| 【発明の名称】 |
シリコンインゴットのスライス台 |
| 【発明者】 |
【氏名】和田 千春
【氏名】三崎 紀彦
【氏名】酒巻 誠
【氏名】片桐 誠
【氏名】大園 浩一
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| 【要約】 |
【課題】シリコンインゴットを薄く切断して複数枚のシリコンウエハを得る際にシリコンインゴットを接着固定するスライス台において、強度、剛性、耐油性、シリコンに近い熱膨張係数、接着剤の剥離性、絶縁性、硬度、軽量性などの面で優れたものを安価に提供する。
【解決手段】カルシウムシリケートとリチウムアルミノシリケートを主要構成相とする焼結体で構成する。ウォラストナイト等のカルシウムシリケートにスポジューメン等のリチウムアルミノシリケートを内割りで５〜９５重量％含有する焼結体で構成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 シリコンインゴットを薄く切断して複数枚のシリコンウエハを得る際にシリコンインゴットを接着固定するスライス台であって、カルシウムシリケートとリチウムアルミノシリケートを主要構成相とするカルシウムシリケート焼結体からなることを特徴とするシリコンインゴットのスライス台。
【請求項２】 カルシウムシリケートがリチウムアルミノシリケートを内割で５〜９５重量％含有することを特徴とする請求項１に記載のシリコンインゴットのスライス台。
【請求項３】 カルシウムシリケートがウォラストナイトを主体とするものであり、リチウムアルミノシリケートがスポジューメン、スポジューメン固溶体、ユークリプタイトの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコンインゴットのスライス台。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンインゴットを薄く切断して複数枚のシリコンウエハを得る際にシリコンインゴットを接着固定するスライス台に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体等の基板に用いられるシリコンウエハの製造に際しては、図１及び図２に示すように、円柱状のシリコンインゴット１の側部の円弧面をスライス台２と呼ばれている切断用治具の上部に形成された円弧面に接着剤で固定した状態で、シリコンインゴット１を、図３に示すように、ワイヤーソーなどにより薄く櫛刃状に切断することによって、多数枚のウエハ３が得られる。
【０００３】そして、この際、図３に示すように、スライス台２の上部は、インゴット１を完全に切断するために、インゴット１と共に切断されるが、スライス台２の下部は切断されず、スライス台２はその櫛刃状のスライス片４を介して多数枚のウエハ３を一体的に保持するようになっており、これよって、多数枚のウエハ３をスライス台２を介して一体的にハンドリングでき、次工程で、ウエハ３をスライス台２のスライス片４に固定している接着剤を剥離するようになっている。
【０００４】ここでスライス台２には、■高強度、■高剛性、■シリコンに近い熱膨張係数、■耐油性、■接着剤が容易に剥離する（深く浸透しない）、■絶縁性、■低硬度、■軽量性などの仕様が要求される。それぞれの仕様の必要性を以下に示す。
【０００５】■ 高強度：スライス台２はシリコンインゴット１と共切りされるため、切断後は図３のようにウエハ３と同一の僅かな肉厚のスライス片４の上にウエハ３が載った状態になっている。そして、この状態で次工程への運搬が行われるため、強度の低い材質では運搬に伴うウエハ３の左右への僅かな揺れでスライス片４が根元から破壊してしまう。
■ 高剛性：同様の理由でヤング率の高い高剛性材質は、ウエハ３の揺れ自体を抑えられるため、ウエハ３同士の接触、破損を防止できる。
【０００６】■ 低膨張：ワイヤーソーなどによるウエハ３の切断は極めて高い精度が必要とされ、僅かな温度変化が寸法精度の狂いになるため、スライス台２の熱膨張係数はシリコンに近いことが望まれる。
■ 耐油性：切断の際に用いる切削液中の油による材質劣化・寸法変化が少ないことが望まれる。
■ 剥離性：次工程でスライス台２ごと湯浴槽の中に侵漬し、接着剤を膨潤させてウエハ３を剥がすため、接着剤が深く浸透する材質は膨潤しにくく剥離性が悪く好ましくない。
【０００７】■ 絶縁性：切断時の通電防止のため、あるいはインゴット１の切断完了を電気的に検出するため、スライス台２の材質は絶縁材でなくてはならない。
■ 低硬度：スライス台２の硬度が大きすぎると、ワイヤーソーがスライス台２に接した段階で大きな抵抗が生じ、ワイヤーが歪んで切断精度の低下の原因となる。
■ 軽量性：近年のシリコンウエハ３の大型化に伴い、セット、搬送などが困難となってきているため、スライス台２はできるだけ軽量のものが好ましい。
【０００８】このようなスライス台２の材料として、従来はカーボンが用いられているが、カーボンは導電性材料であるため、底面に絶縁材としてガラス板を接着剤で貼り付けて使用しており、製作が面倒で、カーボン自体も高価なため、使い捨ての治具としては非常に高価なものとなっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、カーボンが抱えている上記問題を解決し、上記■〜■の要件、特に■の低熱膨張係数、とりわけシリコンに極めて近似した熱膨張係数を有するシリコンインゴットのスライス台を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明は、シリコンインゴットを薄く切断して複数枚のシリコンウエハを得る際にシリコンインゴットを接着固定するスライス台を、カルシウムシリケートとリチウムアルミノシリケートを主要構成相とするカルシウムシリケート焼結体で形成するものである。そして、本発明は、カルシウムシリケートにリチウムアルミノシリケートが内割で５〜９５重量％含有するものを含む。また、本発明は、カルシウムシリケートがウォラストナイトを主体とするもの、リチウムアルミノシリケートがスポジューメン、スポジューメン固溶体、ユークリプタイトの少なくとも１種であるものを含む。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明者等は、スライス台の材料選定に当たり、有機系材料は、上記仕様■の熱膨張係数が極めて大きいため不適と考え、無機系材料を対象に検討した。無機系材料としては、緻密質な窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどのいわゆるファインセラミックスが挙げられる。このうち、窒化ケイ素、炭化ケイ素は熱膨張係数が比較的シリコンに近似しているが、■の硬度が大きすぎるため対象外とした。アルミナ、ジルコニアも同様である。また、それ以前の問題としてアルミナ以外のセラミックスは高コストのため、スライス台のような使い捨て加工治具に用いるには、カーボン以上に非常に高価である。
【００１２】また、■接着剤の剥離性、■軽量性の観点から、上記のファインセラミックス材料の多孔質材の可能性について述べる。焼結体の比重が同じであっても材質によって理論密度が異なるため（アルミナは３．９ｇ／ｃｍ3、ジルコニアは６．１ｇ／ｃｍ3など）、例えば比較的に軽量の比重２．０の焼結体を得たとしても、アルミナの空隙率は４９％、ジルコニアに至っては６７％にも達して、空隙が多くなり、したがって、接着剤が空隙に入って接着剤の剥離性が悪化する。それゆえ、■、■を両立させることは極めて困難と言える。換言すれば、■、■を満足する材料は、理論密度の小さな材料であり、この点、既存材で比較的小さなものは、窒化ケイ素、炭化ケイ素であるが、これらが■の硬度の点で不適であるのは上述の通りである。
【００１３】以上より、無機材料の中で従来のファインセラミックス素材で工業的に■〜■、特にシリコン同等の熱膨張係数を有するスライス台を得ることは困難であると言える。このよう点に鑑み、本発明者らが選定したのはできるだけ理論密度が小さい無機材料である。そして、１種の材料で熱膨張係数の条件を満たすのは困難なため、熱膨張係数の異なる二種以上の化合物を組み合わせることを鋭意検討した結果、カルシウムシリケート焼結体中に、リチウムアルミノシリケートを含有させたものが好適であることを見いだし、とくに、カルシウムシリケート焼結体中にリチウムアルミノシリケートを内割で５〜９５重量％含有するものがシリコンインゴットのスライス台として極めて好適であることを見出した。
【００１４】用いる原料にも依存するが、リチウムアルミノシリケートが５重量％未満の場合は熱膨張係数が大きくなり、９５重量％を超える場合は、逆に熱膨張係数が小さすぎて、何れも好ましくない。例えばβウォラストナイトとβスポジューメンからなる焼結体の場合、シリコンの熱膨張係数に近い点で、より好ましいリチウムアルミノシリケートの含有量は２０〜５０重量％であり、更に好ましい範囲は３０〜４０重量％である。カルシウムシリケートとしてはウォラストナイト、リチウムアルミノシリケートとしてはスポジューメンが、それぞれ最も好適である。ウォラストナイトはβ、α型いずれも理論密度２．９ｇ／ｃｍ3程度で、スポジューメンはβ型で２．４ｇ／ｃｍ3、α型で３．１ｇ／ｃｍ3程度と両者共に小さい。
【００１５】また、両者の室温付近における熱膨張係数は、例えばβウォラストナイトとβスポジューメンからなる焼結体の場合、βウォラストナイトは５×１０-6／℃、βスポジューメンは５×１０-7／℃、したがって、上記配合の範囲でシリコンの熱膨張係数２．８×１０-6／℃に近似させられることは勿論、全く同じ熱膨張係数の焼結体を得ることも可能である。
【００１６】上記以外のカルシウムシリケートとしては、アリット、ベリットなどが含有されていてもよいが、主成分はウォラストナイトであることが望ましい。また、リチウムアルミノシリケートとしては、上記スポジューメン以外にスポジューメン固溶体、ユークリプタイトなどが好ましい。ユークリプタイトは、天然には殆ど産せず合成されるものであるため、種々の熱膨張係数を取りうるが、総じて−１００×１０-7／℃以上のものが多く、上記スポジューメンより相当熱膨張係数が小さい。したがって、少量で熱膨張係数をシリコンに近似させることができるが、高コストであることが難点である。
【００１７】また、焼成前の原料として用いるカルシウムシリケートとしては、ウォラストナイト、ＣＳＨ、トバモライト、ゾノトライト、その他のカルシウムシリケート結晶鉱物、結晶水和物、非晶質水和物の中の１種以上のカルシウムシリケートを用いることができる。このうち、焼成前の成形体比重を高くできる、換言すれば焼結時の収縮が少なく歪みが少ない、したがって焼結体加工が少ない点で、ウォラストナイト、特に天然のβウォラストナイトが最も好ましい。
【００１８】このほか、高温変態によりウォラストナイトになる原料として、ゾノトライト（約７００℃以上でウォラストナイト）、ＣａとＳｉのモル比Ｃ／Ｓ比が１．５以下のＣＳＨ（カルシウムシリケート水和物の前駆体であり、Ｃ／Ｓが種々の比率を取りうる非晶質水和物の総称）が挙げられるが、これらの原料の難点は、嵩高原料のため、成形体の比重を大きくすることができず、焼結時の収縮が大きく歪みやすいため、焼結体の後加工に要する労力が大きくなる点である。なお、Ｃ／Ｓ≧１．５のＣＳＨではベリット、アリットが析出するが、Ｃ／Ｓ≦１．５のＣＳＨは、ウォラストナイトになるため、ゾノトライト、ウォラストナイトなどと併用して用いることができる。
【００１９】また、リチウムアルミノシリケートとしては、ユークリプタイト、スポジューメン、リチウムオルソクレーズ、ペタライト、その他のリチウムアルミノシリケート結晶鉱物、リチウムアルミノシリケート結晶化ガラスの中の一種以上のリチウムアルミノシリケートが用いることができる。コスト面で特にαスポジューメン、ペタライトが好ましい。スポジューメンは１０００℃付近で高温型のβスポジューメンに、ペタライトはβスポジューメン固溶体になる。なお、上述した焼結体の原料のカルシウムシリケートとリチウムアルミノシリケート及び焼結によりこれらを生成する原料には、不純物成分を数重量％程度含んでいても構わない。
【００２０】以上の原料を固形分換算でリチウムアルミノシリケートの割合が５〜９５重量％となるように配合し、高温で焼成することで、上記■〜■を満たすシリコンスライス台が得られる。焼成条件は、焼成前の成形体比重や原料粒度にも依存するが、通常８００〜１３００℃が好ましく、より好ましい範囲は９００〜１２００℃、更に好ましくは１０００〜１１００℃の範囲である。
【００２１】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。（実施例１）出発原料として、天然鉱物であるαスポジューメン（Ｌｉ2Ｏ：７．５重量％、Ａｌ2Ｏ3：２５．０重量％、ＳｉＯ2：６２．５重量％、その他：５．０重量％）を３５重量％、βウォラストナイト（ＣａＯ：４４．６重量％、ＳｉＯ2：５１．０重量％、その他：４．４重量％）を６５重量％を用い、水を分散媒にしたボールミルにて平均粒度２．０μｍに湿式粉砕した。このスラリーに結合剤として２重量％のＰＶＡを加え、スプレードライヤーにて造粒した後、型に入れ１トン／ｃｍ2で１００×５５０×３５ｍｍの成形体を作製した。そして、５℃／分の速度で１１００℃まで昇温し１時間保持した後、炉内で冷却し焼結体を得た。
【００２２】なお、同時に作製した物性評価用のサンプルについて各特性を評価したところ、熱膨張係数は室温〜１００℃で２．９×１０-6／℃でシリコンの熱膨張係数とほぼ同一、３点曲げ強度は２０００ｋｇｆ／ｃｍ2、ビッカース硬度は５００ｋｇｆ／ｍｍ2、比重は２．６であった。また、粉末Ｘ線回折装置（リント：リガク〓）により結晶相を確認したところ、この焼結体の主結晶相はβスポジューメンとβウォラストナイトであった。
【００２３】上記の焼結体を加工し、図１及び図２に示す形状のスライス台を作製した。なお、このスライス台の外形寸法は、８インチ径のシリコンインゴットに対応し、その上面は、図１に示すように、シリコンインゴットの側部の円弧面に合わせた円弧面に形成してしてある。そして、シリコンインゴットを本実施例のスライス台に接着剤で接着し、ワイヤーソーで切断し、この後、スライス台ごと湯浴槽の中に侵漬し、接着剤を膨潤させてウエハをスライス台から剥がした。以上の工程において、本実施例のスライス台は先に述べたような問題は全く認められず、シリコンインゴットのスライス台として極めて好適であることが確認された。特に、スライス中の僅かな温度変化に対してワークのシリコンインゴットとスライス台が全く同一の膨張・収縮挙動を示しているため、切断寸法精度は従来よりも良好で、ウエハの研磨などの後工程のコストダウンに大きく貢献するものであった。
【００２４】なお、実施例及び比較例の評価結果を表１に示すが、それぞれの評価項目の判断基準は以下の通りである。
強 度：スライス中、スライス後の次工程への運搬時などにおける破壊、ウエハの脱落のなどを考慮し、強度５００ｋｇｆ／ｃｍ2以上を◎、３００以上５００ｋｇｆ／ｃｍ2未満を○、３００ｋｇｆ／ｃｍ2未満を×とした。
剛 性：スライス後の次工程への運搬時などにおける、ウエハの揺れを考慮し、揺れが見掛け上全く認められないものを◎、ウエハ同士の接触は一切無いが揺れが認められるものを○、ウエハ同士が接触するものを×。
耐油性：全く油が染み込まないものを◎、染み込みはあるが膨潤による強度劣化・寸法変化などがないものを○、強度劣化・寸法変化などが起きるものを×。
【００２５】熱膨張：シリコンの常温付近の熱膨張係数２．８×１０-6／℃に対し、±１×１０-6／℃の範囲に有るものを◎、±２×１０-6／℃の範囲にあるものを○、これを外れるものを×。
剥離性：接着剤を剥がすための侵漬時間が、従来のカーボンより短い〜同等のものを◎、同等〜１．５倍程度でウエハの剥離を行なえるものを○、１．５倍以上の時間を要するものを×。
硬 度：シリコンインゴットの切断が終わり、スライス台部分を余分に切る場合のワイヤーの摩耗を考慮し、ビッカース硬度が２００ｋｇｆ／ｍｍ2以下のものを◎、２００〜９００ｋｇｆ／ｍｍ2（シリコンは９００ｋｇｆ／ｍｍ2）のものを○、９００ｋｇｆ／ｍｍ2を超えるものを×。
比 重：２以下を◎、２〜３を○、３以上を×。
絶縁性：当然にその性能を有してるため、特に評価は行わなかった。また、総合評価は、以上の各項目の評価基準で、×が無く半分以上◎のものを◎、×が無く◎が半分未満のものを○、一個でも×のあるものを×とした。
【００２６】（実施例２）焼成温度を１０００℃とした以外は、実施例１と全く同様にしてスライス台を作製した。このものの熱膨張係数は２．７×１０-6／℃でシリコンとほぼ同一、強度は５００ｋｇｆ／ｃｍ2、ビッカース硬度は１５０ｋｇｆ／ｍｍ2、比重は１．７であった。なお、粉末Ｘ線回折装置（リント：リガク〓）により結晶相を確認したところ、この焼結体の主結晶相はβスポジューメンとβウォラストナイトであった。
【００２７】（実施例３）表１に示す組成にした以外は、実施例１と同様である。このものの熱膨張係数は４．３×１０-6／℃で、実施例１、２より大きかったが、実用上の問題は全く無かった。
【００２８】（実施例４）表１に示す組成にした以外は、実施例１と同様である。このものの熱膨張係数は０．８×１０-6／℃で、実施例１、２より小さかったが、実用上の問題は全く無かった。
【００２９】（実施例５）表１に示す組成にした以外は、実施例１と同様である。このものの熱膨張係数は２．１×１０-6／℃で、実施例１、２よりやや小さかったが、実用上の問題は全く無かった。
【００３０】（実施例６）リチウムアルミノシリケートとして、天然鉱物のペタライト（Ｌｉ2Ｏ：４．２重量％、Ａｌ2Ｏ3：１６．６重量％、ＳｉＯ2：７６．８重量％、その他：２．４重量％）を用い、表１に示す配合で焼結体を作製した。その他の条件は実施例２と同様である。このものの性能は、実施例２と同等であった。
【００３１】（実施例７）リチウムアルミノシリケートとして、市販合成品のβユークリプタイトを用い、カルシウムシリケートとして、ＣＳＨ非晶質粉末（Ｃ／Ｓ＝１．６）を用いた以外は実施例１と同様である。このものの性能は、実施例１と同様であった。なお、焼結体結晶相はβユークリプタイトとβウォラストナイトで、僅かにベリット（Ｃ2Ｓ）が認められた。
【００３２】（比較例１、２）スポジューメン添加量を０重量％（比較例１）、１００重量％（比較例２）とした以外は、実施例１と同様である。０重量％（比較例１）は熱膨張係数が５×１０-6／℃と大きく、１００重量％（比較例２）は熱膨張係数が３．５×１０-7／℃と小さかった。これらを用いて切断したウエハの寸法精度は実施例に比し劣るものであった。
【００３３】（比較例３、４）市販のアルミナ顆粒より、焼成温度を変えることで比重３．８３（比較例３）、比重１．８４（比較例４）のアルミナ焼結体を試作した。前者では硬度の問題が大きく、スライス台にワイヤーが接触し始めた段階から異常音が発生し、得られたウエハの寸法精度は実施例に比し著しく劣るものであった。また比重１．８４のものは、焼結体中に接着剤が深く含浸したため接着剤を剥がす工程が極めて困難であった。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【発明の効果】本発明によるシリコンインゴットのスライス台は、強度、剛性、耐油性、シリコンに近い熱膨張係数、接着剤の剥離性、絶縁性、硬度、軽量性など、スライス台に必要とされる仕様を全て満足するものであり、しかも、従来のものと比較して使い捨ての治具としてきわめて安価に提供でき、シリコンウエハを製造する上において極めて好適である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００２４０
【氏名又は名称】太平洋セメント株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）８月１５日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−５８３６４ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）３月２日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２３５４４６ |
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