JP2016015447A

JP2016015447A - ウエハの製造方法および装置

Info

Publication number: JP2016015447A
Application number: JP2014137825A
Authority: JP
Inventors: 久保　雅裕; Masahiro Kubo; 雅裕久保; 良史鷹巣; Yoshifumi Takasu; 和田　紀彦; Norihiko Wada; 紀彦和田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2016-01-28
Also published as: CN105269694A; CN105269694B

Abstract

【課題】ソーワイヤのたわみの影響を軽減し、高品質なウエハを製造できる方法および装置を提供することを目的としている。【解決手段】本発明にかかるウエハの製造方法は、インゴット内にレーザにより複数のピットを形成し、前記複数のピットに沿ってソーワイヤにより前記インゴットを切断してウエハ化することを特徴とし、また、本発明にかかるウエハ製造装置は、インゴット内にレーザにより複数のピットを形成し、前記複数のピットに沿ってソーワイヤにより前記インゴットを切断してウエハ化する方法を実施する装置であることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、ソーワイヤを用いてインゴットを切断してウエハ化する方法および装置に関する。

例えば、図６に示すように、Ｘ方向駆動ステージ１２に固定されたインゴット１をソーワイヤ２に押し当てることで、インゴットを切断してウエハ化する方法が知られる。この際、事前に切断加工を行ったウエハの反りを測定し、反りの量に応じてインゴット１をソーワイヤ２の走行方向に対してＸ方向駆動ステージ１２をインゴット１とソーワイヤ２の相対位置に応じて移動させることにより、切断加工を行うと同時に半導体ウエハの反りを修正する（特許文献１）。

特開平９−２８６０２１号公報

しかしながら、従来、インゴット全体を駆動させているため、インゴットの移動方向に対して反対方向に加工反力が発生し、ソーワイヤに走行方向に対して弓なりのたわみを生じていた。そのため、インゴットの中心付近と外周付近でソーワイヤに傾きが生じ、この傾きの影響が切断後のウエハに出てしまい、製造したウエハの品質が低下するという問題があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、ソーワイヤのたわみの影響を軽減し、高品質なウエハを製造できる方法および装置を提供することを目的としている。

本願の第１発明のウエハ製造方法は、インゴット内にレーザにより複数のピットを形成し、前記複数のピットに沿ってソーワイヤにより前記インゴットを切断してウエハ化することを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、高品質なウエハの製造を実現できる。

（ａ）本実施の形態におけるレーザにより複数のピットを形成する際の状態を示す斜視図、（ｂ）本実施の形態におけるウエハ化時の状態を示す斜視図本実施の形態におけるソーワイヤの模式図本実施の形態におけるレーザにより複数のピットが形成されたインゴットの斜視図（ａ）ピットを形成せずにウエハ化したウエハの図、（ｂ）当該ウエハの反り量を示す図（ａ）本実施の形態におけるソーワイヤによるウエハ化時のウエハの主面から見た断面図、（ｂ）ウエハの側面から見た断面図従来例の構成を示す斜視図

（実施の形態）
以下、本実施の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。

図１（ａ）に、本実施の形態におけるウエハ製造方法を実現する装置の一例である加工装置３を示す。詳細には、第１の加工段階であるレーザ装置４の焦点位置５によるインゴット１内部へのレーザーアブレイションによるピット６加工状態の斜視図を示す。図１（ｂ）に、第２の加工段階であるシングルワイヤソー装置であるソーワイヤ２によるインゴット１の切断加工（ウエハ化加工）状態の斜視図を示す。

本実施の形態では、インゴット１に窒化物半導体素材、ソーワイヤ２に図２に示すようなφ０．１ｍｍのピアノ線７にメッキ層８によりダイヤモンド砥粒９を付着させたワイヤを用いる。ダイヤモンド砥粒９には＃２０００を用い、その砥粒径（直径）は平均８μｍである。また、本実施の形態で用いるソーワイヤ２の捲回半径は約１０ｍｍである。

図１（ａ）において、加工装置３のＺ方向駆動ステージ１１を駆動させて、インゴット１をソーワイヤ２より上方に移動させ、レーザ装置４の焦点位置が、インゴット１の内部に位置させる。この場合、レーザ装置４の焦点位置（インゴット１の表面からの深さ位置）は、製造しようとするウエハの厚みと一致させる。

図３に本実施の形態における第１の加工段階を示す。レーザ装置４から照射されるレーザの波長は、インゴット１のバンドギャップより決定される吸収波長以下の波長である。ここでは、レーザ装置４に波長３５５ｎｍのＵＶ−ＹＡＧパルスレーザを用いる。焦点位置５において、レーザーアブレイションによりピット６がインゴット１内に形成される。

本実施の形態では、インゴット１内を走行するソーワイヤ２の軌跡をピット６でガイドすることで、加工時のソーワイヤ２の蛇行たわみを低減する。図４（ａ）は、ピット６を形成しないで加工したウエハ２０を、図４（ｂ）は、その反り量２１の分布をＸ，Ｙ，Ｚ方向に表示した図である。図４（ｂ）に示すように、ウエハ２０には曲面状の反りが発生する。この反り量２１を補正するように、図３のピット６を形成する。具体的には、切断厚みを中心にピット６のインゴット１内部におけるＺ軸方向位置をインゴット１のＸ，Ｙ軸位置に応じて前後させることで焦点位置５を調整し、複数のピット６を形成する。すなわち、複数のピット６は、曲面上に分布するように形成される。より詳細には、複数のピット６は、予め求めたソーワイヤ２の加工中のたわみを低減させるように曲面状に分布する。

具体的には、Ｘ方向駆動ステージ１２を駆動させ、５ｍｍ間隔でピット６をソーワイヤ２の走行方向に沿って加工する。その後、Ｚ方向駆動ステージ１１をインゴット１がソーワイヤ２に接近する方向に２．０ｍｍ駆動させ、先ほどと同様にソーワイヤ２の走行方向に沿ってピット６を形成し、これらを繰り返すことでピット６の加工をインゴット１の全面に施す。この際、ソーワイヤ２の進入／退出時のガイド（矯正）を確実に行うため、インゴット１の外周部分においてピット６の配置間隔を、中心部よりも狭くする。より詳細には、複数のピット６は、インゴット１の外周部における配置間隔が、中心部に比べて狭ピッチとなるように形成される。具体的には中心部の半分の配置間隔（２．５ｍｍ）でインゴット１の外周部分にピット６を形成する。なお、本実施の形態でのピット６のサイズはＹ方向（レーザの照射された方向）長さ１５０μｍ、Ｚ方向（レーザの照射された方向と直交方向）長さ（直径）１００μｍの加工条件で加工した。

図１（ｂ）に本実施の形態における第２の加工段階として、ソーワイヤ２によるインゴット１の切断加工状態を示す。加工装置３のＹ方向駆動ステージ１３を駆動させ、第１の加工段階にて加工したピット６の位置まで、インゴット１とソーワイヤ２の相対位置を移動させる。その後、走行させたソーワイヤ２にインゴット１を押し当てる。その際に、ソーワイヤ２に加工抵抗が加わり始めると、第１の加工段階で形成されたピット６の部分において加工抵抗が減少する。その結果、ピット６の配置に沿ってソーワイヤ２の加工方向が修正される。すなわち、ソーワイヤ２の走行位置がピット６により矯正される。この場合、ピット６は、ソーワイヤ２に生じるたわみを補正するように分布するため、ピット６を形成しない場合に比べて、切り出されたウエハの反り量を低減できる。なお、インゴット１をＺ軸方向に完全に切断した後、Ｙ方向駆動ステージ１３を次の切断位置まで駆動させ、インゴット１全体を切断する（複数のウエハを切り出し終える）まで第１の加工工程より繰り返し実施する。

本実施の形態によれば、切断されたウエハは反り量が顕著に改善された結果を得ることが出来る。

また、本実施の形態によれば、インゴット１を切断するのに必要な加工時間が短縮されるという効果を得られる。この要因を図５を用いて説明する。図５（ａ）は本実施の形態におけるインゴット１を加工中のソーワイヤ２の状態を表面方向から見た断面図、図５（ｂ）はその側面断面図である。通常、インゴット１の加工抵抗により、ソーワイヤ２に固着しているダイヤモンド砥粒９は剥がれ落ちて加工能力が低下し、加工時間が延長される。ところが、本実施の形態では、第１の加工段階で加工されたピット６が剥がれ落ちたダイヤモンド砥粒９を保持する。その結果、ピット６内部に保持されたダイヤモンド砥粒９が泳動して遊離砥粒の効果が発揮され、加工時間の短縮をもたらす。

上記加工時間の短縮効果は、ピット６の、レーザを照射した方向と直交する方向のピット長さを砥粒の直径の５倍以下にしたところ、ほとんど見られなかった。また、ピット６のレーザを照射した方向と直交する方向のピット長さを砥粒の直径の２０倍以上にした場合も同様に効果が見られなかった。すなわち、ピット６のレーザを照射した方向と直交する方向のピット長さを砥粒直径の５倍より大きく、かつ２０倍未満とすることで、上記効果を得られることを発明者らは見出している。

なお、本実施の形態において、ピット６のレーザを照射した方向におけるピット長さを１５０μｍとしている。ピット６のレーザを照射した方向におけるピット長さをソーワイヤ２の線径に対して８０％より小さくした場合おいては反りの修正が十分に行えないという問題が発生した。また、ピット６のレーザを照射した方向におけるピット長さをソーワイヤ２の線径に対して１２０％より大きくした場合は、加工後に除去できなかったピット６が反り量よりも大きくなることから、本発明の効果である反り減少の効果を打ち消してしまう問題が発生した。すなわち、ピット６のレーザを照射した方向におけるピット長さをソーワイヤ２の線径の８０％以上かつ１２０％以下にすることで、上記効果を得られることを発明者は見出している。なお、砥粒を含めたソーワイヤ２の直径は１３０μｍである。

なお、本実施の形態においてはピット６を加工する最小間隔を２．５ｍｍとしている。これは、ソーワイヤ２の捲回半径が１０ｍｍであり、その１／５倍未満より狭い間隔では図２のダイヤモンド砥粒９を保持しているメッキ層８が剥離してしまう問題が発生したためである。また、捲回半径の１／２倍を上回る間隔でピット６を加工した場合は反りの修正が十分に行えないという問題が発生したことから、ピット６の間隔は捲回半径の１／５以上かつ１／２倍以下が望ましい。

特に本実施の形態は、ソーワイヤを複数本使用できない厚みのインゴット（薄いインゴット）に切断加工を行う際に強い効果を発揮する。

本発明は、例えばインゴットを切断し半導体ウエハを得る製造方法に適用できる。

１・・・インゴット
２・・・ソーワイヤ
３・・・加工装置
４・・・レーザ装置
５・・・焦点位置
６・・・ピット
７・・・ピアノ線
８・・・メッキ層
９・・・ダイヤモンド砥粒
１１・・・Ｚ方向駆動ステージ
１２・・・Ｘ方向駆動ステージ
１３・・・Ｙ方向駆動ステージ
２０・・・ウエハ
２１・・・反り量

Claims

インゴット内にレーザにより複数のピットを形成し、
前記複数のピットに沿ってソーワイヤにより前記インゴットを切断してウエハ化するウエハ製造方法。
前記複数のピットは、曲面状に分布するように形成される請求項１のウエハ製造方法。
前記レーザによる前記複数のピットの形成と、前記ソーワイヤによるウエハ化とを交互に繰り返すことで、前記インゴットから複数のウエハを切り出す、請求項１のウエハ製造方法。
前記複数のピットは、予め求めた前記ソーワイヤの加工中のたわみを低減させるように曲面状に分布する請求項１のウエハ製造方法。
前記複数のピットは、レーザーアブレイションにより形成される、請求項１のウエハ製造装置。
前記ソーワイヤによるウエハ化の実行時に、前記複数のピット内で砥粒が泳動し遊離砥粒の効果が発揮される、請求項１のウエハ製造方法。
前記複数のピットは、前記インゴットの外周部における配置間隔が、中心部に比べて狭ピッチとなるように形成される、請求項１のウエハ製造方法。
請求項１〜７いずれかのウエハ製造方法を実施する装置。