JP2003089050A - ワイヤーソー装置及びワイヤーソーを用いた切断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、複数の被加工物をワイヤーソーを
用いて切断するにあたって、下段被加工物を切断する際
のワイヤー撓みを抑制し、切断されたウェハの平坦度精
度や反りの劣化を防止するものである。 【解決手段】 本発明は、被加工体を切断するためのワ
イヤーを保持する溝を表面に多数形成し、該溝に捲回張
架された該ワイヤーを駆動走行させるための複数の多溝
ローラーと、該被加工体を保持し、該被加工体を該ワイ
ヤーの走行方向と直交する方向に変位させる複数の加工
テーブルを備えたワイヤーソー装置を用いて、複数の該
加工テーブルのそれぞれに該被加工体を固定し、走行す
る該ワイヤーに該被加工体を圧接して切断するさいに、
該ワイヤーの走路の内の下部の走路において該多溝ロー
ラーに接して、該多溝ローラーと協同して該ワイヤーを
挟持する少なくとも１つの撓み防止用ローラーを配置し
たことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ワイヤーソー装置
及び該ワイヤーソーを用いた切断方法に関し、特に複数
の被加工体であるシリコン単結晶インゴットを同時に切
断できるワイヤーソー装置及び該ワイヤーソーを用いた
切断方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウェハは、シリコン単結晶のイ
ンゴットを所定の厚さに切断して製造される。従来比較
的小口径のシリコンウェハの切断には回転ブレードを用
いた切断装置が採用されていたが、シリコンウェハが大
口径化するに従いワイヤーソーが採用されるようになっ
た。ワイヤーソーは、複数のローラーに複数回捲回した
ワイヤーを高速に走行させ、砥粒を分散させた加工液を
滴下しながらインゴットを走行するワイヤーに圧接して
研削し、ウェハを切り出すものである。この方法によれ
ば、比較的精度よく効率的に切断を行うことができる。

【０００３】ところで、近年、さらに切断効率を向上さ
せるために、４つの多溝ローラーを用いてワイヤーを走
行させ、上下二段の加工テーブルで２本以上のインゴッ
トを同時加工するワイヤソーが開発されている。図２
に、この従来のワイヤーソーの概略図を示す。図２にお
いて、１が多溝ローラーであり、ローラーの周囲に多数
の溝が形成されている。多溝ローラー１の複数の溝にワ
イヤー２が螺旋形状に捲回張架されている。ワイヤー２
の走路に近接してワイヤー上部とワイヤー下部の２つの
加工テーブル５及び６が配置され、これらの加工テーブ
ル５、６にはインゴット３、４がそれぞれ固着されてい
る。そして、図示していない駆動装置により多溝ローラ
ー１が回転し、ワイヤー２を走行させて、上下二段の加
工テーブルに固着された２本のインゴット３、４をワイ
ヤー２に圧接して切断する。この装置は、複数のインゴ
ットを同時加工できるため、シリコンウェハの生産性の
大幅な改善が期待できる。

【０００４】しかしながら、このワイヤーソーにおいて
は、ワイヤーは螺旋状に走行するため、高速走行時にワ
イヤーは円が膨らむ方向に遠心力が働き、ワイヤーが撓
むことになる。そして、上部のローラー１ａ、１ｂ間に
架設されているワイヤーの上部においては、ワイヤーは
上方に向かって変位しようとするが、被加工体であるイ
ンゴット３と接触するため、大きな撓みは発生しなが、
一方、下部のローラー１ｃ、１ｄ間のワイヤー部分にお
いては、被加工体であるインゴット４は、ワイヤー２の
上部に位置しており、遠心力により下方に向かって変位
しようとするワイヤー２の運動を抑止することができな
い。従って、このワイヤーソー装置においては、下部に
位置するワイヤー部分が下方に撓み、ワイヤー２とイン
ゴット４との圧接力が不安定になり、期待通りの切断が
実現できないばかりではなく、インゴット４によりワイ
ヤー２に下方向に負荷がかかると、ワイヤー２は、多溝
ローラー１から脱離してしまうため、ワイヤー撓みが上
段と比較して大きくなり、張力が低下し、平坦度精度が
劣化してしまうという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来公知の
上記複数の多溝ローラーによりワイヤを走行させ、上下
二段の加工テーブルで２本以上のインゴットを同時に加
工するワイヤーソーを用いた切断において、下段被加工
物を切断する際、ワイヤーが多溝ローラーから離れ、ワ
イヤー撓みが大きくなり張力が低下し、切断されたウェ
ハの平坦度精度や反りが劣化していた問題を解決するた
めになされたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の本発明は、張架さ
れたワイヤーを案内する溝を表面に多数形成し、該ワイ
ヤーを走行させるための複数の多溝ローラーと、被加工
体を保持し、該被加工体を該ワイヤーの走行方向と交差
する方向に変位させる複数の加工テーブルとを少なくと
も備えたワイヤーソー装置において、該ワイヤーの走路
の下部において該多溝ローラーに接して、該多溝ローラ
ーと協同して該ワイヤーを挟持する少なくとも１つの撓
み防止用ローラーを配置することを特徴とするワイヤー
ソー装置である。

【０００７】上記第１の本発明においては、上記ワイヤ
ーの走路の下部において上記多溝ローラーに接して、該
多溝ローラーと協同して該ワイヤーを挟持する少なくと
も１つの撓み防止用ローラーを配置することにより、該
ワイヤーの高速走行時に生じるワイヤーの撓みを抑止
し、ワイヤーの溝飛びを防止し、張力変化による加工シ
リコンウェハ表面平坦度精度の劣化を防止できる。

【０００８】上記第１の本発明において、上記多溝ロー
ラーを４本配設し、上記ワイヤーを該多溝ローラーにま
たがって螺旋状に捲回張架することが望ましい。また、
複数の上記ワイヤーの走路部分の内、下部の走路部分を
形成する上記多溝ローラーに接して上記撓み防止用ロー
ラーを配設することが望ましい。

【０００９】第２の本発明は、被加工体を切断するため
のワイヤーを保持する溝を表面に多数形成し、該溝に捲
回張架された該ワイヤーを駆動走行させるための複数の
多溝ローラーと、該被加工体を保持し、該被加工体を該
ワイヤーの走行方向と直交する方向に変位させる複数の
加工テーブルを備えたワイヤーソー装置を用いて、複数
の該加工テーブルのそれぞれに該被加工体を固定し、走
行する該ワイヤーに該被加工体を圧接して切断する切断
方法において、該ワイヤーの走路の内の下部の走路にお
いて該多溝ローラーに接して、該多溝ローラーと協同し
て該ワイヤーを挟持する少なくとも１つの撓み防止用ロ
ーラーを配置したことを特徴とするワイヤーソーを用い
た切断方法である。

【００１０】上記第２の本発明において、上記ワイヤー
に上記被加工体を圧接して切断する際に、ワイヤー走路
の上流側において上記ワイヤーに砥粒を分散させた加工
液を滴下して切断を行うことが望ましい。また、上記撓
み防止用ローラーは、上記多溝ローラーに接しており、
該多溝ローラーと協同して上記ワイヤーを挟持している
ことが望ましい。さらに、上記撓み防止用ローラーはワ
イヤ負荷検出機構を備えており、この負荷に応じて、加
工テーブル送り速度、ワイヤー走行速度、もしくはワイ
ヤー張力の内の少なくとも１つを制御することが望まし
い。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下図を用いて本発明の実施の形
態について説明する。 （切断装置）図１が、本発明による撓み防止用ローラー
が配置されたワイヤーソーの概略図である。図１に見ら
れるように、本発明のワイヤーソー切断装置は、複数の
多溝ローラー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ、多溝ローラーに
張架されたワイヤー２、被加工体であるインゴット３、
４を固着保持した加工テーブル５，６、撓み防止用ロー
ラー７ａ，７ｂ、及び加工液供給ノズル９等からなって
いる。

【００１２】インゴット３、４の切断に用いるワイヤー
２は、図示していないが、ワイヤー供給側に配置されて
いる新線リールに巻き取られており、これを同じく図示
していないプーリー、テンションコントローラー等から
なるワイヤー供給機構によりガイドされ、送り出され
て、高速走行し、被加工体であるインゴットと接触して
これを切断する。本発明の切断加工においては、ワイヤ
ー２にかかる張力が切断精度に影響を及ぼすため、ワイ
ヤー供給側においても、テンションコントローラー等に
よって張力を制御することが望ましい。

【００１３】［多溝ローラー］上記ワイヤー供給機構に
より、送り出されてきたワイヤー２は、次いで複数の多
溝ローラーに螺旋状に巻き付けられ、ワイヤー走路を形
成する。図１において、１ａ，１ｂ，１ｃ及び１ｄが４
つの多溝ローラーである。この多溝ローラー１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄの表面には、ワイヤー２が捲回保持され
案内される数百本の溝が形成されており、この多溝ロー
ラー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの各溝に沿って、ワイヤー
が螺旋状に捲回張架される。この溝のピッチは、切断さ
れるシリコンウェハの厚みに相当している。この多溝ロ
ーラー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、図示していない回転
軸受けにより支承されており、４本のローラーが平行
で、かつローラーの軸に垂直な断面がほぼ矩形となるよ
うに配置されている。そして、これらの４本の多溝ロー
ラー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄによってワイヤー走路が形
成される。そして、ワイヤー走路の内、多溝ローラー１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに接していない部分に、後述する
加工テーブル５，６を配置する作業領域が設定される。
そして、上記多溝ローラー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの内
の少なくとも１本は、図示していない駆動用モーターに
より回転駆動され、ワイヤー２を高速走行させる。以上
の説明及び図１には、多溝ローラーとして４本の組から
なるローラーの例を示したが、この多溝ローラーは必ず
しも４本の組である必要はなく、ワイヤー２の走路の上
部及び下部に複数の加工テーブル５，６、加工テーブル
送り機構、及びインゴット３，４を同時に配置できる空
間である作業領域を確保できる形状であれば多溝ローラ
ーの数は制限されない。

【００１４】［加工テーブル］そして、多溝ローラー１
ａ及び１ｂ間に張架されているワイヤー走路部分に近接
した上部に上部加工テーブル５及び該上部加工テーブル
に固着されたインゴット３が配置され、また多溝ローラ
ー１ｃ及び１ｄ間に張架されているワイヤー走路部分に
近接した上部に下部加工テーブル６及び該下部加工テー
ブルに固着されたインゴット４が配置されている。これ
らの加工テーブル５，６は、図示しない送りネジのよう
な送り装置により、インゴット３，４をワイヤー２に圧
接するようにワイヤー走行方向と交差する方向に移動可
能となっている。インゴット３，４の切断が進行するに
従い、この送り装置は、加工テーブル５，６及びインゴ
ット３，４をワイヤー２部分に圧接し、ワイヤー２及び
インゴット３，４の間の圧接力が常に等しくなるように
制御されることが望ましい。加工テーブル５，６として
は、上部及び下部の少なくとも２カ所に配置することが
できるが、作業領域が確保できれば、さらに多数の加工
テーブルを配設することが、作業効率を顕著に向上させ
るために好ましい。

【００１５】［撓み防止用ローラー］本発明のワイヤー
ソーには、多溝ローラー１ｃと１ｄに接して撓み防止用
ローラー７ａ及び７ｂが配置される。この撓み防止用ロ
ーラー７ａ及び７ｂは、ボールベアリングなどの回転軸
受けにより軸支されており、この回転軸受けは、図示し
ない発条等により多溝ローラー１ｃ，１ｄに圧接するよ
う支持される。この撓み防止用ローラー７ａ，７ｂは、
多溝ローラー１ｃ，１ｄと同調して回転し、多溝ローラ
ー１ｃ，１ｄと協同してワイヤー２を挟持する。これに
より、ワイヤー２はインゴット４により下方向に負荷が
かかっても、多溝ローラー１の溝から脱離すること、及
びワイヤー２が多溝ローラー１内で隣接した溝に入るい
わゆる溝飛びを防止し、かつ撓みを最小限に抑え、張力
を低下させることはない。この撓み防止ローラー７ａ，
７ｂは、多溝ローラーとは異なり、その表面に溝を形成
する必要はなく単なる円筒状ローラーで差し支えない。

【００１６】［加工液滴下ノズル］インゴット３，４は
高速で走行するワイヤー２に圧接されて切断されるが、
その際に、炭化ケイ素粒子などの砥粒、分散媒、水等か
らなるスラリー状の液体である加工液をワイヤーに供給
することにより、研削を容易にし、精度と効率のよい切
断を行うことができる。加工液滴下ノズル９は図示しな
い加工液保存タンクに接続されポンプにより加工液が圧
送され、ワイヤー２上部に配置されたノズル９から該加
工液をワイヤーに２散布するものである。加工液は、イ
ンゴットの切削精度に大きく影響を及ぼすため、その粘
度、温度、砥粒の分散度などを制御管理することが必要
である。

【００１７】切断に使用されたワイヤーは２、ワイヤー
走路下流側に配置されている同じく図示しないプーリー
等のガイド及び巻き取りボビンによって巻き取られ収納
される。このワイヤー収納機構においても、ワイヤーの
張力を制御するためにテンションコントローラーを配置
することが望ましい。

【００１８】［変形例１］上記実施の形態においては、
ワイヤーにかかる張力を測定するセンサーのような機構
を設けていないが、走行中のワイヤーの張力をリアルタ
イムに測定し、張力を制御すれば、より制度の改善され
た切断ができる。このような張力センサーとしては、撓
み防止用ローラー７ａ，７ｂを軸支する部分に荷重計８
を設けた機構により実現できる。この荷重計により、撓
み防止用ローラー７ａ，７ｂにかかる負荷を検出し、こ
の負荷に応じ、加工テーブル５，６の変位速度、ワイヤ
ー走行速度、ワイヤー張力を調整することにより、平坦
度精度の劣化を防ぐこともできる。

【００１９】［変形例２］また、上記実施の形態におい
ては、撓み防止用ローラー７ａ，７ｂ及び張力検出のた
めの荷重計８を、下段の多溝ローラー１ｃ，１ｄに接し
て配置したが、この撓み防止用ローラー７ａ，７ｂ及び
荷重計８を、上段の多溝ローラー１ａ，１ｂに配置する
こともできる。これにより、上段被加工物の負荷を検出
し、この負荷に応じ、加工テーブルの変位速度、ワイヤ
ー走行速度、ワイヤー張力を調整することにより、上段
の加工テーブル部分における切断においても平坦度精度
の劣化を防ぐこともできる。

【００２０】（切断方法）以下上記ワイヤーソー装置を
用いてインゴットを切断する方法について説明する。ま
ず、被加工体であるシリコン単結晶などのインゴット
３，４を複数本、加工テーブル５，６に固着する。次い
で、ワイヤー２を多溝ローラー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ
に捲回し、撓み防止用ローラー７ａ，７ｂを所定の位置
に配置し、さらにインゴット３，４を固着した複数の加
工テーブル５，６を所定の位置に配置して、多溝ローラ
ー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの少なくとも１つに連接され
た駆動装置を駆動させてワイヤー２を走行させる。加工
液滴下ノズル９から加工液をワイヤー２上に散布し、送
り機構により加工テーブル５，６及びインゴット３，４
をワイヤー走路側に移動させ、ワイヤー２とインゴット
３，４を圧接させて、切削切断加工を行う。

【００２１】本発明においては、撓み防止用ローラー７
ａ，７ｂがワイヤー走路の最も撓みが発生しやすい箇所
に配置されているため、ワイヤー２の撓みが最小限に抑
止され、ワイヤー２にかかる張力の低下も低減される。
しかしながら、より精度のよい切削加工を行うにはさら
にきめの細かい制御を行うことが望ましい。そのために
は、撓み防止用ローラー７ａ，７ｂに荷重計８が配設さ
れている場合、荷重計８によって撓み防止用ローラー７
ａ，７ｂにかかる荷重を検知し、その張力が所定の範囲
にない場合に、上述したワイヤー供給側もしくはワイヤ
ー収納側に配置されているテンションコントローラーに
よって張力を制御することができる。あるいは、撓み防
止用ローラー７ａ，７ｂが変位可能に設定されている場
合には、撓み防止用ローラー７ａ，７ｂの位置を変更す
ることによってワイヤーの張力を制御することもでき
る。さらに、複数の多溝ローラー１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄにそれぞれ駆動装置が接続されている場合には、それ
ぞれの駆動装置の駆動速度を制御することにより張力を
制御することもできる。いずれの場合においても、研削
加工作業の継続中にリアルタイムに張力を検知し、張力
に異常があった場合は直ちにこれを補正できる機構を採
用することが望ましい。

【００２２】

【発明の効果】複数の多溝ローラーによりワイヤーを走
行させ、上下二段の加工テーブルで２本以上のインゴッ
トを同時加工するワイヤーソーにおいて、下段被加工物
を切断する際、本発明よりワイヤーが多溝ローラーから
離れることがなくなり、ワイヤー撓みが最小限に抑えれ
れる。さらに、撓み防止用ローラーに接して配置された
荷重計がワイヤーにかかる負荷を検知し、これに応じて
加工テーブルの変位速度、ワイヤー走行速度、ワイヤー
張力を調整することにより、平坦度精度や反りの劣化を
防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の撓み防止用ローラーが配置された複
数の加工テーブルを有するワイヤーソー装置の概略図。

【図２】 従来の複数の加工テーブルを有するワイヤー
ソー装置の概略図。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ・・・多溝ローラー ２・・・ワイヤー ３、４・・・インゴット ５、６・・・加工テーブル ７ａ、７ｂ・・・撓み防止用ローラー ８・・・荷重計 ９・・・加工液滴下ノズル

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】張架されたワイヤーを案内する溝を表面に
   複数形成し、該ワイヤーを駆動走行させるための複数の
   多溝ローラーと、 被加工体を保持し、該被加工体を該ワイヤーの走行方向
   と交差する方向に変位させる複数の加工テーブルとを少
   なくとも備えたワイヤーソー装置において、 該ワイヤーの走路の下部において該多溝ローラーに接し
   て、該多溝ローラーと協同して該ワイヤーを挟持する少
   なくとも１つの撓み防止用ローラーを配置することを特
   徴とするワイヤーソー装置。
2. 【請求項２】上記多溝ローラーを４本配設し、上記ワイ
   ヤーを該多溝ローラーにまたがって螺旋状に捲回張架す
   ることを特徴とする請求項１に記載のワイヤーソー装
   置。
3. 【請求項３】複数の上記ワイヤーの走路部分の内、下部
   の走路部分を形成する上記多溝ローラーに接して上記撓
   み防止用ローラーを配設したことを特徴とする請求項１
   もしくは請求項２に記載のワイヤーソー装置。
4. 【請求項４】被加工体を切断するためのワイヤーを保持
   する溝を表面に多数形成し、該溝に捲回張架された該ワ
   イヤーを駆動走行させるための複数の多溝ローラーと、 該被加工体を保持し、該被加工体と該ワイヤーとを接触
   させて切断する際に、該ワイヤーの走行方向と直交する
   方向に該被加工体を変位させる複数の加工テーブルを備
   えたワイヤーソー装置を用いて、 複数の該加工テーブルのそれぞれに該被加工体を固定
   し、走行する該ワイヤーに該被加工体を圧接して切断す
   る切断方法において、 該ワイヤーの走路の内の下部の走路において該多溝ロー
   ラーに接して、該多溝ローラーと協同して該ワイヤーを
   挟持する少なくとも１つの撓み防止用ローラーを配置し
   たことを特徴とするワイヤーソーを用いた切断方法。
5. 【請求項５】上記ワイヤーに上記被加工体を圧接して切
   断する際に、ワイヤー走路の上流側において上記ワイヤ
   ーに砥粒を分散させた加工液を滴下して切断を行うこと
   を特徴とする請求項４に記載のワイヤーソーを用いた切
   断方法。
6. 【請求項６】上記撓み防止用ローラーは、上記多溝ロー
   ラーに接しており、該多溝ローラーと協同して上記ワイ
   ヤーを挟持していることを特徴とする請求項４もしくは
   請求項５に記載のワイヤーソーを用いた切断方法。
7. 【請求項７】上記撓み防止用ローラーはワイヤ負荷検出
   機構を備えており、この負荷に応じて、加工テーブル送
   り速度、ワイヤー走行速度、もしくはワイヤー張力の内
   の少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項４
   ないし請求項６のいずれかに記載のワイヤーソーを用い
   た切断方法。