DE2051511B2

DE2051511B2 - Roentgentopographiegeraet

Info

Publication number: DE2051511B2
Application number: DE19702051511
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl.-Phys. 8000 München Grienauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-10-20
Filing date: 1970-10-20
Publication date: 1973-05-03
Also published as: SE368626B; GB1372885A; DE2051511C3; CH532785A; US3751662A; FR2111520A5; DE2051511A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Röntgentopographiegerät zur Aufnahme von Gitterstörungen eines einkristallinen Festkörpers, der Verbiegungen der Netzebenen aufweist, wobei in diesem Gerät der zu untersuchende Kristall während des Vorsehubes durch einen Sclnvingantricb Drehschwingungen um eine Achse in der Ebene des Vorschubes und senkrecht zur Ebene, gebildet aus einfallendem und gebrochenem Röntgenstrahl, ausführt und die Amplitude der Drehschwingung auf einen so kleinen Wert eingestellt ist, daß die Beugungsbedingung nicht verlassen wird.

Röntgentopographiegeräte zur Untersuchung und Filmaufnahme von Gitterstöruiigen in Einkristall-Halbleiterscheiben sind unter anderem aus der Veröffentlichung Trans. 3. Int. Vacuum Congress, 1965. Seite 301 IT. bekannt. Es handelt sich dabei um Geräte, bei denen eine Halbleiterscheibe mit einem gut ..'isgeblendeten Röntgen-Flachstrahl bestrahlt wird. Um die ganze Oberfläche der Scheibe zu erfassen,

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wird diese unter gleichbleibendem Winkel zwischen Oberfläche und einfallendem Strahl in zur Breite des Strahls senkrechter Richtung in ihrer Ebene fortbewegt. In den Geräten wird die Intensitätsverteilung der aus der Scheibe heraustretenden Strahlung, die an den im wesentlichen senkrecht zur Obc-fläche siehenden Netzebenen gebeugt worden ist, festgestellt, und zwar im allgemeinen durch den Grad der Schwärzung eines Filmes. Dieser Film wird parallel

ίο zur Oberfläche der zu untersuchenden Scheibe in einem bestimmten Abstand in gleicher Richtung und mit derselben Geschwindigkeit fortbewegt. Dadurch wird auf dem Film beim Durchlaufen einer Scheibe unter dem Flachstrahl für jedes Oberflächenelement das Beugungsvermögen im Inneren des Halbleitermaterials registriert.

Da die Intensität der im Kristallinneren gebeugten Röntgenstrahlung von den Gitterstörungen. d. h. von den damit zwangläufig verbundenen mechanischen Spannungen in dem Material abhängt, kann auf diese Weise ein genaues Abbild der örtlichen Verteilung von Gitterfehlern, wie Versetzungen, polykristallinen Störungen. Zwillingsbildungen. Gleitbändern usw., gewonnen werden.

Bei der Anwendung von Geräten der oben erwähnten Art h:-ute sich aber eine Anzahl von Problemen gezeigt, die noch nicht zufriedenstellend gelöst sind. Insbesondere bei der Untersuchung solcher Halbleiterscheiben, die nach ihrer Herstellung einer weiteren Bearbeitung, vorzugsweise mit Wärmeeinwirkung, wie z. B. einer Diffusion, unterzogen worden sind, ergibt sich, daß die ursprünglich extrem plane Scheibe nunmehr Verbiegungen au.weist. Diese Verbiegungen sind für die Röntgentopo^raphie außerordentlich störend, da sie sich als eine Änderung des Einfallswinkels der Röntgenstrahlung bemerkbar machen. Auf die genaue Einhaltung dieses Einfallswinkels kommt es aber deshalb an. weil mit Rücksicht auf die geringe Winkelaufspaltung der einzelnen Röntgenlinien. z. B. Ku₁-LInIc und Ku.,-Linie. eine scharfe Richtungsausblendung in der gebeugten Strahlung erforderlich ist. Beim Vorschub der Scheibe müssen daher jene Winkeländerungen, die sich aus der Verbiegung der Oberfläche ergeben.

berücksichtigt werden.

Falsche Ergebnisse, die ihre Ursache in Verbiegungen der Scheibe haben, können bekanntermaßen dadurch vermieden werden, daß man den Kristall während der Aufnahme kleine Drehschwingungen um eine Achse in der Ebene des Vorsehubes und senkrecht zur Ebene, gebildet aus einfallendem und gebeugtem Röntgenstrahl, ausführen läßt. Die Drehachse liegt dabei jeweils an dem Ort des Halbleitermaterials, der im Augenblick bestrahlt wird. Die Amplitude der Drehschwingungen wird so groß gewählt, daß der ganze Bereich möglicher Winkeländcrungen als Folge von Verbiegungen erfaßt wird. Die Größe dieses Bereiches wird entweder im voraus geschätzt oder durch vorhergehende Einzelwerlmessungen an der Scheibe ermittelt In der Praxis haben sich dabei Werte in der Größenordnung von bis zu ± 1,5 Grad ergeben.

Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Maßnahme ist, daß wegen der sonst an sich erwünschten geringen Streubreite von 2 bis 3 Minuten für die gebeugte Strahlung einer einzigen Riintgcnlinie und der aus obengenanntem Grunde erforderlichen scharfen Ausblendung integral nur noch ein gcrin-

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ger Bnichieil der gesamten Bestrahlungszeit eines Spalt einer Blende 8 hindurch und wird auf dem pi-iehenelemenies als tatsächliche Belichtungszeit des Film 10 als Schwamm«! registriert. Durch eine Transfilm·- verfügbar ist. Dazu kommt der Nachteil, daß porleinrichtung. die in der Fig. 1 zur Darstellung die ivbeuic Intensität weiterer Röntgenlinien. z.B. einer prinzipiellen Wirkungsweise in der Form der K..,-Linie, die gegenüber der λ'α,-Linie eine 5 zweier Förderbändern uiuf 12 als Träge- iiir den Wink-U'.illerenz von nur etwa 2 Minuten hat. stören- Kristall und für den Fiim wiedergegeben ist. werden derv...^c zusätzlich aufgenommen wird. die Scheibe 1 und der Film 10 synchron in Richtung I in den L.influß weiterer Röntgenlinien auszu- des Pfeiles 14 derart fortbewegt, daß der Flachscli;:.!-!i. ist vorgeschlagen worden, die Amplitude strahl 5 einen seiner Brcue entsprechenden Streuen der Drjhsclnvingungen so klein zu halten, daß die io auf der Oberfläche der Scheibe 1 überstreicht. Im gev. iτ,--!üe Linie nicht vollständig verlassen wird. Regelfall ist die Breite des Flachsirahls so groß ge-Ini.'Le dieser Maßnahme kann dann wieder stets wählt, daß er in dieser Richtung die gesamte Scheibe nur '.!ie eine einzige gewünschte Linie als gebeugte erfaßt. Die s\nchrone Fortbewegung gewährleistet. Str::l!':<ing durch den Spalt hindurchtreten. Um dabei daß der Film 10 ein genaues Gesamtbild der örtahe;· .v:inoch jeden Ort einer verbogenen Halbleiter- 15 liehen lntensiiäts\erhähnisse der gebeugten Strah-StIi.-;'' . untersuchen zu können, ist es erforderlich. hing für die ganze Scheibe zu geben vermag. MH der voi. ·' i /" ^iI e'ine neue Ausrichtung der Ober- gestrichelten Lime 15 ' . die gebeugte Strahlung einer flue'· -er Scheibe in bezug aul die einf-.llende Strah- anderen als der gewün.,e'Uen Röntgenlinie bezeich- |uiv:· i/unehmen. Dazu wurde vor der eigentlichen net. Wie aus der Figur zu ersehen, wird diese Strah-JjiU- ^cluing der Scheibe zuvor die Verbiegung auf- 20 lung durch die Blende 8 daran gehindert, den FiIn: gemeinten, um ein * Programm·-', für die jeweils neue 10 zu belichten.

Aus!.' !'.''img zu haben. F i g. 2 zeigt das Prinzip der in F i g. 1 der besse-D, Aufgabe der Erfindung ist es. ein Röntgen- ren Übersichtlichkeit halber weggelassenen Oszillalop. ;:-.iphiegeräi so auszubilden, daß mit kleiner tionseinrichtung für die Scheibe Ϊ. und zwar in einer Arm :iade der Drehschwingungen des Kristalls ge- 25 gegenüber Fig. 1 vergrößerten Darstellung. Mit 111 lirk Ί werden kann, jedoch keine Unterbrechung ist der für die Röntgenstrahlung 6 durchlässige Ί räcIlv '.'<:\:λorganges durch eine Ncueinstellung erfor- ger der Scheibe 1 bezeichnet, der in der Fig.l seheileil:.'·. ist. Vorzugsweise soll dieses Röntgentopo- matisch als Förderband dargestellt ist. Diese Haltegrapi'.-'-erät zur fabrikmäßigen Serienkonirolle ver- rung 111 oszilliert in Drehschwingungen mit etwa \ven:';':!r sein. 30 1 _;; Hz um eine Achse, die durch das Kreuz 21 ange- !";.--.e Aufgabe wird durch ein wie eingangs ange- deutet ist. Der Kurbelantrieb 24 zeigt schematisch gebe;i:-- Röntgentopographiegerät gelöst, das erfin- einen Antrieb für die Drehschv.mguiven. Der Motoi din·:- uemäß dadurch gekennzeichnet ist. daß eine 25 treibt mit seiner Kurbel 26 die um die Achse 21 elektronische Vorrichtung zur Nachführung des drehbare Auflage 27 für de,1 Tri'.-.er 111. Durch eine Sc¹ wncantriebes vorgesehen ist. mit der die Null- 35 Verschiebung von 25 in Richtungen des Doppelpun'-vKlage der Drehschwingungen stetig auf maxi- pfeiles 28 läßt sich im Prinzip die Nullpunktslage für mrile intensität der aufzunehmenden gebeugten Rom- die Drehschwingungen verändern,
gensir.ilihing automatisch nachgestellt wird. Vor- In der F i g. 2 ist der Strahlengang von 5 und 6 an zugsweise enthält diese Vorrichtung zur Nachführung der Stelle des Kreuzes der Übersichtlichkeit halber ein Zählrohr zur Messung der Intensität von Röntgen- 4° weggelassen. Die Achse s'.elu senkrecht auf der durch strahlung, einen elektronischen Integrator, einen die Strahlen 5 und 6 gebildeten Ebene, d.h. senk-DifTereiizverstärker und eine Taktgeberschaltung. recht auf der Zeichenebene. Mit 22 ist die Oszilla-Die elektronische Nachführeinrichtung kompen- tionsrichUing angedeutet. Der Ort der Achse bleibt sie! t fortlaufend den Winkel der Verbiegung des bei Fortbewegung der Scheibe 1 in bezug auf die Strah-Kristalls. so daß für die Mittelpunktslaue stets der 45 len 5 und 6 konstant und läuft somit durch die Sollwert des Einfallwinkels eingehalten ist. Das er- Scheibe 1 hindurch. Mit 23 ist eine mögliche, aber nndungsgemäße Röntgentopographiegerät mit elek- stark übertrieben dargestellte Verbiegung der triseher Nachführeinrichtung ist insbesondere für 'iie Scheibe 1 bezeichnet. Wie aus der Fig. 2 zu erVerwendung im Fabrikationsbetrieb zur Über- sehen, wirkt sich eine solche Verbiegung bei Vorwachung der Serienproduktion geeignet. 'Infolge einer 5° schub der Scheibe in der durch 14 angegebenen genauen Kenntnis der Orte, in denen in einer Halb- Richtung als stetige Änderung des Einfallwinkel- der leiterscheibe Gitterfehler der obengenannten und Strahlung 5 auf die Oberfläche von 1 aus. Die erfinanderer Art vorhanden sind, können die aus einer dungsgemäß vorgesehene elektronische Nacht ührein-Scheibe herzustellenden Einzelelemente, die z. B. richtung ermöglicht, daß die Nullpunktslage der für ein Bauelement mit einer integrierten Schaltung 55 Oszillation um die Achse 21 während des Vorschuvorgesehen sind, aussortiert und von dem weiteren bes der Scheibe augenblicklich nachgeführt wird, um Produktionsprozeß ausgeschlossen werden. das Maß der Veränderung des Winkels der Normalen Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den der Oberfläche der Scheibe am Ort der Strahlung 5 Figuren dargestellt. im Kiir.tall. Für die Röntgenstrahlung erscheint die Fig. 1 zeigt im Prinzip den Aufbau eines Röntgen- ^6o Scheibe damit trotz des Vorschubs bis auf eine aus toposzraphiegcrätes. Mit 1 ist der zu untersuchende Regelgründen stets notwendige geringe Winkelab-Krislall bezeichnet. Dieser wird mit der von der weichung stets eben.

Röntgensirar/'ungsquelle 2 ausgehenden, durch einen Bei den angestellten Untersuchungen hat es sich Kollimator 3 und eine Schlitzblende 4 ausgcblende- gezeigt, daß mögliche Unterschiede der örtlichen ten Röntgenstrahlung 5 bestrahlt. 5 ist ein Fiach- ⁶5 Verbiegung innerhalb des Flächenelementes, das im strahl, dessen Breite sich senkrecht zur Zeichenebene Augenblick von dem gut ausgeblendeten Röntgenerstreckt. Mit 6 ist die von der Scheibe 1 gebeugte s'rahl 5 getrotien wird, keinen nachteiligen Einfluß Röntgenstrahlung bezeichnet. Diese tritt durch den ausübt. Unter anderem ist dafür die Art der in der

Praxis tatsächlich auftretenden Verbiegungen bei ursprünglich planen Halbleiterscheiben maßgeblich. Lediglich in Sonderfällen ist es notwendig, eine Scheibe nochmals, und zwar in einer gegenüber der vorangegangenen Messung in der Ebene des Trägers gedrehten Stellung, zu untersuchen.

Zu dem in Fig. 1 schematisch dargestellten, erfindungsgemäßen Röntgentopographiegcrät gehört weiterhin das Zählrohr 16 zur kontinuierlichen Überwachung der Intensität der reflektierten Strahlung 6. Diese tritt als Röntgenstrahlung durch den Film 10 fast völlig ungeschwächt hindurch. Durch eine Blende 17 wird gewährleistet, daß nur diejenige Strahlung in das Zählrohr eintritt, die auch vom Film 10 registriert worden ist.

Die im Zählrohr ausgelösten elektrischen Impulse werden auf eine elektronische Schaltung gegeben, die in F i g. 1 lediglich als Blockschaltbild wiedergegeben ist. Mit 31 ist ein elektronischer Integrator, mit 32 ein Differenzverstärker, mit 41 eine Taktgeberschaltung und mit 51 die durch den Differenzverstärker steuerbare Vorrichtung zur Erzeugung der Oszillationsbcwcgung der Scheibe 1 bezeichnet. Der gestrichelte Doppelpfeil 52 soll auf die mechanisch-funktionclle Verkopphing zwischen 51 und dem Antrieb für die Oszillationsbewegung hindeuten.

F i g. 3 zeigt in einem gemeinsamen Schaltbild ein bevorzugtes Beispiel für die Schaltung eines elektronischen Integrators 31 und des Differenzverstärkers 32.

Von den Anschlußpolcn 33 wird das aus 16 herrührende Signal über die abwechselnd zu schließenden Relaiskontaktc n₄ und £>, den zugehörigen Kondensatoren 35 und 135 zugeführt. Beim Schließen der miteinander gleichzeitig schaltenden Relaiskontakte C₄ werden die während der Schließungsphasc von fl₄ und /;₄ in 135 und 35 gespeicherten elektrischen Ladungen den beiden Eingängen des Differenzverstärkers 32 zugeführt. Über gemeinsam zu schaltende Rclaiskontakte d_x wird die Schallung nach dem Beispiel der F i g. 3 für eine neue Differenzbildung aufnahmebereit gemacht. 39 ist der Ausgang für das im Differenzverstärker gebildete der Vorrichtung 51 zuzuführende Steuersianal. Um Fehler durch statistische Schwankungen auszuschließen, werden die Kontakte α, und O₄ jeweils für wenigstens mehrere Sekunden, vorzugsweise 4 Sekunden, geschlossen.
F i g. 4 zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäß vorgesehenen Taktgeberschaltung 41. Sie besteht beim dargestellten Beispiel aus fünf monostabilen Multivibratoren 42. 43, 44. 45 und 46. Sie sind über die Relais A, B, C, D und E und deren Kontakte W₁, /;,, C₁. rf,, e_v «.,· b„, c.,. </.,, t'„ und m, b_T c_s,

ίο </_r c\ elektrisch funktionell miteinander verbunden. Nach einer kurzen Kontaktgabe durch den Starter 66 werden durch Erregung des Relais A die Kontakte a, und Ci₂ geschlossen. Infolge einer Verzöge rungsschaltung in 43 wird das Relais B nach einer einstellbaren Zeit erregt. Dabei werden die Kontakte /?, und /λ, geschlossen und der Kontakt i>₃ geöffnet. Durch die Öffnung von ft₃ wird die Erregung des Relais A beendet, wobei sich «., wieder öffnet. Die Schließung des Kontaktes b„ hat mit einer cin-

ao stellbaren Zeitkonstanten die Erregung des Relais C in der Stufe 44 und die Öffnung des Kontaktes c, in der Stufe 43 zur Folge. Infolge der elektrisch-funktioncllen Verknüpfung der einzelnen Stufen läuft ein einmal gegebener Startimpuls mit den einstellbaren Verzögerungen zyklisch durch die Stufen 42 bis 46 und wieder zurück zu 42 hindurch.

Fig. 5 zeigt ein detailliertes Schaltungsbeispiel für jeweils eine der Stufen 42 bis 46. beispielsweise für die Stufe 43. Die Kapazität 71 und die Widerstände 72 bilden zusammen das RC-Glied. indem 71 über den Transistor 73 mit der an 72 einstellbaren Zeitkonstanten entladen wird. Die Entladung von 71 öffnet den Transistor 74, durch dessen Strom das Relais B zur Erregung kommt. Im praktischen Betrieb werden die Kontakte «₄ und fo₄ in einem bestimmten zeitlichen Abstand nacheinander für eine gleichlangc Zeit zur Aufladung der Kondensatoren 35 und 135 geschlossen. Eine unterschiedlich große Aufladung der beiden Kondensatoren bedeutet, daß während dieses zeitlichen Abstandes die Winkeljustierung der Scheibe aus dem Maximum herausgelaufen und nachzujustieren ist. Diese Nachjustierung wird entsprechend dem in 38 gebildeten Differenz ^:gnal über 39 der Vorrichtung 51 zugeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rötngentopographicgerä; zur Aufnaht"e von Gitterstörungen eines einkristallinen Festkörpers, der Verbiegungen der Net/ebenen aufweist, wobei in diesem Gerät der zu untersuchende Kristall während des ^vorsehubes Drehschwingungcn um eine Achse in Jer Ebene des Vorsehubes und senkrecht zur Ebene, gebildet aus einfallendem und gebeugten Röntgenstrahl, ausführt und die Amplitude der Drehschwingung auf einen so kleinen Wert eingestellt ist, daß die Beugungsbedingung nicht verlassen wird, dadurch g e k e η η ζ e i c h net. daß eine elektronische Vorrichtung (16. 31. 32 41, 51) zur Nachführung des Sclnvingantnebes vorgesehen ist. mit der die Nullpunktslage der Drehschwingung (22) stetig auf maximale Intensität der aufzunehmenden gebeugten Röntgenstrahlung (6) automatisch nachgestellt wird.

2. Rönigentopographiegenit nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Nachführung ein Zählrohr (16) zur Messung der Intensität \on Röntgenstrahlung, einen elektronischen Integrator (31). einen Differenzverstärker (32) und eine Taktgeberschaltung (41) enthält.

3. Röntgentopograpliicgcrät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dal. der elektronische Integrator aus zwei zu seinem Eingang parallelliegenden, durch Schaltkontakte getrennt voneinander galvanisch einschaltbaren Kapazitäten (35, 135) besteht.

4. Röntgentopographiegerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktgeberschaltung aus fünf monostabilen Multivib'atorschaltungen (42, 43, 44, 45. 46) mit je einem Relais (A. B. C, D, E) besteht, wobei diese Multivibratoren funktionell durch die Betätigung der Relaiskontakte («. /;. c. d. c) miteinander verbunden sind.