生命科学関連特許情報
| タイトル： | 公開特許公報(A)_単結晶ウェハの結晶方位測定用治具 |
| 出願番号： | 2012280163 |
| 年次： | 2014 |
| IPC分類： | G01N 23/20 |
特許情報キャッシュ
小池 孝幸 JP 2014122860 公開特許公報(A) 20140703 2012280163 20121221 単結晶ウェハの結晶方位測定用治具 住友金属鉱山株式会社 000183303 上田 章三 100095223 小池 孝幸 G01N 23/20 20060101AFI20140606BHJP JPG01N23/20 2 5 ＯＬ 9 2G001 2G001AA01 2G001BA18 2G001CA01 2G001GA14 2G001KA08 2G001LA11 2G001MA08 2G001RA01 2G001SA07 本発明は、単結晶ウェハの結晶方位を測定するＸ線回折装置に組み込まれ、測定用の単結晶ウェハを固定する単結晶ウェハの結晶方位測定用治具に係り、特に、オフ角を持つ単結晶ウェハに対してもその結晶方位を簡便に測定できる結晶方位測定用治具の改良に関するものである。 集積回路や発光ダイオード、レーザーダイオード、ＳＡＷフィルタ等の電子デバイスに用いられるシリコン、ガリウム砒素、ガリウム燐といった半導体単結晶や、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、サファイアといった酸化物単結晶の結晶方位は、デバイス特性に大きな影響を与えるため、Ｘ線回折装置による方位測定は重要な作業である。 単結晶ウェハの方位測定にはＸ線回折が広く用いられ、主に、主面方位とオリエンテーションフラット（以下Ｏ.Ｆ.と略称する）方位の測定に分けられる。主面方位は、その名の通り単結晶ウェハ平面における結晶方位の向きを示す。また、Ｏ.Ｆ.方位は、単結晶ウェハ側面を直線状に切欠いて形成された平坦部における結晶方位の向きを示し、ウェハをデバイス片状に切り出す際の位置決め用基準として使用される。 例えば、ガリウムヒ素単結晶ウェハであれば、主面方位が(１００)面、Ｏ.Ｆ.方位は｛１１０｝劈開面が有名であり、タンタル酸リチウム単結晶ウェハであれば、主面方位が３６°ＲＹ面、Ｏ.Ｆ.方位は＋Ｘ面が有名である。総じて、面方位の規格は、±０．５度以内が一般的であるが、近年、照明用白色ダイオード用途で需要が著しいサファイア等の面方位は、±０．１度未満を要求される場合もある。 但し、主面方位が絶対的な面を表すのに対し、Ｏ.Ｆ.方位は絶対的な面を示すものとは限らない。主面方位が回折面に対し角度を持つ場合がある。これを一般に、オフ角を持つウェハと言う。例えば、ガリウムヒ素単結晶ウェハで、主面方位が(１００)から任意の方向へ２度オフしている場合、(１００)と｛１１０｝は９０度で交わる面であるから、Ｏ.Ｆ.を垂直に見た面としては、｛１１０｝に平行な面にならない。この場合、Ｏ.Ｆ.は、絶対的な面である(１００)の２度オフ面を垂直に見て、｛１１０｝方向と指示される場合が多い。 ところで、単結晶ウェハを製造する場合、以下のような工程が一般的である。 図１に示すように、まず、チョクラルスキー法等で育成された単結晶インゴット１０３をインゴット１０５のように成形した後、このインゴット１０５をマルチワイヤソー１０６で切断して一度に単結晶ウェハ１０７を得る。単結晶ウェハ１０７は、このままではエッジが欠け易いため、面取り機を用い外周を面取り加工して面取り済ウェハ１０８とする。面取り加工は単結晶ウェハ１０７の外周形状に倣って機械的に行われる。尚、図１中、符号１０１は引上げ軸、符号１０２は種結晶、符号１０４は原料を示す。 上記インゴット１０５には、マルチワイヤソー１０６の基準となる面１０５ａ、および、Ｏ.Ｆ.１０５ｂが予め設けられているから、単結晶ウェハ１０７の主面方位１０７ａ、Ｏ.Ｆ.方位１０７ｂは、１次的にはインゴット１０５の成形時に決定される。そして、予め設けられるインゴット１０５における面１０５ａの方位、Ｏ.Ｆ.１０５ｂの方位も、またＸ線回折装置による測定で決定される。 しかし、単結晶ウェハ１０７の主面方位１０７ａは、ワイヤソー１０６における機械的精度の問題で、また、Ｏ.Ｆ.方位１０７ｂは、面取り加工における機械的精度の問題で、ずれてしまう可能性があるため、上記主面方位１０７ａはワイヤソー切断後、Ｏ.Ｆ.方位１０７ｂは面取り加工後に、再度、Ｘ線回折装置により測定し確認しなくてはならない。 以下、Ｘ線回折装置による上記主面方位の測定について、図２を用いて具体的に説明する。 図２（Ａ）（Ｂ）は、単結晶ウェハ２０における主面方位(１００)の測定状態を示す説明図である。図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、単結晶ウェハ２０は試料台２３に積載されるが、簡便で使い勝手のよい真空吸着により単結晶ウェハ２０を固定する方法が一般的である。そして、単結晶ウェハ２０の被測定面に対し、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように入射Ｘ線２１を入射し、単結晶ウェハ２０で回折される回折Ｘ線２２が検出器２４にて観測される。更に、試料台２３を回転させ、検出器２４によりＸ線量のピークがカウントされる試料台２３の位置を探す。当該結晶の面間隔、所望の回折面、ブラッグの式から、検出器２４の位置を２θとしたときのθ角度は決まっているため、試料台２３がどの程度ずれたかを読むことにより、回折面からのズレとして測定される。 また、図３（Ａ）（Ｂ）は、単結晶ウェハ３０におけるＯ.Ｆ.方位の測定状態を示す説明図であり、単結晶ウェハ３０の積載向きが変更されている以外、図２（Ａ）（Ｂ）と略同一である。尚、図３（Ａ）（Ｂ）中、符号３１は入射Ｘ線、符号３２は回折Ｘ線、符号３３は試料台、および、符号３４は検出器である。 ところで、図２と図３に示された試料台は、単結晶ウェハの被測定面に入射される入射Ｘ線と単結晶ウェハで回折される回折Ｘ線が含まれる平面に対し単結晶ウェハの回折面が垂直な位置関係にあることを前提としたものである。しかし、上記平面に対し、測定される単結晶ウェハの回折面が斜めに角度を持つ場合があり、これに起因して回折Ｘ線に角度が付いて検出器から外れ、測定不能に陥ることがある。Ｘ線回折装置は、入射Ｘ線と、回折Ｘ線を検知する検出器が同一平面上に存在することを前提にして配置されているためである。この現象は、単結晶ウェハの主面方位が回折面から大きくずれている場合に起こる。つまり、上記オフ角を持つ単結晶ウェハを測定対象とした場合に起こる。 上記現象を、図４（Ａ）〜（Ｃ）を用いて具体的に説明する。 単結晶ウェハ４０はガリウム砒素で、主面方位が(１００)から１５°のオフ角を持ち、Ｏ.Ｆ.方向は｛１１０｝とする。このウェハで、Ｏ.Ｆ.方位を測定する場合、単結晶ウェハ４０の回折面｛１１０｝は、図４（Ｂ）に示す回折面４３に相当する。これは、図４（Ｂ）に示すように(１００)と｛１１０｝が直角に交わる面であるからである。この状態で、入射Ｘ線４１が｛１１０｝回折面４３に対し斜めに照射される（入射Ｘ線４１と単結晶ウェハ４０で回折される回折Ｘ線４２が含まれる平面に対し上記回折面４３が垂直な位置関係にある条件を満たさない）ため、単結晶ウェハ４０で回折される回折Ｘ線４２は見かけ上、跳ね上がり、検出器４４を外れてしまう。 この問題を回避するため、単結晶ウェハの被測定面に入射される入射Ｘ線と単結晶ウェハで回折される回折Ｘ線が含まれる平面に対し単結晶ウェハの回折面が垂直な位置関係となるように調整する必要があり、例えば、特許文献１に記載された発明では、様々な角度を持つ複数種類の試料台を予め用意し、複数種類の試料台を随時交換し用いる方法が紹介されている。試料台を部分的に交換する機構により作業は簡便となってはいるが、様々な角度を持つ複数種類の試料台を予め用意する必要がある上、予め用意していないものには対応できない、また、試料台を部分的に交換する作業を行なうことで、摩耗によるガタツキが生じ、誤差が発生する恐れがある等、依然として問題を有している。特開２００１−３２４４５７号公報 本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、オフ角を持つ単結晶ウェハに対してもその結晶方位を簡便に測定できる結晶方位測定用治具を提供することにある。 すなわち、請求項１に係る発明は、 単結晶ウェハの結晶方位を測定するＸ線回折装置に組み込まれ、測定用の単結晶ウェハを固定する単結晶ウェハの結晶方位測定用治具において、 固定された単結晶ウェハの被測定面に入射される入射Ｘ線と単結晶ウェハで回折される回折Ｘ線が含まれる平面上に存在する上記被測定面のＸ線入射部位を中心点とし、この中心点を通りかつ上記平面に対し垂直に交わる直線を回転軸にして単結晶ウェハを回転変位させる回転機構と、上記中心点を支点としかつ上記平面に対し単結晶ウェハの被測定面を傾かせて単結晶ウェハの回折面が上記平面に対し垂直な位置関係となるように変位させる傾き機構を具備することを特徴とする。 また、請求項２に係る発明は、 請求項１に記載の単結晶ウェハの結晶方位測定用治具において、 上記回転軸を中心にして回転する回転面を備える試料台と、試料台の上記回転面上に載置されかつ表面側に断面円弧状の凹面を有する凹面部材と上記凹面に嵌合する断面円弧状の凸面を裏面側に有する凸面部材から成るゴニオ台と、ゴニオ台における上記凸面部材の表面側に搭載されかつ測定用の単結晶ウェハを固定するウェハ固定部材とで構成されることを特徴とする。 本発明に係る単結晶ウェハの結晶方位測定用治具は、 固定された単結晶ウェハの被測定面に入射される入射Ｘ線と単結晶ウェハで回折される回折Ｘ線が含まれる平面上に存在する上記被測定面のＸ線入射部位を中心点とし、この中心点を通りかつ上記平面に対し垂直に交わる直線を回転軸にして単結晶ウェハを回転変位させる回転機構と、上記中心点を支点としかつ上記平面に対し単結晶ウェハの被測定面を傾かせて単結晶ウェハの回折面が上記平面に対し垂直な位置関係となるように変位させる傾き機構を具備することを特徴としている。 このため、特許文献１に記載された発明と比較し、複数種類の試料台を予め用意する必要がない。そして、試料台の交換作業自体が不要となり、結晶方位測定用治具の回転機構と傾き機構を作用させるだけでよいため、より迅速に面方位の測定が可能となる。 更に、オフ角が不明な単結晶ウェハの方位測定を行う際にオフ角を探りながら方位測定するような場面では、本発明に係る結晶方位測定用治具は、従来技術と比較し、圧倒的に作業が容易でかつ効率的である効果を有する。単結晶ウェハを製造する工程を示す説明図。従来技術に係る単結晶ウェハ２０における主面方位(１００)の測定状態を示し、図２（Ａ）は図２（Ｂ）の矢視Ａからの側面図、図２（Ｂ）は上記主面方位(１００)の測定状態を示す平面図。従来技術に係る単結晶ウェハ３０におけるＯ.Ｆ.方位の測定状態を示し、図３（Ａ）は図３（Ｂ）の矢視Ａからの側面図、図３（Ｂ）は上記Ｏ.Ｆ.方位の測定状態を示す平面図。主面方位が(１００)から１５°のオフ角を持ち、Ｏ.Ｆ.方向は｛１１０｝とした単結晶ウェハ４０の従来技術に係るＯ.Ｆ.方位の測定方法を示し、図４（Ａ）は単結晶ウェハ４０の平面図、図４（Ｂ）は単結晶ウェハ４０における回折面４３の説明図、図４（Ｃ）は従来技術に係るＯ.Ｆ.方位の上記測定方法の弊害を示す説明図。本発明に係る単結晶ウェハの結晶方位測定用治具を用いたＯ.Ｆ.方位の測定方法を示し、図５（Ａ）は図５（Ｃ）の矢視Ａからの側面図、図５（Ｂ）は図５（Ｃ）の矢視Ｂからの側面図、図５（Ｃ）は本発明に係る単結晶ウェハの結晶方位測定用治具を用いたＯ.Ｆ.方位の測定状態を示す平面図。 以下、本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。 まず、本発明に係る単結晶ウェハの結晶方位測定用治具は、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、回転面（図示せず）を有する試料台５５と、試料台５５の上記回転面上に載置されかつ表面側に断面円弧状の凹面を有する凹面部材５７ａと上記凹面に嵌合する断面円弧状の凸面を裏面側に有する凸面部材５７ｂから成るゴニオ台５６と、ゴニオ台５６における上記凸面部材５７ｂの表面側に搭載されかつ測定用の単結晶ウェハ５０を真空吸着により固定するウェハ固定部材５９とでその主要部が構成されており、上記ウェハ固定部材５９には角度計５８が付設され、上記ゴニオ台５６には固定螺子５６ａが付設されている。 また、この結晶方位測定用治具は、図５（Ａ）（Ｃ）に示すように、単結晶ウェハ５０の被測定面に入射される入射Ｘ線５１と単結晶ウェハ５０で回折される回折Ｘ線５２が含まれる平面上に存在する上記被測定面のＸ線入射部位を中心点６１（図５Ｂ参照）とし、この中心点６１を通りかつ上記平面に対し垂直に交わる直線を回転軸にして単結晶ウェハ５０を回転変位させる回転機構（上記回転軸を中心にして回転する試料台５５の回転面により構成される）と、上記中心点６１を支点としかつ上記平面に対し単結晶ウェハ５０の被測定面を傾かせて単結晶ウェハ５０の回折面６０が上記平面（すなわち、単結晶ウェハ５０の被測定面に入射される入射Ｘ線５１と単結晶ウェハ５０で回折される回折Ｘ線５２が含まれる平面）に対し垂直な位置関係となるように変位させる傾き機構（表面側に断面円弧状の凹面を有する凹面部材５７ａと上記凹面に嵌合する断面円弧状の凸面を裏面側に有する凸面部材５７ｂから成る上記ゴニオ台５６により構成される）を具備している。 尚、上記単結晶ウェハ５０はガリウム砒素で、主面方位が(１００)から１５°のオフ角を持ち、Ｏ.Ｆ.方向は｛１１０｝とする。 そして、上記単結晶ウェハ５０は、ウェハ固定部材５９により吸着固定されかつゴニオ台５６上に積載される。また、ゴニオ台５６は、上述したように表面側に断面円弧状の凹面を有する凹面部材５７ａと、上記凹面に嵌合する断面円弧状の凸面を裏面側に有する凸面部材５７ｂとで構成されており、上記凹面部材５７ａの凹面上を、凸面部材５７ｂを摺動させることにより、単結晶ウェハ５０の被測定面に入射される入射Ｘ線５１と単結晶ウェハ５０で回折される回折Ｘ線５２が含まれる平面に対し、上記被測定面のＸ線入射部位（中心点６１）を支点として単結晶ウェハ５０の被測定面を傾かせることが可能となる。尚、上記平面に対する単結晶ウェハ５０の傾き角度は、ウェハ固定部材５９に付設された角度計５８により容易に決定することができ、かつ、上記ゴニオ台５６に付設された固定螺子５６ａにより任意の角度で固定することができる。この際、上記平面上に存在する被測定面のＸ線入射部位を中心点６１とし、この中心点６１を支点として傾かせることが肝要である。上記中心点６１は、被測定面に入射される入射Ｘ線５１と単結晶ウェハ５０で回折される回折Ｘ線５２が含まれる平面上にあって、ゴニオ台５６に角度を付けた場合でも、確実に、単結晶ウェハ５０の被測定面にＸ線を照射することができる。 上記ゴニオ台５６と角度計５８の作用によりにより単結晶ウェハ５０が持つ１５°のオフ角が補正され、Ｏ.Ｆ.方向｛１１０｝の回折面６０は、上記平面（単結晶ウェハ５０の被測定面に入射される入射Ｘ線５１と単結晶ウェハ５０で回折される回折Ｘ線５２が含まれる平面）に対し垂直な位置関係にある条件を満たすことになる。これにより、上記平面上に存在する入射Ｘ線５１は、Ｏ.Ｆ.方向｛１１０｝の回折面６０に対し垂直な位置関係を満たした条件で照射されることから、図４にみられるような回折Ｘ線の跳ね上がりは起こらず、検出器５４で確実に捕えられ、方位測定を行うことができる。 尚、図５では、Ｏ.Ｆ.方位の測定について説明しているが、単結晶ウェハの主面方位を測定する場合も、単結晶ウェハの積載向きが異なるだけで効果は同様である。 以下、本発明の実施例について説明する。 図５に示す結晶方位測定用治具を適用して、オフ角を持つ単結晶ウェハの方位測定作業を行ったが、オフ角を調整するために必要な時間は１０秒であった。 他方、特許文献１に記載された治具を用いた場合、オフ角の調整に３０秒を要しており、実施例に係る結晶方位測定用治具の優位は明らかであった。 回転機構と傾き機構を有する本発明の結晶方位測定用治具は、従来技術と異なり複数種類の試料台を予め用意する必要がないため、オフ角が不明な単結晶ウェハの方位測定を行うような場合に利用される産業上の利用可能性を有している。 ２０ 単結晶ウェハ ２１ 入射Ｘ線 ２２ 回折Ｘ線 ２３ 試料台 ３０ 単結晶ウェハ ３１ 入射Ｘ線 ３２ 回折Ｘ線 ３３ 試料台 ３４ 検出器 ４０ 単結晶ウェハ ４１ 入射Ｘ線 ４２ 回折Ｘ線 ４３ 回折面 ４４ 検出器 ５０ 単結晶ウェハ ５１ 入射Ｘ線 ５２ 回折Ｘ線 ５４ 検出器 ５５ 試料台 ５６ ゴニオ台 ５６ａ 固定螺子 ５７ａ 凹面部材 ５７ｂ 凸面部材 ５８ 角度計 ５９ ウェハ固定部材 ６０ 回折面 ６１ 中心点 １０１ 引上げ軸 １０２ 種結晶 １０３ 単結晶インゴット １０４ 原料 １０５ インゴット１０５ａ 基準となる面１０５ｂ オリエンテーションフラット（Ｏ.Ｆ.） １０６ ワイヤソー １０７ 単結晶ウェハ１０７ａ 主面方位１０７ｂ Ｏ.Ｆ.方位 １０８ 面取り済ウェハ 単結晶ウェハの結晶方位を測定するＸ線回折装置に組み込まれ、測定用の単結晶ウェハを固定する単結晶ウェハの結晶方位測定用治具において、 固定された単結晶ウェハの被測定面に入射される入射Ｘ線と単結晶ウェハで回折される回折Ｘ線が含まれる平面上に存在する上記被測定面のＸ線入射部位を中心点とし、この中心点を通りかつ上記平面に対し垂直に交わる直線を回転軸にして単結晶ウェハを回転変位させる回転機構と、上記中心点を支点としかつ上記平面に対し単結晶ウェハの被測定面を傾かせて単結晶ウェハの回折面が上記平面に対し垂直な位置関係となるように変位させる傾き機構を具備することを特徴とする単結晶ウェハの結晶方位測定用治具。 上記回転軸を中心にして回転する回転面を備える試料台と、試料台の上記回転面上に載置されかつ表面側に断面円弧状の凹面を有する凹面部材と上記凹面に嵌合する断面円弧状の凸面を裏面側に有する凸面部材から成るゴニオ台と、ゴニオ台における上記凸面部材の表面側に搭載されかつ測定用の単結晶ウェハを固定するウェハ固定部材とで構成されることを特徴とする請求項１に記載の単結晶ウェハの結晶方位測定用治具。 【課題】オフ角を持つ単結晶ウェハに対しても、その結晶方位を簡便に測定できる結晶方位測定用治具を提供する。【解決手段】単結晶ウェハ50の結晶方位を測定するＸ線回折装置に組み込まれる単結晶ウェハ50の結晶方位測定用治具であって、単結晶ウェハ50の被測定面に入射される入射Ｘ線51と単結晶ウェハ50で回折される回折Ｘ線52が含まれる平面上に存在する被測定面のＸ線入射部位を中心点61とし、この中心点61を通りかつ上記平面に対し垂直に交わる直線を回転軸にして単結晶ウェハ50を回転変位させる回転機構と、上記中心点61を支点としかつ上記平面に対し単結晶ウェハ50の被測定面を傾かせて単結晶ウェハ50の回折面60が上記平面に対し垂直な位置関係となるように変位させる傾き機構（ゴニオ台56）を具備することを特徴とする。【選択図】図５