JP5406119B2 - ウエハ製造方法及びウエハ製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば太陽電池に用いられるウエハ製造方法と、その方法の実施に直接使用するウエハ製造装置に関する。
詳しくは、四角柱状のインゴットを切断機により複数のウエハにスライスするウエハ製造方法及びウエハ製造装置に関する。

従来、この種のウエハ製造方法及びウエハ製造装置として、多結晶シリコンのインゴットをバンドソー型切断機などで直方体形状の半導体ブロックへと切断し、この半導体ブロックが接着剤などによりスライスベースの一面に接着され、ワイヤーソー装置のワイヤーと対向するように複数の半導体ブロックを配置し、これら半導体ブロックを徐々に下降させてワイヤーに押しつけることにより、各半導体ブロックが同時に切断されて複数の半導体ウエハを得るものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２７８７０１号公報（図４）

しかし乍ら、このような従来のウエハ製造方法及びウエハ製造装置では、直方体形状のインゴットを個別にワイヤーソーでウエハの厚みが例えば300μｍ以下にスライスするため、このスライス時の振動などにより特にウエハの角部や端部においてチッピングや割れ・欠けなどが発生し易く、その分だけ歩留まりが低下するという問題があった。

本発明は、このような問題に対処することを課題とするものであり、ウエハのチッピングや割れ・欠けなどの不良発生を抑制すること、ウエハの分離時におけるチッピングや割れ・欠けなどの不良発生を抑制すること、ウエハ同士の分離が容易でありながらウエハの分離時におけるチッピングや割れ・欠けなどの不良発生を更に抑制すること、などを目的とするものである。

このような目的を達成するために本発明によるウエハ製造方法は、四角柱状に形成される複数のインゴットの平坦な４つの側面同士を、それらの間に中間板材が挟まれるように接着剤で隙間なく接着して、インゴット連結体を形成するインゴット接着工程と、前記インゴット連結体と切断機を相対的に前記インゴットの長手方向と交差する方向へ移動させることで、前記インゴット連結体の全体をスライスして複数の連結片を切り出すスライス工程と、前記連結片における前記接着剤の接着力を低下させることで、前記インゴットから切り出されるウエハと、前記中間板材から切り出される中間断片とに分離するウエハ分離工程と、を含み、前記インゴット接着工程では、複数の前記インゴットを横方向と縦方向へそれぞれ複数列ずつ並べて多層状に積み上げ、横方向と縦方向へそれぞれ隣り合う前記インゴットの前記側面全体が、前記接着剤で前記中間板材の表面に隙間なく相互に接合するように接着されることを特徴とする。
さらに前述した特徴に加えて、前記インゴット連結体は、前記インゴットが当て板の接着面に沿って横方向へ一列並べられ、前記インゴットの間に短尺の前記中間板材を挟み込み、縦方向へ長尺の前記中間板材を挟み込んで前記インゴットが複数列並べられることを特徴とすることが好ましい。

前述した特徴に加えて、前記中間板材の前記表面を、それぞれの表面粗さが前記インゴットの前記側面の表面粗さよりも小さくなるように形成したことを特徴とする。

さらに前述した特徴に加えて、前記中間板材を前記インゴットと熱膨張率が異なる材料で構成し、前記接着剤として温度変化で接着強度が低下するものを用いたことを特徴とする。

また本発明によるウエハ製造装置は、四角柱状に形成されて４つの平坦な側面を有する複数のインゴットと、前記インゴットの前記側面の間に挟まれるように設けられる中間板材と、複数の前記インゴットの前記側面と複数の前記中間板材の表面を隙間なく相互に接合するように連結してインゴット連結体を形成する接着剤と、前記インゴット連結体と相対的に前記インゴットの長手方向と交差する方向へ移動するように設けられ、前記インゴット連結体の全体をスライスして複数の連結片を切り出す切断機と、を備え、前記インゴット連結体は、複数の前記インゴットを横方向と縦方向へそれぞれ複数列ずつ並べて多層状に積み上げ、横方向と縦方向へそれぞれ隣り合う前記インゴットの前記側面全体が、前記接着剤で前記中間板材の前記表面と隙間なく相互に接合するように接着され、前記切断機は、前記連結片として、前記インゴットから切り出されるウエハと、前記中間板材から切り出される中間断片とが前記接着剤で互いに接着された状態で切り出すことを特徴とする。

さらに前述した特徴に加えて、前記中間板材を前記インゴットの硬度とほぼ同じ又はそれに近い材料で構成したことを特徴とする。

前述した特徴を有する本発明によるウエハ製造方法は、四角柱状に形成される複数のインゴットの平坦な４つの側面同士を、それらの間に中間板材が挟まれるように接着剤で隙間なく接着して、インゴット連結体が形成され、このインゴット連結体と切断機を相対的にインゴットの長手方向と交差する方向に移動させて、インゴット連結体の全体をスライスすることにより、複数の連結片としてインゴットから切り出されるウエハと、中間板材から切り出される中間断片が互いに接着された状態で切り出されるため、切断機からの振動が各ウエハの角部や端部に伝わり難く、その後、連結片における接着剤の接着力を低下させることにより、ウエハと中間断片とに分離されるので、ウエハのチッピングや割れ・欠けなどの不良発生を抑制することができる。
その結果、直方体形状のインゴットを個別にスライスする従来のウエハ製造方法に比べ、チッピングや割れ・欠けなどの不良が無い高品質なウエハを大量に安価で得ることができ、歩留まりを向上させることができる。それにより、高い品質と低コストが要求される太陽電池素子の作製などに対して極めて適している。

さらに、前記中間板材の表面を、それぞれの表面粗さが前記インゴットの前記側面の表面粗さよりも小さくなるように形成した場合には、インゴットの側面と接着剤との接着強度よりも中間板材の表面と接着剤との接着強度が低いため、スライスされたウエハと中間断片を分離する時に、中間断片の表面から接着剤が剥がれて、各ウエハの角部や端部に無理な力が掛からずに分離可能となるので、ウエハの分離時におけるチッピングや割れ・欠けなどの不良発生を抑制することができる。
その結果、生産性に優れ、歩留まりを更に向上させることができる。

さらに、前記中間板材を前記インゴットと熱膨張率が異なる材料で構成し、前記接着剤として温度変化で接着強度が低下するものを用いた場合には、スライスされた連結片を温度変化させることにより、接着剤の接着強度が低下すると同時に、温度変化に伴うウエハ及び中間断片の熱膨張率の違いによる変形で、ウエハと中間断片がスムーズに剥がれるので、ウエハ同士の分離が容易でありながらウエハの分離時におけるチッピングや割れ・欠けなどの不良発生を更に抑制することができる。
その結果、生産性に優れ、歩留まりを更に向上させることができる。
さらに、シリコンのインゴットに対しガラス製の中間板材を用いた場合には、中間板材を安価に製作できるため、切断コストの安く抑えることができる。

また、本発明によるウエハ製造装置は、四角柱状に形成される複数のインゴットの平坦な４つの側面同士を、それらの間に中間板材が挟まれるように接着剤で隙間なく接着して、インゴット連結体が形成され、このインゴット連結体と切断機を相対的にインゴットの長手方向と交差する方向に移動させて、インゴット連結体の全体をスライスすることにより、複数の連結片としてインゴットから切り出されるウエハと、中間板材から切り出される中間断片とが互いに接着された状態で切り出されるため、切断機からの振動が各ウエハの角部や端部に伝わり難いので、スライス時におけるウエハのチッピングや割れ・欠けなどの不良発生を抑制することができる。
その結果、直方体形状のインゴットを個別にスライスする従来のウエハ製造装置に比べ、チッピングや割れ・欠けなどの不良が無い高品質なウエハを大量に安価で得ることができ、歩留まりを向上させることができる。それにより、高い品質と低コストが要求される太陽電池素子の作製などに対して極めて適している。

さらに、前記中間板材を前記インゴットの硬度とほぼ同じ又はそれに近い材料で構成した場合には、インゴットと中間板材及び接着剤を切断機でスライスする時に、インゴット及び中間板材の切断抵抗が小さいので、スライス時におけるウエハのチッピングや割れ・欠けなどの不良発生を更に抑制することができる。
その結果、生産性に優れ、歩留まりを更に向上させることができる。
さらに、シリコンのインゴットに対しガラス製の中間板材を用いた場合には、中間板材を安価に製作できるため、切断コストの安く抑えることができる。

本発明の実施形態に係るウエハ製造方法においてインゴット接着工程を示す説明図であり、（ａ）〜（ｉ）に工程順に示している。 スライス工程及びウエハ製造装置の全体構成を示す斜視図である。 ウエハ分離工程を示す説明図であり、（ａ）がウエハ分離前を示し、（ｂ）がウエハ分離後を示している。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係るウエハ製造方法は、図１〜図３に示すように、四角柱状に形成される複数のインゴット１の平坦な４つの側面１ａ同士を、それらの間に中間板材２が挟まれるように接着剤３で隙間なく接着して、インゴット連結体Ｂを形成するインゴット接着工程と、インゴット連結体Ｂと切断機Ｓを相対的にインゴット１の長手方向と交差する方向へ移動させることで、インゴット連結体Ｂの全体を一緒にスライスして複数の連結片Ｂ１を切り出すスライス工程と、連結片Ｂ１における接着剤３の接着力を低下させることで、インゴット１から切り出されるウエハＷと、中間板材２から切り出される中間断片Ｍとに分離するウエハ分離工程とを含んでいる。

このようなウエハ製造方法の実施に直接使用するウエハ製造装置Ａは、図２に示すように、四角柱状に形成されて４つの平坦な側面１ａを有する複数のインゴット１と、インゴット１の側面１ａの間に挟まれるように設けられる中間板材２と、複数のインゴット１の側面１ａと複数の中間板材２の表面２ａを隙間なく相互に接合するように連結してインゴット連結体Ｂを形成する接着剤３と、インゴット連結体Ｂと相対的にインゴット１の長手方向と交差する方向へ移動するように設けられ、インゴット連結体Ｂの全体を一緒にスライスして複数の連結片Ｂ１を切り出す切断機Ｓとを備えている。

インゴット１は、例えば太陽電池などを製造するために適した材料、例えば単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコンやその他の材料などで四角柱状に形成され、その外周に４つの平坦な側面１ａをそれぞれ平行に配置形成している。
インゴット接着工程では、複数のインゴット１を例えば図１（ａ）〜（ｉ）に示すように、各インゴット１の側面１ａが、それぞれ隣り合うインゴット１の側面１ａと隙間なく相互に接合するように、横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）へそれぞれの長手方向（軸方向）が平行となるように並べられ、多層状に積み上げている。

中間板材２は、インゴット１の硬度とほぼ同じ又はそれに近い材料で構成することが好ましい。
さらに、中間板材２は、その表裏両表面２ａをインゴット１の側面１ａの表面粗さよりも表面粗さが小さくて滑らかに形成することによって、中間板材２の表面２ａと後述する接着剤３との接着強度をインゴット１の側面１ａと接着剤３との接着強度よりも低くすることが好ましい。
また、中間板材２は、インゴット１の材料と熱膨張率が異なる材料により形成して、インゴット１と中間板材２が貼り合わされた状態で温度変化（加熱又は冷却）させることにより、インゴット１及び中間板材２の変形量の違いで両者間に剥離力が発生するように構成することが好ましい。
中間板材２の具体例としては、インゴット１がシリコンで形成される場合には、中間板材２としてガラス板、特にシリコンとの識別が容易な青板ガラスを用いることが好ましい。

接着剤３は、後述する切断機Ｓによるスライス時にはある程度の接着強度を有し、スライス後には温度変化（加熱又は冷却）により軟化して接着力が低下するものを用いることが好ましい。
その具体例としては、エポキシ樹脂系二液混合型接着剤やその他の接着剤が用いられ、横方向と縦方向へ複数並べられた各インゴット１の側面１ａと、側面１ａの間に挟まれる中間板材２の表裏両表面２ａとをそれぞれ接着することにより、複数のインゴット１を１つのブロック状に連結してインゴット連結体Ｂが形成される。

インゴット連結体Ｂの後述する切断機Ｓと対向する一端面には、切断機Ｓによる切り始め部分の欠損を防ぐための固定板４が接着剤３で接着され、他端面には、切り終わり部分の欠損を防ぐための当て板（スライスベース）５が接着剤３で接着され、これら固定板４及び当て板５でインゴット連結体Ｂを挟み込むことが好ましい。
固定板４及び当て板５も、中間板材３と同様に、例えばガラス板などで形成することが好ましい。
さらに、少なくとも当て板５において、インゴット連結体Ｂの端面と対向する接着面５ａには、例えばサンドブラストなどの粗面加工を行うなどして、その表面粗さを大きくすることにより、中間板材２との接着強度よりも接着強度が高くなって剥がれ難くすることが好ましい。

切断機Ｓは、スライス工程において例えば図２に示すように、インゴット連結体Ｂと相対的にインゴット１の長手方向（軸方向）と交差する幅方向へ移動することにより、インゴット連結体Ｂの全体、すなわちインゴット１、中間板材２及び接着剤３を一緒にスライスするスライスマシンである。
切断機Ｓによりインゴット連結体Ｂの全体を一緒にスライスすることで、複数の連結片Ｂ１が切り出され、これら連結片Ｂ１は、各インゴット１から切り出される複数のウエハＷと、中間板材２から切り出される複数の中間断片Ｍとを接着剤３で接着している。
切断機Ｓの具体例としては、マルチワイヤーソー、マルチバンドソー、内周刃式切断機などが用いられる。
各インゴット１から肉薄のウエハが多数切り出せるようにマルチワイヤーソーを用いることが好ましい。

ウエハ分離工程では、例えば図３（ａ）（ｂ）に示すように、切断機Ｓによってスライスされた連結片Ｂ１を温度変化（加熱又は冷却）させることにより、接着剤３が軟化して接着力を低下させるとともに、熱膨張率が異なる材料からなる各ウエハＷと各中間断片Ｍとの間に剥離力を発生させて、各ウエハＷと接着剤３の接着強度よりも低い各中間断片Ｍの表面と接着剤３との間から分離することが好ましい。

また必要に応じ、ウエハ分離工程の後工程として接着剤剥離工程を含むことが好ましい。
接着剤剥離工程とは、各ウエハＷと各中間断片Ｍが分離された後に、各ウエハＷの外周に付着し残留する接着剤３を剥離して除去する工程であり、その具体例としては、例えば高温水などを使用した処理やその他の化学的な処理が考えられる。

このようなウエハ製造方法及びウエハ製造装置Ａによると、インゴット連結体ＢからウエハＷを切り出す際に、各ウエハＷの角部や端部が中間断片Ｍと接着された状態で一緒にスライスされるため、切断機Ｓからの振動が各ウエハＷの角部や端部に伝わり難くなり、それによって、スライス時におけるウエハＷのチッピングや割れ・欠けなどの不良発生を抑制できる。

特に、中間板材２をインゴット１の硬度とほぼ同じ又はそれに近い材料で構成すると、インゴット１と中間板材２及び接着剤３を切断機Ｓで一緒にスライスする時に、インゴット１及び中間板材２の切断抵抗が小さい。
それにより、スライス時におけるウエハＷのチッピングや割れ・欠けなどの不良発生を更に抑制することができる。

さらに、隣り合うインゴット１の側面１ａの間に、インゴット１の側面１ａの表面粗さよりも表面粗さが小さくて、且つインゴット１の材料と熱膨張率が異なる材料により形成した中間板材２を接着剤３で接着すると、下記の理由でウエハＷ同士の分離が容易になるとともに、分離時におけるウエハＷのチッピングや割れ・欠けなどの不良発生を抑制できる。
すなわち、中間板材２を挟まずに接着剤３のみで各インゴット１の側面１ａ同士を直接的に接着すると、各インゴット１の側面１ａと接着剤３との接着強度が高くなるため、スライスされたウエハＷ同士を分離する時に、各ウエハＷの角部や端部に無理な力が掛かって、チッピングや割れ・欠けなどが発生し易くなる。
これに対し、本発明の実施形態では、各インゴット１の側面１ａと接着剤３との接着強度よりも各中間板材２の表面２ａと接着剤３との接着強度が低いため、スライスされたウエハＷと中間断片Ｍを分離する時に、中間断片Ｍの表面２ａから接着剤３が剥がれて、各ウエハＷの角部や端部に無理な力が掛からずに分離可能となり、それによって、ウエハＷ同士の分離が容易で、分離時におけるウエハＷのチッピングや割れ・欠けなどの不良発生を抑制できる。
次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

この実施例は、図１、図２及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、インゴット接着工程ではインゴット連結体Ｂの両端に固定板４と当て板５が接着され、スライス工程では切断機Ｓとしてマルチワイヤーソーとインゴット連結体Ｂとを相対的に移動させることにより、インゴット連結体Ｂの全体を一緒にスライスして、ウエハＷと中間断片Ｍとが接着剤３で接着された連結片Ｂ１を切り出し、ウエハ分離工程では液槽Ｃ内の流体Ｆに連結片Ｂ１を浸漬させて加熱するものである。

図１（ａ）〜（ｉ）に示される例では、当て板５の接着面５ａ上にインゴット１が先ず横方向へ一列並べられ、それらの間に短尺の中間板材２が挟み込まれ、その後、縦方向へ長尺の中間板材２を挟み込んで複数列並べられている。
図示例では、インゴット１を横方向と縦方向へそれぞれ４列ずつ並べている。
また、その他の例として図示しないが、インゴット１を横方向と縦方向へそれぞれ３列以下又は５列以上並べたり、横方向と縦方向へ異なる列並べることも可能である。

図２に示される例では、切断機ＳとなるマルチワイヤーソーのワイヤーＳ１に対してインゴット連結体Ｂを上下移動させることにより、固定板４側からスライスが開始され、その後、当て板５の接着面５ａを越えるように一部切断したところでインゴット連結体Ｂのスライスを終了するように制御している。
さらに、切断機Ｓとなるマルチワイヤーソーでインゴット連結体Ｂのスライスが終了した後は、スライスされたインゴット連結体Ｂから当て板５を剥離して取り外すことにより、スライスした連結片Ｂ１の全てが分離される。
また、その他の例として図示しないが、切断機ＳとなるマルチワイヤーソーのワイヤーＳ１をインゴット連結体Ｂに対して上下移動させることも可能である。

図３（ａ）（ｂ）に示される例では、図３（ａ）に示されるように、スライスされた連結片Ｂ１を、液槽Ｃ内に貯留された流体Ｆとして例えば所定温度の高温水などに浸漬させ、連結片Ｂ１が所定温度となるまで加熱されると、各ウエハＷと各中間断片Ｍの間に介在する接着剤３が軟化して接着強度が低下し、それにより、図３（ｂ）に示されるように、各ウエハＷと各中間断片Ｍが分離される。
また、その他の例として図示しないが、液槽Ｃ内に貯留された流体Ｆで連結片Ｂ１を加熱することにより、接着剤３の接着強度を低下させることも可能である。

このような本発明の実施例に係るウエハ製造方法及びウエハ製造装置Ａによると、スライスされた連結片Ｂ１を液槽Ｃ内の流体Ｆに浸漬させて加熱するだけで、接着剤３の接着強度が低下すると同時に、温度変化に伴うウエハＷ及び中間断片Ｍの熱膨張率の違いによる変形で、ウエハＷと中間断片Ｍがスムーズに剥がれる。
それにより、ウエハＷ同士の分離が更に容易になるとともに、ウエハの分離時におけるチッピングや割れ・欠けなどの不良発生を更に抑制することができるという利点がある。

また、切断機Ｓでインゴット連結体Ｂの切り始めに固定板５をスライスするため、切断抵抗や切断位置が安定化して各インゴット１がそれぞれスムーズに切断される。
それにより、切り出された各ウエハＷの反りや厚さ寸法のバラツキを防止することができるという利点がある。

さらに、中間板材２として、その表裏両表面２ａがインゴット１の側面１ａの表面粗さよりも表面粗さが小さくて滑らかなものを用いた場合には、ウエハ分離工程において、各中間断片Ｍの表面２ａから接着剤３が剥がれるものの、各ウエハＷの外周には接着剤３が付着し続けて残留する可能性がある。
この場合には、ウエハ分離工程の後工程となる接着剤剥離工程において、各ウエハＷの外周に付着し残留する接着剤３が、高温水や化学的な処理などにより剥離して除去される。

なお、前示実施例では、両端に固定板４と当て板５が接着されたインゴット連結体Ｂと、切断機Ｓとしてマルチワイヤーソーを相対的に移動させたが、これに限定されず、インゴット連結体Ｂに固定板４及び当て板５のいずれか一方又は両方を接着しなくとも良く、また切断機Ｓとしてマルチバンドソーや内周刃式切断機などを用いても良い。
さらに、液槽Ｃ内の流体Ｆに連結片Ｂ１を浸漬させて加熱したが、これに限定されず、他の手法で接着剤３の接着強度を低下させても良い。

１ インゴット １ａ 側面
２ 中間板材 ２ａ 表面
３ 接着剤 Ｂ インゴット連結体
Ｂ１ 連結片 Ｍ 中間断片
Ｓ 切断機 Ｗ ウエハ

Claims (6)

1. 四角柱状に形成される複数のインゴットの平坦な４つの側面同士を、それらの間に中間板材が挟まれるように接着剤で隙間なく接着して、インゴット連結体を形成するインゴット接着工程と、
   前記インゴット連結体と切断機を相対的に前記インゴットの長手方向と交差する方向へ移動させることで、前記インゴット連結体の全体をスライスして複数の連結片を切り出すスライス工程と、
   前記連結片における前記接着剤の接着力を低下させることで、前記インゴットから切り出されるウエハと、前記中間板材から切り出される中間断片とに分離するウエハ分離工程と、を含み、
   前記インゴット接着工程では、複数の前記インゴットを横方向と縦方向へそれぞれ複数列ずつ並べて多層状に積み上げ、横方向と縦方向へそれぞれ隣り合う前記インゴットの前記側面全体が、前記接着剤で前記中間板材の表面に隙間なく相互に接合するように接着されることを特徴とするウエハ製造方法。
2. 前記インゴット連結体は、前記インゴットが当て板の接着面に沿って横方向へ一列並べられ、前記インゴットの間に短尺の前記中間板材を挟み込み、縦方向へ長尺の前記中間板材を挟み込んで前記インゴットが複数列並べられることを特徴とする請求項１記載のウエハ製造方法。
3. 前記中間板材の前記表面を、それぞれの表面粗さが前記インゴットの前記側面の表面粗さよりも小さくなるように形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のウエハ製造方法。
4. 前記中間板材を前記インゴットと熱膨張率が異なる材料で構成し、前記接着剤として温度変化で接着強度が低下するものを用いたことを特徴とする請求項１、２又は３記載のウエハ製造方法。
5. 四角柱状に形成されて４つの平坦な側面を有する複数のインゴットと、
   前記インゴットの前記側面の間に挟まれるように設けられる中間板材と、
   複数の前記インゴットの前記側面と複数の前記中間板材の表面を隙間なく相互に接合するように連結してインゴット連結体を形成する接着剤と、
   前記インゴット連結体と相対的に前記インゴットの長手方向と交差する方向へ移動するように設けられ、前記インゴット連結体の全体をスライスして複数の連結片を切り出す切断機と、を備え、
   前記インゴット連結体は、複数の前記インゴットを横方向と縦方向へそれぞれ複数列ずつ並べて多層状に積み上げ、横方向と縦方向へそれぞれ隣り合う前記インゴットの前記側面全体が、前記接着剤で前記中間板材の前記表面と隙間なく相互に接合するように接着され、
   前記切断機は、前記連結片として、前記インゴットから切り出されるウエハと、前記中間板材から切り出される中間断片とが前記接着剤で互いに接着された状態で切り出すことを特徴とするウエハ製造装置。
6. 前記中間板材を前記インゴットの硬度とほぼ同じ又はそれに近い材料で構成したことを特徴とする請求項５記載のウエハ製造装置。

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