JP4309825B2 - ワイヤソー - Google Patents

Description

本発明は、半導体材料、セラミック、ガラス基板等の硬脆材料を切断するワイヤソーに関するものである。

従来から半導体インゴット等のワークをスライス状に切り出す手段としてワイヤソーが知られている。ワイヤソーは、複数のガイドローラ間に切断用ワイヤが巻き掛けられることにより該ワイヤが多数本並んだ状態で張設され、ワイヤをその軸方向に高速走行させながら該ワイヤに遊離砥粒を含むスラリを供給し、この状態で、ワイヤの軸方向と直交する方向にワークを切断送りすることにより、ワークをスライス状に多数毎同時に切り出すように構成されている（例えば特許文献１）。
特開平１１−１０５１１号公報

この種のワイヤソーでは、切断初期（切込みはじめ）にワイヤの挙動が不安定になり易く、例えば、最悪の場合にはワイヤが蛇行して切断面の平坦度を悪化されることが考えられる。その要因は種々考えられるが、ワイヤに対してスラリが不均一に付着している点が要因の一つと考えられている。つまり、ワイヤの周面にスラリが付着する部分としない部分とが存在すると、スラリの付着している側（方向）に偏ってワイヤが切込み易くなり、その結果、蛇行が生じる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであって、ワイヤに対してスラリをより均一に付着させることによりワイヤの挙動を安定させ、これにより切断面の品質をより適正に確保できるようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、複数のガイドローラの外側に切断用ワイヤを複数回螺旋状に巻き掛けることにより前記ワイヤを複数本並べた状態で高速走行させ、砥粒が混合された加工液であるスラリを前記複本並んだワイヤに供給しながら当該ワイヤにワークを押付けて切断するように構成されたワイヤソーにおいて、前記ワイヤの走行方向におけるスラリの供給位置よりも上流側に配置され、前記ワイヤに対し、プラズマによりその表面を活性化させるプラズマ処理を施すプラズマ処理手段を備えており、このプラズマ処理手段は、前記複数本並んだワイヤが一体に挿通される絶縁材料からなる反応管と、この反応管内にプラズマ生成用ガスを供給するガス供給手段と、この反応管の外周面に設けられ、前記プラズマ生成用ガスに高電圧を与えて反応管内にプラズマを発生させる電極とを備え、前記反応管内に挿通される複数本のワイヤに対して同時にプラズマ処理を施すように構成されているものである。

このワイヤソーによると、スラリの供給前に、ワイヤの表面が活性化されてその濡れ性が高められることとなる。つまり、プラズマによりワイヤ表面の活性度の低い分子層が分解されて活性度の高い酸化層が現れ、これによりワイヤ表面の濡れ性が向上することとなる。そのため、このように濡れ性が向上したワイヤに対してスラリが供給されることにより、ワイヤ全体（全周）に、より均一にスラリが付着することとなる。

具体的には、反応管にプラズマ生成用ガスが供給されながらこのガスに高電圧が与えられることにより反応管内にプラズマが励起される。そして、このようにプラズマが励起された反応管内をワイヤが走行することによりワイヤに対してプラズマ処理が施されることとなる。そのため、高速走行するワイヤ全体（全周）に対して効果的に、かつ確実にプラズマ処理が施される。特に、反応管内の複数本のワイヤに対して同時にプラズマ処理が施されるので、複数本並んだワイヤに効率的にプラズマ処理を施すことができ、また、プラズマ処理手段の構成も反応管を集約したコンパクトなものとなる。

本発明に係るワイヤソーによると、従来のこの種のワイヤソーに比べて、ワイヤ全体（全周）に対してより均一にスラリを付着させることができ、これによってワイヤの挙動を安定させることができる。従って、ワイヤの蛇行現象等を効果的に抑えることができ、その結果、ワークの切断面の品質をより良好に確保できるようになる。

本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係るワイヤソーの全体構成図である。この図に示すワイヤソーは、一対のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂ、ガイドプーリ１２Ａ，１２Ｂ、ガイドプーリ１４Ａ，１４Ｂ、ガイドプーリ１６Ａ，１６Ｂ、ワイヤ張力調節装置１８Ａ，１８Ｂ、ガイドプーリ２２Ａ，２２Ｂ、及び４つのガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂを備えている。

同図に示すように上記４つのガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂのうち一対のガイドローラ２４Ａ，２４Ｂは互いに同じ高さ位置に一定の間隔を隔てて配置され、残りの一対のガイドローラ２６Ａ，２６Ｂはそれぞれ上記一対のガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの下方の位置に同じ高さ位置で配置されている。そしてガイドローラ２６Ａが駆動モータ２５によって回転駆動されるようになっている。

各ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂは、切断用のワイヤＷが巻かれるボビン９Ａ，９Ｂと、これを回転駆動するボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂとを備えている。一方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａのボビン９Ａから繰り出されたワイヤＷは、ガイドプーリ１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ、ワイヤ張力調節装置１８Ａのプーリ２０Ａ、及びガイドプーリ２２Ａの順に掛けられ、さらにガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ｂ，２６Ａの外周面のガイド溝（図示省略）に嵌め込まれながらこれらガイドローラの外側に多数回螺旋状に巻回された（巻き掛けられた）後、ガイドプーリ２２Ｂ、ワイヤ張力調節装置１８Ｂのプーリ２０Ｂ、ガイドプーリ１６Ｂ，１４Ｂ，１２Ｂの順に掛けられ、他方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ｂのボビン９Ｂに巻き取られており、両ワイヤ張力調節装置１８Ａ，１８ＢによってワイヤＷに適当な張力が与えられている。そして、駆動モータ２５によるガイドローラ２６Ａの回転駆動方向と、各ボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂによるボビン９Ａ，９Ｂの回転駆動方向が正逆に切換えられることにより、ワイヤＷがボビン９Ａから繰出されてボビン９Ｂに巻き取られる状態と、ワイヤＷがボビン９Ｂから繰出されてボビン９Ａに巻き取られる状態とに切換えられるようになっている。

すなわち、このワイヤソーにおいては、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの間に多数本のワイヤＷが互いに平行な状態で張られながらその軸方向に往復駆動（走行）されるようになっている。

このガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られたワイヤＷの上方には、円柱状のワーク（例えば半導体インゴット）２８を移動させるワーク送り装置３０が設けられている。このワーク送り装置３０は、ワーク保持部３２と、ワーク送りモータ３４とを備えている。ワーク保持部３２は、上記ワーク２８をその軸方向とワイヤ並び方向とが合致する向きに保持するものであり、ワーク送りモータ３４は、図略のボールネジとの組み合わせにより、上記ワーク保持部３２とワーク２８とを一体に昇降させる（すなわち切断送りする）ものである。

なお、同図中、符号１９Ａ，１９Ｂはそれぞれワイヤ張力調節装置１８Ａ，１８Ｂを駆動する駆動モータである。このワイヤソーでは、これらの駆動モータ１９Ａ，１９Ｂを含め、ワイヤＷを駆動するための前記モータ２５、モータ１１Ａ，１１Ｂはいずれもサーボモータから構成されている。

ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られたワイヤＷの上方において、ワーク２８の左右両側の位置には、スラリ供給装置３６Ａ，３６Ｂが設けられている。これらのスラリ供給装置３６Ａ，３６Ｂは、高速駆動される各ワイヤＷに対し、スラリ、つまり加工用砥粒が混合された加工液を同時供給し、ワイヤＷの表面に付着させるものである。

また、ガイドプーリ１４Ａ，１６Ａ間、及びガイドプーリ１４Ｂ，１６Ｂ間には、それぞれプラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂが設けられ、さらに、図２に示すように、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間、及びガイドローラ２６Ａ，２６Ｂ間には、それぞれ一対のプラズマ処理装置４２Ａ，４２Ｂ、４４Ａ，４４Ｂが設けられている。

これらのプラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂ等は、高速駆動されるワイヤＷに対してプラズマ処理を施す、つまりワイヤＷにプラズマを与えることによりその表面を活性化させる処理を施すことにより、後に詳述するようにワイヤＷに対するスラリの付着性を向上させるものである。

図３及び図４は、ガイドプーリ１４Ａ，１６Ａ間、及びガイドプーリ１４Ｂ，１６Ｂ間に設けられるプラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂを示している。

各図に示すように、プラズマ処理装置４０Ａ（４０Ｂ）は、例えば石英等の絶縁材料からなる断面円形の筒状反応管５０を有している。この反応管５０は放電空間を形成するもので、前記ワイヤＷがこの反応管５０を貫通している。反応管５０の外周面には、スイッチ５４を介して直流電源５５に接続された電源電極５２と、アースに接続された接地電極５３とが螺旋状に交互に形成されている。また、ガス導入ポート５１が設けられており、図外のプラズマ生成用ガスの供給源から供給される空気又は不活性ガス等のプラズマ生成用ガスが前記ポート５１を通じて反応管５０内部に導入されるようになっている。つまり、反応管５０内部にプラズマ生成用ガスを導入しながらこのガスに高電圧を与えることにより該反応管５０内にプラズマを励起し、前記ワイヤＷを、このようにプラズマ励起された反応管５０に対して走行させることにより、ワイヤ表面にプラズマ処理を施すようになっている。

図５及び図６は、ガイドローラ２６Ａ，２６Ｂ間に設けられるプラズマ処理装置４４Ａ，４４Ｂを示している。

プラズマ処理装置４４Ａ，４４Ｂは、それぞれガイドローラ２６Ａ，２６Ｂの直ぐ近傍に設けられている。これらのプラズマ処理装置４４Ａ，４４Ｂも基本的な構成は上述したプラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂと共通しているが、ガイドローラ２６Ａ，２６Ｂの間に平行に並べられた多数本のワイヤＷに対して一体的にプラズマ処理を施す点で、上記プラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂとは異なる構成が採られている。すなわち、プラズマ処理装置４４Ａ（４４Ｂ）は、同図に示すように、ワイヤＷの並び方向に細長い長方形断面の反応管６０を有しており、前記多数本のワイヤＷが横一列に並んだ状態でこの反応管６０に貫通している。反応管６０の下面には、スイッチ６４を介して直流電源６５に接続された平板状の電源電極６２が固定され、一方、反応管６０の上面には、アースに接続された同じく平板状の接地電極６３が固定されている。そして、反応管６０の幅方向両側に設けられたガス導入ポート６１を通じて同反応管６０内にプラズマ生成用ガスが導入されるようになっている。これにより平行に並べられた多数本のワイヤＷに対して反応管６０内で一体的にプラズマ処理を施すようになっている。なお、図５中の符号６７は、反応管６０に設けられたシャッタであり、ワイヤＷの出入口を簡易的に塞ぐとともに、ワイヤＷに付着したスラリを除去するワイパーとしての役目も果たし、ワイヤＷの表面活性化を効率良く行えるようになっている。

一方、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に設けられるプラズマ処理装置４２Ａ，４２Ｂは、上記スラリ供給装置３６Ａとガイドローラ２４Ａとの間、およびスラリ供給装置３６Ｂとガイドローラ２４Ｂとの間に設けられている。

これらのプラズマ処理装置４２Ａ，４２Ｂは、詳しく図示していないが例えばアーク放電により発生したプラズマを、平行に並べられた多数本のワイヤＷに対してその上方（ワーク２８の押付け側）から照射するプラズマ照射型の構成を有している。なお、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に設けられるこれらのプラズマ処理装置４２Ａ，４２Ｂについては、他のプラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂ，４４Ａ，４４Ｂのような構成、つまり反応管内にワイヤＷを貫通させながら該反応間の内部でプラズマを発生させる構成を採っていないが、これは、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間ではワイヤＷにワーク２８が押付けられてワイヤＷが撓み、ワイヤＷと反応管とが干渉を起こす虞れがあること、また、スラリ供給装置３６Ａ，３６Ｂの近傍であるため反応管内にスラリが侵入する虞れがあることがその理由である。

以上のようなワイヤソーによると、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られた多数本のワイヤＷがその長手方向に同時高速駆動され、かつこれらのワイヤＷにスラリ供給装置３６Ａ，３６Ｂからスラリが供給されながら、上記ワイヤＷに対してワーク２８が下方に切断送りされることにより、このワーク２８から一度に多数枚のウエハ（薄片）が同時に切り出される。

そして、この切断動作中は、前記プラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４４Ａ，４４Ｂにより、スラリ供給前のワイヤＷに対してプラズマ処理が施される。より具体的には、ワイヤＷがボビン９Ａから繰出されてボビン９Ｂに巻き取られる状態（図１，図２中、実線矢印方向にワイヤＷが走行する状態）では、ガイドプーリ１４Ａ，１６Ａ間のプラズマ処理装置４０Ａ、スラリ供給装置３６Ａとガイドローラ２４Ａとの間のプラズマ処理装置４２Ａ、及びガイドローラ２６Ａ，２６Ｂ間のプラズマ処理装置４４Ａ，４４ＢによりワイヤＷに対してプラズマ処理が施され、一方、ワイヤＷがボビン９Ｂから繰出されてボビン９Ａに巻き取られる状態（図１，図２中、破線矢印方向にワイヤＷが走行する状態）では、ガイドプーリ１４Ｂ，１６Ｂ間のプラズマ処理装置４０Ｂ、スラリ供給装置３６Ｂとガイドローラ２４Ｂとの間のプラズマ処理装置４２Ｂ、及びガイドローラ２６Ａ，２６Ｂ間のプラズマ処理装置４４Ａ，４４ＢによりワイヤＷにプラズマ処理が施される。

そして、このようにスラリ供給前のワイヤＷに対してプラズマ処理が施されることにより当該ワイヤＷに対するスラリの付着性が高められ、これによりワーク２８に対する切断送りが安定して行われることとなる。つまり、ワイヤＷにプラズマを与えると、当該プラズマによりワイヤ表面の活性度の低い分子層が分解されて活性度の高い酸化層が現れ、これによりワイヤ表面の濡れ性が向上する。そして、このように濡れ性が向上したワイヤＷに対してスラリが供給されることにより、ワイヤ全体（全周）に均一にスラリが付着し、スラリの付着が不均一になることにより生じるワイヤＷのいわゆる蛇行現象等の発生が効果的に抑制されることとなる。

従って、上記実施形態のワイヤソーによると、従来のこの種のワイヤソーと比較して、ワーク２８に対する切断送りを安定して行うことができ、その結果、ワーク２８から切り出されるウエハの切断面の品質をより良好に確保できるようになる。

なお、以上説明したワイヤソーは本発明に係るワイヤソーの好ましい実施形態であって、その具体的な構成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、実施形態では、ワイヤＷの走行経路途中に複数のプラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４４Ａ，４４Ｂを設けているが、プラズマ処理装置の配置やその数はワイヤＷに対してプラズマ処理を適切に行うことができればよく、必ずしも上記実施形態と同一である必要はない。但し、プラズマ処理の効果の持続性を考慮すると、スラリ供給装置３６Ａ，３６Ｂの極近傍にプラズマ処理装置を配置し、プラズマ処理後、直ちにスラリをワイヤＷに供給できるように構成するのがスラリの付着性を高める上では好ましい。

また、プラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂ等の具体的な構成も、上記実施形態に限られるものではなく適宜変更可能である。例えば、プラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂについては、上記実施形態のように電極５２，５３を反応管５０に対して螺旋状に巻回したもの以外に、図７に示すように、ワイヤＷの軸方向と直交する方向に互いに平行に電極５２，５３を巻回したものであってもよい。また、プラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂ，４４Ａ，４４Ｂの電源として直流電源５５，６５を用いる以外に高周波電源（図３および図６に一点鎖線で囲んで示す）を用いるようにしてもよい。

また、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に設けられるプラズマ処理装置４２Ａ，４２Ｂについては、ワイヤＷと反応管との干渉を回避するために他のプラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂ等とは異なる構成としているが、可能な場合には、他のプラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂ等と共通の構成、つまり、反応管内にワイヤＷを貫通させながらその内部でプラズマを発生させる構成を採用してもよい。逆に、プラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂ，４４Ａ，４４Ｂを、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に設けられるプラズマ処理装置４２Ａ，４２Ｂと共通のプラズマ照射型の構成としてもよい。要は、ワイヤＷに対して適切にプラズマ処理を施すことができればよく、その方式や具体的な構成は適宜選定可能である。但し、高速駆動されるワイヤＷの全体（全周）にむらなくプラズマ処理を施すという観点からすると、反応管５０，６０内にワイヤＷを貫通させながら該反応間５０，６０の内でプラズマを発生させる構成の方が有利となる。また、ワイヤＷが複数本並ぶ箇所については、実施形態のプラズマ処理装置４４Ａ，４４Ｂのように複数本並んだワイヤを共通の反応管６０に挿通させて一体的にプラズマ処理を施すように構成するのがプラズマ処理を効率的に行う上で有利であり、また、プラズマ処理装置自体も反応管を集約したコンパクトな構成となり好ましい。

なお、上記実施形態では、プラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂ等が予め組込まれているワイヤソーについて説明したが、例えば、プラズマ処理装置が組込まれていない既存のワイヤソーに対して図３〜図７に示すようなプラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂ，４４Ａ，４４Ｂを後付的に組込むことも可能であり、この場合には、既存のワイヤソーにおいてもワイヤにプラズマ処理を施すことが可能となり、その結果、上記実施形態のワイヤソーと同様にワイヤに対するスラリの付着性を向上させることができるようになる。

また、上記実施形態では、ワイヤソーに組込まれたプラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂ等によりワイヤＷにプラズマ処理を施す例について説明したが、例えば、ワイヤソーに組込む前のワイヤＷに予めプラズマ処理を施しておくようにしてもよい。この場合には、例えば上述したプラズマ処理装置４０Ａ，４０Ｂと同様の装置を用いてワイヤＷにプラズマ処理を施すことができる。

本発明に係るワイヤソーの全体構成図である。 ワイヤソーの要部拡大図である。 プラズマ処理装置を示す斜視図である。 プラズマ処理装置を示す断面図である。 プラズマ処理装置を示す斜視図である。 プラズマ処理装置を示す断面図である。 プラズマ処理装置の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

Ｗ ワイヤ
１０Ａ，１０Ｂ ワイヤ繰出し・巻取り装置
１４Ａ，１４Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ ガイドプーリ
２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂ ガイドローラ
３６Ａ，３６Ｂ スラリ供給装置
４０Ａ，４０Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ プラズマ処理装置（プラズマ処理手段）

Claims (1)

1. 複数のガイドローラの外側に切断用ワイヤを複数回螺旋状に巻き掛けることにより前記ワイヤを複数本並べた状態で高速走行させ、砥粒が混合された加工液であるスラリを前記複本並んだワイヤに供給しながら当該ワイヤにワークを押付けて切断するように構成されたワイヤソーにおいて、
   前記ワイヤの走行方向におけるスラリの供給位置よりも上流側に配置され、前記ワイヤに対し、プラズマによりその表面を活性化させるプラズマ処理を施すプラズマ処理手段を備えており、このプラズマ処理手段は、前記複数本並んだワイヤが一体に挿通される絶縁材料からなる反応管と、この反応管内にプラズマ生成用ガスを供給するガス供給手段と、この反応管の外周面に設けられ、前記プラズマ生成用ガスに高電圧を与えて反応管内にプラズマを発生させる電極とを備え、前記反応管内に挿通される複数本のワイヤに対して同時にプラズマ処理を施すように構成されていることを特徴とするワイヤソー。
   

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