JP3501350B2 - ワイヤソー用溝ローラのワイヤ溝の作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明はワイヤソー用溝ロ
ーラ、詳しくはワイヤソーによるインゴット切断の精度
を高め、またインゴット切断の安定性も高めるワイヤソ
ー用溝ローラに関する。 【０００２】 【従来の技術】ワイヤソーは、繰出しボビン（またはリ
ールともいう）から導出されたインゴット切断用のワイ
ヤを、複数本のワイヤソー用溝ローラ（以下、溝ローラ
という場合がある）に対してコイル状に巻き架け、その
後、巻取ボビンに巻き取る装置構成となっている。した
がって、例えば単結晶シリコン製のインゴットを切断す
る際には、ラッピングオイルに遊離砥粒（以下、砥粒と
いう場合がある）を含むスラリー状の砥液を連続して供
給しながら、往復走行中のワイヤ列にインゴットを相対
的に押し付けることで、砥粒の研削作用によってインゴ
ットを多数枚のウェーハに切断することとなる。溝ロー
ラは、円筒状を有するスレンレス製の台金に、外周面に
断面Ｖ字形のワイヤ溝が刻設された所定厚さのライニン
グ材（ウレタンゴム）をライニングしたものである。な
お、従来の一般的なワイヤ溝の切断を行う前の初期寸法
は、例えばワイヤ径１８０μｍの場合では、通常、溝開
口幅８５０〜９００μｍ，溝底幅５０〜１５０μｍ，溝
深さ２００〜４００μｍ，溝角度９０〜１１０度であっ
た。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来のワイヤソー用溝ローラにあっては、ワイヤ溝の溝
角度が９０〜１１０度と鈍角であったため、図３（ａ）
に示すように、インゴットの切断時、とりわけこの切断
作業の開始直後においては、ライニング材１００に刻設
された広角なワイヤ溝１０１の中でインゴット切断作業
中のワイヤ１０２にぶれが生じやすかった。その結果、
切断されるインゴットのカーフロス（切り代）が大きく
なり、得られたシリコンウェーハの平坦度（ＴＴＶな
ど）も悪化するという弊害が発生していた。なお、図３
（ａ）は従来手段に係るインゴット切断作業開始直後の
ワイヤ溝の溝形状を示す説明図である。図３（ｂ）は従
来手段に係るインゴット切断作業終了後のワイヤ溝の溝
形状を示す説明図である。 【０００４】そこで、発明者らは、鋭意研究を重ねた結
果、図３（ｂ）に示すように、ワイヤソー用溝ローラの
溝形状に着目し、この溝形状を、前回行われたインゴッ
ト切断時に磨耗した溝ローラ（ライニング材１００）の
ワイヤ溝１０１Ａの形状と略同じにしておけば、インゴ
ット切断中のワイヤ１０２のぶれが起きにくくなること
を突き止め、この発明を完成させた。 【０００５】 【発明の目的】この発明は、ワイヤソーによるインゴッ
ト切断の精度を高め、またインゴット切断の安定性も高
めることができるワイヤソー用溝ローラを提供すること
を、その目的としている。また、この発明は、ワイヤの
直径に関係なく、インゴットの切断開始時におけるワイ
ヤのぶれを抑えることができるワイヤソー用溝ローラを
提供することを、その目的としている。 【０００６】 【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ワイヤがコイル状に巻き架けられる多数本のワイヤ
溝が外周面に刻設されたワイヤソー用溝ローラのワイヤ
溝の作製方法において、実際にシリコンインゴットを切
断する際に使用するワイヤソー用溝ローラと同一の溝形
状を有するテスト用のワイヤソー用溝ローラを用意する
工程と、このテスト用のワイヤソー用溝ローラを用いて
シリコンインゴットを切断する工程と、切断後のテスト
用のワイヤソー用溝ローラのワイヤ溝の寸法を測定する
工程と、この測定した寸法に基づいて、実際にインゴッ
トの切断に使用するワイヤソー用溝ローラのワイヤ溝の
溝形状を形成する工程とを備えたワイヤソー用溝ローラ
のワイヤ溝の作製方法である。 【０００７】この発明が適用されるワイヤソーはどのよ
うな種類のものでもよい。例えば、インゴットを動かし
てワイヤ列に押圧、接触させて切断するものでもよく、
反対にワイヤ列を動かしてインゴットに押圧、接触させ
て切断するものでもよい。また、ワイヤ列の上側にイン
ゴット下面が当接するものでもよく、また、ワイヤ列の
下側にインゴット上面が押し当てられるものでもよい。
ワイヤソーにより切断されるインゴットとしては、例え
ばシリコン単結晶、化合物半導体単結晶、磁性材料、石
英、セラミックスなどが挙げられる。切断に使用される
砥液としては、例えば平均粒径１０〜５０μｍのＳｉＣ
などの砥粒を含む周知のものを使用することができる。 【０００８】ワイヤソーに組み込まれるワイヤソー用溝
ローラの本数は複数であれば限定されない。例えば２本
でもよいし、３本以上でもよい。ワイヤソー用溝ローラ
の構造は、その外周面に多数本のワイヤ溝が刻設されて
いるものであれば限定されない。ただし、通常は、ロー
ラ胴部である台金と、この台金の外周面にライニングさ
れて、ワイヤがコイル状に巻き架けられる多数本のワイ
ヤ溝が外周面に刻設されたライニング材とを備えたもの
である。この胴部を構成する台金の材質としては、例え
ばステンレスなどの金属を採用することできる。また、
この台金は、一般的な円筒形状のものでもよいし、中実
の円柱体でもよい。ライニング材の材質は、例えばウレ
タンゴムなどを採用することができる。その厚さは通常
５〜２０ｍｍである。 【０００９】テスト用のワイヤソー用溝ローラを用いて
インゴット切断した後、このテスト用溝ローラのワイヤ
溝の溝形状に合わせて、実際のワイヤソー用溝ローラの
ワイヤ溝の溝形状を作製する。このワイヤ溝の溝形状は
使用されるワイヤの直径、ワイヤの移動速度、ワイヤ列
とインゴットとの相対的な押圧力、インゴットの材質な
どの切断条件によって異なる。 【００１０】 【作用】この発明によれば、まず、実際にシリコンイン
ゴットを切断する際に使用するワイヤソー用溝ローラと
同一の溝形状を有するテスト用のワイヤソー用溝ローラ
を用意する。次に、このテスト用のワイヤソー用溝ロー
ラを用いてシリコンインゴットを切断する。そして、こ
の切断後のテスト用のワイヤソー用溝ローラのワイヤ溝
の寸法を測定する。さらに、この測定した寸法に基づい
て、実際にインゴットの切断に使用するワイヤソー用溝
ローラのワイヤ溝についてその溝形状を形成する。よっ
て、このようにして作製した溝形状のワイヤソー用溝ロ
ーラを有するワイヤソーによれば、ワイヤソーを作動さ
せ、多数本のワイヤによりインゴットを切断すると、イ
ンゴットの切断開始直後の磨耗による溝形状の変化が小
さい。すなわち、以前のインゴット切断時の溝形状と略
同形状である、溝角度が小さなワイヤ溝に各ワイヤは巻
き架けられているので、インゴットの切断を開始した当
初よりインゴットを切断し終わるまで、常時、ワイヤの
切断時のぶれが起きにくい。これにより、切断されるイ
ンゴットのカーフロスが小さくなり、得られたシリコン
ウェーハの平坦度（ＴＴＶなど）も良好となる。その結
果、ワイヤソーによるインゴット切断の精度を高め、ま
たインゴット切断の安定性も高めることができる。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図面を
参照して説明する。図１はこの発明の一実施例に係るワ
イヤソーの要部模式図である。図２はこの発明の一実施
例に係るワイヤソーに組み込まれたワイヤソー用溝ロー
ラの拡大断面図である。図１において、１０はこの発明
の一実施例に係るワイヤソーであり、このワイヤソー１
０は、ＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコン製の
インゴットＩを多数枚のウェーハにワイヤ切断する装置
である。ワイヤソー１０は多数本のワイヤ（１本のワイ
ヤが多数回巻き掛けられている）が平行に並設されて面
状をなすワイヤ列１１を有している。このワイヤ列１１
は、正面視して逆三角形状に配置された３本の溝ローラ
１２間に、直径１８０μｍの長尺なワイヤをコイル状に
巻き架けることで形成され、駆動モータによりその張設
方向に沿って往復走行される。上側に配置された２本の
溝ローラ１２の中間がインゴットＩの切断位置となって
いる。この切断位置の両側部の上方には、砥液をワイヤ
列１１上に連続供給する図外の砥液供給部が、例えば一
対配設されている。 【００１２】ワイヤ１１ａは、繰出しリール１３のボビ
ン２０から導出され、これらの溝ローラ１２に架け渡さ
れた後、巻取リール１５のボビン２１に巻き取られる。
繰出しリール１３および巻取リール１５の回転軸は、駆
動モータ１６，１７の出力軸にそれぞれ連結されてい
る。各駆動モータ１６，１７を駆動、回転すると、一対
の軸受１８に軸支された各ボビン２０，２１が、その軸
線を中心として図１における時計回り方向または反時計
回り方向に回転して、ワイヤ１１ａが往復走行する。な
お、図１において、１９はインゴットＩを固定するカー
ボンベッド（スライスベース）、１９ａはインゴットＩ
の昇降台である。 【００１３】次に、図２を参照しながら、この発明の一
実施例に係る溝ローラ１２を詳細に説明する。ここで
は、３本の溝ローラのうちの２本、従動側の溝ローラを
例にとる。なお、駆動側の溝ローラも基本構造は同じで
ある。図２に示すように、溝ローラ１２は、それぞれ所
定間隔をあけて配置された一対の軸受３０，３１間に軸
支されている。各軸受３０，３１は、連結プレートを介
して外部部材に固定された円筒ケーシング３２を有して
いる。この円筒ケーシング３２には、インナスリーブ３
３が内嵌されている。インナスリーブ３３の内部には、
６個のベアリング３４を介して、スピンドル３５，３６
が周方向へ回転自在に装着されている。また、インナス
リーブ３３の外面で連結プレートとの間には水冷ジャケ
ットが配設され、これらの加熱を防止している。 【００１４】溝ローラ１２は、ＳＵＳ製で厚肉な円筒状
の台金１２Ａを有している。台金１２Ａの外周面には、
厚さ５〜２０ｍｍのウレタンゴム（ライニング材）１２
ｃのライニングが施されている。このウレタンゴム１２
ｃの外周面には、ピッチの短い平行溝である多数本のワ
イヤ溝１２ａが形成されている。このワイヤ溝１２ａ
は、ワイヤ径が１８０μｍのワイヤ１１ａ用の溝であ
り、断面がＶ字形で、溝開口幅が２２０μｍ（ワイヤ径
の約１．２倍），溝底幅が１８０μｍ，溝深さが２００
μｍ（ワイヤ径の約１．１倍），溝角度θが４０度であ
る。なお、この溝寸法を得るためには、まずこの溝ロー
ラ１２と同一形状を有するテスト用の溝ローラ（図外）
を用意し、このテスト用溝ローラによりインゴットを切
断した後、そのワイヤ溝の寸法を測定する。次に、この
得られた寸法に基づいて、実際のインゴット切断用の溝
ローラ１２のワイヤ溝１２ａの寸法を設計し、この溝ロ
ーラ１２を作製するものである。 【００１５】一方、台金１２Ａの中央部から両端部付近
にかけては、比較的薄肉なローラ補強筒材３９が内嵌さ
れている。なお、このローラ補強筒材３９は必ずしも必
要ではない。さらに、この台金１２Ａの両端部には、Ｓ
ＵＳ製のスリーブ端板４０が内嵌されている。各スリー
ブ端板４０の外端面の中心部には徐々に先細化したテー
パ状の凸嵌合部が一体形成されている。両凸嵌合部は、
スピンドル３５，３６の溝ローラ１２側の端面中央部に
陥没形成された凹嵌合部に嵌合されている。これによ
り、左右のスピンドル３５，３６と中央の溝ローラ１２
とは一体的に回転する。なお、図２において、４６は軸
受３１側の円筒ケーシング３２に外嵌されて、スピンド
ル３５，３６の頭部を被う厚肉なキャップである。 【００１６】次に、このワイヤソー１０によるインゴッ
トＩの切断方法を説明する。図１，図２において、ワイ
ヤソー１０は、砥液を砥液供給部から供給しながら、駆
動モータ１６により繰出しリール１３のボビン２０を回
転させて、ワイヤ１１ａを導出する一方、駆動モータ１
７により巻取リール１５のボビン２１を回転させてワイ
ヤ１１ａを巻き取る。そして、適宜、各ボビン２０，２
１の回転方向を変えることで、ワイヤ１１ａを往復走行
させる。このとき、図外の回転モータによって駆動側の
溝ローラ１２を回転させ、ワイヤ列１１を往復動させ
る。これに伴い、他の２本の従動側の溝ローラ１２が軸
受３０，３１間で回転する。 【００１７】このワイヤ列１１の往復走行時に、上方か
らインゴットＩをワイヤ列１１へ押し付ける。これによ
り、インゴットＩが何枚ものウェーハに切断される。す
なわち、ワイヤ列１１の往復走行時に、砥液中の遊離砥
粒がワイヤ列１１のワイヤ１１ａにより切断溝の底部に
擦りつけられることにより、その底部が徐々に削り取ら
れ、最終的に多数枚の薄いウェーハが切断される。な
お、この切断時に、インゴット端材が発生し、場合によ
り切り落とされる。 【００１８】ところで、ワイヤソー１０によるインゴッ
トＩの切断を行うと、インゴットＩの押付け力によっ
て、ワイヤ列１１がウレタンゴム１２ｃのワイヤ溝１２
ａに徐々に切れ込んで行く。その際、従来の溝ローラで
は、断面Ｖ字形のワイヤ溝の溝角度が鈍角（９０〜１１
０度）であった。すなわち、ワイヤ径に対してワイヤ溝
が大きすぎたので、このインゴット切断作業中、殊に作
業開始直後にワイヤのぶれが生じやすかった。これに対
して、この溝ローラ１２は、インゴットＩの切断開始直
後を含めて、切断作業中、常に磨耗による溝形状の変化
が小さい。これは、前述したようにワイヤ溝１２ａの溝
形状が、テスト用の溝ローラのワイヤ溝と略同形状、す
なわち溝開口幅２２０μｍ，溝底幅１８０μｍ，溝深さ
２００μｍ，溝角度θ４０度の鋭角なワイヤ溝１２ａに
巻き架けられているからである。このような溝形状とし
たので、例えば切断作業中で、もっともワイヤが横ぶれ
しやすいインゴット切断開始時であっても、ワイヤ１１
ａがワイヤ溝１２ａに良好に嵌まり込んでいる。その結
果、最終的にこのインゴットＩを切断し終わるまで、常
に、ワイヤ１１ａの横ぶれが抑えられることになる。 【００１９】これにより、切断されるインゴットＩのカ
ーフロスが小さくなり、得られたシリコンウェーハの平
坦度（ＴＴＶなど）も良好となる。よって、ワイヤソー
１０によるインゴット切断の精度を高め、またインゴッ
ト切断の安定性も高めることができる。 【００２０】なお、各ワイヤ溝１２ａの溝形状をローラ
軸線方向の位置で異ならせれば、このインゴット切断
中、ローラ軸線方向の位置によって異なっているそれぞ
れのワイヤ溝１２ａの形状に対応することができる。す
なわち、使用後のワイヤ溝１２ａの形状は、ライニング
材１２ｃの軸線方向の位置でそれぞれ異なる。これは、
例えばインゴットＩの切断にかかる押圧力の分布にも影
響している。通常、溝ローラ１２の両端部よりも、この
押圧力が直接かかるローラ中央部の方が溝深さが長いワ
イヤ溝となる。 【００２１】 【発明の効果】この発明によれば、実際にシリコンイン
ゴットを切断する際に使用するワイヤソー用溝ローラの
ワイヤ溝の溝形状を、テスト用溝ローラのワイヤ溝の溝
形状と略同じに作製したので、ワイヤソーによりインゴ
ットを切断する際、特にインゴットの切断開始直後のワ
イヤソーの横方向の動きが比較的小さくなって、このイ
ンゴット切断の切断精度を高めることができる。しか
も、このインゴット切断の安定性も高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の一実施例に係るワイヤソーの要部を
示すその模式図である。 【図２】この発明の一実施例に係るワイヤソーに組み込
まれたワイヤソー用溝ローラの拡大断面図である。 【図３】（ａ）は従来手段に係るインゴット切断作業開
始直後のワイヤ溝の溝形状を示す説明図である。 （ｂ）は従来手段に係るインゴット切断作業終了後のワ
イヤ溝の溝形状を示す説明図である。 【符号の説明】 １０ ワイヤソー、 １１ａ ワイヤ、 １２ ワイヤソー用溝ローラ、 １２ａ ワイヤ溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 27/06 B28D 5/04

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 ワイヤがコイル状に巻き架けられる多数
   本のワイヤ溝が外周面に刻設されたワイヤソー用溝ロー
   ラのワイヤ溝の作製方法において、実際にシリコンインゴットを切断する際に使用するワイ
   ヤソー用溝ローラと同一の溝形状を有するテスト用のワ
   イヤソー用溝ローラを用意する工程と、 このテスト用のワイヤソー用溝ローラを用いてシリコン
   インゴットを切断する工程と、 切断後のテスト用のワイヤソー用溝ローラのワイヤ溝の
   寸法を測定する工程と、 この測定した寸法に基づいて、実際にインゴットの切断
   に使用するワイヤソー用溝ローラのワイヤ溝の溝形状を
   形成する工程とを備えたワイヤソー用溝ローラのワイヤ
   溝の作製方法。