JPH0743331B2 - 検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は単結晶半導体材料からなるインゴットの結晶方
位を検出するための検出装置に関する。

〔背景技術〕

半導体装置の製造で用いられるシリコンまたはGaAs等の
化合物半導体の単結晶はいわゆるチョクラルスキー法等
を用いてルツボ中でシードを引き上げ操作することによ
り棒状のインゴットとして形成される。

このようにして形成されたインゴットにその結晶方位に
対して所定の角度でオリエンテーションフラットを形成
するために、インゴットの結晶方位を測定する必要があ
り、さらにオリエンテーションフラットを形成した後に
はそれが結晶方位に対して所定の角度となっているかを
測定する必要がある。

従来では、インゴットの外周面に軸方向に沿って形成さ
れた晶癖線の位置から結晶方位を判別するようにした
り、光像法によって結晶方位を判別するようにしてい
る。光像法は、インゴットの表面を研磨して選択性エッ
チングにより微細なファセット（Facet）面を形成し、
これに細い光束を投射してその反射光像をスクリーンに
結像するようにする方法である。これらの方法は、検出
精度が良好ではない。

ところで、このような単結晶インゴットは回路形成の高
密度化や効率化、コストの低減等の理由で大口径化およ
び長大化する傾向にある。

そのため、単結晶インゴットのオリエンテーションフラ
ット形成前の結晶方位の検出あるいはオリエンテーショ
ンフラットの切削もしくはその他の処理が困難となり、
作業の安全性や検出精度等の点で問題となりつつある。

これについて、たとえば単結晶インゴットを縦置きに
し、固定治具でゴニオメータに取り付けて結晶方位を測
定したりオリエンテーションフラット形成面における結
晶方位が所定の角度となっているか否かを測定すること
が考えられる。

しかしながら、前記のように単結晶インゴットの大口径
化、長大化により重量が大きくなっている結果、取扱い
および固定が不安定となり、安全性や測定精度の低下を
来すことになる。また、それ以外にも、装置の構造が大
形化し、コストの上昇やスペース効率の悪化等の問題も
生じることを本発明者は見い出した。

なお、単結晶引上げおよび結晶切断・研磨については、
昭和57年11月15日、株式会社工業調査会発行、「電子材
料」1983年11月号別冊、P45〜P56に説明されている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、半導体材料の結晶方位の検出を容易に
高精度で行うことのできる技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、小形で低コスト化を図ることがで
きる半導体材料の結晶方位の検出技術を提供することに
ある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、Ｘ線の回析を利用して半導体材料の単結晶イ
ンゴットの結晶方位を検出する装置であって、前記イン
ゴットを一対の回転ローラ上に水平方向に設置し、前記
回転ローラ上で回転しているインゴットの周囲に前記イ
ンゴットの下方に配置されたＸ線投光器からのＸ線を照
射しかつそのＸ線の反射光を前記Ｘ線投光器と同様にイ
ンゴットの下方に配置されたＸ線受光器で受光すること
によって、結晶方位の検出装置を容易に高精度で行うこ
とができ、また装置の小形化、低コスト化を図ることが
できるものである。

〔関連技術〕

第１図は本発明の関連技術である検出装置を示す斜視図
であり、本発明の実施例を説明する前に、この関連技術
について説明する。

図示する検出装置にあっては、シリコン単結晶のオリエ
ンテーションフラットを形成するために結晶方位をＸ線
回析により検出している状態が示されており、装置の基
台をなす箱体１の上にテーブル２を設け、このテーブル
２の上面側の軸方向に形成された凹部内に一対の回転可
能なローラ３をハンドル４で手動回転可能に水平方向に
配設し、この一対のローラ３上にたとえばシリコンの単
結晶インゴット５を回転可能に水平方向に載置した構造
を有している。

前記テーブル２の一側端には、Ｘ線駆動部６が配置さ
れ、このＸ線駆動部６の上部の一側端には略三ケ月状の
溝付き弧状台座７の溝に沿って可動なＸ線投光器８が前
記単結晶インゴット５の頂部外周面にＸ線を投光するよ
う配置されると共に、同じくＸ線受光器９がこのＸ線の
単結晶インゴット５からの反射光を受光するような角度
関係で設置されている。Ｘ線受光器９は増幅器10を介し
てパワーメータ11にＸ線の受光パワーを表示するよう構
成されている。

一方、単結晶インゴット５の上方には、該単結晶インゴ
ット５の所定軸方向部分にマークを書き込むよう該単結
晶インゴット５と平行なスライド軸12に沿って軸方向に
移動可能なマークペン13が設けられている。平行状態と
なった対のローラ３を相互に近接させたり離反させれ
ば、単結晶インゴット５の上下方向の位置を変化させる
ことができる。

次に、前記検出装置による結晶方位の測定手順について
説明する。

まず、シリコンの単結晶インゴット５の軸方向にオリエ
ンテーションフラットを形成するために所定の結晶方位
を検出する場合には、単結晶インゴット５を一対のロー
ラ３上に水平方向に載置する。そして、ハンドル４を回
してローラ３をたとえば時計方向に回転させると、単結
晶インゴット５も同様に時計方向に回転する。

この回転中の単結晶インゴット５に対してＸ線投光器８
からのＸ線をその頂部外周面に照射すると、その反射光
はＸ線受光器９で受光される。この受光パワーはＸ線の
回析により単結晶インゴット５の結晶方位によって異な
るものであり、特定の方向にのみ発光するが、この結晶
方位部分にオリエンテーションフラットを切断すること
が行われる。

したがって、作業者はＸ線受光パワーメータ11を目視し
ながら作業を進め、受光パワーが最大となったところで
ハンドル４の回転を止めると、その部分がオリエンテー
ションフラットを形成すべき結晶方位部分であるので、
その部分にマークペン13で軸方向にマーキングすればよ
い。

なお、この検出装置をオリエンテーションフラットの加
工後にそのフラット面が所定の結晶方位となっているか
を検出するためにも使用することができる。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例を示す概略断面図である。第
２図に示す検出装置にあっては、単結晶インゴット５に
オリエンテーションフラット14を加工した後に、そのフ
ラット面に対する結晶方位が所定の精度となっているか
否かを検出している状態を示す。

この実施例におけるＸ線投光器８とＸ線受光器９は、三
ケ月状の台座7aに取り付けられて、テーブル２の下方の
箱体１の中に内蔵されている。台座7aは図示しない駆動
手段により所定角度範囲で、第２図に示すように単結晶
インゴット５の回転方向に沿う方向に揺動するように構
成されている。

したがって、図示するように、オリエンテーションフラ
ット14を形成した単結晶インゴット５をローラ３上で回
転させながら、また台座7aを揺動させながら、Ｘ線投光
器８からＸ線を単結晶インゴット５の下部外周面に照射
する。そして、オリエンテーションフラット14の位置が
図示の如く下向きとなるところでローラ３を止め、台座
7aを揺動させながらＸ線を照射すると、Ｘ線投光器８と
Ｘ線受光器９とのＸ線照射・反射角度αが一定であるの
で、オリエンテーションフラット14の円周方向の各部分
における結晶方位が所定の精度となっているか否かをＸ
線受光器９の受光パワーから検出することができる。第
２図に示すように、テーブル２の下側に設けられた箱体
１内にＸ線投光器８とＸ線受光器９とを設けることによ
り、ローラ３の上側のスペースを広く確保することがで
きるので、単結晶インゴット５をローラ３の上に設置し
たり、取り外す際における着脱作業を容易に行うことが
できる。

勿論、図示する検出装置を単結晶インゴット５へのオリ
エンテーションフラット形成のための結晶方位を検出す
る際にも使用することができる。

〔効果〕

（１）．半導体材料からなり棒状の単結晶インゴットを
水平状態として支持するようにして、これにＸ線を照射
し、かつその反射光を受光してＸ線の回析により結晶方
位を検出するようにした結果、大口径化されかつ長尺化
された単結晶インゴットでもそれにオリエンテーション
フラットを形成する位置を検出し、さらにオリエンテー
ションフラットが形成された位置が所定の結晶方位とな
っているか否かを高精度で検出することができる。

（２）．前記（１）により、結晶製造の歩留り向上が図
られ、また結晶製品の品質が向上する。

（３）．前記（１）により、装置の小形化、低コスト化
を実現することができる。

（４）．単結晶インゴットを一対の回転ローラ上に水平
方向に配置し、これを回転ローラ上で回転可能に支持す
ることにより、小形の装置で結晶方位を検出することが
できる。

（５）.X線投光器およびＸ線受光器を単結晶インゴット
の下方に配置することにより、単結晶インゴットを支持
するためのローラの上方には、単結晶インゴットをロー
ラ上に着脱する際にこれの障害となる部材が存在せず、
装置をさらに小形化することができるのみならず、装置
への単結晶インゴットの着脱作業が容易となる。

以上、本発明によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、Ｘ線投光器や受光器の配置を他の配置とした
り、ローラの回転を自動で行うこと等も可能である。

〔利用分野〕

以上の説明では、主として本発明者によってなされた本
発明をその背景となった利用分野であるシリコンの単結
晶インゴットの結晶方位を、オリエンテーションフラッ
トを形成する際などに検出する場合について説明した
が、それに限定されるものではなく、たとえばGaAs等の
化合物半導体材料からなる単結晶インゴットについて
も、本発明を適用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は関連技術である検出装置を示す斜視図であり、
第２図は本発明の一実施例である検出装置を示す概略断
面図である。 １……箱体、２……テーブル、３……回転可能なロー
ラ、４……ハンドル、５……単結晶インゴット、６……
Ｘ線駆動部、7,7a……台座、８……Ｘ線投光器、９……
Ｘ線受光器、10……増幅器、11……パワーメータ、12…
…スライド軸、13……マークペン、14……オリエンテー
ションフラット。

フロントページの続き (72)発明者 清水 博文 山梨県中巨摩郡竜王町西八幡（番地なし) 株式会社日立製作所武蔵工場甲府分工場 内 (72)発明者 碓井 眞 東京都千代田区神田駿河台２丁目８ 理学 電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭51−31255（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−158063（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｘ線の回析を利用して半導体材料からなる
   棒状の単結晶インゴットの結晶方位を検出する装置であ
   って、 前記インゴットを水平状態に回転自在に支持する一対の
   回転ローラと、 前記インゴットの下方に配置され、前記回転ローラの上
   で回転される前記インゴットの周囲にＸ線を照射するＸ
   線投光器と、 前記インゴットの下方に配置され、前記Ｘ線の反射光を
   受光するＸ線受光器とを有し、前記インゴットの結晶方
   位の検出を行うことを特徴とする検出装置。
2. 【請求項２】前記Ｘ線投光器および前記Ｘ線受光器が前
   記インゴットの下方に前記インゴットの円周方向に沿う
   方向に揺動自在に設けられた台座に相互間で投受光可能
   に取り付けられ、前記台座を揺動させながら前記Ｘ線投
   光器から前記インゴットの下部外周面に照射されかつ反
   射されたＸ線を前記Ｘ線受光器で受光することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の検出装置。