JP6041301B2 - Semiconductor wafer processing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウエハの加工装置に関し、特にSiC等、硬度が高く、難加工材料を、切断するワイヤソーに関する。 The present invention relates to a processing apparatus for semiconductor wafers, in particular SiC and the like, high hardness, the hard-to-work materials, relates to a wire saw to disconnect.

半導体を製造する工程には、インゴットをウエハに切断し、研磨する加工工程が含まれている。
従来、ウエハを研磨する装置として、次のような化学的機械研磨加工装置が知られている。
下記特許文献1には、固定砥粒式ワイヤを往復動させ、インゴットを下方に送り、切断することが示されており、ドレッシング装置を構成する筒状の電極には、ノズルを介して導電性液を供給し、電解電源を印加することにより、ワイヤの表面から砥粒結合材の一部を溶出させ、ドレッシングを行っている。
The process of manufacturing a semiconductor includes a processing process of cutting an ingot into a wafer and polishing it.
Conventionally, the following chemical mechanical polishing apparatus is known as an apparatus for polishing a wafer.
The following Patent Document 1 shows that a fixed abrasive wire is reciprocated, an ingot is sent downward, and cut, and the cylindrical electrode constituting the dressing device is electrically conductive via a nozzle. By supplying a liquid and applying an electrolytic power source, a part of the abrasive binder is eluted from the surface of the wire to perform dressing.

また、下記特許文献2には、研磨パッドに、上方のノズルから研磨砥粒を含む電解液を供給し、デバイスウエハの表面に対し、化学的機械研磨加工を行うことが記載されている。
そして、研磨パッドとデバイスウエハの導体層との間に、電源からの電圧を印加することにより、導電体層の表面に電気化学的な保護膜を形成するとともに、保護膜を機械的に除去することにより、導電体層を電気化学的に溶解除去を行っている。
Patent Document 2 below describes that an electrolytic solution containing abrasive grains is supplied to a polishing pad from an upper nozzle, and chemical mechanical polishing is performed on the surface of the device wafer.
Then, by applying a voltage from a power source between the polishing pad and the conductor layer of the device wafer, an electrochemical protective film is formed on the surface of the conductor layer, and the protective film is mechanically removed. Thus, the conductor layer is electrochemically dissolved and removed.

特開2005−95993号公報JP-A-2005-95993 国際公開2008−149937号公報International Publication No. 2008-149937

近年、高耐圧、低損失の半導体デバイスとして、SiCが注目されている。
しかし、SiCは、シリコンと比較して、硬度が非常に高く、研磨加工には、これより硬度の高い、ダイヤモンドやCBNを砥粒として使用する必要があるが、これらはいずれも高価で、製造コスト高騰の要因となっている。しかも、このようにSiCより硬度の高い砥粒を使用すると、母材自体も損傷する可能性があり、特に高集積化する際の歩留まりの悪化などを招く。
In recent years, SiC has attracted attention as a semiconductor device with high breakdown voltage and low loss.
However, SiC has a very high hardness compared to silicon, and it is necessary to use diamond or CBN, which is harder than this, as abrasive grains for polishing, but these are both expensive and manufactured. This is a cause of cost increase. In addition, when abrasive grains having a hardness higher than that of SiC are used as described above, the base material itself may be damaged, resulting in a deterioration in yield particularly when highly integrated.

先行技術文献2には、研磨パッドとデバイスウエハの導体層との間に、電源からの電圧を印加して、導電体層を電気化学的に溶解することが示されているが、これはあくまでも、導電体層の除去を目的とするもので、SiCそのものの研磨には利用できない。このことは、先行技術文献1のワイヤソーについても同様である。 Prior art document 2 discloses that a voltage from a power source is applied between the polishing pad and the conductor layer of the device wafer to dissolve the conductor layer electrochemically. It is intended to remove the conductor layer and cannot be used for polishing SiC itself. The same applies to the wire saw disclosed in Prior Art Document 1.

そこで、本発明の目的は、研磨砥粒として、SiCより硬度が低いものの、きわめて安価なアルミナ、炭化珪素、窒化ケイ素、二酸化ケイ素(シリカ)、酸化ジルコニウム、酸化セリウム等により、SiC半導体ウエハの効率的な研磨、切断を可能とするとともに、基材へのダメージを低減した精度の高い加工を実現することにある。
特に酸化セリウムは価格が安いことに加え、同材料が持つ化学的性能から生成されたSiO2を効率よく加工する(CMP)ことが可能となる。
Accordingly, an object of the present invention is to reduce the efficiency of SiC semiconductor wafers by using alumina, silicon carbide, silicon nitride, silicon dioxide (silica), zirconium oxide, cerium oxide, etc., which are extremely inexpensive as polishing abrasive grains, although the hardness is lower than that of SiC. It is intended to realize high-precision processing that enables efficient polishing and cutting and reduces damage to the substrate.
In particular, cerium oxide is inexpensive and can efficiently process (CMP) SiO 2 produced from the chemical performance of the material.

上記の課題を達成するため、発明者らは、SiCを電解液(10w%硝酸ナトリウム等)に浸漬して電解加工を行うことにより、電解電流を効率よく流し、SiC基板表面に電解酸化物、水酸化物(以下、SiC変性被膜)を生成し、SiCより硬度が低い砥粒より、加工部位の硬度を低下することに着目した。
すなわち、SiC硬度>砥粒硬度>SiC変性部硬度とすることにより、SiCより硬度が低く、安価な研磨砥粒により、SiC変性部を効率的に切断、研磨可能となる。
In order to achieve the above-mentioned problems, the inventors efficiently perform an electrolytic current by immersing SiC in an electrolytic solution (10 w% sodium nitrate, etc.) to perform electrolytic processing, and an electrolytic oxide, Attention was paid to the generation of hydroxide (hereinafter referred to as SiC-modified film), which reduces the hardness of the processed part from abrasive grains having hardness lower than that of SiC.
That is, by setting SiC hardness> abrasive hardness> SiC modified portion hardness, it is possible to efficiently cut and polish the SiC modified portion by using abrasive grains having a lower hardness than SiC and inexpensive.

具体的には、本発明のワイヤーソーは、表面に砥粒を固定したワイヤー、あるいは、スラリーとし砥粒が供給されるワイヤーにより、SiCインゴットを切断するワイヤーソーであって、前記ワイヤーと前記SiCインゴットの接触部に電解加工液を供給するとともに、前記ワイヤーと前記SiCインゴットとの間に電解電圧を印加し、前記SiCインゴットと前記ワイヤーの間を流れる電解電流値を測定し、前記電解電流値の一定時間における変化率が所定の範囲になるよう、前記電解電圧、前記ワイヤーの張力、ワイヤー速度をフィードバック制御する制御手段を設け、前記SiCインゴットにおける前記ワイヤーとの接触部に、前記SiCインゴットの母材より硬度の低いSiC変性被膜を形成し、前記砥粒の硬度を、該SiC変性被膜より硬度が高く、かつ、前記SiCインゴットの母材より硬度の低いものとした。 Specifically, the wire saw of the present invention is a wire saw in which a SiC ingot is cut by a wire having abrasive grains fixed on the surface or a wire to which abrasive grains are supplied as a slurry, and the wire and the SiC While supplying an electrolytic working fluid to the contact part of the ingot, applying an electrolytic voltage between the wire and the SiC ingot, measuring an electrolytic current value flowing between the SiC ingot and the wire, and measuring the electrolytic current value Control means for feedback control of the electrolytic voltage, the tension of the wire, and the wire speed is provided so that the rate of change in a certain period of time is within a predetermined range, and the SiC ingot is in contact with the wire at the contact portion of the SiC ingot. A SiC-modified coating having a lower hardness than the base material is formed, and the hardness of the abrasive grains is adjusted to the SiC-modified coating. More high hardness, and was low in hardness than the base material of the SiC ingot.

本発明によれば、SiC母材とワイヤソーの加工部であるワイヤの間に電解電圧を印加することにより、SiC母材表面に、この母材より硬度の低いSiC変性被膜を形成し、砥粒の硬度を、SiC変性被膜より硬度が高く、かつSiCの母材より硬度の低いものにできるので、ダイヤモンド、CBN等の高価な砥粒を使用することなく、きわめて安価なアルミナ、炭化珪素、窒化ケイ素、二酸化ケイ素(シリカ)、酸化ジルコニウム、酸化セリウム等により、SiC半導体ウエハの効率的な切断を行うことが可能となる。またSiC母材よりも硬度の小さい砥粒を用いることで、母材への損傷を抑制することが可能となる. According to the present invention, by applying an electrolytic voltage between the SiC base material and the wire that is the processed portion of the wire saw, an SiC-modified coating having a hardness lower than that of the base material is formed on the surface of the SiC base material. Can be made harder than the SiC-modified coating and lower in hardness than the SiC base material, so that it is possible to use extremely inexpensive alumina, silicon carbide, nitriding without using expensive abrasive grains such as diamond and CBN. silicon, silicon dioxide (silica), zirconium oxide, a cerium oxide or the like, it becomes possible to perform efficient disconnect the SiC semiconductor wafer. Moreover, it becomes possible to suppress damage to the base material by using abrasive grains having a hardness lower than that of the SiC base material.

図1は、本発明の原理を研磨装置に適用した場合の概略図である。FIG. 1 is a schematic view when the principle of the present invention is applied to a polishing apparatus. 図2は、SiC変性被膜の膜厚と電解電流の関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the SiC-modified coating and the electrolytic current. 図3は、研磨装置の加工処理フローを示す。FIG. 3 shows a processing flow of the polishing apparatus . 図4は、電解電流値の変化に基づき、加工処理フローに加工終了タイミングを検出する加工処理フローを追加した例を示す。 4-out based on the change of the electrolytic current value shows an example of adding a processing flow of detecting a processing end time in machining process flow. 図5は、本発明実施例の概略を示す図である。Figure 5 is a diagram illustrating generally an example of the present invention. 図6は、実施例による加工処理フローを示す。FIG. 6 shows a processing flow according to the embodiment. 図7は、実験により得られたSiCウエハの表面を撮影した写真である。FIG. 7 is a photograph of the surface of the SiC wafer obtained by the experiment. 図8は、実験により得られた研磨外周近傍の代表断面である。FIG. 8 is a representative cross section in the vicinity of the polishing outer periphery obtained by experiments.

図1は、本発明の原理を利用した研磨装置の概略図を示している。
回転ステージ1には、加工槽2が一体的に取り付けられており、その内部に、SiCからなるワーク3が、電解性の加工液に浸漬された状態で位置決めされている。加工槽2には、ポンプ4により加工液が循環するようになっている。
一方、アーム5の一方には、モータ6により回転駆動される電極工具7が取り付けられており、アーム5の他方に設けたウエイト8により重量的なバランスを確保している。
そして、図示しない制御装置により、電極工具7の研磨面をワーク3を所定の研磨圧で押圧し、回転ステージ1により回転する加工槽2に位置決めされたワーク3に対し、研磨を行う。その際、電極工具7と回転ステージ1との間に、直流の加工電圧を印加し、ワーク3を陽極、電極工具7を陰極として、対向する両者の表面間に、電位差を発生させている。なお、この制御装置には、市販の電流測定器、電圧測定器を用いて、ワーク3と表面電極工具7間の電圧(電解電圧)、電流(電解電流)が入力されている。
FIG. 1 shows a schematic diagram of a polishing apparatus utilizing the principle of the present invention.
A processing tank 2 is integrally attached to the rotary stage 1, and a workpiece 3 made of SiC is positioned in the rotary stage 1 while being immersed in an electrolytic processing liquid. A machining fluid is circulated in the machining tank 2 by a pump 4.
On the other hand, an electrode tool 7 that is rotationally driven by a motor 6 is attached to one side of the arm 5, and a weight balance is secured by a weight 8 provided on the other side of the arm 5.
Then, the workpiece 3 positioned in the processing tank 2 rotated by the rotary stage 1 is polished by pressing the workpiece 3 against the polishing surface of the electrode tool 7 with a predetermined polishing pressure by a control device (not shown). At that time, a DC machining voltage is applied between the electrode tool 7 and the rotary stage 1, and a potential difference is generated between the opposing surfaces with the workpiece 3 as an anode and the electrode tool 7 as a cathode. In addition, the voltage (electrolytic voltage) and electric current (electrolytic current) between the workpiece | work 3 and the surface electrode tool 7 are input into this control apparatus using a commercially available current measuring device and voltage measuring device.

解性の加工液として、10w%硝酸ナトリウム、研磨砥粒として、アルミナを用いる。なお、硝酸ソーダ(硝酸ナトリウム)20w%水溶液に1w%のアルミナを混入したものでもよい。また、電極工具7の回転数は40rpm、回転ステージ1の回転数は、1500rpmとした。 As electrolytic properties of the working fluid, 10w% sodium nitrate, as abrasive grains, an alumina. In addition, 1 w% alumina may be mixed in a 20 w% aqueous solution of sodium nitrate (sodium nitrate). The rotation speed of the electrode tool 7 was 40 rpm, and the rotation speed of the rotary stage 1 was 1500 rpm.

電極工具7のワーク3に対する研磨圧は6.7kPaとし、電極工具7と回転ステージ1との間に印加する電圧は17Vとした。なお、電解加工、電解砥粒研磨加工の重要なパラメータである電流密度(A/cm2)については、100mA/cm2程度とし、電解電流について、設定値へのフィードバック制御を行っている。
ここで、電極工具7と回転ステージ1との間に電圧を印加すると、SiCからなるワーク3の表面には、SiC変性被膜が形成され、このSiC変性被膜は、SiCの母材より硬度が低下し、研磨砥粒としたアルミナの硬度以下となる。一方、SiC変性被膜はSiC母材より、抵抗が大きくなり、図2のような特性を示す。
この特性に基づき、電極工具7と回転ステージ1との間に印加する電圧を一定としたとき、SiC変性被膜の電解研磨が進行するにつれ、電極工具7−回転ステージ1との間の抵抗が小さくなり、両者間を流れる電解電流の値が高くなることを利用して、SiC変性被膜層の形成状態、及び、アルミナを研磨砥粒としたSiC変性被膜層の研磨終了を検知することができる。
The polishing pressure of the electrode tool 7 on the workpiece 3 was 6.7 kPa, and the voltage applied between the electrode tool 7 and the rotary stage 1 was 17V. The current density (A / cm 2 ), which is an important parameter for electrolytic processing and electrolytic abrasive polishing, is about 100 mA / cm 2, and feedback control of the electrolytic current to a set value is performed.
Here, when a voltage is applied between the electrode tool 7 and the rotary stage 1, a SiC-modified film is formed on the surface of the workpiece 3 made of SiC, and the SiC-modified film has a lower hardness than the SiC base material. And the hardness of the alumina used as the abrasive grains is less than or equal to. On the other hand, the SiC-modified coating has a higher resistance than the SiC base material and exhibits the characteristics shown in FIG.
Based on this characteristic, when the voltage applied between the electrode tool 7 and the rotary stage 1 is constant, the resistance between the electrode tool 7 and the rotary stage 1 decreases as the electrolytic polishing of the SiC-modified coating proceeds. Thus, utilizing the fact that the value of the electrolytic current flowing between the two becomes high, it is possible to detect the formation state of the SiC-modified coating layer and the end of polishing of the SiC-modified coating layer using alumina as abrasive grains.

図3に、加工処理フローを示す。
(S0)の処理開始後、(S1)で回転ステージ1に取り付けられた加工槽2の内部に、ワーク3を位置決めし、(S2)でアーム5を伸縮、回転させ、水平面におけるX方向、Y方向に位置決めする。
(S3)で初期の加工条件(電極工具7、回転ステージ1の回転数、研磨圧、電解電圧等)を設定し、(S4)でこの初期の加工条件に基づき、電極工具7、回転ステージ1を回転させる。ここで、初期の電解電圧値の設定値を高くすることにより、より深層までの電解研磨を行うことができ、研磨仕上げ精度に応じて、最適な初期電解電圧値の設定値を選択することができる。
電解研磨開始時は、(S5)で加工が完了していないと判定され、(S6)で電解電流を測定し、(S7)で、この電解電流値が設定値以上であれば、(S8)で加工電圧、研磨圧、電極工具7、回転ステージ1の回転数を減少させる。
Figure 3 shows a machining process flow.
After the start of the process of (S0), the work 3 is positioned inside the processing tank 2 attached to the rotary stage 1 in (S1), and the arm 5 is expanded and contracted and rotated in (S2). Position in the direction.
In (S3), initial processing conditions (the number of rotations of the electrode tool 7, rotary stage 1, polishing pressure, electrolytic voltage, etc.) are set. In (S4), based on the initial processing conditions, the electrode tool 7, rotary stage 1 is set. Rotate. Here, by increasing the setting value of the initial electrolysis voltage value, it is possible to perform electropolishing to a deeper layer, and it is possible to select an optimal initial electrolysis voltage value setting value according to the polishing finishing accuracy. it can.
At the start of electropolishing, it is determined that the processing is not completed in (S5), the electrolysis current is measured in (S6), and if this electrolysis current value is greater than or equal to the set value in (S7), (S8) Thus, the machining voltage, the polishing pressure, the electrode tool 7 and the rotational speed of the rotary stage 1 are decreased.

(S7)で測定した電解電流が設定値以上でなければ、(S9)で電解電圧、研磨圧、電極工具7、回転ステージ1の回転数を増加させる。   If the electrolysis current measured in (S7) is not equal to or greater than the set value, the electrolysis voltage, the polishing pressure, the electrode tool 7 and the rotational speed of the rotary stage 1 are increased in (S9).

ここで、ワーク3と電極工具7の対向面積、そして、両者間に印加する電解電圧を一定とした場合、図2の特性から、両者間を流れる電解電流値により、SiC変性被膜の厚さを判別することが可能になる。
したがって、ワーク3と電極工具7との間に電圧を印加して電解研磨を行う際、研磨圧、電極工具7、回転ステージ1の回転数等を増加させると、機械的研磨作用が活性化され、SiC変性被膜が研磨されて次第に薄くなり、抵抗値が減少し、電解電流が増加していくことになる。
Here, when the facing area of the workpiece 3 and the electrode tool 7 and the electrolytic voltage applied between them are constant, the thickness of the SiC-modified coating is determined from the characteristic of FIG. It becomes possible to determine.
Therefore, when electropolishing is performed by applying a voltage between the workpiece 3 and the electrode tool 7, increasing the polishing pressure, the electrode tool 7, the number of rotations of the rotary stage 1, etc., activates the mechanical polishing action. Then, the SiC-modified film is gradually thinned by polishing, the resistance value decreases, and the electrolysis current increases.

このように、機械研磨作用を活性化していくと、最終的にSiC変性被膜がほとんどなくなり、図2の左端に示すように、SiC本来の抵抗値に由来する電流値に収束する。
一方、電解電圧を高めると、再び電解作用が活性化され、SiC変性被膜が厚くなる方向に作用する。
そこで、研磨加工を継続する理想の電解研磨状態を、SiC変性被膜が丁度0となる状態として、図2の左上領域となるよう、電解電圧、そして、研磨圧、電極工具7、回転ステージ1の回転数等を変化させ誘導すればよい。そして、SiC変性被膜が零に近くなると、図2から明らかなように、電解電流の変化率、すなわち、SiC変性被膜が薄くなる方向の膜厚変化に対し、電流上昇率が減少するので、この電流上昇率が所定値以下に減少したのを検知することにより、(S5)で、加工完了とすべき最適研磨条件を判定することができる。
In this way, when the mechanical polishing action is activated, the SiC-modified film is finally almost eliminated and converges to a current value derived from the original resistance value of SiC as shown at the left end of FIG.
On the other hand, when the electrolysis voltage is increased, the electrolysis is activated again and acts to increase the thickness of the SiC-modified film.
Therefore, the ideal electrolytic polishing state in which the polishing process is continued is a state in which the SiC-modified film is exactly 0, and the electrolytic voltage, the polishing pressure, the electrode tool 7, and the rotary stage 1 are set so that the upper left region of FIG. What is necessary is just to guide by changing the number of revolutions. When the SiC-modified film becomes close to zero, as is apparent from FIG. 2, the rate of increase in current decreases with respect to the rate of change of the electrolytic current, that is, the film thickness change in the direction in which the SiC-modified film becomes thinner. By detecting that the current increase rate has decreased below a predetermined value, it is possible to determine the optimum polishing condition that should be completed in (S5).

図4は、さらに電解電流値の変化に基づき、さらに最適研磨条件を再導出するタイミングを検出するものである。
(S10)〜(S14)までは、図2における(S0)〜(S4)と同様である。
(S15)で電解電流値を測定し、メモリに保存し、(S16)で、記憶した前回までの電解電流値と今回の電解電流値により、電解電流値の予測値を算出する。
(S17)で予測値の算出が行われたことが判定されると、(S18)で、予測値に基づき、電解電流値の変化率を算出する。
FIG. 4 further detects the timing at which the optimum polishing condition is derived again based on the change in the electrolytic current value.
Steps (S10) to (S14) are the same as (S0) to (S4) in FIG.
In (S15), the electrolysis current value is measured and stored in a memory. In (S16), the predicted value of the electrolysis current value is calculated from the stored electrolysis current value and the current electrolysis current value.
If it is determined in (S17) that the predicted value has been calculated, in (S18), the rate of change of the electrolytic current value is calculated based on the predicted value.

一方、処理工程の初期など、(S17)で予測値の算出ができないことが判定されると、(S19)で、加工電圧、研磨圧、電極工具7、回転ステージ1の回転数等の加工条件を単位ステップで増加させ、(S17)で予測値の算出が可能となるまで、(S15)に戻り、これを繰り返す。
(S18)で変化率が算出されると、(S20)で、変化率が設定値以上か否か判定する。
変化率が設定値以上である場合、(S21)で、電解電圧、加工力(押圧力)、電極工具、回転ステージ等の加工条件を単位ステップで増加させた後、再び、(S15)に戻り、加工を継続させる。
On the other hand, when it is determined that the predicted value cannot be calculated in (S17), such as in the initial stage of the processing process, in (S19), the processing conditions such as the processing voltage, the polishing pressure, the electrode tool 7, and the rotational speed of the rotary stage 1 are determined. Is increased in unit steps, and the process returns to (S15) and is repeated until the predicted value can be calculated in (S17).
When the change rate is calculated in (S18), it is determined in (S20) whether the change rate is equal to or greater than a set value.
If the rate of change is greater than or equal to the set value, in (S21), after increasing the machining conditions such as electrolytic voltage, machining force (pressing force), electrode tool, rotary stage in unit steps, return to (S15) again. Continue processing.

(S20)で、変化率が設定値より小さくなったことが判定されると、(S22)で、その時点の加工条件で継続して加工を行う。
一方、研磨工程の進行に伴い、電極工具7がワーク3内に進入し、ワーク3に対する側面の対向面積が次第に増大していく。このように、対向面積が変化すると前述の最適研磨条件における電流値が変化することになる。
そこで、(S23)で、加工中の電流値が設定した範囲を超える場合、あるいは下回る場合は、再度最適加工条件を導出するため、(S13)の初期加工条件設定に戻り、上述した処理フローに戻る。
これらのフローを繰り返し、設定した加工深さが得られたことが確認されると、(S24)で、加工終了条件が満足されたとして加工を終了する。
なお、実際の研磨処理では、図3、図4いずれの処理フローでも、研磨加工が終了するまで、1時間程度の時間を要した。
If it is determined in (S20) that the rate of change has become smaller than the set value, in (S22), machining is continued under the machining conditions at that time.
On the other hand, as the polishing process proceeds, the electrode tool 7 enters the work 3 and the opposing area of the side surface with respect to the work 3 gradually increases. Thus, when the facing area changes, the current value under the optimum polishing condition described above changes.
Therefore, in (S23), when the current value during machining exceeds or falls below the set range, the optimum machining conditions are derived again, so that the process returns to the initial machining condition setting in (S13) and the processing flow described above is performed. Return.
When it is confirmed that the set machining depth is obtained by repeating these flows, the machining is terminated in (S24) assuming that the machining end condition is satisfied.
It should be noted that in the actual polishing process, it took about one hour until the polishing process was completed in either of the processing flows of FIGS.

5に、本発明の実施例を概略図で示す。
図5に示されるように、上下方向に移動可能なテーブル10には、SiCインゴット11が位置決めされており、3つのローラー12、12a(主軸ローラー)、12bcに巻回されたワイヤ13を往復動させ、テーブル10を徐々に上昇させることで、SiCインゴット11を複数枚にスライスする。なお、ワイヤ13には、砥粒としてアルミナが固定されている。またワイヤ13に砥粒を固定せず、スラリーとして砥粒を供給するようにしてもよい。
なお、一般的には、このようなワイヤソーの場合、一定の張力(数十N)のワイヤを一定速度で走らせ(数十m/s)ながら切り込み方向に一定速度(数百um/min)でワークを供給している。
FIG. 5 schematically shows an embodiment of the present invention .
As shown in FIG. 5, a SiC ingot 11 is positioned on a table 10 that is movable in the vertical direction, and a wire 13 wound around three rollers 12, 12a (main shaft rollers), 12bc is reciprocated. The SiC ingot 11 is sliced into a plurality of sheets by gradually raising the table 10. Note that alumina is fixed to the wire 13 as abrasive grains. Alternatively, the abrasive grains may be supplied as a slurry without fixing the abrasive grains to the wire 13.
In general, in the case of such a wire saw, a wire having a constant tension (several tens of N) is run at a constant speed (several tens of m / s) and at a constant speed (several hundreds of um / min) in the cutting direction. Supplying workpieces.

その際、SiCインゴット11とワイヤ13の接触部位に、3つのローラーのうち、下方に位置する12a、12b間に配設した砥粒液供給ノズル14から、電解性の加工液である砥粒液を供給し、SiCインゴット11を陽極、ワイヤ13に電気的に導通するローラー12bを陰極として、直流電圧を印加する。これにより、SiCインゴット11とワイヤ13との接触部には、SiC変性被膜が形成され、このSiC変性被膜は、SiCの母材より硬度が低下し、ワイヤ13に固定したアルミナの硬度以下となり、効率的なスライスを行うことができる。   At that time, an abrasive liquid that is an electrolytic processing liquid is supplied from an abrasive liquid supply nozzle 14 disposed between 12 a and 12 b located below the three rollers at a contact portion between the SiC ingot 11 and the wire 13. A DC voltage is applied using the SiC ingot 11 as an anode and the roller 12b that is electrically connected to the wire 13 as a cathode. Thereby, a SiC modified film is formed at the contact portion between the SiC ingot 11 and the wire 13, and the SiC modified film has a hardness lower than that of the SiC base material and is equal to or less than the hardness of the alumina fixed to the wire 13, Efficient slicing can be performed.

研磨装置の場合と比較して、ワイヤ13はSiCインゴット11に対し、線状に接触するための接触面積が小さい。また、スライスが進行し、SiCインゴット11の直径に到るまでは、ワイヤ13の接触長さが増大し、SiCインゴット11の直径を通過すると、ワイヤ13の接触長さが次第に減少し、スライスが完了すると、接触長さが零になるという特性がある。
そこで、スライス加工を開始から終了まで効率よく行うため、図6のような処理フローを行う。
Compared to the case of the polishing apparatus, the wire 13 has a smaller contact area for contacting the SiC ingot 11 in a linear manner. Further, until the slice progresses and reaches the diameter of the SiC ingot 11, the contact length of the wire 13 increases. When the slice passes through the diameter of the SiC ingot 11, the contact length of the wire 13 gradually decreases, When completed, the contact length is zero.
Therefore, in order to efficiently perform the slice processing from the start to the end, the processing flow as shown in FIG. 6 is performed.

本実施例による加工処理フローを示す。加工条件にワイヤの張力が含まれていることを除き、実施例1の図4に示す加工処理フローとほぼ同様である。すなわち、本実施例の場合、前述したように、スライス開始から終了まで、ワイヤ13の接触長さが変化するので、実施例1の図4に示す加工処理フローとほぼ同様の加工処理フローを採用している。
このことは、例えば、SiCウエハやSiCインゴットに孔明け加工する場合も同様で、孔明け工程の進行に伴い、ワーク3に対する孔明け工具側面の対向面積が次第に増大していくので、図6と同様の処理フローを行う必要がある。
The processing flow by a present Example is shown. Except that the wire tension is included in the processing conditions, the processing flow is substantially the same as the processing flow shown in FIG. That is, in the case of the present embodiment, as described above, the contact length of the wire 13 changes from the start to the end of slicing, so a processing flow substantially similar to the processing flow shown in FIG. doing.
This also applies to, for example, drilling a SiC wafer or a SiC ingot, and as the drilling process proceeds, the facing area of the side surface of the drilling tool with respect to the workpiece 3 gradually increases. It is necessary to perform the same processing flow.

以下、前述の研磨装置をベースに、実際に行った実験装置、実験結果について説明する。
電解液に10w%硝酸ナトリウム水溶液+Al23(#1000+#3000それぞれ100g/l)、電極回転速度1500rpm程度、研磨圧6.7kPa(全体で120g重の押しつけ力)、試料回転速度約40rpm、電解電圧17Vの加工条件で1時間電解研磨後、さらに5分間、通常の研磨を行った際の、SiCウエハの表面を撮影した写真を図7、研磨外周近傍の代表断面を図8に示す。
Hereinafter, experimental apparatuses and experimental results actually performed based on the above-described polishing apparatus will be described.
10% sodium nitrate aqueous solution + Al 2 O 3 (100 g / l each of # 1000 + # 3000), electrolyte rotation speed of about 1500 rpm, polishing pressure of 6.7 kPa (total 120 g weight pressing force), sample rotation speed of about 40 rpm, FIG. 7 shows a photograph of the surface of the SiC wafer after normal polishing for 5 minutes after electrolytic polishing for 1 hour under the processing conditions of an electrolytic voltage of 17 V, and FIG. 8 shows a representative cross section near the polishing periphery.

図8から、ウエハ中心とウエハ同心円状中程に白色部が存在し、両者間のみに工具電極が通過していることから、この間の加工が行われていることが確認できる。
SiCウエハが深さ方向に加工されているか確認するために、図7において加工が影響していると思われる同心円状の部分について、中心白色部をまたぐように(赤枠内の目安)コンフォーカル顕微鏡により測定した。図8において、縦軸、横軸のメモリ単位はumである。
最外周の濃淡部分は電極工具との接触はないため、電解による影響が現れている部分と考えられるが、その外周(電解による影響が少ない部分)と比較すると約5um程高くなっている。電解加工により被膜が形成され盛り上がった可能性がある。
ここでは電解による影響が少ない部分と、加工部の高さの差を加工深さとする。
電解加工装置では、電極とワークを平行、且つそれらと電極、ワーク回転軸を垂直にすることが難しいため、全面を均一に研磨できていないが、試料表面からの加工深さは15um程度となることが分かった。
From FIG. 8, since a white part exists in the wafer center and a wafer concentric middle, and the tool electrode has passed only between both, it can confirm that the process in the meantime is performed.
In order to confirm whether the SiC wafer is processed in the depth direction, the concentric part that seems to be affected by the processing in FIG. 7 is crossed over the central white part (reference in the red frame). Measured with a microscope. In FIG. 8, the memory units on the vertical and horizontal axes are um.
The shaded portion on the outermost periphery is not in contact with the electrode tool, so it is considered that the portion is affected by electrolysis, but it is about 5 μm higher than the outer periphery (portion where there is little influence by electrolysis). There is a possibility that a film was formed by electrolytic processing and raised.
Here, the difference between the height of the portion that is less affected by electrolysis and the processing portion is defined as the processing depth.
In the electrolytic processing apparatus, since it is difficult to make the electrode and the workpiece parallel and to make the electrode, the workpiece and the workpiece rotation axis vertical, the entire surface cannot be polished uniformly, but the processing depth from the sample surface is about 15 μm. I understood that.

また、図7に示される白色部(中心、同心円状中程)は肉眼では同様に見えるが、高さが異なっている。
両白色部の間は鏡面に近い状態であることより、研磨領域では白色部の形成、除去が繰り返して行われていることが推測される。
なお、予備実験として研磨液に水のみ、上記研磨液で電解電圧を加えないで1時間研磨を行ったが、両結果とも若干のスクラッチが見られるものの、深さ方向の進展は見られなかった。
以上の結果から今回の実験では電解加工で、研磨表面に被膜を生じさせることができ、この被膜はアルミナ混入スラリーによって研磨することができるため、アルミナよりも硬度が低くなっていることが確認できる。
In addition, the white portion (center, concentric middle) shown in FIG. 7 looks the same with the naked eye, but has a different height.
Since the white portion is close to a mirror surface, it is presumed that the white portion is repeatedly formed and removed in the polishing region.
In addition, as a preliminary experiment, polishing was performed for 1 hour without applying an electrolysis voltage with only the above-described polishing liquid, but both results showed some scratches but no progress in the depth direction. .
From the above results, in this experiment, a film can be formed on the polished surface by electrolytic processing, and since this film can be polished with the slurry mixed with alumina, it can be confirmed that the hardness is lower than that of alumina. .

一方、エッチングレートは15um/時間程度であり、加工条件が最適化されていない状態でもSiCの研磨、CMPの結果よりも大きなエッチレートを得ることができた。
電解生成物の発生状況と加工プロセスとの関係に基づき、最適加工条件を導出することにより、エッチレートを改善しながら、研磨品質、ワイヤを用いたスライシング品質の改善を行うことができる。
On the other hand, the etching rate was about 15 μm / hour, and even when the processing conditions were not optimized, an etching rate larger than the results of SiC polishing and CMP could be obtained.
By deriving the optimum processing conditions based on the relationship between the generation state of the electrolytic product and the processing process, it is possible to improve the polishing quality and the slicing quality using the wire while improving the etch rate.

以下、実験条件について詳述する。
(1)電解液
10w%硝酸ナトリウム水溶液+Al23(#1000+#3000)それぞれ100g/l)
(2)回転ステージ及び電極工具の回転速度、研磨圧
電極工具及び回転ステージの回転速度は、それぞれ1500rpm、40rpm程度、研磨圧6.7kPa(全体で120g重の押しつけ力)。
電極工具及び回転ステージを過度に高速回転すると、電解性の加工液が、電極工具とウエハ間に進入しにくくなり、工具電極近傍エリアの抵抗値が増加し、電解電流も低下し、加工特性を悪化させる。
(3)研磨圧
5k−50kPa程度であり、加工能率、電解性の加工液の進入、短絡の発生、ワークへの損傷発生等の観点で最適値を選定する。
(4)電解電圧
電解電圧が低電圧であると、十分な電解を発生することができず、10V近傍で、研磨加工が確認できるが、過度に高電圧であると、SiCの表面に曇りを発生させたり、最悪の場合、SiC基板の損傷を招く。
(5)電極
ワーク3、表面電極工具7間に電圧を印加する際に使用する電極は、真鍮φ15mmを使用した。
(6)電解、研磨のバランス
電解電流が過多であると、研磨が追いつかず効率が悪く、一方、電解電流が不足すると、研磨時間の長期化を招く。
Hereinafter, experimental conditions will be described in detail.
(1) Electrolyte 10 w% sodium nitrate aqueous solution + Al 2 O 3 (# 1000 + # 3000) 100 g / l each)
(2) Rotation speed of the rotary stage and the electrode tool, polishing pressure The rotation speed of the electrode tool and the rotation stage is about 1500 rpm and 40 rpm, respectively, and the polishing pressure is 6.7 kPa (a pressing force of 120 g weight as a whole).
If the electrode tool and rotary stage are rotated at an excessively high speed, the electrolytic machining fluid will not easily enter between the electrode tool and the wafer, the resistance value in the area near the tool electrode will increase, the electrolytic current will decrease, and the machining characteristics will be reduced. make worse.
(3) Polishing pressure is about 5 k-50 kPa, and an optimum value is selected from the viewpoint of machining efficiency, ingress of electrolytic working fluid, occurrence of short circuit, occurrence of damage to workpiece, and the like.
(4) Electrolytic voltage If the electrolysis voltage is low, sufficient electrolysis cannot be generated, and polishing can be confirmed in the vicinity of 10 V. However, if the voltage is excessively high, the SiC surface becomes cloudy. In the worst case, the SiC substrate is damaged.
(5) Electrode The electrode used when applying a voltage between the workpiece | work 3 and the surface electrode tool 7 used brass (phi) 15 mm.
(6) Balance between electrolysis and polishing If the electrolysis current is excessive, the polishing cannot catch up and the efficiency is poor. On the other hand, if the electrolysis current is insufficient, the polishing time is prolonged.

以上説明したように、本発明によれば、加工部に、砥粒を含む電解液を供給するとともに、SiC母材と加工部の間に電解電圧を印加することにより、SiC母材表面に、該SiCウエハの母材より硬度の低いSiC変性被膜を形成することで、砥粒の硬度を、該SiC変性被膜より硬度が高く、かつ、SiCの母材より硬度の低いものにできるので、きわめて安価な砥粒を利用して、SiC半導体ウエハの効率的な切断を行うことが可能となる。しかも、SiC母材よりも硬度の小さい砥粒を用いることで母材の損傷を抑えることができ、SiC加工装置として広く採用されることが期待できる。 As described above, according to the present invention, an electrolytic solution containing abrasive grains is supplied to the processed portion, and an electrolytic voltage is applied between the SiC base material and the processed portion, whereby the surface of the SiC base material is By forming a SiC-modified coating having a lower hardness than the base material of the SiC wafer, the hardness of the abrasive grains can be made higher than that of the SiC-modified coating and lower than that of the SiC base material. using an inexpensive abrasive grains, it is possible to perform efficient disconnect the SiC semiconductor wafer. In addition, it is possible to suppress damage to the base material by using abrasive grains having a hardness lower than that of the SiC base material, and it can be expected to be widely adopted as an SiC processing apparatus.

1 回転ステージ
2 加工槽
3 ワーク
4 ポンプ
5 アーム
6 モータ
7 電極工具
8 ウエイト
10 テーブル
11 SiCインゴット
12 ローラー
13 ワイヤ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotation stage 2 Processing tank 3 Work piece 4 Pump 5 Arm 6 Motor 7 Electrode tool 8 Weight 10 Table 11 SiC ingot 12 Roller 13 Wire

Claims (1)

表面に砥粒を固定したワイヤー、あるいは、スラリーとし砥粒が供給されるワイヤーにより、SiCインゴットを切断するワイヤーソーであって、
前記ワイヤーと前記SiCインゴットの接触部に電解加工液を供給するとともに、前記ワイヤーと前記SiCインゴットとの間に電解電圧を印加し、
前記SiCインゴットと前記ワイヤーの間を流れる電解電流値を測定し、前記電解電流値の一定時間における変化率が所定の範囲になるよう、前記電解電圧、前記ワイヤーの張力、ワイヤー速度をフィードバック制御する制御手段を設け、
前記SiCインゴットにおける前記ワイヤーとの接触部に、前記SiCインゴットの母材より硬度の低いSiC変性被膜を形成し、前記砥粒の硬度を、該SiC変性被膜より硬度が高く、かつ、前記SiCインゴットの母材より硬度の低いものとしたことを特徴とするワイヤーソー。
A wire saw that cuts a SiC ingot with a wire having abrasive grains fixed on the surface, or a wire to which abrasive grains are supplied as slurry,
While supplying an electrolytic processing fluid to the contact portion between the wire and the SiC ingot, an electrolytic voltage is applied between the wire and the SiC ingot,
The electrolytic current value flowing between the SiC ingot and the wire is measured, and the electrolytic voltage, the tension of the wire, and the wire speed are feedback controlled so that the rate of change of the electrolytic current value in a predetermined time is within a predetermined range. Providing control means,
A SiC-modified coating having a hardness lower than that of the base material of the SiC ingot is formed at a contact portion of the SiC ingot with the wire, and the hardness of the abrasive grains is higher than that of the SiC-modified coating, and the SiC ingot A wire saw characterized in that its hardness is lower than that of the base material.
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