JPH02504012A - ウエーフアーに切断する装置とその使用法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ウェーファーに切断する装置とその使用法発明の分野 本発明は例えば石英、シリコン、及び砒化ガリウムのような結晶材の切断、特に 、そのような材料のインゴットを薄いウェーファーにスライスすることに関する 。

集−積回路の典型豹なものは、単結晶石英、シリコン、砒化ガリウム又はその他 の半導体材で成る基板上で製造される。基板の製造は製造上、独特の挑戦が要求 される。なぜなら、その材料は硬くてもろく、しかも非常にうすいウェーファー にスライスされなければならないからである。この困難な工程を遂行するために 、従来、多くの装置と方法が開発されてきた。

そのような方法の１つは、中心孔を有するうずくで円形の高強度鋼刃を使用し、 その中心孔の周囲はダイヤモンドダストのよう々耐摩耗性材で被覆されている。

半導体インゴットを刃の中心孔内に配置し、刃を回転させる。そこでインゴット は刃の回転切断面へ向って押しやられる。この方法によって刃に適切に引つばシ をかけることは大変むづかしく、刃は容認できないほどぐらつく。刃が振動する と、ウェー７７−の表面仕上げは次の磨き操作を必要とする程度のものになって しまう。

もうひとつの方法は一群の円形刃を使用し、その名刀の外周を耐摩耗材で被覆す る。それらの刃は回転し、それをこれもまた回転ブる半導体インゴットへ向って 接近させる。この方法では、ウェーファーの中心部に破面のきすを残す。このき すは次の研磨操作で除去しなければならない。

さらにもうひとつの方法は、耐摩耗性材で被覆した一群の高強度の典型的なもの では鋼製の平刃、又はワイヤを使用する。この方法を実施するウェーファー細断 機は「結晶材をスライスに細断する装置」と−う名称で、１９６６年９月１３日 付でＪ、Ｈ，マイヤー氏外に許された米国特許第３．２７２．１９５号に説明さ れている。そのような装置に使用するのに適した平刃組立体が、１９８６年２月 ２日付で、「ウェーファーに細断する機械」の名称でＲｏＷ、アンダーソン氏に 許された米国特許第３．１６８．０８７号と、１９６３年１月３０日付で［ウェ ーファーに細断する機械］の名称でＷ、Ｈ，アシュレイ氏に許された米国特許第 ３．２６３．６６９号とに示されている。

１９８０年２月１２日付で、「カンティング」の名称でシュミット氏に許された 米国特許第４．１８７．８２８号は、平らな鋼又はワイヤの刃を作９、先行切断 エツジにのみ、耐摩耗材を埋めこんで、切υ目の損を減少させるようにした方法 と示している。この同じ一般的方法を使って使用するのに適した耐摩耗性粒子を 加えた単繊条ポリマーで成る切断部材が１９７９年】Ｏ月３０日付でシュナイダ ー氏外に許された「切断用単繊条」の名称の米国特許第４．１７２．４４０号に 示されている。

前述の引用例の各々は、一群の刃又はワイヤがインゴットの中心軸に対して直交 する方向へ往復する時、半導体インゴットがしっかりと保持され、それが一群の 刃又はワイヤ内へ押しこまれるようにした方法に関する。この場合、個々の刃、 又はワイヤに適切な引つばシを保持することはむづかしい。さらに、それらの刃 やワイヤは耐摩耗材の埋めこみが不均等にな９易く、シかも早期に摩耗し易い。

同様の方法はまた、耐摩耗材で被覆していない一群の高強度の平らな銅Ｂを使用 している。この方法に使用する刃組立体は、１９７８年６月６日付でビスカウン ト氏に許された「スラリーソー等用の自己完備式マルチ刃組立体」の名称の米国 特許第４０９２．９７１号と、１９８３年６月１４日付でパスタニー氏に許され た「スラリーソーの刃ヘツド組立体」の名称の米国特許第４．３８７．６９８号 とに示されている。水や油中に懸濁した耐摩耗性粒子のスラリーは、半導体イン ゴットと刃との間に導入される。前述の方法の場合のように、一群の刃が、イン ゴットの中心軸に対して直交する方向へ往復する。この方法は切断作用が比較的 不均等であって、ウェーファーの表面仕上げがうまくいかな因。前述の方法で使 用される刃やワイヤの場合のように、刃に適切な引つばシをかけたシ、刃のスペ ースを適切にすることは大変むづかしい０ もつと最近開発された方法はレザービームを使って、しつかシと保持された半導 体インゴットを切断している。この方法は法外に投資額が高く、生産率が比較的 低い。さらに切断作用の熱が半導体ウェー７７−の結晶に損傷を与えることがあ る。

発明の要旨 本発明の主要目的は、従来の切断刃及びその切断法より、切シ目も小さく、表面 仕上げもよシ高級で１回の切断当シの費用も安価であるような、切断刃及び切断 法を提供することである。

本発明は「プレプレグ」として一般に知られている型の市販されている硼素とエ ポキシの化合物テープの２つ以上の層で成る切断刃を使用する。これらの層は繊 維を多方向に配向するように配置され、２つの外面に埋めこまれる微小メツシュ のダイヤモンド粉末と共に固められる。これらの刃はそこで生じた材料から切断 され、両端を保持用固定具内に保持される。その保持用固定具は刃の端部のまわ シに適所に成型され、金属保持板を包囲する。

その保持板は往復動源に接続する。餌えば半導体インゴットのような被加工材は 、水を冷媒としてスプレーしながら、往復動する切断刃の中へ上方へ供給される 。刃のエツジに露出した繊維は第１切断作用を行う。刃の側部に浸透した耐摩耗 性コーティングは、刃が折断するのに必要な側部研磨作用を行い、同時にウェー ファーの表面を磨く０ 図面の簡単な説明 第１図は本発明のウェーファーに細断する刃組立体を簡単化した図でｓｂ、 第２図は本発明の刃材の横断面図でおシ、第３図は第２図の刃材の好ましい繊維 配向を達成する方法を示し、 第４図は製造中における本発明のウェー７７−に細断する刃組立体の斜視図で６ Ｄ、 第５図は第４図に示すように製造中に有用なジグを示す、 第６ａ〜６ｂ図は本発明の保持板の断面図と平面図を示す。

第７図は本発明に従ったウェーファーに細断する装置の平面図であシ、 第８図は第７図の８−８線に沿ってとった横断面図である。

好ましい実施例の詳細な説明 下記の説明において、本発明を完全に理解してもらうために、説明の目的で材料 及び形態につめて説明する。しかしながら、本発明はこれらの詳細に正確に一致 していない状態でも実施できることは、この技術に熟達した人々にとって明らか である。

第１図、第７図、第８図は一般に、本発明を示す。

丁亥で詳述する複数の刃■は、その各端を保持用固定具（２）に取付られ、名刀 は第１図の面に平行をなすように仕組まれている。第７図に最もよく示すように 、固定具Ｃ４１はねじωによシバ−（５ｚと周囲枠囲とに取付られる。バー６２ は枠囲に対して自由に移動し、ねじ鏝によってその枠に連結される。保持用固定 具Ｃ４がバー６２及び枠囲に取付られると、ねじ鏝をまわして刃■を引っばり状 態におく。それらの刃Ｑαが均等に緊張するように、十分々引つばシカがかけら れる。必要な引つばシカの程度は、刃■を構成する材料や、細断される材料の特 性によって主として決まる。刃■を保持用固定具■から分離させることなしに、 切断中、刃のぐらつきを最少限にするような力をかけることが重要である。

バー５２と枠（至）は十分な剛性を有していて、刃■を緊張させるためにかけら れる力によって歪みを生じるようであってはならない。バー６２と枠圀を構成し らが刃■と固定具Ｕとに適合するのに適した寸法を有する必要がおること以外は 、厳密ではない。枠囲は、構造体（財）にある孔６ｚを貫通するロンド団によっ て支持される。孔のはロッドのが半径方向の遊びを最少にしてその中を自由に摺 動するようなサイズに作られている。ロッドｅは構造体（財）に対して枠時の回 転運動を最少にするように配置される。往復動源ｑα、例えば七−ター、クラン ク軸、接続杆、或いはその他よく知られている機構が１本又は複数本のロンド曽 に接続される。

例えば、シリコン、石英、砒化ガリウムやその他の結晶材のような材料のインゴ ット（至）のような被加工材は、刃■のエツジのへ向って上向きにスラストがか けられる。刃■を構成する材料の耐摩耗特性により、刃がそこを通過する時、イ ンゴット■からウェーファーがきれいに切断される。

この技術に熟達した人々が認識しているように、刃■の往復速度は主に、インゴ ット■材の特性によチであって、その行程を毎分１５００回行う場合に満足な結 果を生じることが判った。切断操作中、その結晶特性に悪影響を与えるほどイン ゴット□□□が高温となるのを防ぐために、例えば水のような冷媒を、インボッ ）］の切断中、そのインゴット■にスプレーする。

第２図は本発明の切断刃を構成する材料の組合わせを示す。層Ｑｌ）と０２は６ プレプレグとして一般に知られている繊維強化樹脂材でちる。その繊維材は引つ ばシ強度が強く、所望の切断作用を達成するために、すぐれた耐摩耗特性を有し ていなければならない。繊維材として好ましいのは硼素であるが、同様の特性を もったその他の材料を使用することもできる。その材料に広範囲の特性をもたせ るために、同一層又は異なる層に異なる特性をもった２種類以上の異なる繊維材 を組合わせることも効果的でちる０各層の繊維の配向は一方向でおるのが理想的 である０例、ｔ　ハマサテユセツソ州拳ロウエルのアブ；スペシャリテイマテリ アル社から、部品番号５５２１／４又は５５０５／４　　として入手できる硼素 ・エポキシプレプレグテープを、この好ましい実施例に使用する０この材料は、 幅が約６インチ、厚みが約０．００４インチである。

本発明は樹脂としてエポキシを使用するように説明しているけれども、本発明に 使用するのに適した成る好ましい特性を他の樹脂が有することも認識すべきでち る。特にエポキシに比べてウレタン樹脂の方がすぐれた耐摩耗性を表わすことも 知られている。

層ＯｎとＯ２はそれぞれの層の繊維が９０　の角度をもつように配向するのが好 ましい。但しその他の配向角もまた、適切であるｏｆｆｌ（Ｉｎと０２を一緒に 配置し、層００の表面上に、例えば１〜２ミクロンのダイアモンド粉末のような 耐摩耗材α４を分布させる。その他の耐摩耗材、例えば、硼素ホイスカーをも使 用することができる。それから゛テフロン”の商標名で販売されているポリマー 材のような、適切な離脱材シートαｅを、耐摩耗材の上に配置する。この離脱剤 Ｏｅは下記の温度で安定していなければならず、その層の樹脂に接着してはなら 々い。それから層α０．α２゜Ｏ４）　、　ＱＩＩＤの組合わせ体を上下にひつ 〈シ返す。このプロセスを反復して、層０２の表面上に耐摩耗材０４）のコーテ ィングができるようにする。第１図に示すように、そこで生じた材料のサンドイ ンチ体に適量の圧力をかけ、それをオーブンに入れ樹脂が流れて硬化するまでそ の中に放置するので、層ＱＱＩと０２７が一緒に接着して、耐摩耗材α４が樹脂 の各外面に埋めこまれる。特定の圧力、温度、硬化温度は使用される樹脂の特性 によって決まるが、それは使用される特定の繊維と耐摩耗性材の耐摩耗特性を変 えないように制限される必要がある。硼素、エポキシプレプレグと１〜２ミクロ ンのダイアモンド粉末との層で成る前述の実施例を成層にするためには、３５０ 下の温度で４５分間保持すると、満足な結果を生じることが判った。成層工程中 、所望の圧力をかけるために使用される締結用固定具は目盛を有しないけれども 、プレプレグ材に対する製造業者の仕様書によれば、１平方インチ当！＋５０〜 ８５ボンドの圧力が適切であることを暗示している。

樹脂が硬化したのち、刃材をオーブンから取シ出し、”テフロン”層ＯＧを取出 して、所望のサイズと所望の配向を有する切断刃をシートから切断する。

第３図は切断エッヂのが両シートｏω、　Ｑ３の繊維に対して４５　　の角度を なすような好ましｂ方法で前述の刃材から刃■が切断されることを示す。その他 方■を異なる角度で切断し、層（１，１と０２を異なる配向で組立てることによ って異なる配向にすることもできる。

本発明の第１切断作用は、プレプレグ材、又はその同等材中の高強度繊維の露出 端にＪりで生じることは理解されるべきである。従って、インゴット＠の表面で ”彫υ”作用が行われるように、繊維を切断エッヂに対してほぼ平行でもなく、 はぼ直角でもないようにする必要がある。好ましい実施例において、刃■の前進 後退行程の両行程中に均等な切断作用が達成されるように、隣接層の繊維を切断 エツジ■に対して等しい角度ではあるが、反対の角度に配置する。

所望のサイズと配向をもった刃を一旦、耐摩耗性シートから切断すると、一群の 刃が組立られる。単一操作で切断される所望の数のウェー７７−と、そのウェー ７７−の所望の厚みとにょシ、適切な数の刃■が組立もれ、刃と刃の間には、適 切な厚みのスペーサー（図示せず）をおく。

第４図は保持用固定具（２）を組立てるために位置づけた刃■とスペーサーの組 立体を示す。保持板ωによυ、保持用固定具Ｃ！（４）の構造上の剛性が与えら れる。

保持飯田は空所（至）を有するモールド器内に配置され、その中へ刃組立体の端 部が伸長する。空所（ロ）は、保持ｇωのンランジＩ：３１）のすぐ下の高さま で、例えばエポキシのような適切な液体樹脂で満される。その液が硬化したのち 、その組立体をモールドｃｌｚから取出し、その組立体の他の半分でも、この成 型操作を反復する。

スペーサーを使用する代わシに、或いはスペーサーを使用する他に更に、第５図 に示すように、ジグ６Ｇのようなジグを使って、刃Ｊを保持板■に組立てること もできる。ジグ４０は、均等な間隔ｄをもった複数の平行スロット（４３を有す る゛テフロン”のような材料で成る剛性シートである。距離ｄは所望のつニーフ ァーの厚みに対応する。スロッ）　Ｋ３の寸法は刃■の横断面の寸法に対応する ので、それらの刃■は、空所（２）へ注入される樹脂が硬化する時、正確に整列 して保持されることになる。

保持板ωの詳細が第６ａ〜６ｂ図に示されている。

刃＠を保持用固定具（２４内に固定する前述の成型操作を容易にするために、保 持板（至）は、樹脂が流動する複数の孔（至）を有する。そのような孔は、樹脂 と保持板■とが表面の接着に依存することなく互いにしつ力・シと固定されるよ うに、保持板ωの各側で樹脂材が連絡することを寛実にする。

実際上、”■”字形孔□□□は刃の振動を制止する機能をも有するので、ウェー ファーの表面仕上げがよシ滑らかとなる。この実施例では”Ｖ”字形孔が使用さ れているけれども、“Ｕ”字形、°Ｃ″字形、或いはその他、゛舌片”部分を有 する孔も同様の振動抑止機能を有することは判るであろう。

匡際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．繊維で強化したプラスチックで成る、少くとも１枚の平らな伸長層と、 前記刃の各平らだ側にある耐摩耗材で成るコーテイングとで成る、結晶材を切断 する刃。 ２．繊維で強化したプラスチックの層を複数個有し、前記各層は繊維の一方向の 配向を有し、前記各層の前記繊維の配向の方向は各隣接層の前記配向の方向に対 して平行をなさないことを特徴とする、請求項１に記載の刃。 ３．前記繊維で強化したプラスチックの前記各層は、エポキシ樹脂中に硼素繊維 を含ませたもので成ることを特徴とする、請求項２に記載の刃。 ４．前記耐摩耗材のコーテイングは前記繊維で強化したプラスチックの外面に埋 めこまれた耐摩耗粒子で成ることを特徴とする、請求項１に記載の刃。 ５．前記耐摩耗粒子はダイヤモンド粒子であることを特徴とする、請求項４に記 載の刃。 ６．前記ダイヤモンド粒子のサイズは約１〜２ミクロンであることを特徴とする 、請求項５に記載の刃。 ７．前記耐摩耗粒子は硼素ホイスカーであることを特徴とする、請求項４に記載 の刃。 ８．被加工材に対して往復動する複数の伸長型の平らな切断刃を有し、前記刃を 均等友所定のスペースをおいて平行に配列した状態に保持するため前記各刃の各 端部を取付ける保持装置を有し、被加工材からウエーファーを切断する装置にお いて、前記各刃は繊維で強化したプラスチックの少くとも一層で成り、その各平 担な側に耐摩耗材のコーティングを有することを特徴とする改良体。 ９．前記切断刃は繊維で強化したプラスチックの層を複数有し、前記各層は一方 向の繊維の配向を有し、前記各層の前記繊維の配向は各隣接層の前記繊維の配向 の方向にほぼ平行をなさないことを特徴とする、請求項８に記載の改良型装置。 １０．前記繊維で強化したプラスチックで成る各層は、エポキシ樹脂中に硼素繊 維を含ませたもので成ることを特徴とする、請求項９に記載の改良型装置。 １１．耐摩耗材の前記コーティングは、前記繊維で強化したプラスチックの外面 に埋めこんだ耐摩耗性粒子で成ることを特徴とする、請求項８に記載の改良型装 置。 １２．前記耐摩耗性粒子はダイヤモンド粒子であることを特徴とする、請求項１ １に記載の改良型装置。 １３．前記ダイヤモンド粒子は約１〜２ミクロンのサイズを有することを特徴と する、請求項１２に記載の改良型装置。 １４．前記耐摩耗性粒子は硼素ホイスカーであることを特徴とする、請求項１１ に記載の改良型装置。 １５、前記保持装置は、前記刃の前記端部のまわりに成型され、それに接着され た剛性プラスチック材のブロックで成り、その中に保持板が埋めこまれているこ とを特徴とする、請求項８に記載の改良型装置。 １６．前記保持板は貫通孔を有することを特徴とする、請求項１５に記載の改良 型装置。 １７．前記孔はｖ字型であることを特徴とする、請求項１６に記載の改良型装置 。 １８．前記各刃の切断エッジに平行な方向へ複数の伸長型の平らな切断刃を往復 動させ、前記各刃は繊維で強化したプラスチックの少くとも１枚の属で成り、そ の各平らな側に耐摩耗性材のコーティングを有する事と、 前記被加工材を前記刃の前記切断エッジへ向つてスラストをかける段階で成る、 被加工材からウエーフアーを切断する方法。 １９．前記被加工材は結晶材であることを特徴とする、請求項１８に記載の方法 。 ２０．前記結晶材は半導体材であることを特徴とする、請求項１９に記載の方法 。 ２１．前記被加工材に冷却流体をスプレーする段階をさらに追加することを特徴 とする、請求項１８に記載の方法。 ２２．前記冷却流体は水であることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。 ２３．前記刃はその各刃の各端部を固定する保持装置によつて、均等衣所定の間 隔をおいて平行に配列した状態に保持されることを特徴とする、請求項１８に記 載の方法。 ２４．前記切断刃は繊維で強化したプラスチックの層を複数個有し、その各層は 一方向の繊維配向を有し、前記各層の前記繊維の配向の方向は、各隣接層の前記 繊維配向の方向に平行をなさないことを特徴とする、請求項１８に記載の方法。 ２５．繊維を強化したプラスチックの前記各層はエポキシ樹脂中に硼素繊維を含 ませたもので成ることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。 ２６．耐摩耗材の前記コーティングは、前記繊維で強化したプラスチックの外面 に埋めこまれた耐摩耗性粒子で成ることを特徴とする、請求項１８に記載の方法 。 ２７．前記耐摩耗性粒子はダイヤモンド粒子であることを特徴とする、請求項２ ６に記載の方法。 ２８．前記ダイヤモンド粒子は約１〜２ミクロンのサイズを有することを特徴と する、請求項２７に記載の方法。 ２９．前記耐摩耗性粒子は硼素ホイスカーであることを特徴とする、請求項２６ に記載の方法。 ３０．前記保持装置は前記刃の前記端部のまわりに成型され、かつそれに接着し た剛性プラスチック材のブロックで成り、その中に保持板が埋めこまれることを 特徴とする、請求項２３に記載の方法。 ３１．前記保持板は貫通孔を有することを特徴とする、請求項３０に記載の方法 。 ３２．前記孔はＶ字形であることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。