JP3674818B2

JP3674818B2 - ワイヤソー

Info

Publication number: JP3674818B2
Application number: JP23561998A
Authority: JP
Inventors: 和明杉谷; 匠木山; 芳樹北村
Original assignee: 三菱住友シリコン株式会社
Priority date: 1998-08-21
Filing date: 1998-08-21
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2018-08-21
Also published as: JP2000061800A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はワイヤソー、詳しくはインゴット切断時に、ワイヤソー用溝ローラのローラ胴部である台金をワイヤにより誤断することを防ぐワイヤソーに関する。
【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り、インゴットを多数枚のウェーハに切断する。
溝ローラは、円筒形状の台金の外周面に所定厚さのウレタンゴム（ライニング材）をライニングし、このウレタンゴムの外周面にワイヤ溝が刻設されたものである。なお、台金は、ステンレスなどの金属製である。また、溝ローラ間には、インゴット切断時にワイヤ溝およびワイヤの隙間にインゴット端材が巻き込まれることを防ぐ端材巻き込み防止板が配設されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ワイヤソーによるインゴットの切断は、このように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行われる。このために、インゴットを長時間切断していると、その押付け力によって、ワイヤがウレタンゴムのワイヤ溝に徐々に切れ込んで行く。その結果、ウレタンゴムがライニングされた金属製の台金も傷つけ、最悪の場合、切断してしまうおそれがあった。
【０００４】
そこで、発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、ワイヤソー用溝ローラとの間に配設されて、その端面がワイヤに対して数ｍｍだけしか離間していない端材巻き込み防止板に着目し、これにワイヤが接触したことを、例えば断線検出のためにワイヤに常時通電されていることを利用するなど、何らかの方法により検出すれば、この台金の誤断（切断または切り込み）を防止することができることを突き止め、この発明を完成させた。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、インゴット切断時に、ワイヤによる台金の誤断を防止することができるワイヤソーを提供することを、その目的としている。
また、この発明は、比較的簡易で低コストな構造により端材巻き込み防止板とワイヤとの接触を検知することができるワイヤソーを提供することを、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、ローラ胴部である台金、および、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ワイヤ溝が外周面に刻設されたライニング材を有する正面視して逆三角形状に配置された３本のワイヤソー用溝ローラと、このワイヤソー用溝ローラ間に配設されて、インゴット切断により発生したインゴット端材が、上記ワイヤ溝およびワイヤの隙間に巻き込まれることを防ぐ端材巻き込み防止板とを備えたワイヤソーにおいて、上記３本の溝ローラ間の内部空間には、導電材料で形成された上記端材巻き込み防止板と、導電材料で形成された底板とで上向きコの字形状に構成された端材受け部材と、上記端材巻き込み防止板とワイヤとの電気的な接続を検出する検出部と、この検出部からの検出信号に基づき、上記インゴットの切断作業を停止する台金誤断防止手段とを有するワイヤソーである。
【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、ワイヤ列の上部にインゴット下面が当接するものでもよく、また、ワイヤ列の下部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胴部を構成する台金の材質は、例えばステンレスなどの金属が採用できる。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。
端材巻き込み防止板は、インゴット端材がワイヤ溝およびワイヤの隙間に巻き込まれることを防ぐ板である。この板がないと、インゴット端材がワイヤソー用溝ローラに巻き込まれてしまい、このローラが損傷するとともに、ワイヤ断線の原因ともなる。
【０００９】
端材巻き込み防止板の端面とワイヤとの距離（図３の距離ａを参照）は限定されない。ただし、３〜６ｍｍが好ましい。３ｍｍ未満では通常の切断で端材巻き込み防止板を切り込んでしまうという不都合が生じる。また、６ｍｍを超えるとウレタンゴムのワイヤ溝に徐々に切れ込んでいくため、検知が遅れるという不都合が生じる。なお、この距離は、インゴット切断時のワイヤのたわみも考慮して設定する必要がある。
また、台金誤断防止手段の検出部は、端材巻き込み防止板とワイヤとの接触状態を検出できるものであれば限定されない。例えば、請求項２の通電状態の有無を検出するものでもよいし、カメラ観察およびレーザ光を受光することで検出するものでもよいし、各種のリミットスイッチ，リミットセンサを用いて検出するものでもよい。このうち、カメラおよび光センサ類は、他の検出手段に比べて精度が劣るので好ましくない。これは、ワイヤソーのインゴット切断部が、切断時に装置周辺に砥液が飛散することを防ぐため、通常はケーシングに覆われた視界の悪い環境下に置かれているためである。
【００１０】
一般的に、ワイヤソーのワイヤは、ワイヤ断線を検出して、この検出後直ちにインゴットの切断作業を停止するために、常に通電状態になっている。この請求項２ではこれを利用して、ワイヤが端材巻き込み防止板に接触し、通電状態になったことを検出部で検出するという仕組みを採用している。
【００１１】
請求項２の発明は、上記底板の幅方向の中間位置には、板長さ方向に沿って一定のピッチで穿孔された多数個のドレン孔が設けられた請求項１に記載のワイヤソーである。
【００１２】
【作用】
この発明によれば、インゴットをワイヤソーにより長時間切断していると、その押付け力によって、ワイヤがライニング材のワイヤ溝に徐々に切れ込んで行く。その結果、この切れ込みが進行して、ライニング材の芯材である台金を傷つけ、最悪の場合には、台金を切断するおそれもあった。
しかしながら、この発明では、台金が切断される前に、ワイヤに近接配置された端材巻き込み防止板の端面がワイヤと接触し、この状態を所定の検出手法により検出し、これを異常と判断して、インゴットの切断作業を停止する。よって、台金の誤断を防止することができる。
【００１３】
特に、請求項２の発明によれば、検出部として、端材巻き込み防止板とワイヤとの接触状態を、両者が通電状態になったことで検出する。これは、例えば光センサによって検出する場合に比べて、検出の安定性が高く、かつ比較的低コストで簡易に、端材巻き込み防止板とワイヤとの接触状態を検出するものとなる。
【００１４】
【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１０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、１本のワイヤを横一列に束ねた形状のワイヤ列１１を有している。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間で、駆動モータにより往復走行される。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。
【００１５】
また、３本の溝ローラ１２間の内部空間には、上向きコの字形状をして、インゴット端材Ｉａを下方から受ける端材受け部材５０が収納されている。この端材受け部材５０は、インゴットＩの切断時に発生したインゴット端材Ｉａが、ワイヤ溝とワイヤ列１１との隙間に巻き込まれることを防ぐ２枚の端材巻き込み防止板５１と、底板５２とを連結したものである。なお、各端材巻き込み防止板５１は、上側に配置された２本の溝ローラ１２の近傍にそれぞれ直立配置されている。これらの板５１，５２は、導電材料のステンレス製である。さらに、底板５２の幅方向の中間位置には、板長さ方向に沿って一定のピッチで、砥液を外部排出する多数個のドレン孔５２ａが穿孔されている。また、端材巻き込み防止板５１の上端面と、ワイヤ列１１との距離ａは５ｍｍである。
【００１６】
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に巻き取られている。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、１９ａはインゴットＩの昇降台である。また、６０はワイヤソー１０全体の制御装置、６１は端材巻き込み防止板５１とワイヤ列１１との接触状態を検出する検出部、６２はこの制御装置６０に組み込まれて、検出部６１からの検出信号に基づいて、インゴットＩの切断作業を停止する台金誤断防止手段である。
【００１７】
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３３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。
【００１８】
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、ピッチの短い平行溝である多数本のワイヤ溝１２ａが、厚さ５〜２０ｍｍのウレタンゴム（ライニング材）１２ｃのライニングを施して、形成されている。また、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、台金１２Ａの両端部には、同じくＳＵＳ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。
【００１９】
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３はこの発明の一実施例に係るワイヤソーによるインゴット切断作業の説明図である。
図１，図２に示すように、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１７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２０，２１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。
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（図３の二点鎖線参照）。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Ｉａが発生し、場合により切り落とされる。
【００２０】
ところで、ワイヤソー１０によるインゴットＩの切断を長時間行うと、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１２ａに徐々に切れ込んで行く。これが進行すると、その切れ込みが台金１２Ａにまで達し、その表面を傷つけてしまう。さらに最悪の場合には、この台金１２Ａを切断するおそれもある。
しかしながら、一実施例のワイヤソー１０では、図３の一点鎖線に示すように、ワイヤ列１１が台金１２Ａに切れ込む以前に、このワイヤ列１１より５ｍｍだけ下方にある端材巻き込み防止板５１の上端面と接触する。
なお、ワイヤ列１１には断線を検出するために常時電流が流れている。このため、ワイヤ列１１が端材巻き込み防止板５１と接触することで通電状態になり、これを検出部６１が検出する。
【００２１】
その後、この検出部６１から、制御装置６０の台金誤断防止手段６２に検出信号が送られ、そこで異常と判断し、制御装置６０からインゴットＩの各電気機器に切断作業の停止指令が出される。これにより、繰出しリール１３および巻取リール１５の各駆動モータ１６，１７が停止する。また、駆動側の溝ローラ１２の回転も停止する。その結果、台金１２Ａの誤っての切断を自動的に防止することができる。
しかも、このように端材巻き込み防止板５１とワイヤ列１１との接触を、両者が通電状態されたか否かを目安に検出するようにしたので、比較的低コストでかつ簡易な方法により、端材巻き込み防止板５１とワイヤ列１１との接触を検出することができる。
なお、この接触検出技術を、例えばワイヤ列１１が端材巻き込み防止板５１に接することで発生するワイヤ切断の検出技術にも応用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、端材巻き込み防止板とワイヤとの接触状態を検出し、この検出に基づき、インゴットの切断作業を停止するようにしたので、インゴット切断時に、台金をワイヤによって誤切断することを防ぐことができる。
【００２３】
特に、請求項２の発明のワイヤソーによれば、請求項１の効果に加えて、端材巻き込み防止板とワイヤとの接触を、両者が通電状態になることにより検出するようにしたので、比較的低価格で簡易な手段により、端材巻き込み防止板とワイヤとの接触を検知することができる。
【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】この発明の一実施例に係るワイヤソーによるインゴット切断作業の説明図である。
【符号の説明】
１０ワイヤソー、
１２Ａ台金、
１１ａワイヤ、
１１ワイヤ列、
１２ワイヤソー用溝ローラ、
１２ａワイヤ溝、
１２ｃウレタンゴム（ライニング材）、
５１端材巻き込み防止板、
６１検出部、
６２台金誤断防止手段、
Ｉインゴット、
Ｉａインゴット端材。

Claims

ローラ胴部である台金、および、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ワイヤ溝が外周面に刻設されたライニング材を有する正面視して逆三角形状に配置された３本のワイヤソー用溝ローラと、
このワイヤソー用溝ローラ間に配設されて、インゴット切断により発生したインゴット端材が、上記ワイヤ溝およびワイヤの隙間に巻き込まれることを防ぐ端材巻き込み防止板とを備えたワイヤソーにおいて、
上記３本の溝ローラ間の内部空間には、導電材料で形成された上記端材巻き込み防止板と、導電材料で形成された底板とで上向きコの字形状に構成された端材受け部材と、
上記端材巻き込み防止板とワイヤとの電気的な接続を検出する検出部と、
この検出部からの検出信号に基づき、上記インゴットの切断作業を停止する台金誤断防止手段とを有するワイヤソー。
上記底板の幅方向の中間位置には、板長さ方向に沿って一定のピッチで穿孔された多数個のドレン孔が設けられた請求項１に記載のワイヤソー。