結晶方位測定装置
【課題】ノッチ形状誤差等によるノッチ位置決め誤差が補正でき、半径方向結晶方位の測定の精度が高い結晶方位測定装置を提供する。
【解決手段】円筒状結晶２をその円筒軸に対し回転させる回転部１１と、円筒状結晶２を回転し、円筒状結晶２の周側面に設けられたノッチ２ａを基準に円筒状結晶２を位置決めする位置決め部１２と、円筒状結晶２が位置決めされると、回転軸に対するノッチ２の位置を測定するノッチ測定部１２と、周側面にＸ線を照射して半径方向の結晶方位を測定する結晶方位測定部１３と、結晶方位測定部１３で測定した結晶方位をノッチ測定部１２で測定したノッチの位置で補正して半径方向の結晶方位を求める補正部１４２とを備える。
【解決手段】円筒状結晶２をその円筒軸に対し回転させる回転部１１と、円筒状結晶２を回転し、円筒状結晶２の周側面に設けられたノッチ２ａを基準に円筒状結晶２を位置決めする位置決め部１２と、円筒状結晶２が位置決めされると、回転軸に対するノッチ２の位置を測定するノッチ測定部１２と、周側面にＸ線を照射して半径方向の結晶方位を測定する結晶方位測定部１３と、結晶方位測定部１３で測定した結晶方位をノッチ測定部１２で測定したノッチの位置で補正して半径方向の結晶方位を求める補正部１４２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状に研削されて側面にノッチが加工されたシリコン（Si）やインジウム・リン（InP）等の単結晶試料であるインゴットの半径方向あるいは軸方向の結晶方位をX線回折を利用して測定する結晶方位測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウエハの生成に用いられるシリコン等の結晶インゴットは、円筒研削機により円筒状に研削されるが、研削時に側面の半径方向の結晶方位（以下、結晶方位は結晶面の法線方向をいう）が測定され、側面に結晶の方位を示すマークであるノッチやオリフラ面が加工される。次に、このマーク付インゴットのインゴット軸方向の結晶方位が測定され、この結晶方位に直交するカット面に対してスライスされることでウエハが生成される。ウエハからＩＣを製造する際、側面に加工されたマークで示される結晶の方位に合わせてＩＣの向きが決められている。
【０００３】
従来、ノッチ付インゴットに対して、ノッチを位置決めし、側面測定で半径方向の結晶方位を測定することで、ノッチが正しく研削されたかを確認するとともに、側面の結晶方位の測定のみで、インゴット軸の結晶方向を求める結晶方位測定装置がある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載される結晶方位測定装置では、半径方向の平行でない２方位を測定し、測定された２方位から、軸方向方位を計算によって求めている。特許文献１に記載の技術によれば、ノッチ方位の確認とスライスするカット面の決定を１台の装置で行うことができる。
【特許文献１】特開２０００−８１３９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載の結晶方位測定装置は、位置決めの際、スプリングでスライドする契合板をノッチに契合させたり、契合板の代わりに、機械式センサや光学センサを用いている。通常、ノッチの形状は、ノッチを研削する砥石の形状と消耗程度に左右され、インゴットごとにばらつきがある。このノッチ形状の誤差により、ノッチの位置決め精度が低下する。また、契合板形状と消耗程度やガタ等の影響でもノッチの位置決め精度が低下する。さらに、機械式センサや光学式センサを用いた場合も、ノッチ形状の誤差、センサの分解能や回転のオーバラン等によりノッチの位置決め精度が低下する。このように特許文献１記載の結晶方位測定装置は、ノッチの形状誤差等の影響で生じるノッチの位置決め誤差がそのまま半径方向の結晶方位の誤差となる問題がある。
【０００６】
また、特許文献1記載の結晶方位測定装置には、例えば、軸方向の結晶面（１１０）のSi結晶の場合、同一の結晶面（１１０）の半径方向の結晶方位は平行な２方向（０°，１８０°）のみで、これら２方向測定しても軸方向ができないという問題がある。
【０００７】
さらに、特許文献１の結晶方位測定装置には、インゴットを研削する円筒研削機のノッチ研削砥石のメンテナンス（保守点検）が厄介であるという問題がある。すなわち、砥石が不良になった場合の修理や交換のタイミングが遅れるのを防ぐため、研削機の砥石の状態を頻繁に点検する必要がある。
【０００８】
本発明は、ノッチの形状誤差によらず精度よく半径方向結晶方位を測定することを目的とする。また、同一面指数の半径方向結晶方位が平行な２方向のみになってしまう場合でも、側面測定のみで軸方向結晶方位を求めることを目的とする。さらに、円筒研削機のメンテナンスを容易とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を達成するため、請求項１記載の発明は、円筒状結晶をその円筒軸に対し回転させる回転部と、前記円筒状結晶を回転し、前記円筒状結晶の周側面に設けられたノッチを基準に前記円筒状結晶を位置決めする位置決め部と、前記円筒状結晶が位置決めされると、回転軸に対する前記ノッチの位置を測定するノッチ測定部と、前記周側面にＸ線を照射して半径方向の結晶方位を測定する結晶方位測定部と、前記結晶方位測定部で測定した結晶方位を前記ノッチ測定手段で測定したノッチの位置で補正して半径方向の結晶方位を求める補正部とを備えることを要旨とする。
【００１０】
上記構成により、ノッチを位置決めした後で、ノッチの位置の測定をして補正するので、ノッチ形状誤差等によるノッチ位置決め誤差が補正でき、精度良く半径方向結晶方位を測定することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記ノッチ測定部は、前記ノッチの形状を測定することによって、ノッチの位置を求めることを要旨とする。
【００１２】
上記構成により、ノッチ表面の座標をノッチの大きさに比べて十分細かい間隔で連続して測定して得たノッチの形状より正確にノッチの位置を求めることができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２において、前記ノッチ測定部は、前記ノッチの形状から、前記ノッチの幅、前記ノッチの深さ、前記ノッチの開き角度、前記ノッチの傾き、又は前記ノッチの底半径のうち少なくとも一つを求めることを要旨とする。
【００１４】
上記構成により、ノッチ研削器のメンテナンス用データを得ることができるとともに、インゴットが不良品であるか否かの判断を行うことができる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３において、前記ノッチ測定部は、前記ノッチの形状を測定するレーザ変位計を有することを要旨とする。
【００１６】
上記構成により、レーザ変位計でノッチの表面の変位を測定して非接触でノッチの形状を得ることができる。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４において、前記半径方向の結晶方位の平行でない２つを測定するように前記結晶方位測定部と前記回転部を制御する測定制御部と、測定された２つの結晶方位から、前記円筒軸の方向の結晶方位を計算する軸方向結晶方位計算部とを有することを要旨とする。
【００１８】
上記構成により、側面測定のみで、測定した２つの半径方向結晶方位から軸方向結晶方位を計算することができる。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項５において、前記２つの結晶方位は互いに異なるミラー指数の結晶方位であることを要旨とする。
【００２０】
上記構成により、同一面指数の半径方向結晶方位がすべて平行となる場合でも異なるミラー指数の非平行の２つの半径方向結晶方位を測定することで、側面測定のみで、測定した２つの半径方向結晶方位から軸方向結晶方位を計算することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ノッチを位置決めした後で、ノッチ位置の測定をして補正するので、ノッチ形状の誤差等によるノッチ位置決め誤差が補正でき、精度よく半径方向結晶方位を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、第１の実施形態の概略構成図である。
【００２３】
図１で、結晶方位測定装置１は、円筒状結晶であるインゴット（ワーク２）を円筒軸（インゴット軸）Ａｘに対し回転させる回転部１１と、ワーク２の側面のノッチ２ａを位置決めするあるいはノッチ２ａの位置を測定するノッチ測定部（位置決め部）１２と、ワーク２の側面の結晶方位を測定する結晶方位測定部１３と、ワーク２の回転、ノッチの測定、結晶方位の測定等を制御する計算機１４を備える。
【００２４】
回転部１１は、図１に示すように、ワーク２を支持する２つのローラ１１１，１１２とローラ１１１あるいはローラ１１２を回転させてワーク２をインゴット軸Ａｘを中心に回転させる回転機構（不図示）と、回転機構を制御する機構制御部（不図示）を有する。
【００２５】
ノッチ測定部１２は、図１に示すように、レーザ変位計１２１と、レーザ変位計１２１をインゴット軸Ａｘと直交する水平方向に移動させる直進機構１２２と、機構制御部１２３と、データ処理部１２４を有し、ノッチの位置決めをするとともに、ノッチを測定する。
【００２６】
レーザ変位計１２１は、機構制御部１２３の制御によって直進機構１２２に制御されながらワーク２にレーザビーム３ａを照射し、レーザビーム３ａがワーク２で反射した反射光を測定することで、レーザビーム３ａに沿った方向の被照射点の変位を測定する。レーザ変位計１２１は反射光によって得られる照射点の変位をディジタルデータとしてデータ処理部１２４に出力する。
【００２７】
結晶方位測定部１３は、図１に示すように、Ｘ線ビーム４ａを発生するＸ線管１３１、Ｘ線ビーム４ａが通過するコリメータ１３２、ワーク２の側面からの回折Ｘ線４ｂを検出するＸ線検出器１３３、デルタフレーム１３４、デルタ駆動部１３５、ファイ駆動部１３６、機構制御部１３７、及びデータ処理部１３８を有する。
【００２８】
結晶方位測定部１３は、計算機１４から結晶方位の測定を制御する制御信号が入力されると、ファイ駆動部１３６によって軸φを２方向（あるいは４方向）それぞれに固定して、デルタ駆動部１３５によってδ駆動のスキャンを行いそれぞれのφの位置での結晶方位傾斜角を求める。これにより結晶方位（法線）のφ軸を基準とするＡｘ方向、及びＡｘ方向と直行する方向への傾斜角が求められる。機構制御部１３７はφ回転とδ回転のシーケンス制御を行い、データ処理部１３８は、φ、δの値とＸ線検出器１３３の出力から結晶方位（φ軸からの２方向の傾斜角δ０、δ９０）を算出し、計算機１４に出力する。
【００２９】
計算機１４は一般的なパーソナルコンピュータであり、ハードウェア構成として、図１で図示しない筺体、電源、バスライン、CPU、メモリ、インタフェース、ディスク、通信部、表示器、キーボード、マウス、プリンタ等を備える。計算機１４はソフトウェアの機能ブロックとして、測定制御部１４１、補正部１４２、軸方向結晶方位計算部１４３を有する。ディスクに記憶されているコンピュータプログラムが、メモリに読み込まれて起動されることで、測定制御部１４１、補正部１４２及び軸方向結晶方位計算部１４３は各機能を発揮する。
【００３０】
測定制御部１４１は、回転部１１、ノッチ測定部１２及び結晶方位測定部１３にそれぞれ制御信号を出力することで、測定に関する全てのシーケンス動作を制御する。補正部１４２は、ノッチ測定部１２から入力するノッチ位置情報によって、結晶方位測定部１３から入力する測定方位を補正する。軸方向結晶方位計算部１４３は、結晶方位測定部１３から入力する半径方向の結晶方位から、軸方向結晶方位を算出する。
【００３１】
図２は、測定対象となるワーク２の一例である。図２では、立法体結晶格子を模式的に四角形で表している。図２において、シリコンの単結晶であるワーク２の軸方向方位はミラー指数（１００）で、ノッチ２ａは（１１０）方向に合わせて研磨されている。ここでは、９０°毎の半径方向結晶方位（１１０）４方向のうちの２方向の結晶方位ｈ１及び結晶方位ｈ２を測定し、結晶方位（１１０）のノッチ２ａ方位からのずれを求めるとともに、結晶方位ｈ１と結晶方位ｈ２から軸方向結晶方位ｈ０のインゴット軸Ａｘからのずれを計算する。
【００３２】
以下、図３乃至図６を参照して本発明の最良の実施形態に係る結晶方位測定装置１の作用について説明する。
【００３３】
図３は結晶方位測定装置１における結晶方位の測定の処理を説明するフローチャートである。図３に示される処理の全体は、測定制御部１４１によって制御される。
【００３４】
まず、結晶方位測定装置１は、ノッチ２ａを位置決めする（S１）。具体的には、測定制御部１４１がノッチ測定部１２にノッチを位置決めする制御信号を出力する。制御信号を入力したノッチ測定部１２では、機構制御部１２３がレーザ変位計１２１を直進方向に移動させ、ワーク２の軸Ａｘのほぼ真上に停止させる。レーザ変位計１２１は、レーザビーム３ａをワーク２ａに照射し、その反射光を変位として検出し、測定制御部１４１に出力する。測定制御部１４１は、レーザ変位計１２１から出力される変位を一定時間間隔で順次入力しながら回転部１１にワーク２を回転させる制御信号を出力し、ワーク２の回転を開始させる。測定制御部１４１は、レーザ変位計１２１から入力した変位が前回入力した変位と比較して所定量変化したとき、ノッチ２ａにレーザビーム３ａが照射されていると判定する。これによって、回転部１１にワーク２の回転を停止させる制御信号を出力し、ノッチ２ａの位置がワーク２で最も高い位置に位置決めされる。
【００３５】
ノッチ２ａが位置決めされると、結晶方位測定装置１は、ノッチの形状を測定する（S２）。ここで、ノッチの形状の測定は、ノッチの表面（インゴットの表面）の座標をノッチ２ａの大きさに比べて十分細かい間隔で連続して測定することで行われる。具体的には、測定制御部１４１がノッチ測定部１２にノッチ２ａを測定する制御信号を出力する。制御信号を入力したノッチ測定部１２では、レーザ変位計１２１を直進させながら細かい間隔で変位を測定してノッチ形状を測定する。
【００３６】
図４にノッチ形状の一例を示す。図４において、座標ｕはレーザ変位計１２１の直進方向、座標ｖはレーザ変位計１２１で測定された変位である。データ処理部１２４は、レーザ変位計１２１で得られたノッチ形状からノッチの位置として、円筒に沿ったノッチ幅の中央点（ノッチ位置）Ｃｎの座標ｕ，ｖを求める。また、データ処理部１２４は、ノッチ形状のパラメータとして、ノッチ幅ｗｎ、ノッチ深さｄｎ、開き角度βｎ、開き角度の半径方向からの傾き（ノッチの傾き）βｃ、底半径ｒｆを算出する。このとき、データ処理部１２４は、ノッチの斜面位置は最小二乗法により直線でフィッティングし、底部位置は最小二乗法により円でフィッティングして求め、フィッティングした線とデータ点との誤差からノッチ面の凹凸の程度を求め基準値を超えていないかの判定も行う。ノッチ測定部１２は、測定結果（ノッチ位置Ｃｎ、幅ｗｎ、深さｄｎ、角度βｎ、傾きβｃ、底半径ｒｆ、判定結果）を計算機１４に出力する。
【００３７】
ノッチの形状が測定されると、結晶方位測定装置１は、結晶方位ｈ１を測定する（S３）。具体的には、測定制御部１４１が結晶方位測定部１３に結晶方位ｈ１を測定する制御信号を出力する。制御信号を入力した結晶方位測定部１３では、Ｘ線管１３１によってＸ線ビーム４ａを照射し、回折Ｘ線４ｂを検出してワーク２の結晶方位ｈ１を測定する。結晶方位ｈ１は、φ軸からの２方向の傾斜角δ０1（Ａｘ方向）、δ９０1（Ａｘ直交方向）として得られる。
【００３８】
その後、結晶方位測定装置１は、半径方向結晶方位δ９０’を算出する（S４）。具体的には、結晶方位ｈ１が検出されると、補正部１４２は、測定制御部１４１に制御されてノッチ停止誤差を補正する停止誤差角度ωｎを求め、停止誤差角度ωｎによって補正した半径方向結晶方位δ９０’を算出する。
【００３９】
図５に半径方向結晶方位を計算する幾何図の一例を示す。補正部１４２では、まずステップS２で求められたノッチ位置Ｃｎ、基準位置Ｃｎ0及び既知であるワーク２の半径Rから、ノッチ２ａの停止誤差角度ωｎを算出する。このとき、基準位置Ｃｎ0は予め２つのローラ１１１，１１２の２等分線上にノッチ２ａが位置するような治具を用いて測定し、メモリで記憶しておく。ノッチ位置Ｃｎと基準位置Ｃｎ0との直進方向の差Δｕを用いて、停止誤差角度ωｎは、式（１）によって求められる。
【００４０】
ωｎ＝ａｓｉｎ（Δｕ／Ｒ） ・・・（１）
次に、補正部１４２は、結晶方位ｈ１の測定値δ９０1を停止誤差角度ωｎを用いて補正し、ノッチ基準の半径方向結晶位置（１１０）δ９０’を求める。半径方向結晶位置δ９０’は、式（２）によって求められる。
【００４１】
δ９０’＝δ９０1−ωｎ ・・・（２）
続いて、結晶方位測定装置１は、ワーク２を９０°回転させる（S５）。具体的には、測定制御部１４１がワーク２を回転させる制御信号を出力する。制御信号を入力した回転部１１は、ワーク２をＣＷ方向に９０°回転させる。このワーク２の回転は、ローラ１１１あるいはローラ１１２を回転させて行うため、すべりやワーク２の直径に誤差があること等により、回転誤差が生じる。ワーク２の回転角Ωは、約９０°で未知数である。
【００４２】
ワーク２が回転されると、結晶方位測定装置１は、結晶方位ｈ２を測定する（S６）。具体的には、測定制御部１４１が結晶方位測定部１３に結晶方位ｈ２を測定する制御信号を出力する。制御信号を入力した結晶方位測定部１３では、Ｘ線管１３１によってＸ線ビーム４ａを照射し、回折Ｘ線４ｂを検出してワーク２の結晶方位ｈ２を測定する。結晶方位ｈ２は、φ軸からの２方向の傾斜角δ０2（Ａｘ方向）、δ９０2（Ａｘ直交方向）として得られる。
【００４３】
その後、結晶方位測定装置１は、軸方向結晶方位ｈ０を計算する（S７）。具体的には、結晶方位ｈ２が検出されると、軸方向結晶方位計算部１４３は、測定制御部１４１に制御されて結晶方位ｈ１，ｈ２から軸方向結晶方位ｈ０を算出する。このとき、結晶方位ｈ１，ｈ２が互いに９０°を成すため、回転角Ωの正確な値を知ることができるので、回転誤差が補正される。
【００４４】
図６に、軸方向結晶方位ｈ０の計算幾何図の一例を示す。図６で座標ＸＹＺは、ワーク２に固定した座標系で、Ｚ軸は軸Ａｘである。Ｘ軸は、結晶方位ｈ１測定時のφ軸である。結晶方位ｈ１と結晶方位ｈ２間の角度を角度ｒ１２（＝９０°）とすると、回転角Ωは、式（３）〜（５）によって求められる。
【００４５】
λ１＝ａｓｉｎ［ｃｏｓ（δ９０1）・ｓｉｎ（δ０1）／√｛１−（ｓｉｎ（δ０1）・ｓｉｎ（δ９０1））2｝］ ・・・（３）
λ２＝ａｓｉｎ［ｃｏｓ（δ９０2）・ｓｉｎ（δ０2）／√｛１−（ｓｉｎ（δ０2）・ｓｉｎ（δ９０2））2｝］ ・・・（４）
Ω＝ａｃｏｓ［｛ｃｏｓ（ｒ１２）−ｓｉｎ（λ１）・ｓｉｎ（λ２）｝／｛ｃｏｓ（λ１）・ｃｏｓ（λ２）｝］ ・・・（５）
式（５）は、ｒ１２≠９０°の場合にも適用できる。
【００４６】
回転角Ωとλ１，２が分かれば、結晶方位ｈ１，２のＸＹＺ成分が求められるので、軸方向結晶方位ｈ０のＸＹＺ成分は、式（６）のベクトルの計算で求められる。
【００４７】
ｈ０＝ｈ１×ｈ２／√｛１−（ｈ１・ｈ２）2｝ ・・・（６）
式（６）で、「×」はベクトル積、「・」は内積である。また、式（６）は、ｒ１２≠９０°の場合にも適用できる。
【００４８】
ＸＹＺ座標で軸方向結晶方位ｈ０が求められると、軸方向結晶方位ｈ０は、極座標に変換でき、軸Ａｘを基準とした傾斜角と（例えばＹ軸からＣＷ方向にとった）傾斜方位（δ，ωδ）として求めることができる。次に、（δ，ωδ−ωｎ）を計算すると、これは軸Ａｘとノッチを基準とした軸方向結晶方位ｈ０となる。また、（δ，ωδ−δ９０1）を計算するとこれは軸Ａｘと半径方向結晶方位δ９０’を基準としたｈ０となる。
【００４９】
結晶方位測定装置１では、ステップS２で求めたノッチの形状とノッチの形状のパラメータ、ステップS４で求めた半径方向結晶方位δ９０’、ステップS７で求めた軸方向結晶方位ｈ０をワーク２のシリアルナンバーと共に表示するともに、ディスクに記憶する。
【００５０】
例えば、ノッチの形状や形状のパラメータが所定範囲を超えたときやノッチ面の凹凸が基準値を超えたとき、自動的に不良品と判断して不良品である旨の警報を出力するようにすることもできる。また、ディスクに記憶されたノッチの形状、形状のパラメータ及び結晶方位を過去に遡って接続される表示器に表示させれば、研削機の砥石の状態変化がわかり、研削機のメンテナンスに使用できる。
【００５１】
なお、ノッチの形状、形状のパラメータ及び結晶方位は、結晶方位測定装置１のディスクに記憶させる他、通信回線で接続される他の装置に送信してもよい。
【００５２】
上述したように、本発明の最良の実施形態に係る結晶方位測定装置１によれば、ノッチを位置決めした後で、ノッチの位置の測定をして補正するので、ノッチ形状誤差等によるノッチ位置決め誤差が補正でき、制度良く半径方向結晶方位を測定することができる。
【００５３】
また、結晶方位測定装置１によれば、ノッチの形状を測定しているので、ノッチ位置が正確に求められ、精度よく半径方向結晶方位を測定することができる。また、ノッチの形状を示すパラメータを求めているので、これを研削機（ノッチの研削砥石）のメンテナンス用のデータとして使用でき、メンテナンスが容易となる。
【００５４】
さらに、結晶方位測定装置１によれば、側面測定のみで軸方向結晶方位を求めることができる。軸方向結晶方位をインゴット軸Ａｘとノッチを基準に、又はインゴット軸Ａｘと半径方向結晶方位を基準に求めることができる。また、結晶方位ｈ１測定は、位置決め後回転させずに行っているので回転の誤差が無く、結晶方位ｈ２の測定も回転位置決め（Ω）の誤差を補正しているので、回転誤差無く軸方向方位を求めることができる。
【００５５】
（第１変形例）
上述した結晶方位測定装置１によれば、結晶方位ｈ１，ｈ２間の角度ｒ１２が９０°であったが、角度ｒ１２が９０°でない場合であっても結晶方位を測定することができる。
【００５６】
図７は第１変形例に係る結晶方位測定装置において測定するワーク２の一例である。図７で、六角形は斜めから見た立方体結晶格子を模式的に表している。シリコンの単結晶であるワーク２の軸方向方位は、ミラー指数（１１１）で、ノッチ２ａは（１１０）方向にあわせて研磨している。この場合、６０°おきの半径方向結晶方位（２１１）の６方向のうちの２方向、結晶方位ｈ１，ｈ２を測定する。
【００５７】
第１変形例に係る結晶方位測定装置では、ｒ１２＝６０°、回転角Ω＝約６０°となる点のみが異なり、結晶方位測定装置１と同様に結晶方位ｈ１，ｈ２を測定し、同じ計算でノッチ基準の半径方向結晶方位（１１０）と軸方向結晶方位ｈ０が求められる。
【００５８】
ｒ１２が９０°ではない第１変形例に係る結晶方位測定装置においても、上述した結晶方位測定装置１と同一の効果が得られる。
【００５９】
（第２変形例）
上述した結晶方位測定装置１によれば、同じミラー指数の結晶方位ｈ１，ｈ２を測定したが、第２変形例に係る結晶方位測定装置１によれば、ミラー指数が異なる場合であっても結晶方位を測定することができる。
【００６０】
第２変形例に係る結晶方位測定装置によれば、Ｘ線管１３１と検出器１３３の配置角度２αを結晶方位ｈ１の測定と結晶方位ｈ２の測定とで切り換える機構を追加する。配置角度２αの切り換えは、検出器１３３かＸ線管１３１か、あるいは両方を自動で動かすようにする。図８に、第２変形例に係る結晶方位測定装置において測定するワーク２の一例を示す。図８で、四角形は、斜めから見た立方体結晶格子を模式的に表している。シリコンの単結晶であるワーク２の軸方向方位は、ミラー指数（１１０）で、ノッチ２ａは（１１０）方向にあわせて研磨している。半径方向結晶方位（１００）は、平行な結晶方位ｈ１，ｈ３のみで、軸方向が計算できない。（１１０）も平行な結晶方位ｈ２，ｈ４のみで、軸方向が計算できない。この場合、半径方向結晶方位として、図８に示す結晶方位ｈ１と結晶方位ｈ２を測定する。結晶方位ｈ１は（１００）、結晶方位ｈ２は（１１０）である。
【００６１】
第２変形例に係る結晶方位測定装置によれば、結晶方位ｈ１の測定と結晶方位ｈ２の測定で、Ｘ線管１３１と検出器１３３の配置角度２αを変える点のみが異なり、結晶方位測定装置１と同様に結晶方位ｈ１，ｈ２を測定し、同じ計算でノッチ基準の半径方向結晶方位（１１０）と軸方向結晶方位ｈ０が求められる。
【００６２】
このように、ミラー指数が異なる面を測定することで、同一面指数の半径方向結晶方位が全て平行となる場合でも、側面測定のみで軸方向結晶方位を求めることができる。また、図８に示すワーク２の場合、ノッチの位置決め後、回転させずにｈ１測定を行うので、（また、ｈ２測定前の回転誤差は補正されるので）回転誤差が無く軸方向結晶方位を求めることができる。
【００６３】
ミラー指数が異なる結晶方位を測定する第２変形例に係る結晶方位測定装置においても、上述した結晶方位測定装置１と同一の効果が得られる。
【００６４】
（第３変形例）
上述した結晶方位測定装置１によれば、側面のマークとして、ノッチ２ａを利用してワーク２を位置決めして結晶方位を測定したが、ノッチの代わりにオリフラ面を研削したワークであっても結晶方位を測定することができる。
【００６５】
第３変形例に係る結晶方位測定装置によれば、ノッチ測定部１２でノッチの形状を測定する代わりにオリフラ面の傾斜を測定し、これをωｎとする。
【００６６】
ノッチの代わりにオリフラ面を用いて結晶方位を測定する第３変形例に係る結晶方位測定装置においても、上述した結晶方位測定装置１と同一の効果が得られる。
【００６７】
（第４変形例）
上述した結晶方位測定装置１は、レーザ変位計１２１を備え、レーザ変位計を用いてノッチの形状を測定しているが、ノッチの形状はレーザ変位計１２１以外であっても測定することができる。
【００６８】
第４変形例に係る結晶方位測定装置は、レーザ変位計１２１以外でノッチの形状を測定する一例として、インゴットの端面を軸方向からＴＶカメラで撮影し、画像をディジタルデータに変換してデータ処理部１２４に取り込む。
【００６９】
また、その他ではノッチの形状の測定に光切断法等を用いても良い。光切断法は、ファン状の光を側面からノッチに照射し、ファン面から離れたＴＶカメラで撮影することで形状を測定するものである。
【００７０】
（第５変形例）
上述した結晶方位測定装置１によれば、ノッチの形状測定で、レーザ変位計１２１を水平方向ｕに移動させて測定している。このとき、レーザビーム３ａに対し、ノッチ斜面が垂直から４５°程度傾斜するため、測定する変位に誤差が生じることがあり、開き角度βｎ及び底半径ｒｆの誤差となる。これらの誤差を防ぐため、第５変形例に係る結晶方位測定装置は、移動方向ｕを３方向（水平からの傾斜＋４５°、０°、−４５°）切り換えてノッチ形状を３回測定し、測定されたこれらのノッチ形状から開き角度を補正してノッチ形状のパラメータを計算する。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る結晶方位装置の概念図である。
【図２】本発明の最良の実施形態に係る結晶方位測定装置の測定対象となるワークの一例である。
【図３】本発明の最良の実施形態に係る結晶方位測定装置における結晶方位の測定の処理を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の最良の実施形態に係る結晶方位測定装置の測定対象となるワークのノッチ形状の一例である。
【図５】本発明の最良の実施形態に係る結晶方位測定装置で半径方向結晶方位を計算する幾何図の一例である。
【図６】本発明の最良の実施形態に係る結晶方位測定装置の軸方向結晶方位の計算幾何図の一例である。
【図７】本発明の第１変形例に係る結晶方位測定装置の測定対象となるワークの一例である。
【図８】本発明の第２変形例に係る結晶方位測定装置の測定対象となるワークの一例である。
【符号の説明】
【００７２】
１…結晶方位測定装置
１１…回転部
１１１，１１２…ローラ
１２…ノッチ測定部（位置決め部）
１２１…レーザ変位計
１２２…直進機構
１２３…機構制御部
１２４…データ処理部
１３…結晶方位測定部
１３１…Ｘ線管
１３２…コリメータ
１３３…Ｘ線検出器
１３４…デルタフレーム
１３５…デルタ駆動部
１３６…ファイ駆動部
１３７…機構制御部
１３８…データ処理部
１４…計算機
１４１…測定制御部
１４２…補正部
１４３…軸方向結晶方位計算部
２…ワーク（円筒状結晶）
２ａ…ノッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状に研削されて側面にノッチが加工されたシリコン（Si）やインジウム・リン（InP）等の単結晶試料であるインゴットの半径方向あるいは軸方向の結晶方位をX線回折を利用して測定する結晶方位測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウエハの生成に用いられるシリコン等の結晶インゴットは、円筒研削機により円筒状に研削されるが、研削時に側面の半径方向の結晶方位（以下、結晶方位は結晶面の法線方向をいう）が測定され、側面に結晶の方位を示すマークであるノッチやオリフラ面が加工される。次に、このマーク付インゴットのインゴット軸方向の結晶方位が測定され、この結晶方位に直交するカット面に対してスライスされることでウエハが生成される。ウエハからＩＣを製造する際、側面に加工されたマークで示される結晶の方位に合わせてＩＣの向きが決められている。
【０００３】
従来、ノッチ付インゴットに対して、ノッチを位置決めし、側面測定で半径方向の結晶方位を測定することで、ノッチが正しく研削されたかを確認するとともに、側面の結晶方位の測定のみで、インゴット軸の結晶方向を求める結晶方位測定装置がある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載される結晶方位測定装置では、半径方向の平行でない２方位を測定し、測定された２方位から、軸方向方位を計算によって求めている。特許文献１に記載の技術によれば、ノッチ方位の確認とスライスするカット面の決定を１台の装置で行うことができる。
【特許文献１】特開２０００−８１３９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載の結晶方位測定装置は、位置決めの際、スプリングでスライドする契合板をノッチに契合させたり、契合板の代わりに、機械式センサや光学センサを用いている。通常、ノッチの形状は、ノッチを研削する砥石の形状と消耗程度に左右され、インゴットごとにばらつきがある。このノッチ形状の誤差により、ノッチの位置決め精度が低下する。また、契合板形状と消耗程度やガタ等の影響でもノッチの位置決め精度が低下する。さらに、機械式センサや光学式センサを用いた場合も、ノッチ形状の誤差、センサの分解能や回転のオーバラン等によりノッチの位置決め精度が低下する。このように特許文献１記載の結晶方位測定装置は、ノッチの形状誤差等の影響で生じるノッチの位置決め誤差がそのまま半径方向の結晶方位の誤差となる問題がある。
【０００６】
また、特許文献1記載の結晶方位測定装置には、例えば、軸方向の結晶面（１１０）のSi結晶の場合、同一の結晶面（１１０）の半径方向の結晶方位は平行な２方向（０°，１８０°）のみで、これら２方向測定しても軸方向ができないという問題がある。
【０００７】
さらに、特許文献１の結晶方位測定装置には、インゴットを研削する円筒研削機のノッチ研削砥石のメンテナンス（保守点検）が厄介であるという問題がある。すなわち、砥石が不良になった場合の修理や交換のタイミングが遅れるのを防ぐため、研削機の砥石の状態を頻繁に点検する必要がある。
【０００８】
本発明は、ノッチの形状誤差によらず精度よく半径方向結晶方位を測定することを目的とする。また、同一面指数の半径方向結晶方位が平行な２方向のみになってしまう場合でも、側面測定のみで軸方向結晶方位を求めることを目的とする。さらに、円筒研削機のメンテナンスを容易とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を達成するため、請求項１記載の発明は、円筒状結晶をその円筒軸に対し回転させる回転部と、前記円筒状結晶を回転し、前記円筒状結晶の周側面に設けられたノッチを基準に前記円筒状結晶を位置決めする位置決め部と、前記円筒状結晶が位置決めされると、回転軸に対する前記ノッチの位置を測定するノッチ測定部と、前記周側面にＸ線を照射して半径方向の結晶方位を測定する結晶方位測定部と、前記結晶方位測定部で測定した結晶方位を前記ノッチ測定手段で測定したノッチの位置で補正して半径方向の結晶方位を求める補正部とを備えることを要旨とする。
【００１０】
上記構成により、ノッチを位置決めした後で、ノッチの位置の測定をして補正するので、ノッチ形状誤差等によるノッチ位置決め誤差が補正でき、精度良く半径方向結晶方位を測定することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記ノッチ測定部は、前記ノッチの形状を測定することによって、ノッチの位置を求めることを要旨とする。
【００１２】
上記構成により、ノッチ表面の座標をノッチの大きさに比べて十分細かい間隔で連続して測定して得たノッチの形状より正確にノッチの位置を求めることができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２において、前記ノッチ測定部は、前記ノッチの形状から、前記ノッチの幅、前記ノッチの深さ、前記ノッチの開き角度、前記ノッチの傾き、又は前記ノッチの底半径のうち少なくとも一つを求めることを要旨とする。
【００１４】
上記構成により、ノッチ研削器のメンテナンス用データを得ることができるとともに、インゴットが不良品であるか否かの判断を行うことができる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３において、前記ノッチ測定部は、前記ノッチの形状を測定するレーザ変位計を有することを要旨とする。
【００１６】
上記構成により、レーザ変位計でノッチの表面の変位を測定して非接触でノッチの形状を得ることができる。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４において、前記半径方向の結晶方位の平行でない２つを測定するように前記結晶方位測定部と前記回転部を制御する測定制御部と、測定された２つの結晶方位から、前記円筒軸の方向の結晶方位を計算する軸方向結晶方位計算部とを有することを要旨とする。
【００１８】
上記構成により、側面測定のみで、測定した２つの半径方向結晶方位から軸方向結晶方位を計算することができる。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項５において、前記２つの結晶方位は互いに異なるミラー指数の結晶方位であることを要旨とする。
【００２０】
上記構成により、同一面指数の半径方向結晶方位がすべて平行となる場合でも異なるミラー指数の非平行の２つの半径方向結晶方位を測定することで、側面測定のみで、測定した２つの半径方向結晶方位から軸方向結晶方位を計算することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ノッチを位置決めした後で、ノッチ位置の測定をして補正するので、ノッチ形状の誤差等によるノッチ位置決め誤差が補正でき、精度よく半径方向結晶方位を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、第１の実施形態の概略構成図である。
【００２３】
図１で、結晶方位測定装置１は、円筒状結晶であるインゴット（ワーク２）を円筒軸（インゴット軸）Ａｘに対し回転させる回転部１１と、ワーク２の側面のノッチ２ａを位置決めするあるいはノッチ２ａの位置を測定するノッチ測定部（位置決め部）１２と、ワーク２の側面の結晶方位を測定する結晶方位測定部１３と、ワーク２の回転、ノッチの測定、結晶方位の測定等を制御する計算機１４を備える。
【００２４】
回転部１１は、図１に示すように、ワーク２を支持する２つのローラ１１１，１１２とローラ１１１あるいはローラ１１２を回転させてワーク２をインゴット軸Ａｘを中心に回転させる回転機構（不図示）と、回転機構を制御する機構制御部（不図示）を有する。
【００２５】
ノッチ測定部１２は、図１に示すように、レーザ変位計１２１と、レーザ変位計１２１をインゴット軸Ａｘと直交する水平方向に移動させる直進機構１２２と、機構制御部１２３と、データ処理部１２４を有し、ノッチの位置決めをするとともに、ノッチを測定する。
【００２６】
レーザ変位計１２１は、機構制御部１２３の制御によって直進機構１２２に制御されながらワーク２にレーザビーム３ａを照射し、レーザビーム３ａがワーク２で反射した反射光を測定することで、レーザビーム３ａに沿った方向の被照射点の変位を測定する。レーザ変位計１２１は反射光によって得られる照射点の変位をディジタルデータとしてデータ処理部１２４に出力する。
【００２７】
結晶方位測定部１３は、図１に示すように、Ｘ線ビーム４ａを発生するＸ線管１３１、Ｘ線ビーム４ａが通過するコリメータ１３２、ワーク２の側面からの回折Ｘ線４ｂを検出するＸ線検出器１３３、デルタフレーム１３４、デルタ駆動部１３５、ファイ駆動部１３６、機構制御部１３７、及びデータ処理部１３８を有する。
【００２８】
結晶方位測定部１３は、計算機１４から結晶方位の測定を制御する制御信号が入力されると、ファイ駆動部１３６によって軸φを２方向（あるいは４方向）それぞれに固定して、デルタ駆動部１３５によってδ駆動のスキャンを行いそれぞれのφの位置での結晶方位傾斜角を求める。これにより結晶方位（法線）のφ軸を基準とするＡｘ方向、及びＡｘ方向と直行する方向への傾斜角が求められる。機構制御部１３７はφ回転とδ回転のシーケンス制御を行い、データ処理部１３８は、φ、δの値とＸ線検出器１３３の出力から結晶方位（φ軸からの２方向の傾斜角δ０、δ９０）を算出し、計算機１４に出力する。
【００２９】
計算機１４は一般的なパーソナルコンピュータであり、ハードウェア構成として、図１で図示しない筺体、電源、バスライン、CPU、メモリ、インタフェース、ディスク、通信部、表示器、キーボード、マウス、プリンタ等を備える。計算機１４はソフトウェアの機能ブロックとして、測定制御部１４１、補正部１４２、軸方向結晶方位計算部１４３を有する。ディスクに記憶されているコンピュータプログラムが、メモリに読み込まれて起動されることで、測定制御部１４１、補正部１４２及び軸方向結晶方位計算部１４３は各機能を発揮する。
【００３０】
測定制御部１４１は、回転部１１、ノッチ測定部１２及び結晶方位測定部１３にそれぞれ制御信号を出力することで、測定に関する全てのシーケンス動作を制御する。補正部１４２は、ノッチ測定部１２から入力するノッチ位置情報によって、結晶方位測定部１３から入力する測定方位を補正する。軸方向結晶方位計算部１４３は、結晶方位測定部１３から入力する半径方向の結晶方位から、軸方向結晶方位を算出する。
【００３１】
図２は、測定対象となるワーク２の一例である。図２では、立法体結晶格子を模式的に四角形で表している。図２において、シリコンの単結晶であるワーク２の軸方向方位はミラー指数（１００）で、ノッチ２ａは（１１０）方向に合わせて研磨されている。ここでは、９０°毎の半径方向結晶方位（１１０）４方向のうちの２方向の結晶方位ｈ１及び結晶方位ｈ２を測定し、結晶方位（１１０）のノッチ２ａ方位からのずれを求めるとともに、結晶方位ｈ１と結晶方位ｈ２から軸方向結晶方位ｈ０のインゴット軸Ａｘからのずれを計算する。
【００３２】
以下、図３乃至図６を参照して本発明の最良の実施形態に係る結晶方位測定装置１の作用について説明する。
【００３３】
図３は結晶方位測定装置１における結晶方位の測定の処理を説明するフローチャートである。図３に示される処理の全体は、測定制御部１４１によって制御される。
【００３４】
まず、結晶方位測定装置１は、ノッチ２ａを位置決めする（S１）。具体的には、測定制御部１４１がノッチ測定部１２にノッチを位置決めする制御信号を出力する。制御信号を入力したノッチ測定部１２では、機構制御部１２３がレーザ変位計１２１を直進方向に移動させ、ワーク２の軸Ａｘのほぼ真上に停止させる。レーザ変位計１２１は、レーザビーム３ａをワーク２ａに照射し、その反射光を変位として検出し、測定制御部１４１に出力する。測定制御部１４１は、レーザ変位計１２１から出力される変位を一定時間間隔で順次入力しながら回転部１１にワーク２を回転させる制御信号を出力し、ワーク２の回転を開始させる。測定制御部１４１は、レーザ変位計１２１から入力した変位が前回入力した変位と比較して所定量変化したとき、ノッチ２ａにレーザビーム３ａが照射されていると判定する。これによって、回転部１１にワーク２の回転を停止させる制御信号を出力し、ノッチ２ａの位置がワーク２で最も高い位置に位置決めされる。
【００３５】
ノッチ２ａが位置決めされると、結晶方位測定装置１は、ノッチの形状を測定する（S２）。ここで、ノッチの形状の測定は、ノッチの表面（インゴットの表面）の座標をノッチ２ａの大きさに比べて十分細かい間隔で連続して測定することで行われる。具体的には、測定制御部１４１がノッチ測定部１２にノッチ２ａを測定する制御信号を出力する。制御信号を入力したノッチ測定部１２では、レーザ変位計１２１を直進させながら細かい間隔で変位を測定してノッチ形状を測定する。
【００３６】
図４にノッチ形状の一例を示す。図４において、座標ｕはレーザ変位計１２１の直進方向、座標ｖはレーザ変位計１２１で測定された変位である。データ処理部１２４は、レーザ変位計１２１で得られたノッチ形状からノッチの位置として、円筒に沿ったノッチ幅の中央点（ノッチ位置）Ｃｎの座標ｕ，ｖを求める。また、データ処理部１２４は、ノッチ形状のパラメータとして、ノッチ幅ｗｎ、ノッチ深さｄｎ、開き角度βｎ、開き角度の半径方向からの傾き（ノッチの傾き）βｃ、底半径ｒｆを算出する。このとき、データ処理部１２４は、ノッチの斜面位置は最小二乗法により直線でフィッティングし、底部位置は最小二乗法により円でフィッティングして求め、フィッティングした線とデータ点との誤差からノッチ面の凹凸の程度を求め基準値を超えていないかの判定も行う。ノッチ測定部１２は、測定結果（ノッチ位置Ｃｎ、幅ｗｎ、深さｄｎ、角度βｎ、傾きβｃ、底半径ｒｆ、判定結果）を計算機１４に出力する。
【００３７】
ノッチの形状が測定されると、結晶方位測定装置１は、結晶方位ｈ１を測定する（S３）。具体的には、測定制御部１４１が結晶方位測定部１３に結晶方位ｈ１を測定する制御信号を出力する。制御信号を入力した結晶方位測定部１３では、Ｘ線管１３１によってＸ線ビーム４ａを照射し、回折Ｘ線４ｂを検出してワーク２の結晶方位ｈ１を測定する。結晶方位ｈ１は、φ軸からの２方向の傾斜角δ０1（Ａｘ方向）、δ９０1（Ａｘ直交方向）として得られる。
【００３８】
その後、結晶方位測定装置１は、半径方向結晶方位δ９０’を算出する（S４）。具体的には、結晶方位ｈ１が検出されると、補正部１４２は、測定制御部１４１に制御されてノッチ停止誤差を補正する停止誤差角度ωｎを求め、停止誤差角度ωｎによって補正した半径方向結晶方位δ９０’を算出する。
【００３９】
図５に半径方向結晶方位を計算する幾何図の一例を示す。補正部１４２では、まずステップS２で求められたノッチ位置Ｃｎ、基準位置Ｃｎ0及び既知であるワーク２の半径Rから、ノッチ２ａの停止誤差角度ωｎを算出する。このとき、基準位置Ｃｎ0は予め２つのローラ１１１，１１２の２等分線上にノッチ２ａが位置するような治具を用いて測定し、メモリで記憶しておく。ノッチ位置Ｃｎと基準位置Ｃｎ0との直進方向の差Δｕを用いて、停止誤差角度ωｎは、式（１）によって求められる。
【００４０】
ωｎ＝ａｓｉｎ（Δｕ／Ｒ） ・・・（１）
次に、補正部１４２は、結晶方位ｈ１の測定値δ９０1を停止誤差角度ωｎを用いて補正し、ノッチ基準の半径方向結晶位置（１１０）δ９０’を求める。半径方向結晶位置δ９０’は、式（２）によって求められる。
【００４１】
δ９０’＝δ９０1−ωｎ ・・・（２）
続いて、結晶方位測定装置１は、ワーク２を９０°回転させる（S５）。具体的には、測定制御部１４１がワーク２を回転させる制御信号を出力する。制御信号を入力した回転部１１は、ワーク２をＣＷ方向に９０°回転させる。このワーク２の回転は、ローラ１１１あるいはローラ１１２を回転させて行うため、すべりやワーク２の直径に誤差があること等により、回転誤差が生じる。ワーク２の回転角Ωは、約９０°で未知数である。
【００４２】
ワーク２が回転されると、結晶方位測定装置１は、結晶方位ｈ２を測定する（S６）。具体的には、測定制御部１４１が結晶方位測定部１３に結晶方位ｈ２を測定する制御信号を出力する。制御信号を入力した結晶方位測定部１３では、Ｘ線管１３１によってＸ線ビーム４ａを照射し、回折Ｘ線４ｂを検出してワーク２の結晶方位ｈ２を測定する。結晶方位ｈ２は、φ軸からの２方向の傾斜角δ０2（Ａｘ方向）、δ９０2（Ａｘ直交方向）として得られる。
【００４３】
その後、結晶方位測定装置１は、軸方向結晶方位ｈ０を計算する（S７）。具体的には、結晶方位ｈ２が検出されると、軸方向結晶方位計算部１４３は、測定制御部１４１に制御されて結晶方位ｈ１，ｈ２から軸方向結晶方位ｈ０を算出する。このとき、結晶方位ｈ１，ｈ２が互いに９０°を成すため、回転角Ωの正確な値を知ることができるので、回転誤差が補正される。
【００４４】
図６に、軸方向結晶方位ｈ０の計算幾何図の一例を示す。図６で座標ＸＹＺは、ワーク２に固定した座標系で、Ｚ軸は軸Ａｘである。Ｘ軸は、結晶方位ｈ１測定時のφ軸である。結晶方位ｈ１と結晶方位ｈ２間の角度を角度ｒ１２（＝９０°）とすると、回転角Ωは、式（３）〜（５）によって求められる。
【００４５】
λ１＝ａｓｉｎ［ｃｏｓ（δ９０1）・ｓｉｎ（δ０1）／√｛１−（ｓｉｎ（δ０1）・ｓｉｎ（δ９０1））2｝］ ・・・（３）
λ２＝ａｓｉｎ［ｃｏｓ（δ９０2）・ｓｉｎ（δ０2）／√｛１−（ｓｉｎ（δ０2）・ｓｉｎ（δ９０2））2｝］ ・・・（４）
Ω＝ａｃｏｓ［｛ｃｏｓ（ｒ１２）−ｓｉｎ（λ１）・ｓｉｎ（λ２）｝／｛ｃｏｓ（λ１）・ｃｏｓ（λ２）｝］ ・・・（５）
式（５）は、ｒ１２≠９０°の場合にも適用できる。
【００４６】
回転角Ωとλ１，２が分かれば、結晶方位ｈ１，２のＸＹＺ成分が求められるので、軸方向結晶方位ｈ０のＸＹＺ成分は、式（６）のベクトルの計算で求められる。
【００４７】
ｈ０＝ｈ１×ｈ２／√｛１−（ｈ１・ｈ２）2｝ ・・・（６）
式（６）で、「×」はベクトル積、「・」は内積である。また、式（６）は、ｒ１２≠９０°の場合にも適用できる。
【００４８】
ＸＹＺ座標で軸方向結晶方位ｈ０が求められると、軸方向結晶方位ｈ０は、極座標に変換でき、軸Ａｘを基準とした傾斜角と（例えばＹ軸からＣＷ方向にとった）傾斜方位（δ，ωδ）として求めることができる。次に、（δ，ωδ−ωｎ）を計算すると、これは軸Ａｘとノッチを基準とした軸方向結晶方位ｈ０となる。また、（δ，ωδ−δ９０1）を計算するとこれは軸Ａｘと半径方向結晶方位δ９０’を基準としたｈ０となる。
【００４９】
結晶方位測定装置１では、ステップS２で求めたノッチの形状とノッチの形状のパラメータ、ステップS４で求めた半径方向結晶方位δ９０’、ステップS７で求めた軸方向結晶方位ｈ０をワーク２のシリアルナンバーと共に表示するともに、ディスクに記憶する。
【００５０】
例えば、ノッチの形状や形状のパラメータが所定範囲を超えたときやノッチ面の凹凸が基準値を超えたとき、自動的に不良品と判断して不良品である旨の警報を出力するようにすることもできる。また、ディスクに記憶されたノッチの形状、形状のパラメータ及び結晶方位を過去に遡って接続される表示器に表示させれば、研削機の砥石の状態変化がわかり、研削機のメンテナンスに使用できる。
【００５１】
なお、ノッチの形状、形状のパラメータ及び結晶方位は、結晶方位測定装置１のディスクに記憶させる他、通信回線で接続される他の装置に送信してもよい。
【００５２】
上述したように、本発明の最良の実施形態に係る結晶方位測定装置１によれば、ノッチを位置決めした後で、ノッチの位置の測定をして補正するので、ノッチ形状誤差等によるノッチ位置決め誤差が補正でき、制度良く半径方向結晶方位を測定することができる。
【００５３】
また、結晶方位測定装置１によれば、ノッチの形状を測定しているので、ノッチ位置が正確に求められ、精度よく半径方向結晶方位を測定することができる。また、ノッチの形状を示すパラメータを求めているので、これを研削機（ノッチの研削砥石）のメンテナンス用のデータとして使用でき、メンテナンスが容易となる。
【００５４】
さらに、結晶方位測定装置１によれば、側面測定のみで軸方向結晶方位を求めることができる。軸方向結晶方位をインゴット軸Ａｘとノッチを基準に、又はインゴット軸Ａｘと半径方向結晶方位を基準に求めることができる。また、結晶方位ｈ１測定は、位置決め後回転させずに行っているので回転の誤差が無く、結晶方位ｈ２の測定も回転位置決め（Ω）の誤差を補正しているので、回転誤差無く軸方向方位を求めることができる。
【００５５】
（第１変形例）
上述した結晶方位測定装置１によれば、結晶方位ｈ１，ｈ２間の角度ｒ１２が９０°であったが、角度ｒ１２が９０°でない場合であっても結晶方位を測定することができる。
【００５６】
図７は第１変形例に係る結晶方位測定装置において測定するワーク２の一例である。図７で、六角形は斜めから見た立方体結晶格子を模式的に表している。シリコンの単結晶であるワーク２の軸方向方位は、ミラー指数（１１１）で、ノッチ２ａは（１１０）方向にあわせて研磨している。この場合、６０°おきの半径方向結晶方位（２１１）の６方向のうちの２方向、結晶方位ｈ１，ｈ２を測定する。
【００５７】
第１変形例に係る結晶方位測定装置では、ｒ１２＝６０°、回転角Ω＝約６０°となる点のみが異なり、結晶方位測定装置１と同様に結晶方位ｈ１，ｈ２を測定し、同じ計算でノッチ基準の半径方向結晶方位（１１０）と軸方向結晶方位ｈ０が求められる。
【００５８】
ｒ１２が９０°ではない第１変形例に係る結晶方位測定装置においても、上述した結晶方位測定装置１と同一の効果が得られる。
【００５９】
（第２変形例）
上述した結晶方位測定装置１によれば、同じミラー指数の結晶方位ｈ１，ｈ２を測定したが、第２変形例に係る結晶方位測定装置１によれば、ミラー指数が異なる場合であっても結晶方位を測定することができる。
【００６０】
第２変形例に係る結晶方位測定装置によれば、Ｘ線管１３１と検出器１３３の配置角度２αを結晶方位ｈ１の測定と結晶方位ｈ２の測定とで切り換える機構を追加する。配置角度２αの切り換えは、検出器１３３かＸ線管１３１か、あるいは両方を自動で動かすようにする。図８に、第２変形例に係る結晶方位測定装置において測定するワーク２の一例を示す。図８で、四角形は、斜めから見た立方体結晶格子を模式的に表している。シリコンの単結晶であるワーク２の軸方向方位は、ミラー指数（１１０）で、ノッチ２ａは（１１０）方向にあわせて研磨している。半径方向結晶方位（１００）は、平行な結晶方位ｈ１，ｈ３のみで、軸方向が計算できない。（１１０）も平行な結晶方位ｈ２，ｈ４のみで、軸方向が計算できない。この場合、半径方向結晶方位として、図８に示す結晶方位ｈ１と結晶方位ｈ２を測定する。結晶方位ｈ１は（１００）、結晶方位ｈ２は（１１０）である。
【００６１】
第２変形例に係る結晶方位測定装置によれば、結晶方位ｈ１の測定と結晶方位ｈ２の測定で、Ｘ線管１３１と検出器１３３の配置角度２αを変える点のみが異なり、結晶方位測定装置１と同様に結晶方位ｈ１，ｈ２を測定し、同じ計算でノッチ基準の半径方向結晶方位（１１０）と軸方向結晶方位ｈ０が求められる。
【００６２】
このように、ミラー指数が異なる面を測定することで、同一面指数の半径方向結晶方位が全て平行となる場合でも、側面測定のみで軸方向結晶方位を求めることができる。また、図８に示すワーク２の場合、ノッチの位置決め後、回転させずにｈ１測定を行うので、（また、ｈ２測定前の回転誤差は補正されるので）回転誤差が無く軸方向結晶方位を求めることができる。
【００６３】
ミラー指数が異なる結晶方位を測定する第２変形例に係る結晶方位測定装置においても、上述した結晶方位測定装置１と同一の効果が得られる。
【００６４】
（第３変形例）
上述した結晶方位測定装置１によれば、側面のマークとして、ノッチ２ａを利用してワーク２を位置決めして結晶方位を測定したが、ノッチの代わりにオリフラ面を研削したワークであっても結晶方位を測定することができる。
【００６５】
第３変形例に係る結晶方位測定装置によれば、ノッチ測定部１２でノッチの形状を測定する代わりにオリフラ面の傾斜を測定し、これをωｎとする。
【００６６】
ノッチの代わりにオリフラ面を用いて結晶方位を測定する第３変形例に係る結晶方位測定装置においても、上述した結晶方位測定装置１と同一の効果が得られる。
【００６７】
（第４変形例）
上述した結晶方位測定装置１は、レーザ変位計１２１を備え、レーザ変位計を用いてノッチの形状を測定しているが、ノッチの形状はレーザ変位計１２１以外であっても測定することができる。
【００６８】
第４変形例に係る結晶方位測定装置は、レーザ変位計１２１以外でノッチの形状を測定する一例として、インゴットの端面を軸方向からＴＶカメラで撮影し、画像をディジタルデータに変換してデータ処理部１２４に取り込む。
【００６９】
また、その他ではノッチの形状の測定に光切断法等を用いても良い。光切断法は、ファン状の光を側面からノッチに照射し、ファン面から離れたＴＶカメラで撮影することで形状を測定するものである。
【００７０】
（第５変形例）
上述した結晶方位測定装置１によれば、ノッチの形状測定で、レーザ変位計１２１を水平方向ｕに移動させて測定している。このとき、レーザビーム３ａに対し、ノッチ斜面が垂直から４５°程度傾斜するため、測定する変位に誤差が生じることがあり、開き角度βｎ及び底半径ｒｆの誤差となる。これらの誤差を防ぐため、第５変形例に係る結晶方位測定装置は、移動方向ｕを３方向（水平からの傾斜＋４５°、０°、−４５°）切り換えてノッチ形状を３回測定し、測定されたこれらのノッチ形状から開き角度を補正してノッチ形状のパラメータを計算する。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る結晶方位装置の概念図である。
【図２】本発明の最良の実施形態に係る結晶方位測定装置の測定対象となるワークの一例である。
【図３】本発明の最良の実施形態に係る結晶方位測定装置における結晶方位の測定の処理を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の最良の実施形態に係る結晶方位測定装置の測定対象となるワークのノッチ形状の一例である。
【図５】本発明の最良の実施形態に係る結晶方位測定装置で半径方向結晶方位を計算する幾何図の一例である。
【図６】本発明の最良の実施形態に係る結晶方位測定装置の軸方向結晶方位の計算幾何図の一例である。
【図７】本発明の第１変形例に係る結晶方位測定装置の測定対象となるワークの一例である。
【図８】本発明の第２変形例に係る結晶方位測定装置の測定対象となるワークの一例である。
【符号の説明】
【００７２】
１…結晶方位測定装置
１１…回転部
１１１，１１２…ローラ
１２…ノッチ測定部（位置決め部）
１２１…レーザ変位計
１２２…直進機構
１２３…機構制御部
１２４…データ処理部
１３…結晶方位測定部
１３１…Ｘ線管
１３２…コリメータ
１３３…Ｘ線検出器
１３４…デルタフレーム
１３５…デルタ駆動部
１３６…ファイ駆動部
１３７…機構制御部
１３８…データ処理部
１４…計算機
１４１…測定制御部
１４２…補正部
１４３…軸方向結晶方位計算部
２…ワーク（円筒状結晶）
２ａ…ノッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状結晶をその円筒軸に対し回転させる回転部と、
前記円筒状結晶を回転し、前記円筒状結晶の周側面に設けられたノッチを基準に前記円筒状結晶を位置決めする位置決め部と、
前記円筒状結晶が位置決めされると、回転軸に対する前記ノッチの位置を測定するノッチ測定部と、
前記周側面にＸ線を照射して半径方向の結晶方位を測定する結晶方位測定部と、
前記結晶方位測定部で測定した結晶方位を前記ノッチ測定手段で測定したノッチの位置で補正して半径方向の結晶方位を求める補正部と、
を備えることを特徴とする結晶方位測定装置。
【請求項２】
前記ノッチ測定部は、前記ノッチの形状を測定することによって、ノッチの位置を求めることを特徴とする請求項１記載の結晶方位測定装置。
【請求項３】
前記ノッチ測定部は、前記ノッチの形状から、前記ノッチの幅、前記ノッチの深さ、前記ノッチの開き角度、前記ノッチの傾き、又は前記ノッチの底半径のうち少なくとも一つを求めることを特徴とする請求項２記載の結晶方位測定装置。
【請求項４】
前記ノッチ測定部は、前記ノッチの形状を測定するレーザ変位計を有することを特徴とする請求項２又は３記載の結晶方位測定装置。
【請求項５】
前記半径方向の結晶方位の平行でない２つを測定するように前記結晶方位測定部と前記回転部を制御する測定制御部と、
測定された２つの結晶方位から、前記円筒軸の方向の結晶方位を計算する軸方向結晶方位計算部と、
を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか記載の結晶方位測定装置。
【請求項６】
前記２つの結晶方位は互いに異なるミラー指数の結晶方位であることを特徴とする請求項５記載の結晶方位測定装置。
【請求項１】
円筒状結晶をその円筒軸に対し回転させる回転部と、
前記円筒状結晶を回転し、前記円筒状結晶の周側面に設けられたノッチを基準に前記円筒状結晶を位置決めする位置決め部と、
前記円筒状結晶が位置決めされると、回転軸に対する前記ノッチの位置を測定するノッチ測定部と、
前記周側面にＸ線を照射して半径方向の結晶方位を測定する結晶方位測定部と、
前記結晶方位測定部で測定した結晶方位を前記ノッチ測定手段で測定したノッチの位置で補正して半径方向の結晶方位を求める補正部と、
を備えることを特徴とする結晶方位測定装置。
【請求項２】
前記ノッチ測定部は、前記ノッチの形状を測定することによって、ノッチの位置を求めることを特徴とする請求項１記載の結晶方位測定装置。
【請求項３】
前記ノッチ測定部は、前記ノッチの形状から、前記ノッチの幅、前記ノッチの深さ、前記ノッチの開き角度、前記ノッチの傾き、又は前記ノッチの底半径のうち少なくとも一つを求めることを特徴とする請求項２記載の結晶方位測定装置。
【請求項４】
前記ノッチ測定部は、前記ノッチの形状を測定するレーザ変位計を有することを特徴とする請求項２又は３記載の結晶方位測定装置。
【請求項５】
前記半径方向の結晶方位の平行でない２つを測定するように前記結晶方位測定部と前記回転部を制御する測定制御部と、
測定された２つの結晶方位から、前記円筒軸の方向の結晶方位を計算する軸方向結晶方位計算部と、
を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか記載の結晶方位測定装置。
【請求項６】
前記２つの結晶方位は互いに異なるミラー指数の結晶方位であることを特徴とする請求項５記載の結晶方位測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１８０５２６（Ｐ２００８−１８０５２６Ａ）
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２４７０（Ｐ２００７−１２４７０）
【出願日】平成１９年１月２３日（２００７．１．２３）
【出願人】（３９１０１７５４０）東芝ＩＴコントロールシステム株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２３日（２００７．１．２３）
【出願人】（３９１０１７５４０）東芝ＩＴコントロールシステム株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
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