Способ контроля распределения структурных неоднородностей по площади монокристалла и устройство для его осуществления

 

1. Спосо.б контроля распределения структурных неоднородностей по площади монокристалла, включающий сканирование монокристалла коляимированным рентгеновским пучком, регистрацию интенсивности дифрагированных , рентгеновских лучей одномернр квантовым детектором и отображение полученного распределения интенсивности дифрагированных лучей, по которому судят о распределении.структурных неоднородностей, о т лич.а ю щи йс я тем, что, с целью ускорения контроля , при коллимации пучка обеспечивают его в брегговском направлении не менее величины, при которой создаются условия одновременной дифракции от выбранной системы кристаллографических плоскостей монокристалла для характеристических линий К,,. и К рентгеновского спектра падающего пучка излучения на любом участке монокристалла, а в антибрегговском направлении обеспечивают постоянство размера рефлекса, регистрируемого детектором, сканирование осуществляют путем относительного перемещения монокристалла и исто1шика.излучения с детектором в плоскости, параллельной плоскости среза монокристалла, и измеренную величину интенсивности дифрагированных лучей сравнивают с заданным пороговым значением, при - чем .превьшение измеренной интенсив-, ностью порогового значения отобра жают на соответствующих участках.отличйыми друг-от друга.знаками.. ; 2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что для улучщения контрастной чувствительности, ограничивают расходимость пучка в брегговском направлении до величины, . меньшей углового.расстояния.между характеристическими линиями .К и Кп| , а в антибрэгговеком - до вели-- чины, определяемой чувствительностью детектора, в качестве источника рентгеновского излучения используют микрофокуснйй источник и располагают его возможно ближе к поверхности монокристалла.. . , 3, Способ по пп. .1 и 2, о т л ичающий с я тем, что для упрощения интерпретации отображаемой карти- .ны, задают вторую пороговую величину интенсивности, причем меньшая из . двух пороговых величин Соответствует интенсивности лучей 7 дифрагированных от структурно совершенногоучастка монокристалла. 4. Устройство-для контроля распределения структурных несовершенств по площади монокристалла, включающее источник рентгеновского излучения, коллиматор , систему выведения монокристалла в положение дифракции, крйсталI СП

С01ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) . — ao4 0 01 N 23/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯt" ;-; —;-.;",, ц

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ 55+ ggp,), Ф

« . 1 (2 1) 378541 9/24-25 (22) 28.08.84 (46) 30.03.88, Бюл. М 12 (72) Т.А.Мингазин, Н.В.Бондарец, В.И.Зеленов и В.Н.Лейкин (53) 621.386 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 433858, кл. G 01 N 23/20, 1971.

Авторское .свидетельство СССР

Р 445364, кл. G 01 N 23/20, 1972 ° . (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

СТРУКТУРНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ПО ПЛО-.

ЩАДИ МОНОКРИСТАЛЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1, Способ контроля распределения структурных неоднородностей по площади монокристалла, включающий сканирование монокристалла коллимированным рентгеновским пучком, регистрацию интенсивности дифрагираванных рентгеновских лучей одномерным кван-. товым детектором и отображение полученного распределения интенсивности дифрагированных лучей, по которому судят о распределении структурных неоднородностей, о т л и.ч.а ю щ и йс я тем, что, с целью ускорения контроля, при коллимации пучка обеспечивают его в брегговском направлении не менее величины, при которой создаются условия одновременной дифракции от выбранной системы кристалло-.. графических плоскостей монокристалла для характеристических линий К,, и

К рентгеновского спектра падающего. пучка излучения на любом участке монокристалла, а в антибрегговском направлении обеспечивают постоянство размера рефлекса, регистрируемого детектором, сканирование осуществляют путем относительного перемещений монокристалла и источника. излучения с детектором в плоскости, параллель ной плоскости среза монокристалла, и измеренную величину интенсивности дифрагированных лучей сравнивают с заданным пороговым значением, при— чем превьппение измеренной интенсив-. ностью порогового значения отображают на соответствующих участках.от-личными друг. от друга. знаками..

2. Способ по п.1, о.т л и ч а юшийся тем, что для улучшения контрастной чувствительности, ограничивают расходимость пучка в.брег-, говском направлений.до величины, Ю меньшей углового. расстояния . между характеристическими линиями . К„и

К,, а в антибрэгговском — до величины, определяемой чувствительно. стью детектора, в качестве источника рентгеновского излучения используют микрофокуснйй источник и располагают его возможно ближе к поверхности монокристалла.

3, Способ по- пп. 1 и 2, о т л.и- . Ю ч а ю шийся тем, что для упроще- СЛ ния интерпретации отображаемой карти.ны, задают вторую пороговую величину интенсивности, причем меньшая. as двух пороговйх величин соответствует интенсивности лучеи, дифрагированных от структурно совершенного участка монокристалла.

4. Устройство для контроля распределения структурных несовершенств по площади монокристалла,.включающее источник рентгеновского излучения, коллиматор, систему -abtaepeaaa монокристалла в положение дифракции, кристал12 лодержатель, обеспечивающий поворот монокристалла в плоскости среза, систему регистрации дифрагированных лучей с одномерным квантовым детектором и систему отображения дифракционной картИны, о т л и ч а ю щ е е с я

-тем, что коллиматор выполнен в виде регулируемых щелей, ограничивающих расходимость пучка в брэгговском и: антибрэгговском направлениях, кристаллодержатель помещен на каретке, обеспечивающей его перемещение в собственной плоскости, система выведения монокристалла в положение диф25358 ракции выполнена в виде механизма перемещения и поворота источника рентгеновского излучения с коллиматором, а система отображения дифракционной картины содержит блок сравнения интенсивности дифрагированных лучей с двумя заданными пороговыми значениями и двухкоординатный записывающий узел, отображающий результаты сравнения, отличающиеся друг от дру= га знаками, и блок синхронизации,,пера записывающего узла с перемещением кристаллодержателя.

Изобретение касается рентгеноструктурного анализа,.в частности рентгеновской дифракционной топографии, и может быть использовано при контроле распределения дефектов. кристаллической структуры по площади монокристаллов,.в том числе, и в цеховых условиях микроэлектронного производства. 10

Целью изобретения является ускорение контроля.

На чертеже представлена структурная схема устройства, реапизующего способ контроля распределения струк-, 15 турных неоднородностей по площади

,монокристалла.

Устройство для контроля распределения структурных неоднородностей ,содержит источник 1 рентгеновского 20 излучения, коллиматор 2, механизм 3 перемещения и поворота трубки с коллиматором, двухкоординатную сканирующую каретку 4, кристаллодержатель 5, шторку 6, одномерный квантовый детек- 25 тор 7, рентгеновский интенсиметр 8, систему отображения в виде системы

9 управления и двухкоординаторного записывающего узла 10 °

Рентгеновские лучи от источника 30

1 проходят через коллиматор 2, формирующий пучок заданной расходимости и сечения, падающий на монокристалл

11 под брегговским углом Qs.ê.выбран- ной системе кристаллографических пло-jg скостей. Прошедший рентгеновский пучок отсекается шторкой 6, а дифраги"." рованный пучок попадает во входное окно детектора 7. Регистрируемый де-„ тектором сигнал преобразуется и уси-, ливается в интенсиметре 8 и поступает в блок.сравнения системы 9 управления. В блоке сравнения зарегистрированный сигнал 1,сравнивается с дву" мя заданными пороговыми величинами

1, и 1, где 1, соответствует интенсивности дифракции от структурно совершенного- участка монокристалла, а

1 — интенсивности дифракции от участка .монокристалла с заданной плотностью дефектов структуры. В зависимости от соотношения уровня сигнала.

1 и пороговых значений 1, и 1 сис-. тема управления вырабатывает команду,задающую режим работы пишущего органа двухкоординатного записывающего узла 10.

Исследуемый монокристалл горизонтально укладывается на кристаллодержатель 5, смонтированный на двухкоор динатной сканирующей каретке 4, управляемой блоком позиционного контроля системы управления; При перемещении каретки в одном из двух взаимно перпендикулярных направлений блок позиционного контроля обеспечивает перемещение в соответствующем направлении пишущего органа двухкоординатного записывающего.узла, т,е. положению облучаемого участка монокрис-. талла при сканировании в каждый дан-. ный момент времени однозначно соответствует положение пишущего органа;

1225358

Для обеспечения перемещения облучаемого участка в направлениях, параллельном и,перпендикулярном выходам на поверхность монокристалла от5 ражающих кристаплографических плоскостей, сканирующая каретка содержит механизм вращения, поз воляющий поворачивать монокристалл в держателе на.

360 в собственной плоскости. Юстиро-10 вка кристалла производится перемещением и поворотом трубки с коллимирующей системой при помощи механизма 3.

В экспериментальном образце устройства в качестве источника излучения использован серийно изготавливаемый рентгеновский аппарат УРС-002 с рентгеновской трубкой БСМ-1 Мо в защитном кожухе. Для регистрации дифрагированных лучей применяются сцинтилляционный детектор БДС-6 и интенсиметр ЭБУ-. 11.

Двухкоординатным записывающим устройством служит двухкоординатный самописец ПДП-4-002, перо которого

I во время записи поднято если 1 1,, опущено, если 1 1 1... опущено и совершает осцилляции с постояннымичас, тотой и амплитудой в направлении, перпендикулярном перемещению пера при записи, если 1р 1 . Перемещение пера самописца во время записи совершается синхронно с перемещением сканирующей каретки с держателем образца в,одном из двух возможных направлений сканирования, После каждого перемещения каретки в этом направлении на расстояние, определяемое положением концевых переключателей (устанав лйваемых так, чтобы в процессе сканирования первичный пучок облучал образец по всему диаметру), осуществляется перемещение каретки вдоль перпендикулярного направления на заданный шаг.

Такимобразом, в процессе съемки осуществляется ряд последовательных сканирований образца вдоль одной из осей при последовательном шаговом перемещении вдоль перпендикулярной ей оси, в результате чего на диаграм50 мной ленте самописца вырисовывается система равноудаленных хорд пласти-: ны, параллельных направлению сканиро вания, на фоне которой отображается картина распредепения областей скопле- 55 ния структурных дефектов в виде заштрихованных осциллирующим пером участков. Синхронизация перемещений сканирующей каретки и пера самописца, запоминание установленных пороговых величин и сравнение их с регистрируемой интенсивностью дифракции, управление работой пера самописца осуществляется устройством управления, Отраслевым стандартом установлены предельные допустимые значения прогибов кремниевых пластин диаметром до 150 мм, на основании которых рассчитаны максимально необходимая расходимость первичного пучка в брегговском направлении-(6-8) 10 . рад, обеспечивающая сохранение условий брегговского отражения для пластин, деформация которых не превышает требований стандарта. Требуемая расходимость обеспечивается расположением диафрагмы коллимирующей системы на соответствующем расстоянии от окна рентгеновской трубки. .Установка снабжена сменными держателями, рассчитанными на монокристаллические пластины диаметром 60, 75, 100, 125 и 150 мм, Иэ сравнения топограммы кремниевой пластины диаметром 60 мм после проведения нескольких термообрабаток в ходе технологического процесса изготовления попупроводниковых микросхем, снятой за 2 ч на фотопленку

PM-1, и записи.предложенным способом картины распределения структурных неоднородностей по площади той же кремниевой. пластины, сделанной за

2 мин, следует, что топограмма и запись несут практически идентичную информацию о. распределении скоплений структурных несовершенств, Таким образом, по сравнению с прототипом обеслечивается сокращение времени контроля более чем на порядок.

Предложенные. способ и устройство для контроля распределения структурных неоднородностей по площади моно» кристалла обеспечивают значительно более высокую. производительность контроля, чем другие известные способы и устройства, что позволяет внедрить операцию контроля структурного совершенства полупроводниковых монокристаллов непосредственно в цеховых условиях микроэлектроники для контроля стабильности и корректировки технологических процессов изготовлений

Составитель Т. Владимирова .Техред Л.Сердюкова Корректор М. Пожо

Редактор Т,Янова

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, -35 ° Раушская наб., д. 4/5

Заказ !429 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,. 4

5 225358 6 ,полупроводниковых приборов и раэбра- по критерию структурного совершенковки монокристаллических пластин ства на ранних стадиях процесса.