JP5988365B2 - ウエーハ表面のうねり減少方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤソーにより半導体インゴットを薄く切断し、ウエーハを製造する工程において、切断後のウエーハ表面のうねりを減少させる方法およびその装置に関する。

ウエーハの切断工程（スライス工程）において、半導体インゴットは、ワイヤソーの加工位置に固定され、ワイヤ列の走行により薄く切断され、多数のウエーハとして製造される。この製造工程で、ウエーハの切断面すなわちウエーハ表面にうねりが発生し、このうねりに微細な凹凸による表面あらさが重なっている。

ウエーハ表面のうねりの発生は、突発的なワイヤ張力の異常、ワイヤに対する半導体インゴットの切断抵抗の変動、ワイヤの周期的な挙動の変化などの原因によると考えられている。ウエーハ表面のうねりが製品の基準値を越えると、そのウエーハは、不良品となり製品とならない。このため切断工程において、ウエーハ表面のうねり低減に有効な対策が必要となる。

特許文献１は、ワイヤソーにおいて、ワイヤの往復走行サイクルを特定の範囲に設定することによって、ウエーハ表面の長周期のうねりを除去している。また、特許文献２は、ワイヤソーにおいて、ワーク送りテーブルの直動案内手段を工夫し、ウエーハ表面のナノトポグラフィ（スライスうねり）を減少させている。これらの特許文献１および特許文献２の技術は、いずれも切断時に関係する工夫であり、ワイヤによる半導体インゴットの切断時におけるウエーハ表面のうねりを減少させるという目的に有効である。

一方、半導体インゴットの切断後に多数のウエーハがワイヤから抜き取られるときに、ワイヤの走行を止めると、ウエーハ間のクリアランスが極めて小さいため、ウエーハ間からのワイヤの抜き取りが困難であり、またワイヤの走行を止めないで、ウエーハ間からのワイヤの抜き取りを行えば、多数のウエーハ間からワイヤの抜き取りが可能となるが、この抜き取り過程で、ワイヤは、切断後のウエーハ表面のうねりに同調するような動きをするため、ウエーハ表面のうねりは、切断後のまま残ってしまう。

特許文献３は、ワイヤソーにおいて、ワークからワイヤを抜き取る際に、ワイヤの無砥粒部分をワークの切断面に移動させ、ワークに対するワイヤの切り込みをしないまま、引っ掛かりのない状態で、ウエーハの間からワイヤを抜き取る、ことを開示している。この特許文献３の技術は、ワイヤの抜き取り過程で、ウエーハ表面のうねりを積極的に処理するものではなく、うねりを減少させるという目的に利用できない。

特開２００６−２９７８４７号公報 特開２００７−６１９６８号公報 特開２００２−２５４３２７号公報

本発明の課題は、ワイヤソーの固定砥粒付きワイヤを利用して、切断後のウエーハの表面のうねりを積極的に減少させることである。

上記の課題のもとに、本発明は、ウエーハの切断を完了した後に、ウエーハを固定砥粒付きワイヤから抜き取る過程で、固定砥粒付きワイヤに走行運動を与えながら、ウエーハと固定砥粒付きワイヤとの間で相対的な揺動運動を与え、ウエーハ表面のうねりの山頂部分を削り取っている。

詳細に記載すると、本発明に係るウエーハ表面のうねり減少方法は、多数の平行な固定砥粒付きワイヤの走行運動を利用して、半導体インゴットを前記固定砥粒付きワイヤのワイヤ列に対してワイヤ走行方向と直交する切り込み方向に送り移動させ、前記半導体インゴットを多数のウエーハとして切断するワイヤソーにおいて、前記ウエーハの切断を完了した後に、前記固定砥粒付きワイヤのワイヤ列から前記ウエーハを抜き取る過程で、前記固定砥粒付きワイヤに走行運動を与えながら、前記固定砥粒付きワイヤと前記ウエーハとの間に相対的な揺動運動を与え、ウエーハ表面のうねりの山頂部分を削り取る、ことを特徴としている（請求項１）。

また、本発明に係るウエーハ表面のうねり減少装置は、多数の平行な固定砥粒付きワイヤの走行運動を利用して、半導体インゴットを前記固定砥粒付きワイヤのワイヤ列に対してワイヤ走行方向と直交する切り込み方向に送り移動させ、前記半導体インゴットを多数のウエーハとして切断するワイヤソーにおいて、前記ウエーハと前記固定砥粒付きワイヤとの間に相対的な揺動運動を与える揺動駆動手段を前記ワイヤソーに設け、前記ウエーハの切断を完了した後に、前記固定砥粒付きワイヤのワイヤ列から前記ウエーハを抜き取る過程で、前記固定砥粒付きワイヤに走行運動を与えながら、前記揺動駆動手段により、前記固定砥粒付きワイヤと前記ウエーハとの間に相対的な揺動運動を与え、ウエーハ表面のうねりの山頂部分を削り取る、ことを特徴としている（請求項２）。

前記ウエーハ表面のうねり減少装置において、本発明は、前記ウエーハの支持部分に前記揺動駆動手段を取り付け、前記揺動駆動手段によって前記ウエーハに揺動運動を与えるか、または前記固定砥粒付きワイヤの支持部分に前記揺動駆動手段を取り付け、前記揺動駆動手段により前記固定砥粒付きワイヤに揺動運動を与える、ことを特徴としている（請求項３および請求項４）。

さらに、前記ウエーハ表面のうねり減少装置において、本発明は、前記ウエーハを切り込み方向に送り移動させる送りユニットの戻り方向の往復移動を利用して、前記固定砥粒付きワイヤから前記ウエーハを抜き取る、ことを特徴としている（請求項５）。

本発明のウエーハ表面のうねり減少方法によると、固定砥粒付きワイヤからウエーハを抜き取る過程において、固定砥粒付きワイヤとウエーハとの相対的な揺動運動によって、ウエーハ表面の山頂部分が取り除かれる。これによって、ウエーハのうねりの山頂部分が低くなり、表面うねりが低減され、同時に表面あらさも改善される（請求項１）。

本発明のウエーハ表面のうねり減少装置によると、前記ウエーハ表面のうねり減少方法の効果のほかに、ワイヤソーに揺動駆動手段を付設することによって、容易に実施でき、既存のワイヤソーの改良も簡単に行える（請求項２）。

前記ウエーハ表面のうねり減少装置において、揺動駆動手段がウエーハの支持部分に取り付けられていると、固定砥粒付きワイヤの経路を変更しなくてよいため、ウエーハの支持部分の簡単な改良によって実施でき、また揺動駆動手段が固定砥粒付きワイヤの支持部分に取り付けられていると、ウエーハの支持部分に特別な改造をしなくても、容易に実施できる（請求項３および請求項４）。

さらに前記ウエーハ表面のうねり減少装置において、送りユニットが戻り方向の往復移動をウエーハに与えるから、ウエーハと固定砥粒付きワイヤとの接触機会が増え、これによって、ウエーハのうねりの山の頂点部分の削減作用が一層強化できる（請求項５）。

本発明に係るウエーハ表面のうねり減少装置の要部の正面図である。 ウエーハの切断完了時の要部の正面図である。 ウエーハの切断完了時の拡大断面図である。 ウエーハ表面の平面図である。 本発明に係るウエーハ表面のうねり減少方法にもとづいて、ウエーハの切断を完了した後に、ウエーハに揺動運動を与えながらウエーハを固定砥粒付きワイヤから抜き取る過程の要部の正面図である。

図１は、本発明に係るウエーハ表面のうねり減少方法にもとづくウエーハ表面のうねり減少装置１の要部を示している。ウエーハ表面のうねり減少装置１は、ワイヤソー２に組み込まれる。

ワイヤソー２は、固定砥粒付きワイヤ３を走行させるために、複数例えば２本の平行な加工用ローラ４を有しており、これらの平行な加工用ローラ４は、両端の軸部分で、図示しないフレームの軸受けブラケットなどの支持部分により回転自在に保持されており、共通または個々の駆動モータ５によって回転駆動されるようになっている。

固定砥粒付きワイヤ３は、図示しない送り出しリールから送り出され、２本の加工用ローラ４の等ピッチ溝に螺旋状に巻き掛けられ、加工用ローラ４の間で平行な等ピッチのワイヤ列を形成し、図示しない巻き取りリールに巻き取られる。固定砥粒付きワイヤ３の平行な等ピッチのワイヤ列は、加工対象のシリコンなどの半導体インゴット６に向き合う側の位置で、切断域を形成している。図１の例では、半導体インゴット６が２本の加工用ローラ４の間の固定砥粒付きワイヤ３のワイヤ列よりも上方に位置しているため、ワイヤ列の切断域は、２本の加工用ローラ４の間で上方側に形成されている。

半導体インゴット６は、切り込み用の固定プレート７に接着剤により固着され、固定プレート７によってワークプレート８に取り付けられる。ワークプレート８は、揺動ブラケット９に取り付けられ、加工用ローラ４の中心線に対して平行な揺動軸１０により送り案内用のラム１１に対して揺動自在に支持され、揺動駆動手段１２によって揺動駆動されるようになっている。なお、送り案内用のラム１１は、ワイヤソー２の図示しないフレーム上のコラムなどに取り付けられ、固定砥粒付きワイヤ３のワイヤ走行方向と直交する加工送り方向に移動自在に設けられている。

揺動駆動手段１２は、揺動軸１０を介し揺動ブラケット９に固定砥粒付きワイヤ３のワイヤ走行方向の揺動運動を与えるために、送り案内用のラム１１などに取り付けられ、正逆回転の制御可能なサーボモータ、またはモータとてこクランク機構との組み合わせもしくはモータとカム機構との組み合わせなどの回転−揺動運動変換機構により構成される。なお、揺動軸１０の揺動中心は、正面から見て、半導体インゴット８の中心に一致する位置もしくは半導体インゴット８の輪郭内の位置、または半導体インゴット８の輪郭外の位置に設定される。

送り案内用のラム１１は、ワイヤソー２の図示しないフレーム上のコラムなどに取り付けられ、コラムの前面に対し、加工送り方向に移動自在に支持されており、送りモータ、送りねじ・送りナットなどの送りユニット１３によって駆動され、切断加工時に半導体インゴット６を加工送り方向に所定の速度で移動させ、切断完了後に、ウエーハ１４を加工送り方向に対して逆の戻り方向に移動させる。

切断加工の時に、半導体インゴット６は、既述のように、固定プレート７に固着され、ワークプレート８、揺動ブラケット９およびラム１１により支持されている。この状態で駆動モータ５は、加工用ローラ４を回転させ、固定砥粒付きワイヤ３を走行させる。固定砥粒付きワイヤ３の走行は、送り出し側から巻き取り側へ連続走行させる態様とするか、または加工用ローラ４を送り出し方向の回転とそれよりも少ない逆方向の回転とを交互に繰り返して、固定砥粒付きワイヤ３を送り出し側から巻き取り側へ往復走行させる態様とする。

固定砥粒付きワイヤ３の走行状態において、送りユニット１３は、半導体インゴット６を固定砥粒付きワイヤ３のワイヤ走行方向と直交する加工送り方向、すなわち切り込み方向に送り移動させ、半導体インゴット６を走行運動中の固定砥粒付きワイヤ３の切断域に押し当てて行く。このときに、固定砥粒付きワイヤ３は、走行運動により半導体インゴット６の切断開始位置から切り込みを開始し、図２に示すように、半導体インゴット６を完全に切断する位置、すなわち固定プレート７の厚みの中程まで切り込んで、切断を完了する。このようにして、半導体インゴット６は、固定砥粒付きワイヤ３の走行運動によって薄く切断され、多数のウエーハ１４となる。

切断の完了後も、多数のウエーハ１４は、その支持部分すなわち固定プレート７、ワークプレート８および揺動ブラケット９により支持されており、隣り合うウエーハ１４の間で固定砥粒付きワイヤ３の切断時の通過隙間を形成している。したがって、多数のウエーハ１４は、切断時と逆の方向つまり抜き取り方向に移動させることによって、固定砥粒付きワイヤ３から抜き取れる状態にある。

図３は、隣り合うウエーハ１４の間で固定砥粒付きワイヤ３の通過隙間の一例を示している。既に記載したように、ワイヤソー２による切断によって、ウエーハ１４の切断面つまりウエーハ表面に例えば微小なうねりが発生しており、このうねりに表面あらさの凹凸が重なっている。ウエーハ表面は、隣り合うウエーハ１４の間において、ほぼ同じ断面形状で向き合っている。

図４は、ウエーハ表面のうねりの発生状況を例示している。ウエーハ表面において、うねりの山や微細な谷は、切断時の固定砥粒付きワイヤ３の走行方向に対してほぼ平行に形成されている。

図５に示すように、本発明に係るウエーハ表面のうねり減少方法は、ワイヤソー２において、多数のウエーハ１４の切断を完了した後に、送りユニット１３の戻り方向の移動を利用して、固定砥粒付きワイヤ３からウエーハ１４を抜き取る過程で、駆動モータ５によって固定砥粒付きワイヤ３に走行運動を与えながら、揺動駆動手段１２によって、ウエーハ１４に固定砥粒付きワイヤ３のワイヤ走行方向の揺動運動を与え、ウエーハ表面のうねりの山や谷の伸び方向に対して固定砥粒付きワイヤ３を交差させている。

このように、固定砥粒付きワイヤ３からのウエーハ１４の抜き取り過程で、固定砥粒付きワイヤ３は、ウエーハ１４の抜き取り方向の移動中に、ウエーハ１４の揺動運動によって、図４に例示するように、ウエーハ表面のうねりによる山や谷の伸び方向に対して交差し、図３に例示するように、この交差位置でウエーハ表面のうねりの山頂部分１４ａを例示の破線にそって削り取り、山頂部分１４ａを低くする。このような山頂部分１４ａの削り取りは、ウエーハ１４の全域にわたって行われる。

この結果、ウエーハ１４の全表面のうねりが減少し、表面あらさも改善される。このように、固定砥粒付きワイヤ３は、走行しながら抜き取り方向への移動するときに、ウエーハ１４の揺動運動によって、うねりの山や谷の伸び方向に対し交差し、この交差位置でウエーハ表面のうねりの山頂部分１４ａを削り取るように作用する。なお、うねりの伸び方向すなわち切断時の固定砥粒付きワイヤ３のワイヤ走行方向に対する抜き取り時の固定砥粒付きワイヤ３の傾斜角度は、可能な範囲で大きい程よいが、設計上の制約などから±５〜４５度程度の範囲に設定される。

従来技術として既に記載したように、仮に、固定砥粒付きワイヤ３からのウエーハ１４の抜き取り過程で、ウエーハ１４に揺動運動がないとすると、固定砥粒付きワイヤ３は、ウエーハ表面のうねりによる山や谷の方向に対して常に平行移動することになり、切断時と同じ動きをし易くなるため、山頂部分１４ａの削り取りの作用は、ほとんど期待できない。

固定砥粒付きワイヤ３からのウエーハ１４の抜き取り方向の移動の態様は、送りユニット１３の戻り方向の移動を利用して、抜き取り方向の連続移動のほかに、抜き取り方向の移動とこの移動よりも少ない逆方向の移動とを繰り返す往復移動とすることもできる。往復移動であれば、ウエーハ表面に対する固定砥粒付きワイヤ３の接触時間が大きくなるため、ウエーハ表面におけるうねりの山頂部分１４ａの削り取り作用は、抜き取り方向の連続移動よりも、一層高められる。

図１の例は、ウエーハ１４に揺動運動を与えているが、揺動運動は、固定砥粒付きワイヤ３のみに、または固定砥粒付きワイヤ３およびウエーハ１４の双方に与えることもできる。したがって、揺動運動は、固定砥粒付きワイヤ３とウエーハ１４との間で相対的に与えられればよいことになる。

また、図示の例は、ウエーハ１４を固定砥粒付きワイヤ３から抜き取る方向に移動させているが、この抜き取りのための移動は、固定砥粒付きワイヤ３の移動によっても実現できる。このことから、抜き取り方向の移動は、固定砥粒付きワイヤ３とウエーハ１４との間で相対的に行うことによって実現できる。さらに、固定砥粒付きワイヤ３と半導体インゴット６との位置関係は、図示の例と逆の関係でもよい。

本発明は、主としてシリコンインゴットからシリコンインウエーハを製造することを目標として開発されたが、本発明は、その他の半導体材料の切断にも利用できる。

１ ウエーハ表面のうねり減少装置
２ ワイヤソー
３ 固定砥粒付きワイヤ
４ 加工用ローラ
５ 駆動モータ
６ 半導体インゴット
７ 固定プレート
８ ワークプレート
９ 揺動ブラケット
１０ 揺動軸
１１ ラム
１２ 揺動駆動手段
１３ 送りユニット
１４ ウエーハ １４ａ 山頂部分

Claims (5)

1. 多数の平行な固定砥粒付きワイヤの走行運動を利用して、半導体インゴットを前記固定砥粒付きワイヤのワイヤ列に対してワイヤ走行方向と直交する切り込み方向に送り移動させ、前記半導体インゴットを多数のウエーハとして切断するワイヤソーにおいて、前記ウエーハの切断を完了した後に、前記固定砥粒付きワイヤのワイヤ列から前記ウエーハを抜き取る過程で、前記固定砥粒付きワイヤに走行運動を与えながら、前記固定砥粒付きワイヤと前記ウエーハとの間に相対的な揺動運動を与え、ウエーハ表面のうねりの山頂部分を削り取る、ことを特徴とするウエーハ表面のうねり減少方法。
2. 多数の平行な固定砥粒付きワイヤの走行運動を利用して、半導体インゴットを前記固定砥粒付きワイヤのワイヤ列に対してワイヤ走行方向と直交する切り込み方向に送り移動させ、前記半導体インゴットを多数のウエーハとして切断するワイヤソーにおいて、前記ウエーハと前記固定砥粒付きワイヤとの間に相対的な揺動運動を与える揺動駆動手段を前記ワイヤソーに設け、前記ウエーハの切断を完了した後に、前記固定砥粒付きワイヤのワイヤ列から前記ウエーハを抜き取る過程で、前記固定砥粒付きワイヤに走行運動を与えながら、前記揺動駆動手段により、前記固定砥粒付きワイヤと前記ウエーハとの間に相対的な揺動運動を与え、ウエーハ表面のうねりの山頂部分を削り取る、ことを特徴とするウエーハ表面のうねり減少装置。
3. 前記ウエーハの支持部分に前記揺動駆動手段を取り付け、前記揺動駆動手段により前記ウエーハに揺動運動を与える、ことを特徴とする請求項２のウエーハ表面のうねり減少装置。
4. 前記固定砥粒付きワイヤの支持部分に前記揺動駆動手段を取り付け、前記揺動駆動手段により前記固定砥粒付きワイヤに揺動運動を与える、ことを特徴とする請求項２記載のウエーハ表面のうねり減少装置。
5. 前記ウエーハを切り込み方向に送り移動させる送りユニットの戻り方向の往復移動を利用して、前記固定砥粒付きワイヤから前記ウエーハを抜き取る、ことを特徴とする請求項２、請求項３または請求項４記載のウエーハ表面のうねり減少装置。

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