JP2015223650A - ウエーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工液から取り出す際に加工液の表面張力でウエーハ同士がくっつくことを防止できるようにすると共に、ウエーハの割れを防ぐことができるウエーハの製造方法を提供すること。
【解決手段】ワイヤＲの間隔で切断された複数のウエーハＷが基台部６１に並列して固定された状態で、支持部材６２まで切り込んだワイヤＲと基台部６１とをウエーハＷの厚さ方向に相対的に切り出し送りし、支持部材６２を切断して基台部６１からウエーハＷを分離させ、分離されたウエーハＷを加工槽の中の籠に沈下させて収容する。
【選択図】図６

Description

本発明は、マルチワイヤ放電加工装置によるウエーハの製造方法に関する。

従来、円柱状インゴットからウエーハを切り出す場合等における切断手段として、砥粒を用いたワイヤーソーが知られている。このワイヤーソーでは、複数のガイドローラ間に巻回された切断用ワイヤをその長手方向に高速駆動しながら、そのワイヤに対してワークを切断送りすることにより、このワークから多数枚の薄片が同時に切り出される。切り出されたウエーハは、ワイヤーソーによって発生したスクラッチを研削して除去しつつ平坦化して、表面にデバイスを形成し半導体ウエーハとなる。

しかし、このようなワイヤーソーでは、ガイドローラ間に形成された複数本のワイヤ分に対し、加工用砥粒が混合された加工液（スラリー）を同時供給する必要があり、その取扱いは容易でない。また、ワイヤがワークに直接接触するため、切断中にワイヤが断線するおそれがあり、このような断線が生じた場合には復旧までに長時間を要する不都合がある。

そこで、マルチワイヤ放電加工装置が発案された（特許文献１）。放電加工によりワイヤとインゴットは接触していないため、インゴットにかかる負荷が非常に低く、スラリーによるスクラッチ等の傷の発生がない。

特開２０００−９４２２１号公報

ワイヤ放電加工は、加工熱の冷却及び加工屑の排出を促すため加工液中で実施する場合がある。加工液中で切り出されたウエーハは、基台に並列して固定された状態で取り出され、基台にインゴット（ウエーハ）を固定している接着剤を溶解してウエーハとなる。加工液から基台に並列して固定されたウエーハを取り出す際、加工液の表面張力でウエーハ同士がくっつきやすく、そのためにウエーハが割れてしまう場合がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、加工液から取り出す際に加工液の表面張力でウエーハ同士がくっつくことを防止できるようにすると共に、ウエーハの割れを防ぐことができるウエーハの製造方法を提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明に係るウエーハの製造方法は、間隔をおいて配設された一対の隣接するガイドローラを含み、前記一対の隣接するガイドローラの長手方向に間隔をあけて複数回巻き掛けられるワイヤと、前記ワイヤに高周波パルス電力を供給する高周波パルス電源と、前記ワイヤに対面して配設され、インゴットを固定する基台部と、貯留された加工液に浸漬した前記ワイヤがインゴットを加工する加工槽と、を備えるマルチワイヤ放電加工装置を用いて、前記ワイヤとインゴットとの間で放電加工を行い、インゴットをウエーハにスライスするウエーハの製造方法であって、前記基台部に支持部材を介してインゴットを固定する固定ステップと、前記固定ステップを実施した後に、インゴットの外周から直径方向へインゴットと前記ワイヤとを相対的に加工送りし、インゴットを分割した前記ワイヤを更に前記支持部材に至るまで切り込ませ、前記ワイヤの間隔で切断された複数のウエーハが前記基台部に並列して固定された状態にする切断ステップと、前記切断ステップを実施した後に、前記支持部材まで切り込んだ前記ワイヤと前記基台部とをウエーハの厚さ方向に相対的に切り出し送りし、前記支持部材を切断して前記基台部からウエーハを分離させる分離ステップと、を備え、前記切断ステップと前記分離ステップは、前記加工槽に貯留された前記加工液中で実施され、前記分離ステップで前記基台部から分離されたウエーハは前記加工槽中の籠に沈下して収容されることを特徴とする。

本発明に係るウエーハの製造方法によれば、薄く切り出したウエーハを加工液中で基台から分離し、加工液中で籠に収容するため、ウエーハの根本が立設して固定された状態で加工液から取り出すことがないので、加工液から取り出す際に加工液の表面張力でウエーハ同士がくっつくことを防止でき、ウエーハの割れを防ぐことが可能となる。

図１は、マルチワイヤ放電加工装置の構成例を示す斜視図である。 図２は、インゴットの切断前を示す模式図である。 図３は、インゴットの切断ステップを示す模式図である。 図４は、ウエーハの分離ステップを示す模式図である。 図５は、インゴットの切断ステップを示す概略図である。 図６は、ウエーハの分離ステップを示す概略図である。 図７は、ウエーハの製造方法を示すフローチャートである。 図８は、実施形態２に係るインゴットの切断ステップ（その１）を示す概略図である。 図９は、実施形態２に係るインゴットの切断ステップ（その２）を示す概略図である。 図１０は、実施形態２に係るウエーハの分離ステップを示す概略図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態１〕
実施形態１に係るマルチワイヤ放電加工装置を図１に基づいて説明する。図１は、マルチワイヤ放電加工装置の構成例を示す斜視図である。図１に示すマルチワイヤ放電加工装置１は、ワイヤＲを繰り出す繰り出しボビン２と、繰り出しボビン２により繰り出されたワイヤＲを６箇所で案内する円柱状のガイドローラ３ａ〜３ｆと、ワイヤＲを巻き取る巻き取りボビン４とを備える。６箇所のガイドローラ３ａ〜３ｆは間隔をおいて配設される。ガイドローラ３ａは繰り出しボビン２の近傍に配設され、ガイドローラ３ｆは巻き取りボビン４の近傍に配設されている。４箇所のガイドローラ３ｂ〜３ｅは、ガイドローラ３ａとガイドローラ３ｆの間に配設されると共に、矩形の形状をなすようにそれぞれが矩形の角に配設される。ガイドローラ３ｂとガイドローラ３ｃで形成される線分と、ガイドローラ３ｅとガイドローラ３ｄで形成される線分は平行になるようにガイドローラ３ｂ〜３ｅは配設されている。４箇所のガイドローラ３ｂ〜３ｅは、繰り出しボビン２から繰り出されてガイドローラ３ａから送り出されたワイヤＲを複数回掛け回し、ガイドローラ３ｆを介して巻き取りボビン４に送り出す。繰り出しボビン２、ガイドローラ３ａ〜３ｆ、巻き取りボビン４は、図示しないモータによって回転駆動される。なお、全てのガイドローラ３ａ〜３ｆをモータ駆動とする必要はなく、例えばガイドローラ３ｂ，３ｄを従動ローラとしてもよい。

繰り出しボビン２には、放電加工に用いられる黄銅などの金属線であるワイヤＲが巻き回されている。繰り出しボビン２は、図示しないモータによって回転駆動され、ワイヤＲをガイドローラ３ａに対して繰り出す。ガイドローラ３ａは、繰り出しボビン２から繰り出されたワイヤＲを巻き掛けてガイドローラ３ｂに送り出す。ガイドローラ３ｂはガイドローラ３ａの近傍に配設され、ガイドローラ３ａから送り出されたワイヤＲを巻き掛けてガイドローラ３ｃに送り出す。ガイドローラ３ｃは、ガイドローラ３ｂと対向して配設され、ガイドローラ３ｂから送り出されたワイヤＲを巻き掛けてガイドローラ３ｄに送り出す。ガイドローラ３ｄは、ガイドローラ３ｃと対向して配設されると共にガイドローラ３ｂと対角線上に配設され、ガイドローラ３ｃから送り出されたワイヤＲを巻き掛けてガイドローラ３ｅに送り出す。ガイドローラ３ｅは、ガイドローラ３ｄと対向して配設されると共にガイドローラ３ｃと対角線上に配設され、ガイドローラ３ｄから送り出されたワイヤＲを巻き掛けてガイドローラ３ｂに送り出す。ワイヤＲは、矩形状に配設されたガイドローラ３ｂ〜３ｅの長手方向に間隔をあけて複数回巻き掛けられ、さらにガイドローラ３ｆに巻き掛けられてワイヤＲの端部は巻き取りボビン４に巻き取られる。ガイドローラ３ｂ〜３ｅの長手方向に間隔をあけて複数回巻き掛けられたワイヤＲは、間隔をおいて配設された一対の隣接するガイドローラ３ｄとガイドローラ３ｅとの間に形成された並列する切断ワイヤ部５を構成する。

切断ワイヤ部５は、ガイドローラ３ｄとガイドローラ３ｅで一定のテンションを有して張設され、所定の間隔でガイドローラ３ｄ，３ｅの長手方向に配設された複数本のワイヤＲから構成されている。これらのワイヤＲは、鉛直方向（Ｚ軸方向）に対して直角（Ｙ軸方向）になるように張設されている。

切断ワイヤ部５に対向した位置には、インゴットＩを設置するインゴット設置手段６が設けられている。インゴットＩは、SiC（Silicon Carbide）単結晶である。インゴット設置手段６は切断ワイヤ部５の上面側に設置され、基台部６１と、支持部材６２とを備える。基台部６１は切断ワイヤ部５のワイヤＲに対面して配設され、円柱状のインゴットＩの長手方向及び短手方向の長さよりも若干大きく形成された直方体形状であり、支持部材６２を介してインゴットＩを固定する。基台部６１は、Ｘ軸方向に対して平行に延在される不図示のボールねじに係合され、パルスモータ等で構成される駆動源によって切断ワイヤ部５のワイヤＲの進行方向（Ｙ軸方向）に直角であるＸ軸方向に移動自在に取り付けられている。これにより、切断ワイヤ部５のワイヤＲによりインゴットＩの切断を開始する位置を調整できるようになる。また、基台部６１は、Ｚ軸方向に対して平行に延在される不図示のボールねじに係合され、パルスモータ等で構成される駆動源によって切断ワイヤ部５のワイヤＲに接近および離反するＺ軸方向に移動自在に取り付けられている。これにより、切断ワイヤ部５のワイヤＲによりインゴットＩを切断する切断方向への進行を調整できるようになる。なお、上記駆動源は、制御手段８に接続され、制御手段８によりパルスモータの回転が制御される。

基台部６１の下面側には支持部材６２が固定されている。支持部材６２の下面側には導電性接着剤６３が塗布され、当該導電性接着剤６３を介してインゴットＩが支持部材６２に接着される。インゴットＩを切断ワイヤ部５のワイヤＲにより切断する場合、ワイヤＲがインゴットＩを通過して支持部材６２を若干切り込むようにしてインゴットＩを切断する。すなわち、インゴットＩと共に支持部材６２の一部も同時に切断する。これにより、インゴットＩを確実に切断することができる。

マルチワイヤ放電加工装置１は、切断ワイヤ部５に給電する給電手段７を備える。給電手段７は、給電子７１と、高周波パルス電源７２とを備える。給電子７１は、切断ワイヤ部５のワイヤＲに当接して配置されると共に、高周波パルス電源７２に接続されている。高周波パルス電源７２は、給電子７１を介して切断ワイヤ部５のワイヤＲに高周波パルス電力を供給する。高周波パルス電源７１は制御手段８に接続され、電力を供給する周波数等が制御される。

高周波パルス電源７２から高周波パルス電力を給電子７１に供給すると、給電子７１に当接された切断ワイヤ部５のワイヤＲは、正面に配置されたインゴットＩに対して放電を行う。例えば、液中で絶縁状態にあるインゴットＩとワイヤＲの間隔が数十ミクロン位まで近づくと、両者の絶縁が破壊されて放電が発生する。この放電によってインゴットＩが加熱されて溶融され、さらに液体の温度が急激に上昇することにより液体が気化し、体積膨張により生じた気泡によって溶融箇所を飛散させる。このように、高周波パルス電力を切断ワイヤ部５のワイヤＲに供給することで、インゴットＩを溶融すると共に飛散させる処理を断続的に行ってインゴットＩを切断する。

マルチワイヤ放電加工は、誘電体である水や油などの加工液Ｐ（図２参照）の中で実施され、切断ワイヤ部５は加工液Ｐが満たされた加工槽９の中に浸漬される。加工槽９の中で、貯留された加工液Ｐに浸漬された切断ワイヤ部５のワイヤＲがインゴットＩを加工する。

加工槽９の中には、ウエーハＷを収容するための籠１０が配置されている。籠１０は、インゴット設置手段６の真下に配置され、インゴットＩの長手方向及び短手方向の長さよりも大きく形成され、一定の深さを有している。基台部６１に固定されたインゴットＩから分離されたウエーハＷは、加工槽９の中に配置された籠１０に沈下して収容される。

次に、マルチワイヤ放電加工装置１を用いて、切断ワイヤ部５のワイヤＲとインゴットＩとの間で放電加工を行い、インゴットＩをウエーハＷにスライスするウエーハの製造方法について説明する。図２は、インゴットの切断前を示す模式図である。図３は、インゴットの切断ステップを示す模式図である。図４は、ウエーハの分離ステップを示す模式図である。図５は、インゴットの切断ステップを示す概略図である。図６は、ウエーハの分離ステップを示す概略図である。図７は、ウエーハの製造方法を示すフローチャートである。

図７に示すステップＳＴ１で、基台部６１に支持部材６２を介してインゴットＩを固定する。例えば、支持部材６２に導電性接着剤６３を塗布して、支持部材６２にインゴットＩを接着させて固定する。インゴットＩが固定された支持部材６２を基台部６１に固定する。インゴットＩを基台部６１に固定後、制御手段８の制御によって、基台部６１に係合された不図示のボールねじが駆動されて、基台部６１に固定されたインゴットＩは、切断ワイヤ部５のワイヤＲの進行方向に直角であるＸ軸方向に移動する。これにより、図２に示すように、切断ワイヤ部５のワイヤＲがインゴットＩを最初に切断する位置を調整できるようになる。次に、ステップＳＴ２に移行する。

ステップＳＴ２で、インゴットＩを切断する（切断ステップ）。例えば、インゴットＩの外周から直径方向へインゴットＩとワイヤＲとを相対的に加工送りし、インゴットＩを分割したワイヤＲを更に支持部材６２に至るまで切り込ませ、ワイヤＲの間隔で切断された複数のウエーハＷが基台部６１に並列して固定された状態にする。この例では、先ず、制御手段８の制御によって、高周波パルス電源７２から高周波パルス電力が給電子７１に供給される。次に、図３に示すように、基台部６１に係合された不図示のボールねじが駆動されて、基台部６１の支持部材６２に固定されたインゴットＩは、インゴットＩの外周から切り込ませるＺ軸方向に移動する。なお、基台部６１に固定されたインゴットＩをＺ軸方向に移動させたが、インゴットＩと切断ワイヤ部５がお互いに近づくように両方をＺ軸方向に移動させるようにしてもよい。

高周波パルス電力が供給された切断ワイヤ部５のワイヤＲにインゴットＩが接近すると、ワイヤＲはインゴットＩに対して放電を行う。放電によってインゴットＩが加熱されて溶融され、さらに液体の急激な体積膨張により生じた気泡によって溶融された箇所を飛散させる。インゴットＩを溶融すると共に飛散させる処理を断続的に行って、溝をインゴットＩに形成しながら当該インゴットＩをワイヤＲにより複数枚にスライスするように切断する。例えば、図５に示すように、ワイヤＲは、基台部６１に固定された支持部材６２に至るまでインゴットＩを切り込み、ワイヤＲの間隔で切断された複数のウエーハＷが、支持部材６２を介して基台部６１に並列して固定された状態にする。このとき、ワイヤＲは、支持部材６２の一部を切り込んだ位置に存在している。次に、ステップＳＴ３に移行する。

ステップＳＴ３で、基台部６１に固定されたウエーハＷを分離する（分離ステップ）。例えば、支持部材６２まで切り込んだワイヤＲと基台部６１とをウエーハＷの厚さ方向に相対的に切り出し送りし、支持部材６２を切断して基台部６１からウエーハＷを分離させる。この例で、基台部６１に係合された不図示のボールねじが駆動されて、基台部６１の支持部材６２に固定されたインゴットＩは、ウエーハＷの厚さ方向（Ｘ軸方向）にウエーハＷの厚み分の長さだけ移動する。インゴットＩがウエーハＷの厚さ方向に移動されると、高周波パルス電力が供給された切断ワイヤ部５のワイヤＲに、Ｘ軸方向における支持部材６２の部位が接近し、ワイヤＲは支持部材６２に対して放電を行う。放電によって支持部材６２が加熱されて溶融され、さらに液体の急激な体積膨張により生じた気泡によって溶融された箇所を飛散させる。支持部材６２を溶融すると共に飛散させる処理を断続的に行って、図６に示すように、ウエーハＷの厚さ方向（Ｘ軸方向）に、ウエーハＷの厚み分だけ支持部材６２を切断すると共に当該支持部材６２に接着されたウエーハＷを支持部材６２から分離させる。すなわち、ワイヤＲがＺ軸方向にインゴットＩを支持部材６２に至るまで切り込んだ状態で、インゴットＩをウエーハＷの厚さ方向（Ｘ軸方向）に移動させると、支持部材６２に並列して固定されたウエーハＷの根本がワイヤＲによって切断される。これにより、ウエーハＷは支持部材６２から分離される。このとき、各々のウエーハＷには、導電性接着剤６３により接着された支持部材６２の一部が付着している。なお、支持部材６２はカーボンから形成されている。

上述の切断ステップと分離ステップは、加工槽９に貯留された加工液Ｐ中で実施され、図４に示すように、分離ステップで基台部６１から分離されたウエーハＷは、加工槽９の中に配置された籠１０に沈下して収容される。例えば、基台部６１の支持部材６２から切断されて分離された複数のウエーハＷは、自重により加工液Ｐの中を沈んでいき、加工槽９の底面に配置された籠１０の中に収容される。複数のウエーハＷが収容された籠１０を加工槽９の中から取り出す。加工槽９の中から取り出された各々のウエーハＷには、導電性接着剤６３により接着された支持部材６２の一部（切断屑）が付着しているので、支持部材６２の一部が付着しているウエーハＷを溶液に浸して導電性接着剤６３を溶かし、付着した支持部材６２の一部をウエーハＷから取り除く。また、ウエーハＷに超音波をあてて、付着した支持部材６２の一部をウエーハＷから取り除くようにしてもよい。

以上のように、実施形態１に係るウエーハＷの製造方法は、ワイヤＲの間隔で切断された複数のウエーハＷが基台部６１に並列して固定され、ワイヤＲが基台部６１の支持部材６２まで切り込んだ状態で、基台部６１に固定されたインゴットＩをウエーハＷの厚さ方向に切り出し送りし、支持部材６２を切断して基台部６１からウエーハＷを分離させ、分離されたウエーハＷが加工槽９の中の籠１０に沈下して収容されるものである。

これにより、ウエーハＷが基台部６１に立設して固定された状態で加工液Ｐから取り出すことがないので、加工液Ｐから取り出す際に加工液の表面張力でウエーハＷ同士がくっつくことを防止でき、ウエーハＷの割れを防ぐことができる。

インゴットＩは、ヤング率が高いSiC単結晶で形成されているので応力によって破損しやすい。このため、従来のように、ウエーハが基台部に並列して端部のみが固定された状態で加工液中からウエーハを取り出すと、加工液の表面張力によりウエーハ同士がくっついて破損する危険性が高くなる。本発明は、加工液Ｐの中でウエーハＷを基台部６１から分離させてから取り出すので、破損しやすいSiC単結晶で形成されたウエーハＷであっても、加工液の表面張力による破損を防ぐことができる。

〔実施形態２〕
次に、図８〜図１０に基づいて、実施形態２に係るウエーハの製造方法について説明する。図８は、インゴットの切断ステップ（その１）を示す概略図である。図９は、インゴットの切断ステップ（その２）を示す概略図である。図１０は、ウエーハの分離ステップを示す概略図である。

図５に示したようにインゴットＩをワイヤＲにより切断してウエーハＷを形成後、さらに、図８に示すように、第一の厚さｗ１のウエーハＷの外周からワイヤＲを切り込ませてウエーハＷを切断する。図９に示すように、第一の厚さｗ１のウエーハＷを完全に切断して第一の厚さｗ１のウエーハＷより薄い第二の厚さｗ２のウエーハＷ’を形成する。

第二の厚さｗ２のウエーハＷ’を形成後、図１０に示すように、ウエーハＷ’の厚さ方向（Ｘ軸方向）に、第一の厚さｗ１だけ支持部材６２を切断して、当該支持部材６２に接着されたウエーハＷ’を支持部材６２から分離させる。実施形態２に係るウエーハＷ’を分離する処理は、加工槽９に貯留された加工液Ｐ中で実施され、支持部材６２から分離されたウエーハＷ’は、加工槽９の中に配置された籠１０に沈下して収容される。

以上のように、実施形態２に係るウエーハの製造方法は、ワイヤＲにより切断されたウエーハＷ（第一の厚さｗ１）をさらに切断し、第一の厚さｗ１より薄い第二の厚さｗ２のウエーハＷ’を形成し、当該ウエーハＷ’を支持部材６２から分離させて籠１０に沈下させて収容するものである。これにより、薄く形成されたウエーハＷ’が基台部６１に立設されて固定された状態で加工液Ｐから取り出すことがないので、加工液Ｐから取り出す際に加工液の表面張力でウエーハＷ’同士がくっつくことを防止でき、ウエーハＷ’の割れを防ぐことができる。ウエーハＷ’のようにウエーハを薄く形成する場合、加工液Ｐの表面張力により割れやすいので、本発明のようにウエーハＷ’を支持部材６２から分離させて籠１０に沈下させることが特に有効である。

なお、第一の厚さｗ１に切断後のインゴットＩをさらに第二の厚さｗ２の厚さに切り込む際に、インゴットＩを加工液Ｐの中から取り出さずに、インゴットＩを加工液Ｐに浸漬させた状態であるのがさらに良い。

１ マルチワイヤ放電加工装置
２ 繰り出しボビン
３ａ〜３ｆ ガイドローラ
４ 巻き取りボビン
５ 切断ワイヤ部
６ インゴット設置手段
６１ 基台部
６２ 支持部材
６３ 導電性接着剤
７ 給電手段
７１ 給電子
７２ 高周波パルス電源
８ 制御手段
Ｒ ワイヤ
Ｉ インゴット
Ｗ、Ｗ’ ウエーハ

Claims (2)

1. 間隔をおいて配設された一対の隣接するガイドローラを含み、
   前記一対の隣接するガイドローラの長手方向に間隔をあけて複数回巻き掛けられるワイヤと、
   前記ワイヤに高周波パルス電力を供給する高周波パルス電源と、
   前記ワイヤに対面して配設され、インゴットを固定する基台部と、
   貯留された加工液に浸漬した前記ワイヤがインゴットを加工する加工槽と、
   を備えるマルチワイヤ放電加工装置を用いて、前記ワイヤとインゴットとの間で放電加工を行い、インゴットをウエーハにスライスするウエーハの製造方法であって、
   前記基台部に支持部材を介してインゴットを固定する固定ステップと、
   前記固定ステップを実施した後に、インゴットの外周から直径方向へインゴットと前記ワイヤとを相対的に加工送りし、インゴットを分割した前記ワイヤを更に前記支持部材に至るまで切り込ませ、前記ワイヤの間隔で切断された複数のウエーハが前記基台部に並列して固定された状態にする切断ステップと、
   前記切断ステップを実施した後に、前記支持部材まで切り込んだ前記ワイヤと前記基台部とをウエーハの厚さ方向に相対的に切り出し送りし、前記支持部材を切断して前記基台部からウエーハを分離させる分離ステップと、を備え、
   前記切断ステップと前記分離ステップは、前記加工槽に貯留された前記加工液中で実施され、前記分離ステップで前記基台部から分離されたウエーハは前記加工槽中の籠に沈下して収容されることを特徴とするウエーハの製造方法。
2. 前記インゴットは、SiC（Silicon Carbide）単結晶であることを特徴とする請求項１に記載のウエーハの製造方法。

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