JP6090624B2 - 半導体ウエハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハの製造方法、および半導体ウエハの製造時に用いるシリコンインゴットの固定材に関する。

一般に、半導体ウエハは、角柱や円柱等の柱状のシリコンインゴットをワイヤソーを用いてスライスすることにより作製される。シリコンインゴットをスライスする際に用いられるワイヤソーは、通常多数のワイヤを有するマルチワイヤソーである。このマルチワイヤソーを使用してシリコンインゴットを切断することで、一度の切断行程で多数の半導体ウエハを製造することができる。

特開２０１１−５８１８号公報

シリコンインゴットの切断工程後、半導体ウエハの表面に付着した屑等を洗い流すために洗浄が行われる。しかしながら、半導体ウエハの厚みは非常に薄く、切断工程後はそれが数十から数百枚程度近接して並んで存在するため、洗浄工程時に半導体ウエハ同士が互いに引っ付きあう。このため、半導体ウエハに付着している屑等を十分に洗浄することが難しい。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、半導体ウエハの製造を容易にする技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の半導体ウエハの製造方法は、第１固定層上に、第１固定層よりも剛性が低い第２固定層が積層された固定材を準備する工程と、固定材の第１固定層の表面にシリコンインゴットを固定する工程と、シリコンインゴットを固定材に固定されている側とは反対側から切断し、シリコンインゴットおよび第１固定層を切断する工程とを含む。

本発明の別の態様は、固定材である。この固定材は、シリコンインゴットを切断機に固定するための固定材であって、シリコンインゴットが固定される第１固定層と、第１固定層上に積層されており、第１固定層よりも剛性が低い第２固定層とを備える。

本発明によれば、半導体ウエハの製造を容易にする技術を提供することができる。

シリコンインゴット切断機の概略構成を模式的に示す図である。 シリコンインゴットと複数のワイヤソーとの位置関係を示す斜視図である。 固定材および固定材に固定されたシリコンインゴットを示す図であり、Ｙ−Ｚ平面における断面図である。 シリコンインゴットの切断行程によって切断されたシリコンインゴットおよび固定材を模式的に示す図である。 半導体ウエハの製造工程の流れを説明するフローチャートである。 切断行程後のシリコンインゴットおよび固定材に圧力を加えて第２固定層を変形させたときの様子を示す図である。 切断後のシリコンインゴットの洗浄工程の概要を説明する図である。

（シリコンインゴット切断機１００の構成）
本発明の実施の形態に係るシリコンインゴット切断機１００の概略構成について、図１、図２を参照しながら説明する。図１は、シリコンインゴット切断機１００の概略構成を模式的に示す図である。図２は、シリコンインゴット３０と複数のワイヤソー５０との位置関係を示す斜視図である。

シリコンインゴット切断機１００は、ワーク支持台１０、３台のローラ４０ａ、４０ｂ、および４０ｃ、ワイヤソー５０、加工液ノズル６０、加工液タンク７０を備える。シリコンインゴット切断機１００は、角柱形状のシリコンインゴット３０を切断することにより半導体ウエハを製造する装置であり、固定砥粒方式および遊離砥粒方式のいずれのスライス方式にも用いることができる。シリコンインゴット３０を切断して得られる半導体ウエハは、例えば太陽電池モジュールに用いられる。この場合、１枚あたりの半導体ウエハの厚みは１４０マイクロメートルから２４０マイクロメートル程度である。また図２におけるシリコンインゴット３０は角柱形状であるが、シリコンインゴット３０の形状は角柱に限らず、例えば円柱形状であってもよい。

なお、図１の座標系８０に示すように、以下の説明では、鉛直方向をＺ軸、Ｚ軸およびローラ４０の回転軸と垂直な方向をＸ軸とする。また図１には図示しないが、Ｚ軸およびＸ軸と垂直（すなわち、ローラ４０の回転軸と平行）な方向をＹ軸とする。特に、Ｚ軸のうち、鉛直上方向をＺ１方向、鉛直下方向をＺ２方向とする。

ワーク支持台１０は、シリコンインゴット３０が接着剤等により固定された固定材２０を支持する。ローラ４０に巻き付けられたワイヤソー５０はローラ４０の回転に伴って高速で移動する。ワイヤソー５０はシリコンインゴット３０の長手方向に沿って複数本存在し、一度のシリコンインゴット３０の切断行程で複数の半導体ウエハを製造することができる。ワーク支持台１０は図示しないコントローラの制御の下、Ｚ軸方向、すなわち鉛直方向に移動自在に構成されており、シリコンインゴット３０を高速で移動するワイヤソー５０に押し当てることができる。

加工液ノズル６０は、固定砥粒方式の場合は加工液のみをワイヤソー５０に噴出して供給し、遊離砥粒方式の場合は砥粒を含む加工液をワイヤソー５０に噴出して供給する。なお、加工液ノズル６０が噴出した加工液は加工液タンク７０に貯まるが、図示しないポンプによって再び加工液ノズル６０に送られ、加工液として再利用される。

（固定材２０の構成）
次に、固定材２０の構成について、図３を参照しながら説明する。図３は、固定材２０および固定材２０に固定されたシリコンインゴット３０を示す図であり、Ｙ−Ｚ平面における断面図である。

固定材２０は、第１固定層２２上に、第２固定層２４が積層されている。第１固定層２２には、シリコンインゴット３０が接着剤等により固定される。第１固定層２２は、一般的に用いられる固定材用の材料から構成されており、例えばカーボンが用いられる。第２固定層２４は、ワーク支持台１０に固定される。

第１固定層２２と第２固定層２４とは異なる材料から構成されており、第２固定層２４の剛性は第１固定層２２の剛性よりも低い。具体的に、第２固定層２４の弾性係数は、第１固定層２２の弾性係数よりも小さい。例えば、第１固定層２２の材質がカーボンである場合、第１固定層２２の弾性係数は１０．８±０．７Ｇｐａである。この場合、第２固定層２４は、弾性係数が０．０１から５．０Ｇｐａの材料から構成されることが好ましい。第２固定層２４を構成する材料としては、例えば、ウレタンゴム等のゴムや、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）やテフロン（登録商標）等の高分子が好適に用いられる。

第１固定層２２の厚みは、約５ｍｍ以下であることが好ましい。後述するが、第１固定層２２はワイヤソー５０により切断されるため、加工時間を短縮するためにもある程度薄い方が望ましい。第２固定層２４の厚みは、弾性係数や構成材料等に基づき、適切な厚みに決定される。第２固定層２４の厚みの決定方法については、後述する。

（シリコンインゴット３０の切断工程および洗浄工程）
上述したシリコンインゴット切断機１００によりシリコンインゴット３０を切断した場合、切断後のシリコンインゴット３０（すなわち、半導体ウエハ）の表面には、シリコンの屑や砥粒を含む加工液、ワイヤソー５０から生じた屑等が付着する。このため、シリコンインゴット３０の切断後に、半導体ウエハに付着した屑等を洗い流すために洗浄が行われる。以下、シリコンインゴット３０の切断工程および洗浄工程について説明する。

まず、シリコンインゴット３０の切断工程について、図４、図５を参照しながら説明する。図４は、シリコンインゴット３０の切断行程によって切断されたシリコンインゴット３０および固定材２０を模式的に示す図である。図５は、半導体ウエハ３２の製造工程の流れを説明するフローチャートである。

シリコンインゴット３０の切断工程では、まずシリコンインゴット３０を接着剤により固定材２０の第１固定層２２表面に固定させる（Ｓ２）。次に、ワーク支持台１０をＺ２方向に移動させ、シリコンインゴット３０を高速で移動するワイヤソー５０に押し当てる。そして、ワイヤソー５０が第２固定層２４に至るまでワーク支持台１０をＺ２方向に移動させる。これにより、シリコンインゴット３０および第１固定層２２が切断され、複数の半導体ウエハ３２が形成される（Ｓ４）。このとき、第２固定層２４のＺ２側の一部まで切断されるようにワーク支持台１０を移動させることが好ましい。例えば、第２固定層２４を第１固定層２２との接触面から約３ｍｍ以内ほど切り込むことが好ましい。

次に、切断工程後のシリコンインゴット３０の洗浄工程について、図５〜図７を参照しながら説明する。図６は、切断行程後のシリコンインゴット３０および固定材２０に圧力を加えて第２固定層２４を変形させたときの様子を示す図である。図７は、切断後のシリコンインゴット３０の洗浄工程の概要を説明する図である。

シリコンインゴット３０の洗浄工程では、まず切断後のシリコンインゴット３０が固定された固定材２０をワーク支持台１０から取り外し、固定材２０の両端を治具９０ａおよび９０ｂによって固定する。固定材２０の長手方向の中央近傍に対し、図示しない押圧手段により固定材２０のシリコンインゴット３０が固定されている側とは反対側からＺ２方向に圧力をかける。これにより、第２固定層２４が湾曲し、第２固定層２４に固定されている切断後の第１固定層２２および半導体ウエハ３２の切断面間の間隔が広がる（Ｓ６）。

次に、固定材２０に圧力をかけた状態で、切断されたシリコンインゴット３０を薬液タンク２００中の薬液２０２に浸して洗浄する（Ｓ８）。なお、図７では薬液タンク２００を一つのみ図示しているが、一般には、薬液タンク２００は複数存在し、それぞれフッ酸や水、アンモニア過酸化水素等の異なる薬液２０２が溜められており、切断後のシリコンインゴット３０をそれらの薬液タンク２００に順次浸すことで洗浄する。

洗浄工程において、第２固定層２４は、切断後のシリコンインゴット３０の搬送時や洗浄時等に半導体ウエハ３２が脱落しないようにシリコンインゴット３０を支持する強度を有するとともに、押圧手段により圧力がかけられた場合に適当な撓みを得られる厚みに設定されている必要がある。そのため、第２固定層２４の厚みは、弾性係数、構成材料、押圧手段により加えられる圧力、所望の撓み量等に応じて決定される。

例えば、第２固定層２４が弾性係数０．１ＧＰａのゴムから構成されている場合に、第２固定層２４の長手方向の中央に１５００Ｎの荷重をかけて１０ｃｍのたわみを得るためには、第２固定層２４の厚みは３１．７ｍｍ程度以下であればよい。また第２固定層２４が弾性係数５ＧＰａの高分子から構成されている場合に、第２固定層２４の長手方向の中央に１５００Ｎの荷重をかけて１０ｃｍのたわみを得るためには、第２固定層２４の厚みは８．６ｍｍ程度以下であればよい。

以上のように、本実施形態のシリコンインゴット３０の製造方法では、切断工程において、第１固定層２２上に、第１固定層２２よりも剛性が低い第２固定層２４が積層された固定材２０を準備し、固定材２０の第１固定層２２の表面にシリコンインゴット３０を固定し、シリコンインゴット３０を固定材２０に固定されている側とは反対側から切断し、シリコンインゴット３０および第１固定層２２を切断している。さらに、洗浄工程において、第２固定層２４に対し圧力をかけて湾曲させ、圧力をかけた状態で切断後のシリコンインゴット３０を洗浄している。

このように、本実施形態では、第１固定層２２と第１固定層２２よりも剛性の低い第２固定層２４とを含む固定材を用いることにより、切断工程において第１固定層２２を切断した後は、容易に第２固定層２４を変形させることができる。そのため、洗浄工程において、第２固定層２４に圧力をかけて湾曲させながら洗浄することにより、半導体ウエハ３２の切断表面に付着した屑等の洗浄効率を向上させることができる。この結果、半導体ウエハ３２の歩留まりも向上させることができる。

また、シリコンインゴット３０の切断工程では、第２固定層２４のＺ２側の一部まで切断されるようにワーク支持台１０を移動させている。これにより、洗浄工程において、第２固定層２４に圧力を加えて湾曲させるとき、第２固定層２４の一部を切断していない場合と比較して、第２固定層２４に固定されている切断後の第１固定層２２および半導体ウエハ３２の切断面間の間隔をより広げることができる。これにより、半導体ウエハ３２の第１固定層２２に近接した部分まで十分に洗浄液を行き渡らせることができ、半導体ウエハ３２の洗浄効率をさらに向上することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、実施の形態の変形例を説明する。

上記では、第２固定層２４がゴムや高分子等の弾性変形する材料から構成されている場合について説明した。第２固定層２４は弾性体に限らず、塑性変形をする素材であってもよく、例えば金属であってもよい。第２固定層２４を構成する材料として金属を用いる場合、アルミニウム、鉄、銅、ステンレス、合金などが好適に用いられる。この場合、シリコンインゴット３０の切断後、第２固定層２４に対してＺ２方向に圧力をかけることで第２固定層２４は湾曲し、ひとたび湾曲した後は、圧力をかけなくても塑性変形によって湾曲後の形状を保持する。

第２固定層２４を構成する材料として金属を用いる場合も、第２固定層２４の厚みの決定方法は、ゴムや高分子等を用いる場合と同様である。第２固定層２４の厚みは、ある程度の圧力を第２固定層２４に加えた場合に塑性変形する厚みであることが好ましく、ゴムや高分子等を用いる場合よりは薄く設定されていることが望ましい。金属材料から構成された第２固定層２４の厚みとしては、例えば、５ｍｍ程度が好ましい。

第２固定層２４として塑性変形する素材を用いると、切断後のシリコンインゴット３０の洗浄工程においては第２固定層２４に圧力をかける必要がなくなるため、圧力をかけるための機構を省くことができる。

１０ ワーク支持台、 ２０ 固定材、 ２２ 第１固定層、 ２４ 第２固定層、 ３０ シリコンインゴット、 ３２ 半導体ウエハ、 ４０ ローラ、 ５０ ワイヤソー、 ６０ 加工液ノズル、 ７０ 加工液タンク、 ９０ 治具、 １００ シリコンインゴット切断機、 ２００ 薬液タンク。

Claims (5)

1. 第１固定層上に、前記第１固定層よりも剛性が低い第２固定層が積層された固定材を準備する工程と、
   前記固定材の前記第１固定層の表面にシリコンインゴットを固定する工程と、
   前記シリコンインゴットを前記固定材に固定されている側とは反対側から切断し、前記シリコンインゴットおよび前記第１固定層を切断し、前記第２固定層の一部まで切断する工程とを含む半導体ウエハの製造方法。
2. 前記切断工程後、前記第２固定層から前記第１固定層に向かう方向において、前記第２固定層に対し圧力をかけて前記第２固定層を湾曲させる工程と、
   前記第２固定層に圧力をかけた状態で、切断後の前記シリコンインゴットを洗浄する工程とをさらに含む請求項１に記載の半導体ウエハの製造方法。
3. 前記第２固定層の弾性係数は、前記第１固定層の弾性係数よりも小さい請求項１または２に記載の半導体ウエハの製造方法。
4. 前記第２固定層は金属である請求項１に記載の半導体ウエハの製造方法。
5. 前記切断工程後、前記第２固定層から前記第１固定層に向かう方向において、前記第２固定層に対し圧力をかけて前記第２固定層を塑性変形によって湾曲後の形状を保持させる工程と、
   切断後の前記シリコンインゴットを洗浄する工程とをさらに含む請求項４に記載の半導体ウエハの製造方法。

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