DE4003757A1

DE4003757A1 - Prodn. and measurement of sec. X=ray from target - comprising beam collimator as part of focusing assembly with focusing aids to ease focusing for thin film thickness measurement

Info

Publication number: DE4003757A1
Application number: DE19904003757
Authority: DE
Inventors: Ulrich Theis
Original assignee: ROENTGENANALYTIK MESSTECHNIK G
Current assignee: ROENTGENANALYTIK MESSTECHNIK G
Priority date: 1990-02-08
Filing date: 1990-02-08
Publication date: 1991-08-14
Also published as: DE9007499U1

Abstract

Production and measurement of sec. X-Ray emission has a collimator (1) included as part of the focusing assembly. The equipment consists of an X-ray tube in an X-ray opaque housing, (20), an opening (21) for the X-ray beam and a closure (5) to stop the beam entering the collimator (1). Adjustment is included for focusing the beam to a desired area on the target and a proportional scintillation tube for measurement. USE/ADVANTAGE - Thin film thickness measurements. Attachment of collimator to focus adjustment unit maintains focus longer and allowsa easier focus and positioning.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen und Messen von Sekundärstrahlung, welche von einer mit Röntgen strahlen bestrahlten Probe ausgeht. Eine solche Vorrichtung hat im wesentlichen die folgenden Merkmale:The present invention relates to a device for generating and measuring secondary radiation from one with x-ray radiate irradiated sample. Such a device has essentially the following features:

- eine Röntgenröhre in einem für Röntgenstrahlen im wesentli chen undurchlässigen Gehäuse,- An X-ray tube in one for X-rays essentially Chen impermeable housing,
- eine Öffnung in dem Gehäuse für den Austritt eines Röntgen strahlenbündels,- An opening in the housing for the exit of an X-ray ray bundle,
- einen Kollimator zur Begrenzung der Röntgenstrahlung auf einen bestimmten, fest definierten Flächenbereich,- A collimator to limit the X-rays a certain, clearly defined area,
- einen Verschluß zwischen Röntgenröhre und Kollimator, welcher den Röntgenstrahl beispielsweise zwecks Probenwech sel unterbrechen kann,a closure between the X-ray tube and the collimator, which uses the X-ray beam, for example, to change samples can interrupt
- eine Justiereinrichtung zum Einstellen des gewünschten Auftreffpunktes der Röntgenstrahlung und- An adjustment device for setting the desired Point of impact of x-rays and
- ein Proportionalzählrohr oder dergleichen zur Erfassung der von der bestrahlten Probe ausgehenden Sekundärstrahlung.- A proportional counter tube or the like for detecting the secondary radiation emanating from the irradiated sample.

Bei geöffnetem Verschluß wird dann aus der von der Röntgenröhre ausgehenden Strahlung durch den Kollimator ein Röntgenstrahl ausgeblendet, der auf einen kleinen Flächenbereich einer zu messenden Probe auftrifft, wobei gegebenenfalls das Proportio nalzählrohr oder ein anderes Gerät zur Erfassung der Sekundär strahlung auf den bestrahlten Bereich der Probe ausgerichtet wird und so die von diesem Bereich ausgehende Sekundärstrahlung erfaßt.When the shutter is open, the X-ray tube is used outgoing radiation through the collimator using an x-ray faded out towards a small area measuring sample, where appropriate, the Proporio nal counter tube or another device for detecting the secondary radiation aimed at the irradiated area of the sample and so is the secondary radiation emanating from this area detected.

Derartige Vorrichtungen eignen sich beispielsweise gut für die Schichtdickenbestimmung sehr dünner Schichten durch Messen der Fluoreszenzstrahlung, welche von dem bestrahlten Probenbereich ausgeht.Such devices are well suited for example Layer thickness determination of very thin layers by measuring the Fluorescence radiation from the irradiated sample area going out.

Die zu untersuchenden Proben sind häufig sehr klein und die zu untersuchenden Oberflächen sind nicht immer homogen, so daß es für das Ergebnis einer Sekundärstrahlungsmessung häufig sehr auf die genaue Kenntnis des Flächenbereiches ankommt, auf welchen die Röntgenstrahlung auftrifft. Andererseits ist dieser Bereich aber nicht ohne weiteres erkennbar, da sowohl die Röntgenstrah lung als auch (im allgemeinen) die Sekundärstrahlung unsichtbar sind.The samples to be examined are often very small and those too investigating surfaces are not always homogeneous, so it often very high for the result of a secondary radiation measurement the exact knowledge of the surface area is important the x-rays hit. On the other hand, this area but not easily recognizable since both the x-ray tion as well as (in general) the secondary radiation invisible are.

Aus diesem Grund weisen derartige Geräte im allgemeinen eine Justiereinrichtung auf, welche über Hilfsmittel die Ausrichtung des Röntgenstrahls und seinen Auftreffpunkt auf einer Probe anzeigt. Diese Justiereinrichtungen, die beispielsweise einen Lichtfleck auf den vermeintlichen Auftreffpunkt der Röntgen- Strahlung projizieren, sind jedoch nicht sehr genau, und können leicht dejustiert werden, ohne daß die falsche Justierung ohne weiteres erkennbar ist, wobei außerdem die Justierung häufig noch einen bestimmten Abstand des Kollimators von der Probe voraussetzt.For this reason, such devices generally have one Adjustment device on which the alignment of the X-ray beam and its point of impact on a sample displays. These adjustment devices, for example one Light spot on the supposed point of impact of the X-ray Projecting radiation, however, are not very accurate, and can easily be misaligned without the wrong adjustment without further is recognizable, and the adjustment is also frequent a certain distance of the collimator from the sample assumes.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher eine Dejustierung praktisch ausgeschlossen ist und bei welcher der Justiervorgang wesentlich einfacher und mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.In contrast, the present invention has the object based on a device of the type mentioned create, in which a misalignment practically impossible is and in which the adjustment process much easier and can be performed with high accuracy.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kollimator selbst einen Teil der Justiereinrichtung bildet. Zwar sind auch bei bekannten Geräten dieser Art Justiereinrichtung und Kollimator gelegentlich miteinander gekoppelt, dabei spielt jedoch der Kollimator selbst keine aktive Rolle bei der Justierung und die Verbindung zwischen Justiereinrichtung und Kollimator dient lediglich dazu, einen Bezugspunkt für die Justiereinrichtung zu fixieren. Hiervon unterscheidet sich die vorliegende Erfindung dadurch, daß der Kollimator selbst unmittelbar als Teil der Justiereinrichtung Verwendung findet.This object is achieved in that the collimator itself forms part of the adjustment device. Although are also at known devices of this type adjusting device and collimator occasionally coupled with each other, but the Collimator itself has no active role in the adjustment and the Connection between adjusting device and collimator is used only to provide a reference point for the adjustment device fix. The present invention differs from this in that the collimator itself directly as part of the Adjustment device is used.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geschieht dies dadurch, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mit Hilfe welcher bei geschlossenem Verschluß ein Lichtstrahl durch die Kollimatorbohrung geführt wird.According to a preferred embodiment of the invention this in that a device is provided with the help which when the shutter is closed, a beam of light through the Collimator bore is performed.

In vorteilhafter Weise kann ein solcher Lichtstrahl als Zeiger dienen, wobei dieser aus dem Kollimator austretende Lichtstrahl einen Lichtfleck genau an der Stelle erzeugt, an welcher auch der Röntgenstrahl, welcher den gleichen Weg durch den Kollimator nimmt, auftreffen muß. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Kollimator eine relativ lange Bohrung mit kleinem Durchmesser aufweist und/oder einen großen Abstand von der Röntgenröhre hat.Such a light beam can advantageously be used as a pointer serve, this emerging from the collimator light beam creates a spot of light at exactly where it is the x-ray beam, which is the same path through the collimator takes, must hit. This applies in particular if the Collimator a relatively long bore with a small diameter and / or a large distance from the X-ray tube.

Umgekehrt kann jedoch auch die Probe beleuchtet werden, wobei ein Teil dieses Lichtes auch in die Kollimatorbohrung hinein reflektiert wird und beispielsweise durch eine oberhalb des Kollimators angebrachte Spiegeloptik betrachtet werden kann, auf diese Weise könnte ebenfalls der Auftreffpunkt der Röntgenstrah lung identifiziert werden.Conversely, however, the sample can also be illuminated, whereby some of this light also enters the collimator bore is reflected and for example by an above the Collimator-mounted mirror optics can be viewed on this could also be the point of impact of the x-ray be identified.

Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Einrichtung zum Hindurchführen eines Lichtstrahls durch die Kollimatorbohrung eine am Verschluß angeordnete direkte oder indirekte Lichtquelle aufweist.However, an embodiment of the invention is preferred in which is the means for passing a light beam through the collimator bore arranged on the closure has direct or indirect light source.

Unter einer indirekten Lichtquelle ist dabei beispielsweise ein Spiegel zu verstehen, welcher das von einer anderen Lichtquelle herkommende Licht in die Kollimatorbohrung hineinreflektiert. Under an indirect light source is, for example, a Understand mirror, which is from another light source coming light reflected into the collimator bore.

Ebensogut könnte aber auch am Verschluß selbst eine aktive Lichtquelle, z. B. eine Leuchtdiode, eine Glühlampe oder ein Laser angeordnet sein.An active one could just as well be on the closure itself Light source, e.g. B. a light emitting diode, a light bulb or a Laser arranged.

Selbstverständlich könnte die Lichtquelle auch in Betrieb sein, wenn der Verschluß geöffnet ist, so daß auch während der Messung der von Röntgenstrahlen beaufschlagte Bereich einer Probe optisch sichtbar ist. Dies könnte man beispielsweise durch Verwendung eines Spiegelmaterials erreichen, welches für Röntgenstrahlen durchlässig ist und bei "geöffnetem Verschluß" so im Strahlengang der Röntgenstrahlung liegt, daß gleichzeitig ein Lichtstrahl in die Kollimatorbohrung eingespiegelt werden kann.Of course, the light source could also be in operation when the shutter is open, so that even during the measurement the area of a sample exposed to X-rays is optically visible. One could do this, for example Achieve use of a mirror material which for X-rays are permeable and when the shutter is "open" so in the X-ray beam path that at the same time a light beam can be reflected into the collimator bore can.

Generell wird eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei welcher bei geschlossenem Verschluß die der Kollimatorbohrung zugewandte Seite des Verschlusses eine die Achse der Kollimator bohrung schneidende Spiegelfläche aufweist, wobei eine Licht quelle in Richtung der in dieser Verschlußstellung gespiegelten Achse der Kollimatorbohrung angeordnet ist.In general, an embodiment of the invention is preferred in which with the closure closed, that of the collimator bore side of the shutter facing the axis of the collimator bore intersecting mirror surface, wherein a light source in the direction of the mirrored in this closed position Axis of the collimator bore is arranged.

Dabei kann der Verschluß beispielsweise aus einem prismatischen Block mit einer zur Kollimatorachse um 45° geneigten Unterkante sein, welcher von der Seite her in den Strahlengang eingeschoben wird und so den Röntgenstrahl unterbricht, gleichzeitig jedoch eine Spiegelfläche bereitstellt, so daß eine Lichtquelle, welche in Richtung der in diesem Fall um genau 90° zur Seite gespiegel ten Kollimatorachse angeordnet ist, den Spiegel beleuchtet, der das Licht teilweise durch die Kollimatorbohrung hindurchreflek tiert.The closure can for example consist of a prismatic Block with a lower edge inclined at 45 ° to the collimator axis be inserted into the beam path from the side and thus interrupts the X-ray beam, but at the same time provides a mirror surface so that a light source, which in the direction of the mirror in this case exactly 90 ° to the side th collimator axis is arranged, the mirror illuminates the partially reflect the light through the collimator bore animals.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Verschluß aus einem um seine Achse um 90° drehbaren und in der Grundform zylindrischen Teil, dessen eine Fläche entlang einer um etwa 45° zur Zylinderachse abgewinkelten Ebene verläuft. Durch entsprechende Anordnung dieses zylindrischen Teiles kann man erreichen, daß der Röntgenstrahl in der Position, in welcher die schräg zur Zylinderachse des Verschlußteiles verlaufende Fläche im wesentlichen parallel zur Achse der Kollimatorbohrung ist, ungehindert am Verschlußteil vorbei in den Kollimator eintreten kann, während in einer um 90° hierzu gedrehten Stellung des Verschlußteiles der Röntgenstrahl an dieser Stelle unterbrochen wird, wobei die schräg verlaufende Zylinderfläche in diesem Fall der Kollimatorbohrung zugewandt ist und sich ebenfalls unter einem Winkel von 45° relativ zu dieser Achse erstreckt. Diese Fläche, die vorzugsweise verspiegelt ist, lenkt dann das Licht von einer auf Höhe des Verschlusses im Abstand zur Kollimatorachse angeordneten Lichtquelle genau in die Kollimatorbohrung hinein und auf das darunter befindliche Objekt.In the preferred embodiment of the invention, the Closure from a 90 ° rotatable around its axis and in the Basic shape cylindrical part, one surface along one is about 45 ° to the cylinder axis angled plane. By appropriate arrangement of this cylindrical part one can achieve that the x-ray beam in the position in which the oblique to the cylinder axis of the closure part Surface substantially parallel to the axis of the collimator bore is unimpeded past the closure part into the collimator can occur while in a rotated 90 ° to this Position of the closure part of the X-ray beam at this point is interrupted, the sloping cylinder surface in this case the collimator bore faces and faces also at an angle of 45 ° relative to this axis extends. This surface, which is preferably mirrored, steers then the light from one at the level of the shutter at a distance to the collimator axis arranged light source exactly in the Collimator bore into and onto the one below Object.

Zweckmäßigerweise wird der Verschluß mit einem Schalter für die entsprechende Lichtquelle gekoppelt.Conveniently, the closure with a switch for the corresponding light source coupled.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Kollima tor an seinem der zu messenden Probe zugewandten Ende spitz zulaufend ausgebildet, so daß dieses Ende auch als Zeiger oder Justierspitze angesehen werden kann, welche genau auf den Punkt weist, in welchem der Röntgenstrahl auftreffen wird. Dabei ist eine Ausführungsform der Erfindung besonders bevorzugt, bei welcher der Kollimator so lang ausgebildet wird, daß diese Spitze unmittelbar über der zu messenden Probe angeordnet wird, so daß der Meßfleck hierdurch eindeutig definiert ist. Zweck mäßigerweise hat der Kollimator Zylindersymmetrie, so daß die Spitze entsprechend kegelförmig ausgebildet ist und die Bohrung genau im Zentrum der etwas abgeplatteten Spitze endet. Am meisten bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Kollimator die eben genannte Form hat und bei welcher zusätzlich die optischen Einrichtungen zum Hindurchfüh ren eines Lichtstrahls durch die Kollimatorbohrung vorgesehen sind.In another embodiment of the invention, the collima gate at its end facing the sample to be measured tapered so that this end also as a pointer or Justierspitze can be viewed, which exactly to the point points in which the X-ray beam will hit. It is an embodiment of the invention particularly preferred, at which the collimator is so long that this The tip is placed directly above the sample to be measured, so that the measurement spot is clearly defined. Purpose moderately the collimator has cylindrical symmetry, so that the Tip is conical and the bore ends exactly in the center of the somewhat flattened tip. At the most preferred is an embodiment of the invention, in which the collimator has the shape just mentioned and at which additionally the optical devices for the passage Ren provided a light beam through the collimator bore are.

Dabei hat es sich als zeckmäßig erwiesen, wenn die Bohrung durch einen relativ langen Kollimator, von der Spitze her gesehen, stufenförmige zylindrische Erweiterungen aufweist.It has proven to be tick when the hole through a relatively long collimator, seen from the top, has stepped cylindrical extensions.

Um bei der Messung der Sekundärstrahlung eine möglichst hohe Ortsauflösung zu erhalten, muß der aus dem Kollimator austreten de Röntgenstrahl ensprechend fein gebündelt bzw. ausgeblendet sein. Hierzu sind Kollimatorbohrungen erforderlich, deren Durchmesser typischerweise im Bereich von 0,3 bis 1 mm liegt. Es versteht sich, daß eine Bohrung von 0,3 mm Durchmesser in einem sehr langen Kollimator nur unter erheblichen Schwierigkeiten anzubringen ist, so daß die stufenweise erweiterte zylindrische Bohrung eine erheblich leichtere Herstellung ermöglicht, wobei lediglich die letzten 1 bis 10 mm des Endstückes des Kollimators die Bohrung mit dem kleinen Durchmesser aufweisen müssen.In order to measure the secondary radiation as high as possible To obtain spatial resolution, the must exit the collimator de X-ray beam bundled or masked accordingly be. This requires collimator holes, the Diameter is typically in the range of 0.3 to 1 mm. It it goes without saying that a bore of 0.3 mm diameter in one very long collimator only with considerable difficulty is attached so that the gradually expanded cylindrical Bore allows a much easier manufacture, whereby only the last 1 to 10 mm of the end of the collimator the bore with the small diameter must have.

Weiterhin hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Kollimator federnd am Gehäuse der Röntgenröhre oder an anderen Teilen der Vorrichtung, wie z. B. am Verschlußgehäuse, aufgehängt ist. Dies ermöglicht es, die Kollimatorspitze gegen die Probe zu fahren, ohne diese zu zerstören, da der Kollimator dann aufgrund der federnden Aufhängung entsprechend zurückweicht. Dabei sind Führungselemen te vorgesehen, welche eine Bewegung des Kollimators nur entlang seiner Bohrungsachse zulassen, wobei eine Druckfeder das Einfedern des Kollimators erlaubt. Diese Druckfeder kann jedoch auch als Zugfeder wirken, wenn der Kollimator in Gegenrichtung verfahren wird. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Führungselemente aus teleskopartig ineinandergeführten Rohrteilen bestehen, welche mit präziser Passung ineinander geführt und konzentrisch zur Achse der Kollimatorbohrung angeordnet sind, wobei mindestens eines dieser Teleskoprohrteile von einer Schraubenfeder umgeben ist, die sich mit einem Ende beispielsweise am Gehäuse des Kollimatorver schlusses und mit ihrem anderen Ende an einem mit dem Kollimator starr verbundenen Teil abstützt. Dabei kann eine Vorschubein richtung vorgesehen sein, welche die gesamte Anordnung in Richtung der Probe und parallel zur Kollimatorachse verfährt, ebenso kann eine zusätzliche Verschiebeeinrichtung vorgesehen werden, welche den Kollimator gegen die Wirkung der Druckfeder oder mit deren Unterstützung in Richtung der Kollimatorachse von der Probe weg oder auf diese zu bewegt.Furthermore, it has proven to be useful if according to a further embodiment of the invention, the collimator resilient on X-ray tube housing or other parts of the device, such as B. is hung on the breech housing. this makes possible it to drive the collimator tip against the sample without it to destroy because the collimator is then due to the resilient Suspension recedes accordingly. There are leadership elements te provided which only move the collimator along allow its bore axis, with a compression spring Collimator deflection allowed. However, this compression spring can also act as a tension spring when the collimator is in the opposite direction is proceeded. An embodiment of the is particularly preferred Invention in which the guide elements from telescopic nested pipe parts exist, which with more precise Fit into each other and concentric to the axis of the Collimator bore are arranged, at least one of these Telescopic tube parts is surrounded by a coil spring that extends with one end, for example, on the housing of the collimator conclusion and with its other end at one with the collimator rigidly connected part supports. A feed can be used direction should be provided, which the entire arrangement in Direction of the sample and moved parallel to the collimator axis, an additional displacement device can also be provided be the collimator against the action of the compression spring or with their support in the direction of the collimator axis of away from the sample or moving towards it.

Zweckmäßigerweise ist ein Sensor vorgesehen, welcher eine über ein vorgegebenes Maß hinausgehende Rückfederung des Kollimators erfaßt. So wäre es beispielsweise möglich, die gesamte Vorrich tung von Hand grob zu justieren bzw. eine Probe an oder unter dieser Vorrichtung anzuordnen und dann die gesamte Vorrichtung mit Kollimator oder aber den Teil, welcher die Probe haltert, so zu bewegen, daß die Spitze des Kollimators auf der Probe aufsetzt. Da der Kollimator federnd gelagert ist, wird er federnd zurückweichen, sobald die Druckkraft der Spitze auf die Probe ein bestimmtes Maß übersteigt, wobei diese Einfederung von einem Sensor erfaßt und registriert wird. Zweckmäßigerweise wird dann die weitere Relativbewegung zwischen Probe und Vorrichtung gestoppt und die Einrichtung, welche den Kollimator relativ zur übrigen Vorrichtung verschieben kann, zieht den Kollimator wieder von der Probe ab. Stattdessen könnte jedoch auch die gesamte Relativbewegung zwischen Probe und der Vorrichtung umgekehrt werden, indem eine Bewegung in entgegengesetzter Richtung um einen Betrag erfolgt, der das Maß der Einfederung des Kollimators etwas übersteigt. Auch in diesem Falle wäre sichergestellt, daß die Kollimatorspitze sich im Abstand zu der Probe befindet, wobei dieser Abstand vorzugsweise im Bereich von 1 bis 5 mm liegt.A sensor is expediently provided, which has a springback of the collimator going beyond a predetermined amount detected. For example, it would be possible to complete the entire device roughly adjustable by hand or a sample on or under arrange this device and then the entire device with collimator or the part that holds the sample, so to move that tip of the collimator to the sample touches down. Since the collimator is spring-loaded, it becomes spring back as soon as the pressure of the tip on the Sample exceeds a certain dimension, this deflection of a sensor is detected and registered. Expediently then the further relative movement between sample and device stopped and the device that relative to the collimator can move the remaining device, pulls the collimator again from the rehearsal. Instead, however, the total relative movement between the sample and the device be reversed by moving in opposite directions Direction is done by an amount equal to the amount of deflection of the collimator. In this case too ensures that the collimator tip is at a distance from the Sample is located, this distance preferably in the range of 1 to 5 mm.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung liegt in der Ausgestaltung einer Vorschubeinrichtung in Form einer Schub/Zug stange, welche mit einem Ende auf einem Exzenter gelagert ist. Der Exzenter kann dann drehend angetrieben werden, wobei die Schubstange entweder die Gesamtanordnung oder die Probe bzw. die Probenhalterung oder aber auch den Kollimator relativ zur übrigen Vorrichtung bewegt. Besonders geeignet für solche Vorschubbewegungen sind Schrittmotoren, die eine exakt definier te Einstellung ermöglichen.An expedient embodiment of the invention lies in Design of a feed device in the form of a push / pull rod, which is supported with one end on an eccentric. The eccentric can then be driven in rotation, the Push rod either the overall arrangement or the sample or the Sample holder or the collimator relative to remaining device moves. Particularly suitable for such Feed movements are stepper motors that precisely define one Allow te setting.

Außerdem kann noch ein optischer und/oder akustischer Signalge ber vorgesehen sein, welcher das Berühren der Probe durch die Kollimatorspitze anzeigt.In addition, an optical and / or acoustic signal can Be provided that the touching of the sample by the Collimator tip indicates.

In vorteilhafter Weise erlaubt die vorliegende Erfindung mit ihren verschiedenen, vorgenannten Ausführungsformen, deren Merkmale sowohl einzeln für sich als auch in Kombination miteinander verwirklicht werden können, daß der Kollimator selbst als Justierelement benutzt wird, so daß eine sehr genaue Justierung des Röntgenstrahles erfolgen kann. Dabei wird bei einer Ausführungsform, die immer einen definierten und sehr kleinen Abstand einer Kollimatorspitze zur Probenoberfläche vorsieht, auch immer ein konstanter Abstand zwischen Röntgenröh re und Probe sichergestellt, so daß hierdurch eine weitere Fehlerquelle eliminiert wird, die mit der unterschiedlichen Strahlungsintensität aufgrund unterschiedlicher Abstände zwischen Röntgenröhre und Probe zusammenhängt. Dies wird durch das Heranfahren des Kollimators in Berührung mit der Probe, seine federnde Aufhängung und das anschließende, definierte Zurückfahren des Kollimators relativ zur Probe erreicht. Wie schon erwähnt, kommt es dabei lediglich auf die Relativbewegung der Vorrichtung bzw. des Kollimators zur Probe an, so daß selbstverständlich auch die Probe selbst oder eine Halterung für die Probe entsprechend bewegt werden können.The present invention advantageously also allows their various, aforementioned embodiments, the Features both individually and in combination can be realized together that the collimator itself is used as an adjustment element, so that a very accurate X-ray adjustment can be done. In doing so, an embodiment that is always a defined and very small distance of a collimator tip to the sample surface provides for a constant distance between the x-ray tubes re and sample ensured, so that this is another Source of error is eliminated with the different Radiation intensity due to different distances between X-ray tube and sample. This is through moving the collimator into contact with the sample, its resilient suspension and the subsequent, defined one Retraction of the collimator relative to the sample reached. How already mentioned, it only comes to the relative movement the device or the collimator to the sample, so that of course, the sample itself or a holder for the sample can be moved accordingly.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazu gehörigen Figuren. Es zeigen:Further advantages, features and possible applications of the present invention will become apparent from the following Description of a preferred embodiment and the associated proper figures. Show it:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt entlang der Achse der Kollimatorbohrung durch den Kollimator, die Kollimator halterung, den Verschluß und die angrenzende Gehäuse wand einer Röntgenröhre, Fig. 1 is a schematic cross-section bracket along the axis of Kollimatorbohrung through the collimator, the collimator, the closure and the adjoining housing wall of an X-ray tube,

Fig. 2 den Verschluß in der geschlossenen Stellung, gesehen von der Röntgenröhre her in Richtung der Kollimatorach se, Fig. 2 shows the closure in the closed position, seen from the X-ray tube forth se in the direction of Kollimatorach,

Fig. 3 die gleiche Ansicht wie in Fig. 2, jedoch mit offenem Verschluß, Fig. 3 shows the same view as in Fig. 2, but with the shutter open,

Fig. 4 eine Ansicht entsprechend Fig. 1 von hinten und Fig. 4 is a view corresponding to FIG. 1 from behind and

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in Fig. 4. Fig. 5 is a sectional view taken along line VV in Fig. 4.

In Fig. 1 erkennt man die Gehäusewand 20 einer nicht darge stellten, darüber angeordneten Röntgenröhre. Das Gehäuse 20 der Röntgenröhre weist eine Blendenöffnung 21 auf, durch welche die Röntgenstrahlung aus dem Gehäuse austreten kann. Unmittelbar unter der Blendenöffnung 21 ist ein Verschluß 5 angeordnet, mit einem Block 23, der in Flucht mit der Blende 21 eine Bohrung 24 aufweist. Die Bohrung 24 endet in einem im wesentlichen zylin drischen Raum 25, welcher quer zur Achse der Bohrung 24 ver läuft. In diesem zylindrischen Raum ist ein Verschlußkörper 26 angeordnet, der in der Grundform zylindrisch ist, dessen eine Stirnfläche jedoch unter einem Winkel von näherungsweise 45° relativ zur Achse des zylindrischen Teiles 26 verläuft. Im übrigen ist das zylindrische Teil im wesentlichen konzentrisch in dem zylindrischen Raum 25 angeordnet, wobei der Durchmesser des Teiles 26 nur geringfügig kleiner als der des zylindrischen Raumes 25 ist, um diesen möglichst weitgehend auszufüllen und Röntgenstreustrahlung weitgehend zu vermeiden. Das zylindrische Verschlußteil 26 ist über eine Welle 27 mit einem Drehmagneten 8 verknüpft, welcher im wesentlichen zwei verschiedene, um 90° gegeneinander versetzte Drehstellungen der Welle 27 einstellen kann. Wie man in den Fig. 2 und 3 sehr schön erkennen kann, deckt das Verschlußteil 7 in der Verschlußstellung "zu" die Kollimatorbohrung 6 (und auch die Bohrung 24) vollständig ab, gibt sie jedoch in der hierzu um 90° verdrehten Stellung, die in Fig. 3 zu erkennen ist, vollständig frei.In Fig. 1 you can see the housing wall 20 of a not shown Darge, arranged above X-ray tube. The housing 20 of the x-ray tube has an aperture 21 through which the x-ray radiation can exit the housing. A closure 5 is arranged directly below the aperture 21 , with a block 23 which has a bore 24 in alignment with the aperture 21 . The bore 24 ends in a substantially cylin drical space 25 which runs transversely to the axis of the bore 24 ver. In this cylindrical space a closure body 26 is arranged, which is cylindrical in its basic shape, but one end face of which extends at an angle of approximately 45 ° relative to the axis of the cylindrical part 26 . In addition, the cylindrical part is arranged essentially concentrically in the cylindrical space 25 , the diameter of the part 26 being only slightly smaller than that of the cylindrical space 25 in order to fill it as far as possible and to largely avoid X-ray scatter radiation. The cylindrical closure part 26 is linked via a shaft 27 to a rotary magnet 8 which can essentially set two different rotary positions of the shaft 27 which are offset by 90 ° with respect to one another. As can be seen very well in FIGS. 2 and 3, the closure part 7 completely covers the collimator bore 6 (and also the bore 24 ) in the closed position "to", but gives it in the position rotated by 90 ° for this purpose can be seen in Fig. 3, completely free.

Dies bedeutet, daß in der geschlossenen Position des Verschlus ses der Schnittpunkt zwischen der Achse 7 der Kollimatorbohrung 6 mit der verspiegelten Schrägfläche des Verschlußteiles 26 etwas oberhalb der Zylinderachse des Raumes 25 liegt, so daß bei einer 45°-Neigung dieser Spiegelfläche relativ zur Kollimator achse die Lichtquelle im Abstand zur Kollimatorachse und etwas oberhalb der Achse des zylindrischen Verschlußteiles 26 bzw. des zylindrischen Raumes 25 angeordnet sein sollte, oder aber der Spiegel eine von 45° abweichende Neigung relativ zur Kollimator achse 7 hat. Ganz allgemein gilt die Bedingung, daß die Verbin dungslinie von der Lichtquelle zu dem Punkt des Spiegels, den die Achse 7 der Kollimatorbohrung schneidet, mit der Spiegelflä che 4 denselben Winkel einschließt, wie die Achse 7 selbst, wobei außerdem die Achse 7 und die genannte Verbindungslinie in derselben, zur Spiegelebene senkrechten Ebene liegen müssen. Mit anderen Worten, die gespiegelte Achse 7′ der Kollimatorbohrung 6 ist die genannte Verbindungslinie von der Lichtqelle zum Schnittpunkt der Achse 7 mit dem Spiegel 4.This means that in the closed position of the closure ses the intersection between the axis 7 of the collimator bore 6 with the mirrored inclined surface of the closure part 26 is slightly above the cylinder axis of the space 25 , so that axis at a 45 ° inclination of this mirror surface relative to the collimator the light source should be arranged at a distance from the collimator axis and slightly above the axis of the cylindrical closure part 26 or the cylindrical space 25 , or else the mirror has an inclination of 45 ° relative to the collimator axis 7 . In general, the condition applies that the connecting line from the light source to the point of the mirror which the axis 7 of the collimator bore intersects with the mirror surface 4 includes the same angle as the axis 7 itself, also including the axis 7 and said The connecting line must lie in the same plane perpendicular to the mirror plane. In other words, the mirrored axis 7 'of the collimator bore 6 is the mentioned connecting line from the light source to the intersection of the axis 7 with the mirror 4th

Der Kollimator 1 selbst besteht aus einem massiven, zylindri schen Stahl- oder Edelstahlteil mit einem konisch spitz zulau fenden vorderen Ende 16. Entlang der Achse dieses zylindrischen Teils erstreckt sich die Kollimatorbohrung 6, die nach oben hin, d. h. von dem vorderen Ende weg, zylindrische Erweiterungen aufweisen kann. Die Spitze des vorderen Endes 16 ist etwas abgeplattet, so daß die untere Bohrungsöffnung im Zentrum einer Kreisfläche liegt und in diesem Bereich die Bohrung eine minimale Wandstärke von ca. 1 mm hat.The collimator 1 itself consists of a solid, cylindri's steel or stainless steel part with a conically tapered front end 16 . The collimator bore 6 extends along the axis of this cylindrical part and can have cylindrical extensions upwards, ie away from the front end. The tip of the front end 16 is flattened somewhat, so that the lower bore opening lies in the center of a circular area and in this area the bore has a minimum wall thickness of approximately 1 mm.

Das obere Ende 12 des Kollimators ist in seinem Inneren als äußerer Rohrteil einer Teleskopführung ausgebildet. Auf seiner Außenseite hat das obere Kollimatorende 12 ein Gewinde zur Aufnahme einer Überwurfmutter 13, die auch durch einen Flansch ersetzt sein kann. In dem hinteren Rohrteil 12 des Kollimators 1 ist ein Teleskoprohr 11 mit möglichst genauer Passung geführt und mit seinem oberen Ende am Verschlußblock 23 befestigt und zwar derart, daß die Achse 7 der Kollimatorbohrung mit der Achse der Blende 21 und der Bohrung 24 zusammenfällt. Eine Schrauben druckfeder 10 umgibt das Teleskoprohr 11 und stützt sich mit seinem oberen Ende am Verschlußblock und mit seinem unteren Ende an dem Rohrteil 12 des Kollimators 1 ab. Ein Winkel 14 ist vorgesehen für die Verbindung mit einer nicht dargestellten Antriebseinheit, welche gegen oder mit Unterstützung der Kraft der Druckfeder 10 den Kollimator relativ zum Verschlußblock 23 verschieben kann. Der Winkel 14 weist eine Bohrung auf, die den zylindrischen Teil des Kollimators 1 aufnimmt, der darüberhinaus zur Befestigung des Winkels 14 noch einen Absatz oder Flansch aufweisen kann, um den Winkel 14 mit Hilfe der Überwurfmutter 13 am Kollimator zu befestigen.The upper end 12 of the collimator is designed in its interior as an outer tube part of a telescopic guide. On its outside, the upper collimator end 12 has a thread for receiving a union nut 13 , which can also be replaced by a flange. In the rear tube part 12 of the collimator 1 , a telescopic tube 11 is guided with the closest possible fit and is attached with its upper end to the locking block 23 in such a way that the axis 7 of the collimator bore coincides with the axis of the diaphragm 21 and the bore 24 . A helical compression spring 10 surrounds the telescopic tube 11 and is supported with its upper end on the locking block and with its lower end on the tubular part 12 of the collimator 1 . An angle 14 is provided for the connection to a drive unit, not shown, which can move the collimator relative to the locking block 23 against or with the support of the force of the compression spring 10 . The angle 14 has a bore which receives the cylindrical portion of the collimator 1, which in addition to the fastening of the angle 14 also may include a shoulder or flange to the angle 14 by means of the union nut 13 to secure the collimator.

In den Fig. 1 bis 4 ist als Lichtquelle eine Glühlampe 3 eingezeichnet, welche jedoch auch durch eine Leuchtdiode oder einen Laser ersetzt werden kann. Wie sich insbesondere aus den Fig. 3 und 4 ergibt, sollte bei einer konzentrischen Anord nung der Lichtquelle relativ zum Zylinderraum 25, der zwischen Spiegelfläche 4 und Kollimatorachse 7 eingeschlossene Winkel etwas größer als 45° sein, damit die oben genannte Bedingung für die Einspiegelung des von der Lichtquelle 3 ausgehenden Lichtes in die Kollimatorbohrung 6 optimal erfüllt wird.In FIGS. 1 to 4, a bulb 3 is shown as a light source, which can be replaced by a light emitting diode or a laser. As can be seen in particular from FIGS . 3 and 4, with a concentric arrangement of the light source relative to the cylinder space 25 , the angle between the mirror surface 4 and the collimator axis 7 should be somewhat greater than 45 °, so that the above-mentioned condition for the reflection of the light emanating from the light source 3 into the collimator bore 6 is optimally fulfilled.

In Fig. 5 erkennt man deutlich die Querschnittsform des Verschlußblockes 23 und die zylindrische Form des Raumes 25, ebenso wie die Teleskopführung des Rohres 11 in dem oberen Rohrteil 12 des Kollimators 1.In Fig. 5 clearly shows the cross-sectional shape of the locking block 23 and the cylindrical shape of the space 25, as well as the telescopic guide of the pipe 11 in the upper tube portion 12 of the collimator. 1

Die Vorschub- und Antriebseinrichtungen für die Vorrichtung und für die Verschiebung des Kollimators relativ zum Verschlußblock 23 sind in den Figuren, ebenso wie auch der oder die Sensoren zur Erfassung der Kollimatoreinfederung, nicht dargestellt. Derartige Bauelemente und Baugruppen sind jedoch der Fachwelt hinreichend bekannt, so daß auf die bekannten Einrichtungen für solche Zwecke verwiesen werden kann.The feed and drive devices for the device and for the displacement of the collimator relative to the locking block 23 are not shown in the figures, as is the sensor or sensors for detecting the collimator deflection. Such components and assemblies are, however, well known to the experts, so that reference can be made to the known devices for such purposes.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es gelungen, das Problem der Justierung von Röntgengeräten, welche Röntgenstrahlung erzeugen, auf eine Probe wirken lassen und die Sekundärstrahlung messen, nachhaltig zu beseitigen. Fehljustierungen sind praktisch ausgeschlossen, ebenso wie nachträgliche Dejustierungen, da der Kollimator immer ein wesentliches Element der Justiereinrichtung bleibt und jegliche Verschiebung dieser Justiereinrichtung auch gleichzeitig eine entsprechende Verschiebung bzw. Neuausrichtung des austretenden Röntgenstrahls zur Folge hätte, so daß auf jeden Fall immer der vom Kollimator angezeigte Flächenbereich mit Röntgenstrahlung beaufschlagt wird.With the present invention, the problem of Adjustment of X-ray devices that generate X-rays let it act on a sample and measure the secondary radiation, to eliminate sustainably. Misalignments are practical excluded, as well as subsequent misalignments, since the Collimator always an essential element of the adjustment device remains and any displacement of this adjustment device too at the same time a corresponding shift or realignment of the emerging X-ray beam, so that on always the area indicated by the collimator is exposed to X-rays.

Dabei wird gleichzeitig immer ein definierter Abstand der vorzugsweise sehr dünnen Kollimatorspitze vom Meßbereich eingehalten, so daß der Empfang von Sekundärstrahlung durch den Kollimator nicht nachteilig beeinflußt werden kann. At the same time there is always a defined distance preferably very thin collimator tip from the measuring range complied with, so that the reception of secondary radiation by the Collimator can not be adversely affected.

Eine bevorzugte Anwendung eines solchen Gerätes liegt in der Schichtdickenmessung nach dem Röntgenfluoreszenzverfahren.A preferred application of such a device lies in Layer thickness measurement using the X-ray fluorescence method.

Claims

1. Vorrichtung zum Erzeugen und Messen der Sekundärstrahlung, welche von einer mit Röntgenstrahlen bestrahlten Probe ausgeht, mit

- einer Röntgenröhre in einem für Röntgenstrahlen im wesentlichen undurchlässigen Gehäuse (20),
- einer Öffnung (21) in dem Gehäuse (20) für den Austritt eines Röntgenstrahlenbündels,
- einem Kollimator (1) zur Begrenzung des Röntgenstrahles auf einen bestimmten, fest definierten Flächenbereich,
- einem Verschluß (5) zwischen Röntgenröhre und Kollima tor (1), durch welchen der Röntgenstrahl unterbrochen werden kann,
- einer Justiereinrichtung zum Ausrichten des Kollima tors, um den Auftreffpunkt des Röntgenstrahles auf eine Probe festzulegen, und
- einem Proportionalzählrohr,

1. Device for generating and measuring the secondary radiation which emanates from a sample irradiated with X-rays

an x-ray tube in a housing ( 20 ) which is essentially impermeable to x-rays,
- an opening ( 21 ) in the housing ( 20 ) for the exit of an X-ray beam,
a collimator ( 1 ) for limiting the X-ray beam to a specific, firmly defined area,
- A closure ( 5 ) between the X-ray tube and Kollima tor ( 1 ) through which the X-ray beam can be interrupted,
- An adjusting device for aligning the collimator to determine the point of impact of the X-ray beam on a sample, and
- a proportional counter tube,

dadurch gekennzeichnet, däß der Kollimator (1) einen Teil der Justiereinrichtung bildet. characterized in that the collimator ( 1 ) forms part of the adjustment device.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Hindurchführen eines Lichtstrahles durch die Kollimatorbohrung (6) bei geschlossenem Verschluß (5) vorgesehen ist.2. Device according to claim 1, characterized in that a device for passing a light beam through the collimator bore ( 6 ) is provided with the closure ( 5 ) closed.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine am Verschluß (5) angeordnete direkte oder indirekte Lichtquelle aufweist.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the device has a direct or indirect light source arranged on the closure ( 5 ).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenem Verschluß (5) die der Kollimatorbohrung (6) zugewandte Seite des Verschlusses (5) eine die Achse (7) der Kollimatorbohrung (6) schneidende Spiegelfläche (4) aufweist und daß eine Lichtquelle (3) in Richtung der in dieser Verschlußstellung gespiegelten Achse (7′) der Kollimatorboh rung (6) angeordnet ist.4. The device according to claim 3, characterized in that when the closure ( 5 ) the collimator bore ( 6 ) facing side of the closure ( 5 ) has an axis ( 7 ) of the collimator bore ( 6 ) intersecting mirror surface ( 4 ) and that Light source ( 3 ) in the direction of the mirrored in this closed position axis ( 7 ') of the Kollimatorboh tion ( 6 ) is arranged.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (5) mit einem Schalter für eine Lichtquelle (3) gekoppelt ist. 5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the closure ( 5 ) is coupled to a switch for a light source ( 3 ).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das einer Probe zuzuwendende Ende (16) des Kollimators (1) spitz zulaufend ausgebildet ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the end facing a sample ( 16 ) of the collimator ( 1 ) is tapered.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (16) des Kollimators (1) kegelförmig ausgebildet ist, wobei die Achse (7) der Kollimatorbohrung mit der Kegelachse des Endes (16) zusammenfällt.7. The device according to claim 6, characterized in that the end ( 16 ) of the collimator ( 1 ) is conical, the axis ( 7 ) of the collimator bore coinciding with the cone axis of the end ( 16 ).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatorbohrung (6), ausgehend vom der Probe zugewandten Ende des Kollimators (1) stufenförmig zylindrische Erweiterungen aufweist.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the collimator bore ( 6 ), starting from the sample facing end of the collimator ( 1 ) has step-like cylindrical extensions.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator (1) in Richtung der Achse (7) seiner Bohrung (6) federnd aufgehängt ist.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the collimator ( 1 ) in the direction of the axis ( 7 ) of its bore ( 6 ) is resiliently suspended.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Aufhängung des Kollimators (1) Führungselemente für eine Parallelverschiebung des Kollimators (1) in Richtung seiner Bohrungsachse (7) sowie eine Druckfeder (10) auf weist, welche eine begrenzte Einfederung des Kollimators (1) in Richtung auf den Verschluß (5) zuläßt.10. The device according to claim 9, characterized in that the resilient suspension of the collimator ( 1 ) guide elements for a parallel displacement of the collimator ( 1 ) in the direction of its bore axis ( 7 ) and a compression spring ( 10 ), which has a limited deflection of the collimator ( 1 ) in the direction of the closure ( 5 ).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente konzentrisch zur Kollimatorachse angeordnete, teleskopartig ineinandergeführte Rohrstücke (11, 12) sind, von denen eines von einer Schraubenfeder (10) umfaßt wird, wobei die Schraubenfeder (10) sich mit einem Ende gegenüber dem Verschluß (5) oder einem Verschlußgehäuse oder einem Rohrflansch und mit ihrem anderen Ende gegenüber dem Kollimator (1) oder einem mit diesem fest verbundenen Teil, z. B. einem zweiten Teleskoprohrstück (12) andererseits abstützt.11. The device according to claim 10, characterized in that the guide elements are arranged concentrically to the collimator axis, telescopically guided tube pieces ( 11 , 12 ), one of which is comprised of a coil spring ( 10 ), the coil spring ( 10 ) with one end opposite the closure ( 5 ) or a closure housing or a pipe flange and with its other end opposite the collimator ( 1 ) or a part firmly connected to it, e.g. B. supports a second telescopic tube piece ( 12 ) on the other hand.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sensor vorgesehen ist, welcher eine über ein vorgegebenes Maß hinausgehende Rückfederung des Kollimators (1) erfaßt.12. Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that at least one sensor is provided which detects a springback of the collimator ( 1 ) going beyond a predetermined dimension.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, durch welche der Kollimator (1) mit den Führungselementen und der Druckfeder (10) zusammen in Richtung auf ein zu messendes Objekt bewegbar ist, wobei diese Einrichtung den Vorschub auf ein Sensorsi gnal hin stoppt, sobald der Kollimator durch Anschlag an ein Objekt um das vorgegebene Maß zurückgefedert ist und anschließend die bewegbaren Teile um ein die Einfederung übersteigendes Maß zurückfährt, so daß das freie Ende des Kollimators sich im Abstand zu einem zu messenden Objekt befindet, wobei dieser Abstand vorzugsweise 1 bis 3 mm beträgt.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that a device is provided, through which the collimator ( 1 ) with the guide elements and the compression spring ( 10 ) can be moved together in the direction of an object to be measured, this device the feed on Sensorsi signal stops as soon as the collimator has rebounded against the object by a predetermined amount and then moves the movable parts back by an amount exceeding the deflection, so that the free end of the collimator is at a distance from an object to be measured, whereby this distance is preferably 1 to 3 mm.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vorschieben und/oder Zurückziehen des Kollimators (1) eine Schub/Zugstange aufweist, deren eines Ende auf einem Exzenter gelagert ist.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the device for advancing and / or withdrawing the collimator ( 1 ) has a push / pull rod, one end of which is mounted on an eccentric.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sensor ein optischer und/oder akustischer Signalgeber nachgeschaltet ist, welcher das Rückfedern des Kollimators (1) anzeigt.15. The device according to one of claims 12 to 14, characterized in that the sensor is followed by an optical and / or acoustic signal transmitter which indicates the springback of the collimator ( 1 ).