JP5102750B2 - ソーワイヤー - Google Patents

Description

本発明は、ソーワイヤーに係り、特に加工性に優れたソーワイヤーに関する。

一般的に、ソーワイヤーは、磁気ヘッドチップや半導体ウェーハ用単結晶インゴットのような硬質材料の切断に使われる。ソーワイヤーは、炭化ケイ素粉、ダイヤモンド粉のような研削用粒子とオイルなどの潤滑剤とが混合された研削液と共に、被切断物に適切な圧力で接触しつつ走行することによって、被切断物を切断する。

かかるソーワイヤーは、通常、研削時に受ける高い張力に耐えるために、３３００ＭＰａないし４５００ＭＰａの高強度を有し、０．０８ｍｍΦないし０．３ｍｍΦの直径を有する高炭素鋼線で形成されている。

さらに、ソーワイヤーには、使用上の目的に合う精密な寸法公差を合わせ、伸線性の確保のために高炭素鋼線素材より軟質の銅、スズまたは黄銅メッキを行うことが広く行われる。特に、黄銅は、軟性が高いので、それをソーワイヤーにメッキする場合には、多くの長所が生じる。すなわち、ソーワイヤーに黄銅をメッキする場合、メッキされた黄銅は、ソーワイヤーと伸線用ダイとの間に潤滑剤を運搬する機能を行うだけでなく、潤滑機能を付与するので、黄銅がメッキされたソーワイヤーは、相対的に高精密度の線径公差と真円度とを維持しつつ、非常に速い伸線速度でも断線を抑制でき、これにより低い生産コストでソーワイヤーを製造できる。

ソーワイヤーを利用してシリコンブロックのような硬質材料を切断して、半導体ウェーハを形成する方法は、次の通りである。複数個の溝を有する複数個のローラに所定のピッチで一連のソーワイヤー列を巻いた後、かかる一連のソーワイヤー列を走行させる。かかる一連のソーワイヤー列に切断しようとするシリコンブロックを所定の力で押さえる。これと共に、ソーワイヤー列とシリコンブロックとの間に研磨液を流して、研磨用粒子の研削作用によりシリコンブロックを切断してウェーハを製造する。

ソーワイヤーを利用してシリコンブロックのような硬質材料を切断して、半導体ウェーハのような製品を製造するとき、切断工程の効率及び切断されたウェーハの厚さに対する品質は、切断されるシリコンブロックの特性及びソーワイヤーの走行速度のような色々な因子により左右される。かかる色々な因子のうち、ソーワイヤーの太さがどんなに均一であるか、及びソーワイヤーが研磨材をどんなに多く伴うことができるかなどが重要である。

シリコンブロックのような硬質材料を切断するために使われる一連のソーワイヤー列は、通常的にローラに約３００回ないし１０００回巻かれている。かかるソーワイヤー列を構成する個別的なソーワイヤーは、シリコンブロックのような硬質材料を切断する間にローラの溝に沿って移動するが、このとき、ソーワイヤーは、シリコンブロックとソーワイヤーとの間に注入される研磨液に含まれた研磨材の研削作用に影響を受けて磨耗されて太さが細くなるという問題点がある。

また、ソーワイヤーの表面に軟質のメッキ層が形成されている場合、ソーワイヤーによるシリコンブロックの切断初期には、ソーワイヤーの表面の軟質のメッキ層により研磨材を多く伴うことができるが、シリコンブロックの切断が進められるにつれて、ソーワイヤーの表面の軟質のメッキ層が次第に除去されて素地層が露出されつつ、研磨材を伴う能力が低下するという問題点がある。これにより、シリコンブロックのような硬質材料の切断工程の効率が低下するだけでなく、製造された半導体ウェーハの厚さが不均一であり、半導体ウェーハの表面の平坦度が低下するという問題点が現れる。

かかる問題点を解決するためのものとして、研磨材を伴う能力が向上したソーワイヤーが特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたソーワイヤーは、その外面を変形することによって、研磨材を伴う能力を向上させる。すなわち、ソーワイヤーの表面にマイクロキャビティを形成するか、または複数の円周溝を提供して多様な直径を有させることによって、研磨材を伴う能力を向上させる。しかし、かかる従来技術は、ソーワイヤーの外部表面を変形しがたいという問題点を有する。

国際特許出願ＷＯ９０／１２６７０号公報

本発明の目的は、硬質材料を切断してウェーハを製造するとき、ソーワイヤーが磨耗されて直径が減少する場合にも、ソーワイヤーの研磨材の同伴能力を大幅に向上させて切断工程の効率向上、ウェーハの厚さの均一度向上及び表面の平坦度の向上を提供するところにある。

前記目的を達成するために、本発明は、シリコンブロックのような硬質材料の切断に使われるソーワイヤーにおいて、前記ソーワイヤーの線径が０．０８ｍｍΦないし０．３０ｍｍΦの範囲であり、前記ソーワイヤーの表面からの深さが５μｍないし１０μｍの範囲である領域で、前記ソーワイヤーの長手方向の残留応力が４００ＭＰａないし１０００ＭＰａの範囲であるソーワイヤーを開示する。

本発明において、前記ソーワイヤーの使用後の波相の高さをＨ_Ｗ、前記ソーワイヤーの使用後の波相のピッチをＰ_Ｗ、前記ソーワイヤーの使用前の線径をＤ_０、前記ソーワイヤーの使用後の線径をＤ_１とするとき、
Ｈ_Ｗ＝０．５（Ｄ_０−Ｄ_１）ないし１．５（Ｄ_０−Ｄ_１）、
Ｐ_Ｗ＝３０Ｄ_０ないし５０Ｄ_０
を満たすことが望ましい。

本発明において、前記ソーワイヤーの表面からの深さが５μｍないし１０μｍの範囲である領域で、前記ソーワイヤーの長手方向の残留応力が４５０ＭＰａないし９５０ＭＰａの範囲であることが望ましい。

本発明を添付された図面と共に、次の実施形態を通じてさらに詳細に説明する。

本発明は、シリコンブロックのような硬質材料の切断に使われるソーワイヤーにおいて、前記ソーワイヤーの線径が０．０８ｍｍΦないし０．３０ｍｍΦの範囲であり、前記ソーワイヤーの表面からの深さが５μｍないし１０μｍの範囲である領域で、前記ソーワイヤーの長手方向の残留応力が４００ＭＰａないし１０００ＭＰａの範囲であるソーワイヤーを開示する。

本発明において、前記ソーワイヤーの使用後の波相の高さをＨ_Ｗ、前記ソーワイヤーの使用後の波相のピッチをＰ_Ｗ、前記ソーワイヤーの使用前の線径をＤ_０、前記ソーワイヤーの使用後の線径をＤ_１とするとき、Ｈ_Ｗ＝０．５（Ｄ_０−Ｄ_１）ないし１．５（Ｄ_０−Ｄ_１）、Ｐ_Ｗ＝３０Ｄ_０ないし５０Ｄ_０を満たすことが望ましい。

本発明者は、ソーワイヤーを使用してシリコンブロックを切断してウェーハを製造する工程において、切断工程の効率性及び切断されたウェーハの品質に影響を及ぼすソーワイヤーの特性について調査した結果、次のような現象を確認できた。

第１に、ソーワイヤーを使用してシリコンブロックを切断してウェーハを製造する工程が進められるにつれて、ソーワイヤーの直径が減少する。このとき、ソーワイヤーの直径が減少する程度は、作業工程の条件によって異なるが、ソーワイヤーの直径は、作業後には通常１０μｍないし２０μｍまで減少する。

第２に、使用後のソーワイヤーの形状は、ソーワイヤーのサークルが変化する場合、及び小さい波相の形態が発生する場合がある。

第３に、切断工程の効率は、使用後のソーワイヤーに小さい波相の形態が表れた場合がそうでない場合よりさらに高い。

第４に、製造されたウェーハの品質は、一般的に周知されたものと異なり、使用後のソーワイヤーに小さい波相の形態が表れた場合がそうでない場合よりさらに良好である。

本発明者は、前記のような事実について研究を重ねた結果、次のような結論が得られた。

ソーワイヤーを使用してシリコンブロックのような硬質材料を切断してウェーハを製造する工程において、使用中にソーワイヤーに発生する小さい波相の形態が切断工程の効率及びウェーハの品質を向上させる区間があり、その区間は、使用前後のソーワイヤーの線径に対して次のような関係式を満せねばならない。
Ｈ_Ｗ＝０．５（Ｄ_０−Ｄ_１）ないし１．５（Ｄ_０−Ｄ_１）、
Ｐ_Ｗ＝３０Ｄ_０ないし５０Ｄ_０
ここで、Ｈ_Ｗは、ソーワイヤーの使用後の波相の高さであり、Ｐ_Ｗは、ソーワイヤーの使用後の波相のピッチであり、Ｄ_０は、ソーワイヤーの使用前の線径であり、Ｄ_１は、ソーワイヤーの使用後の線径である（図１及び図２を参照）。

また、前記のような条件を満たすソーワイヤーは、その表面からの深さが５μｍないし１０μｍの範囲である領域で、ソーワイヤーの長手方向の残留応力（引張残留応力）が４００ＭＰａないし１０００ＭＰａの範囲でなければならない。

本発明において、前記のような条件を設定した理由は、次の通りである。

ソーワイヤーの使用後の波相の高さをソーワイヤーの使用前後の直径の変化量の０．５倍ないし１．５倍に限定した理由は、使用中にソーワイヤーの直径の減少に伴われたウェーハの厚さ変化を補完できる波相の高さが、ソーワイヤーの使用前後の直径の変化量に対して０．５倍ないし１．５倍であることを確認したためである。

また、ソーワイヤーの使用前の波相のピッチをソーワイヤーの使用前の直径の３０倍ないし５０倍に限定した理由は、ソーワイヤーの使用前の波相のピッチがソーワイヤーの使用前の直径の３０倍より小さくなる場合には、最初の供給線に比べて波相の発生時にソーワイヤーに過度なテンションが発生して、ソーワイヤーが断線される可能性が高くなるためであり、ソーワイヤーの使用前の波相のピッチがソーワイヤーの使用前の直径の５０倍より大きくなる場合には、波相の発生による研磨材供給量の増加という本発明の目的を達成しがたいためである。

ソーワイヤーの長手方向の残留応力限定をソーワイヤーの表面からの深さが５μｍないし１０μｍである領域に限定した理由は、ソーワイヤーの表面からの深さが５μｍより浅い場合には、ソーワイヤーの長手方向の残留応力が大きくても、全体のワイヤーに比べてその深さが浅すぎて所望の波相を生成できないためであり、ソーワイヤーの表面からの深さが１０μｍより深い場合には、既に波相が生成された状態であるため、波相の形態やサイズに大きい影響を及ぼさないためである。

さらに、ソーワイヤーの長手方向の残留応力を４００ＭＰａないし１０００ＭＰａの範囲に限定した理由は、それより低い値では、所望の波相を形成できず、それより高い値では、波相の高さが本発明の目的の達成のための０．５（Ｄ_０−Ｄ_１）ないし１．５（Ｄ_０−Ｄ_１）より高くなって、かえってウェーハの品質を劣化させるためである。

さらに望ましくは、ソーワイヤーの長手方向の残留応力を４５０ＭＰａないし９５０ＭＰａの範囲に限定する。その理由は、ソーワイヤーを使用してシリコンブロックを切断してウェーハを製造することによって、ソーワイヤーが磨耗される深さとこの時に形成される波相の高さとの比が０．７（Ｄ_０−Ｄ_１）ないし１．３（Ｄ_０−Ｄ_１）とその偏差が少ないので、シリコンブロックの切断時に最初のウェーハの厚さと最後のウェーハの厚さとの差がほとんどない均一な厚さを有するウェーハが得られるためである。

本発明のソーワイヤーは、その表面からの深さが５μｍないし１０μｍである領域で、長手方向の残留応力を４００ＭＰａないし１０００ＭＰａの範囲に限定することによって、ソーワイヤーの使用中にその直径の減少と比例して小さい波相を形成し、これにより、直径の減少によるウェーハの厚さ偏差と研磨材の供給不安定とを補完して、切削速度を顕著に向上させると共に、ウェーハの品質も大幅に向上させる効果を有する。これにより、本発明のソーワイヤーは、ＶＴＲ、ＡＴＲなどの磁気ヘッド、半導体チップのような超精密表面を要求するウェーハだけでなく、高い生産性が要求される太陽熱発電のためのソーラーウェーハの製造にも使用できる。

本発明の望ましい一実施形態に関するソーワイヤーを説明する。ソーワイヤーの直径は、０．０８ｍｍないし０．３０ｍｍであり、表面からの深さが５μｍないし１０μｍである領域で、ソーワイヤーの長手方向の残留応力は、４００ＭＰａないし１０００ＭＰａである。

直径が０．１４ｍｍであり、長手方向の残留応力がそれぞれ異なる７種のソーワイヤーを製造した。この７種のソーワイヤーを使用して、断面が１５６ｍｍ×１５６ｍｍであるシリコンブロックの３個を同時に切断して製造されたウェーハの粗度を比較した。このとき、使われた作業条件は、シリコンブロックの長さが４７０ｍｍ、ソーワイヤーのピッチが４７μｍ、ソーワイヤーの供給速度が１２．５ｍ／ｓｅｃ、シリコンブロックの切断速度が３６０μｍ／ｍｉｎである。また、切断性能を比較するために、シリコンブロックを通過するソーワイヤーが反らない最大の切断速度も測定した。測定された結果は、次の表１に示されている。

前記表１に示すように、本発明の実施例１ないし実施例４が比較例１ないし比較例３に比べてシリコンブロックの切断時にウェーハの不良発生比率が顕著に減少するということが分かる。また、本発明の実施例１ないし実施例４の最大切断速度が比較例１ないし比較例３の最大切断速度に比べて約１．５倍速いということが分かる。

前記のような実施例から分かるように、本発明は、表面からの深さが５μｍないし１０μｍである領域で、ソーワイヤーの長手方向の残留応力を４００ＭＰａないし１０００ＭＰａに限定することによって、最大切断速度とウェーハの品質とを顕著に向上させる改善効果を表すということが分かる。

本発明は、図面に示した実施形態を参考にして説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、かかる実施形態から多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想により決まる。

本発明は、ソーワイヤーに関連した技術分野に適用可能である。

本発明の一実施形態に関するソーワイヤーの使用前の波相に対する高さ及びピッチを示す図面である。 本発明の一実施形態に関するソーワイヤーの使用後の波相に対する高さ及びピッチを示す図面である。

Claims (1)

1. シリコンブロックのような硬質材料の切断に使われるソーワイヤーにおいて、
   切断速度を向上させるべく、前記ソーワイヤーの線径が０．０８ｍｍΦないし０．３０ｍｍΦの範囲であり、
   前記ソーワイヤーの表面からの深さが５μｍないし１０μｍの範囲である領域で、前記ソーワイヤーの長手方向の引張残留応力が４５０ＭＰａないし９５０ＭＰａの範囲であることを特徴とするソーワイヤー。

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