(57)【要約】【課題】  ワイヤソーにおいて、揺動軸駆動方式に代わるワーク揺動装置を提供し、揺動機構を単純化するとともに、揺動機構を機械的に変更しないまま、揺動運動の態様を容易にに変更できるようにする。【解決手段】  走行中のワイヤ４の切断域に対しワーク５を切り込み方向に送り移動させ、ワーク５を切断するワイヤソー２において、ワーク５を支持する支持体６を、ワイヤ４の走行方向の一方の側および他方の側で各送りねじ７、８および送りナット９、１０により支持し、各送りねじ７、８を駆動モータ１１、１２により回転させ、ワーク５に切り込み方向または引き抜き方向の送り運動を与えるとともに、一方の駆動モータ１１と他方の駆動モータ１２との間に単位時間当たりの送り量の差を与えて、ワーク５に揺動運動を与える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行中のワイヤ列の切断域に対してワークを切り込み方向に送り移動させ、前記ワークを切断するワイヤソーにおいて、前記ワークを支持する支持体を前記ワイヤの走行方向の一方の側および他方の側でそれぞれ送りねじ・送りナットにより支持し、前記各送りねじをそれぞれ対応の駆動モータにより回転させて、前記ワークに切り込み方向または引き抜き方向の送り運動を与えるとともに、一方の駆動モータと他方の駆動モータとの間に、回転速度の指令により単位時間当たりの送り量の差を付け、この単位時間当たりの送り量の差によって前記ワークに揺動運動を与える、ことを特徴とするワイヤソーのワーク揺動方法。
【請求項２】
一定値に波状の波形を重ねて速度波形を構成し、２つの速度波形の位相をずらすことによって、一方の駆動モータの回転速度の指令および他方の駆動モータの回転速度の指令を設定する、ことを特徴とする請求項１記載のワイヤソーのワーク揺動方法。
【請求項３】
山形の波形とこれに続く０〜低い値とで速度波形を構成し、２つの速度波形の位相をずらすことによって、一方の駆動モータの回転速度の指令および他方の駆動モータの回転速度の指令を設定することを特徴とする請求項１記載のワイヤソーのワーク揺動方法。
【請求項４】
送り方向の大きな山形の波形と戻り方向の小さな山形の波形とを所定時間毎に繰り返させて速度波形を構成し、２つの速度波形の位相を所定の位相だけずらすことによって、一方の駆動モータの回転速度の指令および他方の駆動モータの回転速度の指令を設定する、ことを特徴とする請求項１記載のワイヤソーのワーク揺動方法。
【請求項５】
走行中のワイヤ列の切断域に対してワークを切り込み方向に送り移動させ、前記ワークを切断するワイヤソーにおいて、前記ワークを支持する支持体と、前記ワイヤの走行方向の一方と他方とに設けられ、前記ワークの切り込み方向に対して平行に配置されている複数の送りねじと、前記支持体の各端部に連結され、前記送りねじにねじ対偶のもとに嵌まり合う送りナットと、前記各送りねじを回転させる複数の駆動モータと、前記各駆動モータを回転させて、前記ワークに切り込み方向または引き抜き方向の送り運動を与えると共に、一方の前記駆動モータと他方の前記駆動モータとの間に単位時間当たりの送り量の差を付け、この単位時間当たりの送り量の差によって前記ワークに揺動運動を与える制御器とを有する、ことを特徴とするワイヤソーのワーク揺動装置。
【請求項６】
前記支持体の各端部の送りナットをワイヤの走行方向に対して直交する各端部毎の保持軸に連結し、前記支持体の一方の端部を前記保持軸に軸受けにより連結し、前記支持体の他方の端部を前記保持軸に長溝軸受けにより連結する、ことを特徴とする請求項５記載のワイヤソーのワーク揺動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤソーによって半導体インゴットなどのワークを揺動させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤソーにおいて、ワークの切断時に、ワークとワイヤソーのワイヤとを相対的に揺動させることは、例えば特許文献１、特許文献２および特許文献３に開示され、既に知られている。
【０００３】
特許文献１、特許文献２および特許文献３の技術は、ワークを揺動させるために、ワークの支持部分をワイヤに対して直交する揺動軸により支持し、ワークの支持部分を往復駆動するか、または揺動軸を揺動駆動することによって、揺動軸を中心としてワークの支持部分にワイヤ列の走行方向の揺動運動を与え、ワークを揺動させている。
【０００４】
上記のような揺動軸駆動方式によると、直径４５０ｍｍ程度の大きな半導体インゴットのワークでは、ワイヤソーの揺動機構が大がかりな装置となり、しかも揺動運動の態様が揺動軸の位置や揺動機構の構成によって決まってしまう。このため、最も適切な揺動運動の設定は難しく、ワイヤソーの切断条件の設定範囲も制限されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−１８２７６０号公報
【特許文献１】特開平０８−８５０５３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６７８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の課題は、ワイヤソーにおいて、前記の揺動軸駆動方式に代わるワーク揺動方法および装置を提供し、揺動機構を単純化するとともに、揺動機構を機械的に変更しないまま、揺動運動の態様を容易に変更できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題のもとに、本発明は、半導体インゴットなどのワークの支持部分の両端部を複数の送りねじ・送りナットによって送り移動自在に支持し、各端部の送りねじを駆動モータにより回転させるときに、各端部の送りねじに単位時間当たりの送り量の差を付けることによって、ワークに揺動運動を与えている。
【０００８】
さらに詳しく記載すると、本発明に係るワイヤソーのワーク揺動方法は、走行中のワイヤ列の切断域に対してワークを切り込み方向に送り移動させ、前記ワークを切断するワイヤソーにおいて、前記ワークを支持する支持体を前記ワイヤの走行方向の一方の側および他方の側でそれぞれ送りねじ・送りナットにより支持し、前記各送りねじをそれぞれ対応の駆動モータにより回転させて、前記ワークに切り込み方向または引き抜き方向の送り運動を与えるとともに、一方の駆動モータと他方の駆動モータとの間に、回転速度の指令により単位時間当たりの送り量の差を付けることによって、前記ワークに揺動運動を与えている（請求項１）。
【０００９】
一方の駆動モータの回転速度の指令および他方の駆動モータの回転速度の指令は、一定値に波状の波形を重ねて速度波形を構成し、２つの速度波形の位相をずらすことによって設定され（請求項２）、また山形の波形とこれに続く０〜低い値とで速度波形を構成し、２つの速度波形の位相をずらすことによって設定され（請求項３）、さらに送り方向の大きな山形の波形と戻り方向の小さな山形の波形とを所定時間毎に繰り返させて速度波形を構成し、２つの速度波形の位相をずらすことによって設定される（請求項４）。
【００１０】
そして、本発明に係るワイヤソーのワーク揺動装置は、走行中のワイヤ列の切断域に対してワークを切り込み方向に送り移動させ、前記ワークを切断するワイヤソーにおいて、前記ワークを支持する支持体と、前記ワイヤの走行方向の一方と他方とに設けられ、前記ワークの切り込み方向に対して平行に配置されている複数の送りねじと、前記支持体の各端部に連結され、前記送りねじにねじ対偶のもとに嵌まり合う送りナットと、前記各送りねじを回転させる複数の駆動モータと、前記各駆動モータを回転させて、前記ワークに切り込み方向または引き抜き方向の送り運動を与えるとともに、一方の前記駆動モータと他方の前記駆動モータとの間に単位時間当たりの送り量の差を付けることによって、前記ワークに揺動運動を与える制御器と、により構成されている（請求項５）。
【００１１】
また、本発明は、ワイヤソーのワーク揺動装置において、前記支持体の各端部の送りナットをワイヤの走行方向に対して直交する各端部毎の保持軸に連結し、前記支持体の一方の端部を前記保持軸に軸受けにより連結し、前記支持体の他方の端部を前記保持軸に長溝軸受けにより連結している（請求項６）。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るワイヤソーのワーク揺動方法およびワーク揺動装置によると、ワークの支持板、送りねじ、送りナットおよび駆動モータによって機械的な部分が組み立てられており、ワークが大きくなっても、ワーク揺動装置の機械的な構成が大型化せず簡単にでき、しかも駆動モータに対する回転速度の指令の変更によって、ワークの切り込み方向の送り運動やワークの引き抜き方向の送り運動、さらにワークの揺動運動の態様が機械的な構成を変更しないまま容易に変更でき、さらに切断面に対してワイヤが交差し、表面を研削するから切断面のうねりや凹凸が削減できる（請求項１および請求項５）。
【００１３】
本発明に係るワイヤソーのワーク揺動方法によると、駆動モータに対する回転速度の指令によって、多様な揺動運動の設定が可能となるから、ワークの材質や物性、ワイヤの研削特性、ワイヤソーの切断条件に応じて、適切な揺動運動が選定できる（請求項２、請求項３および請求項４）。
【００１４】
さらに、前記ワイヤソーのワーク揺動装置において、支持板の一方が軸受けによって、他方が長溝軸受けによってそれぞれ支持されているから、支持板の揺動運動にともなう保持軸間の距離の変化に対応でき、また一方が軸受けによる拘束によって、ワイヤの走行方向へのワークの不必要な動きが無くなるから、切断加工が安定する（請求項６）。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るワイヤソーのワーク揺動装置の正面図である。
【図２】本発明に係るワイヤソーのワーク揺動装置の平面図である。
【図３】支持板の一方の支持部分の正面図である。
【図４】支持板の他方の支持部分の正面図である。
【図５】揺動運動の説明図である。
【図６】ワイヤに対するワークの揺動状態の正面図である。
【図７】時間−駆動モータの回転速度の波形図である。
【図８】薄い板状体の切断面の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１ないし図４は、本発明に係るワイヤソーのワーク揺動方法にもとづくワイヤソーのワーク揺動装置１を示している。ワイヤソーのワーク揺動装置１は、ワイヤソー２を前提としている。
【００１７】
図１のように、ワイヤソー２は、例えば２本の平行な加工用ローラ３の間にワイヤ４を螺旋状に巻き掛け、加工用ローラ３の回転によって、ワイヤ４を往復走行または連続走行させると共に、加工用ローラ３の間の平行なワイヤ列の切断域に対して半導体インゴット例えばシリコンインゴットなどのワーク５を押し当て、切り込み方向、すなわちワイヤ列の平面に対して垂直な方向に送り移動させ、ワーク５を多数のウエハなどの薄い板状体として切断する。なお、ワイヤ４は、砥粒固定方式のワイヤ、または遊離砥粒方式のワイヤである。
【００１８】
図１および図２のように、本発明に係るワイヤソーのワーク揺動装置１は、前記のワイヤソー２において、ワーク５を支持する支持体６と、ワイヤ４の走行方向の一方の側すなわち下流側と他方の側すなわち上流側とに設けられ、ワーク５の切り込み方向に対し平行に配置されている複数の送りねじ７、８と、支持体６の各端部に連結され、送りねじ７、８にねじ対偶のもとに嵌まり合う送りナット９、１０と、それぞれの送りねじ７、８を回転させる駆動モータ１１、１２と、駆動モータ１１、１２の回転制御を行う制御器１３とを有している。
【００１９】
支持体６は、例えばその下面でワーク５を支持している。ワーク５は、接着剤１４によ固定プレート１５に固着され、ワークプレート１６を介し、支持体６の下面に取り付けられ、ワイヤ４の切断域に対向している。
【００２０】
また、複数の送りねじ７、８は、ワーク５の安定な支持のために、好ましくは合計４本のボールねじシャフトにより構成されており、そのうちの２本の送りねじ７は、図１および図２において、支持体６の左側の端部に配置され、また他の２本の送りねじ８は、図１および図２において、支持体６の右側の端部に配置されている。これらの送りねじ７、８は、加工用ローラ３の間のワイヤ列の平面に対して垂直な方向、すなわちワーク５の切り込み方向に対して平行に設けられ、送りねじ７、８の上下の端部は、それぞれスラスト軸受け１７、１８によってワイヤソー２のフレーム２４に回転自在に支持されている。
【００２１】
各送りねじ７、８は、対応の駆動モータ１１、１２に連結されている。通常、一方の駆動モータ１１は、２本の送りねじ７のうち一方のものに連結されており、他方のものにタイミングベルト・プーリなどの図示しない回転伝達手段により回転力を伝達し、また他方の駆動モータ１２は、同様に、２本の送りねじ８のうち一方のものに連結されており、他方のものにタイミングベルト・プーリなどの図示しない回転伝達手段により回転力を伝達する。
【００２２】
４本の送りねじ７、８に嵌まり合う送りナット９、１０は、前記のように、それぞれ対応の送りねじ７、８にねじ対偶のもとに嵌まり合っている。左側端部の２つの送りナット９は、ワイヤ４の走行方向に対して直交する保持軸１９に連結され、右側端部の２つの送りナット１０は、ワイヤ４の走行方向に対して直交する保持軸２０に連結されている。
【００２３】
また、支持体６の左側の端部は、図２および図３のように、支持体６に取り付けられた２つの軸受け２１により左側の保持軸１９に対して回転自在に連結されている。支持体６の右側の端部は、図２および図４のように、支持体６に取り付けられた２つの長溝軸受け２２により右側の保持軸２０に対して回動自在で、かつ長溝２２ａの方向の動きを許容する状態として連結されている。長溝軸受け２２の長溝２２ａは、ワイヤ４の走行方向に形成されており、一端で開口しているが、閉じた長孔であってもよい。
【００２４】
そして、制御器１３は、ワイヤソー２の図示しない制御装置の一部またはコンピュータなどの専用の制御ユニットにより構成されており、駆動モータ１１、１２を回転させて、ワーク５の切断時に切り込み方向の送り運動を与えると共に、支持体６の一方の側の駆動モータ１１と支持体６の他方の側の駆動モータ１２との間で単位時間当たりの送り量に差を付け、ワーク５の切断時にワーク５に揺動運動を与え、また必要に応じて、ワーク５の切断後、多数の板状体をワイヤ４のワイヤ列から抜き取る時にも、ワーク５に揺動運動を与える。
【００２５】
オペレータは、ワイヤソー２による切断動作に備え、制御器１３の入力器２３を操作して、駆動モータ１１、１２を別々に指定し、時間軸上で切り込み用の単位時間当たりの送り量および抜き取り用の単位時間当たりの送り量に対応する回転速度のデータを制御器１３に入力し、制御器１３に駆動モータ１１、１２毎にそれらの回転速度のデータを記憶させる。
【００２６】
切り込み用および抜き取り用の単位時間当たりの送り量は、各駆動モータ１１、１２の回転速度によって設定される。また、ワーク５の送り移動中の揺動運動は、２台の駆動モータ１１、１２の間で単位時間当たりの送り量の差、すなわち回転速度の指令、例えば同じ２つの波形の回転速度の指令の位相をずらした指令データとして設定される。
【００２７】
ワーク５の切断時に、制御器１３は、切り込み方向の送り運動および送り運動を与えるために、一方の駆動モータ１１について例えば波形の回転速度の指令によって駆動モータ１１を回転させると同時に、他方の駆動モータ１２について上記の駆動モータ１１の波形に対して位相のずれた波形の回転速度の指令によって駆動モータ１２を回転させる。駆動モータ１１、１２の間で回転速度の指令の位相がずれ、駆動モータ１１、１２の回転速度が同一時点で異なり、これによって単位時間当たりの送り量に差が付いているため、左側の送りナット９および右側の送りナット１０は、切り込み方向の送り移動の過程で、単位時間当たりの送り量の差にもとづいて交互に先行させながら切り込み方向に進行する。
【００２８】
図５は、支持板６およびワーク５の揺動運動による切り込み方向への移動を例示している。支持板６は、切り込み方向に移動する過程において、左右の端部を交互に先行させ、正面から見て、傾斜方向の反転を繰り返しながら、矢印の切り込み方向に移動する。この結果、支持板６と一体のワーク５は、図６に示すように、揺動運動を繰り返しながら矢印の切り込み方向に移動することになる。
【００２９】
この揺動運動のときに、支持板６の左右の支持部分すなわち保持軸１９、２０の間の距離が変化するが、長溝軸受け２２は、長溝２２ａの内部で保持軸２０の動きを許容し、揺動運動の時の距離の変化を許容する。ワイヤ４に対するワーク５の揺動角度は、可能な範囲で任意に設定できるが、設計上の制約などから、通常、±５〜３０度程度の範囲に設定される。
【００３０】
なお、切断のときに、ワーク５に切り込み方向と逆の方向の抵抗力が加わるが、その抵抗力は、送りねじ７、８と送りナット９、１０のねじ部分すなわち雄ねじと雌ねじとの接触斜面で受け止められるから、ワーク５は、抵抗力に負けて、切り込み方向と逆の方向に移動するようなことはない。
【００３１】
図７のは、駆動モータ１１、１２についての時間Ｔ−回転速度Ｖの関係を示している。図７の（１）は、一定値に波状の波形を重ねて速度波形を構成し、２つの速度波形の位相をずらすことによって、駆動モータ１１の回転速度Ｖ１１および駆動モータ１２の回転速度Ｖ１２の回転速度の指令を設定し、これらの回転速度の指令によって左右の駆動モータ１１、１２を送り方向に連続的に回転させながら、それぞれの回転速度を交互に増減させる態様である。ここで、送り方向に連続的に回転は、上記の一定値の速度に対応しており、また回転速度の増減は、上記の波状の波形に対応している。
【００３２】
図７の（２）は、高い山形の波形とこれに続く０（停止）〜低い値とで速度波形を構成し、２つの速度波形の位相をずらすことによって、駆動モータ１１の回転速度Ｖ１１および駆動モータ１２の回転速度Ｖ１２の回転速度の指令を設定し、これらの回転速度の指令によって、一方の駆動モータ１１を一時的に停止させるか、または送り方向に低速で回転させながら、他方の駆動モータ１２を送り方向に回転させ、これらの回転状態を交互に繰り返す態様である。ここで、一時的な停止、低速の回転は、０〜低い値に対応し、回転速度の増減は、山形の波形に対応している。
【００３３】
図７の（３）は、送り方向の大きな山形の波形と戻り方向の小さな山形の波形とを所定時間毎に繰り返させて速度波形を構成し、２つの速度波形の位相を所定の位相だけずらすことによって、駆動モータ１１の回転速度Ｖ１１および駆動モータ１２の回転速度Ｖ１２の回転速度の指令を設定し、これらの回転速度の指令により左右の駆動モータ１１、１２を回転させ、左右の送りナット９、１０を往復移動、換言すると、送り方向（＋）の移動と、これよりも少ない戻り方向（−）の移動とを交互に繰り返させながら、送り移動させる態様である。ここで、送り方向の移動は、大きな山形の波形に対応しており、戻り方向すなわち送り方向に対して逆方向の移動は、小さな山形の波形に対応している。
【００３４】
このように制御器１３の回転速度の指令は、駆動モータ１１、１２の回転速度Ｖ１１、Ｖ１２の波形に回転方向および停止時間を組み合わせ、それらの位相をずらして、一方の駆動モータ１１と他方の駆動モータ１２との間に単位時間当たりの送り量に差を付け、ワーク５に揺動運動を与える。これらの揺動運動の態様は、ワイヤソー２の切断条件、ワイヤ４の研削機能やワーク５の物性などによって選択される。
【００３５】
ワーク５が揺動運動を繰り返しながら切り込み方向に移動する過程で、ワイヤ４は、ワーク５の切り込みを開始し、最終的に固定プレート１５の厚みの中程位置まで切り進んでワーク５の切断を終える。このようにして、ワーク５は、薄く切断され、ウエハなどの薄い多数の板状体となる。多数の板状体は、この時点でも固定プレート１５ともにワークプレート１６によって保持されている。切断時には、必要に応じて冷却液が用いられる。
【００３６】
なお、円柱体のワーク５では、切断の初期、終期で切り口が短く、中間期で切り口が長くなり、長い分、切り込み方向の進行が遅くなる。このため、ワーク５の切り込み方向の送り速度は、必要に応じて、図７の（１）ないし（４）の態様、またはこれらの態様の組み合わせの態様の下において、切り口長さに反比例させて低く設定することもできる。
【００３７】
この切断の後に、ウエハなどの多数の薄い板状体は、支持体６の戻り方向の移動によってワイヤ４から引き抜かれるが、この引き抜き過程でも、既述のように、制御器１３は、必要に応じて、駆動モータ１１、１２の回転速度Ｖ１１、Ｖ１２を制御し、支持体６および切断の後の多数の板状体に揺動運動を与える。
【００３８】
図８は、板状体表面５ａの切断痕の発生状況を例示している。板状体表面５ａにおいて切断痕は、うねりと、うねりに重なる凹凸として現れており、これらは、切断時のワイヤ４の走行方向に対してほぼ平行な筋状として形成されている。ワーク５の切断時および切断後の板状体の引き抜き時において、ワーク５の揺動運動は、板状体表面５ａの筋状のうねり、筋状の凹凸に対してワイヤ４を交差させることなり、このとき、凸の頂点部分５ｂがワイヤ４の研削作用によって、例えば破線の位置まで研削されるため、板状体表面５ａは、滑らかな表面になり、製品の規格範囲に仕上げられる。
【００３９】
このように揺動運動は、ワーク５の切断時の切断面、つまり板状体表面５ａに現れるうねりを抑制し、また、うねりに重なっている微細な凹凸を削減するように作用する。また切断の後に多数の板状体がワイヤ４から引き抜かれる過程でも、多数板状体に揺動運動が与えられると、板状体表面５ａのうねりの抑制や、うねりに重なっている微細な凹凸は、さらに抑制され、削減される。
【００４０】
図示の例は、ワイヤ４をワーク５の下方に配置しているため、ワーク５の送り方向を下向きとなっているが、ワイヤ４がワーク５の上方に配置しているとき、ワーク５の送り方向は、上向きとして設定される。また、図示の例は、支持体６を合計４本の送りねじ７、８、送りナット９、１０によって支持し、送り方向に案内しているが、支持体６が安定するならば、支持体６の支持、案内は、合計２本の送りねじ７、８、送りナット９、１０によって行うこともできる。
【００４１】
以上のようなワイヤソーのワーク揺動装置１によると、揺動軸駆動方式と異なり、ワーク５の支持板６、送りねじ７、８、送りナット９、１０および駆動モータ１１、１２によって機械的な部分が門形として組み立てられ、門形の内部にワーク５の設置空間が形成されているから、ワーク５が大きくなっても、機械的な構成について特別な変更が必要とされず、大型化することもなく、しかも、駆動モータ１１、１２に対する回転速度の指令の変更によって、ワーク５に切り込み方向の送り運動を与えるときや、引き抜き方向の送り運動を与えるときに、ワーク５の揺動運動の態様が機械的な構成を変更しないまま、制御器１３に対する入力指令によって容易に変更できる。
【００４２】
また、支持板６の一方が軸受け２１によって、他方が長溝軸受け２２によってそれぞれ支持されているから、支持板６の揺動運動にともなう左右の支持点すなわち保持軸１９、２０の間の距離変化に対応でき、ワーク５の切断加工が安定する。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、主としてシリコンインゴットからシリコンインウエーハを製造することを目標として開発されたが、本発明は、その他の半導体材料、同じような性質の材料の切断にも利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１  ワイヤソーのワーク揺動装置
２  ワイヤソー
３  加工用ローラ
４  ワイヤ
５  ワーク  ５ａ  板状体表面  ５ｂ  頂点部分
６  支持体
７  送りねじ
８  送りねじ
９  送りナット
１０  送りナット
１１  駆動モータ
１２  駆動モータ
１３  制御器
１４  接着剤
１５  固定プレート
１６  ワークプレート
１７  スラスト軸受け
１８  スラスト軸受け
１９  保持軸
２０  保持軸
２１  軸受け
２２  長溝軸受け    ２２ａ  長溝
２３  入力器
２４  フレーム
Ｔ    時間
Ｖ    回転速度
Ｖ１１  一方の駆動モータの回転速度
Ｖ１２  他方の駆動モータの回転速度
【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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