JP2009055039A - シリコンウエハー製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンウエハー製造における割れ目の発生率を大幅に減少できるシリコンウエハーの製造方法を提供する。
【解決手段】側面を備える矩形のシリコンブロックを切り離すことによって前面及び背面、及び側方縁部を有するシリコンウエハーを製造し、前記切り離し前にシリコンブロック側面をシリコンウエハー縁部に対して平行に研削及び/または研磨する。
【選択図】なし

Description

本発明は、切り離し前に側面を研削したシリコンブロックからシリコンウエハーを製造する製造方法に関する。

シリコンウエハーは結晶質シリコンから成る薄層であり、これを用いて太陽電池、従ってソーラーモジュールが製造される。太陽電池等の使用の増加により、シリコンウエハーの需要も年々増加している。

シリコンウエハーの製造は、単結晶質及び多結晶質材料から成り、かつ円形状あるいは立方形に成長された結晶質シリコンインゴットのブロック製造から開始される。後続の工程において、これらの結晶インゴットは切り離され、あるいは切断されて立方体ブロックが形成される。これらのブロックはカラムあるいはブリックとも呼ばれ、単結晶質シリコンの場合その断面形状はほぼ正方形であり、また多結晶質シリコンの場合その断面形状は正確な正方形である。後続の工程において、これらブロックはその縦方向に対して横断方向に切断されて個々のウエハーとされるため、切断を経て生成されるカラム形状ブロックあるいはブリックの側面はこの方法によって製造されるウエハーの端面となる。ブリックが製造される場合、切断を経て生成された側面上に、超微細で、顕微鏡的なレベルの小さな割れ目がしばしば生じることが示されている。これらの割れ目はブロック中まで、従ってウエハー端部まで程度は異なるが侵入している。

シリコンは極めて砕け易い材料である。そのため、金属の場合と異なり、シリコン材料中の割れ目はストレスが加えられると急速に拡大する可能性がある。例えば製造中に電池を取り扱う場合に起こる通常のストレスによっても、割れ目が特にウエハーの端部に存在するとウエハーの破砕が容易に発生する。

太陽電池の全製造コストのほぼ５５％がシリコンウエハーの製造に要するコストで占められるため、シリコンウエハーの破損率が高ければ、すなわち破砕率が高いと、太陽電池の製造コストが著しく上昇することになる。

世界的にシリコンが不足している状況にあるとすれば、将来製造されるシリコンウエハーは極端に薄くならざるを得ないであろう。このような薄いシリコンウエハー中に割れ目が生成されると、それらウエハーは破砕に極めて弱いものとなる。特にウエハー縁部に割れ目がある場合はその危険性が高い。

上述した問題を回避するため、ＵＳ２００２０３６１８２ＡＡにはシリコンウエハー製造前にシリコンブロック表面の粗さを減ずる技術が提供されている。前記表面粗さは、ＪＰ３，６４８，２３９に開示されているように、機械的研磨を経ることによって減じられる。開示された最良の結果が得られる場合（実施例６）において、得られる粗さＲｙは僅か１μm未満である。この粗さは、特に厚さが１８０μm以下のウエハー製造にとっては十分な粗さとは言えない。さらに、開示された別の方法、「目の粗い砥粒を用いた処理」(方法１及びスポンジろくろ）、ブラシヘア上へ接着性研磨用砥粒を用いるか、あるいは用いない条件でのブラシ処理、及びスポンジろくろ中へ埋め込まれた研磨用砥粒による処理などは、シリコンブリックの側面上の表面粗さを大幅に改善するために必要である、画定され、かつ方向が厳格に定められた加工トラックを残す目的には適さないことは明らかである。最後に、ＵＳ−Ａ５，４８４，３２６には半導体の切り離し方法が開示されており、この方法ではシリコンブロック表面が予め研磨されている。

上記方法は、切断されたシリコンウエハーの割れ目の発生頻度を減ずるものではなく、また特に極めて薄いウエハーには不十分な方法であることが明らかとなっている。

従って、本発明はシリコンウエハー製造における破砕発生率を大幅に減少させて改善できる方法を提供することを目的とする。また、本発明は、特に厚さが１８０μm以下である極めて薄いウエハーの製造における破砕の発生率を減少させることを目的としている。上記発生率の減少は、機械研磨において一般的である極めて少量の材料の除去に関わる方法を用いなくても達成可能である。

本発明における前記目的は、請求項１項に記載されたシリコンウエハーの製造方法を用いることによって達成される。意外にも、研削あるいは研磨方向がシリコンブロックからウエハーが切断あるいは切り離される最終カット面に対してほぼ平行に延びるようにシリコンブロックあるいはシリコンブリックの側面を研削あるいは研磨することにより、シリコンウエハーの破砕頻度を大幅に低減させることが可能なことが見出された。その結果として、研削／研磨方向は後続するウエハーの外側縁部に沿って延びるように設定される。

本発明において、用語「研削」とは、この処理において研削成分及び／または研削あるいは切削粒子が束縛されないものを用いるのではなく、むしろ例えばマトリックス中に結合されたものを用いる機械的研削表面処理のことを指す。本発明によれば、研削及び／または切削粒子あるいは粒状物の動きは最終切削面に対して平行に移動され、従って後のウエハー縁表面に沿って広がる。本発明における用語「研磨」には、結合粒状物を用いて延性のある材料を取り除く意味も含まれている。「延性のある材料を取り除く」とは、材料が取り除かれる時にその処理面がストレスあるいは歪によって損傷を受けることなく、材料が塑性変形されることを意味する。研削パラメータを介して個々の砥粒の侵入深度が４０ｎｍ未満または３０ｎｍであることが確保される場合に、延性のある材料を取り除くことが行われる。用語「研磨」は、研磨面に一般的な品質基準、すなわち最大粗面高Ｒｔが光の波長（λ／２〜λ／６０）以下となる品質基準が満たされる場合に用いられることから、研削を経て得られるこの種の表面品質に対して用いられる。

発明を実施するための手段

本発明によれば、「研削」及び／または「研磨」とは機械的研削表面処理のことをいう。脆く壊れやすい部分、転移部分あるいは延性のある部分において材料が取り除かれているか否かによって、表面には割れ目が殆ど生せず、あるいは多少材料中へ入り込んだ表面部分に割れ目が生成される。理論的には、延性部分に存在する材料を取り除けば割れ目は生じない。しかし実際には砥粒がマトリックスから出て来る可能性があり、現実に制御不能な動きにより小さな割れ目が生じる。

生じる割れ目は、（例えば光学的あるいは機械的仕上面粗さ計、原子力顕微鏡を用いた）表面の粗さの測定では部分的にしか検出できない。上記において取り上げた方法では表面下側に存在する割れ目部分の検出はできない。表面下側にある割れ目は一部しか検出することができない。しかしながら、割れ目部分、すなわち表面下側の欠陥−特に割れ目は、後になって（例えばウエハーの）材料が破砕及び崩壊する原因となる。

本発明において、シリコンブロックあるいはブリックの側面は、シリコンブロックの切断後に周囲面、すなわちウエハーの縁部となる。

シリコンブロック側面の粗さがウエハー割れの主要な原因ではないことが見出された。そうではなく、表面下側及び表面に近い層中に存在する超微細で顕微鏡でしか見えない小さな割れ目及び欠陥、すなわち例えば微小割れ目のような表面下欠陥がウエハーの縁部から生ずる割れの原因となっている。より正確には、これらの表面下欠陥は、脆い割れを生ずる負荷を用いて処理を行った場合に生成される。微小割れ目の深さ及び方向が特にシリコンウエハーの割れ方を決める決定要因となることが明らかになった。切断面に対して垂直、すなわちシリコンブリックあるいはブロックの側面に対して垂直に、すなわち後にウエハー面となる方向に延びる割れ目はシリコンウエハーの割れに関して特に重大な問題となる。それに対して、切断面に対して平行に延びる割れ目、すなわち後のウエハー縁部に対して平行に、すなわちウエハー縁部に沿って延びる割れ目のシリコンウエハーの割れに対する影響は小さい。

本発明によれば、シリコンウエハーの偶発的な割れを起こす重大な要因又はそれほど重大でない要因としての割れ目の数が使用される表面処理の種類に大きく依存することが見出された。実のところ、研削技術によって表面粗さだけが減少する関連技術に記載された方法を用いた場合に新たな重大な欠陥が引き起こされることが示されている。このような新たな重大欠陥は、最終的なウエハー縁部の縦方向への延長に対してほぼ垂直に延びる加工トラックによって引き起こされる。より詳細には、本発明を用いる場合、これらの加工トラックは加工方向に従って回転される。その結果として、本発明に従って加工が実施された後に残っているいずれの加工トラックによっても割れが生ずる危険性を提さない。実際、切断面に対して平行、すなわち後のウエハー縁部に対して平行に延びる割れ目がシリコンウエハーの割れに対して与える影響は最小であることが明らかにされた。本発明の範囲内において、ウエハーの割れを生ずる割れ目が加工トラック中の最も深い点からもたらされる可能性はなく、発生を回避できない表面の損傷からのみもたらされることが見出された。

本発明方法の結果として、研削装置を移動せることによって生ずる表面のひびは本質的にウエハー縁部に対して平行に延びるものである。後続の取扱い工程において切り離されたウエハーが曲げられる時にこの種の表面ひびの最も深い箇所から割れ目が生ずることはない。関連技術に記載されているようにブロックが加工される場合（表面クラックの方向へ９０°回転する場合）は、ウエハーが曲げられる時に前記表面クラック中の最も深い箇所に割れ目が生じてウエハーの割れが引き起こされる。

好ましい実施態様において、シリコンブロックあるいはブリックはシリンダ状ツールを用いて研削あるいは研磨される。好ましい実施態様では、前記ツールは中空のシリンダ形状を呈している。前記中空シリンダのジャケット端面は研削面あるいは研磨面として用いられる。この種のツールは概して研削カップとも呼ばれている。

好ましくは、前記シリンダ形状ツールの直径は、処理されるシリコンブリックの表面幅の直径の少なくとも１．５倍、特に好ましくは１．５５倍、極めて好ましくは１．７５倍である。

研削カップを有するこの種の研削ツールは、例えばドイツ・ノルデルシュテッドのSaint-Gobain Diamantwerkzeuge GmbH & Co KG、ドイツ・メールブッシユのWendt GmbH、ドイツ・ヘルステインのGunter Effgen GmbH、及びドイツ・ヴァイルブルクのHerbert Arnold GmbH & Co KGから入手可能である。

研削ツールの中空シリンダ状ジャケット及び／または研削カップの厚さは概して少なくとも３ｍｍである。妥当な最大厚としては概して２〜３ｃｍであるが、好ましい厚さは１〜２ｃｍである。特に好ましい厚さは１２ｍｍ〜１７ｍｍである。

好ましい実施態様においては、研削ツールにはマトリックスが含まれ、このマトリックス中には研磨手段となる粒子が埋め込まれ、及び／またはある程度固定状態に結合されている。

砥粒の硬度は結晶質シリコンの硬度よりもずっと大きければ有利である。

砥粒はダイアモンドから成るものが好ましく、また研削あるいは切断粒子は炭化珪素及び／または窒化珪素から成るものが適することが実証されている。

マトリックスは、好ましくは青銅等の軟金属、少なくとも１種のポリマー、及び少なくとも１種の樹脂から選択される材料から成るものが用いられる。

砥粒が処理工程中にマトリックス結合剤から引き剥がされると、軟マトリックス材料も迅速に取り除かれ、それによって新たな砥粒が露出されてくる。この過程は「自己鋭利化」とも呼ばれる。この場合、砥粒が取り除かれるまで、すなわち使い古されるまでツールを取り替える必要はない。

本発明に従った好ましい実施態様においては、直径の大きい粒子から成る砥粒、すなわち粗い前処理研削に用いる粒子が青銅製マトリックス中に埋め込まれるか、あるいは結合され、他方精密研削あるいは後研削処理に用いる粒子がプラスチックマトリックス中に埋め込まれるか、あるいは結合される。

砥粒の平均直径は好ましくは３μm〜１６０μmの範囲内である。今ブロックあるいはブリックが一定サイズへ研削されるのか否か、特に滑らかで損傷が殆どないように研削されるのか、あるいは研磨品質をもつ面を得ることが目的とされているかなどによって、種々のサイズ及び／または硬度をもつ研削あるいは研磨粒子を有する種々ツールが用いられる。例えば、ブロックの寸法が固定される場合、平均直径が少なくとも８０μm〜１６０μmである砥粒あるいは切断粒あるいは粒子が含まれる研削カップが用いられる。特に好ましくは、平均直径が少なくとも８５μm〜１３０μmの範囲内である粒子が用いられる。特に損傷の全くない面を得ようとする場合は、例えば本発明の好ましい実施態様に従って第二水準の研削及び/または研磨品質を与えるさらに別の工程において、平均砥粒径が少なくとも３μm、とりわけ少なくとも１０μmの砥粒を用い、最大サイズを４０μm、好ましくは２５μmとすることが適当なことが実証されている。本発明の好ましい実施態様においては、シリコンブロックあるいはブリックはまず粗い粒状研削ツールを用いて処理され、次いで微粒状研削ツールを用いて処理される。

研削ツールに平均径が８０μm〜１６０μmである砥粒が含まれるのであれば、それは粗粒研削ツールと呼ばれ、その場合砂状の砥粒あるいは粒子が用いられ、かかる処理は粗研削と呼ばれる。

研削ツールに平均径が３μm〜４０μmである砥粒が含まれる場合、このツールは微粒状研削ツールと呼ばれる。それゆえ、微細砥粒あるいは粒子が用いられる対応工程は微細研削と呼ばれる。

微細砥粒を伴う研削ツールが用いられる同様な加工によって研磨面の品質に相当する表面品質を得ることが可能である。加工パラメータを経て、個々の研削粒子の侵入深度が４０nm未満に固定されることが確保される場合、延性部分において材料除去が生ずる場合、最大粗さ高Ｒｔが光波長以下となること、すなわちλ／２未満の範囲内となることが確保される。従って得られる面は、本発明における意味において研磨された状態であると考えられる。ここにおいて、粗い粒状物を用いる研磨に用いてλ／２未満の範囲内の粗さ高Ｒｔをもつ表面品質を得るために用いられる砥粒は、概して直径が１μm以下の砥粒であることを明らかにすべきである。対照的に、本発明方法に従って、３μm以上の直径をもつ砥粒を用いて、脆い材料の除去、延性をもつ材料の除去、あるいは２つの材料除去方法間の境界領域における材料除去を経て、精密研削状態が得られる。延性のある材料の除去は、脆弱な材料の除去において生ずるような下方材料の損傷をひき起こすことはなく、材料を塑性変形して除去することができる条件下で実施される。かかる除去は、典型例として、除去されるべき材料の局部温度上昇が生じ、それによって砥粒が材料を除去するように働いてプラスチック材料が取り除かれ、及び／またはすり剥がされる急速研削を用いることによって達成される。

粗面化された研削ツールには、好ましくは青銅等の軟金属から成るマトリックスが用いられる。しかしながら、微粒状化された研削ツールにはマトリックスとしてポリマーあるいは合成樹脂が通常用いられる。本発明に従って、プラスチックマトリックスあるいは合成樹脂マトリックス中の切断粒の濃度の尺度としては、Ｃ６０〜Ｃ８５の範囲内で合成結合剤として有効な濃度が用いられる。中でもＣ７５濃度が好ましく用いられる。

上記工程において研削カップの切断速度は好ましくは約２０m/s〜５０m/sの範囲内に設定される。下記関係式、
Ｖｓ＝π＊D*n
(式中、Ｖｓは切断速度、πは３．１４１６、Dは切断ツール(研削カップ)の直径、ｎは回転速度を表す)に従って、望ましい切断速度を設定するためにD及びnに関して適当な数値を選定することが可能である。同様な速度を本発明において定義される研磨に用いることも可能である。研削カップの直径を検索されるシリコンブロックの幅よりも実質的に大きくすることも可能である。これにより、直径が２００mm以上ある研削カップを用いて、すべての加工段階においてシリコンブロックの全幅を被覆するために、幅のいろいろ異なるシリコンブロック、例えば５インチ、６インチあるいは８インチのシリコンブロックを加工することが可能となる。

とりわけ本発明に従った例えば２００mm〜３５０mmの大きな直径をもつ研削ツールを用いて、少なくとも毎分１５００程度、好ましくは毎分１８００〜２０００回転の高速回転速度で材料が取り除かれる穏やかな方法によってシリコンブロックから材料が取り除かれる。典型的に有利な最大回転速度は特に毎分６０００回転であり、通常は毎分５０００回転が用いられ、また毎分４０００回転も好ましい最大回転速度である。特に好ましい最大回転数は３５００回転であり、特に毎分３１００回転が好ましく、毎分３０００回転以下の回転速度が極めて好ましい。従って大型の研削カップを用いることにより、材料の迅速な除去が可能となり、かつ表面損傷が最小限に抑えられる。

本発明方法において、シリコンブロックの有利な形状は矩形である。しかしながら、シリコンブロックの形状がこれに制限されるわけではない。従って本発明において別の形状のシリコンブロックを用いることも可能である。シリコンブロックの有利な断面あるいは主要面形状は正方形であり、その寸法は２２０×２２０mm²〜１００×１００mm²の範囲内、好ましくは１２５×１２５mm²(５インチ)、１５６×１５６mm²(６インチ)、及び２１０×２１０mm²(８インチ)のいずれかである。典型的高さ及び長さは、少なくとも１５０mmであり、特に６００mm以下、さらには５００mm以下、好ましくは最小で２００mm、最大で４５０mmの範囲内である。

シリコンブロックあるいはブリックの側面から厚さとして少なくとも２０μm、特に好ましくは最小でも２５μmまたは３０μmが研削除去される。少なくとも５０μmの厚さ、特に少なくとも１３０μmまたは１５０μmの厚さ、特に好ましくは少なくとも１８０μmの厚さで研削することが極めて適することが実証されている。経済的理由から、５００μm以下の最大研削厚、特に４００μm以下の最大研削厚が適することが実証されており、また３００μmも好ましい最大研削厚とされる。２８０μmが好ましいこと、特に２５０μmの研削厚が極めて好ましいことが実証された。

本発明はさらに、シリコンブロックあるいはブリックを切り離して製造する薄層シリコンウエハーの製造方法を提供することを目的とする。この方法では、本発明において意味するところのシリコンブロックあるいはブリックが、シリコンブロックの最終的にウエハー縁部(ブリック及び/または切断面の断面縁部)となる外面に対してほぼ平行に研削及び/または研磨され、次いでシリコンブロックはブリック(切断面)の断面に対して平行に、及び/またはその縦軸に対して直交するように切断されてウエハーが作製される。

シリコンブリックの側面は、好ましくは最終的な切断面に対してほぼ平行に２段階で研削あるいは研磨される。第一段階においては、平均径が９０μm以上である砥粒を含む研削ツールが用いられる。さらに行われる研削処理では、平均径が好ましくは３０μm未満、特に２０μm未満、極めて好ましくは１５μm未満である砥粒を含む研削ツールが用いられる。第二加工段階はより緩慢な送り込み速度を選定して実施可能であるので、個々の砥粒の侵入深度が４０nm、とりわけ３０nmを越えることはない。その結果として、延性部分において材料が除去され、研磨面に対する品質基準に見合う表面品質が達成される。シリコンブロックの2段階での研削は径が種々異なる砥粒を備える研削カップを用いて実施可能である。単に粗い研削を行うことを目的とする場合は、要求される量の材料が取り除かれるまで、ツールが表面を横切って繰り返し移動される。精密研削が所望される場合は、表面を横切ってツール移動されるのは１回だけである。延性方式で加工されているほぼ無干渉面を得ることを目的とする場合は、(表面を横切って移動するツールを用いてもう一度送り込むことなく)表面を自由に研削することが可能である。この追加の段階にはツールに関して、正確な支持と案内(気体静力学及び/または流体静力学的ツールスピンドル支援及び流体静力学的指導)が要求される。専門家は、ツールが加工される表面上を通過するたびに行われる送り込みによって表面品質に影響が及ぶことを理解している。１μm〜１００μmの範囲内の送り込み値及び１０mm/分〜１０００mm/分の送り速度を試してみることにより、最適な加工時間及び表面品質が得られる方法を見出すことが可能である。

本発明のさらに別の目的は、
工程ａ1)において、
シリコンブロックの側面が粗面化された中空シリンダ状ツール(研削カップ)を用いて研削され、このツールには平均径が８０μm以上、とりわけ９０μm以上、１６０μm以下である切断粒及び/または砥粒が含まれ、
工程ａ２）において、
平均径が３０μm未満、好ましくは２０μm未満、特に好ましくは１５μm未満であり、さらに最小径が３μmである砥粒及び/または切断粒を含む微粒状化された中空シリンダ状ツールを用いて研削あるいは研磨され、
工程ｃ）において、
前記シリコンブロックが上述したように切断及び/または切り離される、シリコンウエハーの製造方法を提供することである。

粗研削の後に精密研削を行うと、粗研削による材料除去の精密研削に対する比が５:１、好ましくは少なくとも８：１あるいは９：１となって特に有利であることが実証された。粗研削の精密研削に対する最大比は１２：１、好ましくは１０：１である。

本発明において、微小割れ目とは、材料に対する機械的損傷を経て生成された分離性欠陥であり、以前１片であった固体の部分同士が互いに接触状態にあるものを意味すると理解される。割れ目の断面には通常鋭い先端がある。

中空シリンダ軸の周りを回転する中空シリンダ状切断ツールあるいは研磨ツールが用いられる場合、本発明に従った極めて好ましい設計においては、回転軸は研削される表面垂線に対して、すなわち処理される表面に対して直角方向を向いた垂線に対して、及び実際には好ましくはブリックの縦軸方向に若干傾いている。前記回転軸は前方あるいは後方へ向かって傾いていてもよい。典型的な最大傾斜角は０．１または０．０７°、好ましくは最大で０．０５°、特に好ましくは最大で０．０４°である。最小傾斜角は典型的には０．００１°、とりわけ０．００３°、好ましくは最小で０．００５°、特に好ましくは最小で０．００８°である。本発明に従って回転角度を傾けることにより、ツールによって加えられる研削及び研磨圧がそこにおいて減少するため、ブリックの特に敏感な縦方向縁部へ加わるストレスが減じられる。さらに、前記傾斜(傾けること)によって、材料とかみ合っている側面に対して１８０°で対向しているツールの側面が加工される表面と接触することが防止される。これにより、変動し、それゆえに不確定となる材料−噛み合い状態が回避される。

本発明に従った特に好ましい実施態様においては、同時に提出された併行出願(ＤＥ１０２００７０４０３９０Ａ)に記載したように、シリコンブロックあるいはシリコンブリックは前述した側面の研削及び/または研磨後であって、かつそれらがシリコンウエハーへ切断及び／または切り離される前に等方性エッチング処理される。

本発明において「エッチング」とは、材料、すなわちシリコン材料の化学的除去及び/または溶解、さらに表面上及び下方にある窪み及び／または割れ目中のシリコン材料の化学的除去及び/または溶解を言う。従って、本発明においては、用語「等方性エッチング」はすべての結晶方向においてほぼ同一速度で起こる、すなわちエッチング速度が《１００》面、≪１１１≫面、及び≪１１０≫面に沿ってほぼ均質である化学的処理を用いた材料除去を言う。本発明においてエッチングは、エッチング速度が種々結晶方向においてほぼ均等であり、かつ好ましくは3倍以上、とりわけ２倍以上異ならない場合には等方性であると言う。

さらに本発明においては、エッチングは材料がシリコンブリックの特定の面からほぼ均質に除去されるように実施される。本発明において、材料のほぼ一様な除去とは、特定の側面全体から材料が除去される程度が１０μm以上変動しないこと、最大変動が９μm、特に好ましくは５μmあるいは４μmであることを言う。

本発明方法においては、エッチングは通常毎分１μm〜２０μm、特に毎分３μm〜１５μmの平均材料除去速度において実施される。

かかる方法を取ることにより、ウエハー中の割れ目がウエハー縁部からウエハー内部へと拡がることが防止される。従ってこの方法によりシリコンウエハーの割れ比率を著しく低減させることが可能である。

シリコンブロックは好ましくは少なくとも３０秒間、より好ましくは少なくとも45秒間、そして特に好ましくは少なくとも６０秒間エッチングされる。一般的な最大処理期間は３００秒間であり、好ましくは最大で２５０秒間とされ、また特に好ましくは最大で２００秒間あるいは１５０秒間とされる。前記処理期間は表面サイズ、温度、及びエッチング形成によっても異なり、そして等方性/異方性境界領域中において等方性エッチングあるいはエッチングが実施できるように選定される。等方性領域及び/または等方性/異方性境界領域中でのエッチングに特別な条件は数回の試験に基づいて当業者によって決定されるべきである。

除去されるべき平均層厚は、エッチングが開始される前のブリックのジャケット面の開始状態に依存して異なる。ブリックのジャケット面が切り離されたばかりであると、すなわちワイヤー切り離し処理後(正方形)であるならば、２５μm〜１００μmの平均材料除去が必要とされる。ブリックが正方形に切り離された後に該ブリックのジャケット面がさらに粗研削(寸法研削)されるならば、エッチングを経て平均量として８μm〜５０μmが除去されるべきである。また、ブリックのジャケット面に対して精密研削も行われるならば、エッチングを経て平均量として５μm〜２５μmが除去されるべきである。延性領域においてブリックのジャケット面が完全に精密研削されているならば、表面は研磨面の基準に適合する結果となる。すなわちλ／２〜λ／６０における最大粗さ高Ｒｔは光の波長以下となり、エッチングを実施する必要はない。精密研削の結果ばらばらになる砥粒により、この種の表面の表面下に欠陥が全くなくなる訳ではないため、２０〜３０秒間の極めて短いエッチングを実施することによりウエハーが割れる危険性をさらに減ずることが可能である。

シリコンブロックは好ましくは可能とされる最も低い温度でエッチングされる。経済的理由から少なくとも１８℃の温度が有利であることが実証されており、また少なくとも２０℃の温度が特に有利であることが実証されている。さらに、有利な最高温度は23℃であり、特に好ましい最高温度は２２℃である。

本発明においては、エッチング中にシリコンブリックの種々の箇所において、特定の選定温度が最大で±２℃、好ましくは最大差として±１℃、また特に好ましくは最大差として±０．５℃の範囲で変動する場合に、等方性特性を増大させることが可能なことが確認されている。±０．２℃または±０．１℃を超えない変動は極めて好ましい。温度を可能な限り一定に保持するため、エッチング処理は等方性でなければならない。

用いられるエッチング方法はウェットエッチング法であり、好ましくは酸性媒質中において実施される。好ましい酸は硫酸、硝酸、及び／または塩酸等の高酸化性酸、さらにそれらのパーオクソ酸である。

好ましくは、シリコンブロックは５０〜７０％硝酸と４０〜６０％フッ化水素酸の容積比１０：１〜１：１の混合溶液、好ましくは容積比８：１〜４：１の混合溶液を用いてエッチングされる。

この混合液には、反応を和らげることを目的として、一般的にはさらに添加剤が加えられる。またこの溶液には、好ましくは表面エネルギーを減じる水、酢酸、過酸化水素あるいは界面活性剤(湿潤剤)等の液体が加えられる。

本発明において、用語「表面粗さ」とは表面の不均質性の高さを言う。

エッチング後に本発明に従って処理された特定側面の表面粗さRmaxのエッチング処理前の側面の表面粗さRmaxに対する比は、好ましくは１０：１〜５：１、一般的には８：１〜０．５：1、そして極めて好ましくは7：1〜１：１の範囲内である。

また、表面粗さを増大させても、特に最初に表面が精密研削されていれば、不利な割れ特性は生じないことも本発明において見出された。本発明においては、特定の波動トラフ及び／または粗さトラフの幅が大きく、またそれらの最も深い箇所に丸みがつけられているならば、エッチングによって作られる表面の一様性によって決まる表面粗さが上述したように極めて大きくなる可能性がある。

本発明によれば、最大平均材料除去は７０μmが一般的には好ましいが、例えば１００μmあるいは８０μmの大きなエッチング深度まで容易に材料除去が可能である。切り離されているがそれ以上の処理がされていない表面からのとりわけ有利な平均材料除去値は５０μmまたは４０μmである。

粗い粒状物で前処理されたシリコンブロックをエッチングする場合は、最小平均エッチング深度として、５μm、特に少なくとも７μm、好ましくは少なくとも８μmが有利であることが実証されている。特に好ましい平均最小エッチング深度は１０μmである。粗い前研削処理が為された材料中の最大平均エッチング深度は一般的には５０μmであるが、好ましくは最大で４０μmとされ、特に好ましくは最大で３０μmとされる。このような場合においても、極めて好ましいエッチング深度は２５μmである。

最初に粗く、次いで精密に研削及び/または研磨したシリコンブロックをエッチングする場合、最小平均エッチング深度は少なくとも３μm、特に少なくとも４μmとするのが妥当なことが実証されており、また、少なくとも５μm、特に少なくとも７μmとするのが特に有利なことも実証されている。また、８μmも最小エッチング深度として極めて好ましい。このようにして前処理されたシリコンブロックを用いる場合、エッチングを経た材料除去の最大厚を３０μm以下とすること、また好ましくは最大でも２５μmとすること、そして特に最大でも２０μmとするのが妥当なことが実証されている。特に好ましい最大材料除去深度は１8μm以下、特に１６μm以下である。

しかしながら、経済的理由から、エッチングにより材料除去を行うための一定エッチング温度におけるエッチング最適時間は、少なくとも３０秒間、特に少なくとも４５秒間とするのが有利である。またエッチング時間の下限を６０秒間とする設定も特に有利であることが実証された。最大エッチング時間は一般的には３００秒間であるが，２５０秒間であっても好ましく、また２００秒は更に好ましく、１５０秒間は、極めて好ましい。

上述した方法の一つに従って製造されたシリコンウエハーを用いて太陽電池を製造する場合、シリコンウエハーの割れ率を著しく低減できれば、太陽電池の収率は向上される。本発明に従って得られたウエハーの厚さは好ましくは１８０μm以下であり、好ましくは１７０μm以下、特に好ましくは１５０μm以下あるいは１２０μm以下である。

シリコンブロックあるいはブリックは、例えばＥＰ１６７４５５８Ａ１に記載されているように、ワイヤーソーを用いてシリコンウエハーへと有利に切断される。

上述した方法の一つを用いて製造されたシリコンウエハーを関連分野において公知な従来技術に利用して太陽電池及び/またはソーラーモジュールを製造することが可能である。

本発明はさらに本発明方法を用いて製造されるシリコンブロックにも関し、このシリコンブロックの側面は最終的な切断面及び/または断面に対してほぼ平行に切断される。

この研削されたシリコンブロックの側面の表面粗さRmaxは好ましくは８μm以下、とりわけ６μm以下である。表面粗さの最小値(下限値)は一般的には０．２５μm、特には０．３５μmであるが、０．５または１μmでも十分である。粗い研削しか行われない場合の表面粗さRmaxは好ましくは３μm〜６または８μmである。表面粗さは平坦でない表面の高さである。表面粗さはＩＳＯ１０１１０−８において定義されている研磨表面の表面粗さよりも大きい。

好ましいことに、研削されたシリコンブリックが延性領域において加工される場合、研削されたシリコンブロックには基本的に微小割れ目が全く生じない。研削されたシリコンブロックが精密研削されるか、あるいは粗研削されるかによって多結晶質ブリックの場合には微小割れ目が生じ、また特に精密研削されたブリックの場合は、有効な分析方法がないため定量は行われない。しかしながら、表面品質の評価は顕微鏡画像を用いて十分実施可能である。乱された加工トラックが少ない程に、この方法によって製造されたブリックから成るウエハーの割れに対する感受性は低下する。

本発明はさらに、シリコンブロックの側面が、最終的なウエハー縁部に対してほぼ平行に研削されたシリコンブロックを切り離すことによって得られるシリコンウエハーに関する。このシリコンブロックの側面は、好ましくはさらに別の工程において等方性エッチング処理される。上記において明らかにしたように、この種のウエハーには通常微小割れ目は含まれていない。

Claims (13)

1. 側面を備える矩形のシリコンブロックを切り離すことによって形成される、前面及び背面、及び側方縁部を有するシリコンウエハーの製造方法であって、
   切り離し前にシリコンブロック側面がシリコンウエハー縁部に対して平行に研削及び/または研磨されることを特徴とする前記方法。
2. 前記研削及び/または研磨が、回転型の中空シリンダ状研削ツール及び研磨ツールを用いて行われることを特徴とする請求項1記載の方法。
3. 前記中空シリンダ状研削または研磨ツールの径がシリコンブロック幅の少なくとも1.5倍、好ましくは少なくとも1.55倍、特に好ましくは少なくとも1.75倍であることを特徴とする請求項2記載の方法。
4. 前記ツールのシリンダ壁に結合性砥粒が含まれることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
5. 前記砥粒がダイアモンド、炭化珪素、及び/または窒化珪素から成ることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
6. 前記研削ツールに軟金属、ポリマー、及び/または樹脂から選択されるマトリックスが含まれることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
7. 前記砥粒の平均径が3μm〜160μmの範囲内であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
8. シリコンブロックの側面が最初に平均径が80μm〜160μmの粗い砥粒を用いて研削され、次いで平均径が3μm〜40μmの砥粒を含む研削ツールを用いて研削あるいは研磨されることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
9. ウエハーがワイヤーソーを用いて処理されたシリコンブロックから切り出されることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
10. 前記中空シリンダ状ツールの回転軸が処理される面の直交垂線に対して角度0.005〜0.05°だけ傾いていることを特徴とする請求項1〜9の少なくとも1項に記載の方法。
11. シリコンブロックが、研削後であって、ウエハーへ切り分けられる前に等方性エッチング処理されることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
12. 請求項1〜11のいずれかに記載された方法によって得られるシリコンブロック。
13. 請求項1〜11のいずれかに記載された方法によって得られるウエハー。