DE1114649B

DE1114649B - Optisches Geraet zur Orientierung von Einkristallen nach der Kristallachse

Info

Publication number: DE1114649B
Application number: DEZ7883A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Eugen Bernhardt
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1960-03-17
Filing date: 1960-03-17
Publication date: 1961-10-05
Also published as: CH384244A; US3202041A

Description

Geräte zum Orientieren von Einkristallen nach der Kristallachse spielen neuerdings in der Halbleitertechnik eine wichtige Rolle. Es ist mit einfachen optischen Mitteln möglich, die Orientierung der Kristallachsen von Halbleiterkristallen, z. B. Germanium oder Silizium, mittels der charakteristischen Glanzwinkelreflexe an geeigneten Ätzstrukturen nachzuweisen. Dabei ist es naheliegend, die Kristalle nach ihren Glanzwinkelreflexen in einem Autokollimationsfernrohr zur optischen Achse des Instruments auszurichten und so die Rohkristalle für den Sägeschnitt kristallographisch zu orientieren.

Autokollimationsfernrohre zum Ausrichten von Flächen normal zur optischen Achse enthalten üblicherweise eine Strichplatte in der Okularbildebene, deren Teilung dunkel auf dem hellen Grunde des Meßmarkenbildes erscheint, sofern z. B. auch das über die auszurichtende Fläche auf der Strichplatte abgebildete Meßmarkenbild ein dunkles Fadenkreuz auf ausgedehntem hellem Untergrund ist. Sofern aber als Meßmarke eine kleine kreis- oder kreuzförmige Kollimatorblende dient, fehlt der zum Erkennen der Strichfigur auf der Strichplatte in der Okularbildebene erforderliche helle Untergrund. In diesem Falle ist es erforderlich, die Strichfigur auf der Strichplatte zusätzlich zu beleuchten.

Es ist nun vorgeschlagen worden, eine Autokollimationseinrichtung so auszubilden, daß ein Bild einer beleuchteten Meßmarke (ζ. B. der Kollimatorblende) über einen zwischen dieser und dem Kollimatorobjektiv befindlichen teildurchlässigen Spiegel direkt in die Okularbildebene abgebildet und ein zweites Bild dieser Meßmarke durch Autokollimation an der zu justierenden Fläche vermittels weiterer Zwischenabbildung ebenfalls in der Okularbildebene entworfen und durch Ausrichten der Fläche mit dem ersten Bild zur Deckung gebracht wird. Vorteil dieser Einrichtung ist es, daß eine besondere, in der Okularbildebene anzubringende beleuchtete Strichplatte entbehrlich ist, weil zwei Bilder von ein und derselben beleuchteten Meßmarke zur Deckung gebracht werden. Da aber die für die Zwischenabbildung vorgesehenen Mittel sowie der teildurchlässige Spiegel im inneren Strahlengang des Fernrohres zwischen Kollimatorblende, Kollimatorobjektiv und Okular liegen, erfordern sie einen Justieraufwand gegebenenfalls auch während des Gebrauches des Gerätes, der wesentlich höher ist, als es eine Strichplatte erforderlich machen würde.

Die Erfindung betrifft ein optisches Gerät zur Orientierung von Einkristallen nach der Kristallachse von der Art eines Autokollimationsfernrohres, bei Optisches Gerät

zur Orientierung von Einkristallen
nach der Kristallachse

Anmelder:
ίο Fa. Carl Zeiss, Heidenheim/Brenz

Dr.-Ing. Eugen Bernhardt, Heidenheim/Brenz,
ist als Erfinder genannt worden

dem ebenfalls von einer beleuchteten Kollimatorblende zwei Bilder in der Okularbildebene erzeugt werden, nämlich das eine Bild durch Autokollimation an der zu justierenden Kristallfläche und das andere Bild an einer halbdurchlässigen ebenen Spiegelfläche einer Spiegelplatte, wobei beide Bilder in der Okularbildebene zur Deckung bringbar sind. Gemäß der Erfindung ist bei dem Gerät diese teildurchlässige Spiegelfläche aber im parallelen Strahlengang zwischen Kollimatorobjektiv und der zu justierenden Kristallfläche, d. h. also außerhalb des Autokollimationsfernrohres angeordnet und steht zur optischen Achse des Strahlenganges angenähert senkrecht.

Der Einkristall, der nach seiner Kristallachse orientiert werden soll, wird in den parallelen Strahlengang außerhalb des Kollimatorobjektivs eingebracht. Dabei entsteht durch Reflexion an dem mit Strukturätzung behandelten Anschliff des Kristalls ein Autokollimationsbild der Glanzwinkelreflexe in der Bildebene des Okulars. Da die Spiegelplatte im parallelen Strahlengang des Kollimatorobjektivs angeordnet ist, erzeugt auch diese ein Autokollimationsbild der Kollimatorblende ebenfalls in der Bildebene des Okulars. Dieses Bild hat die Form einer Leuchtmarke und dient als Markierung für die optische Achse des Kollimators, die als Normale auf der Spiegelplatte definiert ist. Wird durch Verschwenken des Kristalls der charakteristische Glanzwinkelreflex, [z. B. dreistrahliger Stern bei Orientierung des Kristalls nach einer (lll)-Achse] auf die Meßmarke zentriert, so bedeutet dies, daß eine (lll)-Ebene des Kristalls parallel zur Spiegelplatte ausgerichtet ist. Der Vorteil einer gemäß der Erfindung im parallelen

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Strahlengang außerhalb des Autokollimationsfernrohres angeordneten, teildurchlässigen Spiegelfläche besteht darin, daß die sonst notwendigen, mit größerem Aufwand verbundenen Maßnahmen für die Justierung der optischen Mittel im Inneren des Kollimators unterbleiben können. Damit reduziert sich der Aufwand an optischen Mitteln und deren Justierung auf das geringstmögliche Maß, w,obei die Vorteile der selbstleuchtenden Meßmarke voll erhalten bleiben.

Das Gerät kann weiterhin vorteilhaft noch dadurch verbessert werden, daß die Spiegelplatte als Farbfilter ausgebildet und mit einer zur Filterfarbe etwa komplementär reflektierenden Spiegelschicht auf der dem Kollimatorobjektiv zugekehrten Fläche versehen wird. Wird beispielsweise die Spiegelplatte als Grünfilter ausgeführt und auf der dem Kollimatorobjektiv zugekehrten Seite der Platte eine selektiv im Purpurroten reflektierende Spiegelschicht aufgebracht, so entstehen im Okularbild des Kollimators gleichzeitig eine purpurrote Meßmarke und ein grünes Reflexbild der Glanzwinkelreflexe des Kristalls.

Es ist eine bekannte Erscheinung, daß das Reflexionsvermögen von Anschliffen der Halbleitermaterialien mit Strukturätzung verhältnismäßig niedrig ist. Deswegen müssen störende Reflexe aus der Optik des Kollimatorsystems möglichst radikal beseitigt werden. Zweckmäßig wird daher im Strahlengang des Kollimators zwischen Kollimatorblende und Teilungsprisma ein Polarisator, zwischen Teilungsprisma und Okular ein Analysator, und beiderseits der Filterplatte je ein /./4-Plättchen angeordnet.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:

Das die Kollimatorblende verlassende Licht wird durch den Polarisator linear polarisiert. Die Reflexe, die an den Flächen des Teilungsprismas oder des Kollimatorobjektivs entstehen und zu einer Verschleierung des Bildes im Okular führen würden, werden durch den zwischen Teilungsprisma und Okular angeordneten Analysator ausgelöscht, da der Analysator in gekreuzter Stellung zum Polarisator angeordnet ist. Das gleiche würde mit den zu beobachtenden Reflexen, die von der Spiegelplatte und vom Kristall zurückkehren, geschehen, wenn nicht mindestens zwischen Kollimatorobjektiv und Spiegelplatte ein /./4-Plättchen angeordnet wäre. Auf Grund der bekannten Wirkung des 2/4-Plättchens wird der Polarisationszustand des Lichtes nach zweimaligem Durchtritt so verändert, daß es durch den Analysator nicht ausgelöscht, sondern durchgelassen wird. Auf diese Weise werden die erwünschten Reflexe von der Spiegelplatte und vom Kristall in voller Intensität sichtbar gemacht, während die unerwünschten Reflexe von den Flächen der Kollimatoroptik beseitigt werden.

Nun ist festzustellen, daß in der Regel das Reflexionsvermögen der selektiv reflektierenden Spiegelschicht im Vergleich zur Intensität der Glanzwinkelreflexe des Kristalls noch recht hoch ist, so daß bei Verwendung eines einzigen A/4-Plättchens die Meßmarke in übermäßiger Helligkeit erscheint. Aus diesem Grunde wurde an Stelle eines einzigen an sich notwendigen Ä/4-Plättchens die Anordnung der beiden A/4-Plättchen vorgesehen, von denen sich das eine vor, das zweite hinter der Spiegelplatte befindet. Das erste //4-Plättchen wird dabei mit seiner Schwingungsrichtung nur um einen kleinen Winkel gegen die Polarisationsrichtung verdreht, so daß die Auslöschung des Reflexes von der Spiegelschicht infolge der Gekreuztstellung von Polarisator und Analysator nur in geringem Maße durch die Wirkung dieses //4-Plättchens aufgehoben wird. Auf diese Weise wird die Helligkeit der Meßmarke im Okularbild auf das günstigste Maß eingeregelt. Das zweite /JA-Plättchen, das sich zwischen Spiegelplatte und Kristall befindet, wird in üblicher Weise etwa in die 45^C-Stellung zur Schwingungsrichtung von Polarisator und Analysator eingestellt und bewirkt somit, daß das Bild der Glanzwinkelreflexe in maximaler Helligkeit erscheint. Es hat sich herausgestellt, daß das auf diese Weise erzeugte Meßbild, bei dem sowohl die Farbkontraste als auch die Helligkeitskontraste optimal eingeregelt sind, sich mit gesteigerter Genauigkeit auswerten läßt.

Da die 2/4-Plättchen selbst Anlaß zu unerwünschten Reflexbildern geben können, wird eine Anordnung der A/4-Plättchen geneigt zur optischen Achse des Kollimators vorgesehen. Wird der Neigungswinkel ausreichend groß bemessen, so hat das zur Folge, daß die an den A/4-Plättchen entstehenden unerwünschten Reflexbilder außerhalb des Bildfeldes des Okulars liegen. Die gleiche Maßnahme wird auch für das Teilungsprisma vorgesehen, weil erfahrungsgemäß die Auslöschung der unerwünschten Reflexe von den Prismenflächen nicht so vollkommen ist, daß man sich mit der Wirkung von Polarisator und Analysator allein begnügen könnte.

Eine beispielsweise Ausführungsform gemäß der Erfindung ist in der Abbildung im Schnitt dargestellt. Hierin bezeichnet 1 eine Leuchte mit einer Glühlampe 2, deren Wendel 2 a durch einen dreilinsigen Lampenkollektor 3 in eine Kollimatorblende 4 abgebildet wird. Die Kollimatorblende 4 liegt im hinteren Brennpunkt eines dreilinsigen Kollimatorobjektivs 5, welches ein Bild der Kollimatorblende im Unendlichen entwirft. Im parallelen Strahlengang des Kollimatorobjektivs befindet sich der Kristall 6, dessen Achsorientierung bestimmt werden soll. Nach Reflexion am Kristall 6 entsteht ein Autokollimationsbild der Kristallreflexe in der Ebene der Kollimatorblende 4. Ein zwischen Kollimatorblende und Kollimatorobjektiv angebrachtes Teilungsprisma 7 mit einer teildurchlässig verspiegelten Spiegelschicht 8 bewirkt, daß das Autokollimationsbild im Huygens-Okular 9 beobachtet werden kann. Dieses Okular besteht aus einer Feldlinse 10, einer Okularlinse 11 und einer Bildfeldblende 12. Im parallelen Strahlengang des Kollimatorobjektivs 5 befindet sich ferner eine als Grünfüter ausgebildete planparallele Spiegelplatte 13 mit einer selektiv im Purpurrot reflektierenden Spiegelschicht 14 auf der dem Kollimatorobjektiv zugekehrten Seite der Spiegelplatte. Die Wirkung dieser Spiegelplatte ist die, daß durch Autokollimation ein Bild der KoUimatorblende 4 in Form einer purpurroten Leuchtmarke in der Ebene der Bildfeldblende 12 entworfen wird. Weiterhin ist zwisehen KoUimatorblende 4 und Teilungsprisma 7 ein Filterpolarisator 15 und zwischen Teilungsprisma 7 und Okular 9 ein Filteranalysator 16 angebracht. Beiderseits der Spiegelplatte 13 befinden sich zwei Jt/4-Plättchen 17, 18, die als zwischen Deckgläsern verkittete doppelbrechende Folien ausgeführt sind. Die beiden 2/4-Plättchen 17, 18 und das Teilungsprisma 7 sind geneigt im Strahlengang des Kollimators angeordnet. Die gesamten optischen Elemente

des Autokollimationsfernrohres sind in einem Gehäuse 19 untergebracht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Optisches Gerät zur Orientierung von Einkristallen nach der Kristallachse von der Art eines Autokollimationsfernrohres, bei dem von einer beleuchteten Kollimatorblende ein erstes Bild durch Autokollimation an der zu justierenden Kristallfläche und ein zweites Bild an einer teildurchlässigen ebenen Spiegelfläche einer Spiegelplatte erzeugt werden und beide Bilder in der Okularbildebene zur Deckung bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die teildurchlässige Spiegelfläche im parallelen Strahlengang zwischen Kollimatorobjektiv und der zu justierenden Kristallfläche angeordnet ist und zur optischen Achse des Strahlenganges angenähert senkrecht steht.

2. Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelplatte als Farbfilter ausgebildet und mit einer zur Filterfarbe etwa komplementär reflektierenden Spiegelschicht auf der dem Kollimatorobjektiv zugekehrten Fläche versehen ist.

3. Optisches Gerät nach Anspruch 2, bei dem die Bilder über ein zwischen Kollimatorblende und Kollimatorobjektiv angeordnetes Teilungs-

prisma einem Okular zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des Kollimators zwischen Kollimatorblende und Teilungsprisma ein Polarisator, zwischen Teilungsprisma und Okular ein Analysator und beiderseits der Filterplatte je ein Λ/4-Plättchen angeordnet sind.

4. Optisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ä/4-Plättchen und das Teilungsprisma zur optischen Achse des Kollimators geneigt angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 585 092;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1 061 745,

009 823;

USA.-Patentschriften Nr. 2 858 730, 2 423 357,

577 807, 2 563 780;

britische Patentschriften Nr. 367 641, 682 369;

schweizerische Patentschrift Nr. 346 708;

R autsch, Optik und Feinmeßtechnik, München, 1949, S. 234 bis 237;

Kohlrausch, Praktische Physik, Bd. 1, Teubner Verlag 1944, S. 385/386;

Feingerätetechnik, 6 (1957), S. 358;

Optik, 16 (1959), S. 652 bis 659;

Zeiss-Nachrichten, 1934, H. 7 (Juli), S. 1 bis 6.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 099 213.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen