JP5810299B2 - インゴットの切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体材料などのインゴットをワイヤで切断するための切断装置に関する。

インゴットをワイヤで切断するための切断装置はワイヤソーとも称され、一対のメインローラに巻き取られたワイヤにインゴットを押し当てて（フィードして）切断する装置である。得られる切断物は、例えばウェハなどとして用いられる。一対のメインローラには、通常、ワイヤが複数周回巻き取られているので、１回のインゴットのフィードで、複数枚の切断物が得られる（特許文献１および２を参照）。

さらに、ワイヤソーは、第１のワイヤ繰出機構と、第２のワイヤ繰出機構とを有する。ワイヤ繰出機構は、一対のメインローラに巻き取られたワイヤに連結しており、ワイヤの張力を制御しながら、ワイヤを繰出たり、ワイヤを巻き取ったりする。ワイヤ繰出機構には、通常、ワイヤが巻き取られているスプール（「ボビン」ともいう）と、ワイヤの張力を調整するダンサーと、ワイヤの張力を測定するトルクセンサーとが含まれる。

ワイヤ繰出機構は、ワイヤの張力を適切に制御することができないと、所望の切断物が得られなかったり、ワイヤが断線したりする。そこで、スプールの位置を可変にして、ワイヤ繰出機構によるワイヤの繰出し長さや巻取り長さを調整し、ワイヤの張力を適切に制御することが提案されている（特許文献３を参照）。

特開２００７−１６０４３１号公報 特開平９−１０９０１３号公報 実用新案登録第３１６７７０５号公報

本発明は、ワイヤソーと称される切断装置において、装置をコンパクトにしつつ、ワイヤの張力をより精密に制御可能な装置構成を提供する。すなわち、メインローラのワイヤを繰出したり、巻き取ったりする一対のワイヤ繰出機構（第１のワイヤ繰出機構と第２のワイヤ繰出機構）とを、できるだけ互いに対称に配置することで；ワイヤを往復運動させるときのワイヤの張力のムラを低減する。さらには、一対のワイヤ繰出機構をそれぞれ、メインローラの回転軸を含む平面の上下に配置することで；装置をコンパクトにする。それにより、ワイヤの断線はもちろん、インゴットの切断を正確に行うことを目的とする。

すなわち、本発明は、以下に示すインゴットの切断装置に関する。
［１］ワイヤが巻き取られている一対のメインローラと、前記ワイヤを往復運動させる第１繰出/巻取機構および第２繰出/巻取機構と、を具備する、インゴットの切断装置であって、
前記第１繰出/巻取機構は、前記メインローラに巻き取られたワイヤの繰出および巻取り可能な第１スプールと、前記第１スプールと前記メインローラとの間に配置され、前記ワイヤの張力を調整する第１ダンサーおよび前記ワイヤの張力を測定する第１トルクセンサーとを有し、
前記第２繰出/巻取機構は、前記メインローラに巻き取られたワイヤの繰出および巻取可能な第２スプールと、前記第２スプールと前記メインローラとの間に配置され、前記ワイヤの張力を調整する第２ダンサーおよび前記ワイヤの張力を測定する第２トルクセンサーとを有し、かつ
前記第１ダンサーと前記第１トルクセンサーの配置と、前記第２ダンサーと前記第２トルクセンサーの配置とは、互いに線対称であり、
前記第１スプール又は前記第２スプールから繰り出されるワイヤは、前記一対のメインローラの一方に導かれ、かつ、前記一方のローラから前記第２スプール又は前記第１スプールに巻き取られ、
前記一対のメインローラの回転軸を含む平面の一方の面上に前記第１繰出/巻取機構が配置され、かつ前記平面の他方の面上に前記第２繰出/巻取機構が配置され、さらに前記第１繰出/巻取機構と前記第２繰出/巻取機構とは前記平面を挟んでそれぞれ対称に配置され、
前記第１繰出/巻取機構と前記一対のメインローラとは、前記平面の一方の面上に配置された第１プーリーに懸架され、前記第１プーリーにより前記一対のメインローラの回転軸に沿った方向に方向が変えられて延びたワイヤで接続され、
前記第２繰出/巻取機構と前記一対のメインローラとは、前記平面の他方の面上に配置された第２プーリーに懸架され、前記第２プーリーにより前記一対のメインローラの回転軸に沿った方向に方向が変えられて延びたワイヤで接続され、
前記第１プーリーと前記第２プーリーとは、前記一対のメインローラの他方のメインローラ側に設けられている、
インゴットの切断装置。

［２］前記第１繰出/巻取機構は、前記第１スプールと前記第１ダンサーとの間に配置され、前記第１スプールのワイヤを前記第１ダンサーに導く第１トラバーサーを有し、かつ前記第２繰出/巻取機構は、前記第２スプールと前記第２ダンサーとの間に配置され、前記第２スプールのワイヤを前記第２ダンサーに導く第２トラバーサーを有する、［１］に記載のインゴットの切断装置。
［３］前記第１トラバーサーの位置は固定されており、前記第１スプールと前記第１トラバーサーとの間のワイヤ長さが一定となるように前記第１スプールが移動可能であり、前記第２トラバーサーの位置は固定されており、前記第２スプールと前記第２トラバーサーとの間のワイヤ長さが一定となるように前記第２スプールが移動可能である、［２］に記載のインゴットの切断装置。

本発明の切断装置によれば、インゴットを切断中のワイヤの張力を調整しやすいので、インゴットの所望の切断物を得やすく、かつワイヤの断線などが抑制される。

切断装置の構成を概念的に説明する図である。 切断装置の第１繰出/巻取機構と第２繰出/巻取機構との配置関係を示す図である。 切断装置のスプールと、トラバースと、ダンサーの構成を示す図である。 切断装置の繰出/巻取機構と一対のメインローラとを接続するワイヤの状態を示す図である。

本発明の切断装置は、ワイヤが巻き取られている一対のメインローラと、前記ワイヤと連結している第１繰出/巻取機構および第２繰出/巻取機構と、を具備する。その基本構成を、図１を参照して説明する。図１には、一対のメインローラ１０Ａおよび１０Ｂと、第１繰出/巻取機構５０Ａと、第２繰出/巻取機構５０Ｂとを有する切断装置が概念的に図示されている。

一対のメインローラ１０Ａおよび１０Ｂ（「メインローラ１０」と総称する）には、ワイヤが複数周回巻かれており、例えば１０００周回以上巻かれている。メインローラ１０の外周面には一定の間隔で溝が彫られており、その溝にワイヤが巻きつけられていることが好ましい。溝の間隔は、インゴットの切断物の厚みに応じて設定される。ワイヤは、ダイヤモンドワイヤなどでありうる。メインローラ１０は回転することができるので、第１繰出/巻取機構５０Ａおよび第２繰出/巻取機構５０Ｂにより、メインローラ１０に巻かれたワイヤは往復運動することができる。

第１繰出/巻取機構５０Ａおよび第２繰出/巻取機構５０Ｂ（「繰出/巻取機構５０」と総称する）はそれぞれ、一対のメインローラ１０Ａおよび１０Ｂに巻きつけられたワイヤと連結しており、ワイヤを巻き取ったり、繰出したりすることができる。繰出/巻取機構５０の一方がワイヤを巻き取る場合には、他方がワイヤを繰り出す。それにより、ワイヤは往復運動をする。

繰出/巻取機構５０は、一対のメインローラ１０Ａおよび１０Ｂに巻きつけられたワイヤと連結しているワイヤを巻き取ったり、繰出したりすることができるスプール２０（２０Ａまたは２０Ｂ）と、ワイヤの張力を調整するダンサー３０（３０Ａまたは３０Ｂ）と、ワイヤの張力を測定するトルクセンサー４０（４０Ａまたは４０Ｂ）と、任意の他の部材とを有する。ワイヤに沿って、スプール２０、ダンサー３０、トルクセンサー４０が、この順に配列していることが好ましい。

ダンサー３０は、例えば、ダンサーアーム３１と、ダンサーアーム３１の一端に回転自在に設けられたダンサーロール３２と、ダンサーアーム３１の他端に設けられて、ダンサーアーム３１を回転自在とする軸とを有する。ダンサーロール３２にはワイヤが懸架されており、ダンサーアーム３１が回転することで、ワイヤの張力が調整されうる。

トルクセンサー４０は、例えば固定軸と、ワイヤが懸架されたローラとからなり、ローラの回転抵抗値を測定することで、ワイヤの張力を測定する。トルクセンサー４０を構成するローラは、ダンサー３０を構成するダンサーロール３２とは、別部材として構成されることが好ましい。トルクセンサー４０を構成するローラが、ダンサーアーム３１によって動かされると、ワイヤの正確な張力が測定しにくいからである。

また、ダンサー３０よりもトルクセンサー４０が、ワイヤに沿って、メインローラ１０の近くに配置されていることが好ましい。メインローラ１０の近くにトルクセンサー４０があると、メインローラ１０に巻きつけられたワイヤの張力を正確に測定することができる。

さらに、スプール２０とダンサー３０との間にはトラバース２５（２５Ａまたは２５Ｂ）が配置されていてもよい。トラバース２５は、スプール２０に巻かれたワイヤを、ダンサー３０に導く。

また、一対のメインローラ１０の近傍には、フィーダー６０が配置されていることが好ましい。フィーダー６０は、切断するべきインゴット６５を保持し、かつ保持したインゴット６５を一対のメインローラ１０に巻かれたワイヤに押し当てることができる。インゴット６５は、例えば、シリコンなどの半導体材料、ネオジム鉄などの磁性材料、サファイアなどのセラミック材料などでありうる。

フィーダー６０がインゴット６５をワイヤに押し当てながら、ワイヤを往復運動させることで、インゴット６５を切断する。ワイヤにスラリーを供給しながら、インゴット６５をワイヤに押し当てることが好ましい。それにより、インゴット６５を切断し、ウェハ状またはその他の形状物とする。

本発明の切断装置は、第１繰出/巻取機構５０Ａおよび第２繰出/巻取機構５０Ｂを構成する部材のうち、少なくともダンサー３０Ａとトルクセンサー４０Ａの配置と、ダンサー３０Ｂとトルクセンサー４０Ｂの配置とが、線対称であることを特徴とする（図２と図３参照）。より好ましくは、トラバース２５Ａとダンサー３０Ａとトルクセンサー４０Ａの配置と、トラバース２５Ｂとダンサー３０Ｂとトルクセンサー４０Ｂとの配置を線対称とする（図２参照）。さらに好ましくは、スプール２０Ａとトラバース２５Ａとダンサー３０Ａとトルクセンサー４０Ａの配置と、スプール２０Ｂとトラバース２５Ｂとダンサー３０Ｂとトルクセンサー４０Ｂとの配置を線対称とする。

図２には、トラバース２５Ａとダンサー３０Ａとトルクセンサー４０Ａの配置と、トラバース２５Ｂとダンサー３０Ｂとトルクセンサー４０Ｂの配置とを、線対称とした例が示される。図２に示されるように、スプール２０Ａまたは２０Ｂから繰り出されるワイヤは、トラバース２５Ａまたは２５Ｂとダンサー３０Ａまたは３０Ｂとトルクセンサー４０Ａまたは４０Ｂを経て、メインローラ１０Ａまたは１０Ｂに導かれている。前記の通り、メインローラ１０Ａまたは１０Ｂには、ワイヤが複数周回巻かれている。

トルクセンサー４０とメインローラ１０とを繋ぐワイヤには、他の部材が接触していないことが好ましいものの、ワイヤの方向を変換するためのローラなどがあってもよい。

図２において、トラバース２５とダンサー３０とトルクセンサー４０の配置が、Ｘ−Ｘ線を対称軸として、互いに対象にされている。対称に配置されているとは、各部材の配置位置が対称となり、かつ各部材の配置方向も対称であることをいう。したがって、図２におけるスプール２０Ａとスプール２０Ｂは、その配置位置は互いに対称ではあるものの、その配置方向は対称ではないため；本明細書の定義においては、対象に配置されていない。もちろん、スプール２０Ａとスプール２０Ｂを対象に配置しても構わない。

前述の通り、トルクセンサー４０はワイヤの張力を測定し、測定されたワイヤの張力に基づいて、ダンサー３０はワイヤの張力を調整する機能を有する。ダンサー３０とトルクセンサー４０の配置を対称とすると、第１繰出/巻取機構５０Ａにより張力調整されるべきワイヤの長さと、第２繰出/巻取機構５０Ｂにより張力調整されるべきワイヤの長さとが同一となる。第１繰出/巻取機構５０Ａによるワイヤの張力調整メカニズムと、第２繰出/巻取機構５０Ｂによるワイヤの張力調整メカニズムとが同一制御系となる。そのため、往復運動するワイヤ１０の張力を適切に制御する、例えば、一定に維持しやすくなる。その結果、インゴットの切断が適切に行われ、ワイヤの切断も抑制されうる。

前述の通り、トラバース２５は、スプール２０に巻き取られたワイヤを、ダンサー３０に導く。スプール２０には、ワイヤが何重にも巻かれているので、スプール２０からのワイヤの巻出部が変化する。具体的には、スプール２０からのワイヤの巻出部は、スプール２０のワイヤ巻取り部の軸方向に変化する。図２を参照すると、スプール２０からのワイヤの巻出部は、紙面の法線方向に変化する。そのため、スプール２０とトラバース２５とが固定されていると、スプール２０のワイヤ巻取り部からトラバース２５へのワイヤの角度が変化し、かつスプール２０のワイヤ巻取り部からトラバース２５へのワイヤの長さも変化する。ワイヤの角度や長さが変化すると、ワイヤの張力も変化するため、ワイヤの張力を一定にすることが難しくなる。ワイヤの張力が一定でないと、切断されるインゴット６５を適切に切断できなかったり、ワイヤが断線したりすることがある。

スプール２０のワイヤ巻取り部からトラバース２５へのワイヤの角度を一定にするには、トラバース２５またはスプール２０を、ワイヤ巻取り部の軸方向に可動とすればよい。トラバース２５を可動としてもよいが、その場合には、スプール２５とダンサー３０とをつなぐワイヤの角度とその長さがが変化する。

そのため、より好ましくは図３に示されるように、スプール２０を可動とすることで、スプール２０のワイヤ巻取り部からトラバース２５へのワイヤの角度とその長さを一定とすることが好ましい。具体的には、例えば、基盤２１が有するレール２２にスプール２０をセットして、ワイヤ巻取り部２３の軸方向（図３における矢印参照）に沿って、スプール２０を可動にすればよい。スプール２０を可動にすることで、スプール２０のワイヤ巻取り部２３からトラバース２５へのワイヤの角度もその長さも一定に維持することができる。その結果、インゴットの切断が適切に行われ、ワイヤの切断も抑制されうる。

図４には、第１繰出/巻取機構５０Ａおよび第２繰出/巻取機構５０Ｂと、一対のメインローラ１０Ａおよび１０Ｂとを含む切断装置が記載されており、それぞれの位置関係を示している。ただし、第１繰出/巻取機構５０Ａおよび第２繰出/巻取機構５０Ｂの構成は省略している。第１繰出/巻取機構５０Ａおよび第２繰出/巻取機構５０Ｂはそれぞれ、一対のメインローラ１０Ａおよび１０Ｂの回転軸を含む平面（以下「特定平面」ともいう）に対して、一方の面上および他方の面上に配置されている。好ましくは、第１繰出/巻取機構５０Ａおよび第２繰出/巻取機構５０Ｂは、特定平面を挟んで、それぞれ対称に配置されている。

このように、第１繰出/巻取機構５０Ａおよび第２繰出/巻取機構５０Ｂを上下に対称に配置することで、それらを小さいスペースに収納することができる。また、切断装置をメンテナンスするために、第１繰出/巻取機構５０Ａおよび第２繰出/巻取機構５０Ｂを同時に操作することがあるのでそれらが上下に配置されていると、切断装置のメンテナンスが容易になる。

図４に示される切断装置において、一対のメインローラ１０Ａおよび１０Ｂと、第１繰出/巻取機構５０Ａおよび第２繰出/巻取機構５０Ｂとは、ワイヤで接続されている。より具体的には、一対のメインローラ１０Ａおよび１０Ｂから巻きだされたワイヤは、プーリー（７０Ａおよび７０Ｂ）に懸架されて、第１繰出/巻取機構５０Ａまたは第２繰出/巻取機構５０Ｂに接続される。

一対のメインローラ１０Ａおよび１０Ｂから巻きだされるワイヤのうち、一方のワイヤは、特定平面の一方の面上で巻きだされ、第１プーリー７０Ａに懸架されて、第１繰出/巻取機構５０Ａに導かれる。このように、第１プーリーは特定平面の一方の面上に配置されている。

一方、一対のメインローラ１０Ａおよび１０Ｂから巻きだされるワイヤのうち、他方のワイヤは、特定平面の他方の面上で巻きだされ、第２プーリー７０Ｂに懸架されて、第２繰出/巻取機構５０Ｂに導かれる。このように、第２プーリーは特定平面の他方の面上に配置されている。

また、図４に示されるように、第１プーリー７０Ａおよび第２プーリー７０Ｂはいずれも、一対のメインローラ１０Ａおよび１０Ｂのうち、ローラ１０Ｂ側に配置されていることが好ましい。つまり、一対のメインローラ１０Ａおよび１０Ｂから巻出されるワイヤは、いずれも一方のローラ（ローラ１０Ｂ）側から巻出されることが好ましい。

切断装置の繰出/巻取機構（５０Ａおよび５０Ｂ）と一対のメインローラ（１０Ａおよび１０Ｂ）とを、図４に示されるように配置することで、切断装置のプーリーの数を減らし、ワイヤの張力を制御しやすくする。それにより、ワイヤの断線を抑制し、インゴットの切断を正確に行うことができる。

本発明のインゴットの切断装置は、ワイヤの張力の適切な制御が可能なワイヤソーであるので、インゴットの精密な切断が実現でき、ワイヤの切断も抑制できる。例えば、シリコンインゴットを切断してシリコンウェハとすることができ、薄いシリコンウェハとすることもできる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ メインローラ
２０，２０Ａ，２０Ｂ スプール
２１ 基盤
２２ レール
２３ ワイヤ巻取り部
２５ トラバース
３０，３０Ａ，３０Ｂ ダンサー
３１，３１Ａ，３１Ｂ ダンサーアーム
３２，３２Ａ，３２Ｂ ダンサーロール
４０，４０Ａ，４０Ｂ トルクセンサー
５０Ａ 第１繰出/巻取機構
５０Ｂ 第２繰出/巻取機構
６０ フィーダー
６５ インゴット
７０Ａ 第１プーリー
７０Ｂ 第２プーリー

Claims (3)

1. ワイヤが巻き取られている一対のメインローラと、前記ワイヤを往復運動させる第１繰出/巻取機構および第２繰出/巻取機構と、を具備する、インゴットの切断装置であって、
   前記第１繰出/巻取機構は、前記メインローラに巻き取られたワイヤの繰出および巻取可能な第１スプールと、前記第１スプールと前記メインローラとの間に配置され、前記ワイヤの張力を調整する第１ダンサーおよび前記ワイヤの張力を測定する第１トルクセンサーとを有し、
   前記第２繰出/巻取機構は、前記メインローラに巻き取られたワイヤの繰出および巻取可能な第２スプールと、前記第２スプールと前記メインローラとの間に配置され、前記ワイヤの張力を調整する第２ダンサーおよび前記ワイヤの張力を測定する第２トルクセンサーとを有し、かつ
   前記第１ダンサーと前記第１トルクセンサーの配置と、前記第２ダンサーと前記第２トルクセンサーの配置とは、互いに線対称であり、
   前記第１スプール又は前記第２スプールから繰り出されるワイヤは、前記一対のメインローラの一方に導かれ、かつ、前記一方のローラから前記第２スプール又は前記第１スプールに巻き取られ、
   前記一対のメインローラの回転軸を含む平面の一方の面上に前記第１繰出/巻取機構が配置され、かつ前記平面の他方の面上に前記第２繰出/巻取機構が配置され、さらに前記第１繰出/巻取機構と前記第２繰出/巻取機構とは前記平面を挟んでそれぞれ対称に配置され、
   前記第１繰出/巻取機構と前記一対のメインローラとは、前記平面の一方の面上に配置された第１プーリーに懸架され、前記第１プーリーにより前記一対のメインローラの回転軸に沿った方向に方向が変えられて延びたワイヤで接続され、
   前記第２繰出/巻取機構と前記一対のメインローラとは、前記平面の他方の面上に配置された第２プーリーに懸架され、前記第２プーリーにより前記一対のメインローラの回転軸に沿った方向に方向が変えられて延びたワイヤで接続され、
   前記第１プーリーと前記第２プーリーとは、前記一対のメインローラの他方のメインローラ側に設けられている、
   インゴットの切断装置。
2. 前記第１繰出/巻取機構は、前記第１スプールと前記第１ダンサーとの間に配置され、前記第１スプールのワイヤを前記第１ダンサーに導く第１トラバーサーを有し、かつ
   前記第２繰出/巻取機構は、前記第２スプールと前記第２ダンサーとの間に配置され、前記第２スプールのワイヤを前記第２ダンサーに導く第２トラバーサーを有する、
   請求項１に記載のインゴットの切断装置。
3. 前記第１トラバーサーの位置は固定されており、前記第１スプールと前記第１トラバーサーとの間のワイヤ長さが一定となるように前記第１スプールが移動可能であり、
   前記第２トラバーサーの位置は固定されており、前記第２スプールと前記第２トラバーサーとの間のワイヤ長さが一定となるように前記第２スプールが移動可能である、
   請求項２に記載のインゴットの切断装置。

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