(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥液を供給しながらワイヤ列を往復動させることにより、円柱状のインゴットをその軸線に対して略垂直に切断するワイヤソーにおいて、
上記インゴットが上記ワイヤ列に対して相対的に直線移動する際、上記インゴットの切断面内で、この直線上の点を支点として、上記インゴットおよび上記ワイヤ列を相対的に揺動させる揺動手段と、
上記インゴット切断時の上記ワイヤ列の走行方向を、常時、上記インゴットの切断縁が略円弧状である切断残部の頂上部から麓部へ方向づける揺動方向切換手段とを有するワイヤソー。
【請求項２】
ワイヤ列に乗せて砥液をインゴットの切断部付近に供給しながら、インゴットの軸線と略垂直な切断面内でこのワイヤ列を往復動させるとともに、上記インゴットが上記ワイヤ列に対して相対的に直線移動する際、上記インゴットの切断面内で、この直線上の点を支点として、上記インゴットおよび上記ワイヤ列を相対的に揺動させることにより、上記インゴットを多数枚のウェーハに切断するインゴット切断方法であって、
インゴット切断時の上記ワイヤ列の走行方向を、常時、上記インゴットの切断縁が略円弧状である切断残部の頂上部から麓部へ向かう方向としたインゴット切断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はワイヤソーおよびインゴット切断方法、詳しくは切断時間の短縮や、切断されたウェーハの表面平坦度（ＴＴＶ：Total Thickness Variation）が良好なワイヤソーおよびこれを用いたインゴット切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤソーは、ラッピングオイルに遊離砥粒を混入したスラリー状の砥液を、走行するワイヤ列にかけながら、このワイヤを単結晶シリコン棒などのインゴット（ワーク）に相対的に押し付けて、その砥粒の研削作用により、ワークをウェーハに切断する装置である。この場合、ワイヤ列は所定速度で走行しながら、一定のサイクルで往復駆動されている。また、ワイヤとワークとは、切断時、切断面を含む平面内でこのワーク中心軸を中心として相対的に揺動させられている。
ワイヤ列による切断能力の向上には、砥液の供給方法も重要となる。これは、ワイヤ速度の上昇による切断能力の向上に、ワイヤ速度に見合う砥液量の砥液を供給する必要があるからである。ワイヤ速度に見合った供給量を確保するには、砥液をワイヤ列に乗せて切断部位へ持ち込む方法が有効である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のワイヤソーの揺動による切断方法によっては、以下の課題が生じていた。すなわち、インゴットの切断作業中において、ワイヤ列が一往復するときに削られる研削量を細かく測定してみると、切断開始時、切断中期、切断終了時でそれぞれ研削量にばらつきがあった。また、これを原因として、切断時間が長くなるとともに、切断されたウェーハの表面平坦度が悪くなることが判明した。
そこで、発明者は鋭意研究を重ねた結果、インゴット切断中におけるワイヤ列の走行方向と、ワイヤ列の揺動方向に何らかの因果関係があることを見出した。
また、本発明者らはその後の追跡研究により、従来のワイヤソーでは、（１）インゴット切断時におけるワイヤ列の走行方向とその揺動方向がばらばらである点、（２）インゴットの切断縁が略円弧状である切断残部の頂上部から麓部へ向かう際にはインゴットの研削量が大きく、これと反対方向の場合にはインゴットの研削量が小さい点を発見し、この発明を完成させた。
【０００４】
【発明の目的】
そこで、この発明は、ワイヤソーによるインゴット切断での切断時間を短縮するワイヤソーおよびインゴット切断方法を提供することを、その目的としている。また、切断されたウェーハの平面平坦度が良好なワイヤソーおよびインゴット切断方法を提供することを、その目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、砥液を供給しながらワイヤ列を往復動させることにより、円柱状のインゴットをその軸線に対して略垂直に切断するワイヤソーにおいて、上記インゴットが上記ワイヤ列に対して相対的に直線移動する際、上記インゴットの切断面内で、この直線上の点を支点として、上記インゴットおよび上記ワイヤ列を相対的に揺動させる揺動手段と、上記インゴット切断時の上記ワイヤ列の走行方向を、常時、上記インゴットの切断縁が略円弧状である切断残部の頂上部から麓部へ方向づける揺動方向切換手段とを有するワイヤソーである。
【０００６】
なお、この発明が適用されるワイヤソーには品種の限定がなく、例えばインゴットをワイヤ列に押接して切断するタイプでも、反対にワイヤ列をインゴットに押接してい切断するタイプでもよい。また、ワイヤ列の上側にインゴットが当接するタイプでも、ワイヤ列の下側に押し当てられるタイプでもよい。ただし、後者のワイヤ列の下側に押接されるタイプの方が、ワイヤ列の上面に砥液を乗せて、良好にウェーハの切断溝内へ持ち込める。
また、砥液を供給する装置は、制御部により砥液供給量が調整されるものでも、制御部とは別系統（手動による弁開閉を含む）で制御されるものでもよい。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、ワイヤ列に乗せて砥液をインゴットの切断部付近に供給しながら、インゴットの軸線と略垂直な切断面内でこのワイヤ列を往復動させるとともに、上記インゴットが上記ワイヤ列に対して相対的に直線移動する際、上記インゴットの切断面内で、この直線上の点を支点として、上記インゴットおよび上記ワイヤ列を相対的に揺動させることにより、上記インゴットを多数枚のウェーハに切断するインゴット切断方法であって、インゴット切断時の上記ワイヤ列の走行方向を、常時、上記インゴットの切断縁が略円弧状である切断残部の頂上部から麓部へ向かう方向としたインゴット切断方法である。
【０００８】
【作用】
請求項１に記載のワイヤソーおよび請求項２に記載のインゴット切断方法では、インゴットの切断縁を略円弧状としてワイヤ列によりインゴットを切断する際、ワイヤ列の走行方向を、常に、略円弧状の切断残部の頂上部から麓部へ向かうように制御する。このため、ワイヤ列を一方向へ傾けて往復動させるインゴット切断中には、必ず、切断残部の非研削側の法面とワイヤ列との間に、ほぼ揺動角に等しい隙間ができる。
【０００９】
インゴット切断時には、ワイヤ列に乗った砥液の余剰分が、ハツリ作用により切断残部の頂上部で削り取られて、この隙間に残る。これにより、その後、ワイヤ列を他方向へ傾けて、切断残部の非研削側の法面を削る際に、揺動角度を変更したワイヤ列の法面当接部分に、この隙間内の砥液が十分に付着する。したがって、ワイヤ列の一往復当たりの研削量が良好な状態で安定し、切断時間が短縮されるとともに、切断されたウェーハも表面平坦度が良好になる。
要するに、この発明では、ワイヤをインゴットに対して相対的に揺動させて切断する際、ワイヤの走行方向の進入側ではインゴット切断面との間に所定の空隙を保持し、ワイヤ走行方向の退出側ではその切断面とワイヤが摺接して研削・切断を行うものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１はこの発明の一実施例に係るワイヤソーを示す模式図、図２はワイヤ列によりインゴットを切断している状態を示す要部要部拡大断面図である。
図１において、１０はワイヤソーであり、このワイヤソー１０は、多数本のワイヤからなるワイヤ列１１へ砥液ａを供給する砥液供給装置１２と、ワイヤ列１１を往復動させる往復動手段１３と、ワイヤ列１１を揺動させる揺動手段１４と、これらを制御する制御部１５とを備えている。
【００１１】
砥液供給装置１２は、内蔵するスラリーポンプにより圧送された砥液ａを、一対の砥液ノズル１６を介して、ワイヤ列１１上に吐出して乗せる。
往復動手段１３は、主に、駆動部となるワイヤ供給回収用モータ１７と、第１のワイヤリール１８と、第２のワイヤリール１９と、それぞれ外周面に多数条のワイヤ溝が刻設された２本の溝ローラ２０と、大小のウエイト２１、２２とを有している。
【００１２】
第１、第２のワイヤリール１８、１９と２本の溝ローラ２０は、図示のように、多数個のガイドローラを介して、長尺なワイヤ列１１により連結されている。
ワイヤ供給回収用モータ１７の出力軸には、駆動用リール２３が固着されている。ワイヤ供給回収用モータ１７により駆動用リール２３を右または左へ回転すると（以下、図１にて時計回り方向への回転を右とする）、動力伝達ベルト２４を介して、第１、第２のワイヤリール１８、１９が回転して、ワイヤ列１１が導出されたり、巻き取られたりする。
【００１３】
揺動手段１４は、一対の溝ローラ２０の端部が軸着されて、外周部にプーリが形成された揺動円板２５と、駆動部となる揺動用モータ２６と、を有している。揺動用モータ２６によりその出力軸に固着された駆動用プーリ２７を回転すると、タイミングベルト２８を介して、その回転力が揺動円板２５へ伝達され、これにより揺動円板２５が右または左へ所定角度だけ揺動する。揺動円板２５は、その中心軸を中心として円板表面を含む平面内で図１にて時計回り方向または反時計回り方向に所定角度範囲で揺動する。このときの揺動角αは２°に設定したが（図２も参照）、もちろんこれに限定する必要はない。なお、図３に別タイプの揺動手段を開示している。
【００１４】
図３は、この発明における上記ワイヤソー１０とは別形態の揺動手段の模式図であり、同図において、４０は別タイプの揺動手段１４Ａである。この揺動手段１４Ａは、揺動円板２５の中心軸を中心にして、３本の溝ローラ２０を正三角形に配置したものである。
その制御は、揺動手段１４の場合と同様である。すなわち、揺動用モータ２６により揺動円板２５を揺動させることで、３本の溝ローラ２０に架けられたワイヤ列１１が、右または左へ揺動角αだけ揺動する。次いで、図１を参照しながら制御部１５を詳細に説明する。
【００１５】
制御部１５は、主に、砥液供給装置１２のワイヤ列１１への供給量と、往復動手段１３によるワイヤ列１１の往復動速度と、揺動手段１４によるワイヤ列１１の揺動角度とを制御する。しかも、制御部１５には、インゴット２９切断時のワイヤ列１１の走行方向を、常時、インゴット２９の切断縁が円弧状である切断残部の頂上部２９ａから麓部２９ｂ（図２参照）へ方向づける揺動方向切換手段１５ａが組み込まれている。
図１、図２において、３０はインゴット２９を固定するカーボンベッドである。
【００１６】
次に、この発明の一実施例に係るワイヤソー１０を用いたインゴット切断方法を説明する。
図４（ａ）はインゴットの切断残部の一方の法面側を切断している状態を示す要部拡大断面図である。図４（ｂ）はインゴットの切断残部の他方の法面側を切断している状態を示す要部拡大断面図である。図５は、間とワイヤ列のワイヤ線速との関係を示すグラフである。図６は、時間と、ワイヤ列の揺動角度との関係を示すグラフである。
【００１７】
予め、インゴット２９切断時のワイヤ列１１の走行方向を、インゴット２９の切断縁が円弧状である切断残部の頂上部２９ａから麓部２９ｂにセットしておく。
図１に示すように、ワイヤ供給回収用モータ１７により第１、第２のワイヤリール１８、１９を回転することで、両リール１８、１９からワイヤ列１１が導入されたり、巻き取られたりする。これにより、ワイヤ列１１が２分間毎に３００ｍ／ｍｉｎの速度で右または左へ走行する（図５のグラフ参照）。
【００１８】
しかも、制御部１５の揺動方向切換手段１５により、走行方向の切り換えに同期して、揺動用モータ２６により揺動円板２５を対応する方向へ回転するので、対向配置された一対の溝ローラ２０が、角度α（２°）だけ反対方向へ同時回動することにより、揺動方向が切り換わる（図５、図６のグラフ参照）。インゴット２９は、砥液供給装置１２からワイヤ列１１上に供給された砥液ａを間において、走行中のワイヤ列１１に当接されることにより、徐々に切断される。以下、図４を参照して、インゴット２９の切断状況をさらに詳細に説明する。
【００１９】
インゴット２９の切断時においては、前述したように走行方向の切り換えに同期して、溝ローラ２０の傾斜方向を反転させることにより、ワイヤ列１１の走行方向は、常に、インゴット２９の切断残部の頂上部２９ａから麓部２９ｂへ向かうように制御される。
これにより、図４に示すように、ワイヤ列１１を一方向へ傾けて往復動させるインゴット２９の切断中においては、必ず、切断残部の非研削側の法面とワイヤ列１１の間に、ほぼ揺動角に等しい隙間Ｓができる。
【００２０】
図４（ａ）において、インゴット２９の切断時には、同図右側の砥液ノズル１６からワイヤ列１１へ砥液ａ１が供給される。その後、砥液ａ１の余剰分ａ１′がハツリ作用により切断残部の頂上部２９ａで削り取られ、この隙間Ｓに残る。
このため、その後、図４（ｂ）に示すように、ワイヤ列１１を反対側へ傾けて、切断残部の非研削側の法面を削る際に、揺動手段１４の揺動用モータ２６により揺動角度を変更したワイヤ列１１の法面当接部分に、この隙間Ｓ内の砥液ａ１′を十分に付着できる。したがって、ワイヤ列１１の一往復当たりの研削量は良好な状態で安定し、この結果、短時間でインゴット２９が切断でき、しかも切断されたウェーハも表面平坦度が良好になって、良品のウェーハが得られる。
【００２１】
なお、図４（ｂ）中、ａ２は揺動方向切り換え後、同図左側の砥液ノズル１６から吐出された砥液であり、またａ２′はこの砥液ａ２の余剰分である。
この発明はこの実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲での設計変更などがあってもこの発明に含まれる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、インゴット切断時のワイヤ列の走行方向を、常に、切断残部の頂上部から麓部へ向かうようにしたので、ワイヤ列に乗った砥液の余剰分は、研削する度に切断残部の非研削側の法面とワイヤ列の隙間に溜まる。したがって、その後、非研削側の法面を削る際には、ワイヤ列に隙間内の砥液が十分に付着し、この結果、ワイヤ列の一往復当たりの研削量が大きな値で安定し、切断時間を短縮できるとともに、切断されたウェーハの表面平坦度も小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施例に係るワイヤソーを示す模式図である。
【図２】  この発明の一実施例に係るワイヤ列によりインゴットを切断している状態を示す要部拡大断面図である。
【図３】  この発明における別形態の揺動手段の模式図である。
【図４】  （ａ）はこの発明の一実施例に係るインゴットの切断残部の一方の法面側を切断している状態を示す要部拡大断面図である。
（ｂ）この発明の一実施例に係るインゴットの切断残部の他方の法面側を切断している状態を示す要部拡大断面図である。
【図５】  この発明の一実施例に係るワイヤソーでの切断における時間とワイヤ列のワイヤ線速との関係を示すグラフである。
【図６】  この発明の一実施例に係るワイヤソーでの切断における時間とワイヤ列の揺動角度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  ワイヤソー、
１１  ワイヤ列、
１２  砥液供給装置、
１３  往復動手段、
１４、１４Ａ  揺動手段、
１５  制御部、
１５ａ  揺動方向切換手段、
２９  インゴット、
ａ  砥液。
【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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