JP5150196B2 - シリコンウエハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンウエハの製造方法および製造システムに関し、さらに詳しくは、鋳造によって成形されたシリコンインゴットを切断して複数のシリコンブロックとし、次いで該シリコンブロックをスライスして多数のシリコンウエハとするシリコンウエハの製造方法およびそれに用いる製造システムに関する。特に、本発明に係るシリコンウエハの製造方法および製造システムは、シリコンインゴットを、鋳造によって成形してから、切断して複数のシリコンブロックとするまでの工程または手段に特徴を有する。

図２は、多結晶シリコンインゴットを示す正面図である。
図２において、シリコンインゴット１０１は、鋳造によって（キャスト法で）成形された多結晶シリコンインゴットであり、大型バンドソーで切断して複数のシリコンブロックに切り出される。

そして、得られた各シリコンブロックは、マルチワイヤソー装置の、走行するスライス用ワイヤに砥粒を含むスラリを供給しながら、このスライス用ワイヤに押し付けられ、砥粒のラッピング作用によって多数のシリコンウエハにスライス加工される。
なお、一般にシリコンインゴットとしては、上記の多結晶のものと、単結晶のものが用いられている。そして、通常、この単結晶のものは、引き上げ法によって円筒形に成形される。

さて、多結晶シリコンインゴットから複数のシリコンブロックを切り出す方法として提案されているものは、まず、シリコンインゴットを、カーボンなどを基材とする固定冶具に、エポキシ系などの樹脂からなる接着剤で固定し、次いで、シリコンインゴットから固定冶具の全部、または固定冶具の途中まで切断して、複数のシリコンブロックを得ることよりなる（特許文献１参照）。

なお、得られた各シリコンブロックは、ワイヤソー型切断装置によってスライスされて多数のシリコンウエハとされる。
特開２００４−１１４５０３号公報

上記のごとく多結晶シリコンインゴットを切断して複数のシリコンブロックとする方法では、接着剤の硬化に長時間が必要なため生産性が悪く、また多量の接着剤を必要とするため、製造コストが高いという問題があった。

本発明は、鋳造によって成形されたシリコンインゴットを切断して複数のシリコンブロックとし、次いで該シリコンブロックをスライスして多数のシリコンウエハとするシリコンウエハの製造方法において、
鋳造によって成形されたシリコンインゴットを切断して複数のシリコンブロックとするに際して、予めシリコンインゴットの少なくとも１面を平らに研削する研削工程と、
シリコンインゴットを、その平らに研削された面を下向きにして基台上に載置し、該シリコンインゴットから複数のシリコンブロックを切り出すシリコンブロック切り出し工程と
を含むことを特徴とするシリコンウエハの製造方法を提供する。

本発明に係るシリコンウエハの製造方法によれば、鋳造によって成形されたシリコンインゴットを切断して複数のシリコンブロックとするに際して、予めシリコンインゴットの少なくとも１面を平らに研削し、次いで、シリコンインゴットを、その平らに研削された面を下向きにして基台上に載置し、該シリコンインゴットから複数のシリコンブロックを切り出すことによって、接着剤が不要となり、それによって接着剤の硬化のための時間が不要となり、生産性が高く、製造コストも安くなる。

本発明は、鋳造によって成形されたシリコンインゴットを切断して複数のシリコンブロックとし、次いで該シリコンブロックをスライスして多数のシリコンウエハとするシリコンウエハの製造方法を対象とする。

そして、本発明に係るシリコンウエハの製造方法は、鋳造によって成形されたシリコンインゴットを切断して複数のシリコンブロックとするに際して、予めシリコンインゴットの少なくとも１面を平らに研削する研削工程と、
シリコンインゴットを、その平らに研削された面を下向きにして基台上に載置し、該シリコンインゴットから複数のシリコンブロックを切り出すシリコンブロック切り出し工程と
を含むことを特徴とする。

本発明において、研削工程は、鋳造によって成形されたシリコンインゴットを切断して複数のシリコンブロックとするに際して、予めシリコンインゴットの少なくとも１面、具体的には底面または上面を平らに研削することよりなる。
ここで、研削する面が、シリコンインゴットの上面の場合は、底面の場合に比べて、凹凸が大きいために加工量が多くなり、さらにSiCが析出しているために硬く、加工時間がかかる。

そこで、好ましい研削工程としては、シリコンインゴットの鋳造成形時の底面を反転させ、上面として基台上に載置し、該上面を平らに研削する、シリコンインゴット鋳造成形時の底面研削工程を挙げることができる。
このシリコンインゴット鋳造成形時の底面研削工程は、具体的には、シリコンインゴットの鋳造成形時の底面を反転させた上面を、カップ砥石またはストレートホイール砥石により、平らに研磨する研磨工程を含むことが、高い平面度（平坦度）を得ることができるので好ましい。

本発明において、シリコンインゴット鋳造成形時の底面研削工程は、シリコンインゴットの上面を平らに研削するに際して、予めシリコンインゴットを基台上に固定（位置決め）する、シリコンインゴット研削時の固定工程を含むことが、移動による研削能力、平坦度などの低下や、危険を防止でき、好ましい。
ここで、シリコンインゴット研削時の固定工程は、シリコンインゴットの側面から押さえること、具体的には、真空吸着固定具、クランプ式の治具などをシリコンインゴットの側面に当てることが好ましい。

本発明において、シリコンブロック切り出し工程は、シリコンインゴットからバンドソーによりシリコンブロックを切り出すことよりなり、さらに、シリコンブロックを切り出すに際して、予めシリコンインゴットを基台上に固定する、シリコンインゴット切り出し時の固定工程を含んでもよい。
また、シリコンインゴット切り出し時の固定工程は、シリコンインゴットの、予め平らに研削された面を真空吸着により固定する真空吸着固定工程からなれば、平らに研削された面を固定にも利用できて好都合である。もちろん、磁石で固定することもできる。

本発明は、別の観点によれば、鋳造により成形されたシリコンインゴットを切断して複数のシリコンブロックとするシリコンインゴット切断手段と、得られた各シリコンブロックをスライスして多数のシリコンウエハとするシリコンブロックスライス手段とを備えたシリコンウエハ製造システムであって、
シリコンインゴット切断手段が、
鋳造により成形されたシリコンインゴットの少なくとも１面を予め平らに研削する研削手段と、
シリコンインゴットを、その平らに研削された面を下向きにして載置するための基台と、
この基台上に載置されたシリコンインゴットから複数のシリコンブロックを切り出すシリコンブロック切り出し手段と
を含むことを特徴とするシリコンウエハの製造システムを提供できる。

本発明において、研削手段は、シリコンインゴットの鋳造成形時の底面を反転させて基台に載置し、該載置されたシリコンインゴットの鋳造成形時の底面を平らに研削する、シリコンインゴット鋳造成形時の底面研削手段からなるのが、シリコンインゴットの鋳造成形時の上面を研削する場合に比べて好ましい。

そして、シリコンインゴット鋳造成形時の底面研削手段としては、シリコンインゴットの鋳造成形時の底面を反転させる反転手段と、反転されたシリコンインゴットの鋳造成形時の底面を、カップ砥石またはストレートホイール砥石により、平らに研磨する研磨手段との組み合わせを挙げることができる。
研磨手段としては、具体的には、ダイヤモンドカップ砥石（カップの円形面で研磨）を使用するロータリ研削盤や、ダイヤモンドストレートホイール（ホイールの外周面で研磨）を使用する精密平面研削盤が、高い平行度、平坦度が得られるので、好ましい。

ここで、反転手段は、具体的には、鋳造成形時のシリコンインゴットを保持する保持枠と、シリコンインゴットの鋳造成形時の底面を反転させるために前記保持枠を反転可能に支持する支持台と、保持枠を反転位置に固定する固定具とで構成できる。

本発明において、シリコンブロック切り出し手段としては、バンドソー、ワイヤソー、好ましくはバンドソーを挙げることができる。
また、シリコンブロック切り出し手段は、シリコンブロックを切り出すに際して、予めシリコンインゴットを基台上に固定する、シリコンインゴット切り出し時の固定手段を含むことが好ましい。

ここで、シリコンインゴット切り出し時の固定手段は、具体的には、シリコンインゴットの、予め平らに研削された面を真空吸着により固定する真空吸着固定具、磁石が好ましいものとして挙げられる。
［実施の形態１］

以下、本発明に係るシリコンウエハの製造システムの実施の形態１を図に基づいて説明し、併せて本発明に係るシリコンウエハの製造方法を具体的に説明する。
図１は、本発明に係るシリコンウエハの製造システムの実施の形態１を示すシステム説明図である。

図１において、シリコンウエハの製造システム（加工システム）Ｓは、鋳造により成形された多結晶シリコンインゴット（以下、シリコンインゴット、またはインゴットと称することもある）１を切断して複数のシリコンブロック１３、１３、・・とするシリコンインゴット切断手段と、得られた各シリコンブロック１３、１３、・・をスライスして多数のシリコンウエハとするシリコンブロックスライス手段とを備え、このシリコンブロックスライス手段としては、従来、採用されている通り、バンドソーまたはワイヤソー（図示省略）を用いて各シリコンブロック１３、１３、・・をスライス加工し、多数のシリコンウエハとする。

さて、シリコンインゴット切断手段は、シリコンインゴット１の少なくとも１面を予め平らに研削する研削手段と、シリコンインゴット１を、その平らに研削された面を下向きにして載置するための基台１０と、この基台上に載置されたシリコンインゴット１から複数のシリコンブロック１３、１３、・・・を切り出すシリコンブロック切り出し手段とからなる。

ここで、研削手段は、シリコンインゴットの鋳造成形時の底面３を反転させて基台に載置し、該載置されたシリコンインゴットの鋳造成形時の底面３を平らに研削する、シリコンインゴット鋳造成形時の底面研削手段からなる。
この底面研削手段は、シリコンインゴットの鋳造成形時の底面を反転させる反転手段としての反転載置治具４と、反転されたシリコンインゴットの鋳造成形時の底面３（２は上面）を、カップ砥石１２を用いたロータリ平面研削装置９により、平らに研磨する研磨手段とを含む。

反転載置治具４は、鋳造成形時のシリコンインゴットを保持する保持枠５と、シリコンインゴットの鋳造成形時の底面を反転させるために前記保持枠を反転可能に支持する支持台８と、保持枠５を反転位置に固定する固定具７，７とからなる。なお、６、６はシリコンインゴット１を保持枠５に固定するバンドである。

研磨手段は、ロータリ平面研削装置９に加えて、シリコンインゴット１の結晶形成時の底面を、シリコンインゴット１の反転により上面として載置する基台１０と、その位置決め部材１１、１１とを備えている。
シリコンブロック切り出し手段は、シリコンインゴット１の平らに研削された上面を、反転載置治具４によるシリコンインゴットの復転により下向きにして後述の基台１５上に載置し、しかる後、複数のシリコンブロックとして切り出すシリコンブロック切り出し装置１４からなる。

このシリコンブロック切り出し装置１４は、シリコンインゴット１の平らに研削された上面を、シリコンインゴットの復転により下向きにして載置する基台１５と、載置されたシリコンインゴット１を基台１５に位置決めし、しっかり固定する真空吸着固定具１７、１７、・・と、シリコンインゴット１を矢印方向に切断しシリコンブロック１３、１３、・・とする大型バンドソー装置（BS装置、図示省略）とからなる。なお、１６，１６はシリコンブロックの側端片（切り端）であり、１８、１８、・・は切り残し防止用溝である。

次に、以上の構成からなるシリコンウエハの製造システムＳの作動を説明する。
多結晶シリコンインゴット１を、専用のシリコンインゴット反転載置治具４を使って多結晶シリコンインゴット１の底面３が上面になるように反転させる。すなわち、支持台８上で保持枠５を矢印のごとく半回転させ、反転した多結晶シリコンインゴット１を基台１０の上に載置し、位置決め部材１１、１１で位置決めする。そして、多結晶シリコンインゴット１の上面をロータリ平面研削装置９で平面研削、つまり平面に研磨する。

多結晶シリコンインゴット１は、平面研削加工の際に動かないように、位置決め部材１１、１１に加えて磁石（図示省略）で一辺当り２箇所、四辺の合計８箇所を最低でも固定する。これは、多結晶シリコンインゴット（以下、単にインゴットまたはワークと称することもある）１が動くと加工精度が落ちるだけでなく、クラックやカケなどが発生するためである。
ロータリ平面研削装置９で多結晶シリコンインゴット１の上面を高さで５〜１０ｍｍ研削する。ロータリ平面研削装置９の砥石は、ダイアモンドでできており、＃２４０以下の粗さである。 また、砥石はカップ型をしており、直径φ３００ｍｍ〜φ５００ｍｍである。加工時間は３０〜６０分で研削できる。

特に平面の精度は管理する必要はないが、平面研削終了後、多結晶シリコンインゴット１の底面の四隅を水準器で平面であることを確認する。
次いで、上述のシリコンインゴット反転載置治具４を使って多結晶シリコンインゴット１の平らになった面を復転させて下向きにし、基台１５の上に載置する。
ここで、シリコンインゴットの底面が平らになったので、基台１５上に安定して載置することができる。

多結晶シリコンインゴット１を切断して複数のシリコンブロック（以下、単にブロックと称することもある）１３，１３、・・とする場合、例えば７００ｍｍ角の多結晶シリコンインゴットから１５５ｍｍ角のシリコンブロックを１６本切り出す場合について説明する。
切断の際は、基台１５の上に載置したシリコンインゴットを固定することが好ましく。固定は、具体的には真空吸着で行うことがより好ましい。
まず、刃厚２．５ｍｍのバンドソーで多結晶シリコンインゴット１を５回切断する（四分割した多結晶シリコンインゴットと、両端部分にそれぞれ切り端１６ができる）。

その次に真空の吸着を止めて、四分割した多結晶シリコンインゴットの隙間を詰めて一体にする（隙間はバンドソーの刃厚が２．５ｍｍの場合、約３ｍｍ程度できる）。なお、隙間があいたまま切断すると、ワークが動くため加工精度の低下、クラックやカケなどが発生する。そろえ終わったらまた吸着して固定する。多結晶シリコンインゴット１の乗った基台１５を水平面内で９０度回転させる。そして、さらに５回切断すると１５５ｍｍ角のブロックが１６本切り出される（両端部分にそれぞれ切り端１６ができる）。

以上のブロックの加工に要する時間は約８時間である。ブロックの寸法が１２５ｍｍ角の場合、切断は合計１２回必要で、２５本切り出しできる。
最後に真空吸着を止めて、ブロックを取り出す。

ここで、以降の工程を簡単に説明する。
ブロックの上面と底面を小型のバンドソーで切り落とす。
次にブロックをワークホルダに接着剤で固定する。そのワークホルダをマルチワイヤソー装置にセットする。走行されるワイヤに砥粒を含むスラリが供給されるとともに、同スライス用ワイヤにブロックを押し付けると、砥粒のラッピング作用によって複数枚にスライス加工がなされる。

なお、本発明においては、シリコンインゴットに、平たんな面をつくればよいので、上面・底面のどちらでもよいが、次の理由で底面の方がより好ましい。
（１）上面の方が凹凸が大きいため、加工量が多くなる。
（２）上面は、SiCが析出しているため、硬く、加工に時間がかかる。
ただし、（２）については、底面側からの一方向凝固により形成されたインゴットの場合である。

ここで、多結晶シリコンインゴットの底面を平らに研削する理由を図に基づいて簡単に補足説明する。
図３は、多結晶シリコンインゴットの異物を強調して示す正面説明図である。
図３において、シリコンインゴット１０１は、一方向凝固により形成された多結晶シリコンインゴットであり、その上面１０２に、異物１０４、具体的にはＳｉＣなどが析出してくる。この異物１０４は非常に硬いので、平らに研削するのに、底面１０３より時間がかかる。
多結晶シリコンインゴット１０１の上面は、キャスト法で作るため、底面１０３と比較して凹凸が大きい。したがって、平らにするための研削量が多くなる。

本発明に係るシリコンウエハの製造システムの実施の形態１を示すシステム説明図である。 多結晶シリコンインゴットを示す正面図である。 多結晶シリコンインゴットの異物を強調して示す正面説明図である。

符号の説明

１・・・・・・多結晶シリコンインゴット
２・・・・・・上面
３・・・・・・底面
４・・・・・・反転載置治具（復転載置治具）
５・・・・・・保持枠
６・・・・・・バンド
７・・・・・・固定具
８・・・・・・支持台
９・・・・・・ロータリ平面研削装置
１０・・・・・基台
１１・・・・・位置決め部材
１２・・・・・カップ砥石
１３・・・・・シリコンブロック
１４・・・・・シリコンブロック切り出し装置
１５・・・・・基台
１６・・・・・側端片（切り端）
１７・・・・・真空吸着固定具
１８・・・・・切り残し防止用溝
１０１・・・・シリコンインゴット
１０２・・・・上面
１０３・・・・底面
１０４・・・・異物
Ｓ・・・・・・シリコンウエハの製造システム

Claims (6)

1. 鋳造によって成形されたシリコンインゴットを切断して複数のシリコンブロックとし、次いでこのシリコンブロックをスライスして多数のシリコンウエハとするシリコンウエハの製造方法において、
   鋳造によって得られたシリコンインゴットを複数のシリコンブロックに切断する前に、このインゴットを上下反転させて鋳造時の上面を底面として基台上に載置する工程を設け、鋳造時の底面を上面としてこれを複数のシリコンブロックに切断することを特徴とするシリコンウエハの製造方法。
2. インゴットを上下反転させて鋳造時の上面を底面として基台上に載置する工程を経た後、鋳造時の底面を上面としてこれを平らに研削する工程をさらに備え、この研削された面から複数のシリコンブロックを切り出すことを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハの製造方法。
3. インゴットを上下反転させて鋳造時の上面を底面として基台上に載置した後、その上面即ち鋳造時の底面を研削する工程に、カップ砥石またはストレートホイール砥石による研磨工程を備えこれにより鋳造時の底面を平らに研磨することを特徴とする請求項１または２の何れかに記載のシリコンウエハの製造方法。
4. 前記インゴットを上下反転させて鋳造時の上面を底面として基台上に載置する工程に、前記鋳造によって得られたシリコンインゴットをそのまま保持するとともにこれを保持した状態で上下反転可能な保持枠を備え、この保持枠をインゴットを保持させた状態で反転させることにより、鋳造時のインゴット底面を上面として研削可能としたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のシリコンウエハの製造方法。
5. 前記インゴットを上下反転させて鋳造時の上面を底面として基台上に載置する工程に、前記保持枠を反転位置に固定する固定具を併せ備えたことを特徴とする請求項４に記載のシリコンウエハの製造方法。
6. シリコンインゴットを上下反転させて鋳造時の上面を底面として基台上に載置する工程において、前記基台部にシリコンインゴットをこの基台上に固定する真空吸着固定具を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のシリコンウエハの製造方法。

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