JP2006024839A - 半導体ウェーハの劈開方法および劈開治具 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェーハ強度を低下させることなく、少ない投資で実現可能であり、かつ、きれいな劈開面で形成され、高い劈開面精度を持つＯＦを、高い歩留まりで得ることが可能な半導体ウェーハの劈開方法、および劈開治具を提供する。
【解決手段】 柱状体であって、溝付部４と保持部５が一体に形成された劈開治具３を用いる。溝付部４には、半導体ウェーハ１に形成された仮のオリエンテーションフラット１ａと、仮のオリエンテーションフラット１ａに略平行に形成された傷２との間にある半導体ウェーハ１の部分に嵌め込むことが可能な溝４ａ、４ｂを少なくとも１つ以上形成する。半導体ウェーハ１の前記部分を劈開治具３に嵌め込み、劈開治具３を仮のオリエンテーションフラット１ａに平行な軸を中心に回転させることにより、傷２を起点に半導体ウェーハ１を劈開させてオリエンテーションフラットを形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、手作業により、半導体ウェーハにオリエンテーションフラット（ＯＦ）を形成する場合の劈開方法、および該方法に使用する劈開治具に関する。

一般に、半導体ウェーハの周縁には、平坦面であり、結晶方位を示すＯＦが形成され、半導体素子を製造する際に、半導体ウェーハの配置方向やダイシング方向を検知する目印として利用される。通常、ＯＦは、半導体単結晶のインゴットを円筒研削した後で、Ｘ線装置を用いて方位を確定し、平面研削することにより形成する。その後、平面研削された半導体単結晶のインゴットをスライス加工することにより、ＯＦが付けられた半導体ウェーハを得る。

しかし、劈開面を共振ミラーに利用する半導体レーザを製造する場合や、半導体ウェーハ上に高密度に製造された素子をチップ加工する場合などには、基準となるＯＦの結晶方位は、高精度であることが求められる。例えば、４元系高輝度ＬＥＤ用ウェーハの場合のＯＦの面方位精度は、０．０５°以下であることが要求される。

高精度のＯＦを加工するには、高精度の自動ゴニオステージを用いたＸ線装置が備えられている自動加工機を用いればよいが、装置が大掛かりで、かつ、高価である。従って、劈開によって半導体ウェーハにＯＦを形成する方法が広く用いられている。

劈開は、一般的に、半導体単結晶のインゴットを円筒研削した後にスライス加工により得られた半導体ウェーハの周縁に、先の尖った硬質材料のペンなどを用いて、線状の傷を付け、傷の両側を両面から支えて、傷の裏面側に力を加えることにより、傷を起点として劈開させる。この結果形成されるＯＦの長さを劈開長さと呼ぶ。この方法では、劈開の起点付近で、劈開の伝播方向が定まるまでの部分に、斜めにクラックが入り、断面に多くの筋模様が残るので、劈開した後、半導体ウェーハの面取加工であるベベリング加工により、この断面の異状を除去する。最終的に形成されるＯＦの長さは劈開長さより短くなるので、劈開長さを、べべリング加工による除去分を考慮して、ＯＦ長さ規格よりも長くする必要がある。

しかし、劈開長さを長くするためには、ベベリング加工前の半導体ウェーハの直径を大きくする必要があり、そのため、ベベリング加工量が多くなるので、加工時間とロスが多くなるという欠点がある。また、ベベリング加工前の半導体ウェーハの直径を小さく抑えるためには、劈開位置を、できる限りウェーハ周縁に近い位置として、劈開により除去される部分を小さくする必要がある。しかし、半導体ウェーハの中央から離れて、ウェーハ周縁に近づくほど、劈開方向に平行に劈開面を形成することは容易でなくなるという問題がある。

これらのような問題を解決するために、従来から、半導体ウェーハの劈開方法が提案されてきた。例えば、特開平４−１９９６５９号公報には、半導体インゴットを円筒状に加工した後に、少なくとも一つ以上の凹状の切込溝を形成した後、ワイヤーソー等で半導体ウェーハに加工後に、該凹状の切込溝から刃物で傷を付けることにより、きれいに劈開面を形成する方法が記載されている。

このような方法では、半導体ウェーハに加工する前にウェーハを貫通する切込溝を設けるため、切込溝を設けていない半導体ウェーハと比較して、半導体ウェーハの強度が低下してしまうことは明白であり、加工中に半導体ウェーハが破損しやすくなるという欠点がある。

また、特開２００３−１００５７５号公報には、半導体ウェーハに加工後に、ウェーハ厚さの５％から７５％の深さの切欠溝を、レーザマーキング法により半導体ウェーハの周縁に形成し、該切欠溝を起点に劈開する方法が記載されている。

このような方法では、ウェーハ強度を低下させないので、加工中の半導体ウェーハの破損を低減できるが、実操業のために、高価なレーザマーキング装置が必要であり、劈開のために大きな投資が必要であるという欠点がある。

特開平４−１９９６５９号公報

特開２００３−１００５７５号公報

本発明は、ウェーハ強度を低下させることなく、少ない投資で実現可能であり、かつ、きれいな劈開面で形成され、高い劈開面精度を持つＯＦを、高い歩留まりで得ることが可能な半導体ウェーハの劈開方法、および該方法に使用する劈開治具を提供することを目的とする。

本発明に係る劈開治具は、半導体ウェーハの劈開に用いるものであって、柱状体の端部外周に開口し、半導体ウェーハに形成された仮のオリエンテーションフラットと、該半導体ウェーハに前記仮のオリエンテーションフラットと略平行に形成された傷との間にある半導体ウェーハの部分に嵌め込むことが可能な溝を少なくとも１つ以上備える。

より詳細には、本発明に係る劈開治具は、柱状体であって、保持部と、該保持部に一体に形成された溝付部とからなる劈開治具であり、溝付部には、保持部とは反対側の端部外周に開口し、半導体ウェーハに形成された仮のオリエンテーションフラットと、該半導体ウェーハに前記仮のオリエンテーションフラットに略平行に形成された傷との間にある半導体ウェーハの部分に嵌め込むことが可能な溝を少なくとも１つ以上形成する。

前記柱状体が２段の円柱体であり、前記保持部と溝付部が同軸で形成され、かつ、溝付部が保持部より径が大きいことが好ましい。

前記溝が、前記半導体ウェーハの厚さより０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ広い幅と、２ｍｍ〜３ｍｍの深さを有することが好ましい。

本発明に係る半導体ウェーハの劈開方法は、仮のオリエンテーションフラットが形成された半導体ウェーハの片面に、該仮のオリエンテーションフラットと略平行に傷を形成し、劈開治具の端部外周に開口する溝に、前記仮のオリエンテーションフラットと前記傷の間にある半導体ウェーハの部分を差し込み、前記仮のオリエンテーションフラットに平行な軸を中心に前記劈開治具を回転させることにより、前記傷を起点に半導体ウェーハを劈開させてオリエンテーションフラットを形成する。

前記仮のオリエンテーションフラットと傷との距離が１ｍｍ以上３ｍｍ未満であることが好ましい。

本発明により、ウェーハ強度を低下させることなく、少ない投資で実現可能であり、かつ、きれいな劈開面で形成され、高い劈開面精度を持つＯＦを、高い歩留まりで得ることが可能な半導体ウェーハの劈開方法および劈開治具を提供することが可能となった。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の劈開方法を実施している状態を示す斜視図である。図２は、劈開を行っている状態を示す断面図である。

本発明の劈開治具（３）は、全体に２段の円柱体で、手のひらに載る大きさである。その構成は、保持部（５）と、保持部（５）と同軸で一体に形成され、保持部（５）よりも大径で、保持部（５）と反対側の端部外周に開口する溝（４ａ）、（４ｂ）が半径方向外側に形成された溝付部（４）とからなる。

劈開治具（３）は、図１に示した、異なる２種類の直径を有する円柱体の形に限定されるものではないが、この形状が、手にフィットして作業しやすい。半導体ウェーハ（１）に嵌める溝（４ａ）、（４ｂ）は、半導体ウェーハ（１）の厚さより０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ広い幅を有し、長さは５ｍｍ前後、深さは２ｍｍ〜３ｍｍが適当である。溝（４ａ）、（４ｂ）の幅と、半導体ウェーハ（１）とのクリアランスは、狭すぎる場合、半導体ウェーハ（１）を溝（４ａ）、（４ｂ）に嵌め込みにくくなり、半導体ウェーハ（１）が割れてしまうおそれがあるため、０．１ｍｍ以上を有することが好ましい。また、該クリアランスが広すぎると、半導体ウェーハ（１）と劈開治具（３）の引っ掛かりが緩くなり、力が加えにくくなるため、０．２ｍｍ以下とすることが適当である。

図示した劈開治具（３）は、２つの溝（４ａ）、（４ｂ）を有するが、必要な半導体ウェーハ（１）の厚さの種類数に合わせて、様々な幅の溝を、１つ以上で複数設けることができる。また、劈開治具（３）の材質は、半導体ウェーハ（１）を扱うので、金属を避け、プラスチック系の樹脂の方がよく、硬さの点からテフロン（登録商標）樹脂が適当である。

以上のように、劈開治具（３）は、手のひらに載る大きさであり、簡単な形状であるから、安価に作製することができる。また、劈開治具（３）を、ゆっくり回転させる機構に取り付けることにより、装置化することも可能である。

本発明の半導体ウェーハの劈開方法は、半導体単結晶を円筒研削した後、方位を確定し、平面研削することにより、仮ＯＦ（１ａ）を形成し、該半導体単結晶のインゴットをスライス加工することにより得られた半導体ウェーハ（１）のウェーハ面に、仮ＯＦ（１ａ）とほぼ平行に傷（２）を付け、前記劈開治具（３）の溝（４ａ）内に、半導体ウェーハ（１）の仮ＯＦ（１ａ）と傷（２）の間の部分を差し込み、溝付部（４）の溝（４ａ）と反対側の面に縦方向の力を加えることにより、傷（２）を起点に劈開する。これにより、劈開面精度の高いＯＦを形成する。

さらに具体的に説明すると、まず、従来方法により、半導体単結晶のインゴットを円筒研削加工した後に平面研削加工することにより、仮ＯＦ（１ａ）を形成する。該仮ＯＦ（１ａ）の面方位精度は、±１°以下で実現できるが、好ましくは±０．５°以下がよい。仮ＯＦ（１ａ）は、傷（２）をできる限り劈開方向と平行に付けるために必要である。仮ＯＦ（１ａ）と平行に傷（２）を付けることにより、傷（２）を起点に、クラックが劈開方向へ伝播しやすくなり、仮ＯＦ（１ａ）に対して斜めまたは垂直方向にクラックが伝播してウェーハを割ったり、劈開面に段差や多数の筋ができて、劈開面精度が悪化するなどの劈開不良を、低減することができる。

次に、仮ＯＦ（１ａ）が形成された半導体単結晶のインゴットをスライス加工することにより、半導体ウェーハ（１）を得る。そして、半導体ウェーハ（１）のウェーハ面に、仮ＯＦ（１ａ）から１ｍｍ以上３ｍｍ未満の間隔を設けて、該仮ＯＦ（１ａ）と平行に、傷（２）を３ｍｍ〜５ｍｍの長さで付ける。

その後、図２に示すように、半導体ウェーハ（１）の仮ＯＦ（１ａ）の１辺と傷（２）の間の部分に前記劈開治具（３）の溝（４ａ）を嵌めて、半導体ウェーハ（１）を一方の手で持ち、劈開治具（３）を他方の手で持った状態で、該劈開治具（３）を仮のＯＦ（１ａ）に平行な軸を中心に回転させて、溝付部（４）の溝（４ａ）と反対側の面に縦方向の力を加えることにより、傷（２）の裏面に上向きの力が集中するように力を加えて、劈開する。

劈開治具（３）を使用することにより、仮ＯＦ（１ａ）の１辺から３ｍｍ未満のように、手またはピンセットで掴んでは力を加えにくいような位置に、傷（２）を付けた場合でも、失敗することなく、容易に力を加えることができる。

傷（２）の付け方は、半導体ウェーハ（１）の仮ＯＦ（１ａ）に、定規などの平らな部分を当てて固定し、別の定規を仮ＯＦ（１ａ）の１辺から３ｍｍ未満の位置に平行に当てて、先端の尖ったダイヤモンドやタングステンカーバイトなどの硬質材料製のペンを用いるとよい。付けられた傷（２）の方向は、正確な劈開方向に対してずれているため、傷（２）の付近では階段状にクラックが入るので、傷（２）の長さはできる限り短い方がよく、３ｍｍ〜５ｍｍの長さとすると、劈開の失敗が少なくなり好ましい。

なお、傷（２）と仮ＯＦ（１ａ）の１辺との距離（ｄ）は、１ｍｍ以上３ｍｍ未満が適当である。１ｍｍ未満であれば、半導体ウェーハ（１）に対する劈開治具（３）の引っ掛かりが浅くなり、力を加えにくくなる。３ｍｍ以上では、劈開治具（３）を使わなくても、手またはピンセットで掴んで劈開することもできるが、その反面、半導体ウェーハ（１）の直径を大きくする必要性が生じ、後工程の面取り加工において、加工ロスが多くなるので好ましくない。

このように劈開した半導体ウェーハ（１）の劈開面には、傷（２）の存在した付近に段差が多く形成され、筋模様が観察されるので、ベベリング加工によって筋模様部分を除去して、きれいな劈開面のＯＦを得る。

なお、ＯＦの劈開面精度は、図３に示すように測定する。劈開してベベリング加工した後で、得られたＯＦ（１ｂ）よりも半導体ウェーハの中央寄りを劈開して、基準となる筋模様の無いきれいな劈開面（１ｃ）を確保し、拡大投影機を用いて、寸法（Ｘ）、（Ｙ１）、（Ｙ２）を１μｍの精度で計測することにより、下記式（数１）の計算によって劈開面精度を確認することができる。

（実施例１）
ＧａＰ単結晶インゴットを、直径５５ｍｍに円筒研削し、Ｘ線装置（株式会社東芝製、結晶方位決定装置、ＳＵ−００１）を用いて、方位を確定し、平面研削することで、長さ１５ｍｍ、劈開面精度±０．５°の仮ＯＦ（１ａ）を形成した。その後、ワイヤーソーで切断して、厚さ３４５μｍのＧａＰウェーハ（１）を作製した。次いで、得られたＧａＰウェーハ（１）の仮ＯＦ（１ａ）を、定規の平らな部分に当てて固定し、仮ＯＦ（１ａ）からの距離が２．５ｍｍである位置のウェーハ面に、該仮ＯＦ（１ａ）に対して、平行に定規を当て、先端の尖ったカーバイトペンを用いて、長さ３ｍｍから５ｍｍの傷（２）を付けた。次に、全体に２段の円柱体で、外径２４ｍｍの溝付部（４）と外径１９ｍｍの保持部（５）が同軸に形成され、該溝付部（４）の端部外周に開口する幅０．５ｍｍ、長さ３ｍｍ、深さ２．５ｍｍの溝（４ａ）、および幅０．７ｍｍ、長さ３ｍｍ、深さ２．５ｍｍの溝（４ｂ）を設けたテフロン（登録商標）製、劈開治具（３）の保持部（５）を一方の手で持ち、前記ＧａＰウェーハ（１）を他方の手で持つ。ＧａＰウェーハ（１）に付けた傷（２）の近くで、ＧａＰウェーハ（１）に劈開治具（３）の溝（４ａ）を嵌め、該劈開治具（３）を仮のＯＦ（１ａ）に平行な軸を中心に回転させるように、手で折り曲げるように力を加えることで、傷（２）を起点として劈開方向にクラックを走らせて、劈開を行った。その後、ベベリング加工を施して、直径は５２ｍｍであり、長さが１６ｍｍのきれいな劈開面のＯＦを有するＧａＰウェーハ（１）を作製した。

実施例１で形成したＧａＰウェーハＯＦの劈開面精度と、投入枚数に対する良品枚数の割合を、百分率で表示した劈開作業の歩留まりを、表１に示す。

劈開面精度は、図３に示すように測定した。劈開してベベリング加工した後で、得られたＯＦ（１ｂ）よりも半導体ウェーハの中央寄りを劈開して、基準となる筋模様のないきれいな劈開面（１ｃ）を確保し、拡大投影機（Ｎｉｋｏｎ製、型式Ｖ−１０）を用いて、寸法（Ｘ）、（Ｙ１）、（Ｙ２）を１μｍの精度で計測することにより、前記式（数１）の計算によって劈開面精度を確認した。

その結果、劈開面精度は、０°から０．０４°の範囲内に入る高い精度であり、また、１ロット平均１３３枚の投入枚数に対して、平均不良枚数が１枚で、約９９％と高い歩留まりであった。

（比較例１）
ＧａＡｓ単結晶インゴットを、直径６８ｍｍに円筒研削したこと、長さ２０ｍｍの仮ＯＦを形成したこと、傷に対してＧａＡｓウェーハ本体側を一方の手で持ち、仮ＯＦ側部分を他方の手またはピンセットで持ち、折り曲げるように力を加えたこと以外は、実施例１と同様にＧａＡｓウェーハを劈開した。得られたＧａＡｓウェーハは、直径６５ｍｍであり、長さ２０ｍｍのきれいな劈開面のＯＦを有する。

実施例１と同様に、劈開面精度および劈開作業の歩留まりを測定した。測定結果を、表１に示す。

劈開面精度は、０°から０．０５°の範囲内に入る高い精度を持っているが、１ロット平均１０５枚に対して、平均不良枚数が１０枚で、歩留まりは約９０％であった。

本発明の劈開方法を実施している状態を示す斜視図である。 劈開を行っている状態を示す断面図である。 劈開面精度θの測定方法を示す説明図である。

符号の説明

１ 半導体ウェーハ
１ａ 仮ＯＦ
１ｂ ＯＦ
１ｃ 劈開面
２ 傷
３ 劈開治具
４ 溝付部
４ａ、４ｂ 溝
５ 保持部
ｄ 傷と仮ＯＦの１辺との距離
Ｘ、Ｙ１、Ｙ２ 測定寸法
θ 劈開面精度

Claims (6)

1. 柱状体の端部外周に開口し、かつ、半導体ウェーハに形成された仮のオリエンテーションフラットと、前記仮のオリエンテーションフラットに略平行に形成された傷との間にある半導体ウェーハの部分に嵌め込むことが可能である溝を、少なくとも１つ以上備える劈開治具。
2. 柱状体であって、保持部と、該保持部に一体に形成された溝付部とからなる劈開治具であり、溝付部には、保持部とは反対側の端部外周に開口し、半導体ウェーハに形成された仮のオリエンテーションフラットと、該半導体ウェーハに前記仮のオリエンテーションフラットに略平行に形成された傷との間にある半導体ウェーハの部分に嵌め込むことが可能な溝を少なくとも１つ以上形成した劈開治具。
3. 前記柱状体が２段の円柱体であり、前記保持部と溝付部が同軸で形成され、かつ、溝付部が保持部より径が大きい請求項２に記載の劈開治具。
4. 前記溝が、前記半導体ウェーハの厚さより０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ広い幅と、２ｍｍ〜３ｍｍの深さを有する請求項１〜３のいずれかに記載の劈開治具。
5. 仮のオリエンテーションフラットが形成された半導体ウェーハの片面に、該仮のオリエンテーションフラットと略平行に傷を形成し、劈開治具の端部外周に開口する溝に、前記仮のオリエンテーションフラットと前記傷の間にある半導体ウェーハの部分を差し込み、前記仮のオリエンテーションフラットに平行な軸を中心に前記劈開治具を回転させることにより、前記傷を起点に半導体ウェーハを劈開させてオリエンテーションフラットを形成する半導体ウェーハの劈開方法。
6. 前記仮のオリエンテーションフラットと傷との距離が１ｍｍ以上３ｍｍ未満である請求項５に記載の半導体ウェーハの劈開方法。

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