JPH03255948A - 単結晶インゴットの結晶方位測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、円筒状の単結晶インゴットの結晶方位をＸ
線回折によって測定する結晶方位測定装置に関する。

［従来の技術］ Ｓｉウェハを製造するためのＳｉ単結晶インゴットは、
るつぼから引き上げられた状態のときは、第８図（ａ）
に示すようにほぼ円筒状をしており、両端がとがってい
る。この未加工のインゴット１０は両端をカットされて
、第８図（ｂ）に示すように端面１３と未加工の外周面
１２とを有する両端カット・インゴット１１となる。そ
の後、第８図（Ｃ）に示すように、オリエンテーション
・フラット面１６（以下、オリフラ面と略す。）を切削
加工するとともに、外周面１８を研削加工して、加工済
みのインゴット１４とする。

ところで、Ｓｉインゴットは所定の結晶方位となるよう
に製造しており、例えばインゴットの軸方向に対して結
晶方位（１００）を一致させる。

あるいは、結晶方位（１１１３や（５１１）を−致させ
ることもある。ここで結晶方位［１００，３とは格子面
（１００）の法線の方向である。

オリフラ面１６を加工するときも、オリフラ面の法線を
特定の結晶方位に一致させるようにしている。そのため
には第８図（ｂ）の両端カット・インゴット１１の外周
面１２にＸ線を照射しながらインゴット１１を軸回りに
回転させて目的の結晶方位を探し、片方の端面１３にオ
リフラ面加工用のマーキングを行う。

加工済みのインゴット１４に対しては、オリフラ面１６
と外周面１８とが所定の結晶方位からどどれだけずれて
いるかをＸ線回折測定によって検査する。このことを第
９図を参照して説明する。

オリフラ面１６の法線方向２０と特定の結晶方位（例え
ば、結晶方位〔１００〕とする。）とのなす角度δ１を
測定するには、オリフラ面１６に垂直な面内において、
Ｘ線２２をオリフラ面１６に入射角θで照射してその回
折Ｘ線を角度θのところにある検出器で測定する（実際
には、オリフラ面１６を基準面の上に載せてオリフラ面
１６の反対側の外周面で測定することが多い）。角度θ
はＳｉの（１００）面の回折角に設定しておく。

そして、Ｘ線源とＸ線検出器との相対位置を固定してＸ
線光学系全体を回転軸２１を中心として回転させながら
回折ピークの角度位置を探すことにより上述のずれ角度
δ１を見付けることができる。

外周面１８の中心軸２４と結晶方位（１００）とのなす
角度δ２を検査するには、端面１３に垂直な面内におい
て、Ｘ線２６を端面１３に入射角θで照射してその回折
Ｘ線を角度θのところにある検出器で測定する。角度θ
はＳｉの（１００）面の回折角に設定しておく。そして
、Ｘ線源とＸ線検出器との相対位置を固定してＸ線光学
系全体を回転軸２５を中心として回転させながら回折ピ
ークの角度位置を探すことにより上述のずれ角度δ２を
見付けることができる。実際は格子面（１００）はＸ線
光学系を含む面内の方向に傾斜しているとは限らないの
で、さらに中心軸２４の回りにインゴットを例えば９０
度ずつ回転して同様にずれ角度δ２を測定して、これら
の複数の測定結果から真のずれ角度δ２とその傾斜方向
とを求めている。

なお、この明細書では、（１００）面に等価な格子面、
例えば（０１０）や（００１）などはすべて（１００）
面と称することにして、これらを同等に扱っている。Ｓ
ｉ単結晶の結晶構造は、立方晶系に属するダイヤモンド
型構造をしているので、オリフラ面１６が（１００）面
に平行であれば端面１３も（１００）面に平行となる。

［発明が解決しようとする課題］ 以上説明したように、加工済みのインゴットの結晶方位
を測定するまでには、 （ａ）オリフラ面加工用のマーキングのためのＸ線回折
測定と、 （ｂ）加工済みのオリフラ面に対する結晶方位を検査す
るＸ線回折測定と、 （Ｃ）加工済みの外周面に対する結晶方位を検査するＸ
線回折測定 とが必要となる。そして、上述の（ａ）　（ｂ）の測定
では、Ｘ線光学系を含む平面に対してインゴットの軸を
垂直に配置する必要があり、上述の（Ｃ）の測定では、
Ｘ線光学系を含む平面に対してインゴットの軸を平行に
配置する必要がある。したがって、Ｘ線光学系が例えば
水平面内に配置されているとすれば、上述の（ａ）　（
ｂ）の測定ではインゴットを垂直に立てなければならな
い。これとは逆に、Ｘ線光学系が鉛直面内に配置されて
いるとすれば、上述の（Ｃ）の測定においてインゴット
を垂直に立てなければならない。いずれにしてもインゴ
ットを垂直に立てて測定する作業が必要になる。

ところで、現在製造されているＳｉ単結晶インゴットは
、公称直径が４インチから８インチで、長さが５０〜１
０００ｍｍ程度であり、重いものは１本で数十ｋｇとな
る。このような重いインゴットを作業者が垂直に立てる
作業は大変であり、インゴットを破損する危険も大きい
。また、長いインゴットを垂直に立ててその端面に対し
てＸ線回折測定を行おうとすれば、Ｘ線光学系が床面か
ら非常に高い位置に配置され作業性がきわめて悪くなる
。

この発明の目的は、インゴットを水平に保持したままで
上述の（ａ）〜（ｅ）の測定作業ができる結晶方位測定
装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、この発明に係る結晶方位
測定装置は、インゴットの軸に垂直な面内に光軸を有す
る第１のＸ線回折測定部と、インゴットの軸に平行な面
内に光軸を有する第２のＸ線回折測定部とを備えている
。

［作用］ 上述の（ａ）（ｂ）の測定に当たっては第１のＸ線回折
測定部を利用し、上述の（ｃ）の測定に当たっては第２
のＸ線回折測定部を利用する。これにより、インゴット
を水平に配置した状態ですべての結晶方位測定を実施す
ることができる。

［実施例コ 次に、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の一実施例の基本構成図である。イン
ゴット２８（実際は、第８図（ｂ）の両端カット・イン
ゴット１１か、第８図（Ｃ）の加工済みインゴット１４
のいずれかである。）は、回転可能な支持ローラ３０．
３１に支持されて水平に配置される。ただし、加工済み
インゴットのオリフラ面に対する結晶方位を測定する際
はオリフラ面を基準面３２に載せる。

この装置は２系統のＸ線回折測定部を備えている。第１
のＸ線回折測定部３４はインゴット２８の軸に対して垂
直な面内（すなわち鉛直面内）に配置される。Ｘ線源３
８からのＸ線はインゴット２８の外周面で回折してＸ線
検出器４０で検出される。第２のＸ線回折測定部３６は
インゴット２８の軸に対して平行な面内（すなわち水平
面内）に配置される。Ｘ線源４２からのＸ線はインゴッ
ト２８の端面で回折してＸ線検出器４４て検出される。

マーキングガイド４６は、オリフラ面の加工線をマーカ
ーペンなどでインゴット２８の端面に描く際に利用する
ものであり、そのガイド面４７は第１のＸ線回折測定部
３４の基準線３５に平行となっている。

以下、この装置の使用方法を説明しながら各部の詳細な
構造を併せて説明する。説明は次の順序で行う。

イ０両端カット・インゴットに対するオリフラ面加工用
のマーキング作業 ロ、加工済みインゴットのオリフラ面に対する結晶方位
の測定 ハ、加工済みインゴットの外周面に対する結晶方位の測
定 イ０両端カット・インゴットに対するオリフラ面加工用
のマーキング作業 第８図（ｂ）の両端カット・インゴット１１を第１図の
支持ローラ３０．３１の上に載せて、マーキング作業を
行う。第２図は、この作業を行うときの第１図の装置の
正面図である。Ｘ線管４８のＸ線源３８からのＸ線は入
射角θでインゴット１１の外周面に当たるようにし、Ｘ
線検出器４０も基準線３５に対して角度θのところに配
置する。

角度θは、オリフラ面と平行になるべき格子面５１の種
類（例えば（１００）面か（１１１）面か（５１１）面
かなど）によって定まる。この装置では、格子面５１の
種類を指定すると、Ｘ線管４８とＸ線検出器４０が自動
的にベース５０に沿って回転して角度θを自動設定でき
るようにしている。角度θが設定されたらインゴット１
１を回転させながらＸ線回折測定を行い、検出強度が最
大になったところでインゴット１１を停止する。

そして、第１図のマーキングガイド４６をインゴットの
端面に押し付けて、マーカーペン等でオリフラ面の加工
線を描く。マーキングガイド′４６は、インゴットの直
径に応じて高さを調節できる。

第３図はインゴット１１を回転させる機構を示した、第
１図の装置の背面図である。インゴット１１は駆動ロー
ラ５２．５４で回転駆動される。

駆動ローラ５２．５４は歯付きベルト５６を介してハン
ドル５８で駆動される。ハンドル５８と駆動ローラ５２
．５４は、上下移動できる板６０に回転可能に取り付け
られている。インゴット１１を回転させるときは、板６
０を降ろして駆動ローラ５２．５４をインゴット１１に
接触させてからハンドル５８を回す。

第４図は、インゴット１１の外周面の凹凸に追従させる
機構を示した、第１図の装置の正面図である。実際の両
端カット・インゴット１１は外周面が未加工なので凹凸
が付いている。Ｘ線照射点を外周面の凹凸に追従させる
ためには、ベース５０を上下に移動させる必要がある。

モータ６２は歯車伝動装置６４を介してねじ６６を回転
させ、上下部品６８を上下移動できる。上下部品６８は
ベース５０に固定されている。したがって、モータ６２
を回転することによりベース５０を上下移動できる。

ベース５０には光源７０と光センサ７２とが固定されて
いる。この先センサ系の光軸はＸ線照射点を通るように
なっている。光センサ７２には受光素子７４があって、
受光素子７４の出力は所定の基準値と比較され、その差
分が出力される。インゴット１１の外周面がちょうど光
センサ系の光軸の高さに一致しているときは、光源７０
からの光の半分がインゴット１１で遮断され、半分が受
光素子７４に到達する。このときの受光素子７４の出力
は基準値と等しくなる。インゴット１１の外周面がＸ線
照射点よりも高くなると（すなわち光センサ系の光軸よ
りも高くなると）、受光素子７４の出力が小さくなり、
基準値との差分は負の値となる。この情報に基づいてモ
ータ６２が回転し、ベース５０を上昇させる。Ｘ線照射
点がインゴット１１の外周面に一致するまで、ベース５
０は上昇することになる。このようなフィードバック制
御によりＸ線照射点は常にインゴット１１の外周面に一
致するように追従する。

ロ、加工済みインゴットのオリフラ面に対する結晶方位
の測定 上述のようにしてオリフラ面のマーキングがされたイン
ゴットは、オリフラ面の切削加工と外周面の研削加工が
施され、加工済みのインゴットとなる。第５図は、加工
済みインゴットのオリフラ面に対する結晶方位のずれを
測定する際の、第１図の装置の正面図である。

この測定をするには、まず支持ローラ３０．３１を両側
に開いて、インゴット１４のオリフラ面を基準面３２の
上に載せる。そして、第１のＸ線回折測定部３４のＸ線
照射点をインゴット１４の外周面に合わせる。基準線３
５に対するＸ線管４８とＸ線検出器４０の角度θは、上
述のオリフラ面マーキング作業で設定した値と同じに固
定しておく。加工されたオリフラ面と、目的の格子面５
１とのずれ角度を測定するには、ベース５０をＸ線照射
点を中心として回転させながら、Ｘ線検出強度が最大と
なるところを探す。最大となったときの回転角度δが、
オリフラ面の法線と、目的の格子面５１の結晶方位との
ずれ角度となる。

ハ、加工済みインゴットの外周面に対する結晶方位の測
定 次に、加工済みインゴットの外周面に対する結晶方位を
測定する。そのためには、第６図に示すように、支持ロ
ーラ３０．３１を内側に寄せてインゴット１４を基準面
３２から浮かせる。次いで、第７図に示すように、イン
ゴット１４を回転してオリフラ面１６を上にする。第７
図は第１図の装置の第２のＸ線回折測定部３６を詳しく
示した斜視図である。

この測定で検出すべきものは、インゴット１４の外周面
１８の中心軸と目的の格子面の結晶方位とのずれである
。まず、ベース７８に対してＸ線管７６とＸ線検出器４
４とを動かして、両者を基準線７７に対して所定の角度
に設定する。この角度θは、当然、測定すべき格子面の
回折角度に合わせる。このようにしてＸ線管７６とＸ線
検出器４４とをベース７８に対して固定したら、ベース
７８全体を軸７９を中心として回転し、回折強度が最大
になるところを探す。具体的な作業を説明すると、ハン
ドル８４を回すと、ウオーム８０とウオーム歯車８２を
介してベース７８が回転する。

ウオーム８０の回転角度はエンコーダ８６で検出され、
これがベース７８の回転角度に換算されて表示器８８に
表示される。Ｘ線検出強度は、Ｘ線検出器４０に接続さ
れたレートメータ９０に表示される。作業者は、レート
メータ９０を見ながらハンドル８４を回し、Ｘ線検出強
度が最大となった位置でハンドル８４を止めて、その時
のベース７８の回転角度を表示器８８で読み取る。この
値が格子面のずれ角度となる。

次に、インゴット１４を軸を中心として時計回りに９０
度回転して、オリフラ面１６を右側に配置し、同様にし
てずれ角度を測定する。さらに、オリフラ面１６を左側
に配置したときのずれ角度も測定する。これらのずれ角
度を基にして、外周面１８の中心軸の方向と格子面の結
晶方位との真のずれ角度を求める。

上述の実施例ではＳｉ単結晶インゴットを例にして説明
してきたが、この発明はその他の単結晶インゴットにも
適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明は、インゴットの軸に垂直
な面内に光軸を有する第１のＸ線回折測定部と、インゴ
ットの軸に平行な面内に光軸を有する第２のＸ線回折測
定部とを備えているので、オリフラ面加工のためのマー
キング作業、加工済みのオリフラ面に対する結晶方位の
測定、および加工済みの外周面に対する結晶方位の測定
のすべてが、インゴットを水平に配置した状態で実施で
き、作業性がきわめて良好となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の基本構成の斜視図、 第２図はオリフラ面加工用のマーキング作業を示す正面
図、 第３図はインゴットの回転機構を示す背面図、第４図は
Ｘ線回折測定部をインゴットの外周面に追従させる機構
を示す正面図、 第５図はオリフラ面に対する結晶方位を測定する作業を
示す正面図、 第６図はインゴットを基準面から浮かせる作業を示す正
面図、 第７図は外周面に対する結晶方位を測定する作業を示す
斜視図、 第８図はインゴットの加工手順を示す説明図、第９図は
インゴットの結晶方位測定を説明する斜視図である。 １１．１４．２８・・・インゴット ３４・・・第１のＸ線回折測定部 ３６・・・第２のＸ線回折測定部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 円筒状の単結晶インゴットの結晶方位をＸ線回折によっ
   て測定する結晶方位測定装置において、前記インゴット
   の軸に垂直な面内に光軸を有する第１のＸ線回折測定部
   と、 前記インゴットの軸に平行な面内に光軸を有する第２の
   Ｘ線回折測定部とを備えることを特徴とする結晶方位測
   定装置。