JP5991267B2 - ワークの切断方法および切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤソーによってワークをウェーハ状に切断する切断方法及び切断装置に関する。

半導体インゴットなどの硬脆材を薄板状のウェーハに切断する切断装置の一つにワイヤソーがある。
ワイヤソーは所定のピッチで張架されたワイヤ列を高速走行させ、ワイヤ列にワークを押し当て、ワイヤとワークが接触している部分に遊離砥粒を吹き付けながら、多数枚のウェーハに同時に切断する装置である。

特許文献１には、使用されるワイヤとして、ワイヤの外周面を砥粒キャリア樹脂皮膜で被覆したものが開示されている。このワイヤを使用すれば、砥粒（遊離砥粒）が砥粒キャリア樹脂皮膜に食い込むため、安定して砥粒をワイヤとワークが接触している部分に引き込むことができるとされている。

また、特許文献２には、砥粒の吹き付けによりワイヤ表面を粗面化する前処理手段を実施することで、一定量の加工用スラリをワイヤに付着させることが可能であると記載されている。

特開２００６−１７９６７７号公報 特開平１１−０９９４６２号公報 特開２０１１−５６２４号公報

特許文献１に記載の樹脂皮膜の被覆ワイヤを用いて、シリコン単結晶インゴットを切断した場合、従来の樹脂皮膜の無いピアノ線での遊離砥粒切断と比較し、切り出したウェーハの表面粗さやダメージ深さにおいては良好な品質が得られるものの、ウェーハの全体形状を示すうねりや反りは劣る。これは切断中に砥粒キャリア樹脂皮膜に食い込む砥粒の数が少ないことに起因している。

切り出されたウェーハのうねりや反りは一般的にワイヤの蛇行が原因である。砥粒キャリア樹脂皮膜に砥粒を食い込ませてワーク切断を進める切断方法においても、砥粒キャリア樹脂皮膜に食い込む砥粒が少量であれば、食い込む砥粒の偏りが生じ、ワイヤが蛇行し、うねりや反りが悪化する。

特許文献１に記載の被覆ワイヤの表面、つまり砥粒キャリア樹脂皮膜の表面は、凹凸が無く滑らかで、光沢の有る状態である。このような表面状態で加工を開始すると、砥粒キャリア樹脂皮膜に食い込む砥粒が少なくなり、食い込む砥粒の偏りが発生し、うねりや反りが強く表れてしまう。

また、この被覆ワイヤに特許文献２に記載の砥粒またはスラリの吹き付け方式の前処理手段を施したとしても、砥粒キャリア樹脂皮膜は一般的なピアノ線表面と比べて柔軟であるため、うねりや反りの抑制は期待できない。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、切り出されたウェーハのうねりや反りなどの全体形状を良好にできるワークの切断方法および切断装置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、複数のワイヤガイド間に螺旋状に巻回されたワイヤによって形成されるワイヤ列を軸方向に走行させ、円柱状ワークと前記ワイヤとの接触部に加工液を供給しながら、前記ワイヤ列に前記ワークを押し当てて切込み送りし、前記ワークをウェーハ状に切断するワークの切断方法であって、前記ワイヤはベースワイヤ表面に有機皮膜または無機皮膜を被覆したものを用い、前記切断されるワークより前記ワイヤ列のワイヤ操出側に、前記ワイヤ表面を粗面化するための粗面化部材を配置し、前記ワイヤと前記粗面化部材を接触させることで、前記ワイヤ表面を粗面化させながら前記ワークを切断することを特徴としたワークの切断方法を提供する。

このような切断方法であれば、ワーク切断に使用される被覆ワイヤが、ワークに接触する前に粗面化部材と接触することで、被覆ワイヤ表面の皮膜が粗面化され、皮膜に食い込む砥粒数を大幅に増やすことができる。その結果、被覆ワイヤは直線的に切り進むことが可能となり、切り出されたウェーハのうねりや反りなどの全体形状を大幅に改善することができる。また、ワイヤが皮膜を有することで、切り出したウェーハの表面粗さやダメージ深さの品質も良好となる。

このとき、粗面化部材を樹脂、シリコン、カーボン及びセラミックスのいずれかとすることが好ましい。
このようにすれば、ワイヤを良好に粗面化できるとともに、粗面化部材の摩耗を抑制することができ、粗面化部材の寿命が長くなり、コストを抑えることができる。

また本発明によれば、複数のワイヤガイド間に螺旋状に巻回された軸方向に走行するワイヤによって形成されるワイヤ列と、円柱状ワークと前記ワイヤとの接触部に加工液を供給するノズルと、前記ワークを保持しつつ押圧することで前記ワークを前記ワイヤ列に押し当てるワーク送り手段を具備し、前記ノズルから前記ワークと前記ワイヤとの接触部に加工液を供給しつつ、前記ワーク送り手段により保持された前記ワークを、走行する前記ワイヤ列に押し当てて切込み送りし、前記ワークをウェーハ状に切断するワークの切断装置であって、前記ワイヤはベースワイヤ表面に有機皮膜または無機皮膜を被覆したものであり、前記ワークより前記ワイヤ列のワイヤ操出側に、前記ワイヤ表面を粗面化するための粗面化部材を具備し、前記ワイヤと前記粗面化部材を接触させることで、前記ワイヤ表面を粗面化させながら前記ワークを切断するものであることを特徴としたワークの切断装置が提供される。

このようなものであれば、ワーク切断に使用される被覆ワイヤが、ワークに接触する前に粗面化部材と接触することで、被覆ワイヤ表面の皮膜が粗面化され、皮膜に食い込む砥粒数を大幅に増やすことができる。その結果、被覆ワイヤは直線的に切り進むことが可能となり、切り出されたウェーハのうねりや反りなどの全体形状を大幅に改善することができるとともに、切り出されたウェーハの表面粗さやダメージ深さも改善できる。

このとき、粗面化部材が樹脂、シリコン、カーボン及びセラミックスのいずれかであることが好ましい。
このようなものであれば、ワイヤを均一に粗面化できるとともに粗面化部材の摩耗を抑制することができ、粗面化部材の寿命が長くなり、コストを抑えることができる。

本発明では、ワイヤソーによるワークの切断において、切断用のワイヤとしてベースワイヤ表面に有機皮膜または無機皮膜を被覆したものを用いる。そして、切断されるワークよりワイヤ列のワイヤ操出側に、ワイヤ表面を粗面化するための粗面化部材を配置し、ワイヤと粗面化部材を接触させることで、ワイヤ表面を粗面化させながらワークを切断する。このようにすることで、被覆ワイヤ表面の皮膜が粗面化され、皮膜に凹凸が作られ、皮膜に食い込む砥粒数を大幅に増やすことができる。これにより、ワイヤは直線的に切り進むことが可能となる。その結果、切り出されたウェーハのうねりや反りなどの全体形状を大幅に改善することができる。しかも、ワイヤが皮膜を有することで、切り出したウェーハの表面粗さやダメージ深さの品質も良好となる。

本発明に係るワークの切断装置の一例を示した概略図である。 本発明に係るワークの切断装置の要部を示した拡大図である。 粗面化部材との接触が無い被覆ワイヤの一例を示すＳＥＭ写真である。 粗面化部材と接触後の被覆ワイヤの一例を示すＳＥＭ写真である。

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。
上記したように、樹脂皮膜が被覆されたワイヤを用いて、シリコン単結晶インゴットを切断した場合、従来の樹脂皮膜の無いピアノ線での遊離砥粒切断と比較して、切り出したウェーハの表面粗さやダメージ深さにおいては良好な品質が得られるものの、ウェーハの全体形状を示すうねりや反りが悪化してしまうという問題があった。

そこで、本発明者はワイヤソーによるワークの切断において、切り出されたウェーハの表面粗さやダメージ深さの良好な品質を得つつ、ウェーハのうねりや反りなどの全体形状の悪化を抑制するために鋭意検討を重ねた。その結果、ワイヤはベースワイヤ表面に有機皮膜または無機皮膜を被覆した被覆ワイヤを用い、切断されるワークよりワイヤ列のワイヤ操出側に、被覆ワイヤ表面、すなわち皮膜表面を粗面化するための粗面化部材を配置し、被覆ワイヤと粗面化部材を接触させることで、被覆ワイヤ表面を粗面化させながらワークを切断することで、切り出されたウェーハのうねりや反りなどの全体形状を大幅に改善できることに想到し、本発明を完成させた。

以下、本発明のワークの切断方法について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

本発明のワークの切断装置について説明する。
図１に示すように、本発明の切断装置１は主に、複数のワイヤガイド２間に螺旋状に巻回された軸方向に走行する被覆ワイヤ３によって形成されるワイヤ列４、切断時にワークＷと被覆ワイヤ３との接触部に加工液を供給する加工液供給手段５、ワークＷを保持しつつ押圧することでワークＷをワイヤ列に押し当てるワーク送り手段６、被覆ワイヤ３に張力を付与するための張力付与機構７、７’等で構成されている。

被覆ワイヤ３はベースワイヤ表面に有機皮膜または無機皮膜を被覆したものである。この皮膜としては、特に限定されるものではないが、有機皮膜は、例えば、フェノール系、ポリアミド系、エポキシ系、ウレタン系等の熱硬化性樹脂、または、エポキシ系、ウレタン系等の光硬化性樹脂を用いることができる。無機皮膜は、例えば、ＳｉＯ_２皮膜、ガラス（ソーダガラス）皮膜、ＣｒＮ皮膜などを用いることができる（特許文献３）。

被覆ワイヤ３は、一方のワイヤリールボビン８から繰り出され、トラバーサを介して定トルクモーターやダンサローラ（デッドウェイト）等からなる張力付与機構７を経て、ワイヤガイド２に入っている。被覆ワイヤ３はもう一方の張力付与機構７’を経てワイヤリールボビン８’に巻き取られている。

加工液供給手段５はスラリチラー９、スラリタンク１０、ノズル１１等から構成される。ノズル１１はワイヤガイド２に巻回された被覆ワイヤ３の上方に配置されている。この、ノズル１１はスラリタンク１０に接続されており、加工液はスラリタンク１０で攪拌されスラリチラー９により温調された後ノズル１１から被覆ワイヤ３に供給できるようになっている。そして、加工液はワイヤ列４に乗りワークＷとワイヤ列４との接触部に送られる。また、供給された加工液はスラリタンク１０に戻り循環利用される。

また、ワイヤガイド２は鉄鋼製円筒の周囲にポリウレタン樹脂を圧入し、その表面に所定のピッチで溝を切ったローラーであり、駆動モータ１２によって、巻回された被覆ワイヤ３が軸方向に往復走行できるようになっている。ここで、被覆ワイヤ３を往復走行させる際、ワイヤ新線が供給されるように、被覆ワイヤ３の両方向への走行距離を同じにするのではなく、片方向への走行距離の方が長くなるようにする。このようにして、被覆ワイヤ３の往復走行を行いながら長い走行距離の方向に新線が供給される。

例えば、図２に示すように、Ａ方向に新線が供給されていく場合、図２中に示すＢ側がワイヤ操出側となり、Ｃ側がワイヤ巻取側となる。
また、図２に示すように、ワークＷよりワイヤ列４のワイヤ操出側（図２のＢ側）には被覆ワイヤ３の表面を粗面化するための粗面化部材１４及び、その粗面化部材１４を保持するための粗面化部材容器１３を有している。粗面化部材容器１３はステンレス製で、ワイヤガイド２を固定するブロック（不図示）に固定されており、その容器部はワイヤ列４側が開口されている。この粗面化部材容器１３の開口部に保持された粗面化部材１４と被覆ワイヤ３は接触できるようになっている。また粗面化部材容器１３内にはスプリング(不図示)が設置されており、粗面化部材１４が摩耗してもワイヤ列４方向に一定の押し圧で繰り出すことが可能である。

ワークＷの切断を行う際、ノズル１１からワークＷと被覆ワイヤ３との接触部に加工液を供給しつつ、ワーク送り手段６により保持されたワークＷを、走行するワイヤ列４に押し当てて切込み送りし、ワークＷをウェーハ状に切断する。この際、本発明ではワークＷよりワイヤ列４のワイヤ操出側（図２のＢ側）で、被覆ワイヤ３が粗面化部材１４に接触するため、ワークＷと接触する被覆ワイヤ３はその皮膜表面が粗面化しているものとなる。

このような本発明のワークの切断装置であれば、ワーク切断に使用される被覆ワイヤが、ワークに接触する前に粗面化部材と接触することで、被覆ワイヤ表面の皮膜が粗面化され、皮膜に食い込む砥粒数を大幅に増やすことができ、皮膜に食い込む砥粒の偏りが低減し、ワイヤの蛇行が減少する。従って、被覆ワイヤは直線的に切り進むことが可能となる。その結果、切り出したウェーハの表面粗さやダメージ深さにおいて良好な品質を得ることができると同時に、うねりや反りなどの全体形状を大幅に改善することができるものとなる。

このとき、粗面化部材１４が樹脂、シリコン、カーボン及びセラミックスのいずれかであることが好ましい。
このようにすれば、粗面化を均一にかつ容易に実施できるとともに、粗面化部材１４の摩耗を抑制することができ、粗面化部材１４の寿命が長くなり、コストを抑えることができるものとなる。

次に本発明のワークの切断方法について説明する。ここでは、図１に示すような切断装置１を用いた場合について述べる。
まず、図２に示すように、ワークＷよりワイヤ列４のワイヤ操出側に、粗面化部材容器１３で保持した粗面化部材１４が被覆ワイヤ３と接触できるように配置しておく。次に、ワーク送り手段６によりワークＷを保持する。そして、被覆ワイヤ３を張力付与機構７、７’によって張力を付与しながら軸方向へ往復走行させ、加工液供給手段５により被覆ワイヤ３への加工液供給を行った状態で、ワーク送り手段６によりワークＷを相対的に押し下げて、ワークＷをワイヤ列４に対して切り込み送りさせてワークＷを切断していく。

この際、ワークＷよりワイヤ列４のワイヤ操出側で、被覆ワイヤ３を粗面化部材１４に接触させることで、ワークＷと接触する前の被覆ワイヤ３の皮膜表面が常に粗面化している状態にする。ワイヤ操出側から供給される新線は、この方法で常に粗面化することができるがワークＷの切断開始直後から切断に用いるワイヤについて、例えば、ワイヤ交換した後のように、粗面化未実施のワイヤに対しても粗面化部材１４により事前に粗面化しておくことが好ましい。これは、本発明の装置を用いれば容易に実施することができる。

このようなワークの切断方法であれば、ワーク切断に使用される被覆ワイヤが、ワークに接触する前に粗面化部材と接触することで、被覆ワイヤ表面の皮膜が粗面化され、皮膜に食い込む砥粒数を大幅に増やすことができ、皮膜に食い込む砥粒の偏りが低減することで、ワイヤの蛇行が減少する。従って、被覆ワイヤは直線的に切り進むことが可能となる。その結果、切り出したウェーハの表面粗さやダメージ深さにおいて良好な品質を得ることができると同時に、うねりや反りなどの全体形状を大幅に改善することができる。

このとき、粗面化部材が樹脂、シリコン、カーボン及びセラミックスのいずれかであることが好ましい。
このような材質であれば、簡単かつ均一にワイヤを粗面化することができるとともに、過度に粗面化されないので、粗面化部材の摩耗を抑制することができ、粗面化部材の寿命が長くなり、コストを抑えることができる。

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、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例）
図１に示すような本発明の切断装置を用い、本発明のワークの切断方法に従ってワークの切断を行い、切り出したウェーハのうねりＷｔを測定した。ここで、切断するワークとして直径２００ｍｍ、長さ１６０ｍｍの単結晶シリコンインゴットを用いた。被覆ワイヤは芯線径０．１４ｍｍのピアノ線に膜厚１０μｍのポリアミド系樹脂皮膜を被覆したものを用いた。

また、被覆ワイヤが、ワイヤ操出側から前進および後退を繰り返しながら、ワイヤ巻取側に送られる往復走行を採用した。ここでワイヤの平均走行速度は６００ｍ／ｍｉｎ、ワイヤ新線を繰り出す供給速度は５ｍ／ｍｉｎに設定した。ワイヤ張力は張力付与機構で調節し、２５Ｎに設定した。

加工液として、平均粒径８μｍのダイヤモンドをグリコール系水溶液に懸濁させたスラリを用いた。また、スラリ中のダイヤモンド濃度は５質量％とした。また、粗面化部材として、単結晶シリコンを使用し、粗面化部材の押し圧は、ワイヤ１本に対して約０．０６ｋｇｆの荷重をかけた。これはワイヤ列が約２ｍｍたわむ値である。

まず、ワークの切断を開始する前に、粗面化部材との接触が無い被覆ワイヤと、粗面化部材と接触後でワークと接触前の被覆ワイヤの表面状態を評価した。
図３は、粗面化部材との接触が無い被覆ワイヤを示すＳＥＭ写真である。図３に示すように、粗面化部材との接触が無い被覆ワイヤは光沢のある滑らかな表面状態である。
図４は粗面化部材と接触後の被覆ワイヤを示すＳＥＭ写真である。図４に示すように粗面化部材に接触後の被覆ワイヤの表面には凹凸が付き、粗面化されたことが分かる。

次に、ワークを切断し、切り出したウェーハのうねりＷｔを測定した。うねりＷｔの測定は、触針式の粗さ計を用いた。測定長は１９０ｍｍで切断方向を測定した。測定後の数値処理は、ＪＩＳ’０１規格ろ波うねり、カットオフ０．８ｍｍ、ガウシアンフィルタを使用した。ウェーハのサンプリング方法はインゴットブロック内で両端のワイヤ操出側とワイヤ巻取側から各５枚を抜き取った。
（比較例）
切断装置が粗面化部材を具備していないこと、すなわち図３に示すように被覆ワイヤが粗面化されないままワークの切断を行うこと以外、実施例と同様な条件でワークの切断を行い、切り出したウェーハのうねりＷｔを測定した。

表１に、実施例、比較例の測定結果をまとめたもの示す。
比較例では、ワイヤ巻取側よりワイヤ操出側のうねりが劣る。これはインゴットブロックのワイヤ操出側から無垢の被覆ワイヤが入るためである。しかし、本発明の実施例では、被覆ワイヤ表面の砥粒キャリア樹脂皮膜を事前に粗面化しているため、インゴットブロック位置によるうねりの差も無くなり、比較例より約３０％のうねり改善を達成した。

実施例では粗面化部材として単結晶シリコンを使用したが、粗面化部材として樹脂、シリコン、カーボン及びセラミックスのいずれかを用いても同様の効果が得られることが確認された。

また、図４に示す被覆ワイヤは粗面化部材と４０回（２０往復）の接触があったため全面の粗面化が行われたが、接触回数が少なく粗面化が部分的であっても、粗面化された部分が主にワークの加工に関与するため同様の効果が得ら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…切断装置、２…ワイヤガイド、３…被覆ワイヤ、
４…ワイヤ列、５…加工液供給手段、６…ワーク送り手段、
７、７’…張力付与機構、８、８’…ワイヤリールボビン、
９…スラリチラー、１０…スラリタンク、１１…ノズル、
１２…駆動モータ、１３…粗面化部材容器、１４…粗面化部材、
Ｗ…ワーク。

Claims (4)

1. 複数のワイヤガイド間に螺旋状に巻回されたワイヤによって形成されるワイヤ列を軸方向に走行させ、円柱状ワークと前記ワイヤとの接触部に加工液を供給しながら、前記ワイヤ列に前記ワークを押し当てて切込み送りし、前記ワークをウェーハ状に切断するワークの切断方法であって、
   前記ワイヤはベースワイヤ表面に有機皮膜を被覆したものを用い、前記切断されるワークより前記ワイヤ列のワイヤ操出側に、前記ワイヤ表面を粗面化するための粗面化部材を配置し、前記粗面化部材としてワイヤ列方向に一定の押し圧で繰り出すことが可能なものを用い、前記ワイヤと前記粗面化部材を接触させることで、前記ワイヤ表面を粗面化させながら前記ワークを切断することを特徴としたワークの切断方法。
2. 前記粗面化部材を樹脂、シリコン、カーボン及びセラミックスのいずれかとすることを特徴とした請求項１に記載のワークの切断方法。
3. 複数のワイヤガイド間に螺旋状に巻回された軸方向に走行するワイヤによって形成されるワイヤ列と、円柱状ワークと前記ワイヤとの接触部に加工液を供給するノズルと、前記ワークを保持しつつ押圧することで前記ワークを前記ワイヤ列に押し当てるワーク送り手段を具備し、前記ノズルから前記ワークと前記ワイヤとの接触部に加工液を供給しつつ、前記ワーク送り手段により保持された前記ワークを、走行する前記ワイヤ列に押し当てて切込み送りし、前記ワークをウェーハ状に切断するワークの切断装置であって、
   前記ワイヤはベースワイヤ表面に有機皮膜を被覆したものであり、前記ワークより前記ワイヤ列のワイヤ操出側に、前記ワイヤ表面を粗面化するための粗面化部材を具備し、前記粗面化部材はワイヤ列方向に一定の押し圧で繰り出すことが可能なものであり、前記ワイヤと前記粗面化部材を接触させることで、前記ワイヤ表面を粗面化させながら前記ワークを切断するものであることを特徴としたワークの切断装置。
4. 前記粗面化部材が樹脂、シリコン、カーボン及びセラミックスのいずれかであることを特徴とした請求項３に記載のワークの切断装置。

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