JPH08309737A - 単結晶インゴットの加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体、誘電体の単結晶インゴットから、精
度良く、所望の方位を有するウエハを切り出すこと。 【構成】 単結晶インゴットを治具に取り付けた状態
で、治具の端面に平行な面の方位Ｄを測定し、目標方位
Ｑとの差Ｚを求め、治具に取り付けた状態で切断機の切
断台に取付けた角度調整器に固定し、角度調整器を−Ｚ
だけ動かして、切断台の基底に直交する方向が、目標面
であるようにして、切断台に直交する方向に対象物を切
り出す切断機によってウエハを切り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体、誘電体など
の単結晶インゴットの加工方法に関する。対象となる半
導体は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの単結晶である。
チョクラルスキ−法やブリッジマン法によって作製した
単結晶インゴットを薄いウエハに切断する際に、結晶の
方位を正確に求めて所望の方位のウエハを切断する必要
がある。例えば（１００）ウエハとか、（１１１）ウエ
ハ、というふうに正確に結晶面がウエハ面に平行なもの
を加工することもある。さらに（１００）から所定の角
度だけ傾いた面を持つウエハを加工することもある。何
れにしても、インゴットの段階で結晶方位を見極めてか
ら切断する必要がある。切断には内周刃スライサ−、外
周刃スライサ−、ワイヤソ−などを用いる。

【０００２】

【従来の技術】従来は、インゴットを切断機の取付け基
準面に取付けるまでに結晶方位を確定し、スライスして
希望の方位の面（以後、切断目標面、希望方位面という
こともある）Ｑを出してから切断機の取付け基準面に固
定していた。切断の方向はこの場合、基準面に平行であ
ればよい。ワイヤソ−によってインゴットを切断する場
合、ワイヤソ−の進行方向は基準面に完全に平行であっ
て良い。内周刃、外周刃など刃物を使う場合は、刃物の
面が切断機の基準面に平行である。刃物の運動と、切断
機の関係は単純である。しかしながらこの場合、インゴ
ット切断して希望の面（目標面Ｑ）を出すのに時間と手
数がかかる。

【０００３】従来法の結晶方位の出し方を説明する。 インゴットをカ−ボンの治具に取付け、切断機（例え
ば内周刃スライサ−）の固定具に固定する。これが図１
に示す状態である。この状態でインゴットの端面から１
枚のウエハを切り出す。これが図２に示す手順である。
カ−ボン治具に取付けるのは、インゴットを切ってウエ
ハにしたときにバラバラになって落下しないためであ
る。切断の後もウエハの端がカ−ボン治具に付いている
からそのままの状態を保つことができる。カ−ボンにイ
ンゴットを固定するのは常套手段である。

【０００４】このウエハの結晶方位Ｗ１をＸ線回折に
より測定する。ウエハ面方位の、目標面方位Ｑからのず
れを求める。ずれがなければ良い。切断機から取り外
し、別の切断機によってインゴットの切断を始める。

【０００５】ずれがあれば、切断機の角度調整器を調
節して、目標面Ｑが切断されるようにする。この状態で
２枚目のウエハを切り出す（図２）。このウエハの結晶
方位Ｗ２をＸ線回折によって調べる。ウエハ面が目標方
位面Ｑであれば、この状態でウエハを切り出すようにす
れば良い。しかしウエハ面が未だに目標面Ｑでない場合
は、さらに角度調整器を調節して、３枚目のウエハを切
り出す。

【０００６】ウエハ方位面Ｗと目標方位面Ｑの差が公
差内にあるようになった時に角度調整を終わる。このよ
うになるとインゴットをスライサ−から取り外す。この
時インゴットの端面Ｓが目標面Ｑになっている。

【０００７】取り外したインゴットの端面Ｓが切断機
（ワイヤソ−など）の基準面に平行になるように、イン
ゴットを切断機の上に固定する。この切断機は基準面に
平行に対象物を切断するようになっている。それ故これ
により希望方位面を持つウエハが切り出される。インゴ
ットの端面を希望方位面にする為の第１の切断機と、多
数のウエハを切り出す為の第２の切断機は別異の機械で
ある。インゴット端面が基準面に平行になるように固定
するにはふたつの方法がある。

【０００８】ひとつは、図３に示す方法である。固定
治具３の上に接着剤５を塗布しておき、その上にインゴ
ット１を取り付けたカ−ボン治具２を置き、インゴット
端面Ｓを切断機の基準面Ｚに押しつけながら接着剤５を
硬化させる。このとき固定治具を支持する角度調整器は
適当に傾斜させて端面Ｓが基準面Ｚに平行になるように
する。

【０００９】 もうひとつの方法を図４によって説明
する。インゴット１を取付けたカ−ボン治具２を固定具
３に固定する。これを角度調整用ゴニオメ−タ４に取付
ける。インゴットの端面Ｓと、基準面Ｚを平行にすれば
良い。このために、３箇所でインゴットの端面と基準面
の距離を顕微鏡によって測定する。これら３箇所での距
離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が一致するように、ゴニオメ−タを
調整する。Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３であれば、インゴット端面
Ｓと基準面Ｚが平行になる。

【００１０】このように切断機にインゴットを取付けた
後は、始めに述べたようにワイヤソ−、内周刃スライサ
−、外周刃スライサ−などでウエハを切り出す。切断面
が基準面に平行になるようになっているから、希望の方
位に等しい面方位を持つウエハが切り出される。本発明
の目的はインゴットの方位を正確に決めることであっ
て、ウエハの切断はその後の工程である。

【００１１】ウエハの切断は本発明の目的の埒外である
が、簡単に説明する。ワイヤソ−による切断は一挙にウ
エハを切り出すので高能率である。ワイヤソ−は１本の
エンドレスワイヤを３つの溝付きロ−ラの間に一定間隔
で巻き回しワイヤを往復運動させるものである。インゴ
ットを複数本のワイヤに当てて平行移動させると、同時
に多数のウエハが切り出される。本発明はワイヤソ−に
限らず内周刃スライサ−による切断の際の方位の決定に
も適用できる。

【００１２】特開平１−１７７９５８号は、メインロ−
ラ、巻取りロ−ラの速度を独立に制御しワイヤの張力を
自在に調整できる機構を提案している。特開平５−１０
４４３２号は、１本のワイヤを往復運動させている従来
のワイヤソ−はワイヤの摩耗が激しいので２本以上のワ
イヤを往復運動させる機構を提案している。複数のワイ
ヤを使うから摩耗が減るという。当然のことである。特
開平３−２０８５５５号は、ワイヤソ−のワイヤに研磨
液を供給する機構の改良を提案している。

【００１３】このようにワイヤソ−そのものに関する改
良は数多い。本発明はワイヤソ−などの切断機に関する
改良ではない。切断機にセットするための方位決めの方
法に関する。であるからこれらの従来例と本発明は直接
の関係はない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の切断法は、度々
ウエハを切り出して、ウエハの結晶方位を検出し、イン
ゴットの方位を調整し、インゴットの端面を希望の方位
の面にしてから切断機に取り付ける。これには次の難点
がある。

【００１５】検査用にウエハを切り出してから方位を
調べるので、余分な手間が掛かる。 ウエハを何枚も切出して方位を調べる必要があるから
材料のロスが大きい。 インゴットの端面を所望の方位にして、これを切断機
の当たり面（基準面Ｚ）と平行になるように固定するの
は難しい。作業者の熟練と根気が必要である。 手作業に負っているところが多いので誤差が大きい。
ウエハの面方位の誤差が±０．２°以下にならない。

【００１６】材料の損失を伴うことなく単結晶インゴッ
トの方位を決定することのできる方法を提供することが
本発明の第１の目的である。ウエハを切り出すことなく
単結晶インゴットの方位を決めることのできる方法を提
供することが本発明の第２の目的である。作業者の熟練
に依存しないインゴットの方位決定方法を提供すること
が本発明の第３の目的である。短時間でインゴットの方
位を決めることができる方法を提供することが本発明の
第４の目的である。精度の高いインゴット方位決定方法
を提供することが本発明の第５の目的である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の単結晶インゴッ
トの加工方法は、単結晶インゴットを治具に取り付け、
これを直角な面Ａ、Ｂ、Ｃを持つ直方体の共通治具に固
定し、共通治具のＢ面、Ｃ面に直角なインゴットのＤ面
の方位をＸ線回折により求め、切断目標面Ｑとの相違Ｚ
＝Ｄ−Ｑを求め、直方体治具に取り付けたままインゴッ
トを切断機の角度調整器に取り付け、角度調整器をＤ面
とＱ面の相違分−Ｚだけ動かして、角度調整器の基底に
対して直角な面が目標切断面になるようにし、角度調整
器の基底に対して直角にインゴットを切断することによ
り、目標面を有するウエハを切り出すようになってい
る。

【００１８】

【作用】以下幾つかの平面が述べられるが、面Ｘという
場合は、特定の平面Ｘと共にこれに平行な全ての面をも
含む。つまり面の方位だけを問題にし、面の位置は問題
にしないのである。

【００１９】図１のようにカ−ボン治具に取り付けた単
結晶インゴット１を直方体形状の共通治具３に固定す
る。この治具は直方体形状で端面Ａ、側面Ｂ、底面Ｃが
互いに直角である。図５、図６のような状態になる。こ
の治具を前記の切断機（ワイヤソ−、内周刃スライサ−
など）の切断台に取り付けると、Ｂ面とＣ面の両方に直
角な面、つまりＡ面に平行になるように、切断機がイン
ゴットを切断してゆくようになっている。インゴットの
端面はどのような方位であるか分からない。

【００２０】インゴットから試験用のウエハを切り出す
ことなく、Ｂ面とＣ面に直角な（つまりＡ面に平行な）
インゴット面Ｄの方位をＸ線回折によって測定する。図
６で破線で表したＤ面が、Ｘ線測定面である。Ｄ面はＤ
⊥Ｂ、Ｄ⊥Ｃによってインゴットに対して厳密に定義で
きる。Ｄ面の方位は、目標方位Ｑに近い筈であるが、少
しは違っている。共通治具と共にインゴットを切断台上
に置いた角度調整器の台座に固定する。つまり切断台の
上に直接にインゴットを置くのではなくて、切断台の上
の角度調整器に取り付けるのである。

【００２１】これが図７に示す状態である。切断機の切
断台に角度調整器を置いている。角度調整器６は、上方
に台座７を有し、下方に基底８を有する。中間部が２軸
の調整部９になっている。コの字型の台座７に共通治具
をスッポリと嵌め込み、ボルト１０によって固定する。

【００２２】切断台の上面をＫとする。治具の底面がＣ
面である。角度調整器の台座の上面がＣになり、基底の
底面がＫになる。従来例では角度調整器を置かず、直接
に治具３を台に固定していた。この場合は面Ｋは面Ｃに
平行になり、切断は面Ｋに直角方向に行なわれるので、
インゴットの目標面Ｑが、面Ｃに直角でなければならな
かった。

【００２３】しかし本発明では、切断台と治具３の間に
角度調整器６を置いているから、面Ｋは面Ｃに平行でな
くてよい。角度調整器６は２軸の角度の調整が可能であ
る。上下方向Θと鉛直軸周り回転方向Φである。インゴ
ットのＤ面（ＢＣ面に直交する面）の結晶方位は先程測
定している。目標切断方向Ｑと、Ｄ面の方位の違いを計
算する。

【００２４】図８は角度調整器の角度Θ、Φが共に０の
時を示す。この場合は、治具底面Ｃと、台座底面Ｋが平
行で、Ｃ面とＤ面が直角であるから、Ｄ面とＫ面が直交
する。Ｄ⊥Ｋである。直交面Ｄと目標面Ｑの差、Ｚ＝Ｄ
−Ｑを計算する。この差は実際には二次元ベクトルであ
る。面は法線の単位ベクトルで表現され、これらの差は
当然に二次元のベクトルになる。以下、これらのパラメ
−タは二次元の量である。

【００２５】この差に負号を付けた−Ｚだけ角度調整器
を動かす。すると、目標面ＱがＫ面と直交するようにな
る。図９はこの状態を示している。Ｃ面とＫ面は平行で
はなく、−Ｚだけ食い違っている。切断機は、台の面Ｋ
と直交する方向にウエハを切り出すのであるから、この
状態でインゴットを切ると、目標面に沿ってウエハを切
り出すことができる。

【００２６】本発明は、角度調整器を介在させ、インゴ
ットの軸直交面Ｄと目標面Ｑの差に当たる分だけ角度調
整器を変位させて、目標面Ｑが切断面に平行になるよう
にする。このためにウエハを切り出して方位を検出する
という必要がない。非破壊検査による方位の測定であ
る。このためウエハ切断の手間や材料の損失を回避でき
る。軸直交面Ｄの方位の測定は容易である。また角度調
整器の調整も短時間で済む。熟練も不要である。ウエハ
を切り出してウエハの方位からインゴットの方位を知る
のではないから、インゴットの方位決め精度が高い。

【００２７】

【実施例】図７〜図９の説明では、角度調整器の詳細を
略している。これは２軸の調整可能なものであって、切
断機の切断台に固定できる物であればどのようなもので
も良い。図１０〜図１２によって角度調整器の一例を説
明する。

【００２８】図１０において、角度調整器６は、上から
順に、上面円弧ブロック１１、中間円弧ブロック１２、
中間円板１３、基底円板１４よりなる。上面円弧ブロッ
ク１１が、図７〜図９の台座７に当たる。基底円板１４
が基底８に該当する。

【００２９】上面ブロック１１と中間ブロック１２は、
水平方向に軸を持つ円弧面１７において接している。両
者には、円弧面の軸に対して直交する方向のガイド１８
があって、上面ブロック１１と中間ブロック１２を摺動
自在に嵌合している。上面ブロック１１がガイドに沿っ
て移動すると、上面ブロックの傾き角Θが変化する。傾
き角Θは円弧面に沿って刻まれた目盛り１９によって分
かる。側方に設けられたΘつまみ１６を回すことにより
傾き角Θを変動させることができる。

【００３０】中間ブロック１２はその下の中間円板１３
に固着されている。中間円板１３は基底円板１４の上に
載っていて、中心軸の周りに回転することができる。Φ
つまみ１５によって、中間円板１３の回転角を変化させ
ることができる。中間円板１３の鉛直軸周りの回転角Φ
は目盛り２０によって分かる。ある基準面を与えると、
これからの傾きΘと、回転Φによってあらゆる面を表現
することができる。

【００３１】図１１はΘ＝０、Φ＝０である初期状態を
示す。Θ＝０、Φ＝０の時に基底の底面Ｋと、インゴッ
ト治具の底面Ｃが平行である。切断機は、基底底面Ｋに
直角な方向に対象物を切断する。従って、Θ＝０、Φ＝
０の時に、その機械の切断面は、治具のＡ面に平行なＤ
面である。Ｄ面の結晶方位は既に検定してある。目標面
は始めから決まっている。両者の差Ｚ＝Ｄ−Ｑは直ぐに
分かる。そこで、−Ｚだけ、角度調整器を動かすと、図
１２のようになる。このとき目標面Ｑが基底底面Ｋに直
角になる。つまり切断面が目標面Ｑに一致することにな
る。

【００３２】Θ、Φは三次元極座標系のふたつの変数で
ある。以後の記述では、ΦをＸ、ΘをＹということがあ
る。本発明は、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ単結晶インゴッ
トの切断に用いることができる。ＧａＡｓインゴットに
ついて本発明を適用した例について述べる。

【００３３】対象とするのは、直径７６ｍｍ（３イン
チ）、長さ１００ｍｍの＜１００＞方向に成長させたＧ
ａＡｓ単結晶インゴットである。チョクラルスキ−法で
引き上げたものである。そのままでは釣り鐘型である
が、これを円筒形に研削して一様な直径で端面が平滑な
円柱にする。これを（１００）ウエハに切断するのが目
的である。

【００３４】＜１００＞方向に成長させているから、軸
方向に直角に切れば（１００）ウエハになる筈である。
しかし実際には、軸方向が正確に、＜１００＞でない。
僅かなずれがある。だから正確に（１００）面の方向を
見極める必要がある。

【００３５】本発明の手法に従い、ＧａＡｓ単結晶イン
ゴットをカ−ボンの治具に固定する。これを幅５０ｍ
ｍ、高さ１０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの直方体形状の治具
に接着剤によって固定した。図１、図５、図６に示すよ
うな状態になる。直方体治具（共通治具）の端面Ａに平
行な結晶面Ｄの方位が（１００）面とどれだけずれてい
るかということをＸ線検定装置によって検定した。

【００３６】この結果、Ｘ方向に１．２４°、Ｙ方向に
０．３８°ずれていることが分かった。つまり目標面
（１００）との違いＺ＝Ｄ−Ｑが、ＺＸ＝１．２４°、
ＺＹ＝０．３８°である。ここでＺＸは差のＸ成分、Ｚ
Ｙは差のＹ成分である。

【００３７】インゴット付カ−ボン治具をＸ線検定装置
から取り外して、切断機の切断台上にある角度調整器に
のせて固定する。角度調整器をＸ方向に−１．２４°、
Ｙ方向に−０．３８°回す。これにより、切断台に直角
なインゴットの面が目標面Ｑに合致する筈である。この
切断機は、切断台に直角な面に対象物を切断するように
なっているから、目標面に沿ってインゴットを切断する
筈である。切断機はどのような種類のものでも良いが、
ここではワイヤソ−切断機を用いている。

【００３８】こうして切断したウエハは（１００）から
のずれが、Ｘ方向に０．０１°、Ｙ方向に０．０２°で
あった。合計のずれは０．０２３°に過ぎなかった。従
来の方法による切断誤差の限界が０．２°であったか
ら、従来法の限界を遥かに越えた高精度のウエハ切断が
可能になる。優れた発明である。

【００３９】さらに従来法では試験ウエハを切り出して
方位を検定していたので、平均して３ｍｍ厚（約７２
ｇ）の材料が無駄になっていた。１００ｍｍの長さで３
ｍｍ分ロスであったから３％の材料損である。本発明は
試験ウエハを切り出さないので、この分の無駄が全く発
生しない。材料損失もないので極めて有効である。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、インゴットの切断方位を決定
するために、試験用のウエハを切り出さなくてよいの
で、材料の損失がない。全ての材料を有効に用いること
ができる。これは方位を非破壊的に検定するからであ
る。

【００４１】それよりももっと優れた効果がある。それ
は作業者の熟練やカンに強く依存しないということであ
る。本発明においては治具の端面Ａに平行なインゴット
内面の方位をＸ線によって求めるが、これは調整動作は
不要である。熟練者の操作が要らない。また測定は１回
で済む。測定時間は短くて良い。

【００４２】最も優れた効果は精度高揚ということであ
る。ウエハを切断してウエハの面方位を検定するのでは
なく、インゴットの方位そのものを検定するから、方位
決めの精度が極めて高くなる。従来法では０．２°以下
に下がらなかった誤差が本発明によれば、０．０３°以
下に下げることが可能である。場合によっては０．０２
°以下に下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単結晶インゴットをカ−ボン治具に取り付け、
さらにこれを直方体の治具に取り付けた状態の斜視図。

【図２】従来例においてインゴットの端部を切り出して
試験ウエハとし、これの面方位を測定することを示す正
面図。

【図３】従来例においてカ−ボン治具と直方体治具の間
に接着剤を塗布し、端面が目標面になるように切断され
たインゴットを、切断機の基準面に押し当てて方位を決
めることを示す説明用断面図。

【図４】従来法においてカ−ボン治具に固定されたイン
ゴットを治具に固定し、さらに切断機の台に置き、イン
ゴット端面と基準面の間隙を３箇所において測定し、基
準面と端面が平行になるように固定することを示す説明
用断面図。

【図５】単結晶インゴットをカ−ボン治具に固定し、さ
らにこれを直方体治具の上面に固定した状態を示す正面
図。

【図６】単結晶インゴットをカ−ボン治具に固定し、こ
れを直方体治具に固定した状態を示す側面図。

【図７】直方体治具に固定したインゴットを切断機の切
断台の角度調整器に乗せて固定した状態の概略正面図。

【図８】角度調整器がΘ＝０、Φ＝０にある時のインゴ
ット、治具、切断機の切断台の上面などの関係を示す側
面図。

【図９】切断台の上の角度調整器を調整して、目標面が
切断台の面Ｋに直角になるようにすることを説明する側
面図。

【図１０】治具に固定したインゴットを角度調整器に戴
置した状態を示す斜視図。

【図１１】角度調整器がΘ＝０、Φ＝０にある時のイン
ゴット、治具、切断機の切断台の上面などの関係を示す
側面図。

【図１２】角度調整器がＸ軸、Ｙ軸方向に回動し、イン
ゴットの目標面が、切断台の面に直角をなす方向にある
時のインゴット、治具、切断機の切断台の関係を示す側
面図。

【符号の説明】

１ インゴット ２ カ−ボン治具 ３ 固定治具（共通治具） ４ ゴニオメ−タ ５ 接着剤 ６ 角度調整器 ７ 台座 ８ 基底 ９ 調整部 １０ ボルト １１ 上面円弧ブロック １２ 中間円弧ブロック １３ 中間円板 １４ 基底円板 １５ Φつまみ １６ Θつまみ １７ 円弧面 １８ ガイド １９ 目盛り ２０ 目盛り

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円柱又は角柱状の単結晶インゴットを治
   具に取り付け、これを直角な面Ａ、Ｂ、Ｃを持つ直方体
   の共通治具に固定し、共通治具のＢ面、Ｃ面に直角なイ
   ンゴットのＤ面の方位をＸ線回折により求め、切断目標
   面Ｑとの相違Ｚ＝Ｄ−Ｑを求め、直方体治具に取り付け
   たままインゴットを切断機の角度調整器に取り付け、角
   度調整器をＤ面とＱ面の相違分−Ｚだけ動かして、角度
   調整器の基底に対して直角な面が目標切断面Ｑになるよ
   うにし、角度調整器の基底に対して直角に対象物を切断
   する切断機によってインゴットを切断することにより、
   目標面を有するウエハを切り出すようになっていること
   を特徴とする単結晶インゴットの加工方法。