JP2004017222A - ワイヤソー切断装置及びワーク切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切断中の多溝ローラの熱膨張を低減し、うねりが小さく厚さの均一なウェハを常に安定して得ることのできるワイヤソー切断装置及びワーク切断方法を得る。
【解決手段】複数本の多溝ローラ１１〜１３間に螺旋状に巻きまわされたワイヤ２をワーク９に押し付けつつ、加工液５をワーク９とワイヤ２の接点に供給しながら、ワイヤ２を走行移動させることによってワーク９をウェハ状に切断するワーク切断方法において、切断中に、ワイヤ２とワーク９の接点に加工液（噴射流５ａ）を供給する一方、少なくともワーク９の両側に位置する一対の多溝ローラ１２、１３の表面に、上記ワイヤ２とワーク９の接点に供給する加工液（噴射流５ａ）と同じか又は同質の加工液（噴射流５ｂ）を噴射し、上記多溝ローラ１２、１３の熱膨張を低減する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体材料、磁性材料、セラミックスなどの被加工物たるワークをウェハ状に切断する際に、ウェハの厚さムラ、そりを小さくすることができるようにしたワイヤソー切断装置及びワーク切断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４に従来のワイヤソー切断装置を示す。これは半導体インゴット等のワーク（被加工物）を多数の薄片状に切断するワイヤソー切断装置であり、一方のワイヤリールから繰り出されたワイヤ２を複数の多溝ローラ（溝付ローラ）１１、１２、１３に螺旋状に巻き掛けてワイヤ列を形成し、他方のワイヤリールに巻き取ると共に、前記ワイヤ列をワーク９に押し付けつつ、ワイヤ２に対するノズル２０より、ワーク９とワイヤ２との接点ないし接触部に砥粒を含むスラリーから成る加工液を供給し、ワイヤ２を走行移動させることによって、ワーク９を一度に多数枚のウェハに切断する。ここで切断は、ワーク９とワイヤ２間で営まれるところの、加工液に含まれる遊離砥粒によるラッピング効果によって行われる。
【０００３】
ワーク９の切断中は多溝ローラ１１、１２、１３を支承するローラ軸受け部２１、２２、２３に摩擦熱が発生し、その摩擦熱が多溝ローラに伝わり、多溝ローラが熱膨張し軸方向に伸びる。このためローラに巻かれたワイヤのピッチが切断中に変化し、切り出されるウェハの厚さが不均一となり、該ウェハに大きなうねりが発生する。また、ワイヤの撓み量も大きくなりさらにうねりを大きくさせ高い加工精度を確保できないという問題がある。
【０００４】
そこで、従来、図４に示すように、ノズル２４、２５、２６をローラ軸受け部２１、２２、２３に対向配置し、このノズル２４、２５、２６から加工液を流出させて、ローラ軸受け部２１、２２、２３に流し当て、軸受け部で発生した摩擦熱を吸熱することが提案されている（特許第２５１６７１７号公報）。
【０００５】
これによれば、軸心に主油路を形成し、軸受け部２１、２２、２３にもこれに連通する流路を形成した構造下でも、オイルの流れによって軸心の一端から他端へ向けて温度勾配が生じることがなく、熱膨張率が軸心の長手方向に沿って不均一となることがない。また冷却媒体として、ワイヤ２に流し当てる加工液を用いるので、ワイヤ２に流し当てた液とローラ軸受け部２１、２２、２に流し当てた液との混合が問題とならず、構成が簡単となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多溝ローラ１１、１２、１３を構成するスリーブは、ワイヤ寿命を長くするために合成樹脂が用いられ、断熱材であるので、加工液をローラ軸受け部２１、２２、２３に流し当てる構成では、ローラ軸受け部２１、２１間、２２、２２間、２３、２３間に存在するところの多溝ローラ１１、１２、１３自体を直接的に冷却することができない。そこで、多溝ローラが熱膨張することに起因して、切断後のウェハに厚さムラが発生したり、ウェハの反りが大きくなってしまうという問題について、常に安定してより精密な切断のできる技術が求められる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、切断中の多溝ローラの熱膨張を低減し、うねりが小さく厚さの均一なウェハを常に安定して得ることのできるワイヤソー切断装置及びワーク切断方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【０００９】
請求項１の発明に係るワイヤソー切断装置は、複数本の多溝ローラ間に螺旋状に巻きまわされたワイヤをワークに押し付けつつ、加工液をワークとワイヤの接点に供給しながら、ワイヤを走行移動させることによって、ワークとワイヤの間で加工液に含まれる遊離砥粒によるラッピング効果にて、ワークをウェハ状に切断するワイヤソー切断装置において、上記複数本の多溝ローラのうち、少なくともワークの両側に位置する一対の多溝ローラの表面に対向させて、当該多溝ローラに上記ワイヤとワークの接点に供給する加工液と同じか又は同質の加工液を噴射するノズルを配設したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のワイヤソー切断装置において、上記複数本の多溝ローラの各々に対し上記ノズルを設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載されたワイヤソー切断装置において、上記多溝ローラに噴射する加工液の供給路中に供給量を調整するバルブを設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載したワイヤソー切断装置において、多溝ローラを支承する軸受け部に冷却水を流す流路を形成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明に係るワーク切断方法は、複数本の多溝ローラ間に螺旋状に巻きまわされたワイヤをワークに押し付けつつ、加工液をワークとワイヤの接点に供給しながら、ワイヤを走行移動させることによって、ワークとワイヤの間で加工液に含まれる遊離砥粒によるラッピング効果にて、ワークをウェハ状に切断するワーク切断方法において、切断中に、ワイヤとワークの接点に加工液を供給する一方、上記複数本の多溝ローラのうち、少なくともワークの両側に位置する一対の多溝ローラの表面に、上記ワイヤとワークの接点に供給する加工液と同じか又は同質の加工液を噴射し、上記多溝ローラの熱膨張を低減することを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項５に記載のワーク切断方法において、上記複数本の多溝ローラの各々に対し、上記ワイヤとワークの接点に供給する加工液と同じか又は同質の加工液を噴射することを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項５又は６に記載のワーク切断方法において、上記多溝ローラに噴射する加工液の量をバルブで調整することを特徴とする。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項５〜７のいずれかに記載のワーク切断方法において、多溝ローラを支承する軸受け部に冷却水を流し、該軸受け部を冷却することを特徴とする。
【００１７】
＜発明の要点＞
本発明は、切断中にワイヤとワークの接点に供給する加工液とは別に、複数本の多溝ローラのそれぞれの表面、又は少なくともワークの両側に位置する一対の多溝ローラの表面に、加工部の接点に供給する加工液と同じか又は同質の加工液を噴射させる装置又は切断方法にある。
【００１８】
加工液が多溝ローラ自体に直接的に供給されて冷却作用を営むことから、切断中の多溝ローラの熱膨張を低減することができ、うねりが小さく厚さが均一なウェハを常に安定して得ることができる。
【００１９】
また冷却媒体として、加工部の接点に供給する加工液と同じ加工液を噴射させることにより、両者の液の混合が問題とならず、構成が簡単となる。
【００２０】
さらにまた、多溝ローラを支承する軸受け部に、冷却水を流し、該軸受け部を冷却する構造とすることにより、更に効果的に冷却し、上記多溝ローラの熱膨張を低減することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２２】
本発明のワイヤソー切断装置の構造、切断方法を図１〜図２に示す。
【００２３】
３つの多溝ローラ１１、１２、１３が三角形の頂点に来るように配設され、これら３つの多溝ローラ１１、１２、１３の各環状溝には、１本の線材より成るワイヤ２が所定のピッチで螺旋状に巻回されている。
【００２４】
上記３つのローラ１１、１２、１３のうち下方の２つのローラ１２、１３の間には、両ローラよりも下方の位置において切断ステージたるワークテーブル１０が配設されている。そして、このワークテーブル１０にはワーク昇降用モータ（図示せず）が設けられている。ワーク９は、このワークテーブル１０に固定されてセットされる。セットされたワーク９は、ワーク昇降用モータによりワークテーブル１０が上下動せしめられることによって、ワークテーブル１０と共に上下動する。
【００２５】
また、上方のローラ１１は駆動ローラであって、これには、当該ローラを回転駆動（正逆転）するローラ駆動用モータ（図示せず）が設けられ、このローラ駆動用モータにより、ワイヤ２が走行移動される構造となっている。このワイヤ２の走行移動は、一定量前進（例えば１０ｍ）及び一定量後退（例えば９ｍ）を繰り返し、全体として歩進的に前進するように行われる。
【００２６】
３はこの加工部用の加工液供給ノズルであり、加工液タンク６に入れられた砥粒を含むスラリーから成る加工液５が、加工液供給ポンプ７により汲み上げられ、供給系統３０を介して供給される。この加工液５は、加工液供給ノズル３から、図１中に噴射流５ａとして示すようにスプレー状に噴射されて又は流し当てる形で、ワーク９とワイヤ２の接点に供給される。なお噴射流５ａとして供給される加工液５は温度制御されている。
【００２７】
一方、上記３つの多溝ローラ１１、１２、１３のうち、ワーク９の両側に位置する一対の多溝ローラ１２、１３には、その表面に対向させて、多溝ローラ用の加工液供給ノズル４が配設されている。この各加工液供給ノズル４は、噴射量を調整するための調整バルブ８を介して、上記加工部用の加工液供給ノズル３が接続されている加工液の供給系統３０に接続されている。従って、多溝ローラ１２、１３の表面には、上記ワイヤ２とワーク９の接点に供給する加工液（噴射流５ａ）と同じ加工液が、加工液供給ノズル４から噴射されて、図１中に噴射流５ｂとして示すように流し当てる形で又はスプレー状に供給される。
【００２８】
図２は、加工液供給ノズル４の具体的構造例であり、多溝ローラ１２、１３の溝のある部分にスプレー状に噴射させることができるタイプを示したものである。
【００２９】
この図２の加工液供給ノズル４は、多溝ローラ１２、１３の軸方向に延在するノズル供給管部１４と、そのノズル供給管部１４の下部に多溝ローラ１２、１３の軸方向に沿って複数個形成されたスプレーノズル１５とから成り、この複数個のスプレーノズル１５から噴射される加工液５（噴射流５ｂ）のスプレー範囲により、多溝ローラ１２、１３の溝のある部分（ワイヤ２との接触部が存在する軸方向領域）の全域がカバーされるように設定されている。
【００３０】
多溝ローラ１２、１３を支承する軸受け部２２、２３には冷却水を流す流路が形成されており、これに冷却水を流して摩擦熱の発生を押さえる構造となっている。
【００３１】
切断時には、ワーク９の両側の多溝ローラ１２、１３間を走行移動するワイヤ２に、ワークテーブル１０と共に上昇移動されるワーク９を押し付けつつ、ワーク９とワイヤ２との接触部に、加工液供給ノズル３から加工液５（噴射流５ａ）を供給しながら、ワイヤ２を走行移動させることによって、ワーク９をウェハ状に切断する。
【００３２】
またこの切断中においては、ワイヤ２とワーク９の接点に供給する加工液５（噴射流５ａ）とは別に、多溝ローラ用の加工液供給ノズル４から、噴射流５ｂとして、加工部の接点に対する噴射流５ａと同じ加工液５を噴射させ、多溝ローラ１２、１３に供給する。
【００３３】
なお、噴射流５ａ、５ｂとして噴射された後の加工液５は、下方に設けた液回収路３１に共通に集められて、加工液タンク６内に回収され、再び、加工液供給ポンプ７により加工液供給ノズル３又は４に対して循環供給される。その際、加工液５は温度制御される。また多溝ローラ１２、１３に噴射する加工液５の流量は途中に設けた調整バルブ８にて調整することができる。
【００３４】
上記のように、切断中にワイヤ２とワーク９の接点に供給する加工液（噴射流５ａ）とは別に、多溝ローラ１２、１３に対し、加工部の接点に供給する加工液と同じ加工液５を噴射流５ｂとして供給することにより、多溝ローラ１２、１３の熱膨張を低減することが可能となり、切断後のウェハの厚さムラを低減させ、そりを小さくすることが可能となる。
【００３５】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００３６】
この実施例の場合、ワイヤ２は３本の多溝ローラ１１、１２、１３に螺旋状に巻かれ、ワイヤ２がワーク９と接し、この設置点に加工液が加工液供給ノズル３を介して供給される。ワーク９はワークテーブル１０から成る切断ステージに設置される。切断ステージを上昇させ、ワイヤ２がワーク９と接し、加工液５（噴射流５ａ）を供給しワイヤ２を回転させる。遊離砥粒の含まれた加工液５が供給され、ラッピング効果により、ワーク９を切断する。多溝ローラ１２、１３には、加工液供給ノズル４を介して同じ加工液５（噴射流５ｂ）が供給され、多溝ローラ１２、１３の熱膨張を低減することができている。また、多溝ローラ１２、１３を支承する軸受け部２２、２３には冷却水を流し、ベアリングの摩擦熱を低減している。
【００３７】
各多溝ローラ１１、１２、１３の全長を３００ｍｍ、使用ワイヤ２にφ０．１６ｍｍのものを使用し、４インチＧａＡｓ結晶をワーク９として、上記方法にて切断した。このときの多溝ローラ１２、１３の温度変化を、多溝ローラ１２、１３に加工液５を噴射させたとき（実施例）と、加工液５を噴射しなかった場合（従来例）の結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
ここで、厚さムラは、切断後のウェハの厚さを５点測定し、その最大厚さと最小厚さの差である。また、そり（ろ波うねり曲線）は、断面曲線から、所定の波長より短い表面粗さの成分を位相補償形低域フィルタで除去した曲線である。
【００４０】
この表１の測定結果に示すように、多溝ローラの温度変化は、従来例では２．８℃であったが、本実施例では０．９℃と小さくなった。厚さムラについては、従来例では８μｍであったが、本実施例では３μｍと小さくなった。また、そり（ろ波うねり曲線）も、従来例では２０μｍ／１００ｍｍであったが、本実施例では８μｍ／１００ｍｍと小さくなった。
【００４１】
上記実施形態では、多溝ローラを支承する軸受け部に冷却水を流して摩擦熱の発生を押さえる構造としたが、本発明はこの冷却水が流れていない構造の場合にも適用することができる。
【００４２】
また、上記実施形態では、多溝ローラに噴射する加工液が多溝ローラの溝部分全体（軸方向に見た溝部分全域）にかかるようにしたが、多溝ローラの一部（軸方向に見た溝部分の一部）に噴射させる供給ノズルを用いて構成しても良い。
【００４３】
さらに上記実施形態では、３本の多溝ローラ１１〜１３のうち、ワーク９の両側に位置する一対の多溝ローラ１２、１３だけに、加工液５を噴射流５ｂとして供給する構造としたが、多溝ローラ１１〜１３の全てに対し、それぞれ加工液５を噴射させる構造としても良い。
【００４４】
また上記実施形態では、多溝ローラが３本である形態について説明したが、本発明は多溝ローラの本数が２本又は４本である形態に対しても適用することができる。
【００４５】
さらに上記実施の形態では、スプレーノズル１５によりスプレー状に多溝ローラ１２、１３に加工液を噴射する構造としたが、図３に示すように、加工液供給ノズル４のノズル供給管部１４に小穴１６をあけ、そこから加工液を流し、多溝ローラ１２、１３の表面に噴射流５ｃとして噴射する構造、つまり多溝ローラ１２、１３の表面に加工液５を流し当てる構造にしても良い。
【００４６】
また、上記実施形態では、多溝ローラ用の加工液供給ノズル４に対する加工液供給系統を、加工部用の加工液供給系統３０と共通にして、両者に同じ加工液５を用いた。しかし、多溝ローラ用の加工液供給ノズル４に対する加工液供給系統を、ワイヤ２とワーク９の接点に加工液を噴射する加工部用の加工液供給系統３０と別にして、多溝ローラ用の加工液供給ノズル４に、ワイヤ２とワーク９の接点に対する加工部用の加工液５と同質の加工液を供給する形態とすることもできる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、切断中にワイヤとワークの接点に供給する加工液とは別に、少なくともワークの両側に位置する一対の多溝ローラの表面に、加工部の接点に供給する加工液と同じか又は同質の加工液を噴射させるようにした装置又は切断方法である。従って本発明によれば、加工液が多溝ローラ自体に直接的に供給されて冷却作用を営むことから、切断中の多溝ローラの温度変化を低減することが可能となり、多溝ローラの熱膨張を低減し、切断後のウェハの厚さムラ、反りを小さくすることが可能となる。すなわち、うねりが小さく厚さが均一なウェハを常に安定して得ることができる。
【００４８】
また冷却媒体として、加工部の接点に供給する加工液と同じ加工液を噴射させることにより、両者の液の混合が問題とならず、構成が簡単となる。
【００４９】
さらにまた、多溝ローラを支承する軸受け部に、冷却水を流し、該軸受け部を冷却する構造とすることにより、更に効果的に冷却し、上記多溝ローラの熱膨張を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るワーク切断装置の構成を示した概略図である。
【図２】図１の多溝ローラ用の加工液供給ノズルの構成を示した概略図である。
【図３】図１の多溝ローラ用の加工液供給ノズルの変形例を示した概略構成図である。
【図４】従来のワーク切断装置の構成を示した斜視図である。
【符号の説明】
２　ワイヤ
３　加工液供給ノズル（加工部用）
４　加工液供給ノズル（多溝ローラ用）
５　加工液
５ａ、５ｂ、５ｃ　噴射流
６　加工液タンク
７　加工液供給ポンプ
８　調整バルブ
９　ワーク
１０　ワークテーブル
１１、１２、１３　多溝ローラ

Claims (8)

1. 複数本の多溝ローラ間に螺旋状に巻きまわされたワイヤをワークに押し付けつつ、加工液をワークとワイヤの接点に供給しながら、ワイヤを走行移動させることによって、ワークとワイヤの間で加工液に含まれる遊離砥粒によるラッピング効果にて、ワークをウェハ状に切断するワイヤソー切断装置において、
   上記複数本の多溝ローラのうち、少なくともワークの両側に位置する一対の多溝ローラの表面に対向させて、当該多溝ローラに上記ワイヤとワークの接点に供給する加工液と同じか又は同質の加工液を噴射するノズルを配設したことを特徴とするワイヤソー切断装置。
2. 請求項１に記載のワイヤソー切断装置において、
   上記複数本の多溝ローラの各々に対し上記ノズルを設けたことを特徴とするワイヤソー切断装置。
3. 請求項１又は２に記載されたワイヤソー切断装置において、
   上記多溝ローラに噴射する加工液の供給路中に供給量を調整するバルブを設けたことを特徴とするワイヤソー切断装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載したワイヤソー切断装置において、
   多溝ローラを支承する軸受け部に冷却水を流す流路を形成したことを特徴とするワイヤソー切断装置。
5. 複数本の多溝ローラ間に螺旋状に巻きまわされたワイヤをワークに押し付けつつ、加工液をワークとワイヤの接点に供給しながら、ワイヤを走行移動させることによって、ワークとワイヤの間で加工液に含まれる遊離砥粒によるラッピング効果にて、ワークをウェハ状に切断するワーク切断方法において、
   切断中に、ワイヤとワークの接点に加工液を供給する一方、
   上記複数本の多溝ローラのうち、少なくともワークの両側に位置する一対の多溝ローラの表面に、上記ワイヤとワークの接点に供給する加工液と同じか又は同質の加工液を噴射し、上記多溝ローラの熱膨張を低減することを特徴とするワーク切断方法。
6. 請求項５に記載のワーク切断方法において、
   上記複数本の多溝ローラの各々に対し、上記ワイヤとワークの接点に供給する加工液と同じか又は同質の加工液を噴射することを特徴とするワーク切断方法。
7. 請求項５又は６に記載のワーク切断方法において、
   上記多溝ローラに噴射する加工液の量をバルブで調整することを特徴とするワーク切断方法。
8. 請求項５〜７のいずれかに記載のワーク切断方法において、
   多溝ローラを支承する軸受け部に冷却水を流し、該軸受け部を冷却することを特徴とするワーク切断方法。

Images