JP3635870B2

JP3635870B2 - 半導体単結晶インゴットの接着方法及びスライス方法

Info

Publication number: JP3635870B2
Application number: JP16041897A
Authority: JP
Inventors: 公平外山; 博文加瀬; 甲子吉荒巻
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1997-06-03
Filing date: 1997-06-03
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2017-06-03
Also published as: JPH10337695A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体シリコン単結晶インゴットをスライスして単結晶ウエーハを製造する工程であって、インゴットを受け入れてからスライスするまでの半導体単結晶インゴットの接着方法およびスライス方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体シリコン単結晶ウエーハの製造工程は、一般的には、インゴットで受け入れ、これを、結晶方位測定−当て板接着−スライス−当て板剥離洗浄する直列の各工程で加工処理され、さらに、ラップ−面取り−エッチング−鏡面研磨−洗浄−検査−品質保証−包装等の主工程を経て出荷されている。
この際、インゴットは外周研削加工およびオリエンテーションフラットまたはノッチ加工がなされ、ブロックに切断された状態で受入れられるが、その端面は必ずしも所望の面方位に正確に一致しているわけではないので、ブロックをスライスするに当たっては、そのスライス面が正確に所望の面方位に一致するように、ブロック位置を微調整する必要がある。
【０００３】
ところで、近年インゴットの大口径化、長尺化に伴い、スライス装置が内周刃切断機から能率の高いマルチワイヤーソーに代わってきたため、１本のインゴットから同時に数十枚から数百枚のウエーハが切り出されるようになってきた。そこで、通常先ず、１本のインゴットからマルチワイヤーソーの切断能力長さのほぼ１／２を超え、等しいものまでを標準ブロックと言い、これを数本切り出すが、マルチワイヤーソーの切断能力長さの１／２に満たない短尺ブロックも多数発生することになる。これを製品化するために、複数本の短尺ブロックを接着して、より長尺なブロック、好ましくは、上記標準ブロックに等しい長さに仕立ててスライス工程に送るようにしていた。
【０００４】
しかし、この接着方法が１枚の当て板に複数本の短尺ブロックを接着するものであったため、結晶方位測定においては、この接着ブロック体の両端の端面でしか方位を確定できず、しかも、マルチワイヤーソーに取り付ける時には、片端面の方位しか生かされないので、端面方位の確定したブロックから切り出されたウエーハは正規品として出荷できるが、他のブロックから切り出されたウエーハは方位がまちまちなため、ダミーグレードとしてしか出荷できなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、複数本の短尺ブロックを当て板に接着してスライスしても、切り出されたウエーハ全てを正規品とすることができ、インゴット及びウエーハの歩留り向上を可能とする接着方法及びスライス方法を提供することを主目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載した発明は、半導体単結晶インゴットをスライスして半導体単結晶ウエーハを製造する工程であって、マルチワイヤーソーの切断能力長さに満たない短尺ブロックを複数本接着して、より長尺なブロックに仕立てる接着方法において、
（１）短尺ブロックを、オリエンテーションフラット（ＯＦ）またはノッチ位置を基準として、短尺ブロック端面に沿って互いに垂直で、芯出し治具の水平基準面に対して平行なＸ軸と、芯出し治具の水平基準面に対して垂直なＹ軸の方位をを測定する工程、
（２）短尺ブロックの所定位置に、該ブロックと同じ長さの当て板を接着剤で接着する工程、
（３）この当て板付き短尺ブロックを芯出し治具の上で、測定したＸ軸及びＹ軸が、ワイヤーによる切断面に対して所定の角度を持つように位置決めを行った後、当て板の上面が芯出し治具の水平基準面と平行になるまで研削し、研削した当て板の上面に、上面の中心を通り、ワイヤーによる切断面に対して垂直な方向に、位置決め用の溝加工を施す工程、
ただし、この溝加工は、平行な２本の溝を加工することにより、ウエーハ結晶方位精度がより向上する。
（４）この位置決め用溝を付けた当て板付き短尺ブロックの複数本を、位置決め用溝を基準にして直線状に配列し、該位置決め用溝に対応する位置決め用凸部を持ち、標準ブロックと同じ長さのワークプレートを、各短尺ブロックの当て板の位置決め用溝に合わせて接合して一体化させる工程、
の各工程を具備することを特徴とする半導体単結晶インゴットの接着方法である。
【０００７】
このような工程順に、短尺ブロックを接着することによって、より長尺で標準ブロックと同じか、これに近い長さ、すなわち、マルチワイヤーソーの切断能力長さとほぼ同様なブロックとすることができ、結晶方位も揃っているので、標準ブロックをスライスするのとほぼ同じ条件でスライスすることが可能となる。従って、スライスして得たウエーハも結晶方位が揃っているので全て正規品とすることができ、インゴット及びウエーハの歩留り向上が可能となる。
【０００８】
本発明の請求項２に記載した発明は、半導体単結晶インゴットをスライスして半導体単結晶ウエーハを製造する工程であって、マルチワイヤーソーの切断能力長さに満たない短尺ブロックを複数本接着して、より長尺なブロックに仕立てる接着方法において、少なくとも、
（ａ）短尺ブロックを単結晶配向装置に載せてＸ線を照射して方位を測定する際に、短尺ブロックを円周方向に回転させて、Ｘ線の最大振れ角度が単結晶配向装置上で水平となるように位置決めし、当て板を接着剤で接着し、さらに、Ｘ線により、長手方向での中心軸を水平に回転させることで、切断ウエーハの方位を決定し、位置決めを行う工程、
（ｂ）当て板の上面に、上面中心部を通り、ワイヤーによる切断面に対して垂直な方向に、位置決め用の溝加工を施す工程、
ただし、この溝加工は、平行な２本の溝を加工することにより、ウエーハ結晶方位精度がより向上する。
（ｃ）この位置決め用溝を付けた当て板付き短尺ブロックの複数本を、位置決め用溝を基準にして直線状に配列し、該位置決め用溝に対応する位置決め用凸部を持つワークプレートを、各短尺ブロックの当て板の位置決め用溝に合わせて接合させる工程、
の各工程を具備することを特徴とする半導体単結晶インゴットの接着方法である。
【０００９】
このように、単結晶配向装置を使用することによって、結晶方位測定を水平面内で行えるので、請求項１に記載の接着方法のように当て板を研削して位置決めをする必要がなく、一工程短縮できることになり、インゴット及びウエーハの歩留りを向上させることができると共に、作業能率の向上、作業の自動化を図ることが容易にできる。
【００１０】
また、本発明の請求項３の発明は、上記請求項２の接着方法において、前記単結晶配向装置は、一対のガイドローラーとターンテーブルから構成され、ガイドローラー上に短尺ブロックを載せ、ガイドローラーを回して短尺ブロックの円周方向の位置決めを行い、ターンテーブルを回して軸方向の位置決めを行うものとした。
【００１１】
このような単結晶配向装置を使用することによって、方位決定操作が２段階から１段階に短縮され、当て板上面研削が不要となり、工程の短縮、作業能率の向上が図れる。また、同装置にテーブル上下機構を付加すれば、位置決め後当て板を接着することも可能であり、工程の短縮、作業の自動化、作業能率の向上を一層進めることができる。
【００１２】
そして、請求項４のように、ワークプレートに対する当て板付き短尺ブロックの接合を、接着剤による接着またはクランプによる挟着とすることができる。このようにすれば、ワークプレートに対する当て板付き短尺ブロックの接合は完全なものとなり、スライス時の短尺ブロックの位置ずれ防止が可能となる。
【００１３】
また、請求項５に記載した発明は、長尺ブロックの長さをマルチワイヤーソーの切断能力長さに等しい標準ブロックの長さにするというもので、こうすれば、マルチワイヤーソーのスライス能力を最大限に発揮させることができ、作業能率の向上、インゴット及びウエーハの歩留り向上を図ることができる。
【００１４】
さらに、請求項６に記載した発明は、前記請求項１〜請求項５記載の接着方法によって、短尺ブロックの複数本を接着して長尺ブロックとした後、マルチワイヤーソーによって切断することを特徴とする半導体単結晶インゴットのスライス方法であり、マルチワイヤーソーでは、短尺のブロックからウエーハを切り出したのでは、切断仕様能力を生かしきれず、無駄が大きく、長尺ブロックに仕立てる必要が大きいため、特に有用である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者等は、従来の半導体単結晶インゴットの接着方法では、１枚の当て板に接着された複数本の短尺ブロックの片側先頭のブロックの方位に従って切断しているため、端面方位の確定したブロックから切り出されたウエーハは正規品として出荷できるが、他のブロックから切り出されたウエーハは方位がまちまちなため、ダミーグレードとしてしか出荷できなかった欠点を解決するため種々検討した。その結果、全ての短尺ブロックの端面の結晶方位を測定して修正角度を求めておき、短尺ブロックと同じ長さの当て板を接着後、当て板上面をＸＹ二軸方向に修正研削してワークプレートに接着して一体化するか、或は単結晶配向装置を用いて短尺ブロックを位置決めし、短尺ブロックと同じ長さの当て板を接着した後、ワークプレートに接合して一体化すれば解決できることを見出し、本発明を完成したものである。
【００１６】
本発明の半導体単結晶インゴットの接着方法の第１の形態を図１に示した工程順に従って説明する。
先ず、半導体単結晶インゴットは、その外周を所望の直径近傍まで研削され、結晶方位測定を経て、オリエンテーションフラット（以下、ＯＦと略記する）加工またはノッチ加工され、ブロックに切断された状態で受入れられる（１００）。この場合、先にブロックに切断してからＯＦまたはノッチ加工を施す場合もある。
このブロックは２種類あって、マルチワイヤーソーの切断能力長さのほぼ１／２を超え、等しいものまでを標準ブロックと言い、マルチワイヤーソーの切断能力長さの１／２以下の短いものを短尺ブロックという。この内標準ブロックは、ブロック単体で通常の方法、すなわち、結晶方位測定、当て板接着、接着剤硬化、溝加工、ワークプレート接着、接着剤硬化等の工程を経て、マルチワイヤーソーに取り付けられ、スライス以後の加工処理がなされる。
【００１７】
一方短尺ブロックは、これを有効に利用するため、その複数本を接着してより長尺なブロック、好ましくは標準ブロック長さに仕立てて、これをスライス工程に送り出すことになるが、この短尺ブロックの接着は次の工程順に実施される。
尚、短尺ブロックのみの組合せだけでなく、マルチワイヤーソーの切断能力長さに満たない標準ブロックと短尺ブロックとを組合せることも可能である。
【００１８】
（１）先ず、短尺ブロックを、オリエンテーションフラット（ＯＦ）またはノッチ位置を基準として、端面のＸ軸、Ｙ軸の結晶方位を測定する（１０１）。
【００１９】
（２）次は、短尺ブロックの所定位置に、該ブロックとほぼ同じ長さの長めの当て板を接着剤で接着する工程（１０２）であって、当て板は、マルチワイヤーソーで該ブロックをスライスした時に、同時に形成される数十〜数百枚のウエーハがバラバラに分離、脱落しないようにまとめておくもので、材質はグラファイト、ガラス、多孔質セラミックス等が使用されている。
【００２０】
また、当て板の接着剤は、硬化時間が短かく、当て板上面研削加工や位置決め用溝（凹部）加工の際に位置ずれを起こさない接着強度の高いものがよく、二液性エポキシ系接着剤、例えば、アピボンド＃２４１０（大智化学産業（株）製商品名）等が好ましい。
【００２１】
（３）次は、当て板上面を研削し、さらに当て板の当該平坦部にワークプレートの位置決めと接合のため、位置決め用溝を加工する工程（１０３）を行う。
【００２２】
前記当て板付き短尺ブロックを例えばＶブロックのような芯出し治具の上で、測定したＸ軸及びＹ軸が、ワイヤーによる切断面に対して所定の角度を持つように位置決めを行う。ここで、所定の角度とは、切断面として例えば（１００）面を得る場合には、Ｘ軸及びＹ軸の（１００）面に対するずれ角度のことを言う。
次に、当て板の上面が治具の水平基準面と平行になるまで研削加工して、所定の傾斜面を得る。その後、その研削した面の中心を通り、ワイヤーによる切断面に対して垂直な方向に、ワークプレートの位置決め用の溝加工を施す。
【００２３】
図３は、この当て板の研削加工と位置決め用溝加工を施した状態を示した説明のための図面で、短尺ブロック１に接着した当て板３の上面を図の右奥の板角を基点として、二点鎖線と一点鎖線で囲まれた斜方体を研削除去し、得られた研削面の中央に位置決め用溝４加工を施したことを示している。
この位置決め用溝４の加工においても、２本平行に加工することにより、より精度の高いウエーハ方位を得ることができる。この場合、ワークプレートの位置決め用凸部も該溝４に対応して２本とする。
【００２４】
（４）次は、この位置決め用溝を付けた当て板付き短尺ブロックの複数本を、位置決め用溝を基準にして直線状に配列し、該位置決め用溝に対応する位置決め用凸部を持つワークプレートを、各短尺ブロックの当て板の位置決め用溝に合わせて接合して一体化させる工程を行う（１０４）。
【００２５】
図５は２本の短尺ブロック１、１に夫々当て板３、３を接着し、当て板上面を修正方位に研削し、位置決め用溝と位置決め用凸部（図示せず）を合せてワークプレート５に接合した状態を示している。このようにすれば、１本のワークプレートに対して結晶方位の揃った当て板付き短尺ブロックが１直線状に配列されているので、スライスして形成されたウエーハは全て結晶方位の揃った正規品とすることができる。
【００２６】
この例では、当て板に位置決め用溝を、ワークプレートに位置決め用凸部を加工して、両者を嵌合させるようにしているが、逆に当て板に位置決め用凸部を、ワークプレートに位置決め用溝を加工して両者を嵌合するようにしてもよい。
【００２７】
また、この例では、ワークプレートに対する当て板付き短尺ブロックの取り付け方法を接着剤による接着としたが、当て板に段差部を設けてクランプでワークプレートに取り付けてもよい。
【００２８】
こうして、短尺ブロックを接着して長尺ブロックとすることができるが、その長さは、マルチワイヤーソーの切断能力仕様長さである標準ブロックと同じ長さにすれば最も効率が良いことになる。
【００２９】
そして、最後にこの複数本の当て板付短尺ブロック・ワークプレート複合体をマルチワイヤーソーのワークプレートハンガーに取り付けて、該複合体の短尺ブロック側を走行しているワイヤー上に押しつけてブロックをスライスする工程を行う（１０５）。
【００３０】
従来、スライス装置は、内周刃切断装置が主流を占めてきたが、インゴットの大口径化には追随できず、生産性の高いマルチワイヤーソーにとって代わられつつあり、本発明は、このマルチワイヤーソーの特性、能力を充分発揮させて生産性を高め、短尺ブロックによる時間と歩留りのロスをできるだけ減少させるためにインゴットブロックを長尺化する接着方法であり、そして、このブロックを長尺化させた後にスライスする方法である。
【００３１】
本発明の半導体単結晶インゴットの接着方法の第２の形態を図２に示した工程順に従って説明する。
先ず、半導体単結晶インゴットは、その外周を所望の直径近傍まで研削され、結晶方位測定を経て、オリエンテーションフラット（以下、ＯＦと略記する）加工またはノッチ加工され、ブロックに切断された状態で受入れられる（２００）。この場合、先にブロックに切断してからＯＦまたはノッチ加工を施す場合もある。
このブロックは２種類あって、マルチワイヤーソーの切断能力長さのほぼ１／２を超え、等しいものまでを標準ブロックと言い、マルチワイヤーソーの切断能力長さの１／２以下の短いものを短尺ブロックという。この内標準ブロックは、ブロック単体で通常の方法、すなわち、結晶方位測定、当て板接着、接着剤硬化、溝加工、ワークプレート接着、接着剤硬化等の工程を経て、マルチワイヤーソーに取り付けられ、スライス以後の加工処理がなされる。
【００３２】
一方短尺ブロックを有効に利用するため、その複数本を接着して長尺ブロック、好ましくは標準ブロック長さに仕立ててスライスすることになるが、本発明によるこの短尺ブロックの第２の接着方法を工程順に説明する。
【００３３】
（ａ）先ず、短尺ブロックを単結晶配向装置に載せてＸ線を照射して方位を測定する際に、短尺ブロックを円周方向に回転させて、Ｘ線の最大振れ角度が単結晶配向装置上で水平となるように位置決めし、当て板を接着剤で接着し、さらに、Ｘ線により、長手方向での中心軸を水平に回転させることで、切断ウエーハの方位を決定し、位置決めする工程を行う（２０１）。
【００３４】
ここで、図６に示したように、単結晶配向装置２０は、一対のガイドローラー２１とターンテーブル２２から構成され、ガイドローラー２１上に短尺ブロック１を載せ、該装置に付属するＸ線方位測定器（図示せず）で結晶方位を測定し、ガイドローラー２１を回して短尺ブロック１の円周方向の位置決めを行い、次にターンテーブル上下機構２３によりターンテーブル２２上の当て板３を短尺ブロック１に接着した後、ターンテーブル２２を回して中心軸水平方向の位置決めを行うものである。
【００３５】
（ｂ）次は、ワークプレートの位置決め接着用として、当て板の上面中心を通り、ワイヤーによる切断面と垂直な位置決め用溝加工を施す工程である（２０２）。
図４は、短尺ブロック１の結晶方位の位置決めを単結晶配向装置２０で行い、当て板３を接着した後、当て板上面に位置決め用溝４加工を施した状態を示している。
【００３６】
（ｃ）次は、この位置決め用溝を付けた当て板付き短尺ブロックの複数本を、位置決め用溝を基準にして直線状に配列し、該位置決め用溝に対応する位置決め用凸部を持つワークプレートを、各短尺ブロックの当て板の位置決め用溝に合わせて接着剤で接着して一体化させる工程であり（２０３）、その作用効果は、第１の実施の形態で述べた通りである。
【００３７】
以上、第２の実施の形態で述べてきた接着方法によって、短尺ブロックの複数本を接着して長尺ブロック、好ましくは標準ブロックと同じ長さとしたものは、マルチワイヤーソーによってスライスされる（２０４）。ここで得られたウエーハは、結晶方位が揃っており、全て正規品としてウエーハの精密仕上げ加工工程に送られることになる。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、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、同様な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。
【００３９】
例えば、上記説明では半導体シリコン単結晶インゴットを接着、スライスする場合について述べてきたが、ＧａＡｓ，ＧａＰ等の化合物半導体単結晶インゴットについて実施してもほぼ同一の効果を得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、複数本の短尺ブロックの結晶方位を揃えて同じ長さの当て板に接着し、ワークプレートで一体化することにより、切り出されたウエーハ全てを正規品とすることができ、インゴット及びウエーハの歩留り向上と生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体単結晶インゴットの接着方法の第１の例を示す流れ図である。
【図２】本発明の半導体単結晶インゴットの接着方法の第２の例を示す流れ図である。
【図３】本発明の第１の実施形態である結晶方位の位置決めを当て板上面を研削して行うことを示す説明図である。
【図４】本発明の結晶方位の位置決めを単結晶配向装置によって行った場合の当て板の位置を示す説明図である。
【図５】本発明の複数の当て板付き短尺ブロックをワークプレートに接着した状態を示す説明図である。
【図６】単結晶配向装置の縦断面説明図である。
【符号の説明】
１…短尺ブロック、
２…オリエンテーションフラット（ＯＦ）またはノッチ、
３…当て板、
４…位置決め用溝、
５…ワークプレート、
２０…単結晶配向装置、
２１…ガイドローラー、
２２…ターンテーブル、
２３…テーブル上下機構。

Claims

半導体単結晶インゴットをスライスして半導体単結晶ウエーハを製造する工程であって、マルチワイヤーソーの切断能力長さに満たない短尺ブロックを複数本接着して、より長尺なブロックに仕立てる接着方法において、少なくとも、
（１）短尺ブロックを、オリエンテーションフラット（ＯＦ）またはノッチ位置を基準として、短尺ブロック端面に沿って互いに垂直で、芯出し治具の水平基準面に対して平行なＸ軸と、芯出し治具の水平基準面に対して垂直なＹ軸の方位を測定する工程、
（２）短尺ブロックの所定位置に、該ブロックと同じ長さの当て板を接着剤で接着する工程、
（３）この当て板付き短尺ブロックを芯出し治具の上で、測定したＸ軸及びＹ軸が、ワイヤーによる切断面に対して所定の角度を持つように位置決めを行った後、当て板の上面が芯出し治具の水平基準面と平行になるまで研削し、研削した当て板の上面に、上面の中心を通り、ワイヤーによる切断面に対して垂直な方向に、位置決め用の溝加工を施す工程、
（４）この位置決め用溝を付けた当て板付き短尺ブロックの複数本を、位置決め用溝を基準にして直線状に配列し、該位置決め用溝に対応する位置決め用凸部を持つワークプレートを、各短尺ブロックの当て板の位置決め用溝に合わせて接合して一体化させる工程、
の各工程を具備することを特徴とする半導体単結晶インゴットの接着方法。
半導体単結晶インゴットをスライスして半導体単結晶ウエーハを製造する工程であって、マルチワイヤーソーの切断能力長さに満たない短尺ブロックを複数本接着して、より長尺なブロックに仕立てる接着方法において、少なくとも、
（ａ）短尺ブロックを単結晶配向装置に載せてＸ線を照射して方位を測定する際に、短尺ブロックを円周方向に回転させて、Ｘ線の最大振れ角度が単結晶配向装置上で水平となるように位置決めし、当て板を接着剤で接着し、さらに、Ｘ線により、長手方向での中心軸を水平に回転させることで、切断ウエーハの方位を決定し、位置決めを行う工程、
（ｂ）当て板の上面に、上面中心部を通り、ワイヤーによる切断面に対して垂直な方向に、位置決め用の溝加工を施す工程、
（ｃ）この位置決め用溝を付けた当て板付き短尺ブロックの複数本を、位置決め用溝を基準にして直線状に配列し、該位置決め用溝に対応する位置決め用凸部を持つワークプレートを、各短尺ブロックの当て板の位置決め用溝に合わせて接合させる工程、
の各工程を具備することを特徴とする半導体単結晶インゴットの接着方法。
前記単結晶配向装置は、一対のガイドローラーとターンテーブルから構成され、ガイドローラー上に短尺ブロックを載せ、該装置に付属するＸ線方位測定器で結晶方位を測定し、ガイドローラーを回して短尺ブロックの円周方向の位置決めを行い、ターンテーブルを回して中心軸水平方向の位置決めを行うものである請求項２に記載した半導体単結晶インゴットの接着方法。
前記ワークプレートに対する当て板付き短尺ブロックの接合を、接着剤による接着またはクランプによる挟着とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した半導体単結晶インゴットの接着方法。
前記長尺ブロックの長さが、マルチワイヤーソーの切断能力長さに等しい標準ブロックの長さである請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した半導体単結晶インゴットの接着方法。
前記請求項１〜請求項５記載の接着方法によって、短尺ブロックの複数本を接着して長尺ブロックとした後、マルチワイヤーソーによって切断することを特徴とする半導体単結晶インゴットのスライス方法。