JPH04122566A - バーまたはブロック状加工材からのウェファー切断用ワイヤーソー - 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】

［０００１］

【産業上の利用分野】

本発明は、バーまたはブロック状の加工材からウェファ
−を切断するためのワイヤソーであって、ローラー系上
を運動するワイヤが複数ののこ引き間隙において、研磨
剤の供給下で、加工材を通して作用し、その際にのこ引
き領域のワイヤーがたわみローラー系（ｄｅｆｌｅｃｔ
ｉｏｎ　ｒｏｌｌｅｒ　ｓｉｓｔｅｍ）上に導かれ、た
わみローラーの少なくとも一つが駆動されることから成
るワイヤーソーに関する。 ［０００２］

【従来の技術】

このようなワイヤソーは公知であり、内孔ソーおよびフ
レームソーの他に、バーまたはブロック形状の加工材、
特にケイ素の半導体バーまたはブロックを、例えばソー
ラー電池または電子要素の製造の出発物質として用いら
れるウェファ−にのこ引きするためにますます増加して
用いられている。例えばソリッドステートテクノロジー
（Ｓｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　
　１９８７年９月号６３〜６５頁のアール・ヴエルス（
Ｒ，Ｗｅｌｌｓ）の論文：　［大直径結晶のワイヤソー
スライス化（Ｗｉｒｅ　ｓｏｗｓｌｉｃｉｎｇ　ｏｆ　
ｌａｒｇｅ　ｄｒａｍｅｔｅｒ　ｃｒｙｓｔａｌｓ　）
　ｊおよびその引用文献によて概観が与えられる。ワイ
ヤソーの利点は主として、ワイヤソーによって比較的薄
いウェファ−が得られることと切断損失が低く維持され
ることである。 ［，０００３］ 米国特許第４．４９４．５２３号明細書によるワイヤソ
ーでは、ハープのように、相互に三角形をなして配置さ
れ、それらの中の少なくとも一つのローラーが駆動され
る、少なくとも加工材の直径を有する３個のたわみロー
ラー上を実際ののこ引き領域のワイヤーが導かれる。加
工材は最初、このプリズム状配置内に置かれ、スライス
化作業中に、被動ワイヤの水平伸張部分方向に下方から
送られる。他方では、米国特許第４．６５５．１９１号
明細書では、複数の個別の並行ワイヤが設けられ、ワイ
ヤの駆動は供給ローラーおよび／または引取りローラー
によって行われ、前記ワイヤは非駆動案内ローラーによ
って実際ののこ引き領域に水平に配向されるので、加工
材はワイヤハープ（ｗｉｒｅ　ｈａｒｐ　）に対して上
方から押圧されて、送り運動を行う。 ［０００４］ しかし、最後に挙げた変更態様では、のこ引き操作のた
めに、ワイヤの送り運動に複雑なスイベル運動を重ね合
せることが必要であり、このことは故障を起しやすい複
雑なスイベル機構を必要とし、案内ローラー上に非常に
可変な応力を必然的に及ぼすことになる。他方では、他
のワイヤソーはのこ引き領域に比較的大きい自由長さの
ワイヤを有し、その結果具なる大きさの加工材ののこ引
きまたはワイヤの接触長さが変化するのこ引き作業にお
いて切断の不正確さが生ずることになる。さらに、例え
ば少なくとも約１０ｃｍのエツジ長さを有するソーラー
電池用ケイ素のブロックまたは少なくとも約１０ｃｍの
直径を有するバーのような、加工材長さが約２０ｃｍよ
り大きい大フォーマット加工材ののこ引きは、対応して
大きい設計で軸間の間隙の大きいたわみローラーを必要
とする。この結果ワイヤの自由長さは大きくなり、のこ
引きの必要な精度のために大きなワイヤ力が要求される
ことから、特に高負荷に耐えうるような高品質の複雑な
ベアリングとワイヤ材料の使用が必要になる。 ［０００５］

【発明が解決しようとする課題】

本発明の目的は、大きな加工材を高精度および高い信頼
度でウェファ−にのこ引きすることができ、しかも殆ん
ど費用を要さず、種々な加工材フォーマットに摘要可能
であるワイヤソーを提供することである。 ［０００６］

【課題を解決すべき手段】

この課題は、のこ引き領域を画定するたわみローラーの
間の、加工材と接触するワイヤ一部分の両側に、各場合
にさらに少なくとも１個の非駆動補助案内ローラーを設
け、それにらってワイヤ上に付加的なたわみ角度を与え
ることから成る、最初に述べたような種類のワイヤソー
によって解決される。 ［０００７］ たわみ角度とは、補助案内ローラー上を移動するワイヤ
部分の仮想伸長部と補助案内ローラーを通過したワイヤ
のたわみ部分との間に存在する角度であるとこの場合理
解すべきである。大ていの場合に、１°未渦のたわみ角
度ではワイヤの信頼できる案内がもはや保証されず、約
３０°　より大きいたわみ角度で生ずる力は装置にもは
や正当化されないような費用を一般に要求することにな
ることが判明している。１°〜３０°、好ましくは２°
〜１２°の範囲内のたわみ角度が有利であると実証され
ている、この範囲内では一方ではワイヤの正確な案内が
行われ、他方では補助案内ローラーのための費用が、ワ
イヤの小さいたわみから比較的小さい負荷ワイヤ力が生
ずるにすぎないために、好都合な範囲内に留まるからで
ある。特に、この結果前記ローラーの直径は小さく留め
られることになる。 ［０００８］ 補助案内ローラーは入口側および出口側で加工材にでき
るだけ接近した状態で存在することが好ましい。この理
由はこのような場合にワイヤの案内が最も正確に行われ
るからである。しかし、補助案内ローラーの配置が被切
断加工材とワイヤハープとの間の送り運動を妨げないこ
とを保証しなければならない。特に約１０ｃｍ以上の直
径を有する例えば丸形バーまたは傾斜ブロック等の、補
助案内ローラーの位置をのこ引き作業の過程中に調節で
きるようにワイヤ接触長さが大きく変化する加工材の場
合には、この調節を例えば液圧駆動装置、スピンドルま
たはサーボモーターを用いて連続的に実施することが好
ましいカミ原則としてこの調節を段階に実施することも
可能である。経験によると、補助案内ローラーの軸間の
間隔をのこ引き間隙中のワイヤの最大接触長さと、加工
材に隣接する補助案内口−ソーの二つの半径の和との合
計よりも多くとも１００ｍｍまで大きいように選択する
場合には、特に良好な切断結果が得られる。しかし、加
工材にできるだけ密接した補助案内ローラーの配置が特
に有利である。 ［０００９］ このような加工材に密接した配置はワイヤの高度な剛性
を側方へのずれ（ｌａｔｅｒａｌ　ｄｅｖｉｃｔｉｏｎ
　）に対して作用させるため、特に高い切断精度を可能
にする。このことはたわみローラーの直径よりもかなり
小さい補助案内ローラーの直径によって助成される。た
わみローラーは高い機械的負荷を含めてたわみを引き受
け、補助案内ローラーは駆動されず、小さいワイヤ圧力
を吸収するだけでよい。 ［００１０］ 多くの場合に、補助案内ローラーによって保証される案
内精度はすでに非常に高いので、例えばたわみローラー
における案内ローラーのような、固有の案内要素を省略
して、たわみローラーをより簡単で丈夫な形状で用いる
ことができる。 必要な場合には、案内チャンネルに例えば硬質プラスチ
ックのような硬質ベース材料を用いることによって、案
内精度をさらに改良することができる。 ［００１１］ 本発明によって達成されるワイヤの良好な案内は従来の
材料よりも引張強さい材料製のワイヤ、例えばプラスチ
ックまたは軽量金属に基づくワイヤ、または繊維強化ワ
イヤまたは種々な層から構成されたワイヤの使用を可能
にする。このような細い、従って軽量のワイヤでは、の
こ引き作業中の材料損失を減することができる。しばし
ば、ワイヤ中の張力は減ぜられ、その結果として前記ワ
イヤは非常に多数回の切断に用いることができる。例え
ばプラスチックのような化学的に耐性の材料のワイヤを
用いる場合には、のこ引き間隙内のソーに通常供給され
るラップ研磨剤に加工材に化学的に作用する成分（例え
ば腐食剤）を供給することから成るのこ引きプロセスの
変更態様も可能である。従って、ソーに生成する“損傷
′°すなわち表面部分における完全な結晶配向の機械的
妨害を切断工程において直接再び除去するか、または最
小に減することができる。ケイ素バーまたはブロックを
のこ引きする場合に、考えられるこのような腐食性添加
剤の例は例えば水酸化ナトリウム水溶液のようなアルカ
リ性溶液または例えば水性フッ化水素酸／硝酸混合物の
ような酸性溶液であり、ワイヤと摩擦接触する加工材の
部分に化学的腐食剤（ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ　ｒｅｍｏ
ｖｉｎｇ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　）が作用する。 ［００１２］ 他の点では、本発明にらるワイヤソーによるのこ引き作
業は通常のワイヤソーから公知の条件下で実施すること
ができる。このことは、例えば一般に約１〜１０ｍ／秒
のワイヤ速度、通常的０．０１〜０．０６Ｎ　７ｍｍ２
の軸受は圧力に該当し、またはのこ引き作業中に供給さ
れる。例えば油中に懸濁した炭化ケイ素粒子またはコラ
ンダム粒子から成る、ラップ研磨剤／冷却剤混合物に該
当することである。しかし、これらのデータは基準値と
してのみ見なすべきであり、限定の意味と見なすべきで
はない。特に、プラスチックワイヤを用いる場合には、
これらのデータに挙げられた値よりも高い速度および低
い圧力を用いることができる。 ［００１３］ 送り運動は通常のワイヤソーから公知のやり方で、ワイ
ヤハープ方向への加工材の移動によって行われる。しか
し、有利な実施態様によると、送り運動は静止した加工
材とワイヤハープの適当な移動によって行われる。この
変更態様の利点は、送り案内手段を切断領域の外部の好
ましい位置に配置できることである。従って、加工材の
送りに必要な空間を補助案内ローラーの配置に付加的に
考慮する必要がなくなる。静止加工材は特に固定した加
工材の配置を可能にし、これによって高いのこ引き精度
が生ずる。この配置によって送り案内手段が特に安定な
大きさをとりうるという事実もこれに寄与する。 ［００１４］ 加工材の運動とワイヤハープの運動との組合せから送り
運動が生ずるという実施態様も原則として可能である。 必要な場合には、実際の送り運動にこれを横断する方向
の運動成分を重ね合せて、平たいウェファ−表面ではな
く、のこ引き作業が例えば曲面またはチャンネルのよう
な、ある一定の輪郭を有するウェファ−表面を生ずるよ
うにすることもできる。 ［００１５］ 本発明を図１と図２に例示するような可能な実施態様に
関連して、以下でさらに詳しく説明する。図１は調節可
能な補助案内ローラーを有する配置を示し、図２は２個
の加工材を同時にの引きする配置を示す。両図において
同じ成分部品には同じ参照番号を与える。 ［００１６］ 各場合に、簡潔性のために、本発明の概念を表すために
不可避である、のこ引き領域のワイヤソーの成分部品の
みを示し、例えば案内ローラーおよび装置フレーム内の
加工材キリャヤーの取付けのための、慣習的で当業者に
よく知られている、装置の表示は省略した。このことは
ワイヤの巻取りを解き出し、たわみローラー系を通過す
る前後のワイヤの引張りと緩和、典型的に約１００〜２
０００個の数である複数ののこ引き間隙へのラップ研磨
剤の供給ならびに研磨剤の処理（ｄｉｓｐｏｓａｌ）の
ための装置に該当する。 ［００１７］ 図１は例えば丸形バーとしての加工材１を示す。これは
例えばケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウムまたはリン
化インジウムのような半導体材料、または例えばガリウ
ム・カドリニウムガーネットもしくは石英のような酸化
物材料から成る。他の相対的なサイズを説明するために
、より小さい加工材１′　も示す。加工材１は切断アン
ダーレイ（ｃｕｔｔｉｎｇ　ｕｎｄｅｒｌａい上に固定
され、送り運動は加工材とワイヤ３によって示されるが
実際には図面の面に対して垂直に、一定間隔で相互に並
行に走る、複数のワイヤ部分から成るワイヤハープとの
間の送り装置（図示せず）によって実施される。ワイヤ
の並行部分を形成するために、ワイヤをたわみローラー
４上をコイルとして導く。 ［００１８］ ワイヤ３は２個の補助案内ローラー５によって直線路か
らややたわむ。図示した装置の場合には、２°〜１２°
の範囲内の補助案内ローラー５のごぐ小さいたわみ角度
が適切であると判明している。このデータは加工材に接
触せずに自由に走るワイヤに関するものであり、のこ引
き作業中の加工材の関与による大きなたわみを考慮して
いない。 ［００１９］ 補助案内ローラーの周囲上のワイヤの支持点と加工材１
上の入口および出口点との間のワイヤの自由長さを最適
範囲内に維持するために、補助案内ローラー５を調節可
能にすることもできる。このために、補助案内ローラー
５をピボット点７を中心として旋回可能である支持ブラ
ンケット６に取付けることができる。調節の他の可能性
は、例えば軸方向案内装置内を、移動可能である補助案
内ローラー５をワイヤハープ面に並行に設けることであ
る。のこ引き作業が進行するにつれて、補助案内ローラ
ーの相互からの距離、従ってワイヤの自由長さをのこ引
き間隙内の接触長さの変化に適合させることができる。 これは例えばスピンドル８のような調節装置によって実
施することが可能である。この調節装置は制御された方
法で調節可能であり、また有利には送り制御と組合せて
、プロセスの自動化を可能にすることが好ましい。 ［００２０］ 加工材に隣接した補助案内ローラーを有する配置に基づ
く、好ましいのこ引き特性はのこ引き領域に２個のみの
たわみローラーを設けることも可能にする。このような
可能な実施態様は図２に示す。鋳造ケイ素に基づくソー
ラー電池のベース材料の製造に用いられるような、方形
断面積を有する２個のブロックを加工材１として示す。 これらのブロックはのこ引き中、例えばセラミック材料
製の切断アンダーレイ２上に通常固定される。少なくと
も１個のたわみローラーが駆動されるたわみローラー４
の周囲をワイヤ３は運動してワイヤハープを形成し、こ
のワイヤハープによって加工材１は典型的に０．１〜１
ｍｍの厚さを有する複数の薄ウェファ−にのこ引きされ
る。 ［００２１］ 加工材のフォーマットに従って定められた位置に設置さ
れ、たわみ角度約６゜を有する補助案内ローラー５を用
いて、ワイヤは実質的な水平路からややたわめられる。 各場合に２個の補助案内ローラーの間の領域において、
ワイヤ３は送り運動の規模に応じてラップ剤供給および
材料研磨下で、加工材を通してウェファ−が切断される
まで作用する。この場合、送りはある加工材の場合には
内側から外側へ、他の加工材の場合には外側から内側へ
実施することができるが、必要な場合には、両方の送り
装置を相互に組合せることができる。しかし、ローラー
系の送り運動または加工材とローラー系の送り運動も同
様に可能である。 ［００２２］ しかし、各場合に２個の加工材を同時にのこ引きするこ
とは必ずしも必要ではない。例えば各場合に１個のみの
加工材かのこ引きされるように、上部対の補助案内ロー
ラーを省略した配置も受容される。一般に、本発明によ
るワイヤーソーは２個以上の個別の加工材から成る加工
材群ののこ引きに適している。この場合に、個々の加工
材の間に補助案内ローラーを設けることが必要である。 ［００２３］ のこ引き作業中にワイヤハープに並行な平面を有する、
図に示した加工材の状態も絶対的ではない。多くの場合
に、傾斜した状態すなわち平面がワイヤハープに並行な
配置から約１〜４５°だけ偏向して、特にブロックの最
上縦エツジがソーワイヤに接触するような状態の加工材
をのこ引きすることも、特にき裂形成の減小およびのこ
引き作業開始の容易さのために、有利であることが実証
されている。のこ引き中のこのような傾斜加工材配置の
場合には、調節可能な補助案内ローラー５かのこ引き作
業の過程中の接触長さの変化に適合することができるの
で、特に適切であることが実証されている。 ［００２４］ ここに示したたわみローラーと補助案内ローラーとの２
種類の可能な配置は例としてのみ解釈すべきであり、限
定の意味で解釈すべきではない。 ［００２５］

【発明の効果】

本発明によるワイヤソーは加工材フォーマットが変化す
る場合にも非常に正確な切断を可能にする。補助案内ロ
ーラーは小さく、簡単で相互交換可能であるので、この
精度の増加に対して負うべき費用はごく低い。同時に、
のこ引き作業の前または間に実施可能である、特に加工
材の輪郭に対する補助案内ローラーの状態調節の可能性
のために、たわみローラーの使用は改良される。最後に
、ワイヤの自由長さが小さいために、ワイヤの負荷可能
性に対する要件が厳しくなく、これに応じて前記ワイヤ
をより頻繁に用いること［００２６］ 以下、本発明の好適な実施態様を例示する。 １）たわみ角度が１°〜３０°、好ましくは２°〜１２
°であることを特徴とする請求項１記載のワイヤソー。 ［００２７］ ２）補助案内ローラーが調節可能であることを特徴とす
る請求項１または前項１記載のワイヤソー。 ［００２８］ ３）化学的に耐性の材料製のワイヤを使用し、のこ引き
の際の研磨剤に加工材を化学的に腐食する成分を加える
ことを特徴とする請求項１または前項１〜２のいずれか
に記載のワイヤソー。 ［００２９］ ４）ブロック状の加工材をのこ引きする場合に、加工材
が傾斜した状態でワイヤと接触することを特徴とする請
求項１または前項１〜３のいずれかに記載のワイヤソー
。 ［００３０］ ５）のこ引き作業中に加工材とワイヤとの間ののこ引き
領域においてワイヤの送り運動が行われることを特徴と
する請求項１または前項１〜４のいずれかに記載のワイ
ヤソー。 ［００３１］ ６）のこ引き作業中に加工材とワイヤとの間ののこ引き
領域において加工材の送り運動が行われることを特徴と
する請求項１または前項１〜４のいずれかに記載のワイ
ヤソー。 ［００３２］ ７）送り運動に付加的に横断方向運動を重ね合せること
を特徴とする前項５または６に記載のワイヤソー。 ［００３３］ ８）バーまたはブロック状の半導体材料の加工材ののこ
引きへの請求項１または前項１〜２のいずれかに記載の
ワイヤソーの使用。 ［００３４］ ９）加工材を０．１〜１ｍｍの厚さのウェファに切断す
る前項８記載のワイヤソーの使用。

【図面の簡単な説明】

【同月 調節可能な補助案内ローラーを有する配置を示す。 【図２】 ２個の加工材を同時にのこ弓１きする配置を示す。

【書類名】

【図１】

【図２】 図面 ニドツク １／４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ローラー系上を移動するワイヤが複数のの
   こ引き間隙において研磨剤を供給されながら加工材を通
   して作用する、バーまたはブロック状加工材からのウェ
   ファー切断用ワイヤソーであって、のこ引き領域を画定
   するたわみローラーの間の加工材と接触するワイヤ部分
   の両側に付加的に１個ずつの非駆動補助案内ローラーを
   配置し、それによってワイヤーに付加的なたわみ角度を
   与えることを特徴とするワイヤソー。