JPH09254143A - ワイヤーソー及び円柱形ワークを切断する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ワイヤーソーによって円柱形のワークを切断
する場合において、特に厚さばらつきの少ないウエーハ
を得ることができる、円柱形ワークを切断する方法及び
装置を提供する。 【解決手段】 ワイヤーソーを用いて円柱形ワークを切
断する方法において、該円柱形ワークの切断長の変化ま
たはワイヤーとワーク外周のなす角度の変化によりワイ
ヤーの線速を変化させる、ことを特徴とする円柱形ワー
クを切断する方法。および、円柱形ワークを切断するワ
イヤーソーにおいて、該円柱形ワークの切断長の変化ま
たはワイヤーとワーク外周のなす角度の変化によりワイ
ヤーの線速を変化させる手段を備えた、ことを特徴とす
る円柱形ワーク切断用ワイヤーソー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンやガリウ
ム砒素に代表される半導体インゴット等の脆性材料の円
柱形ワークを切断してウエーハを形成する、ワイヤーソ
ー及びその切断する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤーソーは、複数のローラー間に螺
旋状に巻回され、ワークに対して互いに平行で一定ピッ
チの列となっているワイヤーに、半導体インゴット等の
円柱形ワークあるいは合成石英インゴット等の角形ワー
クを押圧し、該ワークとワイヤーとの間に砥粒を含む加
工液（以下スラリーと称す）を供給しながら、ワイヤー
を線方向に移動させて、該ワークをウエーハ状に切断す
る装置であって、一定の厚さのウエーハを多数枚（例え
ば数１００枚）同時に切断することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ワ
イヤーソーによる半導体インゴット等の円柱形ワークの
切断においては、上記合成石英インゴット等の角形ワー
クの切断と相違して、該円柱形ワークの切断開始時とワ
ーク中心部の切断時、そして切断終了時とでは、得られ
たウエーハの厚さが異なってしまうという問題がある。

【０００４】即ち、図１の（ａ）に示すように、切断開
始時及び終了時にはウエーハの厚さが相対的に薄くな
り、他方、ワーク中心部ではウエーハの厚さが相対的に
厚くなってしまう。すなわち、１枚のウエーハにおい
て、切断面の真ん中が凸となり、厚さばらつきが生じて
しまうという現象であり、この現象は１回の切断で得ら
れるウエーハのほとんど全てのウエーハに発生する。こ
の厚さばらつきの発生は、ワイヤーソーによる円柱形ワ
ークの切断に固有の問題であるとともに、切断される円
柱形ワークの直径の増大に伴ってこの厚さばらつきも大
きくなる傾向となるので、例えば厚さの均一性が特に要
求され、今後ますますデバイスの集積度が進み２００mm
や３００mm以上へと大直径化する、半導体シリコン単結
晶ウエーハの切断において特に問題となっている。

【０００５】本発明は上記の問題に鑑みてなされたもの
であり、ワイヤーソーによって円柱形のワークを切断す
る場合において、特に厚さばらつきの少ないウエーハを
得ることができる、円柱形ワークを切断する方法及び装
置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明の請求項１に記載した発明は、ワイヤーソーを用い
て円柱形ワークを切断する方法において、該円柱形ワー
クの切断長の変化またはワイヤーとワーク外周のなす角
度の変化によりワイヤーの線速を変化させることを特徴
とする。このように、ワイヤーの線速を変化させること
によって、ワークに対する仕事量が一定になるように調
整し、切断されるウエーハの厚さを均一にすることがで
きる。

【０００７】また、本発明の請求項２に記載した発明
は、請求項１に記載の円柱形ワークを切断する方法であ
って、前記円柱形ワークの切断長の増加とともにワイヤ
ーの線速を増加させ、次いで切断長の減少とともにワイ
ヤーの線速を減少させることを特徴とする。このよう
に、円柱形ワークの切断長に応じて線速を増減すること
によって、円柱形のワークを均一な厚さ分布で切り出す
ことができる。

【０００８】さらに、本発明の請求項３に記載した発明
は、請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の円
柱形ワークを切断する方法であって、前記ワイヤー線速
の変化率の大きさを円柱形ワークの切断開始時から円柱
形ワークの中心部切断時までのワイヤー線速増加率に比
べ、円柱形ワークの中心部切断時から切断終了時までの
ワイヤー線速減少率を小さくすることを特徴とする このように、円柱形ワークの切断開始時から中心部切断
時までと、円柱形ワークの中心部切断時から切断終了時
までとで、線速の増減率を変えることによって、より厚
さ分布の均一化を図ることができる。

【０００９】本発明にかかる円柱形ワーク切断用ワイヤ
ーソーは、該円柱形ワークの切断長の変化またはワイヤ
ーとワーク外周のなす角度の変化によりワイヤーの線速
を変化させる手段を備えたことを特徴とする（請求項
４）。このような特徴を有するワイヤーソーによって初
めて、請求項１〜請求項３の方法を実施することができ
る。

【００１０】以下、本発明を更に詳述する。本発明者
は、前記円柱形ワークを切断する場合に、厚さのばらつ
きが発生する原因を調査、検討した結果、半導体インゴ
ット等の円柱形ワークの切断においては、該円柱形ワー
クの切断開始時とワーク中心部の切断時、そして切断終
了時とでは、ワイヤーとワークとの接触長さ、即ち切断
長が異なるため、ワイヤー及びスラリーのワークに対す
る仕事量が異なるようになるのではないかと考えた。即
ち、切断開始時及び終了時には切断長が短いために、ワ
イヤー及びスラリーのワークに対する仕事量が相対的に
多くなり、その結果切断時の切削代が多くなるために、
ウエーハの厚さが薄くなってしまうのである。他方、ワ
ーク中心部では切断長が長くなるために、ワークに対す
る仕事量が相対的に少なくなり、その結果切断時の切削
代が少なくなるために、ウエーハの厚さが厚くなってし
まうものと考えられる。

【００１１】また、ワイヤーとワーク外周のなす角度は
切断開始時からワーク中心部までは鋭角であり、ワーク
中心部から切断終了時までは鈍角となる。特に、切断開
始時にはワイヤーとワーク外周とのなす角度が鋭く楔形
状となるため、切断加工部にはスラリーが容易に引き込
まれる。これに対してワーク中心部から切断終了時にか
けてはワイヤーとワーク外周とのなす角度が鈍角となる
ため、切断加工部へのスラリーの引き込みが悪化する傾
向にある。このため、切断開始時にはワイヤー及びスラ
リーのワークに対する仕事量が特に多くなり、その結果
切断開始時の切削量は特に多くなるために、ウエーハの
厚さが、切断長がほぼ等しい切断終了時よりも薄くなっ
てしまい、前記図１（ａ）のような形状のウエーハが切
り出されてしまうものと考えられる。

【００１２】本発明者は、切断長の長短あるいはワイヤ
ーとワーク外周のなす角度の変化に係わらず、円柱形ワ
ークに対する仕事量を一定にすることでウエーハの厚さ
ばらつきを抑制することを着想し、ワークに対する仕事
量を一定にするためには、ワークの切断長またはワイヤ
ーとワーク外周のなす角度の変化に応じてワイヤーの線
速を変化させることが有効であることを確認して本発明
を完成させた。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるも
のではない。ここで、図１はワイヤーソーにより切断さ
れたウエーハの断面形状を示す概念図であり、（ａ）は
従来の装置及び方法により切断したウエーハを、（ｂ）
は本発明の装置及び方法により切断したウエーハを示
す。また、図２はワイヤーソーの概要図である。図３は
本発明の実施形態におけるワイヤーソーの断面を示す概
略図である。

【００１４】図２はワイヤーソーの概略の構成を示す概
要図である。このワイヤーソーは、それぞれトルクモー
ター２４、３４で駆動される２つのワイヤー巻き取りド
ラム２２と３２に巻かれたワイヤー１２が、３本のロー
ラー１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの間で螺旋状に巻かれてお
り、２本のローラー１０Ａと１０Ｂとの間ではワイヤー
１２は一定のピッチで互いに平行となっていて、この部
分でワークが切断されるようになっている。また、例え
ば下方のローラー１０Ｃに接続される駆動モーター７で
該ローラー１０Ｃを回転駆動することによって、ワイヤ
ー１２を所定速度で移動できるようになっている。そし
て、ワイヤー１２がワイヤー巻き取りドラム２２から他
方のワイヤー巻き取りドラム３２へ、もしくはその逆方
向に、張力調節機構２０、３０を介して所定の線速で巻
き取られる時に、図示しない研磨スラリー供給装置から
スラリーをワイヤー１２を介してワーク切断部に供給し
つつ、ワークホルダー４２に保持された円柱形ワーク４
０を２本のローラー１０Ａと１０Ｂとの間のワーク切断
部に押圧することによって、ワーク４０が切断される。

【００１５】図３は図２のワイヤーソーをＡ方向から見
た、本発明の実施形態を示した断面概略図である。研磨
スラリーは、２本のローラー１０Ａと１０Ｂの中心線の
直上にある、スラリー供給ノズル５０Ａ、５０Ｂから供
給される。円柱形ワークの切断時には、ワイヤー１２が
ローラー１０Ａからローラー１０Ｂの方向に送られてい
るときには、スラリーは供給ノズル５０Ａから供給さ
れ、その逆方向に送られているときにはスラリーは供給
ノズル５０Ｂから供給される。スラリー供給ノズル５０
Ａと５０Ｂとは、ローラー１０Ａあるいは１０Ｂの長手
方向に多数のノズルが配置されており、スラリーの流れ
がカーテン状になるようになっている。

【００１６】本発明のワイヤーソーにおいては、ワーク
４０に対するワイヤー１２の線速を、ワーク４０の切断
長またはワイヤーとワーク外周のなす角度に応じて変化
させる。ワイヤー１２の線速の変化のパターン例を図４
に示すが、ワーク４０の切断開始時には線速を最も遅く
し、切断長の増加に伴って線速を増加させ、ワーク中心
部の切断時には線速が最も高速となるようにし、次いで
切断長の減少に伴って線速を減少させる。

【００１７】そして、この線速の変化パターンは、切断
開始時から円柱形ワークの中心部切断時までのワイヤー
線速増加率に比べ、円柱形ワークの中心部切断時から切
断終了時までのワイヤー線速減少率を小さくするように
している。これは前記図１（ａ）で示したように、円柱
形ワークの中心部切断時から切断終了時までの方が、切
断開始時から円柱形ワークの中心部切断時までに比べ、
ワイヤー及びスラリーのワークに対する仕事量が相対的
に減少することに対応したものである。

【００１８】また、本発明において、ワイヤーの線速を
変化させるには、例えばローラー１０Ｃに接続され、該
ローラーを回転駆動させる駆動モーター７をサーボモー
ターとし、このサーボモーターの回転速度を制御するこ
とによって、ワイヤーの線速を所定のパターンで変更、
制御することができる。そして、これにともないワイヤ
ー巻き取りドラム２２、３２のワイヤー巻き取り、繰り
出し速度をトルクモーター２４、３４により調整すれば
よい。また、切断長の検出はワイヤー１２に対するワー
ク４０の位置関係から検出することができ、例えば、ワ
ークホルダー４２をワイヤー１２に押圧した距離と、ワ
ークの直径から簡単に割り出すことができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例をあげる。 （実施例）本発明のワイヤーソー及び切断する方法を用
いて、直径が約２００mmの半導体シリコン単結晶インゴ
ットの切断を行った。図４に示すようなワイヤー線速の
パターンで行ったが、このパターンは切断開始時のワイ
ヤー線速を１００ｍ／分とし、切断長の増加とともに線
速を増加させ、インゴット中心部の切断時には線速を６
５０ｍ／分とし、次いで切断長の減少とともに線速を減
少させ、切断終了時には線速を３００ｍ／分と変化させ
たものである。この条件でインゴット１０本の切断を行
い、約２５００枚のウエーハを切り出した。得られたウ
エーハの厚さを、図５に示すようにウエーハ中心と周辺
部（各方向で周辺から３mm）４点の計５点で測定し、最
大値と最小値の差ＴＶ５を求めた。

【００２０】（比較例）ワイヤー１２の線速を切断開始
から終了まで５００ｍ／分で一定とした以外は、実施例
と同様にして、直径が２００mmの半導体シリコン単結晶
インゴットの切断を行った。切断したインゴットは５本
であり、約１０００枚のウエーハを切り出した。得られ
たウエーハの厚さを、上記同様図５に示すようにウエー
ハ中心と周辺部（各方向で周辺から３mm）４点の計５点
で測定し、最大値と最小値の差ＴＶ５を求めた。

【００２１】以上の実施例及び比較例で得られた結果を
表１に示す。

【表１】

【００２２】本発明の方法および装置によって切断され
たウエーハの断面形状は、図１（ｂ）のようになり、従
来および比較例で切断されたウエーハのごとき、切断面
が真ん中凸となる図１（ａ）に比し、著しい改善がみら
れた。そして、表１からわかるように、本発明によれ
ば、ウエーハ面内の厚さばらつきの指標であるＴＶ５が
比較例に比べて大きく低減される。さらにまた、図１
（ｂ）に示したように切断面が均一でスムースとなるた
めか、ウエーハの割れ発生率も大幅に改善された。した
がって、本発明によれば、厚さのばらつきの改善のみな
らず、切断歩留、生産性も向上させることができる。

【００２３】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。

【００２４】例えば、本発明で言う「円柱形ワーク」と
は、完全に切断面が円である柱状ワークのみを言うもの
ではなく、切断面が楕円であったり、あるいは円ではあ
るが、一部切り欠き部（いわゆる、オリエンテーション
フラット）がある場合等も含むものであり、切断の進行
と共に切断長あるいはワイヤーとワーク外周のなす角度
が変化するワークの切断であれば、その形態に応じて適
宜線速のパターンを変更して、上記同様に適用できる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のワイヤー
ソー及び円柱形ワークの切断方法では、ワイヤーの線速
を円柱形ワークの切断長またはワイヤーとワーク外周の
なす角度に応じて変化させることにより、ウエーハ面内
の厚さばらつきが大きく改善されるのみならず、副次的
な効果として切断時のウエーハの割れ発生率が低減さ
れ、切断歩留、生産性の改善をも図ることができる。よ
って、本発明の産業界における利用価値は、すこぶる高
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワイヤーソーにより切断されたウエーハの断面
形状を示す概念図であり、（ａ）は従来の装置及び方法
により切断したウエーハを、（ｂ）は本発明の装置及び
方法により切断したウエーハを示す。

【図２】ワイヤーソーの概要図である。

【図３】本発明のワイヤーソーの断面を示す概略図であ
る。

【図４】本発明の実施形態を示すものであり、円柱形ワ
ークの切断時におけるワイヤー線速の変化のパターンを
示す図である。

【図５】切断後のウエーハの厚さ測定位置を示した説明
図である。

【符号の説明】

７…駆動モーター、 １０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…ローラー、 １２…ワイヤー、 ２０、３０…張力調節機構、 ２２、３２…ワイヤー巻き取りドラム、 ２４、３４…トルクモーター、 ４０…円柱形ワーク、 ４２…ワークホルダー、 ５０Ａ、５０Ｂ…スラリー供給ノズル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 外山 公平 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150 信越半導体株式会社白河工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワイヤーソーを用いて円柱形ワークを切
   断する方法において、該円柱形ワークの切断長の変化ま
   たはワイヤーとワーク外周のなす角度の変化によりワイ
   ヤーの線速を変化させる、ことを特徴とする円柱形ワー
   クを切断する方法。
2. 【請求項２】 前記円柱形ワークの切断長の増加ととも
   にワイヤーの線速を増加させ、次いで切断長の減少とと
   もにワイヤーの線速を減少させる、ことを特徴とする請
   求項１に記載の円柱形ワークを切断する方法。
3. 【請求項３】 前記ワイヤー線速の変化率の大きさを、
   円柱形ワークの切断開始時から円柱形ワークの中心部切
   断時までのワイヤー線速増加率に比べ、円柱形ワークの
   中心部切断時から切断終了時までのワイヤー線速減少率
   を小さくする、ことを特徴とする請求項１または請求項
   ２のいずれか一項に記載の円柱形ワークを切断する方
   法。
4. 【請求項４】 円柱形ワークを切断するワイヤーソーに
   おいて、該円柱形ワークの切断長の変化またはワイヤー
   とワーク外周のなす角度の変化によりワイヤーの線速を
   変化させる手段を備えた、ことを特徴とする円柱形ワー
   ク切断用ワイヤーソー。