JP4791306B2 - 切断方法 - Google Patents
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Description
ワイヤソーは、ワイヤ(高張力鋼線)を高速走行させて、ここにスラリを掛けながら、インゴット(ワーク)を押し当てて切断し、多数のウエーハを同時に切り出す装置である(特許文献1参照)。
図8に示すように、ワイヤソー101は、主に、インゴットを切断するためのワイヤ102、ワイヤ102を巻回した溝付きローラ103(ワイヤガイド)、ワイヤ102に張力を付与するための機構104、切断されるインゴットを送り出す機構105、切断時にスラリを供給する機構106で構成されている。
図11に静電容量型測定機で測定したスライスウエーハのWarp断面形状と「疑似ナノトポグラフィ」を例示する。疑似ナノトポグラフィとは、スライスウエーハのWarp断面波形にラップや研削および研磨の加工特性を模したバンドパス・フィルタをかけることで、研磨後ウエーハのナノトポグラフィと相関のある数値を擬似的に得るものである。
図11(A)は、形状マップにもある通り、切断終了部付近の箇所における形状の変化が小さいものを示したものであるが、擬似ナノトポグラフィを見て判るように、切断終了部付近の箇所において、その変化の大きさは±0.1μmの範囲で抑えられており比較的小さなものである。一方、図11(B)、(C)に示すように、切断終了部付近の箇所における形状が急峻に大きく変化している場合、その箇所において、擬似ナノトポグラフィの大きさは、−0.3〜0.4の範囲となっており、図11(A)の場合に比べて大きなものとなっていることが判る。
なお、全体の形状変化が多少大きくても緩やかな変化であれば、ナノトポグラフィはほとんど発生しない。急激に形状が変化していることが大きくナノトポグラフィに影響している。
まず、スライスウエーハの形状の変化、すなわち、インゴット切断時におけるワイヤの切断軌跡の一例を図12に示す。図12に示すように、特にインゴットの両端付近の切断終了部分でワイヤの軌跡が大きく外側に広がっており、そのために、スライスウエーハのWarp断面形状が急峻に変化してしまう。
一つは、図13(A)に示すように、切断終了時付近においてインゴットがその軸方向に収縮することにより、ワイヤによる切断軌跡がインゴットの端部に向かって曲がってしまう場合であり、もう一つは、図13(B)に示すように、インゴットを切断するワイヤが巻回されている溝付きローラが、その軸方向に伸張してしまうことにより、切断軌跡が曲がってしまう場合である。
本発明者らは試験を行い、これらの可能性のそれぞれが切断軌跡に与える影響について調査を行った。
図8のようなワイヤソーを用い、試験用に用意した直径300mm、長さ250mmのシリコンインゴットを切断した。ワイヤには2.5kgfの張力をかけて、500m/minの平均速度で60s/cのサイクルでワイヤを往復方向に走行させて切断した。また、切断用スラリの供給温度は、図14(A)に示す温度プロファイルとした。なお、温度は熱電対を使用してインゴット両端(切り込み深さ285mm位置)で計測した(図14(B)参照)。
切断中にインゴットの温度は最大で13℃上昇して約36℃になり、また、切断終了部付近(この場合、切り込み深さ275mm〜300mm)において、急激に約10℃低下した。これは、切断終了付近でのWarp形状が急変する位置と一致している。また、上記切断終了部付近においては、熱膨張係数から計算し、インゴットの軸方向に約10μm程度急激に収縮していることが判る。
なお、図14(A)で、切り込み深さ200mm以降で、一旦低下したインゴットの温度が再び上昇しているのは、ここでスラリの流量を絞っているためである。
上記試験とスラリの供給温度以外は同様の切断条件で同様のシリコンインゴットを切断し、溝付きローラの軸方向の伸張を測定した(図15(A)参照)。なお、切断用スラリの供給温度は、図15(B)に示す温度プロファイルとした。
また、溝付きローラの軸方向の伸張は、渦電流センサを溝付きローラの軸方向に近接して配設して測定を行った(図15(C)参照)。
上述したように、切断開始時から切断中盤期まではインゴットは切断用スラリが直接かかることはあまりなく冷却されにくく、加工熱はインゴット中に蓄積される(図16(A)参照)。これによってインゴットの温度は最大で13℃上昇する。これに伴うインゴットの熱膨張は(長さ250mmのインゴットに対して)計算上で約10μmである。一方、切断終了部分付近では、図16(B)に示すように、インゴットはスラリが直接かかって冷却され、また切断負荷が1/2に減少し、インゴットの温度は急激に10℃低下する。これによってワークは熱収縮し、Warp形状が急変する原因となる。図13(A)に示すように、この熱膨張・熱収縮による影響はインゴットが長尺なほど、またインゴットの両端付近ほど大きい。
従来方法では、切断終了時の切断用スラリの温度は室温(22〜25℃程度)の比較的低い温度であり、そのため、切断中のインゴットの温度も、切断終了時付近で室温程度にまで急冷されてしまっていた。
しかしながら本発明では、切断終了時の切断用スラリの供給温度を30℃以上に制御するので、切断終了時のインゴットの温度もまた30℃以上にすることができ、すなわち、切断終了時付近のインゴットの温度変化を小さくし、急冷を軽減することができる。これにより、切断軌跡、Warp形状の急峻な変化が発生するのを抑制し、さらにはナノトポグラフィを改善することが可能である。
あるいは、前記切断用スラリの供給温度を、前記インゴットの切断開始時に該インゴットの温度以下とし、その後、前記インゴットの切り込み深さが少なくとも直径の2/3に達してから上昇させて、前記インゴットの切断終了時に30℃以上となるようにすることができる。
このようにインゴットの切断中の最高温度と切断終了時の温度との差を5℃以内となるようにすれば、インゴットの温度変化が小さく、切断終了時の急冷の度合いを小さなものとすることができる。したがって、切断軌跡が大きく変化するのをより効果的に防止し、ナノトポグラフィーのレベルを一層抑制することができる。
例えば図8に示すようなワイヤソーを用いてインゴットをウエーハ状に切断したとき、切断によって得られたスライスウエーハでは、切断終了部付近において、図11(B)、(C)に示すような急峻な形状変化が見られ、該箇所に大きなレベルのナノトポグラフィーが発生していることが判った。
前述したように、この急峻な形状変化の主要な原因としては、切断終了時付近でインゴットが急冷されて収縮し、切断軌跡が急激に曲がってしまうことが考えられる。
図1に、本発明の切断方法に使用することができるワイヤソーの一例を示す。
図1に示すようにワイヤソー1は、主に、インゴットを切断するためのワイヤ2、溝付きローラ3、ワイヤ張力付与機構4、インゴット送り機構5、スラリ供給機構6で構成されている。
また、スラリの種類は特に限定されず、従来と同様のものを用いることができる。例えばGC(炭化珪素)砥粒を液体に分散させたものとすることができる。
上記のインゴット送り量やスラリ噴射量およびタイミング、さらにはスラリ供給温度は、コンピュータ18によって所望のように制御することができるが、特に制御手段はこれに限定されない。
ワイヤ2の種類や太さ、溝付きローラ3の溝ピッチ、さらには他の機構における構成等は特に限定されるものではなく、従来法に従い、所望の切断条件となるようにその都度決定することができる。
例えば、ワイヤ2は、幅0.13mm〜0.18mm程度の特殊ピアノ線からなるものとし、(所望のウエーハ厚さ+切り代)の溝ピッチを有する溝付きローラ3とすることができる。
まず、インゴット送り機構5により、把持したインゴットを所定速度で下方に送り出すとともに、溝付きローラ3を駆動させて、ワイヤ張力付与機構4により張力が付与されたワイヤ2を往復方向に走行させる。なお、このときのワイヤ2に付与する張力の大きさや、ワイヤ2の走行速度等は適宜設定することができる。例えば、2.5〜3.0kgfの張力をかけて、400〜600m/minの平均速度で1〜2c/min(30〜60s/c)のサイクルで往復方向に走行させることができる。切断するインゴット等に合わせて決めれば良い。
また、ノズル15より、切断用スラリを溝付きローラ3およびワイヤ2に向けて噴射を開始し、インゴットの切断を行う。
従来の切断方法では、切断用スラリは、図14(A)に示したように、例えば24℃で供給し始め、温度を下げてやや低い温度(22℃)で保持した後、切断の終了に向けて温度を徐々に上げていき、切断終了時には、切断開始時と同じ24℃となるようにする。
このように、従来法における切断用スラリの供給温度プロファイルでは、通常、室温程度の22〜25℃程度の範囲でしか変化させず、切断終了時の温度も当然室温程度の比較的低い温度にとどまっている。
より具体的に述べると、例えば、図2のようなパターンが挙げられる。
ここで、図2の実線のTs、Tiは、本発明の切断方法における切断用スラリの供給温度プロファイル、インゴットの温度プロファイルを示しており、点線のTs’、Ti’は、従来の切断方法における切断用スラリの供給温度プロファイル、インゴットの温度プロファイルを示している。
これは、切断終了時に切断用スラリの供給温度を従来に比べて上昇させて30℃以上とすることによって、たとえ切断用スラリがインゴットに直接かかるようになっても、例えば36℃程度に切断中に温度が上昇したインゴットを切断終了時にも30℃以上となるようにし、インゴットが急激に冷やされないようにすることができるためである。
特には、ΔTiが5℃以内になるようにすると良い。インゴット切断中の最高温度Timaxと切断終了時の温度との差ΔTiがそのような小さい温度差であれば、より確実に、インゴットの急冷による切断軌跡の変化を防止することができる。
図3に示す温度プロファイルTsでは、切断開始時は、インゴットの温度以下(室温23℃)であり、切断開始後やや供給温度を下げ、その後一定の温度を保持し続けて、インゴットの切り込み深さが少なくとも直径の2/3に達してから上昇して切断終了時に30℃以上となっている。このような温度制御であれば、切断終了時付近以外は従来と同様の温度プロファイルとすることができる。
そして、このようなTiの温度プロファイルによっても、切断終了時のインゴットの温度を30℃以上とすることができ、切断終了付近におけるインゴットの急冷の度合いを著しく軽減することができる(ΔTi参照)。
切断終了時にそれぞれの温度が30℃以上となるようにして切断できれば良く、その結果、切断終了時付近の切断軌跡の急峻な変化を防止することができ、ナノトポグラフィのレベルを十分に抑制することができれば良い。
(実施例1)
図1に示すワイヤソーを用い、直径300mm、軸方向長さ250mmのシリコンインゴットを本発明の切断方法によりウエーハ状に切断し、240枚のスライスウエーハを得た。
幅160μmのワイヤを使用し、2.5kgfの張力をかけて、500m/minの平均速度で60s/cのサイクルでワイヤを往復方向に走行させて切断した。切断用スラリは、切断開始時は供給温度を30℃とし、インゴットの切り込み深さが50mmに達するまで徐々に下げて29℃とし、その後インゴット切り込み深さが230mmに達したところで上昇させて切断終了時には35℃となるように供給温度を制御して溝付きローラに供給した(図4参照)。すなわち、図2のTsのような温度プロファイルとした。
なお、スラリとしては、GC#1500とクーラントとを重量比1:1の割合で混ぜたものを用いた。
また、図14(B)のように熱電対を配置し、切断中のインゴットの温度変化を測定した。
図5に示すように、図4の温度プロファイルに従って切断用スラリの供給温度を制御することにより、切断終了時付近におけるインゴットの急冷を軽減できていることが判る。より具体的には、インゴット切り込み深さが275mm付近で40℃であり、一方、切断終了時の300mmにおいては切断用スラリの温度と同じで35℃程度であり、冷却の度合いを5℃以内にすることができた。
図7のWarp形状を見てみると、例えば5枚目のように全体的には大きく形状が変化していても、急峻な変化は比較的抑制されており、擬似ナノトポグラフィ波形に示されているように、その波形の大きさは−0.3〜0.3の範囲で、従来法による図11(B)、(C)の場合よりも抑制できている。そして、60、120、180、230枚目では、より擬似ナノトポグラフィのレベルを小さくできており、特に180、230枚目では−0.1〜0.1の範囲に抑えることができ、擬似ナノトポグラフィが極めて優れたレベルのものにできていることが判る。
実施例1と同様のシリコンインゴットを用意し、切断用スラリの供給温度プロファイル以外は実施例1と同様にしてシリコンインゴットの切断を行った。
なお、切断用スラリの供給温度は、切断開始時は供給温度を23℃とし、インゴットの切り込み深さが50mmに達するまで徐々に下げて22℃とし、その後インゴット切り込み深さが230mmに達したところで上昇させて切断終了時には32℃となるように供給温度を制御して溝付きローラに供給した。すなわち、図3のTsのような温度プロファイルとしたところ、切断終了時のインゴットの温度は切断用スラリの温度と同じで32℃で、ΔTiは5℃以内とすることができ、切断終了時の急冷を抑制することができた。
さらに、実施例1と同様にして擬似ナノトポグラフィのレベルを調査したところ、インゴットのどの領域においても上限値(相対値0.6)を上回ることなく、インゴットの各領域での平均値は、前端部で0.47、中央部で0.27、後端部で0.38であり、極めて小さな値に抑制できた。
実施例1と同様のシリコンインゴットを用意し、切断用スラリの供給温度プロファイル以外は実施例1と同様にしてシリコンインゴットの切断を行った。
なお、切断用スラリの供給温度は、切断開始時は供給温度を23℃とし、インゴットの切り込み深さが50mmに達するまで徐々に下げて22℃とし、その後インゴット切り込み深さが230mmに達したところで上昇させて切断終了時には24℃となるように供給温度を制御して溝付きローラに供給した(図4参照)。すなわち、従来と同様の切断用スラリの供給温度プロファイルである。
図5からも判るように、上記実施例1(ΔTi=5℃)では、この比較例に比べて、同じインゴット切り込み深さの範囲内(275mm〜300mm)であるにもかかわらず、インゴットの冷却の度合い(温度差)を1/2に軽減できている。
4、104、104’…ワイヤ張力付与機構、 5、105…インゴット送り機構、
6、106…スラリ供給機構、 15、115…切断用スラリノズル、
16、116…スラリタンク、 18…コンピュータ、 19…熱交換器、
107、107’…ワイヤリール、 108…トラバーサ、
109…定トルクモータ、 110…駆動用モータ、 111…インゴット送りテーブル、
112…LMガイド、 113…インゴットクランプ、 114…スライスあて板、
117…スラリチラー。
Claims (2)
- ワイヤを複数の溝付きローラに巻掛けし、該溝付きローラに切断用スラリを供給しつつ、前記ワイヤを走行させながらインゴットに押し当ててウエーハ状に切断する方法であって、
前記切断用スラリの供給温度を制御し、少なくとも、前記切断用スラリの供給温度を、前記インゴットの切断開始時に該インゴットの温度よりも高くし、
その後、前記インゴットの切り込み深さが少なくとも直径の2/3に達してから上昇させて、前記インゴットの切断終了時に前記切断用スラリの供給温度およびインゴットの温度を30℃以上となるようにし、かつ前記インゴットの切断中の最高温度と切断終了時の温度との差を5℃以内となるようにして切断することを特徴とする切断方法。 - ワイヤを複数の溝付きローラに巻掛けし、該溝付きローラに切断用スラリを供給しつつ、前記ワイヤを走行させながらインゴットに押し当ててウエーハ状に切断する方法であって、
前記切断用スラリの供給温度を制御し、少なくとも、前記切断用スラリの供給温度を、前記インゴットの切断開始時に該インゴットの温度以下とし、
その後、前記インゴットの切り込み深さが少なくとも直径の2/3に達してから上昇させて、前記インゴットの切断終了時に前記切断用スラリの供給温度およびインゴットの温度を30℃以上となるようにし、かつ前記インゴットの切断中の最高温度と切断終了時の温度との差を5℃以内となるようにして切断することを特徴とする切断方法。
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