JP2004195555A - ワイヤソー用スラリーノズル - Google Patents
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Abstract
【課題】インゴットを平行に保持し切断加工する場合において、インゴット間にスラリーを供給する場合であっても、ワイヤソー装置の大きさを最小限に留めることができるワイヤソー装置を提供する。また、スラリーノズルがワイヤよりもかなり上方にある場合であっても、スラリーの表面張力によりスラリーが内側へ集中せず、スラリーを均一に供給できるワイヤソー装置を提供する。
【解決手段】ワイヤソーにおいて、スラリーを供給するセンターノズル２０ｂを中間プレート４１に固定する。また、センターノズル２０ｂの下部には、スリット４６を覆うように長手方向に沿ってスリットバー５０を固定する。そして、このスリットバー５０の両端には一対のサイドバー５１を鉛直に固定する。
【選択図】 図８
【解決手段】ワイヤソーにおいて、スラリーを供給するセンターノズル２０ｂを中間プレート４１に固定する。また、センターノズル２０ｂの下部には、スリット４６を覆うように長手方向に沿ってスリットバー５０を固定する。そして、このスリットバー５０の両端には一対のサイドバー５１を鉛直に固定する。
【選択図】 図８
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤを用いて、ワークを切断するワイヤソーに係り、特に、ワイヤソーにスラリーを供給する方法、及び、スラリー供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、生産性向上の観点から、半導体インゴットの切断や、太陽電池用ソーラーセル等の生産のワイヤソー化が進むと共に、更なる生産性の向上が求められている。図１０は、半導体材料、磁性材料、セラミック等のワークを切断する従来の一般的なワイヤソーの斜視図である。同図に基づいて、ワークを切断する一般的なワイヤソーについて説明する。
【０００３】
一般に、ワイヤソーは、複数の加工用ローラ１５，１６，１７を所定間隔をおいて並列に備えており、それらの加工用ローラ１５〜１７の外周には複数の環状溝が所定ピッチで形成されている。そして、この環状溝には、各加工用ローラを渡って、１本のワイヤ１８が順に螺旋状に巻きつけられている。また、加工用ローラ１５，１６間のワイヤ１８に対応してワーク支持機構２１が配設され、このワーク支持機構２１の下部にインゴット２２が着脱可能に取り付けられている。
【０００４】
そして、上記ワイヤソーにおいて、ワイヤ１８を線方向に走行させながら、そのワイヤ１８上にスラリーを供給し、この状態でワーク支持機構２１によりワイヤ１８に対してインゴット２２を押し付け接触させ、インゴット２２に切断等の加工を施す。この種のワイヤソーには、遊離砥粒を含むスラリーを供給しながらワイヤ１８にインゴット２２を押し当て、ラッピング作用によってインゴット２２を切断するものや、予め砥粒を固定したワイヤ１８を用いてオイルや水等のスラリーを供給しながらインゴット２２を切断するものがある。なお、他の構成は全く同様で、ワイヤ１８とインゴット２２の位置が上下逆になっているワイヤソーもある。
【０００５】
一般的なワイヤソーはスラリーを供給するスラリーノズルをインゴット２２の前後に配置し、ワイヤ１８にスラリーを供給している。また、ワイヤ１８の近傍にスラリーノズルを設けることにより、スラリーをワイヤ１８に均一に供給している。
【０００６】
通常のワイヤソーではワークとして１本のインゴットを切断するが、生産性を向上させるために複数のインゴットを同時に切断する場合がある。例えば、特開２００１−１２４８号公開公報では、効率よく所定厚みのウェーハを製造するために、インゴットを複数本平行に保持し、同時に切断加工する方法が記載されている。また、特開２０００−１４１３６４号公開公報では２本のインゴットを同時に切断加工する場合において、２本のインゴット間にセンターノズルを設けることにより、各インゴットの両側部からスラリーを供給するワイヤソーが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開２０００−１４１３６４号公開公報に開示されたセンターノズル２０は、図１２に示すように２本のインゴット２２の間に固定配置されているため、上下動するインゴット２２の間をセンターノズル２０が通り抜けられるように、各インゴット２２の間隔Ｗ１を少なくともセンターノズル２０の大きさ分だけ離さなければならない。しかし、２００ｍｍインゴット切断用ワイヤソーは加工用ローラ１５と１６の間の距離Ｗ２が例えば３２０ｍｍしかなく、２本の各インゴット２２の直径を１５０ｍｍとすると、各インゴット２２の間隔Ｗ１は最大でも２０ｍｍ以下となる。そのため、センターノズル２０が通過できるだけの間隔をとることができず、２００ｍｍインゴット切断用ワイヤソーを使用して１５０ｍｍインゴット２本を平行に保持し切断することは困難であり、既存設備を利用できないという問題が生ずる。
【０００８】
また、図１１に示すように、ワイヤ１８上にはスラリーノズル３３からカーテン状にスラリー４０が供給されるが、スラリーノズル３３の配置位置がワイヤ１８から遠い場合には、スラリー４０は下に行くほど表面張力により中央に集中し、カーテン状にならず、全てのワイヤ１８上に均一にスラリーが供給されない。その為、ワイヤ１８とスラリーノズル３３の距離が離れている場合はスラリー４０の供給されている部分とそうでない部分とで品質的な差が発生する。
【０００９】
本出願に係る発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その第１の目的とするところは、複数本のインゴットを平行に保持し切削加工する場合において各インゴット間にスラリーを供給する場合であっても、ワイヤソーの大きさを最小限に留めることができるワイヤソー、および、そのスラリー供給方法を提供することにある。
【００１０】
また、本出願に係る発明の第２の目的は、スラリーノズルがワイヤよりもかなり上方にある場合であっても、スラリーの表面張力によりスラリーが中央へ集中しないワイヤソー、および、スラリー供給方法を提供することにある。
【００１１】
更に、本出願に係る発明の第３の目的は、２００ｍｍインゴット切断用ワイヤソーにおいてインゴット保持用治具を改良することにより、１５０ｍｍインゴットを２本並行に切断することができ、コストをかけずに品質を保持しつつ生産性を高めたワイヤソーおよびインゴット切断方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、被加工物を保持した治具を走行するワイヤに接近させ、前記ワイヤにスラリーを供給した状態で前記被加工物を前記ワイヤに接触させることにより、前記被加工物を切断するワイヤソーにおいて、前記スラリーを供給する装置を前記治具に設けたことを特徴とするワイヤソーである。
【００１３】
また、本出願に係る第２の発明は、前記スラリーを供給する装置を前記被加工物よりも上方に配置したことを特徴とする上記第１の発明に記載のワイヤソーである。
【００１４】
更に、本出願に係る第３の発明は、被加工物を保持した治具を走行するワイヤに接近させ、前記ワイヤにスラリーを供給した状態で前記被加工物を前記ワイヤに接触させることにより、前記被加工物を切断するワイヤソーにおいて、前記スラリーを供給する装置のスラリー流出用スリットの長手方向の両端に、スラリー流を案内するサイドバーを設けたことを特徴とするワイヤソーである。
【００１５】
また、本出願に係る第４の発明は、前記サイドバーの鉛直方向の長さが、前記被加工物の鉛直方向の長さ以上であることを特徴とするワイヤソーである。
【００１６】
更に、本出願に係る第５の発明は、前記スラリーを供給する装置のスラリー流出用スリットの下に、該スリットの長手方向に沿って、スラリー流を案内するスリットバーを設けたことを特徴とする上記第１乃至第４の発明の何れか１つに記載のワイヤソーである。
【００１７】
また、本出願に係る第６の発明は、前記被加工物を保持する治具は、複数の被加工物を保持可能であり、前記スラリーを供給する装置は、前記複数の被加工物の間に配置されていることを特徴とする上記第１乃至第５の発明の何れか１つに記載のワイヤソーである。
【００１８】
更に、本出願に係る第７の発明は、被加工物を保持した治具を走行するワイヤに接近させ、前記ワイヤにスラリーを供給した状態で前記被加工物を前記ワイヤに接触させることにより、前記被加工物を切断するワイヤソーにおいて、前記スラリーを供給する方法であって、前記治具に設けたスラリー供給装置により、前記ワイヤにスラリーを供給することを特徴とするスラリー供給方法である。
【００１９】
また、本出願に係る第８の発明は、前記スラリー供給装置のスラリー流出用スリットの長手方向の両端に、スラリー流を案内するサイドバーを設けており、前記スラリーを前記サイドバーに沿わせた状態で前記ワイヤに供給することを特徴とする上記第７の発明に記載のスラリー供給方法である。
【００２０】
更に、本出願に係る第９の発明は、前記スラリー供給装置のスラリー流出用スリットの下に、該スリットの長手方向に沿って、スラリー流を案内するスリットバーを設けており、前記スラリーを前記スリットバーに沿わせた状態で前記ワイヤに供給することを特徴とする上記第７または第８の発明に記載のスラリー供給方法である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本出願に係るワイヤソーについて、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
［実施の形態１］
以下、本発明の第１の実施の形態について、図１乃至図７を用いて説明する。図１はワイヤソーの斜視図、図２はワイヤソーの正面図、図３はワイヤソーの右側面図、図４はワイヤソーの平面図を示している。
【００２３】
（ワイヤソーの全体構造）
まず、図１乃至図４を用いてワイヤソーの全体構造について、簡単に説明する。図３の側面図に示すように、装置基台１１上にはコラム１２を立設している。コラム１２の前方（図３左側）には切断機構１３がブラケット１４を介して装設されている。この切断機構１３は、ブラケット１４に複数の加工用ローラ１５，１６，１７を回転自在に支持したものであり、それぞれの加工用ローラ１５，１６，１７は、所定間隔をおいて互いに平行に配置されている。また、図２に示すように加工用ローラ１５，１６，１７の外周には、それぞれ環状溝１５ａ，１６ａ，１７ａが所定ピッチで複数形成されている。なお、図２においては理解を容易にするために、ワイヤの記載を省略し、さらに環状溝１５ａ，１６ａ，１７ａの数も実際よりも少なく描いてある。
【００２４】
前記加工用ローラ１５，１６，１７の各環状溝１５ａ，１６ａ，１７ａには、１本の線材よりなるワイヤ１８が連続的に螺旋状に巻きつけられている。図４に示すように、ブラケット１４にはワイヤ走行用モータ１９が配設されており、このワイヤ走行用モータ１９により図示しない伝達機構を介して加工用ローラ１５，１６，１７が回転駆動させられる。そして、これらの加工用ローラ１５，１６，１７の回転によって、ワイヤ１８が所定の走行速度で走行する。このワイヤ１８の走行は、一定量前進及び一定量後退を繰り返し、全体として歩進的に前進するように行われる。なお、上記ワイヤ１８としては、通常のワイヤだけでなく、ワイヤの表面に砥粒（例えば、ダイヤモンド砥粒）が付着された固定砥粒ワイヤを用いることもできる。
【００２５】
図３に示すように、ブラケット１４の上方には加工用ローラと並行に配置された略円筒状のスラリー供給用サイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂが配設されている。図５に示すように、サイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂの一端は、ポンプ５７を介してスラリータンク５８に接続され、ポンプ５７を駆動することによりスラリータンク５８内のスラリー４０がサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂに供給される。
【００２６】
このサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂから加工用ローラ１５，１６間のワイヤ１８上に、水性または油性のスラリー４０が供給される。このスラリー４０としては、遊離砥粒を含んだスラリーを用いることも、または固定砥粒ワイヤを用いた加工では遊離砥粒を含まないオイルや水等のスラリーを用いることもできる。
【００２７】
このサイドノズル２０ａは、加工用ローラ１５，１６間のワイヤ１８の上方に、インゴット２２を挟んで前後に２本設けている。一方、図６（ａ）に示すようにセンターノズル２０ｂは、中間プレート４１の下方に隣接して固定されており、２本のインゴット２２の間に加工用ローラと並行に設けられている。中間プレート４１はセンターノズル２０ｂを支持するための略コ字型の支持部材３９を、開口部を下向きにして有しており、センターノズル２０ｂはボルト等の締結手段または溶接によって、支持部材３９に固定されている。支持部材３９は、中間プレート４１に対して連続して一体成形したものでも良く、中間プレート４１とは別体として成形したものを、ボルト等の締結手段または溶接によって中間プレート４１に固定したものであっても良い。
【００２８】
図１２に示したようにセンターノズル２０をワイヤ１８の上方に固定配置した場合は、インゴット昇降の妨げとならないように、２本のインゴット２２間の距離Ｗ１を少なくともセンターノズル２０の直径よりも広くしなくてはならない。しかし、図６に示すようにセンターノズル２０ｂを中間プレート４１に設ける場合には、インゴット２２間の距離Ｗ１はカーテン状のスラリーが通過できるだけの間隔で良く、約１０ｍｍ程度とすることが可能となる。そのため、加工用ローラ１５，１６間の距離が３２０ｍｍ〜３３０ｍｍ程度である２００ｍｍインゴット切断用ワイヤソーを用いた場合であっても、本実施の形態におけるインゴット固定用治具を使用することにより、１５０ｍｍインゴット２本を並行に保持し且つインゴット間にスラリーを供給した状態で切断することが可能となる。
【００２９】
サイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂの斜視図を図７（ａ）に、縦断面図を図７（ｂ）に示す。サイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂは２つの円筒により形成される二重管構造をしており、内筒４８と、外筒４９とから構成される。スラリー４０は内筒４８の内部を圧送され、内筒４８の上部に多数設けられた孔４７から噴出したスラリー４０は内筒４８の外壁と外筒４９の内壁との隙間を下方に向かって流れる。外筒４９の下面には長手方向に直線状をなすスリット４６を設けており、スリット４６からサイドノズル２０ａまたはセンターノズル２０ｂの外部へスラリー４０が流出してワイヤに供給される。このサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂの二重管構造の整流作用によりスリット４６の各部で均一にスラリー４０を供給できる。スリット４６から流出したスラリーはカーテン状になって、ワイヤ１８上に供給される。
【００３０】
尚、このサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂの構造は、下面にその長手方向に沿って直線状のスリットを設けた１つの円筒により形成される単管構造としてもよい。
【００３１】
一方、図５に示すように、加工用ローラ１５，１６、１７の下方にはスラリー回収パン５５が設けられている。このスラリー回収パン５５の下部には、スラリー回収パイプ５５ａが設けられており、スラリー回収パイプ５５ａの下流にはスラリータンク５８が設けられている。そして、このスラリータンク５８に溜まったスラリー４０はポンプ５７によってサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂに送られる。このスラリー回収パン５５と、スラリータンク５８と、ポンプ５７とからなるスラリー循環装置により、スラリー４０を再利用している。なお、スラリー回収パン５５は加工用ローラ１５，１６、１７間に配置しても良い。
【００３２】
図１に示すように加工用ローラ１５，１６，１７の上方において、コラム１２にはワーク支持機構２１が上下動自在に支持され、その下部には硬脆材料よりなる１５０ｍｍインゴット２２が２本並行にセットされる。コラム１２の正面壁面には２本のガイドレール１２ａを垂直方向に向けて平行に設けており、このガイドレール１２ａにワーク支持機構２１が上下動自在に嵌合している。また、コラム１２上にはワーク昇降用モータ２３を配設しており、このワーク昇降用モータ２３の回転を制御することによって図示しないボールスクリュー等を介してワーク支持機構２１を上下動させることができる。ワーク支持機構２１は、ガイドレール１２ａにならって正確に真直度良く上下動する。
【００３３】
そして、このワイヤソーの運転時には、ワイヤ１８を加工用ローラ１５，１６，１７間で往復走行させながら、ワーク支持機構２１をワイヤ１８に向かって下降させる。このとき、サイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂからワイヤ１８上へスラリー４０を供給するとともに、ワイヤ１８に対しインゴット２２を押し付け接触させることにより、インゴット２２がウェーハ状にスライス加工される。
【００３４】
図４に示すように、装置基台１１の後方には一対のリール機構２４を装設しており、ワイヤ１８を繰り出すための繰出しリール２５と、ワイヤ１８を巻き取るための巻取りリール２６とを備えている。装置基台１１には、回転方向及び回転速度を変更可能なサーボモータよりなる一対のリール回転用モータ２７，２８が配設され、それらのモータ軸にはリール２５，２６が連結されている。リール回転用モータ２７，２８は反転可能であり、ワイヤ１８の一方のリール２６への巻き取り完了後は、そのリール２６がワイヤ繰り出し側に、他方のリール２５がワイヤ巻き取り側に換わるものである。ワイヤ１８は往復走行しながら磨耗するため、リール２５または２６から適宜新線が供給される。
【００３５】
装置基台１１上にはリール機構２４に隣接してトラバース機構２９が装設されており、繰出しリール２５からのワイヤ１８の繰出し及び巻取りリール２６へのワイヤ１８の巻取りを、上下にトラバースしながらワイヤ１８を案内する。そして、リール機構２４の両リール２５，２６の回転により、繰出しリール２５から切断機構１３へワイヤ１８が繰り出されるとともに、加工後のワイヤ１８が巻取りリール２６に巻き取られる。
【００３６】
図３に示すように、トラバース機構２９と切断機構１３との間には、張力保持機構３０及びガイド機構３１が配設されている。そして、切断機構１３の加工用ローラ１５，１６，１７間に巻き付けられたワイヤ１８の両側がそれぞれ、ガイド機構３１の各ガイドローラ３２を介して張力保持機構３０に掛装されている。この状態で、張力保持機構３０により、加工用ローラ１５，１６，１７間のワイヤ１８に所定の張力が付与されるようになっている。このように張力保持機構３０によって所定の張力が付与されたワイヤ１８が、トラバース機構２９を介して、リール２５，２６に巻き付けられている。
【００３７】
（ワーク支持機構へのワーク取り付け構造）
次に、インゴット２２をワーク支持機構２１に取り付ける構造について、図６（ａ）を用いて説明する。まず、インゴット２２をワーク保持治具であるワークプレート３８に取り付ける。ワークプレート３８へはスライス台４４を介して取り付けられる。スライス台４４は、略直方体形状のカーボン或いはガラス，プラスチック，セラミックス等の材質よりなり、上面は平坦をなし、その下面は円柱形状のインゴット２２の外周面が嵌合するように凹状に湾曲している。
【００３８】
インゴット２２は、その外周面をスライス台４４の下面の凹状湾曲部に嵌合させて、接着剤等によって固定される。そして、スライス台４４は、ワークプレート３８の下面に接着剤等によって貼り付け固定される。スライス台４４は、ワイヤソーによる加工の際にはインゴット２２と共にワイヤ１８によって一部切断され、加工終了後にはワークプレート３８から取り外される。そして、次の新しいスライス台４４がインゴット２２と共にワークプレート３８に接着される。
【００３９】
図２および図６（ａ）に示すように、ワークプレート３８はボルト等の締結手段により、中間プレート４１に固定されており、中間プレート４１はスペーサー３７を介して取付プレート４２に固定される。取付プレート４２は、正面から見ると左右方向に突出した係合腕４２ａを備えており、略Ｔ字形状をしている。一方、ワーク支持機構２１は左右２本の係止部４３ａを備えている。左右の係止部４３ａは、背面板４３ｂからワイヤソー前方に向かって水平に伸びた角柱状をなし、係止部４３ａの上面に係合腕４２ａの下面が載置される。
【００４０】
そして、取付プレート４２を背面板４３ｂに向かって押し付けることにより、取付プレート４２を位置決めする。更に、取付プレート４２に形成された貫通穴に固定ねじ４５をねじ込んで、背面板４３ｂにねじ止めすることにより、ワーク支持機構２１に取付プレート４２が固定される。他に固定方式としては、エアシリンダを用いたクランプ方式もある。
【００４１】
次に、上記のように構成されたワイヤソーの動作について、図１乃至図６を用いて説明する。
まず始めに、インゴット２２を貼り付けたスライス台４４を２組用意し、ワークプレート３８の下面に接着する。図６に示すように予め結晶方位を修正して貼り付けた２本のインゴット２２がほぼ平行になるようにワークプレート３８を中間プレート４１に装着する。その後、取付プレート４２の係合腕４２ａを係止部４３ａに載置する。そして、取付プレート４２を背面板４３ｂに向かって押し付けることにより、取付プレート４２を所定の位置に位置決めする。図２に示すように、取付プレート４２に形成された貫通穴に固定ねじ４５をねじ込んで、背面板４３ｂにねじ止めし、ワーク支持機構２１に取付プレート４２を固定する。
【００４２】
その後、加工用ローラ１５，１６，１７を回転させ、ワイヤ１８を線方向に走行させる。そして、図５に示すようにポンプ５７を駆動することによりスラリータンク５８内のスラリー４０がサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂに供給される。なお、本実施の形態においてはスラリータンク５８から供給されるスラリー４０の流量は、毎分８０リットルから毎分１００リットル程度としている。そして、サイドノズル２０ａはワイヤ１８に近いためスラリー４０がワイヤ１８に乗り易くスラリーが少量で良いこと、また、センターノズル２０ｂは両側のインゴット２２を切断するために十分なスラリー４０を供給する必要があることなどから、サイドノズル２０ａに比しセンターノズル２０ｂのスラリー流量を多くしている。
【００４３】
ワイヤ１８に供給されたスラリー４０は、再使用のためにスラリー循環装置に回収される。スラリー循環装置は、スラリー回収パン５５と、スラリータンク５８と、ポンプ５７とからなる。サイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂから流出したスラリー４０は自重によりスラリー回収パン５５に落下する。スラリー回収パン５５により回収されたスラリー４０は、スラリータンク５８に集められ、不足分を補給されながら循環利用される。この際、スラリー４０はインゴット加工時に発生する熱を吸収して温度が上昇するので、回収したスラリー４０は、図示しない熱交換機で一定温度に冷却する。その後、ポンプ５７を駆動することによりスラリータンク５８内のスラリー４０がポンプ５７を介してサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂに供給される。
【００４４】
インゴット２２を２本同時に切断加工する際、加工用ローラ１５，１６，１７の回転速度はインゴット１本を切断する場合と同じ速度としているが、ワイヤ１８の磨耗が速いため、新線を送り出す速度をインゴット１本を切断する場合の１．５倍程度としている。また、ワーク支持機構２１の下降速度は、インゴット１本を切断する場合の毎分０．４ｍｍ〜０．８ｍｍに対して７０％程度としている。従って、１５０ｍｍインゴット１本のみを切断する場合は６時間程度かかるのに対し、１５０ｍｍインゴットを２本同時に切断する場合は９時間程度かかるが、２本同時に切断することができるため、ウェーハの生産効率は３０％〜４０％程度向上させることができる。
【００４５】
［実施の形態２］
次に、第２の実施の形態について、図８（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。なお、本実施の形態は以下に説明するように、第１の実施の形態におけるセンターノズル２０ｂに、スリットバー５０とサイドバー５１を備えることを特徴とし、他の構成については同様であるため、同様部分については第１の実施の形態と同一の符号を援用して具体的な説明を省略し、相違点であるセンターノズル２０ｂと、スリットバー５０、サイドバー５１についてのみ説明する。
【００４６】
図８（ａ）はスラリーノズルの斜視図である。図８（ａ）に示すように、本実施の形態におけるセンターノズル２０ｂの下部には、縦１０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、幅２ｍｍのＳＵＳ製プレートからなるスリットバー５０を、スリット４６の開口に沿ってスリット４６の両側に２枚溶接している。２枚のスリットバー５０は互いに対向する面がそれぞれ鉛直になるように、また、対向する面が互いに平行になるように固定されている。２枚のスリットバー５０の間の距離はスリット４６の幅と同様に２ｍｍとする。このようにスリット４６の開口に沿って鉛直に配置された２枚のスリットバー５０を設けることにより、スリット４６から流出するスラリー４０を従来よりも均一なカーテン状にしてワイヤ上に供給することができる。
【００４７】
さらに、スリット４６の長手方向両端には、縦１５０ｍｍ、長さ１０ｍｍ、幅２ｍｍのＳＵＳ製プレートからなる２枚のサイドバー５１を、２枚のスリットバー５０の間に挟んだ状態で鉛直に設けている。２枚のサイドバー５１は互いに対向する面がそれぞれ鉛直になるように、また、対向する面が互いに平行になるように固定されている。本実施の形態においては、直径１５０ｍｍのインゴットを切断するために、サイドバー５１の縦方向の長さを１５０ｍｍとしているが、サイドバー５１の縦方向の長さはインゴットの直径に応じて適宜変更すれば良く、少なくともインゴットの直径以上の長さにしておけばよい。２枚のサイドバー５１は、スラリー４０が流れる面すなわち互いの対向面が滑らかであることが望ましい。
【００４８】
このようにスリット４６の両端に２枚のサイドバー５１を設けることにより、カーテン状に供給されたスラリー４０が図１１に示すように表面張力によって中央に集中することがなくなり、図８（ａ）に示すようにスラリーカーテンの両端が２枚のサイドバー５１に沿って一定の距離を保った状態でワイヤに供給される。また、サイドバー５１の縦方向の長さを少なくともインゴットの直径以上の長さにしておくことにより、インゴットの切断開始から切断が終わるまでの間、ワイヤ上に均一にスラリーを供給することができる。
【００４９】
次に、上記構成のワイヤソーの具体的な作用について説明する。まず始めに、図８（ｂ）に示すように第１の実施の形態と同様に、取付プレート４２の係合腕４２ａを係止部４３ａに載置することにより、２本のインゴット２２をワーク支持機構２１に取り付ける。そして、取付プレート４２を背面板４３ｂに向かって押し付けることにより、取付プレート４２を所定の位置に位置決めする。取付プレート４２に形成された貫通穴に固定ねじ４５をねじ込んで、背面板４３ｂにねじ止めし、ワーク支持機構２１に取付プレート４２を固定する。
【００５０】
その後、加工用ローラ１５，１６，１７を回転させ、ワイヤ１８を線方向に走行させる。そして、図５に示す第１の実施の形態と同様に、ポンプ５７を駆動することによりスラリータンク５８内のスラリー４０をサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂに供給する。なお、本実施の形態におけるスラリー４０の流量は、第１の実施の形態と同様である。
【００５１】
インゴット加工開始前時において、ワーク支持機構２１は上昇した状態にあるため、センターノズル２０ｂはワイヤ１８よりもかなり上方に位置している。第1の実施の形態のワイヤソーでは、スラリー４０の表面張力によりスラリーが中央に集中するため、図６（ｂ）に破線で示すようにセンターノズル２０ｂの幅を保った状態でスラリー４０が供給されない。従って、インゴット切断開始初期の状態からワイヤ１８上にスラリー４０を十分に供給するためには、図６（ｂ）の太線で示すように、センターノズル２０ｂの長さを長くしなければならない。
【００５２】
しかし、図８（ａ）に示すように、本実施の形態ではスラリー流出口へスリットバー５０とサイドバー５１を取り付けたことによって、サイドバー５１との表面張力により、スラリー４０自体の表面張力に抗して流れが中央に集中しない。そのため、スラリー４０の流れをカーテン状にすることができ、インゴット装填範囲全域のワイヤ１８にスラリー４０を均一に供給することができる。また、スリットバー５０を設けたことによって、スリットバー５０との表面張力により、スリット４６から流れ出るスラリー流量の部分的なバラツキを抑制することができる。その結果、切断されたウェーハの品質を安定化させることができる。
【００５３】
このようにワイヤ１８にスラリー４０を均一に供給した状態で、ワーク昇降用モータ２３の回転により、ワーク支持機構２１を走行するワイヤ１８に向かって下降させる。２枚のサイドバー５１の間隔は、ワイヤ列の幅よりも広いため、サイドバー５１とワイヤ１８とは接触することなく、ワーク支持機構２１が下降する。下降中においても、スラリー４０はサイドバー５１との表面張力を保っているため、スラリー４０は中央に集中せず、インゴット装填範囲全域のワイヤ１８にスラリー４０を均一に供給できる。このように、ワイヤ１８にスラリー４０を均一に供給した状態でワーク支持機構２１を下降させ、インゴット２２をワイヤ１８に押し付けることにより、インゴット２２を所定厚のウェーハ状に切断する。
【００５４】
ワイヤ１８に供給されたスラリー４０は、再使用のためにスラリー循環装置に回収される。スラリー循環装置に回収されたスラリー４０は、第1の実施の形態と同様に循環利用され、サイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂからワイヤ１８に供給される。
【００５５】
なお、加工用ローラ１５，１６，１７の回転速度、新線ワイヤを送り出す速度、および、ワーク支持機構２１の下降速度は、第1の実施の形態と同様にしている。従って、１５０ｍｍインゴット１本のみを切断する場合は６時間程度かかるのに対し、１５０ｍｍインゴットを２本同時に切断する場合は９時間程度かかるが、２本同時に切断することができるため、ウェーハの生産効率は３０％〜４０％程度向上させることができる。また、本実施の形態によれば、ワイヤ１８にスラリー４０を均一に供給できるため、ウェーハの品質を損なうことがない。
【００５６】
本実施の形態においては、スロットバー５０とサイドバー５１をセンターノズル２０ｂに設けた例を示しているが、従来から使用されているサイドノズル２０ａに設けることも可能である。また、スロットバー５０とサイドバー５１は必ずしも両方設ける必要はなく、何れか一方のみを設けても良い。
【００５７】
［実施データ］
スリットバー５０及びサイドバー５１を設けないワイヤソーを用いてインゴットを切断した場合と、センターノズル２０ｂにスリットバー５０及びサイドバー５１を設けたワイヤソーを用いてインゴットを切断した場合の効果について、図９（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を用いて以下に具体的に説明する。
【００５８】
切断されたウェーハから所定寸法の４角形を複数サンプリングし、各サンプルについて、ウェーハ裏面を基準としてウェーハ表面の最高点から最低点までの距離を算出し、ウェーハの平坦度（ＴＴＶ：Total Thickness Variation）を求めた。
【００５９】
変更前後の５ロットを比較した結果、図９（ａ）に示すように、変更前のウェーハの平坦度（ＴＴＶ）の平均値は１５．６μｍであったのに対して、変更後のウェーハの平坦度（ＴＴＶ）の平均値は１３．１μｍであった。ウェーハの平坦度（ＴＴＶ）の結果からは、２．５μｍの向上が見られた。
【００６０】
同様に、変更前後の５ロットについてWarpを求め、比較した。ここで、反りの程度の指標であるWarpとは、自由状態におけるウェーハ表面の最高点と最低点の高さの差をいう。図９（ｂ）に示すように、変更前のウェーハの反り（Warp）の平均値は１０．５μｍであったのに対して、変更後のウェーハの反り（Warp）の平均値は６．６μｍであった。ウェーハの反り（Warp）の結果からは、３．９μｍの向上が見られた。
【００６１】
更に、変更前後の５ロットについてウェーハの中心厚みバラツキの程度の指標であるCen-Thkを求め、比較した。図９（ｃ）に示すように、変更前のウェーハの中心厚みバラツキ（Cen-Thk）の平均値は３．３μｍであったのに対して、変更後のウェーハの中心厚みバラツキ（Cen-Thk）の平均値は１．２μｍであった。ウェーハの中心厚みバラツキ（Cen-Thk）の結果からは、２．１μｍの向上が見られた。
【００６２】
【発明の効果】
本発明のワイヤソーによれば、センターノズルのスリット部にスリットバーとサイドバーを装着することで、センターノズルがワイヤと離れているインゴット切断開始初期でもカーテン状にバランス良くスラリーを供給することができ、ウェーハの品質的なバラツキを抑制することができる。
【００６３】
また、本発明のワイヤソーによれば、ウェーハの品質を落とさずにインゴット２本を同時に切断することができるため、インゴット１本のみを切断する場合に比しウェーハの生産効率を１．３〜１．４倍程度高めることが可能となる。
【００６４】
さらに、本発明のワイヤソーによれば、従来の２００ｍｍインゴット切断用ワイヤソーを用いて、インゴット固定用治具を改良することにより１５０ｍｍインゴット二本を平行に保持し切断することが可能となる。その結果、既存設備を利用することが可能となり、半導体ウェーハの製造コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るワイヤソーの斜視図である。
【図２】本発明に係るワイヤソーの正面図である。
【図３】本発明に係るワイヤソーの右側面図である。
【図４】本発明に係るワイヤソーの平面図である。
【図５】本発明に係るワイヤソーのスラリーの流路を示した概念図である。
【図６】図６（ａ）は第1の実施の形態におけるワイヤソーのインゴット装着状態を示す右側面図、（ｂ）はインゴット装着状態を示す正面図である。
【図７】図７（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、センターノズルまたはサイドノズルの斜視図および縦断面図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の第２の実施の形態に係るセンターノズルとスリットバーとサイドバーの構成を示した斜視図、（ｂ）は第２の実施の形態におけるワイヤソーのインゴット装着状態を示す右側面図である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ、スリットバー及びサイドバーを設けないワイヤソーを用いて切断したウェーハと、スリットバー及びサイドバーを設けたワイヤソーを用いて切断したウェーハのＴＴＶ、WarpおよびCen-Thkを比較したグラフである。
【図１０】従来技術にかかわるワイヤソーの斜視図である。
【図１１】従来技術にかかわるスラリーノズルから流れ出るスラリーの流下状態を示した斜視図である。
【図１２】従来技術にかかわるワイヤソーの側面図である。
【符号の説明】
１１…装置基台
１２…コラム
１３…切断機構
１４…ブラケット
１５，１６，１７…加工用ローラ
１５ａ，１６ａ，１７ａ…環状溝
１８…ワイヤ
１９…ワイヤ走行用モータ
２０ａ…サイドノズル ２０ｂ…センターノズル
２１…ワーク支持機構
２２…インゴット
２３…ワーク昇降用モータ
２４…リール機構
２５…繰出しリール
２６…巻取りリール
２７，２８…リール回転用モータ
２９…トラバース機構
３０…張力保持機構
３１…ガイド機構
３２…ガイドローラ
３３…スラリーノズル
３７…スペーサー
３８…ワークプレート
３９…支持部材
４０…スラリー
４１…中間プレート
４２…取付プレート ４２ａ…係合腕
４３ａ…係止部 ４３ｂ…背面板
４４…スライス台
４５…固定ねじ
４６…スリット
４７…孔
４８…内筒
４９…外筒
５０…スリットバー
５１…サイドバー
５５…スラリー回収パン ５５ａ…スラリー回収パイプ
５７…ポンプ
５８…スラリータンク。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤを用いて、ワークを切断するワイヤソーに係り、特に、ワイヤソーにスラリーを供給する方法、及び、スラリー供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、生産性向上の観点から、半導体インゴットの切断や、太陽電池用ソーラーセル等の生産のワイヤソー化が進むと共に、更なる生産性の向上が求められている。図１０は、半導体材料、磁性材料、セラミック等のワークを切断する従来の一般的なワイヤソーの斜視図である。同図に基づいて、ワークを切断する一般的なワイヤソーについて説明する。
【０００３】
一般に、ワイヤソーは、複数の加工用ローラ１５，１６，１７を所定間隔をおいて並列に備えており、それらの加工用ローラ１５〜１７の外周には複数の環状溝が所定ピッチで形成されている。そして、この環状溝には、各加工用ローラを渡って、１本のワイヤ１８が順に螺旋状に巻きつけられている。また、加工用ローラ１５，１６間のワイヤ１８に対応してワーク支持機構２１が配設され、このワーク支持機構２１の下部にインゴット２２が着脱可能に取り付けられている。
【０００４】
そして、上記ワイヤソーにおいて、ワイヤ１８を線方向に走行させながら、そのワイヤ１８上にスラリーを供給し、この状態でワーク支持機構２１によりワイヤ１８に対してインゴット２２を押し付け接触させ、インゴット２２に切断等の加工を施す。この種のワイヤソーには、遊離砥粒を含むスラリーを供給しながらワイヤ１８にインゴット２２を押し当て、ラッピング作用によってインゴット２２を切断するものや、予め砥粒を固定したワイヤ１８を用いてオイルや水等のスラリーを供給しながらインゴット２２を切断するものがある。なお、他の構成は全く同様で、ワイヤ１８とインゴット２２の位置が上下逆になっているワイヤソーもある。
【０００５】
一般的なワイヤソーはスラリーを供給するスラリーノズルをインゴット２２の前後に配置し、ワイヤ１８にスラリーを供給している。また、ワイヤ１８の近傍にスラリーノズルを設けることにより、スラリーをワイヤ１８に均一に供給している。
【０００６】
通常のワイヤソーではワークとして１本のインゴットを切断するが、生産性を向上させるために複数のインゴットを同時に切断する場合がある。例えば、特開２００１−１２４８号公開公報では、効率よく所定厚みのウェーハを製造するために、インゴットを複数本平行に保持し、同時に切断加工する方法が記載されている。また、特開２０００−１４１３６４号公開公報では２本のインゴットを同時に切断加工する場合において、２本のインゴット間にセンターノズルを設けることにより、各インゴットの両側部からスラリーを供給するワイヤソーが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開２０００−１４１３６４号公開公報に開示されたセンターノズル２０は、図１２に示すように２本のインゴット２２の間に固定配置されているため、上下動するインゴット２２の間をセンターノズル２０が通り抜けられるように、各インゴット２２の間隔Ｗ１を少なくともセンターノズル２０の大きさ分だけ離さなければならない。しかし、２００ｍｍインゴット切断用ワイヤソーは加工用ローラ１５と１６の間の距離Ｗ２が例えば３２０ｍｍしかなく、２本の各インゴット２２の直径を１５０ｍｍとすると、各インゴット２２の間隔Ｗ１は最大でも２０ｍｍ以下となる。そのため、センターノズル２０が通過できるだけの間隔をとることができず、２００ｍｍインゴット切断用ワイヤソーを使用して１５０ｍｍインゴット２本を平行に保持し切断することは困難であり、既存設備を利用できないという問題が生ずる。
【０００８】
また、図１１に示すように、ワイヤ１８上にはスラリーノズル３３からカーテン状にスラリー４０が供給されるが、スラリーノズル３３の配置位置がワイヤ１８から遠い場合には、スラリー４０は下に行くほど表面張力により中央に集中し、カーテン状にならず、全てのワイヤ１８上に均一にスラリーが供給されない。その為、ワイヤ１８とスラリーノズル３３の距離が離れている場合はスラリー４０の供給されている部分とそうでない部分とで品質的な差が発生する。
【０００９】
本出願に係る発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その第１の目的とするところは、複数本のインゴットを平行に保持し切削加工する場合において各インゴット間にスラリーを供給する場合であっても、ワイヤソーの大きさを最小限に留めることができるワイヤソー、および、そのスラリー供給方法を提供することにある。
【００１０】
また、本出願に係る発明の第２の目的は、スラリーノズルがワイヤよりもかなり上方にある場合であっても、スラリーの表面張力によりスラリーが中央へ集中しないワイヤソー、および、スラリー供給方法を提供することにある。
【００１１】
更に、本出願に係る発明の第３の目的は、２００ｍｍインゴット切断用ワイヤソーにおいてインゴット保持用治具を改良することにより、１５０ｍｍインゴットを２本並行に切断することができ、コストをかけずに品質を保持しつつ生産性を高めたワイヤソーおよびインゴット切断方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、被加工物を保持した治具を走行するワイヤに接近させ、前記ワイヤにスラリーを供給した状態で前記被加工物を前記ワイヤに接触させることにより、前記被加工物を切断するワイヤソーにおいて、前記スラリーを供給する装置を前記治具に設けたことを特徴とするワイヤソーである。
【００１３】
また、本出願に係る第２の発明は、前記スラリーを供給する装置を前記被加工物よりも上方に配置したことを特徴とする上記第１の発明に記載のワイヤソーである。
【００１４】
更に、本出願に係る第３の発明は、被加工物を保持した治具を走行するワイヤに接近させ、前記ワイヤにスラリーを供給した状態で前記被加工物を前記ワイヤに接触させることにより、前記被加工物を切断するワイヤソーにおいて、前記スラリーを供給する装置のスラリー流出用スリットの長手方向の両端に、スラリー流を案内するサイドバーを設けたことを特徴とするワイヤソーである。
【００１５】
また、本出願に係る第４の発明は、前記サイドバーの鉛直方向の長さが、前記被加工物の鉛直方向の長さ以上であることを特徴とするワイヤソーである。
【００１６】
更に、本出願に係る第５の発明は、前記スラリーを供給する装置のスラリー流出用スリットの下に、該スリットの長手方向に沿って、スラリー流を案内するスリットバーを設けたことを特徴とする上記第１乃至第４の発明の何れか１つに記載のワイヤソーである。
【００１７】
また、本出願に係る第６の発明は、前記被加工物を保持する治具は、複数の被加工物を保持可能であり、前記スラリーを供給する装置は、前記複数の被加工物の間に配置されていることを特徴とする上記第１乃至第５の発明の何れか１つに記載のワイヤソーである。
【００１８】
更に、本出願に係る第７の発明は、被加工物を保持した治具を走行するワイヤに接近させ、前記ワイヤにスラリーを供給した状態で前記被加工物を前記ワイヤに接触させることにより、前記被加工物を切断するワイヤソーにおいて、前記スラリーを供給する方法であって、前記治具に設けたスラリー供給装置により、前記ワイヤにスラリーを供給することを特徴とするスラリー供給方法である。
【００１９】
また、本出願に係る第８の発明は、前記スラリー供給装置のスラリー流出用スリットの長手方向の両端に、スラリー流を案内するサイドバーを設けており、前記スラリーを前記サイドバーに沿わせた状態で前記ワイヤに供給することを特徴とする上記第７の発明に記載のスラリー供給方法である。
【００２０】
更に、本出願に係る第９の発明は、前記スラリー供給装置のスラリー流出用スリットの下に、該スリットの長手方向に沿って、スラリー流を案内するスリットバーを設けており、前記スラリーを前記スリットバーに沿わせた状態で前記ワイヤに供給することを特徴とする上記第７または第８の発明に記載のスラリー供給方法である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本出願に係るワイヤソーについて、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
［実施の形態１］
以下、本発明の第１の実施の形態について、図１乃至図７を用いて説明する。図１はワイヤソーの斜視図、図２はワイヤソーの正面図、図３はワイヤソーの右側面図、図４はワイヤソーの平面図を示している。
【００２３】
（ワイヤソーの全体構造）
まず、図１乃至図４を用いてワイヤソーの全体構造について、簡単に説明する。図３の側面図に示すように、装置基台１１上にはコラム１２を立設している。コラム１２の前方（図３左側）には切断機構１３がブラケット１４を介して装設されている。この切断機構１３は、ブラケット１４に複数の加工用ローラ１５，１６，１７を回転自在に支持したものであり、それぞれの加工用ローラ１５，１６，１７は、所定間隔をおいて互いに平行に配置されている。また、図２に示すように加工用ローラ１５，１６，１７の外周には、それぞれ環状溝１５ａ，１６ａ，１７ａが所定ピッチで複数形成されている。なお、図２においては理解を容易にするために、ワイヤの記載を省略し、さらに環状溝１５ａ，１６ａ，１７ａの数も実際よりも少なく描いてある。
【００２４】
前記加工用ローラ１５，１６，１７の各環状溝１５ａ，１６ａ，１７ａには、１本の線材よりなるワイヤ１８が連続的に螺旋状に巻きつけられている。図４に示すように、ブラケット１４にはワイヤ走行用モータ１９が配設されており、このワイヤ走行用モータ１９により図示しない伝達機構を介して加工用ローラ１５，１６，１７が回転駆動させられる。そして、これらの加工用ローラ１５，１６，１７の回転によって、ワイヤ１８が所定の走行速度で走行する。このワイヤ１８の走行は、一定量前進及び一定量後退を繰り返し、全体として歩進的に前進するように行われる。なお、上記ワイヤ１８としては、通常のワイヤだけでなく、ワイヤの表面に砥粒（例えば、ダイヤモンド砥粒）が付着された固定砥粒ワイヤを用いることもできる。
【００２５】
図３に示すように、ブラケット１４の上方には加工用ローラと並行に配置された略円筒状のスラリー供給用サイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂが配設されている。図５に示すように、サイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂの一端は、ポンプ５７を介してスラリータンク５８に接続され、ポンプ５７を駆動することによりスラリータンク５８内のスラリー４０がサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂに供給される。
【００２６】
このサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂから加工用ローラ１５，１６間のワイヤ１８上に、水性または油性のスラリー４０が供給される。このスラリー４０としては、遊離砥粒を含んだスラリーを用いることも、または固定砥粒ワイヤを用いた加工では遊離砥粒を含まないオイルや水等のスラリーを用いることもできる。
【００２７】
このサイドノズル２０ａは、加工用ローラ１５，１６間のワイヤ１８の上方に、インゴット２２を挟んで前後に２本設けている。一方、図６（ａ）に示すようにセンターノズル２０ｂは、中間プレート４１の下方に隣接して固定されており、２本のインゴット２２の間に加工用ローラと並行に設けられている。中間プレート４１はセンターノズル２０ｂを支持するための略コ字型の支持部材３９を、開口部を下向きにして有しており、センターノズル２０ｂはボルト等の締結手段または溶接によって、支持部材３９に固定されている。支持部材３９は、中間プレート４１に対して連続して一体成形したものでも良く、中間プレート４１とは別体として成形したものを、ボルト等の締結手段または溶接によって中間プレート４１に固定したものであっても良い。
【００２８】
図１２に示したようにセンターノズル２０をワイヤ１８の上方に固定配置した場合は、インゴット昇降の妨げとならないように、２本のインゴット２２間の距離Ｗ１を少なくともセンターノズル２０の直径よりも広くしなくてはならない。しかし、図６に示すようにセンターノズル２０ｂを中間プレート４１に設ける場合には、インゴット２２間の距離Ｗ１はカーテン状のスラリーが通過できるだけの間隔で良く、約１０ｍｍ程度とすることが可能となる。そのため、加工用ローラ１５，１６間の距離が３２０ｍｍ〜３３０ｍｍ程度である２００ｍｍインゴット切断用ワイヤソーを用いた場合であっても、本実施の形態におけるインゴット固定用治具を使用することにより、１５０ｍｍインゴット２本を並行に保持し且つインゴット間にスラリーを供給した状態で切断することが可能となる。
【００２９】
サイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂの斜視図を図７（ａ）に、縦断面図を図７（ｂ）に示す。サイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂは２つの円筒により形成される二重管構造をしており、内筒４８と、外筒４９とから構成される。スラリー４０は内筒４８の内部を圧送され、内筒４８の上部に多数設けられた孔４７から噴出したスラリー４０は内筒４８の外壁と外筒４９の内壁との隙間を下方に向かって流れる。外筒４９の下面には長手方向に直線状をなすスリット４６を設けており、スリット４６からサイドノズル２０ａまたはセンターノズル２０ｂの外部へスラリー４０が流出してワイヤに供給される。このサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂの二重管構造の整流作用によりスリット４６の各部で均一にスラリー４０を供給できる。スリット４６から流出したスラリーはカーテン状になって、ワイヤ１８上に供給される。
【００３０】
尚、このサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂの構造は、下面にその長手方向に沿って直線状のスリットを設けた１つの円筒により形成される単管構造としてもよい。
【００３１】
一方、図５に示すように、加工用ローラ１５，１６、１７の下方にはスラリー回収パン５５が設けられている。このスラリー回収パン５５の下部には、スラリー回収パイプ５５ａが設けられており、スラリー回収パイプ５５ａの下流にはスラリータンク５８が設けられている。そして、このスラリータンク５８に溜まったスラリー４０はポンプ５７によってサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂに送られる。このスラリー回収パン５５と、スラリータンク５８と、ポンプ５７とからなるスラリー循環装置により、スラリー４０を再利用している。なお、スラリー回収パン５５は加工用ローラ１５，１６、１７間に配置しても良い。
【００３２】
図１に示すように加工用ローラ１５，１６，１７の上方において、コラム１２にはワーク支持機構２１が上下動自在に支持され、その下部には硬脆材料よりなる１５０ｍｍインゴット２２が２本並行にセットされる。コラム１２の正面壁面には２本のガイドレール１２ａを垂直方向に向けて平行に設けており、このガイドレール１２ａにワーク支持機構２１が上下動自在に嵌合している。また、コラム１２上にはワーク昇降用モータ２３を配設しており、このワーク昇降用モータ２３の回転を制御することによって図示しないボールスクリュー等を介してワーク支持機構２１を上下動させることができる。ワーク支持機構２１は、ガイドレール１２ａにならって正確に真直度良く上下動する。
【００３３】
そして、このワイヤソーの運転時には、ワイヤ１８を加工用ローラ１５，１６，１７間で往復走行させながら、ワーク支持機構２１をワイヤ１８に向かって下降させる。このとき、サイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂからワイヤ１８上へスラリー４０を供給するとともに、ワイヤ１８に対しインゴット２２を押し付け接触させることにより、インゴット２２がウェーハ状にスライス加工される。
【００３４】
図４に示すように、装置基台１１の後方には一対のリール機構２４を装設しており、ワイヤ１８を繰り出すための繰出しリール２５と、ワイヤ１８を巻き取るための巻取りリール２６とを備えている。装置基台１１には、回転方向及び回転速度を変更可能なサーボモータよりなる一対のリール回転用モータ２７，２８が配設され、それらのモータ軸にはリール２５，２６が連結されている。リール回転用モータ２７，２８は反転可能であり、ワイヤ１８の一方のリール２６への巻き取り完了後は、そのリール２６がワイヤ繰り出し側に、他方のリール２５がワイヤ巻き取り側に換わるものである。ワイヤ１８は往復走行しながら磨耗するため、リール２５または２６から適宜新線が供給される。
【００３５】
装置基台１１上にはリール機構２４に隣接してトラバース機構２９が装設されており、繰出しリール２５からのワイヤ１８の繰出し及び巻取りリール２６へのワイヤ１８の巻取りを、上下にトラバースしながらワイヤ１８を案内する。そして、リール機構２４の両リール２５，２６の回転により、繰出しリール２５から切断機構１３へワイヤ１８が繰り出されるとともに、加工後のワイヤ１８が巻取りリール２６に巻き取られる。
【００３６】
図３に示すように、トラバース機構２９と切断機構１３との間には、張力保持機構３０及びガイド機構３１が配設されている。そして、切断機構１３の加工用ローラ１５，１６，１７間に巻き付けられたワイヤ１８の両側がそれぞれ、ガイド機構３１の各ガイドローラ３２を介して張力保持機構３０に掛装されている。この状態で、張力保持機構３０により、加工用ローラ１５，１６，１７間のワイヤ１８に所定の張力が付与されるようになっている。このように張力保持機構３０によって所定の張力が付与されたワイヤ１８が、トラバース機構２９を介して、リール２５，２６に巻き付けられている。
【００３７】
（ワーク支持機構へのワーク取り付け構造）
次に、インゴット２２をワーク支持機構２１に取り付ける構造について、図６（ａ）を用いて説明する。まず、インゴット２２をワーク保持治具であるワークプレート３８に取り付ける。ワークプレート３８へはスライス台４４を介して取り付けられる。スライス台４４は、略直方体形状のカーボン或いはガラス，プラスチック，セラミックス等の材質よりなり、上面は平坦をなし、その下面は円柱形状のインゴット２２の外周面が嵌合するように凹状に湾曲している。
【００３８】
インゴット２２は、その外周面をスライス台４４の下面の凹状湾曲部に嵌合させて、接着剤等によって固定される。そして、スライス台４４は、ワークプレート３８の下面に接着剤等によって貼り付け固定される。スライス台４４は、ワイヤソーによる加工の際にはインゴット２２と共にワイヤ１８によって一部切断され、加工終了後にはワークプレート３８から取り外される。そして、次の新しいスライス台４４がインゴット２２と共にワークプレート３８に接着される。
【００３９】
図２および図６（ａ）に示すように、ワークプレート３８はボルト等の締結手段により、中間プレート４１に固定されており、中間プレート４１はスペーサー３７を介して取付プレート４２に固定される。取付プレート４２は、正面から見ると左右方向に突出した係合腕４２ａを備えており、略Ｔ字形状をしている。一方、ワーク支持機構２１は左右２本の係止部４３ａを備えている。左右の係止部４３ａは、背面板４３ｂからワイヤソー前方に向かって水平に伸びた角柱状をなし、係止部４３ａの上面に係合腕４２ａの下面が載置される。
【００４０】
そして、取付プレート４２を背面板４３ｂに向かって押し付けることにより、取付プレート４２を位置決めする。更に、取付プレート４２に形成された貫通穴に固定ねじ４５をねじ込んで、背面板４３ｂにねじ止めすることにより、ワーク支持機構２１に取付プレート４２が固定される。他に固定方式としては、エアシリンダを用いたクランプ方式もある。
【００４１】
次に、上記のように構成されたワイヤソーの動作について、図１乃至図６を用いて説明する。
まず始めに、インゴット２２を貼り付けたスライス台４４を２組用意し、ワークプレート３８の下面に接着する。図６に示すように予め結晶方位を修正して貼り付けた２本のインゴット２２がほぼ平行になるようにワークプレート３８を中間プレート４１に装着する。その後、取付プレート４２の係合腕４２ａを係止部４３ａに載置する。そして、取付プレート４２を背面板４３ｂに向かって押し付けることにより、取付プレート４２を所定の位置に位置決めする。図２に示すように、取付プレート４２に形成された貫通穴に固定ねじ４５をねじ込んで、背面板４３ｂにねじ止めし、ワーク支持機構２１に取付プレート４２を固定する。
【００４２】
その後、加工用ローラ１５，１６，１７を回転させ、ワイヤ１８を線方向に走行させる。そして、図５に示すようにポンプ５７を駆動することによりスラリータンク５８内のスラリー４０がサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂに供給される。なお、本実施の形態においてはスラリータンク５８から供給されるスラリー４０の流量は、毎分８０リットルから毎分１００リットル程度としている。そして、サイドノズル２０ａはワイヤ１８に近いためスラリー４０がワイヤ１８に乗り易くスラリーが少量で良いこと、また、センターノズル２０ｂは両側のインゴット２２を切断するために十分なスラリー４０を供給する必要があることなどから、サイドノズル２０ａに比しセンターノズル２０ｂのスラリー流量を多くしている。
【００４３】
ワイヤ１８に供給されたスラリー４０は、再使用のためにスラリー循環装置に回収される。スラリー循環装置は、スラリー回収パン５５と、スラリータンク５８と、ポンプ５７とからなる。サイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂから流出したスラリー４０は自重によりスラリー回収パン５５に落下する。スラリー回収パン５５により回収されたスラリー４０は、スラリータンク５８に集められ、不足分を補給されながら循環利用される。この際、スラリー４０はインゴット加工時に発生する熱を吸収して温度が上昇するので、回収したスラリー４０は、図示しない熱交換機で一定温度に冷却する。その後、ポンプ５７を駆動することによりスラリータンク５８内のスラリー４０がポンプ５７を介してサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂに供給される。
【００４４】
インゴット２２を２本同時に切断加工する際、加工用ローラ１５，１６，１７の回転速度はインゴット１本を切断する場合と同じ速度としているが、ワイヤ１８の磨耗が速いため、新線を送り出す速度をインゴット１本を切断する場合の１．５倍程度としている。また、ワーク支持機構２１の下降速度は、インゴット１本を切断する場合の毎分０．４ｍｍ〜０．８ｍｍに対して７０％程度としている。従って、１５０ｍｍインゴット１本のみを切断する場合は６時間程度かかるのに対し、１５０ｍｍインゴットを２本同時に切断する場合は９時間程度かかるが、２本同時に切断することができるため、ウェーハの生産効率は３０％〜４０％程度向上させることができる。
【００４５】
［実施の形態２］
次に、第２の実施の形態について、図８（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。なお、本実施の形態は以下に説明するように、第１の実施の形態におけるセンターノズル２０ｂに、スリットバー５０とサイドバー５１を備えることを特徴とし、他の構成については同様であるため、同様部分については第１の実施の形態と同一の符号を援用して具体的な説明を省略し、相違点であるセンターノズル２０ｂと、スリットバー５０、サイドバー５１についてのみ説明する。
【００４６】
図８（ａ）はスラリーノズルの斜視図である。図８（ａ）に示すように、本実施の形態におけるセンターノズル２０ｂの下部には、縦１０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、幅２ｍｍのＳＵＳ製プレートからなるスリットバー５０を、スリット４６の開口に沿ってスリット４６の両側に２枚溶接している。２枚のスリットバー５０は互いに対向する面がそれぞれ鉛直になるように、また、対向する面が互いに平行になるように固定されている。２枚のスリットバー５０の間の距離はスリット４６の幅と同様に２ｍｍとする。このようにスリット４６の開口に沿って鉛直に配置された２枚のスリットバー５０を設けることにより、スリット４６から流出するスラリー４０を従来よりも均一なカーテン状にしてワイヤ上に供給することができる。
【００４７】
さらに、スリット４６の長手方向両端には、縦１５０ｍｍ、長さ１０ｍｍ、幅２ｍｍのＳＵＳ製プレートからなる２枚のサイドバー５１を、２枚のスリットバー５０の間に挟んだ状態で鉛直に設けている。２枚のサイドバー５１は互いに対向する面がそれぞれ鉛直になるように、また、対向する面が互いに平行になるように固定されている。本実施の形態においては、直径１５０ｍｍのインゴットを切断するために、サイドバー５１の縦方向の長さを１５０ｍｍとしているが、サイドバー５１の縦方向の長さはインゴットの直径に応じて適宜変更すれば良く、少なくともインゴットの直径以上の長さにしておけばよい。２枚のサイドバー５１は、スラリー４０が流れる面すなわち互いの対向面が滑らかであることが望ましい。
【００４８】
このようにスリット４６の両端に２枚のサイドバー５１を設けることにより、カーテン状に供給されたスラリー４０が図１１に示すように表面張力によって中央に集中することがなくなり、図８（ａ）に示すようにスラリーカーテンの両端が２枚のサイドバー５１に沿って一定の距離を保った状態でワイヤに供給される。また、サイドバー５１の縦方向の長さを少なくともインゴットの直径以上の長さにしておくことにより、インゴットの切断開始から切断が終わるまでの間、ワイヤ上に均一にスラリーを供給することができる。
【００４９】
次に、上記構成のワイヤソーの具体的な作用について説明する。まず始めに、図８（ｂ）に示すように第１の実施の形態と同様に、取付プレート４２の係合腕４２ａを係止部４３ａに載置することにより、２本のインゴット２２をワーク支持機構２１に取り付ける。そして、取付プレート４２を背面板４３ｂに向かって押し付けることにより、取付プレート４２を所定の位置に位置決めする。取付プレート４２に形成された貫通穴に固定ねじ４５をねじ込んで、背面板４３ｂにねじ止めし、ワーク支持機構２１に取付プレート４２を固定する。
【００５０】
その後、加工用ローラ１５，１６，１７を回転させ、ワイヤ１８を線方向に走行させる。そして、図５に示す第１の実施の形態と同様に、ポンプ５７を駆動することによりスラリータンク５８内のスラリー４０をサイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂに供給する。なお、本実施の形態におけるスラリー４０の流量は、第１の実施の形態と同様である。
【００５１】
インゴット加工開始前時において、ワーク支持機構２１は上昇した状態にあるため、センターノズル２０ｂはワイヤ１８よりもかなり上方に位置している。第1の実施の形態のワイヤソーでは、スラリー４０の表面張力によりスラリーが中央に集中するため、図６（ｂ）に破線で示すようにセンターノズル２０ｂの幅を保った状態でスラリー４０が供給されない。従って、インゴット切断開始初期の状態からワイヤ１８上にスラリー４０を十分に供給するためには、図６（ｂ）の太線で示すように、センターノズル２０ｂの長さを長くしなければならない。
【００５２】
しかし、図８（ａ）に示すように、本実施の形態ではスラリー流出口へスリットバー５０とサイドバー５１を取り付けたことによって、サイドバー５１との表面張力により、スラリー４０自体の表面張力に抗して流れが中央に集中しない。そのため、スラリー４０の流れをカーテン状にすることができ、インゴット装填範囲全域のワイヤ１８にスラリー４０を均一に供給することができる。また、スリットバー５０を設けたことによって、スリットバー５０との表面張力により、スリット４６から流れ出るスラリー流量の部分的なバラツキを抑制することができる。その結果、切断されたウェーハの品質を安定化させることができる。
【００５３】
このようにワイヤ１８にスラリー４０を均一に供給した状態で、ワーク昇降用モータ２３の回転により、ワーク支持機構２１を走行するワイヤ１８に向かって下降させる。２枚のサイドバー５１の間隔は、ワイヤ列の幅よりも広いため、サイドバー５１とワイヤ１８とは接触することなく、ワーク支持機構２１が下降する。下降中においても、スラリー４０はサイドバー５１との表面張力を保っているため、スラリー４０は中央に集中せず、インゴット装填範囲全域のワイヤ１８にスラリー４０を均一に供給できる。このように、ワイヤ１８にスラリー４０を均一に供給した状態でワーク支持機構２１を下降させ、インゴット２２をワイヤ１８に押し付けることにより、インゴット２２を所定厚のウェーハ状に切断する。
【００５４】
ワイヤ１８に供給されたスラリー４０は、再使用のためにスラリー循環装置に回収される。スラリー循環装置に回収されたスラリー４０は、第1の実施の形態と同様に循環利用され、サイドノズル２０ａおよびセンターノズル２０ｂからワイヤ１８に供給される。
【００５５】
なお、加工用ローラ１５，１６，１７の回転速度、新線ワイヤを送り出す速度、および、ワーク支持機構２１の下降速度は、第1の実施の形態と同様にしている。従って、１５０ｍｍインゴット１本のみを切断する場合は６時間程度かかるのに対し、１５０ｍｍインゴットを２本同時に切断する場合は９時間程度かかるが、２本同時に切断することができるため、ウェーハの生産効率は３０％〜４０％程度向上させることができる。また、本実施の形態によれば、ワイヤ１８にスラリー４０を均一に供給できるため、ウェーハの品質を損なうことがない。
【００５６】
本実施の形態においては、スロットバー５０とサイドバー５１をセンターノズル２０ｂに設けた例を示しているが、従来から使用されているサイドノズル２０ａに設けることも可能である。また、スロットバー５０とサイドバー５１は必ずしも両方設ける必要はなく、何れか一方のみを設けても良い。
【００５７】
［実施データ］
スリットバー５０及びサイドバー５１を設けないワイヤソーを用いてインゴットを切断した場合と、センターノズル２０ｂにスリットバー５０及びサイドバー５１を設けたワイヤソーを用いてインゴットを切断した場合の効果について、図９（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を用いて以下に具体的に説明する。
【００５８】
切断されたウェーハから所定寸法の４角形を複数サンプリングし、各サンプルについて、ウェーハ裏面を基準としてウェーハ表面の最高点から最低点までの距離を算出し、ウェーハの平坦度（ＴＴＶ：Total Thickness Variation）を求めた。
【００５９】
変更前後の５ロットを比較した結果、図９（ａ）に示すように、変更前のウェーハの平坦度（ＴＴＶ）の平均値は１５．６μｍであったのに対して、変更後のウェーハの平坦度（ＴＴＶ）の平均値は１３．１μｍであった。ウェーハの平坦度（ＴＴＶ）の結果からは、２．５μｍの向上が見られた。
【００６０】
同様に、変更前後の５ロットについてWarpを求め、比較した。ここで、反りの程度の指標であるWarpとは、自由状態におけるウェーハ表面の最高点と最低点の高さの差をいう。図９（ｂ）に示すように、変更前のウェーハの反り（Warp）の平均値は１０．５μｍであったのに対して、変更後のウェーハの反り（Warp）の平均値は６．６μｍであった。ウェーハの反り（Warp）の結果からは、３．９μｍの向上が見られた。
【００６１】
更に、変更前後の５ロットについてウェーハの中心厚みバラツキの程度の指標であるCen-Thkを求め、比較した。図９（ｃ）に示すように、変更前のウェーハの中心厚みバラツキ（Cen-Thk）の平均値は３．３μｍであったのに対して、変更後のウェーハの中心厚みバラツキ（Cen-Thk）の平均値は１．２μｍであった。ウェーハの中心厚みバラツキ（Cen-Thk）の結果からは、２．１μｍの向上が見られた。
【００６２】
【発明の効果】
本発明のワイヤソーによれば、センターノズルのスリット部にスリットバーとサイドバーを装着することで、センターノズルがワイヤと離れているインゴット切断開始初期でもカーテン状にバランス良くスラリーを供給することができ、ウェーハの品質的なバラツキを抑制することができる。
【００６３】
また、本発明のワイヤソーによれば、ウェーハの品質を落とさずにインゴット２本を同時に切断することができるため、インゴット１本のみを切断する場合に比しウェーハの生産効率を１．３〜１．４倍程度高めることが可能となる。
【００６４】
さらに、本発明のワイヤソーによれば、従来の２００ｍｍインゴット切断用ワイヤソーを用いて、インゴット固定用治具を改良することにより１５０ｍｍインゴット二本を平行に保持し切断することが可能となる。その結果、既存設備を利用することが可能となり、半導体ウェーハの製造コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るワイヤソーの斜視図である。
【図２】本発明に係るワイヤソーの正面図である。
【図３】本発明に係るワイヤソーの右側面図である。
【図４】本発明に係るワイヤソーの平面図である。
【図５】本発明に係るワイヤソーのスラリーの流路を示した概念図である。
【図６】図６（ａ）は第1の実施の形態におけるワイヤソーのインゴット装着状態を示す右側面図、（ｂ）はインゴット装着状態を示す正面図である。
【図７】図７（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、センターノズルまたはサイドノズルの斜視図および縦断面図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の第２の実施の形態に係るセンターノズルとスリットバーとサイドバーの構成を示した斜視図、（ｂ）は第２の実施の形態におけるワイヤソーのインゴット装着状態を示す右側面図である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ、スリットバー及びサイドバーを設けないワイヤソーを用いて切断したウェーハと、スリットバー及びサイドバーを設けたワイヤソーを用いて切断したウェーハのＴＴＶ、WarpおよびCen-Thkを比較したグラフである。
【図１０】従来技術にかかわるワイヤソーの斜視図である。
【図１１】従来技術にかかわるスラリーノズルから流れ出るスラリーの流下状態を示した斜視図である。
【図１２】従来技術にかかわるワイヤソーの側面図である。
【符号の説明】
１１…装置基台
１２…コラム
１３…切断機構
１４…ブラケット
１５，１６，１７…加工用ローラ
１５ａ，１６ａ，１７ａ…環状溝
１８…ワイヤ
１９…ワイヤ走行用モータ
２０ａ…サイドノズル ２０ｂ…センターノズル
２１…ワーク支持機構
２２…インゴット
２３…ワーク昇降用モータ
２４…リール機構
２５…繰出しリール
２６…巻取りリール
２７，２８…リール回転用モータ
２９…トラバース機構
３０…張力保持機構
３１…ガイド機構
３２…ガイドローラ
３３…スラリーノズル
３７…スペーサー
３８…ワークプレート
３９…支持部材
４０…スラリー
４１…中間プレート
４２…取付プレート ４２ａ…係合腕
４３ａ…係止部 ４３ｂ…背面板
４４…スライス台
４５…固定ねじ
４６…スリット
４７…孔
４８…内筒
４９…外筒
５０…スリットバー
５１…サイドバー
５５…スラリー回収パン ５５ａ…スラリー回収パイプ
５７…ポンプ
５８…スラリータンク。
Claims (9)
- 被加工物を保持した治具を走行するワイヤに接近させ、
前記ワイヤにスラリーを供給した状態で前記被加工物を前記ワイヤに接触させることにより、前記被加工物を切断するワイヤソーにおいて、
前記スラリーを供給する装置を前記治具に設けたことを特徴とするワイヤソー。 - 前記スラリーを供給する装置を前記被加工物よりも上方に配置したことを特徴とする請求項１に記載のワイヤソー。
- 被加工物を保持した治具を走行するワイヤに接近させ、
前記ワイヤにスラリーを供給した状態で前記被加工物を前記ワイヤに接触させることにより、前記被加工物を切断するワイヤソーにおいて、
前記スラリーを供給する装置のスラリー流出用スリットの長手方向の両端に、スラリー流を案内するサイドバーを設けたことを特徴とするワイヤソー。 - 前記サイドバーの鉛直方向の長さが、前記被加工物の鉛直方向の長さ以上であることを特徴とするワイヤソー。
- 前記スラリーを供給する装置のスラリー流出用スリットの下に、該スリットの長手方向に沿って、スラリー流を案内するスリットバーを設けたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載のワイヤソー。
- 前記被加工物を保持する治具は、複数の被加工物を保持可能であり、
前記スラリーを供給する装置は、前記複数の被加工物の間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載のワイヤソー。 - 被加工物を保持した治具を走行するワイヤに接近させ、前記ワイヤにスラリーを供給した状態で前記被加工物を前記ワイヤに接触させることにより、前記被加工物を切断するワイヤソーにおいて、前記スラリーを供給する方法であって、
前記治具に設けたスラリー供給装置により、前記ワイヤにスラリーを供給することを特徴とするスラリー供給方法。 - 前記スラリー供給装置のスラリー流出用スリットの長手方向の両端に、スラリー流を案内するサイドバーを設けており、
前記スラリーを前記サイドバーに沿わせた状態で前記ワイヤに供給することを特徴とする請求項７に記載のスラリー供給方法。 - 前記スラリー供給装置のスラリー流出用スリットの下に、該スリットの長手方向に沿って、スラリー流を案内するスリットバーを設けており、
前記スラリーを前記スリットバーに沿わせた状態で前記ワイヤに供給することを特徴とする請求項７または８に記載のスラリー供給方法。
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