JP2017143199A - Method and device for processing semiconductor crystal material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体結晶体の加工方法に関し、さらに詳しくは、加工品質が高く、加工再現性が高く、加工に要するエネルギーが小さい半導体結晶体の加工方法に関する。 The present invention relates to a method for processing a semiconductor crystal, and more particularly to a method for processing a semiconductor crystal having high processing quality, high processing reproducibility, and low energy required for processing.
また、本発明は、半導体結晶体の加工装置に関し、さらに詳しくは、上記本発明の半導体結晶体の加工方法を実施するのに適した加工装置であって、加工品質が高く、加工再現性が高く、加工に要するエネルギーが小さい半導体結晶体の加工装置に関する。 The present invention also relates to a semiconductor crystal processing apparatus. More specifically, the present invention is a processing apparatus suitable for carrying out the semiconductor crystal processing method of the present invention, which has high processing quality and processing reproducibility. The present invention relates to a semiconductor crystal body processing apparatus that is high and requires a small amount of energy for processing.
半導体結晶体が、赤外線透過光学デバイスなどの素材として着目されている。たとえば、Ｓｉ半導体結晶体やＧｅ半導体結晶体は、屈折率が３〜４と大きく、赤外線域で高い透過率があるため、レンズや窓材に広く使用されている。 Semiconductor crystal has attracted attention as a material for infrared transmission optical devices and the like. For example, Si semiconductor crystals and Ge semiconductor crystals have a large refractive index of 3 to 4 and high transmittance in the infrared region, and are therefore widely used for lenses and window materials.
しかしながら、半導体結晶体は、高い硬度を備えているがゆえに、取り扱いを誤るとクラックなどの欠陥が発生しやすく、加工が容易ではない。 However, since the semiconductor crystal body has high hardness, defects such as cracks are likely to occur if handled incorrectly, and processing is not easy.
半導体結晶体の加工方法については、種々の研究がなされている。 Various studies have been made on methods for processing semiconductor crystals.
たとえば、特許文献１（特許第４３３１５７２号公報）には、Ｓｉ半導体結晶体（Ｓｉ単結晶体）を、１対の加圧治具（上部ボード・下部ボード）の間に挟み、１３７４℃以上、融点未満に加熱したうえで、加圧治具によって加圧することによって、Ｓｉ半導体結晶体を塑性変形させて加工する半導体結晶体の加工方法が開示されている。 For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 4331572), a Si semiconductor crystal (Si single crystal) is sandwiched between a pair of pressure jigs (upper board / lower board), and 1374 ° C. or higher. A semiconductor crystal processing method is disclosed in which a Si semiconductor crystal is plastically deformed by being heated to a temperature lower than the melting point and then pressurized by a pressure jig.
特許文献１の半導体結晶体の加工方法は、従来難しかった半導体結晶体の塑性変形による加工を可能にした画期的な発明であり、エックス線装置のレンズなどの加工に利用されている。
The method for processing a semiconductor crystal of
しかしながら、特許文献１の半導体結晶体の加工方法は、加工温度が高いため、加圧治具の材質に制約があり、たとえばグラファイトなどの精密加工が難しい材質を使用せざるを得なかった。そのため、加圧治具の半導体結晶体との当接面を複雑な形状にしたり、高精度に仕上げたりすることができず、半導体結晶体を単純な形状にしか加工できないという問題があった。なお、グラファイトは、硬度が低く簡単に加工できるが、緻密でないため精密加工に絶えない。ただし、グラファイトは、２０００℃超の耐熱性や高い熱間強度を持つ。
However, the semiconductor crystal processing method disclosed in
この問題を解決した半導体結晶体の加工方法が、特許文献２（特許第５３８２３８２号公報）に開示されている。 A semiconductor crystal processing method that solves this problem is disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent No. 5382382).
特許文献２の半導体結晶体の加工方法は、半導体結晶体にパルス電流を印加し、半導体結晶体を自己発熱させることによって、特許文献１の半導体結晶体の加工方法よりも、低い温度での半導体結晶体の加工を可能にしている。
The semiconductor crystal processing method disclosed in
図８に、特許文献２の半導体結晶体の加工方法に使用する、半導体結晶体の加工装置３００を示す。
FIG. 8 shows a semiconductor
半導体結晶体の加工装置３００は、１対の加圧治具として、導電性材料からなる上パンチ１０１、下パンチ１０２を備える。上パンチ１０１および下パンチ１０２は、筒状の、同じく導電性材料からなる導電性ダイ（ダイス）１０３の内部に収容されている。導電性ダイ１０３は、上パンチ１０１と下パンチ１０２のガイドとしての役割を担っているが、後述するように、パルス電流が印加され、自ら発熱して被加工物である半導体結晶体を予熱する役割も担っている。
The semiconductor
半導体結晶体の加工装置３００は、図示しないが、パルス電流発生装置（パルス電流発生手段）を備えている。パルス電流発生装置は、上パンチ１０１と下パンチ１０２の間に、所望のパルス電流を印加する。
The semiconductor
次に、半導体結晶体の加工装置３００を使用した半導体結晶体の加工方法について説明する。なお、説明は、特許文献２から転載した上記の図８と、本件出願人が説明のために別途作成した図９の説明図を参照しながらおこなう。なお、図９の説明図は、加工装置３００を縦方向に２分割し、その断面を示した分解斜視図からなる。
Next, a semiconductor crystal processing method using the semiconductor
まず、被加工物として、たとえばＳｉ半導体結晶体（以下の説明において単に「半導体結晶体」と記載する場合がある）１０４を準備し、上パンチ１０１と下パンチ１０２の間に挟み込む。
First, as a workpiece, for example, a Si semiconductor crystal body (which may be simply referred to as “semiconductor crystal body” in the following description) 104 is prepared and sandwiched between the
半導体結晶体の加工装置３００は、図９に示すように、破線で示す２つの電流経路Ｘ、Ｙを有している。
As shown in FIG. 9, the semiconductor
パルス電流発生装置において発生させたパルス電流を、上パンチ１０１と下パンチ１０２の間にパルス電流を印加すると、パルス電流を印加し始めた初期には、パルス電流は上パンチ１０１、導電性ダイ１０３、下パンチ１０２を繋ぐ電流経路Ｘを流れ、上パンチ１０１、半導体結晶体１０４、下パンチ１０２を繋ぐ電流経路Ｙには流れない。すなわち、半導体結晶体１０４は、常温においては、極めて高い抵抗率を持つため、印加されたパルス電流は、半導体結晶体１０４を含む電流経路Ｙを回避し、上パンチ１０１、導電性ダイ１０３、下パンチ１０２を繋ぐ電流経路Ｘを流れるのである。なお、常温におけるＳｉ半導体結晶体１０４の抵抗率（μΩ・ｃｍ）は、上パンチ１０１、下パンチ１０２、導電性ダイ１０３の材料であるグラファイトや超硬の抵抗率に比べて、１０００倍から１００００倍大きい。
When the pulse current generated in the pulse current generator is applied between the
パルス電流が、上パンチ１０１、導電性ダイ１０３、下パンチ１０２を繋ぐ電流経路Ｘを流れると、上パンチ１０１、導電性ダイ１０３、下パンチ１０２が発熱し、次第に半導体結晶体１０４の温度が上昇する。半導体結晶体１０４は、温度が上昇すると抵抗値が降下する負の温度特性を備えている。そのため、パルス電流が電流経路Ｘに流れ、上パンチ１０１、導電性ダイ１０３、下パンチ１０２が発熱すると、半導体結晶体１０４の温度が上昇し、半導体結晶体１０４の抵抗値が降下し、次第に、パルス電流は、上パンチ１０１、半導体結晶体１０４、下パンチ１０２を繋ぐ電流経路Ｙにも流れ始める。
When the pulse current flows through the current path X connecting the
この結果、半導体結晶体１０４が自己発熱を開始する。そして、半導体結晶体１０４の温度が更に上昇し、半導体結晶体１０４の抵抗値が更に降下すると、パルス電流は、次第に、主に電流経路Ｙを流れるようになる。そして、パルス電流が主に電流経路を流れることにより、半導体結晶体１０４の自己発熱、温度上昇、抵抗値降下が加速する。その結果、半導体結晶体１０４は、短い時間で、塑性変形による加工が可能な温度（目標温度）に達する。
As a result, the
半導体結晶体１０４が目標温度に達したら、引き続きパルス電流を印加し続け、目標温度を維持したまま、上パンチ１０１と下パンチ１０２によって所望の圧力で半導体結晶体１０４に対して加圧し、半導体結晶体１０４を塑性変形させ、半導体結晶体１０４を所望の形状に加工する。
When the
特許文献２の半導体結晶体の加工方法は、半導体結晶体の自己発熱により半導体結晶体の温度を上昇させるものであるため、従来よりも低い温度での半導体結晶体の加工が可能になっている。特許文献２には、Ｓｉ半導体結晶体を、８１０℃以上、１０２０℃以下の目標温度において、所望の形状に加工できると記載されている。また、Ｇｅ半導体結晶体を、４００℃以上、５９０℃以下の目標温度において、所望の形状に加工できると記載されている。
Since the semiconductor crystal processing method of
特許文献２の半導体結晶体の加工方法は、特許文献１の半導体結晶体の加工方法よりも加工温度が低いため、加圧治具（上パンチ１０１・下パンチ１０２）の材質の選択自由度が高く、加工治具の材質に、グラファイトに代えて、超硬などの、当接面を複雑な形状にしたり、高精度に仕上げたりすることができる材質を選択することができる（ただし特許文献２では加圧治具の材質としてグラファイトが例示されている）。そのため、半導体結晶体を、複雑な形状に加工したり、高精度に加工したりすることが可能になっている。すなわち、特許文献２の半導体結晶体の加工方法は、特許文献１の半導体結晶体の加工方法が有していた、半導体結晶体を単純な形状にしか加工できないという問題を解決している。
Since the processing temperature of the semiconductor crystal of
特許文献２の半導体結晶体の加工方法は、一般に普及しているガラスレンズの加工温度と同じ程度の低い温度で、かつ、ガラスレンズと同じ程度の高い加工精度で、半導体結晶体を加工できるものであり、半導体結晶体の加工方法として極めて有望な方法である。
The semiconductor crystal processing method of
特許文献２の半導体結晶体の加工方法には、加工装置３００の原理や構造に起因して、加圧治具（成形型）が破損しやすいという問題や、高い加工品質（形状品質・面品質）を得ることができないという問題や、加工ごとに加工品質（形状品質・面品質）にばらつきが発生して加工再現性が低いという問題や、加工に要するエネルギーが大きいという問題があった。
The semiconductor crystal processing method of
特許文献２の半導体結晶体の加工方法には、電流経路Ｘに高い電流値のパルス電流が印加された場合、たとえば１０００Ａを超えるパルス電流が印加されたような場合に、上パンチ１０１と導電性ダイ１０３の間の数μｍのギャップＧや、導電性ダイ１０３と下パンチ１０２の間の数μｍのギャップＧに、スパークが発生してしまう場合があった。そして、発生したスパークによって、上パンチ１０１や、下パンチ１０２や、導電性ダイ１０３が破損してしまう場合があった。
In the method of processing a semiconductor crystal body of
また、特許文献２の半導体結晶体の加工方法は、加工装置３００に２つの電流経路Ｘ、Ｙが存在し、かつ、電流経路Ｘにおいては、上述したように上パンチ１０１と導電性ダイ１０３の間および導電性ダイ１０３と下パンチ１０２の間にそれぞれギャップＧがあるため、上パンチ１０１と下パンチ１０２の間の抵抗値が極めて不安定で変動しやすいという問題があった。そのため、半導体結晶体１０４に印加される電流の挙動も極めて不安定であり、高い加工品質（形状品質・面品質）を得ることができないという問題があった。すなわち、電流挙動が安定していることは、高い加工品質を得るための必須要件であり、電流挙動が不安定では、精度の高い形状や、滑らかな加工面を得ることができない。しかしながら、特許文献２の半導体の加工方法は、半導体結晶体１０４に印加される電流の電流値が急激な変動を繰り返す場合があり、加工後の半導体結晶体の形状に歪が発生したり、加工面が粗くなったりするという問題があった。
In addition, the semiconductor crystal processing method disclosed in
また、特許文献２の半導体結晶体の加工方法は、電流挙動が不安定であるため、加工ごとに（加工する個体ごとに）、半導体結晶体の加工品質（形状品質・面品質）にばらつきが発生するという問題があった。すなわち、加工再現性が低いという問題があった。
In addition, since the current behavior is unstable in the semiconductor crystal processing method of
更に、特許文献２の半導体結晶体の加工方法は、半導体結晶体１０４の温度を上昇させるために、パルス電流を導電性ダイ１０３に流して、導電性ダイ１０３の温度を上昇させる必要がある。しかしながら、導電性ダイ１０３は、通常、半導体結晶体１０４に比べて体積が４０倍〜８０倍程度大きく、熱容量も大きい。したがって、上パンチ１０１と下パンチ１０２の間に印加されたパルス電流の多くが、導電性ダイ１０３における発熱に消費されてしまうため、特許文献２の半導体結晶体の加工方法は、エネルギー効率が悪く、加工に大きなエネルギーを要するという問題があった。
Furthermore, in the semiconductor crystal processing method of
本発明は、上述した従来の問題を解決するためになされたものであり、その手段として、本発明の半導体結晶体の加工方法は、挟持された被加工物を両側から所望の圧力で加圧する１対の加圧治具と、被加工物を加圧治具の外側から予熱する予熱装置と、加圧治具に電流を印加する電流発生装置と、を備え、電流が、一方の加圧治具、被加工物、他方の加圧治具を経由する１つの電流経路で流れる加工装置、および、被加工物として半導体結晶体を準備する工程と、加圧治具によって、半導体結晶体を挟持する工程と、予熱装置によって半導体結晶体を加熱し、半導体結晶体の温度を予め定めた温度以上にし、半導体結晶体の抵抗値を予め定めた抵抗値以下にする工程と、電流経路に電流を印加し、半導体結晶体を自己発熱させて、半導体結晶体の温度を、半導体結晶体が加圧により塑性変形する温度以上かつ半導体結晶体の融点温度未満の予め定めた目標温度に昇温させる工程と、電流経路に電流を印加し続け、半導体結晶体の温度を目標温度に維持したまま、加圧治具によって半導体結晶体に圧力を加え、半導体結晶体を予め定めた形状に塑性変形させる工程と、を備えるようにした。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems. As a means for this, the semiconductor crystal processing method of the present invention pressurizes a sandwiched workpiece from both sides with a desired pressure. A pair of pressurizing jigs, a preheating device for preheating the workpiece from the outside of the pressurizing jig, and a current generating device for applying current to the pressurizing jig, wherein the current is pressed by one side A semiconductor crystal is produced by a jig, a workpiece, a machining apparatus that flows in one current path via the other pressure jig, a step of preparing a semiconductor crystal as the workpiece, and a pressure jig. A sandwiching step, a step of heating the semiconductor crystal body by a preheating device, setting the temperature of the semiconductor crystal body to a predetermined temperature or higher, and setting a resistance value of the semiconductor crystal body to a predetermined resistance value or lower, and a current in the current path Is applied to cause the semiconductor crystal to self-heat and A step of raising the temperature of the body to a predetermined target temperature that is equal to or higher than a temperature at which the semiconductor crystal body is plastically deformed by pressurization and less than a melting point temperature of the semiconductor crystal body; A step of applying a pressure to the semiconductor crystal with a pressure jig while plastic temperature is maintained at the target temperature, and plastically deforming the semiconductor crystal into a predetermined shape.
半導体結晶体を目標温度に昇温させる工程が、予め定めた温度傾斜で半導体結晶体の温度が上昇するように、半導体結晶体の温度を測定しながら、測定された半導体結晶体の温度に基づいて電流経路に印加する電流の電流値および電圧値の少なくとも一方を調整しておこなわれることが好ましい。すなわち、半導体結晶体の温度を監視しながら、半導体結晶体の昇温をおこなうことが好ましい。別の方法として、半導体結晶体の温度を監視せず、たとえば、予め定めた傾斜で電流値を上昇させてゆく方法もあるが、この方法では、半導体結晶体にクラックなどの欠陥がある場合に、熱暴走などの重篤な問題が発生する虞がある。これに対し、上記のように、半導体結晶体の温度を監視しながら、半導体結晶体の昇温をおこなえば、この問題を回避することができる。 The step of raising the temperature of the semiconductor crystal to the target temperature is based on the measured temperature of the semiconductor crystal while measuring the temperature of the semiconductor crystal so that the temperature of the semiconductor crystal increases at a predetermined temperature gradient. It is preferable to adjust the current value and the voltage value of the current applied to the current path. That is, it is preferable to raise the temperature of the semiconductor crystal while monitoring the temperature of the semiconductor crystal. Another method is not to monitor the temperature of the semiconductor crystal body, for example, to increase the current value at a predetermined slope, but in this method, when there is a defect such as a crack in the semiconductor crystal body, Serious problems such as thermal runaway may occur. On the other hand, as described above, this problem can be avoided by raising the temperature of the semiconductor crystal while monitoring the temperature of the semiconductor crystal.
また、本発明の半導体結晶体の加工装置は、上述した従来の問題を解決するために、挟持された被加工物である半導体結晶体を両側から所望の圧力で加圧する１対の加圧治具と、半導体結晶体を加圧治具の外側から予熱する予熱装置と、加圧治具に電流を印加する電流発生装置と、半導体結晶体の温度を測定する温度測定器と、半導体結晶体の抵抗値を測定する抵抗値測定器と、を備え、電流が、一方の加圧治具、半導体結晶体、他方の加圧治具を経由する１つの電流経路で流れるようにした。 In addition, in order to solve the above-described conventional problems, the semiconductor crystal processing apparatus of the present invention is a pair of pressurizing treatments that pressurize a semiconductor crystal that is a workpiece to be clamped from both sides with a desired pressure. A preheating device for preheating the semiconductor crystal body from the outside of the pressure jig, a current generator for applying a current to the pressure jig, a temperature measuring device for measuring the temperature of the semiconductor crystal, and the semiconductor crystal And a resistance value measuring device for measuring the resistance value of the current, so that the current flows through one current path passing through one pressure jig, the semiconductor crystal, and the other pressure jig.
抵抗値測定器は、電流発生装置の出力電流値および出力電圧値を測定し、それらの測定値から半導体結晶体の抵抗値を演算するものであることが好ましい。この場合には、容易に半導体結晶体の抵抗値を算出することができる。 The resistance value measuring device preferably measures the output current value and the output voltage value of the current generator, and calculates the resistance value of the semiconductor crystal body from these measured values. In this case, the resistance value of the semiconductor crystal can be easily calculated.
更に、１対の加圧治具の位置合わせガイドとして、１対の加圧治具を囲むように配置された、筒状の、絶縁性材料からなる絶縁性ダイ、または、導電性材料からなる導電性ダイの表面に絶縁層が形成された絶縁処理ダイを備えたものであることが好ましい。この場合には、１対の加圧治具が正確に噛み合い、半導体結晶体の加工精度を更に高めることができる。 Further, as an alignment guide for the pair of pressure jigs, a cylindrical insulating die made of an insulating material or a conductive material arranged so as to surround the pair of pressure jigs. It is preferable to include an insulating die having an insulating layer formed on the surface of the conductive die. In this case, the pair of pressurizing jigs can be engaged with each other accurately, and the processing accuracy of the semiconductor crystal can be further increased.
絶縁処理ダイが予熱装置を兼ね、その絶縁処理ダイの絶縁層の内側の導電性ダイに電流を印加することによる導電性ダイの発熱により、半導体結晶体を予熱するものとすることが好ましい。この場合には、加工装置に予熱装置を設けるスペースを別途必要とすることなく、半導体結晶体を高い効率で予熱することができる。 The insulating die also serves as a preheating device, and the semiconductor crystal is preferably preheated by heat generation of the conductive die by applying a current to the conductive die inside the insulating layer of the insulating die. In this case, the semiconductor crystal can be preheated with high efficiency without requiring a space for providing a preheating device in the processing apparatus.
更に、温度測定器で測定された被加工物である半導体結晶体の温度が、予め定められた電流印加開始温度まで上昇した場合に、電流発生装置が加圧治具に電流の印加を開始する、電流印加開始タイミング制御手段を備えたものとすることが好ましい。この場合には、いつも同じ条件で電流の印加を開始することができ、加工ごとに電流印加を開始するタイミングがばらつくことがなく、高い再現性をもって半導体結晶体を加工することができる。 Furthermore, when the temperature of the semiconductor crystal, which is the workpiece, measured by the temperature measuring device rises to a predetermined current application start temperature, the current generator starts applying current to the pressing jig. It is preferable that a current application start timing control means is provided. In this case, application of current can always be started under the same conditions, and the timing of starting application of current does not vary with each processing, and the semiconductor crystal can be processed with high reproducibility.
更に、抵抗値測定器で測定された被加工物である半導体結晶体の抵抗値が、予め定められた電流値上昇開始抵抗値まで降下した場合に、電流発生装置が加圧治具に印加している電流の電流値を上昇させる、電流値上昇開始タイミング制御手段を備えたものとすることが好ましい。この場合には、いつも同じ条件で電流値の上昇を開始することができ、加工ごと電流値を上昇させるタイミングがばらつくことがなく、高い再現性をもって半導体結晶体を加工することができる。 Furthermore, when the resistance value of the semiconductor crystal, which is the workpiece measured by the resistance value measuring device, drops to a predetermined current value increase starting resistance value, the current generator applies the pressure jig. It is preferable that current value increase start timing control means for increasing the current value of the current is provided. In this case, it is always possible to start increasing the current value under the same conditions, and the timing for increasing the current value during processing does not vary, and the semiconductor crystal can be processed with high reproducibility.
また、電流発生装置が、多相半波整流回路または多相全波整流回路を備え、加圧治具に印加する電流のデューティ比を２０％〜１００％の範囲で可変できるものであることが好ましい。この場合には、可能な範囲でデューティ比を低く設定することにより、半導体結晶体の加工に要するエネルギー（電力）を少なくすることができる。 Further, the current generator is provided with a multi-phase half-wave rectifier circuit or a multi-phase full-wave rectifier circuit, and the duty ratio of the current applied to the pressing jig can be varied in the range of 20% to 100%. preferable. In this case, by setting the duty ratio as low as possible, energy (electric power) required for processing the semiconductor crystal can be reduced.
本発明の半導体結晶体の加工方法は、印加される電流の電流経路が１つであり、分流がなく、しかも電流経路の途中にギャップがないため、電流挙動が安定しており、半導体結晶体の加工品質（形状品質・面品質）が高い。また、加工ごとに加工品質がばらつくことがなく、高い再現性で半導体結晶体を加工することができる。 The semiconductor crystal processing method of the present invention has a single current path for an applied current, no shunt, and no gap in the middle of the current path, so that the current behavior is stable, and the semiconductor crystal High processing quality (shape quality / surface quality). Further, the processing quality does not vary from processing to processing, and the semiconductor crystal can be processed with high reproducibility.
また、本発明の半導体結晶体の加工方法は、電流経路の途中にギャップがないため、ギャップに発生するスパークによって加圧治具（上パンチ・下パンチ）が破損してしまうことがない。 In addition, since the semiconductor crystal processing method of the present invention has no gap in the middle of the current path, the pressure jig (upper punch / lower punch) is not damaged by the spark generated in the gap.
また、本発明の半導体結晶体の加工方法は、従来のように、半導体結晶体の温度を上昇させるために体積の大きな導電性ダイに電流を印加して自己発熱させる必要がないため、エネルギー効率が良く、少ないエネルギー（電力）で半導体結晶体を加工することができる。 In addition, the semiconductor crystal processing method of the present invention does not require self-heating by applying a current to a conductive die having a large volume in order to increase the temperature of the semiconductor crystal as in the prior art. The semiconductor crystal can be processed with less energy (electric power).
更に、本発明の半導体結晶体の加工方法は、半導体結晶体に必要以上に電流を印加することなく、短い時間で半導体結晶体の温度を加工可能な温度（目標温度）に上昇させることができるため、加工後の半導体結晶体に熱による品質劣化が発生しにくい。 Furthermore, the semiconductor crystal processing method of the present invention can increase the temperature of the semiconductor crystal to a processable temperature (target temperature) in a short time without applying an excessive current to the semiconductor crystal. Therefore, quality degradation due to heat hardly occurs in the processed semiconductor crystal.
また、本発明の半導体結晶体の加工装置を使用すれば、容易に本発明の半導体結晶体の加工方法を実施することができる。すなわち、本発明の半導体結晶体の加工装置を使用すれば、高い加工品質、高い再現性で半導体結晶体を加工することができる。また、少ないエネルギー（電力）で半導体結晶体を加工することができる。また、加工後の半導体結晶体に熱による品質劣化が発生しにくい。更に、スパークによる破損（故障）が発生しにくい。 Further, if the semiconductor crystal processing apparatus of the present invention is used, the semiconductor crystal processing method of the present invention can be easily carried out. That is, if the semiconductor crystal processing apparatus of the present invention is used, the semiconductor crystal can be processed with high processing quality and high reproducibility. In addition, the semiconductor crystal can be processed with less energy (electric power). Moreover, quality degradation due to heat hardly occurs in the processed semiconductor crystal. Furthermore, it is difficult for damage (failure) due to sparks to occur.
以下、図面とともに、本発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
なお、各実施形態は、本発明の実施の形態を例示的に示したものであり、本発明が実施形態の内容に限定されることはない。また、異なる実施形態に記載された内容を組合せて実施することも可能であり、その場合の実施内容も本発明に含まれる。また、図面は、実施形態の理解を助けるためのものであり、必ずしも厳密に描画されていない場合がある。たとえば、描画された構成要素ないし構成要素間の寸法の比率が、明細書に記載されたそれらの寸法の比率と一致していない場合がある。また、明細書に記載されている構成要素が、図面において省略されている場合や、個数を省略して描画されている場合などがある。 Each embodiment shows an embodiment of the present invention exemplarily, and the present invention is not limited to the content of the embodiment. Moreover, it is also possible to implement combining the content described in different embodiment, and the implementation content in that case is also included in this invention. Further, the drawings are for helping understanding of the embodiment, and may not be drawn strictly. For example, a drawn component or a dimensional ratio between the components may not match the dimensional ratio described in the specification. In addition, the constituent elements described in the specification may be omitted in the drawings or may be drawn with the number omitted.
［第１実施形態］
図１に、第１実施形態において使用する半導体結晶体の加工装置１００を示す。ただし、図１は加工装置１００の断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a semiconductor
加工装置１００は、上パンチ１、下パンチ２からなる、１対の加圧治具を備える。上パンチ１、下パンチ２は、たとえば、導電性材料である超硬により作製されている。ただし、超硬に代えて、ダイス鋼を使用しても良い。超硬やダイス鋼は、グラファイトに比べて格段に硬く、かつ緻密にできており、加工に時間はかかるが、上パンチ１や下パンチ２の当接面を複雑な形状にしたり、高精度に仕上げたりすることができる。ただし、上パンチ１、下パンチ２の材質は任意であり、超硬、ダイス鋼には限定されず、他の材質を使用しても良い。
The
なお、金型（上パンチ１、下パンチ２）は、レンズ設計形状と同一寸法にサブミクロンオーダーで高精度に加工されており、表面も数１０ｎｍの面粗さで研磨加工されている。
The molds (
上パンチ１、下パンチ２は、それぞれ加圧機構（図示せず）に繋がれており、上パンチ１と下パンチ２の間に挟持された被加工物を、所望の圧力で加圧することができる。上パンチ１と下パンチ２の少なくとも一方は、所望する半導体結晶体の加工形状に対応した当接面を有している。
The
加工装置１００は、上パンチ１、被加工物（半導体結晶体）、下パンチ２を繋ぐ１つの電流経路を備える。
The
加工装置１００は、上パンチ１および下パンチ２の周囲に、ヒータ３からなる予熱手段を備える。ヒータ３は、被加工物である半導体結晶体を予熱し、半導体結晶体の温度を上昇させ、半導体結晶体の抵抗値を降下させるためのものである。加工装置１００は、ヒータ３に電力を供給するための予熱用電源４を備えている。
The
上パンチ１、下パンチ２、ヒータ３は、真空容器５に収容されている。本実施形態においては、半導体結晶体の加工を真空雰囲気中において実施する。半導体結晶体の加工を真空雰囲気中で実施するのは、炉材として使用する金属材料や、成形型（上パンチ１、下パンチ２）の材料として使用する超硬、ダイス鋼などの酸化を防止するため、および、成形型（上パンチ１、下パンチ２）と被加工物（成形材料；半導体結晶体）の間のエアかみ込み防止のためである。ただし、加工を実施する雰囲気は真空雰囲気中には限定されず、大気雰囲気中、窒素ガス雰囲気中で実施しても良い。
The
加工装置１００は、パルス電流発生装置６を備える。パルス電流発生装置６は、上パンチ１、被加工物（半導体結晶体）、下パンチ２を繋ぐ電流経路にパルス電流を印加するためのものである。パルス電流発生装置６は、多相半波整流回路または多相全波整流回路を備え、２０％〜１００％の範囲で調整された（可変された）デューティ比の電流を発生させる。
The
パルス電流発生装置６は、加工装置１００（装置本体）の予め制御プログラムなどが記憶されている記憶部・制御部から、被加工物（半導体結晶体）の温度情報や抵抗値情報などのフィードバックを受けながら、パルス電流の電流値を調整して、パルス電流発生装置６からパルス電流を出力させる。 The pulse current generator 6 provides feedback such as temperature information and resistance value information of a workpiece (semiconductor crystal) from a storage unit / control unit in which a control program or the like of the processing device 100 (device main body) is stored in advance. While receiving, the current value of the pulse current is adjusted, and the pulse current is output from the pulse current generator 6.
なお、本実施形態においては、上パンチ１、被加工物（半導体結晶体）、下パンチ２を繋ぐ電流経路にパルス電流を印加するものとし、パルス電流発生装置６を備えているが、電流経路に印加される電流はパルス電流には限定されず、直流電流であっても良い。この場合には、パルス電流発生装置６に代えて、異なる電流発生装置が用意される。
In the present embodiment, a pulse current is applied to the current path connecting the
加工装置１００は、被加工物（半導体結晶体）の抵抗値を測定するための抵抗値測定器７を備える。抵抗値測定器７は、パルス電流発生装置６の出力電流値および出力電圧値を測定し、測定された出力電流値および出力電圧値から、電流経路に含まれる被加工物（半導体結晶体）の抵抗値を演算し、算出する。抵抗値測定器７は、パルス電流発生装置６に組み込まれていても良い。
The
また、加工装置１００は、被加工物（半導体結晶体）の温度を測定するための温度測定器として、熱電対８を備えている。熱電対８は、被加工物（半導体結晶体）の近傍に配置されている。なお、温度測定器の種類は熱電対８には限定されず、他の種類の温度測定器であっても良い。また、被加工物と熱電対８との間には一定の距離があるので、熱電対８で測定された温度を予め定めた補正式で補正し、被加工物の温度とすることが好ましい。
Further, the
次に、同じく図１を参照しながら、加工装置１００を使用した、第１実施形態にかかる半導体結晶体の加工方法について説明する。
Next, a semiconductor crystal processing method according to the first embodiment using the
まず、被加工物として、Ｇｅ半導体結晶体（以下の説明において単に「半導体結晶体」と記載する場合がある）９を準備した。具体的には、直径φ１５ｍｍ、厚み３ｍｍの円板状のＧｅ半導体結晶体を準備した。 First, a Ge semiconductor crystal body (which may be simply referred to as “semiconductor crystal body” in the following description) 9 was prepared as a workpiece. Specifically, a disk-shaped Ge semiconductor crystal having a diameter of 15 mm and a thickness of 3 mm was prepared.
次に、上パンチ１と下パンチ２の間に、半導体結晶体９を挟持させた。この時点での、上パンチ１と下パンチ２が半導体結晶体９を加圧する圧力は、半導体結晶体９を加圧する圧力は、半導体結晶体が劈開しない範囲で、最大でも０．４ＫＮ程度の小さな圧力にした。
Next, the
図２（Ａ）に、半導体結晶体９の温度（℃）の推移と、上パンチ１と下パンチ２が半導体結晶体９を加圧する圧力（ＫＮ）の推移とを示す。また、図２（Ｂ）に、半導体結晶体９の抵抗値（ｍΩ）の推移を示す。更に、図２（Ｃ）に、パルス電流発生装置６が上パンチ１と下パンチ２の間に印加するパルス電流の電流値（Ａ）の推移を示す。
FIG. 2A shows the transition of the temperature (° C.) of the
上パンチ１と下パンチ２の間への半導体結晶体９の挟持が完了した後、加工装置１００の真空容器５から空気を吸引し、排出した。
After the
次に、外部予熱を開始し、ヒータ３に電流を印加し、ヒータ３を発熱させて半導体結晶体９の温度を上昇させた。図２（Ａ）に示すように、半導体結晶体９の温度は、時間経過とともに上昇し、外部予熱の開始から１５分を経過した時点では、３５０℃を超えた。なお、外部予熱の段階においては、半導体結晶体９の抵抗値は測定していない。パルス電流発生装置６が未だ動いておらず、抵抗値測定器７による抵抗値の測定ができないからである。
Next, external preheating was started, an electric current was applied to the
次に、半導体結晶体９の温度が３５５℃を超えた、外部予熱の開始から１６分が経過した時点で、予備加圧を開始した。予備加圧は、次におこなう本体予熱において、上パンチ１、半導体結晶体９、下パンチ２を繋ぐ電流経路に、パルス電流がスムースに流れるためにおこなうものである。すなわち、上パンチ１と半導体結晶体９との接触抵抗、および、半導体結晶体９と下パンチ２との接触抵抗を小さくするためにおこなうものである。
Next, pre-pressurization was started when 16 minutes passed from the start of external preheating when the temperature of the
本実施形態においては、予備加圧の圧力を、０．４ＫＮ程度とした。予備加圧の圧力が小さすぎると上記接触抵抗が小さくならず、予備加圧の圧力が大きすぎると半導体結晶体９が破損してしまう場合があるので、予備加圧の圧力は適正に選択する必要がある。
In the present embodiment, the pre-pressurization pressure is set to about 0.4 KN. If the pre-pressurization pressure is too small, the contact resistance is not reduced. If the pre-pressurization pressure is too large, the
また、半導体結晶体９の温度が十分に高くならないうちに予備加圧を開始すると、同じく半導体結晶体９が破損してしまう場合がある。そこで、熱電対８で半導体結晶体９の温度を監視し、予め定めた温度まで上昇してから予備加圧を開始することが必要である。
Further, if the pre-pressurization is started before the temperature of the
次に、半導体結晶体９の温度が３６０℃を超えた、外部予熱の開始から１８分が経過した時点で、本体予熱を開始した。すなわち、パルス電流発生装置６を始動させ、上パンチ１、半導体結晶体９、下パンチ２を繋ぐ電流経路にパルス電流を印加した。なお、パルス電流のデューティ比（オン時間／全時間）は、６０％とした。この結果、半導体結晶体９が自己発熱を開始し、半導体結晶体９の抵抗値が徐々に降下した。
Next, main body preheating was started when 18 minutes passed from the start of external preheating when the temperature of the
なお、半導体結晶体９の温度が十分に高くならず、半導体結晶体９の抵抗値が十分に低くなっていないうちに本体予熱を開始しても、すなわち、パルス電流発生装置６と半導体結晶体９との入出力インピーダンスが整合する前に本体予熱を開始しても、半導体結晶体９にパルス電流が流れないので、電流印加開始タイミング制御手段を講じ、半導体結晶体の温度を監視して、予め定めた温度（電流印加開始温度）まで上昇してから本体予熱を開始することが好ましい。
Even if the body preheating is started before the temperature of the
次に、半導体結晶体９の抵抗値が１００ｍΩを下回った、外部予熱の開始から２２分が経過した時点で、昇温を開始した。すなわち、パルス電流発生装置６により、上パンチ１、半導体結晶体９、下パンチ２を繋ぐ電流経路に印加されるパルス電流の電流値を上昇させた。そして、半導体結晶体９の自己発熱を加速させ、半導体結晶体９の温度を更に上昇させた。このとき、半導体結晶体９の温度の上昇にともなって、半導体結晶体９の抵抗値も更に降下している。
Next, when the resistance value of the
なお、半導体結晶体９の抵抗値が十分に低くなっていないうちに昇温を開始し、半導体結晶体９に印加するパルス電流の電流値を大きくしても、スムースに半導体結晶体の自己発熱は加速されないので、昇温開始タイミング制御手段を講じ、半導体結晶体の抵抗値を監視して、予め定めた抵抗値（昇温開始抵抗値）まで降下してから昇温を開始することが好ましい。
Even if the temperature rise is started before the resistance value of the
本実施形態においては、半導体結晶体９の昇温を、いわゆる温度制御方式によって制御した。すなわち、まず、昇温の温度傾斜、すなわち、単位時間当たりに上昇させる温度（Δｔ／ΔＴ）を定めた。そして、半導体結晶体９の温度を監視し、半導体結晶体９の温度が予め定めた温度傾斜に沿って上昇するように、半導体結晶体９の温度をパルス電流発生装置６の制御部にフィードバックし、そのフィードバックに基づいてパルス電流の電流値を調整し、その調整されたパルス電流をパルス電流発生装置６から電流経路に印加した。
In the present embodiment, the temperature rise of the
なお、温度制御方式以外に、単位時間当たりに上昇させる電流値を予め定める、いわゆる電流制御方式があるが、半導体結晶体９にクラックなどの欠陥がある場合に熱暴走が発生する虞があるため採用しなかった。温度制御方式によれば、たとえ半導体結晶体９にクラックなどの欠陥があったとしても、熱暴走は発生しない。
In addition to the temperature control method, there is a so-called current control method in which a current value to be increased per unit time is determined in advance. However, when the
次に、半導体結晶体９の温度が目標温度である６００℃に達した、外部予熱の開始から２４分が経過した時点で、本加圧を開始した。目標温度とは、Ｇｅ半導体結晶体９が加圧により塑性変形する温度以上、かつ、Ｇｅ半導体結晶体９の融点温度（９３８．２℃）未満の予め定めた温度である。本実施形態においては、Ｇｅ半導体結晶の融点温度（９３８．２℃）よりも大幅に低い温度（６００℃）を、目標温度として設定した。
Next, when the temperature of the
本加圧は、電流経路にパルス電流を印加し続け、半導体結晶体９の温度を目標温度に維持したまま、上パンチ１と下パンチ２が半導体結晶体９を加圧する圧力を、段階的に大きくすることによって実施した。本実施形態においては、圧力を、０．５ＫＮ〜４．８ＫＮまで段階的に大きくした。なお、段階的に圧力を大きくするのに代えて、連続的に圧力を大きくするようにしても良い。
In this pressurization, a pulse current is continuously applied to the current path, and the pressure at which the
そして、外部予熱の開始から２８分が経過し、上パンチ１と下パンチ２が半導体結晶体９を加圧する圧力を４．８ＫＮまで大きくした時点で、本加圧を終了した。続いて、半導体結晶体９を自然冷却させた後、半導体結晶体９を上パンチ１と下パンチ２の間から取出して、第１実施形態にかかる半導体結晶体の加工方法を終了した。
Then, 28 minutes passed from the start of the external preheating, and when the pressure at which the
半導体結晶体９は、加工前、直径φ１５ｍｍ、厚み３ｍｍの円板状であったが、加工後には、レンズ芯厚２．９８４ｍｍ、形状品質が（設計形状に対して）面内P-V値３５６ｎｍ、面品質（面粗さ）がＲａ値３０ｎｍのメニスカス状（三日月状）になった。
The
なお、形状品質とは、金型形状を成形材料（Ｇａ半導体結晶体）に転写してできるレンズ表面形状のことで、設計形状に対してP-V値（凸凹）を数１００ｎｍ程度に抑える必要がある。また、面品質とは、転写してできるレンズ表面の面粗さのことで、Ra値（凸凹）を数１０ｎｍ程度に抑える必要がある。 The shape quality is a lens surface shape formed by transferring a mold shape to a molding material (Ga semiconductor crystal), and it is necessary to suppress the PV value (unevenness) to about several hundred nm with respect to the design shape. . The surface quality is the surface roughness of the lens surface that can be transferred, and it is necessary to suppress the Ra value (unevenness) to about several tens of nanometers.
加工後の半導体結晶体９を観察したところ、目標どおりの高い加工品質で加工されていた。すなわち、目標どおりの形状品質と、目標どおりの面品質を備えていた。
When the
本実施形態において、高い加工品質を得ることができた理由の１つとして、昇温時の電流傾斜が極めて安定していることがあげられる。図２（Ｃ）に示すように、昇温時には、半導体結晶体９に印加されるパルス電流の電流値が、ほぼ直線状に上昇している。すなわち、単位時間当たりに上昇した電流値を表す電流傾斜（ΔＩ／ΔＴ）が、一定の傾きで、ほぼ直線状になっている。
In this embodiment, one of the reasons why high processing quality can be obtained is that the current gradient at the time of temperature rise is extremely stable. As shown in FIG. 2C, when the temperature rises, the current value of the pulse current applied to the
上述したとおり、高い加工品質（形状品質・面品質）を得るためには、半導体結晶体９に印加される電流の電流挙動（特に電流傾斜（ΔＩ／ΔＴ））が安定していることが必須要件である。本実施形態においては、半導体結晶体９に印加されるパルス電流の電流挙動が安定していたため、加工後の半導体結晶体９が、目標どおりの形状品質と目標どおりの面品質とを備えていたものと考えられる。なお、本実施形態において、半導体結晶体９に印加されるパルス電流の電流挙動が安定しているのは、（１）半導体結晶体９に印加されるパルス電流の電流経路が、上パンチ１、半導体結晶体９、下パンチ２を繋ぐ１つの経路のみであること、（２）その電流経路に従来あったギャップ（上パンチと導電性ダイの間のギャップ・導電性ダイと下パンチの間のギャップ）が存在しないこと、に起因していると考えられる。すなわち、電流経路から抵抗値のばらつきを排除できたことにあると考えられる。
As described above, in order to obtain high processing quality (shape quality / surface quality), it is essential that the current behavior of the current applied to the semiconductor crystal body 9 (especially, current gradient (ΔI / ΔT)) is stable. It is a requirement. In this embodiment, since the current behavior of the pulse current applied to the
本発明によれば、半導体結晶体９に印加される電流の電流挙動（特に電流傾斜（ΔＩ／ΔＴ））が安定化されるため、加工品質（形状品質・面品質）に影響を与える残りの要因は、半導体結晶体９の比抵抗のばらつきと、半導体結晶体９の寸法ばらつきのみになると考えられる。しかしながら、半導体結晶体９の比抵抗のばらつきと、半導体結晶体９の寸法ばらつきは、管理により（基準を満たす半導体結晶体９のみを使用することにより）排除することができるため、本発明によれば、半導体結晶体９を、常に同一の高い加工品質で加工することができる。すなわち、本発明の半導体結晶体の加工方法および加工装置は、極めて高い加工再現性を備えている。
According to the present invention, since the current behavior of the current applied to the semiconductor crystal body 9 (especially, current gradient (ΔI / ΔT)) is stabilized, the remaining influence that affects the processing quality (shape quality / surface quality) is achieved. It is considered that the cause is only variation in specific resistance of the
また、本発明によれば、加工に要するエネルギーが小さくなる。図３に、第１実施形態にかかる半導体結晶体の加工方法と、特許文献２に記載された半導体結晶体の加工方法とにおける、それぞれの、加工に要する電流値を示す。図３からわかるように、第１実施形態の方法の方が、特許文献２の方法よりも、格段に低い電流値で加工することができる。具体的には、特許文献２の方法では、目的温度に保持している間の平均電流値が６１２Ａであるのに対し、第１実施形態の方法では、目的温度に保持している間の平均電流値が７１Ａであり、大幅な省エネルギー（省電力）が達成されている。これは、特許文献２の方法では、大きな体積の導電性ダイにパルス電流を流す必要があるのに対し、第１実施形態の方法では、導電性ダイは備えておらず、パルス電流を流す必要がないからである。
Further, according to the present invention, the energy required for processing is reduced. FIG. 3 shows current values required for processing in the semiconductor crystal processing method according to the first embodiment and the semiconductor crystal processing method described in
図４に、図３に示す電流で処理した第１実施形態にかかる半導体結晶体の加工方法と、特許文献２に記載された半導体結晶体の加工方法とにおける、それぞれの、圧力と変形量との関係を示す。図４からわかるように、圧力に対する変形量に差は無く、所定の性能が発揮できていることがわかる。
FIG. 4 shows respective pressures and deformation amounts in the semiconductor crystal processing method according to the first embodiment processed with the current shown in FIG. 3 and the semiconductor crystal processing method described in
更に、本発明によれば、半導体結晶体が急速に昇温し、加工時間が短くて済むため、半導体結晶体にパルス電流が印加されている時間も短くなり、パルス電流が印加による半導体結晶体の品質劣化が抑制される。 Furthermore, according to the present invention, the temperature of the semiconductor crystal is rapidly increased and the processing time can be shortened. Therefore, the time during which the pulse current is applied to the semiconductor crystal is also shortened. The quality degradation of the is suppressed.
［第２実施形態］
図５に、第２実施形態において使用する半導体結晶体の加工装置２００を示す。ただし、図５は加工装置２００の断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 5 shows a semiconductor
第１実施形態に使用した加工装置１００は、上パンチ１および下パンチ２の周囲に、ヒータ３からなる予熱手段を備えていた。これに対して、第２実施形態において使用する加工装置２００は、予熱装置を兼ねる筒状の絶縁処理ダイ１３を備え、絶縁処理ダイ１３の内側に上パンチ１および下パンチ２をそれぞれ摺接させた。
The
絶縁処理ダイ１３は、導電性ダイ１３ａの表面に絶縁層１３ｂを形成したものからなる。具体的には、たとえば、グラファイトからなる導電性ダイ１３ａの表面に、絶縁性シリコンカーバイト（ＳｉＣ）からなる絶縁層１３ｂを５ｍｍの厚みに形成したものからなる。 The insulating treatment die 13 is formed by forming an insulating layer 13b on the surface of the conductive die 13a. Specifically, for example, the insulating layer 13b made of insulating silicon carbide (SiC) is formed on the surface of the conductive die 13a made of graphite to a thickness of 5 mm.
加工装置２００を使用すれば、加圧治具である上パンチ１と下パンチ２が、絶縁処理ダイ１３にガイドされて正確に噛み合うため、半導体結晶体を更に高い加工精度で加工することができる。
If the
なお、上述のとおり、加工装置２００においては、絶縁処理ダイ１３が予熱装置を兼ねており、予熱用電源４によって絶縁層１３ｂの内側の導電性ダイ１３ａに電流を印加することにより、導電性ダイ１３ａが発熱し、半導体結晶体９を予熱する。加工装置２００は、絶縁処理ダイ１３によって、半導体結晶体９を高い効率で予熱することができる。また、加工装置２００は、予熱装置を設けるスペースを別途設ける必要がない。
As described above, in the
第２実施形態にかかる半導体結晶体の加工方法は、加工装置２００を使用して、Ｇｅ半導体結晶体９を加工した。第２実施形態の、予熱装置以外の他の条件は、第１実施形態と同じにした。第２実施形態においても、半導体結晶体９を、目標どおりの高い加工品質で加工することができた。すなわち、加工後の半導体結晶体９は、目標どおりの形状品質と、目標どおりの面品質を備えていた。
In the semiconductor crystal processing method according to the second embodiment, the
図６に、第１実施形態の加工装置１００のヒータ３によって予熱された半導体結晶体９の温度の推移と、第２実施形態の加工装置２００の絶縁処理ダイ１３によって予熱された半導体結晶体９の温度の推移を、比較して示す。図６から分かるように、第２実施形態の方が、第１実施形態に比べて、半導体結晶体９の昇温速度が速い。したがって、第１実施形態のようにヒータ３を使用して半導体結晶体９を予熱するよりも、第２実施形態のように絶縁処理ダイ１３を使用して半導体結晶体９を予熱した方が、加工時間の短縮をはかることができる。
FIG. 6 shows the transition of the temperature of the
［第３実施形態］
第３実施形態では、第１実施形態で使用した加工装置１００を使用して、Ｇｅ半導体結晶体９を、３通りの方法で加工した。各方法（加工Ａ・加工Ｂ・加工Ｃ）は、上パンチ１と下パンチ２の間へ印加するパルス電流のデューティ比が異なる。
[Third Embodiment]
In the third embodiment, the Ge
加工Ａは、デューティ比を１００％とした。加工Ｂは、デューティ比を４０％とした。加工Ｂは、デューティ比を２０％とした。図７に、加工Ａ〜加工Ｃの、それぞれの電流波形を示す。加工Ａ〜加工Ｃの、パルス電流のデューティ比以外の他の条件は、第１実施形態と同じにした。 In the processing A, the duty ratio is set to 100%. In the processing B, the duty ratio is 40%. In the processing B, the duty ratio is 20%. In FIG. 7, each current waveform of the process A-the process C is shown. The conditions other than the duty ratio of the pulse current for processing A to processing C were the same as those in the first embodiment.
加工Ａ〜加工Ｃの全てにおいて、第１実施形態にかかる半導体結晶体の加工方法を再現することができた。 In all of processing A to processing C, the semiconductor crystal processing method according to the first embodiment could be reproduced.
加工Ａ（デューティ比：１００％）の電流値は７１Ａ、加工Ｂ（デューティ比：４０％）の電流値は９５Ａ、加工Ｃ（デューティ比：２０％）の電流値は１３０Ａであり、投入電力（Ｉ２×Ｒ×Ｔ）を概算すると、加工Ｂは加工Ａに対して４７％、加工Ｃは加工Ａに対して６３％の省電力が達成されていることになる。このように、本発明においては、可能な範囲で印加するパルス電流のデューティ比を低く設定することにより、半導体結晶体の加工に要するエネルギー（電力）を少なくすることが可能である。 The current value of processing A (duty ratio: 100%) is 71 A, the current value of processing B (duty ratio: 40%) is 95 A, the current value of processing C (duty ratio: 20%) is 130 A, and the input power ( Approximating (I 2 × R × T), the processing B achieves a power saving of 47% with respect to the processing A, and the processing C achieves a power saving of 63% with respect to the processing A. Thus, in the present invention, it is possible to reduce the energy (electric power) required for processing the semiconductor crystal by setting the duty ratio of the pulse current applied as low as possible.
以上、第１実施形態〜第３実施形態にかかる半導体結晶体の加工方法、および、それらの加工方法に使用する加工装置１００、２００について説明した。しかしながら、本発明が上述した内容に限定されることはなく、発明の趣旨に沿って、種々の変更をなすことができる。
The semiconductor crystal processing methods according to the first to third embodiments and the
たとえば、第１実施形態〜第３実施形態では、Ｇｅ半導体結晶体を被加工物として加工したが、被加工物はＧｅ半導体結晶体には限定されず、たとえばＳｉ半導体結晶体などであっても、同様に、高い加工品質、高い加工再現性で加工することができる。 For example, in the first to third embodiments, a Ge semiconductor crystal is processed as a workpiece, but the workpiece is not limited to a Ge semiconductor crystal, and may be, for example, a Si semiconductor crystal. Similarly, it is possible to process with high processing quality and high processing reproducibility.
１・・・上パンチ
２・・・下パンチ
３・・・ヒータ
４・・・予熱用電源
５・・・真空容器
６・・・パルス電流発生装置
７・・・抵抗値測定器
８・・・熱電対（温度測定器）
９・・・半導体結晶体
１３・・・絶縁処理ダイ
１３ａ・・・導電性ダイ
１３ｂ・・・絶縁層
DESCRIPTION OF
9 ...
Claims (9)
前記加圧治具によって、前記半導体結晶体を挟持する工程と、
前記予熱装置によって前記半導体結晶体を加熱し、前記半導体結晶体の温度を予め定めた温度以上にし、前記半導体結晶体の抵抗値を予め定めた抵抗値以下にする工程と、
前記電流経路に電流を印加し、前記半導体結晶体を自己発熱させて、前記半導体結晶体の温度を、前記半導体結晶体が加圧により塑性変形する温度以上かつ前記半導体結晶体の融点温度未満の予め定めた目標温度に昇温させる工程と、
前記電流経路に電流を印加し続け、前記半導体結晶体の温度を前記目標温度に維持したまま、前記加圧治具によって前記半導体結晶体に圧力を加え、前記半導体結晶体を予め定めた形状に塑性変形させる工程と、を備えた半導体結晶体の加工方法。 A pair of pressurizing jigs that pressurize the clamped workpiece from both sides with a desired pressure, a preheating device that preheats the workpiece from the outside of the pressurizing jig, and an electric current to the pressurizing jig. A current generator for applying a current, wherein the current flows through one current path passing through the one pressing jig, the workpiece, the other pressing jig, and the workpiece Preparing a semiconductor crystal as a workpiece,
A step of sandwiching the semiconductor crystal body by the pressing jig;
Heating the semiconductor crystal by the preheating device, setting the temperature of the semiconductor crystal to a predetermined temperature or higher, and setting the resistance value of the semiconductor crystal to a predetermined resistance value or less;
A current is applied to the current path to cause the semiconductor crystal body to self-heat, and a temperature of the semiconductor crystal body is equal to or higher than a temperature at which the semiconductor crystal body is plastically deformed by pressurization and less than a melting point temperature of the semiconductor crystal body. Raising the temperature to a predetermined target temperature;
While applying current to the current path and maintaining the temperature of the semiconductor crystal body at the target temperature, pressure is applied to the semiconductor crystal body with the pressurizing jig so that the semiconductor crystal body has a predetermined shape. And a step of plastically deforming the semiconductor crystal body.
前記半導体結晶体を前記加圧治具の外側から予熱する予熱装置と、
前記加圧治具に電流を印加する電流発生装置と、
前記半導体結晶体の温度を測定する温度測定器と、
前記半導体結晶体の抵抗値を測定する抵抗値測定器と、を備え、
電流が、一方の前記加圧治具、前記半導体結晶体、他方の前記加圧治具を経由する１つの電流経路で流れる半導体結晶体の加工装置。 A pair of pressurizing jigs that pressurize the semiconductor crystal as a sandwiched workpiece from both sides with a desired pressure;
A preheating device for preheating the semiconductor crystal body from the outside of the pressing jig;
A current generator for applying a current to the pressing jig;
A temperature measuring device for measuring the temperature of the semiconductor crystal;
A resistance value measuring instrument for measuring the resistance value of the semiconductor crystal body,
An apparatus for processing a semiconductor crystal, in which an electric current flows through one current path passing through the one pressing jig, the semiconductor crystal, and the other pressing jig.
The current generator includes a multi-phase half-wave rectifier circuit or a multi-phase full-wave rectifier circuit, and a duty ratio of a current applied to the pressing jig can be adjusted in a range of 20% to 100%. Item 9. The semiconductor crystal processing apparatus according to any one of Items 3 to 8.
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