(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーを用いて棒状又はブロック状の被加工物を切り離す方法において、切り離しの間に前記の被加工物の温度を該被加工物の端面において測定しかつこの測定信号を調整ユニットに転送し、この調整ユニットが測定信号を調整信号に変換し、この調整信号がスラリーの温度を調整する熱交換器を調整するものであって、基準値を上回る被加工物温度が測定された場合は、熱交換器の冷却効率を高め延いては熱交換器内のスラリーの温度を低下させ、そして基準値を下回る被加工物温度が測定された場合は、熱交換器の冷却効率を低下させ延いては熱交換器内のスラリーの温度を上昇させ、温度調整されたスラリーを被加工物の上方又は横側の上方に取り付けられたノズルを介して被加工物に供給することを特徴とする、被加工物を切り離す方法。
【請求項２】
ソーを用いて棒状又はブロック状の被加工物を切り離す方法において、切り離しの間に前記の被加工物の温度を該被加工物の端面において測定しかつこの測定信号を調整ユニットに転送し、この調整ユニットが測定信号を調整信号に変換し、この調整信号がスラリーの温度を調整する熱交換器を調整するものであって、基準値を上回る被加工物温度が測定された場合は、熱交換器の冷却効率を高め延いては熱交換器内のスラリーの温度を低下させ、そして基準値を下回る被加工物温度が測定された場合は、熱交換器の冷却効率を低下させ延いては熱交換器内のスラリーの温度を上昇させ、温度調整されたスラリーを被加工物の上方又は横側の上方に取り付けられたノズルを介して被加工物に供給し、この場合、時間の関数として前記測定信号又は調整信号を調整曲線として記録しておき、別の被加工物を切り離す前にこの別の被加工物の材料及び形状寸法に合わせて調整曲線を選択し、切り離しの間に前記の別の被加工物の温度を、選択された調整曲線に基づく調整信号によって熱交換器を用いて調整することを特徴とする、被加工物を切り離す方法。
【請求項３】
被加工物の温度を、被加工物の表面の複数の箇所で測定する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
被加工物の温度を一定に保持する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の対象は、被加工物から基板を切り出す方法、特に棒状又はブロック状の半導体材料から半導体基板を切り離す方法である。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板は、一般に半導体材料からなる棒状又はブロック状の単結晶又は多結晶の被加工物を、ワイヤソーを用いて１作業工程で同時に多数の半導体基板に切り離すことにより製造される。
【０００３】
このワイヤソーの主要な構成要素には装置フレーム、送り装置及び平行なワイヤ部分からなるマルチワイヤ部からなるソー工具が属する。出願番号１９９５９４１４．７−１４のドイツ国特許出願に記載されているように、このマルチワイヤ部（Drahtgatter）は、相互に平行に１つのフレームによって張設された多数の個々のワイヤからなる。一般に、このマルチワイヤ部は多数の平行なワイヤ部分により構成され、このワイヤ部分は少なくとも２本のワイヤガイドローラ間に張架されており、この場合、ワイヤガイドローラは回転可能に支承されており、このワイヤガイドローラの少なくとも一方は駆動している。このワイヤ部分は１本の有端のワイヤであり、このワイヤはローラシステムをスパイラル状に取り巻くようにガイドされており、一方の繰り出しローラから一方の巻き取りローラに繰り出される。米国特許第４６５５１９１号明細書には、それに対して、多数の有端のワイヤが設けられておりかつマルチワイヤ部の各ワイヤ部分がこの複数のワイヤの１つに属しているワイヤソーが開示されている。欧州特許出願公開第５２２５４２号明細書から、多数のエンドレスワイヤループがローラシステムを取り巻いて走行するワイヤソーも公知である。
【０００４】
スライシングプロセスの間に、送り装置はワイヤ部分と被加工物との相互に反対に向かう相対運動を生じさせる。この送り運動の結果として、例えば炭化ケイ素からなる砥粒を吹き付けられたワイヤが、被加工物に平行なスライシングギャップを形成しながら作動する。ドイツ国特許出願公開第３９４２６７１号明細書によると、被加工物を停止しているマルチワイヤ部に対してガイドする送り装置も、ワイヤソーのソーヘッドを停止している被加工物に対してガイドする送り装置も公知である。この砥粒はワイヤに吹きかけられる「スラリー」ともいわれるスライシング懸濁液中に含まれるか、又は例えば欧州特許出願公開第０９９０４９８号明細書に記載されたように、ワイヤ上に強固に固定されていてることができる。
【０００５】
棒状又はブロック状の半導体材料から、例えば単結晶棒から半導体基板を製造する際に、ワイヤソーに高い要求がなされている。このスライシング方法は、一般に、それぞれのスライシングされた半導体基板ができる限り平坦でかつ相互に平行な端面を有するという目的を有する。この基板のいわゆる「ワープ」とは、目標とされる理想形からの実際の基板のずれについての公知の尺度である。このワープは一般に高くても数μｍである。このワープは、スライシングプロセスの進行において被加工物に対して軸方向に発生する、ソーワイヤ部分の被加工物に対する相対運動によって生じてしまう。この相対運動は、例えばスライシングの際に生じる切断力、熱膨張によるワイヤガイドローラの軸方向のずれ、軸受の遊び又は被加工物の熱膨張に原因がある。
【０００６】
被加工物とワイヤ部分との間の、被加工物に関する軸方向の相対運動の最大の原因は、砥粒による被加工物の研削が著しい熱量を放出し、この熱量がスライシングプロセスの進行において被加工物を加熱し、ひいては熱膨張させることにある。これは、ワープの増大だけでなく、スライシングされた基板の明らかなうねりを生じさせる。特に著しい温度上昇は、被加工物をスライシングし始めた後の最初の数ミリメーターの切断で生じる。切断長さが増大すると共に、被加工物の温度もさらに上昇する。最大切断長さの範囲内で、被加工物温度も最大値に達し、その後は軽度に低下し、このことは研削熱が減少するほかに、生じた基板の冷却リブ効果に起因する。
【０００７】
スライシング助剤としてスラリーを使用する場合、使用したスラリーがソーワイヤに供給される前に、このスラリーを所定の温度にすることにより被加工物の熱膨張を制限することができる。このことは、特開平５−２００７３４号公報の要約書に記載されたように、スラリータンク中の熱交換器によって達成される。この場合、スラリーの温度は一定に保持される。特開平７−１７１７５３号公報の要約書には、貯蔵タンク中のスラリーの温度を測定し、冷却液の流れの調整のために測定信号を使用し、この冷却液が熱交換器中で貯蔵タンクを貫流し、それにより一定のスラリー温度を達成すｒる方法が記載されている。同様の方法が特開平１０−１８０７５０号公報の要約書に記載されている。この要約書では、スラリーは熱交換器を通過して流動し、この熱交換器はワイヤソーへの供給管中に組み込まれている。熱交換器とワイヤソーの間の供給管内の温度センサは、熱交換器中の冷媒の流れを調整することができ、それにより同様に一定のスラリー温度を保証することができる。この熱処理されたスラリーは被加工物の温度変動を減少させる。
【０００８】
ＷＯ  ００／４３１６２も同様に、スライシングの間の被加工物温度の変動を制限する複数の方法を開示している。スライシングの間に被加工物に、一定の温度に保たれた冷媒を流すことが提案されている。この冷媒は、熱交換器を貫流する流体であり、その後にこの流体は被加工物と接触する。例えば、一定の温度のスラリーがソーワイヤに供給されるだけでなく、被加工物に直接供給され、それによりより良好な冷却が保証される。この被加工物には、一定の温度の他の液体又はガス、例えば空気を供給することもできる。
【０００９】
前記のすべての方法の欠点は、被加工物の温度変動を十分に補償できないことである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の根底をなす課題は、被加工物の加熱に結びつく前記の欠点を有効に回避することであった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、ソーを用いて棒状又はブロック状の被加工物を切り離す方法において、切り離しの間に前記の被加工物の温度を該被加工物の端面において測定しかつこの測定信号を調整ユニットに転送し、この調整ユニットが測定信号を調整信号に変換し、この調整信号がスラリーの温度を調整する熱交換器を調整するものであって、基準値を上回る被加工物温度が測定された場合は、熱交換器の冷却効率を高め延いては熱交換器内のスラリーの温度を低下させ、そして基準値を下回る被加工物温度が測定された場合は、熱交換器の冷却効率を低下させ延いては熱交換器内のスラリーの温度を上昇させ、温度調整されたスラリーを被加工物の上方又は横側の上方に取り付けられたノズルを介して被加工物に供給することを特徴とする、被加工物を切り離す方法、並びにソーを用いて棒状又はブロック状の被加工物を切り離す方法において、切り離しの間に前記の被加工物の温度を該被加工物の端面において測定しかつこの測定信号を調整ユニットに転送し、この調整ユニットが測定信号を調整信号に変換し、この調整信号がスラリーの温度を調整する熱交換器を調整するものであって、基準値を上回る被加工物温度が測定された場合は、熱交換器の冷却効率を高め延いては熱交換器内のスラリーの温度を低下させ、そして基準値を下回る被加工物温度が測定された場合は、熱交換器の冷却効率を低下させ延いては熱交換器内のスラリーの温度を上昇させ、温度調整されたスラリーを被加工物の上方又は横側の上方に取り付けられたノズルを介して被加工物に供給し、この場合、時間の関数として前記測定信号又は調整信号を調整曲線として記録しておき、別の被加工物を切り離す前にこの別の被加工物の材料及び形状寸法に合わせて調整曲線を選択し、切り離しの間に前記の別の被加工物の温度を、選択された調整曲線に基づく調整信号によって熱交換器を用いて調整することを特徴とする、被加工物を切り離す方法により解決される。
【００１２】
本発明による方法の利点は、基板に切り離す間の被加工物の温度を把握し、温度変化の際に意図的な対抗制御（Gegensteuerung）を可能にする。本発明による方法とは反対に、先行技術によると冷媒、たいていはスラリーの温度を一定に保持しているにすぎない。それにより被加工物の温度変化は十分に低減することができない。
【００１３】
本発明の範囲内で、被加工物の温度に影響を与えるのに適当なそれぞれの方法を使用できる。この目的で、熱交換器中で所望の温度にされかつ引き続き被加工物にノズルを介して供給される流体を使用するのが有利である。このノズルは被加工物の上方又は横側の上方に取り付けられる。流体の中でもガスと比べてより高い熱容量をに基づき液体が特に有利である。スライシング助剤としてスラリーを使用する場合、このスラリーを被加工物の温度制御のために使用するのが特に有利である、それというのもこの場合付加的な液体容器が必要ないためである。スラリーの温度処理は同様に熱交換器内で行われる。被加工物の端面に取り付けられたか又は固定ストリップに取り付けられたペルチェ素子を用いて被加工物を熱電冷却することも有利である。ペルチェ素子を用いた熱電冷却は、わずかな遅れに基づき温度の標準サイズの調整を迅速に行うことができることが特に有利である。
【００１４】
熱交換器もしくはペルチェ素子の調整は、被加工物の温度測定の測定信号を記憶しかつこの測定信号を調整信号に変換する調整ユニットによって行われる。被加工物温度の測定は、温度センサ、例えば熱電素子又は抵抗温度計によって行われる。この温度センサは被加工物の端面の少なくとも一方の取り付けられるのが有利である。例えばシリコン基板の製造の際に通常のように、被加工物の固定ストリップ上での切り離しのために固定する場合に、固定ストリップ上での温度測定も有利である。固定ストリップの温度は、その表面又は温度センサを収容する穿孔中で測定される。
【００１５】
本発明による方法の特に有利な実施態様は、まず同じ材料及び同じ形状寸法の被加工物の種類に対する調整曲線を測定することにある。これは、少なくとも被加工物の場合には有利に複数の同じ種類の被加工物を切り離しの間に被加工物温度を次々に（引き続き平均値を作成して）測定し、前記した方法で可変の冷却により調整することにより有利に行われる。この場合、測定信号又は調整ユニットが作成しかつ冷却を調整する調整信号を時間の関数として記録する。このように測定された調整曲線を、次に他の同様の被加工物の切り離しの際に被加工物冷却の調整のために使用する。この実施態様の場合に、各被加工物において切り離しの間に被加工物温度を測定しなくてもよい、それというのもこの温度測定はすでに所定の調整曲線により置き換えられるためである。この方法は、多くの同じ種類の被加工物を同じ方法で加工する場合に特に有利である。異なる種類の被加工物を加工する場合には、各種類のためにまず調整曲線を決定し、次に各被加工物において材料及び形状寸法に適合した調整曲線を選択する。
【００１６】
図１は、温度制御されたスラリーを介して被加工物温度の調整を行う、本発明により取り付けられたワイヤソーの略図である。
【００１７】
図２は、２００ｍｍの直径を有するシリコン多結晶の例に関して、先行技術による温度推移と本発明による温度制御を用いた場合の温度推移との比較をグラフで示した図である。
【００１８】
図１を用いて本発明による方法の有利な実施態様を次に記載する。
【００１９】
被加工物１は固定ストリップ２と取付プレート３とを介して、先行技術によるワイヤソーの図示されていない装置フレームに固定されている。ソーワイヤ４はスパイラル状に４本のワイヤガイドローラ５を介して走行し、このようにマルチワイヤ部を形成する。このソーワイヤはスラリーノズル６を通してスラリーを吹きかけられ、この場合、スラリーは運動しているワイヤによって切断箇所に運ばれる。（図１中ではスライシングプロセスの開始の前の状態を示す。）このスラリーは、モータ８により駆動する攪拌機９が取り付けられている容器７から、スラリー循環路１０を介してポンプを用いてスラリーノズル６に運ばれる。このスラリーはスライシングプロセスで利用した後に容器７に返送される。ポンプ１１とスラリーノズル６との間でスラリーは熱交換器１２を通過する。この熱交換器は、容器７中のスラリの温度を測定する温度センサ１３の測定信号により制御される。この種の温度制御は先行技術である。付加的に、このワイヤソーは第２のスラリー循環路１４を備えている。この第２のスラリー循環路を介して、スラリーは容器７からポンプ１５を通して添加物ノズル１６にまで運ばれる。この添加物ノズルは被加工物の上方又は上方の横側に取り付けられており、被加工物にスラリーを吹きかける。ポンプ１５と添加物ノズル１６との間でスラリーは熱交換器１８を通過する。この熱交換器は調整ユニット１８を介して調整される。本発明の場合、スライシングの間に被加工物の温度は少なくとも１箇所で測定される。図１において、被加工物の端面で、鉛直線上に配置された５つの温度センサ１９により温度測定が行われている。この測定信号は制御ユニット１８内へ記憶されるため、測定された被加工物温度をベースとして熱交換器１７の調整を行う。基準値を上回る被加工物温度が測定された場合、熱交換器１７内のスラリー温度を低下させる。基準値を下回る被加工物温度の場合には、熱交換器の冷却効率を低下させ、その結果、より高いスラリー温度が生じる。
【００２０】
【実施例】
本発明による方法の結果を、次に実施例及び比較例を用いて示す。
【００２１】
比較例１：制御しないプロセス
先行技術によるスラリー−ワイヤソーを用いて、２００ｍｍの直径を有する単結晶シリコン棒を多数の基板に切り離した。スライス時間は約４００分であった。V1で示された曲線を図２に示したように、シリコン棒の温度は棒にスライシングを始めた直後に急激に上昇し、スライシング開始から１００分よりも若干後に、プロセスの開始時の温度を約１６℃上回る最大値に達する。その後、この温度はゆっくりとプロセスの終わりまで約１２℃ほど低下する。Sで示された曲線はｍｍで表したソーヘッドの位置ひいてはスライシングの進行距離を記入した。
【００２２】
例１：制御されたプロセス
すべてのプロセスパラメータは比較例１と同様に選択した。付加的に、一定のスラリー温度を用いるのではなく、本発明による温度制御を用いて作業し、被加工物にノズル１６を介して温度を変えることができる冷媒をかけ、被加工物の温度変化をできる限り小さくする。被加工物温度の変動は、この場合、図２にB1で示した曲線が示すように、単に約５℃である。それにより、スライシングされたウェハの最大ワープを一般に１５μｍ〜１０μｍに下げることができた。
【００２３】
本発明の適用範囲は、生成物の高い平面度及びわずかなうねり（Welligkeit）が問題となるすべてのスライシング法に広げられる。本発明はソーに固有な特徴を利用していないため、任意のソーの場合に、特に関連する切断砥粒（ダイアモンドワイヤ）又はスラリーを用いて作業するワイヤソーの場合に、しかしながらバンドソー及び内周刃式ソーの場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】温度制御されたスラリーを介して被加工物温度の調整を行う、本発明により取り付けられたワイヤソーの略図
【図２】２００ｍｍの直径を有するシリコン多結晶の例に関して、先行技術による温度推移と本発明による温度制御を用いた場合の温度推移との比較をグラフで示す図
【符号の説明】
１  被加工物、  ２  固定ストリップ、  ３  取付プレート、  ４  ソーワイヤ、  ５  ワイヤガイドローラ、  ６  スラリーノズル、  ７  容器、  ８  モータ、  ９  撹拌機、  １０  スラリー循環路、  １１  ポンプ、  １２  熱交換器、  １３  温度センサ、  １４  スラリー循環路、  １５  ポンプ、  １６添加物ノズル、  １７  熱交換器、  １８  調整ユニット、  １９  温度センサ
【図１】
0004076130.tif 000002
【図２】
0004076130.tif 000003