JP3684956B2 - ワイヤソーおよびワイヤソー用ローラ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はワイヤソーおよびワイヤソー用ローラ、詳しくはインゴット切断時に、ワイヤソー用ローラのローラ胴部である台金をワイヤにより損傷するのを防ぐワイヤソーおよびワイヤソー用ローラに関する。
【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グルーブローラ（ワイヤソー用ローラ／以下、単にグルーブ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、巻取りボビンに巻き取る装置構成となっている。なお、繰出しボビンとグルーブローラとの間、および、グルーブローラと巻取りボビンとの間には、それぞれガイドローラ（ワイヤソー用ローラ）が配置されている。
これらのグルーブローラおよびガイドローラの基本構造は、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）を被覆し、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。
ワイヤソーによる単結晶シリコンインゴットの切断時には、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供給しながら、往復走行中のワイヤ列に対してインゴットを相対的に押し付ける。これにより、砥粒の研削作用により、インゴットが多数枚のウェーハに切断される。
【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、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、ウレタンゴムが被覆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】
【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損傷を防止することができるワイヤソーおよびワイヤソー用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、比較的簡易で低コストな構造により深溝検出子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。
【０００５】
【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被覆されて、ワイヤが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複数本のワイヤソー用ローラを備え、このワイヤソー用ローラ間に架けわたされたワイヤを往復走行させてインゴットを切断するワイヤソーにおいて、上記ライニング材に埋め込まれた導電性を有する円筒メッシュ状の深溝検出子と、この深溝検出子にワイヤが電気的に接続された状態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、インゴットの切断作業を停止する台金損傷防止手段とを有するワイヤソーである。
【０００６】
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５〜５０μｍ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。
【０００７】
ワイヤソーに組み込まれるワイヤソー用ローラとしては、例えばインゴットの切断部付近に組み配置される複数本ワイヤソー用溝ローラと、このワイヤソー用溝ローラにワイヤを供給したり、このワイヤソー用溝ローラからワイヤを導出させたりする場合の案内ローラとなるガイドローラが挙げられる。
組み配置さ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。また、組み込まれるガイドローラの本数も限定されない。ただし、いずれも台金と、ワイヤ溝が刻まれたライニング材とを有するローラでなければならない。
また、ワイヤソー用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を採用することができる。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。
さらに、ワイヤソー用ローラの外周面に被覆されるライニング材は限定されない。ただし、通常はウレタンゴムである。このライニング材の厚さは５〜３０ｍｍ、好ましくは１０〜２０ｍｍである。５ｍｍ未満では、ライニング材の再溝加工が出来ないという不都合が生じる。また、３０ｍｍを超えると加工熱によるライニング材の変形による切断精度悪化という不都合が生じる。
【０００８】
深溝検出子の形状、大きさ、材質などは限定されず，金網でもよい。ただし、導電性を有していなければならない。また、できるだけ軽量な検出子の方が、高速回転するワイヤソー用ローラにおいて、回転のアンバランスが生じにくいので好ましい。
深溝検出子と、未使用状態のワイヤ溝に架けられたワイヤとの距離（図２の距離ａを参照）は限定されない。ただし、５〜１０ｍｍが好ましい。５ｍｍ未満では通常の切断でワイヤが深溝検出子を切り込んでしまう不都合が生じる。また、１０ｍｍを超える場合、ワイヤが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やワイヤ断線が生じる。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。なお、これらの事項は請求項２のワイヤソー用ローラにも該当する。
また、台金損傷防止手段の検出部は、深溝検出子とワイヤとの通電状態を検出できるものであれば限定されない。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。この発明ではこれを利用して、ワイヤがライニング材に埋め込まれた深溝検出子に接触し、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。
【０００９】
請求項２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被覆されて、ワイヤソー用のワイヤが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ワイヤソー用ローラにおいて、上記ライニング材には導電性を有する円筒メッシュ状の深溝検出子が埋め込まれたワイヤソー用ローラである。
【００１０】
【作用】
この発明によれば、インゴットをワイヤソーで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、ワイヤがライニング材中に埋め込まれた深溝検出子に接触し、通電状態となったことを検出部で検出し、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、台金の損傷を防止することができる。
また、このように深溝検出子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、深溝検出子とワイヤとの接触を検知することができる。
【００１２】
【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４はこの発明の一実施例に係る他のワイヤソー用ローラの使用中を示す説明図である。
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。
【００１３】
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、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。ドレン孔だけでなくその上に金網が設置されているのが一般的である。
【００１４】
ワイヤ１１ａは、繰出しリール１３のボビン２０から導出され、供給側のガイドローラ７０を介して、これらの溝ローラ１２に架け渡された後、導出側のガイドローラ７１を介して、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、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は後述する各ローラ１２，７０，７１に埋め込まれた深溝検出子５１とワイヤ列１１との電気的な接続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損傷防止手段である。
【００１５】
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。また、説明は省略するものの両ガイドローラ７０，７１の場合も、基本はこの溝ローラ１２と略同じである。よって、後述するこの溝ローラ１２と略同様の作用、効果を有する。
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。
【００１６】
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の外周面は、厚さ５〜２０ｍｍのウレタンゴム（ライニング材）１２ｃで被覆されている。このウレタンゴム１２ｃ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が刻設されている。また、このウレタンゴム１２ｃの内部には、導電性を有する金属製のワイヤ（φ１ｍｍ）である４本の深溝検出子１２ｄが、溝ローラ１２の軸線に平行で、かつこの軸線を中心とした仮想円上に９０度ごとに埋め込まれている。この際、深溝検出子１２ｄの埋め込み深さは、使用前のワイヤ溝１２ａに巻きかけられたワイヤ１１ａと深溝検出子１２ｄとの距離ａが５ｍｍとなるように設計されている。
この深溝検出子１２ｄは、スリーブ端板４０、スピンドル３５を経て、外部へ導出されたリード線を介して、上記検出部６１と電気的に接続されている。なお、図４に示すように、この線状の深溝検出子１２ｄに代えて、例えば細い銅線を編んだ薄い円筒メッシュ状の深溝検出子１２ｅを採用してもよい。深溝検出子１２ｅは、この検出子１２ｅの筒軸線を、上記ローラ軸線と合致させて埋め込まれている。
【００１７】
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。ただし、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。
【００１８】
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、砥液を砥液供給部より供給しながら、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を供給側のガイドローラ７０を経て溝ローラ１２に供給する一方、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、溝ローラ１２、導出側のガイドローラ７１を経てワイヤ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間で回転するとともに、両ガイドローラ７０，７１も回転する。
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へ押し付けていく（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。
【００１９】
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。また、ワイヤ断線の要因にもなる（図３の破線参照）。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だけ下方にある深溝検出子１２ｄ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。そのため、ワイヤ列１１が深溝検出子１２ｄ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。
【００２０】
その後、この検出部６１から、制御装置６０の台金損傷防止手段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、ワイヤ列１１が台金１２Ａに切れ込んでいくのが自動的に防げる。
しかも、このように深溝検出子１２ｄとワイヤ列１１との接触状態を、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、深溝検出子１２ｄとワイヤ列１１との電気的な接続状態を検出することができる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明によれば、ライニング材に埋め込まれた深溝検出子とワイヤとの電気的な接続状態を検出し、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傷つけるのを防ぐことができる。
また、このように深溝検出子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、深溝検出子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。
【図４】 この発明の一実施例に係る他のワイヤソー用ローラの使用中の状態を示す説明図である。
【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（ワイヤソー用ローラ）、
１２ａ ワイヤ溝、
１２ｃ ウレタンゴム（ライニング材）、
１２ｄ 深溝検出子、
１２ｅ 深溝検出子、
６１ 検出部、
６２ 台金損傷防止手段、
７０，７１ ガイドローラ、
Ｉ インゴット。

Claims (2)

1. ローラ胴部である台金、および、この台金の外周面に被覆されて、ワイヤが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複数本のワイヤソー用ローラを備え、このワイヤソー用ローラ間に架けわたされたワイヤを往復走行させてインゴットを切断するワイヤソーにおいて、
   上記ライニング材に埋め込まれた導電性を有する円筒メッシュ状の深溝検出子と、
   この深溝検出子にワイヤが電気的に接続された状態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、インゴットの切断作業を停止する台金損傷防止手段とを有するワイヤソー。
2. ローラ胴部である台金、および、この台金の外周面に被覆されて、ワイヤソー用のワイヤが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ワイヤソー用ローラにおいて、
   上記ライニング材には導電性を有する円筒メッシュ状の深溝検出子が埋め込まれたワイヤソー用ローラ。

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