(57)【要約】【課題】  単結晶物質に関する方位測定を、迅速かつ効率的に実現する。【解決手段】  測定対象となる単結晶物質における（１００），（１１０），（１１１）等の主要な格子面のおおよその方位があらかじめわかっていること、及びオリフラやノッチ等の方位マークの方位もおおよそわかっていることを前提とする。そして、指数のわかっている２面以上について、半導体Ｘ線検出器１０を用いたＥＤＸＲＤによるエネルギ分析を利用して回折ベクトルを算出することで、その算出結果に基づき全３軸方位を決定する。また、必要に応じて、カット面の主面方位や、方位マークの形成方位を算出する。【選択図】      図８
2013217825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の（イ）乃至（ホ）の手順を含むことを特徴とするＸ線結晶方位測定方法。
（イ）主要な格子面のおおよその方位及び方位マークが付されるべきおおよその方向が、あらかじめわかっている単結晶試料の試料面に対して垂直にＸ線を照射し、
当該単結晶試料における前記主要な格子面以外で指数のわかっている２以上の格子面を測定対象格子面として、
当該測定対象格子面から回折Ｘ線が反射してくるであろう理論上の方向に基準位置を設定し、
前記基準位置に半導体Ｘ線検出器を配置して、前記測定対象格子面から反射してきた回折Ｘ線のエネルギを、前記半導体Ｘ線検出器によって検出する。
（ロ）前記半導体Ｘ線検出器で検出した回折Ｘ線のエネルギに基づき、前記測定対象格子面から反射してきた回折Ｘ線のブラッグ角を求め、当該回折Ｘ線の軌道を含み前記単結晶試料の試料面に垂直な平面内における前記測定対象格子面の傾き角αを、前記求めたブラッグ角から算出する。
（ハ）前記基準位置に配置した半導体Ｘ線検出器の有感面の一部領域を遮蔽板で覆い、当該遮蔽板と前記試料及び前記半導体Ｘ線検出器とを、前記単結晶試料の試料面内で回転する方向に相対移動させ、その際の前記半導体Ｘ線検出器で検出された回折Ｘ線の強度変化に基づき、前記測定対象格子面の試料面内回転方向の傾き角φを算出する。
（ニ）前記求めた傾き角α及びφに基づき、前記測定対象格子面についての回折ベクトルを算出する。
（ホ）前記２以上の測定対象格子面について算出した回折ベクトルに基づき、前記単結晶試料における任意の格子面の方位を求める。
【請求項２】
前記単結晶試料は、面方位（００１）のＳｉ単結晶試料であり、前記測定対象格子面として、格子面（１１５）及び当該格子面（１１５）と面内回転方向に９０゜対称な位置に配置される格子面（１−１５）を選択して、当該格子面（１１５）及び（１−１５）からそれぞれ反射してくる回折Ｘ線に対して、前記（イ）乃至（ニ）の手順を実行して、前記（ホ）の手順で任意の格子面の方位を求めることを特徴とする請求項１のＸ線結晶方位測定方法。
【請求項３】
前記遮蔽板は、前記基準位置に配置した半導体Ｘ線検出器における有感面に対して、前記単結晶試料の試料面内で回転する方向の半分の領域を遮蔽するハーフシャッタであることを特徴とする請求項２のＸ線結晶方位測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶の結晶方位を測定するための測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、単結晶は、原子又は分子が規則正しく周期的に配列して成る物質である。従って、単結晶においては、結晶のどの場所でも結晶方位が同じである。例えば、産業界において単結晶として、半導体基板として用いられるＳｉ（シリコン）結晶や、発光ダイオードの基板として用いられるサファイヤ結晶等が知られている。
【０００３】
単結晶は、一般に、大きな塊であるインゴットの状態で生成され、製品として使用される際にはそのインゴットが、例えば、薄い板厚で円板形状のウエハ（Wafer）に切り出される。そして、そのウエハに対して、成膜処理、マスキング、エッチング、配線処理、ダイシング等といった各種の処理が施される。
【０００４】
単結晶は、通常、方向によって機械的、電気的、磁気的、光学的、熱的な性質が異なる。従って、結晶の性質を有効に利用して所望の製品を得るためには、結晶インゴットの方位を調べ、その方位に対して所定の方向に結晶インゴットを切断してウエハを作成する必要がある。
【０００５】
また、切り出されたウエハには、成膜処理等といった各種処理を結晶方位に対して正確に行うことができるようにするために、方位の基準を示すマーク（以下、方位マークという）を付す必要がある。この方位マークは、従来、切削加工、研磨加工等によって形成された平面であるオリフラ面（オリエンテーションフラット面）や、切削工具等によって形成されたＶ字形状の溝であるノッチ（Notch）等として知られている。
【０００６】
さらに、作成されたウエハの方位が切断面に対して許容される角度範囲内に入っているかどうかの検査や、ノッチ等といった方位マークが結晶方位に対する所望の位置に形成されたかどうかの検査、等を行う必要がある。
【０００７】
従来、単結晶インゴットの所定の結晶方位に方位マークを形成し、さらに単結晶インゴットを所定の結晶方位に沿って切り出す方法として、図１の工程図で示す方法が知られている。この従来の方法においては、まず、工程Ｐ１０１において両端切断工程を実行する。具体的には、図２に示す未加工の単結晶インゴット１０１の両端の円錐状部分を切断して、円筒形状の単結晶インゴット１０２を形成する。単結晶インゴット１０２の外周面は結晶成長時のままで不規則な凹凸を有した状態である。
【０００８】
次に、工程Ｐ１０２において、単結晶インゴット１０２の外周面を円筒研削機を用いて
研削して、外周加工済みの単結晶インゴット１０３を形成する。次に、工程Ｐ１０３にお
いて、第１の結晶方位測定装置を用いて方位マーク、例えばノッチを加工すべき位置を検出する。第１の結晶方位測定装置は、例えば、単結晶インゴット１０３の外周面にＸ線を照射し、そのインゴット１０３を自身の中心軸の回りに回転させることにより、ノッチを加工すべき方位を検出する。
【０００９】
第１の結晶方位測定装置は、特性Ｘ線を試料に照射したときに得られる回折Ｘ線に基づいて測定を行うものであり、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されている。
【００１０】
次に、工程Ｐ１０４においてノッチ加工を行う。具体的には、インゴット１０３の外周
面上であってノッチを加工すべき位置として検出された位置に、断面三角形状の切削工具を用いて、断面Ｖ字形状の溝であるノッチを、図２の符号１０４で示すように、軸方向に直線的に形成する。このノッチ１０４により、単結晶インゴット１０５内の結晶方位を認識でき、その後のインゴット１０５に対する種々の処理を所望の結晶格子面に対して正確に行うことができる。
【００１１】
次に、工程Ｐ１０５において、中間材としてのカーボンをインゴット１０５の所定位置
に貼り付けてプレートを形成し、そのプレートに基準金具を貼り付ける。次に、工程Ｐ１０６において、インゴット１０５の基準金具を基準として第２の結晶方位測定装置によってインゴット１０５の一方の端面の面方位を測定する。
【００１２】
第２の結晶方位測定装置は、特性Ｘ線を試料に４方向又は２方向から照射したときに得られる回折Ｘ線に基づいて測定を行うものであり、例えば特許文献４に開示されている。
また、４方向又は２方向からの測定については、例えば特許文献５にその根拠が詳しく示されている。
【００１３】
次に、工程Ｐ１０７においてウエハリング処理を実行する。具体的には、測定された面方位に基づいてインゴット１０５の基準金具の方位を修正し、そして、ウエハリング装置に備えられたマルチワイヤソ一によってインゴット１０５から複数枚のウエハ１０６を1回の工程で切り出す。
【００１４】
次に、工程Ｐ１０８において、第３の結晶方位測定装置によってウエハ面方位及びノッチ方位を検査する。第３の結晶方位測定装置は、例えば、ノッチに嵌合する断面Ｖ字形状の位置決め部材によってウエハを位置決めした状態で、ウエハ面にＸ線を照射することによって行われる。
【００１５】
第３の結晶方位測定装置は、特性Ｘ線を試料に４方向又は２方向から照射したときに得られる回折Ｘ線に基づいて測定を行うものであり、例えば、特許文献５に開示されている。また、多方向からのＸ線照射によるものではないが、切断面と格子面との偏差角δをＸ線回折によって求める方法が特許文献６に開示されている。また、ノッチ方位を測定する装置は、例えば、特許文献7に開示されている。
【００１６】
上記の従来の結晶方位測定装置において、第１、第２及び第３の結晶方位測定装置はいずれも特性Ｘ線を試料に照射したときに得られる回折Ｘ線に基づいて測定を行っている。
また、第１の結晶方位測定装置はノッチ方位を検出するための専用機であり、第２の結晶方位測定装置はインゴット切断面の方位を検出するための専用機である。さらに、第３の結晶方位測定装置はウエハの主面方位とノッチ方位をそれぞれ個別に測定する。
【００１７】
このように、特性Ｘ線を用いた従来の方位測定装置は面方位とノッチ方位とをそれぞれ個別に測定していた。そのため、測定のために長時間を要するという問題があった。また、測定に際して４方向又は２方向から試料へＸ線を照射させなければならないことから、Ｘ線光学系を回転移動や直線移動させなければならず、ゆえに適用される結晶方位測定装置は構造が複雑となる問題があった。
【００１８】
なお、近年では、単結晶インゴットは大型になってきており、その直径は３００ｍｍのように大きくなっている。そして、今後は、直径が４５０ｍｍのような、さらに大型の単結晶インゴットも実用に供されることが予測されている。特許文献４に開示された測定装置では、基準金具によって単結晶インゴットを位置不動に保持した状態でＸ線光学系の方を単結晶インゴットに対して移動させることにより、大型の単結晶インゴットを支障なく測定できるようにしている。
【００１９】
ところで、従来、ラウエ法を用いた結晶方位測定装置が知られている。例えば、特許文献８及び特許文献９にそのような装置が開示されている。ラウエ法は、一般に、コリメータによって小径の平行ビームに絞った連続Ｘ線を試料に照射し、波長の相違に応じて異なる角度で生じた回折線を2次元Ｘ線検出器によってラウエ斑点として検出する方法である。
【００２０】
特許文献８及び特許文献９は、単結晶物質（すなわち、シングルドメイン構造の物質）についての方位測定ではなく、主に、サブグレイン構造又はリネージ（Lineage）構造の物質についての結晶方位を測定することを目的としている。サブグレイン構造とは、シングルドメイン構造の結晶を得ることが困難で、多くの結晶粒から構成された結晶のことであり、例えば、螢石結晶（ＣａＦ２；Fluorite）、マグネシア（ＭｇＯ）結晶、フェライト結晶等においてこのサブグレイン構造が含まれる。
【００２１】
また、リネージ構造とは、一種の欠陥構造であり、そのため、場所により結晶の方位が連続的に変化していく振舞いを見せることがある構造である。例えば、酸化物結晶であるサファイヤ、ＬＮ（ニオブ酸リチウム；ＬｉＮｂＯ２）、ＬＴ（タンタル酸リチウム；ＬｉＴａＯ２）等においてこのリネージ構造が含まれる。
【００２２】
特許文献８には、カメラ長を１００〜３００ｍｍのように比較的長く設定してラウエ斑点の中心斑点だけを検出し、その中心斑点から格子面法線を算出する技術が開示されている。特許文献９には、カメラ長を３５ｍｍ程度のように比較的短く設定することにより全３軸方位測定（すなわち、結晶の外形に対して結晶軸がどのような方向に形成されているかを調べる測定）を行い、カメラ長を長く設定することにより面方位測定（すなわち、特定の格子面の法線方向を調べる測定）を行うという技術が開示されている。
【００２３】
特許文献８及び特許文献９には、ラウエ法を用いて単結晶の全３軸方位測定や面方位測定を行うことが開示されているが、ノッチ等といった方位マークを単結晶物質に付することについては、これらの公報には全く触れられていない。
【００２４】
これら特許文献８及び特許文献９に開示された発明は、本出願に係る発明者（本発明者）により先に提案されたものである。
さらに本発明者は、単結晶物質に関して、面方位及びノッチ等の方位マークが形成された方位の両方の方位測定を、ラウエ法に基づいた簡易な構成の結晶方位測定装置を用いて迅速かつ効率的に実現できるのではないかとの着想に基づき鋭意検討を重ね、既に、Ｘ線結晶方位測定装置及びＸ線結晶方位測定方法の発明を提案している（特願２０１０−２２００８８号）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開平３−２５５９５１号公報、（第２〜３頁、第１図）
【特許文献２】特開平３−２５５９４８号公報、（第３〜４頁、第２〜４図）
【特許文献３】特開平１１−０１４５６０号公報（第１〜５頁、図１）
【特許文献４】特開平９−０３３４５６号公報（第４頁、図３）
【特許文献５】特開昭５７−１３６１５１号公報（第４〜５頁、第４図）
【特許文献６】特開昭５７−１３６１５０号公報（第２〜５頁、第３図）
【特許文献７】特開平６−１６７４６３号公報（第３〜４頁、図２，３）
【特許文献８】特開２００５−１２１３７２号公報（第５〜９頁、図１）
【特許文献９】特開２００５−２４１５７８（第５〜１２頁、図２，４）
【特許文献１０】ＤＥ１９９０７４５３Ａ１
【非特許文献】
【００２６】
【非特許文献１】INTERNATIONL TABLES FOR X-RAY CRYSTALLOGRAPHY / VOL.IV Section3 / WALTER C. HAMILTON / 3.4.2項 Determination of U from two reflections
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明は、本発明者による上記の知見に鑑みてなされたものであり、先に提案した特許文献８及び特許文献９の発明や、特願２０１０−２２００８８号に係る発明とは異なる新たな手法をもって、単結晶物質に関する方位測定を迅速かつ効率的に実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、特許文献８及び特許文献９に開示された発明や、特願２０１０−２２００８８号に係る発明と同様、ラウエ法を用いた結晶方位測定を前提としている。
〔従来のラウエ法を用いた面方位測定法の原理〕
図３は、特許文献８及び特許文献９に開示された面方位測定法の原理図を示している。この原理図において、（ｘ，ｙ，ｚ）直交座標系のｘｙ平面は、試料面にー致している。特許文献８及び特許文献９に開示された面方位測定方法では、入射Ｘ線はｙｚ平面内にあり、試料面に対して角度ωで入射し、原点に照射される。Ｘ線は、ほぼ試料面に平行な格子面で回折される。
【００２９】
回折像であるラウエ像は、同じくｙｚ平面上にあって角度ωのＸ線出射方向に配置された２次元Ｘ線検出器、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラの受光面で捕えられる。ＣＣＤ受光面における回折像の位置から回折線ベクトルkが求められ、図３に示した簡単なべクトル計算により格子面法線ベクトルＶを計算できる。
【００３０】
面方位は、格子面法線ベクトルＶを単位ベクトルに変換した後、その成分Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ及び図４に示す方位角α及び方位角βで表現できる。方位角αは、試料面法線（ｚ軸）と格子面法線の成す角である。方位角αは格子面の最大の傾き角である。方位角βは、格子面法線のｘｙ平面（試料面）への投影線とｘ軸との成す角である。方位角βは格子面の傾き方向である。面方位を方位角α及びβで表現することに代えて、互いに直交するｘ軸，ｙ軸の２方向の傾き角δxz、δyzに分解して出力することも可能である。
【００３１】
〔本発明に係るＸ線結晶方位測定方法の概要〕
本発明に係るＸ線結晶方位測定方法も、面方位を、格子面法線ベクトルＶを単位ベクトルに変換した後、その成分Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ及び方位角α及び方位角βで表す基本原理は、特許文献８及び特許文献９に開示された面方位測定法と同様である。
【００３２】
本発明に係るＸ線結晶方位測定方法では、Ｘ線を試料面に垂直に入射させる。
そして、格子面から回折してきた回折Ｘ線を、ＳＤＤ（silicon drift detector）等の半導体Ｘ線検出器を用いて、ＥＤＸＲＤ（エネルギ分散Ｘ線回折法：Energy Dipersive XRD）の原理に基づいて検出する手法を採用している。
【００３３】
本発明では、測定対象となる単結晶物質における（１００），（１１０），（１１１）等の主要な格子面のおおよその方位があらかじめわかっていること、及びオリフラやノッチ等の方位マークを付すべきおおよその方向も概ねわかっていることこと、が前提となる。
そして、指数のわかっている２面以上について、半導体Ｘ線検出器を用いたＥＤＸＲＤによるエネルギ分析等を利用して傾きを求め、当該傾きから回折ベクトルを算出し、その算出結果に基づき全３軸方位を決定する。また、必要に応じて、カット面の主面方位や、方位マークの形成方位を算出する。
【００３４】
〔ＥＤＸＲＤによる結晶方位測定の基本原理〕
次に、本発明が採用するＥＤＸＲＤによる結晶方位の基本原理を説明する。
図５は、ＥＤＸＲＤを利用した結晶方位測定の基本原理を示している。コリメータ等で平行化して方向付けされた連続Ｘ線（連続波長のＸ線）が、面間隔ｄの格子面１に対し入射角θで入射すると、（１）に示すＢｒａｇｇの式で与えられる波長λが選択され、回折Ｘ線を生じる。
【数１】
2013217825.tif 000003
Ｘ線波長λとエネルギＥの関係は次のとおりであり、これにＢｒａｇｇの式を適用すると、
【数２】
2013217825.tif 000004
の関係を得る。
ここで、ｈはプランク定数、ｃは光速度である。
格子面１の面間隔ｄはÅ単位、エネルギＥはｋｅＶ単位での計算となる。これが、ＥＤＸＲＤの基本式である。
【００３５】
この基本式を用いた計算例を以下に示す。
Ｓｉ（００４）、ｄ＝１．３５７６３Å、θ＝２０°とすると、Ｅ＝１３．３５２ｋｅＶとなる。
格子面の傾きが符号１ａで示すようにΔθだけ変化すると、その変化に伴い回折Ｘ線の反射方向も変化するとともに、エネルギＥも変化する。例えば、Δθ＝−０．１°だけ格子面１の傾きが変化して、θ＝１９．９°になると、エネルギはＥ＝１３．４１７ｋｅＶに変化する。変化分は、ΔＥ＝＋６５である。
【００３６】
さらに、この１／５の角度変化Δθ＝０．０２°を捕らえるためには、エネルギの変化分でΔＥ＝１３ｅＶを捕らえることできるＸ線検出器の性能が求められる。近年市販されているＳＤＤの性能をもってすれば、このエネルギの変化分は十分に捕らえることができる。
【００３７】
エネルギの変化分は、（２）式を微分して次式（３）又は（４）によっても計算できる。
【数３】
2013217825.tif 000005
又は、
【数４】
2013217825.tif 000006
【００３８】
また、回折線は、格子面１の傾きの倍だけ方向も変わる。したがって、測定可能なΔθ範囲は、Ｘ線検出器の有感面（検出面）における有感面積で決まる。
【００３９】
〔本発明の構成〕
本発明に係るＸ線結晶方位測定方法は、次の（イ）乃至（ホ）の手順を含むことを特徴としている。
（イ）主要な格子面のおおよその方位及び方位マークが付されるべきおおよその方向が、あらかじめわかっている単結晶試料の試料面に対して垂直にＸ線を照射し、
当該単結晶試料における主要な格子面以外で指数のわかっている２以上の格子面を測定対象格子面として、
当該測定対象格子面から回折Ｘ線が反射してくるであろう理論上の方向に基準位置を設定し、
基準位置に半導体Ｘ線検出器を配置して、測定対象格子面から反射してきた回折Ｘ線のエネルギを、半導体Ｘ線検出器によって検出する。
（ロ）半導体Ｘ線検出器で検出した回折Ｘ線のエネルギに基づき、測定対象格子面から反射してきた回折Ｘ線のブラッグ角を求め、当該回折Ｘ線の軌道を含み単結晶試料の試料面に垂直な平面内における測定対象格子面の傾き角αを、求めたブラッグ角から算出する。
（ハ）基準位置に配置した半導体Ｘ線検出器の有感面の一部領域を遮蔽板で覆い、当該遮蔽板と試料及び半導体Ｘ線検出器とを、単結晶試料の試料面内で回転する方向に相対移動させ、その際の半導体Ｘ線検出器で検出された回折Ｘ線の強度変化に基づき、測定対象格子面の試料面内回転方向の傾き角φを算出する。
（ニ）求めた傾き角α及びφに基づき、測定対象格子面についての回折ベクトルを算出する。
（ホ）２以上の測定対象格子面について算出した回折ベクトルに基づき、単結晶試料における任意の格子面の方位を求める。
【００４０】
上述したように、本発明に係るＸ線結晶方位測定方法の測定対象となる単結晶試料は、主要な格子面のおおよその方位及び方位マークが付されるべきおおよその方向が、あらかじめわかっていることが必要である。ここで、「おおよその方向、おおよその方位」とは、測定対象格子面から反射してきた回折Ｘ線を有感面に入射できるよう、半導体Ｘ線検出器をあらかじめ配置できる程度に、それらの方位や方向がわかっていなければならないことを意味する。
あらかじめわかっているこれら「主要な格子面のおおよその方位及び方位マークが付されるべきおおよその方向」が、当該主要な格子面の正確な方位や、当該方位マークが付される正確な方向からずれていることを前提として、そのずれを検出するのが本発明に係るＸ線結晶方位測定方法である。
【００４１】
〔特許文献１０に開示された発明との相違点〕
特許文献１０のドイツ特許出願には、単結晶試料にＸ線を照射し、単結晶試料の格子面から反射してくる回折Ｘ線のエネルギを検出することで、同料の格子面の方位を決定する方法が開示されている。
かかる特許文献１０に開示された発明と、本出願に係る発明（本発明）との主な相違点は、次のとおりである。
まず、単結晶試料の試料面に対するＸ線の入射角を、本発明では垂直に設定するのに対して、特許文献１０の発明では斜め方向から入射させている。
また、本発明では、回折Ｘ線のエネルギに基づき上記傾き角αを求めるとともに、遮蔽板を用いた回折Ｘ線の反射角度位置の測定により上記傾き角度φを求め、これらから測定対象格子面についての回折ベクトルを算出して、単結晶試料における任意の格子面の方位を求めている。
本発明はかかる手法により、単結晶試料の面方位、及び方位マークが付されるべき方位
の全３軸の方位を一連の手法で求めることができる。
これに対して、特許文献１０に開示された発明では、回折Ｘ線のエネルギだけを利用しており、Ｘ線検出器を固定配置するだけで走査することはない。このため、一見すると測定が簡易化されているように思われるが、単結晶試料の面方位しかもとめることができず、方位マークが付されるべき方位を求めるには、別の測定操作が必要となるため、全３軸の方位を測定する場合は、本発明の方が迅速かつ効率的である。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、単結晶物質に関する方位測定を迅速かつ効率的に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来の単結晶インゴットの加工処理方法を示す工程図である。
【図２】図１の工程図に対応した単結晶インゴットの加工工程を示す図である。
【図３】ラウエ法を用いた面方位測定の原理を示す図である。
【図４】方位角α、βの定義を示す図である。
【図５】ＥＤＸＲＤを利用した結晶方位測定の基本原理を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るＸ線結晶方位測定方法の測定対象となるＳｉ単結晶インゴットの一般的な加工処理方法を示す工程図である。
【図７】図６の工程図に対応した単結晶インゴットの加工工程を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係るＸ線結晶方位測定方法を実施するための装置構成の概要を示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態における測定装置への試料の取り付けと、１１５反射の利用について説明するための図である。
【図１０】本発明の実施形態におけるハーフシャッタによる回折線方向の決定ついて説明するための図である。
【図１１】本発明の実施形態におけるハーフシャッタによる回折線方向の決定に際して行われるＲＯＩの設定について説明するための図である。
【図１２】本発明の実施形態における回折ベクトルの算出について説明するための図である。
【図１３】本発明の実施形態における方位マトリックスＵの決定について説明するための図である。
【図１４】本発明の実施形態における結晶方位検査及び修正加工に必要な角度の算出について説明するための図である。
【図１５】本発明の他の実施形態におけるＸ線検出器を２台搭載しての並行処理について説明するための図である。
【図１６】本発明の他の実施形態におけるハーフシャッタによる回折線方向の決定について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態では、Ｓｉ単結晶のインゴット又は同インゴットから切り出されたウエハを測定対象として、その面方位及びノッチ等の方位マークが形成された方位の両方を同時測定する方法を説明する。ただし、本発明の測定対象はこれに限定されず、各種の単結晶の方位測定に適用可能であることは勿論である。
【００４５】
〔単結晶インゴットの加工処理方法〕
まず、図６及び図７を参照して、本実施形態に係るＸ線結晶方位測定方法の測定対象となるＳｉ単結晶インゴットの一般的な製造過程について説明する。
なお、Ｓｉ単結晶インゴットの棒軸は＜００１＞であり、面方位が（１００）でノッチを（１１０）に付けたウエハを製造するものとする。
【００４６】
工程Ｐ１において、両端切断工程を実施する。具体的には、図７に示す未加工の単結晶インゴット２１１の両端の円錐状部分を切断して、円筒形状の単結晶インゴット２１２を形成する。Ｓｉ単結晶インゴット２１１は（１１０）に対応する外周面に４個の晶癖線２０３を有している。単結晶インゴット２１２の外周面は、結晶成長時のままで不規則な凹凸を有した状態である。
【００４７】
次に、工程Ｐ２において、晶癖線２０３に対応したインゴット２１２の端面位置に、目印となるケガキ線２０４を付ける。そして、工程Ｐ３において、単結晶インゴット２１２の外周面を円筒研削機を用いて研削して、外周加工済みの単結晶インゴット２１３を形成する。
【００４８】
続いて、工程Ｐ４において、インゴット２１３の面方位及びノッチ方位の両方を同時に求める。この工程Ｐ４において、後述する本実施形態に係るＸ線結晶方位測定方法を使うことができる。
【００４９】
次に、求められた面方位及びノッチ方位に基づいて、工程Ｐ５において、研削済みインゴット２１３の外周の（１１０）にノッチ２１４を加工によって形成する。そして、ウエハリング装置に備えられたマルチワイヤソ一によってインゴット２１５から複数枚のウエハ２１６を1回の工程で切り出す。
【００５０】
その後、、工程Ｐ６において、切り出されたウエハ２１６に対して、ウエハ面方位及びノッチ方位の検査が実施される。この検査にも後述する本実施形態に係るＸ線結晶方位測定方法を使うことができる。
【００５１】
〔本実施形態に係る測定方法を実施するための装置構成〕
図８は本実施形態に係るＸ線結晶方位測定方法を実施するための装置構成の概要を示す模式図である。
同装置には、あらかじめ直交座標（ｘ，ｙ，ｚ）が設定されている。測定対象となるＳｉ単結晶の試料１０は、後述するとおり、ｘｙ平面上に試料面１０ａが配置される。すなわち、試料面法線はｚ軸に合わせて位置決めされる。
Ｘ線は、Ｘ線源１１から放出され、コリメータ１２で平行化された後、試料１０の試料面１０ａに垂直にｚ軸方向から入射する。
試料１０は、面内回転（φ回転）ができる。面内回転とは、ｚ軸周りの回転である。なお、試料１０を固定して、Ｘ線検出器１３を含む赤道面（ｙｚ平面）をｚ軸周りに回転させてもよい。
【００５２】
Ｘ線検出器１３は、赤道面内でｘ軸の回りに回転移動(２θ回転）できるようになっている。この２θ回転により、Ｘ線検出器１３の有感面（Ｘ線検出面）を、狙った格子面から回折Ｘ線が反射してくる方向へ位置決めすることができる。２θの角度は、試料１０へのＸ線の入射方向に対する回折Ｘ線の反射方向のなす角度であって、本実施形態ではｚ軸方向にＸ線を入射させるため、ｘｙ平面上に沿って回折Ｘ線が反射したとき２θ＝９０°となる。２θの角度設定は、Ｘ線検出器１３が試料１０やコリメータ１２と干渉しない範囲１１０〜１６０°で設定される。
【００５３】
本発明は、試料１０の格子面から反射してきた回折Ｘ線のエネルギを検出するために、エネルギ分解能が高い半導体Ｘ線検出器を採用している。本実施形態では、特に小型で冷却媒体としての液体窒素が不要なＳＤＤ（silicon drift detector）をＸ線検出器１３として採用している。
【００５４】
Ｘ線検出器１３の前面には、Ｘ線を遮蔽するハーフシャッタ１４（遮蔽板）が開閉自在に配置してある。ハーフシャッタ１４は、開いているときはＸ線検出器１３の有感面を遮蔽しない。一方、ハーフシャッタは、閉じた状態のときは端面が赤道面に一致し、Ｘ線検出器の有感面の半分を覆うように設定してある。
【００５５】
〔Ｘ線結晶方位測定方法の具体例〕
次に、面方位（００１）のＳｉ単結晶を測定対象とした方位測定方法について説明する。
本実施形態では、２つの（１１５）格子面から反射してくる回折Ｘ線に着目して結晶方位を測定する。ただし、Ｘ線検出器による検出が可能な回折Ｘ線であれば、（１１５）格子面以外からの回折Ｘ線に着目することも可能である。もっとも、Ｘ線検出器と周囲の構成要素との干渉を回避し、十分大きなエネルギをもつ回折Ｘ線としては、（１１５）格子面から反射してくる回折Ｘ線が好適である。
【００５６】
＜1.  測定装置への試料の取り付けと、１１５反射の利用について＞
まず、図９（ａ）（ｂ）に示すように、試料１０を代表する直交座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を試料面１０ａ上に定める。すなわち、ｚ軸は、試料面法線方向に合わせる。そして、ウエハであれば、ノッチやオリフラ等の方位マーク１０ｂが形成された方向をｙ軸とする（図９（ａ））。また、インゴット状の試料の場合は、円筒研削する前に晶癖線から知ることのできる方位マークの形成予定方向１０ｃをｙ軸とする（図９（ｂ））。
このように試料１０を代表する直交座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定めることで、当該直交座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と図９（ｃ）に示す試料の格子面（１１５）における結晶軸座標（ａ，ｂ，ｃ）との関係は、ｚ軸とｃ軸はほぼ一致し、ａ軸，ｂ軸とｘ軸，ｙ軸はほぼ４５°回転した配置になる。
なお、図９（ｃ）に示す試料の結晶軸座標（ａ，ｂ，ｃ）は、ａ軸が[１００]、ｂ軸が[０１０]、ｃ軸が[００１]である。
【００５７】
本実施形態において、回折に利用しようと狙う試料の格子面は（１１５）とする。Ｖ１１５は、その格子面法線ベクトルである。格子面（１１５）によるＸ線の回折を「１１５反射」と呼ぶ。
格子面法線ベクトルＶ１１５は、ｃ軸［００１］に対して１５．７９°傾いている。
（１１５）と等価な格子面は、ｃ軸またはｚ軸の回りに４回回転対称に配置されている。その格子面法線ベクトルの傾き方向は、ほぼｘ軸およびｙ軸方向に向かっている状況である。各軸の配置は、図９（ｄ）に示す簡略化したステレオ投影図に示すとおりである。
【００５８】
試料１０を、図８に示した測定装置の基準面（測定装置に設定された直交座標のｘｙ平面）に配置し、試料座標のＸ軸，Ｙ軸と装置座標のｘ軸，ｙ軸を平行に設定することにより、Ｘ線検出器１３で１１５反射を捕らえることができるようになる。Ｘ線源１１からのＸ線は、コリメータ１２を通して試料１０の試料面１０ａに対して垂直に照射される。
【００５９】
Ｓｉ単結晶における１１５反射は、表１に示すとおり、結晶表面（試料面）に垂直入射のとき、理想方位で計算されるブラッグ角θは７４．２０°であり、Ｘ線検出器を配置する２θ角は１４８．４１°になり、回折して選択されるＸ線のエネルギは６．０５ｋｅＶである。
【表１】
2013217825.tif 000007
【００６０】
＜２．  Ｘ線検出器（ＳＤＤ）によるエネルギ分析＞
そこで、Ｘ線検出器１３を配置する２θ角を１４８．４１°に設定し、試料測定を開始する。
まず、ハーフシャッタ１４を開いた状態にして、試料１０の試料面１０ａに対してＸ線を垂直に照射し、Ｘ線検出器（ＳＤＤ）１３により１１５反射の回折線を一定時間計数する。このようにして検出された回折Ｘ線のスペクトルを分析して、ピーク中心のエネルギＥを求める。エネルギＥに対応するブラッグ角θは、（２）式を変換した次式から求めることができる。
【数５】
2013217825.tif 000008
なお、（２）式における数値１２．４は、より正確には１２．３９８４３であり、上記（５）式にはこの数値を代入してある。
【００６１】
＜３．  格子面の傾き算出＞
測定したエネルギ値Ｅから、（５）式を用いて試料のブラッグ角θを求めることができる。Ｚ軸と格子面（１１５）との間に傾きがないときのブラッグ角（理論値）は、表１のとおりθ＝７４．２０７°である。したがって、測定したエネルギ値Ｅから求めたブラッグ角θ（測定値）と上記ブラック角（理論値）との差ΔθＹは、次のように算出することができる。
ΔθＹ＝θ−７４．２０７°
この値は、Ｙ軸方向の格子面（１１５）の傾きの変化分になる。
【００６２】
また、Ｚ軸と格子面（１１５）との間に傾きがないときの回折Ｘ線のＺ軸からの傾き角（理想方位での傾き角）は、表１のとおりα１１５＝１５．７９３°である。そして、実際に検出された回折Ｘ線回折のＺ軸からの傾き角α１１５は、このΔθＹと上記理想方位での傾き角とにより、次のように算出することができる。
α１１５＝ΔθＹ＋１５．７９３
【００６３】
＜４．  ハーフシャッタによる回折線方向の決定＞
次に、分析したエネルギ近傍のチャンネルにＲＯＩ（関心領域：region of interest)を設定し、設定領域の回折強度をモニターする。
【００６４】
図１０（ａ）に示すように、ハーフシャッタ１４を閉じた状態で固定し、試料１０を面内回転（ｚ軸周りに回転）させてφ角スキャンする。試料１０の面内回転に伴い、Ｘ線検出器１３の有感面１３ａに入射する１１５反射の回折Ｘ線の回折スポットＰ（回折Ｘ線の入射中心スポット）が、ハーフシャッタ１４に対して図１０（ａ）の左方向へ相対移動する。そして、Δφだけ試料１０が面内回転したとき、ハーフシャッタ１４が回折スポットＰを覆う。
【００６５】
このφ角スキャン操作により、同図（ｂ）に示すようなステップ関数状の強度プロファイルが得られる。そして、スキャン前の基準角度φからＸ線の強度レベルが半分になるまでに移動したスキャン角度Δφが、理想方位での回折Ｘ線の傾き角からのズレ角となる。このズレ角Δφを加味することで、回折Ｘ線の方向φ１１５を求めることができる。
なお、回折スポットの位置は、同図（ｃ）に示すようにステップ関数状の強度プロファイルを微分処理して得たピーク値によって求めることもできる。
【００６６】
以上の操作と測定で、α１１５とφ１１５を得ることができる。そして、α１１５とφ１１５により、１１５反射の回折ベクトル（すなわち、面法線ベクトルＶ１１５）を決定することができる。回折ベクトルは、後述する（６）式のα，φに、上述のとおり求めたα１１５とφ１１５を代入することで算出できる。
【００６７】
同様に、上記２〜４の項で示した操作と測定を、試料のＸ軸を測定装置のｙ軸方向に向けて行い、α１−１５とφ１−１５を調べることによりＶ１−１５を決定することができる。
φ角の基準として、Ｚ軸方向をゼロとする。すると、φ１−１５はゼロ度近傍の値となり、φ１１５は９０°近傍の値となる。
【００６８】
ここで、上述したＲＯＩの設定について説明する。Ｘ線検出器（ＳＤＤ）１３で検出されたＸ線は、電気パルスに変換された後、マルチチャンネルパルスハイトアナライザで分析すると、図１１のようなエネルギピークプロファイルをもって示される。「分析したエネルギ近傍のチャンネルにＲＯＩを設定する」とは、エネルギピークの上限と下限を設定して、その間に挟まれるＸ線パルスのカウント数の積分値を計測する、という意味である。φ角をステップ移動とＸ線パルスのカウントを繰り返し行えば、図１０（ｂ）に示すφ角対Ｘ線強度プロファイルが得られる。仮に、Ｘ線検出器（ＳＤＤ）１３の有感面（Ｘ線検出面）に別反射が混入しても、エネルギが異なるので、ＲＯＩを設定し、その領域のＸ線だけを検出することで、φ調整には混乱はきたさない。
【００６９】
＜５．  回折ベクトルの算出＞
図１２に示すように、回折ベクトルＶは、試料を代表する座標（ｘ，ｙ，ｚ）を用い、次の単位ベクトルで計算できる。
【数６】
2013217825.tif 000009
なお、図１２において、符号ｍの破線は、ＶｈｋｌのＸＹ平面への投影線であり、また回折Ｘ線ｋのＸＹ平面への投影線でもある。
【００７０】
＜６.  方位マトリックスＵの決定＞
一方、結晶軸座標（ａ，ｂ，ｃ）で表した対応する格子面（ｈｋｌ）の面法線ベクトル（指数ベクトル）は、単位ベクトルで、次のように表される。
【数７】
2013217825.tif 000010
測定した指数は既知なので、計算するだけである。
ここで、Ｖとｈの間には、次の関係がある。
【数８】
2013217825.tif 000011
【００７１】
Ｖとｈの両者をつなぐ変換マトリックスＵは、方位マトリックス(orientation matrix）と呼ばれる３行３列の正規直交行列である。
Ｕの決定には、一次独立な３つのベクトルの組が必要である。そこで、測定された２つの組Ｖ１，ｈ１とＶ２，ｈ２とにより、次の手順で３つのベクトルの組を発生させる。
この方法は２反射法と称される。２反射法によるＵの決定方法はすでに公知であり、例えば、非特許文献１に開示されている。
【００７２】
この場合、Ｖ１＝Ｖ１−１５，ｈ１＝ｈ１−１５とし、Ｖ１＝Ｖ１１５，ｈ１＝ｈ１１５として以下の計算を実行すればよい。
まず、図１３（ａ）に示すように、Ｖ１とＶ２のベクトル積及びｈ１とｈ２のベクトル積より、Ｖ３，ｈ３のベクトル積を発生させる。これを単位ベクトルに直して、
Ｖ３＝Ｖ１×Ｖ２／｜Ｖ１×Ｖ２｜
ｈ３＝ｈ１×ｈ２／｜ｈ１×ｈ２｜
を得る。
【００７３】
さらに、測定値には誤差が伴うので、その後の計算に混乱をきたさないようにするため、図１３（ｂ）に示すように、Ｖ１とＶ３に直交するＶ４と対応するｈ４を、次のように発生させる。
Ｖ４＝Ｖ３×Ｖ１
ｈ４＝ｈ３×ｈ１
なお、ベクトル積の順序は、図１３（ａ）（ｂ）に矢印で示すとおりである。
【００７４】
このようにして得られた、互いに直交するＶ１，Ｖ３，Ｖ４及びｈ１，ｈ３，ｈ４を用いて、
【数９】
2013217825.tif 000012
を得る。
Ｖ＝（Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４）
Ｈ＝（ｈ１，ｈ３，ｈ４）
とすると、（９）式は次のようになる。
【数１０】
2013217825.tif 000013
これを次のように解いてＵを決定する。
【数１１】
2013217825.tif 000014
このようにしてＵが決定できれば、あらゆる指数の格子面に対してその格子面法線ベクトルが、（８）式を用いて試料を代表する座標(Ｘ，Ｙ，Ｚ)で計算できる。
【００７５】
＜７．  結晶方位検査及び修正加工に必要な角度の算出＞
上記６の項において決定された方位マトリックスＵを用いて、（７）式で計算される指数ベクトルと（８）式とにより、試料座標（ｘ，ｙ，ｚ）における任意の格子面の面法線ベクトルが計算できる。
【００７６】
ウエハ又はインゴットの主面は（００１）でありノッチやオリフラ等の方位マークをつける方向は、＜１１０＞なので、（７）式でｈ００１，ｈ１１０を計算すれば、Ｖ００１，Ｖ１１０が（８）式により次のように計算できる。
【数１２】
2013217825.tif 000015
【数１３】
2013217825.tif 000016
【００７７】
計算されたＶ００１のＸ成分をＶＸ、Ｙ成分をＶＹ、Ｚ成分をＶＺとすれば、主面の（００１）のＸＺ断面の傾き角δＸ、ＹＺ断面の傾き角δＹが、（１４）式及び（１５）式で計算できる。さらに、最大の傾き角αとそのＸＹ平面での方向角βが、（１６）式及び（１７）式で計算できる（図１４参照）。
なお、図１４において、Ｙ軸はノッチやオリフラなどの方位マークの方向であり、破線ｎはＶ００１のＸＹ平面への投影線である。
【数１４】
2013217825.tif 000017
【数１５】
2013217825.tif 000018
【数１６】
2013217825.tif 000019
【数１７】
2013217825.tif 000020
【００７８】
また、オリフラやノッチの形成方向については、計算されたＶ１１０のＸ成分をＮＸ、Ｙ成分をＮＹ、Ｚ成分をＮＺとすると、図１４の角度εを（１８）式で計算することができる。
【数１８】
2013217825.tif 000021
【００７９】
他に必要な角度があれば、これらの成分を用いて如何様な角度も計算が可能である。
【００８０】
〔その他の実施形態〕
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形実施や応用実施が可能である。
例えば、次のような手法によって実施することもできる。
【００８１】
＜Ｘ線検出器を２台搭載しての並行処理＞
図１５に示すように、測定装置にＸ線検出器１３を２台搭載し、一方のＸ線検出器１３で１１５反射を検出し、他方のＸ線検出器１３で１−１５反射を検出する。これによりα１１５，φ１１５及びα１−１５，φ１−１５を求めるための操作と測定を同時に実行することができ、いっそう測定処理に要する時間を短縮することが可能となる。
【００８２】
＜ハーフシャッタによる回折線方向の決定＞
上記４の項では、試料１０を面内回転（ｚ軸周りに回転）させてφ角スキャンすることで、回折線の方向φ１１５を検出していたが、図１６（ａ）に示すように試料１０とＸ線検出器の有感面１３ａを固定して、代わりに同図（ｂ）に示すようにハーフシャッタ１４をｘ軸と平行に移動させることで、回折Ｘ線の方向φ１１５を求めてもよい。すなわち、ハーフシャッタ１４をｘ軸と平行に移動していくと、やがてハーフシャッタ１４が１１５反射の回折Ｘ線の回折スポットＰを覆い、同図（ｃ）のようなステップ関数様の強度プロファイルが得られる。この強度プロファイルの処理で回折線の位置ｓを調べることができる。
試料面１０ａ上のＸ線の入射点Ｏからハーフシャッタまでの距離をＬとすると、Δφは、次式で計算できる。
【数１９】
2013217825.tif 000022
この検出系を、１−１５反射の位置にも配置して２チャンネルで運用すれば、測定時間をいっそう短縮することが可能となる。
【符号の説明】
【００８３】
１０：試料、１０ａ：試料面、１１：Ｘ線源、１２：コリメータ、１３：Ｘ線検出器、１３ａ：有感面（Ｘ線検出面）、１４：ハーフシャッタ、
２０３：晶癖線、２０４：ケガキ線、２１４：ノッチ
【図１】
2013217825.tif 000023
【図２】
2013217825.tif 000024
【図３】
2013217825.tif 000025
【図４】
2013217825.tif 000026
【図５】
2013217825.tif 000027
【図６】
2013217825.tif 000028
【図７】
2013217825.tif 000029
【図８】
2013217825.tif 000030
【図９】
2013217825.tif 000031
【図１０】
2013217825.tif 000032
【図１１】
2013217825.tif 000033
【図１２】
2013217825.tif 000034
【図１３】
2013217825.tif 000035
【図１４】
2013217825.tif 000036
【図１５】
2013217825.tif 000037
【図１６】
2013217825.tif 000038