JP2016209947A - ワイヤソー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クーラント又はスラリの流量を少なくしたとしても、クーラント又はスラリをワイヤ列に均一に供給することができるワイヤソー装置を提供する。【解決手段】複数のワイヤガイドに巻回され、軸方向に往復走行するワイヤによって形成されたワイヤ列と、前記ワイヤにクーラント又はスラリを供給するノズルと、保持したワークを前記ワイヤ列に押圧するワーク送り機構を具備し、前記ノズルから前記ワイヤに前記クーラント又は前記スラリを供給しつつ、前記ワーク送り機構により保持された前記ワークを前記ワイヤ列に押圧し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イヤソー装置であって、前記ノズルは前記ワイヤ列の上方に、該ワイヤ列と直行するように配置され、該配置されたノズルの軸方向から見た左右両方に防風板が配置されたものであることを特徴とするワイヤソー装置。【選択図】 図１

Description

本発明は、ワイヤソー装置に関する。

従来、半導体インゴット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。ワイヤソー装置は、複数のワイヤガイドの周囲に切断用ワイヤが多数巻回されることによりワイヤ列が形成されており、その切断用ワイヤが軸方向に高速駆動され、かつ、炭化ケイ素などの遊離砥粒を含むスラリが適宜供給されながら前記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まで同時に切断されるようにしたものである。

より詳しくは、前記ワークの周方向の一部にその軸方向略全域にわたるスライスベースが固着され、このスライスベースがワークホルダに保持された状態でワーク全体が切り込み送りされ、前記スライスベースと反対の側から切断用ワイヤにより切り込まれる。この際、ワイヤ列にワークを押圧する方向は、該ワークをワイヤ列に上方から押圧する方法と、下方から押圧する方法が知られているが、半導体シリコンインゴットの切断においては、ワークをワイヤ列に上方から押圧する方法が主流である。

また最近は、遊離砥粒を含むスラリを供給する代わりに、ワイヤ表面にダイヤモンド砥粒が固定されたワイヤを用いて、クーラントのみを供給しながら切断する方法も用いられている。以降、遊離砥粒を含むスラリを供給する方法を遊離砥粒方式、ワイヤ表面にダイヤモンド砥粒が固定されたワイヤを用いる方法を固定砥粒方式と呼ぶ。

ここで、図３に、一般的なワイヤソー装置の一例の概要を示す。
ワイヤソー装置１０１は、ワーク１０２を切断するためのワイヤ１０３、ワイヤ１０３を巻掛けた複数のワイヤガイド１０４、ワイヤ１０３に張力を付与するためのワイヤ張力付与機構１０５、１０５ａ、切断されるワーク１０２を保持し、下方へと送り出すワーク送り機構１０６、切断時にクーラント又はスラリを供給するノズル１０７を具備している。

加工液供給機構１０８は、ノズル１０７、タンク１０９、チラー１１０等から構成されている。ノズル１０７は、ワイヤ列１０３ａの上方に、ワイヤ列１０３ａと直行するように設置されている。ノズル１０７はタンク１０９に接続されており、クーラント又はスラリはタンク１０９で攪拌され、チラー１１０により温度調節された後、ノズル１０７からワイヤ１０３に供給できるようになっている。

クーラント又はスラリは、ワイヤ列１０３ａの各ワイヤ１０３に均一に供給するために、ノズル１０７の下面に設けられた一定幅のスリットを介してカーテン状で供給される。そして、クーラント又はスラリはワイヤ列１０３ａに乗り、ワーク１０２の切断部に送られる。その後、供給されたクーラント又はスラリはタンク１０９に戻り、循環利用される。

ワイヤ１０３は、一方のワイヤリール１１１から繰り出され、トラバーサ１１２を介してトルクモータ１１３等からなるワイヤ張力付与機構１０５を経て、ワイヤガイド１０４に入っている。ワイヤ１０３はこのワイヤガイド１０４に３００〜４００回程度巻掛けして軸方向に走行させ、ワイヤ列１０３ａを形成した後、トルクモータ１１３ａとトラバーサ１１２ａとを備えるもう一方のワイヤ張力付与機構１０５ａを経てワイヤリール１１１ａに巻き取られている。

このようなワイヤソー装置１０１を用いてワーク１０２をウェーハ状に切断し、切断されたウェーハの形状を調べてみると、大きなＷａｒｐが生じてしまうことがある。Ｗａｒｐは半導体ウェーハの切断における重要品質の一つであり、製品の品質要求が高まるにつれ、一層の低減が望まれている。

ワーク１０２の切断によって生じるＷａｒｐのうち、切断の後半部において生じるものは、供給したスラリの飛散が強く影響していることが分かっている。このため、特許文献１に示されるようにワーク保持部の下端面とワークの上面の距離を大きくすることにより、飛散したスラリの跳ね返りの影響を小さくしたり、特許文献２、特許文献３に示されるように、スラリの飛散する方向を制御することにより影響を小さくする対策がなされていた。

特開２０１０−２３２０８号公報 特開２００９−１１３１７３号公報 特開２０１２−１７９７１２号公報

しかしながら、製品の品質要求がますます高まってくると、Ｗａｒｐの改善が十分ではなかった。特にワークの切断の終了間際、すなわち、製品となるウェーハの外周に近い部分のＷａｒｐ形状の改善が十分ではなかった。

ワークの切断の後半部で発生するＷａｒｐは、ワイヤ上に供給されたスラリがワークの側面にあたって飛散することが強く影響しているため、供給するスラリの量を少なくすることにより、飛散量を少なくすることができる。

この際、ワークは円柱形状であるため、ワークの切断の後半部では切断長（ワイヤとワークが接触している長さ）が、ワークの中央部と比較して短いため、切断に必要なスラリの量は、ワーク中央部と比較して少量であり、スラリの供給量をワークの切断の後半部でワーク中央部と比較して少量としても、切断能力が落ちることはなく、飛散するスラリの量を少なくすることができる。

しかしながら、飛散するスラリの量を少なくするようにスラリの供給量を少量にすると、ワイヤ列の上方に、ワイヤ列と略直行するように設置したノズルから、ノズル下面に設けられた一定幅のスリットを介してカーテン状に供給されるスラリカーテンの長手方向の均一性が悪化する問題があった。

すなわち、ある一定流量以上でスラリを供給している場合には、スラリカーテンは安定した状態であるが、供給するスラリの流量を少量にすると、スラリカーテンが長手方向と垂直な方向へ揺れ動いたり、長手方向の一部でスラリカーテンが途切れたりする現象が発生するという問題があった。

これは、ワイヤ列が高速で走行することや、ワイヤ列を高速で走行させるためにワイヤガイドが高速で回転することにより風圧が発生し、これによってスラリカーテンが吹き飛ばされてしまうためである。このようにスラリカーテンの状態が不安定になり、ワイヤ列へのスラリの供給量の均一性が悪化すると、切断後のウェーハのＷａｒｐが著しく悪化するため確実に避けなければならない。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、クーラント又はスラリの流量を少なくしたとしても、クーラント又はスラリをワイヤ列に均一に供給することができるワイヤソー装置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、複数のワイヤガイドに巻回され、軸方向に往復走行するワイヤによって形成されたワイヤ列と、前記ワイヤにクーラント又はスラリを供給するノズルと、保持したワークを前記ワイヤ列に押圧するワーク送り機構を具備し、前記ノズルから前記ワイヤに前記クーラント又は前記スラリを供給しつつ、前記ワーク送り機構により保持された前記ワークを前記ワイヤ列に押圧し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イヤソー装置であって、
前記ノズルは前記ワイヤ列の上方に、該ワイヤ列と直行するように配置され、該配置されたノズルの軸方向から見た左右両方に防風板が配置された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。

このようなものであれば、ワイヤ列の走行やワイヤガイドの回転によって発生した風圧を防風板によって防ぐことができるので、クーラント又はスラリの流量を少なくしたとしても、クーラント又はスラリをワイヤ列に均一に供給することができる。これによって、クーラント又はスラリが風圧によって揺れ動いたり、吹き飛ばされたりすることを防ぐことができるので、Ｗａｒｐの悪化を防ぐことができる。また、ワークの切り終わり部におけるクーラント又はスラリの流量を、ワークの中心部におけるクーラント又はスラリの流量と比較して低流量とすることができるので、ワークの切り終わり部のＷａｒｐを改善することができる。

またこのとき、前記防風板は、
前記ノズルの下面に設けられたスリットの中心との距離が５ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲となるように配置されたものであることが好ましい。

このようなものであれば、防風板がカーテン状のクーラント又はスラリに接触することを防ぎつつ、ワイヤ列の走行やワイヤガイドの回転によって発生した風圧を防風板によって防ぐことがより確実にできるので、クーラント又はスラリの流量を少なくしたとしても、クーラント又はスラリをワイヤ列に均一に供給することがより確実にできる。

またこのとき、前記防風板は、
該防風板の下面と前記ワイヤ列との距離が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲となるように配置されたものであることが好ましい。

このようなものであれば、ワイヤ列上のクーラント又はスラリの膜を防風板の下面で掻き落としてしまうことを防ぐことができるので、ワークの切断の品質が悪化することを防ぐことができる。さらに、ワイヤ列の走行やワイヤガイドの回転によって発生した風圧を防風板によって防ぐことがより確実にできるので、クーラント又はスラリの流量を少なくしたとしても、クーラント又はスラリをワイヤ列に均一に供給することがより確実にできる。

本発明のワイヤソー装置であれば、ワイヤ列の走行やワイヤガイドの回転によって発生した風圧を防風板によって防ぐことができるので、たとえクーラント又はスラリの流量を少なくしたとしても、クーラント又はスラリをワイヤ列に均一に供給することができる。これによって、クーラント又はスラリが風圧によって揺れ動いたり、吹き飛ばされたりすることを防ぐことができるので、Ｗａｒｐの悪化を防ぐことができる。また、ワークの切り終わり部におけるクーラント又はスラリの流量を、ワークの中心部におけるクーラント又はスラリの流量と比較して低流量とすることができるので、ワークの切り終わり部のＷａｒｐを改善することができる。

本発明のワイヤソー装置の一例を示した概略図である。 本発明のワイヤソー装置に配置される防風板の一例を示した概略図である。 従来の一般的なワイヤソー装置を示した概略図である。

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。
上述したように、供給するスラリの流量を少量にすると、スラリカーテンが長手方向と垂直な方向へ揺れ動いたり、長手方向の一部でスラリカーテンが途切れたりする現象が発生するという問題があった。

そこで、本発明者らはこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、クーラント又はスラリを供給するノズルの軸方向から見た左右両方に、防風板が配置されたものであれば、ワイヤ列の走行やワイヤガイドの回転によって発生した風圧を防風板によって防ぐことができるので、クーラント又はスラリの流量を少なくしたとしても、クーラント又はスラリをワイヤ列に均一に供給することができることを見出した。そして、これらを実施するための最良の形態について精査し、本発明を完成させた。

図１に示すように、本発明のワイヤソー装置１は、ワーク２を切断するためのワイヤ３、ワイヤ３を巻掛けた複数のワイヤガイド４、ワイヤ３に張力を付与するためのワイヤ張力付与機構５、５ａ、切断するワーク２を保持し、該保持したワーク２をワイヤ列３ａに押圧して切込み送りすることで、ワーク２をウェーハ状に切断することができるワーク送り機構６、ワーク２の切断時にクーラント又はスラリを供給するノズル７を具備している。

加工液供給機構８は、ノズル７、タンク９、チラー１０等から構成されている。ノズル７は、ワイヤ列３ａの上方に、ワイヤ列３ａと直行するように設置されている。ノズル７はタンク９に接続されており、クーラント又はスラリはタンク９で攪拌され、チラー１０により温度調節された後、ノズル７からワイヤ３に供給できるようになっている。

スラリ又はクーラントは、ワイヤ列３ａの各ワイヤ３に均一に供給するために、図２に示すように、ノズル７の下面に設けられた一定幅のスリット１５を介してカーテン状で供給される。そして、クーラント又はスラリはワイヤ列３ａに乗り、ワーク２の切断部に送られる。その後、供給されたクーラント又はスラリはタンク９に戻り、循環利用される。

ワイヤ３は、一方のワイヤリール１１から繰り出され、トラバーサ１２を介してトルクモータ１３やダンサローラ（デッドウェイト）（不図示）等からなるワイヤ張力付与機構５を経て、ワイヤガイド４に入っている。ワイヤ３はこのワイヤガイド４に３００〜４００回程度巻掛けして軸方向に走行させ、ワイヤ列３ａを形成した後、トルクモータ１３ａとトラバーサ１２ａとを備えるもう一方のワイヤ張力付与機構５ａを経てワイヤリール１１ａに巻き取られている。

なお、本発明は、上述した遊離砥粒方式又は、固定砥粒方式のどちらの方法に対しても好適に適用することができる。

そして、図１、図２に示すように、本発明のワイヤソー装置１には、ワイヤ列３ａの上方に、該ワイヤ列３ａと直行するように配置されたノズル７の軸方向から見た左右両方に防風板１４が配置されている。

このようなものであれば、ワイヤ列３ａの走行やワイヤガイド４の回転によって発生した風圧を防風板１４によって防ぐことができるので、クーラント又はスラリの流量を少なくしたとしても、クーラント又はスラリをワイヤ列３ａに均一に供給することができる。これによって、クーラント又はスラリが風圧によって揺れ動いたり、吹き飛ばされたりすることを防ぐことができるので、Ｗａｒｐの悪化を防ぐことができる。また、ワーク２の切り終わり部におけるクーラント又はスラリの流量を、ワーク２の中心部におけるクーラント又はスラリの流量と比較して低流量とすることができるので、ワーク２の切り終わり部のＷａｒｐを改善することができる。

防風板１４の形状は、カーテン状のクーラント又はスラリと周辺の空間とを区切って、クーラント又はスラリが風圧によって揺れ動いたり、吹き飛ばされたりすることを防ぐことができればどのような形状でもよい。例えば、図２に示したような断面形状の板状部材をノズル７の軸方向から見た左右両方に配置したものとすることができる。なお、防風板１４の板状部材は、ステンレス鋼製が好ましい。

図２では、ワーク２の切断面方向から見た左右に、それぞれ２本ずつのノズル７が配置されている。そして、４本のノズル７の全てに防風板１４を配置している。このようなものであれば、全てのノズル７において、ワイヤ列３ａの走行やワイヤガイド４の回転によって発生した風圧を防風板１４によって防ぐことができるため好ましい。

ただし、本発明はこれに限定されず、例えば、ワーク２の切断面方向から見た左右の、ワーク２に近いそれぞれ１本ずつのノズル７に、防風板１４を配置したものとしてもよい。このようなものであれば、ワーク２の切断面方向から見た左右の、少なくともワーク２に近いそれぞれ１本ずつのノズル７において、クーラント又はスラリをワイヤ列３ａに均一に供給することができるので、Ｗａｒｐの悪化を十分に防ぐことができる。また、ノズル７の数も、ワーク２の切断面方向から見た左右にそれぞれ１本ずつとしてもよいし、更に多く設置することもできる。

またこのとき、防風板１４は、ノズル７の下面に設けられたスリット１５の中心との距離が５ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲となるように配置されたものであることが好ましい。

このようなものであれば、防風板１４がカーテン状のクーラント又はスラリに接触することを防ぎつつ、ワイヤ列３ａの走行やワイヤガイド４の回転によって発生した風圧を防風板１４によって防ぐことがより確実にできるので、クーラント又はスラリの流量を少なくしたとしても、クーラント又はスラリをワイヤ列３ａに均一に供給することがより確実にできる。

またこのとき、防風板１４は、該防風板１４の下面とワイヤ列３ａとの距離が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲となるように配置されたものであることが好ましい。

このようなものであれば、ワイヤ列３ａ上のクーラント又はスラリの膜を防風板１４の下面で掻き落としてしまうことを防ぐことができるので、ワーク２の切断の品質が悪化することを防ぐことができる。さらに、ワイヤ列３ａの走行やワイヤガイド４の回転によって発生した風圧を防風板１４によって防ぐことがより確実にできるので、クーラント又はスラリの流量を少なくしたとしても、クーラント又はスラリをワイヤ列３ａに均一に供給することがより確実にできる。

なお、本発明において、防風板１４は、クーラント又はスラリの流量が少ない時に特に有効であるが、クーラント又はスラリの流量を減らさない場合でも適用可能であることは言うまでもない。

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）
図２に示すような断面形状の防風板１４が配置された図１に示すような本発明のワイヤソー装置１を用いてワーク２の切断を行った。防風板１４は、ステンレス鋼板を用いた。

図１に示すようにワイヤソー装置１は、ノズル７をワーク２の切断面方向から見た左右に、それぞれ２本ずつが配置されたものを用いた。そして、図２に示すように、配置された４本のノズル７に、該ノズル７の軸方向から見た左右両方に防風板１４が配置されている。

ノズル７の下面にはスリット１５が設けられおり、該スリット１５の幅は２ｍｍとした。そして、板厚１ｍｍの平板状の防風板１４を、ノズル７のスリット１５の中心との距離が２０ｍｍ、防風板１４の下面とワイヤ列３ａとの距離が５ｍｍとなるように配置した。

切断するワーク２は、直径３００ｍｍ、長さ１５０ｍｍのシリコンインゴットとした。ワイヤ３は、直径が０．１４ｍｍのものを用い、ワイヤ張力付与機構５、５ａでワイヤ３に与える張力を２５Ｎとした。ワイヤ３の走行速度は７００ｍ／ｍｉｎとした。

スラリは、炭化ケイ素（ＧＣ＃１５００）である砥粒と、グリコール系クーラントとから構成し、砥粒濃度を５０％、温度を２３℃とした。

そして、スラリの流量条件として、切り始めからワーク２の中心までのスラリの流量をノズル１本あたり２５Ｌ／ｍｉｎとした。そして、ワーク２の切断終了部でのスラリの流量が下記の表１に記載した量となるように、ワーク２の中心から切断終了部までを直線で結ぶようにリニアに減少させた。ワーク２の切断終了部におけるスラリの流量は、表１に示すように、１０〜２０Ｌ／ｍｉｎの範囲で変化させた。そして、このときのスラリカーテンの様子を調査し、表１に示した。なお、表１には後述する比較例の結果も併せて記した。

表１において、スラリカーテンの様子は、揺らぎがなく安定している状態、揺らいでいる状態、長手方向で部分的に切れている状態の三段階で評価している。

その結果、表１に示したように、実施例において、ワーク２の切断終了部におけるスラリの流量を少なくしても、スラリカーテンの状態は揺らぎがなく安定しており良好であった。また、実施例において得られた切断後のウェーハのＷａｒｐは、表１に記した全ての条件で良好なものであった。

（比較例）
ノズルに防風板を設けない従来のワイヤソー装置を用いたこと以外は、実施例と同様にしてワークの切断を行った。そして、そのときのスラリカーテンの状態を調べ、評価した。このときの結果を上記の表１に示した。

その結果、表１に示したように、ワークの切断終了部のスラリの流量を１７．５Ｌ／ｍｉｎとした場合で、スラリカーテンが揺らいでいる状態であった。また、ワークの切断終了部のスラリの流量が１５Ｌ／ｍｉｎ以下の場合では、全ての条件でスラリカーテンが長手方向で部分的に切れている状態であった。このように、比較例では、ワークの切断終了部におけるスラリの流量を少なくした場合に、スラリカーテンの状態が安定しない場合があった。そのため、比較例において、ワークの切断終了部のスラリの流量が１７．５Ｌ／ｍｉｎ以下の条件でワークを切断して得られた、切断後のウェーハは、著しくＷａｒｐが悪化したものであった。

このようにスラリカーテンが揺らいだり、スラリカーテンが長手方向で部分的に切れていたりすると、スラリをワイヤ列に均一に供給することができないため、切断後のウェーハのＷａｒｐが悪化するため、好ましくない。

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…ワイヤソー装置、 ２…ワーク、 ３…ワイヤ、 ３ａ…ワイヤ列、
４…ワイヤガイド、 ５、５ａ…ワイヤ張力付与機構、 ６…ワーク送り機構、
７…ノズル、 ８…加工液供給機構、 ９…タンク、 １０…チラー、
１１、１１ａ…ワイヤリール、 １２、１２ａ…トラバーサ、
１３、１３ａ…トルクモータ、 １４…防風板、 １５…スリット。

Claims (3)

1. 複数のワイヤガイドに巻回され、軸方向に往復走行するワイヤによって形成されたワイヤ列と、前記ワイヤにクーラント又はスラリを供給するノズルと、保持したワークを前記ワイヤ列に押圧するワーク送り機構を具備し、前記ノズルから前記ワイヤに前記クーラント又は前記スラリを供給しつつ、前記ワーク送り機構により保持された前記ワークを前記ワイヤ列に押圧し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イヤソー装置であって、
   前記ノズルは前記ワイヤ列の上方に、該ワイヤ列と直行するように配置され、該配置されたノズルの軸方向から見た左右両方に防風板が配置されたものであることを特徴とするワイヤソー装置。
2. 前記防風板は、
   前記ノズルの下面に設けられたスリットの中心との距離が５ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲となるように配置されたものであることを特徴とする請求項１に記載のワイヤソー装置。
3. 前記防風板は、
   該防風板の下面と前記ワイヤ列との距離が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲となるように配置されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワイヤソー装置。

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