JPS597251A - 結晶性評価装置 - Google Patents

結晶性評価装置

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JPS597251A
JPS597251A JP57116537A JP11653782A JPS597251A JP S597251 A JPS597251 A JP S597251A JP 57116537 A JP57116537 A JP 57116537A JP 11653782 A JP11653782 A JP 11653782A JP S597251 A JPS597251 A JP S597251A
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JP
Japan
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ray
sample
rays
crystal
diffracted
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Application number
JP57116537A
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English (en)
Inventor
Koji Egami
江上 浩二
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/207Diffractometry using detectors, e.g. using a probe in a central position and one or more displaceable detectors in circumferential positions

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  • Pathology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はX線回折を用(・てサファイア基板上に成長さ
せたシリコン膜などの評価を行う結晶性評価装置に関す
るものである。
一般に、サファイア基板上に成長させたシリコン膜(5
OS)は、不純物制御によってデバイス素子間を分離し
ており、超LSI等の半導体装置を構成しているバルク
シリコンに比べてシリコン膜を島状に分離してデバイス
を形成することが可能で高密度化に適しており、また寄
生容量が少いためにデバイスの高速動作を達成させしめ
ることが出来るという利点を有している。
このようなシリコン膜は一般に化学気相成長法で得られ
ているものが用いられているが、その結晶性は完全結晶
の代表とされるバルクシリコンに比べひどく劣っている
。そのためサファイア基板上のシリコン膜を用(・よう
とする場合には、デバイス作製に供することが可能な良
好な結晶性を有するものを選別する必要がある。
このサファイア基板上のシリコン膜の結晶性の優劣を沿
価する手段の−・つとしてX線回折法か知られて(・る
。このシリコン膜の結晶性は、X線回折におけるX線ロ
ッキングカーブ(XRC)の半値幅の大小により結晶性
を評価出来るが、従来の大ロモミザファイア基板上に成
長さぜたシリコン膜の結晶性評価は、単に大面積のシリ
コン膜の局部を評価していたに過ぎなかった。このシリ
コン膜により製品をつくる品質管理の立場から力えると
その大面積の全面のシリコン膜の結晶性を同時に評価す
ることが必要でおり、そのため大面積基板上をX線走査
して局部評価を繰り返す必要があったが、この方法では
多大な評価時間が必要となってし7まう欠点があった。
本発明の目的は、X線回折により大面積の学結晶を同時
に、短時間にかつ高精度に評価が出来る結晶性評価装置
を提供することにある。
本発明の結晶性評価装置は、X線源と、このX線源から
放射されたX線を表面に対して小さな角度で受けその表
面からそのX線ビーム幅を拡大した第1の回折X線とし
てとり出す禎1結晶部を保持したモノクロメータと、こ
のモノクロメータからの第1の回折X線を表面に対して
小さな角度で受けその表面からそのX線ビーム幅を拡大
した第2の回折X線としてとり出す第2の結晶部として
の被測定試料を載置する試別載置手段と、前記被測定試
料を真空吸引により保持する真空チャック機構と、前記
被測定試料からの第2の回折X線を検出位置に対応して
高分解能で検出するX線検出手段と、このX線検出手段
の出力から前記被測定試料の回折X線強度の位置分布を
出力する表示手段とを含み構成される。
本発明の特徴は、X線回折を用いた二結晶法配置におい
て、X線源として、Cuka、線を用いて非対称度の大
きなシリコンの(311)反射のX線強度を位置敏感型
X線検出器で検出し、かつ真空チャックを用いて被評価
試料を保持し、高精度に走査出来る機構を有するところ
にある。
以下、図面により本発明の詳細な説明する。
本実施例においては、被評価試料が(1102)面サフ
ァイア基板上の(ioo)面シリコン膜である。このシ
リコン膜は多くの結晶欠陥を有し、運動学理論で取り扱
うことが出来るモザイク結晶となっており、その結晶学
的方位分布が評価対象となる。この結晶学的方位分布の
測定にはX線回折による二結晶法が最適である。
第1図は従来のX線回折装置における二結晶法配置の平
面図を模式的に示した図面である。すなわち、X線源1
から発されスリット3によりそのビーム形状が絞られた
X線2は、X線回折計上のモノクロメータ結晶4へ入射
する。このモノクロメータ4からのX線2は再びスリッ
ト5により絞られて被評価試料6へ入射される。このX
線2は被評価試料6上の限定された領域により回折され
X線検出器7によりその回折強度が測定される。
この時被評価試料6により回折されるX線強度は回折を
起こす幾可学的条件を満足する角度付近でその強度が増
減する。例えば、X線回折計上の第2結晶部に保持され
た被評価試料6を角度W方向に回転すると、その回折さ
れたXi#J強度Iは、第2図に示すように、角度lに
対してピーク的関数8として得られる。このピーク関数
8がいわゆるX線ロッキングカーブ(XRC)と呼ばれ
るもので、サファイア基板上のシリコン膜の結晶方位分
布を表わしている。このXRCの半値幅σカの大小によ
り試料の結晶性の優劣を評価することが可能である。し
かし、前述のとおりこの測定は局部評価となり時間のか
かる欠点があった。
第3図は本発明の一実施例を模式的に示した構成図であ
る。すなわち、X線源1より発生したX線10は、スリ
ット11によりそのビーム形状が絞られて、第1結晶部
である面方位が(100)面のシリコン単結晶からなる
モノクロメータ結晶12へ入射する。また、X線源1の
Cuターゲットより発生した入射X線10は、(311
)面によりCuk+a、線(波長1.5405A )の
みが回折されるようにセツティングされ、これが第2結
晶部の被評価試料15へ入射される。この時の回折条件
は入射角θ、が2°50′1反射角θ2は53°18′
である。これらの角度θ1.θ、の値は理想的な結晶に
対する値であって、実際に用(・るモノクロメータ結晶
では通常若干の誤差がある。このような回折条件でX線
】0が回折されるとき、そのビーム幅d1は幅d、に拡
大される。この条件下ではd2 = 16.2 dlの
関係にあり、X線10はそのビーム幅が拡大されて被評
価試料15へ入射する。
線をその試料に照射しても局部的に回折されるだけで、
大面積を同時にかつ高精度に評価することができない。
そのため本発明においては、出来るだけ試料の反りを小
さくするために、第2結晶部に真空チャックと吸引ポン
プとからなる真空チャック機構14を設けて、口径7(
5mmの試料が保持出来るようにしている。なお、スリ
ット13は散乱防止用のスリットである。
ここで、試料15の(311)反射を測定する場合本回
折条件下では入射角θ、の値としては、2°50′、5
3°18′の二通り存在するが、大面積を同時に評価す
るために、入射X線10と試料表面となす角θ3が小さ
な値すなわち2°50′の場合の回折条件を選択する必
要がある。この場合、X線10のビーム径d、が0.2
5m+nになるようにスリット11を選択すると、モノ
クロメータ結晶からの回折ビーノ・径d、は4.1wと
なり、したがって第2結晶部に保持された試料表面の6
5mに渡ってXHを照射することが可能となる。
この試料15より回折したX線はX線検出器で検出され
るが、通常の検出器は口径10 X 15mm”程度の
検出口に入射、するX#1強度の積分値だけを計数して
いるためその検出口内の位置的分解が出来ないので、本
実施例では有効長pが1ocrnの位置敏感型X線プロ
ーブ17を用いている。すなわち、試料15の大面積に
渡って同一角度条件で入射したX線が試料の異なる部位
P、、P2で回折し、その回折X線がそれぞれ異なる部
位Q、、Q2に入射する。この回折X線はX線プローブ
17によりその位置Q、、Q2を分離して検出される。
この構成によれば、位置的分解能があると共に大面積に
渡って結晶の評価が回部となる。
ン、(お、XM美プローブ17に回折X@が入射すると
き、異なった方位に散乱される弱い散乱X線が入射する
のを防ぐために、検出プローブ17の前にソーラースリ
ット16を位置させてシグナル・ノイズ比を高めて(・
る。
さらに、X線プローブ17の出力は位置分析回路X18
に供給され、測定データを出力するマルチチャンネルア
ナライザーλ19.データ処理用のマイクロコンピュー
タ21を介してプロッター20に測定試料を角度スキャ
ンして得られたXRC(XIロッキングカーブ)を出力
する。
この実施例では、検出プロー717の位置分解能が0.
25mであり、これら測定チャンネル毎のX線強度が位
置分析回路18を通じてマルチチャンネルアナライザー
19に蓄えられる。この場合試料15を回転軸Cを中心
に回転させながら各チャンネル上でのXll’LCを測
定する。また、角度スキャンは1ステツプ10′′の間
隔でステップスキャンを行(・X線カウント積算時間は
5秒とし、各チャンネル上に積算されたカウント数は各
角度に対してマルチチャンネルアナライザー19を通じ
てマイクロコンピータ21にデータとして蓄えられ、こ
のチャンネルの選択により各チャンネルのXRCがプロ
ッター20上に出力される。
本実施例で得られた結果の一例を示す。Sr膜厚が0.
6μmの試料に対し、同一角度条件下での各々チャンネ
ルのカウントのバラツキは±596程度であった。11
.cお、X線が照射されている試料の周辺部のチャンネ
ルからのカウント数がやや減少する傾向が見られた。次
に、各チャンネルで得られたX R,Cの半値幅な求め
ると、本実施例の試料では試料上のS1膜厚のゆるやか
な膜厚分布に対応して半値幅が増減している結果が得ら
れた。
SO8については、51M1が増加するにつれてXRC
の半値幅が減少することが知られて(・るがこの測定例
では平均値1000”に対して±7チ程度あることが示
された。また、検出プローブ17上で0.25mの位置
分M前、すなわち試料表面上で約0.3卸の分解能で、
XRCを測定出来ることがわかった。従来の単一の局部
的測定け8i)IJ厚が0.6μm12の試別が0.5
 ff+1毎に測定できたが、−回の測定で10分程度
の時間を必要とした。これに対して本実施例の測定では
、X線強度測定を積算型で行っているため35分程度の
測定時間が必要であったが、検出プローブ上のチャンネ
ル数は約2にで対時間比を計算すると従来のものの11
570と大幅に改善される。
以上、本発明の結晶性評価装置によれば、8i(311
)反射を利用してSO8の結晶性を大面積に渡って、同
時に測定でき、測定時間を大幅に短縮し、SO8の品質
管理の強力な手段となるとともに、集積化された回路製
品の品質向上をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のX線回折装置の構成図、第2図は第1図
による測定データを示す特性図、第3図は本発明の一実
施例を示す構成図である。図において 1・・・・・・X線焦点、2,10・・・・・・X線、
3,5゜11.13・・・・・・スリット、4.12・
・・・・・モノクロメータ、6,15・・・・・・試料
、7・・・・・・X線カウンター、8・・・・・・X線
ロッキングカーブ、14・・・・・・真空チャック機構
、16・・・・・・ソーラースリット、17・・・・・
・住僧、敏感型検出グローブ、18・・・・・・位置分
析回路、19・・・・・・マルチチャンネルアナライザ
ー、20・・・・・・出力プロッタ−121・・・・・
・マイクロコンピュータ である。  −1 7tJJ−5C0−n。 第l 閉 牟2 閉 羊3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. X線源と、このX線源から放射されたX線を表面に対し
    て小さな角度で受けその表面からそのX線ビーム幅を拡
    大した第1の回折X線としてとり出す第1結晶部を保持
    したモノクロメータと、このモノクロメータからの第1
    の回折X線を表面に対して小さな角度で受けその表面か
    らそのX線ビーム幅を拡大した第2の回折X線としてと
    り出す第2の結晶部としての被測定試料を載置する試料
    載置手段と、前記被測定試料を真空吸引により保持する
    真空チャック機構と、前記被測定試料からの第2の回折
    X線を検出位置に対応して高分解能で検出するX線検出
    手段と、このX線検出手段の出力から前記被測定試料の
    回折X線強度の位置分布を出力する表示手段とを含む結
    晶性評価装置。
JP57116537A 1982-07-05 1982-07-05 結晶性評価装置 Pending JPS597251A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05264479A (ja) * 1992-01-27 1993-10-12 Philips Gloeilampenfab:Nv X線分析装置
CN107655910A (zh) * 2017-08-07 2018-02-02 中国科学院高能物理研究所 一种多通道晶体单色器及其制备方法、工作方法

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