JP6923067B2 - 半導体単結晶インゴットのスライス方法 - Google Patents
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Description
線方向からの傾斜角を、加工工具による単結晶部材の切断能率が極大になる角度に設ける単結晶切断方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
さらに、単結晶部材がタンタル酸リチウムである場合、θ1は24度であり,θ2は7度であり,θ3は16度であり,θ4は8度であり,θ5は20度であり,θ6は17度であり,θ7は16度であり,θ8は5度である。
一方、上記従来の特許文献2に示された単結晶切断方法では、単結晶インゴットをその晶癖線に沿ってスライスすることにより、ウェーハの曲りや反りを発生し難くすることができるけれども、ウェーハの反り量を制御することができない問題点があった。
このため、インゴットの回転角度が制限され、インゴットを保持具により接着保持するときの前記所定の回転角度の設定範囲を広く設定し、インゴットの結晶軸のズレ調整のための角度が、所定の回転角度の範囲内となるよう、所定の回転角度を広く設定する必要があり、その結果、ウェーハの反り量が大きくなる場合があるという問題点があった。
本発明の第2の観点のスライス方法では、予め実験により所定の回転角度の変化に対するウェーハの反り量の変化についての相関関係を求め、上記所定の回転角度をこの相関関係から決定したので、インゴットをスライスした後のウェーハの反り量を所望の量により精度良く制御できる。
本発明の第3の観点のスライス方法では、インゴットの結晶軸を中心とする所定の回転角度を、切断装置によりスライスされたウェーハの反り量が最小になるように決定したので、インゴットをスライスした後のウェーハの反り量を低減できる。
本発明の第4の観点のスライス方法では、インゴットの結晶軸から回転基準部に下ろした垂線を基準線とし、この基準線に対する所定の回転角度を45〜55度、125〜135度、225〜235度、および305〜315度のいずれかの範囲内に設定することにより、インゴットを切断した後のウェーハの反り量がほぼ所望の量になる。
切断装置としてのワイヤソー装置16は、互いに中心軸が平行であって同一水平面内に配設された第1および第2メインローラ11,12と、第1および第2メインローラ11,12の下方であって、第1および第2メインローラ11,12の中間位置に設けられた単一のサブローラ17と、第1および第2メインローラ11,12と単一のサブローラ17に巻回して張設されたワイヤ18と、保持具14を昇降させる昇降装置19とを備える(図1および図2)。
ワイヤ18は、繰出しボビン21(図2)に巻付けられた1本の長尺ものであり、この繰出しボビン21から繰出されたワイヤ18は、第1および第2メインローラ11,12と単一のサブローラ17の一端側の各リング溝から他端側の各リング溝に向って順に収容されるように、これらのローラ11,12,17に略逆三角形状であって螺旋状に巻回して張設された後に、巻取りボビン22(図2)に巻取られるように構成される。
この問題を解消する方法の一つとして、ゴニオ角設定器19cを用いる方法が知られている。
固定部材191は、水平部材19bに取り付けられている。
固定部材191の下面は、凹曲面とされ、凹曲面は、ワイヤ18の走行方向に直交する面内で円弧状の断面を有する円筒状の凹曲面とされる。
可動部材192の調整に際しては、垂直方向シャフト193を回転させ、中央に形成された送りねじの螺合位置を変更する。これにより、可動部材192は、ワイヤ18と直交する面内で固定部材191の曲面に沿って移動し、垂直方向の位置調整が可能となる。
ゴニオ角設定器19cによれば、インゴット13の結晶方位に対して、ワイヤ18と直交する面内で適正な向きとなるようにワイヤ18の走行方向を調整することができる。
まず、第1および第2メインローラ11,12と単一のサブローラ17の間にワイヤ18を巻回して張設する。これによりワイヤ18のうち、第1および第2メインローラ11,12の間に水平に張設されたワイヤ18が、第1および第2メインローラ11,12と単一のサブローラ17の回転により水平方向に移動する。
次に、昇降装置19の水平部材19bの先端下面に装備されたゴニオ角設定器19cに、インゴット13とスライス台14aが接着されたワークプレート14bを、ボルト締め等の固定手段により装着する。
まず、インゴット13の円柱の中心軸回りに所定の回転角度だけ回転させ、接着する。所定の回転角度は、ワイヤソー装置16によりスライスして得られたウェーハ23の反り量が所定量になるように決定する。
この決定は、予め実験により上記所定の回転角度の変化に対するウェーハ23の反り量の変化についての相関関係を求め、上記所定の回転角度をこの相関関係から決定することが好ましい。また、インゴット13の結晶軸13bからオリエンテーションフラット13cに下ろした垂線を基準線13dとし、この基準線13dに対する所定の回転角度θ(図5および図6)を45〜55度、125〜135度、225〜235度、および305〜315度のいずれかの範囲内に設定することが好ましい。
ただし、通常、インゴット13にスライス台14aを接着するときは、オリエンテーションフラット13cを避けて接着するため、上記基準線13dに対する所定の回転角度θを45〜55度、または305〜315度の範囲内に設定することが好ましい。
ここで、上記基準線13dに対する所定の回転角度θを上記範囲内に限定したのは、ワイヤ18がインゴット13の劈開面13eの方向に逸れ易くなり、このインゴット13をスライスして得られたウェーハ23の反り量のバラツキが大きくなるからである。
一方、スライスされたウェーハ23の表面は、インゴット13の結晶軸13bに垂直な面であることが求められている(図9C)。
そのずれに対し、水平方向(図4のXZ面)はスライス台14aとワークプレート14bの接着方向を補正し、インゴット13の結晶軸13bが、図4のYZ面内になるよう接着する。
換言すれば、第1および第2メインローラ11,12間のワイヤ18と、このワイヤ18によるインゴット13の切断方向とが作る平面に対してインゴット13の結晶軸13bを直交させる。さらにこの状態でインゴット13を鉛直方向に下降させて上記水平方向に移動するワイヤ18を横断する位置まで移動させることにより、インゴット13をスライスする。これにより、インゴット13をスライスした後のウェーハ23の反り量を所望の量に精度良く制御できる。
図7Aおよび図8Aに示すように、インゴット13の劈開面13eがインゴット13の表面のワイヤマーク13fと平行であっても、インゴット13の劈開面13eが、図7Bに示すようにインゴット13の結晶軸13bに対して傾斜する場合と、図8Bに示すようにインゴット13の結晶軸13bに対して平行である場合とがある。
これに対して、インゴット13の劈開面13eがインゴット13の結晶軸13bに対して平行である場合(図8B)、このインゴット13をスライスすると、ワイヤ18が図6の斜視図(a)の破線矢印および図8Cの実線矢印で示す切断方向に対して逸れ難く、切断方向に真っ直ぐに進む。
これに対して、インゴット13の劈開面13eがインゴット13表面のワイヤマーク13fと平行であっても(図8A)、インゴット13の劈開面13eが、図8Bに示すようにインゴット13の結晶軸13bに対して平行であると、このインゴット13をスライスして得られたウェーハ23は図6の側面図(b)に示すように反らない。なお、インゴット13の劈開面13eが、図8Bに示すようにインゴット13の結晶軸13bに対して平行でなくても、平行に近い角度であれば、スライスして得られたウェーハ23は反り難い。
また、上記実施の形態では、インゴットの結晶軸からオリエンテーションフラットに下ろした垂線を基準線として、インゴットの結晶軸を中心とする所定の回転角度を決定したが、インゴットの結晶軸からノッチに下ろした垂線を基準線として、インゴットの結晶軸を中心とする所定の回転角度を決定してもよい。
さらに、オリエンテーションフラットやノッチを代替する回転基準部があれば、インゴットの結晶軸からこの回転基準部に下ろした垂線を基準線として、インゴットの結晶軸を中心とする所定の回転角を決定してもよい。
<実施例1>
図1および図2に示すように、直径が150mmであり結晶軸が<111>である円柱状のシリコン単結晶インゴット13を用意した。このインゴット13の円柱の中心軸13aを中心として所定の回転角度だけ回転させた状態でインゴット13とスライス台14aを接着した。さらにスライス台14aとワークプレート14bを、水平方向(図4のXZ面)の接着方向を補正して、インゴット13の結晶軸が、図4のYZ面内になるよう接着した。さらに、インゴット13を接着した保持具14をゴニオ角設定器19cに取付け固定し、ゴニオ角設定器19cにより、結晶軸13bが第1および第2メインローラ11,12の各中心軸と平行になるよう、保持具14の固定角度を調整した。
さらに、上記所定の回転角度は、インゴット13の結晶軸13bからオリエンテーションフラット13cに下ろした垂線を基準線13dとするとき、この基準線13dに対する回転角度θ(図5および図6)とした。
具体的には、インゴット13を、ワイヤソー装置16の第1および第2メインローラ11,12の間に水平に張設されたワイヤ18の上方であって第1および第2メインローラ11,12の各中心軸を通る鉛直線の間にインゴット13の結晶軸13bが第1および第2メインローラ11,12の各中心軸にほぼ平行になるように移動させた(図1および図2)。このときインゴット13の結晶軸13bを含む鉛直面を、第1および第2メインローラ11,12間のワイヤ18の延びる方向に対して直交させた(図9C)。
このインゴット13を鉛直方向に下降させて上記水平方向に移動するワイヤ18を横断する位置まで移動させることにより、インゴット13をスライスしてウェーハ23を作製した。上記所定の回転角度θを45〜55度に調整して、上記と同様にインゴット13をスライスしてウェーハ23を作製した。これらのウェーハ23を実施例1とした。
インゴットの円柱の中心軸とは異なるインゴットの結晶軸を中心として任意の回転角度だけ回転させた状態で保持具により接着保持したことと、インゴット13を接着した保持具14をゴニオ角設定器19cに取り付け固定した後、ゴニオ角設定器19cによる保持具14の固定角度を調整しなかったこと以外は、実施例1と同様にしてインゴットをスライスしてウェーハを作製した。これらのウェーハを比較例1とした。
実施例1および比較例1のウェーハの反り量を測定した。このウェーハの反り量は、ウェーハの裏面において、ウェーハの外周縁から内側に3mm内側の位置であって、ウェーハの結晶軸を中心に120度間隔に採った3点を通る平面を想定し、この平面から測定したウェーハの反りの大きさのうち最大値とした。その結果を図10に示す。
13a…中心軸
13b…結晶軸
13c…オリエンテーションフラット(回転基準部)
13d…基準線
14…保持具
16…ワイヤソー装置(切断装置)
19c…ゴニオ角設定器
Claims (4)
- 円柱状の半導体単結晶インゴットを保持具により接着保持し、前記インゴットを切断装置によりスライスする半導体単結晶インゴットのスライス方法において、
前記保持具は、前記インゴットに接着されるスライス台と、前記スライス台を保持するワークプレートとを有し、
前記切断装置は、互いに中心軸が平行であって同一水平面内に配設された複数のメインローラと、前記各メインローラに巻回して張設されたワイヤとを有し、
前記保持具を昇降させる昇降装置に取り付けられた固定部材と、前記保持具を支持する可動部材とを有するゴニオ角設定器を備え、
前記固定部材は、前記ワイヤの走行方向に直交する面内で円弧状の断面を有する円筒状の凹曲面とされた下面を有し、
前記可動部材は、前記固定部材の前記下面に取り付けられ、前記凹曲面に倣う凸曲面を上面に有し、前記固定部材に対して前記ワイヤの走行方向に直交する面内で垂直方向に調整可能であり、
前記切断装置によりスライスされたウェーハの反り量が所定量になるように、前記インゴットの円柱の中心軸を中心として所定の回転角度だけ回転させた状態で前記インゴットと前記スライス台を接着し、
前記スライス台と前記ワークプレートを、前記インゴットの結晶軸が前記ワークプレートの中心軸を含む鉛直面内となるように接着し、
前記インゴットを接着した前記保持具を前記結晶軸が前記各メインローラの各中心軸と平行になるよう、前記保持具の傾け角度を前記ゴニオ角設定器により調整することを特徴とする半導体単結晶インゴットのスライス方法。 - 請求項1に記載の半導体単結晶インゴットのスライス方法において、
予め実験により前記所定の回転角度の変化に対する前記ウェーハの反り量の変化についての相関関係を求め、前記所定の回転角度を前記相関関係から決定する半導体単結晶インゴットのスライス方法。 - 請求項1に記載の半導体単結晶インゴットのスライス方法において、
前記切断装置によりスライスされたウェーハの反り量が最小になるように、前記インゴットを前記保持具により接着保持するときの前記所定の回転角度を決定する半導体単結晶インゴットのスライス方法。 - 請求項1に記載の半導体単結晶インゴットのスライス方法において、
前記インゴットに回転基準部を形成し、前記インゴットの結晶軸から前記回転基準部に下ろした垂線を基準線とするとき、この基準線に対する前記所定の回転角度が45〜55度、125〜135度、225〜235度、および305〜315度のいずれかの範囲である半導体単結晶インゴットのスライス方法。
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