JP5948569B2 - スライス装置 - Google Patents

Description

本発明は、スライス装置に関する。

インゴットから、所定の厚みを有するウェハをスライスする装置として、スライス装置（ワイヤソー）がある。従来のスライス装置（例えば特許文献１）において、被加工物は、当て板（接着のための捨て治具）を介してワークプレートに固定される。

図９に従来のスライス装置における被加工物の取り付け部を示す。取付け治具１５０は、ワークプレート１５２に取りつけられる。ワークプレート１５２には、貫通孔１５４が設けられている。貫通孔１５４は支持段部１５５を有し、その下部に径小孔１５６、上部に径大孔１５７を有する。貫通孔１５４には、締付ボルト１５８が配置されている。

側面Ｌ字状のクランプ爪１６０は、垂直方向に設けた主体部１６２と主体部１６２の下端から側方に突出する締付部１６４とからなり、主体部１６２の上面にはネジ孔１６６が設けられている。締付ボルト１５８を回転させることでクランプ爪１６０が上下する。
クランプ爪１６０によってクランプ手段が構成されている。このクランプ手段が、当て板１６８をクランプする。

当て板１６８は、長方形板状の幅広係止部１７２の下面中央部に設けられた幅狭接合部１７０を有している。幅狭接合部１７０の下面には被加工物１４０が接着剤Ｃによって接着されている。

当て板１６８の幅広係止部１７２をワークプレート１５２の下面とクランプ爪１６０の締付部１６４の上面との間に挿入し、締付ボルト１５８を締付けることによってクランプ爪１６０が上昇し、幅広係止部１７２はワークプレート１５２と締付部１６４の間に固定される。

当て板１６８の幅広係止部１７２とクランプ爪１６０の主体部１６２との間に第１クリアランス部１７４が形成され、また、当て板１６８の幅狭接合部１７０とクランプ爪１６０の締付部１６４との間に第２クリアランス部１７６が形成される。

特開平１０−４４１４３号公報

特許文献１においては、被加工物を当て板に接着した後に、更に、当て板をワークプレートに取り付ける必要があり、スライス装置に被加工物を固定するのに必要な工程が複雑であるため、作業性が悪いことを課題として有している。

本発明は、前記課題を解決するもので、被加工物を容易に取り付け可能で、作業性の向上を実現可能なスライス装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のスライス装置は、ビームの主面に取り付けた被加工物をワイヤでスライスするスライス装置において、前記ビームの側面を直接クランプし、前記クランパは、前記ビームをクランプする面に凹凸を有し、前記凹凸の凸部は、前記ワイヤ側の第１傾斜面と該第１傾斜面と反対側の第２傾斜面とから構成され、前記凸部の頂点における前記第１傾斜面と水平面との成す鋭角は、前記凸部の頂点における前記第２傾斜面と水平面との成す鋭角よりも小である、ことを特徴とする。

本発明により、ビームを直接クランプするため、被加工物を容易に取り付けることが可能となり、作業性を向上できる。

本実施の形態１におけるワイヤソーの全体構成図 本実施の形態１におけるクランプ部分の構成図 本実施の形態１におけるアンクランプ時の姿勢を示す構成図 本実施の形態１における被加工物装着手順を表す図 本実施の形態１におけるクランパの構成図 本実施の形態１におけるクランプ部分の構成図 本実施の形態１におけるクランプ力の変化を示す一例の図 本実施の形態１におけるクランプ力の変化を示す他の例の図 従来のワーク取り付け治具を示す構成図

以下、本実施の形態について、図１〜図８を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態におけるワイヤソー（スライス装置）の全体構成図である。

ワイヤ３は、供給側スプール６ａに巻き糸の如く規則正しく巻きつけられており、そこから繰り出されたワイヤ３がガイドローラ２に巻き掛けられる。ガイドローラ２に複数回巻き掛けられたワイヤ３は、その後、回収側スプール６ｂに巻きつけられ、回収される。ガイドローラ２は、円筒形状を有し、外周面に例えばウレタンゴムが貼り付けられ、そのウレタン面に、１００から２０００箇所にも及ぶ多条の溝が所定のピッチで円周方向に刻まれている。このガイドローラ２は、複数個、具体的には２〜４個程度配置されている。１本のワイヤ３が、各機構部を経由しながら途中で切れることなく繋がっている。

ワイヤソーによる加工方式には固定砥粒方式と遊離砥粒方式がある。固定砥粒方式は、ダイヤモンドなどの砥粒をニッケルメッキやレジンボンドなどで付着させたワイヤ３に、クーラント（切削液）をかけながら、加工を行う方式である。一方、遊離砥粒方式は、砥粒と水やオイル等を含むスラリをワイヤ３にかけながら、加工を行う方式である。クーラントやスラリはノズル４から供給される。

本実施の形態におけるワイヤソーにおいては、両方式を採用可能であるが、ここでは、固定砥粒方式を採用した場合について説明する。ワイヤ３は、交播運動しながら少しずつ繰り出されていく。具体的には、ワイヤ３を５００ｍ繰り出して、４９０ｍ戻すサイクルを繰り返す。この場合、１サイクルで、ワイヤ３が、供給側スプール６ａから１０ｍ送り出され、回収側スプール６ｂに１０ｍ巻き取られる。一方向に動作している区間においては、ワイヤ３を３００〜１５００ｍ／ｍｉｎで走行させる。

加工は、被加工物１の上に貼り付けられたビーム７（接着のための捨て治具）を、ハーフカットするところまで進める。被加工物１が太陽電池用単結晶シリコンの場合、例えば、分速度１ｍｍ程度となるように送り軸モータ１２を駆動して被加工物１を下降させる。

スライス装置の一連の動作については、制御部１９に記憶された任意の加工プログラムによって、一連のシーケンスで自動制御される。

被加工物１は、接着剤によりビーム７の主面に接着された後に、スライス装置のクランプ機構（クランパ）にその側面がクランプされる。クランプされた被加工物１に対して上記の加工が実施される。

接着剤としては、例えば１液性のエポキシ、又は２液性のエポキシを用いる。ビーム７の主面の長手方向の長さは、被加工物１の主面の長手方向の長さよりも長い。また、ビーム７の主面の短手方向は被加工物１の主面の短手方向の長さよりも長い。

ここで、本実施の形態に係るワイヤソーにおけるクランパおよびクランプ手順について、図２から図５を用いて説明する。ここでのクランパは、固定側クランパ２１と、可動側クランパ２２とを備える。固定側クランパ２１はフィード軸（送り軸）２３に固定されている。可動側クランパ２２は回転機構２４に取り付けられている。回転機構２４は、回転軸２９中心にして回転し、ロッド２７、バネ２６、シリンダー２８により、クランプ力となる回転力が発生する。

図３にアンクランプ時の状態を示す。バネ２６の片側はフィード軸２３に取り付けられているストッパ２５に接し、反対側はシリンダー２８に接している。アンクランプ時は、シリンダー２８によりバネ２６を押し、バネ２６はストッパ２５を基点として縮んだ状態となる。シリンダー２８には、例えば油圧シリンダーが用いられる。ロッド２７は回転機構２４を押し、回転機構２４は矢示Ａの方向に回転する。この状態がアンクランプ状態である。

次にビーム７の側面を直接クランプする際の状態を図４に示す。自動搬送の場合は、ロボット、手動搬送の場合はリフタにより、被加工物１の接着されたビーム７がフィード軸２３の底面３０に押し付けられる。この状態から、バネ２６が伸びる方向にシリンダー２８を戻す。このときロッド２７が回転機構２４を引き戻し、回転機構２４を矢示Ｂの方向に回転させる。回転機構２４が回転することで、ビーム７が固定側クランパ２１に押し付けられるとともに、可動側クランパ２２によりビーム７の側面がクランプされる。クランプ力は、バネ２６の伸びた距離とバネ定数により決まる。フィード軸２３は送り軸モータ１２（図１）により上下方向に動作する。

次に固定側クランパ２１および可動側クランパ２２の形状について図５を用いて説明する。図５は、可動側クランパ２２を拡大した図である。固定側クランパ２１の形状は可動側クランパ２２と同じであるため、以下、可動側クランパ２２について説明する。可動側クランパ２２は、ビーム７の側面との接触部（クランプ部）の断面形状が凹凸を有する。この凹凸は、凸部３１を備える。これにより、加工による摺動を防いでビーム７を固定することができる。更に、ビーム７をより強固に固定するために、凹凸の形状は、のこぎり波形状が望ましい。

また、凸部３１は、ワイヤ３（図１）側の第１傾斜面３１ａと、第１傾斜面３１ａと反対側の第２傾斜面３１ｂとから構成され、凸部３１の頂点における第１傾斜面３１ａと水平面との成す鋭角（仰角）は、凸部３１の頂点における第２傾斜面３１ｂと水平面との成す鋭角（俯角）よりも小であることが望ましい。この第１傾斜面３１ａと第２傾斜面３１ｂにより、ビーム７をクランプしたときに、凸部３１の斜面に沿って上側（ワイヤと反対側）にビーム７を押し上げる力が作用し、より強固にビーム７を保持することができる。

なお、第１傾斜面３１ａを水平（水平面との成す角が０°）、第２傾斜面３１ｂの水平面との成す角を４５°とするのが望ましい。この場合、加工時に発生するモーメントにより、ビーム７に食い込んだクランプ部に水平分力と垂直分力が等しく発生し、ビーム７の摺動をより抑制できる。この場合、クランパの幅が１０ｍｍであれば、１ｍｍピッチの等間隔となる。

また、可動側クランパ２２の凹凸を、ビーム７よりも硬度の高い材料で構成するのが望ましい。クランプ部の凹凸をビーム７に食込ませ、より強固なクランプを実現するためである。ビーム７は、カーボン又は樹脂で構成されるため、可動側クランパ２２は鉄系材料で構成する。より好ましくは、鉄系材料よりもより硬度の高い超硬合金でクランプ部を構成する。固定側クランパ２１も同様に、鉄系材料で構成するのが好ましく、超硬合金で構成するのがより望ましい。

ビーム７の厚みが２０ｍｍの場合、固定側クランパ２１および可動側クランパ２２の厚みを例えば６〜１２ｍｍとする。被加工物１をスライスする場合、被加工物１の高さを超え、さらにビーム７まで切り込む。例えば、ビーム７を５ｍｍ切り込む。この位置を加工完了位置とする。この場合、ビーム７の被加工物１側（下側）から５ｍｍより上の位置に固定側クランパ２１および可動側クランパ２２の下面がくるようにビーム７をクランプする。なお、固定側クランパ２１と可動側クランパ２２は、１本のバーでもよいし、２本以上に分割されたバーでもよい。また、クランプ機構を、両方ともに可動するクランパで構成してもよい。

このようにビーム７の側面を横方向から直接クランプすることにより、作業の削減、および、リードタイム短縮が可能となる。さらに、ワークプレートを介在させないことで加工位置とクランプ位置とが近接するため、発生するモーメントが小さくなり、フィード軸に加わる負荷を低減することができる。

ここで、固定側クランパ２１および可動側クランパ２２によるクランプ力について説明する。クランプ開始時から加工終了時までのクランプ力を一定としても良いが、より好ましくは、加工中にクランプ力を変化させる態様である。以下、クランプ力を変化させる態様を詳述する。

図６に示すように、フィード軸２３を下げてワイヤ３に押圧することで、被加工物１をウェハ状にスライスする。このとき、被加工物１にはフィード軸２３の固定点を回転中心とした矢示Ｃのモーメントが発生するため、加工中、固定側クランパ２１と可動側クランパ２２を用いて、被加工物１が動かないような力でビーム７をクランプする必要がある。しかし、クランプ力が強すぎると、ビーム７が変形し、被加工物１がウェハ化されたときの応力の変化によりウェハが割れる場合がある。

被加工物１に発生するモーメントは、加工の後半に向かうほど（加工位置がフィード軸２３に近づくほど）小さくなっていく。したがって、加工の後半に向かうに従い、クランプ力を小さくするように制御するのが望ましい。シリンダー２８が油圧シリンダーの場合、油圧を変更することで、クランプ力を変化させる。クランプ力の変化は、制御部１９（図１）により実行される。すなわち、被加工物１の加工中に、加工開始時よりも弱いクランプ力でクランパ（固定側クランパ２１、可動側クランパ２２）にビーム７をクランプさせる制御部１９を、本実施の形態のスライス装置は備える。

次に、本実施の形態に適用されるクランプ力の具体例を説明する。

図７は、加工開始時のクランプ力を１５０００［Ｎ］とし、加工終了位置である１３０ｍｍ位置において６０００［Ｎ］でクランプするように、一定の傾きでクランプ力を徐々に減少させるグラフを示している。このグラフのようなクランプ力の変化は、被加工物１が低硬度の材料の場合に適用するのが好ましい。被加工物１が低硬度の材料の場合は、被加工物１が変形しやすいため、加工の進行に応じてクランプ力を徐々に減少させるのが好ましいからである。

一方、図８は、加工距離１００ｍｍの位置まで１５０００［Ｎ］で一定とし、加工距離１００ｍｍ〜加工終了位置１３０ｍｍまでは、クランプ力を６０００［Ｎ］で一定にするグラフを示している。このグラフのようなクランプ力の変化は、被加工物１が高硬度の材料の場合に適用するのが好ましい。被加工物１が高硬度の材料であれば、ウェハ状になるまで被加工物１はほとんど変形しないため、ウェハ状になる手前でクランプ力を弱くすればよい。このため、図８のグラフのように、被加工物１の加工中に、加工開始時よりも弱いクランプ力でクランパにビーム７をクランプさせるように制御するのが望ましい。

このように被加工物１の加工中に、加工開始時よりも弱いクランプ力でクランパにビーム７をクランプさせる制御部１９を備えることで、ウェハ割れなどの品質問題が防ぐことができる。

本発明は、例えば、太陽電池用ウェハ等の半導体の製造装置に適用できる。

１ 被加工物
２ ガイドローラ
３ ワイヤ
４ ノズル
６ａ 供給側スプール
６ｂ 回収側スプール
７ ビーム
１２ 送り軸モータ
１９ 制御部
２１ 固定側クランパ
２２ 可動側クランパ
２３ フィード軸
２４ 回転機構
２５ ストッパ
２６ バネ
２７ ロッド
２８ シリンダー
２９ 回転軸
３０ 底面
３１ 凸部
３１ａ 第１傾斜面
３１ｂ 第２傾斜面

Claims (5)

1. ビームの主面に取り付けた被加工物をワイヤでスライスするスライス装置において、
   前記ビームの側面を直接クランプするクランパを有し、
   前記クランパは、前記ビームをクランプする面に凹凸を有し、
   前記凹凸の凸部は、前記ワイヤ側の第１傾斜面と該第１傾斜面と反対側の第２傾斜面とから構成され、
   前記凸部の頂点における前記第１傾斜面と水平面との成す鋭角は、前記凸部の頂点における前記第２傾斜面と水平面との成す鋭角よりも小である、ことを特徴とするスライス装置。
2. 前記凹凸は、のこぎり波状である、請求項１記載のスライス装置。
3. 前記クランパは、前記ビームよりも硬い材料で構成される、請求項１又は２記載のスライス装置。
4. 前記ビームはカーボン又は樹脂で構成され、前記クランパは超硬合金で構成される、請求項３記載のスライス装置。
5. 前記被加工物の加工中に、加工開始時よりも弱いクランプ力で前記クランパに前記ビームをクランプさせる制御部を備える、請求項１〜４のいずれか記載のスライス装置。

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