Способ контроля распределения структурных неоднородностей по площади монокристалла и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01N23/20 

лодержатель, обеспечивающий поворот монокристалла в плоскости среза, сис тему регистрации дифрагированных лучей с одномерным квантовым детектором и систему отображения дифракционной картины, о тлич ающееся тем, что коллиматор выполнен в виде регулируемых щелей, ограничивающих расходимость пучка в брэгговском и антибрэгговском направлениях, крис- тагшодержатель помещен на каретке, обеспечивающей его перемещение в собственной плоскости, система выведения монокристалла в положение диф; ,

Изобретение касается рентгено- структурного 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.

Целью изобретения является ускорение контроля.

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего способ контроля распределения струк- турных неоднородностей по площади Iмонокристалла.

Устройство для контроля распределения структурных неоднородностей содержит источник 1 рентгеновского излучения, коллиматор 2, механизм 3 перемещения и поворота трубки с коллиматором, двухкоординатную сканирующую каретку 4, кристаллодержатель 5, щторку 6, одномерный квантовый детек- тор 7, рентгеновский интенсиметр 8, систему отображения в виде системы 9 управления и двухкоординаторного записывающего узла 10.;

Рентгеновские лучи от источника

Iпроходят через коллиматор 2, фор- мирукнцкй пучок заданной расходимости и сечения, падающий на монокристалл

IIпод брегговским углом выбранной системе кристаллографических luioскЬстей. Прошедщий рентгеновский пучок отсекается щторкой .6, а дифрагигракции 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 друг га знаками, и блок синхронизации,,пера записывающего узла с перемещением кристаллодержателя,

рованный пучок попадает во входное окно детектора 7. Регистрируемый де- тектором сигнал преобразуется и усиг ливается в интенсиметре 8 и постуг- пает в ,блок сравнения системы 9 управления. В блоке сравнения зарегистрированный сигнал 1 сравнивается с дву- мя заданными пороговыми величинами 1, и la где 1, соответствует интенсивности дифракции от структурно со- верщенного-участка монокристалла, а Ij, - интенсивности дифракции от участка монокристалла с заданной плотностью дефектов структуры. В зависимости от соотнощения уровня сигнала Ijj и пороговых значений 1, и Ij сйс-г тема управления вырабатывает команду, задающую режим работы пищущего органа двухкоординатного записывающего уз л,а 10.

Исследуемый монокристалл горизонтально укладывается на кристаллодер- жатель 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 двухкоордина- трого записывающего узла, т.е. положению облучаемого участка монокристалла пр1И сканировании в каждый данный момент времени однозначно соответствует положение пишущего органа-.

Для обеспечения перемещения облучаемого участка в направлениях, параллельном и.перпендикулярном выходам на поверхность монокристалла от- ражающих кристаллографических плоскостей, сканирующая каретка содержит механизм вращения, позволяющий поворачивать монокристалл в держателе на 360 в собственной плоскости. Юстировка кристалла производится перемещением и поворотом трубки с коллимирую- щей системой при помощи механизма 3.

В зкспериментальном образце устройства в качестве источника излучения использован серийно изготавливаемый рентгеновский аппарат УРС-и02 с рентгеновской трубкой БСМ-1 Мо в защитном кожухе. Для регистрации дифрагированных лучей применяются сцин- тилляционный детектор БДС-б и интен- симетр ЭВУг-141,

Двухкоординатным записывающим . . устройством служит двухкоординатнь

. самописец ПД11-4-002, перо которого во время записи поднято если I,, 1, опущено, если ,,., опущено и со- верщает осцилляции с постоянными час. тотой и амплитудой в на правлении, перпендикулярном перемещению пера при записи, если . 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 Сустанав- лйваемых так, чтобы в процессе сканирования первичный облучал образец по всему диаметру) , осуществляется перемещение каретки вдоль перпендикулярного направления на заданный щаг. Такимхэбразом, в процессе съемки осзпде- ствляется ряд последовательных сканирований образца вдоль одной из осей при после довательном щаговом ремещении вдоль перпендикулярной ей оси, в результате чего на диаграммной ленте самописца вырисовывается система равноудаленных хорд пластит ны, параллельных напр авлению сканирования, на фоне которой отображается картина распределения областей скопления структурных дефектов в виде заштрихованных осциллирующим пером участков. Синхронизация перемещений

5

0

5

0

5

0

5

0

5

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 брег- говском направлении(6-8) 10 рад, ооеспечивающая сохранение условий брегговского отражения для пластин, деформация которых не превышает требований стандарта. Требуемая расходимость обеспечивается расположением диафраг№1 коллимирующей системы на соответствующем расстоянии от окна рентгеновской трубки.

.Установка снабжена сменными держателями, рассчитанными на монокрис- таллические пластины диаметром 60, 75, 100, 125 и 150 мм.

Из сравнения топограммы кремниевой пластины диаметром 60 мм после проведения нескольких термообработок в ходе технологического процесса изготовления полупроводниковых микросхем, снятой за 2 ч на фотопленку РМ-1, и записи.предложенным спосо- бом 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 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 монокристаллов непосредственно в цеховых условиях микроэлектроники для контроля -стабильности и корректировки технологических процессов изготовления

512253586

:полупроводниковых приборов и разбра- по критерию структурного совершен- ковки монокристаплических пластин ства на ранних стадиях процесса.

1. Спосо.б контроля распределения структурных неоднородностей по площади монокристалла, включающий сканирование монокристалла коляимиро- ванным 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 й- с я тем, что, с целью ускорения контроля, при коллимации пучка обеспе- чивают 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.от- личйыми друг-от друга.знаками.. ; 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю- щ 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 мик- рофокуснйй источник и располагают его возможно ближе к поверхности монокристалла.. . , 3, Способ по пп. .1 и 2, о т л и- чающий 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 совершенного- участка монокристалла. 4. Устройство-для контроля распределения структурных несовершенств по площади монокристалла, включающее источник рентгеновского излучения, коллиматор, систему выведения монокристалла в положение дифракции, крйсталI СП

Редактор Т«Янова

Составитель Т, Владимирова

Техред Л СердюковаКорректор М. Пожо

Заказ 1429Тираж 847Подписное

ВНШШИ Государственного комитета СССР

по дёпак изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4