JP2014013225A - 結晶方位測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に試料の向きを変えて測定でき、また、試料の測定中に次の試料の取付作業を行える結晶方位測定装置を提供する。
【解決手段】ガイド４に沿って直線的に移動するテーブル３と、テーブル３上に前記移動の方向に並べて配置した第一の結晶保持治具５ａ及び第二の結晶保持治具５ｂと、第一の移動の位置において第一の結晶保持治具５ａに保持した結晶に対し、また、第二の移動の位置において第二の結晶保持治具５ｂに保持した結晶に対し、回折されたＸ線を検出して結晶方位を測定する結晶方位測定部６とを具備する結晶方位測定装置。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、例えばシリコンやＩｎＰ、サファイア、ガリウムヒ素等の単結晶試料を、Ｘ線回析を利用して結晶方位を測定する結晶方位測定装置に関する。

図７に従来の一般的な構成の結晶方位測定装置１０１を示す。結晶方位測定装置１０１の被測定対象であるシリコンなどの結晶インゴット１０２は通常円筒形状をしている。そしてインゴット１０２の外部表面にＸ線発生器１０３からＸ線を照射して回析されるＸ線をＸ線検出器１０４で計測することにより結晶方位を測定する。結晶方位の測定では、インゴット１０２の向きを変えて計測する場合や大きさの異なるインゴットを計測する場合がある。また、いずれの場合でも、測定中はインゴット１０２を保持、固定する必要があるため、従来はインゴット１０２の向き、大きさにより保持、固定する保持冶具を調整、又は交換を行った上で測定を行っている。

特開２０００−８１３９８号公報

従来の結晶方位測定装置１０１ではインゴットの大きさや測定の向きを変更する場合、その度に図７の扉１０５を開き、測定テーブル１０７上にあるインゴット保持冶具１０８を取り外し、保持冶具１０９に取り替えてから矢印１１０のように姿勢を変えて取り付けていた。結晶方位測定装置１０１ではインゴット１０２の配置の再現性が測定精度に大きく影響し、保持冶具の取付ミス等により、測定精度が大きく低下するおそれがある。また保持冶具は本体と別置きとなるため保守管理が必要であった。また、この切り替え作業をなくそうとした場合、従来の装置では電動モータ等のアクチュエータを用いた切替え機構を用いていたため余分なコストがかかっていた。

また、従来の結晶方位測定装置は試料設置位置が１箇所である為、被測定物であるインゴット１０２を交換する際にも測定が終わるのを待って、矢印１１０又は矢印１１１のように交換をしていたのでインゴット１０２の交換時間も測定作業時間に含まれ、調整、交換の作業に測定以外の余分な時間がかかるという問題があった。

上記の被測定物はインゴット１０２の場合について述べているが、半導体電子部品の加工工程の一つの形態である薄板形状のウエハ１１２の測定についても同様のことが言える。

本発明の実施形態は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、容易に試料の向きを変えて測定できる結晶方位測定装置を提供することであり、また、試料の測定中に次の試料の取付作業を行える結晶方位測定装置を提供することである。

上記目的を達成するため、実施形態の結晶方位測定装置は、ガイドと、前記ガイドに沿って直線的に移動するテーブルと、前記テーブル上に前記移動の方向に並べて配置した第一の結晶保持治具及び第二の結晶保持治具と、第一の移動の位置において前記第一の結晶保持治具に保持した結晶に対し、また、第二の移動の位置において前記第二の結晶保持治具に保持した結晶に対し、Ｘ線を照射するよう配置され回折されたＸ線を検出して結晶方位を測定する結晶方位測定部と、を具備したことを特徴とする。

前記第一の移動の位置及び前記第二の移動の位置において、Ｘ線が照射される一方の結晶及び結晶保持治具を覆い、前記移動の方向の両端部にそれぞれ開閉扉を有する筐体と、をさらに有してもよい。

前記結晶は円筒状の結晶インゴットであり、前記第一の結晶保持治具と前記第二の結晶保持治具は互いに異なる姿勢で、または、互いに同じ姿勢で前記結晶インゴットを保持するようにしてもよい。

以上のような実施形態では、テーブル上に配置した二つの結晶保持冶具それぞれに保持した結晶を、それぞれ第一の移動位置と第二の移動位置において、結晶方位を測定することができる。

第一の実施形態に係る結晶方位測定装置の外観を示す図である。 第一の実施形態に係る結晶方位測定装置の構成を示す図である。 図１、図２の結晶方位測定装置を上から見た模式図である。 第一の実施形態の結晶方位測定装置の横向きのインゴットを測定している際の部分構造を示す図である。 第一の実施形態の結晶方位測定装置の縦向きのインゴットを測定している際の部分構造を示す図である。 第二の実施形態に係る結晶方位測定装置の部分構成を示す図である。 従来の形態の結晶方位測定装置を示す図である。

（第一の実施形態）
図１乃至図３を参照して、第一の実施形態について説明する。

図１、図２は第一の実施形態の結晶方位測定装置の外観と構成を示す図である。

図１、図２で、結晶方位測定装置１は、円筒状結晶であるインゴット２を２箇所に上面に保持できるテーブル３と、テーブル３を正確に直線移動させるためのガイド４と、テーブル３上に移動の方向に並べて配置され、それぞれインゴット２を保持する第１及び第２の結晶保持冶具５ａ、５ｂと、テーブル３の下側からインゴット２に向けてＸ線を照射して回析されたＸ線を検出して結晶方位を測定する結晶方位測定部６と、直線移動するテーブル３の移動方向の両端それぞれに開口部が設けられ、それぞれの開口部に扉７ａ、７ｂが配されて、Ｘ線の外への漏洩を遮蔽する機能を有する箱状の金属製の筐体７から成る。

テーブル３はガイド４上を矢印８の方向に横行できる。

テーブル３の下側に配置された結晶方位測定部６は、Ｘ線発生器６ａとＸ線検出器６ｂを有し、Ｘ線発生器６ａとＸ線検出器６ｂは駆動機構部（不図示）により一体で矢印９ａの方向に円弧に沿って走査され、また一体で矢印９ｂのように水平に回転される。特許文献１と同様に、この水平回転と円弧走査を組み合わせて、インゴット２の結晶方位が測定される。

ガイド４は直線状のレールで、両端部にはテーブル３を第１の移動位置及び第２の移動位置で停止させるためのストッパ４ａ、４ｂを有する。

図２はテーブル３を右端の第１の移動の位置まで動かしてストッパ４ａで位置決めした場合を示すが、このとき検査対象のインゴット２ａは中央にあり、結晶方位測定部６によって測定されうる位置となる。第１の移動位置において筐体７及び扉７ａ、７ｂは、少なくともＸ線が照射される一方の結晶（インゴット２ａ）及び結晶保持冶具５ａを覆い、他方の結晶（インゴット２ｂ）及び結晶保持冶具５ｂを覆わない配置である。扉７ａと扉７ｂはスライド式の開閉扉であり中央にある検査対象のインゴット２ａの両側に配置され、扉７ｂは中央のインゴット２ａと右側のインゴット２ｂの間を分かつようにして開閉される。すなわち扉７ａと扉７ｂを両方閉めると一方のインゴット２ａは筐体７内に収まり、他方のインゴット２ｂは筐体７の外側にでることになる。

図２において、扉７ａ、７ｂを開けテーブル３を左端（第２の移動の位置）まで動かして、ストッパ４ｂで位置決めした後、扉７ａ、７ｂを閉じると、インゴット２ｂ及び結晶保持冶具５ｂが筐体７内に収まり、インゴット２ａ及び結晶保持冶具５ａが扉７の外側に出て、インゴット２ｂを測定する状態となる。

図３は図１、図２の結晶方位測定装置１を上から見た模式図である。図３は扉７ｂを開いてテーブル３を右端に移動した図である。図３のようにテーブル３がストッパ４ａに当接する位置にあれば扉７ａ及び扉７ｂは開閉自由であり、扉７ａと扉７ｂを閉めればＸ線をだしても筐体７より外には放射線が漏れることがない。

また図３において、結晶方位保持冶具５ａはＶ字型の溝を持つブロックで、Ｖ字溝の斜面にインゴット２ａの円筒面を当接させて、インゴット軸が水平になる姿勢でインゴット２ａを保持する。

また結晶保持冶具５ｂは、テーブル３にその端面を当接して配置されたインゴット２ｂの円筒面をＶ字型の溝を持つブロック５ｂ１と平面を持つブロック５ｂ２で挟み込み、インゴット軸が垂直になる姿勢でインゴット２ｂを保持する。ここでブロック５ｂ２はテーブル３に固定され、ブロック５ｂ１はテーブル３の面に沿って可動である。インゴット２ｂはブロック５ｂ１でブロック５ｂ２側へ押さえつけるように位置決め固定されるが、このときオリフラ面２ｂ１がブロック５ｂ２の平面に密着するようにすることでオリフラ面の方位を合わせて位置決めする。

尚、テーブル３のインゴット２ａ、２ｂが保持される位置には、それぞれ照射したＸ線と回析したＸ線が通過するための穴３ａ、３ｂが設けられている（図４参照）。

次に図４、図５を参照して本実施形態の作用を説明する。

まず、インゴット２ａを、横向きの姿勢で円筒面の結晶方位を測定する。

図４はテーブル３を右端に移動させて中央に移動された横向きのインゴット２ａを測定している際の筐体７内の部分構造図である。図４では扉７ａと扉７ｂは測定している横向きのインゴット２ａの両側で閉じられており、横向きのインゴット２ａに当たって散乱されたＸ線は筐体７及び扉７ａと扉７ｂに遮蔽されている。

この状態で、結晶方位測定部６が特許文献１と同様に結晶方位を測定する。この結果、テーブル３の面を基準として、インゴット２ａの円筒面の結晶方位が測定される。この測定を行っている間に、扉７ｂの外側にある縦向きのインゴット２ｂは矢印１１で示すように自由に載せ替えができる。

次に、インゴット２ｂを縦向きの姿勢で、端面の結晶方位を測定する。

図５はガイド４に案内されたテーブル３を左端に移動させて、中央に移動された縦向きのインゴット２ｂを測定する場合の筐体７内の部分構造図である。

図４の状態から図５の状態にするには、扉７ａ、７ｂを開き、テーブル３を動かした後、扉７ａ、７ｂを閉じるだけである。図５の状態になると測定対象のインゴット２ｂを縦に設置することができる。

この状態で、結晶方位測定部６が参考文献１と同様に結晶方位を測定する。この結果、テーブル３の面を基準として、インゴット２ｂの端面の結晶方位が測定される。

この測定を行っている間に、扉７ａの外側にある横向きのインゴット２ａは矢印１２で示すように自由に載せ替えができる。

以上のように、本実施形態では、テーブル３にはインゴット２を異なる姿勢で載せる二つの結晶保持冶具５ａと５ｂがあらかじめ設置されているので、テーブル３上に配置した二つの結晶保持冶具５ａ、５ｂそれぞれに保持したインゴット２ａ、２ｂを、それぞれ第１の移動位置と第２の移動位置において結晶方位を測定することができ、結晶保持冶具の交換をしなくとも短時間にインゴット２の姿勢を変えた測定が行える。しかも、特別なアクチュエータを使用することなく１方向のガイドを追加するのみの構成であり、安価な装置を提供できる。

また、扉７ａ、扉７ｂを閉めた時にＸ線が外に漏れない構造にすることで、測定中にもインゴット２の交換ができ、一連の測定作業時間を短縮することができる。

また、二つの結晶方位保持冶具で互いに保持する姿勢を異ならせることで、移動の位置を変えるだけで、結晶の姿勢を変えて測定が行える。

また、テーブル上に移動方向に沿って二つ並べて配置した結晶保持冶具はテーブルを一度移動させるのみで測定後の結晶に対する測定位置から取り外し位置への移動と、次に測定する結晶に対する取付位置から測定位置への移動とを同時に行えるため、結晶の交換が容易な装置となる。

（第二の実施形態）
図６は第二の実施形態の結晶方位測定装置の筐体内の部分構造図である。

第一の実施形態はインゴットの保持姿勢を互いに変えた結晶保持冶具をテーブル上に２セット取り付けたものであるが、図６のように同じ形態の結晶保持冶具５ｃ、５ｄをテーブル３に２セット取付した構成にすることができる（第二の実施形態）。この形態では複数のインゴットを同じ姿勢で次々と測定する場合、インゴット２ｄの測定中に、矢印１３で示すように別のインゴット２ｃの交換作業ができるので一連の測定の測定作業時間を短縮することが出来る。

１…結晶方位測定装置
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ…インゴット
２ｂ１…オリフラ面
３…テーブル
４…ガイド
４ａ、４ｂ…ストッパ
５ａ、５ｂ…結晶保持冶具
５ｂ１、５ｂ２…ブロック
５ｃ、５ｄ…結晶保持冶具
６…結晶方位測定部
６ａ…Ｘ線発生器
６ｂ…Ｘ線検出器
７…筐体
７ａ、７ｂ…扉
１０１…結晶方位測定装置
１０２…インゴット
１０３…Ｘ線発生器
１０４…Ｘ線検出器
１０５…扉
１０７…テーブル
１０８…インゴット保持冶具
１０９…インゴット保持冶具
１１２…ウエハ

Claims (4)

1. ガイドと、
   前記ガイドに沿って直線的に移動するテーブルと、
   前記テーブル上に前記移動の方向に並べて配置した第一の結晶保持治具及び第二の結晶保持治具と、
   第一の移動の位置において前記第一の結晶保持治具に保持した結晶に対し、また、第二の移動の位置において前記第二の結晶保持治具に保持した結晶に対し、Ｘ線を照射するよう配置され回折されたＸ線を検出して結晶方位を測定する結晶方位測定部と、
   を具備したことを特徴とする結晶方位測定装置。
2. 請求項１に記載の結晶方位測定装置において、
   前記第一の移動の位置及び前記第二の移動の位置において、Ｘ線が照射される一方の結晶及び結晶保持治具を覆い、前記移動の方向の両端部にそれぞれ開閉扉を有する筐体と、
   を具備したことを特徴とする結晶方位測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の結晶方位測定装置において、
   前記結晶は円筒状の結晶インゴットであり、前記第一の結晶保持治具と前記第二の結晶保持治具は互いに異なる姿勢で前記結晶インゴットを保持することを特徴とする結晶方位測定装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の結晶方位測定装置において、
   前記結晶は円筒状の結晶インゴットであり、前記第一の結晶保持治具と前記第二の結晶係持治具は互いに同じ姿勢で前記結晶インゴットを保持することを特徴とする結晶方位測定装置。

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