JP4988533B2 - 工作物から多数のウェハをスライスするための方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤソーによって工作物から多数のウェハをスライスするための方法に関する。

ワイヤソーは、例えば、結晶片から一回の作業ステップで多数の半導体ウェハ、ソーラーウェハ及びその他の結晶ウェハをスライスするのに適している。

このようなワイヤソーの機能的原理は米国特許第５７７１８７６号明細書に記載されている。

ワイヤソーは、ワイヤギャングを有しており、このワイヤギャングは、２つ又は３つ以上のワイヤフィード又はガイドロールに巻き付けられたソーイングワイヤによって形成されている。

ソーイングワイヤは、カッティング層で被覆されている。

しっかりと結合されたカッティング研磨剤を備えないソーイングワイヤを有するワイヤソーを使用する場合、懸濁液（スラリ）の形式のカッティング研磨剤が、スライシングプロセスの間に供給される。

スライシングプロセスの間、テーブルに固定された工作物がワイヤギャングを通過させられ、このワイヤギャングに、ソーイングワイヤが、互いに平行に位置したワイヤ区分の形式で配置されている。ワイヤギャングの通過は、前送り装置によって生ぜしめられるテーブルとワイヤギャングとの相対移動によって生ぜしめられ、前送り装置は、工作物をワイヤギャングに対して送るか（テーブル前送り）又はワイヤギャングを工作物に対して送る。

慣用的に、工作物はその円周面においてソーイングストリップに結合されており、ソーイングワイヤは、工作物をスライスした後、このソーイングストリップに切り込む。

ソーイングストリップは例えば黒鉛ストリップであり、工作物の円周面に接着又はセメント結合されている。最後に、ソーイングストリップを備えた工作物がテーブルにセメント結合される。

スライシングの後、スライスされたウェハは、櫛の歯のようにソーイングストリップに固定されたままであり、これによりワイヤソーから取り出されることができる。その後、残りのソーイングストリップがウェハから除去される。

従来技術においては、ワイヤソーイングの間に、ソーイングワイヤが係合長さに関して異なる摩耗の程度を生じるという問題が生じる。係合長さという用語に関して、図３及びこれに関連する説明が参照される。

これを回避するために、米国特許第６１０９２５３号明細書において、ソーイングプロセスの間のテーブル前送りを一定に維持し、係合長さに従ってソーイングワイヤの（有効）速度を適応させることが提案されている。ワイヤ速度と係合長さとの比率関係であることが意図されている。しかしながら、結晶からかなり大きな直径を備えた半導体ウェハ、例えば３００ｍｍのウェハをスライスする場合、一定に保たれたテーブル前送りは不都合である。なぜならば、これによって、半導体ウェハの合計厚さ変動（ＴＴＶ）が、最大係合長さの領域において増大されるからである。したがって、米国特許第６１０９２５３号明細書に開示されたような一定のテーブル前送りは望ましくない。

これに対して、特開平９−２６２８２６は、係合長さに関してテーブル前送りを変化させることを開示している。カッティングの開始時に、このことは、初期的に増大したワイヤ摩耗を生じ、この摩耗は引き続き、テーブル前送りを低下させることによって減少させられ、テーブル前送りは理想的には線形に減少する。つまり、記載された方法は、前のように、不均一な、しかし線形に減少するワイヤ摩耗を生じる。
米国特許第５７７１８７６号明細書 米国特許第６１０９２５３号明細書 特開平９−２６２８２６

したがって、本発明の目的は、ワイヤ長さに亘ってソーイングワイヤの均一な摩耗を達成することであるが、しかしながら同時に、従来技術に開示された方法の欠点を回避することである。

本発明の目的は、長手方向軸線と、断面とを有する工作物から多数のウェハをスライスするための方法であって、テーブルに固定された工作物が、テーブルと、ワイヤソーのワイヤギャングとの間の工作物の長手方向軸線に対して垂直に向けられた相対移動によって、有効速度で移動させられるソーイングワイヤによって形成されたワイヤギャングを通って可変の前送り速度で送られ、ソーイングワイヤの均一な摩耗を生ぜしめるために、ソーイングワイヤの有効速度が、前送り速度と工作物断面とに関連して調整される、方法によって達成された。

工作物は好適にはシリコンの円筒状の単結晶である。

しかしながら、この方法は、周面を有する非円筒状の結晶ブロック、すなわち、例えば正方形又は矩形の断面を有する結晶ブロックのソーイングにも適している。

半導体材料、例えば、シリコン、ゲルマニウム、砒化ガリウムが工作物材料として適している。工作物材料は多結晶材料であることもできる。

使用されるソーイングワイヤは好適には、スプールから来ており、ワイヤギャングを形成するためにガイドロールの周囲に複数回（例えば３００〜４００回）巻き付けられる。ワイヤギャングの出口において、使用されたワイヤは好適には別のスプールに巻き取られる。

ソーイングワイヤは有効速度で移動し、この有効速度は、ワイヤソーにおけるソーイングプロセスの間に変化させられることができる。

ソーイングワイヤは好適には、周期的に前方及び後方移動を行う。

しかしながら、ソーイングワイヤが一方向にのみ移動させられることも好ましい。

工作物は好適にはソーイングストリップを介してテーブルに固定されており、上方から垂直にワイヤギャングへ導入される。

テーブルの前送り速度は本発明によれば変化させられる。前送り速度は好適には、テーブル位置に関して調節される。

ソーイングワイヤの有効速度、例えば前方及び後方移動の速度も、テーブル位置に関して変化させられることができる。

本発明は、前送り速度及び工作物断面に関して、ワイヤソーにおけるソーイングプロセスの間のソーイングワイヤの有効速度を調節することによってソーイングワイヤの均一な摩耗を保証する。

このために、各テーブル位置のために、最適化された有効ワイヤ速度が確立される。

好適には、有効ワイヤ速度と、係合長さとテーブルの前送り速度との積との間に比例関係が存在する。

好適には、有効ワイヤ速度と係合長さとの間に比例関係が存在する。

ソーイングワイヤの前方移動及び後方移動が好適であるならば、有効ワイヤ速度は、テーブル位置に関連して、ワイヤ移動の前方プロフィル及び後方プロフィルを確立することによって調節される。

本発明は、好適な実施形態に関連して以下にさらに詳細に説明される。

発明の範囲において、従来技術におけるソーイングワイヤの不均一な摩耗についての研究が最初に示される。

ワイヤの移動は好適には、周期的に又は交互に前方及び後方に、すなわち例えば３００ｍ前方へ、次いで２４０ｍ後方に、すなわち有効には１サイクルごとに約６０ｍ前方へ、行われる。

サイクルの最初において、ワイヤは、時間スパンΔｔ_νの間に距離Δｘ_νだけ前方に移動し、その後すぐに時間スパンΔｔ_γの間に距離Δｘ_γだけ後方に移動する。

Δｔ_ｚ＝Δｔ_ν＋Δｔ_γの間に、したがって、Δｘ_ｚ＝Δｘ_ν−Δｘ_γの距離をカバーする（図２参照）。

したがって、ワイヤは、前方移動及び後方移動の対応する選択によって調節される有効速度

で移動する。

テーブル前送りプロフィルは好適にはソーイングプログラムに記憶されている。これは、テーブル位置ｙに関する所望の前送り速度を確立することによって行われる。

侵食された体積Ｚは、平均切断幅Ｄと、ワイヤがスイープする工作物の面積とによって与えられる。円筒状の工作物の場合、これは例えば：

を与える（図３参照）。

与えられたテーブル位置ｙにおいて、ワイヤは、スイープされるべき面積の一部のみをカバーしている。これは、係合長さの積分としてテーブル位置に関して表されることができる。対応する侵食された体積は：

によって与えられる。

侵食速度

、すなわちテーブル位置に関する単位時間ごとの材料除去量のために、

が当てはまる。

ソーイングワイヤの摩耗は好適には、ワイヤ摩耗と、直径の対応する変化とを特徴とする。

ワイヤ位置ｘにおける摩耗ａの場合、

が当てはまる。ここで、ｆは、あるテーブル位置における摩耗に関する全てのファクタを記述している。

ａ（ｘ）は一定に保たれる、すなわちｘから独立しており、これにより、ソーイングワイヤの均一な摩耗が本発明に従って生じる。

ワイヤの有効速度のための条件として、好適には

が当てはまる。

したがって、最適な有効ワイヤ速度が、各テーブル位置のために決定されることができる。

以下の方法は好適には、最適な有効ワイヤ速度を発見し、対応する前方及び後方ワイヤ移動を決定するために採用される。

第１の好適な実施形態によれば、最適な有効ワイヤ速度は、侵食された体積に比例したワイヤ部分におけるソーイングワイヤの摩耗によって決定され、

の関係を得るために有効ワイヤ速度を選択する。

したがって、好適には、ソーイングワイヤの有効速度と、係合長さと前送り速度との積との間に比例関係が存在する。

第２の好適な実施形態によれば、位置ｘにおけるワイヤの摩耗は、このワイヤ位置が係合に費やす時間に比例する。テーブル前送りは、ワイヤ位置と比較して極めてゆっくりとしか変化しないので、切込みの長さは、ワイヤ位置がロッドセグメントを通って前方及び後方に移動するサイクルの間、僅かにしか変化しない。ワイヤセグメントが切込みにおいて前方及び後方に移動することに費やす時間は、有効速度

によって、現在の切断長さをカバーするためにこのワイヤ位置が必要とする時間にほぼ相当する。

好適には、有効ワイヤ速度と係合長さとの間には比例関係が存在する。このことは一定の前送り速度のために従来技術において既に知られている。しかしながら、本発明の範囲において、可変の前送り速度が前提とされている。

別の好適な実施形態によれば、力密度は一定に保たれている：摩耗ａ（ｘ）は、時間ｔ∝ｌ／ν_effにおけるワイヤ位置に作用する力密度ｆに比例する。

位置ｘにおけるワイヤに対する力自体はテーブル前送り力Ｆ_t（ｙ）及び瞬間的な係合長さｌ（ｙ）に依存する：

これは摩耗のために以下を与える：

作動力の測定及びソーイングワイヤの有効速度ｖ_effの調節は、好適にはこの測定された力及び係合長さに関して行われる：

本発明による有効ワイヤ速度を調節するために、ワイヤ移動の前方プロフィル及び後方プロフィルが好適には決定される。

より均一なワイヤ摩耗は、従来技術と比較して本発明による方法によって達成される。

本発明による方法において、ウェハ好適にはスラリを使用しながらスライスされる。

ソーイングワイヤには慣用的に一回目の使用の前に黄銅層が設けられているので、黄銅層の効果は、スラリを保持する容器が一回目のソーイングプロセスの後に銅原子で汚染され、汚染されたスラリ容器を、二回目のソーイングプロセスのための新たなスラリを備えた汚染されていないスラリ容器と交換することが好ましい、ということである。二回目以降のソーイングプロセスにおいて、黄銅層は除去されているので、第２のスラリ容器の汚染は生じない。従来技術において、このことは、不均一なワイヤ摩耗により不可能である。

したがって、本発明による方法の別の利点は、ソーイングワイヤが複数回使用されることができ、ソーイングスラリへの銅の導入が、ソーイングワイヤの二回目の使用以降は回避されるということである。

好適には、ソーイングワイヤは、入口スプールを介して展開され、ワイヤギャングを形成するためにガイドロールの周囲に供給され、最後に、出口スプールに巻き取られる。入口スプール及び出口スプールは、好適には、二回目のソーイングプロセスの前に交換される。

択一例として、ソーイングワイヤは、二回目のソーイングプロセスの間に、第１のソーイングプロセスに関して別の方向に有効に移動させられることが好ましい。つまり、一回目のソーイングプロセスがソーイングワイヤの有効前方移動を伴うならば、二回目以降のソーイングプロセスのための前方及び／又は後方移動プロフィルは、ソーイングワイヤの有効後方移動を生じるように変更される。

図１は、使用されるワイヤ長さに関するワイヤ直径の変化によって、従来技術による方法におけるワイヤ摩耗を示している。ソーイングワイヤの有効速度の調節を行う、本発明による方法におけるワイヤ摩耗がさらに示されている。従来技術との著しい相違が示されている。従来技術において観察される不均一なワイヤ摩耗は、本発明による方法において排除されることができる。

図２は、時間に関するワイヤ位置のプロフィルにおけるワイヤ移動を示している。ソーイングワイヤの前方及び後方移動プロフィルが示されている。有効ワイヤ移動がさらに示されている。時間に関する有効ワイヤ移動又はワイヤ位置は、厳密に単調に増大する直線である。この直線の勾配は、観察されたテーブル位置におけるソーイングワイヤの有効速度に相当する。表示をより単純にするために、加速段階は示されていない。

図３は、半径Ｒのワイヤ片を表している。０〜２Ｒで変化するテーブル位置がさらに示されている。現在のテーブル位置ｙにおいて、係合長さｌ及びマークされた侵食された体積ｚとを有する。係合長さｌ及び侵食された体積がテーブル位置ｙに関することも明らかである。テーブル位置、ひいてはテーブル前送りプロフィルに関する係合長さｌは、ソーイングワイヤの摩耗に実質的な効果を有する。本発明による方法において、ソーイングワイヤの有効速度は、ソーイングワイヤの前方及び後方移動プロフィル（図２参照）を介して調節され、これにより、従来技術において観察されるような、ワイヤ位置に対するワイヤ摩耗の依存（図１参照）は回避され、ワイヤ位置とは無関係な一定のワイヤ摩耗が達成される。

図４は、上部領域においてソーイングストリップに結合された、直径１５０ｍｍの結晶片を示している。

図５は、ｍｍで示されたテーブル位置に関する、テーブル前送りプロフィル、すなわちテーブル前送り速度をμｍ／ｍｉｎで示しており、これは、本発明による方法において、直径１５０ｍｍの結晶片からウェハをスライスするのに適している。

図６は、テーブル位置に関する、本発明による周期的な前方ワイヤ移動及び後方ワイヤ移動を示している。この場合、図５におけるテーブル前送りプロフィルのために、ウェハ上に均一な溝パターンが形成されるように、１０ｍｍの前送りごとに３０サイクルが行われることが要求された。

実施例
直径１５０ｍｍの結晶片が、幅７０ｍｍのソーイングストリップに固定された（図４も参照）。

テーブル前送りプロフィルは、表１に従って明示された（一次補間が支持個所の間で行われた、図５も参照）。

このカッティングのために、２０ｋｍのワイヤが利用可能であり、ワイヤ速度は最大で１２ｍ／ｓであり、方向を反転する場合の加速は３ｍ／ｓ²であった。図６に示された最適化されたワイヤ移動は、表２に示されたワイヤプログラムによって生ぜしめられ、ワイヤ摩耗は侵食された体積に比例するという前提と、１０ｍｍの前送りごとに３０サイクルが行われるという要求とを備える。

従来技術による方法と本発明による方法とにおける、使用されたワイヤ長さに関するワイヤ直径を示している。 時間に関するワイヤ位置のプロフィルとしてのワイヤ移動と、有効ワイヤ移動とを示している。 半径Ｒの結晶片と、特定のテーブル位置ｙにおける係合又は挿入長さ及び侵食された体積とを示している。 ソーイングストリップを備えた工作物を示している。 テーブル前送りプロフィルを示している。 前方ワイヤ及び後方ワイヤ移動を示している。

Claims (10)

1. 長手方向軸線と断面とを有する工作物から多数のウェハをスライスするための方法において、テーブルに固定された前記工作物が、テーブルと、ワイヤソーのワイヤギャングとの、工作物の長手方向軸線に対して垂直に向けられた相対移動によって、有効速度で移動させられるソーイングワイヤによって形成されたワイヤギャングを通って可変の前送り速度で送られるようになっており、前記テーブルの位置に応じたソーイングワイヤの有効速度が、ソーイングワイヤの均一な摩耗を生ぜしめるために、前記テーブルの前送り速度と、工作物内へのソーイングワイヤの係合長さとの積の関数として調節されることを特徴とする、多数のウェハをスライスするための方法。
2. ソーイングワイヤの有効速度が、前方ワイヤ移動速度及び後方ワイヤ移動速度と、係合長さとの間に比例関係が存在するように調節される、請求項１記載の方法。
3. ソーイングワイヤの有効速度が、前方ワイヤ移動速度及び後方ワイヤ移動速度と、テーブル前送り速度と係合長さとの積との間に比例関係が存在するように調節される、請求項１記載の方法。
4. ソーイングワイヤの有効速度が、前方ワイヤ移動速度及び後方ワイヤ移動速度と、作動力との間に比例関係が存在するように調節される、請求項１記載の方法。
5. ソーイングワイヤが、ソーイングプロセスの終了後の別のソーイングプロセスのために使用される、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. ソーイングワイヤが複数回使用される、請求項５記載の方法。
7. ウェハがスラリを使用しながらスライスされる、請求項５又は６記載の方法。
8. ソーイングワイヤが、入口スプールを介して展開され、ワイヤギャングを形成するためにガイドロールの周囲に供給され、最後に出口スプールに巻き取られ、入口スプールと出口スプールとが、第２のソーイングプロセスの前に交換される、請求項５から７までのいずれか１項記載の方法。
9. ソーイングワイヤが、第２のソーイングプロセスの間、第１のソーイングプロセスに関して他の方向に有効に移動させられる、請求項５から７までのいずれか１項記載の方法。
10. ソーイングワイヤには第１の使用の前に黄銅層が設けられており、このことの効果は、スラリを保持する容器が第１のソーイングプロセスの後に銅原子で汚染されることであり、汚染されたスラリ容器がさらに、第２のソーイングプロセスのための汚染されていないスラリ容器と交換され、第２のソーイングプロセスの間、第２のスラリ容器の汚染が生じない、請求項８又は９記載の方法。

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