ワイヤソー及びその切断方法

【目的】本発明は、半導体インゴット等の被加工物を切断してウエーハを形成するワイヤソー及びその切断方法に関し、ウエーハのうねりを低減することを目的とする。
【構成】ワイヤに対し被加工物を押し当てる方向へ被加工物を直線移動させる速度（切断速度）を、周期的に変化させる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体インゴット等の被加工物を切断してウエーハを形成するワイヤソー及びその切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ワイヤソーは、互いに平行な一定ピッチのワイヤ列に半導体インゴット等の被加工物を押し当て、ワイヤをその線方向に送りながら、被加工物とワイヤの間に砥粒を含む加工液を供給することにより、ラッピング作用で被加工物を切断してウエーハを形成するものであり、一定の厚さのウエーハを多数枚同時に得ることができる。一回の切断に要する時間は例えば、直径５インチのシリコン半導体インゴットで６時間である。この間、切断条件を一定に保つことにより、ウエーハの面精度を高くする必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この切断条件を一定に保つことは容易でなく、ウエーハ表面にうねりが生じる。回路の微細化が進んでいる今日、ウエーハ表面のうねりは、半導体装置の歩留まりを大きく低下させる。
【０００４】本発明の目的は、このような問題点に鑑み、切断されて形成されたウエーハのうねりを低減することができるワイヤソー及びその切断方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段及びその作用】本発明に係るワイヤソー及びその切断方法を、実施例図中の対応する構成要素の符号を引用して説明する。
【０００６】このワイヤソー切断方法は、例えば図１及び図４に示す如く、互いに平行なワイヤ１２の列に被加工物４０を押し当て、ワイヤ１２をその線方向に送りながら、被加工物４０とワイヤ１２との間に砥粒を含む加工液を供給することにより、ラッピング作用で被加工物４０を切断するものであって、ワイヤ１２に対し被加工物４０を押し当てる方向へ被加工物４０を直線移動させる速度、すなわち切断速度を、例えば図２、図５又は図６R>６に示す如く周期的に変化させる。
【０００７】この方法を実施するためのワイヤソーは、モータ５４と、モータ５４の回転により、ワイヤ１２に対し被加工物４０を押し当てる方向へ被加工物４０を直線移動させる直線移動装置４２〜５２と、設定パターンに基づいてモータ５４の回転速度を周期的に変化させる制御装置５６及び５８とを備えている。
【０００８】切断速度を従来のように一定にしても、切断時間が例えば６時間と長いので、温度等の切断条件が変化して、切断されたウエーハの表面にうねりが生ずる。これに対し、上記本発明のように切断速度を例えば１時間の周期で変化させると、図３（Ａ）に示す如く、切断されたウエーハ４０ａの表面Ｓには、この周期でうねりが生ずる。このうねりの振幅は、従来よりも小さい。これは、切断時間が１周期、例えば１時間のときにできるうねりが複数回繰り返されると考えることができる。
【０００９】本発明の第１態様では、上記設定パターンは、例えば図２又は図５に示す如く、同一基本パターンの繰り返しである。
【００１０】この構成の場合、パターンの設定が容易となる。
【００１１】本発明の第２態様では、上記設定パターンは、同一基本パターンの繰り返しに対し、ワイヤ１２が被加工物４０に同時に接触している長さが長くなるほどモータ回転速度が遅くなるように修正したものである。
【００１２】この構成の場合、切断抵抗のパターンが各周期でほぼ同一になり、切断されたウエーハの表面に形成されるうねりの振幅を各周期でほぼ同一にすることができるので、うねりをより小さくすることができる。
【００１３】本発明の第３態様では、上記繰り返し回数は４〜８である。
【００１４】繰り返し回数が小さ過ぎると本案の効果も小さくなり、繰り返し回数が大き過ぎると平均切断速度が小さくなって切断に要する時間が長くなる。繰り返し回数の好ましい範囲は、４〜８程度である。
【００１５】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００１６】［第１実施例］図３は、ワイヤソーの概略構成を示す。
【００１７】互いに同一構成のローリング装置１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃは、軸を互いに平行にして配置され、これらのローラ表面に一定ピッチで形成されたリング状溝に、ワイヤ１２が巻掛けられている。ローリング装置１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃは、不図示の機構で連動回転される。
【００１８】ワイヤ１２の始端側は、張力調節機構２０を介してワイヤ巻取りドラム２２に巻掛けられている。ワイヤ巻取りドラム２２は、トルクモータ２４で回転駆動される。張力調節機構２０とワイヤ巻取りドラム２２との間のワイヤ１２の張力は、トルクモータ２４に印加する電圧により調節され、張力調節機構２０とローリング装置１０Ｃとの間のワイヤ１２の張力は、張力調節機構２０により一定に調節される。
【００１９】同様に、ワイヤ１２の終端側は、張力調節機構３０を介してワイヤ巻取りドラム３２に巻掛けられている。ワイヤ巻取りドラム３２は、トルクモータ３４で回転駆動される。ローリング装置１０Ｃと張力調節機構３０の間のワイヤ１２の張力は、張力調節機構３０により一定に調節され、張力調節機構３０とワイヤ巻取りドラム３２との間のワイヤ１２の張力は、トルクモータ３４に印加する電圧により調節される。
【００２０】被加工物４０は、例えば半導体インゴットであり、そのオリエンテーションフラット面がワークホルダ１２に接着されている。ワークホルダ１２は、図１に示す装置で昇降駆動される。
【００２１】ワークホルダ４２の一端部には、ワークホルダ４２の上面に垂直に軸４４Ａの一端部が固着されている。軸４４Ａは、軸方向を垂直にして固設されたガイドシリンダ４６Ａに貫通して、上下方向に案内される。同様に、ワークホルダ４２の他端部には、ワークホルダ４２の上面に垂直に軸４４Ｂの一端部が固着されている。軸４４Ｂは、軸方向を垂直にして固設されたガイドシリンダ４６Ｂに貫通して、上下方向に案内される。ワークホルダ４２の中央部には、ワークホルダ４２の上面に垂直に送りねじ４８の一端部が固着されている。送りねじ４８は、固定側に軸支されたギア５０の螺孔に螺入されている。ギア５０は、減速器５２を介してモータ５４で回転駆動される。
【００２２】スピードコントローラ５６は、プログラム設定器５８に設定された回転速度パターンに従ってモータ５４の回転速度を制御する。
【００２３】次に、上記の如く構成されたワイヤソーの動作を説明する。
【００２４】被加工物４０が下降され、被加工物４０がワイヤ１２に接触され、溝付きローラ張力調節機構２０が回転されてワイヤ１２がその線方向に走行され、また、砥粒を含む加工液がワイヤ１２に流し当てられる。この状態で被加工物４０を下降させると、ラッピング作用により被加工物４０が切断され、多数枚のウエーハが同時に形成される。
【００２５】図２は、切断開始後の時間ｔに対する切断速度、すなわち被加工物４０の加工速度のパターンを示す。プログラム設定器５８には、このパターンに対応したモータ回転速度パターンが設定されている。この例では、切断速度は、１時間の周期で、０μ／ｍから６００μ／ｍまで上昇した後、この速度が一定時間保持され、６００μ／ｍから０μ／ｍまで下降する。このような基本パターンが、１つの被加工物４０の切断に対し６回繰り返される。
【００２６】切断速度を従来のように一定にしても、切断時間が長いので、温度等の切断条件が変化して、切断されたウエーハの表面にうねりが生ずる。これに対し、上記のように切断速度を１時間の周期で変化させると、図３（Ａ）に示す如く、切断されたウエーハ４０ａの表面Ｓには、１時間の周期でうねりが生ずる。このうねりの振幅は、従来よりも小さい。これは、切断時間が１時間のときにできるうねりが６回繰り返されると考えることができる。
【００２７】次工程で遊離砥粒を用いてウエーハ４０ａにラップ処理を施すと、定盤にウエーハ４０ａの表面Ｓの凸部が当たってこの部分が除去され、図３（Ｂ）に示す如く、表面が平らなウエーハ４０ｂが得られる。次に、混酸液等のエッチング液中にウエーハ４０ｂを所定時間浸漬させると、ウエーハ４０ｂの表面近傍の加工歪層が除去される。
【００２８】従来法で切断されたウエーハと本実施例で切断されたウエーハとに対し同一条件でラップ処理及びエッチング処理を施した場合、最終的なうねりの大きさは、従来４０〜６０μｍであったのが、２０μｍ以下となった。ただし、うねりの大きさの定義は、ウエーハの直径線の一端から他端までの表面高さ曲線を測定し、該一端と該他端を結ぶ直線を基線とし、表面高さ曲線の基線に対する凸側最大高さａと凹側最大高さｂ（ａ＞０、ｂ＞０）の和ａ＋ｂとする。うねりの測定には、Perthen社のPertometer型式Ｓ６Ｐを用いた。
【００２９】図２では基本パターンが６回繰り返されているが、繰り返し回数が小さ過ぎると本案の効果も小さくなり、繰り返し回数が大き過ぎると平均切断速度が小さくなって切断に要する時間が長くなる。繰り返し回数の好ましい範囲は、４〜８程度であることがわかった。
【００３０】［第２実施例］図５は、第２実施例の、切断開始後の時間ｔに対する切断速度のパターンを示す。この例では、切断速度を２００〜５４０μｍ／ｍｉｎの範囲で周期的に変化させており、平均切断速度は第１実施例よりも速くなっている。
【００３１】他の点は、上記第１実施例と同一である。
【００３２】［第３実施例］図６は、第３実施例の、切断開始後の時間ｔに対する切断速度のパターンを示す。この例では、各周期での最大切断速度を、切断直径ｄ（ワイヤ１２が被加工物４０に同時に接触している長さｄ）が長くなるほど遅くすることにより、切断抵抗のパターンを各周期でほぼ同一にしている。
【００３３】このようにすれば、ウエーハ４０ａの表面Ｓに形成されるうねりの振幅を各周期でほぼ同一にすることができるので、上記第１及び第２実施例よりもうねりを小さくすることができる。
【００３４】他の点は、上記第１実施例と同一である。
【００３５】なお、ｆ（ｔ）＝ｆ（ｔ＋Ｔ）なる周期Ｔのパターンに、切断直径ｄが長くなるほど値が小さくなる関数ｇ（ｄ）を乗じたパターンｆ（ｔ）ｇ（ｄ）を、モータ回転速度のパターンとしてプログラム設定器５８に設定してもよい。
【００３６】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明に係るワイヤソー及びその切断方法では、ワイヤに対し被加工物を押し当てる方向へ被加工物を直線移動させる速度を、周期的に変化させるので、切断されたウエーハの表面にはこの周期でうねりが形成され、うねりの振幅を従来よりも低減することができるという効果を奏し、半導体装置の歩留まり向上に寄与するところが大きい。
【００３７】本発明の上記第１態様では、設定パターンが同一基本パターンの繰り返しであるので、パターンの設定が容易であるという効果を奏する。
【００３８】本発明の上記第２態様では、設定パターンが、同一基本パターンの繰り返しに対し、ワイヤが被加工物に同時に接触している長さが長くなるほどモータ回転速度が遅くなるように修正したものであるので、切断抵抗のパターンが各周期でほぼ同一になり、切断されたウエーハの表面に形成されるうねりの振幅を各周期でほぼ同一にすることができ、うねりをより小さくすることができるという効果を奏する。
【００３９】本発明の上記第３態様では、上記繰り返し回数が４〜８であるので、本案の効果が充分得られ、かつ、平均切断速度が小さくなって切断に要する時間が長くなり過ぎるのを避けることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のワイヤソーの被加工物昇降装置構成図である。
【図２】本発明の第１実施例の、切断開始後の時間に対する切断速度の変化を示す線図である。
【図３】切断後及びラップ処理後のウエーハ表面形状を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例のワイヤソーの概略構成図である。
【図５】本発明の第２実施例の、切断開始後の時間に対する切断速度のパターンを示す線図である。
【図６】本発明の第３実施例の、切断開始後の時間に対する切断速度のパターンを示す線図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃローリング装置
１０ワイヤ
２０、３０張力調節機構
２２、３２ワイヤ巻取りドラム
２４、３４トルクモータ
４０被加工物
４０ａ、４０ｂウエーハ
４２ワークホルダ
４４Ａ、４４Ｂ軸
４６Ａ、４６Ｂガイドシリンダ
４８送りねじ
５０ギア
５２減速器
５４モータ
５６スピードコントローラ
５８プログラム設定器

【特許請求の範囲】
【請求項１】互いに平行なワイヤ（１２）の列に被加工物（４０）を押し当て、該ワイヤをその線方向に送りながら、該被加工物と該ワイヤとの間に砥粒を含む加工液を供給することにより、ラッピング作用で被加工物を切断するワイヤソー切断方法において、該ワイヤに対し該被加工物を押し当てる方向へ該被加工物を直線移動させる速度を周期的に変化させることを特徴とするワイヤソー切断方法。
【請求項２】互いに平行なワイヤ（１２）の列に被加工物（４０）を押し当て、該ワイヤをその線方向に送りながら、該被加工物と該ワイヤとの間に砥粒を含む加工液を供給することにより、ラッピング作用で被加工物を切断するワイヤソーにおいて、モータ（５４）と、該モータの回転により、該ワイヤに対し該被加工物を押し当てる方向へ該被加工物を直線移動させる直線移動装置（４２〜５２）と、設定パターンに基づいて該モータの回転速度を周期的に変化させる制御装置（５６、５８）と、を有することを特徴とするワイヤソー。
【請求項３】前記設定パターンは、同一基本パターンの繰り返しであることを特徴とする請求項２記載のワイヤソー。
【請求項４】前記設定パターンは、同一基本パターンの繰り返しに対し、前記ワイヤ（１２）が前記被加工物（４０）に同時に接触している長さが長くなるほどモータ（５４）回転速度が遅くなるように修正したものであることを特徴とする請求項２記載のワイヤソー。
【請求項５】前記繰り返し回数は、４〜８であることを特徴とする請求項３又は４記載のワイヤソー。

【図３】