JP2006224266A - ワイヤソーを用いたインゴット切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インゴット切断時のカーフロスを低減させ、またウェーハ面粗さを小さくすることでラッピング量が減少し、ウェーハ表面のナノトポグラフィも低減可能なワイヤソーを用いたインゴット切断方法を提供する。
【解決手段】ワイヤ１１ａを直径１４０μｍとし、砥粒中の遊離砥粒を＃１５００とし、かつ（１）式の０．０５＜ａ／Ｒ＜０．１と、（２）式のｂ／Ｒ＜０．２を満足させるようにしたので、インゴット切断時のカーフロスが低減され、かつシリコンウェーハの面粗さも小さくできる。その結果、後工程のラッピング時に、シリコンウェーハの表裏面のラッピング量を減少できる。しかも、ウェーハ表面のナノトポグラフィも低減できる。
【選択図】図１

Description

この発明はワイヤソーを用いたインゴット切断方法、詳しくはワイヤソーを利用して、半導体インゴットから多数枚の半導体ウェーハを切断するワイヤソーを用いたインゴット切断方法の改良に関する。

ワイヤソーは、ワイヤ繰出し用のボビンから導出されたインゴット切断用のワイヤを、複数本のグルーブローラ(溝ローラ)にコイル状に巻き架け、これをワイヤ巻取り用のボビンに巻き取るように構成されている。
グルーブローラは、円筒形状の台金の外周面を所定厚さのライニング材（ウレタンゴム）で被覆し、このライニング材の外周面に多数条のワイヤ溝を刻設している。グルーブローラは、その軸線方向の両端部に配置された１対の軸受により回転自在に支持されている。

インゴット切断時には、ラッピングオイルに遊離砥粒を含ませたスラリー状の砥液を供給しながら、グルーブローラ間を高速度で往復走行中のワイヤ列に対して、例えば単結晶シリコンインゴットを相対的に押し付ける。その結果、遊離砥粒の研削作用により、インゴットが多数枚のシリコンウェーハに切断される。
従来、インゴット切断用のワイヤとしては、直径１９０μｍ以上（例えば１９０〜２００μｍ程度）の高張力鋼鉄線が採用されていた。また、砥液に混入された遊離砥粒としては、＃１０００以下（例えば＃６００（平均粒径２８μｍ））という大粒のものが採用されていた。
特開平６−１５５４５０号公報

このように、特許文献１によれば、インゴット切断用のワイヤとして直径１９０μｍ以上のワイヤを採用し、砥液中の遊離砥粒として＃１０００以下の大粒の砥粒を採用していた。これにより、インゴット切断時において、単結晶シリコンインゴットのカーフロス（切断代）が３００μｍ以上と大きくなっていた。その結果、１本の単結晶シリコンインゴットから採取されるシリコンウェーハの枚数が減少していた。

しかも、シリコンウェーハの表裏面は粗くなり、後工程のラッピング工程でのラッピング量も増加していた。さらに、シリコンウェーハの表面において、ナノメータ単位の微細な凹凸であるナノトポグラフィが大きくなっていた。このナノトポグラフィが増大すると、出荷先のデバイス工場で行われるシリコンウェーハへのＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程などで、ウェーハ面内の研磨取り代がばらつくといった問題が発生するおそれがあった。

そこで、発明者は鋭意研究の結果、ワイヤソーによる半導体インゴットの切断工程（スライス工程）において、ワイヤの細線化と砥液中の遊離砥粒の細粒化とを同時に図れば、インゴット切断時のカーフロスを、効果的に低減させることができることを知見し、この発明を完成させた。このカーフロスの低減により、ウェーハ面粗さが改善され、ラッピング量が減少するとともに、ウェーハ表面のナノトポグラフィも低減されることが判明した。

この発明は、インゴットの切削性が良好で、インゴット切断時のワイヤのダメージが小さく、かつインゴット切断時のカーフロスを低減可能であるとともに、ウェーハ面粗さを小さくすることができ、これによりラッピング量を減少させ、しかもウェーハ表面のナノトポグラフィを低減させることができるワイヤソーを用いたインゴット切断方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、複数本のグルーブローラ間に架け渡されたワイヤを往復走行させながら、＃１５００以上の遊離砥粒を含む砥液を供給しつつ、半導体インゴットをワイヤに相対的に押し付けて、前記半導体インゴットを切断するワイヤソーを用いたインゴット切断方法であって、次の（１）式と（２）式とを共に満足させるインゴット切断方法である。
０．０５＜ａ／Ｒ＜０．１ （１）
ｂ／Ｒ＜０．２ （２）
ａ；砥粒分布における砥粒５０％点での粒径
ｂ；砥粒分布における砥粒３％点での粒径
Ｒ；ワイヤの直径とする。

請求項１に記載のワイヤソーによれば、ワイヤの直径は１５０μｍ以下に細線化する（表１）と同時に、遊離砥粒も＃１５００以上（平均粒径８μｍ以下）と細粒化し、かつ上記（１）式と（２）式とを共に満足させるようにしたので、インゴットの切削性が良好で、インゴット切断時のワイヤのダメージも小さく、かつインゴット切断時のカーフロスを低減させることができる。

しかも、このような条件でインゴットを切断するので、半導体ウェーハの面粗さ（ウェーハ表裏面の粗さ）を小さくすることができる。ウェーハ面粗さが小さくなれば、後工程のラッピング時に、半導体ウェーハのラッピング量を減少させることができる。しかも、ウェーハ表面のナノトポグラフィも低減される。これにより、出荷先のデバイス工場で行われる半導体ウェーハへのＣＭＰ工程などで、ウェーハ面内の研磨取り代にばらつきを原因として生じる膜残りなどを防止することができる。
（１）式は、ワイヤに付着する遊離砥粒の平均粒径がワイヤに対して大きすぎても、小さすぎてもインゴットの切削性が低下するために規定している。
また、（２）式は、遊離砥粒の砥粒分布において、大きい砥粒がある程度は存在しないとインゴットの切削性は低下するものの、過剰に大きい遊離砥粒が存在すれば、インゴット切断中のワイヤのダメージが大きくなり、偏摩耗およびワイヤの断線が発生し易くなるために規定している。

半導体インゴットの素材としては、例えば単結晶シリコン、多結晶シリコン、ガリウム砒素などを採用するこができる。よって、得られる半導体ウェーハは、例えば単結晶シリコンウェーハ、多結晶シリコンウェーハ、ガリウム砒素ウェーハとなる。
半導体インゴットの直径は限定されない。例えば、直径２００ｍｍ、直径３００ｍｍなどでもよい。
半導体インゴットのワイヤによる切断には、例えば、インゴットを下降させてワイヤに押し付け、これを切断する方式を採用してもよい。その他、インゴットを上昇させてワイヤに押し付け、これを切断する方式を採用してもよい。

グルーブローラとしては、例えば円筒形状の台金の外周面を所定厚さのライニング材（ウレタンゴムなど）により被覆し、ライニング材の外周面に多数条のワイヤ溝を刻設したものを採用することができる。グルーブローラは、その軸線方向の両端部に配置された１対の軸受により回転自在に支持される。
グルーブローラの使用本数は、２本以上であれば限定されない。例えば、３本または４本以上でもよい。

ワイヤの素材としては、例えば高張力鋼鉄線を採用することができる。
ワイヤの直径は、１５０μｍ以下である（表１）。

砥液は、ラッピングオイルに遊離砥粒を含ませたスラリー状の液体である。
砥液の供給量は、８０〜１２０リットル／分である。８０リットル／分未満ではスラリーの膜切れが発生し、ワイヤにスラリーがのらない。また、１２０リットル／分を超えると、装置的な問題でスラリーの循環使用が間に合わず、スラリーの供給異常が生じる。砥液の好ましい供給量は、１００リットル／分程度である。

遊離砥粒としては、例えば炭化珪素質砥粒（ＧＣ砥粒）、シリカ砥粒、アルミナ砥粒またはダイヤモンド砥粒などを採用することができる。
この発明では、遊離砥粒の番手（砥粒の大きさ）を＃１５００以上としている。＃１５００（平均粒径８μｍ）未満では加工ダメージが大きくなり、切断後の粗さが大きく、次のラップ工程での取り代を減らすことができない。遊離砥粒の好ましい番手は＃１５００（平均粒径８μｍ）〜＃２０００（平均粒径６μｍ）である。この範囲であれば、切断後のＧＢＩＲ、表面粗さの向上ならびに加工条件の変更などを原因としたウェーハの生産性の低下が発生しないというさらに好適な効果が得られる。

砥液中の遊離砥粒の添加量は、ラッピングオイル１００リットルに対して、９０〜１２０ｋｇである。９０ｋｇ未満では、切断に必要な比重、粘度が得られず切削性不足による精度悪化ならびに断線が生じる。また、１２０ｋｇを超えると比重、粘度が高くなりすぎ、切断中のウェーハ間のすきまにスラリーが入り難い。砥液中の好ましい遊離砥粒の添加量は、１００〜１１０ｋｇである。

請求項２に記載の発明は、前記半導体インゴットを、直径１４０μｍの前記ワイヤを往復走行させながら、＃１５００の前記遊離砥粒を含む砥液を供給しつつ切断する請求項１に記載のワイヤソーを用いたインゴット切断方法である。

この発明によれば、遊離砥粒を＃１５００以上とし、かつ上記（１）式と（２）式とを共に満足させるようにしたので、インゴットの切削性が良好で、インゴット切断時のワイヤのダメージも小さく、インゴット切断時のカーフロスを低減させることができる。しかも、半導体ウェーハの面粗さを改善することができ、これにより半導体ウェーハのラッピング量を減少させることができ、ウェーハ表面のナノトポグラフィも低減可能となる。

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。

図１において、１０はワイヤソーで、このワイヤソー１０は、ＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコン製の８インチウェーハ用のインゴット（半導体インゴット）Ｉを多数枚のシリコンウェーハにワイヤ切断する装置である。
ワイヤソー１０は、図１において正面視して逆三角形状に配置された３本のグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを有している。これらのグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ間には、１本のワイヤ１１ａが互いに平行かつ一定ピッチで巻き架けられている。これによって、グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ間にワイヤ列１１が現出される。ワイヤ列１１は、３本のグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ間で駆動モータにより往復走行される。上側に配置された２本のグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂの中間が、インゴットＩを切断するワイヤ列１１のインゴット切断位置ａ１である。

インゴットＩは、カーボンベッド１９ａを介して、インゴットＩを昇降させる昇降台１９の下面に固定されている。インゴット切断位置ａ１の両側の上方には、砥液をワイヤ列１１上に連続供給する砥液供給部が、例えば一対配設されている。
これらのグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは円筒形状で、これらの外周面は、ウレタンゴムからなる所定厚さのライニング材１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより、それぞれ被覆されている。各ライニング材１２ａ，１２ｂ，１２ｃの外周面には、ワイヤ溝１２ｄがそれぞれ刻設されている（図１（ｂ）に詳示する）。

ワイヤ１１ａは、直径１４０μｍの高張力鋼鉄線である。このワイヤ１１ａは、繰出し装置１３のボビン２０から導出され、供給側のガイドローラを介して、これらのグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに架け渡された後、導出側のガイドローラを介して、巻取り装置１５のボビン２１に巻き取られる。ボビン２０，２１の各回転軸は、駆動モータ１６，１７の対応する出力軸にそれぞれ連結されている。
各駆動モータ１６，１７を同期して駆動すると、一対の軸受１８に軸支された各ボビン２０，２１が、その軸線を中心として図１（ａ）における時計回り方向または反時計回り方向に回転して、ワイヤ１１ａが往復走行する。

図１（ａ）および図２に示すように、ワイヤソー１０では、砥液を１００リットル／分で砥液供給部よりワイヤ列１１に供給しながら、駆動モータ１６により繰出し装置１３のボビン２０を回転し、ワイヤ１１ａをグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに供給する。これと同時に、駆動モータ１７により巻取り装置１５のボビン２１を回転し、グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを介して、ワイヤ１１ａを巻き取る。その際、一定の周期で各ボビン２０，２１の回転方向を変更し、ワイヤ１１ａを往復走行させる。砥液としては、ラッピングオイル１００リットルに対して、＃１５００の遊離砥粒（ＧＣ砥粒）ｂ１を１１０ｋｇ含んだものを採用している。
ワイヤ列１１の往復走行中、上方からインゴットＩをワイヤ列１１へ押し付ける。これにより、インゴットＩが多数枚のシリコンウェーハに切断される。すなわち、ワイヤ列１１の往復走行時に、砥液中の遊離砥粒ｂ１がワイヤ列１１のワイヤ１１ａにより切断溝の底部に擦り付けられ、その底部が研削作用により徐々に削り取られる。そして、最終的に直径８インチの多数枚のシリコンウェーハに切断される。

ここでは、ワイヤ１１ａの直径と遊離砥粒ｂ１の粒径との関係を、次の（１）式（判定１）と、（２）式（判定２）とにより規定している。
０．０５＜ａ／Ｒ＜０．１ （１）
ｂ／Ｒ＜０．２ （２）
このとき、ａは遊離砥粒ｂ１の砥粒分布における砥粒５０％点での粒径、ｂは遊離砥粒ｂ１の砥粒分布における砥粒３％点での粒径、Ｒはワイヤ１１ａの直径である。
また、（１）式は、ワイヤ１１ａに付着する遊離砥粒ｂ１の平均粒径がワイヤ１１ａに対して大きすぎても、小さすぎてもインゴットＩの切削性が低下するのを防ぐための規定である。
また、（２）式は、遊離砥粒ｂ１の砥粒分布において、大きい遊離砥粒ｂ１がある程度は存在しないとインゴットＩの切削性は低下するものの、過剰に大きい遊離砥粒ｂ１が存在すると、インゴット切断中のワイヤ１１ａに対するダメージが大きくなり、偏摩耗およびワイヤ１１ａの断線が発生し易くなるのを防ぐための規定である。

実際に、ワイヤ１１ａの直径（１２０〜２００μｍ）と、遊離砥粒ｂ１の粒径（♯８００〜♯２０００）との関係を検査した結果を表１に示す。表１中、総合とは総合判定を示し、総合の○は、判定１と判定２とにおいて、共に○の評価が得られた場合を示す。また、総合の×は、判定１だけが○、判定２だけが○、判定１と判定２とが共に×の場合を示す。

表１から明らかなように、ワイヤ１１ａに関して、従来は直径１６０μｍであったものを直径１４０μｍまで２０μｍ細線化し、かつ遊離砥粒ｂ１については、従来が＃１０００（平均粒径１１．５μｍ）だったものを＃１５００（平均粒径８μｍ）に変更した。これにより、遊離砥粒ｂ１は、平均粒径で３．５μｍ細粒化された。その結果、インゴットＩの切断性を維持することで、細いワイヤ１１ａを使用してもインゴットＩの切断時間が従来に比べてそれほど長くならず、かつワイヤ１１ａのダメージも小さく、ワイヤ１１ａが断線することなくインゴットＩを切断することができた。しかも、インゴット切断時のカーフロスＣ（図２）は、従来１９０μｍであったものが１６０μｍへと、３０μｍも低減された。

その後、シリコンウェーハに対して、面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨の各工程が順次施される。
このうち、ラッピング工程では、シリコンウェーハを互いに平行なラップ定盤の間に配置し、遊離砥粒と分散剤と水との混合物であるラップ液を、ラップ定盤とシリコンウェーハとの間に流し込む。そして、加圧下で回転、すり合わせることにより、シリコンウェーハの表裏両面をラッピングする。その結果、スライス加工により発生したウェーハ毎の厚さのばらつき、および、ウェーハ面内での厚さのばらつきをそれぞれ抑え、さらには加工ダメージ層を除去することができる。

このとき、実施例１では、ワイヤ１１ａを直径１４０μｍとし、砥粒中の遊離砥粒ｂ１を＃１５００としたので、スライス直後のシリコンウェーハの面粗さが、従来の２０μｍ程度から１０μｍ程度まで小さくなった。これにより、ラッピング工程時に、シリコンウェーハの表裏面のラッピング量を、従来の８０μｍ程度から５０μｍ前後まで減少させることができた。しかも、ウェーハ表面のナノトポグラフィの低減も図ることができた。その結果、出荷先のデバイス工場で行われるシリコンウェーハへのＣＭＰ工程などで発生していたウェーハ面内での研磨取り代のばらつきによる膜残りなどを防止することができた。

この実施例１のワイヤソー１０を用いて、ワイヤ直径１４０μｍ、＃１５００の遊離砥粒（ＧＣ砥粒、以下同じ）ｂ１を含む砥液をワイヤ列１１に供給しながら、上述の条件でインゴットＩを切断した。その結果、カーフロスＣが従来に比べて３０μｍも低減した。また、ワイヤ直径が１３０μｍで、＃１５００の遊離砥粒ｂ１または＃２０００の遊離砥粒ｂ１を含む砥液をワイヤ列１１に供給しながら、同様の条件でインゴットＩを切断したところ、従来よりもカーフロスＣが４０μｍ（＃１５００の場合）、４５μｍ（＃２０００の場合）低減した。さらには、ワイヤ直径１２０μｍで、＃１５００の遊離砥粒ｂ１または＃２０００の遊離砥粒ｂ１を含む砥液を使用したところ、カーフロスＣが従来より５０μｍ（＃１５００の場合）、５５μｍ（＃２０００の場合）低減した。しかも、これらの何れの場合であっても、インゴットＩの切断性を維持することで、その切断時間が従来に比べてそれほど長くならず、かつワイヤ１１ａのダメージも小さいため、ワイヤ１１ａが断線することなくインゴットＩを切断することができた。しかも、スライス直後のシリコンウェーハの面粗さは従来の場合よりそれぞれ改善された。その結果、ラッピング工程でのラッピング量が低減され、ウェーハ表面のナノトポグラフィもそれぞれ低減された。

この発明の実施例１に係るワイヤソーを用いたインゴット切断方法で使用されるワイヤソーの概略構成を示す斜視図である。 この発明の実施例１に係るワイヤソーを用いたインゴット切断方法のインゴット切断状態を示す拡大断面図である。

符号の説明

１０ ワイヤソー、
１１ａ ワイヤ、
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ グルーブローラ、
Ｉ インゴット（半導体インゴット）、
ｂ１ 遊離砥粒。

Claims (2)

1. 複数本のグルーブローラ間に架け渡されたワイヤを往復走行させながら、＃１５００以上の遊離砥粒を含む砥液を供給しつつ、半導体インゴットをワイヤに相対的に押し付けて、前記半導体インゴットを切断するワイヤソーを用いたインゴット切断方法であって、次の（１）式と（２）式とを共に満足させるインゴット切断方法。
   ０．０５＜ａ／Ｒ＜０．１ （１）
   ｂ／Ｒ＜０．２ （２）
   ａ；砥粒分布における砥粒５０％点での粒径
   ｂ；砥粒分布における砥粒３％点での粒径
   Ｒ；ワイヤの直径
2. 前記半導体インゴットを、直径１４０μｍの前記ワイヤを往復走行させながら、＃１５００の前記遊離砥粒を含む砥液を供給しつつ切断する請求項１に記載のワイヤソーを用いたインゴット切断方法。

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