JPH07314435A - ワイヤソー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ワイヤによる切断可能な部分を増やして複
数本の被加工物を１度で切断する。砥粒を含む切削液
が被加工物の切溝の中心部までワイヤーと共に供給さ
れ、被加工物の切断後は速やかに切溝から排出されるよ
うにして、切断されたウェハーの表面両面の平行度及び
切削速度を高める。切断された被加工物の切溝からワ
イヤを抜け易くする。 【構成】 ４本１組にて、四角形のコーナ部を占める
ように水平に支持された加工ヘッドローラ10,11,12,13
と、ローラ10,13及び11,12間には上下方向に走行する
よう懸架され、ローラ10,12及び11,13間には互いに交差
するようにたすき掛けに懸架されたワイヤ2と、上下
方向に走行するワイヤ2に対向する面に装着された被加
工物45aをワイヤ2に向けて移動させる被加工物移動装置
30と、切削液供給部35とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被加工物である例えば
円柱状又は角柱状のインゴットをスライスして半導体集
積回路用や太陽電池用などのウェハーを形成するための
新規なワイヤソー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウェハーは、シリコン単結晶を薄く輪切
りにし、その表面を研削したものである。単結晶シリコ
ンウェハーは各種用途、例えば、太陽電池の原材料や各
種集積回路の原材料として広く使用されており、単結晶
引き上げ技術の向上と共に次第に大口径化して来ている
と同時その使用量も増大している一方で、過激な競争の
結果そのコストの引き下げ要請も激しいものがある。従
って、１度の作業で大量のウェハー製造ができるように
なることが現在ユーザから強い要望として出されてい
る。

【０００３】従来のインゴト・スライス方法を簡単に述
べれば、図７に示すように、三角形の各頂点に対応して
設けられた加工ヘッドローラ(61)にワイヤ(62)を一定間
隔で懸架し、加工ヘッドローラ(61)を回転させてワイヤ
(62)をその周囲に走行させ、砥粒を含有する切削液(67)
を供給しながらインゴット(66)を走行ワイヤ(62)に押圧
してスライスして行く。インゴット(66)は、ワイヤ(62)
の下方に設けたシリンダのような昇降装置(63)に載置さ
れ、上方に持ち上げられて行くようになっている。

【０００４】この場合、インゴット(66)の切断場所は図
からわかるようにワイヤ(62)が水平に走行している１箇
所しかなく、その他の部分はワイヤ(62)が斜めに走行し
ているために切断位置としては使用できない。従って、
従来ではインゴット(66)を１本づつ切断して行くしか方
法がなく、製造効率向上に限界があった。尚、加工ヘッ
ドローラ(61)の間隔を広げてワイヤ(62)の水平走行スペ
ースを拡大し、２本又はそれ以上のインゴット(66)を並
列に設置して切断する事も考えられない事はないが、加
工ヘッドローラ(61)の間隔を広げ過ぎるとワイヤ(62)が
振動したり加工ヘッドローラ(61)に刻設されたワイヤ溝
（図示せず）から飛んでワイヤ(62)が切れたりする事故
があり、現在の３本ローラ方式では、生産性向上をはか
るには限界があった。

【０００５】そのほか、前記インゴット押し上げ切断方
法では、切削液(67)が切溝(64)の底部に溜まり易いが、
この事は切削粉も底部に溜まり易いことも意味してお
り、この事は切削液中の砥粒に切削粉が付着してその切
れ味を殺す事になり、切削速度を低下させるという問題
やインゴット(66)の切溝(64)内に切削粉が溜まって凝固
し、切断完了後にワイヤ(62)を切溝(64)から抜こうとし
ても前記凝固切削粉が抵抗となってワイヤ(62)を切溝(6
4)から抜くことができず、インゴット(66)を切断する度
毎にワイヤ(62)を切断して、インゴット(66)の切溝(64)
からワイヤ(62)を抜き取り、インゴット(66)を昇降装置
(63)から取り外した後、再度新しいワイヤ(62)を加工ヘ
ッドローラ(61)に巻き付けるという様な作業を繰り返さ
ざるを得ないという問題があった。

【０００６】又、図８に示すように図７の構造を天地逆
に配置してインゴットを押し下げて切断する方法も提案
されたが、この場合は切削液(67)が切溝(64)から出やす
い代わりに切削液(67)が切溝(64)の奥まで到達しにく
く、周縁部と中央部との切削量に差が生じ、切り出した
ウェハーが凸レンズ状になりやすく、表裏両面の平行度
を出しにくいという問題や、切削速度が遅くなるという
ような問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決課題は、
ワイヤによる切断可能な部分を増やして複数本の被加
工物を１度で切断する事ができるようにする事、砥粒
を含む切削液が被加工物の切溝の中心部までワイヤーと
共に供給され、効果的に被加工物を切断すると共に被加
工物の切断後は速やかに切削粉を多量に含有する泥状の
切削液を切溝から排出されるようにして、切断されたウ
ェハーの表面両面の平行度及び切削速度を高める事、
切断された被加工物の切溝からワイヤを抜け易くする事
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載したワイ
ヤソー装置(A)は、 ４本１組にて、四角形のコーナ部を占めるように水平
に支持された加工ヘッドローラ(10)(11)(12)(13)と、 上下に位置するの加工ヘッドローラ(10)(13)及び(11)
(12)間には上下方向に走行するよう懸架され、斜め方向
に位置する加工ヘッドローラ(10)(12)及び(11)(13)間に
は互いに交差するようにたすき掛けに懸架されたワイヤ
(2)と、 上下方向に走行するワイヤ(2)に対向する面に装着さ
れた被加工物(45a)をワイヤ(2)に向けて移動させる被加
工物移動装置(30)と、 ワイヤ(2)による被加工物(45a)の切断部に切削液(35
a)を供給する切削液供給部(35)とで構成された事を特徴
とするもので、前記被加工物移動装置(30)は、請求項２
に示すように、 被加工物移動装置(30)が、左右一対の上下方向に走行
するワイヤ(2)に対向してそれぞれ設置されている事を
特徴とする。

【０００９】これによれば、加工ヘッドローラ(10)(11)
(12)(13)に巻き付けられたワイヤ(2)において、上下に
位置するの加工ヘッドローラ(10)(13)及び(11)(12)間は
上下方向に走行するよう懸架され、斜め方向に位置する
加工ヘッドローラ(10)(12)及び(11)(13)間には互いに交
差するようにたすき掛けに懸架されているので、垂直走
行部分は両方とも同一方向に走行する事になり、２箇所
の切断条件が同一となる。換言すれば１台のワイヤソー
機構の両側に被加工物移動装置(30)を設置すると両側か
ら被加工物(45a)の切断を図る事ができ、生産能力を倍
増させる事ができる。

【００１０】又、被加工物(45a)の切溝(45イ)は被加工物
(45a)の側面側から形成される事になるので被加工物(45
a)の上・横・下に開口する事になり、供給された砥粒含
有切削液(35a)が切溝(45イ)の内部までワイヤ(2)と共に
侵入し且つ砥粒の切削によって発生した切削粉が切削液
(35a)と共に排出され易くなる。これにより、切削液
(35a)中の砥粒に切削粉が付着する事を防止してその切
れ味が低下しないようにする。切れ味を低下させない
ようにすることによって切削速度の低下防止と平行度の
確保をなす。切溝(45イ)内に多量の切削粉が溜まらな
いようにして切断完了後のワイヤ(2)の切溝(45イ)からの
離脱を容易にするというような事が可能となる。

【００１１】尚、本発明のワイヤ(2)の懸架方法は、た
すき掛けであるから、図５、６に示すように加工ヘッド
ローラ(10)(11)(12)(13)とワイヤ(2)との接触量が、４
本ローラ方式で単にワイヤを巻き付けるだけの場合と比
較して増加するので、ワイヤ(2)のワイヤ(2)の走行中の
飛びや振動などの発生を抑制する事ができるものであ
り、また駆動力の伝達にも優れる事になる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って説明す
る。図１は第１実施例における切断部(1)のワイヤ(2)の
巻掛け状態及びその駆動系を示している。本実施例にお
いて、加工対象となる被加工物(45a)は、単結晶のイン
ゴットのようなもので、その形状は円柱状又はほぼ角柱
状である。勿論、これ以外のもので、柱状の被加工物(4
5a)を切断してウェハーを構成するようなものは全て含
まれる。

【００１３】ワイヤ(2)は一対のリール(3)(4)に整列状
態で巻き付けられており、その間で一対のバネ（又は重
錘付きの）ダンサーローラ(5)(6)、テンションローラ
(7)(8)を介して、正面から見て正方形（勿論、菱形、台
形又は平行四辺形でも可）の頂点位置に設けられた４本
の案内溝付きの加工ヘッドローラ(10)(11)(12)(13)に対
し多重に巻掛けられている。ワイヤ(2)の懸架の方法
は、図１に示すように、上下に位置するの加工ヘッドロ
ーラ(11)(12)及び(10)(13)間には上下方向に走行するよ
う懸架され、斜め方向に位置する加工ヘッドローラ(11)
(13)及び(10)(12)間には互いに交差するようにたすき掛
けに懸架されている。ここで、ワイヤ(2)は、１巻きに
付き１ピッチづつずれて行くので、ワイヤ(2)の交差部
分は丁度ワイヤ(2)の間を通る事になりワイヤ(2)が接触
する事はない。

【００１４】上下方向に走行する部分では、本実施例で
は垂直に張られており、被加工物(45a)をその中心軸に
対して直角にその一側面から切断して行く事になる。こ
れにより、左右両方の垂直部分の走行方向は同一とな
り、両側から同一条件で被加工物(35a)を切断する事が
でき、切断効率を少なくとも２倍に向上させる事ができ
る。

【００１５】水平方向へ被加工物取付台(29)を移動させ
る被加工物移動装置(30)の被加工物取付台(29)に被加工
物(45a)が取り付けられており、切削液(35a)に含有され
た研磨砥粒を介して所定の力で前記被加工物(45a)がワ
イヤ(2)の切断位置に接しており、両者の相対運動によ
り被加工物(45a)が切断されて行くようになっているも
のである。

【００１６】供給側リール(3)は供給側トルクモータ(1
4)によって、ワイヤ(2)を送り出す方向に若干抵抗しな
がら駆動されており、また巻取側リール(4)は、巻取側
トルクモータ(15)によって、ワイヤ(2)を巻き付ける方
向に駆動される。尚、これらのリール(3)(4)には、図示
しないトラバース機構が付設されており、その作用によ
って、ワイヤ(2)は、常に整列巻きの状態で、リール(3)
(4)の外周に巻き付けられ、または巻き戻されていく。

【００１７】一方、一対のテンションローラ(7)(8)は、
駆動モータ(9)によって駆動されるようになっている。
即ち、この駆動モータ(9)の回転は、一方の回転伝達経
路として中間軸(16)及び一対のギア(17)(18)を介して第
１の差動歯車機構(21)の入力軸(19)に伝達され、更にそ
の出力軸(20)を介して一方のテンションローラ(7)に伝
達される。

【００１８】また、他方の回転伝達経路として、途中で
タイミングベルト(23)により分岐し、中間軸(24)を介し
て他方のテンションローラ(8)に伝達される。さらに上
記中間軸(16)の回転は、タイミングベルト(25)を介し、
第２の差動歯車機構(22)の入力軸(26)に伝達され、第２
の差動歯車機構(22)の出力軸(27)及びタイミングベルト
(28)を介し、各加工ヘッドローラ(10)(11)(12)の駆動軸
に伝達される。なお、前記第１の差動歯車機構(21)及び
第２の差動歯車機構(22)は、ともに第３の軸として制御
軸(31)(32)を備えており、その部分でそれぞれ可逆回転
可能な張力制御モータ(33)、位相制御モータ(34)に連結
されている。

【００１９】図１に示す本発明の第１実施例において特
徴的である所は、ワイヤ(2)の被加工物(45a)を切断する
部分が垂直に走行するようになっているという点であ
る。即ち、加工ヘッドローラ(11)(12)とが上下に設置さ
れており、加工ヘッドローラ(11)(12)の間に張設されて
いるワイヤ(2)が垂直に走行している点である。ワイヤ
(2)の走行方向は図４に示すように上から下へ走行させ
るのが一般的であるが、図５のように下から上に向かっ
て走行させるようにしてもよいし往復運動させてもよ
い。第１実施例ではワイヤ(2)を上から下に走行させる
場合を例にとって説明する。

【００２０】(40)は切断部(1)の側方に設置された間欠
回転装置で、回転円柱(43)の周囲に被加工物移動装置(3
0)が90°間隔で放射状に突設されており、回転円柱(43)
を90°角度で間欠回転するようになっている。間欠回転
装置(40)の間欠回転機構は、既知の構造で、例えばバレ
ルカムを利用したような駆動機構が考えられる。前記被
加工物移動装置(30)の先端には、その先端部分から水平
方向に突出し且つ先端部分に没入する水平アーム(32)が
取り付けられており、水平アーム(32)の先端に基台(42)
が設置されている。

【００２１】被加工物(45a)は基台(42)に装着される被
加工物取付台(29)に接着剤にて固定されており、基台(4
2)のアリ突条(42a)に被加工物取付台(29)のアリ溝を挿
入して被加工物取付台(29)を基台(42)に取り付けるよう
になっている。基台(42)と被加工物取付台(29)の固定
は、例えば図示しないシリンダによってアリ溝にアリ突
条(42a)を押圧して固定するようになっている。

【００２２】図２は図１の概略正断面図で、切断部(1)
はワイヤソー本体装置(イ)内に収納されており、間欠回
転装置(40)は切断部(1)に隣接して設置されている。間
欠回転装置(40)は切断部(1)の左右に設けてあり、その
各被加工物移動装置(30)の停止位置には、それぞれ予備
洗浄装置(ロ)、本洗浄装置(ハ)が設置されている。予備洗
浄装置(ロ)および本洗浄装置(ハ)は基本的には同一の構造
であり、これらは左右でほぼ同一の構造であるから同一
の符号を付し、同一箇所に付いては一方のみの説明で両
者の説明に代える。

【００２３】図２よれば予備洗浄装置(ロ)および本洗浄
装置(ハ)は、洗浄液(41)を収納した洗浄液収納槽(46)
と、洗浄液収納槽(46)に接続された揚水ポンプ(38)およ
びフィルタ(39)と、被加工物(45b)に洗浄液(41)をシャ
ワーするシャワーノズル(36)(37)とで構成されており、
これらが予備洗浄装置(ロ)及び本洗浄装置(ハ)のハンジン
グ内に収納されている。予備洗浄装置(ロ)及び本洗浄装
置(ハ)はそれぞれ独立しており、移動出来るようになっ
ている。

【００２４】次に本発明における作用について説明す
る。図３中、間欠回転装置(40)の着脱ゾーン(D)で基台
(42)に装着されている被加工物(45b)（＝洗浄済み切断
インゴット）付きの被加工物取付台(29)を基台(42)から
外し、被加工物(45a)（＝切断前のインゴット）を装着
した被加工物取付台(29)を基台(42)に取り付ける。この
状態で間欠回転装置(40)を作動させ、90°回転させると
着脱ゾーン(D)で装着された被加工物(45a)は着脱ゾーン
(D)から切断ゾーン(A)の位置に90°回転して停止する。

【００２５】この間、駆動モータ(9)は作動しており、
ワイヤ(2)は加工ヘッドローラ(10)(11)(12)(13)を周回
しつつ走行している。切断ゾーン(A)に一致している被
加工物移動装置(30)を作動させて被加工物(45a)を加工
ヘッドローラ(11)から(12)に向かって真下に垂直に走行
しているワイヤ(2)に被加工物(45a)を押し当て、同時に
被加工物(45a)とワイヤ(2)の接触部分に切削液供給部(3
5)から切削液(35a)を供給し、切削液(35a)の中に含まれ
ている砥粒によって、被加工物(45a)を切断していく。

【００２６】図５に示すように切削液(35a)はワイヤ(2)
を伝わって切溝(45イ)の内側まで供給されていき、被加
工物(45a)を効果的に切断していく。切断により発生し
た切削粉は、ワイヤ(2)と共に被加工物(45a)の切溝(45
イ)の下側に流下し、速やかに切溝(45イ)から出ていく。

【００２７】切削液(35a)内の砥粒はワイヤ(2)に伝わっ
て前述のように切溝(45イ)の内部まで入り込んでいくた
め、周縁部と内部の切削スピードの変化は小さい。従っ
て、切断されたウェハーの表裏両面の平行度は従来のも
のに比べて格段に向上する事になる。

【００２８】このようにして被加工物(45a)の切断が行
われるのであるが、被加工物(45a)の切断が完了すると
被加工物移動装置(30)を没入方向に作動させて被加工物
(35b)をワイヤ(2)から引き抜く。この場合、切削粉は切
溝(45イ)から流下して切溝(45イ)内にそれほど溜まってい
ないので、スムーズに切溝(45イ)からワイヤ(2)を引き抜
くことが出来る。加工済みの被加工物(45b)は切削粉を
多量に含む切削液(35a)にまみれたドロドロの状態であ
る。

【００２９】切断作業が終了すると、間欠回転装置(40)
を作動させて切断完了被加工物(45b)を切断ゾーン(A)の
位置から予備洗浄ゾーン(B)の位置に90°移送する。こ
こには予備洗浄装置(ロ)が設置されており、予備洗浄装
置(ロ)内に加工済み被加工物(45b)が移送された事を感知
して揚水ポンプ(38)が作動し、洗浄液をシャワーノズル
(36)から加工済み被加工物(35b)に噴き付け、切削粉や
砥粒の入り混じった高粘度の切削液を大略洗い落とす。

【００３０】新たに着脱ゾーン(D)から移送されてきた
被加工物(45a)が、前述と同様の操作によって切断され
る。この被加工物(45a)が切断ゾーン(A)の位置により切
断されると、間欠回転装置(40)を作動してさらに90°回
転させる。これにより、予備洗浄ゾーン(B)で予備洗浄
された被加工物(45b)は、本洗浄ゾーン(C)に移送され、
後続の切断ゾーン(A)で切断された被加工物(45b)は予備
洗浄装置(ロ)に移送される事になる。

【００３１】本洗浄ゾーン(C)に移送された、予備洗浄
済みの被加工物(45b)は清浄な洗浄液がシャワーノズル
(37)から噴きき付けられて奇麗に洗浄される事になる。
この様に本洗浄ゾーン(C)で本洗浄された洗浄・加工済
み被加工物(45b)は切断ゾーン(A)に新たに供給された被
加工物(45a)の切断完了を待って、間欠回転装置(40)に
よって90°移送され、本洗浄ゾーン(C)から着脱ゾーン
(D)に移動する。着脱ゾーン(D)に移動すると、作業者が
洗浄の終わった被加工物(45b)付きの被加工物取付台(2
9)を基台(42)から外し、加工前の被加工物(45a)を装着
した被加工物取付台(29)を基台(42)に装着して次の切断
開始の準備を行う。このようにして間欠回転装置(40)を
360°回転させる事により、『被加工物装着→切断→予
備洗浄→本洗浄→被加工物取出』を自動的に行い、着脱
ゾーン(D)では完全に洗浄され、美しくなった被加工物
(45b)を得る事が出来、工場内を作業環境をクリーンに
保つ事が出来るものである。

【００３２】また、切断される被加工物(45a)は図１に
示す様に被加工物取付台(29)に一本だけ装着しても良い
し、図５、６に示す様に上下に２本、またはそれ以上設
置する事も可能である。

【００３３】次にワイヤ(2)の走行方向を図６に示すよ
うに下から上に走行される場合について説明する。この
場合切削液供給部(35)が被加工物(45a)の下方に設置さ
れており、切削液供給部(35)に供給された砥粒入りの切
削液(35a)が被加工物(45a)の側面ないし下方から供給さ
れ、ワイヤ(2)の上方への走行に伴ってワイヤ(2)に付着
して切溝(45イ)内に引き込まれる事になる。勿論、ワイ
ヤ(2)の走行方向に対して反対側になるように上から切
削液(35a)を供給してもよい。

【００３４】尚、ワイヤ(2)の走行方向は上から下へ
（又は、下から上に）垂直に１方向としてもよいし、間
欠的にその走行方向を切り替えつつ次第に一方に移動さ
せるようにしてもよい。又、加工ヘッドローラ(10)(11)
(12)(13)が、正方形又は長方形の頂点を占める位置に水
平に設置されている場合は、上下に張られた部分は垂直
走行となるが、菱形、台形又は平行四辺形の場合には、
上下方向の走行部分は、垂直方向に対して傾斜する事に
なる。傾斜角度(α)は特に限定されないが、一般的には
１５°以下である。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、四角形のコーナ部を占めるよ
うに水平に支持された加工ヘッドローラにおいて、上下
に位置するの加工ヘッドローラ間には上下方向に走行す
るように、斜め方向に位置する加工ヘッドローラ間には
互いに交差するようにたすき掛けにワイヤを懸架してあ
るので、ワイヤの垂直部分の走行方向は同一で切断条件
が同一になる。それ故、両側から切断可能（即ち、２箇
所での切断が可能）となり、従来の場合に比べてその切
断能力が倍増する。

【００３６】又、切断部分はワイヤの上下方向に走行す
る部分を使用するので、砥粒を含む切削液が被加工物の
切溝の中心部までワイヤーと共に供給され、効果的に被
加工物を切断するようになるだけでなく、被加工物の切
断後は切削粉を多量に含有する切削液を切溝から速やか
に排出して砥粒の切削能が低下しないようにして切断さ
れたウェハーの表面両面の平行度及び切削速度を高める
事ができる。

【００３７】加えて、前述のように切削液の切溝からの
排出を容易にする事により、切溝内に切削粉が溜まって
凝固しないようにし、切溝からワイヤを抜け易くする事
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用されるワイヤソー装置の一実施例
の内部機構構造を示す斜視図

【図２】図１のワイヤソー装置の概略構成を示す正断面
図

【図３】図１のワイヤソー装置の概略構成を示す平面図

【図４】本発明におけるワイヤの加工ヘッドローラへの
懸架構造を示す斜視図

【図５】本発明における上から下へワイヤを走行させた
場合での切削状態を示す要部断面図

【図６】本発明における下から上へワイヤを走行させた
場合での切削状態を示す要部断面図

【図７】従来例の要部断面図

【図８】他の従来例の要部断面図

【符号の説明】

(2)…ワイヤ (10)(11)(12)(13)…加工ヘッドローラ (30)…被加工物移動装置 (35)…切削液供給部 (35a)…切削液 (45a)…被加工物

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ４本１組にて、四角形のコーナ部
   を占めるように水平に支持された加工ヘッドローラと、
   上下に位置する加工ヘッドローラ間には上下方向に走行
   するよう懸架され、斜め方向に位置する加工ヘッドロー
   ラ間には互いに交差するようにたすき掛けに懸架された
   ワイヤと、上下方向に走行するワイヤに対向する面に装
   着された被加工物をワイヤに向けて移動させる被加工物
   移動装置と、ワイヤによる被加工物の切断部に切削液を
   供給する切削液供給部とで構成された事を特徴とするワ
   イヤソー装置。
2. 【請求項２】 被加工物移動装置が、左右一対の
   上下方向に走行するワイヤに対向してそれぞれ設置され
   ている事を特徴とする請求項１に記載のワイヤソー装
   置。
3. 【請求項３】 下方の加工ヘッドローラの設置位
   置が、上方の加工ヘッドローラの直下であって、上下の
   加工ヘッドローラ間には垂直方向に走行するワイヤが懸
   架されている事を特徴とする請求項１又は２に記載のワ
   イヤソー装置。