CN107866918A - 锭料的切断装置及锭料的切断装置使用的载荷检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供锭料的切断装置及锭料的切断装置使用的载荷检测装置，在用多线锯将锭料切断的锭料切断装置中，通过掌握锭料中的线材的新线侧和旧线侧的切断状态而将线材的切断防患于未然。用多根张紧的线材(3)切断锭料(52)的锭料切断装置(1)中，载荷传感器(S11～S22)设于锭料中的新线侧(52n)和旧线侧(52o)，用该新线侧和旧线侧的载荷传感器计测作用于锭料的所述新线侧和所述旧线侧的载荷。在计测该载荷的情况下，例如，算出绕线材的行进方向即X轴的力矩中心(COP)，在与锭料的重心(G)的偏差为基准值以上时，经由控制部进行用于线材更换的报知、线材的传送速度的控制、锭料的按压速度的控制等。

Description

锭料的切断装置及锭料的切断装置使用的载荷检测装置

技术领域

本发明涉及将硅锭料等较薄地切断的锭料的切断装置，更详细而言，涉及使用线锯切断锭料的锭料的切断装置。

背景技术

以往，作为从硅锭料切出硅晶片的切断装置，使用了线锯的锭料的切断装置已为人们所知(专利文献1)。关于该使用了线锯的锭料的切断装置，使用图11进行说明。

在图11中，附图标记9是钢丝，在其表面附着有切削用金刚石。该钢丝9从抽出用线轴91被抽出，在包含左右一对主辊92的多个主辊92上每预定间距(250μm)绕圈之后，由回收用线轴93回收。而且，附图标记94是硅锭料，经由粘结剂而安装于切片台95，使用升降装置96而沿上下方向移动。

在使用这样的装置从硅锭料94切出薄的硅晶片的情况下，从抽出用线轴91抽出新的线材9，使左右一对主辊92绕圈而使线材9行进。并且，在线材9以一定速度行进的状态下将锭料94按压于多根线材9的表面，每隔预定间距将锭料94切断。此时，例如，将线材9抽出约800米左右，在此处暂时使线材9停止，然后使该线材9向回路方向行进。在使线材9向该回路方向行进时，一边使线材9返回约780米左右，一边将锭料94切断，在此处再次使主辊92停止而使线材9向去路方向行进。以下，同样使线材9向去路方向和回路方向行进，将锭料94切断。并且，这样将新的线材9从抽出用线轴91抽出去路与回路的行进距离的差量(约20米)来将锭料94切断。

专利文献

专利文献1：日本特开2014-96561号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在这样使用线锯将锭料切断的情况下，存在如下的问题。

即，在使用钢丝将锭料切断的情况下，通常线材与锭料接触的距离越长，则切削用金刚石越会从该表面剥落，切削能力下降。因此，在使用这样的线材将锭料切断时，如图5所示，在锭料的被供给新的线材的一侧(以下，称为“新线侧”)，由于在线材的表面附着有较多的切削用金刚石而切削槽变深，另一方面，在线材被回收的一侧(以下，称为“旧线侧”)由于切削用金刚石剥落而切削槽变浅。并且，在这样旧线侧的切削槽变浅的状态下按压锭料时，在旧线侧线材较大地挠曲，因此存在线材被切断的问题。

因此，本发明目的是在利用线材将锭料切断的锭料切断装置中，提供一种通过掌握锭料中的线材的新线侧和旧线侧的切断状态而将线材的切断防患于未然的锭料切断装置。

用于解决课题的方案

即，本发明为了解决上述课题，提供一种锭料切断装置，使锭料向在一对辊之间绕多圈的线材按压而将锭料切断，所述锭料切断装置设有计测单元，该计测单元计测作用于向所述锭料供给新的线材的新线侧和回收旧的线材的旧线侧的锭料上的载荷或者计测线材的挠曲量。

另外，使用安装于保持锭料的切片台侧的载荷传感器来构成所述计测单元，检测所述锭料中的供给新的线材的新线侧和回收旧的线材的旧线侧的沿锭料的按压方向的载荷。

另外，使用安装于保持锭料的切片台侧的载荷传感器来构成所述计测单元，检测所述锭料中的供给新的线材的新线侧和回收旧的线材的旧线侧的沿线材的行进方向的载荷。

另外，使用安装于保持锭料的切片台侧的载荷传感器来构成所述计测单元，计测绕着沿所述按压方向的轴的锭料的力矩。

另外，使用安装于保持锭料的切片台上的载荷传感器来构成所述计测单元，计测绕着沿所述线材的行进方向的轴的锭料的力矩。

另外，也可以使用如下的方法：使用安装于保持锭料的切片台上的载荷传感器构成，计测绕着沿所述按压方向的轴的锭料的力矩中心与锭料的重心位置之间的距离。

另外，也可以使用如下的方法：使用安装于保持锭料的切片台上的载荷传感器构成，计测绕着沿所述线材的行进方向的轴的锭料的力矩中心与锭料的重心位置之间的距离。

此外，作为计测单元，也可以使用计测线材的挠曲量的感应型非接触式传感器构成。

发明效果

根据本发明，计测作用于锭料中的新线侧和旧线侧的载荷或线材的挠曲量，因此能够掌握该新线侧与旧线侧的切削状态之差，能够消除作用于线材的张力之差而将线材的切断防患于未然。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的锭料切断装置的整体概略图。

图2是该实施方式的载荷检测装置的概略图。

图3是表示该实施方式的在切片台安装有大小不同的锭料的状态的图。

图4是进行该实施方式的初始设定的画面例。

图5是表示锭料的切削槽的状态的图。

图6是该实施方式的检测Z轴方向的载荷的状态图。

图7是该实施方式的检测X轴方向的载荷的状态图。

图8是该实施方式的检测绕Z轴的力矩的状态图。

图9是该实施方式的检测绕X轴的力矩的状态图。

图10是表示该实施方式的线材的挠曲量的检测状态的图。

图11是以往例子的锭料的切断装置。

附图标记说明

1…切断装置

21…抽出用线轴

22a～22c…主辊

23…回收用线轴

3…线材

4…冷却部

51…切片台

52…锭料

52a…切削槽

52n…新线侧

52o…旧线侧

53…升降装置

6…载荷检测装置(计测单元)

61u、d…上侧金属板、下侧金属板

62…孔

63…壳体

64…基板

S11～22…载荷传感器

65…销

71…0设定的按钮

6a…非接触式传感器

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的一实施方式。

本实施方式的锭料的切断装置1使用多线锯从锭料52切出薄的硅晶片，如图1所示，具备抽出新的线材3的抽出用线轴21、使从该抽出用线轴21抽出的线材3每预定的间距绕圈的多个主辊22a～22c及从该主辊22a～22c回收线材3的回收用线轴23，上述的抽出用线轴21、回收用线轴23、主辊22a～22c等由未图示的电动机来驱动。而且，在使该线材3绕圈的一对主辊22a～22b之间设有用于将保持于切片台51的锭料52向多根线材3按压的升降装置53，通过该升降装置53将锭料52按压于线材3的表面而切出硅晶片。并且，特征性地，在切片台51的上部，在锭料52的被供给新的线材3的新线侧52n和锭料52的被回收切削完的线材3的旧线侧52o设置图2所示的具有载荷传感器S(S11～S22)的载荷检测装置6，从而能够检测锭料52被按压于线材3时的载荷而掌握锭料52的切断状态。以下，详细说明本实施方式。

首先，在该抽出用线轴21卷缠有新的线材3，从此处抽出线材3。该线材3使用表面附着有切削用的磨粒的直径约50μm～500μm的线材，具体而言，使用电沉积有金刚石固定磨粒等的钢丝等。在该抽出用线轴21卷缠有50km～100km左右的长度的线材3，在抽出线材3的情况下，通过使电动机正转而将线材3向去路方向抽出。而且，在使该线材3向回路方向行进的情况下，使电动机反转而能够将线材3向抽出用线轴21侧回收。在从该抽出用线轴21抽出线材3的情况下，通过设于与主辊22a～22c之间的未图示的张力辊向线材3施加10N的张力。

主辊22a～22c使从该抽出用线轴21抽出的线材3以预定间距呈螺旋状地绕圈，且在其表面平行地形成有用于卷绕线材3的多个槽。作为该槽的间距，例如，设定为250μm的间隔，通过使一根线材3绕多圈而向多根线材3按压锭料52来切出薄的硅晶片。该主辊22中的设置于上方侧的左右一对主辊22a～22b之间通过多根线材3而能够形成切断区域，而且，在下方设置的主辊22c作为驱动用的辊而使线材3向去路方向和回路方向行进。

在该左右一对主辊22a～22b的附近设有用于放出冷却液的冷却部4。该冷却液使在线材3切削时因摩擦而加热的锭料52冷却，向由线材3切断的整个切断部分大量地放出。

另一方面，回收用线轴23回收绕于该主辊22a～22c的线材3，通过电动机而回收线材3，而且，通过使电动机反转，反向地使线材3从回收用线轴23向回路方向行进。在该回收用线轴23与主辊22之间设有用于控制线材3的张力的未图示的张力辊，以通过该张力辊施加约10N的张力的方式进行控制。

被该线材3切断的锭料52在此使用硅的锭料。通过这样的锭料52较薄地切出的硅晶片作为半导体用、太阳能电池用、LED用、功率半导体等而被使用。作为该锭料52的形状，在图1中使用了长方体形状的锭料，但也可以是圆柱状的锭料，形状没有特别限定。

切片台51经由粘结剂而安装锭料52，使用例如以碳材料为主并含有粘合剂材料的结构，或者使用在与锭料52粘结的粘结部分设有与锭料52同种的材料而能够防止锭料52的切断结束时的线材3的断裂的结构等。

在这样的结构中，在本实施方式中，特征性地，在切片台51的上表面侧设置构成计测单元的载荷检测装置6。如图2所示，该载荷检测装置6是在上下一对金属板61u、61d的四个角附近安装载荷传感器S(S11～S22)而构成的，将上方的金属板61u安装于升降装置53侧并将下侧的金属板61d安装于切片台51来使用。作为在该载荷检测装置6中使用的载荷传感器S，在线材3的行进方向为X轴、多个线材3相邻的方向为Y轴、与X轴及Y轴正交的方向为Z轴的情况下，载荷传感器S使用能够检测这3个轴方向的载荷的结构。需要说明的是，在此，使用3个轴方向的载荷传感器S，但是也可以使用仅检测X轴方向的载荷的结构或仅检测Z轴方向的载荷的结构。作为这样的载荷传感器S，可以使用例如使用了应变计的负载传感器等，但是不限于此。

在使用该载荷检测装置6的载荷传感器S来检测载荷的情况下，在锭料52下降时，检测从线材3受到的反力，并输出该检测到的值、根据这些检测到的值而运算的力矩等的值。在根据由该载荷传感器S检测到的载荷进行运算的情况下，通过在上侧的金属板61u安装的基板64进行运算，并将其结果向计算机输出。需要说明的是，在将这样的载荷检测装置6安装于切片台51的情况下，从冷却部4放出的冷却液、切削粉等进入到金属板61u、61d之间，该冷却液、切削粉等可能会成为载荷而被检测。因此，在此如图2的虚线所示，通过壳体63将上方的金属板61u和载荷传感器S封入，并使载荷传感器S的检测销65从该壳体63的孔62突出而安装于下侧的金属板61d。

在安装这样的载荷检测装置6的情况下，需要根据安装的锭料52的大小进行载荷传感器S的初始设定。即，在安装图3(a)所示那样的大的锭料52时和如图3(b)所示安装小的锭料52时，初始状态下的作用于载荷传感器S的载荷不同。因此，在将锭料52安装于切片台51的状态下，从各载荷传感器S检测载荷，通过在图4所示的个人计算机的显示画面上按下0设定按钮71而将载荷预置为0。而且，在这样将各载荷传感器S预置之后，通过按下图4所示的“重心检测”的按钮72，来求出安装于切片台51的锭料52的重心位置G。在求出该锭料52的重心位置G的情况下，使用设于载荷检测装置6的四个角附近的载荷传感器S来检测载荷，使用沿X轴方向设置的多个载荷传感器S来求出力矩中心，并且关于Y轴方向也同样地使用多个载荷传感器S来求出力矩中心。并且，将这样算出的力矩中心预先存储为锭料52的重心G的坐标(Gx,Gy,Gz)。

接下来，说明使用这样的锭料切断装置1将锭料52切断时的动作、载荷检测装置6对载荷的检测方法。

首先，在将锭料52切断的情况下，从抽出用线轴21取出线材3的前端，绕于主辊22之后，将该前端部分卷缠于回收用线轴23。而且，伴随于此将锭料52安装于切片台51，通过按下“0设定”按钮71而将各载荷传感器S预置为0，并通过按下“重心检测”按钮72而预先算出安装于切片台51的锭料52的重心G的坐标(Gx,Gy,Gz)。

这样的初始设定结束之后，使线材3行进，一边从冷却部4放出冷却液，一边使锭料52下降。于是，锭料52由线材3切断，切出薄的硅晶片。此时，在使线材3行进时，在向去路方向行进了800m左右之后，暂时停止，然后使电动机反转而向回路方向行进780m左右。并且，以下同样，一边使线材3按压锭料52，一边使线材3向去路方向和回路方向行进而将锭料52切断。

在这样将锭料52切断的工序中，如图5所示，锭料52中的线材3的旧线侧52o的锋利性变差，锭料52的切削槽52a变浅。另一方面，锭料52中的线材3的新线侧52n的切削槽52a变深，因此在锭料52中的线材3的旧线侧52o，线材3较大地挠曲，线材3可能会断裂。因此，通过利用载荷传感器S来检测该锭料52中的线材3的新线侧52n与旧线侧52o的载荷的差异，能够掌握新线侧52n与旧线侧52o的锭料52的切断状态。

<第一实施方式>

作为这样的载荷传感器S的检测方法的一例，如图6所示，可以使用检测沿锭料52的按压方向即Z轴方向的载荷的方法。在这样检测Z轴方向的载荷的情况下，在载荷检测装置6，可以在新线侧52n和旧线侧52o设置至少各1个载荷传感器S来检测Z轴方向的载荷，但是如图2那样在新线侧52n和旧线侧52o分别设置2个载荷传感器S的情况下，可以分别输出新线侧52n的2个载荷传感器S的合计值(Fz1+Fz2)和旧线侧52o的2个载荷传感器S的合计值(Fz3+Fz4)。并且，在这样的检测Z轴方向的载荷的结构中，在线材3磨损而旧线侧52o的切削槽52a变浅的情况下，与锭料52的按压相对的线材3的反力增大，旧线侧52o的Z轴方向的载荷检测得较大。相对于此，在新线侧52n，切削槽52a相对变深，因此线材3产生的反力减小，Z轴方向的载荷检测得较小。因此，将这样的新线侧52n和旧线侧52o的检测值向设于载荷检测装置6的基板64的控制部输出，进行用于线材更换的报知、线材3的传送速度的控制、锭料52的按压速度的控制等而能够将线材3的断裂防患于未然。需要说明的是，如果将这样的控制部设置在载荷检测装置6侧，则仅通过在已知的锭料切断装置安装该载荷检测装置6就能够将线材3的断裂防患于未然。

如果这样检测Z轴方向的载荷，则能够根据其检测值判断线材3的挠曲，通过使锭料52的按压速度降低或增大新的线材3的抽出量，能够将线材3的断裂防患于未然。

<第二实施方式>

另外，作为其他的检测方法，如图7所示，也可以使用检测沿线材3的行进方向即X轴的方向的载荷的方法。该情况也同样，在载荷检测装置6，可以在新线侧52n和旧线侧52o设置至少各1个载荷传感器S而检测X轴方向的载荷，但是如图2那样在新线侧52n和旧线侧52o分别设置2个载荷传感器S的情况下，分别输出新线侧52n的载荷传感器S的合计值(Fx1+Fx2)和旧线侧52o的载荷传感器S的合计值(Fx3+Fx4)。并且，在这样的结构中，在线材3因使用而磨损时，锭料52中的线材3的旧线侧52o的切削槽52a变浅，基于锭料52的按压的线材3的反力增大而X轴方向的载荷增大。另一方面，在新线侧52n，切削槽52a相对变深，因此线材3产生的反力减小，X轴方向的载荷也减小。因此，这样将新线侧52n和旧线侧52o的检测值向载荷检测装置6的控制部输出，能够进行用于线材更换的报知、线材3的传送速度的控制、锭料52的按压速度的控制等而将线材3的断裂防患于未然。

这样，如果检测X轴方向的载荷，则通过检测沿线材3的行进方向的张力之差，能够与沿线材3的轴线方向的断裂载荷等进行比较而将线材3的断裂防患于未然。

<第三实施方式>

此外，作为其他的检测方法，如图8所示，也能够检测作用于锭料52的绕Z轴的力矩并输出。作为这样的力矩，检测新线侧52n和旧线侧52o的X轴方向的载荷，运算锭料52的绕Z轴的力矩，能够根据该力矩的值而掌握锭料52的切断状态。并且，在这样的结构中，根据新线侧52n和旧线侧52o的载荷来求出力矩，通过将该力矩的值与基准值进行比较也能够检测线材3的磨损。

或者，可以求出该力矩的中心位置COP(Center Of Pressure：压力中心)，能够基于该力矩的中心位置的移动量而判断线材3的磨损。具体而言，当旧线侧52o的X轴方向的检测值伴随着线材3的磨损而增大时，力矩的中心位置接近旧线侧52o。并且，也可以在先求出的锭料52的重心G与力矩的中心位置COP之间的距离大于基准值的情况下，判断为磨损变得激烈，经由载荷检测装置6的控制部而进行用于线材更换的报知、线材3的传送速度的控制、锭料52的按压速度的控制等，能够将线材3的断裂防患于未然。

<第四实施方式>

另外，作为其他的检测方法，如图9所示，这次也可以使用检测作用于锭料52的绕X轴的力矩的方法。作为这样的力矩，也可以检测新线侧52n和旧线侧52o的Z轴方向的载荷，运算锭料52的绕X轴的力矩，通过将该力矩的值与基准值进行比较来检测线材3的磨损。

或者，可以求出该力矩的中心位置COP(Center Of Pressure)，能够基于该力矩的中心位置的移动量而判断线材3的磨损。具体而言，当旧线侧52o的Z轴方向的载荷伴随着线材3的磨损而增大时，力矩的中心位置接近旧线侧52o。并且，在先求出的锭料52的重心G与力矩的中心位置之间的距离大于基准值的情况下，判断为磨损变得激烈，经由载荷检测装置6的控制部进行用于线材更换的报知、线材3的传送速度的控制、锭料52的按压速度的控制等。

<第五实施方式>

在上述第一实施方式至第四实施方式中，根据作用于锭料52的载荷来检测新线侧52n和旧线侧52o的切削状态，但是也可以检测线材3的挠曲量而能够检测锭料52的线材3的新线侧52n和旧线侧52o的切削状态。在图10中，附图标记6a是非接触式传感器，能够计测线材3的挠曲量。该非接触式传感器6a设于在锭料52的新线侧52n和旧线侧52o绕圈的线材3的内侧，在将锭料52向线材3按压时能够计测与锭料52附近的线材3之间的距离。如果这样在线材3的内侧设置非接触式传感器6a，则在将线材3卷缠于主辊22时，该非接触式传感器6a不会成为干扰。而且，也可以将该非接触式传感器6a安装在绕圈的线材3的上方外侧。如果在这样的位置安装非接触式传感器6a，则具有根据锭料52的大小而能够简单地改变非接触式传感器6a的位置这样的优点。需要说明的是，在这样检测线材3的挠曲量的情况下，光学方式的话，由于冷却液而难以检测线材3的挠曲量，因此优选使用检测因外部磁场的影响而在线材3产生的涡流的磁损失的感应型非接触式传感器6a。通过使用这样的感应型非接触式传感器6a，具有即使在存在冷却液的情况下也能够计测与作为金属体的线材3之间的距离而检测挠曲量这样的优点。并且，根据这些非接触式传感器6a的检测值来检测挠曲量的差异，通过将该值与基准值进行比较，经由载荷检测装置6的控制部进行用于线材更换的报知、线材3的传送速度的控制、锭料52的按压速度的控制等。

载荷检测装置6的控制部根据这样从载荷检测装置6输出的值、挠曲量等，进行能够将线材3的断裂防患于未然的控制。作为这样的控制方法，在新线侧52n与旧线侧52o的载荷的差异大于基准值时，或者重心G与COP之间的距离大于基准值时，除了进行用于催促线材3更换的报知的方法之外，也可以使用减缓线材3的速度的控制方法或者降低将锭料52向线材3的表面按压的速度的控制方法等。而且，除此以外，为了将新的线材3更多地从抽出用线轴21抽出，可以使线材3向去路方向的传送量相对于返回量进一步增大，例如，可以将向去路方向设为800米、将向回路方向设为600米等。需要说明的是，在此使用载荷检测装置6的控制部来进行报知、线材3的行进速度的控制、锭料52的按压控制等，但是也可以将输出的值、来自非接触式传感器6a的挠曲量原封不动地显示于计算机的显示器。并且，通过操作员观察这样显示的值来更换线材3，或者设定线材3的传送速度、锭料52的按压速度等，由此也能够将线材3的断裂防患于未然。

这样，根据上述实施方式，在使用多根张紧的线材3将锭料52切断的锭料切断装置1中，在所述锭料52的新线侧52n和旧线侧52o设置载荷传感器S、非接触式传感器6a，使用该新线侧52n和旧线侧52o的传感器S、6a来计测作用于锭料52的新线侧52n和所述旧线侧52o的载荷或计测线材3的挠曲量，因此能够掌握新线侧52n与旧线侧52o的切削状态之差，能够消除作用于线材3的张力之差，能够将线材3的切断防患于未然。

需要说明的是，本发明不限定为上述实施方式，能够以各种形态实施。

例如，在上述实施方式中，使锭料52从上侧下降而按压于线材3，但是关于锭料52的按压方向可以从上下左右任一方向按压，在改变该按压方向的情况下，能够与此相应地变更本实施方式的各部的配置而使之适应。

另外，在上述实施方式中，在载荷检测装置6设置了4个载荷传感器S，但是也可以在新线侧52n和旧线侧52o分别各设置1个，或者还可以设置4个以上的载荷传感器S。

Claims (9)

1.一种锭料切断装置，使锭料向在一对辊之间绕多圈的线材按压而将锭料切断，所述锭料切断装置的特征在于，

设有计测单元，该计测单元计测作用于向所述锭料供给新的线材的新线侧和回收旧的线材的旧线侧的锭料上的载荷或者计测线材的挠曲量。

2.根据权利要求1所述的锭料切断装置，其中，

所述计测单元是使用安装于保持锭料的切片台侧的载荷传感器而构成的，是计测所述锭料中的线材的新线侧和旧线侧的沿锭料的按压方向的载荷的单元。

3.根据权利要求1所述的锭料切断装置，其中，

所述计测单元是使用安装于保持锭料的切片台侧的载荷传感器而构成的，是计测所述锭料中的线材的新线侧和旧线侧的沿线材行进方向的载荷的单元。

4.根据权利要求1所述的锭料切断装置，其中，

所述计测单元是使用安装于保持锭料的切片台侧的载荷传感器而构成的结构，是计测绕着沿所述按压方向的轴的锭料的力矩的单元。

5.根据权利要求1所述的锭料切断装置，其中，

所述计测单元是使用安装于保持锭料的切片台侧的载荷传感器而构成的结构，是计测绕着沿所述线材的行进方向的轴的锭料的力矩的单元。

6.根据权利要求1所述的锭料切断装置，其中，

所述计测单元是使用安装于保持锭料的切片台侧的载荷传感器而构成的结构，是计测绕着从多根所述线材的面立起的轴的锭料的力矩中心与锭料的重心位置之间的距离的单元。

7.根据权利要求1所述的锭料切断装置，其中，

所述计测单元是使用安装于保持锭料的切片台侧的载荷传感器而构成的，是计测绕着沿所述线材的行进方向的轴的锭料的力矩中心与锭料的重心位置之间的距离的单元。

8.根据权利要求1所述的锭料切断装置，其中，

所述计测单元是由计测线材的挠曲量的感应型非接触式传感器构成的。

9.一种载荷检测装置，用于锭料切断装置，所述锭料切断装置使锭料向在一对辊之间绕转多圈的线材按压而将锭料切断，

所述载荷检测装置的特征在于，

设有计测单元，该计测单元计测作用于向所述锭料供给新的线材的新线侧和回收旧的线材的旧线侧的锭料上的载荷或者计测线材的挠曲量。