JPH069781Y2 - スライシングマシンのワーク支持装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、スライシングマシン、特に半導体素材のイン
ゴットを薄板状のウェハーに切断するスライシングマシ
ンの為のワーク支持装置に関するものである。

〔従来技術〕

シリコン結晶体など半導体素材のインゴットは、最近で
は長さ約５００mmで重量約４０kgもの大型のものが製作
されるようになり、このインゴットを厚さ例えば0.8mm
のウェハーに切断するスライシングマシンは、インゴッ
トの一端部をホルダに接着してホルダで片持状に支持
し、ホルダとともにインゴットを軸方向へ所定量ピッチ
送りし、インゴットの他端部をダイヤモンド製の内刃を
有する回転ブレードで切断していくようになっている。
この種のスライシングマシンは例えば特開昭６１−１０
６２０７号公報に記載されている。

上記インゴットは高価な材料なので、歩留りを極力高く
するためインゴットを両端支持したり、一端部をホルダ
でチャックすることは望ましくなく、インゴットの一端
部をホルダに接着剤で接着してインゴットをホルダに片
持状に支持するようになっている。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記のように、従来のスライシングマシンでは、インゴ
ットの一端部を片持状に支持した状態でインゴットの他
端部を内刃回転ブレードで切断するようになっている
が、インゴットの自重と切削荷重（約４〜１０kg）とで
インゴットには微小の撓みが生じ、インゴットの切断部
に微小撓み角が発生し、しかもこの撓み角はインゴット
の長さの減少に応じて変動する。

上記のように、インゴットの他端部の切断部に撓み角が
生じると、切断ウェハーの精度が悪化するという問題が
ある。

本考案の目的は、自重と切削荷重とに起因する切断部の
撓み角を略零に制御し得るようなスライシングマシンの
ワーク支持装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本考案に係るスライシングマシンのワーク支持装置は、
ワークの一端部を片持状に支持した状態でワークを軸方
向にピッチ送りし、内刃回転ブレードによってワークの
他端部を輪切り状に順々に切断していくスライシングマ
シンにおいて、上記ワークの他端近傍部を支持するバッ
クアップシリンダと、各切断時のワークの軸方向の長さ
を検出する検出手段と、上記検出手段の出力を受け、ワ
ークの自重と切削荷重とに起因する切断部でのワークの
撓み角が略零となるように、バックアップシリンダへ供
給する加圧流体の流体圧を演算する演算手段と、上記演
算手段の出力を受けてバックアップシリンダへ供給する
加圧流体の流体圧を制御する圧力制御手段とを備えたも
のである。

〔作用〕

本考案に係るスライシングマシンのワーク支持装置にお
いては、上記ワークの他端近傍部を支持するバックアッ
プシリンダが設けられ、検出手段が各切断時のワークの
軸方向の長さを検出すると、演算手段は上記検出手段の
出力を受け、ワークの自重と切削荷重とに起因する切断
部でのワークの撓み角が略零となるように、バックアッ
プシリンダへ供給する加圧流体の流体圧を演算する。圧
力制御手段は、上記演算手段の出力を受けてバックアッ
プシリンダへ供給する加圧流体の流体圧を制御する。従
って、ワークの自重と切削力に起因する切断部でのワー
クの撓み角が略零に保持される。

〔考案の効果〕

本考案に係るスライシングマシンのワーク支持装置によ
れば、上記〔作用〕の項で説明したように、バックアッ
プシリンダと検出手段と演算手段と圧力制御手段を設け
たことにより、ワークの自重と切削力とに起因する切断
部でのワークの撓み角を略零に保持することが出来る。
従って、撓み角による切断面の傾斜誤差を解消し、切断
ウェハーの精度向上を図ることが出来る。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面に基いて説明する。

本実施例は、半導体素材であるシリコン結晶体のインゴ
ットを輪切り状に順々に切断して厚さ例えば0.8mmのシ
リコンウェハーを製造するスライシングマシンに本考案
を適用した場合の実施例である。上記スライシングマシ
ンＭは、第１図に示すように、横向き姿勢にした円柱状
のシリコン結晶体のインゴット１を支持した状態でイン
ゴット１を軸方向にピッチ送りするワーク支持送り装置
２０と、ダイヤモンドカッタからなる内刃４１ａを有す
る回転ブレード４１を支持しつつ回転ブレード４１を鉛
直方向に昇降駆動するブレード支持昇降装置４０と、こ
れらワーク支持送り装置２０とブレード支持昇降装置４
０とを制御するコントロールユニット８０とを備えてい
る。

上記ワーク支持送り装置２０について説明すると、テー
ブル２１上にはインゴット１を固着する為のホルダ２２
が左右方向にのみ移動自在に案内且つ支持され、ホルダ
２２のボールネジ部２２ａには左右方向向きのボールネ
ジ軸２３が挿通螺合され、ボールネジ軸２３の左端部は
テーブル２１の軸受部２４で支持され、ボールネジ軸２
３の右端部はＤＣサーボモータ２５の出力軸に連結さ
れ、ホルダ２２の左端部にはホルダ金具２６がアリ溝係
合にて着脱自在に固着され、ホルダ金具２６の鉛直の左
端面にはインゴット１が接着剤にて強力に固着され、イ
ンゴット１は水平なテーブル２１と平行に片持状に支持
されている。

一方、テーブル２１の下方において、ベースフレーム３
０上には基台２７が配設され、テーブル２１の左端部の
中央に対応する位置で基台２７上には前後１対のブラケ
ット２８が立設され、テーブル２１の左半部下面には鉛
直向きのセクタギヤ２９が下方へ突設状に設けられ、セ
クタギヤ２９の回動中心部は１対のブラケット２８に架
着された枢支軸３１に回動自在に枢着され、セクタギヤ
２９のギヤ２９ａに噛合するピニオン３２はＤＣサーボ
モータ３３で回転駆動されるようになっている。

上記サーボモータ２５を回転駆動することにより、ボー
ルネジ軸２３とボールネジ部２２ａとを介してホルダ２
２を左右方向へ駆動し、インゴット１をその軸方向へ移
動駆動することが出来る。

更に、サーボモータ３３を回転駆動することにより、ピ
ニオン３２とセクタギヤ２９を介してテーブル２１を枢
支軸３１を中心として上下に傾動駆動することが出来
る。

次に、ブレード支持昇降装置４０について説明すると、
テーブル２１よりも左方においてベースフレーム３０に
はコラム４２が立設され、コラム４２の前部に昇降台４
３が上下方向にのみ移動自在に案内且つ支持され、昇降
台４３の上部にはブレード駆動用電動モータ４４が左方
へ向けて配設され、昇降台４３にはテンションディスク
４５の支軸部が左右方向に向けて回転自在に装着され、
テンションディスク４５には回転ブレード４１がインゴ
ット１の軸線と直交するように固着され、支軸部のプー
リ４６と電動モータ４４の出力軸のプーリ４７とに亙っ
てＶベルト４８が掛装され、電動モータ４４によりテン
ションディスク４５を回転駆動し得るようになってい
る。

上記昇降台４３を昇降する為、コラム４２の上端部には
電動モータ４９が下向きに配設され、昇降台４３のスク
リュナット部に螺合挿通した鉛直向きのスクリュ軸５０
の上端は電動モータ４９の出力軸に連結され、スクリュ
軸５０の下端部はコラム４２の軸受部５１に回転自在に
支持されている。

上記電動モータ４９の負荷軽減の為、コラム４２の上端
付近には左右１対の滑車５２が配設され、これら滑車５
２に掛装されたワイヤ５３の右端部は金具５４を介して
昇降台４３に連結されるとともに、ワイヤ５３の左端部
には昇降台４３及びこれとともに昇降する諸部品の総重
量に均衡するカウンタウェイト５５が連結されている。
上記電動モータ４９を回転駆動することによりスクリュ
軸５０とスクリュナットを介して昇降台４３を昇降駆動
し得るようになっている。

次に、インゴット１の左端近傍部を支持し、インゴット
１の自重と切削荷重とに起因するインゴット１の切断部
での撓み角を略零に補正する為の本願特有の構成とし
て、油圧シリンダからなるバックアップシリンダ６０
と、油圧制御の為の圧力制御弁６１と、電磁方向切換弁
６２と、油圧供給源６３（これは、油圧ポンプ６４と電
動モータ６５とタンク６６とレギュレータなどを有す
る）とが次のように設けられている。

回転ブレード４１の右方近傍に対応するテーブル２１の
左端部にはシリンダ６０が立向きに付設され、そのピス
トンロッド６０ａの上端の受具６０ｂでインゴット１の
左端近傍部を下方より支持し得るようになっている。こ
のシリンダ６０は十分なストロークを有する複動油圧シ
リンダで、そのピストンより下側の加圧作動室は油路６
７を介して方向切換弁６２に図示のように接続され、ま
たシリンダ６０のロッド側の復動作動室は油路６８を介
して方向切換弁６２に図示のように接続され、方向切換
弁６２は油路６９を介して図示のように油圧ポンプ６４
に接続され、方向切換弁６２はシリンダ６０のピストン
を上昇駆動する第１位置とシリンダ６０のピストンを下
降駆動する第２位置とシリンダの両作動室の油圧をブロ
ックする中立位置とに択一的に切換可能である。

上記シリンダ６０の加圧作動室の油圧を制御する為、油
路６７と油路６９とを接続する油路７０の途中部には圧
力制御弁６１が介装されている。

この圧力制御弁６１は、例えばノズル・フラッパ型のサ
ーボバルブであり、そのサーボアクチュエータ６１ａに
供給される駆動電流に応じた油圧となるように油路６７
の油圧（つまり、加圧作動室の油圧）を制御するように
なっている。

前記コントロールユニット８０について第２図により説
明すると、このコントロールユニット８０は前記モータ
２５・３３・４４・４９に加えて、圧力制御弁６１と方
向切換弁６２とモータ６５とを制御する為のものであ
る。

上記コントロールユニット８０は、ＣＰＵ８１（中央演
算装置）とＲＯＭ８２（リード・オンリ・メモリ）とＲ
ＡＭ８３（ランダム・アクセス・メモリ）とからなるマ
イクロコンピュータと、入出力ポート８４と、各モータ
２５・３３・４４・４９に夫々対応する駆動回路２５ｂ
・３３ｂ・４４ａ・４９ａと、圧力制御弁６１のサーボ
アクチュエータ６１ａの為の駆動回路６１ｂと、方向切
換弁６２のソレノイド６２ａ・６２ｂの為の駆動回路６
２ｃと、モータ６５の為の駆動回路６５ａとを備えてお
り、サーボモータ２５のロータリエンコーダ２５ａから
の信号及びサーボモータ３３のロータリエンコーダ３３
ａからの信号及び操作盤８５からの信号は入出力ポート
８４を介してマイクロコンピュータに入力される。上記
マイクロコンピュータのＲＯＭ８２には、テーブル２１
のホルダ２２にセットされたインゴット１を例えば0.8m
m厚さのウェハーに順々に切断していくときに、モータ
２５・３３・４４・４９を制御する切断加工制御プログ
ラムと、圧力制御弁６１を介してインゴット１の切断部
の撓み角が零となるようにシリンダ６０の加圧作動室へ
供給する油圧を制御する油圧制御プログラムとが予め入
力格納されている。

上記切断加工制御は既存周知のものと略同様なので説明
を省略する。

上記油圧制御について説明すると、上記インゴット１は
第３図にモデル化して示すようにその右端部においてホ
ルダ２２に片持状に支持され、その左端部の切断部には
切削力Ｐが作用し、その全長に亙ってその自重による分
布荷重ｗ（これは、単位長さ当りの荷重である）が作用
する。

上記シリンダ６０でバックアップしないときのインゴッ
ト１の撓み曲線は第４図のようになり、インゴット１の
ヤング率をＥ、断面２次モーメントをＩとし、切断され
る左端0.8mm部分の自重の影響を無視すると、切断部で
の撓み角θ（ｒａｄ）は次式で与えられる。

θ＝ｗｌ^３／６ＥＩ＋Ｐｌ^２／２ＥＩ (1) 上記インゴット１をその軸線と直交する面で切断しよう
とする場合を例にすると、上記撓み角θが発生した状態
で切断する場合には、軸線に対する切断面の角度に誤差
が生じるので好ましくない。

そこで、第５図に示すように、上記シリンダ６０により
バックアップ力Ｆを作用させて、シリンダ６０の位置で
の撓み量を略零にすることも考えられるが、撓み量を略
零にしても切断部には撓み角θ_Ａが発生する。

そこで、本願の装置では、切断部での撓み角が略零とな
るようにバックアップ力Ｆつまりシリンダ６０の加圧作
動室の油圧を制御する。但し、切断の進行に応じて図中
寸法とａとが減少していくので、各切断毎にバックア
ップ力Ｆを精密に制御するものとする。

上記バックアップ力Ｆによって切断部に生じる撓み角θ
_Ｆ（ｒａｄ）は前記撓み角θと反対向きで、次式で与え
られる。

θ_Ｆ＝Ｆａ^２／２ＥＩ (2) 上記撓み角θと撓み角θ_Ｆとが等しいときに切断部の撓
み角が零となる。この条件は、次式で与えられる。

θ＝θ_Ｆ (3) 上記(1)、(2)、(3)式よりバックアップ力Ｆを求めると、
バックアップ力Ｆは次式で与えられる。

Ｆ＝（ｗｌ^３＋３Ｐｌ^２）／３ａ^２ (4) 上記分布荷重ｗはインゴット１の直径と密度より求める
ことが出来、これは例えば操作盤８５のテンキーより入
力される。上記切削力Ｐは予め実験により求められた値
が例えばテンキーより入力されるか或いは定数としてプ
ログラムに含まれている。

上記インゴット１の初期長さＬ(mm)、0.8mmずつＮ回切
断後の寸法ｌ(mm)とａ(mm)は、既知の図中の寸法ｂ(mm)
を用いて次式のように与えられる。

ｌ＝Ｌ−（Ｎ＋１）×0.8 (5) ａ＝ｌ−ｂ＝Ｌ−（Ｎ＋１）×0.8−ｂ (6) 上記初期長さＬはテンキーより入力され、寸法ｂは定数
としてプログラムに含まれており、上記回数Ｎは切断加
工制御においてサーボモータ２５を駆動してインゴット
１をピッチ送りした回数Ｎをカウントすることにより得
られる。但し、（Ｎ＋１）×0.8の値は、サーボモータ
２５のロータリエンコーダ２５ａからの信号を用いてホ
ルダ２２を左方へ移動させた累積距離から得ることも出
来る。

次に、上記圧力制御のルーチンの一例について、第７図
のフローチャートに基いて簡単に説明する。但し、図中
Ｓｉ（ｉ＝１、２、３・・・）は各ステップを示し、こ
のルーチンは１本のインゴット１の切断を対象とするも
のである。

前記操作盤８５から分布荷重ｗと切削力Ｐと初期長さＬ
を入力してＲＡＭ８３のメモリに格納し且つモータ６５
の作動を開始し且つ方向切換弁６２を第１位置に切換え
てシリンダ６０のピストンロッド６０ａの先端の受具６
０ｂをインゴット１に当接後方向切換弁６２を中立位置
に切換えた時点で制御が開始され、次にＲＡＭ８３のカ
ウンタＮとフラグＦＬをクリアするなどの初期設定が実
行され（Ｓ１）、次にＲＡＭ８３のメモリよりｗ、Ｐ、
Ｌが読出され（Ｓ２）、当初は新たなインゴット１を表
わすフラグＦＬがＦＬ＝０なのでＳ３からＳ７へ移行
し、寸法とａが演算され（Ｓ７）、次にバックアップ
力Ｆの演算シリンダ６０でバックアップ力Ｆを発生させ
る油圧Ｐ_Ｎの演算が実行され（Ｓ８）、次に圧力制御弁
６１のサーボアクチュエータ６１ａへ駆動回路６１ｂを
介して油圧Ｐ_Ｎを設定する駆動電流が出力される（Ｓ
９）。従って、圧力制御弁６１によって油路６７とシリ
ンダ６０の加圧作動室の油圧がＰ_Ｎに制御される。

次に、切断開始指令信号が切断加工制御へ出力され（Ｓ
１０）切断が実行される。次に切断加工制御から今回の
切断の完了を表わす切断終了信号が出されたか否か判定
され（Ｓ１１）、その信号が出されるとフラグＦＬをＦ
Ｌ＝１にセットしてからＳ３へ移行する。

次に、ＦＬ＝０でないのでＳ３からＳ４へ移行し、モー
タ２５によりインゴット１を0.8mmピッチ送りしたこと
を表わす送り完了信号が切断加工制御から出力されたか
否か判定され（Ｓ４）、Ｎｏのときには送り完了信号が
出力されない状態で所定時間（これは、毎回の切断のサ
イクルタイムの２〜３倍の時間に設定されている）経過
したか否か判定され（Ｓ５）、ＮｏのときにはＳ４とＳ
５とを繰返し、送り完了信号が出力されると切断回数を
表わすソフトカウンタＮがカウントアップされ（Ｓ
６）、以後Ｓ７〜Ｓ１２、Ｓ３〜Ｓ６を繰返していく。
このようにして、各切断に先立って、切断部での撓み角
が零となるように油圧Ｐ_Ｎが制御され、シリンダ６０に
よりバックアップ力Ｆでインゴット１を支持した状態で
切断するので、切断部の撓み角が零の状態で切断がなさ
れる。但し、シリンダ６０は、そのピストンロッド６０
ａが常にフルストローク伸長していない状態にて使用さ
れるものとする。

そのインゴット１について複数回の切断が全て終了する
と、送り完了信号が出力されない状態で所定時間が経過
するので、Ｓ５においてＹｅｓと判定され、そのインゴ
ット１に対する切断加工制御及び油圧制御が終了する。

尚、上記実施例では、油圧シリンダのバックアップシリ
ンダ６０とこれに付随する油圧系（６１・６２・６３）
用いたが、バックアップシリンダとしてエアシリンダを
用いるとともにそのシリンダに付随する加圧エア系を用
いることも可能である。

上記インゴット１を構成しているシリコン結晶体の結晶
面の方向がその軸線と直交する方向から僅かに傾いてい
る場合には、操作盤８５からの指令信号によりサーボモ
ータ３３を駆動して結晶面と切断面とが略平行となるよ
うにテーブル２１の傾斜角が制御される。

ここで、参考までに補足説明すると、上記実施例のバッ
クアップシリンダ６０及びこれに付随する機器（６１・
６２・６３）を省略し、前記(1)式の撓み角θだけテー
ブル２１をθと反対方向へ回動させて傾斜させることに
よっても、本願の目的を達成することが出来る。この場
合、切断加工制御のソフトウェアに改造を加えるのみで
実施可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示すもので、第１図はスライシ
ングマシンの構成図、第２図はスライシングマシンの制
御系のブロック図、第３図はインゴットの片持梁にモデ
ル化した図、第４図〜第６図は夫々各状態におけるイン
ゴットの撓み曲線図、第７図は油圧制御のルーチンのフ
ローチャートである。 Ｍ…スライシングマシン、１…インゴット、２０…ワー
ク支持送り装置、２５…サーボモータ、２５ａ…ロータ
リエンコーダ、４０…ブレード支持昇降装置、６０…バ
ックアップシリンダ、６１…圧力制御弁、８０…コント
ロールユニット。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークの一端部を片持状に支持した状態で
   ワークを軸方向にピッチ送りし、内刃回転ブレードによ
   ってワークの他端部を輪切り状に順々に切断していくス
   ライシングマシンにおいて、 上記ワークの他端近傍部を支持するバックアップシリン
   ダと、 各切断時のワークの軸方向の長さを検出する検出手段
   と、 上記検出手段の出力を受け、ワークの自重と切削荷重と
   に起因する切断部でのワークの撓み角が略零となるよう
   に、バックアップシリンダへ供給する加圧流体の流体圧
   を演算する演算手段と、 上記演算手段の出力を受けてバックアップシリンダへ供
   給する加圧流体の流体圧を制御する圧力制御手段とを備
   えたことを特徴とするスライシングマシンのワーク支持
   装置。