JPS63115032A

JPS63115032A - 本質的に平面の結晶試料の結晶方位と平面を実時間で測定ならびにマツピングする方法と装置

Info

Publication number: JPS63115032A
Application number: JP24775087A
Authority: JP
Inventors: シドニー．ウエイサー
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1987-09-30
Publication date: 1988-05-19
Also published as: EP0263621A2; EP0263621B1; DE3780556D1; DE3780556T2; EP0263621A3; CA1304600C

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】（産業上の利用分野）この発明は結晶軸測定法および装置に関するものである
。これは特に、容易にまた実時間で前述の測定をさせる
方法と装置に関するものである。

（従来の技術）さて、結晶素材の結晶方位測定ができる種々の方法があ
る。最も古いものの一つはラウェ（Ｌａｕｅ　）法で規
準エックス線ビームを素材に通して写真フィルムに回折
パターンを生じさせるものである。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、この方法で実行するには約１５乃至２０
分もかかる。別の方法では低射界Ｘ線回折（反射）にな
らったブラッグ（Ｂｒａｇｇ）法を適用していて、この
方法は最適反射角度を測定する結晶試料の手動操作と角
偏差成分計算に関連する。さらに別の方法は、研磨また
は食刻結晶面で反射する光線を使用する光学的方法でお
る。前記表面で反射する光はスクリーンにパターンをつ
くり、そのパターンの中心をゼロ基準点に調整すると結
晶方位があられれる。これら最後の両方法はＡＳＴＭ呼
称、Ｆ２６−８４ｒ半導体単結晶方位測定の標準方法」
に記述されている。

この発明の目的は実時間で動作し、手動操作や計算の必
要がなくしかも、周知の諸法よりもずっと正確である結
晶軸測定法及び装置を提供することである。

（問題を解決するための手段）この発明の方法にはレーザービームな発生させそれを本
質的に平面の結晶面で実質的にうず巻走査パターンで反
射させる一般工程と、前記レーザービームが走査するに
つれ、特定の方向に反射したビーム量を検出する一般工
程が含まれている。出来た反射パターンで方位が測定で
きる。装置にはレーザーと、そのレーザービームな実質
的にうず巻パターンにする操縦装置と、そのビームを結
晶面の特定の小スポットに指向させかつ集中させる反射
あるいは屈折システムと、反射ビーム輻射検知用光検出
器および前記操縦装置を制御しまた前記光検出器出力か
ら方位をＪｉｌ定する機構が含まれる。前記結晶面のさ
まざまな点や小スポットでの方位測定を実施することで
前記結晶面の結晶万位をマツプできる。

この発明の方法には、レーザービームラ発生させる工程
と、そのレーザービームを結晶試料の軸の廻りに実質的
うず巻パターンにする操縦工程と、そのビームをその試
料の小スポットに指向し集束させてもう一つの実質的う
ず巻パターンにする工程と、反射ビーム幅対を特定の方
向で検出する工程および、前記試料の結晶方位を反射輻
射のパターンで測定する工程が含まれている。

前記術語「実質的にうす巻」がこの説明で正確に何を意
味するかを規定することは有用である。アナログまたは
ディジタル型ビーム操縦のいずれが用いられるかによっ
て発生するパターンにわずかな相異がある。アナログシ
ステムにとって、レーザービームを前記試料のスポット
に最初に指向しその後その試料の表面に本質的に垂直の
軸の廻シな連続的に回転させる。前記ビームが回転する
につれて、その落下角度は若干高い初期数値から低い数
値へ、あるいは逆に絶えず変化する。本質的なうず巻が
達成される。いくつかの落下角度に対し、反射輻射が最
高に達するディジタルシステムにとって、落下角度を階
段様に減少または増加させ、それによって前記走査が実
際に一群の入れ子円錐から成るようにする。

その効果は、前記増分が大きくない場合アナログ変換が
使用される場合と本質的に同一であるので、これを階段
様うず巻と考える向もあるが、術語「実質的にうず巻」
がそれを含むととった万がよい。

（実施例）以下図面を参照しながら詳述する。この発明の方法を実
施する装置は第１図に略図５で示しているように、ビー
ム２を発生させるレーザー１と、−次焦点レンズ３（必
要の場合）と、二次焦点レンズ４と、入射ひとみ５およ
び反射鏡６とが含まれている。レンズ４０入射ひとみ５
を下記詳述する長円体光学システムの一焦点として使用
する。前記反射鏡６は２本の任意直又軸（Ｘとｙ）の廻
りにジンバル（または相当物）を支えており、また前述
の軸の廻りにＸとｙの検流計７と８とによって別々に軸
ビンで取付けてらってもよい。この検流計に流れる電圧
でパターンが決まり、ビームに軸９の廻りを９０″位相
転位した正弦波の方向に進んで双方は振幅で線状に変り
、ビームを軸９の廻りにうず巻になるように操縦する。

操縦ビームの２つの位置は２ａと２ｂとして示されてい
る。この操縦ビームを結晶試料１１の上のスポットに長
円体反射鏡１０で反射集光する。このスポットは試料１
１０面積に対して小さい。前記反射鏡１０は上述した長
円体光学システムのもう一つの部分を形成ししかも前記
結晶試料１１の表面に結ぶようになっている焦点を備え
る。試料１１からの浅裂パターンに映されたビーム輻射
を光検出器１２が検出するが、検出器の出力をビーム操
縦とパターン認識回路１３ならびに表示装置１４（望ま
しい場合）に供給する。結晶試料１１はボウルをのこで
引いたスラブの形でも、あるいはボウルそのものであっ
てもよい。ともかく、表面を研Ｍまたは食刻して独特の
表面くぼみと突起を露出させる。

回路１３には前記正弦またはそれ以外の波形発生器（図
示なし）を制御する時計が含まれ、その出力を検流計７
と８に供給する。前記光検出器１２の出力を前記回路１
３にあるディジタイザ（前記時計が制御）でディジタル
化して、これも前記回路にあるシフトレジスターに供給
し、またリングカウンタとして構成させ前記時計により
ステップさせる。これらのステップをレーザービームの
回転に同調させる。前記リングカウンタから引き出され
た情報を使用すると、計算機（図示なし）は前記パター
ン突出部の角位置の定量数値を実時間で正確に計算出来
る。パターン認識を、これもまた回路１３にあって前記
シフトレジスタ上の適切なタップに接続されたＡＮＤゲ
ートが行うことができる。これらのＡＮＤゲートは発光
ダイオードを駆動して、試料から反射パターン中の突出
部数を指示する。表示装置１４はオシロスコープまたは
それ以外の前述の装置であってもよい。それは第２図に
示されたものと類似のパターンになるであろう。

第２図で理解できるように、特定の素材や方位に対し、
特定数の突出部の備わった浅裂パターンを発生させる。

前記特出部の方向は方位方向を示す。第２図（ａ）、（
ｔ））および（Ｃ）はその列がそれぞれテルル化カドミ
ウム、シリコンおよびゲルマニウムの〈１．１．１〉。

く１．０．０〉および〈１．１．０〉パターンを示す。

この発明は、この発明の背景に関連して上述した光学的
方法と比較して非常に改讐された信号対雑音比を備えて
いる。問題の方法は結晶試料面に本質的に垂直のビーム
を使用するもので前記試料の手動操作と目視に頼ってい
る。ビームを決裂パターンに反映させる。

この発明での改善信号対雑音比は、走査ビームの落下の
高角を利用して達成される。ビームを結晶表面の拡散部
分で反射させてあたかも前述部分が鏡のようになるよう
にする。雑音として作用する前述の反射は光検出器で検
出された場合、それは角度をなして１２から陥れる。し
かし、食刻くほみに衝突する走査ビームを光検出器１２
に向って反射させる。これは（Ｋ号対雑音比で４０デシ
ベルよりも良好な改善結果となる。

この発明の特定実施態様をこの明細書で説明してきたが
、これ以外の実施態様もこの明細書での指導にかんがみ
て当業者には明白であるにちがいない。たとえば、検流
器７と８を圧電性結晶またはその種の他のものと取り替
えることができる。さらに、反射＠６も別の検貴器また
は同等物で個々に駆動される２個の反射鏡と取り換える
ことができる。さらに、ある場合には、うず巻取外のパ
ターンでレーザービームの走査を望まれることがある。

たとえば、円錐形ドーナツ形あるいは長円形パターンが
望ましいことがある。そのうえに、回路１３には回路１
３にある全電子を制御して所望走査パターンのどんなも
のでも達成ヂる計算機が含まれてもよい。この発明の基
本型は上述のようにまた約ＩＷＩＩサイズのビームスポ
ットを備えた階段様うず巻を使用させることである。望
ましい場合は、いったん最大反射角を決めると、ビーム
をこの角度で走査でき最高回転位置をさらに正確に測定
できる。

さらに、結晶試料を、これもまた計算機が制御する角度
測定マウントが与えることができる。このマウントには
回転積物台１５と、第１図に示すように、並進積物台１
６または同等物が含まれてもよい、ＦｊＡらかなことは
、試料の面を軸９に直交する２本以上の軸の廻りを回転
させることが望ましい場合、回転積物台を追加して用い
ることができることである。

ともかく、マツピングの目的でビームが試料の表面全体
にわたって階段様ラスターパターンになって有効に移行
するように結晶試料を軸９に関して移動させることがで
きる。前記試料面におるさまざまの小スポットの結晶方
位を測定して前記マツピングを行う。前記ラスターパタ
ーンは平面うず巻すなわち連続平行線その他であってよ
い。この発明の別の適用は自動化水晶切削装置であって
、その制御情報を回路１３から引き出して、結晶体を角
度測定マ９ントで正しく万位づけしである時、その結晶
体から所望の方位の単結晶切片を切削または剪開する。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の装置の略図、第２図（ａ）〜（Ｃ）はそ
れぞれこの発明の装置で発生させた代表的反射パターン
を示す図である。１・・・レーザー、２・・・ビーム、３・・・−次１ｉ
。レンズ、４・・・二次焦点レンズ、５・・・入射ひとみ
、６・・・反射鏡、７．８・・・検流計、９・・・軸、
１０・・・長円体反射鏡、１１・・・結晶試料、１２・
・・光検出器、１３・・・パターン認識回路、１４・・
・表示装置、１５・・・回転積物台、１６・・・並進積
物台。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）集束レーザービーム（２）を発生させ、また前記
レーザー光線（２）を前記試料上の小スポットに指向さ
せる工程と、前記ビームを実質的にうず巻パターン（２
ａ、２ｂ）で前記試料（１１）の表面に実質的に垂直の
軸（９）の廻りに操縦（７、８、１３）させる工程と、
反射ビーム輻射を前記面積から特定方向に検出させる工
程と、さらに前記ビームを前記パターンで操縦（７、８
、１３）させるにつれて前記試料の方位（１３）を反射
ビーム輻射のパターンで測定させる工程とを含むことを
特徴とする本質的に平面の結晶試料の結晶方位を実時間
で測定する方法。
（２）前記結晶試料の表面のさまざまの小スポットの結
晶方位を予備測定パターンで測定し、各スポットでの測
定が、集束レーザービーム（２）を発生させる工程と、
前記ビーム（２）を前記さまざまのスポットの１つに対
応する前記試料の上の小スポットの上へ指向（５、６、
１０）させる工程と、前記ビーム（２）を実質的にうず
巻パターン（２ａ、２ｂ）で前記試料（１１）の表面に
本質的に垂直の軸（９）の廻りに操縦させる工程と、反
射ビーム輻射を前記スポットから特定方向に検出させる
工程および前記ビームを前記パターンで操縦するにつれ
て前記スポットの結晶方位を反射ビーム輻射のパターン
で測定させる工程とを含むことを特徴とする結晶試料（
１１）の実時間結晶方位マッピングの方法。
（３）干渉性でかつ本質的に単色の結晶輻射集束ビーム
を提供する機構（１、３、４）と、走査実質うず巻パタ
ーン（２ａ、２ｂ）における試料（１１）の特定場所に
、そこでは前記試料の面積に対し小さいスポットとして
前記ビームを指向させる機構（５、６）と、前記素材試
料で特定方向に反射させそれによつて結晶素材試料の結
晶方位に従つて異なる落下方向に対し異なる量でビーム
を反射させて特定の反射率パターンを発生させる前記ビ
ームの部分を検出する機構（１２）および、前記反射率
パターンに従つて前記方位を測定する機構（１３）を含
む本質的に平面の結晶試料の結晶方位を実時間で測定す
る装置。
（４）前記提供する機構（１）はレーザーであることを
特徴とする特許請求の範囲第３項記載の本質的に平面の
結晶試料の結晶方位を実時間で測定する装置。
（５）前記指向させる機構（５、６）には直交する軸（
ｘ、ｙ）の廻りに前記ビーム（２）を傾向させる機構（
７、８、１３）と、前記傾向したビーム（２ａ、２ｂ）
を前記特定の場所に反射および集束させる機構（１０）
を含むことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の本
質的に平面の結晶試料の結晶方位を実時間で測定する装
置。