ソーワイヤ、ソーワイヤの製造方法、半導体インゴットの切断方法及びワイヤソー
【課題】遊離砥粒を含有するスラリを用いなくともインゴット等をスライスすることができる固定砥粒方式によるインゴット等のスライスに適したソーワイヤであって、表面の硬度が高く、また、長寿命で耐久性が高いソーワイヤ及びそれを用いた半導体インゴットの切断方法を提供する。そして、ソーワイヤの製造に適した製造方法を提供する。
【解決手段】ワイヤ基材１Ａ，１Ｂ，１Ｃにダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜２が被着されてなるソーワイヤであって、ソーワイヤ表面に凸部が形成されているソーワイヤを用いる。
【解決手段】ワイヤ基材１Ａ，１Ｂ，１Ｃにダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜２が被着されてなるソーワイヤであって、ソーワイヤ表面に凸部が形成されているソーワイヤを用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体インゴットやセラミック、ガラス基板等の硬脆材料を切断するソーワイヤ及びその製造方法等、詳しくは半導体インゴット等のスライスに適したソーワイヤ及びその製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体インゴット等からウェハをスライスする方法として、スチールワイヤ製のソーワイヤを用いて複数枚を同時にスライスする方法（マルチスライス）が知られている。前記方法は、詳しくは、テンションの掛けられた複数のソーワイヤを列状に配置して、インゴットに向けて走行させ、走行するソーワイヤに炭化珪素砥粒等の遊離砥粒を含有するスラリを吹き付けると、インゴットとソーワイヤとの間に遊離砥粒が引き込まれ、インゴットを摩滅させながら複数枚のウェハをスライスするという方法（遊離砥粒方式とも呼ばれる）である。
【０００３】
前記方法に用いられるソーワイヤは、スライスの際にソーワイヤ自体が遊離砥粒等により磨耗しやすく、このような磨耗は、経時的に切断効率を低下させ、また、磨耗が不均一に生じた場合には、スライスしたウェハにソリやうねりが生じてウェハの寸法精度の低下を招くという問題があった。
【０００４】
前記のような磨耗による問題を解決する手段として、例えば、下記特許文献１にはソーワイヤの表面にセラミックで被覆したソーワイヤが、下記特許文献２にはダイヤモンド被膜またはダイヤモンドに近似した硬度を有する炭素質膜が設けられたソーワイヤが開示されている。前記開示技術は、いずれも、ソーワイヤの表面硬度を高めて、ソーワイヤの磨耗を抑制することにより、ソーワイヤの硬度を高めて耐久性を向上させることを目的とするものである。
【０００５】
前記従来技術におけるソーワイヤを用いた遊離砥粒方式によるスライスに用いられるスラリとしては、クーラントとも呼ばれる鉱物油に遊離砥粒を分散させてなる油性スラリが用いられている。油性スラリは油を分散媒体とするために引火性があり、マルチスライス工程の長時間の無人運転には適さない。また、油性スラリは臭気が強い等、作業環境上好ましくないという問題もあった。さらに、スライス後のウェハには油及び砥粒が付着するために、それらを洗浄する必要があるが、その工程は煩雑なものである。また、前記洗浄により得られる廃スラリ処理においては、砥粒の回収は可能であるものの、油分の再利用は困難であり、環境への負荷も大きかった。
【０００６】
また、油性スラリを用いた遊離砥粒方式におけるスライス工程の問題点を解決するために、引火性のない水性クーラントを用いた水性スラリも提案されている。水性スラリを用いたスライス工程で得られるウェハは洗浄の際には必ずしも有機溶媒を必要とせず、水だけでも洗浄できるという利点がある。しかしながら、水性スラリに高い含有割合で砥粒を安定分散させること、また砥粒の分散状態を保持することが困難であるという問題があった。
【０００７】
前記遊離砥粒方式における問題を解決する手段として、ワイヤ自身にダイヤモンド砥粒を接着させることにより歯を形成させる固定砥粒方式が提案されている（例えば、特許文献３）。
【０００８】
前記固定砥粒方式はダイヤモンド砥粒を樹脂でワイヤに接着したものである。このような固定砥粒方式によるシリコンウェハのスライスは、遊離砥粒を含有しない、水、又は少量の界面活性剤等を含有する水のみによりインゴットをスライスすることができる。
【特許文献１】特開昭６２−２５１０６１号公報
【特許文献２】特開昭６３−１１２７４号公報
【特許文献３】ＷＯ９８／３５７８４パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ワイヤ表面にダイヤモンド砥粒を樹脂で接着して形成されるソーワイヤは砥粒の接着力が弱く、スライスの際にワイヤ表面から砥粒が脱落することがあるために、ソーワイヤの耐久性が低く、寿命が短いという問題があった。
【００１０】
本発明は、前記各種課題、すなわち、遊離砥粒を含有する油性スラリを用いずに、遊離砥粒の含有割合が低い水性スラリ、または、遊離砥粒を全く含有しない水性溶液のみでインゴット等をスライスすることができる固定砥粒方式によるソーワイヤであって、表面の硬度が高く、また、長寿命で耐久性が高いソーワイヤ及びそれを用いた半導体インゴットの切断方法及び前記ソーワイヤを用いたワイヤソーを提供することを課題とする。そして、前記ソーワイヤの製造に適した製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のソーワイヤは、ワイヤ基材にダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜（以下、単にダイヤモンド状薄膜等ともよぶ）が被着されてなるソーワイヤであって、前記ソーワイヤ表面に凸部が形成されていることを特徴とするものである。このように表面にダイヤモンド状薄膜等を被着させ、また、ソーワイヤ表面に凸部を形成することにより、凸部が歯の働きをし、遊離砥粒を含有するスラリを用いなくともインゴット等をスライスすることができる。また、ソーワイヤ表面にはダイヤモンド状薄膜等が被着されているために、表面の硬度が高く、長寿命で耐久性の高いソーワイヤが得られる。
【００１２】
前記ソーワイヤ表面の凸部は、表面に予め凸部が形成されたワイヤ基材にダイヤモンド状薄膜等を被着させる方法や、比較的平滑な表面を有するワイヤ基材にダイヤモンド状薄膜等を粒子状に成長させることにより形成することができる。その模式図を示すと図１のようになる。
【００１３】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本発明のソーワイヤの拡大断面を示す模式図である。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）中、１Ａ，１Ｂはワイヤ基材、２はダイヤモンド状薄膜等であり、ダイヤモンド状薄膜等２はワイヤ基材１Ａ，１Ｂの表面に被着している。そして、ソーワイヤには凸部Ｒが形成されている。そして、図１（Ａ）におけるワイヤ基材１Ａは、表面が平滑なワイヤ基材であり、図１（Ｂ）におけるワイヤ基材１Ｂは表面が粗なワイヤ基材である。なお、表面が平滑なワイヤ基材とは、十点平均粗さ（Ｒｚ）が０．５μｍ未満程度の表面状態を有するワイヤ基材であり、表面が粗なワイヤ基材とは、十点平均粗さ（Ｒｚ）が０．５〜２５μｍ程度の表面状態を有するワイヤ基材である。
【００１４】
本発明のソーワイヤは図１（Ａ）に示すような、表面が平滑なワイヤ基材１Ａの表面に凸部を形成するようにダイヤモンド状薄膜等２を被着させた形態や、図１（Ｂ）に示すような、表面が粗なワイヤ基材１Ｂの表面にその表面状態に沿ってダイヤモンド状薄膜等２を被着させた形態、あるいは、これらを組み合わせた形態のいずれの形態であってもよい。
【００１５】
本発明におけるダイヤモンド薄膜とは、Ｓｐ３構造の結晶構造を持つダイヤモンド薄膜であり、ダイヤモンド状薄膜とは、ＤＬＣ（Diamond like Carbon）、ダイヤモンド状硬質炭素、非晶質炭素とも呼ばれるＳｐ３構造及び／又はＳｐ２構造、並びにその他の炭素質を含有する薄膜である。
【００１６】
前記ダイヤモンド状薄膜等の膜厚としては、０．０１〜２５μｍ程度、さらには、０．０２〜５μｍ程度であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明におけるワイヤ基材とは従来からソーワイヤとして用いられている、高い抗張力を有する線径４０〜４００μｍ程度の金属線、具体的には、例えば、ピアノ線、硬鋼線等のＦｅ系金属線や、タングステン線、いわゆるインコネル（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金）等の金属線がとくに限定なく用いられる。
【００１８】
本発明のソーワイヤは、ワイヤ基材の表面に、公知の薄膜形成方法によりダイヤモンド状薄膜等を形成させることにより得られる。前記薄膜形成方法としては、例えば、炭素源としてＣＨ４，Ｃ２Ｈ２，ＣＯ，低級アルコール等の有機物からなる炭素含有ガスを用いたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の各種ＣＶＤ法や、黒鉛等を炭素源とする真空蒸着法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、プラズマイオン注入法、重畳型ＲＦプラズマイオン注入法、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、レーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等が挙げられる。なお、ＣＶＤ法を用いる場合においては、前記炭素含有ガスとともに、Ｓｉ、Ｂ、Ｆ、Ｎ等の元素を含むガスを導入することにより、これらの元素を含有するダイヤモンド状薄膜等を形成することもできる。前記Ｓｉ、Ｂ、Ｆ、Ｎ等の元素を含む原料ガスとしては、モノシラン、ジシラン、テトラメチルシラン、ジメチルシラン、CF4、HFC、ジボラン、テトラボラン、ヘキサボラン、N2、NH3、ピロール等のN含有五員環類等が挙げられる。これらのガスは、炭素含有ガスと予め混合して導入しても、また、別に導入しても良い。
【００１９】
また、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、およびＺｒ等の金属元素を含有する化合物を導入することによりダイヤモンド状薄膜等に前記のような金属元素を含有させることもできる。これらの元素を含有させることは、ダイヤモンド状薄膜等の硬度をさらに高めたり、ワイヤ基材との密着性を高めたりすることができる点から好ましい。ダイヤモンド状薄膜等におけるこのような金属元素の含有割合としては、該薄膜中の原子量組成比において、３０％未満であることが好ましい。
【００２０】
なお、本発明のソーワイヤに用いられるワイヤ基材の表面粗さとしては、上述のように十点平均粗さ（Ｒｚ）が０．５μｍ未満程度の表面が平滑なワイヤ基材や、十点平均粗さ（Ｒｚ）が０．５〜２５μｍ程度の表面が粗なワイヤ基材が用いられる。
【００２１】
前記表面が粗なワイヤ基材は、表面が平滑なワイヤ基材をエッチング処理や砥粒による研磨、あるいは、ワイヤ製造時における線引き工程においてダイス工具により傷つけ処理することにより得ることができる。このような表面が粗なワイヤ基材を用いた場合には、その粗化により形成されたワイヤ基材の凸部自体によりソーワイヤの歯が形成される。また、前記ワイヤ基材の凸部においては、薄膜形成の際に薄膜成長が優先的に起こり、凸部をさらに大きくする作用もある。
【００２２】
前記ワイヤ基材表面に施すエッチング処理としては、ワイヤ基材をプラズマ中で発生させたイオンまたはラジカルによってエッチングする方法（プラズマエッチング法）や、酸や塩化第二鉄等の腐食性液体を用いた湿式法によるエッチング、腐食性ガスを用いた乾式法によるエッチング等が挙げられる。前記プラズマエッチング法は、成膜にプラズマＣＶＤ法を用いれば、プラズマＣＶＤ装置を用いて、成膜プロセスの前工程としてエッチング処理を施すことができるため、製造工程を簡略化することができる点からとくに好ましい。
【００２３】
また、前記砥粒による研磨としては、ダイヤモンド砥粒、炭化珪素砥粒、キュービックボロンナイト（ｃ−ＢＮ）砥粒等、又はこれらを組み合わせた砥粒による表面粗化が挙げられ、また、前記ダイス工具による傷つけ処理としては、ワイヤ製造の際の線引き工程において用いられるダイスによる傷つけ処理によってワイヤ表面を粗くする方法が挙げられる。前記ダイスとしては、ダイヤモンド、炭化珪素、キュービックボロンナイト（ｃ−ＢＮ）、タングステンカーバイドからなる表面をもつダイスを用いることが好ましい。さらに、ワイヤの線引き工程においては、前記のようなダイスとダイヤモンド砥粒、炭化珪素砥粒、キュービックボロンナイト（ｃ−ＢＮ）砥粒等とを組み合わせて用いてもよい。
【００２４】
本発明の表面に凸部が形成されたソーワイヤの表面粗さとしては、十点表面粗さ（Ｒｚ）が０．０５〜４０μｍ、さらには２〜１５μｍ程度であることが、インゴット等を切断する際の切断速度を高く維持できる点から好ましい。また、前記ダイヤモンド状薄膜等はワイヤ基材表面積全体に対し８５〜１００％の面積に被着されていることが、インゴット等を切断する際にダイヤモンド状薄膜等がワイヤ基材からより剥離しにくくなる点から好ましい。
【００２５】
本発明のソーワイヤには、さらに、図１（Ｃ）に示すようにワイヤ基材１Ａ表面とダイヤモンド状薄膜等２との間に、両者の密着性を向上させるための中間層３が形成されていることが好ましい。
【００２６】
中間層３は、例えば、スパッタ法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、溶射法、イオンプレーティング法又はアークイオンプレーティング法、プラズマイオン注入法、重畳型ＲＦプラズマイオン注入法、イオンビーム蒸着法又はレーザーアブレーション法等の成膜法により得られる、チタン（Ｔｉ）等の４Ａ族元素、５Ａ族元素、クロム（Ｃｒ）等の６Ａ族元素、鉄族元素、珪素（Ｓｉ）、Ａｌまたはこれらの炭化物、窒化物、炭窒化物の少なくとも１種を含むアモルファス膜、具体的には、例えば、珪素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）と炭素（Ｃ）又はクロム（Ｃｒ）と炭素（Ｃ）とを含有するアモルファス膜等を用いることができる。さらに具体的には、とくにイオンビーム蒸着法を用いて形成される炭化珪素膜がとくに好ましく、この場合のＳｉ源及びＣ源としては、例えばモノシラン、ジシラン、テトラメチルシラン、ジメチルシラン、メタン、アセチレン、プロパン、ブタン、ベンゼンなどを用いることができ、これらの中でもとくにモノシラン、テトラメチルシラン、アセチレン、ベンゼンが好ましい。これらは、ワイヤ基材１の種類に応じて好ましいものを選択する。中間層４の厚みは、とくに限定されるものではないが、０．００５〜０．３μｍ、さらには、０．０１〜０．１μｍ程度であることが好ましい。
【００２７】
本発明のソーワイヤの引張強さとしては３０００Ｎ／ｍｍ２以上であることが好ましい。このような強度であれば、ソーワイヤとして用いるための機械的強度を充分に満たす。また、ソーワイヤ表面のビッカース硬度としては１０００〜４５００Ｈｖであることが、とくに優れた切削性を有し、また、より長寿命で耐久性が高い点から好ましい。
【００２８】
前記説明した、本発明のソーワイヤは半導体インゴットを切断する際に、従来必要であった砥粒の含有割合が高いスラリの代わりに、砥粒の含有割合が低い、または、砥粒を全く含有しない水または水に界面活性剤等の水溶性添加剤を溶解させた水溶液のみでも半導体インゴットからウェハを効率よく切り出すことができる。
【００２９】
なお、本発明のソーワイヤを製造するために、とくに好ましい製造方法としては、前記ワイヤ基材の表面にＰＶＤ及びプラズマＣＶＤを併用する以下のような成膜方法によってダイヤモンド状薄膜等を形成することが好ましい。
【００３０】
すなわち、複数本の炭素棒を収納するチャンバであって、これらの炭素棒が特定の中心軸の周囲にこの中心軸から互いに等しい距離を置いた位置でかつ周方向に等しい間隔を置く位置に互いに平行な姿勢で配置されたチャンバの内部に前記ワイヤ基材を挿入し、このワイヤ基材を前記中心軸に合致する位置に固定して当該ワイヤ基材に張力を与える工程と、前記チャンバ内を減圧し、かつ、炭素含有ガスを含む雰囲気にする工程と、前記雰囲気下で、前記各炭素棒に前記炭素含有ガスのプラズマを発生させるための放電電圧を印加し、かつ、これらの炭素棒の内側に固定された前記ワイヤに前記プラズマ中の陽イオンを捕捉するためのバイアス電圧を印加することにより、前記ワイヤの表面にＰＶＤ及びプラズマＣＶＤによって前記ダイヤモンド薄膜又は前記ダイヤモンド状薄膜を形成する工程とを含むことを特徴とする製造方法が挙げられる。このような製造方法により、ワイヤ基材上に形成されるダイヤモンド状薄膜等は、粒子状（パーティクルライク)に膜が形成されやすくなるためにダイヤモンド状薄膜等からなる凸部を形成しやすく、また、その凸部の大きさも制御しやすい。また、その、成膜速度も速いために生産効率にも優れている。
【００３１】
前記製造方法においては、前記のようにワイヤ基材の周囲に複数の炭素棒を等距離、等間隔で配設する。この複数の炭素棒は、プラズマＣＶＤ法における放電電極の機能及びＰＶＤ法における炭素源として機能するものである。前記炭素棒に放電電圧を与えることにより、放電電極である炭素棒間に存在する炭素含有ガスがプラズマ化されるとともに、炭素棒から炭素が飛び出す。そして、ワイヤ基材には、陽イオンを捕捉するためのバイアス電圧を印加することにより、放電電圧の印加により発生した炭素含有ガスのプラズマの陽イオンがワイヤ基材表面に引き寄せられる。また、前記のように処理されるワイヤ基材の周囲には複数の炭素棒が等距離、等間隔で配設されているために、ワイヤ基材の表面にほぼ均一に薄膜を被着させることができる。このように、本製造方法においては、ワイヤ基材の表面に均一に密着性よく薄膜が形成される。
【００３２】
さらに、前記ソーワイヤの製造方法においては、前記各炭素棒により囲まれる領域にプラズマ密度を他の領域に比して局所的に高めるための磁界を形成することが好ましい。このように、ワイヤ基材の周囲であって、各炭素棒により囲まれる領域にプラズマ密度を高めるための磁界を形成することにより、薄膜の生成速度が速くなり、さらに、薄膜が粒子状に成長しやすくなる。
【００３３】
以下に、前記本発明のソーワイヤの製造方法の好ましい実施の形態を、図２〜図４に基づいて詳しく説明する。
【００３４】
図２は本発明のワイヤ基材用薄膜形成装置の構成を示す模式図である。また、図３（Ａ）はワイヤ基材用薄膜形成装置内に配置される炭素棒及びワイヤ基材等の配置を示す模式図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の右方から見た側面図を示す。さらに、図４は炭素棒に放電電圧を印加するための交流放電回路の回路図を示す。
【００３５】
図２に示した、ワイヤ基材用薄膜形成装置４はプラズマＣＶＤ法とＰＶＤ法を併用することができる装置である。
【００３６】
図２中、６はチャンバ、７は炭素棒及びワイヤ基材固定手段、７Ａは炭素棒固定治具、８Ａはガス導入口、８Ｂは排気口、Ｆ１、Ｆ２はガス流量調整用マスフローコントローラ、Ｔ１、Ｔ２はガスタンク、Ｐは減圧手段、Ｍはソレノイドコイル、Ｖは放電電圧用電源、Ｂはバイアス電源、Ｓ１及びＳ２はバネを示す。
【００３７】
そして、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、チャンバ内に設けられる炭素棒５Ａ〜５Ｄ及びワイヤ基材１を固定するための炭素棒及びワイヤ基材固定手段７においては、セラミックス等の絶縁材料からなる炭素棒固定治具７Ａに炭素棒５Ａ〜５Ｄが固定され、炭素棒５Ａ〜５Ｄがワイヤ基材１の周囲にワイヤ基材１から互いに等しい距離を置いた位置でかつワイヤ基材１の周方向に等しい間隔を置く位置に互いに平行な姿勢で配置されている。また、ワイヤ基材１はバネＳ１，Ｓ２により適当な張力がかけられて固定されている。さらに、ワイヤ基材１にはバイアス電圧を印加するためのバイアス電源Ｂが接続されている。
【００３８】
なお、本実施形態においては、炭素棒を４本用いているが、その本数はワイヤ基材１の表面全体にほぼ均一にダイヤモンド状薄膜等を成膜できる複数の本数であればとくに限定されない。なお、このような位置関係で複数の炭素棒を配置することにより、各炭素棒から飛び出す炭素がワイヤ基材１表面にほぼ均一に付着するとともに、ワイヤ基材１の近傍で炭素含有ガスのプラズマを発生させることにより、プラズマ中の陽イオンもワイヤ基材１に引き寄せられ、効率的に成膜される。なお、本実施形態においては、４本の炭素棒５Ａ〜５Ｄのうち、対角に位置する５Ａと５Ｃ、５Ｂと５Ｄは等電位になるように銅線、銅板等の導電材５Ｅ、５Ｆにより導通されている。
【００３９】
ソレノイドコイルＭは電流を流すことで励磁され、チャンバ６内の炭素棒５Ａ〜５Ｄにより囲まれる領域のプラズマ密度を他の領域に比して局所的に高めるための磁界を形成するためのものである。ワイヤ基材１の周囲であって、各炭素棒により囲まれる領域にプラズマ密度を高めるための磁界を形成することにより、薄膜の生成速度が速くなり、また、薄膜が粒子状に成長しやすくなる。なお、本実施形態においては前記のように磁界を形成するためにソレノイドコイルＭはチャンバ６の外周部に設けられており、また、ワイヤ基材１は、チャンバ６内の中央部の磁場が一様になる部分に配置されている。
【００４０】
前記のように構成されたワイヤ基材用薄膜形成装置４を用いたワイヤ製膜工程について図２〜図４を参照して説明する。
【００４１】
はじめに、チャンバ６内において、前記のような配置で炭素棒５Ａ〜５Ｄ及びワイヤ基材１を配置し、チャンバ６を密閉する。
【００４２】
密閉されたチャンバ６は、減圧手段Ｐにより減圧される。減圧手段Ｐとしては、ロータリーポンプ(油回転ポンプ)や、油拡散ポンプ、又はそれらの組み合わせ等が用いられる。なお、減圧手段Ｐによる減圧は、可能な限り真空に近づけることが好ましく、具体的には
１０-３Ｐａ以下程度になるまで減圧することが好ましい。
【００４３】
そして、減圧されたチャンバ６内にガス導入口８Ａから炭素含有ガスを導入し、炭素含有ガスを含む雰囲気にする。ガス導入手段としては、マスフローコントローラ等の流量調整手段を備えたガス導入装置等が用いられる。このときの、ガスの圧力としてはプラズマの生成及び維持が可能である限りとくに限定されないが、１〜１０Ｐａ程度であることが成膜効率の点から好ましい。なお、このときに、炭素含有ガス以外のガス成分を炭素含有ガスと混合して、あるいは、別々に導入しても良い。
【００４４】
次に、放電電圧用電源Ｖにより炭素棒５Ａ〜５Ｄに放電電圧を印加して、前記炭素含有ガスのプラズマを発生させる。このとき図４に示すように、対角に位置する５Ａと５Ｃ、５Ｂと５Ｄは導電材５Ｅ、５Ｆにより等電位にされている。なお、図４中、ＴＲはトランス、Ｋ１，Ｋ２は保護抵抗、Ｖｎ，Ｖｄは電圧計を示す。
【００４５】
前記放電電圧はプラズマの生成及び維持が可能である限りとくに限定されないが、２００〜５００Ｖ、さらには、２５０〜４００Ｖであることが好ましい。また、放電電流密度としてはプラズマの生成及び維持が可能である限りとくに限定されないが、０．０１〜１ｍＡ／ｃｍ２、さらには、０．１〜１ｍＡ／ｃｍ２程度であることが好ましい。なお、このときの放電電圧は、例えば、図４に示すような電圧計Ｖｄにより測定される電圧印加端子間の電位差であり、放電電流密度Ｉｄは、電圧計Ｖｎで測定された保護抵抗Ｋ１間の電位差から計算される。
【００４６】
そして、ワイヤ基材１にバイアス電圧を印加すると、放電により発生したプラズマに由来する陽イオンがワイヤ基材１の表面に引きつけられる。また、各炭素棒から、ＰＶＤの原理により、炭素が飛び出し、ワイヤ基材１の表面に付着する。そして、このまま一定時間保持することにより、ワイヤ基材１の表面にダイヤモンド状薄膜等が成膜される。
【００４７】
前記バイアス電圧はワイヤ基材表面に前記陽イオンが引き寄せられて形成された薄膜を再スパッタしない範囲である限りとくに限定されないが、-５０〜-２５０Ｖであることが好ましい。
【００４８】
なお、ソレノイドコイルＭに接続された図略のソレノイド励磁電源をＯＮにし、チャンバ６内に各炭素棒により囲まれる領域にプラズマ密度を高める磁界を形成することが、成膜速度を高めるとともに、凸状の薄膜の生成を促す点から好ましい。磁界の磁束密度としては、前記のようにプラズマ密度を高める磁界を形成するものである限りとくに限定されないが、その磁束密度としては、例えば、１００〜６００ガウス、さらには、３００〜６００ガウスであることが好ましい。
【００４９】
なお、本実施形態のソーワイヤの製造方法においては、処理されるワイヤ基材は、不連続に切断されたものであるが、チャンバの内部、又は、外部に、処理されるワイヤ基材の送り手段及び巻き取り手段を設け、順次、連続した長いワイヤ基材の一部を各炭素棒に対して前記のように配置される所定の位置に送ることにより、所望の長さの長いソーワイヤを得ることもできる。
【００５０】
このような製造方法により得られるソーワイヤの特徴としては、ソーワイヤ表面に高硬度の凸形状のダイヤモンド状薄膜等が被着されていることから、砥粒を含有しない加工液を用いても前記凸形状の部分が歯の部分になり、高い切削効率で切断することができる。さらに、凸部の形態を制御できるために、半導体インゴット等のワークを高精度に切断することができる。また、ソーワイヤ表面には高硬度のダイヤモンド状薄膜等が被着されているために、ワークの硬度よりも高い硬度を有するために長寿命で高い耐久性を有するものになる。また、遊離砥粒を含有するスラリを用いる場合には、従来のスラリに比べて、遊離砥粒の含有割合の低い水系のスラリを用いても高い切削効率を維持することができ、ソーワイヤの凸部とワークとの間に隙間ができることによって、遊離砥粒がワイヤに保持されやすくなり、凸部との相乗効果により高効率の切断が可能になる。
【００５１】
本発明のソーワイヤは、ソーワイヤを用いたワイヤソーで半導体インゴットを切断する際に、砥粒の含有割合が低いスラリ、あるいは、砥粒を含有しない水または水に界面活性剤等の水溶性添加剤を含有させた液を用いて、半導体インゴットからウェハを効率よく切り出すことができる。
【００５２】
次に、本発明のソーワイヤを用いて半導体インゴットから複数枚のウェハを切り出す方法を以下に説明する。
【００５３】
本発明のソーワイヤは、当該ソーワイヤを複数のガイドローラに複数回掛け渡してこれらのガイドローラのうちの特定のガイドローラ同士の間に前記ソーワイヤが平行な状態で複数列にわたり配列されたインゴット切断領域を形成し、かつ、このソーワイヤを当該ソーワイヤの軸方向に駆動する工程と、前記ソーワイヤを駆動した状態で前記切断領域に対し前記ソーワイヤの軸方向と略直交しかつ前記ソーワイヤの配列方向と略直交する方向に前記半導体インゴットを移送してこの半導体インゴットを前記ソーワイヤにより複数個所で切断する工程とを含むような切断方法に用いることができる。
【００５４】
また、前記方法を具体化したワイヤソーとしては以下のようなものが好ましい。すなわち、半導体インゴットから複数枚のウェハを切り出すためのワイヤソーであって、本発明のソーワイヤと、前記ソーワイヤが複数回掛け渡される複数のガイドローラと、前記ソーワイヤを当該ソーワイヤの軸方向に駆動するワイヤ駆動手段とを備え、前記ソーワイヤが、前記ガイドローラのうちの特定のガイドローラ同士の間において平行な状態で複数列にわたり配列されることによりインゴット切断領域を形成するように配線されるとともに、前記ワイヤ駆動手段により前記ソーワイヤが駆動された状態で前記切断領域に対し前記ソーワイヤの軸方向と略直交しかつ前記ソーワイヤの配列方向と略直交する方向に前記半導体インゴットを移送することによりこの半導体インゴットを前記ソーワイヤにより切断させるインゴット移送手段を備えたことを特徴とするワイヤソーが挙げられる。
【００５５】
前記ソーワイヤを用いた半導体インゴット等のワークの切断方法及びワイヤソーについて図５を参照にして、詳しく、説明する。
【００５６】
図５に示すワイヤソーは、一対のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂと、その間に配された４つのガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂを備えている。これらのガイドローラのうち、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂは互いに同じ高さ位置に配され、ガイドローラ２６Ａ，２６Ｂはそれぞれガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの下方の位置に配されている。
【００５７】
前記ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａとガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂとの間には、ワイヤ繰出し装置１０Ａに近い側から順に、固定プーリ１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ、ワイヤ長操作装置１８Ａ、可動プーリ２０Ａ、及び固定プーリ２２Ａが設けられている。同様に、前記ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ｂとガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂとの間には、ワイヤ巻取り装置１０Ｂに近い側から順に、固定プーリ１２Ｂ，１４Ｂ，１６Ｂ、ワイヤ長操作装置１８Ｂ、可動プーリ２０Ｂ、及び固定プーリ２２Ｂが設けられている。
【００５８】
各ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂは、ソーワイヤＷが巻かれるボビン９Ａ，９Ｂと、これを回転駆動するボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂとを備えている。一方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａのボビン９Ａから繰り出されたソーワイヤＷは、固定プーリ１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ、ワイヤ長操作装置１８Ａの可動プーリ２０Ａ、及び固定プーリ２２Ａの順に掛けられ、さらにガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ｂ，２６Ａの外側に複数回巻回された後、固定プーリ２２Ｂ、ワイヤ長操作装置１８Ｂの可動プーリ２０Ｂ、固定プーリ１６Ｂ，１４Ｂ，１２Ｂの順に掛けられ、他方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ｂのボビン９Ｂに巻き取られるとともに、両ワイヤ長操作装置１８Ａ，１８ＢによってソーワイヤＷに適当な張力が与えられるようになっている。そして、ソーワイヤＷは複数のガイドローラに複数列に渡って平行状態を保つように巻かれ、切断領域Ｃを形成している。
【００５９】
ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ｂ，２６Ａのうち、下側のガイドローラ２６Ａ，２６Ｂの回転軸には、それぞれ、当該ガイドローラ２６Ａ，２６Ｂを個別に回転駆動するメインモータ２５Ａ（第１駆動モータ）及びメインモータ２５Ｂ（第２駆動モータ）が連結されている。そして、各ボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂによるボビン９Ａ，９Ｂの回転駆動方向及びメインモータ２５Ａ，２５Ｂによるガイドローラ２６Ａ，２６Ｂの回転駆動方向が正逆に切換えられることにより、ソーワイヤＷがボビン９Ａから繰り出されてボビン９Ｂに巻き取られる状態と、ソーワイヤＷがボビン９Ｂから繰り出されてボビン９Ａに巻き取られる状態とに切換えられるようになっている。
【００６０】
すなわち、このワイヤソーにおいては、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの間に多数本のワイヤＷが互いに平行な状態で張られながらその長手方向に往復駆動されるようになっている。
【００６１】
これらのガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られたソーワイヤＷの上方には、円柱状のワーク（例えば半導体インゴット）２８を移動させるワーク送り装置３０が設けられている。このワーク送り装置３０は、ワーク保持部３２と、ワーク送りモータ３４とを備えている。ワーク保持部３２は、前記ワーク２８をその結晶軸に基づいて目的の結晶方位が得られる向きに保持するものであり、ワーク送りモータ３４は、図略のボールネジとの組み合わせにより、前記ワーク保持部３２とワーク２８とを一体に昇降させる（すなわち切断送りする）ものである。この実施の形態では、ワーク送りモータ３４はサーボモータで構成され、ワーク２８の切断送り位置を検出する送り位置検出手段を兼ねている。
【００６２】
ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られたソーワイヤＷの上方において、ワーク２８の左右両側の位置には、加工液供給装置３６Ａ，３６Ｂが設けられている。これらの加工液供給装置３６Ａ，３６Ｂは、高速駆動される各ソーワイヤＷに対し、加工液を同時供給し、これをソーワイヤＷ表面に付着させるものである。
【００６３】
そして、このワイヤソーでは、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られた複数本のソーワイヤＷがその長手方向に同時高速駆動され、かつこれらのソーワイヤＷに加工液供給装置３６Ａ，３６Ｂから加工液が供給されながら、これらのソーワイヤＷに対してワーク２８が前記ソーワイヤＷの軸方向と略直交しかつ配列方向と略直交する方向にワーク２８を移送することにより切断領域Ｃ方向に切断送りされ、このワーク２８から一度に多数枚のウェハが同時に切り出される。
【００６４】
本発明のワイヤソーは、ワイヤ表面に凸部を有し、その表面にダイヤモンド状薄膜等が形成されたソーワイヤを用いるために、砥粒の含有割合の少ない水系スラリや、砥粒を含有しない摩擦熱の冷却効果を目的とする加工液を用いた場合でも、高い切削効率でワークを切断することができる。また、砥粒の含有割合が低い、または、砥粒を含有しなくとも高い切削効率で加工することができるために、ソーワイヤ自体の磨耗を低減することができる。従って、本発明のソーワイヤは、長寿命で耐久性が高いものである。
【発明の効果】
【００６５】
本発明のソーワイヤを用いてインゴット等からウェハをスライスする場合、遊離砥粒の含有割合の少ない水系スラリや、遊離砥粒を全く含有しない水等のみを用いてインゴットを効率よくスライスすることができるために、スラリの分散媒体の揮発による引火のおそれや、悪臭の発生を抑制した切断環境を実現することができる。また、遊離砥粒を含有するスラリを用いる場合においても、スラリ中の遊離砥粒の量を従来よりも低減しても、切断効率を維持することができる。また、ソーワイヤ表面は硬質であるために切断効率が経時的に低下しにくい、長寿命のソーワイヤである。
【実施例】
【００６６】
以下に、本発明を実施例に基づき、さらに詳しく説明する。
【００６７】
図２及び図３で示したような、ワイヤ基材用薄膜形成装置４を用いて、以下の方法により本発明のソーワイヤを製造した。なお、本実施例では、ワイヤ基材は直径０．３ｍｍで十点平均粗さ（Ｒｚ）が２．７８μｍのピアノ線（表面が粗なワイヤ基材Ａ）及び直径０．３ｍｍで十点平均粗さ（Ｒｚ）が０．４７μｍのピアノ線（表面が平滑なワイヤ基材Ｂ）を用いた。
【００６８】
図２及び図３中、６はチャンバ、５Ａ〜５Ｄは円柱状の炭素棒（直径３ｍｍ、長さ３００ｍｍ、炭素純度９９．９９９５％）、Ｆ１，Ｆ２はガス流量調整用マスフローコントローラ（MFC）、Ｔ１，Ｔ２はガスタンク、Ｐは油拡散ポンプＰ１及びロータリーポンプＰ２からなる減圧手段、８Ａはガス導入口、８Ｂは排気口、Ｖは放電電圧用電源、Ｂはバイアス電源、Ｍはソレノイドコイルを示す。
【００６９】
なお、ソレノイドコイルＭには電流源（MODEL：PAD 70-15L）が接続されており、励磁電流を印加することにより、磁界が形成される。また、放電電圧用電源Ｖは、放電用電圧を印加するためのものであり、ＡＣ６００Ｈｚの交流電源を用いた。さらに、放電電圧用電源Ｖは図４に示すような回路に接続されており、トランスＴＲ（WTC-1K：MATSUNAGA MFG. CO.,LTD）により、交流電圧（1φ200V）を増幅し、回路中の保護抵抗Ｋ１，Ｋ２として１ｋΩ抵抗（RWH200G）を設け、保護抵抗Ｋ１の電位差から放電電流を測定した。さらに、炭素棒５Ａ〜５Ｄに印加する電圧端子間に設けられた電圧計Ｖｄにより放電電圧を測定するように構成されている。
【００７０】
ワイヤ基材１は図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、炭素棒５Ａ〜５Ｄから等距離の位置に配設され、バネＳ１，Ｓ２を用いてテンションが保たれている。
【００７１】
炭素棒５Ａ〜５Ｄはそれぞれの炭素棒を一片５ｍｍの正方形の４つの頂点に円柱の軸中心が位置するように配置し、またワイヤ基材をその中心軸が前記正方形の対角線の交点に位置するように形成されたセラミック製の炭素棒及びワイヤ基材固定手段７Ａに配置した。そして、前記のように配置されたワイヤ基材１及び炭素棒５Ａ〜５Ｄは、磁界分布が一様なチャンバ６の中央部に設置した。炭素棒には、幅が約１ｃｍの銅板で導通することにより、対角に位置する炭素棒５Ａと５Ｃ、５Ｂと５Ｄを等電位にした。
【００７２】
ワイヤ基材１には、スパッタされたイオンを引き込むためのバイアス印加のために、一端はバネＳ２を介してバイアス電源Ｂに接続し、もう一端はバネＳ１に接続した。
【００７３】
このように構成された装置４において、チャンバ６を減圧した後、ガス導入口８Ａからメタンガスを導入した。そして、炭素棒５Ａ〜５Ｄに放電用電圧を印加し、ワイヤ基材１にバイアス電圧を印加したまま１０分間維持し、表面にダイヤモンド状薄膜が被着されたソーワイヤＷが得られた。なお、このときの成膜条件を表１に示す。
【００７４】
【表１】
【００７５】
このようにして得られたソーワイヤＷの表面の走査型電子顕微鏡による顕微鏡写真を図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示す。
【００７６】
図６（Ａ）は表面が粗なワイヤ基材Ａに薄膜を被着させたソーワイヤの表面を２００倍の倍率で撮影した写真、図６（Ｂ）は表面が平滑なワイヤ基材Ｂに薄膜を被着させたソーワイヤの表面を２００倍で撮影した写真、図６（Ｃ）は表面が平滑なワイヤ基材Ｂに薄膜を被着させたソーワイヤの表面を２０００倍の倍率で撮影したときの写真である。
【００７７】
また、表面が粗なワイヤ基材Ａに薄膜を被着させたソーワイヤの表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）を表面形状測定顕微鏡（ＶＦ−７５００、ＣＥＲＳＡ−ＭＣＪ社製）で測定したところ７．１μｍであった。一方、表面が平滑なワイヤ基材Ｂに薄膜を被着させたソーワイヤの表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）を測定したところ３．１μｍであった。
【００７８】
なお、図６（Ｂ）のソーワイヤの表面に被着された薄膜を評価したラマン分光のスペクトルを図７に示す。前記スペクトルにおいては、１５４１．８ｃｍ−１をピークとするＤＬＣ膜の存在を示すブロードなピークが確認された。
【００７９】
このようにして得られたソーワイヤは、表面に歯の働きをする凸部を有するために砥粒を含有するスラリを用いなくとも水性溶液のみによりインゴット等をスライスすることができる。従って、スラリの分散媒体の揮発による引火のおそれや、悪臭の発生を抑制した切断作業を実現することができる。また、遊離砥粒を含有するスラリを用いる場合においても、スラリ中の遊離砥粒の量を従来よりも大幅に低減しても、切断効率を維持することができる。また、ソーワイヤ表面は硬質であるために切断効率が経時的に低下しにくい、長寿命のソーワイヤである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明のソーワイヤの拡大断面を示す模式図である。
【図２】図２は本発明のワイヤ基材用薄膜形成装置の構成を示す模式図である。
【図３】図３はワイヤ基材用薄膜形成装置内に配置される炭素棒及びワイヤ基材等の配置を示す模式図である。
【図４】図４は炭素棒に放電電圧を印加するための交流放電回路の回路図である。
【図５】図５は本発明のワイヤソーを示す模式図である。
【図６】図６は実施例で得られた本発明のソーワイヤの表面の電子顕微鏡による拡大写真である。
【図７】図７はソーワイヤの表面をラマン分光法により評価したラマン分光のスペクトルである。
【符号の説明】
【００８１】
１，１Ａ，１Ｂ ワイヤ基材
２ ダイヤモンド状薄膜等
３ 中間層
４ ワイヤ基材用薄膜形成装置
５Ａ〜５Ｄ 炭素棒
５Ｅ，５Ｆ 導電材
６ チャンバ
７ 炭素棒及びワイヤ基材固定手段
７Ａ 炭素棒固定治具
８Ａ ガス導入口
８Ｂ 排気口
９Ａ，９Ｂ ボビン
１０Ａ，１０Ｂ ワイヤ繰出し・巻取り装置
１１Ａ，１１Ｂ ボビン駆動モータ
１２Ａ，１２Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ 固定プーリ
１８Ａ，１８Ｂ ワイヤ長操作装置
２０Ａ，２０Ｂ 可動プーリ
２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂ ガイドローラ
２５Ａ，２５Ｂ メインモータ
２８ ワーク
３０ ワーク送り装置
３２ ワーク保持部
３４ ワーク送りモータ
３６Ａ，３６Ｂ 加工液供給装置
Ｃ 切断領域
Ｉｄ放電電流
Ｋ１，Ｋ２ 保護抵抗
Ｖ 放電電圧用電源
Ｖｄ、Ｖｎ 電圧計
ＴＲ トランス
Ｓ１，Ｓ２ バネ
Ｍ ソレノイドコイル
Ｂ バイアス電源
Ｐ 減圧手段
Ｐ１油拡散ポンプ
Ｐ２ ロータリーポンプ
Ｒ 凸部
Ｗ ソーワイヤ
Ｆ１，Ｆ２ ガス流量調整用マスフローコントローラ
Ｔ１、Ｔ２ ガスタンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体インゴットやセラミック、ガラス基板等の硬脆材料を切断するソーワイヤ及びその製造方法等、詳しくは半導体インゴット等のスライスに適したソーワイヤ及びその製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体インゴット等からウェハをスライスする方法として、スチールワイヤ製のソーワイヤを用いて複数枚を同時にスライスする方法（マルチスライス）が知られている。前記方法は、詳しくは、テンションの掛けられた複数のソーワイヤを列状に配置して、インゴットに向けて走行させ、走行するソーワイヤに炭化珪素砥粒等の遊離砥粒を含有するスラリを吹き付けると、インゴットとソーワイヤとの間に遊離砥粒が引き込まれ、インゴットを摩滅させながら複数枚のウェハをスライスするという方法（遊離砥粒方式とも呼ばれる）である。
【０００３】
前記方法に用いられるソーワイヤは、スライスの際にソーワイヤ自体が遊離砥粒等により磨耗しやすく、このような磨耗は、経時的に切断効率を低下させ、また、磨耗が不均一に生じた場合には、スライスしたウェハにソリやうねりが生じてウェハの寸法精度の低下を招くという問題があった。
【０００４】
前記のような磨耗による問題を解決する手段として、例えば、下記特許文献１にはソーワイヤの表面にセラミックで被覆したソーワイヤが、下記特許文献２にはダイヤモンド被膜またはダイヤモンドに近似した硬度を有する炭素質膜が設けられたソーワイヤが開示されている。前記開示技術は、いずれも、ソーワイヤの表面硬度を高めて、ソーワイヤの磨耗を抑制することにより、ソーワイヤの硬度を高めて耐久性を向上させることを目的とするものである。
【０００５】
前記従来技術におけるソーワイヤを用いた遊離砥粒方式によるスライスに用いられるスラリとしては、クーラントとも呼ばれる鉱物油に遊離砥粒を分散させてなる油性スラリが用いられている。油性スラリは油を分散媒体とするために引火性があり、マルチスライス工程の長時間の無人運転には適さない。また、油性スラリは臭気が強い等、作業環境上好ましくないという問題もあった。さらに、スライス後のウェハには油及び砥粒が付着するために、それらを洗浄する必要があるが、その工程は煩雑なものである。また、前記洗浄により得られる廃スラリ処理においては、砥粒の回収は可能であるものの、油分の再利用は困難であり、環境への負荷も大きかった。
【０００６】
また、油性スラリを用いた遊離砥粒方式におけるスライス工程の問題点を解決するために、引火性のない水性クーラントを用いた水性スラリも提案されている。水性スラリを用いたスライス工程で得られるウェハは洗浄の際には必ずしも有機溶媒を必要とせず、水だけでも洗浄できるという利点がある。しかしながら、水性スラリに高い含有割合で砥粒を安定分散させること、また砥粒の分散状態を保持することが困難であるという問題があった。
【０００７】
前記遊離砥粒方式における問題を解決する手段として、ワイヤ自身にダイヤモンド砥粒を接着させることにより歯を形成させる固定砥粒方式が提案されている（例えば、特許文献３）。
【０００８】
前記固定砥粒方式はダイヤモンド砥粒を樹脂でワイヤに接着したものである。このような固定砥粒方式によるシリコンウェハのスライスは、遊離砥粒を含有しない、水、又は少量の界面活性剤等を含有する水のみによりインゴットをスライスすることができる。
【特許文献１】特開昭６２−２５１０６１号公報
【特許文献２】特開昭６３−１１２７４号公報
【特許文献３】ＷＯ９８／３５７８４パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ワイヤ表面にダイヤモンド砥粒を樹脂で接着して形成されるソーワイヤは砥粒の接着力が弱く、スライスの際にワイヤ表面から砥粒が脱落することがあるために、ソーワイヤの耐久性が低く、寿命が短いという問題があった。
【００１０】
本発明は、前記各種課題、すなわち、遊離砥粒を含有する油性スラリを用いずに、遊離砥粒の含有割合が低い水性スラリ、または、遊離砥粒を全く含有しない水性溶液のみでインゴット等をスライスすることができる固定砥粒方式によるソーワイヤであって、表面の硬度が高く、また、長寿命で耐久性が高いソーワイヤ及びそれを用いた半導体インゴットの切断方法及び前記ソーワイヤを用いたワイヤソーを提供することを課題とする。そして、前記ソーワイヤの製造に適した製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のソーワイヤは、ワイヤ基材にダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜（以下、単にダイヤモンド状薄膜等ともよぶ）が被着されてなるソーワイヤであって、前記ソーワイヤ表面に凸部が形成されていることを特徴とするものである。このように表面にダイヤモンド状薄膜等を被着させ、また、ソーワイヤ表面に凸部を形成することにより、凸部が歯の働きをし、遊離砥粒を含有するスラリを用いなくともインゴット等をスライスすることができる。また、ソーワイヤ表面にはダイヤモンド状薄膜等が被着されているために、表面の硬度が高く、長寿命で耐久性の高いソーワイヤが得られる。
【００１２】
前記ソーワイヤ表面の凸部は、表面に予め凸部が形成されたワイヤ基材にダイヤモンド状薄膜等を被着させる方法や、比較的平滑な表面を有するワイヤ基材にダイヤモンド状薄膜等を粒子状に成長させることにより形成することができる。その模式図を示すと図１のようになる。
【００１３】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本発明のソーワイヤの拡大断面を示す模式図である。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）中、１Ａ，１Ｂはワイヤ基材、２はダイヤモンド状薄膜等であり、ダイヤモンド状薄膜等２はワイヤ基材１Ａ，１Ｂの表面に被着している。そして、ソーワイヤには凸部Ｒが形成されている。そして、図１（Ａ）におけるワイヤ基材１Ａは、表面が平滑なワイヤ基材であり、図１（Ｂ）におけるワイヤ基材１Ｂは表面が粗なワイヤ基材である。なお、表面が平滑なワイヤ基材とは、十点平均粗さ（Ｒｚ）が０．５μｍ未満程度の表面状態を有するワイヤ基材であり、表面が粗なワイヤ基材とは、十点平均粗さ（Ｒｚ）が０．５〜２５μｍ程度の表面状態を有するワイヤ基材である。
【００１４】
本発明のソーワイヤは図１（Ａ）に示すような、表面が平滑なワイヤ基材１Ａの表面に凸部を形成するようにダイヤモンド状薄膜等２を被着させた形態や、図１（Ｂ）に示すような、表面が粗なワイヤ基材１Ｂの表面にその表面状態に沿ってダイヤモンド状薄膜等２を被着させた形態、あるいは、これらを組み合わせた形態のいずれの形態であってもよい。
【００１５】
本発明におけるダイヤモンド薄膜とは、Ｓｐ３構造の結晶構造を持つダイヤモンド薄膜であり、ダイヤモンド状薄膜とは、ＤＬＣ（Diamond like Carbon）、ダイヤモンド状硬質炭素、非晶質炭素とも呼ばれるＳｐ３構造及び／又はＳｐ２構造、並びにその他の炭素質を含有する薄膜である。
【００１６】
前記ダイヤモンド状薄膜等の膜厚としては、０．０１〜２５μｍ程度、さらには、０．０２〜５μｍ程度であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明におけるワイヤ基材とは従来からソーワイヤとして用いられている、高い抗張力を有する線径４０〜４００μｍ程度の金属線、具体的には、例えば、ピアノ線、硬鋼線等のＦｅ系金属線や、タングステン線、いわゆるインコネル（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金）等の金属線がとくに限定なく用いられる。
【００１８】
本発明のソーワイヤは、ワイヤ基材の表面に、公知の薄膜形成方法によりダイヤモンド状薄膜等を形成させることにより得られる。前記薄膜形成方法としては、例えば、炭素源としてＣＨ４，Ｃ２Ｈ２，ＣＯ，低級アルコール等の有機物からなる炭素含有ガスを用いたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の各種ＣＶＤ法や、黒鉛等を炭素源とする真空蒸着法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、プラズマイオン注入法、重畳型ＲＦプラズマイオン注入法、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、レーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等が挙げられる。なお、ＣＶＤ法を用いる場合においては、前記炭素含有ガスとともに、Ｓｉ、Ｂ、Ｆ、Ｎ等の元素を含むガスを導入することにより、これらの元素を含有するダイヤモンド状薄膜等を形成することもできる。前記Ｓｉ、Ｂ、Ｆ、Ｎ等の元素を含む原料ガスとしては、モノシラン、ジシラン、テトラメチルシラン、ジメチルシラン、CF4、HFC、ジボラン、テトラボラン、ヘキサボラン、N2、NH3、ピロール等のN含有五員環類等が挙げられる。これらのガスは、炭素含有ガスと予め混合して導入しても、また、別に導入しても良い。
【００１９】
また、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、およびＺｒ等の金属元素を含有する化合物を導入することによりダイヤモンド状薄膜等に前記のような金属元素を含有させることもできる。これらの元素を含有させることは、ダイヤモンド状薄膜等の硬度をさらに高めたり、ワイヤ基材との密着性を高めたりすることができる点から好ましい。ダイヤモンド状薄膜等におけるこのような金属元素の含有割合としては、該薄膜中の原子量組成比において、３０％未満であることが好ましい。
【００２０】
なお、本発明のソーワイヤに用いられるワイヤ基材の表面粗さとしては、上述のように十点平均粗さ（Ｒｚ）が０．５μｍ未満程度の表面が平滑なワイヤ基材や、十点平均粗さ（Ｒｚ）が０．５〜２５μｍ程度の表面が粗なワイヤ基材が用いられる。
【００２１】
前記表面が粗なワイヤ基材は、表面が平滑なワイヤ基材をエッチング処理や砥粒による研磨、あるいは、ワイヤ製造時における線引き工程においてダイス工具により傷つけ処理することにより得ることができる。このような表面が粗なワイヤ基材を用いた場合には、その粗化により形成されたワイヤ基材の凸部自体によりソーワイヤの歯が形成される。また、前記ワイヤ基材の凸部においては、薄膜形成の際に薄膜成長が優先的に起こり、凸部をさらに大きくする作用もある。
【００２２】
前記ワイヤ基材表面に施すエッチング処理としては、ワイヤ基材をプラズマ中で発生させたイオンまたはラジカルによってエッチングする方法（プラズマエッチング法）や、酸や塩化第二鉄等の腐食性液体を用いた湿式法によるエッチング、腐食性ガスを用いた乾式法によるエッチング等が挙げられる。前記プラズマエッチング法は、成膜にプラズマＣＶＤ法を用いれば、プラズマＣＶＤ装置を用いて、成膜プロセスの前工程としてエッチング処理を施すことができるため、製造工程を簡略化することができる点からとくに好ましい。
【００２３】
また、前記砥粒による研磨としては、ダイヤモンド砥粒、炭化珪素砥粒、キュービックボロンナイト（ｃ−ＢＮ）砥粒等、又はこれらを組み合わせた砥粒による表面粗化が挙げられ、また、前記ダイス工具による傷つけ処理としては、ワイヤ製造の際の線引き工程において用いられるダイスによる傷つけ処理によってワイヤ表面を粗くする方法が挙げられる。前記ダイスとしては、ダイヤモンド、炭化珪素、キュービックボロンナイト（ｃ−ＢＮ）、タングステンカーバイドからなる表面をもつダイスを用いることが好ましい。さらに、ワイヤの線引き工程においては、前記のようなダイスとダイヤモンド砥粒、炭化珪素砥粒、キュービックボロンナイト（ｃ−ＢＮ）砥粒等とを組み合わせて用いてもよい。
【００２４】
本発明の表面に凸部が形成されたソーワイヤの表面粗さとしては、十点表面粗さ（Ｒｚ）が０．０５〜４０μｍ、さらには２〜１５μｍ程度であることが、インゴット等を切断する際の切断速度を高く維持できる点から好ましい。また、前記ダイヤモンド状薄膜等はワイヤ基材表面積全体に対し８５〜１００％の面積に被着されていることが、インゴット等を切断する際にダイヤモンド状薄膜等がワイヤ基材からより剥離しにくくなる点から好ましい。
【００２５】
本発明のソーワイヤには、さらに、図１（Ｃ）に示すようにワイヤ基材１Ａ表面とダイヤモンド状薄膜等２との間に、両者の密着性を向上させるための中間層３が形成されていることが好ましい。
【００２６】
中間層３は、例えば、スパッタ法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、溶射法、イオンプレーティング法又はアークイオンプレーティング法、プラズマイオン注入法、重畳型ＲＦプラズマイオン注入法、イオンビーム蒸着法又はレーザーアブレーション法等の成膜法により得られる、チタン（Ｔｉ）等の４Ａ族元素、５Ａ族元素、クロム（Ｃｒ）等の６Ａ族元素、鉄族元素、珪素（Ｓｉ）、Ａｌまたはこれらの炭化物、窒化物、炭窒化物の少なくとも１種を含むアモルファス膜、具体的には、例えば、珪素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）と炭素（Ｃ）又はクロム（Ｃｒ）と炭素（Ｃ）とを含有するアモルファス膜等を用いることができる。さらに具体的には、とくにイオンビーム蒸着法を用いて形成される炭化珪素膜がとくに好ましく、この場合のＳｉ源及びＣ源としては、例えばモノシラン、ジシラン、テトラメチルシラン、ジメチルシラン、メタン、アセチレン、プロパン、ブタン、ベンゼンなどを用いることができ、これらの中でもとくにモノシラン、テトラメチルシラン、アセチレン、ベンゼンが好ましい。これらは、ワイヤ基材１の種類に応じて好ましいものを選択する。中間層４の厚みは、とくに限定されるものではないが、０．００５〜０．３μｍ、さらには、０．０１〜０．１μｍ程度であることが好ましい。
【００２７】
本発明のソーワイヤの引張強さとしては３０００Ｎ／ｍｍ２以上であることが好ましい。このような強度であれば、ソーワイヤとして用いるための機械的強度を充分に満たす。また、ソーワイヤ表面のビッカース硬度としては１０００〜４５００Ｈｖであることが、とくに優れた切削性を有し、また、より長寿命で耐久性が高い点から好ましい。
【００２８】
前記説明した、本発明のソーワイヤは半導体インゴットを切断する際に、従来必要であった砥粒の含有割合が高いスラリの代わりに、砥粒の含有割合が低い、または、砥粒を全く含有しない水または水に界面活性剤等の水溶性添加剤を溶解させた水溶液のみでも半導体インゴットからウェハを効率よく切り出すことができる。
【００２９】
なお、本発明のソーワイヤを製造するために、とくに好ましい製造方法としては、前記ワイヤ基材の表面にＰＶＤ及びプラズマＣＶＤを併用する以下のような成膜方法によってダイヤモンド状薄膜等を形成することが好ましい。
【００３０】
すなわち、複数本の炭素棒を収納するチャンバであって、これらの炭素棒が特定の中心軸の周囲にこの中心軸から互いに等しい距離を置いた位置でかつ周方向に等しい間隔を置く位置に互いに平行な姿勢で配置されたチャンバの内部に前記ワイヤ基材を挿入し、このワイヤ基材を前記中心軸に合致する位置に固定して当該ワイヤ基材に張力を与える工程と、前記チャンバ内を減圧し、かつ、炭素含有ガスを含む雰囲気にする工程と、前記雰囲気下で、前記各炭素棒に前記炭素含有ガスのプラズマを発生させるための放電電圧を印加し、かつ、これらの炭素棒の内側に固定された前記ワイヤに前記プラズマ中の陽イオンを捕捉するためのバイアス電圧を印加することにより、前記ワイヤの表面にＰＶＤ及びプラズマＣＶＤによって前記ダイヤモンド薄膜又は前記ダイヤモンド状薄膜を形成する工程とを含むことを特徴とする製造方法が挙げられる。このような製造方法により、ワイヤ基材上に形成されるダイヤモンド状薄膜等は、粒子状（パーティクルライク)に膜が形成されやすくなるためにダイヤモンド状薄膜等からなる凸部を形成しやすく、また、その凸部の大きさも制御しやすい。また、その、成膜速度も速いために生産効率にも優れている。
【００３１】
前記製造方法においては、前記のようにワイヤ基材の周囲に複数の炭素棒を等距離、等間隔で配設する。この複数の炭素棒は、プラズマＣＶＤ法における放電電極の機能及びＰＶＤ法における炭素源として機能するものである。前記炭素棒に放電電圧を与えることにより、放電電極である炭素棒間に存在する炭素含有ガスがプラズマ化されるとともに、炭素棒から炭素が飛び出す。そして、ワイヤ基材には、陽イオンを捕捉するためのバイアス電圧を印加することにより、放電電圧の印加により発生した炭素含有ガスのプラズマの陽イオンがワイヤ基材表面に引き寄せられる。また、前記のように処理されるワイヤ基材の周囲には複数の炭素棒が等距離、等間隔で配設されているために、ワイヤ基材の表面にほぼ均一に薄膜を被着させることができる。このように、本製造方法においては、ワイヤ基材の表面に均一に密着性よく薄膜が形成される。
【００３２】
さらに、前記ソーワイヤの製造方法においては、前記各炭素棒により囲まれる領域にプラズマ密度を他の領域に比して局所的に高めるための磁界を形成することが好ましい。このように、ワイヤ基材の周囲であって、各炭素棒により囲まれる領域にプラズマ密度を高めるための磁界を形成することにより、薄膜の生成速度が速くなり、さらに、薄膜が粒子状に成長しやすくなる。
【００３３】
以下に、前記本発明のソーワイヤの製造方法の好ましい実施の形態を、図２〜図４に基づいて詳しく説明する。
【００３４】
図２は本発明のワイヤ基材用薄膜形成装置の構成を示す模式図である。また、図３（Ａ）はワイヤ基材用薄膜形成装置内に配置される炭素棒及びワイヤ基材等の配置を示す模式図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の右方から見た側面図を示す。さらに、図４は炭素棒に放電電圧を印加するための交流放電回路の回路図を示す。
【００３５】
図２に示した、ワイヤ基材用薄膜形成装置４はプラズマＣＶＤ法とＰＶＤ法を併用することができる装置である。
【００３６】
図２中、６はチャンバ、７は炭素棒及びワイヤ基材固定手段、７Ａは炭素棒固定治具、８Ａはガス導入口、８Ｂは排気口、Ｆ１、Ｆ２はガス流量調整用マスフローコントローラ、Ｔ１、Ｔ２はガスタンク、Ｐは減圧手段、Ｍはソレノイドコイル、Ｖは放電電圧用電源、Ｂはバイアス電源、Ｓ１及びＳ２はバネを示す。
【００３７】
そして、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、チャンバ内に設けられる炭素棒５Ａ〜５Ｄ及びワイヤ基材１を固定するための炭素棒及びワイヤ基材固定手段７においては、セラミックス等の絶縁材料からなる炭素棒固定治具７Ａに炭素棒５Ａ〜５Ｄが固定され、炭素棒５Ａ〜５Ｄがワイヤ基材１の周囲にワイヤ基材１から互いに等しい距離を置いた位置でかつワイヤ基材１の周方向に等しい間隔を置く位置に互いに平行な姿勢で配置されている。また、ワイヤ基材１はバネＳ１，Ｓ２により適当な張力がかけられて固定されている。さらに、ワイヤ基材１にはバイアス電圧を印加するためのバイアス電源Ｂが接続されている。
【００３８】
なお、本実施形態においては、炭素棒を４本用いているが、その本数はワイヤ基材１の表面全体にほぼ均一にダイヤモンド状薄膜等を成膜できる複数の本数であればとくに限定されない。なお、このような位置関係で複数の炭素棒を配置することにより、各炭素棒から飛び出す炭素がワイヤ基材１表面にほぼ均一に付着するとともに、ワイヤ基材１の近傍で炭素含有ガスのプラズマを発生させることにより、プラズマ中の陽イオンもワイヤ基材１に引き寄せられ、効率的に成膜される。なお、本実施形態においては、４本の炭素棒５Ａ〜５Ｄのうち、対角に位置する５Ａと５Ｃ、５Ｂと５Ｄは等電位になるように銅線、銅板等の導電材５Ｅ、５Ｆにより導通されている。
【００３９】
ソレノイドコイルＭは電流を流すことで励磁され、チャンバ６内の炭素棒５Ａ〜５Ｄにより囲まれる領域のプラズマ密度を他の領域に比して局所的に高めるための磁界を形成するためのものである。ワイヤ基材１の周囲であって、各炭素棒により囲まれる領域にプラズマ密度を高めるための磁界を形成することにより、薄膜の生成速度が速くなり、また、薄膜が粒子状に成長しやすくなる。なお、本実施形態においては前記のように磁界を形成するためにソレノイドコイルＭはチャンバ６の外周部に設けられており、また、ワイヤ基材１は、チャンバ６内の中央部の磁場が一様になる部分に配置されている。
【００４０】
前記のように構成されたワイヤ基材用薄膜形成装置４を用いたワイヤ製膜工程について図２〜図４を参照して説明する。
【００４１】
はじめに、チャンバ６内において、前記のような配置で炭素棒５Ａ〜５Ｄ及びワイヤ基材１を配置し、チャンバ６を密閉する。
【００４２】
密閉されたチャンバ６は、減圧手段Ｐにより減圧される。減圧手段Ｐとしては、ロータリーポンプ(油回転ポンプ)や、油拡散ポンプ、又はそれらの組み合わせ等が用いられる。なお、減圧手段Ｐによる減圧は、可能な限り真空に近づけることが好ましく、具体的には
１０-３Ｐａ以下程度になるまで減圧することが好ましい。
【００４３】
そして、減圧されたチャンバ６内にガス導入口８Ａから炭素含有ガスを導入し、炭素含有ガスを含む雰囲気にする。ガス導入手段としては、マスフローコントローラ等の流量調整手段を備えたガス導入装置等が用いられる。このときの、ガスの圧力としてはプラズマの生成及び維持が可能である限りとくに限定されないが、１〜１０Ｐａ程度であることが成膜効率の点から好ましい。なお、このときに、炭素含有ガス以外のガス成分を炭素含有ガスと混合して、あるいは、別々に導入しても良い。
【００４４】
次に、放電電圧用電源Ｖにより炭素棒５Ａ〜５Ｄに放電電圧を印加して、前記炭素含有ガスのプラズマを発生させる。このとき図４に示すように、対角に位置する５Ａと５Ｃ、５Ｂと５Ｄは導電材５Ｅ、５Ｆにより等電位にされている。なお、図４中、ＴＲはトランス、Ｋ１，Ｋ２は保護抵抗、Ｖｎ，Ｖｄは電圧計を示す。
【００４５】
前記放電電圧はプラズマの生成及び維持が可能である限りとくに限定されないが、２００〜５００Ｖ、さらには、２５０〜４００Ｖであることが好ましい。また、放電電流密度としてはプラズマの生成及び維持が可能である限りとくに限定されないが、０．０１〜１ｍＡ／ｃｍ２、さらには、０．１〜１ｍＡ／ｃｍ２程度であることが好ましい。なお、このときの放電電圧は、例えば、図４に示すような電圧計Ｖｄにより測定される電圧印加端子間の電位差であり、放電電流密度Ｉｄは、電圧計Ｖｎで測定された保護抵抗Ｋ１間の電位差から計算される。
【００４６】
そして、ワイヤ基材１にバイアス電圧を印加すると、放電により発生したプラズマに由来する陽イオンがワイヤ基材１の表面に引きつけられる。また、各炭素棒から、ＰＶＤの原理により、炭素が飛び出し、ワイヤ基材１の表面に付着する。そして、このまま一定時間保持することにより、ワイヤ基材１の表面にダイヤモンド状薄膜等が成膜される。
【００４７】
前記バイアス電圧はワイヤ基材表面に前記陽イオンが引き寄せられて形成された薄膜を再スパッタしない範囲である限りとくに限定されないが、-５０〜-２５０Ｖであることが好ましい。
【００４８】
なお、ソレノイドコイルＭに接続された図略のソレノイド励磁電源をＯＮにし、チャンバ６内に各炭素棒により囲まれる領域にプラズマ密度を高める磁界を形成することが、成膜速度を高めるとともに、凸状の薄膜の生成を促す点から好ましい。磁界の磁束密度としては、前記のようにプラズマ密度を高める磁界を形成するものである限りとくに限定されないが、その磁束密度としては、例えば、１００〜６００ガウス、さらには、３００〜６００ガウスであることが好ましい。
【００４９】
なお、本実施形態のソーワイヤの製造方法においては、処理されるワイヤ基材は、不連続に切断されたものであるが、チャンバの内部、又は、外部に、処理されるワイヤ基材の送り手段及び巻き取り手段を設け、順次、連続した長いワイヤ基材の一部を各炭素棒に対して前記のように配置される所定の位置に送ることにより、所望の長さの長いソーワイヤを得ることもできる。
【００５０】
このような製造方法により得られるソーワイヤの特徴としては、ソーワイヤ表面に高硬度の凸形状のダイヤモンド状薄膜等が被着されていることから、砥粒を含有しない加工液を用いても前記凸形状の部分が歯の部分になり、高い切削効率で切断することができる。さらに、凸部の形態を制御できるために、半導体インゴット等のワークを高精度に切断することができる。また、ソーワイヤ表面には高硬度のダイヤモンド状薄膜等が被着されているために、ワークの硬度よりも高い硬度を有するために長寿命で高い耐久性を有するものになる。また、遊離砥粒を含有するスラリを用いる場合には、従来のスラリに比べて、遊離砥粒の含有割合の低い水系のスラリを用いても高い切削効率を維持することができ、ソーワイヤの凸部とワークとの間に隙間ができることによって、遊離砥粒がワイヤに保持されやすくなり、凸部との相乗効果により高効率の切断が可能になる。
【００５１】
本発明のソーワイヤは、ソーワイヤを用いたワイヤソーで半導体インゴットを切断する際に、砥粒の含有割合が低いスラリ、あるいは、砥粒を含有しない水または水に界面活性剤等の水溶性添加剤を含有させた液を用いて、半導体インゴットからウェハを効率よく切り出すことができる。
【００５２】
次に、本発明のソーワイヤを用いて半導体インゴットから複数枚のウェハを切り出す方法を以下に説明する。
【００５３】
本発明のソーワイヤは、当該ソーワイヤを複数のガイドローラに複数回掛け渡してこれらのガイドローラのうちの特定のガイドローラ同士の間に前記ソーワイヤが平行な状態で複数列にわたり配列されたインゴット切断領域を形成し、かつ、このソーワイヤを当該ソーワイヤの軸方向に駆動する工程と、前記ソーワイヤを駆動した状態で前記切断領域に対し前記ソーワイヤの軸方向と略直交しかつ前記ソーワイヤの配列方向と略直交する方向に前記半導体インゴットを移送してこの半導体インゴットを前記ソーワイヤにより複数個所で切断する工程とを含むような切断方法に用いることができる。
【００５４】
また、前記方法を具体化したワイヤソーとしては以下のようなものが好ましい。すなわち、半導体インゴットから複数枚のウェハを切り出すためのワイヤソーであって、本発明のソーワイヤと、前記ソーワイヤが複数回掛け渡される複数のガイドローラと、前記ソーワイヤを当該ソーワイヤの軸方向に駆動するワイヤ駆動手段とを備え、前記ソーワイヤが、前記ガイドローラのうちの特定のガイドローラ同士の間において平行な状態で複数列にわたり配列されることによりインゴット切断領域を形成するように配線されるとともに、前記ワイヤ駆動手段により前記ソーワイヤが駆動された状態で前記切断領域に対し前記ソーワイヤの軸方向と略直交しかつ前記ソーワイヤの配列方向と略直交する方向に前記半導体インゴットを移送することによりこの半導体インゴットを前記ソーワイヤにより切断させるインゴット移送手段を備えたことを特徴とするワイヤソーが挙げられる。
【００５５】
前記ソーワイヤを用いた半導体インゴット等のワークの切断方法及びワイヤソーについて図５を参照にして、詳しく、説明する。
【００５６】
図５に示すワイヤソーは、一対のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂと、その間に配された４つのガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂを備えている。これらのガイドローラのうち、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂは互いに同じ高さ位置に配され、ガイドローラ２６Ａ，２６Ｂはそれぞれガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの下方の位置に配されている。
【００５７】
前記ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａとガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂとの間には、ワイヤ繰出し装置１０Ａに近い側から順に、固定プーリ１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ、ワイヤ長操作装置１８Ａ、可動プーリ２０Ａ、及び固定プーリ２２Ａが設けられている。同様に、前記ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ｂとガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂとの間には、ワイヤ巻取り装置１０Ｂに近い側から順に、固定プーリ１２Ｂ，１４Ｂ，１６Ｂ、ワイヤ長操作装置１８Ｂ、可動プーリ２０Ｂ、及び固定プーリ２２Ｂが設けられている。
【００５８】
各ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂは、ソーワイヤＷが巻かれるボビン９Ａ，９Ｂと、これを回転駆動するボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂとを備えている。一方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａのボビン９Ａから繰り出されたソーワイヤＷは、固定プーリ１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ、ワイヤ長操作装置１８Ａの可動プーリ２０Ａ、及び固定プーリ２２Ａの順に掛けられ、さらにガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ｂ，２６Ａの外側に複数回巻回された後、固定プーリ２２Ｂ、ワイヤ長操作装置１８Ｂの可動プーリ２０Ｂ、固定プーリ１６Ｂ，１４Ｂ，１２Ｂの順に掛けられ、他方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ｂのボビン９Ｂに巻き取られるとともに、両ワイヤ長操作装置１８Ａ，１８ＢによってソーワイヤＷに適当な張力が与えられるようになっている。そして、ソーワイヤＷは複数のガイドローラに複数列に渡って平行状態を保つように巻かれ、切断領域Ｃを形成している。
【００５９】
ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ｂ，２６Ａのうち、下側のガイドローラ２６Ａ，２６Ｂの回転軸には、それぞれ、当該ガイドローラ２６Ａ，２６Ｂを個別に回転駆動するメインモータ２５Ａ（第１駆動モータ）及びメインモータ２５Ｂ（第２駆動モータ）が連結されている。そして、各ボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂによるボビン９Ａ，９Ｂの回転駆動方向及びメインモータ２５Ａ，２５Ｂによるガイドローラ２６Ａ，２６Ｂの回転駆動方向が正逆に切換えられることにより、ソーワイヤＷがボビン９Ａから繰り出されてボビン９Ｂに巻き取られる状態と、ソーワイヤＷがボビン９Ｂから繰り出されてボビン９Ａに巻き取られる状態とに切換えられるようになっている。
【００６０】
すなわち、このワイヤソーにおいては、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの間に多数本のワイヤＷが互いに平行な状態で張られながらその長手方向に往復駆動されるようになっている。
【００６１】
これらのガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られたソーワイヤＷの上方には、円柱状のワーク（例えば半導体インゴット）２８を移動させるワーク送り装置３０が設けられている。このワーク送り装置３０は、ワーク保持部３２と、ワーク送りモータ３４とを備えている。ワーク保持部３２は、前記ワーク２８をその結晶軸に基づいて目的の結晶方位が得られる向きに保持するものであり、ワーク送りモータ３４は、図略のボールネジとの組み合わせにより、前記ワーク保持部３２とワーク２８とを一体に昇降させる（すなわち切断送りする）ものである。この実施の形態では、ワーク送りモータ３４はサーボモータで構成され、ワーク２８の切断送り位置を検出する送り位置検出手段を兼ねている。
【００６２】
ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られたソーワイヤＷの上方において、ワーク２８の左右両側の位置には、加工液供給装置３６Ａ，３６Ｂが設けられている。これらの加工液供給装置３６Ａ，３６Ｂは、高速駆動される各ソーワイヤＷに対し、加工液を同時供給し、これをソーワイヤＷ表面に付着させるものである。
【００６３】
そして、このワイヤソーでは、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られた複数本のソーワイヤＷがその長手方向に同時高速駆動され、かつこれらのソーワイヤＷに加工液供給装置３６Ａ，３６Ｂから加工液が供給されながら、これらのソーワイヤＷに対してワーク２８が前記ソーワイヤＷの軸方向と略直交しかつ配列方向と略直交する方向にワーク２８を移送することにより切断領域Ｃ方向に切断送りされ、このワーク２８から一度に多数枚のウェハが同時に切り出される。
【００６４】
本発明のワイヤソーは、ワイヤ表面に凸部を有し、その表面にダイヤモンド状薄膜等が形成されたソーワイヤを用いるために、砥粒の含有割合の少ない水系スラリや、砥粒を含有しない摩擦熱の冷却効果を目的とする加工液を用いた場合でも、高い切削効率でワークを切断することができる。また、砥粒の含有割合が低い、または、砥粒を含有しなくとも高い切削効率で加工することができるために、ソーワイヤ自体の磨耗を低減することができる。従って、本発明のソーワイヤは、長寿命で耐久性が高いものである。
【発明の効果】
【００６５】
本発明のソーワイヤを用いてインゴット等からウェハをスライスする場合、遊離砥粒の含有割合の少ない水系スラリや、遊離砥粒を全く含有しない水等のみを用いてインゴットを効率よくスライスすることができるために、スラリの分散媒体の揮発による引火のおそれや、悪臭の発生を抑制した切断環境を実現することができる。また、遊離砥粒を含有するスラリを用いる場合においても、スラリ中の遊離砥粒の量を従来よりも低減しても、切断効率を維持することができる。また、ソーワイヤ表面は硬質であるために切断効率が経時的に低下しにくい、長寿命のソーワイヤである。
【実施例】
【００６６】
以下に、本発明を実施例に基づき、さらに詳しく説明する。
【００６７】
図２及び図３で示したような、ワイヤ基材用薄膜形成装置４を用いて、以下の方法により本発明のソーワイヤを製造した。なお、本実施例では、ワイヤ基材は直径０．３ｍｍで十点平均粗さ（Ｒｚ）が２．７８μｍのピアノ線（表面が粗なワイヤ基材Ａ）及び直径０．３ｍｍで十点平均粗さ（Ｒｚ）が０．４７μｍのピアノ線（表面が平滑なワイヤ基材Ｂ）を用いた。
【００６８】
図２及び図３中、６はチャンバ、５Ａ〜５Ｄは円柱状の炭素棒（直径３ｍｍ、長さ３００ｍｍ、炭素純度９９．９９９５％）、Ｆ１，Ｆ２はガス流量調整用マスフローコントローラ（MFC）、Ｔ１，Ｔ２はガスタンク、Ｐは油拡散ポンプＰ１及びロータリーポンプＰ２からなる減圧手段、８Ａはガス導入口、８Ｂは排気口、Ｖは放電電圧用電源、Ｂはバイアス電源、Ｍはソレノイドコイルを示す。
【００６９】
なお、ソレノイドコイルＭには電流源（MODEL：PAD 70-15L）が接続されており、励磁電流を印加することにより、磁界が形成される。また、放電電圧用電源Ｖは、放電用電圧を印加するためのものであり、ＡＣ６００Ｈｚの交流電源を用いた。さらに、放電電圧用電源Ｖは図４に示すような回路に接続されており、トランスＴＲ（WTC-1K：MATSUNAGA MFG. CO.,LTD）により、交流電圧（1φ200V）を増幅し、回路中の保護抵抗Ｋ１，Ｋ２として１ｋΩ抵抗（RWH200G）を設け、保護抵抗Ｋ１の電位差から放電電流を測定した。さらに、炭素棒５Ａ〜５Ｄに印加する電圧端子間に設けられた電圧計Ｖｄにより放電電圧を測定するように構成されている。
【００７０】
ワイヤ基材１は図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、炭素棒５Ａ〜５Ｄから等距離の位置に配設され、バネＳ１，Ｓ２を用いてテンションが保たれている。
【００７１】
炭素棒５Ａ〜５Ｄはそれぞれの炭素棒を一片５ｍｍの正方形の４つの頂点に円柱の軸中心が位置するように配置し、またワイヤ基材をその中心軸が前記正方形の対角線の交点に位置するように形成されたセラミック製の炭素棒及びワイヤ基材固定手段７Ａに配置した。そして、前記のように配置されたワイヤ基材１及び炭素棒５Ａ〜５Ｄは、磁界分布が一様なチャンバ６の中央部に設置した。炭素棒には、幅が約１ｃｍの銅板で導通することにより、対角に位置する炭素棒５Ａと５Ｃ、５Ｂと５Ｄを等電位にした。
【００７２】
ワイヤ基材１には、スパッタされたイオンを引き込むためのバイアス印加のために、一端はバネＳ２を介してバイアス電源Ｂに接続し、もう一端はバネＳ１に接続した。
【００７３】
このように構成された装置４において、チャンバ６を減圧した後、ガス導入口８Ａからメタンガスを導入した。そして、炭素棒５Ａ〜５Ｄに放電用電圧を印加し、ワイヤ基材１にバイアス電圧を印加したまま１０分間維持し、表面にダイヤモンド状薄膜が被着されたソーワイヤＷが得られた。なお、このときの成膜条件を表１に示す。
【００７４】
【表１】
【００７５】
このようにして得られたソーワイヤＷの表面の走査型電子顕微鏡による顕微鏡写真を図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示す。
【００７６】
図６（Ａ）は表面が粗なワイヤ基材Ａに薄膜を被着させたソーワイヤの表面を２００倍の倍率で撮影した写真、図６（Ｂ）は表面が平滑なワイヤ基材Ｂに薄膜を被着させたソーワイヤの表面を２００倍で撮影した写真、図６（Ｃ）は表面が平滑なワイヤ基材Ｂに薄膜を被着させたソーワイヤの表面を２０００倍の倍率で撮影したときの写真である。
【００７７】
また、表面が粗なワイヤ基材Ａに薄膜を被着させたソーワイヤの表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）を表面形状測定顕微鏡（ＶＦ−７５００、ＣＥＲＳＡ−ＭＣＪ社製）で測定したところ７．１μｍであった。一方、表面が平滑なワイヤ基材Ｂに薄膜を被着させたソーワイヤの表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）を測定したところ３．１μｍであった。
【００７８】
なお、図６（Ｂ）のソーワイヤの表面に被着された薄膜を評価したラマン分光のスペクトルを図７に示す。前記スペクトルにおいては、１５４１．８ｃｍ−１をピークとするＤＬＣ膜の存在を示すブロードなピークが確認された。
【００７９】
このようにして得られたソーワイヤは、表面に歯の働きをする凸部を有するために砥粒を含有するスラリを用いなくとも水性溶液のみによりインゴット等をスライスすることができる。従って、スラリの分散媒体の揮発による引火のおそれや、悪臭の発生を抑制した切断作業を実現することができる。また、遊離砥粒を含有するスラリを用いる場合においても、スラリ中の遊離砥粒の量を従来よりも大幅に低減しても、切断効率を維持することができる。また、ソーワイヤ表面は硬質であるために切断効率が経時的に低下しにくい、長寿命のソーワイヤである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明のソーワイヤの拡大断面を示す模式図である。
【図２】図２は本発明のワイヤ基材用薄膜形成装置の構成を示す模式図である。
【図３】図３はワイヤ基材用薄膜形成装置内に配置される炭素棒及びワイヤ基材等の配置を示す模式図である。
【図４】図４は炭素棒に放電電圧を印加するための交流放電回路の回路図である。
【図５】図５は本発明のワイヤソーを示す模式図である。
【図６】図６は実施例で得られた本発明のソーワイヤの表面の電子顕微鏡による拡大写真である。
【図７】図７はソーワイヤの表面をラマン分光法により評価したラマン分光のスペクトルである。
【符号の説明】
【００８１】
１，１Ａ，１Ｂ ワイヤ基材
２ ダイヤモンド状薄膜等
３ 中間層
４ ワイヤ基材用薄膜形成装置
５Ａ〜５Ｄ 炭素棒
５Ｅ，５Ｆ 導電材
６ チャンバ
７ 炭素棒及びワイヤ基材固定手段
７Ａ 炭素棒固定治具
８Ａ ガス導入口
８Ｂ 排気口
９Ａ，９Ｂ ボビン
１０Ａ，１０Ｂ ワイヤ繰出し・巻取り装置
１１Ａ，１１Ｂ ボビン駆動モータ
１２Ａ，１２Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ 固定プーリ
１８Ａ，１８Ｂ ワイヤ長操作装置
２０Ａ，２０Ｂ 可動プーリ
２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂ ガイドローラ
２５Ａ，２５Ｂ メインモータ
２８ ワーク
３０ ワーク送り装置
３２ ワーク保持部
３４ ワーク送りモータ
３６Ａ，３６Ｂ 加工液供給装置
Ｃ 切断領域
Ｉｄ放電電流
Ｋ１，Ｋ２ 保護抵抗
Ｖ 放電電圧用電源
Ｖｄ、Ｖｎ 電圧計
ＴＲ トランス
Ｓ１，Ｓ２ バネ
Ｍ ソレノイドコイル
Ｂ バイアス電源
Ｐ 減圧手段
Ｐ１油拡散ポンプ
Ｐ２ ロータリーポンプ
Ｒ 凸部
Ｗ ソーワイヤ
Ｆ１，Ｆ２ ガス流量調整用マスフローコントローラ
Ｔ１、Ｔ２ ガスタンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ基材にダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜が被着されてなるソーワイヤであって、前記ソーワイヤ表面に凸部が形成されていることを特徴とするソーワイヤ。
【請求項２】
前記ソーワイヤの表面粗さ（十点平均粗さＲｚ）が０．０５〜４０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のソーワイヤ。
【請求項３】
前記ワイヤ基材の表面粗さ（十点平均粗さＲｚ）が０．５〜２５μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のソーワイヤ。
【請求項４】
ワイヤ基材表面にダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜を被着させることによるソーワイヤを製造する方法であって、
複数本の炭素棒を収納するチャンバであって、これらの炭素棒が特定の中心軸の周囲にこの中心軸から互いに等しい距離を置いた位置でかつ周方向に等しい間隔を置く位置に互いに平行な姿勢で配置されたチャンバの内部に前記ワイヤ基材を挿入し、このワイヤ基材を前記中心軸に合致する位置に固定して当該ワイヤ基材に張力を与える工程と、
前記チャンバ内を減圧し、かつ、炭素含有ガスを含む雰囲気にする工程と、
前記雰囲気下で、前記各炭素棒に前記炭素含有ガスのプラズマを発生させるための放電電圧を印加し、かつ、これらの炭素棒の内側に固定された前記ワイヤに前記プラズマ中の陽イオンを捕捉するためのバイアス電圧を印加することにより、前記ワイヤの表面にＰＶＤ及びプラズマＣＶＤによって前記ダイヤモンド薄膜又は前記ダイヤモンド状薄膜を形成する工程とを含むことを特徴とするソーワイヤの製造方法。
【請求項５】
請求項４記載のソーワイヤの製造方法において、前記各炭素棒により囲まれる領域でのプラズマ密度を他の領域に比して局所的に高めるための磁界を前記チャンバ内に形成することを特徴とするソーワイヤの製造方法。
【請求項６】
半導体インゴットから複数枚のウェハを切り出す方法であって、
請求項１〜３の何れか１項に記載のソーワイヤを複数のガイドローラに複数回掛け渡してこれらのガイドローラのうちの特定のガイドローラ同士の間に前記ソーワイヤが平行な状態で複数列にわたり配列されたインゴット切断領域を形成し、かつ、このソーワイヤを当該ソーワイヤの軸方向に駆動する工程と、
前記ソーワイヤを駆動した状態で前記切断領域に対し前記ソーワイヤの軸方向と略直交しかつ前記ソーワイヤの配列方向と略直交する方向に前記半導体インゴットを移送してこの半導体インゴットを前記ソーワイヤにより複数個所で切断する工程とを含むことを特徴とする半導体インゴットの切断方法。
【請求項７】
半導体インゴットから複数枚のウェハを切り出すためのワイヤソーであって、
請求項１〜３の何れか１項に記載のソーワイヤと、
前記ソーワイヤが複数回掛け渡される複数のガイドローラと、
前記ソーワイヤを当該ソーワイヤの軸方向に駆動するワイヤ駆動手段とを備え、
前記ソーワイヤが、前記ガイドローラのうちの特定のガイドローラ同士の間において平行な状態で複数列にわたり配列されることによりインゴット切断領域を形成するように配線されるとともに、
前記ワイヤ駆動手段により前記ソーワイヤが駆動された状態で前記切断領域に対し前記ソーワイヤの軸方向と略直交しかつ前記ソーワイヤの配列方向と略直交する方向に前記半導体インゴットを移送することによりこの半導体インゴットを前記ソーワイヤにより切断させるインゴット移送手段を備えたことを特徴とするワイヤソー。
【請求項１】
ワイヤ基材にダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜が被着されてなるソーワイヤであって、前記ソーワイヤ表面に凸部が形成されていることを特徴とするソーワイヤ。
【請求項２】
前記ソーワイヤの表面粗さ（十点平均粗さＲｚ）が０．０５〜４０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のソーワイヤ。
【請求項３】
前記ワイヤ基材の表面粗さ（十点平均粗さＲｚ）が０．５〜２５μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のソーワイヤ。
【請求項４】
ワイヤ基材表面にダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜を被着させることによるソーワイヤを製造する方法であって、
複数本の炭素棒を収納するチャンバであって、これらの炭素棒が特定の中心軸の周囲にこの中心軸から互いに等しい距離を置いた位置でかつ周方向に等しい間隔を置く位置に互いに平行な姿勢で配置されたチャンバの内部に前記ワイヤ基材を挿入し、このワイヤ基材を前記中心軸に合致する位置に固定して当該ワイヤ基材に張力を与える工程と、
前記チャンバ内を減圧し、かつ、炭素含有ガスを含む雰囲気にする工程と、
前記雰囲気下で、前記各炭素棒に前記炭素含有ガスのプラズマを発生させるための放電電圧を印加し、かつ、これらの炭素棒の内側に固定された前記ワイヤに前記プラズマ中の陽イオンを捕捉するためのバイアス電圧を印加することにより、前記ワイヤの表面にＰＶＤ及びプラズマＣＶＤによって前記ダイヤモンド薄膜又は前記ダイヤモンド状薄膜を形成する工程とを含むことを特徴とするソーワイヤの製造方法。
【請求項５】
請求項４記載のソーワイヤの製造方法において、前記各炭素棒により囲まれる領域でのプラズマ密度を他の領域に比して局所的に高めるための磁界を前記チャンバ内に形成することを特徴とするソーワイヤの製造方法。
【請求項６】
半導体インゴットから複数枚のウェハを切り出す方法であって、
請求項１〜３の何れか１項に記載のソーワイヤを複数のガイドローラに複数回掛け渡してこれらのガイドローラのうちの特定のガイドローラ同士の間に前記ソーワイヤが平行な状態で複数列にわたり配列されたインゴット切断領域を形成し、かつ、このソーワイヤを当該ソーワイヤの軸方向に駆動する工程と、
前記ソーワイヤを駆動した状態で前記切断領域に対し前記ソーワイヤの軸方向と略直交しかつ前記ソーワイヤの配列方向と略直交する方向に前記半導体インゴットを移送してこの半導体インゴットを前記ソーワイヤにより複数個所で切断する工程とを含むことを特徴とする半導体インゴットの切断方法。
【請求項７】
半導体インゴットから複数枚のウェハを切り出すためのワイヤソーであって、
請求項１〜３の何れか１項に記載のソーワイヤと、
前記ソーワイヤが複数回掛け渡される複数のガイドローラと、
前記ソーワイヤを当該ソーワイヤの軸方向に駆動するワイヤ駆動手段とを備え、
前記ソーワイヤが、前記ガイドローラのうちの特定のガイドローラ同士の間において平行な状態で複数列にわたり配列されることによりインゴット切断領域を形成するように配線されるとともに、
前記ワイヤ駆動手段により前記ソーワイヤが駆動された状態で前記切断領域に対し前記ソーワイヤの軸方向と略直交しかつ前記ソーワイヤの配列方向と略直交する方向に前記半導体インゴットを移送することによりこの半導体インゴットを前記ソーワイヤにより切断させるインゴット移送手段を備えたことを特徴とするワイヤソー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２０３４１７（Ｐ２００７−２０３４１７Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６３７８（Ｐ２００６−２６３７８）
【出願日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【出願人】（５０４２０５５２１）国立大学法人 長崎大学 (226)
【出願人】（３９１００３６６８）トーヨーエイテック株式会社 (145)
【出願人】（５９７１５０５９９）ジャパンファインスチール株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【出願人】（５０４２０５５２１）国立大学法人 長崎大学 (226)
【出願人】（３９１００３６６８）トーヨーエイテック株式会社 (145)
【出願人】（５９７１５０５９９）ジャパンファインスチール株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]