(57)【要約】【課題】本発明は、単結晶の主面と取得しようとするウエハーの基準面が大きく異なっている場合であっても、既存のＸ線単結晶方位測定装置を用いて正確な結晶方位の測定が可能な単結晶方位測定用治具及びこれを用いた単結晶円柱ブロックの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  Ｘ線照射により結晶方位を測定する際に用いる単結晶方位測定用治具１５０であって、  結晶４０を載置支持可能な結晶保持台６１と、  該結晶保持台を回転可能に支持する回転軸６２と、  前記結晶保持台を該回転軸周りに回転させ、前記結晶保持台が傾斜した状態で前記結晶保持台を固定可能な保持台固定手段９０、１００と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線照射により結晶方位を測定する際に用いる単結晶方位測定用治具であって、
結晶を載置支持可能な結晶保持台と、
該結晶保持台を回転可能に支持する回転軸と、
前記結晶保持台を該回転軸周りに回転させ、前記結晶保持台が傾斜した状態で前記結晶保持台を固定可能な保持台固定手段と、を有する単結晶方位測定用治具。
【請求項２】
前記結晶保持台は略Ｌ字形の形状を有し、前記結晶の下面を支持する底板と、前記結晶の側面を支持する側板とを有する請求項１に記載の単結晶方位測定用治具。
【請求項３】
前記保持台固定手段は、位置決め軸と、該位置決め軸を固定する固定ねじを有する請求項１又は２に記載の単結晶方位測定用治具。
【請求項４】
前記回転軸を支持するとともに、前記結晶保持台の前記側板と略平行に設けられた支持板を更に有し、
該支持板及び前記側板は、互いに係合して前記回転軸周りの回転をガイドするガイド機構を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の単結晶方位測定用治具。
【請求項５】
前記ガイド機構は、前記回転軸周りの回転方向に沿った溝又はレールを含む請求項４に記載の単結晶方位測定用治具。
【請求項６】
前記結晶に接着可能であるとともに、前記結晶保持台に固定可能なＬ型装着治具を更に有し、
前記結晶は、前記結晶に接着されたＬ型装着治具を介して前記結晶保持台に支持される請求項１乃至５のいずれか一項に記載の単結晶方位測定用治具。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の単結晶方位測定用治具を用いて、Ｘ線照射により単結晶の結晶方位を測定する工程と、
前記結晶方位が測定された単結晶を、単結晶円柱ブロック製造装置の加工テーブル上に載置する工程と、
測定された前記結晶方位に適合させて前記単結晶の加工が可能なように前記加工テーブルの傾斜を調整する工程と、
前記単結晶の側面から円柱形状の単結晶円柱ブロックをくり抜く研削加工を行う工程と、を有する単結晶円柱ブロックの製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載の単結晶方位測定用治具を用いて、Ｘ線照射により単結晶の結晶方位を測定する工程と、
前記結晶方位が測定された単結晶を、前記Ｌ型装着治具が装着されたまま単結晶円柱ブロック製造装置の加工テーブル上に載置する工程と、
測定された前記結晶方位に適合させて前記単結晶の加工が可能なように前記加工テーブルの傾斜を調整する工程と、
前記単結晶の側面から円柱形状の単結晶円柱ブロックをくり抜く研削加工を行う工程と、を有する単結晶円柱ブロックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶方位測定用治具及びこれを用いた単結晶円柱ブロックの製造方法
に関し、特に、Ｘ線方位測定装置を用いてサファイヤ大型単結晶の方位を測定し、所定の方位で円柱状のブロックに加工する際に用いられる単結晶方位測定用治具及びこれを用いた単結晶円柱ブロックの製造方法
に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイヤウエハーは、ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）用途として使用されるほか、ブルーレイディスクにおいて使用される青紫レーザー用基板としての適用が検討されている。サファイヤウエハーの結晶方位は、大型のサファイヤ単結晶をスライスした結晶方位に依存する。従って、所望の結晶方位を有するウエハーを製造するためには、大型単結晶を引き上げる際に方位の制御を行うことが望ましい。
【０００３】
サファイヤ単結晶の製造方法には、ＣＺ（Czochralski、チョクラルスキー）法、キロプロス法等公知の結晶製造方法を用いることができる。上述の製造方法によりａ軸配向の単結晶を製造する場合、欠陥の少ない単結晶の製造が可能であるが、ｃ軸配向の単結晶を製造する場合、欠陥の少ない単結晶の製造は困難とされている。
【０００４】
サファイヤ単結晶は主面がａ面、代表される側面がｃ面及びｍ面で構成され、ＬＥＤ用途として使用されるウエハーは、ｃ面基準が多い。よって、ｃ面基準のウエハーを得るためには、略円筒形又は略円錐台形状の大型単結晶を側面からくり抜いて、円柱状のブロックに加工する必要がある。
【０００５】
そのため、ａ軸配向のサファイヤ大型単結晶を用いてウエハーに加工するためには、まず、サファイヤ大型単結晶から円柱状のブロックに抜き加工することが行われる（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のサファイヤ単結晶ブロックの製造方法では、サファイヤ大型単結晶を引き上げる際に使用するシードが融液と接するシード面の結晶方位により、ｃ面をある程度確定出来るため、円柱状のブロックに加工する削工機にセット時、ある程度確定されたｃ面を上向きに設置する。そして、円筒ブロック加工を行い、円筒を基準に端面加工を行った後、面方位基準で円筒研削を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−９７１号公報
【特許文献２】特開２００３−２５４９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、大型単結晶の状態では、結晶側面であるｃ面をある程度確定することは可能であっても、ｃ面を正確に把握することまでは出来ていない。よって、円柱状のブロックにくり抜く際の直径は、最終的な円柱研削の際に、正確な結晶方位に合わせて研削しても所望のウエハーサイズが得られるように、研削する必要があった。よって、円柱状のブロック加工の際には、削り代を考えて少し大きめに円柱ブロックを製作しなければならず、大型単結晶から得られるウエハー収率を低下させる大きな要因となっていた。
【０００８】
図６は、従来のそのような削り代を考慮したブロック加工の一例を示した図である。図６に示されるように、円柱状の単結晶ブロック４５から、ｃ面を主面とする円柱ウエハー４６を取得するためには、単結晶ブロック４５の主面と円柱ウエハー４６の主面の結晶方位のズレを考慮して、削り代４７を含めて単結晶ブロック４５をくり抜く必要がある。よって、削り代４７を設ける分、大型単結晶から得られるウエハーの収率が低下してしまう。
【０００９】
一方、単結晶の方位面を測定するため、Ｘ線を用いた方位測定装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。かかる方位測定装置は、ω軸線を中心として回転可能なＸ線源及びＸ線検出手段と、ω軸線、Ｘ線源及びＸ線検出手段をω軸線と略直角なχ軸線を中心として一体に回転移動させるχ移動手段とを有する。かかる方位測定装置によれば、シリコン単結晶のように、主面と得ようとする半導体ウエハーの結晶方位とが大きくかけ離れていない場合には、正確に結晶方位を測定することが可能である。しかしながら、特許文献２に記載された構成の方位測定装置は、サファイヤ大型単結晶のように、ウエハーの基準面が単結晶の主面と大きく異なっている場合には、そのままでは結晶方位を正確に測定することができない。
【００１０】
そこで、本発明は、単結晶の主面と取得しようとするウエハーの基準面が大きく異なっている場合であっても、既存のＸ線単結晶方位測定装置を用いて正確な結晶方位の測定が可能な単結晶方位測定用治具及びこれを用いた単結晶円柱ブロックの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る単結晶方位測定用治具は、Ｘ線照射により結晶方位を測定する際に用いる単結晶方位測定用治具であって、
結晶を載置支持可能な結晶保持台と、
該結晶保持台を回転可能に支持する回転軸と、
前記結晶保持台を該回転軸周りに回転させ、前記結晶保持台が傾斜した状態で前記結晶保持台を固定可能な保持台固定手段と、を有する。
【００１２】
本発明の他の態様に係る単結晶円柱ブロックの製造方法は、前記単結晶方位測定用治具を用いて、Ｘ線照射により単結晶の結晶方位を測定する工程と、
前記結晶方位が測定された単結晶を、単結晶円柱ブロック製造装置の加工テーブル上に載置する工程と、
測定された前記結晶方位に適合させて前記単結晶の加工が可能なように前記加工テーブルの傾斜を調整する工程と、
前記単結晶の側面から円柱形状の単結晶円柱ブロックをくり抜く研削加工を行う工程と、を有する。
【００１３】
本発明の他の態様に係る単結晶円柱ブロックの製造方法は、前記単結晶方位測定用治具を用いて、Ｘ線照射により単結晶の結晶方位を測定する工程と、
前記結晶方位が測定された単結晶を、前記Ｌ型装着治具が装着されたまま単結晶円柱ブロック製造装置の加工テーブル上に載置する工程と、
測定された前記結晶方位に適合させて前記単結晶の加工が可能なように前記加工テーブルの傾斜を調整する工程と、
前記単結晶の側面から円柱形状の単結晶円柱ブロックをくり抜く研削加工を行う工程と、を有する単結晶円柱ブロックの製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、単結晶の主面と大きく異なる結晶方位を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る単結晶方位測定用治具の一例を示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る単結晶方位測定用治具の一例を示す上面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る単結晶方位測定用治具の傾斜機構の結晶保持部を傾けた状態を示した図である。図３（ａ）は、結晶保持部が傾いていないニュートラル状態を示した図である。図３（ｂ）は、左側に４５°結晶保持部を傾けた状態を示した図である。図３（ｃ）は、右側に４５°結晶保持部を傾けた状態を示した図である。
【図４】単結晶をくり抜き加工して円柱状のブロックを形成するための単結晶ブロック製造装置の一例を示した図である。
【図５】従来の比較例に係る円柱ブロックの加工と本実施例に係る単結晶方位測定用治具を用いた円柱ブロックの加工とを比較して示した図である。図５（ａ）は、従来例に係る円柱ブロックの加工を示した図である。図５（ｂ）は、本実施例に係る単結晶方位測定用治具を用いた円柱ブロックの加工を示した図である。
【図６】従来の削り代を考慮したブロック加工の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る単結晶方位測定用治具１５０の一例を示す側面図である。また、図２は、本発明の実施形態に係る単結晶方位測定用治具１５０の一例を示す上面図である。本実施形態においては、Ｘ線単結晶方位測定装置として、理学電機株式会社製のＸ線単結晶方位測定装置（２９９１Ｇ２）を用いた例を挙げて説明する。しかしながら、本実施形態に係る単結晶方位測定用治具１５０は、上述のＸ線単結晶方位測定装置（２９９１Ｇ２）のみならず、単結晶の方位を測定可能な種々の単結晶方位測定装置に適用可能である。
【００１８】
図１及び図２において、一点鎖線で描かれた部分がＸ線単結晶方位測定装置１０の構成要素であり、実線で描かれた部分が本実施形態に係る結晶方位測定装置の構成要素である。
【００１９】
図１に示されるように、Ｘ線単結晶方位測定装置１０の回転ステージ１１の中央にあるθステージの突起１２を基準として、ベース板２０を固定し、ベース板２０の片端面には本体の回転ステージ１１へ加わる加重を低減させるローラー３０を有する構造とする。また、ベース板２０には、上側ガイド２１と下側ガイド２２からなるスライドガイド２３を設けた固定板２４が備えられている。図１及び図２に示すように、大型単結晶４０をセットする際には、ベース板２０が延在する測定装置端面までスライド移動可能な構造を有する。
【００２０】
図１に示されるように、大型単結晶４０はＬ型治具５０に接着され、Ｌ型治具５０は傾斜機構６０の結晶保持部６１にボルト留めされる。傾斜機構６０は、コロが設置された専用台車に乗せられ、方位測定装置端面までスライドしている固定板２４付近まで大型単結晶４０を運搬する。傾斜機構６０は、上述のＬ型治具５０を介して単結晶を保持する結晶保持部６１の他、結晶保持部６１を回転可能に支持する回転軸６２と、結晶保持部６１及び回転軸６２を支持する支持部６３とを有する。また、結晶保持部６１は、大型単結晶４０を下方から支持する底板６１ａ及び大型単結晶４０を側方から支持する側板６１ｂを有する。
【００２１】
傾斜機構６０は、例えば、支持部６３の底板にベアリングが設置され（いずれも図示せず）、重量物である大型単結晶４０のスライドも容易に出来る構造とされてもよい。固定板２４と傾斜機構６０との位置決めはボルト２６で行っているが、固定板２４には、傾斜機構６０の固定位置付近にベアリングが係合可能な窪み状の逃げが形成され、固定板２４と傾斜機構６０との双方が面接触し、位置決め固定される構造を有してもよい。
【００２２】
図２に示されるように、固定板２４に固定された傾斜機構６０は、図Ｘ線単結晶方位測定位置までスライドされ、ロックレバー２５にて固定される。
【００２３】
図１及び図２に示されるように、大型単結晶４０の方位測定位置は、固定板２４の対面に設置された結晶位置決め機構７０の位置決めストッパー７１により定められ、結晶位置決め機構７０にもスライドガイド７２及び位置決めストッパー７１が設置される。初期設定時には結晶位置決め機構７０の代わりに校正板を設置し、Ｘ線の位置を確認し位置決めストッパー７１の位置を決める。
【００２４】
これにより、次回からの測定は、結晶位置決め板７０の位置を、大型単結晶４０と位置決めストッパー７１とが接触する位置まで動かすことで、容易に位置決めが可能となる。大型単結晶４０の位置決めが終了したら、結晶位置決め機構７０は装置の後方にスライドさせ、固定しておくことが好ましい。
【００２５】
Ｘ線単結晶方位測定装置本体のハンドル１３を回転させると、上述の回転ステージ１１が回転し、大型単結晶４０の方位測定位置をθ角２１°近辺のＸ線がピークになる位置で位置決めする。
【００２６】
図３は、本発明の実施形態に係る単結晶方位測定用治具１５０の傾斜機構６０の結晶保持部６１を傾けた状態を示した図である。図３（ａ）は、結晶保持部６１が傾いていないニュートラル状態を示した図であり、図３（ｂ）は、左側に４５°結晶保持部６１を傾けた状態を示した図である。また、図３（ｃ）は、右側に４５°結晶保持部６１を傾けた状態を示した図である。
【００２７】
大型単結晶４０が固定された傾斜機構６０は、結晶保持部６１の側板６１ｂの方位測定装置本体のＸ線照射部と同じ高さの位置に回転軸６２を有し、左右に各４５°傾斜可能な構造を有する。回転軸６２にはモーメントが加わるため、このサポートとして回転軸６２の下方にＲガイド８０を取り付けた構造となる。Ｒガイド８０は、回転軸６２の回転方向に沿って結晶保持部６１の底板６１ａの回転移動又は傾斜移動をガイドするための回転方向ガイド手段である。Ｒガイド８０は、例えば、溝やレール等の移動方向を規制する構造を有し、結晶保持部６１の底板６１ａ及び側板６１ｂ同士が係合して底板６１ａをガイドするように構成される。
【００２８】
図３（ｂ）に示すように、左側に４５°傾けたときの位置決めは、インデックスプランジャー９０により行い、固定ネジ１００にて締結固定する構造となる。つまり、インデックスプランジャー９０と固定ネジ１００との協働により、結晶保持部６１は所定の傾斜角度で位置決め固定される。この時、単結晶の方位測定を行えば、大型単結晶４０の面方位がｘ軸に対して何度ずれているか測定でき、ｘ軸方向における結晶方位を把握できる。
【００２９】
次に、図３（ｃ）に示すように、グリップ１１０を持ち、固定ネジ１００を外し、インデックスプランジャー９０の固定を解除し、逆方向（右方向）に傾斜機構６０の結晶保持部６１を４５°傾け、同様に固定ネジ１００を締結固定する。この時、大型単結晶４０の方位測定を行えば、大型単結晶４０の面方位がｙ軸に対して何度ずれているか測定でき、ｙ軸方向における結晶方位を把握できる。
【００３０】
元来、円柱状ブロックの方位測定は、ブロック端面のｘ、ｙの２軸を測定し、方位のズレを確認することにより行われる。サファイヤ大型単結晶４０をこの方法で測定しようとすると、単結晶を垂直及び水平に設置しなくてはならないが、２軸の測定という所に着目し、回転方向の一方向に４５°傾け測定し、次に逆方向に９０°傾けることにより測定可能となる。
【００３１】
図４は、単結晶をくり抜き加工して円柱状のブロックを形成するための単結晶ブロック製造装置２５０の一例を示した図である。このような単結晶ブロック製造装置２５０は、例えば、特開２００８−９７１号公報に記載されている装置を用いることができるが、本実施形態に係る方位測定用治具を用いることにより、単結晶の方位が正確に測定されているので、測定した方位を生かしたブロック加工を行う。
【００３２】
図４に示すように、単結晶ブロック製造装置２５０は、スライドテーブル２１０上に傾斜円テーブル２２０が設定された構成を有する。傾斜円テーブル２２０は、傾斜可能なテーブルであり、大型単結晶４０を載置する加工テーブル２２１の傾斜角度を調整することができる。加工テーブル２２１の傾斜角度の調整は、傾斜方向ハンドル２２３で傾斜支持部２２２の傾斜角を変化させることにより可能である。また、回転方向ハンドル２２４により、加工テーブル２２１を水平方向に回転させることが可能な構成となっている。
【００３３】
そして、本発明の実施形態に係る単結晶方位測定用治具１５０を用いて測定した大型単結晶４０を、Ｌ型治具５０に接着された状態で加工テーブル２２１上に固定する。次いで、加工テーブル２２１の傾斜を調整して方位測定値に適合させる補正を行った後、コアビット１４０を下降させてくり抜き加工を行えば、結晶方位のズレがほとんどない円筒ブロックを製作することが出来る。
【００３４】
〔実施例〕
次に、本発明の実施例に係る単結晶方位測定用治具を用いて単結晶の方位測定を行い、測定結果に基づいて単結晶円柱ブロックを製造した実施例について説明する。
【００３５】
３インチ（φ７６．２ｍｍ）直径の円柱形状に円柱研削加工で仕上げる為に、当初は単結晶円柱ブロック製造装置において、コアビットの直径はφ９０ｍｍを使用していたが、本実施例に係る単結晶方位測定用治具を用いることにより、直径がφ８０ｍｍのコアビットで円柱研削加工を行えるようになった。
【００３６】
これは、円柱研削時の研削量が７５％程度低減されたことを意味する。また、大型単結晶から円柱ブロックを加工する時も、今までの３個から５個まで加工可能となる。
【００３７】
図５は、従来の比較例に係る円柱ブロックの加工と本実施例に係る単結晶方位測定用治具を用いた円柱ブロックの加工とを比較して示した図である。図５（ａ）は、従来例に係る円柱ブロックの加工を示した図であり、図５（ｂ）は、本実施例に係る単結晶方位測定用治具を用いた円柱ブロックの加工を示した図である。
【００３８】
図５（ａ）に示されるように、従来は、大型単結晶４０から、φ９０ｍｍの円柱ブロック４５を研削する必要があったため、３個の円柱ブロック４５しか取得できなかった。
【００３９】
一方、図５（ｂ）に示されるように、本実施例に係る単結晶方位測定用治具を用いた場合には、結晶方位が正確に測定できるため、円柱ブロック加工時において、削り代４７（図６参照）を含めないか、又は含めても極めて少量にすることができ、φ８０ｍｍの円柱ブロック４１を研削すれば十分である。この場合には、１個の大型単結晶４０から５本もの円柱ブロック４１が取得できることになり、収率を大幅に向上させることができる。
【００４０】
このように、本発明の実施形態及び実施例に係る単結晶方位測定用治具を用いることにより、方位測定時において、円柱状のブロックに抜く方向を正確に把握することができ、円柱状のブロックに抜く直径を規格値近辺とすることができ、円筒研削加工の時間を短縮することができる。また、サファイヤ大型単結晶から円柱状のブロック加工品を多く取得することができ、ウエハー収率を向上させることができる。
【００４１】
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０    Ｘ線単結晶方位測定装置
２０    ベース
２３、７２    スライドガイド
４０    大型結晶
５０    Ｌ字型治具
６０    傾斜機構
６１    結晶保持部
６１ａ    底板
６１ｂ    側板
６２    回転軸
６３    支持部
７０    結晶位置決め機構
７１    結晶位置決めストッパー
８０    Ｒガイド
９０    インデックスプランジャー
１００    固定ネジ
１１０    グリップ
１５０    単結晶方位測定用治具
２２０    傾斜テーブル
２２１    加工テーブル
２３０    コアビット
２５０    単結晶円柱ブロック製造装置
【図１】
2016205925.tif 000003
【図２】
2016205925.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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