JP6729697B2

JP6729697B2 - ワイヤソー装置及びワークの切断方法

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Publication number: JP6729697B2
Application number: JP2018527513A
Authority: JP
Inventors: 佳宏宇佐美
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2037-06-30
Also published as: CN109153104B; JPWO2018012313A1; KR20190026653A; TWI737757B; TW201801851A; WO2018012313A1; KR102382752B1; CN109153104A

Description

本発明は、ワイヤソー切断技術に関し、ワーク、例えばシリコン半導体単結晶インゴットをウェーハ状にする（スライスする）ウェーハ切断工程等に適用可能なワイヤソー装置及びワークの切断方法に関する。

例えば、半導体製造分野においては、単結晶引上装置によって引き上げられたシリコン半導体単結晶インゴットを内周刃スライサーによって軸直角方向に薄く切断することによって複数のシリコン半導体ウェーハを得ている。

ところが、近年の半導体ウェーハの大直径化の傾向は、従来からの内周刃スライサーによるインゴットの切断を困難にしている。又、内周刃スライサーによる切断方法は、ウェーハを１枚ずつ切り出すために非効率で生産性が悪いという問題がある。

そこで、ワイヤソー（特に、マルチワイヤソー）による切断方法が近年注目されている。この切断方法は、複数本のメインローラ（ワイヤガイド）間に螺旋状に巻回されたワイヤ列にワークを押圧し、該ワークとワイヤとの接触部にスラリーを供給しながらワイヤを移動させることによってワークをウェーハ状に切断する方法である（例えば、特許文献１）。このような切断方法によって、一度に多数枚（例えば数１００枚）のウェーハを切り出すことができる。

また、特許文献２のように、溝付きローラーの保持部に振動計を取り付け、断線検知に用いているものや、特許文献３のように、リールボビンの軸受ハウジング又は該軸受ハウジングのブラケットに振動計を取り付け、リールボビンの異常回転検知に振動センサが用いられているものがある。

特開平１１−１５６６９４号公報特開２０１３−０３５０８０号公報特開２０００−１９０１９６号公報

しかしながら、上記のようなワイヤソーを用いた切断方法において、ワイヤ張力が一定に保てず、大きく暴れている状態や、異常な振動が起きている状態でワークを切断した場合、Ｗａｒｐ品質に悪化が見られる。また、ワークの切断途中に前記異常に気付き、メンテナンスの為に装置を停止すると、今度は温度変化によりＷａｒｐ品質が悪化する。どちらにおいても一度に多数枚のウェーハを切り出すため、大量不良に繋がる可能性が高いという問題があった。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、ワークの切断前に、ワイヤの張力暴れや、ワイヤソー装置の異常な振動が起きている状態を判断することが可能で、ワークから切り出されたウェーハの品質悪化を防ぐことができるワイヤソー装置及びワークの切断方法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、ワイヤを延出するワイヤ供給リールと、複数のワイヤガイドの周囲に螺旋状に巻回された前記ワイヤによって形成されるワイヤ列と、前記ワイヤを巻き取るワイヤ巻き取りリールと、切断対象のワークを保持するワーク保持部とを有し、少なくとも前進後退を１回以上繰り返して走行する前記ワイヤ列に前記ワーク保持部に保持された前記ワークを押しつけて切断加工を行うワイヤソー装置において、
前記ワーク保持部に取り付けられた振動センサと、前記ワイヤの張力を検出するロードセルとを備えることを特徴とするワイヤソー装置を提供する。

このようなものであれば、ワークの切断前に、ロードセルによって検出されるワイヤの張力、及び振動センサによって検出される振動の少なくとも一方の測定を行い、この測定値を用いてワイヤソー装置の正常又は異常の判断を行うことができる。従って、ワイヤソー装置が正常であると判断された場合に、ワークの切断を行えば、ワークから切り出されるウェーハの品質悪化を防ぐことができる。

また本発明によれば、上記本発明のワイヤソー装置を用いてワークを切断する方法であって、
前記ワークの切断前に、前記ワークを前記ワイヤに接触させない状態で、前記ワイヤを少なくとも前進後退１回以上繰り返し走行させながら、前記ロードセルによって検出される前記ワイヤの張力、及び前記振動センサによって検出される振動の少なくとも一方の測定を行い、該測定された測定値を用いて前記ワイヤソー装置の正常又は異常の判断を行う判断工程と、
前記ワイヤソー装置が正常であると判断された場合に、前記ワークの切断を行う切断工程を有することを特徴とするワークの切断方法を提供する。

このようなワークの切断方法は、上記の本発明のワイヤソー装置を用いるので、ワークの切断前に、ワイヤソー装置の正常又は異常の判断を行うことができる。そして、ワイヤソー装置が正常であると判断された場合に、ワークの切断を行うので、ワークから切り出されるウェーハの品質悪化を防ぐことができる。

このとき、前記判断工程において、
前記測定値を用いて管理図管理を行い、前記測定値が管理値限界外にあった場合に前記ワイヤソー装置が異常であると判断して、前記ワークの切断前に前記ワイヤソー装置を停止し、前記管理値限界内に入るまで、前記ワイヤソー装置のメンテナンスを行ってから、前記ワークを切断することが好ましい。

このようにすれば、管理図管理することで、ワークの切断前にワイヤソー装置の状態を把握でき、管理値限界外の異常状態の場合にメンテナンスすることで、ワークから切り出されるウェーハの品質悪化や品質悪化による不良発生を低減することができる。

また本発明によれば、上記本発明のワイヤソー装置を用いてワークを切断する方法であって、前記ワークの切断前に、前記ワークを前記ワイヤに接触させない状態で、前記ワイヤを少なくとも前進後退１回以上繰り返し走行させながら、前記ロードセルによって検出される前記ワイヤの張力の標準偏差が０．４５Ｎ以下、且つ、前記振動センサによって検出される振動が１．０ｍｍ／ｓｅｃ以下であることを確認してから、前記ワークの切断を行うことを特徴とするワークの切断方法を提供する。

このように、ワイヤの張力の標準偏差が０．４５Ｎ以下、且つ、振動が１．０ｍｍ／ｓｅｃ以下の場合を正常と判断し、該正常とされた場合のみにワークの切断を行うことで、ワークから切り出されるウェーハの品質悪化をより確実に防ぐことができる。

本発明のワイヤソー装置であれば、ワークの切断前に、ロードセルによって検出されるワイヤの張力、及び振動センサによって検出される振動の少なくとも一方の測定を行い、この測定値を用いてワイヤソー装置の正常又は異常の判断を行うことができる。従って、ワイヤソー装置が正常であると判断された場合に、ワークの切断を行えば、ワークから切り出されるウェーハの品質悪化を防ぐことができる。

また、このような本発明のワイヤソー装置を用いたワークの切断方法であれば、ワークの切断前に、ワイヤソー装置の正常又は異常の判断を行うことができる。そして、ワイヤソー装置が正常であると判断された場合に、ワークの切断を行うので、ワークから切り出されるウェーハの品質悪化を防ぐことができる。

本発明のワイヤソー装置の一例を示した概略図である。本発明のワークの切断方法の一例を示した工程図である。暖機時のワイヤ張力バラつきσの管理図である。暖機時のワイヤ張力バラつきσが管理値限界外の（ａ）異常時（比較例１）と、管理値限界内の（ｂ）正常時（実施例１）において、ワークを切断したときのスライス品２５枚の平均Ｗａｒｐ品質を示したグラフである。暖機時の振動振幅の平均値の管理図である。暖機時の振動振幅の平均値が管理値限界外の（ａ）異常時（比較例２）と、管理値限界内の（ｂ）正常時（実施例２）において、ワークを切断したときのスライス品２５枚の平均Ｗａｒｐ品質を示したグラフである。

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。

上記したように、ワイヤソー装置を用いた切断方法において、ワイヤ張力が一定に保てず、大きく暴れている状態や、異常な振動が起きている状態でワークを切断した場合、Ｗａｒｐ品質に悪化が見られる。また、ワークの切断途中に前記異常に気付き、メンテナンスの為に装置を停止すると、今度は温度変化によりＷａｒｐ品質が悪化する。どちらにおいても一度に多数枚のウェーハを切り出すため、大量不良に繋がる可能性が高い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。その結果、ワークを保持する部分に取り付けられた振動センサと、ワイヤ張力を検出するロードセルを備えたワイヤソー装置であれば、ワークの切断前に、ロードセルによって検出されるワイヤの張力、及び振動センサによって検出される振動の少なくとも一方の測定を行い、この測定値を用いてワイヤソー装置の正常又は異常の判断を行うことができ、ワイヤソー装置が正常であると判断された場合に、ワークの切断を行えば、ワークから切り出されるウェーハの品質悪化を防ぐことができることに想到した。そして、これらを実施するための最良の形態について精査し、本発明を完成させた。

まず、本発明のワイヤソー装置について、図１を参照して説明する。図１に示すように、本発明のワイヤソー装置１３は、ワイヤ８を延出するワイヤ供給リール１と、複数のワイヤガイド６の周囲に螺旋状に巻回されたワイヤ８によって形成されるワイヤ列９と、ワイヤ８を巻き取るワイヤ巻き取りリール７と、切断対象のワークＷを保持するワーク保持部１０とを有し、少なくとも前進後退を１回以上繰り返して走行するワイヤ列９にワーク保持部１０に保持されたワークＷを押しつけて切断加工を行うものである。そして、ワイヤソー装置１３は、ワーク保持部１０に取り付けられた振動センサ（振動計）１１と、ワイヤ８の張力を検出するロードセル５とを備えている。

このワイヤソー装置１３では、ワイヤ８がワイヤ供給リール１からロングローラー２、トラバーサ３、複数のプーリーＰを通って、ワイヤガイド６に所定のピッチで平行に巻付けられ、ワイヤ列９を形成する。そのワイヤ列９に、ワーク保持部１０に保持されたワークＷを下降させていくことでワークＷを切断する構成となっている。そして、ワイヤガイド６を出たワイヤ８は、複数のプーリーＰとトラバーサ３を通ってワイヤ巻き取りリール７に巻き取られる。

本実施形態のワイヤソー装置１３では、ワイヤ供給リール１とワイヤガイド６、ワイヤガイド６とワイヤ巻取りリール７の間に、それぞれロードセル５とテンション機構４が設けられており、ロードセル５で検出した張力を元にテンション機構４によってワイヤ８の張力を制御している。

そして、ワーク保持部１０には、振動センサ１１が取り付けられている。振動センサ１１は、例えば、ワーク保持部１０においてのワークＷを接着しているプレートに直接取り付けて、振動をモニターする構成とすることができる。ロードセル５及び振動センサ１１は、例えば、監視ＰＣ１２に接続され、ロードセル５及び振動センサ１１から出力される検出値を常時監視することができる。

このようなワイヤソー装置１３であれば、ワークＷの切断前に、ロードセル５によって検出されるワイヤ８の張力、及び振動センサ１１によって検出される振動の少なくとも一方の測定を行い、この測定値を用いてワイヤソー装置１３の正常又は異常の判断を行うことができる。従って、ワイヤソー装置１３が正常であると判断された場合に、ワークＷの切断を行えば、ワークＷから切り出されるウェーハの品質悪化を防ぐことができる。

次に、上記したような本発明のワイヤソー装置を用いた本発明のワークの切断方法について説明する。ここでは、上述した図１に示す本発明のワイヤソー装置１３を用いた場合について説明する。

まず、ワイヤソー装置１３を用いて、ワークＷの切断を行う前に、ワークＷをワイヤ８に接触させない状態で、ワイヤ８を少なくとも前進後退１回以上繰り返し走行させながら、ロードセル５によって検出されるワイヤ８の張力、及び振動センサ１１によって検出される振動の少なくとも一方の測定を行い、該測定された測定値を用いてワイヤソー装置１３の正常又は異常の判断を行う判断工程を行う。そして、この判断工程で、ワイヤソー装置１３が正常であると判断された場合に、ワークＷの切断を行う切断工程を行う。

具体的には、図２のフローチャートに示すように、まず、ワークＷを切断する前に、ワークＷがワイヤ列９に接触しない状態で、ワイヤ８を少なくとも１回以上前進後退走行させる。この作業を暖機運転（ＳＰ１）とする。この暖機運転中に、張力と振動の少なくとも一方を計測し（ＳＰ２）、その計測値（測定値）からワイヤソー装置１３が正常か異常かを判断する判断工程（ＳＰ３）を行う。そして、正常な場合は、暖機継続（ＳＰ４）後、そのままワークＷの切断を行う（ＳＰ５）。一方、異常な場合は、ワイヤソー装置１３を停止し（ＳＰ６）、プーリーＰの交換などのメンテナンスを実施する（ＳＰ７）。その後、再び暖機運転を行い（ＳＰ１）、正常になるまでこのフローを続けることができる。

このとき、判断工程（ＳＰ３）において、測定値を用いて管理図管理（ＳＰ８）を行い、測定値が管理値限界外にあった場合にワイヤソー装置１３が異常であると判断（ＳＰ９）して、ワークＷの切断前にワイヤソー装置１３を停止し、管理値限界内に入るまで、ワイヤソー装置１３のメンテナンスを行ってから、ワークＷを切断することができる。

このようにすれば、管理図管理することで、ワークＷの切断前にワイヤソー装置１３の状態を把握でき、管理値限界外の異常状態の場合にメンテナンスすることで、ワークＷから切り出されるウェーハの品質悪化や品質悪化による不良発生を低減することができる。

正常か異常かの判断の一例として、具体的には、暖機時における前進後退１サイクル時において、ロードセル５によって検出されるワイヤ８の張力の測定値を用いて算出することができる張力バラつきσや、振動センサ１１によって検出される振動の測定値を用いて算出することができる振動の振幅を管理図管理（ＳＰ８）し、管理限界線内（管理値限界内）は正常、外れた場合（管理値限界外）は異常と判断する（ＳＰ９）方法がある。

より具体的には、ロードセルによって検出されるワイヤの張力の標準偏差が０．４５Ｎ以下、且つ、振動センサによって検出される振動が１．０ｍｍ／ｓｅｃ以下であることを確認してから、ワークの切断を行うことができる。即ち、この条件を満たす場合を正常と判断し、満たさない場合を異常と判断する。

このような本発明のワイヤソー装置を用いたワークの切断方法であれば、ワークの切断前に、ワイヤソー装置の正常又は異常の判断を行うことができる。そして、ワイヤソー装置が正常であると判断された場合に、ワークの切断を行うので、ワークから切り出されるウェーハの品質悪化を防ぐことができる。

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１）
図１に示すような本発明のワイヤソー装置を用いて、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。なお、ＣＺ法（チョクラルスキー法）で製造された直径３００ｍｍのインゴットをワークＷとして使用した。

まず、ワークＷの切断を行う前に、ワークＷをワイヤ８（ワイヤ列９）に接触させない状態で、ワイヤ８を少なくとも前進後退１回以上繰り返し走行（暖機運転）させながら、ロードセル５によって検出されるワイヤ８の張力の測定を行った。

そして、この測定値を用いて算出した張力バラつきσの管理図管理を行った。図３は、暖機時における前進後退１サイクル時の張力バラつきσの管理図である。図３の各点は、暖機時における前進後退１サイクル時の張力バラつきσを示している。このとき、張力バラつきσが、ＵＣＬ（ＵｐｐｅｒＣｏｎｔｒｏｌＬｉｍｉｔ：上方管理限界線）及びＬＣＬ（ＬｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＬｉｍｉｔ：下方管理限界線）の管理限界線内（管理値限界内）の場合はワイヤソー装置が正常、外れた場合（管理値限界外）はワイヤソー装置が異常と判断した。なお、図３中のＣＬ（ＣｅｎｔｒａｌＬｉｎｅ）は中心線を示す。

そして、図３の下矢印（ｂ）が示すような張力バラつきσが管理値限界内で、正常と判断された場合において、ワークＷの切断を行った。このときのスライス品２５枚の平均Ｗａｒｐ品質を測定した結果を図４（ｂ）に示した。Ｗａｒｐ品質の測定には、ＳＢＷ-３３０（コベルコ科研製）を使用した。なお、図４中のエラーバーは、測定したスライス品２５枚のＷａｒｐの標準偏差（ＳＤ：ｓｔａｎｄａｒｄｄｅｖｉａｔｉｏｎ）を示す。

その結果、図４（ｂ）に示すように、実施例１では、Ｗａｒｐ品質が平均６．８μｍであった。

（比較例１）
比較例１として、図３の下矢印（ａ）が示すような、張力バラつきσが管理限界線を外れており、異常と判断された場合において、メンテナンスを実施せず、そのまま、ワークＷの切断を行った。図３の下矢印（ａ）が示す張力バラつきσは管理限界線を外れた０．４６Ｎであった。このときのスライス品２５枚の平均Ｗａｒｐ品質を測定した結果を図４（ａ）に示した。

その結果、図４（ａ）に示すように、比較例１では、Ｗａｒｐ品質が平均９．７μｍであった。このように、張力バラつきσが０．４５Ｎを超えた場合にワークＷの切断を行ったため、Ｗａｒｐ品質が悪化してしまった。

（実施例２）
振動センサによって検出される振動の測定を行って得られた測定値を用いて、暖機時における前進後退１サイクル時の振動振幅の平均値を算出した。そして、この振動振幅の平均値を用いて、管理図管理を行ったこと以外は、実施例１と同様にしてワークの切断を行った。

まず、ワークＷの切断を行う前に、ワークＷをワイヤ８に接触させない状態で、ワイヤ８を少なくとも前進後退１回以上繰り返し走行（暖機運転）させながら、振動センサ１１によって検出される振動の測定を行った。

そして、この測定値を用いて算出した振動振幅の平均値の管理図管理を行った。図５は、暖機時における前進後退１サイクル時の振動振幅の平均値の管理図である。また、図５の各点は、暖機時における前進後退１サイクル時の振動振幅の平均値を示している。このとき、振動振幅の平均値が、ＵＣＬ及びＬＣＬの管理限界線内（管理値限界内）の場合はワイヤソー装置が正常、外れた場合（管理値限界外）はワイヤソー装置が異常と判断した。なお、図５中のＣＬは中心線を示す。

そして、図５の下矢印（ｂ）が示すような振動振幅の平均値が管理値限界内で、正常と判断された場合において、ワークＷの切断を行った。このときのスライス品２５枚の平均Ｗａｒｐ品質を実施例１と同様にして測定した結果を図６（ｂ）に示した。なお、図６中のエラーバーは、測定したスライス品２５枚のＷａｒｐの標準偏差（ＳＤ）を示す。

その結果、図６（ｂ）に示すように、実施例２では、Ｗａｒｐ品質が平均７．１μｍであった。

（比較例２）
比較例２として、図５の下矢印（ａ）が示すような、振動振幅の平均値が管理限界線を外れており、異常と判断された場合において、メンテナンスを実施せず、そのまま、ワークＷの切断を行った。図５の下矢印（ａ）が示す位置での振動は１．２ｍｍ／ｓｅｃであった。このときのスライス品２５枚の平均Ｗａｒｐ品質を測定した結果を図６（ａ）に示した。

その結果、図６（ａ）に示すように、比較例２では、Ｗａｒｐ品質が平均１０．２μｍであった。このように、振動が１．０ｍｍ／ｓｅｃを超えた場合にワークＷの切断を行ったため、Ｗａｒｐ品質が悪化してしまった。

以上の結果から、本発明を実施した実施例１、２のように、ワーク切断前のワイヤソー装置において、振動と張力の少なくとも一方の測定結果を用いて、管理図管理することで、ワークＷの切断前にワイヤソー装置の状態を把握でき、管理値限界内の正常な状態を維持することで、ワークの品質悪化や品質悪化による不良発生の低減をすることができることが分かった。

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。

Claims

ワイヤを延出するワイヤ供給リールと、複数のワイヤガイドの周囲に螺旋状に巻回された前記ワイヤによって形成されるワイヤ列と、前記ワイヤを巻き取るワイヤ巻き取りリールと、切断対象のワークを保持するワーク保持部とを有し、少なくとも前進後退を１回以上繰り返して走行する前記ワイヤ列に前記ワーク保持部に保持された前記ワークを押しつけて切断加工を行うワイヤソー装置において、
前記ワーク保持部に取り付けられた振動センサと、前記ワイヤの張力を検出するロードセルと、前記ワークの切断前に、前記振動センサ又は前記ロードセルの検出結果に基づき前記ワイヤソー装置の正常又は異常の判断を行うための監視手段とを備えることを特徴とするワイヤソー装置。
請求項１に記載のワイヤソー装置を用いてワークを切断する方法であって、
前記ワークの切断前に、前記ワークを前記ワイヤに接触させない状態で、前記ワイヤを少なくとも前進後退１回以上繰り返し走行させながら、前記ロードセルによって検出される前記ワイヤの張力、及び前記振動センサによって検出される振動の少なくとも一方の測定を行い、該測定された測定値を用いて前記ワイヤソー装置の正常又は異常の判断を行う判断工程と、
前記ワイヤソー装置が正常であると判断された場合に、前記ワークの切断を行う切断工程を有することを特徴とするワークの切断方法。
前記判断工程において、
前記測定値を用いて管理図管理を行い、前記測定値が管理値限界外にあった場合に前記ワイヤソー装置が異常であると判断して、前記ワークの切断前に前記ワイヤソー装置を停止し、前記管理値限界内に入るまで、前記ワイヤソー装置のメンテナンスを行ってから、前記ワークを切断することを特徴とする請求項２に記載のワークの切断方法。
請求項１に記載のワイヤソー装置を用いてワークを切断する方法であって、
前記ワークの切断前に、前記ワークを前記ワイヤに接触させない状態で、前記ワイヤを少なくとも前進後退１回以上繰り返し走行させながら、前記ロードセルによって検出される前記ワイヤの張力の標準偏差が０．４５Ｎ以下、且つ、前記振動センサによって検出される振動が１．０ｍｍ／ｓｅｃ以下であることを確認してから、前記ワークの切断を行うことを特徴とするワークの切断方法。