Устройство для получения топограмм кристаллов Советский патент 1976 года по МПК G01N23/20 

1

Изобретение относится к рентгеноструктурному анализу и, в частности, рентгеновскому дифракционному топографированию кристаллов. Оно может быть использовано при неразрушающем контроле полупроводниковых монокристаллических пластин в условиях производства больших интегральных схем.

Известны устройства для получения рентгеновских дифракционных тонограмм кристаллов, которые содержат источник излучения, коллиматор перед исследуемым кристаллом и коллиматор перед детектором, ориентированные под избранным углом к кристаллографическим осям исследуемого кристалла, и детектор рентгеновского излучения 1.

Ближайшим техническим решением является устройство для получения рентгеновских дифракционных топограмм кристаллов, которое включает источник рентгеновского излучения, расположенный по ходу излучения коллиматор и детектор рентгеиовского излучения, регистрирующий рентгеновскую дифракционную картину 2.

Полная дифракционная топографическая картина от всего иcCv eдyeмoгo кристалла образуется на детекторе (например, на мишени рентгенвидикона илн на рентгеновской пленке) в результате последовательного оолученпя всего исследуемого кристалла коллимированным первичным пучком рентгеновского излучения н выделения на детекторе рефлекса, соответствующего избранному углу дифракции. Переход от одного участка исслед емого кристалла к другому осуществляется за счет синхронного ирецизионного механпчеческого перемещения элементов устройства, например, исследуемого .кристалла п детектора.

Однако в таком устройстве очень высоки требования к точной установке исследуемого кристалла в отражающее положение, малой расходимости пучка первичного рентгеновского излучения, которые удовлетворяются за счет увеличения расстояния между источником излучения и исследуемым кр 1сталлом (500-1500 мм), что в свою очередь увеличивает время тоиографирования.

Супдественным недостатком известных устройств является необходимость в прецизионных механических и электромеханических элементах, которые служат для синхронного прецизионного перемещения элементов рентгенооптической схемы в процессе топографирования, удерживая исследуемый кристалл в выбранном отражающем положении. Все это (больщое время

топографпрования и сложная механика устройства) значительно сннжает аналитические возможности устройства и делает его малопригодным в условиях массового контроля промышленной иродукции.

Целью изобретения является ускорение процесса тонографнрования, осуихествляемое за счет уменьшения расстояния ме.жду источником излучения и детектором и иовышения контраста изображения, а также упрощение установки исследуемого кристалла в отражающее положе1:пе и исключение механпческих перемен1,ений элементов рентгенооптической схемы в процессе топографирования.

Для достижения указанной цели в известном устройстве для получения рентгеновских дифракционных топографических изображений, включающем источник речтгеновского излучения, расположенный по ходу излучения коллиматор и детектор излучения, коллиматор вынолиен в виде двумерной матрицы .параллельных капилляров. Кроме того, устройство снабжено средствами фиксирования положения исследуемого кристалла, коллиматора и детектора. Коллиматор может быть установлен на пути иервичного пучка излучения. Для повыщения контраста изображения в устройство может быть введен дополнительный коллиматор, установленный перед детекторо.м. Матрица параллельных капилляров осуществляет двумерное коллимирование рентгеновского излучения и приводит во взаиМНО-однозначное еоответствие элемент фокусного пятна источника, элементарный учаеток исследуемого кристалла и положение соответствующего им акта записи иа детекторе. Причем в зависимости от требований к съемке матрица параллельных капилляров может быть установлена как перед исследуемым кристаллом, так и перед детектором.

На чертеже схематически изображен один из вариантов исполнения предлагаемого устройства.

Источник излучения 1 выполнен в виде растровой рентгеновской трубки с аиодом 2, нанесенным непосредственно на выходное окно из бериллия.

Неиосредственно у выходного окна источника излучения расположен коллиматор 3 в виде двумерной матрицы параллельных капилляров, вплотную к которому размещен исследуемый кристалл 4. За исследуемым кристаллом перед детектором 5 размещен другой коллиматор 6, выполненный также в виде двумерной матрицы параллельных капилляров. Капилляры обеих матриц ориентированы на кристалл под углом Брегга.

Устройство снабжено средствами для фиксации (не показаны) кристалла 4, коллиматоров 5 и б и детектора 5, допускающими установочные перемещепия и обеспеч.ивающИМи жесткую фиксацию этих элементов в процессе топографирования.

Детектор 5 выполнен в виде рентгеночувствительной передаюндей трубки, включеииой в замкнутую телевизионную систему.

Работает устройство следующим образом.

При приложении к катоду растровой

рентгеновской трубки отрицательного ускоряющего напряжения (анод трубки заземлен) в мгновенном фокусе размером в 10- 20 мкм возбуждается рентгеновское излучение, иснускаемое через тонкие слои анода и выходное окно из бериллия.

|Коллиматор 3 пропускает из первичного пучка рентгеновского излучения лишь те лучи, которые ориентированы иод избранным углом на к;ристалл. При этомоблучается элементариый участок выполненного в виде плосконараллельной пластины исследуемого кристалла 4. Дифрагированное на элементарном участке исследуемого кристалла рентгеновское излучение свободно

.проходит через матрицу паралл1ельных капилляров (колли.матор) 6 только в иаправлен1ии, определяемо.м каппилярам-и, установленными под углом Брегга к исследуемо.му кристаллу. Диаметр капилляров обеих мат,р,иц примерно равен диаметру мгновенного фокуса источника излучения и составляет 10-20 мкм. Дифрагировадное излучение, пройдя коллиматор 6, достигает детектора 5. Инфор|Мация о структурных дефектах элементарного участка исследуемого кристалла отображается в соответствующей точке экрана приемной телевизионной трубки 7.

По мере заполнения полного растра источника излучения / на экране приемной

телевизионной трубки формируется полное дифракционное топографическое изображение всего исследуемого кристалла.

При серийном контроле определенных типов кристаллов блоки капилляров срезаиы таким образом, что угол между плоскостью их среза и направлением капилляров соответствует углу Брегга для выбранной плоскости данного типа кристаллов. При этом возможна такая конфигурация

рентгенооптической схемы, при которой последовательные ее элементы устанавливаются вплотную друг к другу. Расстояние от анода рентгеновского источника до детектора уменьшается до мм, что

влечет за собой как повышение экспрессности процесса тоиографирования, так и увеличение разрешающей способности устройства.

Так как все элементы реитгенооптической схемы жестко фиксированы, появляется качественно новая возможность повторения серий наблюдений с однажды зафиксированным кристаллом 4, подвергаемом различным воздействиям, например,

механическим, термальным и т. п.

Формула изобретения

1.Устройство для получения рентгеновских дифракционных топограмм кристаллов, содержащее источник излучения, расположенный по ходу излучения коллиматор и детектор, отличающееся тем, что, с целью ускорения процесса топографирования, оно снабл ено средствами фиксирования положения исследуемого кристалла, коллиматора и детектора, а коллиматор выполнен в виде двумерной матрицы параллельных капилляров.

2.Устройство по п. 1, отличающеес я тем, что коллиматор установлен на пути первичного пучка излучения.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что дополнительный коллиматор установлен перед детектором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Chikawa J. et al. «X-ray topography with chromatic abberation, correction. Journ. Appl. Phys, 1971, 42, p. 4731-4736.

2.Meieran E. S. «Video display of X-ray Images, Journ. of Electrochemical Society, v. 118, 4, 1971, p. 619-631 (прототип).