(57)【要約】【課題】ウェハの厚みバラツキの安定化、及びウェハのうねりの低減を実現し、高精度ウェハを安定的に供給することができる外周刃における切断方法及び切断装置を提供すること。【解決手段】切断中の外周刃ブレード２を回転させている第一モータ５の電力量の増減及びワーク１を切断方向に動かす第二モータ４の電力量の増減を電力量検出手段６により検出し、前記電力量検出手段によって検出された第一モータ５及び第二モータ４の電力量の増減に基づいて、それぞれの電力量が一定になるように第一モータ５によるブレード回転数及び第二モータ４によるワーク押し付け速度を制御手段７により制御する。【選択図】      図１
2006075947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周刃ブレードを第一モータにより回転させると共に、外周刃ブレードに対してワークを第二モータにより切断方向に送って切断するワーク切断方法において、
外周刃ブレードを回転させている第一モータの電力量の増減及びワークを切断方向に動かす第二モータの電力量の増減を検出し、
検出された第一モータ及び第二モータの電力量の増減に基づいて、それぞれの電力量が一定になるように第一モータによるブレード回転数及び第二モータによるワーク押し付け速度を制御することを特徴とするワーク切断方法。
【請求項２】
加工液をワークの切削部に供給しながら高速回転している外周刃ブレードの水平な接線方向にワークを送って切断するワーク切断方法において、
外周刃ブレードを回転させている第一モータの電力量の増減を検出し、検出された第一モータ電力量の増減に基づいて、その電力量が一定になるように第一モータによるブレード回転数を制御すると共に、
ワークを切断方向に動かす第二モータの電力量の増減を検出し、検出された第二モータの電力量の増減に基づいて、その電力量が一定になるように第二モータによるワーク押し付け速度を制御することを特徴とするワーク切断方法。
【請求項３】
外周刃ブレードを第一モータにより回転させると共に、この回転している外周刃ブレードに対しワークを第二モータにより切断方向に送って切断するワーク切断装置において、
切断中の外周刃ブレードを回転させている第一モータの電力量の増減及びワークを切断方向に動かす第二モータの電力量の増減を検出する電力量検出手段と、
前記電力量検出手段によって検出された第一モータ及び第二モータの電力量の増減に基づいて、それぞれの電力量が一定になるように第一モータによるブレード回転数及び第二モータによるワーク押し付け速度を制御する制御手段を備えたことを特徴とするワーク切断装置。
【請求項４】
加工液をワークの切削部に供給しながら高速回転している外周刃ブレードの水平な接線方向にワークを送って切断するワーク切断装置において、
切断中の外周刃ブレードを回転させている第一モータの電力量の増減を検出する第一の電力量検出手段と、
切断中のワークを切断方向に動かす第二モータの電力量の増減を検出する第二の電力量検出手段と、
前記第一の電力量検出手段によって検出された第一モータの電力量の増減に基づいて、その電力量が一定になるように第一モータによるブレード回転数を制御する第一の制御系と、
前記第二の電力量検出手段によって検出された第二モータの電力量の増減に基づいて、その電力量が一定になるように第二モータによるワーク押し付け速度を制御する第二の制御系を備えたことを特徴とするワーク切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体結晶などのワークを外周刃ブレードにより所定の厚さのウェハに切断するワーク切断方法及び装置に係り、詳しくは、加工液をワークの切削部に供給しながら高速回転している外周刃ブレードの水平な接線方向にワークを送って切断するに際し、切断抵抗を一定に維持する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガリウム砒素やシリコンなどの結晶（インゴット）を被加工物（ワーク）とする切断装置としては、内周刃ブレード又は外周刃ブレードを使用して、上記ワークから薄片を切り出すものが知られている。内周刃ブレード（内周刃の切断ブレード）は、薄いドーナツ状の鋼板を基材としてその基材の内周部分に砥石（ダイヤモンド粉等の研磨剤）を固着させたものであり、また、外周刃ブレード（外周刃の切断ブレード）は、円板状台金の外周に砥石（砥粒層チップ）を等間隔に固定したものである。
【０００３】
前者の内周刃ブレードを用いた切断装置の場合、その円形状の内周刃をもつブレードの内側にワークの一端部を臨ませ、上記ブレードを回転させながらワークに対してブレードの半径方向に相対移動させることにより上記ワークから薄片を切り出す。
【０００４】
しかし、上記内周刃ブレードは非常に薄いため、切断中に内周刃ブレードが撓み、その分だけ加工精度が低下するという問題点を抱えている。そこで、この問題点を解消する手段として、回転する内周刃ブレードによりワークが切断される間、内周刃ブレードの回転軸方向の変位量（撓み）を検出し、この検出変位量に基づき、同変位量を減少させる方向に内周刃ブレードの回転速度あるいは内周刃ブレード側面への流体噴射圧をフィードバック制御して、基準位置からのブレード変位（すなわちブレード撓み）を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
これに対し、後者の外周刃ブレードでは、ブレード中心を保持することから強度上の要求が内周刃ブレードよりも少ないという長所を持つ。この外周刃ブレードを用いたワーク切断装置では、ブレード外周に固着させた砥石を刃とし、第一モータにより外周刃ブレードを高速回転させながら、また加工熱の抑制及び加工層の除去のために加工液たるクーラント水を切削部にかけながら、第二モータにより外周刃ブレードの水平な接線方向にワークを送って外周刃ブレードに押し付けることにより、ワークから定められた厚さのウェハを切断する。
【０００６】
従来では外周刃ブレードでワークを切断する際、切断中の第一モータによる外周刃ブレードの回転数、及び、第二モータによるワークの送り速度（外周刃ブレードの切断速度）はあらかじめ設定されており、切断中のワークの送り速度（切断速度）や内周刃ブレードの回転数は通常一定である。
【特許文献１】特開平８−９０５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の外周刃ブレードによるワーク切断方法では、切断中のクーラント水の変動や、内周刃ブレードに固着させている砥石の摩耗及び目詰まりにより、内周刃ブレードの回転を妨げようとする力、即ち、切断抵抗の増減が発生する。従来のように、予め設定されたワーク送り速度（切断速度）、及び、内周刃ブレードの回転数を、共に一定に維持するという方法では、切断中に切断抵抗が増加した場合でも、切断速度及びブレード回転数が設定された値に一定維持されるため、切断抵抗はさらに増加してしまう。つまり切断中の電力量が増加した場合でも、設定された切断速度及びブレード回転数で加工されるため、電力量はさらに増加してしまう。
【０００８】
このように切断抵抗が増加した場合、内周刃ブレードの変形が起こり、その結果、ウェハの厚さにバラツキが生じたり、ウェハのそり形状（うねり）が悪化する。そのため、高い加工精度を維持することができなくなる。逆に言えば、切断抵抗を小さくするか或いは一定に維持できれば、ウェハの厚さのバラツキを低減させ、ウェハのうねりを低減させ、高精度ウェハを安定的に供給することができる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ウェハの厚みバラツキの安定化、及びウェハのうねりの低減を実現し、高精度ウェハを安定的に供給することができる外周刃による切断方法及び切断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１１】
請求項１の発明に係るワーク切断方法は、外周刃ブレードを第一モータにより回転させると共に、外周刃ブレードに対してワークを第二モータにより切断方向に送って切断するワーク切断方法において、外周刃ブレードを回転させている第一モータの電力量の増減及びワークを切断方向に動かす第二モータの電力量の増減を検出し、検出された第一モータ及び第二モータの電力量の増減に基づいて、それぞれの電力量が一定になるように第一モータによるブレード回転数及び第二モータによるワーク押し付け速度（切断速度）を制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明に係るワーク切断方法は、加工液をワークの切削部に供給しながら高速回転している外周刃ブレードの水平な接線方向にワークを送って切断するワーク切断方法において、外周刃ブレードを回転させている第一モータの電力量の増減を検出し、検出された第一モータ電力量の増減に基づいて、その電力量が一定になるように第一モータによるブレード回転数を制御すると共に、ワークを切断方向に動かす第二モータの電力量の増減を検出し、検出された第二モータの電力量の増減に基づいて、その電力量が一定になるように第二モータによるワーク押し付け速度（切断速度）を制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明に係るワーク切断装置は、外周刃ブレードを第一モータにより回転させると共に、この回転している外周刃ブレードに対しワークを第二モータにより切断方向に送って切断するワーク切断装置において、切断中の外周刃ブレードを回転させている第一モータの電力量の増減及びワークを切断方向に動かす第二モータの電力量の増減を検出する電力量検出手段と、前記電力量検出手段によって検出された第一モータ及び第二モータの電力量の増減に基づいて、それぞれの電力量が一定になるように第一モータによるブレード回転数及び第二モータによるワーク押し付け速度（切断速度）を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明に係るワーク切断装置は、加工液をワークの切削部に供給しながら高速回転している外周刃ブレードの水平な接線方向にワークを送って切断するワーク切断装置において、切断中の外周刃ブレードを回転させている第一モータの電力量の増減を検出する第一の電力量検出手段と、切断中のワークを切断方向に動かす第二モータの電力量の増減を検出する第二の電力量検出手段と、前記第一の電力量検出手段によって検出された第一モータの電力量の増減に基づいて、その電力量が一定になるように第一モータによるブレード回転数を制御する第一の制御系と、前記第二の電力量検出手段によって検出された第二モータの電力量の増減に基づいて、その電力量が一定になるように第二モータによるワーク押し付け速度（切断速度）を制御する第二の制御系を備えたことを特徴とするワーク切断装置。
【００１５】
＜発明の要点＞
上記目標を達成すべく、本発明のワーク切断方法では、ブレード外周に固着させた砥石を刃として結晶から所定の厚さのウェハを切断するに際し、砥石を固着させたブレードを回転させている第一モータの電力量及び切断方向に動かす第二モータの電力量の増減を検出することで、切断抵抗の変化を捉え、その検出値に基づいて、それぞれのモータの電力量が一定になるように、第一モータによる内周刃ブレードの回転数及び第二モータによるワーク押し付け速度（切断速度）を制御する。
【００１６】
また、本発明のワーク切断装置では、ブレード外周に固着させた砥石を刃として結晶から所定の厚さのウェハを切断するに際し、切断中の砥石を固着させたブレードを回転させている第一モータの電力量及びワークを切断方向に動かす第二モータの電力量を検出する電力量検出手段と、前記検出手段によって検出された電力量に基づいて、それぞれのモータの電力量が一定になるように、第一モータによるブレードの回転数及び第二モータによるワーク押し付け速度（切断速度）を制御する制御手段を備える。
【００１７】
具体的な電力量の検出の仕方としては、内周刃ブレードを回転させている第一モータの消費電力量及び内周刃ブレードを切断方向に動かす第二モータの消費電力量を、それぞれ所定時間経過毎に検出するという計測方法により行う。そして、その検出の都度、検出された第一モータの消費電力量の増減に応じて、第一モータによる内周刃ブレードの回転速度が減増するように制御すると共に、同様に検出された第二モータの消費電力量の増減に応じて、第二モータによるワーク押し付け速度（切断速度）が減増するように制御する。このようにすると、各モータの電力量が一定になる方向に加減される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ブレード外周に固着させた砥石を刃として結晶等のワークから所定の厚さのウェハを切断するに際し、ワーク切断中の切断抵抗により砥石を固着させたブレードを回転させている第一モータの電力量及びワークを切断方向に動かす第二モータの電力量の増減を検出し、その検出値から、それぞれの電力量が一定になるように、第一モータによるブレードの回転速度及び第二モータによるワーク押し付け速度（切断速度）を制御するようにしたので、外周刃ブレードにより切断されるウェハの厚さバラツキを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２０】
まず、本発明の原理を説明すると、ブレード外周に固着させた砥石を刃として、結晶から所定の厚さのウェハを切断中に、クーラント水の変動、及び砥石の摩耗、目詰まりによって切断抵抗は変化する。これらの抵抗が大きくなることにより、砥石を固着させたブレードを回転させている第一モータの電力量、及び、ワークを切断方向に動かす第二モータの電力量も比例して大きくなる。従って、砥石を固着させたブレードを回転させている第一モータの電力量、及び、ワークを切断方向に動かす第二モータの電力量を検出することで、切断抵抗の変化を捉えることができる。
【００２１】
一方、ブレードの回転速度を大きくすれば切断抵抗が大きくなり、ブレードの回転速度を小さくすれば切断抵抗が小さくなる。従って、第一の制御系により、切断抵抗の変化に応じて第一モータの回転速度を増減すれば、切断抵抗を一定化することができる。他方、ワークを切断方向に動かす速度（ワーク押し付け速度）、即ち、切断速度を大きくすれば切断抵抗が大きくなり、切断速度を小さくすれば切断抵抗が小さくなる。従って、第二の制御系により、切断抵抗の変化に応じて第二モータの回転速度（切断速度）を増減すれば、切断抵抗を一定化することができる。
【００２２】
図１に、本発明の実施例に係るワーク切断装置の構成を示す。
【００２３】
図１に示すように、本実施例に係るワーク切断装置は、外周部に砥石３が固着された外周刃ブレード２と、この外周刃ブレード２を回転させるブレード用モータ（第一モータ）５と、この外周刃ブレード２に向けてワーク１を動かすワーク搬送手段１１の駆動源としてのワーク用モータ（第二モータ）４を有する。外周刃ブレード２は、その中心部がブレード用モータ５の回転軸に固定されている。
【００２４】
ワーク１はガリウム砒素やシリコンなどの半導体結晶から成るインゴットであり、ワーク固定ジグ８にセットされ固定されている。また、ワーク１及びワーク固定ジグ８は、プーリ９を介しベルト１０にてワーク用モータ４により、外周刃ブレード２の方向に水平に動く仕組みとなっている。
【００２５】
６はモータ電力量検出手段としてのモータ電力量検出器であり、ワーク切断中における上記ブレード用モータ（第一モータ）５の電力量を所定時間経過毎に検出する第一の電力量検出手段６ａの部分と、ワーク切断中における上記ワーク用モータ（第二モータ）４の電力量を所定時間経過毎に検出する第二の電力量検出手段６ｂの部分を具備する。
【００２６】
ブレード用モータ（第一モータ）５で消費される電力量は、この第一の電力量検出手段６ａによって、切断中における所定時間経過毎（例えば１分経過毎）に検出され、この所定時間経過毎の検出値は、ＣＰＵを主体として構成された制御手段７に入力される。そして制御手段７は、この所定時間経過毎に検出されて入力される電力量が一定となるように、外周刃ブレード２の回転速度を加減すべくブレード用モータ（第一モータ）５をフィードバック制御する。
【００２７】
また、ワーク用モータ（第二モータ）４で消費される電力量は、第二の電力量検出手段６ｂによって、切断中における所定時間経過毎（例えば１分経過毎）に検出され、この所定時間経過毎の検出値は、ＣＰＵを主体として構成された制御手段７に入力される。そして制御手段７は、この所定時間経過毎に検出されて入力される電力量が一定（例えば２０Ｗｈ）となるように、ワーク１の押し付け速度を加減すべくワーク用モータ（第二モータ）４をフィードバック制御する。
【００２８】
これにより、切断開始から切断終了まで、切断中のブレード用モータ（第一モータ）５及びワーク用モータ（第二モータ）４の消費電力が一定になるよう制御されるので、ワークの切断抵抗も一定となる。従って、本発明に係る切断装置により半導体結晶からウェハを切り出せば、ウェハの厚さのバラツキを低減させ、ウェハのうねりを低減させ、高精度ウェハを安定的に供給することができる。
【００２９】
従来技術と本発明との比較を行うために、従来方法と本発明方法により、同一の外周刃ブレード２を用いて同材質、同寸法のワーク１を同じスライス厚さに切断する試験を行った。ブレード回転数及び切断速度となるワーク押し付け速度は、従来方法では予め設定された一定値であり、本発明方法では初期値として従来方法と同じ値を与え、その後は制御に従わせる。クーラント水量も同じ条件とする。本発明方法の場合、切断抵抗の目安となる制御目標電力量を設定しておき、検出される消費電力がこの制御目標に安定するよう制御を行う。
【００３０】
あらかじめ設定された切断速度で切断した従来方法条件と本発明での一実施例の条件を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2006075947.tif 000003
【００３２】
表１に示すように、ワーク材質はＧａＡｓ単結晶、ワークサイズは１５０mm径×２００mm、スライス厚さは１．００mmとした。従来方法に与えるワーク押し付け速度及び本発明方法に与える初期値は、１０mm／ｍｉｎとした。クーラント水量は１００ｍｌ／ｍｉｎ、ブレード回転数１０００ｒｐｍとした。制御目標電力量は、１分間ごとの積算電力量２０Ｗｈに設定した。
【００３３】
すなわち、本発明の条件では、切断開始時の切断速度を１０mm／ｍｉｎとし、切断を開始し、切断中の１分間ごとの積算電力量を２０Ｗｈとなるようにワークの切断速度を制御した。
【００３４】
表１の２つの条件で切り出したφ１５０mm径ＧａＡｓ単結晶ウェハの厚さバラツキ及びうねりを測定した。その結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】
2006075947.tif 000004
【００３６】
表２に示すように、従来方法により切り出されたウェハのうねりは１８μｍ、厚さバラツキは１５μｍであった。一方、本発明方法により切り出されたウェハのうねりは１０μｍ、厚さバラツキは８μｍであった。従来方法の計測結果と本発明方法の計測結果とを比べると、ウェハのうねり及び厚さバラツキは、本発明の方が小さくなっている。これにより、本発明では高い加工精度を確保することができるということが証明された。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態を示す切断装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ワーク
２  外周刃ブレード
３  砥石
４  ワーク用モータ
５  ブレード用モータ
６  モータ電力量検出器
６ａ  第一の電力量検出手段
６ｂ  第二の電力量検出手段
７  制御手段
８  ワーク固定ジグ
９  プーリ
１０  ベルト
１１  ワーク搬送手段
【図１】
2006075947.tif 000005