WO2011043177A1 - ワイヤーソーによるシリコンインゴットの切断方法およびワイヤーソー - Google Patents

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slicing
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亮 中島
之信 貝賀
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    • B28D5/0076—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material for removing dust, e.g. by spraying liquids; for lubricating, cooling or cleaning tool or work

Definitions

  • the present invention relates to a cutting method for manufacturing a silicon wafer by slicing a silicon ingot using a wire saw having a fixed abrasive wire, and a wire saw.
  • a wire saw is formed by winding a wire spirally around a plurality of rollers at a constant pitch to form a wire row.
  • the wire is run while supplying a machining fluid, and a workpiece (silicon ingot) is pressed against the wire row.
  • a cutting device for slicing a workpiece According to the wire saw, since a large number of wafers can be simultaneously cut out from a workpiece, it is widely used in a process of manufacturing a silicon wafer by slicing a silicon ingot.
  • FIG. 6 is a schematic view of the main part of a general wire saw.
  • the wire saw 10 is a wire feeding / winding means (not shown) for feeding and winding the wire 20, a main roller 30 arranged in parallel at a predetermined interval, and a nozzle for supplying coolant to the main roller 30. 40 and a nozzle 50 for supplying a machining fluid to the wire 20.
  • a plurality of grooves are formed on the surface of the main roller 30 at a constant pitch, and the wire 20 is wound around these grooves to form a wire row.
  • a work holder 60 that holds the workpiece W and presses the workpiece W against the wire of the wire row is disposed so as to be movable up and down by lifting means (not shown).
  • the work holder 60 While moving the wire 20 by the wire feeding / winding means and supplying the machining liquid from the nozzle 50 to the wire 20, the work holder 60 is lowered by the lifting means while holding the work W, and the work W is The workpiece W is sliced by being pressed against the wire 20 in the wire row. During processing, the main roller 30 is cooled by the coolant supplied from the nozzle 40.
  • the wire saws as described above are roughly classified into free abrasive wire saws and fixed abrasive wire saws, but free abrasive wire saws are generally widely used for slicing silicon ingots.
  • free abrasive wire saw slurry containing abrasive grains is used as a processing liquid, and the wire is run while the slurry is continuously supplied to the wire.
  • work is cut
  • the fixed abrasive wire saw includes a wire having abrasive grains fixed to the surface over the entire length of the wire. That is, in the fixed abrasive wire saw, the workpiece is sliced by the grinding action of the abrasive grains fixed on the surface, so that it is possible to use a processing liquid (coolant) that does not contain abrasive grains, and the slurry that the free abrasive wire saw holds The problem caused by is solved. Moreover, the technique which slices a silicon ingot using this fixed abrasive wire saw is disclosed by patent document 1, for example.
  • the technology for slicing a silicon ingot using a fixed abrasive wire saw simplifies the wafer cleaning process, which is a subsequent process, and shortens the slicing time, greatly improving production efficiency.
  • the biggest problem seen when using a fixed abrasive wire saw is the high cost.
  • the fixed abrasive wire is used repeatedly, the abrasive grains on the surface are worn and dropped, and the processing performance is deteriorated.
  • the machining performance is also deteriorated when chips generated by slicing adhere to the surface abrasive grains in a clogged state. Therefore, it is necessary to replace the fixed abrasive wire after use for a certain period of time.
  • the fixed abrasive wire having the abrasive grains fixed on the surface is very expensive, about 200 times the unit price of the wire used for the free abrasive wire saw. Is.
  • the present invention has been developed in view of the above situation, and when slicing a silicon ingot using a fixed abrasive wire saw, the abrasive grains that adhere to the surface of the fixed abrasive wire are worn out or fallen off.
  • An object of the present invention is to provide a method for cutting a silicon ingot and a wire saw capable of reducing the amount of fixed abrasive wire used for slicing as much as possible by suppressing clogging and greatly reducing the manufacturing cost.
  • the inventors of the present invention have investigated the causes of wear and drop of abrasive grains adhering to the surface of fixed abrasive wire and clogging of chips when slicing a silicon ingot using a fixed abrasive wire saw. We studied earnestly about the suppression method.
  • the processing fluid (coolant) used for fixed abrasive wire saws has a lower viscosity than the processing fluid (slurry) used for loose abrasive wire saws, so the processing fluid (coolant) supplied to the wire during processing Is difficult to hold on the wire. Therefore, when slicing a silicon ingot using a fixed abrasive wire saw having a general configuration as shown in FIG. 6, most of the processing liquid (coolant) supplied to the wire by the nozzle 50 is before reaching the processing portion. The amount of machining fluid (coolant) supplied to the machining section cannot be secured sufficiently.
  • the processing heat in the processed part cannot be sufficiently suppressed, and the properties of the abrasive grains fixed to the surface of the fixed abrasive wire change due to this processing heat.
  • the present inventors have found that as a result of the decrease in durability, the abrasive grains are worn and dropped.
  • the machining fluid (coolant) supplied to the machining unit also has an action of discharging the chips generated by slicing by flowing out from the machining unit and the wire, but the machining fluid (coolant) supplied to the machining unit.
  • the present inventors have also found that when the amount of) is small, the above-described discharging action becomes insufficient, and the chips adhere to the wire and become clogged.
  • the present inventors have optimized the method of supplying a working fluid (coolant) used during slicing when slicing a silicon ingot using a fixed abrasive wire saw, By ensuring a sufficient amount of machining fluid (coolant) to be supplied to the machined part, and by regulating the viscosity of the machining fluid (coolant), it is possible to effectively wear and drop abrasive grains and clogging.
  • the present inventors have succeeded in developing a cutting technique for silicon ingots that can be suppressed and improve the product yield, and have completed the present invention.
  • the gist of the present invention is as follows. (1) A fixed abrasive wire wound spirally at a constant pitch with respect to the peripheral surface of a plurality of rollers is run while supplying coolant onto the wire, and the wire cuts a silicon ingot. In a state where the coolant is also supplied to the processing side surface portion of the silicon ingot that passes during processing, the silicon ingot is moved relative to the wire, and the silicon ingot is sliced to obtain a plurality of silicon wafers. A method for cutting a silicon ingot with a wire saw.
  • the present invention when slicing a silicon ingot using a fixed abrasive wire saw, the amount of the fixed abrasive wire required for slicing can be reduced as much as possible. Therefore, the present invention is extremely useful in achieving high efficiency and cost reduction in the silicon wafer manufacturing process.
  • the method for cutting a silicon ingot by the wire saw of the present invention is performed while supplying a fixed abrasive wire spirally wound around the peripheral surface of a plurality of rollers at a constant pitch while supplying coolant onto the wire.
  • the silicon ingot is moved relative to the wire in a state where the coolant is also supplied to the side surface of the silicon ingot that passes through the wire when the silicon ingot is cut.
  • a plurality of silicon wafers are formed by slicing.
  • a fixed abrasive wire (hereinafter simply referred to as “wire”) is spirally wound around a plurality of rollers at a constant pitch to form a wire row, and a coolant that is a working fluid.
  • wire is run while supplying the wire and the silicon ingot is pressed against the wire row (that is, the silicon ingot is moved relative to the wire) and sliced. Absent.
  • the present invention is greatly different from the prior art in that, in addition to the prior art, the coolant is also supplied to the side surface of the silicon ingot processed through which the wire passes during the cutting of the silicon ingot.
  • the coolant is sufficiently supplied to the processed portion of the silicon ingot by supplying the coolant to the side surface portion of the silicon ingot processed through which the wire passes during the cutting process of the silicon ingot. For this reason, the processing heat due to insufficient supply of coolant, which causes abrasion and dropping of the abrasive grains fixed on the wire surface, is sufficiently suppressed.
  • the wire used in the present invention may be either a resin bond wire or an electrodeposited abrasive wire.
  • diamond having a particle size of about 10 to 20 ⁇ m is used as an abrasive and is electrodeposited and fixed by Ni plating.
  • the used wire has good durability and is preferably used.
  • the coolant used in the present invention is not limited to any kind, and for example, a coolant mainly containing water or a coolant mainly containing glycol is preferably used.
  • a coolant mainly containing water or a coolant mainly containing glycol is preferably used.
  • various glycols such as polyethylene glycol, diethylene glycol, and propylene glycol can be selected.
  • the present invention it is possible to effectively suppress attrition / dropping of abrasive grains fixed to the wire surface and clogging of chips. Therefore, the number of times the wire can be repeatedly used increases, and the amount of wire used for slicing the silicon ingot can be greatly reduced.
  • the type of coolant used in the present invention is not particularly limited, but by limiting the viscosity of the coolant used to 0.1 mPa ⁇ s to 100 mPa ⁇ s, clogging of chips is more effective. In addition, the product yield can be improved.
  • the present invention it is preferable to use a coolant having a viscosity of 100 mPa ⁇ s or less.
  • the viscosity of the coolant is less than 0.1 mPa ⁇ s, the coolant retention on the fixed abrasive wire is deteriorated and there is a concern about the reduction of chip dischargeability.
  • the viscosity is 0.1 mPa ⁇ s. It is preferable to select a coolant that is greater than or equal to s. Examples of the coolant having a viscosity of 0.1 mPa ⁇ s or more and 100 mPa ⁇ s or less include an aqueous coolant and a glycol coolant.
  • the wire saw of the present invention is a fixed abrasive wire spirally wound around the peripheral surface of a plurality of rollers at a constant pitch, a first coolant supply means for supplying a coolant onto the wire, And a second coolant supply means for supplying coolant to a processed side surface portion of the silicon ingot through which the wire passes when the silicon ingot is cut.
  • FIG. 1 is a schematic view of the main part of the wire saw of the present invention.
  • the wire saw 1 includes a wire feeding / winding means (not shown) for feeding and winding the wire 2, a main roller 3 arranged in parallel at a predetermined interval, a first coolant supply means 4, a first Two coolant supply means 5 are provided.
  • a plurality of grooves are formed on the surface of the main roller 3 at a constant pitch, and a wire row is formed by winding the wire 2 around these grooves.
  • a work holder 6 that holds the silicon ingot B and presses the silicon ingot B against the wire in the wire row is disposed so as to be movable up and down by a lifting means (not shown).
  • the silicon ingot B in the figure is held by the work holder 6 so that the length direction thereof is the direction perpendicular to the paper surface.
  • the first coolant supply unit 4 includes a nozzle 41 and is disposed above the main roller 3.
  • the coolant is supplied to the wire 2, the coolant is supplied to the main roller 3, and the wire 2 and the main roller 3 are cooled. It has a function.
  • the nozzle 41 for example, a known one such as a tubular nozzle having a longitudinal direction in the direction perpendicular to the paper surface and provided with a slit or a plurality of nozzle holes in the longitudinal direction can be adopted.
  • the second coolant supply means 5 is constituted from a nozzle 51 and the guide plate 52, having a silicon ingot machining side portion b 1, b 2 the wire passes during cutting of the silicon ingot B, and function to supply coolant.
  • a nozzle 51 as in the case of the nozzle 41, a known one such as a tubular nozzle having a longitudinal direction in the direction perpendicular to the paper surface and provided with a slit or a plurality of nozzle holes in the longitudinal direction can be used.
  • the guide plate 52 provided at the lower part of the nozzle 51 is a member that guides the coolant sprayed from the nozzle 51 to the silicon ingot processed side face parts b 1 and b 2 .
  • the guide plate 52 has a longitudinal direction in the direction perpendicular to the plane of the paper, and its tip 52a is close to the silicon ingot processed side parts b 1 and b 2 and from the slits and nozzle holes of the nozzle 51.
  • the sprayed coolant is disposed so as to be guided to the side surfaces b 1 and b 2 of the silicon ingot processing.
  • the coolant can be supplied uniformly in the longitudinal direction of the silicon ingot B.
  • the guide plate 52 is provided so as to be rotatable about a shaft (not shown) extending in the direction perpendicular to the paper surface, the coolant can be supplied to a desired position by adjusting the angle of the guide plate 52.
  • the wire 2 is run by the wire feeding / winding means, and the nozzle 41 of the first coolant supply means 4 and the nozzle of the second coolant supply means 5 Coolant is ejected from each of 51.
  • the working fluid used in the present invention is a low viscosity coolant. Therefore, the coolant sprayed from the nozzle 41 of the first coolant supply means 4 is sprayed onto the lower wire 2 and the main roller 3, and after cooling the wire 2 and the main roller 3, the silicon ingot processed side surface portion b 1 , most of the coolant before reaching b 2 falls from the wire 2.
  • the coolant sprayed from the nozzle 51 of the second coolant supply means 5 flows down the guide plate 52 and is continuously supplied to the silicon ingot processed side portions b 1 and b 2 . Therefore, according to the wire saw 1 of the present invention, the coolant can be reliably supplied to the silicon ingot processed portion, and the processing heat due to insufficient supply of coolant, which causes wear and drop of abrasive grains fixed on the wire surface, is sufficient. Can be suppressed. Further, according to the wire saw 1 of the present invention, since the coolant is reliably supplied to the silicon ingot machining side portions b 2 of the side where the wire 2 is drawn out, chips discharged effects from the processing unit is remarkably improved.
  • the wire saw 1 of the present invention having the second coolant supply means 5 having the guide plate 52, the wire life is dramatically improved, and the amount of wire used for slicing the silicon ingot is greatly reduced. As a result, the cost of the silicon wafer production facility can be reduced. Further, the wire saw 1 of the present invention can greatly reduce the amount of coolant flowing down to a place other than the predetermined cutting site due to the presence of the guide plate 52, and thus greatly contributes to the reduction of the manufacturing cost of the silicon wafer. In addition, a predetermined amount of coolant can be supplied reliably and uniformly over the entire length of the ingot at the desired supply position.
  • Example 1 Using the wire saw shown in FIG. 1, while measuring the amount of bending of the wire in the vicinity of the silicon ingot processed side surface (b 1 , b 2 in FIG. 1), the longitudinal width: 156 mm, the lateral width: 156 mm, the length S: A 200 mm block-shaped silicon single crystal ingot was sliced into 560 wafers. Processing conditions are shown below.
  • ⁇ Coolant> Diethylene glycol Viscosity: 10 mPa ⁇ s (25 ° C) Supply amount from first coolant supply means: 50 liter / min Supply amount from second coolant supply means: 50 liter / min ⁇ Wire>
  • Coolant supply amount (nozzle 40 in FIG. 6): 50 liter / min Coolant supply amount (nozzle 50 in FIG. 6): 50 liter / min
  • FIG. 2 is a measurement result of the wire deflection amount in the first embodiment.
  • the amount of bending of the wire at the side surface processed with silicon ingot is 8 mm for both the wire entry side (b 1 ) and the wire exit side (b 2 ). Slicing of the silicon ingot was completed while keeping the wire in good condition.
  • FIG. 3 is an SEM observation of the used wire of Example 1, and it was confirmed that the abrasive grains were hardly worn out or dropped off and could be reused.
  • FIG. 4 shows the measurement results of the wire deflection amount in Comparative Example 1.
  • the amount of bending of the wire in the side surface processed by silicon ingot reaches 8 mm on the wire entry side (b 1 ) and reaches 15 mm on the wire exit side (b 2 ).
  • the wire was cut along the way.
  • FIG. 5 is an SEM observation of the used wire of Comparative Example 1, and it was confirmed that the abrasive grains were severely worn out and dropped off and could not be reused.
  • Example 2 Using the wire saw shown in FIG. 1, a block-shaped silicon single crystal ingot having a longitudinal width of 156 mm, a lateral width of 156 mm, and a length of 150 mm was sliced into 417 wafers.
  • coolants having different viscosities (levels 1 to 3) shown in Table 1 were used, and the presence or absence of wafer cracks and wire breakage were investigated.
  • the processing conditions other than the above are as follows.
  • Table 1 shows the wafer crack occurrence rate (%) and wire breakage occurrence rate (%) for each viscosity (level 1 to 3) of the coolant. “Wafer crack occurrence rate (%)” and “Wire breakage occurrence rate (%)” in Table 1 were calculated by the following equations. Wafer cracking rate (%): number of cracks ⁇ (ingot length ⁇ slice pitch) ⁇ 100 Wire breakage rate (%): number of breaks / number of slices ⁇ 100 In the above equation, “number of cracks” means the number of wafers in which cracks occur among the wafers obtained when slicing one ingot.
  • a silicon ingot cutting method and wire that can reduce the amount of fixed abrasive wire required for slicing as much as possible and greatly reduce manufacturing costs Provide a saw.

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Abstract

　固定砥粒ワイヤーソーを用いてシリコンインゴットをスライス加工するに際し、スライス加工に要する固定砥粒ワイヤーの使用量を極力低減し、製造コストを大幅に削減することが可能なシリコンインゴットの切断方法およびワイヤーソーの提供。複数本のローラーの周面に対して一定のピッチで螺旋状に巻き回された固定砥粒ワイヤーを、該ワイヤー上にクーラントを供給しながら走行させるとともに、前記ワイヤーがシリコンインゴットの切断加工時に通過する前記シリコンインゴットの加工側面部にも前記クーラントを供給した状態で、該ワイヤーに対して前記シリコンインゴットを相対的に移動させ、前記シリコンインゴットをスライス加工して複数枚のシリコンウェーハとすることを特徴とする、ワイヤーソーによるシリコンインゴットの切断方法。

Description

ワイヤーソーによるシリコンインゴットの切断方法およびワイヤーソー
　本発明は、固定砥粒ワイヤーを具えたワイヤーソーを用いて、シリコンインゴットをスライス加工し、シリコンウェーハを製造するための切断方法、およびワイヤーソーに関する。
　ワイヤーソーは、複数本のローラーに対して一定のピッチで螺旋状にワイヤーを巻き回してワイヤー列を形成し、加工液を供給しながらワイヤーを走行させるとともにワイヤー列にワーク（シリコンインゴット）を押し付け、ワークをスライス加工する切断装置である。ワイヤーソーによると、ワークから多数のウェーハを同時に切り出すことができるため、シリコンインゴットをスライス加工してシリコンウェーハを製造する工程に広く使用されている。
　図６は、一般的なワイヤーソーの主要部の概略図である。ワイヤーソー１０はワイヤー２０の繰出しや巻取りを行うワイヤー繰出し・巻取り手段（図示せず）と、所定間隔を置いて平行に配置されたメインローラー３０と、メインローラー３０にクーラントを供給するノズル４０と、ワイヤー２０に加工液を供給するノズル５０とを有する。メインローラー３０の表面には一定ピッチで複数の溝が形成されており、これらの溝にワイヤー２０が巻き回されることにより、ワイヤー列が形成される。ワイヤー列の上方には、ワークＷを保持し且つワークＷをワイヤー列のワイヤーに押し付けるワークホルダー６０が、図示しない昇降手段によって上下動可能に配設されている。
　ワイヤー繰出し・巻取り手段によりワイヤー２０を走行させ、且つ、ノズル５０から走行するワイヤー２０に加工液を供給しながら、ワークＷを保持した状態でワークホルダー６０を昇降手段により下降させ、ワークＷをワイヤー列のワイヤー２０に押し付けることにより、ワークＷがスライス加工される。なお、加工時、メインローラー３０はノズル４０から供給される冷却液により冷却されている。
　上記の如きワイヤーソーは、遊離砥粒ワイヤーソーと固定砥粒ワイヤーソーとに大別されるが、シリコンインゴットのスライス加工には通常、遊離砥粒ワイヤーソーが広く用いられている。遊離砥粒ワイヤーソーでは、砥粒を含むスラリーを加工液として用い、スラリーをワイヤーに連続供給しながらワイヤーを走行させる。そして、ワイヤーの走行によりワーク加工部に送り込まれるスラリーの研削作用によりワークが切断される。以上のように、遊離砥粒ワイヤーソーを用いることにより一度に大量のウェーハをスライス加工することが可能となり、内周刃砥石を用いた従来のスライス加工工程に比べて生産性が飛躍的に向上した。
　しかしながら、遊離砥粒ワイヤーソーを用いてシリコンインゴットをスライス加工するに際しては、加工液としてスラリーを用いることに起因した問題が見られる。例えば、スライス加工により得られたウェーハには加工液が付着しているため、続く洗浄工程において加工液を除去するが、ウェーハに付着した加工液がスラリーである場合、除去作業に手間がかかる。また、加工時に供給された加工液は飛散してワイヤーソー装置やその周辺の作業場に付着するが、加工液がスラリーである場合には付着物を清掃する作業が困難となる。更に、遊離砥粒ワイヤーソーでは、スラリーに含まれる砥粒の研削作用によってスライス加工するため、従来の内周刃砥石を用いた場合に比べて加工速度が遅い。
　上記問題の解決手段として、近年、固定砥粒ワイヤーソーを用いてシリコンインゴットをスライス加工する手段が注目されつつある。固定砥粒ワイヤーソーは、ワイヤー全長にわたり表面に砥粒を固着したワイヤーを具える。すなわち、固定砥粒ワイヤーソーでは、表面に固着した砥粒の研削作用によりワークをスライス加工するため、砥粒を含まない加工液（クーラント）の使用が可能となり、遊離砥粒ワイヤーソーが抱えるスラリーに起因した問題が解決される。また、かかる固定砥粒ワイヤーソーを用いてシリコンインゴットをスライス加工する技術は、例えば特許文献１に開示されている。
特開２０００−２８８９０２号公報
　固定砥粒ワイヤーソーを用いてシリコンインゴットをスライス加工する技術によると、後工程であるウェーハ洗浄工程の簡略化、スライス加工時間の短縮化が可能となるため、生産効率が大幅に向上する。しかしながら、固定砥粒ワイヤーソーを使用する場合に見られる最大の問題点はコスト高な点である。固定砥粒ワイヤーは、繰り返し使用すると表面の砥粒が摩滅・脱落し、加工性能が低下する。また、スライス加工により発生した切り粉が表面の砥粒に目詰まりした状態で付着することによっても加工性能が低下する。そのため、固定砥粒ワイヤーは一定期間使用後に交換する必要があるが、表面に砥粒を固着した固定砥粒ワイヤーは、遊離砥粒ワイヤーソーに用いられるワイヤー単価の約２００倍という非常に高価なものである。
　したがって、シリコンインゴットをスライス加工するに際し、固定砥粒ワイヤーソーを用いる場合の製造コストを、遊離砥粒ワイヤーソーを用いる場合の製造コストと同等に抑えるためには、固定砥粒ワイヤー表面に固着した砥粒の摩滅・脱落や、切り粉の目詰まりを抑制することにより固定砥粒ワイヤーの寿命を長くし、その使用量を極力低減することが必須となる。しかしながら、上記特許文献１では砥粒の摩滅・脱落を抑制することに関しては全く考慮されておらず、コスト面に関する問題が未解決のままであった。
　本発明は、上記現状に鑑みて開発されたもので、固定砥粒ワイヤーソーを用いてシリコンインゴットをスライス加工するに際し、固定砥粒ワイヤー表面に固着した砥粒の摩滅・脱落や切り粉の目詰まりを抑制することにより、スライス加工に要する固定砥粒ワイヤーの使用量を極力低減し、製造コストを大幅に削減することが可能なシリコンインゴットの切断方法およびワイヤーソーの提供を目的とする。
　本発明者らは、固定砥粒ワイヤーソーを用いてシリコンインゴットをスライス加工するに際し、固定砥粒ワイヤー表面に固着した砥粒の摩滅・脱落、並びに切り粉が目詰まりする原因を追究し、これらの抑制方法について鋭意検討した。
　通常、固定砥粒ワイヤーソーに使用する加工液（クーラント）は、遊離砥粒ワイヤーソーに使用する加工液（スラリー）に比べて粘度が低いため、加工時にワイヤーに供給される加工液（クーラント）をワイヤー上に保持することが困難となる。そのため、図６のような一般的な構成を有する固定砥粒ワイヤーソーを用いてシリコンインゴットをスライス加工する場合、ノズル５０によってワイヤーに供給された加工液（クーラント）の多くは加工部に達する前にワイヤーから落下してしまい、加工部に供給される加工液（クーラント）の量を十分に確保することができない。このような状態でシリコンインゴットのスライス加工を行うと、加工部における加工熱を十分に抑制することができず、この加工熱に起因して固定砥粒ワイヤー表面に固着した砥粒が性状変化し、耐久性が低下する結果、砥粒の摩滅・脱落に至ることを本発明者らは見出した。
　また、加工部に供給される加工液（クーラント）は、スライス加工により発生する切り粉を加工部及びワイヤーから流し出すことにより排出する作用をも有するが、加工部に供給される加工液（クーラント）の量が少ないと、上記の排出作用が不十分となり、切り粉がワイヤーに付着して目詰まりした状態となることも、本発明者らは見出した。
　そこで、上記知見のもと、本発明者らは、固定砥粒ワイヤーソーを用いてシリコンインゴットをスライス加工するに際し、スライス加工時に使用する加工液（クーラント）の供給方法を最適化し、シリコンインゴットの加工部に供給される加工液（クーラント）の量を十分に確保すること、更には、上記加工液（クーラント）の粘度を規定することにより、砥粒の摩滅・脱落、並びに目詰まりを効果的に抑制し、製品の歩留まりを向上し得るシリコンインゴットの切断技術の開発に成功し、本発明を完成させるに至った。
　本発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）複数本のローラーの周面に対して一定のピッチで螺旋状に巻き回された固定砥粒ワイヤーを、該ワイヤー上にクーラントを供給しながら走行させるとともに、前記ワイヤーがシリコンインゴットの切断加工時に通過する前記シリコンインゴットの加工側面部にも前記クーラントを供給した状態で、該ワイヤーに対して前記シリコンインゴットを相対的に移動させ、前記シリコンインゴットをスライス加工して複数枚のシリコンウェーハとすることを特徴とする、ワイヤーソーによるシリコンインゴットの切断方法。
（２）上記クーラントの粘度が０．１ｍＰａ・ｓ以上１００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする、上記（１）に記載のシリコンインゴットの切断方法。
（３）複数本のローラーの周面に対して一定のピッチで螺旋状に巻き回された固定砥粒ワイヤーと、該ワイヤー上にクーラントを供給する第１クーラント供給手段と、前記ワイヤーがシリコンインゴットの切断加工時に通過する前記シリコンインゴットの加工側面部にクーラントを案内する案内板を具えた第２クーラント供給手段とを有することを特徴とする、ワイヤーソー。
　本発明によると、固定砥粒ワイヤーソーを用いてシリコンインゴットをスライス加工するに際し、スライス加工に要する固定砥粒ワイヤーの使用量を極力低減することが可能となる。そのため、本発明は、シリコンウェーハ製造工程の高効率かつ低コスト化を図る上で、極めて有益である。
本発明におけるワイヤーソー主要部の概略図であって、シリコンインゴットを切断している状態を示したものである。 実施例１のワイヤー撓み量を示す図である。 実施例１の使用済みワイヤーの表面状態（ＳＥＭ観察）を示す図である。 比較例１のワイヤー撓み量を示す図である。 比較例１の使用済みワイヤーの表面状態（ＳＥＭ観察）を示す図である。 一般的なワイヤーソー主要部の概略図であって、シリコンインゴットを切断している状態を示したものである。
　以下、本発明を詳細に説明する。
　本発明のワイヤーソーによるシリコンインゴットの切断方法は、複数本のローラーの周面に対して一定のピッチで螺旋状に巻き回された固定砥粒ワイヤーを、該ワイヤー上にクーラントを供給しながら走行させるとともに、前記ワイヤーがシリコンインゴットの切断加工時に通過する前記シリコンインゴットの加工側面部にも前記クーラントを供給した状態で、該ワイヤーに対して前記シリコンインゴットを相対的に移動させ、前記シリコンインゴットをスライス加工して複数枚のシリコンウェーハとすることを特徴とする。
　上記のとおり、本発明は、複数本のローラーに対して一定のピッチで螺旋状に固定砥粒ワイヤー（以下、単に「ワイヤー」という）を巻き回してワイヤー列を形成し、加工液であるクーラントを供給しながらワイヤーを走行させるとともにワイヤー列にシリコンインゴットを押し付け（すなわち、ワイヤーに対してシリコンインゴットを相対的に移動させ）、スライス加工する点においては、図６に示すような従来技術と変わらない。しかしながら、本発明は、かかる従来技術に加え、ワイヤーがシリコンインゴットの切断加工時に通過するシリコンインゴット加工側面部にもクーラントを供給する点において、従来技術と大きく異なる。
　本発明においては、ワイヤーがシリコンインゴットの切断加工時に通過するシリコンインゴット加工側面部にもクーラントを供給することにより、シリコンインゴットの加工部にクーラントが十分に供給される。そのため、ワイヤー表面に固着された砥粒の摩滅・脱落の要因となるクーラント供給不足による加工熱が、十分に抑制される。
　また、図６に示すような従来技術では、シリコンインゴット加工部のうち、特に走行するワイヤーが引き出される側においてクーラントが供給され難く、ワイヤー表面に切り粉が目詰まりし易い状態となっていた。これに対し、本発明では、ワイヤーがシリコンインゴットの切断加工時に通過するシリコンインゴット加工側面部、すなわち、ワイヤーが引き出される側のシリコンインゴット加工部にもクーラントが確実に供給される。そのため、本発明は、従来技術に見られた上記目詰まりを抑制する方法として極めて有効である。
　なお、本発明において使用するワイヤーは、レジンボンドワイヤー、電着砥粒ワイヤーの何れであってもよく、例えば、粒径：１０~２０μｍ程度のダイヤモンドを砥粒とし、Ｎｉメッキにて電着固定したワイヤーが耐久性も良好で好適に使用される。
　更に、本発明において使用するクーラントについてもその種類を問わず、例えば、水を主成分としたクーラントやグリコールを主成分としたクーラントが好適に使用される。また、前記グリコールに関しても、ポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等、種々のグリコールを選択することができる。
　以上のように、本発明によると、ワイヤー表面に固着された砥粒の摩滅・脱落、並びに、切り粉の目詰まりを効果的に抑制することができる。そのため、ワイヤーの繰り返し使用が可能な回数が増し、シリコンインゴットのスライス加工に要するワイヤー使用量を大幅に低減することができる。
　また、先述のとおり、本発明において使用するクーラントの種類は特に限定されないが、使用するクーラントの粘度を０．１ｍＰａ・ｓ以上１００ｍＰａ・ｓ以下に規定することにより、切り粉の目詰まりをより効果的に抑制することができる上、製品の歩留まり向上効果も期待できる。
　高粘度のクーラントを固定砥粒ワイヤーソーに使用すると、ワイヤーからクーラントが落下し難くなり、表面に厚いクーラント膜が形成されたワイヤーがシリコンインゴットの加工部に送り込まれる。そのため、シリコンインゴットの加工部がワイヤーによって必要以上に押し広げられ、スライス加工によって得られるウェーハに割れが発生することが懸念される。また、高粘度のクーラントを固定砥粒ワイヤーソーに使用すると、ワイヤー表面に付着した切り粉を排出する効果が低下する。そのため、ワイヤー表面に固着した砥粒に切り粉が目詰まりした状態となってワイヤーの切れ味が悪化し、ワイヤー寿命が低下することが懸念される。
　したがって、上記問題を確実に回避すべく、本発明においては、粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下であるクーラントを使用することが好ましい。一方、クーラントの粘度が０．１ｍＰａ・ｓ未満であると、固定砥粒ワイヤー上のクーラント保持性が悪くなり切り粉排出性の低下が懸念されるため、本発明においては、粘度が０．１ｍＰａ・ｓ以上であるクーラントを選択することが好ましい。なお、粘度が０．１ｍＰａ・ｓ以上１００ｍＰａ・ｓ以下のクーラントとしては、例えば、水系のクーラントやグリコール系のクーラント等が挙げられる。
　次に、本発明のワイヤーソーについて説明する。
　本発明のワイヤーソーは、複数本のローラーの周面に対して一定のピッチで螺旋状に巻き回された固定砥粒ワイヤーと、該ワイヤー上にクーラントを供給する第１クーラント供給手段と、前記ワイヤーがシリコンインゴットの切断時に通過する前記シリコンインゴットの加工側面部にクーラントを供給する第２クーラント供給手段とを具えている。
　図１は、本発明のワイヤーソーの主要部の概略図である。ワイヤーソー１はワイヤー２の繰出しや巻取りを行うワイヤー繰出し・巻取り手段（図示せず）と、所定間隔を置いて平行に配置されたメインローラー３と、第１クーラント供給手段４と、第２クーラント供給手段５を具える。メインローラー３の表面には一定ピッチで複数の溝が形成されており、これらの溝にワイヤー２が巻き回されることにより、ワイヤー列が形成される。ワイヤー列の上方には、シリコンインゴットＢを保持し且つシリコンインゴットＢをワイヤー列のワイヤーに押し付けるワークホルダー６が、図示しない昇降手段によって上下動可能に配設されている。なお、図中のシリコンインゴットＢは、その長さ方向が紙面垂直方向となるようにワークホルダー６に保持されている。
　第１クーラント供給手段４は、ノズル４１より構成され、メインローラ３の上方に配設され、ワイヤー２にクーラントを供給するとともにメインローラ３にクーラントを供給し、ワイヤー２およびメインローラ３を冷却する機能を有する。なお、ノズル４１としては、例えば、紙面垂直方向に長手方向を有し、長手方向にスリットまたは複数のノズル孔が設けられた管状ノズル等、公知のものを採用することができる。
　第２クーラント供給手段５は、ノズル５１および案内板５２より構成され、ワイヤーがシリコンインゴットＢの切断加工時に通過するシリコンインゴット加工側面部ｂ１，ｂ２に、クーラントを供給する機能を有する。ノズル５１としては、ノズル４１と同様、紙面垂直方向に長手方向を有し、長手方向にスリットまたは複数のノズル孔が設けられた管状ノズル等、公知のものを採用することができる。
　ノズル５１の下部に具えられた案内板５２は、ノズル５１から噴出されるクーラントをシリコンインゴット加工側面部ｂ１，ｂ２に案内する部材である。案内板５２は、ノズル４１およびノズル５１と同様、紙面垂直方向に長手方向を有し、その先端部５２ａがシリコンインゴット加工側面部ｂ１，ｂ２に近接され、ノズル５１のスリットやノズル孔から噴出するクーラントを、シリコンインゴット加工側面部ｂ１，ｂ２に導くように配設される。
　なお、ノズル４１、ノズル５１および案内板５２を、各々の長手方向の寸法がシリコンインゴットＢの長さ以上となるように設計すると、シリコンインゴットＢの長手方向にクーラントを均一に供給することができる。また、案内板５２を、例えば、紙面垂直方向に延びる軸（図示せず）を支点として回動可能に設けると、案内板５２の角度調整によりクーラントを所望の位置に供給することができる。
　本発明のワイヤーソー１によりシリコンインゴットＢをスライス加工するに際しては、ワイヤー繰出し・巻取り手段によりワイヤー２を走行させ、且つ、第１クーラント供給手段４のノズル４１、第２クーラント供給手段５のノズル５１の各々からクーラントを噴出させる。先述のとおり、遊離砥粒ワイヤーソーにおいて使用するスラリーとは異なり、本発明において使用する加工液は低粘度のクーラントである。そのため、第１クーラント供給手段４のノズル４１から噴出したクーラントは、下方のワイヤー２上およびメインローラー３上に噴射され、ワイヤー２およびメインローラー３を冷却した後、シリコンインゴット加工側面部ｂ１，ｂ２に達する前にクーラントの大部分はワイヤー２から落下する。
　しかしながら、第２クーラント供給手段５のノズル５１から噴出したクーラントは、案内板５２を流下してシリコンインゴット加工側面部ｂ１，ｂ２へ連続供給される。そのため、本発明のワイヤーソー１によると、シリコンインゴット加工部にクーラントを確実に供給することができ、ワイヤー表面に固着された砥粒の摩滅・脱落の要因となるクーラント供給不足による加工熱を十分に抑制することができる。また、本発明のワイヤーソー１によると、ワイヤー２が引き出される側のシリコンインゴット加工側面部ｂ２にもクーラントが確実に供給されるため、加工部からの切り粉排出効果が格段に向上する。
　したがって、案内板５２を具えた第２クーラント供給手段５を有する本発明のワイヤーソー１によると、ワイヤー寿命が飛躍的に向上し、シリコンインゴットのスライス加工に要するワイヤー使用量が大幅に低減され、延いては、シリコンウェーハ生産設備の低コスト化が図られる。また、本発明のワイヤーソー１は、案内板５２の存在により、所定切断部位以外の所へ流れ落ちるクーラント量を大幅に低減することができるため、シリコンウェーハの製造コスト削減に大きく貢献する。加えて、所望とする供給位置のインゴット長さ方向全体にわたり、確実かつ均一に所定量のクーラントを供給することができる。
　次に、本発明例および比較例により本発明の効果を説明するが、本発明例はあくまで本発明を説明する例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。（実施例１）図１に示すワイヤーソーを用い、シリコンインゴット加工側面部（図１のｂ１，ｂ２）近傍におけるワイヤーの撓み量を測定しながら、縦幅：１５６ｍｍ、横幅：１５６ｍｍ、長さ：２００ｍｍのブロック形状シリコン単結晶インゴットを５６０枚のウェーハにスライス加工した。加工条件を以下に示す。
＜クーラント＞
　種類：ジエチレングリコール
　粘度：１０ｍＰａ・ｓ（２５℃）
　第１クーラント供給手段からの供給量：５０ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ
　第２クーラント供給手段からの供給量：５０ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ
＜ワイヤー＞
　種類：ダイヤモンド電着ワイヤー（ダイヤモンドの粒径：１０~２０μｍ）
　搬送速度：１０００ｍ／ｍｉｎ（４０~４５秒毎に搬送方向を切り替える）
　（比較例１）
　図６に示すワイヤーソーを用い、クーラント供給手段以外は実施例１と同一条件により実施例１と同寸法のシリコン単結晶インゴットのスライス加工を試みた。
＜クーラント＞
　クーラント供給量（図６のノズル４０）：５０ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ
　クーラント供給量（図６のノズル５０）：５０ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ
　（評価）
　砥粒の摩滅・脱落、並びに、切り粉の目詰まりによりワイヤーの加工性能が低下すると、ワイヤーの走行抵抗が増加する。そのため、ワイヤーの加工性能が低下すると、シリコンインゴット加工側面部（図１のｂ１，ｂ２）においてワイヤーが撓み、その撓み量は加工性能が低下するほど大きくなる。
　図２は、実施例１におけるワイヤー撓み量の測定結果である。図２から明らかであるように、本発明の条件に従った実施例１では、シリコンインゴット加工側面部におけるワイヤーの撓み量が、ワイヤー入り側（ｂ１）、ワイヤー出側（ｂ２）共に８ｍｍの範囲に収まり、ワイヤーが良好な走行状態を保ったままシリコンインゴットのスライス加工を完了した。また、図３は、実施例１の使用済みワイヤーをＳＥＭ観察したものであり、砥粒の摩滅・脱落が殆ど見られず、再使用可能な状態であることが確認された。
　一方、図４は、比較例１におけるワイヤー撓み量の測定結果である。図４が示すように、比較例１では、シリコンインゴット加工側面部におけるワイヤーの撓み量が、ワイヤー入り側（ｂ１）で８ｍｍ、ワイヤー出側（ｂ２）で１５ｍｍにまで達し、スライス加工の途中でワイヤーが切断した。また、図５は、比較例１の使用済みワイヤーをＳＥＭ観察したものであり、砥粒の摩滅・脱落が激しく、再使用不可能な状態であることが確認された。
　（実施例２）
　図１に示すワイヤーソーを用い、縦幅：１５６ｍｍ、横幅：１５６ｍｍ、長さ：１５０ｍｍのブロック形状シリコン単結晶インゴットを４１７枚のウェーハにスライス加工した。スライス加工するに際しては、表１に示す異なる粘度（水準１~３）を有するクーラントを使用し、ウェーハ割れの有無、並びに、ワイヤー断線の有無について調査した。上記以外の加工条件は次のとおりである。
＜クーラント＞
　第１クーラント供給手段からの供給量：５０ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ
　第２クーラント供給手段からの供給量：５０ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ
＜ワイヤー＞
　種類：ダイヤモンド電着ワイヤー（ダイヤモンドの粒径：１０~２０μｍ）
　搬送速度：１０００ｍ／ｍｉｎ（４０~４５秒毎に搬送方向を切り替える）
　（評価）
　クーラントの粘度（水準１~３）毎のウェーハ割れ発生率（％）、ワイヤー断線発生率（％）を表１に示す。表１中の「ウェーハ割れ発生率（％）」および「ワイヤー断線発生率（％）」は次式により算出した。
　ウェーハ割れ発生率（％）：割れ枚数÷（インゴット長さ÷スライスピッチ）×１００
　ワイヤー断線発生率（％）：断線回数÷スライス回数×１００
　上式において「割れ枚数」は、１つのインゴットをスライス加工した場合に得られるウェーハのうち、割れが発生したウェーハの枚数を意味する。
　また、「スライス回数」は、スライス加工を施したインゴットの個数を意味し、１個のインゴットをスライス加工中に断線が発生した場合を「断線回数＝１」とカウントする。
　なお、本実施例においてワイヤー断線発生率（％）を算出する上では「スライス回数＝２０」とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、遊離砥粒ワイヤーソー用のスラリーと同等の粘度２００~２２０Ｐａ・ｓのクーラント（水準３）を使用する場合には、ウェーハ割れ発生率が１５％超、ワイヤー断線発生率が２０％となり、歩留まりの低下が懸念される。これに対し、粘度７０~９０ｍＰａ・ｓのクーラント（水準１）を使用すると、ウェーハ割れ発生率、ワイヤー断線発生率が共に１％未満となり、歩留まり向上効果を期待することができる。また、粘度１１０~１３０ｍＰａ・ｓのクーラント（水準２）を使用する場合であっても、（水準１）には劣るものの、ウェーハ割れ発生率、ワイヤー断線発生率が共に５％程度に収まり、シリコンウェーハを工業的に量産する上で支障なく実施し得ることが確認される。
　固定砥粒ワイヤーソーを用いてシリコンインゴットをスライス加工するに際し、スライス加工に要する固定砥粒ワイヤーの使用量を極力低減し、製造コストを大幅に削減することが可能なシリコンインゴットの切断方法およびワイヤーソーを提供する。
　１…ワイヤーソー
　２…ワイヤー
　３…メインローラー
　４…第１クーラント供給手段
　４１…ノズル
　５…第２クーラント供給手段
　５１…ノズル
　５２…案内板
　５２ａ…案内板先端部
　Ｂ…シリコンブロック

Claims (3)

  1. 　複数本のローラーの周面に対して一定のピッチで螺旋状に巻き回された固定砥粒ワイヤーを、該ワイヤー上にクーラントを供給しながら走行させるとともに、前記ワイヤーがシリコンインゴットの切断加工時に通過する前記シリコンインゴットの加工側面部にも前記クーラントを供給した状態で、該ワイヤーに対して前記シリコンインゴットを相対的に移動させ、前記シリコンインゴットをスライス加工して複数枚のシリコンウェーハとすることを特徴とする、ワイヤーソーによるシリコンインゴットの切断方法。
  2. 　上記クーラントの粘度が０．１ｍＰａ・ｓ以上１００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のシリコンインゴットの切断方法。
  3. 　複数本のローラーの周面に対して一定のピッチで螺旋状に巻き回された固定砥粒ワイヤーと、該ワイヤー上にクーラントを供給する第１クーラント供給手段と、前記ワイヤーがシリコンインゴットの切断加工時に通過する前記シリコンインゴットの加工側面部にクーラントを案内する案内板を具えた第２クーラント供給手段とを有することを特徴とする、ワイヤーソー。
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