JPH072966U - Ｘ線単結晶方位測定装置の回転角度読取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単結晶試料の回転角度を誤差を生じることな
く高精度に読み取ることのできる回転角度読取り装置を
提供する。 【構成】 Ｘ線源１６から放射されたＸ線を単結晶試料
１に照射し、そこで回折したＸ線をＸ線カウンタ２７で
検出する。ハンドル３１を回して単結晶試料１を支持す
る試料軸１８を軸線Ｌ１を中心としてω回転させなが
ら、回折Ｘ線の強度のピーク値をピークメータ３８によ
って探し出す。このときの単結晶試料１のω回転角度位
置をロータリーエンコーダ３０の出力パルスで読み取
り、角度表示手段３７に表示する。角度表示手段３７の
表示値から単結晶試料１のカット面の偏差角を計算す
る。エンコーダ３０は試料軸１８に直結され、ヘリカル
ホイール２９等の誤差に拘らず精度の高い読み取りを行
う。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、単結晶試料に関し結晶格子面に対するカット面の偏差角を測定する Ｘ線単結晶方位測定装置に関する。特に、単結晶試料の回転角度を読み取るため の回転角度読取り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

近年、単結晶材料が工業的に広く用いられている。例えば、各種電子機器の発 振源として用いられる水晶板や、半導体製造分野で用いられるＳｉ（シリコン） 単結晶ウェーハ等が単結晶材料として知られている。これらの単結晶材料は、一 般に、棒状の原材料を例えば０．２ｍｍ程度の薄さに切断することによって薄い 板状体に形成される。

【０００３】 今、Ｓｉ単結晶ウェーハを考えた場合、その切断面、いわゆるカット面は通常 、結晶格子面に対して平行に加工される。品質が一定な半導体を製造するために は、結晶格子面に対するカット面の角度誤差を許容範囲内に納める必要がある。 本考案に係るＸ線単結晶方位測定装置は、そのような要求に応えるために、カッ ト面の偏差角を測定するものである。

【０００４】 一般に、Ｘ線単結晶方位測定装置は、単結晶試料に向けてＸ線を放射するＸ線 源と、Ｘ線を単結晶試料に向けて方向づけをするためのスリット又はコリメータ と、単結晶試料を支持すると共に軸回転可能である試料軸と、単結晶試料に入射 するＸ線の入射角度を変化させるために試料軸を回転駆動するω回転駆動手段と 、単結晶試料で回折したＸ線を検出するＸ線検出手段とを有している。この装置 では、単結晶試料のカット面を試料軸の回転中心に位置決めした状態でその単結 晶試料にＸ線を照射し、その単結晶試料で回折するＸ線をＸ線検出手段によって 検出しながら、試料軸をω回転することにより単結晶試料に入射するＸ線の入射 角度を微少量変化させる。この角度変化の間に回折Ｘ線強度のピーク値を探し出 し、そのときの回転角度を読み取ることによりカット面の角度偏差を測定する。

【０００５】 このように単結晶の方位測定においては、単結晶試料の回転角度を読み取る必 要がある。この角度読取りを行うため、従来、例えば図３又は図４に示すような 読取り装置が知られている。図３に示す装置は、単結晶試料１を支持した試料軸 ２にヘリカルホイール３を一体に設け、ハンドル４によって回転駆動されるウオ ーム５をそのヘリカルホイール３に噛み合わせる。そして、ウオーム５の軸にカ ップリング６によってエンコーダ７が接続される。この装置では、測定者がハン ドル４を回すときにその回転がウオーム５及びヘリカルホイール３を介して試料 軸２に伝えられて単結晶試料１が回転、いわゆるω回転する。このω回転により 、単結晶試料１に入射するＸ線Ｒの入射角度δが変化する。入射角度δの読取り は、ウオーム軸の回転角度をエンコーダ７で読み取ることによって行われる。

【０００６】 一方、図４に示す装置は、いわゆるサインバー機構を利用して単結晶試料１を ω回転させる。この装置では、長さが十分に長い棒状アーム８が試料軸２に一体 に設けられ、そのアーム８の先端を送りネジ９及び圧縮バネ１０によって表裏い ずれかの方向から直線的に押し付けることにより、試料軸２及びそれに支持され た単結晶試料１をω回転させる。そして、Ｘ線の入射角度δの読取りは、カップ リング６を介して送りネジ９に接続したエンコーダ７によって行う。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

上記従来の回転角度読取り装置においては、ウオーム機構部分又は送りネジ機 構部分で生じるバックラッシュ等の機械的誤差や熱膨張による誤差がエンコーダ ７で読み取ることができないため、エンコーダによって読み取られる回転角度と 単結晶試料の真の回転角度との間に誤差を生じる。

【０００８】 本考案は、上記の問題点を解消するためになされたものであって、単結晶試料 の回転角度を誤差を生じることなく高精度に読み取ることのできる回転角度読取 り装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案に係るＸ線単結晶方位測定装置の回転角度読取り装置は、単結晶試料に 向けてＸ線を放射するＸ線源と、Ｘ線を単結晶試料に向けて方向づけをするため のスリット又はコリメータと、単結晶試料を支持すると共に軸回転可能である試 料軸と、単結晶試料に入射するＸ線の入射角度を変化させるために試料軸を回転 駆動するω回転駆動手段と、単結晶試料で回折したＸ線を検出するＸ線検出手段 とを有するＸ線単結晶方位測定装置に用いられる回転角度読取り装置おいて、試 料軸の回転角度に対応して電気信号を出力する発電手段を試料軸に直接に接続し たことを特徴としている。

【００１０】 発電手段というのは、回転運動量を電気的なパルス信号その他の電気信号に変 換するものであって、例えばロータリーエンコーダを用いることができる。また 、単結晶試料に関する軸回転というのは、Ｘ線が照射される単結晶試料のカット 面を通る軸線を中心として回転することをいう。

【００１１】

【作用】

単結晶試料のカット面を一定の位置に位置決めした状態で単結晶試料を所定位 置にセットする。Ｘ線源から放射されたＸ線はスリット又はコリメータで方向づ けされて単結晶試料に入射し、単結晶試料の結晶格子面との間で回折条件、いわ ゆるブラッグ条件を満足するときにその結晶格子面で回折する。その回折Ｘ線は Ｘ線検出手段によって検出される。ここで、ω回転駆動手段によって単結晶試料 をω回転させることにより単結晶試料に入射するＸ線の入射角度を微小範囲内で 変化させると、Ｘ線検出手段によって検出される回折Ｘ線の強度が変化する。回 折Ｘ線強度のピーク値を探し出し、そのときのω回転角度位置を読み取り、それ を基準の角度位置と比較すればカット面の偏差角を測定できる。

【００１２】 本考案では、試料軸の回転角度に対応して電気信号を出力する発電手段を試料 軸に直接に接続したので、ω回転駆動手段において生じる機械的誤差、熱膨張に よる誤差、その他種々の原因に起因する誤差に影響されることなく、単結晶試料 の回転角度をきわめて高精度に読み取ることができる。

【００１３】

【実施例】

図２は、本考案に係るＸ線単結晶方位測定装置の回転角度読み取り装置の一実 施例を示している。この装置は、ゴニオベース１１と、ゴニオベース１１の上に 固定設置された半円盤形状のガイドベース１２とを有している。ガイドベース１ ２の中心部分にはリング状の目盛り盤１３が固着され、ガイドベース１２の左端 部にはスリット台１４が固着されている。スリット台１４の上部には発散スリッ ト１５が固定されている。ゴニオベース１１の左側には、Ｘ線源としてのＸ線管 １６を備えたＸ線防護カバー（チューブシールド）１７が固定設置されている。

【００１４】 図１に示すように、ゴニオベース１１の中心部には穴が設けられていて、試料 軸１８がその穴を上下方向に貫通している。この試料軸１８は、自らの中心軸線 Ｌ１を中心として回転、すなわち軸回転できるように上下２個のベアリング１９ によって回転可能に、しかし軸方向移動しないように支持されている。試料軸１ ８の上端には試料ホルダ２０がボルト等の締結手段によて固定されている。

【００１５】 図２に示すように、試料ホルダ２０の上には、位置決め用面盤２１と、板バネ ２２を備えた試料押圧ユニット２３が設置されている。測定対象である単結晶試 料、例えばＳｉウェーハ１は、そのカット面を面盤２１に面接触させた状態で試 料押圧ユニット２３によって押し付けられることにより一定位置に固定支持され る。面盤２１の中心部には、Ｘ線通過用の溝２４が水平方向に設けられている。

【００１６】 図１において、試料ホルダ２０とガイドベース１２との間の試料軸１８のまわ りに検出器アーム２５が設けられている。この検出器アーム２５は、試料軸１８ から独立して軸線Ｌ１を中心として自由に回転でき、しかも任意の位置でクラン プボルト２６によってガイドベース１２に固定できるようになっている。検出器 アーム２５の先端にはＸ線検出手段としてのＸ線カウンタ２７が固定設置されて いる。

【００１７】 試料軸１８の下端部にはボルト等の締結手段によってホイール盤２８が一体に 固着され、そのホイール盤２８にヘリカルホイール２９がボルト等の締結手段に よって固着されている。さらに、試料軸１８の下端にロータリーエンコーダ３０ がカップリング６を介して直接、接続されている。このエンコーダ３０は、例え ば６４８，０００パルス／１回転のパルス発生機能を備えたものを用いる。ヘリ カルホイール２９は、図２に示すように、ゴニオベース１１の外部に位置するハ ンドル３１によって回転駆動されるウオーム３２と噛み合っている。

【００１８】 図１において、Ｘ線カウンタ２７の出力、すなわちＸ線のフォトンカウント信 号はＸ線強度検出回路３３へ導かれる。そして、その検出回路３３の出力（アナ ログ出力）によりレートメータ３８を駆動する。パルスカウンタ３５は、エンコ ーダ３０の出力パルス信号の数を計数し、角度表示手段３７を駆動する。また、 パルスカウンタ３５のリセットスイッチ３６をＯＮすることにより、角度表示手 段３７をリセット、すなわち０（ゼロ）クリアできる。 また、制御装置３４は、強度検出回路３３の出力信号に基づいてピークメータ３ ８を駆動する。

【００１９】 以下、上記構成より成るＸ線単結晶方位測定装置についてその動作を説明する 。

【００２０】 発散スリット１５によって方向づけされたＸ線が、面盤２１と平行になるよう にゴニオベース１１と試料ホルダ２０を調整（いわゆる半割調整）し、パルスカ ウンタ３５のリセットスイッチ３６をＯＮし、角度表示手段３７をリセットする 。Ｓｉウェーハのカット面の偏差角を測定しようとする場合、測定する面方位の 回折角度は理論的又は経験的に既知であるから、図２において検出器アーム２５ を軸線Ｌ１のまわりに手動により回転して、Ｘ線カウンタ２７を回折条件を満足 する所定の角度位置（すなわち、回折角度位置）に移動し、ボルト２６によって その位置に固定する。

【００２１】 次いで、測定するＳｉウェーハを面盤２１に装着し、面盤２１に入射するＸ線 の入射角δが回折角度の半分の角度位置に試料ホルダ２０を移動する。そして、 Ｘ線源１６から放射されたＸ線を発散スリット１５によってその発散角を制限し つつ、面盤２１の溝２４を通してＳｉウェーハ１に照射する。

【００２２】 このとき、測定者がハンドル３１を回してＳｉウェーハ１を軸線Ｌ１のまわり に±数度ω回転すると、Ｘ線がＳｉウェーハ１の結晶格子面に対して回折条件を 満足するときその結晶格子面でＸ線が回折し、その回折Ｘ線はＸ線カウンタ２７ によって検出される。Ｘ線カウンタ２７の出力信号は、図１において、強度検出 回路３３へ送られ、その回路で回折Ｘ線の強度に応じた電気信号（電流値）に変 換される。そしてさらに、ピークメータ３８に表示される。

【００２３】 ハンドル３１を回すとき、試料軸１８に直接接続したエンコーダ３０からパル ス信号が出力され、パルスカウンタ３５で出力されたパルス数をカウントし、角 度表示手段３７に試料軸１８の回転角度を表示する。測定者は、ピークメータ３ ８の表示値がピーク値をとるとき、ハンドル３１の回転を止め、角度表示手段３ ７に表示された角度を読み取る。この角度と理論的な角度との差が偏差角である 。例えば、Ｓｉウエーハの（１１１）面に１．５４０５オングストロームの波長 のＸ線を入射すると、理論的又は経験的に、入射角１４．２２゜で２８．４４゜ に回折する。測定した試料が回折するピーク位置のω回転角度が１３．１０゜で あったとき、１４．２２゜−１３．１０゜より偏差角１．１２゜と計算によりわ かる。

【００２４】 以上の測定の間、試料軸１８の回転角度の読み取り、すなわちＳｉウェーハ１ のω回転の回転角度の読み取りは、試料軸１８に直結したエンコーダ３０によっ て行われる。実施例では、６４８，０００パルス／１回転のパルス発生能力を備 えたエンコーダを用いることにしたので、２秒の分解能でＳｉウェーハ１のω回 転角度を読み取ることができる。Ｓｉウェーハ１をω回転させるための機構とし てウオーム３２及びヘリカルホイール２９を用いた駆動機構を使っているが、エ ンコーダ３０は試料軸１８に直結されているので、その駆動機構における回転誤 差はエンコーダ３０の読み取りには何等の影響も与えない。従って、きわめて精 度の高い読み取りが可能である。

【００２５】 以上、１つの実施例をあげて本考案を説明したが、本考案はその実施例に限定 されることなく、請求の範囲に記載した技術的範囲内において種々に改変可能で ある。

【００２６】 例えば、単結晶試料としては、Ｓｉウェーハ以外に水晶板、その他任意の単結 晶材料が考えられる。また、単結晶試料をω回転させるための駆動機構は、図示 したウオーム及びウオームホイールを用いた機構以外に、図４に示したようなサ インバー機構その他任意の機構を適用できる。

【００２７】

【考案の効果】

本考案によれば、回転角度の読み取りのための発電手段を試料軸に直結したの で、回転軸をω回転駆動するための駆動機構に生じる各種の誤差に影響されるこ とのない、きわめて高精度な回転角度の読み取りができる。

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る回転角度読み取り装置を適用した
Ｘ線単結晶方位測定装置の一実施例を示す正面断面図で
ある。

【図２】同Ｘ線単結晶方位測定装置を一部破断して示す
斜視図である。

【図３】従来の回転角度読み取り装置の一例を示す平面
図である。

【図４】従来の回転角度読み取り装置の他の一例を示す
平面図である。

【符号の説明】

１ Ｓｉウェーハ（単結晶試料） １６ Ｘ線源 １８ 試料軸 ２５ 検出器アーム ２７ Ｘ線カウンタ（Ｘ線検出手段） ２９ ヘリカルホイール（ω回転駆動手段） ３０ ロータリーエンコーダ（発電手段） ３１ ハンドル（ω回転駆動手段） ３２ ウオーム（ω回転駆動手段）

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶試料を切断したときの切断面であ
   るカット面と結晶格子面との成す角度、すなわち偏差角
   を測定するＸ線単結晶方位測定装置であって、単結晶試
   料に向けてＸ線を放射するＸ線源と、Ｘ線を単結晶試料
   に向けて方向づけをするためのスリット又はコリメータ
   と、単結晶試料を支持すると共に軸回転可能である試料
   軸と、単結晶試料に入射するＸ線の入射角度を変化させ
   るために試料軸を回転駆動するω回転駆動手段と、単結
   晶試料で回折したＸ線を検出するＸ線検出手段とを有す
   るＸ線単結晶方位測定装置に用いられる回転角度読取り
   装置において、 試料軸の回転角度に対応して電気信号を出力する発電手
   段を試料軸に直接に接続したことを特徴とする回転角度
   読取り装置。
2. 【請求項２】 Ｘ線検出手段を支持すると共に試料軸の
   回転中心を中心として回転可能でありしかも任意の角度
   位置に静止可能な検出器アームと、試料軸と一体なヘリ
   カルホイールと、そのヘリカルホイールに噛み合うウオ
   ームと、そのウオームを回転させるハンドルとを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の回転角度読取り装置。