[发明专利]一步法加工硅111晶锭参考面的方法及设备

说明书

本发明涉及半导体材料精细加工所用的方法及设备。

常用的硅111晶锭参考面的加工分为晶锭滚圆、参考面定向及磨参考面三个工序，需在2或3台设备上完成。

目前常用的定向方法为X射线衍射定向法。根据固体理论，晶体可视为间距为d的原子层组成的一系列平面，当一束平行的单色X光入射到这些平面上时，就会产生衍射现象。假定X光的波长为λ，X光的入射角等于出射角θ，则当满足nλ=2dsinθ时衍射光的强度达到极大值，式中n为0或整数， d = a h 2 + l 2 + k 2 , ]]>a为晶体立方晶胞的边长，h,l,k为晶面的密勒指数。反过来只要确定了n及衍射极大对应的角度θ，即可确定晶面。对于硅单晶而言，主参考面的晶向为220方向，衍射角(n=1)为θ=23.7。

使用常规的方法加工硅111晶锭参考面，分为晶锭滚圆、X射线定向、磨参考面等三道工序进行，不能在滚圆机上一次完成，生产效率难以提高；应用X射线衍射仪定向，虽然定向精度较高，但由于不是在滚圆机上直接定向，加工后的参考面偏差为0.5左右，而且设备复杂，仪器价格较高，操作不慎，X射线对人体会造成伤害。

本发明的目的在于提供一种简单有效且高精度的一步法加工硅111晶锭参考面的方法及设备，晶锭滚圆、参考面定向、磨参考面等三道工序在同一台滚圆机上一次完成。晶锭参考面的加工设备由滚圆机配置两个激光器、一个反射镜及屏幕构成，其中激光器、反射镜及屏幕构成晶锭参考面的定向部件，屏幕可由工作场所的天化板承担。应用本方案可将常规的三道工序缩减为一道，工效提高两倍以上，

实现本发明目的采用以下技术措施：

1、原生硅111单晶晶锭的外表面有两个特点，一是在晶体外表面有三个三度对称的称为扁棱的的平面，二是在与晶体生长方向垂直的方向上有许多细线。利用扁棱与硅111晶锭的参考面相互垂直的关系，确定扁棱的方向即确定了参考面的方向。

2、经实验证实与晶体生长方向垂直的细线很密，类似于一系列狭缝。根据衍射理论，当一束平行的单色光照射在狭缝上面时，由于衍射而发生弥散，在较远处放置一屏幕，则屏幕上会形成一个垂直于狭缝的衍射光斑。在非扁棱处，晶锭的表面为圆柱面，所以衍射光斑较宽且强度很弱，而在扁棱处，衍射面为平面，衍射光强而细长，因此根据强衍射效应发生的位置，即可确定扁棱的方向。利用扁棱与参考面的关系，即可确定参考面的方向。

3、在滚圆机上方放置一个激光器，要求发出的光线与滚圆机的磨头平面平行并通过滚圆机主轴的中心线，基准线是该激光器发出的光束与滚圆机主轴中心线构成的平面与屏幕的交线，晶锭夹在滚圆机的主轴上，转动晶锭使得从激光器发出的光照射在晶锭的扁棱上，转动晶锭使得衍射光在屏幕上的投影与基准线重合，以此确定扁棱的准确方向。

4、确定扁棱方向后，利用另一个激光器及一个布置在滚圆机主轴上的反射镜来标记扁棱方向。调节反射镜使得反射光在屏幕上的投影与预先在屏幕上设定的参考点重合；接着对晶锭滚圆，滚圆完成后转动晶锭，使得滚圆机主轴上反射镜反射的光在屏幕上的投影重新与屏幕上的参考点重合；启动滚圆机磨出晶锭的参考面。

利用上述技术措施，晶锭的滚圆、参考面定向和参考面加工可以在同一滚圆机上一次完成，可以成倍地提高工效和参考面的定向精度。

图1为硅111晶锭外表面上的扁棱与参考面的相互垂直关系示意图，为简洁起见图中只画出了三条扁棱中的一条。

图2为硅111晶锭参考面加工设备结构示意图。

以下结合附图说明，详细叙述本发明的具体内容。

图1中M、N分别为晶锭的扁棱和参考面，两者相互垂直。图2中S1、S2为两个激光器，H为反射镜，P为屏幕，AB为确定扁棱方向的基准线，该基准线AB是S1发出的激光束和滚圆机主轴中心线构成的平面与屏幕P的交线，C是预先在屏幕上设定的参考点。

一种一步法加工硅111晶锭参考面的方法，包括晶锭滚圆和磨出参考面，其特征是采用以下步骤：