Устройство для исследования структурного совершенства тонких приповерхностных слоев монокристаллов Советский патент 1985 года по МПК G01N23/20 

1. Изобретение относиться к аппаратуре для анализа тонких приповерхностных слоев монокристаллов методом регистрации вторичной эмиссии, возбуждаемой с помощью рентгеновского излучения, и может использоваться в технологии изготовления полупроводниковых приборов контроля структурного совершенства монокристаллов на различных стадиях обработки по верхности ионная имплантация, диффузия, эпитаксйальное наращивание и др . ) о Известно, устройство для исследова ния монокристаллических слоев, содержащее источник рентгеновского излучения, кристалл-монохроматор, установленные в вакуумной камере держатель с исследуемым образцом и детектор вторичной эмиссии, детектор отраженного рентгеновского пучка. Коллимированный монохроматический рентгеновский пучок направляют на образец в области углов, удовлетворя ющих условиям дифракции в геометрии Брэгга, и регистрируют изменение выхода фотоэлектронной эмиссии в зависимости от угла падения рентгеновско го пучка на кристалл lj . Наиболее близким к предлагаемому является устройство для исследования структурного совершенства тонких приповерхностных слоев монокристаллов, содержащее источник рентгеновского излучения, кристалл-монохроматор, детектор дифрагированного излучения, детектор вторичной эмиссии в виде газопроточной камеры, в которой расположены держатель образца и электрод ZJ . В этом устройстве существует возможность измерения угловой зависимости выхода вторичной эмиссии с по верхности образца в УСЛОВИЯХ симметричных схем брэгговской и лауэвской дифракции рентгеновских лучей. Недостатком указанного устройств является узкая область применения, ограниченная симметричными (классическими) схемами брэгговской и ла эвской дифракции. Это связано с неподвижньм закреплением образца отно сительно плоскости дифракции, а также с фиксированным относительно плоскости дифракции, а также с фиксированным относительно камеры расположением собирающего электрода. 782 В то же время существуют дифракционные . схемы как в геометрии Лауэ, так и в геометрии Брэгга, в которых падающим и дифрагированным образцом пучки образуют малые (0,5-5) углы с поверхностью кристалла. Измерения угловых зависимостей выхода вторичной эмиссии в такИх дифракционных схемах открывают новые возможности в исследованиях структурного совершенства очень тонких приповерхностных, слоев монокристаллов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для исследования структурного совершенства тонких приповерхностных слоев монокристаллов, содержащей источник рентгеновского излучения, кристалл-монохроматор, детектор дифрагированного излучения, детектор вторичной эмиссии в В1аде газопроточной камеры, в которой расположены держатель образца и электрод, держатель образца выполнен в виде установленной на валу рамки, на которой расположен электрод, при этом часть вала выведена из газопроточной камеры и снабжена устройством для его вращения. На фиг.1 схематически изображено предлагаемое устройство , на фиг.2 детектор вторичных излучений. Устройство содержит источник излучения 1, коллиматорные щели 2, кристалл-монохроматор 3, детектор вторичной эмиссии 4, установленный на гониометрической головке главного гониометра 5, и детекторы прошедшего 6 и дифрагированного 7 излучений. Детектор вторичной эмиссии (фиг.2) представляет собой цилиндрическую камеру 8 с крьшкой 9, внутри которой расположена рамка (держатель образца) 10 с образцом 11 и электродом 12, выполненным в виде тонкой нити. Рамка (держатель) 10 с образцом 11 и электродом 12 закреплена на валу 13, выведенном наружу и вращающемся вокруг своей оси во втулке 14, обеспечивающей герметичность объема. Вал 13 выполнен полым для первоначальной рентгеновской юстировки кристалла (располовинивания). Отсчет углов наклона рамки (держателя) 10 производится по лимбу 15. Камера .снабжена штуцером 16 для ввода и штуцером 17 для

3

вывода газовой смеси и имеет прозрачные для рентгеновских лучей окна 18. Положительный потенциал подается на электрод 12 через разъем 19, Вторым электродом является корпус камеры 8.

Устройство работает следующим образом.

Коллимированньй монохроматизированный рентгеновский пучок падает на образец 11, находящийся в положении, удовлетворяющем дифракционным условиям в геометрии Лауэ.

При поглощении рентгеновских лучей в кристалле с поверхности последнего вылетают фотоэлектроны, ионизирующие атомы газовой смеси.

Благодаря положительному потенциалу все вторичные электроны ионизации собираются на электроде 12, что ведет к возникновению на нем импульсов напряжения, амплитуда которых пропорциональна энергии фотоэлектронов. Величина потенциала на электроде 12 выбирается такой, чтобы обеспечить работу детектора в режиме газового усилия, т.е. в режиме пропорционального счетчика.

Это позволяет получать энергетический спектр фотоэлектронов и обеспечивает высокую эффективность регистрации . Вращая вал 13 с рамкой 10 с образцом 11 (т.е. поворачивая образец 11 вокруг векторов обратной решетки), можно, сохраняя условия дифракции, изменять угол между падаю цим рентгеновским пучком и поверхностью образца 11. Взаимное расположение электрода 12 и образца 11 при этом остается постоянным, что очень важно при работе детектора в режиме пропорционального счетчика, например, для сохранения коэффициента газового усилия.

В случае, если отражающие ллоскости в Лауэ-геометрии составляют с поверхностью образца угол, отлич732784

ный от 90 (асимметричная схема Лауэ-дифракции), то поворотом образ ца вокруг вектора обратной решетки можно добиться того, что дифрагированный пучок будет выходить из образца через входную поверхность. Это позволяет получать дифракцию в геометрии Брэгга при скользящих углах падения рентгеновских лучей. to При повороте гониометра с детектором и образцом вблизи точного угла дифракции регистрируется угловая зависимость выхода вторичной эмиссии с поверхности образца. Детекторы рентгеновского излучения одновременно с этим фиксируют угловую зависимость прошедшего и дифрагированного лучей.

В качестве базового объекта выбрано устройство, являющееся прототипом предложенного устройства.

По сравнению с базовым объектом предложенное решение позволяет расширить область исследования монокристаллов за счет использования

пшрокого класса методов, позволяющих получать различные характеристики структурного совершенства тонких приповерхностных слоев кристаллов, 30 в то время как в базовом объекте возможность исследования тонких приповерхностных слоев кристаллов ограничена.

Таким образом, предлагаемое устроиство является универсальным и

позволяет проводить измерения вторичной эмиссии в любых схемах дифракции по Лауэ и Брэггу при любых углах падения рентгеновских лучей на образец, а также при дифракции в условиях полного внешнего отражения.

Реализация таких дифракционных схем позволяет исследовать структуРУ очень тонких (менее 100 А) приповерхностных слоев монокристаллов.

(риг. 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРНОГО СОВЕРШЕНСТВА ТОНКИХ ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ МОНОКРИСТАЛЛОВ, содержащее источник рентгеновского излучения, кристалл-монохроматор, детектор дифрагированного излучения, детектор вторичной.эмиссии в виде газопроточной камеры, в которой расположены держатель образца и электрод, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, держатель образца выполнен в виде установленной на валу рамки, на которой расположен электрод, при 3toM часть вала выведена из газопроточной камеры и снабжена устройством с для его вращения. zL/