(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒状結晶である被検体を当該被検体の軸と略同軸であるω軸の回りにω回転させるω駆動部と、前記ω軸に直交するφ軸の回りに前記被検体とφフレームの間で相対的にφ回転させるφ駆動部と、前記φフレーム上で前記φ軸に直交するδ軸の回りにδフレームをδ回転させるδ駆動部と、前記δフレーム上に配置され前記δ回転面に沿って前記δ軸と前記φ軸の略交点である所定の点に向けてＸ線ビームを放射するＸ線源と、前記所定の点が前記被検体の側面に一致するように前記所定の点あるいは前記被検体を位置決めする位置決め機構部と、前記δフレーム上に配置され前記所定の点より略前記δ回転面に沿って回折される回折Ｘ線を検出するＸ線検出器とを有し、前記被検体の結晶面のうち前記ω軸に略直交する法線を持つ２以上の所定の結晶面の方位を測定するように構成してなることを特徴とする結晶方位決定装置。
【請求項２】
前記Ｘ線検出器のピーク出力を与える前記ω回転、φ回転及びδ回転の各回転量の読み値から前記被検体における前記ω軸に略直交する法線を持つ２以上の所定の結晶面の方位を計算し、該計算結果から前記ω軸に略平行な法線を持つ所定の面の方位を求める計算を行って３次元の結晶方位を求めるデータ処理部を有することを特徴とする請求項１記載の結晶方位決定装置。
【請求項３】
求められた前記結晶面の方位と一定の関係を持つ所定の面に加工を行うための基準となる治具を、当該結晶面の方位に合わせて前記被検体に取付ける治具取付け部を有することを特徴とする請求項１又は２記載の結晶方位決定装置。
【請求項４】
被検体である結晶をω軸の回りにω回転させるω駆動部と、前記被検体の側面を前記ω軸を研削時の回転軸として円筒状に研削する円筒研削部と、円筒状の前記被検体の側面にＸ線ビームを当て回折される回折Ｘ線を測定することで前記被検体の結晶面のうち前記ω軸に略直交する法線を持つ所定の結晶面の方位を前記ω回転の２つ以上の位置で測定しこれより３次元の結晶方位を求める結晶方位測定部と、前記被検体の結晶方位を示すマークを加工するマーク加工部とを有し、求めた前記結晶方位を基に前記被検体に少なくとも前記ω軸の回転方向の結晶方位を示すマークを加工することを特徴とする結晶加工装置。
【請求項５】
求められた前記結晶面の方位と一定の関係を持つ所定の面に加工を行うための基準となる治具を、当該結晶面の方位に合わせて前記被検体に取付ける治具取付け部を有することを特徴とする請求項４記載の結晶加工装置。
【請求項６】
前記マークは、前記ω軸に略平行な法線を持つ所定の面の方位を示すマークを含むことを特徴とする請求項４又は５記載の結晶加工装置。
【請求項７】
前記研削時の回転軸は、前記ω軸とは別の研削軸として当該研削軸を前記ω軸から相対的にずらす研削軸変位機構を有し、求められた前記結晶方位に基づき前記円筒状研削をすることを特徴とする請求項４記載の結晶加工装置。
【請求項８】
略円筒状結晶である被検体の側面にＸ線ビームを当て回折される回折Ｘ線を測定することで前記被検体の結晶面のうち前記円筒状結晶の軸に略直交する法線を持つ２以上の所定の結晶面の方位を測定し、該測定から前記円筒状結晶の軸に略平行な法線を持つ所定の面の方位を求めることを特徴とする結晶方位決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばシリコンや水晶等の単結晶試料の結晶方位をＸ線回折を利用して決定し、その決定された結晶方位をもとに単結晶試料に所定の加工をする結晶加工装置、結晶方位決定装置及び結晶方位決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンや水晶等の単結晶を半導体や発振体等の工業製品として使用するためには、その表面が結晶格子面に対して特定の角度になるように切断する必要がある。そのために、試料の結晶格子面を知る必要があるが、最も一般的に用いられている結晶の格子面決定方法は、Ｘ線回折を利用するものである。図１９は、このＸ線回折を利用した試料の格子面決定方法を示している。つまり、試料２００に対して単一波長のＸ線を入射させるとき、Ｘ線の入射角がθ0 になると、そのＸ線が原子Ａにより回折される。この時の角度を回折角度（ブラッグ角）と称し、その角度θ0 は、次の式（１）で求められる。
【０００３】
θ0 ＝arcsin（ｎλ／２ｄ）          …（１）
ｎ；１、２、３、…の自然数
λ；Ｘ線の波長（既知）
ｄ；格子面間隔（既知）
このように、θ0 が計算できるので、Ｘ線の入射角方向を変えながら回折Ｘ線を測定することで結晶の方位を測定することができる。
【０００４】
ここで、円筒状の単結晶インゴットを厚さ０．３mm程度の円板（ウェーハ）に加工する工程で結晶方位測定は通常２度に分けて行われる。まず、単結晶インゴットを円筒状に研削し側面（円筒面）に対し第１の結晶方位の測定を行い側面に軸に沿ったオリエンテーションフラット面（ＯＦ面）あるいはＶ溝を加工し方位の目印とする。次に円筒軸に直角に端部を切断し、この試断面に対し第２の結晶方位の測定を行い定められた結晶面と試断面の傾斜角を求め、結晶面と平行にあるいは所定の角度をなすようにスライシングマシンでウェーハに加工する。ウェーハは周囲のＯＦ面により周方向の結晶方位がわかる。
【０００５】
上記の第１の円筒面の結晶方位測定を行う結晶方位決定装置としては、例えば、図２０に示すようなものがある（特開昭６２−１１６２４３号公報）。単結晶インゴット２０５はローラ２０３ａ、２０３ｂで保持され、ハンドル２０４でローラ２０３ａ、２０３ｂを回転させることでその軸回りに回転させられる。この軸に直交する平面内でＸ線投光器２０８からＸ線ビーム２１０ａを結晶表面Ｃ点に当て回折Ｘ線ビーム２１０ｂをＸ線受光器２０９で測定する。Ｘ線投光器２０８とＸ線受光器２０９はＣ点を中心に２αの角度をなすよう台座２０７に固定されている。αは結晶面で決まる回折角をθ0 としてα＝９０°−θ0 の値に設定される。単結晶インゴット２０５を回転させると、結晶面の法線の方向がＸ線ビーム２１０ａとαの角度（図のＣＤ方向）になったとき、Ｘ線受光器２０９の出力が最大となり結晶面の法線方向がわかる。マーカーで印をつけ側面にＯＦ面の加工を行う。
【０００６】
第２の試断面の結晶方位測定を行う結晶方位決定装置としては、例えば、図２１に示すようなものがある（特開平２−３１１４５号公報）。結晶３０３は、その試断面を下方に向けてヘッド３０２に取付けられ、ヘッド３０２は測定時、ヘッド回転軸３１８で回転され、Ｘ線回折位置Ａにセットされる。結晶方位決定装置３１０は、本体３１４に取付けられたＸ線発生器３１１とＸ線検出器３１２により試断面にＸ線を照射し、回折Ｘ線を測定する。照射角は水平面に対し結晶面で決まる回折角、θ0 に設定される。本体３１４は下部に回転支持べース３１６がありスライシングマシン３０１に取り付いた案内板３１７の上で水平面内で９０°回転でき、回折測定面をｘ、ｙ方向に切換えできる。まず、図のように回折測定面をｙ方向に設定し、ｙ方向微調ツマミ３２１で結晶３０３をｙ方向に傾斜させながらＸ線検出器３１２の出力ピークを探し、固定する。次にｘ方向に切換え、ｘ方向微調ツマミ３２０で同様にｘ方向の調整を行う。これにより結晶面が水平になるように結晶３０３が傾斜される。次にヘッド３０２を９０°回転させ、カッタ位置Ｂに設定し、結晶３０３を切断カッタ３０４側に送り出し薄板に切断する。切断カッタ３０４は水平に固定されているので結晶面に沿って切断できる。
【０００７】
この試断面の結晶方位決定装置の例は、スライシングマシンと一体で、直接傾斜角の調整を行うタイプであるが、別置きで傾斜角の測定のみを行うこともできる。第１の円筒面の結晶方位測定と第２の試断面の結晶方位測定は同一の装置で配置を変えて２度に分けて測定することもできる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、単結晶インゴットのＯＦ面の加工用の結晶方位測定とスライス加工用の結晶方位測定が別々の測定で行われていた。このために別々の装置が必要になるという問題点があった。また１台の装置で兼用する場合でも工程として２度の測定を必要とし効率が悪いという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、被検体の側面の測定のみでその被検体の軸に略平行な法線を持つ所定の面の方位を求め、被検体に正確かつ効率よく所定の加工を行うことができる結晶加工装置、結晶方位決定装置及び結晶方位決定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の結晶方位決定装置は、略円筒状結晶である被検体を当該被検体の軸と略同軸であるω軸の回りにω回転させるω駆動部と、前記ω軸に直交するφ軸の回りに前記被検体とφフレームの間で相対的にφ回転させるφ駆動部と、前記φフレーム上で前記φ軸に直交するδ軸の回りにδフレームをδ回転させるδ駆動部と、前記δフレーム上に配置され前記δ回転面に沿って前記δ軸と前記φ軸の略交点である所定の点に向けてＸ線ビームを放射するＸ線源と、前記所定の点が前記被検体の側面に一致するように前記所定の点あるいは前記被検体を位置決めする位置決め機構部と、前記δフレーム上に配置され前記所定の点より略前記δ回転面に沿って回折される回折Ｘ線を検出するＸ線検出器とを有し、前記被検体の結晶面のうち前記ω軸に略直交する法線を持つ２以上の所定の結晶面の方位を測定するように構成してなることを要旨とする。この構成により、被検体へのＸ線ビームの入射方向と結晶格子面法線の角度がα（＝（１８０°−２×ブラッグ角）／２）になったとき回折が起こり、Ｘ線検出器の出力にピークが生じる。ω回転をある回転量で固定し、φ回転が例えば９０°おきの２箇所あるいは４箇所等でＸ線ビームをδ回転面に沿って走査する。この走査においてＸ線検出器の出力にピークが生じる点のφ回転量及びδ回転量の各読み値からω軸に略直交する法線を持つ互いに非平行な２以上の所定の結晶面の方位が測定される。この非平行の２以上の所定の結晶面の方位が求められれば、結晶方位は決まり他の結晶面の方位も計算で求められることから、ω軸に略平行な法線を持つ所定の面、即ち所定の結晶面あるいは、この所定の結晶面から所定の配置をとる所定の面（スライス加工面）を求めることが可能となる。
【００１１】
請求項２記載の結晶方位決定装置は、上記請求項１記載の結晶方位決定装置において、前記Ｘ線検出器のピーク出力を与える前記ω回転、φ回転及びδ回転の各回転量の読み値から前記被検体における前記ω軸に略直交する法線を持つ２以上の所定の結晶面の方位を計算し、該計算結果から前記ω軸に略平行な法線を持つ所定の面の方位を求める計算を行って３次元の結晶方位を求めるデータ処理部を有することを要旨とする。この構成により、Ｘ線ビームの入射方向と結晶格子面法線の角度がα（＝（１８０°−２×ブラッグ角）／２）になったとき回折が起こり、Ｘ線検出器のピーク出力が生じることから、ω回転、φ回転及びδ回転の各回転量の読み値から、まずω軸に略直交する法線を持つ互いに非平行な２以上の所定の結晶面の方位が計算される。さらに非平行の２以上の所定の結晶面の方位が求められれば、結晶方位は決まり他の結晶面の方位も計算できることから、ω軸に略平行な法線を持つ所定の面、即ち所定の結晶面あるいは、この所定の結晶面から所定の配置をとる所定の面（スライス加工面）を計算することが可能となる。ここで言う３次元の結晶方位とは、３次元的に方位が定まった結晶格子の方位配置のことで具体的には、計算された上記２以上の所定の結晶面の方位と上記所定の面の方位のことである。
【００１２】
請求項３記載の結晶方位決定装置は、上記請求項１又は２記載の結晶方位決定装置において、求められた前記結晶面の方位と一定の関係を持つ所定の面に加工を行うための基準となる治具を、当該結晶面の方位に合わせて前記被検体に取付ける治具取付け部を有することを要旨とする。この構成により、被検体を装置から外さずに、求められた結晶面の方位に合わせて治具を取付けることができ、この治具を基に被検体にスライス等の所定の加工を行うことが可能となる。
【００１３】
請求項４記載の結晶加工装置は、被検体である結晶をω軸の回りにω回転させるω駆動部と、前記被検体の側面を前記ω軸を研削時の回転軸として円筒状に研削する円筒研削部と、円筒状の前記被検体の側面にＸ線ビームを当て回折される回折Ｘ線を測定することで前記被検体の結晶面のうち前記ω軸に略直交する法線を持つ所定の結晶面の方位を前記ω回転の２つ以上の位置で測定しこれより３次元の結晶方位を求める結晶方位測定部と、前記被検体の結晶方位を示すマークを加工するマーク加工部とを有し、求めた前記結晶方位を基に前記被検体に少なくとも前記ω軸の回転方向の結晶方位を示すマークを加工することを要旨とする。この構成により、ω駆動部に取付けた被検体である結晶を、ω駆動部から外すことなく円筒状研削と３次元の結晶方位測定とω軸方向の結晶方位を示すマーク加工とを行うことが可能となる。
【００１４】
請求項５記載の結晶加工装置は、上記請求項４記載の結晶加工装置において、求められた前記結晶面の方位と一定の関係を持つ所定の面に加工を行うための基準となる治具を、当該結晶面の方位に合わせて前記被検体に取付ける治具取付け部を有することを要旨とする。この構成により、被検体をω駆動部から外さずに、求められた結晶面の方位に合わせて、さらに治具を取付けることができ、この治具を基に被検体にスライス等の所定の加工を行うことが可能となる。
【００１５】
請求項６記載の結晶加工装置は、上記請求項４又は５記載の結晶加工装置において、前記マークは、前記ω軸に略平行な法線を持つ所定の面の方位を示すマークを含むことを要旨とする。この構成により、後のスライス等の加工工程で、新たな結晶方位測定をせずにマークを基に加工することができる。
【００１６】
請求項７記載の結晶加工装置は、上記請求項４記載の結晶加工装置において、前記研削時の回転軸は、前記ω軸とは別の研削軸として当該研削軸を前記ω軸から相対的にずらす研削軸変位機構を有し、求められた前記結晶方位に基づき前記円筒状研削をすることを要旨とする。この構成により、ω軸に略平行な法線を持つ所定の面に合わせて円筒状研削が行われる。後のスライス等の加工工程で、新たな結晶方位測定をせずに、この円筒面を基に加工することが可能となる。
【００１７】
請求項８記載の結晶方位決定方法は、略円筒状結晶である被検体の側面にＸ線ビームを当て回折される回折Ｘ線を測定することで前記被検体の結晶面のうち前記円筒状結晶の軸に略直交する法線を持つ２以上の所定の結晶面の方位を測定し、該測定から前記円筒状結晶の軸に略平行な法線を持つ所定の面の方位を求めることを要旨とする。この構成により、被検体の側面にＸ線ビームを当て回折Ｘ線を測定しながらＸ線ビーム入射方向を走査することで測定値にピーク出力を与える入射方向を知り、結晶面法線の方向を測定する。Ｘ線ビームの入射方向と結晶面法線の角度がα（＝（１８０°−２×ブラッグ角）／２）になったときピーク出力となるので、２以上のＸ線ビーム入射方向が判れば、原理的に結晶面法線方向を幾何計算で求めることができる。円筒状結晶の軸に略直交する法線を持つ２以上の所定の結晶面の方位、即ち法線が測定され、それらが非平行であれば、結晶格子の３次元的な方位配置、即ち３次元の結晶方位が決定し原理的に幾何計算で求めることができる。これにより被検体における円筒状結晶の軸に略平行な法線を持つ所定の面（スライス加工面）の方位を求めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１乃至図６は、本発明の第１の実施の形態である結晶方位決定装置を示す図である。まず、図１を用いて機構部の構成を説明する。略円筒形の結晶インゴットであるワーク１が、その軸が水平なω軸に合うようにω駆動部２に支持され、ω回転されるようになっている。ω駆動部２はｘフレーム３上に固定され、ワーク１とともにｘ駆動部４によりω軸に平行なｘ方向に駆動される。ｘ駆動部４はフロアに支持されたべース５に固定されている。ｚフレーム１９は、べース５に固定されたｚ駆動部１８に支持され、ｘ軸と直交する水平なｚ軸方向に駆動される。ｚフレーム１９の上には、φ軸受３２、これに支持されたφ軸シャフト３１、モータ３０、ウォームギヤ２９及びギヤ２８を備えたφ駆動部１７が固定されており、φフレーム２７をｚ軸と合わせたφ軸に対しφ回転させる。φフレーム２７上には、アーム２２、モータ２６、ボールネジ２４及びボールナット２５を備えたδ駆動部１６が固定されており、δフレーム２１をφ軸と直交するδ軸に対してδ回転させる。δフレーム２１にはＸ線源としてのＸ線管１１とＸ線検出器１３が固定されている。Ｘ線管１１には線源コリメータ１４が付いており、ペンシル状のＸ線ビーム１２ａがφ軸とδ軸の交点であるＣ点に向けて放射される。Ｘ線検出器１３には検出器スリット板１５が付いており、回折されたＸ線ビーム１２ｂが入射する。検出器スリット板１５は、測定しようとしている結晶面以外の結晶面からの回折Ｘ線が入射して測定にまぎれが生じるのを防ぐ目的でＸ線検出器１３の開口を制限するために用いられている。Ｘ線ビーム１２ａ、１２ｂ間の角度は測定しようとする結晶の格子間隔によって決まる角度２α（＝１８０°−２×ブラッグ角θ0 ）に設定されている。Ｘ線検出器１３はδフレーム２１上で配置換えができ、結晶面により角度２αを切換える。Ｘ線管１１は管電圧４０ｋＶの銅をターゲットとするもので、約８ｋｅＶの銅の特性Ｘ線Ｋαを使用する。Ｘ線検出器１３はガスを用いた比例計数管であり、Ｘ線のフォトンカウントを行うものである。δフレーム２１はＣ点を通るδ軸を中心とする円弧状のレールを兼ね、３つのガイドローラ２３ａ、２３ｂ、２３ｃで支えられている。δフレーム２１は、モータ２６の駆動により回転するボールネジ２４でボールナット２５を移動させ、この移動でアーム２２を動かすことでδ回転する。φフレーム２７は、φ軸シャフト３１に取り付けられたギヤ２８とこれに噛み合ったウォームギヤ２９を介してモータ３０の出力によりφ回転する。φフレーム２７のワーク側のφ軸近傍には位置決め機構部としての光学式の距離センサ（結晶位置センサ）２０が取り付けられ、ワーク１との相対ｚ軸位置を検出して後述の機構制御部に信号を送り、Ｃ点がワーク１の側面に一致するようにｚ軸の位置決めを行う。距離センサ２０は投光部から出て対象物で反射した光を受光部で測定し対象物が一定距離にあるときピーク出力を出すよう光学設定することで非接触で位置検出するセンサである。
【００２０】
図２は、システム構成を示している。δ駆動部１６、φ駆動部１７、ω駆動部２、ｚ駆動部１８、ｘ駆動部４の各機構部及び距離センサ２０等は、機構制御部４２を介してデータ処理部４３に接続されている。機構制御部４２はデータ処理部４３からの駆動タイミングや駆動量の指令を受けて、それに従って各機構部を制御するととも各機構部のステータス情報をデータ処理部４３に送る。Ｘ線管１１はＸ線制御部４０を介してデータ処理部４３に接続されている。Ｘ線制御部４０はＸ線管１１に電力を供給するとともに管電圧、管電流の制御及びデータ処理部４３からの指令でＸ線管１１のＯＮ・ＯＦＦを制御する。Ｘ線検出器１３はデータ収集部４１を介してデータ処理部４３に接続されている。データ収集部４１はデータ処理部４３からの測定開始信号によりＸ線検出器１３の出力パルスをカウントしてデジタルデータとしてデータ処理部４３に送る。データ処理部４３は通常のパソコンであり、マンマシンインターフェースとしてのキーボード４４と表示器４５とが接続されている。ここで、メニュー、ステータス、結果等の表示や、メニュー選択、測定開始、測定中断などの操作者による入力が行われる。データ処理部４３は記憶されているシーケンスに従って各部を制御し測定を行い、記憶されている計算プログラムに従って結果を計算する。
【００２１】
次に、本実施の形態の作用を説明する。作用説明のため、ω、φ、δの動きとｘｙｚ座標系の関係を図３に示す。結晶方位決定装置としての基本測定作用を説明する。基本測定は、データ処理部４３により次のように自動的に行われる。
【００２２】
基本測定１（これを「ωサーチ」と称する）の場合；φを９０°、即ちＸ線管１１が上になる位置に設定する（あるいは２７０°でもよい）。δは中央位置δ* 即ちＸ線ビーム１２ａとφ軸の角度がαとなる位置に略設定する。ω軸のスキャンを開始するとＸ線入射方向（Ｘ線ビーム１２ａ）と結晶格子面法線ｈの角度がα（＝９０°−ブラッグ角）になったとき、回折が起こりＸ線検出器１３の出力にピークが生じる。Ｘ線検出器１３の出力が略ピークとなる位置ω0 でωを固定する。
【００２３】
基本測定２（これを「４方位測定」と称する）の場合；φを９０°に設定しδについて所定の範囲をスキャンし、スキャンの間のＸ線検出器１３の出力を収集する。Ｘ線入射方向（Ｘ線ビーム１２ａ）と結晶格子面法線ｈの角度がα（＝９０°−ブラッグ角）になったとき、回折が起こりＸ線検出器１３の出力にピークが生じる。収集したデータよりこのピークに対応するδ値、δ90+ を求める。次に、φ軸を１８０°、２７０°、０°に設定し、それぞれ同様にピークに対応するδ値、δ180 + 、δ270 + 、δ0 + を求める。δ0 + 、δ90+ 、δ180 + 、δ270 + から結晶格子面法線ｈのφ軸から傾斜δ0 、δ90を後述するように計算する。
【００２４】
基本測定３（これを「２方位測定」と称する）の場合；基本測定２とほぼ同じであるがφの９０°、０°についてのみピークに対応するδ値を求める。δ0 + 、δ90+ から結晶格子面法線ｈのφ軸からの傾斜δ0 、δ90を後述するように計算する。
【００２５】
基本測定４（これを「較正」と称する）の場合；基本測定２と同様にδ0 + 、δ90+ 、δ180 + 、δ270 + を求め、これよりＸ線ビーム１２ａとφ軸の角度がαとなるδの位置δ* を後述するように計算し記憶する。δ* はδ読み値の較正量であり基本測定３での計算に使用する。
【００２６】
以上で「ωサーチ」は、ωの位置決めのため行われる。「２方位測定」と「４方位測定」は互いに置き換え可能だが、前者は短時間で測定時間を短くしたい場合、後者は結果の統計精度を上げたい場合に使用する。なお「４方位測定」は「較正」を必要としない。
【００２７】
以上の基本測定を用いた測定全体のフローを説明する。まず、ワーク１とその測定する結晶面を、図４を用いて説明する。同図において、３３は結晶格子、３４はＯＦ面（又はＶ溝）加工位置である。これはスライス面（１００）、ＯＦ測定面（１１０）のＳｉ結晶の場合である。ここで（ｈｋｌ）は面指数である。（１００）面がスライスする面でその法線ｈ0 は略円筒軸に平行である。（１００）面と直交する（１１０）面の法線は円筒面と略直交しｈ1 、ｈ2 、ｈ3 、ｈ4 の４つある。それぞれｈ0 と直交する。ｈ1 はｈ2 に垂直、ｈ3 ＝−ｈ1 、ｈ4 ＝−ｈ2 の関係がある。ｈ1 〜ｈ4 のうち直交する２つ以上を測定すれば３次元的に結晶方位がわかることになり、ｈ0 もまた求まる。面（１１０）の測定は実際にはそれと平行な（２２０）あるいは（４４０）を測定する。銅のＫα線を用いる場合、αはそれぞれ６６．３３°、３６．５８°である。較正を行う場合、操作者は測定前にワーク１をその軸がω軸と合うようにω駆動部２に取り付ける。操作者はメニュー選択で較正を選ぶ。測定開始が入力されるとデータ処理部４３は次のように較正を自動的に行う。まずｚ軸を駆動しｚフレーム１９を測定位置、即ちＣ点がワーク１側面に一致する位置まで移動させる。このとき距離センサ２０の出力によりｚ軸を制御する。この状態で「ωサーチ」と「較正」を行うが較正は測定ごとに行う必要はなく、δ回転の始点のずれの問題だけであるので通常は１回／日程度で十分である。測定の場合、同様に操作者は測定前にワーク１をその軸がω軸と合うようにω駆動部２に取り付ける。操作者はメニュー選択で測定を選ぶ。測定開始が入力されるとデータ処理部４３は次のように測定を自動的に行う。較正の場合と同様に、ｚ軸位置決めを行い次のフローに従い測定する。まず、「ωサーチ」でωを固定ω0 (1) し、「２方位測定」で法線ｈ1 のφ軸からの傾斜δ0 (1) 、δ90(1) を求める。次にωをω0 (2) （＝ω0 (1) ＋９０°）に設定し「２方位測定」で法線ｈ2 の傾斜δ0 (2) 、δ90(2) を求める。同様にω0 (3) （＝ω0 (1) ＋１８０°）でδ0 (3) 、δ90(3) を、ω0 (4) （＝ω0 (1) ＋２７０°）でδ0 (4) 、δ90(4) を求める。次に求めた法線ｈ1 〜ｈ4 をワーク１基準の座標系に変換し、これから法線ｈ0 を求める。ｈ1 〜ｈ4 は全て測定しなくても最低、直交する２つが測定できればｈ0 が求められるが、統計精度を上げるため４つ測定するのが好ましい。ωは９０°ステップで動かしたが略９０°でよい。また代わりにそれぞれ全て「ωサーチ」を行ってもよい。以上で、Ｃ点をワーク１側面に合わせるためにｚ駆動部１８の上の測定系を移動させたが、代わりにワーク１側を移動させてもよい。またワーク１の直径が一定ならモータで動かす必要はなく、一度調整しておけばよい。
【００２８】
＜法線ｈ1 〜ｈ4 から法線ｈ0 を求める計算（スライス面（１００））＞；法線ｈはｘｙｚ座標系で求められるのでワーク１に固定されたＸＹＺ座標系に変換する。図３に示すようにＸＹＺ座標系はＺ軸をω軸に合わせω＝０のときのｚ軸方向がＸ軸になるように設定される。図５を用いて、座標変換を説明する。方向だけを問題にするので原点位置は問題にしない。図のようにＸＹＺ系を球面座標ω、γで表現する。座標の回転角、即ちワーク１の回転角はこのωと区別するためω0 と記述する。ω0 、δ0 、δ90からω、γへの変換はｋを補助変数として次式となる。
【００２９】
【数１】
ω＝ω0 −δ90                                          …（２）
ｋ＝arccos（sin δ0 ・sin δ90）                        …（３）
γ＝arcsin（sin δ0 ・cos δ90／sin ｋ）                …（４）
ω0 (i) 、δ0 (i) 、δ90(i) を（２）〜（４）式で座標変換して、ωi 、γi を求める（ｉ＝１〜４）。次にｈi （ωi 、γi ）よりｈ0 を求めるが、まず以下の基本計算を説明する。
【００３０】
基本計算１（「直交ベクトル算出」）は、平行しない２つの単位ベクトルｈ1 、ｈ2 から両者に直交する単位ベクトルｈ0 を算出する計算である。ｈ0 はベクトルで表すと次式になる。
【００３１】
【数２】
ｈ0 ＝（ｈ1 ×ｈ2 ）／√｛１−（ｈ1 ・ｈ2 ）＾２｝      …（５）
ここで×はベクトル積、・は内積を示す。またｈ1 →ｈ2 の回転角θは、０°＜θ＜１８０°となるようｈ1 、ｈ2 を選び、またｈ0 の向きはｈ1 →ｈ2 と回転したとき右ネジの進む方向にとるものとする。次に式（５）を計算するために、ｈ1 、ｈ2 の成分を球面座標から直交座標に変換する。
【００３２】
ｈ1X＝cos γ1 ・cos ω1 
ｈ1Y＝cos γ1 ・sin ω1 
ｈ1Z＝sin γ1 
ｈ2X＝cos γ2 ・cos ω2 
ｈ2Y＝cos γ2 ・sin ω2 
ｈ2Z＝sin γ2 
（以上、ｈ1X〜ｈ2Z）        …（６）
式（６）を式（５）に代入して
【数３】
0003805869.tif 000002
ここで｜｜は行列式、ｉ、ｊ、ｋはそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ方向の単位ベクトルである。（７）式で直交座標成分ｈ0X、ｈ0Y、ｈ0Zが求まる。これを次式で球面座標に戻す。ここではγの代わりにδ（＝９０°−γ）を用いてＺ軸からの傾斜δとその方位ωで表す。
【００３３】
【数４】
δh0は、
ｈ0Z＞１／√２の場合、
δh0＝arctan｛√（ｈ0X＾２＋ｈ0Y＾２）／ｈ0Z｝
１／√２≧ｈ0Z≧−１／√２の場合、
δh0＝９０°−arctan｛ｈ0Z／√（ｈ0X＾２＋ｈ0Y＾２）｝
ｈ0Z＜−１／√２の場合、
δh0＝arctan｛√（ｈ0X＾２＋ｈ0Y＾２）／ｈ0Z｝＋１８０°
（以上、（δh0は、）から（δh0＝…）まで）    …（８）
ωh0は、
δh0＝０（｜δh0｜＜ε）の場合、
ωh0＝不定
｜ｈ0X｜≧｜ｈ0Y｜かつｈ0X＞０の場合、
ωh0＝arctan（ｈ0Y／ｈ0X）
｜ｈ0X｜≧｜ｈ0Y｜かつｈ0X＜０の場合、
ωh0＝arctan（ｈ0Y／ｈ0X）＋１８０°
｜ｈ0Y｜＞｜ｈ0X｜かつｈ0Y＞０の場合、
ωh0＝９０°−arctan（ｈ0X／ｈ0Y）
｜ｈ0Y｜＞｜ｈ0X｜かつｈ0Y＜０の場合、
ωh0＝２７０°−arctan（ｈ0X／ｈ0Y）
（以上、（ωh0は、）から（ωh0＝…）まで）    …（９）
で計算される。なお逆三角関数は全て主値を用いる。基本計算１終了。この「直交ベクトル算出」を用いてｈi （ωi 、γi ）よりｈ0 を求める。４つのｈi のうち直交する２法線の組が４組でき、それぞれについてｈ0 を求め、平均すればよいが、最初に平均した方が計算量が減らせる。この場合はｈ1 と−ｈ3 、ｈ2 と−ｈ4 を平均しそれぞれｈ1m、ｈ2mとし、これよりｈ0 を求める。ｈ1m、ｈ2mの成分は次式で求められる。
【００３４】
γ1m＝（γ1 −γ3 ）／２
ω1m＝（ω1 ＋ω3 ）／２−９０°
γ2m＝（γ2 −γ4 ）／２
ω2m＝（ω2 ＋ω4 ）／２−９０°
（以上、γ1m〜ω2m）        …（10）
＜＞終了。
【００３５】
＜法線ｈ1 〜ｈ4 から法線ｈ0 を求める第２の計算＞；上記の基本計算１は球面三角法で導いた別の式で行うこともできる。基本計算１′（「直交ベクトル算出」）は、平行しない２つの単位ベクトルｈ1 、ｈ2 から両者に直交する単位ベクトルｈ0 を算出する計算である。ここでは、０＜（ω2 −ω1 ）≦１８０°となるようｈ1 、ｈ2 を選び、またｈ0 の向きはｈ1 →ｈ2 と回転したとき右ネジの進む方向にとるものとする。図６を用いて計算式を説明する。球面幾何を適用するが詳細は省略し、結果のみ記載する。
【００３６】
【数５】
γ1 ＝０かつγ2 ＝０（｜γ1 ｜＜εかつ｜γ2 ｜＜ε）の場合、
δh0＝０
ωh0＝不定                                              …（11）
それ以外の場合はωs 、ｐ、χ、Ｌ1m、Ｌ2m、Ｌ1 、Ｌ2 を補助変数として以下の計算をする。
【００３７】
【数６】
0003805869.tif 000003
図のＬ1 、Ｌ2 をarcsinで求めるときの主値をＬ1m、Ｌ2mとすると、
【数７】
0003805869.tif 000004
となる。次にωh0を求めるときのウエートｗ1 、ｗ2 を計算する。
【００３８】
【数８】
ｗ1 ＝｜cos Ｌ1m｜／（｜cos Ｌ1m｜＋｜cos Ｌ2m｜）        …（18）
ｗ2 ＝１−ｗ1                                             …（19）
次に、γの符号で場合分けしてωh0を求める。
【００３９】
【数９】
（γ1 ＞０かつγ2 ≧０）又は（γ1 ＜０かつγ2 ≦０）の場合、
（Ｌ1m≧ωs ）かつ（ωs ＋Ｌ2m≦９０°）の場合、
Ｌ1 ＝Ｌ1m
Ｌ2 ＝Ｌ2m
（ωs ＋Ｌ2m≧９０°）かつ（ωs ＋Ｌ1m≧９０°）の場合、
Ｌ1 ＝１８０°−Ｌ1m
Ｌ2 ＝Ｌ2m
（ωs ＋Ｌ1m≦９０°）かつ（Ｌ2m≧ωs ）の場合、
Ｌ1 ＝１８０°−Ｌ1m
Ｌ2 ＝１８０°−Ｌ2m
（以上、（Ｌ1m≧ωs ）から（Ｌ2 ＝…）まで）      …（20）
ωh0＝ｗ1 ・（ω1 ＋Ｌ1 ）＋ｗ2 ・（ω2 ＋Ｌ2 ）±９０°  …（21）
ここでは±はγ1 の符号をとる。
【００４０】
【数１０】
（γ1 ≧０かつγ2 ＜０）又は（γ1 ≦０かつγ2 ＞０）の場合、
ωs ′＝１８０°−ωs とおいて、
（Ｌ1m≧ωs ′）かつ（ωs ′＋Ｌ2m≦９０°）の場合、
Ｌ1 ＝１８０°−Ｌ1m
Ｌ2 ＝Ｌ2m
（ωs ′＋Ｌ2m≧９０°）かつ（ωs ′＋Ｌ1m≧９０°）の場合、
Ｌ1 ＝Ｌ1m
Ｌ2 ＝Ｌ2m
（ωs ′＋Ｌ1m≦９０°）かつ（Ｌ2m≧ωs ′）の場合、
Ｌ1 ＝Ｌ1m
Ｌ2 ＝１８０°−Ｌ2m
（以上、（ωs ′＝…）から（Ｌ2 ＝…）まで）      …（22）
0003805869.tif 000005
ここでは±はγ2 の符号をとる。
【００４１】
（ω1 ＋Ｌ1 ）と（ω2 ＋Ｌ2 ）あるいは（ω2 −Ｌ2 ）は式として等価であるが数値計算の誤差を減らすためにウエート付き平均を用いた。ウエートはＬの計算精度がcos Ｌに比例することを使って求めた。なお逆三角関数は全て主値を用いる。基本計算１′終了。＜＞終了。
【００４２】
＜「４方位測定」のδ0 、δ90の計算＞；次式で計算する。
【００４３】
δ0 ＝（δ0 + −δ180 + ）／２      …（24）
δ90＝（δ90+ −δ270 + ）／２      …（25）
＜＞終了。
【００４４】
＜「２方位測定」のδ0 、δ90の計算＞；まず「較正」で求めたδ* を用いてピーク出力時のＸ線入射方向のｚ軸との角度δs0、δs90 を求める。
【００４５】
δs0＝δ0 + −δ* ＋α              …（26）
δs90 ＝δ90+ −δ* ＋α            …（27）
次に、Ｌ、ｋ、β1 、β2 、ｓ1 、ｓ2 を補助変数として用いてδ0 、δ90を求める。
【００４６】
【数１１】
0003805869.tif 000006
ここで、逆三角関数は全て主値を用いる。δ0 、δ90はそれぞれ結晶格子面法線ｈのφ軸からのｘ方向、ｙ方向への傾斜角である。
【００４７】
δ0 、δ90は、また最大傾斜方位φmax と最大傾斜δmax を表現することもできる。この変換は次の各式のようにしてできる。
【００４８】
【数１２】
0003805869.tif 000007
Ｘ＝Ｙ＝０（＜ε）の場合
φmax ＝不定
｜Ｘ｜＞｜Ｙ｜かつＸ＞０の場合
φmax ＝arctan（Ｙ／Ｘ）
｜Ｘ｜＞｜Ｙ｜かつＸ＜０の場合
φmax ＝arctan（Ｙ／Ｘ）＋１８０°
｜Ｙ｜≧｜Ｘ｜かつＹ＞０の場合
φmax ＝９０°−arctan（Ｘ／Ｙ）
｜Ｙ｜≧｜Ｘ｜かつＹ＜０の場合
φmax ＝９０°−arctan（Ｘ／Ｙ）＋１８０°
（以上、（Ｘ＝Ｙ＝…）から（φmax ＝…）まで）  …（39）
ここでは先にδ0 、δ90を求めたが、先にφmax 、δmax を求め、それを変換してδ0 、δ90を求めてもよい。φmax 、δmax は次式でδ0 、δ90に変換できる。
【００４９】
【数１３】
δ0 ＝arctan（tan δmax ・cos φmax ）                    …（40）
δ90＝arctan（tan δmax ・sin φmax ）                    …（41）
以上の計算は数式として厳密解である。補助変数の取り方などで異なる数式で表現できるが厳密解である限り数学的に等価である。＜＞終了。
【００５０】
＜「較正」のδ* 計算＞；まずδ0 、δ90を次式で求める。
【００５１】
【数１４】
δ0 ＝（δ0 + −δ180 + ）／２                            …（42）
δ90＝（δ90+ −δ270 + ）／２                            …（43）
次にＬ2 、Ｐ2 、ξ0 、ξ90、ε0 、ε90を補助変数としてピーク出力時のＸ線入射方向のｚ軸との角度δs0、δs90 、δs180、δs270を求める。
【００５２】
【数１５】
0003805869.tif 000008
ここで、逆三角関数は全て主値を用いる。次に下式でδs0、δs90 、δs180、δs270からそれぞれδ* を求める。
【００５３】
【数１６】
δ* 1 ＝δ0 + ＋α−δs0（＝δ0 + ＋ε0 −δ0 ）          …（54）
δ* 2 ＝δ90+ ＋α−δs90 （＝δ90+ ＋ε90−δ90）        …（55）
δ* 3 ＝δ180 + ＋α−δs180（＝δ180 + ＋ε0 ＋δ0 ）    …（56）
δ* 4 ＝δ270 + ＋α−δs270（＝δ270 + ＋ε90＋δ90）    …（57）
下式でそれぞれのδ* を平均して統計精度を上げたδ* が求まる。
【００５４】
【数１７】
δ* ＝（δ* 1 ＋δ* 2 ＋δ* 3 ＋δ* 4 ）／４              …（58）
以上でδ* が計算されるが、数式として厳密解である。補助変数の取り方などで異なる数式で表現できるが厳密解である限り数学的に等価である。＜＞終了。
【００５５】
本実施の形態によれば、ワーク１の側面を測定するのみでω方向の結晶方位ｈ1 〜ｈ4 とスライス面の結晶方位ｈ0 を求めることができる。
【００５６】
図７及び図８には、本発明の第２の実施の形態である結晶方位決定装置を示す。図７は機構部の構成を示しており、本実施の形態は、前記第１の実施の形態に治具取付け部５１を追加したものである。結晶方位測定部５０は図１のｚ駆動部１８より上の部分と同じである。治具取付け部５１は治具傾斜部５４と治具押さえ部５５及びマーカ部５６があり、治具傾斜部５４は水平面内で回転する部材により治具５３を回転させる。治具押さえ部５５は上下動する部材により治具５２、５３を上面が水平になるようにワーク１に押し付ける。マーカ部５６は水平面内で回転する歯があり、これを水平にワーク１に押し付けるようになっている。押し付けた状態でワーク１をｘ駆動部４で移動させてワーク１の側面にマークを付ける。マーカ部５６は、また塗料などで記しを付けるものでもＯＦ面を加工するものでもよい。
【００５７】
図８を用いて、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。ワーク１の結晶面法線ｈ1 〜ｈ4 、ｈ0 の測定は第１の実施の形態と同じである。図８は、ワーク１とその結晶面法線をＺ方向から見た図で、１つの例として図８（ａ）のように測定されたとする（ｈ0 の傾斜方位はどの方位にもなり得る）。図８（ｂ）にマーク付け時の配置を示す。ｈ1 の方位をω1 としてワーク１の回転角ω0 を、
ω0 ＝ω1 ＋１８０°                …（59）
と設定して水平方向にあるマーカ部５６でｈ1 の方向にマークを付けることができる。ただし、マークはどの方向に付けてもよい。即ち、どの方向に付けたかが判っていればよい。次に治具５２、５３を取付ける。図８（ｃ）に治具取付け時の配置を示す。ｈ0 の方位をωh0としてワーク１の回転角ω0 を、
ω0 ＝ωh0又はωh0＋１８０°        …（60）
と設定し、ｈ0 が水平面内に入るようにするが、治具５２、５３でマークが隠されることがないようにマークが下側にくるように場合選択する。この状態で治具５２と治具５３に接着剤を付け、図のようにワーク１に乗せ、治具傾斜部５４で治具５３をｈ0 の傾斜角δh0だけ水平面内で回転させる。さらに治具押さえ部５５で治具５３をその上面が水平になるように押さえ接着剤を固化させる。これにより治具５３の方向をｈ0 に合わせることができる。
【００５８】
本実施の形態によれば、ワーク１の側面を固定するのみで、ω方向の結晶方位ｈ1 〜ｈ4 とスライス面の結晶方位ｈ0 を求め、これに合わせてマークをワーク１に付けること、また治具を付けることができる。これによりワーク１を新たに測定することなく正確にスライスすることが可能となる。
【００５９】
図９には、本発明の第３の実施の形態である結晶方位決定装置を示す。本実施の形態は、前記第１の実施の形態からデータ処理部４３、機構制御部４２を除き、計算を全て外部で行い、駆動部を全て手動としたものである。駆動部の動作軸はそのままであるが、全体を９０°回転しｚ軸が垂直になっている。略円筒形の結晶インゴットであるワーク６１が、その軸が水平なω軸に合うようにω駆動部６３に支持され、ωハンドル６５でω回転されるようになっている。６７はワーク保持部である。φ軸受け部９１はべース６２に固定されたｚ駆動部７８に支持され、ω軸と直交する垂直なｚ軸方向にｚハンドル９６で駆動される。ｚ駆動はｚクランプ９７で固定される。φ軸受け部９１の上にはφ駆動部７７が固定されており、φ軸シャフト９０と繋がったφフレーム８９をｚ軸と合わせたφ軸に対しφハンドル９３でφ回転させる。９２はφギヤ、９４はφエンコーダ、９５はｚ支持部である。φフレーム８９上にはδ駆動部７６が固定されており、δフレーム８１をφ軸と直交するδ軸に対してδハンドル８６でδ回転させる。δフレーム８１にはＸ線源としてのＸ線管７１とＸ線検出器７３が固定されている。Ｘ線管７１には線源コリメータ７４が付いており、ペンシル状のＸ線ビーム７２ａがφ軸とδ軸の交点であるＣ点に向けて放射される。Ｘ線検出器７３には検出器スリット板７５が付いており、回折されたＸ線ビーム７２ｂが入射する。Ｘ線ビーム７２ａ、７２ｂ間の角度は測定しようとする結晶の格子間隔によって決まる角度２α（＝１８０°−２×ブラッグ角θ0 ）に設定されている。Ｘ線検出器７３はδフレーム８１上で配置換えができ、結晶面により角度２αを切換える。Ｘ線管７１は管電圧４０ｋＶの銅をターゲットとするもので、約８ｋｅＶの銅の特性Ｘ線Ｋαを使用する。Ｘ線検出器７３はガスを用いた比例計数管であり、Ｘ線のフォトンカウントを行うものである。δフレーム８１はＣ点を通るδ軸を中心とする円弧状のレールを兼ね、４つのガイドローラ８３で支えられている。δフレーム８１は、その一端にあるアーム８２をボールネジ８４とボールナット８５を介してδハンドル８６を動かすことでδ回転する。アーム８２にはδギヤ８７を介してδエンコーダ８８が付けられている。φフレーム８９のワーク側のφ軸近傍には測長部７９が取り付けられ、ワーク６１との相対ｚ軸位置が測定できる。即ち、スライドスケール８０をスライドさせ一端をワーク６１に突き当て、この状態でｚ軸方向に駆動し、スライドスケール８０上のマークが固定側のマークにあった位置でｚ軸方向を固定する。表示部６８はＸ線検出器７３の出力をアナログ表示する検出器メータ６９とδ、φ、ωの各軸のエンコーダ出力を受け、それぞれその値を表示するデジタル表示器７０よりなっている。上記の構成において、φ回転はφフレーム８９ではなく、ワーク６１をω駆動部６３とともに回転させるようにしてもよい。ワーク６１が小さな場合、この方が機構が容易になる。またｚ駆動もワーク６１側で行ってもよい。
【００６０】
上述のように構成された本実施の形態の作用は、前記第１の実施の形態の作用とほぼ同じであるので、詳細は省略する。第１の実施の形態でデータ処理部と機構制御部が自動で行っていることを手動で置き換えたものである。例えば、操作者はφ、ωを所定値にセットし、検出器メータ６９を見ながらδハンドル８６を回し、ピークを探しそのときのδ値を読取り記録する。最後に記録をパソコン等で同様に計算し結果を求める。
【００６１】
本実施の形態によれば、ワーク６１の側面を測定するのみでω方向の結晶方位ｈ1 〜ｈ4 とスライス面の結晶方位ｈ0 を求めることができる。また、全て手動としたので安価、小型でメンテナンス性のよい装置とすることができる。
【００６２】
図１０乃至図１２には、本発明の第４の実施の形態である結晶加工装置を示す。図１０を用いて、機構部の構成から説明する。本実施の形態は、前記第１の実施の形態に円筒研削部１０７及びマーク加工部１０８を追加したものである。結晶方位測定部５０は、図１のｚ駆動部１８より上の部分と同じである。円筒研削部１０７はω軸に平行な軸に対し回転する歯あるいは砥石が水平ｚ方向に可動となっており、これをワーク１０１に押し付けながらワーク１０１をω回転及びｘ移動させて円筒研削を行うものである。マーク加工部１０８は水平面内で回転する歯あるいは砥石があり、これをワーク１０１に押し付けるようになっている。押し付けた状態でワーク１０１をｘ駆動部１０５で移動させてワーク１０１の側面にｖ溝のマークを付けるものである。マーク加工部１０８は、またＯＦ面を加工するものでもよい。円筒研削部１０７は回転歯を上下方向（図のｙ方向）に可動としＯＦ面加工に用いることもできる。この場合、円筒研削部１０７はマーク加工部１０８を代用することができる。ｘ駆動部１０５は、ワーク１０１を結晶方位測定部５０の位置まで移動させるときにも使われ、ｘ方向の測定位置の位置決めが行われる。１０２はワーク保持部、１０３はω駆動部、１０４はｘフレーム、１０６はべースである。
【００６３】
上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。ワーク１０１をまず円筒研削し、次に前記第１の実施の形態と同様に結晶方位（結晶面法線）ｈ1 〜ｈ4 、ｈ0 を測定する。次いで、ω方向の結晶方位を示すマークとしてｈ1 の方向にマークを付けるが、これは前記第２の実施の形態で説明したように行う。第１の実施の形態では、スライス面（１００）、ＯＦ測定面（１１０）のＳｉ結晶の場合を例にとって説明したが、スライス面（１００）、ＯＦ測定面（１００）も同様である。以下、他の場合を３例説明しておくが、本実施の形態はこれらに限られるものではない。
【００６４】
図１１にスライス面（１１１）、ＯＦ測定面（１１０）のＳｉ結晶の場合を示す。これは、ワーク１０１と結晶格子３３とその測定する結晶面法線を示す。ここで（ｈｋｌ）は面指数である。（１１１）面がスライスする面でその法線ｈ0 は略円筒軸に平行である。（１１１）面と直交する（１１０）面の法線は円筒面と略直交しｈ1 、ｈ2 、ｈ3 、ｈ4 、ｈ5 、ｈ6 の６つある。それぞれｈ0 と直交する。ｈ1 〜ｈ6 は１つの平面内にあり、６０°ステップであり、ｈ1 ＝−ｈ4 、ｈ2 ＝−ｈ5 、ｈ3 ＝−ｈ6 の関係がある。ｈ1 〜ｈ6 のうち平行しない２つ以上を測定すれば３次元的に結晶方位がわかることになり、ｈ0 もまた求まる。第１の実施の形態と同様にｈ1 〜ｈ6 を測定する。最低非平行な２つが測定できればよいが統計精度を上げるために６つ測定するのが好ましい。これによりｈ0 を計算する。次に、ω方向の結晶方位を示すマークとしてこの場合ｈ4 あるいはｈ5 の方向にマークを付ける。
【００６５】
＜法線ｈ1 〜ｈ6 から法線ｈ0 を求める計算（スライス面（１１１））＞；法線ｈはｘｙｚ座標系で求められるのでワーク１０１に固定されたＸＹＺ座標系に（２）〜（４）式で変換する。次に求めたｈi （ωi 、γi ）、（ｉ＝１〜６）からｈ1 と−ｈ4 、ｈ2 と−ｈ5 、ｈ3 と−ｈ6 をそれぞれ平均し、ｈ1m、ｈ2m、ｈ3mとし、これから２つを抜き取った組を３組作る。各組ごとに「直交ベクトル算出」を行い平均してｈ0 を求める。＜＞終了。
【００６６】
図１２にスライス面（５１１）、ＯＦ測定面（５１１）のＳｉ結晶の場合を示す。これは、ワーク１０１と結晶格子３３とその測定する結晶面法線を示す。ここで（ｈｋｌ）は面指数である。（５１１）面がスライスする面でその法線ｈ0 は略円筒軸に平行である。従来はスライス面（５１１）の場合は、ＯＦ測定面は（１１０）を用いていたが、その場合対向する平行な法線２つのみ測定可能で、３次元の結晶方位が求められない。そこで、本実施の形態では（５１１）面を測定する。（５１１）面のうち、ｈ0 と略直交する法線はｈ1 、ｈ2 、ｈ3 、ｈ4 、ｈ5 、ｈ6 、ｈ7 、ｈ8 の８つある。それぞれ円筒面と略直交する。ｈ1 〜ｈ8 は１つの平面内にはなく、図の配置である。またｈ1 ＝−ｈ5 、ｈ2 ＝−ｈ6 、ｈ3 ＝−ｈ7 、ｈ4 ＝−ｈ8 の関係がある。ｈ1 〜ｈ8 のうち平行しない２つ以上を測定すれば３次元的に結晶方位がわかることになり、ｈ0 もまた求まる。第１の実施の形態と同様にｈ1 〜ｈ8 を測定する。最低非平行な２つが測定できればよいが統計精度を上げるために８つ測定するのが好ましい。これによりｈ0 を計算する。次に、ω方向の結晶方位を示すマークとしてこの場合ｈ2 、ｈ3 の中間あるいはｈ6 、ｈ7 の中間方向にマークを付ける。
【００６７】
＜法線ｈ1 〜ｈ8 から法線ｈ0 を求める計算（スライス面（５１１））＞；法線ｈはｘｙｚ座標系で求められるのでワーク１０１に固定されたＸＹＺ座標系に（２）〜（４）式で変換する。次に求めたｈi （ωi 、γi ）、（ｉ＝１〜８）からｈ1 ，ｈ2 ，−ｈ5 ，−ｈ6 の４個及びｈ3 ，ｈ4 ，−ｈ7 −ｈ8 の４個をそれぞれ平均し、ｈ12、ｈ34を求める。平均したベクトルは測定誤差のない場合、ｈ0 に直交する面内にくる。したがって「直交ベクトル変換」でｈ0 が求められる。ｈ12、ｈ34はγ＝０の面に近いので対称性より平均は球面座標の成分ごとの平均でよい。
【００６８】
【数１８】
γ12＝（γ1 ＋γ2 −γ5 −γ6 ）／４
ω12＝（ω1 ＋ω2 ＋ω5 ＋ω6 ）／４−９０°
γ34＝（γ3 ＋γ4 −γ7 −γ8 ）／４
ω34＝（ω3 ＋ω4 ＋ω7 ＋ω8 ）／４−９０°
（以上、（γ12＝…）から（ω34＝…）まで）    …（61）
ここでωは、３６０°＞ω≧０°になるよう計算結果を調整するものとする。γ＝０の面からのずれが大きいとき、即ち、ｈ0 のＺ軸からのずれが大きいときは、一旦、直交座標に変換し成分ごとの平均を求めてから球面座標に変換する。＜＞終了。
【００６９】
スライス面を特定結晶面からずらす場合がある。この場合はスライス面の法線ｈc を求め、マークの基準とする。例としてスライス面（１００）４°オフ、ＯＦ測定面（１１０）のＳｉ結晶の場合を説明する。第１の実施の形態で説明した「４°オフ」なしの場合と同様にｈ1 〜ｈ4 、ｈ0 を求め、これからｈc を計算すればよい。ｈc はｈ0 から例えばｈ2 方向に４°傾いているので、ベクトル式
【数１９】
ｈc ＝ｈ0 ・cos ４°＋ｈ2 ・sin ４°                      …（62）
で計算される。具体的には、それぞれ直交座標に変換し成分ごとに上式で計算し結果を球面座標に変換すればよい。
【００７０】
上述した本実施の形態によれば、ワーク１０１の側面を測定するのみでω方向の結晶方位ｈ1 〜ｈ4 等とスライス面の結晶方位ｈ0 を求めることができる。またワーク１０１をω駆動部から外すことなく円筒研削と結晶方位測定とω方向の結晶方位を示すマークの加工ができるのでマークの精度がよく、また円筒面とマークを基準としたスライス面の方向が精度よく求められる。これによりワーク１０１を新たに測定することなく正確にスライスすることが可能となる。
【００７１】
第４の実施の形態の変形例を述べる。ｘ駆動部１０５によりワーク１０１の軸方向の測定位置を変え所定の複数箇所で測定することで統計精度をより高めることができ、またワーク１０１の結晶面のねじれやたわみや不良箇所をチェックすることもできる。ｘ駆動は円筒研削部１０７、マーク加工部１０８、結晶方位測定部５０の側で行ってもよい。また求めた３次元の結晶方位（スライス面方位等）をワーク識別番号とともに他の装置（加工機等）に出力することもできる。また、結果をプリント出力してワーク１０１に貼り付ける、インクジェット式プリンタ等でワーク１０１に直接記入する、バーコードで記入して加工機側で読み取る、等を行うこともでき、効率よく間違いなく加工することができる。
【００７２】
図１３には、本発明の第５の実施の形態である結晶加工装置を示す。本実施の形態は、上記第４の実施の形態に治具取付け部１０９を追加したものである。図１３は、治具取付け部１０９の詳細を示している。ワーク１０１に取り付ける治具は２つの部分１１１、１１２よりなっている。治具傾斜板１１３は治具傾斜部１１４により水平面内で回転され、また水平方向に移動でき、治具１１２に押し付けられて治具１１２の水平面内での角度を調整できるようにされている。治具押さえロッド１１５はクランプをフリーにすると自重で治具を下方に押さえるものである。この他に、水準器１１６があり、治具の上面を水平に合わせるのに用いられる。１１９は支持部、１１８はロッド支持部、１１７はネジである。
【００７３】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。結晶方位測定及びマークの加工までは第４の実施の形態と同様に行う。次いで治具の取付けを行うが、これは第２の実施の形態とほぼ同様である。まず、ワーク１０１をω回転させ、ｈ0 が水平面内に入り、かつマークが上面にこない位置で固定する。次に治具１１１に接着剤を付けワーク１０１の上に載せ水準器１１６で上面が水平になるように調節して治具押さえロッド１１５で押さえる。接着剤が固化してから治具１１２を治具１１１の上に載せ、治具傾斜板１１３で方向を合わせてネジ１１７で固定する。治具傾斜板１１３は測定されたｈ0 の傾斜に合わせて傾斜させておく。
【００７４】
上述した本実施の形態によれば、ワーク１０１の側面を測定するのみでω方向の結晶方位ｈ1 〜ｈ4 等とスライス面の結晶方位ｈ0 を求め、これに合わせてマークを加工すること、また治具を付けることができる。またワーク１０１をω駆動部から外すことなく円筒研削と結晶方位測定とω方向の結晶方位を示すマークの加工及び治具取付けができるのでマークと治具の精度がよい。これによりワーク１０１を新たに測定することなく正確にスライスすることが可能である。
【００７５】
第５の実施の形態の変形例を、図１４を用いて説明する。図１４（ａ）に示すように、接着層を少し厚くして治具を１つにすることができる。この治具１２０は、円筒軸とずれて接着される。水準器を使う代わりに図のように治具押さえロッド１１５の下部を水平にしておき治具１２０の上面が水平になるようにしてもよい。図１４（ｂ）に示すように、治具１２０を仮の治具とし、接着後、主治具１２１をこれに合わせて接着するようにしてもよい。１２２はモールドである。スライス加工時には主治具１２１を用いる。他に、治具の中央部を空洞としここに接着剤を流して固めることもできる。治具傾斜部あるいは治具を押さえる部分は治具を緩く押さえるのではなく強く保持して位置合わせするのでもよい。その他、治具の形状、取付け法は種々の変形が可能である。
【００７６】
図１５及び図１６には、本発明の第６の実施の形態である結晶加工装置を示す。図１５に示す機構部の構成は、前記第４の実施の形態とほぼ同様であるが、ワークを加工する部分が異なっている。結晶方位測定部５０は、図１のｚ駆動部１８より上の部分と同じである。ワーク１３１は、ワーク保持部１３２を介してω駆動部１３３により支持され、その軸の周りにω回転される。加工部１３５は回転歯１３６、１３７があり、円筒形の回転歯１３６は、ｙ′ｚ駆動部１４０により図のｙ′及びｚ方向に移動される。円盤型の回転歯１３７はｚ駆動部１４１により図のｚ方向に移動される。また回転歯１３６、１３７はｘ′フレーム１４２より支持されｘ′駆動部１４３により図のｘ′方向に移動される。回転歯１３６、１３７、ｙ′ｚ駆動部１４０、ｚ駆動部１４１、ｘ′フレーム１４２、ｘ′駆動部１４３の全体はφ軸に平行なχ軸に対しχ駆動部１４５によりχ回転される。χが０°のとき、ｘ′、ｙ′はそれぞれｘ、ｙに平行になる。１３４はべース、１３８、１３９、１４４はそれぞれモータである。
【００７７】
本実施の形態の作用は、前記第４の実施の形態の作用とほぼ同様である。ワーク１３１をまず円筒研削する。円筒研削は回転歯１３６を回転させながらｚ方向に移動させ、ワーク１３１に押し付け、ワーク１３１をω回転させ、さらに回転歯１３６をｘ′方向に移動させることで行われる。円筒研削のときはχは０°に設定しておく。次に前記第４の実施の形態と同様に結晶方位（結晶面法線）ｈ1 〜ｈ4 、ｈ0 を測定する。次いで、測定をもとにω方向の結晶方位を示すマークであるＯＦ面の加工とスライス面の方位を示すマークであるＨ０面とＨ０ラインを加工する。以下、図１６を用いてマークの加工を説明する。ワーク１３１をスライス面（１００）、ＯＦ測定面（１１０）のＳｉ結晶とする。図１６（ａ）〜（ｃ）は、ワーク１３１とその結晶面法線をＺ方向からみた図で、１つの例として図１６（ａ）のように測定されたとする（ｈ0 の傾斜方位はどの方位にもなり得る）。図１６（ｂ）にＯＦ面加工時の配置を示す。ｈ1 の方位をω1 としてワーク１３１の回転角ω0 を、
ω0 ＝ω1 ＋１８０°                …（63）
と設定して回転歯１３６をｙ′及びｘ′方向に移動させることでｈ1 の方向にＯＦ面を加工することができる。次に、ω軸及びｈ0 に平行な平面（ここではＨ０面と名付ける）を加工する。図１６（ｃ）にこのときの配置を示す。ｈ0 の方位をωh0としてワーク１３１の回転角ω0 を、
ω0 ＝ωh0±９０°                  …（64）
と設定し、ｈ0 が垂直面内に入るようにするが、ＯＦ面とＨ０面が干渉しないようにＯＦ面が加工部１３５の反対側にくるように±を選択する。この状態でＯＦ面と同様にＨ０面を加工する。次にω0 を固定したまま、Ｈ０面上にｈ0 に平行な線（ここではＨ０線と名付ける）を加工する。図１６（ｄ）にこのときの配置を示す。これは−ｚ方向から見た図である。χをｈ0 の傾斜角δh0だけ傾斜させ回転歯１３７をｚ移動及びｘ′移動させ、Ｈ０面に溝であるＨ０線を加工する。
【００７８】
上述した本実施の形態によれば、ワーク１３１の側面を測定するのみでω方向の結晶方位ｈ1 〜ｈ4 等とスライス面の結晶方位ｈ0 を求め、これに合わせてマークを加工することができる。またワーク１３１をω駆動部から外すことなく円筒研削と結晶方位測定とω方向の結晶方位を示すマーク及びスライス面の結晶方位を示すマークの加工ができるのでマークの精度がよい。これによりワーク１３１を新たに測定することなく正確にスライスすることが可能である。
【００７９】
第６の実施の形態の変形例を説明する。円筒研削やＯＦ面加工に用いる回転歯１３６の回転軸の方向は、この方向に限られるものではない。ｙ′軸方向やｚ軸方向でもよい。回転歯１３６は必ずしもχ回転する必要はない。また回転歯１３７は回転歯でなくとも例えばバイトやケガキ針やペンのようなものでもよい。またχ回転はワーク１３１側を回転してもよいし、χ回転の代わりにｘ′、ｙ′に同時に移動して斜めに動かすこともできる。この実施の形態で、治具取付けとマーク加工を併用することもできる。例えばＨ０面加工の代わりに第５の実施の形態のように治具１１１（図１３）を接着し、治具１１１の一面をＨ０面の代わりにしてここにＨ０線を加工してもよい。またワーク１３１に対し部材を接着し、この部材に対しマークを加工してもよい（即ち、取付けた部材もワークの一部とみなす）。マークは面と線の加工ではなく２つの面の加工でもよい。部材を取り付けることでワーク１３１の削る部分を減らすことができる。
【００８０】
この実施の形態でＨ０面とＨ０線を加工する代わりにスライス面自体を示すマークを加工してもよい。この場合の機構部を図１７に示す。これは図１５のχ駆動部１４５、回転歯１３７とその駆動部をなくし、その代わりに回転歯１４６とその駆動部を付けたものである。回転歯１４６はω′駆動部１４８でω′回転され、ω′駆動部１４８はχ駆動部１４９によりｚ軸と平行なχ軸についてχ回転される。１４７はモータである。χが０°のとき、ω′軸はω軸に一致する。χをδh0だけ傾斜させ、回転歯１４６をω′回転させスライス面マーク１５０を加工する。スライスするとき、このマークを含む面に平行にスライスすればよいことになる。マークをもとにスライス用治具を取付けることもできる。
【００８１】
図１８には、本発明の第７の実施の形態である結晶加工装置を示す。上記第６の実施の形態の変形例である図１７から回転歯１４６とその駆動部をなくし、軸変位機構部１５１を追加したものである。これはワークの軸（ω′軸とする）をω軸から変位させるもので、ワーク保持部１３２をネジ１５３によってω軸を基準とした座標でＸ及びＹ方向に移動させることで行う。１５２はボールである。
【００８２】
上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。上記の軸変位のない状態でワーク１３１の側面の測定する部分を予備研削し、第４の実施の形態と同様に結晶方位（結晶面法線）ｈ1 〜ｈ4 、ｈ0 を測定する。予備研削してあるのでワーク１３１を回転させたとき、測定点がＣ点よりずれることなく測定できる。次に軸変位させｈ0 をω軸に合わせる。ω軸を基準とした座標でｈ0 が求まっているので、上記のＸ、Ｙ移動の移動量が計算できる。次に、この状態でｈ0 を軸とする円筒研削を行う。次いで、第６の実施の形態と同様にＯＦ面を加工する。
【００８３】
上述した本実施の形態によれば、ワーク１３１の側面を測定するのみでω方向の結晶方位ｈ1 〜ｈ4 等とスライス面の結晶方位ｈ0 を求め、これに合わせてマークを加工することができる。ワーク１３１の側面をスライス面と直角に研削するので新たに測定することなく正確にスライスすることが可能である。また測定前に予備研削してあるので精度よく測定できる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の結晶方位決定装置によれば、略円筒状結晶である被検体を当該被検体の軸と略同軸であるω軸の回りにω回転させるω駆動部と、前記ω軸に直交するφ軸の回りに前記被検体とφフレームの間で相対的にφ回転させるφ駆動部と、前記φフレーム上で前記φ軸に直交するδ軸の回りにδフレームをδ回転させるδ駆動部と、前記δフレーム上に配置され前記δ回転面に沿って前記δ軸と前記φ軸の略交点である所定の点に向けてＸ線ビームを放射するＸ線源と、前記所定の点が前記被検体の側面に一致するように前記所定の点あるいは前記被検体を位置決めする位置決め機構部と、前記δフレーム上に配置され前記所定の点より略前記δ回転面に沿って回折される回折Ｘ線を検出するＸ線検出器とを有し、前記被検体の結晶面のうち前記ω軸に略直交する法線を持つ２以上の所定の結晶面の方位を測定するようにしたため、被検体の側面の測定のみで、ω軸に略直交する法線を持つ互いに非平行な２以上の所定の結晶面の方位を測定することができて、被検体の軸に略平行な法線を持つ所定の面、即ち所定の結晶面あるいは、この所定の結晶面から所定の配置をとる所定の面（スライス加工面）を効率よく求めることができる。
【００８５】
請求項２記載の結晶方位決定装置によれば、前記Ｘ線検出器のピーク出力を与える前記ω回転、φ回転及びδ回転の各回転量の読み値から前記被検体における前記ω軸に略直交する法線を持つ２以上の所定の結晶面の方位を計算し、該計算結果から前記ω軸に略平行な法線を持つ所定の面の方位を求める計算を行って３次元の結晶方位を求めるデータ処理部を具備させたため、被検体の側面の測定のみで、被検体の軸に略平行な法線を持つ所定の面、即ち所定の結晶面あるいは、この所定の結晶面から所定の配置をとる所定の面（スライス加工面）を確実に求めることができる。
【００８６】
請求項３記載の結晶方位決定装置によれば、求められた前記結晶面の方位と一定の関係を持つ所定の面に加工を行うための基準となる治具を、当該結晶面の方位に合わせて前記被検体に取付ける治具取付け部を具備させたため、被検体を装置から外さずに、求められた結晶面の方位に合わせて治具を取付けることができ、この治具を基に被検体にスライス等の所定の加工を正確に行うことができる。
【００８７】
請求項４記載の結晶加工装置によれば、被検体である結晶をω軸の回りにω回転させるω駆動部と、前記被検体の側面を前記ω軸を研削時の回転軸として円筒状に研削する円筒研削部と、円筒状の前記被検体の側面にＸ線ビームを当て回折される回折Ｘ線を測定することで前記被検体の結晶面のうち前記ω軸に略直交する法線を持つ所定の結晶面の方位を前記ω回転の２つ以上の位置で測定しこれより３次元の結晶方位を求める結晶方位測定部と、前記被検体の結晶方位を示すマークを加工するマーク加工部とを有し、求めた前記結晶方位を基に前記被検体に少なくとも前記ω軸の回転方向の結晶方位を示すマークを加工するようにしたため、被検体を、ω駆動部から外すことなく円筒状研削と３次元の結晶方位測定とω軸の回転方向の結晶方位を示すマーク加工とを行うことができて、正確かつ効率よくスライス等の加工を行うことができる。
【００８８】
請求項５記載の結晶加工装置によれば、求められた前記結晶面の方位と一定の関係を持つ所定の面に加工を行うための基準となる治具を、当該結晶面の方位に合わせて前記被検体に取付ける治具取付け部を具備させたため、被検体をω駆動部から外さずに、求められた結晶面の方位に合わせて、さらに治具を取付けることができ、この治具を基に被検体にスライス等の所定の加工を正確かつ効率よく行うことができる。
【００８９】
請求項６記載の結晶加工装置によれば、前記マークは、前記ω軸に略平行な法線を持つ所定の面の方位を示すマークを含むようにしたため、後のスライス等の加工工程で、新たな結晶方位測定をせずにマークを基に正確かつ効率よく加工をすることができる。
【００９０】
請求項７記載の結晶加工装置によれば、前記研削時の回転軸は、前記ω軸とは別の研削軸として当該研削軸を前記ω軸から相対的にずらす研削軸変位機構を有し、求められた前記結晶方位に基づき前記円筒状研削をするようにしたため、後のスライス等の加工工程で、新たな結晶方位測定をせずに、円筒面を基に正確かつ効率よく加工をすることができる。
【００９１】
請求項８記載の結晶方位決定方法によれば、略円筒状結晶である被検体の側面にＸ線ビームを当て回折される回折Ｘ線を測定することで前記被検体の結晶面のうち前記円筒状結晶の軸に略直交する法線を持つ２以上の所定の結晶面の方位を測定し、該測定から前記円筒状結晶の軸に略平行な法線を持つ所定の面の方位を求めるようにしたため、被検体の側面の測定のみで、被検体の軸に略平行な法線を持つ所定の面、即ち所定の結晶面あるいは、この所定の結晶面から所定の配置をとる所定の面（スライス加工面）を効率よく求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である結晶方位決定装置を示す構成図である。
【図２】上記第１の実施の形態における制御系を示すブロック図である。
【図３】上記第１の実施の形態における座標系を説明するための図である。
【図４】上記第１の実施の形態における被検体と結晶面を示す図である。
【図５】上記第１の実施の形態における座標変換を説明するための図である。
【図６】上記第１の実施の形態における法線ｈ0 の計算を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態である結晶方位決定装置を示す構成図である。
【図８】上記第２の実施の形態の作用を説明するための図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態である結晶方位決定装置を示す構成図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態である結晶加工装置を示す構成図である。
【図１１】上記第４の実施の形態における被検体と結晶面を示す図である。
【図１２】上記第４の実施の形態における被検体と結晶面を示す図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態である結晶加工装置を示す構成図である。
【図１４】上記第５の実施の形態の変形例を示す構成図である。
【図１５】本発明の第６の実施の形態である結晶加工装置を示す構成図である。
【図１６】上記第６の実施の形態の作用を説明するための図である。
【図１７】上記第６の実施の形態の変形例を示す構成図である。
【図１８】本発明の第７の実施の形態である結晶加工装置を示す構成図である。
【図１９】Ｘ線回折を一般的に説明するための図である。
【図２０】結晶方位決定装置の第１の従来技術の構成図である。
【図２１】結晶方位決定装置の第２の従来技術の構成図である。
【符号の説明】
１、６１  ワーク（被検体）
２  ω駆動部
４  ｘ駆動部
１１、７１  Ｘ線管（Ｘ線源）
１３、７３  Ｘ線検出器
１６、７６  δ駆動部
１７、７７  φ駆動部
２０  距離センサ（位置決め機構部）
２１、８１  δフレーム
２７、８９  φフレーム
４３  データ処理部
５０  結晶方位測定部
５１、１０９  治具取付け部
５２、５３、１１１、１１２、１２０  治具
１０７  円筒研削部
１５１  軸変位機構
【図１】
0003805869.tif 000009
【図２】
0003805869.tif 000010
【図３】
0003805869.tif 000011
【図４】
0003805869.tif 000012
【図５】
0003805869.tif 000013
【図６】
0003805869.tif 000014
【図７】
0003805869.tif 000015
【図８】
0003805869.tif 000016
【図９】
0003805869.tif 000017
【図１０】
0003805869.tif 000018
【図１１】
0003805869.tif 000019
【図１２】
0003805869.tif 000020
【図１３】
0003805869.tif 000021
【図１４】
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【図１５】
0003805869.tif 000023
【図１６】
0003805869.tif 000024
【図１７】
0003805869.tif 000025
【図１８】
0003805869.tif 000026
【図１９】
0003805869.tif 000027
【図２０】
0003805869.tif 000028
【図２１】
0003805869.tif 000029