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Physikalisch-Technische Bundesanstalt

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Hochpräzise Kristall-Orientierungsapparatur in der PTB vorgestellt

Der Fehlwinkel zwischen Oberfläche und Netzebenen von Waferscheiben ist für die Halbleiterindustrie eine wichtige Kenngröße die auf SI-Einheiten zurückgeführt werden muss. Auch im Bereich der metrologischen Anwendung von Silicium z. B. für die Neubestimmung der Avogadro-Konstante spielt dieser Winkel eine bedeutende Rolle. Aus diesem Grund wurde eine in der PTB entwickelte und gebaute, hochpräzise Kristall-Orientierungsapparatur in Betrieb genommen.

Orientierungsapparatur für Einkristalle geometrische Abmessung etwa 2 m x 2 m, Masse ungefähr 1 Tonne

Das Verfahren dient dazu, an einkristallinen Proben mittels Röntgenstrahlinterferenzen die Orientierung einer bestimmten Netzebenennormalen des Kristallgitters in Bezug auf vorgegebene geometrische Richtungen zu bestimmen. Ihre Hauptbestandteile sind ein Röntgengoniometer mit Drehtisch, Goniometerkopf, Röntgenröhre und Röntgendetektor sowie ein optisches Messsystem mit Autokollimationsfernrohr und Referenzspiegel. Durch Schwenken der Probenhalterung mit Probe um die Goniometerachse wird die maximale Intensität nach Drehung um jeweils 90° aufgesucht, bis die Netzebenennormale parallel zur Goniometerachse ausgerichtet ist. Mit Hilfe optischer Methoden kann dann die Winkelabweichung geometrischer Richtungen zu dieser kristallographischen Richtung bestimmt werden.

So wird die Anlage, die in einem klimatisierten Laborraum aufgestellt ist, für die Prüfung des sogenannten Off-Winkels zwischen Waferoberfläche und Netzebene an ausgewählten Referenzproben aus Si, Ge und GaAs eingesetzt. Die geforderte Präzision des Verfahrens liegt je nach Anwendung in einem Bereich zwischen 1'' und 2'' (Winkelsekunden) und unterschreitet damit die bislang erreichten Messunsicherheiten vergleichbarer Messverfahren (DIN 50 433) um mehr als eine Größenordnung.

In der Halbleiterindustrie ist die präzise Angabe der Orientierung von Waferscheiben für den Aufbau epitaktischer Schichten notwendig und von großer wirtschaftlicher Bedeutung.

Ansprechpartner:

Abteilung 4.33
Telefon: 0531-592-4335

© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2011-11-17, Volker Großmann Seite drucken DruckansichtPDF-Export PDF