JPH0281608A - 非磁性化工作物からウェーハーを切断する際の切断状況を監視するための方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、工作物の中を移動する。少なくとも部分的に
磁性化し得る材料でできた切断工具を使い、その切断工
具と測定ユニットとの間の磁気相互作用を検出すること
によって、　非磁性化工作物からウェーハーを切り取る
際の切断状況を連続的、または定期的に監視するための
方法および装置に関する。

大抵の場合棒状、またはブロック状の工作物から幾何学
的に完成度の高いウェーハーを切断することは、特に半
導体技術において非常に重要である。　　例えば、シリ
コンやゲルマニウムなどの元素半導体あるいは砒化ガリ
ウムまたは燐化インジウムなどの化合物半導体でできた
欅から切断した、通常０．ｉｌ醜−厚のウェーハーを本
来の電子部品にさらに加工する。ＩＩＩ成部品の集積度
がますます高くなるにつれ、必要とされる原材料、すな
わちウェーハーの幾何学４Ｒ逍的な品質に対する要求も
高くなっている。　同じようなことが、ガリウム−ガド
リニウム−ガーネット、ルビーまたはスピネルなどの酸
化物材料、例えば石英をベースとするガラス、あるいは
多くのセラミック材料の切断についても当てはまり、そ
こでは、いずれも切断したウェーハー、あるいはウェー
ハー切断後に工作物に残る表面の幾何学的な精度が大き
な問題となる。　また、鋳造ケイ素などのソーラーセル
原材料から成るブロックをより小さな個々のブロックに
切断し、それをさらにウェーハーに切断する際にも１部
品製造用材料における程要求は厳しくないが、高い精度
を必要とする。

これらの切断方法には、主として輪状カッターが使われ
るが、周縁カッターまたはバンドカッターを使うところ
も多い。　　実際の切断工具としては、実際の材料切断
に適した切断エツジないし切断面５例えば硬質材料から
成る切断粒子を埋め込んだ、カッターの縁部を水滴状に
取り囲んだ層を備えたカッターまたはバンドカッターが
使われる。　シリコン切断用の輪状カッターでは、この
切断エツジはダイアモンド粒を埋め込んだニッケルから
成ることが多い、　カッターまたはバンドカッター自体
は、多くの場合適当な鋼でできている。　切断工程では
、移動する切断エツジが次第に工作物の中を移動するが
、その際、通常は切断箇所にさらに冷却剤をかけるが、
この冷却剤は一方で発生した熱を奪い、他方切削した材
料の（ずを鋸のある透き間から取り除く役目をする。　
切断工程では、その切断の際に生じた力が、切断工具を
理想的な切断位置から外へ偏らせるために、実際の切断
スリットが理想的な切断線から多少ともそれることがよ
くある。　このことから、特に材料棒の直径が１Ｏ−２
０ｃ■と大きい場合、得られる製品は必要条件を最早溝
たすことができず、廃棄しなければならな（なる、　　
この点に関して多くのことが、輪状カッターを特に考慮
して、　Ｒ，Ｌ。

Ｌａｎｅの論文「大直径のためのＩＤ薄切り技術Ｊ。

５ｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、　　
Ｊｕｌｙ　１９８５．　１１９−１２３頁に記載されて
いる。

そのため、切断過程および切断工具の理想位置からのず
れを、切断工程中でも監視できる方法および装置が特に
重要に成る。　　可能な監視システムは、　一般的に例
λば、　ＩＢＭ　　ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｓｃｌｏｓ
ｕｒｅ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　’１０１．２５．　Ｎｏ、
Ｓ、　　０ｃｔｏｂｅｒ１９８２の記事「シリコン結晶
の薄切り工程におけるカッターの走行を監視するシステ
ム」に記載されている。　そこでは、＆ａ気低抵抗検出
するセンサーを使って、切断時のカッターの偏りを電圧
信号に置き換え、これに基づいて制御ユニットが、カッ
ターを液体を使って目標位置に戻すことを試みている。

　しかし、このシステムは、カッターの透き間の外側を
カッターが走行したときだけを検出している。

この測定原理では、例えば公知の渦電流センサーが働い
ているが、そこでは高周波交流電流が流れる電磁コイル
により、制御すべき切断工具の中に渦電流が誘導される
。　この渦電流が、センサー中で間隔に応じてインピー
ダンスの変化を引き起こし、そこから最終的に、その間
隔に比例した電圧変化が生じる。　しかしそのような渦
電流測定は、経験上、切断工程に不可欠な、しばしば切
断工具に付着する、多くの場合界面活性剤を含んだ水で
ある冷却潤滑剤により、および高度にドーピングしたシ
リコンのような低抵抗半導体材料の場合には、工具自体
によっても、あるいはグラファイト板のような切断補助
手段によっても影響され、　そのため常に十分信頼性が
あるとは言えない、　このことは特に、切断過程に関し
て最も正確な情報を必要とする測定、っまり目標とする
切断過程からの切断工具の偏りを工作物の中で追跡する
必要があるような測定に対して当てはまる。

そのため、本発明の目的は、信頼性および再現性良く、
切断工程中に切断経過を工作物の中で。

しかもμ−−範囲で偏りを支障な（検出できる精度をも
って監視できる方法および装置を提供することである。

　工作物中で切断過程の監視をする際の上記の支障およ
び誤差は、比較量として交番電磁場を使用すると生じる
が、一定磁場を使用すると生じないことが偶然分かった
。

そこで、測定ユニットと切断工具との間に、切断過程中
に切断すべきウェーハーを少なくとも部分的に通過する
一定磁場を作り、その際切断工具の偏りにより生じる一
定磁場の変化を検出１°ることを特徴とする方法により
この目的を達成する。

この方法を実行するには、測定ユニットが一定磁場を発
生し、その変化を検出でき、切断工程中に、一定磁場が
切断すべきウェーハーを通過し。

切断工具とともに相互作用を起こすように、切断工具に
関し特定の位置に測定ユニットを配置することを特徴と
する装置が適している。

一定磁場を作るには、電磁石のような−様な永久磁石が
適している。　適当な磁性材料の例としては、先ず、多
くのＣｒ、　Ｗ、　Ｃｏ鋼のような鉄磁性体、または＾
１ｎｉｃｏ、場合によってはＮｂおよび／またはＴｉで
変性したもの、　Ｃｕｎ１ｆｅｒ、　Ｋｏｅｒｏｘまた
はに０ｅｒＺｉｔと呼ばれる合金、あるいは鉄を含まな
いホイスラー合金でもよい、　　スピネル、ざ（ろ石、
右よび六角タイプの各種フェライトをベースとする磁石
も同様に使用できる。　　その他に。

ＳｅＣｏｗ　Ｊよび５ｅｓＣｏｔｖのタイプの希土類金
属とコバルトとの合金、特にＳＥがＰｒ、　Ｓ■および
他のランタノイド金属であるもの、ならびにＮｄｔＦｅ
＋Ｊの構成の材料が挙げられる。　適当な磁性材料を選
ぶ際に重要なことは、とりわけ、切断過程で切断工具、
例えば輪状カッター刃のうえに働く引力が、予定してい
る目標切断線に対して許容できないほどの偏りを引き起
こさないことである。　このことは、公知の技術と方法
、例えば軟鉄心をコイルで包んだ電磁石の使用にも当て
はまる。

一定磁場を作るための磁性材料は１例えば棒磁石の形で
使用できる。　　　これに対してもう一つの、より有利
な形は、リング状または円筒状に形成した中心極を、こ
れと相対する。リング状の極で同心円状に囲み、両極の
間に目的にあった遮蔽物を入れたリング−スリット磁石
を使用することにある。　　そのようなリング−スリッ
ト磁石には、磁力線が測定区域面に対してほとんど垂直
に走り、そのため切断工具に対しても本質的に垂直にな
るという利点がある。　その結果、切断工具−磁石間の
距離と、その間を支配する引力との間に、測定技術的に
特に有利な、はとんど直線的な関係が生じる。　もう一
つの長所は、磁場が測定面のすぐ後ろで再び消滅するの
で、周囲にある強磁性体、あるいは輪状カッターにおい
て一般に鋼製のロッド取り付は具、ロッド配送装置、お
よび送り装置などの機械構成部品、あるいは工具などに
よる影響を最小に抑えられることにある。　無論、例え
ば馬蹄形磁石、　あるいは正方形、長方形、または腎臓
形あるいはバナナ形の断面を持った磁石ないしリング−
スリット磁石などの、他の形状をもった磁石でも、特に
、そこから得られる一定磁場が上記の特性を有している
場合には、使用できる。

生じた磁場が本質的に切断工具にのみ向かうこと、およ
びその他の空間方向に向いている成分が効力を発揮しな
いことは、特に異物質による影響に間して、有利である
ことが分かった。　このことは１Ｍ１石自体および／ま
たは切断工具と反対側にある測定ユニットに遮蔽物をか
ぶせ、外部から働く磁気現象を排除することにより達成
できる。

遮蔽物としては、例えば磁化し得る、特に磁気的に軟質
の、つまり非永久磁性の、各種の鉄板などの非永久磁性
物質から成る周囲壁が役立つが、これらは第一に棒磁石
と組み合わせて使用するのが好ましい、　この問題の洗
練された解決方法としては、既に述べた、優先的に使用
するリング−スリット磁石があり、その場合、磁力線は
、切断工具と反対側で、本質的に磁石の内側を走るので
、外部の影響に大して特に効果的に遮蔽し、その影響を
受けにくい。

磁石と、少なくとも部分的に磁性材料製の切断工具との
間、つまり輪状カッター、周縁カッターまたはバンドカ
ッターの刃との間に　間隔が増加、または減少するにつ
れて、すなわち磁石に対する切断工具の初期位置からの
偏りに応じて変化する一定磁場が生じる。

この一定磁場の変化は、切断工具と磁石との開の引力を
測定することによって求めることができる。　これには
、必要な感度さえあれば、市販の力記録形を使用するこ
とができる。　適当なシステムは、例λば圧力ひずみ計
に基づくもの、インダクタンス、キャパシタンス、また
は半導体をベースとするもの、あるいは電話送受話器に
使用するような圧力依件の抵抗素子をベースとするもの
がある。　光字システムまたは圧電素子も同様に適して
いるが、後者では絶対値測定は出来ない。

一定磁場の変化を求めるもう一つの方法は、磁場の変化
が電圧変化をもたらす音響センサーの使用である。　そ
のような音響センサーには２機械的に動く部分を必要と
しないので、安定性が特によいという長所がある。　磁
場の測定における音響センサーの利用は、公知であり、
専門家にはよく知られている。

それに加λて、他の、磁界機まｊ、：は′Ｒ流天坪のよ
うな磁場の流れ審度を測定する測定装置の使用ら考人ら
れる。

力記録計ないし音響センサーから送られた測定値は、場
合により測定増幅器を間に接続して、表示装置で読み取
り、および／または切断工具の動きに影響を及ぼす手動
または自動の調整装置のための出力信号として使用する
。　そのような調整の例として、西独特許第＾−３６４
０６４５号に記載されている方法が参考になる。

測定装置に、特にそれが力記録計を接続した磁石として
設計されている場合には、カプセルを装備し、空気流、
＃１水による、あるいは切断工程中でよく起きる短時間
の温度変動による。外部の妨害作用をできるだけ排除す
るのが好ましいことが分かった。　カプセルには、銅ま
たはアルミニウムなどの金属あるいはポリプロピレン、
ポリエチレン、またはポリテトラフルオルエチレンなど
のプラスチックのような非強磁性材料が特に適している
。

特に力測定においては、測定ユニットを限定した位置、
つまり切断工程中に切断工具に対して変化しない位置に
配置し、位置変化、例λばセンサーの僅かなぐらつきに
より測定結果に誤差を生じないようにすることが重要で
ある。　＃響センサは、ＰＪ械的な可動部がないため、
この点に関しては影響を受けにくい、　大きさの異なる
工作物または厚さの異なるウェーハーを切断する必要の
ある場合は、（立置の調整または限定した変更を、例え
ば調整ネジを使って行なう方法も場合によってはダ久ら
れる。

測定ユニットを切断エツジの高さに位置合わせすると、
目標切断面からの偏りがもっとも早く認ぬられるので便
利である。　この配置には、切断Ｆ７−Ｆを埋め込むの
によく使われるニッケルがＭ１気的に有効であるので、
カッターの刃が磁気的に有効でない、またはほんの僅か
しか有効でない、多くの鋼合金のような材料から作られ
ている場合には、本発明に係わる方法が使用できるとい
う長所もある。

工作物に関して、切断工具がその進路のできるだけ大き
な部分で工作物によって制御されるように、測定ユニッ
トの位置を選ぶのが目的に適っている。　　断面が円形
の棒状工作物を切断する場合、測定ユニットが、工作物
と切断工具との間の相互移動に応じ、棒状工作物の頂点
から中央の軸を通って棒の底部へ導く範囲を覆うような
位置に合わせるのが有利である。　　しかし、この位置
は、はっきりと規定されるものではなく、測定ユニット
は、側方に、しかも目的に合わせてそこから欅の直径の
約三分の二だけ左、または右に偏った区域内に移動させ
て配置することも出来る。

さらに大きく移動させると、特に棒の直径が大きい場合
、カッター刃の偏りがもはや十分に把握できなくなる危
険性がある。

測定ユニットが全切断工程の間中、切断すべきウェーハ
ーだけを絶対的に横断する必要はない。

切断すべきウェーハーが測定ユニットと切断工具との間
に時々入るだけの配置も考えられるし、あるいは切断工
程中に測定ユニットが切断すべきウェーハーの一部およ
び工作物に最早かみ合わない、あるいは未だかみあって
いない切断工具の一部を横断するような配置も考えられ
るが、特に後者は、切断エツジの輪郭に応じた形の、例
＾ば腎層形の磁石の場合がそうである。

切断工程中に切断工具が食い込んでいる長さを監視して
いる範囲が大きいほど、切断過程をより正確に制御する
ことができる。　　そのため、そのつと使用する磁石を
、その磁石が作り出す一定磁場がこの食い込み長の少な
くとも一部を横断するような形状にするのが有利である
ことが分かった。　もう一つの方法は、食い込み長に沿
って多（の磁石を配置し、この食い込み長の一部または
全部を測定できるようにすることである。　その際、す
べての磁石から供給される信号が一つの測定値にまとめ
られるような、総合測定を行なうことができる。　また
、それぞれの磁石に１個別に磁場の変化を検出させるこ
とも出来る。

本発明に係る好ましい実施形態によれば、切断工具の偏
りを、切断すべきウェーハーの外側で検出する測定ユニ
ットが考λられる。　　このために、前に述べた方法で
切断工具に一定磁場を形成し、切断過程中、場合によっ
てその前、およびその後に、その磁場の変化を測定する
測定ユニットを使用するのが有利である。　原則的に、
渦電流センサーや光りセンサーなどの他の適当な装置も
この目的に使用できる。

原則として５本方法では、切断過程を連続的に監視する
。　しかし、この監視を定期的に１例えば特定の時間間
隔で、または工作物と切断工具の間の特定の相対的な位
置で行なうことも可能である。

以下に添付の図面により１本方法ならびにそれを実行す
るための適当な装置を説明するが、この実施形態は例と
してのみ理解すべきもので、これに限定するものではな
い。

図に例として圧延鋼製の輪状カッター（１）を示すが、
その切断刃（２）は、しずく形状の断面を持ち、内部に
ダイアモンド切断粒子を埋め込んだニッケル外被から成
る。　切断刃は約５００−３５０ＯＲＰＭの速度で回転
し、切断スリット（３）を形成しながら工作物（４）１
例えばグラファイト板（５）に固定したシリコン棒を加
工していく、　工作物を切断刃の方に移動させる工作物
テーブル（６）は、ここでは全体を見易いように一部だ
けを示した。

切断工具、つまりカッターと切断刃に対して特定の位置
に、見易いように輪郭だけを示した、調節可能な取り付
は具（月を使って、測定ユニット（８）　を配置する。

　この測定ユニットは、力測定装：ａ　ｆｌｏｌ、例え
ば力測定計と接続した磁石（１１１を包むアルミニウム
製のカプセル（９）から成る。

この配置では、磁石（１口の曲面とカッター／切断刃シ
ステムとの間に、その間にある空間、カプセル、および
特に切断すべきウェーハ−（＋２１を貫通する一定磁場
が形成される。　これで、切断中にカッターが磁石の方
へ、または磁石から遠ざかるように動くと１両者の間に
ある引力が変化し。

力測定計が検出する測定値も変化する。　それに応じて
９例＾ば測定増幅器（！３）を使って記録される、およ
び場合によってはさらに転送される測定信号も変化する
。

測定ユニットは、例えば、光学的比較システムを使って
、カッターを望ましい決まった位置に合わせた後、引力
がカッターの偏りに依存することを利用して補正するこ
とができる。

これによって、出発位置は、カッターの正常走行に対応
する照合値を与える。　　必要とする目標値からのカッ
ターの偏りを検出し、例えば調整装置を使ってその偏り
を再び取り除くことができる。

これによって本発明に係る方法および装置により、　切
断過程で既に、直接その誤差の発生箇所で、０．ｌμｌ
の範囲の分解能で誤差の発生を検出し、これを早い時期
に防止することができる。

これにより、特に半導体ウェーハーを切断する際に、一
般に「ワーブ」と呼ばれる反り、ないし曲がりを最小に
する。あるいは適切に合わせる。すなわち特定の「ワー
ブ」を持ったウェーハーを薄切りすることができる。　
　これにより、最終的に、ウェーハーの幾何学的精度が
明らかに向上する。　応用分野は、とりわけ輪状カッタ
ーだが。

周縁カッターまたはバンドカッターにも使用できる。　
工作物としては、特に、初めに述べた非磁化性材料から
成る棒またはブロックが対象になるが、他の、一定磁場
に許容できないほどには影響を与えない材料から成る欅
またはブロックでもよい。

以下の実施例により、本発明をさらに詳しく説明する。

実施例 市販の輪状カッター（カッター直径約６８ｃｍ、内孔直
径約２３．５ＣＩＩ、カッターは約１５０μｍ厚の鋼製
で、切断刃のところに約３００μ貫厚のニッケル／ダイ
アモンドの層を備えている）に測定ユニットを配置した
取り付は具を装備したウ　この測定ユニットは、市販の
、ひずみ計原理で作動する力測定器を接続したリングス
リット−永久磁石（直径約１５＋ｓ＋ｍ、長さ約２０ｍ
ｍ、材質＾１ｎｉｃｏｌから成る。

測定ユニットはポリ塩化ビニルのカプセルに収容しであ
る。＆ｌｌｉ石の前面は、カックー酊と平行にしである
ので、約３ｍ＋ｓ幅の透き間が生じ、Ｉｉａ石のＦ端は
切断刃の高さ、それもカッターの先端に位置している。

　　カッターと磁石との間に生じる引力が力測定器の測
定信号を生み出し、その信号は、増幅後、最終的にデジ
タル式電圧計により記録した。

補正のため、測定ユニットに平行に、光学式距離測定器
を配置し、回転するカッターを様々な強度の圧縮空気を
使って偏りを持たせ、その際光学的に測定された間隔値
ならびにそれに相当する電圧計表示を確認した。　これ
により、そこで検出された値と、特定のカッターの偏り
の読み取り値を関連付けることができた。

補正終了後、通常の方法で、炭素製切断板のうえに固定
したシリコン棒（直径約１５０ｍ５　、比抵抗的０．０
１０ｃａｌ　を送りテーブルの上に固定し、　約８００
μｍ厚のウェーハーに切断するために、切断位置に合わ
せた。　切断刃工作物に食い込む直前に表示された間隔
値（切断工具−測定ユニット）をそれぞれ照合値として
決定した（「ゼロ点設定」）、＝ 通常の工程パラメーターで１０枚のウェーハーを切断し
、その際切断過程およびカッターの基準面からの偏りを
測定ユニットを使って検出し、記録計で記録した。　各
切断過程の後で、さらに結晶棒の切断した前面のパター
ンを帰の先端と底部の間で、光センサーを用いて測定し
、記録した。

両測定曲線を比較した結果　各ウェーハーとも申し分な
く一致していた。

その後で本発明に係る測定ユニットを引き離し、　その
同じ位置に従来の渦電流センサーを置き、適当な補正の
後、その他は同じ条件で更に１０枚のウェーハーを切断
した。　　この時も切断過程でのカッターの状況を追跡
し、記録計に記録した。　その俊同様に切断したシリコ
ン捧の曲面を光学的に測定した。　ここですべてのウェ
ーハについて、光学的センサーで測定した測定曲線と渦
電流センサーで測定した測定曲線との間の明らかな偏差
をｉ認する必要があったが、その偏差は１２０１ｔｍま
であった。　この測定結果の誤差は、本質的には高抵抗
の材料の影響に帰せられるが、切断時に与λる冷却材に
も一部は原因がある。

以下１本発明の好適な実施態様を例示する。

１）切断工具と測定ユニットとの間の引力を測定するこ
とによって、一定磁場の変化を検出することを特徴とす
る請求項第１項記載の方法。

２）磁力線流密度を測定することによって一定磁場の変
化を検出することを特徴とする請求項第１項記載の方法
。

３）同時に少なくとも一つの、別の測定ユニットを使用
することによって、切断工具の偏りを、切断すべきウェ
ーハーの外で検出することを特徴とする請求項第１項記
載の方法。

４）多くの単一磁石を使用することによって一定磁場を
形成することを特徴とする請求項第１項記載の方法。

５）永久磁石または電磁石を使用することによって一定
磁場を形成することを特徴とする請求項第１項記載の方
法。

６）磁力線が切断工具に対して本質的に垂直に当たるよ
うな一定磁場を形成することを特徴とする請求項第１項
記載の方法。

７）切断工具と反対側の区域における一定６■場の遮蔽
を特徴とする請求項第２項記載の装置。

８）一定磁場を形成するために多くの、一つの面に配分
した磁石を使用することを特徴とする請求項第２項記載
の装置。

【図面の簡単な説明】

図面は、測定ユニ７トを配置した取り付は具を装備した
輪状カッターを示す。 １　輪状カンタ− ２切断刃 ３　切断スリット ４　工作物 ５　グラファイト）反 ６　工作物テーブル ７　取り付は具 ８　測定ユニ７ト ９　カプセル １０　　力測定装置 １１　　磁石 １２　　ウェーハー １３　　測定増幅器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）工作物の中を移動する、少なくとも部分的に磁性化
   し得る材料でできた切断工具を使い、その切断工具と測
   定ユニットとの間の磁気相互作用を検出することによっ
   て、非磁性化工作物からウェーハーを切り取る際の切断
   状況を連続的、または定期的に監視するための方法にお
   いて、測定ユニットと切断工具との間に、切断過程中に
   切断すべきウェーハーを少なくとも部分的に通過する一
   定磁場を作り、その際切断工具の偏りにより生じる一定
   磁場の変化を検出することを特徴とする方法。 ２）測定ユニットが一定磁場を発生し、その磁場の変化
   を検出でき、切断工程中に、一定磁場が切断すべきウェ
   ーハーを少なくとも部分的に通過し、切断工具とともに
   相互作用を起こすように、切断工具に関し特定の位置に
   測定ユニットを配置することを特徴とする請求項第１項
   記載の方法を実行するための装置。