JP2007061968A - ウエーハの表面のナノトポグラフィを改善する方法及びワイヤソー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周期性のあるスライスうねりを解消することによりウエーハの表面のナノトポグラフィを改善する方法及びワイヤソー装置を提供する。
【解決手段】インゴットからワイヤソー装置により切断したウエーハ表面のナノトポグラフィを改善する方法であって、ワイヤソー装置に具備された、ワイヤを複数のローラ間に巻き付けて形成したワイヤ列にインゴットを送るためのワーク送りテーブルの送りの真直度を改善するウエーハの表面のナノトポグラフィを改善する方法及びインゴットを切断してウエーハを製造するためのワイヤソー装置であって、ワイヤを複数のローラ間に巻き付けて形成したワイヤ列と、インゴットを固定してワイヤ列に送るためのワーク送りテーブルと、ワーク送りテーブルを直線状に案内するための直動案内とを具備し、ワーク送りテーブルの送りの真直度は波長２０〜２００ｍｍの成分がＰＶ値≦１．０μｍを満たす装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、インゴットからワイヤソー装置により切断したシリコンウエーハや化合物半導体ウエーハ等のウエーハの表面のナノトポグラフィを改善する方法及びワイヤソー装置に関するものである。

例えばシリコンウエーハを製造する場合、単結晶シリコンインゴットをワイヤソー装置で切断する（例えば特許文献１参照）。ワイヤソー装置は、ワイヤ（高張力鋼線）を高速走行させ、ここにＧＣ（炭化けい素）砥粒を液体に分散させたスラリを掛けながら、インゴットを押し当ててスライス（切断）する装置である。従来、シリコンインゴットのスライス用には、直径０．１４ｍｍ〜０．１８ｍｍのワイヤに２．５〜３．０ｋｇｆの張力をかけ、４００〜５００ｍ／ｍｉｎの平均速度、１〜２ｃ／ｍｉｎ（３０〜６０ｓ／ｃ）のサイクルで往復方向に走行させながらスライスするものが一般的である。

ワイヤは一方のワイヤリールから繰り出され、デッドウェイトを備えるダンサローラまたは定トルクモータが接続されたパウダクラッチ、あるいはこれら両者からなる張力付与機構を経て、グルーブローラに入る。グルーブローラは鋳鋼製円筒の周囲にポリウレタン樹脂を圧入し、その表面に一定のピッチで溝を切ったローラであり、ワイヤはここに３００〜４００回巻き掛けられた後、もう一方の張力付与機構を経て、もう一方のワイヤリールに巻き取られる。ワイヤはグルーブローラ駆動用モータによって、予め定められた周期で往復方向に駆動される。一方、インゴットは予めプログラムされたインゴット送り速度でワイヤに押し当てられ、スライスされる。

図２は、従来のワイヤソー装置におけるインゴットを送る機構を説明する概略図である。このワイヤソー装置１０’において、インゴット２’はＬＭガイド（直動案内）４’で案内されたワーク送りテーブル３’に固定されて、グルーブローラ５’に巻かれたワイヤ列１’に切り込む。ＬＭガイド４’は、一般に、「トラックレール」と「鋼球または円筒ころを含むスライド・ユニット」で構成されており、トラックレールに接する鋼球または円筒ころが回転することにより、スライド・ユニットがトラックレール上を直線的に滑らかに移動する。

一方、ウエーハにおいては、近年、「ナノトポグラフィ」と呼ばれる表面うねり成分の大小が問題となっている。このナノトポグラフィは、ウエーハの表面形状の中から「そり」や「Ｗａｒｐ」より波長が短く、「表面粗さ」よりは波長の長い、λ＝０．２〜２０ｍｍの波長成分を取り出したものであり、ＰＶ値は０．１〜０．２μｍ以下の極めて浅いうねりである。このナノトポグラフィはデバイス製造におけるＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程の歩留まりに影響するといわれている。

ナノトポグラフィはウエーハの加工工程（スライス〜研磨）中で作り込まれるものであるが、そのうち、ワイヤソー・スライス起因のナノトポグラフィ（すなわち、スライスうねり）は、「突発的に発生するもの」、「切断開始または終了部分に発生するもの」および「周期性のあるもの」の３種類に分類されることが分かった。このうち、「突発的に発生するもの」については、ワイヤ断線やワイヤソー装置の張力制御異常が原因と考えられており、「切断開始または終了部分に発生するもの」については、切断抵抗の急変が原因と考えられており、ナノトポグラフィの数値判定で不合格となる場合が多い。一方、「周期性のあるうねり」についてはナノトポグラフィの官能検査で不合格となることが多いが、原因は不明であった。

特開平８−８５０５３号公報

本発明は、周期性のあるスライスうねりを解消することにより、ウエーハの表面のナノトポグラフィを改善する方法及びワイヤソー装置を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明は、インゴットからワイヤソー装置により切断したウエーハの表面のナノトポグラフィを改善する方法であって、少なくとも、前記ワイヤソー装置に具備された、ワイヤを複数のローラ間に巻き付けて形成したワイヤ列にインゴットを送るためのワーク送りテーブルの送りの真直度を改善することを特徴とするウエーハの表面のナノトポグラフィを改善する方法を提供する（請求項１）。

このように、ワイヤ列にインゴットを送るためのワーク送りテーブルの送りの真直度を改善することにより、周期性のあるスライスうねりを解消し、ウエーハ表面のナノトポグラフィを改善することができる。
なお、ここで真直度とは、物体がＸだけ移動したときの軌跡の、理想直線からの距離Ｙで定義されるものであり、Ｙ／Ｘで表される。

この場合、前記ワーク送りテーブルの送りの真直度の改善を、前記ワーク送りテーブルを直線状に案内する直動案内の変形を改善することにより行うことが好ましい（請求項２）。
このように、ワーク送りテーブルの送りの真直度の改善を、ワーク送りテーブルを直線状に案内する直動案内の変形を改善することにより、確実に行うことできる。

また、前記直動案内の変形の改善を、前記直動案内を前記ワイヤソー装置にボルトにより取り付けるための取り付け孔の間隔とボルトの締め付けトルクとを調整することにより行うことが好ましい（請求項３）。
このように、直動案内の変形の改善を、直動案内をワイヤソー装置にボルトにより取り付けるための取り付け孔の間隔とボルトの締め付けトルクとを調整することにより、より確実に直動案内の変形の改善を行うことができるので、ワーク送りテーブルの送りの真直度の改善を効果的に行うことができる。

また、本発明は、インゴットを切断してウエーハを製造するためのワイヤソー装置であって、少なくとも、ワイヤを複数のローラ間に巻き付けて形成したワイヤ列と、インゴットを固定して該ワイヤ列に送るためのワーク送りテーブルと、該ワーク送りテーブルを直線状に案内するための直動案内とを具備し、前記ワーク送りテーブルの送りの真直度は、波長２０〜２００ｍｍの成分がＰＶ値≦１．０μｍを満たすものであることを特徴とするワイヤソー装置を提供する（請求項４）。

このように、ワイヤ列と、インゴットを固定して該ワイヤ列に送るためのワーク送りテーブルと、該ワーク送りテーブルを直線状に案内するための直動案内とを具備し、ワーク送りテーブルの送りの真直度が、波長２０〜２００ｍｍの成分がＰＶ値≦１．０μｍを満たすものであれば、周期性のあるスライスうねりを解消し、表面のナノトポグラフィが改善されたウエーハを製造できるワイヤソー装置とすることができる。

本発明に従い、ワイヤ列にインゴットを送るためのワーク送りテーブルの送りの真直度を改善することにより、周期性のあるスライスうねりを解消し、ウエーハ表面のナノトポグラフィを改善することができる。
また、本発明のワイヤソー装置であれば、周期性のあるスライスうねりを解消し、表面のナノトポグラフィが改善されたウエーハを製造できるワイヤソー装置とすることができる。

以下、本発明について詳述する。
前述のように、ワイヤソー・スライス起因のナノトポグラフィ（スライスうねり）のうち、周期性のあるうねりについてはナノトポグラフィの官能検査で不合格となることが多いが、このようなうねりが発生する原因は不明であったので、改善が困難であった。
本発明は、従来ナノトポグラフィの周期性のあるうねりの原因が不明であったものを、この原因がワーク送りテーブルの送りの真直度にあり、これと、前記周期性のあるスライスうねりとに相関があることを見出したことにある。

本発明を成すにあたり、本発明者らは、前記原因を解明するために以下の実験を行った。
すなわち、ワイヤソー装置においてワーク送りテーブルの送りの真直度をストレートエッジと電気マイクロメータを使用して測定した。具体的には、ワーク送りテーブルにストレートエッジを取り付け、ＬＭガイド（直動案内）でワーク送りテーブルを約３００ｍｍだけ送りながら、電気マイクロメータで直線からの変位を測定した。その結果を図３に示す。図３の線（ａ）は後述する改善を行う前のワーク送りテーブルの送りの真直度を示す。線（ａ）においては、円筒ころのピッチに相当する波長１４ｍｍのうねり成分（ＰＶ値０．６３μｍ）と、波長約１００ｍｍの長周期のうねり成分（ＰＶ値１．６３μｍ）が重畳していることが分かる。一方、図３の線（ｂ）はＬＭガイドに使用している円筒ころの真円度を改善したものの送りの真直度を示す。線（ｂ）においては、円筒ころのピッチに相当する波長１４ｍｍのうねり成分は改善前の１／３以下に低減している。これにより全体の真直度が１．４８μｍ／３００ｍｍとなり、改善が見られた。但し、ＰＶ値が１．４８μｍという値は改善効果としては不十分であった。

そこで、図３に示したワイヤソー装置のワーク送りテーブルの送りの真直度のグラフと、このワイヤソー装置を用いて切断した直径３００ｍｍの研磨後のシリコンウエーハにおいてナノトポグラフィ・マップに見られる「周期性のあるスライスうねり」とを対比し、その相関を調べたところ、以下のことが分かった。すなわち、図４に点線で示すように、研磨後のシリコンウエーハにおいてナノトポグラフィ・マップに見られる「周期性のあるスライスうねり」とワーク送りテーブルの送りの真直度の長周期成分とが極めて良く一致した。この結果から、本発明者は、ワーク送りテーブルの送りの真直度の長周期成分を改善することで「周期性のあるスライスうねり」をより一層低減できる可能性を見出した。一方、波長１４ｍｍの短周期のうねりは、研磨後のウエーハのナノトポグラフィに対する影響が小さいことが分かった。

こうして、本発明者らはワーク送りテーブルの送りの真直度（特に、１４ｍｍを超え、２０〜２００ｍｍといった長周期の波長のうねり）を改善することにより、ウエーハ表面のナノトポグラフィを改善できることに想到し、本発明を完成させた。

以下では、本発明の実施の形態について図を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明に従うワイヤソー装置の一例を示す概略図である。

このワイヤソー装置１０は、少なくとも、ワイヤソーをグルーブローラ５に巻き付けて形成したワイヤ列１と、インゴット２を固定してワイヤ列１に送るためのワーク送りテーブル３と、ワーク送りテーブル３を直線状に案内するためのＬＭガイド４とを具備し、ワーク送りテーブル３の送りの真直度は、長周期成分である波長２０〜２００ｍｍの成分がＰＶ値≦１．０μｍを満たすものであることを特徴とする。ワイヤソー装置１０は、このような構成を具備することにより、表面のナノトポグラフィが改善されたウエーハを製造できるワイヤソー装置とすることができる。

前述の波長１４ｍｍのような波長の短い短周期のうねりは円筒ころの真円度を改善することにより真直度を改善できるが、研磨後のウエーハのナノトポグラフィにおいては改善効果が小さい。またウエーハの直径、例えば２００ｍｍ〜３００ｍｍに対してこれを超えるような波長の長い長周期のうねりも研磨後のウエーハにおいては影響が少ないので、波長２０〜２００ｍｍの成分がＰＶ値≦１．０μｍを満たすものであればよい。

このような本発明のワイヤソー装置は、従来のワイヤソー装置において、例えば後述する本発明の方法を用いてワーク送りテーブルの送りの真直度を改善することにより実現することができる。

また、本発明のナノトポグラフィを改善する方法によれば、ワイヤ列にインゴットを送るためのワーク送りテーブルの送りの真直度を改善することにより、ウエーハ表面のナノトポグラフィを改善することができる。このようなワーク送りテーブルの送りの真直度の改善は、ワーク送りテーブルやＬＭガイド自体の真直度の改善やＬＭガイドのワイヤソー装置への取り付け精度の改善、あるいはＬＭガイドの変形の改善、円筒ころの真円度の改善等により行うことができる。例えば、具体的な精度改善には、
（ａ）ＬＭガイドの取り付け孔の間隔とボルトの締め付けトルクを調整する。
（ｂ）ＬＭガイドの取り付けボルトの向きをワイヤ走行方向と平行にすることで、ＬＭガイドの変形によるうねりへの影響を軽減する。
などの方法がある。
（ｂ）の方法については、例えば図２に示すような従来のワイヤソー装置１０’において、図８（ａ）のように、ワイヤソー装置のＬＭガイド取り付けコラムにＬＭガイドを取り付けるボルトの向きをワイヤ走行方向と直角にしていたものを、図１に示すような本発明に従うワイヤソー装置１０において、図８（ｂ）のように、ＬＭガイド取り付けボルトの向きをワイヤ走行方向と平行にすることで、ＬＭガイドの変形によるうねりへの影響を軽減できる。

例えば、図５（ａ）に示すようなワイヤソー装置２０において、ＬＭガイド１４の取り付け孔１６の間隔１７とボルト（不図示）の締め付けトルクを変更してその効果を有限要素法でシミュレーションした。すると、シミュレーションでは、ＬＭガイドの取り付け孔の間隔とボルトの締め付けトルクを１００ｍｍ、６０Ｎｍ（図５（ｂ））から７５ｍｍ、４０Ｎｍ（図５（ｃ））へ変更した場合に、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、ＬＭガイド１４の変形が改善され、送りの真直度は、２．５μｍ／３００ｍｍから、１．２μｍ／３００ｍｍへと改善することが確認された。

このように、ワーク送りテーブルの送りの真直度の改善を、ワーク送りテーブルを直線状に案内する直動案内の変形を改善することによって確実に行うことでき、特に、この直動案内の変形の改善を、直動案内をワイヤソー装置にボルトにより取り付けるための取り付け孔の間隔とボルトの締め付けトルクとを調整することにより、より確実に直動案内の変形の改善を行うことができる。

以下、本発明の実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１、比較例１）
図１に示すワイヤソー装置において、ＬＭガイドをワイヤソー装置にボルトにより取り付けるための取り付け孔の間隔とボルトの締め付けトルクとについて、それぞれ１００ｍｍ、６０Ｎｍ（比較例１）であったものを、前記のシミュレーションにおける場合と同じように、７５ｍｍ、４０Ｎｍ（実施例１）に調整した。そして、前記と同様の方法で、ワーク送りテーブルの送りの真直度を測定した。

その結果、比較例１ではワーク送りテーブルの送りの真直度が１．４８μｍ／３００ｍｍであり、波長約１００ｍｍの成分がＰＶ値で１．４８μｍであったものが、実施例１では、図６に示すように、ワーク送りテーブルの送りの真直度が０．９２μｍ／３００ｍｍであり、波長約１００ｍｍの成分がＰＶ値で０．９２μｍとなり、ワーク送りテーブルの送りの真直度が大きく改善したワイヤソー装置となった。図６の結果から、更にワーク送り開始位置のうねりを調整できれば、一層の改善が期待できる。

（実施例２、比較例２）
実施例１及び比較例１のワイヤソー装置を用いて、表１に概略を示す条件で直径３００ｍｍのシリコンインゴットを切断し、これを研磨したシリコンウエーハを得た（実施例２、比較例２）。図７に実施例２の研磨後のシリコンウエーハのナノトポグラフィ・マップの典型例を示す。また、表２にウエーハのＮ数と、問題の「周期性のあるスライスうねり」の発生頻度を比較例２における発生率を１００％として示す。実施例２においては、実施例１で行われたワーク送りテーブルの送りの真直度の改善によって、「周期性のあるスライスうねり」の発生頻度は比較例２と比べて約１／１０に改善した。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

例えば、上記では、ワーク送りテーブルの送りの真直度の改善を、主として直動案内の取り付け孔の間隔とボルトの締め付けトルクを調整することにより行う例を示したが、本発明はこれには限定されず、ワーク送りテーブルの送りの真直度を改善できれば、他の方法であってもよい。

すなわち、本発明によれば、ワーク送りテーブルの送りの真直度が改善されれば、周期性あるスライスうねりを改善できるのであるから、ワーク送りテーブルの送りの真直度の改善方法は特に限定されるものではない。

本発明に従うワイヤソー装置の一例を示す概略図である。 従来のワイヤソー装置におけるインゴットを送る機構を説明する概略図である。 ワーク送りテーブルの送りの真直度の測定結果を示すグラフであり、線（ａ）は改善前のワーク送りテーブルの送りの真直度を示し、線（ｂ）はＬＭガイドに使用している円筒ころの真円度を改善したものの送りの真直度を示す。 図３に示したワイヤソー装置のワーク送りテーブルの送りの真直度のグラフと、直径３００ｍｍの研磨後のシリコンウエーハにおいてナノトポグラフィ・マップに見られる「周期性のあるスライスうねり」とを対比した図である。 （ａ）はワイヤソー装置２０を示す概略図であり、（ｂ）、（ｃ）はＬＭガイドの取り付け孔の間隔とボルトの締め付けトルクとを調整した場合のＬＭガイドの変形のシミュレーション結果を示す概略図である。 実施例１におけるワーク送りテーブルの送りの真直度を示すグラフである。 実施例２の研磨後のシリコンウエーハのナノトポグラフィ・マップの典型例を示す図である。 （ａ）は、ワイヤソー装置を上方から見た場合において、ワイヤソー装置にＬＭガイドを取り付けるボルトの向きをワイヤ走行方向と直角にする場合を説明する図であり、（ｂ）は、ＬＭガイド取り付けボルトの向きをワイヤ走行方向と平行にする場合を説明する図である。

符号の説明

１、１’、１１…ワイヤ列、 ２、２’、１２…インゴット、
３、３’、１３…ワーク送りテーブル、 ４、４’、１４…ＬＭガイド（直動案内）、
５、５’、１５…グルーブローラ、 ８、８’…取り付けボルトの向き、
９、９’…ワイヤ走行方向、 １０、１０’、２０…ワイヤソー装置、
１６…取り付け孔、 １７…取り付け孔の間隔、
２１、２１’…ＬＭガイド取り付けコラム。

Claims (4)

1. インゴットからワイヤソー装置により切断したウエーハの表面のナノトポグラフィを改善する方法であって、少なくとも、前記ワイヤソー装置に具備された、ワイヤを複数のローラ間に巻き付けて形成したワイヤ列にインゴットを送るためのワーク送りテーブルの送りの真直度を改善することを特徴とするウエーハの表面のナノトポグラフィを改善する方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記ワーク送りテーブルの送りの真直度の改善を、前記ワーク送りテーブルを直線状に案内する直動案内の変形を改善することにより行うことを特徴とするウエーハの表面のナノトポグラフィを改善する方法。
3. 請求項２に記載の方法において、前記直動案内の変形の改善を、前記直動案内を前記ワイヤソー装置にボルトにより取り付けるための取り付け孔の間隔とボルトの締め付けトルクとを調整することにより行うことを特徴とするウエーハの表面のナノトポグラフィを改善する方法。
4. インゴットを切断してウエーハを製造するためのワイヤソー装置であって、少なくとも、ワイヤを複数のローラ間に巻き付けて形成したワイヤ列と、インゴットを固定して該ワイヤ列に送るためのワーク送りテーブルと、該ワーク送りテーブルを直線状に案内するための直動案内とを具備し、前記ワーク送りテーブルの送りの真直度は、波長２０〜２００ｍｍの成分がＰＶ値≦１．０μｍを満たすものであることを特徴とするワイヤソー装置。

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