JPS63318128A - 半導体単結晶インゴツトの角度調整法と装置 - Google Patents

半導体単結晶インゴツトの角度調整法と装置

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JPS63318128A
JPS63318128A JP15397987A JP15397987A JPS63318128A JP S63318128 A JPS63318128 A JP S63318128A JP 15397987 A JP15397987 A JP 15397987A JP 15397987 A JP15397987 A JP 15397987A JP S63318128 A JPS63318128 A JP S63318128A
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    • B28D5/0082Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material for supporting, holding, feeding, conveying or discharging work
    • B28D5/0088Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material for supporting, holding, feeding, conveying or discharging work the supporting or holding device being angularly adjustable

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (7)技術分野 この発明は、半導体単結晶インゴットを、特定の結晶方
位に切断する際、結晶方位を正しく定める方法と装置に
関する。
半導体単結晶というのはGaAs 、  InP 、 
Siなどの半導体のことである。チョクラルスキー法で
作られるものもあるが、水平ブリッジマン法で作られる
ものもある。
Siはチョクラルスキー法(CZ)で引上げる事が多い
。(100)方向、 <111>方向に引上げる。
円柱形のインゴットが得られる。
GaP%GaAsもチョクラルスキー(引上げ)法で成
長させる事がある。液体カプセルB2O3を使って液面
に高圧を掛けるので液体封止チョクラルスキー法(LE
C)という。
チョクラルスキー法でやはり<100>方向、<111
>方向の単結晶インゴットを得ることができる。
インゴットを薄くスライスしたものをウェハーという。
これの面方位は(100)、(111)などであるが、
(100)ウェハーが特に多い。
CZ法、LEC法で成長したインゴットは円形断面を呈
している。(ioo)ウェハーを得たい場合は、゛〈1
00〉方向に成長させたインゴットを成長方向と直角に
スライスすればよい。
GaAs単結晶など■−V族の場合、水平ブリッジマン
法(Horizontal Bridgman)もよく
利用される。これは半円筒状のポートの中へ原料を入れ
、石英管に封入し、温度分布のある炉の中を水平に移動
させて、ボート内の原料を徐々に固化させる方法である
。熱応力が発生しにくい方法である。このため転位の少
い、品質のよい単結晶が得られる。
ところが、水平ブリッジマン法は、任意の方向に成長す
る、というわけにいかない。(111)方向にしか成長
できない。しかも、成長したインゴットは、円柱断面で
ない。半円柱断面である。
そこで(100)ウェハーを得たいという場合、インゴ
ットの長手方向に直角に切ってはならない。インゴット
の長手方向と54.7°の角度をなす方向に切る事にな
る。
54.7°といっても、どの方向であってもよいという
事ではない。(100)と等価な面は8方向にしかない
。材料の損失を少なくするため、実際には、このうちひ
とつの方向だけが有効である。
この方向はおおざっばにいえば、切断面とインゴットの
自由表面(半円柱断面の弦にあたる部分)の交線が、長
手方向と直交する方向である。
このような方向に切断できるためには、成長方向から、
斜上54.7°又は斜下54.7°の方向に[:100
]方向が存在するように、成長させなければならない。
つまり成長方向のまわりの方位も規定されていなければ
ならないのである。
一例を述べる。成長方向を(111)とし、この方向を
含む鉛直面内に於て、〈111〉と54.7°をなす方
向に(100)が斜下向きにある。すると<001>、
<010>が斜上向きに前記鉛直面に対して対称に位置
する。第4図に示す。
すると、結晶の自由表面にたてた法線の方向が(211
)という事になる。
これは理想的な場合の一例である。
このように、HB法で成長させた単結晶インゴットには
困難な問題がある。
この発明はCZ法、LEC法で作った単結晶にも、もち
ろん適用できる。しかし、HB法のインゴットが困難な
問題を含んでいるので、以後、主にHB法で作ったイン
ゴットについて説明する。
(イ)従来技術 成長方向が(111)方向である、といっても、この方
向からのズレがある。また、成長方向のまわりの回転も
ある。前記の例でいえば、自由表面が常に(百o)面で
あるというわけにはゆかない。
そこで、結晶方位を決めるには、次のようにする。
インゴットを支持して、内周刃スライサーで厚さ0.3
〜1.0mmのウェハーに切断する装置をスライサーと
いう事もある。
スライサーには、インゴットを支持するマウンティング
ブロックがある。マウンティングブロックにインゴット
を、スペーサを介して取付ける。
スペーサはカーボン、石こうなどの単純な円板である。
インゴットはスペーサに、エポキシ系の接着剤で固定さ
れる。マウンティングブロックは、鉛直軸のまわりに回
転できるし、水平軸のまわ9に回転できる。
しかし、鉛直軸のまわりの回転範囲が限られている。こ
れが問題である。
第5図は従来のスライサー装置の略構成図である。これ
は、運動の自由度を説明するための図に過ぎない。実際
のスライサーの形状に対応しているわけではない。
マウンティングブロック10は、その後端が水平軸11
により、回転基台12に枢結されている。回転基台12
は鉛直軸13によって固定基台14に結合されている。
マウンティングブロック10は、水平軸11のまわりを
回転できる。ただし、下方にしか回転できない。水平線
lと、マウンティングブロック10の軸線りとのなす角
をYとする。Yは0−60’の範囲で任意に設定できる
ここでは図示を略しているが、傾角Yを任意に設定する
装置がある。これは円弧溝と、ボルトにより簡単に構成
できる。
傾角Yの範囲がO〜60°と広いのは、HB法によるイ
ンゴットもスライスできるためである。
(111)方向に成長させたHB法インゴットから(1
00)ウェハーを切出すには、54.7°の傾角を必要
とするからである。
回転基台12は鉛直軸13のまわりを回る事ができる。
水平方向の回転である。この回転をX回転といい、回転
角をXで表わす。これが慣習である。
水平回転の中心はOoで、前後に±に回転できる。−X
m〜+xmである。最大回転角駈が大きければ、どのよ
うなインゴットに対しても任意の方向を与えうる。
しかし、Xmを大きくするのは機構的に難しい。
そこで、従来Xmは7°程度の狭い角になっている。水
平回転の範囲が14°である。鉛直方向の傾角範囲が6
0°に比べて狭い。
Xmが小さいのは、機構上の問題もあるが、水平方向の
調整は、鉛直方向はど大きく必要とされないという事が
ある。
インゴット1の端を切ってスペーサに固着する。この際
、切断面を適切に選び、マウンティングブロック軸線り
のまわりの回転角を適切に選ぶ。もしも、これらの選択
が適切であれば、水平方向の角度調整が殆んど不要であ
る。このためxmが小さい。
とはいうものの、X線回折で調べる前のインゴットであ
るから結晶方位の詳細が分らない。
インゴット端部の切断が適切であるとは限らない。スペ
ーサに固着する時、軸線りのまわりの回転も適切である
とは限らない。
それゆえ、従来のスライサー装置のように、水平回転角
範囲が、±7°というのは、狭すぎることがある。
スライサー装置は、インゴットを支持するインゴット支
持機構の他に、内周刃ブレードを回転する機構がある。
内周刃ブレードのブレード面Σは一定している。これを
切断面Σという事にする。ブレード面は、Y==0. 
X、=Qの時に、マウンティングブロック軸線りと直交
する面である。
Y−0、xm0の時の軸線りの方向を基準水平線lとい
う。
切断面Σと基準水平線lは直角である。この関係は不変
である。
インゴットの先端を内周刃ブレードの内周に入れて、ブ
レードを切断面Σで平行移動し、インゴットから、薄片
を切り取る。これがアズカットウェハーである。
ついで、インゴット支持機構の全体を一定距離送って、
再び内周刃ブレードでインゴット先端を切断する。
スライシングの準備段階として、インゴットの方位を決
定しなければならない。(100)ウェハーが必要であ
れば、切断面Σと(100)面とが平行になるように、
水平回転角X1傾角Yを調整する。第6図にこれを示す
インゴット1をスペーサ2に固着し、おおざっばに角度
調整する。たとえばX=0、Y=Y。
とする。HB法によるインゴットの場合Y0は55゜程
度である。この場合も、イ、ンゴットの(100”l方
向が、鉛直面Yに含まれ、Y’+54.7°程度の角度
にあるように固定する必要がある。ここで鉛直面Yとい
うのは、傾角Yの方向にインゴットを上下動させる時に
、インゴット軸線h(マウンテイングブ胃ツク軸線でも
ある)が含まれる鉛直面である。Yが正という事は斜下
方を向いているという事である。
X=0、Y = Yoに於て、内周刃ブレードで、イン
ゴットを1枚分だけスライスする。これは方位決定のた
めのウェハーである。
このウェハーを襞間にそって割る。璧開面(011)、
(011)が現われる。
第7図、第8図に示す。ウェハー面が、もしも(100
)であれば、この面と璧開面に立てた法線(011)と
は平行である。ところが、ウェハーの面は(100)か
らずれているので、そうはならない。(011)方向と
ウェハー面のなす角をAとする。
同様に璧開面(011)に立てた法線とウェハー面との
なす角をBとする。ウェハー面6z(ioo)であれば
、A%Bともに0であるが、そうでないから、A、Bが
0でない。
そうすると、水平角度、傾角を調整して、A。
Bが0になるようにすればよい。水平角度、傾角の調整
角をΔX1ΔYとする。これと、A、 Bの関係を求め
る。
第3図に示すように、方位決定ウェハーを切りとったイ
ンゴットの面に原点0を有し、この面ΣがXY面になり
、Xが鉛直下方を向く座標系を考える。
インゴット軸線りは、XZ平面内にあり、X軸となす角
がY。である。
(100)方向はX軸方向に近い。しかし、同一でない
。X軸のまわりにΔXだけ異なり、Y軸のまわりにΔY
だけ異なるとする。
<Oat>方向はY軸方向に近い。しかし一致しない。
Σ面すなわちXY面に<oTl>を投影したものをOR
とする。ORと(011)のなす角がBである。ORと
OYのなす角をθとする。
<on>方向はX軸方向に近い。しかし一致しない。<
oT’T>をxY平面に投影したものをOQとする。O
Qと<on>のなす角がAである。OQとOxのなす角
はθである。
ΔYは主に<oTT>のX軸からのずれAによって生ず
る。これがcosθの重みで、ΔYに寄与する。
<OTI>のY軸からのズレBも、ΔYに含まれる。正
射影ORがY軸とθをなす分だけΔYに影響するからで
ある。
Bが正であると、ΔYを負にする方向に影響する。
結局 ΔY ”’ ACO3θ−Bsinθ        
(1)という事になる。これは傾角である。水平回転角
も同様であるが、インゴットがY。たけ傾いているので
1 /cosYOという係数が入る。
ΔX = (Bcosθ+As1nθ) / cos 
Yo     (2)である。これが(100)方向と
X軸方向のずれの角度である。そうすると、X軸まわり
に、−ΔX1Y軸のまわりに−ΔYだけインゴット方位
を微調整すれば、Z軸と(100)方向とを一致させる
事ができる。つまり、〈100〉方向と切断面Σを直交
させる事ができる。この状態で2枚目以後のウェハーを
内周刃ブレードで切断すればよい。
切断面Σが(ioo)面であるウェハーを得ることがで
きる。
(つ)従来技術の問題点 ところが、そのように単純にゆかない場合がある。X方
向の回転角範囲が限られているからである。
たとえば、試験用のウェハーを切り出して、角度を測定
し、 9=5° A=2° θ=3° YO=55゜であった
とする。これを(2)式に代入すると、ΔX=8.9°
           (3)となる。Xの調整範囲が
±7°であるからこれは調整範囲の外にある。
つまり、従来のx、Y方向調整機構では、調整できない
という事である。
このような場合、インゴットをスペーサから取外し、h
軸のまわりにインゴットを回転して、再びスペーサに接
着していた。
このように取付は直す手間が必要であった。
煩瑣であった。
に)構 成 本発明では、このような難点を解決するため、インゴッ
トをインゴット軸(マウンティングブロック軸)線りの
まわりに回転できるようにした。
すなわち、スペーサが従来はマウンティングブロックへ
直接についていた。これをやめて、本発明では、スペー
サとマウンティングブロックが軸まわりに相対回転でき
るよう、中間に取付治具を入れる事にする。
スライサー装置は、既に一説明したように、インゴット
支持機構と、ブレード回転機構がある。
インゴット支持機構が、従来、Y方向、X方向の回転の
みを許したが、本発明ではインゴット軸りのまわりの回
転も許す。
第1図は本発明のインゴットスライサー装置の概略斜視
図を示す。
インゴット1は、スペーサ2に接着されている。スペー
サ2は、第1取付治具3に固着されている。
第2取付治具4がマウンティングブロック10に取付け
られている。
第1取付治具3は、第2取付治具4に対して軸方向回転
が可能なように組合わされる。
すなわち、取付治具3.4は止めねじ5によって固定さ
れるが、止めねじ5を緩めると、取外す事ができる。
第2図は取付治具の部分の分解斜視図を示している。
第1取付治具3の後端は円錐凸部6になり最端部が頭部
7となっている。
これに対応して、第2取付治具4の前部には、円錐四部
8が形成されている。またねじ穴9が半径方向に穿設さ
れている。
第1取付治具3の円錐凸部6、頭部7を、第2取付治具
4の円錐凹部8に嵌込む。止めねじ5をねじ穴9へ螺入
する。止めねじ5で頭部7を押える。こうして第1、第
2取付治具3.4が互に固定される。
反対に、止めねじ5を緩めると、第2取付治具4に対し
て、第1取付治具3を、軸線りのまわりに回転すること
ができる。
その他の点は、従来のものと同じである。
マウンティングブロック10は、水平軸11のまわりに
鉛直方向に回転できる。回転角Yは、例えば0〜60°
である。
回転基台12は、鉛直軸13のまわりに水平方向に回転
できる。回転角Xは−Xm〜+Xm であるが、Xmは
7°程度である。
Xm0. Y =0の時のマウンティングブロックイン
ゴット軸線りを基準水平線lとする。基準水平線lに直
角になるよう内周刃ブレードの切断面Σが設定される。
(3)作 用 インゴット軸線りのまわりに、インゴットを回転させる
事ができる。このため、X方向、Y方向の角度調整の他
にH方向の角度調整が可能だという事になる。
第3図の配置から明らかであるが、<100>のZ軸か
らのずれの角度Δx1ΔYと、H方向の回転には相関が
ある。h軸がxZ面にある限り、H方向の微小回転ΔH
は、JYには二次の効果しかない。しかし、ΔHはJX
に対して sin YOΔH=−ΔX’           (
4)の効果がある。第3図から、これは明らかである。
すなわちJXの範囲が不足する時は、ΔHによって、必
要な回転を得る事ができる。
例えば、JXの調整可能範囲が7°であって、必要なJ
Xが8°であるとする。1°不足する。不足の1°の分
をΔHの回転で補うことができる。つまりh軸のまわり
に1 / sin Yo度だけ回転すればよいのである
単に不足分を補うというのではない。逆の考え方もあり
うる。
ΔHの回転によって、ウェハー面(100)をZ軸に直
角な方向に近づけ、不足のΔx1ΔYをΔx1ΔYの再
度の調整で修正する、という事である。
より進んで、JXの調整を省き、ΔHとJYの調整だけ
にする事もできる。
(イ)実施例 水平ブリッジマン法により(111)方向にGaAs単
結晶を成長させた。このインゴットを本発明のスライサ
ーに取付けた。取付治具3.4を介して取付けている。
h軸のまわりの回転が可能である。。
このインゴットを水平回転角X=Q°、傾角Y=55°
という角度に設定した。これは(111)から(100
)ウェハーを取るためには54.7°で切断しなければ
ならないことからきている。これを内周刃ブレードによ
り切断した。切断面Σに平行な面を持つ試験用ウェハー
が得られた。
これを襞間しく100)と直角な法線を持つ(oTl)
(oTT)面を出した。ウェハー面Σと、これらの面の
法線のなす角B%Aを測定した。また<Oal>方向の
Y軸からのずれ角θも測定した。この結果 9=5°  A=2°  θ=3°      (5)
であった。これらのズレを打消すためのJX。
JYの角度を(1)、(2)から計算すると、JX =
 8.8°           (6)JY =  
1.73°                   (
力となる。JXの設定可能な範囲が7°であるので、こ
の調整ができない。
そこで、本発明の方法にもとづいて、第1、第2取付治
具3.4の止めねじ5を緩め、インゴット1をh軸のま
わりに回転した。止めねじ5を再び締めた。X方向、Y
方向の調整を行わすH方向だけにした。そして、再び、
試験用のウェハーを切取った。2回目のウェハーも襞間
させて、ずれ角を測定した。この結果 B=2° A=2° θ=1°    (8)であった
JX = 3,6°   JY = 1.96°   
(9)と計算される。3.6°であれば7°以下であり
、調整できる。そこで、このような回転を行い、ウェハ
ーをみたび切断した。その結果(100)方位のウェハ
ーが得られた。
これは、H方向、X、Y方向の調整を行なっている。2
度の調整である。h軸まりりの角度ΔH= 3.6°で
ある。
さらに、より簡単に、(5)の値が分った時にΔH= 
6.08°の回転を行なうと、B = 0.0171°
 A=2° θ=−0,489°  QO)となる。す
るとΔ)(=0となり、Δy=2° となる。従って、
1枚目の試験用ウェハーから(5)の値が分った後、Δ
H=6.08°、Δy=2°の回転を行えば、ただちに
(100)ウェハーを切り出すことができる。
このような事はh軸まわりの回転ΔHが%B%θに及ぼ
す作用を考えればすぐに分ることである。第3図を見て
明らかなように、 ΔB’ = −si口Y。 ΔH旧) Δ0 ’ = −cos YoΔH(1のである。JX
をOにするには、 Bo+ΔB’ −1−A(θ。+Δθ’ ) i= O
(13)であればよい。Boは1枚目の試験ウニ/%−
のBである。Aもそうであるが、Aは不変であるのでサ
フィックス″0″を省いた。
Ql)〜(131より となる。B0=5°、A=2°、θo=3°、Yo =
55゜であるので、ΔH= 6.083となる。
(1)効 果 半導体インゴットを、スライサーのマウンティングブロ
ックに取付けて内周刃ブレードでウェハーにスライスす
る際に、角度調整が容易シzなる。
水平方向の回転角Xの範囲が狭く限定されている時であ
っても、取付治具の間で相対回転させ、インゴットを軸
まわりに回転させるだけて所望の方位のウェハーを切り
出す事ができる。
いったん、インゴットをスペーサから取り列し、再び接
着する、というような手数が不要である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体インゴットスライサー装置の略
構成図。 第2図はインゴットと第1、第2取付治具の部分のみの
分解斜視図。 第3図はインゴット軸りのまわりの回転ΔHが、Δx1
 ΔB1 Δθに及ぼす作用を示す説明図。 第4図はHB法で(Hl)方向へ成長させたインゴット
の方位の理想的な例を説明する図。 第5図は従来例のインゴットスライサー装置の略構成図
。 第6図は(111)方向へ成長させたHB法のGaAs
インゴットを55°傾けてウェハーを切り出す場合の説
明図。 第7図は切り出したウェハーの襞間面の法線(011)
とウェハー面との傾き角Aの定義を示す図。 第8図は切り出したウェハーの臂開面の法線<Oat>
とウェハー面の傾き角Bの定義を示す図。 1・・・・・・・・・インゴット 2・・・・・・・・・スペーサ 3・・・・・・・・・第1取付治具 4・・・・・・・・・第2取付治具 5・・・・・・・・・止めねじ 6・・・・・・・・・円錐凸部 7・・・・・・・・・頭部 8・・・・・・・・・円錐凹部 9・・・・・・・・・ねじ穴 10・・・・・・・・・マウンティングブロック11・
・・・・・・・・水平軸 12・・・・・・・・・回転基台 13・・・・・・・・・鉛直軸 14・・・・・・・・・固定基台 l・・・・・・・・・基準水平線 Σ・・・・・・・・・切断面 h ・・・・・・・・・インゴットマウンティングブロ
ック軸線X・・・・・・・・・水平回転角 Y・・・・・・・・・傾角 H・・・・・・・・・h軸まわりの回転角0・・・・・
・・・・座標の原点 ○X・・・・・・・・・水平回転の中心線OY・・・・
・・・・・傾角の中心線 OZ・・・・・・・・・4に平行でΣに垂直な半直線O
R・・・・・・・・・(011)の2面への投影OQ・
・・・・・・・・<otT>の2面への投影θ・・・・
・・・・・ORとOYのなす角B・・・・・・・・・(
Oat)とORのなす角A・・・・・・・・・(Oat
)とOQのなす角発 明 者  大   山  佳  
伸特許出願人  住友電気工業株式会社 第   3   図 X 第   4   図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水平軸Yのまわりに回転し傾くことができ、鉛直
    軸Xのまわりに水平回転することができ、ある範囲の任
    意の傾角Y_0及びある範囲の任意の水平回転角X_0
    に固定できるマウンティングブロック10を有するイン
    ゴット支持機構と、マウンティングブロック10に対向
    して内周刃ブレードを一定方位を有する切断面Σ内に保
    持し回転駆動させるブレード回転機構とよりなる半導体
    単結晶インゴットのスライサー装置に於て、マウンティ
    ングブロック10に、相互に軸まわり回転可能な第2取
    付治具4、第1取付治具3を取りつけ、スペーサ2によ
    り半導体単結晶インゴットを第1取付治具3の端面に固
    定し、適当な水平回転角X_0と傾角Y_0を設定し、
    この角度にインゴットを回転した位置で、内周刃ブレー
    ドによつてインゴットを切断し試験用ウェハーを得、劈
    開方向とウェハー面のなす角A、B及び劈開方向とY軸
    又はX軸とのなす角θとを測定し、B、Aを0にするよ
    う、インゴット軸hまわりの回転角H、傾角Yの微小回
    転角ΔY及び水平方向の微小回転角ΔXを調整するか、
    或はインゴット軸hまわりの回転角Hと傾角Yの微小回
    転角ΔYとを調整するかによつて、所望のウェハー面方
    位とブレード切断面Σとを平行にする事を特徴とする半
    導体単結晶インゴットの角度調整法。
  2. (2)固定基台14と、固定基台14の上に鉛直軸13
    を介して設けられ水平方向に回転可能であり限られた範
    囲の任意の水平回転角X_0で固定できる回転基台12
    と、回転基台12の上に水平軸11を介して設けられ上
    下方向に傾くことができ限られた範囲の任意の傾角Y_
    0で固定できるマウンティングブロック10と、該マウ
    ンティングブロックに固定された第2取付治具4と、第
    2取付治具4に対して直列に連結されインゴット軸hの
    まわりに相対回転させる事ができ任意の回転角Hで固定
    できる第1取付治具3と、第1取付治具3の端面にイン
    ゴット1を固着するためのスペーサ2とよりなるインゴ
    ット支持機構と、マウンティングブロック10に対向し
    て設けられインゴットを切断するため一定方位の切断面
    Σに保持される内周刃ブレードと、該内周刃ブレードを
    支持し回転駆動するブレード回転機構とよりなる事を特
    徴とする半導体単結晶インゴットの角度調整装置。
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