(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ送り出し側からワイヤ受け取り側に向けて所定の速度で新線が供給されるワイヤにワークを圧接し、この圧接部に砥粒スラリーを供給しつつワークを切断するようにしたワークの切断方法において、切断負荷（（ワークの切断長）×（ワークの加工送り速度））を一定に保つよう加工送り速度を調整しつつ、前記ワイヤの新線供給速度は切断負荷を一定にした時に加工の進行に連れてウェーハの厚みが増える分を補償するように直線的に変化するようにしたことを特徴とするワイヤソーによるワーク切断方法。
【請求項２】
請求項１に記載のワイヤソーによるワーク切断方法において、前記新線の供給は、ワイヤを所定のタイミングで往復動させつつ供給する往復動供給方式であることを特徴とするワイヤソーによるワーク切断方法。
【請求項３】
ワイヤ送り出し側からワイヤ受け取り側に向けて所定の速度で新線を供給するワイヤ供給駆動手段と、このワイヤにワークを圧接するワーク圧接手段と、圧接部に砥粒スラリーを供給するスラリー供給手段と、前記ワイヤ供給駆動手段を制御する制御手段を備えたワーク切断装置であって、前記制御手段は、切断負荷を一定にした時に加工の進行に連れてウェーハの厚みが増える分を補償するように直線的に新線供給速度を制御することを特徴とするワイヤソーによるワーク切断装置。
【請求項４】
請求項３に記載のワイヤソーによるワーク切断装置において、前記ワイヤ供給駆動手段による新線の供給は、ワイヤの送り方向を所定のタイミングで反転させつつ供給する往復動供給方式であることを特徴とするワイヤソーによるワーク切断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体シリコンインゴットをウェーハに切断する技術の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば半導体シリコンインゴットからウェーハを切出すようなワーク切断方法において、一対のローラ間を長手方向に一定幅間隔で同時に移動する複数の細い鋼線ワイヤにインゴットを圧接し、この圧接部に微細な砥粒を油性又は水溶性のクーラントで懸濁した砥粒スラリーを供給しながら複数のウェーハを同時に切出すワイヤソーのような切断方法が知られている。そしてこの方法は、同時に多数のウェーハを切出すことが出来るため、従来の内周刃スライサー等に代って多用されるようになっている。
【０００３】
この際、ワイヤの移動方法として、ワイヤ送り出し部からワイヤ受け取り部に向けてワイヤを一定の線速度で移動させて切断する方法（ワイヤの一方向送り切断）と、ワイヤの線速度を一定に保持したままワイヤの移動方向を所定のタイミングで逆転させて切断する方法（ワイヤの往復動切断）とがあり、後者の場合は、例えばワイヤ線速度を５００m/min とした時に、順方向に３６sec 移動させた後、逆方向に２４sec 移動させ、これを繰り返すことで、実質１００m/min （５００m/min ×（３６−２４）／（３６＋２４））の速度で順方向に移動させるような方式で、この実質の送り速度を新線供給速度と呼び、一般にこれを一定に保持するようにしている。
因みに、前者のようなワイヤの一方向送り切断では、ワイヤの線速度がそのまま新線供給速度になるが、この方式では新線の消費量が激しくコスト高になるため、通常、後者の往復動切断方式が一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の方法で切断すると、切断方向に沿って切断表面がテーパ状に変化し、切出したウェーハの厚みが切断方向に沿って変化するという問題があった。
そしてこのウェーハの厚みが異なる傾向は、特にワイヤソーで切断した場合の方が従来の内周刃スライサー等で切断した場合に較べて顕著であり、例えば１枚のウェーハで１０μｍ以上にも達するため、後工程でのラップ取代が大きくなる等の不具合があった。
【０００５】
そしてこのようにウェーハの厚みが変化する要因として、ワイヤ自体の摩耗量の変化が考えられた。すなわち、ワイヤ自体も砥粒の作用によって摩耗し、このワイヤの摩耗量が図９に示すような切断幅ｄに影響を与え、切断幅ｄの広狭によって切断面又は厚みがテーパ状に変化するのではないかということである。そして一般的にワイヤの摩耗量が多くてワイヤ径が細くなれば、切断幅ｄが狭くなってウェーハの厚みは厚くなりがちであり、ワイヤの摩耗量が少なければ、切断幅ｄが広がってウェーハの厚みは薄くなりがちになると思われる。
【０００６】
そこでこのようなワイヤの摩耗量の変化は、特にワイヤにかかる切断負荷（ワーク切断長×ワーク加工送り速度）によって大きく左右されるものと考えられるため、ワイヤにかかる切断負荷を一定に保つよう、例えばワークの加工送り速度を制御して切断負荷を一定に保持して加工すれば、ワイヤの摩耗量が一定になると考えられる。そこで、例えば切断負荷を一定にするよう加工送り速度を調整しながら加工すると、例えば図８の典型例に示すように、切断開始部および終了部のテーパ急変部分を除いても厚みの差が８〜１０μｍにも達するテーパ形状で切出され、依然テーパ形状を改善することが出来なかった。そしてこのテーパ形状は砥粒の減耗による影響ではないかと考えられた。
尚、図８は、縦軸がウェーハの厚みであり、横軸が切断深さ（左方が切り始めで右方が切り終わり）である。
【０００７】
そこで、ワイヤソーを用いた切断において、ワークの厚みとか切断面が切断方向に沿ってテーパ状に変化するような不具合を是正する手段が望まれていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、ワイヤ送り出し側からワイヤ受け取り側に向けて所定の速度で新線が供給されるワイヤにワークを圧接し、この圧接部に砥粒スラリーを供給しつつワークを切断するようにしたワークの切断方法において、ワイヤの新線供給速度をワイヤの摩耗量と砥粒の減耗度によって制御し、この制御によってワイヤの摩耗量が砥粒の減耗分を補償しつつ直線的に変化するようにした。
またこの装置として、ワイヤ送り出し側からワイヤ受け取り側に向けて所定の速度で新線を供給するワイヤ供給駆動手段と、このワイヤにワークを圧接するワーク圧接手段と、圧接部に砥粒スラリーを供給するスラリー供給手段と、前記ワイヤ供給駆動手段を制御する制御手段を設け、この制御手段によって新線供給速度を制御するようにした。
【０００９】
すなわち、例えば切断負荷を一定にすることでワイヤの摩耗量を一定にしただけでは、図８に示すように、加工の進行に連れてウェーハの厚みが増えており、これは、切断幅が狭く（加工取代が少なく）なっていくことを示している。そしてこの原因として砥粒の減耗等が考えられた。すなわち、一般的に砥粒の径が大きいうちは、切断幅が広く（加工取代が多く）、逆に砥粒が潰れて砥粒の径が小さくなれば切断幅が狭まる（加工取代が少なくなる）ものと考えられる。また、加工の進行に連れてワイヤに粘性付着する砥粒スラリーの切断溝内への持込み量が減少することも考えられる。
【００１０】
そこで、この切断幅（加工取代）に大きく影響を与えるワイヤの摩耗量と砥粒の減耗度によって新線供給速度を制御し、切断幅（加工取代）を一定に保つ。
ここで、新線供給速度を一定に保つ方法は、例えばワイヤの往復動切断の場合であれば、一定の往復動サイクルの内で順方向と逆方向の時間の比率を変化させる。
【００１１】
また本発明の切断方法及び切断装置では、前記新線供給速度を、
ワイヤ摩耗量＝ｋ×（切断負荷／新線供給速度）
の関係式に基づいて制御するようにした。
ここで、切断負荷＝（ワークの切断長）×（ワークの加工送り速度）、ｋは係数である。
【００１２】
そして上記の関係式は本発明者が見出したものであり、この式は、ワイヤ摩耗量は、切断負荷が大きくなるとこれに比例して増大し、新線供給速度が高まるとこれに反比例して減少することを示している。
従って、切断負荷が定まり、また砥粒の減耗分を補償した理想的なワイヤ摩耗量が求まれば、上記関係式から理想的な新線供給速度を求めることが出来る。そしてこの理想的な新線供給速度に近似させて新線供給速度を制御すれば、切断幅（加工取代）を一定に保つことが出来る。
【００１３】
また、本発明の切断方法及び切断装置では、新線の供給方式として、ワイヤを所定のタイミングで往復動させつつ供給する往復動供給方式とした。
そして、このような往復動方式によってワイヤの消費を効率的に抑えることが出来る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。ここで図１はワイヤソーによる切断装置の構成概要図、図２は理想的なワーク切断方法を説明する説明図、図３はワーク切断方法の実施例の説明図、図４は切断負荷を説明するための説明図、図５は新線供給速度を説明するための説明図である。
【００１５】
本発明のワイヤソーによるワーク切断装置は、例えば単結晶引上法によって製造されたシリコンインゴットからウェーハを切出す装置として構成され、図１に示すように、ワイヤ送り出し部Ａから延出する１本の鋼線ワイヤ１を３本のローラ２、３、４の周囲に所定ピッチで螺旋状に巻き付けた後、ワイヤ受け取り部Ｂに向けて延出させるようにしており、下方のローラ２を駆動ローラとしてワイヤ１を所定の線速度で移動させるとともに、上方の２本のローラ３、４を同一高さで配置し、このローラ３、４間を加工部５としている。
【００１６】
すなわち、この加工部５の上方には、ワーク圧接手段としてのワークホルダ６と、加工部５に向けて砥粒スラリー（微細な砥粒を油性又は水溶性のクーラントで懸濁したスラリー）を供給するノズル７、７が配設されており、前記ワークホルダ６はインゴットＷを保持し得るようにされるとともに、不図示の昇降手段によって上下動可能とされている。
また、加工部５の下方には、砥粒スラリーを受けるためのスラリー受け８が配設されている。
【００１７】
そして、前記駆動ローラ２は、ワイヤ供給駆動手段としての駆動モータ１０によって回転自在とされており、この駆動モータ１０は、予めプログラミングされた方式に従って制御する制御手段１１に接続されている。そしてこの制御手段１１によって、駆動モータ１０は所定のタイミングで回転方向が逆転するようにされ、ワイヤ１が往復動しながら実質上所定の移動速度（新線供給速度）でワイヤ送り出し部Ａからワイヤ受け取り部Ｂに向けて供給されるようにしている。
【００１８】
この新線供給速度は、例えば図５に示すように制御される。すなわち、ワイヤ線速度が５００m/min である場合に、例えば（Ａ）に示すように順方向に３６sec 移動させた後、逆方向に２４sec 移動させ、これを繰り返すことで、実質１００m/min （５００m/min ×（３６−２４）／（３６＋２４））の速度で順方向に移動させることが出来、これが新線供給速度となる。
次に線速度を一定（５００m/min ）に保ったまま、例えば（Ｂ）に示すように、順方向に３２．４sec 移動させた後、逆方向に２７．６sec 移動させ、これを繰り返すことで、実質４０m/min （５００m/min ×（３２．４−２７．６）／（３２．４＋２７．６））の速度で順方向に移動させることが出来、これが新線供給速度となる。
このように回転方向の逆転タイミングを調整することで、新線供給速度を任意に変えることが出来る。尚、この新線供給速度は後述する理想的なワイヤ摩耗量に基づいて制御するようにしている。
【００１９】
また加工部５では、前記ワークホルダ６を降下させてインゴットＷを移動するワイヤ１に向けて圧接し、この圧接部に砥粒スラリーを供給しながら切断加工するが、本実施例では、図６に示すように、インゴットＷの上面と下面にガラス当て板Ｇ、Ｇを接着して切断を行っている。このガラス当て板Ｇ、Ｇのうち、例えばワークホルダ６側（上方）のガラス当て板Ｇは、切出したウェーハが下方に落下しないよう切断後も保持する機能をも有するものであるが、本実施例では、切断開始時と切断終了時の切断負荷の急激な変化を避ける機能も果たさせるようにしている。そこで、この切断負荷について図４に基づき説明する。
【００２０】
切断負荷とは、インゴットＷをワイヤ１で切断する時にワイヤ１にかかる負荷であり、断面円形のインゴットＷを切断する場合、図４（Ａ）に示すような切断弦長と、（Ｂ）に示すような加工送り速度（インゴット送り速度）との乗数で、（Ｃ）図のように表わされる。そして、本実施形態では、（Ｂ）の加工送り速度（インゴット送り速度）を変化させることで、（Ｃ）に示すように切断負荷が一定になるようにしているが、切断開始時と切断終了時では加工送り速度を無限大にすることが不可能なため、切断開始時と切断終了時の切断負荷を一定にすることは出来ず、切断負荷の急激な変化は避けられない。
【００２１】
そこで、本案の場合は、上記のような切断開始と終了時の切断負荷の急変を避けるため、前記のように上下にガラス当て板Ｇ、Ｇを接着し、このガラス当て板Ｇ、Ｇと共に切断するようにしている。因みに、上方のガラス当て板Ｇは、切断したウェーハを保持しておくため、下面の一部だけが切込まれた状態で切断を停止するようにしている。
【００２２】
ところで、本発明者は、上記のような切断負荷と新線供給速度とワイヤ摩耗量の間に、ワイヤ摩耗量＝ｋ×（切断負荷／新線供給速度）の関係が成り立つことを見出した。ここでｋは係数である。
すなわち、切断負荷が大きくなると、それに比例してワイヤ摩耗量が大きくなり、新線供給速度が増せば、それに反比例してワイヤ摩耗量が少なくなるということである。
【００２３】
この際、切断幅ｄ（図９）はワイヤ摩耗量によって変化し、例えばワイヤ摩耗量が多い場合はワイヤ１の径が細くなって切断幅ｄが狭くなり、ワイヤ摩耗量が少ない場合はワイヤ１の径が太いままで切断幅ｄが広がることから、ワイヤ摩耗量に変化を生じさせないで切断することが好ましい。但し、ワイヤ摩耗量を一定にしただけでは、砥粒の減耗分によって図８に示すように、ウェーハの厚みに一定のテーパが生じるため、この砥粒の減耗部を補償する必要がある。
【００２４】
そこで、本案では、図２（Ｃ）に示すように、理論上の理想的なワイヤ摩耗量という概念を導入した。この理想的なワイヤ摩耗量は、砥粒の減耗分を補償すべく、横軸の切断深さの進行の度合いに応じてワイヤ摩耗量を少なくするよう、直線に下向きの傾斜を与えたものである。因みに、砥粒の減耗分を考慮しないでワイヤ摩耗量を一定にしただけの場合は、このワイヤ摩耗量の直線は水平になる。
【００２５】
また、図２（Ａ）の切断負荷は、前述の図４のように、ワーク加工送り速度を調整して概ね一定に保持されるものである。
従って、この図２（Ａ）の切断負荷と、（Ｃ）の理想的なワイヤ摩耗量を、前述のワイヤ摩耗量＝ｋ×（切断負荷／新線供給速度）の計算式に適用すれば、（Ｂ）に示すような理想的な新線供給速度が求められる。
【００２６】
そこで、図３は、図２の理想的な状態に近似させた実施例であり、図３（Ａ）の切断負荷については、図２（Ａ）をそのまま忠実に再現し、図３（Ｂ）の新線供給速度については、図２（Ｂ）の理想的な新線供給速度を４区間分割で近似している。そして、図３（Ｃ）の理論上のワイヤ摩耗量は、図３（Ａ）（Ｂ）から上記計算式で求めている。
【００２７】
すなわち、本案では、切断負荷を一定に保つよう加工送り速度を調整しつつ、新線供給速度を４段階に変化させるよう制御手段１１で駆動モータ１０を制御しながら加工する。そしてこの時に実際に切出されるウェーハは、図３（Ｄ）に示すように、切断方向に対するテーパの影響は殆どないような状態であった。
【００２８】
また、この切断時のテーパ度を従来の場合、及び内周刃スライサーの場合と較べると、例えば図７に示すとおりであり、内周刃スライサーに較べて僅かに劣る程度まで改善されることが確認された。
【００２９】
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。
【００３０】
例えば、本実施形態では、理想的な新線供給速度に対して４区間分割で近似させ切換えるようにしているが、より理想に近づけるためには、連続的に或いは少なくとも８〜１０段階程度以上に切換えることが望ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ワイヤの新線供給速度を制御して、砥粒の減耗分を加味したワイヤの摩耗量を直線的に変化させるようにしたため、ワークの切断幅（加工取代）を一定にすることが出来、例えばウェーハ等において厚みを均一にすることが出来る。
このため、例えば後工程の面取幅を均一化出来、ラップ取代を少なく出来る等の効果がある。
また、新線供給速度を、所定の関係式に基づいて制御することで、理想的なワイヤ摩耗量に基づいて新線供給速度を制御することが出来る。
更に、新線供給方式としてワイヤの往復動方式を採用すれば、ワイヤの消費を効率的に抑えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤソーによる切断装置の構成概要図である。
【図２】理想的なワーク切断方法を説明する説明図であり、（Ａ）は切断負荷、（Ｂ）は理想的な新線供給速度、（Ｃ）は（理論上の）理想的なワイヤ摩耗量である。
【図３】ワーク切断方法の実施例の説明図であり、（Ａ）は切断負荷、（Ｂ）は新線供給速度、（Ｃ）は（理論上の）ワイヤ摩耗量、（Ｄ）は実際のウェーハテーパである。
【図４】切断負荷を説明するための説明図であり、（Ａ）は切断弦長、（Ｂ）はインゴット送り速度、（Ｃ）は切断負荷である。
【図５】新線供給速度を説明するための説明図であり、（Ａ）は新線供給速度を１００m/min にする時、（Ｂ）は新線供給速度を４０m/min にする時の制御方法である。
【図６】インゴットにガラス当て板を接着した状態の説明図である。
【図７】本案の効果を比較する比較図である。
【図８】切断負荷を一定にして切断した時の砥粒の減耗の影響の典型例を示す説明図である。
【図９】切断幅の説明図である。
【符号の説明】
１…ワイヤ、                            ２…駆動ローラ、
３…ローラ、                            ４…ローラ、
５…加工部、                            ６…ワークホルダ、
７…ノズル、                            ８…スラリー受け、
１０…駆動モータ、                      １１…制御手段、
Ａ…ワイヤ送り出し部、                  Ｂ…ワイヤ受け取り部、
ｄ…切断幅、                            Ｇ…ガラス当て板、
Ｗ…インゴット。
【図１】
0003656317.tif 000002
【図２】
0003656317.tif 000003
【図３】
0003656317.tif 000004
【図４】
0003656317.tif 000005
【図５】
0003656317.tif 000006
【図６】
0003656317.tif 000007
【図７】
0003656317.tif 000008
【図８】
0003656317.tif 000009
【図９】
0003656317.tif 000010