JP3337543B2 - 単結晶インゴットの端面測定装置 - Google Patents

単結晶インゴットの端面測定装置

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芳郎 町谷
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、単結晶インゴットの端
面と結晶格子面との間の偏差角度、すなわち結晶格子面
に対するインゴット端面の傾き角度をX線の回折を利用
して測定する単結晶インゴットの端面測定装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】高集積回路(IC)を構成する半導体基
板は、通常、径の大きい半導体ウェハ、例えばSi(シ
リコン)単結晶ウェハから切り出される。また、その単
結晶ウェハは、例えば円柱形状の単結晶インゴットを薄
い板厚に切断することによって形成される。この単結晶
インゴットは周知の通りその内部に結晶格子面を有して
おり、その結晶格子面は、例えば図4に模式的に符号T
で示すように、軸線L1を中心とする円柱形状の単結晶
インゴット1の内部に互いに平行に所定の格子面間隔d
で連続して並んでいる。この単結晶インゴット1に関し
て留意しなければならないのは、単結晶インゴット1の
端面1aと結晶格子面Tとの間の偏差角δの大きさを正
確に把握しなければならないということである。単結晶
インゴット1に対して行われる種々の加工は、端面1a
を基準として行われることが多いからである。
【0003】上記の偏差角δを測定する方法の1つとし
て、X線の回折を利用したものが知られている。例え
ば、図6に示すように、円柱形状の単結晶インゴット1
をVブロック2の上に載せて位置決めし、X線源3から
放射されるX線をインゴット端面1aに照射し、そして
そこで回折した回折X線をX線カウンタ4によって検出
するようにした測定方法が知られている。この測定方法
では、X線源3の配設位置、X線カウンタ4の配設位置
及びVブロック2の配設位置を標準試料を使って予め所
定位置に決めておき、偏差角δが未知である単結晶イン
ゴットをVブロック2の上に載せ、さらにVブロック2
を試料軸線ωを中心として矢印Aのように回動させて回
折X線が発生する角度位置を見つけ出し、その見つけ出
した所の角度値を読み取ることにより偏差角δのズレ量
を測定する。
【0004】ところで、単結晶インゴット1から単結晶
ウェハを切り出す際には、中心軸線L1を中心とする直
角2方向に関する偏差角δを求めて、切り出し用工具の
単結晶インゴットに対する固定角度位置をそれらの偏差
角δに基づいて個々に調整する必要がある。このため通
常は、まず、角度基準となる平坦面であるオリフラ面1
cを基準として軸線L1回りの0゜位置において上記の
ような操作によって偏差角δを求め、その後、単結晶イ
ンゴット1を軸線L1を中心として矢印B方向へ90゜
回転させてそこに固定し、その状態で再度、偏差角δを
測定する。こうして単結晶インゴット1の端面1aでの
直交する2方向の偏差角δを測定する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の測定方法においては、単結晶インゴット1の円筒面を
Vブロック2の上に載せて位置決めしているので、円筒
面に対する結晶格子面の傾斜角度は正確に測定できるも
のの、端面1aに対する結晶格子面の傾斜角度、すなわ
ち偏差角度を直接的に知ることはできなかった。
【0006】本発明はその問題点を解決するためになさ
れたものであって、単結晶インゴットの端面と結晶格子
面との間の偏差角を直接的に正確に測定できる単結晶イ
ンゴットの端面測定装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る単結晶インゴットの端面測定装置は、
単結晶インゴットの端面と結晶格子面との偏差角度を測
定する単結晶インゴットの端面測定装置において、前記
単結晶インゴットの中心軸線に対して直角の方向へ延び
る試料軸線を中心として前記中心軸線に対して傾斜角が
変わる如く回転可能に設けた試料ガイド板と、前記試料
軸線を中心として回転可能に設けられていて、前記単結
晶インゴットの端面にX線を照射し、そこで回折する回
折X線を検出する180°−2θ光学系と、前記試料ガ
イド板又は前記180°−2θ光学系のいずれか一方に
エンコーダ回転軸が連結され、前記試料ガイド板又は前
記180°−2θ光学系の他方にケーシングが固定され
たエンコーダと、前記180°−2θ光学系を前記試料
軸線を中心として回動させる光学系駆動手段とを有する
ことを特徴とする。
【0008】
【作用】エンコーダは、エンコーダケーシングに対する
エンコーダ回転軸の回転角度に対応する電気信号を出力
し、その出力信号を適宜の読み取り回路によって読み取
ることによりエンコーダ回転軸の回転角度が検出され
る。エンコーダケーシング又はエンコーダ回転軸の一方
には単結晶インゴットの端面に面接触するガイド板が連
結され、一方、エンコーダケーシング又はエンコーダ回
転軸の他方には180゜−2θ光学系が連結される。よ
って、エンコーダは単結晶インゴットの端面と180゜
−2θ光学系との相対的な回転角度を直接的に読み取
る。これにより、インゴット端面と結晶格子面との間の
偏差角δが直接的に測定される。
【0009】
【実施例】図1は、本発明に係る単結晶インゴットの端
面測定装置の一実施例を示している。この端面測定装置
は、位置不動の機枠板5に固着された外筒6と、軸受7
によって外筒6に回転自在にしかし図の上下方向には移
動不能に支持された内筒8と、軸受9によって内筒8に
回転自在にしかし図の上下方向には移動不能に支持され
た中心回転軸10とを有している。この構造により、内
筒8及び中心回転軸10はいずれも、それぞれ独立して
同一の試料軸線ωを中心として回転できる。
【0010】内筒8には試料軸線ωに対して直角方向に
広がるX線源回転板11が一体に形成され、そのX線源
回転板11の上面に試料軸線ωを中心として回転可能な
検出器回転板12が設けられている。X線源回転板11
の上には、X線源3及びコリメータ13を備えたX線源
ユニット14が固着されている。また、検出器回転板1
2の上にはX線カウンタ15が固着されている。X線源
ユニット14、X線源回転板11、X線カウンタ15及
び検出器回転板12は単結晶インゴット1の端面1aに
X線を照射し、そこで回折する回折X線を検出するため
の180゜−2θ光学系を構成している。
【0011】中心回転軸10の上端には試料軸線ωに対
して直角方向に延びる試料ガイド板16が固着され、そ
の試料ガイド板16の両端部にそれぞれ1個づつガイド
ローラ17が設けられている。また、ガイド板16の中
央部にX線通過用の窓26が形成されている。さらに、
ガイド板16の両端には引っ張りバネ25がそれぞれ1
個づつ取り付けられ、これらのバネ25のバネ力が釣り
合う中立位置にガイド板16が保持される。
【0012】中心回転軸10の下端には図2に示すよう
に、エンコーダ18の回転軸19が連結され、そのエン
コーダ18のケーシング20は、連結具21を介して内
筒8の下端に固着されている。この構造により、内筒8
と中心回転軸10とが試料軸線ωを中心として相対的に
回転移動するとき、その回転角度がエンコーダ18によ
って検出される。内筒8の外周にはウオームホイール2
2が設けられ、そのウオームホイール22に噛み合うウ
オーム23には、図1に示すように、ツマミ24が取り
付けられている。試料ガイド板16の前方位置(図の右
側位置)には、測定対象である単結晶インゴット1を回
転可能に支持するための一対の支持ローラ27が配設さ
れている。
【0013】以下、上記構成より成る端面測定装置につ
いてその動作を説明する。
【0014】測定しようとする単結晶インゴットの理論
的な結晶格子面の方位は既知であるから、その結晶格子
面に固有のX線回折角度を2θとしたとき、まず、X線
源3とX線カウンタ15との成す角度を180゜−2θ
に設定し、この角度関係に固定する。そして、測定対象
である単結晶インゴット1を支持ローラ対27の上に乗
せ、さらに単結晶インゴット1の端面1aをガイド板1
6のガイドローラ17に押しつけて接触させる。なおこ
のとき、図5に示すように、単結晶インゴット1のオリ
フラ面1cを適宜の治具を用いて常に一定の位置にセッ
トし、この位置を軸線L1回りの0゜位置とする。単結
晶インゴット1は支持ローラ27の働きによって軸線L
1の回りに容易に回転するから、単結晶インゴット1に
関する上記の角度調整はきわめて容易に行える。しかし
ながら、単結晶インゴット1を支持するためにVブロッ
クによって単結晶インゴット1の円筒面を支持すること
も可能である。
【0015】図3に示すように単結晶インゴット1の外
周円柱面1bと端面1aとの直角度が正確に加工されて
いない場合には、ガイド板16のガイドローラ17をイ
ンゴット端面1aに接触させるとき、ガイド板16がバ
ネ25のバネ力に抗して中立位置Cから回動する。この
とき、ガイド板16と一体な中心回転軸10(図1,図
2参照)も回転し、さらにそれに連結されたエンコーダ
回転軸19も回転する。
【0016】その後、図1において、X線源3からX線
を放射し、そのX線をコリメータ13によって微小径の
平行ビームに整形し、そのX線ビームをインゴット端面
1aに照射する。そして、ツマミ24を回してインゴッ
ト端面1aから回折X線が発生する角度位置、すなわち
X線カウンタ15が回折X線を検出する角度位置を探し
出し、そのときの角度をエンコーダ18によって読み取
る。エンコーダ回転軸19は、ガイド板16がインゴッ
ト端面1aに面接触していることにより、常にインゴッ
ト端面1aを基準とする基準角度位置に設定されるか
ら、上記のようにエンコーダ18によって読み取られた
角度は、インゴット端面1aを基準とする結晶格子面T
の偏差角δを直接的に表しており、その読取り値はイン
ゴット1の円筒面1bと端面1aとの間の直角度に影響
されることがない。
【0017】以上により、単結晶インゴット1のオリフ
ラ面1cに関する0゜位置に対する偏差角δの測定が終
わる。その後、図5において、手動操作又はモータ等を
用いた自動操作により単結晶インゴット1を軸線L1を
中心として90゜回転させてそこに静止させ、再び、1
80゜−2θ光学系を用いて結晶格子面の偏差角δを測
定する。こうして、単結晶インゴット1の端面1aでの
直交する2方向の偏差角δが測定される。なお、試料ガ
イド板16に設けたガイドローラ17は、単結晶インゴ
ット1を中心軸線L1を中心として回転させるときに、
単結晶インゴット1が滑らかに回転するように案内す
る。
【0018】以上、1つの実施例をあげて本発明を説明
したが、本発明はその実施例に限定されることなく、請
求の範囲に記載した技術的範囲内で種々に改変可能であ
る。例えば、ガイド板16をエンコーダ回転軸19に連
結するのに代えてエンコーダケーシング20に連結し、
そしてエンコーダ回転軸19に内筒8を連結することも
できる。また、単結晶インゴット1の外周円柱面を支持
する支持ローラ27及び単結晶インゴット1の端面1a
に接触するガイドローラ17は、いずれも単結晶インゴ
ット1の回転を円滑にするために設けられるものであ
り、これらのローラがなくても実用上支障がない場合に
は、支持ローラ27に代えてVブロックを用いることが
でき、さらにガイドローラ17を用いることなくインゴ
ット端面1aを試料ガイド板16に直接面接触させるこ
ともできる。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、エンコーダ回転軸又は
エンコーダケーシングに連結したガイド板を常にインゴ
ット端面に面接触させた状態でエンコーダによってX線
回折角度を読み取るようにしたので、単結晶インゴット
の端面と結晶格子面との間の偏差角を直接的に正確に測
定できる。インゴット端面がインゴット円筒面に対して
正確に直角に加工できていない場合でも、常に正確にイ
ンゴット端面と結晶格子面との間の偏差角を測定でき
る。
【0020】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る単結晶インゴットの端面測定装置
の一実施例を示す斜視図である。
【図2】図1の要部を示す側面図である。
【図3】図1に示す端面測定装置を上方から見た場合に
相当する平面図である。
【図4】単結晶インゴット及びその内部の結晶格子面を
模式的に示す図である。
【図5】図1に示した端面測定装置の主要部を模式的に
示す斜視図である。
【図6】従来の単結晶インゴットの端面測定装置の一例
を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 単結晶インゴット 1a インゴット端面 1b インゴット外周円筒面 1c インゴットのオリフラ面 3 X線源 10 中心回転軸 11 X線源回転板 12 検出器回転板 13 コリメータ 14 X線源ユニット 15 X線カウンタ 16 試料ガイド板 17 ガイドローラ 18 エンコーダ 19 エンコーダの回転軸 20 エンコーダのケーシング 21 エンコーダ連結具 22 ウオームホイール 23 ウオーム 24 ツマミ 27 単結晶インゴットのための支持ローラ L1 単結晶インゴットの中心軸線 T 結晶格子面 δ 偏差角 ω 試料軸線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 23/207 H01L 21/66 H01L 21/68

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単結晶インゴットの端面と結晶格子面と
    の偏差角度を測定する単結晶インゴットの端面測定装置
    において、前記 単結晶インゴットの中心軸線に対して直角の方向へ
    延びる試料軸線を中心として前記中心軸線に対して傾斜
    角が変わる如く回転可能に設けた試料ガイド板と、前記 試料軸線を中心として回転可能に設けられていて、
    前記単結晶インゴットの端面にX線を照射し、そこで回
    折する回折X線を検出する180°−2θ光学系と、前記 試料ガイド板又は前記180°−2θ光学系のいず
    れか一方にエンコーダ回転軸が連結され、前記試料ガイ
    ド板又は前記180°−2θ光学系の他方にケーシング
    が固定されたエンコーダと、前記 180°−2θ光学系を前記試料軸線を中心として
    回動させる光学系駆動手段とを有することを特徴とする
    単結晶インゴットの端面測定装置。
  2. 【請求項2】 単結晶インゴットの端面と接触してそれ
    を案内するガイドローラを試料ガイド板に設けたことを
    特徴とする請求項1記載の単結晶インゴットの端面測定
    装置。
  3. 【請求項3】 単結晶インゴットをその端面が試料ガイ
    ド板に接触する状態に支持すると共にその単結晶インゴ
    ットを自らの中心軸線の回りに回転可能に支持する支持
    ローラを設けたことを特徴とする請求項1記載の単結晶
    インゴットの端面測定装置。
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