JP5070326B2 - ワイヤソー及びワイヤソーイング方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク、特に単結晶をワイヤソーにおいて切断する方法と、さらにまたワイヤソーと、半導体ウェハとに関する。

欧州特許第０９０３２１０Ａ１号により、結晶が取付ビームにより取り付けられるワイヤソーによって前記結晶からウェハを切り出す周知の方法では、ウェハ上に望ましくない傷（ソーマーク）が生じるおそれがあることが知られている。

欧州特許第０９０３２１０Ａ１号に、これらの傷は、ソーイングワイヤが取付ビーム内に侵入するときに発生すると記載されている。さらに、前記文献により、取付ビームの材料は、傷の深さに影響を与えることが知られている。傷の発生を防ぐために、前記文献では、結晶の材料と同じ硬度を有する材料を取付ビームに用いることが提案されている。しかしながら、このことは、種々の材料からなるワークに対して種々の取付ビームを常に用意しておく必要があるという欠点を有する。さらにまた、ある硬度の材料に制限されることにより、弾性率や熱膨張率、安定性、付着力、被削性等の他の基準に応じて最適化を実現することができない。さらに、非常に硬い材料からなる取付ビームを用いて非常に硬いワークを切断するために、ワイヤの摩耗およびスラリーの消費が増大する。

図５ａおよび５ｂの各図に、周知のワイヤーソーイング方法によってＧａＡｓ単結晶を切断した後に触針装置（マールペルトメータ（Mahr Perthometer））により図３の走査線４４に沿って得られたＧａＡｓウェハの表面形状が示されている。傷の深さまたは段（ソーマーク）の高さは、図５ａでは７μｍ、図５ｂでは１０μｍとなって、残りの表面粗さより著しく突出している。スラリーの特性を不利に選択すると、段の高さは、２０μｍを上回るさらに一層高い値となることもある。

本出願人には、硬質材料の含有量またはキャリヤー物質の粘度等のスラリーの特性が傷の発生に影響を及ぼすことは既知である。傷の発生は、スラリーを適切に選択することによって最小限にすることができる。他方、スラリーの特性は、そり、曲りまたは表面粗さ等のウェハのその他の表面パラメータにも影響を及ぼす。周知のワイヤーソーイング方法では、スラリーの特性を選択して、傷または段の発生と前記のその他の表面パラメータとが同時に最適化されるようにすることは、必ずしも可能ではない。なぜなら、これらの２つの最適化基準には異なる特性が必要とされるからである。傷および段の発生を防ぐためにスラリーを最適化し、かつ同時に表面パラメータを最適化することにより、スラリー特性の作用範囲が著しく制限されるとともに、スラリーの寿命が制限される。

ワイヤーソーイング時に、スラリーは、大多数の場合において、閉ループ内に維持される。高価なガリウムは、ＧａＡｓウェハのワイヤーソーイング時において、スラリーから回収できる。したがって、経済的理由により、スラリーは、該スラリーが高いＧａＡｓ含有量（約１０％）を有するまで閉ループ内に維持されることが好ましい。しかし、ＧａＡｓ含有量が高いと、ワイヤがワークから取付ビーム内へと移行する時点において、傷および段の発生に悪影響を及ぼす。

ワーク切断後に、表面品質の要件によって、さらなる表面処理段階（たとえばラッピング、研削、研摩）を行う場合がある。これらの工程は、特にワークから取付ビーム内への移行時における前記傷または段等のワイヤーソーイング時の欠陥を補正するために必要である。しかし、２０μｍを上回る高さを有する段は、この方法でも完全に除去できない。
また、これらの方法は、時間と費用とを要する。

米国特許第５，０５２，３６６号により、切断工程においてワイヤ面が取付ビームに対して揺動して、ワイヤの方向（長手軸方向）が送り方向に対して周期的に変動するワイヤーソーイング方法および装置が周知である。同時に、ワイヤは、交互の方向に往復移動する。揺動時においてワイヤの方向が変動するため、ワイヤは、切断作業の初期段階においてすでに取付ビーム内に侵入してしまう。

欧州特許第０９０３２１０Ａ１号 米国特許第５，０５２，３６６号

本発明の目的は、ワイヤソーによりワークを切断する方法において、切断部が可能な限り滑らかになるとともにいかなる傷も現れない方法を提供することにある。さらにまた、本発明の目的は、本発明に係るワイヤソーによるワークの切断方法を実施可能なワイヤソーを提供することにある。

前記目的は、請求項１または５に係るワイヤソーと、請求項４に係るウェハとにより達成される。

本発明のその他の展開形態は、従属請求項に記載の特徴を有する。

本発明に係る方法および本発明に係る装置により、ワイヤソーにより切断するワークの切断部において、ワイヤがワークから取付ビーム内へと移行するときの傷の発生が軽減または完全に防止できるという利点が得られる。

したがって、スラリーの特性パラメータを、傷または段の発生の防止以外を目的として最適化できる。スラリーを最適化して、たとえば、そり、曲りまたは表面粗さといったような切断部の表面パラメータを最小限に抑えることができる。さらにまた、閉ループ内におけるスラリーのＧａＡｓ含有量を、ＧａＡｓウェハの製造時に増やすことができる。

さらに、本発明により、高費用を要するラッピングまたは研削による切断部の後処理が省略できる。

さらにまた、切断部の品質に関して高い基準を満たされなければならない、ワイヤソーによるワークの切断において、歩留まりを向上できる。

さらにまた、半導体装置の製造に使用できない縁部領域４２（図３参照）、いわゆるエッジエクスクルージョンを、半導体ウェハ４３の製造において、最小限に抑えることができる。傷のある縁部領域を、ウェハ製造時に切断後に縁部丸み付けにより除去する場合は、本発明により、縁部丸み付けによる除去を最小限に抑えることができ、高価な材料を節約することができる。

本発明のさらに他の特徴および利点は、実施の形態の説明と図面とから得られる。

第１の形態に係るワイヤソーにおいて切断作業時に取付ビームが取り付けられた状態のワークの概略断面図である。 第１の形態に係る取付ビームの斜視図である。 第２の形態に係るワイヤソーにおいて切断作業時に取付ビームが取り付けられた状態のワークの概略断面図である。 半導体ウェハの表面における傷の位置を示す図である。 ワイヤソーにおいて本発明に係る方法により得られる切断部の表面形状の断面図である。 ワイヤソーにおいて周知の方法により得られる切断部の表面形状の断面図である。 ワイヤソーにおいて周知の方法により得られる切断部の表面形状の断面図である。

[第１の形態]
図１に、第１の形態に係るワイヤソーでの切断時において取付ビーム２を備えたワークの概略断面図が示されている。

ワーク１は、円柱形状である。材料は、単結晶、特にＳｉ単結晶またはＧａＡｓ単結晶等の半導体用単結晶で良いが、ワイヤソーにより切断可能なものであれば他の材料でもあってもよい。ワーク１をワイヤソーに固定する取付ビーム２は、ワーク１に取り付けられる。この取付ビームは、たとえばグラファイトで良いが、ワイヤソーにより切断可能な他の材料であってもよい。ワイヤソーにおいて、ワイヤ３は、複数個のワイヤ部が図１の紙面に対して垂直なワイヤ面を形成するように、複数のローラ（図示せず）の周りに張り渡される。ワイヤソーは、ワークが切断用取付ビームを介して取り付けられる送り装置１２を有する。この送り装置１２により、ワーク１は、前記ワイヤ面に対して、前記ワイヤ面に垂直な送り方向４に移動可能である。ワイヤソーには、スラリーをワイヤに塗布する装置１４が設けられる。さらにまた、ワイヤ３をその長手方向に沿って移動させる駆動装置（図示せず）が設けられる。

基本的には、第１の形態に係る取付ビーム２は、円柱状ワークの外形に対応した凹部を有する長尺状直方体として形成される。前記凹部により、取付ビームの支持面５が形成され、前記支持面は、ワーク１上に接着されるときにワーク１に対する接触面としての役割を果たす。この第１の形態において、前記凹部は、取付ビーム２の長手軸Ｌに対して垂直な断面部Ａ（図１ａの斜線部）が非対称になるように形成される。取付ビーム２の平坦な側面６は、送り装置１２に対する取付ビーム２の取付けの限界停止部としての役割を果たす。取り付けられた状態において、この平坦な側面６は、ワイヤ面（図１の紙面に対して垂直）に対して平行に位置合わせされている。断面図を見ると、平坦状側面６と接触面５とを接続する２つの側部１３、１３’は、異なる長さを有する。取付ビーム２は、その非対称性により、ワイヤソー内に取り付けられたときに、ワーク１の長手方向中心軸Ｍを含むとともにワイヤ３に対して垂直をなす平面１１に対して横方向にずれてワーク１上に密着される。ここで、図１における長手方向中心軸Ｍは、紙面に対して垂直である。

作業時に、取付ビーム２は、切断に先立ってワーク１に取り付けられる。取付ビームをワークに固定するために、前記取付ビームを、たとえばワーク１上に接着してもよい。そのための接着剤として、例えば、エポキシ樹脂を用いることもできる。取付ビーム２を送り装置１２に固定することにより、ワーク１は、ワイヤソー内に固定される。そのため、送り装置１２は、ワイヤ面に対して平行な限界停止面６’を備える。複数のワイヤ部３が、その長手方向軸に沿って、同じ方向８に移動される一方、ワーク１は、前記ワイヤ部３に対して、ワイヤ面に垂直な方向に押圧され、前記ワイヤ面を通って移動される。これによって、ワーク１は、複数個のウェハに切断される。

ワーク１と取付ビーム２は連続体を形成し、その表面には、切断作業時に前記ワイヤ面を形成する各ワイヤ部３によって、２つの貫通点９，１０において貫通する孔が開けられる。ワイヤは、一方の貫通点９において、その長手方向に沿って一定方向８に切断スリットへ入り込み、他方の貫通点１０において前記切断スリットから出る。切断部に沿った傷は、侵入側の貫通点９がワーク１の表面から取付ビーム２の表面上に移る位置において形成されることがわかる。ワーク１の長手方向中心軸Ｍを含むとともにワイヤ３に対して垂直をなす平面１１に対して取付ビームを横方向にずらすことにより、ワークが完全に切断し尽くされる直前または直後に、侵入側において初めてワイヤが取付ビーム内に侵入するようにすることができる。よって、前記傷を切断部の縁部寄りまたはさらには取付ビーム内に移すことができる。

第１の形態では、切断作業において、前記２つの貫通点（９；２９）の一方がワークの面上にあり、かつ同時に前記２つの貫通点の他方（１０；３０）が取付ビーム（２；２２）の面上にある一方で、ワークの表面上に位置する前記貫通点が侵入側における貫通点となるように構成されている。

本発明に係る方法の効果は、侵入側の貫通点９がワークの表面上にあれば、侵入側においてワイヤ上に施されるスラリーが、取付ビーム２に干渉されることなくワーク１の切断スリット内に運搬され得ることにある。

[第２の形態]
本発明の第２の形態に係るワイヤソーでは、長手軸Ｌに対して垂直な断面部が対称形の取付ビームとして知られる取付ビーム２２を用いて、本発明に係る方法を実施することができる。この第２の形態に係るワイヤソーは、前記第１の形態に係るワイヤソーとは、取付ビーム２２がワイヤ面に対して垂直な平面に対して傾斜した状態でワイヤソーに保持されるという点において異なる。このために、送り装置３２は、限界停止面２６’により形成される平面Ｅがワイヤ面との間において角度αをなすように傾斜する取付ビーム２２用限界停止面２６’を備える。

取付ビーム２２は、自身の支持面２５によりワーク上に当接する。支持面２５に対向する取付ビーム２２の側面２６は、取付ビーム２２を送り装置３２の限界停止面２６’に取り付ける限界停止部となる。取り付けられた状態において、平坦な側面２６は、送り装置３２の限界停止面２６’と平行である一方、支持面２５は、ワーク２１と取付ビーム２２との間の接触面となる。送り装置３２の限界停止面２６’は、長手方向中心軸Ｍを中心としてワイヤ面に対して角度αだけ回転されるので、取付ビーム２２は、ワイヤソーに取り付けられたときに、ワーク２１の長手方向中心軸Ｍを含むとともにワイヤ２３に対して垂直な平面に対して横方向にずれて、ワーク上に接着される。

第２の形態に係るワイヤソーと、それ自体周知の取付ビーム２２とを用いて、本発明に係る方法を実施することができる。該方法では、少なくとも一時的に、ワイヤ部２３が前記構成体を貫通する一方の貫通点がワーク２１の表面上に位置すると同時に、ワイヤ部２３が前記構成体を貫通する他方の貫通点３０が取付ビーム２２の表面上に位置するように、ワーク２１と取付ビーム２２とによって構成される構成体をワイヤ面を通して移動させる。

以って、第１の形態のように、取り付けられた状態の取付ビーム２２とワーク２１との接触面２５が、ワーク２１の長手方向中心軸Ｍに沿って形成されると共にワーク２１が通過させられるワイヤ部２３に対して垂直な平面３１の片側だけに位置する、或いは、平面３１の片側に接触面２５の少なくとも大部分が位置するようにすることができる。

ここで、取付ビーム２２は、好ましくは、ワイヤソー内において、ワーク２１の長手方向中心軸Ｍに沿って形成されると共にワーク２１が通過させられるワイヤ部２３に対して垂直な平面３１の片側のみに位置するように配置される。これにより、２つの貫通点２９および３０の少なくとも一方は、ワーク２１の切断工程の間中、ワーク２１の表面上に位置する。

従って、侵入側においてワイヤ２３上に施されるスラリーは、切断工程の間、取付ビームに干渉されることなくワイヤによって切断スリット内へと運ばれる。

第２の形態においても、切断工程時に、前記２つの貫通点の一方がワーク２１の表面上に位置すると同時に前記２つの貫通点２９、３０の他方が取付ビーム２２の表面上に位置し、ワークの表面上に位置する前記貫通点が侵入側貫通点となるように構成されている。

図３に、前記２つの形態の一方に係る本発明の方法によりワークとしての半導体用単結晶から製造された半導体ウェハ上の傷４０の位置が図示されている。比較のために、半導体用単結晶の周知のワイヤーソーイングにおいて半導体ウェハ上に形成される傷４１が示されている。内側部分４３は、半導体ウェハのその後の丸み付け後に残される半導体ウェハの部分である。本発明の方法により、傷の位置を、ワークの切断後のウェハの丸み付けにおいて除去される部分に移すことができる、あるいはまったく傷が発生しないようにすることができる。

図４に、本発明に係る方法により製造されたＧａＡｓウェハの表面形状全体にわたる断面図が示されている。この表面形状は、図１の走査線７に沿って、触針装置（マールペルトメータ（Mahr Perthometer））により得られたものである。図５ａおよび５ｂにおける従来方法で製造されたＧａＡｓウェハの測定値と比較すると、表面形状が向上していることがはっきりとわかる。図４においては、ワークから取付ビームへの切断部の移行点において、いかなる傷または段も見られない。したがって、本発明の方法により、丸み付けを受けない状態において、すなわちワイヤソーでの切断後に縁部丸み付けを行なうことなしに、いかなる傷も見られないウェハを製造することができる。このウェハは、多結晶またはＧａＡｓまたはＩｎＰのような単結晶の材料により製作可能である。

本発明では、取り付けられた状態の取付ビームとワークとの接触面が、ワークの長手方向中心軸Ｍに沿って形成されると共にワークが通過させられるワイヤ部に対して垂直をなす平面の片側のみに位置する、又は前記接触面の少なくとも大部分が前記平面の片側に位置するように、取付ビーム、又は、ワイヤソーにおいて周知の取付ビームを用いてワークを支持する限界停止面の一方が設けられると説明してきた。しかしながら、第１の形態に係る取付ビームを第２の形態に係るワイヤソーと組み合わせて、これを達成することも可能である。

本発明では、ワークが円柱状の形状を有すると説明してきた。しかしながら、ワークの形状は、これに限定されることはない。したがって、ワークの断面部は、他のいかなる形状を有してもよい。

送り装置は、本発明の実施の形態においては、ワイヤ面に対して垂直をなすと説明してきた。しかしながら、送り方向は、それがワイヤ面に対して垂直な成分を有すれば、他のいかなる方向であってもよい。ワイヤの長手軸の方向は、該ワイヤの侵入側貫通点がワークの表面上に位置し、取付ビームの表面上に移動しなければ、切断工程において取付ビームに対して変更してもよい。したがって、切断作業は、最初に揺動モードで、最終段階では揺動を用いずにワイヤを取付ビームに対して固定した向きで実施することが可能である。また他の可能性としては、周期的な揺動運動と、ワイヤの長手軸に沿ったワイヤの移動方向の変更とを組み合わせて、前記２つの貫通点の一方がワーク上に位置し、かつ同時に他方の貫通点が取付ビーム上に位置する間、ワーク上の貫通点が常に侵入側に位置するようにすることである。

Claims (5)

1. ワーク（２１）を切断するワイヤソーであって、
   ワイヤ（２３）と、
   ワーク（２１）とワイヤ（２３）とを相対移動させて、ワーク（２１）が送り方向（２４）に沿ってワイヤ（２３）を通り抜けることにより、ワーク（２１）の切断が行われる送り装置（３２）と、
   切断時に、前記ワイヤ（２３）をその長手軸に沿って移動させる駆動装置と、
   前記ワイヤソーに前記ワーク（２１）を取り付ける取付ビーム（２２）であって、取り付けられた状態において、前記ワーク（２１）を、前記取付ビーム（２２）と前記ワーク（２１）との接触面の大部分が、前記ワークの長手軸（Ｍ）を含むと共に切断時に前記ワークが相対移動する前記ワイヤ部に対して垂直をなす平面（３１）のうちワイヤ（２３）を移動させる側の片側に位置するように、前記取付ビーム（２２）によりワイヤソーに保持する取付ビームと、
   を含むことを特徴とするワイヤソー。
2. ワイヤソーによるワーク切断方法であって、ワーク（２１）と取付ビーム（２２）とが連続体を形成するように該ワーク（２１）は該取付ビーム（２２）に取り付けられ、前記方法は、
   ワイヤ（２３）と前記ワーク（２１）を互いに移動させて、前記ワーク（２１）を切断する工程であって、切断時に、前記連続体（２１，２２）の表面の２つの対向する貫通点で前記ワイヤ（２３）を貫通させる工程と、
   前記２つの貫通点の一方が侵入側貫通点として、他方が出口側貫通点として形成されるように、前記ワイヤ（２３）をその長手軸に沿って移動させる工程と、
   を有し、
   前記２つの貫通点の一方は、前記ワーク（２１）の表面上に位置すると共に、前記２つの貫通点の他方は、前記取付ビーム（２２）の表面上に位置し、前記ワーク上に位置する前記貫通点は、前記侵入側貫通点であり、
   前記ワーク（２１）は、前記取付ビーム（２２）と前記ワーク（２１）との接触面の大部分が、前記ワークの長手方向中心軸（Ｍ）を含むと共に前記ワークが相対的に移動させられて切断を行う前記ワイヤ部の長手軸と垂直をなす平面（３１）のうちワイヤ（２３）を移動させる側の片側に位置するように、前記取付ビーム（２２）により前記ワイヤソーに保持されることを特徴とするワイヤソーによるワーク切断方法。
3. 前記取付ビーム（２２）の断面の重心が、前記平面（３１）の片側にあることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 請求項２又は請求項３に記載の方法によって製造され、ワイヤソーにより形成された後、丸み付けが行なわれない状態において、いかなる傷も見られない多結晶または単結晶材料からなるウェハ。
5. 請求項１に記載のワイヤソーであって、
   前記ワーク（２１）は、前記ワイヤソーにおいて、前記取付ビーム（２２）の限界停止面（２６）に取り付けられ、該限界停止面により形成される平面（Ｅ）が、前記ワークが相対的に移動する前記ワイヤ部の長手軸に対して角度αで傾斜していることを特徴とするワイヤソー。

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