JP5256910B2

JP5256910B2 - グルーブローラの構造

Info

Publication number: JP5256910B2
Application number: JP2008196288A
Authority: JP
Inventors: 健司小川; 健司千綿
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: JP2010030000A

Description

本発明は、インゴットをスライスするワイヤソー切断装置に装備される、グルーブローラの構造に関するものである。

一般に、シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）は、シリコン単結晶インゴットを、トップ及びテールを切断分離した後、外径研削，オリエンテーションフラット加工等の工程を経てスライス工程にて所定厚みのウェーハにスライスし、得られた素材ウェーハを、研削工程，エッチング工程及び研磨工程を経てその表面を高精度に平坦化することにより製造される。

スライス工程でのスライシングには、ウェーハの大径化に伴ってピアノ線等のワイヤソー切断装置（単に、ワイヤソーともいう）による切断が採用されるようになっている。
例えば、特許文献１に記載されたワイヤソー切断装置は、図３に示すように、３本のグルーブローラ１〜３を備えており、そのうちの１本が駆動モータ４に連結されている。グルーブローラ１〜３を周回するワイヤ５は、一方のワイヤリール６から繰り出され、他方のワイヤリール７に巻き取られるが、このとき、ワイヤ５が一方向のみに進行する一方向方式と、ワイヤ５がワイヤリール６，７の相互間で往復しながら次第に一方のワイヤリール７に巻き取られる往復走行方式とがある。また、ワイヤ５には、引っ張られた状態でグルーブローラ１〜３を周回するようにテンショナー８で張力が付与される。

スライスされるインゴット９は、ホルダ１０に把持されてグルーブローラ１と２の間に配置され、ホルダ１０と共に降下しながら、ワイヤ５により複数のウェーハにスライスされる。このとき、スライシング作業を効率よく行わせるため、砥粒を含むスラリー１１がワイヤ５に供給される。スラリー１１は、スラリータンク１２から供給管１３を経てノズル１４からワイヤ５に供給された後、パン１５で回収され、スラリータンク１２に返送される。また、スラリー１１を冷却するため、熱交換器１６とスラリータンク１２との間でスラリー１１を循環させる。グルーブローラ１〜３は、周面に所定ピッチで溝が刻設されており、溝内にワイヤ５が入り込む。そのため、インゴット９の両側に位置するグルーブローラ１〜２の間では、溝ピッチに対応したピッチでワイヤ５が走行する。このピッチに対応する厚みでウェーハがインゴット９から切り出される。

ワイヤソー切断方法は、ワイヤ５の走行形態から上述のように一方向走行方式と往復走行方式に分類される。
往復走行方式は、図４（ａ）に示すようにインゴット９をスライスする際、図４（ｂ）に示したようにワイヤ５を往復走行させる。たとえば、新線供給側のグルーブローラ１から３００ｍだけワイヤ５を送り出した後、反対方向に２００ｍだけワイヤ５を走行させ、次いで新線供給側のグルーブローラ１からワイヤ回収側のグルーブローラ２に向けて３００ｍだけワイヤ５を送り出す。この往復走行を繰り返すことにより、ワイヤ５は、全体としてグルーブローラ１からグルーブローラ２に毎分１００ｍ程度の速度で順次送られる。

このため、往復走行方式は一方向走行方式に比較してワイヤ５をリール６に蓄えておく貯線量が少なくて済み、インゴット９から切り出されるウェーハがクサビ型にならない等の利点から、インゴットをスライシングするワイヤソー切断の主流になっている。
しかしながら、その一方で往復走行方式には、ワイヤ５の摩耗によって新線供給側とワイヤ回収側とでウェーハの厚みにバラツキが生じる欠点がある。これは、ワイヤ５は、新線供給側に比べてワイヤ回収側で摩耗量が大きいため、ワイヤ５の実効径が小さくなり、ウェーハの厚みが大きくなる傾向にある。

すなわち、図５に示すように、供給側ローラ１の入側でのワイヤ径ｄinと回収側ローラ２の出側でのワイヤ径ｄoutとを比較すると、一方向切断の場合に比較してワイヤ５自体の径減少分Δｄ（＝ｄin−ｄout）が遥かに大きくなる。このようなワイヤ５の径減少は、インゴット９から切り出されたウェーハの厚み変動に影響を及ぼす。グルーブローラ１，２に最大ピッチａ〜最小ピッチｂで刻設された溝に案内されながら送給されるワイヤ５でインゴット９がスライシングされるとき、入側のインゴット９から切り出されるウェーハＷ１の最大厚みｔ１は、砥粒による切断代を無視するとａ−ｄinと計算でき、出側のインゴット９から切り出されるウェーハＷ２の最大厚みｔ２は、ｂ−ｄoutと計算できる。

この点に着目して、特許文献１には、各グルーブローラの新線供給側につける溝の最大ピッチをａ，ワイヤ回収側に付ける溝の最小ピッチをｂ，インゴットをスライスする際に摩耗するワイヤの径減少分をΔｄとして、ｂ＝ａ−Δｄの関係を維持してワイヤを周回させるように、各グルーブローラの溝のピッチを新線供給側から回収側に向けて徐々に小さくさせる技術が提案されている。
特開平１０−２４９７０１号公報

しかしながら、ワイヤが新線供給側から回収側にかけて大きく摩耗すると、グルーブローラのピッチを新線供給側から回収側に向けて徐々に小さくするだけでは不十分である。
つまり、インゴットは、グルーブローラの各溝に案内されて互いに平行に位置して往復動するワイヤの各部分によって切断されるが、ワイヤ摩耗量を考慮してグルーブローラのピッチを設定することで、切断されるウェーハの厚みを所定のものにすることができるが、ワイヤの摩耗、つまり、ワイヤの径の減少は、互いに平行に位置してインゴットを切断するワイヤ各部分と、インゴットとが接触する位置（図３の鉛直方向位置）を微小に変化させるため、切断に微妙な影響を与える。

図６は切断時の磨耗によるワイヤ径の減少影響を説明する模式図であり、図６に示すように、インゴット９はその下方に互いに平行で且つ水平に位置するワイヤ５の各部分５ａ〜５ｅに対して降下していって切断される。なお、ワイヤ５の各部分は実際にはウェーハの厚さに対応したピッチで多数並ぶが、ここでは便宜上、ワイヤ各部分５ａ〜５ｅのみを示し、しかも、ワイヤ径の減少を極端に記載している。

このようなワイヤ各部分５ａ〜５ｅは、往復動しつつその上半部でインゴット９に進入しながら切断していくが、下流側に行くに従ってワイヤ径が小さくなると、図７に示すように、一定の溝深さ及び一定の溝角度の溝２０ａ〜２０ｅでは、下流側に行くに従ってワイヤ中心が低い位置になることも加わって、インゴット９に進入するワイヤ各部分５ａ〜５ｅの上半部の高さ方向の位置は、下流側に行くに従ってより一層低い位置になり、進入深さが浅くなる。

この傾向は、ワイヤ径の減少が進む切断後期ほど顕著になって、切断の完了も、上流側と下流側とで時間的なズレが生じる。つまり、上流側で切断が完了しても、下流側では切断が完了しない状態も発生する。
切断性能を考えると、可能な限り、上流側と下流側とのワイヤ各部分のインゴット内への進入深さを均一に近づけたい。

本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、切断時の磨耗によるワイヤ径の減少の切断性能への影響を低減することができるようにした、グルーブローラの構造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、本発明のグルーブローラの構造は、インゴットを挟むように複数平行に配置された多数の溝を有するグルーブローラ間にワイヤを螺旋状に周回させ、往復走行する前記ワイヤにスラリーを供給しながら前記インゴットをスライスするワイヤソー切断装置に装備される前記グルーブローラの構造であって、前記多数の溝の配置ピッチは、前記インゴットをスライスする際に摩耗する前記ワイヤの径減少分に対応して、下流側に行くに従って縮小されると共に、前記多数の溝は、下流側に行くに従って深さが小さく形成されていることを特徴としている。

前記多数の溝は、断面が略Ｖ状のＶ溝であって、前記Ｖ溝の両面角度は、下流側に行くに従って小さく設定されていることが好ましい。

本発明のグルーブローラの構造によれば、グルーブローラの多数の溝の配置ピッチが、インゴットをスライスする際に摩耗するワイヤの径減少分に対応して、下流側に行くに従って縮小されるので、スライスにより形成されるウェーハの厚みの均一化が図られると共に、多数の溝は、下流側に行くに従って深さが小さく形成されているので、ワイヤの径減少があっても、複数平行に位置して進退動するワイヤのインゴットへの進入深さが均一化され、各スライス部をより近い条件でスライスすることができ、切断性能が向上する。

グルーブローラの多数の溝にＶ溝を採用する場合、Ｖ溝の両面角度を下流側に行くに従って小さく設定することにより、径減少したワイヤがＶ溝内に沈みにくくなり、複数平行に位置して進退動するワイヤのインゴットへの進入深さが均一化され、各スライス部をより近い条件でスライスすることができ、切断性能が向上する。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１，図２は本発明の一実施形態に係るグルーブローラの構造を示すもので、図１はその正面図及び要部拡大断面図、図２はその溝について説明する断面図である。なお、本実施形態にかかるワイヤソー切断装置自体は従来のものと同様に構成されるので、ここでは、図３を流用して説明する。

〔ワイヤソー切断装置〕
本実施形態にかかるワイヤソー切断装置は、図３に示すように、複数（ここでは、３本）のグルーブローラ１〜３を備えており、そのうちの１本が駆動モータ４に連結されている。グルーブローラ１〜３を周回するワイヤ５は、一方のワイヤリール６から繰り出され、他方のワイヤリール７に巻き取られるが、このとき、ワイヤ５が一方向のみに進行する一方向方式と、ワイヤ５がワイヤリール６，７の相互間で往復しながら次第に一方のワイヤリール７に巻き取られる往復走行方式とがある。また、ワイヤ５には、引っ張られた状態でグルーブローラ１〜３を周回するようにテンショナー８で張力が付与される。

スライスされるインゴット９は、ホルダ１０に把持されてグルーブローラ１と２の間に配置され、ホルダ１０と共に降下しながら、ワイヤ５により複数のウェーハにスライスされる。このとき、スライシング作業を効率よく行わせるため、砥粒を含むスラリー１１がワイヤ５に供給される。スラリー１１は、スラリータンク１２から供給管１３を経てノズル１４からワイヤ５に供給された後、パン１５で回収され、スラリータンク１２に返送される。また、スラリー１１を冷却するため、熱交換器１６とスラリータンク１２との間でスラリー１１を循環させる。グルーブローラ１〜３は、周面に所定ピッチで溝が刻設されており、溝内にワイヤ５が入り込む。そのため、インゴット９の両側に位置するグルーブローラ１〜２の間では、溝ピッチに対応したピッチでワイヤ５が走行する。このピッチに対応する厚みでウェーハがインゴット９から切り出される。
ワイヤソー切断方法は、ワイヤ５の走行形態から上述のように一方向走行方式と往復走行方式に分類されるが、本ワイヤソー切断装置には、往復走行方式が採用される。

〔グルーブローラ〕
上記のグルーブローラ１〜３に適用される本実施形態のグルーブローラ２１は、図１（ａ）に示すように、外周に多数の溝２２を有し、これらの溝２２でワイヤ５を案内して螺旋状に周回させるが、これらの溝２２の配置されるピッチ（間隔）は、インゴット９をスライスする際に摩耗するワイヤ５の径減少分に対応して、下流側に行くに従って縮小されている。

つまり、ワイヤ５の最上流部（供給側ローラ１のワイヤ入り側）のワイヤ径ｄinと、ワイヤ５の最下流部（回収側ローラ２のワイヤ出側）のワイヤ径ｄoutとの差であるワイヤ５の径減少分Δｄ（＝ｄin−ｄout）だけ、ワイヤ５の最上流部（供給側ローラ１のワイヤ入り側）での溝間隔（最大ピッチ）ａと、ワイヤ５の最下流部（回収側ローラ２のワイヤ出側）での溝間隔（最小ピッチ）ｂとが、ｂ＝ａ−Δｄの関係を維持してワイヤ５を周回させるように、特許文献１と同様に、各グルーブローラ２１の溝２２のピッチが新線供給側から回収側に向けて徐々に小さく設定されている。

また、図１（ａ）の各部ａ〜ｅに対応して模式的に示す要部拡大図である図１（ｂ）に示すように、本グルーブローラ２１の場合、多数の溝２２（２２ａ〜２２ｅ）は、断面が略Ｖ形状のＶ溝であって、各溝２２の深さＤ及びＶ溝２２の両面のなす角度α（図２参照）は、下流側に行くに従って（つまり、溝２２ａから溝２２ｅに行くに従って）何れも小さくなるように設定されている。なお、溝２２は実際にはスライス後に得られるウェーハの厚さに対応したピッチで多数並ぶが、ここでは便宜上、溝２２ａ〜２２ｅのみを示し、しかも、溝の深さの減少を極端に記載している。

このような深さＤ及びＶ角度αの設定は、下流側に行くに従ってワイヤ５の径が減少することから、溝２２内でのワイヤ５の位置に変化が生じる点に着目したものである。つまり、図７を参照して既に説明したように、深さＤ及びＶ角度αが一定の場合、ワイヤ５の径が減少するに従ってワイヤ５が溝２２内に沈んでいくので、インゴット９の切断に際してワイヤ５を直接支持するグルーブローラ１，２（図３参照）の場合には、案内するワイヤ５の上下方向位置（ワイヤ軸心の位置）が、下流側ほど低くなる。インゴット９の切断は、ワイヤ５の上面で行なわれるので、ワイヤ軸心に対するワイヤ上面位置も下流側ほど低くなる。これらが複合して、インゴット９の切断にかかるワイヤ上面位置の変化を抑制するために、Ｖ溝２２の深さＤ及びＶ角度αを、下流側に行くに従って何れも小さくなるように設定しているのである。

なお、下流側に行くに従ってワイヤ５の径が減少する事象は、インゴット９のスライス開始時には生じないが、インゴット９のスライスが進むのに従って進行するので、例えば、インゴット９を半分程度スライスした時点でのワイヤ５の径の減少を基準に、このとき、インゴット９の切断にかかるワイヤ上面位置が上流側と下流側とで略同一になるように、Ｖ溝２２の深さＤ及びＶ角度αを設定することが好ましい。

〔作用及び効果〕
本発明の一実施形態にかかるグルーブローラの構造は上述のように構成されているので、グルーブローラ２１の多数の溝２２の配置ピッチがインゴット９をスライスする際に摩耗するワイヤ５の径減少分に対応して、下流側に行くに従って縮小されることにより、スライスにより形成されるウェーハの厚みの均一化が図られる。

そして、多数の溝２２は、深さＤが下流側に行くに従って小さく形成され、また、Ｖ角度αも下流側に行くに従って小さく形成されており、インゴット９の切断にかかるワイヤ５上面位置の高さの上流側と下流側とでの変化が低減されるので、複数平行に位置して進退動するワイヤ５のインゴット９への進入深さが均一化され、各スライス部をより近い条件でスライスすることができ、切断性能が向上する。

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

例えば、上記の実施形態では、Ｖ溝２２の深さＤ及びＶ角度αを、何れも下流側に行くに従って小さくなるように設定しているが、Ｖ溝２２の深さＤ及びＶ角度αの何れか一方のみを、下流側に行くに従って小さくなるように設定してもよい。
また、溝２２はＶ溝に限らず、半円断面形状の溝等を適用してもよく、この場合、Ｖ角
度αによるワイヤのガイド位置の調整はできないので、溝２２の深さＤにより調整すればよい。

本発明の一実施形態としてのグルーブローラの構造を示す図であって、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその要部拡大図である。本発明の一実施形態としてのグルーブローラの溝について説明する断面図である。背景技術にかかるワイヤソー切断装置を示す斜視図である。背景技術にかかる図であって、（ａ）はワイヤを往復走行させながらインゴットを切断している状態を示す概略斜視図、（ｂ）はワイヤの走行を説明する図である。背景技術にかかる図であって、インゴットをワイヤソー切断している状態の説明図である。本発明の課題を説明する図であって、ワイヤソー切断時のインゴット内でのワイヤ位置を示す模式的断面図である。本発明の課題を説明する図であって、グルーブローラの溝内でのワイヤ位置を示す模式的断面図である。

符号の説明

１〜３グルーブローラ
４駆動モータ
５ワイヤ
６，７ワイヤリール
８テンショナー
９インゴット
１０ホルダ
１１スラリー
１２スラリータンク
１３供給管
１４ノズル
１５パン
１６熱交換器
２１グルーブローラ
２２溝（Ｖ溝）
Ｄ溝２２の深さ
α Ｖ角度（Ｖ溝２２の両面のなす角度）

Claims

インゴットを挟むように複数平行に配置された多数の溝を有するグルーブローラ間にワイヤを螺旋状に周回させ、往復走行する前記ワイヤにスラリーを供給しながら前記インゴットをスライスするワイヤソー切断装置に装備される前記グルーブローラの構造であって、
前記多数の溝の配置ピッチは、前記インゴットをスライスする際に摩耗する前記ワイヤの径減少分に対応して、下流側に行くに従って縮小されると共に、
前記多数の溝は、下流側に行くに従って深さが小さく形成されている
ことを特徴とする、グルーブローラの構造。
前記多数の溝は、断面が略Ｖ形状のＶ溝であって、
前記Ｖ溝の両面角度は、下流側に行くに従って小さく設定されている
ことを特徴とする、請求項１記載のグルーブローラの構造。