ワイヤーソー装置およびそれを用いた切断方法ならびに半導体基板の製造方法
【課題】 複雑な機構を必要とせず、製造コストの増加を招くことなく、クラックなどの欠陥を低減することが可能な優れたワイヤーソー装置およびそれを用いた切断方法ならびに半導体基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】 一方向または双方向に走行させながら被加工物を切断するためのワイヤー５と、被加工物１を固定させる台座２と、台座２において、被加工物１を切断する際にワイヤー５が入る側の台座側面２ａに固定されている被切断用の側板６とを備えており、側板６における被加工物１が位置する側の側板端面６ａが、台座側面２ａにおける被加工物１が位置する側の台座端面２ｂと面一であるか、または側板端面６ａが台座端面２ｂから被加工物１の側面１ｃに沿って突出しているワイヤーソー装置Ｓとする。また、台座２に被加工物１を固定した後に、ワイヤー５を走行させながら被加工物１を切断し始め、しかる後、ワイヤー５を走行させながら被加工物１および側板６を切断する方法とする。
【解決手段】 一方向または双方向に走行させながら被加工物を切断するためのワイヤー５と、被加工物１を固定させる台座２と、台座２において、被加工物１を切断する際にワイヤー５が入る側の台座側面２ａに固定されている被切断用の側板６とを備えており、側板６における被加工物１が位置する側の側板端面６ａが、台座側面２ａにおける被加工物１が位置する側の台座端面２ｂと面一であるか、または側板端面６ａが台座端面２ｂから被加工物１の側面１ｃに沿って突出しているワイヤーソー装置Ｓとする。また、台座２に被加工物１を固定した後に、ワイヤー５を走行させながら被加工物１を切断し始め、しかる後、ワイヤー５を走行させながら被加工物１および側板６を切断する方法とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体などからなる被加工物を切断して基板を製造するためのワイヤーソーおよびそれを用いた切断方法ならびに半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体などのインゴットを所定寸法に切断してブロックの被加工物とする。その後、この被加工物を切断して基板を製造する装置の一つにワイヤーソーが知られている。ワイヤーソーには遊離砥粒方式によるものと固定砥粒方式によるものとがある。
【０００３】
遊離砥粒方式のワイヤーソーは、所定ピッチのワイヤー列と被加工物との接触部に水または油に砥粒が混合されたスラリーを供給しながら、ワイヤー列を高速走行させることによって、被加工物を切断して基板を製造する。
【０００４】
一方、固定砥粒方式のワイヤーソーは、表面に砥粒を固着させたワイヤーを用いた所定ピッチのワイヤー列を高速走行させることによって、被加工物を切断して基板を製造する。
【０００５】
図４に従来の固定砥粒方式によるワイヤーソーを示す。被加工物１は接着材３を介して台座２に固定されている。台座２の材料としてはグラファイトなどが用いられる。所定のピッチで多数の溝が形成されたメインローラー４（第１メインローラ４ａ，第２メインローラ４ｂ，第３メインローラ４ｃ）には砥粒を固着させたワイヤー５の一部が巻かれてワイヤー列を形成している。そして、被加工物１に対して高速走行させたワイヤー５に押し当てることによって多数の基板に切断することができる。
【０００６】
固定砥粒方式は、遊離砥粒方式に比べて、スライス時間が短縮できること、廃液処理の負担が少ないこと、1回に使用するワイヤーの長さが少なく廃ワイヤー量が削減できることなどの利点がある（例えば、下記の特許文献１，２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８６５４号公報
【特許文献２】特開２００３−１１０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、固定砥粒方式によるワイヤーソーでは、砥粒がワイヤーに固着された構成であるため、切断の際に目詰まりが生じやすく、切断精度が低下するという欠点がある。特に、被加工物を切断して得た基板の台座接着部にクラックが発生しやすい。これは被加工物の台座における接着面付近の切断時に、接着材またはグラファイト等の台座によるワイヤーの目詰まりに起因する切断性能の低下と、ワイヤーが被加工物よりも柔らかいグラファイト等の台座に当接することに起因するワイヤーのぶれとが原因であると考えられる。
【０００９】
図５に図４のＺ部における拡大断面図を示す。図５は被加工物１の台座２における接着面（接着材３が位置している部位）付近でのワイヤー５の状態を説明する図である。被加工物１は接着材３によって台座２に接着されている。図５にはワイヤー５によって被加工
物１の大部分を切断し終わり、被加工物１の端部において、台座２および接着材３を切断しながら、他の領域では被加工物１を切断している様子を示している。このとき、上述の理由により、ワイヤー５の切断性能の低下やぶれが起こり、切断後の基板にクラックなどの欠陥が発生する。
【００１０】
これに対し、ワイヤー列にドレッシングストーンを押し当てて、固定砥粒付ワイヤーをドレッシングすることによって、被加工物に常にドレッシングされた固定砥粒付ワイヤーを供給する方法が開示されている（特許文献１）。ところがこの方法では、ドレッシングストーンをワイヤーに押し当てる機構が必要になるため、装置の機構が複雑になり、ひいては製造コストが増加するなどが考えられる。
【００１１】
また、被加工物のワイヤー走行方向に対し前後両端面に接触させて被加工物と同等以上の厚みを有するダミー材を設けて、ダミー材と共に被加工物を切断する切断方法が開示されている（特許文献２）。ところがこの方法では、切断のたびに被加工物と同等以上の厚みを有するダミー材を準備する必要があり、ひいてはコスト増加の原因となることが考えられる。
【００１２】
本発明は、このような諸問題に鑑みてなされたものであり、複雑な機構を必要とせず、製造コストの増加を招くことなく、クラックなどの欠陥を低減することが可能な優れたワイヤーソー装置およびそれを用いた切断方法ならびに半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一形態に係るワイヤーソー装置は、一方向または双方向に走行させながら被加工物を切断するためのワイヤーと、前記被加工物を固定させる台座と、該台座において、前記被加工物を切断する際に前記ワイヤーが入る側の台座側面に固定されている被切断用の側板とを備えており、該側板における前記被加工物が位置する側の側板端面が、前記台座側面における前記被加工物が位置する側の台座端面と面一であるか、または前記側板端面が前記台座端面から前記被加工物の側面に沿って突出しているものである。
【００１４】
また、本発明の一形態に係るワイヤーソー装置を用いた切断方法は、前記台座に前記被加工物を固定した後に、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物を切断し始め、しかる後、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物および前記側板を切断する方法である。
【００１５】
さらに、本発明の一形態に係る半導体基板の製造方法は、前記台座に半導体の被加工物を固定した後に、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物を切断し始め、しかる後、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物および前記側板を切断して半導体基板を製造する半導体基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成のワイヤーソー装置およびそれを用いた切断方法ならびに半導体基板の製造方法によれば、複雑な機構を必要とせず、製造コストの増加を招くことなく、クラックなどの欠陥を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一形態に係るワイヤーソー装置の一例を模式的に説明する概略断面図である。
【図２】図１の部分Ａの拡大断面図である。
【図３】本発明の一形態に係るワイヤーソー装置の他の一例を模式的に説明する概略断面図である。
【図４】従来のワイヤーソー装置を模式的に示す概略断面図である。
【図５】図４の部分Ｚの拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１９】
まず、本実施形態の概要および特徴について説明する。図１，２に示すように、本実施形態のワイヤーソー装置Ｓは、表面に砥粒が固着され、平均直径Ｄのワイヤー５が複数の溝を表面に有するメインローラ４（第１メインローラ４ａ，第２メインローラ４ｂ，第３メインローラ４ｃ）に巻きつけられており、ワイヤー５の上部には加工液を供給する供給ノズル（不図示）を備えている。
【００２０】
このワイヤーソー装置Ｓにおいて、例えば第１メインローラ４ａと第２メインローラ４ｂとは所定距離を隔てて配置されており、ワイヤー５は、これらメインローラ間で複数列に平面状に張られている。ワイヤーソー装置Ｓは、例えば第１メインローラ４ａにワイヤー５を供給しながら、第２メインローラ５ｂからワイヤー５を送出する構成にしているが、上記メインローラ間でワイヤー５を往復走行させるか、または一方向へ走行させる。
【００２１】
被加工物１は、その下面となる例えば平面状の第１面１ａと、この面の反対側に位置して台座２に固定される第２面１ｂと、側面１ｃとを有する。被加工物１は、第１メインローラ５ａと第２メインローラ５ｂとの間で平面状に張られたワイヤー５の上に、第１面１ａがワイヤー５と対向するように配置する。
【００２２】
このように、本実施形態のワイヤーソー装置Ｓは、一方向または双方向に走行させながら被加工物１を切断するためのワイヤー５と、被加工物１を固定させる台座２と、台座２において、被加工物１を切断する際にワイヤー５が入る側の台座側面２ａに固定されている被切断用の側板６（第１側板６ａ，第２側板６ｂ）とを備えている。また、例えば第１側板６ａにおける被加工物１が位置する側の側板端面６ｃが、台座側面２ａにおける被加工物１が位置する側の台座端面２ｂと面一であるか、または側板端面６ｃが台座端面２ｂから被加工物１の側面１ｃに沿って突出している。つまり、ワイヤー５の走行方向が一方向であれば、ワイヤー５が被加工物１に入る側の台座２の一側面に、例えば第１側板６ａを設けるだけでよいが、ワイヤー５が双方向に走行させる場合であれば、台座２の両側の側面に第１側板６ａ，第２側板６ｂを設ける。
【００２３】
また、ワイヤーソー装置Ｓにおいて、特に側板６のビッカース硬度が被加工物１のビッカース硬度の０．５〜１．５倍であるとよい。なぜなら、側板６のビッカース硬度が被加工物１の０．５倍以上であると、ワイヤー５の撓みを改善する効果が顕著であり、また、１．５倍以下であると、切断抵抗が大きくならずワイヤー５の断線が発生しにくいからである。
【００２４】
また、ワイヤーソー装置Ｓにおいて、特に側板６は台座２に接着材３を介して固定されており、接着材３はワイヤー５による切断時に被加工物１側に取り込まれないように、台座端面２ｂよりも被加工物１から離れた部位に位置させるとよい。
【００２５】
また、ワイヤーソー装置Ｓは、特に側板６の台座２と対向する面の、接着材３から離れた部位に凹部７が設けられているとよい。この凹部７の存在により、接着材３の本来の接着領域からはみ出た接着材３を吸収（溜めることが）できて、接着材３の接着領域の範囲を限定させることができる。
【００２６】
さらに、ワイヤーソー装置Ｓは、特にワイヤー５の表面に砥粒が固着されている固定砥粒方式であるとよい。
【００２７】
また、上記ワイヤーソー装置Ｓを用いた被加工物１を切断する切断方法において、台座２に被加工物１を固定した後に、ワイヤー５を走行させながら被加工物１を切断し始め、しかる後、ワイヤー５を走行させながら被加工物１および側板６を切断することを特徴とする。また、上記ワイヤーソー装置Ｓを用いた被加工物１を切断する切断方法において、被加工物１、台座２および側板６の位置決めをしやすくして、作業性等を良好にするために、台座２に被加工物１を固定した後に台座２の側面２ａに側板６を固定して、ワイヤー５を走行させながら被加工物１を切断し始め、しかる後、ワイヤー５を走行させながら被加工物１および側板６を切断することを特徴とする。
【００２８】
さらに、上記ワイヤーソー装置Ｓを用いた半導体基板の製造方法は、台座２に半導体の被加工物１を固定した後に、ワイヤー５を走行させながら被加工物１を切断し始め、しかる後、ワイヤー５を走行させながら被加工物１および側板６を切断して半導体基板を製造することを特徴とする。
【００２９】
以下に、被加工物１およびワイヤーソー装置Ｓ、それを用いた切断方法ならびに半導体基板の製造方法について具体的に説明する。
【００３０】
本実施形態で用いるインゴットはシリコンもしくはヒ化ガリウムなどの半導体であると好適であるが、サファイヤ、セラミック、磁性体もしくはガラスなどの硬くて脆い材質からなるものでもよい。このインゴットを適当な形状に加工して棒状あるいは柱状のブロックを被加工物１とする。なお、簡単のため、被加工物１を１つ切断する一例について説明するが、ワイヤー５の上に複数の被加工物１を並置した状態で切断してもよく、特に、このような場合に本実施形態の効果がより顕著となる。
【００３１】
被加工物１は接着材３によって台座２に固定される。台座２の材質としてはグラファイト、ガラスまたは樹脂材（エポキシ系樹脂またはポリエステル樹脂など）などが使用できるが、加工条件等により適宜選択する。台座２には被加工物１よりも柔らかい（切断抵抗が小さい）材料を用いてもよい。また、接着材３にはエポキシ系樹脂などを用いることができる。台座２はさらにアルミニウムまたはステンレスなどのプレート（不図示）に固定されて使用される。
【００３２】
そして、所定のピッチで多数の溝が形成されたメインローラー４に、例えばダイヤモンドまたは炭化シリコンなどの砥粒を固着させたワイヤー５を巻きかけてワイヤー列を形成している。
【００３３】
ここで、メインローラー４の表面の溝は２００〜６００μｍ程度のピッチで形成されており、ワイヤー５としてその平均直径Ｄが７０〜２８０μｍ程度の、鉄を主成分とするピアノ線を用いることができる。また、砥粒のワイヤー５への固着方法としては、電着法またはレジンボンドによる方法などがある。
【００３４】
以上の構成のワイヤーソー装置Ｓによれば、前述のプレート（台座２付き）を所定の速さで移動させて、被加工物１を高速走行させたワイヤー５に押し当てることによって、被加工物１を最終的に多数の基板に切断することができる。
【００３５】
次に、本実施形態の特徴的な構成について説明する。図２に示すように、台座２には被加工物１とともに例えば第１側板６の側板端面６ｃが、台座側面２ａにおける被加工物１が位置する側の台座端面２ｂと面一であるか、または側板端面６ｃが台座端面２ｂから被
加工物１の側面１ｃに沿って突出するように固定させる。このようにして、被加工物１を挟む態様でワイヤー５の走行方向の前方および後方における台座２の側面に側板６が接着材３を介して接着されており、この側板６は被加工物１の切断に合わせてワイヤー５に押し当てられる。
【００３６】
また、側板６はそのビッカース硬度が被加工物１のビッカース硬度の０．５〜１．５倍であるとよい。例えば、被加工物１がシリコン（ビッカース硬度Ｈｖ＝１０００〜１１００）である場合、側板６は、例えば、シリコン、アルミナ（Ｈｖ＝１５５０程度）、窒化珪素（Ｈｖ＝１４３０程度）、ジルコニア（Ｈｖ＝１３５０程度）、ムライト（Ｈｖ＝１１００程度）、窒化アルミニウム（Ｈｖ＝１０６０程度）、フォルステライト（Ｈｖ＝７４０程度）またはイットリア（Ｈｖ＝６１０程度）等とすることが可能である。また、側板６は被加工物１と同じ材質でもよいし、異なる材質でもよいが、ドレッシング（目立て）効果を有する材質が望ましい。もちろん両特性を有する材料であればなおよい。また、より望ましくは、側板６は被加工物１と実質同一（側板６のビッカース硬度は被加工物１のビッカース硬度±１０％程度）の硬さとするのがよい。
【００３７】
被加工物１の台座２接着面付近において、従来技術によるワイヤーソーでは、ワイヤー５の撓みにより、端部では台座２および接着材３を切断しながら、他の領域ではインゴット１を切断している。これに対して、本実施形態のワイヤーソー装置Ｓでは図２に示すように、ワイヤー５は側板６を切断しながら被加工物１を切断するので、従来の方法と比べて被加工物１の端部での撓みが少なく、被加工物１を切断しながら台座２および接着材３を切断することがほとんどない。そのため、接着材３および台座２によるワイヤー５の目詰まりに起因する切断性能の低下を極力抑制できる。さらに、ワイヤー５が被加工物１よりも柔らかい台座２に当たることに起因するワイヤー５のぶれが原因となる、基板クラックなどの欠陥が発生しにくい。
【００３８】
また、本実施形態のワイヤーソー装置Ｓに新たな機構を追加する必要もなく、側板６として例えば被加工物１を切り出した時の端材などが使用できるため、従来技術と比べて製造コストはほとんど変わらずに実施することが可能である。
【００３９】
側板６に被加工物１と同程度またはそれ以上の硬さ（切断抵抗）を持つ材質を用いれば、ワイヤー５の被加工物１の切断面での撓みが少なくなり、被加工物１を切断しながら台座２および接着材３を切断することが少なくなる。ひいては、基板クラックなどの欠陥が発生しにくくなる。また、側板６にドレッシング（目立て）効果を有する材質を用いればインゴット１を切断しながら台座２や接着材３を切断してもワイヤー５の切断性能の切削性能が損なわれないので、同様に基板クラックなどの欠陥が発生しにくくなる。
【００４０】
側板６は台座２に接着材３にて接着すれば、新たな機構や工程を追加することなく使用することができる。また、その際、台座２の側面に、側板６を接着材３がワイヤー５による切断領域に存在しないように（図２参照）塗布して固定すれば、接着材３をワイヤー５が切断することによるワイヤー５の切断能力の低下が起こらないのでよい。接着材３の塗布領域を限定するために、側板６の側面の接着材３の塗布領域の境界に溝または切り欠き等の凹部７を設けてもよい。
【００４１】
側板６の高さ（側板６の端面６ｃ位置）は台座２の高さ（台座端面２ｂ位置）±０ｍｍ〜＋２０ｍｍ程度にすることが望ましく、さらに望ましくは台座２の高さ±０ｍｍ〜＋１０ｍｍ程度にするのがよい。台座の高さよりも低ければ、ワイヤー５の撓みまたは目詰まりの抑制効果が十分得られない。このため、基板不良率の低減効果が十分ではなく、また、台座２の高さ＋１０ｍｍより高くしても、側板６に要するコストが増すだけであって、被加工物１の切り終わりにおける切断不良改善の効果は変わらない。
【００４２】
以上のようにして、上記構成のワイヤーソー装置Sおよびそれを用いた切断方法ならびに半導体基板の製造方法によれば、複雑な機構を必要とせず、製造コストの増加を招くことなく、クラックなどの欠陥を低減することが可能となる。
【００４３】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば、インゴットを切断してブロックにすることなく、インゴットを被加工物としてそのままスライス工程を行っても構わない。
【００４４】
また、被加工物は直方体状に限定されない。例えば図３に示すように、被加工物１として円柱状もしくは半円柱状等のブロック、またはインゴットを使用できる。図３に示す被加工物１を用いる場合は、台座２に設ける第１側板６ａ，第２側板６ｂはその側板端面６ｃは被加工物１に接触しないように、例えば台座３の台座端面２ｂと面一とすればよく、このような被加工物１に対しても、上述した実施形態と同様の効果を期待することができる。
【実施例】
【００４５】
次に、本実施形態を具体化した実施例について説明する。被加工物１として、１５６ｍｍ□×３００ｍｍの角柱状の半導体である多結晶シリコンブロックを複数準備した。また、厚さ１５ｍｍのグラファイト製の台座２にエポキシ樹脂製の接着材３にて被加工物１を固定した。そして、側板６として３００ｍｍ（被加工物１の全長と同じ）×ｈ×７ｍｍの多結晶シリコン板を、(１)ｈ＝１５ｍｍ（台座２の高さ＋０ｍｍ）、(２)２５ｍｍ（台座２の高さ＋１０ｍｍ）、(３)３５ｍｍ（台座２の高さ＋２０ｍｍ）の３種類を準備した。さらに、それぞれ台座２に接着材３にて図２で示したように固定して、ワイヤーソー装置による切断を行なって半導体基板である多結晶シリコン基板を得た。
【００４６】
なお、メインローラー４の表面溝のピッチは３３０μｍで、ワイヤー５は直径１００μｍのピアノ線にダイヤモンド砥粒を固着させたものを使用した。また、台座２のフィード速度（被加工物の切断速度）、ワイヤー５の線速度は全実施例で同一条件とした。
【００４７】
また、比較例として側板６を用いずに、同様にしてインゴットの切断を行なった。
【００４８】
それぞれの切断条件における基板良品率を表１に示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
表１に示すように、側板６を用いないワイヤーソーと比べ、側板６を用いたワイヤーソー装置Ｓでは基板良品率が顕著に改善することが確認された。ここで、基板良品率は切断によって作成した全基板（各試料１８００枚）に対して、割れ、欠け、クラック等の外観
異常の有無について目視検査等を実施した結果である。また、改善した不良項目はクラック不良であった。側板６の高さ（側板６の端面位置）は台座２の高さ（台座端面位置）＋０ｍｍでも十分に効果があり、さらに側板６の高さを高くすることで、良品率の改善が見られたが、＋１０ｍｍと＋２０ｍｍでは効果はほとんど変わらなかった。
【符号の説明】
【００５１】
１ ：被加工物
２ ：台座
３ ：接着材
４ ：メインローラー
４ａ ：第１メインローラ
４ｂ ：第２メインローラ
４ｃ ：第３メインローラ
５ ：ワイヤー
６ ：側板
６ａ ：第１側板
６ｂ ：第２側板
７ ：凹部
Ｓ ：ワイヤーソー装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体などからなる被加工物を切断して基板を製造するためのワイヤーソーおよびそれを用いた切断方法ならびに半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体などのインゴットを所定寸法に切断してブロックの被加工物とする。その後、この被加工物を切断して基板を製造する装置の一つにワイヤーソーが知られている。ワイヤーソーには遊離砥粒方式によるものと固定砥粒方式によるものとがある。
【０００３】
遊離砥粒方式のワイヤーソーは、所定ピッチのワイヤー列と被加工物との接触部に水または油に砥粒が混合されたスラリーを供給しながら、ワイヤー列を高速走行させることによって、被加工物を切断して基板を製造する。
【０００４】
一方、固定砥粒方式のワイヤーソーは、表面に砥粒を固着させたワイヤーを用いた所定ピッチのワイヤー列を高速走行させることによって、被加工物を切断して基板を製造する。
【０００５】
図４に従来の固定砥粒方式によるワイヤーソーを示す。被加工物１は接着材３を介して台座２に固定されている。台座２の材料としてはグラファイトなどが用いられる。所定のピッチで多数の溝が形成されたメインローラー４（第１メインローラ４ａ，第２メインローラ４ｂ，第３メインローラ４ｃ）には砥粒を固着させたワイヤー５の一部が巻かれてワイヤー列を形成している。そして、被加工物１に対して高速走行させたワイヤー５に押し当てることによって多数の基板に切断することができる。
【０００６】
固定砥粒方式は、遊離砥粒方式に比べて、スライス時間が短縮できること、廃液処理の負担が少ないこと、1回に使用するワイヤーの長さが少なく廃ワイヤー量が削減できることなどの利点がある（例えば、下記の特許文献１，２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８６５４号公報
【特許文献２】特開２００３−１１０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、固定砥粒方式によるワイヤーソーでは、砥粒がワイヤーに固着された構成であるため、切断の際に目詰まりが生じやすく、切断精度が低下するという欠点がある。特に、被加工物を切断して得た基板の台座接着部にクラックが発生しやすい。これは被加工物の台座における接着面付近の切断時に、接着材またはグラファイト等の台座によるワイヤーの目詰まりに起因する切断性能の低下と、ワイヤーが被加工物よりも柔らかいグラファイト等の台座に当接することに起因するワイヤーのぶれとが原因であると考えられる。
【０００９】
図５に図４のＺ部における拡大断面図を示す。図５は被加工物１の台座２における接着面（接着材３が位置している部位）付近でのワイヤー５の状態を説明する図である。被加工物１は接着材３によって台座２に接着されている。図５にはワイヤー５によって被加工
物１の大部分を切断し終わり、被加工物１の端部において、台座２および接着材３を切断しながら、他の領域では被加工物１を切断している様子を示している。このとき、上述の理由により、ワイヤー５の切断性能の低下やぶれが起こり、切断後の基板にクラックなどの欠陥が発生する。
【００１０】
これに対し、ワイヤー列にドレッシングストーンを押し当てて、固定砥粒付ワイヤーをドレッシングすることによって、被加工物に常にドレッシングされた固定砥粒付ワイヤーを供給する方法が開示されている（特許文献１）。ところがこの方法では、ドレッシングストーンをワイヤーに押し当てる機構が必要になるため、装置の機構が複雑になり、ひいては製造コストが増加するなどが考えられる。
【００１１】
また、被加工物のワイヤー走行方向に対し前後両端面に接触させて被加工物と同等以上の厚みを有するダミー材を設けて、ダミー材と共に被加工物を切断する切断方法が開示されている（特許文献２）。ところがこの方法では、切断のたびに被加工物と同等以上の厚みを有するダミー材を準備する必要があり、ひいてはコスト増加の原因となることが考えられる。
【００１２】
本発明は、このような諸問題に鑑みてなされたものであり、複雑な機構を必要とせず、製造コストの増加を招くことなく、クラックなどの欠陥を低減することが可能な優れたワイヤーソー装置およびそれを用いた切断方法ならびに半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一形態に係るワイヤーソー装置は、一方向または双方向に走行させながら被加工物を切断するためのワイヤーと、前記被加工物を固定させる台座と、該台座において、前記被加工物を切断する際に前記ワイヤーが入る側の台座側面に固定されている被切断用の側板とを備えており、該側板における前記被加工物が位置する側の側板端面が、前記台座側面における前記被加工物が位置する側の台座端面と面一であるか、または前記側板端面が前記台座端面から前記被加工物の側面に沿って突出しているものである。
【００１４】
また、本発明の一形態に係るワイヤーソー装置を用いた切断方法は、前記台座に前記被加工物を固定した後に、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物を切断し始め、しかる後、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物および前記側板を切断する方法である。
【００１５】
さらに、本発明の一形態に係る半導体基板の製造方法は、前記台座に半導体の被加工物を固定した後に、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物を切断し始め、しかる後、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物および前記側板を切断して半導体基板を製造する半導体基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成のワイヤーソー装置およびそれを用いた切断方法ならびに半導体基板の製造方法によれば、複雑な機構を必要とせず、製造コストの増加を招くことなく、クラックなどの欠陥を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一形態に係るワイヤーソー装置の一例を模式的に説明する概略断面図である。
【図２】図１の部分Ａの拡大断面図である。
【図３】本発明の一形態に係るワイヤーソー装置の他の一例を模式的に説明する概略断面図である。
【図４】従来のワイヤーソー装置を模式的に示す概略断面図である。
【図５】図４の部分Ｚの拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１９】
まず、本実施形態の概要および特徴について説明する。図１，２に示すように、本実施形態のワイヤーソー装置Ｓは、表面に砥粒が固着され、平均直径Ｄのワイヤー５が複数の溝を表面に有するメインローラ４（第１メインローラ４ａ，第２メインローラ４ｂ，第３メインローラ４ｃ）に巻きつけられており、ワイヤー５の上部には加工液を供給する供給ノズル（不図示）を備えている。
【００２０】
このワイヤーソー装置Ｓにおいて、例えば第１メインローラ４ａと第２メインローラ４ｂとは所定距離を隔てて配置されており、ワイヤー５は、これらメインローラ間で複数列に平面状に張られている。ワイヤーソー装置Ｓは、例えば第１メインローラ４ａにワイヤー５を供給しながら、第２メインローラ５ｂからワイヤー５を送出する構成にしているが、上記メインローラ間でワイヤー５を往復走行させるか、または一方向へ走行させる。
【００２１】
被加工物１は、その下面となる例えば平面状の第１面１ａと、この面の反対側に位置して台座２に固定される第２面１ｂと、側面１ｃとを有する。被加工物１は、第１メインローラ５ａと第２メインローラ５ｂとの間で平面状に張られたワイヤー５の上に、第１面１ａがワイヤー５と対向するように配置する。
【００２２】
このように、本実施形態のワイヤーソー装置Ｓは、一方向または双方向に走行させながら被加工物１を切断するためのワイヤー５と、被加工物１を固定させる台座２と、台座２において、被加工物１を切断する際にワイヤー５が入る側の台座側面２ａに固定されている被切断用の側板６（第１側板６ａ，第２側板６ｂ）とを備えている。また、例えば第１側板６ａにおける被加工物１が位置する側の側板端面６ｃが、台座側面２ａにおける被加工物１が位置する側の台座端面２ｂと面一であるか、または側板端面６ｃが台座端面２ｂから被加工物１の側面１ｃに沿って突出している。つまり、ワイヤー５の走行方向が一方向であれば、ワイヤー５が被加工物１に入る側の台座２の一側面に、例えば第１側板６ａを設けるだけでよいが、ワイヤー５が双方向に走行させる場合であれば、台座２の両側の側面に第１側板６ａ，第２側板６ｂを設ける。
【００２３】
また、ワイヤーソー装置Ｓにおいて、特に側板６のビッカース硬度が被加工物１のビッカース硬度の０．５〜１．５倍であるとよい。なぜなら、側板６のビッカース硬度が被加工物１の０．５倍以上であると、ワイヤー５の撓みを改善する効果が顕著であり、また、１．５倍以下であると、切断抵抗が大きくならずワイヤー５の断線が発生しにくいからである。
【００２４】
また、ワイヤーソー装置Ｓにおいて、特に側板６は台座２に接着材３を介して固定されており、接着材３はワイヤー５による切断時に被加工物１側に取り込まれないように、台座端面２ｂよりも被加工物１から離れた部位に位置させるとよい。
【００２５】
また、ワイヤーソー装置Ｓは、特に側板６の台座２と対向する面の、接着材３から離れた部位に凹部７が設けられているとよい。この凹部７の存在により、接着材３の本来の接着領域からはみ出た接着材３を吸収（溜めることが）できて、接着材３の接着領域の範囲を限定させることができる。
【００２６】
さらに、ワイヤーソー装置Ｓは、特にワイヤー５の表面に砥粒が固着されている固定砥粒方式であるとよい。
【００２７】
また、上記ワイヤーソー装置Ｓを用いた被加工物１を切断する切断方法において、台座２に被加工物１を固定した後に、ワイヤー５を走行させながら被加工物１を切断し始め、しかる後、ワイヤー５を走行させながら被加工物１および側板６を切断することを特徴とする。また、上記ワイヤーソー装置Ｓを用いた被加工物１を切断する切断方法において、被加工物１、台座２および側板６の位置決めをしやすくして、作業性等を良好にするために、台座２に被加工物１を固定した後に台座２の側面２ａに側板６を固定して、ワイヤー５を走行させながら被加工物１を切断し始め、しかる後、ワイヤー５を走行させながら被加工物１および側板６を切断することを特徴とする。
【００２８】
さらに、上記ワイヤーソー装置Ｓを用いた半導体基板の製造方法は、台座２に半導体の被加工物１を固定した後に、ワイヤー５を走行させながら被加工物１を切断し始め、しかる後、ワイヤー５を走行させながら被加工物１および側板６を切断して半導体基板を製造することを特徴とする。
【００２９】
以下に、被加工物１およびワイヤーソー装置Ｓ、それを用いた切断方法ならびに半導体基板の製造方法について具体的に説明する。
【００３０】
本実施形態で用いるインゴットはシリコンもしくはヒ化ガリウムなどの半導体であると好適であるが、サファイヤ、セラミック、磁性体もしくはガラスなどの硬くて脆い材質からなるものでもよい。このインゴットを適当な形状に加工して棒状あるいは柱状のブロックを被加工物１とする。なお、簡単のため、被加工物１を１つ切断する一例について説明するが、ワイヤー５の上に複数の被加工物１を並置した状態で切断してもよく、特に、このような場合に本実施形態の効果がより顕著となる。
【００３１】
被加工物１は接着材３によって台座２に固定される。台座２の材質としてはグラファイト、ガラスまたは樹脂材（エポキシ系樹脂またはポリエステル樹脂など）などが使用できるが、加工条件等により適宜選択する。台座２には被加工物１よりも柔らかい（切断抵抗が小さい）材料を用いてもよい。また、接着材３にはエポキシ系樹脂などを用いることができる。台座２はさらにアルミニウムまたはステンレスなどのプレート（不図示）に固定されて使用される。
【００３２】
そして、所定のピッチで多数の溝が形成されたメインローラー４に、例えばダイヤモンドまたは炭化シリコンなどの砥粒を固着させたワイヤー５を巻きかけてワイヤー列を形成している。
【００３３】
ここで、メインローラー４の表面の溝は２００〜６００μｍ程度のピッチで形成されており、ワイヤー５としてその平均直径Ｄが７０〜２８０μｍ程度の、鉄を主成分とするピアノ線を用いることができる。また、砥粒のワイヤー５への固着方法としては、電着法またはレジンボンドによる方法などがある。
【００３４】
以上の構成のワイヤーソー装置Ｓによれば、前述のプレート（台座２付き）を所定の速さで移動させて、被加工物１を高速走行させたワイヤー５に押し当てることによって、被加工物１を最終的に多数の基板に切断することができる。
【００３５】
次に、本実施形態の特徴的な構成について説明する。図２に示すように、台座２には被加工物１とともに例えば第１側板６の側板端面６ｃが、台座側面２ａにおける被加工物１が位置する側の台座端面２ｂと面一であるか、または側板端面６ｃが台座端面２ｂから被
加工物１の側面１ｃに沿って突出するように固定させる。このようにして、被加工物１を挟む態様でワイヤー５の走行方向の前方および後方における台座２の側面に側板６が接着材３を介して接着されており、この側板６は被加工物１の切断に合わせてワイヤー５に押し当てられる。
【００３６】
また、側板６はそのビッカース硬度が被加工物１のビッカース硬度の０．５〜１．５倍であるとよい。例えば、被加工物１がシリコン（ビッカース硬度Ｈｖ＝１０００〜１１００）である場合、側板６は、例えば、シリコン、アルミナ（Ｈｖ＝１５５０程度）、窒化珪素（Ｈｖ＝１４３０程度）、ジルコニア（Ｈｖ＝１３５０程度）、ムライト（Ｈｖ＝１１００程度）、窒化アルミニウム（Ｈｖ＝１０６０程度）、フォルステライト（Ｈｖ＝７４０程度）またはイットリア（Ｈｖ＝６１０程度）等とすることが可能である。また、側板６は被加工物１と同じ材質でもよいし、異なる材質でもよいが、ドレッシング（目立て）効果を有する材質が望ましい。もちろん両特性を有する材料であればなおよい。また、より望ましくは、側板６は被加工物１と実質同一（側板６のビッカース硬度は被加工物１のビッカース硬度±１０％程度）の硬さとするのがよい。
【００３７】
被加工物１の台座２接着面付近において、従来技術によるワイヤーソーでは、ワイヤー５の撓みにより、端部では台座２および接着材３を切断しながら、他の領域ではインゴット１を切断している。これに対して、本実施形態のワイヤーソー装置Ｓでは図２に示すように、ワイヤー５は側板６を切断しながら被加工物１を切断するので、従来の方法と比べて被加工物１の端部での撓みが少なく、被加工物１を切断しながら台座２および接着材３を切断することがほとんどない。そのため、接着材３および台座２によるワイヤー５の目詰まりに起因する切断性能の低下を極力抑制できる。さらに、ワイヤー５が被加工物１よりも柔らかい台座２に当たることに起因するワイヤー５のぶれが原因となる、基板クラックなどの欠陥が発生しにくい。
【００３８】
また、本実施形態のワイヤーソー装置Ｓに新たな機構を追加する必要もなく、側板６として例えば被加工物１を切り出した時の端材などが使用できるため、従来技術と比べて製造コストはほとんど変わらずに実施することが可能である。
【００３９】
側板６に被加工物１と同程度またはそれ以上の硬さ（切断抵抗）を持つ材質を用いれば、ワイヤー５の被加工物１の切断面での撓みが少なくなり、被加工物１を切断しながら台座２および接着材３を切断することが少なくなる。ひいては、基板クラックなどの欠陥が発生しにくくなる。また、側板６にドレッシング（目立て）効果を有する材質を用いればインゴット１を切断しながら台座２や接着材３を切断してもワイヤー５の切断性能の切削性能が損なわれないので、同様に基板クラックなどの欠陥が発生しにくくなる。
【００４０】
側板６は台座２に接着材３にて接着すれば、新たな機構や工程を追加することなく使用することができる。また、その際、台座２の側面に、側板６を接着材３がワイヤー５による切断領域に存在しないように（図２参照）塗布して固定すれば、接着材３をワイヤー５が切断することによるワイヤー５の切断能力の低下が起こらないのでよい。接着材３の塗布領域を限定するために、側板６の側面の接着材３の塗布領域の境界に溝または切り欠き等の凹部７を設けてもよい。
【００４１】
側板６の高さ（側板６の端面６ｃ位置）は台座２の高さ（台座端面２ｂ位置）±０ｍｍ〜＋２０ｍｍ程度にすることが望ましく、さらに望ましくは台座２の高さ±０ｍｍ〜＋１０ｍｍ程度にするのがよい。台座の高さよりも低ければ、ワイヤー５の撓みまたは目詰まりの抑制効果が十分得られない。このため、基板不良率の低減効果が十分ではなく、また、台座２の高さ＋１０ｍｍより高くしても、側板６に要するコストが増すだけであって、被加工物１の切り終わりにおける切断不良改善の効果は変わらない。
【００４２】
以上のようにして、上記構成のワイヤーソー装置Sおよびそれを用いた切断方法ならびに半導体基板の製造方法によれば、複雑な機構を必要とせず、製造コストの増加を招くことなく、クラックなどの欠陥を低減することが可能となる。
【００４３】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば、インゴットを切断してブロックにすることなく、インゴットを被加工物としてそのままスライス工程を行っても構わない。
【００４４】
また、被加工物は直方体状に限定されない。例えば図３に示すように、被加工物１として円柱状もしくは半円柱状等のブロック、またはインゴットを使用できる。図３に示す被加工物１を用いる場合は、台座２に設ける第１側板６ａ，第２側板６ｂはその側板端面６ｃは被加工物１に接触しないように、例えば台座３の台座端面２ｂと面一とすればよく、このような被加工物１に対しても、上述した実施形態と同様の効果を期待することができる。
【実施例】
【００４５】
次に、本実施形態を具体化した実施例について説明する。被加工物１として、１５６ｍｍ□×３００ｍｍの角柱状の半導体である多結晶シリコンブロックを複数準備した。また、厚さ１５ｍｍのグラファイト製の台座２にエポキシ樹脂製の接着材３にて被加工物１を固定した。そして、側板６として３００ｍｍ（被加工物１の全長と同じ）×ｈ×７ｍｍの多結晶シリコン板を、(１)ｈ＝１５ｍｍ（台座２の高さ＋０ｍｍ）、(２)２５ｍｍ（台座２の高さ＋１０ｍｍ）、(３)３５ｍｍ（台座２の高さ＋２０ｍｍ）の３種類を準備した。さらに、それぞれ台座２に接着材３にて図２で示したように固定して、ワイヤーソー装置による切断を行なって半導体基板である多結晶シリコン基板を得た。
【００４６】
なお、メインローラー４の表面溝のピッチは３３０μｍで、ワイヤー５は直径１００μｍのピアノ線にダイヤモンド砥粒を固着させたものを使用した。また、台座２のフィード速度（被加工物の切断速度）、ワイヤー５の線速度は全実施例で同一条件とした。
【００４７】
また、比較例として側板６を用いずに、同様にしてインゴットの切断を行なった。
【００４８】
それぞれの切断条件における基板良品率を表１に示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
表１に示すように、側板６を用いないワイヤーソーと比べ、側板６を用いたワイヤーソー装置Ｓでは基板良品率が顕著に改善することが確認された。ここで、基板良品率は切断によって作成した全基板（各試料１８００枚）に対して、割れ、欠け、クラック等の外観
異常の有無について目視検査等を実施した結果である。また、改善した不良項目はクラック不良であった。側板６の高さ（側板６の端面位置）は台座２の高さ（台座端面位置）＋０ｍｍでも十分に効果があり、さらに側板６の高さを高くすることで、良品率の改善が見られたが、＋１０ｍｍと＋２０ｍｍでは効果はほとんど変わらなかった。
【符号の説明】
【００５１】
１ ：被加工物
２ ：台座
３ ：接着材
４ ：メインローラー
４ａ ：第１メインローラ
４ｂ ：第２メインローラ
４ｃ ：第３メインローラ
５ ：ワイヤー
６ ：側板
６ａ ：第１側板
６ｂ ：第２側板
７ ：凹部
Ｓ ：ワイヤーソー装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向または双方向に走行させながら被加工物を切断するためのワイヤーと、
前記被加工物を固定させる台座と、
該台座において、前記被加工物を切断する際に前記ワイヤーが入る側の台座側面に固定されている被切断用の側板とを備えており、
該側板における前記被加工物が位置する側の側板端面が、前記台座側面における前記被加工物が位置する側の台座端面と面一であるか、または前記側板端面が前記台座端面から前記被加工物の側面に沿って突出しているワイヤーソー装置。
【請求項２】
前記側板のビッカース硬度が前記被加工物のビッカース硬度の０．５〜１．５倍である請求項１に記載のワイヤーソー装置。
【請求項３】
前記側板は前記台座に接着材を介して固定されており、該接着材は前記台座端面よりも前記被加工物から離れた部位に位置している請求項１または２に記載のワイヤーソー装置。
【請求項４】
前記側板の前記台座と対向する面の、前記接着材から離れた部位に凹部が設けられている請求項３に記載のワイヤーソー装置。
【請求項５】
前記ワイヤーの表面に砥粒が固着されている請求項１乃至４のいずれかに記載のワイヤーソー装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のワイヤーソー装置を用いて前記被加工物を切断する切断方法であって、
前記台座に前記被加工物を固定した後に、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物を切断し始め、しかる後、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物および前記側板を切断するワイヤーソー装置を用いた切断方法。
【請求項７】
前記台座に前記被加工物を固定した後に前記台座の側面に前記側板を固定して、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物を切断し始め、しかる後、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物および前記側板を切断する請求項６に記載のワイヤーソー装置を用いた切断方法。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかに記載のワイヤーソー装置を用いて半導体からなる前記被加工物を切断して半導体基板を製造する半導体基板の製造方法であって、
前記台座に前記被加工物を固定した後に、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物を切断し始め、しかる後、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物および前記側板を切断して半導体基板を製造する半導体基板の製造方法。
【請求項１】
一方向または双方向に走行させながら被加工物を切断するためのワイヤーと、
前記被加工物を固定させる台座と、
該台座において、前記被加工物を切断する際に前記ワイヤーが入る側の台座側面に固定されている被切断用の側板とを備えており、
該側板における前記被加工物が位置する側の側板端面が、前記台座側面における前記被加工物が位置する側の台座端面と面一であるか、または前記側板端面が前記台座端面から前記被加工物の側面に沿って突出しているワイヤーソー装置。
【請求項２】
前記側板のビッカース硬度が前記被加工物のビッカース硬度の０．５〜１．５倍である請求項１に記載のワイヤーソー装置。
【請求項３】
前記側板は前記台座に接着材を介して固定されており、該接着材は前記台座端面よりも前記被加工物から離れた部位に位置している請求項１または２に記載のワイヤーソー装置。
【請求項４】
前記側板の前記台座と対向する面の、前記接着材から離れた部位に凹部が設けられている請求項３に記載のワイヤーソー装置。
【請求項５】
前記ワイヤーの表面に砥粒が固着されている請求項１乃至４のいずれかに記載のワイヤーソー装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のワイヤーソー装置を用いて前記被加工物を切断する切断方法であって、
前記台座に前記被加工物を固定した後に、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物を切断し始め、しかる後、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物および前記側板を切断するワイヤーソー装置を用いた切断方法。
【請求項７】
前記台座に前記被加工物を固定した後に前記台座の側面に前記側板を固定して、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物を切断し始め、しかる後、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物および前記側板を切断する請求項６に記載のワイヤーソー装置を用いた切断方法。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかに記載のワイヤーソー装置を用いて半導体からなる前記被加工物を切断して半導体基板を製造する半導体基板の製造方法であって、
前記台座に前記被加工物を固定した後に、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物を切断し始め、しかる後、前記ワイヤーを走行させながら前記被加工物および前記側板を切断して半導体基板を製造する半導体基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９４８８１（Ｐ２０１３−９４８８１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８９０６（Ｐ２０１１−２３８９０６）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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