JP2011212781A - ワイヤソー - Google Patents

Abstract

【課題】加工液の劣化を抑制しながら加工液をより有効的に再使用する。
【解決手段】ワイヤソーは、スラリ供給用のノズル１８と循環用タンク２０との間でスラリを循環させるスラリ循環装置２を有する。循環装置２は、切断領域の下方位置でスラリを回収する第１回収ボックス２４及び第１回収配管２８と、第１回収ボックス２４の両側の位置でスラリを回収する第２回収ボックス２６Ａ，２６Ｂ及び第２回収配管２９と、タンク２０内のスラリをノズル１８に供給するポンプ２１及び供給配管２２とを含む。タンク２０は、第１回収配管２８が接続される第１貯溜部４０と、第２回収配管２９が接続される第２貯溜部４２と、スラリを撹拌する撹拌装置とを備える。第１貯溜部４０と第２貯溜部４２とは互いに内底部で連通しておりかつ第１貯溜部４０の内底面４０ａは傾斜している。供給配管２２等は、第２貯溜部４２内のスラリのみをノズル１８に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体材料、セラミック、ガラス基板等の脆性材料を切断するワイヤソーに関するものである。

半導体インゴット等のワークをウエハ状に切り出す手段としてワイヤソーが知られている。この種のワイヤソーとして、複数のワイヤを列状に配置して走行させ、当該ワイヤに遊離砥粒を含有する加工液を吹き付けながらワイヤの軸方向と直交する方向にワークを切断送りすることにより、複数枚のウエハを多数枚同時に切り出すように構成されたものが周知であり、例えば特許文献１には、ワイヤに吹き付けた加工液を回収して再使用するものが記載されている。

この特許文献１に記載のものは、ワークの切込み位置の下方に第１回収ボックスを備えるとともにその両側の位置にこれとは別の第２回収ボックスを備えており、ワークの切込み位置の両側でノズルからワイヤに加工液を吹き付けながら、当該加工液のうちワークの切断に寄与した加工液、すなわちワークから流下する切断屑を比較的多く含んだ加工液を第１回収ボックスに収容する一方、ワークの切断に寄与することなくワイヤからそのまま滴下する加工液（切断屑を殆ど含んでいない加工液）を第２回収ボックスに収容し、この第２回収ボックスに収容された加工液のみを前記ノズルに還流させて再使用するものである。つまり、この特許文献１のものは、切断屑を殆ど含まない加工液のみを再使用することにより、切削屑の含有量の増加による加工液の劣化を抑制しながら加工液を再使用するようにしたものである。

特開平１１−２１６６７２号公報

特許文献１に記載される従来のワイヤソーでは、加工液を再使用するに際して切削屑の増加による加工液の劣化を抑制できる上で有効である。しかし、第１回収ボックスに回収された加工液については、再使用されることなく全て廃棄等されるため、切断に寄与し得る多くの砥粒が無駄に消費されており、当該砥粒の還元率が悪いという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、切削屑の含有量の増加による加工液の劣化を抑制しながらより加工液を有効的に再使用することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、ワイヤソーであって、複数のガイドローラと、これらのガイドローラに巻回される切断用ワイヤにより形成され、ワイヤ軸方向に走行するワイヤ群と、ワークを前記ワイヤ群に対して相対的に切断送りする送り手段と、前記ワイヤ群のうちワークが切断送りされる切断領域よりもワイヤ走行方向上流側の位置で前記ワイヤ群に対して砥粒を含む加工液を吐出する液吐出手段と、加工液を貯溜するためのタンクを含みかつ当該タンクと前記液吐出手段との間で前記加工液を循環させる液循環手段とを備え、前記液循環手段は、前記切断領域の下方位置で加工液を受ける第１液受部及び当該第１液受部に収容される加工液を前記タンクに戻すための第１液回収経路を含む第１液回収部と、前記第１液受部よりも前記ワイヤ走行方向上流側の位置で加工液を受ける第２液受部及び当該第２液受部に収容される加工液を前記タンクに戻すための第２液回収経路を含む第２液回収部と、前記タンク内の加工液を前記液吐出手段に供給するための液供給部とを備え、前記タンクは、前記第１液回収経路を通じて回収される加工液を貯溜する第１貯溜部と、前記第２液回収経路を通じて回収される加工液を貯溜する第２貯溜部と、各貯溜部に貯溜されている加工液を撹拌するための撹拌装置とを備えるとともに、前記第１貯溜部と第２貯溜部とが互いにそれらの内底部でのみ連通しかつ第１貯溜部の内底面が第２貯溜部の側とは反対の側から第２貯溜部側に向かって先下がりの形状とされて前記第２貯溜部の内底面に繋がっているものであり、前記液供給部は、前記タンク内のうち前記第２貯溜部の加工液のみを前記液吐出手段に供給するように設けられているものである。

このワイヤソーでは、液吐出手段からワイヤに吐出された加工液のうち、ワークの切断に寄与し、切断屑を比較的多く含んだ加工液は、第１液回収部によりタンクに戻される。詳しくは、第１液受部に収容されながら第１液回収経路を通じてタンクの第１貯溜部に戻される。一方、ワイヤからそのまま滴下した加工液（切断屑を殆ど含まない加工液）は、第２液回収部によりタンクに戻される。詳しくは、第２液受部に収容されながら第２液回収経路を通じてタンクの第２貯溜部に戻される。タンクに戻された加工液は各貯溜部内において撹拌される。第１貯溜部ではこの撹拌により切断屑と砥粒が分離されて第１貯溜部から第２貯溜部に砥粒が移動する。すなわち、この種のワイヤソーのワークとなる脆性材料の切断屑は砥粒に比べて比重が十分に小さく、そのため撹拌により切断屑は加工液の主に中、上層に移動し、他方、砥粒は第１貯溜部の底部に沈殿しながらその内底面に沿って第１貯溜部から第２貯溜部に移動し、さらに第２貯溜部内の加工液の撹拌により同加工液中に分散することとなる。そして、この第２貯溜部の加工液のみが液供給部により液吐出手段に供給されることで、このワイヤソーでは、再使用される加工液中への切削屑の含有が抑制されるとともに、より多くの砥粒が再使用されることとなる。

この構成において、前記撹拌装置は、前記第２貯溜部の内底面の近傍で旋回することにより第２貯溜部内の加工液を直接撹拌するとともにこの加工液の動きにより第１貯溜部内の加工液を間接的に撹拌する撹拌子を備えるものであるのが好適である。

例えば、撹拌装置は、各貯溜部に個別に設けた撹拌子により各貯溜部内の加工液をそれぞれ撹拌するものでもよいが、上記のように第２貯溜部の内底面の近傍で撹拌子を旋回させる撹拌装置の構成によれば、単一の撹拌子で各貯溜部内の加工液を良好に撹拌することが可能であり、これによって装置構成の合理化及び低廉化を図ることが可能となる。

この場合、前記第１貯溜部は、前記第２貯溜部を中心としてこれを全周に亘り取り囲むものであるのが好適である。

この構成によれば、第１貯溜部内の加工液をより効果的に撹拌することが可能になることに加え、第２貯溜部の全周に亘ってその外側の第１貯溜部から第２貯溜部に砥粒が移動することが可能となるため、効率良く第１貯溜部から第２貯溜部に砥粒を移動させることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、ワークの切断に寄与し、切断屑を比較的多く含んだ加工液をタンクの第１貯溜部に戻す一方、ワイヤからそのまま滴下した加工液（切断屑を殆ど含まない加工液）をタンクの第２貯溜部に戻し、第１貯溜部の加工液中の砥粒を当該第１貯溜部から第２貯溜部に移動させながら当該第２貯溜部からのみ加工液を液吐出手段に供給するので、再使用される加工液中への切削屑の含有を抑制することが可能であることに加え、より多くの砥粒を再使用すること、つまり砥粒の還元率を高めることが可能となる。従って、切削屑の含有量の増加による加工液の劣化を抑制しながら加工液をより有効的に再使用することができる。

本発明にかかるワイヤソーの全体構成を示す概略図である。 スラリ循環装置に含まれるタンクの構成を示す断面略図である。 タンクの変形例を示す断面略図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。

図１は、本発明に係るワイヤソーの全体構成を模式的に示している。この図に示すワイヤソーは、ワークＷを切断する装置本体１と、この装置本体１に対してワーク切断時に使用するスラリ（本発明の加工液に相当する）を循環させるスラリ循環装置２（本発明の液循環手段に相当する）とを備えている。

装置本体１は、一対のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂ、４つのガイドローラ１２Ａ〜１２Ｄ、および図外のワイヤ張力調節装置等を備えている。

同図に示すように一対のガイドローラ１２Ａ，１２Ｂは互いに同じ高さ位置に配され、残りの一対のガイドローラ１２Ｃ，１２Ｄはそれぞれガイドローラ１２Ａ，１２Ｂの下方の位置に配されており、各ガイドローラ１２Ａ〜１２Ｄがそれぞれ図外の駆動モータによって個別に回転駆動されるようになっている。

各ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ切断用のワイヤＷが巻かれるボビンとこれを回転駆動するボビン駆動モータとを備えており、一方側のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａのボビンから繰出されたワイヤＷがガイドローラ１２Ａ〜１２Ｄの順に、それらの外周面のガイド溝に嵌め込まれながら多数回螺旋状に巻回された（巻き掛けられた）後、他方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ｂのボビンに巻き取られ、さらにワイヤ張力調節装置によって適当な張力が与えられることによりワイヤＷが両装置１０Ａ，１０Ｂ間に亘って張設されている。そして、駆動モータによるガイドローラ１２Ａ〜１２Ｄの回転駆動方向と、各ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂのボビン駆動モータによるボビンの回転駆動方向が正逆に切換えられることにより、一方側のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ（１０Ｂ）からワイヤ１１が繰出されて他方側のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ｂ（１０Ａ）に巻き取られる状態と、その逆の状態とにワイヤＷの駆動方向が反転可能となっている。すなわち、このワイヤソーは、ガイドローラ１２Ａ，１２Ｂの間に多数本のワイヤＷが互いに平行な状態で張られながらその軸方向に往復駆動される構成である。

前記ガイドローラ１２Ａ，１２Ｂの間に張られたワイヤＷの上方には、ワーク（例えば太陽電池用の多結晶シリコンインゴット）１６を移動させるワーク送り装置１４（本発明の送り手段に相当する）が設けられている。このワーク送り装置１４は、前記ワーク１６をその軸方向とワイヤ並び方向とが合致する向きに保持し、図外のワーク送りモータの駆動によりワーク１６を昇降させる（すなわち切断送りする）ものである。従って、このワイヤソーでは、ガイドローラ１２Ａ，１２Ｂ間に張られたワイヤ群がその長手方向に同時に高速駆動された状態で、該ワイヤ群に対してワーク１６が下方に切断送りされることにより、このワーク１６から一度に多数枚のウエハ（薄片）が同時に切り出される。

また、ガイドローラ１２Ａ，１２Ｂ間のうちワーク１６が切断送りされる切断領域の両側であってワイヤ群の直ぐ上方位置にはノズル１８（本発明の液吐出手段に相当する）が配備されている。これらノズル１８は、水溶性あるいは油性の分散液に加工用の遊離砥粒を混合した加工液であるスラリをワイヤ群に吐出するものである。

各ノズル１８はスラリ循環装置２にそれぞれ接続されており、これによってスラリが繰り返し使用されるようになっている。

このスラリ循環装置２は、循環用タンク２０、ポンプ２１、供給配管２２、第１回収ボックス２４、第２回収ボックス２６Ａ，２６Ｂ、第１回収配管２８、第２回収配管２９等を有している。そして、前記循環用タンク２０に貯溜されるスラリをポンプ２１の駆動により供給配管２２を通じて各ノズル１８に給送する一方で、当該ノズル１８から吐出されたスラリを回収ボックス２４，２６Ａ，２６Ｂで受けながら回収配管２８，２９を通じて循環用タンク２０に戻すように構成されている。

前記第１回収ボックス２４（本発明の第１液受部に相当する）は、ガイドローラ１２Ａ，１２Ｂ間のうちワーク１６が切断送りされる前記切断領域の下方位置に配置されており、これによって主にワーク１６に沿って流下するスラリ、すなわちワーク１６の切断に寄与し、比較的多くの切断屑を含んだスラリを収容する。これに対して第２回収ボックス２６Ａ，２６Ｂ（本発明の第２液受部に相当する）は、ワイヤ群の走行方向における前記第１回収ボックス２４の両側の位置であってかつガイドローラ１２Ａ，１２Ｂのそれぞれ下方位置に配置されており、これによって主にワーク１６の切断に寄与することなくワイヤ群から流下するスラリやガイドローラ１２Ａ，１２Ｂに沿って流下するスラリ等、切断屑を殆ど含んでいないスラリを収容する。

同図に示すように、第１回収ボックス２４は第１回収配管２８（本発明の第１液回収経路に相当する）に接続されており、他方、第２回収ボックス２６Ａ，２６Ｂは第２回収配管２９（本発明の第２液回収経路に相当する）にそれぞれ接続されている。従って、第１回収ボックス２４に回収されたスラリと、第２回収ボックス２６Ａ，２６Ｂに回収されたスラリとは別個独立に循環用タンク２０に戻される。なお、当例では、ポンプ２１及び供給配管２２が本発明の液供給部に相当し、第１回収ボックス２４及び第１回収配管２８が本発明の第１液回収部に相当し、第２回収ボックス２６Ａ，２６Ｂ及び第２回収配管２９が本発明の第２液回収部に相当する。

図２は、前記循環用タンク２０（本発明のタンクに相当する）の具体的な構造を断面示している。この循環用タンク２０は上下方向に扁平な中空円柱状をなす。この循環用タンク２０の内部はその天井壁から垂下する円筒状の隔壁２０ａによって内外に仕切られており、これにより円環状をなす外側の第１貯溜部４０とその内側の第２貯溜部４２とが循環用タンク２０に設けられている。

循環用タンク２０のうち第１貯溜部４０に対応する箇所の上壁部には前記第１回収配管２８が接続されており、他方、第２貯溜部４２に対応する箇所の上壁部には第２回収配管２９が接続されている。これにより第１回収ボックス２４に収容されたスラリが第１貯溜部４０に戻される一方、第２回収ボックス２６Ａ，２６Ｂに収容されたスラリが第２貯溜部４２に戻される。そして、タンク２０のうち第２貯溜部４２に前記ポンプ２１が設けられており、主に第２回収ボックス２６Ａ，２６Ｂに収容されて第２貯溜部４２に戻されたスラリが当該第２貯溜部４２から抜き出されて前記ノズル１８に供給される。

なお、同図に示すように、循環用タンク２０の前記隔壁２０ａとタンク内底部との間には隙間が設けられており、従って、第１貯溜部４０と第２貯溜部４２とは循環用タンク２０の内底部で互いに連通している。第２貯溜部４２の内底面４２ａはほぼフラットに形成されている。これに対して第１貯溜部４０の内底面４０ａは同図に示すように循環用タンク２０の外側から内側に向かって先下がりに傾斜して第２貯溜部４２の内底面４２ａに繋がっている。これにより、後述するように、第１貯溜部４０に貯溜されたスラリ中の砥粒が第１貯溜部４０側から第２貯溜部４２側に移動し得るようになっている。なお、第１貯溜部４０の内底面４０ａと第２貯溜部４２の内底面４２ａとの間には内底面４２ａ側が低くなるような多少の段差があってもよい。

循環用タンク２０にはスラリを撹拌するための撹拌装置が設けられている。この撹拌装置は、第２貯溜部４２の内底面４２ａの近傍に配置される撹拌棒若しくは撹拌板等の撹拌子４４と、この撹拌子４４を前記内底面４２ａに沿って旋回可能となるように循環用タンク２０に回転可能に支持する支持軸４５と、この支持軸４５に連結される駆動モータ４６とを含んでおり、当該駆動モータ４６により支持軸４５と撹拌子４４とを一体に回転駆動することにより第２貯溜部４２内のスラリを撹拌する。

スラリ循環装置２は、さらに図１に示すように、循環用タンク２０に補給配管３２を介して接続される補充用タンク３０を備えるとともに、循環用タンク２０の接続されるドレン配管３４とを備えており、必要に応じて前記補給配管３２の開閉弁３２ａ及びドレン配管３４の開閉弁３４ａが制御されることにより、補充用タンク３０から第２貯溜部４２へ新液（未使用のスラリ）の供給を行えるとともに、第１貯溜部４０内のスラリを循環用タンク２０から排液できる構成となっている。

上述したワイヤソーでは、ガイドローラ１２Ａ，１２Ｂの間に張られたワイヤ群がその軸方向に高速駆動され、かつ当該ワイヤ群の切断領域よりもワイヤ走行方向上流側に位置するノズル１８からスラリが吐出された状態で、ワーク１６がこのワイヤ群の切断領域に対して切断送りされる。これによりワーク１６からウエハが切り出される。

この際、ノズル１８からワイヤ群に吐出されるスラリのうち、ワーク１６の切断に寄与し、切断屑を比較的多く含んだスラリは、第１回収ボックス２４に収容され、第１回収配管２８を通じて循環用タンク２０の第１貯溜部４０に戻される。一方、ノズル１８から吐出されてワイヤ群からそのまま滴下するスラリ等、切断屑を殆ど含まないスラリは、第２回収ボックス２６Ａ，２６Ｂに収容され、第２回収配管２９を通じて循環用タンク２０の第２貯溜部４２に戻される。

そして、補充用タンク３０に戻されたスラリのうち、第２貯溜部４２に戻されたスラリは、スラリ中に砥粒が一様に分散するように第２貯溜部４２内で撹拌装置（撹拌子４４の旋回）により撹拌された上でポンプ２１の作動によりこの第２貯溜部４２から引き出されてノズル１８に供給される。これにより循環用タンク２０に回収されたスラリのうち、第２回収ボックス２６Ａ，２６Ｂにより回収されたスラリ、つまり切断屑を殆ど含まないスラリのみがノズル１８に供給されて再使用されることとなる。

なお、上記の通り、第１貯溜部４０と第２貯溜部４２とは互いに内底部で連通しているため、上記のように第２貯溜部４２の内底部で撹拌子４４を回転させることで第１貯溜部４０と第２貯溜部４２の間でスラリが適度に移動し、この移動により第１貯溜部４０中のスラリも間接的に撹拌される。このように第１貯溜部４０内のスラリが撹拌されると、砥粒に比べて比重の小さいワーク１６の切断屑は、図２中に符号Ｄｕで示すようにスラリの主に中、上層に移動する一方、切断屑よりも比重の大きい砥粒は、同図中符号Ａｂで示すように第１貯溜部４０の内底部に沈殿しながらその内底面４０ａに沿って第１貯溜部４０から第２貯溜部４２に移動し、さらに撹拌子４４の回転に伴い第２貯溜部４２のスラリ中に分散して行くこととなる。すなわち、第１貯溜部４０に戻されたスラリ中から砥粒が抽出されて再使用されることとなる。

そのため、このワイヤソーによれば、再使用されるスラリ中への切削屑の含有を抑制することができることに加え、より多くの砥粒を再使用すること、つまり砥粒の還元率を高めることが可能であり、従って、切断領域の下方位置で回収した加工液を全て廃棄等する従来のこの種のワイヤソーと比較すると、このように砥粒の還元率を高めることができる分、加工液をより有効的に再使用することができる。

なお、上述したワイヤソーは、本発明にかかるワイヤソーの好ましい実施形態の例示であってその具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、循環用タンク２０は、第２貯溜部４２を中心としてこれを全周に亘って取り囲むように第１貯溜部４０が設けられた構成であるが、循環用タンク２０の構成はこれに限られるものではなく、図３に示すように、第１貯溜部４０と第２貯溜部４２とが横並びに並んだ構成であってもよい。

また、上記実施形態では、撹拌装置は、第２貯溜部４２の内底面４２ａの近傍で撹拌子４４を旋回させることにより第２貯溜部４２の加工液を直接撹拌するとともに第１貯溜部４０の加工液を間接的に撹拌する構成であるが、各貯溜部４０，４２に個別に撹拌子を設けて各貯溜部内の加工液を個別に撹拌する構成であってもよい。但し、実施形態のような構成によれば、単一の撹拌子で各貯溜部内の加工液を良好に撹拌することが可能であるため、装置構成の合理化及び低廉化を図る上で好適である。

１ 装置本体
２ スラリ循環装置
１６ ワーク
１８ ノズル
２０ 循環用タンク
２１ ポンプ
２４ 第１回収ボックス
２６Ａ，２６Ｂ 第２回収ボックス
４０ 第１貯溜部
４２ 第２貯溜部
４４ 撹拌子
Ｗ ワイヤ

Claims (3)

1. ワイヤソーであって、
   複数のガイドローラと、これらのガイドローラに巻回される切断用ワイヤにより形成され、ワイヤ軸方向に走行するワイヤ群と、ワークを前記ワイヤ群に対して相対的に切断送りする送り手段と、前記ワイヤ群のうちワークが切断送りされる切断領域よりもワイヤ走行方向上流側の位置で前記ワイヤ群に対して砥粒を含む加工液を吐出する液吐出手段と、加工液を貯溜するためのタンクを含みかつ当該タンクと前記液吐出手段との間で前記加工液を循環させる液循環手段とを備え、
   前記液循環手段は、前記切断領域の下方位置で加工液を受ける第１液受部及び当該第１液受部に収容される加工液を前記タンクに戻すための第１液回収経路を含む第１液回収部と、前記第１液受部よりも前記ワイヤ走行方向上流側の位置で加工液を受ける第２液受部及び当該第２液受部に収容される加工液を前記タンクに戻すための第２液回収経路を含む第２液回収部と、前記タンク内の加工液を前記液吐出手段に供給するための液供給部とを備え、
   前記タンクは、前記第１液回収経路を通じて回収される加工液を貯溜する第１貯溜部と、前記第２液回収経路を通じて回収される加工液を貯溜する第２貯溜部と、各貯溜部に貯溜されている加工液を撹拌するための撹拌装置とを備えるとともに、前記第１貯溜部と第２貯溜部とが互いにそれらの内底部でのみ連通しかつ第１貯溜部の内底面が第２貯溜部の側とは反対の側から第２貯溜部側に向かって先下がりの形状とされて前記第２貯溜部の内底面に繋がっているものであり、
   前記液供給部は、前記タンク内のうち前記第２貯溜部の加工液のみを前記液吐出手段に供給するように設けられていることを特徴とするワイヤソー。
2. 請求項１に記載のワイヤソーにおいて、
   前記撹拌装置は、前記第２貯溜部の内底面の近傍で旋回することにより第２貯溜部内の加工液を直接撹拌するとともにこの加工液の動きにより第１貯溜部内の加工液を間接的に撹拌する撹拌子を備えることを特徴とするワイヤソー。
3. 請求項２に記載のワイヤソーにおいて、
   前記第１貯溜部は、前記第２貯溜部を中心としてこれを全周に亘り取り囲むことを特徴とするワイヤソー。

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