JP2010110866A - ワイヤーソーマシン - Google Patents

Abstract

【課題】被加工材料を従来よりも薄く切断できるワイヤーソーマシンの提供。
【解決手段】このワイヤーソーマシン２は、フレーム４、一対のメインローラ６，８及びワイヤー１２を備えている。それぞれのメインローラ６、８は、フレーム４に支持されている。このメインローラ６、８は、その回転軸１４、２８を回転中心として回転可能とされている。このメインローラ６、８は、その回転軸１４、２８を中心とする外周面と、複数の溝とを備えている。それぞれの溝は、外周面の周方向に沿ってその全周にわたって形成されている。このワイヤー１２は、一対のメインローラ６、８の一方端側の溝から他方端側の溝に向けて、順番に架け渡されている。このメインローラ６、８の回転軸１４、２８の軸線は、架け渡されているワイヤー１２の延びる方向に垂直な方向に対して傾けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤーソーマシンに関する。詳細には、本発明は、シリコンインゴット、人工水晶、超硬合金、セラミック等の硬い脆性材料の切断に用いられるワイヤーソーマシンに関する。

図７は、従来のワイヤーソーマシン５２がシリコンインゴット５４と共に示された模式図である。図７は、ワイヤーソーマシン５２を上方から見た平面図である。ワイヤー５６がローラ５８とローラ６０とに架け渡されている。このワイヤー５６は、ローラ５８とローラ６０とにその軸方向に数十から数百巻に架け渡されている。このワイヤー５６は、ピッチＴで架け渡されている。このワイヤー５６は、ローラ５８及びローラ６０に形成された溝に案内されている。ローラ５８及びローラ６０が回転して、ワイヤー５６が走行させられている。走行するワイヤー５６にシリコンインゴット５４が押し当てられる。シリコンインゴット５４は、ワイヤー５６により、ピッチＴの厚みで切断される。これにより、シリコンインゴット５４からシリコンウェハーが得られる。

ワイヤー５６のピッチＴを小さくすることで、シリコンインゴット５４から切り出されるシリコンウェハーの厚みを薄くすることができる。シリコンインゴット５４からより多くのシリコンウェハーを得ることができる。このワイヤー５６は、ローラ５８及びローラ６０に形成される溝に案内されている。このピッチＴは、この溝の間隔で定まっている。この溝の間隔を狭くすることにより、ピッチＴを小さくできる。
特開２００５−１８６２２９公報

溝のピッチを狭くすると、隣合う溝とを仕切り部分が薄くなる。薄い仕切り部分は破損し易い。溝の仕切り部分が破損すると、ワイヤー５６のピッチＴが維持できない。シリコンウェハーを一定の厚みで切り出すことができない。このワイヤー５６のピッチＴを小さくすることには、限界がある。

本発明の目的は、被加工材料を従来よりも薄く切断できるワイヤーソーマシンの提供にある。

本発明に係るワイヤーソーマシンは、一対のメインローラとワイヤーとを備えている。このメインローラの回転軸の軸線は、一対のメインローラに架け渡されているワイヤーの延びる方向に垂直な方向に対して傾けられている。

好ましくは、このワイヤーソーマシンは、上記メインローラの回転軸の軸線の傾斜角度の、一方のメインローラでの絶対値と他方のメインローラでの絶対値とが等しくされている。好ましくは、上記一方のメインローラの回転軸の軸線と他方のメインローラの回転軸の軸線とが互いに逆方向に傾いている。好ましくは、上記ワイヤーの延びる方向に垂直な方向とメインローラの回転軸の軸線とのなす角度が０°より大きく４５°以下である。

本発明に係るワイヤーソーマシンによれば、ワイヤーを案内する溝を破損させることなく、走行するワイヤーのピッチを狭くできる。このワイヤーソーマシンは被加工材料をより薄く切断することができる。このワイヤーソーマシンでは、一の被加工材料からより多数の切断片を切り出すことができる。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１は、本発明の一実施形態に係るワイヤーソーマシン２が被加工材料としてのシリコンインゴット３と共に示された概念図である。説明の便宜上、図１の矢印Ｘを前後方向前向きとし、矢印Ｙを左右方向右向きとし、矢印Ｚを上下方向上向きとする。このワイヤーソーマシン２は、フレーム４、第一ローラ６、第二ローラ８及びワイヤー１２を備えている。ワイヤー１２は、金属線からなる。この線径は、例えば０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。

図２は、図１のワイヤーソーマシン２に取り付けられている第一ローラ６の平面図である。この第一ローラ６は、一対のメインローラの一方である。この第一ローラ６は、回転軸１４及び本体１６を備えている。本体１６の形状は、円柱形である。この本体１６の円柱面１８の中心線は、回転軸１４の軸線と一致している。この円柱面１８の外径は、一方端２０から他方端２２まで一定である。

この第一ローラ６には、円柱面１８に溝２４が形成されている。この溝２４は、回転軸１４を中心線として円柱面１８を一周して形成されている。この溝２４は、回転軸１４の軸線上を中心とする円周上に位置している。この溝２４の円周方向は、この軸線に直交している。この溝２４は、一方端２０から他方端２２まで、回転軸１４の軸線方向に一定ピッチＴ１で形成されている。この円柱面１８に形成される溝２４の数は、例えば数十から数百である。

図３は、図２の矢印Ａで示された部分拡大図である。この拡大図は、本体１６の部分断面図である。この断面は、第一ローラ６の溝２４の断面が示されている。この断面は、第一ローラ６の軸心を含む面である。この溝２４は、壁面２６と壁面２７とからなる。この溝２４の形状は、断面においてＶ字形状である。両矢印Ｈ１は、溝２４の深さを示している。この溝深さＨ１は、円柱面１８に対する垂線方向で測定される。この複数の溝２４の深さＨ１は一定である。

角度α１は、この断面における、円柱面１８と壁面２６とのなす角度である。この角度α１は、円柱面１８に対する壁面２６の傾斜角度である。角度β１は、この断面における、円柱面１８と壁面２７とのなす角度である。この角度β１は、円柱面１８に対する壁面２７の傾斜角度である。この第一ローラ６では、一方端２０側の壁面２６の傾斜角度α１が他方端２２側に位置する壁面２７の傾斜角度β１より小さい。

図１の第二ローラ８は、一対のメインローラの他方である。この第二ローラ８は、回転軸２８及び本体３０を備えている。本体３０の形状は、円柱形である。この本体３０の円柱面３２の中心線は、回転軸２８の軸線と一致している。

図４は、第二ローラ８の部分拡大図である。この第二ローラ８には、円柱面３２に溝３４が形成されている。この断面は、第二ローラ８の溝３４の断面が示されている。この溝３４は、回転軸２８を中心線として円柱面３２を一周して形成されている。円柱面３２における溝３４の周長は、円柱面１８における溝２４の周長に等しくされている。この断面は、第二ローラ８の軸心を含む面である。この溝３４は、回転軸２８の軸線上を中心とする円周上に位置している。この溝３４の円周方向は、この軸線に直交している。この溝３４は、一方端から他方端まで、回転軸２８の軸線方向に一定ピッチＴ２で形成されている。この円柱面３２に形成される溝３４の数は、数十から数百である。この溝３４の数は、第一ローラ６の溝２４の数と同じである。

この溝３４のは、壁面３６と壁面３７とからなる。この溝３４の形状は、断面においてＶ字形状である。両矢印Ｈ２は、溝３４の深さを示している。この溝深さＨ２は、円柱面３２に対する垂線方向で測定される。この複数の溝３４の深さＨ２は一定である。

角度α２は、この断面における、円柱面３２と壁面３６とのなす角度である。この角度α２は、円柱面３２に対する壁面３６の傾斜角度である。角度β２は、この断面における、円柱面３２と壁面３７とのなす角度である。この角度β２は、円柱面１８に対する壁面３７の傾斜角度である。この第二ローラ８では、一方端側の壁面３６の傾斜角度α２が他方端側に位置する壁面３７の傾斜角度β２より大きい。

図５は、図１のワイヤーソーマシン２の平面図である。この第一ローラ６は、フレーム４に支持されている。この第一ローラ６は、回転軸１４を軸心に回転可能に支持されている。この第一ローラ６は、フレーム４の左側に取り付けられている。第一ローラ６は、一方端２０を前方に位置させ、他方端２２を後方に位置させている。第二ローラ８は、フレーム４に支持されている。この第二ローラ８は、回転軸２８を軸心に回転可能に支持されている。この第二ローラ８は、第一ローラ６の右向きに間隔を空けて並べられている。この第二ローラ８の前後方向の位置は、第一ローラ６の前後方向の位置と一致している

図１の供給側の第一リール３８から送り出されているワイヤー１２は、第一ローラ６の一方端２０側の溝２４に案内されている。このワイヤー１２は、壁面２６と壁面２７とに案内されている。ワイヤー１２は、第一ローラ６と第二ローラ８とに上方で架け渡されている。ワイヤー１２は、第二ローラ８の溝３４に案内されている。このワイヤー１２は、壁面３６と壁面３７とに案内されている。ワイヤー１２は、第二ローラ８の溝３４に案内されて下方に折り返されている。折り返されたワイヤー１２は、第二ローラ８と第一ローラ６とに下方で架け渡されている。このワイヤー１２は、第一ローラ６の一方端２０側の溝２４に隣接して他方端２２側に位置する溝２４に更に案内されている。ワイヤー１２は、この溝２４に案内されて上方に折り返されている。第一ローラ６で折り返されたワイヤー１２は、更に第一ローラ６と第二ローラ８とに上方で架け渡されている。こうして、ワイヤー１２は、第一ローラ６及び第二ローラ８に、一方端２０側の溝２４、３４から他方端２２側の溝２４、３４に向かって、一溝ずつ順番に架け渡されている。ワイヤー１２は、一方端２０から他方端２２に向かって数十回から数百の溝２４、３４に架け渡されている。

図５の直線Ｌ１及びＬ２は、第一ローラ６と第二ローラ８との上方で架け渡されたワイヤー１２の延びる方向に対する垂線である。直線Ｌ３は、第一ローラ６の軸心である。両矢印θ１は、直線Ｌ１と直線Ｌ３とのなす角度である。この角度θ１は、ワイヤー１２の延びる方向に垂直な方向の直線Ｌ１に対して第一ローラ６の回転軸１４の軸線の傾斜角度
である。直線Ｌ４は、第二ローラ８の軸心である。両矢印θ２は、直線Ｌ２と直線Ｌ４とのなす角度である。この角度θ２は、ワイヤー１２の延びる方向に垂直な方向の直線Ｌ２に対して第二ローラ８の回転軸２８の軸線の傾斜角度である。このワイヤーソーマシン２では、傾斜角度θ１と傾斜角度θ２は等しくされている。この第一ローラ６の軸線Ｌ３と第二ローラ８の軸線Ｌ４とは、平行とされている。第一ローラ６のピッチＴ１と第二ローラ８のピッチＴ２は等しくされている。第一ローラ６の壁面２６の傾斜角度α１の大きさと第二ローラ８の壁面３７の傾斜角度β２の大きさとは、等しくされている。第一ローラ６の壁面２７の傾斜角度β１の大きさと第二ローラ８の壁面３７の傾斜角度α２の大きさとは、等しくされている。

図５の両矢印Ｐは、直線Ｌ１方向における、架け渡されたワイヤー１２のピッチが示されている。このピッチＰは以下に式で求めることができる。
Ｐ＝Ｔ１ｃｏｓθ１
このθ１は０°より大きく、９０°より小さい角度である。従って、Ｐは、Ｔ１より小さい。このワイヤーソーマシン２では、角度θ２は角度θ１と等しく、ピッチＴ２はピッチＴ１と等しくされている。従って、このピッチＰは以下に式でも表すことができる。
Ｐ＝Ｔ２ｃｏｓθ２

図１が参照されつつ、このワイヤーソーマシン２によるシリコンインゴット３の切断方法が説明される。シリコンインゴット３が準備される。第一ローラ６及び第二ローラ８にワイヤー１２が架け渡される。図示されない駆動モータにより、第二ローラ８が回転軸２８を回転中心として回転させられる。これにより、第一ローラ６が従動して回転する。第一リール３８は、図示されない駆動モータにより回転させられる。これにより、ワイヤー１２が送り出される。ワイヤー１２は、第一ローラ６及び第二ローラ８の周りを、引張荷重を受けながら送られる。第二リール４０は、図示されない駆動モータにより回転させられる。第二ローラ８の他端側に達したワイヤー１２は、第二リール４０に巻き取られる。

このワイヤー１２には、ＳｉＣ粒子を含むスラリーが吹きかけられる。このスラリーを吹きかけられて走行するワイヤー１２に、シリコンインゴット３が押し付けられる。このワイヤー１２は第一ローラ６にピッチＴ１の間隔で案内されている。この第一ローラ６はワイヤー１２の走行方向に垂直な方向に対して傾斜角度θ１で傾けられている。これにより、ワイヤー１２は、その走行方向に垂直な方向に対してピッチＰで走行している。このシリコンインゴット３は、ピッチＰで切断される。これによりシリコンインゴット３から、複数のシリコンウェハーが得られる。

このワイヤーソーマシン２では、第一ローラ６の回転軸１４の軸線がワイヤー１２の延びる方向に垂直な方向に対して傾けられている。これにより、このワイヤーソーマシン２では、溝２４のピッチＴ１より狭いピッチＰでシリコンインゴット３が切断しうる。この第一ローラ６の円柱面１８には、ピッチＰより広いピッチＴ１で溝２４が形成されている。この溝２４及び円柱面１８の強度を確保しつつ、従来より薄いシリコンウェハーを切り出しうる。

このワイヤーソーマシン２では、ワイヤー１２の延びる方向に垂直な方向に対して第一ローラ６の回転軸１４と第二ローラ８の回転軸２８との軸線の傾く傾斜角度が等しくされている。第一ローラ６のピッチＴ１と第二ローラ８のピッチＴ２とを等しくすることで、架け渡されワイヤー１２のピッチＰを容易に一定にできる。更に、第一ローラ６の溝２４の周長と第二ローラ８の周長とを同じにすることにより、第一ローラ６と第二ローラ８とは、同じ回転速度で滑りなくワイヤー１２を送ることができる。壁面２６の傾斜角度α１と壁面３７の傾斜角度β２との大きさが等しく、壁面２７の傾斜角度β１と壁面３７の傾斜角度α２との大きさとが等しくされているので、ワイヤー１２は溝２４及び３４に安定して案内される。

傾きθ１及びθ２が大きいワイヤーソーマシン２では、架け渡されたワイヤー１２のピッチＰが小さい。これにより、シリコンウェハーを薄く切断できる。この観点により、この角度θ１及びθ２は、０°より大きく、１５°以上が好ましい。一方で、傾きθ１が小さい第一ローラ６では、溝２４の形成が容易である。案内されるワイヤー１２が溝２４から外れることが抑制される。この観点から、θ２は４５°以下が好ましく、３０°以下が更に好ましい。同様の観点から、第二ローラ８の傾きθ２は、０°より大きく、１５°以上が好ましい。一方で、θ２は４５°以下が好ましく、３０°以下が更に好ましい。

このワイヤーソーマシン２では、ＳｉＣ粒子を吹き付ける遊離砥粒方式を用いているがこの方法に限られない。表面に予めダイヤモンド粒子を固着させたワイヤーで切断する固定砥粒方式が用いられてもよい。このワイヤー１２は、一対のメインローラに加えて、更に図示しない第三ローラに架け渡されてもよい。また、第一ローラ６、第二ローラ８、第三ローラ及び図示されない第四ローラにワイヤー１２が架け渡されてもよい。

図６は、本発明の他の実施形態にかかるワイヤーソーマシン４２が示された平面図である。ここでは、図１のワイヤーソーマシン２と異なる構成について説明がされる。ワイヤーソーマシン２と同様の構成については、その説明が省略される。このワイヤーソーマシン４２は、フレーム４４を備えている。このワイヤーソーマシン４２は、一対のメインローラとして、第一ローラ４６及び第二ローラ４８を備えている。この第一ローラ４６及び第二ローラ４８は、図２のワイヤーソーマシン２の第二ローラ８を用いている。第一ローラ４６は、フレーム４４の左側に取り付けられている。第二ローラ４８は、第一ローラ４６の右向きに間隔を空けて取り付けられている。

図６の直線Ｌ５及びＬ６は、架け渡されたワイヤー１２の延びる方向に対して垂直な方向を示している。直線Ｌ７は、第一ローラ４６の回転軸２８の軸線である。両矢印θ３は、直線Ｌ５と直線Ｌ７とのなす角度である。この角度θ３は、第一ローラ４６の傾斜角度である。第一ローラ４６は、後方に位置する他方端側を反時計回りの向き傾けている。直線Ｌ８は、第二ローラ４８の回転軸２８の軸線である。両矢印θ４は、直線Ｌ６と直線Ｌ８とのなす角度である。この角度θ４は、第二ローラ４８の傾斜角度である。第二ローラ４８は、後方に位置する他方端側を時計回りの向き傾けている。第一ローラ４６と第二ローラ４８とは、互いに逆方向に傾いている。この第一ローラ４６と第二ローラ４８とは、互いの他方端が近づく向きに傾いている。この傾斜角度θ３と傾斜角度θ４との絶対値は等しくされている。

図示しない供給側リール３８から送り出されたワイヤー１２は、第一ローラ４６の一方端側の溝３４に案内されている。ワイヤー１２は、第一ローラ４６と第二ローラ４８とに架け渡されている。ワイヤー１２は、第二ローラ４８の溝３４に案内されている。ワイヤー１２は、第二ローラ４８の溝３４に沿って折り返されている。折り返されたワイヤー１２は、第二ローラ４８と第一ローラ４６とに架け渡されている。このワイヤー１２は、第一ローラ４６の一方端側の溝３４に隣接して他方端側に位置する溝３４に更に案内されている。ワイヤー１２は、この溝３４に沿って折り返されている。第一ローラ４６で折り返されたワイヤー１２は、更に第一ローラ４６と第二ローラ４８とに架け渡されている。こうして、ワイヤー１２は、第一ローラ４６及び第二ローラ４８に、前方に位置する一方端側の溝３４から後方に位置する他方端側の溝３４に向かって、一溝ずつ順番に架け渡されている。ワイヤー１２は、一方端側から他方端側に向かって数十回から数百の溝３４に架け渡されている。

このワイヤーソーマシン４２では、第一ローラ４６の回転軸２８の軸線がワイヤー１２の延びる方向に垂直な方向に対して傾けられている。これにより、このワイヤーソーマシン４２では、溝３４のピッチＴ２より狭いピッチでシリコンインゴット３が切断しうる。この第一ローラ４６の、溝３４の壁面３６、３７及び円柱面３２の強度を確保しつつ、従来より薄いシリコンウェハーを切り出しうる。

このワイヤーソーマシン４２では、ワイヤー１２の延びる方向に垂直な方向に対して第一ローラ４６の回転軸１４と第二ローラ４８の回転軸１４との軸線の傾く傾斜角度の絶対値が等しくされている。第一ローラ４６のピッチＴ２と第二ローラ４８のピッチＴ２とを等しいので、架け渡されたワイヤー１２のピッチを容易に一定にできる。更に、第一ローラ４６の溝３４の周長と第二ローラ４８の溝３４の周長とを同じなので、第一ローラ４６と第二ローラ４８とは、同じ回転速度で滑りなくワイヤー１２を送ることができる。

傾きθ３及びθ４が大きいワイヤーソーマシン２では、架け渡されたワイヤー１２のピッチＰが小さい。これにより、シリコンウェハーを薄く切断できる。この観点により、この角度θ３及びθ４は、０°より大きく、１５°以上が好ましい。一方で、傾きθ３が小さい第一ローラ４６では、溝の形成が容易である。案内されるワイヤー１２が溝から外れることが抑制される。この観点から、θ３は４５°以下が好ましく、３０°以下が更に好ましい。同様の観点から、第二ローラ４８の傾きθ４も０°より大きく、１５°以上が好ましい。一方で、傾斜角度θ４は、４５°以下が好ましく、３０°以下が更に好ましい。

このワイヤーソーマシン４２では、第一ローラ４６と第二ローラ４８とが互いに逆方向に傾けられている。これにより、第一ローラ４６と第二ローラ４８との溝形状を同じ形状にしうる。ワイヤーソーマシン４２では、この第二ローラ８の溝３４により、ワイヤー１２は確実に案内されている。これにより、第一ローラ４６と第二ローラ４８とは、同じメインローラを使用しうる。このワイヤーソーマシン４２では、この第一ローラ４６と第二ローラ４８とは、互いの他方端が遠ざける向きに傾むけて、互いの一方端が近づく向きに傾けてもよい。その場合、第一ローラ４６及び第二ローラ４８は、第二ローラ８に代えて、第一ローラ６を用いる。この第一ローラ６の溝２４により、ワイヤー１２は確実に案内されうる。

このワイヤー１２は、一対のメインローラに加えて、更に図示しない第三ローラに架け渡されてもよい。また、第一ローラ４６、第二ローラ４８、第三ローラ及び図示されない第四ローラにワイヤー１２が架け渡されてもよい。

本発明にかかるワイヤーソーマシンは、シリコンインゴットに限られず、ガラス、人工水晶、超硬合金、セラミック等の硬い脆性材料の切断に用いられうる。

図１は、本発明の一実施形態に係るワイヤーソーマシンがシリコンインゴットと共に示された概念図である。 図２は、図１のワイヤーソーマシンに取り付けられている一方のメインローラの平面図である。 図３は、図２の一方のメインローラの部分拡大図である。 図４は、他方のメインローラの部分拡大図である。 図５は、図１のワイヤーソーマシンの平面図である。 図６は、本発明の他の実施形態にかかるワイヤーソーマシンが示された平面図である。 図７は、従来のワイヤーソーマシンがシリコンインゴットと共に示された模式図である。

符号の説明

２、４２、５２・・・ワイヤーソーマシン
３、５４・・・シリコンインゴット
４、４４・・・フレーム
６、４６・・・第一ローラ
８、４８・・・第二ローラ
１２、５６・・・ワイヤー
１４、２８・・・回転軸
１６、３０・・・本体
１８、３２・・・円柱面
２０・・・一方端
２２・・・他方端
２４、３４・・・溝
２６、２７、３６、３７・・・壁面
３８・・・第一リール
４０・・・第二リール
５８、６０・・・ローラ

Claims (4)

1. 一対のメインローラとワイヤーとを備えたワイヤーソーマシンにおいて、
   このメインローラの回転軸の軸線が一対のメインローラに架け渡されているワイヤーの延びる方向に垂直な方向に対して傾けられているワイヤーソーマシン。
2. 上記メインローラの回転軸の軸線の傾斜角度の、一方のメインローラでの絶対値と他方のメインローラでの絶対値とが等しくされている請求項１に記載のワイヤーソーマシン。
3. 上記一方のメインローラの回転軸の軸線と他方のメインローラの回転軸の軸線とが互いに逆方向に傾いている請求項２に記載のワイヤーソーマシン。
4. 上記ワイヤーの延びる方向に垂直な方向とメインローラの回転軸の軸線とのなす角度の絶対値が０°より大きく４５°以下である請求項１から３のいずれかに記載のワイヤーソーマシン。

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