JPS63201100A - 結晶体位置判定装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は結晶体が機器に対して所望の位置と方向に位置
決めされ、加工を促進するように結晶体と加工機器の基
準方向との空間的関係を検出するシステムに関する。

晶のインゴットから切出される。一般にこれらのインゴ
ットの形状は不規則である。後続の処理工程を容易にす
るため、インゴットは通常は材料の表面を除去して円筒
のような正確に成形されたインゴットに形成される。

インゴットの成形段階は日本の上田技建株式会社で製造
され、米国ではカリフォルニア州メンロパークのサイベ
ング・システムズ（Ｃｙｂｅｑ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）を通
して購入可能である研削機のような市販の機械で行なわ
れるのが通例である。上田の研削機には基準加工方向が
ある。この機械はインゴットが加工基準方向と交叉する
ようにインゴットを保持する手段と、インゴットを加工
基準方向を中心に回転させる手段とを有している。接線
方向を向いたカップ状の砥石車が加工方向に沿って移動
し１インゴツトの回転中にインゴットｉ面から材料を除
去する。それによシ正確な円柱状のインゴットが得られ
る。

次いで、形成された円柱状インゴットを特定の結晶学上
の配向にスライスしてウエーファを得も一般にウエーフ
ァは（１００）又は（１１１）の配向を有するのが望ま
しい。すなわち、ウエーファの平坦な表面はその結晶学
上の＜１１０〉又は＜１１１＞方向に対してほぼ垂直で
ある。それ故、インゴットはその円筒の軸が（１００＞
又は（１１１）の方向の一方に沿うように形成すること
が必要である。

適切な条件下で、インゴットをサンドブラストまたは化
学エツチングして、微小な結晶面（ｆａｃｅｔ　）から
成るインゴット表面を残すことができることは公知であ
る。例えば、ガリウム砒素のインゴットの場合、微小な
結晶面は（１１０）面上に形成される。これらの微小な
結晶面上により反射される光線は鏡面反射される。

インゴットからスライスされたウエーファの結晶学上の
配向を判定するため、ヒユーレット・パラカード社によ
り同類の選択的へきかい面持性が利用されている。ウエ
ーファを１枚インゴットからスライスしてこのウエーフ
ァをへきかいすることにより（１１０）平面を露出する
。このウエーファ端をレーザビームで照射してこのウエ
ーファ端からのレーザの反射を観察することによりウエ
ーファ表面の結晶学的配向の判定がなされる。これによ
り次回のスライス動作で切断刃の調整がなされる。

操作者が配向誤差の角度から刃の調整度合を求めること
ができるようにするためには、配向誤差角度から刃の調
整度合への変換を支援する技術と変換グラフを開発する
ことが必要である。

結晶の配向を判定するため、別の従来型の光学装置も利
用されてきた。このような光学装置の１つは、アメリカ
合衆国カリフォルニア州テンプルシティのサウス・ペイ
・チクロッジ−社（５ｏｕｔｈＢａｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ　＋　Ｉｎｃ　、　）から市販されているモデル
２１０光学配向計である。モデル２１０は結晶の配向を
判定するためレーザビームを利用していもレーザビーム
はへきかいされた、又は好適にエツチングされた結晶面
から反射され、入射レーザビームに対して垂直なターゲ
ツトに当る。

モデル２１０を用いてインゴットの配向を判定した後、
既知の基準に対するインゴットの結晶学的な配向を記録
し、且つ記録された情報を利用しく選択された結晶軸が
研削機の加工方向とほぼ一致するようにインゴットの位
置決めを行なう必要がある。そのため従来のシステムで
はゴニオメータのような精巧且つ高価な計器と、この計
器を操作する高度に熟練した人員を必要とする。

加工用に所望の位置に結晶インゴットを位置決めするた
めの前述の従来型システムのいずれも十分に満足できる
ものではない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解決し、
極めて簡単に結晶体の位置決めを行なうことにある。

〔発明の概要〕

本発明の実施例によれば、結晶学的な配向が加工機の加
工方向と適正に位置合せされるよ５にインゴットを位置
決めすることは、加工方向に対するインゴットの結晶学
的な配向を検知することにより簡単になるという認識が
利用される。加工機を基準フレームとして利用すること
によって、選択された結晶軸と加工の基準方向との位置
合せを行なう次段階は簡単になる。

本発明の一実施例の装置は表面上結晶軸と結晶面を有す
る結晶体を加工するだめの機器と共に使用するのに適し
ており、前記加工機器は加工の基準方向に関して結晶体
を加工する手段を含んでいる。この装置は加工の基準方
向と結晶軸の１つの間の空間的な関係を検出するのに適
している。この装置は結晶体の表面上の結晶面に向って
光ビームを発する手段を有している。この光ビームは加
工の基準方向に対して選択された空間的関係を有する方
向に向けられる。この装置には更に、前述の１つの結晶
軸と加工の基準方向との空間的関係を判定するため結晶
面からの光ビームの反射方向を検出することによシ、結
晶体を前述の１つの結晶軸を基準として加工装置を使用
して加工可能にする手段も設けられている。

本発明の実施例はまた、加工の基準方向に基づいて結晶
体を加工する機器と共に使用するのに適する装置を指向
しており、この機器は加工方向から所与の間隔をおいた
基準面と、結晶体と加工方向とが交叉するよ５に結晶体
を保持し、且つ結晶体を加工の基準方向を中心にして回
転せしめる手段とを含んでいる。本装置は結晶体が保持
され、加工の基準方向を中心に回転されるとき、結晶体
の一部の表面が基準面から所定間隔よりも遠くに離れて
いるか否かを判定するのに適している。本庄された状態
でこのＵ字型部材の両端が基準面と接触するかあるいは
近接しており、また結晶体が保持され加工基準方向を中
心に回転されるとき、結晶体の表面部で所与の距離より
も短かい距離にある部分に対応する回転位置においては
Ｕ字型部材の開放端が双方とも基準表面と接触する。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の好適な実施例を説明するための図であ
る。同図において、加工機器の一部及び加工機器の加工
基準方向に対するインゴットの結晶の配向を検出するだ
めの装置の透視図が示されている。第１図に示すように
、結晶インゴット１０は保持手段１４と、回転手段１６
と、ウェイ及びジブ（ｗａｙ　ａｎｄ　ｇｉｂ）　１８
とを含む加工機器１２の保持部分により保持されている
。加工機器は加工の基準方向に基づきインゴット１０を
加工（例えば研削）するように設計されている。第１図
に示すように保持手段１４は一対のクランプ用ラム（ｒ
ａｍ）から成っている場合が多い。加工方向２０に対す
るインゴット１０の結晶の配向を検出する装置は、加工
の基準方向２０に対して選択された空間的関係を有する
方向の光ビーム２２を供給する。光ビーム２２はインボ
ッ１−１０の表面に当り、種々の方向に反射する。

インゴット１０は結晶軸及び表面上の結晶面を有してい
る。この結晶面はサンドブラスト又は化学エツチングの
いずれかによって形成される。インゴット１００表面の
微小な結晶面は、光ビーム２２を種々の方向に反射し、
ラワエＸ線パターンと類似するパターンを形成する。光
ビーム２２０反射方向を検出することＫよって、光ビー
ム２２に対するインゴット１０の結晶配向を判定するこ
とができる。光ビーム２２の加工基準方向２０に対する
空間的な関係は既知であるので、基準方向２０に対する
インゴット１０の結晶配向は簡単に判定することが可能
である。光ビーム２２の方向に対するインゴット１０の
結晶配向は、光ビーム２２の反射の方向から、従来の方
法で判定可能である。好適な実施例では、インゴット１
０の結晶配向を検出する装置３０は、インゴット１０に
隣接してスクリーン３２を具備している。第１図に示す
ように、インゴット１０の微小面における光ビーム２２
の反射の少なくても一部はスクリーン３２により遮ぎら
れる。スクリーン３２上の反射パターンを観察すること
により、光ビーム２２に対するインゴット１０の結晶配
向を判定することができる。

このように、本発明のシステムは加工装置１２の加工基
準方向２０を加工の基準として利用すムそれにより、方
向２０に対するインゴット１０の結晶配向は、従来型の
装置で必要な方法よりもずっと簡単な方法で判定するこ
とが可能である。好適な実施例の場合のように、光ビー
ム２２の方向を、基準方向２０に対して単純な空間的関
係を持つよ５に選択すれば、基準方向２０に対するイン
ゴット１０の結晶配向を定める工程は以下に述べる通り
、更に簡単にすることができる。しかし、好適な実施例
を更に詳細に説明する前に、インガント１００表面上の
微小な結晶面及び、それが光ビーム２２を反射する態様
をある程度詳細に説明する必要がある。

第２図は、光ビーム２２と、光ビーム２２の反射の一部
を含む面に？８つだインゴット１０の一部分の断面図で
あり、この図は第１図の円２内のインゴット１００部分
の分解図である。インゴット１０の結晶構造は立方晶系
であるものと想定して示しであるが、インボッ１−１０
の結晶構造が立方晶系以外であっても１本発明は基本的
に本明細書で開示されるものと同じように機能すること
が了解されよう。従って本発明はインゴット１０の結晶
構造が立方晶系でなくても等しく適用可能である。

第１図に示すように、インゴットｌＯは不規則な表面を
有しているものの、その大まかな形状は円筒形である。

インゴット１０にサンドブラスト、又は化学エツチング
がなされると、インゴット１０の「円筒状の」表面は特
定の結晶面を備える。特定の結晶に於ては１つの特定の
クラスの結晶面が支配的になる。例えばガリウム砒素の
場合は（１００）面が支配的である。インゴット１０が
ガリウム砒素の結晶であり且つインゴット１０の断面を
（１００）面に沿って取ったとすると、その「円筒状」
表面上の微小な結晶面は１０ａ、１０ｂ　の符号で示さ
れた２種類の微小な結晶面により形成された階段状の形
状になる。第２図に示すように、これら２種類の結晶面
は相互に垂直である。光ビーム２２のような光ビームが
インゴット１００表面に当ると、結晶面１０ａと１０ｂ
はそれぞれ方向２２ａ、２２ｂに沿って光ビームを反射
する。第２図に示すように、光ビーム２２は、それが結
晶面１０ａに対して垂直な方向から約５°ないし１０°
で入射するようＫ、結晶面１０ａ、１０ｂに対する方向
を有している。従って、反射方向２２ａは光ビーム２２
に対して小さな角度が付いている。しかし、光ビーム２
２は小面１０ｂの法線に対してより大きな角度にあるの
で、反射方向２２ｂは第２図に示すように光ビーム２２
に対して大きな角度を有している。

第２図においては、光ビーム２２０幅は極めて小さく示
されているので、光ビーム２２は結晶面１０ａの１つ及
び結晶面１０ｂの１つにしか当らない。

通例の場合のように、光ビーム２２の幅がより広い場合
は、光ビーム２２は第２図の結晶面の大多数又は全てに
当る。第２図から明らかであるように、光ビーム２２の
より多くの部分が結晶面１０ｂよりも結晶面１０ａによ
って反射されるので、反射２２ａの強度は反射２２ｂよ
りも大幅に強い。

光ビーム２２の方向が結晶面１０ａ、１０ｂに対してほ
ぼ等しい角度になっている場合は、２つの反射の強度は
ほぼ同じになる。

上述のような複雑な反射パタ゛−ンを判定する代りに、
光ビーム２２の方向を、反射２２ａのような強い反射が
観察されるように選択すると、インゴットｌＯの配向の
判定を簡単にすることが可能である。手順を簡略化する
最初の段階として、光ビーム２２が基準方向２０に対し
てほぼ直交する方向に沼ってインゴット１０に入射する
ように光ビーム２２の方向を選択する。前述のように、
結晶面に対する光ビーム２２の向きに依存して、特定方
向の光ビーム２２に関する優勢な反射方向を検出するこ
とが可能である。この目的のため、加工機器１２０回転
手段１６を用いて手順を簡略化できる。それにより、好
適な実施例ではインゴット１０を回転手段１６によって
加工の基準方向２０を中心に回転する。第１図に示す矢
印４２に沿ってインゴット１０を回転すると、結晶面１
０ａについての法線と光ビーム２２との角度はより大き
くなり、反射２２ａと光ビーム２２との角度がより大き
くなる。従って、この回転につれて、スクリーン３２に
より遮ぎられる反射光２２ａは第１図に示す直線４４の
方向に沿って進む。

インゴット１０の（１００＞方向が加工の基準方向２０
と一致するか近い場合は、直線４４は基準方向２０にほ
ぼ垂直で光ビーム２２を含む平面上にある。この場合、
インゴット１０の結晶配向を検出し且つその（１００）
軸と基準方向２０とを位置合わせするように前記配向を
調整する工程は大幅に簡略化される。直線５４は、スク
リーン３２と、基準方向２０に垂直で光ビーム２２を含
む平面との交線を表わす。従って、インゴット１０の＜
Ｚｏｏ＞軸が基準方向２０と正確に位置合せされると、
回転により反射光２２ａが横切る経路４４は直線５４と
一致する（回転角は経路４４が見やすいように必要に応
じて定めてよいが、たとえば９０″′以上としてもよい
）。インゴット１０の（１００）軸が基準方向２０に対
して小さい角度を成している場合は、経路４４は第１図
に示すように直線５４から偏移した、つまり直線５４に
対して小さな角度を成す位置になる。この経路４４が直
線５４から偏れていることが確認されると、インゴット
１０の配向は、次の回転で経路４４が直線５４とほぼ一
致するまで微調整することが可能である。位置合せの若
干の不正確さが許容されされる場合は、許容限度を指示
するため、直線５４に近接して直線５６が引かれる。操
作者が行なわなければならないことは、経路４４が許容
差の限度内にあるかを確かめ、そうなるまでインゴット
１０の配向を調整するだけである。ゴニオメータのよう
な高価な計器は不要であり、熟練していない人員でも効
率よく正確にシステムの操作が可能である。インゴット
１０が調整されて、選択された結晶軸が基準方向２０と
位置合わせされた後、加工機器１２が作動され、インゴ
ット１０は第１図中で破線によシ示す円柱６０のような
所望の形状に加工される。

半導体ウエーファの製造においては、ウエーファの片側
に、結晶学的に配向された平面を削シ出すことが通例と
なっている。このため、円柱６００片側に平面を削り出
して、円柱６０をスライスしたとき平らな部分を備えた
ウエーファができるようにする必要があることが多い。

第１図の装置３０は、結晶面の配向を判定し、加工機器
１２を用いて円柱６０上で研削される平面が、前述の結
晶面Ｋ　ｒｒ３って正確に配列されるかどうかを判定す
るために再び利用可能である。

光ビームを円柱６００表面上に照射し、スクリーン３２
上の反射パターンの形式で微小な結晶面からの反射方向
を検出することによって、（１１０）面の配向を確認す
ることが可能である。これにより円柱と光源との距離及
び反射パターンから平面を研削する位置を判定可能であ
る。（１１０）面の向きを決定する簡単な方法は、反射
光２２ａが光ビーム２２と一致するまで円柱６０を回転
すると、この状態では光ビーム２２は結晶面のうちのあ
るもの、たとえば結晶面１０ａに対して垂直であり、又
、光ビーム２２の方向は（１１０）　　面の方向と一致
するという知見に基づいている。従って、反射光２２ａ
が光ビーム２２と一致するまで基準方向２０を中心に円
柱６０を回転しておいたとき、円柱６０を光ビーム２２
に対して垂直な面に泊って簡単に研削できる。この方法
は、円柱６０の表面とスクリーンの間の距離を知る必要
がなく、熟練していない人間によっても簡単且つ正確に
判定可能であるので有利である。

装置３０は、スクリーン３２と鏡３４と支持部３６と光
源３８とを具備している。光源３８は基準方向２０に対
してほぼ平行な光ビームを供給する。光源３８により供
給される光ビームは鏡３４により反射され、スクリーン
３２中の孔３９を通ってインゴット１０の方向に向かう
。支持部３６は、光ビーム２２を加工基準方向２０に対
してほぼ垂直な方向に保ちつつ、ウェイ及びジブ１８に
溜って移動可能であるように、ウェイ及びジブ１８上に
載置されるように形成されている。インゴット１００表
面のある部分は別の部分よりも光ビームをよく反射する
ので、光ビーム２２を基準方向２０に対して直交するよ
うに保ちつつ、光ビーム２２を基準方向２０と平行な方
向に溢りて移動可能にして、操作者が、反射率のよいイ
ンゴット１０の表面部分を選択できるようにするのが有
利である。基準方向２０に対して平行な方向に光ビーム
を供給する光源３８と、これも基準方向２０に対して平
行な方向に清って移動可能である支持部３６を設けるこ
とにより、光ビーム２２の方向は、支持部３６と鏡３４
の移動中、基準方向２０に対してほぼ直交に保たれる。

好適な実施例では、光源３８によシ供給される光ビーム
はレーザビームである。

インゴット１０の研削によりできる円柱６０が正確な円
柱形である場合、その後に円柱６０からスラ・イスされ
るウエーファの形状は円形となる。

インゴット１０の円柱状の表面にたまたま「孔」があり
、その結果でき上った円柱６０の円柱面にも孔がある場
合は、円柱６０からスライスされる１つ又は複数のウエ
ーファの形状は不規則となる。

これは好ましくない。研削動作の前に「孔」を検出して
、円柱を完壁に研削できるようにインゴットの位置を簡
単に修正可能であることが好適である。この目的のため
、第３図に示すように、Ｕ型の芯出しく　ｃｅｎｔｅｒ
ｉｎｇ　）ゲージ１３０を使用できる。

ゲージ１３０は基部１３０ａと２つの側部１３０ｂ、　
１３０ｃを有している。２つの側部のそれぞれは基部と
連結された一端と開放端１３０ｂ’、１３０ｃ’を有す
る。

また第３図に示すように、加工の基準方向２０は選択さ
れた距離１４０にある。ゲージ１３０の形状）Ｌスクリ
ーン３２と支持部３６がウェイ及びジブ１８の頂部に配
置され、ゲージ１３０が基準方向２０を囲むときに、開
放端１３０ｂ’と１３０ｃ’がスクリーン３２の上表面
と接触する場合に、基部１３０ａとスクリーン３２０間
の間隔が選択された距離ｄと円柱６０の所望の半径との
和に等しくなるように形成されている。インボッ１−１
０の選択された結晶軸を加工の基準方向２０と位置合せ
した後、ゲージ１３０を使って、インゴットが研削後に
完壁な円柱状表面を有する円柱６０になるのに十分大き
いか否かを判定することができる。第３図に示すように
、インゴット１０は基準方向２０に対する間隔が所望の
円柱６００半径よりも小さい部分１０’を有している。

従って、インゴット１０を研削すると、表面１０１を有
するくぼみがある不完全な円柱が産出される。このくぼ
みは、基部１３０ａを有するゲージ１３０を第３図に示
すようにインゴット１０と接触するように配置すること
によって、研削動作の前に検知することが可能である。

基部１３０ａが１表面部１０＃のように、基準方向２０
に対する間隔が所望の円柱６００半径よりも大きいイン
ゴット１００表面部へと押圧される（例えば重力によっ
て）、２つの開放端１３０ｂ’と１３０ｃ’のうちの少
なくとも１つはスクリーン３２から持上がる。このよう
に、インゴット１０が基準方向２０を中心に回転中に２
つの端の１つが常時スクリーン３２から持上っているな
らば、ゲージ１３０と接触するインゴット１０の全ての
表面部分の基準力向２０に対する間隔は円柱６０の所望
の半径よりも大きい。しかし、ある瞬間に両方の開放端
がスクリーン３２と接触するなら、それはその瞬間にゲ
ージ１３０と接触しているインゴット１００表面部は、
円柱６００半径より小さい間隔にあることを示している
。そこで操作者は、インゴットの位置を修正するか、又
は廃棄するかを更に判断するタメに、インゴット１０の
このような表面部に注目する。この工程はインボッ１−
１０の種々の部分で反復され、インボッ１−１０の全て
の「円柱状」表面部が、円柱６００半径よシも大きい間
隔を方向２０に対して有しているかどうかを確認する。

上述の装置の構造及び方法の各段階の説明は単に説明用
のものであり、特許請求の範囲の範囲内で細部のさまざ
まな変更は当然可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、結晶体の結晶軸
を簡単に見出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する図、第２図は第１図の
部分拡大図、第３図は第１図に示された構成でのインゴ
ット６０の形状の確認を説明するための図である。 １０：インゴット、 １２：加工機器、 １４：保持手段。 １６：回転手段、 ２０：基準方向、 ２２：光ビーム、 ３２ニスクリーン、 ３４：鏡、 ３６：支持部、 ３８：光源、 ６０：円柱、 １３０：ゲージ。 １３０ａ　：基部、 １３０ｂ、　１３０ｃ　：側部、 １３０ｂ’、１３０ｃ’　　：開放端。 出願人　横筒化−−レフト・パンカード株式会社代理人
　弁理士　　長　谷　川　　次　　男ＩＧ　　２

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶体を支持する手段と、 基準方向に対して選択された空間的関係を有する光ビー
   ムを前記結晶体に照射する手段とを設け、 前記光ビームの前記結晶体表面からの反射光に基いて前
   記結晶体の結晶軸の前記基準方向に対する空間的関係を
   判定する結晶体位置判定装置。
2. （２）請求項１記載の結晶体位置判定装置において、 前記結晶体を回転する手段を設け、 前記結晶体の回転による前記反射光の変化に基いて前記
   判定を行なう ことを特徴とする結晶体位置判定装置。
3. （３）請求項１または２記載の結晶体位置判定装置にお
   いて、 前記判定結果に基いて前記結晶体の前記結晶軸を前記基
   準方向にほぼ平行に調節した後に前記基準方向に対して
   選択された空間的関係を有する光ビームを前記結晶体へ
   照射することにより得られる前記結晶体表面からの反射
   光に基いて前記結晶体の他の結晶軸の前記基準方向に対
   する空間的関係を判定する ことを特徴とする結晶体位置判定装置。