JP2007101394A - 結晶面方位の簡易判定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 結晶面の方位判定を行う際に、簡単、迅速、且つ低コストで安全に行うことが出来る技術を提供する。
【解決手段】 シリコンウェーハのエッチング面に集光したレーザー光を、ウェーハ面に対し斜め方向から照射し、生じる反射光像を半透明スクリーンに投影し、偏光フィルターを装着したＣＣＤカメラでその投影像を撮影し、その撮影像を画素照度に基づいてパターン画像とし、そのパターン画像を予め記憶させておいた特定方位のパターン画像と照合して方位を表示することを特徴とする。前記レーザー光の照射角度をウェーハ面に対して、２０〜７０°の角度とすること、前記レーザー光が半導体レーザーであること、前記レーザー光の波長が５００〜１０００ｎｍで出力５ｍＷ以下であること、前記ＣＣＤカメラに装着する偏光フィルターの減光率をＮＤ２〜８とすることがそれぞれ好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、結晶方位の判定技術、特にシリコンウェーハの結晶方位を簡便に判定評価する技術に関するものである。

ＩＣを製造するシリコンウェーハ単結晶は、その純度において、また、その結晶面の方位において、厳密な精度が要求される。しかし、太陽光発電用に利用されるシリコンウェーハ単結晶は、それほど厳密な精度が要求される訳ではない。さらに言えば、必ずしも単結晶であることも要求されない場合もある。
太陽光発電用に利用されるシリコンウェーハは、それ専用に製造される場合も多いが、厳密な精度が保たれなかったＩＣ用シリコンウェーハ単結晶が転用利用される場合もある。

ＩＣを製造するために製造されたシリコンウェーハ単結晶には、その方位面が〈１００〉方位面、〈１１１〉方位面、〈１１０〉方位面等が採用されている。転用利用されるＩＣ用シリコンウェーハ単結晶には、それら複数の方位面のものが混在していることが多いので、太陽光発電用に用いるに際して、その方位面をチェックする必要がある。
シリコンウェーハの結晶面の方位判定においては、従来は、単結晶のＸ線回折現象を応用した装置で方位判定及び特定をしている。すなわち、Ｘ線を直接シリコンウェーハに照射し、線源とシリコンウェーハと検出部の成す結晶面に特有な回折角度で回折Ｘ線を検出されることによって、結晶面の方位を特定している。

しかしながら、Ｘ線回折現象を応用した装置で結晶面の方位判定を行う場合、Ｘ線の発生線源を含めた専用の測定装置を必要とする。またＸ線線源を有することから、有資格者を配し、且つ管理区域等を設けなくてはならず、コストアップの要因となると共に、判定に際しては、ある程度の技術取得を必要とする。
また、Ｘ線は高エネルギーの電磁波である為、人体に対する影響が大きく、作業者の健康に影響を及ぼさないように配慮する必要性があった。
Ｘ線回折現象を応用した結晶面の方位測定に代えて、シリコンウェーハのエッチングされた面に光を照射し、その際の結晶格子面の固有な方向に対して反射光の強度が異なり、反射光像が特定の形状を示す特性を用いて結晶面構造及び方位を判定することも提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１で提案された発明においては、シリコンウェーハのエッチングされた面に光を照射し、その際の結晶格子面の固有な方向に対して反射光の強度が異なり、反射光像が特定の形状を示す特性を用いて結晶面構造及び方位を判定するようにしている。
すなわち、それは、図５に示されるように、シリコンウェーハ１１は単結晶のウェハであって＜１００＞の結晶面を有し、このシリコンウェーハ１１に対し、ランプなどの光源１２によって光を照射し、光源像が写るように調整する。

光源１２の光照射による反射光像１３は結晶面格子構造１４によって定まる特定の形状パターン像すなわち十字像の向きにより面方位の識別を判定者が目視で、もしくは判定者の目視位置にカメラ（例えば、ビデオカメラ）１５を設置し、その映像出力を受像機１６に映し出すようにして、判定する。
しかし、特許文献１で提案された発明においては、入射光源の種類，波長，出力等が特定されておらず、また、測定試料に対する入射光条件や、反射光像のモニター側の減光率等が充分には開示されていないため、それらを特定することなしには正確なパターン画像を得ることが困難であることも実験の結果、判明した。

特開平５−１８７９９６号公報

以上のような事情に鑑み、本発明は、上述の諸条件等を特定し、結晶面の方位判定を行う際に、簡単、迅速、且つ低コストで安全に行うことが出来る技術を提供することを課題とする。

本発明の結晶面方位の判定方法は、シリコンウェーハのエッチング面に集光したレーザー光を、ウェーハ面に対し斜め方向から照射し、生じる反射光像を半透明スクリーンに投影し、偏光フィルターを装着したＣＣＤカメラでその投影像を撮影し、その撮影像を画素照度に基づいてパターン画像とし、そのパターン画像を予め記憶させておいた特定方位のパターン画像と照合して方位を表示することを特徴とする。前記レーザー光の照射角度をウェーハ面に対して、２０〜７０°の角度とすること、前記レーザー光が半導体レーザーであること、前記レーザー光の波長が５００〜１０００ｎｍで出力５ｍＷ以下であること、前記ＣＣＤカメラに装着する偏光フィルターの減光率をＮＤ２〜８とすることがそれぞれ好ましい。

シリコンウェーハのエッチング面に集光したレーザー光を、ウェーハ面に対し斜め方向から照射する光源と、前記シリコンウェーハ面からの反射光を受光する半透明スクリーンと、前記反射光を受光した半透明スクリーンを撮影する偏光フィルターを装着したＣＣＤカメラと、その撮影像を画素照度をに基づいてパターン画像とするＰＣと、そのパターン画像を表示するモニターとを有することを特徴とする。

本発明によって、得られる効果を説明すれば、以下の通りである。
すなわち、シリコンウェーハのエッチング面に集光したレーザー光を、ウェーハのエッチング面及び鏡面に対し斜め方向から照射し、生じる反射光像を偏光フィルターを装着したＣＣＤカメラでその投影像を撮影し、その撮影像を画素照度に基づいパターン画像とし、そのパターン画像を予め記憶された特定方位のパターン画像と照合して結晶面方位を簡便・迅速に、そして人体への悪影響を心配することなしに、判定することが出来る。

本発明は、シリコンウェーハのエッチング面に集光したレーザー光を、ウェーハ面に対し斜め方向から照射し、生じる反射光像を半透明スクリーンに投影し、偏光フィルターを装着したＣＣＤカメラその投影像を撮影し、その撮影像を画素照度に基づいてパターン画像とし、そのパターン画像を予め記憶されせておいた特定方位のパターン画像と照合して方位を判定する結晶面方位の簡易判定方法である。
レーザー光のウェーハ面に対する照射角度は、ウェーハ面に対して円周角で２０〜７０°の角度とする。望ましくは２０〜４５°である。角度が大きすぎても小さすぎても半透明スクリーン上に正確に反射光像を投影することが出来ない。

光源は、半導体レーザーであることとすることが好ましい。更に、この半導体レーザーは、波長が５００〜１０００ｎｍで出力５ｍＷ以下であることが望ましく、より望ましくは波長が５００〜８００ｎｍで出力１ｍｗ以下である。出力が大きすぎても散乱光が強くなりすぎて正確な反射光像を得ることが出来ない。
半透明スクリーン上の反射光像は、周囲の明るさに紛れてしまってコントラストが十分でないので、変更フィルターを用いて周囲の明るさからレーザー反射光像だけを取り出せるようにする。

また、ＣＣＤカメラに装着する偏光フィルターの減光率をＮＤ２〜８とすることが望ましく、より望ましくはＮＤ２〜４である。減光率が大きすぎても反射光像が暗くなりすぎて、正確なパターン画像が得られない。
反射光像は、半透明スクリーンに投影し、背面から偏光フィルターを装着したＣＣＤカメラで一旦撮影する。
ＣＣＤカメラで撮影した後、その撮影像を画素照度に基づいてパターン画像化とし、そのパターン画像を予め記憶された特定方位のパターン画像と照合して結晶面方位を決定する。
方位の照合は、得られたパターン画像をモニターに映し出して目視で行うこともできるし、画像処理装置（ＰＣ）６によってデジタル的に、また図像として、照合させ、決定した方位をモニター７上に表示するようにしても良い。目視で行う場合には、モニターの一部に予め記憶された特定方位のパターン画像を映し出しておくことが好ましい。

以下に、添付図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の結晶面方位の判別に関わる装置構成を示すものである。
図２は、〈１００〉方位面のシリコンウェーハの反射光像、図３は、〈１１１〉方位面のシリコンウェーハの反射光像、図４は、〈１１０〉方位面のシリコンウェーハの反射光像である。
図１において、集光された半導体レーザー光源１が載置台２上に置かれた被検査材たるシリコンウェーハ３に対して入射角可変に配置されている。半導体レーザー光源１から照射されたレーザー光は、シリコンウェーハ３上で反射して、その反射像を入射角と同様の角度で反対側に配置された半透明スクリーン４上に結ばせる。入射角は、シリコンウェーハ３から反射されたレーザー光が半透明スクリーン４の中央に反射像を結ぶように調整される。

載置台２には、被検査材たるシリコンウェーハ３を置く位置を示す目安のマークが描かれていることが好ましい。
半透明スクリーン４上に投影された反射像について、半透明スクリーン４の裏面または表面から、偏光フィルターを配置したＣＣＤカメラ５で画像を取り込み、典型的にはＰＣであり得る画像処理装置６を用いて、画素照度に基づいて反射像をパターン画像化する。
パターン化した画像と予め画像処理装置（ＰＣ）６内に記憶された特定方位のパターン図とを照合して結晶面方位を決定する。

被検査材たるシリコンウェーハ３は単結晶であり、上記構成の装置上で、〈１００〉方位面のものは、図２に示すような十字形状の反射像を半透明スクリーン上に結ぶ。
また〈１１１〉方位面のものは図３に示すような正三角形の頂点と重心を結ぶ様な反射像を半透明スクリーン上に結ぶ。
〈１１０〉方位面のものは、図４に示すような十字像と十字に区切られた部分に点状のマーカーがある反射像を半透明スクリーン上に結ぶ。
これらの特定方位の画像を予め画像処理してパターン画像化したものを、ＰＣに保存しておく。そして、上述のようにして得た被検査試料からの画像と比較することによって結晶面方位の判定を行う。

予めＸ線回折法で結晶面方位を測定した〈１００〉，〈１１１〉，〈１１０〉方位のシリコンウェーハを各１，０００枚用意し、上記構成の装置で結晶面方位を測定した。判定結果を表１に示す。

表１によれば、方位〈１００〉，〈１１１〉については、判定率は１００％であり、〈１１０〉については、誤判定が一件出ているが、〈１１０〉方位品は、通常、極端に少なく、また、パターン画像が不鮮明な場合だけ２度測定する、等の措置により、実用上は誤判定を皆無にすることが出来る。

本発明は、厳密な精度が保たれなかったＩＣ用シリコンウェーハ単結晶を太陽光発電用シリコンウェーハとして転用利用する効率を大幅に向上させることができるので、シリコンウェーハを取り扱う産業へ寄与するところ大である。

本発明の結晶面方位の判別に関わる装置構成を示すものである。 〈１００〉方位面のシリコンウェーハの反射光像である。 〈１１１〉方位面のシリコンウェーハの反射光像である。 〈１１０〉方位面のシリコンウェーハの反射光像である。 従来技術における結晶面構造および方位の判定方法を示す説明図である。

符号の説明

１：半導体レーザー光源
２：載置台
３：（被検査材たる）シリコンウェーハ
４：半透明スクリーン
５：ＣＣＤカメラ
６：画像処理装置（ＰＣ）
７：モニター
１１：シリコンウェーハ
１２：光源
１３：反射光像
１４：結晶面格子構造
１５：カメラ（例えば、ビデオカメラ）
１６：受像機

Claims (6)

1. シリコンウェーハのエッチング面に集光したレーザー光を、ウェーハ面に対し斜め方向から照射し、生じる反射光像を半透明スクリーンに投影し、偏光フィルターを装着したＣＣＤカメラでその投影像を撮影し、その撮影像を画素照度に基づいてパターン画像とし、そのパターン画像を予め記憶させておいた特定方位のパターン画像と照合して方位を表示することを特徴とする結晶面方位の簡易判定方法。
2. 前記レーザー光の照射角度をウェーハ面に対して、２０〜７０°の角度とする請求項１に記載の結晶面方位の簡易判別方法。
3. 前記レーザー光が半導体レーザーである請求項１または請求項２に記載の結晶面方位の簡易判別方法。
4. 前記レーザー光の波長が５００〜１０００ｎｍで出力５ｍＷ以下である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の結晶面方位の簡易判別方法。
5. 前記ＣＣＤカメラに装着する偏光フィルターの減光率をＮＤ２〜８とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の結晶面方位の簡易判別方法。
6. シリコンウェーハのエッチング面に集光したレーザー光を、ウェーハ面に対し斜め方向から照射する光源と、前記シリコンウェーハ面からの反射光を受光する半透明スクリーンと、前記反射光を受光した半透明スクリーンを撮影する偏光フィルターを装着したＣＣＤカメラと、その撮影像を画素照度に基づいてパターン画像とする画像処理装置と、そのパターン画像を表示するモニターとを有することを特徴とする結晶面方位の簡易判定装置。

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