JP2014224693A

JP2014224693A - 結晶極性判定装置及び結晶極性判定方法

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Publication number: JP2014224693A
Application number: JP2013102857A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　健司; Kenji Sato; 健司佐藤; 慶彦中尾; Norihiko Nakao
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2014-12-04
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: JP6393958B2

Abstract

【課題】圧電性の結晶の極性を判定する結晶極性判定装置を提供すること。【解決手段】圧電性の結晶でできたウエハＷの分極方向に依存する表裏を判定する結晶極性判定装置１００は、ウエハＷに対して所定振動数の振動を与える振動付与部１０と、所定振動数の振動に応じて発生する電圧の波形を検出する電圧波形検出部１１と、振動の波形と電圧の波形の位相差φと予め登録される基準位相差φｒｅｆとの比較に基づいてウエハＷの表裏を判定する結晶極性判定部１２とを有する。電圧波形検出部１１は、ウエハＷの周縁の２箇所に配置される２つの電極３ａＬ、３ａＲを用いて電圧の波形を検出し、２つの電極３ａＬ、３ａＲによって定められる電極軸３Ｘは、ウエハＷの分極方向に対して非垂直である。【選択図】図１

Description

本発明は、圧電性を有する結晶体の極性を判定する結晶極性判定装置及び結晶極性判定方法に関する。

従来、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）等の結晶で構成されるウエハが存在する。これらのウエハには結晶方位に依存する焦電効果があるため、結晶の分極方向に応じた表と裏を判定する必要がある。しかし、この分極方向は、ポーリング処理によって決まるため、結晶方位だけでは表裏を判定できない。仮に結晶方位のｚ軸方向が明らかになったとしても、ポーリング処理によって決まる＋ｚ方向と−ｚ方向は依然として不明なためである。また、これらのウエハは、表裏の外観が同じであるため、オリエンテーションフラットが存在したとしても目視による表裏の判定は不可能である。

ウエハの表裏を判定する技術としては、例えば、ウエハの外縁を撮像して得られた画像からウエハの輪郭に沿う複数の点を抽出して直線近似を行い、その外縁が直線状のサブオリエンテーションフラットであるか否かを判定して、ウエハの表裏を判定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この方法では、メインオリエンテーションフラットとは別に、表裏判定のための特別な直線状のサブオリエンテーションフラットをウエハに形成する必要がある。

また、ウエハの表裏を判定する別の技術として、レーザ光を用いてウエハ内部に目印となる空隙を形成する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

また、ウエハの表裏を判定するさらに別の技術として、ウエハの表面及び裏面にレーザ光を照射した場合の表面の反射率と裏面の反射率との違いを利用する方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

なお、ウエハの表裏を判定する他の技術としては、偏光板でウエハを挟んで脈理の方向を目視で観察する方法（例えば、特許文献４参照。）、Ｘ線回折を利用する方法（例えば、特許文献５及び特許文献６参照。）、及び、バックサイドダメージ処理を施したウエハの両面に可視光を照射した場合にウエハの裏面による散乱光の青色波長成分の強度がウエハの主面（表面）によるものよりも高くなることを利用する方法（例えば、特許文献７参照。）が知られている。また、ウエハの表面又は裏面に目印となる細溝を形成する方法（例えば、特許文献８及び特許文献９参照。）、ウエハの表面のみに形成されている薄膜半導体が有する光電効果を利用する方法（例えば、特許文献１０参照。）、両面ポリッシュ後のウエハ表面のワープ形状とウエハ裏面のワープ形状の違いを利用する方法（例えば、特許文献１１参照。）、及び、ウエハの表面のメサの形状と裏面のメサの形状との違いに起因する反射光強度の違いを利用する方法（例えば、特許文献１２参照。）も知られている。

特開２００４−３５６４１１号公報特許４５６９０９７号明細書特開昭６３−１１０６５１号公報特開平３−１７３１４８号公報特開２００５−７７２７１号公報特許２７７０２３２号明細書特開２０１０−２５１５４２号公報特開昭６２−２６０１０６号公報実開昭６２−７３５３２号公報特開平１１−２８１３０９号公報特開２００１−１５６１５２号公報特開２００６−１５６８９５号公報

しかしながら、特許文献１〜１２のそれぞれに記載される方法では、結晶の分極方向を判定することができず、ウエハを構成する結晶の分極方向に応じた表と裏を判定することもできない。

上述の点に鑑み、本発明は、圧電性を有する結晶体の極性を判定する結晶極性判定装置及び結晶極性判定方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係る結晶極性判定装置は、圧電性の結晶体の極性を判定する結晶極性判定装置であって、前記結晶体に対して所定振動数の振動を与える振動付与部と、前記所定振動数の振動に応じて発生する電圧の波形を検出する電圧波形検出部と、前記振動の波形と前記電圧の波形の位相差と予め登録される基準位相差との比較に基づいて前記結晶体の極性を判定する結晶極性判定部とを有する。

また、本発明の実施例に係る結晶極性判定方法は、圧電性の結晶体の極性を判定する結晶極性判定方法であって、前記結晶体に対して所定振動数の振動を与える振動付与ステップと、前記所定振動数の振動に応じて発生する電圧の波形を検出する電圧波形検出ステップと、前記振動の波形と前記電圧の波形の位相差と予め登録される基準位相差との比較に基づいて前記結晶体の極性を判定する結晶極性判定ステップとを有する。

上述の手段により、本発明は、圧電性を有する結晶体の極性を判定する結晶極性判定装置及び結晶極性判定方法を提供することができる。

本発明の実施例に係る結晶極性判定装置の構成例を示すブロック図である。図１の結晶極性判定装置の上面図である。振動波形と電圧波形の関係の１例を示す図である。表裏判定処理の流れを示すフローチャートである。振動軸及び電極軸の配置例を示す図（その１）である。振動軸及び電極軸の配置例を示す図（その２）である。

図１は、本発明の実施例に係る結晶極性判定装置１００の構成例を示すブロック図である。また、図２は、結晶極性判定装置１００の上面図である。本実施例において、結晶極性判定装置１００は、例えば、結晶方位に依存する焦電効果を持つウエハＷの分極方向に応じて決まるウエハＷの表裏を判定する。なお、結晶極性判定装置１００は、結晶方位に依存する焦電効果を持つ結晶体のインゴットの極性を判定してもよい。この場合、下記の説明におけるウエハＷは結晶体で読みかえられ、また、ウエハＷの表裏の判定は、結晶体の分極方向の判定で読みかえられる。

本実施例において、結晶極性判定装置１００は、主に、制御装置１、振動付与装置２、電圧検出装置３、及び出力装置４を有する。振動付与装置２及び電圧検出装置３は、図２に示すように、塩化ビニル等の絶縁体で形成される支持台ＰＦ上に、ウエハＷを挟持できるように配置される。なお、制御装置１及び出力装置４の配置は任意である。また、ウエハＷの下面は、通常、支持台ＰＦの平坦な上面に接触しているが、接触していなくてもよい。また、支持台ＰＦの平坦な上面は、水平面であってもよく、傾斜面であってもよい。

ウエハＷは、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）等の焦電効果を持つ材料で形成される。また、ポーリング処理によって決まるウエハＷの分極方向（厳密には＋ｚ方向を意味する。）は、例えば、図２の矢印ＡＲで示す方向であり、矢印ＡＲが向く方向が＋ｚ方向を表す。なお、ウエハＷの分極方向は、通常、ウエハＷの表面に対して傾斜し、且つ、鉛直方向の成分を有し得るが、以下では、説明の便宜のため、鉛直方向の成分を考慮しないものとする。ウエハＷの表裏は、図２に示すようにウエハＷを結晶極性判定装置１００にセットしたときの分極方向によって決められる。図２の場合、すなわち、＋ｚ方向が右向きの場合、結晶極性判定装置１００は、ウエハＷの上面が表であると判定する。

制御装置１は、結晶極性判定装置１００を制御するための制御手段の１例であり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＮＶＲＡＭ（Non-volatile ＲＡＭ）等を備えたコンピュータである。具体的には、制御装置１は、例えば、振動付与部１０、電圧波形検出部１１、及び結晶極性判定部１２のそれぞれの機能要素に対応するプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭに展開し、各機能要素に対応する処理をＣＰＵに実行させる。

振動付与装置２は、ウエハＷに振動を付与するための振動付与手段の１例であり、ピエゾ素子２ａ、ピエゾ素子固定部材２ｂ、押さえ部材２ｃ、バネ２ｄ、及びバネ固定部材２ｅで構成される。

ピエゾ素子２ａは、圧電効果を利用した受動素子であり、例えば、制御装置１からの制御電圧に応じて、図２の矢印Ｆで示す力をウエハＷに対して加えることができる。そして、ピエゾ素子２ａは、その力を周期的に加えることによって、ウエハＷに任意の振動数の振動を与えることができる。なお、振動付与手段として、スピーカ等の振動付与に利用されるボイスコイル、ソレノイド等をピエゾ素子２ａの代わりに用いてもよいが、制御電圧に対する追従性からピエゾ素子を用いることが好ましい。

ピエゾ素子固定部材２ｂは、ピエゾ素子２ａの一端を固定するための部材であり、ピエゾ素子２ａの他端が伸縮してウエハＷに振動を与えることができるようにする。

押さえ部材２ｃは、ピエゾ素子２ａと協働してウエハＷを挟持し且つ固定するための部材である。具体的には、ウエハＷは、その周縁に形成される直線状のオリエンテーションフラットＯＦをピエゾ素子２ａの平坦な接触面に接触させる。また、ウエハＷは、その周縁における、オリエンテーションフラットＯＦの直径方向反対側の部分を押さえ部材２ｃに接触させる。なお、押さえ部材２ｃは、ウエハＷの周縁との接触面をウエハＷの周縁に適合する湾曲形状とする。すなわち、押さえ部材２ｃの接触面は、ウエハＷの円周と同じ曲率の湾曲面を有する。また、押さえ部材２ｃは、望ましくは、塩化ビニル等の絶縁体で形成される。ウエハＷの電気的絶縁性をさらに高めるためである。

また、ピエゾ素子２ａの接触面の中心と、押さえ部材２ｃの接触面の中心とを結ぶ線は、振動軸２Ｘを定める。ピエゾ素子２ａによる振動は、振動軸２Ｘに平行な方向に沿ってウエハＷに付与される。

バネ２ｄは、支持台ＰＦ上で押さえ部材２ｃをウエハＷに押し付けるための弾性部材の１例であり、振動軸２Ｘに平行にウエハＷに対して押さえ部材２ｃを付勢する。また、バネ２ｄは、ピエゾ素子２ａ等によってウエハＷに過度の力が加えられた場合に押さえ部材２ｃを後退させることによってその力を吸収し、ウエハＷが割れるのを防止する。

バネ固定部材２ｅは、バネ２ｄの一端を固定するための部材であり、バネ２ｄの他端が伸縮して押さえ部材２ｃを付勢できるようにする。

電圧検出装置３は、ウエハＷの圧電効果によって生じる電圧を検出するための電圧検出手段の１例であり、一対の電極３ａＬ、３ａＲ、一対の電極保持部材３ｂＬ、３ｂＲ、バネ３ｃ、及びバネ固定部材３ｄで構成される。

一対の電極３ａＬ、３ａＲは、ウエハＷの圧電効果によって生じる電圧を取り出すための部材であり、ウエハＷの周縁の２箇所に互いに向かい合うように配置される。具体的には、ウエハＷは、その周縁を一対の電極３ａＬ、３ａＲのそれぞれに接触させる。なお、一対の電極３ａＬ、３ａＲのそれぞれは、ウエハＷの周縁との接触面をウエハＷの周縁に適合する湾曲形状とする。すなわち、一対の電極３ａＬ、３ａＲのそれぞれの接触面は、ウエハＷの円周と同じ曲率の湾曲面を有する。

また、電極３ａＬの接触面の中心と電極３ａＲの接触面の中心とを結ぶ線は、電極軸３Ｘを定める。本実施例では、電極軸３Ｘは、振動軸２Ｘに対して垂直となるように定められる。

また、本実施例では、一対の電極３ａＬ、３ａＲは、導電ゴムで形成される。ウエハＷとの接触をより安定的にし、その接触面積を広く確保することで、ウエハＷの圧電効果によって生じる電圧をより安定的に検出できるようにするためである。なお、導電ゴムは、例えば、体積固有抵抗０．９×１０^２［Ω・ｃｍ］を有する。但し、一対の電極３ａＬ、３ａＲは、金属で形成されてもよい。

一対の電極保持部材３ｂＬ、３ｂＲは、一対の電極３ａＬ、３ａＲを保持するための部材である。具体的には、電極保持部材３ｂＬが電極３ａＬを保持し、電極保持部材３ｂＲが電極３ａＲを保持する。

バネ３ｃは、支持台ＰＦ上で電極３ａＲをウエハＷに押し付けるための弾性部材の１例であり、電極軸３Ｘに平行にウエハＷに対して電極３ａＲを付勢する。また、バネ３ｃは、電極軸３Ｘの方向においてウエハＷに過度の力が加えられた場合に電極３ａＲを後退させることによってその力を吸収し、ウエハＷが割れるのを防止する。

バネ固定部材３ｄは、バネ３ｃの一端を固定するための部材であり、バネ３ｃの他端が伸縮して電極３ａＲを付勢できるようにする。

なお、バネ３ｃ及びバネ固定部材３ｄは、電極３ａＲを付勢する代わりに、或いは、電極３ａＲを付勢することに加えて、電極３ａＬを付勢するように配置されてもよい。

出力装置４は、各種情報を出力するための装置であり、例えば、制御装置１によるウエハの表裏の判定結果を表示するためのディスプレイ、又は、その判定結果を音声出力するためのスピーカ等である。

次に、制御装置１が有する各種機能要素について説明する。

振動付与部１０は、振動付与手段を動作させるための機能要素であり、例えば、振動付与装置２に対して所定振動数の制御電圧を出力する。

具体的には、振動付与部１０は、ウエハＷ上で定在波が発生するようにピエゾ素子２ａを所定振動数で振動させるべく、所定周波数の制御電圧を振動付与装置２に対して出力する。例えば、振動付与部１０は、ウエハＷの機械的共振が発生するようにピエゾ素子２ａを所定振動数で振動させるべく、所定周波数の制御電圧を振動付与装置２に対して出力する。ウエハＷにおける振動の振幅が大きいほど、ウエハＷの圧電効果によって生じる電圧も大きくなり、電圧の検出も容易になるためである。

電圧波形検出部１１は、ウエハＷの圧電効果によって生じる電圧の波形を検出するための機能要素であり、例えば、電圧検出装置３が検出して出力する電圧の波形を検出するオシログラフ機能を備える。

具体的には、電圧波形検出部１１は、振動付与部１０が出力する制御電圧に応じて振動付与装置２が所定振動数で振動しウエハＷを振動させた結果ウエハＷの圧電効果によって生じる電圧の波形を検出し、その検出結果を結晶極性判定部１２に対して出力する。

結晶極性判定部１２は、結晶体の極性を判定するための機能要素であり、例えば、結晶体の分極方向を判定する。本実施例では、結晶極性判定部１２は、ウエハＷの分極方向に依存するウエハＷの表裏を判定する。具体的には、結晶極性判定部１２は、例えば、ウエハＷに付与される振動の波形と、その振動に対するウエハＷの圧電効果によって生じる電圧の波形とに基づいてウエハＷの表裏を判定する。

より具体的には、結晶極性判定部１２は、振動付与部１０が振動付与装置２に対して出力する制御電圧の波形（以下、「制御電圧波形」とする。）を、ウエハＷの振動の波形（以下、「振動波形」とする。）として取得する。また、結晶極性判定部１２は、電圧波形検出部１１が検出する、電圧検出装置３の出力電圧の波形（以下、「出力電圧波形」とする。）を、ウエハＷの圧電効果によって生じる電圧の波形として取得する。

その上で、結晶極性判定部１２は、振動波形と出力電圧波形との位相差を導き出す。そして、結晶極性判定部１２は、その位相差が予め登録された位相差と等しい場合に、結晶極性判定装置１００にセットされたウエハＷの上面を表と判定する。一方で、結晶極性判定部１２は、その位相差が予め登録された位相差と異なる場合に、結晶極性判定装置１００にセットされたウエハＷの上面を裏と判定する。なお、別の実施例では、この表裏の判定が逆であってもよい。

具体的には、結晶極性判定部１２は、別の任意の方法によって既に表裏が判別されているウエハ（以下、「マスタサンプル」とする。）の表を上面としてマスタサンプルが結晶極性判定装置１００にセットされたときの振動波形と出力電圧波形との間の位相差（以下、「基準位相差φ_ｒｅｆ」とする。）を予め登録している。そして、結晶極性判定部１２は、表裏の別が分かっていないウエハＷが結晶極性判定装置１００にセットされたときの振動波形と出力電圧波形との位相差φが基準位相差φ_ｒｅｆと等しい場合、結晶極性判定装置１００にセットされたウエハＷの上面を表と判定する。一方、結晶極性判定部１２は、表裏の別が分かっていないウエハＷが結晶極性判定装置１００にセットされたときの振動波形と出力電圧波形との位相差φが基準位相差φ_ｒｅｆと異なる場合、結晶極性判定装置１００にセットされたウエハＷの上面を裏と判定する。なお、「位相差φが基準位相差φ_ｒｅｆと等しい場合」は、例えば、位相差φと基準位相差φ_ｒｅｆとの間の差がゼロ又はゼロ近傍の場合をいう。また、「位相差φが基準位相差φ_ｒｅｆと異なる場合」は、例えば、位相差φと基準位相差φ_ｒｅｆとの間の差がπ［ｒａｄ］又はπ［ｒａｄ］近傍の場合をいう。

図３は、振動波形（制御電圧波形）と出力電圧波形の関係の１例を示す図である。なお、図３（Ａ）はウエハＷの表を上面としてウエハＷを結晶極性判定装置１００にセットした場合の関係を示し、図３（Ｂ）はウエハＷの裏を上面としてウエハＷを結晶極性判定装置１００にセットした場合の関係を示す。また、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）における一点鎖線で示す推移は、マスタサンプルの表を上面としてマスタサンプルが結晶極性判定装置１００にセットされた場合の出力電圧波形の推移を示す。

図３（Ａ）に示すように、ウエハＷの表を上面としてウエハＷが結晶極性判定装置１００にセットされた場合には、振動波形（制御電圧波形）と出力電圧波形との間の位相差φ_１が基準位相差φ_ｒｅｆと等しく、位相差φ_１と基準位相差φ_ｒｅｆとの間の差はゼロ［ｒａｄ］となる。一方、図３（Ｂ）に示すように、ウエハＷの裏を上面としてウエハＷが結晶極性判定装置１００にセットされた場合には、振動波形（制御電圧波形）と出力電圧波形との間の位相差φ_２が基準位相差φ_ｒｅｆとは異なり、位相差φ_２と基準位相差φ_ｒｅｆとの間の差はπ［ｒａｄ］となる。

このように、結晶極性判定装置１００は、位相差φ_１、φ_２が基準位相差φ_ｒｅｆと等しいか異なるかというこの位相関係に基づいて、ウエハＷの表裏を判定することができる。

次に、図４を参照しながら、結晶極性判定装置１００がウエハＷの表裏を判定する処理（以下、「表裏判定処理」とする。）について説明する。なお、図４は、表裏判定処理の流れを示すフローチャートであり、結晶極性判定装置１００は、ウエハＷがセットされた後、例えば、図示しない入力装置を介した操作者の入力（開始指示）に応じて、この表裏判定処理を実行する。また、結晶極性判定装置１００は、基準位相差φ_ｒｅｆを予め登録している。

最初に、結晶極性判定装置１００の制御装置１は、振動付与部１０により、振動付与装置２に対して制御電圧を出力する（ステップＳ１）。具体的には、振動付与部１０は、ウエハＷの機械的共振が発生するようにピエゾ素子２ａを所定振動数で振動させるべく、所定周波数の制御電圧を出力する。

その後、制御装置１は、電圧波形検出部１１により、電圧検出装置３の出力電圧の波形を検出する（ステップＳ２）。具体的には、電圧検出装置３は、ピエゾ素子２ａの振動によって共振するウエハＷの圧電効果によって生じる電圧を一対の電極３ａＬ、３ａＲを用いて検出し、その検出結果を出力電圧として電圧波形検出部１１に対して出力する。電圧波形検出部１１は、オシログラフ機能により、電圧検出装置３の出力電圧を継続的に取得し、出力電圧の波形を検出する。

その後、制御装置１は、結晶極性判定部１２により、振動波形としての制御電圧波形と出力電圧波形との間の位相差φが予め登録された基準位相差φ_ｒｅｆと等しいか否かを判断する（ステップＳ３）。具体的には、結晶極性判定部１２は、振動付与部１０から制御電圧波形を取得し、且つ、電圧波形検出部１１から出力電圧波形を取得する。その上で、結晶極性判定部１２は、制御電圧波形と出力電圧波形との間の位相差φを導き出し、その位相差φが基準位相差φ_ｒｅｆと等しいか否かを判断する。

位相差φと基準位相差φ_ｒｅｆとが等しいと判断した場合（ステップＳ３のＹＥＳ）、結晶極性判定部１２は、結晶極性判定装置１００にセットされたウエハＷの上面を表と判定する（ステップＳ４）。

一方、位相差φと基準位相差φ_ｒｅｆとが等しくない、すなわち、位相差φと基準位相差φ_ｒｅｆとが異なると判断した場合（ステップＳ３のＮＯ）、結晶極性判定部１２は、結晶極性判定装置１００にセットされたウエハＷの上面を裏と判定する（ステップＳ５）。

その後、制御装置１は、判定結果に応じた所定の制御信号を出力装置４に対して出力し、判定結果をディスプレイに表示させ、或いは、判定結果をスピーカから音声出力させる（ステップＳ６）。

なお、結晶極性判定部１２は、位相差φと基準位相差φ_ｒｅｆとが等しいとも異なるともいえない場合、例えば、位相差φと基準位相差φ_ｒｅｆとの間の差がπ／２［ｒａｄ］又はπ／２［ｒａｄ］近傍の場合、表裏判定が不能であると判定してもよい。

以上の構成により、結晶極性判定装置１００は、ウエハＷを周縁の４箇所で挟持しながら、振動軸２Ｘに沿ってウエハＷに振動を与え、ウエハＷを共振させる。そして、結晶極性判定装置１００は、共振するウエハＷの圧電効果によって生じる電圧の波形を検出し、ウエハＷの振動波形と出力電圧波形の位相差に基づいてウエハＷの表裏を判定する。その結果、結晶極性判定装置１００は、Ｘ線やレーザ等の光学的手段を用いる方法では判定できないウエハＷの分極方向に応じたウエハＷの表裏を判定することができる。

また、結晶極性判定装置１００は、追加的なオリエンテーションフラット、又は、目印となる空隙若しくは細溝をウエハＷに形成することなく、ウエハＷの表裏を判定することができる。そのため、ウエハＷの表裏を判定するタイミングが特定の処理や加工が行われる前に制限されたり、特定の処理や加工が行われた後に制限されたりすることもない。

また、結晶極性判定装置１００は、ウエハＷの表裏を判定するときと同様の処理により、結晶体（例えば、円柱形状のインゴットである。）の分極方向を判定してもよい。また、結晶体が円柱形状のインゴットである場合、オリエンテーションフラットは未形成であってもよい。また、その場合、ピエゾ素子２ａの接触面は、押さえ部材２ｃと同様の湾曲面であってもよい。

次に、図５を参照しながら、振動軸２Ｘ及び電極軸３Ｘの配置例について説明する。なお、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）のそれぞれは、結晶極性判定装置１００の上面図であり、図１に対応する。また、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、明瞭化のため、制御装置１及び出力装置４の図示を省略する。

図５（Ａ）は、振動軸２Ｘと電極軸３Ｘとが直交するように振動付与装置２及び電圧検出装置３が配置された状態を示す。また、図５（Ａ）は、表を上面としてウエハＷがセットされた場合に、ウエハＷの分極方向が、矢印ＡＲ１で示すように、電極軸３Ｘに対して９０度より小さい角度θ_１を形成することを示す。また、図５（Ａ）は、裏を上面としてウエハＷがセットされた場合に、ウエハＷの分極方向が、点線矢印ＡＲ２で示すように、電極軸３Ｘに対して９０度より大きい角度θ_２を形成することを示す。

この場合、結晶極性判定装置１００は、表を上面としてウエハＷがセットされたときには、位相差φが基準位相差φ_ｒｅｆと等しいことを検出し、裏を上面としてウエハＷがセットされたときには、位相差φが基準位相差φ_ｒｅｆと異なることを検出する。また、表を上面としてウエハＷがセットされたときの出力電圧波形の振幅は、裏を上面としてウエハＷがセットされたときの出力電圧波形の振幅と同等である。圧電効果によって生成される電圧の大きさが矢印ＡＲ１、ＡＲ２の大きさに対応すると仮定した場合、表を上面としてウエハＷがセットされたときの出力電圧の電極軸３Ｘに沿った成分Ｃ１の大きさは、裏を上面としてウエハＷがセットされたときの出力電圧の電極軸３Ｘに沿った成分Ｃ２の大きさと等しくなるためである。

図５（Ｂ）は、振動軸２Ｘと電極軸３Ｘとが直交せずに傾斜するように振動付与装置２及び電圧検出装置３が配置された状態を示す。また、図５（Ｂ）は、表を上面としてウエハＷがセットされた場合に、ウエハＷの分極方向が、矢印ＡＲ３で示すように、電極軸３Ｘに対して９０度より小さい角度θ_３を形成することを示す。また、図５（Ｂ）は、裏を上面としてウエハＷがセットされた場合に、ウエハＷの分極方向が、点線矢印ＡＲ４で示すように、電極軸３Ｘに対して９０度より大きい角度θ_４を形成することを示す。

この場合、結晶極性判定装置１００は、表を上面としてウエハＷがセットされたときには、位相差φが基準位相差φ_ｒｅｆと等しいことを検出し、裏を上面としてウエハＷがセットされたときには、位相差φが基準位相差φ_ｒｅｆと異なることを検出する。また、表を上面としてウエハＷがセットされたときの出力電圧波形の振幅は、裏を上面としてウエハＷがセットされたときの出力電圧波形の振幅よりも大きい。圧電効果によって生成される電圧の大きさが矢印ＡＲ３、ＡＲ４の大きさに対応すると仮定した場合、表を上面としてウエハＷがセットされたときの出力電圧の電極軸３Ｘに沿った成分Ｃ３の大きさは、裏を上面としてウエハＷがセットされたときの出力電圧の電極軸３Ｘに沿った成分Ｃ４の大きさより大きくなるためである。

次に、図６を参照しながら、振動軸２Ｘ及び電極軸３Ｘの別の配置例について説明する。なお、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）のそれぞれは、結晶極性判定装置１００の上面図であり、図１に対応する。また、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）では、明瞭化のため、制御装置１及び出力装置４の図示を省略する。

図６（Ａ）は、振動軸２Ｘと電極軸３Ｘとが直交せずに傾斜するように振動付与装置２及び電圧検出装置３が配置された状態を示す。また、図６（Ａ）は、表を上面としてウエハＷがセットされた場合に、ウエハＷの分極方向が、矢印ＡＲ５で示すように、電極軸３Ｘに対して９０度より小さい角度θ_５を形成することを示す。また、図６（Ａ）は、裏を上面としてウエハＷがセットされた場合に、ウエハＷの分極方向が、点線矢印ＡＲ６で示すように、電極軸３Ｘに対して９０度に等しい角度θ_６を形成することを示す。

この場合、結晶極性判定装置１００は、表を上面としてウエハＷがセットされたときには、位相差φが基準位相差φ_ｒｅｆと等しいことを検出するが、裏を上面としてウエハＷがセットされたときには、出力電圧波形を検出しないため、位相差φが基準位相差φ_ｒｅｆと異なることを検出しない。表を上面としてウエハＷがセットされたときには出力電圧の電極軸３Ｘに沿った成分Ｃ５が存在するのに対し、裏を上面としてウエハＷがセットされたときには、分極方向と電極軸３Ｘが直交し、出力電圧の電極軸３Ｘに沿った成分が存在しないためである。

この場合においても、結晶極性判定装置１００は、出力電圧波形が検出されないときのウエハＷの上面を裏と判定することができるが、電圧検出装置３の故障との区別がつかない。

このような場合、結晶極性判定装置１００は、図６（Ｂ）に示すように、電圧検出装置３の配置を変更してもよい。すなわち、結晶極性判定装置１００は、表を上面としてウエハＷがセットされた場合、及び、裏を上面としてウエハＷがセットされた場合の何れにおいても、分極方向と電極軸３Ｘが直交しないように、電圧検出装置３の配置を変更してもよい。

図６（Ｂ）は、振動軸２Ｘと電極軸３Ｘとが図６（Ａ）に示す角度とは異なる角度で交差するように振動付与装置２及び電圧検出装置３が配置された状態を示す。また、図６（Ｂ）は、表を上面としてウエハＷがセットされた場合に、ウエハＷの分極方向が、矢印ＡＲ７で示すように、電極軸３Ｘに対して９０度より小さい角度θ_７を形成することを示す。また、図６（Ｂ）は、裏を上面としてウエハＷがセットされた場合に、ウエハＷの分極方向が、点線矢印ＡＲ８で示すように、電極軸３Ｘに対して９０度より大きい角度θ_８を形成することを示す。なお、ウエハＷの分極方向は、図６（Ａ）の場合と同じである。

この場合、結晶極性判定装置１００は、表を上面としてウエハＷがセットされたときには、振動波形と同位相の出力電圧波形を検出し、裏を上面としてウエハＷがセットされたときには、位相差φが基準位相差φ_ｒｅｆと異なることを検出する。また、表を上面としてウエハＷがセットされたときの出力電圧波形の振幅は、裏を上面としてウエハＷがセットされたときの出力電圧波形の振幅よりも小さい。圧電効果によって生成される電圧の大きさが矢印ＡＲ７、ＡＲ８の大きさに対応すると仮定した場合、表を上面としてウエハＷがセットされたときの出力電圧の電極軸３Ｘに沿った成分Ｃ７の大きさは、裏を上面としてウエハＷがセットされたときの出力電圧の電極軸３Ｘに沿った成分Ｃ８の大きさより小さくなるためである。

以上の構成により、結晶極性判定装置１００は、振動軸２Ｘ及び電極軸３Ｘの配置を任意に設定しながら、振動軸２Ｘに沿ってウエハＷに振動を与え、ウエハＷを共振させる。そして、結晶極性判定装置１００は、電極軸３Ｘを形成する一対の電極３ａＬ、３ａＲを用いて、共振するウエハＷの圧電効果によって生じる電圧の波形を検出し、ウエハＷの振動波形と出力電圧波形の位相差に基づいてウエハＷの表裏を判定する。その結果、結晶極性判定装置１００は、Ｘ線やレーザ等の光学的手段を用いる方法では判定できないウエハＷの分極方向に応じたウエハＷの表裏を判定することができる。

また、結晶極性判定装置１００は、ウエハＷの表裏を判定するときと同様の処理により、結晶体（例えば、円柱形状のインゴットである。）の分極方向を判定してもよい。なお、結晶体は、角柱形状等、円柱形状以外の形状を有していてもよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では、ピエゾ素子２ａは、ウエハＷの周縁における直線状のオリエンテーションフラットと接触するよう配置されるが、結晶体（ウエハＷ）のオリエンテーションフラットＯＦ以外の湾曲部分と接触するよう配置されてもよい。

また、上述の実施例では、ウエハＷに対するピエゾ素子２ａの接触面は平坦面であるが、押さえ部材２ｃと同様の湾曲面であってもよい。

また、上述の実施例では、振動軸２Ｘ及び電極軸３Ｘの双方がウエハＷの中心を通るように、振動付与装置２及び電圧検出装置３が配置されるが、振動軸２Ｘ及び電極軸３Ｘのうちの少なくとも一方が結晶体（ウエハＷ）の中心を通らないように、振動付与装置２、電圧検出装置３が配置されてもよい。

また、上述の実施例では、結晶極性判定装置１００は、振動付与部１０が振動付与装置２に対して出力する制御電圧の波形をウエハＷの振動波形とすることによって、ウエハＷの振動波形を間接的に検出する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。結晶極性判定装置１００は、結晶体又はウエハＷに振動センサを取り付けることによって結晶体又はウエハＷの振動波形を直接的に検出してもよい。

１・・・制御装置２・・・振動付与装置２ａ・・・ピエゾ素子２ｂ・・・・ピエゾ素子固定部材２ｃ・・・押さえ部材２ｄ・・・バネ２ｅ・・・バネ固定部材２Ｘ・・・振動軸３・・・電圧検出装置３ａＬ、３ａＲ・・・電極３ｂＬ、３ｂＲ・・・電極保持部材３ｃ・・・バネ３ｄ・・・バネ固定部材３Ｘ・・・電極軸４・・・出力装置１０・・・振動付与部１１・・・電圧波形検出部１２・・・結晶極性判定部１００・・・結晶極性判定装置

Claims

圧電性の結晶体の極性を判定する結晶極性判定装置であって、
前記結晶体に対して所定振動数の振動を与える振動付与部と、
前記所定振動数の振動に応じて発生する電圧の波形を検出する電圧波形検出部と、
前記振動の波形と前記電圧の波形の位相差と予め登録される基準位相差との比較に基づいて前記結晶体の極性を判定する結晶極性判定部と、
を有する結晶極性判定装置。
前記結晶体は、圧電性の結晶でできたウエハであり、
前記結晶極性判定部は、前記振動の波形と前記電圧の波形の位相差と予め登録される基準位相差との比較に基づいて前記ウエハの分極方向に依存する表裏を判定する、
請求項１に記載の結晶極性判定装置。
前記電圧波形検出部は、前記結晶体の周縁の２箇所に配置される２つの電極を用いて電圧の波形を検出し、
前記２つの電極によって定められる電極軸は、前記結晶体の分極方向に対して非垂直である、
請求項１又は２に記載の結晶極性判定装置。
前記結晶体は、絶縁体によって支持される、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の結晶極性判定装置。
前記振動付与部は、振動源としてピエゾ素子を用いる、
請求項１乃至４の何れか一項に記載の結晶極性判定装置。
前記電極は、導電性ゴムで形成される、
請求項１乃至５の何れか一項に記載の結晶極性判定装置。
前記結晶体は、前記ピエゾ素子と弾性押さえ部材とに挟まれる、
請求項５に記載の結晶極性判定装置。
圧電性の結晶体の極性を判定する結晶極性判定方法であって、
前記結晶体に対して所定振動数の振動を与える振動付与ステップと、
前記所定振動数の振動に応じて発生する電圧の波形を検出する電圧波形検出ステップと、
前記振動の波形と前記電圧の波形の位相差と予め登録される基準位相差との比較に基づいて前記結晶体の極性を判定する結晶極性判定ステップと、
を有する結晶極性判定方法。
前記結晶体は、圧電性の結晶でできたウエハであり、
前記結晶極性判定ステップにおいて、前記振動の波形と前記電圧の波形の位相差と予め登録される基準位相差との比較に基づいて前記ウエハの分極方向に依存する表裏が判定される、
請求項８に記載の結晶極性判定方法。