RU2071049C1 - Method for curvature measurement of monocrystalline plates - Google Patents
Method for curvature measurement of monocrystalline plates Download PDFInfo
- Publication number
- RU2071049C1 RU2071049C1 RU93030154A RU93030154A RU2071049C1 RU 2071049 C1 RU2071049 C1 RU 2071049C1 RU 93030154 A RU93030154 A RU 93030154A RU 93030154 A RU93030154 A RU 93030154A RU 2071049 C1 RU2071049 C1 RU 2071049C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rays
- curvature
- reflection
- plate
- central
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение касается рентгеноструктурного анализа кристаллов, а именно методов определения деформации изгибом кристаллов, и может, в частности, использоваться для контроля остаточных механических напряжений и структурного совершенства полупроводниковых пластин-подложек, гомо- и гетерокомпозиций после различных технологических операций при изготовлении дискретных приборов и интегральных микросхем в твердотельной микроэлектронике [1]
Известен способ измерения кривизны монокристаллических пластин рентгеновским методом на трехкристальном спектрометре путем регистрации уширения дифракционных максимумов лучей, отраженных от изогнутых кристаллов [2]
Недостаток этого способа низкая точность определения кривизны из-за погрешностей, вносимых в общее уширение дифракционных максимумов азимутальной расходимостью лучей и азимутальной разориентировкой исследуемого кристалла, а также неоднородны профилем распределения остаточной деформации кристаллической решетки в приповерхностном отражающем слое.The invention relates to X-ray diffraction analysis of crystals, namely, methods for determining the bending strain of crystals, and can, in particular, be used to control residual mechanical stresses and structural perfection of semiconductor wafers, homo and heterocompositions after various technological operations in the manufacture of discrete devices and integrated circuits in solid state microelectronics [1]
A known method of measuring the curvature of single crystal plates by the X-ray method on a three-crystal spectrometer by recording the broadening of the diffraction maxima of the rays reflected from curved crystals [2]
The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the curvature due to errors introduced into the general broadening of diffraction maxima by the azimuthal beam divergence and azimuthal misorientation of the crystal under study, and they are also inhomogeneous in the distribution profile of the residual strain of the crystal lattice in the surface reflecting layer.
Известен способ измерения кривизны монокристаллов на рентгеновском двухкристальном спектрометре [3] заключающийся в том, что первичный рентгеновский пучок направляют на кристалл-монохроматор, на котором получают два луча составляющие Kα1 и Kα2 наиболее интенсивного Kα-дублета. Эти лучи направляют на исследуемый кристалл и если он изогнут, то лучи Kα1 и Kα2 отражаются от него не одновременно, а лишь после поворота на определенный угол ΔΦ, связанный с кривизной (K) или радиусом кривизны (R=1/K) формулой
где S расстояние между точками на поверхности исследуемого кристалла, от которых отражаются составляющие дублета.A known method of measuring the curvature of single crystals on an x-ray double-crystal spectrometer [3] is that the primary x-ray beam is directed to a crystal-monochromator, on which two rays are obtained components K α1 and K α2 of the most intense K α- doublet. These rays are directed to the crystal under study, and if it is bent, then the rays K α1 and K α2 are not reflected from it simultaneously, but only after rotation through a certain angle ΔΦ associated with the curvature (K) or radius of curvature (R = 1 / K) by the formula
where S is the distance between points on the surface of the investigated crystal, from which the components of the doublet are reflected.
Этот метод более точен по сравнению с [2] Однако ему также свойственны недостатки, а именно:
низкая чувствительность к малым изгибам (K≅10-2 м-1) из-за ограниченного пространственного разделения лучей Kα-дублета;
низкая точность определения кривизны пластин, имеющих неоднородно деформированный (вдоль поверхности) приповерхностный слой, когда приращения углов отражения лучей Kα1 и Kα2 связаны не только с изгибом, но и с различием периодов решетки в областях, отражающих эти лучи.This method is more accurate compared to [2] However, it also has disadvantages, namely:
low sensitivity to small bends (K≅10 -2 m -1 ) due to the limited spatial separation of the rays of the K α doublet;
low accuracy in determining the curvature of plates having a nonuniformly deformed (along the surface) surface layer, when the increments of the reflection angles K α1 and K α2 are associated not only with bending, but also with the difference in the lattice periods in the regions reflecting these rays.
Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения кривизны, включающий формирование двух параллельных монохроматических рентгеновских лучей, например Kα1, направляемых на исследуемую пластину, и определение разности углов отражения этих лучей ΔΦ от различных, отстоящих друг от друга на заданном расстоянии S точек изогнутой поверхности при последовательном выведении их в отражающее положение путем поворота пластины вокруг оси вращения, перпендикулярной к содержащей падающие и отраженные лучи плоскости, и расположенной посредине между точками падения лучей на отражающую поверхность. В этом случае радиус кривизны также определяется по формуле R = S/ΔΦ [4]
Этот способ, принятый за прототип, имеет более высокую чувствительность к малым изгибам по сравнению со способом [3] поскольку пространственное разделение лучей ограничивается лишь размерами фокуса рентгеновского источника. Она может быть дополнительно повышена за счет использования асимметрично отражающего монохроматора, как в способе [2]
Недостаток способа [4] в том, что при его реализации, также как и в случаях [2, 3] нельзя исключить или численно оценить погрешности измерений, обусловленные неоднородной деформацией кристаллической решетки приповерхностного слоя исследуемого образца. Последняя вносит дополнительное изменение в разность углов отражения лучей, пропорциональное величине (ε1-ε2)tgθ, где ε1 и ε2 соответственно деформации областей решетки, от которых отражаются первый и второй лучи; θ брэгговский угол. Таким образом, недостаток способа [4] низкая точность определения кривизны.Closest to the proposed one is a method for measuring curvature, including the formation of two parallel monochromatic x-rays, for example, K α1 , directed to the plate under study, and determining the difference in the reflection angles of these rays ΔΦ from different points of the curved surface spaced from each other at a given distance S at a sequential bringing them into a reflective position by turning the plate around an axis of rotation perpendicular to the plane containing incident and reflected rays, and located way between points of incidence on the reflective surface. In this case, the radius of curvature is also determined by the formula R = S / ΔΦ [4]
This method, adopted as a prototype, has a higher sensitivity to small bends compared to the method [3] since the spatial separation of the rays is limited only by the size of the focus of the x-ray source. It can be further enhanced by using an asymmetrically reflecting monochromator, as in the method [2]
The disadvantage of the method [4] is that during its implementation, as well as in the cases of [2, 3], measurement errors caused by inhomogeneous deformation of the crystal lattice of the surface layer of the test sample cannot be ruled out or numerically evaluated. The latter introduces an additional change in the difference in the angles of reflection of the rays, proportional to the quantity (ε 1 -ε 2 ) tgθ, where ε 1 and ε 2, respectively, are the deformations of the lattice regions from which the first and second rays are reflected; θ Bragg angle. Thus, the disadvantage of the method [4] is the low accuracy of determining curvature.
Задача изобретения повышение точности измерений кривизны монокристаллических пластин за счет исключения погрешности, обусловленной неоднородным распределением деформации кристаллической решетки вдоль отражающей поверхности. Для этого в способе измерения кривизны монокристаллических пластин, включающем формирование двух параллельных монохроматических рентгеновских лучей, направляемых на исследуемую пластину, и определение разности углов отражения этих лучей от различных, отстоящих друг от друга на заданном расстоянии точек изогнутой поверхности при последовательном выведении их в отражающее положение путем поворота пластины вокруг оси вращения перпендикулярной содержащей падающие и отраженные лучи плоскости и расположенной посредине между точками падения лучей на отражающую поверхность, одновременно с первыми двумя лучами параллельно и на равном расстоянии от каждого из них формируют и направляют на исследуемую поверхность третий центральный луч, по отражению которого сначала ориентируют пластину перед измерениями кривизны, а последующее определение разности углов отражения лучей, несовпадающих с центральным, проводят дважды до и после поворота пластины на 180o вокруг оси вращения, лежащей в плоскости прохождения лучей и совпадающей с нормалью к поверхности в точке отражения центрального луча, и определяют кривизну по формуле
где K кривизна пластины (, R радиус кривизны);
S расстояние между лучами на отражающей поверхности;
ΔΦo и ΔΦ180 соответственно разность углов отражения до и после поворота пластины на 180o вокруг нормали к поверхности в точке отражения центрального луча.The objective of the invention is to increase the accuracy of measurements of the curvature of single crystal plates by eliminating the error due to the inhomogeneous distribution of the deformation of the crystal lattice along the reflective surface. To do this, in a method for measuring the curvature of single-crystal plates, including the formation of two parallel monochromatic x-rays directed to the test plate, and determining the difference in the angles of reflection of these rays from different points of the curved surface spaced from each other by sequentially bringing them to the reflecting position by rotation of the plate around the axis of rotation perpendicular to the plane of incident and reflected rays and located in the middle between points n rays of radiation on a reflecting surface, simultaneously with the first two rays, in parallel and at an equal distance from each of them, a third central beam is formed and directed to the surface to be studied, the reflection of which is first oriented to the plate before the curvature measurements, and the subsequent determination of the difference in the reflection angles of the rays that do not coincide with central, conducted twice before and after the rotation plate 180 o about a rotation axis lying in a plane passing beams and coincides with the normal to the surface at the reflection prices eral beam, and determining the curvature of the formula
where K is the curvature of the plate ( , R is the radius of curvature);
S is the distance between the beams on a reflective surface;
ΔΦ o and ΔΦ 180, respectively, the difference in the angles of reflection before and after rotation of the plate 180 o around the normal to the surface at the reflection point of the central beam.
Новой, не обнаруженной при анализе патентной и научно-технической литературы, совокупностью признаков в заявляемом способе измерения кривизны является то, что одновременно с первыми двумя (измеряющими) лучами параллельно и на равном расстоянии от каждого из них формируют и направляют на исследуемую поверхность третий центральный луч, по отражению которого сначала ориентируют пластину перед измерениями кривизны, а последующее определение разности углов отражения лучей, не совпадающих с центральным, проводят дважды до и после поворота пластины на 180o вокруг оси вращения, лежащей в плоскости прохождения лучей и совпадающей с нормалью к поверхности в точке отражения центрального луча, и определяют кривизну по формуле
где K кривизна пластины;
S расстояние между лучами на отражающей поверхности;
ΔΦo и ΔΦ180 соответственно разность углов отражения до и после поворота пластины на 180o вокруг нормали в точке отражения центрального луча.A new, not found in the analysis of patent and scientific and technical literature, a set of features in the inventive method for measuring curvature is that simultaneously with the first two (measuring) beams, a third central beam is formed and directed to the surface to be studied simultaneously and at an equal distance from each of them , the reflection of which is first oriented to the plate before measuring the curvature, and the subsequent determination of the difference in the angle of reflection of the rays that do not coincide with the central one is carried out twice before and after rotation Lastin 180 o about a rotation axis lying in a plane passing beams and coincides with the normal to the surface at the reflection point of the central beam and the curvature is determined by the formula
where K is the curvature of the plate;
S is the distance between the beams on a reflective surface;
ΔΦ o and ΔΦ 180, respectively, the difference in the angles of reflection before and after rotation of the plate 180 o around the normal at the reflection point of the central beam.
Эта совокупность признаков является новой, отличающей заявляемый способ от известных технических решений. This combination of features is new, distinguishing the claimed method from known technical solutions.
На фиг. 1 показана схема рентгеновского двухкристального спектрометра, в котором лучи от фокуса рентгеновского источника F падают на кристалл-монохроматор M, где происходит выделение наиболее интенсивных лучей (например, дублета Kα); из которых с помощью щелевого устройства формируется три параллельных луча: 1 и 2 лучи, на которых измеряется кривизна кристалла К, а луч 3 центральный, по которому осуществляется юстировка исследуемой пластины К перед измерениями кривизны до и после поворота пластины на 180o вокруг оси, совпадающей с нормалью N к поверхности, восстановленной в точке отражения этого луча. Отраженные от исследуемой поверхности лучи 1, 2 и 3 регистрируются детектором D. На фиг. 1 использованы также следующие обозначения: Dv разность углов отражения лучей 1 и 2 при повороте пластины К, имеющей радиус кривизны R вокруг оси О, перпендикулярной плоскости, в которой лежат падающие и отраженные лучи, и проходящей через точку отражения луча 3; Dq1 и Δθ2 соответственно приращения углов отражения лучей 1 и 2, обусловленные различием периодов решетки кристалла К в отражающих эти лучи областях между собой, а также отличием их от периода решетки монохроматора: Δθi= -εitgθ, где εi деформация решетки соответствующей области (i=1,2); θ - брэгговский угол.In FIG. 1 shows a diagram of an X-ray double-crystal spectrometer in which rays from the focus of an X-ray source F are incident on a crystal-monochromator M, where the most intense rays (for example, the doublet K α ) are extracted; of which three parallel beams are formed using a slit device: 1 and 2 beams, on which the curvature of crystal K is measured, and
На фиг. 2 показана схема хода лучей и ориентации пластины, кривизна которой измеряется на лучах 1 и 2, до и после поворота ее на 180o вокруг оси, совпадающей с нормалью к изогнутой поверхности N в точке падения центрального луча 3. Заштрихованные области соответствуют различно деформированным зонам, отражающим лучи 1 и 2, углы отражения которых вследствие этого изменяются на Dq1=ε1tgθ и Δθ2=ε2tgθ. Суммарная регистрируемая разность углов отражения, обусловленная изгибом и деформациями, до и после поворота пластины на 180o обозначена соответственно ΔΦ1 и ΔΦ2.In FIG. 2 shows a diagram of the path of the rays and the orientation of the plate, the curvature of which is measured on
Способ реализуют следующим образом. Из пучка рентгеновских лучей, идущих от источника F (фиг. 1), с помощью монохроматора М и щелевого устройства S формируют три параллельных монохроматических луча, на двух из которых 1 и 2 измеряют кривизну исследуемого кристалла К, а третий луч (3) центральный, является опорным для юстировки пластины перед измерениями кривизны до и после ее поворота на 180o вокруг оси, совпадающей с нормалью к поверхности пластины, восстановленной в точке падения и отражения луча 3. Вначале измерений исследуемую пластину ориентируют так, чтобы детектор излучения D зафиксирован максимальную интенсивность отражения центрального луча 3. Затем путем последовательного поворота пластины К вокруг оси вращения, перпендикулярной плоскости, в которой лежат падающие и отраженные лучи и которая проходит через точку О, находят отражения лучей 1 и 2 и фиксируют разность их углов отражения ΔΦo= Φ
где S расстояние между лучами на отражающей поверхности пластины.The method is implemented as follows. Three parallel monochromatic rays are formed from the X-ray beam coming from the source F (Fig. 1) using a monochromator M and a slot device S, on two of which 1 and 2 measure the curvature of the crystal K under study, and the third beam (3) is central, is a reference for the adjustment of the plate before measuring the curvature before and after its rotation through 180 o around the axis that coincides with the normal to the surface of the plate, restored at the point of incidence and reflection of the
where S is the distance between the beams on the reflective surface of the plate.
Положительный эффект при реализации заявляемого способа достигается благодаря тому, что измерения разности углов отражения лучей до и после поворота пластины на 180o в собственной плоскости позволяют исключить погрешность при определении кривизны, обусловленную различием периодов кристаллической решетки областей пластины, отражающих лучи, по которым фиксируется кривизна. При этом выделение и использование третьего центрального луча для ориентировки пластины перед измерениями (до и после поворота ее на 180o) и контроля ее отражающего положения во время поворота в собственной плоскости обеспечивает симметричное расположение лучей, на которых измеряется кривизна, относительно точки пересечения осей вращения пластины, что также исключает погрешность, связанную с неоднородной деформацией, поскольку до и после поворота пластины отражения лучей формируются в одних и тех же областях кристаллической решетки (фиг. 2). Кроме того, как уже указывалось, контроль отражающего положения пластины для центрального луча при повороте на 180o позволяет избежать погрешностей, обусловленных несовпадением осей вращения из-за неточностей изготовления гониометра, вследствие чего возможно формирование отражений лучей от различных участков поверхности, не совпадающих между собой для условий измерения кривизны до и после поворота образца на 180o.A positive effect in the implementation of the proposed method is achieved due to the fact that measuring the difference in the angles of reflection of the rays before and after turning the plate 180 o in its own plane eliminates the error in determining the curvature due to the difference in the periods of the crystal lattice of the areas of the plate, reflecting rays, by which the curvature is fixed. In this case, the selection and use of the third central beam to orient the plate before measurements (before and after turning it 180 ° ) and to control its reflective position during rotation in its own plane provides a symmetrical arrangement of the rays on which the curvature is measured relative to the intersection of the axis of rotation of the plate , which also eliminates the error associated with inhomogeneous deformation, since before and after rotation of the plate, ray reflections are formed in the same regions of the crystal lattice (f Ig. 2). In addition, as already indicated, control of the reflecting position of the plate for the central beam when rotating through 180 o allows you to avoid errors caused by the mismatch of the axis of rotation due to inaccuracies in the manufacture of the goniometer, as a result of which it is possible to form reflections of rays from different parts of the surface that do not match for conditions for measuring the curvature before and after the rotation of the sample by 180 o .
Для вывода формулы, определяющей кривизну пластины через угловые приращения ΔΦo и ΔΦ180, измеренные до и после поворота ее в собственной плоскости на 180o, обратимся к схемам на фиг. 2. До поворота пластины на 180o вокруг оси, совпадающей с нормалью N к поверхности, измеряемая разность углов отражения лучей 1 и 2 будет
ΔΦo= Φ10-Φ20+Δθ1-Δθ2, (1) (1)
где Φ100и Φ20 углы поворота пластины, обусловленные ее чистым изгибом, т. е. определяющие кривизну , при последовательном отражении лучей 1 и 2 соответственно; Δθ1 и Δθ2 приращения углов отражения (брэгговских углов) лучей 1 и 2, связанные с относительными приращениями периодов кристаллической решетки пластины в отражающих областях ε1 и ε2(ε1≠ε2) формулами Δθ1= -ε1tgθ и Δθ2= -ε2tgθ, где θ брэгговский угол недеформированного кристалла.To derive a formula that determines the curvature of the plate through the angular increments ΔΦ o and ΔΦ 180 , measured before and after turning it in its own plane by 180 o , we turn to the diagrams in FIG. 2. Before the plate rotates 180 o around the axis coinciding with the normal N to the surface, the measured difference in the reflection angles of
ΔΦ o = Φ 10 -Φ 20 + Δθ 1 -Δθ 2 , (1) (1)
where Φ 100 and Φ 20 are the rotation angles of the plate due to its pure bending, i.e., determining the curvature , with successive reflection of
После поворота пластины на 180o в собственной плоскости измеряемая разность углов отражения лучей 1 и 2 изменится и станет равной
ΔΦ180= Φ
Суммируя выражения (1) и (2) и учитывая, что получим расчетную формулу для определения кривизны
В эту формулу не входят соответствующие приращения брэгговских углов, обусловленные деформациями ε1 и ε2, т. е. результат измерения кривизны не отягощен неконтролируемой погрешностью. Это реализуется только в том случае, если во время поворота пластины на 180o в собственной плоскости не происходит ее линейного перемещения в той же плоскости в направлении, нормальном к обеим осям вращения, т.е. лучи 1 и 2 попадают после поворота на те же области (соответственно, на ε2 и ε1, см. фиг. 2), от которых они отражались до поворота (соответственно ε1 и ε2). Контроль отсутствия такого перемещения пластины осуществляют по постоянству угла отражения центрального луча 3, неизменность которого должна сохраняться независимо от величины деформации кристаллической решетки в области, где формируется отражение этого луча, т. е. заявляемый способ реализуется и в случаях ε1≠ ε2≠ε3, где ε3 деформация решетки в области падения центрального луча.After turning the plate 180 o in its own plane, the measured difference in the angle of reflection of the
ΔΦ 180 = Φ
Summing up the expressions (1) and (2) and considering that we get the calculation formula for determining the curvature
This formula does not include the corresponding increments of the Bragg angles due to strains ε 1 and ε 2 , i.e., the result of the measurement of curvature is not burdened by an uncontrolled error. This is realized only if during the rotation of the plate through 180 o in its own plane does not occur its linear movement in the same plane in the direction normal to both axes of rotation, i.e.
Пример 1. Example 1
На рентгеновском двухкристальном спектрометре измеряли кривизну пластин кремния марки КДБ-10 толщиной 450 мкм с ориентацией поверхности [111] после облучения на ускорителе ИЛУ-3 ионами аргона с энергией 40 кэВ дозами 1•1014 и 6•1014 ион/см2. Измерения кривизны проводили по способу-прототипу [4] на двух лучах с расстоянием между ними 5 мм и по заявляемому способу с выделением с помощью щелевого устройства, расположенного после монохроматора, центрального луча, отстоящего на равных расстояниях 2,5 мм от лучей, на которых измерялась кривизна, а также с использованием поворота пластины на 180o в собственной плоскости при одновременной регистрации детектором отражения центрального луча. Использовалось излучение спектральной составляющей CuKα1 от трубки БСВ-8. Все измерения выполняли на третьем порядке отражения от плоскостей (111), параллельных поверхности пластин. В качестве контроля величины приращения брэгговского угла, связанного с относительным приращением периода решетки образцов в отражающих областях, использовали результаты измерений на трехкристальном спектрометре, где эталоном и анализатором служили необлученные ионами кристаллы кремния той же марки КДБ-10 (111). Точность отсчета углов на обоих спектрометрах составляла 0,5 угл. с. Измерения проводили на двух партиях облученных указанными дозами пластин по 12 шт. образцов в каждой. Средние значения кривизны и приращений брэгговских углов (зафиксированных на трехкристальном спектрометре) приведены в табл. 1. Отрицательный знак кривизны в таблице соответствует выпуклости облученной ионами стороны пластины.The X-ray double-crystal spectrometer measured the curvature of silicon wafers of the KDB-10 grade with a thickness of 450 μm with the [111] surface orientation after irradiation with 40 keV argon ions at doses of 1 • 10 14 and 6 • 10 14 ion / cm 2 on the ILU-3 accelerator. The curvature measurements were carried out according to the prototype method [4] on two beams with a distance between them of 5 mm and according to the claimed method, using a slit device located after the monochromator, a central beam spaced at equal distances of 2.5 mm from the rays at which the curvature was measured, and also using the rotation of the plate through 180 o in its own plane while recording a reflection detector of the central beam. The radiation of the spectral component CuK α1 from the BSV-8 tube was used. All measurements were performed in the third order of reflection from the (111) planes parallel to the surface of the plates. As a control of the increment of the Bragg angle associated with the relative increment of the lattice period of the samples in the reflecting regions, we used the results of measurements on a three-crystal spectrometer, where silicon crystals of the same KDB-10 (111) type were used as the reference and analyzer. The accuracy of reading the angles on both spectrometers was 0.5 angles. from. The measurements were carried out on two batches of 12 pieces irradiated with the indicated doses. samples in each. The average values of the curvature and increments of the Bragg angles (recorded on a three-crystal spectrometer) are given in table. 1. The negative sign of curvature in the table corresponds to the convexity of the side of the plate irradiated with ions.
Из табл. 1 видно, что кривизна пластин, зафиксированная с помощью заявляемого способа, после облучения ионами больше, чем измеренная по способу-прототипу, и соответствует (в пределах точности измерений угловых приращений ±0,5 угл.с.) расчетным данным по формулам (1) и (2) с учетом значений приращений брэгговских углов, полученных на трехкристальном спектрометре, обусловленных неоднородностью деформации облученного слоя при сканировании ионного пучка. Кроме того, как следует из данных табл. 1, способ-прототип может давать неверную информацию о знаке кривизны, а следовательно о величине и знаке остаточных механических напряжений в деформированном слое (см. результат облучения дозой 1•1014 ион/см2).From the table. 1 it is seen that the curvature of the plates, recorded using the proposed method, after irradiation with ions is greater than that measured by the prototype method, and corresponds (within the accuracy of measuring angular increments ± 0.5 arc.s.) to the calculated data according to formulas (1) and (2) taking into account the increments of the Bragg angles obtained on a three-crystal spectrometer, due to the inhomogeneous deformation of the irradiated layer during scanning of the ion beam. In addition, as follows from the data table. 1, the prototype method may give incorrect information about the sign of curvature, and therefore about the magnitude and sign of the residual mechanical stresses in the deformed layer (see the result of irradiation with a dose of 1 • 10 14 ion / cm 2 ).
Это является принципиальным недостатком прототипа в случаях, когда данные измерений кривизны используются для разбраковки структур по степени дефектности в технологическом маршруте изготовления полупроводниковых приборов. Подтверждением этого являются результаты, приводимые в следующем примере. Здесь же следует указать еще на одно достоинство предлагаемого способа, позволяющего численно оценивать степень неоднородности распределения профиля деформации кристаллической решетки вдоль отражающей поверхности. Из формул (1) и (2) по разности ΔΦo-ΔΦ180 легко получить соотношение для определения неоднородности распределения деформации
ΔΦo-ΔΦ180=2(Δθ1-Δθ2)=2(ε2-ε1)tgθ
или
Зная расстояние S между измеряющими лучами (1 и 2 на фиг. 2), легко определить градиент изменения деформации вдоль поверхности
Необходимость оценивать степень неоднородности деформации (или градиента при варьировании расстояния S между лучами) возникает во многих практически важных задачах технологии, например, при определении однородности легирования полупроводников диффузией и особенно ионной имплантацией, при эпитаксии, механической обработке и т.д.This is a fundamental disadvantage of the prototype in cases where the data of curvature measurements are used to sort structures according to the degree of defectiveness in the technological route of manufacturing semiconductor devices. This is confirmed by the results presented in the following example. Here, one more advantage of the proposed method should be pointed out, which allows numerically assessing the degree of heterogeneity of the distribution of the strain profile of the crystal lattice along the reflecting surface. From formulas (1) and (2) from the difference ΔΦ o -ΔΦ 180 it is easy to obtain a relation for determining the inhomogeneity of the strain distribution
ΔΦ o -ΔΦ 180 = 2 (Δθ 1 -Δθ 2 ) = 2 (ε 2 -ε 1 ) tgθ
or
Knowing the distance S between the measuring beams (1 and 2 in Fig. 2), it is easy to determine the gradient of the deformation along the surface
The need to evaluate the degree of strain heterogeneity (or gradient when varying the distance S between the beams) arises in many practically important technology problems, for example, when determining the uniformity of doping of semiconductors with diffusion and especially ion implantation, during epitaxy, machining, etc.
Пример 2. С помощью способа-прототипа и заявляемого способа осуществляли разбраковку пластин арсенида галлия марки АГЧП-5 толщиной 600 мкм с ориентацией поверхности [001] после резки алмазными дисками с внутренней режущей кромкой на станке модели 24.05. Разбраковку проводили с целью выбора рабочей (менее дефектной) стороны пластин для выполнения последующих технологических операций химического травления, алмазного и химико-механического полирования и химико-динамического полирования рабочей стороны, на которой затем должны формироваться активные области полевых транзисторов с затвором барьером Шоттки. Контроль результатов измерений на двухкристальном спектрометре осуществляли путем прямых измерений остаточной деформации приповерхностных слоев с обеих сторон пластин на трехкристальном спектрометре. В качестве рабочей стороны пластин по результатам определения кривизны считалась вогнутая сторона, вблизи которой концентрация кристаллографических дефектов (дислокаций, примесно-дефектных кластеров) меньше, чем вблизи выпуклой. После отрезания от слитка все пластины были промаркированы отмечалась сторона пластин после первого реза (т.е. до отделения пластины от слитка), которая согласно известным представлениям о процессах дефектообразования при механической резке полупроводников (см. например, [5]) имеет меньшую дефектность, чем сторона, образованная при втором резе. Всего было измерено 102 пластины. Example 2. Using the prototype method and the proposed method, the grading of gallium arsenide grades of the AHCHP-5 grade with a thickness of 600 μm was carried out with a surface orientation of [001] after cutting with diamond blades with an internal cutting edge on the machine model 24.05. The sorting was carried out in order to select the working (less defective) side of the wafers for subsequent technological operations of chemical etching, diamond and chemical-mechanical polishing and chemical-dynamic polishing of the working side, on which active regions of field-effect transistors with a Schottky gate should then be formed. The measurement results on a double-crystal spectrometer were controlled by direct measurements of the residual deformation of the surface layers on both sides of the plates on a three-crystal spectrometer. According to the results of determining the curvature, the concave side was considered as the working side of the plates, near which the concentration of crystallographic defects (dislocations, impurity-defect clusters) is lower than near the convex one. After cutting from the ingot all the plates were marked, the side of the plates was marked after the first cut (that is, before the plate was separated from the ingot), which according to the well-known ideas about the processes of defect formation during mechanical cutting of semiconductors (see, for example, [5]) than the side formed in the second cut. A total of 102 plates were measured.
В табл. 2 приведены количества пластин, у которых при измерениях разными способами вогнутая (т.е. рабочая) сторона совпадает со стороной первого реза, т. е. оказывается менее дефектной, и со стороной второго реза. Здесь же представлены контрольные данные, полученные на трехкристальном спектрометре при прямых измерениях остаточной деформации вблизи поверхности пластин от первого и второго резов. In the table. Figure 2 shows the number of plates in which, when measured in different ways, the concave (i.e., working) side coincides with the side of the first cut, i.e., it turns out to be less defective, and with the side of the second cut. The control data obtained on a three-crystal spectrometer for direct measurements of the residual strain near the surface of the plates from the first and second cuts are also presented here.
Как видно из данных табл. 2, предлагаемый способ дает результаты, полностью совпадающие с выбором рабочей менее дефектной стороны при прямых измерениях остаточной деформации на трехкристальном спектрометре. То есть использование предлагаемого способа как средства разбраковки подложечного материала на самых ранних этапах технологического маршрута изготовления приборов позволит увеличить выход годных изделий на последующих операциях, включая финишные. As can be seen from the data table. 2, the proposed method gives results that completely coincide with the choice of the working less defective side in direct measurements of residual deformation on a three-crystal spectrometer. That is, the use of the proposed method as a means of sorting the backing material at the earliest stages of the technological route for the manufacture of devices will increase the yield of products in subsequent operations, including finishing.
Таким образом, как показывают результаты, приведенные в обоих примерах, при реализации предлагаемого способа достигается повышение точности измерений кривизны монокристаллических пластин за счет исключения погрешности, обусловленной неоднородным распределением деформации кристаллической решетки вдоль отражающей поверхности. Thus, as the results shown in both examples show, when implementing the proposed method, an increase in the accuracy of measuring the curvature of single crystal plates is achieved by eliminating the error caused by the inhomogeneous distribution of the crystal lattice deformation along the reflecting surface.
Claims (1)
A method for measuring the curvature of single-crystal plates, including the formation of two parallel monochromatic x-rays directed to two points of the curved surface of the plate spaced apart from each other at a given distance S, and determining the difference of the reflection angles ΔΦ o of these rays when they are subsequently brought into a reflective position by turning the plates around axis perpendicular to the plane of the incident and reflected rays lying in the middle between the points of incidence of the rays on the surface under study, about characterized by the fact that simultaneously with the first two beams, a third central monochromatic beam is formed and directed to the surface to be studied simultaneously and at the same distance from each of them to obtain reflection for rays that do not coincide with the central one, the single crystal is preliminarily oriented according to the maximum reflection of the central beam, after which the single crystal rotate 180 o around the axis coinciding with the normal to the surface, restored at the point of incidence of the central beam, and first repeat the orientation operation along the central beam, and then determining the difference in the reflection angles ΔΦ 180 o from two beams located on both sides of the central one, and determine the curvature K by the formula
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93030154A RU2071049C1 (en) | 1993-06-10 | 1993-06-10 | Method for curvature measurement of monocrystalline plates |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93030154A RU2071049C1 (en) | 1993-06-10 | 1993-06-10 | Method for curvature measurement of monocrystalline plates |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93030154A RU93030154A (en) | 1995-12-20 |
RU2071049C1 true RU2071049C1 (en) | 1996-12-27 |
Family
ID=20142847
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93030154A RU2071049C1 (en) | 1993-06-10 | 1993-06-10 | Method for curvature measurement of monocrystalline plates |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2071049C1 (en) |
-
1993
- 1993-06-10 RU RU93030154A patent/RU2071049C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Устинов В.М. и др. Макронапряжения в эпитаксиальных структурах на основе соединений А III В V . / Обзоры по электронной технике. Сер.6 "Материалы", 1977, вып.4 (492), с.6 - 8. 2. Godwod K. et al. The Application of the X-Ray Triple-Crystal Spectrometer for Measuring the Radius of Currature of Bent Single Crystals. Phys. Stat. Sol.(a), 1976, v.34, pp.705-710. 3. Coheu B.G., Focht M.W. X-ray Measureuent of Elastic Strain and Annealing in Semiconductors. Solid State Electronics, 1970, v.13, N 2, pp.105-112. 4. Авторское свидетельство СССР N 391452, кл. G 01N 23/20, 1973. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bowen et al. | High resolution X-ray diffractometry and topography | |
Hart | Bragg angle measurement and mapping | |
US5923720A (en) | Angle dispersive x-ray spectrometer | |
US7120228B2 (en) | Combined X-ray reflectometer and diffractometer | |
US8437450B2 (en) | Fast measurement of X-ray diffraction from tilted layers | |
US5768335A (en) | Apparatus and method for measuring the orientation of a single crystal surface | |
Hunter | X‐Ray Measurement of Microstrains in Germanium Single Crystals | |
US5136624A (en) | Process for inspecting monocrystalline material for precipitation of impurities | |
US4928294A (en) | Method and apparatus for line-modified asymmetric crystal topography | |
RU2071049C1 (en) | Method for curvature measurement of monocrystalline plates | |
Tanner | X‐ray topography and precision diffractometry of semiconducting materials | |
US20220412901A1 (en) | Device and method for measuring short-wavelength characteristic x-ray diffraction based on array detection | |
US4961210A (en) | High resolution technique and instrument for measuring lattice parameters in single crystals | |
US5418828A (en) | Nondestructive method and apparatus for imaging grains in curved surfaces of polycrystalline articles | |
Voegeli et al. | A quick convergent-beam laboratory X-ray reflectometer using a simultaneous multiple-angle dispersive geometry | |
US11788975B2 (en) | Measuring arrangement for x-ray radiation having reduced parallax effects | |
US7116753B2 (en) | Method for determination of elastic strains present in single-crystal wafers and device for its realization | |
JPH05196583A (en) | Total reflection x-ray analyzer | |
SU1103126A1 (en) | Method of determination of structural characteristics of thin near-the-surface monocrystal layers | |
Jacobs et al. | An X-ray topographic study of large crystals for a bent-crystal gamma diffractometer | |
SU1133519A1 (en) | Method of determination of monocrystal structural characteristics | |
US3504178A (en) | Method for determining crystall-ographic orientation | |
JPH0792112A (en) | X-ray evaluation system | |
SU1733988A1 (en) | Method of checking orientation of monocrystal | |
Dina et al. | Micro Grain Analysis in Plastically Deformed Silicon by 2nd-Order X-Ray Diffraction |