JP4308463B2 - ワイヤソー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はワイヤソー、詳しくは半導体ウェーハの反りを制御可能としたワイヤソーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤソーは、ワイヤ繰出し用のボビンから導出されたインゴット切断用のワイヤを、複数本のワイヤソー用グルーブローラ（以下、グルーブローラ）にコイル状に巻き架け、これをワイヤ巻取り用のボビンに巻き取るように構成されている。
グルーブローラは、円筒形状の台金の外周面を所定厚さのライニング材（ウレタンゴム）で被覆し、このライニング材の外周面に多数条のワイヤ溝を刻設してある。グルーブローラは、その軸線方向の両端部に配置された１対の軸受により回転自在に支持されている。
インゴット切断時には、ラッピングオイルに遊離砥粒（以下、砥粒）を含ませたスラリー状の砥液を供給しながら、高速で往復走行中のワイヤ列に対して、単結晶シリコンインゴットを相対的に押し付ける。この砥粒の研削作用により、このインゴットが多数枚のウェーハに切断される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようにワイヤを高速走行させるためには、グルーブローラも高速度で回転させる必要がある。それに伴い、グルーブローラを軸支する各軸受が発熱し、その影響で、各軸受を支える支持部材も熱せられて、これらの部材に部分的な熱膨張による変形が起きていた。
そのため、これらの部材に支えられたグルーブローラとインゴットとのその軸線方向の位置が相対的にずれ、ワイヤ列を構成する各ワイヤの走行位置も切断開始位置からは軸線方向にずれてしまっていた。このように、切り込み深さによりその走行位置（切断位置）が軸線方向にずれた結果、ウェーハに反りが発生していた。この反りは、吸着固定しない状態のウェーハで指定された表面上の基準面とウェーハ表面の距離の最大値と最小値との差で示される。
【０００４】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、実際の運転時にウェーハに反りが発生するのであれば、これを利用して積極的にウェーハに反りを与えた切断を行うこと（以下、反り切断）、また、この反り（の値）を各ロット間で均一化すれば、その後のウェーハ加工時（研磨など）に、同じ条件で所定の制御を施せばよいことを知見した。
しかも、その具体的な制御法として、インゴットへのワイヤの切り込み位置（切り込み深さ）に応じて、グルーブローラの軸受部に形成された冷媒流路に供給される冷媒の温度を調整することにより、この反り切断だけでなく、反り（の値）を抑えた切断も容易に行えることを知見し、この発明を完成させた。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、反りが低減された半導体ウェーハが得られるだけでなく、異なるロットのウェーハにおいて、反りの度合いが調整された均一な反りを有する半導体ウェーハも得られるワイヤソーを提供することを、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、複数本のグルーブローラと、各グルーブローラを回転自在に支持する軸受と、各軸受を冷却する冷媒を供給する冷媒供給手段とを備え、上記グルーブローラ間に架け渡されたワイヤを往復走行させながら、インゴットをワイヤに相対的に押しつけることにより、このインゴットを切断するワイヤソーにおいて、上記インゴットに対するワイヤの切り込み位置を検出する位置センサと、上記インゴットに対するワイヤのインゴット切断開始端からインゴット切断中間位置までは上記冷媒の温度２０℃から４０℃にまで上昇させ、その後は該冷媒の温度を低くして、インゴット切断終了端ではインゴット切断開始端と同じ冷媒の温度になるよう制御する冷媒温度調整手段と、を有するとともに、上記冷媒供給手段は、上記グルーブローラの軸線方向に延びてこのグルーブローラを上記軸受を介して回転自在に支持する芯金の内部にこの芯金の全長にわたり形成された冷媒流路を有し、この冷媒流路を介して上記冷媒が供給されるワイヤソーである。
【０００７】
ワイヤソーとしては、インゴットを動かしてワイヤ列に押圧、接触させて切断する構造のものでもよい。これとは反対に、ワイヤ列を動かしてインゴットに押圧、接触させ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の下面が当接するものでもよい。さらにワイヤ列の下部にインゴット上面が押し当てられる型式のものでもよい。
ワイヤソーに組み配置されるワイヤソー用グルーブローラの本数は２本でもよいし、３本以上でもよい。
ワイヤソーにより切断されるインゴットとしては、例えばシリコン単結晶、化合物半導体単結晶、磁性材料、石英、セラミックスなどが挙げられる。
切断に使用される砥液としては、例えば平均粒径５〜５０μｍのＳｉＣなどの遊離砥粒を含むものが採用される。
【０００８】
ワイヤソー用グルーブローラの構造は限定されない。例えば、円筒形状の台金の外周面に所定厚さのライニング材（ウレタンゴム）を被覆し、このライニング材の外周面にワイヤ溝を刻設したローラなどを採用することができる。
冷媒流路は、各軸受を冷却する部位に設けられ、軸受内部だけでなく、グルーブローラの内部にも一連に設けられている。
冷媒としては、例えば冷却水、冷却油などを採用することができる。
位置センサとしては、渦電流センサ、レーザ変位センサなどのワイヤ列までの距離を測定する距離センサを採用することができる。
冷媒温度調整手段として、供給する冷媒を加熱するヒータ、熱交換器などを採用することができる。
また、あらかじめ切り込み位置に応じて設定された冷媒の温度とは、実際の切断で発生した反りに基づいて設定された温度である。
半導体ウェーハの反り量の目標値は限定されない。例えば、８インチウェーハの場合、３０〜４０μｍである。
【０００９】
【作用】
請求項１に記載の発明によれば、インゴットへのワイヤの切り込み位置を位置センサにより検出し、その検出データに基づき、冷媒温度調整手段によって、あらかじめインゴットに対するワイヤの切り込み位置に応じて設定された温度に達するまで、各軸受の冷媒流路を流れる冷媒の温度を変更する。具体的には、インゴットに対するワイヤのインゴット切断開始端からインゴット切断中間位置までは除々に冷媒の温度を２０℃から４０℃まで上昇させ、その後は除々に冷媒の温度を低くし、インゴット切断終了端ではインゴット切断開始端と同じ冷媒の温度とする。冷媒の温度を下げると、各軸受が冷却される。また、冷媒の温度を上げることにより、各軸受の温度を高めることができる。
各軸受の温度が低下すると、その影響で、各軸受の支持体なども冷却され、これらの部材の熱膨張による変形が抑えられる。その結果、これらの部材により支持されたワイヤソー用グルーブローラの軸線方向の位置、すなわちインゴットに対する軸線方向の相対位置のずれが抑えられる。グルーブローラの軸線方向の変形量が小さくなる。よって、ワイヤ列を構成するワイヤ全体の走行位置のずれが抑えられ、ウェーハの反りが小さくなる。
【００１０】
【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。まず、第１の実施例を説明する。
図１は、この発明の第１の実施例に係るワイヤソーのグルーブローラの拡大断面図である。図２（ａ）は、この発明の第１の実施例に係るワイヤソーの要部を拡大して示す模式図である。図２（ｂ）は、この発明の第１の実施例に係るワイヤソーに組み込まれたグルーブローラの部分拡大図である。図３は、この発明の第１の実施例に係るワイヤソーによって反り切断されたインゴットの拡大断面図である。
【００１１】
図２（ａ）において、１０はこの発明の第１の実施例に係るワイヤソーを示している。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（８インチウェーハ用）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、図において正面視して逆三角形状に配置された３本のグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを有している。これらのグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ間には、１本のワイヤ１１ａが互いに平行かつ一定ピッチで巻きかけられている。これによって、グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ間にワイヤ列１１が現出される。ワイヤ列１１は、３本のグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ間で駆動モータにより往復走行される。上側に配置された２本のグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂの中間が、インゴットＩを切断するワイヤ列１１のインゴット切断位置ａとなっている。
【００１２】
インゴットＩは、カーボンベッド１９ａを介して、インゴットＩを昇降させる昇降台１９の下面に固定されている。この昇降台１９の下面の一部には、ワイヤ列１１までの距離を測定する渦電流センサ（位置センサ）Ｓが設けられている。インゴット切断位置ａの両側の上方には、砥液をワイヤ列１１上に連続供給する砥液供給部（図示していない）が、例えば一対配設されている。
これらのグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは円筒形状でそれらの外周面は、ウレタンゴムからなる所定厚さのライニング材１２ａ，１２ｂ，１２ｃで被覆されている。各ライニング材１２ａ，１２ｂ，１２ｃの外周面には、それぞれワイヤ溝１２ｄが刻設されている（図２（ｂ））。
ピアノ線などからなるワイヤ１１ａは、繰出し装置１３のボビン２０から導出され、供給側のガイドローラ（図示せず）を介して、これらのグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに架け渡された後、導出側のガイドローラ（図示せず）を介して、巻取り装置１５のボビン２１に巻き取られる。繰出し装置１３および巻取り装置１５の各回転軸は、駆動モータ１６，１７の出力軸にそれぞれ連結されている。
各駆動モータ１６，１７を同期して駆動すると、一対の軸受１８に軸支された各ボビン２０，２１が、その軸線を中心として図２における時計回り方向または反時計回り方向に回転して、ワイヤ１１ａが往復走行する。
【００１３】
次に、図１を参照しながら、第１の実施例に係るワイヤソー用グルーブローラを詳細に説明する。ここでは、グルーブローラ１２Ａを例に説明する。
図１に示すように、グルーブローラ１２Ａは、所定間隔をあけて配置された１対の支持体３０，３１間に、直径が異なる多数個のベアリング（軸受）３７…を介して、回転自在に支持されている。グルーブローラ１２Ａは床面（ベッド３３）から所定高さ位置で水平に配置されている。
各支持体３０，３１はベッド３３上に立設されている。これらの支持体３０，３１間には、細長い芯金３４を内嵌した管状のライナ３５が固定状態で架け渡されている。芯金３４の内部には、その全長にわたり、図外の外管と内管（冷媒流路）とが形成されている。芯金３４の一端部は支持体３１から外方へ突出し、この突出部分の外周面に、外管に連結される冷却水の供給ノズル３６ａと、内管に連結される冷却水の排出ノズル３６ｂとがそれぞれ配設されている。
【００１４】
供給ノズル３６ａには、ヒータＨにより所定温度に調整された冷却水が、ポンプ（冷媒供給手段）Ｐによって圧送される。その後、冷却水は外管の内部流路を芯金３４の支持体３０側へ向かって流れ、それから、芯金３４の支持体３０側の端部で内管へと流れ込む。すなわち、進行方向が反対向きになる。このように、外管および内管は芯金３４の全長にわたって形成されているので、冷却水を両管内に流すと、グルーブローラ１２Ａだけでなく、各ベアリング３７…および支持体３０，３１も冷却される。
【００１５】
冷却水の温度は、ヒータＨとポンプＰとの間に配置された温度センサＴによって常時測定されている。また、冷却水の供給量の調整は電磁弁Ｂの弁体の開度調整により行い、この冷却水の流量の検出は、流量センサＳ１により行う。これらの渦電流センサＳおよび流量センサＳ１からの検出信号は制御部Ｃへ送られる。制御部Ｃに組み込まれたＲＯＭには、あらかじめ切り込み位置に応じて設定された冷却水の温度制御の目標値が記憶されている。制御部Ｃは、この渦電流センサＳからの検出データに基づき、インゴットＩへのワイヤ１１ａの切り込み位置を算出し、その算出データからＲＯＭに記憶された温度制御の目標値を選出する。次いで、制御部ＣはヒータＨに対して所定の出力変更の指令を出し、選出された目標値に冷却水の温度が達するように制御する。
これらの構成部品、すなわち渦電流センサＳ、制御部ＣおよびヒータＨにより、あらかじめ切り込み位置に応じて設定された温度に達するまで冷却水の温度を変更する冷媒温度調整手段５０が構成される。表１に、冷却水の温度制御の目標値（反り切断用）を示す。ウェーハの反り量の目標値は３０〜４０μｍである。
【００１６】
【表１】

【００１７】
ライナ３５の外周には、多数個のベアリング３７…を介して、厚肉な円筒形状の台金３８が、この芯金３４を中心にして回転自在に設けられている。台金３８の外周面には、ライニング材１２ａが設けられている。ライニング材１２ａはウレタンゴム製で、厚さは５〜２０ｍｍである。このライニング材１２ａの外周面には、ピッチの短い平行溝である多数本のワイヤ溝１２ｄが刻設されている。この台金３８の支持体３０側の端面には、環状の端板３９が固定されている。一方、台金３８の支持体３１側の端面には、厚肉な円筒形状の端板４０が固定されている。したがって、台金３８の回転時には両端板３９，４０も一体的に回転する。
【００１８】
次に、このワイヤソー１０によるインゴットＩの切断方法を説明する。
図２に示すように、ワイヤソー１０では、砥液を砥液供給部よりワイヤ列１１に供給するとともに、駆動モータ１６により繰出し装置１３のボビン２０を回転させて、ワイヤ１１ａを供給側のガイドローラを経てグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに供給する。同時に、駆動モータ１７により巻取り装置１５のボビン２１を回転させて、グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ、導出側のガイドローラを経てワイヤ１１ａを巻き取る。そして、一定周期で、各ボビン２０，２１の回転方向を変えることで、ワイヤ１１ａを往復走行させる。これに伴い、２本のグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂが回転するとともに、両ガイドローラも回転する。この際、図外の回転モータによってグルーブローラ１２Ｃを回転させ、ワイヤ列１１の往復走行を補助する。
【００１９】
このワイヤ列１１の往復走行時に、上方からインゴットＩをワイヤ列１１へ押し付けていく。これにより、インゴットＩが何枚ものウェーハに切断される。すなわち、ワイヤ列１１の往復走行時に、砥液中の遊離砥粒がワイヤ列１１のワイヤ１１ａにより切断溝の底部に擦りつけられ、その底部が徐々に削り取られて、最終的に多数枚のウェーハに切断される。
インゴット切断中、供給ノズル３６ａには、ヒータＨにより所定温度に調整された冷却水が、ポンプＰによって圧送される。供給ノズル３６ａに流れ込んだ冷却水は、外管の管内を芯金３４の支持体３０側へ向かって流れ、芯金３４の支持体３０側の端部に達したところで内管へ流れ込む。このとき、前述したように外管および内管は、芯金３４の全長にわたって形成されている。そのため、冷却水を芯金３４内に流すことで、グルーブローラ１２Ａだけでなく、このグルーブローラ１２Ａの高速回転に伴って発熱するベアリング３７…および各支持体３０，３１も冷却される。
【００２０】
以下、この冷却水の温度制御方法を説明する。
インゴット切断中、渦電流センサＳにより、インゴットＩへのワイヤ１１ａの切り込み位置（切り込み量、切り込み深さ）が検出される（図３参照）。その検出データに基づき、制御部ＣからヒータＨに対して、表１に記載された各切り込み位置に応じた設定温度に達するまで、冷却水の温度調整が行われる。その設定温度に達したかどうかは、温度センサＴによって検出される。
すなわち、冷却水の温度が下がると、グルーブローラ１２Ａの高速回転によって発熱する各ベアリング３７…および支持体３０，３１の温度が低下し、その影響も受けてベッド３３などの温度も下がる。よって、これらの部材３０，３１，３３の熱膨張による変形が抑えられる。その結果、各部材３０，３１，３３により支持されたグルーブローラ１２Ａの、インゴットＩに対する相対位置の軸線方向への移動の幅が小さくなる。その結果、ワイヤ列１１を構成するワイヤ１１ａ全体の緊張位置のずれが抑えられ、ウェーハの反りが小さくなる。
【００２１】
一方、この冷却水の供給によって、グルーブローラ１２Ａも冷やされる。そのため、インゴット切断時のグルーブローラ１２Ａの熱膨張に伴うウェーハの厚さムラが解消される。すなわち、インゴット切断時、グルーブローラ１２Ａが高速回転するとベアリング３７…が発熱して台金３８が熱膨張する。これにより、台金３８に固着されたライニング材１２ａの各ワイヤ溝１２ｄの間隔も大きくなる。その結果、各ワイヤ溝１２ｄに巻回されたワイヤ１１ａの間隔も広がり、ワイヤ列１１を構成するワイヤ１１ａの緊張位置が設定位置からずれ、切断中のウェーハに厚さムラが起きてしまう。そこで、冷却水によってグルーブローラ１２Ａを冷やすことで、ウェーハの厚さムラを低減することができる。したがって、前述したように冷却水の温度を下げる制御を行えば、このウェーハの厚さムラはさらに低減される。
このように、インゴットＩへのワイヤ１１ａの切り込み位置に応じて冷媒の温度制御を行うことにより、反りが小さなウェーハが得られるだけでなく、インゴット１の１本分のウェーハを、反りの度合いが任意に調整された略均一な反りを有するウェーハとすることも可能になる。よって、異なるロット内の各ウェーハにおいて、その後のウェーハ加工時（例えば研磨時など）に、同じ反り条件で所定のウェーハ加工を施すことができる。
【００２２】
ところで、冷却水による支持体３０，３１の温度調整は、芯金３４内の冷媒流路に供給される冷却水の流量を変更する方法によっても行うことができる。すなわち、制御部ＣのＲＯＭには、あらかじめ上記切り込み位置に応じて設定された冷却水の流量制御の目標値が記憶され、その目標値に基づき、流量センサＳ１によってその流量を測定しながら、電磁弁Ｂの弁体の開度調整を行う。
これらの電磁弁Ｂ、制御部Ｃおよび流量センサＳ１によって、あらかじめ切り込み位置に応じて設定された流量まで、冷却水の流量を変更する冷媒流量調整手段５１が構成される。ここで、表２に冷却水の流量制御の目標値（反り切断用）を示す。
【００２３】
【表２】

【００２４】
次に、図４に基づき、この発明の第２の実施例のワイヤソーを説明する。
図４は、この発明の第２の実施例に係るワイヤソーの要部模式図である。
第２の実施例のワイヤソー６０の構成の特長を説明する。制御部ＣのＲＯＭには、あらかじめ切り込み位置に応じて設定されたグルーブローラ１２Ａの軸線方向に向かうインゴットＩの移動量の制御目標値が記憶されている。また、昇降台１９が、出力軸の回転数を検出する図外の回転センサを有するサーボモータ（移動手段）Ｍによって、グルーブローラ１２Ａの軸線方向へ移動可能に設けられている。これらの制御部Ｃ、サーボモータＭ、図外の回転センサにより、あらかじめ切り込み位置に応じて設定された距離分だけ、インゴットＩをグルーブローラ１２Ａの軸線方向に移動させるインゴット移動量調整手段７０が構成される。表３に、インゴットＩの移動量の制御目標値（反り切断用）を示す。
【００２５】
【表３】

【００２６】
次に、この第２の実施例のワイヤソー６０の作動を説明する。インゴット切断中、インゴットＩへのワイヤ１１ａの切り込み位置を渦電流センサＳにより検出し、その検出データに基づき、ＲＯＭに記憶されたインゴットＩの移動量の制御目標値の分だけ、サーボモータＭにより昇降台１９をグルーブローラ１２Ａの軸線方向へ移動させる。その際、インゴットＩの移動量は回転センサにより検出する。
その他の構成、作用および効果は、第１の実施例から推測可能な範囲であるので、説明を省略する。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、インゴットへのワイヤの切り込み位置を位置センサにより検出し、得られた検出データに基づき、あらかじめこの切り込み位置に応じて設定された温度に達するまで、各軸受の冷媒流路を流れる冷媒の温度を変更する制御を行う。これにより、反りを抑えた半導体ウェーハが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施例に係るワイヤソーのワイヤソー用グルーブローラの拡大断面図である。
【図２】 （ａ）は、この発明の第１の実施例に係るワイヤソーの要部模式図である。
（ｂ）は、この発明の第１の実施例に係るワイヤソーに組み込まれたワイヤソー用グルーブローラの部分拡大図である。
【図３】 この発明の第１の実施例に係るワイヤソーによって反り切断されたインゴットの拡大断面図である。
【図４】 この発明の第２の実施例に係るワイヤソーの要部模式図である。
【符号の説明】
１０，６０ ワイヤソー、
１１ａ ワイヤ、
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ ワイヤソー用グルーブローラ、
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ ライニング材、
１２ｄ ワイヤ溝、
３０，３１ 軸受、
５０ 冷媒温度調整手段、
５１ 冷媒流量調整手段、
７０ インゴット移動量調整手段、
Ｉ インゴット。
Ｍ サーボモータ（移動手段）、
Ｐ ポンプ（冷却供給手段）、
Ｓ 渦電流センサ（位置センサ）。

Claims (1)

1. 複数本のグルーブローラと、各グルーブローラを回転自在に支持する軸受と、各軸受を冷却する冷媒を供給する冷媒供給手段とを備え、上記グルーブローラ間に架け渡されたワイヤを往復走行させながら、インゴットをワイヤに相対的に押しつけることにより、このインゴットを切断するワイヤソーにおいて、
   上記インゴットに対するワイヤの切り込み位置を検出する位置センサと、
   上記インゴットに対するワイヤのインゴット切断開始端からインゴット切断中間位置までは上記冷媒の温度２０℃から４０℃にまで上昇させ、その後は該冷媒の温度を低くして、インゴット切断終了端ではインゴット切断開始端と同じ冷媒の温度になるよう制御する冷媒温度調整手段と、を有するとともに、
   上記冷媒供給手段は、上記グルーブローラの軸線方向に延びてこのグルーブローラを上記軸受を介して回転自在に支持する芯金の内部にこの芯金の全長にわたり形成された冷媒流路を有し、この冷媒流路を介して上記冷媒が供給されるワイヤソー。

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