JPH11285955A - 単結晶インゴット周面加工装置におけるインゴット位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単結晶インゴットのスライスに際し、同イン
ゴットの周面を基準に位置決めするだけで、結晶軸に対
し所望の角度で単結晶インゴットをスライスできるよう
にする。 【解決手段】単結晶インゴット１の両端を回転自在に支
持し、この単結晶インゴット１の周面にＸ線を照射する
とともに、該単結晶インゴット１の周面から反射してく
る回折Ｘ線を検出することにより単結晶インゴット１の
結晶軸方位を測定する。次いで、単結晶インゴット１を
回転させるとともに、結晶軸方位と平行な任意の軸Ｚ′
を中心に単結晶インゴット１を旋回させることにより、
周面研削砥石に対する相対位置を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、単結晶インゴッ
トの両端を支持して所定の基準軸と平行な回転中心周り
に回転させるとともに、単結晶インゴットの周面に当接
させた研削砥石を基準軸に沿って移動させながら単結晶
インゴットを研削していく単結晶インゴット周面加工装
置において、上記研削砥石に対する単結晶インゴットの
相対位置を調整するためのインゴット位置決め方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、シリコン（Ｓｉ）、フェライト、
その他の各種単結晶材料が産業界で広く用いられてい
る。この単結晶材料は、一般に、チョコラルスキー引上
げ法などの技術を用いて、図２に示すような円柱形状の
単結晶インゴット１として製造される。この単結晶イン
ゴット１は、周面を研削した状態でスライス工程（ウェ
ーハ製作工程）に移送され、円盤状のウェーハとして半
導体基板等の用途に供される。

【０００３】図１０に示すように、単結晶インゴット１
は、結晶２の結晶軸Ｚと中心軸Ｏとの間に任意の傾きを
有することは避けられない。したがって、単結晶インゴ
ット１のスライス工程において、単純に中心軸Ｚを基準
として単結晶インゴット１をスライスすることはできな
い。通常、結晶２の結晶軸Ｚと中心軸Ｏとの間の傾きは
１°以内の微小なものであるが、半導体基板用のウェー
ハでは、この結晶軸Ｚに対する表面の角度が、半導体の
特性を決める大きな要素となる。

【０００４】そこで、従来は、結晶軸Ｚと直角またはあ
らかじめ特定された任意の角度で単結晶インゴット１を
スライスするために、事前にＸ線測定ユニットを用いた
結晶軸Ｚの方位測定を実施し、これにより求められた結
晶軸Ｚの方位を基準として単結晶インゴットを位置決め
し、スライス加工を行っていた（例えば、、特開平２−
３１１４５号公報、特開平９−３３４５６号公報参
照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】さて、単結晶インゴッ
トの取り引き形態をみると、その多くは引上げ後の単結
晶インゴットに対し、両端の切断および周面加工を施し
た形態で取り引きされている。そして、単結晶インゴッ
トを購入したユーザ、すなわちウェーハを製作する側
で、結晶軸方位を測定し、単結晶インゴットを位置決め
してスライスするようになっていた。

【０００６】このため、ユーザにとっては、結晶軸の方
位を測定するためにＸ線測定ユニットの導入コストがか
かるとともに、測定作業に習熟が必要となり、費用面並
びに労力面に大きな負担があった。しかも、結晶軸方位
の測定値を基準としたスライスマシンへの位置決め装着
作業は煩雑であり、その作業に長時間を必要とするばか
りでなく、何回もの試し切りによって歩留りが低下する
などの問題をかかえていた。

【０００７】この発明は、単結晶インゴットの購入先で
あるユーザがかかえる上記のごとき問題を解消するため
に、顧客志向の観点から提案されたものであり、単結晶
インゴットのスライスに際し、同インゴットの周面を基
準に位置決めするだけで、結晶軸に対し所望の角度で単
結晶インゴットをスライスできるようにすることを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は、単結晶インゴットの両端を支持して所定
の基準軸と平行な回転中心周りに回転させるとともに、
単結晶インゴットの周面に当接させた周面研削砥石を基
準軸に沿って移動させながら単結晶インゴットを研削し
ていく単結晶インゴット周面加工装置において、単結晶
インゴットの結晶軸方位を検出するとともに、単結晶イ
ンゴットの回転中心を、さらに検出した結晶軸方位と平
行な任意の軸を中心に旋回させることにより、周面研削
砥石に対する単結晶インゴットの相対位置を調整する方
法としてある。

【０００９】上述した本発明を単結晶インゴット周面加
工装置に適用すれば、周面研削砥石により単結晶インゴ
ットの周面が結晶軸方位と平行に研削されるので、スラ
イス加工に際しては、周面を基準に位置決めするだけ
で、結晶軸に対し所望の角度で単結晶インゴットをスラ
イスすることが可能となる。したがって、スライス加工
時にＸ線測定ユニットによる結晶軸方位の測定が必要な
くなり、作業性の向上を図ることができるとともに、試
し切りの必要も減少し、歩留りの向上を図ることができ
る。

【００１０】またこの発明は、前記単結晶インゴットの
結晶軸方位を検出するとともに、該結晶軸方位を回転中
心と平行に位置決めして単結晶インゴットを支持するこ
とにより、周面研削砥石に対する単結晶インゴットの相
対位置を調整する方法としてもよい。このような方法と
しても、周面研削砥石により単結晶インゴットの周面が
結晶軸方位と平行に研削されるので、スライス加工に際
しては、周面を基準に位置決めするだけで、結晶軸に対
し所望の角度で単結晶インゴットをスライスすることが
可能となる。

【００１１】単結晶インゴットに対する結晶軸方位の検
出は、単結晶インゴット周面加工装置に支持した単結晶
インゴットに対し、Ｘ線を照射するとともに、該単結晶
インゴットから反射してきた回折Ｘ線の強度を測定する
ことにより行う方法とすることが好ましい。いわゆるＸ
線回折測定によれば単結晶インゴットの結晶軸方位を非
破壊により検出することができるため歩留りがよく、し
かも単結晶インゴットを周面加工装置に支持した状態で
Ｘ線回折測定を実施することで、測定結果を周面加工装
置の制御データとしてそのまま利用することが可能とな
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。図１はこの発明の
第１実施形態に係るインゴット位置決め方法が適用され
る単結晶インゴット周面加工装置の概要を示す斜視図で
ある。同図に示す周面加工装置は、一対の支持部材１
１，１２、周面研削砥石１４、およびＸ線測定ユニット
１５を備えている。

【００１３】一対の支持部材１１，１２は、協同して単
結晶インゴット１の両端を支持するとともに、装置にあ
らかじめ設定されている基準軸Ｙと平行な回転中心Ｏ周
りに、単結晶インゴット１を回転させる機能を有してい
る。すなわち、一方の支持部材（駆動側支持部材）１１
は、図示しない回転駆動源からの回転駆動力により回転
する。また、他方の支持部材（従動側支持部材）１２
も、駆動側支持部材１１に従動して回転する。

【００１４】さらに、駆動側支持部材１１は、上記回転
に同期して任意の軸Ｏ′周りに旋回可能な構造となって
いる。また、他方の支持部材（従動側支持部材）１２
も、上記従動回転に同期して任意の軸Ｏ′周りに旋回可
能な構造となっている。これら各支持部材１１，１２の
回転および旋回動作の組合せをもって、単結晶インゴッ
ト１の回転中心Ｏを任意の軸Ｏ′周りに旋回させること
ができる。

【００１５】周面研削砥石１４は、各支持部材１１，１
２により支持された単結晶インゴット１に対し、径方向
および上述した基準軸Ｙ方向に移動自在であり、しかも
図示しない回転駆動源により回転駆動される構造となっ
ている。この周面研削砥石１４は、径方向の移動量によ
って切り込み量を調整でき、回転および基準軸Ｙ方向の
移動に伴い、単結晶インゴット１の周面を研削する機能
を有している。

【００１６】Ｘ線測定ユニット１５は、Ｘ線源１６およ
びＸ線検出器１７の他、Ｘ線回折測定に必要とされる各
種構成要素を備えている。この測定ユニット１５は、Ｘ
線源１６から単結晶インゴット１の周面に向けてＸ線を
照射し、その周面で回折してきたＸ線の強度をＸ線検出
器１７で検出することにより、同インゴット１の結晶格
子面の方位を測定する機能を有している。

【００１７】次に、この発明の第１実施形態に係るイン
ゴットの位置決め方法を説明する。図２〜図７は、この
発明の実施形態に係るインゴット位置決め方法を説明す
るための図である。なお、図３〜図６において、（ａ）
は単結晶インゴットを端面側から見た側面図、（ｂ）は
単結晶インゴットを周面側から見た正面図である。この
実施形態では、図１０に示すように、少なくとも二つの
結晶格子面２ａ，２ｂが９０°の角度をなす正方晶系，
立方晶系等の結晶構造をもった単結晶インゴット１を対
象に説明する。

【００１８】図２に示すように、チョコラルスキー引上
げ法などにより、引き上げられた単結晶インゴット１
は、一端１ａに種結晶が残存するとともに、他端１ｂも
引上げ時のだれ形状のまま固化している。そこで、まず
単結晶インゴット１の両端を中心軸と直交する方向に切
断して、平坦な端面形状を形成する（図３参照）。その
後、単結晶インゴット１の両端中央部を、図１に示した
周面加工装置の各支持部材１１，１２で支持する。この
とき、単結晶インゴット１の中心軸を周面加工装置の回
転中心Ｏにほぼ合致させることが好ましい。なお、単結
晶インゴット１の両端を切断することなく、そのまま周
面加工装置に支持させることもある。

【００１９】次いで、単結晶インゴット１を周面加工装
置に装着したまま、Ｘ線測定ユニット１５を用いて結晶
軸方位の測定を行う（図４〜図６参照）。Ｘ線測定ユニ
ット１５のＸ線源１６およびＸ線検出器１７は、標準試
料を用いてあらかじめＸ線の照射，検出角度を調整して
おく。標準試料としては、単結晶インゴット１と同じ結
晶構造をもつ単結晶板を用いる。この標準試料を単結晶
インゴット１のＸ線照射点Ｅを通る基準平面Ａ上に配置
する（図４参照）。なお、基準平面Ａは基準軸Ｙと平行
に設定してある。

【００２０】そして、まずＸ線源１６およびＸ線検出器
１７を、単結晶インゴット１の回転中心Ｏと直交する仮
想平面上で、Ｘ線照射点Ｅに関し対称な位置に配置する
とともに、Ｘ線源１６から標準試料に入射するＸ線の入
射角を、回折条件を満たす入射角θに調整する。入射角
θでＸ線が標準試料に入射すると、入射Ｘ線に対して角
度２θの方向に回折Ｘ線が反射する。この入射Ｘ線に対
する角度２θを回折角と称する。Ｘ線検出器１７は、入
射Ｘ線に対してこの回折角２θの角度を保持するように
調整する。標準試料は、Ｘ線源１６およびＸ線検出器１
７の角度調整を終了した後、取り外しておく。

【００２１】Ｘ線の入射角θと回折角２θとをこのよう
に調整しておけば、単結晶インゴット１の結晶格子面２
ａが基準平面Ａと対向する位置（詳しくは、単結晶イン
ゴット１の回転中心Ｏと直交する仮想平面上において、
該仮想平面と結晶格子面２ａとの交線が、該仮想平面と
基準平面Ａとの交線に平行となる位置（図４参照））に
きたとき、Ｘ線検出器１７により回折Ｘ線のピーク強度
が検出される。そこで、単結晶インゴット１を回転中心
Ｏ周りに遅い速度で回転させ、Ｘ線検出器１７による回
折Ｘ線強度の測定を行い、ピーク強度を検出した時点の
回転角度を測定する。

【００２２】次に、Ｘ線測定ユニット１５のＸ線源１６
およびＸ線検出器１７を、単結晶インゴット１のＸ線照
射点Ｅを通る法線を中心に９０°回転させる（図５参
照）。このとき、基準平面Ａ（標準試料を配置した平
面）に対するＸ線の入射角θと回折角２θはそのまま保
持しておく。

【００２３】続いて、単結晶インゴット１のＸ線照射点
Ｅを通り、且つ回転中心Ｏと直角に交差する接線（図５
の紙面垂直方向に延びる直線）を中心として、Ｘ線源１
６およびＸ線検出器１７をω方向に揺動させる。このと
き、Ｘ線源１６およびＸ線検出器１７の相対位置は変更
することなく、これら各機器を一体に揺動させるように
する。この揺動操作と併行して、Ｘ線検出器１７による
回折Ｘ線強度の測定を行い、ピーク強度を検出した時点
の揺動角度を測定する。Ｘ線検出器１７がピーク強度を
検出した時点の揺動角度は、基準平面Ａに対する結晶格
子面２ａのω方向の傾きに相当する。図４，図５に示し
たＸ線回折測定により、結晶格子面２ａの方位が検出さ
れる。

【００２４】次に、単結晶インゴット１を回転中心Ｏ周
りに９０°回転させる。この実施形態では、既述したよ
うに結晶格子面２ａ，２ｂが９０°の角度をなす結晶構
造の単結晶インゴット１を対象としているため（図１０
参照）、この回転操作により、新たな結晶格子面２ｂ
が、基準平面と対向する位置に配置されることになる。
続いて、先の操作と同様に単結晶インゴット１のＸ線照
射点Ｅを通り、且つ回転中心Ｏと直角に交差する接線
（図６の紙面垂直方向に延びる直線）を中心として、Ｘ
線源１６およびＸ線検出器１７をω方向に揺動させる。
このときも、Ｘ線源１６およびＸ線検出器１７の相対位
置は変更することなく、これら各機器を一体に揺動させ
るようにする。この揺動操作と併行して、Ｘ線検出器１
７による回折Ｘ線強度の測定を行い、ピーク強度を検出
した時点の揺動角度を測定する。

【００２５】Ｘ線検出器１７がピーク強度を検出した時
点の揺動角度は、基準平面Ａに対する結晶格子面２ｂの
ω方向の傾きに相当する。このＸ線回折測定により、結
晶格子面２ｂの方位が検出される。図１０に示すよう
に、単結晶インゴット１の結晶軸Ｚは、結晶格子面２
ａ，２ｂと平行に延在している。したがって、上記の操
作をもって結晶格子面２ａ，２ｂの方位が測定されれ
ば、結晶軸Ｚの方位を特定することができる。

【００２６】次に、周面加工装置により単結晶インゴッ
ト１の周面を研削する（図７，図８参照）。このとき、
単結晶インゴット１を回転中心Ｏ周りに回転させるとと
もに、該回転中心Ｏを結晶軸に平行な軸Ｚ′を中心に旋
回させることにより、周面研削砥石１４に対する単結晶
インゴット１の位置決めを行う。なお、軸Ｚ′を中心と
した旋回動作は、回転中心Ｏ周りの回転に同期して行わ
れる。

【００２７】このように位置決めされた単結晶インゴッ
ト１の周面に対して、周面研削砥石１４を当接させると
ともに、該周面研削砥石１４を基準軸Ｙ方向に移動させ
ることにより、単結晶インゴット１の周面を研削してい
くと、同インゴット１は、結晶軸に平行な軸Ｚ′を中心
とする円柱形状に加工される。ここで、結晶軸に平行な
軸Ｚ′は任意に設定することができるが、同軸Ｚ′と単
結晶インゴット１の端面との交点が、回転中心Ｏから離
間するほど研削量が増加して単結晶インゴット１を細く
仕上げてしまうことになる。したがって、結晶軸に平行
な軸Ｚ′は、回転中心Ｏに接近させることが好ましい。

【００２８】また、単結晶インゴット１が長いほど、結
晶軸に平行な軸Ｚ′と単結晶インゴット１の端面との交
点が、中心軸Ｏから離間することになる。そこで、あら
かじめ単結晶インゴット１を適宜の長さに切断して、周
面加工装置に装着してもよい。このような周面加工を施
した単結晶インゴット１は、その周面が結晶軸Ｚと平行
になる。したがって、ウェーハの製作に際して、周面を
基準に単結晶インゴット１を位置決めしてスライスマシ
ンに装着するだけで、結晶軸に対して直交または所望の
角度でスライス加工を行うことができる。

【００２９】図９は、この発明の第２実施形態に係るイ
ンゴット位置決め方法を説明するための図である。この
第２実施形態においても、Ｘ線測定ユニット１５を用い
て単結晶インゴットの結晶軸方位を測定する（図４〜図
６参照）。その後、図９に示すように、結晶軸Ｚの方位
が周面加工装置の回転中心Ｏと平行になるように単結晶
インゴット１を位置決めして支持部材１１，１２の間に
装着する。

【００３０】このように位置決めされた単結晶インゴッ
ト１の周面に対して、周面研削砥石１４を当接させると
ともに、該周面研削砥石１４を基準軸Ｙ方向に移動させ
ることにより、単結晶インゴット１の周面を研削してい
くと、同インゴット１は、結晶軸に平行な軸Ｚ′を中心
とする円柱形状に加工される。この第２実施形態では、
結晶軸方位を測定後、単結晶インゴット１を周面加工装
置から取り外し、改めて同インゴット１を位置決めして
装着する必要があるため、既述した第１実施形態に比べ
作業工数は増加する。しかし、周面加工において、回転
中心を旋回させる必要がなくなるため、周面加工装置の
構成を簡素化することができる利点がある。

【００３１】この第２実施形態では、単結晶インゴット
１の支持角度を調整する必要がある。したがって、周面
加工装置の支持部材１１，１２を支持角度が調整可能な
フレキシブルな構成とするか（図９（ａ））、あるいは
同図（ｂ）に示すように、単結晶インゴット１の支持角
度を調整するための治具２０を、支持部材１１，１２と
単結晶インゴット１の端面との間に挿入することが好ま
しい。

【００３２】なお、この発明は上述した実施形態に限定
されるものではない。例えば、結晶格子面の方位測定
後、任意の段階で単結晶インゴット１の周面に、結晶格
子面と対向してオリフラまたはノッチを形成してもよ
い。このオリフラまたはノッチは、結晶格子面の方位を
示すもので、後の半導体製造工程における位置決め基準
として機能する。

【００３３】また、上記の実施形態においては、Ｘ線源
１６およびＸ線検出器１７を揺動させたが、これらの機
器を固定して、単結晶インゴット１をω方向に揺動させ
る方法としてもよい。

【００３４】上記実施形態では、少なくとも二つの結晶
格子面が９０°の角度をなす正方晶系，立方晶系等の結
晶構造をもった単結晶インゴット１を対象とし、該９０
°の角度をなす結晶格子面の方位を測定することで結晶
軸の方位を特定したが、それ以外の結晶構造を有する単
結晶インゴットについてもこの発明は適用することがで
きる。例えば、六方晶系の結晶構造をもつ単結晶インゴ
ットにおいては、１２０°の角度をなす結晶格子面の方
位を測定するため、一方の結晶格子面の方位測定後、単
結晶インゴットを中心軸周りに１２０°回転させること
により、他方の結晶格子面の方位を測定することがで
き、これら各結晶格子面の方位に基づき結晶軸の方位を
特定することができる。

【００３５】さらに、単結晶インゴットに対する結晶軸
方位の測定については、既に公知となっている各種の測
定方法を適用することもできる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明方法を単
結晶インゴット周面加工装置に適用すれば、結晶軸と平
行になるように単結晶インゴットの周面を加工すること
ができるので、その後に行われる単結晶インゴットのス
ライス作業に際し、同インゴットを周面を基準に位置決
めするだけで、結晶軸に対し所望の角度で単結晶インゴ
ットをスライスでき、スライスマシンへの位置決め作業
の容易化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態に係るインゴット位置
決め方法が適用される単結晶インゴット周面加工装置の
概要を示す斜視図である。

【図２】この発明の第１実施形態に係るインゴット位置
決め方法を説明するための図である。

【図３】この発明の第１実施形態に係るインゴット位置
決め方法するための、図２に続く図である。

【図４】この発明の第１実施形態に係るインゴット位置
決め方法するための、図３に続く図である。

【図５】この発明の第１実施形態に係るインゴット位置
決め方法するための、図４に続く図である。

【図６】この発明の第１実施形態に係るインゴット位置
決め方法するための、図５に続く図である。

【図７】この発明の第１実施形態に係るインゴット位置
決め方法するための、図６に続く図である。

【図８】この発明の第１実施形態に係るインゴット位置
決め方法を示す斜視図である。

【図９】この発明の第２実施形態に係るインゴット位置
決め方法を説明するための図である。

【図１０】単結晶インゴットの結晶軸を説明するための
斜視図である。

【符号の説明】

１：単結晶インゴット ２：結晶 ２ａ，２ｂ：結晶格子面 １１，１２：支持部材 １４：周面研削砥石 １５：Ｘ線測定ユニット １６：Ｘ線源 １７：Ｘ線検出器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶インゴットの両端を支持して所定
   の基準軸と平行な回転中心周りに回転させるとともに、
   前記単結晶インゴットの周面に当接させた周面研削砥石
   を前記基準軸に沿って移動させながら前記単結晶インゴ
   ットを研削していく単結晶インゴット周面加工装置にお
   いて、 前記単結晶インゴットの結晶軸方位を検出するととも
   に、前記単結晶インゴットの回転中心を、さらに前記結
   晶軸方位と平行な任意の軸を中心に旋回させることによ
   り、前記周面研削砥石に対する単結晶インゴットの相対
   位置を調整することを特徴とするインゴット位置決め方
   法。
2. 【請求項２】 単結晶インゴットの両端を支持して所定
   の基準軸と平行な回転中心周りに回転させるとともに、
   前記単結晶インゴットの周面に当接させた周面研削砥石
   を前記基準軸に沿って移動させながら前記単結晶インゴ
   ットを研削していく単結晶インゴット周面加工装置にお
   いて、 前記単結晶インゴットの結晶軸方位を検出するととも
   に、該結晶軸方位を前記回転中心と平行に位置決めして
   前記単結晶インゴットを支持することにより、前記周面
   研削砥石に対する単結晶インゴットの相対位置を調整す
   ることを特徴とするインゴット位置決め方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載した単結晶イン
   ゴット周面加工装置におけるインゴット位置決め方法に
   おいて、 単結晶インゴット周面加工装置に支持した単結晶インゴ
   ットに対し、Ｘ線を照射するとともに、該単結晶インゴ
   ットから反射してきた回折Ｘ線の強度を測定することに
   より、該単結晶インゴットの結晶軸方位を検出すること
   を特徴とするインゴット位置決め方法。