(57)【要約】【課題】ワイヤーとワークとの間で発生する摩擦熱の影響で、ウェハの切断形状が変化することを抑制できる半導体ウェハの製造方法及びその装置を提供する。【解決手段】複数のローラ１２間にワイヤ１３を巻き回してなるワイヤソー１１で、ワーク１７を切断してウェハを製造する半導体ウェハの製造方法において、ワイヤソー１１の切断部１６を、スラリー１５を溜めたスラリー槽１８内に浸して設けると共に、その切断部１６のワイヤ１３の上方にスラリー１５を吹き付けるスラリー供給管２０を設け、その切断部１６のワイヤ１３の下方のスラリー槽１８内にワーク１７をスラリー１５に浸すように設けると共に、その上方の切断部１６のワイヤ１３にワーク１７を押し付け、かつスラリー供給管２０からスラリー１５を切断部１６に吹き付けて切断し、スラリー槽１８内のスラリー１５を温調槽２１を介してスラリー供給管２０に循環するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のローラ間にワイヤを巻き回してなるワイヤソーで、ワークを切断してウェハを製造する半導体ウェハの製造方法において、前記ワイヤソーの切断部を、スラリーを溜めたスラリー槽内に浸して設けると共に、その切断部のワイヤの上方にスラリーを吹き付けるスラリー供給管を設け、その切断部のワイヤの下方のスラリー槽内に前記ワークをスラリーに浸すように設けると共に、その上方の前記切断部のワイヤに前記ワークを押し付け、かつ前記スラリー供給管からスラリーを前記切断部に吹き付けて切断し、前記スラリー槽内のスラリーを温調槽を介して前記スラリー供給管に循環するようにしたことを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
【請求項２】
前記スラリー槽に溜められた前記スラリーを温度制御が可能な温調槽に循環させ、前記温調槽から前記スラリー供給管にスラリーを供給し、前記ワークと前記切断部のワイヤとが温度制御される請求項１記載の半導体ウェハの製造方法。
【請求項３】
前記ワークの設置および取り出しに際し、前記ワイヤソーと前記スラリー槽とが離間するようにされる請求項１または２に記載の半導体ウェハの製造方法。
【請求項４】
複数のローラ間にワイヤを巻き回してなるワイヤソーで、ワークを切断してウェハを製造する半導体ウェハの製造装置において、スラリーを溜めて前記ワイヤソーの切断部をスラリーに浸すように設けられるスラリー槽と、前記切断部のワイヤの上方に設けられスラリーを吹き付けるスラリー供給管と、その切断部のワイヤの下方のスラリー槽内に前記ワークをスラリーに浸すように保持すると共に、その上方の前記切断部のワイヤに前記ワークを押し付ける押圧手段と、前記スラリー槽に溜められたスラリーを温度制御するための温調槽と、前記スラリー槽内のスラリーを温調槽を介して前記スラリー供給管に循環させる循環手段とを備えることを特徴とする半導体ウェハの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＧａＡｓ結晶を、ワイヤソーを用いスライスして製造する半導体ウェハの製造方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ結晶の半導体ウェハは、結晶成長によりＧａＡｓの単結晶インゴットを製作し、これを内周刃スライス・ワイヤソースライスなどの方法でスライス（切断）し、さらに面取り作業・研磨作業を行って円盤状の鏡面ウェハに加工される。
【０００３】
単結晶インゴットが大口径化してきた近年では、ワイヤソーによる切断が主流となっている。
【０００４】
従来のワイヤソーの基本構造を図３に示す。
【０００５】
ワイヤソー３１は複数のローラ３２にワイヤ３３を巻き回してなり、ワイヤソー３１の切断部３５のワイヤ３３とワーク３６にスラリー３７を供給するスラリー供給管３８と、ワーク３６を保持すると共に切断部３５のワイヤ３３にワーク３６を押し付けるための押圧手段３９とを備える。
【０００６】
ローラ３２にはワイヤ３３の位置と間隔を固定するための複数のワイヤ溝４０が設けられると共に、ワイヤ３３はワイヤ溝４０に嵌め合わされながら複数のローラ３２に螺旋状に巻き回され、その両端は、図示しない巻き取りリールに接続される。
【０００７】
押圧手段３９は、ワーク３６を押圧手段３９に保持させるための冶具４１を備えており、冶具４１を介してワーク３６が押圧手段３９に保持される。
【０００８】
切断用の砥粒と、ワーク冷却用のクーラントからなるスラリー３７を、スラリー供給管３８から切断部３５のワイヤ３３とワーク３６に吹き付けると共に、ローラ３２を正転・逆転させてワイヤ３３を往復走行させつつ押圧手段３９によりワーク３６を上昇させて切断部３５のワイヤ３３に押し付けることで、ワーク３６がウェハ状に切断される。
【０００９】
切断されたウェハを使用して製造される製品は、外観的な破損は勿論のこと、研磨作業での鏡面化後の表面形状、たとえばそり形状や表面の微細な凹凸などについても制限を設けることが多く、その規格値もさまざまになっているが、半導体ウェハが平滑であるほど、高品質の製品が製造できる傾向にあることが共通の認識となっていることから、単結晶インゴットからウェハに加工する過程で、表面形状のばらつきの原因となるものを発生させないような加工方法を確立させる必要がある。
【００１０】
特に、初期作業の単結晶インゴットをスライスする作業においてウェハ両面に発生したそり形状や凹凸は、裏面転写（研磨後、固定冶具からの拘束を解くと、裏面に残るそり形状と凹凸が反映されて、再び表面に凹凸が発生する現象）など研磨後のウェハの表面品位に大きな影響を与える原因となることから、ウェハを切断する際にも、ウェハ両面に凹凸が発生しないようにウェハの厚さを均一にすることが求められる。
【００１１】
ワイヤソー３１では、ワイヤー３３と切断対象であるワーク３６との摩擦で熱が発生するため、この熱がワイヤ３３を介してローラ３２に伝熱するとローラ３２が膨張し、ローラ３２に設けられたワイヤ溝４０の間隔を狂わせ、ワイヤ３３の間隔も変化してウェハの厚さが設定した寸法から変化するおそれがある。
【００１２】
また、円筒形状のインゴットなどからなるワーク３６を切断する際には、ワイヤ３３とワーク３６との接触部の長さの変化と共に発生する摩擦熱が増減するため、ローラ３２に巻き回されたワイヤ３３同士の間隔がばらついて、切断後のウェハの厚さにばらつきが増える要因となる。
【００１３】
この温度変化によるウェハの厚さのばらつきを低減するため、ワイヤソー３１には、スラリー供給管３８から吹き付けるスラリー３７の温度制御を行い、熱を発生する熱源（すなわち、ワーク３６とワイヤ３３の接触部など）を冷却して、ワイヤソー３１およびウェハの寸法の変化を抑制するスラリー温度制御装置を設ける場合もある（図示しない）。
【００１４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては以下のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許３９２３１０７号公報
【特許文献２】特許３６３５８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述のように、ワイヤソーにはスラリーを温度制御する温度制御装置が設けられる場合があるが、従来の構造においては、温度制御装置は熱源を直接温度制御しているわけではなく、切断部およびワークの温度変化に対して精密かつ迅速な温度制御ができないので、数μｍ単位のウェハ厚さの寸法のずれを回避することが出来ない。
【００１７】
特に近年では、スライス技術の向上により、ウェハの生産性を向上させるべくスライスの対象となる単結晶インゴットのさらなる大口径化・長尺化が進んでいるため、ワイヤとワークの接触部が長くなって熱源の迅速な温度制御がより困難となり、ウェハ厚さの均一性とウェハ面の平坦度とを同時に満足することが難しくなってきている。
【００１８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ワイヤーとワークとの間で発生する摩擦熱の影響で、半導体ウェハの切断形状が変化することを抑制できる半導体ウェハの製造方法及びその装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために本発明は、複数のローラ間にワイヤを巻き回してなるワイヤソーで、ワークを切断してウェハを製造する半導体ウェハの製造方法において、前記ワイヤソーの切断部を、スラリーを溜めたスラリー槽内に浸して設けると共に、その切断部のワイヤの上方にスラリーを吹き付けるスラリー供給管を設け、その切断部のワイヤの下方のスラリー槽内に前記ワークをスラリーに浸すように設けると共に、その上方の前記切断部のワイヤに前記ワークを押し付け、かつ前記スラリー供給管からスラリーを前記切断部に吹き付けて切断し、前記スラリー槽内のスラリーを温調槽を介して前記スラリー供給管に循環するようにしたことを特徴とする半導体ウェハの製造方法である。
【００２０】
前記スラリー槽に溜められた前記スラリーを温度制御が可能な温調槽に循環させ、前記温調槽から前記スラリー供給管にスラリーを供給し、前記ワークと前記切断部のワイヤとが温度制御されてもよい。
【００２１】
前記ワークの設置および取り出しに際し、前記ワイヤソーと前記スラリー槽とが離間するようにされてもよい。
【００２２】
また本発明は、複数のローラ間にワイヤを巻き回してなるワイヤソーで、ワークを切断してウェハを製造する半導体ウェハの製造装置において、スラリーを溜めて前記ワイヤソーの切断部をスラリーに浸すように設けられるスラリー槽と、前記切断部のワイヤの上方に設けられスラリーを吹き付けるスラリー供給管と、その切断部のワイヤの下方のスラリー槽内に前記ワークをスラリーに浸すように保持すると共に、その上方の前記切断部のワイヤに前記ワークを押し付ける押圧手段と、前記スラリー槽に溜められたスラリーを温度制御するための温調槽と、前記スラリー槽内のスラリーを温調槽を介して前記スラリー供給管に循環させる循環手段とを備えることを特徴とする半導体ウェハの製造装置である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ワイヤーとワークとの間で発生する摩擦熱の影響で、半導体ウェハの切断形状が変化することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明の効果を示す図である。
【図３】従来のワイヤーソーの構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明の好適な実施の形態について詳述する。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係るワイヤソー１１を用いて半導体ウェハを切断する装置の構成を示している。
【００２７】
ワイヤソー１１は、３本のローラ１２にワイヤ１３を巻き回してなり、スラリー１５を溜めてワイヤソー１１の切断部１６をスラリー１５に浸すと共にワーク１７をスラリー１５に浸して保持するスラリー槽１８と、スラリー槽１８内に設けられてワーク１７を切断部１６のワイヤ１３に押し付ける押圧手段１９と、スラリー１５を切断部１６のワイヤ１３とワーク１７に吹き付けるスラリー供給管２０と、スラリー１５の温度調整を行う温調槽２１と、スラリー槽１８に溜められたスラリー１５を温調槽２１を介してスラリー供給管２０へ循環させる循環手段２２とを備える。
【００２８】
ローラ１２には、図３に示した従来構造と同じく、ワーク１７（単結晶インゴット）を切断したい寸法の間隔でワイヤ溝２３が複数形成されると共に、ワイヤ１３はワイヤ溝２３に嵌め合わされながら３本のローラ１２に螺旋状に巻き回され、その両端は、図示しない巻き取りリールに接続される。
【００２９】
ワイヤソー１１の下方に設けられるスラリー槽１８の形状および寸法は、その内部にワーク１７と押圧手段１９とを共に保持しつつ、さらにワイヤソー１１の切断部１６をスラリー１５に浸せるようにされる。
【００３０】
また、ワイヤソー１１とスラリー槽１８は互いに近接離間自在となるように設けられ、ワーク１７をスラリー槽１８に設置および取り外しする際には、ワイヤソー１１とスラリー槽１８とが離間し、ワーク１７を切断する際には、ワイヤソー１１とスラリー槽１８とが近接するようにされる。
【００３１】
スラリー供給管２０は切断部１６のワイヤ１３の上方に設けられ、切断作業時には砥粒を懸濁させたスラリー１５が、下方のワイヤ１３とワーク１７に吹き付けられ、そのスラリー１５はスラリー槽１８に溜まるようにされる。
【００３２】
スラリー槽１８内に設けられた押圧手段１９はワーク１７を固定するための冶具２４を備えており、ワーク１７は冶具２４を介して押圧手段１９に固定されると共に、スラリー槽１８内にスラリー１５に浸されて保持される。
【００３３】
本発明は押圧手段１９を特に限定するものではなく、例えば上下動可能なアクチュエータを使用するなどすればよい。
【００３４】
循環手段２２は、スラリー槽１８と温調槽２１とを接続する配管２２ａと、温調槽２１とスラリー供給管２０とを接続する配管２２ｂと、温調槽２１内のスラリー１５を配管２２ｂを介し所定の圧力でスラリー供給管２０に送液すべく温調槽２１に備えられた送液ポンプ２２ｐとからなる。
【００３５】
また温調槽２１は、スラリー１５の温度を検知する検温手段と、スラリー１５の温度を設定温度に制御するための温調手段とを備える。
【００３６】
次に本実施の形態に係る単結晶インゴットの切断方法について説明する。
【００３７】
まず、ワイヤソー１１とスラリー槽１８とを離間させ、押圧手段１９に冶具２４を介してワーク１７（単結晶インゴット）を固定した後、ワイヤソー１１とスラリー槽１８を近接させる。
【００３８】
ワイヤソー１１とスラリー槽１８は近接離間自在に設けられているので、ワーク１７の設置作業および取り外し作業を容易に行うことが出来る。
【００３９】
しかる後、温調槽２１により温度制御されたスラリー１５を循環手段２２によりスラリー供給管２０に循環し、スラリー供給管２０から切断部１６のワイヤ１３およびワーク１７にスラリー１５を吹き付けると共に、ローラ１２の回転によりワイヤ１３を走行させつつ、押圧手段１９によりワーク１７を切断部１６のワイヤ１３に押し付けて切断を開始する。
【００４０】
ローラ１２の駆動は、正転・逆転を切り替えることでワイヤ１３が往復走行するようにされるが、同じ位置でワイヤ１３が走行すると摩耗による断線が早期に発生してしまうため、図示しない巻き取りリールから新しいワイヤ１３が少しずつ先へ送り込まれるように（例えば、５０ｃｍ進んで３０ｃｍ戻るといった動作で２０ｃｍずつ新しいワイヤ１３が供給されるように）する。
【００４１】
切断部１６のワイヤ１３およびワーク１７に吹き付けられるスラリー１５には切断砥粒が含まれており、ワイヤ１３とワーク１７の間で砥粒が転がされてワーク１７が切削され、押圧手段１９がさらにワーク１７を切断部１６のワイヤ１３に押圧することで、ワーク１７の切断が進行する。
【００４２】
この際、ワイヤ１３とワーク１７は互いに摩擦熱を発生するが、切断部１６およびワーク１７はスラリー１５を溜めたスラリー槽１８内でスラリー１５に浸されて保持され、摩擦熱がローラ１２に伝熱しないように温度制御される。
【００４３】
ここで、従来のワイヤソー３１と、本実施の形態に係るワイヤソー１１との相違点について以下に詳述する。
【００４４】
従来のワイヤソー３１の構造（図３）においては、スラリー３７は主に切断用の砥粒を供給すると共に発熱したワーク３６を冷却することが主目的であるため、スラリー供給管３８から切断部３５のワイヤ３３とワーク３６に供給されたスラリー３７は、流し台の排水のようなシステムでワイヤソー３１外部に設置されたスラリー槽に溜められると共に、外部の温調槽で温度制御されて再びスラリー供給管３８に送液される。
【００４５】
切断部３５のワイヤ３３およびワーク３６に吹き付けられるスラリー３７以外は、すぐに装置外へ排出されるため、切断部３５に対する冷却効果が低く、ワイヤソー３１外部に排出されるスラリー３７と、切断部３５のワイヤ３３およびワーク３６とには温度差が生じることになる。
【００４６】
そのため、ワイヤ３３およびローラ３２の温度が切断部３５からの伝熱により上昇したことを、温調槽がスラリー３７を介して検知してからスラリー３７の温度制御を開始するまでに時間差が発生すると共に、温度上昇したワーク３６とワイヤ３３を冷却すべくスラリー３７の温度制御を開始してから、実際にワーク３６とワイヤ３３の温度が冷却されるまでの応答時間もかかるため、熱源となるワーク３６とワイヤ３３を迅速に温度制御できないために、温度変化によるウェハの切断形状の変化を完全に抑制できるわけではなく、緩和する程度である。
【００４７】
さらに近年では、大口径化・長尺化したワーク３６（単結晶インゴット）を切断する際には、切断の進行に伴ってワイヤ３３とワーク３６との接触部の長さが変化するため、切断作業中に発生する摩擦熱の温度変化が増減し、半導体ウェハの切断形状の寸法変動が大きくなる。
【００４８】
一方、本発明に係るワイヤソー１１の構造（図１）においては、ワイヤ１３およびローラ１２の熱変動を緩和すべく、スラリー供給管２０から吹き付けられたスラリー１５を溜めると共に、切断部１６のワイヤ１３とワーク１７を内部に保持するためのスラリー槽１８を設け、切断部１６のワイヤ１３とワーク１７とがスラリー１５に浸されてワーク１７の切断作業を行うようにされる。
【００４９】
スラリー槽１８内には多量のスラリー１５が溜められているため、切断部１６のワイヤ１３とワーク１７との間で発生する摩擦熱を、スラリー槽１８に溜められたスラリー１５で迅速かつ充分に冷却してローラ１２への伝熱と熱膨張を抑制でき、ワイヤ溝２３の寸法変化による切断形状の変化を抑制できる。
【００５０】
また、切断部１６のワイヤ１３およびワーク１７の温度は、スラリー槽１８に溜められるスラリー１５の温度とほぼ同じになることから、温調槽２１はスラリー１５を介しワイヤ１３およびワーク１７の温度変化を検知して迅速にスラリー１５の温度制御を開始でき、摩擦熱によるワーク１７の切断形状の変化に対する応答性を向上できる。
【００５１】
これにより、大口径化・長尺化したワーク１７の切断においても、数μｍの切断精度を実現することが可能となる。
【００５２】
切断が完了した際には（すなわち、ワーク１７がウェハ状に切断された際には）、ローラ１２の回転とスラリー１５の循環とを停止させつつ押圧手段１９によりワーク１７を降下させると共に、ワーク１７をスラリー槽１８から取り外しすべく、ワイヤソー１１とスラリー槽１８とを離間させる。
【００５３】
ワイヤソー１１とスラリー槽１８とは近接離間自在に設けられているため、スラリー槽１８からのワーク１７の取り出しを容易に行うことが出来る。
【００５４】
以上説明したように、本発明に係る半導体ウェハの製造方法及びその装置によれば、ワーク１７の切断時に、切断部１６のワイヤ１３とワーク１７がスラリー槽１８内でスラリー１５に浸されて保持されることにより、ワイヤ１３とワーク１７との間に発生した摩擦熱を、スラリー槽１８に溜められたスラリー１５で十分に冷却できると共に、温度変化したスラリー１５を迅速に温調槽２１で温度制御できるため、摩擦熱の伝熱によるローラ１２およびワイヤ溝２３の寸法変動を抑制でき、大口径化・長尺化したワーク（単結晶インゴット）においても切断精度を向上させることができる。
【００５５】
また、切断後の研磨工程において、鏡面を得るために必要なウェハの研削量が低減するために、研磨工程の作業効率と、単結晶インゴットの歩留まりを向上させることが出来る。
【実施例】
【００５６】
以下に、本発明の実施例について述べる。
【００５７】
図２は、４インチのＧａＡｓ単結晶インゴットをウェハ状に切断し、そのウェハ厚さの設定寸法からの誤差プロファイル（すなわち、表面粗さ）を、ウェハの径方向の一端から他端にかけて計測した結果を示しており、（ａ）は本発明に係るワイヤソーを、（ｂ）は従来構造のワイヤソーを用いて切断したウェハの誤差プロファイルを示している。
【００５８】
図２（ｂ）に示すとおり、従来構造のワイヤソーを用いた場合、切断中、切断部のワイヤとワークに発生する摩擦熱と、その伝熱によるローラの寸法変化を抑制できず、さらには切断部の長さの変化に伴う摩擦熱の温度変化への応答性が低いために、ウェハ面が荒くなり、ウェハの最厚部と最薄部の厚さの差が１０μｍ以上に大きくなったことがわかる。
【００５９】
一方、図２（ａ）に示すとおり、本発明に係るワイヤソーを用いた場合、切断中、スラリー槽に溜められたスラリーによって切断部のワイヤとワークに発生する摩擦熱の冷却が促進されると共に、熱源から発生する摩擦熱がすぐにスラリーに伝わるために温度制御の応答性が高いことから、ウェハ厚さの変動が低く（すなわちウェハの平坦度が高く）なり、ウェハの最厚部と最薄部の厚さの差が８μｍ程度と、高品位な表面形状を有する大口径ウェハを製造できることが分かる。
【符号の説明】
【００６０】
１１  ワイヤソー
１２  ローラ
１３  ワイヤ
１５  スラリー
１６  切断部
１７  ワーク
１８  スラリー槽
２０  スラリー供給管
２１  温調槽
【図１】
2012033762.tif 000003
【図２】
2012033762.tif 000004
【図３】
2012033762.tif 000005