(57)【要約】【課題】ワークからのウエハ（薄片）の切り出しをより効率良くかつ円滑に行う。【解決手段】遊離砥粒が混合されたスラリを高速走行する切断用ワイヤＷに供給しながら当該切断用ワイヤＷにワーク２８を押し付けて切断するワーク切断方法において、前記スラリとして直径０．０５μｍ以上１０μｍ未満の微小気泡を含むスラリを切断用ワイヤＷに供給するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒が混合された加工液であるスラリを高速走行する切断用ワイヤに供給しながら当該切断用ワイヤにワークを押し付けて切断するワーク切断方法において、
前記スラリとして直径０．０５μｍ以上１０μｍ未満の微小気泡を含むスラリを前記切断用ワイヤに供給することを特徴とするワーク切断方法。
【請求項２】
請求項１に記載のワーク切断方法において、
スラリ中に前記微小気泡を生成する工程と、前記微小気泡を含有するスラリを切断用ワイヤに供給して付着させる工程と、前記スラリが付着した切断用ワイヤにワークを押し付けて切断する工程と、を含むことを特徴とするワーク切断方法。
【請求項３】
ワークから複数枚のウエハを同時に切り出すためのワイヤソーであって、
複数のガイドローラに巻回された切断用ワイヤにより形成されるワイヤ群と、このワイヤ群をワイヤ軸方向に駆動するワイヤ駆動手段と、前記ワークを前記ワイヤ群に対して相対的に切断送りする送り手段と、砥粒が混合された加工液であるスラリ中に直径０．０５μｍ以上１０μｍ未満の微小気泡を生成する気泡生成手段と、前記微小気泡が生成された状態のスラリを前記切断用ワイヤに対して供給するスラリ供給手段と、を含むことを特徴とするワイヤソー。
【請求項４】
請求項３に記載のワイヤソーにおいて、
前記スラリは水性スラリであり、前記気泡生成手段は、前記スラリ中の水分を電気分解することにより当該スラリ中に前記微小気泡を生成することを特徴とするワイヤソー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料、セラミック、ガラス基板等の脆性材料を切断するワーク切断方法及びワイヤソーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から半導体インゴット等のワークをウエハ状に切り出す手段としてワイヤソーが知られている。この種のワイヤソーとして、テンションの掛けられた複数のワイヤを列状に配置して走行させ、走行するワイヤに遊離砥粒を含有するスラリを吹き付けながらワイヤの軸方向と直交する方向にワークを切断送りすることにより、複数枚のウエハを多数枚同時に切り出すように構成されたものが周知である（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のワイヤソーでは、ワークとワイヤとの接触部分に遊離砥粒を送り込み、ワークを摩滅させながらウエハを切り出すため、当該接触部分に送り込む遊離砥粒の量が切断性能（いわゆる切れ味）に直結する。従って、ワークとワイヤとの接触部分に砥粒をより円滑に送り込むことが、ワークを効率的に切断する上で重要となる。
【０００５】
他方、この種のワイヤソーでは、スラリ給排用設備（タンク内や配管内）にスラリの固着や汚れ成分の付着が生じ易くメンテナンスが面倒である。そのため、この点を改善することも望まれる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ワークとワイヤとの接触部分への砥粒の侵入促進を図ってより円滑かつ効率的にワークを切断すること、また、スラリ給排用設備（タンク内や配管内）へのスラリの固着や汚れ成分の付着を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、砥粒が混合された加工液であるスラリを高速走行する切断用ワイヤに供給しながら当該切断用ワイヤにワークを押し付けて切断するワーク切断方法において、前記スラリとして直径０．０５μｍ以上１０μｍ未満の微小気泡を含むスラリを前記切断用ワイヤに供給するようにしたものである。より具体的には、スラリ中に前記微小気泡を生成する工程と、前記微小気泡を含有するスラリを切断用ワイヤに供給して付着させる工程と、前記スラリが付着した切断用ワイヤにワークを押し付けて切断する工程と、を含む。
【０００８】
このように、スラリとして直径０．０５μｍ以上１０μｍ未満の微小気泡（いわゆるマイクロナノバブル又はナノバルブ）を含むものを切断用ワイヤに供給しながらワークを切断する方法によれば、微小気泡が界面活性剤として機能することによりワークの切断部分におけるスラリの流動性が向上し、ワークと切断用ワイヤとの接触部分（切断局所という）へのスラリの侵入が促進される。さらに、崩壊（縮爆）時に圧力波（衝撃波）が生じるという当該微小気泡の特性によってスラリ中の砥粒の動きが活発化し、このような微小気泡の崩壊がワークの切断部分で生じることで砥粒の切断局所への侵入が促進される。また、微小気泡（マイクロナノバブル又はナノバブル）による汚れ成分の捕捉作用や、気泡崩壊（縮爆）時の圧力波（衝撃波）の発生によって配管等への汚れ成分の付着やスラリの固着や良好に抑えられる。
【０００９】
一方、本発明のワイヤソーは、複数のガイドローラに巻回された切断用ワイヤにより形成されるワイヤ群と、このワイヤ群をワイヤ軸方向に駆動するワイヤ駆動手段と、前記ワークを前記ワイヤ群に対して相対的に切断送りする送り手段と、砥粒が混合された加工液であるスラリ中に直径０．０５μｍ以上１０μｍ未満の微小気泡を生成する気泡生成手段と、前記微小気泡が生成された状態のスラリを前記切断用ワイヤに対して供給するスラリ供給手段と、を含むものである。
【００１０】
このワイヤソーでは、高速駆動されるワイヤ群に対して砥粒を含むスラリが供給されながら当該ワイヤ群に対してワークが押し付けられる（切断送りされる）ことにより、当該ワークから複数枚のウエハが同時に切り出される。その際、気泡生成手段によって微小気泡が生成されることにより、直径０．０５μｍ以上１０μｍ未満の微小気泡（マイクロナノバブル又はナノバブル）を含有するスラリが切断用ワイヤに供給される。これによって切断局所への砥粒の侵入が促進され、ウエハの切り出しが円滑かつ効率的に行われる。
【００１１】
なお、前記スラリが水性スラリである場合には、例えば気泡生成手段は、前記スラリ中の水分を電気分解することにより当該スラリ中に前記微小気泡を生成する。この構成によれば、微小気泡として酸素又は水素を成分とした気泡を含有するスラリをワイヤ群に供給することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワークと切断用ワイヤとの接触部分への砥粒の侵入を促進させて、より円滑かつ効率的にワークを切断することができるようになる。また、スラリを供給するための配管設備への汚れ成分の付着やスラリの固着を効果的に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るワイヤソー（本発明に係るワーク切断方法が適用されるワイヤソー）の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】スラリを貯溜するタンクの構成（本発明に係る気泡生成装置の構成）を示す概略図である。
【図３】本発明を適用してシリコンインゴットを切断したときのＡＥ測定の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。
【００１５】
図１に示すワイヤソーは、一対のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂと、その間に配された４つのガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂを備えている。これらのガイドローラのうち、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂは互いに同じ高さ位置に配され、ガイドローラ２６Ａ，２６Ｂはそれぞれガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの下方の位置に配されている。
【００１６】
前記ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａとガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂとの間には、ワイヤ繰出し装置１０Ａに近い側から順に、固定プーリ１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ、ワイヤ長操作装置１８Ａ、可動プーリ２０Ａ、及び固定プーリ２２Ａが設けられている。同様に、前記ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ｂとガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂとの間には、ワイヤ巻取り装置１０Ｂに近い側から順に、固定プーリ１２Ｂ，１４Ｂ，１６Ｂ、ワイヤ長操作装置１８Ｂ、可動プーリ２０Ｂ、及び固定プーリ２２Ｂが設けられている。
【００１７】
各ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂは、ワイヤＷ（本発明の切断用ワイヤに相当する）が巻かれるボビン９Ａ，９Ｂと、これを回転駆動するボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂと、を備えている。一方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａのボビン９Ａから繰り出されたワイヤＷは、固定プーリ１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ、ワイヤ長操作装置１８Ａの可動プーリ２０Ａ、及び固定プーリ２２Ａの順に掛けられ、さらにガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ｂ，２６Ａの外側に複数回巻回された後、固定プーリ２２Ｂ、ワイヤ長操作装置１８Ｂの可動プーリ２０Ｂ、固定プーリ１６Ｂ，１４Ｂ，１２Ｂの順に掛けられ、他方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ｂのボビン９Ｂに巻き取られるとともに、両ワイヤ長操作装置１８Ａ，１８ＢによってワイヤＷに適当な張力が与えられるようになっている。そして、ワイヤＷは複数のガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ｂ，２６Ａに複数列に渡って平行状態を保つように巻かれ、切断領域Ｃを形成している。
【００１８】
ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ｂ，２６Ａのうち、下側のガイドローラ２６Ａ，２６Ｂの回転軸には、それぞれ、当該ガイドローラ２６Ａ，２６Ｂを個別に回転駆動するメインモータ２５Ａ，２５Ｂが連結されている。そして、各ボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂによるボビン９Ａ，９Ｂの回転駆動方向及びメインモータ２５Ａ，２５Ｂによるガイドローラ２６Ａ，２６Ｂの回転駆動方向が正逆に切換えられることにより、ワイヤＷがボビン９Ａから繰り出されてボビン９Ｂに巻き取られる状態と、ソーワイヤＷがボビン９Ｂから繰り出されてボビン９Ａに巻き取られる状態とに切換えられるようになっている。すなわち、このワイヤソーでは、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に互いに平行状態を保って並んだ多数本のワイヤＷ（ワイヤ群）がその軸方向に一体に往復駆動される。
【００１９】
これらのガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られたワイヤＷの上方には、円柱状のワーク（例えば半導体インゴット）２８を移動させるワーク送り装置３０が設けられている。
【００２０】
このワーク送り装置３０は、ワーク保持部３２と、ワーク送りモータ３４とを備えている。ワーク保持部３２は、前記ワーク２８をその結晶軸に基づいて目的の結晶方位が得られる向きに保持するものであり、ワーク送りモータ３４は、図略のボールネジとの組み合わせにより、前記ワーク保持部３２とワーク２８とを一体に昇降させる（すなわち切断送りする）ものである。
【００２１】
ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られたワイヤＷの上方において、前記切断領域Ｃの左右両側の位置にはノズル３６Ａ，３６Ｂ（本発明のスラリ供給手段に相当する）が設けられている。これらのノズル３６Ａ，３６Ｂは、高速駆動されるワイヤＷに対し、スラリを供給し、これをワイヤＷ表面に付着させるものである。なお、スラリは、遊離砥粒が混合された加工液であり、当実施形態では水分を３０％程度含んだ水性スラリが用いられている。
【００２２】
スラリの供給系統は、前記ノズル３６Ａ，３６Ｂ、タンク４０、送液用配管４２、液回収パン４６及び回収用配管４８等を含み、タンク４０内に貯溜されたスラリを、ポンプ４３により送液用配管４２を通じて各ノズル３６Ａ，３６Ｂに送液しつつワイヤＷに供給する一方で、ワイヤＷ等から滴下するスラリを回収パン４６で捕集しつつ回収用配管４８を通じてタンク４０に戻す構成となっている。つまり、当実施形態では、スラリを循環させながら繰り返し使用できるようにスラリの供給系統が構成されている。なお、送液用配管４２には、ワイヤＷに供給するスラリを所定温度に温調するための熱交換器４４およびノズル３６Ａ，３６Ｂからのスラリの吐出量を制御するための流量制御弁４５Ａ，４５Ｂ等が介設されている。また、送液用配管４２及び回収用配管４８には、スラリ中の切粉等を捕集するための図外のフィルタ等が介設されている。
【００２３】
前記供給系統は、さらにノズル３６Ａ，３６Ｂに送液されるスラリ中に微小気泡を生成するための気泡生成装置（本発明に係る気泡生成手段に相当する）を含んでいる。
【００２４】
この気泡生成装置は、図２に示すように、前記タンク４０と、このタンク４０内のスラリに浸漬される第１電極５０Ａ及び第２電極５０Ｂと、第１電極５０Ａに電圧を印加する電源５２等とを有している。各電極５０Ａ，５０Ｂは、金属やカーボン等の導電性部材にフッ素樹脂やポリウレタン樹脂等の絶縁体又は誘導体からなる被覆が施されたもので、第１電極５０Ａについてのみその先端部分に導電性部材が露出している。また、電源５２は、パルス電圧（方形波の交流電圧）、具体的にはピーク電圧が＋側のみのパルス電圧を第１電極５０Ａに印加するように構成されている。この構成により、第１電極５０Ａにパルス電圧を印加すると、タンク４０に貯溜されたスラリ中の水分が分解され、第１電極５０Ａの先端から酸素を成分とする微小気泡が発生してスラリ中に分散される。
【００２５】
なお、気泡生成装置により生成される前記微小気泡の大きさ（気泡径）は、第１電極５０Ａに印加されるパルス電圧の周波数及びパルス幅に依存しており、当実施形態では、直径１μｍ（１０−６ｍ）未満、好ましくは直径１００ｎｍ（１０−７ｍ）程度の微小気泡（ナノバブル）を生成するように前記パルス電圧の周波数及びパルス幅が設定されている。
【００２６】
以上のようなワイヤソーでは、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られた複数本のワイヤＷ（ワイヤ群）がその長手方向に同時に高速駆動され、かつこれらのワイヤＷに前記ノズル３６Ａ，３６Ｂからスラリが供給された状態で、これらワイヤＷに対してワーク２８がワイヤ軸方向と略直交しかつ配列方向と略直交する方向に切断送りされることにより、ワーク２８から一度に多数枚のウエハが同時に切り出されることとなる。そして、このワーク２８の切断に際して、上記のように微小気泡（ナノバブル）を含有したスラリがワイヤＷに対して供給されていることにより、ワーク２８の切断が円滑、かつ効率的に行われる。すなわち、微小気泡が界面活性剤として機能することによりワーク２８の切断部分におけるスラリの流動性が良くなり、これによりワーク２８とワイヤＷとの接触部分（切断局所という）へのスラリの侵入が促進される。そしてさらに、上記微小気泡の有する特性、例えば微小気泡が崩壊（縮爆）する際に圧力波（衝撃波）が生じることにより、スラリ内の砥粒の動きが活発化し、このような微小気泡の崩壊がワーク２８の切断部分で生じることで、切断局所への砥粒の侵入がさらに促進される。従って、微小気泡を含有しないスラリを用いる場合に比べると、スラリ中のより多くの砥粒が効果的に切断局所に送り込まれることとなり、その結果、切断性能（切れ味）が高められてワーク２８の切断が円滑、かつ効率的に行われることとなる。
【００２７】
また、このワイヤソーによると、上記のような微小気泡（ナノバブル）を含有したスラリを用いているため、タンク４０等、供給系統各所への汚れ成分の付着（固着）を抑制することができるという利点もある。すなわち、上記のような微小気泡（ナノバブル）はそれ自体、表面の活性が高く、汚れ成分を捕捉し易いという特性を有する。そのため、スラリ中の汚れ成分が微小気泡によって捕捉されて凝集し、この凝集した汚れ成分が各配管４２，４８に介設されたフィルタによって除去されることにより、タンク４０等、供給系統各所への汚れ成分の付着（固着）が効果的に抑制される。また、上述したような微小気泡の崩壊（縮爆）はタンク４０等、供給系統各所でも生じるため、タンク４０等の壁面で微小気泡が崩壊（縮爆）して圧力波（衝撃波）が生じることで、当該壁面に付着した汚れ成分等の除去効果を得ることもできる。その結果、タンク４０等、供給系統各所への汚れ成分の付着（固着）を効果的に抑制することができる。
【００２８】
なお、上述したワイヤソーは、本発明に係るワイヤソー（本発明に係るワーク切断方法が実施されるワイヤソー）の好ましい実施形態の一例であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００２９】
例えば、上記実施形態では、酸素を成分とする微小気泡を含有するスラリ以外に、水素を成分とする微小気泡、又は水素を成分する微小気泡と酸素を成分とする微小気泡の双方を含むスラリを用いるようにしてもよい。例えば実施形態の気泡生成装置において、ピーク電圧が−側のみのパルス電圧を第１電極５０Ａに印加すれば、水素を成分とする微小気泡をスラリ中に生成、分散させることが可能となり、また、ピーク電圧が交互に＋側と−側とに入れ替わるパルス電圧を第１電極５０Ａに印加すれば、水素を成分とする微小気泡と酸素を成分とする微小気泡の双方をスラリ中に生成、分散させることが可能となる。
【００３０】
また、実施形態では、スラリ中に微小気泡を生成する気泡生成装置として、タンク４０内のスラリを電気分解する構成のものを適用しているが、気泡生成装置の具体的な構成は、スラリ中に微小気泡を生成できれば実施形態の構成に限定されるものではない。例えば周方向に複数の開口部が並びかつ高速で回転駆動されるスリット板と、このスリット板に対してその回転軸に沿った方向に空気と共にスラリを噴射するノズル部材とを備え、空気と共に噴射されたスラリをスリット板でカットすることによってスラリ中に空気を成分とする微小気泡を生成、分散させるような気泡生成装置を適用してもよい。
【実施例】
【００３１】
ワイヤソーによるワーク切断時の切断抵抗と弾性波（Acoustic Emission）との間には相関関係がある。図３は、図１と同様のワイヤソーを用いてシリコンインゴットを切断したときのＡＥ波の測定結果であり、同図中の実施例１，２は、微小気泡を含有する水性スラリを用いた場合、実施例３（比較例であるが、便宜上実施例という）は、微小気泡を含まない水性スラリを用いた場合のそれぞれの測定結果である。
【００３２】
ＡＥ測定は、ワーク送り装置３０のインゴット支持部材にＡＥセンサを設置し、切断中のＡＥ波信号をモニタリングすることにより行った。図３は、ワイヤＷの一往復時のＡＥ出力を示している。各実施例１，２で使用するスラリの主成分は共通であり、水及びグリコールからなる液体成分に所定の割合で遊離砥粒が含有されている。実施例１，２では、第１電極５０Ａに対して＋のピーク電圧（８ｋＶ）を有するパルス電圧を印加することによりスラリ中に酸素成分の微小気泡を生成させた。また、実施例１，２は、パルス電圧のピーク値を一定とし、周波数（又はパルス幅）を変更することによりスラリに含有される気泡径を変更した。なお、生成される微小気泡の気泡径は周波数が高いほど小さくなる傾向があり、実施例１では８０００Ｈｚ、実施例２では４０００Ｈｚのパルス電圧をそれぞれ印加した。この場合、実施例１では、スラリ中に含有される微小気泡の気泡径は０．０５μｍ以上５μｍ以下の範囲であり、特に０．０５μｍ以上１μｍ以下の微小気泡の割合が高かった。実施例２では、スラリ中に含有される微小気泡の気泡径は０．１μｍ以上５μｍ以下の範囲であり、特に２μｍ以上５μｍ以下の微小気泡の割合が高かった。
【００３３】
この測定結果に示すように、微小気泡を含有するスラリ（実施例１，２）では、微小気泡を含有しないスラリ（実施例３）に比べてＡＥ値が低下しており、円滑に切断が行われていることが考察できる。これは、上述した通り、微小気泡を含むことでスラリ中の砥粒が効果的にワークとワイヤＷとの接触部分に送り込まれて切断性能（切れ味）が高められたためと考えられる。なお、この測定結果に示すように、気泡を含有するスラリを使用した場合でも、気泡径が大きくなるとＡＥ値の低下率が低くなっているが、これは気泡径が大きくなると気泡が浮上し易くなってスラリ中への滞留時間が短くなるためであり、実施例では記載されていないが、気泡径が１０μｍ以上の気泡を含有するスラリを用いた場合のＡＥ測定値は気泡を含有しないスラリを用いた場合の結果と同等の値となった。この点から、スラリ中に含有される気泡径は、より小さいほど有効と考えられるが、気泡径０．０５μｍ未満の気泡を生成するには、特殊な気泡生成装置が必要となり実施が困難となるため、この点を考慮すると、スラリ中に含有される気泡径は０．０５μｍ以上１０μｍ未満であるのが望ましいと考えらえる。
【符号の説明】
【００３４】
２８  ワーク
３６Ａ，３６Ｂ  ノズル
４０  タンク
４２  送液用配管
４３  ポンプ
４８  回収用配管
Ｗ  ワイヤ
【図１】
2010172993.tif 000003
【図２】
2010172993.tif 000004
【図３】
2010172993.tif 000005