JP2002176014A - シリコンウエハの加工方法 - Google Patents
シリコンウエハの加工方法Info
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Abstract
タックの側面に存在する微少な凹凸を平坦化する研磨技
術を提供し、シリコンウエハの割れ不良を低減し、歩留
りを改善することを目的とする。 【解決手段】 シリコンウエハ製造用のシリコンブロッ
クまたはシリコンスタックの側面に存在する微少な凹凸
を平坦化することからなるシリコンウエハの加工方法に
より、上記の課題を解決する。
Description
加工方法、特にシリコンブロックまたはシリコンスタッ
ク側面に存在する微少な凹凸を平坦化する研磨技術に関
する。
コンウエハの需要は、太陽電池などの普及に伴い年々増
加している。特に太陽電池においては、一辺が5インチ
の四角形型のシリコンウエハを54枚程度用いて1枚の
太陽電池モジュールを製造するため、その使用量はIC
やLSIなどのシリコンウエハの使用量に比べて膨大で
ある。
単結晶があり、次のような方法で製造されている。多結
晶シリコンウエハは、四角形型の多結晶シリコンインゴ
ットを製造し、この多結晶シリコンインゴットからバン
ドソー20などを用いて多数の四角形型の多結晶シリコ
ンブロック1を切り出し(図4参照)、さらにこの多結
晶シリコンブロック1をスライス加工することにより製
造される(図5参照)。図4および図5において、19
はシリコンブロックの側面、21はシリコンブロックの
陵、46はシリコンウエハを示す。
法により得られた円筒形型のシリコンインゴット(通
常、長さ1m以上)から適当な寸法(通常、長さ40〜
50cm)の円筒形型の単結晶シリコンブロックを切り
出し、次いでオリフラと呼ばれる平坦部を研削し、さら
にこの単結晶シリコンブロックをスライス加工すること
により製造される。
コンブロックのいずれを加工する場合においても、シリ
コンウエハの高い寸法精度が要求される場合には、研削
が行われている。具体的には、図6に示すように砥粒を
含む円形状の砥石やダイヤモンドホイール(研磨ホイー
ル)45を高速回転させ、これにシリコンブロック1を
押しつけ、相対移動させることにより研削する。図6
中、7は一軸ステージ、11はその移動方向、5は研磨
ホイール回転用モータ、6は二軸ステージ、10はその
横移動方向を示す。
て、シリコンブロックまたはシリコンスタックの寸法精
度を高める、あるいは表面のうねりをなくすための加工
は行われていたが、これらの側面に存在する微小な凹凸
の表面粗さを平坦化する加工は行われていなかった。こ
のようにして得られたシリコンウエハは、さらに側面
(端面、外周面ともいう)処理が行われる。端面処理
は、特開平10−154321号公報に記載のガラス基
板の加工と同様にシリコンウエハの端面を1枚ずつ所定
の形状に研削する方法か、あるいは化学研磨(エッチン
グ)などにより行われる。
やLSIのシリコンウエハの使用量に比べて膨大になる
ので、上記のようにシリコンウエハの端面を1枚ずつ処
理していたのでは、膨大な時間と設備、労力を費やすこ
とになり、工業的に供給が需要に追いつかなくなること
が予想される。また、エッチング処理では、処理能力の
高い廃液処理設備が必要になり、この点においても設備
費の問題が発生する。一方、シリコンウエハの端面処理
を行わないと、太陽電池に用いるようなシリコンウエハ
の場合には、それ以降の工程で割れが発生し、製品の歩
留りが低下するという問題があり、効率的な端面処理の
方法の開発が望まれていた。
ば、シリコンウエハ製造用のシリコンブロックまたはシ
リコンスタックの側面に存在する微少な凹凸を平坦化す
ることからなるシリコンウエハの加工方法が提供され
る。
るいは表面のうねりをなくす程度以上、具体的には、表
面粗さRy8μm以下(好ましくは6μm以下)になる
ように、シリコンブロックまたはシリコンスタックの側
面を平坦化する。
ックまたはシリコンスタックの側面に存在する微少な凹
凸を平坦化する研磨技術を提供し、シリコンウエハの割
れ不良を低減し、歩留りを改善することを目的とする。
鋭意検討を重ねた結果、シリコンブロックまたはシリコ
ンスタックの側面に存在する微少な凹凸が、シリコンウ
エハの歩留りに悪影響を与えることを見出し、このよう
な微少な凹凸を、シリコンウエハのスライス加工前に平
坦化することにより、効率的にシリコンウエハの割れ不
良を低減し、歩留りを改善できることを見出し、本発明
を完成するに到った。
リコンウエハ製造用のシリコンブロックまたはシリコン
スタックの側面に存在する微少な凹凸を平坦化すること
からなる。
は、シリコンウエハを2枚以上重ねた円柱状、角柱状な
どのブロックを意味する。また、本発明における「シリ
コンブロックまたはシリコンスタックの側面」は、後工
程でシリコンウエハを加工したときに、シリコンウエハ
の外周面を形成する面に相当する。
粒と媒体との混合物を散布し、前記側面上に研磨加工部
を近接あるいは接触させ、シリコンブロックまたはシリ
コンスタックと研磨加工部とを砥粒の存在下で相対運動
させることにより、シリコンブロックまたはシリコンス
タックの側面を機械的に研磨して、シリコンブロックま
たはシリコンスタックの側面に存在する微少な凹凸を平
坦化する。
砥粒、例えばダイヤモンド、GC(グリーンカーボラン
ダム)、C(カーボランダム)、CBN(立方晶窒化ホ
ウ素)などが挙げられる。また、本発明で用いられる砥
粒を散布するための媒体としては、水、アルカリ溶液、
鉱油およびグリコール類(例えば、ポリエチレングリコ
ール、プロピレングリコール(PG))のような液体、
空気、例えば、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴンなど
の不活性ガスのような気体が挙げられる。砥粒と媒体と
の混合割合は、それぞれ液体1kgに対して砥粒0.5
〜1.5kg程度および気体1リットルに対して砥粒
0.01〜2kg程度である。
例えばスチール、樹脂、布、スポンジなどで形成された
部材が挙げられ、より具体的にはスチールブラシ、樹脂
ブラシなどが挙げられる。この研磨加工部は、その表面
および/または内部に砥粒を有していなくてもよい。
する。シリコンブロック1の研磨加工面9に接触するよ
うに研磨ホイール4の先端部に研磨加工部13を設置
し、研磨ホイール回転用モータ5により高速回転させ
る。図中、12は研磨ホイールの回転方向を示す。その
とき、研磨ホイール4の周辺に砥粒14と媒体15の混
合物8(「スラリー」または「遊離砥粒」)をノズル3
から散布する。また、シリコンブロック1を一軸ステー
ジ7により往復運動させる。図中、11は一軸ステージ
の移動方向を示す。このような研磨ホイール4の回転運
動と一軸ステージ7の往復運動により、研磨加工面9の
全体が研磨され、微少な凹凸が除去される。スラリー8
は、砥粒14を研磨ホイール4の研磨加工部13に染み
込ませ、砥粒14で研磨加工面9を研磨加工する機能、
砥粒を散布する媒体15でシリコンの切屑や不要になっ
た砥粒14を排出する機能および研磨加工面9の周辺を
冷却する機能を有する。図中、6は二軸ステージ、10
は二軸ステージの横移動方向、31は二軸ステージの縦
移動方向であり、これらは研磨ホイール4の移動に用い
られる。
体を散布し、前記側面上に砥粒をその表面および/また
は内部に有する研磨加工部を近接あるいは接触させ、シ
リコンブロックまたはシリコンスタックと研磨加工部と
を相対運動させることにより、シリコンブロックまたは
シリコンスタックの側面を機械的に研磨して、シリコン
ブロックまたはシリコンスタックの側面に存在する微少
な凹凸を平坦化する。
ような液体、気体が挙げられる。この媒体は、砥粒を含
んでいなくてもよい。本発明で用いられる砥粒をその表
面および/または内部に有する接触加工部としては、例
えば、ダイヤモンド、GC(グリーンカーボランダ
ム)、C(カーボランダム)、CBN(立方晶窒化ホウ
素)などの砥粒をその表面および/または内部に有す
る、スチール、樹脂、布、スポンジなどで形成された部
材が挙げられる。
脂、布、スポンジの表面および/または内部から脱落し
た砥粒およびシリコンの切屑などを、シリコンブロック
の表面から排除する機能を有する。砥粒を含まない液体
や気体を用いる場合、液体や気体のリサイクルが容易に
でき、砥粒やシリコンの切屑の分離も容易にできる。
する。実施の形態1との違いは、シリコンブロック1の
研磨加工面9の表面に接触するように研磨ホイール4の
先端部に砥粒をその表面および内部に有する研磨加工部
(砥粒付き研磨加工部)17を設置し、媒体18からな
る研磨液または研磨気体16を散布することである。つ
まり、シリコンブロック1の研磨加工面9を研磨するの
は、砥粒付き研磨加工部17の砥粒14(図示しない)
である。シリコンブロック1の研磨加工面9に散布する
研磨液や研磨気体16は、シリコンの切屑の排出、研磨
加工面9の冷却や不要になった砥粒(砥粒屑)や研磨加
工13より発生するゴミの排出を行う。図2における他
の図番は図1の場合と同じである。
などによる研磨加工面の汚染や加工後のゴミなどの付着
が抑えられるので、加工品質の低下を防ぐことができ
る。また、研磨液の場合、切屑やゴミなどの除去がフィ
ルターなどで簡単に行えるので、毎回の加工ごとに液体
の交換を行う必要がない。
シリコンスタックの側面に存在する微少な凹凸を平坦化
した後の表面粗さは、好ましくは8μm以下であり、よ
り好ましくは6μm以下である。表面粗さが8μm以下
であれば、得られたシリコンブロックまたはシリコンス
タックをスライスしてシリコンウエハを製造し、これを
用いて太陽電池パネルを製造した場合に、シリコンウエ
ハの破損が少なくなり、太陽電池パネルの歩留りがより
向上するので好ましい。本発明の方法における研磨は、
砥粒と媒体との混合物または媒体のみを散布しつつ行う
のが好ましい。
ては、シリコンブロックおよびシリコンスタックの断面
形状、すなわちシリコンウエハの正面形状は、特に限定
されないが、主となる4つの直線により構成され、かつ
隣接する各々の2直線の角度が90度近傍であること、
つまり対向する2面が平行である矩形または略矩形であ
ることが好ましい。シリコンブロックおよびシリコンス
タックが上記のような断面形状であれば、平坦化のため
の研磨を対向する2面について同時に行うことができ、
高速処理が可能となるので好ましい。さらに、シリコン
ブロックおよびシリコンスタックの断面形状が矩形また
は略矩形であれば、平坦化の工程において、研磨ホイー
ルとシリコンブロックまたはシリコンスタックとの精確
な位置決めを行わなくてよいので、高価な設備が不要と
なる。
タックの断面形状が矩形または略矩形であって、隣接す
る各々2つの直線が別の線分や円弧などの形状で結ばれ
ていてもよい。つまり、コーナーに大きな面取り、曲線
または円弧が存在していてもよい。
明するが、これらの実施例により本発明が限定されるも
のではない。
ンゴットからシリコンブロック1を切り出した。図中、
19はシリコンブロックの側面、21はシリコンブロッ
クの陵を示す。このようにして得られたシリコンブロッ
ク1の4つの側面19を本発明の方法で平坦化すること
により、これ以降の工程での割れ不良が低減し、歩留り
が改善される。
シリコンブロック1を、実施の形態1の方法により研磨
して、本発明の効果を確認した。研磨加工部13として
スポンジホイールおよびスラリー8としてGC砥粒(#
800)と研磨用オイルとの混合物を使用した。その結
果、研磨加工面9の4面すべてを16分で研磨すること
ができた。研磨前の研磨加工面の表面粗さ(微少な凹
凸)Ry=20μmは、研磨後にRy=5.8μmにま
で平坦化された。
用) 実施例1で得られた、125mm角で長さ250mmの
シリコンブロック1を、実施の形態1の方法により研磨
して、本発明の効果を確認した。研磨加工部13として
ホイール(直径φ240mm)底面のφ160〜240
mmの範囲に、ナイロン製樹脂ブラシ(直径φ0.5m
m、毛足20mmのナイロン樹脂を、エポキシ系接着剤
を用いて隙間なく植毛したもの)を使用した。また、ス
ラリー8としてGC砥粒(#800)と研磨用オイルと
の混合物(重量比1:1.28)を使用した。ナイロン
製樹脂ブラシの先端がシリコンブロック1の表面に接触
するところを0mmとして、そこからナイロン製樹脂ブ
ラシの先端がシリコンブロック1側に1.5mm、食い
込むように研磨加工部13を設置し、研磨加工部を毎分
1800回転で回転させた。研磨加工部13の回転軸に
対して直交するように、シリコンブロック1の長さ方向
に沿ってシリコンブロック1を相対運動させた。この相
対運動は、シリコンブロック1の端面が接触してから一
方向の運動とし、シリコンブロック1を0.6mm/s
ecの速度で運動させた。研磨加工部13の周囲からシ
リコンブロックの研磨加工面9に向けて、150l/m
inの量のスラリー8を散布した。
2分で研磨することができた。研磨前の研磨加工面の表
面粗さ(微少な凹凸)Ry=12μmは、研磨後にRy
=2.8μmにまで平坦化された。割れ不良低減比は
2.5倍であった(割れ不良は60%減少した。すなわ
ち、ウエハの割れによる歩留り低下が50%減少し
た。)。
なる表面粗さRy=Aμmのシリコンウエハを用いて太
陽電池パネルを製造した場合のシリコンウエハの割れた
割合(XA)を、表面粗さRy=Bμm(ただし、A>
B)である場合の割合(XB)で除した値を意味する。 (割れ不良低減比)Ry=B=(XA/XB) 例えば、X20=1、X8=0.66の場合には、割れ不
良低減比は、次のようにして求められる。 (割れ不良低減比)Ry=8=(X20/X8)=1/0.6
6=1.52
シリコンブロック1を、実施の形態2の方法により研磨
して、本発明の効果を確認した。砥粒付き研磨加工部1
7としてダイヤモンド砥粒(#800)を有するスポン
ジホイールおよび砥粒を含まない液体として研磨用オイ
ルを使用した。その結果、研磨加工面9の4面すべてを
14分で研磨することができた。研磨前の研磨加工面の
表面粗さ(微少な凹凸)Ry=12μmは、研磨後にR
y=5.8μmにまで平坦化された。
用) 実施例1で得られた、125mm角で長さ250mmの
シリコンブロック1を、実施の形態2の方法により研磨
して、本発明の効果を確認した。研磨加工部17として
ホイール(直径φ220mm)底面のφ160〜220
mmの範囲に、ダイヤモンド砥粒(#320)を混入し
たナイロン製樹脂ブラシ(直径φ0.4mm、毛足15
mmのナイロン樹脂を、エポキシ系接着剤を用いて隙間
なく植毛したもの)を使用した。また、シリコンブロッ
ク1に散布するスラリー8として実施例3で使用したの
と同じものを使用した。ナイロン製樹脂ブラシの先端が
シリコンブロック1の表面に接触するところを0mmと
して、そこからナイロン製樹脂ブラシの先端がシリコン
ブロック1側に1.5mm、食い込むように研磨加工部
17を設置し、研磨加工部を毎分600回転で回転させ
た。研磨加工部17の回転軸に対して直交するように、
シリコンブロック1の長さ方向に沿ってシリコンブロッ
ク1を相対運動させた。この相対運動は、シリコンブロ
ック1の端面が接触してから一方向の運動とし、シリコ
ンブロック1を5mm/secの速度で運動させた。研
磨加工部17の周囲からシリコンブロックの研磨加工面
9に向けて、150l/minの量の研磨液8として水
を散布した。
分で研磨することができた。研磨前の研磨加工面の表面
粗さ(微少な凹凸)Ry=12μmは、研磨後にRy=
5μmにまで平坦化された。割れ不良低減比は2倍であ
った(割れ不良は50%減少した。すなわち、ウエハの
割れによる歩留り低下が50%減少した。)。
用) 研磨加工部17としてホイール(直径φ220mm)底
面のφ160〜220mmの範囲に、ダイヤモンド砥粒
(#800)を混入したナイロン製樹脂ブラシ(直径φ
0.4mm、毛足15mmのナイロン樹脂を、エポキシ
系接着剤を用いて隙間なく植毛したもの)を用いる以外
は実施例5と同様にして、実施例5で研磨加工したシリ
コンブロック1をさらに4分間、研磨して、本発明の効
果を確認した。その結果、実施例5の研磨前の研磨加工
面の表面粗さ(微少な凹凸)Ry=12μmは、研磨後
にRy=1μmにまで平坦化された。割れ不良低減比は
2.5倍であった(割れ不良は60%減少した。すなわ
ち、ウエハの割れによる歩留り低下が60%減少し
た。)。
方法によりスライスしてシリコンウエハを製造し、その
シリコンウエハを用いて太陽電池パネルを製造し、従来
の方法で太陽電池パネルを製造した場合を基準とした割
れ不良低減比を求めた。割れ不良低減比の基準となる表
面粗さRyを20μmとした。
8,10,20μmのシリコンウエハのサンプルを各々
1万枚ずつ製作し、太陽電池モジュールの製造ラインを
使い太陽電池モジュールを製造したところ、図4のよう
な結果が得られた。図4において、横軸はシリコンウエ
ハの端面の表面粗さRy(μm)であり、縦軸は太陽電
池パネルを製造した際の割れ不良低減比(倍)である。
Ry=6〜8μmの範囲で1.5倍以上の割れ不良の低
減がみられた。すなわち、シリコンウエハの端面の表面
粗さRy=8μm以下のとき、太陽電池パネルを製造し
た際の割れ不良の低減に効果があることがわかる。
のシリコンインゴットを、バンドソー20を用いて切り
出し、四角柱(125mm角)のシリコンブロック1を
作製した。バンドソーでシリコンブロックを切り出す場
合、バンドソーでの寸法精度が十分であれば、シリコン
ブロックの表面を研削する必要はない。そのシリコンブ
ロック1の陵21にコーナーカットおよび面取りを施
し、シリコンブロックを完成させた。
により、シリコンウエハの端面となる表面を機械的に研
磨した。次いで、図5に示すように、ワイヤーソー(図
示しない)を用いてシリコンブロック1をスライス加工
して、約470枚のシリコンウエハ46を製作した。
たはシリコンスタックの側面に存在する微少な凹凸を平
坦化する研磨技術を提供し、シリコンウエハの割れ不良
を低減し、歩留りを改善することができる。
図である(実施の形態1)。
図である(実施の形態2)。
太陽電池パネルを製造した際の割れ不良低減比との関係
を示す図である。
切り出し方法を示す概略図である。
イス加工方法を示す概略図である。
す概略図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 シリコンウエハ製造用のシリコンブロッ
クまたはシリコンスタックの側面に存在する微少な凹凸
を平坦化することからなるシリコンウエハの加工方法。 - 【請求項2】 平坦化が、シリコンブロックまたはシリ
コンスタックの側面上に砥粒と媒体との混合物を散布
し、前記側面上に研磨加工部を近接あるいは接触させ、
シリコンブロックまたはシリコンスタックと研磨加工部
とを砥粒の存在下で相対運動させることにより、シリコ
ンブロックまたはシリコンスタックの側面を機械的に研
磨することからなる請求項1に記載のシリコンウエハの
加工方法。 - 【請求項3】 平坦化が、シリコンブロックまたはシリ
コンスタックの側面上に媒体を散布し、前記側面上に砥
粒をその表面および/または内部に有する研磨加工部を
近接あるいは接触させ、シリコンブロックまたはシリコ
ンスタックと研磨加工部とを相対運動させることによ
り、シリコンブロックまたはシリコンスタックの側面を
機械的に研磨することからなる請求項1に記載のシリコ
ンウエハの加工方法。 - 【請求項4】 研磨が、砥粒と媒体との混合物または媒
体のみを散布しつつ行われる請求項2または3に記載の
シリコンウエハの加工方法。 - 【請求項5】 平坦化した後のシリコンブロックまたは
シリコンスタックの側面の表面粗さRyが8μm以下で
ある請求項1〜4のいずれか1つに記載のシリコンウエ
ハの加工方法。 - 【請求項6】 シリコンブロックまたはシリコンスタッ
クの断面形状が、主となる4つの直線により構成され、
かつ隣接する各々の2直線の角度が90度近傍である請
求項1〜5のいずれか1つに記載のシリコンウエハの加
工方法。
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