JP2006082211A - 単結晶インゴットの当て板 - Google Patents

Abstract

【課題】
ワイヤの細線化および砥粒の細粒化に伴うワイヤの断線を防止する単結晶インゴットの当て板を提供する。
【解決手段】
当て板１４を円柱状のインゴットＩの両端面にそれぞれ当接させながら、ワイヤソーを用いてインゴットＩから半導体ウェーハに切断する。この当て板１４は、ワイヤソーによる切断方向と直交方向に延びる短辺とを有する略矩形のガラス板であり、長辺の長さがインゴットＩの直径と略同じであり、短辺の長さがインゴットＩの直径よりも小さく形成されている。これにより、インゴットと同じ直径を有する従来に係る円柱状の当て板１４に比べて、当て板１４とワイヤとの接触面積を小さくでき、ワイヤ１１への負荷を小さくすることができる。また、細粒化された遊離砥粒を用いてもワイヤ１１への負荷をかけずにワイヤの断線を低減することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は単結晶インゴットの当て板、詳しくは両端面に当て板が当接された円柱状のインゴットをワイヤソーを用いて半導体ウェーハに切断する単結晶インゴットの当て板の改良に関する。

ワイヤソーは、遊離砥粒をラッピングオイルに混合したスラリ状の砥液をワークにかけながら、ワイヤ列にワークを押しつけてその研削作用によりインゴットを切断する装置である。ワイヤソーは細いワイヤを使用するので、薄厚の半導体ウェーハに切断することが可能である。
しかし、ワイヤソーを用いてインゴットから半導体ウェーハにスライスすると、インゴットの中央よりもそれの両端部において、半導体ウェーハのナノトポグラフィー（微小エリアでのうねり）や反りが悪化するという問題が生じていた。
この原因として、切断中の溝ローラの温度変化による溝ローラの伸縮が考えられる。すなわち、溝ローラを回転支持する軸受けの発熱と研削時の加工熱によるワイヤおよび砥液による温度上昇が発生してしまう。そして、この温度上昇によって、ワイヤの軌道が溝ローラの両端に向かって移動することが考えられる。

そこで、本願発明者は、単結晶シリコンインゴットからスライスされた半導体ウェーハのナノトポグラフィーや反りの状況について詳細に検討した結果、以下の方法を見出した。すなわち、特許文献１に記載の通り、円柱状の単結晶インゴットの両端面にダミー板材を当接する。このダミー板材は、インゴットと略直径の円柱状を有するガラス板材である。または、切断方向の長さおよび切断方向と垂直方向の長さがシリコンインゴットＩの直径と略同じであり、所定厚さを有するガラス板材を適用していた。
そして、ダミー板材とともに単結晶インゴットをワイヤソーを用いて半導体ウェーハに切断する。半導体ウェーハのナノトポグラフィーや反りの影響を受けやすい両端部をダミー板材で相当させることにより、上記問題が解決できることを発見した。

特開２００４−１４０９号公報

ワイヤソーは、直径が３００ｍｍの半導体ウェーハの切断にも使用されている。半導体ウェーハでのカーフロス（切断代）を低減するために、ワイヤソーの細線化が検討されている。また、カーフロスを低減するために、細粒化した遊離砥粒を用いることも検討されている。
しかし、ガラスの当て板は、シリコンからなる単結晶インゴットに比べて硬質である。したがって、上記特許文献１に記載の当て板を用いて、インゴットの両端面に当てながらワイヤソーでインゴットを切断すると、遊離砥粒の細粒化に伴い、ワイヤを押し付けながらの砥粒による研削作用が低下してしまう。そして、インゴットおよび当て板の切断方向に対する切断スピードに差が生じ、結果的にワイヤへの負荷が大きくなり、ワイヤの断線を引き起こしてしまう。

この発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、スライス後の半導体ウェーハのナノトポグラフィーおよび反りを低減するためのワイヤソーの当て板を提供することを目的とする。
また、この発明は、ワイヤの細線化および遊離砥粒の細粒化（高番手化）に伴うワイヤの断線を防止するワイヤソーの当て板を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、円柱状の単結晶インゴットの軸方向の両端面にそれぞれ当接され、ワイヤソーによる切断時の単結晶インゴットの変形を防止する単結晶インゴットの当て板であって、上記当て板は、その当接する面がワイヤソーによる切断方向に延びる長辺と、ワイヤソーによる切断方向と直交する方向に延びる短辺とを有する略矩形に形成され、上記長辺の長さが単結晶インゴットの直径と略同じであり、上記短辺の長さが単結晶インゴットの直径よりも短い単結晶インゴットの当て板である。
単結晶インゴットの素材は限定されず、例えば、シリコンまたはガリウム砒素でもよい。インゴットの直径も限定されない。直径が２００ｍｍのインゴットでもよいし、直径が３００ｍｍのインゴットでもよい。
ワイヤソーは、インゴットを下降させてワイヤに押し付けることにより単結晶インゴットを切断する装置でもよいし、インゴットを上昇させてワイヤに押し付けることにより切断する装置でもよい。
ワイヤーの径も限定されない。また、遊離砥粒の粒径も限定されない。
当て板の長辺の長さは、インゴットの直径と略同じである。当て板の短辺の長さはインゴットの直径よりも小さければ、その長さは限定されない。また、当て板の厚みは一定の厚さを有し、その厚みも限定されない。
当て板の形状は、上方からインゴットをワイヤに押し付けて切断する場合、インゴットの切断面を正面視して、Ｖ字形状でもよいし、小判形状でもよい。

請求項１に記載の単結晶インゴットの当て板にあっては、まず、円柱状の単結晶インゴットの両端面に例えばガラスの当て板をそれぞれ当接する。この当て板は、その当接する面がワイヤソーによる切断方向に延びる長辺と、切断方向と直交方向に延びる短辺とを有する略矩形に形成されている。そして、上記長辺の長さがインゴットの直径と略同じであり、上記短辺の長さがインゴットの直径よりも小さい。
これにより、本発明に係る当て板は、従来に係る円柱状の当て板よりもワイヤとの接触面積を小さくすることで、ワイヤに対する負荷を小さくすることができる。また、高番手の砥粒を用いても、インゴットおよび当て板の切断方向に対するワイヤの切断スピードの差を小さくし、ワイヤの断線を低減することができる。

請求項２に記載の発明は、上記当て板は台形を有し、切断終了側の短辺の長さが切断開始側の短辺の長さよりも長い請求項１に記載の単結晶インゴットの当て板である。

請求項２に記載の単結晶インゴットの当て板にあっては、切断後のシリコンウェーハの反りは、切断方向の切断開始側から切断終了側に向かって大きくなる傾向がある。特に、半導体ウェーハの切断終了側のナノトポグラフィーまたは反りが悪化しやすい。これは、切断終了部に接着されているインゴットを保持するためのスライス台を、同時に切断することによりワイヤ張力変化が大きくなることによる。そこで、台形を有し、切断終了側の短辺の長さが切断開始側の短辺の長さよりも長い当て板とする。
これにより、特に影響を受けやすい切断終了側の半導体ウェーハのナノトポグラフィーまたは反りを低減することができる。

請求項３に記載の発明は、上記当て板の素材は、ガラス、セラミックス、カーボンまたはレジンのうちのいずれかである請求項１または請求項２に記載の単結晶インゴットの当て板である。

請求項３に記載の単結晶インゴットの当て板にあっては、単結晶インゴットに当接する当て板は、ガラス、セラミックス、カーボンまたはレジンのうちのいずれかである。当て板として、シリコン単結晶を用いることは技術的に可能であるが、これ自体が上記素材に比べて高価であり、これを用いることはコストの面で不利である。

この発明によれば、円柱状の単結晶インゴットの両端面に当て板をそれぞれ当接する。この当て板は、その当接する面がワイヤソーによる切断方向に延びる長辺と、ワイヤソーによる切断方向と直交する方向に延びる短辺とを有する略矩形に形成されている。そして、長辺の長さがインゴットの直径と略同じであり、短辺の長さがインゴットの直径よりも短い。これにより、従来の円柱状のガラスの当て板に比べて、ワイヤとの接触面積を小さくでき、ワイヤへの負荷を低減することができる。また、高番手の砥粒を用いてもワイヤに対する負荷を小さくでき、ワイヤの断線を低減することができる。
さらに、半導体ウェーハのナノトポグラフィーまたは反りは、切断開始側よりも切断終了側の方が大きい。よって、これらの影響の少ない切断開始側の当て板の短辺の長さを切断終了側のそれよりも小さくすることにより、特に影響を受けやすい切断終了側の半導体ウェーハのナノトポグラフィーまたは反りを低減することができる。

以下、この発明の一実施例を、図１から図４を参照して説明する。
まず、この発明の一実施例に係るワイヤソー１０を図２を参照して説明する。
図２は、この発明の一実施例に係るワイヤソー１０の全体構成を示す斜視図である。ワイヤソー１０は、図２に示すように正面視して逆三角形状に配置された３本の溝ローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを有している。これらの溝ローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ間には、ワイヤ１１を互いに平行かつ一定ピッチで巻きかけられている。これにより、溝ローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ間にワイヤ列１１ａが設けられる。ワイヤ列１１ａは、３本の溝ローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ間で駆動モータにより往復走行される。そして、２本の溝ローラ１２Ａ，１２Ｂの略中央に、単結晶インゴットＩを切断するワイヤ列１１ａの単結晶インゴット切断位置ａが設けられる。
単結晶インゴットＩは、スライス台１９ａを介して、単結晶インゴットＩを昇降させるワークプレート１９の下面に固定されている。単結晶インゴット切断位置ａの両側の上方には、遊離砥粒をラッピングオイルに混合したスラリ状の砥液をワイヤ列１１ａ上に連続供給するスラリ供給部（図示せず）が、例えば一対配設されている。
これらの溝ローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは円筒形状であり、それらの外周面はウレタンゴムからなる所定厚さのライニング材１２ａ，１２ｂ，１２ｃで被覆されている。各ライニング材１２ａ，１２ｂ，１２ｃの外周面には、それぞれワイヤ溝１２ｄが刻設されている。

ワイヤ１１はピアノ線である。このワイヤ１１は、繰出し装置１３のボビン２０から導出され、供給側のガイドローラ（図示せず）を介して、これらの溝ローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに架け渡された後、導出側のガイドローラ（図示せず）を介して、巻取り装置１５のボビン２１に巻き取られる。ボビン２０，２１の各回転軸は、駆動モータ１６，１７の対応する出力軸にそれぞれ連結されている。
各駆動モータ１６，１７を同期して駆動すると、一対の軸受１８に軸支された各ボビン２０，２１が、その軸線を中心として時計回り方向または反時計回り方向に回転して、ワイヤ１１が往復走行する。
なお、本実施例では、単結晶インゴットを下降させてワイヤに押しつけての切断するワイヤソーを示しているが、本発明は単結晶インゴットを上昇させてワイヤに押しつけて切断するワイヤソーにも適用することができる。

次に、このワイヤソー１０による単結晶インゴットＩの切断方法を説明する。
まず、ＣＺ法により育成され、ボロンがドーパントされたシリコン単結晶を準備する。そして、この育成されたシリコン単結晶を内周刃若しくはバンドソーを用いて所定長さを有する円柱状のブロックに切断加工する。次いで、目標の直径（３００ｍｍ）近傍まで外周を研削する。この後、Ｘ線方位測定により決められた結晶方位にオリエンテーションフラット（ＯＦ）若しくはノッチをつける。このようにして、円柱状の単結晶インゴットＩが形成される。
次に、円柱状の単結晶インゴットＩをスライス台１９ａの下方に配設する。そして、上記単結晶インゴットＩの両端面に２枚のガラスの当て板１４をそれぞれ当接する。当接するガラスの当て板１４は、図１（ａ）に示すように、その当接する面がワイヤソーによる切断方向に延びる長辺と、ワイヤソー１０による切断方向と直交方向に延びる短辺とを有する略矩形に形成されている。このガラスの当て板１４の長辺は、単結晶インゴットＩの直径と略同じ３００ｍｍである。当て板１４の短辺の長さは、単結晶インゴットＩの直径よりも小さい。しかも、当て板１４は台形を有し、切断終了側の短辺の長さが切断開始側の短辺の長さよりも大きい。すなわち、切断開始側の短辺の長さは、２０ｍｍ程度であり、切断終了側の短辺の長さは１５０ｍｍ程度である。また、この当て板１４の幅（厚み）は、２０ｍｍ程度である。
なお、ガラスの当て板１４は、単結晶インゴットＩの両端面に対してリンク機構などの機械機構を配設してシリンダなどを用いて、単結晶インゴットＩへ押圧することもできる。これにより、切断時の半導体ウェーハの反りなどを低減することができる。

次に、図２に示すように、ワークプレート１９を切断位置ａに向けて降下させる。そして、ワイヤソー１０は、スラリ状の砥液を砥液供給部よりワイヤ列１１ａに供給しながら、駆動モータ１６により繰出し装置１３のボビン２０を回転させる。次いで、ワイヤ１１を供給側のガイドローラを介して溝ローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに供給する。これと同時に、駆動モータ１７により巻取り装置１５のボビン２１を回転し、溝ローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ、導出側のガイドローラを介してワイヤ１１を巻き取る。その際、各ボビン２０，２１の回転方向を変更し、ワイヤ１１を高速で往復走行させる。これにより、２本の溝ローラ１２Ａ，１２Ｂが回転し、両ガイドローラも回転する。このとき、溝ローラ１２Ｃは図外の回転モータにより回転し、ワイヤ列１１ａの往復走行を補助する。

これにより、シリコンからなる単結晶インゴットＩは、ワイヤソー１０により、厚さ１ｍｍ程度で直径３００ｍｍのシリコンウェーハにスライスされる。同時に、単結晶インゴットＩ両端面に当接されたガラスの当て板１４もスライスされる。
このとき、切断中の溝ローラの温度変化による溝ローラが伸縮する。そして、溝ローラを回転支持する図示しない軸受けの発熱と研削時の加工熱によるワイヤ１１および砥液による温度上昇が発生する。この温度上昇によって、ワイヤ１１の軌道が溝ローラの両端に向かって移動する。これにより、ワイヤ１１の切断方向に対して単結晶インゴットＩの両端部において、シリコンウェーハのナノトポグラフィーや反りが顕著になる。
このような問題に対し、本実施例ではガラスの当て板１４が上記問題が顕著な部分に設けられている。これにより、比較的ナノトポグラフィーや反りの影響を受けない単結晶インゴットＩからシリコンウェーハを得ることができる。

従来においては、切断方向の長さおよび切断方向と垂直方向の長さが単結晶インゴットＩの直径と同じであり、所定厚さを有するガラスの当て板１４が単結晶インゴットＩの両端面に当接されていた。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、砥粒が＃１０００の条件では、スライス中のワイヤ１１の位置（図３（ｂ）に示す破線）に対して、ガラスの当て板１４の部分（図３（ｂ）に示す実線）でのワイヤ１１のたわみ量と単結晶インゴットＩの部分（図３（ｂ）に示す一点鎖線）でのたわみ量とが略５ｍｍで同一である。
しかし、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、砥粒が＃１５００になると、スライス中のワイヤ１１の位置（図４（ｂ）に示す破線）に対して、単結晶インゴットＩの部分（図４（ｂ）に示す一点鎖線）でのワイヤ１１のたわみ量が略５ｍｍである。一方、ガラスの当て板１４の部分（図４（ｂ）に示す実線）のワイヤ１１のたわみ量は略８ｍｍである。したがって、ガラスの当て板１４の部分においてワイヤ１１のたわみが大きくなって、結果的にワイヤ１１の断線に至っていた。
本発明に係る当て板１４は、ワイヤソー１０による切断方向と直交方向に延びる短辺とを有する略矩形の板であり、上記長辺が単結晶インゴットＩの直径と略同じであり、上記短辺が単結晶インゴットＩの直径よりも小さい。
この結果、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、砥粒が＃１５００の条件で、スライス中のワイヤ１１の位置（図１（ｂ）に示す破線）に対する単結晶インゴットＩの部分（図１（ｂ）に示す一点鎖線）でのワイヤ１１のたわみ量は略５ｍｍであり、ガラスの当て板１４の部分（図１（ｂ）に示す実線）でのワイヤ１１のたわみ量は略３ｍｍにまで低減することができた。この理由は、従来の正方形や円柱状のガラスの当て板１４に対して、ワイヤ１１との接触面積が小さくなり、これによりワイヤ１１に対する負荷が低減されたことが挙げられる。この結果、ワイヤ１１の断線を低減することができる。
さらに、本発明に係る当て板１４は、台形を有し、切断終了側の短辺の長さが切断開始側の短辺の長さよりも大きく形成されている。これにより、特に影響を受けやすい切断終了側の半導体ウェーハのナノトポグラフィーまたは反りを低減することができる。

次に、こうして得られたシリコンウェーハに、面取り工程が施される。その後、この面取り加工後のシリコンウェーハは、ラップ工程でラッピングされる。続いて、このラップ工程後のシリコンウェーハにアルカリ性エッチング液によるエッチングが施される。その後、このエッチドウェーハの表面に、バッチ式の鏡面研磨装置を用いて鏡面研磨が施される。次に、鏡面研磨されたシリコンウェーハに、ＲＣＡ系の仕上げ洗浄を施して、シリコンウェーハの加工を完成させる。

次に、本発明に係る当て板および従来に係る当て板を用いてワイヤソーで切断後のシリコンウェーハ状態の観察を行った。
まず、従来に係る単結晶インゴットと同じ直径を有する円柱状のガラスで形成された当て板を準備する。また、本発明に係るガラスで形成された当て板を準備する。そして、これらの当て板を単結晶インゴットの両端面にそれぞれ当接させ、これらをワイヤソーを用いて切断する。そして、切断後のシリコンウェーハを鏡面加工後にナノマッパーという測定器を用いてシリコンウェーハ表面のナノトポグラフィーを測定した。さらに、シリコンウェーハの反りの状態もＡＤＥ社製の静電容量型平坦度測定計を用いて測定した。さらに、ワイヤの断線率についても測定した。
なお、砥粒は＃１５００の条件で測定を行った。これらの結果を下記の表１に示す。表１に記載のＡｖｅは、複数サンプル測定値の正規分布の平均値であり、Ｓｔｄは標準偏差値である。
この表１の結果より、本発明に係る当て板を用いてワイヤソーで単結晶インゴットを切断すると、切断後のシリコンウェーハのナノトポグラフィーおよび反りについては従来の円形状の当て板と比べてほぼ同等である結果が得られた。
また、本発明に係る当て板を用いてワイヤソーで切断すると、断線率は３．３３％であった。一方、従来に係る円形状を有する当て板の断線率は７．３９％であった。この結果、本発明に係る当て板を用いてワイヤソーで切断すると、従来に係る当て板に比べて断線率を低下させることが可能である。

この発明の実施例１に係る当て板の形状を示す図であり、（ａ）はその正面図であり、（ｂ）はその側面図である。 この発明の実施例１に係るワイヤソーの概略構成を示す斜視図である。 従来に係る砥粒＃１０００の条件で当て板の形状を示す図であり、（ａ）はその正面図であり、（ｂ）はその側面図である。 従来に係る砥粒＃１５００の条件で当て板の形状を示す図であり、（ａ）はその正面図であり、（ｂ）はその側面図である。

符号の説明

１０ ワイヤソー、
１１ ワイヤ、
１４ 当て板、
Ｉ 単結晶インゴット。

Claims (3)

1. 円柱状の単結晶インゴットの軸方向の両端面にそれぞれ当接され、ワイヤソーによる切断時の単結晶インゴットの変形を防止する単結晶インゴットの当て板であって、
   上記当て板は、その当接する面がワイヤソーによる切断方向に延びる長辺と、
   ワイヤソーによる切断方向と直交する方向に延びる短辺とを有する略矩形に形成され、上記長辺の長さが単結晶インゴットの直径と略同じであり、
   上記短辺の長さが単結晶インゴットの直径よりも短い単結晶インゴットの当て板。
2. 上記当て板は台形を有し、切断終了側の短辺の長さが切断開始側の短辺の長さよりも長い請求項１に記載の単結晶インゴットの当て板。
3. 上記当て板の素材は、ガラス、セラミックス、カーボンまたはレジンのうちのいずれかである請求項１または請求項２に記載の単結晶インゴットの当て板。

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