JP2000266697A - シリコンインゴットの結晶方位検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】検出精度の向上と検出工程の自動化に有効なシ
リコンインゴットの結晶方位検出方法を提供する。 【解決手段】Ｘ線の受光領域（２８）にマスク（３８）
を被せて、第１の反射光路（２６−１）を第３の反射光
路（２６−３）よりも多く受光させる。そして、オフセ
ットを有するシリコンインゴット（１４）をその中心軸
（１２）を回転中心として回転させながら、Ｘ線照射を
行い、その結果得られた受光パターンに基づいて、任意
の結晶面を特定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンインゴッ
トの結晶方位検出方法に関し、特に、検出精度の向上と
検出工程の自動化に有効なシリコンインゴットの結晶方
位検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハの製造分野では、結晶軸に
オフセットを持たせた半導体ウェハ（以下、「オフセッ
トウェハ」という）がデバイス工程から要求される場合
がある。従来、このようなオフセットウェハの製造は、
次のような方法によって行われていた。

【０００３】第１の方法は、結晶軸、例えば、［１０
０］軸を中心軸として引き上げたシリコンインゴットを
斜めに切断してオフセットウェハを得る方法である。第
２の方法は、初めから結晶軸を傾けてシリコンインゴッ
トを成長させる方法である。ここで、上記第１の方法で
は、シリコンインゴットの両端が無駄になるため、一般
的には、第２の方法が用いられる。この第２の方法を用
いることにより、結晶軸が中心軸に対してオフセットを
有するシリコンインゴットが得られる。そして、このシ
リコンインゴットを垂直に切断して、該シリコンインゴ
ットから複数のオフセットウェハを取得する。

【０００４】上記オフセットウェハを用いて、集積回路
等のデバイスを製造する際には、結晶軸の傾き方向、即
ち、オフセット方向が重要になる。従って、オフセット
ウェハを供給する場合には、該オフセットウェハの周縁
にノッチやオリエンテーションフラットを形成し、デバ
イス工程でオフセット方向が特定できる状態にしてお
く。

【０００５】上記ノッチやオリエンテーションフラット
は、一般に、結晶軸を取り巻く複数の結晶面のうち、オ
フセット方向に位置する結晶面に対して形成される。従
って、ノッチやオリエンテーションフラットを形成する
際には、オフセット方向に位置する結晶面を検出する必
要がある。従来、このような結晶面の検出は、シリコン
インゴットを引き上げる際に発生するミラー面に基づい
て行われていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ミラー面は、
シリコンインゴットの上部に発生する物理形状であるた
め、シリコンインゴットの上部を切り落とした後では、
結晶面を特定することができない。シリコンインゴット
のスライス工程は、一般に、シリコンインゴットの両端
を切り落としてから行われるため、シリコンインゴット
の上部を切り落とす前にノッチやオリエンテーションフ
ラットを形成しておく必要があった。

【０００７】また、ミラー面の位置は、目視によって判
断する必要があるため、マーキングの自動化が困難であ
り、加えて、目視による判断では、高精度の検出は期待
できない。

【０００８】そこで、本発明は、検出精度の向上と検出
工程の自動化に有効なシリコンインゴットの結晶方位検
出方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、結晶軸（１０）が中心軸
（１２）に対してオフセットを有するシリコンインゴッ
ト（１４）の結晶方位を検出する方法であって、前記結
晶軸を取り囲む複数の結晶面のうちの一のファミリー面
を選定する工程と、前記選定したファミリー面のうちの
一の結晶面を選定する工程と、前記選定した結晶面に対
してブラッグの条件が成立する位置にＸ線入射手段（１
６）およびＸ線受光手段（１８）を配置する工程と、前
記中心軸を回転中心として前記シリコンインゴットを回
転させながら、前記Ｘ線入射手段を用いてＸ線入射ビー
ム（２０）を該シリコンインゴットに入射し、その結果
得られたＸ線反射ビーム（２２）を前記Ｘ線受光手段で
受光する工程と、前記受光したＸ線反射ビームの強度
と、該Ｘ線反射ビームを受光したときの前記シリコンイ
ンゴットの回転量とに基づいて、該シリコンインゴット
の結晶方位を特定する工程とを具備する。請求項２記載
の発明は、結晶軸（１０）が中心軸（１２）に対してオ
フセットを有するシリコンインゴット（１４）の結晶方
位を検出する方法であって、前記結晶軸を取り囲む複数
の結晶面のうちの一のファミリー面を選定する工程と、
前記結晶軸の一端側に視点を固定し、該視点から前記シ
リコンインゴットを見た場合に、前記選定したファミリ
ー面のうち、前記結晶軸側に位置する結晶面または前記
中心軸側に位置する結晶面のいずれか一方を選定する工
程と、前記選定した側の結晶面が選定しなかった側の結
晶面よりもブラッグの条件がより多く成立する位置にＸ
線入射手段（１６）およびＸ線受光手段（１８）を配置
する工程と、前記中心軸を回転中心として前記シリコン
インゴットを回転させながら、前記Ｘ線入射手段を用い
てＸ線入射ビーム（２０）を該シリコンインゴットに入
射し、その結果得られたＸ線反射ビーム（２２）を前記
Ｘ線受光手段で受光する工程と、前記受光したＸ線反射
ビームの強度と、該Ｘ線反射ビームを受光したときの前
記シリコンインゴットの回転量とに基づいて、該シリコ
ンインゴットの結晶方位を特定する工程とを具備する。
請求項３記載の発明は、結晶軸（１０）が中心軸（１
２）に対してオフセットを有するシリコンインゴット
（１４）の結晶方位を検出する方法であって、前記結晶
軸を取り囲む複数の結晶面のうちの一のファミリー面を
選定する工程と、前記結晶軸と中心軸とが一致すると仮
定した場合に、前記選定したファミリー面に対してブラ
ッグの条件が成立する位置にＸ線入射手段（１６）およ
びＸ線受光手段（１８）を配置する工程と、前記結晶軸
の一端側に視点を固定し、該視点から前記シリコンイン
ゴットを見た場合に、前記選定したファミリー面のう
ち、前記結晶軸側に位置する結晶面または前記中心軸側
に位置する結晶面のいずれか一方を選定する工程と、前
記Ｘ線受光手段の受光領域（２８）をずらして、前記選
定した側の結晶面と選定しなかった側の結晶面とを差別
化する工程と、前記中心軸を回転中心として前記シリコ
ンインゴットを回転させながら、前記Ｘ線入射手段を用
いてＸ線入射ビーム（２０）を該シリコンインゴットに
入射し、その結果得られたＸ線反射ビーム（２２）を前
記Ｘ線受光手段で受光する工程と、前記受光したＸ線反
射ビームの強度と、該Ｘ線反射ビームを受光したときの
前記シリコンインゴットの回転量とに基づいて、該シリ
コンインゴットの結晶方位を特定する工程とを具備す
る。請求項４記載の発明は、結晶軸（１０）が中心軸
（１２）に対してオフセットを有するシリコンインゴッ
ト（１４）の結晶方位を検出する方法であって、前記結
晶軸を取り囲む複数の結晶面のうちの一のファミリー面
を選定する工程と、前記結晶軸と中心軸とが一致すると
仮定した場合に、前記選定したファミリー面に対してブ
ラッグの条件が成立する位置にＸ線入射手段（１６）お
よびＸ線受光手段（１８）を配置する工程と、前記結晶
軸の一端側に視点を固定し、該視点から前記シリコンイ
ンゴットを見た場合に、前記選定したファミリー面のう
ち、前記結晶軸側に位置する結晶面または前記中心軸側
に位置する結晶面のいずれか一方を選定する工程と、前
記選定した側の結晶面が選定しなかった側の結晶面より
もブラッグの条件がより多く成立する割合に前記Ｘ線受
光手段の受光領域（２８）を設定する工程と、前記中心
軸を回転中心として前記シリコンインゴットを３６０°
回転させながら、前記Ｘ線入射手段を用いて前記ブラッ
グの条件を満たすＸ線を該シリコンインゴットに入射
し、その結果、前記Ｘ線受光手段が受光したＸ線回折光
の強度を第１のしきい値（４０−１）と比較して、前記
結晶軸を照合する工程と、前記結晶軸の照合が終了した
シリコンインゴットをさらに３６０°回転させながら、
前記ブラッグの条件を満たすＸ線を該シリコンインゴッ
トに入射し、その結果、前記Ｘ線受光手段が受光したＸ
線回折光の強度を第２のしきい値（４０−２）と比較し
て、該シリコンインゴットのオフセット方向を照合する
工程と、前記オフセット方向の照合が終了したシリコン
インゴットをさらに回転させながら、前記ブラッグの条
件を満たすＸ線を該シリコンインゴットに入射し、その
結果、前記Ｘ線受光手段が受光したＸ線回折光の強度を
前記オフセット方向に特有のＸ線回折光のピークパター
ンと比較して、該シリコンインゴットの結晶方位を特定
する工程とを具備する。

【００１０】

【発明の実施の形態】（発明の概要）本発明の特徴は、
結晶軸が中心軸に対してオフセットを有するシリコンイ
ンゴットを回転させると、該シリコンインゴットの側面
に現れる結晶面の傾きが変化することを利用して、任意
の結晶面を光学的に検出することにある。上記のように
傾きが変化する結晶面にＸ線を入射すると、該Ｘ線は、
結晶面の傾き方向に依存して反射する。このＸ線の反射
方向に着目すれば、結晶面を特定することができる。

【００１１】（発明プロセス）まず、本発明者は、ミラ
ー面等の物理形状を目視により確認する方法ではなく、
光学的に結晶面を検出する方法を検討した。光学的手法
による結晶面の検出は、Ｘ線解析の分野で盛んに行われ
ており、結晶面高精度な検出を実現する方法として広く
知られている。このような光学的手法がオフセットを有
する結晶面に対しても適用できれば、検出工程の精度向
上と自動化が期待できる。そこで、本発明者は、光学的
手法の適用可能性を見出すべく、公知のＸ線解析法の原
理の見直しを行った。以下、公知のＸ線解析法について
説明する。

【００１２】図１は、シリコン結晶体の代表的な結晶面
の立体配置を示す模式的な斜視図である。同図に示すよ
うに、シリコン結晶体は、２６の結晶方位を有し、各方
位はその立体配置を示す３桁の数値で表される。そし
て、各方位に属する結晶面は、３桁の数値を小かっこで
くくって表現され、各結晶面を貫く結晶軸は、３桁の数
値を大かっこでくくって表現される。この３桁の数値の
うち、１の上に記された記号“−”は、軸の反転を意味
し、以下この反転記号のついた数値を「バー１」と称す
る。

【００１３】各結晶面は、同種の結晶方位ごとにグルー
プ化される。シリコン結晶体の場合は、（００１）、
（０１０）、（０１１）、（１００）、（１０１）、
（１１０）、（１１１）の７つのグループが存在する。
以下、このように分類されたグループを「ファミリー
面」という。シリコンウェハの面方位は、（１００）面
が一般的であるため、［１００］軸を取り囲む結晶面が
ノッチやオリエンテーションフラットの形成対象とな
る。そこで、以下の説明では、［１００］軸を取り囲む
結晶面の検出を念頭において説明する。

【００１４】図２は、シリコン結晶体の［１００］軸を
取り囲む結晶面を示す模式正面図である。同図に示すよ
うに、［１００］軸は、（００１）ファミリーと、（０
１０）ファミリーと、（０１１）ファミリーの３つのフ
ァミリー面に取り囲まれる。ここで、（００１）ファミ
リーは（００１）面と（００バー１）面の２つの結晶面
で構成され、（０１０）ファミリーは（０１０）面と
（０バー１０）面の２つの結晶面で構成され、（０１
１）ファミリーは（０１１）面と（０バー１１）面と
（０バー１バー１）面と（０１バー１）面の４つの結晶
面で構成される。公知のＸ線解析法では、フラッグの条
件を利用して、これら３つのファミリー面を区別する。
ここでは、ブラッグの条件を用いて（０１１）ファミリ
ーを選別する方法を説明する。

【００１５】図３は、フラッグ条件を利用した（０１
１）ファミリーの選定概念を示す模式斜視図である。同
図に示すように、（０１１）面に対してブラッグの条件
が成立するＸ線入射ビーム２０を［１００］軸の側面か
らブラッグ角θで入射すると、該Ｘ線入射ビーム２０が
（０１１）ファミリー面で反射したＸ線反射ビーム２２
が得られる。上記ブラッグの条件は、 ここで：ｄ＝格子面間隔；θ＝ブラッグ角；ｎ＝反射次
数；λ＝Ｘ線の波長； 上式で定義される。上式中の格子面間隔ｄを（０１１）
面の格子面間隔に設定すると、図２に示した３つのファ
ミリー面から（０１１）ファミリーが選別される。その
結果、複数の結晶面からなるシリコン結晶体を図３に示
した簡単なモデルで扱うことができる。

【００１６】ここで、同図に示すように、シリコン結晶
体を［１００］軸を中心に回転させながら、該結晶体の
側面からＸ線を入射すると、９０°ごとにブラッグの条
件が成立し、該シリコン結晶体を１回転させる間に４本
のピークを検出することができる。このときに得られる
４本のピークは、ブラッグの条件が成立した瞬間に生じ
る急峻な形状であるため、（０１１）ファミリーの高精
度な検出が実現できる。

【００１７】しかし、上記Ｘ線解析で得られた４本のピ
ークは、ほとんど同じ形状および強さで得られるため、
このままでは、（０１１）ファミリーを構成する４つの
結晶面を特定することはできない。そこで、本発明者
は、オフセットの概念を幾何学的視点から捉えて、該オ
フセットの積極的な利用について検討した。その検討結
果を以下に示す。

【００１８】図４は、回転軸のＨオフセットの概念を示
す模式斜視図である。同図に示すように、オフセットの
形態としては、まず、回転軸を（０１１）ファミリー面
に対して斜めに傾けた状態が考えられる。以下、このオ
フセットの形態を「Ｈオフセット」と称する。次に、こ
の傾けた回転軸と直交する方向にＸ線を入射した場合
に、該Ｘ線が反射する方向について考えてみると次のよ
うになる。

【００１９】図５は、図４のＶ視図であり、Ｈオフセッ
トの場合にＸ線回折光が反射する方向を示す模式側面図
である。同図に示した面のうち、陰影が付された部分は
紙面手前側に向いていることを示す。また、Ｘ線入射ビ
ーム２０の先端に付された「×」印は、該Ｘ線が紙面手
前から奥に向かって進行することを示す。また、Ｘ線反
射ビーム２２の先端に付された「・」印は、該Ｘ線が紙
面奥から手前に向かって進行することを示す。

【００２０】同図に示すように、（０１１）面が紙面手
前側に向いた状態を０°とすると、該０°では、（０１
１）面が紙面右方向に傾く。その結果、Ｘ線反射ビーム
２２は、紙面右側に向かって進行する。そしてこの状態
から結晶体を（１００）面に向かって時計回りに９０°
回転させると、（０バー１１）面が紙面左方向に傾く。
その結果、Ｘ線反射ビーム２２は、紙面左側に向かって
進行する。そしてさらに結晶体を９０°回転させると、
（０バー１バー１）面は、紙面左方向に傾く。その結
果、Ｘ線反射ビーム２２は、紙面左側に向かって進行す
る。そしてさらに結晶体を９０°回転させると、（０１
バー１）面が面右方向に傾く。その結果、Ｘ線反射ビー
ム２２は、紙面右側に向かって進行する。このように、
Ｈオフセットでは、Ｘ線の反射方向を２種類に分類する
ことができる。この分類基準を合理的に定義づけると次
のようになる。

【００２１】図５に示すように、Ｘ線反射ビーム２２が
紙面右側に進行するのは、（０１１）面と、（０１バー
１）面である。一方、Ｘ線反射ビーム２２が紙面左側に
進行するのは、（０バー１１）面と、（０バー１バー
１）面である。ここで、図４を参照すると、Ｘ線反射ビ
ーム２２が紙面右側に進行する（０１１）面と（０１バ
ー１）面は、回転軸よりも結晶軸に近く、Ｘ線反射ビー
ム２２が紙面左側に進行する（０バー１１）面と（０バ
ー１バー１）面は、結晶軸よりも回転軸に近いことがわ
かる。従って、Ｘ線が反射する方向は、結晶面が結晶軸
側に位置するか、または、回転軸側に位置するかによっ
て定義できる。

【００２２】図６は、回転軸のＪオフセットの概念を示
す模式斜視図である。同図に示すように、オフセットの
別の形態として、回転軸を（０１１）ファミリー面に対
して垂直に傾けた状態が考えられる。以下、このオフセ
ットの形態を「Ｊオフセット」と称する。次に、この傾
けた回転軸と直交する方向にＸ線を入射した場合に、該
Ｘ線が反射する方向について考えてみると次のようにな
る。

【００２３】図７は、図６のＶＩＩ視図であり、Ｊオフ
セットの場合にＸ線回折光が反射する方向を示す模式側
面図である。同図に示すように、（０１１）面が紙面手
前側に向いた状態を０°とすると、該０°では、（０１
１）面が紙面右方向に傾く。その結果、Ｘ線反射ビーム
２２は、紙面右側に向かって進行する。そしてこの状態
から結晶体を（１００）面に向かって時計回りに９０°
回転させると、（０バー１１）面が紙面手前方向に現れ
る。その結果、Ｘ線反射ビーム２２は、紙面手前に向か
って進行する。さらにこの状態から結晶体を９０°回転
させると、（０バー１バー１）面が紙面左方向に傾く。
その結果、Ｘ線反射ビーム２２は、紙面左側に向かって
進行する。そしてさらに結晶体を９０°回転させると、
（０１バー１）面が紙面手前に現れる。その結果、Ｘ線
反射ビーム２２は、紙面手前に向かって進行する。この
ように、Ｊオフセットでは、Ｘ線の反射方向を３種類に
分類することができる。この分類基準を合理的に定義づ
けると次のようになる。

【００２４】図７に示すように、Ｘ線反射ビーム２２が
紙面右側に進行するのは、（０１１）面である。そし
て、Ｘ線反射ビーム２２が紙面右側に進行するのは、
（０バー１１）面と（０１バー１）面である。また、Ｘ
線反射ビーム２２が紙面左側に進行するのは、（０バー
１バー１）面である。ここで、図６を参照すると、Ｘ線
反射ビーム２２が紙面右側に進行する（０１１）面は、
回転軸よりも結晶軸に近く、Ｘ線反射ビーム２２が紙面
左側に進行する（０バー１バー１）面は、結晶軸よりも
回転軸に近いことがわかる。そして、Ｘ線反射ビーム２
２が紙面手前に進行する（０バー１１）面と（０１バー
１）面については、結晶軸と回転軸両方から同じ距離だ
け離れていることがわかる。従って、Ｘ線が反射する方
向は、Ｈオフセットの場合と同様に、結晶軸と回転軸に
対する距離で定義できる。

【００２５】上述したようなＸ線があるパターンで反射
する現象は、Ｘ線を回転軸と平行に入射した場合でも、
回転軸に対して斜めから入射した場合でも見出すことが
できる。また、上記説明では（０１１）ファミリー面を
例として取り上げたが、反射方向に特定のパターンが生
じることは、（００１）ファミリー面および（０１０）
ファミリー面に対しても成立する。本発明者は、このよ
うな現象に基づいて創作行為を繰り返し、結晶面の特定
に有効な構成を見出した。以下、この特徴ある新規な構
成を詳細に説明する。

【００２６】（第１の形態）図８は、本発明の第１の形
態に係る結晶面の検出方法を示す模式斜視図である。以
下、同図に基づいて、本発明の第１の形態の構成を説明
する。

【００２７】シリコンインゴット１４は、結晶軸１０が
中心軸１２に対してオフセットを有する。このようなイ
ンゴットは、シードの切り出し方向にオフセットを設け
ることによって製造できる。同図に示す例では、［１０
０］軸がシリコンインゴット１４の中心軸１２に対して
Ｈオフセットを持つ。従って、オフセットウェハの周縁
部に現れて、マーキングの対象となるのは、該［１０
０］軸を取り囲む（０１１）ファミリー面であり、結晶
面を検出するにあたっては、まず、この（０１１）ファ
ミリー面を検出対象として選定する。

【００２８】図１を参照すればあきらかであるが、結晶
軸１０の対象となるのは、［１００］軸だけでなく、
［００１］軸や［０１０］軸であってもよい。これらの
場合には、当該軸を取り巻く結晶面がオフセットウェハ
の周縁部に現れるので、この中からマーキングすべき一
のファミリー面選定する。

【００２９】次に、前記選定したファミリー面のうち、
検出すべき一の結晶面を選定する。即ち、結晶軸１０の
一端側（例えば、シリコンインゴットのボトム側）に視
点を固定し、該視点からシリコンインゴット１４を見た
場合に、結晶軸１０側に位置する結晶面または中心軸１
２側に位置する結晶面のいずれか一方を選定する。これ
は、前述したように、Ｘ線の反射方向が結晶軸と中心軸
に対する位置関係によって分類できるからである。例え
ば、シリコンインゴット１４の中心軸１２が図４に示す
ように、（０バー１バー１）面と（０バー１１）面に近
接している場合には、これらの面が中心軸側に位置する
面となり、他の２つの面が結晶軸側に位置する面とな
る。

【００３０】次に、前記選定した側の結晶面が選定しな
かった側の結晶面よりもブラッグの条件がより多く成立
する位置にＸ線入射手段１６およびＸ線受光手段１８を
配置する。例えば、結晶軸側に位置する（０１１）面と
（０１バー１）面を選定した場合であって、図８に示す
ように、Ｘ線入射手段１６をＸ線が中心軸１２に対して
直交方向に入射する位置に配置したときは、Ｘ線受光手
段１８を第１の反射光路２６−１上に配置する。その結
果、同図中に点線で示した第３の反射光路２６−３をと
る（０バー１バー１）面と（０バー１１）面について
は、ブラッグの条件が成立せず、結晶軸側に位置する面
に対してブラッグの条件が成立する。ここで、第３の反
射光路２６−３は、（０バー１１）面と（０バー１バー
１）面によって反射する光路である。尚、Ｘ線入射手段
１６は、（０１１）面のブラッグ条件を満たすＸ線を出
力する。

【００３１】ここで、Ｘ線入射手段１６とＸ線受光手段
１８の配置を「ブラッグの条件がより多く成立する位
置」としたのは、オフセットが小さい場合を考慮したか
らである。即ち、オフセットが大きい場合には、Ｘ線反
射ビーム２２が左右に大きく振れるが、オフセットが小
さいとＸ線反射ビーム２２の振れが小さくなる。このた
め、第１の反射光路２６−１上を進行するＸ線を選択的
に受光することが困難になるからである。このような場
合には、第１の反射光路２６−１上を進行するＸ線を第
３の反射光路２６−３上を進行するＸ線よりも多く受光
できる位置にＸ線受光手段１８を配置する。即ち、「ブ
ラッグの条件がより多く成立する位置」である。

【００３２】尚、同図中に点線で示した第２の反射光路
２６−２は、Ｊオフセットの場合に（０バー１１）面と
（０１バー１）面によって反射する光路である。ここで
は、Ｈオフセットのケースを例に取り上げて説明してい
るため、Ｘ線が第２の反射光路２６−２上を進行するこ
とはないが、Ｊオフセットへの適用を容易にするために
記載した。

【００３３】次に、シリコンインゴット１４の中心軸１
２を回転中心として該シリコンインゴット１４を回転さ
せながら、Ｘ線入射手段１６を用いてＸ線入射ビーム２
０を該シリコンインゴット１４に入射し、その結果得ら
れたＸ線反射ビーム２２をＸ線受光手段１８で受光す
る。これにより、第１の反射光路２６−１を進行するＸ
線が選択的に受光され、受光強度のパターン化が実現で
きる。

【００３４】図９は、Ｈオフセットの場合のＸ線の受光
パターンを示す概念図である。同図に示すように、横軸
をシリコンインゴット１４の回転量、縦軸をＸ線受光手
段１８が受光したＸ線回折光の強度としてグラフを作成
すると、受光強度がパターン化することがわかる。Ｈオ
フセットの場合は、同図に示すように、９０°の間隔で
２本のピークが続き、その後、２７０°の間はピークの
ない状態が続く。ここで、ピークが発生する位置は、第
１の反射光路２６−１上を進行するＸ線であることを考
慮すると、この２本のピークは、（０１バー１）面およ
び（０１１）面であることがわかる。そしてさらに、こ
の受光パターンが［１００］軸に向かってシリコンイン
ゴット１４を時計まわりに回転して得られたことを考慮
すると、１本目のピークは、（０１バー１）面であり、
２本目のピークは、（０１１）面であることがわかる。
同様に、ピークのない部分においても、結晶面が９０°
ごとに現れることを考慮すれば、同図中の点線で示す部
分が（０バー１１）面と（０バー１バー１）面であるこ
とがわかる。

【００３５】上記手順により、（０１１）ファミリー面
の位置が特定できたので、後は、現時点までの回転量か
らシリコンインゴット１４の回転開始位置から第１本目
までの回転量、即ち、同図中「初期量」と示した回転量
を引いて、各結晶面の位置を割り出せば、（０１１）フ
ァミリーを構成するすべての面を特定することができ
る。

【００３６】図１０は、Ｊオフセットの場合のＸ線の受
光パターンを示す概念図である。Ｊオフセットの場合に
は、同図に示すような受光パターンが得られる。このパ
ターンを上述した手順と同様の手順で処理すれば、Ｈオ
フセットの場合と同じく、各結晶面を特定することがで
きる。

【００３７】以上説明した本発明の第１の形態によれ
ば、同じファミリー面であってもＸ線の反射方向にバリ
エーションがでるため、シリコンインゴット中の結晶面
の位置をＸ線の受光パターンとして捉えることができ
る。その結果、任意の結晶面の検出が可能になる。

【００３８】（第２の形態）図１１は、本発明の第２の
形態に係る結晶面の検出方法を示す模式側面図である。
以下、同図に基づいて、本発明の第２の形態の構成を説
明する。尚、前述した第１の形態に準ずる構成要素につ
いては、同一符号を付して説明を省略し、以下の説明で
は、第１の形態と異なる部分を主に説明する。

【００３９】まず、この第２の形態では、図８に示した
Ｘ線入射手段１６およびＸ線受光手段１８をシリコンイ
ンゴット１４の結晶軸１０と中心軸１２とが一致すると
仮定した場合に、選定したファミリー面に対してブラッ
グの条件が成立する位置に配置する。例えば、図１１に
示すように、Ｘ線の入射光路２４をシリコンインゴット
１４の中心軸１２に対して垂直に設定した場合には、結
晶軸１０と中心軸１２とが一致すると仮定した場合の反
射光路は、第２の反射光路２６−２となる。従って、Ｘ
線受光手段１８は、この第２の反射光路２６−２上を進
行するＸ線を受光できる位置に配置する。このように配
置する意図は、オフセットを持たないインゴットの結晶
面を検出する装置に対しても本発明を適用可能にするた
めである。

【００４０】次に、第１の形態と同様に、結晶軸１０の
一端側に視点を固定し、該視点からシリコンインゴット
１４を見た場合に、結晶軸側に位置する結晶面または中
心軸側に位置する結晶面のいずれか一方を選定する。即
ち、図１１に示した第１の反射光路２６−１上にＸ線を
反射する結晶面か、第３の反射光路２６−３上にＸ線を
反射する結晶面かを選択する。

【００４１】そして、Ｘ線受光手段１８の受光領域２８
をずらして、前記選定した側の結晶面と選定しなかった
側の結晶面とを差別化する。即ち、第１の反射光路２６
−１上を進行するＸ線を第３の反射光路２６−３上を進
行するＸ線よりも多く受光させて、ブラッグの条件が成
立する割合を調節する。ここで、第２の反射光路２６−
２が受光領域２８に含まれるか否かは問題でなく、いず
れの場合であっても結晶面の特定は可能である。受光領
域２８をずらすという概念には、Ｘ線受光手段１８の向
きを変える方法およびＸ線受光手段１８のＸ線受光ウィ
ンドウの一部をマスクで覆って受光部分を制限する方法
の双方が含まれる。

【００４２】その後、前述した第１の形態と同様に、中
心軸１２を回転中心としてシリコンインゴット１４を回
転させながら、Ｘ線照射を行う。もっとも、このとき回
転させるシリコンインゴット１４はオフセットを持った
ものである。その結果、Ｈオフセットの場合は、図９と
同じ受光パターンが得られる。

【００４３】図１２は、本発明の第２の形態によるＪオ
フセットのＸ線受光パターンを示す概念図である。Ｊオ
フセットの場合には、反射光が図１１に示した第２の反
射光路２６−２上を進行するため、Ｘ線を第３の反射光
路２６−３上に反射する（０バー１バー１）面にピーク
がないパターンとなる。各結晶面の特定は、前述した第
１の形態と同様に行う。

【００４４】以上説明した本発明の第２の形態によれ
ば、Ｘ線受光手段の配置がオフセットを持たないものと
仮定して決定されるため、オフセットを持たないインゴ
ットの結晶面を検出する装置に対しても本発明を適用す
ることができる。即ち、Ｘ線受光手段の配置を変更しな
くてもその受光領域をずらせば、本発明の原理が適用で
きる。

【００４５】

【実施例】（要約）Ｘ線の受光領域２８にマスク３８を
被せて、第１の反射光路２６−１を第３の反射光路２６
−３よりも多く受光させる。そして、オフセットを有す
るシリコンインゴット１４をその中心軸１２を回転中心
として回転させながら、Ｘ線照射を行い、その結果得ら
れた受光パターンに基づいて、任意の結晶面を特定する
（図１４参照）。

【００４６】（好適な実施例）前述したように、シリコ
ンウェハを用いて集積回路等を製造するデバイス工程で
は、該ウェハのオフセット方向を確認する必要がある。
従って、オフセットウェハの周縁にノッチやオリエンテ
ーションフラット等のマーキングを施し、オフセット方
向の目視確認を可能にすることは、産業上非常に有用で
ある。本発明によれば、光学的手法によって任意の結晶
面が検出できるため、高精度なマーキングが可能にな
る。そこで、以下、シリコンインゴットにマーキングを
施す方法を説明し、これを本発明の好適な実施例とす
る。

【００４７】図１３は、本発明を利用した（０１１）面
のマーキング方法を示す斜視図である。以下、同図に基
づいて、本発明の好適な実施例に係るマーキング方法を
説明する。尚、前述した本発明の各形態に準ずる構成要
素については、同一符号を付して説明を省略する。

【００４８】同図に示すシリコンインゴット１４は、
［バー１００］軸を該インゴットのトップ方向に、［１
００］をボトム方向に設定し、これらの結晶軸１０を中
心軸１２に対して４°傾けて成長させたものである。こ
の４°傾ける方向、即ち、オフセットの方向は、［００
１］であり、その結果、（０１１）ファミリー面のう
ち、（０バー１１）面と（０１１）面が結晶軸側に位置
したＨオフセット型の結晶体となる。従って、このシリ
コンインゴット１４を中心軸１２に対して垂直にスライ
スすれば、結晶面方位が（１００）、傾角度が［００
１］方向に４°のオフセットウェハが得られる。このよ
うにして得られたオフセットウェハのオフセット方向を
明らかにするため、本実施例では、［０１１］方向にマ
ーキングを施す。

【００４９】［０１１］方向にマーキングを施すために
は、シリコンインゴット１４の（０１１）面を検出する
必要がある。そこで、まず、シリコンインゴット１４を
中心軸１２に沿って縦に２分したときの断面を仮定し、
このインゴット中心断面３０に直交する法線３２と、Ｘ
線入射ビーム２０と、Ｘ線反射ビーム２２とが同一平面
となる位置にＸ線入射手段１６およびＸ線受光手段１８
を配置する。このとき、このＸ線入射手段１６およびＸ
線受光手段１８は、（０１１）ファミリー面に対するブ
ラッグの条件満たす位置、即ち、インゴット中心断面３
０に対してブラッグ角θだけ傾けた位置に配置する。こ
の配置は、前述した「結晶軸１０と中心軸１２とが一致
すると仮定した場合に、選定したファミリー面に対して
ブラッグの条件が成立する位置」に相当する。

【００５０】そして、シリコンインゴット１４の中心軸
１２を真空チャッキングして、該中心軸１２に回転装置
３４を設置する。回転装置３４は、１°／１，０００
の精度でシリコンインゴット１４を回転させることがで
きる。この回転装置３４には、該回転装置３４を数値制
御するコントローラ３６が接続され、このコントローラ
３６は、回転装置３４の回転精度を制御するとともに、
シリコンインゴット１４の回転量と、Ｘ線受光手段１８
が受光したＸ線の回折強度とを対応させて記憶する。

【００５１】図１４は、図１３に示したＸ線受光手段１
８の受光領域を設定する工程を示す概念図である。同図
に示すように、Ｘ線受光手段１８の受光領域２８は、第
１の反射光路２６−１と第３の反射光路２６−３の両方
を含む。これは、結晶軸のオフセット角が４°と小さい
ため、反射光路の振れも小さくなるからである。従っ
て、Ｘ線受光手段１８の受光領域２８をそのまま用いた
のでは、第１の反射光路２６−１と第３の反射光路２６
−３を区別することができなくなる。そこで、この受光
領域を設定する工程では、第３の反射光路２６−３の一
部にマスク３８を被せて、結晶軸１０側に位置する面
と、中心軸１２側に位置する面とを差別化する。具体的
には、同図左下に示したグラフのように、結晶軸１０側
に位置する（０バー１１）面と（０１１）面のＸ線回折
強度が中心軸１２側に位置する（０１バー１）面と（０
バー１バー１）面のＸ線回折強度よりも大きくなる位置
にマスク３８を設置する。このＸ線回折強度のピーク差
は、２倍程度あることが好ましい。このピーク差の割合
は、シリコンインゴット１４を［バー１００］軸に向か
って時計方向に回転させながら、実際にＸ線照射を行っ
て決定する。

【００５２】図１５は、（０１１）面の検出とマーキン
グの工程を示す概念図である。同図に示すように、ま
ず、シリコンインゴット１４を比較的粗い精度で３６０
°回転させ、その結果得られた１回転目の受光パターン
を回折強度３０％前後に設定した第１のしきい値４０−
１と比較する。そして、この第１のしきい値４０−１を
超えるピークが４本あった場合には、当該回転させたシ
リコンインゴット１４の結晶軸１０が［バー１００］で
あると判断し、２回目の回転を行う。一方、第１のしき
い値４０−１を超えるピークが４本でなかった場合に
は、このシリコンインゴット１４に対するマーキングを
中止する。

【００５３】２回目の回転も１回目の回転と同様に比較
的粗い精度で行い、該回転の結果得られた受光パターン
を回折強度７０％前後に設定した第２のしきい値４０−
２と比較する。そして、この第２のしきい値４０−２を
超えるピークが２本あった場合には、当該回転させたシ
リコンインゴット１４がＨオフセット型であると判断
し、３回目の回転を行う。一方、第２のしきい値４０−
２を超えるピークが２本でなかった場合には、このシリ
コンインゴット１４に対するマーキングを中止する。

【００５４】３回目の回転は、（０１１）面の位置に相
当する２本目のピークをねらって高精度で行う。そし
て、この２本目のピークが得られたら、該ピークの中心
に相当する回転量を求める。ピークの中心値Ｃは、 ここで：Ｃ＝中心の回転量；Ａ＝２本目のピークと第２
のしきい値４０−２との最初の交点；Ｂ＝２本目のピー
クと第２のしきい値４０−２との次の交点；上式を用い
て求める。そして、回転装置３４を操作して、上記求め
た２本目のピークの検出位置にシリコンインゴット１４
を戻し、この位置にマーキングを施す。

【００５５】上述した実施例において、シリコンインゴ
ット１４をチャッキングしてからマーキングするまでの
工程は、自動的に行われる。この実施例を現在実施中で
あるが今のところ検出ミスによる不具合は発生していな
い。

【００５６】尚、上記実施例では、第１のしきい値４０
−１を回折強度７０％、第２のしきい値を回折強度３０
％としたが、これらのしきい値は、マスク３８を被せる
割合に応じて決定する。即ち、第１のしきい値４０−１
は、（０１１）ファミリー面のすべてのピークを捉える
値に設定し、第２のしきい値４０−２は、結晶軸１０側
に位置する面と中心軸１２側に位置する面とを区別でき
る値に設定すればよい。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
検出精度の向上と検出工程の自動化に有効なシリコンイ
ンゴットの結晶方位検出方法を提供することができる。

【００５８】また、本発明の第１の形態によれば、同じ
ファミリー面であってもＸ線の反射方向にバリエーショ
ンがでるため、シリコンインゴット中の結晶面の位置を
Ｘ線の受光パターンとして捉えることができる。その結
果、任意の結晶面の検出が可能になる。

【００５９】また、本発明の第２の形態によれば、Ｘ線
受光手段の配置がオフセットを持たないものと仮定して
決定されるため、オフセットを持たないインゴットの結
晶面を検出する装置に対しても本発明を適用することが
できる。即ち、Ｘ線受光手段の配置を変更しなくてもそ
の受光領域をずらせば、本発明の原理が適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリコン結晶体の代表的な結晶面の立体配置を
示す模式的な斜視図である。

【図２】シリコン結晶体の［１００］軸を取り囲む結晶
面を示す模式正面図である。

【図３】フラッグ条件を利用した（０１１）ファミリー
の選定概念を示す模式斜視図である。

【図４】回転軸のＨオフセットの概念を示す模式斜視図
である。

【図５】図４のＶ視図であり、Ｈオフセットの場合にＸ
線回折光が反射する方向を示す模式側面図である。

【図６】回転軸のＪオフセットの概念を示す模式斜視図
である。

【図７】図６のＶＩＩ視図であり、Ｊオフセットの場合
にＸ線回折光が反射する方向を示す模式側面図である。

【図８】本発明の第１の形態に係る結晶面の検出方法を
示す模式斜視図である。

【図９】Ｈオフセットの場合のＸ線の受光パターンを示
す概念図である。

【図１０】Ｊオフセットの場合のＸ線の受光パターンを
示す概念図である。

【図１１】本発明の第２の形態に係る結晶面の検出方法
を示す模式側面図である。

【図１２】本発明の第２の形態によるＪオフセットのＸ
線受光パターンを示す概念図である。

【図１３】本発明を利用した（０１１）面のマーキング
方法を示す斜視図である。

【図１４】図１３に示したＸ線受光手段１８の受光領域
を設定する工程を示す概念図である。

【図１５】（０１１）面の検出とマーキングの工程を示
す概念図である。

【符号の説明】

１０…結晶軸、１２…中心軸、１４…シリコンインゴッ
ト、１６…Ｘ線入射手段、１８…Ｘ線受光手段、２０…
Ｘ線入射ビーム、２２…Ｘ線反射ビーム、２４…入射光
路、２６−１…第１の反射光路、２６−２…第２の反射
光路、２６−３…第３の反射光路、２８…受光領域、３
０…インゴット中心断面、３２…法線、３４…回転装
置、３６…コントローラ、３８…マスク、４０−１…第
１のしきい値、４０−２…第２のしきい値、

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶軸（１０）が中心軸（１２）に対し
   てオフセットを有するシリコンインゴット（１４）の結
   晶方位を検出する方法であって、 前記結晶軸を取り囲む複数の結晶面のうちの一のファミ
   リー面を選定する工程と、 前記選定したファミリー面のうちの一の結晶面を選定す
   る工程と、 前記選定した結晶面に対してブラッグの条件が成立する
   位置にＸ線入射手段（１６）およびＸ線受光手段（１
   ８）を配置する工程と、 前記中心軸を回転中心として前記シリコンインゴットを
   回転させながら、前記Ｘ線入射手段を用いてＸ線入射ビ
   ーム（２０）を該シリコンインゴットに入射し、その結
   果得られたＸ線反射ビーム（２２）を前記Ｘ線受光手段
   で受光する工程と、 前記受光したＸ線反射ビームの強度と、該Ｘ線反射ビー
   ムを受光したときの前記シリコンインゴットの回転量と
   に基づいて、該シリコンインゴットの結晶方位を特定す
   る工程とを具備するシリコンインゴットの結晶方位検出
   方法。
2. 【請求項２】 結晶軸（１０）が中心軸（１２）に対し
   てオフセットを有するシリコンインゴット（１４）の結
   晶方位を検出する方法であって、 前記結晶軸を取り囲む複数の結晶面のうちの一のファミ
   リー面を選定する工程と、 前記結晶軸の一端側に視点を固定し、該視点から前記シ
   リコンインゴットを見た場合に、前記選定したファミリ
   ー面のうち、前記結晶軸側に位置する結晶面または前記
   中心軸側に位置する結晶面のいずれか一方を選定する工
   程と、 前記選定した側の結晶面が選定しなかった側の結晶面よ
   りもブラッグの条件がより多く成立する位置にＸ線入射
   手段（１６）およびＸ線受光手段（１８）を配置する工
   程と、 前記中心軸を回転中心として前記シリコンインゴットを
   回転させながら、前記Ｘ線入射手段を用いてＸ線入射ビ
   ーム（２０）を該シリコンインゴットに入射し、その結
   果得られたＸ線反射ビーム（２２）を前記Ｘ線受光手段
   で受光する工程と、 前記受光したＸ線反射ビームの強度と、該Ｘ線反射ビー
   ムを受光したときの前記シリコンインゴットの回転量と
   に基づいて、該シリコンインゴットの結晶方位を特定す
   る工程とを具備するシリコンインゴットの結晶方位検出
   方法。
3. 【請求項３】 結晶軸（１０）が中心軸（１２）に対し
   てオフセットを有するシリコンインゴット（１４）の結
   晶方位を検出する方法であって、 前記結晶軸を取り囲む複数の結晶面のうちの一のファミ
   リー面を選定する工程と、 前記結晶軸と中心軸とが一致すると仮定した場合に、前
   記選定したファミリー面に対してブラッグの条件が成立
   する位置にＸ線入射手段（１６）およびＸ線受光手段
   （１８）を配置する工程と、 前記結晶軸の一端側に視点を固定し、該視点から前記シ
   リコンインゴットを見た場合に、前記選定したファミリ
   ー面のうち、前記結晶軸側に位置する結晶面または前記
   中心軸側に位置する結晶面のいずれか一方を選定する工
   程と、 前記Ｘ線受光手段の受光領域（２８）をずらして、前記
   選定した側の結晶面と選定しなかった側の結晶面とを差
   別化する工程と、 前記中心軸を回転中心として前記シリコンインゴットを
   回転させながら、前記Ｘ線入射手段を用いてＸ線入射ビ
   ーム（２０）を該シリコンインゴットに入射し、その結
   果得られたＸ線反射ビーム（２２）を前記Ｘ線受光手段
   で受光する工程と、 前記受光したＸ線反射ビームの強度と、該Ｘ線反射ビー
   ムを受光したときの前記シリコンインゴットの回転量と
   に基づいて、該シリコンインゴットの結晶方位を特定す
   る工程とを具備するシリコンインゴットの結晶方位検出
   方法。
4. 【請求項４】 結晶軸（１０）が中心軸（１２）に対し
   てオフセットを有するシリコンインゴット（１４）の結
   晶方位を検出する方法であって、 前記結晶軸を取り囲む複数の結晶面のうちの一のファミ
   リー面を選定する工程と、 前記結晶軸と中心軸とが一致すると仮定した場合に、前
   記選定したファミリー面に対してブラッグの条件が成立
   する位置にＸ線入射手段（１６）およびＸ線受光手段
   （１８）を配置する工程と、 前記結晶軸の一端側に視点を固定し、該視点から前記シ
   リコンインゴットを見た場合に、前記選定したファミリ
   ー面のうち、前記結晶軸側に位置する結晶面または前記
   中心軸側に位置する結晶面のいずれか一方を選定する工
   程と、 前記選定した側の結晶面が選定しなかった側の結晶面よ
   りもブラッグの条件がより多く成立する割合に前記Ｘ線
   受光手段の受光領域（２８）を設定する工程と、 前記中心軸を回転中心として前記シリコンインゴットを
   ３６０°回転させながら、前記Ｘ線入射手段を用いて前
   記ブラッグの条件を満たすＸ線を該シリコンインゴット
   に入射し、その結果、前記Ｘ線受光手段が受光したＸ線
   回折光の強度を第１のしきい値（４０−１）と比較し
   て、前記結晶軸を照合する工程と、 前記結晶軸の照合が終了したシリコンインゴットをさら
   に３６０°回転させながら、前記ブラッグの条件を満た
   すＸ線を該シリコンインゴットに入射し、その結果、前
   記Ｘ線受光手段が受光したＸ線回折光の強度を第２のし
   きい値（４０−２）と比較して、該シリコンインゴット
   のオフセット方向を照合する工程と、 前記オフセット方向の照合が終了したシリコンインゴッ
   トをさらに回転させながら、前記ブラッグの条件を満た
   すＸ線を該シリコンインゴットに入射し、その結果、前
   記Ｘ線受光手段が受光したＸ線回折光の強度を前記オフ
   セット方向に特有のＸ線回折光のピークパターンと比較
   して、該シリコンインゴットの結晶方位を特定する工程
   とを具備するシリコンインゴットの結晶方位検出方法。