CN111801771B - 半导体单晶锭的切片方法 - Google Patents

半导体单晶锭的切片方法 Download PDF

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Abstract

一种半导体单晶锭的切片方法,将圆柱状的半导体单晶锭(13),以与该锭(13)的圆柱中心轴不同的锭(13)的结晶轴为中心,在仅旋转规定旋转角度的状态下,由保持件(14)粘合保持,在该状态下由切断装置(16)将锭(13)切片,所述半导体单晶锭的切片方法中,为了使由切断装置(16)切片的晶片的翘曲量成为规定量,确定由保持件(14)粘合保持锭(13)时的规定旋转角度及基于切断装置(16)的保持件(14)的倾斜角度。

Description

半导体单晶锭的切片方法
技术领域
本发明涉及一种将单晶硅锭等半导体单晶锭切片来制作单晶硅晶片等半导体单晶晶片的方法。
背景技术
以往,公开了一种单晶切断方法,其中,通过使具有劈开面的单晶部件与切断该单晶部件的加工工具相对移动的同时使加工工具切入单晶部件,由此沿着预定切断面切断单晶部件,将加工工具的切入方向相对于垂直于预定切断面与劈开面的交线的法线方向,设为向由切断工具排出单晶部件的切屑的方向侧倾斜的方向,且将距切入方向的法线方向的倾斜角,设为基于加工工具的单晶部件的切断效率成为极大的角度(例如,参考专利文献1。)。
在该单晶切断方法中,单晶部件的劈开面在切断预定面上显示为交线A、B。并且,切断效率成为极大的切入方向是从与交线A、B垂直的法线P、Q向顺时针或逆时针中任一个切屑排出方向侧分别仅倾斜旋转角θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7、θ8的Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8方向。
此外,单晶部件为钽酸锂时,θ1为24度,θ2为7度,θ3为16度,θ4为8度,θ5为20度,θ6为17度,θ7为16度,θ8为5度。
在如此构成的单晶切断方法中,相对于在单晶的预定切断面上且垂直于该预定切断面与劈开面的交线的法线,将单晶部件的切屑排出方向作为正旋转角,从根据具有该正旋转角的单晶部件的结晶学特性与该单晶部件及加工工具间的压接力确定的切断能力成为极大的方向进行切入来切断单晶部件,因此切断去除效率进一步提高,能够缩短花费长时间的切断加工时间。并且,由于加工中单晶部件不会过度变形,因此切断的晶片不会产生弯曲或翘曲。
另一方面,公开了一种单晶切断方法,其中,通过使单晶锭与切断机相对移动的同时使切断机切入单晶锭,由此沿着预定切断面将单晶锭切片,将单晶锭的结晶方位作为<111>,与其晶癖线方向平行地进行切片(例如,参考专利文献2。)。
在如此构成的单晶切断方法中,将单晶锭的结晶方位预先确定为<111>,在使切断机的切入方向与单晶锭的晶癖线方向一致的状态下,利用切断机与上述晶癖线方向平行地将单晶锭切片,因此能够对弯曲或翘曲极少的晶片进行切断分离,能够显著提高切断加工效率。即,巨大的单晶锭的劈开面通常为(111)面,由于沿着因结晶面的发展程度不同而产生的晶癖线来校正单晶锭的切片方向,因此得到切断的晶片中极度不易产生弯曲或翘曲的理想晶片。
此外,还公开了一种半导体单晶锭的切片方法,将圆柱状的半导体单晶锭以与该锭的圆柱中心轴不同的所述锭的结晶轴为中心,在仅旋转规定旋转角度的状态下,由保持件粘合保持,在该状态下由切断装置将所述锭切片,所述半导体单晶锭的切片方法中,为了使由切断装置切片的晶片的翘曲量成为规定量,确定由保持件粘合保持锭时的规定旋转角度(例如,参考专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特公平1-15363号公报
专利文献2:日本特开2005-231248号公报
专利文献3:日本特开2014-195025号公报。
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而,在上述以往的专利文献1所示的单晶切断方法中,关于单晶部件的预定切断面及劈开面所形成的角度并没有任何规定,存在切断单晶部件后的晶片翘曲量不知道如何变化的不良情况。并且,在上述以往的专利文献1所示的单晶切断方法中,单晶部件的切入位置相对于劈开面,即相对于在预定切断面中显示的交线A及B,仅偏离5~25度,存在以如此小的角度无法充分改善晶片的翘曲量的问题。此外,在上述以往的专利文献1所示的单晶切断方法中,由于单晶部件的切断加工中不会使单晶部件过度变形,因此虽然切断的晶片不会产生弯曲或翘曲,但也存在不知道如何控制晶片的翘曲量的问题。
另一方面,在上述以往的专利文献2所示的单晶切断方法中,通过将单晶锭沿着其晶癖线切片,虽然能够不易产生晶片的弯曲或翘曲,但也存在无法控制晶片的翘曲量的问题。
并且,在上述以往的专利文献3所示的单晶切断方法中,为了使由切断装置切片的晶片的翘曲量成为规定量,虽然确定由所述保持件粘合保持锭时的所述规定旋转角度,但必须使圆柱状的半导体单晶锭按照与锭的圆柱的中心轴不同的锭的结晶轴进行切断。
因此,锭的旋转角度受到限制,较广地设定由保持件粘合保持锭时的所述规定旋转角度的设定范围,并且为了使用于调整锭的结晶轴的偏差的角度在规定旋转角度的范围内,需要较广地设定规定旋转角度,其结果,存在晶片的翘曲量有可能变大的问题。
本发明的目的在于提供一种半导体单晶锭的切片方法,不仅能够降低晶片的翘曲量,还能够高精度地控制晶片的翘曲量成为所希望的量。
用于解决技术问题的方案
本发明的第1观点为半导体单晶锭的切片方法,将圆柱状的半导体单晶锭,以与该锭的圆柱中心轴不同的锭的结晶轴为中心,在仅旋转规定旋转角度的状态下,由保持件粘合保持,在该状态下由切断装置将锭切片,所述半导体单晶锭的切片方法的特征在于,为了使由切断装置切片的晶片的翘曲量成为规定量,确定由保持件粘合保持锭时的规定旋转角度及基于所述切断装置的所述保持件的倾斜角度。
在本发明的第1观点的切片方法中,在由切断装置的保持件粘合保持圆柱状的半导体单晶锭之前,首先,将锭设置成能够以与其圆柱中心轴不同的锭的结晶轴为中心旋转,接着,将该锭以其结晶轴为中心仅旋转规定旋转角度的状态下,由上述保持件粘合保持。此时,为了使由切断装置切片的晶片的翘曲量成为规定量,确定以上述结晶轴为中心的规定旋转角度及基于所述切断装置的所述保持件的倾斜角度,因此能够高精度地控制将锭切片后的晶片的翘曲量成为所希望的量。
本发明的第2观点为根据第1观点的发明,其特征在于,进一步预先通过实验求出关于相对于规定旋转角度的变化的晶片的翘曲量变化的相关关系,并根据该相关关系确定上述规定旋转角度。
在本发明的第2观点的切片方法中,预先通过实验求出关于相对于规定旋转角度的变化的晶片的翘曲量变化的相关关系,根据该相关关系确定了上述规定旋转角度,因此能够更高精度地控制将锭切片后的晶片的翘曲量成为所希望的量。
本发明的第3观点为根据第1观点的发明,其特征在于,进一步为了使由切断装置切片的晶片的翘曲量成为最小,确定由保持件粘合保持锭时的规定旋转角度。
在本发明的第3观点的切片方法中,为了使由切断装置切片的晶片的翘曲量成为最小,确定以锭的结晶轴为中心的规定旋转角度,因此能够降低将锭切片后的晶片的翘曲量。
本发明的第4观点为根据第1观点的发明,其特征在于,进一步在锭上形成旋转基准部,将从锭的结晶轴下降到旋转基准部的垂直线作为基准线时,相对于该基准线的规定旋转角度在45~55度、125~135度、225~235度及305~315度中任一范围内。
在本发明的第4观点的切片方法中,通过将从锭的结晶轴下降到旋转基准部的垂直线作为基准线,将相对于该基准线的规定旋转角度设定在45~55度、125~135度、225~235度及305~315度中任一范围内,由此切断锭后的晶片的翘曲量成为大致所希望的量。
附图说明
图1是显示使用本发明第1实施方式的切片方法利用线锯装置的线材欲将单晶硅锭切片的状态的主要部分主视图。
图2是显示利用线锯装置的线材欲将锭切片的状态的主要部分立体图。
图3是显示变角(gonio)设定器结构的与线材走线方向正交的面的剖视图。
图4是显示锭与保持件的关系的概略立体图。
图5是显示在基于线材的锭切断中在切断方向显示劈开面而线材向该劈开面方向偏离的机制的晶片立体图(a)及产生大翘曲的切断后的晶片侧视图(b)。
图6是显示在基于线材的锭切断中在切断方向不显示劈开面而线材向切断方向笔直前进的机制的晶片立体图(a)及没产生翘曲的切断后的晶片侧视图(b)。
图7A是显示锭的劈开面与锭表面的线材记号平行的锭的主视图。
图7B是显示锭的劈开面相对于锭的结晶轴倾斜的状态的锭的纵剖视图。
图7C是显示线材向劈开面方向偏离的锭的纵剖视图。
图8A是显示锭的劈开面与锭表面的线材记号平行的锭的主视图。
图8B是显示锭的劈开面相对于锭的结晶轴平行的状态的锭的纵剖视图。
图8C是显示线材向切断方向笔直前进的锭的纵剖视图。
图9A是显示结晶轴与锭的圆柱中心轴一致且相对于圆柱中心轴及结晶轴沿直角方向延伸配置线材的状态的构成图。
图9B是显示锭的圆柱中心轴与结晶轴不一致的状态的锭的构成图。
图9C是显示相对于与锭的圆柱中心轴不一致的结晶轴,向直角方向延伸配置线材的状态的构成图。
图10是分别显示改变实施例1及比较例1的锭的旋转角度时的晶片的翘曲量变化的图。
具体实施方式
接着,根据附图对用于实施本发明的方式进行说明。如图1及图2所示,为了将单晶硅锭13切片并切断而使用线锯装置16。
作为切断装置的线锯装置16具备:中心轴彼此平行且配设在同一水平面内的第1及第2主辊11、12;设置在第1及第2主辊11、12下方且设置在第1及第2主辊11、12的中间位置的单一副辊17;缠绕第1及第2主辊11、12与单一副辊17延伸的线材18;及使保持件14升降的升降装置19(图1及图2)。
并且,在第1及第2主辊11、12与单一副辊17的外周面上,形成有在各辊11、12、17的轴向上隔开规定的间隔、即仅与切片的晶片厚度相应地在各辊11、12、17的轴向上隔开间隔并沿圆周方向延伸的多条环槽(未图示)。
线材18是缠绕抽出筒21(图2)的一条长线,从该抽出筒21抽出的线材18构成为以从第1及第2主辊11、12与单一副辊17的一端侧的各环槽朝向另一端侧的各环槽依次收纳的方式对这些辊11、12、17以大致倒三角形状且螺旋状缠绕延伸后缠绕在缠绕卷筒22(图2)。
保持件14具有与锭13粘合的切片台14a及保持该切片台14a的工作板14b。切片台14a与锭13由相同材质,或玻璃、陶瓷、碳或者树脂等形成,但考虑成本方面、成形的容易度,多使用碳、树脂等。并且,作为粘合剂,使用环氧树脂、热塑性蜡等,工作板14b主要由SUS(不锈钢)形成。此外,上述升降装置19具有沿铅垂方向延伸设置的支承部件19a及可升降地安装在该支承部件19a并在前端下表面保持保持件14的水平部件19b。由此,构成为与保持件14粘合的锭13可通过升降装置19升降。
一般,锭13的结晶方位存在一些偏差,锭13的圆柱中心轴线不一定一致。因此,配合锭13的圆柱中心轴线的方向粘合切片台14a,并安装到线锯装置16而进行切片时,从锭13切出的晶片的切断面与晶格面不一致,因此存在晶片的特性不均的问题。
作为消除该问题的方法之一,已知有使用变角设定器19c的方法。
变角设定器19c安装在水平部件19b下面,且在与线材18正交的面内能够调整安装在线锯装置16的状态的保持件14的安装角度。具体而言,如图3所示,变角设定器19c具备固定部件191及可动部件192。
固定部件191安装于水平部件19b。
固定部件191的下表面形成凹曲面,凹曲面在与线材18的走线方向正交的面内形成具有圆弧状截面的圆筒状凹曲面。
固定部件191的下表面安装有可动部件192。可动部件192具有模仿在固定部件191的下表面形成的凹曲面的凸曲面,相对于固定部件191,能够使可动部件192移动时,在与线材18的走线方向正交的面内能够在垂直方向上调整可动部件192。
在调整可动部件192时,使垂直方向轴193旋转,变更在中央形成的进给螺杆的螺合位置。由此,可动部件192在与线材18正交的面内沿着固定部件191的曲面移动,能够调整垂直方向的位置。
根据变角设定器19c,对于锭13的结晶方位,为了在与线材18正交的面内成为适当的方向,能够调整线材18的走线方向。
使用如此构成的线锯装置16对将单晶硅锭13切片的方法进行说明。
首先,在第1及第2主辊11、12与单一副辊17之间缠绕延伸线材18。由此线材18中,在第1及第2主辊11、12之间水平延伸的线材18通过第1及第2主辊11、12与单一副辊17的旋转沿水平方向移动。
接着,对装配于升降装置19的水平部件19b的前端下面的变角设定器19c,以螺栓紧固等固定方法安装粘合锭13与切片台14a的工作板14b。
在此,详细说明对锭13的切片台14a的粘合方法。
首先,围绕锭13的圆柱中心轴仅旋转规定旋转角度并进行粘合。为了使利用线锯装置16切片得到的晶片23的翘曲量成为规定量,确定规定旋转角度。
该确定优选,预先通过实验求出关于相对于上述规定旋转角度的变化的晶片23的翘曲量变化的相关关系,并根据该相关关系确定上述规定旋转角度。并且优选,将从锭13的结晶轴13b下降到定向平面(orientation flat)13c的垂直线作为基准线13d,将相对于该基准线13d的规定旋转角度θ(图5及图6)设定在45~55度、125~135度、225~235度及305~315度的任一范围内。
但是,通常,将切片台14a与锭13粘合时,因为避开定向平面13c粘合,因此优选将相对于上述基准线13d的规定旋转角度θ设定在45~55度或305~315度的范围内。
在此,将相对于上述基准线13d的规定旋转角度θ限定在上述范围内是因为线材18容易向锭13的劈开面13e的方向偏离,将该锭13切片得到的晶片23的翘曲量的不均变大。
但是,圆柱状的锭13中,几乎不是其圆柱的中心轴13a与其结晶轴13b一致的理想的状态(图4(Z轴)、图9A),几乎是其圆柱的中心轴13a与其结晶轴13b不一致的现实的状态(图4(P1-P2)、图9B)。通常,锭13的圆柱中心轴13a与锭13的结晶轴13b的倾斜角度最大为3度左右。
另一方面,要求切片的晶片23的表面为垂直于锭13的结晶轴13b的面(图9C)。
因此,使所述锭13围绕锭13的圆柱的中心轴13a仅旋转所述规定旋转角度,并与切片台14a粘合时,锭13的结晶轴13b成为偏离切片台14a的长边方向的状态(图4)。
对于其偏离,水平方向(图4的XZ面)校正切片台14a与工作板14b的粘合方向,锭13的结晶轴13b粘合以使其处于图4的YZ面内。
接着,在上述第1及第2主辊11、12之间水平延伸的线材18的上方且通过第1及第2主辊11、12的各中心轴的铅垂线之间,移动该锭13以使锭13的结晶轴13b与第1及第2主辊11、12的各中心轴几乎平行(图1及图2)。此时,使包含锭13的结晶轴13b的铅垂面与第1及第2主辊11、12之间的线材18的延伸方向正交(图9C)。
此外,根据固定保持件14的变角设定器19c,为了结晶轴13b与第1及第2主辊11、12的各中心轴成为平行,调整保持件14的固定角度。
换言之,使锭13的结晶轴13b与由第1及第2主辊11、12之间的线材18和基于该线材18的锭13的切断方向制成的平面正交。进而,通过在该状态下使锭13沿铅垂方向下降并使沿上述水平方向移动的线材18移动至横切的位置,由此将锭13切片。由此,能够高精度地控制将锭13切片后的晶片23的翘曲量成为所希望的量。
在此,即使锭13的劈开面13e与晶片23表面的线材记号13f平行,将该锭13切片得到的晶片23的翘曲量也可能不同。根据图5~图8说明其理由。
如图7A及图8A所示,即使锭13的劈开面13e与锭13表面的线材记号13f平行,也存在如图7B所示,锭13的劈开面13e相对于锭13的结晶轴13b倾斜的情况及如图8B所示,相对于锭13的结晶轴13b平行的情况。
并且,在锭13的劈开面13e相对于锭13的结晶轴13b倾斜的情况下(图7B),将该锭13切片时,线材18相对于图5的立体图(a)的虚线箭头及图7C的实线箭头所示的切断方向,容易向图5的立体图(a)的实线箭头及图7C的虚线箭头所示的方向,即劈开面13e的方向偏离。
相对于此,锭13的劈开面13e相对于锭13的结晶轴13b平行的情况下(图8B),将该锭13切片时,线材18相对于图6的立体图(a)的虚线箭头及图8C的实线箭头所示的切断方向不易偏离,沿切断方向笔直前进。
其结果,即使锭13的劈开面13e与锭13表面的线材记号13f平行(图7A),如图7B所示,锭13的劈开面13e相对于锭13的结晶轴13b倾斜时,将该锭13切片得到的晶片23如图5的侧视图(b)所示会产生翘曲。
相对于此,即使锭13的劈开面13e与锭13表面的线材记号13f平行(图8A),如图8B所示,锭13的劈开面13e相对于锭13的结晶轴13b平行时,将该锭13切片得到的晶片23如图6的侧视图(b)所示不产生翘曲。另外,如图8B所示,锭13的劈开面13e即使相对于锭13的结晶轴13b不平行,只要为接近平行的角度,则切片得到的晶片23不易翘曲。
另一方面,为了使利用线锯装置16将锭13切片得到的晶片23的翘曲量成为最小,可以确定以锭13的结晶轴13b为中心的规定旋转角度。例如,锭13的结晶轴13b为<111>时,将从该结晶轴13b下降到定向平面13c的垂直线作为基准线13d,使对该基准线13d的规定旋转角度θ(图5及图6)在45~55度的范围内时,能够降低将锭13切片后的晶片23的翘曲量。
上述实施方式中,作为半导体单晶锭,举出单晶硅锭,但也可以是碳化硅(SiC)单晶锭、砷化镓(GaAs)单晶锭、蓝宝石单晶锭等。
并且,上述实施方式中,将从锭的结晶轴下降到定向平面的垂直线作为基准线,确定以锭的结晶轴为中心的规定旋转角度,但也可以将从锭的结晶轴下降到槽口的垂直线作为基准线,确定以锭的结晶轴为中心的规定旋转角度。
此外,如果有代替定向平面或槽口的旋转基准部,则也可以将从锭的结晶轴下降到该旋转基准部的垂直线作为基准线,确定以锭的结晶轴为中心的规定旋转角度。
实施例
接着结合比较例详细说明本发明的实施例。
<实施例1>
如图1及图2所示,准备了直径为150mm且结晶轴为<111>的圆柱状的单晶硅锭13。以该锭13的圆柱中心轴13a为中心仅旋转规定旋转角度的状态下,粘合了锭13与切片台14a。进而,粘合切片台14a与工作板14b以校正水平方向(图4的XZ面)的粘合方向而使锭13的结晶轴处于图4的YZ面内。进而,将粘合了锭13的保持件14安装固定于变角设定器19c,利用变角设定器19c调整了保持件14的固定角度,以使结晶轴13b与第1及第2主辊11、12的各中心轴平行。
锭13的结晶轴13b根据照射后在结晶面反射过来的X射线的角度来检测出。并且,确定将锭13与保持件14粘合时的规定旋转角度。
此外,关于上述规定旋转角度,在将从锭13的结晶轴13b下降到定向平面13c的垂直线作为基准线13d时,形成相对于该基准线13d的旋转角度θ(图5及图6)。
具体而言,在线锯装置16的第1及第2主辊11、12之间水平延伸的线材18的上方且通过第1及第2主辊11、12的各中心轴的铅垂线之间,移动锭13,以使锭13的结晶轴13b与第1及第2主辊11、12的各中心轴大致平行(图1及图2)。此时,使包含锭13的结晶轴13b的铅垂面与第1及第2主辊11、12之间的线材18的延伸方向正交(图9C)。
然后,将粘合了锭13的保持件14安装固定于变角设定器19c,利用变角设定器19c,调整了保持件14的固定角,以使结晶轴13b与第1及第2主辊11、12的各中心轴线平行。
使该锭13沿铅垂方向下降并使向上述水平方向移动的线材18移动至横切的位置,由此将锭13切片而制作出晶片23。将上述规定旋转角度θ调整至45~55度,以与上述相同的方式将锭13切片而制作出晶片23。将这些晶片23作为实施例1。
<比较例1>
以与锭的圆柱中心轴不同的锭的结晶轴为中心,在仅旋转了任意旋转角度的状态下由保持件粘合保持,以及将粘合了锭13的保持件14安装固定于变角设定器19c之后,没有调整基于变角设定器19c的保持件14的固定角度,除此以外,以与实施例1相同的方式将锭切片而制作出晶片。将这些晶片作为比较例1。
<试验1及评价>
测量了实施例1及比较例1的晶片的翘曲量。关于该晶片的翘曲量,假设通过以晶片的结晶轴为中心间隔120度所取的3点的平面,并在根据该平面测量的晶片的翘曲的大小之中取最大值,该3点在晶片的背面中位于从晶片的外周缘向内侧3mm内侧的位置。将其结果示于图10。
根据图10明显可知,比较例1中,在规定旋转角度范围内晶片的翘曲量虽然小,但在规定旋转角度的范围外晶片的翘曲量大,而在实施例1中,通过将旋转角度θ调整至45~55度,晶片的翘曲量全部变小。
附图标记说明
13-单晶硅锭(半导体单晶锭),13a-中心轴,13b-结晶轴,13c-定向平面(旋转基准部),13d-基准线,14-保持件,16-线锯装置(切断装置),19c-变角设定器。

Claims (4)

1.一种半导体单晶锭的切片方法,将圆柱状的半导体单晶锭由保持件粘合保持,由切断装置将所述锭切片,所述半导体单晶锭的切片方法的特征在于,
所述保持件具有粘合于所述锭的切片台、保持所述切片台的工作板,
所述切断装置具有中心轴彼此平行且配设在同一水平面内的多个主辊、缠绕并张设于所述各主辊的线材,
具有变角设定器,所述变角设定器具有安装于令所述保持件升降的升降装置的固定部件、支承所述保持件的可动部件,
所述固定部件具有为圆筒状凹曲面的下表面,所述圆筒状凹曲面在与所述线材的走线方向正交的面内具有圆弧状的截面,
所述可动部件安装在所述固定部件的所述下表面,在上表面具有模仿所述凹曲面的凸曲面,相对于所述固定部件在正交于所述线材的走线方向的面内能够在垂直方向上进行调整,
在以所述锭的圆柱的中心轴为中心而旋转了规定的旋转角度的状态下将所述锭和所述切片台粘合,使得由所述切断装置切片的晶片的翘曲量成为规定量,
将所述切片台和所述工作板以所述锭的结晶轴在包含所述工作板的中心轴的铅直面内的方式粘合,
利用所述变角设定器调整所述保持件的倾斜角度,使得粘合了所述锭的所述保持件为所述结晶轴与所述各主辊的各中心轴平行。
2.根据权利要求1所述的半导体单晶锭的切片方法,其中,
预先通过实验求出关于相对于所述规定旋转角度的变化的所述晶片的翘曲量变化的相关关系,并根据所述相关关系确定所述规定旋转角度。
3.根据权利要求1所述的半导体单晶锭的切片方法,其中,
为了使由所述切断装置切片的晶片的翘曲量成为最小,确定由所述保持件粘合保持所述锭时的所述规定旋转角度。
4.根据权利要求1所述的半导体单晶锭的切片方法,其中,
在所述锭上形成旋转基准部,将从所述锭的结晶轴下降到所述旋转基准部的垂直线作为基准线时,相对于该基准线的所述规定旋转角度在45~55度、125~135度、225~235度及305~315度中任一范围内。
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