JP2006205661A - 基板製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワイヤ列幅がインゴットの長さよりも広い場合の端材の発生を低減でき、インゴットの長さに応じたワイヤ列幅の変更を不要にできる基板製造方法を提供する。
【解決手段】 インゴット３をワイヤ列２１に送りながら、インゴット３とワイヤ列２１との間に砥液２３を供給しつつインゴット３を切削する。このとき、インゴット３の両端面３ａに切断補助部材５を固着する。切断補助部材５は、インゴット３に固着される端面５ａと、該端面５ａがインゴット３に固着された状態において、送り方向Ａに対して切削開始側に傾斜した端面５ｂとを有する。これにより、ワイヤ列幅ｗがインゴット３の長さよりも広い場合に、インゴット３を切削する過程において切断補助部材５の端面５ｂにワイヤ２２が切り込むこととなり、切断補助部材５の端面５ｂの表層部分がワイヤ２２に削り取られることを防げる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、基板製造方法に関するものである。

半導体素子に用いられる基板（ウェハ）の製造工程には、インゴットを板状に切断（スライス）する工程が含まれる。インゴットを板状に切断する方法の一つとして、走行するワイヤ列（マルチワイヤソー）を用いてインゴットを切削する方法がある。例えば、特許文献１には、マルチワイヤソーを用いてシリコンインゴットを切断する方法が開示されている。そして、この引用文献１に記載された方法では、シリコンインゴットの端部付近から切り出されるウェハの反りや厚みのばらつきを低減することを目的として、シリコンインゴットの両端に当て板を貼り付け、シリコンインゴット及び当て板を同時にスライスしている。

特開２００４−１４０９号公報

半導体結晶(インゴット)の製造工程においては、収率に依存して得られるインゴットの長さもまちまちである。基板（ウェハ）の製造工程を省力化するためには、マルチワイヤソーにおいてワイヤ列幅（ワイヤの走行方向と交差する方向の幅）を変更することなく様々な長さのインゴットを切断できることが望ましい。しかし、ワイヤ列幅がインゴットの長さよりも広くなると、インゴットの端面の表層部分がワイヤに削られ、これによる端材がワイヤ飛びやワイヤ断線の原因となる。従って、従来の基板製造工程においては、インゴットの長さに応じたワイヤ列幅の変更、もしくはワイヤ列幅に合致した長さのインゴットの準備を余儀なくされていた。ワイヤ列幅の変更は、工程の増加を招くほか、ワイヤを走行させるガイドローラにおいて摩耗する溝の本数が増加し、ガイドローラの寿命を縮めることとなる。また、ワイヤ列幅に合致した長さのインゴットを常時準備するためにはインゴット製造工程の収率が安定していることが要求されるので、必ずしも容易ではない状況であった。なお、特許文献１に記載された方法では、シリコンインゴットに当て板を加えた長さよりもワイヤ列幅が広い場合に、当て板の端面の表層部分が削られて端材が生じるので、この問題点は解決されていない。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ワイヤ列幅がインゴットの長さよりも広い場合の端材の発生を低減でき、インゴットの長さに応じたワイヤ列幅の変更が不要な基板製造方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明による基板製造方法は、走行するワイヤ列を用い、インゴットを所定の軸方向と交差する面で切断することにより基板を製造する方法であって、所定の軸方向と交差するインゴットの端面に切断補助部材を固着する工程と、インゴット及びワイヤ列のうち少なくとも一方を、ワイヤ列の走行方向及び所定の軸方向と交差する送り方向に送りながら、砥液を供給しつつインゴット及び切断補助部材を切削することによりインゴットを切断する工程とを備え、切断補助部材が、インゴットに固着される一方の端面と、送り方向に対して切削開始側に傾斜した他方の端面とを有し、インゴット及び切断補助部材を切削する際に、ワイヤ列に含まれる一部のワイヤを切断補助部材の他方の端面に切り込ませることを特徴とする。

上記した基板製造方法では、送り方向に対して切削開始側に傾斜した端面を有する切断補助部材を、インゴットの端面に固着している。そして、インゴットを切断する際に、切断補助部材の傾斜した端面にワイヤを切り込ませている。従って、切断補助部材の端面の表層部分がワイヤによって削り取られることを防ぎ、端材の発生を低減できるので、インゴットの長さに応じたワイヤ列幅の変更が不要となる。

また、基板製造方法は、切断補助部材が、カーボン、ガラス、セラミック、及び石膏のうち少なくとも一種類の材料を含むことを特徴としてもよい。破砕性に優れたこれらの材料を切断補助部材に使用することにより、切削負荷にはならない。

また、基板製造方法は、切断補助部材の他方の端面が、送り方向に対して５°以上傾斜していることを特徴としてもよい。これにより、インゴットを切削する過程において切断補助部材の端面へのワイヤの切り込み角度が充分に大きくなるので、端材の発生を格段に低減できる。

本発明による基板製造方法によれば、ワイヤ列幅がインゴットの長さよりも広い場合の端材の発生を低減でき、インゴットの長さに応じたワイヤ列幅の変更を不要にできる。

（実施の形態）
図１は、本実施形態による基板製造方法に用いられるマルチワイヤソー１の構成を示す概略図である。また、図２は、マルチワイヤソー１が備えるワイヤ列２１、及びマルチワイヤソー１によって切断されるインゴット３を示す要部拡大斜視図である。また、図３は、図２におけるＩ−Ｉ線に沿った断面の一部を拡大した拡大断面図である。なお、図２及び図３は、ワイヤ列２１によってインゴット３が切削されている途中の状態を示している。

図１を参照すると、マルチワイヤソー１は、筐体１０と、筐体１０に支持されたワーク支持台１１、ガイドローラ１２ａ〜１２ｃ、スラリーノズル１３、及びワイヤ列２１とを備える。

ワーク支持台１１は、加工対象物（ワーク）であるインゴット３を支持するための構成要素である。ワーク支持台１１は、他の構成要素（ガイドローラ１２ａ〜１２ｃ、スラリーノズル１３、及びワイヤ列２１）に対して下方に配置されている。ワーク支持台１１上にはインゴット３に固着された支持材３１が固定されており、インゴット３は、支持材３１を介してワーク支持台１１の上方に固定されている。ワーク支持台１１は、図示しない駆動手段によって鉛直上方に移動することができ、これによってインゴット３を鉛直上方（図中の矢印Ａ）へ送ることができる。

インゴット３は、例えばＳｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮといった半導体材料からなる円柱状の結晶塊である。インゴット３の外径は、例えば４０〜２００ｍｍといった値である。また、インゴット３の長さは、例えば５０〜３００ｍｍといった値である。インゴット３は、その中心軸Ｃが、ガイドローラ１２ｂとガイドローラ１２ｃとの間に延びるワイヤ２２の走行方向Ｂ、及び鉛直方向（送り方向Ａ）と交差するようにワーク支持台１１によって固定されている。なお、インゴット３は、これらの方向が互いに直交するようにワーク支持台１１に固定されてもよく、或いはこれらの方向が互いに直交状態から所定の角度だけずれるようにワーク支持台１１に固定されてもよい。

また、図２及び図３を参照すると、インゴット３の中心軸Ｃに沿った方向（所定の軸方向）と交差するインゴット３の両端面３ａそれぞれには、切断補助部材５が固着されている。切断補助部材５は、例えばカーボン、ガラス、セラミック、及び石膏のうち少なくとも一種類の材料を含んで構成されることが好ましい。また、切断補助部材５は、インゴット３の外径とほぼ同じ外径を有する円板状に形成されていることが好ましい。切断補助部材５の一方の端面５ａは、インゴット３の端面３ａに固着されている。また、端面５ａと端面３ａとが固着された状態において、切断補助部材５の他方の端面５ｂは、送り方向Ａに対して切削開始側に傾斜して形成されている。従って、切断補助部材５は、インゴット３に固着された状態において、切削開始側からその反対側へ向けて中心軸方向の厚さが次第に厚くなっている。切断補助部材５の最大厚さは、例えば１０〜４０ｍｍといった値である。

なお、ここでいう切削開始側とは、インゴット３をワーク支持台１１に取り付けた切削前の状態において、中心軸Ｃに対してワイヤ列２１が位置する側を意味する。また、切削開始側に傾斜するとは、インゴット３をワーク支持台１１に取り付けた切削前の状態において、端面５ｂの法線ベクトルが、中心軸Ｃと平行なベクトルに対して切削開始側に傾いていることを意味する。

また、本実施形態では端面５ｂは平面状に形成されているが、端面５ｂは曲面でもよい。但し、端面５ｂが曲面である場合には、該曲面の接平面が送り方向Ａに対して切削開始側に傾斜するように端面５ｂが形成される。

再び図１を参照すると、ガイドローラ１２ａ〜１２ｃは、それぞれ同一の回転方向となるように、鉛直面内に想定される三角形の各頂点に相当する位置に配置されている。具体的には、ガイドローラ１２ａはワーク支持台１１の鉛直上方に配置されており、ガイドローラ１２ｂ及び１２ｃはガイドローラ１２ａよりも下方で且つガイドローラ１２ａとワーク支持台１１とを結ぶ直線の左右に互いに離れて配置されている。

ガイドローラ１２ａ〜１２ｃは、外周面に複数本の溝を有している。そして、ガイドローラ１２ａ〜１２ｃの複数本の溝に一本のワイヤ２２が螺旋状に掛け回されることにより、ワイヤ列２１が構成されている（図２及び図３参照）。ワイヤ列２１におけるワイヤ中心間の間隔は、例えば３００μｍ〜９００μｍといった値である。また、ワイヤ列２１全体の幅ｗ（ワイヤ列幅）は例えば５０〜３００ｍｍといった値であり、インゴット３に２つの切断補助部材５を加えた長さよりも広くなる場合がある。ワイヤ列２１は、ガイドローラ１２ａ〜１２ｃが正回転及び逆回転を交互に繰り返すことによって二方向に往復走行する。ガイドローラ１２ｂとガイドローラ１２ｃとの間を走行するワイヤ列２１は、ワーク支持台１１の移動によって上方に送られてくるインゴット３及び切断補助部材５と交差する位置を走行するように配置されている。

スラリーノズル１３は、ラッピングオイルに遊離砥粒が混入されてなる砥液２３（スラリー）をインゴット３に向けて噴射するための砥液供給手段である。スラリーノズル１３は、インゴット３の鉛直上方に配置されており、インゴット３の切削開始側の外周面（本実施形態では、インゴット３の外周面のうちインゴット３の中心軸Ｃよりも上方の面）に向けて砥液２３を噴射する。

続いて、本実施形態による基板製造方法について説明する。なお、以下に説明する基板製造方法は、上記したマルチワイヤソー１を用いて好適に実施できる。

まず、インゴット３を用意し、インゴット３の中心軸Ｃに沿った方向（所定の軸方向）と交差するインゴット３の両端面３ａのそれぞれに切断補助部材５を固着（接着）する。このとき、切断補助部材５の端面５ｂが切断補助部材５における切断開始側に傾斜するように、また、切断補助部材５の外周面がインゴット３の外周面と揃うように、切断補助部材５をインゴット３に固着する。このとき、インゴット３及び切断補助部材５を固着するための接着剤としては、例えばエポキシ系接着剤を用いるとよい。そして、インゴット３及び切断補助部材５をマルチワイヤソー１のワーク支持台１１に取り付ける。

続いて、ガイドローラ１２ａ〜１２ｃを正方向及び逆方向に交互に回転させ、ワイヤ列２１の往復走行を開始する。そして、インゴット３が取り付けられたワーク支持台１１を、ワイヤ２２の走行方向Ｂとインゴット３の中心軸Ｃに沿った方向（所定の軸方向）との双方と交差する送り方向Ａへ平行移動させることにより、インゴット３をワイヤ列２１へ送る。このとき、スラリーノズル１３からの砥液２３の噴射を開始する。

インゴット３がワイヤ列２１に接すると、インゴット３とワイヤ列２１との間に浸入した砥液２３の作用によってインゴット３が切削され始める。本実施形態においては、インゴット３に切断補助部材５を加えた長さよりもワイヤ列２１全体の幅ｗが広くなっているので（図２参照）、ワイヤ列２１によって切断補助部材５もインゴット３と同時に切削される（図３参照）。

また、切断補助部材５の端面５ｂが切削開始側に傾斜しているので、ワイヤ列２１に含まれる各ワイヤ２２のうち切削開始時にインゴット３及び切断補助部材５に接しないワイヤ２２は、切削の進行に従って、切断補助部材５の端面５ｂに近いワイヤ２２から順に端面５ｂに当接し、端面５ｂから切断補助部材５に切り込んでいくこととなる。

こうして、ワイヤ列２１がインゴット３の下端に達するまでインゴット３を送り方向Ａへ送ることにより、インゴット３が複数の基板に切断される。

その後、好ましくは、切り出された基板の両面または片面を機械的及び化学的に研磨するとよい。具体的には、まず、インゴット３から切り出された基板の切断面を、水溶性洗浄剤や炭化水素系洗浄剤等を用いて洗浄する。次に、基板の表面（片面または両面）を酸性又はアルカリ性の溶液及び酸化剤を用いてエッチングすることにより、加工歪みを除去し、反りを低減する。そして、基板の周囲をベベリング（面取り）する。そして、基板側面にオリエンテーションフラット（ＯＦ）面を形成し、面取り及びＯＦ面加工によるダメージをエッチングにより除去する。

続いて、固定砥粒または遊離砥粒を用いて基板表面に研磨（ラッピング）を施し、基板厚さを調整するとともに、加工歪みを除去し、表面粗さを小さくする。続いて、基板表面を再びエッチングすることにより、加工歪みを除去し、反りを低減する。最後に、基板表面に再び研磨を施し、基板厚さを調整するとともに、加工歪みを除去し、表面粗さを小さくする。こうして、表面が平坦に形成された基板が完成する。

本実施形態による基板製造方法によれば、以下の効果が得られる。すなわち、本実施形態による基板製造方法では、送り方向Ａに対して切削開始側に傾斜した端面５ｂを有する切断補助部材５を、インゴット３の端面３ａに固着している。従って、ワイヤ列２１のワイヤ列幅がインゴット３の長さよりも広い場合には、図３に示したように、インゴット３を切削する過程において切断補助部材５の端面５ｂにワイヤ２２が切り込むこととなる。これにより、切断補助部材５の端面５ｂの表層部分がワイヤ２２に削り取られることを防ぎ、端材の発生を低減できるので、インゴット３の長さに応じたワイヤ列幅の変更が不要となる。

また、本実施形態のように、切断補助部材５は、カーボン、ガラス、セラミック、及び石膏のうち少なくとも一種類の材料を含むことが好ましい。破砕性に優れたこれらの材料を切断補助部材５に使用することにより、端材の発生を更に低減できる。

（変形例）
続いて、上記実施形態による基板製造方法の変形例について説明する。図４は、本変形例においてマルチワイヤソー１（図１参照）によって切断されるインゴット３及び切断補助部材５を示す要部拡大斜視図である。なお、図４は、ワイヤ列２１によってインゴット３及び切断補助部材５が切削されている途中の状態を示している。

本変形例では、上記実施形態と異なり、インゴット３の中心軸Ｃに沿った方向（所定の軸方向）と交差するインゴット３の両端面３ａのうち、一方の端面３ａにのみ切断補助部材５を固着している。このように、インゴット３の片方の端面３ａにのみ切断補助部材５を設けることによっても、上記実施形態において述べた効果を得ることができる。なお、インゴット３の一方の端面３ａにのみ切断補助部材５を設ける場合には、インゴット３の両端面３ａのうち切断補助部材５が設けられない他方の端面３ａの表層部分がワイヤ２２によって削り取られないように、ワイヤ列２１を該他方の端面３ａよりも内側に位置決めすることが好ましい。

（実施例）
続いて、上記実施形態による基板製造方法の一実施例について説明する。図５は、本実施例の結果を示す図表であり、切断補助部材５の端面５ｂと送り方向Ａとの相対角度（端面角度）を様々な角度に設定したときのワイヤ飛び発生数及びワイヤ断線発生の有無を示している。本実施例では、ワイヤ列２１に含まれるワイヤ本数を２５１本とし、ワイヤ列幅ｗ（図２参照）を２００ｍｍに設定した。また、インゴット３としてＧａＡｓ結晶塊を用い、インゴット３及び切断補助部材５の外径を１０３ｍｍ、インゴット３の中心軸方向の長さを１２０ｍｍ、切断補助部材５の厚さを１５ｍｍ（２枚で３０ｍｍ）とした。

図５に示すように、本実施例では、実施例１〜４としてそれぞれ切断補助部材５の端面角度が２°、５°、１０°、及び２０°に形成された切断補助部材５をインゴット３の両端に固着し、インゴット３を切削した。その結果、全ての実施例においてワイヤ断線は発生しなかった。また、端面角度が２°の場合にはワイヤ飛びが６本発生したが、端面角度が５°以上であれば、ワイヤ飛びは発生しなかった。これは、切断補助部材５の端面角度を５°以上とすることによって、インゴット３を切削する過程において切断補助部材５の端面５ｂへのワイヤ２２の切り込み角度が充分に大きくなり、端材の発生が格段に低減されたためと考えられる。

なお、図５には、本実施例に対する比較例１及び２として、切断補助部材の端面と送り方向との相対角度が０°の場合（すなわち、切断補助部材の端面が送り方向に対して傾斜していない状態）、及びインゴットに切断補助部材を設けない場合におけるワイヤ飛び発生数及びワイヤ断線発生の有無をあわせて示している。図５に示すように、切断補助部材の端面が送り方向に対して傾斜していない場合（比較例１）では、ワイヤ飛びが７本発生した。また、切断補助部材を設けない場合（比較例２）では、ワイヤ断線が発生した。これらの比較例からも、切断補助部材５の端面５ｂを傾斜させることによって、ワイヤ飛び及びワイヤ断線が好適に抑制されることが確認された。

本発明による基板製造方法は、上記した実施形態及び変形例に限られるものではなく、他にも様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態ではインゴットとして円柱状の塊を例示しているが、インゴットは角柱状など他の形状であってもよい。また、上記実施形態ではワイヤ列に対してインゴットを下方から送り込む、いわゆるアッパーカット法を例示しているが、ワイヤ列に対してインゴットを上方から送り込む、いわゆるダウンカット法でも本発明を適用できる。また、上記実施形態ではインゴットを移動する方法を例示しているが、ワイヤ列をインゴットへ向けて移動する方法でもよい。

図１は、基板製造方法の実施形態に用いられるマルチワイヤソーの構成を示す概略図である。 図２は、マルチワイヤソーが備えるワイヤ列、及びマルチワイヤソーによって切断されるインゴットを示す要部拡大斜視図である。 図３は、図２におけるＩ−Ｉ線に沿った断面の一部を拡大した拡大断面図である。 図４は、変形例において、マルチワイヤソーによって切断されるインゴット及び切断補助部材を示す要部拡大斜視図である。 図５は、実施例の結果を示す図表であり、切断補助部材の端面と送り方向との相対角度（端面角度）を様々な値に設定したときのワイヤ飛び発生数及びワイヤ断線発生の有無を示している。

符号の説明

１…マルチワイヤソー、３…インゴット、３ａ…端面、５…切断補助部材、５ａ，５ｂ…端面、１０…筐体、１１…ワーク支持台、１２ａ〜１２ｃ…ガイドローラ、１３…スラリーノズル、２１…ワイヤ列、２２…ワイヤ、２３…砥液、３１…支持材。

Claims (3)

1. 走行するワイヤ列を用い、インゴットを所定の軸方向と交差する面で切断することにより基板を製造する方法であって、
   前記所定の軸方向と交差する前記インゴットの端面に切断補助部材を固着する工程と、
   前記インゴット及び前記ワイヤ列のうち少なくとも一方を、前記ワイヤ列の走行方向及び前記所定の軸方向と交差する送り方向に送りながら、砥液を供給しつつ前記インゴット及び前記切断補助部材を切削することにより前記インゴットを切断する工程とを備え、
   前記切断補助部材が、
   前記インゴットに固着される一方の端面と、
   前記送り方向に対して切削開始側に傾斜した他方の端面と
   を有し、
   前記インゴット及び前記切断補助部材を切削する際に、前記ワイヤ列に含まれる一部のワイヤを前記切断補助部材の前記他方の端面に切り込ませることを特徴とする、基板製造方法。
2. 前記切断補助部材が、カーボン、ガラス、セラミック、及び石膏のうち少なくとも一種類の材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の基板製造方法。
3. 前記切断補助部材の前記他方の端面が、前記送り方向に対して５°以上傾斜していることを特徴とする、請求項１または２に記載の基板製造方法。

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