JPH06155450A - マルチワイヤソーによる切断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】一方向走行タイプのマルチワイヤソーにより反
りのない高品質のウエハを能率よく切断できる手段を提
供する。 【構成】一方向走行タイプのマルチワイヤソーにおい
て、被切断物の入側および出側のワイヤ列上に砥粒を含
む加工液を供給する。被切断物出側のワイヤ列上に供給
される加工液の溝ローラの回転によって発生する飛沫の
温度を測定する。この飛沫の温度が一定になるように加
工液の温度または流量、あるいは被切断物をワイヤ列に
押付ける被切断物押上速度を制御する。 【効果】ワイヤ列の発熱に伴う溝ローラの熱変形を抑制
できるので、高精度切断が可能となる。被切断物押上速
度をほとんど減少させることなく切断できるので、切断
能率が高い。いかなる断面形状の被切断物に対しても有
効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体材料、セラミッ
クス等の高精度切断が要求される材料をワイヤと砥粒に
より薄厚の多数のウエハに切断するマルチワイヤソー
（以下説明の便宜上「ワイヤソー」と略称する）の切断
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤソーは、所定ピッチのワイヤ列に
被切断物（以下「ワーク」と称する）を押付け、砥粒を
含む加工液（以下「砥液」と称する）を注ぎつつワイヤ
とワークを相対運動せしめ、研削作用によって多数のウ
エハに切断する装置である。

【０００３】図２は一般的なワイヤソーの切断部を例示
したもので、（Ａ）はワーク切断中の状態を示す切断部
の斜視図、（Ｂ）は同上ワイヤソーの溝ローラにワイヤ
が巻き付いた状態の溝ローラの一部を拡大して示す縦断
側面図である。すなわち、（Ａ）に示すごとく、回転自
在に保持された３個の溝ローラ１、２、３の外周面に所
定ピッチｐで刻設された多数のリング状の溝１３に１本
のワイヤ４を巻き付けて所定ピッチのワイヤ列５を形成
し、このワイヤ列５を往復あるいは一方向に走行せし
め、ワーク６に砥液供給ノズル１２より砥液７をかけな
がらワーク押上台１０を徐々に上昇させて切断してい
く。図中、８はダミー板、９はベース、１１はベース固
定ボルトである。

【０００４】砥液の供給方法としては、ワイヤ列５を往
復走行させて切断する方式の場合は、図３（Ａ）に示す
ように、ワーク６の両側のワイヤ列５に砥液７をかける
方法や、ワイヤ列５を一方向に走行させて切断する方式
の場合は、（Ｂ）に示すようにワーク６の入側のワイヤ
列５のみに砥液７をかける方法がある。

【０００５】このようなワイヤソーによる研削切断で
は、ワーク６の材質、切断部に作用するワイヤからの面
圧、砥粒とワイヤ列５の走行速度によって決まる研削能
力（単位時間に研削し得る量）に見合ったワーク押上速
度ｖを設定するのが基本である。ワーク押上速度ｖを大
きくすればワイヤからの面圧が増加するので研削能力は
やや増加する傾向にあるが、ｖが大きすぎるとワイヤに
過大な負荷が作用し、切断精度が悪化するばかりか断線
の危険が高まる。そこで、ワーク６をワイヤ列５に押付
ける荷重を一定にして切断する方法が広く採用されてい
る。

【０００６】ところが、この方法の場合、設定する荷重
は経験的に決定せざるを得ないので、試行錯誤による無
駄があるほか、ワイヤ本数やワークの断面寸法毎に設定
する必要がある。また、荷重検出方法によってはワーク
６の重量分を補正する必要があり、荷重設定が繁雑とな
ることがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のワイヤソーで
は、前記の切断荷重を小さく設定して切断精度を向上さ
せることが行われてきたが、この方法はワーク押上速度
が減少することになるため切断能率の低下を余儀なくさ
れる。

【０００８】そこで、この発明者らは切断精度を悪化さ
せる原因について検討を重ねた結果、大きな原因の一つ
が研削によるワイヤの発熱現象であること、すなわち研
削によるワイヤ列の発熱が切断精度に大きく影響するこ
とを知見したのである。

【０００９】以下に、ワイヤ列の発熱と切断精度劣化の
関係を、図３（Ｂ）に示す一方向走行タイプのワイヤソ
ーに基づいて説明する。ワイヤ列５は砥粒を介してワー
ク６と摺動するので、摩擦熱あるいは研削加工熱が発生
し、ワーク６出側のワイヤ列５の温度はワーク入側のワ
イヤ列５の温度よりも高くなる。この温度上昇したワー
ク６出側のワイヤ列５は、溝ローラ２に巻き付けられる
ので、当該溝ローラ２の表面温度を上昇させる。

【００１０】一方、溝ローラの一般的な構造としては、
図４に示すごとく、一端にフランジ１６−１を有する金
属製の軸１６に、ワイヤ案内溝１３が刻設された耐摩耗
性の樹脂スリーブ１４が圧入され、金属製の軸１６に螺
合した締付けナット１５にて一体化された構造となって
いる。

【００１１】このような構造の溝ローラの場合、ワーク
６の長さが樹脂スリーブ１４の長さよりも短い場合に
は、ワイヤ列の発熱は高々ワーク６の長さの範囲に限定
されるので、例えば図４のスパンａの範囲のみにワイヤ
の熱が伝わる。したがって、樹脂スリーブ１４の軸方向
熱膨張はスパンａの領域で発生し、残りのスパンｂの領
域では逆に軸方向に収縮することになる。

【００１２】なお、ワーク６が樹脂スリーブ１４と同程
度の長さである場合でも、樹脂スリーブ１４の両端から
はフランジ１６−１と締付けナット１５によって熱が奪
われるので、樹脂スリーブ１４の両端近傍の温度が中央
部よりも低く、両端部で軸方向の収縮が発生するという
状況には変わりない。

【００１３】また、図３（Ｂ）に示す一方向走行タイプ
のワイヤソーの場合、ワイヤ列５からの入熱は溝ローラ
２で大きく、溝ローラ１を経由してくる間にワイヤが冷
却されるので、溝ローラ３への入熱は少ない。しかしな
がら、溝ローラ２のスパンａの領域が軸方向に膨張すれ
ば、溝ローラ２のワイヤ案内溝１３の位置が軸方向に移
動し、溝ローラ２、３間に張設されたワイヤの位置がず
れるのでウエハの平坦度が損われる。この場合、ワイヤ
案内溝１３の移動量はスパンａの領域の両端部付近で大
きく、この部分に位置するワイヤで切断されるウエハの
切断精度の劣化が著しい。

【００１４】また、図３（Ａ）に示す往復走行タイプの
ワイヤソーでも、ワイヤの発熱による精度劣化は同様で
ある。この場合、ワーク６の両側の溝ローラ２、３への
ワイヤからの入熱が交互に行われるので、溝ローラ２、
３の樹脂スリーブ１４の温度上昇は図３（Ｂ）に示す一
方向走行タイプのワイヤソーの溝ローラ２よりも小さ
い。しかし、溝ローラ２、３にはワーク６の出側に位置
した場合のワイヤからの入熱と、ワーク６の入側に位置
した時の放冷が交互に繰返されることによるワイヤ軌道
の不安定さが切断精度を劣化させることに変わりはな
い。

【００１５】一方、シリコンウエハに代表されるエレク
トロニクス分野の基板材料には、ますます高精度でかつ
高能率の切断技術が要求されるようになってきている。
しかし、従来のワイヤソーでは、ワイヤ列の発熱がもた
らす切断精度の低下の問題を解決しない限り、このよう
な要求に十分に応えることができない。

【００１６】この発明は、このような実状に鑑み、ワイ
ヤ列の発熱がもたらす切断精度の低下の問題を解決し、
高精度、高能率切断が可能なワイヤソーによる切断方法
を提案しようとするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明者らは、ワイヤ
ソーにおいて不可避的に発生するワイヤ列の発熱を完全
に防止することは不可能であるが、ワークの切断開始か
ら終了までワーク両側の溝ローラの表面温度を一定に保
つことにより切断精度の確保は可能であるとの判断に基
づき、検討した結果、一方向走行タイプのワイヤソーの
場合は、ワークを出たワイヤ列がはじめて巻き付く溝ロ
ーラの樹脂スリーブの表面温度を切断開始から終了まで
一定に保つことによって切断精度を向上できることを知
見し、高精度、高能率切断が可能なワイヤソーによる切
断方法を発明するに至った。

【００１８】すなわち、この発明は、一方向走行タイプ
のマルチワイヤソーにおいて、ワーク出側のワイヤ列上
に供給された砥液の溝ローラの回転によって発生する飛
沫の温度が一定になるように制御しつつ切断する方法で
あり、また、前記飛沫の温度が一定になるように制御す
る手段として、ワーク出側のワイヤ列上に供給される砥
液の温度、または温度と流量を制御することを特徴と
し、さらに、ワークを該ワイヤ列上に押付ける速度を制
御することを特徴とするマルチワイヤソーによる切断方
法を要旨とする。

【００１９】

【作用】この発明において、ワーク出側のワイヤ列上に
供給された砥液の溝ローラの回転によって発生する飛沫
の温度が一定になるように制御しつつ切断するのは、以
下に示す理由による。すなわち、ワーク出側のワイヤ列
上に供給された砥液は該ワイヤ列に乗って走行し、この
ワイヤ列が最初に巻き付く溝ローラの表面に付着すると
同時に、該溝ローラの回転によって飛沫が発生する。こ
の飛沫の温度Ｔｓは、この飛沫を発生させる溝ローラの
表面温度とほぼ一致するため、この飛沫の温度Ｔｓを切
断開始から終了まで一定に保つことによりワーク出側の
溝ローラの温度の変動を抑制することが可能となり、ワ
イヤ列の発熱による切断中の溝ローラの膨張、収縮によ
るワイヤ案内溝の軸方向移動を防止することが可能とな
るからである。

【００２０】この発明では、切断開始前のワイヤ走行状
態での立上がりの段階でワーク出側のワイヤ列上に供給
された砥液の温度を高く設定しておき、切断開始直前か
ら砥液の温度を下げ、研削に伴うワイヤ列の発熱と相殺
することによって前記飛沫の温度Ｔｓの変化を最小限に
抑えることができる。勿論、砥液の温度降下と共に流量
増加を併用してもよい。また、砥液の温度低下、あるい
は流量増加との併用によってもワイヤ列の発熱による飛
沫の温度Ｔｓの上昇を抑制できない場合は、ワーク押上
速度ｖを必要最小限度だけ減少させることにより、飛沫
の温度Ｔｓを一定に保持することができる。

【００２１】なお、ワークを出たワイヤ列が最初に巻き
付く溝ローラの回転によって発生する砥液の飛沫の温度
は、例えば抵抗温度計を当該溝ローラに近接設置して測
定することができる。

【００２２】

【実施例】図１はこの発明方法を実施するためのワイヤ
ソー切断部の装置構成例とその制御系を示す概略図で、
７−１はワーク入側カーテン状砥液、７−２はワーク出
側カーテン状砥液、１２−１はワーク入側砥液供給スリ
ットノズル、１２−２はワーク出側砥液供給スリットノ
ズル、１７は抵抗温度計、１８は砥液飛沫、２０は砥液
供給系、２１は飛沫温度制御装置、２２は砥液温度制御
装置、２３は砥液流量制御装置、２４はワーク押上速度
制御装置である。

【００２３】ワーク６の両側に配置したワーク入側砥液
供給スリットノズル１２−１、ワーク出側砥液供給スリ
ットノズル１２−２は、カーテン状の砥液を供給する細
長いスリット孔を有し、かつワイヤ列５の全幅をカバー
する長さを有している。なお、ワーク入側砥液供給スリ
ットノズル１２−１は、ワーク６の直上に配置してもよ
い。このワーク入側および出側の砥液供給スリットノズ
ル１２−１、１２−２には砥液供給系２０より砥液が供
給される構成となっている。

【００２４】砥液飛沫１８の温度を測定する抵抗温度計
１７は、ワーク６を出たワイヤ列５が最初に巻き付く溝
ローラ２に沿って近接設置されている。

【００２５】ワーク入側砥液供給スリットノズル１２−
１から供給される砥液７−１は、ワーク６の切断に供さ
れる。ワーク出側砥液供給スリットノズル１２−２から
供給される砥液７−２は、ワイヤ列５に乗って走行し、
その一部が溝ローラ２の表面に付着すると同時に該溝ロ
ーラの回転によって飛沫１８となる。この飛沫１８の温
度Ｔｓは抵抗温度計１７によって測定され、飛沫温度制
御装置２１により温度変動を検出し、この飛沫温度Ｔｓ
が切断開始前の立上がりの段階から切断終了まで一定に
保たれるように制御するのである。

【００２６】すなわち、この発明では切断開始前のワイ
ヤ走行状態での立上がりの段階で砥液温度制御装置２２
によりワーク出側砥液供給スリットノズル１２−２から
供給される砥液７−２の温度を高く設定しておき、切断
開始直前からこの砥液７−２の温度を下げて切断を開始
する。切断の開始によりワイヤ列５が発熱するが、事前
に砥液７−２の温度を下げているので研削に伴う発熱と
相殺され、飛沫温度Ｔｓの変動を最小限に抑えることが
できる。この時、必要に応じて砥液流量制御装置２３に
より砥液７−２の流量を増加させて、温度制御と併用し
てもよい。このようにして飛沫温度Ｔｓを一定に保持し
て切断を行う。これによりワイヤ列５の発熱が一定とな
るので、溝ローラ２の熱的変動が防止される。

【００２７】ところで、ワーク６の断面形状が例えば図
１に示すように円形の場合には、ワーク断面内のワイヤ
長さＬが変化し、それによってワイヤ列５の発熱量が変
化する。この発熱量が変化する過程では、段階的に砥液
温度、流量、ワーク押上速度を制御して飛沫温度Ｔｓを
一定に保つ。

【００２８】すなわち、第１ステップは砥液温度制御装
置２２により砥液７−２の温度を低下させるか、または
砥液流量制御装置２３により砥液７−２の流量を増加さ
せる。この温度または流量の制御により発熱による飛沫
温度Ｔｓの上昇を抑えられない場合には、第２ステップ
としてワーク押上速度制御装置２４によりワーク押上速
度ｖを必要最小限度だけ減少させる。ワーク押上速度ｖ
を必要最小限度としたのは、切断能率を低下させないた
めである。

【００２９】次に、発熱量が減少する過程では、上記と
逆のステップで飛沫温度Ｔｓを一定に保つ。すなわち、
第１ステップではワーク押上速度ｖを増加して切断能率
を向上させ、第２ステップで砥液７−２の温度上昇、あ
るいは流量を減少させる。

【００３０】実施例１ 図１に示す一方向走行タイプのワイヤソーを用い、断面
寸法縦１２５ｍｍ×横１２５ｍｍ、長さ２００ｍｍの石
英インゴット（矩形断面）をＧＣ＃６００砥粒とラッピ
ングオイルからなる砥液をワークの入側および出側より
ワイヤ列上に供給し、ワイヤ列数９６、ワイヤピッチ
２．０ｍｍ、ワイヤ径０．２０ｍｍの条件で切断し、ウ
エハの精度測定を行った。

【００３１】本実施例ではワイヤ走行速度４００ｍ／ｍ
ｉｎ、ワーク押上速度０．４ｍｍ／ｍｉｎ、ワーク入側
供給砥液温度を２５℃一定とし、ワーク出側供給砥液温
度は立上り中は３１℃、切断開始直前から温度を降下さ
せて２５℃一定とした。その結果、砥液飛沫の温度は、
立上り中、切断中ともほぼ２８℃一定となった。ウエハ
の切断開始部近傍の平坦不良は大幅に減少し、すべてウ
エハの反りは１０μｍ以下であった。

【００３２】また比較のため、従来法によりワイヤ走行
速度４００ｍ／ｍｉｎ、ワーク押上速度０．４ｍｍ／ｍ
ｉｎ、ワークの入側および出側の砥液温度を２５℃一定
として切断を行った。その結果、砥液飛沫温度は切断開
始後１５分間で２８℃に達し、その後一定となった。ウ
エハの切断開始部近傍には凸形の反りが発生し、特に端
部のウエハに最大で４０μｍの反りが認められ、２５枚
のウエハの反りが２０μｍを超えた。

【００３３】実施例２ 図１示す一方向走行タイプのワイヤソーにより、直径２
００ｍｍ、長さ１５０ｍｍのシリコンインゴット（円形
断面）を実施例１と同様の砥液を用い、ワイヤ列数１２
０、ワイヤピッチ１．１５ｍｍ、ワイヤ径０．１８ｍｍ
の条件で切断し、ウエハの精度測定を行った。

【００３４】本実施例では、ワイヤ走行速度４００ｍ／
ｍｉｎ、ワークの入側および出側の砥液温度を２５℃一
定とし、砥液飛沫の温度Ｔｓが一定となるように、ワー
ク押上速度を０．１〜０．９ｍｍ／ｍｉｎの範囲で変化
させた。その結果、砥液飛沫の温度は２７〜２８℃の範
囲で変化し、すべてのウエハの反りは１５μｍ以下であ
った。

【００３５】また比較のため、従来法によりワイヤ走行
速度４００ｍ／ｍｉｎ、ワーク押上速度０．４ｍｍ／ｍ
ｉｎ、ワークの入側および出側の砥液温度を２５℃一定
として切断を行った。その結果、砥液飛沫温度は切断開
始後ワーク断面内のワイヤ長さＬの増加に伴い徐々に増
加して３３℃に達し、Ｌの減少に伴い徐々に減少した。
ウエハには前記と同様凸形の反りが発生し、特に端部の
ウエハに最大で４０μｍの反りが認められ、２６枚のウ
エハの反りが２０μｍを超えた。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したごとく、この発明方法によ
れば、一方向走行タイプのワイヤソーにおけるワイヤの
発熱に伴う溝ローラの熱変形を抑制することができるの
で、高精度切断が可能となり、またワーク押上速度をほ
とんど減少させることなく切断できるので、高品質のウ
エハを高能率で切断できる。さらに、この発明方法は、
いかなる断面形状のワークに対しても有効であり、エレ
クトロニクス分野の基板材料に代表されるウエハの高精
度切断に大なる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明方法を実施するためのワイヤソー切断
部の装置構成例とその制御系を示す概略図である。

【図２】この発明の対象とする一般的なワイヤソーの切
断部を例示したもので、（Ａ）はワーク切断中の状態を
示す切断部の斜視図、（Ｂ）は同上ワイヤソーの溝ロー
ラにワイヤが巻き付いた状態の溝ローラの一部を拡大し
て示す縦断側面図である。

【図３】ワイヤソーにおける砥液の供給方法を例示した
もので、（Ａ）はワイヤ列を往復走行させて切断する方
式における砥液の供給方法、（Ｂ）はワイヤ列を一方向
に走行させて切断する方式における砥液の供給方法であ
る。

【図４】ワイヤソーの一般的な溝ローラの構造を示す概
略縦断面図である。

【符号の説明】

１、２、３ 溝ローラ ４ ワイヤ ５ ワイヤ列 ６ ワーク ７−１ ワーク入側カーテン状砥液 ７−２ ワーク出側カーテン状砥液 １０ ワーク押上台 １２−１ ワーク入側砥液供給スリットノズル １２−２ ワーク出側砥液供給スリットノズル １７ 抵抗温度計 １８ 砥液飛沫 ２０ 砥液供給系 ２１ 飛沫温度制御装置 ２２ 砥液温度制御装置 ２３ 砥液流量制御装置 ２４ ワーク押上速度制御装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定ピッチのワイヤ案内溝を有する溝ロ
   ーラ間に張設された多条ワイヤ列を一方向に走行せし
   め、被切断物上あるいは被切断物入側、出側のワイヤ列
   上に砥粒を含む加工液を供給しつつ被切断物を該ワイヤ
   列上に押付けて研削作用によって多数のウエハに切断す
   るマルチワイヤソーにおいて、被切断物出側のワイヤ列
   上に供給した加工液の溝ローラの回転によって発生する
   飛沫の温度が一定になるように制御しつつ切断すること
   を特徴とするマルチワイヤソーによる切断方法。
2. 【請求項２】 被切断物出側のワイヤ列上に供給される
   加工液の温度、または温度と流量を制御することを特徴
   とする請求項１記載のマルチワイヤソーによる切断方
   法。
3. 【請求項３】 被切断物を該ワイヤ列上に押付ける速度
   を制御することを特徴とするマルチワイヤソーによる切
   断方法。