JP2013129046A - ワークの切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】砥粒が固着されたワイヤを用いたワイヤソーによるワークの切断において、ワークの切断品質、特にナノトポグラフィを改善可能な切断方法を提供することを目的とする。
【解決手段】砥粒が固着されたワイヤを複数の溝付きローラに巻掛けし、前記ワイヤを軸方向に往復走行させ、前記ワイヤに加工液を供給しつつ、前記往復走行するワイヤにワークを押し当てて切り込み送りすることで前記ワークをウェーハ状に切断するワークの切断方法であって、前記ワークを切り込み送り方向に５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下の送り量で切り込み送りした後、前記ワークを前記切り込み送り方向とは逆の方向に、前記送り量の１／４以上、送り量未満で、かつ前記ワークの切り込み送り方向の長さの１／１５以下の後退量だけ戻す工程を繰り返して前記ワークを切断することを特徴とするワークの切断方法。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ワイヤソーを用いてワークをウェーハ状に切断する方法に関する。

従来、半導体インゴットなどの硬脆材のワークからウェーハを切り出す手段として、ワイヤソーが知られている。このワイヤソーでは、複数のローラの周囲にワイヤが多数巻掛けられることによりワイヤ列が形成されており、そのワイヤが軸方向に高速駆動され、かつ、加工液が適宜供給されながらワイヤ列に対してワークが切り込み送りされることにより、このワークが各ワイヤ位置で同時に切断されるようにしたものである。

ワイヤソーには遊離砥粒方式によるワイヤソーと、固定砥粒方式によるワイヤソーがある。遊離砥粒式ワイヤソーでは砥粒を懸濁した加工液が用いられ、固定砥粒式ワイヤソーでは砥粒が固着されたワイヤが用いられることが特徴である。
ここで、図３に、一般的なワイヤソーの概要を示す。
図３に示すように、ワイヤソー１０１は、主に、ワークＷを切断するためのワイヤ１０２、ワイヤ１０２を巻掛けした溝付きローラ１０３、ワイヤ１０２に張力を付与するためのワイヤ張力付与機構１０４、１０４’、ワークＷをワイヤ２の上方から下方へと送り出すワーク送り手段１０５、切断時に加工液を供給する加工液供給手段１０６で構成されている。

ワイヤ１０２は、一方のワイヤリール１０７から繰り出され、トラバーサを介してパウダクラッチ（定トルクモータ）やダンサローラ（デッドウェイト）（不図示）等からなる張力付与機構１０４を経て、溝付きローラ１０３に入っている。ワイヤ１０２がこの溝付きローラ１０３に３００〜４００回程度巻掛けられることによってワイヤ列が形成される。ワイヤ１０２はもう一方の張力付与機構１０４’を経てワイヤリール１０７’に巻き取られている。

溝付きローラ１０３は鉄鋼製円筒の周囲にポリウレタン樹脂を圧入し、その表面に複数の溝を切ったローラであり、巻掛けられたワイヤ１０２が、駆動用モータ１１０によって予め定められた走行距離で往復方向に駆動できるようになっている。
ワークＷの切断時には、ワーク送り手段１０５によって、ワークＷを保持しつつ押し下げ、溝付きローラ１０３に巻掛けされたワイヤ１０２の方向に送り出す。
溝付きローラ１０３、巻掛けられたワイヤ１０２の近傍にはノズル１１１が設けられており、温度が調整された加工液を加工液供給手段１０６からワイヤ１０２に供給できるようになっている。

このようなワイヤソー１０１を用い、ワイヤ１０２にワイヤ張力付与機構１０４を用いて適当な張力をかけて、駆動用モータ１１０によりワイヤ１０２を往復方向に走行させながら、ワーク送り手段１０５によって保持されたワークＷを往復走行するワイヤ１０２に押し当てて切り込み送りし、ワークＷをウェーハ状に切断する。
近年、半導体デバイスに用いられるウェーハにおいて、ナノトポグラフィと呼ばれる表面うねり成分を小さくすることが求められている。切断後のスライスウェーハでは、ナノトポグラフィは静電容量型測定器で測定した擬似的なナノトポグラフィ（以降、疑似ナノトポグラフィと呼ぶ）として評価されることがある（特許文献１参照）。

特開２００８−７８４７３号公報 特開平９−３００３４３号公報

例えば、ダイヤモンド砥粒を電着等で固着させたワイヤが用いられた固定砥粒式ワイヤソーによって大口径のシリコンインゴットを切断する場合、遊離砥粒式ワイヤソーによる切断に比べ、切断時間は大幅に短縮できるものの、切断後のウェーハの形状品質、特にナノトポグラフィが著しく劣ることが知られている。これは、切断中のシリコン屑を排出させたり、ワークの切断部を冷却したりするための加工液が、切断が進んで切断長が長くなるにつれて十分に供給されなくなることに起因する。
特許文献２には、切断中にワークを所定量Ｌ１だけ前進させ、戻し量Ｌ２だけ戻す動作を行うことで加工液を切断部により多く供給する方法が記載されている。

しかし、特許文献２にはＬ１及びＬ２の具体的な規定がなく、特にＬ２を少量とした場合、上記の加工液を十分に供給する効果は期待できない。また、Ｌ２を大きくし過ぎると、ウェーハの厚さむらであるＴＴＶ（Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）が悪化するなどの悪影響が生じる。
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、砥粒が固着されたワイヤを用いたワイヤソーによるワークの切断において、ワークの切断品質、特にナノトポグラフィを改善可能な切断方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、砥粒が固着されたワイヤを複数の溝付きローラに巻掛けし、前記ワイヤを軸方向に往復走行させ、前記ワイヤに加工液を供給しつつ、前記往復走行するワイヤにワークを押し当てて切り込み送りすることで前記ワークをウェーハ状に切断するワークの切断方法であって、前記ワークを切り込み送り方向に５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下の送り量で切り込み送りした後、前記ワークを前記切り込み送り方向とは逆の方向に、前記送り量の１／４以上、送り量未満で、かつ前記ワークの切り込み送り方向の長さの１／１５以下の後退量だけ戻す工程を繰り返して前記ワークを切断することを特徴とするワークの切断方法が提供される。

このようなワークの切断方法であれば、切断中のワークが切り込み送り方向に対して前進及び後退を繰り返すため、ワークの切断部への加工液の供給、及び切り粉の排出を促進できる。これにより、ＴＴＶの悪化を抑制しつつ、ナノトポグラフィを改善できる。

本発明では、砥粒が固着されたワイヤを用いたワイヤソーによるワークの切断において、ワークを切り込み送り方向に５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下の送り量で切り込み送りした後、ワークを切り込み送り方向とは逆の方向に、送り量の１／４以上、送り量未満で、かつワークの切り込み送り方向の長さの１／１５以下の後退量だけ戻す工程を繰り返してワークを切断するので、ワークの切断部への加工液の供給、及び切り粉の排出を促進でき、ワークの切断品質、特にナノトポグラフィやＴＴＶを改善できる。

本発明のワークの切断方法で用いることができるワイヤソーの一例を示す概略図である。 ワーク切断中のワーク切り込み比の一例を示す図である。 一般的なワイヤソーを示す概略図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
従来、ワイヤソーを用いたワークの切断において、ワーク切断部に加工液を十分に供給するため、ワークを送り量Ｌ１で切り込み送りした後、その切り込み送り方向とは逆方向にワークを後退量Ｌ２だけ戻す方法が知られているが、ワークの切断品質を向上するための具体的な送り量及び後退量の規定は知られていない。
そこで、本発明者は、ワークの切断品質、特にナノトポグラフィ品質を大幅に向上するための送り量及び戻し量を具体的に規定し、本発明を完成させた。

本発明のワークの切断方法で用いることができるワイヤソーの一例の概略について説明する。
図１に示すように、ワイヤソー１は、主に、ワークＷを切断するためのワイヤ２、溝付きローラ３、ワイヤ２に張力を付与するためのワイヤ張力付与機構４、４’、ウェーハ状に切断されるワークＷを保持しつつ切り込み送りするためのワーク送り手段５、切断時にワイヤ２に加工液を供給するための加工液供給手段６等で構成されている。ワイヤ２には砥粒が金属又は樹脂にて固着されている。

ワイヤ２は、一方のワイヤリール７から繰り出され、トラバーサを介してパウダクラッチ（定トルクモータ）やダンサローラ（デッドウェイト）等からなるワイヤ張力付与機構４を経て、溝付きローラ３に入っている。この溝付きローラ３は鉄鋼製円筒の周囲にポリウレタン樹脂を圧入し、その表面に所定のピッチで溝を切ったローラである。
ワイヤ２が複数の溝付きローラ３に３００〜４００回程度巻掛けられることによってワイヤ列が形成される。ワイヤ２はもう一方のワイヤ張力付与機構４’を経てワイヤリール７’に巻き取られている。このように巻掛けられたワイヤ２が駆動用モータ１０によって往復走行できるようになっている。

加工液供給手段６はタンク８、チラー９、ノズル１１等から構成される。ノズル１１はワイヤ２が溝付きローラ３に巻掛けられることで形成されたワイヤ列の上方に配置されている。このノズル１１はタンク８に接続されており、供給される加工液はチラー９により供給温度が制御されてノズル１１からワイヤ２に供給される。

ワークＷはワーク送り手段５によって保持される。このワーク送り手段５はワークＷをワイヤの上方から下方に押し下げることによって、ワークＷを往復走行するワイヤ２に押し当てて切り込み送りするものである。この際、コンピュータ制御で予めプログラムされた送り速度で所定の送り量だけ保持したワークＷを送り出すように制御することが可能である。また、ワークＷの送り出し方向を逆転させることでワークＷを切り込み送り方向とは逆方向に送ることができる。このとき、ワークＷの後退量も制御可能である。

本発明のワークの切断方法は、このようなワイヤソーを用いてワークＷをウェーハ状に切断するワークの切断方法であり、上記のような砥粒が固着されたワイヤを用いることで切断時間を大幅に短縮できる。
まず、ワーク送り手段５によりワークＷを保持する。そして、ワイヤ２に張力を付与して往復走行させる。
次に、加工液供給手段６によりワイヤ２に加工液を供給しつつ、ワーク送り手段５によりワークＷを往復走行するワイヤ２に押し当てて切り込み送りさせ、ワークＷを切断していく。ここで、加工液として、例えば純水などの冷却液を用いることができる。

ワークの切断の際には、ワークＷを切り込み送り方向に５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下の送り量で切り込み送りした後、ワークＷを切り込み送り方向とは逆の方向に、送り量の１／４以上、送り量未満で、かつワークＷの切り込み送り方向の長さの１／１５以下の後退量だけ戻す工程を繰り返す。
図２にワーク切断中のワーク切り込み比の一例を示す。ここで、ワーク切り込み比はワークの切り込み送り方向の長さに対する切断開始位置からワイヤ切り込み位置までの距離の比を示すものである。

送り量の上限値の３０ｍｍは疑似ナノトポグラフィの凹凸周期の半周期とほぼ等しい値である。この上限値以下で後退動作に入る、すなわちワークを切り込み送り方向とは逆の方向に戻すことにより、疑似ナノトポグラフィ値を改善できる。なお、直径１５０ｍｍ以上の円筒状のシリコンインゴットの場合、疑似ナノトポグラフィの凹凸周期は直径に依存しないことが分かっている。
送り量が下限値の５ｍｍを下回る場合は、切り込み送りと後退動作の繰り返し回数が増大し、切断時間が増加するので、経済的な観点から現実的ではない。

また、後退量を送り量の１／４以上とすることで、ワーク切断部に加工液を十分に供給できる。供給された加工液はワイヤによってワークの切断部に運ばれるが、ワークの後退動作によってワーク切断部とワイヤとの間に隙間ができることで十分な量の加工液を供給できる。ワークの切断を進めるために、後退量は送り量未満である必要がある。
後退量をワークＷの切り込み送り方向の長さの１／１５以下とすることで、ワークの後退動作により発生するワークの再切断による影響を十分に抑制でき、ＴＴＶの悪化を抑制できる。ここで、ワークが円筒状のインゴットの場合、ワークの切り込み送り方向の長さとはワークの直径のことを表す。

このように、送り量及び後退量を規定し、ワークＷを規定送り量で切り込み送りした後、ワークＷを切り込み送り方向とは逆の方向に、規定後退量だけ戻す工程を繰り返してワークＷを切断することで、ワーク切断部へ加工液を十分に供給でき、切り粉の排出を促進できる。これにより、ＴＴＶの悪化を抑制しつつ、ナノトポグラフィを大幅に改善できる。

なお、ここでは、図１に示すようなワイヤソーのワーク送り手段を用い、ワークをワイヤの上方から下方に送るようにして切り込み送りしているが、本発明のワークの切断方法はこれに限定されず、ワークの切り込み送りはワークを相対的に押し下げることにより行われれば良い。すなわち、ワークＷを下方に送るのではなく、ワイヤ列を上方へと押し上げることによって、ワークＷの切り込み送りを行うようにしても良い。この場合、ワークを後退動作させるにはワイヤ列を下方へと押し下げることによって行われる。

ワイヤ２に付与する張力の大きさや、ワイヤ２の走行速度等の切断条件は適宜設定することができる。例えば、ワイヤの走行速度を、４００〜８００ｍ／ｍｉｎとすることができる。また、ワークを切り込み送りさせる時の切り込み送り速度を、例えば０．２〜０．４ｍｍ／ｍｉｎとすることができる。しかし、これらの条件は本発明を限定するものではない。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより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）
図１に示すようなワイヤソーを用い、直径３００ｍｍ、長さ２００ｍｍのシリコンインゴットをウェーハ状に切断し、切断後のウェーハの疑似ナノトポグラフィを評価した。
ワイヤとして、ダイヤモンド砥粒を電着で固着させたものを用いた。切断条件を表１に示す。また、ワークの送り速度は切り込み送り方向へ０．５ｍｍ／ｍｉｎ、後退速度は５００ｍｍ／ｍｉｎとした。そして、切断中のワークの送り量を２０、２５、３０ｍｍと変化させ、後退量を９ｍｍと固定した。
疑似ナノトポグラフィの結果を表２に示す。表２に示すように、疑似ナノトポグラフィは、送り量が２０、２５、３０ｍｍの場合に対し、それぞれ０．９１、１．１０、１．３６μｍであった。これに対し、後述する比較例１−３では、それぞれ１．６６、１．７４、１．８２μｍであり、実施例１の疑似ナノトポグラフィは大幅に改善されていることが分かった。

（実施例２）
送り量を５、１０、１５ｍｍと変化させ、後退量を３．８ｍｍと固定した条件以外、実施例１と同様の条件でシリコンインゴットを切断し、実施例１と同様に評価した。
疑似ナノトポグラフィの結果を表２に示す。表２に示すように、疑似ナノトポグラフィは、送り量が５、１０、１５ｍｍの場合に対し、それぞれ１．１９、１．１０、１．０２μｍであった。これに対し、後述する比較例１−３では、それぞれ１．６６、１．７４、１．８２μｍであり、実施例２の疑似ナノトポグラフィは大幅に改善されていることが分かった。

（実施例３）
送り量を２０ｍｍと固定し、後退量を５、１０、１５、１９ｍｍと変化させた条件以外、実施例１と同様の条件でシリコンインゴットを切断し、実施例１と同様に評価した。
疑似ナノトポグラフィの結果を表２に示す。表２に示すように、疑似ナノトポグラフィは、後退量が５、１０、１５、１９ｍｍの場合に対し、それぞれ０．９１、０．８８、１．１０、１．２２μｍであった。これに対し、後述する比較例１−３では、それぞれ１．６６、１．７４、１．８２μｍであり、実施例３の疑似ナノトポグラフィは大幅に改善されていることが分かった。

（実施例４）
送り量を３０ｍｍと固定し、後退量を１０、１５、２０ｍｍと変化させた条件以外、実施例１と同様の条件でシリコンインゴットを切断し、切断後のウェーハのＴＴＶの悪化率を評価した。なお、悪化率の算出は後退量のない比較例３の切断条件から得られたＴＴＶを基準とした。実施例４におけるこれら後退量はワークの切り込み送り方向の長さ３００ｍｍの１／１５以下の値である。
結果を表３に示す。表３に示すように、ＴＴＶの悪化率は１％以下と無視できる程度であった。一方、後退量がワークの切り込み送り方向の長さ３００ｍｍの１／１５以下の値を超えた、後述する比較例４では、ＴＴＶの悪化率が３．６％と悪化が顕在化した。

（比較例１）
送り量を３４ｍｍとし、後退量を７ｍｍとした条件以外、実施例１と同様の条件でシリコンインゴットを切断し、実施例１と同様に評価した。
疑似ナノトポグラフィの結果を表２に示す。表２に示すように、疑似ナノトポグラフィは１．６６μｍであり、実施例１−３の結果と比べ大幅に悪化してしまった。このように、送り量が３０ｍｍを超えると疑似ナノトポグラフィの凹凸周期の半周期を超えてしまうため、後述する後退動作のない切断方法で切断した比較例３の結果とそれほど変わらない値となる。

（比較例２）
送り量を１０ｍｍとし、後退量を１．５ｍｍとした条件以外、実施例１と同様の条件でシリコンインゴットを切断し、実施例１と同様に評価した。
疑似ナノトポグラフィの結果を表２に示す。表２に示すように、疑似ナノトポグラフィは１．７４μｍであり、実施例１−３の結果と比べ大幅に悪化してしまった。このように、後退量が送り量の１／４未満の場合、加工液の供給促進効果が得られず、後述する後退動作のない切断方法で切断した比較例３の結果とそれほど変わらない値となる。

（比較例３）
後退動作を一切行わずにワークを切り込み送りして切断し、実施例１と同様に評価した。他の切断条件は実施例１と同様とした。
疑似ナノトポグラフィの結果を表２に示す。表２に示すように、疑似ナノトポグラフィは１．８２μｍであり、実施例１−３の結果と比べ大幅に悪化してしまった。

（比較例４）
後退量を２５ｍｍとした条件以外、実施例４と同様の条件でシリコンインゴットを切断し、実施例４と同様に評価した。
その結果、ＴＴＶの悪化率が３．６％と実施例４の結果と比べ大幅に悪化してしまった。このように後退量がワークの切り込み送り方向の長さの１／１５を超える場合、加工液の供給促進効果の他に、ワークの再切断によるウェーハの薄化が発生し、ＴＴＶに影響を与えてしまう。

表２に、実施例１−３、比較例１−３における送り量と後退量の条件及び結果をまとめたもの示す。表３に実施例４、比較例４の条件及び結果をまとめて示す。
以上から、本発明のワークの切断方法は、ワークの切断品質、特にナノトポグラフィを改善できることが確認できた。

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。

１…ワイヤソー、 ２…ワイヤ、 ３…溝付きローラ、
４、４’…ワイヤ張力付与機構、 ５…ワーク送り手段、６…加工液供給手段、
７、７’…ワイヤリール、 ８…タンク、 ９…チラー、１０…駆動用モータ、
１１…ノズル。

Claims (1)

1. 砥粒が固着されたワイヤを複数の溝付きローラに巻掛けし、前記ワイヤを軸方向に往復走行させ、前記ワイヤに加工液を供給しつつ、前記往復走行するワイヤにワークを押し当てて切り込み送りすることで前記ワークをウェーハ状に切断するワークの切断方法であって、
   前記ワークを切り込み送り方向に５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下の送り量で切り込み送りした後、前記ワークを前記切り込み送り方向とは逆の方向に、前記送り量の１／４以上、送り量未満で、かつ前記ワークの切り込み送り方向の長さの１／１５以下の後退量だけ戻す工程を繰り返して前記ワークを切断することを特徴とするワークの切断方法。

Images