JP2009090387A - 炭化珪素基板製造用ワイヤーソー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤーの張力が安定せずに撓んでしまうことで、本来の切断能力が発揮できなくなることを防止する。
【解決手段】ワイヤー列２０にてインゴット４を切断するに際し、ワイヤー２が撓んだことが検知されたときに、補助ローラ機構４０にてワイヤー列２０をインゴット４の方向に押し付けることでその撓みを無くす。これにより、ワイヤー２の張力を安定させることができ、ワイヤーソー装置１に本来の切断能力を発揮させることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、張設したワイヤーを移動させつつ炭化珪素（以下、ＳｉＣという）のインゴットの切断してＳｉＣ基板の製造を行うＳｉＣインゴット切断用ワイヤーソー装置に関するものである。

従来より、ＳｉＣ単結晶のインゴットを切断してＳｉＣ基板を製造する場合、例えば特許文献１に示されるようにワイヤーソー装置が用いられている。具体的には、ワイヤーソー装置は、複数のローラに対してワイヤーを複数回巻き付けることでワイヤーが複数列に張設されたワイヤー列を構成しており、ローラの回転によってワイヤー列を一方向走行または往復走行させると共に、ワイヤーにダイヤ砥粒を混ぜたスラリを掛けることで、ＳｉＣ単結晶のインゴットに押し付けたワイヤー列にて複数枚のＳｉＣ基板を製造している。
特許第２６５６７１９号公報

しかしながら、上記のようなワイヤーソー装置では、装置仕様が切断対象となるインゴットのサイズが決まっており（例えば６インチ仕様）、それよりも小径のインゴットの切断に用いる場合には加工エリアと比較してインゴットが小さいためにワイヤーの張力が安定せずに撓んでしまい、本来の切断能力を発揮できなくなるという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、ワイヤーソー装置によるＳｉＣ基板の製造において、ワイヤーの張力が安定せずに撓んでしまうことで、本来の切断能力が発揮できなくなることを防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、回転可能な２つのローラ（１１、１２）と、ローラ（１１、１２）に対して巻き付けられ、２つのローラ（１１、１２）の間にワイヤー（２）が張設されることで構成されたワイヤー列（２０）とを備え、２つのローラ（１１、１２）の間に配置されたワイヤー（２）を炭化珪素のインゴット（４）に押し当てた状態でローラ（１１、１２）の回転に基づいてワイヤー（２）を走行させることにより、ワイヤー列（２０）にてインゴット（４）を基板状に切断する炭化珪素基板製造用のワイヤーソー装置において、２つのローラ（１１、１２）の間におけるワイヤー列（２０）に対して該ワイヤー列（２０）のインゴット（４）とは反対側から荷重を掛ける補助ローラ機構（４０）が備えられていることを特徴としている。

このように構成されたワイヤーソー装置では、ワイヤー列（２０）にてインゴット（４）を切断するに際し、ワイヤー（２）が撓んだときに補助ローラ機構（４０）にて押さえることでテンションが掛けられて切断性が向上し、結果として撓みを無くすことができる。このため、ワイヤー（２）の張力を安定させることができ、ワイヤーソー装置に本来の切断能力を発揮させることが可能となる。

このようなワイヤーソー装置に備えられる補助ローラ機構（４０）は１つであっても良いが、インゴット（４）を挟んだ両側に補助ローラ機構（４０）を配置すると好ましい。このように、インゴット（４）の両側に１つずつ補助ローラ機構（４０）を配置するようにすれば、ワイヤー（２）を水平に保ってインゴット（４）の切断を行うことができる
また、上記ワイヤーソー装置に対して、ローラ（１１、１２）に備えられ、該ローラ（１１、１２）に巻き付けられたワイヤー（２）の撓み量を検出する撓みセンサ（５３）と、撓みセンサ（５３）の検出結果に基づいて撓みの発生を検知する撓み測定・検知部（５１）と、撓み測定・検知部（５１）にて撓みの発生が検知されたときに、撓み量に応じて補助ローラ機構（４０）を駆動する補助ローラ機構駆動部（５２）と、を備えることができる。

このように、ローラ（１１、１２）に備えられる撓みセンサ（５３）を用い、撓みセンサ（５３）による撓み測定機能とリンクさせて撓み測定・検知部（５１）にて撓み検知を行い、撓みが検知されたときに補助ローラ機構駆動部（５２）にて補助ローラ機構（４０）を駆動することができる。

また、補助ローラ機構（４０）を、ワイヤー列（２０）を押し付けるためのローラ（４１）と、ローラ（４１）を回動自在に保持するローラ保持部（４２）と、ローラ保持部（４２）を介してローラ（４１）をワイヤー列（２０）に押し付ける荷重を加える荷重付加部（４３）と、を有した構成とすることができる。

この場合、荷重付加部（４３）に、ワイヤー列（２０）からローラ（４１）に加えられる荷重を吸収するバネ構造体を備えることで、ローラ（４１）に対して加えられる荷重が大きくなり過ぎることを防止できる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかるワイヤーソー装置１の模式的な斜視図である。また、図２は、図１に示すワイヤーソー装置１の模式的な正面図である。ワイヤーソー装置１は、図１および図２の紙面上下方向が天地方向と対応するように配置されている。以下、図１および図２を参照して本実施形態のワイヤーソー装置１について説明する。

図１、図２に示すように、三角形状に配置した３つの溝付ローラ（以下、単にローラという）１１〜１３に、一本のピアノ線等のワイヤー２を螺旋状に巻き付けてあり、３つのローラ１１〜１３のうちの２つのローラ１１、１２の間に、複数列に並べられたワイヤー列２０を形成している。このワイヤー列２０にて基板形成用のＳｉＣ単結晶のインゴット４の切断が行われ、インゴット４の切断中に、紙面右側をワイヤー２の供給側、紙面左側をワイヤー２の回収側として、ワイヤー２の磨耗量を考慮して新線が常に供給されるようになっている。

また、３つのローラ１１〜１３のうちの残りの１つのローラ１３はモータ３によって回転させられるようになっており、このローラ１２が回転させられることにより、ワイヤー２が高速で往復走行させられる。すなわち、３つのローラ１１〜１３のうちのワイヤー列２０の両側に位置する２つのローラ１１、１２は、これら各ローラ１１、１２の支持軸３１、３２の中心軸を回転軸として回転自在とされており、ローラ１３がモータ３によって回転させられると、ローラ１１、１２もワイヤー２の走行に応じて回転させられるようになっている。

また、ワイヤー列２０の下方には、インゴット４を配置するための台座５が備えられ、この台座５に対して接着部材（図示せず）を介してインゴット４が固定され、台座５の上でインゴット４の切断が行われる。

さらに、本実施形態にかかるワイヤーソー装置１には、補助ローラ機構４０が備えられている。補助ローラ機構４０は、ワイヤー列２０の上方、つまりインゴット４とは反対側において、インゴット４を挟んだ両側でワイヤー列２０をインゴット４側に押さえ付けるために用いられる。

図３は、補助ローラ機構４０の拡大斜視図である。この図に示すように、補助ローラ機構４０は、ローラ４１、ローラ保持部４２および荷重付加部４３を備えて構成されている。

ローラ４１は、軸方向がワイヤー列２０の配列方向（ワイヤー２の操作方向に対して垂直方向）となるように配置され、ワイヤー列２０を構成するワイヤー２すべてと対向する構成とされている。ローラ４１には、ワイヤー列２０におけるワイヤー２の間隔に対応して形成された複数の溝４１ａが形成されている。

ローラ保持部４２は、ローラ４１を回動自在に保持するものであり、ローラ４１の両端に備えられたベアリング機構４２ａを介してローラ４１を保持している。

荷重付加部４３は、ローラ保持部４２を介してローラ４１をワイヤー列２０に押し付け荷重を加えるものである。例えば、荷重付加部４３には、図示しないローラ治具等のアクチュエータが備えられており、このアクチュエータの駆動によりローラ４１に対して押し付け荷重が加えられる。なお、この荷重付加部４３はバネ構造体を介してローラ４１に押し付け荷重を加えるようになっており、バネ構造体にて荷重を吸収することで、ローラ４１に対して加えられる荷重が大きくなり過ぎることが防止されている。

このように構成された補助ローラ機構４０は、図２に示されるワイヤーソー装置１に備えられた制御部５０にて制御される。

図４は、ワイヤーソー装置１の制御部５０のブロック構成を示した図である。この図に示されるように、制御部５０は、撓み測定・検知部５１、補助ローラ機構駆動部５２が備えられている。

撓み測定・検知部５１は、ワイヤー列２０におけるワイヤー２の撓みを測定すると共に、撓みが発生したことを検知するものである。ローラ１１、１２には、元々撓み測定を行う撓みセンサ５３が備えられているため、この撓みセンサ５３で測定された撓み量を入力し、その撓み量が所定のしきい値以上になったときに、撓みを検知する。

補助ローラ機構駆動部５２は、撓みが検知されたときに補助ローラ機構４０に備えられた荷重付加部４３のアクチュエータを駆動することで、補助ローラ機構４０を駆動するものである。補助ローラ機構４０の駆動量は、撓み測定・検知部５１で測定された撓み量に応じたものとされる。この補助ローラ機構駆動部５２による補助ローラ機構４０の駆動により、ローラ４１をワイヤー列２０に押し付けることが可能となり、ワイヤー２の撓み補正を行うことが可能となる。

なお、図示しないが、ワイヤーソー装置１には、ダイヤ砥粒を混ぜたスラリの供給を行うためのスラリ供給装置が備えられており、ワイヤーソー装置１によってインゴット４を切断する際にはスラリ供給装置からスラリが供給されることで、切断の促進が図られるようになっている。

このようなＳｉＣ単結晶インゴット切断用のワイヤーソー装置１を用い、ワイヤー２を走行した状態で、ワイヤー列２０に対してスラリを供給しながら、台座５を矢印Ｋの方向に移動させ、ワイヤー列２０とインゴット４とを押し当てて切断溝を深く形成していく。そして、インゴット４の直径分切断することによりインゴット４から、例えば厚さ１．０ｍｍ程度以下のＳｉＣ単結晶基板を製造することができる。

このワイヤーソー装置１によるインゴット４の切断工程において、ワイヤー２に撓みが発生すると、撓みセンサ５３の検出信号に基づいて撓み測定・検知部５１にてその撓みが測定され、撓みが検知される。これにより、補助ローラ機構駆動部５２が撓み量に応じて補助ローラ機構４０に備えられた補助ローラ機構４０を駆動し、ローラ保持部４２を介してローラ４１がワイヤー列２０に押し付けられる。このため、ワイヤー列２０に対してインゴット４の方向に荷重が掛けられ、撓み無くインゴット４の切断が行えるようになる。したがって、ワイヤー２の張力が安定せずに撓んでしまうことを防止でき、ワイヤーソー装置１に本来の切断能力を発揮させることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態のＳｉＣ単結晶インゴット切断用のワイヤーソー装置１では、ワイヤー列２０にてインゴット４を切断するに際し、ワイヤー２が撓んだときに補助ローラ機構４０にてその撓みを無くすようにしている。このため、ワイヤー２の張力を安定させることができ、ワイヤーソー装置１に本来の切断能力を発揮させることが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、インゴット４を挟んだ両側に１つずつ補助ローラ機構４０を備えたが、少なくとも１つ配置されていれば良い。ただし、インゴット４の両側に１つずつ補助ローラ機構４０を配置するようにすれば、ワイヤー２を水平に保ってインゴット４の切断を行うことができるため、好ましい。

上記実施形態では、３つのローラ１１〜１３を用いる場合について説明したが、ローラの数は単なる例示であり、これよりも多くのローラを用いても構わない。

また、上記実施形態では、台座５に搭載したインゴット４をワイヤー列２０側に移動させることでワイヤー列２０にてインゴット４が押し付けられるようにしたが、ワイヤー列２０に対してインゴット４が相対的に移動させられれば良く、ワイヤー列２０側を移動させても良い。

本発明の第１実施形態にかかるワイヤーソー装置１の模式的な斜視図である。 図１に示すワイヤーソー装置１の模式的な正面図である。 補助ローラ機構４０の拡大斜視図である。 ワイヤーソー装置１の制御部５０のブロック構成を示した図である。

符号の説明

１…ワイヤーソー装置１、２…ワイヤー、３…モータ、４…インゴット、４ａ…切断溝、５…台座、１１〜１３…ローラ、２０…ワイヤー列、３１、３２…支持軸、４０…補助ローラ機構、４１…ローラ、４１ａ…溝、４２…ローラ保持部、４２ａ…ベアリング機構、４３…荷重付加部、５０…制御部、５１…撓み測定・検知部、５２…補助ローラ機構駆動部、５３…撓みセンサ

Claims (5)

1. 回転可能な少なくとも２つのローラ（１１、１２）と、
   前記ローラ（１１、１２）に対して巻き付けられ、前記２つのローラ（１１、１２）の間にワイヤー（２）が張設されることで構成されたワイヤー列（２０）とを備え、
   前記２つのローラ（１１、１２）の間に配置された前記ワイヤー（２）を炭化珪素のインゴット（４）に押し当てた状態で前記ローラ（１１、１２）の回転に基づいて前記ワイヤー（２）を走行させることにより、前記ワイヤー列（２０）にて前記インゴット（４）を基板状に切断する炭化珪素基板製造用のワイヤーソー装置において、
   前記２つのローラ（１１、１２）の間における前記ワイヤー列（２０）に対して該ワイヤー列（２０）の前記インゴット（４）とは反対側から荷重を掛ける補助ローラ機構（４０）が備えられていることを特徴とする炭化珪素基板製造用のワイヤーソー装置。
2. 前記補助ローラ機構（４０）は、前記インゴット（４）を挟んだ両側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素基板製造用のワイヤーソー装置。
3. 前記ローラ（１１、１２）に備えられ、該ローラ（１１、１２）に巻き付けられた前記ワイヤー（２）の撓み量を検出する撓みセンサ（５３）と、
   前記撓みセンサ（５３）の検出結果に基づいて撓みの発生を検知する撓み測定・検知部（５１）と、
   前記撓み測定・検知部（５１）にて撓みの発生が検知されたときに、前記撓み量に応じて前記補助ローラ機構（４０）を駆動する補助ローラ機構駆動部（５２）と、を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素基板製造用のワイヤーソー装置。
4. 前記補助ローラ機構（４０）は、
   前記ワイヤー列（２０）を押し付けるためのローラ（４１）と、
   前記ローラ（４１）を回動自在に保持するローラ保持部（４２）と、
   前記ローラ保持部（４２）を介して前記ローラ（４１）を前記ワイヤー列（２０）に押し付ける荷重を加える荷重付加部（４３）と、を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素基板製造用のワイヤーソー装置。
5. 前記荷重付加部（４３）は、前記ワイヤー列（２０）から前記ローラ（４１）に加えられる荷重を吸収するバネ構造体を備えていることを特徴とする請求項４に記載の炭化珪素基板製造用のワイヤーソー装置。

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