JP2005125474A

JP2005125474A - ワイヤソー

Info

Publication number: JP2005125474A
Application number: JP2003366392A
Authority: JP
Inventors: Akizo Tsuruta; 明三鶴田; Masayuki Hamayasu; 昌之濱保; Takafumi Kawasaki; 貴文河嵜; Hiroichi Nishida; 博一西田; Hisafumi Tominaga; 尚史冨永
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2023-10-27
Also published as: JP4098700B2

Abstract

【課題】スラリの利用効率が高く、構造が簡単であり、スラリ温度制御が容易であり、回転ローラの寿命長期化が可能であり、かつ清掃・ワイヤ張り作業などの作業性がよいワイヤソーを提供すること。
【解決手段】複数の回転ローラ１９ａ，１９ｂ間で走行するワイヤ１４に砥粒を含むスラリを供給しながらインゴット１３を切断するワイヤソー１０において、回転ローラ１９ａ，１９ｂ間かつインゴット１３を切断する部位の上流に設けられたスラリ転写ローラ３３と、スラリ転写ローラ３３の表面にスラリ３１を制御された供給量でもって供給するスラリ供給手段２０とを備え、スラリ転写ローラ３３がワイヤ１４と接触しながら回転し、ワイヤ１４にスラリ３１を供給するようにし、スラリ転写ローラ３３の回転方向が、ワイヤ１４の走行方向に対して対向方向であることを特徴とするワイヤソー１０。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体材料、磁性材料、セラミック等の脆性材料をワイヤにより切断するワイヤソーに関するものである。

セラミック等をワイヤによって切断するワイヤソーにおいては、溝を有する複数の回転ローラ間にワイヤが所定ピッチで螺旋状に巻き付けられ、走行するワイヤ上に砥粒を含むスラリが供給される。そして、この状態でワイヤの上方からワークが押し付けられ、ワイヤ走行と砥粒とによりワークが切断されるようになっている（例えば特許文献１参照）。
このようなワイヤソーでは、スラリをワイヤに供給する際に、ワイヤの上方からカーテン状に大量のスラリが吐出されている。供給したスラリのうちワイヤに付着するのは極少量であり、スラリの大部分はワイヤの下方に脱落するので、脱落したスラリは、加工室床部から引き出されたドレインを経由して、スラリ貯蔵タンクに回収されている。

特許第３１８７２９６号公報

しかしながら、従来のワイヤソーでは以下に示すような課題があった。
（１）大量のスラリを供給・循環するため、予め大量のスラリを調製し、準備しておく必要があり、コストが高くなる。また、循環して用いるために組成の変化（水分や砥粒の減少）や粘度の変化を生じやすく、加工品質のばらつきや、スラリ性状安定化のための工数・コストが発生する。これらの結果、ランニングコストが高くなるため、製品の原価アップとなる。
（２）大量のスラリが加工室内に散乱するため、加工室の汚れが大きく、操業後のメンテナンスの工数が大きくなる。
（３）スラリを回収、循環する機構が必要であり、製造装置が複雑、高価になる。
（４）スラリの温度を一定に保ちたい場合、スラリを収容するタンクの容量が大きくなり、攪拌しても均一性が悪く、また温度制御の応答性も悪い。スラリ温度のばらつきは加工品質の低下（ウエハ厚さばらつき、ソーマーク（傷）の発生など）を招く。
（５）螺旋状に巻きつけられたワイヤの対向部（下部）にも大量のスラリがかかるため、ワーク切断部の上流側に位置する回転ローラに大量のスラリが巻き込まれ、当該回転ローラの加工溝が磨耗劣化しやすく、ランニングコスト増大となる。

本発明は、前記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スラリの利用効率が高く、構造が簡単であり、スラリ温度制御が容易であり、回転ローラの寿命長期化が可能であり、かつ清掃・ワイヤ張り作業などの作業性がよいワイヤソーを提供することである。

本発明は、複数のローラ間で走行するワイヤに砥粒を含むスラリを供給しながらワークを切断するワイヤソーにおいて、前記ワークを切断する部位の上流に設けられた前記ローラとワーク切断部との間に設けられたスラリ転写手段と、前記スラリ転写手段への前記スラリの供給量を調整する調整手段とを有するスラリ供給手段を備え、前記スラリ転写手段が前記ワイヤと接触することによって、前記ワイヤに前記スラリを供給するとともに、前記スラリ転写手段がスラリ転写ローラであり、該スラリ転写ローラの回転方向が、前記ワイヤの走行方向に対して対向方向であることを特徴とするワイヤソーを提供するものである。

本発明によれば、スラリの利用効率が高く、構造が簡単であり、スラリ温度制御が容易であり、回転ローラの寿命長期化が可能であり、かつ清掃・ワイヤ張り作業などの作業性がよいワイヤソーが提供される。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るワイヤソーを説明するための図である。
図１において、ワイヤソー１０は、インゴット送り機構１１とワイヤ送り機構１２とを備えている。インゴット送り機構１１には、ワークとしてのシリコンインゴット１３を固定する固定機構（図示せず）と、固定されたシリコンインゴット１３をワイヤ１４に向けて押し下げ又は引き上げるためのインゴット移動機構（図示せず）が設けられている。ワイヤ送り機構１２には、ワイヤ１４を送るためのワイヤ送出機構１５と、裸のワイヤ１４を巻き取るためのワイヤ巻取機構１６と、ワイヤ１４の張力を一定にたもつための張力制御ローラ１７とが設けられている。
またワイヤソー１０では、インゴット送り機構１１は、ワイヤ送出機構１５とワイヤ巻取機構１６との間に配置された加工室２３の内部に配置されており、加工室２３内では、インゴット送り機構１１の下方となる位置に、同期回転する二本の回転ローラ１９ａ、１９ｂが配置されている。この回転ローラ１９ａ、１９ｂの外周壁面には、ワイヤ１４を案内する溝が螺旋状に形成されている。ワイヤ送り機構１２においてワイヤ１４は、ワイヤ送出機構１５から引き出されて、回転ローラ１９ａ、１９ｂの溝に案内されることによって、回転ローラ１９ａ、１９ｂ間で螺旋状に周回すると共に、ワイヤ送出機構１５とワイヤ巻取機構１６との間で一定の張力を維持しつつ走行可能に掛け渡されている。ここで用いるワイヤ１４としては、金属製のものや樹脂製のものが挙げられ、切断効率の観点から、金属製のものが好ましい。
本実施の形態におけるワイヤソー１０は、加工室２３の内部において、回転ローラ１９ａ、１９ｂの間であってインゴット送り機構１１に対してワイヤ走行方向上流側に、スラリ供給機構２０を備えている。

このようなワイヤソー１０では、ワイヤ送出機構１５とワイヤ巻取機構１６とが駆動すると、張力制御ローラ１７によって一定の張力が維持されながら、ワイヤ１４が、一定方向に所定の速度で走行する。このとき、回転ローラ１９ａ、１９ｂがワイヤ１４の走行速度に応じた回転速度で同期回転する。加工室２３では、ワイヤ１４が、回転ローラ１９ａ、１９ｂの溝に沿って案内されているため、インゴット送り機構１１の下方で、ワイヤ１４の列が平行に走行しながら一定の張力で配置されることになる。
ワイヤソー１０の稼働時では、図１及び図２に示したように、加工室２３内でインゴット送り機構１１が、シリコンインゴット１３をワイヤ１４に向けて押し下げることによって、ワークとしてのシリコンインゴット１３が、走行するワイヤ１４と接触し、押しつけられる。このとき、走行するワイヤ１４によってシリコンインゴット切削用スラリが、シリコンインゴット切断部に運ばれると、シリコンインゴット１３がラッピング作用によって削られ、切断される。

次に、スラリ供給機構２０によるワイヤ１４へのスラリの供給について、図３を参照しつつ具体的に説明する。
スラリ供給機構２０は、シリコン切削用スラリ３１を貯留する液槽３２と、シリコンインゴット切断部の上流側に位置する回転ローラ１９ａとシリコンインゴット切断部との間に配置されたスラリ転写ローラ３３と、スラリ転写ローラ３３の表面へのスラリ３１の供給量を調整する調整手段としてのカットローラ３４とを備えてなる。

図４は、液槽３２を説明するための分解斜視図である。液槽３２は、スラリ転写ローラ３３及びカットローラ３４と緊密に接触して底面を構成している。また液漕３２は、互いに固着している４つの部材３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄで周囲を画定されている。スラリ転写ローラ３３およびカットローラ３４の長手方向端部に設けられる部材３５ａ，３５ｂは、スラリ転写ローラ３３およびカットローラ３４の外周曲面と合致するようにアール形成されている。また、部材３５ｃはスラリ転写ローラ３３上に、部材３５ｄはカットローラ３４上に設置される。液槽３２は、図示しない固定手段によって、自立して固定されている。また、使用されるスラリ３１が漏れ出ないように、各部材とスラリ転写ローラ３３あるいはカットローラ３４とは、緊密に接触している。なお、スラリ転写ローラ３３およびカットローラ３４の表面は、耐磨耗コーティングしておくのが望ましい。

図３に示されるように、スラリ転写ローラ３３は、ベルトやギアを介してローラ駆動用のモータ（図示せず）に接続され、自転可能となっている。スラリ転写ローラ３３の自転方向（回転方向）は、ワイヤ１４の走行方向に対して対向方向、すなわち回転ローラ１９ａ，１９ｂの回転方向と逆方向であることが好ましい。このようにすれば、ワイヤ１４へのスラリ３１の付着がさらに確実となる。

カットローラ３４は、半円柱状の形状を有し、その曲面がスラリ転写ローラ３３と対向している。カットローラ３４には、カットローラ３４を矢印方向に移動してカットローラ３４とスラリ転写ローラ３３との間隔を調節する移動機構が連結されている（図示せず）。

また液漕３２の上方には、シリコン切削用スラリ３１を液槽３２に供給するスラリ供給ノズル３６が配置されると共に、液漕３２とスラリ転写ローラ３３及びワイヤ１４との下方には、スラリ垂れ受けトレー３９が配置されている。
ワイヤ１４の走行方向に対して液漕３２の上流側となるスラリ転写ローラ３３の周囲には、クリーニングスキージ３７が配置されており、スラリ転写ローラ３３に付着したスラリ残渣を掻き取るようになっている。このクリーニングスキージ３７の下方には、スラリ残渣受けトレー３８が設けられ、掻き取られたスラリを回収可能となっている。
なお、スラリ供給ノズル３６、クリーニングスキージ３７及びスラリ残渣受けトレー３８は、装置構成によっては他の代替手段に代え、又は設けなくてもよい。また、液槽３２内部でのスラリ３１の沈殿、凝集を防ぐための攪拌機構や、温度を一定に保つ温度制御機構などを設けてもよい。

このようなスラリ供給機構２０によって、スラリ３１をワイヤ１４に供給する際には、カットローラ３４を所定量移動させてスラリ転写ローラ３３とカットローラ３４との間を適宜開放し、スリット状の空隙部を形成させる。この状態で、スラリ転写ローラ３３が回転すると、スラリ転写ローラ３３の回転に応じて、液槽３２からスラリ３１がスラリ転写ローラ３３の表面に供給される。このとき、カットローラ３４とスラリ転写ローラ３３との間隔を適宜調節することにより、スラリ３１の供給量を制御することができる。該間隔を好適に設定すれば、スラリ転写ローラ３３の表面のうちワイヤ１４との非接触部にあるスラリ３１も、表面張力によってワイヤ１４に転写されるため、スラリ転写ローラ３３から必要にして十分な量のスラリ３１が供給される。
回転ローラ１９ａ，１９ｂの間を走行するワイヤ１４は、まず、スラリ転写ローラ３３と接触する。そこでスラリ転写ローラ３３の表面に付着していたスラリ３１が、ワイヤ１４に転写され、シリコンインゴット切断部に運ばれる。このため、シリコンインゴット１３は、適切な量のスラリ３１で切断される。

実験を行った結果、粘度が１５０ｍＰａ．ｓ（２５℃、ずり速度５７．６［１／ｓ］）のスラリと、０．１ｍｍ径のピアノ線ワイヤ（０．３９ｍｍピッチ）を用いて、目標ウエハ厚さ０．２６ｍｍ、ワイヤ走行速度および回転ローラ回転速度（円周上換算）を１０ｍ／ｓとしたとき、前記スリット状の空隙部の幅をワイヤピッチの１／２倍程度（０．１９５ｍｍ）に設定すると、好ましいスラリ量が供給されることが判明した。なお該空隙部の幅、ローラ速度は、例示を目的として記載したものであって、とくに限定されるものではなく、スラリの粘度、スラリに含まれる最大砥粒径などによって適宜決めればよい。

本実施の形態１によれば、ワイヤ１４には、適量のスラリが転写され、スラリの無駄が省かれ、スラリ利用率が向上し、製造コストを抑制することができる。また、スラリの回収・循環機構が不必要となり、構造が簡便になる。さらに、適量のスラリが転写したワイヤ１４が加工室２３内を走行するので、スラリの飛散も最小限に抑えられる。このことは加工室２３の汚れが少ないことのほか、加工室２３壁面、床面に付着したスラリの回収の手間が省けることを意味する。さらにまた、本発明における液槽３２は、従来のそれよりも小容量ですむので、スラリの温度管理が容易になり、ウエハ厚さばらつき、ソーマーク（傷）の発生などが抑制され、加工品質が向上する。また、螺旋状に巻き付けられたワイヤの対向部にスラリが付着しないので、液槽３２に近い側の回転ローラ１９ａに余分なスラリがつかず、回転ローラ溝の磨耗による寿命の短期化を抑制できる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係るスラリ供給機構５０を説明するための図であり、図５（ａ）は、その斜視図であり、図５（ｂ）は、Ａ矢視図である。
スラリ供給機構５０のスラリ転写ローラ５１には、回転ローラ１９ａ、１９ｂ（図１参照）と同様に、その外周壁面にワイヤ１４（図１参照）を案内する溝部５２が設けられている。この溝部５２の間隔（ピッチ）は、回転ローラ１９ａ、１９ｂの溝の間隔と同一になっている。このため、スラリ転写前のワイヤ１４が、回転ローラ１９ａ、１９ｂに案内された後に、同じ間隔で、スラリ転写ローラ５１の溝部５２に案内される。
このスラリ転写ローラ５１に対してカットローラ３４は、緊密に接触されている。このためカットローラ３４は、スラリ転写ローラ５１の表面（溝部５２のない表面部分）と接触して、溝部５２以外へのスラリ５１の供給を阻止している。この結果、スラリ３１は溝部５２の内部に収容されて、ワイヤ１４との接触部まで運ばれる。なお、他の構成は前記実施の形態１と同様に構成されている。

このようなスラリ供給機構５０によれば、前記の実施の形態１と同様に、スラリ転写ローラ５１が回転することにより、液槽３２（図１参照）からスラリ３１が溝部５２の内部に供給される。このとき、スラリ転写前のワイヤ１４は、転写ローラ５１に到達すると溝部５２の内部に案内されて走行し、溝部５２にのみスラリ５１を配置させた転写ローラ５１と接触することにより、スラリ３１がワイヤ１４に転写される。スラリ３１が付着したワイヤ５４は、シリコンインゴット切断部に運ばれる。

本実施の形態２によれば、スラリ転写ローラ５１に設けた溝部５２の内部のみにほとんどのスラリ３１が供給され、その溝部５２の内部にワイヤ１４が案内され走行するので、溝部５２以外のスラリ転写ローラ５１表面に残るスラリを極力抑制することができ、スラリの利用効率が高まる。また溝部５２の内部に残ったスラリ３１はスラリ転写ローラ５１が回転することによって再び液槽に自動的に回収されるメリットもある。

なお、本発明に係るスラリ供給機構ではカットローラ３４を用いたが、スラリ３１の量を調整することができれば半円状ローラの形態に限定されない。例えば、カットローラ３４の代わりにブレードなどの板状部材としてもよい。
なお、本発明のワイヤソー１０では、一対のローラ１９ａ，１９ｂにワイヤ１４を巻きつけてシリコンインゴット１３を切断しているが、これに限定されず、３本以上の回転ローラにワイヤ１４を巻きつけてシリコンインゴット１３を切断してもよい。

本発明の実施の形態１に係るワイヤソーを説明するための図である。インゴットの切断工程を説明するための図である。本発明の実施の形態１に係るワイヤソーのスラリ供給機構を説明するための図である。液槽の分解斜視図である。実施の形態２におけるスラリ転写ローラを説明するための図である。

符号の説明

１０ワイヤソー、１１インゴット送り機構、１２ワイヤ送り機構、１３シリコンインゴット、１４ワイヤ、１５ワイヤ送出機構、１６ワイヤ巻取機構、１７張力制御ローラ、１９ａ、１９ｂ回転ローラ、２０スラリ供給機構、２２ワイヤ引き回し用ローラ、２３加工室、２４攪拌機構、３１スラリ、３２液漕、３３，５１スラリ転写ローラ、３４カットローラ、５０スラリ供給機構、５２溝部。

Claims

複数のローラ間で走行するワイヤに砥粒を含むスラリを供給しながらワークを切断するワイヤソーにおいて、
前記ワークを切断する部位の上流に設けられた前記ローラとワーク切断部との間に設けられたスラリ転写手段と、前記スラリ転写手段への前記スラリの供給量を調整する調整手段とを有するスラリ供給手段を備え、前記スラリ転写手段が前記ワイヤと接触することによって、前記ワイヤに前記スラリを供給するとともに、前記スラリ転写手段がスラリ転写ローラであり、該スラリ転写ローラの回転方向が、前記ワイヤの走行方向に対して対向方向であることを特徴とするワイヤソー。
前記スラリ転写ローラ及び前記ローラの外周壁面には共に同じ間隔で溝部が設けられ、前記スラリ転写ローラの溝部内に前記スラリを供給し、前記ワイヤを前記溝部内に案内することによって前記スラリを供給することを特徴とする請求項１に記載のワイヤソー。