(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンドソーワイヤ（２）を含み、１つの切断作業面において、切断フィード方向に沿って前後方向に少なくとも２本のダイヤモンドソーワイヤ（２）が設置され、又は１つ以上のお互いに平行する切断作業面において、前後方向に少なくとも２組のダイヤモンドソーワイヤ（２）が設置され、前記少なくとも２本または２組のダイヤモンドソーワイヤ（２）のうち、切断過程で先に切断対象を切断する方の１本または１組のダイヤモンドソーワイヤ（２）を前の１本又は前の１組のダイヤモンドソーワイヤ（２）、それより時間的に後から切断対象を切断するダイヤモンドソーワイヤ（２）を後の１本又は後の１組のダイヤモンドソーワイヤ（２）と定義すると、後の１本又は後の１組のダイヤモンドソーワイヤ（２）の直径は、前の１本又は前の１組のダイヤモンドソーワイヤ（２）の直径に比べて大きく、後の１本又は後の１組のダイヤモンドソーワイヤ（２）上に付着されるダイヤモンド砥粒のサイズは、前の１本又は前の１組のダイヤモンドソーワイヤ（２）上に付着される砥粒のサイズに比べて小さいことを特徴とするダイヤモンドワイヤソー装置。
【請求項２】
前記ダイヤモンドワイヤソー装置において、前記ダイヤモンドソーワイヤー（２）のうち１本又は１本以上が１組のガイドホイール（３）に巻かれることによりワイヤネットが形成されることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンドワイヤソー装置。
【請求項３】
前記ダイヤモンドワイヤソー装置において、前記１組のガイドホイールは少なくとも２つのガイドホイール（３）によって扁形の「四角」形ワイヤネットを構成するか、又は３つのガイドホイール（３）によって「三角」形のワイヤネットを構成するか、若しくはさらに多くのガイドホイール（３）によって「多辺」形のワイヤネットを構成することを特徴とする請求項２に記載のダイヤモンドワイヤソー装置。
【請求項４】
前記ダイヤモンドワイヤソー装置において、前記１組のガイドホイール（３）は四角に設置されて「四角」形のワイヤネットを形成することを特徴とする請求項３に記載のダイヤモンドワイヤソー装置。
【請求項５】
前記ダイヤモンドワイヤソー装置において、前記「四角」形ワイヤネットを２組又は２組以上備えることを特徴とする請求項４に記載のダイヤモンドワイヤソー装置。
【請求項６】
前記ダイヤモンドワイヤソー装置において、前記「四角」形ワイヤネットを２組備え、前記２組の「四角」形ワイヤネットは「回」文字形に嵌め込まれるか、或いは２組の「四角」形ワイヤネットが切断フィード方向に沿って、前後方向に配列されることを特徴とする請求項５に記載のダイヤモンドワイヤソー装置。
【請求項７】
前記ダイヤモンドワイヤソー装置において、前記「四角」形ワイヤネットを３組備え、前記３組の「四角」形ワイヤネットはお互いに嵌め込まれるか、或いは１組の「四角」形ワイヤネットと、「回」文字形に嵌め込まれた他の２組の「四角」形ワイヤネットとが切断フィード方向に沿って前後方向に配列されることを特徴とする請求項５に記載のダイヤモンドワイヤソー装置。
【請求項８】
前記ダイヤモンドワイヤソー装置において、隣接するダイヤモンドソーワイヤ（２）の運行方向は同方向、又は反対方向であることを特徴とする請求項１〜７中にいずれかに記載のダイヤモンドワイヤソー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は脆くて硬い非金属材料の加工装置に関するもので、具体的に言うとシリコンインゴットを切断するダイヤモンドワイヤソー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコン又は多結晶シリコンの固体シリコンインゴットをシリコンチップに切断することは、ＰＶセル製造のキーポイント工程であり、シリコンインゴットは先ずブロックに切られ、さらに非常に薄いシリコンチップに切られる。目下、使われている最も良く見られ、最も成熟したチップ切り設備はマルチワイヤソーで、マルチワイヤソーの作業エリアには１組の平行ガイドホイールが設置されており、ソーワイヤはお互いに平行するようにガイドホイール上に巻かれ、一定の線速度で運行される「口」文字形の切断ワイヤネット（図１を参照）を形成し、当該切断ワイヤネットの上・下水平ワイヤネット面はシリコンインゴットの切断面となっており、シリコンインゴットは切断台上に固定され、切断台は垂直に上・下水平切断ネット面を通過し、マルチワイヤソーは切断しながら、ソーワイヤに砥粒懸濁液の遊離研磨剤を提供することによって、シリコンインゴットがシリコンチップに切断される。
【０００３】
ワイヤソー装置を用いた切断方式は、伝統的なバンドソー切断や、ＩＤブレード切断は、技術上極めて大きな進歩であるが、依然として砥粒懸濁液が切削面上に発生させる表面ひびおよび損傷層がコントロールし難く、砥粒とシリコン切屑が分離し難く、作業環境が劣悪で、効率が低いなどの問題が存在している。
【０００４】
固定砥粒ダイヤモンド微粒子ワイヤソー切断は、上記問題の解決を目的として提出された新しい技術方法であり、目下の研究成果から見れば、固定砥粒ダイヤモンド微粒子ワイヤソーは、シリコン切屑が回収処理し易く、作業環境が良く、切断表面損傷が小さく、効率が高く、スライスが薄く、厚さが均一であるなどのメリットがある。
【０００５】
前記固定砥粒ダイヤモンド微粒子ワイヤソーの固定方式には、主に、(1)樹脂結合剤（金属と非金属コアワイヤ）固定、(2)機械押し付け（金属コアワイヤ）固定、(3)ブレーズ溶接（金属コアワイヤ）固定、(4)メッキ電気沈積金属（金属コアワイヤ）固定などが含まれており、各固定砥粒ダイヤモンド微粒子ワイヤソーは、それぞれ異なる特徴があるが、その欠点も明らかである。
【０００６】
(1)樹脂結合剤砥粒固定のダイヤモンド微粒子ワイヤソーは、加工表面の品質が優れているが、効率が低く、樹脂の耐熱性が良くないため、固定強度が低く、ワイヤソーの直径が摩耗し易く、切れ目の変化が大きくなり、シリコンチップは厚さの許容範囲超過によって、後続の加工原価が高くなる。
【０００７】
(2)機械押し付け砥粒固定のダイヤモンド微粒子ワイヤソーは、加工効率が高いが、コアワイヤが押し付けられて破壊されるので、強さが下がり、寿命に影響を与えるだけでなく、加工表面の粗度も保証し難い。
【０００８】
(3)ブレーズ溶接（金属コアワイヤ）砥粒固定のダイヤモンド微粒子ワイヤソーは、加工効率が高いが、ブレーズ溶接の温度が高いため、コアワイヤの強さと靱性が破壊され、製造工程が煩雑になり、大量生産が難しくなる。
【０００９】
(4)メッキ電気沈積金属（金属コアワイヤ）砥粒固定のダイヤモンド微粒子ワイヤソーは、ワイヤ直径の維持性が優れているが、加工質はあまり良くなく、ワイヤソーが切れ易いため切断原価が高くなる。
【００１０】
国内において、前記４種類製品中の一部はシリコンブロック切削の面で応用されるようになっているが、シリコンチップ切削には、まだまだ普及されていない。その主な原因としては、ダイヤモンドマルチワイヤソーでは、同一種類のワイヤを用いて、シリコンインゴットに対するワンストップ切断加工を行うため、シリコンチップの表面質や、効率、寿命、価格性能比など指標の要求を同時に満たすことができず、しかも、付帯設備の性能および加工工程も完璧でないからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、シリコンチップ切断中、異なる特性のダイヤモンドワイヤソーを用いて複数回の切断を形成することによって、シリコンチップの表面質や、効率、寿命、価格性能比など指標の要求を満たすダイヤモンドワイヤソー装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を実現できるダイヤモンドワイヤソー装置には、ダイヤモンドソーワイヤが含まれており、異なるのは、切断フィード方向に沿って、１つの切断作業面において、前後に少なくとも２本のダイヤモンドソーワイヤが設置され、又は１つ以上のお互いに平行する切断作業面において、前後に少なくとも２組のダイヤモンドソーワイヤが設置され、同組中のダイヤモンドソーワイヤはお互いに平行するように１層の切断ネット面が形成される。後の１本又は後の１組ダイヤモンドソーワイヤの直径は、前の１本又は前の１組のダイヤモンドソーワイヤ直径に比べて大きいか、或いは等しい。
【００１３】
前記切断ネット面は１本又は１本以上の長いダイヤモンドソーワイヤが１組のガイドホイール上に巻かれて形成される。
【００１４】
前記１組のガイドホイールは、少なくとも２つのガイドホイールによって、扁形「四角」形のネット面を構成するか、又は３つのガイドホイールによって、「三角」形のネット面を構成するか、又はさらに多くのガイドホイールによって「多角」形のネット面を構成する。
【００１５】
一般的に、４つのガイドホイールが四角に設置されて「四角」形のワイヤネットを構成するが、前記「四角」形ワイヤネットは２組又は２組以上からなり、各組の「四角」形ワイヤネットは、組み合わされて２層又は２層以上の切断ネット面を構成する。
【００１６】
２層又は３層の切断ネット面を例に挙げると、
前記２組の「四角」形ワイヤネットは「回」文字形に嵌め込まれるか、或いは２組の「四角」形ワイヤネットは、切断フィード方向に沿って前後に排列される。
【００１７】
前記３組の「四角」形ワイヤネットは、お互いに嵌め込まれるか、或いは他の１組の「四角」形ワイヤネットが切断フィード方向に沿って、「回」文字形に嵌め込まれた２組のワイヤネット位置の前・後に排列される。
【００１８】
後の１本又は後の１組のダイヤモンドソーワイヤの直径は、前の１本又は前の１組のダイヤモンドソーワイヤ直径と等しいか、好ましくは大きい方が良い。後の１本又は後の１組のダイヤモンドソーワイヤ上に付着されるダイヤモンド砥粒のサイズは、前の１本又は前の１組のダイヤモンドソーワイヤ上に付着される砥粒のサイズに比べて小さいか或いは等しい。
【００１９】
隣接するダイヤモンドソーワイヤ又は隣接する切断ネット面との間は平行関係となっており、ダイヤモンドソーワイヤの前回の切断によってシリコンチップ表面に形成される切断痕跡をより良く除去するために、隣接するダイヤモンドソーワイヤ又は隣接する切断ネット面との間に１つの夾角を形成させることもできる。
【００２０】
シリコンチップが十分な強度を有する場合、隣接するダイヤモンドソーワイヤ又は隣接する切断ネット面の運行方向は同じ方向にすることができるが、切断の安定性を維持するために、隣接するダイヤモンドソーワイヤ又は隣接する切断ネット面の運行方向は、好ましくて反対にした方が良い。
【００２１】
ダイヤモンド加工の基本原理によって、ダイヤモンドの粒径は切断効果と表面粗度に決定的な役割があり、比較的粗いダイヤモンドを使用すると切断効率は高くなるが、表面粗度が悪くなり、比較的細かいダイヤモンドを使用すると比較的優れた表面粗度が得られるが、切断効率が大きな影響を受けるので、それぞれのダイヤモンドソーワイヤは、異なるパラメータの独立の運行によって、異なるダイヤモンドソーワイヤのシリコンチップに対しる切断、仕上げ研磨と光沢仕上げを実現することができる。そのため、本発明の技術方法を使用すると、異なる切断、粗研磨、仕上げ研磨のニーズに応じて、異なる切断ワイヤネット上に、加工工程に対応するダイヤモンドソーワイヤを選択・使用することによって、ワイヤ直径とダイヤモンドの粒径が工程に適用するようにさせ、切断効率を高めるだけでなく、表面粗度の要求も満たすことができ、シリコンチップ切断の大型化、薄型化への発展のニーズを満たすようになっている。
【００２２】
本発明のメリットは次の通りである。
本発明ではマルチ組ダイヤモンドソーワイヤ切断ネット面を用いて、次第にシリコンチップを切る方法によって、シリコンチップの切断、仕上げ研磨および光沢仕上げなどのプロセスを異なる特性のダイヤモンドソーワイヤによって異なる運行パラメータで実現することができる。切断、仕上げ研磨および光沢仕上げ加工の取り代が次第に大幅下がるため、スライスの生成に有利であり、さらに高いシリコン材料の利用率が得られ、切り目が益々狭く、シリコン切断が「さらに大きく、さらに薄い」への発展の要求を満たすことができ、ダイヤモンド粒度が効率と表面粗度の要求を同時に満たせなかった問題を解決し、ダイヤモンド粒度の選択範囲もさらに広くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】伝統的なワイヤソー装置中、ダイヤモンドソーワイヤが１組（４つ）のガイドホイール上に巻かれて、１組の「口」文字形ネットを構成する立体構造見取図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】本発明の第１種実施方式の構造を示した見取図である。
【図４】本発明の第２種実施方式の構造を示した見取図である。
【図５】本発明の第３種実施方式の構造を示した見取図である。
【図６】本発明の第４種実施方式の構造を示した見取図である。
【図７】本発明の第５種実施方式の構造を示した見取図である。
【図８】図３、図４、図５中の３種の異なるダイヤモンドソーワイヤが同一のシリコン切れ目において、切断、仕上げ研磨、光沢仕上げ加工をする見取図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次では、３層の切断ネット面と２層の切断ネット面を例に挙げて、本発明のダイヤモンドワイヤソー装置の技術方法を説明するものとする。
【００２５】
１．３層の切断ネット面によるシリコンチップの切断工程は、上下一直線になる３種のダイヤモンドソーワイヤ（２）は、それぞれ同一のシリコン切れ目対して、切断、仕上げ研磨、光沢仕上げ加工を行い、各層の切断ネット面は、１種の長いダイヤモンドソーワイヤ（２）が１組のガイドホイール（３）上に巻かれて形成される１組のワイヤネットによってネット面が形成され、各組のガイドホイール（３）は四角位置に設置されて「四角」形ワイヤネットが形成され、図１、図２に示されている通り、「四角」形ワイヤネット中、シリコン棒を固定する切断台（１）に対応する上ネット面と下ネット面が切断ネット面になる。
【００２６】
Ａ．三層の切断ネット面は、三種のダイヤモンドソーワイヤ（２）が３組のガイドホイール（３）上に巻かれて形成される３組ワイヤネットによってネット面が形成され、３組のワイヤネットがお互いに嵌め込まれて、図３、図８に示されている通り、３層の切断ネット面は、下方の三本のダイヤモンドソーワイヤ（２）によって形成され、シリコン棒を固定する切断台（１）は３層の切断ネット面の下方に設され、切断、仕上げ研磨、光沢仕上げ加工は、外側から裏側への順に行われる。
【００２７】
Ｂ．３層の切断ネット面は、３種のダイヤモンドソーワイヤ（２）が３組のガイドホイール（３）上に巻かれて形成される３組のワイヤネットによってネット面が形成され、２組のワイヤネットがお互いに嵌め込まれて「回」文字形になり、「回」文字形ワイヤネットの上方は「四角」形ワイヤネットで、図４、図８に示されている通り、３層の切断面は「四角」形ワイヤネットの下方ダイヤモンドソーワイヤ（２）と「回」文字形ワイヤネット上方の２本のダイヤモンドソーワイヤ（２）によって形成され、シリコン棒を固定する切断台（１）は３層の切断ネット面の下方に設置され、切断や、仕上げ研磨、光沢仕上げ加工の手順は、「回」文字形ワイヤネットの裏側から外側に向いて行われ、さらに「四角」形ワイヤネット下方のダイヤモンドソーワイヤ（２）を通る。
【００２８】
Ｃ．３層の切断面は、３種のダイヤモンドソーワイヤ（２）が３組のガイドホイール（３）に巻かれて形成される３組のワイヤネットによってネット面が形成され、２組のワイヤネットはお互いに「回」文字形に嵌め込まれ、「回」文字形ワイヤネットの下方は「四角」形のワイヤネットであり、図５、図８に示されている通り、３層の切断面は「回」文字形ワイヤネット下方の２本のダイヤモンドソーワイヤ（２）と「四角」形ワイヤネット上方のダイヤモンドソーワイヤ（２）によって形成され、切断台（１）は３層の切断ネット面の下方に設置され、切断や、仕上げ研磨および光沢仕上げ加工の手順は、先ず「四角」形ワイヤネット上方のダイヤモンドソーワイヤ（２）を通り、さらに「回」文字形ワイヤネットを外側から裏側に向いて通る。
【００２９】
上記Ａ、Ｂ、Ｃ各項において、切断手順によって、各層切断面ダイヤモンドソーワイヤ（２）の直径はだんだん大きくなるが、その中、ダイヤモンドソーワイヤ（２）の直径は段々太くなり、ワイヤ上に付着されるダイヤモンド砥粒のサイズはだんだん小さくなる。
【００３０】
２．２層の切断ネット面によるシリコンチップ切断工程は、上下一直線になる２種のダイヤモンドソーワイヤ（２）は、それぞれ同一のシリコン切れ目対して、切断、研磨加工を行い、各層の切断ネット面は、１種のダイヤモンドソーワイヤ（２）が１組のガイドホイール（３）上に巻かれて形成される１組のワイヤネットによってネット面が形成され、各組のガイドホイール（３）は四角位置に設置されて「四角」形ワイヤネットが形成され、図１、図２に示されている通り、シリコン棒を固定する切断台（１）に対応する上ネット面と下ネット面が切断ネット面になる。
【００３１】
Ｄ．２層の切断ネット面は、２種のダイヤモンドソーワイヤ（２）が２組のガイドホイール（３）上に巻かれて形成される２組のワイヤネットによってネット面が形成され、２組のワイヤネットがお互いに嵌め込まれ、「回」文字形になり、図６に示されているとおり、２層の切断面は上下２本のダイヤモンドソーワイヤ（２）によって形成され、シリコン棒切断台（１）は２層の切断ネット面の下方に設置され、切断と研磨は外側から裏側への順に行われる。
【００３２】
Ｅ．２層の切断面は、２種のダイヤモンドソーワイヤ（２）が２組のガイドホイール（３）に巻かれて形成される２組のワイヤネットによってネット面が形成され、２組のワイヤネットは、上下の位置に「呂」字形排列され、図７に示されている通り、２層の切断面は上方の「四角」形ワイヤネットの下方のダイヤモンドソーワイヤ（２）と下方の「四角」形ワイヤネットの上方のダイヤモンドソーワイヤ（２）によって形成され、切断台（１）は２層の切断ネット面の下方に設置され、切断と研磨は、下方の「四角」形ワイヤネット上方のダイヤモンドソーワイヤ（２）から上方の「四角」形ワイヤネット下方のダイヤモンドソーワイヤ（２）の順に行われる。
【００３３】
上記Ｄ、Ｅ各項において、切断手順によって、第１層の切断ネット面のダイヤモンドソーワイヤ（２）の直径はだんだん大きくなり、その中、第２層ダイヤモンドソーワイヤ（２）のワイヤ直径は、第１層ダイヤモンドソーワイヤ（２）のワイヤ直径より大きく、第２層ダイヤモンドソーワイヤ（２）のワイヤ直径上に付着されるダイヤモンド砥粒のサイズは第１層ダイヤモンドソーワイヤ（２）のワイヤ直径上に付着されるダイヤモンド砥粒サイズより小さい。
【００３４】
上記Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの各項において、隣接する切断ネット面との間には一定の夾角が形成され、隣接する切断ネット面の運行方向は反対になっている。
【００３５】
上記実施例は、ただの本発明の目的や、技術方法および有益な効果をさらに詳しく説明するための具体的な実施例であるが、本発明はこれに限られるものではない。本発明に公示された範囲内で行われた、修正や、同等な代替、改進などは、いずれも本発明の保護範囲に属される。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・シリコン棒を固定する切断台    
２・・・ダイヤモンドソーワイヤ
３・・・ガイドホイール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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