(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023095080
(43)【公開日】2023-07-06
(54)【発明の名称】シリコンインゴットの切断方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/304 20060101AFI20230629BHJP
B24B 27/06 20060101ALI20230629BHJP
B24B 55/02 20060101ALI20230629BHJP
B28D 5/04 20060101ALI20230629BHJP
【ＦＩ】
H01L21/304 611W
B24B27/06 S
B24B27/06 H
B24B55/02 Z
B28D5/04 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021210753
(22)【出願日】2021-12-24
(71)【出願人】
【識別番号】302006854
【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】橋本 大輔
【テーマコード（参考）】
3C047
3C069
3C158
5F057
【Ｆターム（参考）】
3C047FF09
3C047GG00
3C069AA01
3C069BA06
3C069CA04
3C069EA02
3C158AA05
3C158AC04
3C158BA02
3C158BA04
3C158BC02
3C158CA01
3C158CB01
3C158CB10
3C158DA03
5F057AA02
5F057AA12
5F057BA01
5F057BB03
5F057CA02
5F057DA15
5F057GA03
5F057GA05
(57)【要約】
【課題】ウェーハの厚さ寸法のばらつきを低減でき、ウェーハの品質低下も防止できるシリコンインゴットの切断方法を提供する。
【解決手段】シリコンインゴットの切断方法は、水分率が９９％を超えるクーラントを供給しながら、固定砥粒ワイヤーを最高速度が１２００ｍ／分以上の速度で走行させてシリコンインゴットを切断することを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】シリコンインゴットの切断方法は、水分率が９９％を超えるクーラントを供給しながら、固定砥粒ワイヤーを最高速度が１２００ｍ／分以上の速度で走行させてシリコンインゴットを切断することを特徴とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水分率が９９％を超えるクーラントを供給しながら、固定砥粒ワイヤーを最高速度が１２００ｍ／分以上の速度で走行させてシリコンインゴットを切断するシリコンインゴットの切断方法。
【請求項2】
請求項１に記載のシリコンインゴットの切断方法において、
前記固定砥粒ワイヤーの最高速度は、２０００ｍ／分以下であるシリコンインゴットの切断方法。
前記固定砥粒ワイヤーの最高速度は、２０００ｍ／分以下であるシリコンインゴットの切断方法。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載のシリコンインゴットの切断方法において、
前記クーラントを前記固定砥粒ワイヤーに供給する位置は、前記シリコンインゴットからの距離が６０ｍｍ以上の位置であるシリコンインゴットの切断方法。
前記クーラントを前記固定砥粒ワイヤーに供給する位置は、前記シリコンインゴットからの距離が６０ｍｍ以上の位置であるシリコンインゴットの切断方法。
【請求項4】
請求項３に記載のシリコンインゴットの切断方法において、
前記クーラントを前記固定砥粒ワイヤーに供給する位置は、前記シリコンインゴットからの距離が１２０ｍｍ以下の位置であるシリコンインゴットの切断方法。
前記クーラントを前記固定砥粒ワイヤーに供給する位置は、前記シリコンインゴットからの距離が１２０ｍｍ以下の位置であるシリコンインゴットの切断方法。
【請求項5】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のシリコンインゴットの切断方法において、
前記固定砥粒ワイヤーを第１方向に走行させる第１走行工程と、
前記固定砥粒ワイヤーを前記第１方向とは逆方向である第２方向に走行させる第２走行工程とを繰り返し、
前記第１走行工程は、
前記固定砥粒ワイヤーを前記第１方向に走行させて、停止状態から前記最高速度まで加速する第１加速走行工程と、
前記固定砥粒ワイヤーを前記第１方向に走行させて、その走行速度を前記最高速度に維持する第１定常走行工程と、
前記固定砥粒ワイヤーを前記第１方向に走行させて、前記最高速度から停止状態まで減速する第１減速走行工程と、を有し、
前記第２走行工程は、
前記固定砥粒ワイヤーを前記第２方向に走行させて、停止状態から前記最高速度まで加速する第２加速走行工程と、
前記固定砥粒ワイヤーを前記第２方向に走行させて、その走行速度を前記最高速度に維持する第２定常走行工程と、
前記固定砥粒ワイヤーを前記第２方向に走行させて、前記最高速度から停止状態まで減速する第２減速走行工程と、を有するシリコンインゴットの切断方法。
前記固定砥粒ワイヤーを第１方向に走行させる第１走行工程と、
前記固定砥粒ワイヤーを前記第１方向とは逆方向である第２方向に走行させる第２走行工程とを繰り返し、
前記第１走行工程は、
前記固定砥粒ワイヤーを前記第１方向に走行させて、停止状態から前記最高速度まで加速する第１加速走行工程と、
前記固定砥粒ワイヤーを前記第１方向に走行させて、その走行速度を前記最高速度に維持する第１定常走行工程と、
前記固定砥粒ワイヤーを前記第１方向に走行させて、前記最高速度から停止状態まで減速する第１減速走行工程と、を有し、
前記第２走行工程は、
前記固定砥粒ワイヤーを前記第２方向に走行させて、停止状態から前記最高速度まで加速する第２加速走行工程と、
前記固定砥粒ワイヤーを前記第２方向に走行させて、その走行速度を前記最高速度に維持する第２定常走行工程と、
前記固定砥粒ワイヤーを前記第２方向に走行させて、前記最高速度から停止状態まで減速する第２減速走行工程と、を有するシリコンインゴットの切断方法。
【請求項6】
請求項５に記載のシリコンインゴットの切断方法において、
前記第１定常走行工程の継続時間は、前記第２定常走行工程の継続時間よりも長いことを特徴とするシリコンインゴットの切断方法。
前記第１定常走行工程の継続時間は、前記第２定常走行工程の継続時間よりも長いことを特徴とするシリコンインゴットの切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シリコンインゴットの切断方法に関する。
【背景技術】
【0002】
マルチワイヤーソーは、複数本のローラーに一定のピッチで螺旋状にワイヤーを巻き回して構成され、シリコンインゴットを切断してシリコンウェーハを製造する工程で利用される。従来のワイヤーソーは、砥粒を含むスラリーをワイヤーに供給しながら切断する遊離砥粒方式が主流であったが、近年、加工効率が高い固定砥粒方式が利用されるようになった。
固定砥粒方式では、電着やレジンによって砥粒を固定した固定砥粒ワイヤーを用い、固定砥粒ワイヤーにクーラントを供給しながら切断加工している。クーラントは、これまで再生利用を前提としたストレートタイプが使用されてきたが、近年、水溶性クーラントを水で希釈して利用する水希釈タイプが使用されることが多い。
固定砥粒方式では、電着やレジンによって砥粒を固定した固定砥粒ワイヤーを用い、固定砥粒ワイヤーにクーラントを供給しながら切断加工している。クーラントは、これまで再生利用を前提としたストレートタイプが使用されてきたが、近年、水溶性クーラントを水で希釈して利用する水希釈タイプが使用されることが多い。
【0003】
シリコンウェーハは、厚さ寸法が小さいため、固定砥粒ワイヤー間の間隔も１ｍｍ未満と小さい。このため、クーラントを固定砥粒ワイヤーに供給した際に、ワイヤー間に液膜が発生することがある。水は表面張力が強いため、水希釈タイプのように水分量の多いクーラントで液膜が発生すると、液膜が発生したワイヤー同士が引っ張り合い、ワイヤー間隔が狭まる。ワイヤー間隔が狭まったワイヤーと、その隣に配置されるワイヤーとは間隔が広がるため、液膜は発生しない。その結果、マルチワイヤーソーの平行に配置された複数のワイヤーは、液膜が発生して間隔が狭くなる部分と、液膜が発生せずに間隔が広がる部分とが交互に発生する。このため、ワイヤーで切断されるウェーハは、ワイヤー間隔のばらつきによって厚さ寸法にばらつきが生じる。
【0004】
このような表面張力によるウェーハの厚みのばらつきを防止する方法として、特許文献１には、切断の開始時にクーラントを供給しないままワイヤーを低速度で走行させてワイヤーをワークの切断開始位置に食い込ませ、ワークの切断開始位置に切り込みを形成した後に、クーラントの供給を開始すると共にワイヤー速度を上昇させ、定常時の速度でワークの切断を継続する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１１－１０４７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１の方法は、切断開始時にクーラントを供給しないため、ウェーハの切り始め部の品質が低下する。また、ワイヤー速度を途中で変更しているため、ウェーハ面に段差が生じ、ウェーハの品質異常が発生する。
【0007】
本発明は、ウェーハの厚さ寸法のばらつきを低減でき、ウェーハの品質低下も防止できるシリコンインゴットの切断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】
【0008】
本発明は、水分率が９９％を超えるクーラントを供給しながら、固定砥粒ワイヤーを最高速度が１２００ｍ／分以上の速度で走行させてシリコンインゴットを切断するシリコンインゴットの切断方法である。
【0009】
本発明のシリコンインゴットの切断方法において、前記固定砥粒ワイヤーの最高速度は、２０００ｍ／分以下であることが好ましい。
【0010】
本発明のシリコンインゴットの切断方法において、前記クーラントを前記固定砥粒ワイヤーに供給する位置は、前記シリコンインゴットからの距離が６０ｍｍ以上の位置であることが好ましい。
【0011】
本発明のシリコンインゴットの切断方法において、前記クーラントを前記固定砥粒ワイヤーに供給する位置は、前記シリコンインゴットからの距離が１２０ｍｍ以下の位置であることが好ましい。
【0012】
本発明のシリコンインゴットの切断方法において、前記固定砥粒ワイヤーを第１方向に走行させる第１走行工程と、前記固定砥粒ワイヤーを前記第１方向とは逆方向である第２方向に走行させる第２走行工程とを繰り返し、前記第１走行工程は、前記固定砥粒ワイヤーを前記第１方向に走行させて、停止状態から前記最高速度まで加速する第１加速走行工程と、前記固定砥粒ワイヤーを前記第１方向に走行させて、その走行速度を前記最高速度に維持する第１定常走行工程と、前記固定砥粒ワイヤーを前記第１方向に走行させて、前記最高速度から停止状態まで減速する第１減速走行工程と、を有し、前記第２走行工程は、前記固定砥粒ワイヤーを前記第２方向に走行させて、停止状態から前記最高速度まで加速する第２加速走行工程と、前記固定砥粒ワイヤーを前記第２方向に走行させて、その走行速度を前記最高速度に維持する第２定常走行工程と、前記固定砥粒ワイヤーを前記第２方向に走行させて、前記最高速度から停止状態まで減速する第２減速走行工程と、を有することが好ましい。
【0013】
本発明のシリコンインゴットの切断方法において、前記第１定常走行工程の継続時間は、前記第２定常走行工程の継続時間よりも長いことが好ましい。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、ウェーハの厚さ寸法のばらつきを低減でき、ウェーハの品質低下も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明に用いるマルチワイヤーソーの構造を示す概略図である。
【図2】マルチワイヤーソーのメインローラーおよび固定砥粒ワイヤーの拡大図である。
【図3】固定砥粒ワイヤーの走行速度と経過時間との関係を示すグラフである。
【図4】クーラントの水分率に対する固定砥粒ワイヤーの最高速度とワークの切り始め区間のＰＶ値との関係を示すグラフである。
【図5】クーラントの供給位置に対する固定砥粒ワイヤーの最高速度とワークの切り始め区間のＰＶ値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に用いるマルチワイヤーソー１の概略図である。
マルチワイヤーソー１は、円柱状のシリコンインゴットのワークＷを、複数のシリコンウェーハに切断する装置であり、メインローラー２０と、固定砥粒ワイヤー３０と、ワーク押圧部４０と、クーラント供給部５０とを備える。また、図示は省略するが、メインローラー２０に固定砥粒ワイヤー３０を送り出すワイヤー送り出し部と、固定砥粒ワイヤー３０を受け取るワイヤー受け取り部とが設けられている。ワイヤー送り出し部およびワイヤー受け取り部は、例えば、固定砥粒ワイヤー３０が巻回された送り用ボビン、受け用ボビンで構成される。
図１は、本発明の実施の形態に用いるマルチワイヤーソー１の概略図である。
マルチワイヤーソー１は、円柱状のシリコンインゴットのワークＷを、複数のシリコンウェーハに切断する装置であり、メインローラー２０と、固定砥粒ワイヤー３０と、ワーク押圧部４０と、クーラント供給部５０とを備える。また、図示は省略するが、メインローラー２０に固定砥粒ワイヤー３０を送り出すワイヤー送り出し部と、固定砥粒ワイヤー３０を受け取るワイヤー受け取り部とが設けられている。ワイヤー送り出し部およびワイヤー受け取り部は、例えば、固定砥粒ワイヤー３０が巻回された送り用ボビン、受け用ボビンで構成される。
【0017】
メインローラー２０は２本～４本設けられる。本実施形態では、２本のメインローラー２０を設けている。また、送り用ボビン、受け用ボビンはそれぞれボビン用のモーターで駆動され、メインローラー２０の少なくとも１つはローラー用のモーターで駆動される。
メインローラー２０の表面には、図２に示すように、一定ピッチで複数の溝２１が形成され、これらの溝２１に固定砥粒ワイヤー３０が巻装される。これにより、メインローラー２０の長手方向に沿って複数の固定砥粒ワイヤー３０が一定ピッチで配置されたワイヤー列が形成される。
メインローラー２０の表面には、図２に示すように、一定ピッチで複数の溝２１が形成され、これらの溝２１に固定砥粒ワイヤー３０が巻装される。これにより、メインローラー２０の長手方向に沿って複数の固定砥粒ワイヤー３０が一定ピッチで配置されたワイヤー列が形成される。
【0018】
固定砥粒ワイヤー３０の移動方法としては、ワイヤー送り出し部からワイヤー受け取り部に向けて固定砥粒ワイヤー３０を一定速度で移動させてワークＷを切断する一方向送り切断方法もあるが、本実施形態では、固定砥粒ワイヤー３０の移動方向を所定のタイミングで逆転させてワークＷを切断する往復動切断方法を採用している。
各モーターを正方向に駆動すると、固定砥粒ワイヤー３０は送り用ボビンから送り出されて第１方向（図１では右矢印方向）に走行し、メインローラー２０を周回した後、受け用ボビンに巻き取られる。また、各モーターを逆方向に駆動すると、固定砥粒ワイヤー３０は受け用ボビンから送り出されて第１方向とは逆方向である第２方向（図１では左矢印方向）に走行し、メインローラー２０を周回した後、送り用ボビンに巻き取られる。この際、各モーターを正方向に駆動する往動側での固定砥粒ワイヤー３０の送り出し量を、各モーターを逆方向に駆動する復動側での固定砥粒ワイヤー３０の送り出し量よりも長くすることで、固定砥粒ワイヤー３０は往復走行を繰り返し、徐々に新たな固定砥粒ワイヤー３０が送り出され、使用済みの固定砥粒ワイヤー３０は徐々に受け用ボビンに巻き取られる。
各モーターを正方向に駆動すると、固定砥粒ワイヤー３０は送り用ボビンから送り出されて第１方向（図１では右矢印方向）に走行し、メインローラー２０を周回した後、受け用ボビンに巻き取られる。また、各モーターを逆方向に駆動すると、固定砥粒ワイヤー３０は受け用ボビンから送り出されて第１方向とは逆方向である第２方向（図１では左矢印方向）に走行し、メインローラー２０を周回した後、送り用ボビンに巻き取られる。この際、各モーターを正方向に駆動する往動側での固定砥粒ワイヤー３０の送り出し量を、各モーターを逆方向に駆動する復動側での固定砥粒ワイヤー３０の送り出し量よりも長くすることで、固定砥粒ワイヤー３０は往復走行を繰り返し、徐々に新たな固定砥粒ワイヤー３０が送り出され、使用済みの固定砥粒ワイヤー３０は徐々に受け用ボビンに巻き取られる。
【0019】
ワーク押圧部４０は、図１に示すように、ワークＷの上部に設けられ、ワークＷを保持した状態で下方に移動することで、ワークＷを走行する固定砥粒ワイヤー３０に押し当てる。これにより、ワークＷは固定砥粒ワイヤー３０でスライス加工され、複数の円板状のシリコンウェーハが製造される。
クーラント供給部５０は、メインローラー２０および固定砥粒ワイヤー３０にクーラント５５を供給する。クーラント供給部５０は、外側ノズル５１および内側ノズル５２を備える。外側ノズル５１は、メインローラー２０にクーラント５５を供給し、内側ノズル５２は、固定砥粒ワイヤー３０にクーラント５５を供給する。
クーラント供給部５０から供給されるクーラント５５は、水分率が９９％を超える水溶性クーラントであり、市販のクーラントを水で希釈して使用している。例えば、市販のクーラントを１に対して、水を２００（vol％）で希釈すれば、水の体積／全体の体積で求められる水分率は２００／２０１＝約９９．５％となり、水分率が９９％を超える水溶性クーラントとなる。なお、市販のクーラントは、例えば、プロピレングリコール、界面活性剤等の成分に加えて、水が４０～５０％含まれるため、実際の水分率はより高くなる。
また、固定砥粒ワイヤー３０の走行方向である第１方向および第２方向において、クーラント供給部５０の内側ノズル５２からワークＷの内側ノズル５２側の端面部までは距離Ｌに設定されている。このため、内側ノズル５２の位置はクーラント５５を固定砥粒ワイヤー３０に供給する位置であるため、クーラント５５を固定砥粒ワイヤー３０に供給する位置は、ワークＷからの距離Ｌの位置となる。この距離Ｌは、６０ｍｍ以上、１２０ｍｍ以下に設定される。
クーラント供給部５０は、メインローラー２０および固定砥粒ワイヤー３０にクーラント５５を供給する。クーラント供給部５０は、外側ノズル５１および内側ノズル５２を備える。外側ノズル５１は、メインローラー２０にクーラント５５を供給し、内側ノズル５２は、固定砥粒ワイヤー３０にクーラント５５を供給する。
クーラント供給部５０から供給されるクーラント５５は、水分率が９９％を超える水溶性クーラントであり、市販のクーラントを水で希釈して使用している。例えば、市販のクーラントを１に対して、水を２００（vol％）で希釈すれば、水の体積／全体の体積で求められる水分率は２００／２０１＝約９９．５％となり、水分率が９９％を超える水溶性クーラントとなる。なお、市販のクーラントは、例えば、プロピレングリコール、界面活性剤等の成分に加えて、水が４０～５０％含まれるため、実際の水分率はより高くなる。
また、固定砥粒ワイヤー３０の走行方向である第１方向および第２方向において、クーラント供給部５０の内側ノズル５２からワークＷの内側ノズル５２側の端面部までは距離Ｌに設定されている。このため、内側ノズル５２の位置はクーラント５５を固定砥粒ワイヤー３０に供給する位置であるため、クーラント５５を固定砥粒ワイヤー３０に供給する位置は、ワークＷからの距離Ｌの位置となる。この距離Ｌは、６０ｍｍ以上、１２０ｍｍ以下に設定される。
【0020】
図２は、メインローラー２０の溝２１に巻装された固定砥粒ワイヤー３０の断面模式図である。図２に示す固定砥粒ワイヤー３０は、芯線３１の表面に、Ｎｉめっき層３３を用いて砥粒３２を電着で固定した固定砥粒ワイヤーである。マルチワイヤーソー１は、固定砥粒ワイヤー３０の表面に固着させた砥粒３２の切削作用でワークＷをスライス加工するため、砥粒を含まないクーラント５５を使用できる。
固定砥粒ワイヤー３０の芯線３１としては、鋼線（ピアノ線）などを用いることができる。芯線３１の直径は、８０μｍ以上１３０μｍ以下であることが好ましい。芯線３１の直径が８０μｍ以上であれば、十分な強度を有する固定砥粒ワイヤーとすることができる。芯線３１の直径が１３０μｍ以下であれば、切断時のカーフロスを小さくできる。
固定砥粒ワイヤー３０の芯線３１としては、鋼線（ピアノ線）などを用いることができる。芯線３１の直径は、８０μｍ以上１３０μｍ以下であることが好ましい。芯線３１の直径が８０μｍ以上であれば、十分な強度を有する固定砥粒ワイヤーとすることができる。芯線３１の直径が１３０μｍ以下であれば、切断時のカーフロスを小さくできる。
【0021】
砥粒３２は、ダイヤモンド、ＣＢＮ（Cubic Boron Nitride：立方晶窒化ホウ素)などの既知の砥粒を用いることができる。砥粒３２の粒径は５μｍ以上１６μｍ以下であることが好ましい。砥粒３２の粒径を５μｍ以上とすることで、砥粒３２を能率的に、切削加工に寄与させることができる。砥粒３２の粒径を１６μｍ以下とすることで切断時のカーフロスを小さくでき、固定砥粒ワイヤー３０が切断面に与えるダメージを抑制して、切断面の平坦度を向上できる。なお、砥粒３２の芯線３１への固着は、電着に限らず、レジンを用いて固着してもよい。
【0022】
図２のＰは、メインローラー２０の溝２１の間隔（ピッチ）であり、ｔは固定砥粒ワイヤー３０の間隔である。溝２１の間隔Ｐは、切断するシリコンウェーハの厚さ寸法に応じて設定され、例えば、９６０μｍである。固定砥粒ワイヤー３０の間隔ｔは、間隔Ｐと固定砥粒ワイヤー３０の外径によって設定される。例えば、直径１２０μｍの芯線３１に、砥粒径が６－１２μｍの砥粒３２を電着で固着した固定砥粒ワイヤー３０の外径が約１３４μｍであった場合、間隔ｔは約８２６μｍとなる。また、直径１２０μｍの芯線３１に、砥粒径が８－１６μｍの砥粒３２をレジンで固着した固定砥粒ワイヤー３０の外径が約１４５μｍであった場合、間隔ｔは約８１５μｍとなる。
【0023】
図３は、マルチワイヤーソー１の固定砥粒ワイヤー３０の走行速度と経過時間との関係を示すグラフであり、固定砥粒ワイヤー３０を第１方向に走行させる第１走行工程での速度をプラスの値、固定砥粒ワイヤー３０を第２方向に走行させる第２走行工程での速度を便宜的にマイナス値で示すものである。なお、第２方向の最高速度は第１方向の最高速度Ｖmaxと同じ速度であるため、以下の説明では第２方向の最高速度もＶmaxと表記する。
第１走行工程は、固定砥粒ワイヤー３０を第１方向に走行させながら、速度０の停止状態から最高速度Ｖmaxまで加速する第１加速走行工程Ｔ１と、固定砥粒ワイヤー３０を第１方向に走行させながら、その走行速度を最高速度Ｖmaxに維持する第１定常走行工程Ｔ２と、固定砥粒ワイヤー３０を第１方向に走行させながら、最高速度Ｖmaxから速度０の停止状態まで減速する第１減速走行工程Ｔ３とを有する。
第２走行工程は、固定砥粒ワイヤー３０を第２方向に走行させながら、速度０の停止状態から最高速度Ｖmaxまで加速する第２加速走行工程Ｔ４と、固定砥粒ワイヤー３０を第２方向に走行させながら、その走行速度を最高速度Ｖmaxに維持する第２定常走行工程Ｔ５と、固定砥粒ワイヤー３０を第２方向に走行させながら、最高速度Ｖmaxから速度０の停止状態まで減速する第２減速走行工程Ｔ６とを有する。
そして、第１走行工程と第２走行工程とを繰り返し実行することで、固定砥粒ワイヤー３０を往復走行させてワークＷを切断する往復動切断方法を実行している。
第１走行工程は、固定砥粒ワイヤー３０を第１方向に走行させながら、速度０の停止状態から最高速度Ｖmaxまで加速する第１加速走行工程Ｔ１と、固定砥粒ワイヤー３０を第１方向に走行させながら、その走行速度を最高速度Ｖmaxに維持する第１定常走行工程Ｔ２と、固定砥粒ワイヤー３０を第１方向に走行させながら、最高速度Ｖmaxから速度０の停止状態まで減速する第１減速走行工程Ｔ３とを有する。
第２走行工程は、固定砥粒ワイヤー３０を第２方向に走行させながら、速度０の停止状態から最高速度Ｖmaxまで加速する第２加速走行工程Ｔ４と、固定砥粒ワイヤー３０を第２方向に走行させながら、その走行速度を最高速度Ｖmaxに維持する第２定常走行工程Ｔ５と、固定砥粒ワイヤー３０を第２方向に走行させながら、最高速度Ｖmaxから速度０の停止状態まで減速する第２減速走行工程Ｔ６とを有する。
そして、第１走行工程と第２走行工程とを繰り返し実行することで、固定砥粒ワイヤー３０を往復走行させてワークＷを切断する往復動切断方法を実行している。
【0024】
図３において、加速時や減速時の各工程Ｔ１、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ６の時間は同じであり、例えば４～８秒程度である。これらの時間は、最高速度Ｖmaxが高速になるほど長くする必要がある。また、固定砥粒ワイヤー３０を往復させる１サイクル（Ｔ１～Ｔ６）の時間は、例えば６０～２００秒程度である。
また、第１定常走行工程Ｔ２の継続時間は第２定常走行工程Ｔ５の継続時間よりも長く設定されている。例えば、１サイクルを６０秒、加減速期間をそれぞれ５秒とすると、工程Ｔ２の継続時間は２１秒、工程Ｔ５の継続時間は１９秒程度である。これにより、往動時の固定砥粒ワイヤー３０の送り出し量が復動時の送り出し量よりも長くなり、固定砥粒ワイヤー３０は往復走行を繰り返し、徐々に新たな固定砥粒ワイヤー３０が送り出される。
固定砥粒ワイヤー３０の最高速度Ｖmaxは、１２００ｍ／分以上、２０００ｍ／分以下とすることが好ましい。最高速度Ｖmaxを１２００ｍ／分以上とすることで、風圧が高まり、固定砥粒ワイヤー３０間にクーラント５５による液膜の発生を抑制できる。また、最高速度Ｖmaxを２０００ｍ／分以下とすることで、ワイヤー走行による発熱を抑え、メインローラー２０等の熱変形を抑えることにより、切断したウェーハの反りを抑制できる。
また、第１定常走行工程Ｔ２の継続時間は第２定常走行工程Ｔ５の継続時間よりも長く設定されている。例えば、１サイクルを６０秒、加減速期間をそれぞれ５秒とすると、工程Ｔ２の継続時間は２１秒、工程Ｔ５の継続時間は１９秒程度である。これにより、往動時の固定砥粒ワイヤー３０の送り出し量が復動時の送り出し量よりも長くなり、固定砥粒ワイヤー３０は往復走行を繰り返し、徐々に新たな固定砥粒ワイヤー３０が送り出される。
固定砥粒ワイヤー３０の最高速度Ｖmaxは、１２００ｍ／分以上、２０００ｍ／分以下とすることが好ましい。最高速度Ｖmaxを１２００ｍ／分以上とすることで、風圧が高まり、固定砥粒ワイヤー３０間にクーラント５５による液膜の発生を抑制できる。また、最高速度Ｖmaxを２０００ｍ／分以下とすることで、ワイヤー走行による発熱を抑え、メインローラー２０等の熱変形を抑えることにより、切断したウェーハの反りを抑制できる。
【0025】
［ワークの切断方法］
次に、シリコンインゴットであるワークＷの切断方法について説明する。
クーラント供給部５０の外側ノズル５１および内側ノズル５２から水分率が９９％を超えるクーラント５５を供給しながら、メインローラー２０を駆動して固定砥粒ワイヤー３０を往復走行する。この際、第１定常走行工程Ｔ２および第２定常走行工程Ｔ５では、１２００ｍ／分以上、２０００ｍ／分以下に設定された最高速度Ｖmaxに維持して固定砥粒ワイヤー３０を走行させる。そして、クーラント５５の供給および固定砥粒ワイヤー３０の走行速度を維持しながら、ワーク押圧部４０によりワークＷを固定砥粒ワイヤー３０に押し付けてワークＷを切断する。これにより、ワークＷはスライスされて多数のウェーハに加工される。
次に、シリコンインゴットであるワークＷの切断方法について説明する。
クーラント供給部５０の外側ノズル５１および内側ノズル５２から水分率が９９％を超えるクーラント５５を供給しながら、メインローラー２０を駆動して固定砥粒ワイヤー３０を往復走行する。この際、第１定常走行工程Ｔ２および第２定常走行工程Ｔ５では、１２００ｍ／分以上、２０００ｍ／分以下に設定された最高速度Ｖmaxに維持して固定砥粒ワイヤー３０を走行させる。そして、クーラント５５の供給および固定砥粒ワイヤー３０の走行速度を維持しながら、ワーク押圧部４０によりワークＷを固定砥粒ワイヤー３０に押し付けてワークＷを切断する。これにより、ワークＷはスライスされて多数のウェーハに加工される。
【0026】
［実施形態の作用および効果］
水分率が９９％を超えるクーラント５５を使用する場合、水の表面張力によって固定砥粒ワイヤー３０間に液膜が発生して固定砥粒ワイヤー３０のピッチがばらつく恐れがある。このため、特に、円柱状のワークＷを切断する場合、メインローラー２０から加工点までの距離が最も長くなる切断開始時で固定砥粒ワイヤー３０のピッチのばらつきが顕著となる。また、ワークＷの切断開始時は固定砥粒ワイヤー３０がワークＷに食いつくまで固定砥粒ワイヤー３０がぶれるため、固定砥粒ワイヤー３０の間隔が狭まり、液膜ができやすい。
これに対し、本実施形態のシリコンインゴットの切断方法では、固定砥粒ワイヤー３０の最高速度Ｖmaxを１２００ｍ／分以上に設定しているので、風圧によって液膜の発生を抑制でき、固定砥粒ワイヤー３０のピッチのばらつきも抑制でき、ワークＷの切り始め区間における厚さ寸法のばらつきを低減できる。
固定砥粒ワイヤー３０にクーラント５５を供給しながらワークＷの切断を開始しているので、ウェーハの切り始め部の品質低下も防止できる。また、ワークＷの切断途中で固定砥粒ワイヤー３０の走行速度を変更しないため、ウェーハ面に段差が生じることを防止できる。
固定砥粒ワイヤー３０の最高速度Ｖmaxを２０００ｍ／分以下に設定しているので、ワイヤー走行による発熱を抑制できる。このため、メインローラー２０等の熱変形を抑制でき、切断したウェーハの反りを抑制できる。
水分率が９９％を超えるクーラント５５を使用する場合、水の表面張力によって固定砥粒ワイヤー３０間に液膜が発生して固定砥粒ワイヤー３０のピッチがばらつく恐れがある。このため、特に、円柱状のワークＷを切断する場合、メインローラー２０から加工点までの距離が最も長くなる切断開始時で固定砥粒ワイヤー３０のピッチのばらつきが顕著となる。また、ワークＷの切断開始時は固定砥粒ワイヤー３０がワークＷに食いつくまで固定砥粒ワイヤー３０がぶれるため、固定砥粒ワイヤー３０の間隔が狭まり、液膜ができやすい。
これに対し、本実施形態のシリコンインゴットの切断方法では、固定砥粒ワイヤー３０の最高速度Ｖmaxを１２００ｍ／分以上に設定しているので、風圧によって液膜の発生を抑制でき、固定砥粒ワイヤー３０のピッチのばらつきも抑制でき、ワークＷの切り始め区間における厚さ寸法のばらつきを低減できる。
固定砥粒ワイヤー３０にクーラント５５を供給しながらワークＷの切断を開始しているので、ウェーハの切り始め部の品質低下も防止できる。また、ワークＷの切断途中で固定砥粒ワイヤー３０の走行速度を変更しないため、ウェーハ面に段差が生じることを防止できる。
固定砥粒ワイヤー３０の最高速度Ｖmaxを２０００ｍ／分以下に設定しているので、ワイヤー走行による発熱を抑制できる。このため、メインローラー２０等の熱変形を抑制でき、切断したウェーハの反りを抑制できる。
【0027】
内側ノズル５２から固定砥粒ワイヤー３０にクーラント５５を供給する位置がワークＷに近いと、固定砥粒ワイヤー３０に供給されたクーラント５５に風圧を加える時間が短くなり、液膜の発生を防止できない可能性がある。これに対し、本実施形態では、ワークＷからの距離Ｌが６０ｍｍ以上となる位置でクーラント５５を供給しているので、風圧を加える時間を確保でき、液膜の発生を抑制できる。
また、内側ノズル５２から固定砥粒ワイヤー３０にクーラント５５を供給する位置がワークＷから離れすぎると、加工点までクーラント５５が届かず、ワイヤー目詰まりによる加工負荷が増加し、品質悪化に繋がる。これに対し、本実施形態では、ワークＷからの距離Ｌが１２０ｍｍ以下の位置でクーラント５５を供給しているので、クーラント５５は加工点まで供給可能である。
また、内側ノズル５２から固定砥粒ワイヤー３０にクーラント５５を供給する位置がワークＷから離れすぎると、加工点までクーラント５５が届かず、ワイヤー目詰まりによる加工負荷が増加し、品質悪化に繋がる。これに対し、本実施形態では、ワークＷからの距離Ｌが１２０ｍｍ以下の位置でクーラント５５を供給しているので、クーラント５５は加工点まで供給可能である。
【0028】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の種々の改良並びに設計の変更等があっても本発明に含まれる。
マルチワイヤーソー１としては、３本のメインローラーを有する３軸タイプでもよいし、４本のメインローラーを有するタイプでもよい。クーラント５５は、市販のクーラントを１に対して、水を２００（vol％）で希釈した２００倍希釈のものに限らず、水分率が９９％を超えるものであればよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の種々の改良並びに設計の変更等があっても本発明に含まれる。
マルチワイヤーソー１としては、３本のメインローラーを有する３軸タイプでもよいし、４本のメインローラーを有するタイプでもよい。クーラント５５は、市販のクーラントを１に対して、水を２００（vol％）で希釈した２００倍希釈のものに限らず、水分率が９９％を超えるものであればよい。
【0029】
固定砥粒ワイヤー３０の最高速度Ｖmaxは１２００ｍ／分以上であればよく、最高速度Ｖmaxの上限値は２０００ｍ／分を超える速度、例えば、２１００ｍ／分としてもよい。また、第１方向の最高速度と第２方向の最高速度は通常は同じ速度に設定するが、異なる速度に設定してもよい。
クーラント５５の供給位置は、ワークＷからの距離が１２０ｍｍを超える位置、例えば、１５０ｍｍとしてもよい。また、クーラント５５の供給位置は、ワークＷからの距離が６０ｍｍ未満の位置、例えば、５０ｍｍとしてもよい。
ワークＷの切断方法としては、固定砥粒ワイヤー３０を往復走行させる往復動切断方法に限らず、固定砥粒ワイヤー３０を一方向に走行させる一方向送り切断方法でもよい。この一方向送り切断方法では、走行開始時に固定砥粒ワイヤー３０を速度０から最高速度Ｖmaxまで加速して走行させ、その後は最高速度Ｖmaxに維持して固定砥粒ワイヤー３０を一方向に走行させ、切断終了後に最高速度Ｖmaxから速度０まで減速すればよい。すなわち、本発明は、水分率が９９％を超えるクーラントを供給しながら、固定砥粒ワイヤー３０の走行速度を最高速度Ｖmaxに維持する定常走行を行ってワークＷを切断するものであればよい。
クーラント５５の供給位置は、ワークＷからの距離が１２０ｍｍを超える位置、例えば、１５０ｍｍとしてもよい。また、クーラント５５の供給位置は、ワークＷからの距離が６０ｍｍ未満の位置、例えば、５０ｍｍとしてもよい。
ワークＷの切断方法としては、固定砥粒ワイヤー３０を往復走行させる往復動切断方法に限らず、固定砥粒ワイヤー３０を一方向に走行させる一方向送り切断方法でもよい。この一方向送り切断方法では、走行開始時に固定砥粒ワイヤー３０を速度０から最高速度Ｖmaxまで加速して走行させ、その後は最高速度Ｖmaxに維持して固定砥粒ワイヤー３０を一方向に走行させ、切断終了後に最高速度Ｖmaxから速度０まで減速すればよい。すなわち、本発明は、水分率が９９％を超えるクーラントを供給しながら、固定砥粒ワイヤー３０の走行速度を最高速度Ｖmaxに維持する定常走行を行ってワークＷを切断するものであればよい。
【実施例0030】
次に、本発明の実施例について説明する。実施例では、直径300mmインゴットを用いた。また、使用したローラーピッチは960um、ワイヤーの芯線径は120um、砥粒径は6-12umのものを用いた。ワイヤー外径は134umである。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
【0031】
＜クーラント水分率の評価＞
図４は、クーラント５５の水分率に対する固定砥粒ワイヤー３０の最高速度Ｖmaxと、ワークＷの切り始め区間３０ｍｍのＰＶ値との関係を示すグラフである。ＰＶ値（Peak to Valley）は、ワークＷの切り始めから３０ｍｍの区間におけるウェーハ厚さの最大値と最小値との差である。
図４に示すように、水分率が７２．０％、９０．０％と低い場合は、ワイヤー走行速度の最高速度Ｖmaxが９００ｍ／分以下と低速であってもＰＶ値は１０μｍ以下と小さく、ＰＶ値はワイヤー走行速度依存性が低いことが分かった。一方、水分率が９９．０％や、９９．５％の場合は、最高速度Ｖmaxが９００ｍ／分以下と低速であるとＰＶ値も１５μｍ以上と大きくなることが判明した。特に、水分率が９９％を超える９９．５％の場合、最高速度Ｖmaxが１０００ｍ／分でもＰＶ値が１０μｍ以上であるのに対し、最高速度Ｖmaxを１２００ｍ／分以上にするとＰＶ値を５μｍ以下に抑制できることが判明した。
図４は、クーラント５５の水分率に対する固定砥粒ワイヤー３０の最高速度Ｖmaxと、ワークＷの切り始め区間３０ｍｍのＰＶ値との関係を示すグラフである。ＰＶ値（Peak to Valley）は、ワークＷの切り始めから３０ｍｍの区間におけるウェーハ厚さの最大値と最小値との差である。
図４に示すように、水分率が７２．０％、９０．０％と低い場合は、ワイヤー走行速度の最高速度Ｖmaxが９００ｍ／分以下と低速であってもＰＶ値は１０μｍ以下と小さく、ＰＶ値はワイヤー走行速度依存性が低いことが分かった。一方、水分率が９９．０％や、９９．５％の場合は、最高速度Ｖmaxが９００ｍ／分以下と低速であるとＰＶ値も１５μｍ以上と大きくなることが判明した。特に、水分率が９９％を超える９９．５％の場合、最高速度Ｖmaxが１０００ｍ／分でもＰＶ値が１０μｍ以上であるのに対し、最高速度Ｖmaxを１２００ｍ／分以上にするとＰＶ値を５μｍ以下に抑制できることが判明した。
【0032】
＜ワイヤー走行速度の評価＞
表１は、固定砥粒ワイヤー３０の最高速度Ｖmaxに対するワークＷの切り始め区間３０ｍｍの厚みのばらつきを示すＰＶ値と、ウェーハの反りを示すＷａｒｐとを実験により評価した結果である。本実験では、水分率が９９．５％のクーラント５５を使用した。Ｗａｒｐは、吸着固定しない状態のウェーハにおいて指定された基準面からウェーハ中心面までの距離の最大値と最小値の和である。
表１は、固定砥粒ワイヤー３０の最高速度Ｖmaxに対するワークＷの切り始め区間３０ｍｍの厚みのばらつきを示すＰＶ値と、ウェーハの反りを示すＷａｒｐとを実験により評価した結果である。本実験では、水分率が９９．５％のクーラント５５を使用した。Ｗａｒｐは、吸着固定しない状態のウェーハにおいて指定された基準面からウェーハ中心面までの距離の最大値と最小値の和である。
【0033】
【表1】
【0034】
表１の結果から、最高速度Ｖmaxが１２００ｍ／分以上であれば、風圧で液膜の発生を抑えて、ウェーハにおける切り始め区間３０ｍｍの厚みのばらつきが抑制されてＰＶ値が５μｍ以下の小さな値になることを確認した。また、最高速度Ｖmaxが２０００ｍ／分以下であれば、加工熱の発生を抑制でき、Ｗａｒｐが１５μｍ以下の小さな値になることを確認した。このため、水分率９９％を超えるクーラント５５を供給する場合、最高速度Ｖmaxは１２００ｍ／分以上、２０００ｍ／分以下に設定することが好ましいことを確認できた。
【0035】
＜クーラント供給位置の評価＞
図５は、クーラント５５の供給位置に対する固定砥粒ワイヤー３０の最高速度Ｖmaxと、ワークＷの切り始め区間３０ｍｍのＰＶ値との関係を示すグラフである。
具体的には、クーラント供給位置および最高速度Ｖmaxを設定して１～３本のシリコンインゴットをスライスし、シリコンインゴットのトップ部分、トップと中央との間、中央部分、中央部分とボトムとの間、ボトム部分の５箇所から各５枚のウェーハを選び、各ウェーハの切り始め区間のＰＶ値を平均化した結果のグラフである。
図５に示すように、最高速度Ｖmaxが１０００ｍ／分以下の場合、クーラント５５の供給位置からワークＷの内側ノズル５２側の端面部までの距離Ｌが大きくなるとＰＶ値が低下する。同様に、最高速度Ｖmaxが１２００ｍ／分以上の場合も距離Ｌが大きくなるとＰＶ値が低下し、特に距離Ｌが６０ｍｍ以上であればＰＶ値を５μｍ以下に低減できた。
最高速度Ｖmaxが１２００ｍ／分以上の場合、距離Ｌを１５０ｍｍと大きく設定しても、ＰＶ値は距離Ｌが６０ｍｍや１２０ｍｍの場合と殆ど同じレベルであった。一方、距離Ｌが大きくなると、加工点までクーラント５５が届かず、ワイヤー目詰まりによる加工負荷が増加し、品質悪化に繋がる。
このため、ＰＶ値を低下でき、かつ、コスト増を抑制する点で、クーラントの供給位置は、ワークＷの内側ノズル５２側の端面部からの距離Ｌが６０ｍｍ以上、１２０ｍｍ以下であることが好ましいことを確認できた。
図５は、クーラント５５の供給位置に対する固定砥粒ワイヤー３０の最高速度Ｖmaxと、ワークＷの切り始め区間３０ｍｍのＰＶ値との関係を示すグラフである。
具体的には、クーラント供給位置および最高速度Ｖmaxを設定して１～３本のシリコンインゴットをスライスし、シリコンインゴットのトップ部分、トップと中央との間、中央部分、中央部分とボトムとの間、ボトム部分の５箇所から各５枚のウェーハを選び、各ウェーハの切り始め区間のＰＶ値を平均化した結果のグラフである。
図５に示すように、最高速度Ｖmaxが１０００ｍ／分以下の場合、クーラント５５の供給位置からワークＷの内側ノズル５２側の端面部までの距離Ｌが大きくなるとＰＶ値が低下する。同様に、最高速度Ｖmaxが１２００ｍ／分以上の場合も距離Ｌが大きくなるとＰＶ値が低下し、特に距離Ｌが６０ｍｍ以上であればＰＶ値を５μｍ以下に低減できた。
最高速度Ｖmaxが１２００ｍ／分以上の場合、距離Ｌを１５０ｍｍと大きく設定しても、ＰＶ値は距離Ｌが６０ｍｍや１２０ｍｍの場合と殆ど同じレベルであった。一方、距離Ｌが大きくなると、加工点までクーラント５５が届かず、ワイヤー目詰まりによる加工負荷が増加し、品質悪化に繋がる。
このため、ＰＶ値を低下でき、かつ、コスト増を抑制する点で、クーラントの供給位置は、ワークＷの内側ノズル５２側の端面部からの距離Ｌが６０ｍｍ以上、１２０ｍｍ以下であることが好ましいことを確認できた。
【符号の説明】
【0036】
１…マルチワイヤーソー、２０…メインローラー、２１…溝、３０…固定砥粒ワイヤー、３１…芯線、３２…砥粒、４０…ワーク押圧部、５０…クーラント供給部、５１…外側ノズル、５２…内側ノズル、５５…クーラント。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】