JPH06103674B2

JPH06103674B2 - 半導体単結晶インゴツトの角度調整法と装置

Info

Publication number: JPH06103674B2
Application number: JP62153979A
Authority: JP
Inventors: 佳伸大山
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-06-19
Filing date: 1987-06-19
Publication date: 1994-12-14
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPS63318128A

Description

【発明の詳細な説明】（ア）技術分野この発明は、半導体単結晶インゴツトを、特定の結晶方
位に切断する際、結晶方位を正しく定める方法と装置に
関する。

半導体単結晶というのはGaAs、InP、Siなどの半導体の
ことである。チヨコラルスキー法で作られるものもある
が、水平ブリツジマン法で作られるものもある。

Siはチヨコラルスキー法（CZ）で引上げる事が多い。＜
100＞方向、＜111＞方向に引上げる。円柱形のインゴツ
トが得られる。

GaP、GaAsもチヨクラルスキー（引上げ）法で成長させ
る事がある。液体カプセルB₂O₃を使つて液面に高圧を掛
けるので液体封止チヨクラルスキー法（LEC）という。

チヨクラルスキー法でやはり＜100＞方向、＜111＞方向
の単結晶インゴツトを得ることができる。

インゴツトを薄くスライスしたものをウエハーという。
これの面方位は（100）、（111）などであるが、（10
0）ウエハーが特に多い。

CZ法、LEC法で成長したインゴツトは円形断面を呈して
いる。（100）ウエハーを得たい場合は、＜100＞方向に
成長させたインゴツトを成長方向と直角にスライスすれ
ばよい。

GaAs単結晶などIII−Ｖ族の場合、水平ブリツジマン法
（Horizontal Bridgman）もよく利用される。これは半
円筒状のボートの中へ原料を入れ、石英管に封入し、温
度分布のある炉の中を水平に移動させて、ボート内の原
料を徐々に固化させる方法である。熱応力が発生しにく
い方法である。このため転位の少い、品質のよい単結晶
が得られる。

ところが、水平ブリツジマン法は、任意の方法に成長す
る、というわけにはいかない。＜111＞方向にしか成長
できない。しかも、成長したインゴツトは、円柱断面で
ない。半円柱断面である。

そこで（100）ウエハーを得たいという場合、インゴツ
トの長手方向に直角に切つてはならない。インゴツトの
長手方向と54.7°の角度をなす方向に切る事になる。

54.7°といつても、どの方向であつてもよいという事で
はない。（100）と等価な面は３方向にしかない。材料
の損失を少なくするため、実際には、このうちひとつの
方向だけが有効である。

この方向はおおざつぱにいえば、切断面とインゴツトの
自由表面（半円柱断面の弦にあたる部分）の交線が、長
手方向と直交する方向である。

このような方向に切断できるためには、成長方向から、
斜上54.7°又は斜下54.7°の方向に〔100〕方向が存在
するように、成長させなければならない。

つまり成長方向のまわりの方位も規定されていなければ
ならないのである。

一例を述べる。成長法を＜111＞とし、この方向を含む
鉛直面内に於て、＜111＞と54.7°をなす方向に＜100＞
が斜下向きにある。すると＜001＞、＜010＞が斜上向き
に前記鉛直面に対して対称に位置する。第４図に示す。

すると、結晶の自由表面にたてた法線の方向が＜11＞
という事になる。

これは理想的な場合の一例である。

このように、HB法で成長させた単結晶インゴツトには困
難な問題がある。

この発明のCZ法、LEC法で作つた単結晶にも、もちろん
適用できる。しかし、HB法のインゴツトが困難な問題を
含んでいるので、以後、主にHB法で作つたインゴツトに
ついて説明する。

（イ）従来技術成長方向が＜111＞方向である、といつても、この方向
からのズレがある。また、成長方向のまわりの回転もあ
る。前記の例でいえば、自由表面が常に＜11＞面であ
るというわけにはゆかない。

そこで、結晶方位を決めるには、次のようにする。

インゴツトを支持して、内周刃スライサーで厚さ0.3〜
1.0mmのウエハーに切断する装置をスライサーという事
もある。

スライサーには、インゴツトを支持するマウンテイング
ブロツクがある。マウンテイングブロツクにインゴツト
を、スペーサを介して取付ける。

スペーサはカーボン、石こうなどの単純な円板である。
インゴツトはスペーサに、エポキシ系の接着剤で固定さ
れる。マウンテイングブロツクは、鉛直軸の回りに回転
できるし、水平軸のまわりに回転できる。

しかし、鉛直軸のまわりの回転範囲が限られている。こ
れが問題である。

第５図は従来のスライサー装置の略構成図である。これ
は、運動の自由度を説明するための図に過ぎない。実際
のスライサーの形状に対応しているわけではない。

マウンテイングブロツク10は、その後端が水平軸11によ
り、回転基台12に枢結されている。回転基台12は鉛直軸
13によつて固定基台14に結合されている。

マウンテイングブロツク10は、水平軸11のまわりを回転
できる。ただし、下方にしか回転できない。水平線ｌ
と、マウンテイングブロツク10の軸線ｈとのなす角をＹ
とする。Ｙは０〜60°の範囲で任意に設定できる。

ここでは図示を略しているが、傾角Ｙを任意に設定する
装置がある。これは円弧溝と、ボルトにより簡単に構成
できる。

傾角Ｙの範囲が０〜60°と広いのは、HB法によるインゴ
ツトもスライスできるためである。＜111＞方向に成長
させたHB法インゴツトから（100）ウエハーを切出すに
は、54.7°の傾角を必要とするからである。

回転基台12は鉛直軸13のまわりを回る事ができる。水平
方向の回転である。この回転をＸ回転といい、回転角を
Ｘで表わす。これが慣習である。

水平回転の中心は０°で、前後に±Ｘ_ｍ回転できる。−
Ｘ_ｍ〜＋Ｘ_ｍである。最大回転角Ｘ_ｍが大きければ、ど
のようなインゴツトに対しても任意の方向を与えうる。

しかし、Ｘ_ｍを大きくするのは機構的に難しい。そこ
で、従来Ｘ_ｍは７°程度の狭い角になつている。水平回
転の範囲が14°である。鉛直方向の傾角範囲が60°に比
べて狭い。

Ｘ_ｍが小さいのは、機構上の問題もあるが、水平方向の
調整は、鉛直方向ほど大きく必要とされないという事が
ある。

インゴツト１の端を切つてスペーサに固着する。この
際、切断面を適切に選び、マウンテイングブロツク軸線
ｈのまわりの回転角を適切に選ぶ。もしも、これらの選
択が適切であれば、水平方向の角度調整が殆んど不要で
ある。このためＸ_ｍが小さい。

とはいうものの、Ｘ線回折で調べる前のインゴツトであ
るから結晶方位の詳細が分らない。インゴツト端部の切
断が適切であるとは限らない。スペーサに固着する時、
軸線ｈのまわりの回転も適切であるとは限らない。

それゆえ、従来のスライサー装置のように、水平回転角
範囲が±７°というのは、狭すぎることがある。

スライサー装置は、インゴツトを支持するインゴツト支
持機構の他に、内周刃ブレードを回転する機構がある。

内周刃ブレードのブレード面Σは一定している。これを
切断面Σという事にする。ブレード面は、Ｙ＝０、Ｘ＝
０の時に、マウンテイングブロツク軸線ｈと直交する面
である。

Ｙ＝０、Ｘ＝０の時の軸線ｈの方向を基準水平線ｌとい
う。

切断面Σと基準水平線ｌは直角である。この関係は不変
である。

インゴツトの先端を内周刃ブレードの内周に入れて、ブ
レードを切断面Σで平行移動し、インゴツトから、薄片
を切り取る。これがアズカツトウエハーである。

ついで、インゴツト支持機構の全体を一定距離送つて、
再び内周刃ブレードでインゴーツト先端を切断する。

スライシングの準備段階として、インゴツトの方位を決
定しなければならない。（100）ウエハーが必要であれ
ば、切断面Σと（100）面とが平行になるように、水平
回転角Ｘ、傾角Ｙを調整する。第６図にこれを示す。

インゴツト１をスペーサ２に固着し、おおざつぱに角度
調整する。たとえばＸ＝０、Ｙ＝Y₀とする。HB法による
インゴツトの場合Y₀は55°程度である。この場合も、イ
ンゴツトの〔100〕方向が、鉛直面Ｙに含まれ、Ｙ＋5
4.7°程度の角度にあるように固定する必要がある。こ
こで鉛直面Ｙというのは、傾角Ｙの方向にインゴツトを
上下動させる時に、インゴツト軸線ｈ（マウンテイング
ブロツク軸線でもある）が含まれる鉛直面である。Ｙが
正という事は斜下方を向いているという事である。

Ｘ＝０、Ｙ＝Y₀に於て、内周刃ブレードで、インゴツト
を１枚分だけスライスする。これは方位決定のためのウ
エハーである。

このウエハーを劈開にそつて割る。劈開面（011）、
（０１）が現われる。

第７図、第８図に示す。ウエハー面が、もしも｛100｝
であれば、この面と劈開面に立てた法線＜011＞とは平
行である。ところが、ウエハーの面は｛100｝からずれ
ているので、そうはならない。＜011＞方向はウエハー
面のなす角をＡとする。

同様に劈開面（０１）に立てた法線とウエハー面との
なす角をＢとする。ウエハー面が｛100｝であれば、
Ａ、Ｂともに０であるが、そうでないから、Ａ、Ｂが０
でない。

そうすると、水平角度、傾角を調整して、Ａ、Ｂが０に
なるようにすればよい。水平角度、傾角の調整角をΔ
Ｘ、ΔＹとする。これと、Ａ、Ｂの関係を求める。

第３図に示すように、方位決定ウエハーを切りとつたイ
ンゴツトの面に原点Ｏを有し、この面ΣがXY面になり、
Ｘが鉛直下方を向く座標系を考える。

インゴツト軸線ｈは、XZ平面内にあり、軸となす角が
Y₀である。

＜100＞方向はＺ軸方向に近い。しかし、同一でない。
Ｘ軸のまわりにΔＸだけ異なり、Ｙ軸のまわりにΔＹだ
け異なるとする。

＜０１＞方向はＹ軸方向に近い。しかし一致しない。
Σ面すなわちXY面に＜０１＞を投影したものをORとす
る。ORと＜０１＞のなす角がＢである。ORとOYのなす
角をθとする。

＜０＞方向はＸ軸方向に近い。しかし一致しない。
＜０＞をXY平面に投影したものをOQとする。OQと＜
０＞のなす角がＡである。OQとOXのなす角はθであ
る。

ΔＹは主に＜０＞のＸ軸からのずれＡによつて生ず
る。これがcosθの重みで、ΔＹに寄与する。

＜０１＞のＹ軸からのズレＢも、ΔＹに含まれる。正
射影ORがＹ軸とθをなす分だけΔＹに影響するからであ
る。

Ｂが正であると、ΔＹを負にする方向に影響する。これ
の寄与が−Bsinθである。

結局 ΔＹ＝A_cosθ−B_sinθ （１）という事になる。これは傾角である。水平回転角も同様
であるが、インゴツトがY₀だけ傾いているので1/_cosY₀
という係数が入る。

ΔＸ＝（B_cosθ＋A_sinθ）／_cosY₀ （２）である。これが＜100＞方向とＺ軸方向のずれの角度で
ある。そうすると、Ｘ軸まわりに、−ΔＸ、Ｙ軸のまわ
りに−ΔＹだけインゴツト方位を微調整すれば、Ｚ軸と
＜100＞方向とを一致させる事ができる。つまり、＜100
＞方向と切断面Σを直交させる事ができる。この状態で
２枚目以後のウエハーを内周刃ブレードで切断すればよ
い。切断面Σが（100）面であるウエハーを得ることが
できる。

（ウ）従来技術の問題点ところが、そのように単純にゆかない場合がある。Ｘ方
向の回転角範囲が限られているからである。

たとえば、試験用のウエハーを切り出して、角度を測定
し、Ｂ＝５° Ａ＝２° θ＝３°Y₀＝55° であつたとする。これを（２）式に代入すると、 ΔＸ＝8.9° （３）となる。Ｘの調整範囲が±７°であるからこれは調整範
囲の外にある。

つまり、従来のＸ、Ｙ方向調整機構では、調整できない
という事である。

このような場合、インゴツトをスペーサから取外し、ｈ
軸のまわりにインゴツトを回転して、再びスペーサに接
着していた。

このように取付け直す手間が必要であつた。煩瑣であつ
た。

（エ）構成本発明では、このような難点を解決するため、インゴツ
トをインゴツト軸（マウンテイングブロツク軸）線ｈの
まわりに回転できるようにした。

すなわち、スペーサが従来はマウンテイングブロツクへ
直接についていた。これをやめて、本発明では、スペー
サとマウンテイングブロツクが軸まわりに相対回転でき
るよう、中間に取付治具を入れる事にする。

スライサー装置は、既に説明したように、インゴツト支
持機構と、ブレード回転機構がある。インゴツト支持機
構が、従来、Ｙ方向、Ｘ方向の回転のみを許したが、本
発明ではインゴツト軸ｈのまわりの回転も許す。

第１図は本発明のインゴツトスライサー装置の概略斜視
図を示す。

インゴツト１は、スペーサ２に接着されている。

スペーサ２は、第１取付治具３に固着されている。

第２取付治具４がマウンテイングブロツク10に取付けら
れている。

第１取付治具３は、第２取付治具４に対して軸方向回転
が可能なように組合わされる。

すなわち、取付治具３、４は止めねじ５によつて固定さ
れるが、止めねじ５を緩めると、取外す事ができる。

第２図は取付治具の部分の分解斜視図を示している。

第１取付治具３の後端は円錐凸部６になり最端部が頭部
７となつている。

これに対応して、第２取付治具４の前部には、円錐凹部
８が形成されている。またねじ穴９が半径方向に穿設さ
れている。

第１取付治具３の円錐凸部６、頭部７を、第２取付治具
４の円錐凹部８に嵌込む。止めねじ５をねじ穴９へ螺入
する。止めねじ５で頭部７を押える。こうして第１、第
２取付治具３、４が互に固定される。

反対に、止めねじ５を緩めると、第２取付治具４に対し
て、第１取付治具３と、軸線ｈのまわりに回転すること
ができる。

その他の点は、従来のものと同じである。

マウンテイングブロツク10は、水平軸11のまわりに鉛直
方向に回転できる。回転角Ｙは、例えば０〜60°であ
る。

回転基台12は、鉛直軸13のまわりに水平方向に回転でき
る。回転角Ｘは−Ｘ_ｍ〜＋Ｘ_ｍであるが、Ｘ_ｍは７°程
度である。

Ｘ＝０、Ｙ＝０の時のマウンテイングブロツクインゴツ
ト軸線ｈを基準水平線ｌとする。基準水平線ｌに直角に
なるように内周刃ブレードの切断面Σが設定される。

（オ）作用インゴツト軸線ｈのまわりに、インゴツトを回転させる
事ができる。このため、Ｘ方向、Ｙ方向の角度調整の他
にＨ方向の角度調整が可能だという事になる。

第３図の配置から明らかであるが、＜100＞のＺ軸から
のずれの角度ΔＸ、ΔＹと、Ｈ方向の回転には相関があ
る。ｈ軸がXZ面にある限り、Ｈ方向の微小回転ΔＨは、
ΔＹには二次の効果したない。しかし、ΔＨはΔＸに対
して_sin Y₀ΔＨ＝−ΔＸ（４）の効果がある。第３図から、これは明らかである。

すなわちΔＸの範囲が不足する時は、ΔＨによつて、必
要な回転を得る事ができる。

例えば、ΔＸの調整可能範囲が７°であつて、必要なΔ
Ｘが８°であるとする。１°不足する。不足の１°の分
をΔＨの回転で補うことができる。つまりｈ軸のまわり
に1/_sinY₀度だけ回転すればよいのである。

単に不足分を補うというのではない。逆の考え方もあり
うる。

ΔＨの回転によつて、ウエハー面（100）をＺ軸に直角
な方向に近づけ、不足のΔＸ、ΔＹをΔＸ、ΔＹの再度
の調整で修正する、という事である。

より進んで、ΔＸの調整を省き、ΔＨとΔＹの調整だけ
にする事もできる。

（カ）実施例水平ブリツジマン法により＜111＞方向にGaAs単結晶を
成長させた。このインゴツトを本発明のスライサーに取
付けた。取付治具３、４を介して取付けている。ｈ軸の
まわりの回転が可能である。

このインゴツトを水平回転角Ｘ＝０°、傾角Ｙ＝55°と
いう角度に設定した。これは＜111＞から（100）ウエハ
ーを取るためには54.7°で切断しなければならないこと
からきている。これを内周刃ブレードにより切断した。
切断面Σに平行な面を持つ試験用ウエハーが得られた。

これを劈開し＜100＞と直角な法線を持つ（０１）
（０）面を出した。ウエハー面Σと、これらの面の
法線のなす角Ｂ、Ａを測定した。また＜０１＞方向の
Ｙ軸からのずれ角θも測定した。この結果Ｂ＝５° Ａ＝２° θ＝３° （５）であつた。これらのズレを打消すためのΔＸ、ΔＹの角
度を（１）、（２）から計算すると、 ΔＸ＝8.8° （６） ΔＹ＝1.73° （７）となる。ΔＸの設定可能な範囲が７°であるので、この
調整ができない。

そこで、本発明の方法にもとづいて、第１、第２取付治
具３、４の止めねじ５を緩め、インゴント１をｈ軸のま
わりに回転した。止めねじ５を再び締めた。Ｘ方向、Ｙ
方向の調整を行わずＨ方向だけにした。そして、再び、
試験用のウエハーを切取つた。２回目のウエハーも劈開
させて、ずれ角を測定した。この結果Ｂ＝２° Ａ＝２° θ＝１° （８）であつた。

ΔＸ＝3.6° ΔＹ＝1.96° （９）と計算される。3.6°であれば７°以下であり、調整で
きる。そこで、このような回転を行い、ウエハーをみた
び切断した。その結果｛100｝方位のウエハーが得られ
た。

これは、Ｈ方向、Ｘ、Ｙ方向の調整を行なつている。２
度の調整である。ｈ軸まわりの角度ΔＨ＝3.6°であ
る。

さらに、より簡単に、（５）の値が分つた時に出るかＨ
＝6.08°の回転を行なうと、Ｂ＝0.0171° Ａ＝２° θ＝−0.489° （10）となる。するとΔＸ＝０となり、ΔＹ＝２°となる。従
つて、１枚目の試験用ウエハーから（５）の値が分つた
後、ΔＨ＝6.08°、ΔＹ＝２°の回転を行えば、ただち
に｛100｝ウエハーを切り出すことができる。

このような事はｈ軸まわりの回転ΔＨが、Ｂ、θに及ぼ
す作用を考えればすぐに分ることである。第３図を見て
明らかなように、 ΔＢ′＝−_sinY₀ΔＨ（11） Δθ′＝−_cosY₀ΔＨ（12）である。ΔＸをＯにするには、（２）式のＢをB₀＋Δ
Ｂ′に、θをθ_０＋Δθ′に置き換え、sinθ≒πθ/18
0、cosθ≒１という近似をして、であればよい。B₀は１枚目の試験ウエハーのＢである。
Ａもそうであるが、Ａは不変であるのでサフイツクス
“0"を省いた。

（11）〜（13）よりとなる。B₀＝５°、Ａ＝２°、θ_０＝３°、Y₀＝55°で
あるので、ΔＨ＝6.083となる。

（キ）効果半導体インゴツトを、スライサーのマウンテイングブロ
ツクに取付けて内周刃ブレードでウエハーにスライスす
る際に、角度調整が容易になる。

水平方向の回転角Ｘの範囲が狭く限定されている時であ
つても、取付治具の間で相対回転させ、インゴツトを軸
まわりに回転させるだけで、所望の方位のウエハーを切
り出す事ができる。

いつたん、インゴツトをスペーサから取り外し、再び接
着する、というような手数が不要である。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の半導体インゴツトスライサー装置の略
構成図。第２図はインゴツトと第１、第２取付治具の部分のみの
分解斜視図。第３図はインゴツト軸ｈのまわりの回転ΔＨが、ΔＸ、
ΔＢ、Δθに及ぼす作用を示す説明図。第４図はHB法で＜111＞方向へ成長させたインゴツトの
方位の理想的な例を説明する図。第５図は従来例のインゴツトスライサー装置の略構成
図。第６図は＜111＞方向へ成長させたHB法のGaAsインゴツ
トを55°傾けてウエハーを切り出す場合の説明図。第７図は切り出したウエハーの劈開面の法線＜011＞と
ウエハー面との傾き角Ａの定義を示す図。第８図は切り出したウエハーの劈開面の法線＜０１＞
とウエハー面の傾き角Ｂの定義を示す図。１……インゴツト２……スペーサ３……第１取付治具４……第２取付治具５……止めねじ６……円錐凸部７……頭部８……円錐凹部９……ねじ穴 10……マウンテイングブロツク 11……水平軸 12……回転基台 13……鉛直軸 14……固定基台ｌ……基準水平線 Σ……切断面ｈ……インゴツトマウンテイングブロツク軸線Ｘ……水平回転角Ｙ……傾角Ｈ……ｈ軸まわりの回転角Ｏ……座標の原点 OX……水平回転の中心線 OY……傾角の中心線 OZ……ｌに平行でΣに垂直な半直線 OR……＜０１＞のΣ面への投影 OQ……＜０＞のΣ面への投影 θ……ORとOYのなす角Ｂ……＜０１＞とORのなす角Ａ……＜０＞とOQのなす角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水平軸Ｙのまわりに回転し傾くことがで
き、鉛直軸Ｘのまわりに水平回転することができ、ある
範囲の任意の傾角Y₀及びある限られた範囲の任意の水平
回転角X₀に固定できるマウンテイングブロック10を有す
るインゴット支持機構と、マウンテイングブロック10に
対向して内周刃ブレードを一定方位を有する切断面Σ内
に保持し回転駆動させるブレード回転機構とよりなりブ
レードを回転させインゴットを回転させず、インゴット
からウエハーを切り出すようにした半導体単結晶インゴ
ットのスライサー装置に於て、マウンテイングブロック
10に、相互に軸まわり回転可能な第２取付治具４、第１
取付治具３を取りつけ、スペーサ２により半導体単結晶
インゴットを第１取付治具３の端面に固定し、適当な水
平回転角X₀と傾角Y₀を設定し、この角度にインゴットを
回転した位置で、内周刃ブレードによってインゴットを
切断し試験用ウエハーを得、劈開方向とウエハー面のな
す角Ａ、Ｂ及び劈開方向とＹ軸又はＸ軸とのなす角θと
を測定し、Ｂ、Ａを０にするよう、インゴット軸ｈまわ
りの回転角Ｈ、傾角Ｙの微小回転角ΔＹ及び水平方向の
微小回転角ΔＸを調整するか、或はインゴット軸ｈまわ
りの回転角Ｈと傾角Ｙの微小回転角ΔＹとを調整するか
によって、所望のウエハー面方位とブレード切断面Σと
を平行にする事を特徴とする半導体単結晶インゴットの
角度調整法。
【請求項２】固定基台14と固定基台14の上に鉛直軸13を
介して設けられ水平方向に回転可能であり限られた範囲
の任意の水平回転角X₀で固定できる回転基台12と、回転
基台12の上に水平軸11を介して設けられ上下方向に傾く
事ができ限られた範囲の任意の傾角Y₀で固定できるマウ
ンテイングブロック10と、該マウンテイングブロックに
固定された第２取付治具４と、第２取付治具４に対して
直列に連結されインゴット軸ｈのまわりに相対回転させ
る事ができ任意の回転角Ｈで固定できる第１取付治具３
と、第１取付治具３の端面にインゴット１を固着するた
めのスペーサ２とよりなるインゴット支持機構と、マウ
ンテイングブロック10に対向して設けられインゴットを
切断するため一定方位の切断面Σに保持される内周刃ブ
レードと、該内周刃ブレードを支持し回転駆動するブレ
ード回転機構とよりなり、ブレードを回転させインゴッ
トを回転させずインゴットからウエハーを切り出すよう
にした事を特徴とする半導体単結晶インゴットの角度調
整装置。