JPH09254142A - 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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- JPH09254142A JPH09254142A JP9616396A JP9616396A JPH09254142A JP H09254142 A JPH09254142 A JP H09254142A JP 9616396 A JP9616396 A JP 9616396A JP 9616396 A JP9616396 A JP 9616396A JP H09254142 A JPH09254142 A JP H09254142A
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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
クへの切断用スラリー供給量を変化させる、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の切断用スラリー供給量を変化さ
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の切断用スラリー供給量を変化
させることを特徴とする。
断する方法は、円柱形ワークの切断長の増加とともにワ
ークに対するスラリー供給量を増加させ、次いで切断長
の減少とともにワークに対するスラリー供給量を減少さ
せるのが好ましく(請求項2)、また、スラリー供給量
の変化率の大きさを円柱形ワークの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供給量増加率に
比べ、円柱形ワークの中心部切断時から切断終了時まで
のスラリー供給量減少率を小さくするのが好ましい(請
求項3)。
給量の変化は、ワイヤー列に供給するスラリーの流量あ
るいはスラリーの供給位置を変化させることにより行う
ことができる(請求項4、請求項5)。
の変化は、スラリー供給位置をワーク近接位置からワー
クと反対方向のローラ直径末端位置の範囲で、ワイヤー
に沿って移動させることにより行うのが有効であり(請
求項6)、この場合にはスラリー供給位置を、切断開始
時にワークからの距離が最大とし、切断長の増加ととも
にワーク側へ移動させ、切断長が最大となったときにス
ラリー供給位置を最もワークに近接するようにし、次い
で切断長の減少とともにワークと反対方向へ移動させる
のがよい(請求項7)。
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の切断用スラリー供給量を変化さ
せる手段を備えたことを特徴とするものであり(請求項
8)、ワークへの切断用スラリー供給量を変化させる手
段は、スラリーの流量を変化させる手段もしくはスラリ
ーの供給位置を変化させる手段を用いることができる
(請求項9、請求項10)。そして、このスラリーの供
給位置を変化させる手段は、スラリー供給ノズルをワイ
ヤーに沿ってワークに対し遠近動させるものとすること
ができる(請求項11)。
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ワークに対す
るスラリーの供給量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
本発明の第1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。さらに、図4は本発明の第2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。
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。ワイヤー1
2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を介して一定の線速で巻き取られる時
に、図示しない研磨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。
た、本発明の第1の実施形態を示した断面概略図であ
る。研磨スラリーは、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、50
B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10B
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。
スラリー供給ノズル50Aあるいは50Bから供給され
るスラリーの流量を、ワーク40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
って、ワークへのスラリー供給量を変化させる。スラリ
ーの流量は切断開始時に最も少ない量とし、切断長の増
加に伴って増加させ、次いで切断長の減少に伴って減少
させるように変化させる。切断長の検出は、ワイヤー1
2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。スラリー流量の変化は、 スラリータンク(図示せ
ず)からスラリー供給ノズル50Aあるいは50Bへス
ラリーを圧送するスラリー供給ポンプの吐出量を変化さ
せる、あるいはスラリータンクとスラリー供給ノズル5
0Aあるいは50Bとの間に流量制御装置を設けること
によって行うことができる。
に示すようにスラリー供給ノズル50Aあるいは50B
を、ワイヤーに沿って、ワークに対して遠近動が可能な
構造とし、スラリーの供給位置をワーク40の切断長に
応じて変化させることによって、ワークへのスラリー供
給量を変化させるものである。スラリー供給ノズル50
Aあるいは50Bの位置は、切断開始時に最もワーク4
0の反対方向に遠ざけた位置(例えば、52Aあるいは
52Bの位置)とし、切断長の増加に伴ってワーク側に
移動させ、ワーク中心部を切断するときに最もワークに
近接する位置(例えば、54Aあるいは54Bの位置)
にして、次いで切断長の減少に伴いワーク40の反対方
向に移動させる。切断長の検出は、前述と同様にワイヤ
ー12に対するワーク40の位置関係から検出する。ス
ラリー供給ノズルの移動機構56Aあるいは56Bとし
ては、それぞれのノズルに取り付けた駆動用モーターと
移動位置確認用エンコーダーの組み合わせ等によって行
うことが好ましい。
を、ローラ10A、10Bの中心線の直上の位置から、
ワーク40と反対方向に移動することによって、スラリ
ーの落下位置がローラー10Aあるいは10Bの外側に
なり、滴下されたスラリーの一部がローラーの回転の遠
心力によって飛散し、ワーク40に供給されるスラリー
の量が、スラリーをローラー10Aあるいは10Bの中
心線の直上に落下させた場合に比べ減少する。ワーク4
0の切断部に供給されるスラリー量は、スラリーの落下
位置をローラー10A、10B直径末端位置(52Aあ
るいは52Bの位置)としたときに最小となるが、切断
開始時に必要なスラリーの供給量を確保するためにはロ
ーラー中心線上から0.9r 程度外側までにすることが
好ましい(rはローラー10A、10Bの半径)。スラ
リーの飛散量は、例えば、スラリーの落下位置をローラ
ー中心線から0.5r外側の位置としたときに、ノズル
からの供給量の約50%となる。
を、ワーク40方向に移動することによって、ワーク4
0の切断部に供給されるスラリー量を増加させることが
できる。そして、スラリー供給ノズルをワーク近接位置
54A、54Bの位置にした時、ワークへのスラリー供
給量は最大となる。このように、スラリー供給位置をワ
ーク近接位置からワークと反対方向のローラ直径末端位
置の範囲で、ワイヤーに沿って移動させることによっ
て、ワークの切断部へ供給するスラリー量を自在に調
整、変化させることができる。
用いて、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。図5に示すようなスラリー流量
変化のパターンで行ったが、このパターンはスラリー供
給ポンプの吐出量を、切断開始時には50l/分、インゴ
ット中心部の切断時には120l/分、切断終了時には7
0l/分と変化させたものである。この図5に示す条件で
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3m
m)4点の計5点で測定し、最大値と最小値の差TV5
を求めた。
イヤーソーを用いて、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。スラリーの流量は
切断開始から終了まで120l/分で一定とし、図7に示
すようなスラリー供給位置のパターンで行ったが、この
パターンはスラリー供給位置を、切断開始時にはローラ
ー中心線上からワークの反対方向に0.9r の距離の位
置とし、インゴット中心部の切断時にはローラー中心線
上とし、切断終了時にはローラー中心線上からワークの
反対方向に0.6r の距離の位置としたものである。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、
前記同様図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。
ヤーソーを用いて、スラリー流量を切断開始から終了ま
で120l/分で一定とした以外は実施例1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5本の切断を行い、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。
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、その形態に応じて同
様に適用できる。
を変化させる場合と、スラリーを供給する位置を変化さ
せる場合とを、区別して実施例をあげて説明したが、ス
ラリー流量の変化と、供給位置の変化を同時に行い、よ
りきめ細かなスラリー供給量の制御をしてもよい。
ソー及び円柱形ワークの切断方法では、ワークに供給す
るスラリーの量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。
の断面を示す概略図である。
の断面を示す概略図である。
けるスラリー流量の変化のパターンを示す図である。
図である。
ラリー供給位置の変化のパターンを示す図である。
ラリー供給ノズル、 56A、56B…スラリー供給ノズル移動機構。 r…ローラー半径。
Claims (11)
- 【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
クへの切断用スラリー供給量を変化させる、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
にワークに対するスラリー供給量を増加させ、次いで切
断長の減少とともにワークに対するスラリー供給量を減
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】 前記スラリー供給量の変化率の大きさ
を、前記円柱形ワークの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供給量増加率に比べ、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
供給量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】 前記円柱形ワークへのスラリー供給量の
変化は、ワイヤー列に供給するスラリーの流量を変化さ
せることにより行う、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】 前記円柱形ワークへのスラリー供給量の
変化は、ワイヤー列に供給するスラリーの供給位置を変
化させることにより行う、ことを特徴とする請求項1な
いし請求項4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6】 前記円柱形ワークへのスラリー供給位置
の変化は、スラリー供給位置をワーク近接位置からワー
クと反対方向のローラ直径末端位置の範囲で、ワイヤー
に沿って移動させるものである、ことを特徴とする請求
項5に記載の円柱形ワークを切断する方法。 - 【請求項7】 前記円柱形ワークへのスラリー供給位置
の変化は、スラリー供給位置を、切断開始時にワークか
らの距離が最大とし、切断長の増加とともにワーク側へ
移動させ、切断長が最大となったときにスラリー供給位
置を最もワークに近接するようにし、次いで切断長の減
少とともにワークと反対方向へ移動させるものである、
ことを特徴とする請求項5または請求項6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8】 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の切断用
スラリー供給量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9】 前記切断用スラリーの供給量を変化させ
る手段が、スラリーの流量を変化させるものである、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】 前記切断用スラリーの供給量を変化さ
せる手段が、スラリーの供給位置を変化させるものであ
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】 前記スラリーの供給位置を変化させる
手段が、スラリー供給ノズルをワイヤーに沿ってワーク
に対し遠近動させるものである、ことを特徴とする請求
項10に記載の円柱形ワーク切断用ワイヤーソー。
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