WO2002019404A1 - Procede de traitement d'un lingot monocristallin de silicium - Google Patents

Description

明 細 書 シリ コン単結晶ィ ンゴッ トの加工方法 技術分野

本発明は、 シリコン単結晶ィンゴッ トからゥエーハにスライスする際の加工方 法に関する。 背景技術

現在、 シリ コン単結晶イ ンゴッ トから半導体集積回路製造用や太陽電池用のゥ エーハにスライスする際には、 通常、 C Z法 （チヨクラルスキー法） あるいは F Z法 （浮遊帯域溶融法） で育成した単結晶イ ンゴッ トが多く用いられている。 こ れらの単結晶ィンゴッ トは円柱形状として製造される。 そしてこれらの単結晶ィ ンゴッ トの側面を研削して所定の直径を有する円柱とし、 この円柱ィンゴッ トを その軸線 （中心軸） に垂直な方向、 あるいは意図的に軸線に対して一定の角度を 持つ方向にスライスしてゥエーハを得ている。

そして、 ゥエーハにスライスする際にはワイヤーソーあるいは内周刃切断機等 によってスライスしてい 。

ここで、 ワイヤーソ一は図 4に示すように、 細い 1本の金属製のワイヤー 5を ガイ ドローラー 4の周りに、 該ガイ ドローラー 4の回転軸方向に等間隔になるよ うに数 1 0 0回卷き付けてガイ ドローラー 4 の往復回転運動によりワイヤー 5を 往復走行させるようにしている。 そして、 このガイ ドローラー 4 , 4の間のワイ ヤー 5に、 当て板 3を接着したシリ コン単結晶ィンゴッ ト 1を押しつけて研削用 スラリーを供給しながらスライスする装置である。 従って、 ワイヤーソーを用い れば、 1本の単結晶インゴットから多数のゥエーハを同時にスライスすることが 可能である。

一方、 内周刃切断機 （不図示） は、 開口部の内周方向に砥粒が固着されたドー ナツ状の切断刃を用いて、 単結晶イ ンゴッ トを前記開口部内に配置し、 1枚づっ スライスする装置である。 切断刃はたわまないように外周部に張力が加えられて おり、 切断時の刃の変形が少なく、 切断方向に真っ直ぐに刃を進行させ易いのが 特徴である。

ワイヤーソ—も内周刃も単結晶ィ ンゴッ トへの負荷は小さくなるように設計さ れているので、 直径 1 5 0 m m ( 6インチ） の単結晶ィ ンゴッ トから 5 0 0 /x m 前後の厚さのゥェ一ハを割れないようにスライスすることが可能であった。

しかし、 半導体集積回路用の基板も太陽電池用の基板も、 最終的に使用される 部分のゥエーハの厚さは 2 0 0 μ m程度であり、 従って、 用いるシリコンゥエー ハの厚さも 2 0 0 ~ 3 0 0 μ m程度のシリ コンゥエーハを出発材料として製造す ることが理想とされていた。 確かに、 単結晶ィンゴッ トの直径が 1 0 0 m m ( 4 インチ） 以下といった小口径の結晶の場合には 2 0 0 〜 3 0 0 /i mの薄いゥエー ハにスライス加工することは可能であった。 しかし、 直径が 2 0 0 m m ( 8イン チ） 以上、 さらには 3 0 0 πι πι ( 1 2インチ） 以上の大口径になると、 上記の薄 さにスライスすることは強度上、 ゥエーハに割れが生じるので困難であり、 ゥェ ーハの製造歩留りが非常に低かった。 ちなみに、 一般に直径 2 0 0 m mのゥエー ハではその厚さが 8 0 0 μ m以上必要とされ、 直径 3 0 0 m mのゥエーハでは 1 0 0 0 / m以上必要とされている。

半導体集積回路用にしても太陽電池用にしても、 その基板の製造コストを可能 な限り低減することが重要であり、 そのため、 単結晶イ ンゴッ トの直径を益々大 口径化することによって対処してきた。 しかし、 大口径単結晶イ ンゴッ トを割れ ないようにスライスするためには、 ゥエーハの厚さを強度上厚くせざるを得ず、 そのため単結晶ィンゴッ トからスライスして得られるゥエーハの収率が低下して きた。 そこで、 単結晶インゴッ トが大口径化しても必要最小限度の厚さでより多 くのゥエーハにスライスすることができる技術が要望されてきている。

発明の開示

そこで本発明は、 このような問題点に鑑みてなされたもので、 大口径シリ コ ン 単結晶インゴッ トから、 スライス時のゥエーハ厚さを不必要なまで厚くすること なく、 出来るだけ薄くすることによって、 高い収率でゥエーハにスライスするこ とができる加工方法を提供することを主たる目的とする。 上記課題を解決するために、 本発明では、 シリ コン単結晶インゴットからゥェ ーハをスライスする加工方法において、 ゥエーハのスライスに先立ち、 前記単結 晶インゴッ トをその軸線方向に平行に分割切断し、 その後、 分割されたインゴッ トから所望の厚さを有するゥェ一ハにスライスすることを特徴としている。

このように、 大口径の単結晶インゴットをゥエーハのスライスに先立ち、 一度 その軸線方向に垂直な断面積 （以下、 横断面積ということがある） が小さくなる ように、 予め軸線方'向に平行に分割切断しておけば、 小口径の単結晶イ ンゴッ ト の場合と同じように薄いゥエーハにスライスすることができる。 すなわち、 1本 の大口径単結晶ィンゴッ トから複数の分割されたィンゴッ トに切断されるが、 こ れらの分割インゴッ トから所望の厚さを有するゥエーハにスライスすれば、 強度 上割れることなく、 薄いゥエーハにスライスすることができる。 従って、 大口径 の単結晶インゴッ トからゥエーハをスライスするのに、 ゥエーハの割れを防ぐた め、 必要以上に厚くスライスする必要がなくなり、 ゥエーハの製造歩留りの向上 を図ることができる。

この場合、 軸線方向に平行に分割された複数の分割イ ンゴッ トを同時に所望の 厚さを有するゥエーハにスライスすることが好ましい。

このように、切断されて軸線方向に平行に分割された複数の分割ィンゴッ トを、 例えばその分割面で合わせて ¾の 1本のイ ンゴッ トの状態に集束し、 その後所望 の厚さを有するゥエーハにスライスすれば、 ー且複数に分割されたィンゴッ トを ほぼ元の状態に戻して一度にスライスすることになるので生産性が低下すること はない。 また、 個々の分割イ ンゴッ トのスライス条件は、 小口径の単結晶イ ンゴ ッ トをスライスする条件に近似しているので、 強度的には割れることなく薄いゥ エーハにスライスすることができ、ゥエーハの歩留りを向上させることができる。 本発明は、 軸線方向に平行に分割するシリ コン単結晶ィンゴッ トの直径を 2 0 0 m m以上のものとすることが好ましい。

直径が 2 0 0 m m以上のものは、 その厚さも 8 0 0 μ πι以上と厚く しなければ スライスできないのが現状であり、 本発明はこのような大口径のインゴッ トを分 割してから薄い厚さでスライスできることに特に有利に作用する。 従って、 本発 明は、 今後 3 0 0 m m以上に大口径化すればする程これを分割してスライスする ことにより、 一層有利に働くことになる。

そして、 ゥエーハの厚さが 2 0 0 〜 6 0 0 μ πιとなるようにスライスすること が好ましい。

このよ うに、 本発明によれば、 直径 2 0 0 m m以上の大口径単結晶インゴッ ト から 2 0 0 〜 6 0 0 μ πιの厚さのゥエーハに割れを発生させないでスライスする ことが可能で、 ゥエーハの生産性の向上を図り、 高い歩留り とコストダウンを達 成することができる。

以上に説明したように本発明の方法を用いれば、 大口径シリ コン単結晶ィンゴ ッ トから、 高い収率で厚さの薄いゥエーハをスライスすることできる。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明によるシリ コン単結晶ィンゴッ トの分割方法の一例を示した説 明図である。

図 2の （ a ) 〜 （ c ) —は、 ワイヤーソ一による本発明のスライス方法の一例を 示した説明図である。

図 3は、 本発明によりスライスしたゥエーハの一例を示した斜視図である。 図 4は、 ワイヤーソ一による従来のスライス方法を示した説明図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明について詳細に説明する。

本発明者らは、 大口径シリ コン単結晶ィンゴッ トを薄くスライスする方法につ いて鋭意研究を重ねた結果、 ゥエーハが必ずしも円形である必要がないこと、 小 口径単結晶であれば薄くスライスしても強度的に割れにくいことに着目し、 スラ イスに必要な諸条件を精査して本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、 本発明は、 シリ コン単結晶インゴッ トからゥエーハをスライスする 加工方法において、 ゥエーハのスライスに先立ち、 単結晶インゴッ トをその軸線 方向に平行に分割切断し、 その後、 この分割されたインゴッ トから所望の薄い厚 さを有するゥエーハにスライスすることを特徴としている。

このよ うに、 インゴッ トを一度その軸線方向に垂直な断面積 （横断面積） が小 さくなるように軸線方向に平行に分割切断すれば、 小口径の単結晶ィンゴッ トの 横断面積に近似させることができるので、 小口径の単結晶インゴッ トの場合と同 じょうにして薄いゥエーハに割れを発生させることなくスライスすることができ るようになる。

この場合、 インゴッ トの軸線方向に平行に分割する分割数は 2分割以上で任意 であるが、 分割された分割ィンゴッ トから所望の厚さのゥエーハが割れることな くスライスされるように、 小口径の単結晶ィンゴッ トの横断面積に近似した横断 面積になるよう決めればよい。 また、 必ずしも均等に分割する必要はなく、 ゥェ 一'ハの大きさの組み合わせに応じて調整することができる。

次に、 分割された分割イ ンゴッ トから所望の厚さを有するゥエーハにスライス する工程に入る。

ここでは単結晶ィンゴッ トの軸線方向に平行に分割切断された複数の分割ィン ゴッ トを同時にスライスするために、 ワイヤーの走行方向または内周刃の回転方 向と直角方向に並列に並べるか、 あるいは複数の分割ィンゴッ トを集束してから 所望の厚さを有するゥエーハにスライスするのが好ましい。勿論、分割された個々 の 1本づっをスライスしてもよいが、 生産性が低下することになる。

このワイヤーあるいは内周刃でスライスする時に、 分割した全ての分割インゴ .ッ トを並べて当て板を接着し、 同時にスライスしても良いし、 スライス速度や切 断面の品質を考慮して、 複数回に分けてスライスしても良い。

また、 分割した複数の分割イ ンゴッ トを分割面で合わせて元の 1本のイ ンゴッ トの状態に集束し、 その後スライスしても良い。 このよ うにすれば、 一旦分割さ れたインゴッ トをほぼ元の 1本の状態に戻して一度にスライスすることになるの で生産性が低下することはない。 さらに、 集束した複数のインゴッ トを並列に並 ベてスライスするようにしてもよい。

そして、 個々の分割イ ンゴッ トの横断面積は小口径の単結晶インゴッ トの横断 面積に近似しているので強度上割れることなく薄いゥエーハにスライスすること ができ、 ゥエーハの歩留りを向上させることができる。

尚、 当て板は結晶の外周面に接着しても良いし、 分割面に接着しても良い。 本発明のシリ コン単結晶ィンゴッ トの加工方法は、 軸線方向に平行に分割する シリ コン単結晶ィンゴッ トの直径が 2 0 0 m m以上のものに適用することが好ま しく、 この場合、 ゥエーハの厚さが 2 0 0 〜 6 0 0 /X mとなるように割れないで スライスすることが可能で、 ゥエーハの歩留りの向上を図り、 大幅なコス トダウ ンを達成することができる。

スライス厚さを 2 0 0 μ m以上とするのは、 実際にデバイス等を作製するのに 必要な厚さであり、 6 0 0 μ mもあれば十分であるとともに、 横断面積を直径 1 5 0 m m ( 6インチ） のものと同じ程度にすることが可能だからである。

以下、 本発明についてさらに詳細に説明するが、 本発明はこれらに限定される ものではない。

図 1は、本発明におけるシリ コン単結晶ィンゴッ トの分割切断方法を、図 2は、 ゥエーハのスライス方法を示した説明図である。

図 1に示すように、 例えばシリ コン単結晶ィンゴッ ト 1をその軸線方向 2と平 行な分割線 1 0に沿って縦割り 4分割し、 4分割された分割インゴッ ト 1 a 、 1 b 、 1 c 、 1 dを得る。 次に、 図 2 ( a ) に示すように、 分割インゴッ ト 1 a 、 l b 、 l c 、 1 dを並べて当て板 3を接着剤で接着、. 固定し、 ワイヤーソ一にセ ッ トする。 そしてこの分割インゴッ ト l a 、 l b 、 l c 、 I dを、 ガイ ドローラ 一 4を回転して往復走行するワイヤー 5に押し当ててゥエーハにスライスする。 このワイヤーソ一でスライスする時に、 図 2 ( a ) [ 4分割]、 ( b ) [ 2分割] のように分割した全ての分割ィンゴッ トを並べて当て板 3を接着し、 同時にスラ イスしても良いし、 スライス速度や切断面の品質を考慮して、 複数回に分けてス ライスしても良い。 また、 図 2 ( c ) のように分割した 4本の分割ィンゴッ ト 1 a 、 1 b 、 1 c 、 I dを分割面で合わせて元の 1本のインゴッ トの状態に集束し、 その後スライスしても良い。 当て板 3は結晶の外周面 9に接着しても良いし、 分 割面 7に接着しても良い。

分割インゴッ トをスライスして得たゥエーハの一例を図 3に示した。 スライス したゥエーハ 6は分割面 7や分割面同士が交わる分割面の交差部 8で欠け易いの で、 適宜面取り しておくのが良い。 また、 半導体集積回路製造工程や太陽電池製 造工程におけるゥエーハ位置合わせの基準面として分割面 7を使用する場合には これらを高精度に研磨しておくのが望ましい。 面方位が < 1 0 0 >のゥエーハ 6を得る場合には、分割面 7が劈開面である（ 1 1 0 ) となるように分割することにより、 ゥエーハ 6の強度を高めることができ る。 以下、 本発明の実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、 本 発明はこれらに限定されるものではない。

(実施例 1 )

C Z法により成長させた方位く 1 0 0 >の直径 2 0 0 mmのシリコン単結晶ィ ンゴッ トをその軸線方向に平行に 4等分した。 4分割した分割ィンゴッ トを図 2 ( a ) に示すようにワイヤーソ一にセッ トしてスライスを行った。 スライス厚さ の設定を 8 0 0〜 1 0 0 μ πιまで 1 0 0 μ πι毎に変えてスライスを行った。 スラ ィス厚さ設定段階毎に 8 0 0枚 （直径 2 0 0 mmのゥエーハ形状の 2 0 0枚分） のスライスゥエーハに対して割れることなくスライスされたゥエーハの枚数を歩 留り として百分率で表 1に示した。

(比較例 1 )

シリコン単結晶インゴッ ト.を分割せずに、 ワイヤーソ一によりスライスを行な い、 スライス厚さの設定を 8 0 0〜 3 0 0 μ πιまで 1 0 0 μ πι毎に変えてスライ スを行った以外は実施例 1 と同じ条件でスライスした。 2 0 0枚のスライスゥェ ーハに対して割れることなくスライスされたゥエーハの枚数を百分率で表 1に併 SGした。 (表 1 )

スライス厚さ （μ m ) 歩留り （％)

8 0 0 1 0 0

7 0 0 1 0 0

6 0 0 1 0 0

実施例 1 5 0 0 1 0 0

4 0 0 1 0 0

3 0 0 9 8

2 0 0 8 6

1 0 0 6 1

8 0 0 9 9

7 0 0 8 8

比較例 1 6 0 0 6 2

5 0 0 4 5

4 0 0 3 3

3 0 0 2 4

本発明による結晶加工方法を用いた場合、 ゥエーハ厚さが 2 0 0 /x m以上で十 分な歩留りが得られることが判った。 なお、 比較例に見られるように、 7 0 0 /Z m以上の厚さの場合には従来法を用いても良いことが分かる。 しかし、 従来法の 場合 6 0 0 μ πι以下の厚さになるとスライス歩留まりが著しく低下した。 尚、 本発明は、 上記の実施形態に限定されるものではない。 上記の実施形態は 例示であり、 本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な 構成を有し、 同様の作用効果を奏するものは、 いかなるものであっても本発明の 技術的範囲に包含される。

Claims

請 求 の 範 囲

1. シリ コン単結晶イ ンゴッ トからゥエーハをスライスする加工方法において、 ゥエーハのスライスに先立ち、 前記単結晶ィ ンゴッ トをその軸線方向に平行に分 割切断し、 その後、 分割されたインゴッ トから所望の厚さを有するゥエーハにス ライスすることを特徴とするシリコン単結晶ィンゴッ トの加工方法。

2. 前記軸線方向に平行に分割された複数の分割ィンゴッ トを同時に所望の厚 さを有するゥエーハにスライスすることを特徴とする請求項 1に記載したシリ コ ン単結晶インゴッ トの加工方法。

3. 前記軸線方向に平行に分割するシリ コン単結晶ィンゴッ トの直径を 2 0 0 mm以上のものとすることを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載したシリ コン単結晶ィ ンゴッ トの加工方法。

4. 前記ゥエーハの厚さが 2 0 0〜 6 0 0 /x mとなるようにスライスすること を特徴とする請求項 1ないし請求項 3のいずれか 1項に記載したシリ コン単結晶 イ ンゴッ トの加工方法。