JPH0763708A - 結晶成長分析装置 - Google Patents
結晶成長分析装置Info
- Publication number
- JPH0763708A JPH0763708A JP5211244A JP21124493A JPH0763708A JP H0763708 A JPH0763708 A JP H0763708A JP 5211244 A JP5211244 A JP 5211244A JP 21124493 A JP21124493 A JP 21124493A JP H0763708 A JPH0763708 A JP H0763708A
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- crystal
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- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＭＢＥ成長などの結晶成長を分析するにあた
り、その結晶成長状態の解析が簡単な分析装置を提供す
る。 【構成】 ビーム発生源からの中性粒子を結晶成長面に
斜入射で照射し、その照射位置から前方へと進行する散
乱粒子ビームの強度変化を検出して、この検出結果を結
晶成長状態の分析情報として用いるように構成してい
る。
り、その結晶成長状態の解析が簡単な分析装置を提供す
る。 【構成】 ビーム発生源からの中性粒子を結晶成長面に
斜入射で照射し、その照射位置から前方へと進行する散
乱粒子ビームの強度変化を検出して、この検出結果を結
晶成長状態の分析情報として用いるように構成してい
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばＭＢＥ法などの
エピタキシャル成長法による成膜過程において結晶成長
状態を分析する際に使用する分析装置に関する。
エピタキシャル成長法による成膜過程において結晶成長
状態を分析する際に使用する分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭＢＥ成長において、結晶を単原子単位
で制御しつつ成長させるためには、その結晶成長状態の
良否をモニタする必要がある。その手法としては、現
在、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）法が実用化され
ている。
で制御しつつ成長させるためには、その結晶成長状態の
良否をモニタする必要がある。その手法としては、現
在、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）法が実用化され
ている。
【０００３】このＲＨＥＥＤ法は、成膜中の結晶成長面
に電子線を照射し、その結晶成長面によって前方に散乱
した反射電子ビームの強度を検出し、そのビーム強度の
周期的な変化すなわちＲＨＥＥＤ振動を観察する方法
で、ＳｉやＧａＡｓをはじめとする半導体結晶等の原子
層オーダでの膜厚制御に利用されている。
に電子線を照射し、その結晶成長面によって前方に散乱
した反射電子ビームの強度を検出し、そのビーム強度の
周期的な変化すなわちＲＨＥＥＤ振動を観察する方法
で、ＳｉやＧａＡｓをはじめとする半導体結晶等の原子
層オーダでの膜厚制御に利用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＲＨＥＥＤ
法では、上記したように電子線をプローブとして解析を
行うわけであるが、その電子の散乱は本質的にド・ブロ
イ波による波の干渉現象である。このため、ＲＨＥＥＤ
法によって結晶のステップ密度などの結晶成長状態を解
析する場合には、結晶表面での電子線回折の動力学的な
理解を必要とし、その解析がきわめて複雑になる。
法では、上記したように電子線をプローブとして解析を
行うわけであるが、その電子の散乱は本質的にド・ブロ
イ波による波の干渉現象である。このため、ＲＨＥＥＤ
法によって結晶のステップ密度などの結晶成長状態を解
析する場合には、結晶表面での電子線回折の動力学的な
理解を必要とし、その解析がきわめて複雑になる。
【０００５】本発明はそのような事情に鑑みてなされた
もので、ＭＢＥ成長などの結晶成長を分析するにあた
り、その結晶成長状態の解析が簡単な分析装置の提供を
所期の目的とする。
もので、ＭＢＥ成長などの結晶成長を分析するにあた
り、その結晶成長状態の解析が簡単な分析装置の提供を
所期の目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の分析装置は、実施例に対応する図１に示す
ように、結晶成長面に所定の角度（例えば１０°以下の
浅い角度）だけ傾いた方向から高速の中性粒子ビームを
照射するためのビーム発生源（イオン源１ａおよび中性
化領域１ｂ）と、そのビーム照射位置から散乱する中性
粒子のうち、前方に進行する散乱粒子ビームの強度変化
を検出する手段（例えばＭＣＰ２およびＣＣＤカメラ３
等により構成される粒子検出系Ａ2 ）を備え、その検出
結果を結晶成長状態の分析情報として用いるよう構成さ
れていることによって特徴づけられる。
め、本発明の分析装置は、実施例に対応する図１に示す
ように、結晶成長面に所定の角度（例えば１０°以下の
浅い角度）だけ傾いた方向から高速の中性粒子ビームを
照射するためのビーム発生源（イオン源１ａおよび中性
化領域１ｂ）と、そのビーム照射位置から散乱する中性
粒子のうち、前方に進行する散乱粒子ビームの強度変化
を検出する手段（例えばＭＣＰ２およびＣＣＤカメラ３
等により構成される粒子検出系Ａ2 ）を備え、その検出
結果を結晶成長状態の分析情報として用いるよう構成さ
れていることによって特徴づけられる。
【０００７】
【作用】結晶成長面に斜入射した中性粒子ビームは、成
長面で弾性散乱するわけであるが、その結晶成長面が原
子層ステップのない平坦な面で、ビームの入射方向が表
面軸チャネリング方向でないとき、図２(a) に示すよう
に、入射角θi で結晶成長面に入射した中性粒子は、入
射角θi に等しい出射角θo （＝θi ）の方向に集中し
て散乱する。
長面で弾性散乱するわけであるが、その結晶成長面が原
子層ステップのない平坦な面で、ビームの入射方向が表
面軸チャネリング方向でないとき、図２(a) に示すよう
に、入射角θi で結晶成長面に入射した中性粒子は、入
射角θi に等しい出射角θo （＝θi ）の方向に集中し
て散乱する。
【０００８】一方、結晶成長面が平坦な面でない場合に
は、図２(b) に示すように、出射角θo 以外の方向に散
乱する粒子や、表面から結晶中にもぐる粒子があり、こ
のため、θo の方向への粒子の量は減少する。しかも、
その粒子の減少量は結晶表面の原子層ステップ数などの
凹凸状態に相関する。従って、散乱粒子のうち、前方
（θo 方向）に散乱する粒子の量変化つまり散乱粒子ビ
ームの強度変化を検出すれば、その検出結果から結晶成
長状態を知ることができる。
は、図２(b) に示すように、出射角θo 以外の方向に散
乱する粒子や、表面から結晶中にもぐる粒子があり、こ
のため、θo の方向への粒子の量は減少する。しかも、
その粒子の減少量は結晶表面の原子層ステップ数などの
凹凸状態に相関する。従って、散乱粒子のうち、前方
（θo 方向）に散乱する粒子の量変化つまり散乱粒子ビ
ームの強度変化を検出すれば、その検出結果から結晶成
長状態を知ることができる。
【０００９】ここで、中性粒子ビームは質量が大きいこ
とから、そのド・ブロイ波長（例えば３KeV のＨｅ粒子
で0.0026Å）は、結晶の原子間隔（例えばＧａＡｓで約
３Å）に比べてきわめて小さく、従って散乱粒子の軌道
は古典力学的に扱え、その散乱状況を、例えばコンピュ
ータを利用したシミュレーションなどの手法で容易に予
測できる。
とから、そのド・ブロイ波長（例えば３KeV のＨｅ粒子
で0.0026Å）は、結晶の原子間隔（例えばＧａＡｓで約
３Å）に比べてきわめて小さく、従って散乱粒子の軌道
は古典力学的に扱え、その散乱状況を、例えばコンピュ
ータを利用したシミュレーションなどの手法で容易に予
測できる。
【００１０】また、プローブとして電荷を持たない中性
粒子を利用することから、分析対象が絶縁性結晶である
場合にもチャージアップ等の電気的な影響を受けること
もない。
粒子を利用することから、分析対象が絶縁性結晶である
場合にもチャージアップ等の電気的な影響を受けること
もない。
【００１１】
【実施例】図１は本発明実施例の構成図であって、ＭＢ
Ｅ装置１０に本発明の分析装置を適用した例を示す。
Ｅ装置１０に本発明の分析装置を適用した例を示す。
【００１２】まず、ＭＢＥ装置１０は、成膜室である真
空チェンバ１０ａの内部に、複数の蒸発源１１，１２，
１３を所定の位置関係で配置した構造の装置で、その各
蒸発源１１・・１３からの分子線（例えばＧａ，ＡｓやＡ
ｌ等）は、ともに同一のサンプル（基板）Ｓの表面に到
達するように構成されている。
空チェンバ１０ａの内部に、複数の蒸発源１１，１２，
１３を所定の位置関係で配置した構造の装置で、その各
蒸発源１１・・１３からの分子線（例えばＧａ，ＡｓやＡ
ｌ等）は、ともに同一のサンプル（基板）Ｓの表面に到
達するように構成されている。
【００１３】さて、この実施例での分析装置は、ＭＢＥ
装置の真空チェンバ１０ａの側方に配置される粒子照射
系Ａ1 と、そのチェンバを挟んで粒子照射系Ａ1 と対向
する位置に配置される粒子検出系Ａ2 ならびに画像処理
系Ａ3 の三つの系によって基本的に構成される装置であ
る。
装置の真空チェンバ１０ａの側方に配置される粒子照射
系Ａ1 と、そのチェンバを挟んで粒子照射系Ａ1 と対向
する位置に配置される粒子検出系Ａ2 ならびに画像処理
系Ａ3 の三つの系によって基本的に構成される装置であ
る。
【００１４】粒子照射系Ａ1 は、粒子源となるイオン源
１ａとその出射イオンを中性化する領域１ｂと、この中
性化領域１ｂから出た高速の中性粒子ビーム（例えば３
KeVの中性Ｈｅビーム）を、絞りつつその質を向上（平
行化）するスリット系７を備えおり、そのスリット系で
コリメートされた粒子ビームは、真空チェンバ１０ａの
内部へと進行し、このチェンバ内のサンプルＳの表面に
１０°以下の浅い角度で斜入射する。
１ａとその出射イオンを中性化する領域１ｂと、この中
性化領域１ｂから出た高速の中性粒子ビーム（例えば３
KeVの中性Ｈｅビーム）を、絞りつつその質を向上（平
行化）するスリット系７を備えおり、そのスリット系で
コリメートされた粒子ビームは、真空チェンバ１０ａの
内部へと進行し、このチェンバ内のサンプルＳの表面に
１０°以下の浅い角度で斜入射する。
【００１５】一方、粒子検出系Ａ2 は、ＭＣＰ（マイク
ロチャンネルプレート）２とこの後方に位置するＣＣＤ
カメラ３によって構成されており、そのＭＣＰ２は中性
粒子ビーム照射によりサンプルＳの表面から前方に進行
する散乱ビームの検出が可能な位置に配置されている。
また、ＭＣＰ２の後面側には蛍光板（図示せず）が装着
されており、ＭＣＰ２に到達する散乱粒子の密度分布つ
まり散乱ビーム強度が光強度分布として蛍光板上に現
れ、その強度分布像が後方のＣＣＤカメラ３で撮像され
る。このＣＣＤカメラ３の出力画像信号は、画像処理系
Ａ3 へと導かれイメージフリーザ４，イメージデジタイ
ザ５を介してコンピュータ６内に採り込まれる。
ロチャンネルプレート）２とこの後方に位置するＣＣＤ
カメラ３によって構成されており、そのＭＣＰ２は中性
粒子ビーム照射によりサンプルＳの表面から前方に進行
する散乱ビームの検出が可能な位置に配置されている。
また、ＭＣＰ２の後面側には蛍光板（図示せず）が装着
されており、ＭＣＰ２に到達する散乱粒子の密度分布つ
まり散乱ビーム強度が光強度分布として蛍光板上に現
れ、その強度分布像が後方のＣＣＤカメラ３で撮像され
る。このＣＣＤカメラ３の出力画像信号は、画像処理系
Ａ3 へと導かれイメージフリーザ４，イメージデジタイ
ザ５を介してコンピュータ６内に採り込まれる。
【００１６】コンピュータ６は、ＣＣＤカメラ３からの
信号の画像処理を行うとともに、その処理後のデータに
基づくシミュレーションにより結晶成長状態の解析を行
うよう構成されている。また、コンピュータ６は、演算
処理データに基づいて、例えば図３に示すようなグラフ
をＣＲＴ６ａの画面上に表示する。
信号の画像処理を行うとともに、その処理後のデータに
基づくシミュレーションにより結晶成長状態の解析を行
うよう構成されている。また、コンピュータ６は、演算
処理データに基づいて、例えば図３に示すようなグラフ
をＣＲＴ６ａの画面上に表示する。
【００１７】なお、図１においてスリット系７の後方に
は、イオン源１ａからのビームに含まれるイオン種を、
ビーム軸から偏向するための偏向マグネット８が配置さ
れている。
は、イオン源１ａからのビームに含まれるイオン種を、
ビーム軸から偏向するための偏向マグネット８が配置さ
れている。
【００１８】次に、本発明実施例の作用を図２を参照し
つつ述べる。まず、結晶表面に浅い角度で斜入射した高
速中性粒子は弾性散乱する。このとき、結晶表面が原子
レベルで平坦な場合には、図２(a) に示すように、中性
粒子は結晶表面に対して入射角θi と同じ角度θo で前
方に散乱される。ところが、同図(b) に示すように、結
晶表面に原子層ステップ等の原子レベル上での凹凸があ
ると、中性粒子は、ステップ等の影響を受けて入射角θ
i とは異なる角度をもって散乱される。しかも、その他
方向への散乱粒子の量は結晶表面の原子層ステップ数な
どの凹凸状態に相関して変化する。
つつ述べる。まず、結晶表面に浅い角度で斜入射した高
速中性粒子は弾性散乱する。このとき、結晶表面が原子
レベルで平坦な場合には、図２(a) に示すように、中性
粒子は結晶表面に対して入射角θi と同じ角度θo で前
方に散乱される。ところが、同図(b) に示すように、結
晶表面に原子層ステップ等の原子レベル上での凹凸があ
ると、中性粒子は、ステップ等の影響を受けて入射角θ
i とは異なる角度をもって散乱される。しかも、その他
方向への散乱粒子の量は結晶表面の原子層ステップ数な
どの凹凸状態に相関して変化する。
【００１９】ここで、エピタキシャル成長の過程を考え
ると、まず、結晶成長が進むにつれてサンプルＳの表面
には原子（分子）層ステップの存在が多くなり、その結
晶成長が、例えば 0.5層に達した時点でステップ数はほ
ぼ最大となり、この後に成長が進む従ってステップ数は
減少してゆき、１層分の成長が完了した時点で、サンプ
ルＳの表面（結晶表面）には原子層レベルで凹凸のない
平坦な面となる。従って、エピタキシャル成長の開始と
ともに、その結晶成長面に中性粒子ビームを照射する
と、その照射位置から前方（θo 方向）に散乱する散乱
ビームの強度は、結晶が１原子層（１分子層）成長する
ごとに振動することになり、この強度振動を観察・解析
することにより結晶成長状態あるいは成長した層の数
（膜厚）を知ることができる。
ると、まず、結晶成長が進むにつれてサンプルＳの表面
には原子（分子）層ステップの存在が多くなり、その結
晶成長が、例えば 0.5層に達した時点でステップ数はほ
ぼ最大となり、この後に成長が進む従ってステップ数は
減少してゆき、１層分の成長が完了した時点で、サンプ
ルＳの表面（結晶表面）には原子層レベルで凹凸のない
平坦な面となる。従って、エピタキシャル成長の開始と
ともに、その結晶成長面に中性粒子ビームを照射する
と、その照射位置から前方（θo 方向）に散乱する散乱
ビームの強度は、結晶が１原子層（１分子層）成長する
ごとに振動することになり、この強度振動を観察・解析
することにより結晶成長状態あるいは成長した層の数
（膜厚）を知ることができる。
【００２０】そして、図１に示した装置を使用して、サ
ンプル（ＧａＡｓ基板）Ｓ上にＧａＡｓをＭＢＥ成長さ
せるとともに、３KeV のＨｅ+ を中性化し 0.2×0.2mm
にコリメートした中性粒子ビームを、サンプルＳの表面
に８mrad（約 0.5°）で照射して、その照射位置からの
散乱ビームの強度を検出したところ、図３のグラフに示
すような結果が得られた。この図３から明らかなよう
に、散乱ビームの強度は結晶成長開始と同時に振動する
ことが確認できた。
ンプル（ＧａＡｓ基板）Ｓ上にＧａＡｓをＭＢＥ成長さ
せるとともに、３KeV のＨｅ+ を中性化し 0.2×0.2mm
にコリメートした中性粒子ビームを、サンプルＳの表面
に８mrad（約 0.5°）で照射して、その照射位置からの
散乱ビームの強度を検出したところ、図３のグラフに示
すような結果が得られた。この図３から明らかなよう
に、散乱ビームの強度は結晶成長開始と同時に振動する
ことが確認できた。
【００２１】また、同じ装置系を使用して、一般に使用
されているＲＨＥＥＤ法による観察を行って、その鏡面
反射点の強度振動から得られる振動の周期と、先の図３
に示した散乱強度振動の周期とを比較してみたところ、
その両者が一致していることが確かめられた。従って、
この本発明実施例で得られた散乱強度振動の周期が１分
子層の成長に対応していることも確認できた。
されているＲＨＥＥＤ法による観察を行って、その鏡面
反射点の強度振動から得られる振動の周期と、先の図３
に示した散乱強度振動の周期とを比較してみたところ、
その両者が一致していることが確かめられた。従って、
この本発明実施例で得られた散乱強度振動の周期が１分
子層の成長に対応していることも確認できた。
【００２２】なお、以上の実施例では、検出部にコンピ
ュータなどを利用した画像処理システムを組み込んだ装
置構成としているが、そのようなシステムを必ずしも採
用する必要はなく、例えば、ＣＣＤカメラ３に代えて、
フォトマルチプライヤあるいはフォトダイオードなどの
検出器を配置して、ＭＣＰ２の検出結果（蛍光分布）の
一部分だけの強度変化を検出するといった手法を採用し
ても、先と同等な効果を得ることができる。
ュータなどを利用した画像処理システムを組み込んだ装
置構成としているが、そのようなシステムを必ずしも採
用する必要はなく、例えば、ＣＣＤカメラ３に代えて、
フォトマルチプライヤあるいはフォトダイオードなどの
検出器を配置して、ＭＣＰ２の検出結果（蛍光分布）の
一部分だけの強度変化を検出するといった手法を採用し
ても、先と同等な効果を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の分析装置
によれば、結晶成長面に中性粒子ビームを斜入射で照射
し、その照射位置から前方に進行する散乱粒子ビームの
強度変化を検出して、この検出結果を結晶成長状態の分
析情報として用いるように構成しているので、結晶のス
テップ密度などの結晶成長状態を解析するにあたり、ド
・ブロイ波による波の干渉の影響を無視できる結果、そ
の解析が容易になる。
によれば、結晶成長面に中性粒子ビームを斜入射で照射
し、その照射位置から前方に進行する散乱粒子ビームの
強度変化を検出して、この検出結果を結晶成長状態の分
析情報として用いるように構成しているので、結晶のス
テップ密度などの結晶成長状態を解析するにあたり、ド
・ブロイ波による波の干渉の影響を無視できる結果、そ
の解析が容易になる。
【００２４】また、この種の分析に一般に使用されてい
るＲＨＥＥＤ法では、チャージアップのため絶縁性結晶
の解析は不可能であったが、本発明ではプローブとして
中性粒子を利用しているため、そのような解析にも適用
可能で分析対象の制限がないといった優位性もある。
るＲＨＥＥＤ法では、チャージアップのため絶縁性結晶
の解析は不可能であったが、本発明ではプローブとして
中性粒子を利用しているため、そのような解析にも適用
可能で分析対象の制限がないといった優位性もある。
【図１】本発明実施例の構成図
【図２】本発明の作用説明図で、斜入射中性粒子の散乱
状態を模式的に示す図
状態を模式的に示す図
【図３】散乱粒子ビームの強度振動の例を示すグラフ
Ａ1 粒子照射系 Ａ2 粒子検出系 Ａ3 画像処理系 １ａ イオン源 １ｂ 中性化領域 ２ ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート） ３ ＣＣＤカメラ ６ コンピュータ １０ ＭＢＥ装置 Ｓ サンプル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 万波 通彦 京都府京都市左京区吉田本町（番地なし) 京都大学内 (72)発明者 藤居 義和 京都府京都市左京区吉田本町（番地なし) 京都大学内
Claims (1)
- 【請求項１】 薄膜結晶成長過程において、その結晶成
長の状態を分析するのに使用される装置であって、結晶
成長面に所定の角度だけ傾いた方向から高速の中性粒子
ビームを照射するためのビーム発生源と、そのビーム照
射位置から散乱する中性粒子のうち、前方に進行する散
乱粒子ビームの強度変化を検出する手段を備え、その検
出結果を結晶成長状態の分析情報として用いるよう構成
されていることを特徴とする結晶成長分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5211244A JPH0763708A (ja) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | 結晶成長分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5211244A JPH0763708A (ja) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | 結晶成長分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0763708A true JPH0763708A (ja) | 1995-03-10 |
Family
ID=16602685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5211244A Pending JPH0763708A (ja) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | 結晶成長分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0763708A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009542903A (ja) * | 2006-07-07 | 2009-12-03 | サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク | 表面の特性を決定するデバイスと方法 |
-
1993
- 1993-08-26 JP JP5211244A patent/JPH0763708A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009542903A (ja) * | 2006-07-07 | 2009-12-03 | サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク | 表面の特性を決定するデバイスと方法 |
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