(57)【要約】【課題】極性軸を有する単結晶を、平面状の切断面を有するスライスに出来るだけ簡単に且つ低コストで切断することのできる方法を提供する。【解決手段】第１の極性軸Ｐ１を有する単結晶１を切断する方法は、単結晶１を、切断工具２に対し、第１の極性軸Ｐ１が目標の切断平面ＳＥに対して略垂直に向くように配置する過程と、第２の極性軸Ｐ２を有する少なくとも１つのさらなる単結晶５を、第１の極性軸Ｐ１と第２の極性軸Ｐ２とが略平行でありながら反対に向くように配置する過程と、切断工具２を、目標の切断平面ＳＥに沿って、単結晶１と少なくとも１つのさらなる単結晶５とに同時に案内する過程と、を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の極性軸（Ｐ１）を有する単結晶（１）を切断する方法であって、
前記単結晶（１）を、切断工具（２）に対し、前記第１の極性軸（Ｐ１）が目標の切断平面（ＳＥ）に対して略垂直に向くように配置する過程と、
第２の極性軸（Ｐ２）を有する少なくとも１つのさらなる単結晶（５）を、前記第１の極性軸（Ｐ１）と前記第２の極性軸（Ｐ２）とが略平行でありながら反対に向くように配置する過程と、
前記切断工具（２）を、前記目標の切断平面（ＳＥ）に沿って、前記単結晶（１）と前記少なくとも１つのさらなる単結晶（５）とに同時に案内する過程と、
を含む、単結晶の切断方法。
【請求項２】
請求項１に記載の単結晶の切断方法において、前記少なくとも１つのさらなる単結晶（５）は、前記切断工具（２）を案内したときに、前記単結晶（１）の第１の切断長さが、前記少なくとも１つのさらなる単結晶（５）の第２の切断長さから３０％以下の偏差になるように幾何学的に形成されている、単結晶の切断方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の単結晶の切断方法において、前記単結晶（１）の、前記第１の極性軸（Ｐ１）に対して垂直な第１の平均直径が、前記さらなる単結晶（５）の、前記第２の極性軸（Ｐ２）に対して垂直な第２の平均直径から３０％以下の偏差である、単結晶の切断方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の単結晶の切断方法において、前記単結晶（１）と前記少なくとも１つのさらなる単結晶（５）とは化学組成が合致する、単結晶の切断方法。
【請求項５】
請求項４に記載の単結晶の切断方法において、前記単結晶（１）および前記少なくとも１つのさらなる単結晶（５）が、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＧａＡｓおよびＩｎＰからなる群から選択される化学組成を有する、単結晶の切断方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の単結晶の切断方法において、前記単結晶（１）と前記少なくとも１つのさらなる単結晶（５）とは結晶格子の対称性が合致する、単結晶の切断方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の単結晶の切断方法において、前記切断工具（２）として、ワイヤーソーの少なくとも１つのワイヤー、好ましくはワイヤーソーのワイヤーウェブを使用する、単結晶の切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極性軸を有する単結晶を切断する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、単結晶をワイヤーソーで複数の薄いスライスにソー加工又は切断する技術が、例えば特許文献１などから知られている。このようにして得られたスライスは、例えば研削加工、ホーニング加工、ラッピング加工、研磨加工などのさらなる機械加工を施される。そのような機械加工が施されたスライス（すなわち、ウェーハ）は、さらに半導体に加工される。
【０００３】
単結晶から出来るだけ多くのスライスを得られるように切断すると共に、後続の機械加工のコストを最小限に抑えるには、スライスのソー加工面又は切断面を平面状にし、かつ、厳密に、スライスの両側面を平行にしなければならない。しかし、極性軸を有する単結晶の場合、従来の切断方法で加工すると、スライスの切断面が曲がるという問題が起きる。この場合、平面状の表面にするためにスライスを研削しなければならないので、コストが増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許発明第１９７２９５７８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術の短所を改善することである。具体的には、極性軸を有する単結晶を、平面状の切断面を有するスライスに出来るだけ簡単に且つ低コストで切断することのできる方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的は、請求項１の構成により達成される。本発明の好適な実施形態は、請求項２〜７の構成から明らかである。
【０００７】
本発明において、第１の極性軸を有する単結晶を切断する方法は、前記単結晶を、切断工具に対し、前記第１の極性軸が目標の切断平面に対して略垂直に向くように配置する過程と、第２の極性軸を有する少なくとも１つのさらなる単結晶を、前記第１の極性軸と前記第２の極性軸とが略平行でありながら反対に向くように配置する過程と、前記切断工具を、前記目標の切断平面に沿って、前記単結晶と前記少なくとも１つのさらなる単結晶とに同時に案内する過程と、を含む。
【０００８】
上記の本願発明の切断方法により、極性軸を有する単結晶から、平面状の切断面を有するスライスを簡単に且つ低コストで切断することができる。後続の研削工程では、既に平面状である切断面を滑らかにするだけでよい。このように、切断面の研削加工にかかる時間を劇的に減らすことができる。
【０００９】
本発明にかかる切断方法では、さらに、従来の装置（例えば、ワイヤーソーなど）で単結晶を切断することができるので有利である。よって、特別な機械を用意する必要がない。
【００１０】
本発明にかかる切断方法では、前記さらなる単結晶を用いて、前記単結晶を切断する際の前記切断工具の撓みを相殺する。
【００１１】
極性軸に対して垂直に切断面を走らせると、その両側に生じる対向表面それぞれの機械的特性は、異なると考えられる。その結果的として、その際の切断工具には極性軸の極性方向に力が働くことになり、この極性方向に撓みが生じる。そのような切断工具の撓みに対し、本発明では、前記第１の極性軸とは反対方向の極性である第２の極性軸を有するさらなる単結晶を前記単結晶の隣りに配置し、切断工具を前記単結晶と当該さらなる単結晶内とに同時に案内することによって前記切断工具の撓みを相殺する。このとき、前記第１の極性軸と前記第２の極性軸とは略平行であり、すなわち、前記第１の極性軸および第２の極性軸は、平行な場合の向き（parallelen Ausrichtung）を基準とすると、互いの向きのずれが１°以下、好ましくは０．５°以下である。
【００１２】
有利な一実施形態において、前記少なくとも１つのさらなる単結晶は、前記切断工具を案内したときに、前記単結晶の第１の切断長さが、前記少なくとも１つのさらなる単結晶の第２の切断長さから３０％以下の偏差になるように幾何学的に形成されている。好ましくは、前記第１の切断長さおよび前記第２の切断長さは、互いの偏差が２０％以下、特に好ましくは１５％以下である。これにより、極めて平面状な切断面を得ることができる。
【００１３】
好ましくは、前記単結晶の幾何学的形状と前記さらなる単結晶の幾何学的形状とが実質的に同一である。好ましくは、前記単結晶の、前記第１の極性軸に対して垂直な第１の平均直径（Schnittlange）が、前記さらなる単結晶の、前記第２の極性軸に対して垂直な第２の平均直径から３０％以下の偏差である。好ましくは、前記第１の直径および前記第２の直径は、互いの偏差が２０％以下、特に好ましくは１０％以下である。これにより、極性軸を有する単結晶のスライスを極めて効率良く製作することができる。
【００１４】
有利なさらなる実施形態において、前記単結晶と前記少なくとも１つのさらなる単結晶とは化学組成が合致する。具体的には、前記単結晶および前記少なくとも１つのさらなる単結晶が、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＧａＡｓおよびＩｎＰからなる群から選択される化学組成を有する。このような組成を有する単結晶は、極性軸を有している。例えばＧａＡｓ、ＩｎＰなどは閃亜鉛鉱構造をしており、例えばＡｌＮ、ＧａＮなどはウルツ鉱構造をしている。
【００１５】
特に有利な一実施形態において、前記単結晶と前記少なくとも１つのさらなる単結晶とは結晶格子の対称性が合致する。好ましくは、前記単結晶と前記さらなる単結晶とは結晶格子の対称性および組成が合致する。
【００１６】
原則として、前記さらなる単結晶は、極性軸を有する単結晶であって、本願発明の目的に適した単結晶である限り、どのような単結晶であってもよい。ただし、本発明にかかる切断方法は、前記単結晶および前記少なくとも１つのさらなる単結晶がいずれもスライスの製作にとって望ましい素材で構成されたものである場合に、極めて低コストで且つ効率良く実行することができる。
【００１７】
具体的には、切断工具として、ワイヤーソーの少なくとも１つのワイヤー、好ましくはワイヤーソーのワイヤーウェブ（Drahtfeld）が使用される。ただし、例えばホールソーなども使用可能である。
【００１８】
以下では、従来技術および本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】極性軸を有する単結晶を示す概略図である。
【図２】図１の単結晶の、従来技術による切断面を示す概略図である。
【図３】従来技術により切断したスライスを示す図である。
【図４】本発明の第１の単結晶の配置構成を示す概略図である。
【図５】本発明の第２の単結晶の配置構成を示す概略図である。
【図６】本発明の第３の単結晶の配置構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に、第１の極性軸Ｐ１を有する単結晶１を概略的に示す。第１の極性軸Ｐ１は、二回対称の軸である。単結晶１は、その第１の極性軸Ｐ１に直交する対称平面Ｓを基準にすると非対称である。単結晶１は、例えば、ＡｌＮの単結晶、ＧａＮの単結晶などである。
【００２１】
図２及び図３に、図１に示す単結晶からスライスを切断する方法を示す。図２には、第１の極性軸に対して略垂直に延びる目標の切断平面ＳＥが、点線で描かれている。符号２は、その目標の切断平面ＳＥと平行に案内されるワイヤー又はワイヤーソーを指す。しかし、目標の切断平面ＳＥ方向に案内しても、そのようなワイヤーソー２は実際には撓みを起こす。そのため、実際の切断平面ＴＥは、図２に示すように第１の極性軸Ｐ１に対して垂直でない曲がったものになる。ワイヤーウェブを備えたワイヤーソーを用いて従来技術により単結晶１をソー加工すると、図３に示すようなスライスが得られる。この場合のスライス３の表面は、第１の極性軸Ｐ１に対して垂直にならずに曲がる。そのため、両側面が平行平面のスライス３にするには研削を施さなければならず、コストが増加する。図３の符号４（斜線で示された部分）は、このようなスライス３を研削することで得られるウェーハを指す。
【００２２】
図４に、本発明の第１の単結晶の配置構成を示す。ここでは、単結晶１の直ぐ隣りに、さらなる単結晶５が配置される。さらなる単結晶５は、第２の極性軸Ｐ２を有する。これら単結晶１およびさらなる単結晶５は、単結晶１が有する第１の極性軸Ｐ１と単結晶５が有する第２の極性軸Ｐ２とが平行になりながら第１と第２の極性軸の極性（図中の矢印）は異なる方向に向くように配置される。ここでは、単結晶１の直径とさらなる単結晶５の直径とが実質的に同一である。そのため、ワイヤーソー２により得られる単結晶１の切断長さは、さらなる単結晶５の第２の切断長さと実質的に同一になる。また、単結晶１内でのワイヤーソー２の撓みは、さらなる単結晶５内でのワイヤーソー２の逆の撓みにより相殺される。このようにして、両方の単結晶１、５を切断する、前記目標の切断平面ＳＥに合致する実際の切断平面ＴＥができる。つまり、本発明にかかる切断方法によれば、両側面が平面状であるスライスを切断することができる。これにより、スライスの表面を平面状にするための研削の手間を省くことができる。さらに、単結晶１から従来技術の切断方法よりも多くのスライスを得ることができる。
【００２３】
図５に、本発明の第２の単結晶の配置構成を概略的に示す。ここでは、まず単結晶１が、分割平面Ｅに沿って第１の部分Ｔ１と第２の部分Ｔ２とに切断される（図５の下図）。分割平面Ｅは、第１の極性軸Ｐ１に対して略垂直に延びる。これら第１の部分Ｔ１および第２の部分Ｔ２は、第１の部分Ｔ１が有する第１の極性軸Ｐ１と第２の部分Ｔ２が有する第２の極性軸Ｐ２とが平行でありながら、極性軸の極性が反対に向くように隣り合わせで配置される。このような切断方法は、一個だけの単結晶１をスライスに切断する場合に極めて有用である。当然ながら、変形例として、まず単結晶１を第１の極性軸Ｐ１と平行に切断してから、本発明にしたがい、切断して得られた各部分を極性軸の極性が反対に向くように配置し、切断するようにしてもよい。
【００２４】
図６に、本発明の第３の単結晶の配置構成を示す。ここでは、複数の単結晶１および複数のさらなる単結晶５が隣り合わせで配置される。これら複数の単結晶１および複数のさらなる単結晶５は、単結晶１が有する極性軸Ｐ１と単結晶５が有する極性軸Ｐ２とが略平行になるように配置される。隣り合う２つの単結晶１、５は、どれも、極性軸Ｐ１の極性と極性軸Ｐ２の極性とが反対方向になるように配置される。
【００２５】
本発明において、「第１の切断長さ」とは、単結晶１の切断長さのことを一般的に意味する。同時に複数の単結晶１が設けられる場合には、「第１の切断長さ」は、全ての第１の単結晶１の切断長さの合計を意味する。同様に、複数のさらなる単結晶５が使用される場合には、「第２の切断長さ」は、全てのさらなる単結晶５の切断長さの合計を意味する。
【００２６】
本発明にかかる切断方法は、単結晶１とさらなる単結晶５との化学組成および対称性が合致する場合に特に効率良く実行することができる。これら単結晶１，５が幾何学的形状についても実質的に合致していればさらに有利である。これらのような場合、本発明にかかる切断方法により、例えばワイヤーウェブを備えたワイヤーソーなどを用いて、両側面が平行平面のスライスを多数かつ極めて効率良く製作することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１      単結晶
２      ワイヤー
３      スライス
４      ウェーハ
５      さらなる単結晶
Ｐ１    第１の極性軸
Ｐ２    第２の極性軸
Ｓ      対称平面
ＳＥ    目標の切断平面
ＴＥ    実際の切断平面
Ｔ１    第１の部分
Ｔ２    第２の部分
【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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【国際調査報告】
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