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Röntgenoptik

Arbeitsgruppe 4.25

Kristall-Orientierungsapparatur

Die in der PTB entwickelte und gebaute Apparatur dient der Bestimmung der Orientierung von großvolumigen Einkristallen. Die Kenntnis dieser Messgröße ist im Bereich der metrologischen Anwendung von Silizium Grundlage für die Herstellung von Röntgeninterferometern und Wellenlängen-Monochromatoren. In der Halbleiterindustrie ist die Angabe der Orientierung von Waferscheiben für den Aufbau epitaktischer Schichten notwendig und von wirtschaftlicher Bedeutung. 

Das Verfahren dient dazu, an einkristallinen Proben mittels Röntgenstrahlinterferenzen die Orientierung einer bestimmten Netzebenennormalen des Kristallgitters in Bezug auf vorgegebene geometrische Richtungen zu bestimmen. Die Orientierungsapparatur ist schematisch dargestellt. Ihre Hauptbestandteile sind ein Röntgengoniometer mit Drehtisch, Goniometerkopf, Röntgenröhre und Röntgendetektor und 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 Netzebenenormale parallel zu Goniometerachse ausgerichtet ist. Mit Hilfe optischer Methoden kann dann die Winkelabweichung geometrischer Richtungen zu dieser kristallographischen Richtung bestimmt werden. 

Auf diese Weise wird die Anlage, die in einem klimatisierten Laborraum (Temperaturkonstanz 0,5° C) aufgestellt ist, für die Prüfung des sog. 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 25 Winkelsekunden und unterschreitet damit die bislang erreichten Messunsicherheiten vergleichbarer Messverfahren (siehe DIN-50 433) um mehr als eine Größenordnung.