JP2018176301A

JP2018176301A - ワークの切断方法

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Publication number: JP2018176301A
Application number: JP2017074779A
Authority: JP
Inventors: 史朗豊田; Shiro Toyoda
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2037-04-04
Also published as: KR102471435B1; DE112018001286T5; US20200016791A1; CN110461543A; US11389991B2; CN110461543B; TWI753128B; KR20190136006A; WO2018186087A1; TW201836745A; JP6693460B2; SG11201909172UA

Abstract

【課題】低コストで簡単に固定砥粒ワイヤのドレッシングを行い、ウェーハの厚さむらを抑制できるワークの切断方法を提供する。【解決手段】一組のワイヤリールの一方から送り出され、他方のワイヤリールに巻き取られる、表面に砥粒が固着された固定砥粒ワイヤを、複数の溝付ローラに巻掛けることによってワイヤ列を形成し、固定砥粒ワイヤを軸方向に往復走行させながら、ワイヤ列に対してワークを切り込み送りすることによって、ワークが軸方向に並ぶ複数の箇所で同時に切断されるワイヤソーによるワークの切断方法において、ワークの切断開始前に、ワークの切断を伴わない固定砥粒ワイヤの走行を行うことで、ワイヤリール内で固定砥粒ワイヤ同士を擦り合わせて、固定砥粒ワイヤの表面をドレッシングする砥粒摩耗工程を行い、該砥粒摩耗工程において、前記固定砥粒ワイヤの表面のドレッシングを３０分以上行うことを特徴とするワークの切断方法。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの切断方法に関する。

従来、例えばシリコンインゴットや化合物半導体インゴット等のワークからウェーハを切り出す手段として、表面に砥粒を固着させた固定砥粒ワイヤを具備するワイヤソーが知られている。この固定砥粒方式のワイヤソーでは、複数のローラの周囲に切断用の固定砥粒ワイヤが多数巻掛けられることによりワイヤ列が形成されており、その固定砥粒ワイヤが軸方向に高速駆動され、かつ、加工液が適宜供給されながらワイヤ列に対してワークが切り込み送りされることにより、このワークが各ワイヤ位置で同時に切断されるようにしたものである。

ここで、図４に、一般的な固定砥粒ワイヤを用いたワイヤソーの一例の概要を示す。図４に示すように、この固定砥粒方式のワイヤソー１０１は、主に、ワイヤ（高張力鋼線）の表面に砥粒を固着した、ワークＷを切断するための固定砥粒ワイヤ１０２、固定砥粒ワイヤ１０２を巻掛けた溝付きローラ１０３、１０３’、溝付きローラ１０３、１０３’に巻き掛けられた固定砥粒ワイヤ１０２からなるワイヤ列１１１、固定砥粒ワイヤ１０２に張力を付与するための機構１０４、１０４’、切断されるワークＷを下方へと送り出す手段１０５、切断時に冷却液１０９（クーラントとも呼称する）を供給する機構１０６で構成されている。

固定砥粒ワイヤ１０２は、一方のワイヤリール１０７から送り出され、張力付与機構１０４を経て、溝付きローラ１０３に入っている。固定砥粒ワイヤ１０２は溝付きローラ１０３、１０３’に３００〜４００回程度巻掛けられた後、もう一方の張力付与機構１０４’を経てワイヤリール１０７’に巻き取られている。

また、溝付きローラ１０３、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、巻掛けられた固定砥粒ワイヤ１０２が、駆動用モータ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。

なお、ワークＷの切断時には、ワーク送り手段１０５によってワークＷは保持されつつ相対的に押し下げられ、溝付きローラ１０３、１０３’に巻掛けられた固定砥粒ワイヤ１０２からなるワイヤ列１１１に対して送り出される。このとき、固定砥粒ワイヤ１０２にワイヤ張力付与機構１０４を用いて適当な張力をかけて、駆動用モータ１１０により固定砥粒ワイヤ１０２を往復方向に走行させながら冷却液１０９を、ノズル１０８を介して供給しながら、ワーク送り手段１０５でワークＷを切り込み送りすることでワークＷをウェーハ状に切断する。また、ワークＷの切断が完了した後は、切断済みのワークを切断時と逆方向に相対的に移動させてワイヤ列１１１から切断済みワークを引き抜く。

特開２００５−９５９９３号公報特開平１１−２８６５４号公報

上記のような固定砥粒方式のワイヤソーでは、ワーク切断開始時において、固定砥粒ワイヤの表面の砥粒の初期摩耗が大きいことと、砥粒の切れ味が十分でないためワイヤがワークの軸方向に振動することとから、切り始め部分のウェーハの厚さが薄くなり、ウェーハの厚さむら（ＴＴＶ：ＴｏｔａｌＴｈｉｃｋｎｅｓｓＶａｒｉａｔｉｏｎ）が大きくなってしまうという問題があった。切断時の固定砥粒ワイヤの初期摩耗を抑制し、十分な切れ味を確保して良好なウェーハ品質を実現するには、切断開始前の固定砥粒ワイヤに適切なドレッシング（目立て）を行うことが必要となる。

切断開始前に固定砥粒ワイヤにドレッシングを行う方法としては、ワイヤソー装置内に電解槽を導入して導電性液による電解反応でドレッシングを行う方法（特許文献１）や、ワイヤソー装置内にドレッシングストーンを内蔵してドレッシングを行う方法（特許文献２）が知られている。しかし、上記特許文献１、２の方法では、新規にワイヤソーを設計するか、従来のワイヤソーを改造する必要があり、その対応は容易ではない。そのため従来では、コストが高くなってしまったり、簡単に実施できなかったりするといった問題があった。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、低コストで簡単に固定砥粒ワイヤのドレッシングを行い、ウェーハの厚さむらを抑制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、一組のワイヤリールの一方から送り出され、他方のワイヤリールに巻き取られる、表面に砥粒が固着された固定砥粒ワイヤを、複数の溝付ローラに巻掛けることによってワイヤ列を形成し、前記固定砥粒ワイヤを軸方向に往復走行させながら、前記ワイヤ列に対してワークを切り込み送りすることによって、前記ワークが軸方向に並ぶ複数の箇所で同時に切断されるワイヤソーによるワークの切断方法において、前記ワークの切断開始前に、前記ワークの切断を伴わない前記固定砥粒ワイヤの走行を行うことで、前記ワイヤリール内で前記固定砥粒ワイヤ同士を擦り合わせて、前記固定砥粒ワイヤの表面をドレッシングする砥粒摩耗工程を行い、該砥粒摩耗工程において、前記固定砥粒ワイヤの表面のドレッシングを３０分以上行うことを特徴とするワークの切断方法を提供する。

このように、３０分以上の空運転による砥粒摩耗工程を導入することで、ワイヤリール内で固定砥粒ワイヤ同士が擦り合わされ、砥粒のドレッシングが十分な時間行われることにより、ドレッシングが行われた固定砥粒ワイヤでワークを切断することができるので、切断したウェーハの厚さむらを抑制できる。また、このような方法であれば、既存のワイヤソーで実施でき、新規にワイヤソーを設計する必要や従来のワイヤソーを改造する必要が必ずしもないため、コストの増加を抑制でき、かつ、簡単に実施できる方法となる

このとき、前記砥粒摩耗工程において前記固定砥粒ワイヤの表面をドレッシングする際、前記固定砥粒ワイヤの前記ワイヤリールへの巻きつけ張力を１５Ｎ以上とすることが好ましい。

このように、ワイヤリールへの固定砥粒ワイヤの巻きつけ張力を１５Ｎ以上とすれば、ワイヤリール内で固定砥粒ワイヤ同士が十分に強い力で擦り合わされ、確実にドレッシングが行われた固定砥粒ワイヤで切断を開始することができるので、切断したウェーハの厚さむらをより小さく抑制することができる。

またこのとき、前記砥粒摩耗工程において前記固定砥粒ワイヤの表面をドレッシングする際、前記固定砥粒ワイヤの表面のドレッシングを６０分以上行うことが好ましい。

このように、砥粒摩耗工程の時間を６０分以上とすれば、ワイヤリール内で固定砥粒ワイヤ同士がさらに十分な時間擦り合わされ、より確実にドレッシングが行われた固定砥粒ワイヤで切断することができるので、切断したウェーハの厚さむらをより小さく抑制することができる。

また、前記砥粒摩耗工程において前記固定砥粒ワイヤの表面をドレッシングする際、前記固定砥粒ワイヤの往復走行のワイヤ走行量及びサイクル時間を調整することによって、前記ワークの切断開始点から前記ワークの直径の２０％以上の距離まで前記ワークを切断するのに必要な長さの前記固定砥粒ワイヤをドレッシングすることが好ましい。

このように、ワークを切断開始点から、少なくともワーク径の２０％の距離まで切断するのに必要な長さの固定砥粒ワイヤをドレッシングすれば、特に厚さむらが生じ易い切断開始点からワークの直径の約２０％の距離深さまでの切断を、確実にドレッシングが行われた固定砥粒ワイヤで切断することができるので、切断したウェーハの厚さむらをより確実に抑制することができる。

本発明のワークの切断方法であれば、低コストで簡単に固定砥粒ワイヤのドレッシングを行い、切断したウェーハの厚さむらを抑制することができる。

本発明のワークの切断方法で使用できるワイヤソーの一例を示す図である。実施例１〜４において得られたウェーハの切断位置に対する平均厚さを示すグラフである。比較例において得られたウェーハの切断位置に対する平均厚さを示すグラフである。一般的なワイヤソーの一例を示す図である。

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。

上記のように、固定砥粒ワイヤソーを用いたワークの切断では、未使用の固定砥粒ワイヤの表面の砥粒の初期摩耗が大きいこと、砥粒の切れ味が十分でないため固定砥粒ワイヤがワークの軸方向に振動することなどから、切り始め部分のウェーハの厚さが薄くなり、ウェーハの厚さむらが大きくなってしまうという問題があった。また、これに対する対策として、固定砥粒ワイヤをドレッシングしていたが、その場合、ワイヤソーに新たにドレッシング機構を設けていたので、コストが増加し、切断工程も煩雑とな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、ワークの切断開始前に、ワークの切断を伴わない固定砥粒ワイヤの走行によりワイヤリール内で固定砥粒同士を擦り合わせて、固定砥粒ワイヤ表面をドレッシングする砥粒摩耗工程を導入し、固定砥粒ワイヤの表面のドレッシングを行うことでウェーハの厚さムラを抑制できることを知見し、本発明を完成させた。

まず、本発明のワークの切断方法で使用できるワイヤソーの一例について図１を参照して説明する。図１に示すように、ワイヤソー１は、主に、ワークＷを切断するための固定砥粒ワイヤ２、固定砥粒ワイヤ２を巻き掛けた複数の溝付ローラ３、３’、複数の溝付ローラ３、３’間に形成されたワイヤ列１１、固定砥粒ワイヤ２に張力を与えるための張力付与機構４、４’、切断するワークＷを保持しながらワイヤ列１１に切り込み送りすることができ、なおかつ、切り込み送りした方向とは逆方向に相対的にワークＷを移動させることもできるワーク送り手段５、切断時に冷却液９を供給するノズル８を備えた冷却液供給機構６を具備する。

また、ワイヤソー１は、一組のワイヤリール７、７’を具備している。固定砥粒ワイヤ２は、一方のワイヤリール７から送り出され、張力付与機構４を経て、溝付きローラ３に入っている。固定砥粒ワイヤ２は溝付きローラ３、３’に３００〜４００回程度巻掛けられた後、もう一方の張力付与機構４’を経てワイヤリール７’に巻き取られている。固定砥粒ワイヤ２としては、例えば、ピアノ線の表面にダイヤモンド砥粒をニッケル電着したものを用いることができる。

また、溝付きローラ３、３’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、巻掛けられた固定砥粒ワイヤ２が、駆動用モータ１０によって予め定められた周期で軸方向に往復走行できるようになっている。

次に、図１のようなワイヤソー１を使用する場合を例に本発明のワークの切断方法を説明する。本発明の切断方法においては、ワーク送り手段５によってワイヤ列１１に対してワークＷを切り込み送りする前（即ち、ワークＷの切断開始前）に、ワークＷの切断を伴わない固定砥粒ワイヤ２の走行を行うことで、ワイヤリール７、７’内で固定砥粒ワイヤ２同士を擦り合わせて、固定砥粒ワイヤ２の表面をドレッシングする砥粒摩耗工程を３０分以上行う。ワークＷの切断開始前に、固定砥粒ワイヤ２を軸方向に３０分以上往復走行させることにより、ワイヤリール７、７’内に巻きつけられた固定砥粒ワイヤ２同士が擦り合わされ、固定砥粒ワイヤ２の表面に固着された砥粒のドレッシングが行われることで、切断後に回収されるウェーハ状のワークＷの厚さむらを抑制できる。また、この方法は簡便であり、また、特にドレッシング機構などを新たに設ける必要もないので、コストの増加を防止することができる。

このとき、砥粒摩耗工程でドレッシングを行う際、ワイヤリール７および７’への固定砥粒ワイヤ２の巻きつけ張力を１５Ｎ以上とすることが好ましい。このように、固定砥粒ワイヤ２の巻きつけ張力を１５Ｎ以上とすれば、ワイヤリール７および７’内で固定砥粒ワイヤ２同士が十分に強い力で擦り合わされ、確実にドレッシングが行われた固定砥粒ワイヤ２でワークＷを切断することができるので、切断後に回収されるウェーハの厚さむらをより確実に抑制できる。なお、固定砥粒ワイヤ２の断線を防ぐために、巻きつけ張力は３０Ｎ以下が好ましい。

また、砥粒摩耗工程でドレッシングを行う際、砥粒摩耗工程の実施時間を６０分以上とすることが好ましい。このように、砥粒摩耗工程におけるドレッシングの実施時間を６０分以上とすれば、ワイヤリール７および７’内で固定砥粒ワイヤ２同士が十分な時間擦り合わされ、確実にドレッシングが行われた固定砥粒ワイヤ２で切断することができるので、切断後に回収されるウェーハ状のワークＷの厚さむらをより確実に抑制できる。尚、実施時間の上限は特に限定されないが、あまりに長時間行うと時間の無駄であるので、５時間以内とすることが好ましい。

また、砥粒摩耗工程でドレッシングを行う際、固定砥粒ワイヤ２の往復走行のワイヤ走行量およびサイクル時間（固定砥粒ワイヤの前進と後退を切り替える時間）を調整することによって、ワークＷを切断開始点から、ワークＷの直径の少なくとも２０％の距離まで切断するのに必要な長さの固定砥粒ワイヤ２をドレッシングすることが好ましい。このようにすれば、特に厚さむらが生じ易い切断開始点からワークＷの直径の約２０％の距離の深さまでの切断を、確実にドレッシングが行われた固定砥粒ワイヤ２で切断することができるので、切断後に回収されるウェーハ状のワークＷの厚さむらを一層抑制することができる。

上記のような砥粒摩耗工程の実施後に、固定砥粒ワイヤ２をワイヤ軸方向に往復走行させながら、ワイヤ列１１に対してワークＷを切り込み送りすることによって、ワークＷをワークＷの軸方向に並ぶ複数の箇所で同時に切断する。切断するワークＷとしては、例えば、シリコン単結晶インゴットや化合物半導体インゴットなどを用いることができる。

以下、本発明の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、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜４）
図１に示すようなワイヤソーを用いて、本発明のワークの切断方法によるワークの切断を行った。切断するワークとしては直径約３００ｍｍの円柱状のシリコン単結晶インゴットを用いた。また、切断に用いる固定砥粒ワイヤとしては、下記の表１のような芯線にダイヤモンド砥粒をニッケル電着によって固着した固定砥粒ワイヤを用いた。

また、各実施例の砥粒摩耗工程の条件及び砥粒摩耗工程後のワークの切断条件を下記の表２に示す条件とした。実施例１〜４では、砥粒摩耗工程時の固定砥粒ワイヤのリールへの巻きつけ張力と砥粒摩耗工程の時間を変化させた。一方で、ワークの切断条件は変化させなかった。

以上のような条件でワークの切断を行い、実施例１〜４により切り出されたウェーハの切断方向の厚さの平均をプロットした（図２）。

（比較例）
砥粒摩耗工程を行うことなく、実施例１〜４と同じ表１の固定砥粒ワイヤを用いてワークの切断を行った。その他のワークの切断条件は表２の実施例１〜４と同じ条件とした。切断終了後、実施例１〜４と同様に、切り出されたウェーハの切断方向の厚さの平均をプロットした（図３）。

図２、３から分かるように、全ての実施例で、比較例よりもウェーハの厚さのむらが小さくなった。このように、本発明のワークの切断方法であれば、３０分以上の空運転によって低コストで簡単に固定砥粒ワイヤのドレッシングを行い、ウェーハの厚さむらを抑制できることが確認できた。

また、特に、砥粒摩耗工程での巻きつけ張力を実施例４の１０Ｎから１５Ｎへ変更した実施例１で、厚さむらがより抑制されていることが確認された。また、砥粒摩耗工程におけるドレッシングの時間を実施例４の３０分から６０分へ変更した実施例２で、切断方向の厚さむらがより抑制されていることが確認された。さらに、砥粒摩耗工程での巻きつけ張力と時間の両方をそれぞれ１０Ｎから１５Ｎへ、３０分から６０分へ変更した実施例３で切断方向の厚さむらが特に大きく抑制されることが確認された。

なお、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。

１…ワイヤソー、２…固定砥粒ワイヤ、３、３’…溝付ローラ、
４、４’…張力付与機構、５…ワーク送り手段、６…冷却液供給機構、
７、７’…ワイヤリール、８…ノズル、９…冷却液、１０…駆動用モータ、
１１…ワイヤ列、Ｗ…ワーク。

このように、３０分以上の空運転による砥粒摩耗工程を導入することで、ワイヤリール内で固定砥粒ワイヤ同士が擦り合わされ、砥粒のドレッシングが十分な時間行われることにより、ドレッシングが行われた固定砥粒ワイヤでワークを切断することができるので、切断したウェーハの厚さむらを抑制できる。また、このような方法であれば、既存のワイヤソーで実施でき、新規にワイヤソーを設計する必要や従来のワイヤソーを改造する必要が必ずしもないため、コストの増加を抑制でき、かつ、簡単に実施できる方法となる。

Claims

一組のワイヤリールの一方から送り出され、他方のワイヤリールに巻き取られる、表面に砥粒が固着された固定砥粒ワイヤを、複数の溝付ローラに巻掛けることによってワイヤ列を形成し、前記固定砥粒ワイヤを軸方向に往復走行させながら、前記ワイヤ列に対してワークを切り込み送りすることによって、前記ワークが軸方向に並ぶ複数の箇所で同時に切断されるワイヤソーによるワークの切断方法において、
前記ワークの切断開始前に、前記ワークの切断を伴わない前記固定砥粒ワイヤの走行を行うことで、前記ワイヤリール内で前記固定砥粒ワイヤ同士を擦り合わせて、前記固定砥粒ワイヤの表面をドレッシングする砥粒摩耗工程を行い、該砥粒摩耗工程において、前記固定砥粒ワイヤの表面のドレッシングを３０分以上行うことを特徴とするワークの切断方法。
前記砥粒摩耗工程において前記固定砥粒ワイヤの表面をドレッシングする際、前記固定砥粒ワイヤの前記ワイヤリールへの巻きつけ張力を１５Ｎ以上とすることを特徴とする請求項１に記載のワークの切断方法。
前記砥粒摩耗工程において前記固定砥粒ワイヤの表面をドレッシングする際、前記固定砥粒ワイヤの表面のドレッシングを６０分以上行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワークの切断方法。
前記砥粒摩耗工程において前記固定砥粒ワイヤの表面をドレッシングする際、前記固定砥粒ワイヤの往復走行のワイヤ走行量及びサイクル時間を調整することによって、前記ワークの切断開始点から前記ワークの直径の２０％以上の距離まで前記ワークを切断するのに必要な長さの前記固定砥粒ワイヤをドレッシングすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のワークの切断方法。