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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschneiden eines Blocks sowie eine Drahtsäge, bei denen ein Block, wie etwa ein Halbleiter, aufgeschnitten wird, indem er gegen einen Draht gedrückt wird, während dem Draht eine Aufschlämmung zugeführt wird.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Herkömmlicherweise kennt man eine Drahtsäge als Einrichtung zum Aufschneiden eines Blocks, wie etwa eines Siliziumblocks und eines Verbundhalbleiterblocks, zu Wafern. Bei der Drahtsäge ist ein Draht zum Aufschneiden einige Male um mehrere gerillte Rollen gelegt, so dass sich eine Drahtreihe bildet, und während der Draht zum Aufschneiden axial mit einer hohen Geschwindigkeit angetrieben und in geeigneter Weise eine Aufschlämmung zugeführt wird, wird der Block der Drahtreihe zugeführt, wobei so in ihn eingeschnitten wird, dass der Block gleichzeitig an einer Drahtposition aufgeschnitten wird (siehe zum Beispiel die ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. H09-262826 ).
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Eine Übersicht über ein Beispiel für eine herkömmliche, allgemeine Drahtsäge ist in 4 gezeigt.
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Wie in 4 gezeigt ist, umfasst eine Drahtsäge 101 in erster Linie einen Draht 102 zum Aufschneiden eines Blocks W, gerillte Rollen 103, um die der Draht 102 gelegt ist, Vorrichtungen 104 zum Einstellen der Spannung des Drahts 102, eine Vorrichtung 105, um den aufzuschneidenden Block W nach unten zu bewegen, und eine Vorrichtung 106, um während des Aufschneidens eine Aufschlämmung zuzuführen.
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Der Draht 102 wird von einer Drahtspule 107 eines Paars von Drahtspulen 107 und 107' abgezogen und wird mit ungefähr 300 bis 500 Windungen über eine der Verfahreinrichtungen 108, Umlenkrollen 109, und eine der Spannungseinstellungsvorrichtungen 104 um die gerillten Rollen 103 gewickelt. Der Draht 102 wird danach durch die andere Drahtspule 107' wieder aufgespult, wobei er über die andere Spannungseinstellungsvorrichtung 104', die Umlenkrollen 109' und die andere Verfahreinrichtung 108' läuft.
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Des Weiteren handelt es sich bei jeder der gerillten Rollen 103 um eine Walze, bei der auf den Umfang eines Stahlzylinders ein Polyurethanharz aufgepresst ist und auf dessen Oberfläche Rillen mit einer annähernd unveränderlichen Steigung gebildet sind. Dadurch kann jede der gerillten Rollen einen Bruch des Drahts unterbinden, indem eine Beschädigung des Drahts 102 vermieden wird. Mittels eines Antriebsmotors 110 für die gerillten Rollen kann der aufwickelte Draht 102 in einer Richtung oder in einem vorbestimmten Zyklus in einer hin- und hergehenden Richtung angetrieben werden.
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Die Drahtspulen 107 und 107' werden so angetrieben, dass sie mit Antriebsmotoren 111 bzw. 111' für die Drahtspulen in Drehung versetzt werden. Die an den Draht 102 angelegte Zugspannung kann eingestellt werden, indem die Drehzahl des Antriebsmotors 110 für die gerillten Rollen und der Antriebsmotoren 111 und 111' für die Drahtspulen gesteuert wird.
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Es ist zu beachten, dass es sich bei den Spannungseinstellungsvorrichtungen
104 und
104' um Vorrichtungen zum noch genaueren Einstellen der an den Draht
102 angelegten Zugspannung handelt, die zum Beispiel in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. H09-94755 als Vorrichtungen offenbart sind, mit deren Hilfe das Brechen des Drahts und dergleichen verhindert werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aber selbst wenn der Block W mit der vorstehend beschriebenen Drahtsäge 101 aufgeschnitten wird, während an den Draht 102 eine konstante Spannung oder für eine Zustellposition des Blocks eine zuvor programmierte Spannung angelegt wird, tritt in einigen Fällen während des Schneidens ein Drahtbruch auf.
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Der Drahtbruch erzeugte Probleme in Bezug auf die Entstehung von Stufen auf einer Oberfläche des geschnittenen Wafers, eine Verschlechterung der Nano-Topographie, und dadurch die Entstehung eines Produktfehlers. Dementsprechend wird eine verringerte Häufigkeit des Drahtbruchs gefordert.
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Im Hinblick darauf hat der vorliegende Erfinder eine Ursache für das Auftreten eines Drahtbruchs untersucht, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen. Im Ergebnis hat der vorliegende Erfinder festgestellt, dass – zusätzlich zu einer zu hohen Einstellung der Drahtspannung, einer schlechten Qualität des Drahts 102 und einem Steuerungsfehler des Antriebsmotors 110 für die gerillten Rollen und der Antriebsmotoren 111 und 111' für die Drahtspulen – die Drehlast von einer der Umlenkrollen 109 und 109', die sich mit dem Antrieb des Drahts 102 drehen, erhöht ist, wodurch an den Draht 102 eine übermäßig hohe Zugspannung angelegt wird, so dass der Drahtbruch auftritt.
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Der vorliegende Erfinder hat darüber hinaus eine Ursache für den Anstieg der Drehlast der Umlenkrolle im Einzelnen untersucht. Als Ergebnis hat der vorliegende Erfinder festgestellt, dass ein Hauptgrund für das Auftreten darin besteht, dass sich die mitgeführte, am Draht anhaftende Aufschlämmung zwischen einer feststehenden Achse und einem drehbaren Abschnitt in der Umlenkrolle festsetzt, die drehbar durch die feststehende Achse über ein Lager gelagert ist.
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Da die Anhaftung der Aufschlämmung mit zunehmender Dauer ab dem Beginn des Schneidvorgangs immer größere Ausmaße annimmt, tritt das Problem besonders bei einer langen Schneiddauer auf. So nimmt zum Beispiel das Aufschneiden eines Siliziumblocks mit einem Durchmesser von 300 mm viel Zeit in Anspruch, wie beispielsweise 20 Stunden oder mehr, wobei das durch die Anhaftung der Aufschlämmung verursachte Problem des Anstiegs der Drehlast der Umlenkrolle daher leicht beim Aufschneiden eines Blocks mit großem Durchmesser auftritt. Selbst wenn vor dem Betrieb kein Problem vorliegt, kann ein abnormaler Verschleiß einer Rille der Umlenkrolle während des Schneidvorgangs den Anstieg der Drehlast der Umlenkrolle verursachen.
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Somit ist also für das Aufschneiden eines Halbleiterblocks eine Lösung notwendig, insbesondere für einen solchen Schneidvorgang, bei dem aufgrund eines größeren Durchmessers des Blocks die Bearbeitungsdauer der Vorausberechnung nach weiter verlängert wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend erwähnten Probleme geschaffen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Aufschneiden eines Blocks sowie eine Drahtsäge zur Verfügung zu stellen, mit der sich der Block aufschneiden lässt, während das Auftreten eines Drahtbruchs unterbunden wird, der dadurch verursacht ist, dass an den Draht eine übermäßig hohe Spannung angelegt wird, die auf den Drehwiderstand der drehbar durch die feststehende Achse gelagerten Umlenkrolle zurückzuführen ist, und mit der sich infolgedessen die Entstehung von Stufen am aufzuschneidenden Block sowie eine Verschlechterung der Nano-Topographie beim Aufschneiden eines Blocks mittels einer Drahtsäge unterbinden lassen.
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Um die vorstehende Aufgabe zu erzielen, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Aufschneiden eines Blocks mit einer Drahtsäge vor, umfassend:
Aufziehen eines Drahts auf mehrere gerillte Rollen, wobei der Draht von einer eines Paars von Drahtspulen abgewickelt und durch die andere Drahtspule aufgewickelt wird; Führen eines Verlaufs des Drahts, indem mindestens eine drehbare Umlenkrolle jeweils zwischen den Drahtspulen und den gerillten Walzen angeordnet wird, wobei jede Umlenkrolle mittels einer feststehenden Achse über ein Lager gelagert ist; und Aufschneiden des Blocks zu Wafern, indem der Block gegen den Draht gedrückt wird, während den gerillten Rollen eine Aufschlämmung zugeführt und der Draht sich bewegen gelassen wird, wobei an der feststehenden Achse der Umlenkrolle eine Drehmomenterfassungsvorrichtung angebracht ist; der Block aufgeschnitten wird, während ein Wert eines Drehwiderstands der Umlenkrolle durch die Drehmomenterfassungsvorrichtung erfasst wird; und das Aufschneiden des Blocks unterbrochen wird, sobald ein abnormaler Wert des Drehwiderstandes der Umlenkrolle ermittelt wird, wobei der Wert von der Drehmomenterfassungsvorrichtung erfasst wird.
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Wenn die Drehmomenterfassung an der feststehenden Achse der Umlenkrolle angebracht ist; der Block zerschnitten wird, während der Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle von der Drehmomenterfassungsvorrichtung erfasst wird; und das Aufschneiden des Blocks unterbrochen wird, sobald ein abnormaler Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle ermittelt wird, wobei der Wert von der Drehmomenterfassungsvorrichtung erfasst wird, dann kann auf diese Art und Weise das Auftreten eines Drahtbruchs durch eine schnelle Unterbrechung des Schneidvorgangs unterbunden werden, selbst wenn während des Aufschneidens des Blocks aufgrund des Drehwiderstands der Umlenkrolle eine übermäßig hohe Spannung an den Draht angelegt wird. Infolgedessen können die Entstehung von Stufen am aufzuschneidenden Block und die Verschlechterung der Nano-Topographie unterbunden werden.
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Dabei wird der abnormale Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle vorzugsweise durch einen Vergleich der Drehwiderstände von mehreren Umlenkrollen ermittelt.
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Wenn der abnormale Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle durch den Vergleich der Drehwiderstände von mehreren Umlenkrollen bestimmt wird, kann auf diese Weise der abnormale Wert des Drehwiderstands einer bestimmten Umlenkrolle ohne Weiteres durch den Vergleich zwischen den Drehwiderständen der mehreren Umlenkrollen bestimmt werden, und zwar selbst bei sich ändernden Prozessbedingungen, wie zum Beispiel die Drahtspannung und eine Laufgeschwindigkeit des Drahts, die den Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle verändern.
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Dabei wird der abnormale Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle vorzugsweise anhand eines erhöhten Betrags in Bezug auf einen zuvor gemessenen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle bestimmt, wobei der zuvor gemessene Wert vor dem Aufschneiden des Blocks gemessen wird, indem man den Draht sich genau unter den Bedingungen bewegen lässt, die den Schneidbedingungen am Block entsprechen.
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Wenn der abnormale Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle anhand eines erhöhten Betrags in Bezug auf einen zuvor gemessenen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle bestimmt wird, wobei der zuvor gemessene Wert vor dem Schneidvorgang am Block gemessen wird, indem man den Draht genau unter den Bedingungen sich bewegen lässt, die den Schneidbedingungen am Block entsprechen, lässt sich auf diese Weise der abnormale Wert stets durch den Vergleich mit einem Normalwert des Drehwiderstands bestimmen, und dadurch kann der abnormale Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle zuverlässiger ermittelt werden.
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Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung eine Drahtsäge zur Verfügung, die zumindest Folgendes umfasst: mehrere gerillte Rollen, um die ein Draht gelegt ist, wobei der Draht von einer eines Paars von Drahtspulen abgewickelt und durch die andere Drahtspule aufgewickelt wird; eine Vorrichtung zum Zuführen einer Aufschlämmung zu den gerillten Rollen für den Schneidvorgang; und mindestens eine drehbare Umlenkrolle, die durch eine feststehende Achse über ein Lager gelagert ist, wobei jede Umlenkrolle jeweils zwischen den Drahtspulen und den gerillten Walzen angeordnet ist, um einen Verlauf des Drahts zu führen, wobei die Drahtsäge einen Block in Wafer schneidet, indem der Block gegen den Draht gedrückt wird, während der Draht sich bewegen gelassen wird, wobei die Drahtsäge umfasst: eine Drehmomenterfassungsvorrichtung, die an der feststehenden Achse der Umlenkrolle angebracht ist, wobei die Drehmomenterfassungsvorrichtung einen Wert eines Drehwiderstands der Umlenkrolle erfasst; und eine Steuervorrichtung, um das Aufschneiden des Blocks zu unterbrechen, sobald ein abnormaler Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle ermittelt wurde, wobei der Wert von der Drehmomenterfassungsvorrichtung erfasst wird.
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Wenn die Drahtsäge Folgendes aufweist: eine Drehmomenterfassungsvorrichtung, die an der feststehenden Achse der Umlenkrolle angebracht ist, wobei die Drehmomenterfassungsvorrichtung einen Wert eines Drehwiderstands der Umlenkrolle erfasst; und eine Steuervorrichtung, um das Aufschneiden des Blocks zu unterbrechen, sobald ein abnormaler Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle ermittelt wurde, wobei der Wert von der Drehmomenterfassungsvorrichtung erfasst wird, dann kann die Drahtsäge auf diese Weise das Auftreten eines Drahtbruchs durch schnelles Unterbrechen des Schneidvorgangs unterbinden, selbst wenn aufgrund des Drehwiderstands der Umlenkrolle während des Aufschneidens des Blocks an den Draht eine übermäßig hohe Zugspannung angelegt wird. Mit der Drahtsäge lassen sich infolgedessen die Entstehung von Stufen am aufzuschneidenden Block und eine Verschlechterung der Nano-Topographie unterbinden.
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Dabei bestimmt die Steuervorrichtung den abnormalen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle vorzugsweise durch einen Vergleich der Drehwiderstände von mehreren Umlenkrollen.
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Wenn die Steuervorrichtung den abnormalen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle durch einen Vergleich zwischen den Drehwiderständen von mehreren Umlenkrollen bestimmt, kann die Drahtsäge auf diese Weise den abnormalen Wert des Drehwiderstands einer bestimmten Umlenkrolle durch den Vergleich zwischen den Drehwiderständen der mehreren Umlenkrollen selbst im Falle von sich verändernden Prozessbedingungen, wie zum Beispiel eine Drahtspannung und eine Laufgeschwindigkeit des Drahts, die den Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle verändern, ohne Weiteres bestimmen.
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Dabei bestimmt die Steuervorrichtung den abnormalen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle vorzugsweise anhand eines erhöhten Betrags in Bezug auf einen zuvor gemessenen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle, wobei der zuvor gemessene Wert vor dem Aufschneiden des Blocks gemessen wird, indem man den Draht genau unter den Bedingungen sich bewegen lässt, die den Schneidbedingungen am Block entsprechen.
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Wenn die Steuervorrichtung den abnormalen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle anhand eines erhöhten Betrags in Bezug auf einen zuvor gemessenen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle bestimmt, wobei der zuvor gemessene Wert vor dem Aufschneiden des Blocks gemessen wird, indem man den Draht genau unter den Bedingungen sich bewegen lässt, die den Schneidbedingungen am Block entsprechen, kann die Drahtsäge auf diese Weise den abnormalen Wert stets durch den Vergleich mit einem Normalwert des Drehwiderstands bestimmen und dadurch den abnormalen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle noch zuverlässiger ermitteln.
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Bei der Drahtsäge der vorliegenden Erfindung ist die Drehmomenterfassungsvorrichtung an der feststehenden Achse der Umlenkrolle angebracht; wird der Block aufgeschnitten, während der Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle durch die Drehmomenterfassungsvorrichtung erfasst wird; und wird das Aufschneiden des Blocks unterbrochen, sobald ein abnormaler Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle festgestellt wird, wobei der Wert durch die Drehmomenterfassungsvorrichtung erfasst wird. Durch das schnelle Unterbrechen des Schneidvorgangs kann das Auftreten eines Drahtbruchs daher unterbunden werden, selbst wenn aufgrund des Drehwiderstands der Umlenkrolle während des Aufschneidens des Blocks an den Draht eine übermäßig hohe Zugspannung angelegt wird. Dementsprechend können die Entstehung von Stufen am aufzuschneidenden Block sowie die Verschlechterung der Nano-Topographie unterbunden werden. Wenn ein Drahtbruch aufgetreten ist, nimmt es normalerweise viel Zeit und Kosten in Anspruch, den Draht und dergleichen wieder einzurichten. Dies kann mit der vorliegenden Erfindung jedoch unterbunden werden, die Produktivität kann erhöht und die Kosten können reduziert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Drahtsäge gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Umlenkrolle der Drahtsäge gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand erläutert, bei dem der Block gehalten wird und mit der Drahtsäge gemäß der vorliegenden Erfindung aufgeschnitten wird; und
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4 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer herkömmlichen Drahtsäge zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend wird eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, wobei die vorliegende Erfindung aber nicht darauf beschränkt ist.
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Bei einer herkömmlichen Drahtsäge tritt manchmal ein Bruch des Drahts während des Schneidens auf, selbst wenn der Block geschnitten wird, während an den Draht eine konstante Spannung oder für eine Zuführposition des Blocks eine zuvor programmierte Spannung angelegt wird.
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Der Drahtbruch brachte Probleme bezüglich der Entstehung von Stufen auf der Oberfläche des aufgeschnittenen Wafers sowie eine Verschlechterung der Nano-Topographie und dadurch die Entstehung eines Produktfehlers mit sich. Dies hat weiter zur Folge, dass durch die Abnahme der Betriebsfrequenz der Drahtsäge die Produktivität zurückgeht und die Kosten steigen. Demzufolge war ein Rückgang des Auftretens eines Drahtbruchs gefordert.
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Um die zuvor beschriebenen Probleme zu lösen, hat der vorliegende Erfinder die Ursache des Drahtbruchs untersucht.
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Als Ergebnis hat der vorliegende Erfinder festgestellt, dass sich die mitgeführte, am Draht anhaftende Aufschlämmung zwischen der feststehenden Achse und dem drehbaren Abschnitt in der Umlenkrolle festsetzt, die drehbar durch die feststehende Achse über das Lager gelagert ist, und dass die Drehlast der sich in Übereinstimmung mit dem Antrieb des Drahts drehenden Umlenkrolle erhöht ist und dadurch auf den Draht eine übermäßig hohe Spannung angelegt wird, so dass der Drahtbruch auftritt.
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Im Hinblick darauf hat der vorliegende Erfinder wiederholt exakt ausgeführte Untersuchungen vorgenommen, um die Probleme zu lösen, und in der Folge entdeckt, dass durch den Einbau der Drehmomenterfassungsvorrichtung eine an den Draht angelegte abnormale Zugspannung schnell erfasst werden kann, um so den Drahtbruch zu verhindern, wobei die Drehmomenterfassungsvorrichtung den Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle an der feststehenden Achse der Umlenkrolle erfasst, und der Block aufgeschnitten wird, während der erfasste Wert des Drehwiderstands beobachtet wird. Der vorliegende Erfinder hat auch die beste Art und Weise zur Ausführung dieser Maßnahmen untersucht und dadurch die vorliegende Erfindung abgeschlossen.
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1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Drahtsäge gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Drahtsäge 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in erster Linie den Draht 2 zum Aufschneiden des Blocks W, die gerillten Rollen 3, um die der Draht 2 gelegt ist, Spannungseinstellungsvorrichtungen 4 zum Einstellen der Spannung des Drahts 2, eine Werkstückvorschubvorrichtung 5, um den aufzuschneidenden Block W relativ gesehen nach unten vorzuschieben, eine Aufschlämmungszuführvorrichtung 6 zum Zuführen der Aufschlämmung während des Schneidvorgangs und dergleichen.
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Der Draht 2 wird von einer Drahtspule 7 eines Paars von Drahtspulen 7 und 7' abgezogen und mit etwa 300 bis 500 Windungen um die gerillten Rollen 3 gelegt, wobei er über eine Verfahreinrichtung 8, die Umlenkrollen 9, und eine Spannungseinstellungsvorrichtung 4 läuft. Der Draht 2 wird danach durch die andere Drahtspule 7' aufgewickelt, und zwar über die andere Spannungseinstellungsvorrichtung 4', die Umlenkrollen 9' und die andere Verfahreinrichtung 8'.
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Wie in 2 gezeigt ist, sind die Umlenkrollen 9 und 9' drehbar durch die feststehende Achse 22 über das Lager 21 gelagert. Wie vorstehend beschrieben ist, sind die Umlenkrollen 9 und 9' jeweils zwischen den Drahtspulen 7 bzw. 7' und den gerillten Rollen 3 angeordnet und wird der Draht 2 sich in den Rillen der Umlenkrollen bewegen gelassen, so dass die Umlenkrollen 9 und 9' den Verlauf des Drahts führen.
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Wie in 1 gezeigt ist, sind die Spannungseinstellungsvorrichtungen 4 und 4' sowie die Verfahreinrichtungen 8 und 8' mit Umlenkrollen 9 und 9' versehen, die denselben Aufbau wie zuvor beschrieben haben, und wird der Draht 2 sich in den Rillen dieser Umlenkrollen bewegen gelassen.
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Die Drehmomenterfassungsvorrichtung 20 ist an der feststehenden Achse 22 jeder der Umlenkrollen 9 und 9' eingebaut. Durch die Drehmomenterfassungsvorrichtung 20 kann der Wert des Drehwiderstands an jeder der Umlenkrollen 9 und 9' erfasst werden.
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist an jede Drehmomenterfassungsvorrichtung 20 eine Steuervorrichtung 23 angeschlossen. Die Steuervorrichtung 23 bestimmt den abnormalen Wert des Drehwiderstands, der durch die Drehmomenterfassungsvorrichtung 20 erfasst wurde, und führt die Steuerung so aus, dass bei Erfassung eines abnormalen Werts das Aufschneiden des Blocks unterbrochen wird. Wie in 1 gezeigt ist, kann die Unterbrechung des Schneidvorgangs erfolgen, indem die Steuervorrichtung 23 mit einem Antriebsmotor 10 für die gerillten Rollen und mit Antriebsmotoren 11 und 11' für die Drahtspulen verbunden werden und die Steuerung so ausgeführt wird, dass jede Drehung dieser Motoren unterbrochen wird.
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Wie vorstehend beschrieben, umfasst die Drahtsäge die Drehmomenterfassungsvorrichtung 20, die den Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle ermittelt, und die Steuervorrichtung 23, die den abnormalen Wert des durch die Drehmomenterfassungsvorrichtung 20 erfassten Drehwiderstands der Umlenkrolle bestimmt und bei Erfassung eines abnormalen Werts die Steuerung so ausführt, dass das Aufschneiden des Blocks unterbrochen wird. Somit kann die Drahtsäge während des Aufschneidens des Blocks W den Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle beobachten und das Auftreten eines Bruches des Drahts 2 unterbinden, indem der Schneidvorgang schnell unterbrochen wird, selbst wenn aufgrund des Drehwiderstands der Umlenkrolle eine übermäßig hohe Zugspannung an den Draht 2 angelegt wird. Mit der Drahtsäge können demzufolge die Entstehung von Stufen am aufzuschneidenden Block W sowie die Verschlechterung der Nano-Topographie unterbunden werden. Darüber hinaus werden für die Wiedereinrichtung keine zusätzliche Zeit und keine zusätzlichen Kosten benötigt.
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Die Drehmomenterfassungsvorrichtung 20 ist hier vorzugsweise an allen Umlenkrollen eingebaut, um den Drahtbruch noch zuverlässiger verhindern zu können. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt und es kann auch nur mindestens eine Drehmomenterfassungsvorrichtung 20 eingebaut werden.
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Da sich die Umlenkrolle an einer von einer Schneidposition des Blocks W weit entfernten Stelle befindet, kann die Aufschlämmung, die durch Anhaften am Draht 2 mitgeführt wird, antrocknen, und in der Folge wird dann auch die vorstehend beschriebene Festsetzung der Aufschlämmung auftreten. Die Drehmomenterfassungsvorrichtung 20 ist daher wünschenswerterweise an der Umlenkrolle eingebaut, die sich an einer von der Schneidposition des Blocks W entfernten Stelle befindet.
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Dabei bestimmt die Steuervorrichtung 23 den abnormalen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle vorzugsweise durch einen Vergleich der Drehwiderstände von mehreren Umlenkrollen.
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Die an der feststehenden Achse der Umlenkrolle erfasste Drehlast verändert sich in Abhängigkeit von der Spannung und Laufgeschwindigkeit des Drahts 2. Wenn der abnormale Wert bestimmt wird, indem ein Absolutwert des Drehwiderstands als Schwellenwert verwendet wird, besteht daher die Gefahr einer Fehleinschätzung. Der abnormale Wert des Drehwiderstands einer bestimmten Umlenkrolle kann jedoch ohne Weiteres durch den Vergleich der Drehwiderstände der mehreren Umlenkrollen bestimmt werden. Wenn zum Beispiel der abnormale Wert entsprechend einem Verhältnis bestimmt wird, das durch den Vergleich zwischen dem Drehmomentwert der Umlenkrolle mit dem Höchstwert des Drehwiderstands und einem mittleren Drehmomentwert der anderen Umlenkrollen erhalten wird, lässt sich der abnormale Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle zuverlässiger bestimmen.
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Dabei bestimmt die Steuervorrichtung 23 den abnormalen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle vorzugsweise anhand eines erhöhten Betrags in Bezug auf einen zuvor gemessenen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle, wobei der zuvor gemessene Wert vor dem Aufschneiden des Blocks W gemessen wird, indem man den Draht 2 genau unter den Bedingungen sich bewegen lässt, die den Schneidbedingungen am Block W entsprechen.
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Wenn wie vorstehend beschrieben die Steuervorrichtung 23 den abnormalen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle anhand eines erhöhten Betrags in Bezug auf einen zuvor gemessenen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle bestimmt, wobei der zuvor gemessene Wert vor dem Aufschneiden des Blocks W gemessen wird, indem man den Draht 2 genau unter den Bedingungen sich bewegen lässt, die den Schneidbedingungen am Block W entsprechen, kann die Drahtsäge den abnormalen Wert immer durch den Vergleich mit einem Normalwert des Drehwiderstands bestimmen und dadurch den abnormalen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle tatsächlich zuverlässiger bestimmen. Zusätzlich kann eine Zunahme des Werts des Drehwiderstands der Umlenkrolle zum Beispiel aufgrund des fortschreitenden Festsetzens der Aufschlämmung während des Aufschneidens des Blocks erfasst werden. In diesem Fall kann die Bestimmung noch genauer erfolgen, wenn die Steuervorrichtung 23 eine abnormale Drehung auf der Grundlage des erhöhten Betrags in Bezug auf den zuvor gemessenen Wert des Drehwiderstands, zusammen mit dem Vergleich der Drehwiderstände der mehreren Umlenkrollen bestimmt.
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Bei jeder der gerillten Rollen 3 handelt es sich um eine Walze, bei der ein Polyurethanharz auf den Umfang eines Stahlzylinders aufgepresst ist und auf dessen Oberfläche Rillen mit einer annähernd unveränderlichen Steigung gebildet sind. Dadurch ist jede der gerillten Rollen 3 in der Lage, den Drahtbruch zu verhindern, indem eine Beschädigung des Drahts 2 vermieden wird. Der aufgewickelte Draht 2 kann mittels des Antriebsmotors 10 für die gerillten Walzen in einer Richtung oder mit einem vorbestimmten Zyklus in einer hin- und hergehenden Richtung angetrieben werden.
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Die Drahtspulen 7 und 7' werden mittels Antriebsmotoren 11 und 11' für die Drahtspulen in Drehung versetzt. Die an dem Draht 2 angelegte Spannung wird durch Steuern der Drehzahl des Antriebsmotors 10 für die gerillten Rollen bzw. der Antriebsmotoren 11 und 11' für die Drahtspulen und auch durch die Spannungseinstellungsvorrichtungen 4 und 4' genau eingestellt.
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Die Werkstückvorschubvorrichtung 5 ist beispielsweise wie in 3 gezeigt aufgebaut. Das heißt, dass der Block W über eine Haftverbindung mit einer Andrückplatte 17 verbunden ist. Die Andrückplatte 17 wird durch eine Werkstückplatte 18 gehalten. Der Block W wird über einen Werkstückhalteabschnitt 15 von der Andrückplatte 17 und der Werkstückplatte 18 gehalten.
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Diese Werkstückvorschubvorrichtung 5 umfasst den Werkstückhalteabschnitt 15, der dazu verwendet wird, den Block W zu halten und nach unten zu schieben, eine Linearbewegungsführung 16 und einen Werkstückvorschubkörper 19. Das Antreiben des Werkstückhalteabschnitts 15 entlang der Linearbewegungsführung 16 unter der Kontrolle eines Computers ermöglicht es, den gehaltenen Block W mit einer zuvor programmierten Vorschubgeschwindigkeit zuzuführen.
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Wie in 1 gezeigt ist, sind Düsen 13 oberhalb des Drahts 2 angeordnet, der um die gerillten Rollen 3 gewickelt ist und sich während des Schneidvorgangs axial bewegt, so dass dem Draht 2 während des Aufschneidens des Blocks W die Aufschlämmung zugeführt werden kann.
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Nun wird die Aufschlämmungszuführvorrichtung 6, d. h. eine Vorrichtung zum Versorgen des Drahts 2 (und der gerillten Rollen 3) mit der Aufschlämmung erläutert. Bei der Aufschlämmungszuführvorrichtung 6 ist ein Aufschlämmungstank 14 mit den Düsen 13 über eine Aufschlämmungskühleinrichtung 12 verbunden. Die zuzuführende Aufschlämmung kann dem Draht 2 (den gerillten Rollen 3) von den Düsen 13 zugeführt werden, nachdem eine Zuführtemperatur hiervon mittels der Aufschlämmungskühleinrichtung 12 eingestellt wurde. Dieser Aufbau ist jedoch nicht darauf beschränkt. So kann zum Beispiel ein anderer Wärmetauscher vorgesehen sein, um die Zuführtemperatur der Aufschlämmung einzustellen.
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Dabei ist die verwendete Art der Aufschlämmung nicht speziell eingeschränkt, und es kann eine herkömmliche Aufschlämmung verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Aufschlämmung verwendet werden, die aus GC(Siliziumcarbid)-Schleifkörnern, die in einer Flüssigkeit dispergiert sind, besteht.
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Der Block W, der wie vorstehend beschrieben mittels des Werkstückhalteabschnitts 15 der Werkstückvorschubvorrichtung 5 gehalten wird, wird dem Draht 2 zugeführt, der sich beim Schneiden unterhalb der Werkstückvorschubvorrichtung 5 befindet. Die Werkstückvorschubvorrichtung 5 drückt den Block W gegen den Draht 2 und führt den Vorschub fort, wobei in den Block eingeschnitten wird, indem der Block W nach unten verschoben wird, bis der Draht 2 die Andrückplatte 17 erreicht. Wenn der Vorgang des Aufschneidens des Blocks W abgeschlossen ist, wird der aufgeschnittene Block W aus der Drahtreihe herausgezogen, indem die Vorschubrichtung des Blocks W umgekehrt wird.
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Dabei wird in einem Beispiel der Werkstückvorschubvorrichtung 5, wie in 3 gezeigt, der Block W zugeführt, indem in ihn eingeschnitten wird, während er nach unten gedrückt wird. In der vorliegenden Erfindung kann der Block jedoch zugeführt werden, indem der Block relativ nach unten gedrückt wird. Das heißt, dass der Block W zugeführt werden kann, indem die Drahtreihe nach oben verschoben wird und nicht der Block W nach unten gedrückt wird. Alternativ dazu kann ein Aufbau übernommen werden, bei dem sich der Block W unterhalb des Drahts befindet und der Block W zerschnitten wird, indem der Block nach oben gedrückt wird.
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Als Nächstes wird das Verfahren zum Aufschneiden eines Blocks gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Hier wird das Verfahren zum Aufschneiden für den Fall erklärt, dass die Drahtsäge 1 verwendet wird, wie in 1 gezeigt ist.
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Zuerst wird, wie in 2 gezeigt ist, ein Drehmomentsensor 20 zum Ermitteln des Wertes des Drehwiderstands an der feststehenden Achse 22 von jeder der Umlenkrollen 9 und 9' angebracht.
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Dabei wird die Drehmomenterfassungsvorrichtung 20 vorzugsweise an jeder der Umlenkrollen angebracht, um den Drahtbruch zuverlässiger zu verhindern. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt, und es kann auch nur mindestens eine Drehmomenterfassungsvorrichtung 20 angebracht werden.
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Danach wird der Draht 2 sich in einer axialen Richtung oder mit einem vorbestimmten Zyklus in einer hin- und hergehenden Richtung bewegen gelassen, wobei an den Draht 2 eine Spannung angelegt ist. Dann wird der Werkstückhalteabschnitt 15 entlang der Linearbewegungsführung 16 der Werkstückvorschubvorrichtung 5 angetrieben, während mittels der Aufschlämmungszuführvorrichtung 6 dem Draht 2 (und den gerillten Rollen 3) die Aufschlämmung zuführt wird, und der Block W wird zur Drahtreihe vorgeschoben, wobei in ihn eingeschnitten wird, indem zum Aufschneiden des Blocks W dieser nach unten geschoben wird, während der Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle durch die an der feststehenden Achse der Umlenkrolle angebrachte Drehmomenterfassungsvorrichtung 20 ermittelt wird.
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Das Aufschneiden des Blocks W wird unterbrochen, wenn ein abnormaler Drehwiderstandswert der Umlenkrolle festgestellt wird, wobei der Wert von der Drehmomenterfassungsvorrichtung 20 erfasst wird.
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Wenn die Drehmomenterfassungsvorrichtung an der feststehenden Achse der Umlenkrolle eingebaut ist; der Block zerschnitten wird, während der Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle durch die Drehmomenterfassungsvorrichtung erfasst wird; und das Aufschneiden des Blocks bei Erfassung eines abnormalen Werts des Drehwiderstands der Umlenkrolle unterbrochen wird, wobei der Wert von der Drehmomenterfassungsvorrichtung ermittelt wird, dann kann wie vorstehend beschrieben das Auftreten eines Drahtbruchs durch schnelles Unterbrechen des Schneidvorgangs unterbunden werden, selbst wenn während des Aufschneidens des Blocks aufgrund des Drehwiderstands der Umlenkrolle eine übermäßig hohe Spannung an den Draht angelegt wird. Infolgedessen können die Erzeugung von Stufen auf dem aufzuschneidenden Block sowie die Verschlechterung der Nano-Topographie unterbunden werden. Zusätzlich können durch Verbesserung der Betriebsfrequenz der Drahtsäge die Produktivität gesteigert und die Kosten reduziert werden.
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In diesem Fall wird der abnormale Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle vorzugsweise durch einen Vergleich zwischen den Drehwiderständen der mehreren Umlenkrollen bestimmt.
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Wenn wie vorstehend beschrieben der abnormale Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle durch einen Vergleich der Drehwiderstände der mehreren Umlenkrollen ermittelt wird, kann der abnormale Wert des Drehwiderstands einer bestimmten Umlenkrolle ohne Weiteres durch den Vergleich zwischen den Drehwiderständen der mehreren Umlenkrollen bestimmt werden, selbst wenn sich die Prozessbedingungen verändern, wie etwa die Drahtspannung und die Laufgeschwindigkeit des Drahts, die den Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle verändern.
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In diesem Fall wird der abnormale Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle vorzugsweise anhand eines erhöhten Betrags in Bezug auf einen zuvor gemessenen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle bestimmt, wobei der zuvor gemessene Wert vor dem Aufschneiden des Blocks gemessen wird, indem man den Draht sich genau unter den Bedingungen bewegen lässt, die den Schneidbedingungen am Block entsprechen.
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Wenn wie vorstehend beschrieben der abnormale Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle anhand eines erhöhten Betrags in Bezug auf einen zuvor gemessenen Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle bestimmt wird, wobei der zuvor gemessene Wert vor dem Aufschneiden des Blocks gemessen wird, indem man den Draht sich genau unter den Bedingungen bewegen lässt, die den Schneidbedingungen am Block entsprechen, kann der abnormale Wert stets durch einen Vergleich mit einem Normalwert des Drehwiderstands bestimmt werden, und dadurch kann der abnormale Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle tatsächlich zuverlässiger bestimmt werden. Zusätzlich kann ein Anstieg des Werts des Drehwiderstands der Umlenkrolle, was beispielsweise auf die fortschreitende Anhaftung der Aufschlämmung während des Zerschneidens des Blocks zurückzuführen ist, zuverlässiger erfasst werden. In diesem Fall kann die Beurteilung mit höherer Genauigkeit erfolgen, wenn die abnormale Drehung der Umlenkrolle auf der Grundlage des in Bezug auf den zuvor gemessenen Wert des Drehwiderstands erhöhten Betrags zusammen mit dem Vergleich der Drehwiderstände der mehreren Umlenkrollen bestimmt wird.
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Hier wird, wie in 3 gezeigt, mit der Werkstückvorschubvorrichtung 5 der Drahtsäge der Block W zugeführt, während in ihn eingeschnitten wird, indem der Block W nach unten gedrückt wird. Allerdings ist das Verfahren zum Aufschneiden eines Blocks gemäß der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt, und der Block W kann zugeführt werden, indem er relativ nach unten gedrückt wird. Das heißt, dass der Block W zugeführt werden kann, indem die Drahtreihe nach oben verschoben wird und nicht der Block W nach unten gedrückt wird. Alternativ dazu befindet sich der Block W unterhalb des Drahts und er wird geschnitten, indem man ihn nach unten schiebt.
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Dabei können die Größe der an den Draht 2 angelegten Spannung, die Laufgeschwindigkeit des Drahts 2 und dergleichen entsprechend eingestellt werden. Die Laufgeschwindigkeit des Drahts kann zum Beispiel zwischen 400 und 800 m/min betragen, und die Vorschubgeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Zuführens des Blocks zur Drahtreihe kann 0,2 bis 0,4 mm/min betragen. Diese Bedingungen sind jedoch nicht hierauf beschränkt.
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Ferner kann, wenn der Draht 2 während des Schneidvorgangs in eine hin- und hergehende Richtung bewegt wird, ein Drahtumkehrzyklus zum Beispiel 60 Sekunden betragen, wobei dies jedoch nicht speziell hierauf beschränkt ist. Als Aufschlämmung kann zum Beispiel eine Aufschlämmung verwendet werden, die erhalten wird, indem GC#1000 mit einem Kühlmittel vermischt wird, und dem Draht 2 während des Schneidens zugeführt wird, wobei das Gewichtsverhältnis dafür zum Beispiel 50:50 betragen kann. Die Temperatur der Aufschlämmung kann beispielsweise zwischen 15 and 30°C liegen.
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BEISPIELE
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Nachstehend wird die vorliegende Erfindung in näheren Einzelheiten erläutert, indem Beispiele und ein Vergleichsbeispiel gezeigt werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
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(Beispiele 1 und 2)
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Wie in 1 gezeigt, wurde die Drahtsäge gemäß der vorliegenden Erfindung dazu verwendet, auf der Grundlage des Verfahrens zum Aufschneiden eines Blocks gemäß der vorliegenden Erfindung einen Siliziumblock mit einem Durchmesser von 300 mm aufzuschneiden. Dabei waren in der verwendeten Drahtsäge die Drehmomenterfassungsvorrichtungen an allen Umlenkrollen angebracht. Der Siliziumblock wurde aufgeschnitten, während der Wert des Drehwiderstands jeder einzelnen Umlenkrolle über die Drehmomenterfassungsvorrichtungen gemessen wurde, und das Aufschneiden des Blocks wurde unterbrochen, wenn ein abnormaler Wert für den erfassten Drehwiderstand ermittelt wurde.
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In dem Fall, in dem das Verhältnis zwischen dem Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle mit dem Höchstwert des Drehwiderstands und einem Mittelwert der Drehwiderstände der anderen Umlenkrollen mehr als das Doppelte betrug (Beispiel 1), und in dem Fall, in dem der Wert des Drehwiderstands während des Aufschneidens des Blocks mindestens das 1,5-fache des zuvor gemessenen Werts des Drehwiderstands jeder Umlenkrolle betrug, wobei der zuvor gemessene Wert vor dem Aufschneiden des Blocks gemessen wurde, indem sich der Draht genau unter den Bedingungen bewegen gelassen wurde, die den Schneidbedingungen am Block entsprachen (Beispiel 2), wurde der Drehwiderstand der Umlenkrolle als abnormal eingestuft und der Betrieb der Drahtsäge angehalten. Der Betrieb wurde nach der Reinigung der als abnormal eingestuften Umlenkrolle wieder aufgenommen.
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Als Ergebnis des Aufschneidens von 100 Blöcken unter denselben Bedingungen wurde der abnormale Wert unter den Bedingungen von Beispiel 1 dreimal ermittelt und unter den Bedingungen von Beispiel 2 einmal. In allen Fällen wurde der Betrieb der Drahtsäge unmittelbar nach der Beurteilung ”abnormal” erst einmal unterbrochen, und nach dem Reinigen der Umlenkrolle und der Wiederaufnahme des Betriebs wurde der Aufschneiden Blocks zu Ende geführt, ohne dass ein abnormaler Wert erfasst wurde und ein Drahtbruch auftrat. Dagegen traten bei dem noch zu erläuternden Vergleichsbeispiel sechs Drahtbrüche auf, und in fünf Fällen davon war dieser auf die Anhaftung der Aufschlämmung zurückzuführen.
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Des Weiteren trat der Drahtbruch einmal unter einem Zustand auf, bei welchem der Wert des Drehwiderstands der Umlenkrolle nicht als abnormal ermittelt wurde. Der Grund für diesen Bruch wurde im Einzelnen untersucht. Als Ergebnis bestätigte sich, dass sich nicht an allen Umlenkrollen eine Aufschlämmung festgesetzt hatte, dass kein abnormaler Verschleiß an einer Rille der Umlenkrollen vorlag und der Drahtbruch somit nicht durch den Anstieg der Drehlast der Umlenkrolle verursacht wurde. Es ist daher zum Beispiel in Betracht zu ziehen, dass die Ursache auf eine schlechte Qualität des Drahts zurückzuführen ist.
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Wie vorstehend erwähnt, wurde bestätigt, dass mit dem Verfahren zum Aufschneiden eines Blocks und der Drahtsäge gemäß der vorliegenden Erfindung der Block aufgeschnitten werden kann, während gleichzeitig das Auftreten eines Drahtbruchs verhindert wird, der durch eine übermäßig hohe, an den Draht angelegte Spannung verursacht wird, die auf den Drehwiderstand der Umlenkrolle zurückzuführen ist.
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(Vergleichsbeispiel)
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Eine herkömmliche Drahtsäge, bei der wie in 4 gezeigt die Drehmomenterfassungsvorrichtung nicht eingebaut war, wurde dazu verwendet, 100 Siliziumblöcke mit einem Durchmesser von 300 mm unter denselben Bedingungen wie bei den Beispielen 1 und 2 aufzuschneiden. Als Ergebnis traten während des Schneidvorgangs sechs Drahtbrüche auf. Als Ergebnis der Untersuchung des Drehwiderstands an allen Umlenkrollen der Drahtsäge nach Unterbrechung des Vorgangs aufgrund des Bruchs konnte bestätigt werden, dass der Bruch in fünf Fällen durch den Anstieg des Drehwiderstands aufgrund der Festsetzung der Aufschlämmung verursacht war. Wie vorstehend beschrieben, zeigte sich, dass sich die Anzahl der Drahtbrüche im Vergleich zu den Beispielen 1 und 2 erhöhte.
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Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend genannte Ausführungsform beschränkt ist. Bei der Ausführungsform handelt es sich nur um eine beispielhafte Darstellung, und alle Beispiele, die im Wesentlichen dasselbe Merkmal und dieselben Funktionen und Wirkungen wie die zeigen, die in dem in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschriebenen technischen Konzept enthalten sind, sind vom technischen Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 09-262826 [0002]
- JP 09-94755 [0008]
