JP2000288902A - 固定砥粒付ワイヤ及び固定砥粒ワイヤソー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定砥粒付ワイヤによる切断加工において、
良好なウェーハ切断面を得るとともに、能率良く加工す
ることを目的とする。 【解決手段】 固定砥粒付ワイヤ１２の砥粒率を示す集
中度を２０〜７５とする固定砥粒付ワイヤ１２を用いた
ので、切断粉５の排出性が良くなり、ウェーハの切断面
うねり量が減少し、良好なウェーハを得ることができ
る。また、切断時のワイヤ走行速度を１２００（ｍ／ｍ
ｉｎ）以上、または平均速度で８５０（ｍ／ｍｉｎ）以
上とするようにしたので、ウェーハ切断面の加工変質層
が薄くなり、良質なウェーハが能率良く切断可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固定砥粒付ワイヤの
構造及び前記固定砥粒付ワイヤを用いた固定砥粒ワイヤ
ソーに係り、特にシリコン、ガラス、セラミックス等の
脆性材料を切断する固定砥粒付ワイヤ及び固定砥粒ワイ
ヤソーに関する。

【０００２】

【従来の技術】棒状の材料（インゴット）を切断して薄
板（ウェーハ）を製造する装置の一つにワイヤソーがあ
る。ワイヤソーは所定のピッチで張架されたワイヤ列を
高速走行させ、そのワイヤ列に被加工物を押し当てるこ
とにより多数枚のウェーハを同時に切断する装置であ
る。

【０００３】このワイヤソーには従来から主に使用され
ている遊離砥粒方式による遊離砥粒ワイヤソーと、近年
開発されている固定砥粒方式による固定砥粒ワイヤソー
がある。固定砥粒ワイヤソーは、ワイヤ全長にわたり表
面に砥粒が固着された固定砥粒付ワイヤを用いてワイヤ
列を形成し、そのワイヤ列を高速走行させることにより
インゴットを切断する。

【０００４】従来の固定砥粒付ワイヤの製造方法は、金
属ワイヤの素線に砥粒を電着する方法であった。このワ
イヤの製造方法は、従来の円盤状薄板の金属ブレードの
内周または外周に固定砥粒を電着して、該金属ブレード
を高速回転することによりインゴットをウェーハ状の薄
板に切断するスライシングマシンや、ダイシングマシン
の頃からの金属ブレードに固定砥粒を付ける電着方法と
同じであった。ところが、この電着による製造方法の場
合、砥粒の含有率を示す集中度は製造上の理由から集中
度は１５０以上しか製作できなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、固定砥
粒方式によるワイヤソーにおいては、従来の集中度１５
０以上の固定砥粒付きワイヤでシリコンインゴットを切
断すると、ワイヤに固着された砥粒間にインゴットの切
断粉が目詰まりし易い。このように砥粒間に切断粉が詰
まると切断性能が悪くなり、切断加工面のウェーハにう
ねりが生じていた。

【０００６】また、固定砥粒方式によるワイヤソーで
は、ワイヤの走行速度を６００〜８００（ｍ／ｍｉｎ）
に設定して加工すると、切断面の加工変質層が深くな
り、切断したウェーハの後加工工程で前記加工変質層を
削除するためのラップ工程に多大な時間がかかってい
た。本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、
固定砥粒付ワイヤによる切断加工において、被加工物の
切断面精度を良好な状態に維持し、かつ、生産能率を向
上するための固定砥粒付ワイヤと固定砥粒ワイヤソーを
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、表面に砥粒が固着された固定砥粒付ワイヤ
を走行させながら被加工物を押し当てることにより、該
被加工物を切断する固定砥粒付ワイヤにおいて、前記固
定砥粒付ワイヤの砥粒率を示す集中度を２０〜７５とす
る固定砥粒付ワイヤを用いたことを特徴としている。

【０００８】本発明によれば、前記固定砥粒付ワイヤの
砥粒率を示す集中度を２０〜７５とする固定砥粒付ワイ
ヤを用いたことにより、切断粉の排出性が良くなり、ウ
ェーハの切断面うねり量が減少するため、良好なウェー
ハを得ることができる。また前記目的を達成するために
請求項２に記載の発明は、前記請求項１の固定砥粒付ワ
イヤを用いた固定砥粒ワイヤソーにおいて、切断時のワ
イヤ走行速度を１２００（ｍ／ｍｉｎ）以上、または平
均走行速度を８５０（ｍ／ｍｉｎ）以上とすることを特
徴としている。

【０００９】本発明によれば、切断時のワイヤ走行速度
を１２００（ｍ／ｍｉｎ）以上、または平均走行速度を
８５０（ｍ／ｍｉｎ）以上とするようにしたので、ウェ
ーハ切断面の加工変質層が薄くなり、良質なウェーハが
能率良く切断可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る固定砥粒付ワイヤ及び固定砥粒ワイヤソーの好ましい
形態について説明する。図１は、本発明に係る固定砥粒
付ワイヤ１２が、被加工物であるインゴット３０を切断
しているところを、固定砥粒付ワイヤ１２を誇張して示
した断面図である。

【００１１】以下に、図１に示した固定砥粒付ワイヤ１
２の構造について説明する。図１に示されるように、固
定砥粒付ワイヤ１２は、高張力線材等の素材によるワイ
ヤ素線１と、ダイヤモンド、ＣＢＮ、ＳｉＣ、ＧＣ、ア
ルミナ等の材質による砥粒２と、ワイヤ素線１と砥粒２
とを固着している固着材３（バインダー）から構成され
ている。なお、砥粒の固着方法については、電着、有機
材料または無機材料による固着（熱硬化等）の樹脂固定
等が用いられているが、本発明はこれらに限定されるも
のではない。ただし、樹脂固定の方法によれば、容易に
砥粒の集中度を下げることが可能である。また、素線の
材質は、ピアノ線や高抗張力非金属繊維線（ファイバ等
を含む）でもよい。素線の断面形状も円形でも角形でも
よいし、構造についても単線であっても、縒り線であっ
ても本発明の目的は達成される。更に砥粒２の粒度につ
いても限定されるものではなく、単一の粒度でもよいし
複数の粒度を持つ混粒でもよい。４は砥粒を固着する際
に設けた気孔と呼ばれる空洞で、砥粒２と、固着材３が
脱落した場合においても切断粉５が砥粒２、２間に詰ま
って切断能力が低下することを防ぐために設けた切断粉
５の逃げを助ける空洞である。図１の例では、被加工物
であるインゴット３０は図２で示すようにワークフィー
ドテーブル２８に固定されており、１方向または双方向
に走行する固定砥粒付ワイヤ１２が図１の８の方向に走
行しながらインゴット３０を切断している状態を示して
いる。切断加工中はノズル付きの配管６から加工液７を
噴射させて、該加工液７がインゴット３０の切断部及び
その近傍にかかるようになっている。なお、インゴット
３０の切断加工に際して切断粉５が発生する。加工液７
は、切断時に生じる固定砥粒付ワイヤとインゴット３０
間の切断抵抗を減じるとともに、固定砥粒付ワイヤ１２
の砥粒２、２間にたまる切断粉５の排出性を良くするた
めに用いる液体で、水溶性のものと、油性のものがあ
る。

【００１２】図２は、図１で示した固定砥粒付ワイヤを
複数個のグルーブローラに巻き付けてワイヤ列を形成
し、該ワイヤを走行させながら被加工物であるインゴッ
トをワイヤ列に押し当てることにより、インゴットを多
数のウェーハに切断する固定砥粒ワイヤソーのワイヤ経
路を示した例である。図２に示すように、固定砥粒付ワ
イヤ１２は、一対のワイヤリール１４Ａ、１４Ｂに巻回
されており、固定砥粒付ワイヤ１２は、この一対のワイ
ヤリール１４Ａ、１４Ｂ間を複数のガイドローラ１６、
１６…に案内されながら往復走行する。図２に示した構
造例においては、ワイヤ走行路にはそれぞれトラバース
装置２２Ａ、２２Ｂ、ダンサローラ２４Ａ、２４Ｂが配
置されている。トラバース装置２２Ａ、２２Ｂは、ワイ
ヤリール１４Ａ、１４Ｂから固定砥粒付ワイヤ１２を一
定の規則に従って案内し、また、ダンサローラ２４Ａ、
２４Ｂは走行する固定砥粒付ワイヤ１２に一定の張力を
付与する。前記一対のワイヤリール１４Ａ、１４Ｂに
は、それぞれモータ２６Ａ、２６Ｂが連結されており、
このモータ２６Ａ、２６Ｂと、図示しないグルーブロー
ラ１８、１８…を駆動するモータとを同期して駆動する
ことにより、前記固定砥粒付ワイヤ１２が一対のワイヤ
リール１４Ａ、１４Ｂ間を走行する。そして、三本のグ
ルーブローラ１８、１８、１８に、固定砥粒付ワイヤ１
２が巻き掛けられ、水平な固定砥粒付ワイヤ１２のワイ
ヤ列２０が形成される。前記ワイヤ列２０の下方にはワ
ークフィードテーブル２８が設置されている。このワー
クフィードテーブル２８は、前記ワイヤ列２０に対して
垂直に昇降移動し、このワークフィードテーブル２８の
上部に被加工物であるインゴット３０が保持される。

【００１３】以上のように構成された固定砥粒ワイヤソ
ー１０において、インゴット３０は次のように切断され
る。まず、インゴット３０をワークフィードテーブル２
８に取り付ける。次に、ワイヤリール１４Ａ、１４Ｂに
連結されたモータ２６Ａ、２６Ｂと、図示しないグルー
ブローラ１８、１８…を駆動するモータとを同期駆動し
て、固定砥粒付ワイヤ１２を走行させる。そして、固定
砥粒付ワイヤ１２の走行が安定したところで、ワークフ
ィードテーブル２８をワイヤ列２０に向けて上昇させ、
インゴット３０を走行するワイヤ列２０に押し当てる。
ワイヤ列２０に押し当てられたインゴット３０は、その
ワイヤ列２０を構成する固定砥粒付ワイヤ１２によって
接触部が研削され、これにより、ウェーハに切断され
る。

【００１４】以下に固定砥粒付ワイヤを用いた固定砥粒
ワイヤソーにおける被加工物の切断面精度と切断条件と
について説明する。固定砥粒ワイヤソーにおける切断の
際に、被加工物の切断面精度を良くするためには図３に
示す切断中の固定砥粒付ワイヤ１２の撓みを少なくする
とともに、この撓み量を一定に保つことが有効である。
その理由は切断中の固定砥粒付ワイヤ１２の撓み量が大
きいと前記撓み量に応じて固定砥粒付ワイヤ１２が蛇行
し易くなり、ワイヤ列２０のワイヤ間隔が変動してウェ
ーハ一枚一枚の切断面のうねりが増大するからである。
そしてこのワイヤ１２の撓み量を少なく一定に保つこと
は、図３に示す固定砥粒付ワイヤ１２の走行方向に対し
て直角方向の切断抵抗ＦＺ（ｇ／cm）の値を小さく一定
に保つことに等しい。ウェーハ切断面精度が悪化する原
因である切断抵抗ＦＺが増えるのは、切断に対して固定
砥粒付ワイヤ１２の砥粒２、２…間における切断粉５の
排出性が悪いために切断粉排出能力が追いつかないため
である。

【００１５】そこで図４と図５に、固定砥粒付ワイヤの
砥粒率である集中度Ｃ以外の切断条件を一定にして集中
度Ｃのみを横軸に変化させたときのウェーハ切断面のう
ねり量ＦＮ（μｍ）と、切断抵抗ＦＺ（ｇ／ｃｍ）との
関係を調査した結果を示す。ここで、切断に使用した被
加工物は固定砥粒付ワイヤ１２と被加工物との接触長を
一定に保つ目的から、図２や図３に示されているような
円筒形のインゴット３０ではなく角柱状のＳｉ単結晶イ
ンゴット（一辺２００ｍｍ）を用いている。円筒状のイ
ンゴット３０を切断する場合には単位時間当たりの切断
仕事量を一定にするようにワイヤ走行速度を制御した
り、切断送り速度を制御すると良い。図４、図５の計測
条件は、切断送り速度は１（ｍｍ／ｍｉｎ）一定とし、
ワイヤテンション：３５（Ｎ）、最大線速度：１８００
（ｍ／ｍｉｎ）、双方向サイクル時間：３０（ｓｅ
ｃ）、加減速時間：５（ｓｅｃ）、加工液：水＋水溶性
クーラント３％、砥粒粒度：＃６００番の単粒、ワイヤ
素線径：０．１８（ｍｍ）の条件での切断におけるウェ
ーハ切断面うねり量ＦＮと、切断抵抗ＦＺとを示してい
る。

【００１６】図４に示されるとおり、ウェーハ切断面う
ねり量ＦＮをウェーハ切断面うねり量許容値以下に抑え
るためには固定砥粒付ワイヤの集中度Ｃを７５以下に設
定すれば良いことがわかる。また前述したように、切断
抵抗ＦＺも集中度Ｃが７５以上で急激に増大することか
ら、切断抵抗ＦＺが増大することに伴ってウェーハ切断
面うねり量ＦＮが悪化すると言える。集中度とは、バイ
ンダーを含む砥粒層中にダイヤモンドやＣＢＮ等の砥粒
が含まれている割合、すなわち砥粒率を示すものであ
る。砥粒率が容積パーセントで２５％または４．４（ｃ
ｔ／ｃｍ３）を集中度１００と定義している（１ｃｔ＝
２００ｍｇ）。

【００１７】固定砥粒ワイヤソーにおいて、ワイヤの固
定砥粒の集中度を７５以下にすると被加工物であるウェ
ーハ切断面うねり量が許容値以内に収まることは前述の
とおりであるが、従来の切断条件のままであるとウェー
ハの加工変質層が深く、また、固定砥粒付ワイヤの固定
砥粒２、２…が切断時の抵抗により脱落し易いため固定
砥粒付ワイヤの寿命が短いという不具合が発生する。一
般的に固定砥粒付ワイヤは高価であるので、固定砥粒付
ワイヤの寿命を延ばすことはウェーハの製造コストを下
げる為に必須の課題である。加工変質層とは、削り痕に
脆性モードが多く含まれている状態で、この脆性モード
の削り痕が発生した場合には切断面にマイクロクラック
が多数存在するために半導体生成用のウェーハとしては
使用できない層である。逆に良好な切断加工面ではマイ
クロクラックは浅く、削り痕は延性モードとなってい
る。ウェーハの加工変質層が深いとウェーハ表面仕上げ
のための後工程でのラップ工程で多大な加工時間を要す
るのでウェーハの加工時間及び加工費が増大する。

【００１８】この加工変質層を浅くするには、ウェーハ
に対する砥粒一つ一つの切り込み量を減らせばよい。そ
のためには切断送り量を減らすか、ワイヤの走行速度を
増すことが必要である。本発明では、切断送り速度を遅
くすると切断加工能率が低下するが、ワイヤ走行速度の
向上は切断能率の面で有利であるので、従来の遊離砥粒
ワイヤソーでは加工液の供給面で設定不可能であったワ
イヤ速度の高速化を図った。

【００１９】図６に脆性モードと、脆性モード及び延性
モードとが混在しているインゴット３０の切断面のＳＥ
Ｍ（走査型電子顕微鏡）写真を示す。図６には、ワイヤ
走行速度Ｖ＝９００，１２００，１８００（ｍ／ｍｉ
ｎ）の切断条件に於けるインゴット３０の切断面のＳＥ
Ｍ観測結果を撮影倍率２００倍、５００倍、１５００倍
で記録した結果が示されている。図６によれば、ワイヤ
走行速度Ｖが１８００（ｍ／ｍｉｎ）のように速いほど
延性モードの切断面が広くなり、良好な切断面となるこ
とを示している。

【００２０】図７にワイヤ走行速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）と
加工変質層深Ｄ（μｍ）との関係を測定した結果を示
す。図７に示すとおり、加工変質層の深さは、ワイヤ走
行速度１２００（ｍ／ｍｉｎ）以上で急激に減少してお
り、９００（ｍ／ｍｉｎ）時の約半分の５（μｍ）程に
なる。従来の遊離砥粒ワイヤソーでは砥粒が加工液中に
含まれており、加工液中の砥粒により被加工物であるイ
ンゴットを切断していたため、加工液中の砥粒がワイヤ
に乗らず、切断部分に十分に引き込まれて行き渡らない
と切断面のソーマークが過多になり、インゴット３０を
きれいに切断できなかった。そのために遊離砥粒方式に
おけるワイヤ走行速度の最大設定値は６００〜８００
（ｍ／ｍｉｎ）程度が限度であった。ところが固定砥粒
ワイヤソーにおいては、加工液は切断部を潤滑する程度
存在すればよいため、ワイヤ走行速度の上限を上げられ
ることが判明した。なお、ワイヤを往復走行させる場合
にはワイヤの減速停止が含まれるので、平均速度は８５
０（ｍ／ｍｉｎ）となる。

【００２１】図８にワイヤ走行速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）を
横軸に、切断抵抗ＦＺ（ｇｆ／ｃｍ）との関係を示す。
図８に示すとおりワイヤ走行速度Ｖが増加するに従って
切断抵抗ＦＺは減少する傾向がある。切断抵抗ＦＺが減
少するとウェーハ切断面のうねり量が減少し良好なウェ
ーハが得られる。これらの効果により、切断加工の能率
を向上することができるとともに、切断面の加工変質層
を薄くできるため良質なウェーハを安価にて製作するこ
とが可能となり、更に固定砥粒２、２…の一つ一つにお
ける切り込み量が減少するので固定砥粒２、２…の脱落
が少なくなり固定砥粒付きワイヤの寿命を延ばすことが
可能となった。

【００２２】図９に横軸にワイヤ走行速度Ｖ（ｍ／ｍｉ
ｎ）を取り、縦軸にワイヤライフＷＬ（ｍｍ２／ｍ）と
した測定結果を示す。ここでワイヤライフＷＬとは、単
位ワイヤ長さ（ｍ）当たりにおける、砥粒２の脱落無し
に切断できたインゴットの切断面積（ｍｍ２）を示して
いる。従ってワイヤライフＷＬの値が大きいほどワイヤ
の寿命が長く、経済的であることを示している。図９に
よると、ワイヤ走行速度Ｖ＝１２００（ｍ／ｍｉｎ）以
上になるとＶ＝９００（ｍ／ｍｉｎ）の状態におけるワ
イヤライフと比べて２倍以上急に大きくなり、更にワイ
ヤ走行速度Ｖを増すことによってワイヤライフＷＬの値
は増加する。

【００２３】なお、ワイヤ走行速度を向上させるための
手段としては、図示しないグルーブローラ１８、１８…
の駆動モータ及びワイヤリールモータ２６Ａ、２６Ｂの
高出力化（トルク、回転数向上）や、グルーブローラ１
８、１８…の駆動減速比の変更、グルーブローラ１８、
１８…の大径化、ワイヤリール１４Ａ、１４Ｂの軽量
化、切断に使用する固定砥粒付ワイヤの量を減らしてワ
イヤリールモータ２６Ａ、２６Ｂにかかる負荷を減らす
等の対策を組み合わせて対応する。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る固定
砥粒付ワイヤ及び固定砥粒ワイヤソーによれば、固定砥
粒付ワイヤの砥粒率を示す集中度を２０〜７５とする固
定砥粒付ワイヤを用いたことにより、切断粉の排出性が
良くなり、ウェーハの切断面うねり量が減少するため、
良好なウェーハを得ることができる。

【００２５】また他の発明の形態によれば、切断時のワ
イヤ走行速度を１２００（ｍ／ｍｉｎ）以上、または平
均走行速度を８５０（ｍ／ｍｉｎ）以上とするようにし
たので、ウェーハ切断面の加工変質層が薄くなり、良質
なウェーハが能率良く切断可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固定砥粒付ワイヤ１２が、インゴ
ット３０を切断しているところを、固定砥粒付ワイヤ１
２を誇張して示した断面図。

【図２】本発明に係る固定砥粒ワイヤソーのワイヤ経路
構成図。

【図３】固定砥粒付ワイヤ１２の走行方向に対して直角
方向の切断抵抗ＦＺ（ｇ／cm）の値を示す図。

【図４】集中度Ｃを横軸に変化させたときのウェーハ切
断面のうねり量ＦＮ（μｍ）との関係を示す図。

【図５】集中度Ｃを横軸に変化させたときの切断抵抗Ｆ
Ｚ（ｇ／ｃｍ）との関係を示す図。

【図６】ワイヤ走行速度Ｖ＝９００，１２００，１８０
０（ｍ／ｍｉｎ）の切断条件に於けるインゴット切断面
のＳＥＭ観測結果を撮影倍率２００倍、５００倍、１５
００倍で記録した結果（写真）を示す図。

【図７】ワイヤ走行速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）を横軸に変化
させたときの加工変質層深さＤ（μｍ）との関係を示す
図。

【図８】ワイヤ走行速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）を横軸に変化
させたときの切断抵抗ＦＺ（ｇ／ｃｍ）との関係を示す
図。

【図９】ワイヤ走行速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）を横軸に変化
させたときのワイヤライフＷＬ（ｍｍ２／ｍ）との関係
を示す図。

【符号の説明】

１…ワイヤ素線、２…砥粒、３…固着材、４…気孔、５
…切断粉、１０…固定砥粒ワイヤソー、１２…固定砥粒
付ワイヤ、３０…インゴット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C058 AA05 AA09 BA04 CA01 CB01 CB03 CB10 DA03 3C063 AA08 AB09 EE01 EE31 FF20 FF30 3C069 AA01 BA06 BB02 BB03 CA04 EA01 EA02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に砥粒が固着された固定砥粒付ワイ
   ヤを走行させながら被加工物を押し当てることにより、
   該被加工物を切断する固定砥粒付ワイヤにおいて、 前記固定砥粒付ワイヤの砥粒率を示す集中度を２０〜７
   ５とすることを特徴とする固定砥粒付ワイヤ。
2. 【請求項２】 前記請求項１の固定砥粒付ワイヤを用い
   た固定砥粒ワイヤソーにおいて、 切断時のワイヤ走行速度を１２００（ｍ／ｍｉｎ）以上
   または平均走行速度を８５０（ｍ／ｍｉｎ）以上とする
   ことを特徴とする固定砥粒ワイヤソー。