JP2012109346A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤの断線を抑制するとともに、加工速度の低下を抑制する、半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板の製造方法は、砥粒が固着されたワイヤＷを単数列または複数列用いてインゴット１を切断することにより半導体基板を製造する方法であって、インゴット１を準備する工程と、ワイヤＷの延在方向に対して交差する方向ｙにワイヤを回転させながら、インゴット１を切断する工程とを備えている。切断する工程では、ワイヤＷを往復運動することが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体基板の製造方法に関し、より特定的にはインゴットから半導体基板を製造する方法に関する。

化合物半導体基板などの半導体基板の製造方法は、インゴットから複数枚の半導体基板をスライス加工する工程を含む。スライス加工するために、従来は外周刃または内周刃加工機が使われていたが、半導体基板を１枚ずつ加工し、刃の厚みだけ切り代を要することから量産には不向きであった。

そこで、近年では、スライス加工するために、特開２００１−１３３５号公報（特許文献１）、特開２００６−１９０９０９号公報（特許文献２）に開示されているように、マルチワイヤソーが用いられている。マルチワイヤソーの加工方法は、ピアノ線などのワイヤを用いてインゴットを切断する際にダイヤモンド砥粒を混合した砥液を吹きつけながら切削していく（以下、遊離砥粒方式と称する）。

特開２００１−１３３５号公報 特開２００６−１９０９０９号公報

しかし、上記特許文献１および２に開示の遊離砥粒方式では、加工速度や加工精度を維持するために、砥粒と砥液との混合比を厳しく管理する必要がある。また、遊離砥粒方式では、大口径インゴットを加工する際に、加工後半になるほど砥液が加工溝に浸入しずらく加工精度や加工時間を要するという問題がある。

これに対して、本発明者は、ワイヤに砥粒を固着させた固定砥粒方式に着目した。この固定砥粒方式の加工では遊離砥粒方式で要する管理を省略できるという利点がある。

しかし、固定砥粒方式では、ワイヤの一方向面のみにインゴットが接触するために、砥粒の片減りが発生し、最終的にはワイヤの断線を引き起こす。また、砥粒の脱落や切削粉により加工速度の低下に繋がる。

したがって、本発明の目的は、ワイヤの断線を抑制するとともに、加工速度の低下を抑制する、半導体基板の製造方法を提供することである。

本発明の半導体基板の製造方法は、砥粒が固着されたワイヤを単数列または複数列用いてインゴットを切断することにより半導体基板を製造する方法であって、インゴットを準備する工程と、ワイヤの延在方向に対して交差する方向にワイヤを回転させながら、インゴットを切断する工程とを備えている。

本発明の半導体基板の製造方法によれば、ワイヤを回転させながらインゴットを切断するので、ワイヤにおいてインゴットと接触する領域を変化させながらインゴットを切断することができる。このため、ワイヤに固着していた砥粒が局所的に減ること、つまりワイヤの片減りの発生を抑制できるので、ワイヤの断線を抑制することができる。

また、ワイヤにおいてインゴットと接触する領域を変化させながらインゴットを切断することができるので、ワイヤとインゴットとの間に、切断により生じる切削粉、脱落した砥粒などを外部に排出することができる。このため、加工速度の低下を抑制することができる。

上記半導体基板の製造方法において好ましくは、切断する工程では、ワイヤを往復運動する。

ワイヤの延在方向に対して交差する方向に回転がある状態、つまりよじれが有る状態でワイヤを往復運動すると、ワイヤのよじれが徐々に無くなるため、ワイヤにおいてインゴットと接触する領域を徐々に変化させながらインゴットを切断することができる。このため、ワイヤの片減りの発生を抑制できることにより、ワイヤの断線を効率良く抑制できるとともに、切断により生じる切削粉、砥粒などを外部に排出できることにより、加工速度の低下を効率良く抑制することができる。

上記半導体基板の製造方法において好ましくは、切断する工程では、ワイヤは２以上のガイドローラにより支持されており、ワイヤの延在する方向において、ガイドローラの端部とインゴットの端部とのそれぞれの距離が１ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。

ワイヤを支持しているガイドローラとインゴットとの距離を１ｍｍ以上とすることにより、ワイヤのたわみを抑制できるので、インゴットから半導体基板への加工精度を向上することができる。ガイドローラとインゴットとの距離を３００ｍｍ以下とすることにより、インゴットにおけるワイヤの切り代を低減できる。

以上説明したように、本発明の半導体基板の製造方法によれば、ワイヤの断線を抑制するとともに、加工速度の低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態１におけるワイヤを概略的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態１におけるインゴットを切断する状態を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態２における半導体基板の製造装置の模式図である。 本発明の実施の形態２において、ワイヤを巻き取る状態を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２において、ワイヤを巻き取る状態を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２において、ワイヤを巻き取る状態を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２において、ワイヤを巻き取る状態を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２において、ワイヤを巻き取る状態を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２において、ワイヤを巻き取る状態を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２において、ワイヤを巻き取る状態を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２において、ワイヤを巻き取る状態を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２において、ワイヤを巻き取る状態を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２において、インゴットを切断する状態を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２において、インゴットを切断するときのワイヤの状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態２において、インゴットを切断する状態を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２において、インゴットを切断する際のガイドローラの端部とインゴットの端部とのそれぞれの距離を説明するための模式図である。 ワイヤのたわみを概略的に示す模式図である。 比較例のワイヤを概略的に示す斜視図である。 切り代を説明するための模式図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１および図２を参照して、本実施の形態における半導体基板の製造方法について説明する。本実施の形態における半導体基板の製造方法は、砥粒が固着されたワイヤを単数列または複数列用いてインゴットを切断することにより半導体基板を製造する方法である。つまり、本実施の形態における半導体基板の製造方法は、固定砥粒方式のワイヤ加工方法である。

まず、インゴットを準備する。インゴットの材料は半導体であれば特に限定されず、たとえばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＧａＮ（窒化ガリウム）等の窒化物半導体であってもよく、Ｓｉ（シリコン）等の半導体であってもよい。

また、ワイヤＷを準備する。ワイヤＷには、その表面全体に砥粒が固着されている。
次に、図１に示すように、ワイヤＷの延在方向ｘに対して交差する方向ｙにワイヤＷを回転させながら、インゴットを切断する。本実施の形態では、ワイヤＷの延在する方向ｘに対して交差する方向によじれたワイヤＷを準備し、よじれたワイヤＷのよじれが徐々に無くなることにより、図１における方向ｙにワイヤＷを回転させる。このようにワイヤＷを回転させながら、インゴットから半導体基板を切り出す。

このようにワイヤＷをよじれた方向と反対方向に回転させると、ワイヤＷとインゴットとの接触領域が徐々にずれていき、ワイヤＷの片減りを抑制することができる。これにより、ワイヤＷの断線を抑制することができる。

また、図２に示すように、インゴット１にワイヤＷが切削しながら切り込むと、ワイヤＷがよじれているため、ワイヤＷが回転する方向ｙに沿って、切削粉、切り粉、脱落した砥粒などのインゴット１とワイヤＷとの間の切断により生じた排出物１０３を、外部に排出することができる。このため、加工速度の低下を抑制できるので、加工速度を一定に保持することができる。

（実施の形態２）
まず、図３を参照して、本発明の実施の形態２における半導体基板の製造装置について説明する。図３に示すように、本実施の形態における半導体基板の製造装置は、ガイドローラ１１〜１３、ボビン１４、１６、ワイヤリール１５、保持部１７、１８、および載置部１９とを備えている。
ワイヤリール１５は、ワイヤＷの巻き付けが可能であるとともに、回転可能である。ボビン１４は、ワイヤリール１５から送り出されるまたは送り込まれるワイヤＷの巻き付けが可能である。保持部１８は、ボビン１４から送り出されるまたは送り込まれるワイヤＷを保持する。ガイドローラ１３、１１、１２は、保持部１８からこの順に送り出されるまたは送り込まれるワイヤＷを巻き付け可能である。保持部１７は、ガイドローラ１２から送り出されるまたは送り込まれるワイヤＷを保持する。ボビン１６は、保持部１７から送り出されるまたは送り込まれるワイヤＷを巻きつけ可能である。載置部１９は、インゴット１を載置する。

続いて、図３〜図１６を参照して、本発明の実施の形態２における半導体基板の製造方法について説明する。本実施の形態は、図３に示す製造装置を用いて、インゴット1を切断することにより半導体基板を製造する。

まず、インゴット１およびワイヤＷを準備する。これらの工程は、実施の形態１と同様であるので、その説明は繰り返さない。

次に、ワイヤＷの延在方向に対して交差する方向にワイヤＷを回転させながら、インゴット１を切断する。本実施の形態では、ワイヤＷのよじれが元に戻りながら、インゴットから半導体基板をスライス加工する。この工程は、ワイヤＷの巻き取り工程と、インゴットの切断工程とを含む。以下、この工程について詳述する。

図４に示すように、ワイヤＷが巻き付けられたワイヤリール１５を準備する。図５に示すように、このワイヤリール１５からワイヤＷを取出し、ボビン１４、保持部１８、ガイドローラ１３、１１、１２、および保持部１７にワイヤＷを通して、ワイヤの端部Ｗ１をボビン１６に固定する。このとき、ワイヤリール１５、ボビン１４、保持部１８、ガイドローラ１３、１１、１２、保持部１７、およびボビン１６に位置するワイヤＷの領域Ｗ２にはよじれが生じていない。

その後、図６に示すように、ワイヤＷに交差する方向（本実施の形態では矢印２１の方向）にワイヤリール１５を回転させながら、ボビン１６にワイヤＷを巻き取らせる。このとき、ボビン１６を矢印２２の方向に移動させる。これにより、ワイヤリール１５、ボビン１４、保持部１８、ガイドローラ１３、１１、１２、保持部１７、およびボビン１６に位置するワイヤＷの領域Ｗ３にはよじれ（ワイヤＷの延在方向に対して交差する方向にねじれている状態）が生じる。さらに、図７に示すように、ボビン１６を矢印２２の方向に移動させながら、よじれたワイヤＷのボビン１６への巻き取りを進める。これにより、図８に示すように、よじれたワイヤＷのボビン１６への巻き取りが完了する。

次いで、図９に示すように、ワイヤリール１５のみを、ボビン１６へ巻き取らせる際に回転させた方向（図６における矢印２１の方向）と逆方向（図９における矢印２３の方向）に回転させる。この逆方向の回転数は、矢印２１の方向に回転させた数とほぼ同じ数であることが好ましい。これにより、図１０に示すように、ワイヤＷにおいてワイヤリール１５側の領域Ｗ４（本実施の形態ではボビン１４とワイヤリール１５との間の領域Ｗ４）には、ボビン１６側の領域Ｗ３と逆方向のよじれが生じる。

その後、図１１に示すように、ワイヤリール１５とボビン１４との間に位置するワイヤＷを切断する。このとき、ワイヤリール１５近傍で切断することが好ましい。そして、図１２に示すように、切断したワイヤＷの端部Ｗ５をボビン１４に固定する。上記の工程により、ワイヤＷの巻き取り工程が完了する。

次に、図３を参照して、準備したインゴット１を載置部１９に載置する。上記のように巻き取ったワイヤＷでインゴット１を切断する。図１３および図１４に示すように、ワイヤＷの領域Ｗ３、Ｗ４には、互いに逆回転のよじれが生じている。このため、ワイヤＷの延在方向に対して交差する方向にワイヤＷを回転させながら、インゴット１を切断することができる。

この切断する工程では、ボビン１４、１６のそれぞれを互いに反対の方向（図１３および図１５における矢印２４、２５の方向）に移動させることが好ましい。この場合、ワイヤＷの延在方向に対して交差する方向にワイヤＷを容易に回転させることができる。

この工程では、図１３に示す状態と、図１５に示す状態とを繰り返し行なうことが好ましい。つまり、ワイヤＷにおいて一方向によじれた領域Ｗ３を含むボビン１６と、ワイやＷにおいてこの方向と逆方向によじれた領域Ｗ４を含むボビン１４とを互いに反対の方向に移動させることを繰り返すことが好ましい。これにより、ワイヤＷを往復運動することができる。往復運動することで、インゴット１から複数枚の半導体基板を切り出すことができ、別のインゴットから半導体基板を切り出すこともできる。なお、図１５に示すように、ボビン１４、１６を互いに反対の方向に移動させることで往復運動すると、ワイヤＷの領域Ｗ６において、よじれは徐々になくなる。ワイヤＷのよじれが完全になくなるまで往復運動は可能である。

この工程では、図１６に示すように、ワイヤＷは２以上のガイドローラ１１〜１３により支持されており、ワイヤＷの延在する方向において、ガイドローラ１１〜１３の端部とインゴット１の端部とのそれぞれの距離Ｄが１ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることが好ましい。ガイドローラ１１〜１３の端部とは、ガイドローラ１１〜１３のうち、ワイヤＷにおいてインゴット１の切断に用いられる部分を支持しているガイドローラ１２、１３において、インゴット１に最も近い部分を意味する。ワイヤＷを支持しているガイドローラ１１〜１３とインゴット１との距離Ｄを１ｍｍ以上とすることにより、図１７に示すようなインゴット１の切断開始位置から切断終了位置までのワイヤＷのたわみを抑制できるので、インゴット１から半導体基板への厚みを均一に保持でき、加工精度を向上することができる。この効果は、加工速度を高めても発現できる。ガイドローラ１１〜１３とインゴット１との距離Ｄを３０ｍｍ以下とすることにより、インゴット１におけるワイヤＷの切り代を低減できるとともに、一定に保持できる。

上記の工程により、インゴット１の切断工程を完了することができる。本実施の形態では、ワイヤＷを複数列用いてインゴット１を切断しているが、ワイヤＷは単数列用いてもよい。また、切り出す半導体基板は、１枚であっても複数枚であってもよい。

以上説明したように、本実施の形態における半導体基板の製造方法によれば、ワイヤリール１５を回転させることでワイヤＷによじれを形成することによって、ワイヤＷの延在方向に対して交差する方向にワイヤＷを回転させながら、インゴット１を切断している。このため、ワイヤＷとインゴット１との接触面では、ワイヤＷの延在方向に対して交差する方向にワイヤＷを回転させながら、インゴット１を切断することができる。これにより、ワイヤＷとインゴット１との接触領域が徐々にずれていき、ワイヤＷの固定砥粒の片減りを抑制することができる。したがって、ワイヤＷの断線を抑制することができる。このため、ワイヤＷの寿命を高めることができる。

また、図２に示すように、インゴット１にワイヤＷが切削しながら切り込むと、ワイヤＷがよじれているため、ワイヤＷの回転する方向に沿って、切削粉、切り粉、脱落した砥粒などのインゴット１とワイヤＷとの間の切断により生じた排出物１０３を、外部に排出することができる。したがって、加工速度の低下を抑制できるので、加工速度を一定に保持することができる。また、切り出す半導体基板の厚みを均一にすることもできるので、インゴットから半導体基板を多く製造することもできる。

本実施例では、ワイヤの延在方向に対して交差する方向にワイヤを回転させながら、インゴットを切断することの効果について調べた。

（本発明例１〜３）
本発明例１〜３は、実施の形態２における半導体基板の製造方法にしたがって半導体基板を製造した。

具体的には、まず、インゴット１として、直径が５０ｍｍで、厚さが１０ｍｍのＡｌＮ単結晶を準備した。このインゴット１を載置部１９に載置し、このインゴット１の端部と、ガイドローラ１２、１３の端部とのそれぞれの距離Ｄ（図１６参照）が２０ｍｍとなるようにガイドローラ１２、１３を設置した。また、入射面が（１−１００）面になるように、３列の砥粒が固着されたワイヤＷを設置した。またワイヤボビンの貯線量を１ｋｍとした。

次に、実施の形態２にしたがって、図４〜図１２に示すように、本発明例１〜３のそれぞれのワイヤリール１５の総回転数を１０、１００、１０００としてワイヤＷの巻き取りを行なって、図１３〜図１５に示すように、ワイヤＷの延在方向に対して交差する方向にワイヤを回転させながら、インゴット１を切断した。インゴット１の送り速度は１００μｍ／ｈｒで、ワイヤＷの移動速度は１００ｍ／分で、ワイヤＷの張力は３０Ｎとした。

上記のように、ワイヤＷの延在方向に対して交差する方向にワイヤを回転させながら、インゴットを切断することを１０回繰り返した。

（比較例１）
比較例１は、基本的には本発明例１〜３と同様に半導体基板を製造したが、ワイヤＷを回転させずにインゴット１を切断した点および単数列のワイヤを用いた点において異なっていた。つまり、ワイヤリール１５を回転させず、図１８に示すようにワイヤＷの領域Ｗ２によじれを発生させずにインゴット１を切断した。

（評価方法）
本発明例１〜３および比較例１の切断工程において、断線率を測定した。断線率は、１０カット中のワイヤＷの断線回数の割合（ワイヤ断線回数／１０カット中）を測定した。その結果を下記の表１に示す。

（評価結果）
表１に示すように、ワイヤの延在方向に対して交差する方向にワイヤを回転させながらインゴットを切断した本発明例１〜３では、ワイヤＷの断線を抑制することができた。また、本発明例１〜３では、切り粉や脱落した砥粒を効率良く除去しながら加工することができたので、加工速度の低下を抑制できた。

以上より、本実施例によれば、ワイヤＷの延在方向に対して交差する方向にワイヤを回転させながらインゴットを切断することにより、ワイヤの断線を抑制できるとともに、加工速度の低下を抑制できることが確認できた。

本実施例では、ワイヤの延在方向に対して交差する方向にワイヤを回転させながら、インゴットを切断することの効果についてさらに調べた。

（本発明例４〜７）
本発明例４〜７は、基本的には本発明例３と同様に半導体基板を製造したが、インゴットの送り速度をそれぞれ５００、１０００、２０００、５０００（μｍ／ｈｒ）とした点において異なっていた。このようにインゴットの切断を１０回繰り返した。

（評価方法）
本発明例４〜７について、本発明例３と同様に断線率を測定した。また、本発明例３〜７について、切り代を測定した。切り代は、図１９に示すように、インゴット１において切断された幅Ｌ１と、ワイヤＷの直径Ｌ２との差により求めた。つまり、切り代Ｌ３＝（インゴット１において切断された幅Ｌ１）−（ワイヤＷの直径Ｌ２）とした。これらの結果を下記の表２に示す。なお、ワイヤＷの直径Ｌ２は２５０μｍであった。

（評価結果）
表２に示すように、インゴットの送り速度を速くしても、ワイヤの延在方向に対して交差する方向にワイヤを回転させながらインゴットを切断することにより、ワイヤの断線を抑制できることがわかった。また、インゴットの送り速度を速くしても、切り代を低減できることもわかった。

本実施例では、ワイヤの延在する方向において、ガイドローラの端部とインゴットの端部とのそれぞれの距離が１ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることの効果について調べた。

（本発明例８〜１２）
本発明例８〜１２は、基本的には本発明例３と同様に半導体基板を製造したが（インゴットの送り速度＝１００μｍ／ｈｒ、総回転数＝１０００回転）、図１６に示すガイドローラ１２、１３端部とインゴット１の端部とのそれぞれの距離Ｄが１ｍｍ、１０ｍｍ、１００ｍｍ、３００ｍｍ、５００ｍｍとした点において異なっていた。このようにインゴットの切断を１０回繰り返した。

（評価方法）
本発明例８〜１２について、本発明例１〜３と同様に断線率を測定するとともに、本発明例３〜７と同様に切り代を測定した。これらの結果を下記の表３に示す。

（評価結果）
表３に示すように、ワイヤの延在方向に対して交差する方向にワイヤを回転させながらインゴットを切断することにより、ワイヤの断線を抑制できることがわかった。

また、ガイドローラ１２、１３の端部とインゴット１の端部とのそれぞれの距離Ｄが１ｍｍ以上３００ｍｍ以下の本発明例８〜１１は、距離Ｄが３００ｍｍを超える本発明例１２よりも、ワイヤのたわみを減少できたので、切り代を低減することができた。

本実施例では、ワイヤの延在方向に対して交差する方向にワイヤを回転させながらインゴットを切断することの効果についてさらに調べた。

（本発明例１３〜１６）
本発明例１３〜１６は、基本的には本発明例１０と同様に半導体基板を製造したが（距離Ｄ＝１０ｍｍ、ワイヤリールの総回転数＝１０００回転）、インゴットの送り速度をそれぞれ５００、１０００、２０００、５０００（μｍ／ｈｒ）とした点において異なっていた。このようにインゴットの切断を１０回繰り返した。

（評価方法）
本発明例１３〜１６について、本発明例１〜３と同様に断線率を測定するとともに、本発明例３〜７と同様に切り代を測定した。これらの結果を下記の表４に示す。

（評価結果）
表４に示すように、インゴットの送り速度を速くしても、ワイヤの延在方向に対して交差する方向にワイヤを回転させながらインゴットを切断することにより、ワイヤの断線を抑制できることがわかった。また、インゴットの送り速度を速くしても、切り代を低減できることもわかった。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ インゴット、１１，１２，１３ ガイドローラ、１４，１６ ボビン、１５ ワイヤリール、１７，１８ 保持部、１９ 載置部、２１，２２，２３，２４ 矢印、１０３ 排出物、Ｄ 距離、Ｌ１ 幅、Ｌ２ 直径、Ｌ３ 切り代、Ｗ ワイヤ、Ｗ１ 端部、Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ６ 領域、Ｗ５ 端部、ｘ，ｙ 方向。

Claims (3)

1. 砥粒が固着されたワイヤを単数列または複数列用いてインゴットを切断することにより半導体基板を製造する方法であって、
   前記インゴットを準備する工程と、
   前記ワイヤの延在方向に対して交差する方向に前記ワイヤを回転させながら、前記インゴットを切断する工程とを備えた、半導体基板の製造方法。
2. 前記切断する工程では、前記ワイヤを往復運動する、請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
3. 前記切断する工程では、前記ワイヤは２以上のガイドローラにより支持されており、前記ワイヤの延在する方向において、前記ガイドローラの端部と前記インゴットの端部とのそれぞれの距離が１ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の半導体基板の製造方法。

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