DE112014005468B4 - Schneidverfahren - Google Patents

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Abstract

Schneidverfahren zum Schneiden eines Silicium-Ingots mit einer Drahtsäge, umfassend das Versetzen eines um eine Vielzahl von Drahtführungen gewickelten Drahtes in eine Laufbewegung und das Drücken des Silicium-Ingots gegen den laufenden Draht, während ein Kühlmittel zum Draht zugeführt wird, zum Schneiden des Silicium-Ingots in eine Vielzahl von geschnittenen Wafern, wobei das Verfahren vor dem Zuführen des Kühlmittels zum Draht weiterhin umfasst: das Messen der Kupferkonzentration des Kühlmittels vorab, um das Kühlmittel mit einer Kupferkonzentration von 80 ppm oder weniger zu verwenden, so dass das zum Draht zuzuführende Kühlmittel eine Kupferkonzentration von 80 ppm oder weniger aufweist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneidverfahren zum Schneiden eines Silicium-Ingots mit einer Drahtsäge in Wafer.
  • STAND DER TECHNIK
  • Bei einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen eines Siliciumwafers wird ein gezüchteter Silicium-Einkristall-Ingot zunächst Prüfungen auf Widerstand und Kristallinität unterzogen und anschließend in Blöcke geschnitten, die einen vorgegebenen Bereich von Widerstand aufweisen. Da der Ingot nach dem Züchten eine nicht perfekte zylindrische Form und einen ungleichmäßigen Durchmesser aufweist, wird der äußere Umfang der Blöcke geschliffen, um einen gleichmäßigen Durchmesser zu erzielen. Eine Ausrichtungsabflachung oder eine Kerbe wird anschließend im Block ausgebildet, dessen äußerer Umfang geschliffen wurde, um eine bestimmte Kristallausrichtung zu zeigen.
  • Anschließend wird der Block in mehrere Wafer geschnitten. Jeder Wafer wird in mehreren Schritten bearbeitet wie Abfasen, mechanisches Schleifen (Läppen), Ätzen, Gettern, Wärmebehandlung zur Beseitigung von Sauerstoffdotierung, Spiegelpolieren (Polieren) und Reinigen zum Erzeugen eines Wafers mit einer hochpräzisen Glattheit.
  • Wenn ein Wafer mit einem Durchmesser von 200 mm oder weniger hergestellt wird, wird der einzelne Block vor allem mit einem Innenloch-Sägeblatt geschnitten. Das Schneiden mit Innenloch-Sägeblättern, das ein Sägeblatt mit einem Außendurchmesser vier bis fünf Mal so groß wie der Durchmesser des Blocks erfordert, ist zum Schneiden eines Blocks mit einem großen Durchmesser, der einen Durchmesser von 300 mm oder mehr aufweist, schwierig anzuwenden. Dementsprechend wird häufig das Schneiden mit einer Drahtsäge statt des herkömmlichen Verfahrens mit einem Innenloch-Sägeblatt verwendet.
  • Das Schneiden mit einer Drahtsäge erfolgt mit einer Drahtsäge, die so ausgebildet ist, dass ein sich von einer Drahtabwickelspule erstreckender Draht spiralförmig um zwei oder drei oder mehr Drahtführungen mit einer vorgegebenen Spannung gewickelt ist und sich der Draht anschließend zu einer Drahtaufwickelspule erstreckt.
  • Solch eine Drahtsäge beispielsweise mit ungebundenem Schneidkorn schneidet einen Block eines Ingots, indem bewirkt wird, dass sich der Draht von der Drahtabwickelspule zur Drahtaufwickelspule über die Drahtführungen bewegt und der Block eines Ingots gegen den zwischen den Drahtführungen gespannten Draht gedrückt wird, während ein Kühlmittel, das Schneidkorn zum Schleifen enthält, dem Draht zugeführt wird.
  • Eine Drahtsäge mit gebundenem Schneidkorn, die einen Draht verwendet, an dem Schneidkörner gebunden sind, schneidet einen Block eines Ingots, während ein Kühlmittel zugeführt wird, das kein Schneidkorn enthält.
  • Eine Drahtsäge mit solch einer Ausbildung, bei welcher der Draht spiralförmig um die Drahtführungen gewickelt ist, so dass der Draht parallel in vorgegebenen Abständen an einer Kontaktposition mit einem Block angeordnet ist, kann mehrere Wafer durch einmaliges Schneiden des Blocks erzeugen.
  • Der Draht zur Verwendung in einer Drahtsäge verwendet üblicherweise ein Seil aus einem Drahtmaterial wie mit Kupfer oder einer Kupferlegierung, etwa Messing, beschichteter Stahl. Das Drahtseil ist mit Kupfer oder einer Kupferlegierung beschichtet, um eine Rostschutz- und Schmierwirkung zu erzielen, wenn der Draht in ein Zieheisen o. Ä. mit einem vorgegebenen Lochdurchmesser in einem Ziehprozess zum allmählichen Ziehen des Drahts eingeführt wird. Die Verwendung von mit Kupfer beschichtetem Draht führt aber zu dem Problem, dass die hohe Konzentration von Kupfer die geschnittenen Wafer verunreinigt.
  • Als eine Maßnahme zum Lösen der Kupferverunreinigung durch solch einen Draht für eine Drahtsäge ist ein Verfahren zum Herstellen eines Drahts für eine Drahtsäge offenbart, die das Beschichten eines Eisen- oder Eisenlegierungsdrahts mit Kupfer oder einer Kupferlegierung und das Entfernen der Kupfer- oder Kupferlegierungsbeschichtung nach dem abschließenden Ziehen umfasst (Beispiel siehe Patentschrift 1).
  • Das Verfahren von Patentschrift 1 ist wie folgt beschrieben: Der Draht wird beim Ziehen gut geschmiert, was zu einer geringeren Wahrscheinlichkeit führt, dass die Drahtoberfläche verkratzt wird. Somit werden die von einem Draht für eine Drahtsäge geforderten Qualitätsmerkmale nicht beeinträchtigt. Da die Kupfer- oder Kupferlegierungsbeschichtung auf der Oberfläche entfernt wird, bevor der Draht in einer Drahtsäge verwendet wird, wird ein Verunreinigen von Produktwafern mit Kupfer oder anderen metallischen Verunreinigungen vermieden.
  • Ferner ist ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Wafers offenbart, das den Schritt des Schneidens eines Halbleiter-Ingots in mehrere Halbleiter-Wafer mit einem Drahtsägendraht aus mit Zink oder Nickel beschichtetem Stahl und den Schritt des Läppens von Vorder- und Rückseite des erhaltenen Halbleiter-Wafers mit einer Läppmenge von 20 µm oder weniger für jede Seite umfasst (Beispiel siehe Patentschrift 2). Beim Herstellverfahren von Patentschrift 2 wird beschrieben, dass die Verwendung des mit Zink oder Nickel beschichteten Drahtsägendrahts die Kupferverunreinigung von mit der Drahtsäge geschnittenen Halbleiter-Wafern verringert werden kann. JP 2011-5561 A offenbart ein Verfahren und ein System zum Schneiden eines Silizium-Ingots, wobei der Abfallschlamm, der beim Schneiden des Silizium-Ingots mit der Drahtsäge gebildet wird, einem primären Zentrifugieren und einem sekundären Zentrifugieren unterzogen wird, um in einen festen Bestandteil, einen Abfallschlamm und eine sekundäre abgetrennte Flüssigkeit getrennt zu werden; wobei die sekundäre abgetrennte Flüssigkeit und der feste Bestandteil zurückgewonnen und neue Abrasivkörner und Kühlmittel hinzugefügt werden, um den regenerierten Schlamm herzustellen, und der Drahtsäge zum Schneiden des Silizium-Ingots zugeführt werden, wobei der Abfallschlamm destilliert wird, um in einen festen Rückstand und eine Restlösung getrennt zu werden, wobei der feste Rückstand unterteilt wird, um die Schleifkörner abzutrennen, wobei die Schleifkörner und die Restlösung zurückgewonnen werden und weiter zugegeben werden, wenn der regenerierte Schlamm hergestellt wird. JP 2002-270568 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterwafers, wobei die Metallkonzentration der herzustellenden Waferoberfläche durch Regulierung der Metallkonzentration in einer direkt mit dem Wafer in Kontakt gebrachten Flüssigkeit reguliert wird, so dass der Wert unter einem vorbestimmten Wert in einem Prozess zur Herstellung eines Halbleiterwafers liegt, und eine für dieses Verfahren verwendete Metallüberwachungsvorrichtung. JP 2010-40935 A offenbart einen epitaktischen Siliziumwafer und ein Verfahren zu dessen Herstellung, das die Verformung eines Wafers reduziert, wenn ein epitaktischer Film nur auf einer Oberfläche eines Wafers mit großem Durchmesser (>450 mm) gezüchtet wird, und das eine hohe intrinsische Getterungskapazität bereitstellt.
  • LISTE DER ANFÜHRUNGEN
  • PATENTLITERATUR
    • Patentschrift 1: JP H09-254145 A
    • Patentschrift 2: JP 2005-57054 A
    • Patentschrift 3: JP 2011-5561 A
    • Patentschrift 4: JP 2002-270568 A
    • Patentschrift 5: JP 2010-40935 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHE AUFGABE
  • Bei Verwenden der in Patentschrift 1 und Patentschrift 2 offenbarten Drähte für eine Drahtsäge können Wafer, die durch Schneiden von mehreren Einkristall-Siliciumblöcken mit mehreren Drahtsägen erzeugt werden, in großem Umfang verschiedene Verunreinigungskonzentrationen je nach einzelnem Wafer aufweisen, wenn die Kupferkonzentration in den Wafern untersucht wird, und einige Wafer weisen eine Kupferverunreinigung über 1×1012 Atome/cm3 auf. Somit erzielt das herkömmliche Verfahren nicht notwendigerweise eine angemessene Wirkung zur Verringerung der Kupferverunreinigung. Da die Kupferkonzentration die Halbleitermerkmale wesentlich beeinflusst, wurde ein Verfahren gefordert, das zuverlässig die Kupferverunreinigung eines Einkristallsiliciums durch Drahtsägenschneiden verringert.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Schneidverfahrens, das mit einer Drahtsäge zuverlässig hochreine Siliciumwafer mit einer verringerten Kupferkonzentration herstellen kann.
  • TECHNISCHE LÖSUNG
  • Zum Lösen dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein Schneidverfahren zum Schneiden eines Silicium-Ingots mit einer Drahtsäge bereit, umfassend das Versetzen eines um eine Vielzahl von Drahtführungen gewickelten Drahtes in eine Laufbewegung und das Drücken des Silicium-Ingots gegen den laufenden Draht, während ein Kühlmittel zum Draht zugeführt wird, zum Schneiden des Silicium-Ingots in eine Vielzahl von geschnittenen Wafern, wobei das zum Draht zuzuführende Kühlmittel eine Kupferkonzentration von 80 ppm oder weniger aufweist.
  • Auf diese Weise kann die Kupferverunreinigung von durch Schneiden hergestellten Siliciumwafern entsprechend verringert werden und es können zuverlässig Siliciumwafer mit hoher Reinheit hergestellt werden. Während das herkömmliche Verfahren dazu führt, dass die Kupferverunreinigung der geschnittenen Wafer variiert, kann die vorliegende Erfindung die Kupferverunreinigungskonzentration gleichmäßig verringern und somit ein Variieren im größten Maße verhindert.
  • Das Schneidverfahren wie in den Ansprüchen definiert umfasst ferner vor dem Zuführen des Kühlmittels zum Draht das Messen der Kupferkonzentration des Kühlmittels vorab, um Kühlmittel mit einer Kupferkonzentration von 80 ppm oder weniger zu verwenden.
  • Auf diese Weise kann Kühlmittel, dessen Kupferkonzentration auf einer niedrigen Konzentration von 80 ppm oder weniger gehalten wird, zuverlässiger dem Draht zugeführt werden und es können zuverlässiger Siliciumwafer mit hoher Reinheit hergestellt werden.
  • Das Kühlmittel kann für die Verwendung durch Auffangen des dem Draht zugeführten Kühlmittels in einem Tank und Zuführen des im Tank gespeicherten Kühlmittels zum Draht umgewälzt werden und die Kupferkonzentration des Kühlmittels im Tank kann auf 80 ppm oder weniger gehalten werden.
  • Auf diese Weise kann das zum Schneiden verwendete Kühlmittel wiederverwendet werden und die Kosten können gesenkt werden. Ferner kann ein Kühlmittel, dessen Kupferkonzentration zuverlässiger verringert wird, dem Draht zugeführt werden.
  • Der zu schneidende Silicium-Ingot kann mit Bor dotiert werden, um einen spezifischen elektrischen Widerstand des Silicium-Ingots einzustellen.
  • Bor kann mit Kupfer interagieren und das Eindringen von Kupfer in Silicium fördern, wodurch leicht eine Kupferverunreinigung verursacht werden kann. Die vorliegende Erfindung, die eine Kupferverunreinigung wie zuvor erwähnt verringern kann, ist insbesondere wirksam in dem Fall, dass Bor, das leicht eine Kupferverunreinigung verursacht, als Dotierstoff verwendet wird.
  • Der zu schneidende Silicium-Ingot kann einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,03 Ω cm oder weniger aufweisen.
  • Wenn der spezifische elektrische Widerstand 0,03 Ω cm oder weniger beträgt, dringt Kupfer leichter ein, da viel Dotierstoff enthalten ist. Wenn die Verunreinigung ein gesättigtes Niveau erreicht, weist die Kupferverunreinigungskonzentration im geschnittenen Wafer einen relativ hohen Wert auf. Die vorliegende Erfindung, welche die Kupferverunreinigung verringern kann, ist in solch einem Fall besonders wirksam.
  • Das dem Draht zuzuführende Kühlmittel kann einen pH-Wert von 5 bis 7 aufweisen.
  • Wenn der pH-Wert im zuvor genannten Bereich gesteuert wird, kann das Auftreten und Fördern einer Kupferverunreinigung im geschnittenen Wafer noch besser verhindert werden.
  • Der Silicium-Ingot kann einen Durchmesser von 450 mm oder mehr aufweisen.
  • Je größer der Durchmesser eines Silicium-Ingots ist, desto stärker erwärmt sich der Ingot beim Schneiden mit einer Drahtsäge. Je höher die Temperatur wird, desto leichter diffundiert Kupfer in das Silicium. Wenn das zu schneidende Silicium einen großen Durchmesser, beispielsweise 450 mm oder mehr, aufweist, ist die vorliegende Erfindung, welche die Kupferverunreinigung verringern kann, besonders wirksam.
  • Das Kühlmittel kann Schneidkorn enthalten.
  • Die vorliegende Erfindung kann auch bei einem Drahtsägeschneiden verwendet werden, das so beschaffen ist, dass das Kühlmittel, das Schneidkorn enthält, dem Draht beispielsweise mit einem Verfahren mit ungebundenem Schneidkorn zugeführt wird.
  • VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Wie zuvor erwähnt kann das erfindungsgemäße Schneidverfahren die Kupferverunreinigung von durch Schneiden mit einer Drahtsäge erzeugten geschnittenen Wafern verringern und zuverlässig Siliciumwafer mit hoher Reinheit liefern.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt einen Graphen zur Darstellung der Beziehung zwischen der Kupferkonzentration eines Kühlmittels und der bei einem Wafer festgestellten Kupferverunreinigungskonzentration, wenn der spezifische elektrische Widerstand 0,03 Ω cm beträgt.
    • 2 zeigt einen Graphen zur Darstellung der Beziehung zwischen der Kupferkonzentration eines Kühlmittels und der bei einem Wafer festgestellten Kupferverunreinigungskonzentration, wenn der spezifische elektrische Widerstand 0,02 Ω cm beträgt.
    • 3 zeigt einen Graphen zur Darstellung der Beziehung zwischen der Kupferkonzentration eines Kühlmittels und der bei einem Wafer festgestellten Kupferverunreinigungskonzentration, wenn der spezifische elektrische Widerstand 0,01 Ω cm beträgt.
    • 4 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Drahtsäge, die im erfindungsgemäßen Schneidverfahren verwendet werden kann.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben; die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese beschränkt.
  • Der Erfinder hat umfassende Untersuchungen zu einem Schneidverfahren mit einer Drahtsäge durchgeführt und Folgendes herausgefunden: Die Kupferkonzentration eines Kühlmittels wirkt sich wesentlich auf die in geschnittenen Wafern erzeugte Kupferverunreinigung aus; wenn die Kupferkonzentration des Kühlmittels 80 ppm überschreitet, nimmt die Kupferverunreinigungskonzentration des geschnittenen Wafers zu und erreicht einen Sättigungswert; wenn allerdings die Konzentration 80 ppm oder weniger beträgt, kann die Kupferverunreinigungskonzentration des geschnittenen Wafers verringert werden, wodurch eine Variation der Kupferverunreinigungskonzentration zwischen den geschnittenen Wafern verhindert werden kann. Der Erfinder hat dadurch die Erfindung umgesetzt.
  • 4 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Drahtsäge, die im erfindungsgemäßen Schneidverfahren verwendet werden kann. Wie in 4 dargestellt umfasst eine Drahtsäge 1 vor allem einen Draht 2 zum Schneiden eines Silicium-Ingots (nachfolgend einfach als Werkstück W bezeichnet), mehrere Drahtführungen 3, um die der Draht 2 gewickelt ist, Drahtspannmechanismen 4, 4' zum Spannen des Drahts 2, einen Werkstück-Zuführmechanismus 5 zum Halten und Zuführen des zu schneidenden Werkstücks W und einen Kühlmittel-Zuführmechanismus 6.
  • Das Werkstück W ist durch ein Bindemittel mit einer Werkstückplatte verbunden. Die Werkstückplatte wird von einem Werkstück-Halteteil des Werkstück-Zuführmechanismus 5 gehalten. Das somit durch den Werkstück-Halteteil gehaltene Werkstück W kann dem unterhalb angeordneten Draht 2 mit einer Linearführung des Werkstück-Zuführmechanismus 5 zugeführt werden.
  • Der Draht 2 wird von einer Drahtspule 7 abgewickelt und läuft durch den Drahtspannmechanismus 4 und in die Drahtführungen 3. Der Draht 2 ist um die Drahtführungen 3 etwa 300 bis 400 Mal gewickelt, um ein Drahtfeld zu bilden. Der Draht 2 läuft anschließend durch den anderen Drahtspannmechanismus 4' und wird von einer Drahtspule 7' aufgewickelt.
  • Somit wird der gewickelte Draht 2 gespannt und ein Antriebsmotor 10 kann den Draht in eine Hin- und Herbewegung in axialer Richtung mit einer vorgegebenen Umkehrtaktzeit und Bewegungsgeschwindigkeit versetzen.
  • Beim Verfahren mit gebundenem Schneidkorn weist der Draht 2 auf der Oberfläche des Drahtseils, beispielsweise aus Stahl, gebundenes Schneidkorn auf. Es kann beispielsweise elektrolytisch beschichteter Diamantdraht verwendet werden, bei dem Diamantschneidkorn durch Ni-Bindung auf dem Drahtseil gebunden ist. Bei einem elektrolytisch beschichteten Diamantdraht wird Diamantschneidkorn durch Nickel-Elektrolytbeschichtung auf dem Drahtseil befestigt. Daher weist dieser Draht vorteilhafterweise eine lange Lebensdauer auf. Das Befestigungsverfahren ist nicht besonders beschränkt, so lange Schneidkorn auf dem Draht gebunden werden kann.
  • Zusätzlich sind Düsen 8 oberhalb des Drahtes 2 zum Zuführen eines Kühlmittels 9 zum Draht 2 angeordnet. Die Zahl der Düsen 8 ist nicht beschränkt und kann entsprechend festgelegt werden. Das Kühlmittel kann beispielsweise eine gemischte Lösung aus Propylenglykol (PG) sein.
  • Beim Verfahren mit ungebundenem Schneidkorn ist kein Schneidkorn am Draht 2 gebunden. Stattdessen wird ein Kühlmittel 9', das Schneidkorn enthält, zubereitet und dieses kann durch die Düse 8 zugeführt werden. Das Schneidkorn im Kühlmittel kann aus SiC bestehen.
  • Der Kühlmittel-Zuführmechanismus 6 umfasst einen Tank 11 zum Auffangen des gebrauchten Kühlmittels 9 (oder Kühlmittels 9'), das dem Draht 2 zum Schneiden zugeführt wird. Das Kühlmittel 9, dessen Temperatur durch einen Temperaturregelmechanismus 12 geregelt wird, kann vom Tank 11 durch die Düse 8 zugeführt und umgewälzt werden.
  • Der Kühlmittel-Zuführmechanismus 6 ist nicht auf den Tank 11 und den Temperaturregelmechanismus 12 beschränkt. Beispielsweise kann auch ein Zentrifugalabscheider zur Behandlung angeordnet sein, um Späne, Schneidkorn und andere Verunreinigungen im gebrauchten Kühlmittel zu entfernen oder zu sammeln. Das Kühlmittel 9, das den erforderlichen Behandlungen unterzogen wurde, wird anschließend im Tank 11 gespeichert. Zusätzlich kann ein Teil des Kühlmittels gesammelt oder aus dem Tank 11 entfernt werden. Es kann aber auch zusätzliches sauberes Kühlmittel und Schneidkorn dem Tank 11 hinzugefügt werden.
  • Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Schneidverfahren mit einer Drahtsäge gemäß 4 beschrieben.
  • Zunächst wird ein Silicium-Ingot vorbereitet. Für den vorbereiteten Silicium-Ingot gelten keine speziellen Einschränkungen und es kann beispielsweise ein mit einem CZ-(Czochralski-)Verfahren oder einem FZ-(Floating-Zone-)Verfahren gezüchteter Silicium-Einkristall-Ingot verwendet werden.
  • Es gelten keine Einschränkungen bezüglich Bedingungen wie Durchmesser, Dotierung und spezifischer elektrischer Widerstand und diese können somit entsprechend festgelegt werden. Insbesondere die Wirkung der Verringerung der Kupferverunreinigung durch die vorliegende Erfindung zeigt sich wirksamer unter Bedingungen, die leicht eine Kupferverunreinigung verursachen können.
  • Beispielsweise kann der Durchmesser relativ groß sein, beispielsweise 450 mm oder mehr. Der Grund hierfür ist, dass sich ein Silicium-Ingot mit einem größeren Durchmesser beim Schneiden mit einer Drahtsäge erwärmt, wodurch einfacher Kupfer in das Silicium diffundieren kann.
  • Ferner kann Bor als Dotierstoff verwendet werden. Der Grund hierfür ist, dass Bor mit Kupfer interagieren und das Eindringen von Kupfer in Silicium fördern kann, wodurch leicht eine Kupferverunreinigung verursacht werden kann.
  • Ferner kann der spezifische elektrische Widerstand 0,03 Ω cm oder weniger betragen. Hier gibt es folgende Gründe: Ein geschnittener Wafer mit solch einem niedrigen Widerstand führt zu einem einfachen Eindringen von Kupfer. Wenn die Kupferverunreinigung beispielsweise die Sättigungsschwelle erreicht, ist die Konzentration relativ hoch und wirkt sich nachteilig auf die Halbleitereigenschaften aus.
  • Der Silicium-Ingot wird anschließend mit der Drahtsäge 1 in Wafer geschnitten.
  • Der vorbereitete Silicium-Ingot wird zunächst bearbeitet und beispielsweise in Blöcke (Werkstück W) mit der richtigen Größe geschnitten. Das Werkstück W wird vom Werkstück-Halteteil des Werkstück-Zuführmechanismus 5 gehalten und nach unten zugeführt.
  • Anschließend wird das im Tank 11 gespeicherte Kühlmittel 9 (oder Kühlmittel 9') durch die Düse 8 dem Draht 2 zugeführt.
  • Ferner wird der Draht 2 von der Drahtspule 7 abgewickelt, läuft durch die Drahtspannmechanismen 4, 4' und wird von der Drahtspule 7' aufgewickelt, wodurch der Draht 2 in Bewegung versetzt wird.
  • Dadurch wird das Werkstück W gegen den sich hin und her bewegenden Draht 2 gedrückt, während dem Draht 2 Kühlmittel 9 zugeführt wird, und in Wafer geschnitten, wodurch geschnittene Wafer erzeugt werden.
  • Das gebrauchte Kühlmittel 9 wird bei Bedarf entsprechend behandelt (beispielsweise zentrifugiert), anschließend im Tank 11 gesammelt und erneut dem Draht 2 zugeführt. Durch das Wiederverwenden, Zuführen und Umwälzen des gebrauchten Kühlmittels 9 können die Kosten gesenkt werden.
  • Für das dem Draht 2 zuzuführende Kühlmittel gelten keine besonderen Einschränkungen mit Ausnahme der Kupferverunreinigung wie nachfolgend beschrieben. Es gilt auch keine Einschränkung für den pH-Wert; dieser kann zwischen 5 und 7 liegen. Beispielsweise offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. S63-272460, dass eine Kupferverunreinigung durch Bearbeiten von Silicium mit einer Bearbeitungsflüssigkeit (Alkalilösung) auftritt, die Kupfer enthält, dieses Phänomen aber wirksam durch Einstellen eines pH-Werts von 7 oder weniger verhindert werden kann. Um den pH-Wert zuverlässiger auf 7 oder weniger einzustellen, kann dem Kühlmittel eine organische Säure wie etwa Zitronensäure hinzugefügt werden. Zusätzlich kann das Einstellen des pH-Werts des Kühlmittels auf 5 oder mehr die fortschreitende Ionisierung von Kupfer im Kühlmittel verhindern und somit die Kupferverunreinigung des Siliciumwafers noch mehr verringern.
  • Wenn Schneidkorn enthalten ist, gelten ebenfalls besonderen Einschränkungen für das Schneidkorn und es kann beispielsweise aus SiC wie herkömmlich verwendet bestehen.
  • Nachfolgend ist ausführlich die Kupferkonzentration des Kühlmittels beschrieben. Die Kupferkonzentration des Kühlmittels beträgt 80 ppm oder weniger, vorzugsweise 40 ppm oder weniger. Selbstverständlich ist es umso besser für das Verhindern der Kupferverunreinigung des geschnittenen Wafers, je niedriger die Konzentration ist.
  • Wenn ein Kühlmittel verwendet wird, das Schneidkorn enthält, wie beim Verfahren mit ungebundenem Schneidkorn (das heißt wenn das Kühlmittel aus Schneidkorn und Dispersionsmittel besteht), wird der Wert von 80 ppm oder weniger aus dem Gewicht des Dispersionsmittels im Kühlmittel berechnet.
  • Wenn hingegen ein Kühlmittel verwendet wird, das kein Schneidkorn enthält, wie beim Verfahren mit gebundenem Schneidkorn, wird der Wert aus dem Eigengewicht des Kühlmittels berechnet.
  • Um dem Draht 2 ein Kühlmittel zuzuführen, dessen Kupferkonzentration zuverlässig auf 80 ppm oder weniger geregelt wird, kann beispielsweise die Kupferkonzentration des Kühlmittels praktischerweise vor dem Zuführen gemessen werden und es kann ein Kühlmittel dem Draht zugeführt werden, bei dem eine Kupferkonzentration von 80 ppm oder weniger ermittelt wurde.
  • Insbesondere kann die Kupferkonzentration des im mit der Düse 8, die ein Zuführmittel darstellt, verbundenen Tank 11 gespeicherten Kühlmittels auf 80 ppm oder weniger geregelt werden. Es gelten keine besonderen Einschränkungen bezüglich des Regelverfahrens und das Verfahren kann je nach Kosten und gewünschter Kupferkonzentration festgelegt werden. Beispielsweise kann, wenn das Kühlmittel im Tank 11 regelmäßig gesammelt wird, um die Kupferkonzentration zu messen, und ein hoher Messwert von nahezu 80 ppm ermittelt wird, zusätzliches Kühlmittel in den Tank 11 gegeben werden, um das Kühlmittel zu verdünnen und die Kupferkonzentration zu verringern. Alternativ kann ein Teil des Kühlmittels im Tank 11 gegen neues Kühlmittel ausgetauscht werden, um die Kupferkonzentration zu verringern.
  • Ferner gelten keine besonderen Einschränkungen bezüglich des Verfahrens zum Messen der Kupferkonzentration des Kühlmittels. Die Messung kann durch ein Atomabsorptionsverfahren erfolgen.
  • Als ein Beispiel ist nachfolgend ein Verfahren zum Messen eines Kühlmittels 9' beschrieben, das SiC-Schneidkorn enthält. Zunächst wird eine entsprechende Menge des Kühlmittels, das dem Tank 11 entnommen wurde, gesammelt und zum Zubereiten einer Probe gewogen. Die Probe wird mit einem Gemisch aus Salpetersäure und Flusssäure gemischt. Das Gemisch wird einer Zersetzungsbehandlung durch Mikrowellen unterzogen und anschließend zum Zubereiten einer Testlösung mit Salpetersäure verdünnt. Die Testlösung wird entsprechend verdünnt, um die Menge von darin enthaltenem Kupfer durch das Atomabsorptionsverfahren zu quantifizieren. Da das im Kühlmittel enthaltene SiC-Schneidkorn in der Behandlung vor der Messung nicht zersetzt wird, wird die Kupferkonzentration des Kühlmittels als eine Konzentration in Bezug auf das Dispersionsmittelgewicht durch Schätzen des Dispersionsmittelgewichts im Kühlmittel aus der SiC-Konzentration des Kühlmittels, die zuvor gemessen wurde, berechnet (beispielsweise durch Sammeln einer entsprechenden Menge von Slurry und Wiegen dieser zum Zubereiten einer Probe, Verdampfen der Probe bis zum trockenen Zustand und Wiegen des resultierenden Rests).
  • Wenn das Kühlmittel kein Schneidkorn enthält (Kühlmittel 9), kann die Kupferkonzentration durch das Atomabsorptionsverfahren auf die gleiche Weise berechnet werden. In diesem Fall wird jedoch die Konzentration aus dem Gewicht des gesamten Kühlmittels berechnet.
  • Selbst wenn mehrere Drahtsägen zum Herstellen von geschnittenen Wafern verwendet werden, ermöglicht wie zuvor beschrieben das Halten der Kupferkonzentration eines zu einem Draht einer Drahtsäge zuzuführenden Kühlmittels ein Verringern der Kupferverunreinigungskonzentration des geschnittenen Wafers und gestaltet die Kupferverunreinigungskonzentration gleichmäßiger als beim herkömmlichen Verfahren. Dadurch können im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren geschnittene Wafer mit hoher Reinheit in Bezug auf Kupferverunreinigungen zuverlässig hergestellt werden.
  • BEISPIEL
  • Nachfolgend ist die vorliegende Erfindung ausführlich in Bezug auf Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben; die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese beschränkt.
  • (Beispiel 1 bis 9, Vergleichsbeispiel 1 bis 6)
  • Ein Silicium-Einkristall-Ingot wurde mit einer Drahtsäge gemäß 4 durch Versetzen eines Drahtes in eine Hin- und Herbewegung in Wafer geschnitten, während dem Draht ein Kühlmittel zugeführt wurde. In den Beispielen 1 bis 9 wurde wie bei der vorliegenden Erfindung das dem Draht zugeführte Kühlmittel auf eine Kupferkonzentration von 80 ppm oder weniger eingestellt. In den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 hingegen wurde abweichend zur vorliegenden Erfindung das dem Draht zugeführte Kühlmittel auf eine Kupferkonzentration von mehr als 80 ppm eingestellt.
  • Nachfolgend ist die Zubereitung der Kühlmittel mit verschiedenen Kupferkonzentrationen gemäß Beispiel 1 bis 9 und Vergleichsbeispiel 1 bis 6 ausführlich beschrieben.
  • Zunächst wurde SiC-Schneidkorn in einem glykolbasierten Diffusionsmittel diffundiert. Das dadurch erzeugte Kühlmittel wies eine Kupferkonzentration von 5 ppm auf. Anschließend wurde das erzeugte Kühlmittel der gleichen Drahtsäge wie in 4 zugeführt und es wurde ein Siliciumblock mit einem messingbeschichteten Draht zum Verschleiß der Beschichtung auf dem Draht und Einbringen von Kupfer in das Kühlmittel geschnitten, wodurch die Kupferkonzentration des Kühlmittels eingestellt wurde. Da die Menge der Messingbeschichtung auf dem Draht und die Zusammensetzung der Beschichtung bekannt waren, wurde die Kupferkonzentration des Kühlmittels auf eine gewünschte Konzentration durch Einstellen des Abstands des zu verschleißenden Drahtes eingestellt.
  • Mit den jeweiligen Kühlmitteln mit verschiedenen Kupferkonzentrationen, die somit für Beispiel 1 bis 9 und Vergleichsbeispiel 1 bis 6 erzeugt wurden, wurde ein Einkristall-Siliciumblock mit einem Durchmesser von 300 mm als ein Haupttest geschnitten.
  • Es wurde ein zu schneidender Block verwendet, der mit Bor dotiert und mit dem MCZ-Verfahren gezüchtet wurde. Es wurden drei Blöcke mit verschiedenen spezifischen elektrischen Widerständen von 0,03 Ω cm, 0,02 Ω cm und 0,01 Ω cm zubereitet. In Bezug auf die einzelnen Blöcke wurde die Kupferverunreinigungskonzentration des geschnittenen Wafers für jedes gebrauchte Kühlmittel berechnet und die Konzentrationen wurden verglichen.
  • Im Haupttest wurde ein unbeschichteter Draht verwendet, um zu verhindern, dass während des Schneidens Kupfer vom Draht in das Kühlmittel gelangt.
  • Die Kupferkonzentration des Kühlmittels wurde mit dem folgenden Verfahren analysiert.
  • Es wurden 250 mg des Kühlmittels, das der Drahtsäge entnommen wurde, zum Zubereiten einer Probe gesammelt. Die Probe wurde mit einem Gemisch aus Salpetersäure und Flusssäure gemischt. Das Gemisch wurde einer Zersetzungsbehandlung durch Mikrowellen unterzogen und anschließend zum Zubereiten einer Testlösung mit Salpetersäure verdünnt. Die Testlösung wurde entsprechend verdünnt, um die Menge von darin enthaltenem Kupfer durch das Atomabsorptionsverfahren zu quantifizieren. Da das im Kühlmittel enthaltene SiC-Schneidkorn in der Behandlung vor der Messung nicht zersetzt wurde, wurde die Kupferkonzentration des Kühlmittels als eine Konzentration in Bezug auf das Dispersionsmittelgewicht durch Schätzen des Dispersionsmittelgewichts im Kühlmittel aus der SiC-Konzentration des Kühlmittels, die zuvor gemessen wurde, berechnet.
  • Die Kupferverunreinigungskonzentration des geschnittenen Wafers wurde mit dem folgenden Verfahren gemessen.
  • Es ist bekannt, dass ein mit einer Drahtsäge geschnittener Wafer eine Rissschicht bzw. eine beschädigte Schicht auf seiner Oberfläche aufweist, die Kupfer und andere Metalle in hoher Konzentration enthält. Entsprechend muss dieser Teil zum Messen der Konzentration von Kupfer, der in einen Wafer diffundiert, entfernt werden. Daher wurden 50 Mikron der Oberfläche des geschnittenen Wafers (100 Mikron insgesamt auf beiden Oberflächen) angeätzt und mit einem Lösungsgemisch aus Flusssäure und Salpetersäure entfernt; der Rest wurde als Probe für die Analyse verwendet.
  • Ferner wurde die Probe für die Analyse mit einer Reinigungsflüssigkeit gereinigt, die Flusssäure, Hydrochloridsäure, Wasserstoffperoxid und reines Wasser enthält, und mit dem in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2002-368052 beschriebenen Verfahren vollständig gelöst, um eine Probenlösung zu erhalten.
  • Insbesondere wurde die Probe für die Analyse und ein Lösungsgemisch aus Flusssäure und Salpetersäure in einen geschlossenen Behälter gefüllt und erwärmt, um die Probe einem Dampf, der Flusssäure und Salpetersäure enthält, auszusetzen und die gesamte Menge der Probe zu zersetzen. Das zersetzte Produkt wurde weiter 2 bis 24 Stunden lang auf 100 bis 150 °C erwärmt, um eine Behandlung zum Desorbieren von Silicium durchzuführen, gefolgt von einem Verdampfen bis zum trockenen Zustand und Lösen des resultierenden Rests in gelöster Flusssäure, wodurch die Probenlösung zubereitet wurde.
  • Die erhaltene Probenlösung wurde entsprechend mit einer Salpetersäurelösung verdünnt und durch ICP-MS analysiert. Diese Vorgänge wurden mit Analysespänen durchgeführt, die durch Spalten des geschnittenen Wafers erzeugt wurden.
  • Die Ergebnisse des somit durchgeführten Tests sind in Tabelle 1 bis 3 und 1 bis 3 zusammengefasst. Das Ergebnis des Blocks mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 0,03 Ω cm ist in Tabelle 1 und 1 dargestellt, das Ergebnis von 0,02 Ω cm ist in Tabelle 2 und 2 dargestellt und das Ergebnis von 0,01 Ω cm ist in Tabelle 3 und 3 dargestellt.
  • [Tabelle 1]
    Kupferkonzentration des Kühlmittels (ppm) Am Wafer ermittelte Kupferverunreinigungskonzentration (×1010Atome/cm3)
    Beispiel 1 5 1
    Beispiel 2 40 1
    Beispiel 3 80 2
    Vergleichsbeispiel 160 10
    1
    Vergleichsbeispiel 2 320 10
  • [Tabelle 2]
    Kupferkonzentration des Kühlmittels (ppm) Am Wafer ermittelte Kupferverunreinigungskonzentration (×1010Atome/cm3)
    Beispiel 4 5 3
    Beispiel 5 40 3
    Beispiel 6 80 7
    Vergleichsbeispiel 3 160 30
    Vergleichsbeispiel 4 320 30
  • [Tabelle 3]
    Kupferkonzentration des Kühlmittels (ppm) Am Wafer ermittelte Kupferverunreinigungskonzentration (×1010Atome/cm3)
    Beispiel 7 5 20
    Beispiel 8 40 20
    Beispiel 9 80 40
    Vergleichsbeispiel 5 160 200
    Vergleichsbeispiel 6 320 200
  • Aus den Tabellen 1 bis 3 und 1 bis 3 geht hervor, dass ein Einstellen der Kupferkonzentration auf 80 ppm oder weniger (Beispiel 1 bis 9) die Kupferverunreinigungskonzentration des geschnittenen Wafers im Vergleich zum Fall von mehr als 80 ppm (Vergleichsbeispiel 1 bis 6) auf etwa ein Fünftel oder weniger verringern konnte. Ferner zeigt sich wie durch Vergleich der Beispiele 1 bis 3 bestätigt, dass die Ingots mit gleichem spezifischen elektrischen Widerstand eine niedrige und gleichmäßige Kupferverunreinigungskonzentration aufwiesen. Ebenso konnten, wie durch Vergleich der Beispiele 4 bis 6 und Beispiele 7 bis 9 bestätigt, geschnittene Wafer mit einer niedrigen Kupferverunreinigungskonzentration zuverlässig erzeugt werden.
  • Zusätzlich wurden geschnittene Wafer auf die gleiche Weise wie in den Beispielen und Vergleichsbeispielen unter Bedingungen hergestellt, bei denen der spezifische elektrische Widerstand höher als 0,03 Ω cm (insbesondere 0,04 Ω cm) war. Somit zeigt die Beziehung zwischen der Kupferkonzentration des Kühlmittels und der Kupferverunreinigungskonzentration des geschnittenen Wafers die gleiche Tendenz wie 1 bis 3 und Tabelle 1 bis 3. Wenn mit anderen Worten die Kupferkonzentration des Kühlmittels 80 ppm oder weniger betrug, blieb die Kupferverunreinigungskonzentration des Wafers niedrig, während die Kupferverunreinigungskonzentration zunahm, wenn die Kupferkonzentration höher war.
  • Bei Zunahme der Konzentration des im Einkristallsilicium enthaltenen Bors nimmt die Konzentration des Kupfers zu, das in das Einkristallsilicium diffundiert. Dies ist wie zuvor beschrieben darauf zurückzuführen, dass sich Kupfer mit Bor kombiniert und dadurch leicht in das Silicium diffundiert. Somit kann, wenn ein Silicium-Einkristall mit relativ hoher Borkonzentration und niedrigem spezifischen elektrischen Widerstand (0,03 Ω cm oder weniger) wie in den Beispielen 1 bis 9 geschnitten wird, die Kupferverunreinigungskonzentration des geschnittenen Wafers entsprechend der Kupferkonzentration des Kühlmittels im Vergleich zum Fall, dass ein Silicium-Einkristall mit einer niedrigeren Borkonzentration und einem höheren spezifischen elektrischen Widerstand (beispielsweise 0,04 Ω cm oder mehr) geschnitten wird, leicht zunehmen. Daher ist die vorliegende Erfindung, welche die Kupferkonzentration im Kühlmittel auf 80 ppm oder weniger regelt, besonders wirksam, wenn der spezifische elektrische Widerstand 0,03 Ω cm oder weniger beträgt.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorhergehende Ausführungsform beschränkt ist. Die Ausführungsform stellt lediglich eine Erläuterung dar und Beispiele, die im Wesentlichen das gleiche Merkmal aufweisen und die gleichen Funktionen und Wirkungen bieten als die im technischen Konzept, das in Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, sind im technischen Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
  • Während beispielsweise das in den Beispielen dargestellte erfindungsgemäße Schneidverfahren eine Drahtsäge mit ungebundenem Schneidkörper verwendet, ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ebenfalls auf ein Schneidverfahren mit einer Drahtsäge mit gebundenem Schneidkörper wie zuvor beschrieben angewendet werden kann.

Claims (7)

  1. Schneidverfahren zum Schneiden eines Silicium-Ingots mit einer Drahtsäge, umfassend das Versetzen eines um eine Vielzahl von Drahtführungen gewickelten Drahtes in eine Laufbewegung und das Drücken des Silicium-Ingots gegen den laufenden Draht, während ein Kühlmittel zum Draht zugeführt wird, zum Schneiden des Silicium-Ingots in eine Vielzahl von geschnittenen Wafern, wobei das Verfahren vor dem Zuführen des Kühlmittels zum Draht weiterhin umfasst: das Messen der Kupferkonzentration des Kühlmittels vorab, um das Kühlmittel mit einer Kupferkonzentration von 80 ppm oder weniger zu verwenden, so dass das zum Draht zuzuführende Kühlmittel eine Kupferkonzentration von 80 ppm oder weniger aufweist.
  2. Schneidverfahren nach Anspruch 1, wobei das Kühlmittel für die Verwendung durch Auffangen des dem Draht zugeführten Kühlmittels in einem Tank und Zuführen des im Tank gespeicherten Kühlmittels zum Draht umgewälzt wird und die Kupferkonzentration des Kühlmittels im Tank auf 80 ppm oder weniger gehalten wird.
  3. Schneidverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zu schneidende Silicium-Ingot mit Bor dotiert wird, um einen spezifischen elektrischen Widerstand des Silicium-Ingots einzustellen.
  4. Schneidverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zu schneidende Silicium-Ingot einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,03 Ω cm oder weniger aufweist.
  5. Schneidverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das dem Draht zuzuführende Kühlmittel einen pH-Wert von 5 bis 7 aufweist.
  6. Schneidverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Silicium-Ingot einen Durchmesser von 450 mm oder mehr aufweist.
  7. Schneidverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Kühlmittel Schneidkorn enthält.
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