JP2001510742A - ダイヤモンドインプリグネイテッドワイヤを利用して加工物を薄切りにするための装置および方法 - Google Patents

ダイヤモンドインプリグネイテッドワイヤを利用して加工物を薄切りにするための装置および方法

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JP2001510742A JP2000501861A JP2000501861A JP2001510742A JP 2001510742 A JP2001510742 A JP 2001510742A JP 2000501861 A JP2000501861 A JP 2000501861A JP 2000501861 A JP2000501861 A JP 2000501861A JP 2001510742 A JP2001510742 A JP 2001510742A
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Abstract

(57)【要約】 ダイヤモンドインプリグネイテッドワイヤ鋸(12)を利用して、加工物(14)、特に多結晶または単結晶シリコンインゴット(14)を薄切りにするための装置および方法を提供する。 【解決手段】 ダイヤモンドワイヤ(12)が加工物(14)の長手軸に直交して駆動されるときに、加工物(またはインゴット)がその長手軸を中心として連続してまたは往復して回転させられるか、またはダイヤモンドワイヤ鋸(12)が加工物の長手軸を中心として往復してまたは連続して回転させられる。相対回転が連続的である場合、ワイヤ(12)はインゴットの外径(「OD」)に接線方向に隣接する位置からその中心または内径(「ID」)に対して接線方向の位置へと前進させられる。回転が往復している場合、ワイヤ(12)は外径に接線方向に隣接する位置から加工物を通る位置へと前進させられる。いずれの場合でも、ダイヤモンドワイヤ(12)は加工物の直径全体をまっすぐに通る代わりに切断部に対して実質的に接線方向の点で加工物(14)を切断し、300mmから400mmまたはそれを超える単結晶シリコンインゴットが比較的急速にウェハへと薄切り可能であり、「ひき目」損失は最小であり、広範囲のその後のラッピング作業は低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】
この発明は一般に、加工物を2つ以上の切片へと正確に切断するための装置お
よび方法の分野に関する。特に、この発明は比較的大径の多結晶および単結晶シ
リコンインゴットのような結晶インゴットを高い精度、速度および効率で切取る
および/または薄切りにするための装置および方法に関する。
【0002】 現行の半導体装置および集積回路装置の大多数がシリコン基板上に製造される
。初めに、基板自体が任意の配向の微結晶を有する未加工の多結晶シリコンを利
用して作られる。しかしながら、この状態では、シリコンは半導体装置製造のた
めに必要な電気的特性を示さない。高純度の多結晶シリコンを約1400℃の温
度で加熱することによって、単結晶シリコンの種子を溶融物に加え、種子と同じ
配向を有する単結晶インゴットを引出すことができる。当初、このようなシリコ
ンインゴットは1インチから4インチ程度の比較的小さい直径を有していたが、
現在の技術では150mm(6インチ)または200mm(8インチ)の直径の
インゴットを生成することができる。結晶成長技術の最近の改良によって、現在
では300mm(12インチ)または400mm(16インチ)の直径のインゴ
ットが生成される。
【0003】 インゴットは一旦生成されると、切取られ(すなわち、インゴットの「頭部」
および「尾部」が除去されなければならない)、次に個々のウェハへと薄切りに
されて、離散または集積回路半導体装置のための多数のダイへの後の処理に備え
なければならない。インゴットを切取るための主な方法は比較的薄い柔軟な刃を
有する帯鋸を用いる。しかしながら、帯鋸の刃に固有の大きな揺れが非常に大き
な「ひき目」損失と切刃の鋸歯状傷とを生じ、これはラッピングによって除去さ
れなければならない。
【0004】 現在、ID(内径)孔鋸およびスラリー鋸という、インゴットをウェハへと薄
切りにするための2つの主な技術が存在する。前者は単結晶シリコンを薄切りに
するために米国において主に用いられ、刃の揺れと結果として生じる結晶構造へ
の損傷とを低減するために刃の切刃が中心に位置する孔にその内径で隣接すると
いう事実のためにその名が付けられている。この技術に固有の欠点の中には、シ
リコンインゴットの直径が増大すると、ID孔鋸がインゴット全体を切断するた
めにインゴット直径の3倍にまで増大して、加工不可能でないとしても扱いにく
くなる点まで増大しなければならないことがある。
【0005】 上述のように、米国においても利用されているが主に環太平洋諸国において用
いられている代替的な技術がスラリー鋸である。スラリー鋸は一連のマンドレル
を含み、それに対して非常に長いワイヤがループ状にされ、それは炭化シリコン
または炭化ボロンのスラリーがワイヤ上へと垂らされた状態でインゴットに駆動
される。ワイヤの破損が大きな問題であり、ワイヤが交換されなければならない
ときに鋸引き時間が著しくなり得る。さらに、インゴット直径が300mmない
し400mmにまで増大すると、インゴットを通るワイヤの抵抗が、線番が増大
されなければ破損の可能性がますます高まる点に達し、より大きな「ひき目」損
失を生じる。重要なことに、スラリー鋸が大径のインゴットを切断するのに何時
間もかかり得る。
【0006】 ID孔鋸の技術におけるようにも、過度の「ひき目」損失が所与のインゴット
から薄切り可能なウェハの数を低減し、それに付随してウェハ1枚あたりのコス
トを増大する。さらに、ID孔鋸の刻み目傷とスラリー鋸ワイヤの決して均等で
はない切断とのため、ウェハの表面を平滑かつ平行にし、他の表面傷および欠陥
を取除くために時間およびコストがかかるラッピング作業の必要性が増す。この
過度のラッピングはさらに大量の炭化シリコンおよびオイルまたは酸化アルミニ
ウムのスラリーを必要とし、その最終的な処分は周知の環境問題に繋がる。
【0007】 ダイヤモンドインプリグネイテッド切断ワイヤおよびワイヤ鋸の製造業者およ
び卸売り業者であるコロラド州コロラドスプリングズのLaser Technology West,
Limitedは、商標SuperwireTMおよびSuperlokTMの下で販売さ
れる独自に開発したダイヤモンドインプリグネイテッドワイヤをこれまでに開発
し、製造してきた。これらのワイヤは周囲の銅被覆が電着によって与えられた非
常に高い引っ張り強さの鋼コアを含み、銅被覆には非常に小さいダイヤモンド(
20ミクロンから120ミクロン程度)が均一に埋込まれている。Superl
okワイヤのニッケル重ね打ちは銅被覆内に切断ダイヤモンドをさらに保つのに
役立つ。固定した加工物を方向逆転ダイヤモンドワイヤを用いて切断する技術は
これまで、固有の非常に遅い切断速度がかかわるため、主として実験室の環境で
利用され、製造プロセスでは利用されていない技術である。
【0008】
【発明の概要】
ここに開示するのは、ダイヤモンドインプリグネイテッドワイヤを利用して加
工物、特に多結晶または単結晶シリコンインゴットを薄切りにするための装置お
よび方法であって、ダイヤモンドワイヤが加工物の長手軸に直交して駆動されて
、インゴットの外径(「OD」)に隣接する位置からその内径(「ID」)の方
へと前進させられるときに、加工物(またはインゴット)がその長手軸を中心と
してダイヤモンドワイヤに対して連続してまたは前後に往復して回転させられる
、装置および方法である。直交するワイヤの移動に加え、ワイヤと加工物との間
のこの相対運動は、切断作業の間に加工物をその長手軸を中心として回転させる
かまたは鋸ワイヤを加工物の長手軸を中心として回転させることによって達成さ
れる。この回転は連続してもよく、弧を描いて前後に往復してもよい。このよう
に、ダイヤモンドワイヤは、加工物の直径全体まで切断する代わりに切断部の円
周の実質的に接線方向の点で加工物を切断する。この技術の使用によって、30
0mmから400mmまたはそれよりも大きい多結晶または単結晶シリコンイン
ゴットが比較的急速にウェハへと薄切りにされることが可能となり、「ひき目」
損失は最小となり、続いて起こる広範囲のラッピング作業が低減される。この発
明の装置および方法によって、より多くのウェハが所与のインゴットからより急
速に薄切り可能となり、後の処理がより少ないため著しくコストが節約される。
【0009】 ここに特定的に開示するのは、実質的に円筒形の結晶加工物を切断するための
方法である。この方法は、複数の切断要素が取付けられたワイヤを設けるステッ
プと、加工物をその長手軸を中心として回転させるかまたはワイヤを加工物の長
手軸を中心として回転させながら加工物の長手軸に直交してワイヤを移動させる
ステップと、加工物の外径に近い第1の位置からその内径または中心に近い第2
の位置へとワイヤを前進させるステップとを含む。
【0010】 またここに開示するのは、実質的に円筒形の結晶加工物を切断するための装置
である。この装置の一実施例は、複数の切断要素が取付けられたワイヤと、加工
物の長手軸に直交してワイヤを移動させるためのワイヤ駆動機構と、加工物に結
合されて加工物をその長手軸を中心として回転させるための加工物回転機構と、
加工物の外径に近い第1の接線位置からその内径または中心に近い第2の位置へ
とワイヤを位置決めするワイヤ前進機構とを含む。
【0011】 第2の実施例は、加工物がフレーム上で静止して保たれ、ワイヤ前進機構が加
工物の外径に近い第1の位置からその内径に近い第2の位置へとワイヤを位置決
めする間にワイヤ駆動機構が回転機構によって加工物を中心として回転される以
外、第1の実施例と同様である。ワイヤ駆動機構の回転は1つの方向に連続して
もよく、予め定められた弧を描いて往復してもよい。後者の場合、弧の角度はイ
ンゴットの切断深さによって変化され得る。たとえば、インゴット切断の初めで
は、弧は非常に小さく、わずか数度であるが、切断が進むにつれ累進的に増大す
る。ワイヤ駆動機構の往復運動は切断の間にひき目にワイヤへの横方向の案内を
与えさせ、インゴットの表面凹凸によって生じる、切断精度への影響を有利に最
小にする。
【0012】 ここになおさらに開示するのは、複数の回転要素を取付けられたワイヤを設け
るステップと、結晶半導体材料インゴットの長手軸に直交してワイヤを移動させ
るステップと、インゴットの長手軸を中心として往復してまたは連続してワイヤ
またはインゴットを回転させるステップと、インゴットの外径に近い第1の位置
からその内径に近い第2の位置へとワイヤを前進させるステップとを含むプロセ
スによって作られる半導体ウェハである。
【0013】
【発明の説明】
この発明の上述および他の特徴および目的ならびにそれらの達成方法は、添付
の図面と関連して以下の好ましい実施例の説明を参照するとより明らかとなり、
この発明自体が最もよく理解されるであろう。
【0014】 ここで図1を参照して、一般に円筒形の加工物、たとえば、多結晶または単結
晶シリコン、砒化ガリウム(GaAs)または他の結晶インゴットを薄切りにす
るための装置10の簡単な図を示す。装置10は、切断ワイヤ12、たとえばコ
ロラド州コロラドスプリングスのLaser Technology West, Limitedから入手可能
なSuperwireTMまたはSuperlokTMシリーズのようなダイヤモン
ドインプリグネイテッドワイヤを適切な部分に含む。ワイヤは12はこの発明の
方法および装置10と関連して利用されて、シリコンインゴット14を複数のウ
ェハへと正確かつ急速に切断し、離散または集積回路装置への後の処理に備える
【0015】 装置10は、矢印によって示すような単一の方向にまたはインゴット14に対
して往復する態様でワイヤ12を移動させるためのワイヤ駆動機構16を含む。
ワイヤ駆動機構16は、図示する実施例では、中心の滑車に対してワイヤ12を
巻付けたり解いたりして往復運動をワイヤ12に与えるためのキャプスタン18
を含んでもよい。代替的に、単一の線長さのワイヤの代わりに1つ以上の個々の
連続したループのワイヤ12が利用されるならば、ワイヤ12は以下により十分
に説明するように逆転なしで単一の方向に連続して容易に移動され得る。図示す
るように、ワイヤ12は1対の滑車20によってインゴット14の近辺に導かれ
ることができ、ワイヤ12の適切な引っ張りが引っ張り滑車22によって保たれ
る。
【0016】 装置10は、ワイヤ12が上述のように一方向または双方向にインゴット14
に直交して移動されるときにインゴット14をその長手軸を中心として回転させ
るための加工物回転機構24をさらに含む。加工物回転機構24は、図示する実
施例では、以下により十分に説明するようにインゴット14をその長さに沿って
円周方向に囲む1つ以上の回転コレット取付具26を含んでもよい。コレット取
付具としたがってインゴット14とは多数の駆動ローラ28または機能的に等価
な要素によって回転され得る。代替的な実施例では、インゴット14はこの図に
示す実施例の代わりに端部装着された加工物回転機構24に固定されてもよい。
【0017】 装置10はまたワイヤ前進機構30を含み、それには、図示する第1の実施例
ではワイヤ駆動機構が装着される。ワイヤ前進機構30はインゴット14の外径
(「OD」)から外向きにずらされてそれに近い初期位置32からインゴット1
4の内径(「ID」)に近い最終位置34の方へと移動ワイヤ12を前進させて
、単一切断を完了させるように機能する。このID点において、ワイヤ前進機構
の動きはワイヤ12を初期位置32へと元に引っ込めるために逆転され得る。
【0018】 インゴット14の反復的な切断または薄切りが望ましい応用では、装置10は
さらに、インゴット14のインデックスされた平行移動再位置決めを可能にして
ワイヤ12をその長さに沿って繰返し切断できるようにし、たとえば多数のウェ
ハをそこから薄切りにするために加工物再位置決め機構36を含む。図示する実
施例では、加工物再位置決め機構36が、ワイヤ12に対して多数のローラ40
によって支持されるような加工物回転機構24およびインゴット14の再位置決
めを行なうプログラム可能なインデックス駆動親ねじ38を含んでもよい。代替
的な実施例では、ワイヤ駆動機構16およびワイヤ前進機構30が一般に固定さ
れた位置の加工物回転機構24に対して再位置決め可能にされてもよい。
【0019】 ここでさらに図2、3、4Aおよび4Bを参照して、図1に関連してこれまで
に示し、説明したような装置10の特定的な例示的実現例のより詳細な図を示す
。これらの図に示す装置10に関し、これまでに説明し、示したのと同様の構造
が同様に参照符号を与えられ、上記の説明がそれらに十分に当てはまる。
【0020】 特に図2を参照すると、装置10が1対の上方に延びる直立支持部44を有し
た加工可能な表面を設けるベース42を含み得ることがわかる。1つ以上のクロ
ス梁46が図示するように直立支持部44の末端の間に延びてもよい。また、ワ
イヤ駆動機構16のための適切なワイヤ12の張力を維持するためのワイヤ引っ
張り器48が示される。ワイヤ引っ張り器48は引っ張り滑車22を一方に偏ら
せて鋸引き作業の間にワイヤ12の適切な張力を維持するためのばねまたは他の
適切な手段を含んでもよい。ワイヤ前進機構30は直立支持部44によって摺動
可能に支持され、駆動線形アクチュエータ52および対応の遊び線形アクチュエ
ータ54と関連するマイクロステッパ送り駆動装置50を含んでもよく、アクチ
ュエータ52、54の各々は直立支持部44の対応のものと関連付けられる。
【0021】 特に図3を参照すると、ワイヤ駆動機構16のキャプスタン18は、マイクロ
ステッパ58が加工物回転機構24の一方または両方の駆動ローラ28を回転さ
せるために利用され得る間に、図示するような駆動モータ56によって駆動され
得る。マイクロステッパ58は1つの回転方向に加工物を回転させるように制御 されてもよく、往復して、初めに特定の角度で1つの方向に加工物を回転させる ように制御され、次に特定の角度で加工物を回転させて戻すように逆転され得る
。好ましくは、特定の角度は小さく、切断の初めでは数度程度であり、インゴッ
トの切断が進むにつれて累進的に増大して45°を超える回転になる。このよう
に、ワイヤ鋸は切断の際にインゴットとの比較的一定の接線接触を効果的に維持
する一方、切断の間にひき目の側壁案内の利点を保ち、それによって、インゴッ
トの外側円筒表面の表面欠陥が切断の間に遭遇される場合に存在し得るワイヤへ
の横力を打ち消す。
【0022】 図示する実施例では、駆動ローラ28は複数の長手方向に延びる歯を含んで、
コレット取付具26の対応する周辺に延びる歯と係合することができる。コレッ
ト取付具26はさらに中心付けクランプ(図示せず)を含んで、インゴット14
がコレット取付具26内に正確に中心付けられることを可能にし、正確なその長
手軸に対する回転を装置10の動作の間に可能としてもよい。
【0023】 また図示するように、装置10はさらに加工物再位置決め機構36の親ねじ3
8に結合されたマイクロステッパ60を含んで、インゴット14および関連の加
工物回転機構24を支持するキャリッジがベース42の加工テーブルに沿って選
択的に移動可能として、ワイヤ駆動機構16に対してインゴット14を再位置決
めしてもよい。図4Aおよび4Bは、ローラ40が1対のレール68と係合して
、マイクロステッパ60によるインゴット14の正確な平行移動位置決めを容易
にできることを示す。図示するように、ウェハ摺動に加えて装置10によって行
なわれてもよい切取り作業の前に、インゴット14はいくぶん先細になった頭部
62と反対の広がった尾部64とをまた含む。
【0024】 装置10はさらに、以下により十分に説明するように、ワイヤ前進機構30の
マイクロステッパ送り駆動装置50と、ワイヤ駆動機構16の駆動モータ56と
、加工物回転機構24のマイクロステッパ58と、加工物再位置決め機構36の
マイクロステッパ60との1つ以上に結合され、その機能および相互関係作業を
動作的に制御する制御装置66を含む。
【0025】 さらにここで図5を参照して、この発明に従う装置101の代替的な例示的実 施例を示す。装置101は個々の閉ループワイヤの形態の複数の切断ワイヤ121 を組込んで、インゴット14が同時に切断され得るようにし、そこから個々のウ
ェハを薄切りさせる。ワイヤ駆動機構161のワイヤ121は多数の滑車201に よって支持され、回転駆動モータ561の単一の方向に回転的に結合されるよう なキャプスタン181によって駆動され得る。装置101のワイヤ前進機構301 は、マイクロステッパ送り駆動装置501によって、垂直に位置決めされるイン ゴット14に対して水平方向にワイヤ駆動機構161を移動させる。加工物回転 機構241は、図示する実施例では、インゴット14の切取られた端部に装着さ れ、固定され、マイクロステッパ581によって駆動される。これもまた示すよ うに、装置101はインゴット14から切断されるウェハのためのキャッチジョ ー70およびキャッチテーブル72と、ワイヤ駆動機構161に対してインゴッ ト14を位置決めするためのインゴット送りまたは加工物再位置決め機構(図示
せず)を含む。
【0026】 図1−4Bに関して上述した装置10の実施例において、キャプスタン18は
線長さが100から200フィートのワイヤ12を保持し、2000から250
0フィート/秒の速度でワイヤ12を可逆的に駆動することができる。しかしな
がら、ある応用では、1本以上のワイヤ121をその方向を逆転させる必要なし に単一の方向のみで移動させるワイヤ駆動機構161と関連した(たとえば図5 に示すような)1つ以上の連続的なループのワイヤ121を利用することが望ま しいかもしれない。現在理解されているように、このような連続的なループのワ
イヤ121は同様の逆転する長さのワイヤ12よりも作業においてより長く持続 し、インゴット14の結果として生じる切断の間によりよく位置し、一方、ワイ
ヤ12の逆転による鋸歯状傷をなくし、比較して著しく切断時間を低減するであ
ろう。
【0027】 図示する実施例の各々では、ワイヤ12の運動に関連したインゴット14の1 つの方向の回転は、ワイヤが全体の切断作業の間中で切断においてインゴット1
4の円周の実質的に接線方向に接触するのみであることを意味する。これはワイ
ヤ12への抵抗をはるかに少なくし、より速い切断を可能にする一方で、それに
付随して、切断がインゴット14のODからその中心点を通るインゴット14の
最大直径へと進まなければならない場合にそうであろうよりも細かいゲージのワ
イヤを使用させる。このようにより細かいゲージのワイヤ12の使用が可能とな
ることは、鋸引き作業においてインゴット14の材料の損失が減り、生じたより
きれいな切断部がその後の広範囲のラッピングの必要性を減らし、それによって
ラッピング材料および作業のコストを低減することを意味する。
【0028】 もう1つの利点が切断作業の間に可変の弧を描くインゴット14の往復回転を
選択することによって見出された。ほとんどのシリコンインゴットは円筒形のイ
ンゴットの外表面上に多くの表面波状起伏または欠陥を有する。しばしば、外表
面は全体的に滑らかではなく、ソフトアイスクリームコーンの外表面に似た組の
螺旋形の穏やかな畝を有する表面形状を有し得る。これらの螺旋形の瘤または畝
の存在がワイヤ鋸機構10の連続的回転作業の間に一方側または他方側にワイヤ
鋸をひく傾向を有する。弧を描く往復運動は代わりにインゴット14を初めは一
方の方向に回転させ、次に逆の方向に回転させて、これらの欠陥によって引起こ
されるワイヤ鋸への横圧力が効果的に打消されるようにする。この代替的な動作
態様では、ワイヤ鋸は中心で切断を終えるのではなく最終的に完全にインゴット
14を通って前進することによって切断を終える。しかしながら、加工物の往復
運動を利用して達成される向上した精度はインゴット14上の表面欠陥が多いと
きの連続回転でよりも大きくなることがわかっている。
【0029】 ワイヤ駆動機構16によって与えられるワイヤ12の速度と、加工物回転機構
24によって与えられるインゴット14の回転速度と、ワイヤ前進機構30によ
るインゴット14へのワイヤ12の前進とはたとえば制御装置66(図3)によ
って正確に制御されなければならない。機能上、インゴット14の材料に対する
ワイヤ12の表面速度は比較的一定に保たれることが最も望ましい。したがって
、ワイヤ12の相対速度は切断がインゴット14のODからそのIDへと進むに
つれて低減されて表面速度を実質的に一定に保たなければならない。ワイヤ12
の切断圧力はワイヤ前進機構30によって決定される。
【0030】 図1−4Aおよび4Bに特に示す水平切断構成では、結晶屑を洗い流し、ワイ
ヤ12の切断寿命を延ばすために水がワイヤ12のための潤滑剤として切断作業
において用いられ得る。図5に示す実施例に関して他の適切な技術が用いられて
もよい。
【0031】 第1の実施例では、ワイヤ12が接線方向に往復されるか連続して前進させら
れる間にインゴット14がワイヤ12を介して回転させられる。第1の例では、
ワイヤ12がインゴット14のODからIDまたは中心へと前進するときにイン
ゴットの円周のまわりで接線方向に切断が行なわれる。第2の例では、切断は弧
を描いて接線方向に行なわれ、したがってインゴットを弓形に切断する。したが
って、第2の例において、前進機構30はワイヤ12を完全にインゴットを通っ
て移動させる。この同じ相対運動が、ワイヤ12が往復されるか連続して前進さ
せられるときに、インゴット14を静止して保ち、代わりにワイヤ12をインゴ
ット14の長手軸を中心として回転させることによって達成され得る。
【0032】 ここで図6Aおよび6Bを参照すると、この発明の第2の好ましい実施例10
0の平面図が示され、そこでインゴットは静止して保たれ、ワイヤ鋸はインゴッ
トに対して回転される。図6Aは、インゴット14のODとIDとの間の中間切
断深さにワイヤ鋸を有する装置を示す。図6Bは、以下にさらに説明するように
インゴット14のODに接して、かつ異なる角位置でワイヤ鋸を有する装置を示
す。
【0033】 装置100は、切断ワイヤ102、たとえば、コロラド州コロラドスプリング
ズののLaser Technology West, Limitedから入手可能なSuperwireTM
たはSuperlokTMシリーズの切断ワイヤのようなダイヤモンドインプリグ
ネイテッドワイヤを適切な部分に含む。ワイヤ102はこの発明の方法および装
置100と関連して利用されて、シリコンインゴット14を複数のウェハへと鋸
を静止インゴット14に対して回転させることによって正確かつ急速に切断し、
離散または集積回路装置への後の処理に備える。
【0034】 装置100は、静止フレーム104と、矢印「a」で示すような単一の方向に
、またはインゴット14に対して往復する態様でワイヤ102を移動させるため
のワイヤ駆動機構106とを含む。ワイヤ駆動機構106は、図示する第2の実
施例では、中心の滑車に対してワイヤ102を交互に巻付けたり解いたりして往
復運動をワイヤ102に与えるためのキャプスタン108を含んでもよい。代替
的に、1つ以上の個々の連続的なループのワイヤ102が単一の線長さのワイヤ
の代わりに利用されるならば、ワイヤ102は逆転なしに単一の方向に連続して
容易に移動され得る。図示するように、ワイヤ102は1対の滑車110によっ
てインゴット14の近くに導かれることができ、ワイヤ102の適切な引っ張り
が引っ張り滑車112によって維持される。キャプスタンおよび滑車はみなワイ
ヤ駆動機構のフレーム113に取付けられる。
【0035】 装置100はさらにワイヤ(すなわち鋸)駆動機構回転機構114を含んで、
ワイヤ102が一方向または双方向、すなわち上述のように往復してインゴット
14に直交して移動させられるときにインゴットの長手軸を中心としてワイヤ駆
動機構106を回転させる。
【0036】 ワイヤ鋸回転機構114は、図6に示す第2の好ましい実施例では、静止フレ
ーム104上のインゴット14のための支持部に対して中心付けられる静止周辺
リングギア116と、リングギア116内での回転のためにインゴット14の長
手軸に対して同軸方向に装着される環状支持ディスク118と、環状支持ディス
ク118をその中心軸、したがってインゴット14の長手軸を中心として回転さ
せるためにフレーム104または支持ディスク118上に装着される駆動モータ
およびギア120とを含み得る。
【0037】 図6Aおよび6Bに示すように、インゴット14はフレーム104上に静止位
置で保たれるチャック内に装着される。駆動モータ120は環状支持ディスク1
18の1つの脚部119上に装着される。さらに、支持ディスク118は120 °間隔をあけられた3つの脚部119を備えた一般に台形とインゴット14のま
わりの中心の一般に方形の開口部121とを有するように示される。各脚部11
9はリングギア112上の歯と係合するギア123を支持し、したがって、支持
ディスク118がインゴット14に対して中心付けられ続けることを確実とする
。ギア123の2つが単に従輪である。モータ120上の駆動ギアと噛み合うギ
ア123は台形環状ディスク114を回転させる駆動ギアである。このモータ1
20は、上述の第1の実施例に関連してより十分に説明したように、切断作業の
ために必要な角速度をもたらすためのステッパモータまたは他の適切な細かい制
御可能なモータであってもよい。
【0038】 台形であるディスク114の形状は例示にすぎない。形状は円形、三角形また
は異なる形状を有してもよいが、この実施例では、それはインゴット14のため
の支持部のまわりに位置決めされる中心開口部によって一般に環状である。環状
支持ディスクまたはプレート118は、ワイヤ駆動機構106が環状支持ディス
ク118に固定されるのでインゴット14のまわりを回転する。環状支持ディス
ク118がインゴット14のまわりを回転するので、ワイヤ102がワイヤ駆動
機構106によって駆動されるときに、ワイヤ102はインゴット14のまわり
を回転するがインゴット14の切断部に対して接線方向にあり続ける。
【0039】 装置100はまた第1の実施例10におけるようにワイヤ前進機構30を含み
、それには、図6Aおよび6Bに示す第2の実施例100では、ワイヤ駆動機構
106が装着される。ワイヤ前進機構30はワイヤ駆動機構106のためにフレ
ーム113を半径方向に移動させるように作用し、それ自体回転環状支持ディス
ク118に固定される。ワイヤ前進機構30はワイヤ駆動機構106としたがっ
て移動ワイヤ102とを図6Bに示すようにインゴット14の外径(「OD」)
に近い初期位置から図6Aに示す中間位置を介してインゴット14の内径(「I
D」)に近い最終位置の方へと前進させて、鋸回転システム114がワイヤ前進
機構30全体およびワイヤ駆動機構106をモータ120によってインゴット1
4のまわりに連続して回転させる間に単一の切断を完了させる。ワイヤ102が
インゴット14の内径または中心長手軸に達すると、インゴット14は切断され
、ワイヤ前進機構30の運動がワイヤ102を初期位置32の方へと元に引っ込
めるために逆転され得る。
【0040】 代替的に、鋸回転システム114が上述のように連続してではなく設定された
または可変の弧を描いて前後に往復して駆動されてもよい。この代替例では、ワ
イヤ鋸102は、インゴット14の直径を通る切断の間を通して、切断曲線に対
して実質的に接線方向にワイヤ鋸102を向けて湾曲して切断を行なう。ワイヤ
鋸102はこの代替例では全体的にインゴット14を通って前進させられる。さ
らに、往復回転の弧角度または弧長さは切断の間中予め選択された態様で可変で
あってもよい。たとえば、各方向の弧角度はインゴット14の直径を通る切断の
初めおよび終わりでは小さく、インゴット14を通る切断の半ばに向けて大きく
、たとえば約45°になってもよい。しかしながら、回転の目的は同じであり続
ける。すなわち、ワイヤ鋸を切断部に対して実質的に接線方向に保つことである
。これはインゴット14の外表面内および上の欠陥または波状起伏によって生じ
るワイヤ鋸への横力を最小にする。
【0041】 動作において、ワイヤ駆動機構106によってワイヤ102に与えられる速度
と、鋸回転機構114によって与えられる鋸回転速度と、ワイヤ前進機構30に
よるインゴット14へのワイヤ102の半径方向の内向きの前進とはみな正確に
制御されなければならない。機能上、インゴット14の材料に対するワイヤ10
2の表面速度が比較的一定に保たれるのが最も好ましい。したがって、第1の実
施例におけるように、インゴット14に対するワイヤ102の相対速度は切断が
インゴット14のODからその中心またはIDへと進むにつれて低減されて表面
速度を実質的に一定に保たなければならない。第1の実施例におけるように、ワ
イヤ102の切断圧力はワイヤ前進機構30によって決定される。
【0042】 説明され、図示された2つの実施例10および100はインゴット14の観点
から非常に類似して機能する。両方の実施例において、ワイヤ12および102
は連続してまたは往復してインゴット14の円周のまわりを移動する一方、同時
にインゴットの長手軸に直交してインゴット14へと接線方向に切断する。鋸ワ
イヤとインゴット14との間の相対運動は切断の間にインゴットにおいて非常に
細い切断と均一なひき目が保たれるようにする。往復回転は外側インゴット表面
形状変化のワイヤに対する影響を最小にする。連続的な回転がインゴットからイ
ンゴットの端部および/またはウェハを切断するのに必要な切断深さを最小にす
る。
【0043】 この発明の原理を特定の装置およびワイヤ鋸技術に関連して上述したが、以上
の説明は例示のみであり、この発明の範囲を限定するものではないことを明らか
に理解されたい。特に、以上の開示の教示が当業者に他の変更例を示唆すること
が認識される。このような変更はそれ自体既に公知であり、ここに既に説明した
特徴の代わりまたはそれに加えて用いられ得る他の特徴を含み得る。請求の範囲
はこの出願では特徴の特定の組合せにされたが、ここにおける開示の範囲は明白
または暗黙に開示される任意の新規な特徴または特徴の任意の新規な組合せ、も
しくは当業者には明らかであろうその任意の概念または変更を、それが任意のク
レームにおいてここで請求されるような同じ発明に関連するものであれ、それが
この発明が直面するような同じ技術的問題のいくらかまたはすべてを軽減するも
のであれ、それらを含むことが理解されるべきである。出願人はそれによってこ
の出願またはそれから導かれるさらなる何らかの出願の手続の間このような特徴
および/またはこのような特徴の組合せに新しい請求の範囲を作成する権利を有
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の例示的実現例に従う、加工物、特に単結晶シリコンイ
ンゴットを薄切りにするための装置の簡単な図である。
【図2】 図1の装置のより詳細な部分切取り端面図であり、切断ワイヤが
インゴットにおける切断部の円周に対して実質的に接線方向に駆動される間に、
インゴットが回転コレット取付具によって連続してまたは往復して回転させられ
る図である。
【図3】 図1および図2の装置の詳細な部分切取り側面図であり、回転コ
レット取付具と、切断の間に加工物を平行移動によって再位置決めしてインゴッ
トから薄切りにされるウェハの数を規定するための関連の親ねじとを示す図であ
る。
【図4】 AおよびBは図2および図3の装置の異なる詳細な等角図であり
、ワイヤ駆動機構、加工物回転または往復機構、ワイヤ前進機構、および加工物
再位置決め機構の相互関係をさらに示す図である。
【図5】 たとえば複数の切断ワイヤを利用する、この発明の代替的な実施
例のさらなる詳細な部分切取り側面図であり、インゴットがインゴットの端部に
隣接して固定された端部装着された加工物回転機構によって回転させられる図で
ある。
【図6】 AおよびBはこの発明の別の例示的実現例に従う、加工物、特に
単結晶シリコンインゴットを薄切りにするための装置の簡単な平面図であり、鋸
が切断作業の間に加工物に対して回転させられる図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 09/108,864 (32)優先日 平成10年7月1日(1998.7.1) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),CA,CN,J P,KR Fターム(参考) 3C058 AA05 AA11 AA16 AB03 BC02 CA01 CB03 DA03 3C069 AA01 BA06 BB01 BB02 BC02 BC04 CA04 CB02 CB03 DA06 EA03 【要約の続き】 る単結晶シリコンインゴットが比較的急速にウェハへと 薄切り可能であり、「ひき目」損失は最小であり、広範 囲のその後のラッピング作業は低減する。

Claims (60)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 実質的に円筒形の結晶加工物を切断するため方法であって、
    複数の切断要素が取付けられたワイヤを設けるステップと、 前記加工物内に切断部を形成するために前記加工物の長手軸に直交して前記ワ
    イヤを移動させるステップと、 前記加工物のまわりに円周方向に前記切断部を形成するために前記加工物に対
    して前記ワイヤを回転させるステップと、 前記ワイヤが前記切断部を深めるときに、前記加工物の外径に近い第1の位置
    からその内径に近い第2の位置へと前記ワイヤを前進させるステップとを含む、
    方法。
  2. 【請求項2】 前記回転させるステップは、前記加工物の前記長手軸を中心
    として前記ワイヤを回転させることによって行なわれる、請求項1に記載の方法
  3. 【請求項3】 前記移動させるステップは、 前記加工物の前記長手軸に対して1つの方向に前記ワイヤを線形的にひくステッ
    プによって行なわれる、請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記移動させるステップは、 前記加工物の前記長手軸に対して第1の方向に前記ワイヤを線形的にひくステ
    ップと、 前記加工物の前記長手軸に対して第2の反対方向に前記ワイヤを交互にひくス
    テップとによって行なわれる、請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記移動させるステップと前記回転させるステップとは速度
    的に関連している、請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記回転させるステップは実質的に等しい角速度で行なわれ
    、前記移動させるステップは、前記ワイヤが前記第1の位置から前記第2の位置
    へと前進させられるときに低下する可変速度で行なわれる、請求項5に記載の方
    法。
  7. 【請求項7】 前記移動させるステップは実質的に等しい速度で行なわれ、
    前記回転させるステップは、前記ワイヤが前記第1の位置から前記第2の位置へ
    と前進させられるときに低下する可変角速度で行なわれる、請求項5に記載の方
    法。
  8. 【請求項8】 前記前進させるステップは前記第1の位置から前記第2の位
    置へと実質的に等しい速度で行なわれる、請求項1に記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記第2の位置から前記第1の位置へと前記ワイヤを引っ込
    めるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記ワイヤに対して前記加工物を再び位置決めし、前記移
    動させるステップ、前記回転させるステップおよび前記前進させるステップを繰
    返すステップをさらに含む、請求項9に記載の方法。
  11. 【請求項11】 前記設けるステップと前記移動させるステップとはさらに
    、 複数のワイヤを一般に平行にかつ間隔をあけた関係で設けるステップを含み、
    前記ワイヤの各々は複数の切断要素を取付けられ、 前記加工物の長手軸に直交して前記複数のワイヤを同時に移動させるステップ
    を含む、請求項1に記載の方法。
  12. 【請求項12】 実質的に円筒形の結晶加工物を切断するための装置であっ
    て、 複数の切断要素が取付けられたワイヤと、 前記加工物の長手軸に直交して前記ワイヤを移動させるためのワイヤ駆動機構
    と、 前記ワイヤ駆動機構に結合されて前記長手軸を中心として前記ワイヤ駆動機構
    を回転させるか、または前記加工物に結合されて前記長手軸を中心として前記加
    工物を回転させるための回転機構と、 前記加工物の外径に近い第1の位置からその内径に近い第2の位置へと前記ワ
    イヤを位置決めするためのワイヤ前進機構とを含む、装置。
  13. 【請求項13】 前記ワイヤは前記ワイヤ内にインプリグネイトされた複数
    のダイヤモンドを含む、請求項12に記載の装置。
  14. 【請求項14】 前記ワイヤは円周方向に囲む銅被覆を有する鋼コアを含む
    、請求項13に記載の装置。
  15. 【請求項15】 前記複数のダイヤモンドは前記銅被覆内にインプリグネイ
    トされる、請求項14に記載の装置。
  16. 【請求項16】 前記ワイヤは前記銅被覆上にあるニッケル層をさらに含む
    、請求項15に記載の装置。
  17. 【請求項17】 前記複数のダイヤモンドは前記ワイヤの円周および長さに
    対して実質的に均一に配分される、請求項15に記載の装置。
  18. 【請求項18】 前記ワイヤ駆動機構は前記加工物の前記長手軸に対して1
    つの方向に前記ワイヤを線形的にひくように動作する、請求項12に記載の装置
  19. 【請求項19】 前記ワイヤは閉ループのワイヤを含む、請求項18に記載
    の装置。
  20. 【請求項20】 前記ワイヤ駆動機構は前記加工物の前記長手軸に対して第
    1の方向に前記ワイヤを線形的にひき、前記加工物の前記長手軸に対して第2の
    反対方向に前記ワイヤを交互にひくように動作する、請求項12に記載の装置。
  21. 【請求項21】 前記ワイヤは細長い長さのワイヤを含む、請求項20に記
    載の装置。
  22. 【請求項22】 前記回転機構は、前記加工物に対して同軸方向に装着され
    た環状リングギアと、前記リングギアに回転可能に結合されて前記長手軸を中心
    として前記ワイヤ駆動機構を回転させるためのワイヤ駆動機構支持部とを含む、
    請求項12に記載の装置。
  23. 【請求項23】 前記リングギアは静止している、請求項22に記載の装置
  24. 【請求項24】 一般に平行にかつ間隔をあけた関係の複数のワイヤをさら
    に含み、前記ワイヤの各々は複数の切断要素を取付けられ、前記複数のワイヤを
    移動させるための前記ワイヤ駆動機構は前記加工物の前記長手軸に直交している
    、請求項12に記載の装置。
  25. 【請求項25】 複数の切断要素を取付けられたワイヤを設けるステップと
    、 結晶半導体材料インゴットの長手軸に直交して前記ワイヤを移動させ、同時に
    、前記長手軸を中心として前記ワイヤを回転させるかまたは前記長手軸を中心と
    して前記インゴットを回転させるステップと、 前記インゴットの外径に近い第1の位置からその内径に近い第2の位置へと前
    記ワイヤを前進させるステップとを含むプロセスによって作られる半導体ウェハ
  26. 【請求項26】 前記設けるステップはダイヤモンドインプリグネイテッド
    ワイヤによって行なわれる、請求項25に記載の半導体ウェハ。
  27. 【請求項27】 前記移動させるステップは、 インゴットの前記長手軸に対して前記ワイヤを回転させながら、前記インゴッ
    トの前記長手軸に対して1つの方向に前記ワイヤを線形的にひくステップを含む
    、請求項25に記載の半導体ウェハ。
  28. 【請求項28】 前記移動させるステップは、 前記インゴットの前記長手軸に対して第1の方向に前記ワイヤを線形的にひく
    ステップと、 前記インゴットの前記長手軸に対して第2の反対方向に前記ワイヤを交互にひ
    くステップとを含む、請求項25に記載の半導体ウェハ。
  29. 【請求項29】 前記移動させるステップと前記回転させるステップとは速
    度的に関連している、請求項25に記載の半導体ウェハ。
  30. 【請求項30】 前記回転させるステップは実質的に等しい角速度で行なわ
    れ、前記移動させるステップは、前記ワイヤが前記第1の位置から前記第2の位
    置へと前進させられるときに低下する可変速度で行なわれる、請求項29に記載
    の半導体ウェハ。
  31. 【請求項31】 実質的に円筒形の結晶加工物を切断するための方法であっ
    て、 複数の切断要素を取付けられたワイヤを設けるステップと、 前記加工物内に切断部を形成するために前記加工物の長手軸に直交して前記ワ
    イヤを移動させるステップと、 前記切断部内の前記加工物の外周に対して実質的に接線方向に前記ワイヤを保
    ちながら、少なくとも第1の弧を描いて前記加工物に対して前記ワイヤを往復し
    て回転させるステップと、 前記加工物の外径に近い第1の位置から前記加工物の第2の位置へと前記ワイ
    ヤを前進させるステップとを含む、方法。
  32. 【請求項32】 前記往復して回転させるステップは、前記加工物の前記長
    手軸を中心として前記ワイヤを回転させることによって行なわれる、請求項31
    に記載の方法。
  33. 【請求項33】 前記移動させるステップは、 前記加工物の前記長手軸に対して1つの方向に前記ワイヤを線形的にひくステ
    ップによって行なわれる、請求項31に記載の方法。
  34. 【請求項34】 前記移動させるステップは、 前記加工物の前記長手軸に対して第1の方向に前記ワイヤを線形的にひくステ
    ップと、 前記加工物の前記長手軸に対して第2の反対方向に前記ワイヤを交互にひくス
    テップとによって行なわれる、請求項31に記載の方法。
  35. 【請求項35】 前記移動させるステップと前記回転させるステップとは速
    度的に関連している、請求項31に記載の方法。
  36. 【請求項36】 前記回転させるステップは各方向に実質的に等しい角速度
    で行なわれ、前記移動させるステップは、前記ワイヤが前記第1の位置から前記
    第2の位置へと前進させられるときに可変速度で行なわれる、請求項35に記載
    の方法。
  37. 【請求項37】 前記移動させるステップは実質的に等しい速度で行なわれ
    、前記回転させるステップは、前記ワイヤが前記第1の位置から前記第2の位置
    へと前進させられるときに可変角速度で行なわれる、請求項35に記載の方法。
  38. 【請求項38】 前記前進させるステップは前記第1の位置から前記第2の
    位置へと実質的に等しい速度で行なわれる、請求項31に記載の方法。
  39. 【請求項39】 前記第2の位置から前記第1の位置へと前記ワイヤを引っ
    込めるステップをさらに含む、請求項31に記載の方法。
  40. 【請求項40】 前記ワイヤに対して前記加工物を再び位置決めし、前記移
    動させるステップ、前記往復して回転させるステップおよび前記前進させるステ
    ップを繰返すステップをさらに含む、請求項39に記載の方法。
  41. 【請求項41】 前記設けるステップおよび前記移動させるステップはさら
    に、 一般に平行にかつ間隔をあけた関係で複数のワイヤを設けるステップを含み、
    前記ワイヤの各々は複数の切断要素を取付けられ、 前記加工物の長手軸に直交して前記複数のワイヤを同時に移動させるステップ
    を含む、請求項31に記載の方法。
  42. 【請求項42】 実質的に円筒形の結晶加工物を切断するための装置であっ
    て、 複数の切断要素が取付けられたワイヤと、 前記加工物の長手軸に直交して前記ワイヤを移動させるためのワイヤ駆動機構
    と、 前記ワイヤ駆動機構に結合されて前記長手軸を中心として前記ワイヤ駆動機構
    を往復して回転させるか、または前記加工物に結合されて前記長手軸を中心とし
    て前記加工物を回転させるための回転機構と、 前記加工物の外径に近い第1の位置から前記加工物の第2の位置へと前記ワイ
    ヤを位置決めするためのワイヤ前進機構とを含む、装置。
  43. 【請求項43】 前記ワイヤは前記ワイヤ内にインプリグネイトされた複数
    のダイヤモンドを含む、請求項42に記載の装置。
  44. 【請求項44】 前記ワイヤは円周方向に囲む銅被覆を有する鋼コアを含む
    、請求項43に記載の装置。
  45. 【請求項45】 前記複数のダイヤモンドは前記銅被覆内にインプリグネイ
    トされる、請求項44に記載の装置。
  46. 【請求項46】 前記ワイヤは前記銅被覆の上にあるニッケル層をさらに含
    む、請求項45に記載の装置。
  47. 【請求項47】 前記複数のダイヤモンドは前記ワイヤの円周または長さに
    対して実質的に均一に配分される、請求項45に記載の装置。
  48. 【請求項48】 前記ワイヤ駆動機構は前記加工物の前記長手軸に対して1
    つの方向に前記ワイヤを線形的に引っ張るように動作する、請求項42に記載の
    装置。
  49. 【請求項49】 前記ワイヤは閉ループのワイヤを含む、請求項48に記載
    の装置。
  50. 【請求項50】 前記ワイヤ駆動機構は前記加工物の前記長手軸に対して第
    1の方向に前記ワイヤを線形的にひき、前記加工物の前記長手軸に対して第2の
    反対方向に前記ワイヤを交互にひくように動作する、請求項42に記載の装置。
  51. 【請求項51】 前記ワイヤは細長い長さのワイヤを含む、請求項50に記
    載の装置。
  52. 【請求項52】 前記回転機構は、前記加工物に対して同軸方向に装着され
    た環状リングギアと、前記リングギアに回転可能に結合されて前記長手軸を中心
    として前記ワイヤ駆動機構を往復して回転させるためのワイヤ駆動機構とを含む
    、請求項42に記載の装置。
  53. 【請求項53】 前記リングギアは静止している、請求項52に記載の装置
  54. 【請求項54】 一般に平行にかつ間隔をあけた関係の複数のワイヤをさら
    に含み、前記ワイヤの各々は複数の切断要素を取付けられ、前記複数のワイヤを
    移動させるための前記ワイヤ駆動機構は前記加工物の前記長手軸に対して直交し
    ている、請求項42に記載の装置。
  55. 【請求項55】 複数の切断要素を取付けられたワイヤを設けるステップと
    、 結晶半導体材料インゴットの長手軸に直交して前記ワイヤを移動させ、同時に
    、前記長手軸を中心として前記ワイヤを往復して回転させるかまたは前記長手軸
    を中心として前記インゴットを往復して回転させるステップと、 前記インゴットの外径に近い第1の位置から前記加工物の第2の位置へと前記
    ワイヤを前進させるステップとを含むプロセスによって作られる半導体ウェハ。
  56. 【請求項56】 前記設けるステップはダイヤモンドインプリグネイテッド
    ワイヤによって行なわれる、請求項55に記載の半導体ウェハ。
  57. 【請求項57】 前記移動させるステップは、 インゴットの前記長手軸に対して前記ワイヤを回転させながら、前記インゴッ
    トの前記長手軸に対して1つの方向に前記ワイヤを線形的にひくステップを含む
    、請求項55に記載の半導体ウェハ。
  58. 【請求項58】 前記移動させるステップは、 前記インゴットの前記長手軸に対して第1の方向に前記ワイヤを線形的にひく
    ステップと、 前記インゴットの前記長手軸に対して第2の反対方向に前記ワイヤを交互にひ
    くステップとを含む、請求項55に記載の半導体ウェハ。
  59. 【請求項59】 前記移動させるステップおよび前記回転させるステップは
    速度的に関連している、請求項55に記載の半導体ウェハ。
  60. 【請求項60】 前記回転させるステップは各方向に実質的に等しい角速度
    で行なわれ、前記移動させるステップは、前記ワイヤが前記第1の位置から前記
    第2の位置へと前進させられるときに可変速度で行なわれる、請求項59に記載
    の半導体ウェハ。
JP2000501861A 1997-07-07 1998-07-06 ダイヤモンドインプリグネイテッドワイヤを利用して加工物を薄切りにするための装置および方法 Withdrawn JP2001510742A (ja)

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US08/993,077 1997-12-18
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