JP2002540993A - ダイヤモンドインプリグネイテッドワイヤを利用して、工作物をスライスするロッキング装置および方法 - 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、工作物をスライスするロッキング装置および方法

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ジョン， ビー． ホッヅデン，
スティーヴン， エム． リューダーズ，
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Abstract

(57)【要約】 実質的に円筒状の加工物を、加工物の縦軸に対して概して垂直方向に切断する装置には、それにはりつけられた複数の切断要素を有するワイヤと、加工物を横切って加工物の端から端までワイヤを駆動するワイヤ駆動機構とが含まれる。このワイヤ駆動機構には、ワイヤを加工物の縦軸を横切り直角に移動させるキャプスタンと、ワイヤを縦軸の周りに振動させる回転駆動装置と、加工物の縦軸の端から端までワイヤを垂直に移動させる前進駆動装置とが含まれる。ここに開示された特定の実施例では、この装置には、加工物の縦軸周りのワイヤ駆動機構に実質的にロッキング運動が与えられ、ワイヤの切断要素はインプリグネイテッドダイヤモンドが備わっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景） 本発明は、一般に、加工物を２つあるいはそれ以上の切断面に正確に切断する
装置および方法の分野に関するものである。より詳細には、本発明は、結晶イン
ゴット（比較的大きい直径のポリシリコンインゴットおよび単結晶インゴット等
）を、高度の精度、速度および効率で、クロップおよび／またはスライスする装
置および方法に関するものである。
【０００２】 大多数の最近の半導体装置および集積回路装置はシリコン基板上に製造される
。基板そのものは、ランダムに配向されたクリスタリットを有する生の多結晶シ
リコンを使用して最初に形成される。しかしながら、この状態では、シリコンは
、半導体装置製造に必要な要求される電気特性を示さない。高純度多結晶シリコ
ンを約１４００度の温度に加熱し、その溶融物に単結晶シリコン種を加えると、
同じ配向をした種を有する単結晶インゴットを引き上げることができる。このよ
うなシリコンインゴットは、最初には、約１インチ〜４インチの比較的小さい直
径を有していたが、最近の技術では直径が１５０ｍｍ（６インチ）あるいは２０
０ｍｍ（８インチ）のインゴットが製造できる。最近の結晶成長技術の改良によ
って、現在では、直径が３００ｍｍ（１２インチ）あるいは４００ｍｍ（１６イ
ンチ）のインゴットが製造できる。
【０００３】 一旦インゴットが製造されたとすると、インゴットはクロップされなければな
らず（すなわち、インゴットの“頭部”および“後部”は取り除かれなければな
らなく）、次に個別回路装置あるいは集積回路半導体装置のための多数のダイへ
その後処理するための個別のウェハにスライスしなければならない。インゴット
をクロップする主要な方法は、比較的薄い可撓性ブレードを有するバンドソーの
使用による。しかしながら、バンドソーブレードに固有な大量のフラッタは、非
常に大きな“切り口” 損失および切断ブレードのぎざぎざマーク（その後に磨
かれなければならない）を生じる。
【０００４】 現在、インゴットをスライスしてウェハにする２つの主要な技術、すなわちＩ
Ｄ（内径）穴ソーおよびスラリーソーがある。前者は、単結晶シリコンをスライ
スするために米国で主に使用され、ブレードの切断エッジがブレードのフラッタ
および結晶構造に生じる損傷を減らそうとして穴の内径の中央の置かれた穴に隣
接するという事実のためにそのように命名されている。この技術に固有な欠点の
一つは、シリコンインゴットの直径が増加すると、端から端まで完全にインゴッ
トを切断するためには、ＩＤ穴ソーをインゴット直径の３倍に増加させなければ
ならないということであり、この点で、使用不可能ではないが扱いにくいのであ
る。
【０００５】 前述のように、米国でも使用されたが環太平洋諸国で主に使用された代替技術
はスラリーソーである。このスラリーソーは、炭化ケイ素あるいは炭化ほう素が
ワイヤ上にしたたらされるとき非常に長いワイヤが輪にされ、次にインゴット中
を駆動される一連の主軸を含む。ワイヤ破損は、重要な問題であり、ワイヤが交
換されねばならない場合、ソー停止時間は重要であり得る。さらに、インゴット
直径は３００ｍｍ〜４００ｍｍまで増加するとき、インゴット中のワイヤの抗力
は、ワイヤゲージがより大きい“切り口”損失を生じて増加されない限り破損が
ますますより可能性がある点に到達する。重要なことは、スラリーソーは、大き
な直径のインゴットの端から端まで切断するのに数時間かかり得る。
【０００６】 ＩＤ穴ソー技術の場合と同様に、過度の“切り口”損失は、ウェハ当たり付随
するより大きなコストで所与のインゴットからスライスすることができるより少
ないウェハを生じる。さらに、ＩＤ穴ソーのおよびスラリーソーワイヤ（slurry
saw wires）の均一切断よりも少ないスコアマークは、長い、高価なラッピング
動作に対して増加された要求を生じ、他の表面マークおよび欠陥を除去すると同
様にウェハの表面を滑らかにし、かつ平行にする。この過度のラッピングは、さ
らに大量の炭化ケイ素およびオイルあるいは酸化アルミニウムのスラリーも必要
とし、その最終の処理は周知の環境問題を生じる。
【０００７】 ダイヤモンドインプリグネイテッド（impregnated）切断ワイヤおよびワイヤ
ソー（wire saws）のメーカおよび販売者であるコロラド州のコロラドスプリン
グズ市のレーザテクノロジーウエスト社は、商標スーパーワイヤ（商標）および
スーパーロク（商標）という名で市販されている所有権を主張できるダイヤモン
ドインプリグネイテッドワイヤを既に開発し、製造した。これらのワイヤは、非
常に小さいダイヤモンド（約２０〜１２０ミクロン）が均一に埋め込まれている
電着された囲む銅外装を有する非常に高い引張強さ鋼鉄コアを含む。スーパーロ
クワイヤのニッケルオーバーストライクは、さらに銅外装に切断ダイヤモンドを
保持するのに役立つ。方向反転ダイヤモンドワイヤで固定加工物を切断する技術
は、必要とされる固有の非常に遅い速度のために今まで研究所環境で利用され、
製造工程では利用されない技術である。
【０００８】 （発明の開示） ここに開示されたのは、加工物が固定保持され、ダイヤモンドワイヤが加工物
の縦軸に直角に駆動されるときワイヤソー駆動機構はダイヤモンドワイヤに対す
る加工物縦軸の周りの弧中相互に前後に回転あるいは振動されるダイヤモンドイ
ンプリグネイテッドワイヤを利用して加工物、特に多結晶あるいは単結晶のシリ
コンインゴットをスライスする装置および方法である。この運動は、切り口の底
部に対して実質的にタンジェントの関係に連続的に保持されるワイヤに対して弧
状底部を有する加工物の垂直切り口を生じる。ワイヤ駆動機構は、切り口が深く
なるときインゴットの端から端までインゴットの外径（“ＯＤ”）に隣接する位
置から前進される。このように、ダイヤモンドワイヤは、切り口の円周に実質的
に接する、すなわち切り口の長さに沿って切り口の底部に接する点で加工物の端
から端まで切断する。ワイヤ駆動機構の前進の速度は、切り口の底部でポリシリ
コンに対してワイヤソーワイヤ（wire saw wire）の一定の力を保持するように
好ましくは自動的に制御される。これは、ソーワイヤ（saw wire）が切り口中を
移動するときソーワイヤの偏向を一定量あるいは一定角度保持することによって
行われる。この技術によって、３００ｍｍ〜４００ｍｍあるいはそれ以上のポリ
シリコンインゴットあるいは単結晶シリコンインゴットは、従来の機械の場合よ
りも最少の“切り口”損失およびあまり広範囲にわたらない後続のラッピング動
作でウェハに比較的速くスライスすることができる。
【０００９】 この装置のこの好ましい実施例は、フレームと、フレームに取り付けられ、加
工物をそれにはりつけられた複数の切断要素を有するワイヤの下に位置決めし、
一様の高さにし、かつ保持する加工物支持機構と、ワイヤを加工物の縦軸に対し
て直角に移動させるワイヤ駆動機構と、ワイヤ駆動機構に結合され、加工物の縦
軸の周りにワイヤ駆動機構を回転させるワイヤ駆動機構回転機構と、フレームに
取り付けられ、ワイヤ駆動機構、したがって切断ワイヤを加工物の外部表面に近
接する第１の接線方向の位置から、逐次加工物を通って加工物の外部表面の反対
側に近接する第２の接線方向の位置に位置決めするワイヤ前進機構とを含んでい
る。
【００１０】 加工物、特にシリコンインゴットは、好ましくは、支持機構で一様の高さにさ
れ且つ固定保持される。該支持機構には、フレームに連結され、ワイヤ駆動機構
の下に置かれたコンピュータ制御形割り出しベッド上の一対のコンピュータ制御
形“Ｖ”ブロックが含まれる。このフレームは一対の離隔された直立部材を含む
。反転Ｕ字状のヨークは、直立支持部材におよび直立支持部材間に移動できるよ
うに固定される。このヨークに回転できるように固定されるのはワイヤ駆動機構
である。ワイヤ駆動機構は、回転機構によって加工物の周りの所定の弧中相互に
回転あるいは振動されるのに対して、ワイヤ駆動機構前進機構は、ワイヤ駆動機
構を加工物の外部表面の上あるいは加工物の外部表面に近接する第１の位置から
加工物の反対側の外部表面に近接する第２の位置に垂直方向に前進させる。弧の
角度は、変わり、一般的には最高約６０°の開先角度である。この角度はインゴ
ット中の切り口の深さに応じて変えられる。例えば、インゴットの端から端まで
の切断の始めに、ワイヤ駆動機構は、全く回転されなくて、ソーワイヤがインゴ
ットの表面を横切って水平方向に通過する位置に固定保持される。切り口が深く
なるにつれて、回転は、非常に小さい、数度だけそれる弧で始まり、次に切断が
進むにつれて段々増加される。インゴットの周りのワイヤ駆動機構のこの振動の
相互運動は、切り口が切り口の底部に実質的に接するワイヤを保持している間の
切断中にワイヤの横方向誘導を行うことを可能にし、有利なことには正確な切断
のインゴットの表面のでこぼこで生じた影響を最少にする。
【００１１】 本発明の他の特徴は、前に経験されたワイヤ駆動機構におけるもつれになる破
断されたワイヤの可能性を除去する独自のキャプスタン装置である。このキャプ
スタン装置は、キャプスタン駆動部材の全筺体を備え、したがってワイヤのもつ
れをグリースを含有した駆動部材で防ぐ。
【００１２】 本発明の他の特徴は、ワイヤ駆動機構、ワイヤ駆動機構回転機構および好まし
くはインゴットの切り口の底部のインゴットに一定の所定のワイヤ力を保持する
ことに基づいたワイヤ駆動機構前進機構の自動調整である。この機能は、加工物
と係合する前にワイヤの割り出し位置に対する加工物切り口に入るかあるいは離
れるかのいずれかのワイヤソーの偏向距離を測定する連続偏向検出器の使用によ
って行われる。前進速度は、所定量の偏向、したがって切り口の底部のインゴッ
ト材料に対してワイヤソーによって加えられる下方への力を保持するように調整
される。この下方への力は、固定されてもよいしあるいは切り口のワイヤソーの
位置によって決まるプログラムされたスケジュールに従って変えられてもよい。
【００１３】 （発明の詳細な説明） 次に図面を参照すると、本発明による装置１０は、図１〜図４の正面図に示さ
れている。図２０および図２１を参照して容易に理解できるコンピュータ制御コ
ンソール２０００は図１〜図４には示されていない。
【００１４】 主に図１〜図４を参照すると、装置１０（図１に示すのが最もよい）は、関連
する部分において、例えば、コロラド州のコロラドスプリングズ市のレーザテク
ノロジーウエスト社から市販されている切断ワイヤのスーパーワイヤ（商標）あ
るいはスーパーロク（商標）シリーズのようなダイヤモンドインプリグネイテッ
ドワイヤであってもよい切断ワイヤ１２（図１）を含む。ワイヤ１２は、正確に
および迅速にシリコンインゴット１４（図３）の先端を切り、このインゴットを
ノコギリで切ってその後処理して個別回路装置あるいは集積回路装置にするため
の複数のウェハにする。装置１０は、固定インゴット１４に対する弧の端から端
までソーを前後方向に振動させる、すなわち回転させ、ワイヤ１２をインゴット
１４を横切って駆動している間切断が進むときインゴット１４の端から端まで垂
直方向にソーを前進させることによってワイヤ１２のソーイング能力を高める。
【００１５】 この装置１０は、固定の通常矩形フレーム１５（図１）と、インゴットを支
持し、位置決めする割り出しベッド１７（図１）と、連続するワイヤ１２を単一
方向に移動させるかあるいはインゴット１４に対してある長さのワイヤ１２を往
復運動方法で移動させるかのいずれかおよびインゴット１４の端から端までワイ
ヤ１２を移動させるの両方のワイヤ駆動機構１６（図３）とを含む。割り出しベ
ッド１７には、インゴット１４の切断中にインゴット１４を実質的に固定保持す
る好ましくは“Ｖ”形状の少なくとも２つのクランプ１７ａ（図２）が装備され
ている。割り出しベッド１７には、切断の後にインゴット１４を軸に沿って増加
するように前進させるモータが装備されてもよい（がここでは示されていない）
。
【００１６】 図示された実施例のワイヤ駆動機構１６は、ある長さのワイヤ１２をある長さ
のワイヤ１２のために一方向に連続してあるいは往復運動方法で前後方向に駆動
し、キャプスタンドラム３０（図１）上のある長さのワイヤを同時に巻き取り、
巻き戻すためにサーボモータ２６（図２）を使用するキャプスタン１８を有する
。それとは別に、１つあるいはそれ以上の個別の連続ループのワイヤ１２が単一
の直線の長さのワイヤの代わりに使用される場合、キャプスタン１８は、反転な
しに単一方向にワイヤを連続して駆動できる。
【００１７】 ワイヤ１２は、一対のアイドラプーリ２０（図３）によってインゴット１４に
近接して誘導され、ワイヤ１２の適切な引っ張りは連続的な引っ張りプーリ２２
（図３）によって保持される。連続的な引っ張りプーリ２２に取り付けられてい
るのは連続的な力トルクモータ２２ａ（図３）である。トルクモータ２２ａ、キ
ャプスタン１８、アイドラプーリ２０および引っ張りプーリ２２は、全て通常さ
かさまの“Ｕ”字状ワイヤ駆動機構フレーム２４（図２）に取り付けられる。引
っ張りプーリ２２は、ワイヤ１２を下記により詳細に説明される一定の張力に保
持するトルクモータ２２ａに応じて移動できるように実際に摺動できるように取
り付けられる。キャプスタン１８は、次にワイヤ駆動機構１６のフレーム２４に
固定されるキャプスタン１８のフレーム２８（図２）に取り付けられるコンピュ
ータ制御形サーボモータ２６（図２）によって駆動される。ワイヤ１２は、キャ
プスタンドラム３０（図１）が一方向に回転するときにワイヤは連続的な引っ張
りプーリ２２の中の１つの周りに、アイドラプーリ２０の中の１つの周りに、イ
ンゴット１４を横切って、他のアイドラプーリ２０の周りに、他の連続的な引っ
張りプーリ２２の周りに、キャプスタンドラム３０まで後方へ伝達されるように
キャプスタン１８上に巻き付けられる。約６００フィートのワイヤは、この好ま
しい実施例のキャプスタンドラム３０上に巻き付けることができる。しかしなが
ら、多かれ少なかれ、ワイヤは、使用されるキャプスタンドラム３０の長さおよ
びサイズに応じて供給されてもよい。好ましくは、約１つの全層のワイヤはキャ
プスタンドラム３０上に巻き付けられる。
【００１８】 キャプスタン１８のための駆動モータとしてのサーボモータ２６の使用によっ
て、キャプスタンドラム３０は、正確に置かれ、キャプスタンドラム３０上に残
るワイヤ１２のラップの半分内に対する方向性回転の終わりに反転できる。特に
、サーボモータ２６は、信号をコンピュータコンソール２０００に送る。コンピ
ュータコンソール２０００は、どれくらいのワイヤがキャプスタンドラム３０の
回転数に基づいて巻き戻されるか／巻き取られるかを決定するためにこの信号を
使用する。コンピュータコンソール２０００が、キャプスタンドラム３０がプリ
セットされた回転数（巻き取り、巻き戻したワイヤの長さに対応する）回転した
ことを決定する場合、コンソール２０００は、サーボモータ２６の方向を反転す
る信号を送る。これはソーワイヤの使用を最大にする。従来、ワイヤソーキャプ
スタンは、多数のラップを必要とし、キャプスタンドラム３０上で約半インチ広
がり、キャプスタンドラム３０上に残り、逆方向に必要とされるキャプスタン回
転数の不正確さの主な原因となる。下記により詳細に説明されるように、キャプ
スタンがモータを駆動するときにサーボモータ２６を使用することによって、キ
ャプスタンドラム３０の角度位置の正確なトラッキングは常に保持されるので、
キャプスタンドラム３０は正確に停止し、反転できる。
【００１９】 図９および図１０を参照すると、キャプスタン１８はフレーム２４に取り付け
られる。キャプスタン１８は、サーボモータ２６と、キャプスタンフレーム２８
と、キャプスタンドラム３０と、キャプスタンシャフト３０ａとを含んでいる。
サーボモータ２６は、フレーム２８の端部１００２に取り付けられる。端部１０
０２は、サーボモータシャフト１００８が延びる開口１００６を有する。
【００２０】 見て分かるように、シャフト３０ａは実際にいくつかの構成要素を含む。シャ
フト３０ａの外部は、一方の側のフレーム２０の端部１００２および他方の側の
フレーム２８の端部１００４に連結される構成部分１０１０を含む。シャフト３
０ａの構成部分１０１２はドラム３０の両側に連結される。シャフト構成部分１
０１０および１０１２は、この構成部分１０１２が構成部分１０１０に対して移
動できるように領域１０１４の上で摺動できるように結合される。ドラム回転子
１０１６は、構成部分１０１０および１０１２の内部に取り付けられ、端部１０
０２のサーボモータシャフト１００８に結合され、端部１００４に回転できるよ
うに取り付けられる。ドラム回転子１０１６はドラム３０にも結合される。サー
ボモータシャフト１００８が回転する場合、ドラム回転子１０１６は、回転をド
ラム３０に伝え、ドラム３０およびシャフト構成部分１０１２を回転させる。シ
ャフト構成部分１０１０は固定されたままにし、回転しないことに注目すること
。サーボモータシャフト１００８は、回転伝達ベアリング１０１８によってドラ
ム回転子１０１６に連結されるアーム１０２０を有する。回転伝達ベアリング１
０１８にも取り付けられているのは、ウォーム歯車取り付け台１０２２である。
ウォーム歯車取り付け台１０２２は、回転しない。ウォーム歯車取り付け台１０
２２は、ドラム３０の回転領域に取り付けられた歯１０２４を有する。ドラム３
０上に取り付けられるのは対応する歯１０２６である。ドラム３０が回転する場
合、歯１０２４および１０２６は、係合し、ウォーム歯車の役目を果たし、ドラ
ム３０をシャフト構成部分１０１０に対して移動させる。これによって、ワイヤ
１２は、インゴット１４の切り口と整列された実質的に一定の位置で外側に自由
に動くことができる。図１１および図１２は、いずれかの方向の一番端に移動す
るキャプスタンドラム３０を示している。ワイヤは、ドラム３０の位置にかかわ
らず実質的に同じ位置で外側に自由に動くことに注目すること。ワイヤ１２は実
質的に同じ位置で外側に自由に動くために、ワイヤ１２のための入口および出口
を有するケーシング（図示せず）でキャプスタンを囲むことは可能であり、好ま
しい。このケーシングは、ワイヤがワイヤ破損がありそうにない場合にもつれる
ことを禁止する。ワイヤ１２を同じ位置で外側に自由に動かせることは好ましい
ことであるが、アイドラプーリ２０は、ワイヤ１２がインゴット１４の切り口と
適切に整列することを保証するために必要ない。
【００２１】 ワイヤ駆動機構１６は、ワイヤ駆動機構フレーム２４上に取り付けられる。フ
レーム２４は、ブルギヤ２００（図４Ａ）およびピニオン駆動ギヤ２０２（図４
Ｃ）の装置（図４Ａ〜図４Ｃ）を介して弧状前進フレームプレート３２（図４）
上に回転できるように取り付けられる通常Ｕ字状金属プレートを含む。図１７お
よび図１８を参照すると、ピニオン駆動ギヤ２０２と係合されたブルギヤ２００
が示されている。ブルギヤ２００は、ワイヤ駆動機構フレーム２４上に取り付け
られているステップモータ３４のシャフト２０６（図１７）上に取り付けられて
いる。ステップモータ３４は、下記により詳細に説明されているようにステップ
モータ３４にブルギヤ２００を時計回りの回転、反時計回りの回転、そのいくつ
かの組み合わせの回転で駆動させる信号をコンソール２０００から受け取る。ブ
ルギヤ２００の回転によって、ブルギヤ２００は、固定していて、前進フレーム
プレート３２上に取り付けられるピニオンギヤ２０２に対して移動する。ピニオ
ンギヤ２０２を固定保持することによって、ブルギヤ２００の回転は、ワイヤ機
構フレーム２４をインゴット１４の周りの反時計回りおよび時計回りの回転で回
転する。したがって、ワイヤ駆動機構１６は切断中ワイヤ１２をインゴット１４
の周りに振動させる。
【００２２】 前進フレームプレート３２は、固定フレーム１５に取り付けられる２つの固定
直立ガイドロッド３６（図４）に取り付けられる。図面の図に示されていない駆
動モータは、プレート３２を持ち上げ、下げ、ワイヤ駆動機構１６を持ち上げ、
下げる。図４Ａ〜図４Ｃおよび図１９ならびに図１９Ａを参照する。ワイヤ駆動
機構１６はフレーム２４上に取り付けられる。フレーム２４は、複数のスプリン
グボールベアリング２０４（図４Ｂ）および固定ボールベアリング２０６（図４
Ｂ）を有する。通常Ｕ字状フレームガイド２０８（図４Ｃ）は、ボールベアリン
グ２０４および２０６によってフレーム２４はトラック２１０にまたがることが
できる。フレーム２０８は前進フレームプレート３２に取り付けられる。フレー
ム２４上に取り付けられたステップモータ３４（図４）は、駆動信号をコンソー
ル２０００から受け取り、ブルギヤ２００を駆動する。ブルギヤ２００を駆動す
ることによって、ブルギヤ２００は、ピニオンギヤ２０２に係合し、ワイヤ駆動
機構１６をインゴット１４の周りに回転させる。コンソール２０００は、ワイヤ
駆動機構１６がインゴット１４の周りに時計回り方向、それから反時計回り方向
に回転できるように交替する方向にブルギヤ２００を駆動する。
【００２３】 ワイヤ駆動機構１６は、前進フレームプレート３２に固定されるピニオンギヤ
２０２に係合するブルギヤ２００を回転させるステップモータ３４を介してイン
ゴット１４の縦軸の周りに振動あるいは回転される。ワイヤ駆動機構フレーム２
４は、図６に示されるように反時計回りに、それからインゴット１４の端から端
までの切断が進むとき図７に示されるように時計回りにこのように振動する。
【００２４】 ワイヤソー１２は、インゴット１４の直径を通る切断中ずっと切り口の底部に
実質的に接するワイヤソー１２で湾曲された切り口を切断する。ワイヤソー１２
は、図８に示されるように、インゴット１４の端から端までほとんど完全に前進
するときに接線方向の切断を保持する。さらに、ワイヤ駆動機構１６の相互回転
の弧の角度あるいは弧の長さは、切断動作の持続時間中ずっと所定の方法で変え
られてもよいし、切り口の深さに応じて変えてもよい。例えば、各方向の弧の角
度は、インゴット１４の直径を通る切断の始めおよび終わりで小さくてもよいし
、インゴット１４を通る切断の真中に対してより大きく、例えば約３０°であっ
てもよい。しかしながら、回転の目的は同じままである。すなわち、ワイヤソー
を切り口に実質的に接するように保持することにある。これは、インゴット１４
の外部表面内および外部表面上の欠陥あるいは起伏によって生じたワイヤソー上
の側面力を最少にする。
【００２５】 次に図４、図５、図６、図７および図８を参照すると、切断動作およびワイヤ
駆動機構１６の動きはより詳細に記載される。図４において、ワイヤ駆動機構１
６は、インゴット１４の表面にまさに接触するように駆動機構前進機構によって
下げられる。インゴット１４の表面上に置かれた一本のテープ、あるいは等価物
（図示せず）は、犠牲切り口始動器として使用される。切り口始動器は、切断が
開始されるときワイヤ１２がインゴット１４の表面上をさまようことを防止する
。この点で、ワイヤ１２が下記により詳細に説明されているように切断を開始す
るためにインゴット１４を横切って移動されるときにワイヤ１２のそれが殆どあ
るいは全然ない。
【００２６】 図５を参照すると、装置１０はインゴット１４を切断し始める。図を見て分か
るように、最初の切断後（図４に示された）、ワイヤ１２は、偏向を開始するが
、切断表面５０をインゴット１４に実質的に接するように保持する。下記により
詳細に説明されるように、近接センサ４０は、ワイヤ１２のそれを記録し、コン
ソール２０００に送られる対応するアナログ電圧信号を発生する。コンソール２
０００は、この電圧を使用し、ワイヤ１２上の張力を決定する。ワイヤ１２の張
力に基づいて、トルクモータ２２ａは、引っ張りプーリ２２を移動させ、張力を
増減する。ワイヤ駆動機構１６は、最初の切断中振動しない。前進フレームプレ
ート３２がワイヤ駆動機構１６をインゴット１４の切り口の中に深く下げる場合
、図６に示されるように、コンソール２０００は、ステップモータ３４にブルギ
ヤ２００を駆動させるロッキング駆動信号をステップモータ３４に送る。ブルギ
ヤ２００は、ピニオンギヤ２０２に沿って一方の方向、次に他方の方向に少しず
つ移動する。例えば、ワイヤ駆動機構１６は、図６では、反時計回りに、図７で
は、時計回りに移動する。近接センサ４０は、ロッキング中、ワイヤ１２が適切
な張力を保持することを保持することを保証するように作動する。ワイヤ駆動機
構トラック２１０は、ワイヤ駆動機構がインゴット１４の周りに振動するとき切
断表面５０が依然としてインゴット１４に対する実質的な目標のままであるよう
に設定される。
【００２７】 図７は、インゴット１４の端から端までさらに遠くに前進されるワイヤ駆動機
構１６を示している。前述のように、ワイヤ１２の張力は、トルクモータ２２ａ
を介してコンソール２０００に引っ張りプーリ２２を移動させる信号をコンソー
ル２０００に送る近接センサ４０によって保持される。図７は、時計回りの方向
に振動されるワイヤ駆動機構を示している。また、切断表面５０は、依然として
インゴット１４に対する実質的な目標のままである。
【００２８】 図８は、インゴット１４の端から端まで実質的に前進されるワイヤ駆動機構１
６を示す。前進フレームプレート３２は、殆どその最も底部位置まで下げられた
。さらに、コンソール２０００は、ステップモータ３４を駆動することを停止し
た。このステップモータ３４は、同様にこのソーの振動運動を停止する。また、
近接センサ４０はワイヤ１２上に一定の張力を保持する。
【００２９】 一連の図４、図５、図６、図７および図８から分かるように、ソーの振動は、
好ましくはゼロ（図５）である最小振動運動で始まる。好ましくは、振動は、最
初の切断後徐々に増加し、最大の方へ切り口の真中の方へ増加する（図７）。好
ましくは、最大振動で、ワイヤ駆動機構１６は、中心線の周りをはずれたいずれ
かの方向へ３０°（すなわち、回転の約９０°）振動するが、多かれ少なかれ運
動が可能である。振動運動は、徐々に最大振動から中心位置の方へ、切り口の底
部で好ましくはゼロ振動である最小値まで減少する（図８）。
【００３０】 ワイヤソー１２の未偏向位置の割り出しは、ワイヤ駆動機構フレーム２４上の
ワイヤに隣接して置かれた誘導近接センサ４０（図３および図２２）によって検
出される。このセンサ４０は、割り出し位置からのワイヤ偏向角に比例するアナ
ログ電圧を発生する。このアナログ電圧は張力信号としてコンソール２０００に
送られる。インゴット１４上の下方力が増加するとき、それが増加する（図２３
）。それの変化は、センサ４０からの比例するアナログ電圧信号の変化に対応す
る。引っ張りプーリ２２を支える一定の力トルクモータ２２ａはワイヤ上に一定
の張力を保持しているために、それの距離は、切断における半導体結晶にワイヤ
ソー１２によって加えられる力の正確な大きさになる。
【００３１】 ワイヤ１２上の力が、ワイヤ破損を最少にし、切断動作を最適化するために注
意深く監視されねばならない。コンピュータコンソール２０００は、アナログ電
圧を監視し、ワイヤ駆動機構１６の振動および前進機構の前進中位置決め信号を
トルクモータ２２ａに送ることによって一定の偏向を保持し、切断動作を最適化
する。図２２および図２３は、ワイヤ１２の周辺に連結される近接センサ４０を
有するアイドラプーリ２０を示す。
【００３２】 図２２は、非切断位置あるいは最初の切断位置のワイヤ１２を示している。こ
の位置では、ワイヤ１２は、支え金具２２００によって所定の位置に保持される
ような誘導近接センサ４０の円形断面の円周に対する接線の位置をまさにはずれ
て通過する。この位置によって、近接センサ４０は、ゼロの下方への切断力に対
応する基準電圧あるいはアイドル電圧を発生する。近接センサ４０は、このアナ
ログ電圧をコンソール２０００に送る。このワイヤ１２は、下方への切断力の開
始に応じて上方へわずかに偏向される（矢印の方向にワイヤ１２の他の破線位置
によって示される）。この偏向のために、ワイヤ１２は、次に近接センサ４０に
よって検出されることを始め、次により大きい下方への力に対応するより少ない
アナログ電圧は、センサ４０によって発生される。下方への力が増加するにつれ
て、ワイヤ１２が近接センサ４０の面の上に形成する弦は、均一のより低い電圧
を発生する近接センサ４０に生じて増加する。コンソール２０００は、このより
低い電圧を受け取り、トルクモータ２２ａに引っ張りプーリ２２を再位置決めし
、ワイヤ１２上の張力を減少させる信号を送る。反対に、下方への力が減少する
場合、近接センサ４０の面に対するワイヤ１２によって形成された弦は、より高
い電圧を発生する近接センサ４０に生じて減少する。コンソール２０００は、よ
り高い電圧を受け取り、トルクモータ２２ａに引っ張りプーリ２２を再位置決め
し、ワイヤ１２上の張力を増加させる信号を送る。他の近接センサ構成も有効に
作用する。モータ２２ａを使用して引っ張りプーリ２２の位置を正確に制御する
ことは好ましいが、張力を保持する他の実施例も有効に作用する。例えば、引っ
張りプーリ２２は、ワイヤ１２上に一定の張力を保持するように圧縮し、伸張す
るバネによって位置決めすることができる。
【００３３】 図２３を参照すると、センサ４０およびワイヤ１２の他の構成が示され、それ
においてセンサ４０の面に対するワイヤの最初の位置が実質的にその直径に沿っ
ている。この例では、ワイヤは下方への切断力によってこの位置から偏向される
ので、ワイヤの存在によるより小さい弦は検出され、相応してより大きい電圧レ
ベルはそのときセンサ４０によって発生される。図２２の実施例のワイヤ張力に
対する前述の機能性が次に加えることができる。この図の実施例は、例えば、可
能性があるワイヤ破損によるワイヤ１２がないことを検出できる長所を有する。
ワイヤ１２がセンサ４０によって全然検出されない場合、センサ４０の電圧出力
は、ワイヤ１２が実質的にその直径に沿って置かれているとき、最初の値の電圧
出力よりも大きいだろう。
【００３４】 図３に示されるように、チューブ５００およびノズル５５０は、ワイヤ駆動機
構１６上に取り付けられる。チューブ５００およびノズル５５０は、インゴット
１４の切り口に入りおよび／または離れ、切り口を破片のないままにするのを助
けるときワイヤ１２上に水および空気混合物を吹き付ける。チューブ５００は、
好ましくはフレーム２４上に取り付けられ、切断表面５０に対して一定の角度で
切り口の中に空気を吹き込む。水および空気混合物は、図示されなくて、チュー
ブ５００に連結されている加圧タンクに保持される。
【００３５】 特定の装置およびワイヤソー技術とともに本発明の原理が前述されたが、前述
の説明は例としてのみ行われ、本発明の範囲の制限として行われたものではない
ことをはっきりと理解すべきである。特に、前述の開示の教示は当業者に他の修
正を示唆することが認識される。このような修正は、既にそれ自体が公知であり
、ここに既に記載された機能の代わりあるいはこの機能に加えて使用されてもよ
い他の機能を含んでもよい。クレームは、特定の機能の組み合わせに対して本出
願で定型化されているけれども、これの開示の範囲も、いかなる新規の機能もあ
るいは明示的あるいは暗黙的のいずれかに開示された機能のいかなる組み合わせ
ももしくは当業者に明らかであるそのいかなる一般化あるいは修正も、このよう
なことが任意のクレームで現在請求されているのと同じ発明に関連しても関連し
なくても、本発明によって直面されるのと同じ技術問題のいずれかあるいは全て
を解決しても解決しなくても、含むことを理解すべきである。これによって本出
願人は、本出願あるいはそれから得られた任意の他の出願の手続追行中このよう
な機能および／またはこのような機能の組み合わせに対する新しいクレームを定
型化する権利を保有する。
【図面の簡単な説明】
添付の図面とともに好ましい実施形態の説明を参照することによって、本発明
の前述もしくは他の特徴および目的、ならびにこれらを達成させる方法がより明
らかになり、そして、本発明そのものが最もよく理解されよう。
【図１】 本発明による加工物をスライスする装置の正面斜視図である。
【図２】 図１に示された本発明による装置の背面斜視図である。
【図３】 加工物の上に持ち上げられたワイヤ駆動機構を有する図１に示された装置の正
面図である。
【図４】 加工物をスライスし始めるように置かれたワイヤ駆動機構を有する図１に示さ
れた装置の正面図である。
【図４Ａ】 本発明によるワイヤ駆動機構の後部斜視図である。
【図４Ｂ】 図４Ａのワイヤ駆動機構の正面側の斜視図である。
【図４Ｃ】 本発明によるフレームガイドの斜視図である。
【図５】 加工物の最初の切断後に置かれたワイヤ駆動機構を有する図１に示された装置
の正面図である。
【図６】 加工物の切断中反時計方向に回転されたワイヤ駆動機構を有する図１に示され
た装置の正面図である。
【図７】 加工物の切断中時計方向に回転されたワイヤ駆動機構を有する図１に示された
装置の正面図である。
【図８】 加工物の端部切断に置かれたワイヤ駆動機構を有する図１に示された装置の正
面図である。
【図９】 本発明によるキャプスタンの拡大斜視図である。
【図１０】 中間位置にキャプスタンドラム３０を有する図９のライン１０−１０について
のキャプスタンの断面図である。
【図１１】 ワイヤ位置の一方の端部にキャプスタンドラム３０を有する図９のライン１０
−１０についてのキャプスタンの断面図である。
【図１２】 ワイヤ位置の他方の端部にキャプスタンドラム３０を有する図９のライン１０
−１０についてのキャプスタンの断面図である。
【図１３】 図１０のライン１３−１３についてのキャプスタンのライン１３−１３につい
てのキャプスタンの断面図である。
【図１４】 図１０のライン１４−１４についてのキャプスタンの断面図である。
【図１５】 図１０のライン１５−１５についてのキャプスタンの断面図である。
【図１６】 図１０のライン１６−１６についてのキャプスタンの断面図である。
【図１７】 図３のライン１７−１７についての装置の断面図である。
【図１８】 図１７のライン１８−１８についての装置の断面図である。
【図１９】 図３のライン１９−１９についての装置の断面図である。
【図１９Ａ】 図１９のライン１９Ａ−１９Ａについての装置の断面図である。
【図２０】 本発明による制御コンソールの正面図である。
【図２１】 図２０の制御コンソールのタッチスクリーンの拡大図である。
【図２２】 切断ワイヤが、誘導近接センサの面を横切るより大きい弦が検出される場合に
誘導近接センサの断面に実質的に接する曲げられない位置から移動するとき切断
ワイヤの湾曲を検出する誘導近接センサの位置を示す、図１に示された装置の誘
導近接センサおよび切断ワイヤの拡大図である。
【図２３】 切断ワイヤが、誘導近接センサの面を横切るより小さい弦が検出される場合に
その直径の誘導近接センサの断面を実質的に交差する曲げられない位置から移動
するとき切断ワイヤの湾曲を検出する誘導近接センサの位置を示す、図１に示さ
れるような誘導近接センサおよび切断ワイヤの他の実施例の拡大図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ (72)発明者 リューダーズ， スティーヴン， エム． アメリカ合衆国， コロラド州， コロラ ド シティ， ピー． オー． ボックス 20014 Ｆターム(参考） 3C058 AA05 AA09 AA12 AA14 AA16 BA05 CA01 CB03 CB06 DA10 3C069 AA01 BA06 BB01 BB02 BC02 CA04 EA02 EA05

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 実質的に円筒状の加工物の縦軸に対して、概して垂直方向に
    前記加工物を切断する装置であって、 複数の切断要素を有するワイヤと、 前記加工物を横切り、かつ前記加工物の端から端まで、前記ワイヤを駆動する
    ワイヤ駆動機構とを備え、前記ワイヤ駆動機構は、前記加工物の縦軸を横切って
    前記ワイヤを直角に移動させるキャプスタンと、前記縦軸の周りに前記ワイヤを
    振動させる回転駆動装置と、前記加工物の前記縦軸の端から端まで前記ワイヤを
    垂直方向に前進させる前進駆動装置とを含む、前記装置。
  2. 【請求項２】 前記切断要素がダイヤモンドを含む、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記ワイヤが、 鋼鉄コアと、 包囲する銅外装と、 をさらに備える、請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記切断要素が前記銅外装にはりつけられている、請求項３
    記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記ワイヤが、前記銅外装を包囲するニッケル層をさらに備
    える、請求項３記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記切断要素が、前記ワイヤにわたって実質的に均一に分布
    している、請求項１記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記ワイヤ駆動装置が、 前記ワイヤ駆動機構上に摺動可能に取れ付けられ、前記加工物の切断中前記ワ
    イヤを所定の張力に保持する、少なくとも１つの引っ張りプーリと、 前記ワイヤ駆動機構上に取り付けられ、前記ワイヤを前記加工物に整列させる
    、少なくとも１つのアイドラプーリと、 をさらに備える、請求項１記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記ワイヤ駆動機構が、 前記少なくとも１つの引っ張りプーリに結合された少なくとも１つのトルクモ
    ータをさらに備え、前記少なくとも１つのトルクモータは、前記少なくとも１つ
    の引っ張りプーリの位置決めをし、前記ワイヤを前記所定の張力に保持するもの
    である、請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記ワイヤ駆動機構が、 前記少なくとも１つの引っ張りプーリに結合された少なくとも１つのばねをさ
    らに備え、前記少なくとも１つのばねは、前記少なくとも１つの引っ張りプーリ
    の位置決めをし、前記ワイヤを前記所定の張力に保持するものである、請求項７
    記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記キャプスタンが、 前記ワイヤ駆動機構に取り付けられたキャプスタンフレームと、 前記キャプスタンフレームに取り付けられた固定部と、前記固定部に摺動可能
    に結合された回転部とを有するシャフトと、 前記シャフトの前記回転部に結合されたキャプスタンドラムであって、前記シ
    ャフトの前記固定部に対して可動である前記キャプスタンドラムと、 モータシャフトを有するモータであって、前記モータシャフトは、前記シャフ
    トの前記回転部に結合され、前記キャプスタンドラムを回転させ、かつ前記ワイ
    ヤを前記加工物の前記縦軸を横切って直角に移動させる、前記モータと、 をさらに備える、請求項１記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記キャプスタンドラムが、前記モータが前記キャプスタ
    ンドラムを回転させる場合にドラムウォーム歯車によって前記キャプスタンドラ
    ムが前記シャフトの前記固定部に対して移動するように、ドラムウォーム歯車に
    取り付けられている、請求項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記キャプスタンドラムが、前記ワイヤが実質的に一定の
    位置に前記キャプスタンから出るように移動する、請求項１１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記キャプスタンがさらに筺体を含む、請求項１２記載の
    装置。
  14. 【請求項１４】 前記前進駆動装置が、 フレームプレートと、 前記フレームプレートに結合された、少なくとも１つの実質的静止ガイドポス
    トと、 前記少なくとも１つのガイドポストおよびフレームプレートに結合され、切断
    中前記フレームプレートを前記ガイドポストに沿って増分前進させる増分駆動機
    構と、 をさらに備える、請求項１記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記増分駆動機構が、 前記フレームプレートに結合された前記静止ガイドポスト上に取り付けられた
    ガイドポストウォーム歯車と、 前記ガイドポストウォーム歯車に結合されたモータであって、前記ウォーム歯
    車を回転させ、前記フレームプレートを前記ガイドポストに沿って移動させる前
    記モータと、 をさらに備える、請求項１４記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記回転駆動装置が、 回転駆動モータと、 前記回転駆動モータに結合された回転駆動歯車と、 前記回転駆動歯車に連結された回転駆動トラックであって、前記回転駆動トラ
    ック上の前記加工物の周りに、前記回転駆動モータおよび回転駆動歯車が前記ワ
    イヤを振動させる、前記回転駆動トラックと、 をさらに備える、請求項１記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記回転駆動歯車が、 ブル歯車と、 ピニオン歯車と、 をさらに備える、請求項１６記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記回転駆動トラックが、ボールベアリングを使用して連
    結されている、請求項１７記載の装置。
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