JPH02274460A - ワイヤ式切断装置の切断速度制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は半導体材料、磁性材料、セラミックス等の脆
性材料（以下被切断部材と称する）をワイヤによりウェ
ハ状に切断する技術に係り、より詳しくは、高速走行す
るワイヤに被切断部材を押し当てつつ当該部分に加工液
を供給して切断する方式のワイヤ式切断装置の切断精度
の向上と製造コストの低減をはかるための切断速度の制
御方法と装置に関する。

従来の技術 半導体材料等の被切断部材をワイヤによりウェハ状に切
断する方法は、基本的には走行するワイヤに被切断部材
を押し当て切断する方式であり、その手段としては、ワ
イヤを複数のガイドローラ相互間にわたって任意設定間
隔で平行に張設し、このワイヤ部分に被切断部材を押し
当てながらワイヤを走行させるとともにこの部分に砥粒
を含む加工液を供給することにより、いわゆるラッピン
グ作用を行なわせて切断するものである。

しかし、従来のワイヤ式切断装置は、切断用ワイヤを被
切断部材に対して往復運動させ、かつワイヤの繰出し・
巻取りを一方向とする切断方式を採用しているため、被
切断面にソーマークが生じたり、滑かに仕上らないとい
う欠点や、高速送りが困難で切断能率を高めることがで
きない等の欠点があった。

そこで、このような欠点を解消する方法として、切断開
始から終了まで切断用ワイヤを高速走行させるワイヤ式
切断方法および装置が開発された（特開昭６１−１１７
０６０．特開昭６１−１００３６１　＞。

この一方向高速ワイヤ式切断装置は、その切断能率、切
断精度において前記した従来のワイヤ式切断装置をはる
かに凌駕し、かつ高品質のウェハを製造することができ
るという優れた機能を有する。

ただ、従来の一方向高速ワイヤ式切断装置には被切断部
材の材質、切断面形状に応じて切断速度を制御する手段
あるいは機能が十分に備わっておらず、切断能率、切断
精度の面からその改善が望まれていた。

発明が解決しようとする課題 この発明は前に述べたような実情よりみて、高速ワイヤ
式切断装置の切断能率、切断精度をより向上させるため
に、当該装置に切断速度制御機能を持たせて被切断部材
の材質、切断面形状に応じた最適な切断パターンで切断
できる切断速度制御方法とその装置を提案しようとする
ものである。

課題番解決するための手段 この発明は高速ワイヤ式切断装置において、被切断部材
をワイヤ列に押付ける速度を切断速度、被切断部材がワ
イヤから受ける押付は力を被切断部材のワイヤ摺動面長
さで除した値を切断抵抗とした場合に、前記切断速度を
切断抵抗が１５ｆｉ／ｒ：１７１以下でかつ滑らかな速
度変化となるように制御する方法であり、また被切断部
材の断面形状に応じて切断速度を変化させて切断するに
際し、最大切断速度と最小切断速度の比が０．５〜１．
０となるように被切断部材をワイヤ列に押付ける方法で
あり、また円形切断面を有する被切断部材を切断するに
際し、初期の切断速度をｖｍａｘ　、中心近傍の切断速
度をＶｍｉｎ　、切断末期の切断速度をＶ　ｅｎｄとし
た場合、Ｖｍｉｎ　＜Ｖｅｎｄ　＜Ｖｍａｘとなるよう
に制御する方法である。

また・、その切断制御手段として、被切断部材押し上げ
台をモータ駆動昇降式とし、被切断部材押し上げ台位置
検出器、前記検出器にて得られた位置信号より当該押し
上げ台位置を算出する押し上げ台位置演算装置、および
前記演算装置で算出した押し上げ台移動量と予め設定さ
れた速度パターンに基づいて前記押し上げ台駆動モータ
を制御覆る押し上げ速度制御装置を用いたものである。

作　　　用 高速ワイヤ式切断装置による切断加工は、多数の案内溝
を有する溝ローラを三角形の各頂点に平行配置し、この
溝ローラ相互間にわたって張設した高速走行のワイヤ群
に昇降式の材料固定台上に固定した被切断部材を押し当
てながら、加工液供給ノズルより砥粒を含む加工液を切
断部に供給して切断する。

被切断部材をワイヤ列に押付けて切断する際の切断速度
を切断抵抗が１５９／ｃｍ以下でかつ滑らかな速度変化
となるように制御することとしたのは、次に記載する理
由による。

第１図はシリコン単結晶６インチ径と８インチ径を一方
向高速ワイヤ式切断装置（ワイヤ線径０．１６ｍφ）に
よりウェハ状に多数枚同時切断した場合のワイヤ走行速
度Ｕと材料固定台押し上げ速度Ｖと切断抵抗Ｆの関係を
示す図である。

この図から明らかなごとく、切断抵抗Ｆはワイヤ１本か
ら受ける押付は力を被切断部材のワイヤ店動面長さで除
した値であり、ワイヤ走行速度が高速になれば、被切断
部材の押し上げ速度とワイヤ走行速度の比が一定であれ
ば切断抵抗Ｆはほぼ一定となる。

そこでこの発明では、ウェハ表面へのソーマークをなく
しかつワイヤ断線防止の観点から、切断抵抗を１５９７
Ｃｍ以下とすることとしたのである。

つまり、切断抵抗が１５ｇ／Ｃｍを超えるとウェハ表面
へのソーマークが発生し易くなるとともにワイヤ断線の
おそれが生じるためである。

また、滑らかな速度変化となるように切断速度を制御す
ることとしたのは、例えば円形断面における押し上げ速
度（切断速度）は切断抵抗が一定の場合押し上げ速度変
化が急激になり、切断精度を低下させるおそれがあるた
めである。

また、被切断部材の切断面形状に応じて切断速度を変化
させて切断するに際し、最大切断速度と最小切断速度の
比が０．５〜１．０となるように切断することとしたの
は、次に記載する理由による。

第２図は被切断部材の切断長さ（Ｄｏ　＞とワイヤ走行
速度Ｕによる押し上げ速度Ｖのパターン例であり、Ａパ
ターンは楕円状、円形状断面の例、Ｂパターンはおむす
び形状断面の例である。

すなわち、被切断部材の断面形状が滑らかな場合、切断
初期の押し上げ速度Ｖは最大速度Ｖ　ｍａｘとし、切断
中のワイヤ摺動面長さが最も長くなる付近すなわち中心
近傍で最小速度Ｖｍｉｎとすることが望ましい。そのた
めには、最大切断速度と最小切断速度の比が０．５〜１
、Ｏとなるように制御するのが切断能率、切断精度の面
から好ましい。

また、第３図はシリコン単結晶のようなほぼ円形大口径
断面の押し上げ速度パターン例である。

このような大口径断面の被切断部材の場合は、第２図の
Ａパターンのように押し上げても一定速度で切断する場
合と比較して切断粘度は向上するが、より切断精度を向
上させるためには、切断終了時の切断速度Ｖｅｎｄは初
期の切断速度ｖ　ｍａｘと同じとせず、Ｖｍｉｎ　＜Ｖ
ｅｎｄ　＜ＶｍａＸとする方がより切断精度を向上でき
る。

つまり、単に切断中のワイヤ摺動面長さにより押し上げ
パターンを決めると第２図のへパターンのようになるが
、第３図Ｃパターンのように非対称的な押し上げパター
ンの方が砥粒の供給条件等の要因により有効と考えられ
る。

次に、被切断部材押し上げ台の押し上げ速度すなわち切
断速度の制御は、当該押し上げ台位置検出器からの信号
により押し上げ台の移動量を常時確認しながら、設定速
度パターンになるように駆動モータを制御することによ
って行なう。

実　　施　　例 第４図はこの発明に係るワイヤ式切断装置の切断制御装
置の全体構成例を示す概略図で、（１）は周面に多数の
溝が付設されているガイドローラ、（２）は加工液供給
用スリットノズル、（３）は一方向高速走行ワイヤ、（
４）は被切断部材、（５）は被切断部材押し上げ台昇降
装置、（６）は押し上げ台位置検出器、（７）は押し上
げ台位置演算装置、（８）は押し上げ速度制御装置、（
９）は押し上げ速度パターン設定器である。

被切断部材押し上げ台昇降装置（５）は、基台（５−１
＞上に立設した垂直ガイド（５−２）に、押し上げ台（
５−３）の脚体（５−４）が上下に１習動自在に嵌合さ
れ、下部を軸受（５−６）にて受けた押し上げ軸（５−
７）が脚体部に取付けたねじ筒（５−５）に螺合されて
おり、基台（５−１）の一端に設けたサーボモータ（Ｍ
＞により減速１（５−８）、プーリ（ｐｌ）、（ｐ２）
、ベルト（５−９）を介して前記押し上げ軸（５−７）
が回転し、押し上げ台（５−３）が昇降する機構となっ
ている。

押し上げ台位置検出器（６）は前記押し上げ軸（５−７
）に直結されており、該押し上げ軸の回転数から位置信
号が出力される仕組みとなっている。

上記構成の切断制御装置において、被切断部材（４）は
押し上げ台昇降装置（５）により押し上げられて、３個
のガイドローラ（１）に掛けられている一方向に高速走
行するワイヤ（３）群に押し当てられて同時多数切断が
行なわれる。ワイヤ（３）は切断の開始から終了まで高
速で一方向送りされる。

切断中は、押し上げ軸（５−７）に直結された位置検出
器（６）から押し上げ台（５−３）の位置信号が押し上
げ台位置演算装置（７）に入力され、ここで算出された
押し上げ台の移動量が押し上げ速度制御装置（８）に入
力され、設定器（９）にて設定された押し上げ速度パタ
ーンになるようサーボモータ（Ｍ）が制御される。

この時は、押し上げ速度変化が急激に起らないように押
し上げ加速度も適正に制御される。

第１表はこの発明を実機に適用してφ８インチシリコン
単結晶を切断（１３５枚同時切断）した場合の切断精度
を、押し上げ速度一定（従来）と比較して示したもので
ある。

第１表より、本発明はウェハの反り精度向上に有効であ
ることがわかる。

以下余白 発明の詳細 な説明したごとく、この発明は次に記載する効果を奏す
る。

■　被切断部材の材質、切断面形状に応じて切断速度を
適正にかつ滑らかに制御することができるので、高速ワ
イヤ式切断装置の切断能率および切断精度がより高めら
れる。

■　被切断部材の材質、切断面形状に応じて適正の切断
パターンで切断できるので、高表面品質のウェハを製造
することができるとともに、ワイヤの断線事故等のトラ
ブルも皆無となり高速ワイヤ式切断装置の稼働率がより
一層高められる。

■　シリコン単結晶のようなほぼ円形大口径断面の被切
断部材を高能率、高精度で多数枚同時切断できる。

■　被切断部材押し上げ台の速度制御には電気的装置に
よって自動的に行なう方式を採用し、當時押し上げ台の
位置を検出しながらフィードバック制御により押し上げ
台を作動させるので、押し上げ速度を適正化できるとと
もに、押し上げ速度変化が急激に起らないように押し上
げ加速度も適正に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はシリコン単結晶を一方向高速ワイヤ式切断装置
によりウェハ状に多数枚同時切断した場合のワイヤ走行
速度と材料固定台押し上げ速度と切断抵抗の関係を示す
図、第２図はこの発明における被切断部材の切断長さと
ワイヤ走行速度による押し上げ速度のパターン例を示す
図、第３図は同じくシリコン単結晶のようなほぼ円形大
口径断面の被切断部材の押し上げ速度パターン例を示す
図、第４図はこの発明に係るワイヤ式切断装置の切断制
御装置の全体構成例を示す概略図である。 １・・・ガイドローラ ２・・・加工液供給用スリットノズル ３・・・一方向高速走行ワイヤ ４・・・被切断部材 ５・・・被切断部材押し上げ台昇降装置６・・・押し上
げ台位置演算装置 ７・・・押し上げ速度−制御装置 ８・・・押し上げ速度パターン設定器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定間隔に張架されたワイヤ列を高速走行させつつ、該
   ワイヤ列に被切断部材を押し当てながら当該部分に加工
   液を供給して切断する方式のワイヤ式切断装置において
   、被切断部材を前記ワイヤ列に押付ける速度を切断速度
   、被切断部材がワイヤから受ける押付け力を被切断部材
   のワイヤ摺動面長さで除した値を切断抵抗とした場合に
   、前記切断速度を切断抵抗が１５ｇ／ｃｍ以下でかつ滑
   らかな速度変化となるように制御することを特徴とする
   ワイヤ式切断装置の切断速度制御方法。 ２ 被切断部材の切断面形状に応じて切断速度を変化させて
   切断するに際し、最大切断速度と最小切断速度の比が０
   ．５〜１．０となるように被切断部材をワイヤ列に押付
   けることを特徴とする請求項１記載のワイヤ式切断装置
   の切断速度制御方法。 ３ 円形切断面を有する被切断部材の切断において、初期の
   切断速度をＶｍａｘ、中心近傍の切断速度をＶｍｉｎ、
   切断末期の切断速度をＶｅｎｄとした場合、Ｖｍｉｎ＜
   Ｖｅｎｄ＜Ｖｍａｘとなるように制御することを特徴と
   する請求項１記載のワイヤ式切断装置の切断速度制御方
   法。 ４ 所定間隔に張架されたワイヤ列を高速走行させつつ、該
   ワイヤ列に被切断部材を押し当てながら当該部分に加工
   液を供給して切断する方式のワイヤ式切断装置において
   、被切断部材押し上げ台をモータ駆動昇降式とし、被切
   断部材押し上げ台位置検出器と、前記押し上げ台位置検
   出器にて得られた位置信号より当該押し上げ台の位置を
   算出する押し上げ台位置演算装置、および前記演算装置
   で算出した押し上げ台移動量と予め設定された押し上げ
   速度パターンに基づいて前記押し上げ台駆動モータを制
   御する押し上げ速度制御装置を備えたことを特徴とする
   ワイヤ式切断装置の切断速度制御装置。