(57)【要約】【課題】ウェハのオリフラに対する結晶面のずれを正確に測定することが可能で，オリフラの損傷を防止できる，被検査体のホルダー及び結晶方位測定装置を提供する。【解決手段】略円盤形状をなす半導体基板Ｗの周縁部に形成されたオリエンテーションフラットＦにＸ線を照射し，オリエンテーションフラットＦで回折された回折Ｘ線により，オリエンテーションフラットＦを基準とした結晶面の方位のずれを測定する装置１において，半導体基板Ｗを保持するホルダー８であって，オリエンテーションフラットＦの両側に当接させる一対の導電性を有する当接治具１２Ａ，１２Ｂを備え，これら当接治具１２Ａ，１２Ｂの間に，電源２２と電流検出器２５を備えた回路２０を設けた。【選択図】図１
2005106606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円盤形状をなす半導体基板の周縁部に形成されたオリエンテーションフラットにＸ線を照射し，オリエンテーションフラットで回折された回折Ｘ線により，オリエンテーションフラットを基準とした結晶面の方位のずれを測定する装置において，半導体基板を保持するホルダーであって，
オリエンテーションフラットの両側に当接させる一対の導電性を有する当接治具を備え，これら当接治具の間に，電源と電流検出器を備えた回路を設けたことを特徴とする，被検査体のホルダー。
【請求項２】
略円盤形状をなす半導体基板の周縁部に形成されたオリエンテーションフラットにＸ線を照射し，オリエンテーションフラットで回折された回折Ｘ線により，オリエンテーションフラットを基準とした結晶面の方位のずれを測定する装置であって，
請求項１に記載の被検査体のホルダーと，
前記ホルダーを回転させるゴニオメータと，
前記ホルダーに保持された半導体基板のオリエンテーションフラットにＸ線を照射するＸ線発生部と，
前記オリエンテーションフラットから回折された回折Ｘ線を検出するＸ線検出部を備えることを特徴とする，結晶方位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，例えばＳｉ（シリコン）をドーピングしたＧａＡｓ（ガリウム砒素）の単結晶からなるウェハ等を被検査体として，オリエンテーションフラット等を基準とした結晶面の方位を測定する装置に用いる被検査体のホルダー，及び，そのホルダーを備えた結晶方位測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉをドーピングしたＧａＡｓのウェハは，赤色，赤外のＬＥＤやレーザー用の基板として広く用いられている。かかるウェハは，ＧａＡｓの単結晶インゴットにオリエンテーションフラット（以下，「オリフラ」という）を形成した後，スライスすることによって略円盤形状に形成される。ウェハの表面（半導体デバイスが形成される面）としては，面方位が（１００）の結晶面が用いられ，オリフラは，ＧａＡｓ単結晶を劈開させやすい（０１１）面に一致させることが多い。
【０００３】
ウェハをレーザー用の基板として用いる場合は，ウェハの表面に多数のチップ構造を形成し，劈開を利用して個々のチップに分離する。このチップ構造の形成は，オリフラを基準にして行い，また，チップの分離は劈開によって行われる。そのため，オリフラに対する（０１１）面のずれが大きいと，チップ構造の境界と劈開面がずれてしまい，多数のチップが不良になってしまう。通常，オリフラは，（０１１）面に対して±０．０２°（±７２秒）の精度が要求される。このような精度でオリフラを得ることは研削加工では困難な事もあり，そのような場合はウェハをスライスした後で劈開によってオリフラを形成することもある。
【０００４】
従来，オリフラを基準とした（０１１）の方位のずれ（オリフラに対する（０１１）面のずれ）の検査は，結晶面のＸ線回折を利用したＸ線単結晶方位測定装置を用いて行われている（例えば，特許文献１参照）。かかるＸ線単結晶方位測定装置は，ウェハＷを保持するホルダー，Ｘ線発生部，Ｘ線検出部を備えている。ホルダーのステージ上にウェハを置き，ステージの左右両側に取り付けられたオリフラ当接冶具にオリフラの左右両端部を当てる。Ｘ線発生部は，オリフラ当接冶具に当てられたオリフラに対して，（０１１）面のブラッグ角θでＸ線を照射するように調整されており，Ｘ線検出部は，（０１１）面による回折角度２θで回折した回折Ｘ線を検出するように調整されている。Ｘ線発生部からの入射Ｘ線のオリフラに対する角度を変化させ，回折Ｘ線のピークが検出されるようにする。ピークが検出されたときのオリフラの回転角度の大きさが，オリフラと（０１１）面の間の角度の大きさに相当する。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１６７４６３号公報（第２頁，第５図）
【０００６】
上記の装置において，オリフラ当接冶具からオリフラが離れていたり，過度に当て過ぎてオリフラ当接冶具がオリフラに食い込んでいたりすると，正常に当てられた場合の位置と実際のオリフラの位置とのずれの分だけ，測定誤差が生じてしまう。例えば，３インチウェハの場合，オリフラの長さは約２２ｍｍ程度であり，左右のオリフラ当接冶具間の距離を１８ｍｍ程度に調整すると，片側のオリフラ当接冶具から僅か６μm程度離れただけで，オリフラとオリフラ当接冶具の間の角度が０．０２°となる。この場合，上記したオリフラに要求される精度に匹敵する測定誤差が生じる事になる。即ち，オリフラ当接冶具を基準としたオリフラの角度と，オリフラを基準とした（０１１）面の角度が，互いに反対方向で大きさが同じ程度であった場合には，両者が相殺されて，オリフラに対する（０１１）面のずれの測定値が規格値内に入ってしまう。その結果，不良品が次工程（あるいは外部）に流出する虞が生じる。しかし，オリフラ当接冶具とオリフラの間の，僅か数μm程度の隙間を目視で確認することは，極めて困難である。また，逆に，オリフラがオリフラ当接冶具から離れることを恐れて，オリフラを過度に当て過ぎてしまい，オリフラが損傷して外観不良になる虞もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は，ウェハのオリフラに対する結晶面のずれを正確に測定することが可能で，オリフラの損傷を防止できる，被検査体のホルダー，及び，そのホルダーを備えた結晶方位測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために，本発明によれば，略円盤形状をなす半導体基板の周縁部に形成されたオリエンテーションフラットにＸ線を照射し，オリエンテーションフラットで回折された回折Ｘ線により，オリエンテーションフラットを基準とした結晶面の方位のずれを測定する装置において，半導体基板を保持するホルダーであって，オリエンテーションフラットの両側に当接させる一対の導電性を有する当接治具を備え，これら当接治具の間に，電源と電流検出器を備えた回路を設けたことを特徴とする，被検査体のホルダーが提供される。かかる被検査体のホルダーによれば，オリフラが両方のオリフラ当接冶具に当接すると，回路に電流が流れて検出されるので，オリフラが両方のオリフラ当接冶具に当接したことを簡単に確認できる。従って，オリフラ当接冶具とオリフラが乖離したまま検査されることを防止できる。また，オリフラをオリフラ当接冶具に過度に当て過ぎることが無くなり，オリフラの損傷を防止できる。
【０００９】
さらに，本発明によれば，略円盤形状をなす半導体基板の周縁部に形成されたオリエンテーションフラットにＸ線を照射し，オリエンテーションフラットで回折された回折Ｘ線により，オリエンテーションフラットを基準とした結晶面の方位のずれを測定する装置であって，請求項１に記載の被検査体のホルダーと，前記ホルダーを回転させるゴニオメータと，前記ホルダーに保持された半導体基板のオリエンテーションフラットにＸ線を照射するＸ線発生部と，前記オリエンテーションフラットから回折された回折Ｘ線を検出するＸ線検出部を備えることを特徴とする，結晶方位測定装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば，被検査体の外面が当接冶具に当接したとき回路に流れる電流を検出することにより，被検査体が当接冶具に当接したことを簡単に確認できる。従って，当接冶具とウェハのオリフラの乖離を防止でき，測定誤差が生じることを防止できる。また，被検査体を当接冶具に過度に当て過ぎることが無くなり，被検査体の損傷を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下，本発明の好ましい実施の形態を説明する。図１に示すように，本発明にかかるＸ線単結晶方位測定装置１は，被検査体としてのウェハＷを保持して回転させるゴニオメータ部２と，ウェハＷのオリフラＦにＸ線を照射するＸ線発生部３と，オリフラＦから回折された回折Ｘ線を検出するＸ線検出部５を備えている。
【００１２】
ウェハＷは，円柱形状のＧａＡｓの単結晶インゴットにオリフラＦを形成した後，スライスして略円盤形状の薄板にしたものであり，Ｓｉがドーピングされている。ウェハＷの表面（半導体デバイスが形成される面）と裏面は，面方位が（１００）である結晶面に沿って形成されている。オリフラＦは，ウェハＷの周縁部の一部を直線状に切断するように設けられ，面方位が（０１１）である結晶面に沿って平面状に形成されている。
【００１３】
図２に示すように，ゴニオメータ部２は，ウェハＷを保持する本発明にかかるウェハホルダー８と，ウェハホルダー８を回転させるゴニオメータ１０を備えている。ウェハホルダー８は，ウェハＷを水平にして載せるステージ１１と，ウェハＷのオリフラＦを当接させる２個のオリフラ当接治具１２Ａ，１２Ｂを備えている。ゴニオメータ１０は，ステージ１１の下面を支持するように設けられおり，垂直方向の回転中心軸を中心として，ウェハホルダー８全体を回転させ，その回転角度を計測するようになっている。ステージ１１の上面には，ウェハＷの下面を真空吸着するための小孔１５が複数設けられている。これらの小孔１５は，図示しない真空ポンプに接続されている。
【００１４】
オリフラ当接治具１２Ａ，１２Ｂは，ステージ１１の上面の左右両側に設けられている。オリフラ当接治具１２Ａ，１２Ｂの間隔は，オリフラＦの長さに合わせて調節して，ステージ１１に対し固定できる。なお，オリフラ当接治具１２Ａ，１２Ｂは，導体で形成されている。オリフラ当接治具１２Ａ，１２Ｂとステージ１１は，オリフラ当接治具１２Ａ，１２Ｂとステージ１１の上面の間に貼られた図示しない樹脂製の絶縁テープによって，絶縁処理されている。
【００１５】
図１に示すように，オリフラ当接治具１２Ａ，１２Ｂの間には，回路２０が設けられている。オリフラ当接治具１２Ａ，１２Ｂには，導線２１がそれぞれ接続されており，導線２１には，電圧を供給する直流電源２２，回路２０に流れる電流を調整するための抵抗体２３，電流が流れたことを確認するための電流検出器２５が，直列に接続されるように介設されている。これら導線２１，直流電源２２，抵抗体２３，電流検出器２５によって，回路２０が構成されている。
【００１６】
直流電源２２としては，乾電池や定電圧発生装置等を使用する。中でも簡便性，経済性の点から，乾電池が望ましい。電流検出器２５は，電流計やＬＥＤランプ，電球等を使用する。中でも視認性が優れたＬＥＤランプが望ましい。直流電源２２と抵抗体２３は，ウェハＷのキャリア濃度（導電性）に応じて，適切な電圧又は抵抗値のものを選べば良い。
【００１７】
Ｘ線発生部３のＸ線の照射方向と，Ｘ線検出部５の回折Ｘ線の検出位置は，両方のオリフラ当接冶具１２Ａ，１２Ｂに当接させた状態のオリフラＦの位置を基準として設定されている。即ち，図３に示すように，Ｘ線発生部３から照射されるＸ線は，オリフラ当接冶具１２Ａ，１２Ｂに当接させたオリフラＦと，角度θをなすように調整されている。Ｘ線検出部５は，入射Ｘ線の方向に対して角度２θの方向（オリフラＦとは角度θをなす方向）に回折した回折Ｘ線を検出するように調整されている。角度θは結晶面のブラッグ角であり，ＧａＡｓの（０１１）面の場合，θ＝２２．５゜である。オリフラＦが（０１１）面と平行でずれが無い場合，回折Ｘ線は，入射Ｘ線に対して回折角度２θ＝４５゜の方向に回折して，Ｘ線検出部５に検出されるようになっている。
【００１８】
次に，以上のように構成されたＸ線単結晶方位測定装置１を用いた，オリフラＦを基準とした（０１１）面の方位のずれ（オリフラＦに対する（０１１）面のずれ）の検査について説明する。先ず，図１に示すように，ステージ１１にウェハＷを載せ，オリフラ当接冶具１２Ａ，１２Ｂに，オリフラＦの左右両端部を当接させる。オリフラ当接冶具１２Ａ，１２ＢにオリフラＦを当接させると，導線２１，オリフラ当接冶具１２Ａ，導電性を有するウェハＷ，オリフラ当接冶具１２Ｂ，導線２１に電流が流れ，回路２０に流れた電流が電流検出器２５によって検出される。図４に示すように，オリフラ当接冶具１２Ａ又は１２ＢとオリフラＦの間に隙間があると，オリフラ当接冶具１２Ａ又は１２ＢとオリフラＦとの間は絶縁状態にあり，回路２０に電流が流れない。このように，電流検出器２５の反応により，オリフラＦが両方のオリフラ当接冶具１２Ａ，１２Ｂに当接したことを，簡単に確認できる。従って，オリフラ当接冶具１２Ａ，１２ＢとオリフラＦが乖離した状態で検査されることを防止でき，測定誤差が生じることを防止できる。また，オリフラＦをオリフラ当接冶具１２Ａ，１２Ｂに過度に当て過ぎることが無くなり，オリフラＦのチッピング等の損傷を防止できる。
【００１９】
このように，ステージ１１にウェハＷを載せオリフラ当接冶具１２Ａ，１２ＢにオリフラＦを当接させたら，真空ポンプ（図示せず）を作動させ，小孔１５によってウェハＷの下面を真空吸着する。こうして，ウェハホルダー８にウェハＷを保持させる。次に，ウェハＷのオリフラＦに向かって，Ｘ線発生部３からＸ線を照射する。Ｘ線発生部３から照射されたＸ線は，オリフラ当接冶具１２Ａ，１２Ｂの間を通過して，オリフラＦに照射される。オリフラＦから回折した回折Ｘ線は，Ｘ線検出部５で検出される。
【００２０】
図３に示すように，オリフラＦに対する（０１１）面のずれが無く，オリフラＦと（０１１）面が平行である場合は，Ｘ線発生部３から照射したＸ線が各（０１１）面に対して角度θをなして入射し，各（０１１）面によって入射Ｘ線の方向に対して角度２θの方向に回折され，Ｘ線検出部５で強い回折Ｘ線が検出される。一方，図５に示すように，オリフラＦに対する（０１１）面のずれがあり，オリフラＦに対して（０１１）面が角度φだけ傾斜している場合は，ブラッグ反射が起こらず，Ｘ線検出部５では，オリフラＦに対する（０１１）面のずれが無い場合よりも弱い回折Ｘ線が検出される。
【００２１】
ゴニオメータ１０の回転により，ウェハホルダー８と一体的にウェハＷを水平面内で回転させ，Ｘ線発生部３から照射される入射Ｘ線のオリフラＦに対する角度を変化させる。そして，Ｘ線検出部５で検出される回折Ｘ線の強さがピークになるときのゴニオメータ１０の回転角度を探す。
【００２２】
ウェハホルダー８の回転によりウェハＷが回転し，図６に示すように，Ｘ線発生部３から照射されるＸ線とオリフラＦにおける（０１１）面との間の角度が角度θになると，入射Ｘ線の向きに対して角度２θの方向に強い回折Ｘ線が出て，Ｘ線検出部５で検出される。このときのオリフラＦの初期位置からの回転角度φ，即ち，ゴニオメータ１０がウェハホルダー８を回転させた回転角度φは，オリフラＦと（０１１）面の間の角度φに等しい。また，図６に示すように，オリフラＦを上方から見て時計方向に回転させた場合は，各（０１１）面は，上方から見て左側に向かうほどオリフラＦから離れるように傾斜してずれていることがわかる。逆に，オリフラＦを上方から見て反時計方向に回転させた場合は，各（０１１）面は，上方から見て右側に向かうほどオリフラＦから離れるように傾斜してずれていることがわかる。
【００２３】
かかるＸ線単結晶方位測定装置１によれば，オリフラＦが両方のオリフラ当接冶具１２Ａ，１２Ｂに当接したことを，電流検出器２５によって簡単に確認できる。従って，オリフラ当接冶具１２Ａ，１２ＢとオリフラＦが乖離した状態で検査されることを防止でき，測定誤差が生じることを防止できる。この場合，オリフラＦに対する（０１１）面のずれの大きさが規格外である不良品を正確に発見できる。また，オリフラＦをオリフラ当接冶具１２Ａ，１２Ｂに過度に当て過ぎることが無くなり，オリフラＦの損傷を防止できる。
【００２４】
以上，本発明の好適な実施の形態の一例を示したが，本発明はここで説明した形態に限定されない。例えば，本実施の形態では，被検査体はＧａＡｓの単結晶にＳｉをドーピングしたものとしたが，かかるものに限定されず，種々の導電性を有する材質のウェハとすることができる。
【００２５】
本実施の形態では，オリフラＦがＧａＡｓの単結晶の（０１１）面に沿って形成された場合について説明したが，オリフラＦが他の結晶面に沿って形成される場合や，ウェハがＧａＡｓ以外の他の結晶によって形成されている場合は，角度θ，２θがその結晶面のブラッグ角と回折角度になるように，Ｘ線発生部３のＸ線の照射方向とＸ線検出部５の回折Ｘ線の検出位置をそれぞれ調節して，その結晶面のオリフラＦを基準とした方位のずれを測定することができる。
【００２６】
本実施の形態では，ゴニオメータ１０の回転によりウェハＷを回転させるものとしたが，ウェハＷを静止させ，オリフラＦに対して相対的にＸ線発生部３とＸ線検出部５を回転させることにより，入射Ｘ線のオリフラＦに対する角度と，回折Ｘ線の検出位置のオリフラＦに対する角度を変化させるようにしても良い。
【実施例１】
【００２７】
Ｘ線単結晶方位測定装置１として，理学電機株式会社製２９９１Ｆ２を使用し，本発明にかかるウェハホルダー８を備えた。直流電源２２は，９Ｖの乾電池を２個直列接続したものとし，抵抗体２３の抵抗値は３３０Ωとし，電流検出器２５は赤色ＬＥＤランプとした。このＸ線単結晶方位測定装置１を用いて，４９枚のウェハＷについて，オリフラＦに対する（０１１）面のずれの検査を行った。各ウェハＷは，キャリア濃度３．４×１０１７ｃｍ−３のｎ型ＳｉドープＧａＡｓ単結晶の基板とし，オリフラＦは（０１１）面の劈開により形成した。図７は，本実施例の結果である。横軸はオリフラＦの面方位精度を測定されたずれの角度φで示しており，縦軸は各角度φの範囲内で検出された回数を示している。図７に示すように，（０１１）面からのずれは平均値３８．６秒，標準偏差９．０秒，最大値５６秒，最小値１８秒となり，ばらつきの小さな結果が得られた。方位測定後，２，０００ルクスの照度下で目視による外観検査を行ったところ，オリフラＦにチッピング等の損傷の発生はなかった。
【実施例２】
【００２８】
Ｘ線単結晶方位測定装置１として実施例１と同様のものを用いて，４９枚のウェハＷについて，オリフラＦに対する（０１１）面のずれの検査を行った。各ウェハＷは，キャリア濃度２．５×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＳｉドープＧａＡｓ単結晶の基板とし，オリフラＦは（０１１）面の劈開により形成した。その結果，（０１１）面からのずれは平均値３７．５秒，標準偏差８．１秒，最大値５５秒，最小値１９秒となり，実施例１と同様に，ばらつきの小さな結果が得られた。方位測定後，２，０００ルクスの照度下で目視による外観検査を行ったところ，オリフラＦにチッピング等の損傷の発生はなかった。
【００２９】
（比較例）
実施例１及び実施例２の効果を従来の技術と比較するため，比較実験を行った。Ｘ線単結晶方位測定装置１として理学電機株式会社製２９９１Ｆ２を使用し，ウェハホルダーは，回路２０を備えていない点を除いてウェハホルダー８と同様の構成を有する従来のものを使用した。このＸ線単結晶方位測定装置１を用いて，４９枚のウェハＷについて，オリフラＦに対する（０１１）面のずれの検査を行った。各ウェハＷは，実施例１で検査したものと全く同じものを使用した。図８は，比較実験の結果である。横軸はオリフラＦの面方位精度を測定されたずれの角度φで示しており，縦軸は各角度φの範囲内で検出された回数を示している。図８に示すように，（０１１）面からのずれは平均値３９．７秒，標準偏差１３．９秒，最大値７５秒，最小値−１１秒となり，ばらつきの大きな結果となった。これは，オリフラ当接治具１２Ａ，１２ＢとオリフラＦの乖離，又は，オリフラＦに対するオリフラ当接冶具１２Ａ，１２Ｂの食い込みによる誤差が発生したためと考えられる。方位測定後，２，０００ルクスの照度下で目視による外観検査を行ったところ，オリフラＦにおけるチッピング等の損傷の発生率は約３％であった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明にかかるＸ線単結晶方位測定装置の構成を示す説明図である。
【図２】ゴニオメータ部の側面図である。
【図３】Ｘ線発生部から照射される入射Ｘ線，オリフラ，Ｘ線検出部によって検出される回折Ｘ線を示す説明図である。
【図４】オリフラ当接治具とオリフラが乖離した状態を示す説明図である。
【図５】オリフラに対する（０１１）面のずれがある場合における，Ｘ線発生部から照射されるＸ線，オリフラ部，Ｘ線検出部によって検出されるＸ線を示す説明図である。
【図６】Ｘ線発生部から照射されるＸ線に対して，オリフラを回転させた状態を示す説明図である。
【図７】実施例１の実験結果を示すヒストグラムである。
【図８】比較例の実験結果を示すヒストグラムである。
【符号の説明】
【００３１】
Ｆ    オリフラ
Ｗ      ウェハ
１      Ｘ線単結晶方位測定装置
２      ゴニオメータ部
３      Ｘ線発生部
５      Ｘ線検出部
８      ホルダー
１０    ゴニオメータ
１２Ａ，１２Ｂ  オリフラ当接治具
２０    回路
２２    直流電源
２３    抵抗体
２５    電流検出器
【図１】
2005106606.tif 000003
【図２】
2005106606.tif 000004
【図３】
2005106606.tif 000005
【図４】
2005106606.tif 000006
【図５】
2005106606.tif 000007
【図６】
2005106606.tif 000008
【図７】
2005106606.tif 000009
【図８】
2005106606.tif 000010