DE4312244A1 - Verfahren quantitativer Bestimmung der Defektkonzentration auf Oberflächen - Google Patents

Verfahren quantitativer Bestimmung der Defektkonzentration auf Oberflächen

Info

Publication number
DE4312244A1
DE4312244A1 DE4312244A DE4312244A DE4312244A1 DE 4312244 A1 DE4312244 A1 DE 4312244A1 DE 4312244 A DE4312244 A DE 4312244A DE 4312244 A DE4312244 A DE 4312244A DE 4312244 A1 DE4312244 A1 DE 4312244A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser
defects
amount
atoms
emission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE4312244A
Other languages
English (en)
Inventor
Noriaki Itoh
Yasuo Nakai
Ken Hattori
Akiko Okano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nagoya University NUC
Original Assignee
Nagoya University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nagoya University NUC filed Critical Nagoya University NUC
Publication of DE4312244A1 publication Critical patent/DE4312244A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
    • G01N21/718—Laser microanalysis, i.e. with formation of sample plasma

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung der Defektkonzentration auf Oberflächen.
In den vergangenen Jahren konnte die quantitative Defektkonzentration auf einer Halbleiteroberfläche nicht bestimmt werden, obwohl die Struktur eines Defektes auf einer Halbleiteroberfläche durch ein Rastertunnelmikroskop beobachtet werden kann. Es gibt kein Verfahren für solch eine quantitative Messung.
Oberflächendefekte beeinflussen die Charakteristika eines Films, der epitaxial aufgewachsen wird, oder dergleichen. Deshalb entstanden Forderungen nach der Entwicklung eines Verfahrens zum leichten Bestimmen der Menge von Oberflächendefekten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum leichten Bestimmen einer quantitativen Oberflachendefektkonzentration zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst nach Anspruch 1 durch ein Verfahren quantitativer Bestimmung der Defektkonzentration auf Oberflächen mit den Schritten:
Bestimmen einer Ablationsschwelle eines Laserflusses bezüglich einer Oberfläche einer Probe, welche in einer Hochvakuumkammer hergestellt ist; und Bestimmen einer Menge von leerstellenartigen Defekten durch Strahlen eines Laserstrahls mit einem Fluß, der leicht höher ist als die Ablationsschwelle auf der Oberfläche, und Bestimmen von Mengen von anlagerungsatomartigen und versetzungsartigen Defekten durch Strahlen eines gepulsten Laserstrahls mit einem Fluß, der leicht niedriger ist als die Ablationsschwelle, auf die Oberfläche in wiederholter Weise, um eine Beziehung zwischen einer Emissionsausbeute und der Anzahl von Laserpulsen zu erhalten, wobei die Menge der anlagerungsatomartigen Defekte erhalten wird durch Bestimmen einer Fläche (Gesamtmenge emittierter Atome) eines schnell abnehmenden Bereichs der Beziehung, und die Menge der versetzungsartigen Defekte erhalten wird durch Bestimmen einer Größe einer Emissionsausbeute eines langsam abnehmenden Bereichs der Beziehung.
Nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung wird bei der Messung der laserinduzierten Atomemission die Menge von Oberflächendefekten gemessen aus der Menge emittierter Atome auf der Basis der Tatsache, daß Atome jeweils emittiert werden durch anlagerungsatomartige Defekte, versetzungsartige Defekte bzw. leerstellenartige Defekte, wenn der Laserfluß niedrig, mittel bzw. hoch ist.
Die Menge der anlagerungsatomartigen Defekte wird bestimmt durch Messen der Gesamtmenge emittierter Atome, da die Effekte bei Atomemission entfernt werden. Beim Bestimmen dieser Gesamtmenge wird eine bekannte Menge anlagerungsatomartiger Defekte gemessen durch ein Laserresonanzionisationsverfahren, und eine Kalibrierung wird unter Benutzung der resultierenden Daten durchgeführt.
Die Menge der leerstellenartigen Defekte wird erhalten unter Benutzung eines Emissionskoeffizienten, bestimmt durch ein preliminäres Experiment auf der Basis der Beziehung zwischen der Emissionsausbeute und dem Laserfluß. In diesem Fall wird eine Messung durchgeführt auf der Basis der Tatsache, daß die Emissionsausbeute proportional zur Menge fehlstellenartiger Defekte auf der Oberflache ist.
In ähnlicher Weise wird die Menge versetzungsartiger Defekte erhalten unter Benutzung eines Emissionskoeffizienten, bestimmt auf der Basis der Beziehung zwischen der Emissionsausbeute und dem Laserfluß.
Es sei bemerkt, daß bei der Messung leerstellenartiger und versetzungsartiger Defekte eine Kalibrierung auf der Basis einer Messung einer bekannten Menge von Defekten mit einem Rastertunnelmikroskop durchgeführt wird.
Gemäß solch einem Verfahren kann die Menge von Oberflächendefekten, welche nicht nach dem Stand der Technik gemessen werden kann, gemessen werden.
Nach der vorliegenden Erfindung können die Mengen aller Defektarten, das heißt anlagerungsatomartiger, versetzungsartiger und leerstellenartiger Defekte leicht gemessen werden. Das heißt, Defekte, welche nur qualitativ nach dem Stand der Technik beobachtet werden können, können quantitativ gemessen werden, wodurch eine quantitative Entwicklung einer Oberfläche ermöglicht wird.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung aufgestellt werden, und werden teilweise augenscheinlich aus der Beschreibung oder können durch Anwenden der Erfindung erlernt werden. Die Aufgabe und Vorteile der Erfindung können realisiert und erhalten werden mittels der instrumentellen Ausstattung und Kombinationen, auf welche in den angehängten Patentansprüchen hingedeutet wird.
Die begleitende Zeichnung, welche mit eingegliedert ist und einen Teil der Beschreibung darstellt, illustriert eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung und dient zusammen mit der allgemeinen Beschreibung im Obigen und der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform im folgenden zum Erklären der Prinzipien der Erfindung.
Die Figuren zeigen im einzelnen
Fig. 1 ein Blockdiagramm zum Zeigen eines schematischen Aufbaus einer Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens der quantitativen Bestimmung einer Defektkonzentration auf Oberflächen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Flußplan zum Zeigen eines Ablaufs basierend auf dem Verfahren der quantitativen Bestimmung der Defektkonzentration auf Oberflächen nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3A eine Darstellung zum Zeigen der Beziehung zwischen der Anzahl von Laserpulsen und der Emissionsausbeute von der GaP (110)-Oberfläche in einem Fall, worin der Laserfluß auf 1,0 J/cm2 eingestellt ist;
Fig. 3B eine Darstellung zum Zeigen der Beziehung der Anzahl der Laserpulse und der Emissionsausbeute in einem Fall, worin der Laserfluß auf 1,2 J/cm2 eingestellt ist;
Fig. 4 eine Darstellung zum Zeigen der Beziehung zwischen dem Laserfluß und der Emissionsausbeute;
Fig. 5A eine schematische Ansicht zum Zeigen der Struktur eines anlagerungsatomartigen Defekts;
Fig. 5B eine schematische Ansicht zum Zeigen der Struktur eines versetzungsartigen Defekts;
Fig. 5C eine schematische Ansicht zum Zeigen einer Struktur eines leerstellenartigen Defekts;
Fig. 6 eine Darstellung zum Zeigen der Abhängigkeit einer Emissionsausbeute Y von GaAs von der Differenz zwischen der Photonenenergie und der Energiebandlückenenergie; und
Fig. 7 ein Energiebanddiagramm einer GaP-Oberfläche und eines GaP-Festkörpers.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens der quantitativen Bestimmung einer Defektkonzentration auf Oberflächen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Probe 12 wird in eine Vakuumkammer 10 plaziert. Eine Kanalplatte oder Channeltron 14 zum Zählen von Atomen, emittiert von einer Probe, ist angeordnet auf der vorderen Oberfläche der Probe 12. Ein LEED-(LEED low-energy electron-diffraction = Niedrigenergie-Elektronenbeugung) Auger 16 zum Beobachten der oberen Oberfläche der Probe 12 ist auf der unteren Oberflächenseite der Probe 12 angeordnet. Ein Probenhalter 18 ist rotierbar und wird gedreht, um die Vorderoberfläche der Probe 12 auf das Channeltron 14 oder auf den LEED-Auger 16, abhängig davon, welcher davon benutzt wird, zu richten. Zusätzlich ist eine Ionenkanone 20 zum Durchführen einer Argon-Ionenbombardierung bezüglich der Oberfläche der Probe 12 in der Vakuumkammer 10 angeordnet.
Ein Lasersystem 22 dient als Pumplaser und ist auf der rechten Seite in Fig. 1 angeordnet. Das Lasersystem 22 beinhaltet einen Exzimerlaser 24, einen Farbstofflaser 26, der durch den Exzimerlaser 24 gepumpt wird, einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von etwa 600 Nanometer zu emittieren, ein optisches System 28 zum Richten eines Laserstrahls von dem Farbstofflaser 26 auf die Probe 12 und einen Photodetektor 30 zum Messen des Flusses des Laserstrahls, der von dem Farbstofflaser 26 emittiert wird. Der von dem Farbstofflaser 26 emittierte Laserstrahl tritt durch das optische System 28, um auf die Oberfläche der Probe 12 unter einem Winkel von 45° aufzutreffen. Dieser Laserstrahl ist ein 28 Nanosekunden pulsartiger Laserstrahl mit einer Fleckgröße von 0,5 mm. Die Pulsperiode des Laserstrahls wird durch einen Computer 32 gesteuert. Der Laserstrahl, der von dem Lasersystem 22 herrührt, wird auf die Oberfläche der Probe 12 gestrahlt, um eine Emission von Atomen von der Oberfläche der Probe 12 zu bewirken. Es sei bemerkt, daß eine Ausgabe von dem Photodetektor 30 dem Computer 32 zugeführt wird, so daß der Fluß des Laserstrahls, der auf die Oberfläche der Probe 12 einfällt, gespeichert wird.
Ein Lasersystem 34, dienend als Probenlaser, ist auf der linken Seite in Fig. 1 angeordnet. Dieses Lasersystem 34 beinhaltet einen Exzimerlaser 36, einen Farbstofflaser 38, gepumpt durch den Exzimerlaser 36, und ein optisches System 40 zum Führen eines Laserstrahls von dem Farbstofflaser 38 auf die Oberfläche der Probe 12. Der von dem Farbstofflaser 38 emittierte Laserstrahl tritt durch das optische System 40 hindurch, um sich parallel zur Oberfläche der Probe 12 in einem Abstand von 2,0 mm fortzupflanzen. Dieser Laserstrahl ist ein 28 Nanosekunden pulsartiger Laserstrahl mit einer Fleckgröße von etwa 1 mm. Die Periode des Laserstrahls wird durch den Computer 32 gesteuert.
Der Probenexzimerlaserpuls wird verzögert durch eine Verzögerungsschaltung 42, so daß der Laserstrahl, der von dem Lasersystem 34 herrührt, parallel zur Oberfläche der Probe 12 mit einer Verzögerung von 3,3 µs bezüglich dem Laserstrahl, der von dem Lasersystem 22 herrührt, zugeführt wird. Das heißt, der Laserstrahl von dem Lasersystem 34 wird parallel zur Oberfläche der Probe 12 zugeführt, nachdem der Laserstrahl von dem Lasersystem 22 auf die Oberfläche der Probe 12 gestrahlt ist und Atome von der Oberfläche der Probe 12 emittiert werden. Daraus resultierend werden von der Oberfläche der Probe 12 emittierte Atome ionisiert und können erfaßt werden. Ein Resonanzionisierungsverfahren wird bei diesem Erfassungsverfahren benutzt.
Die durch das Resonanzionisierungsverfahren ionisierten Atome werden durch das Channeltron 14 erfaßt. Der resultierende Strom wird durch einen ADC 44 analog/digital gewandelt. Die Ausgabe von dem ADC 44 wird eingespeist an den Computer 32. Daraus resultierend wird die Anzeige emittierter Atome gezählt, um eine Ausbeute Y der emittierten Atome zu erhalten. Ein durch das Channeltron 14, den ADC 44 und den Computer 32 aufgebautes System wird im folgenden als Meßsystem 46 bezeichnet werden.
Meßprozeß
Eine Ausführungsform des Verfahrens der quantitativen Bestimmung der Defektkonzentration auf Oberflächen wird als nächstes mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben werden.
In Schritt 1 wird eine Probe 12 hergestellt in der Vakuumkammer 10. Die Ionenkanone 20 wird benutzt, um 0,5 keV Argonionen auf die hergestellte Probe 12 mit einem Strahlstrom von 2 bis 3 µA 30 min lang zu bestrahlen, und somit die Oberfläche der Probe 12 zu reinigen. Die Probe 12 wird thermisch angelassen bei 500 bis 600°C in Intervallen von 10 min unter Benutzung einer Wärmequelle (nicht gezeigt), die am Probenhalter 18 angeordnet ist.
In Schritt S2 wird eine Ablationsschwelle für die Probe 12 bestimmt. Die Ablationsschwelle ist ein Laserfluß, oberhalb dessen eine Bildung eines leerstellenartigen Defekts gestartet wird, insbesondere ein Laserfluß, bei dem die Wahrscheinlichkeit, daß eine atomische Bindung nahe eines leerstellenartigen Defekts durch einen Laserpuls gebrochen wird, fast 1 ist. Unterhalb der Ablationsschwelle werden Atome von nur anlagungsatomartigen und versetzungsartigen Defekten emittiert. Oberhalb der Ablationsschwelle jedoch wird ein leerstellenartiger Defekt zur Quelle der Emission. Deshalb kann durch geeignetes Bestimmen dieser Ablationsschwelle eine Messung der Menge der anlagerungsatomartigen und versetzungsartigen Defekte getrennt werden von der Messung der Menge von leerstellenartigen Defekten.
Eine Ablationsschwelle wird auf folgende Art und Weise bestimmt. Ein pulsartiger Laserstrahl wird auf die, Oberfläche der Probe 12 unter Benutzung des Lasersystems 22 gestrahlt. Die Ausbeute Y an emittierten Atomen von der Oberfläche der Probe 12 wird gemessen unter Benutzung des Lasersystems 34 und des Meßsystems 46. Fig. 3A und 3B zeigen jeweils Messungen von Emissionsausbeuten unter Benutzung des Flusses eines Laserstrahls, der auf die Oberfläche der Probe 12 gestrahlt wird, als Index. Fig. 3A zeigt die Beziehung zwischen der Anzahl von Laserpulsen und der Emissionsausbeute Y von Galliumatomen im Fall, in der Laserfluß auf 1,0 J/cm2 eingestellt ist. Fig. 3B zeigt die Beziehung zwischen der Anzahl von Laserpulsen und der Emissionsausbeute Y von Galliumatomen in einem Fall, in de der Laserfluß auf 1,2 J/cm2 eingestellt ist.
Mit Bezug auf Fig. 3A deutet ein Bereich entsprechend einem Bezugssymbol A die Menge von Galliumatomen, die von anlagerungsatomartigen Effekte emittiert werden, an, und ein Bereich entsprechend einem Referenzsymbol S deutet die Menge von Galliumatomen an, die von versetzungsartigen Defekten emittiert werden. Das heißt, ein Laserfluß von 1,0 J/cm2 verursacht nicht die Emission von einem leerstellenartigen Defekt, und daher ist er niedriger als die Ablationsschwelle.
Die Abhängigkeit der Emissionsausbeute Y von Ga Atomen von der Anzahl von Laserpulsen, welche in Fig. 3B gezeigt ist, wird erhalten bei einem Laserfluß von 1,2 J/cm². Diese Abhängigkeit von der Anzahl von Laserpulsen ist vollständig verschieden von der in Fig. 3A gezeigten. Fig. 3B zeigt, daß die leerstellenartigen Defekte die Quelle der Emission bei diesem Laserfluß sind. Deshalb ist ein Laserfluß von 1,2 J/cm2 höher als die Ablationsschwelle.
Auf diese Art und Weise wird die Abhängigkeit der Emissionsausbeute Y von der Anzahl von Laserpulsen erhalten, während der Laserfluß geändert wird, und der Laserfluß, bei dem die Abhängigkeit von der Anzahl von Laserpulsen sich ändert, wird erhalten. Der erhaltene Laserfluß wird dann als Ablationsschwelle gesetzt.
Oberhalb der Ablationsschwelle sind leerstellenartige Defekte auf der Oberfläche der Probe 12 die Quelle der Emission. Es ist empirisch bekannt, daß die Anzahl von emittierten Atomen proportional zur Menge von leerstellenartigen Defekten ist, welche ursprünglich auf der Oberfläche der Probe 12 vorliegen. Deshalb kann die Menge von ursprünglichen leerstellenartigen Defekten bestimmt werden durch Messen der Anzahl emittierter Atome oberhalb der Laserablationsschwelle. In Schritten S3 und S4 wird die Menge leerstellenartiger Defekte gemessen auf der Basis dieser Erkenntnis.
In Schritt S3 wird ein Laserstrahl mit einem Fluß von (Ablationsschwelle)×Alpha auf die Oberfläche der Probe 12 wiederholt gestrahlt unter Benutzung des Lasersystems 22, um die Emissionsausbeute Y unter Benutzung des Lasersystems 34 und des Meßsystems 46 zu erhalten. Es sei angenommen, daß Alpha etwa 1,1 ist. Das heißt, der eingestrahlte Laserstrahl hat einen Fluß, der leicht größer als die Ablationsschwelle ist.
In Schritt S4 wird die Menge leerstellenartiger Defekte bestimmt auf der Basis der Anstiegsrate in der Emissionsausbeute Y bezüglich der Anzahl von Laserpulsen. Falls ein Emissionskoeffizient qr benutzt wird, um die Menge leerstellenartiger Defekte anzuzeigen und der Laserfluß, der Exponent und die Menge von Defekten jeweils durch Φ, n bzw. Nr dargestellt werden, ist die Emissionsausbeute Y gegeben durch:
Y = qrΦnNr (1)
Der Emissionskoeffizient qr und der Exponent n werden im voraus bestimmt durch ein preliminäres Experiment gemäß Gleichung (1). In diesem preliminären Experiment wird ein Rastertunnelmikroskop (STM = scanning tunneling microscope, nicht gezeigt) über einen weiten Bereich auf der Probe 12 gescannt, um die Menge Nr von leerstellenartigen Defekten zu bestimmen. Die Emissionsausbeute Y wird gemessen, während der Laserfluß Φ geändert wird innerhalb eines Bereichs höher als die Ablationsschwelle. Wenn die Logarithmen von beiden Seiten von Gleichung (1) erhalten werden, wird eine Kurve, wie in der in Fig. 4 gezeigten Darstellung, gezeichnet. Der Exponent n wird bestimmt aus der Steigung dieser Kurve, und der Emissionskoeffizient qr wird bestimmt aus dem Schnittpunkt zwischen der Kurve und der Ordinate. Da der Wert der Emissionsausbeute Y in einer willkürlichen Einheit, erhalten durch die Messung in Schritt S3, kalibriert werden kann in einen Absolutwert, kann die Anzahl Nr leerstellenartiger Defekte erhalten werden unter Benutzung von Gleichung (1).
In Schritt S5 wird ein Laserstrahl mit einem Fluß von (Ablationsschwelle)/Alpha gestrahlt auf die Oberfläche der Probe 12 viele Male unter Benutzung des Lasersystems 22, um die Emissionsausbeute Y unter Benutzung des Lasersystems 34 und des Meßsystems 46 zu erhalten. Wie oben beschrieben, ist der Wert Alpha etwa auf 1,1 eingestellt. Das heißt, der eingestrahlte Laserstrahl hat einen Fluß leicht niedriger als die Ablationsschwelle. Wenn der Laserstrahl mit einem Fluß leicht niedriger als der Ablationsschwelle auf diese Art und Weise eingestrahlt wird, werden Atome emittiert von anlagerungsatomartigen und versetzungsartigen Defekten. Die in diesem Schritt erhaltenen Daten zeigen die Beziehung zwischen der Emissionsausbeute und der Anzahl von Laserpulsen an und können geteilt werden in einen schnell abnehmenden Bereich A und einen langsam abnehmenden Bereich S, wie gezeigt in Fig. 3A.
In Schritt S6 wird die Fläche (Gesamtmenge emittierter Atome) des schnell abnehmenden Bereichs A erhalten, um die Menge anlagerungsatomartiger Defekte zu bestimmen. Es sei bemerkt, daß die Ordinate Werte in einer willkürlichen Einheit anzeigt und daher in Absolutwerte kalibriert werden muß. Zu diesem Zweck wird veranlaßt, daß eine vorbestimmte Menge von Ga Atomen, zum Beispiel 10-4 ML (ML = mono atomic layer = Einzelatomlage) anhaftet an einem Siliziumsubstrat, und ein Laserstrahl mit dem gleichen Fluß wie dem des in Schritt 5 benutzten Laserstrahls wird auf die Galliumatome gestrahlt, um alle Galliumatome zu emittieren. Eine Fläche entsprechend der resultierenden Darstellung wird dann berechnet, um die Einheit der Emissionsausbeute Y auf der Ordinate zu bestimmen. Es sei bemerkt, daß die Menge von Galliumatomen, die veranlaßt wird, auf dem Siliziumsubstrat anzuhaften, gemessen wird mit einer Filmdickenmeßeinheit (nicht gezeigt), die in der Lage ist, eine Dicke entsprechend etwa 0,1 ML zu messen, und eine Interpolation wird unter Benutzung der Adhäsionszeit durchgeführt.
In Schritt S7 wird die Größe der Emissionsausbeute des langsam abfallenden Bereichs S, wie erhalten in Schritt 5, bestimmt, um die Menge der versetzungsartigen Defekte zu erhalten. Es sie bemerkt, daß die Menge versetzungsartiger Defekte ausgedrückt wird unter Benutzung eines Emissionskoeffizienten qs ähnlich dem der entsprechenden Menge der leerstellenartiger Defekte. Das heißt, falls der Laserfluß, der Exponent und die Menge der Defekte jeweils dargestellt werden durch Φ, n bzw. Ns, ist die Emissionsausbeute Y gegeben durch
Y = qsΦnNs (2)
Der Emissionskoeffizient qs und der Exponent n werden im voraus bestimmt durch ein preliminäres Experiment gemäß Gleichung (2). In diesem preliminären Experiment wird das Rastertunnelmikroskop (STM) über einen weiten Bereich auf der Probe 12 gescannt, um die Menge Ns versetzungsartiger Defekte zu bestimmen. Die Emissionsausbeute Y wird gemessen, während der Laserfluß Φ geändert wird innerhalb eines Bereichs niedriger als die Ablationsschwelle. Wenn die Logarithmen auf beiden Seiten der Gleichung (2) erhalten werden, wird eine Kurve, wie die in der Darstellung gezeigt in Fig. 4, gezeichnet. Der Exponent n wird bestimmt aus der Steigung dieser Kurve und der Emissionskoeffizient qs wird bestimmt aus dem Schnittpunkt zwischen der Kurve und der Ordinate. Da der Wert der Emissionsausbeute Y in einer willkürlichen Einheit, erhalten durch die Messung in Schritt S5, in einen absoluten Wert kalibriert werden kann, kann die Menge Ns versetzungsartiger Defekte erhalten werden unter Benutzung von Gleichung (2).
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Anzahl von leerstellenartigen Defekten zunächst gemessen, und die Mengen anlagerungsatomartiger und versetzungsartiger Defekte wird darauffolgend gemessen. Jedoch ist die Reihenfolge der Messung darauf nicht beschränkt. Es, wird den Fachleuten klar erscheinen, daß eine Messung der Anzahl leerstellenartiger Defekte, eine Messung der Anzahl anlagerungsatomartiger Defekte und Messung der Anzahl versetzungsartiger Defekte in einer beliebigen Reihenfolge ausgeführt werden kann.
Verfahren zum Verbessern der Meßempfindlichkeit
In der obigen Beschreibung werden Atome, die emittiert werden durch einen Puls von dem Lasersystem 22, ionisiert durch das Lasersystem 34 und der resultierende Ionenstromimpuls wird gemessen durch das Meßsystem 46, wodurch die emittierten Atome von 10-5 ML pro Puls gemessen werden. In diesem Fall ist die Anzahl von Ionen beinhaltet in einem Ionenstromimpuls ungefähr 104. Falls dieses Verfahren ersetzt wird durch ein Zählverfahren, um eine Messung durchzuführen, bei der eine Ionenanzahl in einem Ionenstromimpuls 0,1 ist, kann die Meßempfindlichkeit um einen Faktor 105 erhöht werden und die maximale Empfindlichkeit kann auf 10-10 ML eingestellt werden.
Defektarten
Die anlagerungsatomartigen, versetzungsartigen und leerstellenartigen Defekte, die oben beschrieben wurden, sind Defekte mit Strukturen wie die in Fig. 5A, 5B bzw. 5C gezeigten. Der anlagerungsatomartige Defekt ist ein Defekt, der an einer Kristalloberfläche anhaftet und davon vorsteht. Der versetzungsartige Defekt ist ein Defekt in Form einer Stufe auf einer Kristalloberfläche. Der leerstellenartige Defekt ist ein Defekt aufgrund der Abwesenheit eines Atoms an einer Gitterposition auf einer Kristalloberfläche.
Insbesondere gibt es schwach gebundene Atome (im weiteren bezeichnet als WBAs = weakly bonded atoms) nahe einem Defekt. Defekte können in die folgenden drei Typen auf der Basis einer Änderung, begleitend das Entfernen eines WBAs nahe einem Defekt klassifiziert werden:
  • 1) Anlagerungsartiger Defekt: Ein Defekt, der an einer perfekten Kristalloberfläche haftet, unabhängig oder in Form einer Insel. Wenn dieser Defekt entfernt wird, erscheint eine fast perfekte Kristalloberfläche.
  • 2) Versetzungsartiger Defekt: Wenn ein Atom emittiert wird von einem Defekt, wird ein ähnlicher Defekt neu gebildet an einem benachbarten Gitterplatz. Eine Versetzung in Form einer Stufe auf einer Kristalloberfläche ist ein Beispiel dieser Art. Dieser Defekt kann nur eliminiert werden durch Entfernen vieler Bereiche, die von der Oberfläche vorstehen.
  • 3) Leerstellenartiger Defekt: Ein Defekt, dessen Defektbereich vergrößert ist, wenn ein Atom von dem Defekt emittiert wird.
Materialien, auf die die Erfindung angewendet werden kann
Materialien, auf die das Meßverfahren nach der vorliegenden Erfindung angewendet werden können, müssen den folgenden Bedingungen genügen:
  • 1) Sie müssen nicht-metallische Materialien sein. Bei nicht-metallischen Materialien schafft eine Rekombination eines Elektron-Loch-Paars Energie entsprechend der Breite eines verbotenen Bandes für ein Gittersystem.
  • 2) Sie müssen Materialien sein, in denen ein Elektron-Loch-Paar nur durch einen Defekt rekombiniert. Silberhalide, Alkalihalide, Erdalkalifluoride, SiO2 und dergleichen, können nicht benutzt werden, da eine Rekombination von Elektron-Loch-Paaren oder Exzitonen auftritt, wenn eine perfekter Kristall verzerrt wird.
  • 3) Sie müssen polare Kristalle, nicht Silizium einschließend, sein. In nichtpolaren Kristallen, wie zum Beispiel Siliziumkristallen, kann, wenn ein Halogen von 1 ML auf einer Kristalloberfläche adsorbiert ist, eine ähnliche Emissions beobachtet werden, zum Durchführen der Messung der vorliegenden Erfindung.
Zum Beispiel sind Materialien, auf die die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, Verbindungen der Gruppen III-IV, Verbindungen der Gruppen II-VI, ZnO, MgO, und CaO.
Laserwellenlänge
Eine geeignete Laserwellenlänge, benutzt im Verfahren nach der vorliegenden Erfindung, wird im weiteren beschrieben werden. Bei der vorliegenden Erfindung, werden wie oben beschrieben, anlagerungsatomartige, versetzungsartige und leerstellenartige Defekte gemessen. Um anlagerungsatomartige und leerstellenartige Defekte von der Oberfläche der Probe 12, durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl zu beseitigen, müssen soviel wie möglich Oberflächen-Elektron-Loch-Paare gebildet werden.
Fig. 6 zeigt die Energie-(Wellenlängen)Abhängigkeit der Emissionsausbeute Y von GaAs. Mit Bezug auf Fig. 6 ist eine Wellenlänge λ1, eine Wellenlänge, bei der Anregungsquerschnitt vom Festkörpervalenzband zum Festkörperleitungsband erhöht ist; eine Wellenlänge λ2, eine Wellenlänge, bei der der Anregungsquerschnitt von dem Oberflächenvalenzband zum Festkörperleitungsband erhöht ist; und eine Wellenlänge λ3 eine Wellenlänge, bei der der Anregungsquerschnitt vom Oberflächenvalenzband zum Oberflächenleitungsband erhöht ist. Es erscheint klar aus Fig. 6, daß die Emissionsausbeute stark erhöht ist oberhalb einer Wellenlänge, bei der die Elektronen in dem Oberflächenvalenzband angeregt werden können. Deshalb wird die Wellenlänge eines Strahls mit einer Photonenenergie höher als der eines Strahls mit der Wellenlänge λ3, vorzugsweise benutzt als Laserstrahlwellenlänge für das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung, um die Messung mit hoher Empfindlichkeit durchzuführen.
GaP hat Oberflächen- und Festkörperenergieniveaus wie die in Fig. 7 gezeigten. Wie aus Fig. 7 klar wird, ist es vorzuziehen, um soviel Oberflächen-Elektron-Loch-Paare wie möglich zu bilden, daß eine Photonenenergie hγ niedriger als eine Festkörperbandlücke EG und höher als eine Oberflächenbandlücke EGS (EGS<hγ<EG) ist. Wenn die Photonenenergie die Festkörperbandlücke EG überschreitet, wird eine Anregung von dem Festkörpervalenzband ins Festkörperleitungsband erhöht (was in einer Reduzierung in der Ausbeute resultiert). Da GaP einer Anregung indirekten Typs unterliegt, ist ,die Ausbeute der Elektronen-Loch-Paare im Valenzband klein. Deshalb können mit einer Energie oberhalb der Bandlücke EG zweidimensionale (2D) Elektron-Loch-Paare gestreut werden an dem dreidimensionalen (3D) Festkörper.
Auf diese Art und Weise muß eine geeignete Laserwellenlänge, welche die Bildung einer maximalen Anzahl von Oberflächen-Elektron-Loch-Paaren erlaubt, ausgewählt werden in Übereinstimmung mit einem benutzten Material.
Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf die oben beschriebene Ausführungsform. Zahlreiche Modifikationen und Änderungen können innerhalb des Gedankens und Bereichs der Erfindung gemacht werden.

Claims (2)

1. Verfahren quantitativer Bestimmung einer Defekt-Konzentration auf Oberflächen mit den Schritten:
Bestimmen einer Ablationsschwelle eines Laserflusses bezüglich einer Oberfläche einer Probe (12), welche in einer Hoch-Vakuumkammer (10) hergestellt ist; und
Bestimmen einer Menge leerestellenartiger Defekte durch Strahlen eines Laserstrahls (28) mit einem Fluß leicht höher als der Ablationsschwelle auf die Oberfläche; und
Bestimmen von Mengen von anlagerungsartiger und versetzungsartiger Defekte durch Bestrahlen eines gepulsten Laserstrahls mit einem Fluß leicht niedriger als der Ablationsschwelle auf die Oberfläche in wiederholter Weise, um eine Beziehung zwischen einer Emissionsausbeute und der Anzahl von Laserpulsen zu erhalten, wobei die Menge von anlagerungsartigen Defekten erhalten wird durch Bestimmen eines Bereichs (Gesamtmenge emittierter Atome) eines schnell abnehmenden Bereichs (A) der Beziehung und die Menge der versetzungsartigen Defekte erhalten wie durch Bestimmen einer Größe einer Emissionsausbeute eines langsam abnehmenden Bereichs (S) der Beziehung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Kalibrierens einer Emissionsausbeute Y gemäß Y = qΦnN,wobei q ein Emissionskoeffizient, Φ der Laserfluß, n ein Exponent und N die Menge von Defekten ist, wenn die Menge Herstellenartiger Defekte und die Menge versetzungsartiger Defekte gemessen wird.
DE4312244A 1992-10-06 1993-04-15 Verfahren quantitativer Bestimmung der Defektkonzentration auf Oberflächen Withdrawn DE4312244A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4267469A JP2600096B2 (ja) 1992-10-06 1992-10-06 表面微量欠陥の定量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4312244A1 true DE4312244A1 (de) 1994-04-07

Family

ID=17445280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4312244A Withdrawn DE4312244A1 (de) 1992-10-06 1993-04-15 Verfahren quantitativer Bestimmung der Defektkonzentration auf Oberflächen

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5389786A (de)
JP (1) JP2600096B2 (de)
DE (1) DE4312244A1 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5656186A (en) * 1994-04-08 1997-08-12 The Regents Of The University Of Michigan Method for controlling configuration of laser induced breakdown and ablation
US6341009B1 (en) 2000-02-24 2002-01-22 Quantronix Corporation Laser delivery system and method for photolithographic mask repair
US7122790B2 (en) * 2000-05-30 2006-10-17 The Penn State Research Foundation Matrix-free desorption ionization mass spectrometry using tailored morphology layer devices
CA2578359A1 (en) * 2004-09-17 2006-11-09 Nanosys, Inc. Nanostructured thin films and their uses
CN109632855B (zh) * 2018-11-15 2020-05-05 北京大学 化合物半导体中替代阳离子位置的杂质缺陷浓度的检测方法
CN110907135A (zh) * 2019-11-14 2020-03-24 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 一种制程设备的控制方法及装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4733073A (en) * 1983-12-23 1988-03-22 Sri International Method and apparatus for surface diagnostics
GB2177507B (en) * 1985-06-13 1989-02-15 Mitsubishi Electric Corp Laser mass spectroscopic analyzer
US4988879A (en) * 1987-02-24 1991-01-29 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior College Apparatus and method for laser desorption of molecules for quantitation
JPH0225737A (ja) * 1988-07-15 1990-01-29 Hitachi Ltd 表面分析方法および装置
GB8928917D0 (en) * 1989-12-21 1990-02-28 Vg Instr Group Method and apparatus for surface analysis

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06118035A (ja) 1994-04-28
US5389786A (en) 1995-02-14
JP2600096B2 (ja) 1997-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3854961T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Fehlerdichte und -verteilung
DE68928167T2 (de) Bilderzeugung und kontrolle eines prozesses, der einen fokussierten ionenstrahl verwendet
DE3888992T2 (de) Laser-Lumineszenz-Monitor für Materialdickenprozesse.
DE3621045A1 (de) Strahlerzeugende vorrichtung
DE2436236A1 (de) Verfahren und anordnung zur messung der halbleiterladungstraeger-lebensdauer
DE112016001907B4 (de) Herstellungsverfahren und Beurteilungsverfahren für Silizium-Epiwafer
DE69024485T2 (de) Verfahren zur Beobachtung einer mikroskopischen Flächenstruktur
DE3637477A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der qualitaet von oberflaechen, insbesondere von halbleiterscheiben
DE102016218920A1 (de) Dual-Energy-Detektionsvorrichtung, Dual-Energy-Detektionssystem und Dual-Energy-Detektionsverfahren
EP0028322A1 (de) Verfahren zum Erfassen und Identifizieren von mit Rohteilen oder Werkstücken in einer Fertigungslinie einhergehenden Materialzusammensetzungen und Fremdkörpern
DE3116611A1 (de) Vorrichtung zur messung von halbleitereigenschaften
DE4116054A1 (de) Vorrichtung zum unterscheiden von teilchenaggregationsmustern
DE2322459B2 (de) Meßverfahren für ein photogrammetrisches Gerät und Gerät zur Durchführung des Verfahrens
DE3023263C2 (de) Anordnung zur Ermittlung der inneren Struktur eines Körpers mittels monoenergetischer Strahlung
DE4312244A1 (de) Verfahren quantitativer Bestimmung der Defektkonzentration auf Oberflächen
DE112014006546T5 (de) Probenbearbeitungsverfahren und Ladungsteilchenstrahlvorrichtung
DE112017006630T5 (de) SiC-Wafer-Fehlermessverfahren, Referenzprobe und Verfahren zur Herstellung eines Epitaxialen SiC-Wafers
DE68916168T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Analyse einer Oberfläche.
DE4200493C2 (de) Vorrichtung zur Untersuchung der Zusammensetzung dünner Schichten
DE929822C (de) Vorrichtung zum Zaehlen von Teilchen
DE3923177A1 (de) Elektro-optische signalmessung
EP0789222A2 (de) Verfahren zur Herstellung und Kalibration einer Längenskala im Nanometerbereich für technische Geräte, die der hochauflösenden bzw. ultrahochauflösenden Abbildung von Strukturen dienen
DE102008044883A1 (de) Verfahren zur Messung der Lumineszenzstrahlung einer Halbleiterstruktur
DE2411841A1 (de) Messeinrichtung zum messen von schwachen signalen, welche im zusammenhang mit einem starken hintergrundrauschen erfasst werden
DE4108329C2 (de) Verfahren zum Bestimmen von Materialparametern, nämlich Dicke, Brechungsindex und Absorptionskoeffizient, einzelner Schichten

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee