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

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 25 01 Б 23/ фд:1.С%и 3 НИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬ(56) Авторское свидетельство СССР Р 433858, кл. О 01 Б 23/20, 1971.Авторское .свидетельство СССР Р 445364, кл. С 01 Н 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 рентгеновскихлучей 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 осуществпяют 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. знаками2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что для улучшения контрастной чувствительности, ограничивают расходимость пучка в.брег-, говском направлений.до величины, , Ф меньшей углового. расстояния .между характеристическими линиями .К и1 К,а в антибрэгговском - до величины, определяемой чувствительно. стью авив детектора, в качестве источника рентгеновского излучения используют микрофокуснйй источник и располагаютвамего возможно ближе к поверхности монокристалла.3, Способно пп. 1 и 2, о тл.и-. Ю ч а ю щ и й с я тем, что для упроще- СЛ ния интерпретации отображаемой карти.ны, задают вторую пороговую величину интенсивности, причем меньшая.иэ двух пороговйх величин соответствует интенсивностилучеи, дифрагированныхот структурно совершенного участка монокристалла.4. Устройство для контроля распределения структурных несовершенств по площади монокристалла,.включающее источник рентгеновского излучения, коллиматор, систему выведения монокристалла в положение дифракции, кристал 12 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 диф 25358ракции 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 синхронизациипера записывающего узла с перемещением кристаллодержателя.Изобретение касается рентгеноструктурного анализа, в частностирентгеновской дифракционной топографии, и может быть использовано приконтроле распределения дефектов.кристаллической структуры по площадимонокристаллов,.в том числе, и в цеховых условиях микроэлектронного производства. 1 ОЦелью изобретения является ускорение контроля,На чертеже представлена структурная схема устройства, реапизующегоспособ контроля распределения струк-, 15турных неоднородностей по площади,монокристалла.Устройство для контроля распределения структурных неоднородностей,содержит источник 1 рентгеновского 20излучения, коллиматор 2, механизм 3перемещения и поворота трубки с коллиматором, двухкоординатную сканирующую каретку 4, криствллодержатель 5,шторку 6, одномерный квантовый детектор 7, рентгеновский интенсиметр 8,систему отображения в виде системы9 управления и двухкоординаторногозаписывающего узла 1 О.Рентгеновские лучи от источника ЗО1 проходят через коллиматор 2, формирующий пучок заданной расходимостии сечения, падающий на монокристалл11 под брегговским углов Ц .к.выбран-ной системе кристаллографических пло 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 двухкоординатной 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;Для обеспечения перемещения облучаемого участка в направлениях, параллельном и,перпендикулярном выходам на поверхность монокристалла от 5 ражающих кристаплографических плоскостей, сканирующая каретка содержит механизм вращения, позволяющий поворачивать монокристалл в держателе на 360 в собственной плоскости. Юстировка крист алла произ водит ся перемещениемм и поворотом трубки с коллимирующей системой при помощи механизма 3. В экспериментальном образце устройства в качестве источника излучения использован серийно изготавливаемый рентгеновский аппарат УРСс рентгеновской трубкой БСММо в защитном кожухе. Для регистрации дифрагированных лучей применяются сцинтилляционный детектор БДСи интенсиметр ЭБУ-. 1;1.Двухкоординатным записывающимустройством служит двухкоординатный самописец ПДП-002, перо которого во время записи поднято если 1 ( 1 опущено, если 1,( 1,с 1 опущено и совершает осцилляции с постояннымичас, тотой и амплитудой в направлении, перпендикулярном перемещению пера при записи, если 1 р 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. Таким. образом, в процессе съемки осуществляется ряд последовательных сканирований образца вдоль одной из осей при последовательном шаговом перемещении вдоль перпендикулярной ей оси, в результате чего на диаграм 50 мной ленте самописца вырисовывается система равноудаленных хорд пласти-: ны, параллельных направлению сканирования, на фоне которой отображается картина распредепения областей скопле 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)ф 1 О 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 послепроведения нескольких термообработокв ходе технологического процесса изготовления попупроводниковых микросхем, снятой за 2 ч на фотопленкуРМ, и записи.предложенным способом картины распределения структурных неоднородностей по площади тойже кремниевой. пластины, сделанной за2 мин, следует, что топограмма и запись несут практически идентичнуюинформацию о.распределении скопленийструктурных несовершенств,Таким образом, по сравнению с прототипом обеспечивается 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 моно- кристаллов непосредственно в цеховых условиях микроэлектроники для контроля стабильности и корректировки технологических процессов изготовленийСоставитель Т, ВпаТехред Л.Сердюков актор Т,Янова орректор М. Пожо ов каз 429 Тираж 847Государственного комитета СССРделам изобретений и открытийМосква, Ж Раушская наб., д. одп о ВНИИПИпо035,Производственно-полиграфическое предприятие жгород, ул. Проектная, 4 5 1225358 6,полупроводниковых приборов и раэбра- по критерию структурного совершенковки монокристаллических пластин ства на ранних стадиях процесса.