JP2011526215A - ワイヤーソー切断装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１個のワークピース（３０）をソー切断するために用いられる、ワイヤーガイド手段（３、４、５、６）間にクランプ締めされ、かつ互いに等間隔に配置されてソー切断ワイヤー面を形成する１又は２本以上のソー切断ワイヤーを備えるワイヤーソー切断装置に関する。本ワイヤーソー切断装置は少なくとも２つのソー切断面（１０、２０）を有し、各ソー切断面には独立したワイヤー駆動装置（１２、２２）が備えられる。前記ソー切断面は好ましくは一方が他方の上になるように配置される。各ソー切断面（１０，２０）には通常独立したワイヤー格納部（１５、２５）が備えられ、これら格納部を用いて別個のソー切断ワイヤー（１１、２１）を連続して送り込むことが可能である。

Description

本発明は、本願特許請求の範囲記載の独立クレーム前文に従ったワイヤーソー切断装置に関する。

単一あるいは複数のワイヤを動作させる、あるいはワイヤーソー切断されるワークピースを動作させる方式のワイヤーソー切断装置は、特にフェライト、石英、及びシリカから成る電子部品工業分野において、多結晶質あるいは単結晶質シリコン等の材料、あるいはＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧＧＧ、あるいは石英、人工サファイア、及びセラミック材等の材料のスライスを得る装置、すなわちウエハーを得るための装置として既知である。

既知装置においては、例えば平行に配列された少なくとも２個から成るシリンダセットを用いて引っ張られる隣接ワイヤーを用いてソー切断ゾーンあるいはソー切断面が形成される。前記シリンダには溝が設けられ、これら溝によってソー切断面のワイヤー間の間隔、従ってソー切断されるスライスの厚さが決められる。かかる方式において、これら溝はワイヤーガイド手段としても機能する。ソー切断されるワークピースは、例えばワイヤー面あるいは平行に引っ張られるワイヤーによって形成されるソー切断面に対して垂直に配置されるテーブルへ固定され、移動の速度によって切断速度が決められる。切断を行う手段としては、ワイヤーに固定状に付着された研磨手段（固定粒）、あるいはワイヤーに遊離状態で付着するスラリー状の疎研磨手段（遊離粒）のいずれかが用いられる。ワークピースを薄いスライスにソー切断するため、ワイヤー面の引っ張られたワイヤーはシリンダの溝中へ入れられるか、あるいはシリンダを通して引っ張られる。インゴット、ブロック、あるいはブリックスとも称されるソー切断されるワークピースは、通常円形、矩形、正方形、あるいは擬正方形のベース面をもつプリズム形状をしている。例えばソーラーウエハーの製造には、通常矩形あるいは正方形の断面をもつ細長いブロックが用いられる。

このような方式のソーを用いる場合、また特に薄いウエハーを製造する場合、用いられるソーの直径によって材料の最小ロスが決まるため、材料１ｋｇから得られるウエハー数を増やすためにさらに細いワイヤーが用いられる。しかしながら、これらワイヤーもソー切断中に摩損を受けるため、これらワイヤーの直径は切断毎に減少する。このような摩損を受けることにより、ソーワイヤーの剪断耐久性は時間経過と共に大きく減じられる。もしこのようなソーワイヤーが破断すれば、ソー切断工程全体が止まり、さらにワークピースの全長あるいは全長の一部を廃棄しなければならなくなる。直径が薄くされていること、及びさらに摩損が加わることによりソーワイヤーの破断耐久性は減じられているため、ソー切断速度を減ずるか、あるいはワイヤー面の幅を開始時よりも狭くしなければならなくなる。その結果、かなり高価なソー切断装置に対する負荷も減じなければならなくなる。

従って、本発明が取り組んでいる技術的課題は、上述した欠点を解消し得るワイヤーソー切断装置を提供することである。本発明は、特に細径ワイヤー、すなわち直径１２０ミクロンm以下、特に直径１００μm以下のワイヤーに適する。さらには、本発明に係るワイヤーソー切断装置は、直径６０μm以下のワイヤーに適する装置であり、かつ縁長６〜８μmのソーラーウエハーの製造を可能とする装置である。

上記技術的課題は、本願特許請求の範囲に記載された独立クレームのサブジェクトマターによって達成される。なお、本願特許請求の範囲の従属クレームには、本発明のさらなる有利な技術的展開が記載されている。

少なくとも１個のワークピースをソー切断するために用いられる、特にプリズム形状の本発明に係るワイヤーソー切断装置は、互いに隣合って延び、かつ互いに離れたワイヤーで形成された平面状ソー切断面あるいはワイヤー面から成り、このソー切断面のワイヤーはワイヤーガイド手段間で引っ張られている。有利な態様として、ワイヤーは、第一ワイヤー格納部から取り出され、ワイヤーガイド手段の周りに螺旋状に巻き取られ、使用後には第二ワイヤー格納部中に引っ張り入れられる長いワイヤーが用いられる。本発明ワイヤーソー切断装置には、少なくとも２個のソー切断面が含まれ、各ソー切断面には通常好ましく独立したワイヤー駆動装置が備えられる。ワークピースを切断する領域はワイヤー面、ソー切断ゾーン、あるいはソー切断面と呼ばれる。本発明装置には上述したようなソー切断面が少なくとも２つ含まれるが、それらの面は空間的に連続している必要はない。ソー切断面のそれぞれへ、別個独立にワイヤー駆動装置、ワイヤーガイドシステム及びワイヤー供給・除去システムが備えられれば、例えばソー切断ワイヤーが摩損した後に、１又は２以上のソー切断面の作動を中断して、支障のないソー切断面だけの作動を継続できる利点が得られる。また元来、必要であれば、短時間の中断期間中に、摩損したワイヤーを取り除くことも可能である。本発明によれば、金属ロスを破損したワイヤー面によってソー切断されるワークピースの一部のみに止めることが可能であり、あるいは既に今日実際に行われているように、切断部分の一部のみに止めることが可能である。

ワイヤー駆動装置は、ワイヤー供給装置及び又はワイヤー取り上げ装置及び又はワイヤー格納部から続く１又は２以上のワイヤーガイド手段を駆動するギアボックスあるいはモーターであると理解される。ギアボックスの複数の出力駆動列は、それら駆動列が互いに独立してスイッチオン及びスイッチオフできるものであれば、たとえギアボックスが共通モーターで駆動される場合であっても、本発明の意味における独立したワイヤー駆動装置にあたる。好ましくは、特定のワイヤー駆動装置の速度が制御可能であり、それによって所望されるそれぞれのワイヤー送り速度で特定のソー切断面において種々ワークピースをソー切断することが可能とされている。ソー切断面を形成するソー切断ワイヤーは、連続的あるいは交互方向の動作で駆動可能である。

好ましい実施態様では、ソー切断面及びワイヤー面のそれぞれは、対のワイヤーガイド手段の周りに螺旋状に数回巻きつけられるワイヤーによって形成される。かかる実施態様を用いることにより、ソー切断ワイヤーの連続駆動が極めて良好に実施可能である。本発明のさらに好ましい実施態様では、各ソー切断面には分離されたワイヤー格納部が設けられ、この格納部を用いて別々のソー切断ワイヤーを連続的に送り込む、あるいは供給することが可能である。特定のソー切断面のソー切断ワイヤーが隣接するようにデザインされておらず、また独立したワイヤー格納部によってソー切断ワイヤーが供給され、あるいは取り上げられるのであれば、個々のソー切断面を相互に完全独立的に操作することが可能である。

隣接する複数のソー切断面を一平面中に位置させることにより、特に長いワークピースをソー切断することが可能となる。しかしながら、本発明装置の同様なさらに別の好ましい実施態様では、ソー切断面は平行に間を空けて位置決めされた平面中に配置される。ソー切断面を異なる平面中に配置することにより、空間をより有効に利用でき、このことは特にウエハーの大量生産にとって有利となる。特に好ましい実施態様では、ソー切断面はその一方を他方の上に配置、すなわち事実上ソー切断面を整列させることにより、ソー切断される複数のワークピースを極めて容易にかつ迅速に設置することが可能となる。ワイヤーソー切断装置が利用可能な空間が効率的に利用され、また特に有利な特徴として、本発明に係るワイヤーソー切断装置によって必要とされる空間が最小化される。

好ましい実施態様において、本発明装置はソー切断面の一部、すなわち第二ソー切断面に面する側を偏向させる偏向ローラを備えた少なくとも１個の第一ソー切断面を含めて構成される。隣接し合う平面中に配置されるソー切断面中へワークピースが送り込まれる時に、第一ソー切断面の戻りの非ソー切断ワイヤー面又は側が第二ソー切断面へ供給されるワークピースにより多くの空間が与えられるように偏向されることから、本発明装置が全体的によりコンパクトになり、必要とされる空間も減じられる。

上述の偏向の場合、例えばソー切断面の前記戻りの非ソー切断面を、第二ソー切断面周囲の外側へ向けることが可能である。特に好ましくは、第一ソー切断面のソー切断面スラック側は、ソー切断面の前記スラック側、すなわち第一ソー切断面の背面あるいは下面上の戻りの非ソー切断ワイヤー面と第二ソー切断面のソー切断面のソー切断側面との間隔が増加するように偏向ローラー上へ導かれる。これとは対照的に、前記スラック側と第一ソー切断面における連関ソー切断面側（ソー切断面）との間隔は減じられ、事実上、好ましくは第一ソー切断面中にソー切断されるワークピースが収容される正にそのボイントまで間隔が減じられる。

さらに別の有利な実施態様では、前記偏向ローラーは調節可能に構成される。従って、特定のソー切断面を異なるサイズのワークピースに合わせることが可能となる。さらに、ソー切断装置を設置する高さを減じて、必要であれば、複数のソー切断装置を互いに重ねて設置することも可能である。

さらに別の好ましい実施態様では、ソー切断面の少なくともソー切断側を支持ローラーで支えることにより、ソー切断能を低下させるソー切断側の偏向を行うことなく、ソー切断面当たり、より多くのワークピースをソー切断することが可能とされる。

本発明に従ったワイヤーソー切断装置によれば、別個のソー切断面を一方を他方上へ重ねて配置できるため、装置の設置面積を減ずることが可能である。かかる利点により、ソー切断手段あるいは研磨手段（ソー切断スラリー）としては１個のみの把持盤及び１個のみの供給タンクがあれば十分であるため、さらにコスト面での利点と必要空間の減少の利点が得られる。特定のルームサイズにおいて、本発明装置によれば、装置を並べて設置できる台数に比べて、ビルの床面積及びルームの高さ当たりの設置ワイヤーソー切断装置数をより多くすることが可能である。また、本発明装置によれば、ビルあるいは部屋の床面積当たりのソー切断出力を大幅に増大させることが可能である。さらに、本発明装置によれば、ソー切断スラリー、電力、供給容器、冷却剤等の供給及び保管などの部材供給のためのコストを低減し、それにより切断されるウエハーの表面積当たりの投資コスト及び稼働コストの低減に寄与することが可能である。

本発明に従ったワイヤーソー切断装置を模式的に示した図である。 本発明に従ったワイヤーソー切断装置のさらに別の実施態様を示した透視図である。

発明を実施するための手段

以下に本発明について図面を参照しながらさらに詳細に説明する。以下に記載の実施態様は本発明を単に例示するための例であり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。

図１及び図２に示すように、第一実施態様によるソー切断装置は、ワイヤーガイド手段としてそれぞれ対になっているワイヤーガイドシリンダ３、４及び５、６の周囲に引っ張られた状態で設置されている第一ソー切断面１０及び第二ソー切断面２０を備えて構成される。これらシリンダにはソー切断間隔を画定する溝が設けられている。ワイヤーガイド手段あるいはシリンダの軸は平行に配置され、例えば図示されていない機械装置フレーム上に設置される。本装置に４個以上のワイヤーガイドシリンダを用いることも当然可能である。ワイヤーガイドシリンダ３、４、５、６により、その上部ジャケットラインを経てソー切断面１０、２０の平行面が画定される。別個のソーワイヤー１１、１２は、図１に示したワイヤー格納部１５、１５’及び２５、２５’によって使用可能とされるが、この態様におけるそれぞれのワイヤー格納部は、例えば１個の取外しスプールと１個の取り上げスプールから構成され、ワイヤーの動作方向は矢印によって示された方向である。当然であるが、ワイヤーの動作方向を逆向きにすることも可能である。

第一及び第二ソー切断面１０、２０の独立して作動するワイヤー駆動装置１２、２２は模式的に示されており、またこの駆動装置にはワイヤーガイドシリンダ３、４、５、６の駆動軸が含まれている。図示されていないが、溝はワイヤーガイドシリンダ３、４、５、６の周縁に彫り込まれており、これら溝によって特定のソー切断面１０、２０の隣接ワイヤー間の間隔、従ってソー切断されるスライス厚が限定される。ソー切断面１０、２０の一方においてソー切断ワイヤーが破断しても、遅延なく、別のソー切断面において本発明によるソー切断手順の順序に従うことによりソー切断を継続することが可能である。

ソー切断されるワークピース３０は図示されていない支持体へ固定される。ソー切断されるワークピース３０は一般的には底面が円形、正方形、擬正方形、又は矩形形状をした細長いプリスム形状のものである。

ワイヤー格納部１５、２５からワイヤーガイドシリンダ１２、２２へ別々にソー切断ワイヤー１１、２１が供給され、これらソー切断ワイヤーはワイヤーガイドシリンダ１２／１２又は２２／２２間に伸長され、同時にガイドされ、及び引っ張られる。ソー切断ワイヤー１１、２１は好ましくはスプリングスチール（ばね鋼）から成り、その直径は例えば２００μm未満、好ましくは１２０μmよりさらに小さい径とされ、また１００μm以下とされることもある。有利な態様としての前記直径の下限は約６０μmである。従って、特に半導体工業及びソーラープラントにおいて、硬質材料あるいは特殊組成、あるいはシリコン、セラミック、ＩＩＩ〜Ｖ及びＩＩ〜ＶＩ族元素化合物、ＧＧＧ（ガドリニウムガリウムガーネット）、サファイア等のセラミック材料から成るブロック３０を厚さ約０．１〜５ｍｍのスライスにソー切断することが可能である。研磨手段は市販製品が用いられ、ワイヤーに固定された状態、あるいは研磨手段粒子の受渡し部材として用いられるスラリーとして液体中に遊離した状態にあるダイアモンド、炭化珪素、シリカ等が用いられる。

図２は本発明に係るワイヤーソー切断機構の特に好ましい実施態様を模式的に示した図である。図中、同一符号で示される要素は前図の要素と同一である。ワークピース３０をソー切断するソー切断面１０、２０のソー切断ワイヤー部分はソー切断側１３、２３として記載され、及び戻りの非ソー切断部分はスラック側１４、２４として記載されている。第一ソー切断面１０のスラック側１４は、第二ソー切断面のソー切断側２３との間隔が大きくなるように偏向ローラー７を用いて偏向される。その結果、利点となる特徴として、ワークピース３０を第二ソー切断面２０へ供給するための空間がより広くされる。偏向ローラー７を調節することにより、本発明に従った配置を種々サイズのワークピースに柔軟な手法で用いることが可能である。

図２は本発明に係るワイヤーソー切断装置のさらに別の実施態様を示す。ソー切断面１０をローラー８で支えることにより、ソー切断側１３の偏向が減じられる。その結果的としてソー切断ワイヤーの振動も減じられる。

Claims (9)

1. ワイヤーガイド手段（３、４、５、６）間に引っ張られ、かつ互いに等間隔で位置決めされたソー切断ワイヤーから成る１又は２以上のソー切断ワイヤー面を用いて少なくとも１個のワークピースをソー切断するワイヤーソー切断装置であって、
   前記装置には少なくとも２つのソー切断面（１０，２０）が設けられ、ソー切断面のそれぞれには独立したワイヤー駆動装置（１２，２２）が備えられることを特徴とするワイヤーソー切断装置。
2. ソー切断面（１０，２０）のそれぞれが一対のワイヤーガイド手段によって引っ張られることを特徴とする請求項１項記載のワイヤーソー切断装置。
3. ソー切断面（１０，２０）のそれぞれに独立したワイヤー格納部（１５、２５）が備えられ、これら格納部を用いて別個のソー切断ワイヤー（１１、２１）を連続して送り込むことができることを特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤーソー切断装置。
4. ソー切断面（１０，２０）が平行に間隔を空けた平面にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のワイヤーソー切断装置。
5. ソー切断面が、その一方が他方の上になるように配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のワイヤーソー切断装置。
6. 少なくとも１つの第一ソー切断面（１０）に、第二ソー切断面（２０）に向き合うソー切断ワイヤー側（１４）を偏向させるための偏向ローラーが設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のワイヤーソー切断装置。
7. 第一ソー切断面（１０）のソー切断ワイヤーのスラック側（１４）が、第一ソー切断面（１０）のソー切断ワイヤーのスラック側（１４）と第二ソー切断面（２０）のソー切断ワイヤーのソー切断側（２３）との間隔が広くなるように、偏向ローラー上方へ導かれることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のワイヤーソー切断装置。
8. 偏向ローラー（７）が調節可能であることを特徴とする請求項６又は７記載のワイヤーソー切断装置。
9. ソー切断面（１０）のソー切断側（１３）の少なくとも１箇所が支持ローラー（８）で支持されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のワイヤーソー切断装置。

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