(57)【要約】      （修正有）【課題】所望の結晶方位に高精度に対応する切断面をもち、表面の平坦度が高い単結晶ウエハを得る。【解決手段】複数のローラ１２間に張設されて走行しているワイヤソーに対して、ワイヤソーの走行方向に沿って配置した複数の単結晶体２０ａ、２０ｂを相対的に押圧して切断する方法であって、単結晶体２０ａ、２０ｂが、中心軸Ｏａ、Ｏｂに沿って一方端側から他方端側に向かう方向における構成元素の配列状態と、他方端側から一方端側に向かう方向における構成元素の配列状態とが異なっており、単結晶体２０ａ、２０ｂを、中心軸Ｏａ、Ｏｂをワイヤソーの走行方向に対して交差させるとともに、隣り合う単結晶体２０ａ、２０ｂ同士で、一方端から他方端に向かう方向が反対となるように、ワイヤソーの走行方向に沿って平行に１列に並べて配置し、走行しているワイヤソーに対して、配置した単結晶体２０ａ、２０ｂを相対的に押圧し、それぞれ切断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のローラ間に張設されて走行しているワイヤソーに対して、該ワイヤソーの走行方向に沿って配置した複数の柱状の単結晶体を相対的に押圧し、前記ワイヤソーによって前記単結晶体を切断する単結晶体の切断方法であって、
切断する対象である前記単結晶体が、中心軸に沿って一方端側から他方端側に向かう方向における構成元素の配列状態と、前記中心軸に沿って前記他方端側から前記一方端側に向かう方向における構成元素の配列状態とが異なっており、
複数の前記単結晶体を、前記中心軸を前記ワイヤソーの走行方向に対して交差させるとともに、隣り合う２つの前記単結晶体同士で、前記一方端から前記他方端に向かう方向が反対となるように、前記ワイヤソーの走行方向に沿って互いに平行に１列に並べて配置し、走行している前記ワイヤソーに対して、配置した複数の前記単結晶体を相対的に押圧し、複数の前記単結晶体をそれぞれ切断することを特徴とする単結晶体の切断方法。
【請求項２】
前記ワイヤソーに対する前記単結晶体の押圧方向に沿った、前記単結晶体の結晶方位を、複数の前記単結晶体でいずれも同じとすることを特徴とする請求項１記載の単結晶体の切断方法。
【請求項３】
前記単結晶体に六方晶系の単結晶を用いることを特徴とする請求項１または２記載の単結晶体の切断方法。
【請求項４】
前記単結晶体が金属酸化物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の単結晶体の切断方法。
【請求項５】
前記単結晶体に円柱状のものを用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の単結晶体の切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶体の切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば下記特許文献１に記載されているように、例えばシリコン（Ｓｉ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）等の単結晶からなる長尺状のインゴットを切断し、複数枚の単結晶ウエハを得るワイヤソー装置が用いられている。図５は、従来のワイヤソー装置の一例について示す図である。図５に示すワイヤソー装置では、長尺状の１つの単結晶体について、複数のローラ間に張設されて走行しているワイヤソーに対して、ワイヤソーの走行方向に沿って配置した１つの柱状の単結晶体を相対的に押圧し、ワイヤソーによって単結晶体を切断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば酸化亜鉛など、金属酸化物の六方晶の単結晶体など、インゴット状の単結晶体の中心軸に沿って一方端側から他方端側に向かう方向に見た場合の構成元素の配列状態と、中心軸に上記他方端側から上記一方端側に向かう方向における構成元素の配列状態とが異なっているものがある。
【０００５】
すなわち、これらの結晶は、複数の単位格子にわたって複数種類の元素が配列しているため、例えば、結晶構造の〈０００１〉方位を示すベクトルに沿って見た場合と、この〈０００１〉方位と逆向きの、結晶構造の〈０００−１〉方位を示すベクトルに沿って見た場合とでは、各種類の元素の配列順序や相対位置関係が異なっている。このような結晶では、例えば〈０００１〉方位および〈０００−１〉方位に平行な軸に対し、特定の方向に傾いた高次の結晶面で、結晶面における各構成元素の結合力が比較的強くなり、この特定方向に傾いた高次の結晶面が、表面に表れやすくなる傾向を有している。
【０００６】
図５は、従来のワイヤソー装置を用いて、金属酸化物の六方晶の単結晶体を切断している状態について説明する概略斜視図である。図５に示すように、例えば〈０００１〉方位および〈０００−１〉方位に平行な軸を中心軸とする、金属酸化物の六方晶の単結晶体１２０について、図５に示すワイヤソー装置１００を用いて切断する場合、図５に矢印で示すように、軸方向から特定方向に傾いてワイヤが切れ上がりやすく、切断によって得られるウエハの表面が傾いたり、微小な凹凸を備えた形状になり易いといった課題を有していた。これは、上述のように、特定方向に傾いた高次の結晶軸に沿って、ワイヤが進行しやすいことが原因と考えられる。本願は、かかる課題を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本願は、複数のローラ間に張設されて走行しているワイヤソーに対して、該ワイヤソーの走行方向に沿って配置した複数の柱状の単結晶体を相対的に押圧し、前記ワイヤソーによって前記単結晶体を切断する単結晶体の切断方法であって、前記単結晶体に、中心軸に沿って一方端側から他方端側に向かう方向における構成元素の配列状態と、前記中心軸に沿って前記他方端側から前記一方端側に向かう方向における
構成元素の配列状態とが異なっているものを用い、複数の前記単結晶体を、前記中心軸を前記ワイヤソーの走行方向に対して交差させるとともに、隣り合う２つの前記単結晶体同士で、前記一方端から前記他方端に向かう方向が反対となるように、前記ワイヤソーの走行方向に沿って互いに平行に１列に並べて配置し、走行している前記ワイヤソーに対して、配置した複数の前記単結晶体を一斉に相対的に押圧し、複数の前記単結晶体をそれぞれ切断することを特徴とする単結晶体の切断方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、所望の結晶方位に高精度に対応する切断面をもつ単結晶ウエハを得ることができる。また、表面の平坦度が高い単結晶ウエハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の単結晶体の切断方法の一実施形態について説明する図である。
【図２】本発明に切断方法によって切断する、単結晶体の結晶構造について説明する図である。
【図３】図１に示すワイヤソー装置を用いて、単結晶体を切断している状態について説明する概略側面図である。
【図４】本発明の単結晶体の切断方法の、他の実施形態について説明する図である。
【図５】従来のワイヤソー装置の一例について示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の単結晶体の切断方法の一実施形態について説明する図である。本発明の単結晶体の切断方法、図１に示すワイヤソー装置１を用いて行われる。
【００１２】
ワイヤー装置１は、複数のローラ１２と、これら複数のローラ１２の間に張設されて走行するワイヤソー１４と、保持手段１６と、押圧手段１８とを備えている。
【００１３】
図１に示す例では、複数のローラ１２の間に張設されて走行しているワイヤソー１９に対して、ワイヤソー１９の走行方向に沿って配置した、複数の柱状の単結晶体２０を相対的に押圧し、ワイヤソー１９によって単結晶体２０を切断して、複数枚の単結晶ウエハ（以下、単にウエハともいう）を得る状態について示している。
【００１４】
保持手段１６は、ワイヤソー１９に平行な下面を備えており、ワイヤソーの走行方向に沿って複数（本実施形態では２つ）配列されている。各保持手段１６ａおよび１６ｂには、単結晶体２０ａおよび２０ｂが、それぞれ配置されている。保持手段１６ａおよび１６ｂの下面は、複数のローラ１２の間に張設されて走行している、複数のワイヤソー１９の走行面に略平行に配置されている。ワイヤソー１９の走行面とは、各ワイヤソー１９の軸心を含む仮想平面であり、より厳密には、各ワイヤソー１９の軸心からの距離の和が最も小さくなる仮想平面をいう。保持手段１６の上記下面は平面状であり、単結晶体２０に形成されている平坦面が、接着剤等の接合手段を介して、保持手段１６のこの下面に接合されている。ここで平坦面は、切り出した後のウエハにおいて、いわゆるオリエンテーションフラット面に対応する部分であり、円柱状の単結晶体２０ａおよび２０ｂの周面の一部に形成された、単結晶体２０ａおよび２０ｂの、各中心軸ＯａおよびＯｂにそれぞれ平行な面である。平坦面には、単結晶体２０の特定の結晶方位に垂直な結晶面が現れている。この平坦面における結晶面については、後に説明する。
【００１５】
押圧手段１８は、保持手段１６ａおよび１６ｂを一体的に保持した土台部材を、図１中の上下方向に昇降させる。これにより、押圧手段１８は、走行しているワイヤソー１９に
対して、保持手段１６ａおよび１６ｂが保持する単結晶体２０ａおよび２０ｂを、保持手段１６ａおよび１６ｂに保持した状態で同時に相対的に押圧させる。押圧手段１８による押圧により、ワイヤソー１９は、単結晶体２０ａおよび２０ｂに対して切れ上がることで、単結晶体２０ａおよび２０ｂは複数のウエハに切り分けられる。なお、本実施形態では、保持手段１６の対向面を、ワイヤソー１９の走行面に平行に設定している状態について説明しているが、切断によって取得したいウエハ表面の状態、すなわち、取得したいウエハ表面の結晶面方位や、取得したいウエハ表面の、特定結晶方位に対するオフセット角等に応じて、設定すればよい。
【００１６】
本実施形態で切断する単結晶体２０ａおよび２０ｂは、いずれも、例えば酸化亜鉛等の、金属酸化物からなる六方晶の結晶からなる、いわゆるインゴット状の長尺の単結晶体である。本実施形態で切断する単結晶体２０ａおよび２０ｂは、中心軸に沿った一方端Ａ側から他方端Ｂ側に向かう方向における構成元素の配列状態と、中心軸に沿って他方端Ｂ側から一方端Ａ側に向かう方向における構成元素の配列状態とが異なっている。本実施形態の単結晶体２０ａおよび２０ｂは、いずれも中心軸Ｏ（ＯａおよびＯｂ）が、〈０００１〉方位および〈０００−１〉方位に平行であり、一方端Ａ側から他方端Ｂ側に向かう方向が〈０００１〉方向、一方端Ｂ側から他方端Ａ側に向かう方向が〈０００―１〉方向に対応している。
【００１７】
図２は、単結晶体２０ａおよび２０ｂの結晶構造について説明するための図である。図２では、単結晶体２０ａおよび２０ｂに共通する結晶構造について、単位格子を縦方向に２つ並べた状態を示している。図２では各元素の配置位置等は示していないが、単結晶体２０ａおよび２０ｂでは、結晶構造の〈０００１〉方位を示すベクトルに沿って見た場合と、この〈０００１〉方位と逆向きの、結晶構造の〈０００−１〉方位を示すベクトルに沿って見た場合とでは、各種類の元素の配列順序や配列位置が異なっている。このような結晶では、例えば〈０００１〉方位および〈０００−１〉方位に平行な軸に対し、特定の方向に傾いた高次の結晶面で、結晶面における各構成元素の結合力が比較的強くなり、この特定方向に傾いた高次の結晶面が、表面に表れやすくなる傾向を有している。例えば、〈１０−１２〉方位を示すベクトルに沿って見た場合と、〈１０−１−２〉方位を示すベクトルに沿って見た場合とでも、結晶の配列状態が異なっている。本実施形態では、例えば図２に示す、例えば（１０−１２）面からなる高次結晶面Ｄは結合力が比較的強い一方、（１０−１−２）面からなる高次結晶面Ｄ´では結合力が比較的弱く、高次結晶面Ｄに沿って単結晶体が劈開し易い一方で、高次結晶面Ｄ´に沿っては劈開され難い。
【００１８】
本実施形態では、複数の単結晶体２０ａおよび２０ｂが、各中心軸ＯａおよびＯｂをワイヤソー１９の走行方向に対して交差させるとともに、隣り合う２つの単結晶体２０ａおよび２０ｂの間で、中心軸ＯａおよびＯｂに沿った方向における構成元素の配列状態が異なるように交互に、ワイヤソー１９の走行方向に沿って互いに平行に１列に並べて配置している。すなわち、より詳しくは、本実施形態では、各単結晶体２０ａおよび２０ｂそれぞれにおける、一方端Ａから一方端Ｂに向かう方向のベクトル（〈０００１〉方向に対応）が、２つの単結晶体２０ａおよび２０ｂとで、互いに反対の方向を向くように配置されている。
【００１９】
加えて、ワイヤソー装置１では、２つの単結晶体２０ａおよび２０ｂが、矢印Ｍに示す方向〈１１−２０〉方向に垂直に移動される。すなわち、単結晶体２０ａおよび２０ｂは、（１１−２０）面に平行な平坦面を備え、ワイヤソー装置１では、この平坦面が、上記保持部材１６ａおよび１６ｂの上述の下面に対向した状態で、単結晶体２０ａおよび２０ｂそれぞれが、各保持手段１６ａおよび１６ｂに、それぞれ接合されている。また、ワイヤソー１９は、この平坦面に平行な面〔（１１−２０）面に平行な面〕を走行面として、この矢印Ｍと中心軸Ｏとの双方に垂直な方向（矢印Ｒで示す）に沿って走行するワイヤソ
ー１９に押圧される。ワイヤソー装置１において、各単結晶体２０ａおよび２０ｂにおける結晶方位とワイヤソーとの関係が、以上の関係になるよう単結晶体およびワイヤソー装置の各部材が設定されている。
【００２０】
本実施形態では、この配置の状態で、走行しているワイヤソー１９に対して、配置した複数の単結晶体２０ａおよび２０ｂを同時に相対的に押圧し、それぞれの単結晶体２０ａおよび２０ｂをそれぞれ切断する。
【００２１】
図３は、ワイヤソー装置１を用いて、単結晶体２０ａおよび２０ｂを切断している状態について説明する概略側面図である。図３（ａ）は単結晶体２０ａのみを示し、図３（ｂ）は単結晶体２０ｂのみを示し、図３（ｃ）は単結晶体２０ａおよび２０ｂを併せて示している。図３（ａ）〜（ｃ）はいずれも、図１に示す矢印Ｓに示す方向に沿った見た場合の側面図である。
【００２２】
仮に、単結晶体２０ａのみを１本だけ配置して切断する場合は、単結晶体２０ｂのみを１本だけ配置して切断する場合では、図３(ａ)および（ｂ）に破線で示す、結合力が比較的強い高次結晶面Ｄに沿ってワイヤソー１９が切れ込むような力がワイヤソー１９に働く。この力によって、ワイヤソー１９が、図３中の矢印Ｃで示す方向に進行するように切れ込み、ワイヤソー１９は、単結晶体２０ａおよび２０ｂの、ワイヤソー１９に対する押圧方向（図３中の下向き）に対して、ずれた方向に進行する。このずれ量は微小な場合が多いが、高次結晶面の結合力やワイヤソー１９にかかる張力、ワイヤソー１９の表面状態など、複数の要因によって変動し、制御が難しい。
【００２３】
しかしならが、本実施形態では、単結晶体２０ａおよび２０ｂは、中心軸に沿った一方端Ａ側から他方端Ｂ側に向かう方向における構成元素の配列状態と、中心軸に沿って前記他方端側から前記一方端側に向かう方向における構成元素の配列状態とが異なっている。より詳しくは、本実施形態では、各単結晶体２０ａおよび２０ｂそれぞれにおける、一方端Ａから一方端Ｂに向かう方向のベクトル（〈０００１〉方向に対応）が、２つの単結晶体２０ａおよび２０ｂ間で反対となるよう配置されている。このため、図３（ｃ）に示すように、単結晶体２０ａと単結晶体２０ｂとで、高次結晶面の存在に起因してワイヤにかかる力（上記ずれの原因となる力）が相殺され、単結晶体の押圧方向に対するワイヤソー１９のずれ量を小さくすることができる。
【００２４】
本実施形態では、中心軸に沿った一方端Ａ側から他方端Ｂ側に向かう方向における構成元素の配列状態と、中心軸に沿って他方端Ｂ側から一方端Ａ側に向かう方向における構成元素の配列状態とが異なっている単結晶体であっても、所望の結晶方位に高精度に対応する切断面をもつ単結晶ウエハを得ることができる。また、ワイヤの切れ込み方向のずれが抑制されるので、所望する切れ込み方向に沿って、高い平坦性を有するウエハを得ることができる。
【００２５】
図４は、本発明の単結晶体の切断方法の、他の実施形態について説明する図である。図４は、同一の単結晶体を３つ平行に配置した例である。図４に示す場合も、隣り合う２つの単結晶体間で中心軸に沿った一方向における構成元素の配列状態が異なるように、交互に配置されている。図４に示す場合も、各単結晶間における、中心軸方向に沿って見る方向を変えた場合に現れる、構成元素の配列状態の相違に起因してワイヤソー１９にかかる力が、隣り合った単結晶体の間で逆方向に働き、ワイヤソー１９の切れ込み方向のずれの程度が小さくされる。単結晶体の数等は特に限定されない。
【００２６】
なお、上記実施形態では、金属酸化物の六方向晶を例に挙げたが、切断する対象の単結晶体の結晶構造の種類は特に限定されない。中心軸に沿って一方端側から他方端側に向か
う方向における構成元素の配列状態と、前記中心軸に沿って前記他方端側から前記一方端側に向かう方向における構成元素の配列状態とが異なっている単結晶であれば、ずれ方向の力を打ち消し合う効果を奏する。例えば、フッ化カルシウム，燐化インジウム，窒化ガリウム，砒化ガリウムまたは炭化珪素等の単結晶体などの各種単結晶体の切断においても、上述の効果を奏する。
【００２７】
単結晶体が金属酸化物の場合、金属と酸素との配列状態が複雑になり、特徴的な高次結晶面を備えることが多く、さらに六方晶の場合に顕著になる。本願発明は、金属酸化物の切断、また、六方晶の切断において、顕著な効果を奏する。
【００２８】
また、単結晶体の断面形状について特に限定はされないが、円柱状であれば、切れ込み当初はワイヤソー１９と単結晶体２０ａとの接触長さが小さく、切断が進行するにつれて、この接触長さが徐々に長くなっている。単結晶体が円形状の場合、切断当初で大きなずれが生じることがなく、ずれ方向の力も、均等さを保ちながら徐々に大きくなっていくので、切断当初から切断終了まで、このずれ方向の力が高精度に均等した状態で維持することができる。単結晶体は円柱状であることが好ましい。
【００２９】
以上、本発明の一実施形態について図面を用いて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００３０】
ワイヤー装置１
ローラ１２
ワイヤソー１４
保持手段１６
押圧手段１８
ワイヤソー１９
単結晶体２０a、２０ｂ
【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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