CN102640266A

CN102640266A - 利用线锯的硅锭的切割方法和线锯

Info

Publication number: CN102640266A
Application number: CN2010800554695A
Authority: CN
Inventors: 中岛亮; 贝贺之信
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2030-09-13
Also published as: TW201116352A; WO2011043177A1; JP5515593B2; JP2011082351A; US20120192848A1; CN102640266B; TWI507260B

Abstract

提供在使用固定磨料线锯对硅锭进行切割加工之际，可以大大降低切割加工所需要的固定磨料金属线的使用量，大幅削减制造成本的硅锭的切割方法和线锯。利用线锯的硅锭的切割方法，其特征在于，在使相对于多根辊的外周面以恒定的螺距螺旋状地卷绕的固定磨料金属线运行的同时对该金属线上供给冷却剂，同时在将前述冷却剂也供给至硅锭切割加工时前述金属线会通过的前述硅锭的加工侧面部的状态下，使前述硅锭相对于该金属线相对地移动，对前述硅锭进行切割加工而制为多枚硅晶片。

Description

利用线锯的硅锭的切割方法和线锯

技术领域

本发明涉及用于使用具有固定磨料金属线(wire)的线锯(wire saw)对硅锭进行切割加工以制造硅晶片的切割方法、以及线锯。

背景技术

线锯是相对于多根辊以恒定的螺距将金属线螺旋状地卷绕形成金属线列，一边供给工作液一边使金属线运行，同时将工件(硅锭)按压在金属线列上，对工件进行切割加工的切割装置。利用线锯可以由工件同时切出许多晶片，因此被广泛用于对硅锭进行切割加工以制造硅晶片的工序中。

图6是一般的线锯的主要部分的概略图。线锯10具有：进行金属线20的抽出或卷取的金属线抽出・卷取装置（未图示）、隔着规定间隔平行配置的主辊30、对主辊30供给冷却剂的喷嘴40、和对金属线20供给工作液的喷嘴50。在主辊30的表面以恒定螺距形成有多个槽，金属线20卷绕在这些槽上，由此形成金属线列。在金属线列的上方，保持工件W且将工件W在金属线列的金属线上进行按压的工件固定器60，配置为可通过未图示的升降装置上下运动。

通过金属线抽出・卷取装置使金属线20运行，并且一边由喷嘴50对运行的金属线20供给工作液，一边在保持工件W的状态下通过升降装置使工件固定器60下降，将工件W按压于金属线列的金属线20，由此对工件W进行切割加工。应予说明，加工时，主辊30被由喷嘴40供给的冷却液所冷却。

如上述的线锯大致分为游离磨料线锯与固定磨料线锯，硅锭的切割加工中通常广泛使用游离磨料线锯。游离磨料线锯中，使用含有磨料的浆料作为工作液，一边将浆料连续地供给至金属线一边使金属线运行。而且，利用因金属线的运行而被送入工件加工部的浆料的磨削作用来切割工件。如上所述，通过使用游离磨料线锯，可以一次性切割加工大量的晶片，与使用内径刀片磨具的现有的切割加工工序相比，显著地提高了生产率。

然而，使用游离磨料线锯对硅锭进行切割加工时，可见因使用浆料作为工作液而引发的问题。例如，通过切割加工得到的晶片由于附着有工作液，虽然在后续的洗涤工序中将工作液除去，但在附着于晶片的工作液是浆料时，除去操作费力。另外，在加工时供给的工作液会飞散而附着于线锯装置或其周边的操作产所，在工作液是浆料时，清扫附着物的操作变得困难。进而，游离磨料线锯中，由于利用浆料所含的磨料的磨削作用来进行切割加工，因而与现有的使用内径刀片磨具的情形相比，加工速度更慢。

作为上述问题的解决方法，近年来使用固定磨料线锯对硅锭进行切割加工的装置逐渐受到关注。固定磨料线锯具备在金属线全长的整个表面上固结有磨料的金属线。即，固定磨料线锯由于利用表面固结的磨料的磨削作用来对工件进行切割加工，因而可以使用不含磨料的工作液（冷却剂），从而解决了游离磨料线锯所具有的因浆料引起的问题。另外，使用所述固定磨料线锯对硅锭进行切割加工的技术公开在例如专利文献1中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1 : 日本特开2000−288902号公报。

通过使用固定磨料线锯对硅锭进行切割加工的技术，可以简化作为后工序的晶片洗涤工序、缩短切割加工时间，因而生产效率大幅提高。然而，使用固定磨料线锯时可见的最大问题在于成本高这一方面。固定磨料金属线重复使用时，表面的磨料会磨损、脱落，加工性能降低。另外，由切割加工产生的切削粉末以堵塞表面的磨料的状态附着时，也会使加工性能降低。因此，固定磨料金属线需要在使用一定时间后进行更换，但表面固结有磨料的固定磨料金属线是游离磨料线锯中所用金属线单价的约200倍的非常昂贵的价格。

因此，对硅锭进行切割加工时，为了将使用固定磨料线锯时的制造成本抑制到等同于使用游离磨料线锯时的制造成本，需要通过抑制固结于固定磨料金属线表面的磨料的磨损、脱落、或切削粉末的堵塞，来延长固定磨料金属线的寿命、大力降低其使用量。然而，上述专利文献1中关于抑制磨料的磨损、脱落方面完全没有考虑，也没有解决关于成本方面的问题。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明是鉴于上述现状而开发的发明，其目的在于提供：可在使用固定磨料线锯对硅锭进行切割加工时，通过抑制固结于固定磨料金属线表面的磨料的磨损、脱落、或切削粉末的堵塞，从而大大降低切割加工所需要的固定磨料金属线的使用量，大幅削减制造成本的硅锭的切割方法和线锯。

用于解决技术问题的方法

本发明人等对使用固定磨料线锯切割加工硅锭时，固结于固定磨料金属线表面的磨料的磨损、脱落、以及切削粉末发生堵塞的原因进行了探讨，对它们的抑制方法进行了深入研究。

通常，固定磨料线锯中使用的工作液（冷却剂）与游离磨料线锯中使用的工作液（浆料）相比粘度更低，因而加工时难以将供给于金属线的工作液（冷却剂）保持在金属线上。因此，使用具有图6所示一般构成的固定磨料线锯对硅锭进行切割加工时，由喷嘴50供给至金属线的工作液（冷却剂）的大部分在到达加工部之前会由金属线掉落，不能充分确保供给至加工部的工作液（冷却剂）的量。本发明人等发现：在这样的状态下进行硅锭的切割加工时，无法充分抑制加工部的加工热，由于该加工热，固结于固定磨料金属线表面的磨料发生性状改变，耐久性降低，结果导致磨料的磨损、脱落。

另外，本发明人等还发现：供给至加工部的工作液（冷却剂）还具有通过流出而将由切割加工产生的切削粉末从加工部和金属线排出的作用，但供给至加工部的工作液（冷却剂）的量少时，上述排出作用变得不充分，切削粉末附着于金属线而形成堵塞的状态。

因此，基于上述发现，本发明人等在使用固定磨料线锯对硅锭进行切割加工之际，将切割加工时使用的工作液（冷却剂）的供给方法最优化，充分地确保供给至硅锭的加工部的工作液（冷却剂）的量，进而对上述工作液（冷却剂）的粘度进行规定，由此成功地开发出可以有效抑制磨料磨损、脱落，以及堵塞，提高产品的合格率的硅锭的切割技术，从而完成了本发明。

本发明的主要构成如下所述。

（1）利用线锯的硅锭的切割方法，其特征在于，在使相对于多根辊的外周面(peripheral surface)以恒定的螺距螺旋状地卷绕的固定磨料金属线运行的同时对该金属线上供给冷却剂，同时在将前述冷却剂也供给至硅锭切割加工时前述金属线会通过的前述硅锭的加工侧面部的状态下，使前述硅锭相对于该金属线相对地移动，对前述硅锭进行切割加工而制为多枚硅晶片。

（2）上述（1）所述的硅锭的切割方法，其特征在于，上述冷却剂的粘度为0.1mPa・s以上且100mPa・s以下。

（3）线锯，其特征在于，具有：相对于多根辊的外周面以恒定的螺距螺旋状地卷绕的固定磨料金属线、对该金属线上供给冷却剂的第1冷却剂供给装置、和具备将冷却剂引导至硅锭切割加工时前述金属线会通过的前述硅锭的加工侧面部的引导板的第2冷却剂供给装置。

发明效果

根据本发明，在使用固定磨料线锯对硅锭进行切割加工之际，可以大大降低切割加工所需要的固定磨料金属线的使用量。因此，本发明在实现硅晶片制造工序的高效率且低成本化方面极其有益。

附图说明

[图1] 本发明中的线锯主要部分的概略图，表示对硅锭进行切割的状态。

[图2] 表示实施例1的金属线挠曲量的图。

[图3] 表示实施例1的使用后的金属线的表面状态（SEM观察）的图。

[图4] 表示比较例1的金属线挠曲量的图。

[图5] 表示比较例1的使用后的金属线的表面状态（SEM观察）的图。

[图6] 一般的线锯主要部分的概略图，表示对硅锭进行切割的状态。

具体实施方式

以下、详细说明本发明。

本发明的利用线锯的硅锭的切割方法的特征在于，在使相对于多根辊的外周面以恒定的螺距螺旋状地卷绕的固定磨料金属线运行的同时对该金属线上供给冷却剂，同时在将前述冷却剂也供给至硅锭切割加工时前述金属线会通过的前述硅锭的加工侧面部的状态下，使前述硅锭相对于该金属线相对地移动，对前述硅锭进行切割加工而制为多枚硅晶片。

如上所述，本发明在下述方面与如图6所示的现有技术没有变化：相对于多根辊以恒定的螺距将固定磨料金属线（以下，简称为“金属线”）螺旋状地卷绕形成金属线列，一边供给作为工作液的冷却剂一边使金属线运行，同时将硅锭按压在金属线列上（即，使硅锭相对于金属线相对地移动），进行切割加工。然后，本发明除了所述现有技术之外，在下述方面与现有技术有很大不同：还将冷却剂供给至硅锭切割加工时金属线会通过的硅锭加工侧面部。

本发明中，对硅锭切割加工时金属线会通过的硅锭加工侧面部也供给冷却剂，由此冷却剂被充分供给至硅锭的加工部。因此，由于固结于金属线表面的磨料的磨损、脱落的主要原因即冷却剂供给不足所导致的加工热受到充分抑制。

另外，在如图6所示的现有技术中，在硅锭加工部中，特别是在运行的金属线被抽出的一侧，难以供给冷却剂，从而成为切削粉末容易堵塞金属线表面的状态。与之相对，在本发明中，对于硅锭切割加工时金属线会通过的硅锭加工侧面部、即、金属线被抽出一侧的硅锭加工部也确实地供给冷却剂。因此，本发明作为抑制可见于现有技术中的上述堵塞的方法极其有效。

应予说明，本发明中使用的金属线可以是树脂结合剂金属线(resin bond wire)、电沉积磨料金属线中的任一者，例如，以粒径：10～20μm左右的金刚石作为磨料，以Ni镀进行电沉积固定的金属线的耐久性也良好而优选使用。

进而，本发明中使用的冷却剂的种类没有限制，优选使用例如，以水为主成分的冷却剂或以二醇为主成分的冷却剂。另外，关于前述二醇，可以选择聚乙二醇、二甘醇、丙二醇等各种二醇。

如上所述，根据本发明，可以有效抑制固结于金属线表面的磨料的磨损、脱落、以及切削粉末的堵塞。因此，可以增大金属线可重复使用的次数，大幅降低硅锭的切割加工所需要的金属线使用量。

另外，如上所述，本发明中使用的冷却剂的种类没有特别限定，但通过将使用的冷却剂的粘度规定在0.1mPa・s以上且100mPa・s以下，可以更有效地抑制切削粉末的堵塞，还可以期待产品的合格率提高效果。

对固定磨料线锯使用高粘度的冷却剂时，冷却剂难以由金属线落下，表面形成有厚冷却剂膜的金属线被送入硅锭的加工部。因此，硅锭的加工部被金属线超过必要地张开，切割加工所得的晶片上可能产生破裂。另外，对固定磨料线锯使用高粘度的冷却剂时，将附着于金属线表面的切削粉末排出的效果会降低。因此，形成切削粉末堵塞固结于金属线表面的磨料的状态，可能导致金属线的切削能力变差、金属线寿命降低。

因此，为了确实地避免上述问题，本发明中优选使用粘度在100mPa・s以下的冷却剂。另一方面，冷却剂的粘度小于0.1mPa・s时，冷却剂在固定磨料金属线上的保持性变差，可能导致切削粉末排出性的降低，因此本发明中优选选择粘度在0.1mPa・s以上的冷却剂。应予说明，作为粘度为0.1mPa・s以上且100mPa・s以下的冷却剂，可举出例如水系的冷却剂或二醇系的冷却剂等。

以下，对本发明的线锯进行说明。

本发明的线锯具备：相对于多根辊的外周面以恒定的螺距螺旋状地卷绕的固定磨料金属线、对该金属线上供给冷却剂的第1冷却剂供给装置、和对硅锭切割时前述金属线会通过的前述硅锭的加工侧面部供给冷却剂的第2冷却剂供给装置。

图1是本发明的线锯的主要部分的概略图。线锯1具备：进行金属线2的抽出或卷取的金属线抽出・卷取装置（未图示）、隔着规定间隔平行配置的主辊3、第1冷却剂供给装置4、和第2冷却剂供给装置5。在主辊3的表面以恒定螺距形成有多个槽，金属线2卷绕在这些槽上，由此形成金属线列。在金属线列的上方，保持硅锭B且且将硅锭B在金属线列的金属线上进行按压的工件固定器6被配置为可通过未图示的升降装置上下运动。应予说明，图中的硅锭B是以其长度方向为纸面垂直方向的方式保持于工件固定器6上。

第1冷却剂供给装置4由喷嘴41构成，配设在主辊3的上方，具有对金属线2供给冷却剂的同时对主辊3供给冷却剂以冷却金属线2和主辊3的功能。应予说明，作为喷嘴41，可以采用例如具有纸面垂直方向上的长度方向，长度方向上设置有狭缝或多个喷嘴孔的管状喷嘴等公知的喷嘴。

第2冷却剂供给装置5由喷嘴51和引导板52构成，具有将冷却剂供给至硅锭B的切割加工时金属线会通过的硅锭加工侧面部b₁、b₂的功能。作为喷嘴51，与喷嘴41相同，可以采用、具有纸面垂直方向上的长度方向，长度方向上设置有狭缝或多个喷嘴孔的管状喷嘴等公知的喷嘴。

设置在喷嘴51的下部的引导板52是将由喷嘴51喷出的冷却剂引导至硅锭加工侧面部b₁、b₂的构件。引导板52与喷嘴41和喷嘴51相同，具有纸面垂直方向上的长度方向，其前端部52a与硅锭加工侧面部b₁、b₂接近，以将由喷嘴51的狭缝或喷嘴孔喷出的冷却剂引导致硅锭加工侧面部b₁、b₂的方式进行配设。

应予说明，将喷嘴41、喷嘴51和引导板52设计成各自的长度方向的尺寸为硅锭B的长度以上时，可以在硅锭B的长度方向上均匀地供给冷却剂。另外，将引导板52设置为例如能够以在纸面垂直方向上延伸的轴（未图示）为支点而旋转时，通过调整引导板52的角度可以将冷却剂供给至所期望的位置。

通过本发明的线锯1对硅锭B进行切割加工之际，通过金属线抽出・卷取装置使金属线2运行，并且，使各来自第1冷却剂供给装置4的喷嘴41、第2冷却剂供给装置5的喷嘴51的冷却剂喷出。如前所述，与在游离磨料线锯中使用的浆料不同，本发明中使用的工作液是低粘度的冷却剂。因此，由第1冷却剂供给装置4的喷嘴41喷出的冷却剂被喷射至下方的金属线2上和主辊3上，将金属线2和主辊3冷却后，在到达硅锭加工侧面部b₁、b₂之前，冷却剂的大部分从金属线2落下。

然而，由第2冷却剂供给装置5的喷嘴51喷出的冷却剂沿引导板52流下而连续地供给至硅锭加工侧面部b₁、b₂。因此，利用本发明的线锯1，可以将冷却剂确实地供给至硅锭加工部，可以充分抑制固结于金属线表面的磨料的磨损、脱落的主要原因即冷却剂供给不足所导致的加工热。另外，利用本发明的线锯1时，由于对金属线2被抽出一侧的硅锭加工侧面部b₂也确实地供给了冷却剂，因而切削粉末由加工部排出的效果显著提高。

因此，通过具有设置了引导板52的第2冷却剂供给装置5的本发明的线锯1，可显著提高金属线寿命，大幅降低硅锭的切割加工所需要的金属线使用量，由此实现硅晶片生产设备的低成本化。另外，本发明的线锯1由于引导板52的存在，可以大幅降低流落至规定切割部位以外的地方的冷却剂量，因而对削减硅晶片的制造成本有很大贡献。此外，在所期望的供给位置的锭的整个长度方向上，可以确实且均匀地供给规定量的冷却剂。

实施例

接着，通过本发明例和比较例说明本发明的效果，但本发明例仅为说明本发明的例示，并不限定本发明。（实施例1）使用图1所示的线锯，一边测定硅锭加工侧面部（图1的b₁、b₂）附近的金属线的挠曲量，一边将长：156mm、宽：156mm、高：200mm的块形状硅单晶锭切割加工成560枚晶片。加工条件如下所示。

＜冷却剂＞

种类：二甘醇

粘度：10mPa・s（25℃）

由第1冷却剂供给装置的供给量：50升/min

由第2冷却剂供给装置的供给量：50升/min

＜金属线＞

种类：金刚石电沉积金属线（金刚石的粒径：10～20μm）

运行速度：1000m/min（每40～45秒切换运行方向）

（比较例1）

使用图6所示的线锯，除了冷却剂供给装置以外，通过与实施例1相同的条件尝试与实施例1相同尺寸的硅单晶锭的切割加工。

＜冷却剂＞

冷却剂供给量（图6的喷嘴40）：50升/min

冷却剂供给量（图6的喷嘴50）：50升/min

（评价）

磨料的磨损、脱落、以及切削粉末的堵塞导致金属线的加工性能降低时，金属线的运行阻力会增加。因此，金属线的加工性能降低时，在硅锭加工侧面部（图1的b₁、b₂）处，金属线发生挠曲，该挠曲量随着加工性能降低而增大。

图2是实施例1中的金属线挠曲量的测定结果。由图2可明确，按照本发明的条件的实施例1中，硅锭加工侧面部的金属线的挠曲量在金属线进侧（b₁）、金属线出侧（b₂）均落于8mm的范围，金属线保持良好的运行状态完成了硅锭的切割加工。另外，图3是对实施例1的使用后的金属线进行SEM观察的结果，基本未见磨料的磨损、脱落，确认为可再次使用的状态。

另一方面，图4是比较例1中的金属线挠曲量的测定结果。如图4所示，比较例1中，硅锭加工侧面部的金属线的挠曲量在金属线进侧（b₁）达到8mm，在金属线出侧（b₂）达到15mm，金属线在切割加工的过程中发断裂。另外，图5是对比较例1的使用后的金属线进行SEM观察的结果，磨料的磨损、脱落严重，确认为不可再次使用的状态。

（实施例2）

使用图1所示的线锯，将长：156mm、宽：156mm、高：150mm的块形状硅单晶锭切割加工成417枚晶片。在进行切割加工之际，使用具有表1所示的不同粘度（水准1～3）的冷却剂，对晶片破裂的有无、以及金属线断线的有无进行调查。上述以外的加工条件如下所述。

＜冷却剂＞

由第1冷却剂供给装置的供给量：50升/min

由第2冷却剂供给装置的供给量：50升/min

＜金属线＞

种类：金刚石电沉积金属线（金刚石的粒径：10～20μm）

运行速度：1000m/min（每40～45秒切换运行方向）

（评价）

将相对于冷却剂的粘度（水准1～3）的晶片破裂发生率（%）、金属线断线发生率（%）示于表1。表1中的“晶片破裂发生率（%）”和“金属线断线发生率（%）”通过下式算出。

晶片破裂发生率（%）：破裂枚数÷（锭长度÷切割螺距）×100

金属线断线发生率（%）：断线次数÷切割次数×100

上式中，“破裂枚数”意指对1块锭进行切割加工时得到的晶片中，发生了破裂的晶片的枚数。

另外，“切割次数”意指实施了切割加工的锭的个数，将对1个锭进行切割加工中发生了断线的情形计数为“断线次数＝1”。

应予说明，为了算出本实施例中金属线断线发生率（%），设为“切割次数＝20”。

[表1]

如表1所示，使用与游离磨料线锯用的浆料相同粘度200～220Pa・s的冷却剂（水准3）时，晶片破裂发生率超过15%，金属线断线发生率为20%，合格率有可能降低。与之相对，使用粘度70～90mPa・s的冷却剂（水准1）时，晶片破裂发生率、金属线断线发生率均变得小于1%，可以期待合格率提高效果。另外，使用粘度110～130mPa・s的冷却剂（水准2）时，尽管劣于（水准1），但晶片破裂发生率、金属线断线发生率均在5%左右，确认到可以在工业性量产硅晶片上没有障碍地实施。

产业实用性

提供在使用固定磨料线锯对硅锭进行切割加工之际，可以大大降低切割加工所需要的固定磨料金属线的使用量，大幅削减制造成本的硅锭的切割方法和线锯。

符号说明

1…线锯

2…金属线

3…主辊

4…第1冷却剂供给装置

41…喷嘴

5…第2冷却剂供给装置

51…喷嘴

52…引导板

52a…引导板前端部

B…硅块

Claims

1.利用线锯的硅锭的切割方法，其特征在于，在使相对于多根辊的外周面以恒定的螺距螺旋状地卷绕的固定磨料金属线运行的同时对该金属线上供给冷却剂，同时在将所述冷却剂也供给至硅锭切割加工时所述金属线会通过的所述硅锭的加工侧面部的状态下，使所述硅锭相对于该金属线相对地移动，对所述硅锭进行切割加工而制为多枚硅晶片。

2.权利要求1所述的硅锭的切割方法，其特征在于，上述冷却剂的粘度为0.1mPa・s以上且100mPa・s以下。

3.线锯，其特征在于，具有：相对于多根辊的外周面以恒定的螺距螺旋状地卷绕的固定磨料金属线、对该金属线上供给冷却剂的第1冷却剂供给装置、和具备将冷却剂引导至硅锭切割加工时所述金属线会通过的所述硅锭的加工侧面部的引导板的第2冷却剂供给装置。