EP1056317A2 - Device and method for generating X-rays - Google Patents

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EP1056317A2
EP1056317A2 EP00110869A EP00110869A EP1056317A2 EP 1056317 A2 EP1056317 A2 EP 1056317A2 EP 00110869 A EP00110869 A EP 00110869A EP 00110869 A EP00110869 A EP 00110869A EP 1056317 A2 EP1056317 A2 EP 1056317A2
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EP
European Patent Office
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substrate
laser light
ray
rays
sample
Prior art date
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Ceased
Application number
EP00110869A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1056317A3 (en
Inventor
Heinrich Schwenke
Joachim Knoth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Original Assignee
GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
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Publication of EP1056317A2 publication Critical patent/EP1056317A2/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • H05G2/001—X-ray radiation generated from plasma

Definitions

  • the invention relates to a device for generation of X-rays, especially for X-ray analysis, comprising a laser light source, by means of the laser light directed to a surface of a substrate is, whereby a on the surface of the substrate X-ray source forming substrate atom plasma can be generated is, and a method for generating X-rays.
  • Another way of generating X-rays is filtering out suitable x-rays the radiation continuum of synchrotron radiation for special research and analysis projects, as is the case with natural operation of synchrotron accelerators arises.
  • the X-rays generated there can be meet the highest demands, however, due to their limited availability and high costs universal use, especially for one Use of analysis on site or in the laboratory is not allowed.
  • X-ray sources have recently become the state of the art especially for low energy x-rays described using high-power lasers a substrate atomic plasma on the surface of a suitable substrate or a substrate atomic plasma cloud generate because of their small expansion in the ⁇ m range an intense, spatially limited, punctiform X-ray source represents.
  • This technique will currently the preferred high performance x-ray source viewed because they are used in laboratories, i.e. on the spot Analysis, whether in industry or in the field of scientific research, but especially in the semiconductor industry can be used directly can.
  • a major disadvantage of the droplet process is that the debris is reduced, but cannot be completely excluded, though it is disadvantageous that this method is based on liquid Targets with suitable viscosity and surface tension is limited to stabilize droplet formation.
  • the object is achieved according to the invention Device in that the substrate in the direction of Laser light arranged in front of a sample to be examined is.
  • the advantage of the device according to the invention is that a path that has not even been considered before will, i.e. the sample actually to be examined, the X-rays generated by the atomic plasma is acted upon by the substrate atomic plasma quasi shielded, so that no debris that in addition to the substrate atom plasma as the material of the substrate arise when exposed to laser light, can reach the sample. Rather, they are Debris fragments limited to the space from the side of the substrate facing away from the sample is formed, i.e. on the side of the substrate facing the sample can use the sample or any X-ray optics provided Components are no longer contaminated.
  • the thickness of the substrate is determined by calculations or experimentally in coordination with the type and the energy the laser light is set such that one is sufficient great intensity of through the substrate atomic plasma generated X-rays crosses the substrate and falls to the test.
  • the substrate is regularly of the same atomic or molecular composition like the one to be examined Sample. However, it can also be advantageous as a substrate to use a film that may also be used by others can be of atomic or molecular nature, as the sample to be examined. But it is regular around those with a small thickness, regardless of whether they are solid substrates or substrates are in foil form.
  • the substrate can advantageously be chosen that it acts as a filter element, i.e. that a wanted characteristic x-ray line or several wanted characteristic x-ray lines of the substrate material generates or transmits, i.e. that the characteristic X-ray lens or the characteristic X-ray lines of the substrate compared to the low-energy quasi-continuum is preferably let through.
  • the corresponding Location of the laser light hitting the Substrate surface "used up" as it can be avoided must ensure that the substrate atom plasma penetrates the substrate and debris fragments to the test or downstream Analysis optics can arrive.
  • the device according to the invention for an unlimited per se Measure of series examinations or series analyzes it’s beneficial to have that available Substrate relative to the laser light incident on it to make at least two degrees of freedom movable, so that quasi for a generated substrate atom plasma for one measurement or analysis for the next measurement or Analysis shifted the substrate relative to the laser light and then again a substrate atom plasma can be generated is.
  • the substrate In addition to the ability to move the substrate in the plane it may also be advantageous to position the substrate relative to the laser light incident thereon about at least one axis trained rotatable so that by twisting the substrate each time a new place for the training of a substrate atomic plasma for a new measurement is. It is also possible to use the rotation and the Overlay displacement of the substrate.
  • a method of generating x-rays, in particular for X-ray fluorescence analysis, by means of Laser light hitting a surface of a substrate is directed, thereby on the surface of the substrate a substrate atom plasma forming an X-ray source is generated is characterized in that one with the generated x-rays for analysis or Evidence-loaded sample towards the Laser beam is placed behind the substrate.
  • the advantage of the method according to the invention is essential that it is an X-ray source can be provided in terms of intensity and brilliance meets the highest demands and therefore detection limits for impurities in a simple manner for example in the surface area of silicon wafers are possible that were previously possible with conventional laboratory-based X-ray sources in the professional world as were considered unreachable.
  • the silicon-Ka radiation line is ideal, which does not excite the silicon of the wafer itself.
  • the substrate advantageously with one or more predetermined and or desired x-ray line or X-ray lines not only as generated by the atomic plasma X-ray source used, but also preferably as a filter element, the X-rays with the intended x-ray line or the X-ray lines are directed onto the sample. So is for example when selecting or using the mentioned Silicon Ka radiation line a proof of light Elements to element aluminum on simple Way possible.
  • the device 10 for generating X-rays 11 is in Fig. 1 omitting those not of interest here Details shown. So here is a laser light source, with which laser light 12 is generated, not shown.
  • laser light sources can all suitable, commercially available laser light sources be used. From the laser light source is laser light 12, preferably in pulsed form, in Direction 17 to the surface 14 of a substrate 13 directed. This is preferably suitably focused on the surface 14 of the substrate 13 is directed to a as small as possible, spatially limited to generate point-shaped X-ray source 15.
  • a part of the substrate 13 is formed by the laser light 12 transferred to a substrate atomic plasma 16 which is the x-ray source 15 forms. Part of the by that X-rays 11 generated by the substrate atom plasma 16 passes through the substrate 13, for example as a film or be designed as a sheet-like thin disc can.
  • the substrate 13, ie in the direction 17 of the laser light 12 behind the substrate 13, the sample 18 actually to be examined is arranged, for example in the form of a silicon wafer to be examined for metallic impurities.
  • X-ray fluorescence radiation 22 is generated, which is applied at a flat angle relative to the surface of the sample 18 in a manner known per se to a detector 21 by means of the field of X-ray fluorescence analysis in a known manner, statements of a quantitative and qualitative nature about the impurities on or in the sample 18 can be made.
  • Fig. 2. shows a substrate 13, which is round and disc-shaped here is formed and about an axis 19, for example is rotatable in the direction of arrow 20.
  • the substrate 13 can have any area either as a thin, rigid disc or as a film be trained.
  • the substrate 13 can for example also in at least two degrees of freedom can be designed to be movable, i.e. alternatively or in addition to the rotatability around the Axis 19.
  • the substrate 13th either by linear displacement and / or rotation be moved so that the laser light 12 always on one still unoccupied location on surface 14 of the Substrate 13 hits.
  • the application sites on the surface 14 of the substrate 13 by means of laser light 12 taking into account adhering to the equation above so tight as possible. Since the substrate 13 for a Row measurement consumed very quickly, can by the specified method optimally used the substrate 14 become.
  • the invention including of the configurations shown in the two figures not to the use described here as an example is limited.
  • the device 10 and also the method according to the invention with all Substrates 13 are operated, which turns out to be sufficient Produce thin sheets or foils and they can be used wherever intensive point sources for x-rays, in particular in combination with suitable X-ray optics, are needed.

Abstract

The X ray measurement of a sample (18) is carried using an Xray source that is generated by directing a laser (12) at a foil disc(13). The laser produces local atomic plasma craters on the disc and the X rays are transmitted. X ray fluorescent emissions (22( are produced that are transmitted to a detector (21).

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlen, insbesondere für die Röntgenanalyse, umfassend eine Laserlichtquelle, mittels der Laserlicht auf eine Oberfläche eines Substrats gerichtet wird, wodurch auf der Oberfläche des Substrats ein eine Röntgenstrahlenquelle bildendes Substrat-Atomplasma erzeugbar ist, sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlen.The invention relates to a device for generation of X-rays, especially for X-ray analysis, comprising a laser light source, by means of the laser light directed to a surface of a substrate is, whereby a on the surface of the substrate X-ray source forming substrate atom plasma can be generated is, and a method for generating X-rays.

Im Stand der Technik sind grundsätzlich zwei Arten von Röntgenstrahlenquellen bekannt. Einerseits werden Röntgenstrahlen mit klassischen Röntgenröhren erzeugt, und zwar in den unterschiedlichsten Bauarten und Varianten, einschließlich derjenigen, die über eine Drehanode verfügen. Diese konventionelle Art der Erzeugung von Röntgenstrahlen wird jedoch sowohl im Hinblick auf die Intensität als auch bezüglich der Brillanz der erzeugten Röntgenstrahlen trotz intensiver Bemühungen der Forschung voraussichtlich immer unbefriedigend bleiben, was letztlich physikalisch bedingt ist.There are basically two types of in the prior art X-ray sources known. On the one hand there are x-rays generated with classic X-ray tubes, and in a wide variety of designs and variants, including those with a rotating anode. This conventional way of generating X-rays however, both in terms of intensity as well as the brilliance of the generated X-rays despite intensive research efforts probably always remain unsatisfactory what is ultimately physical.

Eine andere Möglichkeit der Erzeugung von Röntgenstrahlen ist das Herausfiltern geeigneter Röntgenstrahlen aus dem Strahlungskontinuum der Synchrotronstrahlung für spezielle Forschungs- und Analysevorhaben, wie es beim natürlichen Betrieb von Synchrotron-Beschleunigern entsteht. Die dort erzeugten Röntgenstrahlen können zwar höchste Ansprüche erfüllen, jedoch lassen aufgrund ihrer eingeschränkte Verfügbarkeit sowie die hohen Kosten einen universellen Einsatz insbesondere auch bei einem Analyseeinsatz vor Ort oder auch im Labor nicht zu.Another way of generating X-rays is filtering out suitable x-rays the radiation continuum of synchrotron radiation for special research and analysis projects, as is the case with natural operation of synchrotron accelerators arises. The X-rays generated there can be meet the highest demands, however, due to their limited availability and high costs universal use, especially for one Use of analysis on site or in the laboratory is not allowed.

Im Stand der Technik werden neuerdings Röntgenstrahlenquellen besonders für Röntgenstrahlen niedriger Energie beschrieben, die mit Hilfe von Hochleistungslasern auf der Oberfläche eines geeigneten Substrats ein Substrat-Atomplasma bzw. eine Substrat-Atomplasmawolke erzeugen, die wegen ihrer geringen Ausdehnung im µm-Bereich eine intensive, räumlich eng begrenzte, punktförmige Röntgenquelle darstellt. Diese Technik wird gegenwärtig als bevorzugte Hochleistungsröntgenquelle angesehen, da sie in Laboratorien, d.h. vor Ort der Analyse, ob nun in der Industrie oder im Bereich der wissenschaftlichen Forschung, insbesondere aber auch in der Halbleiterindustrie unmittelbar verwendet werden kann.X-ray sources have recently become the state of the art especially for low energy x-rays described using high-power lasers a substrate atomic plasma on the surface of a suitable substrate or a substrate atomic plasma cloud generate because of their small expansion in the µm range an intense, spatially limited, punctiform X-ray source represents. This technique will currently the preferred high performance x-ray source viewed because they are used in laboratories, i.e. on the spot Analysis, whether in industry or in the field of scientific research, but especially in the semiconductor industry can be used directly can.

Einrichtungen, mit denen ein Substrat-Atomplasma erzeugt wird, weisen aber immer noch ein grundsätzliches Problem auf, das bisher einschränkend auf die an sich gewollten vielfältigen Einsatzmöglichkeiten in der Forschung aber auch in der industriellen Analytik wirkt. Die Wechselwirkung des Laserlichts mit der Substratoberfläche erzeugt bedauerlicherweise nicht nur das gewünschte Substrat-Atomplasma, sondern es werden auch Trümmerbruchstücke aus dem Oberflächenmaterial des Substrats freigesetzt. Die Ausbreitung dieser Bruchstücke, die ein bis mehrere µm groß sein können, ist gravierend nachteilig und muß unbedingt vermieden werden, weil diese sich beispielsweise auf den Spiegelflächen nachgeschalteter Röntgenoptik niederschlagen bzw. weil sie die eigentliche Probe, die mit den vom Substrat-Atomplasma ausgehenden Röntgenstrahlen beaufschlagt wird, verschmutzt.Devices with which a substrate atom plasma is generated will still have a fundamental problem on, so far restricting to those wanted diverse applications in research, however also works in industrial analytics. The interaction of the laser light with the substrate surface Unfortunately, it doesn't just produce what you want Substrate atomic plasma, but also fragments of debris from the surface material of the substrate released. The spread of these fragments, the one up to several µm can be seriously disadvantageous and must be avoided because of this downstream, for example, on the mirror surfaces Precipitate x-ray optics or because they are actual sample that with the from the substrate atom plasma outgoing X-rays is polluted.

Es hat viele Versuche gegeben, die Entstehung von Trümmerstücken auf der Oberfläche der Probe zu verhindern, beispielsweise dadurch, daß eine Targetsubstanz dem Laserlicht in Form kleiner Tröpfchen einer organischen Flüssigkeit dargeboten wird. Die Geschwindigkeit und Abfolge der Tröpfchen wird beispielsweise mit einer Laserimpulsfrequenz synchronisiert mit der Folge, daß die Tröpfchen gewissermaßen einzeln "abgeschossen" werden und sie lassen wegen ihres mikroskopisch kleinen Volumens, das durch einen einzelnen Laserimpuls annähernd vollständig in ein Atomplasma überführt wird, kaum noch Trümmerbruchstücke zu.There have been many attempts to create To prevent pieces of debris on the surface of the sample for example, in that a target substance the laser light in the form of small droplets of an organic Liquid is presented. The speed and sequence of the droplets is, for example, with a Laser pulse frequency synchronized with the consequence that the droplets "shot down" individually and they leave because of their microscopic size Volume that is approximated by a single laser pulse is completely converted into an atomic plasma, hardly still fragments of debris.

Ein wesentlicher Nachteil des Tröpfchenverfahrens besteht darin, daß die Trümmer zwar vermindert, aber nicht vollständig ausgeschlossen werden, wobei auch nachteilig ist, daß eben dieses Verfahren auf flüssige Targets mit geeigneter Viskosität und Oberflächenspannung beschränkt ist, um eine Tröpfchenbildung zu stabilisieren.A major disadvantage of the droplet process is that the debris is reduced, but cannot be completely excluded, though it is disadvantageous that this method is based on liquid Targets with suitable viscosity and surface tension is limited to stabilize droplet formation.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlen der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen die bisherigen Einschränkungen auf flüssige Targets aufgehoben wird und die eigentliche Probe, die mit Röntgenstrahlen aus dem Atomplasma beaufschlagt werden sollen, nicht mit Trümmerbruchstücken aus der Substratoberfläche beaufschlagt oder auch nur beeinflußt werden, wobei die Einrichtung und das Verfahren mit an sich im Stand der Technik bekannten Einzelkomponenten ausführbar und betreibbar sein sollen, so daß diese kostengünstig sowohl in Forschungslaboratorien als auch im Bereich der Analyse beispielsweise im Rahmen der Herstellung von Halbleiterwafern in der industriellen Analyse eingesetzt bzw. durchgeführt werden können.It is therefore an object of the present invention Device and a method for generating To create X-rays of the type mentioned at the outset, with which the previous restrictions on liquid Targets is lifted and the actual sample that exposed to x-rays from the atomic plasma should not be with debris from the Substrate surface acted upon or even influenced be, the facility and the procedure with individual components known in the prior art should be executable and operable, so that these inexpensive both in research laboratories as well in the area of analysis, for example in the context of Manufacture of semiconductor wafers in industrial Analysis can be used or carried out.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der erfindungsgemäßen Einrichtung dadurch, daß das Substrat in Richtung des Laserlichts vor einer zu untersuchenden Probe angeordnet ist.The object is achieved according to the invention Device in that the substrate in the direction of Laser light arranged in front of a sample to be examined is.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist, daß damit ein bisher nicht einmal angedachter Weg beschritten wird, d.h. die eigentlich zu untersuchende Probe, die von den durch das Atomplasma erzeugten Röntgenstrahlen beaufschlagt wird, wird vom Substrat-Atomplasma quasi abgeschirmt, so daß keine Trümmerbruchstücke, die neben dem Substrat-Atomplasma als Werkstoff des Substrats bei der Beaufschlagung mittels Laserlicht entstehen, die Probe erreichen können. Vielmehr werden die Trümmerbruchstücke auf den Raum beschränkt, der von der der Probe abgewandten Seite des Substrats gebildet wird, d.h. auf der der Probe zugewandten Seite des Substrats können die Probe bzw. ggf. vorgesehene röntgenoptischen Komponenten nicht mehr verunreinigt werden. The advantage of the device according to the invention is that a path that has not even been considered before will, i.e. the sample actually to be examined, the X-rays generated by the atomic plasma is acted upon by the substrate atomic plasma quasi shielded, so that no debris that in addition to the substrate atom plasma as the material of the substrate arise when exposed to laser light, can reach the sample. Rather, they are Debris fragments limited to the space from the side of the substrate facing away from the sample is formed, i.e. on the side of the substrate facing the sample can use the sample or any X-ray optics provided Components are no longer contaminated.

Die Dicke des Substrats wird dabei durch Rechnungen bzw. experimentell in Abstimmung mit der Art und der Energie des Laserlichts derart festgelegt, daß noch eine ausreichend große Intensität der durch das Substrat-Atomplasma erzeugten Röntgenstrahlen das Substrat durchquert und auf die Probe fällt.The thickness of the substrate is determined by calculations or experimentally in coordination with the type and the energy the laser light is set such that one is sufficient great intensity of through the substrate atomic plasma generated X-rays crosses the substrate and falls to the test.

Prinzipiell ist es möglich, das Laserlicht über eine vorbestimmte Zeit kontinuierlich auf das Substrat zur Erzeugung eines Substrat-Atomplasmas einwirken zu lassen. Dieses wird von der Dicke des Substrats abhängig sein. Für viele Untersuchungen, insbesondere im Bereich der Analytik, ist es allerdings sinnvoll, eine hohe Intensität und eine hohe Brillanz der Röntgenstrahlen zu erreichen, selbst wenn die Strahlung nur für kurze Zeit, die allerdings für die Messung auch in vielen Fällen ausreichend ist, zur Verfügung steht. Es wird deshalb die Einrichtung derart vorteilhaft ausgestaltet, daß das Laserlicht gepulstes Laserlicht ist.In principle, it is possible to use a laser light predetermined time continuously to the substrate Generation of a substrate nuclear plasma act to let. This depends on the thickness of the substrate his. For many examinations, especially in the area analytics, however, it makes sense to have a high Intensity and high brilliance of the X-rays too reach, even if the radiation is only for a short time, which, however, for measurement also in many cases is sufficient is available. Therefore it will the device designed so advantageous that the Laser light is pulsed laser light.

Regelmäßig ist das Substrat von gleicher atomarer bzw. molekularer Zusammensetzung wie die zu untersuchende Probe. Es kann aber auch vorteilhaft sein, als Substrat eine Folie zu verwenden, die ggf. auch von anderer atomarer bzw. molekularer Beschaffenheit sein kann, als die zu untersuchende Probe. Es handelt sich aber regelmäßig um solche, die eine geringe Dicke aufweisen, unabhängig davon, ob sie feste Substrate oder Substrate in Folienform sind.The substrate is regularly of the same atomic or molecular composition like the one to be examined Sample. However, it can also be advantageous as a substrate to use a film that may also be used by others can be of atomic or molecular nature, as the sample to be examined. But it is regular around those with a small thickness, regardless of whether they are solid substrates or substrates are in foil form.

Das Substrat kann vorteilhafterweise so gewählt werden, daß es als Filterelement wirkt, d.h. daß eine gewollte charakteristische Röntgenlinie bzw. mehrere gewollte charakteristische Röntgenlinien des Substratwerkstoffs erzeugt bzw. durchläßt, d.h. daß die charakteristische Röntgenlinle bzw. die charakteristischen Röntgenlinien des Substrats gegenüber dem niederenergetischen Quasikontinuum bevorzugt durchgelassen wird bzw. werden.The substrate can advantageously be chosen that it acts as a filter element, i.e. that a wanted characteristic x-ray line or several wanted characteristic x-ray lines of the substrate material generates or transmits, i.e. that the characteristic X-ray lens or the characteristic X-ray lines of the substrate compared to the low-energy quasi-continuum is preferably let through.

Nach einer bestimmten Beaufschlagung eines bestimmten Ortes des Substrats mit dem Laserlicht, ob nun über einen längeren Zeitraum kontinuierlich oder aber mit mit hoher Energie gepulsten Laserlichtes, wird der entsprechende Ort des Auftreffens des Laserlichts auf der Substratoberfläche "verbraucht", da es vermieden werden muß, daß das Substrat-Atomplasma das Substrat durchdringt und Trümmerbruchstücke auf die Probe bzw. nachgeschaltete Analyseoptik gelangen können. Um dennoch die erfindungsgemäße Einrichtung für ein an sich unbeschränktes Maß an Reihenuntersuchungen bzw. Reihenanalysen zur Verfügung zu haben, ist es vorteilhaft, das Substrat relativ zum darauf auftreffenden Laserlicht in wenigstens zwei Freiheitsgraden bewegbar auszubilden, so daß quasi nach einem erzeugten Substrat-Atomplasma für eine Messung bzw. Analyse für die nächste Messung bzw. Analyse das Substrat relativ zum Laserlicht verschoben wird und dann erneut ein Substrat-Atomplasma erzeugbar ist.After a certain application of a certain Location of the substrate with the laser light, whether over for a longer period continuously or with high energy pulsed laser light, the corresponding Location of the laser light hitting the Substrate surface "used up" as it can be avoided must ensure that the substrate atom plasma penetrates the substrate and debris fragments to the test or downstream Analysis optics can arrive. To nevertheless the device according to the invention for an unlimited per se Measure of series examinations or series analyzes it’s beneficial to have that available Substrate relative to the laser light incident on it to make at least two degrees of freedom movable, so that quasi for a generated substrate atom plasma for one measurement or analysis for the next measurement or Analysis shifted the substrate relative to the laser light and then again a substrate atom plasma can be generated is.

Neben der Verschiebbarkeit des Substrats in der Ebene kann es auch vorteilhaft sein, das Substrat relativ zum darauf auftreffenden Laserlicht um wenigstens eine Achse drehbar auszubilden, so daß durch Verdrehung des Substrats jeweils wieder ein neuer Ort für die Ausbildung eines Substrat-Atomplasmas für eine Neumessung erreichbar ist. Es ist auch möglich, die Drehung und die Verschiebung des Substrates zu überlagern.In addition to the ability to move the substrate in the plane it may also be advantageous to position the substrate relative to the laser light incident thereon about at least one axis trained rotatable so that by twisting the substrate each time a new place for the training of a substrate atomic plasma for a new measurement is. It is also possible to use the rotation and the Overlay displacement of the substrate.

Ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlen, insbesondere für die Röntgenfluoreszenzanalyse, mittels Laserlicht, das auf eine Oberfläche eines Substrats gerichtet wird, wodurch auf der Oberfläche des Substrats ein eine Röntgenstrahlenquelle bildendes Substrat-Atom-plasma erzeugt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine mit den erzeugten Röntgenstrahlen für Analyse- oder Nachweiszwecke beaufschlagte Probe in Richtung des Laserstrahls hinter dem Substrat angeordnet wird.A method of generating x-rays, in particular for X-ray fluorescence analysis, by means of Laser light hitting a surface of a substrate is directed, thereby on the surface of the substrate a substrate atom plasma forming an X-ray source is generated is characterized in that one with the generated x-rays for analysis or Evidence-loaded sample towards the Laser beam is placed behind the substrate.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im wesentlichen darin, daß damit eine Röntgenstrahlenquelle bereitgestellt werden kann, die im Hinblick auf Intensität und Brillanz höchsten Ansprüchen genügt und damit auf einfache Weise Nachweisgrenzen an Verunreinigungen beispielsweise im Oberflächenbereich von Siliziumwafern möglich sind, die bisher als mit laborgestützen konventionellen Röntgenstrahlenquellen in der Fachwelt als unerreichbar galten.The advantage of the method according to the invention is essential that it is an X-ray source can be provided in terms of intensity and brilliance meets the highest demands and therefore detection limits for impurities in a simple manner for example in the surface area of silicon wafers are possible that were previously possible with conventional laboratory-based X-ray sources in the professional world as were considered unreachable.

Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist grundsätzlich kontinuierliches Laserlicht benutzbar um jedoch sehr hohe Intensitäten an Röntgenstrahlen für die eigentliche Untersuchung einer Probe zu erreichen, ist es vorteilhaft, gepulstes Laserlicht zu verwenden.To carry out the method according to the invention basically continuous laser light can be used however, very high intensities of x-rays for the actual examination of a sample can be achieved it is advantageous to use pulsed laser light.

Für den Nachweis leichter Elemente beispielsweise auf der Oberfläche einer Probe in Form eines Siliziumwafers eignet sich hervorragend die Silizium-Ka Strahlungslinie, die das Silizium des Wafers selbst nicht anregt. Um diese oder auch andere bevorzugte Strahlungslinien für bestimmte Untersuchungen zur Verfügung zu haben, wird das Substrat vorteilhafterweise mit einer oder mehreren vorbestimmten und oder gewollten Röntgenlinie bzw. Röntgenlinien nicht nur als über das Atomplasma erzeugte Röntgenstrahlungsquelle verwendet, sondern auch vorzugsweise als Filterelement, wobei die Röntgenstrahlung mit der gewollt erzeugten bestimmten Röntgenlinie bzw. den Röntgenlinien auf die Probe gerichtet wird. So ist beispielsweise bei Auswahl bzw. Verwendung der erwähnten Silizium-Ka Strahlungslinie ein Nachweis der leichten Elemente bis hin zum Element Aluminium auf einfache Weise möglich.For example, for the detection of light elements the surface of a sample in the form of a silicon wafer the silicon-Ka radiation line is ideal, which does not excite the silicon of the wafer itself. Around these or other preferred radiation lines for having certain examinations available the substrate advantageously with one or more predetermined and or desired x-ray line or X-ray lines not only as generated by the atomic plasma X-ray source used, but also preferably as a filter element, the X-rays with the intended x-ray line or the X-ray lines are directed onto the sample. So is for example when selecting or using the mentioned Silicon Ka radiation line a proof of light Elements to element aluminum on simple Way possible.

Um einerseits gesonderte Fokussierungseinrichtungen für die Röntgenstrahlung zu vermeiden und auch Streuverluste so gering wie möglich zu halten, wird die Probe schließlich vorzugsweise unmittelbar hinter dem Substrat angeordnet.To separate focusing devices for to avoid the x-rays and also wastage Finally, keeping the sample as low as possible preferably immediately behind the substrate arranged.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden schematischen Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels im einzelnen beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1
einen Ausschnitt aus der Einrichtung, im wesentlichen das durch das Laserlicht beaufschlagte Substrat sowie das dadurch gebildete Substrat-Atomplasma zeigend, und
Fig. 2
in perspektivischer Darstellung das durch das Laserlicht beaufschlagte Substrat sowie die unter dem Substrat angeordnete Probe, von der reflektierte Fluoreszenzstrahlung auf einen Nachweisdetektor gelangt.
The invention will now be described in detail with reference to the following schematic drawings using an exemplary embodiment. In it show:
Fig. 1
a section of the device, essentially showing the substrate acted upon by the laser light and the substrate atom plasma formed thereby, and
Fig. 2
a perspective view of the substrate acted upon by the laser light and the sample arranged under the substrate, from which reflected fluorescence radiation reaches a detection detector.

Die Einrichtung 10 zur Erzeugung von Röntgenstrahlen 11 ist in Fig. 1 unter Weglassung von hier nicht interessierenden Details dargestellt. So ist hier eine Laserlichtquelle, mit der Laserlicht 12 erzeugt wird, nicht dargestellt. Als Laserlichtquellen können im Prinzip alle geeigneten, im Handel erhältlichen Laserlichtquellen verwendet werden. Von der Laserlichtquelle aus wird Laserlicht 12, bevorzugt in gepulster Form, in Richtung 17 auf die Oberfläche 14 eines Substrats 13 gerichtet. Dieses wird bevorzugt geeignet fokussiert auf die Oberfläche 14 des Substrats 13 gelenkt, um eine möglichst kleindimensionierte, räumlich eng begrenzte punktförmige Röntgenstrahlenquelle 15 zu erzeugen.The device 10 for generating X-rays 11 is in Fig. 1 omitting those not of interest here Details shown. So here is a laser light source, with which laser light 12 is generated, not shown. In principle, laser light sources can all suitable, commercially available laser light sources be used. From the laser light source is laser light 12, preferably in pulsed form, in Direction 17 to the surface 14 of a substrate 13 directed. This is preferably suitably focused on the surface 14 of the substrate 13 is directed to a as small as possible, spatially limited to generate point-shaped X-ray source 15.

Durch das Laserlicht 12 wird ein Teil des Substrats 13 in ein Substrat-Atomplasma 16 überführt, das die Röntgenstrahlenquelle 15 bildet. Ein Teil der durch das Substrat-Atomplasma 16 erzeugten Röntgenstrahlen 11 durchquert das Substrat 13, das beispielsweise als Folie oder als flächenförmige dünne Scheibe ausgebildet sein kann.A part of the substrate 13 is formed by the laser light 12 transferred to a substrate atomic plasma 16 which is the x-ray source 15 forms. Part of the by that X-rays 11 generated by the substrate atom plasma 16 passes through the substrate 13, for example as a film or be designed as a sheet-like thin disc can.

Bei der Beaufschlagung der Oberfläche 14 des Substrats 13 mit Laserlicht 12 entstehen neben der als Röntgenstrahlenquelle gewünschten Atomplasmawolke 16 ein Krater in der Oberfläche 14 des Substrats 13 sowie hier nicht dargestellte unvermeidbare Trümmerbruchstücke.When the surface 14 of the substrate is applied 13 with laser light 12 arise in addition to that as an X-ray source desired atomic cloud 16 a crater in the surface 14 of the substrate 13 and not here shown inevitable fragments of debris.

Gemäß der Erfindung wird die Dicke 23 des Substrats 13 durch Rechnungen bzw. experimentell auf die verwendete Lasereinrichtung bzw. das verwendete Laserlicht 12 derart abgestimmt, daß nach folgender Gleichung Kratertiefe + Filterstrecke 24 = Dicke des Substrats 13 bzw. Dicke des folienförmigen Substrats 13 für die Absorption und Filterstrecke, vgl. Fig. 1, ca. 1 bis 5 µm an Dicke des Substrats 13 übrig bleibt. Unterhalb, bezogen auf die Darstellung der Figuren 1 und 2, des Substrats 13, d.h. in Richtung 17 des Laserlichts 12 hinter dem Substrat 13, ist die eigentlich zu untersuchende Probe 18, beispielsweise in Form eines auf metallische Verunreinigungen zu untersuchenden Siliziumwafers, angeordnet. Auf an sich bekannte Weise wird aufgrund der einfallenden primären Röntgenstrahlen 11 auf die Probe 18 Röntgenfluoreszenzstrahlung 22 erzeugt, die in einem flachen Winkel relativ zur Oberfläche der Probe 18 auf an sich bekannte Weise auf einen Detektor 21 gegeben wird, mittels dem auf dem Gebiet der Röntgenfluoreszenzanalyse bekannte Weise Aussagen quantitativer und qualitativer Art über die Verunreinigungen auf bzw. in der Probe 18 gemacht werden können.According to the invention, the thickness 23 of the substrate 13 is adjusted by calculations or experimentally to the laser device or laser light 12 used in such a way that according to the following equation Crater depth + filter section 24 = thickness of the substrate 13 or thickness of the film-shaped substrate 13 for absorption and filter section, cf. Fig. 1, about 1 to 5 microns in thickness of the substrate 13 remains. Below, with reference to the illustration in FIGS. 1 and 2, the substrate 13, ie in the direction 17 of the laser light 12 behind the substrate 13, the sample 18 actually to be examined is arranged, for example in the form of a silicon wafer to be examined for metallic impurities. In a manner known per se, due to the incident primary X-rays 11 on the sample 18, X-ray fluorescence radiation 22 is generated, which is applied at a flat angle relative to the surface of the sample 18 in a manner known per se to a detector 21 by means of the field of X-ray fluorescence analysis in a known manner, statements of a quantitative and qualitative nature about the impurities on or in the sample 18 can be made.

Fig. 2. zeigt ein Substrat 13, das hier rund und scheibenförmig ausgebildet ist und um eine Achse 19, beispielsweise in Richtung des Pfeiles 20, drehbar ist. Prinzipiell kann das Substrat 13 beliebig flächig entweder als dünne, starre Scheibe oder als Folie ausgebildet sein.Fig. 2. shows a substrate 13, which is round and disc-shaped here is formed and about an axis 19, for example is rotatable in the direction of arrow 20. In principle, the substrate 13 can have any area either as a thin, rigid disc or as a film be trained.

Das Substrat 13 kann beispielsweise auch in wenigstens zwei Freiheitsgraden bewegbar ausgebildet sein, d.h. alternativ oder zusätzlich zu der Drehbarkeit um die Achse 19.The substrate 13 can for example also in at least two degrees of freedom can be designed to be movable, i.e. alternatively or in addition to the rotatability around the Axis 19.

Damit die oben aufgestellte einfache Gleichung nicht nur für jeden einzelnen Impuls des Laserlichts 12 sondern auch für eine möglichst ausgedehnte Folge solcher Laserlichtimpulse gültig bleibt, muß das Substrat 13 entweder durch lineare Verschiebung und/oder Drehung bewegt werden, so daß das Laserlicht 12 immer auf einen noch unbeaufschlagten Ort auf der Oberfläche 14 des Substrats 13 trifft. Um einen ökonomischen Betrieb der Einrichtung 10 bzw. des Verfahrens zu gewährleisten, sollten die Beaufschlagungsorte auf der Oberfläche 14 des Substrats 13 mittels Laserlicht 12 unter Berücksichtigung der Einhaltung der obigen Gleichung so dicht wie möglich liegen. Da sich das Substrat 13 für eine Reihenmessung sehr schnell verbraucht, kann durch die angegebene Methode das Substrat 14 optimal ausgenutzt werden.So that the simple equation above doesn't just for every single pulse of laser light 12 instead also for the largest possible sequence of such Laser light pulses remain valid, the substrate 13th either by linear displacement and / or rotation be moved so that the laser light 12 always on one still unoccupied location on surface 14 of the Substrate 13 hits. In order to operate the To ensure device 10 or the method, the application sites on the surface 14 of the substrate 13 by means of laser light 12 taking into account adhering to the equation above so tight as possible. Since the substrate 13 for a Row measurement consumed very quickly, can by the specified method optimally used the substrate 14 become.

Hervorzuheben ist noch, daß die Erfindung einschließlich der in den beiden Figuren dargestellten Ausgestaltungen nicht auf die hier beispielhaft beschriebene Verwendung beschränkt ist. Grundsätzlich kann die Einrichtung 10 und auch das erfindungsgemäße Verfahren mit allen Substraten 13 betrieben werden, die sich als ausreichend dünne flächenförmige Scheiben bzw. Folien herstellen lassen und sie sind überall dort einsetzbar, wo intensive punktförmige Quellen für Röntgenstrahlen, insbesondere in Kombination mit geeigneten Röntgenoptiken, benötigt werden.It should also be emphasized that the invention including of the configurations shown in the two figures not to the use described here as an example is limited. Basically, the device 10 and also the method according to the invention with all Substrates 13 are operated, which turns out to be sufficient Produce thin sheets or foils and they can be used wherever intensive point sources for x-rays, in particular in combination with suitable X-ray optics, are needed.

Mit der Erfindung wird somit vorteilhafterweise erreicht, daß

  • die Trümmerbruchstücke auf den Raum oberhalb der Oberfläche 14 des Substrats 13, bezogen auf die Geometrie der beiden Ausgestaltungen gemäß Fig. 1 und 2, beschränkt sind. Unterhalb des Substrats 13 können die Probe 18 bzw. hier nicht dargestellte röntgenoptische Komponenten nicht mehr verunreinigt werden.
  • Die Röntgenstrahlen aus der Substrat-Atomplasmawolke 16 werden vorteilhaft dahingehend gefiltert, daß eine oder mehrere charakteristische Röntgenlinle bzw. Röntgenlinien des Werkstoffs des Substrats 13 gegenüber dem niederenergetischen Quasikontinuum bevorzugt durchgelassen wird bzw. werden.
    • With the invention is thus advantageously achieved that
  • the debris fragments are limited to the space above the surface 14 of the substrate 13, based on the geometry of the two configurations according to FIGS. 1 and 2. Below the substrate 13, the sample 18 or X-ray optical components (not shown here) can no longer be contaminated.
  • The x-rays from the substrate atomic plasma cloud 16 are advantageously filtered in such a way that one or more characteristic x-ray lines or x-ray lines of the material of the substrate 13 are or are preferably let through in relation to the low-energy quasi-continuum.

    • BezugszeichenlisteReference list

    1010th
    EinrichtungFacility
    1111
    RöntgenstrahlX-ray
    1212th
    LaserlichtLaser light
    1313
    SubstratSubstrate
    1414
    Oberfläche (Substrat)Surface (substrate)
    1515
    RöntgenstrahlenquelleX-ray source
    1616
    Substrat-AtomplasmaSubstrate atomic plasma
    1717th
    Richtung (Laserlicht)Direction (laser light)
    1818th
    Probesample
    1919th
    Achseaxis
    2020th
    DrehrichtungDirection of rotation
    2121
    Detektordetector
    2222
    FluoreszenzstrahlFluorescent beam
    2323
    Dickethickness
    2424th
    FilterstreckeFilter section

    Claims (10)

    Einrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlen, insbesondere für die Röntgenfluoreszensanalyse, umfassend eine Laserlichtquelle, mittels der Laserlicht auf eine Oberfläche eines Substrats gerichtet wird, wodurch auf der Oberfläche des Substrats ein eine Röntgenstrahlenquelle bildendes Substrat-Atomplasma enzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (13) in Richtung (17) des Laserlichts (12) vor einer zu untersuchenden Probe (18) angeordnet ist.Device for generating x-rays, especially for X-ray fluorescence analysis a laser light source by means of the laser light a surface of a substrate is directed, whereby an X-ray source on the surface of the substrate forming substrate atom plasma can be generated, characterized in that the substrate (13) in the direction (17) of the laser light (12) in front of one to be examined Sample (18) is arranged. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht (12) gepulstes Laserlicht (12) ist.Device according to claim 1, characterized in that the laser light (12) is pulsed laser light (12). Einrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (13) eine Folie ist. Device according to one or both of claims 1 or 2, characterized in that the substrate (13) is a slide. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (13) ein Filterelement ist, das eine gewollte, charakteristische Röntgenlinie des Substratwerkstoffs durchläßt bzw. erzeugt.Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the substrate (13) Filter element is an intentional, characteristic X-ray line of the substrate material passes or generated. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (13) relativ zum darauf auftreffenden Laserlicht (12) in wenigstens zwei Freiheitsgraden bewegbar ist.Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the substrate (13) relative to the laser light (12) incident thereon at least two degrees of freedom can be moved. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (13) relativ zum darauf auftreffenden Laserlicht (12) um wenigstens eine Achse (19) drehbar ist.Device according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the substrate (13) relative to the laser light (12) incident thereon at least one axis (19) is rotatable. Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlen, insbesondere für die Röntgenfluoreszenzanalyse, mittels Laserlicht, das auf einer Oberfläche eines Substrats gerichtet wird, wodurch auf der Oberfläche des Substrats ein eine Röngenstrahlenquelle bildendes Substrat-Atom-plasma erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit den erzeugten Röntgenstrahlen für Analyse- oder Nachweiszwecke beaufschlagte Probe in Richtung des Laserlichts hinter dem Substrat angeordnet wird.Process for generating x-rays, in particular for X-ray fluorescence analysis, by means of Laser light that is on a surface of a substrate is directed, thereby on the surface of the substrate a substrate atom plasma forming an X-ray source is generated, characterized in that a with the generated x-rays for analysis or Evidence-loaded sample towards the Laser light is placed behind the substrate. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Laserlicht gepulstes Laserlicht verwendet wird.A method according to claim 7, characterized in that pulsed laser light is used as the laser light. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat mit einer oder mehreren vorbestimmten und/oder gewollten Röntgenlinie bzw. Röntgenlinien als Filterelement verwendet wird, wobei die Röntgenstrahlung mit der erzeugten Röntgenlinie bzw. den Röntgenlinien auf die Probe gerichtet werden.Method according to one or both of claims 7 or 8, characterized in that the substrate with a or several predetermined and / or wanted X-ray lines or X-ray lines used as a filter element is, the X-rays with the generated X-ray line or the X-ray lines on the sample be judged. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe unmittelbar hinter dem Substrat angeordnet ist.Method according to one or more of claims 7 to 9, characterized in that the sample immediately is arranged behind the substrate.
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