RU34744U1 - Device for determining the presence of elastic deformations in single-crystal plates - Google Patents

Device for determining the presence of elastic deformations in single-crystal plates Download PDF

Info

Publication number
RU34744U1
RU34744U1 RU2003125752U RU2003125752U RU34744U1 RU 34744 U1 RU34744 U1 RU 34744U1 RU 2003125752 U RU2003125752 U RU 2003125752U RU 2003125752 U RU2003125752 U RU 2003125752U RU 34744 U1 RU34744 U1 RU 34744U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ray
diffraction
planes
radiation
monocrystalline
Prior art date
Application number
RU2003125752U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
М.А. Кумахов
Н.С. Ибраимов
А.В. Лютцау
С.В. Никитина
А.В. Котелкин
А.Д. Звонков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Институт рентгеновской оптики"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Институт рентгеновской оптики" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Институт рентгеновской оптики"
Priority to RU2003125752U priority Critical patent/RU34744U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU34744U1 publication Critical patent/RU34744U1/en

Links

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Description

Устройство для определения наличия упругих деформаций в монокристаллических пластинахDevice for determining the presence of elastic deformations in single-crystal plates

Предлагаемая полезная модель относится к рентгеновским средствам для выявления наличия упругих деформаций в монокристаллических пластинах и предназначена, в частности, для использования при контроле в производстве подложек для микросхем в микроэлектронике.The proposed utility model relates to x-ray means for detecting the presence of elastic deformations in single-crystal wafers and is intended, in particular, for use in monitoring the production of substrates for microcircuits in microelectronics.

Известно устройство для выявления наличия упругих деформаций в монокристалле, с помощью которого реализуют метод, основанный на взаимодействии с монокристаллом монохроматического инфракрасного излучения (см.: Y. Kawano et. AL, Infra Red System GaAs/AlGaAs., J.Appl. Phys. 2001, 89, p. 4037 1) . В местах нарушения периодичности и ориентировки кристаллической решётки наблюдаются интерференционные максимумы инфракрасного излучения, фиксируемые полупроводниковыми датчиками. В монокристаллических материалах с металлическими межатомными связями (германий, кремний, мышьяк и др.) передача по ним тепловых колебаний приводит к размытию указанных максимумов и увеличению фона вплоть до их слияния. Это делает невозможным применение данного устройства в области производства монокристаллических пластин широкого ассортимента.A device is known for detecting the presence of elastic deformations in a single crystal, using which a method based on the interaction with a single crystal of monochromatic infrared radiation is implemented (see: Y. Kawano et. AL, Infra Red System GaAs / AlGaAs., J.Appl. Phys. 2001 , 89, p. 4037 1). In places of violation of the periodicity and orientation of the crystal lattice, interference maxima of infrared radiation are detected by semiconductor sensors. In single-crystal materials with metal interatomic bonds (germanium, silicon, arsenic, etc.), the transfer of thermal vibrations along them leads to a smearing of these maxima and an increase in the background until they merge. This makes it impossible to use this device in the production of single crystal wafers of a wide range.

Известно также устройство, с помощью которого реализуют рентгенографический метод для выявления наличия упругих деформаций в монокристаллических пластинах (см.: O.Briimmer. Zeitschrift fur Naturforschungen, 15A, s. 875, 1960 2). Этот метод основан на выявленииA device is also known by which an x-ray method is implemented to detect the presence of elastic deformations in single-crystal plates (see: O. Brimmer. Zeitschrift fur Naturforschungen, 15A, s. 875, 1960 2). This method is based on identifying

23/20 отклонений во взаимной ориентации кристаллографических плоскостей. 23/20 deviations in the mutual orientation of crystallographic planes.

Поверхность монокристаллической пластины облучают широко расходящимся рентгеновским пучком. Дифрагированное излучение регистрируют на плоской фотоплёнке. Зарегистрированную интерференционную картину дифракции сравнивают с картиной, полученной от эталонной монокристаллической пластины, и по степени их расхождения судят о наличии или отсутствии упругих деформаций в контролируемой монокристаллической пластине. Угловую расходимость облучающего пучка устанавливают таким образом, чтобы обеспечить выполнение условия дифракции для двух-трёх семейств кристаллографических плоскостей. Устройство, известное из 2, содержит средство для позиционирования контролируемой монокристаллической пластины и источник рентгеновского излучения со средством формирования пучка этого излучения. Сформированный пучок ориентирован с возможностью воздействия рентгеновского излучения на контролируемую монокристаллическую пластину, размещенную в средстве для ее позиционирования. Устройство содержит также средство для регистрации интерференционной картины дифракции, которым является фотопленка.The surface of the single crystal plate is irradiated with a widely diverging x-ray beam. Diffracted radiation is recorded on a flat film. The recorded interference diffraction pattern is compared with the pattern obtained from a reference single crystal plate, and the presence or absence of elastic deformations in a controlled single crystal plate is judged by the degree of discrepancy. The angular divergence of the irradiating beam is set in such a way as to ensure the fulfillment of the diffraction conditions for two to three families of crystallographic planes. The device known from 2, contains means for positioning a monocrystalline controlled plate and an x-ray source with a means of forming a beam of this radiation. The formed beam is oriented with the possibility of exposure to x-ray radiation on a monocrystalline controlled plate placed in a means for its positioning. The device also contains means for recording the interference pattern of diffraction, which is a film.

Для наиболее часто используемых материалов монокристаллических пластин угловая расходимость облучающего пучка может достигать 30-40°. Использование пучка с такой большой расходимостью влечёт за собой большую облучаемую площадь поверхности монокристаллической пластины, участвующую в дифракции, и, как следствие, приводит к формированию усреднённой интерференционной картины, вызванной дифракцией в разных геометрических точках поверхности. Поэтому однозначная интерпретация зарегистрированной на фотоплёнке интерференционной картины дифракции затруднена. Вследствие этого велика вероятность ошибочных результатов контроля. Кроме того, при использовании фотопленки в качестве средства для регистрации интерференционной картины для одновременного удовлетворения требований к разре1 37ЯИ7/For the most commonly used materials of single-crystal plates, the angular divergence of the irradiating beam can reach 30–40 °. The use of a beam with such a large divergence entails a large irradiated surface area of a single-crystal plate participating in diffraction, and, as a result, leads to the formation of an averaged interference pattern caused by diffraction at different geometric points of the surface. Therefore, an unambiguous interpretation of the interference diffraction pattern recorded on the film is difficult. As a consequence, the probability of erroneous control results is high. In addition, when using photographic film as a means for recording the interference pattern to simultaneously satisfy the requirements for resolution 37NII7 /

2 2

шению и контрастности необходимы большие времена экспозиции, достигающие нескольких часов. Это является принципиальным препятствием для проведения сплошного контроля в поточном производстве, вынуждая ограничиваться выборочной проверкой небольшого количества пластин.Longer exposure times, up to several hours, are necessary for stitching and contrast. This is a fundamental obstacle to continuous monitoring in line production, forcing it to be limited to spot inspection of a small number of plates.

Устройство, известное из 2, наиболее близко к предлагаемой полезной модели.The device known from 2 is closest to the proposed utility model.

Предлагаемая полезная модель обеспечивает получение технического результата, заключаюш;егося в повышении достоверности контроля и обеспечении его экспрессности, что создает возможность сплошного контроля монокристаллических пластин на разных стадиях производственного процесса. Ниже при раскрытии предлагаемого в качестве полезной модели устройства и описании примеров его конкретного выполнения будут названы и другие виды достигаемого технического результата.The proposed utility model provides a technical result consisting in increasing the reliability of control and ensuring its expressness, which creates the possibility of continuous control of single-crystal plates at different stages of the production process. Below, when disclosing the device proposed as a utility model and describing examples of its specific implementation, other types of technical result achieved will be named.

Предлагаемое в качестве полезной модели устройство, как и наиболее близкое нему, известное из 2, содержит средство для позиционирования контролируемой монокристаллической пластины и источник рентгеновского излучения со средством формирования пучка этого излучения. Сформированный пучок ориентирован с возможностью воздействия рентгеновского излучения на контролируемую монокристаллическую пластину, размещенную в средстве для ее позиционирования. Устройство содержит также средство для регистрации интерференционной картины дифракции.The device proposed as a utility model, as well as the one closest to it, known from 2, comprises means for positioning a monocrystalline controlled plate and an x-ray source with a means for generating a beam of this radiation. The formed beam is oriented with the possibility of exposure to x-ray radiation on a monocrystalline controlled plate placed in a means for its positioning. The device also contains means for recording the interference pattern of diffraction.

Для достижения названных видов технического результата в предлагаемом качестве полезной модели устройстве, в отличие от указанного наиболее близкого к нему известного, средство формирования пучка рентгеновского излучения для воздействия на контролируемую монокристаллическую пластину выполнено в виде формирующей сходящийся пучок фокусирующей рентгеновской линзы. Линза установлена с возможностью расположения ее выходного фокуса внутри контролируемой монокристаллической пластины или с противоположной стороны по отношению к той, на которую падает указанный пучок. Фокусирующая рентгеновская линза, кроме того, установлена с возможностью одновременного обеспечения дифракции для нескольких кристаллографических плоскостей. При этом средство для регистрации интерференционной картины дифракции содержит один или несколько позиционночувствительных детекторов рентгеновского излучения, установленных с возможностью приема дифрагированного излучения во всем диапазоне углов, содержащем интерференционные максимумы, соответствующие отражениям от кристаллографических плоскостей материала контролируемой монокристаллической пластины, имеющих вид пКК, где п равно Н, К или L и различно для разных кристаллографических плоскостей.To achieve the above types of technical result in the proposed device as a useful model, in contrast to the specified closest to it, the means of forming a beam of x-ray radiation to act on a controlled single crystal plate is made in the form of a converging beam of a focusing x-ray lens. The lens is mounted with the possibility of arranging its output focus inside the monocrystalline wafer being controlled or from the opposite side with respect to the one onto which said beam falls. The focusing x-ray lens, in addition, is installed with the possibility of simultaneous diffraction for several crystallographic planes. Moreover, the means for recording the interference pattern of diffraction contains one or more position-sensitive x-ray detectors installed with the possibility of receiving diffracted radiation in the entire range of angles containing interference maxima corresponding to reflections from the crystallographic planes of the material of the monocrystalline wafer in the form of a PCC, where n is equal to H , K or L and is different for different crystallographic planes.

Использование сходящегося пучка рентгеновского излучения, лучи которого пересекаются в точке, расположенной внутри контролируемой монокристаллической пластины или с противоположной стороны по отношению к той, на которую падает указанный пучок, и наличие в предлагаемом устройстве фокусирующей рентгеновской линзы, формирующей такой пучок, необходимо для обеспечения локальности воздействия. Это позволяет исключить формирование усреднённой интерференционной картины дифракции и осуществлять сканирование поверхности монокристаллической пластины с целью получения распределения упругих деформаций.The use of a converging x-ray beam, the rays of which intersect at a point located inside the monocrystalline wafer being monitored or from the opposite side to the one onto which the specified beam falls, and the presence of a focusing x-ray lens forming such a beam in the proposed device is necessary to ensure local exposure . This makes it possible to exclude the formation of an averaged interference diffraction pattern and to scan the surface of a single-crystal plate in order to obtain the distribution of elastic strains.

Использование при работе предлагаемого устройства отражений от кристаллографических плоскостей вида пКК, где п может соответствовать Н, К или L, необходимо для одновременного попадания этих плоскостей в отражающее положение и обеспечения совпадения общей плоскости их нормалей с плоскостью дифракции. Это, в свою очередь, позволяет контролировать изменения углов дифракции для семейств кристаллографических плоскостей, последовательно наклонённых на всё больший уголThe use of the proposed device of reflections from crystallographic planes of the pKK type, where n can correspond to H, K or L, is necessary to simultaneously hit these planes in the reflecting position and to ensure that the common plane of their normals coincides with the diffraction plane. This, in turn, makes it possible to control changes in diffraction angles for families of crystallographic planes that are sequentially tilted to a larger angle

Щ) (по мере увеличения индекса п) относительно поверхности монокристаллической пластины. При наличии в монокристаллической пластине упругих деформаций влияние наклона плоскостей дифракции относительно поверхности на изменение угла дифракции имеет известную зависимость, что позволяет количественно оценить величину упругих деформаций. Использование в предлагаемом устройстве позиционночувствительных детекторов рентгеновского излучения для регистрации интерференционной картины дифракции обеспечивает высокую точность и экспрессность анализа, возможность сопряжения с быстродействующими вычислительными средствами для автоматизированной обработки информации, содержащейся в выходных сигналах детекторов, и отображения ее результатов. Предлагаемое устройство и его использование иллюстрируются чертежами, на которых показаны: на фиг. 1 - схема формирования дифракционной картины; на фиг. 2 - одновременные отражения несколькими кристаллографическими плоскостями; на фиг. 3 - различия в угловых положениях нормалей к плоскостям и угловых положениях интерференционных рефлексов для разных отражающих плоскостей; на фиг. 4 - геометрические соотношения для расчёта угловых положений нормали к отражающей плоскости с индексами пКК; на фиг. 5 и фиг. 6 - взаимное размещение узлов предлагаемого устройства для двух случаев расположения точки пересечения лучей сходящегося рентгеновского пучка при использовании одного протяженного позиционно-чувствительного детектора; Msvi/Щ) (with increasing index n) relative to the surface of a single-crystal plate. In the presence of elastic strains in a single crystal plate, the influence of the slope of the diffraction planes relative to the surface on the change in the diffraction angle has a known dependence, which allows one to quantify the value of elastic strains. The use of position-sensitive x-ray detectors in the proposed device for recording the interference pattern of diffraction provides high accuracy and express analysis, the ability to pair with high-speed computing tools for the automated processing of information contained in the output signals of the detectors, and display its results. The proposed device and its use are illustrated by drawings, which show: in FIG. 1 is a diagram of a diffraction pattern formation; in FIG. 2 - simultaneous reflections by several crystallographic planes; in FIG. 3 - differences in the angular positions of the normals to the planes and the angular positions of interference reflexes for different reflecting planes; in FIG. 4 - geometric relationships for calculating the angular positions of the normal to the reflecting plane with pKK indices; in FIG. 5 and FIG. 6 - mutual arrangement of the nodes of the proposed device for two cases of the location of the point of intersection of the rays of a converging x-ray beam using one extended position-sensitive detector; Msi /

на фиг. 7 а и б - взаимное размещение основных узлов предлагаемого устройства при использовании нескольких позиционночувствительных детекторов;in FIG. 7 a and b - the mutual placement of the main nodes of the proposed device when using multiple position-sensitive detectors;

на фиг. 8 и фиг. 9 - соответственно, одновременная дифракция от плоскостей 111, 511 и плоскостей 111, 311 при разных значениях сходимости пучка, воздействующего на монокристаллическую пластину.in FIG. 8 and FIG. 9 - respectively, the simultaneous diffraction from planes 111, 511 and planes 111, 311 at different values of the convergence of the beam acting on the single crystal plate.

При использовании предлагаемого устройства (см. фиг. 1) на контролируемую монокристаллическую пластину 1 воздействуют сходящимся пучком 3 рентгеновского излучения и регистрируют интерференционную картину дифракции позиционно-чувствительным детектором (или несколькими позиционно-чувствительными детекторами). Позиционночувствительные детекторы размещают таким образом, чтобы их окна находились в плоскости 5, перпендикулярной поверхности монокристаллической пластины 1. Кроме того, позиционно-чувствительные детекторы должны быть размещены так, чтобы в пределах их окон находились ожидаемые положения интерференционных максимумов 7 для материала контролируемых пластин с учетом их возможных изменений при наличии упругих деформаций. Количество используемых позиционночувствительных детекторов зависит от размеров окна конкретных позиционно-чувствительных детекторов, имеющихся в распоряжении исследователя. Если имеется один позиционно-чувствительный детектор с протяженным окном, например, изогнутый по дуге окружности, которой соответствует большой угол, то может быть достаточно и одного такого детектора. Необходимо, чтобы единственный или несколько детекторов обеспечивали прием дифрагированного излучения в угловом диапазоне, включающем все интерференционные максимумы для выбранной системы кристаллографических плоскостей.When using the proposed device (see Fig. 1), a monocrystalline wafer 1 is exposed to a converging x-ray beam 3 and the interference diffraction pattern is recorded by a position-sensitive detector (or several position-sensitive detectors). Position-sensitive detectors are placed so that their windows are in plane 5, perpendicular to the surface of the single crystal plate 1. In addition, position-sensitive detectors should be placed so that the expected positions of interference maxima 7 for the material of the controlled plates are within their windows, taking into account their possible changes in the presence of elastic deformations. The number of position-sensitive detectors used depends on the window size of the specific position-sensitive detectors available to the researcher. If there is one position-sensitive detector with an extended window, for example, curved along an arc of a circle to which a large angle corresponds, then one such detector may be sufficient. It is necessary that a single or several detectors provide reception of diffracted radiation in the angular range, including all interference maxima for the selected system of crystallographic planes.

IW руемой монокристаллической пластины 1) со следами пересечения конусов 6 дифракции с плоскостью 5 детектирования. С помощью одного или нескольких позиционно-чувствительных детекторов определяют взаимное расположение этих максимумов и по нему судят о наличии упругих деформаций в контролируемой монокристаллической пластине. Воздействие на контролируемую монокристаллическую пластину осуществляют сходящимся пучком 3 рентгеновского излучения, создаваемым рентгеновской фокусирующей линзой (линзой Кумахова, см. например, патент США №5,192,869, опубл. 09.03.93 3). Точка пересечения лучей этого пучка (выходной фокус рентгеновской линзы) должна быть расположена внутри контролируемой монокристаллической пластины 1 или с противоположной стороны по отнощению к той, на которую падает указанный сходящийся пучок 3 рентгеновского излучения (для горизонтального расположения пластины 1 и пучка 3, падающего на неё сверху, как на фиг. 1, - внутри или под пластиной 1). Сходящийся пучок 3 рентгеновских лучей может быть получен также с помощью изогнутых монокристаллов, полислойных нанопокрытий, однако наиболее эффективно - с помощью поликапиллярной оптики, основанной на принципе полного внешнего отражения рентгеновского излучения (фокусирующей рентгеновской линзы Кумахова 3). Наличие в любой монокристаллической пластине кристаллографических плоскостей с двумя последними одноимёнными индексами, имеющих вид пКХ, где п может принимать значения Н, К или L (не совпадающие для разных плоскостей), приводит к следующему. При выводе одной из таких плоскостей в положение, параллельное поверхности исследуемой монокристаллической пластины (так чтобы плоскость дифракции, ортогональная этой поверхности, совпадала с кристаллографической плоскостью ОКК, перпендикулярной плоскостям пКК), происходит одновременная дифракция от тех плоскостей пКК, которые в сходящемся конусе 3 рентгеновских лучей найдут луч с углом падения на них, удовлетворяющим уравнению дифракции 2dsin0 пА,, где d - межплоскостноеIW of a single-crystal plate 1) with traces of intersection of the diffraction cones 6 with the detection plane 5. Using one or more position-sensitive detectors, the relative positions of these maxima are determined and the presence of elastic deformations in a monocrystalline wafer is judged by it. The impact on the monocrystalline controlled plate is carried out by a converging X-ray beam 3 generated by an X-ray focusing lens (Kumakhov lens, see, for example, US Pat. No. 5,192,869, publ. 09.03.93 3). The point of intersection of the rays of this beam (the output focus of the x-ray lens) should be located inside the monocrystalline plate 1 being monitored or on the opposite side with respect to the one onto which the indicated converging x-ray beam 3 falls (for the horizontal position of the plate 1 and beam 3 incident on it on top, as in Fig. 1, inside or under the plate 1). A convergent x-ray beam 3 can also be obtained using curved single crystals, multilayer nanocoatings, but most efficiently using multicapillary optics based on the principle of total external reflection of x-rays (Kumakhov focusing x-ray lens 3). The presence of crystallographic planes in any single crystal plate with the last two homonymous indices of the form pX, where n can take the values of H, K or L (which do not coincide for different planes), leads to the following. When one of these planes is brought into a position parallel to the surface of the monocrystalline plate under study (so that the diffraction plane orthogonal to this surface coincides with the crystallographic plane of the PCC perpendicular to the PCC planes), simultaneous diffraction from those PCC planes that have 3 X-rays in the converging cone find a beam with an angle of incidence on them that satisfies the diffraction equation 2dsin0 pA, where d is the interplanar

расстояние для отражающего семейства плоскостей, А,- длина волны падающего рентгеновского излучения, п - порядок отражения, 0 - угол дифракции. На фиг. 2 плоскость ОКК, совпадающая с плоскостью дифракции, обозначена цифрой 4 и является диагональной плоскостью куба. В качестве примера выбраны плоскости 111, 311, 511. Плоскости 111 и 511 в производстве монокристаллических пластин из кремния, в зависимости от задач, являются базовыми, то есть выведенными в положение, параллельное поверхности монокристаллической пластины. Наиболее часто монокристаллические пластины из кремния производят с базовой плоскостью 111, поэтому на фиг. 2 и далее рассматривается именно этот случай, хотя все рассуждения остаются справедливыми и для случая с базовой плоскостью 511.the distance for the reflecting family of planes, A, is the wavelength of the incident X-ray radiation, n is the order of reflection, 0 is the diffraction angle. In FIG. 2, the OCC plane coinciding with the diffraction plane is indicated by the number 4 and is the diagonal plane of the cube. The planes 111, 311, 511 are chosen as an example. The planes 111 and 511 in the production of single-crystal silicon wafers, depending on the tasks, are basic, that is, brought to a position parallel to the surface of the single-crystal plate. Most often, single-crystal silicon wafers are produced with a base plane 111, therefore, in FIG. 2 and further, it is this case that is considered, although all the arguments remain valid for the case with the base plane 511.

Сформированный рентгеновской фокусирующей линзой 11 (на фиг. 2 показан только ее выходной торец 2) сходящийся пучок 3 рентгеновских лучей с углом у сходимости облучает очень малый участок поверхности - зону 8 облучения монокристаллической пластины 1. Согласно приведенному выще основному уравнению дифракции из общего числа рентгеновских лучей в сходящемся пучке 3 каждая плоскость (111, 311, 511) «выбирает для себя подходящий для соблюдения условия дифракции падающий на неё под определённым углом рентгеновский луч. Если угол у сходимости пучка 3 достаточен для того, чтобы в нём содержались такие лучи для всех указанных плоскостей, каждая из них даёт отражение 6 под углом дифракции к этой кристаллографической плоскости. Нроведя в плоскости 4 окружность 9 с центром в зоне 8 облучения монокристаллической пластины 1, можно в равноудалённых от зоны облучения участках 7 установить позиционно-чувствительный детектор (детекторы) для одновременной фиксации всей интерференционной картины дифракции в плоскости 4.Formed by an X-ray focusing lens 11 (only its output end 2 is shown in Fig. 2), a converging x-ray beam 3 with an angle of convergence irradiates a very small surface area — irradiation zone 8 of a single crystal plate 1. According to the above basic diffraction equation of the total number of x-rays in a convergent beam 3, each plane (111, 311, 511) “chooses for itself a suitable X-ray beam incident on it at a certain angle to meet the diffraction condition. If the angle at the convergence of beam 3 is sufficient to contain such rays for all the indicated planes, each of them gives reflection 6 at the angle of diffraction to this crystallographic plane. Having drawn circle 9 in plane 4 with a center in the irradiation zone 8 of the single-crystal plate 1, it is possible to install a position-sensitive detector (s) in equally spaced regions of the irradiation zone 7 to simultaneously fix the entire interference diffraction pattern in plane 4.

8 8

Если угол между кристаллографическими плоскостями ККК и 1ЖК обозначить а (см. фиг. 3), то для кубической решётки в общем случае угол между плоскостями с индексами hi ki li и h2 k2 Ь может быть найден по формуле:If the angle between the crystallographic planes KKK and 1 ZhK is designated a (see Fig. 3), then for a cubic lattice in the general case, the angle between the planes with indices hi ki li and h2 k2 b can be found by the formula:

cos« h..+U.cos "h .. + U.

/72 72 j2 /72 72 j2 ./ 72 72 j2 / 72 72 j2.

,+/, V/Z2+A:2+/2, + /, V / Z2 + A: 2 + / 2

Это угол между нормалями NI иМ2 к плоскостям НКК и ККК (фиг. 3), однако он совсем не равен угловому расстоянию между интерференционными максимумами при дифракции от плоскостей ККК и НКК, который зависит ещё и от межплоскостного расстояния d, разного для плоскостей ККК и НКК. Ноэтому сходящийся пучок 3, сформированный рентгеновской линзой 11, попадающий в зону 8 на поверхности монокристаллической пластины 1 с базовой плоскостью ККК и имеющий в себе луч, попадающий на систему плоскостей НКК под углом дифракции к этим плоскостям, отклонится на совсем другой угол, чем от системы плоскостей ККК, условно развёрнутой на угол а и приведённой в положение НКК.This is the angle between the NI and M2 normals to the NCC and NCC planes (Fig. 3), but it is not at all equal to the angular distance between interference maxima during diffraction from the NAC and NCC planes, which also depends on the interplanar distance d, which is different for the NCC and NCC planes . However, the converging beam 3, formed by the X-ray lens 11, falling into zone 8 on the surface of the single crystal wafer 1 with the KKK base plane and having a beam inside it, which hits the system of NKK planes at the diffraction angle to these planes, will deviate by a completely different angle than from the system planes KKK conditionally deployed at an angle a and reduced to the NCC position.

В общем случае нужно исходить из тригонометрических соотношений, иллюстрированных фиг. 4.In the general case, it is necessary to start from the trigonometric relations illustrated in FIG. 4.

На этом чертеже изображен единичный куб, ориентация которого в идеальном монокристалле относительно поверхности зависит от системы координат. Обозначим угол наклона нормали к отражающим плоскостям, не параллельным поверхности, через а, то есть а - угол между нормалями ANi и АХ к исследуемым плоскостям. Нлоскостью дифракции в этом случае является плоскость ANiX. Если в результате упругих деформаций кристаллической решётки монокристаллической пластины плоскость ANiX наклоняется относительно нормали ANi на угол р, то есть переходит в положение AN2T, и, соответственно, направление АХ станоiMb L вится направлением AT, то угол для угла у между новой нормалью AT кThis drawing shows a single cube, the orientation of which in an ideal single crystal relative to the surface depends on the coordinate system. We denote the angle of inclination of the normal to the reflecting planes not parallel to the surface, by a, that is, a is the angle between the normals ANi and AX to the planes under study. The diffraction plane in this case is the ANiX plane. If, as a result of elastic deformations of the crystal lattice of a single-crystal plate, the ANiX plane tilts relative to the normal ANi by an angle p, that is, it moves to the AN2T position, and, accordingly, the direction AX becomes iMb L, it becomes the direction AT, then the angle for the angle y between the new normal AT

исследуемой плоскости и нормалью ANi можно получить следующую формулу: COS 7 the investigated plane and the normal ANi, you can get the following formula: COS 7

10 10

1 1

tg / + 1 tg / + 1

с помощью этой формулы для изменения угла наклона нормали для каждого угла наклона плоскости дифракции можно найти угол наклона Т (3 дифракционной плоскости, при котором необходимо получить искомое направление проекции нормали на поверхность монокристалла, то есть решить обратную задачу: по углу у определить угол Р, зная угол а. Иначе говоря, можно не только проводить измерение упругой деформации кристаллической решётки исследуемой монокристаллической пластины при меньщем числе экспозиций, заранее устанавливая позиционно- чувствительный детектор на рассчитанный угол, но и определять деформации в направлениях при анизотропной задаче.using this formula to change the angle of inclination of the normal for each angle of inclination of the diffraction plane, you can find the angle of inclination T (3 diffraction planes, at which it is necessary to obtain the desired direction of the projection of the normal onto the surface of the single crystal, that is, to solve the inverse problem: determine the angle P from the angle y, knowing the angle a. In other words, it is possible not only to measure the elastic deformation of the crystal lattice of the investigated single-crystal plate with a smaller number of exposures by setting a position-sensitive sensor in advance detector at the calculated angle, but also determine the deformations in the directions for the anisotropic problem.

Ряд специалистов интерпретирует упругие деформации в монокристалле, как наличие в нём напряжений. С учетом этой интерпретации предлагаемые изобретения пригодны также для определения наличия таких напряжений.A number of experts interpret elastic deformations in a single crystal as the presence of stresses in it. In view of this interpretation, the present invention is also suitable for determining the presence of such stresses.

Предлагаемое устройство для определения наличия упругих деформаций в монокристаллических пластинах (фиг. 5) содержит рентгеновскую трубку 12, рентгеновскую линзу 11с выходным торцом 2 для формирования сходящегося рентгеновского пучка 3, систему 14 двухкоординатного позиционирования исследуемой монокристаллической пластины 1 и позиционно-чувствительный детектор 13 или набор позиционно чувствительных детекторов, размещённых на одной дуге напротив ожидаемых положений интерференционных максимумов дифракции от исследуемых кристаллографических плоскостей. Средство формированияThe proposed device for determining the presence of elastic deformations in single crystal plates (Fig. 5) contains an x-ray tube 12, an x-ray lens 11 with an output end 2 for forming a converging x-ray beam 3, a two-coordinate positioning system 14 of the studied single-crystal plate 1 and a position-sensitive detector 13 or a set of positional sensitive detectors placed on one arc opposite the expected positions of interference diffraction maxima from the studied crystallographic eskih planes. Forming Tool

пучка рентгеновского излучения для воздействия на контролируемую монокристаллическую пластину - рентгеновская линза 11 - выполнено с возможностью формирования сходящегося нучка 3. Точка пересечения лучей этого пучка (выходной фокус линзы И) расположена внутри (под поверхностью) контролируемой монокристаллической пластины 1 (фиг. 5) или под этой пластиной. В случае ухода указанной точки глубоко под поверхность или выхода её с противоположной стороны контролируемой монокристаллической пластины по отношению к той, на которую падает пучок 3 (фиг. 6), увеличивается размер зоны 8 облучения на поверхности пластины 1. В этом случае данные об упругих деформациях кристаллической решётки усредняются по контролируемой площади, интерференционные максимумы дифракции становятся шире, сохраняя координату центра тяжести максимума только на больших углах дифракции. На фиг. 6 видно, как заметно увеличивается асимметрия отражения ККК по отношению к отражениям НКК, и, тем более, к отражению LKK. Значительное дальнейшее увеличение зоны облучения приводит к тем же ошибкам при контроле упругих деформаций в кристаллической решётке монокристаллической пластины, которые свойственны известному средству 2, наиболее близкому к предлагаемому.an X-ray beam for influencing a monocrystalline plate under control - an X-ray lens 11 - is configured to form a converging knot 3. The intersection point of the rays of this beam (output focus of the lens And) is located inside (below the surface) of the monocrystalline plate 1 (Fig. 5) or under this plate. If this point goes deep below the surface or when it leaves the opposite side of the monocrystalline wafer in relation to the one onto which beam 3 falls (Fig. 6), the size of the irradiation zone 8 on the wafer surface 1 increases. In this case, the data on elastic deformations the crystal lattices are averaged over a controlled area, the interference maximums of diffraction become wider, maintaining the coordinate of the center of gravity of the maximum only at large diffraction angles. In FIG. Figure 6 shows how the asymmetry of the CCC reflection increases markedly with respect to the CCC reflections, and, especially, the LKK reflection. A significant further increase in the irradiation zone leads to the same errors in the control of elastic deformations in the crystal lattice of a single-crystal plate, which are characteristic of the known medium 2, which is closest to the proposed one.

Интерференционные максимумы, соответствующие отражениям от кристаллографических плоскостей материала контролируемой монокристаллической пластины, имеющих вид пКК, где п может принимать значения Н, К или L (различные для разных выбранных кристаллографических плоскостей), могут регистрироваться как двумя позиционночувствительными детекторами (фиг. 1а так и одним с большим углом одновременной регистрации. С другой стороны от рентгеновской трубкиThe interference maxima corresponding to the reflections from the crystallographic planes of the material of the monocrystalline controlled, having the form of a PCC, where n can take the values of H, K or L (different for different crystallographic planes selected), can be detected by two position-sensitive detectors (Fig. 1a and one with large angle of simultaneous registration. On the other hand from the x-ray tube

12с линзой 11, в случае установки их на большие углы отражения (фиг. 76), может быть размещён ещё один позиционно-чувствительный детектор 13. Схемы размещения позиционно-чувствительных детекторов 12 with a lens 11, if installed at large angles of reflection (Fig. 76), another position-sensitive detector 13 can be placed. Layout schemes of position-sensitive detectors

контролируемой монокристаллической пластины 1 на несущей дуге 15 могут быть различными в зависимости от задач исследования . Все углы взаимной дезориентации кристаллографических плоскостей типа пКК всегда отсчитываются от базовой плоскости монокристаллической пластины ККК или любой из пКХ, в зависимости от изготовления пластин. Погрешность в выведении кристаллографической плоскости в базовую устанавливается на рентгеновском дифрактометре-компараторе и заносится в паспорт серии полуфабрикатов монокристаллических пластин на первой стадии их производства. Процесс определения наличия упругих деформаций в монокристаллических пластинах с помощью предлагаемого устройства может быть автоматизирован. Для этого при использовании устройства выходы входящих в его состав одного или нескольких позиционночувствительных детекторов подключают к средству для обработки их выходных сигналов и отображения информации, являющейся результатом обработки. Это средство выполнено с возможностью определения взаимного расположения указанных интерференционных максимумов и сравнения его с эталонным для указанной системы кристаллографических плоскостей материала контролируемой монокристаллической пластины. Па примере монокристаллических пластин кремния с базовой плоскостью 111 была опробована и показана возможность получения дифракционной картины и определения взаимной ориентации кристаллографических плоскостей 111, 311, 511 по смещению центров тяжестей их интерференционных максимумов даже при использовании рентгеновских линз с малой угловой сходимостью для рентгеновских трубок с анодом из кобальта. Па фиг. 8 показана одновременная дифракция от плоскостей 111 и 511 при угловой сходимости у 4°, а на фиг. 9 - одновременная дифракция от плоскостей 111 и 311 при угловой сходимости у 3° для рентгеновских трубок с анодом из ванадия. При использовании рентгеновской 12 monocrystalline wafer 1 on the supporting arc 15 may be different depending on the objectives of the study. All angles of mutual disorientation of the crystallographic planes of the pKK type are always counted from the base plane of the KKK single crystal wafer or any of the pKK, depending on the manufacture of the wafers. The error in bringing the crystallographic plane to the base plane is established on an X-ray diffractometer-comparator and is entered in the passport of a series of semi-finished single-crystal plates at the first stage of their production. The process of determining the presence of elastic deformations in single-crystal plates using the proposed device can be automated. To do this, when using the device, the outputs of one or more position-sensitive detectors included in its composition are connected to the means for processing their output signals and displaying the information resulting from the processing. This tool is made with the possibility of determining the relative position of the indicated interference maxima and comparing it with the reference for the specified system of crystallographic planes of the material of the monocrystalline controlled plate. Using an example of single-crystal silicon wafers with a base plane of 111, we tested and demonstrated the possibility of obtaining a diffraction pattern and determining the relative orientation of the crystallographic planes 111, 311, 511 by shifting the centers of gravity of their interference maxima even when using X-ray lenses with low angular convergence for X-ray tubes with an anode of cobalt. Pa fig. 8 shows simultaneous diffraction from planes 111 and 511 at angular convergence at 4 °, and in FIG. 9 - simultaneous diffraction from the planes 111 and 311 at an angular convergence of 3 ° for x-ray tubes with an anode of vanadium. When using X-ray 12

линзы с угловой сходимостью у ° для кремниевой монокристаллической пластины могут быть выполнены условия одновременной дифракции для плоскостей 111,311,511.lenses with angular convergence at ° for a silicon single-crystal wafer, the conditions of simultaneous diffraction for the planes 111,311,511 can be fulfilled.

Эти же условия одновременной дифракции от плоскостей 111,311 и 511 для кремниевых монокристаллических пластин могут быть выполнены и при использовании рентгеновской линзы с угловой сходимостью у менее 5°. Для этого необходимо использовать рентгеновскую трубку со смешанным анодом Co-V. Тогда присутствующие в первичном рентгеновском пучке две длины волны Ка - серии Со и V позволят не только получить одновременнз ю интерференционную картину дифракции от указанных плоскостей, но и получить её при двух разных длинах волн. Это особенно важно, так как наличие одновременного отражения от кристаллографических плоскостей 111 в кобальтовом и ванадиевом излучении даёт наиточнейший естественный эталон угловых измерений всех остальных величин. Интерференционные максимумы не перекрываются, и в излучении Со Ка-отражают плоскости 111 и 511, а в излучении VThe same conditions for simultaneous diffraction from the planes 111.311 and 511 for silicon single-crystal wafers can also be satisfied when using an x-ray lens with an angular convergence of less than 5 °. For this, it is necessary to use an X-ray tube with a mixed Co-V anode. Then the two Ka wavelengths present in the primary X-ray beam — the Co and V series — will not only allow us to obtain a simultaneous interference diffraction pattern from the indicated planes, but also to obtain it at two different wavelengths. This is especially important, since the presence of simultaneous reflection from the crystallographic planes 111 in cobalt and vanadium radiation gives the most accurate natural standard for angular measurements of all other quantities. The interference maxima do not overlap, and the planes 111 and 511 reflect in the Co radiation, and in the V radiation

Ка - плоскости 111 И 311.Ka - planes 111 and 311.

в экспериментах с использованием рентгеновской трубки мощностью 10 Вт и рентгеновских линз, имеющих названные выше величины углов сходимости формируемого пучка, было достигнуто определение центров тяжести интерференционных максимумов с погрешностью 12 угловых секунд при временах экспозиции до 20 секунд,in experiments using a 10 W x-ray tube and x-ray lenses having the above-mentioned convergence angles of the formed beam, the centers of gravity of interference maxima were determined with an error of 12 arc seconds at exposure times of up to 20 seconds,

Источники информацииSources of information

1.Y. Kawano et. Al., Infra Red System GaAs/AlGaAs., J.Appl. Phys. 2001, 89, p. 4037.1.Y. Kawano et. Al., Infra Red System GaAs / AlGaAs., J. Appl. Phys. 2001, 89, p. 4037.

2.O. Brummer. Zeitschrift ftir Naturforschungen, ISA, s. 875,1960.2.O. Brummer. Zeitschrift ftir Naturforschungen, ISA, s. 875.1960.

Claims (1)

Устройство для определения наличия упругих деформаций в монокристаллических пластинах, содержащее средство для позиционирования контролируемой монокристаллической пластины и источник рентгеновского излучения со средством формирования пучка этого излучения, ориентированного с возможностью воздействия на контролируемую монокристаллическую пластину, размещенную в средстве для ее позиционирования, а также средство для регистрации интерференционной картины дифракции, отличающееся тем, что средство формирования пучка рентгеновского излучения для воздействия на контролируемую монокристаллическую пластину выполнено в виде формирующей сходящийся пучок фокусирующей рентгеновской линзы, установленной с возможностью расположения ее выходного фокуса внутри контролируемой монокристаллической пластины или с противоположной стороны по отношению к той, на которую падает указанный пучок, и с возможностью одновременного обеспечения дифракции для нескольких кристаллографических плоскостей, а средство для регистрации интерференционной картины дифракции содержит один или несколько позиционно-чувствительных детекторов рентгеновского излучения, установленных с возможностью приема дифрагированного излучения во всем диапазоне углов, содержащем интерференционные максимумы, соответствующие отражениям от кристаллографических плоскостей материала контролируемой монокристаллической пластины, имеющих вид nKK, где n равно H, K или L и неодинаково для разных кристаллографических плоскостей.A device for determining the presence of elastic deformations in single crystal wafers, comprising a means for positioning a monocrystalline wafer and a source of x-ray radiation with means for generating a beam of this radiation oriented with the possibility of influencing the monocrystalline wafer placed in the means for positioning it, as well as means for detecting interference diffraction pattern, characterized in that the means of forming a beam of x-ray The radiation for influencing the monocrystalline wafer under control is made in the form of a focusing x-ray lens forming a converging beam, mounted with the possibility of positioning its output focus inside the monocrystalline wafer or on the opposite side with respect to the one onto which the specified beam, and with the possibility of simultaneous diffraction for several crystallographic planes, and the means for recording the interference pattern of diffraction contains one or several position-sensitive X-ray detectors installed with the possibility of receiving diffracted radiation in the entire range of angles containing interference maxima corresponding to reflections from the crystallographic planes of the material of the monocrystalline plate under control, having the form nKK, where n is H, K or L and is not the same for different crystallographic planes.
Figure 00000001
Figure 00000001
RU2003125752U 2003-08-22 2003-08-22 Device for determining the presence of elastic deformations in single-crystal plates RU34744U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003125752U RU34744U1 (en) 2003-08-22 2003-08-22 Device for determining the presence of elastic deformations in single-crystal plates

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003125752U RU34744U1 (en) 2003-08-22 2003-08-22 Device for determining the presence of elastic deformations in single-crystal plates

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU34744U1 true RU34744U1 (en) 2003-12-10

Family

ID=48231635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003125752U RU34744U1 (en) 2003-08-22 2003-08-22 Device for determining the presence of elastic deformations in single-crystal plates

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU34744U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11313816B2 (en) Full beam metrology for x-ray scatterometry systems
US9885962B2 (en) Methods and apparatus for measuring semiconductor device overlay using X-ray metrology
KR102363266B1 (en) X-ray scatterometry metrology for high aspect ratio structures
CN109073902B (en) Beam shaping slit for small spot size transmission small angle X-ray scatterometry
US20180113084A1 (en) Calibration Of A Small Angle X-Ray Scatterometry Based Metrology System
JP2022173222A (en) Method and system for characteristic evaluation of x-ray beam with high spatial resolution
CN111819675B (en) Method and system for real-time measurement control
US4489425A (en) Means and method for determining residual stress on a polycrystalline sample by X-ray diffraction
RU2239178C1 (en) Method for detecting presence of resilient deformations in mono-crystalline plates and device for realization of said method
RU34744U1 (en) Device for determining the presence of elastic deformations in single-crystal plates
JPH02276952A (en) Apparatus for x-ray analysis of structure
JPH01219658A (en) Measuring apparatus of surface stress by x-rays

Legal Events

Date Code Title Description
PC1K Assignment of utility model

Effective date: 20091123

MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20100823