JP3637740B2 - ワイヤソーおよびインゴット切断方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はワイヤソーおよびインゴット切断方法、詳しくは切断時に発生するインゴットの熱膨張を抑制することができるワイヤソーおよびインゴット切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤソーとは、ラッピングオイルに遊離砥粒（以下、単に砥粒という場合がある）を混入したスラリー状の砥液を、単結晶シリコンなどのインゴットに供給しながら、往復走行するワイヤ列にインゴットを相対的に押し付けて、遊離砥粒の研削作用により、多数枚のウェーハにスライス・切断する機械である。具体的には、ワイヤ列の往復走行時に、供給された砥液中の遊離砥粒を、各ワイヤによりワイヤ溝（切断溝）の奥部に押し付けながら溝底部のインゴットを削り取ることによって切断する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようにインゴットは、往復走行するワイヤによりワイヤ溝（切断溝）の奥部に遊離砥粒が擦りつけられることにより、ウェーハ状に切断される。この際、摩擦熱により切断部が発熱していた。例えば１０〜２０℃くらい昇温していた。よって、これを原因として、インゴットがバイメタル状に変形していた。例えば５〜３０μｍくらいその軸線方向へ熱膨張していた。この結果、図３の（ａ）に示すように、得られた多数枚のウェーハ２０′では、インゴットＩ′の軸線方向の両端側のウェーハ２０Ａ′ほど、反り（ワープ）が大きくなるという問題点があった。図３の（ａ）は従来手段によりウェーハが切断されたインゴットを拡大して示す正面図である。
【０００４】
そこで、発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、インゴットが固定されるワーク保持部材を冷却することにより、間接的にインゴットを冷却して、切断時におけるインゴットの熱膨張を抑制可能なことを突き止め、この発明を完成させた。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、切断時に発生するインゴットの熱膨張を抑制し、切断直後のウェーハの反りを低減することができるワイヤソーおよびインゴット切断方法を提供することを、その目的としている。また、この発明は、比較的簡単な設備により切断時のインゴットの熱膨張を抑制することができるワイヤソーおよびインゴット切断方法を提供することを、その目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、砥液を供給しながらワイヤ列を往復走行させて、ワーク保持部材に固定されたインゴットを切断するワイヤソーにおいて、上記ワーク保持部材に設けられ、切断中の上記インゴットを冷却する冷却手段を備え、この冷却手段は、冷水配管を 有する水冷式であるワイヤソーである。
【０００７】
なお、この発明が適用されるワイヤソーでは品種の限定がない。例えば、ワイヤ列が掛け渡される溝ローラは、３本の三角配置されるものでも、２本の直線配置されるものであってもよい。インゴットを移動主体として、ワイヤ列に押圧接触して切断するものでも、反対にワイヤ列を移動主体として、インゴットに押接して切断するものでもよい。また、ワイヤ列の上部にインゴットを圧接するものでも、インゴットがワイヤ列の下部に押し当てられるものでもよい。また、ワイヤ列が往復走行することができるだけでなく、同時に揺動することができるものでもよい。
【０００８】
ワーク保持部材としては、インゴットが移動主体となる場合には、例えば各種の昇降装置により昇降される昇降部材となり、またワイヤ列が移動主体の場合には、固定側の取り付け部材となる。
ワーク保持部材へのインゴットの固定は、通常、カーボンベッドを介在して行われるが、これに限定する必要はない。
【０００９】
ここでいう、水冷式の冷却手段には、周知の各種水冷装置が採用することができる。冷水配管は、ワーク保持部材の内部に長い管体を折り返して配置したものでも、ワーク保持部材内に冷水タンクを内設したものでもよい。
冷水配管の素材は限定されないものの、例えばステンレスなどの金属や、塩化ビニール、ポリエチレンなどのプラスチックなどが好ましい。特に、耐水性、高熱伝導性を有する素材が好ましい。
【００１０】
請求項２の発明は、砥液を供給しながらワイヤ列を往復走行させて、ワーク保持部材に固定されたインゴットを切断するインゴット切断方法において、上記ワーク保持部材に冷水配管を有する水冷式の冷却手段を設け、この冷却手段により切断中の上記インゴットを冷却するインゴット切断方法である。
【００１１】
【００１２】
【作用】
この発明によれば、往復走行するワイヤ列に、インゴットを相対的に押し付けて、遊離砥粒の研削作用により、インゴットを多数枚のウェーハに切断する。
この際、冷却手段によりワーク保持部材が冷却され、この冷却されたワーク保持部材によりインゴットが冷やされる。これにより、インゴット切断時に発生する摩擦熱により、このインゴットがバイメタル状に軸線方向へ熱膨張することを抑制することができる。その結果、切断直後の多数枚のウェーハ、特にインゴットの軸線方向の両端部に位置するウェーハの反りを低減することができる。
【００１３】
特に、ワーク保持部材に設けられた冷水配管に水を流してワーク保持部材を冷却するので、比較的簡単な設備により、切断時のインゴットの熱膨張を抑制することができる。また、切断直後のウェーハの反りを低減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１はこの発明の一実施例に係るワイヤソーの要部を模式的に示す正面図である。図２はその冷却手段の要部を拡大して示す斜視図である。図３の（ｂ）はこの発明により切断されたインゴットを拡大して示す正面図である。
【００１５】
図１において、１０はワイヤソーであり、このワイヤソー１０は、ＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコン製のインゴットＩを多数枚のウェーハにワイヤ切断する装置である。ワイヤソー１０は、多数本のワイヤが横一列に平行な状態で張設されたワイヤ列１１を有している。ワイヤ列１１は、逆三角形状に配置された３本の溝ローラ１２間で、駆動モータなどにより往復走行される。
２本の溝ローラ１２の上方でインゴットＩの両側には、砥液をワイヤ列１１上に供給する一対の砥液供給部１３が配設されている。砥液は、高粘度であり、これには例えばＳｉＣ製で平均粒径が１０〜３０μｍの砥粒が混入されている。
【００１６】
図２に示すように、インゴットＩは、カーボンベッド１４を介して、ワーク保持部材の一例である昇降板１５の下面に、例えばエポキシ樹脂系接着剤を介して接着・固定されている。
平面視矩形のブロック体である昇降板１５の内部には、ステンレス製の冷水配管１６が配設されている。この冷水配管１６は、昇降板ブロック１５の平面内全体に延在するように構成されている。すなわち、１本のチューブを折り返すことにより、ブロックの長手方向に沿って複数本を平行に延在させている。チューブの各折り返し部分は１８０度折り返されることとなる。この冷水配管１６では冷却水の供給部１６ａと排出部１６ｂとが、可撓性の連結管１７ａ、１７ｂをそれぞれ介して、外設の冷却水供給装置１８に接続されている。
冷却水供給装置１８から吐出された冷却水は、連結管１７ａから供給部１６ａを経て冷水配管１６へ流れ込み、昇降板１５を冷やした後、排出部１６ｂから連結管１７ｂを通って冷却水供給装置１８へ戻る。
これらの構成部品１６、１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、１８により、インゴットＩを間接的に冷却する冷却手段１９が構成される。このように、冷却手段１９として水冷式のものを採用したので、比較的簡単な設備で切断時のインゴットＩの熱膨張を抑制することができるとともに、これに伴うウェーハ２０の反りを低減することができる。
【００１７】
次に、このワイヤソー１０を用いたインゴット切断方法を説明する。
図１に示すように、ワイヤソー１０は、砥液供給部（砥液パイプ）１３より砥液を供給しながら、３本の溝ローラ１２間でワイヤ列１１を所定速度で往復走行させる。この走行中に、図１，図２に示すように、インゴットＩを上方からワイヤ列１１へ押し付けることで、徐々にインゴットＩが切断される。すなわち、ワイヤ列１１の往復走行時に、砥液中の砥粒がワイヤ列１１の各ワイヤにより、ワイヤ溝（ワイヤによる切断溝）の奥部に擦りつけられることで、溝底部のインゴットが削り取られ、最終的に、多数枚のウェーハ２０に切断される（図３参照）。
【００１８】
シリコン単結晶Ｉの温度による伸びは下記のように小さいが、この切断中の摩擦熱によりインゴットＩの切断部が発熱し、これを原因として、インゴットＩがバイメタル状に軸線方向へ熱膨張しようとする。しかしながら、この発明では、冷却手段１９の冷却水供給装置１８から供給された冷却水が、冷水配管１６内を流れることにより昇降板１５が冷却され、この昇降板１５が冷却されることにより、カーボンベッド１４を介してインゴットＩが適度に冷却される。
実際に実験を行ったところ、冷却前には切断時の摩擦熱により、インゴットＩの切断部の温度が３０〜５０℃となって１０〜４０℃だけ昇温するとともに、インゴットＩが熱膨張して、当初は例えば３００ｍｍであったのが、３０℃上昇すると３００．００４５ｍｍとなって０．００４５ｍｍだけ長くなった（熱膨張率５×１０^−７／℃）。
そこで、冷却手段１９により冷却したところ、冷却開始より５〜１０分後にはこの切断部の温度が２０℃まで降温し、これによりインゴットＩの長さは切断開始前に近い３００．００１ｍｍとなり、０．００３５ｍｍだけの膨張に抑制することができた。
固定されているワークプレート１５は、通常銅で作製されており、熱膨脹係数は１１×１０^−６／℃と高いため、３００ｍｍの長さでは、１０℃の温度変化で３３μｍの伸びを生じている。
通常の温度上昇は、２０〜３０℃あるので、この伸びはシリコンの伸びの２０倍となる。シリコン単結晶の切断の初めは、シリコンの断面積が大きいためワークプレート１５が伸びてもシリコン結晶の全長変化は少ないが、切り上り直前の断面積は非常に小さくなり、数１０μｍの全長変化が起きるため、従来のように、インゴットは切断される。
したがって、このワイヤソー１０では、ワークを固定するワークプレート１５の温度管理が非常に重要である。
【００１９】
冷水配管１６の冷気は、図２において、インゴットＩのワイヤ切断されていない上部から冷却されるので、順次切断が進行する切断残部の熱膨張を、効果的に抑制することができる。この結果、図３の（ｂ）に示すように、得られた多数枚のウェーハ２０、殊に従来において熱膨張により変形量が大きかったインゴットＩの両端部にあるウェーハ２０Ａの反りを低減することができる（図３の（ａ）参照）。
また、この発明はこの実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲での設計変更などがあってもこの発明に含まれる。
例えば、ワーク保持部材１５を今回は直接冷却しているが、間接的に冷却する場合も含まれる。
また、ワーク（インゴット）の取付後、冷却配管の取付・取外しを行うことが必要になるので、直接インゴットを冷却するよりは、その取付部分を冷却し、その伝熱でインゴットを冷却するほうが実用的でもある。
【００２０】
【発明の効果】
この発明によれば、切断時の摩擦熱により昇温したインゴットを、ワーク保持部材に設けられた冷却手段により間接的に冷やすようにしたので、切断中に、インゴットがバイメタル状に軸線方向へ熱膨張するのを抑制することができる。この結果、得られた多数枚のウェーハ、特にインゴットの両端部にあるウェーハの反りを低減することができる。
【００２１】
特に、冷却手段を冷水配管を有する水冷式としたので、比較的簡単な設備により、切断時のインゴットの熱膨張を抑制することができるとともに、切断直後のウェーハの反りを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施例に係るワイヤソーの要部を模式的に示す図である。
【図２】 この発明の一実施例に係る冷却手段の要部を拡大して示す斜視図である。
【図３】 （ａ）は従来手段により切断されたインゴットを拡大して示す正面図である。
（ｂ）はこの発明の一実施例に係るワイヤソーで切断されたインゴットを拡大して示す正面図である。
【符号の説明】
１０ ワイヤソー、
１１ ワイヤ列、
１５ 昇降板（ワーク保持部材）、
１６ 冷水配管、
１９ 冷却手段、
Ｉ インゴット。

Claims (2)

1. 砥液を供給しながらワイヤ列を往復走行させて、ワーク保持部材に固定されたインゴットを切断するワイヤソーにおいて、
   上記ワーク保持部材に設けられ、切断中の上記インゴットを冷却する冷却手段を備え、
   この冷却手段は、冷水配管を有する水冷式であるワイヤソー。
2. 砥液を供給しながらワイヤ列を往復走行させて、ワーク保持部材に固定されたインゴットを切断するインゴット切断方法において、
   上記ワーク保持部材に冷水配管を有する水冷式の冷却手段を設け、この冷却手段により切断中の上記インゴットを冷却するインゴット切断方法。

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