JPH10274518A - 蛍光x線によって薄い層の厚さを測定するための方法および装置 - Google Patents

蛍光x線によって薄い層の厚さを測定するための方法および装置

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JPH10274518A
JPH10274518A JP10059572A JP5957298A JPH10274518A JP H10274518 A JPH10274518 A JP H10274518A JP 10059572 A JP10059572 A JP 10059572A JP 5957298 A JP5957298 A JP 5957298A JP H10274518 A JPH10274518 A JP H10274518A
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フォルカー・レーシィガー
Karl-Heinz Kaiser
カール−ハインツ・カイザー
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Helmut Fischer GmbH and Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 蛍光X線によって薄い層の厚さを測定するた
めの方法および装置を提供する。 【解決手段】 調べられるべき層を有する試料が視野内
に置かれ、その後、X線放射線がその層に当てられる。
発せられた蛍光放射線が放射線検出器によって検出さ
れ、層の厚さが判定される。試料を位置づける際、集束
部材を光軸に沿って調節することによって焦点合せが行
なわれ、集束部材の位置は焦点の合った層で決定され
る。この発明による装置は、X線管と、検出器と、集束
部材を有する観察装置とを含む。集束部材はその光軸に
沿って移動可能に装着され、位置測定装置を備える。こ
れにより、ワーク表面が所定の測定距離に固定されるよ
うにワークピースを担持する台を移動させる必要がなく
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の分野】この発明は、蛍光X線によって薄い層の
厚さを測定するための方法に関する。この方法におい
て、調べられるべき層を有する試料が視野内に位置づけ
られ、その後、X線放射線が調べられる層上に向けら
れ、発せられた蛍光放射線が検出器によって検出され
て、その層の厚さが判定される。この発明はまた、X線
管と、検出器と、集束部材を有する観察装置とを使用し
て蛍光X線によって層の厚さを測定するための装置に関
する。
【0002】
【発明の背景】このような方法および装置は、蛍光X線
を生成する層、特にガルバニ層の厚さおよび組成を、マ
イクロメータの範囲で測定するのに使用され、合金層の
組成もまた判定することができる。
【0003】公知の装置および方法の場合、ワークピー
スの表面は、検出器およびX線源から固定された距離を
有さねばならない(双方とも互いに固定される)。もし
異なる高さまたは厚さを有するワークピースを調べる必
要がある場合には、試料台と検出器または放射線源との
間の距離を修正して、その放射線源および検出器に面す
るワーク表面が常に放射線源から一定の距離を有するよ
うにしなければならない。これは、ワークピースを担持
する試料台または、検出器および放射線源を含む測定ヘ
ッドが、Z方向で、すなわち、X線放射線に向かって測
定されることにより達成され得る。公称距離は、光学手
段でチェックされる。これはたとえば、測定ヘッドまた
は試料台を、ワーク表面がカメラの焦点に合うまで、す
なわち、それが光学器械によって焦点が合って見えるま
で、移動させることによって行なわれる。
【0004】いくつかの固定された測定距離で動作する
ことが可能な、蛍光X線によって厚さを測定するための
装置もまた公知である。特定の応用においては、短めの
測定距離が望ましい。なぜなら、薄い層のための測定感
度がその場合にはより良くなり、また、固定されたコリ
メータの場合には、主たるX線束の発散によってより小
さい測定点が得られるためである。より長い測定距離で
は、厚めの層のための測定感度がより良くなり、加え
て、ワーク表面またはコーティング内の窪みを測定する
ことが可能となる。
【0005】測定ヘッドおよび試料台のトレーシングま
たはトラッキングは、機械的コストおよび作動力が高く
つく。なぜなら、数kgの重量を正確に移動させかつ位
置づけなければならないためである。したがって、ゆっ
くりとしか移動することができず、そのため、測定時間
に匹敵するかまたはそれよりも長い、相当の時間が移動
に必要となる。
【0006】したがって、この発明の課題は、試料台ま
たは測定用ヘッドを正確に移動させるのに費やされる建
設の費用を軽減し、かつ、ワークキャリアまたは測定用
ヘッドを位置づけるのに時間をかける必要のない、方法
および装置を提供することである。
【0007】
【発明の概要】この発明に従えば、上に述べた種類の方
法の場合に示された問題が解決される。これは、試料を
位置づける際に、集束部材をその光軸に沿って調節する
ことで焦点合せを行ない、集束部材の位置を焦点が合わ
せられた層で判定することによって達成される。上述の
問題を解決するための装置は集束部材を備え、その部材
は、自身の光軸に沿って移動可能に装着され、かつ、位
置測定装置を有する。
【0008】この発明の結果として、ワークピースまた
はその表面のコーティングを、測定用ヘッドから任意の
距離で分析することが可能となる。なぜなら、焦点合せ
は単に、集束部材、特に、限られた重量しか有さないの
ではるかに高速で移動させることが可能な、レンズ等を
移動することによって行なわれるためである。さらに、
集束部材の位置は、焦点合せがなされたときに判定さ
れ、それにより、検出器またはX線装置からワーク表面
までの距離を設定することが可能となり、かつしたがっ
て、任意の距離または間隔で測定を行なうことが可能と
なる。
【0009】この発明の好ましい展開に従えば、集束部
材の位置は電気的に決定される。この目的のために、ポ
テンショメータ、好ましくは回転式ポテンショメータを
備えることが可能である。これは、回転ヘッドに接続さ
れ、その回転ヘッドで集束部材の直線位置をその光軸の
方向で、たとえば歯付きベルトドライブまたはスピンド
ルによって、調節することができる。この方法の別の好
ましい展開に従えば、焦点合せは自動的に行なわれる。
この発明に従った装置は、観察装置のために自動焦点装
置を使用する。焦点合せは、種々の方法で行なうことが
可能である。好ましい展開に従えば、集束部材は、ワー
クピースの表面が集束部材によって生成される画像内で
最大のコントラストを生み出す位置に移動される。
【0010】この発明のさらなる展開に従えば、位置測
定装置によって判定された集束部材の位置を使用して、
実際の層の厚さの測定値の補正が行なわれる。具体的に
は、これは、層の厚さの測定値の補正を、以下に述べる
変換によって実行することで行なわれ得る。すなわち、
検出器から層までの実際の測定距離zで得られた蛍光放
射線スペクトルsp(z)の、所望の測定距離z0のた
めのスペクトルsp(z0)への変換T(z,z0)で
ある。これは、下の式に対応する: sp(z0)=T(z,z0) sp(z)。
【0011】装置の観点から、この発明は、集束装置に
よって測定された集束装置の位置によって層の厚さの測
定値を補正するための装置を提供する。この補正装置
は、検出器から層までの実際の測定距離で得られたスペ
クトルsp(z)を、所望の測定距離z0のための測定
結果sp(z0)に変換T(z,z0)するための装置
を有する。ここで、下の式が成り立つ: sp(z0)=T(z,z0) sp(z)。
【0012】所望のまたは所定の測定距離z0は、そこ
で装置が較正された距離であり得る。sp(z)は、実
際の距離zで測定された蛍光スペクトルを示し、これは
たとえば、256コンポーネントを有するベクトルであ
る。これは、パルス高さ分布に、かつしたがって、比例
計数管検出器のエネルギ分布に対応する。sp(z0)
は、装置が較正された距離に関するスペクトルである。
T(z,z0)は、変換演算子であって、これは、距離
zで測定されたスペクトルsp(z)を、それがあたか
も所望の距離z0で測定されたかのように変換する。
【0013】この発明は、より特定的には、ワークピー
スの基本材料の蛍光強度が測定可能でなくとも、蛍光X
線を発光できる層を任意の距離で測定することを可能に
する。なぜなら、上部層が蛍光を過剰に吸収したり、ま
たは、基本材料が測定可能な蛍光放射線を全く発しない
場合もあるためである。
【0014】この発明のさらなる利点および特徴は、前
掲の請求項、および、添付の図面を参照したこの発明の
実施例の以下の説明から、明らかとなるであろう。
【0015】
【詳細な説明】蛍光X線によって薄い層を測定するため
のこの発明に従った装置1は、カソード3およびアノー
ド4を有するX線管2を有する。X線6は、X線管2か
ら、調べられる物体7へと向けられる。物体7は、示さ
れる実施例においては、基本材料8の上に、異なる材料
から作られた2つの上部層9および11を有する。
【0016】X線管2とワークピース7との間には、コ
リメータが設けられる。コリメータによって、狭い範囲
をX線6から遮ることができ、それにより、2つの層
9、11を含むワークピース7上におよびその中に、精
密に規定されたX線点13が生成される。
【0017】X線管2とコリメータ12との間には、反
射鏡14がやはり設けられる。これは、X線6が通過す
るオリフィス16を有する。X線6のインパクト点13
は、反射鏡14によって観察することができる。
【0018】この装置はまた検出器17を有し、これ
は、電位計数管として構築される。検出器17は、X線
6によって層9、11内に、かつ薄い層の場合には基本
材料8内にも生成された、蛍光放射線18を受けて、そ
の放射線のエネルギに対応して、パルス形の信号19を
発する。その信号の高さは、蛍光量子のエネルギに比例
する。信号19は、評価ユニット21内で処理されて、
スクリーン22上に、たとえばパルス高さ分布23とし
て表示することができる。スクリーン22の部分窓24
にはさらに、層9、11の測定された厚さが示され、こ
れは、接続されたプリンタ(図示せず)によって出力す
ることが可能である。
【0019】ワークピース7の調べられるべき領域が確
実にX線6内に正しく位置づけられるように、光学観察
装置26が備えられる。これは、上述の反射鏡14に加
えて、レンズの形の集束部材27と、カメラ28と、再
生スクリーン29とを有する。再生スクリーン29は、
スクリーン22と同一のものであり得る。この実施例に
おいてスクリーン29上に表示されるワーク表面の光学
的イメージ31、およびパルス高さ分布は、単一のスク
リーンの対応する窓内に再生することが可能である。
【0020】カメラ28およびスクリーン29の代わり
に、インパクト点13を直接観察するための接眼レンズ
を組込むことが可能な公知の観察装置によって、ワーク
ピースを、その調べられるべき領域がX線6内に正確に
位置づけられるように配向することが可能である。
【0021】この発明のここに示した装置においては、
集束部材27はその光軸32の方向に変位可能に配され
る。これを矢印Aで示す。これは、たとえばガイドに沿
って手動で移動させることができる。さらに、集束部材
27には位置測定装置33が接続される。これは、集束
部材27の光軸32に沿った位置を設定するためのもの
であり、好ましい実施例においては、ポテンショメータ
として構築される。これは通常、対応する調節用装置上
の回転式ポテンショメータである。好ましい実施例にお
いては、集束部材27の位置は、モータによって、特に
自動焦点装置34によって自動的に駆動することが可能
である。この目的のために、集束装置27は、モータ3
8によって駆動されるスピンドル37上にねじ付きブロ
ック36によって装着される。モータ38のドライブ
は、評価ユニット21内に位置づけることが可能な、自
動焦点ユニット39によって制御される。これは、集束
部材27の異なる位置でカメラ28によって記録される
イメージのコントラストを判定し、かつ、集束部材を、
最大のコントラストが得られるように上述の装置によっ
て調節することで行なわれる。このような自動焦点装置
はそれ自体が公知であるため、ここでさらなる詳細な説
明は不要である。
【0022】次に、図2に従って、この発明の方法のシ
ーケンスを説明する。第1に、ステージS1において、
焦点合せ、すなわち、ビデオイメージの焦点合せが行な
われる。これは、次の式 1/f=1/s1+1/(s21+s22) に対応する。式中、s1は画像の距離、s21はレンズ
と鏡との間の距離、s22は鏡とワーク表面との間の距
離であって、したがって、s21+s22は、ワーク表
面からレンズまでの距離である。
【0023】示されるように、焦点合せは、集束ハンド
ルまたはレバーによって、自動でまたは手動で行なうこ
とができる。
【0024】焦点合せを行なう際に、ステージS2にお
いて、電圧値がポテンショメータ、選択的には回転ポテ
ンショメータ上で設定される。電圧値は、アナログデジ
タル変換器によって、デジタル値として、かつその後数
値Udig として表わされる。
【0025】さらなる評価のために、ワーク表面と検出
器17との間の距離を、選択的にはワーク表面と検出器
の中央との間の投影として、得ることが必要となる。こ
れは、ステージS3に従って、経験的に判定されるかま
たは較正された関係 z=f(Udig ) によって計算することができる。
【0026】その後、蛍光スペクトルの測定がなされる
(ステージS4)。さらなるステージS5においては、
距離zで測定されたスペクトルの、固定距離z0への変
換が行なわれる。この固定距離で、システムは較正され
たわけである。この変換は、 sp(z0)=T(z,z0) sp(z) に従って行なわれる。
【0027】したがって、距離zにおいて測定された、
測定されたスペクトルsp(z)から、較正が行なわれ
た距離z0における測定値に対応するスペクトルsp
(z0)が決定されるのである。
【0028】特定のエネルギEは、概して、各電流パル
ス分布値に関連づけることが可能である。演算子Tのた
めの基礎として使用される変換法則は、比例計数管の応
答確率Wから、放射エネルギEおよび距離zの関数とし
て構築することが可能である。
【0029】応答確率W(E,z)は、以下の数値によ
って得られる: − 立体角Ω、この角度で検出器17の入射窓がワーク
ピース7から見られる、 − 試料と検出器の窓との間の空気距離内の吸収に関す
る、確率w空気、 − 検出器の窓内の吸収に関する、確率w窓、および − 計数管の活性量内の吸収に関する、確率wガス、で
ある。 これらの数値はすべて、エネルギEに依存する、吸収係
数μ(作表されている)から容易に計算することが可能
である。したがって、求められる応答確率は次の式で得
られる: W(E,z)=(Ω/4π)(1−w空気)*(1−w
窓)*wガス 小さいエネルギ間隔(E..E+d_E)については、
補正係数は下の通りである。この範囲(E..E+d_
E)内のスペクトルsp(z)の関連する部分強度は、
この補正係数で乗じられねばならない: W(E,z0)/W(E,z)。
【0030】スペクトルの各々の部分間隔が上述のエネ
ルギに対して関連する補正係数によって乗算された後
に、上述のスペクトルはそれがあたかも固定距離z0で
測定されたかのように取扱うことが可能となる。その
後、層の厚さを判定するための従来技術による公知の方
法で、そのスペクトルを評価することが可能である(ス
テージS6)。
【0031】一実施例においては、17μm厚さの銅の
層が、ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレ
ン共重合体)の支持材料上で観察された。較正は、距離
z0=89.3mmで行なわれた。この距離z0に加え
て、距離z=79.3mmおよびz=129.3mmに
おいて測定が行なわれた。(測定時間10秒での)この
発明の装置を使用した測定の結果は、以下の表から得ら
れる。
【0032】
【表1】
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の装置の概略的な構成図である。
【図2】この発明の方法のフロー図である。
【符号の説明】
1 装置 2 X線管 3 カソード 4 アノード 6 X線 7 物体 12 コリメータ 14 反射鏡 16 オリフィス 17 検出器 21 評価ユニット 22 スクリーン 26 光学観察装置 27 集束部材 28 カメラ 29 再生スクリーン 32 光軸 33 位置測定装置 39 自動焦点ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フォルカー・レーシィガー ドイツ連邦共和国、デー−71069 ズィン デルフィンゲン、ズィンデルフィンガー・ シュトラーセ、63 (72)発明者 カール−ハインツ・カイザー ドイツ連邦共和国、デー−71034 ブェー プリンゲン、ブューラー・シュトラーセ、 11

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 調べられるべき層を有する試料が視野内
    に位置づけられ、その後、X線放射線が調べられる層上
    に向けられ、発せられた蛍光放射線が検出器によって検
    出されて、層の厚さが判定される、蛍光X線によって薄
    い層の厚さを測定するための方法であって、試料を位置
    づける際に、焦点合せが集束部材をその光軸に沿って調
    節することによって行なわれ、かつ、集束部材の位置が
    焦点を合わせられた層で決定されることを特徴とする、
    方法。
  2. 【請求項2】 集束部材の位置は電気的に決定される、
    請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 焦点合せは自動的に行なわれる、請求項
    1または2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 集束部材は、ワークピースの表面が集束
    部材によって生成されるイメージ内で最大のコントラス
    トを生み出す位置に移動される、請求項3に記載の方
    法。
  5. 【請求項5】 試料はカメラおよびスクリーンによって
    視野内に位置づけられる、請求項1または2に記載の方
    法。
  6. 【請求項6】 層の厚さの測定は、位置測定値によって
    補正される、請求項1または2に記載の方法。
  7. 【請求項7】 層の厚さの測定値の補正は、検出器から
    層までの実際の測定距離zで得られた測定値sp(z)
    を、所望の測定距離z0のための測定結果sp(z0)
    へと変換T(z,z0)することによって行なわれ、こ
    れは式 sp(z0)=T(z,z0) sp(z) に対応する、請求項6に記載の方法。
  8. 【請求項8】 X線管と、検出器と、集束部材を有する
    観察装置とを含む、蛍光X線によって層の厚さを測定す
    るための装置であって、集束部材(27)はその光軸
    (32)に沿って移動可能に装着され、かつ、位置測定
    装置(33)を備えることを特徴とする、装置。
  9. 【請求項9】 位置測定装置(33)はポテンショメー
    タを有する、請求項8に記載の装置。
  10. 【請求項10】 観察装置(26)はカメラ(28)お
    よびスクリーン(29)を有する、請求項8または9に
    記載の装置。
  11. 【請求項11】 観察装置は自動焦点装置(39)を有
    する、請求項8または9のいずれかに記載の装置。
  12. 【請求項12】 位置測定装置(39)によって測定さ
    れた集束装置(27)の位置によって層の厚さの測定値
    を補正するための装置(21)を特徴とする、請求項8
    または9のいずれかに記載の装置。
  13. 【請求項13】 式 sp(z0)=T(z,z0) sp(z) に対応して、検出器(17)から層(9,11)までの
    実際の測定距離zで得られた測定値sp(z)を所望の
    測定距離z0のための測定結果sp(z0)に変換T
    (z,z0)するための装置を特徴とする、請求項12
    に記載の装置。
JP10059572A 1997-03-13 1998-03-11 蛍光x線によって薄い層の厚さを測定するための方法および装置 Pending JPH10274518A (ja)

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DE19710420A DE19710420C2 (de) 1997-03-13 1997-03-13 Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Dicken dünner Schichten mittels Röntgenfluoreszenz
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JP (1) JPH10274518A (ja)
DE (1) DE19710420C2 (ja)
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