JP3497784B2 - 硬くもろいワークピースから複数のプレートを切り出すための方法及び装置 - Google Patents

硬くもろいワークピースから複数のプレートを切り出すための方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、硬くもろいワーク
ピース(sproedhartes Werkstueck)から、該ワークピー
スを所定の送り速度で運動させてワイヤソーのワイヤフ
レームによって複数のプレートを切り出すための方法並
びに、硬くもろいワークピースから複数のプレートを切
り出すためのワイヤソーであって、ワイヤフレームを備
えており、ワイヤフレームを通してワークピースが所定
の送り速度で運動させられるようになっている形式のも
のに関する。本発明は、プレートに切りたい硬くもろい
すべての材料、特に半導体材料及びセラミックに用いら
れる。本発明は特に、単結晶の珪素プレート（シリコン
ウエハー[silicon wafer]）の切り出しに適している。
【０００２】
【従来の技術】珪素プレート（シリコンプレート）の製
造のためにこれまで主としてワイヤソーを使用してお
り、ワイヤソーは切断スラリ(Trennslurry)を用いて作
動する。この場合、５０ｋｍ乃至５００ｋｍの長さの鋼
線(Stahldraht)がワイヤ案内ローラ上をらせん状に延び
て、ワイヤフレームを形成している。切断ラップ剤(Tre
nnlaeppmittel)として一般的に硬質物質、例えばＳｉＣ
が支持液体内で用いられる。切断ラップ剤が切断中に供
給されて、ワイヤ運動によってルーズに切断間隙内に搬
送される。この場合、切断長さ及び送り量に応じて、何
時間かにわたる１つのプロセスで数百のプレートが同時
に製造される。ソーワイヤ(Saegedraht)は切断経過全体
にわたって同じ方向に運動させられるか、若しくは往復
に運動させられ（振動するワイヤ運動）、この場合、方
向転換を伴う運動においては前進運動が常に戻し運動よ
りも長く行われる。従って絶えず、まだ未使用のソーワ
イヤが投入される。
【０００３】さらに公知技術として個別ワイヤ切断法(E
inzeldrahtschnittverfahren)があり、この場合、ソー
ワイヤが結合された切断粒子で占められ、即ち被われて
いて、ワークピース内への唯一の切り込みしか行われな
い。ワイヤループ（無端で、変わらない運動方向）を用
いる方法と、有端のソーワイヤを振動するワイヤ運動(o
szillierende Drahtbewegung)で使用する方法とに区別
できる。後に述べた方法では、ソーワイヤがリールから
繰り出されて、ワークピースに向かって走行して、再び
受け取りリールに巻き取られる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】硬くもろいワークピース
から、該ワークピースを所定の送り速度で運動させてワ
イヤソーのワイヤフレームによって複数のプレートを切
り出すための方法であって、冷却媒体をワイヤフレーム
の下側に供給して、冷却媒体内にワイヤフレームのソー
ワイヤをプレートの切り出しに際して浸漬させ、ワイヤ
フレームを、結合された切断粒子で被われたソーワイヤ
によって形成して、ソーワイヤを往復運動させる形式の
ものにおいて、本発明の手段では、ソーワイヤを、転向
ローラを介してリールに巻き取ると共に、転向ローラの
１つによってソーワイヤをリール上で軸線方向に移動さ
せ、この場合、ソーワイヤをリール上で軸線方向に移動
させる前記転向ローラ及び該転向ローラにソーワイヤを
引き渡す転向ローラが、転向ローラの回転軸に対して垂
直な軸線を中心として傾倒され、ソーワイヤをリールと
両方の転向ローラとの間で常にリールの回転軸に対して
垂直に走行させるようになっている。
【０００５】
【発明の効果】本発明に基づく前述の方法は、プレート
の切り出しを、費用のかかるスラリ供給及び排出なし
に、かつこれに伴う大きな装置費用なしに、さらに考慮
すべき生態学的な問題なしに可能にする。本発明は、結
合された粒子が研削作用を生ぜしめ、従って、スラリの
ラッピング作用を生ぜしめる硬質物質よりも効果的に切
削するという現象を活用している。本発明によって、特
に高い切断能力、短いプロセス時間及び改善された切断
面品質が得られる。本発明に基づく前記方法により、公
知の個別ワイヤ切断法における欠点が避けられる。公知
の個別ワイヤ切断法は不経済であり、それというのはそ
のつどもっぱら１つのプレートしか製造できず、かつ切
断時間が内周刃のこ切り(Innenlochsaegen)のような競
合する個別切断法(Einzelschnittverfahren)と比較して
著しく長いからである。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１に示すワイヤソー(Drahtsaeg
e)はワイヤフレーム(Drahtgatter)１を有しており、ワ
イヤフレームを介してワークピース２が所定の送り速度
で運動させられる。ワイヤソーはソーワイヤ(Saegedrah
t)３によって形成されており、ソーワイヤが結合された
切断粒子(Schneidkorn)を備えていて、ワイヤ案内ロー
ラ４に巻き掛けられている。ワイヤソーはさらにリザー
バー(Reservoir)５を有しており、リザーバーが冷却媒
体６で満たされている。リザーバーはワイヤフレーム１
の下側に次のように配置されており、即ち、ワークピー
ス２内に係合するソーワイヤがプレートの切り出しに際
して冷却媒体６内に浸漬されるようになっている。冷却
媒体、例えば水は合目的には循環させられ、場合によっ
ては濾過される。図面には冷却媒体循環路の供給部７及
び排出部８のみが概略的に示してある。
【０００７】摩擦質の研磨材、有利にはダイヤモンドで
被覆された有端のソーワイヤを用いるようになってお
り、ソーワイヤが転向ローラを介して往復の運動を行
う。ソーワイヤの長さは、所望の長さのソーフレームが
形成されて、ソーワイヤが十分に切断運動できるように
規定されている。標準的にはソーワイヤの長さはほぼワ
イヤフレームの形成のために必要な長さに少なくとも５
０ｍをたしたものである。別のパラメータとして、切断
粒子で被覆されたワイヤの太さが１８０乃至２３０μｍ
であり、ワイヤ張力が１０乃至４０Ｎであり、ワイヤ速
度が８乃至２０ｍ／Ｓ２であり、ワイヤ振動(Drahtoszi
llation)が１００ｍよりも大きく、並びにリール直径及
びワイヤ案内ローラ直径が１００ｍｍよりも大きくなっ
ている。
【０００８】リザーバー５は有利にはオーバーフロー槽
(Ueberlaufbecken)として、特に有利にはプラスチック
パン(Kunststoffwanne)として形成されている。この場
合、ソーワイヤがリザーバー（オーバーフロー槽若しく
はプラスチックパン）の上側の縁部を切り込んでいてよ
い。ワイヤソーは、ワイヤ案内ローラを保持するソーヘ
ッド(Saegekopf)の部分がリザーバーの側方の境界部を
形成している。
【０００９】送り方向でのワークピースの運動に際し
て、ソーワイヤがワイヤフレームの領域で冷却媒体の液
面の下側へ押される。これによって、プレートの切り出
しが完全に冷却媒体内で行われ、その結果、切断間隙の
最適な冷却が保証されている。冷却媒体内へのソーワイ
ヤの浸漬は冷却に役立つだけではなく、潤滑及び切り粉
搬出を促進する。
【００１０】さらに、ソーワイヤ３のクリーニングのた
めのユニット９を設けて、切断粒子間の切り粉スペース
(Spanraum)が維持されるようになっている。このような
ワイヤクリーニングは、巻き取り区分内への残泥、例え
ば珪素・摩耗粒子の連行を避けるためにも役立ってお
り、これによって転向ローラ及びリールの摩耗が小さく
維持できる。ユニット９を用いてクリーニング媒体、例
えば水若しくは空気が高い圧力でソーワイヤに向けて供
給される。特に有利には、ユニット９がメガサウンドノ
ズル(Megaschallduese)を有しており、メガサウンドノ
ズルが使用されたクリーニング媒体に高周波の振動を惹
起する。
【００１１】特に有利には、送り方向での切断力が調節
並びに制御されて、プレートの切り出し中の最適な切断
粒子負荷が保証される。切断力は、選ばれたワイヤ張
力、送り速度及びワイヤフレームの弾性変形から生じて
いる。ワイヤフレームの弾性変形に基づきソーワイヤが
送り力に比例してたわみ、該たわみが測定される。たわ
みは有利には送り速度の調整のために用いられ、この場
合、送り速度はたわみが大きくなると減少させられ、逆
にたわみが小さくなると増大される。従って、ワイヤソ
ーは有利にはプレートの切り出しの際のソーワイヤの変
位の測定のため及び測定された変位量に関連してた送り
速度の調整のための装置１０を備えていてよい。受け取
りリールへのソーワイヤの巻き取り若しくは繰り出しリ
ールからのソーワイヤの繰り出しが、有利には移動ユニ
ット(Verlegeeinheit)を用いて行われ、移動装置はソー
ワイヤを交差させずに、転向ローラ溝と合致させるよう
になっている。斜めに導かれたワイヤは頻繁な運動転換
によって同じワイヤ位置で切れることになる。図２に移
動ユニット１１が異なる２つの面（図２のａには正面、
及び図２のｂには側面）を示してある。移動ユニットは
２つの転向ローラ１３，１４を有しており、この場合、
下側の転向ローラがソーワイヤを受け取りリール上で軸
線方向に移動させ、若しくはソーワイヤを繰り出しリー
ルから受け入れる。二重矢印が前述の軸線方向の移動
（運動）を示している。転向ローラの重要な構成とし
て、転向ローラが軸線１５，１６を中心として傾倒(kip
pen)されるようになっていてよい。傾倒機構が転向ロー
ラの軸を移動位置に応じて傾倒させ、その結果、ソーワ
イヤが転向ローラの回転軸に対して垂直に走行する。
【００１２】図３には本発明の理解のために、図２に示
す移動ユニットが、両方の転向ローラ１３，１４を傾倒
させなかった状態で示してあり、この場合、ソーワイヤ
が移動位置に応じて転向ローラから若しくは転向ローラ
へ斜めに走行する。
【００１３】珪素製の本発明に基づき形成されたプレー
トは、片面、両面、若しくは両面同時のラッピング若し
くは研削、縁部面取り、エッチング及び順次若しくは同
時の両面ポリシングによってさらに加工されてよい。微
細な粒子（２０μｍ及びより小さい）のダイヤモンドで
被われた若しくは占められたソーワイヤを使用すると、
特に平滑な損傷の少ない表面が形成可能であり、その結
果、研削及び／又はエッチングが行われなくてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく方法の実施に適したワイヤソー
の概略図
【図２】ワイヤソーの本発明の有利な実施例の移動ユニ
ットを示しており、図２のａが正面図で、図２のｂが側
面図
【図３】図２の移動ユニットを、移動ユニットの転向ロ
ーラが傾倒させられなかた状態で示しており、図３のａ
が正面図で、図３のｂが側面図
【符号の説明】
１ ワイヤフレーム、 ２ ワークピース、 ３ ソー
ワイヤ、 ４ ワイヤ案内ローラ、 ５ リザーバー、
６ 冷却媒体、 ７ 供給部、 ８ 排出部、 ９
ユニット、 １０ 装置、 １１ 移動ユニット、 １
３，１４ 転向ローラ、 １５，１６ 軸線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨアヒム ユンゲ ドイツ連邦共和国 ブルクハウゼン ド クトル−ヴォルフガング−グルーバー− シュトラーセ ７ (72)発明者 イェルク モーザー ドイツ連邦共和国 ブルクキルヒェン モーツァルトシュトラーセ 56 (56)参考文献 特開 平11−198020（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−183359（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−178660（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−109013（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−316162（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−152764（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−130892（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B24B 27/06 B28D 5/04 B65H 54/30

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 硬くもろいワークピース（２）から、該
    ワークピースを所定の送り速度で運動させてワイヤソー
    のワイヤフレーム（１）によって複数のプレートを切り
    出すための方法であって、冷却媒体（６）をワイヤフレ
    ーム（１）の下側に供給して、冷却媒体内にワイヤフレ
    ームのソーワイヤ（３）をプレートの切り出しに際して
    浸漬させ、ワイヤフレーム（１）を、結合された切断粒
    子で被われたソーワイヤによって形成して、ソーワイヤ
    を往復運動させる形式のものにおいて、 ソーワイヤ（３）を、転向ローラ（１３，１４）を介し
    てリールに巻き取ると共に、転向ローラの１つによって
    ソーワイヤをリール上で軸線方向に移動させ、この場
    合、ソーワイヤをリール上で軸線方向に移動させる前記
    転向ローラ及び該転向ローラにソーワイヤを引き渡す転
    向ローラが、転向ローラの回転軸に対して垂直な軸線
    （１５，１６）を中心として傾倒され、ソーワイヤをリ
    ールと両方の転向ローラとの間で常にリールの回転軸に
    対して垂直に走行させる ことを特徴とする、硬くもろい
    ワークピースから複数のプレートを切り出すための方
    法。
  2. 【請求項２】 ワークピースによってソーワイヤをプレ
    ートの切り出しに際して静止位置から変位させ、送り速
    度をソーワイヤの測定された変位量に関連して調整する
    請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 転向ローラの１つによってソーワイヤを
    リールから受け取り、この場合、ソーワイヤをリールか
    ら受け取る前記転向ローラ及び該転向ローラからソーワ
    イヤを受け取る転向ローラが、転向ローラの回転軸に対
    して垂直な軸線を中心として傾倒され、ソーワイヤをリ
    ールと両方の転向ローラとの間で常にリールの回転軸に
    対して垂直に走行させる請求項１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 ソーワイヤを、メガサウンドで負荷され
    たクリーニング媒体でクリーニングする請求項１から３
    のいずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】 プレートを切り出しに続いて縁部面取
    り、エッチング及び両面ポリシングの順序でさらに加工
    する請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】 プレートを切り出しに続いて縁部面取り
    及び両面ポリシングの順序でさらに加工する請求項１か
    ら４のいずれか１項記載の方法。
  7. 【請求項７】 硬くもろいワークピース（２）から複数
    のプレートを切り出すためのワイヤソーであって、ワイ
    ヤソーのワイヤフレーム（１）を通してワークピースが
    所定の送り速度で運動させられるようになっており、ワ
    イヤフレーム（１）がソーワイヤによって形成されてお
    り、ソーワイヤが結合された切断粒子で被われていて、
    ワイヤ案内ローラ（４）の周りに巻掛けられており、リ
    ザーバー（５）を設けてあり、リザーバー（５）がワイ
    ヤフレーム（１）の下側に配置されて冷却媒体（６）で
    満たされており、ワイヤフレームのソーワイヤ（３）が
    プレートの切り出しに際して冷却媒体（６）内に浸漬さ
    れるようになっている形式のものにおいて、 ソーワイヤ（３）をリールに巻き取るための移動ユニッ
    ト（１１）を設けてあり、移動ユニット（１１）がソー
    ワイヤをリール上で軸線方向に移動させる転向ローラ
    （１３）及び該転向ローラにソーワイヤを引き渡す転向
    ローラ（１４）を備えており、両方の転向ローラ（１
    ３，１４）が、転向ローラの回転軸に対して垂直に位置
    する軸線（１５，１６）を中心として傾倒可能に構成さ
    れている ことを特徴とする、硬くもろいワークピースか
    ら複数のプレートを切り出すための装置。
  8. 【請求項８】 プレートの切り出しに際してソーワイヤ
    の変位を測定するため及び測定された変位量に関連して
    送り速度を調整するための装置が設けられている請求項
    ７記載の装置。
  9. 【請求項９】 移動ユニットがリールからのソーワイヤ
    を引き受ける転向ローラ及び該転向ローラからソーワイ
    ヤを受け取る転向ローラを備えており、両方の転向ロー
    ラが転向ローラの回転軸に対して垂直に位置する軸線を
    中心として傾倒可能に構成されている請求項８記載の装
    置。
  10. 【請求項１０】 ソーワイヤをクリーニングするための
    ユニット（９）を設けてあり、ユニットが少なくとも１
    つのメガサウンドノズルを有している請求項７から９の
    いずれか１項記載の装置。
JP25791999A 1998-09-10 1999-09-10 硬くもろいワークピースから複数のプレートを切り出すための方法及び装置 Expired - Fee Related JP3497784B2 (ja)

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