JP3873490B2 - マルチワイヤソー装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチワイヤソー装置に関し、特に、走行するスライス用ワイヤによって、スライス対象のワークを複数のスライス品あるいは切断品に一括してスライスあるいは切断するタイプのマルチワイヤソー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンインゴット、化合物半導体インゴット等からウエハを作るとき、あるいは電子部品用磁性材料、水晶等の硬脆性材料の加工を行うときのスライス法として、ディスク状の外周刃や内周刃を使用した回転刃によるスライス法と、ピアノ線等のワイヤを走行させながら砥粒スラリを併用使用した一般的にはワイヤソー方式と呼称される遊離砥粒によるワイヤスライス法が知られている。
【０００３】
前者の方法は、適用が可能なスライス対象品の大きさに制約があることから、シリコンインゴット、化合物半導体インゴットのように年々大径化するスライス対象品には適用困難であり、従って、最近では遊離砥粒を使用したワイヤスライス法であるワイヤソー方式が主流となっている。
【０００４】
図４の（ａ）、（ｂ）は、遊離砥粒ワイヤスライス法を示したもので、表面にスライス用ワイヤを収納するための複数の溝（図示せず。以下、この種の溝はすべて図示せず）を有する溝付きロール１ａ、１ｂ、１ｃを三角状に対向配置し、これらロール１ａ、１ｂ、１ｃ間にピアノ線等のスライス用ワイヤ４を所定の回数巻き回し、溝付きロール１ａ、１ｂ、１ｃを回転させることによってスライス用ワイヤ４を走行させるように構成されている。スライス用ワイヤ４は、各ロール１ａ、１ｂ、１ｃの表面の溝に収納され、緊張された状態でロール１ａ、１ｂ、１ｃ間を走行する。
【０００５】
５はスライス用ワイヤ４に押し付けられたスライス対象品としてのシリコンインゴットを示し、このシリコンインゴット５とスライス用ワイヤ４との接触部には、ＳｉＣ等の砥粒を含んだスラリ２３が供給され、砥粒による研削作用によってシリコンインゴット５をスライスする。（ａ）はワイヤが左右方向に往復移動する場合で、スラリ２３はパイプ２４に設けた孔から供給される例を示し、（ｂ）はワイヤが一方向に走行する場合で、下方に細い開口部を有したジョウゴ状のスラリ供給装置２５を使用した例を示す。
【０００６】
図５は、図４のスライス法を発展させたもので、スライス用ワイヤ４自身に研削能力を持たせたものである。ピアノ線等の素線２６の表面に例えばポリアミド等の耐熱耐摩耗性バインダ２７を介して砥粒２８を固着させた構成を有し、図４の遊離砥粒方式のスライス能力を向上させ、あるいは砥粒スラリが不要となるため、より有効なスライス法として注目されている。（特開平１０−１３８１１４号、特開平１０−１５１５６０号等に開示あり）
【０００７】
これら図４および図５のようなワイヤスライス法は、回転刃方式におけるようなスライス対象品のサイズ制限がなく、また、溝付きロール１ａ、１ｂ、１ｃ間に巻き回したスライス用ワイヤ４の巻き回し回数に応じて一挙に多数のスライス加工を行うことが可能であることから、効率的に優れ、シリコンインゴット等からウエハを作る製造手段としては最適の手段と言える。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のワイヤスライス法によると、溝付きロール間に巻き回されるスライス用ワイヤの張力は、その出入口部の両端部でしか印加、制御されていないために、その張力レベルを巻き回し全体において均等に保つことが難しく、このため、スライス用ワイヤが振れたり、あるいはスライス中心位置が目標の位置から徐々にずれて走行ワイヤが蛇行する現象が発生するようになる。
【０００９】
これらの現象が発生すると、製品のスライス面が波を打つソーマーク現象が生じたり、スライス面がわん曲するソリが生ずるようになり、品質を著しく損なうようになる。
また、張力が低下したときの図５のスライス用ワイヤにおける特有の問題として、スライス対象品への押し付け力不足からくるスライス能力の低下と、溝付きロールとの間でのスリップ発生による溝付きロールの摩耗の問題がある。
【００１０】
従って、本発明の目的は、溝付きロール間に巻き回されたスライス用ワイヤの張力を、巻き回し全体において均等化し、かつ、所定の張力レベルに設定することのできるマルチワイヤソー装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、所定の間隔で配置された複数の溝付きロールの外周に所定のピッチで形成された溝にスライス用ワイヤを通して走行させることによって前記スライス用ワイヤでシリコンインゴット等のワークをスライスあるいは切断する（以下、スライスとのみ表現する）マルチワイヤソー装置において、前記複数の溝付きロールから選択された２つの溝付きロールの間に、前記複数の溝付きロールに巻き回された前記スライス用ワイヤの一部のワイヤ列グループを張架する外部ロールが所定の間隔で複数設けられ、該外部ロールの各々に前記スライス用ワイヤの張力を増減させる方向に前記外部ロールを変位させる変位手段が設けられていることを特徴とするマルチワイヤソー装置を提供するものである。
【００１２】
上記のスライス用ワイヤとしては、裸のピアノ線、ブラスメッキピアノ線等の抗張力金属線、あるいは炭素繊維、芳香族ポリアラミド繊維等の抗張力化学繊維を素材とした集合あるいは撚合線などが使用される。スライス用ワイヤによるスライス形式としては、砥粒含有スラリを使用する形式、あるいはスライス用ワイヤ自体が砥粒を備える形式のいずれでもよい。スライス用ワイヤとして裸のピアノ線等砥粒を備えないものを使用する場合は、砥粒含有スラリを使用することになる。
【００１３】
外部ロールの配置数は、溝付きロール間へのスライス用ワイヤの巻き回し回数に応じて決められる。また、配置数は、外部ロールに張架したスライス用ワイヤのターン数を多くするときは少なく、ターン数が少ないときに多くなるが、張力を均等化させる目的からすれば、外部ロールへの過剰な巻き回しは避ける必要がある。
【００１４】
外部ロールへの張架の具体例としては、たとえば、溝付きロールへ巻き回されたスライス用ワイヤの列数が１５０〜２５０列としたとき、溝付きロールの端部から１５〜２５列を経た位置で最初の１５〜２５列を引き出して第１の外部ロールに張架し、次いで、同じく１５〜２５列を経て次の１５〜２５列を引き出して第２の外部ロールに張架し、以下、これを繰り返す等列張架が挙げられる。
【００１５】
複数の外部ロールを使用するときには、溝付きロールの軸方向に沿って一定間隔ごとに配置するのが普通である。外部ロールの配置数が多いときには、溝付きロールの軸方向に沿って上下方向へ交互に配置する千鳥配置が好ましい。
【００１６】
この配置様式を採用するときには、外部ロール同士が位置的に干渉し合うような小ピッチ配置のときでも多数の外部ロールの配置を可能とし、たとえば、シリコンウエハをスライスするときのように、スライス幅が０．５〜２．０ｍｍと小さく、数多くの外部ロールの配置を必要とするような用例に好適である。
【００１７】
外部ロールの表面には、溝付きロールの溝と同一ピッチの溝を形成することが好ましい。溝のない外部ロールの使用も可能であるが、スライス用ワイヤ同士が接触してこすれたり、あるいは重なり合ったりし、断線の恐れが生ずるようになるので好ましくない。
【００１８】
たとえば、シリコンインゴット、あるいは化合物半導体インゴット等の断面円形のワークをスライスする場合には、スライス加工が、スライス開始位置から断面円形の中央位置へ進行するのに伴ってスライス抵抗が増え、断面円形の中央位置からスライス終了位置へ進むにつれてスライス抵抗は減少する。
【００１９】
スライス用ワイヤの張力均等化のためには、このスライス抵抗の増減に対する策も講じておくべきであり、このためには、溝付きロールから外へ引き出されたスライス用ワイヤに対しての外部ロールによる張力調整を可変にする必要がある。
【００２０】
引き出されたスライス用ワイヤに与える張力を、スライス抵抗の変動に応じて増減させる構成が必要であり、このためには、たとえば、外部ロールをエアシリンダのような空圧機器によって支持し、スライス抵抗の増加に応じて張力付加が増大するように外部ロールを変位させ、あるいはスライス抵抗の減少に応じて外部ロールを変位させる構成とすることが望ましい。
【００２１】
この間の外部ロールによる支持力の増減は、外部ロールへの負荷の状態を検出し、この検出に基づくことによって自動的に行うことが可能である。支持力の増減は、外部ロールに加わるスライス抵抗の度合に比例させて連続的に行ってもよく、あるいは段階的に行ってもよい。
外部ロールをバックアップする手段としては、空圧以外に、油圧、バネ力、あるいは重錘の利用が好適である。電気モータを利用することも考えられる。
【００２２】
溝付きロール間でのスライス用ワイヤの走行は、一定方向の場合と双方向の場合とがある。後者の場合、ワイヤの送出側から巻取側への走行時間をこれとは逆方向への走行時間よりも長く設定することが好ましく、このようにするときには、往復のたびに走行時間差に応じた新しいスライス用ワイヤが供給されるので、長時間運転に適した実際的なスライス加工を行うことが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるマルチワイヤソー装置の実施の形態について説明する。
図１において、１と２は溝付きロールを示し、表面に複数の溝を平行に刻設した構造を有する。３は溝付きロール１、２の中間の下方位置に設置された駆動ロール、４はロール１、２、３の間に繰り返し巻き回された砥粒付きのスライス用ワイヤを示す。
【００２４】
駆動ロール３の表面には溝が形成されており、スライス用ワイヤ４は、溝付きロール１、２、および駆動ロール３の各溝に通された形でこれらのロール間を走行する。溝付きロール１、２は、駆動ロール３に対して従動の関係にあり、スライス用ワイヤ４を介して駆動ロール３に牽引されて回転する。
【００２５】
５は走行するスライス用ワイヤ４に対して押し付けられたシリコンインゴット等のワーク、６はその固定治具を示す。ワーク５は、固定治具６の下降とスライス用ワイヤ４の走行のもとに徐々にスライスされ、隣接して走行するスライス用ワイヤ４間のピッチに応じた厚さに切り出され、所定のシリコンウエハとなる。
【００２６】
７、８は、ロール１、２、３のうちの溝付きロール１と駆動ロール３の間、および溝付きロール２と駆動ロール３の間に配置されてワイヤ走行に従動して回転する外部ロール、９、１０は外部ロール７、８を変位させるための変位手段としてのエアシリンダを示す。
【００２７】
１１、１２は、溝付きロール１、２と外部ロール７、８間を走行するスライス用ワイヤ４を押さえ、従動回転するガイドロール、１３、１４は、駆動ロール３と外部ロール７、８間を走行するスライス用ワイヤ４を押さえ、同じく従動回転するガイドロールを示す。
【００２８】
外部ロール７、８の表面には、溝付きロール１、２の溝と同一ピッチの溝が形成されており、溝付きロール１、２から引き出されたスライス用ワイヤ４のワイヤ列グループ１５、１６が、この溝に収納されて外部ロール７、８に張架されている。
【００２９】
以上の構成により、スライス用ワイヤ４には、ワイヤ列グループ１５、１６の部分において、エアシリンダ９、１０により支持された外部ロール７、８からの張力が作用する。この結果、スライス用ワイヤ４は、図（ａ）の左から右へ走行する場合を例にとると、溝付きロール１への入口Ａと溝付きロール２からの出口Ｂ、そして外部ロール７、８の４個所において張力を与えられることになる。
【００３０】
図２は、図１のマルチワイヤソー装置における張力均等化の機能を説明するための模擬図であり、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３・・・は、溝付きロール１、２間における入口Ａ側からのスライス用ワイヤ４の配列位置を示す。
【００３１】
溝付きロール１へ矢印方向に送り込まれるスライス用ワイヤ４には、所定の張力が負荷されており、一方、溝付きロール２の端部（図示せず）の巻取側においても、溝付きロール２から送り出されるスライス用ワイヤ４には、所定の張力が負荷される。このことは、以前から行われており、従来においては、これによって溝付きロール１、２間を走行するスライス用ワイヤＷ１、Ｗ２、Ｗ３・・・間の張力が、均等に維持されるものとされてきた。
【００３２】
しかし、これらＷ１、Ｗ２、Ｗ３・・・の張力は、溝付きロール１、２（あるいは駆動ロール３）とスライス用ワイヤ４間の摩擦抵抗のために、配列がＷ１、Ｗ２、Ｗ３・・・と進むにつれて低下することになり、このため、溝付きロール１、２の中央部には、入口Ａにおいて与えられた張力との関係を断つ低張力の領域（不動領域）が出現するようになる。
【００３３】
この領域のワイヤ張力は、入口Ａにおいて与えられた張力よりも大きく低下し、外部から調整することは不可能であり、従って、切り出されるウエハの表面にはソーマークが発生し、品質の低下を招くようになる。また、表面に砥粒を固着したスライス用ワイヤを使用するときには、所定のスライス能力が得られなくなるとともに、溝付きロール１、２等を摩耗するようになる。
【００３４】
これに対して、本実施形態のマルチワイヤソー装置の場合には、外部ロール８によるワイヤ列グループ１６への張力作用が介入することから、たとえば、このワイヤ列グループ１６に所属したワイヤＷ５〜Ｗ８に所定の張力を与えれば、これらワイヤには張力に関してほぼＷ５＝Ｗ６＝Ｗ７＝Ｗ８で所定レベルの張力に設定できることになる。
【００３５】
従って、外部ロール８によるワイヤ列グループ１６への張力付加を適切なものに設定すれば、入口Ａ側のゾーンＣのワイヤ列部分と、ワイヤ列グループ１６に相当するゾーンＤのワイヤ列部分と、ワイヤ列グループ１６に近いゾーンＥのワイヤ列部分のワイヤの張力を相互に近似したものとすることができ、全体として所定レベルでかつ均等化された張力分布を構築することができる。
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３・・・間の張力が所定レベルでかつ均等化される結果、不均
等な張力の分布、必要な張力レベルからの逸脱を原因とした
【００３３】のような不具合現象は防がれることになる。
また、従動ガイドロール１１、１２、１３、１４の表面にも溝付ロール１、２と同一ピッチの溝を形成して、その溝にワイヤを収納して走行させれば、より安定化させることができるのは言うまでもない。
【００３６】
図３は、本発明によるマルチワイヤソー装置の他の実施の形態を示したもので、外部ロール８の数を増やし、溝付きロール２側に千鳥に配置した例を示す。スライスの対象となるワークは省略してある。
【００３７】
溝付きロール２側から、それぞれ所定の数のスライス用ワイヤ４のワイヤ列グループ１７〜２０が引き出され、これらが各グループごとに外部ロール８に張架され、これら外部ロール８を変位手段としてのエアシリンダ１０によって支持したものである。
【００３８】
３は駆動ロールを示し、このロールの回転によって溝付きロール１、２が従動回転するように構成されている。１２、１２′は、溝付きロール２と外部ロール８との間、および駆動ロール３と外部ロール８との間を走行するスライス用ワイヤ４を押さえて従動回転するガイドロールを示す。ロール１、２、３、８の表面には、それぞれ同一ピッチの溝が設けられており、スライス用ワイヤ４はこれらの溝に収納された状態でロール１、２、３、８間を走行する。
【００３９】
以上の構成による本実施形態のマルチワイヤソー装置によれば、溝付きロール２から引き出されたスライス用ワイヤ４のグループの数が多いことから、全走行範囲Ｆにおけるスライス用ワイヤ４の張力は、図２で述べた原理によってより均等化することになり、従って、安定したスライス加工が可能となる。
【００４０】
この図３においては、外部ロール８とこれの付属品から成るセット２１、２２を上下方向に交互に千鳥に配置していることから、たとえば、セット２１、２２を平面配列したときにセット同士が位置的に干渉し合うような場合でも、外部ロール８を余裕をもって設置することができる。
【００４１】
実施例１として、図１では砥粒付きのスライスワイヤを用いた場合を示したが、砥粒スラリを併用した場合でも、あるいは図４に示したような裸ワイヤを使用した遊離砥粒方式でスライスを行う場合でも、以上説明したのと同様な方法を適用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるマルチワイヤソー装置によれば、選択された２つの溝付きロール間に配置された外部ロールに、所定のターン数でスライス用ワイヤを張架し、さらに、このスライス用ワイヤの張力を、外部ロールの変位により増減させるための変位手段を備えていることから、外部ロールに張架されたスライス用ワイヤの張力を調整することによって、溝付きロール間のスライス用ワイヤの張力を所定レベルで均一化することができ、従って、ワイヤ列全列に対して所定レベルで均等な張力のもとにスライス作業を進めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマルチワイヤソー装置の実施の形態を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図を示す。
【図２】図１のマルチワイヤソー装置の機能を説明するための模擬図。
【図３】本発明によるマルチワイヤソー装置の他の実施の形態を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図を示す。
【図４】従来のマルチワイヤソー装置の説明図。
【図５】従来の他のマルチワイヤソー装置において使用されるスライス用ワイヤの説明図。
【符号の説明】
１、２ 溝付きロール
３ 駆動ロール
４ スライス用ワイヤ
５ ワーク
７、８ 外部ロール
９、１０ エアシリンダ
１１〜１４、１２′ ガイドロール

Claims (6)

1. 所定の間隔で配置された複数の溝付きロールの外周に所定のピッチで形成された溝にスライス用ワイヤを通して走行させることによって前記スライス用ワイヤでシリコンインゴット等のワークをスライスあるいは切断するマルチワイヤソー装置において、
   前記複数の溝付きロールから選択された２つの溝付きロールの間に、前記複数の溝付きロールに巻き回された前記スライス用ワイヤの一部のワイヤ列グループを張架する外部ロールが所定の間隔で複数設けられ、
   該外部ロールの各々に前記スライス用ワイヤの張力を増減させる方向に前記外部ロールを変位させる変位手段が設けられていることを特徴とするマルチワイヤソー装置。
2. 前記スライス用ワイヤは、その表面に砥粒を有する構成の請求項第１項記載のマルチワイヤソー装置。
3. 前記外部ロールは、前記スライス用ワイヤの異なった走行位置に設けられた複数の外部ロールを含むことを特徴とする請求項第１項あるいは第２項記載のマルチワイヤソー装置。
4. 前記外部ロールは、前記複数の溝付きロールの前記溝と同一ピッチの溝をその外周に有することを特徴とする請求項第１項ないし第３項のいずれかに記載のマルチワイヤソー装置。
5. 前記変位手段は、前記ワークが断面円形のとき、前記スライス用ワイヤの前記張力を、スライス加工がスライス開始位置から前記断面円形の中央位置に進行するにしたがって大きく設定し、スライス加工が前記中央位置からスライス終了位置に進行するにしたがって小さく設定する構成の請求項第１項ないし第４項のいずれかに記載のマルチワイヤソー装置。
6. 前記外部変位手段は、空圧、油圧等による流体圧力、またはバネ力、あるいは重錘のバックアップによって前記外部ロールを変位させる構成の請求項第１項ないし第５項のいずれかに記載のマルチワイヤソー装置。

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