CN1063378C - 一步法加工硅111晶锭参考面的方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种一步法加工硅111晶锭参考面的方法及设备，其特征是利用晶锭外表面上的扁棱定向，晶锭滚圆、参考面定向、参考面加工在同一滚圆机上一次完成；所用设备由滚圆机、激光器S1和S2、反射镜H、屏幕P构成，激光器S1安装在滚圆机上方，反射镜H安装在滚圆机主轴上。与现有技术比较，本方案的优点是提高工效两倍以上，在常规滚圆机上加工的参考面偏差小于0.1。

Description

一步法加工硅111晶锭参考面的方法及设备

本发明涉及半导体材料精细加工所用的方法及设备。

常用的硅111晶锭参考面的加工分为晶锭滚圆、参考面定向及磨参考面三个工序，需在2或3台设备上完成。

目前常用的定向方法为X射线衍射定向法。根据固体理论，晶体可视为间距为d的原子层组成的一系列平面，当一束平行的单色X光入射到这些平面上时，就会产生衍射现象。假定X光的波长为λ，X光的入射角等于出射角θ，则当满足nλ=2dsinθ时衍射光的强度达到极大值，式中n为0或整数， $d=\frac{a}{\sqrt{h^2+l^2+k^2}},$ a为晶体立方晶胞的边长，h,l,k为晶面的密勒指数。反过来只要确定了n及衍射极大对应的角度θ，即可确定晶面。对于硅单晶而言，主参考面的晶向为220方向，衍射角(n=1)为θ=23.7。

使用常规的方法加工硅111晶锭参考面，分为晶锭滚圆、X射线定向、磨参考面等三道工序进行，不能在滚圆机上一次完成，生产效率难以提高；应用X射线衍射仪定向，虽然定向精度较高，但由于不是在滚圆机上直接定向，加工后的参考面偏差为0.5左右，而且设备复杂，仪器价格较高，操作不慎，X射线对人体会造成伤害。

本发明的目的在于提供一种简单有效且高精度的一步法加工硅111晶锭参考面的方法及设备，晶锭滚圆、参考面定向、磨参考面等三道工序在同一台滚圆机上一次完成。晶锭参考面的加工设备由滚圆机配置两个激光器、一个反射镜及屏幕构成，其中激光器、反射镜及屏幕构成晶锭参考面的定向部件，屏幕可由工作场所的天化板承担。应用本方案可将常规的三道工序缩减为一道，工效提高两倍以上，

实现本发明目的采用以下技术措施：

1、原生硅111单晶晶锭的外表面有两个特点，一是在晶体外表面有三个三度对称的称为扁棱的的平面，二是在与晶体生长方向垂直的方向上有许多细线。利用扁棱与硅111晶锭的参考面相互垂直的关系，确定扁棱的方向即确定了参考面的方向。

2、经实验证实与晶体生长方向垂直的细线很密，类似于一系列狭缝。根据衍射理论，当一束平行的单色光照射在狭缝上面时，由于衍射而发生弥散，在较远处放置一屏幕，则屏幕上会形成一个垂直于狭缝的衍射光斑。在非扁棱处，晶锭的表面为圆柱面，所以衍射光斑较宽且强度很弱，而在扁棱处，衍射面为平面，衍射光强而细长，因此根据强衍射效应发生的位置，即可确定扁棱的方向。利用扁棱与参考面的关系，即可确定参考面的方向。

3、在滚圆机上方放置一个激光器，要求发出的光线与滚圆机的磨头平面平行并通过滚圆机主轴的中心线，基准线是该激光器发出的光束与滚圆机主轴中心线构成的平面与屏幕的交线，晶锭夹在滚圆机的主轴上，转动晶锭使得从激光器发出的光照射在晶锭的扁棱上，转动晶锭使得衍射光在屏幕上的投影与基准线重合，以此确定扁棱的准确方向。

4、确定扁棱方向后，利用另一个激光器及一个布置在滚圆机主轴上的反射镜来标记扁棱方向。调节反射镜使得反射光在屏幕上的投影与预先在屏幕上设定的参考点重合；接着对晶锭滚圆，滚圆完成后转动晶锭，使得滚圆机主轴上反射镜反射的光在屏幕上的投影重新与屏幕上的参考点重合；启动滚圆机磨出晶锭的参考面。

利用上述技术措施，晶锭的滚圆、参考面定向和参考面加工可以在同一滚圆机上一次完成，可以成倍地提高工效和参考面的定向精度。

图1为硅111晶锭外表面上的扁棱与参考面的相互垂直关系示意图，为简洁起见图中只画出了三条扁棱中的一条。

图2为硅111晶锭参考面加工设备结构示意图。

以下结合附图说明，详细叙述本发明的具体内容。

图1中M、N分别为晶锭的扁棱和参考面，两者相互垂直。图2中S1、S2为两个激光器，H为反射镜，P为屏幕，AB为确定扁棱方向的基准线，该基准线AB是S1发出的激光束和滚圆机主轴中心线构成的平面与屏幕P的交线，C是预先在屏幕上设定的参考点。

一种一步法加工硅111晶锭参考面的方法，包括晶锭滚圆和磨出参考面，其特征是采用以下步骤：

a)将硅111晶锭夹持在滚圆机上，启动激光器S1，激光射到晶锭的一扁棱M上，转动晶锭，至激光束在晶锭扁棱M上产生的衍射光线在屏幕P上的投影与基准线AB重合，接着启动激光器S2，激光射到布置在滚圆机主轴上的反射镜H上，调节反射镜H，其反射光在屏幕上的投影与参考点C重合；

b)启动滚圆机对硅111晶锭进行滚圆；

c)转动晶锭，至激光器S2发出的光经反射镜H反射后重新与屏幕上的参考点C重合，锁定晶锭；

d)启动滚圆机加工出晶锭的参考面N。

一种实施上述方法的设备，其特征是该设备由滚圆机、激光器S1和S2、反射镜H、屏幕P构成，其中激光器S1发出的光束与滚圆机主轴中心线处于同一平面中，该平面与磨头平面平行，反射镜H布置在滚圆机主轴上，激光器S2发出的光束射到反射镜H上，基准线AB是激光器S1发出的光束与滚圆机主轴中心线构成的平面与屏幕P的交线，参考点C标记在屏幕上，该屏幕P为天花板。

激光器S2布置在滚圆机座上，或者安装在墙壁上，或者天花板上。

与现有技术比较，本发明有以下优点：

1、可在滚圆机上完成晶锭滚圆、参考面定向、磨参考面三道工序，提高工效两倍以上，参考面加工偏差小于0.1，而用常规方法，晶锭滚圆、参考面定向及磨参考面必须在不同的设备上完成，既影响生产效率，也影响参考面取向的精度。

2、设备简单合理，成本低，只需在滚圆机上配置两个激光器及一个反射镜即可。

3、可以适用于各种直径规格的硅111晶锭，而无需对设备进行调整。

实施例：

采用结构如图2所示的设备，一步法加工硅111晶锭参考面N，设晶锭距屏幕的距离为D，肉眼判断衍射线光线与基准线AB重合的误差为△d，则定向误差为

设定D=2500mm，△d=5mm，则理论定向误差为0.06，用本方法加工后参考面实际偏差为0.1，远小于国家标准GB129620-91规定的硅111参考面偏差2.0及美国SEMI标准SEMI1987规定的硅111参考面偏差1.0。

Claims (3)

1、一种一步法加工硅111晶锭参考面的方法，包括晶锭滚圆和磨出参考面，其特征是采用以下步骤：

a)将硅111晶锭夹持在滚圆机上，启动激光器(S1)，激光射到晶锭的一扁棱(M)上，转动晶锭，至激光束在晶锭扁棱(M)上产生的衍射光线在屏幕(P)上的投影与基准线(AB)重合，接着启动激光器(S2)，激光射到布置在滚圆机主轴上的反射镜(H)上，调节反射镜(H)，其反射光在屏幕上的投影与参考点(C)重合；

b)启动滚圆机对硅111晶锭进行滚圆；

c)转动晶锭，至激光器(S2)发出的光经反射镜(H)反射后重新与屏幕上的参考点(C)重合，锁定晶锭；

d)启动滚圆机加工出晶锭的参考面(N)。

2、一种实施权利要求1所述方法的设备，其特征是该设备由滚圆机、激光器(S1)和(S2)、反射镜(H)、屏幕(P)构成，其中激光器(S1)发出的光束与滚圆机主轴中心线处于同一平面中，该平面与磨头平面平行，反射镜(H)布置在滚圆机主轴上，激光器(S2)发出的光束射到反射镜(H)上，基准线(AB)是激光器(S1)发出的光束与滚圆机主轴中心线构成的平面与屏幕(P)的交线，参考点(C)标记在屏幕上。

3、根据权利要求2所述的设备，其特征是屏幕(P)为天花板。

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