(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の単結晶インゴットの少なくとも一方端部に予め形成された基準断面に対して高い精度で平行な主面を有するウエハを簡便に切り出す方法であって、
前記基準断面は結晶学的に所定の面方位を有するように予め高い精度で切断されており、
所定の劈開片を前記基準断面の周縁近傍に液体の表面張力によって接合し、
前記劈開片は前記基準断面に接合する第一の面として完全に平坦な劈開面を有するとともに、その第一劈開面と交差する完全に平坦な第二の劈開面を有し、
それらの第一と第二の劈開面が交わる稜がスライサまたはワイヤソーによる切断面に対して平行になるように設定されることを特徴とする単結晶インゴットの切断方法。
【請求項２】
前記液体は油であることを特徴とする請求項１に記載の単結晶インゴットの切断方法。
【請求項３】
前記劈開片は化合物半導体からなることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶インゴットの切断方法。
【請求項４】
前記第一と第二の劈開面は４５〜１３５度の範囲内の立体角で互いに交差していることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の単結晶インゴットの切断方法。
【請求項５】
前記第一と第二の劈開面は８５〜９５度の範囲内の立体角で互いに交差していることを特徴とする請求項４に記載の単結晶インゴットの切断方法。
【請求項６】
前記インゴットは所定の治具を介して旋回手段に固定され、切断刃またはソーワイヤに平行に移動させ得る顕微鏡によって前記第一と第二の劈開面が交わる稜が観察され、前記旋回手段の旋回軸は前記顕微鏡の視野の可動範囲内に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載の単結晶インゴットの切断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は単結晶インゴットの切断方法に関し、特に、半導体や誘電体などの柱状単結晶インゴットからウエハを切り出す方法の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円柱状や角柱状の単結晶インゴットからウエハを切り出す場合、一般には内周刃スライサ、外周刃スライサ、ワイヤソーなどが用いられる。
【０００３】
ところで、電子部品用に用いられる半導体または誘電体などのウエハは、その主面が特定の結晶学的方位を有すべきことを求められる場合が多い。たとえば、一つの柱状単結晶インゴットから切り出される複数のウエハの各々が特定の主面方位Ａを有すべき場合、まず、その柱状インゴットの一方端部において高い精度でその面方位Ａを有する基準断面が形成される。
【０００４】
そのような基準断面を形成する場合、一般には、Ｘ線回折によってインゴットの結晶方位を求め、それに基づいて柱状インゴットの端部において面方位Ａを生じるように第一の断面をスライサによって形成する。そして、その第一の断面が正しく面方位Ａに一致しているかを確認するために再度Ｘ線回折によって測定し、もしその第一断面が面方位Ａから所定の許容量以上の角度量でずれていれば、そのずれ角度を補正するように第二の断面を再度スライサによって形成する。柱状インゴットの端面が所定の高精度で面方位Ａに一致する基準断面になるまで、このような操作が繰り返される。
【０００５】
こうして柱状インゴットの端部に高精度で面方位Ａを有する基準断面が形成された後には、たとえば図６に示されているようなマルチワイヤソーによって、面方位Ａの主面を有する複数のウエハが同時に切り出され得る。
【０００６】
図６の概略的な斜視図に示されたマルチワイヤソーにおいて、面方位Ａの基準断面１ａを有する円柱状単結晶インゴット１がカーボン治具２を介して固定治具３に固定されている。カーボン治具２は、インゴット１から切り出されたウエハが落下するのを防止して保持するために用いられる。固定治具３は、旋回ステージ１１上に設置される。ヘッドローラ１２には、複数のワイヤ１３が巻回されている。これらのワイヤ１３は、ヘッドローラ１２の回転によって、ワイヤ自体の長手方向に沿って移動させられる。ワイヤ１３としては、たとえばピアノ線が用いられ得る。図６に示されているような状態において、柱状インゴット１の基準断面１ａの周縁がツールスコープ１４によって観察される。ツールスコープ１４は、たとえば約４０倍の倍率を有している。
【０００７】
図７は、柱状インゴット１の基準断面１ａを正面から見た状態を表している。ツールスコープ１４は、ワイヤ１３に平行に移動させることができ、円状または楕円状の基準断面１ａの上部周縁が破線１４ａで示された距離で観察される。そして、基準断面１ａ内の水平方向ｘとワイヤ１３の長手方向とが平行になるように、旋回ステージ１１が調整旋回させられる。その後に固定された旋回ステージ１１とともにインゴット１が基準断面１ａ内の上方向ｙに沿ってゆっくりと上昇させられ、ｘ方向に沿って移動している複数のワイヤ１３によって、そのインゴット１から複数のウエハが切り出されることになる。
【０００８】
なお、ワイヤ１３の表面には、シリコンカーバイドまたはダイヤモンドなどの砥粒が混入された切断油が付与される。また、基準断面１ａ内の上方向ｙとインゴット１の上昇方向との平行性は、基準断面１ａの上部と下部にダイヤルゲージを当てて確認し、もしずれがあれば、旋回ステージ１１下のゴニオメータを用いて修正される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図７において、基準断面１ａ中のｘ方向をワイヤ１３の方向と平行に設定するためにツールスコープ１４によってその断面１ａの上部周縁を観察するとき、その周縁の最上点から左右方向に離れるにしたがってその高さが低下し、すなわち観察距離１４ａが変化する。したがって、もし基準断面１ａの最上点にツールスコープ１４の焦点を合わせたとすれば、そこから左右方向に離れるにしたがって焦点がずれ、その断面１ａの周縁像がぼやけて見えることになる。このようなことから、ツールスコープ１４を用いて基準断面１ａの周縁を直接観察しながらその断面１ａ中のｘ方向をワイヤ１３の方向に対して高精度で平行に設定することは容易ではない。
【００１０】
かかる状況からして、図８および図９に図解されているようなインゴットの切断方法が試みられている。図８は図７に類似しているが、図８においては基準断面１ａの上部においてカッタナイフの刃４が接合されている。図９は、図８におけるインゴット１を右側面から見た状態を表している。この図においてより明らかに見られるように、カッタナイフの刃４は、両面接合テープ５によって基準断面１ａの上部に接合されている。
【００１１】
このようにカッタナイフの刃４を利用したウエハの切り出し方法においては、図８に見られるように、刃４の刃先の高さはその中央から左右方向に離れても変わらず、観察距離１４ａは変化しない。すなわち、刃４の刃先の中央にツールスコープ１４の焦点を合わせても、そこから左右に離れるにしたがってその焦点が大きくずれるということがない。したがって、ツールスコープ１４を介して基準断面１ａの周縁を直接観察する場合に比べれば、カッタナイフの刃４を利用したウエハの切り出し方法では、面方位Ａにより近い主面を有するウエハを得ることができる。
【００１２】
しかしながら、カッタナイフの刃４はロール圧延された薄鋼板から加工されて作られ、基準断面１ａに接合されるその側面は必ずしも完全な平面ではない。また、両面接合テープ５は柔らかいポリマテープと粘着剤とからなっているので、カッタナイフの刃４を接合するときの押圧力が不均一な場合には、その刃先と基準断面１ａとの平行性がずれることもある。さらに、ツールスコープ１４を介して刃４の刃先を４０倍に拡大して観察したとき、その刃先はハレーシヨンをも伴って結構太い幅で見えることも多い。そのような場合、刃４の刃先の長手方向がワイヤ１３と平行になるように旋回ステージ１１を精度よく調整することが容易ではない。さらにまた、基準断面１ａ内のｘ方向の設定が終了した後に、その断面１ａからカッタナイフの刃４と両面接合テープ５を剥離するときにその刃先によって怪我をする危険性があり、両面接合テープ５を剥がすにも難儀することが多い。
【００１３】
以上のような従来技術における状況に鑑み、本発明は、柱状単結晶インゴットの端部に形成された基準断面に高い精度で平行である主面を有するウエハを簡便に切り出すことができる方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、柱状の単結晶インゴットの少なくとも一方端部に予め形成された基準断面に対して高い精度で平行な主面を有するウエハを簡便に切り出す方法において、その基準断面は結晶学的に所定の面方位を有するように予め高い精度で切断されており、所定の劈開片を基準断面の周縁近傍に液体の表面張力によって接合し、その劈開片は基準断面に接合する第一の面として完全に平坦な劈開面を有するとともに、その第一劈開面と交差する完全に平坦な第二の劈開面を有し、それらの第一と第二の劈開面が交わる稜がスライサまたはワイヤソーによる切断面に対して平行になるように設定されることを特徴としている。
【００１５】
なお、劈開片を基準断面上に接合する液体は油であることが好ましい。
【００１６】
劈開片としては、化合物半導体が好ましく用いられ得る。第一と第二の劈開面は４５〜１３５度の範囲内の立体角で互いに交差していることが好ましく、８５〜９５度の範囲内の立体角で互いに交差していることがさらに好ましい。
【００１７】
インゴットは所定の治具を介して旋回手段に固定され、切断刃またはソーワイヤに平行に移動させ得る顕微鏡によって第一と第二の劈開面が交わる稜が観察され、旋回手段の旋回軸はその顕微鏡の視野の可動範囲内に配置されていることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１の概略的な斜視図において、本発明による単結晶インゴットの切断方法の一実施形態が示されている。図１に示されているマルチワイヤソーは図６のものと同じであるが、図１においては単結晶ＩｎＰインゴット１の基準断面１ａ上に薄い直方体の劈開片６が油の表面張力によって接合されている。この劈開片６は、インゴット１と同じ材料のＩｎＰで形成されている。一般に、ＧａＡｓやＩｎＰのような化合物半導体は良好な劈開性を有するものが多く、劈開片６の材料として好ましく用いられ得る。
【００１９】
劈開は結晶中で規則正しく並んだ特定の原子面に沿って生じるので、その劈開された破断面は原子的オーダで平坦であり得る。これに伴って、二つの劈開面が交差してできる稜は、高い精度の直線性を有している。
【００２０】
図２は、図１の状態においてツールスコープ１４を介して劈開片６を観察した状態を概略的に示している。ツールスコープ１４内の拡大されて示されている十字線枠１４ｂ内の横線が、ワイヤ１３の長手方向に平行に設定される。そして、劈開片６の表面の内で基準断面１ａに接する面と幅の狭い上面とが交差する稜がその十字横線に対して平行になるように、旋回ステージ１１によって角度調整される。これによって、基準断面１ａ内の水平なｘ軸方向が正確にワイヤ１３の長手方向に対して平行になる。
【００２１】
図３の上面図とこれに対応する図４の側面図は、このような角度調整の過程を図解している。これらの図を参照して、まずツールスコープ１４が劈開片６の一方端に近い任意の第１の位置１４Ｉに配置される。ここで、ツールスコープ１４の焦点がワイヤ１３の上面Ｆ１に一致させられる。そして、顕微鏡視野内で十字線枠１４ｂ内の横線とワイヤ１３の側面とが一致させられる。次に、劈開片６の他方端に近い任意の第２の位置１４ＩＩへツールスコープ１４がワイヤ１３と平行に移動させられる。そして、その第２の位置１４ＩＩにおいて、十字線枠１４ｂ内の横線とワイヤ１３の側面とが正確に一致するようにツールスコープ１４が旋回させられる。これによって、ツールスコープ１４内の十字線枠１４ｂ内の横線とワイヤ１３とが正確に平行に設定されることになる。
【００２２】
その後、ツールスコープ１４の焦点が劈開片６の上面Ｆ２に一致させられる。そして、ツールスコープ１４を前後に移動させることによって、劈開片６の上面の長辺と十字線枠１４ｂ内の横線とが一致させられる。次に、前述の第１の位置１４Ｉ近傍へツールスコープ１４がワイヤ１３と平行に戻される。そして、前述の劈開片６の上面の長辺と十字線枠１４ｂ内の横線とが再度正確に一致するように、インゴット１が設置されている旋回ステージ１１が旋回させられる。これによって、インゴット１の基準断面１ａ中の水平なｘ方向とワイヤ１３の長手方向とが正確に平行に設定されたことになる。
【００２３】
このような角度調整の際に、ＩｎＰ劈開片６では基準断面１ａに接する面と幅の狭い上面とが互いに直交してその上面が水平面になるので、それらの面が交差する稜がツールスコープ１４によって明確に観察し易くなる。これによって、切断面方位の精度がさらに改善され得る。なお、一般的には、劈開片６の表面の内で基準断面１ａに接する面と幅の狭い上面とが成す立体角は４５〜１３５度の範囲内にあることが好ましく、８５〜９５度の範囲内にあることがより好ましい。また、劈開片６は油の表面張力によって接合されるので、基準断面１ａに対する劈開片６の接合と剥離が極めて容易になされ得る。
【００２４】
上述のような実施形態によって、ロットの異なる１４本の柱状ＩｎＰ単結晶インゴットサンプルから実際にウエハが切り出された。その場合に切り出されたウエハの主面方位と基準断面１ａの面方位との間におけるｘ方向のずれ角が図５に示されている。
【００２５】
すなわち、図５のグラフにおいて、横軸はｘ方向のずれ角（度）を表し、縦軸はインゴットサンプル個数を表している。このグラフの元になったずれ角の数値について統計的計算をしたところ、算術平均誤差ｅが０．００９度であり、標準偏差σが０．００５度であった。したがって、ｘ方向のずれ角について３σ管理したとすれば、本発明の切断方法はｘ方向に関してｅ＋３σ＝０．０２４度の誤差範囲内に抑える能力を有している。
【００２６】
比較のために上述のカッタナイフの刃を利用する切断方法を同じサンプル数について行ったところ、算術平均誤差ｅが０．０２５度であり、標準偏差σが０．００９度であった。したがって、この比較例の切断方法において３σ管理したとすれば、その切断方法はｘ方向に関してｅ＋３σ＝０．０５２度の誤差範囲内に抑える能力を有していることになる。このような比較例と上述の実施形態との比較から明らかなように、本発明の切断方法によって切り出されたウエハの面方位の精度が顕著に改善され得ることが分かろう。
【００２７】
なお、以上の実施形態では基準断面１ａに劈開片６を接合するのに油の表面張力が利用されたが、望まれる場合には水の表面張力が利用されてもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態による単結晶インゴットの切断方法を示す概略的な斜視図である。
【図２】  図１におけるツールスコープの視野を示す上面図である。
【図３】  インゴットの基準断面の水平方向とソーワイヤとの平行性を設定する方法を図解する上面図である。
【図４】  図３に対応する側面図である。
【図５】  本発明の一実施形態による単結晶インゴットの切断方法における角度精度を表すグラフである。
【図６】  従来の単結晶インゴットの切断方法を示す概略的な斜視図である。
【図７】  図６におけるインゴットの基準断面を正面から見た状態を表す図である。
【図８】  先行技術において試みられた切断方法を示す正面図である。
【図９】  図８におけるインゴットを右側面から見た状態を表す図である。
【符号の説明】
１  柱状単結晶インゴット、１ａ  基準断面、２  カーボン治具、３  固定治具、４  カッタナイフの刃、５  両面接着テープ、６  劈開片、１１  旋回ステージ、１２  ヘッドローラ、１３  ワイヤ、１４  ツールスコープ、１４ａ  ツールスコープを介した視線、１４ｂ  ツールスコープの視野、１４Ｉ  ツールスコープの第１の位置、１４ＩＩ  ツールスコープの第２の位置、Ｆ１  ツールスコープの第１の焦点面、Ｆ２  ツールスコープの第２の焦点面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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