JP2007538387A - 超薄シリコンウェハを切り出す方法及び装置 - Google Patents

Abstract

ワイヤソーとウェハの安定化システムが、ソーイング工程中の振動及び好ましくない移動に対してウェハの区画（１１２）を一様に保持するために提供されている。安定化手段（１１４）は、ウェハの部分がシリコン材料のインゴットまたはブロックから部分的に切り出されるときの初期段階で、部分的に形成されたウェハの区画の端部に適用される。安定化手段は、後続のソーイング工程中の振動、揺動、又は好ましくない接触に対してウェハの区画を安定化するように働く。また、安定化手段は、スライスが完了した後のウェハの処理を加速し、洗浄工程を容易化し、カセットの中へのウェハのより迅速な、若しくは自動化された収容を可能とする。安定化システムによって生産されたウェハは、最小化された全体的な厚みのばらつき、実質的に均一な平面度、及び実質的に曲がりまたは撓みがないことによって特徴付けられる。

Description

本出願は、２００４年３月３０日に出願された米国仮出願第６０／５５７４９５号に基づく利益を有している。

本発明の分野は、一般的にシリコンウェハを生産するためのシリコンインゴットを切り出す方法及び装置に関する。特に、本発明の分野は、ソーイング工程において隣接するウェハを保持し、振動の効果に対してウェハを安定化し、完成したウェハの自動化処理を容易化するための安定化ストリップ（ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ ｓｔｒｉｐ）の配置を含む、改善されたワイヤソーに関する。安定化ストリップは、従来の工程による超薄ウェハの切り出しを可能とし、カーフ損失（ｋｅｒｆ ｌｏｓｓ）を低減し、材料の利用率を改善し、全体的な厚みのばらつきを改善し、よってより大きな経費効果を達成することができる。

シリコンをスライスするためのワイヤソー又はワイヤウェブが良く知られている。通常、そのようなワイヤソーは、０．１〜０．２ミリメータのオーダの直径を有する、細く、高い引っ張り強度を有するワイヤを備えている。ワイヤは互いに平行に配置され、同じ方向に並進する。被加工物はこれらのワイヤに対して押し付けられる。同時に、研磨懸濁液が被加工物とワイヤの間に供給され、摩擦による研磨作用によってワイヤが被加工物をウェハにスライスするのを可能としている。研磨粒子を懸濁された液体は、移動する“ウェブ”又はワイヤ上に、循環システムを通じて供給され、この循環システムは、ワイヤ−ウェブが被加工物に突き当たる直前に“ウェブ”上に摩擦性の懸濁液を、全面を覆うようにコーティングする。液体によって担持された研磨材の粒子は、コートされたワイヤを介して移動し、研磨効果又は切断効果を生じる。

ごく最近は、シリコンウェハの切り出し速度を増加しようとするために、ダイアモンドでコートされたワイヤがワイヤソーに採用されている。被加工物はダイアモンドワイヤに押し付けられ、切り出し工程はワイヤに埋め込まれたダイアモンド粒子によって増速（ａｕｇｍｅｎｔｅｄ）される。しかしながら、ワイヤの芯材の直径が小さいために、ダイアモンドソーは破損しやすい。このような機械的なもろさは、引っ張り下のワイヤ及びガイドローラの損傷やクラックを助長している。

従来のワイヤソー工程においては、ワイヤは高い引っ張り強度を有する真鍮メッキされた鋼線であり、実際の切り出しは油又はポリエチレングリコールと炭化シリコンとを含むスラリーの中で行われる。この工程は研磨材を有さない工程であるため、望ましくないほど高いワイヤ速度を必要とする。また、大量のスラリーが、スライス及び冷却のために必要となる。このため、強い水力が切り出されるウェハに加えられ、薄いウェハをスライスするときに問題を生じる。非常に大きな応力がウェハに加えられるので、工程による残留歪みが大きくなるという更なる問題がある。

特許文献１は、ワイヤウェブがインゴットを下方に向かって切断するときに、スラリーを使用するワイヤソー工程がどのように研磨粒子の移動速度のばらつきを生じるかについて記載している。従って、スラリーの供給速度を調節する、又は粘度を変化させる必要がある。

特許文献２は、炭化シリコンの粒子を水又は油の中に懸濁させた研磨液を開示している。しかし、このような従来の懸濁液は安定性に乏しく、切断ワイヤ上に均一なコーティングを施さない。さらに、このような組成は、粒子の均一な懸濁を維持するために大幅な撹拌を必要とし、懸濁物は流動していない状態では迅速に沈降し、被加工物のスライスの間の撹拌状態にあってでさえ沈降する。
米国特許第５９３７８４４号明細書 米国特許第５０９９８２０号明細書

最適化された切り出しの品質の達成は、パラメータの組み合わせ、研磨液の品質（潤滑性、粘度、タック特性（ｔａｃｋ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）、等）、及び被加工物が、研磨剤を有しない、若しくはダイアモンドコートされたワイヤのセットに対して押し付けられる力に依存する。従来のワイヤソーにおいては、脆性を有する材料からなるシリコンウェハは、高い引っ張り強度と硬度とによって特徴付けられるワイヤで切断される。従来の付着する研磨粒子を有さないワイヤ、若しくはダイアモンドワイヤを使用して切り出しが行われるとき、非常に高い工程応力がウェハに加えられる。被加工物に対するワイヤの力は被加工物を変形させ、最終的なウェハの平面度特性を劣化させ、よって更に工程に要する時間が必要となり、全体的なコストが増加する。

また、従来の研磨剤を有しないワイヤ又はダイアモンドーコートされたワイヤによるワイヤソー工程は、ソーイング工程において、ウェハを揺動させ、変形させる傾向があることがわかった。非常に薄いウェハをスライスするとき遭遇する問題のうちの一つは、ワイヤがインゴットを通して下方に進行するときに、ウェハの支持されていない区画が振動し、動き、又はくっつき合ってしまう傾向にあることである。このことは、現在の大量生産ワイヤソー工程を通じて達成することのできるウェハの厚みを不利に制限してしまう。また、ウェハの振動及び揺動は、ワイヤに加えられる応力に影響し、鋼製の剛体の直径の削減を制限し、カーフの削減を制限し、材料の利用率を最適とすることが困難となっていた。

ワイヤの消耗速度、切断液及び潤滑液の実効性、回収及び再利用のような大量生産の考慮すべき事柄は、高品質の切り出しを合理的なコストで達成する場合の重要な要因である。通常、切り出しの品質は、進歩した半導体デバイス及び太陽電池のための原材料基体として好適な製品を生産するための、傾斜、曲がり、撓み、厚みのばらつき、及び表面の損傷の無い、正確な平面度を有する表面を提供する能力で測られる。

多くの用途のために、実質的に均一な厚みで、撓みが少なく、曲がりが少ない超薄ウェハが望まれている。高効率で超寿命の太陽電池に対しては、拡散工程のような後続の工程のための予測可能で安定した基体を提供するために、精密な平坦度が原材料ウェハの形成に重要である。従来のワイヤソーは、シリコンを、太陽電池に使用するために好適な２００ミクロン以下の厚みの、非常に薄いウェハに切り出す費用対効果の高い方法を提供することにおいては不利である。工程で生じる歪みによる不完全性、若しくは平坦度、撓み、曲がり、厚みのばらつき、及び表面の損傷という欠陥がいまだ解決していないため、高効率でコストの低い太陽電池のための原材料基体として好適な超薄シリコンウェハの、費用対効果の高い大量生産は達成されていない。

したがって、大量生産の状態下のシリコンについて得られる切り出し品質を最適化できるワイヤソー及び切断システムが必要とされている。また、ウェハに最適化された切断応力を加え、工程の歪みを除去することのできるワイヤソーシステムが必要とされている。そのようなシステムは、好都合なことに、改良された制御及び安定化によって、より薄く、より軽量なウェハの切り出しを可能とする。理想的には、そのようなシステムは全体的な厚みのばらつきを最小化し、実質的に均一な平面度を提供し、実質的に曲がり及び撓みを除去する。また、ウェハに加えられる最適な切断圧力はワイヤの応力を軽減し、細いワイヤの使用を可能とし、カーフ損失を削減し、材料の利用率を増加させ、コストの低減に寄与する。合理的なコストで大量生産することのできる、このような均一な超薄シリコンウェハは、高効率の太陽電池のための原材料基体として特に有益である。

研磨粒子の凝集又は浮遊物の沈降からの“ハードケーキ（ｈａｒｄ ｃａｋｅ）” の形成を生じることなく、ワイヤに付着し、ワイヤに伴って移動する、均一に分散した研磨粒子の均一な供給を提供する新しい切断及び潤滑組成物に対する必要性がある。このような切断／潤滑組成物は、被加工物をより効率的に、切断圧力をより必要とせず、歪みを最小化して切断することができる。さらに、切断組成物は、優れた潤滑性と熱伝導特性を有するに違いなく、切断部分に生じる摩擦熱を除去し、よってワイヤの稼動寿命を延ばし、工程の停止を回避することができる。また、組成物が研磨粒子の安定した懸濁を提供することが望ましい。

超薄ウェハ（２００ミクロン以下のオーダの厚みを有する）がワイヤソーから取り外されたとき、ウェハを互いにくっつき合ってしまわないようにして、更なる工程の作業のためにカセットの中にウェハを収容するときの損傷を回避することが肝要である。すなわち、取り外されたウェハを接触しないように配置して後工程へ移動し最終工程のカセットに挿入する自動化された取り扱いもまた必要である。様々な寸法のカセットにウェハを自動的に位置決めし、後工程の作業を容易とする手段を提供することが特に望ましい。

シリコンを切断する従来のワイヤソー工程に特有の前述の制限及び欠点を克服するために、本発明の特徴は、ソーイング工程中の振動に対してウェハを一様に保持するための安定化ストリップを提供している。安定化ストリップは、ソーイング工程の初期段階で、ウェハがシリコン材料のインゴット又はブロックを通して部分的に切断されたときに、部分的に形成されたウェハの端部に設けられる。安定化ストリップは、接着部のような何らかの利便性を有する位置決め手段によって所定の位置に保持することができる。安定化ストリップは、シリコンの薄板（切り出された状態のウェハ）を分離して保持し、スライス工程中の薄板の振動、揺動又は接触を防止するように働く。

安定化ストリップシステムは、従来のワイヤソーと組み合わされたときに、薄く、軽量のウェハを、改善されたコントロール及び安定化された状態下で都合よく生産する。安定化ストリップシステムによって生産されたウェハは、最小化された全体的な厚みのばらつき（ＴＴＶ：ｔｏｔａｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）、実質的に均一な平面度、及び曲がり及び撓みの実質的な解消によって特徴付けられている。

また、安定化ストリップシステムは、スライスが完了した後のウェハの取り扱いを改善するとともに加速し、さらに洗浄工程を容易化し、迅速かつ自動化されたウェハのカセット内への収容を可能とする。

本発明の別の特徴によれば、安定化ストリップを備えるワイヤソーシステムは、超薄シリコンウェハを切り出すために、小径のダイアモンドをコートした、又はダイアモンドを埋め込んだワイヤ、及び非常に粘度の低い液体組成物を使用している。固定研磨剤である、ダイアモンドをコートされた若しくは埋め込まれたワイヤは、従来の工程におけるよりもはるかに低いワイヤ速度で操作することができる。振動に対して一様にウェハを保持する安定化ストリップと組み合わせた遅いワイヤ速度によって、ウェハに加えられる応力を大幅に軽減し、水力を低下することができる。

安定化のための特徴は、振動の緩衝効果を提供し、よってウェハ内の工程による応力を大幅に削減、若しくは実質的に解消する。この利点によってウェハは構造的に強靭となる。低いワイヤ速度が応力を軽減するので、この利点は細いワイヤを破損せずに使用することを可能とし、さらにカーフ損失を低下させ、材料利用率を高くする。本発明のこの特徴は、さらに合理的なコストでの大量生産による超薄シリコンウェハのスライスを容易とする。

また、ダイアモンドを埋め込んだワイヤの使用によって、有利なことに一定の研磨粒子比率とすることができ、よって従来のワイヤソー装置に対して、スラリーの供給速度を可変として研磨粒子の移動速度の変化を補償しなければならないような複雑なシステムを不要としている。

本発明のこれら及び他の特徴、そして態様は、実質的に均一な平面度が得られ、実質的に曲がり又は撓みが無く、カーフ損失が少なく、材料の利用率が改善されるといった優れた物理特性を有している、２００ミクロン以下のオーダの寸法の非常に薄いシリコンウェハをスライスするための工程及び装置を提供しており、これによって、従来のワイヤソーシステムを使用して現状可能であるより大幅にコストを低減している。

図面は、明瞭性のためにヒューリスティック（ｈｅｕｒｉｓｔｉｃ）なものとされている。本発明の前述及び他の特徴、態様及び利点は、後述の記載、請求の範囲及び添付の図面によってさらに良く理解できるであろう。

図１は、シリコンの単結晶を複数のウェハにスライスするための装置の側面図であり、本発明によるウェハを安定化するためのウェハ支持用ストリップを備えている。

図２は図１に示した装置の背面図である。

図３は、ワイヤガイドを備える、図１の装置の斜視図である。

図４は、切断用梁からウェハを取り出すために、ワイヤがどのように横方向に動くかを示す、図１の装置の背面図である。

図５は、本発明の特徴にしたがって、シリコンのブロックを超薄ウェハにスライスするための工程図である。

図１，２及び３を参照すると、シリコンのインゴットもしくはブロック１００が硝子板もしくは切断用梁１０２の上に載置されている。また、切断用梁１０２は、グラファイトエポキシ又はこれと同様の材料であり得、同様に従来の取り付け板１０４の上に配置され、ワイヤソー工程の間、シリコンのブロックを保持している。取り付け板は、ワイヤソー（明瞭化のために図示されていない）の治具の中に差し込まれる。ワイヤ１０６は、ワイヤガイド１０８（図３）の上で環状にされ、多数の切断表面を備えるワイヤウェブを形成し、それぞれのワイヤ１０６は、シリコンブロック１００を通して対応する切り出し部分、もしくは区画１１０を提供している。この区画１１０は、切断用梁１０２まで完全に切断したときに、複数の超薄ウェハ１１２を形成する。

シリコンのインゴットを切断するための従来の高速ワイヤソー工程はスラリーからの遊離研磨粒子を接着し、秒速７〜２０メータのワイヤ速度で作業される。好ましい実施形態においては、高い熱伝導性を特徴とする高い潤滑性液を含む切断用溶液組成物は、シリコンブロック１００を洗い流す標準の方法で貯槽に供給される。

従来のワイヤソーで超薄ウェハをスライスするとき遭遇する問題の１つは、ワイヤ１０６がシリコンのブロック１００を通して下方に進行するので、ウェハ１１２が振動し、移動し、若しくは、くっつきあってしまうことである。従って、ウェハの厚みを満足できるほど薄くすることができない。すなわち、従来のワイヤソーによって切断されたシリコンインゴットは、切り出されるウェハの両側の部分に厚さのばらつきを呈し、ウェハを望ましくないほどに厚く維持しないと、完成したウェハの完全性が失われる結果となってしまう。このような厚さの制約は、高い引っ張り強度を有するワイヤによって誘起されたウェハの振動のためにウェハの両側の不均一な切断を補償するために必要とされている。このような厚みのばらつきは、通常、２５〜５０ミクロンのオーダである。

このようなことが生じないようにするため、本発明の特徴は、ウェハ１１２が部分的にインゴットの中で切り出されるときに、ウェハ１１２を支持し、安定化するための手段を提供している。安定化ストリップ１１４は、ワイヤソー工程中の振動に対して一様に配置される、ウェハ１１２を保持し、又は支持するための手段を提供している。安定化ストリップはそのウェハ接触面上に、使いやすい速乾性のエポキシのような強力な接着剤を塗布されている。

パーマボンド（ＰＥＲＭＡＢＯＮＤ）社から入手できる、入手容易な速乾性エポキシを使用することができる。また、垂直用途における垂れ落ちを除去するように処方された、同等の速乾性の接着剤を使用することもできる。重要なのは、接着部が優れた接着強度、迅速な接合（３０秒若しくはそれ以下のオーダの）、及びせん断強度を提供することである。

強力な接着部が設けられた安定化ストリップは、ウェハを実質的に動かないように所定の場所に保持し、実質的に振動なしに更にスライスできるようにしている。このことは、ウェハ内の振動に誘起された厚みのばらつきを有利に軽減している。振動誘起の厚みのばらつきを有利に除去することによって、より均一な厚みに１５０ミクロンのオーダでウェハをより薄く、従来可能であったより速い速度でスライスすることができる。

安定化ストリップの特徴は振動に対する緩衝効果を提供し、よってウェハの内部の工程による応力を大幅に削減、若しくは解消している。スライス作業の間の振動に対するウェハの安定化は、弱化部（ｗｅａｋ ｐｏｉｎｔｓ）が生じるのを有利に予防し、構造的に強靭なウェハの生産を可能とする。また、安定化ストリップは全体的な厚みのばらつきを最小化する。安定化ストリップは、切り出された状態のウェハを、スライス工程の間の振動に対して両面で安定化するため、完成されたウェハが実質的に均一な平面度を有し、実質的な曲がり又は撓みを有さないようにできる。

図１及び図４を参照すると、ソーイング工程の間の振動がないように一様に位置合わせした状態でウェハを保持するための安定化ストリップの手段は、いくらか変形可能なデゥロメータのショアＡ硬度９５のオーダによって特徴付けられた、ポリプロピレンのようなプラスティック材料からなるストリップ１１４を備えている。安定化ストリップには、速乾性エポキシのような、強力で粘性のない接着部が設けられ、ストリップがワイヤウェブによって切断されている切り出された状態のウェハの区画の露出した端面に接触したときに、接着部を支持している安定化ストリップへの、形成されたウェハの区画の露出した端部面又は端面の押し込み及び接着を容易としている。安定化ストリップは、接触圧とインゴット本体が予め決められた点まで切断された後の、部分的に切断されたウェハの区画の露出した端面への接着力とによって自動的に固定される。

また、ウェハ安定化ストリップは、対応するウェハの区画の上部に接触する、または押圧されるように寸法を決められた一連のスロット、溝部、または鋸歯状部（ｃｒｅｎｅｌｌａｔｉｏｎｓ）を伴って設けることができる。それぞれの溝部は、対応するウェハの区画の上部を収容し支持するように寸法を決められている。溝部の壁部はそれぞれのウェハの端部に沿って少しだけ延在し、ウェハの区画のための追加的な支持を提供し、さらに切断ワイヤの振動効果を緩衝する。代替的に、安定化ストリップは、形成されたウェハの区画の露出した端部又は端面に、圧力接触及び安定した係合、または凹部によってのような、振動に対して形成されたウェハの区画を動かないように、支持可能に係合し保持することが可能な表面特性を有するいかなる材料とすることもできる。

また、安定化ストリップはソーイング後にウェハを搬送し、処理するためのウェハ取り扱い手段を備えている。この態様においては、安定化ストリップは振動を緩衝しウェハを堅個に保持するための十分な剛性によって特徴付けられなければならない。同時に、安定化ストリップのための材料は、十分な可撓性及び／又は伸張性を有する必要があり、ウェハを処理と搬送のためのカセットの中に一枚ずつ分離して収容する（ｆａｎ ｉｎｔｏ）ことを可能とする。

また、ウェハの取り扱いの態様においては、安定化ストリップは、ステンレス鋼またはアルミニウムのような非腐食性の材料からなる鋸歯状部を有するブロックを備えることができる。このような材料は、ウェハの搬送のための十分な可撓性を提供するとともに、ウェハを振動に対して動かないように保持することができる。安定化ストリップは、インゴットから切り出された利便性のあるウェハの部分群（５０〜１００枚、又はそれ以上）を取り扱う区分に分けることができる。

ウェハ処理インターフェース１２６のようなウェハを取り扱う手段は、従来の端部エフェクタを備え、この端部エフェクタは、修正フィードバック信号に応答して、安定化ストリップ１１４の接着表面をウェハの区分１１０の前以って決められた位置に、標準的なウェハ取り扱い技術によって機械的に位置決めする。ウェハ処理インターフェースは良く知られており、半導体業界においてウェハを望ましい工程処理のためのウェハキャリアの中に自動的に及び正確に配置するために広く用いられている。

一般的に、ウェハ処理インターフェース１２６は、アーム部又は端部エフェクタ１２８を備え、安定化ストリップを搬送するとともに、ウェハの区画１１０に正確に位置決めして固定する。近接センサ１２４は、能動的フィードバック経路１３０を通じてウェハ処理インターフェース１２６に接続されている。近接センサ１２４は、ウェハの区画１１２及び対応する安定化ストリップ１１４の横方向端部を取り囲む能動的スキャニング領域または窓を形成するための便利な点に配置される。いかなる光学的又は電気的近接センサが使用されても良く、このセンサは、シリコンブロック１００の遠位端の区画１１２の横方向の端部に対する安定化ストリップ１１４の横方向の近接若しくは動きにおける、わずかな変位の関数としての出力信号を生成する。近接センサ１２４は、経路１３０を通じて修正フィードバック信号を生成し、ウェハ処理インターフェース１２６と関連する端部エフェクタ１２８とが安定化ストリップ１１４の接着表面を正確に位置決めするのを可能とし、安定化ストリップ１１４はウェハの区画１１２を後続のスライスのために動かないように保持する。

代替的に、安定化ストリップ１１４は位置合わせ用のガイド又は突起部１２０を伴って設けることができ、このガイド又は突起部１２０は安定化ストリップ１１４の、遠位ウェハの区画１１０の隣接する表面に対する機械的かつ正確な位置決めを提供する。

安定化ストリップ１１４が、残りのスライス工程の間、ウェハの区画１１２を離間させて不動に保持するように働くということが理解されるであろう。また、安定化ストリップ１１４は、ウェハを応力の影響を受けないようにし、超薄ウェハのスライスを可能とする。

図４を参照すると、ワイヤがインゴットを切り出してウェハを形成した後、ウェハを切断用梁１０２から取り外すためにワイヤウェブを横方向に移動するための手段が設けられている。そして、複数のウェハは安定化ストリップに強固に支持されている。また、安定化ストリップ１１４は、スライスが完了した後のさらなる工程のためのウェハの取り扱いを大幅に容易とする。また、安定化ストリップ１１４は取り外されたウェハ１１６の洗浄を容易とするために使用されることができ、後続のウェハ処理作業のためのカセットへのウェハの、加速され、自動化された配置を提供している。安定化ストリップの相対的に変形可能な特徴とウェハを保持している接着部のせん断強度とのために、安定化ストリップは、好都合なことに、後続の洗浄又は処理操作のための様々な寸法の収容部を有するウェハキャリア又はカセットの中にウェハを自動的に配置することを容易化するように曲げることができる。

図５は、前述の特徴を、シリコンのブロックをスライスして超薄ウェハにする工程に適用するためのフローダイアグラムを示している。ポリエチレングリコールのような切断用溶液が、従来の真ちゅうメッキされた鋼ワイヤ及びシリコンブロックに適用される（４０２）。水及び表面活性剤（例えば水酸化ナトリウム、通常は０．１％溶液）のような切断用溶液がダイアモンドをコートされた、若しくは埋め込まれたワイヤと共に使用されている（下記参照）。ワイヤはワイヤガイド１０８の上に位置決めされ（４０４）、それぞれのワイヤの間の予め決められた距離が取り外されるウェハの厚みを規定する。例えば、カーフの幅が１５０ミクロンであり、１５０ミクロンの厚みのウェハを生産したいのであれば、ワイヤは３００ミクロン離して位置決めされる。ワイヤは、２００ミクロン以下のオーダの寸法にウェハを形成するようにいかなる都合の良い距離を離して位置決めしても良い。１５０ミクロンは限定するわけではない一例として示されている。次いで、シリコンブロックは１秒当たり５〜１０メータの範囲のワイヤ速度でスライスされる。予め決められた切り込み深さで、高度な接着性を有する安定化ストリップがシリコンブロックに適用され（４０６）、形成されたウェハの区画を保持し、振動に対して安定化する。安定化されたウェハの区画は、次いで完全に切り出され（４０８）、１５０ミクロン以下の厚みの複数のウェハが提供される。安定化ストリップが依然としてウェハを第１の端部で保持しているので、ワイヤウェブは横方向に移動することができ、安定化ストリップは取り外された、しかし安定化されたウェハを保持する。ウェハを安定化ストリップの表面に保持する接着部のせん断強度、及び／又はウェハを安定化ストリップに保持する突起部材は、ワイヤウェブが横方向に移動してウェハを取り外すことを可能とし、ウェハの第１の端部は安定化ストリップに強固に保持され続けている。また、安定化ストリップは全体として最適で曲げ剛性によって特徴付けられ、ストリップは曲げることができ、ウェハキャリア又はカセットの中に自動的に配置するのを容易とするようにウェハを一枚ずつ分離した状態に支持する。ウェハハンドリング装置は、安定化ストリップ及びウェハを、洗浄及びさらなる工程のために搬送する。

従来のワイヤソー工程とは対照的に、安定化ストリップはスライスされたウェハを振動に対して強固に固定し、切断中のウェハの間の接触を防止する。安定化のための特徴は、好都合なことに、ウェハ内の工程による応力に対して緩衝効果を提供する。この結果、構造的に強靭なウェハが得られる。また、安定化ストリップは、ウェハを、実質的にウェハの変形および不均一な表面を解消しつつ、よりばらつきの少ない、２００ミクロン以下のオーダの寸法にスライスすることを可能としている。このことによって、より少ないカーフ損失および高い材料の利用率が得られる。

本発明の別の特徴によれば、安定化されたワイヤソーシステムは、振動に対してウェハを動かないように保持する安定化ストリップと、小径のダイアモンドでコートされた、もしくはダイアモンドを埋め込まれたワイヤと、超薄シリコンウェハを切り出すための潤滑性の高い液組成とを備えている。液体の高い潤滑性という特性は、水と水酸化ナトリウムを混合し、通常は０．１％の水酸化ナトリウム溶液とし、切り出し中を通してワイヤ上に担持される水を増加することによって得られる。ダイアモンドの表面が結合された連続的な鋼ワイヤ１０６は、対向するワイヤガイド（明瞭化のために１つだけが示されている）によって支持され、シリコンのブロックを切断するための複数の切断表面を提供している。ダイアモンドをコートした、またはダイアモンドを埋め込まれた、またはダイアモンドを何らかの形で結合したワイヤは良く知られており、例えば、コロラドスプリングスサウスマレー通り１６０５、ＣＯ８０９１６のレーザテクノロジーウエスト社（Ｌａｓｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗｅｓｔ， １６０５ Ｓｏｕｔｈ Ｍｕｒｒａｙ Ｂｌｖｄ． ， Ｃｏｌｏｒａｄｏ Ｓｐｒｉｎｇｓ， ＣＯ８０９１６）から入手できる。このようなダイアモンドワイヤは、熱処理され、予備延伸され、４００，０００ｐｓｉを越える引っ張り強度を有する、高い引っ張り強度を有する芯材ワイヤによって特徴付けられている。

ダイアモンドを埋め込まれたワイヤは、研磨粒子を一定の速度で有利に提供し、よって、従来のワイヤソーシステムとは対照的に、研磨粒子の移動の速度のばらつきを調整するためにスラリーの供給速度を変化させる複雑なシステムを必要としない。

液体の高い潤滑特性の故に、一定の研磨性を有するダイアモンドコートされたワイヤは、１秒当たり４〜８メータのオーダの非常に遅い速度で作業することができる。非常に低いワイヤ速度及び研磨粒子の凝集がないことによって、ウェハを切断するために加えられる水力を非常に低くすることができる。振動に対してウェハの区画を安定化させる安定化ストリップと組み合わせた低いワイヤ速度は、超薄ウェハの１００〜２００ミクロン以下の寸法の切り出しを容易とする。このようなウェハは、実質的に均一な厚み、平面度、及び曲がりや撓みがないことによって特徴付けられる。曲がりや撓みは、従来のワイヤソー工程を使用すると見られるものであって費用対効果を悪化させる。

低いワイヤ速度は応力を軽減するので、小径のワイヤを破損せずに使用することをも可能とし、カーフ損失を減少させ、高い材料利用率を得るというような更なる利点が得られる。

よって、本発明の前述の特徴は、全体的な厚みのばらつきが最小化され、実質的に均一な平面度を有し、曲がりや撓みのないことによって特徴付けられる超薄ウェハの大量生産のためのワイヤソーシステムを提供する。このような超薄ウェハの大量生産は、従来は、既存のワイヤソーシステムを使用して費用対効果が満足のいくものではなかった。

本発明は、現在最も実用的であり、好適な実施形態であると思われるものに関して記載されてきたが、前述に開示された実施形態及び代替形態に限られず、逆に特許請求の範囲に含まれる様々な変型及び類似する構成を包含しようとするものであることが理解されるであろう。

例えば、極端に低い粘度、及びポリエチレングリコール溶液と同等の高い伝熱性で特徴付けられる別の組成の切断用溶液が使用できる。また、別の構成の安定化ストリップがウェハを支持するために使用できる。重要なのは、ウェハの区画が切り出されるときにストリップが各々隣接するウェハの区画の側面を支持し、ウェハを実質的に動かないように、そして振動がないように保持しなければならないということであり、均一な切り出し動作が得られ、厚みのばらつきが軽減され、より薄く、構造的に強靭なウェハを、少ないカーフ損失と、より高い材料利用率とで生産できることである。従って、この分野の当業者は、このような同等の構成及び変型が請求項の技術的範囲に包含されていることを理解すべきである。

シリコンの単結晶を複数のウェハにスライスするための装置の側面図である。 図１に示した装置の背面図である。 ワイヤガイドを備える、図１の装置の斜視図である。 切断用梁からウェハを取り出すために、ワイヤがどのように横方向に動くかを示す、図１の装置の背面図である。 本発明の特徴にしたがって、シリコンのブロックを超薄ウェハにスライスするための工程図である。

符号の説明

１００・・・シリコンインゴット
１０２・・・切断用梁
１０４・・・取り付け板
１０６・・・ワイヤ
１０８・・・ワイヤガイド
１１０・・・区画
１１２・・・ウェハ
１１４・・・ストリップ

Claims (18)

1. シリコンのインゴットまたはブロックの第１の表面から対向する表面まで複数のウェハの区画を切り出すためのワイヤソーであって、
   複数の互いに離隔された切断面を有し、インゴットを切断して対応するウェハの区画を形成するためのワイヤウェブと、
   切断表面に潤滑性を与えるための高い潤滑性を有する液体を備えるスラリー材料と、
   ウェハがインゴットから切り出されるときに、各々のウェハの区画を振動または望ましくない接触に対して支持可能に保持し、及び／又は切り出されたウェハをインゴット又はブロックから取り外すために、ワイヤを横方向に移動することを可能とするための安定化手段と、
   を備えてなるワイヤソー。
2. 前記安定化手段は、前記形成されたウェハの区画に接触して結合するための強力な接着部が設けられたプラスティック製のストリップをさらに備え、前記ウェハの区画が切り出されるときに、前記ウェハの区画を振動又は移動に対して安定化することを特徴とする、請求項１に記載のワイヤソー。
3. 前記安定化手段は、一連の溝部を有するプラスティック製のストリップをさらに備え、各々の溝部は対応するウェハの区画を支持しつつ保持するように寸法を定められ、前記ウェハの区画は切り出し中の振動に対して安定化されるとともに、更なる処理のためにカセットの中に配置されるように保持されることを特徴とする、請求項１に記載のワイヤソー。
4. 前記安定化手段は、切り出し中及び後続の搬送中に前記ウェハが振動及び望ましくない接触に対して保持されるための、前記形成されたウェハへの安定化結合部を形成する表面を有するストリップをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のワイヤソー。
5. 前記ワイヤウェブを横方向に移動し、前記切り出されたウェハを取り外すための手段と、
   前記安定化手段に接続され、前記保持されたウェハを更なる処理のためにカセットに搬送するための手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のワイヤソー。
6. 前記安定化ストリップは、高い接着性と最適化された曲げ剛性とによって特徴付けられるウェハ保持用の表面をさらに備え、前記ウェハをカセットの中に一枚ずつに分離して配置することを容易化することを特徴とする、請求項５に記載のワイヤソー。
7. 複数の超薄ウェハの区画を２００ミクロン以下の範囲で切り出す、もしくはインゴット又はブロックを切断するためのウェハソーであって、
   前記インゴットから切り出される対応するウェハの区画を形成するために離間されて配置されたダイアモンドを埋め込まれた、又はダイアモンドでコートされた複数の鋼製のワイヤを備えるワイヤウェブと、
   前記ワイヤを潤滑するための高度の潤滑性を有する液体と、
   前記インゴットから前記ウェハの区画が切り出されるときに、前記ウェハの区画を振動及び望ましくない接触に対して支持しつつ保持するため、及び切断されたウェハを更なる処理のために搬送するための安定化手段と、
   を備えるワイヤソー。
8. 前記安定化手段は、前記形成されたウェハの区画に接触して結合するための強力な接着部が設けられたプラスティック製のストリップをさらに備え、前記ウェハの区画が切り出されるときに、前記ウェハの区画を振動又は移動に対して安定化されることを特徴とする、請求項７に記載のワイヤソー。
9. 前記安定化手段は、切り出し中及び後続の搬送中に前記ウェハが振動及び望ましくない接触に対して保持されるための、前記形成されたウェハへの安定化結合部を形成する表面を有するストリップをさらに備えることを特徴とする、請求項７に記載のワイヤソー。
10. 前記安定化手段は、ワイヤウェブを横方向に移動することを可能とし、ウェハを後続の処理のために取り外すために、最適化された曲げ剛性を有するストリップをさらに備えることを特徴とする、請求項９に記載のワイヤソー。
11. シリコンのインゴット又はブロックからウェハを切り出すためのプロセスであって、
    前記シリコンのインゴット又はブロックから切り出される、対応する複数のウェハの区画を形成するために、複数のワイヤをワイヤガイド上に位置決めするステップと、
    前記ウェハの区画の第１の端部を露出させるために、前記インゴット又はブロックを前記ワイヤウェブで予め定められた深さまで切り込むステップと、
    前記ウェハの区画がインゴットから切り出されるときに、振動又は望ましくない接触に対して前記ウェハの区画を支持可能に保持するために、前記露出された第１の端部に安定化手段を適用するステップと、
    を備えるプロセス。
12. 前記ウェハが前記安定化手段によって支持可能に保持されたままで前記ウェハを取り外すために、ワイヤガイドを移動するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記支持可能に保持されたウェハの区画を、洗浄及び更なる処理のために搬送するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. シリコンのブロックから切り出された、太陽電池用の超薄シリコンウェハであって、
    前記ウェハは、２００ミクロン以下のオーダの寸法の厚みによって特徴付けられ、均一な平面度、最小化された全体的な厚みのばらつき、及び切り出し工程誘起の欠陥の無い、高められた構造的完全性を有し、
    前記シリコンのインゴット又はブロックから切り出される対応する複数のウェハの区画を形成するために、複数のワイヤをワイヤガイド上に位置決めするステップと、
    前記ウェハの区画の第１の端部を露出させるために、前記インゴット又はブロックを前記ワイヤウェブで予め定められた深さまで切断するステップと、
    前記ウェハの区画がインゴットから切り出されるときに、振動又は望ましくない接触に対して前記ウェハの区画を支持可能に保持するため、及び工程による内部応力に対して前記ウェハを緩衝するために、前記露出された第１の端部に安定化手段を適用するステップと、
    を備える工程によって作成された超薄シリコンウェハ。
15. シリコンのインゴット又はブロックの第１の表面から対向する表面まで、前記シリコンのインゴット又はブロックから複数のウェハの区画を切り出すためのワイヤソーであって、
    複数の互いに離隔された切断面を有し、前記インゴットを切り出して対応するウェハの区画を形成するためのワイヤウェブと、
    切断表面に潤滑性を与えるための高い潤滑性を有する液体を備えるスラリー材料と、
    前記ウェハの区画が前記インゴットから切り出されるときに、各々の前記ウェハの区画を振動または望ましくない接触に対して支持可能に保持するための安定化手段と、
    を備えてなる複数のウェハの区画を切り出すためのワイヤソー。
16. シリコンのインゴット又はブロックの第１の表面から対向する表面まで、前記シリコンのインゴット又はブロックを複数のウェハの区画に切り出すためのワイヤソーであって、
    複数の互いに離隔された切断面を有し、前記インゴットを切り出して対応する前記ウェハの区画を形成するためのワイヤウェブと、
    切断表面に潤滑性を与えるための高い潤滑性を有する液体を備えるスラリー材料と、
    前記ウェハの区画が前記インゴットから切り出されるとき、及び切り出されたウェハを前記インゴット又はブロックから取り外すために前記ワイヤウェブを横方向に移動する間に、各々の前記ウェハの区画を振動または望ましくない接触に対して支持可能に保持するための安定化手段と、
    を備える複数のウェハの区画を切り出すためのワイヤソー。
17. 前記安定化ストリップは、非腐食性の材料からなる鋸歯状のブロックを備え、前記ウェハの搬送のために十分な可撓性を提供するにもかかわらず、振動に対して前記ウェハの区画を動かないように保持することを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の複数のウェハの区画を切り出すためのワイヤソー。
18. 前記非腐食性の材料からなるブロックは、ステンレス鋼、アルミニウム、又はこれに類する材料を備えることを特徴とする複数のウェハの区画を切り出すためのワイヤソー。

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