JP5995089B2 - シリコンウェハ剥離方法、およびシリコンウェハ剥離装置 - Google Patents

シリコンウェハ剥離方法、およびシリコンウェハ剥離装置 Download PDF

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Description

本発明は、たとえば、スライス加工後のシリコンウェハが接着剤を介して接着されたビーム材から半導体用のシリコンウェハを剥離するシリコンウェハ剥離方法、およびシリコンウェハ剥離装置に関する。
近年、石油代替エネルギーとして、太陽光発電が注目されている。
太陽光発電では、大量に使用されるシリコンウェハのコストを低減することが求められるので、シリコンインゴットからシリコンウェハを効率的に製造することが求められている。
シリコンウェハ製造方法は、大まかに言えば、接着工程と、スライス工程と、粗洗浄および剥離工程と、ウェハ分離工程と、洗浄工程と、検査工程と、を備えている。
そこで、図4を参照しながら、従来のシリコンウェハ製造方法についてより具体的に説明する。
ここに、図4は、従来の、シリコンインゴット1、ビーム材2、およびベースプレート10が接着された構造体の模式的な正面図(XZ平面図)である。
シリコンインゴット1は、円柱形または角柱形の、単結晶または多結晶シリコンである。ビーム材2は、この従来のシリコンウェハ製造方法においては、シリコンインゴット1の加工終端部の欠損を防ぐための保護材であるガラス板である。ベースプレート10は、薄いシリコンウェハ1aをシリコンインゴット1からスライス加工によって製造するワイヤーソーと呼ばれる装置に取り付けるための治工具である。接着剤8は、この従来のシリコンウェハ製造方法においては、2液性である。
まず、接着工程では、シリコンインゴット1またはビーム材2に接着剤8を塗布してシリコンインゴット1とビーム材2とを接着し、そしてさらに、ビーム材2またはベースプレート10に接着剤8を塗布してビーム材2とベースプレート10とを接着する。
つぎに、スライス工程では、ビーム材2およびベースプレート10に接着されたシリコンインゴット1に対してワイヤーソーでスライス加工を行う。スライス加工によって千数百枚のシリコンウェハ1aとなったシリコンインゴット1は、接着剤8を介してビーム材2に接着されている。通常、スライス加工は、隣り合うシリコンウェハ1aの間の隙間がシリコンインゴット1側から接着剤8およびビーム材2のシリコンインゴット1側の一部に達するように行われる。
つぎに、粗洗浄および剥離工程では、ビーム材2に接着されているシリコンウェハ1aを洗浄し、接着剤8を熱軟化させるための50℃の温水、または洗浄剤としての乳酸などの薬剤を使用して千数百枚のシリコンウェハ1aをビーム材2から一括して剥離する。
つぎに、ウェハ分離工程では、ビーム材2から一括して剥離されて重なり合ったシリコンウェハ1aを一枚ずつのシリコンウェハ1aに分離する。
つぎに、洗浄工程では、分離されたシリコンウェハ1aを洗浄する。
そして、検査工程では、洗浄されたシリコンウェハ1aを検査する。
ところで、上記の粗洗浄および剥離工程では、千数百枚のシリコンウェハ1aが前述の通りビーム材2から一括して剥離される。
このため、剥離されたシリコンウェハ1aが別の剥離されたシリコンウェハ1aの上に重なったり、剥離されたシリコンウェハ1aがお互いに倒れ掛かったりする状態がしばしば発生する。
そして、このような状態のシリコンウェハ1aが割れたり、シリコンウェハ1aのエッジ部分が欠けたりする場合がある。
なお、粗洗浄および剥離工程で不揃いに集積されたシリコンウェハ1aを、手作業で均一に集積してから次のウェハ分離工程のために移動させたり、ウェハ分離工程のためのラックに詰め替えたりする作業が必要であるので、製造の効率が低下する恐れがある。
そこで、空気中で熱風を−Y側、つまり最も外側の剥離されるべきシリコンウェハ1aの表面側から噴射することによって接着剤8を加熱しながらシリコンウェハ1aを一枚ずつビーム材2から剥離するシリコンウェハ剥離方法が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
なお、上述したシリコンウェハ剥離方法においては、粗洗浄は行わないで、スライス加工中に発生する粉状のシリコンスラッジと加工液とが混ざって隣り合うシリコンウェハ1aの間の隙間に詰まった状態で熱風を噴射する。
実用新案登録第3149712号公報
しかしながら、このような従来のシリコンウェハ剥離方法によっても、シリコンウェハ1aを効率的に一枚ずつビーム材2から剥離することは、やはり容易ではなかった。
そして、上述した従来のシリコンウェハ剥離方法においては、スライス加工後のシリコンインゴット1は噴射される熱風で加熱されるので、シリコンウェハ1aの表面が空気中の酸素との反応で酸化し、シリコンウェハ1aの品質が劣化する恐れがある。
本発明は、前述された従来の課題を考慮し、たとえば、シリコンウェハの品質の劣化を抑制しつつシリコンウェハをより効率的に一枚ずつビーム材から剥離することが可能な、シリコンウェハ剥離方法、およびシリコンウェハ剥離装置を提供することを目的とする。
第1の本発明は、板状部材に接着剤を介して接着された複数のシリコンウェハを、液体中で前記板状部材の加熱により前記板状部材から剥離するシリコンウェハ剥離方法であって、
前記シリコンウェハの剥離を、前記シリコンウェハを前記板状部材の鉛直上側に配置した状態で、前記板状部材を前記加熱を行うための加熱手段に対して相対的に移動させながら、繰り返し行い、
前記板状部材は導電性であり、前記液体中での前記板状部材の加熱は誘導加熱により行うことを特徴とする、シリコンウェハ剥離方法である。
第2の本発明は、前記シリコンウェハの外周部の一部が平面であり、
前記シリコンウェハの外周部の一部の平面と、前記板状部材の表面と、が接着剤を介して接着されていることを特徴とする、第1の本発明のシリコンウェハ剥離方法である。
第3の本発明は、前記シリコンウェハの剥離を行う際、前記板状部材の外周部の温度が前記板状部材の中心部の温度よりも高いことを特徴とする、第1または第2の本発明のシリコンウェハ剥離方法である。
第4の本発明は、複数のシリコンウェハが接着剤を介して接着された板状部材を支える支持部材と、
前記板状部材を加熱するための加熱手段と、
水平方向に、前記支持部材を前記加熱手段に対して相対的に送る送り機構と、
前記シリコンウェハを一枚ずつ剥離する剥離機構と、
前記シリコンウェハ、前記板状部材および前記支持部材を液体中に浸漬させるための水槽と、を備え、
前記シリコンウェハの剥離は、前記シリコンウェハを前記板状部材の鉛直上側に配置した状態で、前記板状部材を前記加熱手段に対して相対的に移動させながら、繰り返し行われ、
前記板状部材は導電性であり、前記加熱手段は誘導加熱コイルであることを特徴とする、シリコンウェハ剥離装置である。
第1の本発明に関連する発明は、板状部材に接着剤を介して接着された複数のシリコンウェハを、液体中で前記板状部材の加熱により前記板状部材から剥離することを特徴とする、シリコンウェハ剥離方法である。
第2の本発明に関連する発明は、前記シリコンウェハの外周部の一部が平面であり、
前記シリコンウェハの外周部の一部の平面と、前記板状部材の表面と、が接着剤を介して接着されていることを特徴とする、第1の本発明に関連する発明のシリコンウェハ剥離方法である。
第3の本発明に関連する発明は、前記板状部材の鉛直上側に前記シリコンウェハを配置した状態で、前記シリコンウェハの剥離を行うことを特徴とする、第2の本発明に関連する発明のシリコンウェハ剥離方法である。
第4の本発明に関連する発明は、前記板状部材を、前記加熱を行うための加熱手段に対して相対的に移動させながら、前記シリコンウェハの剥離を繰り返し行うことを特徴とする、第3の本発明に関連する発明のシリコンウェハ剥離方法である。
第5の本発明に関連する発明は、前記板状部材は導電性であり、前記液体中での前記板状部材の加熱は誘導加熱により行うことを特徴とする、第1から第4の何れかの本発明に関連する発明のシリコンウェハ剥離方法である。
第6の本発明に関連する発明は、前記シリコンウェハの剥離を行う際、前記板状部材の外周部の温度が前記板状部材の中心部の温度よりも高いことを特徴とする、第5の本発明に関連する発明のシリコンウェハ剥離方法である。
第7の本発明に関連する発明は、複数のシリコンウェハが接着剤を介して接着された板状部材を支える支持部材と、
前記板状部材を加熱するための加熱手段と、
水平方向に、前記支持部材を前記加熱手段に対して相対的に送る送り機構と、
前記シリコンウェハを一枚ずつ剥離する剥離機構と、
前記シリコンウェハ、前記板状部材および前記支持部材を液体中に浸漬させるための水槽と、を備えたことを特徴とする、シリコンウェハ剥離装置である。
第8の本発明に関連する発明は、前記板状部材は導電性であり、前記加熱手段は誘導加熱コイルであることを特徴とする、第7の本発明に関連する発明のシリコンウェハ剥離装置である。
本発明によって、たとえば、シリコンウェハの品質の劣化を抑制しつつシリコンウェハをより効率的に一枚ずつビーム材から剥離することが可能な、シリコンウェハ剥離方法、およびシリコンウェハ剥離装置を提供することができる。
本発明における実施の形態のシリコンウェハ剥離装置の模式的な斜視図 本発明における実施の形態のシリコンウェハ剥離装置の模式的な部分拡大側面図 本発明における実施の形態のシリコンウェハ剥離装置の模式的な部分正面図 従来の、シリコンインゴット、ビーム材、およびベースプレートが接着された構造体の模式的な正面図
以下、図面を参照しながら、本発明における実施の形態について詳細に説明する。
はじめに、図1を主として参照しながら、本実施の形態のシリコンウェハ剥離装置の構成について説明する。
ここに、図1は、本発明における実施の形態のシリコンウェハ剥離装置の模式的な斜視図である。
本実施の形態のシリコンウェハ剥離装置は、断熱材3と、誘導加熱コイル5と、送り機構4と、吸着パッド6と、水槽7と、を備える。
断熱材3は、複数のシリコンウェハ1a(図2および3参照)が接着剤8(図2および3参照)を介して接着された導電性のビーム材2を支えるための手段である。
誘導加熱コイル5は、ビーム材2を加熱するための手段である。
送り機構4は、水平方向に、断熱材3を誘導加熱コイル5に対して相対的に送るための手段である。
吸着パッド6は、シリコンウェハ1aを一枚ずつ剥離するための手段である。
水槽7は、シリコンウェハ1a、ビーム材2および断熱材3を水中に浸漬させるための手段である。
本実施の形態においては、送り機構4は誘導加熱コイル5を移動させずに断熱材3を移動させ、水槽7は誘導加熱コイル5をも水中に浸漬させる。
しかしながら、たとえば、送り機構4は断熱材3を移動させずに誘導加熱コイル5を移動させ、水槽7は誘導加熱コイル5を水中に浸漬させなくてももちろんよい。
なお、送り機構4が断熱材3を移動させる場合には水槽7のY方向の長さはほぼシリコンインゴット1のY方向の長さに等しい断熱材3のY方向の長さの二倍以上でなければならないが、送り機構4が誘導加熱コイル5を移動させる場合には水槽7のY方向の長さは断熱材3のY方向の長さ程度であればよい。
なお、断熱材3は本発明の支持部材の一例であり、誘導加熱コイル5は本発明の加熱手段の一例であり、送り機構4は本発明の送り機構の一例であり、吸着パッド6は本発明の剥離機構の一例であり、水槽7は本発明の水槽の一例である。
また、ビーム材2は、本発明の板状部材の一例である。
ここで、本実施の形態のシリコンウェハ剥離装置の構成についてより具体的に説明する。
最初に、ビーム材2について説明する。
ビーム材2の素材は、たとえば、ビーム材の素材として一般的に使用される、ガラス、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ベークライト(登録商標)、またはカーボンなどを利用する素材である。
ビーム材2の素材は、ビーム材2を誘導加熱によって発熱させる必要があるので、必然的に導電性の素材であるが、好ましくは、磁性体を含有する導電性の素材である。
ビーム材2の素材は、より好ましくは、カーボンなどの脆性材料、または磁性体粉(Ni、Co、Fe、およびフェライトなど)がエポキシ樹脂中に分散された素材である。ビーム材2の素材がカーボンである場合には、コストを下げることが可能である。
なお、ビーム材2の素材が金属などの延性材料である場合には、ワイヤーソーによる加工性が悪化する恐れがある。
本実施の形態においては、ビーム材2のサイズは110mm(X方向)×400mm(Y方向)×15mm(Z方向、つまり厚さ方向)である。
つぎに、接着剤8について説明する。
接着剤8は、一般的にしばしば使用される2液性エポキシ樹脂であってもよいし、2液性アクリル樹脂、または熱硬化性の1液性エポキシ樹脂であってもよい。
接着剤8が熱硬化性の1液性エポキシ樹脂であり、誘導加熱コイル5が接着剤8をその硬化温度で加熱することができる場合には、水を水槽7に満たさないで本実施の形態のシリコンウェハ剥離装置を接着剤8の硬化装置としても使用することによって生産性を向上することが可能である。
なお、接着剤8が2液性エポキシ樹脂である場合には硬化時間は約8時間であるが、接着剤8が熱硬化性の1液性エポキシ樹脂であって本実施の形態のシリコンウェハ剥離装置が接着剤8の硬化装置として使用される場合には硬化時間は1時間以内である。
本実施の形態においては、熱硬化性の1液性エポキシ樹脂としてのビスフェノールA型エポキシ樹脂およびビスフェノールF型エポキシ樹脂の重量比1:1の混合物に、ポリメルカプタン系マイクロカプセル型の硬化剤が配合された混合物(味の素(株)製、XBM−3300)が使用され、シリコンウェハ剥離装置が接着剤8の硬化装置として使用される。
つぎに、断熱材3について説明する。
断熱材3の素材は、誘導加熱が誘導加熱コイル5を利用して行われる際に発生する磁束を遮断しない任意の素材である。
本実施の形態においては、断熱材3の素材はフソーサーモ(扶桑工業社製)であり、断熱材3のサイズは180mm(X方向)×500mm(Y方向)×20mm(Z方向、つまり厚さ方向)である。
つぎに、誘導加熱コイル5について説明する。
本実施の形態においては、誘導加熱コイル5の素材は冷却水がその中心の空洞を流れる構造を持った銅管であり、銅管はビーム材2の底面の形状である長方形110mm(X方向)×400mm(Y方向)の辺に沿うように折り曲げられており、誘導加熱コイル5のサイズは110mm(X方向)×50mm(Y方向)である。
誘導加熱コイル5は水槽7に満たされた水の中で使用されるので、誘導加熱にともなう酸化を抑制しさらに水槽7内での放電を避けるために、誘導加熱コイル5の外周部はシリコンゴムで被覆されている。
なお、誘導加熱コイル5とビーム材2との間のZ方向の距離は、5mmである。
また、誘導加熱ユニット(Ameritherm社製、EASYHEAT)の使用周波数は、150〜400Hzである。
つぎに、水槽7について説明する。
本実施の形態においては、水槽7はガラス製であり、水槽7のサイズは500mm(X方向)×1000mm(Y方向)×500mm(Z方向、つまり深さ方向)である。
つぎに、送り機構4について説明する。
送り機構4は、スライス加工によって千数百枚のシリコンウェハ1aとなったシリコンインゴット1が接着されたビーム材2を、ビーム材2が最初に断熱材3にセットされた初期位置から、吸着パッド6が−Y側、つまり最も外側のシリコンウェハ1aを吸着することができる位置まで繰り返し移動するための手段である。
最後に、吸着パッド6について説明する。
吸着パッド6は、ベルヌーイチャックを利用してシリコンウェハ1aを吸着するための手段である。
なお、吸着されたシリコンウェハ1aは水中から空気中に搬送され搬送ベルトを経てシリコンウェハ専用のラックに収納され、シリコンウェハ1aの洗浄がラック毎にまたは一枚ずつ枚葉式で行われる。
つぎに、図2および3を主として参照しながら、本実施の形態のシリコンウェハ剥離装置の動作について説明する。
ここに、図2は本発明における実施の形態のシリコンウェハ剥離装置の模式的な部分拡大側面図(YZ平面図)であり、図3は本発明における実施の形態のシリコンウェハ剥離装置の模式的な部分正面図(XZ平面図)である。
なお、本実施の形態のシリコンウェハ剥離装置の動作について説明しながら、シリコンウェハ剥離方法の一実施の形態についても説明する。
さて、本実施の形態における剥離メカニズムは、要するにつぎの通りである。
スライス加工によって千数百枚のシリコンウェハ1aとなったシリコンインゴット1が接着剤8を介して接着されたビーム材2は、断熱材3にセットされて水で満たされた水槽7に設置されている。
したがって、シリコンインゴット1の周囲は水で満たされており、隣り合うシリコンウェハ1aの間の隙間にはスライス加工が行われた際に発生したシリコンスラッジ9(図2参照)が水を含んで詰まっている。
交流電流が誘導加熱コイル5に流されると、向きおよび強さの変化する磁力線が誘導加熱コイル5の周囲に発生し、渦電流がこの磁力線の影響を受けてビーム材2に流れ、ジュール熱が発生する。
誘導加熱がこのようにして開始されると、ビーム材2は80℃程度に加熱され、接着剤8も接触しているビーム材2からの熱伝導によって効率的に80℃程度に加熱される。
すると、接着剤8の密着強度は速やかに低下するので、シリコンウェハ1aを物理的な応力の印加によって容易にビーム材2から剥離することができるようになる。
そして、シリコンインゴット1は接着剤8を介したビーム材2からの熱伝導によって間接的にわずかに加熱されるだけであるので、シリコンウェハ1aの表面が酸素との反応で酸化することは極めて少なく、シリコンウェハ1aの品質が劣化する恐れはほとんどない。
ここで、剥離メカニズムについてより具体的に説明すると、つぎの通りである。
すなわち、ビーム材2において発生した熱が周囲の水に伝導し、ビーム材2に近い点A(図2参照)付近の水の温度が上昇し始める。
点A付近の水の温度は+Z方向、つまり鉛直上向き方向に関してより上側にある点B(図2参照)付近の水の温度よりも高くなるので、点A付近の水の比重が点B付近の水の比重よりも小さくなり、点A付近の水は+Z方向に向かって移動する。
すると、隣り合うシリコンウェハ1aの間の隙間に詰まっているシリコンスラッジ9を巻き込みながら点Aから点Bに向かう+Z方向の水流が、発生する。
シリコンスラッジ9のほとんどは、各々のシリコンスラッジ9のサイズはそれほど大きくないので、シリコンウェハ1aに固着せずに上記の水流に巻き込まれて+Z方向に移動し、あるものは点B付近を通過して外に出てゆき、あるものは点B付近に集積する。
なお、点B付近に集積したシリコンスラッジ9は、隣り合うシリコンウェハ1aの間の隙間の大きさをY方向に広げシリコンウェハ1aの剥離を助長する応力の発生に寄与する。
かくして、−Y側、つまり最も外側のシリコンウェハ1aは、隣り合うシリコンウェハ1aがより外側に存在しないので、吸着パッド6に向かって自然に倒れかって吸着パッド6に吸着され、水槽7の外に搬送される。
もちろん、ビーム材2が誘導加熱コイル5に対して相対的に移動させられながら、シリコンウェハ1aの剥離は繰り返し行われる。
シリコンスラッジ9のほとんどはシリコンウェハ1aが水槽7の外に搬送される時点でシリコンウェハ1aから遊離して水中に分散するので、剥離されたシリコンウェハ1aへのシリコンスラッジ9の付着を低減することが可能である。
そして、シリコンウェハ1aの剥離が行われる際、ビーム材2の外周部の温度がビーム材2の中心部の温度よりも高いことが好ましい。
前述した誘導加熱コイル5の形状によれば、誘導加熱コイル5に近いビーム材2の外周部の点CおよびD(図3参照)付近の水の温度は誘導加熱コイル5から遠いビーム材2の中心部の点E(図3参照)付近の水の温度よりも高くなるので、点CおよびD付近の接着剤8の密着強度は点E付近の接着剤8の密着強度と比較して低下しやすい。
したがって、剥離されたシリコンウェハ1aへの接着剤8の付着を低減しつつ、シリコンウェハ1aを容易にビーム材2から剥離することが可能である。
さらに、シリコンウェハ1aがビーム材2の鉛直上側に配置された状態で、シリコンウェハ1aの剥離が行われることが好ましい。シリコンウェハ1aがビーム材2の鉛直上側に配置される場合には、シリコンスラッジ9を上記の水流を利用して移動させることが可能である。
なお、シリコンウェハ1aがビーム材2の鉛直下側に配置される場合には、(1)シリコンウェハ1aの荷重が接着剤8に−Z方向、つまり鉛直下向き方向に作用するので、シリコンウェハ1aが予期せずビーム材2から脱落してしまったり、(2)接着剤8に作用する力が隣り合うシリコンウェハ1aの間の隙間に詰まっているシリコンスラッジ9の量、および/または隣り合うシリコンウェハ1aの密着の仕方によってばらつき、最も外側のシリコンウェハ1aのみを吸着パッド6に吸着することができなかったりする恐れがある。
水はその中でシリコンウェハ1aがビーム材2から剥離される本発明の液体の一例であり、他の液体の具体的な例としては、アルコール、エーテル、および乳酸などの洗浄剤がこれらに混合された水溶液などが挙げられ、液体は状況に応じて選択可能である。
そして、前述したように、誘導加熱コイル5は本発明の加熱手段の一例であり、他の加熱手段の具体的な例としては、超音波加熱手段、レーザ加熱手段、およびビーム材2に電極を接触させて直接的に電流を供給して加熱する接触電流供給加熱手段などが挙げられ、加熱手段は状況に応じて選択可能である。
このように、本実施の形態によれば、シリコンウェハの品質を劣化させることなく、人手を介さずにシリコンウェハの剥離を行うことができるので、半導体用のシリコンウェハの生産性が向上される。
本発明におけるシリコンウェハ剥離方法、およびシリコンウェハ剥離装置は、たとえば、シリコンウェハの品質の劣化を抑制しつつシリコンウェハをより効率的に一枚ずつビーム材から剥離することが可能であり、スライス加工後のシリコンウェハが接着剤を介して接着されたビーム材から半導体用のシリコンウェハを剥離するシリコンウェハ剥離方法、およびシリコンウェハ剥離装置に利用するために有用である。
1 シリコンインゴット
2 ビーム材
3 断熱材
4 送り機構
5 誘導加熱コイル
6 吸着パッド
7 水槽

Claims (4)

  1. 板状部材に接着剤を介して接着された複数のシリコンウェハを、液体中で前記板状部材の加熱により前記板状部材から剥離するシリコンウェハ剥離方法であって、
    前記シリコンウェハの剥離を、前記シリコンウェハを前記板状部材の鉛直上側に配置した状態で、前記板状部材を前記加熱を行うための加熱手段に対して相対的に移動させながら、繰り返し行い、
    前記板状部材は導電性であり、前記液体中での前記板状部材の加熱は誘導加熱により行うことを特徴とする、シリコンウェハ剥離方法。
  2. 前記シリコンウェハの外周部の一部が平面であり、
    前記シリコンウェハの外周部の一部の平面と、前記板状部材の表面と、が接着剤を介して接着されていることを特徴とする、請求項1に記載のシリコンウェハ剥離方法。
  3. 前記シリコンウェハの剥離を行う際、前記板状部材の外周部の温度が前記板状部材の中心部の温度よりも高いことを特徴とする、請求項1または2に記載のシリコンウェハ剥離方法。
  4. 複数のシリコンウェハが接着剤を介して接着された板状部材を支える支持部材と、
    前記板状部材を加熱するための加熱手段と、
    水平方向に、前記支持部材を前記加熱手段に対して相対的に送る送り機構と、
    前記シリコンウェハを一枚ずつ剥離する剥離機構と、
    前記シリコンウェハ、前記板状部材および前記支持部材を液体中に浸漬させるための水槽と、を備え
    前記シリコンウェハの剥離は、前記シリコンウェハを前記板状部材の鉛直上側に配置した状態で、前記板状部材を前記加熱手段に対して相対的に移動させながら、繰り返し行われ、
    前記板状部材は導電性であり、前記加熱手段は誘導加熱コイルであることを特徴とする、シリコンウェハ剥離装置。
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