JP2016068182A - インゴットの切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤーが破断する発生率を悪化させること無く、反りが少ないウエーハをインゴットから切り出すことができるインゴットの切断方法を提供する。【解決手段】インゴットの最大直径の部分を切断する際に、ボビンから繰り出される側のワイヤーに付与する張力を、基準の張力とした場合に、前記インゴットの切り始め部分を切断する際の、前記ボビンから繰り出される側の前記ワイヤーに付与する張力を、前記基準の張力より高くし、前記ボビンに巻き取られる側の前記ワイヤーに付与する張力を、前記基準の張力より低くして、前記インゴットの切断を行うことを特徴とするインゴットの切断方法。【選択図】 図１

Description

本発明は、ワイヤーソーを使用したインゴットの切断方法に関する。

近年、ウエーハの大型化が望まれており、この大型化に伴い、インゴット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。以下、単にインゴットと言うこともある。）を押し当てて切断し、多数のウエ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装置の一例の概要を示す。
図４に示すように、ワイヤーソー装置１０１は、主に、インゴットＷ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、１０４’、切断されるインゴットＷを送り出すインゴット送り手段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、一方のボビン１０７（ワイヤーリール）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）やダンサーローラ（デットウェイト）（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ーであり、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が設けられている。インゴットＷを切断する時にはこのノズル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装置１０１を用い、ワイヤー１０２に張力付与機構１０４、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インゴットＷをスライスすることにより、所望のスライスウエーハを得ている。

このとき、切断後ウエーハの品質として、反りが小さく、うねりがない平坦なウエーハが望ましい。

特開平１０−８６１４０号公報

しかしながら、インゴットをワイヤーソーで切断することで得られたウエーハの形状を確認すると、インゴットの切り始め部分の領域において、反りやうねりが出やすくなっている。

これは、インゴットを切断する時のワイヤーの張力が低いことによって、インゴットの切断中にワイヤーがブレやすくなり、これによって切断後のウエーハの反りが大きくなりやすくなってしまうためである。

このような、切り始め部分の反りやうねりを低減させるための１つの方法として、ワイヤーの張力を高くすることが挙げられる。ワイヤーを高張力で張ることで、切断時のワイヤーの横ブレが少なくなり、ウエーハ面内の反りやうねりが小さくなると考えられる。

しかしながら、インゴットの切断時にワイヤーへかける張力を上げ過ぎると、インゴット切断中のワイヤーの破断が起きやすくなるという問題が生じる。
インゴットの切断中にワイヤーの破断が発生すると、インゴットの切断が中断し、復旧作業に多くの手間と時間を要する。そのため、ウエーハの生産効率を著しく低下させる。また、ワイヤーの破断が起こると、切断後のウエーハ品質を大きく悪化させる。そのため、インゴット切断中のワイヤーの破断は、出来る限り発生させないことが望ましい。

本発明は上記のような問題に鑑みてなされたもので、ワイヤーの破断発生率を悪化させること無く、反りが少ないウエーハをインゴットから切り出すことができるインゴット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、本発明によれば、一組のボビンの一方から繰り出され、他方のボビンに巻き取られるワイヤーを、複数のワイヤーガイド間に螺旋状に巻回して軸方向に走行させ、ワイヤー列を形成し、インゴットと前記ワイヤーとの接触部に加工液を供給しながら、前記ワイヤーを繰り出す前記ボビン側と、前記ワイヤーを巻き取る前記ボビン側とにそれぞれ配置された張力付与機構により前記ワイヤーに張力を付与しつつ、前記ワイヤー列に前記インゴットを押し当てることで、前記インゴットをウエーハ状に切断するインゴットの切断方法であって、
前記インゴットの最大直径の部分を切断する際に、前記ボビンから繰り出される側の前記ワイヤーに付与する張力を、基準の張力とした場合に、
前記インゴットの切り始め部分を切断する際の、前記ボビンから繰り出される側の前記ワイヤーに付与する張力を、前記基準の張力より高くし、
前記ボビンに巻き取られる側の前記ワイヤーに付与する張力を、前記基準の張力より低くして、前記インゴットの切断を行うことを特徴とするインゴットの切断方法を提供する。

このようにすれば、ワイヤーの破断発生率を悪化させること無く、反りが少ないウエーハをインゴットから切り出すことができる。

このとき、前記インゴットの切り始め部分を切断する際の、前記ボビンから繰り出される側の前記ワイヤーに付与する張力を、前記基準の張力の１．１倍以上の張力とし、
前記ボビンに巻き取られる側の前記ワイヤーに付与する張力を、前記基準の張力の半分以下の張力とすることが好ましい。
このようにすれば、より確実にワイヤーの破断発生率を悪化させること無く、反りが少ないウエーハをインゴットから切り出すことができる。

またこのとき、基準の張力を２０〜３０Ｎとすることができる。
このようにすれば、効率的に切断をすることができるとともに、ワイヤーの破断発生率を悪化させること無く、反りが少ないウエーハをインゴットから切り出すことができる。

またこのとき、前記インゴットの切り始め部分以外を切断する際は、前記ボビンから繰り出される側の前記ワイヤーに付与する張力を、前記基準の張力と同じとし、
前記ボビンに巻き取られる側の前記ワイヤーに付与する張力は、前記インゴットの切断位置によらず、前記基準の張力より低い値で一定にすることが好ましい。
このようにすれば、操作が簡単であるとともに、より確実にワイヤーの破断発生率を悪化させること無く、反りが少ないウエーハをインゴットから切り出すことができる。

本発明のインゴットの切断方法であれば、ワイヤーが破断する発生率を悪化させること無く、反りが少ないウエーハをインゴットから切り出すことができる。

本発明で用いることができるワイヤーソー装置の一例を示した概略図である。 実施例及び比較例１における、インゴットの切断位置と繰り出し側のワイヤーに付加する張力の関係を示した図である。 実施例及び比較例１における、インゴットの切断位置と巻き取り側のワイヤーに付加する張力の関係を示した図である。 一般的なワイヤーソー装置の一例を示した概要図である。

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。
上述したように、インゴットの切り始め部分において生じる、反りやうねりを低減させるために、ワイヤーに付加する張力を高くすると、インゴット切断中のワイヤーの破断が起きやすく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、インゴットの切り始め部分を切断する際の、ボビンから繰り出される側のワイヤーに付与する張力を、基準の張力より高くし、ボビンに巻き取られる側のワイヤーに付与する張力を、基準の張力より低くして、インゴットの切断を行うことで、ワイヤーが破断する発生率を悪化させること無く、反りが少ないウエーハをインゴットから切り出すことができることに想到した。そして、これらを実施するための最良の形態について精査し、本発明を完成させた。

まず、本発明のインゴットの切断方法で使用することができる、ワイヤーソー装置の一例について説明する。

図１に示すように、ワイヤーソー装置１は、主に、インゴットＷを切断するためのワイヤー２、ワイヤー２を巻回したワイヤーガイド３（溝付きローラー）、ワイヤー２に張力を付与するための張力付与機構４、４’、切断されるインゴットＷを送り出すインゴット送り手段５、切断時にワイヤー２に加工液を供給するためのノズル６等で構成されている。

ワイヤー２は、一方のボビン７（ワイヤーリール）から繰り出され、トラバーサ８を介してパウダクラッチ（定トルクモーター９）やダンサーローラ（デットウェイト）（不図示）等からなる張力付与機構４を経て、ワイヤーガイド３に入っている。

そして、ワイヤー２をこの複数のワイヤーガイド３間に３００〜４００回程度巻回して軸方向に走行させ、ワイヤー列を形成した後、もう一方の張力付与機構４’を経てもう一方のボビン７’に巻き取られている。

また、ワイヤーガイド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ーであり、巻回されたワイヤー２が、駆動用モーター１０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３、巻回されたワイヤー２の近傍には、ノズル６が設けられている。インゴットＷを切断する時には、このノズル６から、ワイヤーガイド３、ワイヤー２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。
以上のように、本発明のインゴットの切断方法で用いられるワイヤーソー装置は、従来一般に用いられているものを適用することができる。

次に、このワイヤソー装置１を用いた場合の本発明のインゴットＷの切断方法について説明する。

ワイヤーソー装置１において、インゴットＷとワイヤー２との接触部に加工液を供給しながら、ワイヤー２を繰り出すボビン７側に配置された張力付与機構４と、ワイヤー２を巻き取るボビン７’側に配置された張力付与機構４’によりワイヤー２にそれぞれ張力を付与しつつ、走行するワイヤー列にインゴットＷを押し当てることで、インゴットＷをウエーハ状に切断する。

ここで、インゴットＷの最大直径の部分を切断する際に、ボビン７から繰り出される側のワイヤー２に張力付与機構４で付与する張力を、基準の張力とする。

またこのとき、基準の張力としては、特に限定されないが、一般に採用されている２０〜３０Ｎとすることができる。これにより、インゴットを通常通り切断することができる。

そして、インゴットＷの切り始め部分を切断する際の、ボビン７から繰り出される側のワイヤーに張力付与機構４で付与する張力を、基準の張力より高くするように設定する。一方で、ボビン７’に巻き取られる側のワイヤーに張力付与機構４’で付与する張力は、基準の張力より低くするように設定する。

すなわち、切り始め部分の切断における繰り出される側の張力を高くすることで、切り出されるウエーハの切り始め部分に発生する反りやうねりを低減することができる。この時、巻き取られる側の張力を低くしていれば、ワイヤーの破断が発生することを抑制できる。

なお、インゴットＷの切り始め部分とは、インゴットＷがワイヤー２と最初に接触する部分を含むものとする。
例えば具体的には、インゴットＷがワイヤー２と最初に接触する位置からインゴットの送り方向へ１０ｍｍまで切り込んだ区間とすることができる。

このようにして、インゴットＷの切断を行うことで、ワイヤーの破断発生率を悪化させること無く、反りが少ないウエーハをインゴットから切り出すことができる。

また、インゴットＷの切り始め部分を切断する際の、ボビン７から繰り出される側のワイヤー２に張力付与機構４で付与する張力を、基準の張力の１．１倍以上の張力とし、また、あまりに高い張力を付与するとワイヤー破断の発生率が再び上昇する恐れがあるので、２倍以内とすることが好ましい。

また、ボビン７’に巻き取られる側のワイヤー２に張力付与機構４’で付与する張力は、基準の張力の半分以下の張力とすることが好ましい。なお、巻き取られる側のワイヤー２の張力を下げ過ぎると、巻き取ったワイヤー２がボビン７’から解けやすくなる為、一定の大きさ以上（例えば０．１倍以上）の巻き張力が必要となる。

また、インゴットＷの切り始め部分以外を切断する際は、ボビン７から繰り出される側のワイヤー２に張力付与機構４で付与する張力を、基準の張力と同じとし、ボビン７’に巻き取られる側のワイヤー２に張力付与機構４’で付与する張力は、インゴットＷの切断位置によらず、基準の張力より低い値で一定にすることが好ましい。

これらのようにすることで、切断操作が簡単になるとともに、より確実にワイヤーの破断発生率を悪化させること無く、反りが少ないウエーハをインゴットから切り出すことができる。

なお、上記の説明ではボビン７からワイヤーが送り出され、ボビン７’に巻き取られる場合（正転方向）を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。

つまり、ワイヤー２が正転方向へ走行する場合は、上記したように、張力付与機構４でワイヤー２に上述したようにインゴットＷの切断位置に応じて基準の張力より高い張力をワイヤー２に付与し、一方で張力付与機構４’では基準の張力より低い張力をワイヤー２に付与する。

逆に、ワイヤー２が正転方向とは反対の、逆転方向へ走行する場合は、張力付与機構４’でワイヤー２に上述したようにインゴットＷの切断位置に応じて基準の張力より高い張力を付与し、一方で張力付与機構４では基準の張力より低い張力をワイヤー２に付与する。このようにして、上記動作を交互に繰り返していけば、複数本のインゴットの切断を連続して進めていくことができる。

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、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例）
図１に示すような、ワイヤーソー装置１を用いて、直径３００ｍｍのインゴットＷの切断を行った。
なお、インゴットＷの最大直径の部分を切断する際に、ボビンから繰り出される側のワイヤー２に張力付与機構で付加する張力を２３Ｎに設定し、これを基準の張力とした。

そして、下記の表１の条件１に示すように、インゴットＷの切り始め部分を切断する際の、ボビンから繰り出される側のワイヤー２に張力付与機構で付加する張力は、基準の張力の１．１７倍である２７Ｎに設定して、基準の張力の１．１倍以上となるようにした。

一方、ボビンに巻き取られる側のワイヤー２に張力付与機構で付加する張力は、基準の張力の４３％相当の値である１０Ｎに設定して、基準の張力の半分以下の張力となるようにした。

なお、インゴットＷとワイヤー２が最初に接触する位置から、インゴットＷの送り方向へ１０ｍｍまで切り込んだ区間を切り始め部分とした。

そして、図２に示すようにインゴットＷの切断位置１０ｍｍ以降は、ボビンから繰り出される側のワイヤー２に張力付与機構で付加する張力を直線的に下げていき、インゴットＷの切断位置５０ｍｍの部分で、基準の張力と同じ張力になるようにした。

また、図３に示すように、ボビンに巻き取られる側のワイヤー２に張力付与機構で付与する張力は、インゴットＷの切断位置によらず、低い値で一定の値とした。なお、図２及び図３には、後述する比較例１についても併せて記載した。

上記のような切断条件（表１の条件１）で、同一の１台のワイヤーソー装置１にて、インゴットＷを２５本切断した。そして、各インゴットＷを切断する際、ワイヤー２の破断が発生した回数をカウントし、切断本数で割った値をワイヤー破断発生率とした。

そして、後述の比較例１（従来の条件）の条件２で切断した際のワイヤー破断発生率の値を１とした相対値で表し、表１に記載した。

さらに、切断後のウエーハについては、静電容量式のコベルコ科研製ＳＢＷ３３０にて測定を行い、反り形状の変位量を算出し、ウエーハの反りを測定した。そして、後述する比較例１の条件２で切断した際のウエーハの反りの値を１とした相対値で表し、表１に記載した。

上記したように、ワイヤーの破断が発生すると、生産性の面でも、切断後ウエーハ品質の面でも、大きなデメリットがある。そのため、ワイヤー破断発生率は悪化させないことが好ましく、値が小さい方が望ましい。ウエーハの反りは値が小さい方が望ましい。

その結果、表１に示すように、ワイヤー破断発生率は従来条件の比較例１と同等の水準であった。また、ウエーハの反りは従来条件の比較例１の０．９２倍とウエーハ品質の改善がみられた。

このように、実施例では、ワイヤーの破断発生率を悪化させることなく、反りの少ないウエーハをインゴットから切り出すことができた。

（比較例１）
図２、３に示すように、ボビンから繰り出される側のワイヤーに張力付与機構で付与する張力と、ボビンに巻き取られる側のワイヤーに張力付与機構で付与する張力を共に、インゴットの切断位置によらず、基準の張力と同じ値である２３．０Ｎとなるように設定した（条件２）以外は、実施例と同様にしてインゴットの切断を行った。

そして、このときのワイヤー破断発生率及び、得られたウエーハの反りについての測定を実施例と同様にして行った。なお、この比較例１でのワイヤー破断発生率及び、ウエーハの反りの測定結果をそれぞれ基準にして、前記の実施例及び後述の比較例２から４のそれぞれの値を相対値で表１に示した。

（比較例２）
インゴットの切り始め部分を切断する時に、ボビンから繰り出される側のワイヤーに張力付与機構で付与する張力と、ボビンに巻き取られる側のワイヤーに張力付与機構で付与する張力を共に、基準の張力に対して１．１７倍の値である２７．０Ｎとなるように設定した（条件３）以外は、実施例と同様にしてインゴットの切断を行った。

そして、このときのワイヤー破断発生率及び、得られたウエーハの反りについての測定を実施例と同様にして行い、表１に示した。

その結果、表１に示したように、ウエーハの反りについては従来条件の比較例１の０．９２倍となり改善した。しかしながら、ワイヤー破断発生率は１．４倍と悪化した。上記でも述べたように、ワイヤー破断はデメリットが大きく、この破断発生率は許容できる水準ではない。

（比較例３）
インゴットの切り始め部分を切断する時に、ボビンから繰り出される側のワイヤーに張力付与機構で付与する張力を、基準の張力と同じ大きさの２３．０Ｎとし、ボビンに巻き取られる側のワイヤーに張力付与機構で付与する張力を、基準の張力の７５％の値である１７．３Ｎとなるように設定した（条件４）以外は、実施例と同様にしてインゴットの切断を行った。

そして、このときのワイヤー破断発生率及び、得られたウエーハの反りについての測定を実施例と同様にして行い、表１に示した。

その結果、表１に示したように、ワイヤー破断発生率、ウエーハの反り共に、比較例１と同等であり、改善は見られなかった。

この結果から、ワイヤー破断発生率の改善に寄与するためには、ボビンに巻き取られる側のワイヤーに張力付与機構で付与する張力を実施例の条件１のように、基準の張力の半分以下まで低減させるのが有効であると考えられる。

（比較例４）
インゴットの切り始め部分を切断する時に、ボビンから繰り出される側のワイヤーに張力付与機構で付与する張力と、ボビンに巻き取られる側のワイヤーに張力付与機構で付与する張力を共に、基準の張力の７５％の値である１７．３Ｎとなるように設定した（条件５）以外は、実施例と同様にしてインゴットの切断を行い、ウエーハを得た。

そして、このときのワイヤー破断発生率及び、得られたウエーハの反りについての測定を実施例と同様にして行い、表１に示した。

その結果、表１に示したように、ワイヤー破断発生率は比較例１と同じ水準であった。一方で、ウエーハの反りについては比較例１と比べて１．２倍となり、悪化した。

この結果から、インゴットの切り始め部分を切断する時に、ボビンから繰り出される側のワイヤーに張力付与機構で付与する張力に関しては、低くし過ぎるとウエーハの反りが悪化しやすくなることが分かった。

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、１０１…ワイヤーソー装置、 ２、１０２…ワイヤー、
３、１０３…ワイヤーガイド、 ４、４’、１０４、１０４’…張力付与機構、
５、１０５…インゴット送り手段、 ６、１０６…ノズル、
７、７’、１０７、１０７’…ボビン、 ８、１０８…トラバーサ、
９、１０９…定トルクモーター、 １０、１１０…駆動用モーター、
Ｗ…インゴット。

Claims (4)

1. 一組のボビンの一方から繰り出され、他方のボビンに巻き取られるワイヤーを、複数のワイヤーガイド間に螺旋状に巻回して軸方向に走行させ、ワイヤー列を形成し、インゴットと前記ワイヤーとの接触部に加工液を供給しながら、前記ワイヤーを繰り出す前記ボビン側と、前記ワイヤーを巻き取る前記ボビン側とにそれぞれ配置された張力付与機構により前記ワイヤーに張力を付与しつつ、前記ワイヤー列に前記インゴットを押し当てることで、前記インゴットをウエーハ状に切断するインゴットの切断方法であって、
   前記インゴットの最大直径の部分を切断する際に、前記ボビンから繰り出される側の前記ワイヤーに付与する張力を、基準の張力とした場合に、
   前記インゴットの切り始め部分を切断する際の、前記ボビンから繰り出される側の前記ワイヤーに付与する張力を、前記基準の張力より高くし、
   前記ボビンに巻き取られる側の前記ワイヤーに付与する張力を、前記基準の張力より低くして、前記インゴットの切断を行うことを特徴とするインゴットの切断方法。
2. 前記インゴットの切り始め部分を切断する際の、前記ボビンから繰り出される側の前記ワイヤーに付与する張力を、前記基準の張力の１．１倍以上の張力とし、
   前記ボビンに巻き取られる側の前記ワイヤーに付与する張力を、前記基準の張力の半分以下の張力とすることを特徴とする請求項１に記載のインゴットの切断方法。
3. 前記基準の張力を２０〜３０Ｎとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインゴットの切断方法。
4. 前記インゴットの切り始め部分以外を切断する際は、前記ボビンから繰り出される側の前記ワイヤーに付与する張力を、前記基準の張力と同じとし、
   前記ボビンに巻き取られる側の前記ワイヤーに付与する張力は、前記インゴットの切断位置によらず、前記基準の張力より低い値で一定にすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインゴットの切断方法。

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