JP2003001624A - 被加工物から基板を切り離す方法 - Google Patents

被加工物から基板を切り離す方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加工物の加熱に結びつく欠点を有効に回避
すること 【解決手段】 ソーを用いて棒状又はブロック状の被加
工物を切り離す方法において、切り離しの間に前記の被
加工物の温度を測定しかつこの測定信号を調整ユニット
に転送し、この調整ユニットが調整信号を作成し、この
調整信号を被加工物温度の調整のために使用するか、又
は切り離しの間に前記の被加工物の温度を、予め決定さ
れた調整曲線に基づく調整信号によって調整することを
特徴とする、被加工物を切り離す方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明の対象は、被加工物か
ら基板を切り出す方法、特に棒状又はブロック状の半導
体材料から半導体基板を切り離す方法である。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板は、一般に半導体材料からな
る棒状又はブロック状の単結晶又は多結晶の被加工物
を、ワイヤソーを用いて１作業工程で同時に多数の半導
体基板に切り離すことにより製造される。
【０００３】このワイヤソーの主要な構成要素には装置
フレーム、送り装置及び平行なワイヤ部分からなるマル
チワイヤ部からなるソー工具が属する。出願番号１９９
５９４１４．７−１４のドイツ国特許出願に記載されて
いるように、このマルチワイヤ部（Drahtgatter）は、
相互に平行に１つのフレームによって張設された多数の
個々のワイヤからなる。一般に、このマルチワイヤ部は
多数の平行なワイヤ部分により構成され、このワイヤ部
分は少なくとも２本のワイヤガイドローラ間に張架され
ており、この場合、ワイヤガイドローラは回転可能に支
承されており、このワイヤガイドローラの少なくとも一
方は駆動している。このワイヤ部分は１本の有端のワイ
ヤであり、このワイヤはローラシステムをスパイラル状
に取り巻くようにガイドされており、一方の繰り出しロ
ーラから一方の巻き取りローラに繰り出される。米国特
許第４６５５１９１号明細書には、それに対して、多数
の有端のワイヤが設けられておりかつマルチワイヤ部の
各ワイヤ部分がこの複数のワイヤの１つに属しているワ
イヤソーが開示されている。欧州特許出願公開第５２２
５４２号明細書から、多数のエンドレスワイヤループが
ローラシステムを取り巻いて走行するワイヤソーも公知
である。
【０００４】スライシングプロセスの間に、送り装置は
ワイヤ部分と被加工物との相互に反対に向かう相対運動
を生じさせる。この送り運動の結果として、例えば炭化
ケイ素からなる砥粒を吹き付けられたワイヤが、被加工
物に平行なスライシングギャップを形成しながら作動す
る。ドイツ国特許出願公開第３９４２６７１号明細書に
よると、被加工物を停止しているマルチワイヤ部に対し
てガイドする送り装置も、ワイヤソーのソーヘッドを停
止している被加工物に対してガイドする送り装置も公知
である。この砥粒はワイヤに吹きかけられる「スラリ
ー」ともいわれるスライシング懸濁液中に含まれるか、
又は例えば欧州特許出願公開第０９９０４９８号明細書
に記載されたように、ワイヤ上に強固に固定されていて
ることができる。
【０００５】棒状又はブロック状の半導体材料から、例
えば単結晶棒から半導体基板を製造する際に、ワイヤソ
ーに高い要求がなされている。このスライシング方法
は、一般に、それぞれのスライシングされた半導体基板
ができる限り平坦でかつ相互に平行な端面を有するとい
う目的を有する。この基板のいわゆる「ワープ」とは、
目標とされる理想形からの実際の基板のずれについての
公知の尺度である。このワープは一般に高くても数μｍ
である。このワープは、スライシングプロセスの進行に
おいて被加工物に対して軸方向に発生する、ソーワイヤ
部分の被加工物に対する相対運動によって生じてしま
う。この相対運動は、例えばスライシングの際に生じる
切断力、熱膨張によるワイヤガイドローラの軸方向のず
れ、軸受の遊び又は被加工物の熱膨張に原因がある。
【０００６】被加工物とワイヤ部分との間の、被加工物
に関する軸方向の相対運動の最大の原因は、砥粒による
被加工物の研削が著しい熱量を放出し、この熱量がスラ
イシングプロセスの進行において被加工物を加熱し、ひ
いては熱膨張させることにある。これは、ワープの増大
だけでなく、スライシングされた基板の明らかなうねり
を生じさせる。特に著しい温度上昇は、被加工物をスラ
イシングし始めた後の最初の数ミリメーターの切断で生
じる。切断長さが増大すると共に、被加工物の温度もさ
らに上昇する。最大切断長さの範囲内で、被加工物温度
も最大値に達し、その後は軽度に低下し、このことは研
削熱が減少するほかに、生じた基板の冷却リブ効果に起
因する。
【０００７】スライシング助剤としてスラリーを使用す
る場合、使用したスラリーがソーワイヤに供給される前
に、このスラリーを所定の温度にすることにより被加工
物の熱膨張を制限することができる。このことは、特開
平５−２００７３４号公報の要約書に記載されたよう
に、スラリータンク中の熱交換器によって達成される。
この場合、スラリーの温度は一定に保持される。特開平
７−１７１７５３号公報の要約書には、貯蔵タンク中の
スラリーの温度を測定し、冷却液の流れの調整のために
測定信号を使用し、この冷却液が熱交換器中で貯蔵タン
クを貫流し、それにより一定のスラリー温度を達成すｒ
る方法が記載されている。同様の方法が特開平１０−１
８０７５０号公報の要約書に記載されている。この要約
書では、スラリーは熱交換器を通過して流動し、この熱
交換器はワイヤソーへの供給管中に組み込まれている。
熱交換器とワイヤソーの間の供給管内の温度センサは、
熱交換器中の冷媒の流れを調整することができ、それに
より同様に一定のスラリー温度を保証することができ
る。この熱処理されたスラリーは被加工物の温度変動を
減少させる。
【０００８】ＷＯ ００／４３１６２も同様に、スライ
シングの間の被加工物温度の変動を制限する複数の方法
を開示している。スライシングの間に被加工物に、一定
の温度に保たれた冷媒を流すことが提案されている。こ
の冷媒は、熱交換器を貫流する流体であり、その後にこ
の流体は被加工物と接触する。例えば、一定の温度のス
ラリーがソーワイヤに供給されるだけでなく、被加工物
に直接供給され、それによりより良好な冷却が保証され
る。この被加工物には、一定の温度の他の液体又はガ
ス、例えば空気を供給することもできる。
【０００９】前記のすべての方法の欠点は、被加工物の
温度変動を十分に補償できないことである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の根底
をなす課題は、被加工物の加熱に結びつく前記の欠点を
有効に回避することであった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記の課題は、ソーを用
いて棒状又はブロック状の被加工物を切り離す方法にお
いて、切り離しの間に前記の被加工物の温度を測定しか
つこの測定信号を調整ユニットに転送し、この調整ユニ
ットが調整信号を作成し、この調整信号を被加工物温度
の調整のために使用することを特徴とする、被加工物を
切り離す方法により解決される。
【００１２】本発明による方法の利点は、基板に切り離
す間の被加工物の温度を把握し、温度変化の際に意図的
な対抗制御（Gegensteuerung）を可能にする。本発明に
よる方法とは反対に、先行技術によると冷媒、たいてい
はスラリーの温度を一定に保持しているにすぎない。そ
れにより被加工物の温度変化は十分に低減することがで
きない。
【００１３】本発明の範囲内で、被加工物の温度に影響
を与えるのに適当なそれぞれの方法を使用できる。この
目的で、熱交換器中で所望の温度にされかつ引き続き被
加工物にノズルを介して供給される流体を使用するのが
有利である。このノズルは被加工物の上方又は横側の上
方に取り付けられる。流体の中でもガスと比べてより高
い熱容量をに基づき液体が特に有利である。スライシン
グ助剤としてスラリーを使用する場合、このスラリーを
被加工物の温度制御のために使用するのが特に有利であ
る、それというのもこの場合付加的な液体容器が必要な
いためである。スラリーの温度処理は同様に熱交換器内
で行われる。被加工物の端面に取り付けられたか又は固
定ストリップに取り付けられたペルチェ素子を用いて被
加工物を熱電冷却することも有利である。ペルチェ素子
を用いた熱電冷却は、わずかな遅れに基づき温度の標準
サイズの調整を迅速に行うことができることが特に有利
である。
【００１４】熱交換器もしくはペルチェ素子の調整は、
被加工物の温度測定の測定信号を記憶しかつこの測定信
号を調整信号に変換する調整ユニットによって行われ
る。被加工物温度の測定は、温度センサ、例えば熱電素
子又は抵抗温度計によって行われる。この温度センサは
被加工物の端面の少なくとも一方の取り付けられるのが
有利である。例えばシリコン基板の製造の際に通常のよ
うに、被加工物の固定ストリップ上での切り離しのため
に固定する場合に、固定ストリップ上での温度測定も有
利である。固定ストリップの温度は、その表面又は温度
センサを収容する穿孔中で測定される。
【００１５】本発明による方法の特に有利な実施態様
は、まず同じ材料及び同じ形状寸法の被加工物の種類に
対する調整曲線を測定することにある。これは、少なく
とも被加工物の場合には有利に複数の同じ種類の被加工
物を切り離しの間に被加工物温度を次々に（引き続き平
均値を作成して）測定し、前記した方法で可変の冷却に
より調整することにより有利に行われる。この場合、測
定信号又は調整ユニットが作成しかつ冷却を調整する調
整信号を時間の関数として記録する。このように測定さ
れた調整曲線を、次に他の同様の被加工物の切り離しの
際に被加工物冷却の調整のために使用する。この実施態
様の場合に、各被加工物において切り離しの間に被加工
物温度を測定しなくてもよい、それというのもこの温度
測定はすでに所定の調整曲線により置き換えられるため
である。この方法は、多くの同じ種類の被加工物を同じ
方法で加工する場合に特に有利である。異なる種類の被
加工物を加工する場合には、各種類のためにまず調整曲
線を決定し、次に各被加工物において材料及び形状寸法
に適合した調整曲線を選択する。
【００１６】図１は、温度制御されたスラリーを介して
被加工物温度の調整を行う、本発明により取り付けられ
たワイヤソーの略図である。
【００１７】図２は、２００ｍｍの直径を有するシリコ
ン多結晶の例に関して、先行技術による温度推移と本発
明による温度制御を用いた場合の温度推移との比較をグ
ラフで示した図である。
【００１８】図１を用いて本発明による方法の有利な実
施態様を次に記載する。
【００１９】被加工物１は固定ストリップ２と取付プレ
ート３とを介して、先行技術によるワイヤソーの図示さ
れていない装置フレームに固定されている。ソーワイヤ
４はスパイラル状に４本のワイヤガイドローラ５を介し
て走行し、このようにマルチワイヤ部を形成する。この
ソーワイヤはスラリーノズル６を通してスラリーを吹き
かけられ、この場合、スラリーは運動しているワイヤに
よって切断箇所に運ばれる。（図１中ではスライシング
プロセスの開始の前の状態を示す。）このスラリーは、
モータ８により駆動する攪拌機９が取り付けられている
容器７から、スラリー循環路１０を介してポンプを用い
てスラリーノズル６に運ばれる。このスラリーはスライ
シングプロセスで利用した後に容器７に返送される。ポ
ンプ１１とスラリーノズル６との間でスラリーは熱交換
器１２を通過する。この熱交換器は、容器７中のスラリ
の温度を測定する温度センサ１３の測定信号により制御
される。この種の温度制御は先行技術である。付加的
に、このワイヤソーは第２のスラリー循環路１４を備え
ている。この第２のスラリー循環路を介して、スラリー
は容器７からポンプ１５を通して添加物ノズル１６にま
で運ばれる。この添加物ノズルは被加工物の上方又は上
方の横側に取り付けられており、被加工物にスラリーを
吹きかける。ポンプ１５と添加物ノズル１６との間でス
ラリーは熱交換器１８を通過する。この熱交換器は調整
ユニット１８を介して調整される。本発明の場合、スラ
イシングの間に被加工物の温度は少なくとも１箇所で測
定される。図１において、被加工物の端面で、鉛直線上
に配置された５つの温度センサ１９により温度測定が行
われている。この測定信号は制御ユニット１８内へ記憶
されるため、測定された被加工物温度をベースとして熱
交換器１７の調整を行う。基準値を上回る被加工物温度
が測定された場合、熱交換器１７内のスラリー温度を低
下させる。基準値を下回る被加工物温度の場合には、熱
交換器の冷却効率を低下させ、その結果、より高いスラ
リー温度が生じる。
【００２０】
【実施例】本発明による方法の結果を、次に実施例及び
比較例を用いて示す。
【００２１】比較例１：制御しないプロセス 先行技術によるスラリー−ワイヤソーを用いて、２００
ｍｍの直径を有する単結晶シリコン棒を多数の基板に切
り離した。スライス時間は約４００分であった。V1で示
された曲線を図２に示したように、シリコン棒の温度は
棒にスライシングを始めた直後に急激に上昇し、スライ
シング開始から１００分よりも若干後に、プロセスの開
始時の温度を約１６℃上回る最大値に達する。その後、
この温度はゆっくりとプロセスの終わりまで約１２℃ほ
ど低下する。Sで示された曲線はｍｍで表したソーヘッ
ドの位置ひいてはスライシングの進行距離を記入した。
【００２２】例１：制御されたプロセス すべてのプロセスパラメータは比較例１と同様に選択し
た。付加的に、一定のスラリー温度を用いるのではな
く、本発明による温度制御を用いて作業し、被加工物に
ノズル１６を介して温度を変えることができる冷媒をか
け、被加工物の温度変化をできる限り小さくする。被加
工物温度の変動は、この場合、図２にB1で示した曲線が
示すように、単に約５℃である。それにより、スライシ
ングされたウェハの最大ワープを一般に１５μｍ〜１０
μｍに下げることができた。
【００２３】本発明の適用範囲は、生成物の高い平面度
及びわずかなうねり（Welligkeit）が問題となるすべて
のスライシング法に広げられる。本発明はソーに固有な
特徴を利用していないため、任意のソーの場合に、特に
関連する切断砥粒（ダイアモンドワイヤ）又はスラリー
を用いて作業するワイヤソーの場合に、しかしながらバ
ンドソー及び内周刃式ソーの場合にも適用することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】温度制御されたスラリーを介して被加工物温度
の調整を行う、本発明により取り付けられたワイヤソー
の略図
【図２】２００ｍｍの直径を有するシリコン多結晶の例
に関して、先行技術による温度推移と本発明による温度
制御を用いた場合の温度推移との比較をグラフで示す図
【符号の説明】
１ 被加工物、 ２ 固定ストリップ、 ３ 取付プレ
ート、 ４ ソーワイヤ、 ５ ワイヤガイドローラ、
６ スラリーノズル、 ７ 容器、 ８ モータ、
９ 撹拌機、 １０ スラリー循環路、 １１ ポン
プ、 １２ 熱交換器、 １３ 温度センサ、 １４
スラリー循環路、 １５ ポンプ、 １６添加物ノズ
ル、 １７ 熱交換器、 １８ 調整ユニット、 １９
温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロタール フーバー ドイツ連邦共和国 ブルクハウゼン ミッ テルガッセ 12 (72)発明者 ペーター ヴィースナー ドイツ連邦共和国 ロイト シュタウデン ポイント ２ Ｆターム(参考） 3C058 AA05 BA08 CB01 DA17 3C069 AA01 BA06 CA04 DA06 EA02 EA05

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ソーを用いて棒状又はブロック状の被加
    工物を切り離す方法において、切り離しの間に前記の被
    加工物の温度を測定しかつこの測定信号を調整ユニット
    に転送し、この調整ユニットが調整信号を作成し、この
    調整信号を被加工物温度の調整のために使用することを
    特徴とする、被加工物を切り離す方法。
  2. 【請求項２】 ソーを用いて棒状又はブロック状の被加
    工物を切り離す方法において、切り離しの間に前記の被
    加工物の温度を、予め決定された調整曲線に基づく調整
    信号によって調整することを特徴とする、被加工物を切
    り離す方法。
  3. 【請求項３】 切り離しの間に被加工物の温度を測定
    し、この測定により測定信号を作成し、この測定信号を
    被加工物温度の調整のために使用し、この場合、調整曲
    線を記録することにより調整曲線を決定する、請求項２
    記載の方法。
  4. 【請求項４】 材料及び被加工物の形状寸法に合わせて
    調整曲線を選択する、請求項２記載の方法。
  5. 【請求項５】 調整信号が熱交換器を調整し、この熱交
    換器が冷媒の温度を調節し、この冷媒を被加工物に供給
    し、前記の被加工物を温度調節する、請求項１から４ま
    でのいずれか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】 冷媒が液体又はガスであり、この冷媒を
    被加工物の上方又は横側の上方に配置されているノズル
    を介して被加工物に供給する、請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記の液体が、被加工物の切り離しのた
    めに使用されるスラリーと同一である、請求項６記載の
    方法。
  8. 【請求項８】 調整信号が被加工物又は固定ストリップ
    に取り付けられた１つ以上のペルチェ素子を調整し、こ
    のペルチェ素子を被加工物の温度調節のために使用す
    る、請求項１又は２記載の方法。
  9. 【請求項９】 被加工物の温度を、被加工物の表面又は
    固定ストリップ又は固定ストリップ中の穿孔内の複数の
    箇所で測定する、請求項１又は３記載の方法。
  10. 【請求項１０】 被加工物の温度を被加工物の端面で測
    定する、請求項１、３又は９項記載の方法。
  11. 【請求項１１】 被加工物の温度を一定に保持する、請
    求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
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