JP5945967B2 - ワークの切断方法及びワイヤソー - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤソーによってワークをウェーハ状に切断する切断方法及びワイヤソーに関する。

半導体インゴットなどの硬脆材を薄板状のウェーハに切断する切断装置の一つにワイヤソーがある。
ワイヤソーを用いた切断方法は、まず、所定のピッチで巻回されたワイヤでワイヤ列を形成し、ワイヤを高速走行させる。そして、ワークとワイヤの各接触部に加工液を供給しながら、ワイヤ列にワークを押し当てることにより、ワークを多数枚のウェーハ状に切断する。

また、特許文献１には、ワークの切断に使用されるワイヤは、ベースワイヤの外周面を砥粒キャリア樹脂皮膜で被覆した樹脂被覆ワイヤが記載されている。特許文献１には、この樹脂被覆ワイヤを使用すれば、加工液中の砥粒（遊離砥粒）が砥粒キャリア樹脂皮膜に食い込むため、安定して砥粒をワイヤとワークが接触している部分に引き込むことができると記載されている。

上述のように、樹脂被覆ワイヤを用いたワークの切断のメカニズムは、樹脂被覆ワイヤ表面の樹脂層に加工液中の砥粒を食い込ませ、樹脂層表面に固定化された砥粒をワークと樹脂被覆ワイヤの接触部に運ぶ加工方法である。要するに、予め表面に砥粒を固定したワイヤを用いてワークの切断を行う固定砥粒ワイヤ方式に似た切断方法を、遊離砥粒を用いて行っている切断方法である。

また、遊離砥粒切断と呼ばれる切断方法もある。遊離砥粒切断とは、ワイヤによって運ばれた加工液中の砥粒が、加工点においてワークとワイヤを同時に摩耗させる切断方法である。

特開２００６−１７９６７７号公報 特開平１１−３０２６８１号公報

樹脂被覆ワイヤを用いた切断方法には、ワーク切断中に樹脂被覆ワイヤ表面の樹脂層が摩耗してしまうという問題がある。本発明者は、ワーク切断の際に、ワークと樹脂被覆ワイヤの各接触部に供給する加工液の流量に着目し、該加工液の流量について検討した。

樹脂被覆ワイヤを用いてワークを切断する場合の加工液の流量は、特許文献１には示されていないが、特許文献２には、加工液（切削液）の供給量が記載されている。特許文献２に記載されているように、砥粒（遊離砥粒）を用いる切断において供給する加工液の流量は１００Ｌ／ｍｉｎ前後が一般的である。

特許文献２に記載された、加工液の流量が１００Ｌ／ｍｉｎとは供給する加工液の総量を示しており、これをワイヤ列のワイヤ１本あたりの流量に置き換える場合、加工液が吹き付けられる範囲のワイヤ列のワイヤ本数で割る必要がある。一般的な半導体基板製造用ワイヤソーでは加工液が４００本程度のワイヤに吹き付けられるため、ワイヤ列のワイヤ１本あたり加工液流量は約２５０ｍＬ／ｍｉｎとなる。

しかし、加工液の流量を１００Ｌ／ｍｉｎ前後、すなわちワイヤ列のワイヤ１本当たりの加工液の流量を約２５０ｍＬ／ｍｉｎとしてワークの切断を行うと、加工液の流量が多過ぎ、樹脂被覆ワイヤ表面の樹脂層に固定しきれない砥粒が増えるので、樹脂層に固定しきれなかった砥粒が樹脂層を摩耗させてしまうことを本発明者は発見した。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、ベースワイヤの表面に樹脂を被覆した樹脂被覆ワイヤを用いてワークを切断するときに、樹脂被覆ワイヤの表面の樹脂層が摩耗することを抑制できる切断方法及びワイヤソーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、複数のワイヤガイド間に螺旋状に巻回された軸方向に走行するワイヤでワイヤ列を形成し、前記ワイヤはベースワイヤの表面に樹脂を被覆した樹脂被覆ワイヤを用い、円柱状ワークと前記ワイヤとの接触部に加工液を供給しながら、前記ワイヤ列に前記ワークを押し当てて切込み送りすることで、前記ワークをウェーハ状に切断するワークの切断方法であって、前記加工液を、前記ワイヤ列の前記ワイヤ１本あたり１〜２０ｍＬ／ｍｉｎの範囲となる流量で供給しながらワークを切断することを特徴としたワークの切断方法を提供する。

このような切断方法であれば、樹脂被覆ワイヤの樹脂層表面に固定しきれない砥粒が減少するので、樹脂層の摩耗が抑制される。その結果、樹脂層に砥粒が食い込み固定化した樹脂被覆ワイヤを長時間使用でき、ワーク切断中のワイヤの断線を防止することができるので、安定したワークの切断を行うことができる。

また、本発明によれば、複数のワイヤガイド間に螺旋状に巻回された軸方向に走行するワイヤによって形成されるワイヤ列と、円柱状ワークと前記ワイヤとの接触部に加工液を供給する加工液供給機構と、前記ワークを保持しつつ押圧することで前記ワークを前記ワイヤ列に押し当てるワーク送り手段を具備し、前記ワイヤはベースワイヤの表面に樹脂を被覆した樹脂被覆ワイヤであり、前記加工液供給機構から前記ワークと前記ワイヤとの接触部に前記加工液を供給しつつ、前記ワーク送り手段により保持された前記ワークを、前記ワイヤ列に押し当てて切込み送りすることで、前記ワークをウェーハ状に切断するワイヤソーであって、前記加工液供給機構は、前記加工液を、前記ワイヤ列の前記ワイヤ１本あたり１〜２０ｍＬ／ｍｉｎの範囲となる流量で供給するものであることを特徴とするワイヤソーが提供される。

このようなワイヤソーであれば、樹脂被覆ワイヤの樹脂層表面に固定しきれない砥粒が減少するので、樹脂層の摩耗が抑制される。その結果、樹脂層に砥粒が食い込み固定化した樹脂被覆ワイヤを長時間使用でき、ワーク切断中のワイヤの断線を防止することができるので、安定したワークの切断を行うことができるものとなる。

本発明のワークの切断方法及びワイヤソーでは、ワークとワイヤの接触部に供給する加工液をワイヤ列のワイヤ１本あたり１〜２０ｍＬ／ｍｉｎの範囲となる流量で供給するので、加工液の供給量が多くなり過ぎない。従って、樹脂層に固定しきれない砥粒の増加を抑制することができ、樹脂層に固定しきれない砥粒による樹脂層の摩耗を抑制することができる。その結果、樹脂層に砥粒が食い込み固定化した樹脂被覆ワイヤを長時間使用でき、ワーク切断中の樹脂被覆ワイヤの断線を防止することができるので、安定したワークの切断ができる。

本発明のワークの切断方法に用いるワイヤソーの一例を示した概略図である。 本発明のワイヤソーが有する樹脂被覆ワイヤの一例を示した斜視図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
樹脂被覆ワイヤを用いたワークの切断においては、樹脂被覆ワイヤの樹脂層が摩耗してしまうという問題があった。そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、ワークとワイヤの接触部に供給する加工液が多くなり過ぎ、樹脂被覆ワイヤの樹脂層に固定されない砥粒が増加してしまい、その砥粒が樹脂被覆ワイヤの樹脂層を摩耗させてしまうことを発見した。

そこで本発明者は、ワークとワイヤの接触部に供給する加工液をワイヤ列のワイヤ１本あたり１〜２０ｍＬ／ｍｉｎの範囲となる流量で供給することで、樹脂被覆ワイヤの樹脂層に固定しきれない砥粒を減らすことができ、その結果樹脂層の摩耗を抑制できることに想到し、本発明を完成させた。

以下、本発明のワークの切断方法及びワイヤソーについて図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

まず、本発明のワイヤソーについて説明する。
図１に示すように、本発明のワイヤソー１は、複数のワイヤガイド２間に螺旋状に巻回された軸方向に走行する樹脂被覆ワイヤ３によって形成されるワイヤ列４、切断時にワークＷと樹脂被覆ワイヤ３との接触部に加工液を供給する加工液供給機構５、ワークＷを保持しつつ押圧することでワークＷをワイヤ列に押し当てるワーク送り手段６、樹脂被覆ワイヤ３に張力を付与するための張力付与機構７、７’等で構成されている。

図２に示すように、樹脂被覆ワイヤ３はベースワイヤ１３表面に樹脂を被覆したものである。樹脂被覆ワイヤを構成するベースワイヤ１３として、例えば、直径４０〜２００μｍのピアノ線が使用され、ピアノ線の外周面に樹脂層１４が全面にわたって被覆形成される。ベースワイヤ１３の表面に樹脂層１４を形成する樹脂として、例えば、フェノール系、ポリアミド系、エポキシ系、ウレタン系などの樹脂を用いることができる。また、樹脂層１４の厚みは０．５〜１５μｍの範囲が好ましい。この樹脂層１４は樹脂被覆ワイヤ３に吹き付けられた加工液中の砥粒を、樹脂層１４表面に食い込ませることにより、砥粒をワークＷと樹脂被覆ワイヤ３との間に引き込むことができる。

樹脂被覆ワイヤ３は、一方のワイヤリールボビン８から繰り出され、トラバーサを介して定トルクモーターやダンサローラ（デッドウェイト）等からなる張力付与機構７を経て、ワイヤガイド２に入っている。樹脂被覆ワイヤ３はもう一方の張力付与機構７’を経てワイヤリールボビン８’に巻き取られている。また、張力付与機構７、７’によって樹脂被覆ワイヤ３に付与される張力は、ベースワイヤ１３の引張強度以下に限定され、好ましくはベースワイヤ１３の引張強度の４０〜７０％の範囲である。

また、ワイヤガイド２は鉄鋼製円筒の周囲にポリウレタン樹脂を圧入し、その表面に所定のピッチで溝を切ったローラーであり、駆動モータ１２によって、巻回された樹脂被覆ワイヤ３が軸方向に往復走行できるようになっている。ここで、樹脂被覆ワイヤ３を往復走行させる際、樹脂被覆ワイヤ３の両方向への走行距離を同じにするのではなく、ワイヤ新線が供給されるように、片方向への走行距離の方が長くなるようにする。このようにして、樹脂被覆ワイヤ３の往復走行を行いながら長い走行距離の方向に新線が供給される。

加工液供給機構５はスラリチラー９、スラリタンク１０、ノズル１１等から構成される。ノズル１１はワイヤガイド２に巻回された樹脂被覆ワイヤ３の上方に配置されている。この、ノズル１１はスラリタンク１０に接続されており、加工液はスラリタンク１０で攪拌されスラリチラー９により温度調節された後、ノズル１１から樹脂被覆ワイヤ３に供給できるようになっている。このとき、加工液は、ワイヤ列４の各ワイヤに均一に供給される。そして、加工液はワイヤ列４に乗りワークＷとワイヤ列４との接触部に送られる。また、供給された加工液はスラリタンク１０に戻り循環利用される。

加工液は、砥粒とクーラントから構成されているが、砥粒として、例えば、炭化珪素砥粒やダイヤモンド砥粒を用いることができる。特に、ワークＷの切断面を平滑にするには、ダイヤモンド砥粒を用いることが望ましい。また、平均粒径が２〜１５μｍの砥粒を用いることができる。クーラントとして、水溶性または油性のクーラントを用いることができ、特に水溶性のクーラントで代表的なグリコール系クーラントを用いることが好ましい。そして、砥粒濃度が０．５〜３０質量％、温度が５〜３０℃の加工液を用いることができる。

ここで、本発明のワイヤソーの加工液供給機構５は、加工液を、ワイヤ列４のワイヤ１本あたり１〜２０ｍＬ／ｍｉｎの範囲となる流量で供給するものである。

このようなワイヤソーであれば、ワークＷと樹脂被覆ワイヤ３の接触部に供給される加工液の流量が多くなり過ぎないので、樹脂被覆ワイヤ３の樹脂層１４に固定化しきれない砥粒の量を大幅に減らすことができる。従って、樹脂層１４に固定化しきれない砥粒による樹脂層１４の摩耗を抑制することができる。その結果、砥粒を樹脂層１４に固定した樹脂被覆ワイヤ３を長時間使用でき、ワークＷの切断中に起こる樹脂被覆ワイヤ３の断線を防止することができるので、安定したワークＷの切断ができるものとなる。また、樹脂被覆ワイヤ３の寿命が延びた結果、コストを削減できるものとなる。

次に本発明のワークの切断方法について説明する。ここでは、図１に示すような本発明のワイヤソー１を用いた場合について述べる。
まず、ワーク送り手段６によりワークＷを保持する。そして、樹脂被覆ワイヤ３を張力付与機構７、７’によって張力を付与しながら軸方向へ往復走行させる。このとき、樹脂被覆ワイヤ３の走行速度は３００ｍ／ｍｉｎ以上とすることができる。次に、本発明の切断方法では、加工液をワイヤ列４のワイヤ１本あたり１〜２０ｍＬ／ｍｉｎの範囲となる流量で供給する。次に、ワーク送り手段６によりワークＷを、相対的に押し下げて、ワークＷをワイヤ列４に対して切り込み送りさせてワークＷをウェーハ状に切断していく。このとき、ワーク切断速度を０．１〜０．３５ｍｍ／ｍｉｎとすることができる。

このような切断方法であれば、ワークＷと樹脂被覆ワイヤ３の接触部に供給する加工液の流量が多くなり過ぎないので、樹脂被覆ワイヤ３の樹脂層１４に固定化しきれない砥粒の量を大幅に減らすことができる。従って、樹脂層１４に固定化しきれない砥粒による樹脂層１４の摩耗を抑制することができる。その結果、砥粒を樹脂層１４に固定した樹脂被覆ワイヤ３を長時間使用でき、ワークＷの切断中に起こる樹脂被覆ワイヤ３の断線を防止することができるので、安定したワークＷの切断ができる。また、樹脂被覆ワイヤ３の寿命が延びた結果、コストを削減することができる。

本実施形態では、加工液供給機構５から加工液をワークＷと樹脂被覆ワイヤ３の接触部に供給するが、加工液を接触部の樹脂被覆ワイヤ３寄りに吹き付けても良いし、接触部ワークＷ寄りに吹き付けても良い。使用する加工液総量を、加工液が吹き付けられる範囲にある樹脂被覆ワイヤ３の本数で割ればワイヤ１本あたりに供給する加工液の流量が算出できる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例）
図１に示すような本発明のワイヤソーを用い、本発明のワークの切断方法に従ってワークの切断を行った。切断対象のワークとして、表１に示すように、ワイヤ走行方向Ｗ：８０ｍｍ、ワイヤ列方向Ｄ：１００ｍｍ、ワーク送り方向Ｈ：２５ｍｍの寸法の棒状の単結晶シリコンを使用した。樹脂被覆ワイヤとして、直径０．１３ｍｍのベースワイヤの外周の全面に樹脂層を６μｍの厚さで被覆して使用した。

また、ワイヤソーの樹脂被覆ワイヤの張力は３０Ｎ、新線供給量は３ｍ／ｍｉｎ、往復走行における走行方向の正反転サイクルは６０ｓｅｃ、平均線速は７５０ｍ／ｍｉｎとした。そして、ワーク送り速度は、０．１０ｍｍ／ｍｉｎとした。また、加工液を、ジエチレングリコール系水溶性クーラントに、砥粒径５．５μｍのダイヤモンド砥粒を砥粒濃度５質量％となるように作製して使用した。

本実施例では、単結晶シリコンの切断速度を測定するとともに、樹脂層摩耗速度という指標を用いて樹脂被覆ワイヤ表面の摩耗を評価した。樹脂層摩耗速度は、以下のような１〜５の流れで算出する。

１．加工液をワイヤ列のワイヤ１本あたり１ｍＬ／ｍｉｎとなる流量で供給し、表１に示した切断条件にて単結晶シリコンの切断を開始した。単結晶シリコンを押し下げる際に、樹脂被覆ワイヤが２ｍｍたわむまでは高速で単結晶シリコンを送った。その後は、ワーク送り速度は、０．１０ｍｍ／ｍｉｎとしてワークの切断を行った。以下に述べる切断開始とは樹脂被覆ワイヤを２ｍｍたわませた時が基点となる。
２．切断開始から６０分後に切断を止め、切断に使用した樹脂被覆ワイヤの直径を、マイクロメータを用いて測定する。
例えば、切断開始から６０分後に樹脂被覆ワイヤの直径が４μｍ減少していれば、樹脂層は半分の２μｍの摩耗が生じたことになる。その結果、樹脂層摩耗速度は２μｍ／ｈｒと算出される。
３．切断開始から６０分以内に樹脂層がほぼ全て無くなった場合は、実際に樹脂層が無くなった時間（分）から樹脂層摩耗速度を算出する。
例えば、切断開始から１５分後に樹脂層がほぼ全て無くなった場合は、樹脂層の厚さが表１に示す通り６μｍであるため、樹脂層の摩耗量は１５分で６μｍとなる。よって、樹脂層摩耗速度は２４μｍ／ｈｒとなる。
４．切断開始から６０分後の樹脂被覆ワイヤの直径に変化が見られない（樹脂層に摩耗がない）場合は、さらに６０分切断を行った後に、樹脂被覆ワイヤの直径を測定した。
５．切断開始から１２０分後においても樹脂被覆ワイヤの直径が変化していない場合は、樹脂層摩耗速度０μｍ／ｈｒとした。

その結果、表２に示すように、樹脂層摩耗速度は０μｍ／ｈｒとなり樹脂層の摩耗が見られなかった。
また、ワイヤに供給する加工液の流量をワイヤ列のワイヤ１本あたり３ｍＬ／ｍｉｎ、１６ｍＬ／ｍｉｎ、２０ｍＬ／ｍｉｎに変えて同様の手順で単結晶シリコンの切断を繰り返した。そして、単結晶シリコンの切断速度を測定するとともに、樹脂層摩耗速度を算出した。

その結果、表２に示すように、樹脂層摩耗速度は全ての場合で０μｍ／ｈｒとなり樹脂層の摩耗が見られなかった。また、単結晶シリコンの切断速度を測定したところ、単結晶シリコンの切断も正常に進行していることが確認された。

（比較例）
加工液をワイヤ列のワイヤ１本あたり２５ｍＬ／ｍｉｎとなる流量で供給したこと以外、実施例と同様な条件で単結晶シリコンの切断を行った。
その結果、表１に示すように樹脂層摩耗速度は４μｍ／ｈｒとなり樹脂層の摩耗が見られた。

また、ワイヤに供給する加工液の流量をワイヤ列のワイヤ１本あたり３０ｍＬ／ｍｉｎ、４０ｍＬ／ｍｉｎ、５０ｍＬ／ｍｉｎに変えて同様の手順で単結晶シリコンの切断を繰り返した。そして、単結晶シリコンの切断速度を測定するとともに、樹脂層摩耗速度を算出した。

その結果、表２に示すように、樹脂層摩耗速度は、それぞれ１２μｍ／ｈｒ、１８μｍ／ｈｒ、２４μｍ／ｈｒとなった。また、単結晶シリコンの切断速度を測定したところ、比較例の全ての場合で、実施例よりも切断速度が遅いことが確認された。

また、加工液を、ワイヤ列のワイヤ１本あたり０ｍＬ／ｍｉｎとなる流量で供給する場合、すなわち加工液を供給しない場合ワーク切断は、切断が進行せずワイヤ断線トラブルにつながることが容易に推測できるため、表２に示すように実験は実施していない。

表２に、実施例、比較例における実施結果をまとめたもの示す。

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。

１…ワイヤソー、 ２…ワイヤガイド、 ３…樹脂被覆ワイヤ、
４…ワイヤ列、 ５…加工液供給機構、 ６…ワーク送り手段、
７、７’…張力付与機構、 ８、８’…ワイヤリールボビン、
９…スラリチラー、 １０…スラリタンク、 １１…ノズル、
１２…駆動モータ、 １３…ベースワイヤ、 １４…樹脂層、
Ｗ…ワーク。

Claims (4)

1. 複数のワイヤガイド間に螺旋状に巻回された軸方向に走行するワイヤでワイヤ列を形成し、前記ワイヤはベースワイヤの表面に樹脂を被覆した樹脂被覆ワイヤを用い、円柱状ワークと前記ワイヤとの接触部に遊離砥粒を含む加工液を供給しながら、前記ワイヤ列に前記ワークを押し当てて切込み送りすることで、前記ワークをウェーハ状に切断するワークの切断方法であって、
   前記遊離砥粒の濃度が０．５〜３０質量％の前記加工液を、前記ワイヤ列の前記ワイヤ１本あたり１〜２０ｍＬ／ｍｉｎの範囲となる流量で供給しながらワークを切断することを特徴としたワークの切断方法。
2. 前記樹脂被覆ワイヤに被覆した前記樹脂に前記遊離砥粒を食い込ませて、前記遊離砥粒を前記ワークと前記樹脂被覆ワイヤとの間に引き込むことで前記ワークを切断することを特徴とした請求項１に記載のワークの切断方法。
3. 複数のワイヤガイド間に螺旋状に巻回された軸方向に走行するワイヤによって形成されるワイヤ列と、円柱状ワークと前記ワイヤとの接触部に遊離砥粒を含む加工液を供給する加工液供給機構と、前記ワークを保持しつつ押圧することで前記ワークを前記ワイヤ列に押し当てるワーク送り手段を具備し、前記ワイヤはベースワイヤの表面に樹脂を被覆した樹脂被覆ワイヤであり、前記加工液供給機構から前記ワークと前記ワイヤとの接触部に前記加工液を供給しつつ、前記ワーク送り手段により保持された前記ワークを、前記ワイヤ列に押し当てて切込み送りすることで、前記ワークをウェーハ状に切断するワイヤソーであって、
   前記加工液供給機構は、前記遊離砥粒の濃度が０．５〜３０質量％の前記加工液を、前記ワイヤ列の前記ワイヤ１本あたり１〜２０ｍＬ／ｍｉｎの範囲となる流量で供給するものであることを特徴とするワイヤソー。
4. 前記ワイヤソーは、前記樹脂被覆ワイヤに被覆された前記樹脂に前記遊離砥粒を食い込ませて、前記遊離砥粒を前記ワークと前記樹脂被覆ワイヤとの間に引き込むことで前記ワークを切断するものであることを特徴とする請求項３に記載のワイヤソー。

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