JP3700342B2 - Wire saw and workpiece cutting method using the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体材料、磁性材料または水晶などの硬質材料を、引抜鋼線などのワイヤ(ワイヤ列)に砥粒を作用させながら切断するワイヤソーおよびこのワイヤソーを用いたワーク切断方法に関する。詳しくは、ワークを切断するワイヤとワーク切断部との間に、走行中、常に充分な量の砥液を供給して、ワーク切断時の砥粒切れを防ぎ、この砥粒切れを原因とした諸々の不具合を解消したワイヤソーおよびそのワーク切断方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ワイヤソーは、例えばシリコン単結晶インゴットなどのワークを、走行するワイヤにより複数部分に切断する装置である。すなわち、純水、切削オイルなどの分散剤に、アルミナ、SiCなどの遊離砥粒(以下単に砥粒という場合がある)を配合した砥液を連続供給しながら、一方向走行または往復走行するワイヤ(ワイヤ列)にワークを相対的に押し付けて、そこに発生するワークと砥粒間の研削作用により、ワークを複数の加工物に切断する。
以下、図6〜図8を参照しながら、ワイヤソーによるワーク切断状況を具体的に説明する。
図6は、従来手段に係るワイヤソーを用いたワークの切断作業状態におけるワーク軸線を含む面に沿った断面図である。図7は、同ワークの切断作業状態におけるワーク軸線に直交する面に沿った断面図である。図8(a)は、図7のa点付近におけるワイヤ軸線に垂直な面での断面拡大図である。図8(b)は、図7のb点付近におけるワイヤ軸線に垂直な面での断面拡大図である。
【0003】
図6に示すように、従来のワイヤソーによる円柱形状のインゴットであるワークIの切断時には、上方から砥粒を含む砥液を供給しながら、ワークIの切断溝の奥側にある切断部に、往復走行するワイヤ列100の各ワイヤを相対的に押し付けて、ワークIが切断される。
これは、供給された砥液中の砥粒が、ワイヤ列100の走行運動と押し付け力により、一部が転がりながら、この切断部に激しく擦り付けられることで、少量ずつ連続的にワークIの破砕や切削による切断が進行することによる。
【0004】
ところで、このようにワークIを切断する場合、ワークIが円柱形状であるので、図7に示すように、ワイヤ列100のワークIへの切込点aから切抜点bまでの切断部距離dは、ワークIの切断進行に応じて変化する。その最大値の箇所が、ワークIの直径部分である。
切断部距離dの最大値は、最近の大口径化しつつあるシリコン単結晶インゴットの場合、150〜300mmまで達する。しかしながら、切断部距離dの長大化に伴って、ワークIの切断効率の低下も大きくなっている。
【0005】
この理由としては、次の2点が挙げられる。すなわち、(1)ワークIの切断部の切断後半部分では、ワイヤの強力な押し付け力により、ワークIの切断溝の奥側にある切断部と、走行中のワイヤとの間にあった砥粒が徐々に押し出される(図8(a),(b)参照)。(2)切断時にワークIの切断部から砥液中に排出される切断屑であるチップが、しだいに砥液中に溜まる分だけ、砥粒が切断部から押し出される。これらの(1),(2)の現象によって、切断に有効に働く切断部とワイヤとの間の砥粒の総数が低減(以下、これを砥粒切れという)するためである。
【0006】
この砥粒切れ現象は、従来のワイヤソー工程に、様々な弊害をもたらす要因となっている。
すなわち、砥粒切れの切断能率への直接的な影響としては、切断速度の抑制が挙げられる。
例えば、ワイヤの全長を一方向へ1回だけ走行させてワークIを切断する一方向走行モードにおいて、切断部距離dの切抜点b付近は、切込点a付近に比べて砥粒が不足している。この結果、この部分の切断速度が低下して、ワイヤ断線が起こりやすい。そこで、これを避けるため、大口径ワークの場合には、通常、実操時のワイヤの走行速度を、小口径ワークのそれに対して30〜50%以上も下げている。
また、図7に示すようなワイヤを往復走行させてワークIを切断する往復走行モードでは、ワイヤの走行方向が切り換わるたびに、アイドリングが行われる。すなわち、切込点a、切抜点bの入れ代わりに対応する周期での切断速度の変動反復が切断部距離dの両端部で発生し、その中間部では、正逆走行とも同一レベルの切断速度が実現される。この結果、他の切断条件が同一の時、全体としての切断速度は、通常、切込点a付近での切断可能速度の15〜25%以上も低い値に設定している。
【0007】
その他、例えば切断後のワークの寸法精度にも砥粒切れの影響がある。すなわち、一方向走行モードの切込点a側では、切断能率が良いので、切り代が大きく、切抜点bの側では小さい。これにより、平行に走行するワイヤ列での切断の場合、得られるワーク、例えばウェーハまたは薄板の厚さ分布は、a点側が薄くてb点側が厚いテーパ状となる。しかも、この厚さムラは、10〜20μmを超えるほど大きくなる。高精度の寸法が要求される半導体などの分野では、この厚さムラを後工程で、ラップやグラインドなどの機械加工により除去する必要があり、原料結晶および加工の歩留り低下と加工コストの増加を招いている。
【0008】
ワークIが大口径化する傾向にある半導体などの産業分野では、このような従来のワイヤソーの弱点をカバーするために、幾つかの提案がなされている。
例えば、切断速度の大幅低下をカバーするため、ワイヤの走行速度を小口径ワークでの100〜300m/分程度から、400〜1000m/分程度に上昇させ、切断速度を小口径品並に近づけ、また同時にワイヤの単位長さ当たり(同一切断負荷当たり)の磨耗量を低減させて、ワイヤ張り替え作業による作業能率低下を防ぐ手段がとられている。
しかしながら、この方法では、繰出リールに巻回されるワイヤ量が増えてしまう。例えば直径180μmのスチールワイヤを長さ300〜500m使用する必要があり、この場合、その重さは60〜100kgとなる。この結果、これを使用するワイヤソーの巨大化、設備費の巨額化を招いている。
【0009】
ところで、従来、ワイヤ列の各ワイヤを軸線回りに回転させるワイヤソーとして、例えば実開昭59−14136号公報のものや、特開平9−70747号公報のものが知られている。
前者の従来手段は、走行中のワイヤ列を切断部から外れた位置において、2本のローラで挟みつけながら、これらのローラの相対的な往復移動により生じる回転力によって、ワイヤ列の各ワイヤの軸線周りに一括して往復回転させる装置である。
また、後者の従来手段は、ワークをワイヤ列に押し付ける移動台を、溝ローラの回転軸が位置する側に設置することで、ワイヤが溝ローラ間で1ピッチ分ずつずれた状態で巻回されており、このワイヤソーの構造下で、ワイヤが各溝ローラのワイヤ溝を乗り換えるたびに、ワイヤが自然に少しずつ捩れるのを利用した装置である。これにより、ワイヤの偏磨耗と、ワーク切断面の波打ちとを低減することができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の従来手段では、ワイヤ列を高速走行させると、ローラ間で挟み込みながらのワイヤの回転がローラ周面で滑ってしまう。これにより、ワイヤが偏磨耗して生じるワーク切断面の切断方向とは反対方向での波打ちを再び問題化させてしまう。
一方、後者の従来手段では、例えば使用ワイヤが新線の場合には、このワイヤを2〜4回使った後でなければ、目的の効果が充分に得られないという問題点があった。これは、添付の明細書中の実施例データに裏付けられている。すなわち、データによれば、作用、効果が不充分であるだけでなく、前述した大口径ワーク物の砥粒切れに基づく問題(切断能率低下、切断精度不足、歩留り低下)や、高速ワイヤ走行に伴う問題(ワイヤリールおよび装置の重量化)は解決されない。
【0011】
【発明の目的】
この発明は、ワークを切断するワイヤ(ワイヤ列)と、ワーク切断溝の切断部との間に、走行中、常に充分な量の砥液を供給することができるようにして、ワーク切断時の砥粒切れを防ぎ、これにより切断効率を高位安定化させ、高い切断速度や高精度の切断面を確保し、しかも切断後ワークの厚さムラを低減して、原料からのワーク収率向上や、後工程の簡略化、ワイヤの磨耗量や偏磨耗量の低減、そしてワイヤ断線の低減によるワイヤの長寿命化を実現することを、その目的としている。さらに、この発明は、比較的簡単かつ安価な構造で、ワイヤを安定的にパルス状に変位させることができるワイヤソーを提供することも、その目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、繰出リールから繰り出されたワイヤを、互いに離間した複数本の溝ローラ間に架け渡してワイヤ列を形成し、遊離砥粒を含む砥液を供給しながら、このワイヤ列を走行させて、被加工物であるワークを複数部分に切断し、この切断後のワイヤが巻取リールに巻き上げられるワイヤソーにおいて、ワーク切断時に、ワイヤ列のワークとの接触部分をワークの切断方向とは反対方向へパルス状に変位させるパルス変位手段を設け、このパルス変位手段が、外周面の一箇所に、走行するワイヤ列に当接することで、このワイヤ列をパルス状に変位させるパルス変位突起が突設されたパルス変位ローラを有しているワイヤソーである。
なお、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、ワークをワイヤに押圧接触させて切断する構造でも、反対にワイヤをワークに押圧して切断する構造のものでもよい。また、ワイヤが水平方向に走行するタイプでも、垂直その他の方向に走行するタイプでもよい。さらに、ワークの押圧方向がそのワイヤ走行面び対していずれの側から押圧する形式のものでもよい。また、ワイヤの走行方向は、一方向への走行でも、往復走行でもよい。
さらに、パルス変位手段によりパルス状に変位(以下、パルス変位という場合がある)させられるワイヤの部分は、ワーク切断時の少なくともワークとの接触部分であればよい。したがって、例えばワイヤ全長でもよい。ここでいうパルス状の変位とは、振幅が定常状態から所定の変位状態にまで瞬間的に遷移し、これを有限の時間だけ持続して元の状態に戻るパルスのような変位をいう。
【0013】
そして、切断用の砥液は、ワイヤに砥粒が固定された固定砥粒方式では遊離砥粒を含まない水であってもよい。遊離砥粒を用いる場合でも、前述したように、多様な適用可能な砥粒と砥液がある。例えば、砥液としては、平均粒径が約25μm程度のSiC砥粒20kgを20リットルのラップオイル中に配合して、粘度230〜250cpとしたものなどが採用できる。また、砥液供給装置も、どのような構造、機能のものでもよい。
また、ワイヤの走行経路に設置された諸機構は、パルス変位手段によるワイヤのパルス変位を妨げるものでない限り、どのようなものでもよい。
【0014】
次いで、パルス変位手段としては、カムなどの機械的な手段によりワイヤをパルス変位させるものなどが挙げられる。この場合におけるワイヤのパルス状の変位とは、いずれも張設されたワイヤがその軸線と垂直方向であり、かつ切断方向とは反対方向およびこれとは逆向きに所定の振幅を有して変位させられることをいう。
【0015】
ワイヤの振幅は、使用される砥液中に含まれる砥粒の平均粒径と同等程度もしくはそれ以上が必要である。特に砥粒径の0.5〜3.0倍が好ましい。砥粒径の0.5倍未満では砥液の交換補給が不充分となり、砥粒径の3.0倍を超えると、ワークを切断しない時間(パルス変位時間)が長くなり、ワイヤが切断作用に寄与する時間が短くなって、切断速度の低下を招くおそれがある。
いずれにしても重要なのは、ワーク切断中のワイヤをパルス状に変位(軸線と直交面内で変位)させ、ワイヤとワークの切断部との間に強制的に隙間をあけて、負圧により、この隙間に砥液とともに砥粒を補充することである。
【0016】
【0017】
なお、この発明が適用されるマルチワイヤソーはどのような種類のものでもよい。例えば、ワークをワイヤ列に押圧接触させて切断するものでも、反対にワイヤ列をワークに押接して切断するものでもよい。また、ワイヤ列が水平方向でも垂直その他の方向で走行するものでもよく、ワークの押接がそのワイヤ走行面のどちら側から押接するものでもよい。溝ローラの本数も、互いに所定間隔で離間する2本以上であればよい。また、ワイヤ列の走行は、一方向走行でも往復走行でもよい。
【0018】
ここでいうパルス変位ローラとは、例えば外周面にパルス変位突起が突設されたカムローラなどが挙げられる。このローラは、ワイヤレベルを安定して定位置に維持する軌跡を有し、パルス変位突起に当接した時のみ、ワイヤに対して切断方向とは反対方向へ瞬時にパルス状の変位を与えるものでなければならない。
カムローラの駆動部としては、電動モータ、エアシリンダ、電動シリンダ、油圧シリンダ、送りねじ機構など各種のものが採用できる。
【0019】
パルス変位突起のローラ周面における形成位置、この突起の形状などは、(1) ワイヤ変位時に、ワイヤおよびワークの切断部の隙間に砥液中の遊離砥粒を流入して新鮮な砥粒を補充可能であり、しかも(2) ワーク切断時において、ワイヤが切断作用に寄与する時間がそれほど短くならずに、ワークの切断速度をあまり低下させない、という2つの条件を満足させた上での変更であれば、限定されない。
【0020】
【0021】
なお、現在行われているシリコン単結晶などの半導体材料のワイヤソーでは、ワイヤの走行速度が5〜15m/分で直径150〜200mmの円柱形ワークを切断するのが一般的である。よって、切断中にワイヤの各点がワークに圧接して離脱するまでの時間は、10〜40ミリ秒程度である。
そこで、この数値の1/10以下、好ましくは1〜4ミリ秒の累積パルスの合計デェレーションタイムのパルス状変位を、その間に1〜10回、好ましくは2〜5回程度与える。この場合、通常用いられている配合の砥液でこの発明の効果が得られる。
【0022】
請求項2に記載の発明は、遊離砥粒を含む砥液を被加工物であるワークに供給しながら、走行するワイヤにこのワークを押し付けることにより、ワークを切断するワイヤソーを用いたワーク切断方法において、ワーク切断時にワイヤのワークとの接触部分をパルス状に変位させて、この変位時にワイヤとワークの切断部との間に形成された隙間に、砥液中の遊離砥粒を流入して補充し、このワイヤの振幅は上記遊離砥粒の平均粒径の0.5〜3.0倍とするとともに、上記パルス状の変位は、このワイヤがワークへ圧接してから離脱するまでの時間の1/10以下の間隔で与えられたワイヤソーを用いたワーク切断方法である。
【0023】
【作用】
請求項1に記載のワイヤソーおよび請求項2に記載のワイヤソーでのワーク切断方法によれば、遊離砥粒を含む砥液を供給しながら、走行するワイヤ列にワークを相対的に押し付けて、その研削作用により、ワークを切断する。
この際、走行するワイヤのワークとの接触部分が、パルス変位手段によって強制的にワークの切断方向とは反対方向へパルス変位させられる。これにより、ワイヤ送り速度に拘らず、ワイヤのワークとの接触部分をパルス変位できる。しかも、この変位が行われるごとにワイヤとワークの切断部との間に隙間があき、このとき発生する負圧力により、隙間内へ砥液が流入して砥粒が補充される。この結果、ワイヤの磨耗量は軸線周りに比較的均一となり、偏磨耗による断線は大幅に軽減され、ワイヤ寿命の延長が図られ、ワイヤソーのランニングコストの低減が実現される。
【0024】
例えば、ワイヤを300〜1000m/分の高速走行させると、ワーク切断中、ワイヤがワークに切り込んでから切り抜けるまでの切断部距離内を走行している時間は、大口径ワーク(例えば直径150〜300mmのインゴット)でも9〜60ミリ秒と短い。この間に、ワイヤの切断部への押し付け力による切断部からの砥液の押し出しや、切断時に排出されるワークチップの切断部での溜まりを原因とした砥粒濃度の希釈化が進行する。
【0025】
ところで、ワイヤの軸線回り方向において、ワークの切断部に対向している側とは反対側のワイヤ部分は、ワークの切断溝に供給されている新鮮な砥液と接している。そこで、ワイヤをパルス変位させて、この変位時に発生した負圧力により、ワイヤとワークの切断部と隙間に新鮮な砥液を強制的に流入させて砥粒の補充を行い、ワイヤの切断部周面に、常に切断に充分な量の砥粒を確保する。
この結果、従来法で発生していた砥粒切れ現象は発生しないことが確認され、ワークの切断速度は小口径ワーク相当の0.8〜1.0mm/分に上昇し、同時に一方向走行式ではワーク面テーパーが3〜5μm、往復走行式では、平面平坦度が3μmより大きいものが、大口径ワーク、高速走行条件で実現することができることがわかった。
【0026】
特に、駆動部によりパルス変位ローラを可動させて、パルス変位ローラによってワイヤをパルス変位させるので、比較的簡単な機構により、かつ安定したタイミングでワイヤのワークとの接触部分をパルス変位させることができる。これにより、上述した効果を有するワイヤソーを小型化することができ、かつ設備コストも低減することができる。
【0027】
【0028】
【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。まず、この発明の第1実施例に係るワイヤソーおよびそのワーク切断方法を説明する。
図1はこの発明の第1実施例に係るワイヤソーの斜視図であり、図2は同パルス変位手段によるワイヤのパルス変位状況を示す説明図であり、図3は同インゴットの切断中の説明図であり、図4(a)は図3のa部分の拡大断面図であり、図4(b)は図3のb部分の拡大断面図である。
【0029】
図1において、10はワイヤソーであり、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で直径200mmのインゴットI(ワーク)を、最大500枚の例えば厚さ900μmの多数枚のウェーハにワイヤ切断する装置であり、多数本のワイヤ11aを横一列に束ねたワイヤ列11を有している。ワイヤ列11は、三角形状に配置された3本の溝ローラ12間で、往復または一方向に走行される。具体的に言えば、図外の繰出リールから繰り出されたワイヤを、互いに離間した3本の溝ローラ12間に架け渡してワイヤ列11を形成し、このワイヤ列11を最大速度1000m/分で走行させてインゴットIを切断し、この切断後のワイヤを図外の巻取リールに巻き取るものである。
溝ローラ12の両側上方には、砥液をワイヤ列11上に連続供給する一対の砥液供給部13が配設されている。砥液は、例えばラップオイル20リットルにSiC製の平均粒径25μmの砥粒20kgが配合された、粘度230〜250cp程度のものである。インゴットIは、カーボンベッド14を介して昇降台15に装着されている。
【0030】
また、図1および図2に示すように、両砥液供給部13の砥液吐出口の下方付近には、それぞれ一定時間ごとにワイヤ列11の各ワイヤ11aをパルス変位させる長尺なパルス変位突起16aが突設されたカム部材の一例であるパルス変位ローラ16が、溝ローラ12に平行に一対配置されている。各パルス変位ローラ16の一端部には、パルス変位ローラ16を0〜6000rpmで回転させる駆動部の一例である電動モータ17が、図外の動力伝達系を介して連結されている。パルス変位突起16aは、パルス変位ローラ16の軸線に沿って、ローラ外周面の全長にわたって突設されている。電動モータ17により各パルス変位ローラ16を回転すると、パルス変位ローラ16がワイヤ列11下で回転し、これにより一定タイミングごとにパルス変位突起16aによって各ワイヤ11aが弾かれる。これらのパルス変位ローラ16および電動モータ17により、インゴット切断時に、ワイヤ列11のインゴットIとの接触部分をパルス変位させるパルス変位手段18が構成される。
なお、図2〜図4において、IaはインゴットIのワイヤ11aによる切断溝、xは砥液中に含まれる砥粒である。
【0031】
次に、このワイヤソー10を用いた第1実施例に係るワイヤソーのワーク切断方法を説明する。
図1に示すように、ワイヤソー10は、砥液を砥液供給部13から供給しながら、3本の溝ローラ12間でワイヤ列11を600m/分で往復走行させる。このワイヤ列11の往復走行時に、下方からインゴットIをワイヤ列11へ押し付けることで、図2に示すように、インゴットIが、順次、接触長さの短い切断始端部、接触長さの長い切断中央部、接触長さの短い切断終端部へと徐々に切断される。すなわち、ワイヤ列11の往復走行時に、砥液中の砥粒xがワイヤ列11の各ワイヤ11aにより、切断溝Iaの底部、すなわち切断部に押し付けられながら転がったり、切削しながら移動するので、インゴットIの表面が徐々に削り取られ、最終的にインゴットIは多数枚のウェーハに切断される。
【0032】
この際、図1に示すように、パルス変位手段18を用いて、走行するワイヤ11aのインゴットIとの接触部分を強制的に、インゴットIの切断方向とは反対方向へパルス状に変位させる。すなわち、インゴット切断中、常時、電動モータ17によりパルス変位ローラ16を6000rpmで回転しておくと、1/100秒ごと(ワイヤ走行距離で言えば0.1mごと)に、ローラ外周面から突出するパルス変位突起16aが、ワイヤ列11の各ワイヤ11aを弾く。このときの各ワイヤ11aのパルス変位幅は、パルス変位ローラ16の基準円周面からの高さにより決定され、インゴットIの切断部において30μm程度である。このようにワイヤ11aをパルス変位させると、この変位と同時に、ワイヤ11aとインゴットIの切断部との間に隙間があき、このとき発生する負圧力によって、この隙間へ新鮮な砥液が流れ込んで砥粒xが補充される。
図5は、第1実施例に係るインゴット切断中におけるワイヤのパルス変位を表すグラフ参照である。この図5に示すように、ワイヤ11aは、常時、少なくとも砥粒1個分の高さを維持してインゴットIを切断している。また、この切断中、パルス変位ローラ16を用いて、一定のパルス周期でかつパルス幅で、ワイヤ11aをパルス変位させると、図示した波形のパルス状変位振幅が発生する。
【0033】
このため、ワイヤ送り速度が高速度であっても、ワイヤ11aの磨耗量は軸線周りに均一となり、偏磨耗による断線は発生しにくくなって、ワイヤ寿命の延長が図られ、ワイヤソー10のランニングコストの低減が実現される。
しかも、パルス変位ローラ16を回転して、一定時間ごとにパルス変位突起16aによりワイヤ11aを弾くようにしたので、比較的簡単な機構により、かつ安定的にワイヤ11aのインゴットIとの接触部分をパルス変位できる。この結果、ワイヤソー10を小型化でき、かつ設備コストも低減することができる。
【0034】
さらに、ワイヤ11aの正逆いずれの走行方向時でも、従来通りにインゴット11の切断溝Iaの切断前半部分は良好に切断できるとともに(図4(a),図8(a)も参照)、従来では砥液切れが起きていた切断溝Iaの切断後半部分においても、通常濃度の砥粒xを含む砥液を十分な量を送り込んで、この部分を含み切断全体を良好に切断することができる(図4(b),図8(b)も参照)。この結果、比較的ワイヤ11aに対する異常磨耗(偏磨耗)や断線などのダメージを起こすこともなく、また均一摩耗のため、ワイヤ寿命も5〜7割長くなり、ランニングコストが低減しながら、インゴットIの高い切断速度(0.8〜1.0mm/分)を保ちつつ切断できる。
さらに、切断直後のウェーハの厚さムラが低減し、その分、インゴットIの1本当たりのウェーハの収率が増大し、かつ切断直後のウェーハの反りも低減して、さらにまたラッピング時のウェーハの割れも低減した。なお、往復走行するワイヤ11aの両パルス変位ローラ16によるパルス変位は、それぞれインゴットIの切込側のパルス変位ローラ16だけを作動させるようにしても、インゴットIの切抜側のパルス変位ローラ16だけを作動させるようにしても、また両パルス変位ローラ16を同時に作動させてもよい。
【0035】
この第1実施例のワイヤソー10を用いた実験例を述べると、例えばこのパルス状のワイヤ変位によるインゴットIの有効切断時間ロスが10%程度に大きく設定された条件下でも、インゴットIの切断速度は従来法(例えば0.5mm/分)と比べて、30%程度向上した。
また、切断されたウェーハの形状精度は大幅に改善された。すなわち、平坦度3μm以下、平行度5μm以下の直径200mmのシリコンウェーハを容易に得ることができた。
【0036】
【0037】
【0038】
【発明の効果】
この発明のワイヤソーおよびそのワーク切断方法によれば、ワーク切断時にワイヤのワークとの接触部分をパルス状に変位させて、ワイヤとワークの切断部との隙間に、砥液を流入させるようにしたので、砥液中の遊離砥粒を、常に充分な量だけワークの切断部に供給することができる。これにより、ワーク切断部の砥粒切れ現象が解消され、切断効率を高位安定化でき、かつ高い切断速度、高精度の切断面が確保されて切断後ワークの厚さムラが低減し、原料からのワーク収率の向上や後工程の簡略化、ワイヤの磨耗量や偏磨耗の低減が図れ、しかも断線の減少による長寿命化が実現することができる。
【0039】
特に、ワイヤ列の各ワイヤをパルス変位手段により一括してパルス変位させるようにしたので、ワークを一度に複数に切断することができるマルチワイヤソーにも、この発明を良好に適用することができる。
【0040】
また、駆動部によりパルス変位ローラを可動させて、パルス変位突起をワイヤに当てることでパルス変位させるようにしたので、比較的簡単な機構により、かつ安定的な一定のタイミングで、ワイヤのワークとの接触部分をパルス変位できる。この結果、ワイヤソーを小型化でき、かつ設備コストの高騰をも防止できる。
【0041】
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1実施例に係るワイヤソーの斜視図である。
【図2】 同パルス変位手段によるワイヤのパルス変位状況を示す説明図である。
【図3】 同インゴットの切断中の説明図である。
【図4】 (a)は図3のa部分の拡大断面図である。
(b)は図3のb部分の拡大断面図である。
【図5】 第1実施例に係るインゴット切断中におけるワイヤのパルス変位を表すグラフ。
【図6】 従来手段に係るワイヤソーを用いたワークの切断作業状態におけるワーク軸線方向の面に沿った断面図である。
【図7】 同ワークの切断作業状態におけるワーク軸線方向に直交する面に沿った断面図である。
【図8】 (a)は、図7のa点付近におけるワイヤ走行方向に垂直な面での断面拡大図である。
(b)は、図7のb点付近におけるワイヤ走行方向に垂直な面での断面拡大図である。
【符号の説明】
10 ワイヤソー、
11 ワイヤ列、
11a ワイヤ、
12 溝ローラ、
16 パルス変位ローラ、
16a パルス変位突起、
17 駆動部、
18,30 パルス変位手段、
31 電磁コイル、
33 パルス信号発生装置、
I インゴット(ワーク)、
x 砥粒(遊離砥粒)。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a wire saw that cuts a hard material such as a semiconductor material, a magnetic material, or quartz while acting abrasive grains on a wire (wire array) such as a drawn steel wire, and a work cutting method using the wire saw. Specifically, a sufficient amount of abrasive fluid is always supplied between the wire that cuts the workpiece and the workpiece cutting section during traveling to prevent abrasive grain breakage during workpiece cutting, and this abrasive grain breakage is the cause. The present invention relates to a wire saw that solves various problems and a method for cutting the workpiece.
[0002]
[Prior art]
  A wire saw is a device that cuts a workpiece such as a silicon single crystal ingot into a plurality of parts by a traveling wire. That is, a wire that travels in one direction or reciprocates while continuously supplying an abrasive liquid containing free abrasive grains such as alumina and SiC (hereinafter sometimes simply referred to as abrasive grains) in a dispersant such as pure water and cutting oil. The workpiece is relatively pressed against the (wire array), and the workpiece is cut into a plurality of workpieces by the grinding action between the workpiece and abrasive grains generated there.
  Hereinafter, the workpiece cutting state by the wire saw will be specifically described with reference to FIGS.
  FIG. 6 is a cross-sectional view along a plane including a workpiece axis in a workpiece cutting operation state using a wire saw according to a conventional means. FIG. 7 is a cross-sectional view along a plane orthogonal to the workpiece axis in the cutting work state of the workpiece. FIG. 8A is an enlarged cross-sectional view of a plane perpendicular to the wire axis in the vicinity of point a in FIG. FIG. 8B is an enlarged cross-sectional view of a plane perpendicular to the wire axis in the vicinity of the point b in FIG.
[0003]
  As shown in FIG. 6, at the time of cutting the workpiece I which is a cylindrical ingot by a conventional wire saw, while supplying abrasive liquid containing abrasive grains from above, on the cutting portion on the back side of the cutting groove of the workpiece I, The workpiece I is cut by relatively pressing each wire of the wire row 100 that reciprocates.
  This is because the abrasive grains in the supplied abrasive liquid are rubbed violently against this cutting part while partly rolling by the running motion and pressing force of the wire row 100, so that the workpiece I is continuously crushed little by little. Or by cutting by cutting.
[0004]
  By the way, when the workpiece I is cut in this way, since the workpiece I has a cylindrical shape, as shown in FIG. 7, the cutting portion distance d from the cutting point a to the cutting point b of the wire row 100 to the workpiece I is shown. Changes according to the cutting progress of the workpiece I. The location of the maximum value is the diameter portion of the workpiece I.
  In the case of a silicon single crystal ingot whose diameter has recently been increased, the maximum value of the cut distance d reaches 150 to 300 mm. However, as the cutting distance d increases, the cutting efficiency of the workpiece I decreases greatly.
[0005]
  There are two reasons for this. That is, (1) In the latter half portion of the cutting portion of the workpiece I, the abrasive grains that are between the cutting portion on the far side of the cutting groove of the workpiece I and the running wire are gradually increased by the strong pressing force of the wire. (See FIGS. 8A and 8B). (2) Abrasive grains are pushed out from the cutting portion as much as chips, which are cutting waste discharged from the cutting portion of the workpiece I into the abrasive liquid during cutting, are gradually accumulated in the abrasive liquid. This is because the phenomena (1) and (2) reduce the total number of abrasive grains between the cutting portion and the wire that effectively work for cutting (hereinafter referred to as abrasive grain breakage).
[0006]
  This abrasive grain breakage phenomenon is a factor that causes various harmful effects to the conventional wire saw process.
  That is, as a direct influence on the cutting efficiency of cutting of abrasive grains, suppression of cutting speed can be mentioned.
  For example, in the one-way traveling mode in which the entire length of the wire is moved only once in one direction and cuts the workpiece I, the vicinity of the cutting point b at the cutting portion distance d has insufficient abrasive grains compared to the vicinity of the cutting point a. ing. As a result, the cutting speed of this portion is reduced and wire breakage is likely to occur. Therefore, in order to avoid this, in the case of a large-diameter workpiece, the traveling speed of the wire during actual operation is usually lowered by 30 to 50% or more compared to that of the small-diameter workpiece.
  In the reciprocating mode in which the wire I is reciprocated and the workpiece I is cut as shown in FIG. 7, idling is performed each time the traveling direction of the wire is switched. That is, the cutting speed fluctuation repetition in the corresponding period occurs at both ends of the cutting distance d in place of the insertion of the cutting point a and the cutting point b. Realized. As a result, when other cutting conditions are the same, the cutting speed as a whole is usually set to a value that is 15 to 25% or more lower than the cutting speed near the cutting point a.
[0007]
  In addition, for example, the dimensional accuracy of the workpiece after cutting is also affected by abrasive grains. That is, the cutting efficiency is good on the cut point a side in the one-way traveling mode, so that the cutting allowance is large and small on the cut point b side. Thereby, in the case of cutting with a wire array running in parallel, the thickness distribution of the obtained workpiece, for example, a wafer or a thin plate, is tapered so that the a point side is thin and the b point side is thick. Moreover, the thickness unevenness increases as it exceeds 10 to 20 μm. In areas such as semiconductors where high-precision dimensions are required, this uneven thickness must be removed by machining such as lapping and grinding in the subsequent process, which reduces the raw material crystal and processing yield and increases processing costs. Invited.
[0008]
  In an industrial field such as a semiconductor in which the workpiece I tends to have a large diameter, several proposals have been made to cover such weak points of the conventional wire saw.
  For example, in order to cover a significant decrease in the cutting speed, the wire traveling speed is increased from about 100 to 300 m / min with a small-diameter workpiece to about 400 to 1000 m / min, and the cutting speed is brought close to that of a small-diameter product, At the same time, measures are taken to reduce the amount of wear per unit length of the wire (per same cutting load) and to prevent a reduction in work efficiency due to wire replacement work.
  However, this method increases the amount of wire wound around the supply reel. For example, it is necessary to use a steel wire having a diameter of 180 μm and a length of 300 to 500 m. In this case, the weight is 60 to 100 kg. As a result, a wire saw using the same has become enormous and equipment costs have increased.
[0009]
  By the way, conventionally, as a wire saw for rotating each wire of a wire row around an axis, for example, one disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 59-14136 or one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-70747 is known.
  The former conventional means uses a rotational force generated by the relative reciprocation of these rollers while sandwiching the running wire row with two rollers at a position away from the cutting portion. It is a device that reciprocally rotates around the axis.
  In the latter conventional means, the wire is wound in a state in which the wire is shifted by one pitch between the groove rollers by installing a moving table that presses the workpiece against the wire row on the side where the rotary shaft of the groove roller is located. Under the structure of the wire saw, the wire is naturally twisted little by little every time the wire changes over the wire groove of each groove roller. Thereby, the partial wear of a wire and the waviness of a workpiece cutting surface can be reduced.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
  However, in the former conventional means, when the wire row is run at a high speed, the rotation of the wire while being sandwiched between the rollers slips on the circumferential surface of the roller. As a result, undulation in the direction opposite to the cutting direction of the workpiece cut surface caused by uneven wear of the wire is caused again.
  On the other hand, in the latter conventional means, for example, when the wire used is a new wire, there is a problem that the intended effect cannot be obtained sufficiently unless the wire is used 2 to 4 times. This is supported by the example data in the accompanying specification. That is, according to the data, not only the effects and effects are not sufficient, but also the above-mentioned problems due to abrasive grain breakage of large-diameter workpieces (decrease in cutting efficiency, insufficient cutting accuracy, decrease in yield) and high-speed wire running The associated problems (wire reel and equipment weight) are not solved.
[0011]
OBJECT OF THE INVENTION
  According to the present invention, a sufficient amount of abrasive liquid can be always supplied between the wire (wire array) for cutting the workpiece and the cutting portion of the workpiece cutting groove during traveling, Prevents abrasive grain breakage, stabilizes the cutting efficiency at a high level, secures a high cutting speed and high-accuracy cutting surface, reduces uneven thickness of the workpiece after cutting, improves workpiece yield from raw materials, The purpose is to realize a long life of the wire by simplifying the post-process, reducing the amount of wear and uneven wear of the wire, and reducing the wire breakage. Another object of the present invention is to provide a wire saw capable of stably displacing a wire in a pulse shape with a relatively simple and inexpensive structure.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In the first aspect of the present invention, the wire fed from the feeding reel is bridged between a plurality of groove rollers spaced apart from each other to form a wire row, and while supplying abrasive liquid containing free abrasive grains, In a wire saw in which a workpiece, which is a workpiece, is cut into a plurality of parts by running a wire row, and the wire after the cutting is wound up on a take-up reel, the contact portion of the wire row with the workpiece is cut when the workpiece is cut. Pulse displacement means for displacing in a pulse shape in the direction opposite to the cutting direction is provided, and this pulse displacement meansIn one place on the outer peripheral surface,It is a wire saw having a pulse displacement roller provided with a pulse displacement protrusion that makes a pulse-like displacement of the wire row by contacting the traveling wire row.
  The wire saw to which the present invention is applied may be of any type. For example, the structure may be such that the workpiece is pressed against the wire and cut or the wire is pressed against the workpiece and cut. Further, the wire may be of a type that travels in the horizontal direction, or may be a type that travels in the other direction. Furthermore, the thing of the type which the pressing direction of a workpiece | work presses against the wire running surface from which side may be sufficient. The traveling direction of the wire may be traveling in one direction or reciprocating.
  Furthermore, the portion of the wire that is displaced in a pulse shape by the pulse displacing means (hereinafter sometimes referred to as pulse displacement) may be at least a portion that contacts the workpiece when cutting the workpiece. Therefore, for example, the total length of the wire may be used. The pulse-like displacement here means a displacement such as a pulse in which the amplitude instantaneously changes from a steady state to a predetermined displacement state, and this continues for a finite time and returns to the original state.
[0013]
  And the abrasive liquid for cutting | disconnection may be the water which does not contain a free abrasive grain in the fixed abrasive system with which the abrasive grain was fixed to the wire. Even when loose abrasive grains are used, there are various applicable abrasive grains and abrasive liquids as described above. For example, as the abrasive, 20 kg of SiC abrasive grains having an average particle diameter of about 25 μm and 20 liters of lap oil to have a viscosity of 230 to 250 cp can be used. The abrasive liquid supply device may have any structure and function.
  Any mechanism may be installed in the wire travel path as long as it does not prevent the pulse displacement of the wire by the pulse displacement means.
[0014]
  Next, examples of the pulse displacing means include a means for pulsing the wire with mechanical means such as a cam. In this case, the pulse-like displacement of the wire means that the stretched wire is perpendicular to its axis and has a predetermined amplitude in the opposite direction to the cutting direction and in the opposite direction. It means being allowed to.
[0015]
  The amplitude of the wire needs to be about the same as or larger than the average particle size of the abrasive grains contained in the used abrasive liquid. In particular, 0.5 to 3.0 times the abrasive grain size is preferable. If the abrasive grain size is less than 0.5 times, the replacement of the abrasive fluid becomes insufficient. If the abrasive grain size exceeds 3.0 times, the time during which the workpiece is not cut (pulse displacement time) becomes longer, and the wire is cut. There is a possibility that the time for contributing to the process will be shortened and the cutting speed will be lowered.
  In any case, what is important is that the wire during workpiece cutting is displaced in a pulsed manner (displaced in a plane perpendicular to the axis), and a forcible gap is formed between the wire and the workpiece cutting portion, and negative pressure is applied. It is to replenish the abrasive grains together with the abrasive liquid in this gap.
[0016]
[0017]
  Note that the multi-wire saw to which the present invention is applied may be of any type. For example, the workpiece may be cut by bringing the workpiece into contact with the wire row, or conversely, the workpiece may be cut by pushing the wire row against the workpiece. Further, the wire row may travel in the horizontal direction, vertical or other directions, and the workpiece may be pressed from either side of the wire traveling surface. The number of groove rollers may be two or more that are spaced apart from each other at a predetermined interval. The wire train may be unidirectional or reciprocating.
[0018]
  As used herein, the pulse displacement roller includes, for example, a cam roller having a pulse displacement protrusion protruding from the outer peripheral surface. This roller has a trajectory that stably maintains the wire level at a fixed position, and applies a pulse-like displacement instantaneously to the wire in the direction opposite to the cutting direction only when contacting the pulse displacement protrusion. Must.
  As the drive unit of the cam roller, various types such as an electric motor, an air cylinder, an electric cylinder, a hydraulic cylinder, and a feed screw mechanism can be adopted.
[0019]
  Formation position of the roller displacement protrusion on the roller peripheral surface,The shape of this protrusion is(1) When the wire is displaced, it is possible to replenish fresh abrasive grains by flowing loose abrasive grains in the gap between the wire and the workpiece cutting section, and (2) when cutting the workpiece, the wire is cut. There is no limitation as long as it is a change that satisfies the two conditions of not reducing the work cutting speed so much without shortening the time that contributes to the action.
[0020]
[0021]
  In a wire saw made of a semiconductor material such as a silicon single crystal currently used, it is general to cut a cylindrical workpiece having a diameter of 150 to 200 mm at a wire traveling speed of 5 to 15 m / min. Therefore, the time until each point of the wire comes into pressure contact with the workpiece during cutting is about 10 to 40 milliseconds.
  Therefore, a pulse-like displacement of the total deration time of 1/10 or less of this numerical value, preferably 1 to 4 milliseconds, is given 1 to 10 times, preferably about 2 to 5 times in the meantime. In this case, the effects of the present invention can be obtained with a commonly used abrasive liquid.
[0022]
  The invention described in claim 2In a workpiece cutting method using a wire saw that cuts a workpiece by pressing the workpiece against a traveling wire while supplying abrasive fluid containing loose abrasive grains to the workpiece, the workpiece of the wire The contact portion is displaced in a pulse shape, and the free abrasive grains in the abrasive fluid are replenished into the gap formed between the wire and the workpiece cutting portion at the time of displacement. Loose abrasiveWhile the average particle diameter is 0.5 to 3.0 times, the pulse-like displacement is given at an interval of 1/10 or less of the time from when the wire is pressed against the workpiece until it is released.This is a workpiece cutting method using a wire saw.
[0023]
[Action]
  According to the wire saw according to claim 1 and the work cutting method with the wire saw according to claim 2,While supplying the abrasive liquid containing loose abrasive grains, the workpiece is relatively pressed against the traveling wire row, and the workpiece is cut by the grinding action.
  At this time, the contact portion of the traveling wire with the workpiece is forcibly displaced in the direction opposite to the cutting direction of the workpiece by the pulse displacement means. Thereby, the contact portion of the wire with the workpiece can be pulse-displaced regardless of the wire feed speed. Moreover, each time this displacement is performed, a gap is formed between the wire and the workpiece cutting portion, and the abrasive liquid flows into the gap due to the negative pressure generated at this time, and the abrasive grains are replenished. As a result, the amount of wear of the wire becomes relatively uniform around the axis, disconnection due to uneven wear is greatly reduced, the life of the wire is extended, and the running cost of the wire saw is reduced.
[0024]
  For example, when the wire is run at a high speed of 300 to 1000 m / min, during the workpiece cutting, the time during which the wire travels within the distance of the cutting portion from the time the wire is cut into the workpiece, the large diameter workpiece (for example, 150 to 300 mm in diameter) Ingot) is as short as 9 to 60 milliseconds. During this time, the abrasive concentration is reduced due to the extrusion of the abrasive liquid from the cutting portion by the pressing force of the wire to the cutting portion and the accumulation in the cutting portion of the work chip discharged during cutting.
[0025]
  By the way, in the direction around the axis of the wire, the wire portion on the opposite side to the side facing the workpiece cutting portion is in contact with the fresh abrasive fluid supplied to the workpiece cutting groove. Therefore, the wire is pulse-displaced, and the abrasive pressure is replenished by forcing fresh abrasive fluid into the gap between the wire and workpiece by the negative pressure generated at the time of displacement. Always ensure a sufficient amount of abrasive grains on the surface for cutting.
  As a result, it was confirmed that the abrasive grain breakage phenomenon that occurred in the conventional method did not occur, and the workpiece cutting speed increased to 0.8 to 1.0 mm / min, which is equivalent to a small-diameter workpiece, and at the same time a one-way traveling type Then, it was found that a workpiece surface taper of 3 to 5 μm, and a reciprocating traveling type with a flatness greater than 3 μm can be realized with a large diameter workpiece and a high speed traveling condition.
[0026]
  In particular, since the pulse displacement roller is moved by the driving unit and the wire is pulse-displaced by the pulse displacement roller, the contact portion of the wire with the workpiece can be pulse-displaced with a relatively simple mechanism and at a stable timing. . Thereby, the wire saw which has the effect mentioned above can be reduced in size, and installation cost can also be reduced.
[0027]
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a wire saw and its work cutting method according to a first embodiment of the present invention will be described.
  FIG. 1 is a perspective view of a wire saw according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing a pulse displacement state of a wire by the pulse displacement means, and FIG. 3 is an explanatory view during cutting of the ingot. 4 (a) is an enlarged cross-sectional view of a portion a in FIG. 3, and FIG. 4 (b) is an enlarged cross-sectional view of a portion b in FIG.
[0029]
  In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a wire saw. This wire saw 10 is made of single crystal silicon pulled up by the CZ method and has an ingot I (workpiece) having a diameter of 200 mm on a plurality of wafers having a maximum thickness of, for example, 900 μm. This is a device for cutting a wire, and has a wire row 11 in which a large number of wires 11a are bundled in a horizontal row. The wire row 11 travels back and forth or in one direction between three groove rollers 12 arranged in a triangular shape. Specifically, a wire fed from a feeding reel (not shown) is bridged between three groove rollers 12 spaced apart from each other to form a wire row 11, and this wire row 11 is formed at a maximum speed of 1000 m / min. The ingot I is cut by running, and the wire after cutting is taken up on a take-up reel (not shown).
  Above the both sides of the groove roller 12, a pair of abrasive liquid supply portions 13 that continuously supply the abrasive liquid onto the wire row 11 are disposed. The abrasive liquid is, for example, one having a viscosity of about 230 to 250 cp in which 20 kg of lap oil is blended with 20 kg of SiC abrasive grains having an average particle diameter of 25 μm. The ingot I is mounted on the lifting platform 15 via the carbon bed 14.
[0030]
  Further, as shown in FIGS. 1 and 2, a long pulse displacement that causes pulse displacement of each wire 11a of the wire array 11 at regular intervals in the vicinity of the lower part of the abrasive liquid discharge port of both abrasive liquid supply units 13 is shown. A pair of pulse displacement rollers 16, which are an example of cam members provided with protrusions 16 a, are arranged in parallel to the groove rollers 12. An electric motor 17, which is an example of a drive unit that rotates the pulse displacement roller 16 at 0 to 6000 rpm, is connected to one end of each pulse displacement roller 16 via a power transmission system (not shown). The pulse displacement protrusion 16 a is provided along the axis of the pulse displacement roller 16 so as to extend over the entire length of the roller outer peripheral surface. When each pulse displacement roller 16 is rotated by the electric motor 17, the pulse displacement roller 16 rotates under the wire row 11, whereby each wire 11 a is repelled by the pulse displacement protrusion 16 a at a constant timing. The pulse displacement roller 16 and the electric motor 17 constitute pulse displacement means 18 for pulsing the contact portion of the wire row 11 with the ingot I when the ingot is cut.
  2 to 4, Ia is a cutting groove formed by the wire 11a of the ingot I, and x is abrasive grains contained in the abrasive liquid.
[0031]
  Next, a wire saw work cutting method according to the first embodiment using the wire saw 10 will be described.
  As shown in FIG. 1, the wire saw 10 reciprocates the wire row 11 between the three groove rollers 12 at 600 m / min while supplying the abrasive liquid from the abrasive liquid supply unit 13. When the wire row 11 reciprocates, the ingot I is pressed against the wire row 11 from below, so that the ingot I sequentially cuts the contact start end portion with the short contact length and the contact length with the long contact length as shown in FIG. It is gradually cut into a central portion, a cutting end portion having a short contact length. That is, during the reciprocating travel of the wire row 11, the abrasive grains x in the abrasive liquid move while rolling or cutting while being pressed against the bottom of the cutting groove Ia by the wires 11 a of the wire row 11, that is, the cutting portion. The surface of the ingot I is gradually scraped, and finally the ingot I is cut into a number of wafers.
[0032]
  At this time, as shown in FIG. 1, the contact portion of the traveling wire 11 a with the ingot I is forcibly displaced in a pulse shape in a direction opposite to the cutting direction of the ingot I using the pulse displacing means 18. That is, if the pulse displacement roller 16 is always rotated at 6000 rpm by the electric motor 17 during ingot cutting, it protrudes from the outer peripheral surface of the roller every 1/100 seconds (in terms of wire travel distance, every 0.1 m). The pulse displacement protrusion 16a repels each wire 11a of the wire row 11. The pulse displacement width of each wire 11a at this time is determined by the height of the pulse displacement roller 16 from the reference circumferential surface, and is about 30 μm at the cut portion of the ingot I. When the wire 11a is pulse-displaced in this way, a gap is formed between the wire 11a and the cut portion of the ingot I simultaneously with this displacement, and the fresh abrasive fluid flows into this gap due to the negative pressure generated at this time. The abrasive grain x is replenished.
  FIG. 5 is a graph reference showing the pulse displacement of the wire during the ingot cutting according to the first embodiment. As shown in FIG. 5, the wire 11a always cuts the ingot I while maintaining the height of at least one abrasive grain. Further, during this cutting, if the wire 11a is pulse-displaced with a pulse displacement roller 16 at a constant pulse period and a pulse width, a pulse-like displacement amplitude having the waveform shown in the figure is generated.
[0033]
  For this reason, even if the wire feed speed is high, the amount of wear of the wire 11a is uniform around the axis, breakage due to uneven wear is less likely to occur, the life of the wire is extended, and the running cost of the wire saw 10 is increased. Is reduced.
  Moreover, since the pulse displacement roller 16 is rotated and the wire 11a is repelled by the pulse displacement protrusion 16a at regular intervals, the contact portion of the wire 11a with the ingot I can be stably formed by a relatively simple mechanism. Pulse displacement is possible. As a result, the wire saw 10 can be reduced in size and the equipment cost can be reduced.
[0034]
  Further, the front half of the cutting groove Ia of the ingot 11 can be cut well in the conventional manner regardless of whether the wire 11a is traveling in the forward or reverse direction (see also FIGS. 4A and 8A). Then, even in the latter half of the cutting groove Ia where the abrasive liquid has been cut, a sufficient amount of abrasive liquid containing the normal concentration of abrasive grains x can be fed, and the entire cutting including this part can be cut well. (See also FIG. 4 (b) and FIG. 8 (b)). As a result, the wire 11a is relatively free from abnormal wear (uneven wear) or wire breakage, and because of the uniform wear, the wire life is increased by 50 to 70%, and the running cost is reduced while the ingot I is reduced. Can be cut while maintaining a high cutting speed (0.8 to 1.0 mm / min).
  Further, the thickness unevenness of the wafer immediately after cutting is reduced, the yield of the wafer per one ingot I is increased, and the warpage of the wafer immediately after cutting is reduced. Reduced cracking. Note that the pulse displacement of the reciprocating wire 11a by the two pulse displacement rollers 16 is only applied to the pulse displacement roller 16 on the cutout side of the ingot I, even if only the pulse displacement roller 16 on the cutout side of the ingot I is operated. Alternatively, both pulse displacement rollers 16 may be operated simultaneously.
[0035]
  An experimental example using the wire saw 10 of the first embodiment will be described. For example, the cutting speed of the ingot I even under the condition that the effective cutting time loss of the ingot I due to the pulse-like wire displacement is set to about 10%. Improved by about 30% compared with the conventional method (for example, 0.5 mm / min).
  In addition, the shape accuracy of the cut wafer was greatly improved. That is, a silicon wafer having a diameter of 200 mm and a flatness of 3 μm or less and a parallelism of 5 μm or less could be easily obtained.
[0036]
[0037]
[0038]
【The invention's effect】
  According to the wire saw and the workpiece cutting method of the present invention, the contact portion of the wire with the workpiece is displaced in a pulse shape at the time of cutting the workpiece, and the abrasive fluid is caused to flow into the gap between the wire and the workpiece cutting portion. Therefore, it is possible to always supply a sufficient amount of the free abrasive grains in the abrasive liquid to the workpiece cutting portion. This eliminates the abrasive grain breakage phenomenon at the workpiece cutting part, can stabilize the cutting efficiency at a high level, secures a high cutting speed and a highly accurate cutting surface, and reduces the thickness unevenness of the workpiece after cutting. Thus, the work yield can be improved, the post-process can be simplified, the amount of wire wear and uneven wear can be reduced, and the life can be extended by reducing the number of disconnections.
[0039]
  In particular, since each wire of the wire array is collectively pulse-displaced by the pulse displacing means, the present invention can be applied well to a multi-wire saw that can cut a workpiece into a plurality of pieces at once.
[0040]
  In addition, the pulse displacement roller is moved by the drive unit, and the pulse displacement protrusion is applied to the wire so that the pulse is displaced. The contact portion can be pulse-displaced. As a result, the wire saw can be reduced in size, and an increase in equipment cost can be prevented.
[0041]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a wire saw according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a pulse displacement state of a wire by the pulse displacement means.
FIG. 3 is an explanatory view during cutting of the ingot.
4 (a) is an enlarged cross-sectional view of a portion a of FIG.
  (B) is an expanded sectional view of the b part of FIG.
FIG. 5 is a graph showing the pulse displacement of the wire during ingot cutting according to the first embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along a plane in the workpiece axial direction in a workpiece cutting operation state using a wire saw according to a conventional means.
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along a plane orthogonal to the workpiece axis direction in the cutting work state of the workpiece.
8A is an enlarged cross-sectional view of a plane perpendicular to the wire traveling direction in the vicinity of point a in FIG. 7;
  (B) is the cross-sectional enlarged view in the surface perpendicular | vertical to the wire running direction in the b point vicinity of FIG.
[Explanation of symbols]
  10 Wire saw,
  11 Wire row,
  11a wire,
  12 groove roller,
  16 pulse displacement roller,
  16a pulse displacement protrusion,
  17 drive unit,
  18, 30 pulse displacement means,
  31 electromagnetic coil,
  33 Pulse signal generator,
  I ingot (work),
  x Abrasive grains (free abrasive grains).

Claims (2)

繰出リールから繰り出されたワイヤを、互いに離間した複数本の溝ローラ間に架け渡してワイヤ列を形成し、遊離砥粒を含む砥液を供給しながら、このワイヤ列を走行させて、被加工物であるワークを複数部分に切断し、この切断後のワイヤが巻取リールに巻き上げられるワイヤソーにおいて、
ワーク切断時に、ワイヤ列のワークとの接触部分をワークの切断方向とは反対方向へパルス状に変位させるパルス変位手段を設け、このパルス変位手段が、外周面の一箇所に、走行するワイヤ列に当接することで、このワイヤ列をパルス状に変位させるパルス変位突起が突設されたパルス変位ローラを有しているワイヤソー。
The wire fed from the feeding reel is stretched between a plurality of groove rollers spaced apart from each other to form a wire row, and this wire row is run while supplying the abrasive liquid containing the loose abrasive grains to be processed. In a wire saw in which a workpiece that is an object is cut into a plurality of parts, and the wire after cutting is wound up on a take-up reel,
When the workpiece is cut, pulse displacement means is provided for pulsing the contact portion of the wire row with the workpiece in a direction opposite to the workpiece cutting direction, and this pulse displacement means travels at one place on the outer peripheral surface. A wire saw having a pulse displacement roller provided with a pulse displacement projection for projecting the wire row in a pulse shape by contacting the wire.
遊離砥粒を含む砥液を被加工物であるワークに供給しながら、走行するワイヤにこのワークを押し付けることにより、ワークを切断するワイヤソーを用いたワーク切断方法において、
ワーク切断時にワイヤのワークとの接触部分をパルス状に変位させて、この変位時にワイヤとワークの切断部との間に形成された隙間に、砥液中の遊離砥粒を流入して補充し、このワイヤの振幅は上記遊離砥粒の平均粒径の0.5〜3.0倍とするとともに、
上記パルス状の変位は、このワイヤがワークへ圧接してから離脱するまでの時間の1/10以下の間隔で与えられたワイヤソーを用いたワーク切断方法。
In a workpiece cutting method using a wire saw that cuts a workpiece by pressing the workpiece against a traveling wire while supplying abrasive fluid containing free abrasive grains to the workpiece as a workpiece,
When the workpiece is cut, the contact portion of the wire with the workpiece is displaced in a pulse shape, and free abrasive grains in the abrasive fluid are replenished into the gap formed between the wire and the workpiece cutting portion at the time of displacement. The amplitude of the wire is 0.5 to 3.0 times the average particle size of the free abrasive grains ,
The pulse-like displacement is a workpiece cutting method using a wire saw given at an interval of 1/10 or less of the time from when the wire is pressed against the workpiece until it is released .
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