JP4827199B2 - シリコンインゴットの結晶方位検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンインゴットの結晶方位検出方法に関し、特に、検出精度の向上と検出工程の自動化に有効なシリコンインゴットの結晶方位検出方法に関する。

半導体ウェハの製造分野では、結晶軸にオフセットを持たせた半導体ウェハ（以下、「オフセットウェハ」という）がデバイス工程から要求される場合がある。従来、このようなオフセットウェハの製造は、次のような方法によって行われていた。

第１の方法は、結晶軸、例えば、［１００］軸を中心軸として引き上げたシリコンインゴットを斜めに切断してオフセットウェハを得る方法である。第２の方法は、初めから結晶軸を傾けてシリコンインゴットを成長させる方法である。ここで、上記第１の方法では、シリコンインゴットの両端が無駄になるため、一般的には、第２の方法が用いられる。この第２の方法を用いることにより、結晶軸が中心軸に対してオフセットを有するシリコンインゴットが得られる。そして、このシリコンインゴットを垂直に切断して、該シリコンインゴットから複数のオフセットウェハを取得する。

上記オフセットウェハを用いて、集積回路等のデバイスを製造する際には、結晶軸の傾き方向、即ち、オフセット方向が重要になる。従って、オフセットウェハを供給する場合には、該オフセットウェハの周縁にノッチやオリエンテーションフラットを形成し、デバイス工程でオフセット方向が特定できる状態にしておく。

上記ノッチやオリエンテーションフラットは、一般に、結晶軸を取り巻く複数の結晶面のうち、オフセット方向に位置する結晶面に対して形成される。従って、ノッチやオリエンテーションフラットを形成する際には、オフセット方向に位置する結晶面を検出する必要がある。従来、このような結晶面の検出は、シリコンインゴットを引き上げる際に発生するミラー面に基づいて行われていた。

しかし、ミラー面は、シリコンインゴットの上部に発生する物理形状であるため、シリコンインゴットの上部を切り落とした後では、結晶面を特定することができない。シリコンインゴットのスライス工程は、一般に、シリコンインゴットの両端を切り落としてから行われるため、シリコンインゴットの上部を切り落とす前にノッチやオリエンテーションフラットを形成しておく必要があった。

また、ミラー面の位置は、目視によって判断する必要があるため、マーキングの自動化が困難であり、加えて、目視による判断では、高精度の検出は期待できない。

そこで、本発明は、検出精度の向上と検出工程の自動化に有効なシリコンインゴットの結晶方位検出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、結晶軸（１０）が中心軸（１２）に対してオフセットを有するシリコンインゴット（１４）の結晶方位を検出する方法であって、前記結晶軸を取り囲む複数の結晶面のうちの一のファミリー面を選定する工程と、前記結晶軸と中心軸とが一致すると仮定した場合に、前記選定したファミリー面に対してブラッグの条件が成立する位置にＸ線入射手段（１６）およびＸ線受光手段（１８）を配置する工程と、前記結晶軸の一端側に視点を固定し、該視点から前記シリコンインゴットを見た場合に、前記選定したファミリー面のうち、前記結晶軸側に位置する結晶面または前記中心軸側に位置する結晶面のいずれか一方を選定する工程と、前記選定した側の結晶面が選定しなかった側の結晶面よりもブラッグの条件がより多く成立する割合に前記Ｘ線受光手段の受光領域（２８）を設定する工程と、前記中心軸を回転中心として前記シリコンインゴットを３６０°回転させながら、前記Ｘ線入射手段を用いて前記ブラッグの条件を満たすＸ線を該シリコンインゴットに入射し、その結果、前記Ｘ線受光手段が受光したＸ線回折光の強度を第１のしきい値（４０−１）と比較して、前記結晶軸を照合する工程と、前記結晶軸の照合が終了したシリコンインゴットをさらに３６０°回転させながら、前記ブラッグの条件を満たすＸ線を該シリコンインゴットに入射し、その結果、前記Ｘ線受光手段が受光したＸ線回折光の強度を第２のしきい値（４０−２）と比較して、該シリコンインゴットのオフセット方向を照合する工程と、前記オフセット方向の照合が終了したシリコンインゴットをさらに回転させながら、前記ブラッグの条件を満たすＸ線を該シリコンインゴットに入射し、その結果、前記Ｘ線受光手段が受光したＸ線回折光の強度を前記オフセット方向に特有のＸ線回折光のピークパターンと比較して、該シリコンインゴットの結晶方位を特定する工程とを具備する。

（発明の概要）
本発明の特徴は、結晶軸が中心軸に対してオフセットを有するシリコンインゴットを回転させると、該シリコンインゴットの側面に現れる結晶面の傾きが変化することを利用して、任意の結晶面を光学的に検出することにある。上記のように傾きが変化する結晶面にＸ線を入射すると、該Ｘ線は、結晶面の傾き方向に依存して反射する。このＸ線の反射方向に着目すれば、結晶面を特定することができる。

（発明プロセス）
まず、本発明者は、ミラー面等の物理形状を目視により確認する方法ではなく、光学的に結晶面を検出する方法を検討した。光学的手法による結晶面の検出は、Ｘ線解析の分野で盛んに行われており、結晶面高精度な検出を実現する方法として広く知られている。このような光学的手法がオフセットを有する結晶面に対しても適用できれば、検出工程の精度向上と自動化が期待できる。そこで、本発明者は、光学的手法の適用可能性を見出すべく、公知のＸ線解析法の原理の見直しを行った。以下、公知のＸ線解析法について説明する。

図１は、シリコン結晶体の代表的な結晶面の立体配置を示す模式的な斜視図である。同図に示すように、シリコン結晶体は、２６の結晶方位を有し、各方位はその立体配置を示す３桁の数値で表される。そして、各方位に属する結晶面は、３桁の数値を小かっこでくくって表現され、各結晶面を貫く結晶軸は、３桁の数値を大かっこでくくって表現される。この３桁の数値のうち、１の上に記された記号“−”は、軸の反転を意味し、以下この反転記号のついた数値を「バー１」と称する。

各結晶面は、同種の結晶方位ごとにグループ化される。シリコン結晶体の場合は、（００１）、（０１０）、（０１１）、（１００）、（１０１）、（１１０）、（１１１）の７つのグループが存在する。以下、このように分類されたグループを「ファミリー面」という。シリコンウェハの面方位は、（１００）面が一般的であるため、［１００］軸を取り囲む結晶面がノッチやオリエンテーションフラットの形成対象となる。そこで、以下の説明では、［１００］軸を取り囲む結晶面の検出を念頭において説明する。

図２は、シリコン結晶体の［１００］軸を取り囲む結晶面を示す模式正面図である。同図に示すように、［１００］軸は、（００１）ファミリーと、（０１０）ファミリーと、（０１１）ファミリーの３つのファミリー面に取り囲まれる。ここで、（００１）ファミリーは（００１）面と（００バー１）面の２つの結晶面で構成され、（０１０）ファミリーは（０１０）面と（０バー１０）面の２つの結晶面で構成され、（０１１）ファミリーは（０１１）面と（０バー１１）面と（０バー１バー１）面と（０１バー１）面の４つの結晶面で構成される。公知のＸ線解析法では、フラッグの条件を利用して、これら３つのファミリー面を区別する。ここでは、ブラッグの条件を用いて（０１１）ファミリーを選別する方法を説明する。

図３は、フラッグ条件を利用した（０１１）ファミリーの選定概念を示す模式斜視図である。同図に示すように、（０１１）面に対してブラッグの条件が成立するＸ線入射ビーム２０を［１００］軸の側面からブラッグ角θで入射すると、該Ｘ線入射ビーム２０が（０１１）ファミリー面で反射したＸ線反射ビーム２２が得られる。上記ブラッグの条件は、
２ｄsinθ＝ｎλ …（１）
ここで：ｄ＝格子面間隔；θ＝ブラッグ角；ｎ＝反射次数；λ＝Ｘ線の波長；
上式で定義される。上式中の格子面間隔ｄを（０１１）面の格子面間隔に設定すると、図２に示した３つのファミリー面から（０１１）ファミリーが選別される。その結果、複数の結晶面からなるシリコン結晶体を図３に示した簡単なモデルで扱うことができる。

ここで、同図に示すように、シリコン結晶体を［１００］軸を中心に回転させながら、該結晶体の側面からＸ線を入射すると、９０°ごとにブラッグの条件が成立し、該シリコン結晶体を１回転させる間に４本のピークを検出することができる。このときに得られる４本のピークは、ブラッグの条件が成立した瞬間に生じる急峻な形状であるため、（０１１）ファミリーの高精度な検出が実現できる。

しかし、上記Ｘ線解析で得られた４本のピークは、ほとんど同じ形状および強さで得られるため、このままでは、（０１１）ファミリーを構成する４つの結晶面を特定することはできない。そこで、本発明者は、オフセットの概念を幾何学的視点から捉えて、該オフセットの積極的な利用について検討した。その検討結果を以下に示す。

図４は、回転軸のＨオフセットの概念を示す模式斜視図である。同図に示すように、オフセットの形態としては、まず、回転軸を（０１１）ファミリー面に対して斜めに傾けた状態が考えられる。以下、このオフセットの形態を「Ｈオフセット」と称する。次に、この傾けた回転軸と直交する方向にＸ線を入射した場合に、該Ｘ線が反射する方向について考えてみると次のようになる。

図５は、図４のＶ視図であり、Ｈオフセットの場合にＸ線回折光が反射する方向を示す模式側面図である。同図に示した面のうち、陰影が付された部分は紙面手前側に向いていることを示す。また、Ｘ線入射ビーム２０の先端に付された「×」印は、該Ｘ線が紙面手前から奥に向かって進行することを示す。また、Ｘ線反射ビーム２２の先端に付された「・」印は、該Ｘ線が紙面奥から手前に向かって進行することを示す。

同図に示すように、（０１１）面が紙面手前側に向いた状態を０°とすると、該０°では、（０１１）面が紙面右方向に傾く。その結果、Ｘ線反射ビーム２２は、紙面右側に向かって進行する。そしてこの状態から結晶体を（１００）面に向かって時計回りに９０°回転させると、（０バー１１）面が紙面左方向に傾く。その結果、Ｘ線反射ビーム２２は、紙面左側に向かって進行する。そしてさらに結晶体を９０°回転させると、（０バー１バー１）面は、紙面左方向に傾く。その結果、Ｘ線反射ビーム２２は、紙面左側に向かって進行する。そしてさらに結晶体を９０°回転させると、（０１バー１）面が面右方向に傾く。その結果、Ｘ線反射ビーム２２は、紙面右側に向かって進行する。このように、Ｈオフセットでは、Ｘ線の反射方向を２種類に分類することができる。この分類基準を合理的に定義づけると次のようになる。

図５に示すように、Ｘ線反射ビーム２２が紙面右側に進行するのは、（０１１）面と、（０１バー１）面である。一方、Ｘ線反射ビーム２２が紙面左側に進行するのは、（０バー１１）面と、（０バー１バー１）面である。ここで、図４を参照すると、Ｘ線反射ビーム２２が紙面右側に進行する（０１１）面と（０１バー１）面は、回転軸よりも結晶軸に近く、Ｘ線反射ビーム２２が紙面左側に進行する（０バー１１）面と（０バー１バー１）面は、結晶軸よりも回転軸に近いことがわかる。従って、Ｘ線が反射する方向は、結晶面が結晶軸側に位置するか、または、回転軸側に位置するかによって定義できる。

図６は、回転軸のＪオフセットの概念を示す模式斜視図である。同図に示すように、オフセットの別の形態として、回転軸を（０１１）ファミリー面に対して垂直に傾けた状態が考えられる。以下、このオフセットの形態を「Ｊオフセット」と称する。次に、この傾けた回転軸と直交する方向にＸ線を入射した場合に、該Ｘ線が反射する方向について考えてみると次のようになる。

図７は、図６のＶＩＩ視図であり、Ｊオフセットの場合にＸ線回折光が反射する方向を示す模式側面図である。同図に示すように、（０１１）面が紙面手前側に向いた状態を０°とすると、該０°では、（０１１）面が紙面右方向に傾く。その結果、Ｘ線反射ビーム２２は、紙面右側に向かって進行する。そしてこの状態から結晶体を（１００）面に向かって時計回りに９０°回転させると、（０バー１１）面が紙面手前方向に現れる。その結果、Ｘ線反射ビーム２２は、紙面手前に向かって進行する。さらにこの状態から結晶体を９０°回転させると、（０バー１バー１）面が紙面左方向に傾く。その結果、Ｘ線反射ビーム２２は、紙面左側に向かって進行する。そしてさらに結晶体を９０°回転させると、（０１バー１）面が紙面手前に現れる。その結果、Ｘ線反射ビーム２２は、紙面手前に向かって進行する。このように、Ｊオフセットでは、Ｘ線の反射方向を３種類に分類することができる。この分類基準を合理的に定義づけると次のようになる。

図７に示すように、Ｘ線反射ビーム２２が紙面右側に進行するのは、（０１１）面である。そして、Ｘ線反射ビーム２２が紙面手前に進行するのは、（０バー１１）面と（０１バー１）面である。また、Ｘ線反射ビーム２２が紙面左側に進行するのは、（０バー１バー１）面である。ここで、図６を参照すると、Ｘ線反射ビーム２２が紙面右側に進行する（０１１）面は、回転軸よりも結晶軸に近く、Ｘ線反射ビーム２２が紙面左側に進行する（０バー１バー１）面は、結晶軸よりも回転軸に近いことがわかる。そして、Ｘ線反射ビーム２２が紙面手前に進行する（０バー１１）面と（０１バー１）面については、結晶軸と回転軸両方から同じ距離だけ離れていることがわかる。従って、Ｘ線が反射する方向は、Ｈオフセットの場合と同様に、結晶軸と回転軸に対する距離で定義できる。

上述したようなＸ線があるパターンで反射する現象は、Ｘ線を回転軸と平行に入射した場合でも、回転軸に対して斜めから入射した場合でも見出すことができる。また、上記説明では（０１１）ファミリー面を例として取り上げたが、反射方向に特定のパターンが生じることは、（００１）ファミリー面および（０１０）ファミリー面に対しても成立する。本発明者は、このような現象に基づいて創作行為を繰り返し、結晶面の特定に有効な構成を見出した。以下、この特徴ある新規な構成を詳細に説明する。

（第１の形態）
図８は、本発明の第１の形態に係る結晶面の検出方法を示す模式斜視図である。以下、同図に基づいて、本発明の第１の形態の構成を説明する。

シリコンインゴット１４は、結晶軸１０が中心軸１２に対してオフセットを有する。このようなインゴットは、シードの切り出し方向にオフセットを設けることによって製造できる。同図に示す例では、［１００］軸がシリコンインゴット１４の中心軸１２に対してＨオフセットを持つ。従って、オフセットウェハの周縁部に現れて、マーキングの対象となるのは、該［１００］軸を取り囲む（０１１）ファミリー面であり、結晶面を検出するにあたっては、まず、この（０１１）ファミリー面を検出対象として選定する。

図１を参照すればあきらかであるが、結晶軸１０の対象となるのは、［１００］軸だけでなく、［００１］軸や［０１０］軸であってもよい。これらの場合には、当該軸を取り巻く結晶面がオフセットウェハの周縁部に現れるので、この中からマーキングすべき一のファミリー面選定する。

次に、前記選定したファミリー面のうち、検出すべき一の結晶面を選定する。即ち、結晶軸１０の一端側（例えば、シリコンインゴットのボトム側）に視点を固定し、該視点からシリコンインゴット１４を見た場合に、結晶軸１０側に位置する結晶面または中心軸１２側に位置する結晶面のいずれか一方を選定する。これは、前述したように、Ｘ線の反射方向が結晶軸と中心軸に対する位置関係によって分類できるからである。例えば、シリコンインゴット１４の中心軸１２が図４に示すように、（０バー１バー１）面と（０バー１１）面に近接している場合には、これらの面が中心軸側に位置する面となり、他の２つの面が結晶軸側に位置する面となる。

次に、前記選定した側の結晶面が選定しなかった側の結晶面よりもブラッグの条件がより多く成立する位置にＸ線入射手段１６およびＸ線受光手段１８を配置する。例えば、結晶軸側に位置する（０１１）面と（０１バー１）面を選定した場合であって、図８に示すように、Ｘ線入射手段１６をＸ線が中心軸１２に対して直交方向に入射する位置に配置したときは、Ｘ線受光手段１８を第１の反射光路２６−１上に配置する。その結果、同図中に点線で示した第３の反射光路２６−３をとる（０バー１バー１）面と（０バー１１）面については、ブラッグの条件が成立せず、結晶軸側に位置する面に対してブラッグの条件が成立する。ここで、第３の反射光路２６−３は、（０バー１１）面と（０バー１バー１）面によって反射する光路である。尚、Ｘ線入射手段１６は、（０１１）面のブラッグ条件を満たすＸ線を出力する。

ここで、Ｘ線入射手段１６とＸ線受光手段１８の配置を「ブラッグの条件がより多く成立する位置」としたのは、オフセットが小さい場合を考慮したからである。即ち、オフセットが大きい場合には、Ｘ線反射ビーム２２が左右に大きく振れるが、オフセットが小さいとＸ線反射ビーム２２の振れが小さくなる。このため、第１の反射光路２６−１上を進行するＸ線を選択的に受光することが困難になるからである。このような場合には、第１の反射光路２６−１上を進行するＸ線を第３の反射光路２６−３上を進行するＸ線よりも多く受光できる位置にＸ線受光手段１８を配置する。即ち、「ブラッグの条件がより多く成立する位置」である。

尚、同図中に点線で示した第２の反射光路２６−２は、Ｊオフセットの場合に（０バー１１）面と（０１バー１）面によって反射する光路である。ここでは、Ｈオフセットのケースを例に取り上げて説明しているため、Ｘ線が第２の反射光路２６−２上を進行することはないが、Ｊオフセットへの適用を容易にするために記載した。

次に、シリコンインゴット１４の中心軸１２を回転中心として該シリコンインゴット１４を回転させながら、Ｘ線入射手段１６を用いてＸ線入射ビーム２０を該シリコンインゴット１４に入射し、その結果得られたＸ線反射ビーム２２をＸ線受光手段１８で受光する。これにより、第１の反射光路２６−１を進行するＸ線が選択的に受光され、受光強度のパターン化が実現できる。

図９は、Ｈオフセットの場合のＸ線の受光パターンを示す概念図である。同図に示すように、横軸をシリコンインゴット１４の回転量、縦軸をＸ線受光手段１８が受光したＸ線回折光の強度としてグラフを作成すると、受光強度がパターン化することがわかる。Ｈオフセットの場合は、同図に示すように、９０°の間隔で２本のピークが続き、その後、２７０°の間はピークのない状態が続く。ここで、ピークが発生する位置は、第１の反射光路２６−１上を進行するＸ線であることを考慮すると、この２本のピークは、（０１バー１）面および（０１１）面であることがわかる。そしてさらに、この受光パターンが［１００］軸に向かってシリコンインゴット１４を時計まわりに回転して得られたことを考慮すると、１本目のピークは、（０１バー１）面であり、２本目のピークは、（０１１）面であることがわかる。同様に、ピークのない部分においても、結晶面が９０°ごとに現れることを考慮すれば、同図中の点線で示す部分が（０バー１１）面と（０バー１バー１）面であることがわかる。

上記手順により、（０１１）ファミリー面の位置が特定できたので、後は、現時点までの回転量からシリコンインゴット１４の回転開始位置から第１本目までの回転量、即ち、同図中「初期量」と示した回転量を引いて、各結晶面の位置を割り出せば、（０１１）ファミリーを構成するすべての面を特定することができる。

図１０は、Ｊオフセットの場合のＸ線の受光パターンを示す概念図である。Ｊオフセットの場合には、同図に示すような受光パターンが得られる。このパターンを上述した手順と同様の手順で処理すれば、Ｈオフセットの場合と同じく、各結晶面を特定することができる。

以上説明した本発明の第１の形態によれば、同じファミリー面であってもＸ線の反射方向にバリエーションがでるため、シリコンインゴット中の結晶面の位置をＸ線の受光パターンとして捉えることができる。その結果、任意の結晶面の検出が可能になる。

（第２の形態）
図１１は、本発明の第２の形態に係る結晶面の検出方法を示す模式側面図である。以下、同図に基づいて、本発明の第２の形態の構成を説明する。尚、前述した第１の形態に準ずる構成要素については、同一符号を付して説明を省略し、以下の説明では、第１の形態と異なる部分を主に説明する。

まず、この第２の形態では、図８に示したＸ線入射手段１６およびＸ線受光手段１８をシリコンインゴット１４の結晶軸１０と中心軸１２とが一致すると仮定した場合に、選定したファミリー面に対してブラッグの条件が成立する位置に配置する。例えば、図１１に示すように、Ｘ線の入射光路２４をシリコンインゴット１４の中心軸１２に対して垂直に設定した場合には、結晶軸１０と中心軸１２とが一致すると仮定した場合の反射光路は、第２の反射光路２６−２となる。従って、Ｘ線受光手段１８は、この第２の反射光路２６−２上を進行するＸ線を受光できる位置に配置する。このように配置する意図は、オフセットを持たないインゴットの結晶面を検出する装置に対しても本発明を適用可能にするためである。

次に、第１の形態と同様に、結晶軸１０の一端側に視点を固定し、該視点からシリコンインゴット１４を見た場合に、結晶軸側に位置する結晶面または中心軸側に位置する結晶面のいずれか一方を選定する。即ち、図１１に示した第１の反射光路２６−１上にＸ線を反射する結晶面か、第３の反射光路２６−３上にＸ線を反射する結晶面かを選択する。

そして、Ｘ線受光手段１８の受光領域２８をずらして、前記選定した側の結晶面と選定しなかった側の結晶面とを差別化する。即ち、第１の反射光路２６−１上を進行するＸ線を第３の反射光路２６−３上を進行するＸ線よりも多く受光させて、ブラッグの条件が成立する割合を調節する。ここで、第２の反射光路２６−２が受光領域２８に含まれるか否かは問題でなく、いずれの場合であっても結晶面の特定は可能である。受光領域２８をずらすという概念には、Ｘ線受光手段１８の向きを変える方法およびＸ線受光手段１８のＸ線受光ウィンドウの一部をマスクで覆って受光部分を制限する方法の双方が含まれる。

その後、前述した第１の形態と同様に、中心軸１２を回転中心としてシリコンインゴット１４を回転させながら、Ｘ線照射を行う。もっとも、このとき回転させるシリコンインゴット１４はオフセットを持ったものである。その結果、Ｈオフセットの場合は、図９と同じ受光パターンが得られる。

図１２は、本発明の第２の形態によるＪオフセットのＸ線受光パターンを示す概念図である。Ｊオフセットの場合には、反射光が図１１に示した第２の反射光路２６−２上を進行するため、Ｘ線を第３の反射光路２６−３上に反射する（０バー１バー１）面にピークがないパターンとなる。各結晶面の特定は、前述した第１の形態と同様に行う。

以上説明した本発明の第２の形態によれば、Ｘ線受光手段の配置がオフセットを持たないものと仮定して決定されるため、オフセットを持たないインゴットの結晶面を検出する装置に対しても本発明を適用することができる。即ち、Ｘ線受光手段の配置を変更しなくてもその受光領域をずらせば、本発明の原理が適用できる。

（要約）
Ｘ線の受光領域２８にマスク３８を被せて、第１の反射光路２６−１を第３の反射光路２６−３よりも多く受光させる。そして、オフセットを有するシリコンインゴット１４をその中心軸１２を回転中心として回転させながら、Ｘ線照射を行い、その結果得られた受光パターンに基づいて、任意の結晶面を特定する（図１４参照）。

（好適な実施例）
前述したように、シリコンウェハを用いて集積回路等を製造するデバイス工程では、該ウェハのオフセット方向を確認する必要がある。従って、オフセットウェハの周縁にノッチやオリエンテーションフラット等のマーキングを施し、オフセット方向の目視確認を可能にすることは、産業上非常に有用である。本発明によれば、光学的手法によって任意の結晶面が検出できるため、高精度なマーキングが可能になる。そこで、以下、シリコンインゴットにマーキングを施す方法を説明し、これを本発明の好適な実施例とする。

図１３は、本発明を利用した（０１１）面のマーキング方法を示す斜視図である。以下、同図に基づいて、本発明の好適な実施例に係るマーキング方法を説明する。尚、前述した本発明の各形態に準ずる構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。

同図に示すシリコンインゴット１４は、［バー１００］軸を該インゴットのトップ方向に、［１００］をボトム方向に設定し、これらの結晶軸１０を中心軸１２に対して４°傾けて成長させたものである。この４°傾ける方向、即ち、オフセットの方向は、［００１］であり、その結果、（０１１）ファミリー面のうち、（０バー１１）面と（０１１）面が結晶軸側に位置したＨオフセット型の結晶体となる。従って、このシリコンインゴット１４を中心軸１２に対して垂直にスライスすれば、結晶面方位が（１００）、傾角度が［００１］方向に４°のオフセットウェハが得られる。このようにして得られたオフセットウェハのオフセット方向を明らかにするため、本実施例では、［０１１］方向にマーキングを施す。

［０１１］方向にマーキングを施すためには、シリコンインゴット１４の（０１１）面を検出する必要がある。そこで、まず、シリコンインゴット１４を中心軸１２に沿って縦に２分したときの断面を仮定し、このインゴット中心断面３０に直交する法線３２と、Ｘ線入射ビーム２０と、Ｘ線反射ビーム２２とが同一平面となる位置にＸ線入射手段１６およびＸ線受光手段１８を配置する。このとき、このＸ線入射手段１６およびＸ線受光手段１８は、（０１１）ファミリー面に対するブラッグの条件満たす位置、即ち、インゴット中心断面３０に対してブラッグ角θだけ傾けた位置に配置する。この配置は、前述した「結晶軸１０と中心軸１２とが一致すると仮定した場合に、選定したファミリー面に対してブラッグの条件が成立する位置」に相当する。

そして、シリコンインゴット１４の中心軸１２を真空チャッキングして、該中心軸１２に回転装置３４を設置する。回転装置３４は、１°／１，０００ の精度でシリコンインゴット１４を回転させることができる。この回転装置３４には、該回転装置３４を数値制御するコントローラ３６が接続され、このコントローラ３６は、回転装置３４の回転精度を制御するとともに、シリコンインゴット１４の回転量と、Ｘ線受光手段１８が受光したＸ線の回折強度とを対応させて記憶する。

図１４は、図１３に示したＸ線受光手段１８の受光領域を設定する工程を示す概念図である。同図に示すように、Ｘ線受光手段１８の受光領域２８は、第１の反射光路２６−１と第３の反射光路２６−３の両方を含む。これは、結晶軸のオフセット角が４°と小さいため、反射光路の振れも小さくなるからである。従って、Ｘ線受光手段１８の受光領域２８をそのまま用いたのでは、第１の反射光路２６−１と第３の反射光路２６−３を区別することができなくなる。そこで、この受光領域を設定する工程では、第３の反射光路２６−３の一部にマスク３８を被せて、結晶軸１０側に位置する面と、中心軸１２側に位置する面とを差別化する。具体的には、同図左下に示したグラフのように、結晶軸１０側に位置する（０バー１１）面と（０１１）面のＸ線回折強度が中心軸１２側に位置する（０１バー１）面と（０バー１バー１）面のＸ線回折強度よりも大きくなる位置にマスク３８を設置する。このＸ線回折強度のピーク差は、２倍程度あることが好ましい。このピーク差の割合は、シリコンインゴット１４を［バー１００］軸に向かって時計方向に回転させながら、実際にＸ線照射を行って決定する。

図１５は、（０１１）面の検出とマーキングの工程を示す概念図である。同図に示すように、まず、シリコンインゴット１４を比較的粗い精度で３６０°回転させ、その結果得られた１回転目の受光パターンを回折強度３０％前後に設定した第１のしきい値４０−１と比較する。そして、この第１のしきい値４０−１を超えるピークが４本あった場合には、当該回転させたシリコンインゴット１４の結晶軸１０が［バー１００］であると判断し、２回目の回転を行う。一方、第１のしきい値４０−１を超えるピークが４本でなかった場合には、このシリコンインゴット１４に対するマーキングを中止する。

２回目の回転も１回目の回転と同様に比較的粗い精度で行い、該回転の結果得られた受光パターンを回折強度７０％前後に設定した第２のしきい値４０−２と比較する。そして、この第２のしきい値４０−２を超えるピークが２本あった場合には、当該回転させたシリコンインゴット１４がＨオフセット型であると判断し、３回目の回転を行う。一方、第２のしきい値４０−２を超えるピークが２本でなかった場合には、このシリコンインゴット１４に対するマーキングを中止する。

３回目の回転は、（０１１）面の位置に相当する２本目のピークをねらって高精度で行う。そして、この２本目のピークが得られたら、該ピークの中心に相当する回転量を求める。ピークの中心値Ｃは、
Ｃ＝（Ａ＋Ｂ）／２ …（２）
ここで：Ｃ＝中心の回転量；Ａ＝２本目のピークと第２のしきい値４０−２との最初の交点；Ｂ＝２本目のピークと第２のしきい値４０−２との次の交点；上式を用いて求める。そして、回転装置３４を操作して、上記求めた２本目のピークの検出位置にシリコンインゴット１４を戻し、この位置にマーキングを施す。

上述した実施例において、シリコンインゴット１４をチャッキングしてからマーキングするまでの工程は、自動的に行われる。この実施例を現在実施中であるが今のところ検出ミスによる不具合は発生していない。

尚、上記実施例では、第１のしきい値４０−１を回折強度７０％、第２のしきい値を回折強度３０％としたが、これらのしきい値は、マスク３８を被せる割合に応じて決定する。即ち、第１のしきい値４０−１は、（０１１）ファミリー面のすべてのピークを捉える値に設定し、第２のしきい値４０−２は、結晶軸１０側に位置する面と中心軸１２側に位置する面とを区別できる値に設定すればよい。

（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば、検出精度の向上と検出工程の自動化に有効なシリコンインゴットの結晶方位検出方法を提供することができる。

また、本発明の第１の形態によれば、同じファミリー面であってもＸ線の反射方向にバリエーションがでるため、シリコンインゴット中の結晶面の位置をＸ線の受光パターンとして捉えることができる。その結果、任意の結晶面の検出が可能になる。

また、本発明の第２の形態によれば、Ｘ線受光手段の配置がオフセットを持たないものと仮定して決定されるため、オフセットを持たないインゴットの結晶面を検出する装置に対しても本発明を適用することができる。即ち、Ｘ線受光手段の配置を変更しなくてもその受光領域をずらせば、本発明の原理が適用できる。

シリコン結晶体の代表的な結晶面の立体配置を示す模式的な斜視図である。 シリコン結晶体の［１００］軸を取り囲む結晶面を示す模式正面図である。 フラッグ条件を利用した（０１１）ファミリーの選定概念を示す模式斜視図である。 回転軸のＨオフセットの概念を示す模式斜視図である。 図４のＶ視図であり、Ｈオフセットの場合にＸ線回折光が反射する方向を示す模式側面図である。 回転軸のＪオフセットの概念を示す模式斜視図である。 図６のＶＩＩ視図であり、Ｊオフセットの場合にＸ線回折光が反射する方向を示す模式側面図である。 本発明の第１の形態に係る結晶面の検出方法を示す模式斜視図である。 Ｈオフセットの場合のＸ線の受光パターンを示す概念図である。 Ｊオフセットの場合のＸ線の受光パターンを示す概念図である。 本発明の第２の形態に係る結晶面の検出方法を示す模式側面図である。 本発明の第２の形態によるＪオフセットのＸ線受光パターンを示す概念図である。 本発明を利用した（０１１）面のマーキング方法を示す斜視図である。 図１３に示したＸ線受光手段１８の受光領域を設定する工程を示す概念図である。 （０１１）面の検出とマーキングの工程を示す概念図である。

符号の説明

１０…結晶軸、１２…中心軸、１４…シリコンインゴット、１６…Ｘ線入射手段、１８…Ｘ線受光手段、２０…Ｘ線入射ビーム、２２…Ｘ線反射ビーム、２４…入射光路、２６−１…第１の反射光路、２６−２…第２の反射光路、２６−３…第３の反射光路、２８…受光領域、３０…インゴット中心断面、３２…法線、３４…回転装置、３６…コントローラ、３８…マスク、４０−１…第１のしきい値、４０−２…第２のしきい値。

Claims (1)

1. 結晶軸（１０）が中心軸（１２）に対してオフセットを有するシリコンインゴット（１４）の結晶方位を検出する方法であって、
   前記結晶軸を取り囲む複数の結晶面のうちの一のファミリー面を選定する工程と、
   前記結晶軸と中心軸とが一致すると仮定した場合に、前記選定したファミリー面に対してブラッグの条件が成立する位置にＸ線入射手段（１６）およびＸ線受光手段（１８）を配置する工程と、
   前記結晶軸の一端側に視点を固定し、該視点から前記シリコンインゴットを見た場合に、前記選定したファミリー面のうち、前記結晶軸側に位置する結晶面または前記中心軸側に位置する結晶面のいずれか一方を選定する工程と、
   前記選定した側の結晶面が選定しなかった側の結晶面よりもブラッグの条件がより多く成立する割合に前記Ｘ線受光手段の受光領域（２８）を設定する工程と、
   前記中心軸を回転中心として前記シリコンインゴットを３６０°回転させながら、前記Ｘ線入射手段を用いて前記ブラッグの条件を満たすＸ線を該シリコンインゴットに入射し、その結果、前記Ｘ線受光手段が受光したＸ線回折光の強度を第１のしきい値（４０−１）と比較して、前記結晶軸を照合する工程と、
   前記結晶軸の照合が終了したシリコンインゴットをさらに３６０°回転させながら、前記ブラッグの条件を満たすＸ線を該シリコンインゴットに入射し、その結果、前記Ｘ線受光手段が受光したＸ線回折光の強度を第２のしきい値（４０−２）と比較して、該シリコンインゴットのオフセット方向を照合する工程と、
   前記オフセット方向の照合が終了したシリコンインゴットをさらに回転させながら、前記ブラッグの条件を満たすＸ線を該シリコンインゴットに入射し、その結果、前記Ｘ線受光手段が受光したＸ線回折光の強度を前記オフセット方向に特有のＸ線回折光のピークパターンと比較して、該シリコンインゴットの結晶方位を特定する工程と
   を具備するシリコンインゴットの結晶方位検出方法。

Images