JP2005131743A - ワイヤソー - Google Patents

Abstract

【課題】組成の安定したスラリをワイヤに供給することのできるワイヤソーを提供すること。
【解決手段】複数のローラ１９ａ、１９ｂ間で走行するワイヤ１４に、液体成分２３と砥粒２４とを含むスラリを供給しながらワーク１３を切断するワイヤソーにおいて、
前記ワーク１３を切断する部位の上流側に設けられ、前記液体成分２３をワイヤ１４に供給する液体成分供給機構２１と、
前記液体成分２３が供給された後のワイヤ１４に前記砥粒２４を供給する砥粒供給機構２２と、
を有するスラリ供給機構２０を備えたことを特徴とするワイヤソー。
【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したり、ワークのワイヤ導入部付近で跳ね返されたりする。そして、ワーク切削部に運ばれなかったスラリは、加工室底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。
従来のワイヤソーでは、スラリ貯蔵タンクにおける砥粒の沈降を防止するために、スラリ貯蔵タンクを常時撹拌している。しかしながら、スラリは循環して使用されるために、加工室内にスラリが散乱したり、循環用の配管内で砥粒が堆積したり、ワークとワイヤとの摩擦熱によりスラリが蒸発したりすることによって、ワイヤに供給されるスラリの組成が徐々に変化する。このため、スラリの組成が変化しないように、一定時間毎にスラリの比重や粘度を測定して、必要な水や砥粒をスラリ貯蔵タンクに加えるための機構が必要であった。

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、組成の安定したスラリをワイヤに供給することのできる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、液体成分と砥粒と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側に設けられ、前記液体成分をワイヤに供給する液体成分供給機構と、前記液体成分が供給された後のワイヤに前記砥粒を供給する砥粒供給機構と、を有するスラリ供給機構を備えた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、スラリの液体成分と砥粒とが別々にワイヤに供給されるので、組成の安定したスラリをワイヤに供給することのできる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１０を説明するための図であり、図２は、ワイヤソー１０によるシリコンインゴット１３の切断工程を説明するための図であり、図３は、ワイヤソー１０のスラリ供給機構２０を説明するための図である。
図１乃至図３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、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の張力を一定に保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が配置されており、回転ローラ１９ａ、１９ｂは、インゴット送り機構１１と共に、加工室２７の内部に配置されている。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。

ワイヤソー１０は、スラリの液体成分２３をワイヤ１４に供給する液体成分供給機構２１と、液体成分２３が供給された後のワイヤ１４に砥粒２４を供給する砥粒供給機構２２とを有するスラリ供給機構２０を備えている。
液体成分供給機構２１は、加工室２７の内部であって、シリコンインゴット１３を切断する部位の上流側に設けられた回転ローラ１９ａとシリコンインゴット１３を切断する部位との間の上方に配置されている。液体成分供給機構２１は、ワイヤ１４に対して液体成分２３を供給可能なものであればよく、例えばカーテン状に吐出可能な吐出装置が用いられる。また、ワイヤ１４から脱落した液体成分を回収するために、液体成分供給機構２１の下方に液体成分垂れ受けトレー２５が配置されている。
砥粒供給機構２２は、加工室２７の内部であって、液体成分供給機構２１とシリコンインゴット１３を切断する部位との間の上方に配置されている。このため、砥粒供給機構２２は、液体成分２３が供給されて濡れたワイヤ１４に向けて砥粒２４を供給可能となっている。砥粒供給機構２２は、液体成分２３が供給された後のワイヤ１４に対して砥粒２４を供給可能なものであればよく、例えば、砥粒噴流を吹き付けることが可能な装置が用いられる。また、砥粒供給機構２２は、トレー形状の砥粒散乱防止機構２６を備えている。この砥粒散乱防止機構２６は、加工室２７の内部であって、砥粒供給機構２２の下方に配置されている。このため、ワイヤに付着せずに脱落する砥粒２４を回収して、砥粒２４の散乱を防止することができる。

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２７内では、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。

そして、ワイヤソー１０によりシリコンインゴット１３の切断を行うには、加工室２７内において、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、シリコンインゴット１３が走行するワイヤ１４と接触し、ワイヤ１４に押し付けられる。

このとき、まず、スラリの液体成分２３が、液体成分供給機構２１からワイヤ１４に供給される。次いで、砥粒２４が、液体成分供給機構２１の下流に配置された砥粒供給機構２２から液体成分の供給された後のワイヤ１４に供給されると、ワイヤ１４上で液体成分２３と砥粒２４とが一緒になってワイヤ１４によりシリコンインゴット１３の切削部に運ばれる。そして、スラリのラッピング作用や化学的作用によってシリコンインゴット１３が削られ、切断される。
ここで、供給される砥粒と液体成分との質量比（固液比）は、１：１〜１：４に調節することが望ましい。砥粒と液体成分との質量比が大き過ぎると、スラリの粘性が大きくなり、ソーマークを発生させることがある。また、砥粒と液体成分との質量比が小さ過ぎると、切削に寄与する砥粒が少なくなるため、切削速度が低下することがある。
このような切断加工において、スラリの液体成分２３と砥粒２４とが別々にワイヤ１４に供給されるため、スラリの組成は常に一定である。

このようなワイヤソー１０において、水とポリプロピレングリコールとポリビニルアルコールゲルとを質量比１：０．５：０．０５で含む液体成分２３（２５℃、ずり速度５７．６［ｓ^−１］における粘度が約３５ｍＰａ・ｓ）と、砥粒２４（平均粒径１０μｍの炭化チタン）とを用いて、砥粒２４と液体成分２３との質量比が１：１．５となるように供給しながら、シリコンインゴット１３の切削加工実験を行った。液体成分貯蔵タンク内の液体成分を所定時間（０、２、４及び７時間）毎に採取し、回転粘度計（ブルックフィールド社製、プログラマブルレオメータＤＶ−III）を用いて、ずり速度５７．６［ｓ^−１］、２５℃における粘度を測定した。結果を図４に示す。
また、切削加工中の切削抵抗の大きさを表わす指標として、ワイヤ１４のたわみ量（シリコンインゴット１３の送り方向）を測定した。これを詳細に説明すれば、切削加工時に、走行するワイヤ１４とシリコンインゴット１３との切削界面に切削抵抗が生じると、ワイヤ１４がインゴット送り方向にたわむ。このワイヤ１４のたわみは切削抵抗の大きさに比例するので、切削加工中のワイヤーたわみ量を測定することで、切削抵抗の大小を知ることができる。換言すれば、たわみが大きいということは、切削界面でのワイヤーに切断方向（ｚ方向）の遅れがでるということであり、所望の切削速度が得られないことになる。結果を図５に示す。

図４から明らかなように、ワイヤソー１０では、切削加工時間が経過してもスラリ貯蔵タンク内の液体成分の粘度がほぼ一定に保持される。これに対して、従来のワイヤソーにおいて、水とポリプロピレングリコールと砥粒２４（平均粒径１０μｍの炭化チタン）とポリビニルアルコールゲルとを質量比１：０．５：１：０．１で含むスラリ（２５℃、ずり速度５７．６［ｓ^−１］における粘度が９０ｍＰａ・ｓ）を供給しながら切削加工を行うと、スラリ貯蔵タンク内のスラリの粘度が大きく上昇した。
図５から明らかなように、ワイヤソー１０では、切削加工時間が経過してもワイヤわたみ量は殆ど変化しなかった。これに対して、従来のワイヤソーでは、切削加工時間が経過するにしたがって、ワイヤたわみ量が著しく増大した。
また、加工後のウエハの表面を観察したところ、ワイヤソー１０ではソーマークは観察されなかったが、従来のワイヤソーでは所々にソーマークが観察された。

このように本実施の形態１によれば、スラリの液体成分２３と砥粒２４とを別々にワイヤ１４に供給することによって、粘度の安定したスラリがワイヤ１４に供給される。このため、高い切削速度を維持しつつ、高品質のウエハを得ることのできる。さらに、従来のワイヤソーのように、スラリ貯蔵タンク内のスラリ粘度を調整する必要がなくなり、スラリの粘度管理が容易になる。

なお、本実施の形態において、前記液体成分垂れ受けトレー２５にフィルタを設け、砥粒２４を除去してもよい。これにより、液体成分貯蔵タンクへの砥粒２４混入量が多い場合に、液体成分２３と砥粒２４とを効率よく分離・回収することができる。また、液体成分垂れ受けトレー２５に液体成分再利用機構を設けてもよい。これにより、回収された液体成分２３が液体成分貯蔵タンクに戻されるので、液体成分２３を容易に再利用することができる。さらに、砥粒散乱防止機構２６に砥粒再利用機構を設けてもよい。砥粒散乱防止機構２６で回収された砥粒２４は、切削には全く使用されておらず、劣化していないので、砥粒再利用機構を設けることにより、砥粒２４の利用効率を向上させることができる。砥粒散乱防止機構２６で回収された砥粒２４は、液体成分２３で濡れていることがあるので、必要に応じて乾燥させて再利用する。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係るスラリ供給機構３０を説明する図である。なお、実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
実施の形態２に係るスラリ供給機構３０は、液体成分２３を収容する液槽３３と、シリコンインゴット１３の切削部上流側に位置する回転ローラ１９ａとシリコンインゴット１３の切削部との間に配置された液体成分転写手段としての液体成分転写ローラ３９と、液体成分転写ローラ３９の表面への液体成分２３の供給量を調整する調整手段としてのカットローラ３４とを有する液体成分供給機構３１を備えている。

液体成分転写ローラ３９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。液体成分転写ローラ３９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、即ち、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への液体成分２３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、その曲面が液体成分転写ローラ３９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と液体成分転写ローラ３９との間隔を調節する移動機構（図示せず）が連結されている。

また、液槽３３の上方には、液体成分２３を液槽３３に供給する液体成分供給ノズル３６が配置されると共に、液槽３３と液体成分転写ローラ３９及びワイヤ１４との下方には、液体成分垂れ受けトレー３５が配置されている。ワイヤ１４の走行方向に対して液槽３３の上流側となる液体成分転写ローラ３９の周囲には、クリーニングスキージ３７が配置されており、液体成分転写ローラに付着した液体成分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、液体成分残渣受けトレー３８が設けられ、掻き取られた液体成分を回収可能となっている。
なお、液体成分供給ノズル３６、クリーニングスキージ３７及び液体成分残渣受けトレー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。

このようなスラリ供給機構３０によって、スラリをワイヤ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液体成分転写ローラ３９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、液体成分転写ローラ３９が回転すると、液体成分転写ローラ３９の回転に応じて、液槽３３から液体成分２３が液体成分転写ローラ３９の表面に供給される。このとき、カットローラ３４と液体成分転写ローラ３９との間隔を適宜調節することにより、液体成分２３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、液体成分転写ローラ３９の表面のうちワイヤ１４との非接触部にある液体成分２３も、表面張力によってワイヤ１４に転写されるため、液体成分転写ローラ３９から必要にして十分な量の液体成分２３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、液体成分転写ローラ３９と接触する。そこで液体成分転写ローラ３９の表面に付着していた液体成分２３が、ワイヤ１４に転写される。次いで、液体成分２３が付着した後のワイヤ１４に、砥粒供給機構２２から砥粒２４が供給されると、液体成分２３と砥粒２４とが一緒になってワイヤ１４によりシリコンインゴット１３の切削部に運ばれる。

本実施の形態２によれば、ワイヤ１４には適量の液体成分２３が転写され、液体成分２３の無駄が省かれ、ウエハの製造コストを抑制することができる。また、液体成分２３の回収・循環機構が不必要となり、構造が簡便になる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係るスラリ供給機構４０を説明する図である。なお、実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
実施の形態３に係るスラリ供給機構４０は、液体成分２３を収容する液体成分収容部としての液漕４３と、この液槽４３内にワイヤ１４を通過させるための複数のワイヤ引き回し用ローラ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄと、を有する液体成分供給機構４１を備えている。液漕４３は、シリコンインゴット１３の切削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１３の切削部との間に配置されている。ワイヤ引き回し用ローラ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは、ワイヤ１４の走行方向上流側よりこの順で配置されている。また、ワイヤ引き回し用ローラ４２ａ、４２ｄは、液体成分２３の液面より上方に配置され、ワイヤ引き回し用ローラ４２ｂ、４２ｃは、液体成分２３の液面より下方に配置されている。このため、液体成分収容部としての液槽４３内にワイヤ１４を案内可能となっている。

このようなスラリ供給機構４０によって、スラリをワイヤ１４に供給する際には、まず、回転ローラ１９ａ、１９ｂの間を走行するワイヤ１４は、ワイヤ引き回し用ローラ４２ａを介して液槽４３内に進入し、ワイヤ引き回し用ローラ４２ｂ、４２ｃに案内される過程で液体成分２３が付着され、ワイヤ引き回し用ローラ４２ｄを介して液槽４３外へ送出される。次いで、液体成分２３が付着した後のワイヤ１４に、砥粒供給機構２２から砥粒２４が供給されると、ワイヤ１４上で液体成分２３と砥粒２４とが一緒になってワイヤ１４によりシリコンインゴット１３の切削部に運ばれる。

本実施の形態３によれば、ワイヤ１４がシリコンインゴット１３の切削部の上流側に配置された液槽４３内を通過するように構成されているので、液槽４３から送出されたワイヤ１４には、適量の液体成分２３が付着されるので、液体成分２３の無駄が省かれ、ウエハの製造コストを抑制することができる。また、液体成分２３の回収・循環機構が不必要となり、構造が簡便になる。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係るスラリ供給機構５０を説明する図であり、図８（ａ）はその断面図、図８（ｂ）はＡ矢視図である。なお、実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
実施の形態４に係るスラリ供給機構５０は、液体成分２３を収容する液体成分収容部としての液漕５３を有する液体成分供給機構５１を備えている。この液漕５３の構成面としての側面部のうち対向する２つの側壁部５４ａ、５４ｂには、液槽４３内にワイヤ１４を通過させるためのスリット状の孔５５ａ、５５ｂがそれぞれ設けられている。孔５５ａ、５５ｂが設けられた位置は、液漕５３に液体成分２３が収容されたときに、液体成分２３の液面よりも下方となる位置になっている。そして、図８（ｂ）に示されるように、回転ローラ１９ａ、１９ｂに掛け渡されて構成されたワイヤ１４の列は、このスリット状の孔５５ａ、５５ｂを通過するように配置されている。また、液槽５３の下部に回収用のトレー５２が設けられている。このため、液体成分２３の粘度によって、孔５５ａとワイヤ１４との隙間から液体成分２３が漏れ出てくる場合であっても、液体成分２３を容易に回収して再利用可能とし、また、加工室２７内の汚れを防止することができる。

このようなスラリ供給機構４０によって、スラリをワイヤ１４に供給する際には、まず、回転ローラ１９ａ、１９ｂの間を走行するワイヤ１４は、一方の孔５５ａを通って液槽５３内に進入し、液槽５３内を通過する過程で液体成分２３と接触して液体成分２３が付着され、他方の孔５５ｂを通って液槽４３外へ送出される。次いで、液体成分２３が付着したワイヤ１４に、砥粒供給機構２２から砥粒２４が供給されると、ワイヤ１４上で液体成分２３と砥粒２４とが一緒になってワイヤ１４によりシリコンインゴット１３の切削部に運ばれる。

本実施の形態４によれば、前記実施の形態３で示したワイヤ引き回し用ローラ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを必要としないため、ワイヤ１４に付着した液体成分２３を歩留まりよくシリコンインゴット１３に送り込むことができ、さらなるコストの低減が可能となる。

また、本発明によるワイヤソーでは、砥粒供給機構２２は、液体成分供給機構２１とシリコンインゴット１３を切断する部位との間の上方に配置したが、液体成分２３が供給されて濡れたワイヤ１４に向けて砥粒２４を供給可能な位置であればこれに限定されない。
また、本発明に係るスラリ供給機構では、トレー形状の砥粒散乱防止機構３６を用いたが、砥粒２４の散乱を防止できる形状であればこれに限定されない。例えば、ワイヤ１４が通過可能な孔を設けた箱状のもので砥粒供給機構２２を覆ってもよい。これにより、砥粒２４の散乱をより効果的に防止することができる。

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。 本発明の実施の形態１に係るワイヤソーによ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。 本発明の実施の形態１に係る液体成分粘度を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係るワイヤたわみ量を示すグラフである。 本発明の実施の形態２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。 本発明の実施の形態３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。 本発明の実施の形態４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。

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、１８ シリコンインゴット切削用スラリ、１９ａ、１９ｂ 回転ローラ、２０ スラリ供給機構、２１ 液体成分供給機構、２２ 砥粒供給機構、２３ 液体成分、２４ 砥粒、２５ 液体成分垂れ受けトレー、２６ 砥粒散乱防止機構、２７ 加工室、３０ スラリ供給機構、３１ 液体成分供給機構、３２ 砥粒供給機構、３３ 液槽、３４ カットローラ、３５ 液体成分垂れ受けトレー、３６ 液体成分供給ノズル、３７ クリーニングスキージ、３８ 液体成分残渣受けトレー、３９ 液体成分転写ローラ、４０ スラリ供給機構、４１ 液体成分供給機構、４２ａ〜４２ｄ ワイヤ引き回し用ローラ、４３ 液槽、５０スラリ供給機構、５１ 液体成分供給機構、５２ トレー、５３ 液槽、５４ａ、５４ｂ 側壁部、５５ａ、５５ｂ 孔。

Claims (4)

1. 複数のローラ間で走行するワイヤに、液体成分と砥粒と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側に設けられ、前記液体成分をワイヤに供給する液体成分供給機構と、
   前記液体成分が供給された後のワイヤに前記砥粒を供給する砥粒供給機構と、
   を有するスラリ供給機構を備えたことを特徴とするワイヤソー。
2. 前記スラリ供給機構が、砥粒散乱防止機構を更に有することを特徴とする請求項１に記載のワイヤソー。
3. 前記液体成分供給機構が、液体成分転写手段と、前記液体成分転写手段への前記液体成分の供給量を調整する調整手段とを備え、前記液体成分転写手段が前記ワイヤと接触することによって、前記液体成分を前記ワイヤに供給することを特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤソー。
4. 前記液体成分供給機構が、前記液体成分を収容する液体成分収容部を有し、前記液体成分収容部内を前記ワイヤが通過することによって、前記液体成分を前記ワイヤに供給することを特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤソー。

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