JP3903934B2

JP3903934B2 - 硬脆性材料の切断方法

Info

Publication number: JP3903934B2
Application number: JP2003066182A
Authority: JP
Inventors: 亮中島
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2023-03-12
Also published as: JP2004001409A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ワイヤーソーによるシリコンインゴットなどの結晶構造を有する硬脆性材料の切断方法の改良に関し、結晶方位を測定した後に固定用治具に固着してスライスする際、インゴット長手方向のいずれの位置、特に端部側においてスライス加工されたウェーハの反り、ナノトポグラフィーおよび厚みのばらつきを低減した硬脆性材料の切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板材料であるウェーハを製造するのに、円柱状のシリコン単結晶インゴットより走行するワイヤーで同時に多数のウェーハにスライス切断するワイヤーソー切断装置が多用されている。
【０００３】
シリコン単結晶インゴット用のワイヤーソー切断装置の構成例を説明すると、図１に示すごとく、１本のシリコン単結晶インゴットより多数のウェーハに同時に切断するため、水平配置された３本の長尺ローラー１，２，３の外周にワイヤー４を一定間隔で平行に巻回配置して、一方のワイヤーボビン５から送り出されたワイヤー４が該ローラー１，２，３の外周を巻回走行後に他方のワイヤーボビン６へと巻き取られるように構成してある。
【０００４】
ここで、上側の２本のローラー２，３間に軸方向に一定間隔でワイヤー４が配列して同一方向に走行しているところへ、シリコン単結晶インゴット７を治具８に接着してこの治具８を図示しない別途の保持機構を介して機械的に保持した状態で降下させてワイヤー４へ押しつけて切断するものである。また、単結晶インゴット７は降下させるほか、上昇させながらワイヤーへ押しつけて切断する構成もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ワイヤーソーによるスライス方法は上述のごとく行われるが、シリコン単結晶インゴットのように結晶構造を有する硬脆性材料の場合は、スライス加工されたウェーハの結晶面を特定する必要から、治具８に固着された後、ワークたるインゴット７のワイヤソーに対する結晶方位を調整する必要があり、治具８を保持する保持機構に治具８ごとインゴット７を回転させる構成の方位調整機構を設けて、結晶方位の調整を行うことが行われている。
【０００６】
また、治具８の保持機構に方位調整機構を設けて前記調整を行うことで生産性が低下するため、先にインゴットの結晶方位を測定しておき、スライス時にインゴットが所要の特定方向となるように、材料の外周面の所要位置の長手方向に固定用治具８を固着することが行われている。（特開平１１−７７６６３号公報参照）
【０００７】
いずれの場合においても、前記シリコン単結晶インゴットの口径が大きくなるとにつれ、ワイヤーソーにてスライス加工すると、インゴット中央部におけるウェーハの反りは均一であるが、インゴット端部側からスライスされたウェーハにおいては反りが大きく悪化する傾向がある。
【０００８】
また、特開２００１−１８２１９号公報には、実施例として直径７６ｍｍ、厚み１０ｍｍのシリコンの両側面に接着剤で厚み２０ｍｍ、直径７６ｍｍのシリコン円盤を、そりを防止するための部材として貼り合わせ、この試料の中心軸と一次コイルの中心軸とを一致させ、かつ一次コイルと試料及び銅線が電気的に接触しないように試料を配置し、コンデンサーに２０ｋＶの電圧を印加して充電後、スイッチを閉じて、一次コイルにパルス磁場を発生させ、ワイヤーソーにて前記の厚み１０ｍｍのシリコンをスライス加工する方法が記載されている。
【０００９】
前記方法は、導電体によるパルス状磁場切断法において、被切断物の両面側に反りを防止する部材を貼り合わせるか、あるいは押しつけて切断するものであり、主に被切断物の座屈を防止することを目的としている。ところが、前記切断方法においては、長尺のインゴットより多数のウェーハをスライスする場合には、ウェーハのナノトポグラフィー及び厚みばらつきの低減はできない。
【００１０】
この発明は、シリコンインゴットなどの結晶構造を有する硬脆性材料のスライス方法において、特に長尺のインゴットのスライス位置が端部側であるとウェーハの反り、ナノトポグラフィーとともに厚みのばらつきが悪化する問題を解消できる硬脆性材料の切断方法の提供を目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者は、インゴット端部側からスライスされたウェーハの反りの減少を目的に、スライス加工時のインゴットの状況について詳細に検討した結果、インゴットの端面部に当て板を貼り付けるか押し当てて、当て板と共にワイヤーソーにて同時にスライス加工を行うことにより、当て板の部分に相当するウェーハに反り、ナノトポグラフィー及び厚みのばらつき悪化部分が現れることで、目的とする材料インゴットの端部におけるウェーハの反り、ナノトポグラフィー及び厚みのばらつきを低減できることができることを知見し、この発明を完成した。
【００１２】
すなわち、この発明は、
結晶構造を有する、軸方向に対して垂直に裁断された柱状硬脆性材料の長手方向及び周方向の結晶方位を測定する工程、
該材料の外周面の一長手方向に治具板を固着する工程、
該材料の結晶面の傾き角度を設定する工程、
該材料端面の一方又は両方に、柱状硬脆性材料と同径の円板又はリング状板あるいは孔あき円板からなる当て板を接着又は押圧する工程、
前記治具に固着して拘束した外周面を最上位に配置する工程、
該材料を下降させて前記治具に固着して拘束していない最下位の外周面からワイヤーソーを相対的に前記治具側に移動させて前記材料をスライスし、多数の円板状ウェーハを得るとともに前記当て板も同時にスライスする工程、
を有し、被切断材料端部に発生するウェーハの反り、ナノトポグラフィー及び厚みのばらつきを前記当て板の部分に相当するウェーハに出現させることを特徴とする硬脆性材料の切断方法である。
また、この発明は、上記工程を有する切断方法において、
当て板が、柱状硬脆性材料と同材質又はガラス、セラミック、カーボン、レジンのいずれかからなる構成、
押圧する手段が、円板又はリング状板あるいは孔あき円板を複数のピンで該端面へ押圧する構成、からなる硬脆性材料の切断方法を併せて提案する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
一般的な図１のワイヤーソー切断装置において、固定用の治具８の詳細を説明すると、図２に示すごとく治具８は、図示しない保持機構に支持されるワークプレート８ａとワークプレート８ａに装着されてインゴット７を接着固定するためのスライス台８ｂとから構成されている。
【００１４】
図３に示す治具８とインゴット７は、この発明のスライス方法に使用するもので、インゴット７の結晶方位をＸ線結晶方位測定装置を使用して測定し、結晶面の傾き角度などの治具８への装着位置を決定した後、スライス台８ｂに接着固定してからワークプレート８ａへ装着してある。
【００１５】
次に、インゴット７の両端部に同外径で所要厚みの当て板２０を接着固定し、また、インゴット７の結晶面の傾き角度を調整する。なお、当て板２０の接着は、インゴット７をスライス台８ｂに接着固定前に行うことも可能である。ここでは、結晶方位測定を行い、装着位置を設定してからスライス台８ｂに接着し、さらに切断装置に装着後も該方位の微調整を行っているが、結晶方位の測定と装着固定を同時に行ったり、装着固定を行った後に結晶方位の測定を行い、切断装置に装着後にその調整を行うなど、結晶方位を測定する工程と傾き角度を設定する工程は順序が逆になったり、同時又は繰り返し行われる場合がある。
【００１６】
治具８への装着を完了した前記インゴット７は、図１のワイヤーソー切断装置において、インゴット７が下降することで、非拘束側のインゴット７外周面からワイヤーソー４を前記治具８側に移動させることになり、多数の円板状ウェーハにスライスする。なお、治具８が固定されてワイヤーソー側が移動することでスライスすることも可能である。
【００１７】
この際にインゴット７の両端部に固着した当て板２０も同時にスライスする。このように当て板２０をスライスすることで、ウェーハの反りが悪化する傾向にあるインゴット７の両端部位置が、当て板２０に相当することとなり、実際のインゴット７両端部からスライスされるウェーハの反り、ナノトポグラフィー及び厚みのばらつきが極めて小さくなる。
【００１８】
前記当て板２０は、同時にスライスすることから、インゴット７と同材質かあるいは同様硬度を有する高脆性材料であることが望ましく、ガラス、セラミック、カーボン、硬質レジンなどを使用することができる。当て板の形状としては、円板状又はリング状板あるいは孔あき円板であることが、ウェーハの反り、ナノトポグラフィー及び厚みのばらつき低減のために望ましい。前記孔あき円板は、リング状板が中心部に１つの孔を設けた構成であるのに対して、２つあるいはそれ以上の孔を設けた構成をいう。また、当て板の外径は同時にスライスすることから同外径が望ましいが、少し大径又は小径の略同径であっても同様効果が得られる。
【００１９】
インゴット７の両端部に前記当て板２０を接着固定しておき、インゴット７のみをスライス加工する場合も同様に、インゴット７の両端部位置から切り出されるウェーハの反りを低減することが可能であるが、ナノトポグラフィー及び厚みのばらつきを低減することはできない。
【００２０】
前記当て板はインゴット７の端部に接着配置してこれを共にスライスすることで、スライス加工時のウェーハの反り、ナノトポグラフィー及び厚みのばらつきを低減するが、さらにこの当て板をインゴットの端部に接着することなく、当て板をインゴット側へ押圧して保持しながら共にスライスすることによっても、インゴットの両端部位置から切り出されるウェーハの反り、ナノトポグラフィー及び厚みのばらつきを低減することが可能である。
【００２１】
また、当て板の押圧には、例えば柱状又は細棒状の押圧ピンやローラーを複数個、インゴットの端部の同一円周上に配置し、これをインゴット側へ押圧することが可能である。
【００２２】
上記当て板をローラーなどでインゴット側へ押圧する機構としては、例えば、ワークプレート８ａに当て板等を保持するリンク機構などの機械機構を垂下配置してシリンダ等の動力を用いてインゴット側へ押圧することができる。また、保持機構や押圧機構を治具８全体又は治具８の保持機構に付設配置することもできる。
【００２３】
【実施例】
実施例１
ワイヤーソー切断装置の治具のワークプレートにスライス台を介して１２インチ外径のシリコンインゴットを接着配置した。接着されたインゴットの端面をワークプレートを基準として、Ｘ線結晶方位測定装置を使用しインゴット結晶面の傾き角度を測定した。
【００２４】
次に、当該インゴットの端部にインゴットと同径のガラスブロックを接着剤にて接着した。当該インゴットをワイヤーソー装置に取り付けた。また、前記Ｘ線結晶方位測定装置での測定データに基づき、インゴットの傾き角度補正を行った後、ワイヤーソーでのスライシング加工を実施した。
【００２５】
なお、前記ガラスブロックの厚みは、当て板として２０ｍｍ、５０ｍｍの２種を用意した。まず、いずれもスライシング加工後に洗浄作業を行い、ガラスウェーハを除いた後のシリコンウェーハの反り状態並びに厚みのばらつき及びポリッシング後のナノトポグラフィーを確認した。
【００２６】
２０ｍｍ厚みの当て板を用いた場合のウェーハの反り、ナノトポグラフィーと厚みのばらつきの測定結果を、インゴット長手方向の位置と反り、ナノトポグラフィー及び厚みのばらつきの大きさで調べたところ、それぞれ図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示すグラフを得た。スライス位置にかかわらず反り、ナノトポグラフィー及び厚みばらつきが少なく一定していることが明らかである。また、５０ｍｍの当て板を用いた場合も図４Ａと図４Ｂと同様傾向であることを確認した。
【００２７】
比較例１
実施例１と同一のワイヤーソー切断装置を用いて、１２インチ外径のシリコンインゴットをワークプレートにスライス台を介して接着配置し、結晶面の傾き角度を測定した後、当該インゴットをワイヤーソー装置に取り付け、インゴットの傾き角度補正を行った後、ワイヤーソーでのスライシング加工を実施した。スライシング加工後に洗浄作業を行い、シリコンウェーハの反り状態並びに厚みのばらつき及びポリッシング後のナノトポグラフィーを確認した。
【００２８】
ウェーハの反りと厚みのばらつきの測定結果は、それぞれ図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃのグラフに示すごとく、インゴットの両端部において反りナノトポグラフィーと厚みのばらつきが一層と多くなることが分かる。
【００２９】
実施例２
実施例１と同一のワイヤーソー切断装置を用いて、１２インチ外径のシリコンインゴットをワークプレートにスライス台を介して接着配置し、結晶面の傾き角度を測定した後、当該インゴットをワイヤーソー装置に取り付け、インゴットの傾き角度補正を行った後、実施例１の当て板を用いてインゴット両端に当接させ、複数のローラーを介して油圧シリンダで押圧しながら、スライシング加工を実施した。
【００３０】
スライシング加工後に洗浄作業を行い、シリコンウェーハの反り状態並びに厚みのばらつき及びポリッシング後のナノトポグラフィーを確認したところ、実施例１の図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃと同様にスライス位置にかかわらず反り、ナノトポグラフィー及びと厚みのばらつきが少なく一定していることを確認した。
【００３１】
【発明の効果】
この発明によると、実施例に明らかなごとく、シリコンインゴットの結晶方位を測定した後に固定用治具に固着してスライスする際、インゴット長手方向のいずれの位置、特に端部側においてスライス加工されたウェーハの反り、ナノトポグラフィー及び厚みのばらつきが著しく低減され、インゴットの位置にかかわらず反り、ナノトポグラフィー及び厚みばらつきが少なく一定したシリコンウェーハが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の製造方法に用いるワイヤーソー切断装置並びにスラリー供給系を示す概略斜視説明図である。
【図２】従来のスライス方法におけるシリコンインゴットとスライス用治具との関係を示す説明図である。
【図３】この発明によるスライス方法におけるシリコンインゴットとスライス用治具との関係を示す説明図である。
【図４】図４Ａは、この発明によるスライス方法で得られたシリコンウェーハのインゴットからの切り出し位置と反りの関係、図４Ｂは切り出し位置とナノトポグラフィーの関係、図４Ｃは切り出し位置と厚みのばらつきの関係を示すグラフである。
【図５】図５Ａは、従来のスライス方法で得られたシリコンウェーハのインゴットからの切り出し位置と反りの関係、図５Ｂは切り出し位置とナノトポグラフィーの関係、図５Ｃは切り出し位置と厚みのばらつきの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１，２，３長尺ローラー
４ワイヤー
５，６ワイヤーボビン
７単結晶インゴット
８治具
８ａワークプレート
８ｂスライス台
２０当て板

Claims

結晶構造を有する、軸方向に対して垂直に裁断された柱状硬脆性材料の長手方向及び周方向の結晶方位を測定する工程、該材料の軸方向の外周面に治具板を固着する工程、該材料の結晶面の傾き角度を設定する工程、該材料端面の一方又は両方に、柱状硬脆性材料と同径の円板又はリング状板あるいは孔あき円板からなる当て板を接着又は押圧する工程、前記治具に固着して拘束した外周面を最上位に配置する工程、該材料を下降させて前記治具に固着して拘束していない最下位の外周面からワイヤーソーを相対的に前記治具側に移動させて前記材料をスライスし、多数の円板状ウェーハを得るとともに前記当て板も同時にスライスする工程を有し、被切断材料端部に発生するウェーハの反り、ナノトポグラフィー及び厚みのばらつきを前記当て板の部分に相当するウェーハに出現させることを特徴とする硬脆性材料の切断方法。
当て板が、柱状硬脆性材料と同材質又はガラス、セラミック、カーボン、レジンのいずれかからなる請求項１に記載の硬脆性材料の切断方法。
押圧する手段が、円板又はリング状板あるいは孔あき円板を複数のピンで該端面へ押圧する請求項１に記載の硬脆性材料の切断方法。