JPH09254144A - ワイヤーソー及び円柱形ワークを切断する方法 - Google Patents
ワイヤーソー及び円柱形ワークを切断する方法Info
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Abstract
する場合において、特に厚さばらつきの少ないウエーハ
を得ることができる、円柱形ワークを切断する方法及び
装置を提供する。 【解決手段】 ワイヤーソーを用いて円柱形ワークを切
断する方法において、該円柱形ワークの切断長の変化ま
たはワイヤーとワーク外周のなす角度の変化によりワー
クへ供給する切断用スラリーの粘度を変化させる、こと
を特徴とする円柱形ワークを切断する方法。および、円
柱形ワークを切断するワイヤーソーにおいて、該円柱形
ワークの切断長の変化またはワイヤーとワーク外周のな
す角度の変化によりワークへ供給する切断用スラリーの
粘度を変化させる手段を備えた、ことを特徴とする円柱
形ワーク切断用ワイヤーソー。
Description
ム砒素に代表される半導体インゴット等の脆性材料の円
柱形ワークを切断してウエーハを形成する、ワイヤーソ
ー及びその切断する方法に関する。
旋状に巻回され、ワークに対して互いに平行で一定ピッ
チの列となっているワイヤーに、半導体インゴット等の
円柱形ワークあるいは合成石英インゴット等の角形ワー
クを押圧し、該ワークとワイヤーとの間に砥粒を含む加
工液(以下スラリーと称す)を供給しながら、ワイヤー
を線方向に移動させて、該ワークをウエーハ状に切断す
る装置であって、一定の厚さのウエーハを多数枚(例え
ば数100枚)同時に切断することができる。
イヤーソーによる半導体インゴット等の円柱形ワークの
切断においては、上記合成石英インゴット等の角形ワー
クの切断と相違して、該円柱形ワークの切断開始時とワ
ーク中心部の切断時、そして切断終了時とでは、得られ
たウエーハの厚さが異なってしまうという問題がある。
始時及び終了時にはウエーハの厚さが相対的に薄くな
り、他方、ワーク中心部ではウエーハの厚さが相対的に
厚くなってしまう。すなわち、1枚のウエーハにおい
て、切断面の真ん中が凸となり、厚さばらつきが生じて
しまうという現象であり、この現象は1回の切断で得ら
れるウエーハのほとんど全てのウエーハに発生する。こ
の厚さばらつきの発生は、ワイヤーソーによる円柱形ワ
ークの切断に固有の問題であるとともに、切断される円
柱形ワークの直径の増大に伴ってこの厚さばらつきも大
きくなる傾向となるので、例えば厚さの均一性が特に要
求され、今後ますますデバイスの集積度が進み200mm
や300mm以上へと大直径化する、半導体シリコン単結
晶ウエーハの切断において特に問題となっている。
であり、ワイヤーソーによって円柱形のワークを切断す
る場合において、特に厚さばらつきの少ないウエーハを
得ることができる、円柱形ワークを切断する方法及び装
置を提供することを目的とする。
発明の請求項1に記載した発明は、ワイヤーソーを用い
て円柱形ワークを切断する方法において、該円柱形ワー
クの切断長の変化またはワイヤーとワーク外周のなす角
度の変化によりワークへ供給する切断用スラリーの粘度
を変化させることを特徴とする。このように、ワークに
供給する切断用スラリーの粘度を変化させることによっ
て、ワークに対する仕事量が一定になるように調整し、
切断されるウエーハの厚さを均一にすることができる。
は、請求項1に記載の円柱形ワークを切断する方法であ
って、前記円柱形ワークの切断長の増加とともにスラリ
ーの粘度を増加させ、次いで切断長の減少とともにスラ
リーの粘度を減少させることを特徴とする。このよう
に、円柱形ワークの切断長に応じてスラリーの粘度を増
減することによって、円柱形のワークを均一な厚さ分布
で切り出すことができる。
は、請求項1または請求項2のいずれか一項に記載の円
柱形ワークを切断する方法であって、前記スラリーの粘
度の変化率の大きさを、切断開始時から円柱形ワーク中
心部切断時までのスラリー粘度増加率と比べ、円柱形ワ
ーク中心部切断時から切断終了時までのスラリー粘度減
少率を小さくすることを特徴とする。このように、円柱
形ワークの切断開始時から中心部切断時までと、円柱形
ワークの中心部切断時から切断終了時までとで、スラリ
ーの粘度の増減率を変えることによって、より厚さ分布
の均一化を図ることができる。
は、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の円
柱形ワークを切断する方法であって、前記スラリーの粘
度の変化は、粘度調整剤をスラリータンクに添加するこ
とにより行うことを特徴とする。そして、このスラリー
の粘度調整剤は水を用いることができ(請求項5)、ま
たスラリーのクーラント成分は水溶性であることが望ま
しい(請求項6)。このように、粘度の変化は粘度調整
剤をスラリータンクに添加することで、簡単に調整する
ことができるし、その場合に粘度調整剤を水とし、スラ
リーのクーラント成分を水溶性とすれば、スラリーの粘
度を確実にかつ安価で調整制御することができる。
ーソーは、該円柱形ワークの切断長の変化またはワイヤ
ーとワーク外周のなす角度の変化によりワークへ供給す
る切断用スラリーの粘度を変化させる手段を備えたこと
を特徴とする(請求項7)。このような特徴を有するワ
イヤーソーによって初めて、請求項1〜請求項6の方法
を実施することができ、厚さの均一なウエーハを切り出
すことができる。
させる手段は、少なくともスラリー粘度検出器および粘
度調整剤の流量制御器を具備し、スラリータンク内のス
ラリー粘度を検出し、その値に応じて粘度調整剤のスラ
リータンクに送給する流量を制御するものとされる(請
求項8)。ここで、前記スラリータンク内のスラリー粘
度の検出は、質量流量計または電気伝導度の測定による
ことが望ましく(請求項9)、また前記粘度調整剤の流
量制御器としては、電磁弁または流量計を用いることが
でき(請求項10)、さらに、前記スラリーの粘度調整
剤としては水を用いることができる(請求項11)。こ
の場合、スラリータンクにはスラリーを撹拌する手段を
設け、スラリータンク内のスラリーの粘度を均一にする
のが望ましい(請求項12)。
は、前記円柱形ワークを切断する場合に、厚さのばらつ
きが発生する原因を調査、検討した結果、半導体インゴ
ット等の円柱形ワークの切断においては、該円柱形ワー
クの切断開始時とワーク中心部の切断時、そして切断終
了時とでは、ワイヤーとワークとの接触長さ、即ち切断
長が異なるため、ワイヤー及びスラリーのワークに対す
る仕事量が異なるようになるのではないかと考えた。即
ち、切断開始時及び終了時には切断長が短いために、ワ
イヤー及びスラリーのワークに対する仕事量が相対的に
多くなり、その結果切断時の切削代が多くなるために、
ウエーハの厚さが薄くなってしまうのである。他方、ワ
ーク中心部では切断長が長くなるために、ワークに対す
る仕事量が相対的に少なくなり、その結果切断時の切削
代が少なくなるために、ウエーハの厚さが厚くなってし
まうものと考えられる。
切断開始時からワーク中心部までは鋭角であり、ワーク
中心部から切断終了時までは鈍角となる。特に、切断開
始時にはワイヤーとワーク外周とのなす角度が鋭く楔形
状となるため、切断加工部にはスラリーが容易に引き込
まれる。これに対してワーク中心部から切断終了時にか
けてはワイヤーとワーク外周とのなす角度が鈍角となる
ため、切断加工部へのスラリーの引き込みが悪化する傾
向にある。このため、切断開始時にはワイヤー及びスラ
リーのワークに対する仕事量が特に多くなり、その結果
切断開始時の切削量は特に多くなるために、ウエーハの
厚さが、切断長がほぼ等しい切断終了時よりも薄くなっ
てしまい、前記図1(a)のような形状のウエーハが切
り出されてしまうものと考えられる。
ーとワーク外周のなす角度の変化に係わらず、円柱形ワ
ークに対する仕事量を一定にすることでウエーハの厚さ
ばらつきを抑制することを着想し、ワークに対する仕事
量を一定にするためには、ワークの切断長またはワイヤ
ーとワーク外周のなす角度の変化に応じて、スラリーの
粘度を変化させることが有効であることを確認して本発
明を完成させた。
を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるも
のではない。ここで、図1はワイヤーソーにより切断さ
れたウエーハの断面形状を示す概念図であり、(a)は
従来の装置及び方法により切断したウエーハを、(b)
は本発明の装置及び方法により切断したウエーハを示
す。また、図2はワイヤーソーの概要図である。図3は
本発明の実施形態におけるワイヤーソーの断面を示す概
略図である。図4は本発明のワイヤーソーのスラリーの
循環系も含めた断面を示す概要図である。
示す概要図である。このワイヤーソーは、それぞれトル
クモーター24、34で駆動される2つのワイヤー巻き
取りドラム22と32に巻かれたワイヤー12が、3本
のローラー10A、10B、10Cの間で螺旋状に巻か
れており、2本のローラー10Aと10Bとの間ではワ
イヤー12は一定のピッチで互いに平行となっていて、
この部分でワークが切断されるようになっている。ま
た、例えば下方のローラー10Cに接続される駆動モー
ター7で該ローラー10Cを回転駆動することによっ
て、ワイヤー12を所定速度で移動できるようになって
いる。そして、ワイヤー12がワイヤー巻き取りドラム
22から他方のワイヤー巻き取りドラム32へ、もしく
はその逆方向に、張力調節機構20、30を介して所定
の線速で巻き取られる時に、図示しない切断用スラリー
供給装置からスラリーをワイヤー12を介してワーク切
断部に供給しつつ、ワークホルダー42に保持された円
柱形ワーク40を2本のローラー10Aと10Bとの間
のワーク切断部に押圧することによって、ワーク40が
切断される。
から見た、本発明の実施形態を示した断面概略図であ
る。切断用スラリーは、2本のローラー10Aと10B
の中心線の直上にある、スラリー供給ノズル50A、5
0Bから供給される。円柱形ワークの切断時には、ワイ
ヤー12がローラー10Aからローラー10Bの方向に
送られているときには、スラリーは供給ノズル50Aか
ら供給され、その逆方向に送られているときにはスラリ
ーは供給ノズル50Bから供給される。スラリー供給ノ
ズル50Aと50Bとは、ローラー10Aあるいは10
Bの長手方向に多数のノズルが配置されており、スラリ
ーの流れがカーテン状になるようになっている。
イヤーソーの断面概要図である。この装置では、円柱形
ワークの切断時にはスラリータンク60に貯留された切
断用スラリー62はポンプ66で増圧され、スラリー供
給配管64を通ってスラリー供給ノズル50Aあるいは
50Bからワイヤー12に供給され、ワーク40の切断
に供せられる。ワーク40の切断部やワイヤー12等か
ら飛散したスラリーは、ワイヤーソーカバー70の底部
に集められ、スラリー回収配管72によってスラリータ
ンク60に回収され、再びスラリー供給配管64を通っ
てワーク40の切断部に送給される循環系を形成してい
る。
器61が設けられている。粘度調整剤は粘度調整剤タン
ク80から粘度調整剤供給配管82によりスラリータン
ク60に供給されるが、配管82には電磁弁84が設け
られており、この電磁弁84を前記スラリー粘度検出器
61により検出されたスラリー粘度およびワークの切断
長あるいはワイヤーとワーク外周とのなす角度に応じて
開閉度を調整制御することで、スラリータンク内のスラ
リー粘度の調整を行うことができるようになっている。
このスラリー粘度の調整は、粘度信号と切断長の移動位
置確認用エンコーダーの出力を変換器により処理して、
電磁弁84を開閉することにより行うことができる。粘
度検出器61としては、一般に用いられている粘度計を
用いればよいが、これは質量流量計あるいは電気伝導度
の測定により粘度を求めることが好ましい。これは、こ
れらの方法によれば、いわゆるオンライン粘度測定が可
能となり、スラリー粘度の制御、管理が、正確にかつ容
易にできるからである。
を混合させ、スラリータンク60内のスラリー粘度を均
一にするために、スラリータンク60内にスラリー撹拌
器63を設けることが好ましい。この撹拌手段について
も、一般に用いられている手法によればよく、例えば撹
拌棒をスラリー62中に浸漬し、モータで回転させる回
転機構をはじめ、揺動機構、振動機構等を用いればよ
い。また、切断長の検出はワイヤー12に対するワーク
40の位置関係から検出することができ、例えば、ワー
クホルダー42をワイヤー12に押圧した距離と、ワー
クの直径から簡単に割り出すことができる。
て使用されるが、ワークの切断時に発生する熱のために
スラリー中の水分が蒸発し、スラリータンク60に回収
されたスラリーは粘度が非常に高いものになっている。
ここで、スラリー中に含まれる成分のうち研磨砥粒とク
ーラント成分は、前者は固体であるのでほぼ全量が回収
され、後者は不揮発性であるためこれもほぼ全量が回収
される。従って、スラリーの成分の中で切断時に失われ
るのは、媒体となっている水だけである。
ば、スラリー中の水分量を調整することによって、スラ
リー粘度の調整が可能となる。すなわち、粘度調整剤タ
ンク80から送給される粘度調整剤としての水の量を制
御することによって、スラリータンク60内のスラリー
の粘度を、自在に調整制御することができる。そして、
このように粘度調整剤を水とした場合には、これと均一
に混合されるようにスラリーのクーラント成分は水溶性
とするのが好ましい。
リーがワイヤーに巻きつきやすく、ワーク切断部にスラ
リーが引き込まれ易くなり、結果として多くのスラリー
がワーク切断部に供給されるようになり、ワークに対す
る仕事量が増加することになる。一方、スラリーの粘度
が下がれば、逆の効果を奏することとなる。
ークの切断長の変化及びワイヤーとワーク外周とのなす
角度に応じて行うことにより、切断されたウエーハの厚
さばらつきを低減するものである。すなわち、スラリー
粘度の変化のパターン例を図5に示すが、ワーク40の
切断開始時にはスラリーの粘度を最も低くし、切断長の
増加に伴ってスラリーの粘度を増加させ、ワーク中心部
の切断時にはスラリーの粘度が最も高くなるようにし、
次いで切断長の減少に伴ってスラリーの粘度を減少させ
る。
ンは、切断開始時から円柱形ワークの中心部切断時まで
のスラリー粘度増加率に比べ、円柱形ワークの中心部切
断時から切断終了時までのスラリー粘度減少率を小さく
するようにしている。これは前記図1(a)で示したよ
うに、円柱形ワークの中心部切断時から切断終了時まで
の方が、切断開始時から円柱形ワークの中心部切断時ま
でに比べ、ワイヤー及びスラリーのワークに対する仕事
量が相対的に減少することに対応したものである。
0mmの半導体シリコン単結晶インゴットの切断を行っ
た。図5に示すようなスラリー粘度のパターンで行った
が、このパターンは切断開始時のスラリー粘度を35m
Pa・sとし、ワーク切断長の増加とともにスラリー粘
度を増加させ、インゴット中心部の切断時にはスラリー
粘度を100mPa・sとし、次いで切断長の減少とと
もにスラリー粘度を減少させ、切断終了時には60mP
a・sと変化させたものである。この条件でインゴット
10本の切断を行い、約2500枚のウエーハを切り出
した。得られたウエーハの厚さを図6に示すようにウエ
ーハ中心と周辺部(各方向で周辺から3mm)4点の計5
点で測定し、最大値と最小値の差TV5を求めた。
60mPa・sとして調整したが、切断開始後にはスラ
リー粘度の調整を一切行わなかった他は実施例と同様に
して、直径が約200mmの半導体シリコン単結晶インゴ
ットの切断を行った。切断したインゴットは5本であ
り、約1000枚のウエーハを切り出した。得られたウ
エーハの厚さを上記同様図6に示すように、ウエーハ中
心と周辺部(各方向で周辺から3mm)4点の計5点で測
定し、最大値と最小値の差TV5を求めた。
80mPa・sとして調整し、切断開始から終了までス
ラリー粘度を80mPa・sに保ちながら行った他は実
施例と同様にして、直径が約200mmの半導体シリコン
単結晶インゴットの切断を行った。切断したインゴット
は5本であり、約1000枚のウエーハを切り出した。
得られたウエーハの厚さを上記同様図6に示すように、
ウエーハ中心と周辺部(各方向で周辺から3mm)4点の
計5点で測定し、最大値と最小値の差TV5を求めた。
結果をまとめて表1に示す。
たウエーハの断面形状は、図1(b)のようになり、従
来および比較例で切断されたウエーハのごとき、切断面
が真ん中凸となる図1(a)に比し、著しい改善がみら
れた。そして、表1からわかるように、本発明によれ
ば、ウエーハ面内の厚さばらつきの指標であるTV5が
比較例に比べて大きく低減される。さらにまた、図1
(b)に示したように切断面が均一でスムースとなるた
めか、ウエーハの割れ発生率も大幅に改善された。した
がって、本発明によれば、厚さのばらつきの改善のみな
らず、切断歩留、生産性も向上させることができる。
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。
は、完全に切断面が円である柱状ワークのみを言うもの
ではなく、切断面が楕円であったり、あるいは円ではあ
るが、一部切り欠き部(いわゆる、オリエンテーション
フラット)がある場合等も含むものであり、切断の進行
と共に切断長あるいはワイヤーとワーク外周のなす角度
が変化するワークの切断であれば、その形態に応じて適
宜スラリー粘度のパターンを変更して、上記同様に適用
できる。
て水を用いた場合につき例を挙げて説明したが、本発明
はこれには限定されず、他の溶剤、例えば種々の有機溶
媒等を用いることもできる。
給量を調整するのに電磁弁を用いた場合につき例を挙げ
て説明したが、本発明はこれには限定されず、粘度調整
剤の送給量を調整制御することができるものであれば、
他の一般的に用いられている種々の弁、あるいは種々の
流量計等を用いることもできる。
ソー及び円柱形ワークの切断方法では、ワークに供給す
るスラリーの粘度を円柱形ワークの切断長またはワイヤ
ーとワーク外周のなす角度に応じて変化させることによ
り、ウエーハ面内の厚さばらつきが大きく改善されるの
みならず、副次的な効果として切断時のウエーハの割れ
発生率が低減され、切断歩留、生産性の改善をも図るこ
とができる。よって、本発明の産業界における利用価値
は、すこぶる高い。
形状を示す概念図であり、(a)は従来の装置及び方法
により切断したウエーハを、(b)は本発明の装置及び
方法により切断したウエーハを示す。
を示す概略図である。
めた断面を示す概要図である。
ークの切断時におけるスラリー粘度の変化パターンを示
す図である。
る。
Claims (12)
- 【請求項1】 ワイヤーソーを用いて円柱形ワークを切
断する方法において、該円柱形ワークの切断長の変化ま
たはワイヤーとワーク外周のなす角度の変化によりワー
クへ供給する切断用スラリーの粘度を変化させる、こと
を特徴とする円柱形ワークを切断する方法。 - 【請求項2】 前記円柱形ワークの切断長の増加ととも
にスラリーの粘度を増加させ、次いで切断長の減少とと
もにスラリーの粘度を減少させる、ことを特徴とする請
求項1に記載の円柱形ワークを切断する方法。 - 【請求項3】 前記スラリーの粘度の変化率の大きさ
を、切断開始時から円柱形ワーク中心部切断時までのス
ラリー粘度増加率と比べ、円柱形ワーク中心部切断時か
ら切断終了時までのスラリー粘度減少率を小さくする、
ことを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか一
項に記載の円柱形ワークを切断する方法。 - 【請求項4】 前記スラリーの粘度の変化は、粘度調整
剤をスラリータンクに添加することにより行う、ことを
特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記
載の円柱形ワークを切断する方法。 - 【請求項5】 前記スラリーの粘度調整剤は水である、
ことを特徴とする請求項4に記載の円柱形ワークを切断
する方法。 - 【請求項6】 前記スラリーのクーラント成分が水溶性
である、ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のい
ずれか一項に記載の円柱形ワークを切断する方法。 - 【請求項7】 円柱形ワークを切断するワイヤーソーに
おいて、該円柱形ワークの切断長の変化またはワイヤー
とワーク外周のなす角度の変化によりワークへ供給する
切断用スラリーの粘度を変化させる手段を備えた、こと
を特徴とする円柱形ワーク切断用ワイヤーソー。 - 【請求項8】 前記切断用スラリーの粘度を変化させる
手段は、少なくともスラリー粘度検出器および粘度調整
剤の流量制御器を具備し、スラリータンク内のスラリー
粘度を検出し、その値に応じて粘度調整剤のスラリータ
ンクに送給する流量を制御するものである、ことを特徴
とする請求項7に記載の円柱形ワーク切断用ワイヤーソ
ー。 - 【請求項9】 前記スラリータンク内のスラリー粘度の
検出は、質量流量計または電気伝導度の測定による、こ
とを特徴とする請求項8に記載の円柱形ワーク切断用ワ
イヤーソー。 - 【請求項10】 前記粘度調整剤の流量制御器は、電磁
弁または流量計による、ことを特徴とする請求項8また
は請求項9のいずれか一項に記載の円柱形ワーク切断用
ワイヤーソー。 - 【請求項11】 前記スラリーの粘度調整剤は水であ
る、ことを特徴とする請求項8ないし請求項10のいず
れか一項に記載の円柱形ワーク切断用ワイヤーソー。 - 【請求項12】 スラリータンクにスラリーを撹拌する
手段を設けた、ことを特徴とする請求項7ないし請求項
11のいずれか一項に記載の円柱形ワーク切断用ワイヤ
ーソー。
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