehenden Probe wird für die Größe H1 und H2 getrennt in zwei Schritten überprüft bzw. hergestellt.The zero setting of the distances H 1 and H 2 is determined using a standard wafer (not shown) or another disk of precisely known thickness and precision limit switches on the reference body 6. H 1 and H 2 are then increased to previously determined ideal values (e.g. 30 pm) using the height adjustment 16, 16'. After removing the setting wafer, the carrier plate 18 for holding the wafer 2, 10 to be measured is in the desired standard position. Due to possible measurement deviations of the wafers 2, 10 or due to mechanical inaccuracies of another kind, it cannot be ruled out that the distances H 1 and H 2 deviate from the standard values in an unacceptable manner after the sample has been changed. The correct alignment of the sample to be measured is checked or established separately in two steps for the sizes H 1 and H 2 .
l 11 &Pgr; · t IIl 11 Π · t II
11 1 > ' If11 1 > ' If
«111 1 '11 11«111 1 '11 11
IJ J I &igr; > I ) >IJ J I &igr; > I ) >
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I I J » ' &igr; H MI I J » ' &igr; H M
Die Einstellung der Normpösition erfolgt derart, daß H1 mit 16 solange Verringert wird, bis am Detektor 5 eine bestimmte Grenzzählrate anliegt. Daraufhin wird H1 wiederum ym einen bestimmten Betrag Vergrößert, z, S4 um 2S5 pm, so daß der Sollwert mit guter Genauigkeit erreicht ist»The standard position is set in such a way that H 1 is reduced by 16 until a certain limit count rate is reached at detector 5. H 1 is then increased again by a certain amount, z, S 4 by 2 S 5 pm, so that the target value is reached with good accuracy.
Zusätzlich zum Abstand des Wafers 2, 10 zur Referenzebene 17 an sinem bestimmten Punkt, muß in einem zweiten Schritt die Parallelität zur Referenzebene 47 überprüft und ggf. eingestellt werden» Dies geschieht über den Abstand H2 mit 16'. Zur Kontrolle von H2 bzw. der Differenz &dgr; &EEgr; zwischen H1 und H2 wird ein weiterer Detektor 21 mit zugehöriger Blende 22 eingesetzt, der die von der Pröbenöberflache 10 reflektierte Strahlung 23 mißt. In Fig. 2 ist der Verlauf der Zählrate am Detektor 21 als Funktion von &Dgr; H bzw. des Kippwinkels dargestellt. Die Kurve 24 wurde durch Simulationsrechnung auf der Grundlage realistischer Abmessungen und Materialdaten ermittelt. In der Praxis wird der in Fig. 2 dargestellte Verlauf und die Bezugszählrate bei der Verkippung Null wiederum an einem Normwafer ermittelt- Durch Vergleich der aktuellen Zählrate mit der Normzählrate der Reflexionsstrahlung des Normwafers in der Sollposition können nach der in Fig. 2 angegebenen Kennlinie 24 Winkelabweichungen bis zu etwa 0,1 Bogenminuten erkannt und durch gezielte Veränderung von H* korrigiert werden.In addition to the distance of the wafer 2, 10 to the reference plane 17 at a specific point, in a second step the parallelism to the reference plane 47 must be checked and adjusted if necessary. This is done via the distance H 2 with 16'. To check H 2 or the difference δ θ between H 1 and H 2 , a further detector 21 with an associated aperture 22 is used, which measures the radiation 23 reflected from the sample surface 10. Fig. 2 shows the course of the count rate at the detector 21 as a function of Δ H or the tilt angle. The curve 24 was determined by simulation calculation on the basis of realistic dimensions and material data. In practice, the curve shown in Fig. 2 and the reference count rate at zero tilt are again determined on a standard wafer. By comparing the current count rate with the standard count rate of the reflected radiation of the standard wafer in the target position, 24 angular deviations of up to about 0.1 arc minutes can be detected according to the characteristic curve shown in Fig. 2 and corrected by a targeted change of H*.
Mit der neuerungsgemäßen Anordnung in Verbindung mit dem angegebenen MeP3- und Regelverfahren kann also sowohl die Höhe einer Oberfläche 10 als auch der^n Neigung relativ zj der einfallenden Strahlung 9 oder zu einer Bezugsebene 17 berührungslos und automatisch eingestellt werden und mit einer Genauigkeit besser als 1 um bzw. 0,2 Bogenminuten.With the innovative arrangement in conjunction with the specified MeP 3 and control method, both the height of a surface 10 and the inclination relative to the incident radiation 9 or to a reference plane 17 can be adjusted contactlessly and automatically and with an accuracy better than 1 µm or 0.2 arc minutes.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8708876U DE8708876U1 (en) | 1987-06-26 | 1987-06-26 | Device for non-destructive measurement of metal traces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8708876U DE8708876U1 (en) | 1987-06-26 | 1987-06-26 | Device for non-destructive measurement of metal traces |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE8708876U1 true DE8708876U1 (en) | 1987-09-10 |
Family
ID=6809467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE8708876U Expired DE8708876U1 (en) | 1987-06-26 | 1987-06-26 | Device for non-destructive measurement of metal traces |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8708876U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0372278A2 (en) * | 1988-12-02 | 1990-06-13 | Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh | Method and apparatus for the X-ray fluorescence analysis of samples |
-
1987
- 1987-06-26 DE DE8708876U patent/DE8708876U1/en not_active Expired
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0372278A2 (en) * | 1988-12-02 | 1990-06-13 | Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh | Method and apparatus for the X-ray fluorescence analysis of samples |
| EP0372278A3 (en) * | 1988-12-02 | 1991-08-21 | Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh | Method and apparatus for the x-ray fluorescence analysis of samples |
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