JP2018064030A - マルチワイヤソー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ソーワイヤ同士が擦れて摩耗することを防止しつつ、スライス加工中におけるソーワイヤの破断を抑制できるマルチワイヤソー装置を提供する。
【解決手段】
マルチワイヤソー装置１０は、半導体インゴット２０とソーワイヤ列１６Ｌを間に挟んで対向し、ソーワイヤ列１６Ｌと所定の距離αだけ隔てて対向配置されたピアノ線列３２Ｌ、ピアノ線列３２Ｌが走行可能に張設されたローラ３４Ａ〜３４Ｃを有し、ソーワイヤ列３２Ｌが所定の距離αだけ撓んだときに、ソーワイヤ列３２Ｌにより半導体インゴット２０に形成される切削溝列２２Ｌにソーワイヤ列１６Ｌと同じ方向にピアノ線列３２Ｌを走行させつつ各々嵌まり込ませてソーワイヤ列３２Ｌを半導体インゴット２０の方へ押圧させるスライス補助機構３０を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ソーワイヤを用いた被加工物のスライス加工、特に、半導体インゴットの切断に使用されるマルチワイヤソー装置に関する。

半導体インゴットをスライス加工してシリコン等からなるウェハを製作するためにマルチワイヤソー装置が用いられる。マルチワイヤソー装置では、ソーワイヤを複数のローラの間に繰り返し架け渡して張設することによって当該ローラの回転に伴い走行可能なソーワイヤ列を構成する。そして、このソーワイヤ列を所定方向に走行させつつ、半導体インゴットをソーワイヤ列に押し当てることでスライス加工を行う。

また、上記のようにソーワイヤ列が半導体インゴットに押し当てられることによって、当該ソーワイヤ列に撓みが生じる。この撓みが大きくなるとソーワイヤ列に生じる張力も大きくなる。このため、スライス加工中にソーワイヤが破断する等の問題が生じやすくなる。

特許文献１には、上記ソーワイヤ列を構成する各列のソーワイヤが各々２段重ねとなるようにローラ間に張設され、２段重ねとしたソーワイヤのうち半導体インゴットを切削する一方のソーワイヤを他方のソーワイヤが当該インゴットに押圧することによってスライス加工時におけるソーワイヤの撓みを抑制できるマルチワイヤソー装置が開示されている。

特開２０１１−７９０７４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたマルチワイヤソー装置では、ソーワイヤが２段に重なり合った状態で半導体インゴットのスライス加工が行われるため、ソーワイヤ同士が互いに擦れて摩耗し、スライス加工中にソーワイヤが破断し易いという問題がある。

本発明は、ソーワイヤ同士が擦れて摩耗することを防止しつつ、スライス加工中におけるソーワイヤの破断を抑制できるマルチワイヤソー装置を提供することを目的とする。

本発明に係るマルチワイヤソー装置は、列状をなすように複数のローラの間に繰り返し架け渡されて構成されたソーワイヤ列を複数のローラの回転に伴い走行させつつ、ソーワイヤ列に半導体インゴットを押し当ててスライスするマルチワイヤソー装置であり、半導体インゴットとソーワイヤ列を間に挟んで対向するとともに、ソーワイヤ列と所定距離だけ隔てて各々対向配置された線状押圧体と、線状押圧体が走行可能に張設された複数の張設ローラと、を有するスライス補助機構を備え、スライス補助機構は、ソーワイヤ列が所定距離だけ撓んだときに、ソーワイヤ列により半導体インゴットに形成される切削溝列にソーワイヤ列と同じ方向に線状押圧体を走行させつつ各々嵌まり込ませてソーワイヤ列を半導体インゴットの方へ押圧することを特徴とする。

本発明に係るマルチワイヤー装置において、線状押圧体は、線材の列によって構成されてもよい。

また、本発明に係るマルチワイヤソー装置において、張設ローラの回転駆動を制御する制御部を備え、制御部は、ソーワイヤの走行速度よりも速い速度で線状押圧体を走行させてもよい。

さらに、本発明に係るマルチワイヤソー装置において、線材は、弾性樹脂で被覆されるものでもよい。

本発明のマルチワイヤソー装置によれば、ソーワイヤ列によって半導体インゴットに切削溝列が各々形成されてから各切削溝に線状押圧体が嵌まり込み、ソーワイヤを各切削溝の底面側へ押圧する。これにより、半導体インゴットのスライス加工時におけるソーワイヤ列の撓みを抑制できるため、スライス加工中にソーワイヤに作用する張力の大きさが小さくなる。この結果、スライス加工時にソーワイヤが破断するのを抑制できる。

また、本発明のマルチワイヤソー装置によれば、線状押圧体がソーワイヤを各切削溝の底面側へ押圧するため、ソーワイヤ同士が各切削溝内で擦れて摩耗することも防止できる。

本発明の一実施形態に係るマルチワイヤソー装置の全体構成図である。 図１に示すマルチワイヤソー装置が半導体インゴットに対して行うスライス加工の初期段階の状態を示す図である。 図１に示すマルチワイヤソー装置が半導体インゴットに対して行うスライス加工の中期段階の状態を示す図である。 図１に示すマルチワイヤソー装置が半導体インゴットに対して行うスライス加工完了時の状態を示す図である。 図５（ａ）はスライス補助機構におけるピアノ線の第１変形例であるワイヤの構成を示す図であり、図５（ｂ）はスライス補助機構におけるピアノ線の第２変形例である線状押圧体の構成を示す図であり、図５（ｃ）はスライス補助機構におけるピアノ線の第３変形例である線状押圧体の構成を示す図である。 スライス補助機構の変形例を示す図である。

以下、本発明のマルチワイヤソー装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明において、図中に示す走行方向「Ｙ」は、水平方向を示すものとする。

図１は、マルチワイヤソー装置の全体構成を示す概略構成図である。図１に示すように、マルチワイヤソー装置１０は、回転軸心が平行な複数（本例では３つ）の溝付ローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ、スライス加工を補助するスライス補助機構３０を備える。溝付ローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ各々の外周面には、それぞれ、ガイド溝（不図示）が等ピッチで多数設けられている。また、マルチワイヤソー装置１０は、供給リール１４Ａと巻取リール１４Ｂとを備える。

供給リール１４Ａには、ソーワイヤ１６が巻回収容されている。そして、供給リール１４Ａから巻き出されたソーワイヤ１６は、溝付ローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ各々のガイド溝に順に所定回数だけ繰り返し架け渡されている。これにより、溝付ローラ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの外周に沿って等ピッチでソーワイヤ１６が並列張架されたソーワイヤ列１６Ｌが形成される。さらに、溝付ローラ１２Ｂから巻き出されたソーワイヤ１６は、巻取リール１４Ｂに巻回収容される。

ソーワイヤ１６は、繊維または鋼線からなる芯線１６Ｇの周囲に６本のワイヤ素線１６Ａ〜１６Ｆを撚り合わせて構成されている。また、ソーワイヤ１６の外周は、弾性ウレタン樹脂等からなる被膜（不図示）によって覆われている。この被膜には、外側に突き出す多数の砥粒（不図示）が固定されており、これらの砥粒によって半導体インゴット２０が切削される。本実施形態では、ソーワイヤ１６が芯線１６Ｇの周囲に６本のワイヤ素線１６Ａ〜１６Ｆを撚り合わせて構成されているが、撚り合わせるワイヤ素線は６本でなくともよく、また芯線のみからなる構成でもよい。

溝付ローラ１２Ａ、供給リール１４Ａ、及び巻取リール１４Ｂは、それぞれ、対応するモータ（何れも不図示）等の動力によって回転駆動し、当該回転駆動に伴って、ソーワイヤ１６が走行する。この際、ソーワイヤ１６の走行速度が、例えば、１０００ｍ／ｍｉｎ程度となるように溝付ローラ１２Ａ、供給リール１４Ａ、及び、巻取リール１４Ｂはソーワイヤ１６を回転駆動する。一方、溝付ローラ１２Ｂ，１２Ｃの各々は、走行するソーワイヤ１６との間に生じる摩擦力によって従動回転する。

そして、マルチワイヤソー装置１０は、ソーワイヤ１６の走行距離が予め設定した距離に達するごとに、溝付ローラ１２Ａ等を逆回転させてソーワイヤ１６の走行方向を走行方向Ｙまたはその反対方向に切り替えるよう構成されている。

マルチワイヤソー装置１０は、さらに、冷却液であるクーラントの供給口（不図示）を有する一対の給液ノズル１７Ａ，１７Ｂを備えている。給液ノズル１７Ａ，１７Ｂの各々は、溝付ローラ１２Ａと溝付ローラ１２Ｂとの間に張架されたソーワイヤ列１６Ｌの中央部分上側に、水平方向に間隔をあけて設けられている。給液ノズル１７Ａと給液ノズル１７Ｂとの間の直下方空間には、加工領域Ｐが設けられている。この加工領域Ｐに対向するように被加工物となる多結晶シリコンの半導体インゴット２０がセットされる。半導体インゴット２０は、その直下にあるソーワイヤ列１６Ｌに対して相対的に上下動する可動ベース１８に捨て板１８Ａを介して接着固定されている。

マルチワイヤソー装置１０は、各ローラ１２Ａ，１４Ａ、１４Ｂの回転駆動および可動ベース１８の上下動を統括的に制御する制御部２６（図２参照）を備える。この制御部２６は、後述するスライス補助機構３０の運転制御を行う機能も有する。

続いて、スライス補助機構３０の構成について説明する。図１に示すように、スライス補助機構３０は、無端状をなすピアノ線列（線状押圧体，線材の列）３２Ｌと、ピアノ線列３２Ｌが各々架け渡された３つの張設ローラ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃとを有する。各列を構成するピアノ線３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃは、張設ローラ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの外周に沿って略三角形状を呈するように架け渡される。

各ピアノ線３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃは、弾性ウレタン樹脂等からなる樹脂層Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３によって外周を覆われている。この樹脂層Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、ソーワイヤ１６と接触するときの衝撃を緩和する緩衝材としての役割を有する。これにより、各ピアノ線３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃがソーワイヤ１６と接触したときに、接触に伴う衝撃が緩和され、ソーワイヤ１６から砥粒が脱落し難くなる。

なお、本実施形態では、線材の列がピアノ線列３２Ｌで構成される例を挙げているが、他の高炭素鋼線やステンレス鋼線等の高張力鋼線材を用いてもよいし、高張力鋼線材以外の金属線や、炭素繊維などの繊維材を用いてもよい。

張設ローラ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃのうち、張設ローラ３４Ａは駆動ローラであり、他の２つの張設ローラ３４Ｂ，３４Ｃは従動ローラである。張設ローラ３４Ａは、溝付ローラ１２Ａの正逆回転に連動して同じ方向に回転する。この際、張設ローラ３４Ａの回転速度は、ピアノ線列３２Ｌの走行速度がソーワイヤ列１６Ｌの走行速度と同じ速度となるように設定すればよい。これにより、ソーワイヤ列１６Ｌとピアノ線列３２Ｌとの走行速度の差異によってソーワイヤ列１６Ｌがピアノ線列３２Ｌに擦られるのを防止できる。

また、ピアノ線列３２Ｌの走行速度をソーワイヤ列１６Ｌの走行速度よりも例えば、０．５％〜１％程度高速となるように設定してもよい。この場合には、ソーワイヤ列１６Ｌがピアノ線列３２Ｌによって多少擦られるものの、ピアノ線列３２Ｌによってソーワイヤ列１６Ｌが引っ張られるため、ソーワイヤ１６Ｌの切削速度を向上させることができる。

ピアノ線列３２Ｌは、加工領域Ｐのソーワイヤ列３２Ｌを間に挟んで半導体インゴット２０と対向するように配置されている。ここで、加工領域Ｐに対向するピアノ線列３２Ｌの領域を押圧領域Ｑと呼称する。この押圧領域Ｑにおけるピアノ線列３２Ｌは、上記加工領域Ｐにおけるソーワイヤ列３２Ｌと各々対向配置されている。また、加工領域Ｐにおけるピアノ線列３２Ｌと押圧領域Ｑにおけるソーワイヤ列１６Ｌとの間には所定の隙間αが設けられている。この所定の隙間αを設けることにより、ソーワイヤ列１６Ｌによって下降する半導体インゴット２０に切削溝列２２Ｌが形成され、その後、これらの切削溝列２２Ｌにピアノ線列３２Ｌが各々嵌まり込むことができる。この隙間αの長さは、ピアノ線３２の直径と同程度の長さに設定することが好ましい。

次に、図２〜図４を用いてマルチワイヤソー装置１０による半導体インゴット２０のスライス加工動作について説明する。

図２に示すように、制御部２６は、ソーワイヤ列１６Ｌを走行方向Ｙまたはその反対方向に走行させつつ、半導体インゴット２０が固定された可動ベース１８を所定速度で下降させる。そして、半導体インゴット２０がソーワイヤ列１６に接触するのに伴って半導体インゴット２０に切削溝２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃを含む切削溝列２２Ｌが形成される。この際、給液ノズル１７Ａと給液ノズル１７Ｂとからクーラントがソーワイヤ列１６Ｌに吐出され、半導体インゴット２０およびソーワイヤ列１６Ｌの冷却が行われる。

次に、図３に示すように、加工領域Ｐにおけるソーワイヤ列１６Ｌは、所定速度で下降する半導体インゴット２０に付勢されて徐々に撓む。一方、半導体インゴット２０の下降に伴い押圧領域Ｑにおけるピアノ線列３２Ｌが切削溝列２２Ｌに嵌まり込む。その後、ソーワイヤ列１６Ｌの加工領域Ｐにおける上下方向の撓み量が所定の隙間αの長さよりも長くなると、ソーワイヤ列１６Ｌは押圧領域Ｑにおけるピアノ線列３２Ｌに接触する。そして、ソーワイヤ列１６Ｌは、ピアノ線列３２Ｌによって上方へ押圧される。これにより、ソーワイヤ列１６Ｌが半導体インゴット２０に押されて下方に撓むのを抑制できる。

ここで、制御部２６は、ソーワイヤ列１６Ｌの走行速度をピアノ線列３２Ｌとソーワイヤ列１６Ｌが接触する前は低速とし、ピアノ線列３２Ｌと接触後に高速で走行させるようにしてもよい。より具体的には、例えば、張設ローラ３４Ｂにピアノ線列３２Ｌに作用する張力を測定するセンサを内蔵させ、当該センサの検知する張力値の変化に基づいてソーワイヤ列１６Ｌがピアノ線列３２Ｌに接触したことを制御部２６が検知することが考えられる。この場合には、ソーワイヤ列１６Ｌがピアノ線列３２Ｌと接触するまでは低速走行しているため、接触時の衝撃や摩擦が少なく、ソーワイヤ１６に固定されている固定砥粒の脱落をさらに低減できる。

そして、図４に示すように、半導体インゴット２０の上面に接着されている捨て板１８Ａにソーワイヤ列１６Ｌが切り込む位置まで半導体インゴット２０が下降することによってスライス加工が完了する。

本実施形態のマルチワイヤソー装置１０によれば、ソーワイヤ列１６Ｌによって半導体インゴット２０に切削溝列２２Ｌが形成され、切削溝列２２Ｌにピアノ線列３２Ｌが嵌まり込み、ソーワイヤ列１６Ｌを切削溝列２２Ｌの底面側へ押圧する。これにより、半導体インゴット２０のスライス加工時におけるソーワイヤ列１６Ｌの撓みを抑制できる。この結果、スライス加工中にソーワイヤ列１６Ｌに作用する張力を小さくでき、ソーワイヤ１６がスライス加工中に破断するのを抑制できる。

また、本実施形態のマルチワイヤソー装置１０によれば、ピアノ線列３２Ｌがソーワイヤ列１６Ｌを切削溝列２２Ｌの底面側へ各々押圧するため、ソーワイヤ１６同士が各切削溝２２内で擦れて摩耗することも防止できる。

さらに、マルチワイヤソー装置１０によれば、ピアノ線列３２Ｌによってソーワイヤ列１６が半導体インゴット２０の方に押圧されるため、半導体インゴット２０に対するソーワイヤ列１６Ｌの押圧力が増加する。これにより、ソーワイヤ列１６Ｌが半導体インゴット２０を切削する切削速度が速くなる。このため、ソーワイヤ１６の走行速度を従来よりも低速としても充分な切削速度を得ることができる。また、切削速度を従来よりも低速とすることで、スライス加工中におけるソーワイヤ１６の破断を抑制できる。

上記実施形態では、マルチワイヤソー装置１０は、ソーワイヤ列１６Ｌを設置するために３つの溝付ローラ１２Ａ〜１２Ｃを用いているが、２つ、または、４つ以上の溝付きローラを用いるようにしてもよい。

続いて、図５〜図６を参照しつつ、本実施形態の変形例について説明する。以下の説明において、本実施形態と構成が共通する部分については適宜説明を省略し、構成の異なる部分についてのみ説明するものとする。
＜変形例１＞

図５（ａ）は、スライス補助機構３０におけるピアノ線３２の代わりに用いるワイヤ４２の構成を示す図である。図５（ａ）に示すように、ワイヤ４２は、複数のワイヤ素線４２Ａ〜４２Ｆを芯線４２Ｇの周囲に撚り合わせて構成される。

ここで、ワイヤ４２の撚り数、ワイヤ素線の数、芯線の有無は、ソーワイヤ１６と同様とすることが好ましい。これにより、ソーワイヤ１６の外周部の凹凸の大きさとワイヤ４２の外周部の凹凸の大きさがほぼ同じ大きさとなる。このため、ソーワイヤ１６およびワイヤ４２双方の凹凸形状が互いに嵌り込みやすく、接触状態が安定しやすくなる。

また、ワイヤ４２の走行速度をソーワイヤ１６よりも高速とすることにより、ワイヤ４２を介して走行方向に引っ張る力がソーワイヤ１６に作用し、ソーワイヤ１６の切削速度を向上させることもできる。
＜変形例２＞

図５（ｂ）は、スライス補助機構３０において、ピアノ線３２の代わりに用いる線状押圧体５２の構成を示す図である。

図５（ｂ）に示すように、線状押圧体５２は、ソーワイヤ１６と対向する上側半円部５２Ａが弾性樹脂によって形成されており、下側半円部５２Ｂがピアノ線等の高炭素鋼によって形成されている。この構成によれば、線状押圧体５２がソーワイヤ１６に接触すると上側半円部５２Ａが弾性変形してソーワイヤ１６にフィットする。このため、線状押圧体５２は、ソーワイヤ１６との接触状態を安定的に保持することができる。
＜変形例３＞

図５（ｃ）は、スライス補助機構３０におけるピアノ線３２の代わりに用いる線状押圧体６２の構成を示す図である。

図５（ｃ）に示すように、線状押圧体６２は、上側に略Ｃ字状の窪み６２Ｂが軸方向に沿って設けられており、外周部を弾性樹脂の被膜６２Ａによって被覆されている。この構成によれば、線状押圧体６２がソーワイヤ１６に接触すると、線状押圧体６２の窪み６２Ｂにソーワイヤ１６の下側外周部が嵌まり込む。このため、線状押圧体６２とソーワイヤ１６との接触状態を安定的に保持することができる。なお、線状押圧体６２の窪み６２Ｂの断面形状は、より谷の深いＶ字断面等でもよい。
＜変形例４＞

図６は、スライス補助機構３０の変形例である帯状フィルムを有するスライス補助機構８０を示す図である。スライス補助機構８０は、帯状フィルムの列（線状押圧体）８４Ｌと、帯状フィルムの列８４Ｌを巻回収容する第１ローラ群（張設ローラ）８６と、第１ローラ群８６から各々引き出された帯状フィルムの列８４Ｌの一端を巻回収容する第２ローラ群（張設ローラ）８８とを有する。帯状フィルムの列８４Ｌは、立設状態で配置されており、各帯状フィルム８４Ａ，８４Ｂ，８４Ｃの幅方向における上端部がソーワイヤ列１６Ｌに各々対向するよう配置されている。各帯状フィルム８４Ａ〜８４Ｃは、樹脂フィルムまたは金属フィルムによって構成される。

第１ローラ群８６および第２ローラ群８８は、立設状態で各々溝付きローラ１２Ｂ，１２Ａに隣接配置されている。第１ローラ群８６および第２ローラ群８８は、いずれか一方が帯状フィルムの列８４Ｌを送り出すとともに、他方が送り出された帯状フィルムの列８４Ｌを巻き取るように構成されている。各ローラ群８６，８８における送り出し速度と巻取速度は帯状フィルムの列８４Ｌに張力が作用するように巻取速度の方が速くなるように設定されている。これにより、帯状フィルムの列８４Ｌが弛まないようにしている。そして、帯状フィルムの列８４Ｌは、ソーワイヤ列１６Ｌが半導体インゴット２０に押圧されて下方に所定の隙間αだけ撓むとソーワイヤ列１６Ｌを上方に押圧する。これにより、上記実施形態におけるスライス補助機構３０と同様の効果を得ることができる。

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。

１０ マルチワイヤソー装置
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ 溝付ローラ
１６ ソーワイヤ
１６Ｌ ソーワイヤ列
２０ 半導体インゴット
２２Ｌ 切削溝列
２６ 制御部
３０，８０ スライス補助機構
３２ ピアノ線
３２Ａ 樹脂層
３２Ｌ ピアノ線列（線状押圧体，線材の列）
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ 張設ローラ
４２ ワイヤ（線状押圧体，線材の列）
５２，６２ 線状押圧体
８４Ａ，８４Ｂ，８４Ｃ 帯状フィルム
８４Ｌ 帯状フィルムの列（線状押圧体）
８６ 第１ローラ群（張設ローラ）
８８ 第２ローラ群（張設ローラ）
Ｐ 加工領域
Ｑ 押圧領域
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 樹脂層
Ｙ 走行方向
α 所定の隙間

Claims (4)

1. 列状をなすように複数のローラの間に繰り返し架け渡されて構成されたソーワイヤ列を前記複数のローラの回転に伴い走行させつつ、当該ソーワイヤ列に半導体インゴットを押し当ててスライスするマルチワイヤソー装置であって、
   前記半導体インゴットと前記ソーワイヤ列を間に挟んで対向するとともに、前記ソーワイヤ列と所定距離だけ隔てて各々対向配置された線状押圧体と、前記線状押圧体が走行可能に張設された複数の張設ローラと、を有するスライス補助機構を備え、
   前記スライス補助機構は、前記ソーワイヤ列が前記所定距離だけ撓んだときに、前記ソーワイヤ列により前記半導体インゴットに形成される切削溝列に前記ソーワイヤ列と同じ方向に前記線状押圧体を走行させつつ各々嵌まり込ませて前記ソーワイヤ列を前記半導体インゴットの方へ押圧することを特徴とする、
   マルチワイヤソー装置。
2. 前記線状押圧体は、線材の列によって構成される、
   請求項１に記載のマルチワイヤソー装置。
3. 前記張設ローラの回転駆動を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記ソーワイヤの走行速度よりも速い速度で前記線状押圧体を走行させる、
   請求項１または２に記載のマルチワイヤソー装置。
4. 前記線材は、弾性樹脂で被覆される、
   請求項２に記載のマルチワイヤソー装置。

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