JPH09123162A - ワイヤソーのワーク保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 砥粒が付着し高速走行するワイヤ１３に押し
当ててワークＷを薄板状に切断するワイヤソーにおい
て、スライスベースが不要であるとともに、取付板５１
からのワークＷの分離に特別の装置が不要で短時間に処
理でき、接着剤がウェーハに残るおそれもなく、さら
に、切断後のワークＷにワイヤ１３を再び接触させずに
ウェーハを取り出すことができるワーク保持装置を提供
する。 【解決手段】 外部冷凍器５５によってワークＷに取付
板５１を氷で接合し、Ｚ方向に移動自在な移動ブロック
２３にワークＷを取り付けた後は、第一内部冷凍器２７
によってその氷を冷凍維持する。切断がある程度進む
と、第二内部冷凍器４５によってワークＷと受け皿４６
とを氷で接合し、移動ブロック２３と受け皿４６とを同
期移動させてワークＷの切断を継続する。そして、取付
板５１がワイヤ１３にかかる前に、取付板５１をワーク
Ｗから引き離し、受け皿４６側のみでワークＷを保持し
て切断を継続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、砥粒が付着したワ
イヤを高速走行させ、そのワイヤにワークを押し当てて
ワークを薄板状に切断するワイヤソーの、ワーク保持装
置に関する。なお、本明細書では、互いに直交する３軸
方向を各々Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向という。

【０００２】

【従来の技術】半導体材料（シリコン等）やセラミック
ス等の被加工物（本明細書では「ワーク」という）を薄
板状に切断する切断装置の一つにワイヤソーがある。こ
のワイヤソーは砥粒が付着したワイヤを多数平行に並べ
て高速走行させ、そのワイヤにワークを押し当てること
によってワークを切断する。

【０００３】このようなワイヤソーの一例の加工部の構
成を図６・図７に示す。この例ではワークは円柱形状を
したシリコンのインゴットである。図６は正面図で、図
７のＤ−Ｄ断面に相当する。図７は図６のＣ−Ｃ断面図
（ただし、支持板１１は図示省略）である。いずれもワ
ーク切断途中の状態を表している。図６・図７に示すよ
うに、加工部は大きく分けてワイヤ駆動部１０とワーク
駆動部６０から構成されている。

【０００４】ワイヤ駆動部１０では、２個の支持板１１
の間に３個の溝付きローラ１２が回転自在に支持されて
いる。溝付きローラ１２には円周上に多数の溝が形成さ
れ、各溝にワイヤ１３が順次巻き掛けられて平行なワイ
ヤ列が構成されている。溝付きローラ１２は図示しない
モーターによって回転され、その結果ワイヤ１３は高速
走行する。さらに、ワイヤ１３には図示しない砥粒液供
給装置から砥粒液が吐出されて砥粒が付着する。

【０００５】ワーク駆動部６０ではコラム６１にリニア
ガイド６２が設けられ、リニアガイド６２にＺ方向移動
自在に移動ブロック６３が支持されている。また、移動
ブロック６３の先端２箇所には角溝部６４が形成され、
角溝部６４の上方に各々クランプシリンダー６５が設け
られている。

【０００６】加工部はこのように構成され、まず、ワー
クＷの外周の一部にカーボン等の材料からなるスライス
ベース６６が接着され、さらにスライスベース６６に取
付板６７が接着される。そして、ワークＷが取り付けら
れた取付板６７を角溝部６４に挿入すると、クランプシ
リンダー６５によって取付板６７が固定される。

【０００７】こうしてワークＷが装着された後、起動操
作するとワイヤ１３がＹ方向に高速走行し、移動ブロッ
ク６３がＺ下方向に移動して、スライスベース６６が接
着されていない側からワークＷが切断されていく。切断
はワークＷ部分が全て切断され、スライスベース６６の
一部が切り込まれた状態で完了する。

【０００８】次に、ワークＷの切断が完了すると、移動
ブロック６３がＺ上方向に移動して薄板状になった部分
Ｗａがワイヤ１３から抜き出される。そして、ワークＷ
は取付板６７ごと外部に取り出され、別の装置でワーク
Ｗからスライスベース６６が剥離される。スライスベー
ス６６が剥離されると、薄板状になった部分Ｗａは１枚
ずつ分離される。１枚ずつ分離されたもの（以下、「ウ
ェーハ」という）は、半導体素子の基板となる。ただ
し、ワークＷの両端部分は一般的に使用しない。なお、
スライスベース６６の剥離は、一般的にワークＷごと熱
湯（１００゜程度）の中に入れ、ワークＷとスライスベ
ース６６との間の接着剤を軟化させて行う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、スライスベース６６を剥離するために専用の
剥離装置が必要であるとともに、剥離に時間がかかる。
また、スライスベース６６が剥離されても接着剤がウェ
ーハに残ることがあり、スライスベース６６を剥離する
ときや残った接着剤を除去するときにウェーハを破損す
るおそれがある。ワークＷがワイヤ１３から抜き出され
るときに、薄板状になった部分Ｗａにワイヤ１３が再び
接触するため、その部分に傷が付きやすい。さらに、ス
ライスベース６６はワイヤ１３に対する影響の小さい特
定の材料（カーボン等）にする必要があるため、安価に
できないという問題がある。

【００１０】本発明はこのような事情を鑑みてなされた
もので、砥粒が付着し高速走行するワイヤ１３に押し当
ててワークＷを薄板状に切断するワイヤソーにおいて、
スライスベースを用いずにワークＷを切断できるととも
に、取付板からのワークＷの分離に特別の装置が不要で
短時間に処理でき、接着剤がウェーハに残るおそれもな
く、さらに、切断後のワークＷにワイヤ１３を再び接触
させずにワークＷを取り出すことができるワーク保持装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、ワークＷと取付板とをスライスベースを
介さずに直接接合するとともに、その接合を氷によって
行い、さらに、切断途中で受け皿側とワークＷを氷で接
合し、取付板がワイヤ１３にかかる前にワークＷから離
すようにする。

【００１２】すなわち、ワイヤソーのワーク保持装置を
次のように構成する。 （イ）ワイヤソーの外部に外部冷凍器５５を設ける。 （ロ）移動ブロック２３に、取付板５１を移動ブロック
２３内でＺ方向に移動自在に保持する取付板保持機構を
設ける。 （ハ）移動ブロック２３に、移動ブロック２３内でＺ方
向移動自在な第一内部冷凍器２７を設ける。 （ニ）ワイヤ１３を境にして移動ブロック２３の反対側
に、Ｚ方向に移動自在であるとともに移動ブロック側に
付勢されたワーク受け部４０を設ける。 （ホ）ワーク受け部４０に第二内部冷凍器４５、受け皿
４６及び水分供給手段を設ける。 （ヘ）ワーク受け部４０を移動ブロック２３に連結する
連結手段を設ける。

【００１３】そして、 （イ）外部冷凍器５５によってワークＷに取付板５１を
氷で接合する。 （ロ）ワークＷを移動ブロック２３に取り付けた後は、
第一内部冷凍器２７によってワークＷと取付板５１との
間の氷を冷凍維持しながらワークを切断する。 （ハ）ある程度切断が進行した段階で、薄板状になった
部分Ｗａを、第二内部冷凍器４５によって受け皿４６に
氷で接合するとともに、移動ブロック２３とワーク受け
部４０を同期移動させてワークＷの切断を継続する。 （ニ）取付板５１がワイヤ１３にかかる前に、ワークＷ
と取付板５１との間の氷を解凍するとともに、取付板保
持機構によって取付板５１を切断と反対方向に移動させ
て取付板５１をワークＷから引き離す。 （ホ）ワーク受け部４０側のみでワークＷを移動させて
ワークＷの切断を継続する。 （ヘ）この結果、ウェーハが受け皿４６に接合された状
態で切断が終了する。 以上のようにした。

【００１４】この場合、ワーク受け部４０を、ＸＺ平面
内及びＹＺ平面内に揺動自在に設けることができる。

【００１５】また、ウェーハを外部に取り出すには、次
のいずれかの方法で行う。第一の方法は、ワーク取出し
装置を用い、Ｘ方向からワーク取出し装置のアームを入
れてウェーハの外形を掴み、第二内部冷凍器４５によっ
てウェーハと受け皿４６との間の氷を解かして接合を解
除した後、ワーク取出し装置のアームによってウェーハ
を外部へ取り出す方法である。なお、この場合のワーク
取出し装置としては、当出願人が「特願平６−７３２号
（ワイヤソーのウェーハ取出方法）」として開示してい
るもの等がある。

【００１６】第二の方法は、ワーク受け部４０の受け皿
４６をＸ方向に移動自在に構成し、受け皿４６ごと外部
へ取り出す方法である。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係るワイヤソーのワーク
保持装置の実施の形態を図１から図４までに示す。図１
は加工部の正面図で、図２のＢ−Ｂ断面に相当する。図
２は図１のＡ−Ａ断面図である。図３と図４はワーク受
け部４０の詳細図で、図３は正面図、図４は側面図であ
る。ただし、図１・図２では切断前の状態を、図３・図
４では切断中の状態を表している。

【００１８】本発明に係るワーク保持装置の加工部は大
きく分けてワイヤ駆動部１０、ワーク駆動部２０、ワー
ク受け案内部３０、ワーク受け部４０から構成されてい
る。また、ワイヤソーの外部に外部冷凍器５５が設けら
れている。このうち、ワイヤ駆動部１０は従来の技術で
説明したものと同様であるので、同一機能部品に同一符
号を付して説明は省略する。

【００１９】図１・図２に示すように、ワーク駆動部２
０では、コラム２１にリニアガイド２２が設けられ、リ
ニアガイド２２にＺ方向移動自在に移動ブロック２３が
支持されている。また、移動ブロック２３の先端両側に
は角溝部２４が形成され、角溝部２４の上方に各々クラ
ンプシリンダー２５が設けられている。ここまでの構成
は従来の技術で説明したものとほぼ同様であり、次の内
容が異なる。すなわち、角溝部２４の上下方向の幅が取
付板５１の幅より大きくなっているとともに、下側に各
々リフトシリンダー２６が設けられている。さらに、角
溝部２４の近傍に第一内部冷凍器２７及びそれをＺ方向
に駆動する支持シリンダー２８が設けられている。な
お、図５で詳しく図示しているように、取付板５１には
凸部５１ａ（従来の技術で説明したスライスベース６６
と同様の形状）が形成されている。

【００２０】図１・図２に示すように、ワーク受け案内
部３０では、移動ブロック２３の両側にブラケット３１
を介してリニアベアリング３２が設けられている。各々
のリニアベアリング３２にはＺ方向移動自在にリニアガ
イド３４が支持され、各々のリニアガイド３４には上下
コラム３３が固着されている。また、移動ブロック２３
の両側には、上下コラム３３を移動ブロック２３に固定
する連結シリンダー３５が設けられている。さらに、上
下コラム３３は移動ブロック２３との間に設けられた引
っ張りバネ３６によって移動ブロック２３方向に付勢さ
れているとともに、ワイヤ駆動部１０の支持板１１に各
々固着されたブロック３７にストッパー３８が設けら
れ、ストッパー３８は上下コラム３３の下端の下板３３
ａと係合している。

【００２１】図１から図４までに示すように、ワーク受
け部４０では、２個の上下コラム３３の下側を連結して
揺動ベース４１が固着され、揺動ベース４１の両側に形
成された軸４１ａに揺動体４３がＹＺ平面内揺動自在に
支持されている。揺動体４３には、両側に軸４５ａが固
着された第二内部冷凍器４５がＸＺ平面内揺動自在に支
持され、第二内部冷凍器４５の上面には受け皿４６が固
着されている。また、揺動ベース４１にはクランプシリ
ンダー４２が、揺動体４３にはクランプシリンダー４４
が設けられていて、必要時に揺動体４３や第二内部冷凍
器４５を固定する。

【００２２】さらに、受け皿４６は上面がワークＷの外
形にほぼ一致する形状になっているとともに、内部に
は、外部の水分供給装置（図示省略）からホース４７に
よって供給された水分を導く供給穴４６ａ、供給穴４６
ａから上方に導く連結穴４６ｂ、連結穴４６ｂからワー
クＷの長手方向（Ｘ方向）導く溝４６ｃが形成されてい
る。

【００２３】なお、第一内部冷凍器２７、第二内部冷凍
器４５及び外部冷凍器５５には、熱電対素子（ペルチェ
素子とも呼ばれている。）が内蔵されている。熱電対素
子は、直流電流を流すと片側からカロリーを吸収し反対
側に放出するもので、片側（取付板５１や受け皿４６
側）が０゜以下に冷却され反対側が発熱する。発熱する
側には冷却水が循環されて（図示省略）冷却される。

【００２４】このように構成されたワーク保持装置を備
えたワイヤソーでは次のようにしてワークＷを切断す
る。まず、図５に示すように、凸部５１ａを上にして取
付板５１を外部冷凍器５５の上に載せ、その上面に水分
を供給した後、ワークＷを載せる。そして、外部冷凍器
５５によって取付板５１とワークＷとの間の水分を冷凍
して氷にし、ワークＷと取付板５１とを接合する。

【００２５】次に、ワークＷが取り付けられた取付板５
１を角溝部２４に挿入すると、２個のクランプシリンダ
ー２５によって取付板５１が固定されるとともに、第一
内部冷凍器２７が支持シリンダー２８によって取付板５
１に接触するまで下降する。そして、第一内部冷凍器２
７によって、取付板５１とワークＷとの間に生成された
氷を冷凍して維持する（図１・図２の状態）。

【００２６】こうしてワークＷが装着された後、起動操
作するとワイヤ１３がＹ方向に高速走行し移動ブロック
２３がＺ下方向に移動してワークＷの切断が開始され
る。ある程度切断が進みワークＷが受け皿４６に当接す
ると、ワーク受け部４０もＺ下方向に移動を始める。こ
のとき、受け皿４６はワーク受け部４０の揺動機構によ
ってワークＷの姿勢に倣ってワークＷと受け皿４６との
隙間が最小になるように接するので、この状態になる
と、クランプシリンダー４２及びクランプシリンダー４
４によって受け皿４６が揺動ベースに対して固定され
る。その後、外部の水分供給装置から受け皿４６の上面
に水分が供給されるとともに、第二内部冷凍器４５によ
ってその水分が冷凍されて氷４８になり、ワークＷと受
け皿４６とが接合される（図３・図４の状態）。

【００２７】なお、ワークＷが受け皿４６に当接する
と、上下コラム３３の下端の下板３３ａがストッパー３
８から離れていく。また、受け皿４６は引っ張りバネ３
６によってワークＷに密着する方向に付勢されているの
で、ワークＷと受け皿４６は同期して移動する。

【００２８】ワークＷと受け皿４６とが接合されると、
取付板５１がワイヤ１３にかかる前に、２個の連結シリ
ンダー３５によって２個の上下コラム３３が移動ブロッ
ク２３に固定される。次に、第一内部冷凍器２７をＺ方
向に移動して取付板５１から離しワークＷと取付板５１
との間の氷が解凍された後、２個のクランプシリンダー
２５のクランプを解除し、２個のリフトシリンダー２６
によって取付板５１をＺ上方向に移動させて取付板５１
をワークＷから引き離す。この後、ワーク受け部４０側
のみでワークＷを移動させてワークの切断を継続する。

【００２９】この結果、ウェーハは受け皿４６に接合さ
れた状態で切断が終了する。ワークＷの切断が完了する
と、当出願人が「特願平６−７３２号（ワイヤソーのウ
ェーハ取出方法）」として開示しているワーク取出し装
置を用い、Ｘ方向からワーク取出し装置のアームを入れ
てウェーハの外形を掴み、第二内部冷凍器４５の電流の
向きを変えてウェーハと受け皿４６との間の氷を解かし
接合を解除した後、ワーク取出し装置のアームによって
ウェーハを外部へ取り出す。

【００３０】なお、以上説明した実施の形態では、受け
皿４６はワークＷの姿勢に容易に倣うように揺動自在に
支持したが、ワークＷに対する受け皿４６の姿勢をあら
かじめ設定できる場合は、このような機構はなくてもよ
い。また、ウェーハの取り出しを、ワーク取出し装置を
用いて行うようにしたが、ワーク受け部４０の受け皿４
６をＸ方向に移動自在に構成し、受け皿４６ごと外部へ
取り出すようにしてもよい。

【００３１】さらに、以上説明した実施の形態では、ワ
ークＷをＺ下方向に移動させて切断する構成のワイヤソ
ーに適用した例を示したが、ワイヤ駆動部１０とワーク
駆動部２０との上下関係を反対に構成してワークＷをＺ
上方向に移動させて切断するワイヤソーについても適用
できる。また、移動ブロック２３の取付板５１の保持構
造を角溝としＹ方向から装着するようにしたが、角溝の
代わりに蟻溝としてもよいし、Ｘ方向から装着する保持
構造としてもよい。さらに、内部冷凍器２６や外部冷凍
器３５の冷凍手段としては、熱電対素子に限らず、冷凍
サイクルを構成したものでもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るワイ
ヤソーのワーク保持装置では、ワークＷと取付板５１と
を直接接合するとともに、その接合を氷によって行い、
さらに、切断途中で受け皿４６とワークＷとを氷で接合
し、取付板５１がワイヤ１３にかかる前にワークＷから
離すようにした。したがって、スライスベースを用いず
にワークＷを切断できるとともに、取付板５１からのワ
ークＷの分離に特別の装置が不要で短時間に処理でき、
接着剤がウェーハに残るおそれもなく、さらに、切断後
のワークＷにワイヤ１３を再び接触させなくてワークＷ
を取り出すことができるワーク保持装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るワーク保持装置の実施の形態の加
工部の構成図（正面図で、図２のＢ−Ｂ断面相当）

【図２】図１のＡ−Ａ断面図

【図３】本発明に係るワーク保持装置の実施の形態のワ
ーク受け部の詳細図（正面図）

【図４】本発明に係るワーク保持装置の実施の形態のワ
ーク受け部の詳細図（側面図）

【図５】本発明に係るワーク保持装置の実施の形態の外
部冷凍器の使用図

【図６】一般的なワイヤソーの加工部の構成図（正面図
で、図７のＤ−Ｄ断面相当）

【図７】図５のＣ−Ｃ断面図

【符号の説明】

１０……ワイヤ駆動部 １３……ワイヤ ２０……ワーク駆動部 ２３……移動ブロック ２４……角溝部 ２５……クランプシリンダー ２６……リフトシリンダー ２７……第一内部冷凍器 ２８……支持シリンダー ３０……ワーク受け案内部 ３３……上下コラム ３５……連結シリンダー ４０……ワーク受け部 ４５……第二内部冷凍器 ４６……受け皿 ５１……取付板 Ｗ………ワーク Ｗａ……薄板になった状部分

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｘ方向に多数平行に設けられＹ方向に高速
   走行する砥粒が付着したワイヤと、ワークを保持すると
   ともにＺ方向に移動自在な移動ブロックと、から構成さ
   れ、 ワークを前記ワイヤに押し当てることによってワークを
   薄板状に切断するワイヤソーにおいて、 ワイヤソーの外部に設けられた外部冷凍器と、 前記移動ブロックに設けられ、ワークに取り付けられた
   取付板を前記移動ブロック内でＺ方向移動自在に支持す
   る取付板保持機構と、 前記移動ブロックに設けられ、前記移動ブロック内でＺ
   方向移動自在な第一内部冷凍器と、 前記ワイヤを境にして前記移動ブロックの反対側に設け
   られ、Ｚ方向移動自在であるとともに、前記移動ブロッ
   ク側に付勢されたワーク受け部と、 そのワーク受け部に設けられた第二内部冷凍器、受け皿
   及び水分供給手段と、 前記ワーク受け部を前記移動ブロックに連結する連結手
   段と、から構成され、 前記外部冷凍器によってワークと前記取付板とを氷で接
   合し、 ワークを前記移動ブロックに取り付けた後は、前記第一
   内部冷凍器によってワークと前記取付板との間の氷を冷
   凍維持しながらワークを切断し、 ある程度切断が進行した段階で、前記第二内部冷凍器に
   よってワークと前記受け皿とを氷で接合するとともに、
   前記移動ブロックと前記ワーク受け部を同期移動させて
   ワークの切断を継続し、 前記取付板が前記ワイヤにかかる前に、ワークと前記取
   付板との間の氷を解凍するとともに、前記取付板保持機
   構によって前記取付板を切断と反対方向に移動させて前
   記取付板をワークから引き離し、 前記ワーク受け部側のみでワークを移動させてワークの
   切断を継続する、ことを特徴とするワイヤソーのワーク
   保持装置。
2. 【請求項２】前記受け皿がＸＺ平面内及びＹＺ平面内に
   揺動自在に設けられたことを特徴とする請求項１に記載
   のワイヤソーのワーク保持装置。
3. 【請求項３】前記取付板保持機構が、前記移動ブロック
   に形成された角溝部と、前記取付板をＺ方向で前記ワイ
   ヤ方向に固定するクランプシリンダーと、前記取付板を
   Ｚ方向で前記ワイヤと反対方向に固定するリフトシリン
   ダーと、から構成されたことを特徴とする請求項１に記
   載のワイヤソーのワーク保持装置。