JP2005077271A - 結晶表裏判定装置及び結晶傾斜方位判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短い測定時間でウエハの表裏を判定することが可能な結晶表裏判定装置を提供すること。
【解決手段】支持台２は、ウエハ１のノッチ１ａが可動ピン４と契合するように３つのピンでウエハ１を挟んで位置決め固定する。ノッチ方位１２と直交する面を照射面１３として設定し、この照射面１３に沿って測定点ＭにＸ線８を照射し、回折Ｘ線を照射面１３からずらして配置した検出部のＸ線検出器１０の出力に基づきウエハ１の表裏を判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばシリコンや水晶等の結晶の表裏を、Ｘ線回折を利用して判定する結晶表裏判定装置、及び結晶のカット面に対する傾斜の方位を、Ｘ線回折を利用して判定する結晶傾斜方位判定装置に関する。

シリコンなどの円盤状の単結晶ウエハは結晶の方位がわかるようにノッチやオリフラ面が周囲に付けられている。ＩＣを製造する時、このノッチ（以下ノッチ、オリフラ面をノッチで代表させる）にあわせてＩＣの向きを決める。ＩＣはウエハの片面に対して処理を行って作るが、通常のウエハはカット面（スライス面）と結晶面が合うようにカットされているので、ウエハが裏返しになっても差異は生じない。

ところが、ＩＣ製造上の都合で、結晶面から傾斜させてカットする（以下オフカットと称する）ウエハがある。このオフカットはノッチを基準に所定方位に傾斜させて行うが、ウエハが裏返しになるとオフカット方位が異なってしまう問題が生じる。オフカットウエハは裏返ってしまうと目視では区別がつかなくなってしまうため、カット後、裏返らないように管理して製造される。

従来、オフカットウエハの裏表の確認は、カット面の結晶方位を測定して行っている。図７は従来のカット面結晶方位測定装置である。ウエハ１０１をノッチ基準で支持台１０２に固定し、Ｘ線管１０３からの銅の特性Ｘ線１０５（単一波長）をウエハ１０１のＭ点に当て、ウエハ１０１からの回折Ｘ線１０６をＸ線検出器１０７で検出する。Ｘ線管１０３とＸ線検出器１０７を一体でθ・φ機構１０８でＭ点の周りにθ回転させ、検出器出力がピークとなるθを見つけ、φ軸１０９に対するφ回転の２ヶ所でピークのθを求めることで、結晶面法線ｈの方向が測定される。この結晶面法線ｈのスライス面法線に対する傾斜の方位からウエハの表裏が判定できる。

特許文献１は、従来のカット面結晶方位測定装置が開示されている。

また、特許文献２は、側面の結晶方位を４箇所測定して、検出器出力の大小よりオフカット方位を求めるシリコンインゴットの結晶方位検出方法が開示されている。
特開平１１−６４２５２号公報 特開２０００−２６６６９７号公報

従来のカット面結晶方位測定装置はインゴットの端面を測定して、カット面を決めるための装置であり、この装置でウエハの表裏を判定することはできるが、測定時間が長い欠点がある。すなわち、θスキャンを行い検出器出力ピークを見つけることを、Φの少なくとも２方向で行なわなければならない。また、装置も大掛りになる。

本発明の目的は、短い測定時間でウエハの表裏を判定する結晶表裏判定装置を提供すること、またウエハの種別判定などに応用することが可能な結晶傾斜方位判定装置を提供することにある。

上記目的を達成するため請求項１に係る結晶表裏判定装置は、側面にマークが付けられた円柱状結晶を、前記マークを基準に位置決めする手段と、
前記円柱状結晶のカット面に対しこのカット面に直交しかつ前記マークの方位と直交する面である照射面に沿ってＸ線を照射するＸ線源と、
前記カット面で回折したＸ線を前記照射面からずらして配置した検出部で検出するＸ線検出器と、
このＸ線検出器の出力に基づき前記円柱状結晶の表裏を判定する判定手段と
を具備することを特徴とする。

この構成により、回折Ｘ線は、結晶面のカット面に対する傾斜の方位が照射面を基準にマークの方位に近い側か遠い側かに対応して同じ側に回折されるので、ずらして配置した検出部の検出器出力の大小より傾斜の側（近遠）がわかる。他方、結晶はマークの方位を軸に表裏反転することにより傾斜の側（近遠）が反転するので、検出器出力の大小より円柱状結晶の表裏を判定することができる。

上記目的を達成するため請求項２に係る結晶表裏判定装置は、請求項１において、前記検出部の位置を前記照射面に対しそれぞれずれて互いに略対称に設定した２箇所で切換える切換え手段を更に具備することを特徴とする。

この構成により、この２箇所での出力は、回折がずれた時、互いに一方が大きくなれば他方は小さくなる関係なので、この出力を比較することで判定を確実にすることができる。

上記目的を達成するため請求項３に係る結晶表裏判定装置は、請求項１において、前記Ｘ線検出器は、前記照射面に対し前記検出部と略対称に配置した別の検出部を具備することを特徴とする。

この構成により、請求項２と同様に、この２つの出力は、回折がずれた時、互いに一方が大きくなれば他方は小さくなる関係なので、この出力を比較することで判定を確実にすることができる。

上記目的を達成するため請求項４に係る結晶傾斜方位判定装置は、結晶を位置決めする手段と、
前記結晶のカット面に対しこのカット面と直交する面である照射面に沿ってＸ線を照射するＸ線源と、
前記カット面で回折したＸ線を前記照射面からずらして配置した検出部で検出するＸ線検出器と、
このＸ線検出器の出力に基づき前記結晶の前記カット面に対する傾斜の方位が前記照射面のどちら側かを判定する判定手段とを具備することを特徴とする。

主要な構成要素が請求項１と同じであるこの構成により、回折Ｘ線は、結晶面のカット面に対する傾斜の方位が照射面のどちら側かに対応して同じ側に回折されるので、ずらして配置した検出部の検出器出力の大小より傾斜の側を判定することができる。これにより、結晶の種別判定などが可能となる。

本発明によれば、短い測定時間でウエハの表裏を判定する結晶表裏判定装置を提供でき、またウエハの種別判定などに応用することが可能な結晶傾斜方位判定装置を提供できるものである。

（第１の実施の形態）
図１は、側面にマークが付けられた円柱状結晶としてウエハの表裏を判定する装置の第１の実施の形態の概略構成図である。

支持台２は、ウエハ１を位置決め固定する。すなわち、支持台２は、そのウエハ搭載側に、２つの固定ピン３ａ，３ｂと、この２つの固定ピン３ａ，３ｂを結ぶ線分の垂直２等分線上をこの線分の方向にばねで付勢されて動く可動ピン４とを有し、ウエハ１のノッチ１ａが可動ピン４と契合するように、３つのピンでウエハ１を挟んで位置決め固定されている。これにより、直径が異なるウエハを固定してもウエハ中心Ｃとノッチ１ａを結ぶ方向であるノッチ方位１２は不変となる。

また、ノッチ方位１２と直交する面を照射面１３として設定し、この照射面１３に沿って測定点ＭにＸ線８が照射されるよう、Ｘ線管６と線源コリメータ７とが固定される。この場合、照射面１３は、ウエハのカット面１ｂとも直交することになる。

Ｘ線管６から発生するＸ線８は、銅の特性Ｘ線である。照射角θ０は、回折のブラッグ角である。Ｘ線検出器（の有感度部）１０は、測定点Ｍでθ０で回折される回折Ｘ線９を検出するように、また、照射面１３上から片側にずらして設定される。Ｘ線検出器１０の出力は出力メータ１１に表示される。なお、図１で、Ｘ線８と回折Ｘ線９は実際には広がりを持つが、説明を容易にするために直線で示した。また、Ｘ線検出器１０は説明を容易にするため有感度部のみを示している。

次に、第１の実施の形態の作用について説明する。

図２はオフカットウエハの一例である。図２（ａ）はオフカットウエハを表から見た図で、図２（ｂ）は同じオフカットウエハを裏から見た図である。結晶面法線ｈは裏表を換えると照射面１３に対し鏡像反転する。

図３は、図２のオフカットウエハを測定したときのＸ線検出器の出力を示す図である。図３（ａ）は表の場合で、結晶面法線ｈが照射面１３の右に倒れているので、回折Ｘ線９は右に折れてＸ線検出器１０に入射し、出力メータ１１が大きく振れる。

図３（ｂ）は裏の場合で、結晶面法線ｈが照射面１３の左に倒れているので回折Ｘ線９は左に折れてＸ線検出器１０から外れ、出力メータ１１は振れない。

このように、Ｘ線検出器１０の出力でオフカットウエハの表裏を判別することができる。詳細には、判定レベルＬ１，Ｌ２（Ｌ１＜Ｌ２）を設けておき、Ｘ線検出器出力がＬ２より大きい時に表であると判定し、Ｘ線検出器出力がＬ１より小さい時に裏であると判定し、Ｘ線検出器出力がＬ１とＬ２の間のとき判定不可とする。

以上のように第１の実施の形態によれば、回折Ｘ線は、結晶面のカット面に対する傾斜の方位が照射面を基準にノッチ方位に近い側か遠い側かに応じてそれと同じ側にずれて回折されるので、ずらして配置した検出器出力の大小より傾斜の側（近遠）が分る。他方、ウエハはノッチ方位を軸に表裏反転することにより傾斜の側（近遠）が反転するので、検出器出力の大小よりウエハの表裏を判定することができる。

また、第１の実施の形態によれば、ウエハを固定してＸ線を照射し、検出器出力の大小を見るだけでウエハの表裏が判定できるので、機構部のスキャンが不要で、短時間で判定することができる。また、装置が簡易で故障個所も少なく安価である。

（第１の実施の形態の変形例１）
第１の実施の形態ではノッチが付けられたウエハを例にしたが、オリフラ面が付けられたウエハの場合も同様に支持台２に位置決め固定してウエハの表裏を判定することができ、またウエハの厚みは厚くてもよく、端部がカットされたインゴットに対しても適応でき、側面にマークが付けられた円柱状結晶について、その表裏を判定することができる。

（同変形例２）
第１の実施の形態で、ウエハの支持台への自動装填装置や検出器出力から裏返し品を判定し自動修正する装置、また、判定不可品を排除する装置、など追加することもできる。このような追加で、全数検査に適した装置となる。

（同変形例３）
第１の実施の形態で、出力メ一夕１１のかわりに表裏判定回路を設けてもよい。表裏判定回路は、判定レベルＬ１，Ｌ２（Ｌ１＜Ｌ２）を設けておき、Ｘ線検出器出力がＬ２より大きい時に表である判定し、Ｘ線検出器出力がＬ１より小さい時に裏であると判定し、Ｘ線検出器出力がＬ１とＬ２の間のとき判定不可とする回路である。

（同変形例４）
図４は変形例４の構成である。変形例４は第１の実施の形態に対して、Ｘ線検出器１０をずらさず照射面１３上に設置し、検出器コリメータ１６と検出位置駆動部１８を追加する。さらに、出力メータ１１の代りに裏表判定回路１７を設ける。検出器コリメータ１６は開口１６ａ以外はＸ線を遮蔽する。これで、Ｘ線検出器１０の検出部が開口１６ａの背後部分だけとなる。

検出位置駆動部１８により、検出器コリメータ１６の開口１６ａは照射面１３に対し略対称な２つの位置で切換えられる。表裏判定回路はこの２つの位置の検出器出力を比較して表裏を判定し、また、２つの出力の差（あるいは比）が所定値より小さいとき判定不可とする。

なお、変形例４では、開口１６ａの切換えはＸ線検出器１０の検出部の切換えと言換えてもよい。また変形例４では、検出器コリメータ１６といっしょにＸ線検出器１０を移動させても良く、また、検出器コリメータ１６無しでＸ線検出器１０だけを移動させるようにすることもできる。

この変形例４によれば、Ｘ線８の強度やＸ線検出器のゲインのドリフトがある場合でも安定した判定が可能である。

（同変形例５）
図５は変形例５の構成である。変形例５は第１の実施の形態に対し、Ｘ線検出器を１つ追加し、出力メータ１１のかわりに表裏判定回路１７を設ける。２つのＸ線検出器（の有感部）１０ａ，１０ｂを照射面１３に対しそれぞれずらして互いに略対称になるように設置する。表裏判定回路１７は２つの出力を比較して表裏を判定し、また、２つの出力の差（あるいは比）が所定値より小さいとき判定不可とする。

この変形例５によれば、Ｘ線８の強度にドリフトがある場合でも安定した判定が可能で、検出位置駆動が不要である。

また変形例５では、Ｘ線検出器が２つあるが、２チャンネルのＸ線検出器が１つあると言い換えても同じことである。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は第１の実施の形態の応用である。構成の違いは図１で、ノッチ方位１２をカット面１ｂに沿って回転するウエハ回転部を追加した点である。

第２の実施の形態では結晶面の法線が照射面１３のどちら側に倒れているかを判定する。第１の実施の形態と同様にＸ線検出器の出力から判定できる。

これはオフカットの種別を判別するのに使うことができる。図６はオフカットの種別判定を示す。Ａ種、Ｂ種が混在してしまったとき、その区別を行う。Ａ種、Ｂ種の結晶傾斜方位の中間に照射面１３がくるようにウエハを回転させる。この位置でＸ線検出器１０の出力が大きい時、Ｂ種、小さいときＡ種と判定する。

本実施の形態のように主要構成要素が第１の実施の形態と同じであるこの構成により、結晶面のカット面に対する傾斜の方位が照射面１３のどちら側かで回折Ｘ線９が同じ側にずれて回折されるので、検出器出力の大小より傾斜の側を判定することができる。これにより、ウエハの種別判定などが可能となる。

第２の実施の形態によれば、ウエハを固定してＸ線を照射し、検出器出力の大小を見るだけでウエハの種別が判定できるので、機構部のスキャンが不要で、短時間で判定することができる。また、装置が簡易で故障個所も少なく安価である。

（第２の実施の形態の変形例）
第２の実施の形態でウエハの回転位置を変えながら検出器出力を見ることでノッチに対する結晶方位が正確に判る。また、Ｘ線検出器（の有感度）１０を照射面１３の中央に固定してウエハの回転位置を変えながら検出器出力を見ることで、傾斜方位が照射面１３に一致したとき検出器出力が最大になるので、ノッチに対する結晶方位が正確に判る。また、Ｘ線検出器（の有感度部）１０を照射面１３に対して移動させながら検出器出力の最大を見ることで、ノッチに対する結晶方位が正確に判る。

その他第１の実施の形態と同様な変形が可能である。

なお、本願発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る結晶表裏判定装置の構成図。 同実施形態における結晶としてオフカットウエハの一例を示す図。 同実施形態におけるＸ線検出器の出力を示す図。 同実施形態の変形例４の構成を示す図。 同実施形態の変形例５の構成を示す図。 本発明の第２の実施の形態を示すものであって、結晶傾斜方位としてオフカット種別を判定する装置を示す構成図。 従来のカット面結晶方位測定装置を説明する図。

符号の説明

１…ウエハ、１ａ，ノッチ、１ｂ…カット面、２…支持台、３ａ，３ｂ…固定ピン、４…可動ピン、６…Ｘ線管、７…線源コリメータ、８…Ｘ線、９…回折Ｘ線、１０…Ｘ線検出器、１１…出力メータ、１２…ノッチ方位、１３…照射面、１６…検出器コリメータ、１６ａ…開口、１７…表裏判定回路、１８…検出位置駆動部。

Claims (4)

1. 側面にマークが付けられた円柱状結晶を、前記マークを基準に位置決めする手段と、
   前記円柱状結晶のカット面に対しこのカット面に直交しかつ前記マークの方位と直交する面である照射面に沿ってＸ線を照射するＸ線源と、
   前記カット面で回折したＸ線を前記照射面からずらして配置した検出部で検出するＸ線検出器と、
   このＸ線検出器の出力に基づき前記円柱状結晶の表裏を判定する判定手段と
   を具備することを特徴とする結晶表裏判定装置。
2. 前記検出部の位置を前記照射面に対しそれぞれずれて互いに略対称に設定した２箇所で切換える切換え手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載の結晶表裏判定装置。
3. 前記Ｘ線検出器は、前記照射面に対し前記検出部と略対称に配置した別の検出部を具備することを特徴とする請求項１項記載の結晶表裏判定装置。
4. 結晶を位置決めする手段と、
   前記結晶のカット面に対しこのカット面と直交する面である照射面に沿ってＸ線を照射するＸ線源と、
   前記カット面で回折したＸ線を前記照射面からずらして配置した検出部で検出するＸ線検出器と、
   このＸ線検出器の出力に基づき前記結晶の前記カット面に対する傾斜の方位が前記照射面のどちら側かを判定する判定手段と
   を具備することを特徴とする結晶傾斜方位判定装置。

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