JP4307915B2 - Processing method and equipment using cleaving of samples - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶のサンプルの加工方法と装置に関し、特に、スライシング、又は、ダイシング等に適用して好適な方法と装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
単結晶Siは、よく知られているように、チョクラルスキー法(CZ法)等で作製される。この製法によれば、断面の径が200mmφ以上、長さが1m以上の棒状の単結晶Siのインゴット(単結晶Siのインゴットを「シリコンインゴット」という)が作製される。このCZ法では、よく知られているように、石英るつぼ内で溶融された多結晶シリコンを、単結晶成長に適した温度に調整し、単結晶の種結晶を融液に浸す。このとき転位が生じるが、無転位成長のためのネッキングを行って無転位化し、種結晶の引き上げ速度と融液温度を制御しながら除々に直径を大きくしてゆき、肩部が形成され、所望の直径まで形成されると、一定直径の直胴部を形成し、除々に直径を小さくしながら、逆円錐状の尾部を形成して、引き上げを完了する。
【0003】
スライス工程では、硬脆性のシリコンインゴットを、スライシングマシンで切断し、薄板のウェーハを作製している。あるいは回転薄刃ブレード(例えばブレードは10〜数十μmの厚さ)として、内周刃ブレードによる内周刃切断、外周刃ブレードによる外周刃切断が行われる。そして、ウェーハを、粗面研磨(ラッピング)、鏡面研磨(ポリシング)する。なお、一例として、太陽電池等の製造では、ウェーハの表面に、マスクを設け、不純物の注入等により不純物拡散層を作製し、PN接合を作り、金属膜を堆積し、電極配線にパターン形成することで太陽電池としている。
【0004】
なお、半導体ウェーハの母材である略円柱状のシリコンインゴットにおいて、円柱の高さ方向をz軸、z軸に垂直な面を規定する2軸をx、y軸とした場合、z軸に垂直な面に単結晶の格子面(001)面が一致するように単結晶を作製し、また円柱側面において(100)面の切り出し(カット)が行われる。単結晶シリコンからなる半導体ウェーハの表面は(001)面となる(通常(001)面で使うことが多い)。この場合、シリコンインゴット10はz軸に垂直な方向に多数輪切りにして、略円板状のウェーハが作製され、(100)面を切り出し、切り出された面は、オリエンテーションフラットとも呼ばれる。
【0005】
シリコンインゴットをウェーハに切断する場合には、図8に示すように、ワイヤーソー11等で切断するため、切り代と厚さがある程度必要である。このため、ワイヤーソーの刃を薄くし(幅0.2mm〜1.0mm)、切り代を短くしている。また高速で切断するため、薄板にはある程度の厚さ(0.3mm〜1.0mm)が必要である。ワイヤーソー11は往復運動ではなく一方向運動とされる。なお、図8では、簡単のため、ワイヤーソー11を例に説明したが、単結晶のインゴットから薄板を切断する切断機としては、内周刃式切断機、外周刃式切断機、インゴット回転式切断機、横型、縦型等の切断機の各種形式が用いられる。
【0006】
例えば1mの長さのシリコンインゴットから、500枚(切り代=1.0mm、厚さ=1.0mmとして)乃至2000枚(切り代=0.2mm、厚さ=0.3mmとして)のシリコンウェーハが切断される。このウェーハの切断には、長時間を要する。例えば、300枚程度のウェーハの切断に、例えば8時間程度が必要とされる。
【0007】
なお、半導体技術において、荷電粒子線を用いた加工工程において、チャージアップによる位置ずれ等を防止する技術は、従来より各種知られてる(例えば特許文献1、2等)。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−57151号公報(第1頁)
【特許文献2】
特開平11−154479号公報(第1図)
【非特許文献1】
M. Neuberger and S. J. Welles, Silicon Data Sheet DS-162. 17 (Oct. 1969)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、1mの長さのシリコンインゴットから、例えば2500枚程度のウェーハを切り出すことができるものとすると、現状の多結晶シリコンと同等のコストで太陽電池が作製されることになり、単結晶を利用した太陽電池の一般用途での利用も近い。太陽電池は、光の吸収が必要であり、加工にある程度の強度が必要であるため、厚さの制約が設けられている。これらの条件を総合すると、ウェーハの厚さとして0.1mm以上あれば良いことが知られている。
【0010】
したがって、1mの長さのシリコンインゴットからは、原理的に、10,000枚のウェーハを取り出すことができる。
【0011】
したがって、本発明の目的は、単結晶のインゴットを高精度に且つウェーハ作製に要する時間を特段に短縮する方法と装置を提供することにある。
【0012】
本発明の他の目的は、純度が高く、表面精度が高いウェーハを得ることを可能とする方法と装置を提供することにある。
【0013】
本発明のさらに他の目的は、被加工物を加工精度を高く複数のダイ等に分割することを可能とする方法と装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明の1つのアスペクト(側面)に係る方法は、
(a)単結晶のサンプル側面を、前記サンプルの劈開面に対して所定角をなす方向に切り出して平面を作成するステップと、
(b)前記切り出した平面を表面処理するステップと、
(c)前記平面に対して、前記サンプルの劈開面に平行な方向に沿って加工用のビームを照射し、前記ビームの照射位置に沿って前記サンプルに劈開を生じさせ、劈開面を切断面とする薄板に切断するステップと、を含む。
【0015】
本発明の他のアスペクト(側面)に係る方法は、
(a)インゴット側面を、前記インゴットの劈開面に対して垂直方向に切り出して平面を作成するステップと、
(b)前記平面を表面処理するステップと、
(c)前記平面に対して、切断方向に平行な方向に沿って加工用のビームを照射して打ち込み、前記ビームの照射位置に沿って前記インゴットに劈開を生じさせ、劈開面を切断面とするウェーハに切断するステップと、を含み、スライシング工程に適用して好適とされる。
【0016】
本発明において、好ましくは、前記ステップ(b)において、前記平面を鏡面加工する。本発明において、好ましくは、前記ステップ(c)において、前記単結晶のインゴットの前記平面上での前記加工用のビームの照射位置が、前記インゴットの切断線を所定の範囲で往復するように、前記加工用のビームを振らせるようにしてもよい。
【0017】
前記課題の少なくとも1つを解決する本発明の他のアスペクト(側面)に係る方法は、被加工対象物である単結晶のサンプルに加工用のビームを照射し、前記サンプルに衝撃を与えることで、前記サンプルに劈開を生じさせ、前記サンプルの劈開面を切断面として前記サンプルを分割する、ことを特徴としたものであり、ウェーハを複数のダイに分割する工程等に適用して好適とされる。
【0018】
本発明は、好ましくは、前記ビームが電子ビーム、あるいは、電子ビームとイオンビーム、あるいは、レーザビームよりなる。
【0019】
本発明のさらに別のアスペクトに係る装置は、単結晶のサンプルの表面に、加工用のビームを照射するビーム源を備え、前記サンプルの切断箇所に対して、前記ビーム源からの前記加工用のビームが、所定の範囲で直線状に掃引させて照射され、前記ビーム源において、前記加工用ビームの供給を制御することで、前記サンプルの表面に衝撃を与えて、劈開を生じさせる。本発明に係る装置において、好ましくは、前記加工用ビームの立ち上がりが急激に行われるように制御する。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明の構成の概要、原理、実施例について以下に説明する。
【0021】
本発明に係る方法は以下のステップよりなる。
【0022】
ステップ1:単結晶のインゴットの直胴部(側面)の表面に、インゴットの劈開面に対して垂直方向に切り出して平面を作成する。
【0023】
ステップ2:平面をポリシング装置で鏡面研磨する。
【0024】
ステップ3:鏡面加工された平面に対して、切断方向に沿って、加工用のビーム(電子ビーム)を打ち込み、該ビームの照射位置に沿ってインゴットに劈開を生じさせ、劈開面を切断面とするウェーハに切断する。
【0025】
ステップ3において、平面上での加工用のビームの照射位置が、前記インゴットの切断線を所定の範囲で往復するように、前記加工用のビームを振らせる。
【0026】
このように、本発明は、ビームにより衝撃を与えて、劈開を生じさせ、劈開面を切断面とする略円板状薄板のウェーハに切断する。
【0027】
本発明をウェーハを複数のダイに分割するダイシング工程に適用した場合、単結晶のウェーハに加工用のビームを照射し、該ウェーハに衝撃を与えることで、該ウェーハに劈開を生じさせ、該ウェーハの劈開面を切断面としてサンプルを分割する。なお、本発明は、半導体製造工程におけるダイシング工程以外にも、単結晶サンプルの任意の分割工程に適用可能である。かかる本発明は、単結晶のシリコン(Si)、ガリウム砒素(GaAs)、炭化珪素(SiC)、ダイヤモンド、サファイアのダイシング等に適用して好適とされる。
【0028】
[発明の原理]
本発明に係る単結晶インゴットの切断は、その原理として、劈開を利用している。単結晶の劈開とは、ある結晶軸方向に衝撃をあたえると、結晶軸方向に瞬時に割れる現象をいう。そして、劈開面は、平坦で不純物の少ない面となり、通常、この面で数々の半導体の実験が行われる。例えば単結晶の劈開面は、表面原子が稠密に配置されている場合、表面粗さの凹凸は原子の大きさの1、2層分といった微小高さとされる。以下に、切断の手順を説明する。
【0029】
劈開による結晶軸方向の割れを利用してウェーハのスライスを行う場合、ビームが結晶軸方向に一様に打ち込まれている必要がある(単結晶インゴット内での荷電粒子(電子又はイオン)の飛程距離が一様)。表面が荒れていると、うまく劈開が生じないことがある。そこで、劈開面に対して直交する方向に延在されるインゴット側面に平面を切り出し、該平面をポリシング装置で平坦化(鏡面仕上げ)し、例えば電子ビームを振らせて衝撃を与えることで、格子欠陥を生じ、劈開を生じさせる。以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【0030】
【実施例】
図1は、本発明の一実施例の構成を模式的に示す図である。本発明の一実施例の装置は、電子ビーム源20を備え、電子ビーム21が、シリコンインゴット10の表面(平坦面)12で集光するように設定される。シリコンインゴット10の表面(平坦面)12は、シリコンインゴット10の円筒外周側面を、シリコンインゴット10の劈開面([110]又は[111]面)に垂直な方向に、切断装置又は研削装置等で研削することで、切り出し、切り出された面をポリシング装置で一次研磨し、一次研磨後、ヘイズを除去し完全な鏡面に仕上げる仕上研磨を行い、鏡面加工される。
【0031】
シリコンインゴット10において、電子ビーム21を照射する箇所に開口を有するマスク(図示されない)で覆うようにしてもよい。
【0032】
半導体ウェーハの母材である略円柱状のシリコンインゴット10において、劈開面は、[110]又は[111]面とされている。
【0033】
シリコンインゴット10を固定し、電子ビーム源20は、シリコンインゴット10の平坦面12に対して、電子ビーム21を、劈開を生じさせるに十分な所定の範囲で直線上を往復させる。電子ビーム21によりインゴット10に、所定の幅(図1のビームトレース)で衝撃を加え、格子欠陥を作ると同時に、その部分の温度が上昇し、熱膨張によって熱応力が発生するので、劈開を容易に生じさせることができる。これにより、ウエーハのスライシングを行う。
【0034】
電子ビームの照射により、電子はインゴット(固体)の表層原子との弾性衝突によって外部に反射されたり、固体構成原子と非弾性衝突を繰り返し、エネルギーを失いながら、固体内へ侵入していき、この際、熱の発生、固体原子の励起、イオン化、二次電子、X線の発生が起こる。電子ビームの照射により、インゴット表面は部分的に高温となり、結晶格子が転位などにより、歪むためにできる格子欠陥が生じる。電子ビームを用いる場合、電子を放出するフィラメント(陰極)が用いられ、さらに、制御電極(グリッド)、陽極、集束レンズ、偏向コイルを備えた電子ビーム装置が用いられる。なお、シリコンインゴット10において、電子ビームを照射する箇所に開口を有するマスク(図示されない)で覆うようにしてもよい。あるいは、格子欠陥を作るための加工用ビームとしては、良好なビーム指向性を有する中性ビームを用いてもよい。
【0035】
本実施形態では、シリコンインゴット10の劈開面に沿って、電子ビーム源20からの大電流の電子ビーム21の照射スポットを往復させ、劈開を生じさせるものであり、往復振動の周期(掃引周期)は、ビーム照射位置の移動速さが、例えば、音速を超えるものとされる。電子ビーム21は、当該周波数で掃引される。CRTの場合、電子ビームでは50MHz以上の周波数で掃引され、シリコン中での音速(9km/s)をゆうに越えている。ただし、円柱レンズなどを利用して焦点形状が線状になる場合には、特に掃引が必要でない場合もある。これは、焦点が点状となるビームの場合、掃引が結晶軸に沿って行われるが、焦点形状が線状の場合、ビームを掃引せずとも、同様の作用・効果を奏し得る場合があるためである。
【0036】
シリコンインゴット10の劈開は、瞬時に行われる。このため、本実施例によれば、極めて短時間で、ウェーハ切断処理が完了する。
【0037】
切断されたウェーハ(アズカットウェーハ)は、面取り、ラッピング、熱処理、ポリシング等の一連の工程を経て、目的とするデバイス(例えば太陽電池、集積回路等)の製造工程に供せられる。例えばウェーハ上に公知の製造プロセスによって製品デバイス(例えば太陽電池、集積回路等)が作製される。太陽電池の製造方法としては、例えばp型単結晶Siウェーハ上に、気相拡散法、塗布拡散法あるいはイオン注入によりn+不純物層を形成してPN接合を形成し、透明の導電部材を用いて表面電極を形成し、さらに裏面電極を形成する工程が含まれる。太陽電池表面での光の反射による効率低下を防ぐ構造として、太陽電池表面に微小な(例えば1〜2μm)ピラミッド形状の凹凸を形成し、多重反射によって表面反射を減少させる構成(CNR太陽電池(Comsat Non Reflective Solar Cell))としてもよいことは勿論である。
【0038】
上記実施例では、単結晶Siインゴットを例に説明したが、例えば、単結晶GaAs等のIII−V族化合物半導体材料を用いても良い。
【0039】
インゴットの薄板への切断に、劈開を利用した上記実施例によれば、下記の作用効果を有する。
【0040】
この実施例においては、ソーを利用していないため、ソーの刃の厚さによる切り代が不要となる。このため、より多くのウェーハを得ることができる。また、薄いウェーハを得ることができる。この実施例によれば、1mの長さのシリコンインゴットからは、原理的に、数千枚程度、さらにその数倍の枚数のウェーハを取り出すことができる。
【0041】
この実施例においては、ウェーハの切断面に、ソーの材料が混入しないため、純度が高く、表面精度が高い。
【0042】
そして、劈開は、瞬時に生じるため、切断作業時間を短縮することができる。このため製造コストの低減を可能としている。
【0043】
劈開面は、表面の原子が揃っており、この実施例によれば、太陽電池への加工が容易化する。すなわち、劈開を利用してインゴットから切断されたウェーハは、ブレード等で、切断されたものと比較しての表面粗さ等の特性が良好とされる。鏡面加工等の処理を容易化し、製造コストのさらなる低減を可能としている。
【0044】
このように、この実施例によれば、太陽電池等のデバイスをシリコン単結晶、GaAs単結晶で作る上での重要な技術的な課題を解決している。上記した実施例で切断されたウェーハは、太陽電池以外の任意の半導体デバイスの製造に用いられることは勿論である。
【0045】
図2は、本発明の第2の実施形態を説明するための図である。シリコンインゴットに劈開を生じさせる外力は、好ましくは、衝撃的に且つ急に加えられる。すなわち、電子ビーム21の時間的な立ち上がり時間を極めて短くすることが好ましい。電子ビーム源20において、高電圧を、急激に印加することは、必ずしも容易でない場合もある。そこで、本実施例では、電子ビーム21を予めコレクタプレート22に当てておき、該電子ビーム21の偏向(向かう位置)を切り替えることで、シリコンインゴット10に外力を加える。この場合、電子ビーム21を変調して、トレースする方向と同じ方向に、コレクタプレート22を設けるとよい。なお、図2において、単結晶シリコンインゴット10はウエーハの切断が行われるたびに、電子ビーム21の照射位置に移動させる。あるいは、電子ビーム源20を移動して、電子ビーム21の照射位置を次の切断位置に移動させる。図2では、電子ビーム源20を移動する場合、コレクタプレート22の形状は、インゴット10の長手方向に沿って配設されている。図2において、劈開面を、結晶面の[110]か[111]面としている。
【0046】
劈開で切断される被加工材としては、単結晶シリコンのほかに、GaAs、SiC等であってもよい。
【0047】
電子ビームの照射により、単結晶中に格子欠陥(転移)が生じ、電子ビームのエネルギーによって熱膨張が生じ、内部応力に温度変化が生じ(熱応力)、これによって、劈開が生じるものと思料される。
【0048】
このため、電子ビームの照射による劈開の前にシリコンインゴットを予め冷却しておくことで、室温状態の場合よりも、より大きな熱膨張による熱応力が発生し、良好な劈開が得られる。シリコンインゴットは、例えば液体窒素によって冷却される。
【0049】
次に電子ビームの単結晶シリコン中での飛程は、加速エネルギー60Kevで22μm程度であり、加速エネルギー150Kevで200μm程度とされる。電圧を一定とし電流値を上げると、単結晶シリコンインゴットへ注入される電子のエネルギーが増大するが、単結晶シリコンの融点以上に温度が上昇すると、単結晶シリコンが溶けてしまい、熱応力は発生しない。
【0050】
電子ビーム源では、ある加速電圧に対して、単結晶シリコンで最大の熱応力を発生する電流で電子ビームを照射することが好ましい。
【0051】
加工用ビームをパルス状の発振させる構成としてもよい。
【0052】
荷電粒子ビームの集束は、ビーム電圧と荷電粒子の電荷のクーロン反発力で決定される。ビーム径(スポット)を小さくするには、高電圧が用いられる。
【0053】
クーロン反発力を低減するには、電子ビーム(負電荷の電子)とイオンビーム(正電荷のイオン)を同時に照射する方法が用いられる。ビーム中の電荷密度が低減され、ビーム集束性が改善し、電子ビームのみの照射の場合と比べて、スポット径を小さくすることができる。
【0054】
以下、電子ビーム源20の実施例について説明する。まず、一般の電子ビーム源について概説しておく。電極のカソード(図5の201)から電子が電極に印加された電圧で加速され真空中に飛び出し、集束コイル(図5の204)でビームが焦点を持つように絞られ、偏向コイル(図5の205)で必要な位置に電子ビームを導くように制御される。溶接機の主な仕様は、加速電圧: 60Kv、ビーム流:0.1A、ビーム径:0.1〜0.3mm、偏向コイル周波数: 5kHz以下とされ、溶接以外には、焼き入れ、真空封じなどに利用されている。
【0055】
よく知られているように、テレビジョン受信機等のCRT(陰極線管)は、溶接機とフィラメント、電極、グリッド、電極等はほぼ同じ構成であり、電子レンズ系も同じであるが、CRTの方が焦点の大きさは小さく(50μm程度)、加速電圧は低い(20KV程度)。電子レンズ系よりはCRTの方が精密である。真空度はCRTの方が高い。これは、電圧が低いこととビームスポットを小さくをするためである。水平偏向ヨークと垂直偏向ヨークは、水平偏向回路及び垂直偏向回路から水平周波数、垂直周波数にそれぞれ同期した鋸波で掃引されている。CRTの電流値は0.1mAのオーダーである。
【0056】
また、電子顕微鏡のスポット径は小さく電子ビームの加速電圧は400kV程度とされ、高真空とされ、対象物を破壊しないため、及び、ビームスポット径を小さくするために、電流値は極めて低い。電子顕微鏡では電子ビームを加速するために大きな電力は必要としない。一方、溶接機は金属などを溶かす必要があるため電子顕微鏡やCRTより電力が必要であり、そのため電流が大きくなる。即ち、こられの消費電力は、
電子顕微鏡 < CRT < 溶接機
となる。
【0057】
次に、本実施例における劈開用電子ビームの電子銃と電極の構造について以下に説明する。単結晶シリコンインゴットの劈開を行うための電子ビーム装置は、以上で述べてきた溶接、CRT、電子顕微鏡とは相違している。すなわち、半導体結晶に刃を当てて衝撃を与えることによって劈開が生じることに対応するように、電子ビームを急激に立ち上げる必要がある。一方、溶接機、CRT、電子顕微鏡も、電極は電子ビームを必要な電圧まで加速するために用いられるだけである。高電圧で大電力を瞬時に立ち上げる電源は、高価であるか、製作が困難である。そこで、本実施例では、図3に示すように、陽極を、2つの電極104、105と2つに分ける。そして、第2の加速電源107は、直流電圧電源とし、第1の加速電源106の電圧を制御することによって、電子ビーム105の立ち上げ時間を制御する。
【0058】
図4は、図3の劈開用電子ビーム加速電源の電圧波形の一例を示す図である。図4に示すように、第2の加速電源(加速電源2)は直流電源とする。電子ビームのオン、オフを制御する第1の加速電源(加速電源1)は、電子ビームがオフの時は、フィラメント付近の電場をゼロにするために、第2の加速電源とは逆電圧を印加しておく。そして、電子ビームを引き出す時には、第1の加速電源の出力電圧を短い立ち上がり時間で、正電圧とし、フィラメント部分の電場を電子ビームが取り出せる方向にする。
【0059】
サンプルの劈開を行うためには、瞬時に応力をかける必要がある。瞬時とは、例えば音波が伝わる時間でよい。これは、従来の劈開が、ナイフエッジ等をサンプルの劈開軸に沿ってたたく等の方法で、機械的にサンプルに衝撃を与えることで行われている。衝撃であるための条件として、衝撃波であることが必要とされる。衝撃波は、音速を超えて伝わるため、音速が一つの基準を与える。また、サンプルを割る方向に力をかける必要がある。これは、通常の機械的な劈開では、ナイフエッジ等の利用に対応している。本発明では、ビームの照射によりエネルギーが注入され、サンプルの温度が上昇し、熱膨張することが、サンプルを割る方向に力が働くメカニズムを利用している。このため、機械的な劈開よりも、高精度な劈開を可能としている。
【0060】
劈開を生じさせるサンプルの寸法にもよるが、この立ち上がり時間(rise
time)はオーダーとしてμs(マイクロ秒)程度と計算される。
【0061】
図3の第1の加速電源106の出力電圧の立ち上がり時間を、μ秒とすることは、2kV程度であれば、公知の回路で、容易に実現できる。
【0062】
次に、本発明のさらに別の実施例について説明する。前記実施例では、インゴットからのウエーハの切断に劈開を用いたが、本実施例は、電子ビームによる単結晶材料を劈開を用いて、ウェーハを複数のダイに分割するものである。
【0063】
図5は、本実施例を説明するための図である。すなわち、シリコン、ガリウムヒ素、炭化珪素(SiC)、ダイヤモンド、サファイアなどの単結晶をサンプル206として、電子ビームを照射して割る。電子ビームを高速で走査(掃引)する。
【0064】
サンプル206は、単結晶で極めて純度の高い材料は絶縁物となるので、電子ビームの照射によってサンプル206が帯電し、電子ビームの位置がずれる。実験では、最初に金属板の上に照準をきめた位置よりも1ミリ程度(条件にもよる)ずれる。また、帯電の結果、ビームが直線上を走らないこともある。
【0065】
そこで、図6に示すように、シリコン、ガリウムヒ素、シリコンカーバイト(SiC)、サファイアなどの単結晶サンプル301の表面の電子ビーム303が当たる側に導電性部材304を薄く塗布するか、貼り付けるか、あるいはメッキ処理し、導電性部材304表面をアース電位のサンプル台302と、ワイヤ接続等で電気的コンタクト305をとり接地する。サンプル301表面の電荷を放電する。
【0066】
あるいは、図7に示すように、サンプル301の表面近傍に、導電性のマスク306を置き、マスク306をサンプル台302と電気的コンタクト305をとる。電子ビーム303はマスク窓307を通り、サンプル301の表面に当たるようにする。この実施例は、表面に塗った導電性部材が、サンプルに混入しない。
【0067】
なお、加工用ビームとしてレーザを用いてもよい。
【0068】
図1の実施例では、電子ビーム21を加工表面上で直線状に走査(掃引)している。集束制御のレンズ系に、例えば円柱レンズを用いることで、焦点の形状が線状とすることができる。この場合、ビームの掃引は必要とされない。線(ビームの焦点)が、結晶軸方向に沿っている。例えば厚さ2mmのシリコン単結晶において、1.1-6.5μmの波長の光の吸収が常温で55%であるため、より深くシリコン単結晶中に入り込む。このため、電子ビームを引き出す電圧(500keV相当)を上げて、エネルギーが高くなったことと同等な効果がある。また、この波長領域は、各種パルスレーザが適用可能であるため、装置の設計自由度を拡大している(非特許文献1)。
【0069】
以上本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ限定されるものでなく、本発明の原理に準する範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子ビーム照射による劈開を利用してスライシングを行うため、切り代が不要もしくは小さくてすみ、より多くの薄板を得ることができる、という効果を奏する。
【0071】
また、本発明によれば、薄いウェーハを得ることができるという効果を奏する。
【0072】
さらに本発明によれば、ウェーハの切断面に、ソーの材料が混入しないので、極めて純度が高く、表面精度が高いウェーハを提供することができる。
【0073】
本発明によれば、劈開は瞬時に生じるため、スライシング、あるいは、ダイシング時間を短縮することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【0074】
本発明によれば、劈開面は、表面の原子が揃っており、デバイスの加工工程を容易化している。そして、本発明によれば、半導体デバイスの製造コストの低減を図ることができる。
【0075】
さらに本発明によれば、電子ビームの立ち上がり時間を短縮化しており、電子ビームによる劈開を容易化している。
【0076】
さらに本発明によれば、サンプルへの帯電防止を行うことで、荷電粒子ビームによる加工精度を向上させている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図2】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図3】本発明の一実施例の電子ビーム源の構成を説明するための図である。
【図4】図3の電子ビーム源の加速電源の電圧波形の一例を説明するための図である。
【図5】本発明の他の実施例を説明するための図である。
【図6】本発明の他の実施例を説明するための図である。
【図7】本発明の他の実施例を説明するための図である。
【図8】従来のウエーハの切断を説明するための図である。
【符号の説明】
10 シリコンインゴット
12 平坦面(切出面)
20 イオン源
21 電子ビーム
22 コレクタプレート
101 フィラメント電源
102 フィラメント
103 電子ビーム
104 第1の陽極(陽極1)
105 第2の陽極(陽極2)
106 第1の加速電源(加速電源1)
107 第2の加速電源(加速電源2)
201 陰極
202 陽極
203 電子ビーム
204 集束コイル
205 偏向コイル
206 サンプル
301 サンプル(絶縁性サンプル)
302 サンプル台
303 電子ビーム
304 導電性部材
305 電気的コンタクト(接続)
306 マスク
307 マスク窓[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a single crystal sample processing method and apparatus, and more particularly to a method and apparatus suitable for application to slicing or dicing.
[0002]
[Prior art]
As is well known, single crystal Si is produced by the Czochralski method (CZ method) or the like. According to this manufacturing method, a rod-shaped single crystal Si ingot having a cross-sectional diameter of 200 mmφ or more and a length of 1 m or more (a single crystal Si ingot is referred to as a “silicon ingot”) is produced. In this CZ method, as is well known, polycrystalline silicon melted in a quartz crucible is adjusted to a temperature suitable for single crystal growth, and a single crystal seed crystal is immersed in the melt. Dislocation occurs at this time, but it is made dislocation-free by necking for dislocation-free growth, gradually increasing the diameter while controlling the pulling rate of the seed crystal and the melt temperature, and a shoulder is formed, which is desired. When the diameter is formed, a straight body portion having a constant diameter is formed, and an inverse conical tail portion is formed while gradually reducing the diameter, thereby completing the lifting.
[0003]
In the slicing process, a hard and brittle silicon ingot is cut with a slicing machine to produce a thin wafer. Alternatively, as the rotating thin blade (for example, the blade has a thickness of 10 to several tens of μm), the inner peripheral blade is cut by the inner peripheral blade and the outer peripheral blade is cut by the outer peripheral blade. The wafer is then subjected to rough surface polishing (lapping) and mirror polishing (polishing). As an example, in the manufacture of solar cells and the like, a mask is provided on the surface of the wafer, an impurity diffusion layer is formed by impurity implantation, a PN junction is formed, a metal film is deposited, and a pattern is formed on the electrode wiring. That is a solar cell.
[0004]
In a substantially cylindrical silicon ingot that is a base material of a semiconductor wafer, when the height direction of the cylinder is the z axis and the two axes that define the plane perpendicular to the z axis are the x and y axes, the vertical direction is the z axis. A single crystal is produced so that the lattice plane (001) plane of the single crystal coincides with the flat surface, and the (100) plane is cut (cut) on the cylindrical side surface. The surface of a semiconductor wafer made of single crystal silicon is a (001) plane (usually used in the (001) plane in many cases). In this case, a number of
[0005]
When the silicon ingot is cut into a wafer, as shown in FIG. 8, it is cut with a
[0006]
For example, from a silicon ingot having a length of 1 m, silicon wafers of 500 pieces (with cutting margin = 1.0 mm and thickness = 1.0 mm) to 2,000 pieces (with cutting margin = 0.2 mm and thickness = 0.3 mm) Is disconnected. It takes a long time to cut the wafer. For example, it takes about 8 hours to cut about 300 wafers.
[0007]
In the semiconductor technology, various techniques for preventing misalignment due to charge-up in a processing process using a charged particle beam are conventionally known (for example, Patent Documents 1 and 2).
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-57151 A (first page)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-154479 (FIG. 1)
[Non-Patent Document 1]
M. Neuberger and SJ Welles, Silicon Data Sheet DS-162. 17 (Oct. 1969)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
If, for example, about 2500 wafers can be cut from a 1 m long silicon ingot, a solar cell will be produced at the same cost as the current polycrystalline silicon, and a single crystal is used. The use of the solar cell for general purposes is also close. A solar cell needs to absorb light and needs a certain degree of strength for processing, and thus has a thickness limitation. Summing up these conditions, it is known that the thickness of the wafer should be 0.1 mm or more.
[0010]
Therefore, in principle, 10,000 wafers can be taken out from a 1 m long silicon ingot.
[0011]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method and an apparatus that can particularly reduce the time required for wafer fabrication with high accuracy for a single crystal ingot.
[0012]
Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of obtaining a wafer having high purity and high surface accuracy.
[0013]
Still another object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of dividing a workpiece into a plurality of dies with high machining accuracy.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
A method according to one aspect of the present invention for achieving the above object is as follows:
(A) cutting a single crystal sample side surface in a direction forming a predetermined angle with respect to the cleaved surface of the sample to create a plane;
(B) surface-treating the cut plane;
(C) irradiating the plane with a processing beam along a direction parallel to the cleaved surface of the sample, causing the sample to cleave along the irradiation position of the beam, and cutting the cleaved surface into a cut surface Cutting into a thin plate.
[0015]
The method according to another aspect of the present invention is as follows:
(A) cutting a side surface of the ingot in a direction perpendicular to the cleavage plane of the ingot to create a plane;
(B) surface treating the plane;
(C) Irradiating and driving a beam for processing along a direction parallel to the cutting direction with respect to the plane, causing the ingot to cleave along the irradiation position of the beam, Cutting into a wafer to be performed, and is suitable for application to a slicing process.
[0016]
In the present invention, preferably, in the step (b), the plane is mirror-finished. In the present invention, preferably, in the step (c), the irradiation position of the processing beam on the plane of the single crystal ingot reciprocates within a predetermined range of the cutting line of the ingot. The processing beam may be swung.
[0017]
A method according to another aspect (side surface) of the present invention for solving at least one of the above problems is to irradiate a processing beam onto a single crystal sample which is an object to be processed, and to give an impact to the sample. The sample is cleaved, and the sample is divided using the cleaved surface of the sample as a cut surface, and is suitable for application to a process of dividing a wafer into a plurality of dies. The
[0018]
In the present invention, the beam is preferably an electron beam, or an electron beam and an ion beam, or a laser beam.
[0019]
An apparatus according to still another aspect of the present invention includes a beam source that irradiates a processing beam on a surface of a single crystal sample, and the processing source from the beam source is applied to a cut portion of the sample. The beam is irradiated while being swept linearly within a predetermined range, and the supply of the processing beam is controlled in the beam source, thereby impacting the surface of the sample and causing cleavage. In the apparatus according to the present invention, preferably, the processing beam is controlled so as to rise rapidly.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The outline, principle, and embodiment of the configuration of the present invention will be described below.
[0021]
The method according to the present invention comprises the following steps.
[0022]
Step 1: A plane is created by cutting the surface of the straight body (side surface) of a single crystal ingot in a direction perpendicular to the cleavage plane of the ingot.
[0023]
Step 2: The surface is mirror-polished with a polishing apparatus.
[0024]
Step 3: A processing beam (electron beam) is driven along the cutting direction with respect to the mirror-finished plane, and the ingot is cleaved along the irradiation position of the beam. Cut into wafers.
[0025]
In step 3, the beam for processing is swung so that the irradiation position of the beam for processing on the plane reciprocates within a predetermined range along the cutting line of the ingot.
[0026]
As described above, the present invention applies an impact with a beam to cause cleavage, and cuts into a substantially disk-shaped thin wafer having a cleavage plane as a cutting plane.
[0027]
When the present invention is applied to a dicing process in which a wafer is divided into a plurality of dies, the wafer is cleaved by irradiating a single crystal wafer with a processing beam and giving an impact to the wafer. The sample is divided using the cleaved surface of. In addition, this invention is applicable to the arbitrary division processes of a single-crystal sample besides the dicing process in a semiconductor manufacturing process. The present invention is suitably applied to single crystal silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), silicon carbide (SiC), diamond, sapphire dicing and the like.
[0028]
[Principle of the Invention]
The cutting of the single crystal ingot according to the present invention uses cleavage as its principle. Cleaving of a single crystal refers to a phenomenon that instantaneously breaks in the crystal axis direction when an impact is applied in a certain crystal axis direction. The cleaved surface is a flat and low-impurity surface, and many semiconductor experiments are usually performed on this surface. For example, when the surface atoms are densely arranged on the cleavage plane of the single crystal, the unevenness of the surface roughness is set to a minute height such as one or two layers of the size of the atoms. Hereinafter, the cutting procedure will be described.
[0029]
When slicing a wafer using cracks in the crystal axis direction due to cleavage, it is necessary that the beam be uniformly implanted in the crystal axis direction (the flying of charged particles (electrons or ions) in the single crystal ingot). The distance is uniform). If the surface is rough, cleavage may not occur well. Therefore, a plane is cut out on the side surface of the ingot extending in a direction orthogonal to the cleavage plane, the plane is flattened with a polishing device (mirror finish), and, for example, an electron beam is shaken to give an impact. Causes defects and cleaves. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0030]
【Example】
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an embodiment of the present invention. The apparatus according to an embodiment of the present invention includes an
[0031]
The
[0032]
In the substantially
[0033]
The
[0034]
Due to the electron beam irradiation, electrons are reflected to the outside by elastic collision with the surface atoms of the ingot (solid), or inelastic collision with the solid constituent atoms repeatedly, and penetrate into the solid while losing energy. In this case, heat generation, solid atom excitation, ionization, secondary electrons, and X-ray generation occur. Irradiation with an electron beam partially raises the temperature of the ingot surface, resulting in lattice defects that can be caused by distortion of the crystal lattice due to dislocations. When an electron beam is used, a filament (cathode) that emits electrons is used, and an electron beam apparatus including a control electrode (grid), an anode, a focusing lens, and a deflection coil is used. In addition, in the
[0035]
In this embodiment, the irradiation spot of the high-current electron beam 21 from the
[0036]
The cleavage of the
[0037]
The cut wafer (as-cut wafer) is subjected to a series of processes such as chamfering, lapping, heat treatment, polishing, etc., and used for manufacturing a target device (for example, a solar cell, an integrated circuit, etc.). For example, a product device (for example, a solar cell, an integrated circuit, etc.) is manufactured on a wafer by a known manufacturing process. As a method for manufacturing a solar cell, for example, a p-type single crystal Si wafer may be formed by vapor phase diffusion, coating diffusion, or ion implantation. + The process includes forming an impurity layer to form a PN junction, forming a front electrode using a transparent conductive member, and further forming a back electrode. As a structure for preventing efficiency reduction due to light reflection on the surface of the solar cell, a structure in which minute (for example, 1 to 2 μm) pyramidal irregularities are formed on the surface of the solar cell and surface reflection is reduced by multiple reflection (CNR solar cell ( Of course, it is also possible to use Comsat Non Reflective Solar Cell)).
[0038]
In the above embodiment, the single crystal Si ingot has been described as an example. For example, a III-V group compound semiconductor material such as single crystal GaAs may be used.
[0039]
According to the above embodiment using cleavage for cutting an ingot into a thin plate, the following effects are obtained.
[0040]
In this embodiment, since no saw is used, a cutting allowance based on the thickness of the saw blade is not required. For this reason, more wafers can be obtained. Moreover, a thin wafer can be obtained. According to this embodiment, from a silicon ingot having a length of 1 m, in principle, several thousand wafers and several times as many wafers can be taken out.
[0041]
In this embodiment, since the saw material is not mixed into the cut surface of the wafer, the purity is high and the surface accuracy is high.
[0042]
Since cleavage occurs instantaneously, the cutting work time can be shortened. For this reason, the manufacturing cost can be reduced.
[0043]
The cleaved surface has surface atoms aligned, and according to this embodiment, processing into a solar cell is facilitated. In other words, a wafer cut from an ingot using cleavage has good characteristics such as surface roughness compared to the one cut by a blade or the like. The processing such as mirror finishing is facilitated, and the manufacturing cost can be further reduced.
[0044]
As described above, according to this embodiment, an important technical problem in making a device such as a solar cell with a silicon single crystal or a GaAs single crystal is solved. It goes without saying that the wafer cut in the above-described embodiment is used for manufacturing any semiconductor device other than the solar cell.
[0045]
FIG. 2 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention. The external force that causes the silicon ingot to cleave is preferably applied impactively and suddenly. That is, it is preferable to shorten the rise time of the electron beam 21 extremely. In the
[0046]
The workpiece to be cut by cleavage may be GaAs, SiC, or the like in addition to single crystal silicon.
[0047]
Electron beam irradiation causes lattice defects (transitions) in the single crystal, electron beam energy causes thermal expansion, and internal stress changes in temperature (thermal stress), which is thought to cause cleavage. The
[0048]
For this reason, if the silicon ingot is cooled in advance before cleaving by irradiation with an electron beam, thermal stress due to larger thermal expansion is generated than in the case of room temperature, and favorable cleavage is obtained. The silicon ingot is cooled by, for example, liquid nitrogen.
[0049]
Next, the range of the electron beam in single crystal silicon is about 22 μm at an acceleration energy of 60 Kev and about 200 μm at an acceleration energy of 150 Kev. When the voltage is kept constant and the current value is increased, the energy of electrons injected into the single crystal silicon ingot increases. However, when the temperature rises above the melting point of single crystal silicon, the single crystal silicon melts and thermal stress is generated. do not do.
[0050]
In the electron beam source, it is preferable to irradiate the electron beam with a current that generates the maximum thermal stress in the single crystal silicon for a certain acceleration voltage.
[0051]
The processing beam may be configured to oscillate in a pulsed manner.
[0052]
The focusing of the charged particle beam is determined by the beam voltage and the Coulomb repulsive force of the charged particle charge. A high voltage is used to reduce the beam diameter (spot).
[0053]
In order to reduce the Coulomb repulsive force, a method of simultaneously irradiating an electron beam (negatively charged electrons) and an ion beam (positively charged ions) is used. The charge density in the beam is reduced, the beam focusing property is improved, and the spot diameter can be reduced as compared with the case of irradiation with only the electron beam.
[0054]
Hereinafter, embodiments of the
[0055]
As is well known, a CRT (cathode ray tube) such as a television receiver has almost the same configuration of a welder and a filament, an electrode, a grid, and an electrode, and the electron lens system is the same. The focal spot is smaller (about 50 μm) and the acceleration voltage is lower (about 20 KV). CRT is more precise than electron lens system. The degree of vacuum is higher for CRT. This is because the voltage is low and the beam spot is reduced. The horizontal deflection yoke and the vertical deflection yoke are swept by sawtooth waves synchronized with the horizontal frequency and the vertical frequency from the horizontal deflection circuit and the vertical deflection circuit, respectively. The current value of CRT is on the order of 0.1 mA.
[0056]
In addition, the electron microscope has a small spot diameter, the electron beam acceleration voltage is about 400 kV, a high vacuum is applied, the object is not destroyed, and the current value is extremely low in order to reduce the beam spot diameter. An electron microscope does not require a large amount of power to accelerate the electron beam. On the other hand, since the welding machine needs to melt metal or the like, it requires more power than an electron microscope or a CRT, and the current increases accordingly. In other words, the power consumption of these is
Electron microscope <CRT <Welding machine
It becomes.
[0057]
Next, the structure of the electron gun and electrode of the cleavage electron beam in this embodiment will be described below. An electron beam apparatus for cleaving a single crystal silicon ingot is different from the above-described welding, CRT, and electron microscope. That is, it is necessary to raise the electron beam rapidly so as to cope with the occurrence of cleavage by applying a blade to the semiconductor crystal to give an impact. On the other hand, in welding machines, CRTs, and electron microscopes, the electrodes are only used to accelerate the electron beam to the required voltage. A power supply that instantly starts up high power at a high voltage is expensive or difficult to manufacture. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the anode is divided into two
[0058]
FIG. 4 is a diagram showing an example of a voltage waveform of the cleavage electron beam acceleration power source of FIG. As shown in FIG. 4, the second acceleration power source (acceleration power source 2) is a DC power source. The first acceleration power source (acceleration power source 1) that controls the on / off of the electron beam has a reverse voltage with respect to the second acceleration power source in order to make the electric field near the filament zero when the electron beam is off. Apply it. When the electron beam is extracted, the output voltage of the first acceleration power supply is set to a positive voltage with a short rise time, and the electric field of the filament portion is set in a direction in which the electron beam can be extracted.
[0059]
In order to cleave the sample, it is necessary to apply stress instantly. The instant may be, for example, a time during which a sound wave is transmitted. This is performed by crushing the sample mechanically by a method such as hitting a knife edge or the like along the cleavage axis of the sample. As a condition for an impact, a shock wave is required. Since shock waves travel beyond the speed of sound, the speed of sound gives a standard. In addition, it is necessary to apply a force in the direction of breaking the sample. This corresponds to the use of a knife edge or the like in normal mechanical cleavage. In the present invention, energy is injected by beam irradiation, the temperature of the sample rises, and thermal expansion uses a mechanism in which force acts in the direction of breaking the sample. For this reason, it is possible to perform cleavage with higher accuracy than mechanical cleavage.
[0060]
This rise time (rise) depends on the size of the sample causing the cleavage.
(time) is calculated to be about μs (microseconds) as an order.
[0061]
Setting the rise time of the output voltage of the first
[0062]
Next, still another embodiment of the present invention will be described. In the above embodiment, cleavage is used to cut the wafer from the ingot. However, in this embodiment, the single crystal material by the electron beam is cleaved to divide the wafer into a plurality of dies.
[0063]
FIG. 5 is a diagram for explaining the present embodiment. That is, a single crystal such as silicon, gallium arsenide, silicon carbide (SiC), diamond, or sapphire is used as the sample 206 and is divided by irradiation with an electron beam. Scan (sweep) the electron beam at high speed.
[0064]
Since the sample 206 is a single crystal and extremely pure material is an insulator, the sample 206 is charged by the electron beam irradiation, and the position of the electron beam is shifted. In the experiment, it deviates by about 1 mm (depending on conditions) from the position at which the aim was first placed on the metal plate. Also, as a result of charging, the beam may not run on a straight line.
[0065]
Therefore, as shown in FIG. 6, a conductive member 304 is thinly applied or pasted on the surface of the single crystal sample 301 such as silicon, gallium arsenide, silicon carbide (SiC), sapphire, etc., on the side where the electron beam 303 hits. Alternatively, plating is performed, and the surface of the conductive member 304 is grounded by taking an electrical contact 305 with a grounded
[0066]
Alternatively, as shown in FIG. 7, a conductive mask 306 is placed near the surface of the sample 301, and the mask 306 is brought into electrical contact 305 with the sample table 302. The electron beam 303 passes through the mask window 307 and strikes the surface of the sample 301. In this embodiment, the conductive member applied to the surface does not enter the sample.
[0067]
A laser may be used as the processing beam.
[0068]
In the embodiment of FIG. 1, the electron beam 21 is scanned (swept) linearly on the processing surface. By using, for example, a cylindrical lens for the focusing control lens system, the shape of the focal point can be made linear. In this case, no beam sweep is required. The line (the focal point of the beam) is along the crystal axis direction. For example, in a silicon single crystal having a thickness of 2 mm, the absorption of light having a wavelength of 1.1 to 6.5 μm is 55% at room temperature, so that it penetrates deeper into the silicon single crystal. For this reason, there is an effect equivalent to increasing the voltage by which the electron beam is extracted (equivalent to 500 keV). In addition, since various pulse lasers can be applied to this wavelength region, the degree of freedom in designing the apparatus is expanded (Non-Patent Document 1).
[0069]
Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and can be made by those skilled in the art within the scope of the principle of the present invention. It goes without saying that various modifications and corrections of the wax are included.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since slicing is performed using cleavage by electron beam irradiation, there is an effect that a cutting allowance is unnecessary or small, and more thin plates can be obtained.
[0071]
Further, according to the present invention, there is an effect that a thin wafer can be obtained.
[0072]
Furthermore, according to the present invention, since the saw material is not mixed into the cut surface of the wafer, it is possible to provide a wafer with extremely high purity and high surface accuracy.
[0073]
According to the present invention, since cleavage occurs instantaneously, slicing or dicing time can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced.
[0074]
According to the present invention, the cleaved surface has aligned surface atoms, facilitating the device processing process. And according to this invention, the reduction of the manufacturing cost of a semiconductor device can be aimed at.
[0075]
Furthermore, according to the present invention, the rise time of the electron beam is shortened, and cleavage by the electron beam is facilitated.
[0076]
Furthermore, according to the present invention, the processing accuracy by the charged particle beam is improved by preventing the sample from being charged.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of an electron beam source according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining an example of a voltage waveform of an acceleration power supply of the electron beam source of FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a view for explaining cutting of a conventional wafer.
[Explanation of symbols]
10 Silicon ingot
12 Flat surface (cut-out surface)
20 Ion source
21 Electron beam
22 Collector plate
101 Filament power supply
102 Filament
103 electron beam
104 First anode (anode 1)
105 Second anode (anode 2)
106 First acceleration power source (acceleration power source 1)
107 Second acceleration power source (acceleration power source 2)
201 cathode
202 anode
203 electron beam
204 Focusing coil
205 Deflection coil
206 samples
301 samples (insulating samples)
302 Sample stand
303 Electron beam
304 Conductive member
305 Electrical contact
306 mask
307 Mask window
Claims (16)
(b)前記切り出した平面を鏡面加工するステップと、
(c)前記平面に対して、前記サンプルの劈開面に平行な方向に沿って加工用のビームを照射し、前記ビームの照射位置に沿って前記サンプルに劈開を生じさせ、劈開面を切断面とする薄板に切断するステップと、
を含む加工方法であって、
前記ビームは電子ビームを含み、
電子放出装置からの電子ビームの引き出し用の陽極を第1、第2の陽極の2つに分け、電子ビームの加速電源として、前記第2の陽極に印加する第2の加速電源電圧を直流正電圧とし、前記第1の陽極に印加する第1の加速電源電圧を、ビームオフ時の逆電圧から正電圧に制御することによって、電子ビームの立ち上げ時間を制御する、ことを特徴とする加工方法。(A) cutting a sample side surface of a single crystal, which is an object to be processed, in a direction perpendicular to the cleavage plane of the sample to create a plane;
A step of mirror polishing the (b) the cut plane,
(C) irradiating the plane with a processing beam along a direction parallel to the cleaved surface of the sample, causing the sample to cleave along the irradiation position of the beam, and cutting the cleaved surface into a cut surface Cutting into a thin plate, and
A processing method comprising :
The beam comprises an electron beam;
The anode for extracting the electron beam from the electron emission device is divided into a first anode and a second anode, and a second acceleration power supply voltage applied to the second anode is applied as a positive DC power as an acceleration power source for the electron beam. And a first acceleration power supply voltage applied to the first anode is controlled from a reverse voltage when the beam is turned off to a positive voltage, thereby controlling the rise time of the electron beam. .
(a)前記インゴットの胴部側面を、前記インゴットの劈開面に対して垂直方向に切り出して平面を作成するステップと、
(b)前記平面を鏡面加工するステップと、
(c)前記平面に対して、切断予定線の少なくとも一部に加工用のビームを照射して打ち込み、前記ビームの照射位置に沿って前記インゴットに劈開を生じさせ、劈開面を切断面とするウェーハに切断するステップと、
を含む加工方法であって、
前記ビームは電子ビームを含み、
電子放出装置からの電子ビームの引き出し用の陽極を第1、第2の陽極の2つに分け、電子ビームの加速電源として、前記第2の陽極に印加する第2の加速電源電圧を直流正電圧とし、前記第1の陽極に印加する第1の加速電源電圧を、ビームオフ時の逆電圧から正電圧に制御することによって、電子ビームの立ち上げ時間を制御する、ことを特徴とする加工方法。When cutting a single crystal ingot, which is a workpiece, into wafers using cleavage,
(A) cutting the body side surface of the ingot in a direction perpendicular to the cleavage plane of the ingot to create a plane;
(B) mirror-finishing the plane;
(C) At least a part of the planned cutting line is irradiated with a processing beam and driven into the plane, and the ingot is cleaved along the irradiation position of the beam, and the cleavage plane is used as a cutting plane. Cutting into wafers;
A processing method comprising :
The beam comprises an electron beam;
The anode for extracting the electron beam from the electron emission device is divided into a first anode and a second anode, and a second acceleration power supply voltage applied to the second anode is applied as a positive DC power as an acceleration power source for the electron beam. And a first acceleration power supply voltage applied to the first anode is controlled from a reverse voltage when the beam is turned off to a positive voltage, thereby controlling the rise time of the electron beam. .
(b)前記切り出した平面を鏡面加工するステップと、
(c)前記平面に対して、前記サンプルの劈開面に平行な方向に沿って加工用の電子ビームを照射し、前記電子ビームの照射位置に沿って前記サンプルに劈開を生じさせ、劈開面を切断面とする薄板に切断するステップと、
を含む加工方法であって、
前記電子ビームに対して、正電圧が印加されるコレクタプレートを用意しておき、
前記コレクタプレートに電子ビームを照射している状態から、前記電子ビームの偏向先を、前記平面上の切断対象の位置に切替えるステップを有する、ことを特徴とする加工方法。(A ) cutting a sample side surface of a single crystal, which is an object to be processed, in a direction perpendicular to the cleavage plane of the sample to create a plane;
(B) mirroring the cut plane;
(C) irradiating the plane with a processing electron beam along a direction parallel to the cleaved surface of the sample, causing the sample to cleave along the irradiation position of the electron beam, Cutting into a thin plate as a cutting surface;
A processing method comprising:
Prepare a collector plate to which a positive voltage is applied to the electron beam,
A processing method comprising: switching a deflection destination of the electron beam to a position to be cut on the plane from a state in which the collector plate is irradiated with the electron beam.
前記導電部材は接地され、
前記サンプル表面の電荷を放電し、電子ビームを照射する、ことを特徴とする請求項1又は3記載の加工方法。A conductive member is provided on the surface of the sample,
The conductive member is grounded;
The discharge charge of the sample surface is irradiated with an electron beam, according to claim 1 or 3 processing method wherein a.
前記マスクは接地され、
前記サンプル表面の電荷を放電し、
前記マスク窓から電子ビームを照射する、ことを特徴とする請求項1又は3記載の加工方法。Place a conductive mask on the surface of the sample,
The mask is grounded;
Discharging the sample surface charge,
Irradiating an electron beam from the mask window, the processing method according to claim 1 or 3, wherein the.
前記サンプルの切断箇所に対して、前記ビーム源からの前記加工用のビームが切断線の所定の範囲で掃引され、
前記ビーム源において、前記加工用ビームの立ち上がりを制御することで、前記サンプルの表面に衝撃を与えて劈開を生じさせ、前記劈開面に沿って前記サンプルの切断又は分割を行う加工装置であって、
前記ビームは電子ビームを含み、
電子放出装置からの電子ビームの引き出し用の陽極を第1、第2の陽極の2つに分け、電子ビームの加速電源として、前記第2の陽極に印加する第2の加速電源電圧を直流正電圧とし、前記第1の陽極に印加する第1の加速電源電圧を、ビームオフ時の逆電圧から正電圧に制御することによって、電子ビームの立ち上げ時間を制御する、ことを特徴とする加工装置。Provided with a beam generation source that irradiates a processing beam on the surface of a single crystal sample,
The processing beam from the beam source is swept over a predetermined range of a cutting line with respect to the cutting position of the sample,
In the beam source, by controlling the rise of the working beam, wherein the surface of the sample by applying an impact causing cleavage, a processing apparatus for cutting or splitting of the sample along the cleavage plane ,
The beam comprises an electron beam;
The anode for extracting the electron beam from the electron emission device is divided into a first anode and a second anode, and a second acceleration power supply voltage applied to the second anode is applied as a positive DC power as an acceleration power source for the electron beam. And a first acceleration power supply voltage applied to the first anode is controlled from a reverse voltage when the beam is turned off to a positive voltage, thereby controlling the rise time of the electron beam. .
前記加工用ビームの焦点が線状とする手段と、
を備え、前記加工用のビームを、前記サンプル表面の切断箇所に照射し、
前記サンプル表面で前記加工用ビームは線状に照射され、前記サンプルの表面に衝撃を与えて劈開を生じさせ、前記劈開面に沿って前記サンプルの切断又は分割を行う加工装置であって、
前記ビームは電子ビームを含み、
電子放出装置からの電子ビームの引き出し用の陽極を第1、第2の陽極の2つに分け、電子ビームの加速電源として、前記第2の陽極に印加する第2の加速電源電圧を直流正電圧とし、前記第1の陽極に印加する第1の加速電源電圧を、ビームオフ時の逆電圧から正電圧に制御することによって、電子ビームの立ち上げ時間を制御する、ことを特徴とする加工装置。A beam generation source for irradiating the surface of a single crystal sample with a processing beam;
Means for making the focal point of the processing beam linear;
And irradiating the cutting beam on the sample surface with the processing beam,
The processing beam is irradiated linearly on the surface of the sample, impacts the surface of the sample, causes cleavage, and cuts or divides the sample along the cleavage surface ,
The beam comprises an electron beam;
The anode for extracting the electron beam from the electron emission device is divided into a first anode and a second anode, and a second acceleration power supply voltage applied to the second anode is applied as a positive DC power as an acceleration power source for the electron beam. And a first acceleration power supply voltage applied to the first anode is controlled from a reverse voltage when the beam is turned off to a positive voltage, thereby controlling the rise time of the electron beam. .
前記加工用ビームの焦点が線状となるように前記円柱レンズを利用してなる、ことを特徴とする請求項11又は12記載の加工装置。With a cylindrical lens,
The processing apparatus according to claim 11 , wherein the cylindrical lens is used so that a focal point of the processing beam is linear.
単結晶のサンプルの表面に、加工用のビームを照射する手段を備え、
予め前記インゴット側面に切り出された平面に対して、輪切りに切断する位置に対応して、所定の範囲で、加工用のビームを掃引させて照射し、前記ビームの照射箇所に対応する位置にて前記インゴットを劈開させ、劈開面を切断面とするウェーハに切断する加工装置であって、
前記ビームは電子ビームを含み、
電子放出装置からの電子ビームの引き出し用の陽極を第1、第2の陽極の2つに分け、電子ビームの加速電源として、前記第2の陽極に印加する第2の加速電源電圧を直流正電圧とし、前記第1の陽極に印加する第1の加速電源電圧を、ビームオフ時の逆電圧から正電圧に制御することによって、電子ビームの立ち上げ時間を制御する、ことを特徴とする加工装置。A processing device that cuts a substantially cylindrical ingot as a base material of a wafer into a circular shape,
A means for irradiating the surface of a single crystal sample with a processing beam,
With respect to the plane cut in advance on the side surface of the ingot, the processing beam is swept and irradiated in a predetermined range corresponding to the position to be cut in a circle, and at a position corresponding to the irradiation position of the beam A processing apparatus that cleaves the ingot and cuts into a wafer having a cleavage plane as a cleavage plane,
The beam comprises an electron beam;
The anode for extracting the electron beam from the electron emission device is divided into a first anode and a second anode, and a second acceleration power supply voltage applied to the second anode is applied as a positive DC power as an acceleration power source for the electron beam. And a first acceleration power supply voltage applied to the first anode is controlled from a reverse voltage when the beam is turned off to a positive voltage, thereby controlling the rise time of the electron beam. .
単結晶のサンプルの表面に、加工用のビームを照射する手段を備え、
予め前記インゴット側面に切り出された平面に対して、輪切りに切断する位置に対応して、所定の範囲で、加工用のビームを掃引させて照射し、前記ビームの照射箇所に対応する位置にて前記インゴットを劈開させ、劈開面を切断面とするウェーハに切断し、
前記インゴットの長手方向に沿って、電子ビームを集めるコレクタプレートを備え、前記電子ビームの偏向を前記コレクタプレートから前記平面に切り替えることで、前記電子ビームの立ち上がりを制御する、ことを特徴とする加工装置。A processing device that cuts a substantially cylindrical ingot as a base material of a wafer into a circular shape,
A means for irradiating the surface of a single crystal sample with a processing beam,
With respect to the plane cut in advance on the side surface of the ingot, the processing beam is swept and irradiated in a predetermined range corresponding to the position to be cut in a circle, and at a position corresponding to the irradiation position of the beam Cleaving the ingot, cutting into a wafer whose cleavage plane is the cleavage plane,
A processing apparatus comprising: a collector plate that collects an electron beam along a longitudinal direction of the ingot; and controlling the rising of the electron beam by switching the deflection of the electron beam from the collector plate to the plane. apparatus.
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