JP3314921B2 - 半導体材料の切断・加工方法 - Google Patents

半導体材料の切断・加工方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の製
造に用いられるセラミックスやシリコンなどの硬質脆性
材料を切断するためのワイヤーソーを用いた切断・加工
方法の改良に係り、芯線の外周に砥粒を固着したワイヤ
ーを用い、かつ油性基剤又は水溶性基剤と遊離砥粒との
混合物であるスラリー、あるいはアルカリ溶液を用いて
切断することにより、得られたウェーハのTTV(Total Th
ickness Variation)を小さくでき、残留加工歪の低減、
加工応力の抑制、切削熱の抑制が可能な半導体材料の切
断・加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体基板材料である円柱状のシリコン
単結晶インゴットよりウェーハを製造するのに、走行す
るワイヤーでウェーハに切断するワイヤーソー切断装置
が多く利用されている。
【0003】シリコン単結晶インゴット用のワイヤーソー切
断装置の構成例を説明すると、例えば、水平配置された
3本の長尺ローラーの外周にワイヤーを一定間隔で平行
に巻回配置して、一方のワイヤーボビンから送り出され
たワイヤーが該ローラーの外周を巻回走行後に他方のワ
イヤーボビンへと巻き取られるように構成してある。
【0004】この上側の2本のローラー間に軸方向に一定間
隔でワイヤーが配列して同一方向に走行している所へ、
シリコン単結晶インゴットを治具に接着してこの治具を
別途の保持機構を介して機械的に保持した状態で降下さ
せてワイヤーへ押しつけて切断するものであり、また、
単結晶インゴットは降下させる他、上昇させながらワイ
ヤーへ押しつけて切断する構成もある。
【0005】上記構成のワイヤーソー切断装置の使用方法に
は、オイルもしくは水系のベースとしたものに一定量の
研磨粉を混ぜ合わせたスラリーをインゴットの切断面の
両端部に供給して切断する遊離砥粒による方法(実開昭5
7-193349)、金属線のワイヤーに砥粒を接着剤等により
固着あるいは金属溶着したワイヤーを使用して直接イン
ゴットを切断する固着砥粒による方法(特開平11-42548)
がある。
【0006】また、切断後の残留歪みの低減を目的に前記の
金属ワイヤーに換えてナイロンやポリエステルなどの樹
脂線、あるいはこれら樹脂線を炭素やガラス繊維で補強
した樹脂線を用い、単純水などのクーラント液を使用し
て切断する方法(特開平8-126953)が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】脆性材料からなるワー
クを引張強度と硬度の高いピアノ線からなるワイヤーに
て切断するので、固着砥粒による切断の場合は、加工応
力の発生が大きいため、残留加工歪が大きくなる問題が
ある。
【0008】遊離砥粒による切断の場合、スラリーを使用す
るためにこれが飛散して作業環境がよくない点と、スラ
リーをワイヤー上に載せて運び、切断していくため、切
断される表面粗さが悪く、かつスラリー量の持込み次第
ではウェーハの厚さむらが発生する問題がある。
【0009】樹脂線を用いる方法では、切断加工効率の点で
工業生産上、必ずしもすぐれた方法とは言い難い。
【0010】この発明は、シリコンインゴット等の半導体材
料を切断、あるいは溝入れ加工を施すワイヤーソーを用
いた切断・加工方法において、切断後の残留加工歪が少
なく、厚み精度にすぐれた高品質、高精度の加工物が安
定的に得られる半導体材料の切断・加工方法の提供を目
的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】発明者は、前述のように
芯線の外周に砥粒を固着したワイヤーを用いた従来のワ
イヤーソーにおいては、切断後の加工物に残留加工歪が
不可避的に発生する問題を解消するため、残留加工歪の
発生を抑制可能な切断方法を目的に種々検討した結果、
特定のスラリーを併用しながら固定砥粒を固着したワイ
ヤーで切断することにより、固定砥粒切断時の加工応力
をスラリーによるラッピング効果にて相殺でき、低歪の
加工切断が可能となることを知見した。
【0012】また、発明者は、スラリーに、鉱物油などの油
性基剤と遊離砥粒との混合物を用いて切断加工を行うこ
とにより、切削性向上と残留加工歪低減及び加工応力の
抑制効果が高いこと、また、PEG(ポリエチレングリコー
ル材)などの水溶性ベース剤と遊離砥粒との混合物を用
いて切断加工を行うことにより、切削性向上と残留加工
歪低減及び加工応力の抑制、切削熱の抑制効果が高いこ
とを知見した。
【0013】さらに、発明者は、切断中に発生する加工応力
を2%以下のKOHやNaOH等アルカリ溶液をかけながら切断
することにより、切断により発生した加工応力(残留歪
み)を除去しながら切断を進め、低歪みのウェーハを切
断することが可能となることを知見し、この発明を完成
した。
【0014】
【発明の実施の形態】この発明において、芯線の外周に
砥粒を接着剤などにより固着、あるいは金属溶着したワ
イヤーとしては、砥粒サイズが#100〜#6000のカーボラ
ンダム、ダイヤモンド、SiCなどを固着したワイヤーが
好ましい。
【0015】この発明において、スラリーは、油性基剤又は
水溶性基剤と遊離砥粒との混合物であり、油性基剤とし
ては、鉱物油に分散剤と増粘剤などを混合したものであ
り、水溶性基剤としては、PEG又は30〜80%の水分に種々
添加剤を添加した水溶性基剤を用いる。遊離砥粒として
は、SiC、GC、BCなどを使用する。また、SiCには#600〜
#1000相当のものが好ましい。
【0016】好ましいスラリーとしては、鉱物油を基剤とし
た溶液にSiCを添加した混合物であり、混合比は基剤:Si
C=1:1〜1:1.3の範囲が好ましい。PEGまたは水分30〜80%
を含んだ水溶性基剤にSiCを添加した混合物の混合比は
基剤:SiC=1:1あるいは0.8〜0.9:1の範囲が好ましい。
【0017】この発明において、アルカリ溶液にはKOH溶液
又はNaOH溶液が好ましく、濃度は2%以下の溶液として使
用するとよい。
【0018】この発明において、半導体材料の切断面へのス
ラリーを持ち込み方法としては、材料とワイヤーの接触
長さに応じて、切断初期から切断終了までのスラリー持
ち込み量を一定にするように、スラリーパイプによる供
給位置を可変したり、ポンプによる流量を可変すること
を特徴とし、さらに、スラリーノズルを複数対、そのス
ラリー送り出し方向を相互に交差方向となるように配設
することで、メイン配管先端部分が詰まりを生じてもサ
ブ配管にてその詰まりにより供給不足、むらとなった部
分を補い安定したスラリー供給を実現して、高精度のウ
ェーハの製造を可能にする。
【0019】
【実施例】実施例1 まず、外径が6インチ〜12インチの単結晶インゴットを
当て板及び取付け治具へ接着した切断前のインゴットを
準備し、ワイヤーソー装置へ装着する。次にワイヤー表
面にダイヤモンド砥粒を固着したワイヤーをメインロー
ラー等に巻付け切断準備を行う。
【0020】スラリーは、鉱物油をベースとした油剤と、粒
度が#600〜#1000相当のSiCをスラリータンクへ投入し
て、配合比がベース:SiC=1:1となるように作製した。こ
のスラリーをスラリーノズルよりカーテン状に流し、そ
の中を砥粒付きワイヤーを高速で双方向に走行させがら
切断した。
【0021】砥粒付きワイヤーで切断した切断面を観察した
ところ、砥粒を含んだスラリーでラッピングするような
切断面であることを確認した。切断面の残留歪み層の深
さは7〜15μmであった。
【0022】実施例2 実施例1のワイヤーソー装置を用い、ワイヤー表面にへS
iC砥粒を固着したワイヤーをメインローラーに巻付け切
断準備を行い、スラリーは、PEGと粒度が#600〜#1000相
当のSiCをスラリータンクへ投入して配合比がPEG:SiC=
1:1となるように作製した。
【0023】このスラリーをスラリーノズルよりカーテン状
に流し、その中を砥粒付きワイヤーを双方向に高速走行
させながら12インチの単結晶インゴットを切断した。切
断面を観察したところ、砥粒を含んだスラリーでラッピ
ングするような切断面であることを確認した。切断面の
残留歪み層の深さは7〜15μmであった。
【0024】実施例3 実施例1のワイヤーソー装置を用い、ワイヤー表面にへS
iC砥粒を固着したワイヤーをメインローラーに巻付け切
断準備を行い、スラリーとしては、濃度が2%のKOHアル
カリ水溶液のみを用い、ワイヤーソースラリーノズルよ
り流し出し、砥粒付きワイヤーへかけながら切断すると
ともに、切断寄与部のインゴットへ上記水溶液を吹きつ
けながら切断した。
【0025】切断面を観察したところ、同アルカリ溶液で選
択エッチングを行ったウェーハと同様の性状が認められ
た。切断面の残留歪み層の深さは5μm以下であった。
【0026】比較例1 実施例1のワイヤーソー装置を用いて、外径が6インチ〜
12インチの単結晶インゴットをダイヤモンド砥粒を固着
したワイヤーにて切断したしたところ、切断面の残留歪
み層の深さは10〜20μmであった。
【0027】
【発明の効果】この発明によれば、芯線に砥粒を固着す
る固着砥粒ワイヤーを用いたワイヤーソーによる切断・
加工方法において、切断・加工にて発生する加工応力
(残留歪み)を遊離砥粒を含んだスラリーを用いて切断・
加工することでラッピング作用を利用して、低歪みの切
断・加工が可能となり、またアルカリ溶液をかけること
で、上記同様低歪みの加工切断が可能となり、後工程で
の取り代も少なくすることができる。
【0028】従来の固着砥粒ワイヤーを用いたワイヤーソー
による切断・加工方法では固定砥粒のみであるため、ウ
ェーハ表面下にダメージ層を持ちながら切断され、ラッ
ピングなどの後工程での加工量が多くなりがちである
が、この発明方法では切断にて生じるダメージは、ラッ
ピング作用あるいは選択エッチングを行っていることか
ら、残留歪みが極小となり、後工程での加工代が大幅に
削減可能となる。また、切断面のTTVが小さくなる利点
がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B28D 5/04 B24B 27/06 H01L 21/304

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワイヤーソーによる半導体材料の切断・
    加工方法において、芯線の外周に砥粒を固着したワイヤ
    ーを用い、該ワイヤーにて該材料の切断面へスラリーを
    持ち込み切断・加工する半導体材料の切断・加工方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、スラリーが、油性基剤
    又は水溶性基剤と、遊離砥粒との混合物である半導体材
    料の切断・加工方法。
  3. 【請求項3】 請求項2において、スラリーが、鉱物油を
    基剤とした溶液にSiCを添加した混合物である半導体材
    料の切断・加工方法。
  4. 【請求項4】 請求項2において、スラリーが、PEGまた
    は水分30〜80%を含んだ水溶性基剤にSiCを添加した混合
    物である半導体材料の切断・加工方法。
  5. 【請求項5】 ワイヤーソーによる半導体材料の切断・
    加工方法において、芯線の外周に砥粒を固着したワイヤ
    ーを用い、該ワイヤーにてインゴットの切断面へアルカ
    リ溶液を持ち込み切断・加工する半導体材料の切断・加
    工方法。
  6. 【請求項6】 請求項5において、アルカリ溶液がKOHま
    たはNaOH溶液である半導体材料の切断・加工方法。
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