JP6172030B2 - ワークの切断方法及び加工液 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤーソーを使用したワークの切断方法及びそれに用いる加工液に関する。

近年、半導体ウェーハの大型化が望まれており、この大型化に伴い、ワークの切断には専らワイヤーソー装置が使用されている。
ワイヤーソー装置は、ワイヤー（高張力鋼線）を高速走行させて、ここにスラリーを掛けながら、ワーク（例えばシリコンインゴットが挙げられる。）を押し当てて切断し、多数のウェーハを同時に切り出す装置である（特許文献１参照）。

ここで、図４に、従来の一般的なワイヤーソーの一例の概要を示す。
図４に示すように、ワイヤーソー１０１は、主に、ワークを切断するためのワイヤー１０２、ワイヤー１０２を巻回したワイヤーガイド１０３、ワイヤー１０２に張力を付与するための張力付与機構１０４、切断されるワークを送り出すワーク送り手段１０５、切断時に砥粒をクーラントに分散して混合した加工液（スラリー）を供給するためのノズル１０６等で構成されている。

ワイヤー１０２は、一方のワイヤーリールボビン１０７から繰り出され、トラバーサ１０８を介してパウダクラッチ（定トルクモーター１０９）やダンサローラ（デッドウェイト）（不図示）等からなる張力付与機構１０４を経て、ワイヤーガイド１０３に入っている。ワイヤー１０２はこのワイヤーガイド１０３に３００〜４００回程度巻回された後、もう一方の張力付与機構１０４’を経てワイヤーリールボビン１０７’に巻き取られている。

また、ワイヤーガイド１０３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、巻回されたワイヤー１０２が、駆動用モーター１１０によって予め定められた周期で往復方向に駆動できるようになっている。

そして、ワイヤーガイド１０３、巻回されたワイヤー１０２の近傍には、ノズル１０６が設けられており、切断時にはこのノズル１０６から、ワイヤーガイド１０３、ワイヤー１０２にスラリーを供給できるようになっている。そして、切断後には廃スラリーとして排出される。

このようなワイヤーソー１０１を用い、ワイヤー１０２に張力付与機構１０４を用いて適当な張力をかけて、駆動用モーター１１０により、ワイヤー１０２を往復方向に走行させ、スラリーを供給しつつワークをスライスすることにより、所望のスライスウェーハを得ている。

上記の様なワイヤーソー装置でのワーク切断において、このワーク切断に使われた砥粒を、何度も使用（再利用）することにより、ウェーハの製造コストを低減することが提案されている（特許文献２）。

特開平１０−８６１４０号公報 特表２００２−５１９２０９号公報

従来、半導体ウェーハ、特にシリコンウェーハの表面、あるいは内部に存在する金属不純物は、ウェーハが使用される各種半導体素子の特性に大きな影響を与えることが知られている。半導体素子への影響を考えると、ウェーハへの金属不純物による汚染は極力少ないことが望ましい。尚、汚染源となる金属不純物の一例として、銅が挙げられる。

このようなウェーハへの金属不純物汚染を防ぐ方法としては、汚染源となる金属をウェーハに接触をさせないことが重要となる。

ワイヤーソーによるワーク切断で使用されるワイヤーは、一般に表面にブラスメッキが施されているものを用いている。

上述のワイヤーソー装置では、ワークを切断する際にワイヤー自体も削られ細線化していく為、ブラスメッキ内に含まれている金属不純物である銅がスラリー中に溶け出していく。この銅がスラリー中の砥粒に付着し使用済み砥粒側に残存することが原因で、未使用の新品砥粒に比べ、使用済み砥粒で多くの銅が検出されることになる。

上述の様に多くの銅が含まれる使用済み砥粒を再利用してワークの切断を行うと、系内に多くの銅が存在する状態になり、ウェーハと銅が接触する機会が多くなる。そうすると、切り上がったウェーハ中により多くの銅が取りこまれやすくなることが想定される。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、ワイヤーソー装置を用いたワークの切断において砥粒を再利用する際の、ウェーハへの金属不純物による汚染を抑制することの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、本発明は、
複数のワイヤーガイド間に螺旋状に巻回された軸方向に走行するワイヤーでワイヤー列を形成し、ワークと前記ワイヤーとの接触部に砥粒を含む加工液を供給しながら、前記ワイヤー列に前記ワークを押し当てることで、前記ワークを切断するワークの切断方法であって、
使用済みの前記砥粒に対して硫酸と過酸化水素水の混合液で処理を行い、処理後の砥粒を前記ワークの切断に再利用するワークの切断方法を提供する。

このようなワークの切断方法であれば、再利用した砥粒を用いたとしても、ワークを切断した後に得られるウェーハへの金属不純物による汚染を抑制することができ、金属不純物による汚染が少ない高純度なウェーハを低コストで製造することができる。

また、本発明は、
ワイヤーソーを用いたワーク切断に使用した後に再利用した砥粒を含む加工液であって、
前記砥粒に含有される銅の濃度が砥粒１ｇ当たり１ｐｐｍ以下のものである加工液を提供する。

このような加工液であれば、再利用した砥粒を含むものでありながら、ウェーハと銅が接触する機会を少なくすることができ、かつ、ウェーハの製造コストを低減することができる。

本発明のワークの切断方法であれば、使用済み砥粒を再利用しながらもワークを切断した後に得られるウェーハへの金属不純物による汚染を抑制することができ、金属不純物による汚染が少ない高純度なウェーハを低コストで製造することができる。また、本発明の加工液であれば、再利用した砥粒を含むものでありながら、ウェーハと銅が接触する機会を少なくすることができ、かつ、ウェーハの製造コストを低減することができる。

本発明のワークの切断方法の一例を示したフロー図である。 実施例１及び比較例１の砥粒１ｇ当たりの銅濃度のグラフである。 実施例２及び比較例２により得られたウェーハ中の各種金属の濃度のグラフである。 一般的なワイヤーソーの一例を示した概略図である。

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。
上記で説明したように、ワークの切断に使用した砥粒を再利用する場合には、砥粒がワイヤー等に由来する金属に汚染されているため、ウェーハが金属で汚染されることとなり、品質が悪化したりするという問題があった。

そこで、本発明者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、ワークの切断に使用した砥粒を再利用する場合、使用済みの砥粒に対して硫酸と過酸化水素水の混合液で処理を行うことで、ウェーハの金属汚染を抑制できることに想到し、本発明を完成させた。

以下、本発明のワークの切断方法について図１のフロー図を参照して説明する。
本発明のワークの切断方法の一つの態様としては、（ａ）１回目のワークの切断を行い、（ｂ）（ａ）工程で排出された使用済み砥粒を回収し、（ｃ）硫酸と過酸化水素水の混合液によって使用済み砥粒を処理し、（ｄ）（ｃ）工程で得られた処理後の砥粒を再利用して、（ｅ）２回目のワークの切断を行う工程を含む方法を挙げることができる。尚、図１に示すように、（ｅ）工程で排出された使用済み砥粒に対しても、（ｂ）工程〜（ｅ）工程を繰り返すことで再利用することができる。

（ａ）工程では、例えば、図４に示すようなワイヤーソー１０１を用いてワークを切断することができる。
このワイヤーソー１０１では、ノズル１０６から砥粒を含むスラリーを供給し、ワイヤー１０２でワークを切断する。ワークの切断に用いたスラリーは廃スラリーとして、排出される。

ワークとしては、製造するウェーハの材質によって適宜選択することができ、例えば、シリコン、ガラス、セラミックス等からなるインゴットを挙げることができる。

砥粒としては、特に限定されないが、ワイヤーソーに一般的に用いられている炭化ケイ素を挙げることができる。

ワイヤーとしては、一般に表面にブラスメッキが施されているものを用いている。このブラスメッキは、ワイヤーの原料となる線材を、細く伸線し、規定の径に加工する過程で頻繁に用いられるものとなっている。

（ｂ）工程では、ワイヤーソーから排出される廃スラリー中に含まれる使用済み砥粒を回収する。

この使用済み砥粒の回収方法としては、ワークの切断に使用した後の廃スラリーを遠心分離器にかけて、砥粒を廃スラリーのクーラントから遠心分離する方法を挙げることができる。

この使用済みの砥粒内には、主成分である炭化ケイ素の他に、シリコン、鉄、銅が含まれている。シリコンは、ワーク（シリコンインゴット）が切断される際にカーフロスとして発生する。鉄と銅は、ワークの切断と共にワイヤーが摩耗し細線化する過程で削れた分が発生する。ワイヤー表面のブラスメッキから銅、ワイヤー内部の鉄線部分から鉄が、それぞれ出る。

この使用済み砥粒を分析した場合、通常、未使用の新品砥粒と比較して１００倍以上の濃度の銅が検出される。
尚、上記の分析方法としては、使用済み砥粒サンプル５ｇを混酸（フッ酸と硝酸の混合液）５０ｃｃで３時間の間、酸抽出した後、１０倍希釈の後、ＩＣＰ−ＯＥＳ測定（誘導結合プラズマ発光分析法）を行う方法を挙げることができる。

（ｃ）工程では、（ｂ）工程で得られた使用済み砥粒内の金属不純物である銅を除去する為、硫酸と過酸化水素水の混合液で処理を行う。

従来では使用済みの砥粒からシリコンと鉄を除去する為に、それぞれ苛性ソーダ、硫酸での処理を行っていた。しかし、銅を除去する方法としては不十分であり、上記の方法で苛性ソーダと硫酸で処理を行っても、使用済み砥粒内には、多くの銅が残存しており、銅の除去方法としては適切ではなかった。

本発明では、銅を溶かす方法として、硫酸と過酸化水素水の混合液で処理をする方法を行う。これは銅を溶かすのには、硫酸存在下で、標準電位が銅よりも上位の過酸化水素水が適切な為である。

このときの硫酸と過酸化水素水の混合比としては、特に限定されないが、例えば、７５％硫酸１２３ｇ、３０％過酸化水素水２７ｇの混合液を用いることができる。

このような混合液を用いて、使用済み砥粒を処理することにより残存する銅の濃度の低い砥粒を得ることができる。

具体的な処理条件としては、使用済み砥粒１０ｇを上述の混合液で撹拌後、濾過し、純水で水洗した後、乾燥を行う条件を挙げることができる。尚、この条件の場合、混合液での処理の際の温度は２５℃、処理時間は２４時間と設定できる。

上述の処理により、使用済み砥粒内の銅の濃度を使用前と同等以下、例えば、１ｐｐｍ以下とする。これにより、後述のように加工液としてワークの切断に再利用した際に、ウェーハと銅が接触する機会を少なくすることができる。

尚、本発明では、ウェーハとした際に特に悪影響を及ぼす金属不純物である銅の濃度の低減を目的として上記の処理を行うが、このような処理を行った砥粒であれば、ワークの切断に再利用した際に、他の種類の金属不純物、例えば、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、クロム、鉄、ニッケル、亜鉛といった金属不純物に対しても濃度の低減効果が期待できる。

（ｄ）工程では、（ｃ）工程で得られた処理後の砥粒を再利用する。具体的には、処理後の砥粒をクーラントに溶かし、加工液（スラリー）とする。

クーラントとしては、ワイヤーソーのスラリーに用いるものであれば、特に限定されないが、（ａ）工程で用いるスラリーのクーラントと同種のものを用いることができ、具体的なものとしてはグリコール系分散媒を例示できる。

このような加工液であれば、再利用した際にウェーハと銅が接触する機会を少なくすることができ、かつ、再利用することからスラリーのコストを低減することができ、その結果、ウェーハの製造コストを低減することができる。

（ｅ）工程では、（ｄ）工程で得られたスラリーを用いてワークの切断を行う。この工程は基本的に（ａ）工程と同様であり、（ａ）工程で用いたワイヤーソーと同一の装置を再度利用してもよい。

この（ｅ）工程で排出された廃スラリー中の使用済み砥粒についても、（ａ）工程と同様に、（ｂ）工程の回収、（ｃ）工程の処理、（ｄ）工程の再利用を行うことができ、再度ワークの切断に用いることができる。この場合、当然砥粒の不足分を新品砥粒で補い、再利用分と混合して用いることができる。

このようなワークの切断方法であれば、使用済み砥粒を再利用しながらもワークを切断した後に得られるウェーハへの金属不純物による汚染を抑制することができ、金属不純物による汚染が少ない高純度なウェーハを低コストで製造することができる。

以下、実験、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。

［実験］
＃２０００砥粒を用いて直径３００ｍｍのシリコンインゴットの切断を行った後、使用済み砥粒サンプル５ｇを混酸（フッ酸と硝酸の混合液）５０ｃｃで３時間の間、酸抽出して１０倍希釈した後、ＩＣＰ−ＯＥＳ測定を行った。この方法で分析を行った結果、砥粒１ｇ当たりに含有される銅の濃度は、未使用の新品砥粒では１．８７ｐｐｍであったのに対し、使用済み砥粒では１４３．００ｐｐｍであった。

［実施例１］
実験で得られた使用済み砥粒に対して硫酸と過酸化水素水の混合液で処理を行い、分析を行った。処理条件としては、使用済み砥粒１０ｇを７５％硫酸１２３ｇと３０％過酸化水素水２７ｇの混合液で撹拌後、濾過し、純水で水洗した後、乾燥を行った。混合液での処理の際の温度は２５℃、処理時間は２４時間で行った。分析方法は先と同様、使用済み砥粒サンプル５ｇを混酸（フッ酸と硝酸の混合液）５０ｃｃで３時間の間、酸抽出した後、１０倍希釈してＩＣＰ−ＯＥＳ測定を行った。
上述の処理を行った砥粒を実験と同様に分析したところ、砥粒１ｇ中に含有される銅の濃度は、０．４２ｐｐｍであり処理前の砥粒に対して３００分の１以下の水準にまでに低減した。結果を図２に示す。

［比較例１］
実験で得られた使用済み砥粒に対して、従来法である苛性ソーダと硫酸で処理を実施して実験及び実施例と同様に分析を行った。その結果、砥粒１ｇ中に含有される銅の濃度は、１４１．３４ｐｐｍであり、処理前の値から変化がなかった。結果を図２に示す。

また、未使用の新品砥粒の銅の濃度が１．８７ｐｐｍであることから、実施例１の硫酸と過酸化水素水の混合液で処理をした使用済み砥粒は、新品砥粒と同等、もしくはそれ以下の水準まで銅の濃度を下げることができることが明らかになった。また、図２に示すように実施例１と比較例１のそれぞれで得られた処理後の砥粒には、銅の濃度に有意な差が見受けられることが明らかになった。

［実施例２］
砥粒中に含まれる銅が切断後ウェーハ内の銅濃度に与える影響を確認の為、実施例１で得られた処理後の砥粒を用いて、直径３００ｍｍのシリコンインゴットの切断を行った。切断の際、砥粒と混合するクーラントは未使用の新品クーラント、ワイヤーは表面にメッキの無いワイヤーを準備し、それぞれ使用した。

［比較例２］
比較例１で得られた処理後の砥粒を用いて実施例２と同様にシリコンインゴットの切断を行った。

実施例２及び比較例２で得られたウェーハを、それぞれ以下のように分析した。
分析のサンプルは、１本のワークを切断して得られた複数枚のウェーハの中から２枚のウェーハを抽出した（サンプル１、サンプル２）。得られたウェーハの表層を５０μｍエッチオフした後、それぞれのウェーハから試験片を３個切り出して得られた、計６サンプルとした。試験片の切り出しは、ウェーハの中央部付近から採取した。採取したサンプルについて、全溶解法にて金属不純物の濃度をＩＣＰ−ＭＳ測定（誘導結合プラズマ質量分析法）し、ウェーハ中に含まれる銅、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、クロム、鉄、ニッケル、及び亜鉛の濃度を定量した。結果を図３に示す。

比較例２で得られたウェーハ中の銅濃度を測定したところ、図３に示すように、最大で９．４９Ｅ＋１２ ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、最小で３．６１Ｅ＋１１ ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の銅濃度が検出された。
一方で、実施例２で得られたウェーハ中の銅濃度を測定したところ、図３に示すように、最大で４．１４Ｅ＋１１ ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、最小で１．８５Ｅ＋１１ ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の銅濃度が検出された。
両者の切断後ウェーハ中の銅濃度を比較すると、実施例２の方が比較例２に比べ、最大値で約２２分の１以下、最小値で約２分の１以下になっており、銅濃度を低減できることが明らかになった。

また、銅以外の金属、即ち、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、クロム、鉄、ニッケル、及び亜鉛においても、図３に示すように、実施例２の方が比較例２に比べ、濃度を同等以下に低減できることが示された。

上記の結果から、本発明のワークの切断方法であれば、使用済み砥粒を再利用しながらもワークを切断した後に得られるウェーハへの金属不純物による汚染を抑制することができ、金属不純物による汚染が少ない高純度なウェーハを低コストで製造することができることが明らかになった。

尚、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。

Claims (2)

1. 複数のワイヤーガイド間に螺旋状に巻回された軸方向に走行するワイヤーでワイヤー列を形成し、ワークと前記ワイヤーとの接触部に砥粒を含む加工液を供給しながら、前記ワイヤー列に前記ワークを押し当てることで、前記ワークを切断するワークの切断方法であって、
   ワイヤーソーから排出される廃スラリー中に含まれる使用済みの前記砥粒を回収し、該回収した使用済みの前記砥粒に対して硫酸と過酸化水素水の混合液で処理を行い、処理後の砥粒をクーラントに混合して前記加工液とすることで、前記処理後の砥粒を前記ワークの切断に再利用することを特徴とするワークの切断方法。
2. ワイヤーソーを用いたワーク切断に使用した後に銅を除去して再利用した砥粒を含む加工液であって、
   前記砥粒に含有される銅の濃度が砥粒１ｇ当たり１ｐｐｍ以下のものであることを特徴とする加工液。