JP2008272930A - ワイヤー鋸用ワイヤー案内ロール - Google Patents

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Abstract

【課題】ワイヤーガングを最適な運動に設定することができる、ワイヤー鋸に適したワイヤー案内ロールを提供する。
【解決手段】多重のウェーハを円筒形の被工作物から同時にスライスするためのワイヤー鋸に使用するワイヤー案内ロールの場合に、このワイヤー案内ロールは、少なくとも２ｍｍおよび最大７．５ｍｍの厚さを有するコーティングを備えており、少なくとも６０および最大９９のショアーＡ硬度を有する材料から構成されており、さらに鋸引きワイヤーが案内される多重の溝を有し、この溝は、それぞれ鋸引きワイヤー直径Ｄの０．２５〜１．６倍である曲率半径Ｒおよび６０〜１３０゜の開口角度を有する湾曲した溝ベースを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、多重のウェーハを円筒形被工作物、殊に半導体材料から構成されている被工作物から同時にスライスするためのワイヤー鋸に使用するワイヤー案内ロールに関する。
前進供給装置を用いて被工作物およびワイヤー鋸のワイヤーガングは、被工作物の長手方向の軸線に対して垂直方向に向けられた相対的な運動を行ない、その際この被工作物は、ワイヤーガングを通じて案内される。半導体ウェーハは、一般にワイヤー鋸を用いて半導体材料の円筒形の単結晶または多結晶の被工作物を、１つの作業工程で同時に多重の半導体にスライスすることによって製造される。
前記のワイヤー鋸の本質的な構成成分は、機械フレームと前進供給装置と平行なワイヤーセクションのガングからなる鋸引き工具とを含む。被工作物は、一般にセメンティング結合または接着剤結合によって、所謂鋸引きストリップ上に固定される。更に、鋸引きストリップは、被工作物をワイヤー鋸中に圧締めするために取り付け板上に据え付けられている。
ワイヤー鋸のワイヤーガングは、一般に多重の平行なワイヤーセクションによって形成されており、このワイヤーセクションは、少なくとも２個のワイヤー案内ロールの間で張力下にあり、前記のワイヤー案内ロールは、回転可能に取り付けられており、前記のワイヤー案内ロールの少なくとも１個は、駆動される。このワイヤーセクションは、一般に１個の有限のワイヤーに属し、このワイヤーは、ロール系の周囲に螺旋状に案内され、ストックロールからレシーバーロール上に巻出される。
前進供給装置は、鋸引き工程中にワイヤーセクションと互いに反対方向に向けられた被工作物との相対運動を誘発する。この前進供給装置の運動の結果として、鋸引き懸濁液が適用されるワイヤーは、作業して平行な鋸引き切り溝を被工作物に形成する。スラリーとも呼称されている鋸引き懸濁液は、例えば炭化ケイ素の硬質材料粒子を含有し、この場合この炭化ケイ素は、液体中に懸濁されている。堅固に結合された研削材を有する鋸引きワイヤーが使用されてもよい。この場合、鋸引き懸濁液を適用することは不要である。単に液状冷却滑剤（例えば、水）を供給することは、必要であり、この液状冷却滑剤は、ワイヤーおよび被工作物を過熱から保護し、同時に被工作物の切り屑を切断溝から運搬する。
円筒形の半導体材料、例えば単結晶棒からの半導体ウェーハの製造は、鋸引き法に対して厳しい要件に置かれている。鋸引き法の目的は、一般にそれぞれ鋸引きされた半導体ウェーハができるだけ平面状で相互に平行である２つの表面を有することにある。
厚さの変化に加えて、半導体ウェーハの２つの表面の平面度は、最も重要である。ワイヤー鋸が使用されて半導体単結晶、例えばシリコン単結晶をスライスした後に、それによって製造されたウェーハは、波形の表面を有する。この波打ちは、部分的または完全にその後の工程、例えば研磨またはラップ仕上げで波打ちの波長および振幅ならびに除去される材料の深さに依存して取り除かれうる。少なくとも好ましい場合、数ｍｍから例えば５０ｍｍまでの周期性を有しうるかかる表面の不規則性（起伏、波打ち）は、完成された半導体ウェーハ上でのポリッシング後であってもなお検出されることができ、この不規則性は、局所的な幾何学的形状に対して不利な効果を有する。
望ましい理想的なウェーハ形状からの実際のウェーハ形状のずれの基準としての弓反りおよび狂いのパラメーター（または"反り"）は、決定的に切断の真直度に依存し、この真直度は、さらに使用されるワイヤー案内ロールの性状によって決定的に定められる。
ワイヤー案内ロールは、通常コーティングを備えている。更に、ワイヤー案内ロールは、多重の溝を有し、この溝を通じて鋸引きワイヤーが案内され、この鋸引きワイヤーによりワイヤー鋸のワイヤーガングが形成される。
ポリウレタンコートを有するワイヤー案内ロールが通常使用される。ポリウレタンは、実質的に研削材スラリーに対して耐性を有するかまたは結合した研削材を有する切断ワイヤーによる磨り減りに対して耐性を有する。
それにも拘わらず、本質的に溝の幾何学的形状の変形をまねくワイヤー案内ロールの損耗は、従来技術においては次第に、例えば５０回の操作後に起こる。しかし、これは、望ましいことではない。それというのも、鋸引きワイヤーの最適な案内は、溝の幾何学的形状のかかる変形によりもはや保証されないからである。
特開２００６−１０２９１７号公報Ａ２には、炭化ケイ素研削材５〜３０質量％をコーティングとして有するウレタンを使用することが提案されており、したがってこのコーティングは、ウレタンだけから構成されているコーティングよりも著しく硬質である。
しかし、ワイヤー案内コーティングが硬質すぎる場合には、ワイヤーとワイヤー案内ロールとの摩擦による弛み止めは、もはや保証されず、したがってワイヤーガングは、もはや最適な運動に設定することができない。
これは、特開平１１０９９４６５号公報Ａ２に開示されたワイヤー案内ロールにも適用される。この場合も、ロールのコーティングは、研削材の炭化ケイ素粒子と比較可能な硬度を有する材料から構成されることが意図されている。
炭化ケイ素粒子は、３０００〜４０００ＨＶの硬さ（ビッカース硬さ）を有する。
特許第１１２６２８５３号には、ワイヤー案内ロールを低酸素プラズマで処理することによる同様の方法が採用されている。これは、ワイヤー案内ロールの表面をよりいっそう均一にすることを意図するものであり、ワイヤー案内ロールの可使時間を約２倍の長さにすることを意味する。それによって、鋸引きされるウェーハの波打ちも改善される。ワイヤー案内ロールは、硬質のウレタン樹脂表面を有する。損耗されていないワイヤー案内ロールの溝は、公知技術水準では通常であるＶ字形の形状を有する。
特開２００６−１０２９１７号公報Ａ２ 特開平１１０９９４６５号公報Ａ２ 特許第１１２６２８５３号
それ故に、本発明の対象は、ワイヤー鋸に適したワイヤー案内ロールを提供し、公知技術水準の問題を回避させることである。
本発明は、多重のウェーハを円筒形の被工作物から同時にスライスするためのワイヤー鋸に使用するワイヤー案内ロールに関し、このワイヤー案内ロールは、少なくとも２ｍｍおよび最大７．５ｍｍの厚さを有するコーティングを備えており、少なくとも６０および最大９９のショアーＡ硬度を有する材料から構成されており、さらに鋸引きワイヤーが案内される多重の溝を有し、この溝は、それぞれ鋸引きワイヤー直径Ｄの０．２５〜１．６倍である曲率半径Ｒおよび６０〜１３０゜の開口角度を有する湾曲した溝ベースを有している。
本発明によるワイヤー案内ロールは、ショアーＡ硬度による少なくとも６０および最大９９の硬度レベルを有する材料のコーティングを有している。ショアーＡ硬度によるエラストマーの硬度測定は、ＩＳＯ ８６８に記載されている。
ワイヤー案内ロールのコーティングは、好ましくは、８２〜９９のショアーＡ硬度を有する材料から構成されている。
特に、ポリエステルまたはポリエーテルを基礎とするポリウレタンを使用することは、好ましい。これは、圧延可能なポリウレタンおよび注型用ポリウレタンを含むことができる。
ワイヤー案内ロールのコーティングは、軟質すぎる場合には当てはまらない。それというのも、このコーティングは、溝の塑性変形に対して十分な耐性を有していないからである。この場合、鋸引きワイヤーは、ワイヤー案内ロール中に食い込んでいてよい。これは、溝の幾何学的形状の変形を必然的に伴ない、したがって鋸引きワイヤーは、もはや最適に案内されず、側方への力が発生した場合には、簡単に外れる可能性がある。これは、切断の精度および真直度にとって有害な効果を有し、それ故に、劣った弓反りおよび狂いをまねき、これらの弓反りおよび狂いは、その後の処理工程で全く改善および補正することができないかまたは多大な支出でのみ改善および補正することができる。
ロールコア、即ちワイヤー案内ロールの基体は、有利に鋼、例えば低い熱膨張率を有する特殊鋼（Ingwar steel）から構成されている。それにも拘わらず、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、炭素または複合材料、例えばＧＦＰおよびＣＦＰをロールコア材料として使用することも可能である。ＧＦＰおよびＣＰＰは、それぞれガラス繊維または炭素繊維で強化されたプラスチックである。
ワイヤー案内ロールは、鋸引きワイヤーを案内するための多重溝を備えている。全ての溝は、湾曲した溝ベースおよび特殊な開口角度を有する溝側壁を備えた、定義された均一な幾何学的形状を有する。
鋸引きワイヤーが案内される溝ベースは、使用される鋸引きワイヤーの直径Ｄの少なくとも２５％に相当するが、しかし該直径より最大６０％大きい曲率半径Ｒを有する。これは、Ｒ＝０．２５Ｄ − １．６Ｄを意味する。
しかし、好ましくは、溝ベースの曲率半径は、鋸引きワイヤーの直径より短い。溝の曲率半径Ｒは、有利に鋸引きワイヤーの直径の０．４〜０．９倍であり、即ち
Ｒ＝０．４Ｄ − ０．９Ｄである。
それぞれの溝の開口角度は、本発明によれば、６０〜１３０゜である。
開口角度は、有利に８０〜１１０゜である。
ワイヤー案内ロールのコーティング厚さは、特に有利に２ｍｍより大きいかまたは２ｍｍと等しく、６ｍｍ未満であるかまたは６ｍｍと等しい。
本発明者らは、本発明により造形された溝が公知技術水準から公知のＶ字形の溝を凌駕する利点を有することを見出した。
コーティングは、有利に本発明による特殊な硬度レベルを有するポリウレタンから構成されている。ポリウレタンは、圧縮可能な材料である。比較的高い力でロール上で張力下にある鋸引きワイヤー（巻数、通常約３００回の巻数当り２０〜３０Ｎ）は、１ｍｍの数十分の一のコーティングの圧縮荷重を生じる。更に、この圧縮荷重は、全コーティングに亘って一定ではなく、むしろ、この全コーティングは、変形を受けやすい。ワイヤー鋸引き工程にとって極めて重要であるワイヤーの張力は、直接この全コーティングに依存する。それというのも、次式が当てはまるからである：
Ｆ＝Ａ×Ｅ×ｄｌ/ｌ
式中、Ｆは、ワイヤーの張力を表わし、Ａは、ワイヤーの断面積を表わし、Ｅは、弾性率を表わし、ｄｌは、長さの変化を表わし、ｌは、ワイヤーの自由長さを表わす。
コーティングの圧縮荷重は、コーティングの厚さがよりいっそう大きい場合と同一基準でよりいっそう大きく、これは、ワイヤーの張力の大きな変動をまねき、この大きな変動は、鋸引き工程で不利な効果を有する。
他面、コーティングの厚さは、任意の小さく選択されてはならない。それというのも、この場合には、流入されるワイヤー力は、直接にロールコア上に作用し、コーティングの剥離をまねきうる。
本発明による２ｍｍ〜７．５ｍｍのコーティング厚さは、ワイヤー張力のかかる変化およびロールコーティングの剥離を回避し、ワイヤー鋸引き工程でスライスされたウェーハの最適な幾何学的品質を生じる。公知技術水準において、８ｍｍを上廻る、通常１０ｍｍを上廻るコーティング厚さを有するワイヤー案内ロールは、普通に今日まで使用されてきた。本発明は、初めてコーティング厚さとワイヤー案内ロールの可使時間との関係を証明する。
本発明者らは、ワイヤー案内ロールのコーティングの発明による硬度および本発明によるコーティング厚さがロール損耗の最適化を生じ、それ故に、ワイヤー案内ロールのよりいっそう長い可使時間を生じ、この可使時間は、添加剤のよりいっそう経済的な使用に関連して明らかに経済的な利点をもたらす。
それにも拘わらず、本発明により造形された溝は、コーティング厚さと関連して、ワイヤー案内ロールの溝中への鋸引きワイヤーの最適化された案内を保証し、こうして、改善された切断品質、ひいては鋸引きされたウェーハのよりいっそう良好な幾何学的形状を生じる。
本発明によるワイヤー案内ロールは、ワイヤー鋸に使用される。この場合、鋸引きワイヤーは、ワイヤー鋸のワイヤーガングを形成するようにワイヤー案内ロールの周囲に数回巻き付けられている。有利に半導体棒、特に有利にシリコン棒である被工作物、殊に円筒形被工作物は、１つの作業工程でこのようなワイヤー鋸によって鋸引きされることができる。
鋸の前進供給方向でのウェーハの幾何学的形状は、例えば対の走査型容量センサーによって測定される。最初に、前面信号と裏面信号との差が取り込まれる。波打ちを測定するために、１０ｍｍの長さを有するウィンドウがこうして得られた評価曲線に亘って通過される。ウィンドウ内での最大偏差は、ウィンドウ中心のための新しい値を発生させる（ローリングボックスカーフィルターリング（rolling boxcar filtering））。ウェーハ上の全走査内での最大偏差（山から谷までの偏差（PV））は、波打ちｍａｘである。波打ちｉｎは、同様の方法で測定されるが、しかし、走査の最初の５０ｍｍ（鋸切り口範囲）だけが考慮される。狂いは、参照板からの全ウェーハの中性繊維の最大偏差（上方および下方）の総和である（三次元）。
線形範囲（ＬＳＲ）は、真っ直ぐの参照ラインからの鋸前進供給方向での走査の中性繊維の最大偏差の総和である（二次元）。
例えば、Ｅ＋Ｈ Ｅｉｃｈｈｏｒｎ＋Ｈａｕｓｍａｎｎ社からの測定機器ＭＸ ７０１２（High Resolution Thickness and Surface Profiler for as-sawn Wafer（高解像度の厚さおよび鋸引きされたウェーハのための表面型彫り機））は、幾何学的パラメーターを測定するのに適している。
図１は、ワイヤー案内ロールの個々の溝の本発明による幾何学的形状を略示し、この場合溝ベースの曲率半径は、Ｒによって表わされ、溝の側壁の開口角度は、ａによって表わされている。また、直径Ｄを有する鋸引きワイヤーならびにスラリー粒子（鋸引き懸濁液）が表わされている。
図２は、ワイヤー案内ロールを用いての操作が代替されるまでの可能な操作の平均数ならびにワイヤー案内ロールのコーティングの厚さの関数としての関連した標準偏差を示す。
コーティング厚さがよりいっそう大きい（８ｍｍを上廻る）場合には、可能な操作の回数は減少するものと思われる。ワイヤー案内をそのつど変えるための主な理由は、切断品質が乏しいことにある。
図３は、使用されるワイヤー案内ロールのコーティング厚さの２つのグループの関数としての切断品質を示す。
この目的のために、６ｍｍ未満の、または６ｍｍに等しいコーティング厚さを有するワイヤー案内ロールを用いた場合と８ｍｍより大きい、または８ｍｍに等しいコーティング厚さを有するワイヤー案内ロールに対する場合との波打ちｍａｘの幾何学的形状のパラメーターの間に圧縮荷重が形成される。幾何学的形状のパラメーターが起こる蓄積頻度は、そのつど表わされる。
よりいっそう良好な波打ちｍａｘ値は、６ｍｍ未満の、または６ｍｍに等しいコーティング厚さで見出される。
図４は、使用されるワイヤー案内ロールのコーティング厚さの２つのグループの関数としての切断品質を示す。この目的のために、６ｍｍ未満の、または６ｍｍに等しいコーティング厚さを有するワイヤー案内ロールを用いた場合と８ｍｍより大きい、または８ｍｍに等しいコーティング厚さを有するワイヤー案内ロールに対する場合との波打ちｉｎの幾何学的形状のパラメーターの間に圧縮荷重が形成される。幾何学的形状のパラメーターが起こる蓄積頻度は、そのつど表わされる。
更に、よりいっそう良好な波打ちｉｎ値は、６ｍｍ未満の、または６ｍｍに等しいコーティング厚さで見出される。
また、使用されるワイヤー案内ロールのコーティング厚さの２つのグループの機能としての切断品質は、図５に記載されている。この目的のために、６ｍｍ未満の、または６ｍｍに等しいコーティング厚さを有するワイヤー案内ロールを用いた場合と８ｍｍより大きい、または８ｍｍに等しいコーティング厚さを有するワイヤー案内ロールに対する場合との線形範囲の幾何学的パラメーターの間に圧縮荷重が形成される。幾何学的形状のパラメーターが起こる蓄積頻度は、そのつど表わされる。
よりいっそう良好な線形範囲（ＬＳＲ）のパラメーターは、６ｍｍ未満の、または６ｍｍに等しいコーティング厚さで見出される。
こうして、総じて劣った切断結果は、よりいっそう高いコーティング厚さで達成され、ワイヤー案内ロールのコーティング厚さの本発明による範囲は、特に有利であることが見出される。
ワイヤー案内ロールの溝の本発明による幾何学的形状を示す略図。 コーティング厚さの関数としてのワイヤー案内ロールでの可能な操作の回数をグラフで示す略図。 ワイヤー案内ロールのコーティング厚さの２つのグループに関する幾何学的パラメーターの波打ちｍａｘの圧縮荷重を示す線図。 ワイヤー案内ロールのコーティング厚さの２つのグループに関する幾何学的パラメーターの波打ちｉｎの圧縮荷重を示す線図。 ワイヤー案内ロールのコーティング厚さの２つのグループに関する幾何学的パラメーターの線形形状範囲（ＬＳＲ、全対の狂い）の圧縮荷重を示す線図。
符号の説明
ａ 溝の側壁の開口角度、 Ｄ 直径、 Ｒ 溝ベースの曲率半径

Claims (6)

  1. 多重のウェーハを円筒形の被工作物から同時にスライスするためのワイヤー鋸に使用するワイヤー案内ロールであって、このワイヤー案内ロールが、少なくとも２ｍｍおよび最大７．５ｍｍの厚さを有するコーティングを備えており、少なくとも６０および最大９９のショアーＡ硬度を有する材料から構成されており、さらに鋸引きワイヤーが案内される多重の溝を有し、この溝が、それぞれ鋸引きワイヤー直径Ｄの０．２５〜１．６倍である曲率半径Ｒおよび６０〜１３０゜の開口角度を有する湾曲した溝ベースを有している、上記のワイヤー案内ロール。
  2. ワイヤー案内ロールのコーティングが、８２〜９９のショアーＡ硬度を有する材料から構成されている、請求項１記載のワイヤー案内ロール。
  3. 溝ベースの曲率半径Ｒが鋸引きワイヤーの直径Ｄの０．４〜０．９倍である、請求項１または２記載のワイヤー案内ロール。
  4. 溝の開口角度が８０〜１１０°である、請求項１記載のワイヤー案内ロール。
  5. ポリウレタンがコーティング材料として使用されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載のワイヤー案内ロール。
  6. 多重のウェーハを円筒形の被工作物からワイヤー鋸により同時にスライスする方法において、請求項１から５までのいずれか１項に記載のワイヤー案内ロールを使用することを特徴とする、多重のウェーハを円筒形の被工作物からワイヤー鋸により同時にスライスする方法。
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