专利名称：磨粒及用该磨粒的半导体块的切片方法
技术领域：
本发明涉及一种在用钢丝锯对半导体块等进行切片时使用的磨粒及使用该磨粒的半导体块的切片方法。
背景技术：
用于半导体元件或太阳能电池的半导体晶片，由以直拉法或铸造法制成的单晶及多晶的半导体块形成。例如，多晶硅晶片一般用称作铸模法的方法制造。所谓的该铸模法，是在由涂有脱模剂的石墨等构成的铸模内浇注硅熔液，通过冷却固化形成硅锭的方法。通过或去除该硅锭的端部，或切断成希望尺寸进行切制，将切制好的锭坯再切片成规定的尺寸，由此得到单晶及多晶的硅片。
作为从这样的半导体块切出一定厚度的晶片的装置，采用钢丝锯。该钢丝锯是将直径约100～300μm的钢琴丝等的一根钢丝卷绕在设置于间隔保持用辊5上的多个槽内，按一定间距相互平行地拉开，使钢丝沿一方向或双方向行走。一边为该钢丝提供称之为料浆的在油或水中混合SiC等磨粒的切削液，一边将半导体块按压在丝上，慢慢地对半导体块进行切片。即，利用通过钢丝带走的磨粒的切削性，对半导体块进行切片。在利用该钢丝锯的切片中，能够同时对多个半导体块进行切片，此外，与使用外周刃及内周刃等的其他切片方法相比，切片精度高，而且，由于使用的钢丝细，具有能够降低割缝损耗(切割费用)的优点。
此时使用的由SiC构成的磨粒，一般以粒径进行控制(例如，参照特开2000-309016号)。这样，通过将SiC的粒径限定在某一范围内，能够将割缝损耗保持在一定范围内，能够抑制切割的晶片的厚度偏差。
可是，采用上述以往的半导体块的切片方法，虽能够在一定程度上抑制切片的晶片的厚度的偏差，但由于在切削性方面存在偏差，存在切片的半导体晶片的表面或起伏，或损伤的问题。
这是因为，由于没有控制粒子的线性度、凹凸度、粒径分布，在磨粒中进入切削力低的粒子，不能顺利进行切片的缘故。
图7是说明用以往的半导体块的切断方法切片的晶片的剖面状态的图。图中的6表示钢丝，9表示晶片，10表示钢丝走行方向出口侧。钢丝6一边向钢丝行走方向行走，一边切出晶片9。此时，采用以往的半导体块的切片方法，在钢丝走行方向出口侧10，容易产生表面起伏或损伤等缺陷。这是因为，由于在钢丝走行方向的入口侧，有充足的高切削力的磨粒，虽然钢丝6走行顺利，但难于在出口侧10附近提供切削力强的磨粒之故。因此，对于单晶体晶片等，在切断后一般通过研磨处理消除起伏或损伤等。但是，这样就增加工时，降低生产性。
发明内容
本发明是针对上述问题而提出的，目的是提供一种对半导体块的切削性优良并且生产性高的磨粒及采用该磨粒的半导体块的切片方法。
本发明的磨粒，是在从半导体块切出一定厚度的晶片时使用的切削液中采用的磨粒，其成分是SiC，与磨粒的平均体积对应的粒径(称为平均体积粒径)在6～16μm的范围，线性度在1.4～2.4的范围的SiC粒子为70体积％以上。
此外，本发明的半导体块的切片方法，在多个间隔保持用辊之间配置由供丝轴供给的钢丝，通过边用卷取轴卷取边供给在水或油等液体中混合上述磨粒的料浆，对半导体块进行切片。
如上所述，如果采用本发明，由于磨粒是由平均体积粒径在6～16μm并且线性度在1.4～2.4范围的粒子为70体积％以上的SiC粒子构成，所以在对半导体块进行切片时，能够进行切削性高的切片。
此外，在本发明中，不仅考虑初期的切削性，而且也考虑到维持该切削性。因此，在同时对以往不能切片的大面积半导体块或个数比以往多的半导体块时，由于能够维持其切削性，所以能够提高生产性。
在上述磨粒中，更优选线性度在1.8～2.0范围的粒子为70体积％以上。
此外，若凹凸度在1.2～1.8范围的的粒子为70体积％以上，则由于切削性提高，因此是优选的，更优选凹凸度在1.4～1.6范围的的粒子为70体积％以上。
上述半导体块优选硅。
能够同时对多个上述半导体块进行切片。
此外，本发明的磨粒，其特征在于，由以下粒子构成，即，从比对应磨粒的平均体积的粒径即平均体积粒径小2μm至比平均体积粒径大1μm的粒子的总体积为总磨粒体积的65％以上的粒子。
对于上述磨粒，更优选由以下粒子构成，即，从比平均体积粒径小2μm至比平均体积粒径大1μm的粒子的总体积为总磨粒体积的70％以上的粒子。
此外，本发明的半导体块的切片方法，是在多个间隔保持用辊之间配置由供丝轴供给的钢丝，通过边用卷取轴卷取边供给在水和油等液体中混合上述磨粒的料浆，对半导体块进行切片的方法。
如果采用上述发明，由于磨粒是采用以下粒子，即，从比对应磨粒的平均体积的粒径即平均体积粒径小2μm至比平均体积粒径大1μm的粒子的总体积为总磨粒体积的65％以上、优选70％以上的粒子，所以，在对半导体块进行切片时，能够抑制产生以往的问题即晶片表面起伏或损伤。由此，不需要进行以往单晶硅晶片等所需的研磨等表面处理。因此，能够切片成适合例如太阳能电池元件的晶片。
在上述磨粒的体积分布中，优选体积比率为最大的粒径在平均体积粒径以上。
图1是表示用于半导体块的切片方法的钢丝锯的概略图。
图2是说明磨粒的形状的图。
图3是说明磨粒的其他形状的图。
图4是说明磨粒的又一其他形状的图。
图5是表示磨粒的体积分布的图。
图6是表示其他图形的磨粒的体积分布的图。
图7是说明通过对半导体块进行切片得到的晶片的表面状态的剖面图。
具体实施例方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
装置构成图1是表示用于实施本发明的钢丝锯的概略图。钢丝锯是从半导体块切出一定厚度的晶片的装置。
在图1中，1为料浆供给喷嘴、2为料浆接收器、3a及3b为半导体块、4为切片台、5为间隔保持用辊、6为钢丝、7为浸渍槽、8为供丝轴。通常设置2～4个间隔保持用辊5。
该钢丝锯，将直径约100～300μm的钢琴丝等的一根钢丝6卷绕在设置于间隔保持用辊5上的多个槽上，按一定间距相互平行地配置，使钢丝沿一方向或双方向走行。
在该钢丝锯6上，从料浆供给喷嘴1借助料浆接收器2供给所谓料浆的在油或水中混合SiC等磨粒的切削液。一边供给料浆，一边将半导体块3a、3b(通称时称为“半导体块3”)按压在钢丝6上，从半导体块3的下方向上方慢慢对半导体块进行切片。此时，利用通过钢丝6带走的磨粒的切削力，对半导体块3进行切片。
切片的半导体块的数量，如图1所示，可以是2个，也可以是1个或2个以上。
下面，定义表示磨粒形状的数值。
所谓的“线性度”，为1粒磨粒的最大长度(最大直径)与最大截面积的比率，用线性度＝[(最大长度)2/最大截面积]×(π/4)表示。在正圆时，线性度为1，离正圆越远线性度越高。
此外，磨粒的“凹凸度”是1粒磨的最大周长与最大截面积的比率，用凹凸度＝[(最大周长)2/最大截面积]×(1/4π)]表示。在正圆时，凹凸度为1，周长越长凹凸度的值越大。
与该线性度同样，作为表示磨粒的形状的扁平率的数值，也可以使用“针状比”。针状比用针状比＝绝对最大长度/对角宽度表示。
所谓对角宽度是指与绝对最大长呈直角相交的长度。
此外，用扫描型激光显微镜测定该线性度或凹凸度等。
图2～图4是说明磨粒形状的模式图。如图2所示，在磨粒P的截面形状为正圆时线性度变为1，在如图3所示的椭圆时，椭圆的扁平率越高线性度越比1大。
SiC等磨粒采用线性度1.4～2.4的粒子为70体积％以上的粒子。在平均体积粒径6～16μm的磨粒中，在线性度为1.4以下时，磨粒的形状接近图2所示的正圆，切削性变差。在线性度在2.4以上时，尽管初期的切削性好，但由于该磨粒截割其他的磨粒，削弱磨粒整体的切削强度，难于重复使用。
另外，在平均体积粒径低于6μm时，由于切片时磨粒变得难以旋转，因此钢丝变得不能顺利行进，从而存在产生切出的硅晶片表面或起伏或损伤、或钢丝断线等问题。
当平均体积粒径超过16μm时，由于割缝损耗变大，因此不优选。
另外，若线性度为1.4～2.4的粒子低于70体积％，则由于1.4～2.4以外的比率变高，因此变得接近正圆，或切削性变差，或虽然初期的切削性高但由于该磨粒截割其他的磨粒，削弱磨粒整体的切削强度，因此变得难以重复使用。
此外，线性度最好在1.8～2.0。由于通过这样选定，能降低磨粒形状的偏差，降低该磨粒对其他磨粒的截割，所以全部的磨粒都能够有效用于切削。
此外，优选该磨粒是凹凸度1.2～1.8的粒子为70体积％以上的磨粒。
当凹凸度在1.2以下时，形成接近图2所示的正圆的形状，切削性变差。此外，在1.8以上时，尽管初期的切削性好，但由于在图4所示的SiC的周围的突起在切割时容易被切削，难于重复使用，也不适合。
另外，若凹凸度1.2～1.8的粒子低于70体积％以上，则由于凹凸度1.2～1.8以外的磨粒的比率变得过高，因此切削性变差或难于重复使用。
此外，凹凸度最好在1.4～1.6。
另外，也可以作为圆形度表示该凹凸度。该“圆形度”是凹凸度的倒数。也可以采用圆形度(シスメツクス)测定器直接测定圆形度。
测定所得的圆形度在0.84～0.87时比较好。
在使用针状比时，优选将针状比设定在1.2～1.8，更优选设定在1.4～1.6。
在上述线性度及凹凸度的范围内的磨粒，在采用SiC磨粒对硅块进行切片时能够特别有效发挥其效果。
此外，具有上述的线性度或凹凸度的磨粒，可通过烧固石英、焦油及盐，用球磨机一次粉碎，然后用另外的球磨机二次粉碎，或用粉碎机二次粉碎得到。
下面，介绍料浆中所含磨粒的体积分布。
在本发明中，将相对于料浆中所含磨粒的平均体积的粒径(称为“平均体积粒径”)设为a(单位μm)。采用a为-2μm～+1μm的磨粒的总体积达到总磨粒体积的65％以上的分布的磨粒。另外，对于磨粒的体积分布，用JIS R6002的测定方法(磨具用研磨材的粒度试验方法)测定。
图5是说明磨粒体积分布的曲线图。表示在某一粒径区域存在多少体积占总磨粒的百分之多少的磨粒。图中a表示平均体积粒径。平均体积粒径a为粒径和体积的积分值除以磨粒的总体积所得的值。此时，磨粒的体积分布可用激光计数器等测定。
如果采用本发明，优选粒径在从(a-2)μm到(a+1)μm范围的磨粒的体积合计达到总磨粒体积的65％以上。如果增加粒径低于(a-2)μm的小粒径的磨粒的比例，小粒径的磨粒堵在大粒径的磨粒之间，阻碍磨粒整体的工作。相反，如果增加粒径超过(a+1)μm的大粒径磨粒的比例，在切割得到的晶片的厚度方面产生面内偏差。即，粒径在从(a-2)μm到(a+1)μm范围的磨粒最有助于切削。
例如，在平均体积粒径a为15μm时，优选粒径在13μm～16μm范围的磨粒的总体积达到总磨粒体积的65％以上。
通过选定加入实现如此体积分布的磨粒的料浆，能够抑制以往的问题即在钢丝走行方向出口侧10(参照图7)发生起伏或损伤。这是因粒径在从(a-2)μm到(a+1)μm范围的磨粒的切削力比其他范围大的原因。
此外，如果粒径在从(a-2)μm到(a+1)μm范围的磨粒的体积合计达到总磨粒体积的70％以上，能更有效地发挥其效果。
此外，定义体积比率为最大的粒径b。图6示出了该最大体积粒径b。如图6所示，在整个磨粒的体积分布中，最大体积粒径b最好在平均体积粒径a以上。即b＞a由此，能够进一步提高切削力。通过如此减少大粒径磨粒的比例，能够有效运转所有磨粒，容易有助于切削。
这样，如果要使粒径在从(a-2)μm到(a+1)μm范围的粒子的总体积达到总磨粒体积的65％以上，可以利用分级筛选。分级的方法有湿法分级和干法分级，但为了使粒径在从(a-2)μm到(a+1)μm范围的磨粒的总体积达到总磨粒体积的65％以上，优选进行湿法分级。这是因为湿法分级能更准确地筛选小粒径的粒子。
在湿法分级的工序中，具有采用上升流、水平流以及只基于静置的分级，尤其在分离精度中优异的是利用上升流的分级。
另外，利用上升流的分级，大致分为基于间歇式操作(逐次取出一次供给的粒子)的情况和连续式操作(连续取出连续供给的粒子)的情况。
其中，采用上升流并且基于间歇式操作的基本分级装置，在分级筒的下部设置分级液的流入口，在上部设置含有细粒子的料浆流出口，在中间部设置料浆的供给口。
作为分级液，通常采用密度比被分级粒子低的液体。被分级的粒子在分级液中，由于重力作用而下沉，因此相对于分级液，呈相对向下移动，但是由于从分级筒下部的流入口继续供给分级液，并且在分级筒内向上移动，因此该分级液的上升与粒子的沉降相抵消，料浆状的粒子较长时间滞留在分级筒内。
此时，在分级筒内供给的料浆状粒子的沉降速度，依赖于这些粒子，粒子越粗沉降越早。即，在与分级液的上升速度的比较中，更早沉降的成分(粗粒子)向下，不是粗粒子(细粒子)向上移动。
其结果，在分级筒内，可以形成与粒子径相对应的粒径越大的粒子越位于下方的层状结构。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明的实施并不局限于上述的实施方式，在本发明的范围内，可实施多种变更。
实施例1准备只控制了平均体积粒径的磨粒、控制了平均体积粒径和线性度的磨粒以及控制了平均体积粒径和线性度及凹凸度的磨粒。在磨粒的平均体积粒径低于6μm时，由于切片时磨粒变得难以旋转，因此钢丝变得不能顺利走行，从而存在切出的硅晶片的表面或起伏或损伤、或者钢丝断线的问题。
在平均体积粒径超过16μm时，由于割缝磨损变大，因此不优选。因此全部统一在14.7μm。
准备2个由用铸造法铸造的尺寸约150×150×300mm的长方体的多晶硅构成的块，用相同的磨粒反复5次用钢丝锯进行切片。
此时的第1次及第5次的晶片的良品率(晶片表面无损伤或起伏的为良品)示于表1。
磨粒的平均体积粒径、线性度以及凹凸度，根据在搅拌1Lot 1.5t的磨粒使成均匀状态后，通过左右抵消法简化为16划分，从各个中任意取出22个磨粒进行测定后，在22个数据中除去最大值和最小值的20个数据的总共320个的分布来计算。
表1
在只控制了平均体积粒径的条件No.1、No.2的以往磨粒时，第1次的良品率为74.5～75.2％，第5次的良品率为62.3～73.9％。
而在控制了平均体积粒径和线性度的条件No.3～14中，线性度1.4～2.4的比例为70％体积以上的条件No.3～8中，第1次的良品率、第5次良品率均比采用条件No.1、No.2的以往磨粒时的良品率高。
另外，尤其在条件No.3～8中，对于线性度1.8～2.0的比例变为70体积％以上的条件No.6～8，即使是第5次的良品率也超过85％，呈比较高的值。
另外，在条件No.9～14的线性度1.4～2.4的比例控制为76.1～76.7体积％、1.8～2.0的比例控制为71.2～71.8体积％的磨粒中，对于凹凸度1.2～1.8的比例为70体积％以上的条件No.11～14，第1次的良品率超过90％，呈现高值。
特别是如果采用凹凸度1.4～1.6的比例超过70体积％的条件No.13、14的磨粒，则第5次的良品率也超过90％，变为较高的值。
实施例2用钢丝锯对用铸造法铸造的尺寸150×150×300mm的长方体的多晶硅构成的块进行切片。
作为磨粒，采用以下5种。任一平均体积粒径都为14.7μm。
粒径的分布，根据在搅拌1Lot 1.5t的磨粒使成均匀状态后，通过左右抵消法简化为16划分，从各个中任意取出22个磨粒进行测定后，在22个数据中除去最大值和最小值的20个数据的总共320个的分布来计算。
(1)以往的体积分布的磨粒，总磨粒的体积累计值为97％时的磨粒的粒径是其体积累计值为50％时的磨粒的粒径的1.5～1.8倍。
(2)以往的体积分布的磨粒，平均体积粒径在-2μm～+1μm区域(即，12.7μm～15.7μm)的磨粒的体积的合计，变为全部磨粒的体积的64.5％。该磨粒的最大体积粒径为15.0μm。
(3)本发明的体积分布的磨粒，平均体积粒径在-2μm～+1μm区域(即，12.7μm～15.7μm)的磨粒的体积的合计，变为全部磨粒的体积的65.6％。该磨粒的最大体积粒径为15.3μm。
(4)本发明的体积分布的磨粒，平均体积粒径-2μm～+1μm的区域(即，12.7μm～15.7μm)的磨粒的体积合计，变为总磨粒体积的70.9％。该磨粒的最大体积粒径为15.1μm。
(5)本发明的体积分布的磨粒，平均体积粒径-2μm～+1μm的区域(即，12.7μm～15.7μm)的磨粒的体积合计，变为总磨粒体积的75.1％。该磨粒的最大体积粒径为15.2μm。
在根据(1)、(2)、(3)、(4)、(5)得到的晶片中，调查了表面有目视可见的起伏或损伤的晶片的件数，其结果示于表2。数值表示起因于起伏或表面损伤的不良件数比率。
表2
在以往的磨粒中，晶片上产生表面起伏的比率为4.2％，对于(2)的平均体积粒径-2μm～+1μm的区域(即，12.7μm～15.7μm)的磨粒的体积合计变为总磨粒体积的64.5％的以往的体积分布的磨粒，变为3.6％。
与此相对，对于(3)的平均体积粒径-2μm～+1μm的区域(即，12.7μm～15.7μm)的磨粒的体积合计变为总磨粒体积的65.6％的本发明的体积分布的磨粒，变为0.8％。另外，对于(4)的磨粒的体积合计变为总磨粒体积的70.9％的本发明的体积分布的磨粒，变为0.5％，对于(5)的变为75.1％的磨粒，变为0.4％。这样，在平均体积粒径-2μm～+1μm的区域的磨粒的体积合计变为总磨粒体积的65％以上的本发明的体积分布的磨粒，晶片表面产生起伏的比率大幅度降低。另外，在平均体积粒径-2μm～+1μm的区域的磨粒的体积合计变为总磨粒体积的70％以上的本发明的体积分布的磨粒，晶片表面产生起伏的比率进一步大幅度降低。此外，对于本发明的磨粒，表面损伤也从5.4％、3.9％大幅度降低至1.5％～1.0％。
由此可知，对于(1)的以往的磨粒，良品率(全部不良件数比率)为81.7％，对于(2)的平均体积粒径-2μm～+1μm的区域(即，12.7μm～15.7μm)的磨粒的体积合计变为总磨粒体积的64.5％的体积分布的磨粒，为84.2％，对于平均体积粒径-2μm～+1μm的区域(即，12.7μm～15.7μm)的磨粒的体积合计变为总磨粒体积的65％以上的(3)～(5)的本发明的磨粒，良品率上升为90％以上，尤其对于平均体积粒径-2μm～+1μm的区域(即，12.7μm～15.7μm)的磨粒的体积合计变为总磨粒体积的70％以上的(4)、(5)的磨粒，良品率超过92％，显示高的良品率。
权利要求
1.一种磨粒，在从半导体块切出一定厚度的晶片时使用的切削液中采用，其特征在于磨粒的成分是SiC；对应于磨粒的平均体积的粒径即平均体积粒径在6～16μm范围内，粒子的线性度在1.4～2.4范围内的磨粒具有70体积％以上。
2.根据权利要求1所述的磨粒，其特征在于粒子的线性度在1.8～2.0范围内的磨粒具有70体积％以上。
3.根据权利要求1或2所述的磨粒，其特征在于粒子的凹凸度在1.2～1.8范围内的磨粒具有70体积％以上。
4.根据权利要求3所述的磨粒，其特征在于粒子的凹凸度在1.4～1.6范围内的磨粒具有70体积％以上。
5.一种半导体块的切片方法，在多个间隔保持用辊之间配置由供丝轴供给的钢丝，通过边用卷取轴卷取、边供给在液体中混合有磨粒的料浆，对半导体块进行切片，其特征在于上述磨粒的成分是SiC，对应于磨粒的平均体积的粒径即平均体积粒径在6～16μm范围内，粒子的线性度在1.4～2.4范围内的磨粒具有70体积％以上。
6.根据权利要求5所述的半导体块的切片方法，其特征在于粒子的凹凸度在1.2～1.8范围内的磨粒具有70体积％以上。
7.根据权利要求5或6所述的半导体块的切片方法，其特征在于上述半导体块是硅。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的半导体块的切片方法，其特征在于对所述半导体块进行多块同时切片。
9.一种磨粒，在从半导体块切割一定厚度的晶片时使用的切削液中采用，其特征在于由以下粒子构成，即，从比对应磨粒的平均体积的粒径即平均体积粒径小2μm至比平均体积粒径大1μm的粒子的总体积为总磨粒体积的65％以上的粒子。
10.根据权利要求9所述的磨粒，其特征在于由以下粒子构成，即，从比平均体积粒径小2μm至比平均体积粒径大1μm的粒子的总体积为总磨粒体积的70％以上的粒子。
11.根据权利要求9或10所述的磨粒，其特征在于在上述磨粒的体积分布中，体积比率为最大的粒径在平均体积粒径以上。
12.一种半导体块的切片方法，在多个间隔保持用辊之间配置由供丝轴供给的钢丝，通过边用卷取轴卷取、边供给在液体中混合有磨粒的料浆，对半导体块进行切片，其特征在于采用以下粒子，即，从比对应磨粒的平均体积的粒径即平均体积粒径小2μm至比平均体积粒径大1μm的粒子的总体积为总磨粒体积的65％以上的粒子。
13.根据权利要求12所述的半导体块的切片方法，其特征在于在上述磨粒的体积分布中，体积比率为最大的粒径在平均体积粒径以上。
14.根据权利要求12或13所述的半导体块的切片方法，其特征在于上述半导体块是硅。
全文摘要
一种半导体块的切片方法，在多个间隔保持用辊(5)之间配置由供丝轴(8)供给的钢丝(6)，通过边用卷取轴卷取边供给在溶液中混合有磨粒的料浆，对半导体块进行切片。作为上述磨粒，使用线性度在1.4～2.4的范围内、平均体积粒径在－2μm～+1μm的磨粒的总体积为总磨粒体积的65％以上的SiC。不仅能够提高初期的切削性，而且还能够维持该切削性，提高生产性。
文档编号B28D5/00GK1504309SQ20031011812
公开日2004年6月16日 申请日期2003年11月25日 优先权日2002年11月28日
发明者西泽孝昭 申请人:京瓷株式会社