JP5127209B2

JP5127209B2 - 半導体基板の製造方法

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Publication number: JP5127209B2
Application number: JP2006322014A
Authority: JP
Inventors: 聡川村; 孝昭西澤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: JP2007180527A

Description

本発明は、半導体基板の製造方法に関する。

太陽電池は入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、クリーンな石油代替エネルギー源として小規模な家庭用から大規模な発電システムまでその実用化が期待されている。これらは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類され、なかでも現在市場に流通しているものの多くは結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリコン太陽電池は更に単結晶型と多結晶型に分類される。単結晶シリコン太陽電池は基板の品質がよいために変換効率の高効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製造コストが高いという短所を有する。これに対して多結晶シリコン太陽電池は基板の品質が単結晶シリコン基板に比べて劣るという短所はあるものの、低コストで製造できるという長所がある。このため多結晶シリコン太陽電池は従来から市場に流通してきたが、近年、環境問題への関心が高まる中でその需要は増加しており、より低コストで高い変換効率が求められている。

単結晶シリコン、多結晶シリコン等で太陽電池用半導体基板を形成する場合、例えば、ＣＺ法等によって単結晶シリコンのインゴットを、キャスト法等によって多結晶シリコンのインゴットを形成する。そして、このインゴットをバンドソー装置等を用いて所定の寸法に切断してシリコンブロックを形成し、このシリコンブロックを外周刃や内周刃、ワイヤーソー装置等を用いて所定の厚みとなるように複数枚に切断してシリコン基板を形成していた。また、必要に応じて研磨装置を用いてシリコン基板を研磨する等、このようにシリコンインゴットから素子化するまでの間に多くの加工工程を経ている。

図１にシリコンブロックからシリコン基板を形成する際に用いられるワイヤーソー装置を示す。１１１はシリコンブロック、１１２はスライスベース、１１３はワイヤー、１１４は供給ノズル、１１５はメインローラー、１１６はディップ槽、１１７はワイヤー供給リールである。図１に示すように、スライスベース１１２と接着したシリコンブロック１１１を設置して、ピアノ線等からなる数百ｋｍあるワイヤー１１３をワイヤー供給リール１１７からメインローラー１１５上に設け、このメインローラー１１５上に一定間隔でワイヤー１１３がはまる多数の溝に引っ掛けて互いに平行に配置させる。直径約１００〜３００μｍのピアノ線などからなる一本のワイヤー１１３をワイヤー供給リール１１７からメインローラー１１５上に設けられた多数の溝に一定間隔でワイヤー１１３を巻きつけて互いに平行に配置する。その後、ワイヤー１１３の長手方向にワイヤー１１３を走行させる。

そして、シリコンブロック１１１を切断する際には、シリコンブロック１１１の上方に設置されたスラリー供給ノズル１１４から砥粒スラリーと呼ばれるオイルまたは水に炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンドなどの砥粒が混合された切削液を供給するとともに、２本のメインローラー１１５間に複数本張られたワイヤー１１３を高速で移動走行させながら、一本又は複数のシリコンブロック１１１をワイヤー１１３に向けて徐々に下降させてシリコンブロック１１１に押圧することによってシリコンブロック１１１を切断し、シリコン基板を作製していた。

例えば、特許文献１に記載のワイヤーソーの切断方法には、上述したスラリー供給ノズルから砥粒スラリーを供給してワイヤーでインゴットを切断する際に、ワイヤー走行方向を往復走行させることが記載されている。また、このとき、ワイヤーリールに巻き取るワイヤーの量（新線供給量）の最適値を制御することが開示されている。
特開２０００−１４１２０１号公報

しかしながら、従来のワイヤーを用いて半導体ブロックを切断した場合、以下のような問題点が生じていた。

例えば、大型化したシリコンブロックを切断したり、生産性を向上させるために複数本のシリコンブロックを同時に切断した場合や、ワイヤーの全長を短くした場合などでは、例え、ワイヤーの新線供給量を制御したとしても、シリコンブロックの切断途中においてワイヤー寿命となり、ワイヤーの断線が生じ易かった。

このように、新線供給量を制御してもワイヤーの断線を完全に解決するには至っていなかった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、生産性を向上させ、さらに切断面の面精度がよい半導体基板の製造方法及び半導体基板の製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、発明者は鋭意検討を行なった結果、以下の事実を知見した。

本発明に係る半導体基板の製造方法は、半導体ブロックを切断するワイヤーと、前記半導体ブロックとを準備する第１工程と、このワイヤーを該ワイヤーの長手方向に沿って走行させる第２工程と、前記半導体ブロックを前記ワイヤーに相対的に押圧し、該押圧力で前記半導体ブロックを切断して半導体基板を得る第３工程と、を備えた半導体基板の製造方法であって、前記半導体ブロック１個あたりから得られる前記半導体基板の１枚当たりの平均面積をＳ、前記１個の半導体ブロックから得られる前記半導体基板の枚数をＮ１、前記ワイヤー上に配設される前記半導体ブロックの本数をＮ２、前記ワイヤー全長をＬ、としたときに、Ｓ×２×（Ｎ１−１）×Ｎ２／Ｌで定義されるワイヤーの単位長さ当りの切断面積が１５０ｃｍ^２／ｍ以上４５０ｃｍ^２／ｍ以下とし、前記ワイヤーは、砥粒が固着され、前記ワイヤーは往復運動するとともに、前記ワイヤーの１往復あたりの前記ワイヤーの一方向での移動量よりも他方向の移動量を小さく設定することにより、前記ワイヤーを前記一方向に向かって漸次移動させ、前記往復運動によって、前記ワイヤーが一方向へ漸次移動する速度は、４ｍ／ｍｉｎ〜２０ｍ／ｍｉｎに設定され、前記ワイヤーを前記半導体ブロックに押圧する際のフィード速度を３００μｍ／ｍｉｎ以上６５０μｍ／ｍｉｎ以下に設定した。
なお、半導体基板の枚数Ｎ１は、半導体ブロックの両端部材を含んだ数のことをいい、例えば、使用可能な半導体基板の枚数が６４８枚であれば、Ｎ１は６４８＋２＝６５０枚となる。

また、前記砥粒の平均粒径を５μｍ以上３０μｍ以下とした。

また、前記ワイヤーの送り出し部と前記半導体ブロックとの間、及び前記ワイヤーの巻き取り部と前記半導体ブロックとの間に、各々前記ワイヤーを清掃する清掃部材を備え、前記ワイヤーの１往復あたりの前記他方向への移動量を、前記清掃部材間の前記ワイヤーの距離よりも大きくした。

また、前記ワイヤーの最大送り速度が５００ｍ／ｍｉｎ以上１０００ｍ／ｍｉｎ以下に設定した。

また、前記ワイヤーの直径は、８０μｍ以上１６５μｍ以下とした。

また、前記半導体基板の表面粗さ（最大高さ）Ｒｚが１０μｍ以下とした。

また、前記半導体基板の厚みばらつきＴＴＶが５０μｍ以下とした。

本発明に係るワイヤーの単位長さ当りの切断面積を示すＳ×２×（Ｎ１−１）×Ｎ２／Ｌが１５０ｃｍ^２／ｍ以上４５０ｃｍ^２／ｍ以下としたことにより、半導体基板の生産性を落とすことなく、半導体基板の切断面における表面粗さが小さく、半導体基板の厚みばらつきも小さい半導体基板の面精度を向上させた半導体基板の製造方法を提供することができる。

この理由について、以下に本発明に係るメカニズムを説明する。

本発明のワイヤー単位長さ当りの切断面積は、ワイヤー単位長さあたりの切断の寄与を示しており、この切断面積を１５０ｃｍ^２／ｍ以上４５０ｃｍ^２／ｍ以下とすることによって、半導体基板の表面粗さ（最大高さ）Ｒｚが１０μｍ以下、且つ、半導体基板の厚みばらつきＴＴＶが５０μｍ以下にすることができる。

ワイヤーの単位長さ当りの切断面積を１５０ｃｍ^２／ｍよりも低くした場合、半導体基板を製造する上で十分な生産性を備えておらず、半導体基板の製造コストが著しく増大する。

また、ワイヤーの単位長さ当りの切断面積を４５０ｃｍ^２／ｍよりも高くした場合、単位長さ当りの切断面積が１５０ｃｍ^２／ｍよりも低い場合と比較して、ワイヤーに付着した砥粒がワイヤーと半導体ブロックとの切断領域に介在する時間が長くなるため、切断領域で発生した摩擦熱が砥粒へと熱伝導し易い。このように、切断領域にて発生した摩擦熱の熱伝導によって、その摩擦熱量で砥粒を劣化させるため、初期の砥粒の粒径よりも劣化により小さくなり、ワイヤーの切削性を著しく低下させる。

このように、本発明に係る半導体基板の製造方法によれば、ワイヤーの単位長さ当りの切断面積を１５０ｃｍ^２／ｍ以上４５０ｃｍ^２／ｍ以下としたことにより、一定の切削性を維持しつつ、切断領域で発生した摩擦熱の影響を抑制できるため、半導体ブロックを切断した後に得られる半導体基板の表面粗さを小さく、半導体基板の厚みのばらつきを均一に維持することが可能となる。

また、前記ワイヤーは、砥粒が固着されていることが好ましく、遊離砥粒を用いたワイヤーよりもワイヤー総延長を短くすることができ、製造コストを遊離砥粒の場合よりも抑えることができる。

また、前記砥粒の平均粒径を５μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましく、砥粒の平均粒径を５μｍ以上とすることで、十分な切削性を得ることができ、砥粒の平均粒径が３０μｍ以下とすることで、切り代の部分が多くなることを抑制し、１個の半導体ブロックから得ることができる半導体基板の枚数を好適に得ることができる。

また、前記ワイヤーは往復運動するとともに、前記ワイヤーの１往復あたりの前記ワイヤーの一方向での移動量よりも他方向の移動量を小さく設定することにより、前記ワイヤーを前記一方向に向かって漸次移動させることが好ましく、生産性を維持ながら砥粒の劣化を抑制できる。

また、前記ワイヤーの送り出し部と前記半導体ブロックとの間、及び前記ワイヤーの巻き取り部と前記半導体ブロックとの間に、各々前記ワイヤーを清掃する清掃部材を備え、前記ワイヤーの１往復あたりの前記他方向への移動量を、前記清掃部材間の前記ワイヤーの距離よりも大きくすることが好ましく、特に往路で半導体ブロックの切断に寄与したワイヤーは、復路で清掃部材を通過することにより、ワイヤーの表面に付着するシリコン屑などの付着量を低減し、ワイヤーが目詰まりを起こすことを抑制できる。

また、前記往復運動によって、前記ワイヤーが一方向へ漸次移動する速度は、４ｍ／ｍｉｎ〜２０ｍ／ｍｉｎに設定することが好ましく、４ｍ／ｍｉｎ以上とすることで、砥粒に必要以上の摩擦熱及び負荷が加わることを抑制し、砥粒の劣化を抑制できる。また、２０ｍ／ｍｉｎ以下とすることで、新線のワイヤーの供給量が多くなり生産性を低下させることを抑制し、また、ワイヤーにかかる摩擦熱の影響がワイヤーの広範囲に至り、結果、ワイヤーの磨耗を抑制できる。

また、前記ワイヤーの最大送り速度が５００ｍ／ｍｉｎ以上１０００ｍ／ｍｉｎ以下に設定することが好ましく、半導体ブロック１１の面精度を落とすことなく、ワイヤーにかかる摩擦熱の負荷に耐えることが可能となる。

また、前記ワイヤーを前記半導体ブロックに押圧する際のフィード速度を３５０μｍ／ｍｉｎ以上６５０μｍ／ｍｉｎ以下に設定することが好ましく、摩擦熱による砥粒の劣化を抑制し、更にワイヤーにかかる摩擦熱の負荷を防止できる。

また、前記ワイヤーの直径は、８０μｍ以上１６５μｍ以下とすることが好ましく、ワイヤーの断線を抑制しながら、半導体ブロックから取れる半導体基板の枚数を増加させることができる。

また、前記半導体基板の最大高さＲｚが１０μｍ以下であることが好ましく、後工程における割れや欠け、装置における搬送ミス等の問題を防ぐことが可能となるだけでなく、半導体基板の表面を化学エッチング処理しなくても十分な半導体基板とすることができる。

また、前記半導体基板の厚みばらつきＴＴＶが５０μｍ以下であることが好ましく、後工程における割れや欠け、装置における搬送ミス等の問題を防ぐことが可能となるだけでなく、半導体基板の表面を化学エッチング処理しなくても十分な半導体基板とすることができる。

本発明にかかる半導体基板の製造装置は、半導体ブロックを切断する砥粒を固着してなるワイヤーと、このワイヤーを該ワイヤーの長手方向に沿って往復運動させるワイヤー走行手段と、前記半導体ブロックを前記ワイヤーに相対的に押圧させる押圧手段と、を備えた半導体基板の製造装置であって、前記半導体ブロック１個あたりから得られる前記半導体基板の１枚当たりの平均面積をＳ、前記１個の半導体ブロックから得られる前記半導体基板の枚数をＮ１、前記ワイヤー上に配設される前記半導体ブロックの本数をＮ２、前記ワイヤー全長をＬ、としたときに、Ｓ×２×（Ｎ１−１）×Ｎ２／Ｌで定義されるワイヤーの単位長さ当りの切断面積が１５０ｃｍ^２／ｍ以上４５０ｃｍ^２／ｍ以下である。

かかる構成によれば、上述したメカニズムによって、半導体基板の生産性を落とすことなく、半導体基板の切断面における表面粗さが小さく、半導体基板の厚みばらつきも小さい半導体基板の面精度を向上させた半導体基板の製造装置を提供することができる。

また、前記砥粒の平均粒径を５μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましく、砥粒の平均粒径を５μｍ以上とすることで、十分な切削性を得ることができ、砥粒の平均粒径が３０μｍ以下とすることで、切り代の部分が多くなることを抑制し、１個の半導体ブロックから得ることができる半導体基板の枚数を好適に維持することができる。

また、前記砥粒は、ダイヤモンドを主成分とすることが好ましく、耐摩耗性を好適に維持できるため、長寿命な半導体基板の製造装置とすることができる。

また、前記ワイヤーの１往復あたりの前記ワイヤーの一方向での移動量よりも他方向の移動量を小さく設定することにより、前記ワイヤーを前記一方向に向かって漸次移動させる制御手段を備えてなることが好ましく、生産性を維持ながら砥粒の劣化を抑制できる。

また、前記ワイヤーの送り出し手段と前記半導体ブロックとの間、及び前記ワイヤーの巻き取り手段と前記半導体ブロックとの間に、各々前記ワイヤーを清掃するための清掃手段を備えることが好ましく、ワイヤーの目詰まりを抑制できる。

また、前記ワイヤーの１往復あたりの前記ワイヤーの他方向への移動量は、前記清掃手段間の前記ワイヤーの距離よりも大きいことが好ましく、特に往路で半導体ブロックの切断に寄与したワイヤーは、復路で全てが清掃手段を通過することによって、ワイヤーの目詰まりを一層抑制できる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。ここでは、半導体ブロックとして、シリコンブロックを用いた場合について述べることとする。

また、本文中において、ＲａはＪＩＳＢ０６０１（２００１）で定義される算術平均粗さで、ＲｚはＪＩＳＢ０６０１（２００１）で定義される最大高さである。また、厚みばらつきＴＴＶは基板の平坦度を示す尺度の１つで、基板裏面を基準として基板表面の最高点から最低点のまでの距離を表したものである。さらに、ろ波最大うねりＷｃｍはＪＩＳＢ０６１０（１９８７）で定義されるろ波最大うねりである。

図１は、本発明に係るシリコン基板の製造方法で使用するワイヤーソー装置を示す斜視図である。図中、１１はシリコンブロック、１２はスライスベース、１３はワイヤー、１４は供給ノズル、１５はメインローラー、１６はディップ槽、１７はワイヤー供給リールである。

シリコンブロック１１は、カーボン材もしくはガラス、樹脂等の材質からなるスライスベース１２上に接着剤などによって接着され、装置内に１本又は複数本配置される。

ここで、ワイヤーソー装置の種類としては、大きく分けて二種類のワイヤーソー装置があり、例えば、砥粒を含む加工液を供給することによってワイヤー１３のラッピング作用でシリコンブロック１１を切断する遊離砥粒タイプのワイヤーソー装置や、ワイヤー１３自体に砥粒を固着させてシリコンブロック１１を切断する砥粒固着ワイヤーソー装置等がある。

本発明にて使用するワイヤー１３のタイプとしては、鉄又は鉄合金を主成分とするピアノ線にダイヤモンドもしくは炭化珪素で形成された砥粒をニッケルや銅・クロムによるメッキにて固着させるか、もしくはレジン等の樹脂接着剤によって固着させた砥粒固着ワイヤーを用いた場合について説明する。なお、後述するワイヤー１３の直径とは、上述した鉄又は鉄合金を主成分とするピアノ線自体の直径を指すものである。

＜半導体基板の製造方法＞
まず、シリコンブロック１１を切断するワイヤー１３と、シリコンブロック１１とを準備する。このとき、ワイヤー１３はワイヤー供給リール１７から供給され、後述するメインローラー１５上に設けられた所定間隔の溝に巻きつけ、ワイヤー１３を配列する。メインローラー１５は、例えばウレタンゴム等からなり、その表面に所定間隔でワイヤー１３がはまる多数の溝が形成されている。この溝の間隔とワイヤー１３の直径との関係によって、シリコン基板の厚みが定まる。（第１工程）
メインローラー１５を所定の回転速度で回転させることによって、ワイヤー１３の長手方向にワイヤー１３を走行させることができる。このとき、メインローラー１５の回転方向を変化させることにより、一方向にワイヤー１３を走行させることもできるし、他方向に走行させてワイヤー１３を往復運動させることもできる。（第２工程）
その後、シリコンブロック１１をワイヤー１３に相対的に押圧し、この押圧力でシリコンブロック１１を切断してシリコン基板を得ることができる。（第３工程）
このとき、切断用の砥粒を固着させたワイヤー１３を高速で移動走行させつつ、例えば、シリコンブロック１１の側上部に設けた供給ノズル１４よりシリコンブロック１１とワイヤー１３との切断領域、またはシリコンブロック１１全体に冷媒を供給しながら、ワイヤー１３の上方からシリコンブロック１１を徐々に下降させてワイヤー１３に押圧することによって、シリコンブロック１１を切断し、シリコン基板を得ることができる。このとき得られるシリコン基板の大きさは、１辺の長さが１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度であり、基板厚みが３００μｍ以下より好ましくは２００μｍ以下である。

なお、ディップ槽１６は、シリコンブロック１１の切断中に発生するシリコン屑や冷媒の回収の目的や、ディップ槽１６に冷媒を満たすものであり、シリコンブロック１１をディップ槽１６に浸漬させながら切断を行なうことも可能である。

本発明の特徴部分は、半導体基板の製造方法において、シリコンブロック１１、１個あたりから得られるシリコン基板の１枚当たりの平均面積をＳ、１個のシリコンブロック１１から得られるシリコン基板の枚数をＮ１、ワイヤー１３上に配設されるシリコンブロック１１の本数をＮ２、ワイヤー１３全長をＬ、としたときに、Ｓ×２×（Ｎ１−１）×Ｎ２／Ｌで定義されるワイヤー１３の単位長さ当りの切断面積が１５０ｃｍ^２／ｍ以上４５０ｃｍ^２／ｍ以下とした。以下、この特徴部分について詳細に説明する。

特許文献１で示したように、新線供給量を制御した遊離砥粒タイプでは、ワイヤー１３の新線供給量を制御して往復運動させたとしても、切断領域における摩擦熱がワイヤー１３に影響し、ワイヤー１３を一方向へ走行させる場合と比較して大きく、ワイヤー１３がこの摩擦熱によって断線する可能性があった。そのため、摩擦熱の影響を抑制するためには、新線供給量を非常に多くすることで、ワイヤーを大量に使用してワイヤーの磨耗を抑える必要があるため、一方向へ走行させる場合とほぼ同等のワイヤー長さが必要であった。また、同様に、砥粒固着ワイヤー１３を使用し、磨耗を考慮したワイヤー１３の新線供給量を制御したシリコン基板の製造方法の場合であっても、切断領域における摩擦熱の影響を充分に制御することはできず、ワイヤー１３に固着した砥粒が摩擦熱によって劣化し、結果的に、ワイヤー１３が断線するおそれがあった。

しかしながら、本発明の半導体基板の製造方法では単位長さ当りの切断面積を１５０ｃｍ^２／ｍ以上４５０ｃｍ^２／ｍ以下としたため、ワイヤー１３の切削性を低下させずに、摩擦熱の影響を抑制した半導体基板の製造方法を提供することができる。

また、このときのシリコン基板の表面粗さ（最大高さ）Ｒｚ、厚みばらつきＴＴＶは、従来よりも好ましいものとなった。本発明の半導体基板の製造方法によって、具体的に得られるシリコン基板の表面粗さ（最大高さ）Ｒｚは１０μｍ以下、且つ、シリコン基板の厚みばらつきＴＴＶは５０μｍ以下とすることができる。

従来の技術を用いて、シリコン基板の表面粗さ（最大高さ）Ｒｚは１０μｍ以下、シリコン基板の厚みばらつきＴＴＶが５０μｍ以下とするためには、次のような問題があった。

まず、シリコン基板の表面粗さ（最大高さ）Ｒｚ、シリコン基板の厚みばらつきＴＴＶの数値を出すためには、ワイヤー１３のフィード速度を遅くして、長時間かけてシリコンブロック１１を切断する必要があった。そのため、例えば、従来の遊離砥粒タイプのワイヤーソー装置を使用したシリコン基板の製造方法では、全長数百ｋｍのワイヤー１３を使用することが必要とされ、生産性に問題があった。

また、砥粒固着ワイヤー１３を使用した場合には、遊離砥粒タイプのワイヤーのように、全長数百ｋｍという長尺なワイヤー１３を作製すること自体困難なため、一般的に全長数十ｋｍのワイヤー１３を往復運動させてシリコンブロック１１を切断している。往復運動によって、シリコンブロック１１を切断した場合、充分な冷却を行っていても、遊離砥粒タイプのワイヤーと比べて、摩擦熱よるワイヤーへの影響は非常に大きい。さらに、遊離砥粒タイプのワイヤーソー装置は常に新しい砥粒が供給されているのに対し、砥粒固着ワイヤーは砥粒自体に加わる摩擦熱の影響が大きい。ゆえに、摩擦熱の影響を制御することはできずに、ワイヤー１３に固着した砥粒が劣化し、結果的に、ワイヤー１３が断線するおそれがあった。

しかしながら、本発明に係る半導体基板の製造方法によれば、摩擦熱の影響を極力抑制でき、一定の切削性を維持しつつ、砥粒固着ワイヤー１３の磨耗を抑制することができるため、シリコンブロック１１を切断した後に得られるシリコン基板の表面粗さを小さく、基板の厚みのばらつきを均一に維持することが可能となる。

本発明を実施する上で具体的な半導体基板の製造方法としては、例えば、ワイヤー１３の全長が数十ｋｍ程度、より好ましくは１０ｋｍ以下のワイヤー１３を用い、このワイヤー１３を往復運度させるとともに、新線のワイヤー１３を供給することによって、この一往復運動あたりのワイヤー１３の一方向での移動量よりも他の移動量を小さく設定し、ワイヤー１３を漸次移動させるようにした。

このとき、ワイヤー１３の送り出し部１７ａとシリコンブロック１１との間、及びワイヤー１３の巻き取り部１７ｂとシリコンブロック１１との間に、各々ワイヤー１３を清掃する清掃部材１８を備え、ワイヤー１３の１往復あたりの他方向への移動量を、清掃部材１８間のワイヤー１３の距離よりも大きくしたことによって、往路でシリコンブロック１１の切断に寄与したワイヤー１３は、復路で清掃部材１８を通過することにより、ワイヤー１３の表面に付着するシリコン屑などの付着量を低減し、ワイヤー１３が目詰まりを起こすことを抑制できる。

仮に、ワイヤー１３の１往復あたりの他方向への移動量が、清掃部材１８間のワイヤー１３の距離よりも小さい場合は、シリコンブロック１１とワイヤー１３との切断領域に清掃部材１８と接触しないワイヤー１３部位が留まることとなる。その結果、シリコン屑がワイヤー１３表面に付着し続けワイヤー１３の目詰まりを生じさせ、ワイヤー１３の切削性の低減につながる可能性がある。

ここで、ワイヤー１３の１往復あたりの他方向への移動量を、清掃部材１８間のワイヤー１３の距離よりも小さくした場合にどれだけワイヤー１３及び砥粒に負荷が加わるかについて、添付図面に基づき説明する。

図３は、ワイヤー１３のうち清掃部材１８と接触しないでシリコンブロック１１と接触するワイヤーの積算距離を示す図である。図中、１往復あたりにおいて、ワイヤー往路の移動量をＬ１、ワイヤー移動量をＬ０としたときに、１往復あたりの新線供給量αは、Ｌ１−Ｌ０で示すことができる。また、清掃部材間のワイヤーの距離をＬｔとして、新線供給量αを０．０１Ｌｔとした。

図３によれば、復路移動量Ｌ０／Ｌｔが０．５の場合に、走行距離積算最大値Ｓ／Ｌｔは５０を超える値である。すなわち、清掃部材１８と接触しないワイヤー１３が存在することで、その積算距離Ｓは、清掃部材間のワイヤーの距離Ｌｔの５０倍以上にも及ぶことになる。

次に、ワイヤー１３の漸次移動する速度（以下、新線供給量と呼ぶこととする）は、４ｍ／ｍｉｎ以上２０ｍ／ｍｉｎと設定することが好ましい。４ｍ／ｍｉｎ未満では、砥粒に必要以上の摩擦熱及び負荷が加わり易く、砥粒の劣化を抑制することが難しい。また、２０ｍ／ｍｉｎよりも速い場合、新線のワイヤー１３の供給量が多くなり生産性を低下させる問題があり、また、ワイヤー１３にかかる摩擦熱の影響がワイヤー１３の広範囲に至り、結果、ワイヤー１３の磨耗を促進させる可能性がある。

そして、ワイヤー１３の最大送り速度は、５００ｍ／ｍｉｎ以上、１０００ｍ／ｍｉｎ以下に設定することが好ましい。このようにすれば、シリコンブロック１１の面精度を落とすことなく、ワイヤー１３にかかる摩擦熱の負荷に耐えることが可能となる。しかしながら、ワイヤー１３の最大送りスピードが５００ｍ／ｍｉｎより遅いと、ワイヤー１３のシリコンブロック１１内に滞在する時間が長くなるため、冷媒による冷却効果が充分に得られず、摩擦熱によりワイヤー１３にかかる負荷を充分に抑えることが難しい。また、１０００ｍ／ｍｉｎより速いと、冷媒と接する時間が短くなるため、冷媒による冷却効果が不十分となる可能性があり、摩擦熱によりワイヤー１３にかかる負荷を充分に抑えることが難しい。

さらに、ワイヤー１３をシリコンブロック１１に押圧する際のフィード速度を３５０μｍ／ｍｉｎ以上、６５０μｍ／ｍｉｎ以下に設定することが望ましい。このようにすれば、摩擦熱による砥粒の劣化を抑制し、更にワイヤー１３にかかる摩擦熱の負荷を防止できる。しかしながら、シリコンブロック１１のフィード速度が３５０μｍ／ｍｉｎより小さいと、十分な切削性を得ることが難しい。また、フィード速度が６５０μｍ／ｍｉｎより速いと摩擦熱の影響をワイヤー１３に与える可能性が高くなる。

また、本発明に係る半導体基板の製造方法において、上述したワイヤー１３には砥粒が固着されていることが好ましい。砥粒固着ワイヤー１３を用いることによって、切り代を少なくすることができる。また、砥粒を固着したことにより、シリコンブロック１１への切削性が向上し、尚且つ、上述の効果によって、砥粒の磨耗も少なくでき、ワイヤー１３の長寿命化を備えた半導体基板の製造方法を提供することができる。

この結果、上述の効果に加え、さらにシリコンブロック１１の切断面が均一に加工され、その後のシリコン基板の表面にマイクロクラックなどの凹凸が形成されにくく、砥粒の磨耗により切り代が変化するといった問題を抑制することができる。

また、このときの砥粒の平均粒径を５μｍ以上３０μｍ以下とした方がよい。砥粒の平均粒径を５μｍ未満とした場合は、十分な切削性を得ることが難しく、砥粒の平均粒径が３０μｍを超えるような場合は、切り代の部分が多くなってしまい１個のシリコンブロック１１から得ることができるシリコン基板の枚数が低下してしまうためである。

さらに、ワイヤー１３の直径が８０μｍ以上１６５μｍ以下であることによって、切り代が少なくなるため、シリコンブロック１１から取れるシリコン基板の取れ枚数を増加させることができる。１６５μｍより太いと切り代が大きくなりシリコンブロック１１から取れるシリコン基板の取れ枚数が少なくなり、また、得られるシリコン基板のうねりが大きくなる。また、８０μｍより細いとワイヤー１３が断線する可能性が高くなり、歩留り低下やシリコンブロック１１の切断に伴う消耗工具のワイヤー１３量が多くなるため好ましくない。

また、ワイヤー１３の長さはシリコンブロック１１の切削方向の長さの５倍以上を有しているほうが好ましい。

そして、ワイヤー１３の直径が８０μｍ以上１６５μｍ以下、砥粒の平均粒径を５μｍ以上３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下である砥粒固着ワイヤーを使用し、ワイヤー１３の単位長さ当りの切断面積が１５０ｃｍ^２／ｍ以上４５０ｃｍ^２／ｍ以下となるようにシリコンブロック１１を切断すると、シリコン基板のろ波最大うねりＷｃｍは、１００μｍ以下となり、従来のシリコン基板の製造方法と比較すると、うねりが小さいシリコン基板を得ることができる。しかし、砥粒の平均粒径が３０μｍよりい大きい、例えば平均粒径が３５μｍ程度の砥粒を用いた場合には、２００μｍ程度とうねりが大きくなるため好ましくない。

また、砥粒がワイヤー１３表面積に対して占める割合を２５％以上５０％以下とすることにより、切削性を向上することができ、切断スピードを速くすることが可能となり、生産性を向上させることが可能となる。しかし、砥粒がワイヤー１３表面積に対して占める割合が２５％より小さい、もしくは５０％より大きいと切削性が落ちるため好ましくない。

さらに、ダイヤモンド粒からなる刃具を用いることにより、より切削性が向上するためより好ましい。

このようにして、上述の方法で得られたシリコン基板の表面粗さにおける算術平均粗さＲａは１μｍ以下、より好ましくは０．８μｍ以下である。また、最大高さＲｚは１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下である。さらに、シリコン基板の厚みばらつきＴＴＶは５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。上記値を持つシリコン基板を得ることができるため、後工程における割れや欠け、装置における搬送ミス等の問題を防ぐことが可能となるだけでなく、シリコン基板の表面を化学エッチング処理しなくても十分な表面粗さ（最大高さ）Ｒｚと厚みばらつきＴＴＶを得ることができる。

＜半導体基板の製造装置＞
以下、本発明に係る半導体基板の製造装置について、図２を用いて詳細に説明する。図中、１１はシリコンブロック、１２はスライスベース、１３はワイヤー、１４は供給ノズル、１５はメインローラー、１６はディップ槽、１７はワイヤー供給リール、１７ａは送り出し部、１７ｂは巻き取り部、１８は清掃手段である。

ワイヤー１３は、鉄又は鉄合金を主成分とするピアノ線にダイヤモンドもしくは炭化珪素で形成された砥粒をニッケルや銅・クロムによるメッキにて固着させるか、もしくはレジン等の樹脂接着剤によって固着させた砥粒固着ワイヤーが好適に用いられる。

供給ノズル１４は、ワイヤー１３とシリコンブロック１１との摩擦により発生した熱量を抑制するために用いるものである。例えば、金属管の表面に、その管の長手方向の一直線上に等間隔でノズル穴を有するものなどを使用することができる。このノズル穴からワイヤー１３に向かって冷媒であるオイルなどを供給し、ワイヤー１３とシリコンブロック１１との間で発生する摩擦熱を抑制する。

メインローラー１５は、一定間隔でワイヤー１３がはまる多数の溝を備えており、メインローラー１５の溝にワイヤー１３を引っ掛ける様にして、ワイヤー１３を互いに平行に配置する。

ディップ槽１６は、シリコンブロック１１の切断中に発生するシリコン屑や冷媒の回収の目的や、ディップ槽１６に冷媒を満たすものであり、シリコンブロック１１をディップ槽１６に浸漬させながら切断を行なうことも可能である。

ワイヤー供給リール１７は、ボビンのようにワイヤー１３をその周囲に巻いているものであり、送り出し部１７ａから巻き取り部１７ｂまで双方向に移動できる構造である。

ワイヤー１３の移動のための駆動手段は、従来周知のものを用いればよく、例えば、インバーター制御のサーボモーター等の初期トルク特性の良いモーターとプーリーを備えたギヤボックスをタイミングベルトで繋げた構造、もしくは送り出し部１７ａと巻き取り部１７ｂ双方にモーターを設置しシーケンスで同期を取る構造などが挙げられる。なお、ワイヤー１３の駆動には、片側のみにワイヤー駆動手段を設けてもよいし、送り出し部１７ａ及び巻き取り部１７ｂの双方に駆動手段を設けてもよい。特に、双方向にワイヤーを走行させる場合は、送り出し部１７ａ及び巻き取り部１７ｂの双方に駆動手段を設けることが好ましい。

清掃手段１８は、ドレッシング砥石をワイヤー１３に押し当てたり、クリーニング液を満たした洗浄槽にワイヤー１３を導いて浸漬させてもよいが、例えば圧縮した気体をワイヤー１３に吹き付けることにより、より効果的にワイヤー１３の表面に付着したシリコン屑を除去することができる。この手法によれば、ワイヤー１３に対して高いドレッシングを奏することができるため好ましい。具体的には、コンプレッサーより送られる大気やＡｒもしくはＮ２などが挙げられる。半導体基板を切断する際に、シリコン屑だけではなく、供給ノズル１４から供給されたクーラント等によって、ワイヤー表面にはシリコン屑とクーラントとを含んでなる泥状の堆積物が形成されるが、清掃手段１８の風圧によって、この堆積物も好適に除去することができる。それゆえ、ワイヤー１３表面において、砥粒の凹凸に付着した堆積物でワイヤー１３が目詰まりすることを抑制できる。

以下、本発明にかかる半導体基板の製造装置の特徴部分について詳細に説明する。

本発明によれば、シリコンブロック１１の１個あたりから得られる前記シリコン基板の１枚当たりの平均面積をＳ、１個のシリコンブロック１１から得られる前記シリコン基板の枚数をＮ１、前記ワイヤー１３上に配設される前記シリコンブロックの本数をＮ２、前記ワイヤー１３全長をＬ、としたときに、Ｓ×２×（Ｎ１−１）×Ｎ２／Ｌで定義されるワイヤー１３の単位長さ当りの切断面積が１５０ｃｍ^２／ｍ以上４５０ｃｍ^２／ｍ以下である。

ワイヤー１３の単位長さ当りの切断面積を１５０ｃｍ^２／ｍよりも低くした場合、シリコン基板を製造する上で十分な生産性を備えておらず、シリコン基板の製造コストが著しく増大する。

また、ワイヤー１３の単位長さ当りの切断面積を４５０ｃｍ^２／ｍよりも高くした場合、単位長さ当りの切断面積が１５０ｃｍ^２／ｍよりも低い場合と比較して、ワイヤー１３に付着した砥粒がワイヤー１３とシリコンブロック１１との切断領域に介在する時間が長くなるため、切断領域で発生した摩擦熱が砥粒へと熱伝導し易い。このように、切断領域にて発生した摩擦熱の熱伝導によって、その摩擦熱量で砥粒を劣化させるため、初期の砥粒の粒径よりも劣化により小さくなり、ワイヤー１３の切削性を著しく低下させる。

このように、本発明に係る半導体基板の製造装置によれば、ワイヤー１３の単位長さ当りの切断面積を１５０ｃｍ^２／ｍ以上４５０ｃｍ^２／ｍ以下であるため、一定の切削性を維持しつつ、切断領域で発生した摩擦熱の影響を抑制でき、シリコンブロック１１を切断した後に得られるシリコン基板の表面粗さを小さく、シリコン基板の厚みのばらつきを均一に維持することが可能となる。

また、砥粒の平均粒径を５μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましく、砥粒の平均粒径を５μｍ以上とすることで、十分な切削性を得ることができ、砥粒の平均粒径が３０μｍ以下とすることで、切り代の部分が多くなることを抑制し、１個のシリコンブロック１１から得ることができるシリコン基板の枚数を好適に維持することができる。

また、砥粒は、ダイヤモンドを主成分とすることが好ましく、耐摩耗性を好適に維持した長寿命なシリコン基板の製造装置とすることができる。

また、ワイヤー１３の１往復あたりのワイヤー１３の一方向での移動量よりも他方向の移動量を小さく設定することにより、ワイヤー１３を一方向に向かって漸次移動させる制御手段を備えてなることが好ましく、生産性を維持ながら砥粒の劣化を抑制できる。

また、ワイヤー１３の送り出し手段１７ａとシリコンブロック１１との間、及びワイヤー１３の巻き取り手段１７ｂとシリコンブロック１１との間に、各々ワイヤー１３を清掃するための清掃手段１８を備えることが好ましく、ワイヤー１３の目詰まりを抑制できる。

また、ワイヤー１３の１往復あたりのワイヤー１３の他方向への移動量は、清掃手段１８間のワイヤー１３の距離よりも大きいことが好ましく、特に往路でシリコンブロック１１の切断に寄与したワイヤー１３は、復路で全てが清掃手段１８を通過することによって、ワイヤー１３の目詰まりを一層抑制できる。

まず、１５０ｍｍ×１５５ｍｍ×３００ｍｍのシリコンブロック１１を準備し、スライスベース１２に接着する。このときの切断面積Ｓは１．５０ｃｍ×１５．５ｃｍで２３２．５ｃｍ^２である。そして、スライスベース１２に接着したシリコンブロック１１を、図１に示されるワイヤーソー装置に２本セットし、シリコンブロック１１の１本から取れるシリコン基板の枚数Ｎ１を６９６枚とし、シリコンブロック２本をその長手方向に配置した。

次に、シリコンブロック１１の側上部に設けた供給ノズル１４よりシリコンブロック１１全体に冷媒を供給し、さらにディップ槽１６に冷媒を満たすことによりシリコンブロック１１をディップ槽１６に浸漬させながらながら、往復運動しているワイヤー１３に押圧しシリコンブロック１１を切断した。このとき、ワイヤー１３の最大送りスピードは７５０ｍ／ｍｉｎとした。

また、ワイヤー１３は、１４０μｍの直径を有するピアノ線に平均粒径が１５μｍのダイヤモンド砥粒をニッケルメッキにて固着させた砥粒固着ワイヤー１３を使用した。このとき、砥粒がワイヤー１３表面積に対して占める割合を３０％とした。

さらに、シリコンブロック１１の切断後、同じワイヤー１３を用いて、さらに２本のシリコンブロック１１を切断した。つまり、合計Ｎ２＝４本のシリコンブロック１１を切断することができた。（ここで、フィード速度、新線供給量を変化させることにより、ワイヤー１３の全長を３ｋｍから１２ｋｍへと変化させて、ワイヤー単位長さあたりの切断面積を順次変化させた。）
表１にワイヤー単位長さあたりの切断面積を変化させたときの結果を示す。ワイヤー１３の単位長さ当りの切断面積を１１６ｃｍ^２／ｍから４９１ｃｍ^２／ｍまで変化させたときの表面粗さ（最大高さ）Ｒｚ、シリコン基板１枚の厚みばらつきＴＴＶについて測定を行なった。

表１より、ワイヤー単位長さ当りの切断面積が本発明の範囲内である、Ｎｏ．３〜１３については、表面粗さ（最大高さ）Ｒｚが１０μｍ以下、且つ、厚みばらつきＴＴＶが５０μｍ以下となり、良好な面精度が得られた。

しかしながら、ワイヤー単位長さあたりの切断面積が本発明の範囲外である、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．１４、Ｎｏ．１５では、表面粗さ（最大高さ）Ｒｚと、厚みばらつきＴＴＶで、本発明の効果よりも不十分な結果となった。

特に、フィード速度が３５０μｍ／ｍｉｎ以上、６５０μｍ／ｍｉｎ以下であり、新線供給量が７ｍ／ｍｉｎ以上、１５ｍ／ｍｉｎ以下とした場合は、シリコン基板の厚みばらつきＴＴＶが３０μｍ以下で、且つ、表面粗さ（最大高さ）Ｒｚが８．５μｍ以下となり、さらに良好な面精度を得ることができた。

次に、シリコンブロック１１及びワイヤー１３については、上記実施例１と同様の条件で、ワイヤー１３の最大送りスピードは７８０ｍ／ｍｉｎとした。また、フィード速度は、５００μｍ／ｍｉｎの一定速度とした。

なお、本実施例においては図２に示す半導体基板の製造装置を用いて、ワイヤー１３の送り出し部１７ａとシリコンブロック１１との間、及びワイヤー１３の巻き取り部１７ｂとシリコンブロック１１との間に、各々ワイヤー１３を清掃する清掃手段１８を設けた。具体的に、コンプレッサーによって０．１ＭＰａ程度に圧縮した気体をワイヤー１３に吹き付けることで、清掃手段１８とした。

また、ワイヤー１３を双方向に移動させ、ワイヤー１３の１往復あたりの他方向への移動量を、清掃手段１８間のワイヤー１３の距離よりも大きくなるように制御した。

表２にワイヤー１３単位長さあたりの切断面積を８０ｃｍ^２／ｍから８００ｃｍ^２／ｍまで変化させたときの表面粗さ（最大高さ）Ｒｚ、シリコン基板１枚の厚みばらつきＴＴＶについて測定を行なった。

表２より、例えワイヤー単位あたりの切断面積が４５０ｃｍ^２／ｍを超えたＮｏ．２１からＮｏ．２３の場合であっても、本発明に係る清掃手段１８を備えることによって、表面粗さ（最大高さ）Ｒｚが１０μｍ以下、且つ、厚みばらつきＴＴＶが５０μｍ以下となり、良好な面精度を維持することができた。

これは、ワイヤー１３表面の砥粒を目詰まりの原因となるシリコン屑等を清掃手段１８によってドレッシングし、シリコンブロック１１を切断した往路のワイヤー１３及び復路のワイヤー１３についてもワイヤー１３表面のシリコン屑の付着を抑制したため、ワイヤー１３の切削性を維持できるとともに、得られる半導体基板の表面粗さＲｚ、厚みばらつきＴＴＶを良好なものとすることができた。

一般的な半導体基板の製造方法に係るワイヤーソー装置を示す斜視図である。本発明に係る半導体基板の製造装置の一例であるワイヤーソー装置を示す斜視図である。ワイヤーのうち清掃部材と接触しないでシリコンブロックと接触するワイヤーの積算距離を示す図である。

符号の説明

１１：半導体ブロック（シリコンブロック）
１２：スライスベース
１３：ワイヤー
１４：供給ノズル
１５：メインローラー
１６：ディップ槽
１７：ワイヤー供給リール
１７ａ：送り出し部（送り出し手段）
１７ｂ：巻き取り部（巻き取り手段）
１８：清掃部材（清掃手段）

Claims

半導体ブロックを切断するワイヤーと、前記半導体ブロックとを準備する第１工程と、このワイヤーを該ワイヤーの長手方向に沿って走行させる第２工程と、
前記半導体ブロックを前記ワイヤーに相対的に押圧し、該押圧力で前記半導体ブロックを切断して半導体基板を得る第３工程と、を備えた半導体基板の製造方法であって、
前記半導体ブロック１個あたりから得られる前記半導体基板の１枚当たりの平均面積をＳ、前記１個の半導体ブロックから得られる前記半導体基板の枚数をＮ１、前記ワイヤー上に配設される前記半導体ブロックの本数をＮ２、前記ワイヤー全長をＬ、としたときに、Ｓ×２×（Ｎ１−１）×Ｎ２／Ｌで定義されるワイヤーの単位長さ当りの切断面積が１５０ｃｍ^２／ｍ以上４５０ｃｍ^２／ｍ以下とし、
前記ワイヤーは、砥粒が固着され、
前記ワイヤーは往復運動するとともに、前記ワイヤーの１往復あたりの前記ワイヤーの一方向での移動量よりも他方向の移動量を小さく設定することにより、前記ワイヤーを前記一方向に向かって漸次移動させ、
前記往復運動によって、前記ワイヤーが一方向へ漸次移動する速度は、４ｍ／ｍｉｎ〜２０ｍ／ｍｉｎに設定され、
前記ワイヤーを前記半導体ブロックに押圧する際のフィード速度を３００μｍ／ｍｉｎ以上６５０μｍ／ｍｉｎ以下に設定した半導体基板の製造方法。
前記砥粒の平均粒径を５μｍ以上３０μｍ以下とした請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
前記ワイヤーの送り出し部と前記半導体ブロックとの間、及び前記ワイヤーの巻き取り部と前記半導体ブロックとの間に、各々前記ワイヤーを清掃する清掃部材を備え、前記ワイヤーの１往復あたりの前記他方向への移動量を、前記清掃部材間の前記ワイヤーの距離よりも大きくしたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体基板の製造方法。
前記ワイヤーの最大送り速度が５００ｍ／ｍｉｎ以上１０００ｍ／ｍｉｎ以下に設定されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体基板の製造方法。
前記ワイヤーの直径は、８０μｍ以上１６５μｍ以下とした請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体基板の製造方法。
前記半導体基板の最大高さＲｚが１０μｍ以下である請求項１から請求項５のいずれか
一項に記載の半導体基板の製造方法。
前記半導体基板の厚みばらつきＴＴＶが５０μｍ以下である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体基板の製造方法。