JP6402700B2 - ワークの切断方法及びワイヤソー - Google Patents

Description

本発明は、ワークの切断方法及びワイヤソーに関する。

従来、例えばシリコンインゴットや化合物半導体インゴット等のワークからウェーハを切り出す手段として、ワイヤソーが知られている。このワイヤソーでは、複数のローラの周囲に切断用ワイヤが多数巻掛けられることによりワイヤ列が形成されており、その切断用ワイヤが軸方向に高速駆動され、かつ、スラリが適宜供給されながらワイヤ列に対してワークが切り込み送りされることにより、このワークが各ワイヤ位置で同時に切断されるようにしたものである（例えば、特許文献１参照）。

ここで、図３に、従来の一般的なワイヤソーの一例の概要を示す。図３に示すように、このワイヤソー１０１は、主に、ワークＷを切断するためのワイヤ１０２（高張力鋼線）、ワイヤ１０２を複数の溝付ローラ１０３、１０３’に巻掛けることで形成したワイヤ列１０４、ワイヤ１０２に張力を付与するための張力付与機構１０５、１０５’、切断されるワークＷを下方へと送り出すワーク送り機構１０６、切断時にＧＣ（炭化ケイ素）砥粒等を液体に分散させたスラリを供給するスラリ供給機構１０７で構成されている。

ワイヤ１０２は、一方のワイヤリール１０８から繰り出され、張力付与機構１０５を経て、溝付ローラ１０３に入っている。ワイヤ１０２はこの溝付ローラ１０３に３００〜４００回程度巻掛けられた後、もう一方の張力付与機構１０５’を経てワイヤリール１０８’に巻き取られている。

また、溝付ローラ１０３は鉄鋼製円筒の周囲にポリウレタン樹脂を圧入し、その表面に一定のピッチで溝を切ったローラである。溝付ローラ１０３は、巻掛けられたワイヤ１０２が、駆動用モータ１１１によって予め定められた周期で往復方向に駆動できるようになっている。

なお、ワークＷの切断時には、ワーク送り機構１０６によってワークＷは保持されつつ押し下げられ、溝付ローラ１０３、１０３’に巻掛けられたワイヤ列１０４に送り出される。このようなワイヤソー１０１を用い、ワイヤ１０２に張力付与機構１０５を用いて適当な張力をかけて、駆動用モータ１１１によりワイヤ１０２を往復方向に走行させながら、スラリ供給機構１０７から供給されたスラリをノズル１０９を介して供給し、ワーク送り機構１０６でワークを切り込み送りすることでワークを切断する。

一方、砥粒を含むスラリを使用せず、代わりにダイヤモンド砥粒等をワイヤの表面に固着した固定砥粒ワイヤを使用して、ワークを切断する方法も知られており、直径１５０ｍｍ程度以下の小直径インゴットの切断には一部で実用化している。

この固定砥粒ワイヤによる切断では、図３に示したワイヤソーの鋼線ワイヤの代わりに固定砥粒ワイヤを装着し、スラリを砥粒が含まれない冷却水などのクーラントに変えることで、一般的なワイヤソーをそのまま使用することができる。

特開平９−２６２８２６号公報

固定砥粒ワイヤによる切断では、遊離砥粒を使用していないため、環境面からも産業廃棄物が少なくという利点がある。また、加工速度が速いという利点もあり、遊離砥粒を利用したワイヤソーによる加工と比べて便利な点が多い。しかしながら、ワイヤソーでは、図３に示すように、溝付ローラ１０３に巻掛けられた１本のワイヤ１０２に対しワークＷを押しつけて移動させて切断するため、切断終了時にワークＷはワークＷを押し付けたワイヤ１０２の下側へ位置している。そのため、ワークＷを取り出すためには、ワークＷを上方へ移動させることにより、ワイヤ１０２を切断されてウェーハ状となったワークＷの間隙を通過させて相対的に下側へ引き抜く必要がある。

ワイヤを引き抜く際、遊離砥粒を用いたワイヤソーの場合は、図４（ａ）に示すように、遊離砥粒Ｇの幅の分だけワイヤ１０２とワークＷとの間に隙間（クリアランス）ができるため、ワイヤ１０２の抜き取りは比較的容易であった。しかし、図４（ｂ）に示すように、固定砥粒を用いたワイヤソーの場合、固定砥粒ワイヤ４０２とワークＷとの間には隙間が生じないため、固定砥粒ワイヤ４０２が抜け難い。よって、ワークＷに引っ掛かって固定砥粒ワイヤ４０２が浮き上がり、この状態で固定砥粒ワイヤ４０２を抜こうとすると、ワーク切断面がダメージを受けて当該切断面に、所謂、ソーマークが生じ、これによってＷａｒｐが悪化して品質を損なう。固定砥粒ワイヤ４０２の浮き上がりがさらに大きくなった場合には、ワイヤ断線に至ることがある。ワイヤ断線が発生した場合には、固定砥粒ワイヤを溝付ローラに巻掛け直す手間が必要となり、また巻掛け直す分の固定砥粒ワイヤが余分に必要になるなど損失が大きい。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、ワーク切断後のワイヤの引き抜きにおいて、ワークにワイヤが引っ掛かってソーマークが生じたり、ワイヤの断線が発生したりすることがないワークの切断方法及びワイヤソーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、表面に砥粒が固着された固定砥粒ワイヤを複数の溝付ローラに巻掛けることによってワイヤ列を形成し、前記固定砥粒ワイヤを軸方向に往復走行させながら、前記ワイヤ列に対して円柱状のワークを切り込み送りすることにより、該ワークを軸方向に並ぶ複数の箇所で同時に切断するワイヤソーによるワークの切断方法であって、前記ワークの切断終了後、前記固定砥粒ワイヤを、前記ワークの切断終了時の位置から、前記ワークと前記ワイヤ列が接触し始めた切断開始時から前記ワークの切断終了時までに送り出した前記固定砥粒ワイヤの長さの１／３以上２／３以下の長さ巻き戻した後に、前記ワイヤ列から前記ワークを引き抜くことを特徴とするワークの切断方法を提供する。

円柱形状のワークを切断する場合、切断長の違いからワーク中央部で、ワイヤ表面に固着された砥粒の摩耗が最も多く、これ以外の場所では砥粒摩耗が少なくなる。ワークの切断終了後に、上記の範囲の長さで固定砥粒ワイヤを巻き戻すことにより、固定砥粒ワイヤの表面のうち、固着された砥粒の摩耗量が多い表面をワークに隣接させた状態とすることができ、ワークをワイヤに引っ掛けることなく引き抜くことができる。これにより、ワークにワイヤが引っ掛かってソーマークが生じたり、ワイヤの断線が発生したりすることを避けることができる。

このとき、前記円柱状のワークとして、直径３００ｍｍ以上のものを切断することができる。

本発明のワークの切断方法は、大直径の円柱状ワークを切断する場合に特に有効である。

また、上記目的を達成するために、本発明は、表面に砥粒が固着された固定砥粒ワイヤが複数の溝付ローラに巻掛けられることによって形成されたワイヤ列と、円柱状のワークを保持しながら前記ワイヤ列に押し当てるワーク送り機構とを具備し、前記固定砥粒ワイヤを軸方向に往復走行させながら、前記ワイヤ列に対して前記ワークを切り込み送りすることにより、該ワークを軸方向に並ぶ複数の箇所で同時に切断するワイヤソーであって、前記ワークの切断終了後、前記固定砥粒ワイヤを、前記ワークの切断終了時の位置から、前記ワークと前記ワイヤ列が接触し始めた切断開始時から前記ワークの切断終了時までに送り出した前記固定砥粒ワイヤの長さの１／３以上２／３以下の長さ巻き戻した後に、前記ワイヤ列から前記ワークを引き抜くよう制御する制御手段を具備するものであることを特徴とするワイヤソーを提供する。

本発明のワイヤソーは、ワークの切断終了後に、上記の範囲の長さで固定砥粒ワイヤを巻き戻すよう制御できるため、固定砥粒ワイヤの表面のうち、固着された砥粒の摩耗量が多い表面をワークに隣接させた状態としてから、ワークを引き抜くことができる。これにより、ワークにワイヤが引っ掛かってソーマークが生じたり、ワイヤの断線が発生したりすることを防止できるものとなる。

本発明のワークの切断方法及びワイヤソーであれば、ワーク切断後のワイヤの抜き取りにおいて、ワークにワイヤが引っ掛かってソーマークが生じたり、ワイヤの断線が発生したりすることを防止できる。

本発明のワイヤソーの一例を示した概略図である。 （ａ）ワークの切断終了時のワークと固定砥粒ワイヤの位置関係を示す図である。（ｂ）ワイヤの引っ掛かり発生時のワークと固定砥粒ワイヤの状態を示す図である。（ｃ）ワークの引き抜き終了時のワークと固定砥粒ワイヤの位置関係を示す図である。 従来の一般的なワイヤソーの一例を示した概略図である。 （ａ）遊離砥粒方式におけるワークの間隙におけるワイヤの状態を示す図である。（ｂ）固定砥粒方式におけるワークの間隙における固定砥粒ワイヤの状態を示す図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

上記のように、固定砥粒ワイヤを用いてワークの切断を行う場合、ワークの切断終了後にワークからワイヤを引き抜こうとすると、ワイヤがワークに引っ掛かり、断面にソーマークが生じたり、ワイヤが断線したりするという問題があった。

そこで、本発明者らはこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、ワークの切断後、固定砥粒ワイヤを、固定砥粒ワイヤの固着された砥粒の摩耗量が多い表面をワークに隣接させるように、適切な長さ巻き戻せば、固定砥粒ワイヤの直径がワークの隙間よりも小さくなるため、ワークに引っ掛かることを防止できることを知見し、本発明を完成させた。

図１は、本発明のワイヤソー１の一例を示す概略図である。図１に示すように、本発明のワイヤソー１は、主に、ワークＷを切断するための表面に砥粒が固着された固定砥粒ワイヤ２、固定砥粒ワイヤ２を巻回した複数の溝付ローラ３、３’、溝付ローラ３、３’に固定砥粒ワイヤ２が巻掛けられることによって形成されたワイヤ列４、固定砥粒ワイヤ２に張力を与えるための張力付与機構５、５’、切断されるワークＷを下方へ送り出すワーク送り機構６、切断時にクーラントを供給するクーラント供給機構７で構成されている。

固定砥粒ワイヤ２は、一方のワイヤリール８から送り出され、トラバーサ９を介して、パウダクラッチ（低トルクモータ１０）やダンサローラ（デッドウェイト）（不図示）等からなる張力付与機構５を経て、溝付ローラ３に入っている。また、固定砥粒ワイヤ２が溝付ローラ３、３’に４００〜５００回程度巻掛けられることによってワイヤ列４を形成できる。さらに、固定砥粒ワイヤ２は、トラバーサ９’を介して、パウダクラッチ（低トルクモータ１０’）やダンサローラ（デッドウェイト）（不図示）から成るもう一方の張力付与機構５’を経てワイヤリール８’に巻き取られている。

このようなワイヤソー１は、固定砥粒ワイヤ２をその軸方向に往復走行させながら、ワイヤ列４に対してワークＷを切り込み送りすることにより、ワークＷを軸方向に並ぶ複数の箇所で同時に切断する。固定砥粒ワイヤ２の往復走行は、複数の溝付ローラ３、３’間に巻回された固定砥粒ワイヤ２を一方向へ所定の長さ前進させた後に、他方向へ前述の前進量よりも少ない長さ後退させ、これを一送りサイクルとして、このサイクルを繰り返すことにより、ワイヤを一方向へ送り出す。溝付ローラ３’は、巻掛けられた固定砥粒ワイヤ２が、駆動用モータ１１によって予め定められた周期で往復方向に駆動できるようになっている。

ここで、固定砥粒ワイヤの送り出しと巻き取りについてより詳しく説明する。図２の（ａ）、（ｃ）は、それぞれワークの切断終了時とワーク引き抜き終了時のワークＷと固定砥粒ワイヤ２０２の位置関係を示した図である。図２（ａ）に示したように、切断終了時には、ワークＷがワイヤ列よりも下側へ位置している。そのため、ワークＷを取り出すには、ワークＷを上方へ移動させることにより、切断されてウェーハ状となったワークのウェーハ間の隙間を通過させて、ワイヤ２０２を相対的に下側へ引き抜く必要がある。

しかし、従来の固定砥粒ワイヤを用いたワイヤソーの場合、固定砥粒ワイヤ２０２とワークＷとの間にはクリアランスが生じないため（図４の（ｂ）参照）、固定砥粒ワイヤ２０２がワークＷに引っ掛かって、図２（ｂ）に示すように浮き上がり、ワークＷの切断面にソーマークが生じたり、ワイヤ断線が発生したりする。

これを防ぐために、本発明のワイヤソー１は、ワークＷの切断終了後、固定砥粒ワイヤ２を、ワークＷの切断終了時の位置から、ワークＷとワイヤ列４が接触し始めた切断開始時からワークＷの切断終了時までに送り出した固定砥粒ワイヤ２の長さの１／３以上２／３以下の長さ巻き戻した後に、ワイヤ列４からワークＷを引き抜くよう制御する制御手段１２を具備している。

この制御手段１２によって、固定砥粒ワイヤ２を切断開始時からワークＷの切断終了時までに送り出した固定砥粒ワイヤ２の長さの１／３以上２／３以下の長さ巻き戻すと、砥粒の摩耗量が多い部分のワイヤがワークに隣接した状態とすることができ、ワーク引き抜き時にワークにワイヤが引っ掛かってソーマークが生じたり、ワイヤ断線が発生したりすることを避けることができる。

続いて、本発明のワークの切断方法を、上記本発明のワイヤソーを用いる場合を例に説明する。

まず、図１に示すように、表面に砥粒が固着された固定砥粒ワイヤ２を複数の溝付ローラ３、３’に巻掛けることによってワイヤ列４を形成する。続いて、固定砥粒ワイヤ２を駆動用モータ１１によって、固定砥粒ワイヤ２の軸方向に往復走行させる。そして、ワーク送り機構６によって、ワイヤ列４に対して円柱状のワークＷを切り込み送りすることにより、ワークＷを軸方向に並ぶ複数の箇所で同時に切断する。

本発明のワークの切断方法では、ワークＷの切断終了後、固定砥粒ワイヤ２を、ワークＷの切断終了時の位置から、ワークＷとワイヤ列４が接触し始めた切断開始時からワークＷの切断終了時までに送り出した固定砥粒ワイヤ２の長さの１／３以上２／３以下の長さ巻き戻した後に、ワイヤ列４からワークＷを引き抜く。

これにより、ワークＷの引き抜き時に、固定砥粒ワイヤ２の表面における砥粒の摩耗量が多い部分がワークＷに隣接した状態とすることができ、ワークＷの引き抜き時にワークＷに固定砥粒ワイヤ２が引っ掛かってソーマークが生じたり、ワイヤ断線が発生したりすることを避けることができる。

また、円柱状のワークとして、直径３００ｍｍ以上のものを切断することが好ましい。ワークのサイズが大きくなるほど、ワークに隣接する固定砥粒ワイヤの長さとワークを引き抜く距離が長くなって、固定砥粒ワイヤが引っ掛かりやすくなるため、本願の切断方法が特に有効な手段となる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜４）
図１に示すような本発明のワイヤソーを用いて、本発明の切断方法に従い、円柱状のワークの切断を行い、ワイヤ列からのワークの引き抜きを行った。固定砥粒ワイヤは下記の表１に示すものを用いた。

また、ワークの切断条件及び引き抜き条件を下記の表２に示す条件１とした。表２の条件１に示すように、ワークとワイヤ列が接触し始めた切断開始時からワークの切断終了時までに送り出した固定砥粒ワイヤの長さ（以下、この長さをワイヤ使用量と呼称する）は９０００ｍとした。

また、ワークの切断終了後、固定砥粒ワイヤを巻き戻した長さは表３のように、実施例１〜４で変化させた。表３に示すように、実施例１〜４では、固定砥粒ワイヤを巻き戻した長さはワイヤ使用量の１／３以上２／３以下の範囲の長さとした。なお、ワークとしては、円柱状で直径３０１ｍｍ、長さ３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットを切断した。

固定砥粒ワイヤを巻き戻した長さをワイヤ使用量の１／３以上２／３以下の範囲の長さとした実施例１〜４において、ワイヤ列からのワークの引き抜き時の固定砥粒ワイヤの断線の有無を調べたところ、断線は発生しなかった。

（比較例１〜６）
表３に示すように、ワークの切断終了後の固定砥粒ワイヤを巻き戻した長さを、ワイヤ使用量の１／３未満又はワイヤ使用量の２／３より大きくしたこと以外、実施例１と同様な条件で円柱状のワークの切断を行い、ワイヤ列からのワークの引き抜きを行った。なお、表３に示すように、比較例１に関しては、ワークの切断終了後の固定砥粒ワイヤを巻き戻した長さは０ｍとし、すなわち、切断後の固定砥粒ワイヤの巻き戻しを行わなかった。

その結果、表３に示すように、固定砥粒ワイヤを巻き戻した長さをワイヤ使用量の１／３未満又はワイヤ使用量の２／３より大きくした比較例１〜６では断線が発生した。

（実施例５〜８）
表２の条件２に切断条件を変更し、ワイヤ前進量及びワイヤ後退量を変えてワイヤ使用量を１８０００ｍに設定したこと以外、実施例１〜４と同様に、ワークの切断、引き抜きを行った。

実施例５〜８の各々の固定砥粒ワイヤの巻き戻し量は、表４に示す通りとした。

その結果、表４から分かるように、固定砥粒ワイヤを巻き戻した長さをワイヤ使用量の１／３以上２／３以下の範囲の長さとした実施例５〜８において、ワイヤ列からのワークの引き抜き時の固定砥粒ワイヤの断線の有無を調べたところ、断線は発生しなかった。

（比較例７〜１２）
表４に示すように、ワークの切断終了後の固定砥粒ワイヤを巻き戻した長さを、ワイヤ使用量の１／３未満又はワイヤ使用量の２／３より大きくしたこと以外、実施例５と同様な条件で円柱状のワークの切断を行い、ワイヤ列からのワークの引き抜きを行った。

その結果、表４に示すように、固定砥粒ワイヤを巻き戻した長さをワイヤ使用量の１／３未満又はワイヤ使用量の２／３より大きくした比較例７〜１２では断線が発生した。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…本発明のワイヤソー、 ２…固定砥粒ワイヤ、 ３、３’…溝付ローラ、
４…ワイヤ列、 ５、５’…張力付与機構、 ６…ワーク送り機構、
７…クーラント供給機構、 ８、８’…ワイヤリール、 ９、９’…トラバーサ、
１０、１０’…低トルクモータ、 １１…駆動用モータ、 １２…制御手段、
Ｗ…ワーク。

Claims (3)

1. 表面に砥粒が固着された固定砥粒ワイヤを複数の溝付ローラに巻掛けることによってワイヤ列を形成し、前記固定砥粒ワイヤを軸方向に往復走行させながら、前記ワイヤ列に対して円柱状のワークを切り込み送りすることにより、該ワークを軸方向に並ぶ複数の箇所で同時に切断するワイヤソーによるワークの切断方法であって、
   前記ワークの切断終了後、前記固定砥粒ワイヤを、前記ワークの切断終了時の位置から、前記ワークと前記ワイヤ列が接触し始めた切断開始時から前記ワークの切断終了時までに送り出した前記固定砥粒ワイヤの長さの１／３以上２／３以下の長さ巻き戻した後に、前記ワイヤ列から前記ワークを引き抜くことを特徴とするワークの切断方法。
2. 前記円柱状のワークとして、直径３００ｍｍ以上のものを切断することを特徴とする請求項１に記載のワークの切断方法。
3. 表面に砥粒が固着された固定砥粒ワイヤが複数の溝付ローラに巻掛けられることによって形成されたワイヤ列と、円柱状のワークを保持しながら前記ワイヤ列に押し当てるワーク送り手段とを具備し、前記固定砥粒ワイヤを軸方向に往復走行させながら、前記ワイヤ列に対して前記ワークを切り込み送りすることにより、該ワークを軸方向に並ぶ複数の箇所で同時に切断するワイヤソーであって、
   前記ワークの切断終了後、前記固定砥粒ワイヤを、前記ワークの切断終了時の位置から、前記ワークと前記ワイヤ列が接触し始めた切断開始時から前記ワークの切断終了時までに送り出した前記固定砥粒ワイヤの長さの１／３以上２／３以下の長さ巻き戻した後に、前記ワイヤ列から前記ワークを引き抜くよう制御する制御手段を具備するものであることを特徴とするワイヤソー。

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