JP7427921B2 - 半導体インゴットのスライシング加工条件決定方法および半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents
半導体インゴットのスライシング加工条件決定方法および半導体ウェーハの製造方法 Download PDFInfo
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Description
これに対し本発明者らは、反りの原因となるスライシング加工中のインゴットの温度変化を抑制するためには、温度制御媒体による制御では十分ではなく、インゴットとワイヤとの接触による摩擦熱(発熱)を制御すべきと考え検討を重ねた。この検討の中で、本発明者らは、インゴットとワイヤとの接触による発熱は、ワイヤ速度が速くなるほど大きくなり、遅くなるほど小さくなることに着目した。そして本発明者らは、スライシング加工中にワイヤ速度を一定速度に維持するのではなく変化させることによって、インゴットの温度変化を抑制することについて鋭意検討を重ねた結果、以下のスライシング加工条件決定方法を完成させるに至った。
半導体インゴットをワイヤソーにより切断するスライシング加工の加工条件決定方法であって、
上記加工条件の決定は、スライシング加工中にワイヤソーのワイヤ速度を変化させるワイヤ速度プロファイルの決定を含み、
上記ワイヤ速度プロファイルの決定は、スライシング加工中の半導体インゴットの温度を予測するモデル計算を行ってスライシング加工中の半導体インゴットの温度変化が抑制されるワイヤ速度プロファイルを決定することを含む、上記加工条件決定方法(以下、「スライシング加工条件決定方法」または単に「加工条件決定方法」とも記載する。)、
に関する。
上記加工条件決定方法により半導体インゴットをワイヤソーにより切断するスライシング加工の加工条件を決定すること、および
決定された加工条件下でスライシング加工を行い半導体インゴットから半導体ウェーハを切り出すこと、
を含む、半導体ウェーハの製造方法(以下、「製造方法1」とも記載する。)、
に関する。
半導体インゴットをワイヤソーにより切断するスライシング加工を行うことにより、半導体インゴットから半導体ウェーハを切り出すことを含み、
上記スライシング加工中、
ワイヤソーのワイヤ速度上昇期間、
スライシング加工中に供給されるスラリの温度上昇期間、および
スライシング加工中に供給されるスラリの流量低減期間、
を含む、半導体ウェーハの製造方法(以下、「製造方法2」とも記載する。)、
に関する。
本発明の一態様は、半導体インゴットをワイヤソーにより切断するスライシング加工の加工条件決定方法に関する。上記加工条件の決定は、スライシング加工中にワイヤソーのワイヤ速度を変化させるワイヤ速度プロファイルの決定を含み、上記ワイヤ速度プロファイルの決定は、スライシング加工中の半導体インゴットの温度を予測するモデル計算を行ってスライシング加工中の半導体インゴットの温度変化が抑制されるワイヤ速度プロファイルを決定することを含む。
以下、上記加工条件決定方法について、更に詳細に説明する。
スライシング加工に供される半導体インゴットとしては、シリコンインゴット(好ましくは単結晶シリコンインゴット)等の各種半導体インゴットを挙げることができる。例えば、単結晶シリコンインゴットは、公知の方法、例えばCZ法(Czochralski法)またはFZ法(Floating Zone法)によって作製することができる。本発明および本明細書において、スライシング加工に供される半導体インゴットには、公知の方法によって作製されたインゴットから所定長さにカットされたブロックの形態のものも包含されるものとする。
半導体インゴットのスライシング加工は、半導体インゴットをワイヤソーにより切断することによって行われる。
以下に、図1を参照し、ワイヤソーの構成について説明する。
図1は、ワイヤソーの一例を示す模式図である。
図1に示すワイヤソー1は、メインローラ(以下、単に「ローラ」とも記載する。)2を合計3個備えている。詳しくは、同一水平面上に2個、これら2個の中間の下方に1個配置された、合計3個のメインローラ2を備えている。これら3個のメインローラ2の周りにワイヤ8が螺旋状に巻き付けられることで、図1の紙面直交方向に並ぶワイヤ列81が形成されている。メインローラは、内部に冷却水配管(図示せず)を備え、スライシング加工中、メインローラの温度上昇を抑制するために、メインローラ内部に冷却水が供給される。
ワイヤ8は、一般に、高張力メッキ鋼線により構成されている。ワイヤ8の両端側は、それぞれ複数ずつ(図1では、1個ずつ図示)のガイドローラ31およびテンションローラ32を介して、ワイヤ8を送り出したり巻き取ったりする2個のボビン41に固定されている。また、テンションローラ32とボビン41との間には、それぞれトラバーサ42が設けられている。トラバーサ42は、ワイヤ8の送り位置、巻取り位置を調整する機能を有している。
さらに、上側の2個のメインローラ2(以下、上側メインローラ21と称す)の上方には、スラリGを供給するノズル5が2つ設けられている。
また、ノズル5の上方には、半導体インゴットMを保持する保持手段6と、この保持手段6を昇降させる昇降手段7とが設けられている。
スライシング加工では、ワイヤソー1は、例えば、メインローラ2を回転させることで、ワイヤ列81を一方向E1に走行させるとともに、ワイヤ列81の張力が所定値となるように、テンションローラ32の上下方向の位置を調整し、2個の上側メインローラ21間にスラリGを供給する。
その後、スラリGを供給しながらワイヤ列81を走行させ、保持手段6を下降させて走行中のワイヤ列81にインゴットMを押し当てることにより、インゴットが切断される。
スライシング加工が終了した時点では、インゴットMは、図1中二点鎖線で示すように、上側メインローラ21間に架け渡されたワイヤ列81の下方に位置する。次いで、ワイヤソー1は、ワイヤ列81をE1とは反対の方向E2に走行させるとともに、保持手段6を上昇させる。これによりインゴットMがワイヤ列81から引き抜かれ、切断された複数の半導体ウェーハが得られる。
または、スライシング加工中、ワイヤ列81をE1方向とE2方向とに往復走行させることもできる。
上記加工条件決定方法により決定されるスライシング加工の加工条件には、少なくとも、ワイヤ速度プロファイルが含まれる。このワイヤ速度プロファイルでは、スライシング加工中にワイヤ速度を変化させる。これは、先に記載したように、ワイヤ速度がスライシング加工中のインゴットの温度変化に影響するためである。スライシング加工中にワイヤ速度を変化させることによって、スライシング加工中のインゴットの温度変化を抑制することが可能になる。これにより、スライシング加工中、インゴットとワイヤソーのワイヤとの位置ずれを抑制することができる。こうして位置ずれを抑制できることは、半導体インゴットから切り出される半導体ウェーハに反りが発生することを抑制することにつながるため好ましい。
以下に、伝熱解析における温度境界条件の設定方法および加工条件により変動するパラメータとの関係について説明する。
Q=μpv (1)
上記(1)式中、Qは単位時間かつ単位面積当たりの発熱量(J/s・m2)、μは摩擦係数、pは接触部の圧力(N/m2)、vはワイヤ8のワイヤ速度(m/s)である。
q=α(t0-t1) (2)
上記(2)式中、αは熱伝達係数(W/m2/K)、t0はインゴット表面温度、t1は雰囲気温度である。t0で表されるインゴット表面温度とは、q1については切断内部面の温度、q2については側面(切断部)の温度、q3については側面(未切断部)の温度、q4についてはビーム(保持部材)との接着面の温度である。
α=Nu・k/l (3)
更に、平均ヌセルト数Nuは、Re:レイノルズ数、Pr:プラントル数を用いて、インゴット表面とスラリとの間の熱伝達を強制対流における等温板の層流熱伝達と仮定し、下記(4)式で表すことができる。
Nu=0.664Re1/2Pr1/3 (4)
また、レイノルズ数Reおよびプラントル数Prは、それぞれ下記(5)式、(6)式で表すことができる。
Re=u・l/ν (5)
Pr=ν・cp・ρ/k (6)
上記式中、uは表面を流れるスラリの速度(m/s)、νはスラリの動粘性係数(m2/s)、cpはスラリの定圧比熱(J/kg/K)、ρはスラリの比重(kg/m3)である。
以上のモデル計算により、様々な加工条件下での各フィード位置でのインゴットの温度の予測値を求めることができる。こうしてインゴットの温度の予測値に基づき、スライシング加工中のインゴットの温度変化が抑制される加工条件を、半導体ウェーハの実製造工程において採用するスライシング加工条件として決定することができる。決定される加工条件は、少なくともスライシング加工中にワイヤソーのワイヤ速度を変化させる期間を含み、ワイヤ速度を上昇させる期間を含むことが好ましい。ここで、「ワイヤ速度」とは、スライシング加工中にワイヤを一方向のみに走行させる態様では、この走行時のワイヤ走行方向へのワイヤ速度であり、スライシング加工中にワイヤを2方向(例えば図1中のE1方向とE2方向)に往復走行させる態様では、往復走行中のワイヤの最高速度または平均速度であることができる。また、一態様では、決定される加工条件は、位置ずれをより一層抑制する観点からは、スライシング加工中に供給されるスラリの温度および/または流量を変化させる期間を含むことが好ましい。スライシング加工中のスラリの温度プロファイルはスラリ温度上昇期間を含むことがより好ましく、スラリの流量プロファイルはスラリ流量低減期間を含むことがより好ましい。
ところで、加工条件1~3では、スライシング加工中、ワイヤソーのローラ内部に供給される冷却水の温度および流量は一定(不変)に維持される。これに対し、ワイヤソーのローラ内部に供給される冷却水の温度および/または流量を変化させる期間をスライシング加工中に含めることも、スライシング加工によって半導体インゴットから切り出されるウェーハの反り低減の観点から好ましい。ワイヤソーのローラ内部に供給される冷却水の温度および/または流量を変化させることによって、ワイヤソーのワイヤが巻き付けられるローラの温度変化によるローラの膨張(熱膨張)の程度を制御することができるからである。これにより、スライシング加工中、ローラの熱膨張の程度を、インゴットの温度変化によるインゴットの熱膨張の程度と合わせ易くなり、スライシング加工により切り出される半導体ウェーハの反りを、より効果的に低減できる。ワイヤソーのローラ内部に供給される冷却水の温度が高いほど、ローラの熱膨張の程度は大きくなる。また、ワイヤソーのローラ内部に供給される冷却水の流量を少なくするほど、ローラの熱膨張の程度は大きくなる。
製造方法1は、上記加工条件決定方法により半導体インゴットをワイヤソーにより切断するスライシング加工の加工条件を決定すること、および決定された加工条件下でスライシング加工を行い半導体インゴットから半導体ウェーハを切り出すことを含む半導体ウェーハの製造方法である。
一態様では、上記の点は、製造方法1においても好ましい。
Claims (13)
- 半導体インゴットをワイヤソーにより切断するスライシング加工の加工条件決定方法であって、
複数の候補加工条件を決定することを含み、該複数の候補加工条件の1つ以上は、スライシング加工中にワイヤソーのワイヤ速度を変化させるワイヤ速度プロファイルを含み、且つ、該ワイヤ速度プロファイルは、ワイヤ速度上昇期間を含み、
前記複数の候補加工条件について、各候補加工条件下での各フィード位置でのインゴットの温度の予測値を求めること、および
前記インゴットの温度の予測値に基づき、前記複数の候補加工条件の少なくとも1つの候補加工条件と比べてスライシング加工中に生じると予測されたインゴットの温度変化がより少ない候補加工条件を、半導体ウェーハの実製造工程において採用するスライシング加工条件として決定すること、
を更に含む、前記加工条件決定方法。 - 前記半導体ウェーハの実製造工程において採用するスライシング加工条件として決定される候補加工条件は、スライシング加工中に供給されるスラリの温度プロファイルおよび前記スラリの流量プロファイルからなる群から選ばれる1つ以上を更に含む、請求項1に記載の加工条件決定方法。
- 前記半導体ウェーハの実製造工程において採用するスライシング加工条件として決定される候補加工条件は、スライシング加工中に供給されるスラリの温度プロファイルを更に含み、
前記スラリの温度プロファイルは、スラリ温度上昇期間を含む、請求項2に記載の加工条件決定方法。 - 前記半導体ウェーハの実製造工程において採用するスライシング加工条件として決定される候補加工条件は、スライシング加工中に供給されるスラリの流量プロファイルを更に含み、
前記スラリの流量プロファイルは、スラリ流量低減期間を含む、請求項2または3に記載の加工条件決定方法。 - 前記半導体ウェーハの実製造工程において採用するスライシング加工条件として決定される候補加工条件は、スライシング加工中にワイヤソーのローラ内部に供給される冷却水の温度プロファイルを更に含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の加工条件決定方法。
- 前記半導体ウェーハの実製造工程において採用するスライシング加工条件として決定される候補加工条件は、スライシング加工中にワイヤソーのローラ内部に供給される冷却水の流量プロファイルを更に含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の加工条件決定方法。
- 前記半導体ウェーハの実製造工程において採用するスライシング加工条件として決定される候補加工条件は、スライシング加工中にワイヤソーのワイヤ速度を変化させるワイヤ速度プロファイルを更に含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の加工条件決定方法。
- 前記半導体ウェーハの実製造工程において採用するスライシング加工条件として決定される候補加工条件のワイヤ速度プロファイルは、ワイヤ速度上昇期間を含む、請求項7に記載の加工条件決定方法。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載の方法により半導体インゴットをワイヤソーにより切断するスライシング加工の加工条件を決定すること、および
決定された加工条件下でスライシング加工を行い半導体インゴットから半導体ウェーハを切り出すこと、
を含む、半導体ウェーハの製造方法。 - 前記スライシング加工中、
ワイヤソーのワイヤ速度上昇期間、
スライシング加工中に供給されるスラリの温度上昇期間、および
スライシング加工中に供給されるスラリの流量低減期間、
を含む、請求項9に記載の半導体ウェーハの製造方法。 - 前記ワイヤ速度上昇期間の終了後に前記スラリの温度上昇期間および前記スラリの流量低減期間を含む、請求項10に記載の半導体ウェーハの製造方法。
- 前記スライシング加工中、ワイヤソーのローラ内部に供給される冷却水の温度を変化させる冷却水温度変化期間を含む、請求項10または11に記載の半導体ウェーハの製造方法。
- 前記スライシング加工中、ワイヤソーのローラ内部に供給される冷却水の流量を変化させる冷却水流量変化期間を含む、請求項10~12のいずれか1項に記載の半導体ウェーハの製造方法。
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