JP2007281176A - 半導体インゴットの切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
砥粒を、現状の粒径のものよりも更に微細化することにより、カーフロスの低減と、取代の低減を図り、ウェーハの取得率を向上させて、製造効率を向上させるとともに、ウェーハの品質を維持できるようにする。
【解決手段】
２０００番以下と３０００番以上を除いた範囲の番手の砥粒を用いて半導体インゴットを切断するに際して、ワイヤに半導体が押し当てられたときの強制力を上げるために、切断中央速度を、４１５μｍ/ｍｉｎ以上の切断速度に設定して、半導体インゴットを切断する。特に、ワイヤの線径が０．１４ｍｍ以下で０．１２ｍｍを超えた値のときには、引張荷重を２．３ｋｇ/ｆ以下で２．１ｋｇ/ｆを超えた値に設定し、ワイヤの線径が０．１２ｍｍ以下の値のときには、引張荷重を２．１ｋｇ/ｆ以下に設定する。
【選択図】 図１６

Description

本発明は、半導体インゴットの切断方法に関し、特に単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー装置を用いて切断する方法に関するものである。

シリコンウェーハの切断工程では、ワイヤソー装置によって、単結晶シリコンインゴットが切断される。すなわち、単結晶シリコンインゴットの切断部位に砥粒を含むスラリが供給されるとともに、ローラに巻かれて走行するワイヤに引張荷重を加えつつ、ワイヤに対してシリコンインゴットを押し当てる方向に相対移動されると、複数枚のシリコンウェーハが取得される。ローラの長手軸方向には、所定ピッチでワイヤが巻かれており、図１（ｂ）に示すように、ローラピッチ長さに応じた厚さのウェーハであって、インゴットが押し当てられた部分のワイヤ巻き数に応じた枚数のシリコンウェーハ１ａが、１つのシリコンインゴット１から同時に生成される。

切断工程において、シリコンウェーハの取得率を向上させてシリコンウェーハ製造の歩留まり向上を図るには、「ｇ/枚」を小さくして、製造ロスを最小にすることが要求される。ここで、「ｇ/枚」とは、シリコンインゴットの重量を、シリコンインゴットから取得されるシリコンウェーハの枚数で割った値のことである。

「ｇ/枚」を小さくするには、カーフロス（切断代）を少なくすればよいことがわかっている。

図１（ａ）は、ワイヤ６によって、インゴット１がウェーハ１ａに切断される様子を概念的に示している。ワイヤ６と切断面との間にスラリ中の砥粒３１が介在されることにより切断されるため、カーフロス（切断代）は、ワイヤ６の線径に砥粒の粒径の２倍を足し合わせた長さとなる。また、図１（ｂ）に示すように、切断工程の後工程で、エッチング等の処理を施すための取代を確保する必要があることから、取代が大きくなるほど製造ロスが大きくなる。

また、切断して生成されるウェーハ１ａは、切断面が完全に平坦であることが理想的であり、平坦度（ＴＴＶ値）、面粗度（Ｒａ値）は、極力小さい値を示すことが望ましい。

ウェーハ１ａの切断面（ウェーハ１ａの表面）の平坦度（ＴＴＶ値）、面粗度（Ｒａ値）が大きな値を示すと、後工程のラッピング工程、エッチング工程、研磨工程等に時間と手間を要し、ウェーハの製造効率が損なわれる。

また、ウェーハ１ａの切断面には、図２に示すように、「うねり；waviness」と呼ばれる周期状の凹凸が発生することがある。

また、ウェーハ１ａの切断面は、図３に示すように、warp（ワープ）と呼ばれる反りが発生することがある。

「うねり」や、ワープが発生すると、後工程のラッピング工程、エッチング工程、研磨工程等に時間と手間を要し、ウェーハの製造効率が損なわれる。

また、シリコンインゴットから取得された個々のウェーハ１ａ間で、ワープの方向、厚みがばらつくことがあり、これらバラツキが発生すると、後工程のラッピング工程、エッチング工程、研磨工程等に時間と手間を要し、ウェーハの製造効率が損なわれる。

図１からわかるように、砥粒３１の粒径を小さくし、ワイヤ６の線径を小さく
するほど、製造ロスが小さくなり、「ｇ/枚」を小さくでき、歩留まりを向上させることができる。また、砥粒３１の粒度が小さくなるほど、切断されたウェーハ１ａの表面に与えるダメージが小さくでき、ダメージ層を除去するために行われる後工程における取代を小さくすることができ、製造ロスの減少に寄与する。

以上のように、切断工程では、線径が小さいワイヤ６を使用し、粒径の小さい砥粒３１を使用することが、製造ロスを小さくし、歩留まりを向上させることができるということがわかっている。

このため、従来よりカーフロスの低減を目的として、砥粒３１の細粒化、ワイヤ６の細線化が行われてきた。

しかしながら、砥粒３１の粒径を小さくし、砥粒３１の番手を上げるほど、ワイヤ６と切断面との間で砥粒３１が目詰まりしやすく、切れ味が悪くなり、切断速度が低下するとともに、ウェーハ１ａの切断面の品質が劣化するというのが従来の技術常識であった。

すなわち、砥粒３１の番手として、従来、ＪＩＳで＃６００〜＃１５００相当のものが使用されていたが、これ以上の番手の砥粒３１を使用すると、うねりが大きくなったり、面粗度（Ｒａ値）が大きな値を示すなどの品質上の問題が予測されるということが従来の技術常識であった。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、砥粒を、現状の粒径のものよりも更に微細化することにより、カーフロスの低減と、取代の低減を図り、ウェーハの取得率を向上させて、製造効率を向上させるとともに、ウェーハの品質を維持できるようにすることを解決課題とするものである。

第１発明は、
半導体インゴットの切断部位に砥粒を含むスラリを供給するとともに、ローラに巻かれて走行するワイヤに引張荷重を加えつつ、ワイヤに対して半導体インゴットを押し当てる方向に所定の切断速度で相対移動させて、半導体インゴットを切断するようにした半導体インゴットの切断方法において、
２０００番以下と３０００番以上を除いた範囲の番手の砥粒を用いて半導体インゴットを切断するに際して、
ワイヤに半導体が押し当てられたときの強制力を上げるために、切断中央速度を、４１５μｍ/ｍｉｎ以上の切断速度に設定して、半導体インゴットを切断する半導体インゴットの切断方法であることを特徴とする。

第２発明は、第１発明において、
ワイヤの線径が０．１４ｍｍ以下で０．１２ｍｍを超えた値のときには、引張荷重が２．３ｋｇ/ｆ以下で２．１ｋｇ/ｆを超えた値に設定され、
ワイヤの線径が０．１２ｍｍ以下の値のときには、引張荷重が２．１ｋｇ/ｆ以下に設定されることを特徴とする。

第３発明は、第１発明において、
切断しようとする半導体インゴットは、ローラの長手方向に沿って、２本以上一列に配置されていることを特徴とする。

すなわち、本発明者は、砥粒３１の番手を、２０００番以下と３０００番以上を除いた範囲に上げて細粒化を図ると、砥粒３１の切断能力が従来の技術常識に反して向上するものの、それによって、他の条件が従来条件と同じままでは、撓み量が小さくなり、ワープに関する品質の劣化が見られるという知見を得た。そして、そのワイヤの撓み量の低下は、ワイヤ６の強制力が弱くなっていることが原因であると考え、そのワイヤ６の強制力を上げるために、切断中央速度を上昇させれば、ワープに関する品質が向上すると考えた。

図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、切断中央速度を４１５μｍ/ｍｉｎ以上に設定すれば、ワープの大きさの平均値ＡＶＥ、ワープの大きさのバラツキσが基準レベル以下になり、ウェーハ表面の品質基準レベル以下に到達することが確認された。

また、２本貼りの場合には特に高い品質改善効果がみられた。

よって本発明によれば、砥粒を細粒化することでカーフロスの低減と、取代の低減を図ることができ、ウェーハの取得率が向上し、ウェーハの製造効率が向上する。加えて、ワープに関する品質が向上するためウェーハの品質を維持することができる。

以下、図面を参照して本発明に係る半導体インゴットの切断方法の実施の形態について説明する。なお、本実施形態では、直径２００ｍｍのシリコンウェーハ１ａを製造する場合を想定している。しかし、本実施形態は、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ等、任意の直径のウェーハを製造する場合にも同様に適用することができる。

図４は、実施例のワイヤソー装置の構成を斜視図にて示している。また、図５は、ワイヤ６によってシリコンインゴット１が切断される様子を示す図で、シリコンインゴット１を切断面方向からみた図である。

これら図に示すように、加工用ローラ７、８、９の長手軸方向がシリコンインゴット１の長手軸方向に一致するように、ローラ７、８、９が所定距離離間されて配置されている。加工用ローラ７、８は図中の上側に配置され、加工用ローラ９は図中の下側に配置される。各ローラ７、８、９には、ワイヤ６が巻かれている。ワイヤ６は、送り側リール１０によって、ローラ７、８、９に送られ、図示しない巻き取り側リールによって、巻き取られる。送り側リール１０はリール駆動用モータ１１によって駆動される。

各ローラ７、８、９にはローラの長手方向に沿って一定のピッチでワイヤ６が巻かれている。このローラピッチ間距離は、ウェーハ１ａの厚さに応じた長さに設定されている（図１（ｂ））。

また、張力調整機構により、ローラ７、８、９間のワイヤ６には、一定の張力、つまり一定の引張荷重（テンション；ｋｇ/ｆ）が付与される。すなわち、送り側リール１０とローラ７、８、９との間には、張力調整用のガイドローラ１２が設けられており、この張力調整用ガイドローラ１２にワイヤ６が巻かれている。張力調整用ガイドローラ１２の位置は、調整自在となっており、張力調整用ガイドローラ１２の位置を調整することにより、ワイヤ６の引張荷重が調整される。たとえば、ワイヤ６の実際の引張荷重が、センサによって検出され、このセンサの検出結果をフィードバック量として、所望の一定の引張荷重が得られるように、張力調整用ガイドローラ１２の位置が調整される。

各加工用ローラ７、８、９のいずれかのローラには、ローラ駆動用モータ１３の回転軸が連結されている。ローラ駆動用モータ１３が回転駆動することにより、たとえば７の加工用ローラが回転駆動し、これに伴い他のローラ８、９が従動回転し、ワイヤ６が走行する。

図５の図中で、ローラ７、８、９が左方向に回転することによって、ワイヤ６は左回りに走行する。ワイヤ６が一方向（左方向）に走行するに応じて、巻き取り側リールでワイヤ６が巻き取られていく。ワイヤ６が所定量、所定の一定速度で左方向に送られると、走行速度が低下されて一旦停止し、ローラ駆動用モータ１３は逆方向（右方向）に回転駆動される。巻き取り側リールが送り側リールとして機能して、ワイヤ６が逆方向（右方向）に走行される。ワイヤ６の走行速度が上昇して一定速度に達すると、左方向の走行時と同様にワイヤ６が所定量、所定の一定の速度を維持して走行される。以下同様のサイクルが繰り返し行われる。このようなワイヤ６の往復走行を１サイクルとして、シリコンインゴット１が切断される。１分間（６０ｓ）当たりのワイヤ６の往復回数を、ワイヤサイクル数という。ワイヤサイクル数は、たとえば１（回/ｍｉｎ）である。また、ワイヤ６の速度が低下してから、一旦停止を経て、逆方向に走行して、所定の一定速度に到達するまでの時間を、ワイヤ可変速度という。ワイヤ可変速度は、たとえば３〜６ｓである。また、ワイヤ６が走行する速度の平均値は、ワイヤ平均線速度と呼ばれ、たとえば５００〜６５０（ｍ/ｍｉｎ）である。

以上のようにワイヤ６は往復走行しながらシリコンインゴット１を切断する。ワイヤ６の往復走行してシリコンインゴット１を切断する時間の増加に伴いワイヤ６は摩耗することから、送り側リール１０は、所定の新線供給量（ｍ/ｍｉｎ）で、新しいワイヤ６を繰り出す。送り側リール１０から供給された新しいワイヤ６は、巻き取り側リールによって巻き取られる。

インゴット１は、黒鉛からなるワークプレート２に接着されている。ワークプレート２は、セットプレート３に接着されている。インゴット１をワークプレート２に接着し、ワークプレート２をセットプレート３に接着するに際して、インゴット１の切断方向が結晶面に一致するようにインゴット１の姿勢が調整される。すなわち、インゴット１の結晶方位がワイヤ６による切断方向と垂直になるようにインゴット１の中心軸の方向が調整される。セットプレート３は昇降ベース４に取り付けられている。昇降ベース４は、図示しない昇降用モータによって図５の図中の上下方向に昇降する。

加工用ローラ７、８の上方には、スラリ供給用パイプ１４が配置されている。スラリ供給用パイプ１４には、供給口１４ａが開口しており、供給口１４ａからは、砥粒３１を含むスラリ３０が吐出される。スラリ供給用パイプ１４は、移動機構によってインゴット１の切断部位近傍に接近自在となっている。

ここでスラリ３０は、たとえば、鉱物系オイル（ＰＳ−ＬＷ−５０）で、スラリ比重が１．４８〜１．５４（ｇ/ｃｃ）で、スラリ粘度が１６０〜２６０（ｃｐ、２５゜Ｃ、２０ｒｐｍ）のものが使用される。砥粒３１の粒径については後述する。

ワイヤ６とインゴット１との切断部位に供給されたスラリ３０は、スラリタンク１５に回収される。スラリタンク１５に回収されたスラリ３０は、ポンプによって吸い込まれ、ポンプから吐出されて再度スラリ供給用パイプ１４に供給される。なお、スラリ３０は、インゴット１を切断する際に発生する熱を吸収して温度が上昇するため、回収されたスラリ３０は、熱交換機によって一定温度まで冷却された上で、スラリ供給用パイプ１４に供給される。

つぎに、上述した構成のワイヤソー装置で行われる切断作業について説明する。

上記昇降用モータが駆動制御され、昇降ベース４が下降し、インゴット１が一対の加工用ローラ７、８間のワイヤ６に押し当てられる。また、ローラ駆動用モータ１３が駆動制御されてワイヤ６が走行する。これによりインゴット１の切断加工が行われる。このときスラリ供給用パイプ１４は、インゴット１の切断部位近傍に接近されている。ワイヤ６が押し当てられているインゴット１の切断部位には、供給口１４ａからスラリ３０が供給される。このためラッピング作用によりインゴット１が徐々に切断される。加工用ローラ７、８の長手軸方向には、所定のピッチでワイヤ６が巻かれていることから、このピッチ長さに応じた厚さであって、インゴット１が押し当てられた部分のローラ７、８の巻き数に応じた枚数のシリコンウェーハ１ａが１つのインゴット１から生成される。

昇降用モータは、インゴット１の切断加工の進行に応じて、切断速度（μｍ/ｍｉｎ）が変化するように駆動制御される。切断開始時にインゴット１の外周部を切断しているときの切断開始速度、インゴット１の中央部を切断しているときの切断中央速度、インゴット１の中央部を切断し終わりインゴット１の外周部を切断しているときの切断終了速度といった各ステージで、異なる速度が設定される。たとえば切断開始速度は、７００〜８３０μｍ/ｍｉｎであり、切断中央速度は、４００〜４５０μｍ/ｍｉｎであり、切断終了速度は、４００〜６２０μｍ/ｍｉｎに設定される。

インゴット１の切断加工が終了すると、昇降ベース４が上昇し、スライスされたインゴット１が元の退避位置に移動される。切断温度は、たとえば２５゜Ｃ以下の一定値に調整され、たとえば６．５（Ｈ/回）の切断時間で、１つのインゴット１の切断加工が行われる。

つぎに、上記ワイヤソー装置に使用されるスラリ３０に含まれる砥粒３１の番手（平均粒径）の決定方法について説明する。

まず、各種ＪＩＳ番手の砥粒３１、例えば＃１０００、＃１５００、＃２０００、＃２５００、＃３０００といった各大きさの粒径の砥粒３１が用意される。

＃２０００、＃２５００、＃３０００といった各番手別の体積粒度分布を図６に示す。図６の横軸は粒径（μｍ）であり、縦軸は、砥粒３１の粒径が全体積に占める体積割合（頻度）（％）を示している。図６（ａ）は、折れ線グラフで分布を示し、図６（ｂ）は棒グラフで分布を示している。

図１２（ａ）は、図６に示す粒径分布を表にて示している。

図１２（ｂ）は、＃２０００、＃２５００、＃３０００といった各番手毎に、Ｄ３％、Ｄ５０％、Ｄ９４％を測定した結果を示す。

さらに図１２（ｃ）は、＃２０００、＃２５００、＃３０００といった各番手毎に、粒径の最大値、平均値、最小値を測定した結果を示す。

これらより、＃２０００（２０００番）とは、粒径の平均値が、４±０．５（μｍ）で、最大値が１３（μｍ）、最小値が２（μｍ）の範囲に収まる粒径分布のことであり、＃２５００（２５００番）とは、粒径の平均値が、５．６±０．５（μｍ）で、最大値が１６（μｍ）、最小値が３（μｍ）の範囲に収まる粒径分布のことであり、＃３０００（３０００番）とは、粒径の平均値が、６．９±０．５（μｍ）で、最大値が１９（μｍ）、最小値が４（μｍ）の範囲に収まる粒径分布のことであると定義される。

つぎに、各番手の砥粒３１が含まれるスラリ３０を用いて、シリコンインゴット１をワイヤソー装置で切断加工し、切断後のウェーハ１ａの表面の面粗さ（Ｒａ値）を測定する。

図７は、シリコンウェーハ１ａの表面各部の測定箇所（１）〜（９）を示している。図中左側は、新しいワイヤ６が供給される側（新線側）であり、図中右側が新線が巻き取られる側である。図中上側は、ウェーハ１ａの切断終了側であり、図中下側は、ウェーハ１ａの切断開始側である。

（１）、（２）、（３）、（８）、（９）は、ウェーハ直径方向の各測定箇所であり、新線側から巻き取り側へかけての各測定箇所を示す。（４）、（５）、（３）、（６）、（７）は、ウェーハ直径方向の各測定箇所であり、上側（切断終了側）から下側（切断開始側）へかけての各測定箇所を示す。ウェーハ１ａの中心部は、測定箇所（３）に相当する。

測定条件は以下の通りである。

測定装置 サーフコーダ：ＳＥ−３０Ｈ（小坂研究所製）
条件 縦倍率 ５０００
横倍率 ２０
測定長さ ２．５ｍｍ
カットオフ値 λc＝０．２５ｍｍ
測定速度 ０．１ｍｍ/ｓ

図８、図９は測定結果を示している。

図８（ａ）、（ｂ）は、ウェーハ１ａの表面の各測定箇所毎に面粗さの最大値Ｒmaxを示している。図８（ａ）は、新線側から巻き取り側へかけての各測定箇所（１）、（２）、（３）、（８）、（９）と面粗さ最大値Ｒmaxとの関係を、砥粒３１の番手毎に示している。図８（ｂ）は、上側（切断終了側）から下側（切断開始側）へかけての各測定箇所（４）、（５）、（３）、（６）、（７）と面粗さ最大値Ｒmaxとの関係を、砥粒３１の番手毎に示している。

図９（ａ）、（ｂ）は、ウェーハ１ａの表面の各測定箇所毎に面粗さの平均値Ｒａを示している。図９（ａ）は、新線側から巻き取り側へかけての各測定箇所（１）、（２）、（３）、（８）、（９）と面粗さ平均値Ｒａとの関係を、砥粒３１の番手毎に示している。図９（ｂ）は、上側（切断終了側）から下側（切断開始側）へかけての各測定箇所（４）、（５）、（３）、（６）、（７）と面粗さ平均値Ｒａとの関係を、砥粒３１の番手毎に示している。

ここで、ウェーハ１ａの中心部、つまり測定箇所（３）に着目すると、砥粒３１の番手が＃１０００から＃２５００までは、砥粒３１の番手の増加に応じて、つまり砥粒３１の粒径が小さくなるほど、面粗さは低くなる傾向を示している。しかし、砥粒３１の番手が＃３０００（以上）になると、逆に面粗さは、大きくなり悪化する。そして、このような図８、図９に示す傾向は、ワイヤ６の線径の大きさ如何にかかわらず普遍的な傾向であることが確認された。

このように予め砥粒３１の番手と、切断されたシリコンウェーハ１ａのウェーハ中心部の面粗さとの関係を求め、ウェーハ中心部の面粗さを、砥粒３１の番手毎に比較することにより、適正な砥粒３１の番手の範囲、つまりウェーハ中心部の面粗さの値を所定のしきい値以下にする番手の砥粒３１を選択することができる。具体的には、カーフロスが小さくなり、かつウェーハ中心部の面粗さが小さくなる砥粒３１の番手として、＃２０００以下と＃３０００以上を除いた範囲の番手の砥粒３１が選択される。

この選択された範囲＃２０００〜＃３０００内の番手の砥粒、たとえば＃２５００の砥粒３１を含むスラリ３０を用いて、実施形態のワイヤソー装置を下記の条件で切断したところ、上述した面粗さのみならず、うねり、ワープ、平坦度等において、＃１０００の砥粒３１を使用した場合よりも改善がみられた。

（本実施例１）
砥粒３１の番手 ＃２５００
ワイヤ６の線径 ０．１４ｍｍ
ワイヤ６の引張荷重 ２．３ｋｇ /ｆ

（本実施例２）
砥粒３１の番手 ＃２５００
ワイヤ６の線径 ０．１２ｍｍ
ワイヤ６の引張荷重 ２．１ｋｇ /ｆ

以下、上記実施例１、２の比較例として＃１０００の砥粒３１を使用した場合の条件を掲げる。

（比較例１）
砥粒３１の番手 ＃１０００
ワイヤ６の線径 ０．１４ｍｍ
ワイヤ６の引張荷重 ２．５ｋｇ /ｆ

（比較例２）
砥粒３１の番手 ＃１０００
ワイヤ６の線径 ０．１２ｍｍ
ワイヤ６の引張荷重 ２．３ｋｇ /ｆ

図１０（ａ）、（ｂ）は、切断後のウェーハ１ａの表面を撮影した写真を示す。図１０（ａ）は＃２５００の砥粒３１を用いて切断されたウェーハ１ａの表面であり、ワイヤ６によって切断される方向を矢印で示している。図１０（ｂ）は＃１０００の砥粒３１を用いて切断されたウェーハ１ａの表面である。

図１０（ａ）と図１０（ｂ）を対比すると、＃１０００の砥粒３１を使用した場合には、うねりが明確に発生していることが写真から読みとれるが、＃２５００の砥粒３１を使用した場合には、うねりは殆どみられない。

図１１は更に、ナノトポグラフィーによる測定結果を示している。図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、０．５ｍｍ角、２．０ｍｍ角、１０ｍｍ角におけるうねりの大きさの分布を示しており、横軸は、０．５ｍｍ角、２．０ｍｍ角、１０ｍｍ角におけるうねりの大きさであり、縦軸は、割合（パーセント）である。図１１（ａ）は、０．５ｍｍ角におけるうねりの大きさの分布を、＃２５００と＃１０００とで対比して示している。図１１（ｂ）は、２．０ｍｍ角におけるうねりの大きさの分布を、＃２５００と＃１０００とで対比して示している。図１１（ｃ）は、１０ｍｍ角におけるうねりの大きさの分布を、＃２５００と＃１０００とで対比して示している。

これら図１１から、＃１０００の砥粒３１を使用した場合よりも＃２５００の砥粒３１を使用した場合の方が、明らかに、ウェーハ１ａの表面においてうねりの大きさのバラツキが小さいことがわかる。

以上のように、従来、ＪＩＳで＃６００〜＃１５００相当のものが使用されており、これ以上の番手の砥粒３１を使用すると、うねりが大きくなったり、面粗度（Ｒａ値）が大きな値を示すなどの問題が予測されるということが従来の技術常識であったが、本実施例による方法を適用すると、それ以上の番手の砥粒であっても、確実に面粗さ等の品質を向上させることができる。

つぎに、砥粒３１の番手と切断速度との関係について、本発明者が知見したところについて説明する。

前述したように、従来の技術常識では、砥粒３１の番手を上げて細粒化すると、目詰まりによって切れ味が悪くなり、切断能力（切削力）が低下するとみられていた。

しかし、本発明者らによって実験を行ったところ、＃２０００〜＃３０００といった細かく径の小さい砥粒３１を使用すると、ワイヤ６へ砥粒３１が付着し易く、付着個数、付着密度が増大しており、それによって切断能力がむしろ向上しているという結果を得た。

しかし、このような砥粒の細粒化（＃２０００〜＃３０００）による切断能力向上は、ワイヤ６の撓み量の減少とそれによるワープに関する品質劣化を結果を招くこととなった。

図１３は、撓み量を説明する図である。

すなわち、図１３（ａ）に示すように、線径Ｄ（ｍｍ）のワイヤ６に引張荷重Ｔ（ｋｇ/ｆ）を加えると、ワイヤ６は、実線の状態から破線の状態へと変形し、ワイヤ６の長さ方向に、伸び率ε（％）をもって伸張する。

図１３（ｂ）も示すように、ローラ７、８間のワイヤ６にインゴット１が押し当てられて切断されると、ワイヤ６は、各ローラ７、８間の距離Ｌ（ｍｍ）と伸び率εに応じた撓み量（伸び長さ）δをもって、押し当て方向に撓む。

＃２０００〜＃３０００の砥粒３１を使用し、従来の番手（＃６００〜＃１５００）の砥粒使用時と同じ切断速度の条件で切断したところ、上述したように砥粒３１の切断能力が従来よりも向上しているため、撓み量が従来に比べて小さくなっているという実験結果を得た。そして、この撓み量の減少に起因して、従来よりもワープの値（平均値）、ワープの大きさのバラツキ、、ワープの方向（反りの方向）のバラツキが大きくなっているという実験結果を得た。

特に、ワークプレート２に１本のインゴット１が接着される１本貼りの場合に比べて、２本のインゴット１、１が、ローラ７、８、９の長手方向に沿って一列に並べられ、ワークプレート２に接着される２本貼りの場合の方が、上述したワープに関する品質の劣化が顕著であるという結果を得た。

図１４（ａ）は、２本貼りを説明する図である。

同図１４（ａ）に示すように、２本貼りでは、ローラ７、８、９の長手方向に沿って、２本のインゴット１、１が一列に配置される。１本貼りでは、同図１４（ａ）における２本のインゴット１、１の代わりに同姿勢で１本のインゴット１が配置される。

図１４（ｂ）は、ローラ７、８、９にワイヤ６が巻かれる方向とインゴット１との関係を示している。同図１４（ｂ）に示すように、ローラ７、８、９の両端のうち、新しいワイヤ６が供給される側の端部を新線側といい（図７参照）、切断に使用されたワイヤ６が巻き取られる側の端部を巻き取り側というものとする。これに対応させて、ローラ７、８、９の新線側に対応するインゴット１の端部を新線側といい、ローラ７、８、９の巻き取り側に対応するインゴット１の端部を巻き取り側という。そして、新線側から巻き取り側に向かう方向（ワイヤ６が巻かれる方向）を、ワイヤ送り方向というものとする。２本貼りのインゴット１、１の場合には、ローラ７、８、９の新線側に配置されるインゴット１のことを、「１本目」といい（図１４（ａ））、ローラ７、８、９の巻き取り側に配置されるインゴット１のことを、「２本目」という（図１４（ｂ））ものとする。

図１４（ｃ）は、＃２０００〜＃３０００の砥粒３１を使用し、従来の番手（＃６００〜＃１５００）の砥粒使用時と同じ切断速度の条件（以下従来条件）でインゴット１を切断したときに、インゴット１から取得される各ウェーハ１ａのワープの状態を模式的に示している。

同図１４（ｃ）に示すように、１本のインゴット１から取得される各ウェーハ１ａのワープの方向は揃っておらず、ワープの方向のバラツキは、大きいことがわかる。これは２本貼りのインゴット１、１の場合についても同様であった。

図１５（ａ）は、従来条件で１本貼りのインゴット１を切断したときに取得される各ウェーハ１ａのワープの大きさを、ワイヤ送り方向を横軸として示している。同図１５（ａ）に示すように、ウェーハ１ａのワープの大きさは、新線側から巻き取り側に向かうにつれて減少しており、ワープの大きさがばらついてることがわかる。また、ワープの大きさの平均値でみても、ウェーハの基準の品質を満足できるレベルに達していない。

図１５（ｂ）は、従来条件で２本貼りのインゴット１、１を切断したときに取得される各ウェーハ１ａのワープの大きさを、ワイヤ送り方向を横軸として示している。同図１５（ｂ）に示すように、ワープの大きさは、新線側の１本目のインゴット１から取得されるウェーハ１ａと巻き取り側の２本目のインゴット１から取得されるウェーハ１ａとでは、大きさが大きく異なり、インゴット毎にワープの大きさがばらついていることがわかる。また、ワープの大きさの平均値でみても、ウェーハの基準の品質を満足できるレベルに達していない。

以上のように、本発明者は、砥粒３１の番手を、２０００番以下と３０００番以上を除いた範囲に上げて細粒化を図ると、砥粒３１の切断能力が従来の技術常識に反して向上するものの、それによって、他の条件が従来条件と同じままでは、撓み量が小さくなり、ワープに関する品質の劣化が見られるという知見を得た。

そして、そのワイヤの撓み量の低下は、ワイヤ６の強制力が弱くなっていることが原因であると考え、そのワイヤ６の強制力を上げるために、切断中央速度を上昇させれば、ワープに関する品質が向上すると考えた。

本実施例３と、この本実施例３に対する比較例３の各条件を下記に掲げる。

（実施例３）
砥粒の番手 ＃２５００
切断中央速度 ４１５μｍ/ｍｉｎ以上
ワイヤの線径 φ０．１２ｍｍ〜φ０．１４ｍｍ
引張荷重 ２．１ｋｇ/ｆ〜２．３ｋｇ/ｆ

（比較例３）
砥粒の番手 ＃２５００
切断中央速度 ４００μｍ/ｍｉｎ
ワイヤの線径 φ０．１２ｍｍ〜φ０．１４ｍｍ
引張荷重 ２．１ｋｇ/ｆ〜２．３ｋｇ/ｆ

なお、切断開始速度は、８００〜８１０μｍ/ｍｉｎ程度に設定し、切断終了速度は、６００〜６１０μｍ/ｍｉｎ程度に設定した。

比較例３の切断中央速度４００μｍ/ｍｉｎは、従来の番手（＃６００〜＃１５００）の砥粒使用時に設定されていた切断速度である（従来条件）。

比較例３の場合には、前述した図１４（ｃ）、図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示す結果が得られ、ワープの平均値、ワープの方向のバラツキ、ワープの大きさのバラツキが大きく、品質の基準レベルを満足できるものではなかった。

これに対して、本実施例３の条件で試験を行ったところ、比較例３の図１４（ｃ）、図１５（ａ）、図１５（ｂ）それぞれに対応して、図１４（ｄ）、図１５（ｃ）、１５（ｄ）に示される結果が得られた。

比較例３の結果を示す図１４（ｃ）と、本実施例３の結果を示す図１４（ｄ）とを対比すると、本実施例３の場合には、１本のインゴット１から取得される各ウェーハ１ａのワープの方向はほぼ揃い小さくなっており、ワープの方向のバラツキは、比較例３に比して大きく改善されたことがわかる。これは２本貼りのインゴット１、１の場合についても同様であった。

比較例３の結果を示す図１５（ａ）と本実施例３の結果を示す図１５（ｃ）とを対比すると、本実施例３の場合には、ワープの大きさは、ワイヤ送り方向の各部でほぼ均一に揃っており、ワープの大きさのバラツキは、比較例３に比して大きく改善されたことがわかる。また、ワープの平均値についても比較例３に比して小さくなっており、品質の基準レベル以下となった。

比較例３の結果を示す図１５（ｂ）と、本実施例３の結果を示す図１５（ｄ）とを対比すると、本実施例３の場合には、巻き取り側の２本目のインゴット１から取得される各ウェーハ１ａのワープの大きさと、新線側の１本目のインゴット１から取得される各ウェーハ１ａのワープの大きさは、ほぼ同じ大きさとなり、均一に揃っており、インゴット毎のワープの大きさのバラツキは比較例３に比して大きく改善されたことがわかる。また、ワープの平均値についても比較例３にして小さくなっており、品質の基準レベル以下となった。

本実施例３では、＃２５００の番手の砥粒３１を使用しているが、＃２０００以下を除き、＃３０００以上を除いた番手の砥粒３１についても、切断中央速度を従来条件よりも上昇させて少なくとも４１５μｍ/ｍｉｎ以上にすれば、比較例３に比して、ワープに関する品質が向上するという結果を得た。

また、本実施例３では、線径φ０．１２ｍｍ〜φ０．１４ｍｍのワイヤ６を使用し、引張荷重を２．１ｋｇ/ｆ〜２．３ｋｇ/ｆに設定しているが、これ以外の線径のワイヤ６、これ以外の引張荷重に設定した場合についても、切断中央速度を従来条件よりも上昇させて少なくとも４１５μｍ/ｍｉｎ以上にすれば、比較例３に比して、ワープに関する品質が向上するという結果を得た。

つぎに、切断速度の大きさを変化させて、ワープに関する品質の改善効果について検討した。

実験では、切断中央速度を、４００〜４５０μｍ/ｍｉｎの範囲で変化させて、各ウェーハ１ａのワープの大きさの平均値ＡＶＥ、ワープの大きさのバラツキσを求めた。

実験結果を図１６に示す。

図１６（ａ）、（ｂ）は、横軸を、切断中央速度（４００〜４５０μｍ/ｍｉｎ）とし、縦軸を、ワープの大きさ（μｍ）として、切断中央速度とワープの大きさとの関係を示したグラフである。

図１６（ａ）は、線径φ０．１２ｍｍのワイヤ６を使用し、引張荷重を２．１ｋｇ/ｆに設定した条件における切断中央速度とワープの大きさとの関係を示す。

図１６（ｂ）は、線径φ０．１４ｍｍのワイヤ６を使用し、引張荷重を２．３ｋｇ/ｆに設定した条件における切断中央速度とワープの大きさとの関係を示す。

砥粒３１は、＃２５００のものを使用した。なお、＃２０００以下を除き、＃３０００以上を除いた範囲で番手を変化させたが、図１６（ａ）、（ｂ）に示す傾向は同じであった。

図１６（ａ）、（ｂ）からわかるように、切断中央速度を４１５μｍ/ｍｉｎ以上に設定すれば、ワープの大きさの平均値ＡＶＥ、ワープの大きさのバラツキσが基準レベル以下になり、ウェーハ表面の品質基準レベル以下に到達することが確認された。

つぎに、砥粒３１の番手と引張荷重との関係について、本発明者が知見したところについて説明する。

前述したように、本発明者は、砥粒の細粒化（＃２０００〜＃３０００）による切断能力向上は、ワイヤ６の撓み量の減少とそれによるワープに関する品質の劣化という結果を招いているという知見を得た。切断中央速度のみならず引張荷重という条件も同様であり、従来条件のままで切断を行うと、撓み量が減少し、ワープに関する品質の劣化が確認された。

すなわち、＃２０００〜＃３０００の砥粒３１を使用し、従来の番手（＃６００〜＃１５００）の砥粒使用時と同じ引張荷重の条件（以下従来条件）でインゴット１を切断し、インゴット１から取得される各ウェーハ１ａのワープを測定したところ、前述した図１４（ｃ）、図１５（ａ）、図１５（ｂ）と同様な結果が得られ、ワープに関する品質が従来番手の砥粒使用時よりも劣化しているという結果を得た。

以上のように、本発明者は、砥粒３１の番手を、２０００番以下と３０００番以上を除いた範囲に上げて細粒化を図ると、砥粒３１の切断能力が従来の技術常識に反して向上するものの、それによって、他の条件が従来条件と同じままでは、撓み量が小さくなり、ワープに関する品質の劣化が見られるという知見を得た。

そして、そのワイヤの撓み量の低下は、ワイヤ６の反発力が強くなっていることが原因であると考え、そのワイヤ６の反発力を低減するために、ワイヤ６の線径が小さくなるに伴い引張荷重を低下させれば、ワープに関する品質が向上すると考えた。

本実施例４、５と、比較例４、５の各条件を下記に掲げる。なお、実施例４、比較例４は、線径φ０．１４ｍｍのワイヤ６を使用した場合であり、実施例５、比較例５は、線径φ０．１２ｍｍのワイヤ６を使用した場合である。

（実施例４）
砥粒の番手 ＃２５００
ワイヤの線径 φ０．１４ｍｍ
引張荷重 ２．３ｋｇ/ｆ以下
切断中央速度 ４１５μｍ/ｍｉｎ
（実施例５）
砥粒の番手 ＃２５００
ワイヤの線径 φ０．１２ｍｍ
引張荷重 ２．１ｋｇ/ｆ以下
切断中央速度 ４１５μｍ/ｍｉｎ
（比較例４）
砥粒の番手 ＃２５００
ワイヤの線径 φ０．１４ｍｍ
引張荷重 ２．５ｋｇ/ｆ以下
切断中央速度 ４１５μｍ/ｍｉｎ
（比較例５）
砥粒の番手 ＃２５００
ワイヤの線径 φ０．１２ｍｍ
引張荷重 ２．５ｋｇ/ｆ以下
切断中央速度 ４１５μｍ/ｍｉｎ
比較例４、５の引張荷重２．５ｋｇ/ｆは、従来の番手（＃６００〜＃１５００）の砥粒使用時に設定されていた切断速度である（従来条件）。

比較例４、５の場合には、図１４（ｃ）、図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示す結果が得られ、ワープの平均値、ワープの方向のバラツキ、ワープの大きさのバラツキが大きく、品質基準レベルを満足できるものではなかった。

これに対して、本実施例４、５の条件で試験を行ったところ、図１４（ｄ）、図１５（ｃ）、１５（ｄ）に示される結果が得られた。

本実施例４、５の結果を示す図１４（ｄ）、図１５（ｃ）、１５（ｄ）と比較例４、５の結果を示す図１４（ｃ）、図１５（ａ）、図１５（ｂ）とをそれぞれ対比してわかるように、前述したように、１本貼り、２本貼りいずれの場合も、ワープの方向のバラツキ、ワープの大きさのバラツキ、ワープの平均値が本実施例が比較例に比して向上しており、ワープに関する品質が基準レベル以下に到達しているということが確認された。

本実施例４、５では、＃２５００の番手の砥粒３１を使用しているが、＃２０００以下を除き、＃３０００以上を除いた番手の砥粒３１についても、引張荷重を従来条件よりも低下させれば、比較例４、５に比して、ワープに関する品質が向上するという結果を得た。

また、本実施例４、５では、切断中央速度を４１５μｍ/ｍｉｎに設定しているが、切断中央速度がこれを下回る値であっても従来条件（４００μｍ/ｍｉｎ）以上の切断速度であれば、比較例４、５に比して、ワープに関する品質が向上する。

つぎに、引張荷重の大きさを変化させて、ワープに関する品質の改善効果について検討した。

実験では、ワイヤ６の引張荷重を、ワイヤ６の線径がφ０．１２ｍｍの場合には．２．３〜１．８ｋｇ/ｆの範囲で変化させ、ワイヤ６の線径がφ０．１４ｍｍの場合には．２．５〜２．１ｋｇ/ｆの範囲で変化させて、各ウェーハ１ａのワープの大きさの平均値ＡＶＥ、ワープの大きさのバラツキσを求めた。

実験結果を図１７に示す。

図１７（ａ）、（ｂ）は、横軸を、ワイヤ６の引張荷重（図１７（ａ）は２．３〜１．８ｋｇ/ｆ、図１７（ｂ）は２．５〜２．１ｋｇ/ｆ）とし、縦軸を、ワープの大きさ（μｍ）として、ワイヤ６の引張荷重とワープの大きさとの関係を示したグラフである。

図１７（ａ）は、線径φ０．１２ｍｍのワイヤ６を使用した場合の引張荷重とワープの大きさとの関係を示す。

図１７（ｂ）は、線径φ０．１４ｍｍのワイヤ６を使用した場合の引張荷重とワープの大きさとの関係を示す。

砥粒３１は、＃２５００のものを使用した。なお、＃２０００以下を除き、＃３０００以上を除いた範囲で番手を変化させたが、図１７（ａ）、（ｂ）に示す傾向は同じであった。

図１７（ａ）、（ｂ）からわかるように、ワイヤ６の線径がφ０．１２ｍｍであれば、引張荷重を２．１ｋｇ/ｆ以下に設定し、ワイヤ６の線径がφ０．１４ｍｍであれば、引張荷重を２．３ｋｇ/ｆ以下に設定すれば、ワープの大きさの平均値ＡＶＥ、ワープの大きさのバラツキσともにワープに関する品質基準レベル以下になることが確認された。さらにワイヤ６の線径を、変化させて実験を行ったところ、ワイヤ６の線径がφ０．１４ｍｍ以下でφ０．１２ｍｍを超える場合については、引張荷重を２．３ｋｇ/ｆ以下に設定し、ワイヤ６の線径がφ０．１２ｍｍ以下の場合については、引張荷重を２．１ｋｇ/ｆ以下に設定すれば、ワープの大きさの平均値ＡＶＥ、ワープの大きさのバラツキσが基準レベル以下になることが確認された。

さらに図１８（ａ）、（ｂ）は、砥粒３１の番手を＃２５００とし、ワイヤ６の線径をφ０．１２ｍｍとしたときの実験結果であり、図１８（ａ）は引張荷重を２．３ｋｇ/fにしたときのワープの大きさの平均値ＡＶＥ、ワープの大きさのバラツキσを、各切断回数毎に計測した結果であり、図１８（ｂ）は引張荷重を２．１ｋｇ/fにしたときのワープの大きさの平均値ＡＶＥ、ワープの大きさのバラツキσを、各切断回数毎に計測した結果である。

図１８（ａ）、（ｂ）の横軸は、切断回数を示し、縦軸は、ワープの大きさであり、１回の切断で取得される各ウェーハ１ａのワープの大きさの範囲（最大値〜最小値）と、ワープの大きさの平均値（黒丸●で示す）を示している。

また、ワイヤ６の線径をφ０．１４と高くし、引張荷重を２．５ｋｇ/f（従来条件）と高くした場合についても同様に実験を行った。図１８（ｃ）は、砥粒３１の番手を＃２５００とし、ワイヤ６の線径をφ０．１４ｍｍとし、引張荷重を２．５ｋｇ/f（従来条件）にしたときの計測結果である。

これら図１８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を対比してわかるように、上述した本実施例５の条件（ワイヤ６の線径φ０．１２ｍｍ、引張荷重２．１ｋｇ/ｆ以下）に適合した図１８（ｂ）の場合には、そうでない場合（図１８（ａ）、（ｃ））よりも、ワープの大きさの平均値ＡＶＥ、ワープの大きさのバラツキσともに、大きく改善されているのがわかる。実験では、１本貼り、２本貼りを混在させて複数回切断を行ったが、２本貼りの場合には特に効果が顕著であるという結果が得られた。

また、図１８（ａ）、（ｃ）は、実施例４、５の条件からは外れるものの、ワイヤ６の線径をφ０．１４ｍｍからφ０．１２ｍｍに低下させるにつれ（図１８（ｃ）→図１８（ａ））、引張荷重を２．５ｋｇ/ｆ（従来条件）から２．３ｋｇ/ｆに低下させることで（図１８（ｃ）→図１８（ａ））、ワープの大きさの平均値ＡＶＥ、ワープの大きさのバラツキσが小さくなり、品質が向上しているのがわかる。

以上のことから、線形φ０．１４ｍｍ以下のワイヤ６を使用し、＃２０００以下を除き＃３０００以上を除いた砥粒３１を使用してインゴット１の切断を行うに際しては、ワイヤ６にインゴット１が押し当てられたときの反発力を低減するために、２．５ｋｇ/ｆよりも低い引張荷重であって、線径が小さくなるに伴い（たとえばφ０．１４ｍｍ→φ０．１２ｍｍ）、より低くなる引張荷重（たとえば２．５ｋｇ/ｆ（従来条件）→２．３ｋｇ/ｆ；あるいは２．３ｋｇ/ｆ→２．１ｋｇ/ｆ）をワイヤ６に加えることが、ワープに関する品質を向上させる上で必要である、ということが結論づけられる。

また、上述した実施例４、５は、実施例３と組み合わせると、更にワープに関する品質改善の効果が高くなる。すなわち、切断中央速度を４１５μｍ/ｍｉｎ以上に設定し、さらに、ワイヤ６の線径がφ０．１４ｍｍ以下でφ０．１２ｍｍを超える場合については、引張荷重を２．３ｋｇ/ｆ以下で２．１ｋｇ/ｆを超える値に設定し、ワイヤ６の線径がφ０．１２ｍｍ以下の場合については、引張荷重を２．１ｋｇ/ｆ以下の値に設定する条件で切断を行えば、切断中央速度が従来条件（４００μｍ/ｍｉｎ）のままである場合（引張荷重は上記同条件）よりも、更にワープに関する品質が向上する。

以上のように本実施例によれば、砥粒３１を現状の粒径のものよりも更に微細化することにより、カーフロスの低減と、取代の低減を図ることができ、ウェーハの取得率が向上し、製造効率が向上する。加えて、上述したように、従来の技術常識に反して、ウェーハの品質についても、これを維持できるようになった。

本発明は、シリコンのみならずガリウム砒素等の他の半導体インゴットを切断する場合にも同様に適用することができる。

図１（ａ）、（ｂ）は、カーフロスを説明する図で、ワイヤによって、インゴットがウェーハに切断される様子を概念的に示す図である。 図２は、うねりを説明する図である。 図３は、ワープを説明する図である。 図４は、実施例のワイヤソー装置の構成を示す斜視図である。 図５は、ワイヤによってシリコンインゴットが切断される様子を示す図で、シリコンインゴットを切断面方向からみた図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、砥粒の番手別の体積粒度分布を示す図である。 図７は、シリコンウェーハの表面各部の測定箇所（１）〜（９）を示した図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、ウェーハの表面の各測定箇所毎に、面粗さ最大値を示したグラフである。 図９（ａ）、（ｂ）は、ウェーハの表面の各測定箇所毎に、面粗さ平均値を示したグラフである。 図１０（ａ）、（ｂ）は、切断後のウェーハの表面を撮影した写真である。 図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ナノトポグラフィーによる測定結果を示したグラフである。 図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図６（ａ）、（ｂ）に対応する表である。 図１３（ａ）、（ｂ）はワイヤに引張荷重を与えたときの変形の様子を示す図である。 図１４（ａ）、（ｂ）は、ワイヤが巻かれる方向と、ローラと、インゴットとの関係を説明する図であり、図１４（ｃ）、（ｄ）は、インゴットから取得あれる各ウェーハのワープの方向を模式的に示した図である。 図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はワイヤ送り方向とワープの大きさとの関係を示したグラフである。 図１６（ａ）、（ｂ）は切断中央速度とワープの大きさ（平均値）、ワープの大きさのバラツキとの関係を示すグラフである。 図１７（ａ）、（ｂ）は引張荷重とワープの大きさ（平均値）、ワープの大きさのバラツキとの関係を示すグラフである。 図１８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、切断回数とワープの平均値、バラツキとの関係を示したグラフである。

符号の説明

１ シリコンインゴット １ａ シリコンウェーハ ６ ワイヤ ３０ スラリ ３１ 砥粒

Claims (3)

1. 半導体インゴットの切断部位に砥粒を含むスラリを供給するとともに、ローラに巻かれて走行するワイヤに引張荷重を加えつつ、ワイヤに対して半導体インゴットを押し当てる方向に所定の切断速度で相対移動させて、半導体インゴットを切断するようにした半導体インゴットの切断方法において、
   ２０００番以下と３０００番以上を除いた範囲の番手の砥粒を用いて半導体インゴットを切断するに際して、
   ワイヤに半導体が押し当てられたときの強制力を上げるために、切断中央速度を、４１５μｍ/ｍｉｎ以上の切断速度に設定して、半導体インゴットを切断する半導体インゴットの切断方法。
2. ワイヤの線径が０．１４ｍｍ以下で０．１２ｍｍを超えた値のときには、引張荷重が２．３ｋｇ/ｆ以下で２．１ｋｇ/ｆを超えた値に設定され、
   ワイヤの線径が０．１２ｍｍ以下の値のときには、引張荷重が２．１ｋｇ/ｆ以下に設定される請求項１記載の半導体インゴットの切断方法。
3. 切断しようとする半導体インゴットは、ローラの長手方向に沿って、２本以上一列に配置されている請求項１記載の半導体インゴットの切断方法。

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