JP2008161992A - 被加工部材の切断方法およびウェハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤ工具の切れ味を維持すると共にワイヤー自体の経年劣化を抑制することができる被加工部材の切断方法およびウェハの製造方法を提供する。
【解決手段】ワイヤーの外周面に砥粒が電着された固定砥粒ワイヤ工具３０を用いて、遊離砥粒を含むスラリー２０を固定砥粒ワイヤ工具３０に供給しながら被加工部材Wを切断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工部材の切断方法およびウェハの製造方法に関するものである。

ワイヤ工具は、高速で走行させたワイヤーを被加工部材に押し当てることによって被加工部材を切削加工する工具である。具体的には、シリコン、サファイア、石英、磁性材料石材などの硬脆材で構成されたインゴットから、高い寸法精度で薄板を切り出すスライス加工に用いられる。

このようなワイヤ工具の方式としては、固定砥粒方式と遊離砥粒方式とが挙げられる。固定砥粒方式は、ダイヤモンド等の硬質材からなる砥粒をピアノ線などの表面に直接固着させて形成したワイヤーを被加工部材に押し当てて切削する方式である。一方、遊離砥粒方式は、砥粒を有さないワイヤーに対して砥粒を混合した加工液（スラリー）を供給しながら切削を行う方式である。一般的には、前者は加工能率に優れ、後者は加工精度に優れるという利点をそれぞれ有している。

また、近年は、互いの欠点を互いの利点で補うため、砥粒を固着させたワイヤーに対してスラリーを供給しながら切削を行う複合方式も考えられている。例えば、特許文献１には、接着剤あるいは金属溶着にて砥粒を固着させたワイヤーにスラリーを持ち込んで半導体材料を切断・加工する切断・加工方法が開示されている。
特許第３３１４９２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の加工方法にあっては、スラリー中の砥粒が接着剤を侵食しワイヤー上の砥粒を剥離させ、ワイヤ工具の切れ味を経年劣化させるという問題点がある。また、砥粒をワイヤー上に金属溶着する場合においては、ピアノ線等のワイヤーが金属を溶融させる温度（例えば、８００℃）以上の高温に加熱されるため、ワイヤー自体の経年劣化を早めるおそれがある。

本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、ワイヤ工具の切れ味を維持すると共にワイヤー自体の経年劣化を抑制することが可能な被加工部材の切断方法およびウェハの製造方法を提供することを課題とする。

本発明に係る被加工部材の切断方法では、ワイヤーの外周面に砥粒が電着された固定砥粒ワイヤ工具を用いて、遊離砥粒を含むスラリーを固定砥粒ワイヤ工具に供給しながら被加工部材を切断する。

本発明の被加工部材の切断方法によれば、固定砥粒ワイヤ工具の砥粒はワイヤーの外周面に電着されているので、ワイヤーと砥粒との間への遊離砥粒の侵入が低減される。遊離砥粒の侵入が低減されることによって、砥粒の剥離が抑制されるので、固定砥粒ワイヤ工具の切れ味を維持することができる。また、電着は金属溶着に比べて低温（例えば、４０℃）で実施されるため、ワイヤー自体の経年劣化を抑制することができる。

ここで、上記ワイヤーの外周面に電着された砥粒の表面には導電材が設けられていることが好ましい。

このようにすれば、砥粒がワイヤーに電着される場合に、電着に伴う鍍金層の成長が導電材を介して砥粒表面におよぶため、ワイヤーにおける砥粒の保持力が向上される。そのため、砥粒の剥離がより抑制され固定砥粒ワイヤ工具の切れ味をより長く維持することができる。また、砥粒の保持力が向上することによって、砥粒の保持に必要な鍍金層厚が低減されるので、砥粒の突出量が増大される。砥粒の突出量が増大した固定砥粒ワイヤ工具に対して、遊離砥粒を含むスラリーを供給しながら被加工部材の切断を実施すると、スラリー中の遊離砥粒が砥粒表面に成長した鍍金層を削って砥粒の頭だしを行う（ドレッシング作用と呼ばれる）。このドレッシング作用により、砥粒が電着された固定砥粒ワイヤ工具の切れ味を維持することができる。

また、本発明に係るウェハ製造方法では、上記いずれかの切断方法を用いて、被加工部材を切断することによってウェハを製造する。

本発明のウェハ製造方法によれば、固定砥粒ワイヤ工具の切れ味が維持されると共にワイヤー自体の経年劣化を抑制することができるので、加工精度のばらつきを低減することができる。

本発明の被加工部材の切断方法およびウェハの製造方法によれば、ワイヤ工具の切れ味を維持すると共にワイヤー自体の経年劣化を抑制することが可能である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。

まず、図１〜図４を参照して、第一実施形態に係る切断方法を適用したワイヤ工具装置の構成概略について説明する。ここで、図１は、第一実施形態に係る切断方法を実施するワイヤ工具装置の構成を概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示す固定砥粒ワイヤ工具の一部を示す斜視図である。図３は、切断加工時における固定砥粒ワイヤ工具の様子を示す横断面図である。図４は、図３に示す領域Ｗ１を拡大した図である。

図１に示すように、ワイヤ工具装置１は、支持台１１、ガイドローラ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、スラリーノズル１３、支持材１４、及び固定砥粒ワイヤ工具３０を備えて構成される。本実施形態において加工対象となる被加工部材Wは、例えばサファイアやＳｉといった硬脆材料からなる円柱状のインゴットである。

支持台１１は、昇降可能に設置され、支持材１４を介して軸線方向Ｘ（例えば水平方向）に延びる被加工部材Wを載置する。この支持台１１は、例えば、ガイドローラ１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよびスラリーノズル１３の下方に配置される。被加工部材Ｗの切断加工時において、支持台１１は、被加工部材Ｗを移動方向Ｚ（例えば鉛直方向）に移動させる。

支持材１４は、被加工部材Ｗと支持台１１との間に介在する支持部材である。この支持材１４は、例えば、カーボン、レジン、ガラスなどによって構成される。被加工部材Ｗの切断加工時において、支持材１４は、被加工部材Wの切断加工に伴って固定砥粒ワイヤ工具３０によって切削される。

スラリーノズル１３は、固定砥粒ワイヤ工具３０にスラリー２０（後述）を供給する。このスラリーノズル１３は、例えば、被加工部材Wおよび固定砥粒ワイヤ工具３０の上方に配置される。被加工部材Ｗの切断加工時において、スラリーノズル１３は、固定砥粒ワイヤ工具３０側に開口する噴射口１３ａより固定砥粒ワイヤ工具３０と被加工部材Ｗとの接触箇所に向けてスラリー２０を噴射する。

ガイドローラ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、固定砥粒ワイヤ工具３０を巻架する。
このガイドローラ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの外周面には、例えば、複数列の平行なワイヤ案内溝が一定ピッチで形成されている。このワイヤ案内溝によって、固定砥粒ワイヤ工具３０を平行に並べたマルチワイヤ工具が被加工部材W側に形成される。被加工部材Ｗの切断加工時において、ガイドローラ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、正回転および逆回転を同期しつつ繰り返すことにより、固定砥粒ワイヤ工具３０を運動方向Ｙに往復運動させる。

図２および図３に示すように、固定砥粒ワイヤ工具３０は、ワイヤー３１の外周面３１ａに砥粒４１が電着された部材である。具体的には、ワイヤー３１の外周面３１ａにＮｉ層等の鍍金層３２が形成され、砥粒４１が鍍金層３２に埋め込まれるように電着されている。ワイヤー３１は、例えば、ピアノ線である。

砥粒４１は、例えば、ダイヤモンド砥粒やＣＢＮ（Ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）砥粒等である。図４に示すように、ワイヤー３１の外周面３１ａに電着された砥粒４１の表面には導電材４２が設けられていることが好ましい。導電材４２は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、ＴｉＣ、ＳｉＣ等の材料で構成される。このようにすれば、砥粒４１がワイヤー３１に電着される場合に、鍍金層３２の成長が導電材４２を介して砥粒４１のワイヤー３１側以外の砥粒表面におよぶので、砥粒４１は、鍍金層厚Ｔによる保持力以上の保持力によって保持される。また、砥粒４１の保持力が向上することによって、砥粒４１の保持に必要な鍍金層厚Ｔが低減されるので、砥粒４１の突出量Ｕを増大することができる。被加工部材Ｗの切断加工時において、砥粒４１は、被加工部材Ｗに接触し、切断加工面Ｗｘを切断加工する。

砥粒表面へ被覆を形成する方法としては、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、めっき法、浸漬法等を用いることができる。また、被加工部材Ｗ側の砥粒表面に対する鍍金層３２および導電材４２の除去については、固定砥粒ワイヤ工具３０を製造後、例えば、白色アルミナ、ＧＣ、鋳鉄、ガラス、石英等からなるドレッシングストーンに固定砥粒ワイヤ工具３０を通すことによって行うことができる。

スラリー２０は、遊離砥粒２１と加工液２２との懸濁液である。遊離砥粒２１は、例えば、ＷＡ、ＧＣ、ダイヤモンドで構成される。遊離砥粒２１の粒径は、例えば、２〜１００［μｍ］である。加工液２２は、例えば、グリコール系、油性、水溶性のものである。被加工部材Ｗの切断加工時において、スラリー２０は、固定砥粒ワイヤ工具３０と被加工部材Ｗとの間に介在し、スラリー２０に含まれる遊離砥粒２１が被加工部材Ｗの切断加工面Ｗｘを切断加工する。また、被加工部材Ｗの切断加工時において、遊離砥粒２１は、砥粒４１の頭だし（後述）を行う。

次に、図１および図３〜図６を参照して、ワイヤ工具装置１の動作を説明し、併せて本実施形態に係る被加工部材の切断方法およびウェハの製造方法について説明する。ここで、図５は、切断加工時のドレッシング作用を説明する図である。図６は、切断加工よって得られたウェハを示す斜視図である。

ワイヤ工具装置１の運転を開始すると、図１に示すように、支持台１1は被加工部材Ｗを移動方向Ｚに移動していく。一方、ガイドローラ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、正回転および逆回転を同期しつつ繰り返すことによって、固定砥粒ワイヤ工具３０を運動方向Ｙに往復運動させ続ける。また、スラリーノズル１３は、固定砥粒ワイヤ工具３０と被加工部材Ｗとの接触予定箇所に向けてスラリー２０を噴射する。その後、固定砥粒ワイヤ工具３０が被加工部材Ｗに接触し、被加工部材Ｗの切断加工が開始される。

被加工部材Ｗの切断加工が開始されると、図３および図４に示すように、遊離砥粒２１を含むスラリー２０が固定砥粒ワイヤ工具３０と被加工部材Ｗとの間に介在し、砥粒４１と遊離砥粒２１とが被加工部材Ｗの切断加工面Ｗｘを切断加工していく。

被加工部材Ｗの切断加工が進行していくと、図５に示すように、砥粒角部４１ａが被加工部材Ｗとの摩擦によって摩耗していく。しかし、切断加工の進行と共に、遊離砥粒２１は、砥粒４１の新たな砥粒角部４１ｂ付近の鍍金層３２および導電材４２を除去し、砥粒４１の新たな砥粒角部４１ｂの頭だしを行う。したがって、砥粒４１の切れ味は劣化することなく、維持される。

被加工部材Ｗの切断加工がさらに進行すると、最終的に、図６に示すように、被加工部材Ｗから薄板状のウェハＷｆが切断される。ここでウェハ主面Ｗｆｘは、上記の切断加工面Ｗｘに対応する。また、オリエンテーションフラットＷｆｏは、結晶方位を示す平面である。切断加工面Ｗｘの切断加工時において、切断加工面Ｗｘを切断加工する砥粒４１の切れ味が維持されるので、切断加工の結果得られるウェハ主面Ｗｆｘのうねりが低減される。そのため、ウェハＷｆの加工精度のばらつきが低減される。

以上のように、本実施形態に係る被加工部材の切断方法によれば、砥粒４１がワイヤー３１の外周面３１ａに形成された鍍金層３２に埋め込まれるように電着され、接着剤等の固定手段に比べてより強固に固定されているので、ワイヤー３１と砥粒４１との間への遊離砥粒２１の進入が妨げられる。遊離砥粒２１の侵入が妨げられることによって、砥粒４１の剥離が抑制されるので、固定砥粒ワイヤ工具３０の切れ味を維持することができる。

また、砥粒４１がワイヤー３１に電着される場合に、電着に伴う鍍金層３２の成長が導電材４２を介してワイヤー３１側以外の砥粒表面にもおよぶため、ワイヤー３１における砥粒４１の保持力が向上される。そのため、砥粒４１の剥離がより抑制され、固定砥粒ワイヤ工具３０の切れ味をより長く維持することができる。また、砥粒４１の保持力が向上することによって、砥粒４１の保持に必要な鍍金層厚Ｔを低減できるので、砥粒４１の突出量Ｕを増大することができる。砥粒４１の突出量Ｕが増大した固定砥粒ワイヤ工具３０に対して、遊離砥粒２１を含むスラリー２０を供給しながら被加工部材Ｗの切断を実施すると、スラリー２０中の遊離砥粒２１が砥粒表面に成長した鍍金層３２と導電材４２を削り、砥粒４１の頭だしを行うことができる。この砥粒４１の頭だしにより、砥粒４１が電着された固定砥粒ワイヤ工具３０の切れ味を維持することができる。

また、本実施形態に係るウェハの製造方法によれば、ウェハ主面Ｗｆｘを加工する固定砥粒ワイヤ工具３０の切れ味が維持されるので、ウェハＷｆの加工精度のばらつきを低減することができる。

なお、本発明に係る被加工部材の切断方法およびウェハの製造方法は、上記実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を変更しないように上記実施形態を変形したものであってもよい。

例えば、図１に示すように、第一実施形態では、被加工部材および固定砥粒ワイヤ工具の上方に配置された一つのスラリーノズルによってスラリーを供給する方法を示したが、このスラリーノズルは、固定砥粒ワイヤ工具の下方に配置されたものであってもよい。また、スラリーノズルは、複数個設けられていてもよい。

第一実施形態に係る切断方法を実施するワイヤ工具装置の構成を概略的に示す斜視図である。 図１に示す固定砥粒ワイヤ工具の一部を示す斜視図である。 切断加工時における固定砥粒ワイヤ工具の様子を示す横断面図である。 図３に示す領域Ｗ１を拡大した図である。 切断加工時におけるドレッシング作用を説明する図である。 切断加工によって得られたウェハを示す斜視図である。

符号の説明

１…ワイヤ工具装置、１１…支持台、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…ガイドローラ、１３…スラリーノズル、１４…支持材、２０…スラリー、２１…遊離砥粒、２２…加工液、３０…固定砥粒ワイヤ工具、３１…ワイヤー、３１ａ…外周面、３２…鍍金層、４１…砥粒、４１ａ，４１ｂ…砥粒角部、４２…導電材、Ｔ…鍍金層厚、Ｗ…被加工部材、Ｗｘ…切断加工面、Ｗｆ…ウェハ、Ｗｆｘ…ウェハ主面、Ｗｆo…オリエンテーションフラット、Ｘ…軸線方向、Ｙ…運動方向、Ｚ…移動方向。

Claims (3)

1. ワイヤーの外周面に砥粒が電着された固定砥粒ワイヤ工具を用いて、遊離砥粒を含むスラリーを前記固定砥粒ワイヤ工具に供給しながら被加工部材を切断する、被加工部材の切断方法。
   
2. 前記ワイヤーの前記外周面に電着された前記砥粒の表面に導電材が設けられている、請求項１に記載の被加工部材の切断方法。
   
3. 請求項１または２に記載の切断方法を用いて、前記被加工部材を切断することによってウェハを製造する、ウェハの製造方法。

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