JP5193691B2 - 単結晶の研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は単結晶の研磨方法に関し、さらに詳しくは、例えば炭化ケイ素のインゴット端部などを種結晶として用いる際の切断面の研磨方法に関する。

一般に、半導体結晶からなるウェハの研磨方法としては、試料台にウェハを貼り付けて片面ずつ研磨する方法（例えば、特許文献１参照）や、ウェハをキャリアに入れて両面同時に研磨する方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。

一方、単結晶の種結晶の製造方法として、炭化ケイ素をはじめとする単結晶のインゴット端部（テール）を種結晶として利用することが考えられている。炭化ケイ素のインゴット端部の切断面を種結晶とするために、切断面を研磨して結晶成長に適した状態に整える必要がある。
特開平１１−２３５６６２号公報 特開平５−１６９３６５号公報

しかしながら、上記した片面ずつ研磨する方法は、研磨する面に対して反対側に位置する面を固定するため、その反対側の面はウェハのようにほぼ平らであることが必要であった。上記した片面ずつ研磨する方法で、炭化ケイ素のインゴット端部の切断面を研磨しようとしても、反対側の面が平面でないため、結晶を保持・固定することが困難であった。したがって、平面でない切断面を研磨することができなかった。

また、上記したウェハをキャリアに入れて両面同時に研磨する方法は、やはり両面がほぼ平行をなす平らな面であることが必要であった。炭化ケイ素のインゴット端部の切断面の研磨の場合は、切断面に対して反対側に位置する凸状面は未加工のままで保持する必要があるため、両面研磨する方法は適用できない。

このように従来のウェハの研磨方法では、炭化ケイ素のインゴット端部の切断面を研磨することはできなかった。そのため、実際には作業者が手でインゴット端部を保持して切断面側を研磨する方法が行われていたが、手がすべるなどの不具合により結晶の切断面からを種結晶として適切な平面を安定して作り出すことは困難であり、ともすると種結晶を破損させる虞があった。

そこで、本発明の目的とするところは、もう一方の面を実質的に加工することなしに半導体結晶の切断面を安定して研磨できる方法を提供することにある。

本発明の特徴は、半導体種結晶用途として用いる結晶の研磨方法であって、一方の面が切断面で他方の面が未加工の成長面である半導体種結晶用途として用いる結晶の、前記切断面を露出させた状態で前記成長面側に、樹脂を被覆して支持部を形成すると共に、この支持部に切断面と平行な面を形成する工程と、この切断面を研磨する工程と、この支持部を剥離する工程と、を備えることを要旨とする。ここで、半導体種結晶用途として用いる結晶は、炭化ケイ素のインゴットの端部である。

また、支持部を構成する樹脂は、体積収縮率が６％以下であることが好ましく、ボール硬度試験値が１００Ｎ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。

本発明によれば、保持するのに不安定な形状を有する半導体結晶の切断面を安定して研磨できる。

以下、本発明の実施の形態に係る半導体種結晶用途として用いる結晶の研磨方法の詳細を図面に基づいて説明する。

本実施の形態で用いる半導体種結晶用の結晶としては、炭化ケイ素のインゴット端部である。例えば、図１に示すように、このインゴット端部１１は、複数のワイヤーＷを用いてインゴット１を輪切り状に切断するワイヤーカットソーを用いて切断されたものである。なお、本実施の形態では、インゴット１をワイヤーカットソーを用いて切断したが、内周刃もしくは外周刃の切断機を用いて切断しても勿論よい。このように切断されたインゴット１は、インゴット端部１１以外の部分がウェハとして切り出される。

図２および図３に示すように、このインゴット端部１１は、端部側の面が平らでない面１１ａであり、切断面１１ｂが平らな面である。この切断面１１ｂは、ワイヤーＷで切断されたものであるため、結晶成長をさせる端面種として用いるには粗い面である。内周刃もしくは外周刃の切断機を用いて切断しても、切断面１１ｂは同様に粗い面である。なお、切り出されたウェハの両面も粗い面であるため、周知の研磨方法によって研磨する必要がある。

本実施の形態では、以下に説明する研磨方法を行うことにより、インゴット端部１１から結晶成長に適した種結晶を作製することができる。

まず、図４に示すように、インゴット端部１１の切断面１１ｂを下にして、平らな表面を有する基台２上に載せ、平らでない面１１ａの表面のみに、エポキシ接着剤（例えば、日化精工社製のＷボンド）を薄く塗布して接着剤層３を形成する。

次に、図５に示すように、この接着剤層３を被覆したインゴット端部１１の周囲にインゴット部１１よりやや大きいサイズの内径を有する樹脂リング４を装着する。樹脂リング４の高さは、接着剤層３を被覆したインゴット端部１１の切断面１１ｂからの最大高さｈよりも少なくとも１ｍｍ以上高い高さＨに設定されている。この樹脂リング４の構成樹脂としては、後述する支持部５を構成する樹脂に対して剥離しやすい特性を有する樹脂を選択する。本実施の形態では、テトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂で樹脂リング４を形成している。

その後、図５に示す状態において、樹脂リング４の内側に樹脂をポッティングしてインゴット端部１１が埋まるように支持部５を形成する。この支持部５を構成する樹脂（以下、支持部形成用樹脂という）としては、例えばポリエステル樹脂、メチルメタルアクリレート樹脂などである。本実施の形態では、支持部５の厚みの最も薄い部分（インゴット端部１１の高さの最大部分）での厚さは、１ｍｍ以下になるように設定している。

この支持部形成用樹脂としては、硬化したときの体積収縮率が６％以下の低体積収縮率であり、好ましくは３％以下、さらには０．５％以下の低体積収縮率であることが好ましい。この体積収縮率が６％を上回ると、樹脂が硬化したときの収縮応力により、インゴット端部１１の凸状面１１ａに割れやクラックが発生するためである。

加えて、支持部形成用樹脂としては、切断面１１ｂを研磨する際にインゴット端部１１を保持する必要があるため、高硬度である必要がある。したがって、樹脂本来の硬度がインゴット端部１１の保持に耐える程度よりも低い場合は、支持部形成用樹脂中に例えばシリカなどの無機物でなる無機粒子を含有させることが好ましい。なお、このような無機粒子を支持部形成用樹脂に配合しておくことにより、硬化時の体積収縮率を低くできると共に、高硬度化を図ることができる。なお、本実施の形態のようにインゴット端部１１を種結晶として用いる場合は、支持部形成用樹脂の硬度としては、ボール硬度試験値が１００Ｎ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。

次に、支持部形成用樹脂でなる支持部５が硬化した後は、図７に示すように、樹脂リング４を取り外す。この際は、樹脂リング４が支持部形成用樹脂と剥離性のよい樹脂でなるため、容易に取り外すことができる。

図７に示す状態のインゴット端部１１上に設けられた支持部５の上面５Ａが、切断面１１ｂと対向するように、面出しを行う。この面出しは、切削加工を行ってもよいし、切断や研削、研磨を施して平行な平坦面としてもよい。このように面出しが行って、平坦度の高い上面５Ｂに形成する（図８参照）。

その後、図８に示すように、支持部５が設けられたインゴット端部１１を研磨装置の研磨台６の上に、上面５Ｂが接するように載置・支持し、回転駆動される回転研磨パッド７により研磨を行う。この研磨により、ワイヤーソーで切断された切断面１１ｂは、研磨された研磨面１１ｃとなる（図９参照）。

次に、研磨されて切断面１１ｂが研磨面１１ｃに変化したインゴット端部１１Ａを支持部５と共に、研磨台６から取り外して、例えばアセトンなどの、接着剤もしくは支持部形成用樹脂を溶解させうる有機溶剤８が入れられた容器９に浸漬させる。本実施の形態では、例えば、支持部５を有するインゴット端部１１Ａをアセトンに浸した状態で超音波洗浄３０分を行い、その後１時間放置し、その後、さらに３０分の超音波洗浄を行い、例えば１２時間程度放置することにより、支持部５および接着剤層３をほぼ完全に除去したインゴット端部１１Ａを取り出すことができる。その後、半導体の種結晶として、一般的な精密洗浄を実施することで、接着剤や樹脂を完全に除去することができる。

このように取り出されたインゴット端部１１Ａは、割れやクラックの発生がない。また、このインゴット端部１１Ａを種結晶として結晶成長させた場合に、多結晶炭化ケイ素の発生もなかった。

上述のように、本実施の形態によれば、インゴット端部１１の切断面１１ｂを安定した状態で研磨することが実現できた。したがって、本実施の形態によれば、インゴット端部１１の割れやクラックの発生を防止でき、研磨工程に伴う、インゴット端部１１の破損を回避することができる。また、安定した状態で切断面１１ｂの研磨が行えるため、結晶成長させた炭化ケイ素（インゴット）も良質なものとすることができる。

（その他の実施の形態）
上述した実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

上述した実施の形態では、炭化ケイ素のインゴット端部１１を用いたが、シリコンなどの他の半導体のインゴット端部であってもよい。

また、インゴット端部１１の凸状面１１ａ側に形成する接着剤層３は、エポキシ接着剤に限定されるものではなく、結晶との密着性および濡れ性がよく、かつ収縮率が小さく、溶剤に可溶であり成長面１１ａから除去可能なものであればよい。

さらに、上記実施の形態では、樹脂リング４を用いて支持部形成用樹脂をポッティングにより形成したが、樹脂リング４を用いずに支持部形成用樹脂を塗布しても勿論よい。

また、上記実施の形態では、支持部形成用樹脂として、ポリエステル樹脂、メチルメタルアクリレート樹脂などを用いたが、体積収縮率を６％以下に設定でき、硬度としてボール硬度試験値が１００Ｎ／ｍｍ^２以上に調整できる樹脂であれば、他の樹脂を用いることも勿論可能である。

インゴットの切断工程を示す斜視図である。 切断されたインゴット端部を示す斜視図である。 インゴット端部の直径方向で切った状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る半導体種結晶用結晶の研磨方法において、インゴット端部の凸状面に接着剤層を形成した状態を示す断面図である。 実施の形態において、樹脂リングをインゴット端部に装着した状態っを示す断面図である。 実施の形態において、支持部形成用樹脂を充填した状態を示す断面図である。 実施の形態において、支持部を形成したインゴット端部の断面図である。 実施の形態における研磨工程を示す断面説明図である。 実施の形態における樹脂剥離工程を示す断面説明図である。 切断面が研磨されたインゴット端部（種結晶）を示す断面図である。

符号の説明

１…インゴット、２…基台、３…接着剤層、４…樹脂リング、５…支持部、５Ａ，５Ｂ…上面、６…研磨台、７…回転研磨パッド、８…有機溶剤、９…容器、１１…インゴット端部、１１Ａ…インゴット端部（研磨済みの種結晶）、１１ａ…凸状面、１１ｂ…切断面、１１ｃ…研磨面

Claims (4)

1. 一方の面が切断面で他方の面が未加工の成長面である半導体種結晶の、前記切断面を露出させた状態で前記成長面側に、樹脂を被覆して支持部を形成すると共に、前記支持部に前記切断面と対向する面を形成する工程と、
   前記切断面を研磨する工程と、
   前記支持部を剥離する工程と、
   を備えることを特徴とする単結晶の研磨方法。
2. 前記半導体種結晶は、炭化ケイ素のインゴットの端部であることを特徴とする請求項１に記載の単結晶の研磨方法。
3. 前記樹脂は、体積収縮率が６％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の単結晶の研磨方法。
4. 前記樹脂は、ボール硬度試験値が１００Ｎ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の単結晶の研磨方法。

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