JP5660013B2 - バンドソー切断装置及びインゴットの切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、インゴット、特にはチョクラルスキー法(ＣＺ法)により製造されたインゴットを切断するバンドソー切断装置及びインゴットの切断方法に関する。

ＣＺ法等によって製造されたシリコンインゴットなどのインゴットは円柱状の胴体部にコーン状の端部（トップ部およびテイル部）を有している。このインゴットの加工においては、これらコーン状の端部を切り離し円柱状の胴体部のみとし、胴体部を必要に応じて複数のブロックに切断する。次いでそのブロックをウェーハとするための加工を行うことになる。
このようなコーン状の端部の切断加工や胴体部を複数のブロックに切断加工する場合には、内周刃スライサー、外周刃スライサーなどが多く用いられてきた。近年のウェーハの大口径化に伴ってバンドソー切断装置も多く使用されるようになってきた（例えば、特許文献１参照）。

ここで、図３に従来のバンドソー切断装置によるブロックの切断方法についての概要を示す。
図３に示すように、バンドソー切断装置１０１には切断時にインゴット１０４を支持するための切断テーブル１０５が設置されている。切断前において、インゴット１０４は切断テーブル１０５上に水平に載置される。また、バンドソー切断装置１０１には、薄いブレード台金の端部にダイヤモンドの砥粒を糊着してなるブレード砥粒部で構成されるエンドレスベルト状のブレード１０２がプーリー１０３、１０３’間に張設されている。

まず、切断前にインゴット１０４を切断する位置をブレード１０２に合わせるようにインゴット１０４の載置位置を調整する。そして、ブレード１０２をプーリー１０３、１０３’の回転により周回駆動させ、該ブレード１０２を相対的にインゴット１０４の上方から下方に送り出すことによってインゴット１０４を切断する。
このようにして切断を重ねていくと、ブレード砥粒部に切断粉末が堆積するなどしてダイヤモンド砥粒が埋もれたり、切断によって砥粒が摩耗或いは脱落してその切断能力が低下してしまう。

そのため、刃先両端に切断能力の差が生じ、ブレードが切断中のインゴットに対して切断能力の高い側へ変位する。また、切断するインゴットにはその結晶配列に起因して容易に切断される特定の方向が存在し、ブレードの刃先はこの特定の方向に進む傾向があり、ブレードがインゴットの軸方向に対して前後に変位する。
近年、バンドソー切断装置に用いられるブレードは、インゴットの切断時における取り代を少なくすることによって製品歩留りを向上させるため、薄型化されたものが使用されるようになってきている。特にこのような薄型化されたブレードを用いた場合、ブレードの変位が起こりやすい。

ブレードの変位は、品質面では切断面の段差及び欠けの発生、ソリの大きいウェーハ、切断面の加工歪みが大きいウェーハを生じる原因となり、設備面ではブレード台金の損傷によるブレードの寿命低下、ブレード破断による設備損害の原因となる。
このブレード１０２の変位を抑制するために、図３に示すように、バンドソー切断装置１０１にはブレード１０２の周回方向に対してインゴット１０４の切断位置の前後に静圧パッド１０６、１０６’が設けられている。静圧パッド１０６、１０６’は、一対のパッド部材でブレードを挟み込み、それぞれのパッド部材に設けられた噴出口からクーラントをブレードの両側面に噴出してブレードが切断中のインゴットの軸方向に対して変位しないように案内するものである。

特開２００９―１５４３４６号公報

しかし、上記のような静圧パッドを具備したバンドソー切断装置を用いてインゴットを切断しても、切断開始から切断終了までの間にブレードの変位がずっと安定して抑制されるわけではなく、切断中にブレードの変位が大きくなって切断面に段差や欠けが発生したり、切断したウェーハに反りが発生することがある。これにより製品歩留まりやブレードの寿命が低下する問題が生じる。また、ブレードの変位が大きくなることで、切断速度を向上できないという問題もある。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、切断中にブレードの変位を安定的に抑制でき、これにより切断されたインゴットブロックやウェーハの切断面の品質を安定して保つことができ、ブレードの寿命を延長でき、切断速度を向上できるバンドソー切断装置及びインゴットの切断方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、インゴットを水平に載置する切断テーブルと、プーリー間に張設され、該プーリーの回転によって周回駆動される、前記インゴットを切断するためのエンドレスベルト状のブレードと、該ブレードの周回方向に対して前記インゴットの切断位置の前後にそれぞれ配置され、前記ブレードの両側面からクーラントを噴出して前記ブレードが切断中の前記インゴットの軸方向に対して変位しないように案内する静圧パッドとを具備し、周回駆動された前記ブレードを前記静圧パッドによって案内しながら、前記ブレードを前記インゴットの上方から相対的に下方に送り出すことによって前記インゴットを切断するバンドソー切断装置であって、さらに、前記静圧パッドを前記ブレードの周回方向に対して前後方向に移動させる駆動部と、該駆動部による前記静圧パッドの移動距離及び移動速度を制御する制御部とを有し、前記静圧パッドを前記制御部で移動制御しながら前記インゴットを切断するものであることを特徴とするバンドソー切断装置が提供される。

このようなバンドソー切断装置であれば、切断中にインゴットの切断部の位置に応じてそれぞれの静圧パッドとインゴットとの距離や静圧パッドの間の距離を制御できるので、ブレードの変位を安定的に抑制できるものとなる。これにより切断面の品質を安定して保つことができ、ブレードの寿命を延長でき、切断速度を向上できるものとなる。

このとき、前記インゴットの切断中における前記静圧パッドの移動を、前記インゴットの側面形状に沿うように制御するものであることが好ましい。
このようなものであれば、ブレードの変位をより確実に安定的に抑制できるものとなる。

また、本発明によれば、切断テーブルにインゴットを水平に載置し、プーリーの回転によって周回駆動される、前記インゴットを切断するためのエンドレスベルト状のブレードを前記プーリー間に張設し、前記ブレードの両側面からクーラントを噴出して前記ブレードが切断中の前記インゴットの軸方向に対して変位しないように案内する静圧パッドを前記ブレードの周回方向に対して前記インゴットの切断位置の前後に配置し、周回駆動された前記ブレードを前記静圧パッドによって案内しながら、前記ブレードを前記インゴットの上方から相対的に下方に送り出すことによって前記インゴットを切断するインゴットの切断方法であって、前記静圧パッドを前記ブレードの周回方向に対して前後方向に移動させながら前記インゴットを切断することを特徴とするインゴットの切断方法が提供される。

このような切断方法であれば、切断中にインゴットの切断部の位置に応じてそれぞれの静圧パッドとインゴットとの距離や静圧パッドの間の距離を調整できるので、ブレードの変位を安定的に抑制できる。これにより切断面の品質を安定して保つことができ、ブレードの寿命を延長でき、切断速度を向上できる。

このとき、前記インゴットの切断中における前記静圧パッドの移動を、前記インゴットの側面形状に沿うように行うことが好ましい。
このようにすれば、ブレードの変位をより確実に安定的に抑制できる。

本発明では、バンドソー切断装置において、静圧パッドを制御部でブレードの周回方向に対して前後方向に移動制御しながらインゴットを切断するので、切断中にインゴットの切断部の位置に応じてそれぞれの静圧パッドとインゴットとの距離や静圧パッドの間の距離を適切に制御できるので、ブレードの変位を安定的に抑制できる。これにより切断面の品質を安定して保つことができるとともに、ブレードの寿命を延長でき、切断速度を向上できる。

本発明のバンドソー切断装置の一例を示す概略図である。（Ａ）装置の斜視図。（Ｂ）装置の上面図。 本発明のバンドソー切断装置及びインゴットの切断方法における、切断中の静圧パッドの移動方法の一例を説明する説明図である。 従来のバンドソー切断装置を示す概略図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
一般に、インゴットを切断するバンドソー切断装置にはブレードの変位を抑制するための静圧パッドが設けられている。しかし、このバンドソー切断装置でインゴットを切断しても、切断中にブレードの変位が大きくなってしまうことがある。これにより、切断精度及び品質の悪化、ブレード寿命の低下、切断速度を向上できないなどの問題を生じる。そのため、ブレードの変位を切断開始から切断終了までに亘って安定的に抑制することが課題となっている。

そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、静圧パッドによりブレードを案内する位置を切断開始から切断終了まで固定させていることがブレードの変位を安定して抑えられない原因となることを見出した。そして、静圧パッドをブレードの周回方向に対して前後方向に移動させながら静圧パッドの位置を制御することでブレードの変位を安定的に抑制することが可能になることに想到した。そして、これを実施するための装置の構成について検討し、本発明を完成させた。

まず、本発明のバンドソー切断装置について説明する。
図１に示すように、本発明のバンドソー切断装置１は、インゴット４を水平に載置するための切断テーブル５、インゴット４を切断するためのエンドレスベルト状のブレード２、ブレード２を周回駆動させるためのプーリー３、３’、ブレード２が切断中のインゴット４の軸方向に対して変位しないように案内する静圧パッド６、６’等を具備している。静圧パッドの材質は、例えば、カーボン材とすることができる。

ブレード２は薄いブレード台金の端部にダイヤモンドの砥粒を糊着してなるブレード砥粒部で構成されている。ここで、特に限定されることはないが、例えば、ブレード砥粒部の粒度は１２０番〜２２０番とすることができ、ブレード台金の幅は６０ｍｍ、厚さは０．１〜０．７ｍｍとすることができる。
プーリー３、３’はその回転軸周りに回転可能に構成され、その回転軸が切断テーブル５上に水平に載置されたインゴット４の中心軸に対して垂直になるように配置される。これらプーリー３、３’間にエンドレスベルト状のブレード２がブレード砥粒部を下方に向けるようにして張設される。ブレード２はプーリー３、３’が回転することで周回駆動する。

ここで、２つのプーリー３、３’のうち回転駆動可能であるプーリーをどちらか１つにして１軸駆動としても良いし、両方にして２軸駆動としても良い。
またここで、特に限定されることはないが、ブレード２をプーリー３、３’間で張り上げる張力を１ｔ以上とすることができる。このようにプーリー３、３’間での張り上げ張力を１ｔ以上とすれば、１軸駆動の場合であっても、ブレード２の周回駆動の方向に関わらず回転中にブレード２にブレが発生するのを防ぐことができる。
切断テーブル５は、インゴット４を切断する位置をブレード２の位置に合わせるように調整する移動機構を有している。

静圧パッド６、６’はブレードが切断中のインゴット４の軸方向に対して変位しないように案内するものであり、一対のパッド部材で構成される。それぞれのパッド部材にはクーラントを噴出するための噴出口が設けられている。静圧パッド６、６’はこの一対のパッド部材でブレードを挟み込むように配置される。インゴットの切断中には静圧パッド６、６’の噴出口からブレードの両側面に対してクーラントが噴出され、ブレード砥粒部の目詰まりや加工熱が除去されるとともに、噴出されたクーラントの静圧によってブレード２が変位するのを抑制する。
図１（Ｂ）に示すように、ブレード２の変位を測定する変位センサ１１を設けることができる。

図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、静圧パッド６、６’はインゴット４とプーリー３、３’との間の位置に配置され、すなわち、ブレード２の周回方向に対してインゴット４の切断位置の前後にそれぞれ配置される。
また、本発明のバンドソー切断装置には、図１（Ａ）に示すように、駆動部７、７’と制御部８とが設けられている。
駆動部７、７’は、静圧パッド６、６’をブレード２の周回方向に対して前後方向に移動させるものであり、例えば、ＬＭガイドやボールネジを用いて構成できる。制御部８は駆動部７、７’によって静圧パッド６、６’を移動する際の移動距離及び移動速度を制御するものであり、例えば、サーボモータを用いて構成できる。

このような本発明のバンドソー切断装置１を用いてインゴット４を切断する際には、まず、インゴット４を切断テーブル５上に水平に載置し、ブレード２をプーリー３、３’の回転により周回駆動し、その周回駆動されたブレード２を静圧パッド６、６’によって案内しながら、ブレード２をインゴット４の上方から相対的に下方に送り出すことによってインゴット４を切断する。インゴット４の切断中には静圧パッド６、６’を駆動部７、７’によって移動させ、その移動を制御部８で制御する。すなわち、切断中の静圧パッド６、６’の位置を制御部８で制御する。
このような本発明のバンドソー切断装置であれば、切断中にインゴットの切断部の位置に応じてそれぞれの静圧パッドとインゴットとの距離や静圧パッドの間の距離を調整できるので、インゴットの切断開始から切断終了に亘ってブレードの変位を安定的に抑制できるものとなる。

具体的な静圧パッドの移動制御として、例えば、図２に示すように、切断の進行とともに静圧パッド６、６’をインゴット４の側面形状に沿うように移動制御することができる。ここで、図２中の９はインゴット４の側面形状、１０は静圧パッド６’の移動軌跡を表す。この場合、特にインゴット４の側面と静圧パッド６、６’との距離ｄ、ｄ’が切断中に常に一定になるように移動制御することができる。さらに、距離ｄとｄ’が同じになるように静圧パッド６と６’とをそれぞれ移動制御すればブレードの変位をより安定的に抑制できるので好ましい。
このように、切断中に静圧パッドを移動制御することで、ブレードの変位をより確実に安定的に抑制できるものとなる。

或いは、切断の進行に伴って切断部のインゴット径が変化することに起因する切断抵抗の変化に応じて、静圧パッドを移動制御することもできる。例えば、切断抵抗が最も高くなるインゴットの中心部分の切断時には静圧パッド６と６’との距離ｄ、ｄ’を短くするなどといった制御を行うことができるし、これを前記したインゴットの側面形状に沿うように移動させる制御と組み合わせることもできる。また、ブレードのインゴットへの入り側と出る側とでｄ、ｄ’の値を変えることも可能である。

次に本発明のインゴットの切断方法について説明する。ここでは、図１に示す本発明のバンドソー切断装置１を用いた場合について説明する。
まず、インゴット４を切断するためのエンドレスベルト状のブレード２をプーリー３、３’間に張設し、静圧パッド６、６’をブレード２の周回方向に対してインゴット４の切断位置の前後に配置する。上記したように、静圧パッド６、６’はブレード２の両側面からクーラントを噴出してブレード２が切断中のインゴット４の軸方向に対して変位しないように案内するものである。

次に、インゴット４を切断テーブル５上に水平に載置し、インゴット４を切断する位置をブレード２の位置に合わせるように切断テーブル５の移動機構によりインゴット４の位置を調整する。そして、ブレード２をプーリーの回転によって周回駆動させ、この周回駆動されたブレード２を静圧パッド６、６’によって案内しながら、ブレード２をインゴット４の上方から相対的に下方に送り出す。そして、静圧パッド６、６’をブレード２の周回方向に対して前後方向に移動させながらインゴット４を切断する。
このような本発明のインゴットの切断方法であれば、切断中にインゴットの切断部の位置に応じてそれぞれの静圧パッドとインゴットとの距離や静圧パッドの間の距離を調整できるので、インゴットの切断開始から切断終了に亘ってブレードの変位を安定的に抑制できる。

具体的な静圧パッドの移動方法として、上記装置で説明したのと同様に、図２に示すように、静圧パッド６、６’をインゴット４の側面形状に沿うように移動させることができる。特に、インゴット４の側面と静圧パッド６、６’との距離ｄ、ｄ’が一定になるように移動させることができ、さらに距離ｄとｄ’とが同じになるように移動させることが好ましい。
このように、静圧パッドを移動させることで、ブレードの変位をより確実に安定的に抑制できる。

或いは、上記装置で説明したのと同様に、切断の進行に伴って切断部のインゴット径が変化することに起因する切断抵抗の変化に応じて、例えば静圧パッド間の距離を変更するように移動させることもできる。
その他の切断条件としては従来と同様にすることができるが、例えば、ブレードを相対的に下方に送る速度（切断速度）を２５〜３０ｍｍ／ｍｉｎとすることができる。また、クーラントを噴出する際の圧力を０．１〜０．４ＭＰａ、流量を３００〜２０００ｃｃ／ｍｉｎとすることができる。

上記本発明のバンドソー切断装置及びインゴットの切断方法において、ブレードをインゴットの上方から相対的に下方に送り出すとは、ブレードをインゴットの上方から下方に送り出す、若しくは、インゴットをブレードの下方から上方に送り出す、或いはこれらの両方を行うことを意味する。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例）
図１に示すような本発明のバンドソー切断装置を用い、本発明のインゴットの切断方法に従って、直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットをサンプルウェーハに切断し、切断中のブレードの変位量を測定し、切断されたウェーハの不良率、ブレードの寿命を評価した。ここで、不良率はブレードの変位が大きくなることでウェーハに基準以上の大きさのソリが発生した割合を表し、ブレードの寿命は切断した回数で表す。
ここで、切断条件を以下のようにした。ブレードはブレード台金の厚さが０．５ｍｍのものを使用した。ブレードの送り速度（切断速度）を２７ｍｍ／ｍｉｎとし、クーラント噴出時の圧力を０．２ＭＰａ、その流量を２０００ｃｃ／ｍｉｎとした。切断中には静圧パッドを、図２に示すように、インゴットの側面形状に沿うように移動させ、インゴットの側面と静圧パッドとの距離ｄ、ｄ’が一定（３０ｍｍ）で、かつ距離ｄとｄ’とが同じになるようにした。

その結果、実施例では切断開始から切断終了に亘ってブレードの変位量が１００μｍ以下に抑制されていたのに対し、後述する比較例では２００〜３００μｍ間で推移し安定しなかった。また、ウェーハの不良率は２％と後述する比較例の１０％と比べ改善されていた。ブレードの寿命は約４００回と後述する比較例の３００回と比べ約１．３倍に改善された。
また、ブレードの変位を安定して抑制できたことで、ブレードの送り速度を３０ｍｍ／ｍｉｎまで増加させてもブレードの変位を十分安定的に抑制でき、切断速度を１０％程度向上できた。

このように、本発明のバンドソー切断装置及びインゴットの切断方法は、切断中にブレードの変位を安定的に抑制でき、これにより切断面の品質を安定して保つことができ、ブレードの寿命を延長でき、切断速度を向上できることが確認できた。

（比較例）
図３に示すような、本発明のバンドソー切断装置の駆動部及び制御部を有していない従来のバンドソー切断装置を用い、切断中に静圧パッドを移動させずその位置を固定させた以外、実施例と同様な条件でインゴットを切断し、実施例と同様に評価した。
その結果、ブレードの変位量が２００〜３００μｍ間で不安定に推移し、実施例の１００μｍ以下の結果と比べ悪化していた。また、ウェーハの不良率は１０％と実施例と比べ悪化していた。ブレードの寿命は３００回と実施例と比べ少なかった。
また、ブレードの送り速度を３０ｍｍ／ｍｉｎとして切断したところ、ブレードが変位量が大きくなり過ぎてしまい、目的の品質のウェーハを得ることができなかった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…バンドソー切断装置、 ２…ブレード、 ３、３’…プーリー、
４…インゴット、 ５…切断テーブル、 ６、６’…静圧パッド、
７、７’…駆動部、 ８…制御部、 ９…インゴット側面形状、
１０…静圧パッドの移動軌跡、１１…変位センサ。

Claims (4)

1. インゴットを水平に載置する切断テーブルと、プーリー間に張設され、該プーリーの回転によって周回駆動される、前記インゴットを切断するためのエンドレスベルト状のブレードと、該ブレードの周回方向に対して前記インゴットの切断位置の前後にそれぞれ配置され、前記ブレードの両側面からクーラントを噴出して前記ブレードが切断中の前記インゴットの軸方向に対して変位しないように案内する静圧パッドとを具備し、周回駆動された前記ブレードを前記静圧パッドによって案内しながら、前記ブレードを前記インゴットの上方から相対的に下方に送り出すことによって前記インゴットを切断するバンドソー切断装置であって、
   さらに、前記静圧パッドを前記ブレードの周回方向に対して前後方向に移動させる駆動部と、該駆動部による前記静圧パッドの移動距離及び移動速度を制御する制御部とを有し、
   前記静圧パッドを前記制御部で移動制御しながら前記インゴットを切断するものであることを特徴とするバンドソー切断装置。
2. 前記インゴットの切断中における前記静圧パッドの移動を、前記インゴットの側面形状に沿うように制御するものであることを特徴とする請求項１に記載のバンドソー切断装置。
3. 切断テーブルにインゴットを水平に載置し、プーリーの回転によって周回駆動される、前記インゴットを切断するためのエンドレスベルト状のブレードを前記プーリー間に張設し、前記ブレードの両側面からクーラントを噴出して前記ブレードが切断中の前記インゴットの軸方向に対して変位しないように案内する静圧パッドを前記ブレードの周回方向に対して前記インゴットの切断位置の前後に配置し、周回駆動された前記ブレードを前記静圧パッドによって案内しながら、前記ブレードを前記インゴットの上方から相対的に下方に送り出すことによって前記インゴットを切断するインゴットの切断方法であって、
   前記静圧パッドを前記ブレードの周回方向に対して前後方向に移動させながら前記インゴットを切断することを特徴とするインゴットの切断方法。
4. 前記インゴットの切断中における前記静圧パッドの移動を、前記インゴットの側面形状に沿うように行うことを特徴とする請求項３に記載のインゴットの切断方法。

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