JP5201086B2 - ワークの切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤソーによってワークをウェーハ状に切断する技術に関する。

ワイヤソーとは、複数本のワイヤガイド間に螺旋状に巻回されたワイヤ列にワークを押圧し、ワークとワイヤとの接触部に油性又は水溶性のクーラントに遊離砥粒を混入したスラリを供給することにより、遊離砥粒の研削作用によって同時に多数枚のウェーハに切断する装置である。具体的には、ワイヤ列の往復走行時に、供給された砥液中の遊離砥粒を、各ワイヤによりワイヤ溝（ワークの切断溝）の奥部に押しつけながら溝底部のワークを削り取ることによって切断する。

このようにワークは、往復走行するワイヤによりワイヤ溝の奥部に遊離砥粒が擦りつけられることにより、ウェーハ状に切断される。この際に発生する摩擦により、切断部が発熱することによって、ワークは切断中に熱膨張し、また、ワイヤガイドはワイヤとの摩擦熱やワイヤガイドを支承するベアリング部で発生する摩擦熱等による熱膨張により軸方向に伸び、このためワイヤガイドに螺旋状に巻回されたワイヤ列とワークとの相対位置が切断中に変化していた。

これらワークの熱膨張や、ワイヤガイドの軸方向の伸びによるワイヤ列とワークとの相対位置の変化は、ワイヤによりワークに描かれる切断軌跡を湾曲させ、この切断軌跡の湾曲が、ウェーハ加工後の形状測定においてＷａｒｐとして検出される問題があった。
上記した切断時の摩擦熱が変動することによって、ウェーハの温度が変動して、ウェーハ表面にうねりが生じるという問題に対して、ワイヤとウェーハとが同時に接触している長さ２Ｌとワイヤ列数ｐとの積に応じた熱量を供給するスラリから吸熱することにより、ウェーハの切断部の温度を略一定に保つことでうねりを抑制するとされるワイヤソー切断方法が開示されている（特許文献１参照）。

特開平５−２００７３４号公報

しかし、このような切断方法を実施するためには、追加の装置と複雑な制御が必要であり、製造コストも高くなってしまう。
また、ワークが円柱状のインゴットである場合、切断開始時においてはワークに侵入するワイヤ長が短いため発生する摩擦熱は低く、ワーク温度も低いが、切断の進行とともにワークに侵入するワイヤ長が長くなり、発生する摩擦熱が増加してワークは膨張する。一方、切断後半部ではワークに侵入するワイヤ長が縮小するため発生する摩擦熱が低下し、ワーク温度も低下するためワークは収縮する。

このワークの膨張収縮によりワイヤ列とワークとの相対位置の変化が大きくなり、ワークに描かれる切断軌跡の湾曲も大きくなり、Ｗａｒｐが悪化してしまう。
このようなワーク温度に起因したＷａｒｐの特徴として、ワークの長手方向の中央部を起点としてワークの両端近傍の形状が特に悪化する傾向にある。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、ワイヤソーによる円柱状のワークの切断において、Ｗａｒｐの発生を簡単に効果的に抑制することができるワークの切断方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、複数のワイヤガイド間に螺旋状にワイヤを巻回することによって形成されるワイヤ列に円柱状のワークを押圧し、前記ワークとワイヤとの接触部にスラリを供給しながら前記ワイヤを走行させることによって、前記ワークをウェーハ状に切断するワークの切断方法において、切断開始前に前記ワークを、前記供給するスラリの切断開始時の温度以上、前記ワークの切断中に達するワークの最高温度以下の温度に加温してから該ワークを切断することを特徴とするワークの切断方法が提供される。

このように、切断開始前に前記ワークを、前記供給するスラリの切断開始時の温度以上、前記ワークの切断中に達するワークの最高温度以下の温度に加温してから該ワークを切断すれば、スラリとワークの接触によるワークの急激な温度変化を抑制しつつ、切断開始から切断終了までのワークの温度の高低差を縮小させてワークの膨張収縮量を抑制することができ、Ｗａｒｐの発生を簡単に効果的に抑制することができる。

またこのとき、前記ワークの切断中に供給するスラリの温度を一定とすることができる。
このように、前記ワークの切断中に供給するスラリの温度を一定とすれば、簡単に実施することができる切断方法となり、切断中に複雑なスラリの温度制御を行わなくてもワークの温度の高低差を縮小させてワークの膨張収縮を抑制し、Ｗａｒｐを改善する効果を奏すことができる。

本発明では、複数のワイヤガイド間に螺旋状にワイヤを巻回することによって形成されるワイヤ列に円柱状のワークを押圧し、前記ワークとワイヤとの接触部にスラリを供給しながら前記ワイヤを走行させることによって、前記ワークをウェーハ状に切断するワークの切断方法において、切断開始前に前記ワークを、前記供給するスラリの切断開始時の温度以上、前記ワークの切断中に達するワークの最高温度以下の温度に加温してから該ワークを切断するので、スラリとワークの接触によるワークの急激な温度変化を抑制しつつ、切断開始から切断終了までのワークの温度の高低差を縮小させてワークの膨張収縮量を抑制することができ、Ｗａｒｐの発生を簡単に効果的に抑制することができる。

本発明のワークの切断方法で用いることができるワイヤソーの一例を示す概略図である。 本発明のワークの切断方法に用いることができるワイヤソーのワーク送り機構の一例を示す概略図である。 ワークの温度の測定方法を説明する説明図である。 実施例１、実施例２、比較例１、比較例２におけるワークの温度変化を示す図である。 実施例１におけるワーク送り方向断面のＷａｒｐ形状を示す図である。 実施例２におけるワーク送り方向断面のＷａｒｐ形状を示す図である。 比較例１におけるワーク送り方向断面のＷａｒｐ形状を示す図である。 比較例２におけるワーク送り方向断面のＷａｒｐ形状を示す図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
ワイヤソーで円柱状のワークを切断する際に発生するＷａｒｐは切断後の品質だけではなく最終製品の品質にも影響を与えている。そのため、デザインルールの微細化に伴い、ワイヤソーでのワークの切断における切断形状の品質向上が課題となっている。
このようなＷａｒｐには様々な発生要因があるが、その中でワークの温度変化に起因するＷａｒｐがあり、具体的には、切断中に供給するスラリとの接触や摩擦熱の発生などによるワークの温度上昇と、切断後半部にワークに侵入するワイヤ長が縮小するために発生する摩擦熱の低下に伴うワークの温度低下とによるワークの膨張収縮によって引き起こされる。

このようなワーク温度起因のＷａｒｐの特徴として、ワークの長手方向の中央部を起点としてワークの両端近傍の形状が特に悪化する傾向にある。

そこで、本発明者等はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、切断中のワークの最高温度は、切断開始時のワークの温度に依存せず、さらに、ワークの切断中に供給するスラリの温度が一定であれば、このスラリの温度に切断時の摩擦熱を加えた温度でほぼ一定となることを発見した。そして、切断開始前にワークを、切断開始時のスラリの温度とワーク切断中に達するワークの最高温度の範囲内の温度に加温することにより、ワークとスラリの温度差によるワークの急激な温度変化を発生させることなく、切断中のワークの温度の高低差を縮小させることができ、その結果、ワークの膨張収縮量を抑制してＷａｒｐを大幅に改善できることに想到し、本発明を完成させた。

図１は、本発明のワークの切断方法で用いることができるワイヤソーの一例を示す概略図である。また、図２はこのワイヤソーのワーク送り機構の一例を示す概略図である。
図１に示すように、このワイヤソー１は、主に、ワークＷを切断するためのワイヤ２、ワイヤ２を巻回するワイヤガイド３、ワイヤ２に張力を付与するためのワイヤ張力付与機構４、４’、切断するワークＷを相対的に下方へと送り出すワーク送り機構５、切断時にスラリを供給するスラリ供給機構６等で構成されている。

ワイヤ２は、一方のワイヤリール７から繰り出され、トラバーサ８を介してパウダクラッチ（定トルクモータ９）やダンサローラ（デッドウェイト）（不図示）等からなるワイヤ張力付与機構４を経て、ワイヤガイド３に入っている。ワイヤ２がこのワイヤガイド３に巻回されることによってワイヤ列が形成される。そして、ワイヤ２はもう一方のワイヤ張力付与機構４’を経てワイヤリール７’に巻き取られている。

また、ワイヤガイド３は鉄鋼製円筒の周囲にポリウレタン樹脂を圧入し、その表面に一定のピッチで溝を切ったローラであり、このワイヤガイド３に巻回されたワイヤ２にワイヤ張力付与機構４によって適当な張力を付与しながら、駆動用モータ１０によってワイヤ２を往復方向に走行させることができるようになっている。

また、図２に示すように、ワーク送り機構５は、ワークＷを保持しつつ押し下げるためのワーク保持部１１、ＬＭガイド１２、ワーク送り本体部１３を備えている。ワークＷは当て板１４に接着されており、また、この当て板１４はワークプレート１５により保持されている。そして、これらの当て板１４、ワークプレート１５を介して、ワーク保持部１１によりワークＷが保持される。このようにして保持されたワークＷを、コンピュータ制御でＬＭガイド１２に沿ってワーク保持部１１を駆動させることにより、予めプログラムされた送り速度で送り出すことが可能となっている。

このようにワーク送り機構５のワーク保持部１１によって保持されたワークＷは、切断を行う際、ワーク送り機構５より下方に位置し、軸方向に往復走行するワイヤ２へと送り出されてワイヤ列に押し当てられ、ワイヤ２が当て板１４に到達するまで下方に切り込み送りされる。

また、ワイヤ２の上方にはノズル１７が配置されており、ワークＷの切断を行うときには、スラリ供給機構６からノズル１７を通じて、ワークＷとワイヤ２との接触部にスラリを供給することができるようになっている。このスラリ供給機構６は、スラリタンク１８から、スラリチラー１６を介してノズル１７に接続されており、供給されるスラリはスラリチラー１６により供給温度が制御されてノズル１７から供給できるようになっている。

このように構成された図１に示すワイヤソーを用いた場合の、本発明のワークの切断方法について以下説明する。
まず、図２に示すように、切断するワークＷをワーク送り機構５により保持する。また、ワイヤ２に張力を付与して軸方向へ往復走行させる。

そして、ワークＷの切断を開始する前にワークＷを加温する。ここで、ワークＷの加温は切断開始前に行っていれば良く、ワークＷの保持、ワイヤ２の走行などとの順番に限定されることはなく、例えば、ワークＷを加温してからワークＷを保持するようにしても良い。また、ワークＷを加温する方法は特に限定されず、例えば、恒温槽、ホットプレート、温風式加熱器、ランプ式加熱器などを用いて加温することができる。

この際、切断開始前にワークＷを加温する温度は、供給するスラリの切断開始時の温度以上、ワークＷの切断中に達するワークＷの最高温度以下にする。ワークＷの最高温度は、例えば、事前に実験などによって、予め求めておくことができる。
このように、切断開始前に加温するワークＷの温度を、供給するスラリの切断開始時の温度以上にすれば、ワークとスラリの接触によるワークの温度が急激に上昇するのを抑制できる。また、この温度をワークＷの切断中に達するワークＷの最高温度以下とすれば、ワークとスラリの接触によるワークの温度が急激に低下するのを抑制できるし、加温のための時間の増加や、加温するための電力等にかかる経済性や作業性が悪化することもない。

また、ワークＷの温度は、例えば、図３に示すように、ワークＷの長手方向の両端面に熱電対を設けて測定することができる。そして、これら両熱電対で測定した温度の平均値をワークＷの温度とすることができる。

次に、ワーク送り機構５によって保持したワークＷを相対的に下降させて、複数のワイヤガイド３間に螺旋状にワイヤ２を巻回することによって形成されるワイヤ列にワークＷを押圧する。また、スラリ供給機構６によってワークＷとワイヤ２との接触部にスラリを供給する。この供給するスラリの温度はスラリチラー１６により所望の温度に制御することができ、例えば、１５℃〜３０℃とすることができるが、特にこれに限定されない。
またここで、使用する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、例えばＧＣ（炭化珪素）砥粒を液体に分散させたものを用いることができる。

このようにワイヤ２を走行させながらワークＷとワイヤ２との接触部にスラリを供給した状態で、ワークＷをワイヤ列に対して切り込み送りさせてワークＷをウェーハ状に切断していく。そして、ワイヤ２が当て板１４に到達するまでワークＷを切り込み送りさせ、ワークＷの切断を完了させる。その後、ワークＷの送り出し方向を逆転させることにより、ワイヤ列から切断済みワークＷを引き抜くようにすることができる。

ここで、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、ワイヤの走行速度を、４００〜８００ｍ／ｍｉｎとすることができる。また、ワーク切断時のワイヤ２を往復走行させる際のワイヤ反転サイクルを、例えば６０ｓ程度とすることができる。しかし、これらの条件は、これに限定されるわけではない。

このように、切断開始前にワークＷを、供給するスラリの切断開始時の温度とワークＷの切断中に達するワークＷの最高温度の範囲内の温度に加温してから該ワークＷを切断すれば、スラリとワークの接触の際に両者の温度差によってワークの温度が急激に変化するのを抑制することができるし、切断中に達するワークＷの最高温度は切断開始時のワークＷの温度に依存しないので、切断開始から切断終了までのワークＷの温度の高低差を縮小させることができ、ワークＷの膨張収縮量を抑制可能となる。その結果、ワークＷの膨張収縮により発生していたワイヤ列とワークＷとの相対位置の変化が抑制され、Ｗａｒｐの発生を抑制することができる。また、このような方法であれば、複雑なワークの温度制御も、そのための追加の装置も必要とせず、従来の装置をそのまま使用して簡単に実施することができるし、製造コストの増加も抑制することができる。

ここで、図２に示すようなワーク送り機構５の例では、ワークＷを下方へと押し下げて切り込み送りを行っているが、本発明において、ワークの送り出しは相対的に押し下げることにより行われれば良い。すなわち、ワークＷを下方に送るのではなく、ワイヤ列を上方へと押し上げることによって、ワークＷの送り出しを行うような構成となっていても良い。

このとき、ワークの切断中に供給するスラリの温度を一定とすることができる。
上記したように、本願の発明者等によって、切断中のワークの最高温度は、切断開始時のワークの温度に依存せず、さらに、ワークの切断中に供給するスラリの温度が一定であれば、このスラリの温度に切断時の摩擦熱を加えた温度でほぼ一定となることが発見されており、スラリの温度を一定とすることで、ワークの切断中に達するワークの最高温度を容易に求めることができる。そして、この求めた最高温度に応じて切断開始前に加温するワークＷの温度を容易に設定することができ、切断中に複雑なスラリの温度制御を行うこともなく、Ｗａｒｐを簡単に抑制することができる切断方法となる。

但し、本願のワークの切断方法は、切断中のスラリの温度を変更するように制御することを排除するものではない。すなわち、切断開始前に加温することに加えて、切断中のスラリの温度を変更するように制御することによって、より精度良く切断中のワークＷの温度の高低差を縮小させるようにすることもできる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示すようなワイヤソーを用い、表１に示すような切断条件で、直径３００ｍｍ、長さ２００ｍｍの円柱状のシリコンインゴットをウェーハ状に切断した。ここで、切断開始前に加温するワークＷの温度を２４．２℃とし、スラリの温度を２４℃で切断中に一定となるように制御した。そして、切断開始前から切断完了までのワークの温度を測定し、切断したウェーハのＷａｒｐについて評価した。ワークの温度は、図３に示すように、ワークの両端面に設けた熱電対で測定し、それら測定した温度の平均値を採用した。

測定した温度の結果を図４に示す。図４に示すように、切断中のワークの最高温度は３８．６℃であり、後述する比較例１、２と比べ、切断開始から切断終了までのワークの温度の高低差が縮小されていることが分かった。また、切断後のウェーハ全体のＷａｒｐの平均値は５．９μｍであり、後述する比較例１より１７％改善していた。

また、ワークの送り方向断面のＷａｒｐ形状を示したものを図５に示す。前記のようにワークの温度起因によるＷａｒｐはワークの両端に顕著に現れるため、図５においてはワークの片端の一部を抜き出し、具体的には、Ｗａｒｐ測定データからワイヤの新線供給側の１枚目のウェーハから５枚おきに１１枚のウェーハのデータを抜き出したものを示している。図５に示すように、後述する比較例１、２の結果と比較し、ワークの端部近傍の湾曲が抑えられ、良好なＷａｒｐ形状が得られていることが分かる。
このように、本願のワークの切断方法は、切断開始から切断終了までのワークの温度の高低差を縮小させてワークの膨張収縮量を抑制することができ、Ｗａｒｐの発生を簡単に効果的に抑制することができることを確認できた。

（実施例２）
切断開始前に加温するワークＷの温度を２８℃とした以外、実施例１と同様な条件でシリコンインゴットをウェーハ状に切断し、実施例１と同様に評価した。
測定した温度の結果を図４に示す。図４に示すように、切断中のワークの最高温度は３８．９℃であり、後述する比較例１、２及び実施例１と比べ、切断開始から切断終了までのワークの温度の高低差が縮小されていることが分かった。また、切断後のウェーハ全体のＷａｒｐの平均値は５．２μｍと実施例１よりもさらに良好な値を得ることができ、後述する比較例１より２７％改善していた。

また、実施例１と同様にしてＷａｒｐ形状を示したものを図６に示す。図６に示すように、実施例１の結果と比較してワークの端部近傍の湾曲がさらに抑えられ、良好なＷａｒｐ形状が得られていることが分かる。

（比較例１）
切断開始前にワークＷを加温せずに切断を開始した以外実施例１と同様な条件でシリコンインゴットを切断し、実施例１と同様に評価した。
測定した温度の結果を図４に示す。図４に示すように、切断開始前のワークＷは２０．４℃であり、切断中のワークの最高温度は実施例１とほぼ同様の３９．２℃であり、切断開始から切断終了までのワークの温度の高低差が実施例１、実施例２と比べ大きくなっていることが分かった。また、切断後のウェーハ全体のＷａｒｐの平均値は７．１μｍと実施例１、実施例２と比べ悪化していることが分かった。

また、実施例１と同様にしてＷａｒｐ形状を示したものを図７に示す。図７に示すように、ワークの端部近傍が強く湾曲し、Ｗａｒｐの悪化を引き起こしていることが分かる。

（比較例２）
切断開始前にワークＷを予想される切断中のワークの最高温度よりも高い温度、３９．７℃に加温して切断を開始した以外実施例１と同様な条件でシリコンインゴットを切断し、実施例１と同様に評価した。このとき、切断中のワークの最高温度は実施例１とほぼ同様の３９．２℃であった。尚、予想される切断中のワークの最高温度は事前に実験によって求めておいた。
測定した温度の結果を図４に示す。図４に示すように、切断開始後、ワークＷの温度はスラリとの接触により急激に低下し、切り込み位置５０ｍｍ付近でワーク温度が急激に反転していることが分かる。また、切断後のウェーハ全体のＷａｒｐの平均値は９．６μｍと実施例１、実施例２と比べ大幅に悪化していることが分かった。

また、実施例１と同様にしてＷａｒｐ形状を示したものを図８に示す。図８に示すように、図４に示すようなワーク温度の急激な低下による影響がウェーハの切断面形状に現われており、Ｗａｒｐの悪化を引き起こしていることが分かる。
このように、Ｗａｒｐを改善するためには、切断開始前にワークＷを加熱する温度を、供給するスラリの切断開始時の温度以上、ワークの切断中に達するワークの最高温度以下にする必要がある。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…ワイヤソー、 ２…ワイヤ、 ３…ワイヤガイド、
４、４’…ワイヤ張力付与機構、 ５…ワーク送り機構、 ６…スラリ供給機構、
７、７’…ワイヤリール、 ８…トラバーサ、 ９…定トルクモータ、
１０…駆動用モータ、 １１…ワーク保持部、 １２…ＬＭガイド、
１３…ワーク送り本体部、 １４…当て板、 １５…ワークプレート、
１６…スラリチラー、 １７…ノズル、 １８…スラリタンク。

Claims (1)

1. 複数のワイヤガイド間に螺旋状にワイヤを巻回することによって形成されるワイヤ列に円柱状のワークを押圧し、前記ワークとワイヤとの接触部にスラリを供給しながら前記ワイヤを走行させることによって、前記ワークをウェーハ状に切断するワークの切断方法において、
   切断開始前に前記ワークを、前記供給するスラリの切断開始時の温度以上、前記ワークの切断中に達するワークの最高温度以下の温度に加温してから該ワークを切断し、前記ワークの切断中に供給するスラリの温度を一定とすることを特徴とするワークの切断方法。

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