JP3070430B2 - マルチワイヤソーによる切断方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体材料、セラミック
ス等のような高精度切断が要求される材料をマルチワイ
ヤソー（以下、ワイヤソーと略称する）により多数のウ
エハに切断する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤソーは、多溝ローラ間に張設した
所定ピッチのワイヤ列に被切断物（以下ワークと称す
る）を押しつけ、切断部に砥粒を含む加工液（以下、砥
液と称する）を注ぎつつワイヤとワークを相対運動せし
め、研削作用によって多数のウエハに切断する装置であ
る。

【０００３】図２は一般的なワイヤソーの切断装置を例
示したもので、回転自在に保持された３個の多溝ローラ
１、２、３の外周面に所定ピッチで刻設された多数のリ
ング状の溝に１本のワイヤ４を巻き付けて所定ピッチの
ワイヤ列５を形成し、ワイヤ４を往復あるいは一方向に
走行させ、ワーク６に砥液７をかけながらワーク押上台
８を徐々に上昇させて切断していく。

【０００４】ワイヤソーにより切断されたウエハには、
反りがしばしば発生する。その主な原因は溝ローラ樹脂
の熱膨張である。熱膨張によりワイヤの走行位置が僅か
に変化するために切断方向がずれてくるのである。溝ロ
ーラ樹脂の線膨張係数は 1.0〜3.0 ×10^-4と鉄の１０〜
３０倍で、溝ローラ樹脂の熱伝達が遅いため溝ローラ樹
脂の伸縮は数時間を要する。そのためウエハの切断面に
は長いピッチのうねりができ反りとなる。

【０００５】この対策として、溝ローラ樹脂の熱膨張の
抑制を図り、精度よく切断するための方法が提案されて
いる。例えば、溝ローラの熱膨張を抑制するため砥液の
温度を制御する方法や実開昭 58- 59558号公報に開示さ
れたような溝ローラ部を冷却する方法等がある。その結
果、直径８インチのシリコン切断では反りは５〜１５μ
ｍに抑制されている。しかしながら、最近の８インチの
シリコン切断では５μｍ以下の反り精度が要求されつつ
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ワイヤソー
により切断した面に生じる比較的小さなピッチのうねり
の抑制を目的としてなされたもので、高精度の切断方法
及び装置を提供せんとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】ワイヤソー切断では切断
面のウエハプロフィルに二つの特徴がある。一つは、長
いピッチのうねりであり、他の一つは短いピッチのうね
り（以下波と称する）である。

【０００８】図３は、代表的なウエハの切断面のプロフ
ィルを示す。同図 (a)は、長いピッチのうねり(b) と短
いピッチのうねり(c) との合成となる。

【０００９】切断面に生じる波の原因を調べるべく、一
方向走行型マルチワイヤソーにて同一ワイヤを用いて繰
り返し切断を行った。

【００１０】図４は、一方向走行型マルチワイヤソーに
よるウエハの切断面のプロフィルを示す。プロフィルの
特徴が１回目の（A1）と３回目の（A3）でほぼ等しくな
り、２回目の切断ではプロフィルの特徴が（A2）のよう
に切断開始側と切断終了側とが反対となることがある。
一方向走行型マルチワイヤソーでは奇数回と偶数回の切
断ではワイヤの走行方向が反対となるため、これらのプ
ロフィルの特徴はワイヤの特徴に依存して発生している
ことを知った。ワイヤの表面性状について調査した結
果、ワイヤ横断面の偏平、ワイヤ製造時に発生した表面
疵、切断加工時に発生したワイヤ表面の肌荒れ等の欠陥
があった。

【００１１】直径８インチのシリコン切断の場合、使用
されるワイヤは 200ｋｍ以上で、ワイヤの製造工程の伸
線には１０〜２０時間を要し、その間ダイス潤滑の状態
は変化し断面が偏平になったり、表面に疵が発生する。
それがウエハの切断面の波の原因となっていた。

【００１２】このようなワイヤの欠陥が波を発生させる
のは、切断方向が、ワイヤの横断面が楕円の状態にあれ
ば長径方向に、表面疵がある場合は疵のある方向に、ま
た表面荒れがある場合は表面荒れがある方向に変わるた
めであることがわかった。

【００１３】図５は、ワイヤの欠陥により切断方向が変
化している状況を示す図である。（ａ）はワイヤ断面が
楕円の場合で、（ｂ）はワイヤ表面に表面荒れがある場
合を示す。

【００１４】ワイヤの偏平量（ワイヤ断面円の長径と短
径の差）が大きいほど、また疵や表面荒れが片面に片寄
っているほど波は大きくなっていた。

【００１５】図６は、ワイヤの横断面が偏平である場合
について、偏平量と波の大きさとの関係を調べた結果で
あり、偏平量と波の大きさには相関関係が認められた。

【００１６】本発明者等はワイヤの欠陥による切断面に
発生する波を防止すべく鋭意検討を行った結果、ワイヤ
を捻った状態で切断することによって波の発生を抑制す
ることができるとの知見を得るに至った。

【００１７】この発明はこのような知見に基づきなされ
たもので、その要旨は、「複数の多溝ローラにワイヤを
巻掛けて走行させながら多溝ローラ間に張設された多条
ワイヤ列に被切断物を押し付けると共に、被切断物上及
び／またはワイヤ列上に砥粒を含む加工液を供給しつつ
研削作用によって切断するマルチワイヤソーによる切断
方法であって、少なくとも被切断物を押し付ける多条ワ
イヤ列の円形断面のワイヤを捻った状態で切断するマル
チワイヤソーによる切断方法、及びワイヤを巻掛けて走
行させながらローラ間に多条のワイヤ列を張設するため
の複数の多溝ローラと、被切断物上及び／またはワイヤ
列上に砥粒を含む加工液を供給する装置とを具備したマ
ルチワイヤソーと、該マルチワイヤソーに円形断面のワ
イヤを捻ってワイヤを供給するための撚線装置とを備え
た切断装置」にある。

【００１８】

【作用】ワイヤの製造時に残留する応力状態によって、
多溝ローラ溝底でのワイヤ安定位置が定まる。

【００１９】図７は、ワイヤに張力をかけないで状態で
放置した時、残留応力の影響でワイヤが曲率径Ｄを持っ
た状態で円状になる状態を示す図である。このワイヤを
多溝ローラに巻き付けると内側Ｉが溝底に一致するよう
にワイヤに拘束力が働き、曲率径Ｄが小さいほどこの拘
束力は大きくなる。

【００２０】従って、ワイヤが多溝ローラにセットされ
ると、一般には図７の場合ワイヤの外面Ｏが常に被切断
材に接することになる。

【００２１】ワイヤの偏平、表面疵等の欠陥は、前記し
たように製造工程における抽伸時のダイスの摩耗状態、
潤滑状態などの諸条件が変化するために発生するが、ワ
イヤ横断面の偏平と疵の方向が伸線長十数ｋｍ毎に変わ
る傾向にある。

【００２２】図８は、ローラの溝による横断面が偏平な
ワイヤの拘束状況を示す図である。

【００２３】（ａ）の状態で拘束されていたワイヤは数
十分後には（ｂ）の状態になる例である。ワイヤが被切
断材に接する面Ｏも（ａ）から（ｂ）のように変化す
る。従って、ワイヤの表面荒れの発生する周方向での位
置が数十分毎に変化することになる。

【００２４】ワイヤ十数ｋｍで切断されるウエハ切断深
さは十数ｍｍであるので、十数ｍｍピッチの波がウエハ
に発生する。

【００２５】この波の発生を防止するために、本発明に
おいては円形断面のワイヤを捻ったワイヤ（以下ツイス
トワイヤと呼ぶ）を用いて切断するもので、それにより
プロフィル上の波は極めて小さくなる。ツイストワイヤ
では常にワイヤ横断面の偏平、表面疵及び表面荒れの方
向が変化するのでワイヤは点対象となり、ワイヤ円周上
で切断能率の差がなくなり、波が小さくなる。図１は、
ツイストワイヤの斜視図である。

【００２６】捻りのピッチは10〜500 ｍｍが好ましい。
ピッチが長すぎると効果が小さくなり、短すぎると断線
するおそれがある。捻りピッチは特に限定するものでは
ないが、ワイヤの走行速度との兼ね合いで決めればよ
い。

【００２７】ワイヤを捻った状態で切断するためには、
ワイヤを撚線機等で製造した撚線を用いてもよく、切断
時にワイヤを走行させながら捻ってもよい。

【００２８】ワイヤを走行中に捻るには、ワイヤソーに
ワイヤを供給する直前に撚線機を設けることにより達成
できる。撚線機は通常使用されているものでよい。ま
た、撚線機は、ワイヤソーへのワイヤ供給側に設置すれ
ばよく、ワイヤソーに隣接するのが好ましい。

【００２９】図９にワイヤソーに適した撚線機の一例
で、（ａ）は平面図（ｂ）は側面図である。ワイヤを巻
いたボビン１５の下にスラストベアリング２０が設けら
れており、ボビンは回転自在になっている。またボビン
はモータ１８により回転させることもできる。ボビンの
上部にはワイヤガイド回転体１６（以下トンボと称す
る）が設けられいる。トンボの一端にはカウンタウエー
ト／カウンタバランス１９が、他端にはワイヤ案内ロー
ラ１７ａが設置されている。また、トンボの回転過多を
抑制し、ワイヤに張力を発生させるためのトルク調整装
置２１が設けられている。

【００３０】ボビンから巻戻されたワイヤ１４はトンボ
の一端と上部に設けられた案内ローラ１７ａ、１７ｂを
介してワイヤソーに供給される。このときワイヤの張力
でトンボが回転してワイヤが捻られ、ワイヤのボビン一
周分の巻付け長さに等しい捻りピッチが得られる。ま
た、ボビン１５の下のモータ１８を回転させれば、より
短いピッチに捻ることができる。

【００３１】撚りピッチＬp はモータの回転数を制御す
ることによって一定に保つことができる。ワイヤの繰り
出し部の巻き付け径Ｂ（mm）を、ワイヤ速度をＵ（mm/
S）、モータの回転数をｆ（1/S ）とすると、撚りピッ
チＬp は、 Ｌp ＝１／｛（１／πＢ）＋（ｆ／Ｕ）｝ と計算される。ワイヤを繰り出すとともに巻き付け径Ｂ
は減少するがモータ回転数ｆを小さくすれば撚りピッチ
Ｌp が一定になる。

【００３２】また、走行中にワイヤを捻る別の方法とし
て、図１０に示すようにワークに隣接しない溝ローラ１
の溝の深さ方向がローラ軸に対して直交しないように傾
斜させて溝２３を刻設すればワイヤを捻ることができ
る。すなわち、図中の斜線面がローラ軸２２と直交しな
いようにローラ溝を設ける。

【００３３】図１１は、ローラの溝の刻設方向をローラ
軸２２に対し傾斜させることによりワイヤを捻る状態を
示す図である。図に示すように溝ローラ１の溝の刻設方
向が傾いていると溝の傾斜面の摩擦力により、溝ローラ
１の溝の傾斜面ａと溝ローラ２の溝の傾斜面ｂとでワイ
ヤは反対方向の回転力を受け捻られる。

【００３４】ワークに隣接する多溝ローラ２、３に傾斜
した溝を刻設しても同様にワイヤは捻られるが、ワーク
に接触するワイヤの振動が大きくワークへのダメージが
大きくなるので好ましくない。傾斜量Ｅは、0.5 〜2 ｍ
ｍが適当で、これ以上小さいと効果がなく、大きいと溝
からワイヤが脱線する。

【００３５】なお、本発明では、ワイヤを捻り、点対称
にしたワイヤを用いることを特徴としているので、最初
からより点対称に近い円形断面を有するワイヤを使用す
る。異形断面のワイヤは長尺品の製造が困難であるため
好ましくない。

【００３６】以下、実施例により本発明の効果を説明す
る。

【００３７】

【実施例】

（実施例１）予め撚線機により捻られたワイヤを用いて
切断した例を示す。

【００３８】撚線機を用いて曲率径約 100ｍｍ、径φ0.
16で、偏平量２、５、１０μｍの３種のワイヤ捻りピッ
チが∞（無限大＝捻りなし）のもの、及び捻りピッチが
400mm 、200mm 、10mm、5mm でそれぞれ捻ったものの計
１２種類のワイヤを製作し、表１に示す条件でワイヤソ
ー切断を実施し、ウエハ切断面中央部での波の大きさを
比較した。結果は表２に示すとおりで、捻りピッチが 4
00ｍｍ以下になると効果が表れている。また、捻りピッ
チが 5mmでは断線発生のためワイヤを捻ることができな
かった。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】表中Ｗmax は、切断したウエハのプロフィ
ルを測定し、長さ３０ｍｍ（Ｌ）の範囲で、図１２に示
すようにプロフィルの凹凸の平均線１１に平行な２直線
で凹凸を挟んだとき、この２直線の間隔として定義す
る。測定は、表面粗さを拾わないように先端半径が１ｍ
ｍの接触針を用いた。

【００４２】従来例として、捻りを加えないで偏平量２
μｍ、曲率径100 ｍｍのφ0.16ワイヤを用いて１０回連
続して切断を行った。この時のプロフィル中央部での波
の大きさの変化を表３に示す。ワイヤの使用回数の増加
とともに波の大きさが増加するが、これはワイヤが偏摩
耗し、偏平量が増加したためである。

【００４３】

【表３】

【００４４】（実施例２）次に、走行中にワイヤを捻り
ながら供給する場合の例を示す。図９に示す撚線装置を
用いボビン１５を回転させること無く、トンボ１６だけ
を使用してワイヤに捻り切断した場合の結果を表４に示
す。

【００４５】

【表４】

【００４６】ワイヤの使用回数とともに波の大きさが減
少しているが、これはワイヤが毎回捻られ捻りピッチが
短くなっていくためである。

【００４７】表５に毎回の捻りピッチが 100ｍｍとなる
ようにボビンをモータで回転させながらワイヤを供給し
た時の結果を示す。波の大きさはワイヤの使用回数に無
関係に２μｍ以下となった。

【００４８】

【表５】

【００４９】繰り返しワイヤに捩りを与えると捻りピッ
チが小さくなりすぎて断線する危険があるが、捻りの方
向を逆にする切断を何回かに一度行うことによりこの問
題は解消される。

【００５０】図９とは反対に図１３のようにボビン１５
のセッティングを上下逆にし、モータの回転方向を反対
にすることでワイヤの捻られる方向は反対になる。

【００５１】

【発明の効果】本発明によって、プロフィルに表れる波
（小さなピッチのうねり）を従来方法に比べて半分以下
に抑制することができる。プロフィルは大きなピッチの
うねりと波との合成であり、従来試みられてきた大きな
ピッチのうねりの抑制だけでは反りの大きさの抑制に限
度がある。大きなピッチを抑制する従来からの方法と本
発明とを組み合わせることにより、８インチシリコン、
或いはそれ以上の大きさの１２インチシリコンの切断に
おいても、高精度切断が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】捻られたワイヤの斜視図である。

【図２】一般的なワイヤソーによる切断状況を示す斜視
図である。

【図３】切断面のプロフィル示す図である。

【図４】同一ワイヤで繰り返し切断した時のプロフィル
を示す図である。

【図５】ワイヤ欠陥による切断方向の変化を示す図であ
る。

【図６】偏平量と波の大きさの関係を示す図である。

【図７】張力０の状態でのワイヤの曲率径を示す図であ
る。

【図８】ワイヤカイド溝底でのワイヤの拘束状況を例示
する図である。

【図９】ワイヤの撚線装置を示す図である。

【図１０】溝ローラに刻まれた溝によりワイヤを捻る状
態を示す図である。

【図１１】溝ローラに刻まれた溝によりワイヤが捻られ
た状態を示す図である。

【図１２】Ｗmax を説明するための図である。

【図１３】ワイヤ撚線装置のワイヤ繰り出し装置のセッ
ティング状況を示す図である。

【符号の説明】

１ ワークに隣接しない溝ローラ ５ ワイヤ列 ６ ワーク ７ 砥液 １０ 押上台 １５ ボビン １６ ワイヤガイド回転体（トンボ） １７ ローラ １８ ボビンを回転させるためのモータ １９ カウンタウェート／カウンタバランス ２０ ボビンを回転させるためのスラストベアリング ２１ トンボの回転過多抑制し、ワイヤ張力を発生させ
るためのトルク発生装置

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−44482（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−38250（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−113553（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 27/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の多溝ローラにワイヤを巻掛けて走行
   させながら多溝ローラ間に張設された多条ワイヤ列に被
   切断物を押し付けると共に、被切断物上及び／またはワ
   イヤ列上に砥粒を含む加工液を供給しつつ研削作用によ
   って切断するマルチワイヤソーによる切断方法におい
   て、少なくとも被切断物を押し付ける多条ワイヤ列の円
   形断面のワイヤを捻った状態で切断することを特徴とす
   るマルチワイヤソーによる切断方法。
2. 【請求項２】ワイヤを巻掛けて走行させながらローラ間
   に多条のワイヤ列を張設するための複数の多溝ローラ
   と、被切断物上及び／またはワイヤ列上に砥粒を含む加
   工液を供給する装置とを具備したマルチワイヤソーと、
   該マルチワイヤソーに円形断面のワイヤを捻って供給す
   るための撚線装置とを備えたことを特徴とする切断装
   置。