(57)【要約】インゴットをスライスしてウェハとするための装置、例えば単結晶シリコンインゴット若しくは多結晶シリコンインゴットをスライスして半導体ウェハとするための装置に使用されるワイヤーソー梁部に関する。当該ワイヤーソー梁部は、熱硬化性樹脂及びカーボンナノチューブを含むポリマー複合材料から構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶インゴット若しくは多結晶インゴットをスライスして半導体ウェハとするための装置であって、
当該インゴットをスライスしてウェハとするためのワイヤーウェブと、
スライスの間上記インゴットをサポートするためのヘッドを含むフレームと、を備え、
上記ヘッドは、
インゴットホルダーと、
熱硬化性ポリマー樹脂及びカーボンナノチューブを含むポリマー複合材料から構成されるワイヤーソー梁部と、を備える装置。
【請求項２】
上記熱硬化性ポリマー樹脂は、エポキシ樹脂である請求項１記載の装置。
【請求項３】
上記エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル、トリフェノメタンのトリグリシジルエーテル、ノボラックのポリグリシジルエーテル、クレゾールノボラックのポリグリシジルエーテル、ナフタレンフェノールのポリグリシジルエーテル、及びそれらのメチル、エチル、プロピル、ブチル置換されたバージョン並びにそれらの混合物からなる群から選択される請求項２記載の装置。
【請求項４】
上記ワイヤーソー梁部におけるカーボンナノチューブの量は、約０．０１質量％〜約５０質量％である請求項１記載の装置。
【請求項５】
上記ワイヤーソー梁部におけるカーボンナノチューブの量は、約０．０１質量％〜約３質量％である請求項１記載の装置。
【請求項６】
上記ワイヤーソー梁部におけるカーボンナノチューブの量は、約０．１質量％〜約５０質量％である請求項１記載の装置。
【請求項７】
上記ワイヤーソー梁部におけるカーボンナノチューブの量は、約１質量％〜約５０質量％である請求項１記載の装置。
【請求項８】
単結晶インゴット若しくは多結晶インゴットをスライスして半導体ウェハとするための装置において使用されるアセンブリであって、
インゴットホルダーと、
熱硬化性ポリマー樹脂及びカーボンナノチューブを含むポリマー複合材料からなるワイヤーソー梁部と、を備えるアセンブリ。
【請求項９】
上記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂である請求項８記載のアセンブリ。
【請求項１０】
上記エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル、トリフェノメタンのトリグリシジルエーテル、ノボラックのポリグリシジルエーテル、クレゾールノボラックのポリグリシジルエーテル、ナフタレンフェノールのポリグリシジルエーテル、及びそれらのメチル、エチル、プロピル、ブチル置換されたバージョン並びにそれらの混合物からなる群から選択される請求項９記載のアセンブリ。
【請求項１１】
上記ワイヤーソー梁部におけるカーボンナノチューブの量は、約０．０１質量％〜約５０質量％である請求項８記載のアセンブリ。
【請求項１２】
上記ワイヤーソー梁部におけるカーボンナノチューブの量は、約０．０１質量％〜約３質量％である請求項８記載のアセンブリ。
【請求項１３】
上記ワイヤーソー梁部におけるカーボンナノチューブの量は、約０．１質量％〜約５０質量％である請求項８記載のアセンブリ。
【請求項１４】
上記ワイヤーソー梁部におけるカーボンナノチューブの量は、約１質量％〜約５０質量％である請求項１記載のアセンブリ。
【請求項１５】
単結晶インゴット若しくは多結晶インゴットをスライスして半導体ウェハとするためのワイヤーソーとともに使用するワイヤーソー梁部であって、
熱硬化性ポリマー樹脂及びカーボンナノチューブを含むポリマー複合材料から構成されるワイヤーソー梁部。
【請求項１６】
上記熱硬化性ポリマー樹脂は、エポキシ樹脂である請求項１５記載のワイヤーソー梁部。
【請求項１７】
上記エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル、トリフェノメタンのトリグリシジルエーテル、ノボラックのポリグリシジルエーテル、クレゾールノボラックのポリグリシジルエーテル、ナフタレンフェノールのポリグリシジルエーテル、及びそれらのメチル、エチル、プロピル、ブチル置換されたバージョン並びにそれらの混合物からなる群から選択される請求項１６記載のワイヤーソー梁部。
【請求項１８】
上記ワイヤーソー梁部におけるカーボンナノチューブの量は、約０．０１質量％〜約５０質量％である請求項１５記載のワイヤーソー梁部。
【請求項１９】
上記ワイヤーソー梁部におけるカーボンナノチューブの量は、約０．０１質量％〜約３質量％である請求項１５記載のワイヤーソー梁部。
【請求項２０】
上記ワイヤーソー梁部におけるカーボンナノチューブの量は、約０．１質量％〜約５０質量％である請求項１５記載のワイヤーソー梁部。
【請求項２１】
上記ワイヤーソー梁部におけるカーボンナノチューブの量は、約１質量％〜約５０質量％である請求項１５記載のワイヤーソー梁部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、単結晶インゴット若しくは多結晶インゴットと、スライスされてウェハとされるインゴット及び他の材料のワイヤーソーカッティングの際に使用されるインゴットホルダーとの間の介在接合材料(intermediate bonding material)であるワイヤーソー梁部の熱的及び構造的特性を向上させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体級ウェハ(semiconductor-grade wafers)は、一般的に、単結晶インゴット、例えば単結晶シリコンインゴットから作製される。当該インゴットはスライスされ個々のウェハとされる。その後当該ウェハは、スライスオペレーションにより発生したダメージを取り除くため、そして均一な厚さを有し、仕上げフロント面を有する比較的滑らかに仕上げられたウェハを作製するため、複数のプロセスオペレーション（具体的には、ラッピング、エッチング及び研磨）に供される。
【０００３】
内径（”ＩＤ”）ソー若しくはワイヤータイプのソー（”ワイヤーソー”）を用いてインゴットをスライスしシリコンウェハとしてもよい。ワイヤーソーは、一般的に、より効率的である。これは、ワイヤーソーは、一度に１つのウェハしか作製することができないＩＤソーと比較して、一度に全インゴットをスライスすることができるからである。
【０００４】
１の結晶シリコンインゴットをスライスして各ウェハとするための具体的なワイヤーソースライス装置を図１に示す。当該装置は、全体を通して２１により示す。他の具体的なワイヤーソースライス装置は、米国出願公開第２００３／０１７０９４８に例示され記載されている。当該内容は、本明細書において引用して援用する。商業的に入手可能なワイヤーソースライス装置には、例えば、スイスのシェゾー(Cheseaux)にあるＨＣＴシェーピングシステムにより製造されたモデル３００Ｅ１２−Ｈが含まれる。本開示の範囲を逸脱しない限り、他のモデル及び他のタイプのワイヤーソースライス装置を使用してもよい。
【０００５】
当該装置は、概して、ワイヤーウェブ２７をサポートする４つのワイヤーガイド２５（特に２つが図示されている）が備え付けられたフレーム２３を含む。さらに、当該フレームには、インゴット３０を上記ウェブに押圧するため、当該フレームに対して移動する可動式スライド若しくはヘッド２９が備え付けられている。当該スライド若しくはヘッドには、インゴット３０がマウントされる。
【０００６】
ワイヤーガイド２５は略円柱状であり、複数の外周溝（不図示）を有する。当該外周溝は、ワイヤーウェブ２７を構成する各ワイヤーセグメントを受容し、正確な間隔で離間されている。当該溝間の間隔により、ワイヤーセグメント間の間隔は決定され、それにより、スライスされたウェハの厚さが決定される。ワイヤーガイド２５は、ワイヤーセグメントの長手方向若しくは軸方向に移動するように、ベアリングを中心に回転する。カッティングスラリーが導管３２によりワイヤーウェブ２７に向けられている。
【０００７】
シリコンウェハが作製されるウェハスライスオペレーションにおいて、単結晶シリコンインゴットはインゴットホルダー５３にマウントされ、インゴットホルダー５３はテーブル５１によりワイヤーソー装置に保持される。インゴット３０は、ワイヤーソー梁部に接着される。インゴットホルダー５３及びインゴット３０の両表面は、適切な接着剤を用いてワイヤーソー梁部に取り付けられる。
【０００８】
インゴット及びインゴットホルダーをワイヤーソー梁部に保持する接着剤が硬化した後、当該アセンブリを反転させ上記ワイヤーソーにマウントさせる。当該インゴットを、速度の速い極細のワイヤーの”ウェブ”まで徐々に降下させる。カッティング動作は、ワイヤーウェブに研磨スラリーを注ぎながらなされる。当該ワイヤーウェブは、実際、一のスプールから他のスプールまで供給される１のワイヤーである。スライス直後、”切断された”ウェハは、一連の薬剤槽において洗浄され、残留スラリーが除去される。その後、ウェハは研磨され洗浄される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ワイヤーソースライスを行うことにより、切断位置に相当する可動フロント(moving front)において摩擦熱が発生する。熱はスラリーによって部分的に移動するけれども、残余の熱は、インゴット、ワイヤーソー梁部及びインゴットホルダーアセンブリを介して伝導される。当該３つの中で、ワイヤーソー梁部を作製するために従来から使用されているエポキシ樹脂は、振動減衰性がそれ程高くないこと、熱拡散係数（ＣＴＥ）が大きいこと及び熱伝導率が最も低いことにより特徴付けられる材料特性を有する。当該ワイヤーソー梁部のエポキシ樹脂のこれらの特性は、スライスが行われた結果インゴットの剛性が実質的に低下する場合に、特に、スライスオペレーションの終盤に向かうに従って、スライスされたウェハの表面品質に影響を及ぼすことに関与していると考えられている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そのため、簡潔に言えば、本開示は、ワイヤーソースライスにおいて使用されるワイヤーソー梁部に関し、特に、ポリマー樹脂及びカーボンナノチューブを含むポリマー複合材料から構成されるワイヤーソー梁部に関する。
【００１１】
当該開示内容のある態様は、単結晶インゴット若しくは多結晶インゴットをスライスして半導体ウェハとするための装置に関する。当該装置は、インゴットをスライスしてウェハとするためのワイヤーウェブを含む。また、当該装置は、フレームを含む。当該フレームは、スライスの間インゴットをサポートするヘッドを備え、当該ヘッドは、インゴットホルダー及びワイヤーソー梁部を有する。当該ワイヤーソー梁部は、熱硬化性ポリマー樹脂及びカーボンナノチューブを含むポリマー複合材料から構成される。
【００１２】
当該開示内容の別の態様は、単結晶インゴット若しくは多結晶インゴットをスライスして半導体ウェハとするための装置に使用されるアセンブリに関する。当該アセンブリは、インゴットホルダー及びワイヤーソー梁部を有する。当該ワイヤーソー梁部は、熱硬化性ポリマー樹脂及びカーボンナノチューブを含むポリマー複合材料から構成される。
【００１３】
当該開示内容のさらに別の態様は、単結晶インゴット若しくは多結晶インゴットをスライスして半導体ウェハとするためのワイヤーソーとともに使用するワイヤーソー梁部に関する。当該ワイヤーソー梁部は、熱硬化性ポリマー樹脂及びカーボンナノチューブを含むポリマー複合材料から構成される。
【００１４】
本開示内容の上述の態様に関して言及した特徴について様々な改良が存在する。また、本開示内容の上述の態様に、別の特徴を追加してもよい。これらの改良及び追加された特徴は、個別に若しくは組み合わせて存在してもよい。例えば、本開示内容の図示された実施の形態に関して、以下に説明する様々な特徴を本開示内容の上述の態様のいずれかに単独で若しくはいずれかを組み合わせて組み入れてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、ワイヤーソースライス装置を図示する。
【図２】図２は、ワイヤーソー梁部を介してインゴットホルダーに固定されたインゴットを図示する。  対応する参照文字は、図面を通して対応する部材を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示内容は、ワイヤーソー梁部の作製において有益なポリマー複合材料に関する。当該ワイヤーソー梁部は、単結晶シリコンインゴット及び他の材料から調製されたインゴットをワイヤーソーカットする際にインゴットホルダーとともに使用される。以下、図２を参照する。ワイヤーソー梁部１０１は、インゴットホルダー５３と単結晶インゴット３０との間の接合部分として機能する。ワイヤーソー梁部１０１は、適当な接着剤を用いて、インゴットホルダー５３とインゴット３０との間の適切な位置に保持される。図２にワイヤーソースライスオペレーションが実施された後のインゴット３０を示す。
【００１７】
結晶インゴットは、典型的には、単結晶シリコンインゴット若しくは多結晶シリコンインゴットであり、より典型的には単結晶シリコンインゴットである。単結晶シリコンが半導体級ウェハのための好ましい材料であるけれども、他の半導体材料を使用してもよい。
【００１８】
図２に示すインゴットホルダーは、スチール若しくは例えばＩＮＶＡＲ（いくらかのカーボンとクロムとを含む鉄（６４％）とニッケル（３６％）との合金）等の他の材料から構成されていてもよい。
【００１９】
ある実施の形態では、ワイヤーソー梁部１０１を作製するために使用されるポリマー複合材料は、従来のワイヤーソー梁部材料と比較して振動減衰（エネルギー散逸）特性が増加したこと、堅さが増加したこと、熱伝導率が増大したこと、及び熱拡散係数が減少したことにより特徴付けられる。当該ポリマー複合材料は、ワイヤーソー梁部の製造の間、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を加えることにより調製することができる。ある実施の形態では、カーボンナノチューブを含むポリマー複合材料は、インゴットホルダーとシリコンインゴットとの間の接合部分材料として有益である。ここで、インゴットホルダーは、シリコンインゴットのワイヤーソーカッティングにおいて使用される。ここで記載する超物理的特性を有するポリマー複合材料により、スライスされたウェハはより品質の高い表面を有することとなる。
【００２０】
ある実施の形態によれば、ワイヤーソー梁部１０１は、ポリマー樹脂及びカーボンナノチューブを含むポリマー複合材料からなる。当該ポリマー複合材料を調製するために使用される適切なポリマー樹脂には、熱硬化性ポリマー樹脂が含まれる。特に適切な熱硬化性ポリマー樹脂はエポキシ樹脂である。ある実施の形態では、当該エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル、トリフェノメタンのトリグリシジルエーテル、ノボラックのポリグリシジルエーテル、クレゾールノボラックのポリグリシジルエーテル、ナフタレンフェノールのポリグリシジルエーテル、及びそれらのメチル、エチル、プロピル、ブチル置換体並びにそれらの混合物からなる群から選択される。具体的なエポキシ樹脂には、液体のエポキシ樹脂から抽出された、二官能性のビスフェノールＡ／エピクロルヒドリン（例えば、テキサス州ヒューストンのヘキソンスペシャルティケミカルズから入手可能なＥＰＯＮ樹脂８２８）；エピクロルヒドリン及びビスフェノール−Ｆから抽出された低粘性で液体のビスフェノール−Ｆのジグリシジルエーテルエポキシ樹脂（例えば、テキサス州ヒューストンのレゾリューションパフォーマンスプロダクツから入手可能なＥＰＯＮ樹脂８６２）；及びシステム２０００エポキシラミネーティングシステム（オハイオ州ブルックビルのファイバグラストディベロップメント社から入手可能）が含まれる。
【００２１】
典型的には、インゴットホルダー及び結晶インゴットは、堅さ及び強度の点で匹敵する。ワイヤーソー梁部において使用される従来のエポキシ樹脂は、インゴットホルダー及び結晶インゴットと比較して堅さ及び強度が低いことにより特徴付けられる。シリコンインゴット、スチールインゴットホルダー及び従来のエポキシ樹脂梁部の特性を以下の表１に示す。
【表１】
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【００２２】
従来のエポキシ樹脂については、熱伝導率が最も低いこと、熱拡散係数が最も大きいこと、及びヤング率（堅さのインジケータ）が最も小さいことが表１から明らかである。従来のエポキシ樹脂梁部のこれらの特性は、スライスを行った結果としてインゴットの堅さが実質的に低下する場合に、特にスライスオペレーションの終盤に向かうに従って、スライスされたウェハの表面品質に悪影響を及ぼす。
【００２３】
ワイヤーソー梁部のこれらの物理的特性及び他の物理的特性の改善は、従来のエポキシ樹脂をカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）で強化することにより達成されうる。加えられるカーボンナノチューブは、シングルウォールナノチューブ（ＳＷＮＴ）、ダブルウォールナノチューブ（ＤＷＮＴ）若しくはマルチウォールナノチューブ（ＭＷＮＴ）を含む、いくつかの種類のＣＮＴのいずれであってもよい。上述のタイプのカーボンナノチューブは、いくつかの生産源から商業的に入手可能である。そのような製造メーカーの一つは、ヘリックスマテリアルソリューションズ（テキサス州リチャードソン）である。
【００２４】
カーボンナノチューブの種類によって、それらの直径及び比表面積は変動しうる。例えば、ＳＷＮＴは、約１ｎｍ〜約２ｎｍ、典型的には、約１．２ｎｍ〜約１．４ｎｍ、例えば約１．３ｎｍの直径を有していてもよい。ＤＷＮＴは、典型的には、約４ｎｍのオーダーの直径を有する。約１０ｎｍ未満、約１０ｎｍ〜約２０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約４０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約６０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約１００ｎｍの直径を有するＭＷＮＴを利用することができる。比表面積に関し、ＳＷＮＴ及びＤＷＮＴは、概して、３００ｍ２／ｇ〜約６００ｍ２／ｇの表面積を有する。ＭＷＮＴは、概して、４０ｍ２／ｇ〜約３００ｍ２／ｇの表面積を有する。全てのタイプのカーボンナノチューブは、概して約０．５μｍ〜約４０μｍの長さを有しうる。ナノチューブは、より短い長さ、例えば約０．５μｍ〜約３μｍ若しくは約１μｍ〜約２μｍを有するように調製してもよい。
【００２５】
堅さ、引張強度、低密度のため、ワイヤーソー梁部として使用されるポリマー複合材料にカーボンナノチューブを加えるが特に好適である。例えば、カーボンナノチューブは、約１ＴＰａの理論的ヤング率を有し（ＳＷＮＴ）、さらに約１．２５ＴＰａの理論的ヤング率を有する（ＭＷＮＴ）。これは、従来のエポキシ樹脂材料のヤング率よりおよそ２オーダー高い。そのため、約６０ＧＰａの最大引張強度を有するカーボンナノチューブが作製された。カーボンナノチューブの密度は、概して、約１．３×１０−６ｋｇ／ｍｍ３〜約１．４×１０−６ｋｇ／ｍｍ３である。これは、エポキシ樹脂材料の密度未満である。そのため、カーボンナノチューブは、ワイヤーソー梁部の重量をそれ程増加させない。
【００２６】
改善された堅さ、強度、振動減衰性等の有利な特性を達成するため、カーボンナノチューブを約５０質量％の量でポリマー複合材料に加えてもよい。カーボンナノチューブの当該量はより低いことが好ましい。これは、コストを考慮したためであり、カーボンナノチューブの濃度が増加するにしたがって、リターンが減少するからである。したがって、約２０質量％未満、好ましくは約１０質量％未満、より好ましくは約５質量％未満、例えば約３質量％未満の量でカーボンナノチューブをポリマー複合材料に加えてもよい。増加した振動減衰特性、増加した複合材料の堅さ、増加した複合材料の熱伝導率、減少した熱拡散係数等の所望の効果を達成するため、約０．０１質量％の量でカーボンナノチューブをポリマー複合材料に加えてもよい。したがって、カーボンナノチューブの濃度は、好ましくは約０．０１質量％〜３質量％、例えば、約１質量％〜約２質量％である。
【００２７】
ある実施の形態では、ワイヤーソー梁部におけるカーボンナノチューブの量は、約０．０１質量％〜約５０質量％である。他の実施の形態では、ワイヤーソー梁部におけるカーボンナノチューブの量は、約０．０１質量％〜約２５質量％、約０．０１質量％〜約１０質量％、約０．０１質量％〜約５質量％、約０．０１質量％〜約３質量％、約０．０１質量％〜約１質量％、さらには約０．０１質量％〜約０．１質量％である。さらに別の実施の形態では、ワイヤーソー梁部におけるカーボンナノチューブの量は、約０．１質量％〜約５０質量％、約１質量％〜約５０質量％、約３質量％〜約５０質量％、約５質量％〜約５０質量％、約１０質量％〜約５０質量％、さらには約２５質量％〜約５０質量％である。
【００２８】
ＣＮＴは、ディメンジョンが極めて小さいことによって特徴付けられるため、エポキシ樹脂にそれらを確実に均一分散させるのに特別のケアーが必要である。ある実施の形態において、高剪断混合機を使用して、高分子反応の前及び／又は間にＣＮＴをエポキシ樹脂マトリクス内に分散させる。カーボンナノチューブを加えること以外、エポキシ樹脂を、実質的に製造メーカーにより与えられた指示にしたがって調製してもよい。当該樹脂内にＣＮＴを分散させることを助力するため、超音波処理を用いてもよい。さらに、当該樹脂と相溶性を有する有機溶媒、例えばアセトンを加えて、樹脂マトリクスにおける均一分散性を向上させてもよい。さらに、分散剤、例えば、表面活性剤を高分子反応の間加えてもよい。当該溶媒及び分散剤は、当該分野において知られた方法により除去してもよい。
【００２９】
高分子化後、カーボンナノチューブ及び任意の溶媒を含む、軟性の水性エポキシ樹脂材料を型に注入する。エポキシ製造メーカーの指示によって推奨された温度に設定されたオーブン内で焼成することにより、型内においてエポキシ樹脂を硬化させる。硬化後、硬化されたエポキシ樹脂を含むワイヤーソー梁部を当該型から取り出し、適切な接着剤を使用して、梁部の主要な長手方向面に沿ってインゴットホルダーに取り付ける。
【００３０】
ＣＮＴ強化マトリクスの適切な特性評価は、ＡＳＴＭのような標準化テスト法を用いたテストによりなされる。
【００３１】
本発明について詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲に規定されている本発明の技術的範囲から逸脱しない限り、様々な修正及び変更が可能であることは明らかである。
【００３２】
本発明の開示内容若しくは好ましい実施の形態に係る構成要素を導入するとき、冠詞”ａ”、”ａｎ”、”ｔｈｅ”、及び”ｓａｉｄ”は、１以上の構成要素が存在することを意味する。”含む（comprising）”、”包含する（including）”及び”有する（having）”なる用語は、包括的であることを意図し、列挙された構成要素以外の付加的な構成要素が存在してもよいことを意味する。
【００３３】
上記を参酌することにより、本開示内容のいくつかの目的が達成され、他の有利な結果が得られることは理解されよう。
【００３４】
上記製品及び方法において、本開示内容の技術的範囲から逸脱しない限り、様々に変更しうるので、上記詳細な説明に含まれ、そして添付の図面において示された全ての構成要件は、例示的と理解すべきであり、限定するものと解すべきではない。
【図１】
2011512036.tif 000004
【図２】
2011512036.tif 000005
【国際調査報告】
2011512036.tif 000006
2011512036.tif 000007
2011512036.tif 000008