JP3810125B2 - ワイヤーソー及び円柱形ワークを切断する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンやガリウム砒素に代表される半導体インゴット等の脆性材料の円柱形ワークを切断してウエーハを形成する、ワイヤーソー及びその切断する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤーソーは、複数のローラー間に螺旋状に巻回され、ワークに対して互いに平行で一定ピッチの列となっているワイヤーに、半導体インゴット等の円柱形ワークあるいは合成石英インゴット等の角形ワークを押圧し、該ワークとワイヤーとの間に砥粒を含む加工液（以下スラリーと称す）を供給しながら、ワイヤーを線方向に移動させて、該ワークをウエーハ状に切断する装置であって、一定の厚さのウエーハを多数枚（例えば数１００枚）同時に切断することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ワイヤーソーによる半導体インゴット等の円柱形ワークの切断においては、上記合成石英インゴット等の角形ワークの切断と相違して、該円柱形ワークの切断開始時とワーク中心部の切断時、そして切断終了時とでは、得られたウエーハの厚さが異なってしまうという問題がある。
【０００４】
即ち、図１の（ａ）に示すように、切断開始時及び終了時にはウエーハの厚さが相対的に薄くなり、他方、ワーク中心部ではウエーハの厚さが相対的に厚くなってしまう。すなわち、１枚のウエーハにおいて、切断面の真ん中が凸となり、厚さばらつきが生じてしまうという現象であり、この現象は１回の切断で得られるウエーハのほとんど全てのウエーハに発生する。この厚さばらつきの発生は、ワイヤーソーによる円柱形ワークの切断に固有の問題であるとともに、切断される円柱形ワークの直径の増大に伴ってこの厚さばらつきも大きくなる傾向となるので、例えば厚さの均一性が特に要求され、今後ますますデバイスの集積度が進み２００mmや３００mm以上へと大直径化する、半導体シリコン単結晶ウエーハの切断において特に問題となっている。
【０００５】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、ワイヤーソーによって円柱形のワークを切断する場合において、特に厚さばらつきの少ないウエーハを得ることができる、円柱形ワークを切断する方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明は、ワイヤーソーを用いて円柱形ワークを切断する方法において、ワイヤーとワーク外周のなす角度の変化により、切断されるウエーハの厚さが均一となるようにワイヤーの線速を変化させることを特徴とする。
このように、ワイヤーの線速を変化させることによって、ワークに対する仕事量が一定になるように調整し、切断されるウエーハの厚さを均一にすることができる。
【０００７】
また、本発明は、上記に記載の円柱形ワークを切断する方法であって、前記円柱形ワークの切断長の増加とともにワイヤーの線速を増加させ、次いで切断長の減少とともにワイヤーの線速を減少させることを特徴とする。
このように、円柱形ワークの切断長に応じて線速を増減することによって、円柱形のワークを均一な厚さ分布で切り出すことができる。
【０００８】
さらに、本発明は、上記に記載の円柱形ワークを切断する方法であって、前記ワイヤー線速の変化率の大きさを円柱形ワークの切断開始時から円柱形ワークの中心部切断時までのワイヤー線速増加率に比べ、円柱形ワークの中心部切断時から切断終了時までのワイヤー線速減少率を小さくすることを特徴とする
このように、円柱形ワークの切断開始時から中心部切断時までと、円柱形ワークの中心部切断時から切断終了時までとで、線速の増減率を変えることによって、より厚さ分布の均一化を図ることができる。
【０００９】
本発明にかかる円柱形ワーク切断用ワイヤーソーは、ワイヤーとワーク外周のなす角度の変化により、切断されるウエーハの厚さが均一となるようにワイヤーの線速を変化させる手段を備えたことを特徴とする。
このような特徴を有するワイヤーソーによって初めて、上記の方法を実施することができる。
【００１０】
以下、本発明を更に詳述する。
本発明者は、前記円柱形ワークを切断する場合に、厚さのばらつきが発生する原因を調査、検討した結果、半導体インゴット等の円柱形ワークの切断においては、該円柱形ワークの切断開始時とワーク中心部の切断時、そして切断終了時とでは、ワイヤーとワークとの接触長さ、即ち切断長が異なるため、ワイヤー及びスラリーのワークに対する仕事量が異なるようになるのではないかと考えた。即ち、切断開始時及び終了時には切断長が短いために、ワイヤー及びスラリーのワークに対する仕事量が相対的に多くなり、その結果切断時の切削代が多くなるために、ウエーハの厚さが薄くなってしまうのである。他方、ワーク中心部では切断長が長くなるために、ワークに対する仕事量が相対的に少なくなり、その結果切断時の切削代が少なくなるために、ウエーハの厚さが厚くなってしまうものと考えられる。
【００１１】
また、ワイヤーとワーク外周のなす角度は切断開始時からワーク中心部までは鋭角であり、ワーク中心部から切断終了時までは鈍角となる。特に、切断開始時にはワイヤーとワーク外周とのなす角度が鋭く楔形状となるため、切断加工部にはスラリーが容易に引き込まれる。これに対してワーク中心部から切断終了時にかけてはワイヤーとワーク外周とのなす角度が鈍角となるため、切断加工部へのスラリーの引き込みが悪化する傾向にある。このため、切断開始時にはワイヤー及びスラリーのワークに対する仕事量が特に多くなり、その結果切断開始時の切削量は特に多くなるために、ウエーハの厚さが、切断長がほぼ等しい切断終了時よりも薄くなってしまい、前記図１（ａ）のような形状のウエーハが切り出されてしまうものと考えられる。
【００１２】
本発明者は、切断長の長短あるいはワイヤーとワーク外周のなす角度の変化に係わらず、円柱形ワークに対する仕事量を一定にすることでウエーハの厚さばらつきを抑制することを着想し、ワークに対する仕事量を一定にするためには、ワークの切断長またはワイヤーとワーク外周のなす角度の変化に応じてワイヤーの線速を変化させることが有効であることを確認して本発明を完成させた。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ここで、図１はワイヤーソーにより切断されたウエーハの断面形状を示す概念図であり、（ａ）は従来の装置及び方法により切断したウエーハを、（ｂ）は本発明の装置及び方法により切断したウエーハを示す。また、図２はワイヤーソーの概要図である。図３は本発明の実施形態におけるワイヤーソーの断面を示す概略図である。
【００１４】
図２はワイヤーソーの概略の構成を示す概要図である。このワイヤーソーは、それぞれトルクモーター２４、３４で駆動される２つのワイヤー巻き取りドラム２２と３２に巻かれたワイヤー１２が、３本のローラー１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの間で螺旋状に巻かれており、２本のローラー１０Ａと１０Ｂとの間ではワイヤー１２は一定のピッチで互いに平行となっていて、この部分でワークが切断されるようになっている。また、例えば下方のローラー１０Ｃに接続される駆動モーター７で該ローラー１０Ｃを回転駆動することによって、ワイヤー１２を所定速度で移動できるようになっている。そして、ワイヤー１２がワイヤー巻き取りドラム２２から他方のワイヤー巻き取りドラム３２へ、もしくはその逆方向に、張力調節機構２０、３０を介して所定の線速で巻き取られる時に、図示しない研磨スラリー供給装置からスラリーをワイヤー１２を介してワーク切断部に供給しつつ、ワークホルダー４２に保持された円柱形ワーク４０を２本のローラー１０Ａと１０Ｂとの間のワーク切断部に押圧することによって、ワーク４０が切断される。
【００１５】
図３は図２のワイヤーソーをＡ方向から見た、本発明の実施形態を示した断面概略図である。研磨スラリーは、２本のローラー１０Ａと１０Ｂの中心線の直上にある、スラリー供給ノズル５０Ａ、５０Ｂから供給される。円柱形ワークの切断時には、ワイヤー１２がローラー１０Ａからローラー１０Ｂの方向に送られているときには、スラリーは供給ノズル５０Ａから供給され、その逆方向に送られているときにはスラリーは供給ノズル５０Ｂから供給される。スラリー供給ノズル５０Ａと５０Ｂとは、ローラー１０Ａあるいは１０Ｂの長手方向に多数のノズルが配置されており、スラリーの流れがカーテン状になるようになっている。
【００１６】
本発明のワイヤーソーにおいては、ワーク４０に対するワイヤー１２の線速を、ワーク４０の切断長またはワイヤーとワーク外周のなす角度に応じて変化させる。ワイヤー１２の線速の変化のパターン例を図４に示すが、ワーク４０の切断開始時には線速を最も遅くし、切断長の増加に伴って線速を増加させ、ワーク中心部の切断時には線速が最も高速となるようにし、次いで切断長の減少に伴って線速を減少させる。
【００１７】
そして、この線速の変化パターンは、切断開始時から円柱形ワークの中心部切断時までのワイヤー線速増加率に比べ、円柱形ワークの中心部切断時から切断終了時までのワイヤー線速減少率を小さくするようにしている。
これは前記図１（ａ）で示したように、円柱形ワークの中心部切断時から切断終了時までの方が、切断開始時から円柱形ワークの中心部切断時までに比べ、ワイヤー及びスラリーのワークに対する仕事量が相対的に減少することに対応したものである。
【００１８】
また、本発明において、ワイヤーの線速を変化させるには、例えばローラー１０Ｃに接続され、該ローラーを回転駆動させる駆動モーター７をサーボモーターとし、このサーボモーターの回転速度を制御することによって、ワイヤーの線速を所定のパターンで変更、制御することができる。そして、これにともないワイヤー巻き取りドラム２２、３２のワイヤー巻き取り、繰り出し速度をトルクモーター２４、３４により調整すればよい。
また、切断長の検出はワイヤー１２に対するワーク４０の位置関係から検出することができ、例えば、ワークホルダー４２をワイヤー１２に押圧した距離と、ワークの直径から簡単に割り出すことができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例をあげる。
（実施例）
本発明のワイヤーソー及び切断する方法を用いて、直径が約２００mmの半導体シリコン単結晶インゴットの切断を行った。図４に示すようなワイヤー線速のパターンで行ったが、このパターンは切断開始時のワイヤー線速を１００ｍ／分とし、切断長の増加とともに線速を増加させ、インゴット中心部の切断時には線速を６５０ｍ／分とし、次いで切断長の減少とともに線速を減少させ、切断終了時には線速を３００ｍ／分と変化させたものである。この条件でインゴット１０本の切断を行い、約２５００枚のウエーハを切り出した。得られたウエーハの厚さを、図５に示すようにウエーハ中心と周辺部（各方向で周辺から３mm）４点の計５点で測定し、最大値と最小値の差ＴＶ５を求めた。
【００２０】
（比較例）
ワイヤー１２の線速を切断開始から終了まで５００ｍ／分で一定とした以外は、実施例と同様にして、直径が２００mmの半導体シリコン単結晶インゴットの切断を行った。切断したインゴットは５本であり、約１０００枚のウエーハを切り出した。得られたウエーハの厚さを、上記同様図５に示すようにウエーハ中心と周辺部（各方向で周辺から３mm）４点の計５点で測定し、最大値と最小値の差ＴＶ５を求めた。
【００２１】
以上の実施例及び比較例で得られた結果を表１に示す。
【表１】

【００２２】
本発明の方法および装置によって切断されたウエーハの断面形状は、図１（ｂ）のようになり、従来および比較例で切断されたウエーハのごとき、切断面が真ん中凸となる図１（ａ）に比し、著しい改善がみられた。そして、表１からわかるように、本発明によれば、ウエーハ面内の厚さばらつきの指標であるＴＶ５が比較例に比べて大きく低減される。さらにまた、図１（ｂ）に示したように切断面が均一でスムースとなるためか、ウエーハの割れ発生率も大幅に改善された。したがって、本発明によれば、厚さのばらつきの改善のみならず、切断歩留、生産性も向上させることができる。
【００２３】
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。
【００２４】
例えば、本発明で言う「円柱形ワーク」とは、完全に切断面が円である柱状ワークのみを言うものではなく、切断面が楕円であったり、あるいは円ではあるが、一部切り欠き部（いわゆる、オリエンテーションフラット）がある場合等も含むものであり、切断の進行と共に切断長あるいはワイヤーとワーク外周のなす角度が変化するワークの切断であれば、その形態に応じて適宜線速のパターンを変更して、上記同様に適用できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のワイヤーソー及び円柱形ワークの切断方法では、ワイヤーの線速を円柱形ワークの切断長またはワイヤーとワーク外周のなす角度に応じて変化させることにより、ウエーハ面内の厚さばらつきが大きく改善されるのみならず、副次的な効果として切断時のウエーハの割れ発生率が低減され、切断歩留、生産性の改善をも図ることができる。
よって、本発明の産業界における利用価値は、すこぶる高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤーソーにより切断されたウエーハの断面形状を示す概念図であり、（ａ）は従来の装置及び方法により切断したウエーハを、（ｂ）は本発明の装置及び方法により切断したウエーハを示す。
【図２】ワイヤーソーの概要図である。
【図３】本発明のワイヤーソーの断面を示す概略図である。
【図４】本発明の実施形態を示すものであり、円柱形ワークの切断時におけるワイヤー線速の変化のパターンを示す図である。
【図５】切断後のウエーハの厚さ測定位置を示した説明図である。
【符号の説明】
７…駆動モーター、
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…ローラー、
１２…ワイヤー、
２０、３０…張力調節機構、
２２、３２…ワイヤー巻き取りドラム、
２４、３４…トルクモーター、
４０…円柱形ワーク、
４２…ワークホルダー、
５０Ａ、５０Ｂ…スラリー供給ノズル。

Claims (3)

1. ワイヤーソーを用いて円柱形ワークを切断する方法において、ワイヤーとワーク外周のなす角度の変化により、切断されるウエーハの厚さが均一となるようにワイヤーの線速を変化させ、前記ワイヤー線速の変化率の大きさを、円柱形ワークの切断開始時から円柱形ワークの中心部切断時までのワイヤー線速増加率に比べ、円柱形ワークの中心部切断時から切断終了時までのワイヤー線速減少率を小さくする、ことを特徴とする円柱形ワークを切断する方法。
2. 前記円柱形ワークの切断長の増加とともにワイヤーの線速を増加させ、次いで切断長の減少とともにワイヤーの線速を減少させる、ことを特徴とする請求項１に記載の円柱形ワークを切断する方法。
3. 円柱形ワークを切断するワイヤーソーにおいて、ワイヤーとワーク外周のなす角度の変化により、切断されるウエーハの厚さが均一となるようにワイヤーの線速を変化させるとともに、前記ワイヤー線速の変化率の大きさを、円柱形ワークの切断開始時から円柱形ワークの中心部切断時までのワイヤー線速増加率に比べ、円柱形ワークの中心部切断時から切断終了時までのワイヤー線速減少率を小さくする手段を備えた、ことを特徴とする円柱形ワーク切断用ワイヤーソー。

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