KR20230023736A

KR20230023736A - 일련의 분리 프로세스 도중에 와이어 톱에 의해 공작물로부터 복수의 조각을 분리하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20230023736A
Application number: KR1020237000966A
Authority: KR
Inventors: 페터 비스너; 볼프강 게마흐; 로베르트 크로이제더
Original assignee: 실트로닉 아게
Priority date: 2020-06-10
Filing date: 2021-05-20
Publication date: 2023-02-17
Also published as: TWI757199B; WO2021249735A1; TW202147429A; EP3922388A1; JP7514960B2; CN115916442A; JP2023537561A; US20230234149A1

Abstract

본 발명은, 와이어 톱에 의해 공작물(4)로부터 복수의 조각을 분리하기 위한 방법으로서, 와이어 어래이(2)가, 2개의 와이어 가이드 롤러(1) 사이의 평면에서 인장되고, 2개의 와이어 가이드 롤러(1)는 각각, 적어도 하나의 챔버(18) 및, 와이어 가이드 롤러(1)의 코어(17)를 둘러싸며 그리고 와이어 섹션들을 위한 가이드 홈들을 갖도록 구성되는, 외피(8)를 포함하는 것인, 방법에 관한 것이다. 방법은, 동시에 제1 온도 프로파일의 사양에 따라 제1 냉각 유체로 와이어 가이드 롤러들(1)의 챔버들(18)의 온도를 제어함으로써, 2개의 와이어 가이드 롤러(1)의 외피들(8)의 길이를 변경하는 가운데, 그리고 동시에 제2 보정 프로파일의 사양에 따라 공작물 축을 따라 공작물(4)을 이동시키는 가운데, 와이어 어래이(2)를 통해 공작물(4)을 운반하는 것을 포함한다.

Description

일련의 분리 프로세스 도중에 와이어 톱에 의해 공작물로부터 복수의 조각을 분리하기 위한 방법

본 발명은, 일련의 절단 작업 도중에 공작물로부터 와이어 톱에 의해 복수의 조각을 절단하기 위한 방법으로서, 와이어 톱은, 톱 와이어의 이동 와이어 섹션들의 와이어 어래이 및 작동 장치를 포함하며, 그리고 와이어 어래이는, 2개의 와이어 가이드 롤러 사이의 평면에서 인장되고, 그리고 2개의 와이어 가이드 롤러는 각각, 고정 베어링과 플로팅 베어링 사이에서 지지되며 그리고, 적어도 하나의 챔버 및, 와이어 가이드 롤러의 코어를 둘러싸며 그리고 와이어 섹션들을 위한 가이드 홈들을 갖도록 구성되는, 외피를 포함하는 것인, 방법에 관한 것이다. 각각의 절단 작업 도중에, 개별적인 공작물은, 와이어 어래이를 통해, 공작물 축에 수직이며 그리고 와이어 어래이의 평면에 수직인 급송 방향을 따라, 공작물 상에 마모성으로 작용하는 경질 재료 및 작동 유체의 존재 상태에서, 작동 장치에 의해 급송된다.

그러한 복수의 조각을 절단하기 위한 방법은, 랩 슬라이싱(lap slicing) 또는 그라인드 슬라이싱(grind slicing)에 의해 달성될 수 있다.

랩 슬라이싱의 경우에, 액체 캐리어 매체 내의 경질 재료로 구성되는 슬러리의 형태의 작동 유체가, 와이어 표면과 공작물 사이에 형성되는 작업 공간으로 급송된다. 랩 슬라이싱의 경우에, 재료는, 도구 캐리어(톱 와이어), 도구(연마재) 및 공작물을 포함하는, 삼체 상호 작용(three-body interaction)에 의해, 제거된다.

그라인드 슬라이싱의 경우에, 그의 표면에 경질 재료가 견고하게 결합되는 톱 와이어가, 사용되며 그리고, 자체적으로 연마 재료를 함유하지 않으며 그리고 냉각 윤활제로서 역할을 하는, 작동 유체가, 공급된다. 그라인드 슬라이싱의 경우에, 재료는, 도구로서의 다이아몬드-코팅 톱 와이어 및 공작물을 포함하는, 이체 상호 작용에 의해 제거된다.

통상적인 와이어 톱들의 경우에, 각각의 와이어 가이드 롤러가, 그의 단부면들 각각의 근처에서, 기계 프레임에 고정된 방식으로 연결되며 그리고 고정 베어링으로 지칭되는 베어링을 갖도록 제공되며, 그리고 반대편 단부면 근처에, 기계 프레임에 대해 와이어 가이드 롤러의 축 방향으로 이동 가능하며 그리고 플로팅 베어링으로 지칭되는 베어링을 갖도록 제공된다.

와이어 어래이의 와이어 가이드 롤러들은, 일반적으로, 예를 들어 폴리우레탄으로 이루어지는 외피로 일반적으로 둘러싸이는, 금속으로 이루어지는 코어로 구성된다. 외피는, 와이어 톱의 와이어 어래이를 형성하는 톱 와이어를 가이드하는 역할을 하는, 복수의 홈을 구비한다. 외피는 일반적으로, 온도의 변화가 존재할 때 양단부에서 축방향으로 방해받지 않고 팽창 또는 수축할 수 있는 방식으로, 와이어 어래이의 개별적인 와이어 가이드 롤러의 코어 상에 고정된다. 그럼에도 불구하고, 외피는, 개별적으로 하나 또는 2개의 클램핑 링에 의해, 와이어 가이드 롤러의 일측 또는 양측에서 고정될 수 있을 것이다.

절단될 조각들의 주된 표면들의 평면 평행도(plane parallelism)를 개선하기 위해, 절단 작업 도중의 와이어 어래이와 공작물의 서로에 대한 배열에 관한 변화에 대응하는 것을 목표로 하는, 공지의 조치가 존재한다.

US 2002/0174861 A1은, 절단되는 조각들의 뒤틀림(warp)을 제한하기 위해 공작물의 온도의 제어를 예측하는 방법을 설명한다.

US 2015/0158203 A1에, 절단된 조각들의 편평도(flatness)를 개선하기 위해 와이어 가이드 롤러의 코어 내의 온도 변화에 의해 외피의 길이의 변화를 선택적으로 유도하고자 하는 제안이 존재한다.

US 2012/0240915 A1은, 온도 변화에 의해 야기되는 와이어 섹션들 및 공작물의 상대적 축방향 이동을 감소시키기 위해, 와이어 가이드 롤러들 및 그들의 고정 베어링들의 독립적인 냉각을 제공하는 방법을 설명한다.

US 5377568은, 기계 프레임에 대해 와이어 가이드 롤러의 외부에 위치되는 기준 표면의 위치가 측정되며, 그리고 와이어 가이드 롤러에서의 열적 길이 증가 또는 길이 감소가, 기준 표면의 측정된 위치 변화가 다시 보상될 때까지, 와이어 가이드 롤러 내부의 온도를 조절함으로서, 발생되는, 방법을 개시한다.

WO 2013/079683 A1은, 무엇보다도, 와이어 가이드 롤러 베어링의 다양한 온도에서 획득되는 조각 형상들이, 측정되며, 그리고 각각의 이러한 형상이, 개별적으로 연관된 베어링 온도와 함께 저장되며, 그리고 후속 절단에서, 요구되는 목표 형상에 가장 잘 맞는 베어링 온도가 선택되는, 방법을 개시한다.

US 5875770은, 절단으로부터의 조각들의 형상이 측정되고, 절단 깊이-의존 보정 곡선이, 조각들의 요구되는 이상적 형상에 대한 차이를 형성함에 의해 계산되며, 그리고 후속 절단에서, 공작물이 절단 작업 도중에 이러한 보정 곡선에 따라 와이어 어래이에 대해 축 방향으로 이동되는, 방법을 개시한다.

이러한 조치들에도 불구하고, 한편으로는 이러한 조치들이 단지 제한된 효과만을 갖기 때문에 그리고 다른 한편으로는 조각들의 편평도 및 평면 평행도에 대한 요건이 점점 더 까다로워지고 있기 때문에, 특히 반도체 산업에서, 개선에 대한 필요성이 계속 존재한다.

본 발명의 목적은, 그의 형상이 목표 형상에 가능한 한 근접하게 합치하는, 이용 가능한 조각들을 만드는 것이다.

본 발명의 목적은, 초기 절단과 후속 절단으로 분할되는 일련의 절단 작업 도중에 공작물로부터 와이어 톱에 의해 복수의 조각을 절단하기 위한 방법으로서, 상기 와이어 톱은, 톱 와이어의 이동 와이어 섹션들의 와이어 어래이 및 작동 장치를 포함하며, 그리고 상기 와이어 어래이는, 2개의 와이어 가이드 롤러 사이의 평면에서 인장되고, 상기 2개의 와이어 가이드 롤러는 각각, 고정 베어링과 플로팅 베어링 사이에서 지지되며 그리고, 적어도 하나의 챔버 및, 상기 와이어 가이드 롤러의 코어를 둘러싸며 그리고 상기 와이어 섹션들을 위한 가이드 홈들을 갖도록 구성되는, 외피를 포함하는 것인, 방법에 있어서,

각각의 절단 작업 도중에, 와이어 어래이를 통해, 공작물 축에 수직이며 그리고 상기 와이어 어래이의 평면에 수직인 급송 방향을 따라, 공작물 상에 마모성으로 작용하는 경질 재료 및 작동 유체의 존재 상태에서, 상기 작동 장치에 의해 개별적인 공작물을 급송하는 것으로서,

동시에, 절단 깊이에 의존하여 제1 냉각 유체의 온도를 특정하며 그리고 절단 깊이에 의존하여 외피들의 길이의 변화를 특정하는 제1 보정 프로파일과 상관되는, 제1 온도 프로파일의 사양에 따라, 제1 냉각 유체로 상기 와이어 가이드 롤러들의 챔버들의 온도를 조절함으로써, 상기 2개의 와이어 가이드 롤러의 상기 외피들의 길이를 변경하는 가운데, 각각의 절단 작업 도중에, 상기 와이어 어래이를 통해 공작물을 급송하는 것; 및

동시에, 공작물의 이동을 특정하는 제2 보정 프로파일로서, 상기 제1 보정 프로파일 및 제2 보정 프로파일은 형상 편차에 대해 반대되는 것인, 제2 보정 프로파일의 사양에 따라 작동 요소에 의해 공작물 축을 따라 공작물을 이동시키는 가운데, 각각의 절단 작업 도중에, 상기 와이어 어래이를 통해 공작물을 급송하는 것

을 포함하는 것인, 개별적인 공작물을 급송하는 것; 및

각각의 절단 작업 이전에 상기 형상 편차를 결정하는 것

을 포함하는 것인, 방법에 의해 달성된다.

방법은, 랩 슬라이싱 또는 그라인드 슬라이싱으로서 구성될 수 있다. 절단 깊이(doc)는, 공작물내로의 진입 절단부의 구역에서의 공작물로부터의 탈출 절단부까지의 급송 방향에 반대되는 길이를 나타낸다.

와이어 가이드 롤러들의 챔버들의 온도를 조절(이하에, 와이어 가이드 열 제어(wire guide heat control: WGHC)로 지칭됨)함으로써, 와이어 어래이를 인장시키는 와이어 가이드 롤러들의 그리고 외피들의 축 방향 길이를 변화시키는 것은, 예를 들어 US 2015/0158203 A1에 제안된 방식으로 구현될 수 있다. 더불어, 와이어 가이드 롤러들의 챔버들의 온도들이 그에 의해 조절되는, 제1 냉각 유체가, 절단 깊이에 의존하여 제1 냉각 유체의 온도를 특정하는 제1 온도 프로파일의 사양에 따라, 개별적인 와이어 가이드 롤러의 챔버를 통해 통과된다. 제1 온도 프로파일은, 절단 깊이에 의존하여 와이어 가이드 롤러들의 개별적인 외피의 길이에 관한 변화를 특정하는, 제1 보정 프로파일과 상관된다. 사전에, 제1 냉각 유체의 어떤 온도 변화가 개별적인 와이어 가이드 롤러의 외피의 길이에 관한 특정된 변화를 야기하기 위해 요구되는지가, 실험적으로 결정된다. 제1 보정 프로파일은, 각각의 절단 작업 이전에 결정되는 형상 편차에 대해 반대된다.

와이어 가이드 롤러의 코어 내에 하나 초과의 챔버를 제공하는 것, 및 그의 온도가 각각의 경우에 그 자체의 온도 프로파일을 추종하는, 각각의 챔버들에 독립적으로 냉각 유체를 공급하는 것이, 가능하다. 이러한 경우에, 이러한 온도 프로파일들은 함께, 제1 보정 프로파일에 의해 요구되는 개별적인 와이어 가이드 롤러의 외피의 길이의 변화를 야기한다.

와이어 어래이를 통해 공작물을 급송하는 것은, 동시에, 제2 보정 프로파일의 사양에 따라 작동 요소에 의해 공작물 축을 따라 공작물을 이동(이하, 잉곳 위치 설정 제어(ingot positioning control: IPC)로 지칭됨)시키는 가운데, 각각의 절단 작업 도중에 WGHC와 함께 사용된다. 작동 요소는, 바람직하게, 압전 액추에이터이다. 제2 보정 프로파일도 마찬가지로, 각각의 절단 작업 이전에 결정되는 형상 편차에 대해 반대된다.

WGHC에 의한 와이어 가이드 롤러의 외피의 길이의 절단 깊이 의존 변화 및 그의 종방향 축(공작물 축)의 방향으로의 공작물의 절단 깊이 의존 이동은, 공통 기준계, 예를 들어 기계 프레임에 대해, 그리고 그에 따라 와이어 가이드 롤러 또는 와이어 어래이에 대해 일어난다.

제1 보정 프로파일 및 제2 보정 프로파일은 함께, 형상 편차를 최소화하는 전체 보정 프로파일을 형성한다.

고정 베어링의 온도를 조절(이하, 와이어 가이드 온도 제어(wire guide temperature control: WGTC)로 지칭됨)하는 것은, 이것이, 플로팅 베어링 및 와이어 가이드 롤러가, 공통 기준계에 대해, 와이어 가이드 롤러의 회전축의 방향으로 이동되도록, 야기하기 때문에, 공작물(봉, 잉곳)의 위치에 대한 와이어 가이드 롤러의 그리고 그에 따라 와이어 어래이의 위치의 변화를 야기한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, WGHC 및 IPC는, WGTC와 조합으로 사용된다. 이러한 경우에, 전체 보정 프로파일은, 제3 절단 깊이 의존 보정 프로파일을, 말하자면 WGTC에 의한 플로팅 베어링들의 이동 및 그에 따른 와이어 어래이의 와이어 가이드의 롤러들의 이동을 특정하는 프로파일을, 포함한다.

WGHC 및 IPC의, 또는 WGHC, IPC 및 WGTC의 의 조합과 연관되는 특별한 장점들이 존재한다. WGHC 및 IPC, 또는 WGHC, IPC 및 WGTC가, 조합으로 사용되는 경우, 조치들 중의 단지 하나만을 사용할 때 가능한 진폭보다 더 큰, 공작물에 대한 와이어 가이드 롤러들의 진폭(이동의 양)을 달성하는 것이 가능하다. 플로팅 베어링들 및 공작물의 이동이 그 내부에서 이동을 야기하는 변수에 선형으로 의존하는, 범위는, 조치들 중의 단지 하나만을 사용할 때 이용 가능한, 대응하는 범위보다 더 넓다. 이동을 야기하는 변수를 변경하는 것부터 이동의 실제 발생까지, 특히 작동 요소가 압전 액추에이터인 경우, IPC의 경우에서 보다 WGHC 또는, WGHC 및 WGTC의 경우에서 상당히 더 많은 응답 시간이 소요된다. 한편으로는 WGHC 조치 및 WGTC 조치, 그리고 다른 한편으로는, IPC 조치는, 그에 따라 상이한 제어 대역폭을 갖는다. 따라서, 비교적 높은 주파수의 형상 편차, 즉 절단 깊이에 의존하는 비교적 큰 기울기로 변화하는 형상 편차를, IPC에 의해, 그리고 비교적 낮은 주파수의 형상 편차를, WGHC 또는, WGHC 및 WGTC에 의해, 대응하는 것이, 유리하다.

하나의 실시예로서, 본 발명은, 바람직하게, 절단 깊이에 의존하여 제1 냉각 유체의 온도를 특정하며 그리고, 절단 깊이에 의존하여 와이어 가이드 롤러들의 외피들의 길이의 변화를 특정하는, 제1 보정 프로파일(WGHC)과 상관되는, 제1 온도 프로파일을 사용하는; 공작물의 이동을 특정하는 제2 보정 프로파일(IPC)을 사용하는; 그리고 절단 깊이에 의존하여 제2 냉각 유체의 온도를 특정하며 그리고, 그의 회전축의 방향으로의 와이어 가이드 롤러의 플로팅 베어링의 그리고 그에 따라 와이어 가이드 롤러 자체의 이동을 특정하는, 제3 보정 프로파일(WGTC)과 상관되는, 제2 온도 프로파일을 사용하는, 방법을 포함한다.

WGHC(와이어 가이드 롤러의 그리고 와이어 가이드 롤러의 외피의 길이의 변화)에 의해 와이어 가이드 롤러들의 그리고 WGTC(와이어 가이드 롤러의 축 방향 위치의 변화)에 의해 고정 베어링들의 온도를 조절하는 것, 및 IPC에 의해 공작물을 이동시키는 것은, 공작물 및 와이어 가이드 롤러들의 위치의 그리고 -와이어 가이드 롤러의 길이의 변화(WGHC)에 의한- 공작물에 대한 와이어 어래이의 개별적인 와이어 섹션들의 위치의, 상대적인 이동 양자 모두를 야기한다. 그에 따라 이러한 실시예와 연관되는 특별한 장점들이 존재한다. 공작물 내에서의 조각들의 상이한 위치에 대해 상이하며, 그리고 그에 따라 모든 조각들이 이상적 형상에 가능한 한 가깝게 되는 것을 보장하기 위해 위치에 의존하여 와이어 섹션 및 공작물의 상대적 위치의 상이한 이동을 요구하는, 절단 작업에 의해 획득되는 조각들의 형상들의 이상적 형상으로부터의 편차들은, 넓은 범위까지 보상된다.

형상 편차는, 절단 작업 이전에 결정되며, 그리고 기준 형상 프로파일로부터의, 조각의 형상 프로파일 또는 조각들의 평균 형상 프로파일의 편차를 지칭한다.

형상 편차의 결정은 바람직하게, 이미 절단된 조각들의 평균 형상 프로파일의 기준 형상 프로파일과의 비교에 기초하게 된다. 이러한 비교는, 심지어 절단 작업 이전에, (WGHC에 의한) 와이어 가이드 롤러의 외피의 길이의 어떤 변화 및, (IPC에 의한) 공작물의 그리고, 적용 가능한 경우, (WGTC에 의한) 와이어 가이드 롤러의 어떤 이동이, 이러한 대응 조치들을 동반하지 않는 경우 예상되는 이러한 형상 편차를 회피하기 위해 절단 깊이에 의존하여 필요한지를, 결정하는, 전체 보정 프로파일을 제공한다. 전체 보정 프로파일은, 제1 보정 프로파일 및 제2 보정 프로파일 그리고 적용 가능한 경우 제3 보정 프로파일로, 분할되며, 그리고 이것은, 길이 또는 이동에 관한 어떤 비율의 변화가, WGHC 및 IPC에 의해, 그리고 적용 가능한 경우, WGTC에 의해, 실행되어야 하는지를 결정한다. 비율은, 동등하게 또는 상이하게 분할될 수 있다.

조각의 표면은, 주된 표면들 및 에지 표면으로 구성된다. 주된 표면들은, 조각의 전방 측면 및 후방 측면을 포함한다. 조각은, 뒤틀림 측정의 경우에 관례적인 것으로서, 한 쌍의 센서 사이에 배열됨으로써 측정될 수 있다. 센서들은 각각, 측정 지점들에서의 조각의 대향하는 주된 표면의 거리를 측정한다. 측정 지점들은, 주된 표면들 위에 분포될 수 있거나, 또는 조각의 직경을 따라 놓일 수 있다. 측정 지점들은, 바람직하게, 급송 방향에 대해 구체적으로 반대로 놓이도록, 조각의 직경을 따르는 위치(i)를 갖도록 놓이며, 그리고 그에 따라 각 측정 지점은 특정 절단 깊이와 연관된다. 측정 지점들의 밀도는 바람직하게, cm 당 1개 이상이며, 그리고 하나의 측정 지점과 가장 가까운 인접 지점 사이의 거리는 바람직하게, 측정 지점들 모두에 대해 동일하다.

조각의 형상 프로파일은, 규칙 si = ½[D -(FDi - BDi)]에 따라 위치들(i)에서 계산되는 측정 지점들(si)을 연결하는 라인이고, 여기서 D는, 센서들 사이의 거리이고, FDi는, 상측 센서와 조각의 전방 측면 상의 개별적인 측정 지점 사이의 거리이며, 그리고 BDi는, 하측 센서와 조각의 후방 측면 상의 개별적인 측정 지점 사이의 거리이다. 본 발명은 또한, 대안적인 정의가 절단 깊이에 의존하여 조각의 형상을 인코딩하는 한, 형상 프로파일의 이러한 대안적인 정의를 사용하여 수행될 수 있다는 것을, 알아야 한다.

조각들의 평균 형상 프로파일은, 복수의 조각의 형상 프로파일들을 평균함에 의해 획득되는 형상 프로파일이다. 기준 형상 프로파일은, 요구되는 형상 프로파일, 바람직하게 완전히 평면형이며 상호 평행한 주된 표면들을 구비하는 조각의 형상 프로파일이다. 평균 형상 프로파일은, 동일한 와이어 톱에 의한 바람직하게 1 내지 5회의 절단 작업으로부터 생성되는 조각들에 대해 결정되고, 이러한 절단 작업들은, 이러한 와이어 톱에 의해 수행되어야 할 절단 작업에 바로 선행한다. 평균 형상 프로파일의 생성을 위한 조각들의 선택은, 조각-기반 또는 절단-기반일 수 있거나, 또는 양자 모두를 포함할 수 있다. 조각-기반 선택의 경우에, 절단 작업으로부터의 특정 조각들이, 평균함으로써 개별적인 평균 형상 프로파일을 결정하기 위해 사용되며, 그리고 다른 것들은 배제된다. 예를 들어, 예를 들어 공작물 축을 따라 단지 매 15번째 내지 25번째의, 공작물 내에서 특정 위치를 갖는, 단지 그러한 조각들만, 평균화 프로세스에서 고려된다. 조각-기반 선택에 대한 다른 가능성은, 절단 작업에서의 모든 조각들의 평균 형상 프로파일로부터 가장 큰 편차 및 가장 작은 편차의 형상 프로파일을 갖는 조각들의 배제이다(소위 절사 평균(trimmed mean)). 대안적으로, 그의 형상 프로파일이 절단 작업에서의 모든 조각들의 평균 형상 프로파일로부터 1 내지 2 시그마를 초과하여 벗어난 조각들을, 평균화로부터 배제하는 것이, 가능하다. 절단-기반 선택에서, 적어도 1회의 절단 작업으로부터의 모든 조각들이, 평균 형상 프로파일을 결정하기 위해 사용되며, 그리고 적어도 1회의 다른 절단 작업으로부터의 모든 조각들이, 평균 형상 프로파일로부터 배제된다.

절단 작업에서의 조각들의 평균 형상 프로파일은, 일련의 절단 작업의 과정에 걸쳐 변화한다. 변화는, 바람직하게, 와이어 톱의 성능을 평가하기 위해 사용된다. 이들은, 톱 와이어 및/또는 와이어 가이드 롤러들의 외피의, 또는 마모에 종속되는 와이어 톱의 어떤 다른 구성요소의, 마모를 나타낼 수 있을 것이다. 바람직하게, 그에 따라, 도달되거나 초과될 때, 추가적인 절단 작업 대신에 유지보수 활동(예측 유지보수 활동)을 개시하는, 형상 편차에 대한 임계치가, 한정된다. 심지어 그러한 임계치에 도달되기 이전에도, 그러한 변화는, 마모로 인한 작업 결과의 저하를 방지하기 위한 조절 조치를 취할 기회로서 사용될 수 있다. 그러한 조절 조치는, 예를 들어, 작동 유체의 조성 및/또는 온도를 변경하는 것, 및/또는 와이어 속도 및/또는 다른 프로세스-특정 파라미터들을 변경하는 것일 수 있다.

톱 시스템 내에서의 변경 이후에 일어나는 절단 작업들은, 특수한 경우를 나타낸다. 톱 시스템 내에서의 그러한 변경은, 예를 들어, 와이어 가이드 롤러들의 변경, 와이어 톱에 대한 기계적 조절, 또는 작동 유체의 물리적 또는 화학적 속성에 관한 변경들이 존재할 때, 일어난다. 톱 시스템의 변경 이후의 첫 번째 절단 작업, 소위 초기 절단은, 바람직하게 1 내지 5회의 절단 작업으로 구성된다. 초기 절단에 대해, 형상 편차는, 바람직하게, 조각들의 평균 형상 프로파일을 기준 형상 프로파일과 비교함에 결정되고, 여기서 톱 시스템이 변경되기 이전에 이루어진 1회 이상의 초기 절단의 과정에서 동일한 와이어 톱에 의해 생성되는 조각들의 평균 형상 프로파일이, 사용된다.

더불어, WGTC 대신에, 또는 WGHC, IPC 및 WGTC에 부가되는 제4 조치로서, 각각의 절단 작업 도중에 공작물의 온도의 제어(잉곳 냉각(ingot cooling: IC))를, 더욱 구체적으로 공작물을 냉각 매체로 적심에 의한 폐쇄된 제어 루프에 의한 제어를, 제공하는 것이, 바람직하고, 여기서 공작물의 온도는 제어된 변수를 형성하며 그리고 냉각 매체의 온도는 제어 루프의 조작된 변수를 형성한다. 제어 루프의 기준 변수는, 바람직하게 일정한 온도이다. 냉각 매체는 바람직하게, 랩 슬라이싱 또는 그라인드 슬라이싱에서 사용되는 유체 또는 작동 유체이다. 공작물의 온도를 제어함으로써, 공작물의 열 팽창에 의해 야기되는 조각들의 형상 편차들을 제한하는 것이, 부가적으로 가능하다. 제어 루프는, 예를 들어, US 2002/0174861 A1에 설명된 바와 같이, 구현될 수 있을 것이다.

본 발명에 따라 사용되는 와이어 톱은, 2개 이상의 와이어 가이드 롤러, 예를 들어 3개 또는 4개의 와이어 가이드 롤러를 포함한다. 와이어 가이드 롤러들의 챔버들의 그리고 고정 베어링들의 온도의 조절은, 공작물이 그에 의해 급송되는 와이어 어래이가 그들 사이에서 인장되는, 2개의 와이어 가이드 롤러로 제한될 수 있다.

공작물은 바람직하게, 다결정 또는 단결정 상태에 있는 실리콘과 같은, 반도체 재료로 구성된다. 공작물의 단면의 둘레는, 정사각형, 직사각형 또는 원형이다. 원통형 형상의 공작물의 경우에, 공작물 축은, 원통의 중심을 통해 연장된다. 본 발명에 따른 방법은, 적어도 200 mm, 특히 적어도 300 mm의 직경을 갖는 단결정 실리콘으로 구성되는, 둥근 반도체 웨이퍼들의 제조에 특히 적합하다.

본 발명의 세부사항이, 도면들을 참조하여 이하에 설명된다.

도 1은, 본 발명의 사용 시에 역할을 하는, 와이어 톱의 특징부들을 개략적으로 도시한다.
도 2는 특징부들에 대한 세부사항을 도시한다.
도 3은 특징부들에 대한 추가적인 세부사항을 도시한다.
도 4는, 절단 작업 이전에 그의 형상 편차를 결정하기 위한, 2개의 센서 사이의 조각의 배열을 도시한다.
도 5는 WGHC 및 WGTC의 사용을 동반하는 바람직한 예시적 실시예에 관한 특징부들의 세부사항을 도시한다.
도 6은 WGHC 및 WGTC의 사용을 동반하는 다른 바람직한 예시적 실시예에 관한 특징부들의 세부사항을 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기에 적절한 와이어 톱의 특징부를 도시한다. 이러한 와이어 톱은, 2개의 와이어 가이드 롤러(1) 사이의 평면 내에서 인장되는, 톱 와이어(3)의 이동 와이어 섹션들로 구성되는 와이어 어래이(2)를 포함한다. 절단 작업 도중에, 공작물(4)은, 와이어 어래이(2)를 통해, 공작물 축에 수직이며 그리고 와이어 어래이(2)의 평면에 수직인 급송 방향을 따라, 작동 장치(12)에 의해 급송된다. 상기 작업의 과정에서, 와이어 어래이(2)를 인장시키는 와이어 가이드 롤러들(1)의 길이(그리고 그에 따라 그의 외피들(8)의 길이)가, 제1 보정 프로파일에 따라 방향 화살표들(10)에 대응하는 방향으로 변화되며, 그리고 공작물(4)이, 제2 보정 프로파일에 따라 방향 화살표(11)에 대응하는 공작물 축의 방향으로 이동된다. 부가적으로, 개별적인 와이어 가이드 롤러의 플로팅 베어링(6)(그리고 개별적인 와이어 가이드 롤러 자체)이, 제3 보정 프로파일에 따라 방향 화살표들(10)에 대응하는 방향으로 동시에 이동될 수 있고, 및/또는, 공작물(4)의 온도가, 공작물(4)을 냉각 매체로 적심으로써 폐쇄된 제어 루프에 의해 제어될 수 있고, 여기서 공작물(4)의 온도는 제어된 변수를 형성하며 그리고 냉각 매체의 온도는 제어 루프의 조작된 변수를 형성한다. 제1 보정 프로파일 및 제2 보정 프로파일 그리고, 적용 가능한 경우, 제3 보정 프로파일은, 각각의 절단 작업 이전에 결정되는 형상 편차에 반대된다. 제1 보정 프로파일, 제2 보정 프로파일 그리고, 적용 가능한 경우, 제3 보정 프로파일은, 데이터 처리 유닛(14)에 저장된다. WGHC 및 IPC를 수행하기 위한 제1 제어 유닛(13) 및 제2 제어 유닛(15) 그리고, 적용 가능한 경우, WGTC를 수행하기 위한 제3 제어 유닛(16)은, 챔버들의 온도를 조절하기 위한 열교환기들 및 공작물(4)을 이동시키기 위한 작동 요소 그리고, 적용 가능한 경우, 와이어 가이드 롤러들의 고정 베어링들의 온도를 조절하기 위한 열교환기들을 제어한다. 잉곳 냉각(IC)의 사용이 예상되는 경우, 와이어 톱은 추가로, 공작물(4)의 온도를 조절하기 위한 장치(22)를 포함한다. 이러한 장치(22)에 의해, 각각의 절단 작업 도중에, 공작물(4)은, 공작물(4)의 온도가 냉각 매체로 공작물(4)을 적심으로써 폐쇄된 제어 루프에 의해 제어되는 가운데, 와이어 어래이(2)를 통해 급송되고, 여기서 공작물(4)의 온도는 제어된 변수를 형성하며 그리고 냉각 매체의 온도는 제어 루프의 조작된 변수를 형성한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 와이어 가이드 롤러(1)는, 고정 베어링(5)과 플로팅 베어링(6) 사이에 장착된다. 고정 베어링(5) 및 플로팅 베어링(6)은, 기계 프레임(7) 상에 지지된다. 와이어 가이드 롤러(1)의 코어(17)는, 톱 와이어(3)가 그 내부에서 연장되는 홈들을 갖도록 제공되는, 외피(8)에 의해 둘러싸인다. 고정 베어링(5)은, 제2 냉각 유체가 그를 통해 고정 베어링(5)의 온도를 조절하기 위해 통과되는, 내부 온도 조절을 위한 공간(9) 및/또는 외부 온도 조절을 위한 공간(9a)을 구비한다. 제2 냉각 유체의 온도가 증가되면, 고정 베어링(5)의 열 팽창은, 플로팅 베어링(6)의 방향으로 와이어 가이드 롤러(1)의 축 방향 이동을 야기하며, 그리고 플로팅 베어링(6)은, 기계 프레임(7)에 대해 방향 화살표(10)에 의해 지시되는 방향으로 외향으로 이동한다. 제2 냉각 유체의 온도가 감소되면, 반대 방향으로의 와이어 가이드 롤러(1)의 그리고 플로팅 베어링(6)의 이동이, 야기된다. 제2 냉각 유체의 온도는, 제3 보정 프로파일과 상관되는 제2 온도 프로파일에 의해, 절단 깊이에 의존하여 특정된다. 열교환기 및 펌프에 연결되는 제어 유닛(16)이, 고정 베어링(5)을 통해 통과되는 제2 냉각 유체가 특정 절단 깊이에 도달될 때 제2 온도 프로파일에 의해 특정되는 온도를 갖는 것을 보장한다. 데이터 처리 유닛(14)은, 제어 유닛(16)으로, 제3 보정 프로파일의 사양에 따라 플로팅 베어링들의 이동을 야기하는 제2 온도 프로파일을 전송한다.

도 3은, 제1 냉각 유체가 그를 통해, 방향 화살표들(10)에 대응하는 방향으로 제1 보정 프로파일의 사양에 따라 개별적인 와이어 가이드 롤러의 외피(8)의 길이를 변화시키도록 챔버들(18)의 온도를 조절하기 위해, 통과되는, 2개의 챔버(18)를 형성하는, 와이어 가이드 롤러의 코어(17) 내의 2개의 캐비티를 도시한다. 볼트(24)가 고정 베어링들(5) 및 플로팅 베어링들(6)을 동축으로 연결한다.

도 4는, 절단 작업 이전에 형상 편차를 결정하기 위한, 2개의 센서(19, 20) 사이의 조각(21)의 배열을 도시한다. 센서들(19, 20)은, 특정 절단 깊이에 따른 급송 방향으로 조각(21)의 직경을 따르는 특정 위치들(i)에서, 조각(21)의 전방 측면으로부터의 상측 센서(19)의 거리(FDi), 및 조각(21)의 후방 측면으로부터의 하측 센서(20)의 거리(BDi)를 측정한다. 조각의 형상 프로파일은, 규칙 si = ½[D -(FDi - BDi)]에 따라 계산되는 측정값들(si)을 연결하는 라인이고, 여기서 D는, 센서들 사이의 거리를 나타낸다. 조각의 형상 편차는, 조각의 형상 프로파일을 기준 형상 프로파일과 비교함에 의해 획득된다. 절단 깊이에 의존하는 기준 형상 프로파일로부터의 편차는, WGHC와 IPC, 그리고 적용 가능한 경우, WGTC 사이에서, 제1 보정 프로파일 및 제2 보정 프로파일 그리고, 적용 가능한 경우, 제3 보정 프로파일의 형태로, 분할되는, 전체 보정 프로파일에 대응한다.

도 5는 WGHC 및 WGTC의 사용을 동반하는 바람직한 예시적 실시예의 특징부들의 세부사항을 도시한다.

WGHC(그의 회전축(23)에 평행한 방향(10)으로의 와이어 가이드 롤러(1)의 외피(8)의 길이의 변화)를 위한 제어 유닛(13)은, 병렬로 분배된 이후에, 와이어 어래이를 걸쳐 연장되는 2개의 상측 와이어 가이드 롤러의 챔버들(18)을 통해 먼저 통과하는, 제1 냉각 유체의 온도를 조절한다. 제1 냉각 유체는 이어서 다시 조합되며 그리고 다시 제어 유닛(13) 내로 진행한다.

WGTC(그의 회전축(23)에 평행한 방향(26)으로의 와이어 가이드 롤러(1)의 이동)를 위한 제어 유닛(16)은, 병렬로 분배된 이후에, 와이어 어래이를 걸쳐 연장되는 2개의 상측 와이어 가이드 롤러의 고정 베어링들(5)의 내부 온도 조절을 위한 공간들(9)을 통해 먼저 통과하는, 제2 냉각 유체의 온도를 조절한다. 제1 냉각 유체는 이어서, 다시 조합되고 제어 유닛(16)으로 복귀되기 이전에, 2개의 하측 와이어 가이드 롤러의 온도를 조절하기 위해 사용된다. 하측 와이어 가이드 롤러들의 온도 조절은, 절대적으로 필수적이지는 않지만, 예를 들어 와이어 가이드 롤러들의 회전 도중의 베어링 마찰의 결과로서, 그곳에 생성되는 마찰열을 소산시키는 목적으로 역할을 한다. 제1 냉각 유체 및 제2 냉각 유체의 유동 방향은, 화살표들(25)에 의해 지시된다. 제1 냉각 유체 및 제2 냉각 유체는, 회전형 유체 피드스루들을 통해 회전하는 와이어 가이드 롤러들로 공급되며 그리고 그로부터 제거된다. 동축 이중 회전형 피드스루들이, 사용된다.

도 5에 도시된 예시적인 실시예에서, 고정 베어링 내부 냉각 그리고 동축 이중 회전형 피드스루들을 통한 제2 냉각 유체의 공급 및 방출에 의한 WGTC가, 그에 따라 사용된다. 제2 냉각 유체는 고정 베어링측에 장착되는 회전형 피드스루를 통해 급송 및 배출되며, 그리고 제1 냉각 유체는 플로팅 베어링측에 장착되는 회전형 피드스루를 통해 급송 및 배출된다. WGTC를 위한 온도 조절 회로는, 상측 및 하측 와이어 가이드 롤러들을 통해 통과하며, 그리고 WGHC를 위한 온도 조절 회로는, 단지 상측 와이어 가이드 롤러들만을 통해 통과한다.

도 6은 WGHC 및 WGTC의 사용을 동반하는 다른 바람직한 예시적 실시예의 특징부들의 세부사항을 도시한다.

WGHC(그의 회전축(23)에 평행한 방향(10)으로의 와이어 가이드 롤러(1)의 외피(8)의 길이의 변화)를 위한 제어 유닛(13)은, 병렬로 분배된 이후에, 와이어 어래이를 걸쳐 연장되는 2개의 상측 와이어 가이드 롤러의 챔버들(18)을 통해 먼저 통과하는, 제1 냉각 유체의 온도를 조절한다. 제1 냉각 유체는 이어서, 다시 조합되고 제어 유닛(13)으로 복귀되기 이전에, 2개의 하측 와이어 가이드 롤러의 온도를 조절하기 위해 사용된다.

WGTC(그의 회전축(23)에 평행한 방향(26)으로의 와이어 가이드 롤러(1)의 이동)를 위한 제어 유닛(16)은, 병렬로 분할된 이후에, 와이어 어래이를 걸쳐 연장되는 2개의 상측 와이어 가이드 롤러의 고정 베어링(5)의 외부 온도 조절을 위한 공간들(9a)을 통해 먼저 통과하며, 그리고 이어서, 다시 조합되고 제어 유닛(16)으로 복귀하기 이전에, 2개의 하측 와이어 가이드 롤러의 온도를 조절하기 위해 사용되는, 제2 냉각 유체의 온도를 조절한다.

도 6에 도시된 예시적인 실시예에서, 고정 베어링들의 외부 온도 조절에 의한 WGTC가, 사용된다. WGHC를 위한 제1 냉각 유체는, 고정 베어링측에 장착되는 이중 회전형 피드스루들을 통해 공급 및 방출된다. WGTC를 위한 제2 냉각 유체의 공급 및 방출은, 하측 와이어 가이드 롤러들의 온도 조절과 마찬가지로, 고정형 피드스루들에 의해, 비-회전 외측 고정 베어링 부싱들에서 수행된다.

예시적인 실시예들에 대한 이상의 설명은, 예시인 것으로 이해되어야 한다. 이에 의해 이루어지는 본 개시는, 한편으로 당업자가 본 발명 및 본 발명과 연관된 장점들을 이해하는 것을 가능하게 하며, 그리고 다른 한편, 당업자의 이해 안에서 명백한 설명된 구조들 및 방법들에 대한 변경들 및 수정들을 또한 포함한다.

1: 와이어 가이드 롤러 2: 와이어 어래이
3: 톱 와이어 4: 공작물
5: 고정 베어링 6: 플로팅 베어링
7: 기계 프레임 8: 외피
9: WGTC를 위한 고정 베어링의 내부 온도 조절을 위한 공간
9A: WGTC를 위한 고정 베어링의 외부 온도 조절을 위한 공간
10: 방향 화살표 11: 방향 화살표
12: 작동 장치 13: WGHC를 위한 제어 유닛
14: 데이터 처리 유닛 15: IPC를 위한 제어 유닛
16: WGTC를 위한 제어 유닛 17: 코어
18: 챔버들 19: 상측 센서
20: 하측 센서 21: 조각
22: 공작물의 온도를 조절하기 위한 장치
23: 회전축 24: 볼트
25: 유동 방향 26: 방향 화살표

Claims

초기 절단과 후속 절단으로 분할되는 일련의 절단 작업 도중에 공작물로부터 와이어 톱에 의해 복수의 조각을 절단하기 위한 방법으로서, 상기 와이어 톱은, 톱 와이어의 이동 와이어 섹션들의 와이어 어래이 및 작동 장치를 포함하며, 그리고 상기 와이어 어래이는, 2개의 와이어 가이드 롤러 사이의 평면에서 인장되고, 상기 2개의 와이어 가이드 롤러는 각각, 고정 베어링과 플로팅 베어링 사이에서 지지되며 그리고, 적어도 하나의 챔버 및, 상기 와이어 가이드 롤러의 코어를 둘러싸며 그리고 상기 와이어 섹션들을 위한 가이드 홈들을 갖도록 구성되는, 외피를 포함하는 것인, 방법에 있어서,
각각의 절단 작업 도중에, 와이어 어래이를 통해, 공작물 축에 수직이며 그리고 상기 와이어 어래이의 평면에 수직인 급송 방향을 따라, 공작물 상에 마모성으로 작용하는 경질 재료 및 작동 유체의 존재 상태에서, 상기 작동 장치에 의해 개별적인 공작물을 급송하는 것으로서,
동시에, 절단 깊이에 의존하여 제1 냉각 유체의 온도를 특정하며 그리고 절단 깊이에 의존하여 외피들의 길이의 변화를 특정하는 제1 보정 프로파일과 상관되는, 제1 온도 프로파일의 사양에 따라, 제1 냉각 유체로 상기 와이어 가이드 롤러들의 챔버들의 온도를 조절함으로써, 상기 2개의 와이어 가이드 롤러의 상기 외피들의 길이를 변경하는 가운데, 각각의 절단 작업 도중에, 상기 와이어 어래이를 통해 공작물을 급송하는 것; 및
동시에, 공작물의 이동을 특정하는 제2 보정 프로파일로서, 상기 제1 보정 프로파일 및 제2 보정 프로파일은 형상 편차에 대해 반대되는 것인, 제2 보정 프로파일의 사양에 따라 작동 요소에 의해 공작물 축을 따라 공작물을 이동시키는 가운데, 각각의 절단 작업 도중에, 상기 와이어 어래이를 통해 공작물을 급송하는 것
을 포함하는 것인, 개별적인 공작물을 급송하는 것; 및
각각의 절단 작업 이전에 상기 형상 편차를 결정하는 것
을 포함하는 것인, 방법.
제1항에 있어서,
상기 형상 편차는, 각각의 절단 작업 이전에, 이미 절단된 조각들의 평균 형상 프로파일을 기준 형상 프로파일과 비교함으로써 결정되는 것인, 방법.
제2항에 있어서,
상기 평균 형상 프로파일은, 선택된 조각들의 형상 프로파일들을 평균화함으로써 결정되고, 선택은, 조각-기반, 절단-기반, 또는 조각-기반 및 절단-기반인 것인, 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 이미 절단된 조각들은, 개별적인 절단 작업에 바로 선행하는 적어도 1 내지 5회의 절단 작업으로부터 유래하는 것인, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 절단 작업 도중에, 절단 깊이에 의존하여 제2 냉각 유체의 온도를 특정하며 그리고, 절단 깊이에 의존하여 상기 플로팅 베어링들의 이동을 특정하는, 제3 온도 프로파일로서, 형상 편차에 대해 반대되는 것인, 제3 온도 프로파일의 사양에 따라, 제2 냉각 유체로 상기 와이어 가이드 롤러들의 상기 고정 베어링들의 온도를 조절함에 의한, 상기 2개의 와이어 가이드 롤러의 상기 플로팅 베어링들의 동시적인 축 방향 이동을 동반하는 가운데, 상기 와이어 어래이를 통해 공작물을 급송하는 것을 포함하는 것인, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 절단 작업 도중에, 공작물의 온도는, 냉각 매체로 공작물을 적심으로써 폐쇄된 제어 루프에 의해 제어되고, 여기서 공작물의 온도는 제어된 변수를 형성하며 그리고 냉각 매체의 온도는 상기 제어 루프의 조작된 변수를 형성하는 것인, 방법.
제6항에 있어서,
일정한 온도가, 상기 제어 루프의 기준 변수로서 특정되는 것인, 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
유지보수 조치가, 개별적인 절단 작업 이전에 결정된 상기 형상 편차가 한정된 임계치에 도달되거나 초과되는 경우, 개별적인 절단 작업 대신에, 개시되는 것인, 방법.