JP5922530B2 - Orientation flat position determination method and orientation flat position determination apparatus - Google Patents
Orientation flat position determination method and orientation flat position determination apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP5922530B2 JP5922530B2 JP2012191348A JP2012191348A JP5922530B2 JP 5922530 B2 JP5922530 B2 JP 5922530B2 JP 2012191348 A JP2012191348 A JP 2012191348A JP 2012191348 A JP2012191348 A JP 2012191348A JP 5922530 B2 JP5922530 B2 JP 5922530B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plane
- axis
- crystal
- detector
- orientation flat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 43
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 169
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 91
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 91
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 19
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 12
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005162 X-ray Laue diffraction Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000005231 Edge Defined Film Fed Growth Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 238000002447 crystallographic data Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009191 jumping Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical group O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
本発明は、青色発光ダイオードや電子デバイスなどの基板として用いられるｃ面カットサファイア単結晶ウェーハの加工工程、および、それに必要なＸ線による結晶方位の測定方法および装置に関する。 The present invention relates to a processing process of a c-plane cut sapphire single crystal wafer used as a substrate of a blue light emitting diode or an electronic device, and a crystal orientation measurement method and apparatus necessary for the processing.
（サファイア結晶）
サファイア結晶は、酸化アルミニウム（α−Ａｌ２Ｏ３）の組成を有し、三方晶の結晶系に属しており、コランダムの鉱物名で知られている。サファイア結晶は、単結晶窒化ガリウム（ＧａＮ）膜の基板結晶として工業的に利用される。単結晶窒化ガリウム(ＧａＮ)膜は、サファイア結晶上にＭＯＣＶＤ法などでエピタキシャル成長させられ、青色ＬＥＤ（発光ダイオード；Light-Emitting Diode）として使用される。
(Sapphire crystal)
The sapphire crystal has a composition of aluminum oxide (α-Al 2 O 3 ), belongs to a trigonal crystal system, and is known by a corundum mineral name. Sapphire crystals are industrially used as substrate crystals for single crystal gallium nitride (GaN) films. A single crystal gallium nitride (GaN) film is epitaxially grown on a sapphire crystal by MOCVD or the like and used as a blue LED (Light-Emitting Diode).
ＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長技術はここ数年の間に飛躍的な進歩を遂げ、緑色・青色・白色ＬＥＤなどの商品化がなされている。これらのＬＥＤは、点灯、消灯速度が速く、電球に比べ５０〜１００倍も寿命が長く、消費電力が１／３〜１／１５で済むという特徴も有する。これらの特徴を利用してＧａＮ系ＬＥＤは、近年、携帯電話機、液晶のバックライトやフルカラー表示の屋外ディスプレイ、信号機やＬＥＤ照明として利用されている。この技術は、省エネルギー・エコ対策に有効であることから注目され、量産体制が求められている。 The crystal growth technology of GaN-based III-V compound semiconductors has made tremendous progress in recent years, and commercialization of green, blue, and white LEDs has been made. These LEDs are also characterized by a fast turn-on and turn-off speed, a life span that is 50 to 100 times longer than that of a light bulb, and a power consumption of 1/3 to 1/15. In recent years, GaN-based LEDs have been used as cellular phones, liquid crystal backlights, full-color outdoor displays, traffic lights, and LED lighting using these characteristics. This technology is attracting attention because it is effective for energy conservation and ecological measures, and a mass production system is required.
この青色・白色ＬＥＤのキーマテリアルであるＧａＮをエピタキシャル成長させるのに必要となる基板が、単結晶サファイア基板である。単結晶サファイアが、ＧａＮ系ＬＥＤの基板結晶として使用される理由は、ＧａＮの格子定数に比較的近いこと、ＧａＮエピタキシャル成長時の環境（約１２００℃）に耐えうる高温安定性、熱膨張率、化学的安定性など、基板結晶として適した特性を有していることや、比較的安価で安定して入手できることにある。 A substrate necessary for epitaxial growth of GaN as a key material of the blue / white LED is a single crystal sapphire substrate. The reason why single crystal sapphire is used as the substrate crystal of GaN LED is that it is relatively close to the lattice constant of GaN, high temperature stability that can withstand the environment (about 1200 ° C) during GaN epitaxial growth, thermal expansion coefficient, chemical It has characteristics suitable for a substrate crystal such as mechanical stability, and can be obtained stably at a relatively low cost.
ＧａＮエピタキシャル膜は、サファイアｃ面基板上に成長させるのが一般的である。これに代えて、ｃ面を特定の方向にわずかに傾けた表面を持ついわゆるオフセット角のついたサファイア基板上に成長させることもある。オフセット角をつけるのは、エピタキシャル成長のしやすさや堆積性の良さに関係している。 The GaN epitaxial film is generally grown on a sapphire c-plane substrate. Alternatively, the c-plane may be grown on a sapphire substrate with a so-called offset angle having a surface slightly inclined in a specific direction. The offset angle is related to the ease of epitaxial growth and the good deposition properties.
（サファイア基板の製造工程）
サファイア単結晶は、一般的に、チョクラルスキー法、キロプロス法またはＥＦＧ（Edge-defined Film-fed Growth）法などによって製造される。これらの方法では、所定方位の結晶面を有するサファイア単結晶の種結晶をサファイア融液につけてから、単結晶をゆっくり成長させて作製する。得られた単結晶の塊は、ブール（boule）と呼ばれる。
(Manufacturing process of sapphire substrate)
The sapphire single crystal is generally manufactured by the Czochralski method, the Kilopros method, the EFG (Edge-defined Film-fed Growth) method, or the like. In these methods, a seed crystal of a sapphire single crystal having a crystal plane with a predetermined orientation is attached to a sapphire melt, and then the single crystal is grown slowly. The resulting single crystal mass is called a boule.
単結晶の成長の場面では、結晶が成長しやすい方位、逆に、成長しにくい方位が存在する。サファイア結晶の場合は、ａ軸方位で引上げると、単結晶が比較的容易に成長する。ａ軸とは直交関係にあるｃ軸方位＝[0001]方位で成長させる場合は、単結晶が比較的成長しにくいか、または単結晶に小傾角粒界や気泡が入りやすい。小傾角粒界とは、育成した単結晶を切断した断面の中で、数度以下の範囲で微妙に面方位がずれることで生じる粒界をいう。したがって、良質な結晶を得るためにａ軸方位で引上げる方法が一般的になっている。 In the case of single crystal growth, there are orientations in which crystals are easy to grow, and conversely, orientations that are difficult to grow exist. In the case of a sapphire crystal, a single crystal grows relatively easily when pulled in the a-axis orientation. When growing in the c-axis orientation = [0001] orientation that is orthogonal to the a-axis, the single crystal is relatively difficult to grow, or low-angle grain boundaries and bubbles are likely to enter the single crystal. A low-angle grain boundary refers to a grain boundary that is generated by a slight misalignment of the plane orientation within a range of several degrees or less in a cross section of a grown single crystal. Therefore, in order to obtain a good quality crystal, a method of pulling in the a-axis direction has become common.
ＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる基板としてサファイア単結晶を準備する際には、前述したように、サファイアｃ面基板上に結晶を成長させる。この結晶成長時の結晶の引上げ方向はａ軸方位であり、デバイスに使用する基板方位（ｃ軸方位）とは合致していない。そのため、図９に示すように、ａ軸成長方位と垂直なｃ軸方向から結晶を円柱形にくりぬく工程（コアリング：coring）が必要になる。ａ軸成長単結晶ブールには、ｃ面＝（0001）に平行なファセット（facet）成長面が現れる。このファセットを参照すれば、比較的高い精度でｃ軸方向に結晶を円柱形にくりぬくことは容易である。 When preparing a sapphire single crystal as a substrate on which a GaN film is epitaxially grown, as described above, the crystal is grown on the sapphire c-plane substrate. The crystal pulling direction at the time of crystal growth is the a-axis orientation and does not match the substrate orientation (c-axis orientation) used for the device. Therefore, as shown in FIG. 9, a step of coring the crystal into a cylindrical shape from the c-axis direction perpendicular to the a-axis growth orientation (coring) is required. In the a-axis grown single crystal boule, a facet growth plane parallel to c-plane = (0001) appears. Referring to this facet, it is easy to hollow out a crystal in a cylindrical shape in the c-axis direction with relatively high accuracy.
ただし、サファイア結晶では、ｃ軸引き上げでなく、くりぬいたインゴットを用いるのが通常であるため、外形から結晶の向きを類推することが難しい。そのような事情から、サファイア結晶の取り扱いには、シリコン結晶のような他の結晶の取り扱いとは異なる難しさがある。 However, in a sapphire crystal, it is normal to use a hollow ingot instead of c-axis pulling, so it is difficult to analogize the crystal orientation from the outer shape. Under such circumstances, handling of sapphire crystals has difficulty different from handling of other crystals such as silicon crystals.
コアリング工程では、ファセットに平行に平面研削をかけ、研削面の反対面もそれと平行に平面研削をかける。そして、研削面に垂直に円柱形にくりぬくと望みのｃ軸方位の円柱結晶が得られる。くりぬく円柱形の径は、後工程での加工を想定し、最終的なウェーハサイズより少し大きな寸法にする。くりぬかれた円柱状のサファイア結晶をコア（core）と呼ぶ。 In the coring process, surface grinding is performed in parallel with the facet, and the surface opposite to the grinding surface is also ground in parallel with it. Then, a cylindrical crystal having a desired c-axis orientation is obtained by drilling in a cylindrical shape perpendicular to the grinding surface. The diameter of the hollow cylinder is assumed to be slightly larger than the final wafer size, assuming processing in a later process. A hollow cylindrical sapphire crystal is called a core.
続いて、円柱状のサファイア結晶の端面として、Ｘ線回折装置を用いた結晶方位測定でｃ面を仕様の精度で面出しし、平面研削する。研削面の反対面もそれと平行に研削する。その後、仕様の円柱サイズに精密に円柱研削する。さらにこの後、Ｘ線回折装置を用いた結晶方位測定でａ面にオリエンテーションフラット（ＯＦ：Orientation Flat）を形成する工程を経て、デバイスに使用する基板としてウェーハリングの加工をする。そして、ウェーハ表面を鏡面研磨し、基板結晶として仕上げる。 Subsequently, as the end face of the cylindrical sapphire crystal, the c-plane is surfaced with a specified accuracy by crystal orientation measurement using an X-ray diffractometer, and surface grinding is performed. Grind the opposite side of the grinding surface parallel to it. After that, the cylinder is precisely ground to the specified cylinder size. Thereafter, a wafer ring is processed as a substrate used in the device through a process of forming an orientation flat (OF) on the a-plane by crystal orientation measurement using an X-ray diffractometer. Then, the wafer surface is mirror-polished and finished as a substrate crystal.
また、最近では、技術革新により、ｃ軸方向の引き上げ法で良質な結晶が得られつつある。図９のようにａ軸引き上げインゴットからｃ軸方位のコアを取り出すのは加工に手間がかかるし、無駄が多いため、このような開発が進められている。ｃ軸方向の引き上げの場合でも、コアの両端を切り落とし、円筒研削によりｃ軸方位の円柱状のサファイア結晶を得る。その後の工程は同様で、円柱状のサファイア結晶を、鏡面研磨された基板結晶＝サファイアウェーハに仕上げる。 Recently, due to technological innovation, high-quality crystals are being obtained by the pulling method in the c-axis direction. As shown in FIG. 9, taking out the core in the c-axis direction from the a-axis pulling ingot takes time for processing and is wasteful, so such development is being advanced. Even in the case of pulling up in the c-axis direction, both ends of the core are cut off and a cylindrical sapphire crystal with c-axis orientation is obtained by cylindrical grinding. The subsequent steps are the same, and the cylindrical sapphire crystal is finished into a mirror-polished substrate crystal = sapphire wafer.
（オリエンテーションフラット加工）
ＯＦ位置を検出するためのＸ線回折装置は、汎用のカット面検査装置にＯＦマーキング治具を取り付けて利用される場合がある。また、円筒研削装置に組み込む専用装置に利用される場合もある。
(Orientation flat processing)
An X-ray diffractometer for detecting an OF position may be used by attaching an OF marking jig to a general-purpose cut surface inspection apparatus. Moreover, it may be used for a dedicated apparatus incorporated in a cylindrical grinding apparatus.
図１０は、従来のＯＦ位置を検出するためのＸ線回折光学系を示す図である。基準となる装置座標を（ｘ，ｙ，ｚ）の直交座標で表している。ＯＦ位置の検出は、次の手順になる。 FIG. 10 is a diagram showing an X-ray diffraction optical system for detecting a conventional OF position. The reference device coordinates are represented by (x, y, z) orthogonal coordinates. The OF position is detected by the following procedure.
ｃ軸方位にくりぬかれたコアをｘ軸に沿って円柱の半径ｒ分だけ後退させて取り付つける（ステップＳ１）。コアの円柱軸は、装置座標のz軸と平行に配置され、ｚ軸に結晶の円柱側面が一致する。入射Ｘ線は、装置座標のｘｙ平面内で、ｙ軸に対しａ面のブラッグ角θａで入射させる。Ｘ線はスリットやコリメータで絞って取り出し十分に平行化する。また、ｘｙ平面のことを赤道面と呼ぶ（ステップＳ２）。生じた回折Ｘ線を検出できるように、Ｘ線の検出器９２０を、赤道面内で、入射Ｘ線に対し２θａ方向に配置しておく（ステップＳ３）。
The core hollowed out in the c-axis direction is attached by retracting along the x-axis by the radius r of the cylinder (step S1). The cylindrical axis of the core is arranged in parallel with the z axis of the apparatus coordinates, and the cylindrical side surface of the crystal coincides with the z axis. Incident X-rays are made incident at the Bragg angle θa of the a-plane with respect to the y-axis within the xy plane of the apparatus coordinates. X-rays are extracted with a slit or collimator and made parallel enough. Further, the xy plane is called an equatorial plane (step S2). An
この状態で、コアを円柱軸の回りにゆっくりφ回転を行うと、結晶軸のｃ軸に垂直なａ軸がｘ軸と平行になるたびに、回折Ｘ線が生じ、φ回転一回転３６０°の間に６０°毎６回、回折Ｘ線を検出器９２０で検出できる。回折Ｘ線は、ほぼ赤道面上に生じる（ステップＳ４）。
In this state, when the core is slowly rotated around the cylinder axis by φ rotation, diffraction X-rays are generated each time the a axis perpendicular to the c axis of the crystal axis is parallel to the x axis, and the rotation of the rotation is 360 ° per rotation. Diffracted X-rays can be detected by the
汎用のカット面検査装置を用いる場合には、手動でφ回転調整を行い、回折ピーク位置にφ角を設定する（ステップＳ５−１）。その後、コアに対し、治具に備わったガイドと平行な位置９５０にケガキ線を入れる（装置軸のｙ軸と平行）。コアを研削盤に乗せ替え、ケガキ線と平行に平面研削しＯＦ加工を行う。
When a general-purpose cut surface inspection apparatus is used, the φ rotation is manually adjusted, and the φ angle is set at the diffraction peak position (step S5-1). Thereafter, a marking line is made at a
専用装置を用いる場合には、コアを両端でクランプして円柱状のサファイア結晶の中心軸の周り（図１０に示すφ回転）に自動回転させる（ステップＳ５−２）。専用装置では、Ｘ線回折装置が円筒研削盤に取り付けられている。専用装置を測定位置にセットすることによりロッキングカーブが測定できる。ロッキングカーブの測定後、ピーク位置にφ角を設定する。専用装置の場合は、ロッキングカーブの測定で面出しした反対面を平面研削しＯＦとする。 When using a dedicated device, the core is clamped at both ends and automatically rotated around the central axis of the cylindrical sapphire crystal (φ rotation shown in FIG. 10) (step S5-2). In the dedicated apparatus, an X-ray diffractometer is attached to a cylindrical grinder. The rocking curve can be measured by setting a dedicated device at the measurement position. After measuring the rocking curve, set the φ angle at the peak position. In the case of a dedicated device, the opposite surface surfaced by the measurement of the rocking curve is ground to obtain OF.
なお、結晶構造を利用した技術には、２つの結晶面のデータを用いて単結晶インゴットの結晶方位を見出す方法（特許文献１）や、２つの検出器を用いて面方位測定とノッチ方位測定の両方を１つの測定で同時に行う方法（特許文献２）が開示されている。 As a technique using a crystal structure, a method of finding the crystal orientation of a single crystal ingot using data of two crystal planes (Patent Document 1), or plane orientation measurement and notch orientation measurement using two detectors. A method of performing both of these simultaneously with one measurement (Patent Document 2) is disclosed.
上記の方法でＯＦを加工する場合、ａ面に平行にＯＦを形成したｃ面ウェーハが２通り存在する。 When processing OF by the above method, there are two c-plane wafers in which OF is formed in parallel to the a-plane.
図１１（ａ）〜（ｃ）は、それぞれＯＦを＋ａ軸に垂直に形成したときのｃ面ウェーハの透過ラウエ写真、写真の下に対応する六方格子の基底面を示す図、およびウェーハの模式図である。図１２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれＯＦを−ａ軸に垂直に形成したときのｃ面ウェーハの透過ラウエ写真、写真の下に対応する六方格子の基底面を示す図、およびウェーハの模式図である。 FIGS. 11A to 11C are a transmission Laue photograph of a c-plane wafer when OF is formed perpendicular to the + a axis, a diagram showing a basal plane of a hexagonal lattice corresponding to the bottom of the photograph, and a schematic view of the wafer, respectively. FIG. 12A to 12C are a transmission Laue photograph of a c-plane wafer when OF is formed perpendicular to the −a axis, a diagram showing a basal plane of a hexagonal lattice corresponding to the bottom of the photograph, and a wafer It is a schematic diagram.
図１１（ａ）、図１２（ａ）に示すラウエ写真は、それぞれ、ｃ軸の回りに３回回転対称パターンを示している。いずれの写真もＯＦを下にしてウェーハ面に垂直にＸ線を入射させて撮影したものである。同じ製造元のウェーハのａ面にＯＦを形成したものであるが、図に示すように３回回転対称パターンが互いに面内で６０°異なっている。 The Laue photographs shown in FIGS. 11A and 12A each show a three-fold rotational symmetry pattern around the c-axis. All the photographs were taken with the X-rays incident on the wafer surface with the OF facing down. The OF is formed on the a-plane of the same manufacturer's wafer, but as shown in the figure, the three-fold rotationally symmetrical patterns are different from each other by 60 ° in the plane.
また、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）では、写真の下に対応する六方格子の基底面を示している。違いは、ＯＦを＋ａ軸に垂直に形成する（＋ａ面）か、−ａ軸に垂直に形成する（−ａ面）かである。 Moreover, in FIG.11 (b) and FIG.12 (b), the base face of the hexagonal lattice corresponding to the lower part of a photograph is shown. The difference is whether the OF is formed perpendicular to the + a axis (+ a plane) or formed perpendicular to the −a axis (−a plane).
正しいＯＦの場所は、−ａ軸[11-20]に垂直な面(−ａ面)であるにもかかわらず、このような誤加工が生じる理由は、ａ面（2-1-10）でも−ａ面（11-20）でもＸ線回折が生じ、ブラッグ角も同じでａ面の回折線のみでは区別できないからである。しかしながら、現状では＋ａ面（2-1-10）と−ａ面（11-20）の区別はできない。 Although the correct OF location is the plane (-a plane) perpendicular to the -a axis [11-20], the reason why such miswork occurs is the a plane (2-1-10). This is because X-ray diffraction occurs on the -a plane (11-20), and the Bragg angle is the same, so that it cannot be distinguished only by the a-plane diffraction lines. However, at present, the + a plane (2-1-10) and the -a plane (11-20) cannot be distinguished.
このような結晶面を識別する方法として、次のものが考えられる。
（ａ）コアリングする前に、晶癖線等を頼りに−ａ面（11-20）の方向を認識し、マーキングしておく。
（ｂ）背面反射のラウエ写真を撮影して−ａ面（11-20）の方向を調べる。
（ｃ）コアリング後、コア端面にＸ線を当て、ｃ軸回りに３回回転対称な非対称反射面、例えば0210反射を観察・確認する。反射を観察するには、特別の試料保持治具を必要とし、試行錯誤が伴う。
The following can be considered as a method for identifying such a crystal plane.
(A) Before coring, the direction of the -a plane (11-20) is recognized and marked using the crystal habit line.
(B) Take a Laue photo of back reflection and examine the direction of the -a surface (11-20).
(C) After coring, X-rays are applied to the end face of the core, and an asymmetric reflecting surface that is rotationally symmetric about the c axis, for example, 0210 reflection, is observed and confirmed. In order to observe the reflection, a special sample holding jig is required, and trial and error are involved.
上記の（ａ）の方法を行うには、結晶学の知識と方向を認識する訓練・熟練が必要であり、晶癖線等が不鮮明で間違いやすい。上記の（ｂ）、（ｃ）の方法では別のＸ線装置(別の設備)が必要となり、検査に手間がかかる。 In order to carry out the above method (a), training and skill for recognizing crystallography and direction are necessary, and crystal habit lines are unclear and easy to be mistaken. In the methods (b) and (c) described above, another X-ray apparatus (another facility) is required, and the inspection takes time.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡易かつ確実にオリエンテーションフラット位置を決定できるオリエンテーションフラット位置決定方法およびオリエンテーションフラット位置決定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an orientation flat position determination method and an orientation flat position determination apparatus that can determine an orientation flat position easily and reliably.
（１）上記の目的を達成するため、本発明のオリエンテーションフラット位置決定方法は、サファイア結晶のオリエンテーションフラット位置決定方法であって、ｃ軸を中心軸とする円柱状のサファイア結晶の側面にＸ線を入射させ、生じた回折線を検出して前記サファイア結晶のｃ軸回りに３回回転対称な結晶面の位置およびａ面の位置を特定することで−ａ面を特定し、前記特定された−ａ面の位置をオリエンテーションフラット位置に決定することを特徴としている。 (1) In order to achieve the above object, the orientation flat position determination method of the present invention is an orientation flat position determination method for a sapphire crystal, and an X-ray is formed on the side surface of a cylindrical sapphire crystal having a c-axis as a central axis. And the generated diffraction line is detected, and the -a plane is specified by specifying the position of the crystal plane and the position of the a plane that are rotationally symmetric about the c-axis of the sapphire crystal three times. The position of the -a plane is determined as an orientation flat position.
このようにｃ軸回りに３回回転対称な結晶面を用いて６回回転対称な結晶面であるａ面について＋ａ面と−ａ面とを区別し、−ａ面により特定されるオリエンテーションフラット位置を簡易かつ確実に決定できる。したがって、晶癖線等を頼りにする必要がないことから生産性が向上する。また、オフセット基板の加工を仕様通り確実にできるようになる。 In this way, the orientation plane position specified by the −a plane is distinguished from the + a plane and the −a plane with respect to the a plane which is a 6-fold rotational symmetry crystal plane using the crystal plane which is rotationally symmetric about 3 times around the c axis. Can be determined easily and reliably. Therefore, productivity is improved because there is no need to rely on crystal habit lines. In addition, the processing of the offset substrate can be reliably performed as specified.
（２）また、本発明のオリエンテーションフラット位置決定方法は、サファイア結晶のオリエンテーションフラット位置決定方法であって、ｃ軸を中心軸とする円柱状のサファイア結晶を、ｃ軸回りの角度を検出可能に設置するステップと、前記サファイア結晶の側面へＸ線を入射させたとき、ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面で生じた回折線を検出可能な位置に検出器を設置して、前記ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面による回折線を検出するステップと、前記サファイア結晶の側面へＸ線を入射させたとき、ａ面による回折線を検出可能な位置に検出器を設置して、前記ａ面による回折線を検出するステップと、前記ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面および前記ａ面による回折線を検出したｃ軸回りの角度をもとに、−ａ面の位置を特定し、前記特定された−ａ面の位置をオリエンテーションフラット位置に決定するステップと、を含むことを特徴としている。 (2) Further, the orientation flat position determination method of the present invention is an orientation flat position determination method for a sapphire crystal, and a cylindrical sapphire crystal having a c-axis as a central axis can detect an angle around the c-axis. A step of installing, and when a X-ray is incident on the side surface of the sapphire crystal, a detector is installed at a position where a diffraction line generated on a crystal plane rotationally symmetric about three times around the c axis can be detected, and the c A step of detecting a diffraction line by a crystal plane rotationally symmetric about three times around the axis, and a detector placed at a position where the diffraction line by the a plane can be detected when X-rays are incident on the side surface of the sapphire crystal. The position of the -a plane based on the step of detecting the diffraction line by the a plane, the crystal plane that is rotationally symmetrical three times around the c axis, and the angle around the c axis that has detected the diffraction line by the a plane Specific It is characterized in that it comprises the steps of determining the position of the identified -a plane orientation flat position.
このように、ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面の回折線とａ面の回折線とを検出できるように、それぞれに対し検出器を配置することで、簡易かつ確実にオリエンテーションフラット位置を決定できる。 In this way, the orientation flat position can be easily and reliably arranged by arranging the detectors for the crystal plane diffraction line and the a-plane diffraction line that are rotationally symmetrical three times around the c-axis. Can be determined.
（３）また、本発明のオリエンテーションフラット位置決定方法は、２つの検出器をそれぞれ、前記ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面および前記ａ面による回折線を検出可能な位置に設置して、回折線を検出することを特徴としている。これにより、検出器を移動させることなく、予め設置した検出器の位置でオリエンテーションフラット位置を決定できるため、作業を効率化できる。 (3) In the orientation flat position determination method of the present invention, the two detectors are respectively installed at positions where a crystal plane which is rotationally symmetric about the c-axis three times and a diffraction line by the a plane can be detected. , And detecting diffraction lines. Thereby, since an orientation flat position can be determined by the position of the detector installed beforehand, without moving a detector, work can be made efficient.
（４）また、本発明のオリエンテーションフラット位置決定方法は、１つの検出器を、前記ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面および前記ａ面のそれぞれによる回折線を検出可能な位置に順次設置して、回折線を検出することを特徴としている。これにより、１つの検出器でオリエンテーションフラット位置を決定でき、低コストな装置でオリエンテーションフラット位置の決定が可能になる。また、ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面の回折線とａ面の回折線とで別のＸ線装置を必要せずにオリエンテーションフラット位置を決定できる。 (4) In the orientation flat position determination method of the present invention, one detector is sequentially installed at a position where diffraction lines can be detected by the crystal plane that is rotationally symmetrical three times around the c axis and the a plane. Thus, it is characterized by detecting diffraction lines. Thereby, the orientation flat position can be determined by one detector, and the orientation flat position can be determined by a low-cost apparatus. In addition, the orientation flat position can be determined without using a separate X-ray apparatus for the diffraction line on the crystal plane that is rotationally symmetric about the c axis and the diffraction line on the a plane.
（５）また、本発明のオリエンテーションフラット位置決定方法は、前記サファイア結晶について、ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面による回折線を検出したｃ軸回りの角度をもとに、＋ａ面で生じる回折線を検出できるｃ軸回りの角度を予測するステップと、前記予測されたｃ軸回りの角度付近に前記サファイア結晶と前記検出器との相対位置を調整するステップと、を更に含むことを特徴としている。これにより、結晶の全周を測定する必要がなくなり、少ない測定範囲で素早くオリエンテーションフラット位置を決定できる。 (5) In addition, the orientation flat position determination method of the present invention is based on the + a plane based on the angle around the c-axis in which the diffraction line due to the crystal plane rotationally symmetric about the c-axis is detected about the sapphire crystal. Predicting an angle around the c-axis capable of detecting a generated diffraction line, and adjusting a relative position between the sapphire crystal and the detector in the vicinity of the predicted angle around the c-axis. It is a feature. Thereby, it is not necessary to measure the entire circumference of the crystal, and the orientation flat position can be determined quickly with a small measurement range.
（６）また、本発明のオリエンテーションフラット位置決定方法は、前記ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面が、ｒ面であることを特徴としている。これにより、ｒ面による強度の大きい回折Ｘ線を用いて確実にオリエンテーションフラット位置を決定することができる。 (6) In addition, the orientation flat position determining method of the present invention is characterized in that the crystal plane that is rotationally symmetric about the c-axis is a r-plane. Thereby, the orientation flat position can be determined with certainty using the diffracted X-ray having high intensity by the r-plane.
（７）また、本発明のオリエンテーションフラット位置決定装置は、サファイア結晶のオリエンテーションフラット位置決定装置であって、ｃ軸を中心軸とする円柱状のサファイア結晶を支持する支持部と、前記サファイア結晶の側面へＸ線を入射させるＸ線照射部と、前記サファイア結晶について、ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面で生じた回折線を検出可能な位置に設置された第一の検出器と、前記サファイア結晶について、ａ面で生じた回折線を検出可能な位置に設置された第二の検出器と、前記サファイア結晶と前記検出器との相対位置を制御する位置制御部と、前記サファイア結晶について、ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面による回折線を検出したｃ軸回りの角度をもとに、＋ａ面で生じる回折線を検出できるｃ軸回りの角度を予測する予測部と、を備え、前記位置制御部は、前記予測されたｃ軸回りの角度付近に前記サファイア結晶と前記第二の検出器との相対位置を調整することを特徴としている。 (7) Moreover, the orientation flat position determining device of the present invention is an orientation flat position determining device for a sapphire crystal, and includes a support portion that supports a cylindrical sapphire crystal having a c-axis as a central axis, and the sapphire crystal An X-ray irradiator for injecting X-rays into the side surface, and a first detector installed at a position capable of detecting diffraction lines generated on a crystal plane rotationally symmetric about the c axis three times about the sapphire crystal; About the sapphire crystal, a second detector installed at a position where a diffraction line generated on the a plane can be detected, a position control unit for controlling a relative position between the sapphire crystal and the detector, and the sapphire crystal The angle around the c axis that can detect the diffraction line generated on the + a plane is based on the angle around the c axis where the diffraction line is detected by the crystal plane that is rotationally symmetric about 3 times around the c axis. It includes a prediction unit for measuring, wherein the position control unit is characterized in that for adjusting the relative position of the predicted c-axis of the near angular sapphire crystal and the second detector.
このようにサファイア結晶の＋ａ面と−ａ面とを区別し、−ａ面により特定されるオリエンテーションフラット位置を簡易かつ確実に決定できる。また、ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面の位置を検出し、それを基準に−ａ面の位置を予測するため、結晶の全周を測定する必要がなくなり、少ない測定範囲で素早くオリエンテーションフラット位置を決定できる。 Thus, the + a plane and the −a plane of the sapphire crystal can be distinguished, and the orientation flat position specified by the −a plane can be determined easily and reliably. In addition, because the position of the crystal plane that is rotationally symmetric about the c-axis is detected three times and the position of the -a plane is predicted based on this position, there is no need to measure the entire circumference of the crystal, and orientation can be performed quickly with a small measurement range. The flat position can be determined.
本発明によれば、簡易かつ確実にサファイア結晶のオリエンテーションフラット位置を決定できる。 According to the present invention, the orientation flat position of a sapphire crystal can be determined easily and reliably.
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the respective drawings, and duplicate descriptions are omitted.
［第１の実施形態］
（オリエンテーションフラット位置決定方法）
ＯＦ位置を検出するため、確実に−ａ面（11-20）を検出する手段を説明する。図１は、２つの検出器を用いてＯＦ位置を検出するためのＸ線回折光学系を示す図である。ワークであるｃ軸方位にくりぬかれた円柱状のサファイア結晶Ｓ（コア）は、ｘ軸に沿って円柱の半径ｒ分だけ後退させて配置されており、側面がｙ軸に接している。入射Ｘ線の延長線からｒ面による回折Ｘ線の赤道面投影線ｐまでの角度が２θｒ１であり、ｒ面による回折Ｘ線の赤道面投影線ｐから回折Ｘ線までの角度はαである。
[First Embodiment]
(Orientation flat position determination method)
A means for reliably detecting the -a plane (11-20) for detecting the OF position will be described. FIG. 1 is a diagram showing an X-ray diffraction optical system for detecting an OF position using two detectors. The columnar sapphire crystal S (core) hollowed out in the c-axis direction, which is a workpiece, is disposed by retreating by the radius r of the column along the x-axis, and the side surface is in contact with the y-axis. The angle from the extended line of the incident X-ray to the equatorial plane projection line p of the diffracted X-ray by the r plane is 2θ r1 , and the angle from the equatorial plane projection line p of the diffracted X-ray by the r plane to the diffracted X-ray is α. is there.
検出器１１０は、ｒ面からの回折Ｘ線を検出できる位置に配置されている。ｒ面は円柱軸に対し約３２．４°（＝９０°−５７．６°）傾いて配置している。ｃ軸向きに傾いたこのｒ面による回折Ｘ線は、赤道面より跳ね上がる向き（ｚ軸正方向）に生じるので、検出器１１０は、入射Ｘ線に対し、赤道面上で見かけの回折角２θｒ１だけ振れた角度位置で、なおかつ赤道面よりα角だけ上向きの方向（ｚ軸正方向）に配置すればよい。
The
計算によれば、２θｒ１は、２１．８°、α角は、１３．７°である。計算結果の通り検出器１１０を配置すれば、ｒ面による回折Ｘ線を検出できる。このようにして、円柱軸回りの回転、すなわち、φ回転を１回転行うと、回転中に１２０°毎に３回のｒ面による回折Ｘ線を検出できる。
According to the calculation, 2θ r1 is 21.8 ° and the α angle is 13.7 °. If the
一方、検出器１２０では、同じφ回転１回転中に６０°毎に６回のａ面による回折Ｘ線を検出できる。ｒ面による回折Ｘ線のピーク位置を参照すれば、ａ面による回折Ｘ線が＋ａ面による回折ピークなのか−ａ面による回折ピークなのかを判定できる。
On the other hand, the
ｒ面の代わりにｓ面を参照しても同様に、回折線が検出されたａ面が＋ａ面なのか−ａ面なのかを判定できる。ｓ面を参照する場合、格子面のｃ軸に対する傾きは１７．６°であり、計算によれば、見かけの回折角２θｓ１は、４４．５°、α角は、１３．７°である。検出器１１０をその方向に向けて配置すれば、s面による回折ピークを検出することができる。
Similarly, even if the s-plane is referred to instead of the r-plane, it can be determined whether the a-plane from which the diffraction line is detected is the + a-plane or the −a-plane. When referring to the s-plane, the inclination of the lattice plane with respect to the c-axis is 17.6 °, and according to the calculation, the apparent diffraction angle 2θ s1 is 44.5 °, and the α angle is 13.7 °. . If the
図２は、ａ面、ｒ面およびｓ面の回折ピークの出現位置の関係を示す図である。図２は、円柱状のサファイア結晶を円柱軸回りに反時計周り（φ角）に回転したときの各格子面からの回折ピークの出現位置を示している。図２に示すように、検出器１２０によるａ面の回折ピークは６０°毎に生じる。−ａ面による回折ピークと＋ａ面による回折ピークが交互に表れ、検出器１２０だけの情報では、回折ピークが−ａ面によるものなのか＋ａ面によるものなのか判定できない。検出器１１０により検出できるｒ面の回折ピークまたはｓ面の回折ピークは、１２０°毎に生じる。図２によれば、ｒ面の回折ピークは、−ａ面の回折ピークより約３４°低角側に出現し、ｓ面の回折ピークは、−ａ面の回折ピークより約３５°低角側に出現する。これらの値は発明者による実験で確かめられている。計算によって得られる正確な値は、−ａ面の回折ピーク位置をゼロとすると、ｒ面の回折ピーク＝−３３．６９°、ｓ面の回折ピーク＝＋３５．４１°である。
FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the appearance positions of diffraction peaks on the a-plane, r-plane, and s-plane. FIG. 2 shows the appearance positions of diffraction peaks from the respective lattice planes when a cylindrical sapphire crystal is rotated counterclockwise (φ angle) around the cylinder axis. As shown in FIG. 2, the diffraction peak of the a-plane by the
このように、三方晶を反映したｃ軸の回りに３回回転対称を示すｒ面またはs面による回折Ｘ線のピーク位置を参照すれば、ａ面による回折Ｘ線が＋ａ面による回折ピークなのか−ａ面による回折ピークなのかを判定できる。 Thus, referring to the peak position of the diffracted X-ray by the r-plane or s-plane showing three-fold rotational symmetry about the c-axis reflecting the trigonal crystal, the diffracted X-ray by the a-plane is the diffraction peak by the + a-plane. It can be determined whether it is a diffraction peak due to the -a plane.
なお、検出器１１０により検出し、参照する格子面は、ｒ面、ｓ面のいずれでも良いが、回折Ｘ線の強度は、ｒ面が強いので、実用的には、ｒ面で運用するのが好ましい。
The lattice plane detected and referred to by the
（具体的な手順）
ＯＦ位置決定とＯＦ加工とを連動させた専用装置の場合は、特に２つの検出器を用いることが好ましい。一つの検出器を移動設定することも可能であるが、機構が煩雑になるので、２つの検出器を配置するのが有効である。
(Specific steps)
In the case of a dedicated apparatus that links OF position determination and OF processing, it is particularly preferable to use two detectors. Although it is possible to move and set one detector, since the mechanism becomes complicated, it is effective to arrange two detectors.
専用装置の場合、Ｘ線が照射される検出面の反対側をＯＦ加工する。−ａ面をＯＦ位置とするため、Ｘ線により検出するのは＋ａ面である。手順は、次の通りである。 In the case of a dedicated device, OF processing is performed on the opposite side of the detection surface irradiated with X-rays. Since the -a plane is the OF position, the + a plane is detected by X-rays. The procedure is as follows.
まず、検出器１１０により、ｒ面による回折Ｘ線のピークを確認する。ピークが確認されたときのφ値（φｒ）を検出する（ステップＴ１）。稼働検出器を検出器１２０に切り替え、φ角をφ＝φｒ＋３４°＋６０°または、φ＝φｒ−２６°の近傍でスキャンする（ステップＴ２）。その際には、φの位置を予測し、その位置にサファイア結晶と検出器１２０との相対位置を合わせることが好ましい。そして、＋ａ面による回折プロファイルを測定し、ピークサーチして、φ角をピーク値に制御する。Ｘ線による検出面（＋ａ面）の反対側、−ａ面にＯＦの研削加工を施す（ステップＴ３）。
First, the
（オリエンテーションフラット位置検出用Ｘ線装置）
図３は、ＯＦ位置検出用のＸ線装置１００の一例を示す平面図である。Ｘ線装置１００は、２つの検出器を備えており、特に専用装置に用いるのに好適な装置である。Ｘ線装置１００は、支持部１０２、位置制御部１０５、予測部１０６、Ｘ線照射部１０７、検出器１１０（第一の検出器）および検出器１２０（第二の検出器）を有している。
(X-ray device for orientation flat position detection)
FIG. 3 is a plan view showing an example of the
支持部１０２は、ｃ軸を中心軸とする円柱状のサファイア結晶Ｓをｃ軸回りに回転可能に支持している。位置制御部１０５は、サファイア結晶Ｓと検出器１１０、１２０との相対位置を制御する。なお相対位置の制御は、サファイア結晶Ｓのｃ軸回りの回転を回転角度で制御することが好ましい。予測部１０６は、サファイア結晶Ｓについて、ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面による回折線を検出したｃ軸回りの角度をもとに、＋ａ面で生じる回折線を検出できるｃ軸回りの角度を予測する。なお、ｃ軸回りの角度は、サファイア結晶Ｓと検出器１１０、１２０との相対位置により決まり、実質的にはサファイア結晶Ｓの回転角度であるが、検出器の回転角度であってもよい。Ｘ線照射部１０７は、赤道面に沿ってＸ線をサファイア結晶の側面に照射する。検出器１１０は、サファイア結晶Ｓについてｃ軸回りに３回回転対称な結晶面による回折Ｘ線を検出可能な位置に設置されている。検出器１２０は、サファイア結晶について、ａ面による回折Ｘ線を検出可能な位置に設置されている。
The
このような構成により、ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面（ｒ面、ｓ面）による回折Ｘ線を検出したｃ軸回りの角度をもとに、＋ａ面による回折Ｘ線を検出できるｃ軸回りの角度を予測できる。そして、予測されたｃ軸回りの角度付近にサファイア結晶Ｓを回転移動させて、実際に検出されたａ面の位置に基づいて−ａ面に対応する位置にオリエンテーションフラット位置を決定できる。 With such a configuration, the diffracted X-rays from the + a plane can be detected based on the angle around the c-axis where the diffracted X-rays from the crystal plane (r-plane, s-plane) rotationally symmetric about the c-axis three times are detected. The angle around the c axis can be predicted. Then, by rotating the sapphire crystal S around the predicted angle around the c-axis, the orientation flat position can be determined at a position corresponding to the −a plane based on the actually detected position of the a plane.
また、上記のように、ｒ面またはｓ面の位置を検出し、それを基準に位置を予測して−ａ面を検出するため、結晶の全周を測定する必要がなくなり、少ない測定範囲で素早くオリエンテーションフラット位置を決定できる。なお、サファイア結晶Ｓが傾いている場合には３次元的に回折線が移動してしまうため、回折線の検出によりａ面の位置を確認することが好ましい。特にサファイア結晶には外形から結晶の向きを類推することが難しい事情があるため、回折線の検出を確認することが重要である。 In addition, as described above, the position of the r-plane or s-plane is detected, and the position is predicted based on that to detect the -a plane, so that it is not necessary to measure the entire circumference of the crystal, and the measurement range is small. The orientation flat position can be determined quickly. In addition, when the sapphire crystal S is tilted, the diffraction line moves three-dimensionally. Therefore, it is preferable to confirm the position of the a plane by detecting the diffraction line. In particular, since it is difficult to analogize the crystal orientation from the external shape, it is important to confirm the detection of diffraction lines.
［第２の実施形態］
上記のように、２つの検出器をそれぞれｒ面（またはｓ面）用、ａ面用に設置してもよいが、一つの検出器をｒ面またはｓ面の検出位置およびａ面の検出位置にそれぞれ移動させて配置し、それぞれの回折線を検出してもよい。その場合には、検出器を赤道面より上方向（ｚ軸方向正向き）に移動設定できるエレベータを設けて移動を制御できる。特に、ＯＦ加工と連動していない汎用のカット面検査装置にＯＦマーキング治具を取り付けて行う場合にはこの方法が有効である。
[Second Embodiment]
As described above, two detectors may be installed for the r-plane (or s-plane) and a-plane, respectively, but one detector is detected on the r-plane or s-plane and on the a-plane. The respective diffraction lines may be detected by moving them to each other. In that case, the movement can be controlled by providing an elevator that can move and set the detector in the upward direction from the equator plane (positive in the z-axis direction). In particular, this method is effective when an OF marking jig is attached to a general-purpose cut surface inspection apparatus that is not linked to OF processing.
図４は、一つの検出器を用いてＯＦ位置を検出するためのＸ線回折光学系を示す図である。この構成では、次に述べる手順でＯＦ位置である−ａ面を決定することができる。一例としてｒ面を用いる場合について手順を述べる。 FIG. 4 is a diagram showing an X-ray diffraction optical system for detecting an OF position using one detector. In this configuration, the -a plane that is the OF position can be determined by the following procedure. As an example, the procedure for the case of using the r-plane will be described.
先ず、ｒ面による回折Ｘ線を確認する（ステップＰ１）。検出器２１０の２θ設定角をｒ面に対する見かけの２θ角、２θｒ１に設定する。検出器２１０をエレベータでＬ・ｔａｎαに移動設定する。Ｌは、円柱状のサファイア結晶（コア）と検出器２１０との距離であり、αは回折Ｘ線の跳ね上がり角であり、ｒ面による回折Ｘ線の赤道面投影線ｑとｒ面による回折線との角度である。この設定で、ｒ面による回折Ｘ線をＸ線検出器で検出できる。
First, diffraction X-rays from the r plane are confirmed (step P1). The 2θ setting angle of the
円柱軸の回りにサファイア結晶(コア)を回転し、ｒ面による回折Ｘ線を捕らえる（ステップＰ２）。そして、ｒ面による回折ピークのφ角（φｒ）を読み取る（ステップＰ３）。検出器２１０のエレベーションを解除して赤道面に戻し、２θ設定角をａ面による回折角２θａに設定する（ステップＰ４）。
A sapphire crystal (core) is rotated around the cylinder axis, and diffracted X-rays from the r-plane are captured (step P2). Then, the φ angle (φ r ) of the diffraction peak due to the r plane is read (step P3). Back to the equatorial plane to release the elevation of the
φ角を反時計回りに回転設定し、φ＝φｒ＋３４°とし、この付近で、ａ面による回折Ｘ線を探し、円柱状のサファイア結晶をピーク位置に設定する（ステップＰ５）。ピーク位置に設定された円柱状のサファイア結晶に対して治具に備わったガイドと平行にケガキ線を入れる（ステップＰ６）。ガイドは、このときａ軸と垂直に線を引けるように設けられている。ケガキ線が入れられた円柱状のサファイア結晶を研削盤に乗せ替え、ケガキ線と平行に平面研削しＯＦ加工を行う。 The φ angle is set to rotate counterclockwise, φ = φ r + 34 °, and in this vicinity, the diffracted X-rays from the a plane are searched, and a cylindrical sapphire crystal is set at the peak position (step P5). A marking line is made in parallel with the guide provided in the jig for the cylindrical sapphire crystal set at the peak position (step P6). At this time, the guide is provided so as to draw a line perpendicular to the a-axis. A cylindrical sapphire crystal with a marking line is placed on a grinding machine, surface grinding is performed parallel to the marking line, and OF processing is performed.
［サファイア結晶の加工］
以上のように、ＯＦ位置検出Ｘ線装置に、２つのＸ線検出器を設ける、あるいは、Ｘ線検出器にエレベータを設けることにより、ｒ面を参照して正しい位置にＯＦ加工することが可能になる。特に、ｃ面を特定の方向にわずかに傾けた表面を持ついわゆるオフセット角のついたサファイア基板の加工には、正しい位置にＯＦ加工することが必須である。
[Processing of sapphire crystals]
As described above, by providing two X-ray detectors in the OF position detection X-ray apparatus or by providing an elevator in the X-ray detector, OF processing can be performed at the correct position with reference to the r-plane. become. In particular, for processing a sapphire substrate with a so-called offset angle having a surface in which the c-plane is slightly tilted in a specific direction, it is essential to perform OF processing at a correct position.
図５は、オフセット角のついたサファイア基板の加工の態様を示す図である。サファイア結晶Ｓ（コア）の径は、引き続く加工工程を想定し、最終的なウェーハサイズより少し大きな寸法を用いる。上記のように、正しいＯＦ位置を決定できるため、正しい位置にＯＦ加工を施すことができる。次に、端面の加工を行う。ＯＦに垂直にｘ軸、ＯＦに平行にｙ軸を取る直交座標（ｘ，ｙ，ｚ）を設ける。ｃ軸＝［0001］方位をｙｚ平面内でｘ軸（［11-20］方位）の回りに０．３°〜１°範囲で［-1100］方位の方向にオフセット角を持つように端面を加工する。その後、反対側の端面を加工した端面と平行に研削加工する。最後に、両端面でクランプして、円柱状のサファイア結晶Ｓを仕様の径に仕上げる。でき上がったサファイア結晶Ｓを端面に平行にスライスしてウェーハに仕上げる。 FIG. 5 is a diagram showing a processing mode of a sapphire substrate with an offset angle. As for the diameter of the sapphire crystal S (core), a dimension slightly larger than the final wafer size is used assuming a subsequent processing step. As described above, since the correct OF position can be determined, OF processing can be performed at the correct position. Next, the end face is processed. Orthogonal coordinates (x, y, z) are provided with the x axis perpendicular to OF and the y axis parallel to OF. c-axis = [0001] orientation in the yz plane, end face so as to have an offset angle in the direction of [-1100] orientation in the range of 0.3 ° to 1 ° around the x-axis ([11-20] orientation) Process. Thereafter, the opposite end face is ground in parallel with the machined end face. Finally, clamping is performed at both end faces, and the cylindrical sapphire crystal S is finished to a specified diameter. The finished sapphire crystal S is sliced parallel to the end face and finished into a wafer.
［サファイア結晶の結晶構造］
補足として、サファイア結晶の結晶面や面指数表示について説明する。サファイア結晶の結晶系は三方晶(trigonal)であり、菱面晶(rhombohedral)とも呼ばれる。形態学（モルフォロジー）的な結晶面の表記としては、c，r，R，a，m，n，s面などが鉱物学の文献に記載されている。一方、面指数表示は六方格子で表示するのが慣わしである。
[Crystal structure of sapphire crystal]
As a supplement, the crystal plane and plane index display of the sapphire crystal will be described. The crystal system of the sapphire crystal is trigonal and is also called rhombohedral. As the notation of crystal planes in terms of morphology (morphology), c, r, R, a, m, n, s planes, etc. are described in the mineralogy literature. On the other hand, it is customary to display the plane index in a hexagonal lattice.
ｃ面より結晶面を見た場合、特徴的なのは、三方晶を反映して、ｒ面が１２０°毎にｃ軸の回りに３回回転対称で３面配置されていることである。６角柱面はａ面であり、指数表示に使用される六方格子の基底面の柱面はｍ面に相当する。ｒ面はさらに対を成してｃ面の上面と下面に３面ずつ、計６面ある。ａ面、ｍ面はｃ軸と平行に６０°違えてそれぞれ６面ずつ配置されている。ただし、ｒ面を参照すれば、ａ面については、ａ−１面（＝＋ａ面）、ａ−２面（＝−ａ面）の２種類があるものとして取り扱うのが正しい。ｍ面についても同様にｍ−１面、ｍ−２面がある。 When the crystal plane is viewed from the c-plane, it is characteristic that the r-plane is arranged in three rotational symmetry about the c-axis every 120 °, reflecting the trigonal crystal. The hexagonal prism face is a-plane, and the basal plane of the hexagonal lattice used for index display corresponds to the m-plane. The r-plane is further paired, and there are 6 planes, 3 on each of the upper and lower surfaces of the c-plane. Six a-planes and six m-planes are arranged parallel to the c-axis by 60 °. However, referring to the r-plane, the a-plane is correctly handled as having two types, the a-1 plane (= + a plane) and the a-2 plane (= -a plane). Similarly, there are m-1 and m-2 planes for the m plane.
図６〜図８（ａ）、（ｂ）は、結晶面を六方格子の中に示した図である。六方格子による格子面指数は(hkil)の4指数で表すが、常に、i=-(h+k)が成り立つので、iを省いて(hkl)で表す３指数表示もしばしば行われている。 FIGS. 6 to 8 (a) and 8 (b) are diagrams showing the crystal plane in a hexagonal lattice. The lattice index by the hexagonal lattice is represented by 4 indices of (hkil). However, since i = − (h + k) always holds, the 3-index representation represented by (hkl) without i is often performed.
図６は、ｒ面＝（01-12）と等価な３面を示す図である。格子面法線とｃ-軸とのなす角は、５７．６０８°である。図７は、ｓ面＝（10-11）と等価な３面を示す図である。格子面法線とｃ-軸とのなす角は、７２．４°である。図８（ａ）、（ｂ）は、２種類のａ面（2-1-10）および（11-20）をそれぞれ示す図である。これらの面はそれぞれ１２０°毎に３面ある。 FIG. 6 is a diagram showing three planes equivalent to r-plane = (01-12). The angle formed by the lattice plane normal and the c-axis is 57.608 °. FIG. 7 is a diagram showing three planes equivalent to s-plane = (10-11). The angle formed by the lattice plane normal and the c-axis is 72.4 °. FIGS. 8A and 8B are diagrams showing two types of a-planes (2-1-10) and (11-20), respectively. Each of these faces has three faces every 120 °.
次に、結晶面、格子面とＸ線回折の関係を説明する。サファイア結晶のＸ線回折データは、粉末回折データとして知られている。これらのデータからＸ線波長CuKα1によるブラッグ角θ、回折角２θを知ることができる。結晶面のｒ面は（012）、Ｒ面は（104）、ａ面は（110）である。ｃ面は（001）であるが消滅則がありＸ線の回折は（006）ではじめて起きる。同様に、ｍ面は（100）であるがＸ線の回折は（300）で起きる。ｓ面は（101）であるがＸ線の回折は（202）で起きる。また、ｃ面ウェーハは、極点図を参照すれば、三方晶を反映してｃ軸の回りに３回回転対称を示していることが判る。 Next, the relationship between crystal planes, lattice planes and X-ray diffraction will be described. X-ray diffraction data of sapphire crystals is known as powder diffraction data. From these data, the Bragg angle θ and the diffraction angle 2θ by the X-ray wavelength CuKα1 can be known. The r-plane of the crystal plane is (012), the R-plane is (104), and the a-plane is (110). The c-plane is (001) but there is an extinction rule, and X-ray diffraction occurs only at (006). Similarly, the m-plane is (100), but X-ray diffraction occurs at (300). The s-plane is (101), but X-ray diffraction occurs at (202). In addition, referring to the pole figure, it can be seen that the c-plane wafer exhibits three-fold rotational symmetry about the c-axis reflecting the trigonal crystal.
１００ Ｘ線装置
１０２ 支持部
１０５ 位置制御部
１０６ 予測部
１０７ Ｘ線照射部
１１０ 検出器（第一の検出器）
１２０ 検出器（第二の検出器）
２１０ 検出器
Ｓ サファイア結晶（コア）
DESCRIPTION OF
120 detector (second detector)
210 Detector S Sapphire crystal (core)
Claims (7)
ｃ軸を中心軸とする円柱状のサファイア結晶の側面にＸ線を入射させ、生じた回折線を検出して前記サファイア結晶のｃ軸回りに３回回転対称な結晶面の位置およびａ面の位置を特定することで−ａ面を特定し、前記特定された−ａ面の位置をオリエンテーションフラット位置に決定することを特徴とするオリエンテーションフラット位置決定方法。 A method for determining an orientation flat position of a sapphire crystal,
X-rays are incident on the side surface of a cylindrical sapphire crystal with the c axis as the central axis, and the generated diffraction lines are detected and the position of the crystal plane that is rotationally symmetrical three times around the c axis of the sapphire crystal and the a plane An orientation flat position determination method characterized by specifying a -a plane by specifying a position and determining the position of the specified -a plane as an orientation flat position.
ｃ軸を中心軸とする円柱状のサファイア結晶を、ｃ軸回りの角度を検出可能に設置するステップと、
前記サファイア結晶の側面へＸ線を入射させたとき、ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面で生じた回折線を検出可能な位置に検出器を設置して、前記ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面による回折線を検出するステップと、
前記サファイア結晶の側面へＸ線を入射させたとき、ａ面による回折線を検出可能な位置に検出器を設置して、前記ａ面による回折線を検出するステップと、
前記ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面および前記ａ面による回折線を検出したｃ軸回りの角度をもとに、−ａ面の位置を特定し、前記特定された−ａ面の位置をオリエンテーションフラット位置に決定するステップと、を含むことを特徴とするオリエンテーションフラット位置決定方法。 A method for determining an orientation flat position of a sapphire crystal,
installing a cylindrical sapphire crystal having a c-axis as a central axis so that an angle around the c-axis can be detected;
When X-rays are incident on the side surface of the sapphire crystal, a detector is installed at a position where a diffraction line generated on a crystal plane rotationally symmetric about the c axis three times can be detected, and three times around the c axis. Detecting diffraction lines from a rotationally symmetric crystal plane;
When X-rays are incident on the side surface of the sapphire crystal, a step of detecting a diffraction line by the a-plane by installing a detector at a position where the diffraction line by the a-plane can be detected;
The position of the -a plane is specified based on the crystal plane that is rotationally symmetrical three times around the c axis and the angle around the c axis that detects the diffraction line from the a plane, and the position of the specified -a plane And determining an orientation flat position. An orientation flat position determining method comprising:
前記予測されたｃ軸回りの角度付近に前記サファイア結晶と前記検出器との相対位置を調整するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載のオリエンテーションフラット位置決定方法。 Predicting an angle around the c-axis capable of detecting a diffraction line generated on the + a plane based on an angle around the c-axis obtained by detecting a diffraction line by a crystal plane rotationally symmetric about three times around the c-axis. When,
The orientation according to any one of claims 2 to 4, further comprising adjusting a relative position between the sapphire crystal and the detector in the vicinity of the predicted angle around the c-axis. Flat position determination method.
ｃ軸を中心軸とする円柱状のサファイア結晶を支持する支持部と、
前記サファイア結晶の側面へＸ線を入射させるＸ線照射部と、
前記サファイア結晶について、ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面で生じた回折線を検出可能な位置に設置された第一の検出器と、
前記サファイア結晶について、ａ面で生じた回折線を検出可能な位置に設置された第二の検出器と、
前記サファイア結晶と前記検出器との相対位置を制御する位置制御部と、
前記サファイア結晶について、ｃ軸回りに３回回転対称な結晶面による回折線を検出したｃ軸回りの角度をもとに、＋ａ面で生じる回折線を検出できるｃ軸回りの角度を予測する予測部と、を備え、
前記位置制御部は、前記予測されたｃ軸回りの角度付近に前記サファイア結晶と前記第二の検出器との相対位置を調整することを特徴とするオリエンテーションフラット位置決定装置。
An orientation flat position determining device for a sapphire crystal,
a support portion for supporting a cylindrical sapphire crystal having a c-axis as a central axis;
An X-ray irradiator that makes X-rays incident on the side surface of the sapphire crystal;
For the sapphire crystal, a first detector installed at a position where a diffraction line generated on a crystal plane rotationally symmetric about three times around the c axis can be detected;
For the sapphire crystal, a second detector installed at a position where the diffraction lines generated on the a plane can be detected;
A position control unit for controlling a relative position between the sapphire crystal and the detector;
Prediction of the sapphire crystal predicting an angle around the c-axis that can detect a diffraction line generated on the + a plane based on an angle around the c-axis obtained by detecting a diffraction line by a crystal plane rotationally symmetric about three times around the c-axis And comprising
The position control unit adjusts a relative position between the sapphire crystal and the second detector in the vicinity of the predicted angle around the c-axis.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012191348A JP5922530B2 (en) | 2012-08-31 | 2012-08-31 | Orientation flat position determination method and orientation flat position determination apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012191348A JP5922530B2 (en) | 2012-08-31 | 2012-08-31 | Orientation flat position determination method and orientation flat position determination apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014048160A JP2014048160A (en) | 2014-03-17 |
| JP5922530B2 true JP5922530B2 (en) | 2016-05-24 |
Family
ID=50607986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012191348A Active JP5922530B2 (en) | 2012-08-31 | 2012-08-31 | Orientation flat position determination method and orientation flat position determination apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5922530B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6447349B2 (en) * | 2015-05-01 | 2019-01-09 | 信越半導体株式会社 | X-ray crystal orientation measuring apparatus and X-ray crystal orientation measuring method |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3245235B2 (en) * | 1992-09-28 | 2002-01-07 | 理学電機株式会社 | Crystal orientation discrimination method for single crystal ingot |
| US7285168B2 (en) * | 2004-08-10 | 2007-10-23 | Efg Elektrotechnische Fabrikations-Und Grosshandelsgesellschaft Mnb | Method and apparatus for the measurement, orientation and fixation of at least one single crystal |
| US8044294B2 (en) * | 2007-10-18 | 2011-10-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Thermoelectric materials and devices |
| JP2012054292A (en) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Showa Denko Kk | Wafer, method of manufacturing template substrate for semiconductor light-emitting element, method of manufacturing semiconductor light-emitting element, method of manufacturing semiconductor light-emitting element substrate, template substrate for semiconductor light-emitting element, semiconductor light-emitting element substrate, and resist coating method |
| JP5638452B2 (en) * | 2010-10-20 | 2014-12-10 | 株式会社ディスコ | Method for producing single crystal sapphire substrate |
-
2012
- 2012-08-31 JP JP2012191348A patent/JP5922530B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2014048160A (en) | 2014-03-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101362551B1 (en) | Nitride crystal and method for producing the same | |
| Fujito et al. | Development of bulk GaN crystals and nonpolar/semipolar substrates by HVPE | |
| EP2900850B1 (en) | Fabrication method of group iii nitride wafers and testing method thereof | |
| US10053796B2 (en) | Method for manufacturing group III nitride substrate formed of a group III nitride crystal | |
| JP2006108435A (en) | Nitride semiconductor wafer | |
| JP6636330B2 (en) | III-V substrate material with thin buffer layer and method of manufacture | |
| JP4513326B2 (en) | Nitride semiconductor crystal manufacturing method and nitride semiconductor substrate manufacturing method | |
| JP5922530B2 (en) | Orientation flat position determination method and orientation flat position determination apparatus | |
| US11441237B2 (en) | RAMO4 substrate and method of manufacture thereof, and group III nitride semiconductor | |
| US7214269B2 (en) | Si-doped GaAs single crystal substrate | |
| US10538858B2 (en) | Method for manufacturing group 13 nitride crystal and group 13 nitride crystal | |
| Wicht et al. | X-ray characterization of physical-vapor-transport-grown bulk AlN single crystals | |
| Li et al. | Evolution of V-pits in the ammonothermal growth of GaN on HVPE-GaN seeds | |
| JP4178989B2 (en) | III-V compound semiconductor wafer manufacturing method | |
| TWI762738B (en) | GaAs crystal substrate | |
| US9682495B2 (en) | Method and apparatus for processing sapphire | |
| KR20220031042A (en) | Bulk GaN crystals, c-plane GaN wafers and methods for manufacturing bulk GaN crystals | |
| JP2013049608A (en) | Large-diameter sapphire single crystal substrate | |
| CN110373711A (en) | The recovery method of casting single crystal seed crystal | |
| JP2015202986A (en) | Nitride semiconductor substrate, substrate lot and method for forming orientation flat | |
| TWI823524B (en) | System, method and epitaxial equipment for aligning silicon wafer position | |
| JPH04362084A (en) | Wafer preparation of semiconductor material | |
| CN113981523A (en) | Gallium arsenide seed crystal processing and gallium arsenide single crystal preparation method at different deflection angles | |
| JPH08316586A (en) | Method for measuring dislocation density of ii-vi compound semiconductor single crystal | |
| KR20130119583A (en) | Method for growing single crystal |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150520 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160318 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160412 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160414 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5922530 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| SG99 | Written request for registration of restore |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316G99 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| SG99 | Written request for registration of restore |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316G99 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S803 | Written request for registration of cancellation of provisional registration |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316805 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| S803 | Written request for registration of cancellation of provisional registration |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316805 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |