SU1744611A1 - Способ определени радиуса изгиба атомных плоскостей монокристаллических пластин - Google Patents

Abstract

Использование: анализ кристаллов, контроль микродеформаций полупроводниковых кристаллов. Сущность изобретени : перед исследуемым образцом устанавливают эталон-монокристаллическую пластину материала образца, в которой отсутствует изгиб атомных плоскостей. Рентгеновское излучение направл ют одновременно на образец и эталон. Измер ют разницу угловых положений пиков отражений образца и эталона . Радиус кривизны определ ют по расчетной формуле. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к рентгенографическому анализу кристаллов, в частности к контролю макродеформаций полупроводниковых кристаллов.

Известны способы измерени  изгиба монокристаллического образца с помощью двукристального спектрометра, основанные на регистрации детектором линий и К.2, отраженных от исследуемого кристалла в схеме Брэгг, а также на регистрации К и Кп линий, отраженных от исследуемого кристалла в схеме Брэгг-Лзуге. Наличие кристаллографического изгиба в кристалле

приводит к разновременному выходу точек, соответствующих условию Брэгга, дл  длин волн К, К,и К, отражающее положение ввиду их разориентации на угол р. При этом радиус изгиба пропорционален величинам: L - (рассто ние от монохроматора до кристалла ) и 1 /ААч или 1 /ДА2 , (A ai K,- разность длин волн пучков К,и К ; ДА2 А Kjt-A Ka - разность длин волн пучков К),/. иКр.

Недостатками данного способа  вл ютс  низка  разрешающа  способность (максимальное значение измеренной величины

радиуса изгиба не превышает 50 м) вследствие ограниченности величин AAi и ДАа и трудновыполнимого увеличени  рассто ни  от фокуса трубки до образца без переделки серийно выпускаемых спектрометров .

Известен способ измерени  изгиба монокристаллических образцов на двукри- стальном спектрометре с использованием линейного фокуса. Дл  облучени  двух точек поверхности образца из первичного монохроматического пучка выдел ют два луча с помощью щелей.

При измерении изогнутого образца отдельные участки его облученной поверхности последовательно вход т в отражающее положение. В результате облучаемые точки образца, лежащие на рассто нии L друг от друга, формируют два дифракционных пика , разделенных по угловой оси на угол р, равный центральному углу между радиусами-векторами , идущими от центра кривизны в облучаемые точки. Фокус кривизны вычисл етс  по формуле

Недостатками данного способа  вл ютс  низка  разрешающа  способность, котора  ограничиваетс  шириной просвета в щел х, формирующих лучи, так как ширина просвета должна, быть не более 0,05 мм, чтобы кривизной поверхности на облученной поверхности образца можно было пренебречь . Кроме того, разрешающа  способность ограничена фиксированным рассто нием между исследуемыми точками,

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ измерени  изгиба монокристаллического образца с помощью дву- кристального спектрометра, основанный на облучении рентгеновским лучом исследуемого образца в режиме шагового сканировани , измерении угловых положений образца, соответствующих условию Брэгга.

Измерение изгиба монокристаллических образцов провод т при сканировании в горизонтальном направлении дл  каждого отражающего положени  образца. По показани м этого изгиба определ ют разности в угловых показани х гониометра дл  всех соседних точек, что соответствует углу изгиба монокристаллического образца на длине, равной шагу сканировани . Если (р и (pi- угловые показани  автоколлиматора дл  отражающих положений от двух участков образца, расположенных на рассто нии А I, то средн   кривизна на этом участке равна

С 1 .4,85-103.

Недостатками данного способа  вл ютс  низка  разрешающа  способность, кото- ра  ограничиваетс  точностью настройки

образца в отражающее положение ±14 угл.с., невозможность измерени  радиуса кривизны , превышающей 150 м, и кроме того, прецизионность измерений - использование

дополнительного оптического устройства АК-0,25, измер ющего отклонени  образца от истинного положени  Брэгга.

Цель изобретени  - повышение разрешающей способности и упрощение способа .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу измерени  изгиба монокристаллического образца, основанному на облучении рентгеновским лучом исследуемого образца в режиме шагового сканировани , измерение отклонений углевых положений образца, соответствующих условию Брэгга, по крайней мере в двух точках, дополнительно перед исследуемым образцом на одном с ним основании устанавливают эталон, облучают его одновременно с исследуемым образцом рентгеновским лучом , измер ют отклонение . где i 1,2... углового положени  образца относительно эталона в каждой точке, и определ ют радиус кривизны как отношение величины рассто ни  между соседними точками к разности Дул1 и Ч

На чертеже представлена обща  схема

измерени  изгиба монокристаллического образца с использованием предложенного способа.

Рентгеновские лучи РЛ от источника излучени  (рентгеновска  трубка с линейным фокусом F), сформированные монохрома- тором и щелью на выходе коллиматора, попадают одновременно на исследуемый образец (ИО) и эталон (Э) (точки 1 и }.

Детектором Д, установленным на угол 2 вв, регистрируют отраженные от образца и эталона рентгеновские лучи. Затем производитс  запись кривых качани , и по рассто нию между пиками кривых качани  определ ют

величину отклонени  углового положени 

образца относительно эталона Др-Ч Далее исследуемый образец и эталон вместе с основанием, на котором они установлены. смещают на рассто ние L в собственной плоскости относительно рентгеновских лучей во вторую точку измерени  2 и 2 и

наход т ДуА2Л

Между точками 1 и 2 определ ют угол 1 02 , где точка 0 - центр кривизны с

радиусом R. Величина угла между точками 1 и 2 равна . Из отношени  L

к lAyjvV- Дул/| определ ют радиус изгиба .

Жесткое скрепление эталона и образца (установка их на единое сканирующее основание ) позвол ет исключить ошибки измерени , св занные с точностью системы сканировани . Это приводит не только куп- рощению способа, но и самого устройства, так как исключаетс  необходимость в сложном прецизионном оптическом устройстве АК-0,25.

Отклонение углового положени  образ-

ца относительно эталона Д уд определ етс  по разнице в угловом положении пиков отражени  рентгеновских лучей.

Угловое рассто ние между пиками зависит от начальной установки эталона относи- тельно образца в определенное угловое положение, что позвол ет проводить раздельную запись кривых отражени  от этало- на и образца и их автоматическую обработку и тем самым повысить точность измерений.

Однократна  настройка исследуемого образца в услови  Брэгга и установка эталона в заданное угловое положение в начальной точке приводит к сокращению времени проведени  измерений.

Зна  рассто ние L между исследуемыми точками и разность угловых положений между ними, определ ют радиус кривизны по формуле

Др(0 ДрО+1)

тгг- , ч , м ,

)-Др( +1)

где R - радиус кривизны;

L - рассто ние между измер емыми i-й и (|+1)-й точками;

Дул л 1 - отклонение углового положени  образца относительно эталона, измеренное в точках i и i+1.

В качестве эталона используют монокристаллическую пластину, близкую по па- раметрам к и сследуемому образцу, толщиной 2-5 мм, с обработкой поверхности по 14-му классу, в которой отсутствует изгиб атомных плоскостей.

Данный способ позвол ет проводить измерени  изгиба монокристаллических пластин и пленок кремни , германи , сапфира и т.д. после проведени  на них различ- ных технологических процессов (резка, полировка, эпитакси  и т.п.) на серийно вы5

Q

15

0 5

0

5

0

5

0

5

пускаемых промышленностью одно- и дву- кристальных дифрактометрах.

ПримерЧ.На кристаллодержа- тель устанавливают образец монокристаллического кремни  марки КДБ 10 (111)4°,076 мм, толщиной 3 мм, отполированный до 14-го класса чистоты.

Образец устанавливают таким образом, чтобы его поверхность была параллельна оси гониометра и рентгеновский луч скользил по рабочей поверхности образца. Перед исследуемым образцом на одно основание на рассто нии 1 мм от него устанавливают эталон - монокристаллическую пластину толщиной 2 мм, отполированную до 14-го класса чистоты. Эталон жестко закрепл ют перед образцом таким образом, чтобы его атомные плоскости были разориентирова- ны относительно соответствующих плоскостей образца на 80-129 угл.с. и эталон перекрывал часть интенсивности рентгеновского луча, падающего на образец.

Устанавливают детектор БДС на угол 2 ,44° и поворачивают образец с эталоном одновременно вокруг вертикальной оси гониометра в отражающее положение, соответствующее условию Брэгга ($Б 14,22°), и провод т одновременно запись кривых качани  от исследуемого образца и эталона.

Наход т отклонение углового положени  образца относительно эталона по рассто нию между пиками кривых качани  из

соотношени  Дул1 - м-h, где М - масштабный коэффициент, угл.с/мм; h - рассто ние между пиками кривых качани .

Угол Дул дл  первой точки измерени  составил 100±4 угл.с.

Смещают эталон и образец в собственной плоскости относительно рентгеновского луча на рассто нии 10 мм от первой точки измерени , производ т запись кривых качани  от исследуемого образца и эталона в этой точке и определ ют угол

Дул2 104 ±4. Так как в пределах ошибки ±4

(Дул1 - AyA2J), то изгиб образца практически отсутствует.

Настройка и измерение радиуса изгиба пластины кремни ф76 мм составл ет не более 10 мин.

Пример2, На кристаллодержатель устанавливают образец монокристаллического кремни  марки КДБ 10 (111) 4° диаметром 76 мм, толщиной 0,38 мм. Рабоча  сторона образца отполирована до 14-го класса чистоты, нерабоча  сторона - после абразивной резки.

Образец устанавливают таким образом, чтобы его поверхность была параллельна оси гониометра и рентгеновский луч скользил по рабочей поверхности образца.

Перед исследуемым образцом на одно основание на рассто нии 3 мм от него устанавливают эталон - монокристаллическую пластину толщиной 5 мм, отполированную до 14-го класса чистоты. Эталон жестко закреплен перед образцом таким образом, чтобы его атомные плоскости были разори- ентированы относительно соответствующих плоскостей на 80-120 угл.с. (дл  удобства настройки) и эталон перекрывал часть интенсивности рентгеновского луча падающего на образец.

Устанавливают детектор БДС на угол 2 ,44° и поворачивают образец с эталоном одновременно вокруг вертикальной оси гониометра в отражающее положе- ние, соответствующее условию Брэгга ,22°).

Наход т отклонение углового положени  образца относительно эталона по рассто нию между пиками кривых качани  из

соотношени  AyyJ) M h. Угол ) д первой точки измерени  составил 110 угл.с. Смещают эталон и образец в собственной плоскости относительно рентгеновского луча на рассто ние 10 мм от первой точки измерени , провод т запись кривых качани  от исследуемого образца в этой точке и

определ ют 310 угл.с. Радиус кривизны вычисл ют по формуле

R 206,34

10 м.

ДрО)-Др(2) Из примера видно, что образец изогнут за счет эффекта Тваймана, так как пластина обработана асимметрично.

Таким образом, предлагаемое решение позвол ет повысить разрешающую способность и упростить способ.

Использование изобретени  обеспечивает повышение разрешающей способности способа   в 3 раза (по прототипу точность измерени  составл ет ±14, по предлагаемому способу ±4), упрощение способа и повышение производительности его в 2 раза; упрощение самого устройства за счет исключени  сложного прецизионного оптического устройства.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ определени  радиуса изгиба атомных плоскостей монокристаллических пластин, основанный на измерении угловых положений дифракционных пиков в нескольких фиксированных точках образца при сканировании его в собственной плоскости , отличающийс  тем, что, с целью повышени  разрешающей способности и упрощени  способа, перед исследуемым образцом устанавливают жестко с ним св занный эталон, представл ющий собой монокристаллическую пластину материала образца, в которой отсутствует изгиб атомных плоскостей, рентгеновское излучение направл ют одновременно на образец и эталон, измер ют разницу угловых положений пиков отражений образца /Ъбр и эталона рэг и определ ют радиус кривизны атомных плоскостей образца R по формуле

   R

   360

   2л:

   Д/0-Д/ + 0

   где Др()-рШр

   L - рассто ние между точками, в которых провод тс  измерени .