JP2013217825A - X-ray crystal azimuth measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単結晶の結晶方位を測定するための測定方法に関する。 The present invention relates to a measurement method for measuring the crystal orientation of a single crystal.
一般に、単結晶は、原子又は分子が規則正しく周期的に配列して成る物質である。従って、単結晶においては、結晶のどの場所でも結晶方位が同じである。例えば、産業界において単結晶として、半導体基板として用いられるSi(シリコン)結晶や、発光ダイオードの基板として用いられるサファイヤ結晶等が知られている。 In general, a single crystal is a substance in which atoms or molecules are regularly and periodically arranged. Therefore, in a single crystal, the crystal orientation is the same everywhere in the crystal. For example, Si (silicon) crystal used as a semiconductor substrate and sapphire crystal used as a substrate of a light emitting diode are known as single crystals in the industry.
単結晶は、一般に、大きな塊であるインゴットの状態で生成され、製品として使用される際にはそのインゴットが、例えば、薄い板厚で円板形状のウエハ(Wafer)に切り出される。そして、そのウエハに対して、成膜処理、マスキング、エッチング、配線処理、ダイシング等といった各種の処理が施される。 A single crystal is generally produced in the form of a large ingot, and when used as a product, the ingot is cut into, for example, a thin wafer-shaped wafer (Wafer). Then, various processes such as a film forming process, masking, etching, wiring process, and dicing are performed on the wafer.
単結晶は、通常、方向によって機械的、電気的、磁気的、光学的、熱的な性質が異なる。従って、結晶の性質を有効に利用して所望の製品を得るためには、結晶インゴットの方位を調べ、その方位に対して所定の方向に結晶インゴットを切断してウエハを作成する必要がある。 Single crystals usually have different mechanical, electrical, magnetic, optical, and thermal properties depending on the direction. Therefore, in order to effectively use the properties of crystals to obtain a desired product, it is necessary to examine the orientation of the crystal ingot and cut the crystal ingot in a predetermined direction with respect to that orientation to produce a wafer.
また、切り出されたウエハには、成膜処理等といった各種処理を結晶方位に対して正確に行うことができるようにするために、方位の基準を示すマーク(以下、方位マークという)を付す必要がある。この方位マークは、従来、切削加工、研磨加工等によって形成された平面であるオリフラ面(オリエンテーションフラット面)や、切削工具等によって形成されたV字形状の溝であるノッチ(Notch)等として知られている。 In addition, it is necessary to attach a mark indicating the reference of the orientation (hereinafter referred to as an orientation mark) to the cut wafer so that various processes such as a film forming process can be accurately performed with respect to the crystal orientation. There is. This orientation mark is conventionally known as an orientation flat surface (orientation flat surface) that is a flat surface formed by cutting, polishing, or the like, or a notch that is a V-shaped groove formed by a cutting tool or the like. It has been.
さらに、作成されたウエハの方位が切断面に対して許容される角度範囲内に入っているかどうかの検査や、ノッチ等といった方位マークが結晶方位に対する所望の位置に形成されたかどうかの検査、等を行う必要がある。 Furthermore, inspection whether the orientation of the created wafer is within an allowable angle range with respect to the cut surface, inspection whether an orientation mark such as a notch is formed at a desired position with respect to the crystal orientation, etc. Need to do.
従来、単結晶インゴットの所定の結晶方位に方位マークを形成し、さらに単結晶インゴットを所定の結晶方位に沿って切り出す方法として、図1の工程図で示す方法が知られている。この従来の方法においては、まず、工程P101において両端切断工程を実行する。具体的には、図2に示す未加工の単結晶インゴット101の両端の円錐状部分を切断して、円筒形状の単結晶インゴット102を形成する。単結晶インゴット102の外周面は結晶成長時のままで不規則な凹凸を有した状態である。
Conventionally, as a method for forming an orientation mark in a predetermined crystal orientation of a single crystal ingot and further cutting out the single crystal ingot along a predetermined crystal orientation, a method shown in the process diagram of FIG. 1 is known. In this conventional method, first, a both-ends cutting process is performed in process P101. Specifically, the conical portions at both ends of the raw
次に、工程P102において、単結晶インゴット102の外周面を円筒研削機を用いて
研削して、外周加工済みの単結晶インゴット103を形成する。次に、工程P103にお
いて、第1の結晶方位測定装置を用いて方位マーク、例えばノッチを加工すべき位置を検出する。第1の結晶方位測定装置は、例えば、単結晶インゴット103の外周面にX線を照射し、そのインゴット103を自身の中心軸の回りに回転させることにより、ノッチを加工すべき方位を検出する。
Next, in step P102, the outer peripheral surface of the
第1の結晶方位測定装置は、特性X線を試料に照射したときに得られる回折X線に基づいて測定を行うものであり、例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3に開示されている。
The first crystal orientation measuring apparatus performs measurement based on diffracted X-rays obtained when a sample is irradiated with characteristic X-rays. For example, it is disclosed in
次に、工程P104においてノッチ加工を行う。具体的には、インゴット103の外周
面上であってノッチを加工すべき位置として検出された位置に、断面三角形状の切削工具を用いて、断面V字形状の溝であるノッチを、図2の符号104で示すように、軸方向に直線的に形成する。このノッチ104により、単結晶インゴット105内の結晶方位を認識でき、その後のインゴット105に対する種々の処理を所望の結晶格子面に対して正確に行うことができる。
Next, notch processing is performed in step P104. Specifically, a notch which is a groove having a V-shaped cross section is formed on the outer peripheral surface of the
次に、工程P105において、中間材としてのカーボンをインゴット105の所定位置
に貼り付けてプレートを形成し、そのプレートに基準金具を貼り付ける。次に、工程P106において、インゴット105の基準金具を基準として第2の結晶方位測定装置によってインゴット105の一方の端面の面方位を測定する。
Next, in step P105, carbon as an intermediate material is attached to a predetermined position of the
第2の結晶方位測定装置は、特性X線を試料に4方向又は2方向から照射したときに得られる回折X線に基づいて測定を行うものであり、例えば特許文献4に開示されている。
また、4方向又は2方向からの測定については、例えば特許文献5にその根拠が詳しく示されている。
The second crystal orientation measuring apparatus performs measurement based on diffracted X-rays obtained when a sample is irradiated with characteristic X-rays from four directions or two directions, and is disclosed in Patent Document 4, for example.
In addition, for example, Patent Document 5 shows the basis for measuring in four directions or two directions in detail.
次に、工程P107においてウエハリング処理を実行する。具体的には、測定された面方位に基づいてインゴット105の基準金具の方位を修正し、そして、ウエハリング装置に備えられたマルチワイヤソ一によってインゴット105から複数枚のウエハ106を1回の工程で切り出す。
Next, a wafering process is performed in process P107. Specifically, the orientation of the reference metal fitting of the
次に、工程P108において、第3の結晶方位測定装置によってウエハ面方位及びノッチ方位を検査する。第3の結晶方位測定装置は、例えば、ノッチに嵌合する断面V字形状の位置決め部材によってウエハを位置決めした状態で、ウエハ面にX線を照射することによって行われる。 Next, in step P108, the wafer surface orientation and the notch orientation are inspected by the third crystal orientation measuring device. The third crystal orientation measuring apparatus is performed, for example, by irradiating the wafer surface with X-rays in a state where the wafer is positioned by a positioning member having a V-shaped cross section fitted to the notch.
第3の結晶方位測定装置は、特性X線を試料に4方向又は2方向から照射したときに得られる回折X線に基づいて測定を行うものであり、例えば、特許文献5に開示されている。また、多方向からのX線照射によるものではないが、切断面と格子面との偏差角δをX線回折によって求める方法が特許文献6に開示されている。また、ノッチ方位を測定する装置は、例えば、特許文献7に開示されている。 The third crystal orientation measuring apparatus performs measurement based on diffracted X-rays obtained when a sample is irradiated with characteristic X-rays from four or two directions, and is disclosed in, for example, Patent Document 5. . Further, although not based on X-ray irradiation from multiple directions, Patent Document 6 discloses a method for obtaining a deviation angle δ between a cut surface and a lattice plane by X-ray diffraction. An apparatus for measuring the notch orientation is disclosed in Patent Document 7, for example.
上記の従来の結晶方位測定装置において、第1、第2及び第3の結晶方位測定装置はいずれも特性X線を試料に照射したときに得られる回折X線に基づいて測定を行っている。
また、第1の結晶方位測定装置はノッチ方位を検出するための専用機であり、第2の結晶方位測定装置はインゴット切断面の方位を検出するための専用機である。さらに、第3の結晶方位測定装置はウエハの主面方位とノッチ方位をそれぞれ個別に測定する。
In the above-described conventional crystal orientation measuring apparatus, each of the first, second and third crystal orientation measuring apparatuses performs measurement based on diffracted X-rays obtained when the sample is irradiated with characteristic X-rays.
The first crystal orientation measuring device is a dedicated machine for detecting the notch orientation, and the second crystal orientation measuring device is a dedicated machine for detecting the orientation of the ingot cut surface. Furthermore, the third crystal orientation measuring apparatus individually measures the main surface orientation and the notch orientation of the wafer.
このように、特性X線を用いた従来の方位測定装置は面方位とノッチ方位とをそれぞれ個別に測定していた。そのため、測定のために長時間を要するという問題があった。また、測定に際して4方向又は2方向から試料へX線を照射させなければならないことから、X線光学系を回転移動や直線移動させなければならず、ゆえに適用される結晶方位測定装置は構造が複雑となる問題があった。 As described above, the conventional azimuth measuring apparatus using characteristic X-rays individually measures the plane azimuth and the notch azimuth. Therefore, there is a problem that it takes a long time for the measurement. Further, since X-rays must be irradiated to the sample from four directions or two directions at the time of measurement, the X-ray optical system must be rotated or linearly moved. Therefore, the applied crystal orientation measuring apparatus has a structure. There was a complicated problem.
なお、近年では、単結晶インゴットは大型になってきており、その直径は300mmのように大きくなっている。そして、今後は、直径が450mmのような、さらに大型の単結晶インゴットも実用に供されることが予測されている。特許文献4に開示された測定装置では、基準金具によって単結晶インゴットを位置不動に保持した状態でX線光学系の方を単結晶インゴットに対して移動させることにより、大型の単結晶インゴットを支障なく測定できるようにしている。 In recent years, single crystal ingots have become large, and the diameter has become as large as 300 mm. In the future, it is predicted that a larger single crystal ingot having a diameter of 450 mm will be put to practical use. In the measuring apparatus disclosed in Patent Document 4, a large single crystal ingot is hindered by moving the X-ray optical system relative to the single crystal ingot while the single crystal ingot is held in a fixed position by a reference fitting. It can be measured without any problems.
ところで、従来、ラウエ法を用いた結晶方位測定装置が知られている。例えば、特許文献8及び特許文献9にそのような装置が開示されている。ラウエ法は、一般に、コリメータによって小径の平行ビームに絞った連続X線を試料に照射し、波長の相違に応じて異なる角度で生じた回折線を2次元X線検出器によってラウエ斑点として検出する方法である。 By the way, conventionally, a crystal orientation measuring apparatus using the Laue method is known. For example, Patent Documents 8 and 9 disclose such devices. In the Laue method, a sample is generally irradiated with continuous X-rays focused on a small-diameter parallel beam by a collimator, and diffraction lines generated at different angles according to the difference in wavelength are detected as Laue spots by a two-dimensional X-ray detector. Is the method.
特許文献8及び特許文献9は、単結晶物質(すなわち、シングルドメイン構造の物質)についての方位測定ではなく、主に、サブグレイン構造又はリネージ(Lineage)構造の物質についての結晶方位を測定することを目的としている。サブグレイン構造とは、シングルドメイン構造の結晶を得ることが困難で、多くの結晶粒から構成された結晶のことであり、例えば、螢石結晶(CaF2;Fluorite)、マグネシア(MgO)結晶、フェライト結晶等においてこのサブグレイン構造が含まれる。 Patent Document 8 and Patent Document 9 mainly measure the crystal orientation of a substance having a sub-grain structure or a lineage structure, rather than measuring the orientation of a single crystal substance (that is, a substance having a single domain structure). It is an object. The subgrain structure is a crystal composed of many crystal grains, which is difficult to obtain a single domain structure crystal, such as a meteorite crystal (CaF 2 ; Fluorite), a magnesia (MgO) crystal, This subgrain structure is included in ferrite crystals and the like.
また、リネージ構造とは、一種の欠陥構造であり、そのため、場所により結晶の方位が連続的に変化していく振舞いを見せることがある構造である。例えば、酸化物結晶であるサファイヤ、LN(ニオブ酸リチウム;LiNbO2)、LT(タンタル酸リチウム;LiTaO2)等においてこのリネージ構造が含まれる。 In addition, the lineage structure is a kind of defect structure. Therefore, the lineage structure may show a behavior in which the crystal orientation continuously changes depending on the location. For example, this lineage structure is included in oxide crystals such as sapphire, LN (lithium niobate; LiNbO 2 ), LT (lithium tantalate; LiTaO 2 ), and the like.
特許文献8には、カメラ長を100〜300mmのように比較的長く設定してラウエ斑点の中心斑点だけを検出し、その中心斑点から格子面法線を算出する技術が開示されている。特許文献9には、カメラ長を35mm程度のように比較的短く設定することにより全3軸方位測定(すなわち、結晶の外形に対して結晶軸がどのような方向に形成されているかを調べる測定)を行い、カメラ長を長く設定することにより面方位測定(すなわち、特定の格子面の法線方向を調べる測定)を行うという技術が開示されている。 Patent Document 8 discloses a technique for detecting a center spot of Laue spots by setting the camera length to be relatively long, such as 100 to 300 mm, and calculating a lattice plane normal from the center spot. In Patent Document 9, all three-axis orientation measurement is performed by setting the camera length to be relatively short, such as about 35 mm (that is, measurement for examining the direction in which the crystal axis is formed with respect to the outer shape of the crystal). ) And setting a long camera length to measure the plane orientation (that is, measurement for examining the normal direction of a specific lattice plane).
特許文献8及び特許文献9には、ラウエ法を用いて単結晶の全3軸方位測定や面方位測定を行うことが開示されているが、ノッチ等といった方位マークを単結晶物質に付することについては、これらの公報には全く触れられていない。 Patent Document 8 and Patent Document 9 disclose that the Laue method is used to perform all three-axis orientation measurement and plane orientation measurement of a single crystal, but an orientation mark such as a notch is attached to the single crystal material. Is not mentioned at all in these publications.
これら特許文献8及び特許文献9に開示された発明は、本出願に係る発明者(本発明者)により先に提案されたものである。
さらに本発明者は、単結晶物質に関して、面方位及びノッチ等の方位マークが形成された方位の両方の方位測定を、ラウエ法に基づいた簡易な構成の結晶方位測定装置を用いて迅速かつ効率的に実現できるのではないかとの着想に基づき鋭意検討を重ね、既に、X線結晶方位測定装置及びX線結晶方位測定方法の発明を提案している(特願2010−220088号)。
The inventions disclosed in Patent Document 8 and Patent Document 9 have been previously proposed by the inventor (the inventor) according to the present application.
Furthermore, the present inventor has made it possible to quickly and efficiently measure the orientation of both the crystal orientation and the orientation in which orientation marks such as notches are formed with respect to the single crystal material using a crystal orientation measuring device having a simple configuration based on the Laue method. Based on the idea that it can be realized in an effort, the inventors have made extensive studies and have already proposed an invention of an X-ray crystal orientation measuring apparatus and an X-ray crystal orientation measuring method (Japanese Patent Application No. 2010-220088).
本発明は、本発明者による上記の知見に鑑みてなされたものであり、先に提案した特許文献8及び特許文献9の発明や、特願2010−220088号に係る発明とは異なる新たな手法をもって、単結晶物質に関する方位測定を迅速かつ効率的に実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above findings by the present inventor, and is a new technique different from the previously proposed inventions of Patent Document 8 and Patent Document 9 and the invention according to Japanese Patent Application No. 2010-220088. The purpose is to quickly and efficiently realize orientation measurement for single crystal materials.
本発明は、特許文献8及び特許文献9に開示された発明や、特願2010−220088号に係る発明と同様、ラウエ法を用いた結晶方位測定を前提としている。
〔従来のラウエ法を用いた面方位測定法の原理〕
図3は、特許文献8及び特許文献9に開示された面方位測定法の原理図を示している。この原理図において、(x,y,z)直交座標系のxy平面は、試料面にー致している。特許文献8及び特許文献9に開示された面方位測定方法では、入射X線はyz平面内にあり、試料面に対して角度ωで入射し、原点に照射される。X線は、ほぼ試料面に平行な格子面で回折される。
The present invention is premised on crystal orientation measurement using the Laue method, as in the inventions disclosed in Patent Documents 8 and 9, and the invention according to Japanese Patent Application No. 2010-220088.
[Principle of conventional orientation measurement method using Laue method]
FIG. 3 shows a principle diagram of the plane orientation measuring method disclosed in Patent Document 8 and Patent Document 9. In this principle diagram, the xy plane of the (x, y, z) orthogonal coordinate system matches the sample surface. In the surface orientation measuring methods disclosed in Patent Document 8 and Patent Document 9, the incident X-ray is in the yz plane, is incident on the sample surface at an angle ω, and is irradiated to the origin. X-rays are diffracted by a grating plane substantially parallel to the sample surface.
回折像であるラウエ像は、同じくyz平面上にあって角度ωのX線出射方向に配置された2次元X線検出器、例えばCCD(Charge Coupled Device)カメラの受光面で捕えられる。CCD受光面における回折像の位置から回折線ベクトルkが求められ、図3に示した簡単なべクトル計算により格子面法線ベクトルVを計算できる。 A Laue image, which is a diffraction image, is captured by a light receiving surface of a two-dimensional X-ray detector, for example, a CCD (Charge Coupled Device) camera, which is also on the yz plane and arranged in the X-ray emission direction at an angle ω. The diffraction line vector k is obtained from the position of the diffraction image on the CCD light receiving surface, and the lattice plane normal vector V can be calculated by the simple vector calculation shown in FIG.
面方位は、格子面法線ベクトルVを単位ベクトルに変換した後、その成分Vx,Vy,Vz及び図4に示す方位角α及び方位角βで表現できる。方位角αは、試料面法線(z軸)と格子面法線の成す角である。方位角αは格子面の最大の傾き角である。方位角βは、格子面法線のxy平面(試料面)への投影線とx軸との成す角である。方位角βは格子面の傾き方向である。面方位を方位角α及びβで表現することに代えて、互いに直交するx軸,y軸の2方向の傾き角δxz、δyzに分解して出力することも可能である。 The plane orientation can be expressed by components Vx, Vy, Vz and the azimuth angle α and azimuth angle β shown in FIG. 4 after the lattice plane normal vector V is converted into a unit vector. The azimuth angle α is an angle formed by the sample surface normal (z axis) and the lattice surface normal. The azimuth angle α is the maximum inclination angle of the lattice plane. The azimuth angle β is an angle formed by the projection line of the lattice plane normal line onto the xy plane (sample surface) and the x axis. The azimuth angle β is the direction of inclination of the lattice plane. Instead of expressing the plane orientation by azimuth angles α and β, it is also possible to decompose and output the tilt angles δxz and δyz in two directions of the x-axis and y-axis orthogonal to each other.
〔本発明に係るX線結晶方位測定方法の概要〕
本発明に係るX線結晶方位測定方法も、面方位を、格子面法線ベクトルVを単位ベクトルに変換した後、その成分Vx,Vy,Vz及び方位角α及び方位角βで表す基本原理は、特許文献8及び特許文献9に開示された面方位測定法と同様である。
[Outline of X-ray crystal orientation measurement method according to the present invention]
The X-ray crystal orientation measuring method according to the present invention also has the basic principle that the plane orientation is expressed by the components Vx, Vy, Vz, the azimuth angle α, and the azimuth angle β after converting the lattice plane normal vector V into a unit vector. The surface orientation measurement method disclosed in Patent Document 8 and Patent Document 9 is the same.
本発明に係るX線結晶方位測定方法では、X線を試料面に垂直に入射させる。
そして、格子面から回折してきた回折X線を、SDD(silicon drift detector)等の半導体X線検出器を用いて、EDXRD(エネルギ分散X線回折法:Energy Dipersive XRD)の原理に基づいて検出する手法を採用している。
In the X-ray crystal orientation measuring method according to the present invention, X-rays are incident perpendicularly to the sample surface.
Then, diffracted X-rays diffracted from the grating surface are detected based on the principle of EDXRD (Energy Dispersive XRD) using a semiconductor X-ray detector such as an SDD (silicon drift detector). The method is adopted.
本発明では、測定対象となる単結晶物質における(100),(110),(111)等の主要な格子面のおおよその方位があらかじめわかっていること、及びオリフラやノッチ等の方位マークを付すべきおおよその方向も概ねわかっていることこと、が前提となる。
そして、指数のわかっている2面以上について、半導体X線検出器を用いたEDXRDによるエネルギ分析等を利用して傾きを求め、当該傾きから回折ベクトルを算出し、その算出結果に基づき全3軸方位を決定する。また、必要に応じて、カット面の主面方位や、方位マークの形成方位を算出する。
In the present invention, the approximate orientation of major lattice planes such as (100), (110), (111) in the single crystal material to be measured is known in advance, and orientation marks such as orientation flats and notches are attached. It is assumed that the general direction should be known.
Then, for two or more surfaces with known indices, the inclination is obtained by using energy analysis by EDXRD using a semiconductor X-ray detector, a diffraction vector is calculated from the inclination, and all three axes are calculated based on the calculation result. Determine the bearing. Moreover, the main surface orientation of a cut surface and the formation orientation of an orientation mark are calculated as needed.
〔EDXRDによる結晶方位測定の基本原理〕
次に、本発明が採用するEDXRDによる結晶方位の基本原理を説明する。
図5は、EDXRDを利用した結晶方位測定の基本原理を示している。コリメータ等で平行化して方向付けされた連続X線(連続波長のX線)が、面間隔dの格子面1に対し入射角θで入射すると、(1)に示すBraggの式で与えられる波長λが選択され、回折X線を生じる。
X線波長λとエネルギEの関係は次のとおりであり、これにBraggの式を適用すると、
の関係を得る。
ここで、hはプランク定数、cは光速度である。
格子面1の面間隔dはÅ単位、エネルギEはkeV単位での計算となる。これが、EDXRDの基本式である。
[Basic principle of crystal orientation measurement by EDXRD]
Next, the basic principle of crystal orientation by EDXRD adopted by the present invention will be described.
FIG. 5 shows the basic principle of crystal orientation measurement using EDXRD. When continuous X-rays (continuous wavelength X-rays) parallelized and directed by a collimator or the like are incident at an incident angle θ on the
The relationship between the X-ray wavelength λ and the energy E is as follows, and applying the Bragg equation to this,
Get a relationship.
Here, h is Planck's constant and c is the speed of light.
The spacing d of the
この基本式を用いた計算例を以下に示す。
Si(004)、d=1.35763Å、θ=20°とすると、E=13.352keVとなる。
格子面の傾きが符号1aで示すようにΔθだけ変化すると、その変化に伴い回折X線の反射方向も変化するとともに、エネルギEも変化する。例えば、Δθ=−0.1°だけ格子面1の傾きが変化して、θ=19.9°になると、エネルギはE=13.417keVに変化する。変化分は、ΔE=+65である。
A calculation example using this basic formula is shown below.
If Si (004), d = 1.35763 mm, and θ = 20 °, E = 13.352 keV.
When the inclination of the lattice plane changes by Δθ as indicated by reference numeral 1a, the reflection direction of the diffracted X-rays changes and the energy E changes accordingly. For example, when the inclination of the
さらに、この1/5の角度変化Δθ=0.02°を捕らえるためには、エネルギの変化分でΔE=13eVを捕らえることできるX線検出器の性能が求められる。近年市販されているSDDの性能をもってすれば、このエネルギの変化分は十分に捕らえることができる。 Furthermore, in order to capture this 1/5 angle change Δθ = 0.02 °, the performance of an X-ray detector capable of capturing ΔE = 13 eV by the amount of energy change is required. If the performance of the SDD commercially available in recent years is taken, this energy change can be sufficiently captured.
エネルギの変化分は、(2)式を微分して次式(3)又は(4)によっても計算できる。
又は、
Or
また、回折線は、格子面1の傾きの倍だけ方向も変わる。したがって、測定可能なΔθ範囲は、X線検出器の有感面(検出面)における有感面積で決まる。
In addition, the direction of the diffraction line changes by twice the inclination of the
〔本発明の構成〕
本発明に係るX線結晶方位測定方法は、次の(イ)乃至(ホ)の手順を含むことを特徴としている。
(イ)主要な格子面のおおよその方位及び方位マークが付されるべきおおよその方向が、あらかじめわかっている単結晶試料の試料面に対して垂直にX線を照射し、
当該単結晶試料における主要な格子面以外で指数のわかっている2以上の格子面を測定対象格子面として、
当該測定対象格子面から回折X線が反射してくるであろう理論上の方向に基準位置を設定し、
基準位置に半導体X線検出器を配置して、測定対象格子面から反射してきた回折X線のエネルギを、半導体X線検出器によって検出する。
(ロ)半導体X線検出器で検出した回折X線のエネルギに基づき、測定対象格子面から反射してきた回折X線のブラッグ角を求め、当該回折X線の軌道を含み単結晶試料の試料面に垂直な平面内における測定対象格子面の傾き角αを、求めたブラッグ角から算出する。
(ハ)基準位置に配置した半導体X線検出器の有感面の一部領域を遮蔽板で覆い、当該遮蔽板と試料及び半導体X線検出器とを、単結晶試料の試料面内で回転する方向に相対移動させ、その際の半導体X線検出器で検出された回折X線の強度変化に基づき、測定対象格子面の試料面内回転方向の傾き角φを算出する。
(ニ)求めた傾き角α及びφに基づき、測定対象格子面についての回折ベクトルを算出する。
(ホ)2以上の測定対象格子面について算出した回折ベクトルに基づき、単結晶試料における任意の格子面の方位を求める。
[Configuration of the present invention]
The X-ray crystal orientation measuring method according to the present invention includes the following procedures (a) to (e).
(A) irradiate X-rays perpendicular to the sample surface of a single crystal sample in which the approximate orientation of the main lattice plane and the approximate direction to which the orientation mark should be attached are known;
Two or more lattice planes with known indices other than the main lattice plane in the single crystal sample are used as measurement target lattice planes.
Set the reference position in the theoretical direction that the diffracted X-rays will be reflected from the measurement target lattice plane,
The semiconductor X-ray detector is disposed at the reference position, and the energy of the diffracted X-ray reflected from the measurement target lattice plane is detected by the semiconductor X-ray detector.
(B) Based on the energy of the diffracted X-ray detected by the semiconductor X-ray detector, the Bragg angle of the diffracted X-ray reflected from the measurement target lattice plane is obtained, and the sample surface of the single crystal sample including the diffracted X-ray trajectory The inclination angle α of the measurement target lattice plane in the plane perpendicular to is calculated from the obtained Bragg angle.
(C) A partial area of the sensitive surface of the semiconductor X-ray detector disposed at the reference position is covered with a shielding plate, and the shielding plate, the sample, and the semiconductor X-ray detector are rotated within the sample surface of the single crystal sample. The tilt angle φ in the in-sample rotation direction of the measurement target lattice plane is calculated based on a change in the intensity of the diffracted X-ray detected by the semiconductor X-ray detector at that time.
(D) A diffraction vector for the measurement target lattice plane is calculated based on the obtained inclination angles α and φ.
(E) An orientation of an arbitrary lattice plane in a single crystal sample is obtained based on diffraction vectors calculated for two or more measurement target lattice planes.
上述したように、本発明に係るX線結晶方位測定方法の測定対象となる単結晶試料は、主要な格子面のおおよその方位及び方位マークが付されるべきおおよその方向が、あらかじめわかっていることが必要である。ここで、「おおよその方向、おおよその方位」とは、測定対象格子面から反射してきた回折X線を有感面に入射できるよう、半導体X線検出器をあらかじめ配置できる程度に、それらの方位や方向がわかっていなければならないことを意味する。
あらかじめわかっているこれら「主要な格子面のおおよその方位及び方位マークが付されるべきおおよその方向」が、当該主要な格子面の正確な方位や、当該方位マークが付される正確な方向からずれていることを前提として、そのずれを検出するのが本発明に係るX線結晶方位測定方法である。
As described above, the single crystal sample to be measured by the X-ray crystal orientation measurement method according to the present invention has the approximate orientation of the main lattice plane and the approximate direction to which the orientation mark should be attached previously known. It is necessary. Here, the “approximate direction, approximate orientation” means the orientation of the semiconductor X-ray detector to such an extent that the diffracted X-ray reflected from the measurement target lattice plane can be incident on the sensitive surface in advance. Or the direction must be known.
These known “approximate orientations of major grid planes and approximate directions to which orientation marks should be attached” are determined from the exact orientations of the major grid planes and the precise directions to which the orientation marks are attached. It is the X-ray crystal orientation measuring method according to the present invention that detects the deviation on the premise of the deviation.
〔特許文献10に開示された発明との相違点〕
特許文献10のドイツ特許出願には、単結晶試料にX線を照射し、単結晶試料の格子面から反射してくる回折X線のエネルギを検出することで、同料の格子面の方位を決定する方法が開示されている。
かかる特許文献10に開示された発明と、本出願に係る発明(本発明)との主な相違点は、次のとおりである。
まず、単結晶試料の試料面に対するX線の入射角を、本発明では垂直に設定するのに対して、特許文献10の発明では斜め方向から入射させている。
また、本発明では、回折X線のエネルギに基づき上記傾き角αを求めるとともに、遮蔽板を用いた回折X線の反射角度位置の測定により上記傾き角度φを求め、これらから測定対象格子面についての回折ベクトルを算出して、単結晶試料における任意の格子面の方位を求めている。
本発明はかかる手法により、単結晶試料の面方位、及び方位マークが付されるべき方位
の全3軸の方位を一連の手法で求めることができる。
これに対して、特許文献10に開示された発明では、回折X線のエネルギだけを利用しており、X線検出器を固定配置するだけで走査することはない。このため、一見すると測定が簡易化されているように思われるが、単結晶試料の面方位しかもとめることができず、方位マークが付されるべき方位を求めるには、別の測定操作が必要となるため、全3軸の方位を測定する場合は、本発明の方が迅速かつ効率的である。
[Differences from the invention disclosed in Patent Document 10]
In the German patent application of
The main differences between the invention disclosed in
First, the incident angle of the X-ray with respect to the sample surface of the single crystal sample is set to be vertical in the present invention, whereas in the invention of
In the present invention, the inclination angle α is obtained based on the energy of the diffracted X-ray, and the inclination angle φ is obtained by measuring the reflection angle position of the diffracted X-ray using a shielding plate. Is calculated to obtain the orientation of an arbitrary lattice plane in the single crystal sample.
With this technique, the present invention can determine the plane orientation of a single crystal sample and the orientations of all three axes of the orientations to which the orientation mark should be attached by a series of techniques.
On the other hand, in the invention disclosed in
本発明によれば、単結晶物質に関する方位測定を迅速かつ効率的に実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the orientation measurement regarding a single crystal substance can be implement | achieved rapidly and efficiently.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態では、Si単結晶のインゴット又は同インゴットから切り出されたウエハを測定対象として、その面方位及びノッチ等の方位マークが形成された方位の両方を同時測定する方法を説明する。ただし、本発明の測定対象はこれに限定されず、各種の単結晶の方位測定に適用可能であることは勿論である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the present embodiment, a method of simultaneously measuring both the plane orientation and the orientation in which an orientation mark such as a notch is formed, using a Si single crystal ingot or a wafer cut out from the ingot as a measurement object will be described. However, the measurement object of the present invention is not limited to this, and it is needless to say that it can be applied to the measurement of various single crystal orientations.
〔単結晶インゴットの加工処理方法〕
まず、図6及び図7を参照して、本実施形態に係るX線結晶方位測定方法の測定対象となるSi単結晶インゴットの一般的な製造過程について説明する。
なお、Si単結晶インゴットの棒軸は<001>であり、面方位が(100)でノッチを(110)に付けたウエハを製造するものとする。
[Processing method of single crystal ingot]
First, with reference to FIG.6 and FIG.7, the general manufacturing process of the Si single crystal ingot used as the measuring object of the X-ray crystal orientation measuring method which concerns on this embodiment is demonstrated.
It is assumed that a wafer having a Si single crystal ingot with a rod axis of <001>, a plane orientation of (100) and a notch (110) is manufactured.
工程P1において、両端切断工程を実施する。具体的には、図7に示す未加工の単結晶インゴット211の両端の円錐状部分を切断して、円筒形状の単結晶インゴット212を形成する。Si単結晶インゴット211は(110)に対応する外周面に4個の晶癖線203を有している。単結晶インゴット212の外周面は、結晶成長時のままで不規則な凹凸を有した状態である。
In step P1, a both-end cutting step is performed. Specifically, the conical portions at both ends of the raw
次に、工程P2において、晶癖線203に対応したインゴット212の端面位置に、目印となるケガキ線204を付ける。そして、工程P3において、単結晶インゴット212の外周面を円筒研削機を用いて研削して、外周加工済みの単結晶インゴット213を形成する。
Next, in step P2, a marking
続いて、工程P4において、インゴット213の面方位及びノッチ方位の両方を同時に求める。この工程P4において、後述する本実施形態に係るX線結晶方位測定方法を使うことができる。
Subsequently, in step P4, both the surface orientation and notch orientation of the
次に、求められた面方位及びノッチ方位に基づいて、工程P5において、研削済みインゴット213の外周の(110)にノッチ214を加工によって形成する。そして、ウエハリング装置に備えられたマルチワイヤソ一によってインゴット215から複数枚のウエハ216を1回の工程で切り出す。
Next, based on the obtained plane orientation and notch orientation, in step P5, a
その後、、工程P6において、切り出されたウエハ216に対して、ウエハ面方位及びノッチ方位の検査が実施される。この検査にも後述する本実施形態に係るX線結晶方位測定方法を使うことができる。
Thereafter, in step P6, the
〔本実施形態に係る測定方法を実施するための装置構成〕
図8は本実施形態に係るX線結晶方位測定方法を実施するための装置構成の概要を示す模式図である。
同装置には、あらかじめ直交座標(x,y,z)が設定されている。測定対象となるSi単結晶の試料10は、後述するとおり、xy平面上に試料面10aが配置される。すなわち、試料面法線はz軸に合わせて位置決めされる。
X線は、X線源11から放出され、コリメータ12で平行化された後、試料10の試料面10aに垂直にz軸方向から入射する。
試料10は、面内回転(φ回転)ができる。面内回転とは、z軸周りの回転である。なお、試料10を固定して、X線検出器13を含む赤道面(yz平面)をz軸周りに回転させてもよい。
[Apparatus configuration for carrying out the measurement method according to this embodiment]
FIG. 8 is a schematic diagram showing an outline of an apparatus configuration for carrying out the X-ray crystal orientation measuring method according to the present embodiment.
In the apparatus, orthogonal coordinates (x, y, z) are set in advance. As will be described later, a
X-rays are emitted from the
The
X線検出器13は、赤道面内でx軸の回りに回転移動(2θ回転)できるようになっている。この2θ回転により、X線検出器13の有感面(X線検出面)を、狙った格子面から回折X線が反射してくる方向へ位置決めすることができる。2θの角度は、試料10へのX線の入射方向に対する回折X線の反射方向のなす角度であって、本実施形態ではz軸方向にX線を入射させるため、xy平面上に沿って回折X線が反射したとき2θ=90°となる。2θの角度設定は、X線検出器13が試料10やコリメータ12と干渉しない範囲110〜160°で設定される。
The
本発明は、試料10の格子面から反射してきた回折X線のエネルギを検出するために、エネルギ分解能が高い半導体X線検出器を採用している。本実施形態では、特に小型で冷却媒体としての液体窒素が不要なSDD(silicon drift detector)をX線検出器13として採用している。
The present invention employs a semiconductor X-ray detector with high energy resolution in order to detect the energy of diffracted X-rays reflected from the lattice plane of the
X線検出器13の前面には、X線を遮蔽するハーフシャッタ14(遮蔽板)が開閉自在に配置してある。ハーフシャッタ14は、開いているときはX線検出器13の有感面を遮蔽しない。一方、ハーフシャッタは、閉じた状態のときは端面が赤道面に一致し、X線検出器の有感面の半分を覆うように設定してある。
On the front surface of the
〔X線結晶方位測定方法の具体例〕
次に、面方位(001)のSi単結晶を測定対象とした方位測定方法について説明する。
本実施形態では、2つの(115)格子面から反射してくる回折X線に着目して結晶方位を測定する。ただし、X線検出器による検出が可能な回折X線であれば、(115)格子面以外からの回折X線に着目することも可能である。もっとも、X線検出器と周囲の構成要素との干渉を回避し、十分大きなエネルギをもつ回折X線としては、(115)格子面から反射してくる回折X線が好適である。
[Specific example of X-ray crystal orientation measurement method]
Next, an orientation measurement method using a Si single crystal with a plane orientation (001) as a measurement object will be described.
In this embodiment, the crystal orientation is measured by paying attention to diffracted X-rays reflected from two (115) lattice planes. However, as long as the diffraction X-rays can be detected by the X-ray detector, it is possible to focus on the diffraction X-rays from other than (115) lattice plane. However, as a diffracted X-ray that avoids interference between the X-ray detector and surrounding components and has a sufficiently large energy, the (115) diffracted X-ray reflected from the grating plane is preferable.
<1. 測定装置への試料の取り付けと、115反射の利用について>
まず、図9(a)(b)に示すように、試料10を代表する直交座標(X,Y,Z)を試料面10a上に定める。すなわち、z軸は、試料面法線方向に合わせる。そして、ウエハであれば、ノッチやオリフラ等の方位マーク10bが形成された方向をy軸とする(図9(a))。また、インゴット状の試料の場合は、円筒研削する前に晶癖線から知ることのできる方位マークの形成予定方向10cをy軸とする(図9(b))。
このように試料10を代表する直交座標(X,Y,Z)を定めることで、当該直交座標(X,Y,Z)と図9(c)に示す試料の格子面(115)における結晶軸座標(a,b,c)との関係は、z軸とc軸はほぼ一致し、a軸,b軸とx軸,y軸はほぼ45°回転した配置になる。
なお、図9(c)に示す試料の結晶軸座標(a,b,c)は、a軸が[100]、b軸が[010]、c軸が[001]である。
<1. Attaching the sample to the measuring device and using 115 reflection>
First, as shown in FIGS. 9A and 9B, orthogonal coordinates (X, Y, Z) representing the
Thus, by defining the orthogonal coordinates (X, Y, Z) representing the
Note that the crystal axis coordinates (a, b, c) of the sample shown in FIG. 9C are [100] for the a axis, [010] for the b axis, and [001] for the c axis.
本実施形態において、回折に利用しようと狙う試料の格子面は(115)とする。V115は、その格子面法線ベクトルである。格子面(115)によるX線の回折を「115反射」と呼ぶ。
格子面法線ベクトルV115は、c軸[001]に対して15.79°傾いている。
(115)と等価な格子面は、c軸またはz軸の回りに4回回転対称に配置されている。その格子面法線ベクトルの傾き方向は、ほぼx軸およびy軸方向に向かっている状況である。各軸の配置は、図9(d)に示す簡略化したステレオ投影図に示すとおりである。
In this embodiment, the lattice plane of the sample aimed to be used for diffraction is (115). V 115 is the lattice plane normal vector. X-ray diffraction by the grating surface (115) is called "115 reflection".
The lattice plane normal vector V 115 is inclined 15.79 ° with respect to the c-axis [001].
The lattice plane equivalent to (115) is arranged in four-fold rotational symmetry around the c-axis or z-axis. The inclination direction of the lattice plane normal vector is almost in the x-axis and y-axis directions. The arrangement of each axis is as shown in the simplified stereo projection diagram shown in FIG.
試料10を、図8に示した測定装置の基準面(測定装置に設定された直交座標のxy平面)に配置し、試料座標のX軸,Y軸と装置座標のx軸,y軸を平行に設定することにより、X線検出器13で115反射を捕らえることができるようになる。X線源11からのX線は、コリメータ12を通して試料10の試料面10aに対して垂直に照射される。
The
Si単結晶における115反射は、表1に示すとおり、結晶表面(試料面)に垂直入射のとき、理想方位で計算されるブラッグ角θは74.20°であり、X線検出器を配置する2θ角は148.41°になり、回折して選択されるX線のエネルギは6.05keVである。
<2. X線検出器(SDD)によるエネルギ分析>
そこで、X線検出器13を配置する2θ角を148.41°に設定し、試料測定を開始する。
まず、ハーフシャッタ14を開いた状態にして、試料10の試料面10aに対してX線を垂直に照射し、X線検出器(SDD)13により115反射の回折線を一定時間計数する。このようにして検出された回折X線のスペクトルを分析して、ピーク中心のエネルギEを求める。エネルギEに対応するブラッグ角θは、(2)式を変換した次式から求めることができる。
なお、(2)式における数値12.4は、より正確には12.39843であり、上記(5)式にはこの数値を代入してある。
<2. Energy analysis by X-ray detector (SDD)>
Therefore, the 2θ angle at which the
First, the
The numerical value 12.4 in the expression (2) is more precisely 12.39843, and this numerical value is substituted into the above expression (5).
<3. 格子面の傾き算出>
測定したエネルギ値Eから、(5)式を用いて試料のブラッグ角θを求めることができる。Z軸と格子面(115)との間に傾きがないときのブラッグ角(理論値)は、表1のとおりθ=74.207°である。したがって、測定したエネルギ値Eから求めたブラッグ角θ(測定値)と上記ブラック角(理論値)との差ΔθYは、次のように算出することができる。
ΔθY=θ−74.207°
この値は、Y軸方向の格子面(115)の傾きの変化分になる。
<3. Calculation of lattice plane inclination>
From the measured energy value E, the Bragg angle θ of the sample can be obtained using equation (5). The Bragg angle (theoretical value) when there is no inclination between the Z axis and the lattice plane (115) is θ = 74.207 ° as shown in Table 1. Therefore, the difference Δθ Y between the Bragg angle θ (measured value) obtained from the measured energy value E and the black angle (theoretical value) can be calculated as follows.
Δθ Y = θ-74.207 °
This value is a change in the inclination of the lattice plane (115) in the Y-axis direction.
また、Z軸と格子面(115)との間に傾きがないときの回折X線のZ軸からの傾き角(理想方位での傾き角)は、表1のとおりα115=15.793°である。そして、実際に検出された回折X線回折のZ軸からの傾き角α115は、このΔθYと上記理想方位での傾き角とにより、次のように算出することができる。
α115=ΔθY+15.793
The tilt angle of the diffracted X-ray from the Z axis (the tilt angle in the ideal orientation) when there is no tilt between the Z axis and the lattice plane (115) is α 115 = 15.793 ° as shown in Table 1. It is. The tilt angle α 115 from the Z axis of the actually detected diffraction X-ray diffraction can be calculated as follows using this Δθ Y and the tilt angle in the ideal orientation.
α 115 = Δθ Y +15.793
<4. ハーフシャッタによる回折線方向の決定>
次に、分析したエネルギ近傍のチャンネルにROI(関心領域:region of interest)を設定し、設定領域の回折強度をモニターする。
<4. Determination of diffraction line direction by half shutter>
Next, ROI (region of interest) is set to the channel near the analyzed energy, and the diffraction intensity of the set region is monitored.
図10(a)に示すように、ハーフシャッタ14を閉じた状態で固定し、試料10を面内回転(z軸周りに回転)させてφ角スキャンする。試料10の面内回転に伴い、X線検出器13の有感面13aに入射する115反射の回折X線の回折スポットP(回折X線の入射中心スポット)が、ハーフシャッタ14に対して図10(a)の左方向へ相対移動する。そして、Δφだけ試料10が面内回転したとき、ハーフシャッタ14が回折スポットPを覆う。
As shown in FIG. 10A, the
このφ角スキャン操作により、同図(b)に示すようなステップ関数状の強度プロファイルが得られる。そして、スキャン前の基準角度φからX線の強度レベルが半分になるまでに移動したスキャン角度Δφが、理想方位での回折X線の傾き角からのズレ角となる。このズレ角Δφを加味することで、回折X線の方向φ115を求めることができる。
なお、回折スポットの位置は、同図(c)に示すようにステップ関数状の強度プロファイルを微分処理して得たピーク値によって求めることもできる。
By this φ angle scanning operation, an intensity profile having a step function shape as shown in FIG. Then, the scan angle Δφ moved from the reference angle φ before scanning until the X-ray intensity level is halved becomes the deviation angle from the tilt angle of the diffracted X-rays in the ideal direction. By taking this deviation angle Δφ into consideration, the direction of the diffraction X-ray φ 115 can be obtained.
The position of the diffraction spot can also be obtained from a peak value obtained by differentiating a step function intensity profile as shown in FIG.
以上の操作と測定で、α115とφ115を得ることができる。そして、α115とφ115により、115反射の回折ベクトル(すなわち、面法線ベクトルV115)を決定することができる。回折ベクトルは、後述する(6)式のα,φに、上述のとおり求めたα115とφ115を代入することで算出できる。 With the above operation and measurement, α 115 and φ 115 can be obtained. The 115 reflection diffraction vector (that is, the surface normal vector V 115 ) can be determined by α 115 and φ 115 . The diffraction vector can be calculated by substituting α 115 and φ 115 obtained as described above into α and φ in equation (6) described later.
同様に、上記2〜4の項で示した操作と測定を、試料のX軸を測定装置のy軸方向に向けて行い、α1−15とφ1−15を調べることによりV1−15を決定することができる。
φ角の基準として、Z軸方向をゼロとする。すると、φ1−15はゼロ度近傍の値となり、φ115は90°近傍の値となる。
Similarly, the operation and measurement shown in the above items 2 to 4 are performed with the X-axis of the sample directed in the y-axis direction of the measuring apparatus, and by examining α 1-15 and φ 1-15 , V 1-15 Can be determined.
As a reference for the φ angle, the Z-axis direction is set to zero. Then, φ 1-15 is a value near zero degrees, and φ 115 is a value near 90 °.
ここで、上述したROIの設定について説明する。X線検出器(SDD)13で検出されたX線は、電気パルスに変換された後、マルチチャンネルパルスハイトアナライザで分析すると、図11のようなエネルギピークプロファイルをもって示される。「分析したエネルギ近傍のチャンネルにROIを設定する」とは、エネルギピークの上限と下限を設定して、その間に挟まれるX線パルスのカウント数の積分値を計測する、という意味である。φ角をステップ移動とX線パルスのカウントを繰り返し行えば、図10(b)に示すφ角対X線強度プロファイルが得られる。仮に、X線検出器(SDD)13の有感面(X線検出面)に別反射が混入しても、エネルギが異なるので、ROIを設定し、その領域のX線だけを検出することで、φ調整には混乱はきたさない。 Here, the above-described setting of the ROI will be described. When the X-ray detected by the X-ray detector (SDD) 13 is converted into an electric pulse and then analyzed by a multi-channel pulse height analyzer, it is shown with an energy peak profile as shown in FIG. “Setting an ROI for a channel in the vicinity of the analyzed energy” means setting an upper limit and a lower limit of an energy peak and measuring an integrated value of the count number of X-ray pulses sandwiched therebetween. If step movement of the φ angle and counting of X-ray pulses are repeated, the φ angle versus X-ray intensity profile shown in FIG. 10B is obtained. Even if another reflection is mixed into the sensitive surface (X-ray detection surface) of the X-ray detector (SDD) 13, the energy is different, so by setting the ROI and detecting only the X-rays in that region The φ adjustment is not confusing.
<5. 回折ベクトルの算出>
図12に示すように、回折ベクトルVは、試料を代表する座標(x,y,z)を用い、次の単位ベクトルで計算できる。
なお、図12において、符号mの破線は、VhklのXY平面への投影線であり、また回折X線kのXY平面への投影線でもある。
<5. Calculation of diffraction vector>
As shown in FIG. 12, the diffraction vector V can be calculated by the following unit vector using coordinates (x, y, z) representing the sample.
In FIG. 12, a broken line with a symbol m is a projection line of V hkl onto the XY plane, and is also a projection line of the diffracted X-ray k onto the XY plane.
<6. 方位マトリックスUの決定>
一方、結晶軸座標(a,b,c)で表した対応する格子面(hkl)の面法線ベクトル(指数ベクトル)は、単位ベクトルで、次のように表される。
測定した指数は既知なので、計算するだけである。
ここで、Vとhの間には、次の関係がある。
On the other hand, the surface normal vector (exponential vector) of the corresponding lattice plane (hkl) expressed by crystal axis coordinates (a, b, c) is a unit vector and is expressed as follows.
Since the measured index is known, it is only calculated.
Here, there is the following relationship between V and h.
Vとhの両者をつなぐ変換マトリックスUは、方位マトリックス(orientation matrix)と呼ばれる3行3列の正規直交行列である。
Uの決定には、一次独立な3つのベクトルの組が必要である。そこで、測定された2つの組V1,h1とV2,h2とにより、次の手順で3つのベクトルの組を発生させる。
この方法は2反射法と称される。2反射法によるUの決定方法はすでに公知であり、例えば、非特許文献1に開示されている。
The transformation matrix U connecting both V and h is a 3 × 3 orthonormal matrix called an orientation matrix.
The determination of U requires a set of three linearly independent vectors. Therefore, a set of three vectors is generated by the following procedure based on the measured two sets V 1 , h 1 and V 2 , h 2 .
This method is called a two-reflection method. A method of determining U by the two-reflection method is already known, and is disclosed in
この場合、V1=V1−15,h1=h1−15とし、V1=V115,h1=h115として以下の計算を実行すればよい。
まず、図13(a)に示すように、V1とV2のベクトル積及びh1とh2のベクトル積より、V3,h3のベクトル積を発生させる。これを単位ベクトルに直して、
V3=V1×V2/|V1×V2|
h3=h1×h2/|h1×h2|
を得る。
In this case, V 1 = V 1-15 , h 1 = h 1-15 , V 1 = V 115 , h 1 = h 115 and the following calculation may be executed.
First, as shown in FIG. 13A, a vector product of V 3 and h 3 is generated from a vector product of V 1 and V 2 and a vector product of h 1 and h 2 . Convert this into a unit vector,
V 3 = V 1 × V 2 / | V 1 × V 2 |
h 3 = h 1 × h 2 / | h 1 × h 2 |
Get.
さらに、測定値には誤差が伴うので、その後の計算に混乱をきたさないようにするため、図13(b)に示すように、V1とV3に直交するV4と対応するh4を、次のように発生させる。
V4=V3×V1
h4=h3×h1
なお、ベクトル積の順序は、図13(a)(b)に矢印で示すとおりである。
Further, since the measurement value has an error, in order to avoid confusion in the subsequent calculation, as shown in FIG. 13B, h 4 corresponding to V 4 orthogonal to V 1 and V 3 is set. Is generated as follows.
V 4 = V 3 × V 1
h 4 = h 3 × h 1
The order of vector products is as shown by arrows in FIGS. 13 (a) and 13 (b).
このようにして得られた、互いに直交するV1,V3,V4及びh1,h3,h4を用いて、
を得る。
V=(V1,V3,V4)
H=(h1,h3,h4)
とすると、(9)式は次のようになる。
これを次のように解いてUを決定する。
このようにしてUが決定できれば、あらゆる指数の格子面に対してその格子面法線ベクトルが、(8)式を用いて試料を代表する座標(X,Y,Z)で計算できる。
Using V 1 , V 3 , V 4 and h 1 , h 3 , h 4 obtained in this manner and orthogonal to each other,
Get.
V = (V 1 , V 3 , V 4 )
H = (h 1 , h 3 , h 4 )
Then, the equation (9) becomes as follows.
This is solved as follows to determine U.
If U can be determined in this way, the lattice plane normal vector can be calculated with respect to the lattice plane of any index using the coordinates (X, Y, Z) representing the sample using the equation (8).
<7. 結晶方位検査及び修正加工に必要な角度の算出>
上記6の項において決定された方位マトリックスUを用いて、(7)式で計算される指数ベクトルと(8)式とにより、試料座標(x,y,z)における任意の格子面の面法線ベクトルが計算できる。
<7. Calculation of angle required for crystal orientation inspection and correction processing>
Using the orientation matrix U determined in the above item 6, the surface method of an arbitrary lattice plane in the sample coordinates (x, y, z) by the exponent vector calculated by the expression (7) and the expression (8) Line vectors can be calculated.
ウエハ又はインゴットの主面は(001)でありノッチやオリフラ等の方位マークをつける方向は、<110>なので、(7)式でh001,h110を計算すれば、V001,V110が(8)式により次のように計算できる。
計算されたV001のX成分をVX、Y成分をVY、Z成分をVZとすれば、主面の(001)のXZ断面の傾き角δX、YZ断面の傾き角δYが、(14)式及び(15)式で計算できる。さらに、最大の傾き角αとそのXY平面での方向角βが、(16)式及び(17)式で計算できる(図14参照)。
なお、図14において、Y軸はノッチやオリフラなどの方位マークの方向であり、破線nはV001のXY平面への投影線である。
In FIG. 14, the Y axis is the direction of an orientation mark such as a notch or orientation flat, and the broken line n is a projection line of V 001 onto the XY plane.
また、オリフラやノッチの形成方向については、計算されたV110のX成分をNX、Y成分をNY、Z成分をNZとすると、図14の角度εを(18)式で計算することができる。
他に必要な角度があれば、これらの成分を用いて如何様な角度も計算が可能である。 If there are other required angles, any angle can be calculated using these components.
〔その他の実施形態〕
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形実施や応用実施が可能である。
例えば、次のような手法によって実施することもできる。
[Other Embodiments]
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation implementation and application implementation are possible in the range which does not change the summary of invention.
For example, it can also be implemented by the following method.
<X線検出器を2台搭載しての並行処理>
図15に示すように、測定装置にX線検出器13を2台搭載し、一方のX線検出器13で115反射を検出し、他方のX線検出器13で1−15反射を検出する。これによりα115,φ115及びα1−15,φ1−15を求めるための操作と測定を同時に実行することができ、いっそう測定処理に要する時間を短縮することが可能となる。
<Parallel processing with two X-ray detectors>
As shown in FIG. 15, two
<ハーフシャッタによる回折線方向の決定>
上記4の項では、試料10を面内回転(z軸周りに回転)させてφ角スキャンすることで、回折線の方向φ115を検出していたが、図16(a)に示すように試料10とX線検出器の有感面13aを固定して、代わりに同図(b)に示すようにハーフシャッタ14をx軸と平行に移動させることで、回折X線の方向φ115を求めてもよい。すなわち、ハーフシャッタ14をx軸と平行に移動していくと、やがてハーフシャッタ14が115反射の回折X線の回折スポットPを覆い、同図(c)のようなステップ関数様の強度プロファイルが得られる。この強度プロファイルの処理で回折線の位置sを調べることができる。
試料面10a上のX線の入射点Oからハーフシャッタまでの距離をLとすると、Δφは、次式で計算できる。
この検出系を、1−15反射の位置にも配置して2チャンネルで運用すれば、測定時間をいっそう短縮することが可能となる。
<Determination of diffraction line direction by half shutter>
In the item 4 above, the diffraction line direction φ 115 is detected by rotating the
If the distance from the X-ray incident point O on the
If this detection system is also arranged at the position of 1-15 reflection and operated with two channels, the measurement time can be further shortened.
10:試料、10a:試料面、11:X線源、12:コリメータ、13:X線検出器、13a:有感面(X線検出面)、14:ハーフシャッタ、
203:晶癖線、204:ケガキ線、214:ノッチ
10: Sample, 10a: Sample surface, 11: X-ray source, 12: Collimator, 13: X-ray detector, 13a: Sensitive surface (X-ray detection surface), 14: Half shutter,
203: crystal habit line, 204: marking line, 214: notch
Claims (3)
(イ)主要な格子面のおおよその方位及び方位マークが付されるべきおおよその方向が、あらかじめわかっている単結晶試料の試料面に対して垂直にX線を照射し、
当該単結晶試料における前記主要な格子面以外で指数のわかっている2以上の格子面を測定対象格子面として、
当該測定対象格子面から回折X線が反射してくるであろう理論上の方向に基準位置を設定し、
前記基準位置に半導体X線検出器を配置して、前記測定対象格子面から反射してきた回折X線のエネルギを、前記半導体X線検出器によって検出する。
(ロ)前記半導体X線検出器で検出した回折X線のエネルギに基づき、前記測定対象格子面から反射してきた回折X線のブラッグ角を求め、当該回折X線の軌道を含み前記単結晶試料の試料面に垂直な平面内における前記測定対象格子面の傾き角αを、前記求めたブラッグ角から算出する。
(ハ)前記基準位置に配置した半導体X線検出器の有感面の一部領域を遮蔽板で覆い、当該遮蔽板と前記試料及び前記半導体X線検出器とを、前記単結晶試料の試料面内で回転する方向に相対移動させ、その際の前記半導体X線検出器で検出された回折X線の強度変化に基づき、前記測定対象格子面の試料面内回転方向の傾き角φを算出する。
(ニ)前記求めた傾き角α及びφに基づき、前記測定対象格子面についての回折ベクトルを算出する。
(ホ)前記2以上の測定対象格子面について算出した回折ベクトルに基づき、前記単結晶試料における任意の格子面の方位を求める。 An X-ray crystal orientation measuring method comprising the following steps (a) to (e):
(A) irradiate X-rays perpendicular to the sample surface of a single crystal sample in which the approximate orientation of the main lattice plane and the approximate direction to which the orientation mark should be attached are known;
Two or more lattice planes with known indices other than the main lattice plane in the single crystal sample are used as measurement target lattice planes.
Set the reference position in the theoretical direction that the diffracted X-rays will be reflected from the measurement target lattice plane,
A semiconductor X-ray detector is arranged at the reference position, and the energy of the diffracted X-ray reflected from the measurement target lattice plane is detected by the semiconductor X-ray detector.
(B) Based on the energy of the diffracted X-ray detected by the semiconductor X-ray detector, the Bragg angle of the diffracted X-ray reflected from the lattice surface to be measured is obtained, and the single crystal sample includes the orbit of the diffracted X-ray An inclination angle α of the measurement target lattice plane in a plane perpendicular to the sample surface is calculated from the obtained Bragg angle.
(C) A partial area of the sensitive surface of the semiconductor X-ray detector disposed at the reference position is covered with a shielding plate, and the shielding plate, the sample, and the semiconductor X-ray detector are arranged as a sample of the single crystal sample. Relative movement in the direction of rotation in the plane, and based on the change in the intensity of the diffracted X-ray detected by the semiconductor X-ray detector at that time, the tilt angle φ in the sample plane rotation direction of the measurement target lattice plane is calculated To do.
(D) A diffraction vector for the measurement target lattice plane is calculated based on the obtained inclination angles α and φ.
(E) An orientation of an arbitrary lattice plane in the single crystal sample is obtained based on diffraction vectors calculated for the two or more measurement target lattice planes.
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CN113390908A (en) * | 2020-03-12 | 2021-09-14 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Method for measuring interplanar spacing based on electron back scattering diffraction pattern |
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- 2012-04-11 JP JP2012089993A patent/JP2013217825A/en active Pending
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