JPH0917755A - Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体結晶の切断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来内周刃スライサ−によってしか切断でき
なかったＧａＡｓ、ＩｎＰなどIII-Ｖ族化合物半導体単
結晶インゴットをワイヤソ−によって（１００）面のウ
エハを断面が歪まないように切断できるようにするこ
と。 【構成】 ワイヤソ−のワイヤの走行方向を劈開方向に
対して，２２．５度〜６７．５の角度をなすようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、III-Ｖ化合物半
導体の単結晶インゴットをワイヤソ−を用いてウエハに
切り出す方法に関する。特に｛１００｝面ウエハを切り
出す時に、ワイヤソ−のワイヤの片寄りを防ぐ事のでき
る改良に関する。ここでIII-Ｖ族化合物半導体というの
はＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＳｂなどのIII-Ｖ族半導体を
指す。インゴットというのはＬＥＣ法、ＨＢ法によって
成長させた棒状の単結晶のことである。ウエハは、イン
ゴットを平行面によって切断して薄片にしたものであ
る。ワイヤソ−というのは、１本のワイヤを何重もの三
角形状のコイルにしてインゴットの側面に等間隔を置い
て接触させ、ワイヤを往復運動させて一挙にインゴット
を複数箇所において切断する装置である。

【０００２】

【従来の技術】III-Ｖ化合物半導体単結晶インゴット
は、引き上げ法（ＬＥＣ法）等によって製造する。引き
上げ法でのインゴットは円形の断面をもつ。これを軸に
直角な面に沿って切断してウエハとする。ウエハに切り
出すには、従来内周刃スライサ−が用いられてきた。こ
れは内周に刃のある円環状の刃物（内周刃ブレ−ド）を
回転させて、内周にある刃物によってインゴットを一枚
一枚切断するものである。

【０００３】内周刃ブレ−ドは、０．１ｍｍ〜０．１２
ｍｍの厚みの円環状のステンレスの薄板の内方の円周面
に粒径が０．０５ｍｍ程度のダイヤモンド粒子を電着し
た刃物である。内周刃ブレ−ドを破断点近くまで張力を
かけつつ高速で回転させ、インゴットの側面に当てイン
ゴットを薄いウエハに切断して行く。ブレ−ド自体にか
なりの厚みがある。ために切りしろが最低の場合でも、
０．３ｍｍ程度でる。切り代が多いから材料が一部無駄
になる。これが一つの難点である。さらにダイヤモンド
による切断であるから加工歪が大きい。ウエハにした後
エッチングなどによって加工歪を除かなければならな
い。また１枚１枚切り出すので時間がかかるという欠点
もある。

【０００４】しかしながら内周刃ブレ−ドは自分自身に
かなりの剛性があり、外周をより硬い部材によって支持
するので、円周方向、半径方向に撓みが起こり難い。常
に理想的な平面を維持することができる。刃面が左右に
振れない。切断面が常に一定である。このために内周刃
スライサ−はＧａＡｓインゴットを精度良くウエハに切
断することができる優れた切断装置であった。これまで
ＧａＡｓやＩｎＰ単結晶は殆ど全て内周刃スライサ−に
よって切断されてきた。

【０００５】切断方位と結晶の方位の関係について説明
する。ＧａＡｓなどの化合物半導体単結晶は、｛０１
１｝方向が劈開面である。そこで｛１００｝面のウエハ
を切り出してその上にデバイスを作製すると、直交する
２方向が面に直角になるからデバイスを劈開面に沿って
縦横に切断できる。このような理由でＧａＡｓウエハ、
ＩｎＰウエハは、＜１００＞成長インゴットを軸に直角
に切り出して｛１００｝面のウエハにする事が多い。

【０００６】一般に、劈開面である（０−１−１）面と
（０−１１）面を平面に研削してこれをインゴットの方
位の目印にする。ここで−１は１の上に線を引くべきで
あるが明細書にはその表記ができないので前に−を付け
ている。以下同様である。（０−１−１）面の平面をＯ
Ｆ（オリエンテ−ションフラット）、（０−１１）面を
ＩＦ（インデックスフラット）という。長さが違うので
両者を区別することができる。二つの方位によってウエ
ハの方向を指定する必要がある。これはＧａＡｓ、Ｉｎ
Ｐ等は２元素系であるために（０−１−１）と（０−１
１）面が等価でないためである。

【０００７】内周刃スライサ−によってインゴットを切
り出す場合は、炭素棒をＯＦ面に接着し炭素棒によって
インゴットを支持する。反対側の面から内周刃ブレ−ド
によって炭素棒の方に向けて切断する。炭素棒も僅かに
切り込まれる。炭素棒にウエハの端が接着されているか
らウエハは炭素棒に付いたままになり、バラバラにはな
らない。ウエハの切断が終わってから、炭素棒からウエ
ハを取り外す。内周刃スライサ−による切断については
例えば、特開昭６０−１１８６９７号などに説明されて
いる。

【０００８】このように内周刃スライサ−によるＧａＡ
ｓインゴットの切断は、実績もあり諸問題も克服されて
いる。切断の精度に優れ、しかも遊離砥粒を不要とす
る。現在もＧａＡｓやＩｎＰの単結晶は、内周刃スライ
サ−によって切断されている。

【０００９】ワイヤソ−というのは比較的新しいインゴ
ットの切断装置である。例えば、特開平３−２０９５５
５号、特開平５−１０４４３２号などにワイヤソ−の説
明がなされている。ワイヤソ−は１本のワイヤを三角形
状、四角形状など多角形に配置した多溝ロ−ラ−群に巻
き廻して多重平行ワイヤ群を形成し、多溝ロ−ラ−を往
復回転させることにより、ワイヤを往復運動させるよう
にしたものである。平行ワイヤの間隔Ｐを所望ウエハ厚
みＷから切りしろＹを減じた距離（Ｐ＝Ｗ−Ｙ）に設定
しておく。ワイヤには適当な張力を加えておく。インゴ
ットの側面に平行ワイヤ群を接触させてワイヤを往復運
動させる。そして上方から砥粒を含む研磨液をインゴッ
トに供給する。ワイヤと砥粒がインゴットの外面を擦る
ので、インゴットがワイヤ線に沿って切断されて行く。

【００１０】ワイヤソ−には、同時に何枚ものウエハを
切る事ができるのでスル−プットが高いという長所があ
る。また切り代も小さいという利点がある。しかしワイ
ヤソ−はウエハ切断の精度が低い。粉末材料であるセラ
ミックの切断や多結晶材料の切断には使われている。し
かし高精度が要求される半導体の単結晶の切断には未だ
に広く使われない。ワイヤの片寄りによって切断面に凸
部や凹部ができるからである。多結晶のＳｉを切断する
場合に使われる事もあるという程度である。

【００１１】化合物半導体のＧａＡｓ単結晶、ＩｎＰ単
結晶の切断には未だ使われていない。図４〜図７にワイ
ヤソーによってＧａＡｓインゴットを（１００）に平行
になるように切った時の（１００）面の顕微鏡写真を示
す。単結晶のウエハは電子デバイスをその上に作る事が
多いので、歪や凹凸があってはならない。ワイヤソ−に
は未だ信頼性に乏しく、切断性能は内周刃スライサ−に
遠く及ばない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらスル−プ
ットの上からは、１枚ずつ切って行く内周刃スライサ−
よりも同時に多数枚切れるワイヤソ−の方が有利であ
る。またワイヤは内周刃ブレ−ドよりも細いから、切り
しろも内周刃スライサ−よりも低減できる筈である。切
り代が小さいと、より多くの枚数のウエハを切り出すこ
とができる。この点でも有利であろう。

【００１３】何とかワイヤソ−によってＧａＡｓやＩｎ
Ｐのインゴットをウエハに切断したいものである。しか
し、ワイヤソ−は、内周刃スライサ−に比べて断面積が
小さい。細いワイヤであるから断面積が小さいのは当然
である。全張力を断面積によって割った値が単位面積あ
たりの応力である。応力が大きすぎるとワイヤが切れ
る。これを避けるために、ワイヤにはあまり大きい張力
をかけることができない。

【００１４】十分な張力をかけることができないので、
現在のワイヤソ−によってＧａＡｓのインゴットを切る
と、ワイヤが次第に左右どちらかに片寄ってきて切断面
が曲がってくる。つまりワイヤソ−は化合物半導体の単
結晶を真っ直ぐな平面に切れないという欠点がある。実
際ワイヤソ−で切ったウエハの切断面を顕微鏡で観察す
ると、切断面が歪んでおり、かなり大きい凸部や凹部が
できている。

【００１５】３インチ径のインゴットの場合、面高さの
ばらつき（ＷＡＲＰ）は１０μｍにも達する。このよう
に面の高さが異なるとこれを研磨し、エッチングしても
歪が残る。ために平坦で平滑なウエハを作ることができ
ない。このような理由でワイヤソ−によって化合物半導
体を切断する事は今も尚できない。

【００１６】ワイヤソ−によって化合物半導体インゴッ
トを切断できる方法を提供することが本発明の第１の目
的である。そのために切断の際にワイヤの偏りを防ぎ、
化合物半導体インゴットを平面に沿って切断する方法を
提供することが本発明の第２の目的である。ワイヤソ−
による切断を可能にし、ワイヤソ−による切断の利点を
現実のものにするのが本発明の第３の目的である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、軸方向が＜１
００＞である化合物半導体インゴットから｛１００｝±
１５°以内の面方位を持つウエハをワイヤソ−によって
切断する際において、ワイヤの往復する方向がインゴッ
ト単結晶の劈開方向から２２．５°〜６７．５°離れた
方向であるようにしたことを特徴とする。特に劈開方向
から３５°〜５５°離れた方向であるようにする。ワイ
ヤの走行方向によって方位を定義するが、ワイヤの走行
方向と直角にインゴットが送られるから、インゴットの
送りの方向もこれによって決まる。

【００１８】インゴット送りの方向は劈開方向から２
２．５°〜６７．５°の方向である。またインゴットの
支持位置は、ワイヤの走行方向から９０°をなすインゴ
ットの底部である。従って支持位置も、劈開面から２
２．５°〜６７．５°をなす。より好ましくは、インゴ
ット送り、支持位置は劈開面から３５°〜５５°をなす
方向である。

【００１９】劈開方向＜０１１＞が４つあり、劈開方向
から４５°離れた方向＜０１０＞、＜００１＞も合わせ
て４つある。個別の方向によって表示すると主軸［１０
０］に直交する劈開方向は、［０−１１］、［０１−
１］、［０１１］、［０−１−１］の４方向がある。主
軸［１００］に直交し、劈開方向に対して４５°をなす
方向は、［００−１］、［００１］、［０１０］、［０
−１０］の４つである。

【００２０】本発明はこれらの方向（［００−１］［０
０１］、［０１０］、［０−１０］）にワイヤを走行さ
せて切断するのが最も良いのだと主張している。インゴ
ット送りの方向は、主軸方向と走行方向の両方に直交す
る方向である。インゴットの支持部は、送り方向の対辺
である。

【００２１】例えば、ワイヤ走行方向が［００−１］と
すると、（０−１０）面から切断が始まり、進行方向
（インゴット送り方向）は［０１０］となり、支持部材
は（０１０）面の方向に固定される。

【００２２】さらにこれらの最適４方向の前後に±２
２．５°の範囲を想定し、この範囲にワイヤの走行方向
があっても良いとしているのである。つまりワイヤの走
行方向は、［００−１］±２２．５°、［００１］±２
２．５°、［０１０］±２２．５°、［０−１０］±２
２．５°の範囲であっても良い。前述の劈開面から２
２．５〜６７．５°という表現はこれに等価である。

【００２３】とりわけこれら４方向からのずれが、±１
０°以内である方が良いということである。ワイヤの走
行方向は、［００−１］±１０°［００１］±１０°、
［０１０］±１０°、［０−１０］±１０°という簡略
な表記によって表すことができる。前述の劈開面から３
５°〜５５°という表現はこれと同じことを述べてい
る。

【００２４】４５°からどれ程の幅のずれを許すのかと
いうことについては、ウエハ面の平坦さに対する要求に
よる。より平坦な表面を得たいというのであれば、劈開
から４５°をなす方向に、ワイヤの走行方向を合致させ
るのが良い。しかし平坦性の要求がそれほど厳しくない
場合は、劈開から４５°をなす方向から、より大きく外
れても良いのである。

【００２５】本発明は遊離砥粒をインゴットに与えなが
ら、細いワイヤを往復運動させることによって、化合物
半導体のインゴットを切断する。このために切り代が
０．１８ｍｍまで減少する。内周刃スライサ−では０．
３ｍｍ以下にはできなかった。

【００２６】本発明は、０．１２ｍｍも切り代を減らす
ことができる。ワイヤの進行速度は遅く、遊離砥粒を用
いるから結晶に大きい力が加わらない。従来の内周刃ス
ライサ−では、３インチＧａＡｓインゴットを、０．３
８ｍｍ厚さに切断する事ができなかった。つまり０．３
８ｍｍウエハを切り出す歩留まりは０％であった。本発
明は３インチＧａＡｓを、０．３８ｍｍ厚さのウエハに
切断する事が可能であって、その歩留まりは８０％以上
であった。驚異的な成果である。

【００２７】結晶の内在的な異方性を打ち消す方向にワ
イヤを走行させるので、ワイヤの横方向のずれが防止さ
れる。細いワイヤは断面積が小さく張力をあまりかける
ことができない。しかしワイヤのずれをなくしているの
で小さい張力によって面の曲がりなくインゴットを切断
できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の原理は理解がやや難し
い。そこで以下に詳しく説明する。図１はワイヤソ−の
概略原理図を示す。ワイヤソ−自体は周知であるから詳
細な構造は示さない。３つの多溝ロ−ラ−１、２、３が
平行に設けられる。多溝ロ−ラ−は円筒状の長いロ−ラ
−に多数の溝を等間隔に刻んだものである。ロ−ラ−は
それぞれの中心軸の回りに回転する事ができる。

【００２９】駆動装置（図示しない）によって多溝ロ−
ラ−１、２、３は同一線速度で左右に回転する事ができ
るようになっている。これらは三角形状に配置されてい
る。多溝ロ−ラ−にはそれぞれ多数の溝１１、１２、１
３が刻まれている。多溝ロ−ラ−には溝を通るように、
ワイヤ４が巻き廻してある。１本の連続したワイヤであ
るが、繰り返し多溝ロ−ラ−の周囲に巻き廻してある。

【００３０】三角形の底辺に当たる部分には、昇降可能
なインゴットテ−ブル５が設置される。ＧａＡｓのイン
ゴット７には支持用の治具６（炭素棒）が接着されてい
る。治具６が前記のインゴットテ−ブル５の上に固定さ
れている。インゴットは＜１００＞を軸方向にもつ単結
晶である。これを｛１００｝±１５°以内の面方位を持
つウエハに切り出すのが目的である。

【００３１】インゴットテ−ブル５にインゴットを取り
付けた後、ワイヤを往復運動させ、砥粒を流しながら、
インゴットテ−ブルを上昇させ、ワイヤにインゴットの
上面を接触させる。ワイヤ４は同時に複数の箇所におい
てインゴットの上面に当たる。インゴットの上面に等間
隔に溝８、８、…が切り欠かれて行く。インゴットテ−
ブルを上昇させる代わりにワイヤソ−自体を下げること
によって切断するようにすることもできる。

【００３２】切断の方向が本発明にとって最も重要であ
る。従来は劈開方向である（０±１±１）の方向にワイ
ヤソ−が走行し、進行して行くようになっていた。ワイ
ヤの走行方向と進行方向は違う。ワイヤの走行方向はワ
イヤの方向そのものである。進行方向はワイヤのインゴ
ットに対するゆっくりとした相対的な動きを意味するも
のである。インゴットテ−ブルが動く場合は、インゴッ
トテ−ブルの動きと正反対の方向である。

【００３３】進行方向は走行方向に直角であるものとす
る。本発明はオフアングルのウエハをも切り出す事がで
きる（最大１５度）が、ここでは単純化して、｛１０
０｝のウエハを切り出すものとして説明する。インゴッ
トの軸をＸ軸と定義する。ワイヤの走行方向をＹ軸方向
とする。そしてワイヤソ−の進行方向をＺ軸方向とす
る。以下共通してこのような座標によって説明する。

【００３４】つまり図１において手前に向かってＸ、左
にＹ、下向きにＺ軸をそれぞれ定義する。｛…｝は面の
集合的な指数を示すが、ここでは個別面を表現する（１
００）を用いて面を個別に指示する事にしよう。集合的
には方向を＜…＞によって表す。個別の線方向は［…］
によって表す。

【００３５】従来は劈開面に平行に走行させ、他の劈開
面に平行にワイヤを進行させていた。つまりＹ＝［０１
−１］であって、Ｚ＝［０１１］のように走行方向Ｙ、
進行方向Ｚを決めていた。もちろんこれには４通りの場
合がある。Ｙ＝［０１１］、Ｚ＝［０−１１］の場合、
Ｙ＝［０−１１］、Ｚ＝［０−１−１］の場合、それに
Ｙ＝［０−１−１］、Ｚ＝［０１−１］の場合がある。
上の配置は他の等価な３つの場合を代表しているものと
する。

【００３６】劈開面は結晶が割れ易い面であるから、劈
開面に平行に走行方向を、劈開面に平行に進行方向を決
めるのは当然のように思える。ワイヤは走行方向に結晶
を切って行くのである。劈開面は切断容易な面である。
そうであればワイヤの走行方向を劈開面に合致させるべ
きである、そう考えるのは当たり前である。

【００３７】しかしながらここに問題がある。Ｙ軸を劈
開方向にＺ軸も劈開方向に選ぶと、切断面が弓形に歪む
のである。図８は劈開方向にワイヤを走行させて切断し
た場合のインゴットの中央縦断面図である。多数の曲線
はワイヤによる切断線軌跡を示す。ワイヤははじめ左に
逸れて行く。中央部（最も切り幅の大きい部分）で逸れ
が最大になる。どうして最適であるべき方向に切断する
とこのような不都合が起こるのであるか？

【００３８】これは化合物半導体に特有の異方性が関係
しているものと考えられる。化合物半導体は２元系であ
るから複雑な異方性が発生する余地がある。図２、図３
は結晶の面方位を示す平面図と斜視図である。上面が
（１００）面として図示してある。インゴットを（１０
０）ウエハに切断するのであるから、ウエハ面が上面に
平行になる。ワイヤが切断する方向はこれに直角な（０
±１±１）、（００±１）、（０±１０）などになる。
ここでは最大１５度のオフアングルのものをも対象にす
るが、初めは単純な（１００）面に限定して考える。

【００３９】ウエハには方位を示すために、ＯＦ（０−
１−１）、ＩＦ（０−１１）が付される。いずれも劈開
面である。従来はＯＦ、ＩＦのいずれかをワイヤの走行
方向、進行方向に決めていた訳である。

【００４０】ところが二つの劈開方向（０−１−１）、
（０−１１）は同等ではないようである。（１００）に
４角錐のビッカ−ス圧子を押しつけた場合にできる窪み
を図１１に示す。４角錐の対角線の方向が劈開方向［０
−１−１］、［０−１１］である。これらの方向に小さ
い溝が生じている。それよりもこれらの方向に対して斜
めにより大きい溝が発生している。これらは［０１
０］、［００１］に近い方向であるが完全には一致しな
い。そうではなくて、４つの斜め溝の入る方向は、一方
の劈開方向［０−１１］に対して約３５°の角度をな
す。他方の劈開方向［０−１−１］に対しては約５５°
の角度を持つ。

【００４１】これは４方に完全に対称の４角錐を埋め込
んで発生する異方性である。溝の入りやすい［０−１
１］方向を仮にＡ方向という事にする。溝の入りにくい
［０−１−１］方向をＢ方向という事にしよう。いずれ
も劈開方向であるが４角錐を打ち込んだ時に溝の入り方
に異方性がある。

【００４２】ワイヤソ−を用いて（１００）面を切断す
ると、ワイヤソ−から平行に亀裂が入りこれが大きくな
って切れ目が深くなって行くのである。するとワイヤソ
−がＡ方向に動くとき亀裂が発生し易いはずである。Ｂ
方向に動くときは亀裂が生じにくいし増殖しにくいと考
えられる。

【００４３】すると上の定義によってＯＦ方向には溝が
入り難く、ＩＦ方向には溝が入りやすいというふうに考
えられよう。しかしそうではない。（１００）面を持つ
ウエハは、裏面が（−１００）面になる。裏面に対して
は、溝の入り方が反対になる。裏面に４角錐を押しつけ
ると、［０−１１］方向には溝が入り難くなる。［０−
１−１］方向に溝ができやすい。つまりウエハの表裏で
溝の入り易い方向と、入りにくい方向が９０度回転して
存在している。

【００４４】溝が入り易いというのは、結晶の立場から
見たものである。これをワイヤから見ると、切削抵抗が
小さいということである。溝が入りにくいというのは切
削抵抗が大きいという事である。

【００４５】（１００）ウエハにおいて表面では、ＩＦ
方向が切削抵抗小（Ａ方向）、ＯＦ方向が切削抵抗大
（Ｂ方向）である（図９）。裏面ではＩＦ方向が切削抵
抗大（Ｂ方向）、ＯＦ方向が切削抵抗小（Ａ方向）とい
うことになる（図１０）。ウエハに切った場合はウエハ
の表裏での違いになる。

【００４６】しかしワイヤソ−によってインゴットを切
断する場合は、ワイヤの両側での違いになる。ワイヤに
よって切断され新たに面が創出されているのであるが対
向するこの２面において、切削抵抗の方位が異なる。図
１２にこれを示している。ワイヤの方向が劈開方向に平
行である場合を示す。ワイヤによって切断されているか
ら、その両側に面Ｃ、面Ｄが創成される。面Ｃでは横方
向が切削抵抗小の方向（Ａ方向）である。面Ｄでは横方
向が切削抵抗大の方向である。面Ｃ面Ｄにそれぞれ４角
錐によって発生する溝の方向を図示した。

【００４７】ワイヤは横方向に往復走行するのであるか
ら、面Ｃは切削抵抗が小さい。面Ｄは切削抵抗が大き
い。これはワイヤがＹ方向に進む時も，−Ｙ方向に退く
ときも同様である。往復運動によって補償されない性質
である。このためにワイヤは次第に切削抵抗大であるＤ
面から遠ざかり、切削抵抗小であるＣ面の方に寄ってい
くと推測される。

【００４８】この方向を−Ｘとする。ワイヤの走行方向
をＹとする、進行方向をＺとする。今、切断されている
面の中心を原点にし、インゴットの軸方向をＸとする座
標を想定する。この座標系において、切削抵抗小の方向
はＣ面においてＹ方向、Ｄ面においてＺ方向である。ワ
イヤの張力Ｔと切削抵抗の差Ｓによってワイヤの撓み量
が決まる。切削抵抗の大きさは、ワイヤがインゴットの
面に接触している長さＬによる。

【００４９】切断のはじめは、ワイヤと面の接触長さが
短い。ために切削抵抗の差が小さく撓みも小さい。しか
し切断が進行すると、ワイヤと面の接触面積が増加して
くる。インゴットの半径をＲとし、切断深さをＱとす
る。ワイヤのＺ座標と切断深さＱとは、Ｚ＝Ｑ−Ｒの関
係がある。つまりＺは初め（Ｑ＝０）−Ｒであり、０を
通り、＋Ｒに増える（Ｑ＝２Ｒ）。これが切断の終了で
ある。ワイヤのインゴットとの接触長さＬは、

【００５０】Ｌ＝２（２ＲＱ−Ｑ² ）^1/2 （１） Ｌ＝２（Ｒ² −Ｚ² ）^1/2 （２）

【００５１】となる。ワイヤがインゴットの中心に至る
まで切削抵抗は増え続け、それらの差も増大し続ける。
ところがワイヤが半分以上を切断し、中心を過ぎると、
接触長さＬが減少に転ずる。それで切削抵抗の差も減少
し始める。つまり切断の初めから終わりまでの過程に於
いて、切削抵抗差Ｓと張力Ｔの比Ｓ／Ｔが初め増加し、
後に減少する。張力は一定である。切削抵抗差Ｓは接触
長さＬに比例する。為にワイヤが初め左にずれ後に右に
ずれる。左向きのずれは、前記のＬに比例する。従って
左向きのワイヤのズレΔｘは

【００５２】Δｘ＝−Ｋ（Ｒ² −Ｚ² ）^1/2 （３）

【００５３】となる。−が付くのは図１２のように切削
抵抗大、切削抵抗小の方向を仮定しているからである。
Ｋは比例定数でＫ＝２σ／Ｔ（σは単位長さあたりの切
削抵抗の差）である。すると切断したインゴットの断面
は図８ようになる。これによって断面右に凸になる理由
が理解される。式（３）がこの凸型の歪みを表現してい
る。

【００５４】本発明は次のようにしてこの難問を解決す
る。常に切削抵抗が左右で同一になるようにすればこの
ようなワイヤの横ズレを防ぐ事ができるはずである。そ
のようにするには、ワイヤによって創生される両方の面
が、ワイヤの方向と４５度をなす方向に切削抵抗大（Ｂ
方向）、切削抵抗小（Ａ方向）を持つようにすれば良
い。これを図１３に示す。ワイヤによってインゴットが
切断され、Ｅ面とＦ面ができる。Ｅ面では切削抵抗小の
方向（Ａ方向）が−ＹＺ方向に延びる。Ｆ面では切削抵
抗小の方向がＹＺ方向に延びる。いずれの面Ｅ、Ｆにお
いても、ワイヤは切削抵抗が中間値を取る方向に走行す
る。従って切削抵抗の差がＥ面とＦ面の間では発生しな
い。

【００５５】より微視的に述べる。図１３において、ワ
イヤが前方（Ｙ方向）に動くときは面Ｅで切削抵抗が小
さく、面Ｆで大きい。しかし反対に後方（−Ｙ方向）に
動くときは面Ｅで切削抵抗が大きく、面Ｆで小さい。ワ
イヤは往復運動する。従って往復動作によって、面Ｅ、
Ｆでの切削抵抗の差が平均化される。

【００５６】実際、インゴットを４５度回転した方位に
固定してワイヤソ−によって切断したところ、ワイヤは
左右いずれにも撓まなかった。つまり切断面は軸に垂直
になった。図１４が切断線を示す。切断線がきれいな直
線になっている。これはＺ方向（ワイヤの進行方向：送
り方向）に対してインゴットが４５度の角度をなす方向
である。

【００５７】つまり Ｚ方向が［００−１］、Ｙ方向が［０１０］である
か、或いは Ｚ方向が［０−１０］であって、Ｙ方向が「００１］ である。この時に左右の切削抵抗が釣り合うのでワイヤ
の振れがなくなる。つまりワイヤの走行方向、進行方向
が［００±１］、［０±１０］であれば良い。

【００５８】これは最適の条件の一つである。実際には
これから２２．５°外れていても良い場合がある。最適
条件からのずれは、どれ程の面の歪みを許容するか？と
いう条件によって決まる。以下に述べる例では、従来通
り劈開方向にワイヤを走行させて面の歪み（ＷＡＲＰ）
が１２μｍであり、４５度方向にワイヤを走行させて歪
みが４μｍであるとして、許される歪みの値が８μｍで
あるとすると、２２．５度の外れを許容する。劈開方向
からのずれが２２．５度〜６７．５度である。

【００５９】さらに条件が厳しいと、４５度からのずれ
が１０度程度に押さえられる。つまり劈開方向からのず
れが、３５度〜５５度ということになる。劈開方向とワ
イヤの走行方向（Ｙ）のなす角度をΦとする。面Ｅでの
抵抗はＣ＋σｃｏｓΦ、面Ｆでの抵抗はＣ＋σｓｉｎΦ
となる。すると左右の切削抵抗の差は２^1/2 σｓｉｎ
（Φ−π／２）になる。つまりワイヤの左向きのずれは

【００６０】 Δｘ＝−２^3/2 σ（Ｒ² −Ｚ² ）^1/2 ｓｉｎ（Φ−π／２） （４）

【００６１】となる。Φが４５度以下であれば図８のよ
うに−Ｘ方向に凸の切断線になる。Φが４５度以上であ
れば＋Ｘ方向に凸の切断線になる。最大のズレはＺ＝０
を代入して、

【００６２】 Δｘmax ＝−２^3/2 σＲｓｉｎ（Φ−π／２） （５）

【００６３】となる。ウエハの切断形状に課される条件
によって、ワイヤ方向と劈開方向のなす角度Φの上限が
決まる。ここではΦは一次的にはΦ＝２２．５〜６７．
５度と

【００６４】

【実施例】直径７６ミリのＬＥＣ法によって＜１００＞
方向に引き上げたアンド−プＧａＡｓ結晶のインゴット
を（１００）ウエハに切断する。図１に示したようなワ
イヤソ−装置を用いて一挙に多数枚のウエハに切断す
る。インゴットの取付方向と走行方向の違う２種類の切
断方法Ａ、Ｂによって処理し、結果を比較した。まず共
通の条件は次のようである。

【００６５】 被加工物： ＬＥＣ法アンド−プ＜１００＞ＧａＡｓ単
結晶 直径７６ｍｍ 砥粒： ＧＣ＃２０００ ラッピングオイル： ＰＳ−ＬＰ５００（１２ｋｇ／
１０Ｌ） 切断速度（送り）Ｖｚ： ４ ｍｍ／ｈ ワイヤ線速度 Ｖｙ： １００ ｍ／ｍｉｎ ワイヤ径： φ０．１２ ｍｍ

【００６６】Ａ方法（従来法：比較例） （０１１）面
支持。ワイヤの進行方向Ｚ＝＜０１１＞、ワイヤの走行
方向Ｙ＝＜０１−１＞ Ｂ方法（本発明：実施例） （０１０）面支持。ワイヤ
の進行方向Ｚ＝＜０１０＞、ワイヤの走行方向Ｙ＝＜０
０１＞

【００６７】［比較例の説明］ Ａ方法によるものはワ
イヤが途中で一方向に曲がってしまって平坦度の良いウ
エハを得ることができなかった。図１５はＡ方法によっ
て切断したウエハの表面の高さの分布を示す平面図と高
さプロフィル図である。一目盛りは０．５０μｍであ
る。平面図においてワイヤは上から下に進行（Ｚ方向）
している。つまり平面図で横方向がワイヤの走行（往
復）方向Ｙである。ワイヤの走行方向には大体同じ高さ
になっている。

【００６８】しかし進行方向（Ｚ）には高さが大きく異
なる。切り始め（上）では高く、中間では低く、切り終
わりでは再び高くなっている。Ｚ方向の異方性が大きい
のである。この切り方ではＹ方向（走行方向）もＺ方向
（進行方向）も、共に劈開方向である。Ｙ方向から見れ
ば大きく凹の字型になっている。これはワイヤが始めＸ
方向（紙面に直角で裏方向）に撓み、中央部を過ぎてか
らは−Ｘ方向に戻って行くということを示している。

【００６９】非平面の高さのばらつきを評価するため
に、ここではＷＡＲＰというパラメ−タを使う。これは
ある平均的な平面を考えこの平面に対する最高高さの点
と、最低高さの点の高さの差である。ＢＯＷというパラ
メ−タも測定した。これはウエハの周辺部を含む平面か
らの中心部の高さである。図１５の試料はＷＡＲＰが１
１．４μｍ、ｂｏｗが２．１μｍである。

【００７０】実際には同じインゴットからＡ方法によっ
て３４枚のウエハを切り出している。これらのウエハに
ついていくつかのパラメ−タを測定した。面の高低を計
量化するためにＷＡＲＰについてのヒストグラムを図１
７に示す。横軸はＷＡＲＰの値である。縦軸はその値を
持つ試料の枚数である。ＷＡＲＰは１０μｍであるもの
が９枚、１１μｍであるものが８枚ある。その他、８μ
ｍ〜１４μｍの間に広く分布する。ＷＡＲＰの平均値は
１０．０７μｍである。標準偏差σは１．４４μｍであ
った。

【００７１】［実施例の説明］ Ｂ方法によるものはワ
イヤが何れの方向にも曲がらず、はじめから終わりまで
直線を維持することができた。図１６はＢ方法によって
切断したウエハの表面の高さの分布を示す平面図と高さ
プロフィル図である。一目盛りは前例と同じく０．５０
μｍである。平面図においてワイヤは右上から左下に進
行（Ｚ方向）している。つまり平面図で水平から時計ま
わり４５°方向がワイヤの走行（往復）方向Ｙである。
Ａ方法によって切断した場合と異なり、ワイヤの走行方
向（Ｙ方向）にもワイヤの進行方向（Ｚ方向）にも面の
高さは大体同じである。勿論平面図において等高線が現
れるがその密度が前例よりまばらである。

【００７２】斜視図を観れば４５°の角度で波を打って
いることが分かる。ワイヤ走行方向がＹ方向なのである
から、この波は微弱なワイヤの運動によって形成され
る。

【００７３】図１６に示した例では、ＷＡＲＰが３．７
μｍである。ｂｏｗは０．６μｍである。図１５の例と
比較して、ＷＡＲＰが約１／３に減少している。

【００７４】同じインゴットからワイヤソ−によって切
断した２５枚のウエハについてＷＡＲＰを測定した。図
１８はそのヒストグラムを示す。横軸はＷＡＲＰの値
（１μｍ刻み）であり、縦軸はその範囲の値を取るウエ
ハの枚数である。平均値は３．３４μｍであった。標準
偏差σは０．７２μｍである。図１７に示したヒストグ
ラムの場合と比較してＷＡＲＰはやはり１／３のに減少
している。さらに標準偏差もほぼ１／２に減っている。
本発明によればＷＡＲＰが小さく、ＷＡＲＰのばらつき
も小さくなるということである。

【００７５】

【発明の効果】ワイヤソ−による切断はワイヤの時間的
な曲がりのために平坦な面に切り出すことができず、こ
れまで化合物半導体単結晶のウエハの切り出しには応用
されていなかった。本発明は、＜１００＞に成長させた
単結晶インゴットを（１００）±１５度のウエハにワイ
ヤソ−によって切り出すことを初めて可能にしている。

【００７６】その方法は切断の方向を直交する二つの劈
開面から外し、直交劈開面の異方性を平均化する事によ
っている。理想的には、ワイヤソ−の走行方向（Ｙ方
向）が劈開方向と４５度をなすようにする。つまり走行
方向を［００±１］或いは［０±１０］にすることであ
る。これは＜１００＞軸周りに４つ存在する。

【００７７】ＹＺ面に投影すると、Ｙ軸となす角度Φが
０°、９０°、１８０°、２７０°の４方向である。こ
れの±４５°の範囲であっても良い。ワイヤソ−によっ
て化合物半導体の単結晶インゴットを切断する事ができ
るようになるので、次の優れた効果がある。

【００７８】 従来は内周刃スライサ−によってＧａ
Ａｓ、ＩｎＰのインゴットを切断していたが、これは切
り代が３００μｍもあった。切り代損失が多すぎる。本
発明はワイヤソ−による切断を可能にするから、切り代
を２００μｍ以下に押さえることができる。材料損失を
２／３以下に減らすことができる。ＧａＡｓのように高
価な材料の場合、このような切り代損失を減らすことの
効果は大きい。

【００７９】 ワイヤソ−による切断は、従来の内周
刃スライサ−による切断に比べて材料のダメ−ジが少な
い。従ってより薄くウエハを切り出すことができる。例
えば内周刃スライサ−では３インチＧａＡｓインゴット
を４００μｍの厚さに切ることはとてもできない。

【００８０】しかしワイヤソ−によれば３インチＧａＡ
ｓを４００μｍ厚さのウエハに切断することができる。
より薄くウエハを切ることができるから、同じ長さのイ
ンゴットからより多くの枚数のウエハを作り出すことが
できる。の少ない切り代という利点と相まって、ウエ
ハ１枚当たりの製造コストを大幅に削減することができ
る。

【００８１】 どのような化合物半導体結晶を切ると
きでも、ワイヤソ−によれば内周刃スライサ−よりも切
断時間を短縮することができる。設備の生産性が向上す
る。１枚１枚切るのではなく、一挙に平行してウエハを
切るからである。

【００８２】 異方性の強い結晶の場合、内周刃スラ
イサ−では長い切断時間を必要とした。例えばＳｉを微
量添加したＧａＡｓ結晶は、３インチインゴットの場
合、内周刃スライサ−で切ろうとすると１枚で１５分以
上かかる。１００枚切るとすると、１５００分（２５時
間）である。ワイヤソ−を使えるとすれば、同時に１０
０枚を切ることができるので、送り速度Ｖｙを１ｍｍ／
ｈとしても、８時間程度で切ることができる。切断時間
を大幅に短縮できる。切り難い材料ほど時間がかかるの
で、時間短縮の効果は大きい。

【００８３】 ワイヤソ−では、インゴットとワイヤ
を取り付けた後は完全に自動運転になるから、人手がか
からない。省力化によって生産性を高揚させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワイヤソ−の概略斜視図。

【図２】III-Ｖ族化合物半導体結晶の面の面方位を示す
平面図。

【図３】III-Ｖ族化合物半導体結晶の各面の方位を示す
斜視図。

【図４】ワイヤソ−によってＧａＡｓインゴットを（１
００）に平行になるように切った時の（１００）面の電
子顕微鏡写真。倍率は１００倍である。

【図５】ワイヤソ−によってＧａＡｓインゴットを（１
００）に平行になるように切った時の（１００）面の電
子顕微鏡写真。倍率は２００倍である。

【図６】ワイヤソ−によってＧａＡｓインゴットを（１
００）に平行になるように切った時の（１００）面の電
子顕微鏡写真。倍率は１０００倍である。

【図７】ワイヤソ−によってＧａＡｓインゴットを（１
００）に平行になるように切った時の（１００）面の電
子顕微鏡写真。倍率は３０００倍である。

【図８】劈開面に平行な方向にワイヤソ−を走行させ他
の劈開面に平行な方向にワイヤソ−を進行させてインゴ
ットを切断した場合の切断面の曲がりを示すためのイン
ゴットの中央縦断面図。

【図９】（１００）ウエハの表面において四角錐の圧子
を押しつけた時にクラックの入る方向を示す平面図。

【図１０】（１００）ウエハの裏面において四角錐の圧
子を押しつけた時にクラックの入る方向を示す平面図。

【図１１】（１００）ウエハに四角錐の圧子を押しつけ
た時に凹部から派生するクラックの顕微鏡写真。縦方向
が＜０−１−１＞方向であり、横方向が＜０１−１＞方
向である。クラックはこれらの方向に対して４５°を成
さない。＜０１−１＞方向に対して約３５度の角度で延
びている。

【図１２】劈開方向に平行にワイヤを走行させ、他の劈
開方向にワイヤを進行させたときにおいて、ＧａＡｓイ
ンゴットの軸を含む面で切断したインゴットの中央縦断
面図。切り溝の両側の面においてクラックの延びる方向
を略示している。

【図１３】劈開方向に対して４５°をなす方向にワイヤ
を走行させ、他の劈開方向に対して４５°をなす方向に
ワイヤを進行（送り）させた時において、ＧａＡｓイン
ゴットの軸を含む面で切断したインゴットの中央縦断面
図。切り溝の両側の面においてクラックの延びて行く方
向を示している。

【図１４】本発明の思想に従って、劈開面に対して４５
°をなす方向にワイヤを走行させ、他の劈開面に４５°
の角度をなす方向にワイヤを送って行く場合において、
ワイヤがインゴットを切断して行く経路を示すためのイ
ンゴットの中央縦断面図。

【図１５】劈開方向に平行にワイヤを走行させ、他の劈
開方向に平行にワイヤを進行させる場合（従来法）にお
いて、切断されたウエハの表面の高さ分布を示す平面図
と斜視図。線１本が０．５μｍの高さを表す。

【図１６】劈開方向に対して４５°の角度をなす面に平
行にワイヤを走行させ、他の劈開方向に４５°の角度を
なす方向にワイヤを進行させた場合において、切断され
たウエハの表面の高さ分布を示す平面図と斜視図。

【図１７】従来法により切り出された３４枚のウエハの
ＷＡＲＰについてのヒストグラム。横軸はＷＡＲＰの値
（１μｍ刻み）、縦軸は頻度を示す。

【図１８】本発明により切り出された２５枚のウエハの
ＷＡＲＰについてのヒストグラム。横軸はＷＡＲＰの値
（１μｍ刻み）、縦軸は頻度を示す。

【符号の説明】

１ 多溝ローラー ２ 多溝ローラー ３ 多溝ローラー ４ ワイヤ ５ インゴットテーブル ６ 治具 ７ インゴット ８ 溝 １１ 溝 １２ 溝 １３ 溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】III-Ｖ族化合物半導体単結晶インゴットか
   ら｛１００｝±１５°以内の面方位を持つウエハをワイ
   ヤソ−によって切断する際において、ワイヤの往復する
   方向がインゴット単結晶の劈開方向から２２．５°〜６
   ７．５°離れた方向であるようにしたことを特徴とする
   III-Ｖ族化合物半導体結晶の切断方法。
2. 【請求項２】ワイヤの往復する方向がインゴット単結晶
   の劈開方向から３５°〜５５°離れた方向であるように
   したことを特徴とする請求項１に記載のIII-Ｖ族化合物
   半導体結晶の切断方法。