(57)【要約】【課題】添え台に起因するワイヤのぶれを原因とした線状の凹凸をなくし、ウェハ表面の凹凸形状を平滑化することができるＧａＡｓ半導体ウェハの製造方法を提供する。【解決手段】ＧａＡｓの単結晶インゴット１３を添え台１４上に接着固定し、その単結晶インゴット１３を走行するワイヤソー１０に押し付けてスライスしてＧａＡｓ半導体ウェハＷを製造する方法において、添え台１４を、アルミナを主原料とし、且つその硬度がショアＤ硬さ３２〜３６の範囲となるものを選定し、その選定した添え台１４上に単結晶インゴット１３を接着固定し、ワイヤソー１０で単結晶インゴット１３の上部から切断すると共に下部を添え台１４の一部を含めて切断して単結晶インゴット１３をスライスする方法である。【選択図】図１
2010129586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓの単結晶インゴットを添え台上に接着固定し、その単結晶インゴットを走行するワイヤソーに押し付けてスライスしてＧａＡｓ半導体ウェハを製造する方法において、  前記添え台を、アルミナを主原料とし、且つその硬度がショアＤ硬さ３２〜３６の範囲となるものを選定し、その選定した添え台上に前記単結晶インゴットを接着固定し、前記ワイヤソーで前記単結晶インゴットの上部から切断すると共に下部を前記添え台の一部を含めて切断して前記単結晶インゴットをスライスすることを特徴とするＧａＡｓ半導体ウェハの製造方法。
【請求項２】
前記ワイヤソーにスラリーを供給して前記単結晶インゴットをスライスする際に、そのスラリーに含まれる研磨材として粒度の異なる２種類のアルミナを用いる請求項１に記載のＧａＡｓ半導体ウェハの製造方法。
【請求項３】
前記添え台の上面に、前記単結晶インゴットの下部外周に合わせて内周面断面が曲線となる支持溝が形成され、その支持溝の最底部が、前記単結晶インゴットと共に添え台が切断されたとき、ＧａＡｓ半導体ウェハを固定しつつ、その添え台の形状を保持できる厚さに形成される請求項１又は２に記載のＧａＡｓ半導体ウェハの製造方法。
【請求項４】
前記添え台の上面を、前記単結晶インゴットの外周の３０〜５０°分に対応する曲線に形成する請求項３に記載のＧａＡｓ半導体ウェハの製造方法。
【請求項５】
前記ワイヤソーの走行速度は、切断始めの走行速度をｖ１、切断中盤の走行速度をｖ２、切断後半の走行速度をｖ３としたとき、ｖ２＞ｖ３＞ｖ１となるように制御される請求項１〜４のいずれかに記載のＧａＡｓ半導体ウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＡｓの単結晶インゴットをワイヤソーを用いてスライスしてＧａＡｓ半導体ウェハを製造するＧａＡｓ半導体ウェハの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ結晶の半導体ウェハ（ＧａＡｓ半導体ウェハ）は、結晶成長によりＧａＡｓの単結晶インゴットを製作し、これを内周刃スライス・ワイヤソースライスなどの方法でスライスし、面取り作業・研磨作業を行って円盤状の鏡面ウェハに加工される。
【０００３】
半導体ウェハは、その結晶のもつ特性から、一定方向に割れやすい特性があり、加工工程の取り扱いや、加工装置での吸着などの搬送作業での割れ・欠けが発生してウェハ機能が保てずに廃棄しなければならない場合がある。特に、技術の進歩と原価低減により、ウェハの厚さを薄くする傾向にあり、ウェハの機械強度が低下することが原因で減少することはない。
【０００４】
また、これらのウェハを使用して製作される製品は、特性向上のため、外観的な破損は勿論のこと、研磨作業での鏡面化後の表面形状、例えばそり形状や表面の微細な凹凸などについても制限を設けることが多く、その規格値も様々になっている。共通しているのは、平滑であるほどよい傾向であることが共通の認識となっている。
【０００５】
これらの性能を維持するためには、加工する過程で原因となるものを発生させないような加工方法を確立させる必要がある。特に、初期作業の単結晶インゴットをスライスする作業において、切断時のそり形状やウェハ表面に発生した凹凸が、ウェハ研磨で表面を磨いた後でも、形状と凹凸の起伏が反映されて、完成したウェハ表面の形状に大きな影響を与えている。
【０００６】
これらの凹凸の原因となっているもののひとつに段差というものがある。これは、ワイヤソーで単結晶インゴットを切断するときに、何らかの原因で安定して切断していたワイヤにぶれが発生して線状の凹凸がウェハ表面に発生してしまう現象で、ウェハ表面を研磨し外観で凹凸が確認できない状態になっても、凹凸を計測する装置で確認すると、凹凸形状の名残が確認でき、そり形状や凹凸の評価数値を悪化させている。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２４８７４０号公報
【特許文献２】特開平１０−３３７６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
線状の凹凸形状を発生させる要因のひとつに、単結晶インゴットを切断するときに、単結晶インゴットを貼り付ける添え台に起因するものがある。この添え台は、単結晶インゴットをスライスするときに、ウェハの切り終わりに近づいた際に、ワイヤにひきずられてウェハが移動して破損するのを防ぐため、添え台に単結晶インゴットを接着剤で貼り付けて、ワイヤソーが切断終盤になり、単結晶インゴットを完全に切り終わった後でも、添え台部分は完全に切断されずに残るため、ウェハの破損防止の役割をする。
【０００９】
この添え台は、切断時のウェハ破損防止の役割しかないため使用後は廃棄されるもので、使い捨てになるために値段が安く、処分が簡単なものが選定される。実際の材質としては、安価なグレードのアルミナを焼き固めたもの、安価なレジンで成形されたプラスチック材が用いられる。
【００１０】
これらの材質は、安価であることと生産が比較的簡単であることから選定されているが、ワイヤソーの切断がＧａＡｓ部分から添え台部分へ移行するときに、材質の変化により硬さが変化し、ワイヤが不安定になってぶれが発生する場合があり、ウェハ部分にもワイヤのぶれが伝播して線状の凹凸がウェハ表面に発生することがある。
【００１１】
この凹凸は前述の通り、研磨工程を経て表面を鏡面化して、目視では確認できなくなっても、凹凸を計測すると、線状の凹凸の形状が残っているため、そり形状や凹凸の評価が悪くなる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、添え台に起因するワイヤのぶれを原因とした線状の凹凸をなくし、ウェハ表面の凹凸形状を平滑化することができるＧａＡｓ半導体ウェハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、ＧａＡｓの単結晶インゴットを添え台上に接着固定し、その単結晶インゴットを走行するワイヤソーに押し付けてスライスしてＧａＡｓ半導体ウェハを製造する方法において、前記添え台を、アルミナを主原料とし、且つその硬度がショアＤ硬さ３２〜３６の範囲となるものを選定し、その選定した添え台上に前記単結晶インゴットを接着固定し、前記ワイヤソーで前記単結晶インゴットの上部から切断すると共に下部を前記添え台の一部を含めて切断して前記単結晶インゴットをスライスするＧａＡｓ半導体ウェハの製造方法である。
【００１４】
請求項２の発明は、前記ワイヤソーにスラリーを供給して前記単結晶インゴットをスライスする際に、そのスラリーに含まれる研磨材として粒度の異なる２種類のアルミナを用いる請求項１に記載のＧａＡｓ半導体ウェハの製造方法である。
【００１５】
請求項３の発明は、前記添え台の上面に、前記単結晶インゴットの下部外周に合わせて内周面断面が曲線となる支持溝が形成され、その支持溝の最底部が、前記単結晶インゴットと共に添え台が切断されたとき、ＧａＡｓ半導体ウェハを固定しつつ、その添え台の形状を保持できる厚さに形成される請求項１又は２に記載のＧａＡｓ半導体ウェハの製造方法である。
【００１６】
請求項４の発明は、前記添え台の上面を、前記単結晶インゴットの外周の３０〜５０°分に対応する曲線に形成する請求項３に記載のＧａＡｓ半導体ウェハの製造方法である。
【００１７】
請求項５の発明は、前記ワイヤソーの走行速度は、切断始めの走行速度をｖ１、切断中盤の走行速度をｖ２、切断後半の走行速度をｖ３としたとき、ｖ２＞ｖ３＞ｖ１となるように制御される請求項１〜４のいずれかに記載のＧａＡｓ半導体ウェハの製造方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ワイヤソーでＧａＡｓの単結晶インゴットを切断する場合に使用する添え台としてショアＤ硬さ３２〜３６ものを選定することにより、添え台に起因するワイヤのぶれを原因とした線状の凹凸をなくし、ウェハ表面の凹凸形状を平滑化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２０】
ＧａＡｓ半導体ウェハの製造に用いるワイヤソーの一例を図１で説明する。
【００２１】
図１は、本発明のＧａＡｓ半導体ウェハの製造に用いるワイヤソーの一例を示す概略図である。
【００２２】
ワイヤソー１０は、三角形状に併設された３本の溝付きローラ１１，１１，１１と、これら溝付きローラ１１，１１，１１の外周面に軸方向に所定間隔を隔てて形成された各溝（図示せず）に対して螺旋状に巻き付けられた１本のワイヤ１２と、溝付きローラ１１，１１，１１の少なくとも１本を正逆方向に駆動することにより、溝付きローラ１１，１１，１１を正逆方向に回転させてワイヤ１２を双方向に走行させる駆動モータ（図示せず）と、ワイヤ１２を巻き取り、あるいは繰り出してワイヤ１２の双方向への移動を可能とするための一対のワイヤリール（図示せず）とを備える。
【００２３】
これらワイヤリールは、駆動モータの正逆回転の切り替えによるワイヤ１２の双方向への移動に対応してそれぞれワイヤ１２の繰り出しと巻き取りとを切り替えるように構成されている。また、これらワイヤリールは、ワイヤ１２の張力を一定に保持するテンショナとしても機能する。
【００２４】
そして、ワイヤソー１０の下方には、スライス対象としてのＧａＡｓの単結晶インゴット１３が添え台１４上に接着固定されて配置されている。この添え台１４の下部には、図示していないが、単結晶インゴット１３をワイヤ１２に押し付けるためのアクチュエータが設けられており、このアクチュエータで添え台１４を介して単結晶インゴット１３を上昇させてワイヤ１２に単結晶インゴット１３を押し付けるようになっている。
【００２５】
また、溝付きローラ１１，１１，１１で形成された三角形状の中心部には、単結晶インゴット１３の切断位置のワイヤ１２に研磨材（アルミナ）を含むスラリー１５を噴射・供給するためのノズル１６が設けられる。
【００２６】
このワイヤソー１０によるＧａＡｓの単結晶インゴット１３のスライスを説明する。
【００２７】
３本の溝付きローラ１１，１１，１１にワイヤ１２を巻き付け、ワイヤ１２にスラリー１５を供給し、溝付きローラ１１，１１，１１の回転力でノコギリのようにして単結晶インゴット１３をワイヤに押し付けながら切断する。
【００２８】
単結晶インゴット１３は、添え台１４に接着剤によって切断中に剥がれないように接着されており、単結晶インゴット１３の切断は、接着面とは反対側の方向（図示上方）から切断を開始し、単結晶インゴット１３を完全に切断した後、添え台１４の途中まで、添え台１４を完全に切断しない位置まで切断する。これは、添え台１４を完全に切断してしまうと切断動作のため左右に動いているワイヤ１２にＧａＡｓ半導体ウェハが飛ばされて、ＧａＡｓ半導体ウェハが破損するおそれがあるためである。
【００２９】
以上より、添え台１４に固定された複数のＧａＡｓ半導体ウェハＷが得られる。
【００３０】
本発明では、添え台１４としてアルミナを主原料とし、且つその硬度がショアＤ硬さ３２〜３６の範囲となるものを選定して用いる。この理由を以下に述べる。
【００３１】
一般に、この添え台１４としては、価格と入手の容易さ、処分方法などから安価なアルミナ材を焼き固めたものか、安価なプラスチックレジンを成型したものが用いられる。
【００３２】
いずれもＧａＡｓの単結晶インゴット１３よりも硬度が軟質であり、ＧａＡｓ部分から添え台１４部分の切断に移行するときには硬度などの機械的特性の差から、切断条件が変化し、これがワイヤ１２に伝わって図２に示すようなぶれが発生してしまう。この現象は、スライスの作業毎に発生するわけではなく、ある確率で発生し、コントロールが難しい。また、発生させる要因も複数あるため、発生の原因を完全に除去するのは難しい。
【００３３】
実際には、プラスチック材はレジンを成型しているので品質面で安定した硬さが得られ、アルミナ材よりもワイヤ１２に対してぶれが発生しにくいが、価格がアルミナ材のおよそ２倍するため、消耗部材として使用される添え台１４には、価格面でアルミナ材が適している。
【００３４】
しかし、アルミナ材は形状や焼き固める温度の均一性の影響で、様々な硬さの添え台１４が出来上がるため、ワイヤソー１０でのスライスの作業では、ウェハ表面の凹凸形状が不安定になりやすい。
【００３５】
また、最適な硬さがどの程度がよいか判定が難しいため、アルミナ材の硬さについては、焼き固めたときの出来次第であった。単結晶インゴット１３を接着固定してワイヤソー１０でスライスするときには、添え台１４の硬さの評価などは一切行わずにスライス作業を行い、スライス作業完了後に、スライス面に図３（ａ）、（ｂ）に示すような線状の凹凸３１が発生することが度々あった。
【００３６】
この凹凸３１は、完成ウェハの特性を悪くするため、アルミナ材の硬さについては、凹凸防止のため硬さを選定してコントロールし、安定したスライス作業を行う必要がある。
【００３７】
そこで、本発明者は、ショアＤ硬さの異なるアルミナ製の添え台１４を用いて実験を行い、スライス表面に発生する線状の凹凸の発生頻度を調査した。
【００３８】
この調査は、単結晶インゴット１３をショアＤ硬さの異なる各添え台上に接着固定した後各々スライス作業を行い、線状の凹凸の発生頻度を調べることにより行った。この発生頻度の調査は、切断後のＧａＡｓ半導体ウェハＷに線状の凹凸が発生しているか否かを目視で確認し、目視で確認できたものを発生数として計上している。また、スライス作業は、上述したワイヤソー１０を用いて行った。その結果を表１、２に示す。
【００３９】
【表１】
2010129586.tif 000003
【００４０】
【表２】
2010129586.tif 000004
【００４１】
表１に示すように、添え台の硬さを選定をしない場合に比べて、ショアＤ硬さ３２〜３６の範囲で選定した場合は、線状の凹凸の発生率が大幅に減少している。この発生率は、表２に示したように、ショアＤ硬さ３１以下のもの、ショアＤ硬さ３７以上のものと比較して低く、段差を低減する方法として有効であることが分かる。
【００４２】
本発明者は、この調査により、ショアＤ硬さ３２〜３６の範囲が最も線状の凹凸が発生せずに安定したスライス作業が行えることを突き止めた。
【００４３】
この硬さの選定結果の理由を説明する。
【００４４】
先ず、添え台１４を、アルミナを主原料とし、且つその硬度がショアＤ硬さ３２〜３６の範囲となるものを選定する。添え台の選定は、ある程度硬さを調整されて作製された添え台からショアＤ硬さが３２〜３６の範囲のものを選定して行うとよい。
【００４５】
図４に示すように、添え台１４は、その上面に、単結晶インゴット１３の下部外周に合わせて内周面断面が曲線となる支持溝４１を形成し、その支持溝４１の最底部が、単結晶インゴット１３と共に添え台１４が切断されたとき、ＧａＡｓ半導体ウェハＷを固定しつつ、その添え台１４の形状を保持できる厚さに形成するとよい。好ましくは、図５に示すように、添え台１４の上面を、単結晶インゴット１３の外周のθ＝３０〜５０°分に対応する曲線に形成するとよい。
【００４６】
その後、選定した添え台１４上に単結晶インゴット１３を接着固定する。この接着には、接着剤などを用いる。
【００４７】
最後に、単結晶インゴット１３を、上述のワイヤソー１０の走行するワイヤ１２に押し付けて、単結晶インゴット１３の上部から切断すると共に下部を添え台１４の一部を含めて切断して単結晶インゴット１３をスライスするとＧａＡｓ半導体ウェハＷが得られる。
【００４８】
ワイヤソー１０による単結晶インゴット１３のスライスは、上述したように、単結晶インゴット１３を完全に切断した後、アルミナ製の添え台１４の途中まで、完全に切断しない位置まで切断する。
【００４９】
ワイヤソー１０にスラリーを供給して単結晶インゴット１３をスライスする際に、そのスラリーに含まれる研磨材として粒度の異なる２種類のアルミナを用いるとよい。本発明のスラリーとは、アルミナと潤滑油と水とを混合したものである。
【００５０】
この２種類のアルミナの粒度は、切断速度とスライス後の表面状態にどの程度の平坦さが求められるかにより＃４００〜＃２０００の間から適宜選択するとよく、例えば、＃６００と＃１５００を用いる。
【００５１】
また、図６に示すように、切断始めからインゴット径の１／４程度の切断深さまでの範囲をｄ１、インゴット径の１／４程度から３／４程度までの範囲をｄ２、同様に３／４程度から切断終了までの範囲をｄ３としたとき、ワイヤソー１０の走行速度は、切断始めの範囲ｄ１での走行速度をｖ１、切断中盤の範囲ｄ２での走行速度をｖ２、切断後半の範囲ｄ３での走行速度をｖ３としたとき、ｖ２＞ｖ３＞ｖ１（但し、ｖ１，ｖ２，ｖ３は各々一定速度というわけではない）となるように制御されるとよい。
【００５２】
このようにワイヤ１２の速度を制御することで、ワイヤ１２のぶれが生じやすい切断始めと切断後半でのぶれを抑制でき、単結晶インゴット１３を高精度にスライスすることができる。
【００５３】
以上要するに本発明のＧａＡｓ半導体ウェハの製造方法によれば、添え台１４を、アルミナを主原料とし、且つその硬度がショアＤ硬さ３２〜３６の範囲となるものを選定し、その選定した添え台１４上に単結晶インゴット１３を接着固定し、ワイヤソー１０で単結晶インゴット１３の上部から切断すると共に下部を添え台１４の一部を含めて切断して単結晶インゴット１３をスライスすることにより、添え台に起因するワイヤ１２のぶれを原因とした線状の凹凸をなくし、ＧａＡｓ半導体ウェハＷ表面の凹凸形状を平滑化することができる。
【００５４】
ワイヤソー１０にスラリーを供給して単結晶インゴット１３をスライスする際に、そのスラリーに含まれる研磨材として粒度の異なる２種類のアルミナを用いることで、単結晶インゴット１３を高精度にスライスすることができる。
【００５５】
添え台１４の上面に、単結晶インゴット１３の下部外周に合わせて内周面断面が曲線となる支持溝４１を形成し、好ましくは、添え台１４の上面を、単結晶インゴット１３の外周のθ＝３０〜５０°分に対応する曲線に形成し、その支持溝４１の最底部が、単結晶インゴット１３と共に添え台１４が切断されたとき、ＧａＡｓ半導体ウェハＷを固定しつつ、その添え台１４の形状を保持できる厚さに形成することで、ワイヤ１２にひきずられてＧａＡｓ半導体ウェハＷが移動して破損するのを防止することができる。
【００５６】
ワイヤソー１０の走行速度を、切断始めの走行速度をｖ１、切断中盤の走行速度をｖ２、切断後半の走行速度をｖ３としたとき、ｖ２＞ｖ３＞ｖ１となるように制御することで、ワイヤ１２のぶれが生じやすい切断始めと切断後半でのぶれを抑制でき、単結晶インゴット１３を高精度にスライスすることができる。
【００５７】
本発明は、図１に示した円柱状の単結晶インゴット１３に限定されるものではなく、例えば横側ボート法により形成される台形状の単結晶インゴットにも適応可能である。
【００５８】
現状では最も安価な材料としてアルミナ材のものを使用して実験を行ったが、価格は高いがレジンにより作製した樹脂製の添え台についても同じように良好な結果が得られている。レジン製の添え台は、素材が違うため同等な比較はできないが、アルミナ材の硬さ試験と同等な検査をすると、ショアＤ硬さおよそ３３となるので、硬さを限定することにより同等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明のＧａＡｓ半導体ウェハの製造に用いるワイヤソーの一例を示す概略図である。
【図２】ＧａＡｓ半導体ウェハ切断面の線状の凹凸が発生する位置にワイヤが来たときの概略図である。
【図３】図３（ａ）は、ＧａＡｓ半導体ウェハ切断面の線状の凹凸が発生したときの概略図であり、図３（ｂ）は、その側面図である。
【図４】単結晶インゴットをスライスする際に用いるアルミナ製添え台の外観図である。
【図５】添え台の上面の曲線形状を説明する図である。
【図６】単結晶インゴットをスライスする際のワイヤソーの走行速度について説明する図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  ワイヤソー
１３  単結晶インゴット
１４  添え台
Ｗ  ＧａＡｓ半導体ウェハ
【図１】
2010129586.tif 000005
【図２】
2010129586.tif 000006
【図３】
2010129586.tif 000007
【図４】
2010129586.tif 000008
【図５】
2010129586.tif 000009
【図６】
2010129586.tif 000010