JPH05217971A - 脆くて硬い材料、特に直径が２００ ｍｍを超えるかかる材料を環状鋸を用いて薄いウェーハに回転鋸引きする方法及びこの方法を実施する装置 - Google Patents

脆くて硬い材料、特に直径が２００ ｍｍを超えるかかる材料を環状鋸を用いて薄いウェーハに回転鋸引きする方法及びこの方法を実施する装置

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JPH05217971A
JPH05217971A JP4210654A JP21065492A JPH05217971A JP H05217971 A JPH05217971 A JP H05217971A JP 4210654 A JP4210654 A JP 4210654A JP 21065492 A JP21065492 A JP 21065492A JP H05217971 A JPH05217971 A JP H05217971A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 鋸引きしたとき、インゴット側又はウェーハ
側のセンターダメージを確実に防止する。 【構成】 インゴット端面を平面研削した工作物からウ
ェーハ６が残留結合部に至るまで環状鋸２で鋸引きされ
る。インゴットとウェーハとの最終的分離は、インゴッ
ト側及びウェーハ側の中心に材料突起を残す残留切断技
術を利用して行われる。特に適しているのは捩り分離と
ワイヤ鋸１５による分離である。その最終工程にウェー
ハ側材料突起を回転研削により除去することを含み、直
径が200 mmを超える結晶に特に適している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、脆くて硬い材料、特に
半導体結晶インゴット又はブロックを環状鋸を用いて薄
いウェーハに鋸引きする方法であって、工作物を回転さ
せつつ鋸の切刃の方に案内するようになった方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】特にシリコン、ゲルマニウム又はガリウ
ムヒ素等の半導体材料からなる結晶インゴット又はブロ
ックは主に環状鋸を用いて部品製造に必要な薄いウェー
ハに切断される。環状鋸の鋸刃は円板形状であり、外周
面が枠に圧締めしてある。ウェーハの内周面が切刃を形
成する。切刃は一般に例えばニッケル等の金属からなる
液滴形断面の被膜からなり、この金属中にダイヤモンド
又は窒化ホウ素からなる硬質材料粒子が電気めっきで固
定してある。回転する切刃が工作物に加える研削作用で
半導体材料が除去される。機械の設計に応じて鋸刃は水
平面又は垂直面上を回転する。結晶インゴットは予想さ
れる切溝幅を考慮して円板の中央穴内にまで送られ、ウ
ェーハは引き続き回転平面に平行な送り運動で切刃の方
に案内されて所期の厚さに切断される。通常、結晶イン
ゴットはこの操作の間送り台にしっかり固着してある。
【０００３】一般に厚さが0.1 〜１mmであるウェーハの
品質に要求される条件はきわめて厳しい。平行平面幾何
学の点での偏差に関し許容差を守ることは、特に直径が
200mmを超える大きな結晶インゴットからなるウェーハ
の製造を困難とする。かかる工作物の鋸引きに必要な大
きな鋸刃外径は鋸刃の厚さ強化を要求する。なぜなら厚
さを強化しないと鋸刃は鋸刃平面に垂直に作用する力に
僅かな違いが生じただけでも剛性不足の結果理想的切断
線から許容し得ないほどに逸脱するであろうからであ
る。しかし鋸刃の弾性変形を防止すべく締付力を高める
ことはこれらの力に耐えることのできる厚さを強化した
鋸刃の場合にのみ可能である。しかしより厚い鋸刃を用
いることは、切溝の増大に基づくきわめて不利な材料損
失と結び付いている。他方、半径方向にのみ増大した鋸
刃で切断するとウェーハの幾何学誤差が是認できないほ
どに高まる。この誤差は多くの場合厚さの変化及び／又
はウェーハ平面の湾曲に現れ、当業者には「反り」、
「弓反り」の名で馴染みのものである。
【０００４】かかる幾何学誤差を例えばGS（グラインデ
ィング／スライシング）切断により補正することは可能
ではあるが、しかしこの補正による材料損失が誤差の重
大さに伴い増加する。GS切断はドイツ特許公開明細書第
36 13 132号に記載してある。この方法は鋸引き操作と
結晶インゴットの端面研削とを組合せたものである。こ
れにより、切断した各ウェーハは平らな基準面を得るこ
とになり、この平面と平行に再処理工程において研削す
ることができる。
【０００５】米国特許明細書第 3 025 738号と米国特許
明細書第 3 039 235号により、工作物を送り台にしっか
り固着するのでなく長手軸を中心に回転させつつ鋸引き
のため送るとき鋸刃外径は半分の大きさであればよいこ
とが知られている。それによれば結晶径200 mm超のイン
ゴットの加工は、自己回転なしに工作物を送る場合には
その寸法が既に小さすぎるであろうがしかしなお幾何学
誤差を公差範囲内に保つのに十分な剛性を有する従来の
鋸刃でなお可能である。
【０００６】回転鋸引き法と呼ばれるこの方法にはしか
し、鋸引き過程の最後にインゴットとウェーハとの間の
残留結合部が材料の脆性に基づき又特に直径200 mm超の
ウェーハの場合顕著となる捩り力及び慣性力の故に、し
ばしば自然破断を生じるほど不安定となることから生じ
る重大な欠点がある。このことから一般にウェーハ又は
インゴット端面の中心に望ましくないくぼみ（センター
ダメージ）が残り、それを除去するにはウェーハ表面の
通常の再処理の場合よりもはるかに費用のかかる再研削
が必要である。このセンターダメージはウェーハ全体が
使用不能となるほどウェーハ内部深くに延びることも稀
ではない。いずれにしてもウェーハの未制御な破断は我
慢できないほどの材料損失と平行して現れる。
【０００７】センターダメージに対処すべく業界で従来
行われた努力は全て、結晶インゴットとウェーハとの残
留結合部に恣意的破断を生じることなく環状鋸で分離過
程を最後まで導くことに目標があった。例えばドイツ特
許公開明細書第 30 10 867号で提案された結晶インゴッ
トと同期で回転する引取り装置はインゴットの制御され
た切断に至るまでウェーハを安定されるものである。し
かしかかる安全措置は手間も費用もかかり、特にウェー
ハの直径が200 mmを超える場合許容外にそうなる。
【０００８】それ故、その結果産業界では自己回転なし
に結晶インゴットを送る前記鋸引き法が常套的に適用さ
れる。通常工作物はグラファイト又はカーボンからなる
鋸引きストリップに接着してあり、ウェーハはインゴッ
トから切断された後もその位置で保持される。切刃が鋸
引きストリップに侵入しはじめると真空引取り器が接近
してウェーハを吸引し、ストリップの切断後鋸引き範囲
から外に搬送する。この操作方式はウェーハ又はインゴ
ットのセンターダメージを不可能とするのではあるが、
しかし直径200 mm超の工作物を鋸引きする際に発生する
ウェーハ幾何学の前記問題を解決しない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、棒状工作物、特に直径が200 mmを超えるかかる工作
物を自己回転させつつウェーハに鋸引きし、インゴット
側又はウェーハ側のセンターダメージを確実に防止す
る、環状鋸を利用した鋸引き方法及びこの方法を実施す
る装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この課題は、工作物をそ
の長手軸を中心に回転させつつ環状鋸の切刃の方に案内
し、 ａ）工作物を回転させつつインゴットの端面を平面研削
し、 ｂ）ウェーハとインゴットとの間に残留結合部を保持し
つつ工作物を環状鋸で回転鋸引きし、 ｃ）インゴット側及びウェーハ側中心に材料突起を残す
残留切断技術によりウェーハとインゴットとを分離し、 ｄ）切断したウェーハを回転研削する 以上の措置を特徴とする鋸引き方法によって解決され
た。
【００１１】更にこの課題は、この方法を実施するのに
適した装置によって解決された。つまり意外なことに、
従来回転鋸引きに関連して問題であると見做されていた
ウェーハとインゴットとの分離過程最終段階を本発明に
よる措置で１つの操作経過に統合することができ、セン
ターダメージの概念で表現された諸欠点を甘受する必要
もなく冒頭述べた回転鋸引きの諸利点が得られることが
判明した。
【００１２】
【実施例】本発明方法の過程でインゴット及びウェーハ
が通過する個々の加工状態が図１〜図６に概略示してあ
る。第１工程では工作物の端面が平面研削される。先行
ウェーハの切断によってインゴット側中心に残った材料
突起（乳頭 nipple)（図１）がインゴット端面のこの平
面研削で除去され、同時に平らな基準面が生成し、この
面を基に新たに鋸引きすべきウェーハを平行平面に研削
することができる。インゴット端面の研削は好ましくは
インゴットをその長手軸を中心に自己回転させつつ又は
研削装置自身を回転させつつ行われる（図２）。その際
回転運動を同じ方向に行うか逆方向に行うかは重要でな
い。インゴットを回転させることなく水平に、回転する
研削縁の方に案内することは手間がかかり又あまり場所
の節約とならないのではあるが、勿論この解決策も可能
である。
【００１３】後続の工程においてウェーハは環状鋸を用
いてインゴットを自己回転させつつ、ウェーハ中心の回
転対称な残留材料を介してのみインゴットと結合された
ままとなるまで切り出される（図３）。この残留結合部
の直径は直径が200 mmを超えるウェーハの場合最も狭い
箇所でなお少なくとも１mmである。いずれにしても鋸引
き過程はウェーハに前記未制御な破断が生じる前に終了
しなければならない。残留結合部の最適太さは望ましく
は予備試験で確認される。
【００１４】ウェーハとインゴットとの制御された分離
は操作経過の次の工程において環状鋸引きの代案として
の残留切断技術によって行われる。好ましい方法変種で
はワイヤ鋸が利用される（図４）。残留切断技術の特徴
はインゴット側中心にもウェーハ側中心にも材料突起が
残る点である（図１と図５）。ワイヤ鋸は、通常ワイヤ
径が環状鋸の切刃厚をかなり下まわるのでこの要求条件
を満たす。本発明によれば環状鋸の鋸刃は、ダイヤモン
ド粒子で被覆して転向ロールを介し周回する鋸ワイヤに
代えることができ、該ワイヤは工作物を停止させ又は回
転させて残留結合部を希望どおり切断する。ウェーハ自
由面を吸引してウェーハを固定する真空引取り器によっ
てこの過程を安定させるのが特に有利である。ウェーハ
とインゴットとの分離後、引取り器は望ましくはウェー
ハを鋸引き範囲から外に搬送して例えば用意された処理
トレー内に収めるのに利用される。
【００１５】格別有利な別の残留切断技術では環状鋸の
鋸刃を予め切溝から取り去らなくても間に合う。意外な
ことに、真空引取り器により固定されたウェーハはイン
ゴットの適宜な回転によってインゴット側及びウェーハ
側に希望する乳頭を生成しつつインゴットから捩り取る
ことができることが発見された。捩り分離と呼ばれるこ
の分離技術は利点として環状鋸に対する代案となる分離
装置を別段必要としない。
【００１６】ワイヤ鋸引きと捩り分離は本発明の趣旨に
照らし好ましい分離技術であると理解することができる
が、但しそれらに言及したとしてもこれらの方法に限定
することを意図したものではない。むしろその他数多く
の残留切断技術もインゴットとウェーハとの分離を本発
明により行うのに適している。これに関連して例えばレ
ーザビーム分離、ウォータージェット分離、研磨ジェッ
ト分離、衝撃波分離、熱切断、振動疲労破壊切断を挙げ
ることができる。
【００１７】本発明方法に属する最後の工程においてウ
ェーハ表面に残存する乳頭は裏面側基準面と平行平面な
表面を得る目的で除去される。この除去は望ましくは処
理トレーにウェーハが充填されるまで待たれる。特別の
利点を有してウェーハは個々に又は群ごとに欧州特許出
願明細書第 272531号により周知の回転研削が施され、
これは「送り込み研削(infeed grinding) 」の名でも当
業者に馴染みである。回転するダイヤモンド砥石を引取
り器内に水平に横たえたシリコンウェーハ上にμｍ単位
の正確さで降下させる方法（図６）は処理したウェーハ
表面の幾何学品質が高いことを特徴としている。
【００１８】本発明方法では、それより細いインゴット
の加工も勿論可能ではあるが、特に有利には直径200 mm
超の半導体結晶インゴットが薄いウェーハに鋸引きされ
る。それより細いインゴットを従来既に十分に切断する
既に市販の環状鋸を利用することができる点が特に優れ
ており、しかもそのため外径が大きく又それに伴い当然
鋸刃厚の厚い鋸刃に機械を装備変更する必要もない。大
きなウェーハの幾何学誤差はそれより小さなウェーハの
場合にも予想されるのと同じ公差限界内に留まる。更
に、本来回転鋸引きの場合環状鋸を使った鋸引き過程の
終了直前にウェーハがインゴットから意図することなく
破断する結果として一般に生じる材料費増は完全に防止
される。自己回転なしにインゴットを送る場合環状鋸に
比べた時間節約は鋸引きストリップをインゴットに接着
する操作とストリップ部分をウェーハから剥がす操作が
省かれることによって生じる。
【００１９】図７〜図10は本方法を実施する装置の特に
好ましい１実施態様を、制限する意味ではなく例示す
る。同じ装置特徴には同じ符号が付けてある。見易くす
るため、機能様式の基礎的理解にとって重要な機械部分
のみ示してある。以下に説明する機械では環状鋸が、イ
ンゴット端面を研削し且つインゴットとウェーハとを残
留切断技術により分離する装置と統合してあり、本発明
方法に属する４工程のうち３工程までを組合せることが
できる。切断したウェーハの回転研削だけが別の周知の
研削装置内で行われる。
【００２０】図７は本発明方法の開始時インゴット端面
を研削する間の装置の概要図である。この時点、回転す
る砥石１は環状鋸の鋸刃２の回転平面のすぐ上で動作位
置にある。送り装置が結晶インゴット３を環状鋸の、保
護カバー４により形成した境界より上の位置から動作位
置へと垂直に降下させるが、この送り装置とインゴット
を回転させる装置は周知であり、図には省略してある。
この好ましい配置ではインゴットと砥石はインゴット端
面の研削中互いに逆方向に回転する。研削装置の回転軸
と結晶インゴットの回転軸は平行に延び、インゴットの
直径のほぼ半分だけ相互にずれている。砥石はその回転
軸に沿って、鋸刃により形成した円形穴を通して昇降す
ることができる。鋸刃は当業者に周知の仕方でその外周
面を介し枠内で締付けてあり、締付系５により枠としっ
かり結合してある。
【００２１】定位置のとき砥石１は鋸刃平面より下の平
面に移動している（図８）。これは半導体ウェーハ６が
環状鋸により残留結合部７に至るまでインゴットから鋸
引きされる場合である。回転する結晶インゴットはこの
時点に鋸刃の円形穴内に送られており、所定の区間だけ
切刃の方に移動する。半導体ウェーハは、その動作位置
に水平に旋回した真空引取り器８によって既に吸引して
支えられる。引取り装置は望ましくは機枠９に固着して
あり、末端に引取り皿11が設けてある引取り腕10が垂直
に昇降可能又水平に旋回してその到達範囲を伸縮可能と
なるよう構成してある。鋸刃の内穴内に皿が降下できる
ようにするため腕は二度直角に折り曲げてある。
【００２２】真空引取り器はウェーハをインゴットから
完全に分離するのに残留切断技術として捩り分離を利用
するとき別の特別の機能を発揮する。それはいまやそれ
までインゴット遊端としっかり結合されるスラスト軸受
として機能する。インゴットの位置はこの場合さしあた
りそれ以上変更する必要がない。静止中のインゴットを
回転させることにより残留結合部が分離される。引取り
器は引き続き、継続搬送して回転研削と本発明方法内で
の最終処理を行うためウェーハを処理トレー内に送り込
み。
【００２３】それに対し残留結合部をワイヤ鋸で分離す
る場合にはインゴットは鋸刃の開口から取り出して例え
ば図示省略した外部ワイヤ鋸の方に送られる。本発明思
想の好ましい１展開ではワイヤ鋸は研削装置及び環状鋸
と一緒に同じ機械ハウジング内に収容してある。格別有
利な１実施態様が図９に示してある。断面線Ａ−Ａによ
り生成した平面の平面図が図10に示してある。ワイヤ鋸
装置は機枠９に固着したホルダ12からなり、これが例え
ば二腕ビーム13と支持板14を有する。支持板上に切断工
具が取り付けてある。この工具はダイヤモンド粒子で被
覆して転向ロールを介し周回する切断ワイヤ15により形
成される。ロールは少なくとも１個が駆動され、駆動装
置は好ましくはロールの軸内に収容してある。駆動装置
を支持板の下方に設けることも勿論可能である。インゴ
ットとウェーハとの残留結合部の方への切断ワイヤの送
りは水平方向に移動可能なビームを介し行われる。切断
されたウェーハがその上に落下することのできる引取り
皿16を支持板上に設けると格別有利である。勿論皿は真
空引取り器として構成しておくこともでき、ウェーハが
インゴットから離れるよりも前にウェーハを吸引する。
ビームを戻すことによりシリコンウェーハは開放され、
本発明方法の趣旨における継続処理のため通常どおり搬
送される。
【００２４】機械のこのコンパクトなモジュール構造は
きわめて場所を節約し、保守が容易である。本発明思想
がこれでもって完全に実現してある。以下、本発明の好
適な実施態様を例示する。 １． ウェーハとインゴットとの間の残留結合部が最も
狭い箇所で少なくともなお直径１mmのとき環状鋸による
回転鋸引きを終了することを特徴とする請求項１記載の
方法。
【００２５】２． 残留切断技術としてワイヤ鋸、レー
ザビーム分離、ウォータージェット分離、研磨ジェット
分離、衝撃波分離、振動疲労破壊分離、熱分離又は捩り
分離の群から１方法を選定することを特徴とする請求項
１及び前項１記載の方法。 ３． 残留切断技術用装置としてワイヤ鋸を設けたこと
を特徴とする請求項２記載の装置。
【００２６】４． ワイヤ鋸の切断工具が水平に移動可
能であることを特徴とする前項３記載の装置。 ５． 垂直に昇降可能且つ水平に揺動可能な真空引取り
装置が引取り腕と引取り皿とを有し、引取り腕が二度直
角に折り曲げてあり且つその到達距離が伸縮可能である
ことを特徴とする請求項２、前項３及び前項４のいずれ
か１項又は複数項記載の装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の過程でインゴット及びウェーハが
通過する個々の加工状態を概略示す。
【図２】本発明方法の過程でインゴット及びウェーハが
通過する個々の加工状態を概略示す。
【図３】本発明方法の過程でインゴット及びウェーハが
通過する個々の加工状態を概略示す。
【図４】本発明方法の過程でインゴット及びウェーハが
通過する個々の加工状態を概略示す。
【図５】本発明方法の過程でインゴット及びウェーハが
通過する個々の加工状態を概略示す。
【図６】本発明方法の過程でインゴット及びウェーハが
通過する個々の加工状態を概略示す。
【図７】本方法を実施する装置の格別好ましい実施態様
を示す。
【図８】本方法を実施する装置の格別好ましい実施態様
を示す。
【図９】本方法を実施する装置の格別好ましい実施態様
を示す。
【図10】本方法を実施する装置の格別好ましい実施態様
を示す。
【符号の説明】
３ 結晶インゴット ６ 半導体ウェーハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カールハインツ・ラングスドルフ ドイツ連邦共和国 ブルクハウゼン、ロー ベルト・コッホ・シュトラーセ 183

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 特に直径が200 mmを超える脆くて硬い材
    料、特に半導体結晶インゴット又はブロックを環状鋸を
    用いて薄いウェーハに鋸引きする方法であって、工作物
    をその長手軸を中心に回転させつつ鋸の切刃の方に案内
    するようになった方法において、 ａ）工作物を回転させつつインゴットの端面を平面研削
    し、 ｂ）ウェーハとインゴットとの間に残留結合部を保持し
    つつ工作物を環状鋸で回転鋸引きし、 ｃ）インゴット側及びウェーハ側中心に材料突起を残す
    残留切断技術によりウェーハとインゴットとを分離し、 ｄ）切断したウェーハを回転研削する 以上の措置を特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の方法を実施する装置にお
    いて、環状鋸と、インゴットの端面を研削し且つインゴ
    ットとウェーハとを残留切断技術により分離する装置と
    を１つの機械に統合したことを特徴とする請求項１記載
    の装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の方法により得られる半導
    体ウェーハ。
JP4210654A 1991-10-15 1992-07-16 脆くて硬い材料を環状鋸を用いて薄いウェーハに回転鋸引きする方法及びこの方法を実施する装置 Expired - Lifetime JPH07114190B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4134110A DE4134110A1 (de) 1991-10-15 1991-10-15 Verfahren zum rotationssaegen sproedharter werkstoffe, insbesondere solcher mit durchmessern ueber 200 mm in duenne scheiben vermittels innenlochsaege und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
DE41-34-110-4 1991-10-15

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Publication Number Publication Date
JPH05217971A true JPH05217971A (ja) 1993-08-27
JPH07114190B2 JPH07114190B2 (ja) 1995-12-06

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4210654A Expired - Lifetime JPH07114190B2 (ja) 1991-10-15 1992-07-16 脆くて硬い材料を環状鋸を用いて薄いウェーハに回転鋸引きする方法及びこの方法を実施する装置

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JP (1) JPH07114190B2 (ja)
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