JP5495981B2 - 半導体基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は例えばシリコン基板等の半導体基板の製造方法に関する。
従来、太陽電池素子などをはじめとする半導体基板を作製する場合、インゴットを所定の寸法に切断してブロックにし、このブロックを接着剤にてスライスベースに接着した後、ワイヤーソー装置などを用いてブロックから複数枚の基板に切断して半導体基板を得ていた。
通常、ワイヤーソーは、初めから砥粒をワイヤーに固着させた砥粒固着ワイヤーでブロックを切断する方法(固着砥粒タイプ)、または、砥粒を含む研削液を供給しながらブロックを切断する方法(遊離砥粒タイプ)がある。
そしてブロックから複数枚の基板に切断した後、切断して得た複数の基板を洗浄装置にて洗浄し、これら複数の基板は、スライスベースから剥離されて、複数枚の半導体基板を得ることができる。
近年、半導体基板の厚みが250μm以下、好ましくは200μm以下の厚みに薄型化されてきており、スライスベースと半導体基板との接着面積が減少することから、スライス工程または洗浄工程において、スライスベースから半導体基板が剥離しやすい。
接着剤の接着力を強くすることにより上記点を改善することができるが、接着剤の接着力を強くすると、逆に洗浄後、スライスベースから基板を外す際に、基板側に付着する接着剤が残ることがある。このような接着剤残渣があると、デバイス工程での割れまたは欠け発生などの弊害となるため、カッターなどで除去作業を行なうが、このような作業は、手作業であるため生産性が低下し、接着剤残渣の除去作業により基板の割れを発生させ、歩留りを低下させる等が考えられる。
そこで本発明は、接着剤残渣の発生を低減させ、歩留まりを向上させるのに好適な半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る半導体基板の製造方法は、スライスベースに接着した半導体ブロックをワイヤーソーを用いて切断することによって半導体基板を得る半導体基板の製造方法であって、前記半導体ブロックおよび前記スライスベースを用意する準備工程と、前記スライスベースの上に硬化型接着剤を塗布する塗布工程と、前記硬化型接着剤を半硬化させる半硬化工程と、前記半導体ブロックを半硬化させた前記硬化型接着剤で前記スライスベースの上に仮接着してから、前記硬化型接着剤をさらに硬化させて、前記スライスベースに前記半導体ブロックを接着する接着工程と、前記スライスベースに接着した前記半導体ブロックを前記ワイヤーソーを用いて切断する切断工程とを順次行なうことを特徴とする。
本発明によれば、上述した製造方法により、半導体基板側への接着剤残差の発生を低減することができる。これにより、接着剤残差の除去作業を行う必要がなく歩留まり低下が生じにくい半導体基板の製造方法を提供できる。
以下、本発明に係る半導体基板の製造方法の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
まず、本実施形態の基本的な製造方法について説明する。まず、半導体ブロック(以下、単にブロックという)およびスライスベースを用意する準備工程を行なう。次いで、スライスベースの上に硬化型接着剤を塗布する塗布工程を行ない、その後、硬化型接着剤を半硬化させる半硬化工程を行なう。そして、ブロックを半硬化させた硬化型接着剤でスライスベースの上に仮接着してから、硬化型接着剤をさらに硬化させて、スライスベースにブロックを接着する接着工程を行ない、さらに、スライスベースに接着したブロックをワイヤーソーを用いて切断する切断工程を行なう。なお、上記切断工程において、半導体ブロックからスライスベースに向かって切断するものとする。また、上記半硬化工程において、硬化型接着剤を乾燥させて半硬化させるとよい。
また、後で詳述するが、同一の材質からなる半導体ブロックおよびスライスベースを用いるとよい。また、上面に凹凸形状を有するスライスベースを用いるとよい。また、塗布工程で用いる硬化型接着剤にカップリング剤を添加するとよい。また、塗布工程の前にスライスベースの上にカップリング剤の層を設けて、塗布工程においてカップリング剤の層の上に硬化型接着剤を塗布するとよい。
次に、より具体的な実施形態について説明する。ブロックはインゴットの端部を切断することで加工される。このようなインゴットは、例えば、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンからなる。例えば、単結晶シリコンのインゴットを用いる場合、単結晶シリコンインゴットは円柱形状であるため、高さ方向に四箇所の端部を切断することにより、断面形状が略矩形(正方形状を含む)のシリコンブロックを得ることができる。なお、上記断面形状において角部が円弧状を有するものも矩形とみなすこととする。
多結晶シリコンインゴットを用いる場合は、そのインゴットは例えば略直方体であり、複数本のシリコンブロックを取り出すことができる大きさを有している。このような場合、シリコンブロックは断面形状が矩形(正方形状を含む)であり、例えば156mm×156mm×300mmの直方体に形成される。なお、上記断面形状において角部が面取りされたものも矩形とみなすこととする。
図1に示すように、ワイヤーソー装置において、走行するワイヤー11に、スライスベース2に固定された角型のブロック1を押し当てて、ワイヤー11によってブロック1を切断し、複数枚の基板を製造する。
ブロック1は、スライスベース2上に硬化型接着剤によって接着される。なお、ブロック1とスライスベース2との接着方法については、後で詳細に説明する。
スライスベース2はステンレスまたはアルミニウム等からなるワークホルダー17に接着されるか、またはクランプ等で保持される。また、ワークホルダー17はネジまたはクランプによりワイヤーソー装置内の装置固定体18に固定される。上記構成・方法によりブロック1はワイヤーソー装置内に1本または複数本配置される。
ワイヤー11は、供給リール15から供給され、巻取リール16に巻き取られる。ワイヤー11は、供給リール15と巻取リール16との間において、複数のメインローラ13に巻かれ、複数のメインローラ13間において複数本に張られている。ワイヤー11は、例えば鉄または鉄合金を主成分とするピアノ線からなり、線径は80〜180μm、より好ましくは120μm以下である。本実施形態において、ワイヤー11は、ワイヤーの周囲にダイヤモンドもしくは炭化珪素からなる砥粒が、ニッケルまたは銅・クロムによるメッキまたはレジン樹脂にて固着された砥粒固着ワイヤーである。この場合、砥粒の平均粒径は、5μm以上30μm以下とした方がよい。
ワイヤー11には、供給ノズル12の複数の開口部からワイヤー11およびブロック1を冷却するクーラント液の役割を果たす加工液が供給される。加工液は、例えばグリコール等の水溶性溶剤または油性溶剤からなり、水で上記溶剤を希釈してもよい。供給ノズル12に供給する加工液の供給流量は、被加工物1の大きさおよび本数によって適宜設定される。また、加工液を循環させて使用してもよく、その際に加工液中に含まれる砥粒および切屑等を除去して使用される。供給ノズル12より供給された加工液はブロック1の切断部分とその近傍に供給される。
メインローラ13は、ブロック1の下方に配置される第1メインローラ13aと第2メインローラ13bとを含む。また、メインローラ13は、例えば、エステル系、エーテル系もしくは尿素系等のウレタンゴム、またはニューライト等の樹脂からなり、直径150〜500mm、長さ200〜1000mm程度の大きさを有している。メインローラ13の表面には、供給リール15から供給されたワイヤー11を所定間隔に配列させるための多数の溝が設けられている。これら溝の間隔とワイヤー11の直径との関係によって、基板の厚みが定まる。
ワイヤー11の下方には、切断時に発生する被加工物の切屑や加工液の回収を目的としてディップ槽14が設けられる。
また、別の実施形態として、加工液として砥粒を含む切削液を用いてもよい。このような切削液は、例えば、ワイヤー11のラッピング作用でブロック1を切断する遊離砥粒タイプのワイヤーソー装置を用いることで供給できる。この場合、使用するワイヤー11は、メインローラ13に巻かれており、例えば鉄または鉄合金を主成分とするピアノ線を用いればよく、線径は80μm〜180μm、より好ましくは120μm以下とする。切削液は、例えば炭化珪素、アルミナもしくはダイヤモンド等の砥粒、鉱物油、界面活性剤および分散剤からなるラッピングオイルを混合して構成される。また、切削液は砥粒と水溶性溶剤を混合して構成されてもよい。切削液は、複数の開口部を有する供給ノズル12より複数本に張られたワイヤー11に供給される。砥粒の平均粒径としては、例えば5〜20μmで粒度分布が狭いものが用いられる。供給ノズル12に供給する切削液の供給流量はブロックの大きさや本数によって適宜設定される。また、切削液を循環して使用してもよく、その際に新しい砥粒を追加供給するようにしても構わない。
以下に、固着砥粒タイプにおけるワイヤーソー装置を用いたスライス方法について説明する。ワイヤー11は供給リール15から供給され、ガイドローラ19によりメインローラ13に案内され、ワイヤー11をメインローラ13に巻きつけて所定間隔に配列している。メインローラ13を所定の回転速度で回転させることによって、ワイヤー11の長手方向にワイヤー11を走行させることができる。また、メインローラ13の回転方向を変化させることによりワイヤー11を往復運動させる。このとき、供給リール15からワイヤー11を供給する長さの方が巻取リール16からワイヤー11を供給する長さよりも長くし、新線をメインローラ13に供給するようにする。
ブロック1の切断は、高速に走行しているワイヤー11に向かって加工液を供給しながら、ブロック1を下降させて、ワイヤー11にブロック1を相対的に押圧することによりなされる。ブロック1は、例えば厚さ200μm以下の複数枚の基板に分割される。このとき、ワイヤー11の張力、ワイヤー11が走行する速度(走行速度)、および、ブロックを下降させる速度(フィード速度)は、それぞれ適宜制御されている。例えば、ワイヤー13の最大走行速度は、500m/分以上1200m/分以下に設定され、最大フィード速度は350μm/分以上1100μm/分以下に設定する。
なお、遊離砥粒タイプのワイヤーソー装置を用いたスライス方法においては、加工液としてクーラント液の代わりに切削液を用いる。また、ワイヤー11を往復走行させずに一方向走行させてもよい。
そして、ブロック1をスライスすると同時に、スライスベース2も2〜5mm程度切断され、ワイヤー11がブロックから引き抜かれる。この際、スライスベース2に接着した状態で基板を取り出すことができる。
そして、取り出された基板はスライスベース2に接着された状態で次工程の洗浄工程に投入される。
洗浄工程では、洗浄液としてアルカリ液または中性液を用い、基板に付着した水溶性クーラント、オイルや汚れが洗浄され、その後洗剤を水で洗い流す。そして、熱風またはエアーなどにより、基板表面を完全に乾燥させて、スライスベース2から剥離することで基板が完成する。剥離方法としては、温水に浸漬させる、または硬化型接着剤3を膨潤させ剥離する剥離剤を用いることにより剥離することができる。
以下にブロック1とスライスベース2との接着方法について詳述する。まず準備工程において、ブロック1と、このブロック1と硬化型接着剤3で接着されるスライスベース2とを準備する。スライスベース2はカーボン材、ガラスまたはシリコン等の材質が用いられる。硬化型接着剤3としては、主剤と硬化剤を1:1〜2.5:1の割合で混ぜて使用する2液性の接着剤が用いられ、主剤にエポキシ樹脂またはアクリル樹脂等が用いられ、硬化剤としてポリアミド樹脂またはポリチオール樹脂等が用いられる。
次に塗布工程において、スライスベース2の接着面2aに硬化型接着剤3が刷毛等により塗布される。
次に半硬化工程において、硬化型接着剤3を乾燥させる。この乾燥方法は、硬化型接着剤3が完全に硬化しない程度に、数十秒から数分程度、大気雰囲気で乾燥させて半硬化させればよい。
次に接着工程について説明する。図2に示すように枠体24内において、スライスベース2を下に置き、硬化型接着剤3が塗布された接着面2aを上にしてブロック1を貼り合わせ、ブロック1とスライスベース2を固定し仮接着させる。このように、ブロック1とスライスベース2の仮接着は、ブロック1とスライスベース2の間に硬化型接着剤3を挟み込む状態で接着される。次に、貼り合わせたブロック1とスライスベース2が動かないように、側面押さえ22でブロック1とスライスベース2を固定し、上部押さえ23でブロック1に荷重をかけ、加熱手段である例えばホットプレート21にて下部から加熱し、接着温度を20℃〜50℃とすることによって、硬化型接着剤3を完全硬化させ、ブロック1とスライスベース2との接着が行なわれる。なお、図2において25は重しである。
また、図3に示すように、ワークホルダー17に同様の硬化型接着剤3を塗布し、スライスベース2とワークホルダー17とを接着する場合に、ブロック1とスライスベース2との接着と同じタイミングでワークホルダー17を接着してもよい。つまり、ワークホルダー17の上にスライスベース2を貼り合わせ、スライスベース2の上にブロック1を貼り合わせた状態で、硬化型接着剤3を硬化させても構わない。
上記方法でブロック1をスライスベース2に接着することにより、洗浄工程後スライスベース2から基板を剥離する際に、基板側への接着剤残差の発生を低減でき、硬化型接着剤3をスライスベース2側に残すことができる。そのため、接着剤残差の除去作業を行う必要がなく歩留まり低下が生じにくい。これは、硬化型接着剤3を乾燥させることによって、硬化型接着剤3の溶剤成分を揮発させることにより、硬化が始まり硬化型接着剤3の粘度が高くなることから、ブッロク1側の接着面の形状に馴染みにくくなる。よって、ブロック1側の接着力がスライスベース2側の接着力よりも弱くなることから、ブロック1(基板)側への接着剤残差の発生が低減できたと考えられる。また、洗浄工程中に基板がスライスベース2から剥離しないように硬化型接着剤3の接着力を強くしても、基板側への接着剤残差の発生を低減できる。
また、ブロック1とスライスベース2を同じ材質、例えば、シリコンにより構成した場合、ブロック1側に硬化型接着剤3が残り易いが、上記方法により基板側への接着剤残差の発生を低減できる。また、熱伝導率や熱膨張係数等が同じであることから、スライスした際の加工熱の蓄熱、放熱に差が生じないため、熱膨張の影響による微小クラックの発生を低減することができる。また、洗浄の乾燥においても熱膨張の差が生じないため、工程中に基板がスライスベース2から剥離する問題も低減できる。さらに、スライス工程で発生したシリコンスラッジを回収する場合においても、シリコン以外の不純物の混入が低減できるため、シリコンスラッジの再利用が可能となる。
また、ブロック1がキャスト法により製造された多結晶シリコンインゴットの場合、鋳型と接触していた多結晶シリコンインゴットの底部または側部、不純物が多く含まれる上部は端材として除去されるが、この端材をスライスベース2として使用することにより、スライスベース2の製造コストを低減することができる。
また、スライスベース2の接着面は凹凸形状にすることでアンカー効果が得られるため、さらに基板側への接着剤残差の発生を低減できる。特に、スライスベース2側に硬化型接着剤3を塗布することから、硬化型接着剤3が凹凸形状に馴染みやすく、凹凸形状に入り込みやすくなる。凹凸形状は、ブラスト処理やエッチング処理により得ることができる。凹凸形状は算術平均粗さRa(JIS B0601−2001)が5μm以上50μm以下とすることが好ましい。
また、硬化型接着剤3はカップリング剤を添加することにより、硬化型接着剤3の硬度が弱く、接着力が強くすることができるため、工程中に基板がスライスベース2から剥離する問題も低減できる。このカップリング剤としては、反応性官能基としてエポキシ基、アミノ基またはメルカプト基等を有するシランカップリング剤が用いられる。なお、カップリング剤は水またはアルコール水溶液等で希釈したものを用いても構わない。
また、図4に示すように、スライスベース2の接着面2a側のみにカップリング剤4を刷毛またはスプレー等により塗布した後、カップリング剤4の上に硬化型接着剤3を塗布することにより、スライスベース2側に硬化型接着剤3が残り易くすることができる。
また、図5に示すように、スライスベース2とワークホルダー17との間にガラス等からなるプレート材5を設けてもよい。スライスベース2とプレート材5およびプレート材5とワークホルダー17との接着は、硬化型接着剤3を用いて接着すればよい。スライスベース2の材質にシリコン等の脆性材料を用いた場合において、スライス後、ワークホルダー17からスライスベース2を剥離する際に割れる等のおそれがあっても、プレート材5を設けることにより、プレート材5からワークホルダー17を剥離すればよいため、スライスベース12の割れを低減することができる。また、スライスベース2の厚みも薄くすることができ、製造コストを低減することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。
例えば、インゴット1を切断することなく、そのままスライス工程を行っても構わない。
また、硬化型接着剤3は有色であってもよく、有色にすることで接着剤残差の発生をすぐに目視で判断することができる。
また、ブロック1とスライスベース2との接着に用いられる硬化性接着剤3と、例えば、スライスベース2とワークホルダー17との接着に用いられる硬化性接着剤3とは同一の接着剤を用いる必要はなく、主剤と硬化剤の比率を変更したり、材料を変更した異なる硬化性接着剤3であっても構わない。
1 :ブロック
2 :スライスベース
3 :硬化性接着剤
4 :カップリング剤
5 :プレート材
11 :ワイヤー
12 :供給ノズル
13 :メインローラ
14 :ディップ槽
15 :供給リール
16 :巻取リール
17 :ワークホルダー
18 :装置固定体
21 :ホットプレート
22 :側面押さえ
23 :上部押さえ
2 :スライスベース
3 :硬化性接着剤
4 :カップリング剤
5 :プレート材
11 :ワイヤー
12 :供給ノズル
13 :メインローラ
14 :ディップ槽
15 :供給リール
16 :巻取リール
17 :ワークホルダー
18 :装置固定体
21 :ホットプレート
22 :側面押さえ
23 :上部押さえ
Claims (6)
- スライスベースに接着した半導体ブロックをワイヤーソーを用いて切断することによって半導体基板を得る半導体基板の製造方法であって、
前記半導体ブロックおよび前記スライスベースを用意する準備工程と、
前記スライスベースの上に硬化型接着剤を塗布する塗布工程と、
前記硬化型接着剤を半硬化させる半硬化工程と、
前記半導体ブロックを半硬化させた前記硬化型接着剤で前記スライスベースの上に仮接着してから、前記硬化型接着剤をさらに硬化させて、前記スライスベースに前記半導体ブロックを接着する接着工程と、
前記スライスベースに接着した前記半導体ブロックを前記ワイヤーソーを用いて切断する切断工程とを順次行なうことを特徴とする半導体基板の製造方法。 - 前記切断工程において、前記半導体ブロックから前記スライスベースに向かって切断することを特徴とする請求項1に記載の半導体基板の製造方法。
- 同一の材質からなる前記半導体ブロックおよび前記スライスベースを用いることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体基板の製造方法。
- 上面に凹凸形状を有する前記スライスベースを用いることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
- 前記塗布工程で用いる前記硬化型接着剤にカップリング剤を添加することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
- 前記塗布工程の前に前記スライスベースの上にカップリング剤の層を設けて、前記塗布工程において前記カップリング剤の層の上に前記硬化型接着剤を塗布することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
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