質問: 半導体のシリコンウエハについて 大学で電子工学を専攻している学生です。先日、半導体の授業でシリコンウエハについて教わったのですが、素朴な疑問があります。シリコンウエハはなぜ丸い形をしているのでしょうか?作り方もあると思うのですが、チップの形が四角いから四角い形のウエハに作ればいいのになぁと思いました。またサイズも200mmとか300mmとかに決まっているようですが、もっと自由なサイズで作れないものでしょうか?全くの素人な質問ですが、半導体にとても興味があるので、どなたか専門家の方、教えてください。
回答: まず、高純度低欠陥密度の単結晶をつくる都合上、最初にできる結晶は、円柱状になります。もちろん、ここから四角形のウェハを切り出してもいいのですが、そうすると、円に内接する四角形の部分だけを使うことになり、その外は捨ててしまうことになります。 円に内接する四角形の最大面積は、円の64%程度ですから、単純に言っても四角形にすることで1/3程度を捨ててしまうことになります。単結晶製造コストは非常に高いので、これは無視できません。 一方、四角形にするメリットですが、実はあまりありません。チップは確かに四角形ですが、その大きさはチップの種類にもよりますが、200mmや300mmといった現在主流のウェハよりもかなり小さいものです。もともとのウェハの形状が円であっても、内接する四角形を切り抜いた外側の部分にも十分チップを敷き詰めることができます。したがって、同じ直径のインゴッドから切り取った円形のウェハと、四角形のウェハでは、一枚で製造できるチップの数は前者の方が多くなります。 また、ウェハの形状を四角形としても、そこにチップを敷き詰めた場合に、チップの辺の長さの整数倍にウェハの大きさがなっていない場合には無駄が生じます。 また、装置の設計をする場合、半導体プロセスでは雰囲気制御をする必要上、大体の装置が真空容器になっていますが、四角形の真空容器よりも円形の方が作りやすくなります。拡散工程などで石英チューブを使いますが、四角形のチューブでは応力集中による破損の恐れがあるでしょう。もちろん、四角形のウェハに対して円形のチューブを使ってもいいのですが、その場合、ウェハ面積に比べて大きなチューブが必要になります。