JP5495981B2 - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は例えばシリコン基板等の半導体基板の製造方法に関する。

従来、太陽電池素子などをはじめとする半導体基板を作製する場合、インゴットを所定の寸法に切断してブロックにし、このブロックを接着剤にてスライスベースに接着した後、ワイヤーソー装置などを用いてブロックから複数枚の基板に切断して半導体基板を得ていた。

通常、ワイヤーソーは、初めから砥粒をワイヤーに固着させた砥粒固着ワイヤーでブロックを切断する方法（固着砥粒タイプ）、または、砥粒を含む研削液を供給しながらブロックを切断する方法（遊離砥粒タイプ）がある。

そしてブロックから複数枚の基板に切断した後、切断して得た複数の基板を洗浄装置にて洗浄し、これら複数の基板は、スライスベースから剥離されて、複数枚の半導体基板を得ることができる。

特開２００６−２７２７５６号公報

近年、半導体基板の厚みが２５０μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下の厚みに薄型化されてきており、スライスベースと半導体基板との接着面積が減少することから、スライス工程または洗浄工程において、スライスベースから半導体基板が剥離しやすい。

接着剤の接着力を強くすることにより上記点を改善することができるが、接着剤の接着力を強くすると、逆に洗浄後、スライスベースから基板を外す際に、基板側に付着する接着剤が残ることがある。このような接着剤残渣があると、デバイス工程での割れまたは欠け発生などの弊害となるため、カッターなどで除去作業を行なうが、このような作業は、手作業であるため生産性が低下し、接着剤残渣の除去作業により基板の割れを発生させ、歩留りを低下させる等が考えられる。

そこで本発明は、接着剤残渣の発生を低減させ、歩留まりを向上させるのに好適な半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体基板の製造方法は、スライスベースに接着した半導体ブロックをワイヤーソーを用いて切断することによって半導体基板を得る半導体基板の製造方法であって、前記半導体ブロックおよび前記スライスベースを用意する準備工程と、前記スライスベースの上に硬化型接着剤を塗布する塗布工程と、前記硬化型接着剤を半硬化させる半硬化工程と、前記半導体ブロックを半硬化させた前記硬化型接着剤で前記スライスベースの上に仮接着してから、前記硬化型接着剤をさらに硬化させて、前記スライスベースに前記半導体ブロックを接着する接着工程と、前記スライスベースに接着した前記半導体ブロックを前記ワイヤーソーを用いて切断する切断工程とを順次行なうことを特徴とする。

本発明によれば、上述した製造方法により、半導体基板側への接着剤残差の発生を低減することができる。これにより、接着剤残差の除去作業を行う必要がなく歩留まり低下が生じにくい半導体基板の製造方法を提供できる。

本発明に係る半導体基板の製造方法におけるワイヤーソー装置の一実施形態を模式的に示す斜視図である。 ブロックとスライスベースとの接着工程の一例を示す断面模式図である。 ブロックとスライスベースとの接着工程の一例を示す断面模式図である。 ブロックとスライスベースとの接着状態の一例を示す断面模式図である。 ブロックとスライスベースとの接着状態の一例を示す断面模式図である。

以下、本発明に係る半導体基板の製造方法の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

まず、本実施形態の基本的な製造方法について説明する。まず、半導体ブロック（以下、単にブロックという）およびスライスベースを用意する準備工程を行なう。次いで、スライスベースの上に硬化型接着剤を塗布する塗布工程を行ない、その後、硬化型接着剤を半硬化させる半硬化工程を行なう。そして、ブロックを半硬化させた硬化型接着剤でスライスベースの上に仮接着してから、硬化型接着剤をさらに硬化させて、スライスベースにブロックを接着する接着工程を行ない、さらに、スライスベースに接着したブロックをワイヤーソーを用いて切断する切断工程を行なう。なお、上記切断工程において、半導体ブロックからスライスベースに向かって切断するものとする。また、上記半硬化工程において、硬化型接着剤を乾燥させて半硬化させるとよい。

また、後で詳述するが、同一の材質からなる半導体ブロックおよびスライスベースを用いるとよい。また、上面に凹凸形状を有するスライスベースを用いるとよい。また、塗布工程で用いる硬化型接着剤にカップリング剤を添加するとよい。また、塗布工程の前にスライスベースの上にカップリング剤の層を設けて、塗布工程においてカップリング剤の層の上に硬化型接着剤を塗布するとよい。

次に、より具体的な実施形態について説明する。ブロックはインゴットの端部を切断することで加工される。このようなインゴットは、例えば、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンからなる。例えば、単結晶シリコンのインゴットを用いる場合、単結晶シリコンインゴットは円柱形状であるため、高さ方向に四箇所の端部を切断することにより、断面形状が略矩形（正方形状を含む）のシリコンブロックを得ることができる。なお、上記断面形状において角部が円弧状を有するものも矩形とみなすこととする。

多結晶シリコンインゴットを用いる場合は、そのインゴットは例えば略直方体であり、複数本のシリコンブロックを取り出すことができる大きさを有している。このような場合、シリコンブロックは断面形状が矩形（正方形状を含む）であり、例えば１５６ｍｍ×１５６ｍｍ×３００ｍｍの直方体に形成される。なお、上記断面形状において角部が面取りされたものも矩形とみなすこととする。

図１に示すように、ワイヤーソー装置において、走行するワイヤー１１に、スライスベース２に固定された角型のブロック１を押し当てて、ワイヤー１１によってブロック１を切断し、複数枚の基板を製造する。

ブロック１は、スライスベース２上に硬化型接着剤によって接着される。なお、ブロック１とスライスベース２との接着方法については、後で詳細に説明する。

スライスベース２はステンレスまたはアルミニウム等からなるワークホルダー１７に接着されるか、またはクランプ等で保持される。また、ワークホルダー１７はネジまたはクランプによりワイヤーソー装置内の装置固定体１８に固定される。上記構成・方法によりブロック１はワイヤーソー装置内に１本または複数本配置される。

ワイヤー１１は、供給リール１５から供給され、巻取リール１６に巻き取られる。ワイヤー１１は、供給リール１５と巻取リール１６との間において、複数のメインローラ１３に巻かれ、複数のメインローラ１３間において複数本に張られている。ワイヤー１１は、例えば鉄または鉄合金を主成分とするピアノ線からなり、線径は８０〜１８０μｍ、より好ましくは１２０μｍ以下である。本実施形態において、ワイヤー１１は、ワイヤーの周囲にダイヤモンドもしくは炭化珪素からなる砥粒が、ニッケルまたは銅・クロムによるメッキまたはレジン樹脂にて固着された砥粒固着ワイヤーである。この場合、砥粒の平均粒径は、５μｍ以上３０μｍ以下とした方がよい。

ワイヤー１１には、供給ノズル１２の複数の開口部からワイヤー１１およびブロック１を冷却するクーラント液の役割を果たす加工液が供給される。加工液は、例えばグリコール等の水溶性溶剤または油性溶剤からなり、水で上記溶剤を希釈してもよい。供給ノズル１２に供給する加工液の供給流量は、被加工物１の大きさおよび本数によって適宜設定される。また、加工液を循環させて使用してもよく、その際に加工液中に含まれる砥粒および切屑等を除去して使用される。供給ノズル１２より供給された加工液はブロック１の切断部分とその近傍に供給される。

メインローラ１３は、ブロック１の下方に配置される第１メインローラ１３ａと第２メインローラ１３ｂとを含む。また、メインローラ１３は、例えば、エステル系、エーテル系もしくは尿素系等のウレタンゴム、またはニューライト等の樹脂からなり、直径１５０〜５００ｍｍ、長さ２００〜１０００ｍｍ程度の大きさを有している。メインローラ１３の表面には、供給リール１５から供給されたワイヤー１１を所定間隔に配列させるための多数の溝が設けられている。これら溝の間隔とワイヤー１１の直径との関係によって、基板の厚みが定まる。

ワイヤー１１の下方には、切断時に発生する被加工物の切屑や加工液の回収を目的としてディップ槽１４が設けられる。

また、別の実施形態として、加工液として砥粒を含む切削液を用いてもよい。このような切削液は、例えば、ワイヤー１１のラッピング作用でブロック１を切断する遊離砥粒タイプのワイヤーソー装置を用いることで供給できる。この場合、使用するワイヤー１１は、メインローラ１３に巻かれており、例えば鉄または鉄合金を主成分とするピアノ線を用いればよく、線径は８０μｍ〜１８０μｍ、より好ましくは１２０μｍ以下とする。切削液は、例えば炭化珪素、アルミナもしくはダイヤモンド等の砥粒、鉱物油、界面活性剤および分散剤からなるラッピングオイルを混合して構成される。また、切削液は砥粒と水溶性溶剤を混合して構成されてもよい。切削液は、複数の開口部を有する供給ノズル１２より複数本に張られたワイヤー１１に供給される。砥粒の平均粒径としては、例えば５〜２０μmで粒度分布が狭いものが用いられる。供給ノズル１２に供給する切削液の供給流量はブロックの大きさや本数によって適宜設定される。また、切削液を循環して使用してもよく、その際に新しい砥粒を追加供給するようにしても構わない。

以下に、固着砥粒タイプにおけるワイヤーソー装置を用いたスライス方法について説明する。ワイヤー１１は供給リール１５から供給され、ガイドローラ１９によりメインローラ１３に案内され、ワイヤー１１をメインローラ１３に巻きつけて所定間隔に配列している。メインローラ１３を所定の回転速度で回転させることによって、ワイヤー１１の長手方向にワイヤー１１を走行させることができる。また、メインローラ１３の回転方向を変化させることによりワイヤー１１を往復運動させる。このとき、供給リール１５からワイヤー１１を供給する長さの方が巻取リール１６からワイヤー１１を供給する長さよりも長くし、新線をメインローラ１３に供給するようにする。

ブロック１の切断は、高速に走行しているワイヤー１１に向かって加工液を供給しながら、ブロック１を下降させて、ワイヤー１１にブロック１を相対的に押圧することによりなされる。ブロック１は、例えば厚さ２００μｍ以下の複数枚の基板に分割される。このとき、ワイヤー１１の張力、ワイヤー１１が走行する速度（走行速度）、および、ブロックを下降させる速度（フィード速度）は、それぞれ適宜制御されている。例えば、ワイヤー１３の最大走行速度は、５００ｍ／分以上１２００ｍ／分以下に設定され、最大フィード速度は３５０μｍ／分以上１１００μｍ／分以下に設定する。

なお、遊離砥粒タイプのワイヤーソー装置を用いたスライス方法においては、加工液としてクーラント液の代わりに切削液を用いる。また、ワイヤー１１を往復走行させずに一方向走行させてもよい。

そして、ブロック１をスライスすると同時に、スライスベース２も２〜５ｍｍ程度切断され、ワイヤー１１がブロックから引き抜かれる。この際、スライスベース２に接着した状態で基板を取り出すことができる。

そして、取り出された基板はスライスベース２に接着された状態で次工程の洗浄工程に投入される。

洗浄工程では、洗浄液としてアルカリ液または中性液を用い、基板に付着した水溶性クーラント、オイルや汚れが洗浄され、その後洗剤を水で洗い流す。そして、熱風またはエアーなどにより、基板表面を完全に乾燥させて、スライスベース２から剥離することで基板が完成する。剥離方法としては、温水に浸漬させる、または硬化型接着剤３を膨潤させ剥離する剥離剤を用いることにより剥離することができる。

以下にブロック１とスライスベース２との接着方法について詳述する。まず準備工程において、ブロック１と、このブロック１と硬化型接着剤３で接着されるスライスベース２とを準備する。スライスベース２はカーボン材、ガラスまたはシリコン等の材質が用いられる。硬化型接着剤３としては、主剤と硬化剤を１：１〜２．５：１の割合で混ぜて使用する２液性の接着剤が用いられ、主剤にエポキシ樹脂またはアクリル樹脂等が用いられ、硬化剤としてポリアミド樹脂またはポリチオール樹脂等が用いられる。

次に塗布工程において、スライスベース２の接着面２aに硬化型接着剤３が刷毛等により塗布される。

次に半硬化工程において、硬化型接着剤３を乾燥させる。この乾燥方法は、硬化型接着剤３が完全に硬化しない程度に、数十秒から数分程度、大気雰囲気で乾燥させて半硬化させればよい。

次に接着工程について説明する。図２に示すように枠体２４内において、スライスベース２を下に置き、硬化型接着剤３が塗布された接着面２ａを上にしてブロック１を貼り合わせ、ブロック１とスライスベース２を固定し仮接着させる。このように、ブロック１とスライスベース２の仮接着は、ブロック１とスライスベース２の間に硬化型接着剤３を挟み込む状態で接着される。次に、貼り合わせたブロック１とスライスベース２が動かないように、側面押さえ２２でブロック１とスライスベース２を固定し、上部押さえ２３でブロック１に荷重をかけ、加熱手段である例えばホットプレート２１にて下部から加熱し、接着温度を２０℃〜５０℃とすることによって、硬化型接着剤３を完全硬化させ、ブロック１とスライスベース２との接着が行なわれる。なお、図２において２５は重しである。

また、図３に示すように、ワークホルダー１７に同様の硬化型接着剤３を塗布し、スライスベース２とワークホルダー１７とを接着する場合に、ブロック１とスライスベース２との接着と同じタイミングでワークホルダー１７を接着してもよい。つまり、ワークホルダー１７の上にスライスベース２を貼り合わせ、スライスベース２の上にブロック１を貼り合わせた状態で、硬化型接着剤３を硬化させても構わない。

上記方法でブロック１をスライスベース２に接着することにより、洗浄工程後スライスベース２から基板を剥離する際に、基板側への接着剤残差の発生を低減でき、硬化型接着剤３をスライスベース２側に残すことができる。そのため、接着剤残差の除去作業を行う必要がなく歩留まり低下が生じにくい。これは、硬化型接着剤３を乾燥させることによって、硬化型接着剤３の溶剤成分を揮発させることにより、硬化が始まり硬化型接着剤３の粘度が高くなることから、ブッロク１側の接着面の形状に馴染みにくくなる。よって、ブロック１側の接着力がスライスベース２側の接着力よりも弱くなることから、ブロック１（基板）側への接着剤残差の発生が低減できたと考えられる。また、洗浄工程中に基板がスライスベース２から剥離しないように硬化型接着剤３の接着力を強くしても、基板側への接着剤残差の発生を低減できる。

また、ブロック１とスライスベース２を同じ材質、例えば、シリコンにより構成した場合、ブロック１側に硬化型接着剤３が残り易いが、上記方法により基板側への接着剤残差の発生を低減できる。また、熱伝導率や熱膨張係数等が同じであることから、スライスした際の加工熱の蓄熱、放熱に差が生じないため、熱膨張の影響による微小クラックの発生を低減することができる。また、洗浄の乾燥においても熱膨張の差が生じないため、工程中に基板がスライスベース２から剥離する問題も低減できる。さらに、スライス工程で発生したシリコンスラッジを回収する場合においても、シリコン以外の不純物の混入が低減できるため、シリコンスラッジの再利用が可能となる。

また、ブロック１がキャスト法により製造された多結晶シリコンインゴットの場合、鋳型と接触していた多結晶シリコンインゴットの底部または側部、不純物が多く含まれる上部は端材として除去されるが、この端材をスライスベース２として使用することにより、スライスベース２の製造コストを低減することができる。

また、スライスベース２の接着面は凹凸形状にすることでアンカー効果が得られるため、さらに基板側への接着剤残差の発生を低減できる。特に、スライスベース２側に硬化型接着剤３を塗布することから、硬化型接着剤３が凹凸形状に馴染みやすく、凹凸形状に入り込みやすくなる。凹凸形状は、ブラスト処理やエッチング処理により得ることができる。凹凸形状は算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１）が５μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい。

また、硬化型接着剤３はカップリング剤を添加することにより、硬化型接着剤３の硬度が弱く、接着力が強くすることができるため、工程中に基板がスライスベース２から剥離する問題も低減できる。このカップリング剤としては、反応性官能基としてエポキシ基、アミノ基またはメルカプト基等を有するシランカップリング剤が用いられる。なお、カップリング剤は水またはアルコール水溶液等で希釈したものを用いても構わない。

また、図４に示すように、スライスベース２の接着面２ａ側のみにカップリング剤４を刷毛またはスプレー等により塗布した後、カップリング剤４の上に硬化型接着剤３を塗布することにより、スライスベース２側に硬化型接着剤３が残り易くすることができる。

また、図５に示すように、スライスベース２とワークホルダー１７との間にガラス等からなるプレート材５を設けてもよい。スライスベース２とプレート材５およびプレート材５とワークホルダー１７との接着は、硬化型接着剤３を用いて接着すればよい。スライスベース２の材質にシリコン等の脆性材料を用いた場合において、スライス後、ワークホルダー１７からスライスベース２を剥離する際に割れる等のおそれがあっても、プレート材５を設けることにより、プレート材５からワークホルダー１７を剥離すればよいため、スライスベース１２の割れを低減することができる。また、スライスベース２の厚みも薄くすることができ、製造コストを低減することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。

例えば、インゴット１を切断することなく、そのままスライス工程を行っても構わない。

また、硬化型接着剤３は有色であってもよく、有色にすることで接着剤残差の発生をすぐに目視で判断することができる。

また、ブロック１とスライスベース２との接着に用いられる硬化性接着剤３と、例えば、スライスベース２とワークホルダー１７との接着に用いられる硬化性接着剤３とは同一の接着剤を用いる必要はなく、主剤と硬化剤の比率を変更したり、材料を変更した異なる硬化性接着剤３であっても構わない。

１ ：ブロック
２ ：スライスベース
３ ：硬化性接着剤
４ ：カップリング剤
５ ：プレート材
１１ ：ワイヤー
１２ ：供給ノズル
１３ ：メインローラ
１４ ：ディップ槽
１５ ：供給リール
１６ ：巻取リール
１７ ：ワークホルダー
１８ ：装置固定体
２１ ：ホットプレート
２２ ：側面押さえ
２３ ：上部押さえ

Claims (6)

1. スライスベースに接着した半導体ブロックをワイヤーソーを用いて切断することによって半導体基板を得る半導体基板の製造方法であって、
   前記半導体ブロックおよび前記スライスベースを用意する準備工程と、
   前記スライスベースの上に硬化型接着剤を塗布する塗布工程と、
   前記硬化型接着剤を半硬化させる半硬化工程と、
   前記半導体ブロックを半硬化させた前記硬化型接着剤で前記スライスベースの上に仮接着してから、前記硬化型接着剤をさらに硬化させて、前記スライスベースに前記半導体ブロックを接着する接着工程と、
   前記スライスベースに接着した前記半導体ブロックを前記ワイヤーソーを用いて切断する切断工程とを順次行なうことを特徴とする半導体基板の製造方法。
2. 前記切断工程において、前記半導体ブロックから前記スライスベースに向かって切断することを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
3. 同一の材質からなる前記半導体ブロックおよび前記スライスベースを用いる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。
4. 上面に凹凸形状を有する前記スライスベースを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
5. 前記塗布工程で用いる前記硬化型接着剤にカップリング剤を添加することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
6. 前記塗布工程の前に前記スライスベースの上にカップリング剤の層を設けて、前記塗布工程において前記カップリング剤の層の上に前記硬化型接着剤を塗布することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。

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