(57)【要約】【課題】半導体ワイヤソーデバイス向けのワイヤ湾曲監視システムを提供すること。【解決手段】ワイヤ湾曲監視システムは、ワイヤソーデバイスのワイヤに隣接して位置するように構成されたセンサ配列を含み、センサ配列は、ワイヤの湾曲を検出するように適合され、センサ配列は、誘導性センサ、容量性センサ、および接触センサの少なくとも１つを含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ワイヤソーデバイス（１００）向けのワイヤ湾曲監視システム（１０）であって、
前記ワイヤソーデバイス（１００）のワイヤ（３０）に隣接して位置するように構成されたセンサ配列（２０）を備え、前記センサ配列（２０）が、前記ワイヤ（３０）の湾曲を検出するように適合され、前記センサ配列（２０）が、誘導性センサ（２２）、容量性センサ（２２）、および接触センサ（２２）の少なくとも１つを備える、ワイヤ湾曲監視システム。
【請求項２】
前記センサ配列（２０）が複数のセンサ（２２）を備える、請求項１に記載のワイヤ湾曲監視システム。
【請求項３】
前記センサ配列（２０）が、複数の誘導性センサ、複数の容量性センサ、および複数の接触センサの少なくとも１つを備える、請求項１または２に記載のワイヤ湾曲監視システム。
【請求項４】
前記センサ配列（２０）が少なくとも１つのセンサ基板（２４）をさらに備え、前記センサ（２２）が前記センサ基板（２４）に少なくとも２列で取り付けられる、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のワイヤ湾曲監視システム。
【請求項５】
前記センサ（２２）が、前記センサ基板上に斜めのパターンで位置決めされる、請求項４に記載のワイヤ湾曲監視システム。
【請求項６】
少なくとも１つのセンサが可動式および／または枢動可能に配列される、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のワイヤ湾曲監視システム。
【請求項７】
前記センサ配列が少なくとも１つの可動ロッド（４０）をさらに備え、前記センサ（２２）が前記ロッドに１列で取り付けられる、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のワイヤ湾曲監視システム。
【請求項８】
前記センサがデジタルセンサまたはアナログセンサである、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のワイヤ湾曲監視システム。
【請求項９】
前記センサ配列から受け取ったデータに応じて前記センサ配列（２０）および／または前記ワイヤソーデバイスを制御するように適合された制御ユニット（５０）
をさらに備える、請求項１ないし８のいずれか一項に記載のワイヤ湾曲監視システム。
【請求項１０】
前記センサ配列と前記ワイヤとの間の距離を変化させるように適合されたアクチュエータ、および／または
前記センサを回転させるように適合されたアクチュエータ
をさらに備える、請求項１ないし９のいずれか一項に記載のワイヤ湾曲監視システム。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のワイヤ湾曲監視システムを備えるワイヤソーデバイス。
【請求項１２】
半導体ワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲を監視する方法であって、
ワイヤの誘導性測定、容量性測定、および接触測定の少なくとも１つを実施することと、
前記ワイヤ湾曲を検出することとを含む方法。
【請求項１３】
制御ユニットが、センサ配列から受け取ったデータに応じて、前記センサ配列および／または前記ワイヤソーデバイスを制御する、請求項１２に記載のワイヤ湾曲を監視する方法。
【請求項１４】
いくつかの測定が同期して実施され、前記いくつかの測定の測定結果が、前記ワイヤ湾曲の寸法に関する情報を得るためにまとめて評価される、請求項１２または１３に記載の半導体ワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲を監視する方法。
【請求項１５】
半導体ワイヤソーデバイスを動作させる方法であって、
少なくとも１つのワイヤソーデバイス動作パラメータを設定することと、
ワイヤを用いて加工物を切断することと、
請求項１２ないし１４のいずれか一項に記載のように前記ワイヤのワイヤ湾曲を監視することと、
前記ワイヤ湾曲が閾値を超過した場合に前記少なくとも１つのワイヤソーデバイスパラメータを調整することとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、ワイヤ湾曲監視システム、半導体ワイヤソーデバイス、およびワイヤ湾曲を監視する方法に関する。具体的には、本開示の実施形態は、ワイヤ湾曲監視システム、ワイヤソーデバイス、および太陽電池に使用される半導体材料をソーイングするためにワイヤ湾曲を監視する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書では同義語として「ワイヤソー」、「ワイヤソーデバイス」、または「半導体ワイヤソーデバイス」と呼ぶ半導体ワイヤソーは、硬質材料、たとえばシリコンの加工物を切断するために使用される。加工物またはインゴットは、クロッピング、スクエアリング、またはスライシング用のワイヤソーを使用して切断またはウエハ化される。
【０００３】
そのようなデバイスでは、１本のワイヤがスプールから送られ、ワイヤガイドシリンダによって案内されて引っ張られる。ワイヤソー内では、異なるタイプのワイヤを使用することができ、たとえば、スラリに入った炭化ケイ素粒子と組み合わせて使用されるワイヤや、冷却剤と組み合わせて使用されることの多いダイヤモンドワイヤを使用することができる。通常、炭化ケイ素またはダイヤモンドなどの硬質材料は、加工物を研磨して切断を行う。
【０００４】
切断中、ワイヤは、本明細書では「水平」とも呼ぶその長さに沿って急速に動かされ、一方加工物は、ワイヤの方向に対して実質上直交（本明細書では「垂直」とも呼ぶ）する切断方向に、加工物供給プレートまたはテーブルによって比較的ゆっくりと動かされる。このように、切断方向に沿って垂直にワイヤの力が加工物にかかっており、加工物の反力がワイヤにかかると、ワイヤは切断方向とは反対の方向に変形または湾曲することになる。ワイヤ湾曲が増大した場合、特定の湾曲値に達するとワイヤが破損する可能性があり、その場合、時間をかけてワイヤを交換する必要がある。ワイヤが破損し、後にワイヤを交換することにより、ワイヤソーの全体的な効率が低減する。他方では、操作者が湾曲を測定するために切断処理を時折停止させると、時間およびコストがかかる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、ワイヤソーの効率をより高めるには、ワイヤ破損の発生を低減させ、またはそれを完全になくす必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記に照らして、ワイヤソーデバイス向けのワイヤ湾曲監視システム、ワイヤソーデバイス、ワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲を監視する方法、およびワイヤソーデバイスを動作させる方法が提供される。
【０００７】
一態様によれば、半導体ワイヤソーデバイス向けのワイヤ湾曲監視システムが提供される。ワイヤ湾曲監視システムは、ワイヤソーデバイスのワイヤに隣接して位置するように構成されたセンサ配列を備え、センサ配列は、ワイヤの湾曲を検出するように適合され、センサ配列は、誘導性センサ、容量性センサ、および接触センサの少なくとも１つを備える。
【０００８】
さらなる態様によれば、半導体ワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲を監視する方法が提供される。ワイヤ湾曲を監視する方法は、ワイヤの誘導性測定、容量性測定、および接触測定の少なくとも１つを実施することと、ワイヤの湾曲を検出することとを含む。
【０００９】
さらなる態様によれば、半導体ワイヤソーデバイスを動作させる方法が提供される。この方法は、少なくとも１つのワイヤソーデバイスパラメータを設定することと、ワイヤを用いて加工物を切断することとを含む。この方法は、本明細書に記載のワイヤのワイヤ湾曲を監視することと、ワイヤ湾曲が閾値を超過した場合に少なくとも１つのワイヤソーデバイスパラメータを調整することとをさらに含む。
【００１０】
実施形態はまた、開示の方法を実施する装置を対象とし、記載の各方法ステップを実行する装置部品を含む。これらの方法ステップは、ハードウェア構成要素によって、適当なソフトウェアによりプログラムされたコンピュータによって、これら２つの任意の組合せによって、または任意の他の方法で実行することができる。さらに、本発明による実施形態はまた、記載の装置を動作させる方法を対象とする。この方法は、装置のすべての機能を実施する方法ステップを含む。
【００１１】
ワイヤ湾曲の監視によって提供される湾曲に関する情報は、テーブル速度および／または切断速度の調整に特に有用であり、それによってワイヤの摩耗および破損が最小になり、スループットおよび切断収率が最大になる。
【００１２】
上記の実施形態と組み合わせることができるさらなる利点、特徴、態様、および詳細は、従属請求項、説明、および図面から明らかである。
【００１３】
本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明は、実施形態を参照することによって得ることができる。添付の図面は本発明の実施形態に関するものであり、それらの図面について以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本明細書に記載の実施形態によるワイヤソーデバイス向けのワイヤ湾曲監視システムの概略横断面図である。
【図２】本明細書に記載の実施形態によるワイヤソーデバイス向けのワイヤ湾曲監視システムの概略横断面図である。
【図３】本明細書に記載の実施形態によるワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲監視システムの概略横断面図である。
【図４】ワイヤソーデバイスのワイヤが湾曲しているワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲監視システムの概略横断面図である。
【図５】本明細書に記載の実施形態によるワイヤ湾曲監視システムのセンサ基板の概略図である。
【図６】本明細書に記載の実施形態によるワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲監視システムの概略横断面図である。
【図７】本明細書に記載の実施形態によるワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲監視システムの概略横断面図である。
【図８】本明細書に記載の実施形態によるワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲監視システムの概略横断面図である。
【図９】本明細書に記載の実施形態によるワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲監視システムの概略横断面図である。
【図１０】本明細書に記載の実施形態によるワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲監視システムの概略横断面図である。
【図１１】本明細書に記載の実施形態によるワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲監視システムの概略横断面図である。
【図１２】本明細書に記載の実施形態によるワイヤソーデバイス向けのワイヤ湾曲監視システムの概略横断面図である。
【図１３】本明細書に記載の実施形態によるワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲を監視する方法の流れ図である。
【図１４】本明細書に記載のさらなる実施形態によるワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲を監視する方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の様々な実施形態について、次に詳細に参照することとする。これらの実施形態の１つまたは複数の例を図に示す。各例は、説明を目的として提供するものであり、限定を意味するものではない。さらに、一実施形態の一部として図示または説明される特徴を、他の実施形態で、または他の実施形態ととともに使用して、さらなる実施形態を作り出すこともできる。この説明は、そのような修正形態および変形形態を含むものとする。
【００１６】
本明細書では、ワイヤソー、ワイヤソーデバイス、ワイヤソーイングデバイス、およびワイヤ切断デバイスを区別なく使用する。本明細書では、加工物支持プレートおよび加工物供給プレートを区別なく使用する。本明細書では、ソーイングおよび切断という用語を区別なく使用し、ウエハ切断ワイヤソーおよびウエハラ（ｗａｆｅｒｅｒ）を区別なく使用する。本明細書では、１つの加工物が、１つまたは複数の別個の断片、たとえば複数の半導体片またはインゴットを構成することができる。本明細書では、ワイヤソーは、単一のワイヤ、複数のワイヤ、１つもしくは複数のワイヤからなる１つもしくは複数のワイヤ列、または１つもしくは複数のワイヤからなる１つもしくは複数のワイヤウエブを使用することによって、切断を実行するように適合される。「ワイヤ」という用語は、複数のワイヤを指すことができる。
【００１７】
本明細書では、加工物供給プレート、加工物支持プレート、供給プレート、および支持プレートを区別なく使用する。本明細書では、「加工物内のワイヤ部分」および「加工物内のワイヤ」という語句を区別なく使用する。
【００１８】
一実施形態によれば、ワイヤソーデバイス向けのワイヤ湾曲監視システムが提供される。ワイヤ湾曲監視システムは、ワイヤソーデバイスのワイヤに隣接して位置するように構成されたセンサ配列を含む。センサ配列は、ワイヤの湾曲を検出するように適合される。センサ配列は、誘導性センサ、容量性センサ、および接触センサの少なくとも１つを含む。
【００１９】
したがって、本開示によるワイヤ湾曲情報を得ることによって、ワイヤ湾曲監視システムおよびワイヤソーデバイスにより、切断処理をリアルタイムで自動的に調整することが可能になる。さらに、ワイヤ湾曲測定は、切断効率を示すのに優れた指標である。
【００２０】
図１は、一実施形態によるワイヤソーデバイス向けのワイヤ湾曲監視システム１０を示す。ワイヤ湾曲監視システムは、センサ配列２０を含む。センサ配列２０は、ワイヤソーデバイスのワイヤに隣接して位置するように適合され、ワイヤの湾曲を検出するように適合される。
【００２１】
センサ配列は、誘導性センサ、容量性センサ、および接触センサの少なくとも１つを含む。参照番号２２は、誘導性センサであるか、容量性センサであるか、それとも接触センサであるかにかかわらず、センサを指すものとする。
【００２２】
誘導性センサおよび容量性センサは通常、ワイヤが鉄を基材とする場合、ワイヤの近接を感知するように適合される。１つまたは複数のセンサは、デジタルであってもアナログであってもよい。本明細書では「測定結果（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｒｅｓｕｌｔ）」または「測定」とも呼ぶ、少なくとも１つの誘導性または容量性センサの測定結果（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｕｔｃｏｍｅ）は、連続（アナログセンサの場合）であっても、デジタル（デジタルセンサの場合）であってもよい。結果が連続している場合は通常、センサとワイヤとの間の絶対距離を示す。たとえばここで、ｍが測定結果を示し、ｘがセンサとワイヤとの間の距離を示すものとすると、ｘはｍの関数として表すことができ、すなわちｘ＝ｆ（ｍ）である。典型的な実施形態によれば、この関数は線形である。
【００２３】
結果がデジタルの実施形態では、センサは、センサとワイヤとの間の距離が閾値距離を下回る場合はたとえば０で応答することができ、距離が閾値を上回る場合は１で応答することができる。本明細書では「閾値」とも呼ぶ閾値距離は、たとえば操作者が切断処理中もしくは切断処理前に事前に設定することができ、またはセンサの感知距離に対応することができ、すなわちセンサは、感知距離の範囲内のみでワイヤの存在を検出することが可能になる。たとえば、閾値は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ、特に０．２ｍｍ〜０．６ｍｍとすることができる。
【００２４】
したがって、「デジタルセンサ」という用語は、デジタル測定結果を提供するセンサを含む任意の配列として理解されるものとする。これは通常、電子機器がデジタルであるか、それともアナログであるかに関係しない。多数のセンサが設けられ、それらの測定結果が通常はまとめて評価されるとき、１つのデジタルセンサを設けることは特に有利である。
【００２５】
実施形態によれば、センサ配列は、複数のセンサを含む。通常、これらの複数のセンサはすべて同じセンサタイプである。たとえば、センサ配列は、複数の誘導性センサまたは複数の容量性センサまたは複数の接触センサのいずれかを備えることができる。本明細書に記載のいかなる実施形態にも限定されるものではないが、本開示の１つまたは複数のセンサは通常、図２の制御ユニット５０などの制御ユニットと通信している。通信は、特にデータ通信とすることができ、特にセンサから制御ユニットへの通信とすることができ、この通信において、１つまたは複数のセンサは制御ユニットに測定結果を提供する。
【００２６】
制御ユニットは、１つまたは複数の測定結果を評価することができる。制御ユニットは、追加または別法として、反応を引き起こすことができる。そのため、典型的な実施形態では、制御ユニットは、湾曲しているという測定結果への応答として、ワイヤソーデバイスと通信してワイヤソーデバイスの反応を開始させるように適合される。実施形態によれば、図２の制御ユニット５０などの制御ユニットは、ワイヤソーデバイスの制御部である。しかし、ワイヤ湾曲監視システムがワイヤソーデバイスの制御ユニットとデータ通信する別個の制御ユニットを備えることも可能である。
【００２７】
図２に示すようにセンサ配列上にいくつかのセンサ（４つのセンサ２２を示す）を設けることは、ワイヤ内の湾曲の存在だけではなく湾曲の寸法に対応する値も測定するのに特に有利になる可能性がある。たとえば、これらのセンサはすべて、誘導性センサまたは容量性センサのいずれかとすることができる。特に、寸法に対応する値は、ワイヤに応力のかかっていない状況で、ワイヤ配向に対するワイヤの角度とすることができる。これについては、以下でより詳細に例示することとする。
【００２８】
図３は、実施形態によるワイヤソーデバイス１００向けのワイヤ湾曲監視システム１０を示す。ワイヤ３０を含むワイヤソーデバイス１００を例示的に示し、ワイヤ３０は、その長さに沿って２つのワイヤガイド１３０（「ガイドシリンダ」または「プーリ」とも呼ぶ）によって案内される。図５で明らかにするように、ワイヤを平行に配列して、ワイヤ列またはワイヤウエブを形成することができる。ワイヤを設けることにより、特にワイヤソーの切断領域でワイヤウエブが形成される。したがって、「ワイヤウエブ」という用語は通常、２つのガイドシリンダ間でワイヤによって形成されるウエブに関連する。１つのワイヤにより、ソーイング処理が実行される領域として定義される２つ以上のワイヤウエブを形成できることを理解されたい。したがって、本明細書に記載のいくつかの実施形態によれば、１つまたは複数のワイヤにより、複数のワイヤウエブ、たとえばどちらも加工物を切断するように適合された２つのワイヤウエブを形成することができる。加工物またはインゴット１２０がテーブル１１０に取り付けられ、テーブル１１０は、ワイヤ３０と逆方向に動いてインゴットを切断するように構成される。
【００２９】
ワイヤガイドは通常、回転してワイヤを輸送するように適合される。ワイヤガイドは通常、少なくとも５ｍ／秒、さらには１０ｍ／秒の円周速度（すなわち、外周の速度）で回転するように構成される。通常ワイヤソーは、標準的な動作中には１０ｍ／秒〜１５ｍ／秒で動作するが、開始および停止中には速度をより小さくすることができる。またワイヤが前後に動く場合は、ワイヤは逆方向には加速するために随時減速する。
【００３０】
切断中、ワイヤは、実質上その長手方向の長さに沿って動く。「実質上」という用語は、振動などを特に包含するものとする。動きは通常、半導体インゴットなどの加工物の典型的な直交運動に比べて相対的に急速である。別法として、ワイヤは往復運動をすることもでき、その場合、ワイヤの運動はその長さに沿って周期的に逆の方向になる。動作の際には、ワイヤは加工物１２０に接触して加工物を切断し、たとえば複数のウエハにする。
【００３１】
異なる実装形態では、ワイヤウエブを形成する１つまたは複数のワイヤを加工物に対して動かすことができ、加工物をワイヤもしくはワイヤウエブに対して動かすことができ、またはワイヤと加工物の両方を互いに対して動かすことができる。
【００３２】
加工物とワイヤ（ワイヤウエブなど）が互いに押し付けられたとき、その結果、加工物がワイヤに作用させる力によりワイヤが湾曲する。ワイヤ湾曲の配向は、切断方向と一致する。ワイヤ湾曲が増大しすぎると、ワイヤが破損する可能性がある。そのような状況を回避するために、本明細書に記載の実施形態では、湾曲が大きくなりすぎる前に湾曲を検出することが可能であり、さらにワイヤが破損しないように適当な反応を引き起こすことが可能である。そのような反応とは、たとえばワイヤに対する加工物の速度の低減および／またはワイヤ速度の増大とすることもできる。さらなる反応には、スラリの供給量またはスラリ組成物の補正などを包含することもできる。
【００３３】
図３に示すような本明細書に記載のいくつかの実施形態によれば、ワイヤソー監視システム１０は、センサ配列２０および制御ユニット５０を含む。センサ配列２０は、ワイヤ３０に隣接して位置するように構成されており、いくつかのセンサ２２が取り付けられたセンサ基板２４を含むことができる。センサの数は、少なくとも２、少なくとも４、さらには少なくとも８、１０、さらには１６とすることができる。センサ２２は、ワイヤ湾曲を検出するように構成される。これらのセンサによって測定および収集されたデータは通常、制御ユニット５０へ転送され、そこで評価などのさらなる処理にかけることができる。たとえば、各センサの論理レベル（すなわち、０または１の結果）を使用して、ワイヤ湾曲の進行を監視することができる。
【００３４】
図４は、加工物が切断方向に押されたためにワイヤ（ウエブ）が湾曲を受ける同じ実施形態を示す。図３および図４に示すように、いくつかのデジタルセンサを有する実施形態によれば、ワイヤ湾曲がまったくまたはわずかしかない場合、すべてのセンサの論理状態は通常同じである。この文脈で「わずか」とは、ワイヤ湾曲がワイヤセンサ距離に対する閾値を超過しないことを意味する。
【００３５】
しかし、切断処理中、テーブル１１０が切断方向（図４に矢印１２１で示す）に動いたときは、ワイヤ湾曲を増大させる可能性があり、センサの１つまたは複数の論理状態も変化する可能性がある。たとえば、加工物により近い２つのセンサ（すなわち、図３および図４に関して示す実施形態では右側の２つのセンサ）は、これらのセンサとワイヤとの間の距離が閾値を上回るという結果を示すが、加工物からより遠い２つのセンサ（すなわち、図３および図４で左側の２つのセンサ）はそれでもなお、ワイヤとセンサとの間の距離が閾値を下回っていると感知することがある。これらの結果から、ワイヤの湾曲寸法、特に実際に湾曲した位置にあるワイヤと湾曲していないワイヤとの間の角度α（図４に示す）、または絶対湾曲長さＬに関する情報を得ることが可能である。これについては、以下でより詳細に論じることとする。
【００３６】
たとえば、図３および図４に示すように、センサ配列が長手方向のワイヤ方向に４つのセンサを含み（図５に示す実施形態に関して論じるように、直交方向のセンサの数には関係しない）、かつこれらのセンサがデジタルセンサである場合、センサの閾値は、以下の情報が得られるように選択することができる。
【００３７】
【表１】
2014060397.tif 000003
【００３８】
上表に示すように、すべてのセンサが０の応答を示した場合、ワイヤ湾曲はまったくまたはわずかしかない（２°未満など）。加工物に最も近いセンサが閾値を上回る距離を測定して測定結果１をもたらし、他のセンサとワイヤとの間の距離がやはり閾値、すなわち０を下回る場合、この結果は、角度αが２°より大きいが４°未満であると解釈することができる。類似の考察は、上表のさらなる列に示したさらなる測定結果にも当てはまる。すべてのセンサが１で応答した後は、すべてのセンサとワイヤとの間の距離が閾値を上回っており、上表の図示の非限定的な例では、これは湾曲角度が８°より大きいと解釈しなければならない。明らかに、少なくともこの情報により、少なくとも１つのワイヤソーデバイス動作パラメータの補正などの反応が引き起こされるべきである。
【００３９】
ワイヤの長手方向の長さに４つのセンサを有し、それらの閾値設定の結果、上表に示す角度αの配分がもたらされるこの実施形態は、例示のみを目的とすることが理解されるものとする。他の集合および値も同等に適している可能性があることが、当業者には明らかである。
【００４０】
上記の例では、ワイヤ湾曲の寸法を示すために角度αを使用するが、これらの測定結果から絶対湾曲長さＬを推定することも可能である。絶対湾曲長さＬとは、切断方向におけるワイヤの静止位置からのワイヤの最大のずれを指す。絶対湾曲長さＬを図４に例示的に示し、参照番号１４０で示す。
【００４１】
たとえば、図３および図４に示すように、センサ配列が長手方向のワイヤ方向に４つのセンサを含み（直交方向のセンサの数には関係しない）、かつこれらのセンサがデジタルセンサである場合、センサの閾値は、以下の情報が得られるように選択することができる。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
さらに、本明細書に記載のセンサ配列またはワイヤソーは、測定結果に応じて、少なくとも１つの動作パラメータなど、ワイヤソーの動作状態の補正などの反応を引き起こすように構成することもできる。上表に関して示す例を参照すると、湾曲角度αが６°を下回り、または絶対湾曲長さが９ｍｍを下回る限り、反応が引き起こされる可能性はない。角度が６°を超過し、または絶対湾曲長さＬが９ｍｍを超過すると、ワイヤの速度をたとえば１０％増大させることができ、かつ／または切断速度（すなわち、切断方向における加工物の移動速度）をたとえば１０％低減させることができる。角度が８°を超過し、または絶対湾曲長さＬが１２ｍｍを超過すると、ワイヤの速度をたとえば少なくとも２０％など、さらに増大させることができ、かつ／または切断速度をたとえば少なくとも２０％さらに低減させることができる。別法として、最大湾曲角度が測定されると（本例では少なくとも８°または少なくとも１２ｍｍの絶対湾曲長さなど）、本例に限定されるものではないが、ワイヤソーデバイスを停止させることができ、かつ／または操作者に警告することができる。
【００４４】
さらに、すべてのセンサでこれらのセンサとワイヤとの間の距離が閾値を下回ると測定したが、１つのセンサが中間であったとき、またはあるセンサが、他のセンサの少なくとも一部より加工物から遠く離れているのに、閾値を上回る距離を示したときなど、他の測定結果が得られた場合、これはシステムの障害であると解釈するべきであることに言及しなければならない。これは、湾曲が常に切断方向に生じるためである。言い換えれば、負の角度αは実際に生じた状況を表すものではなく、またあるセンサが近隣のセンサより加工物から遠く離れているのに、より小さい距離を感知することも不可能である。
【００４５】
センサの論理状態に関する情報を使用することによって、制御ユニット５０は、ワイヤ湾曲の値を判定し、ワイヤが破損しないようにワイヤソーデバイスを制御する。
【００４６】
実施形態によれば、制御ユニット５０は、ワイヤ湾曲に応じてワイヤ速度および／またはテーブル速度を調整するように構成される。制御は、フィードバックループ制御とすることができる。
【００４７】
実施形態によれば、センサ配列は少なくとも１つのセンサ基板をさらに含み、これらのセンサは、少なくとも２列でセンサ基板に取り付けられる。そのような配列を図５に示し、ワイヤに対して垂直な配向の４つのセンサ列を示し、ワイヤ配向に対して実質上平行な配向の４つのセンサ列を示す。
【００４８】
本明細書では、「センサ列」という用語は特に、ワイヤ配向に対して実質上垂直な方向および／またはワイヤ配向に対して実質上平行な配向など、異なる列のセンサが互いから隔置されている配列を指す。この文脈の「実質上」は通常、２０°、より一般には１０°のずれを含む。
【００４９】
本明細書に記載の実施形態によれば、ワイヤ方向のセンサの数に関係なく、少なくとも２つのセンサ、通常は少なくとも４つのセンサが設けられ、ワイヤ方向に対して垂直な方向で１列に配列される。言い換えれば、各センサは、異なるワイヤに関する情報を提供する。それによって、局所的な湾曲、たとえばインゴット内に汚れの異物があることによって阻止されている１つのワイヤだけを特定することが可能である。そのような異物は通常は非常に硬く、したがって切断するのが困難である。したがって、他のすべてのワイヤの切断は問題なく進められるが、前記１つのワイヤは異物のところで動けなくなり、その結果、このワイヤの湾曲寸法が増大し、インゴットは切断方向に押される。この実施形態によれば、記載のように、そのような障害を招く湾曲の発生を測定することができ、制御によって反応を引き起こすことができる。
【００５０】
図５は、４×４のセンサ２２が取り付けられたセンサ基板２４の概略図を示す。通常、いかなる実施形態にも限定されるものではないが、センサの総数はｋ×ｎとして計算される。ここでｋとｎはどちらも正の整数であり、たとえばｋはワイヤ配向に対して実質上平行な配向のセンサの数を示し、ｎはワイヤ配向に対して実質上垂直な配向のセンサの数を示す。たとえば、ワイヤ配向に対して実質上垂直に配列されるセンサの数は、少なくとも２、少なくとも４、または少なくとも６とすることができる。追加または別法として、ワイヤ配向に対して実質上平行に配列されるセンサの数は、少なくとも２、少なくとも４、または少なくとも６とすることができる。センサの総数は、最高２０、さらには３０とすることができる。追加または別法として、センサの総数は少なくとも９または１６とすることができる。
【００５１】
図５に例示的に示すように、センサは、基板上に斜めのパターンで位置決めすることができる。斜めのパターンを作るには、平行四辺形の形状に配列した少なくとも４つのセンサが必要である。特に、本明細書に記載のいかなる実施形態にも限定されるものではないが、各センサは、あるワイヤの上または下で中心に位置しており、そのワイヤは、他のすべてのセンサがその上または下で中心に位置しているワイヤとは異なるものである。
【００５２】
実施形態によれば、多数のセンサを特に誘導性センサまたは容量性センサとすることができる。誘導性センサは、水、油、汚れ、非金属粒子、ターゲット色、高い衝撃に耐える能力、および振動環境の影響を受けないという点で、特に有益である。
【００５３】
通常、本開示のワイヤソーデバイスには、構造化ワイヤまたはダイヤモンドワイヤが利用される。ワイヤは、モノフィラメントスチールワイヤとすることができる。いくつかの実施形態によれば、ワイヤは、約８０〜３５０マイクロメートル、たとえば１２０マイクロメートルのスチールゲージワイヤである。いくつかの実施形態によれば、構造化ワイヤはクリンプワイヤであり、たとえばソーワイヤは、複数のクリンプ付きの金属ワイヤから作られる。ダイヤモンドワイヤは、コーティング付きのワイヤであり、コーティング内にダイヤモンド粒子が埋め込まれている。
【００５４】
本明細書に記載の実施形態によれば、ワイヤ湾曲監視システムおよびワイヤソーデバイスを動作および／または制御する方法は、コンピュータプログラム、ソフトウェア、コンピュータソフトウェア製品、および相互関係コントローラを用いて実施することができ、これらは通常、ワイヤソーデバイスの対応する構成要素と通信するＣＰＵ、メモリ、ユーザインターフェース、および入出力手段を有することができる。これらの構成要素は、モータ、ワイヤ破損検出ユニット、ワイヤ追跡デバイスなどの構成要素の１つまたは複数とすることができる。これについては、以下でより詳細に例示することとする。
【００５５】
クロッパ、スクエアラ、ウエハ化システム、またはマルチワイヤソーのような現在のワイヤソーの場合、半導体材料などの硬質材料、たとえばシリコン、石英などを高速で切断することが望ましい。ワイヤ速度、すなわちワイヤがワイヤソーを通過する速度は、たとえば１０ｍ／秒、さらにはそれ以上とすることができる。通常、ワイヤ速度は、１０〜１５ｍ／秒の範囲内とすることができる。しかし、２０ｍ／秒、２５ｍ／秒、または３０ｍ／秒などのより速いワイヤ速度が望ましいこともある。所望のワイヤ速度でワイヤを繰り出すために、未使用のワイヤを有する送りスプールは通常、１分当たり最高数千回転の回転速度で回転する。たとえば、ワイヤを繰り出すために１０００〜２０００ｒｐｍを提供することができる。
【００５６】
もしあれば、上部のワイヤウエブと下部のワイヤウエブで同時にソーイングを行うことが可能である。ワイヤウエブは、本明細書で図に示すように、水平に配列することができる。ワイヤソーは、２つの垂直に配列されたウエブをさらに含むことができる。いくつかの実施形態によれば、垂直に配列されたウエブは、横向きの作業領域間でワイヤを輸送するために使用される。作業領域間の輸送中、ワイヤを冷却することができる。他の実施形態によれば、これらの作業領域は縦向きである。
【００５７】
典型的な実施形態によれば、マルチワイヤソーが使用される。マルチワイヤソーを用いると、半導体および光電池業界向けのシリコンウエハの生産性およびスライシング品質を高めることが可能になる。マルチワイヤソーは通常、単方向（すなわち、前方のみ）または双方向（すなわち、前後）に動いて切断動作を実行できる高強度のスチールワイヤを含む。ワイヤは、その表面上にダイヤモンドを含むことができる。本開示によるダイヤモンドワイヤを使用することによって、従来のスチールワイヤと比較してスループットを２倍、さらにはそれ以上増大させることができる。ソーイングすべき材料を可動ワイヤに対して動かす速度を、材料送り速度と呼ぶことができる。本明細書に記載の実施形態では、材料送り速度は、ウエハ切断ワイヤソーの場合、２μｍ／秒〜１５μｍ／秒、通常は約６μｍ／秒〜１０μｍ／秒の範囲内とすることができる。
【００５８】
実施形態によれば、ワイヤ湾曲を測定する少なくとも１つのセンサは可動式に配列される。少なくとも１つのセンサを動かすことによって、ワイヤに追従し、したがって高い感知精度を維持することが可能になる。これは、センサから離れるよりセンサに近接した方が、測定結果の品質がより高くなるためである。
【００５９】
本明細書に記載の実施形態の制御動作として、たとえば切断された加工物がなく、ワイヤが湾曲していない位置にあるときは、ワイヤに対して選択可能な距離のところに１つまたは複数のセンサを位置決めすることが可能である。切断を開始してワイヤが湾曲すると、センサ信号に応じて、制御部は、湾曲に追従するように少なくとも１つのセンサの１つまたは複数を動かすことができる。たとえば、制御部は、１つまたは複数のセンサを案内してワイヤとセンサの距離を一定のまま保つように適合することができる。距離を一定に保つために、１つまたは複数のセンサが動かされた距離から湾曲の寸法を推定することが可能である。
【００６０】
実施形態によれば、すべてのセンサが可動式に配列されるわけではなく、一部のセンサのみが可動式に配列される。
【００６１】
上述のように、実施形態によれば、ワイヤ湾曲監視システムは、センサ配列から受け取ったデータに応じてセンサ配列および／またはワイヤソーデバイスを制御するように適合された制御ユニットを含む。実施形態によれば、ワイヤ湾曲監視システムは、センサ配列とワイヤとの間の距離を変化させるように適合されたアクチュエータをさらに含む。
【００６２】
実施形態によれば、センサ配列は、少なくとも１本のロッドをさらに含み、１つのセンサがロッドに取り付けられ、または複数のセンサがたとえば１列でロッドに取り付けられる。ロッドは可動式とすることができる。
【００６３】
図６は、実施形態によるワイヤソーデバイス向けのワイヤ湾曲監視システムの概略図を示す。センサ配列は可動ロッド４０を含み、可動ロッド４０上にセンサ２２が取り付けられる。これらのセンサは、接触センサ、誘導性センサ、または容量性センサとすることができる。図示のように、図６の実施形態に限定されるものではないが、センサは１列でロッドに取り付けられる。通常、図６の実施形態に限定されるものではないが、図６に矢印１０５で示す切断方向および逆方向にロッド４０を動かすことが可能になるように、直線アクチュエータ６０を設けることができる。アクチュエータは通常、ワイヤ湾曲監視システムまたはワイヤソーデバイスの制御ユニットとデータ通信する。
【００６４】
直線アクチュエータを使用するため、ゼロの位置が自動的に検出される。実施形態によれば、直線アクチュエータは、スクリューボールを駆動するステッパである。直線アクチュエータを使用するため、ワイヤ湾曲の距離を高い精度で測定することができる。この実施形態に限定されるものではないが、これらのワイヤ湾曲の測定結果は、時間に応じたワイヤ湾曲に関する機能情報を提供するために記憶することができる。この情報は、特にワイヤ速度、ワイヤ張力、スラリ供給量、およびテーブル速度などの他の切断パラメータを考慮して、切断処理、特に湾曲の生成をよりよく理解するための学習にとって有用となることがある。
【００６５】
本明細書に記載の実施形態によるワイヤ湾曲システムとワイヤ破損検出システムを結合することも可能である。たとえば、既存のワイヤ破損検出システムは、本明細書に記載のワイヤ湾曲検出にも有益に使用できるセンサを事前に含んでいることがある。
【００６６】
実施形態によれば、センサは接触センサである。接触センサは、ワイヤに近接して、たとえば位置Ｘに位置決めすることができる。位置Ｘの解釈は次のように行うことができる。すなわち、ワイヤの湾曲が増大して位置Ｘに到達した場合、ワイヤソーデバイスの反応が引き起こされるはずである。
【００６７】
切断処理中にワイヤ湾曲が増大したとき、ワイヤは接触センサの上のロッド４０に接触する（図７参照）。応答として、制御ユニットは、ロッドとワイヤとの間の接触がなくなるまで、ロッドをワイヤから離して下へ１単位分動かすように、直線アクチュエータを駆動する（図８参照）。アクチュエータおよびロッドの位置を評価し、制御ユニットによって記憶することができる。直線アクチュエータを用いるため、ワイヤ湾曲を時間の関数として非常に良好な精度で測定することができる。たとえば、ロッドは、ワイヤ湾曲監視システムおよび／またはワイヤソーデバイスの制御ユニットに電子的に接続することができる。ワイヤ湾曲に関する情報を使用して、制御ユニットは、ワイヤ湾曲を低減させてワイヤ破損を防ぐように、ワイヤ速度またはテーブル速度などのワイヤソーの動作パラメータを調整することができる。
【００６８】
図７および図８に関して示す実施形態はまた、本明細書に記載の概略的な実施形態によれば、加工物の各側に少なくとも１つのセンサを設けることができることを例示している。それによって、加工物の両側に蓄積する湾曲を検出することが可能になる。標準的な状況では加工物の中心の周りに対称の湾曲が生じることがあるが、これらの実施形態によって非対称の湾曲の生成を検出することができる。湾曲寸法を使用してワイヤソーデバイスの反応を引き起こすことができるだけでなく、湾曲の対称レベルを使用して反応を引き起こすこともできる。
【００６９】
本開示のさらなる例を図９〜１１に関して示す。これらの図は、切断すべき加工物１２０がテーブル１１０によってワイヤ３０のウエブの方へ押されているところを示す。２つのセンサ２２がロッド４０上に位置決めされており、すなわち加工物の各側に１つのセンサが位置決めされている。さらに、６０として概略的に示すアクチュエータをロッド４０にリンクして、ロッドを切断方向または逆方向に動かすことができる。
【００７０】
ワイヤ湾曲がない場合、センサ、たとえば誘導性センサは、ワイヤの存在を検出する（図９参照）。切断処理中にワイヤ湾曲が増大し、ワイヤがセンサから離れると、少なくとも１つのセンサ２２は、センサとワイヤとの間の距離の増大を感知する。これは、センサ信号が選択可能な閾値を超過したとき、または下回ったときに生じる可能性がある。アナログセンサの場合、距離の増大が継続的に測定される。したがって、ワイヤの距離が増大すると、センサの出力が変化する（図１０参照）。応答として、アクチュエータは、湾曲方向、すなわち図１０に矢印７０で示す切断方向に動かされる。たとえば、アクチュエータは、ロッド４０およびセンサを再びワイヤに近づけるように、ロッドを１単位分動かすことができる。センサから得た情報および必要な移動距離を使用して、ワイヤ湾曲の延長が閾値を上回ると、上記で論じた適当な反応を引き起こすことによって、ワイヤ湾曲の延長を推定し、それによってワイヤの破損を防ぐことができる。アクチュエータの現在の位置は、ワイヤ湾曲監視システムによって記憶することができる。
【００７１】
本明細書に記載の他のすべての実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、１つまたは複数のセンサ（複数可）は枢動可能に位置決めすることができる。１つまたは複数のセンサ（複数可）の回転軸は通常、ワイヤ配向に対して垂直である。ワイヤウエブがある場合、回転軸は通常、ワイヤウエブによって形成される平面と平行である。センサ（複数可）は、１つまたは複数のセンサ（複数可）が取り付けられたロッドを枢動することによって枢動することができる。
【００７２】
そのような実施形態を図１１に例示的に示し、ロッド４０はその軸の周りを回転可能である。この回転を矢印４５で示す。図示のセンサの回転方向、すなわち左側センサの時計回りの回転および右側センサの反時計回りの回転は、湾曲が増大する状況に対応し、これらのセンサは、回転角度を増大させることによってこの湾曲の増大に追従する。通常、枢動可能に配列されたセンサはそれぞれ、湾曲の補正にかかわらず、ワイヤに対するセンサ表面のアライメントを実質上一定のまま維持できるように制御されるように適合され、または制御される。この文脈の「実質上」は、５°以下、通常２°以下のずれを含む。
【００７３】
通常、センサは、最適の測定結果を得るために、ワイヤに対して平行な配向の表面を有する。ワイヤが湾曲し始めたがセンサ配向が変化しないままの場合、ワイヤはセンサ表面に対して平行ではなくなり、その結果、ワイヤは、センサ上の位置に応じてセンサに対して異なる距離を有するようになる。いくつかの実施形態では、これにより感知品質が低減する可能性がある。センサの配向を適合させることによって、感知品質を高い品質で維持することができる。
【００７４】
実施形態によれば、制御ユニットは、ワイヤの位置に応じてセンサを枢動するように適合される。これは、ロッドを上下に動かすことなどによって、図の例示的な実施形態の配向においてセンサを平行移動させ、すなわち上下に動かしてワイヤ湾曲に追従するのと同期して行うことができる。すべての湾曲寸法に対して最適のセンサ配向を知ることができ、制御ユニットのメモリユニット内などのワイヤソーデバイスのワイヤ湾曲監視システムの制御ユニット内にこの情報を記憶することができるため、制御ユニットは、湾曲の寸法に応じてセンサの回転角度を適合させることができる。センサの典型的な回転角度は、湾曲角度αに対応する。センサの回転角度は通常、最高２０°、またはわずか最高１５°である。
【００７５】
図１１の実施形態に示すように、センサとワイヤとの間の感知距離と、ワイヤに対するセンサ配向とをどちらも最適化するように、直線アクチュエータおよびロッドが下へ１単位分動くとき、ロッドを１角度単位分回転させることができる。
【００７６】
図１２は、図１０および図１１の実施形態の横断面側面図を示す。特に、すべてのセンサを同期して枢動できることが明らかになる。たとえば、センサ２２は、全体として回転する１つの基板４０上に配列することができる。
【００７７】
さらなる実施形態によれば、上記の実施形態によるワイヤ湾曲監視システムを含むワイヤソーデバイスが提供される。特に、ワイヤソーは、１つ、２つ、３つ、さらには４つのインゴットなどの加工物を同期して切断するように適合することができる。さらに、本明細書に記載の典型的なワイヤソーは、ワイヤを案内する４つのガイドシリンダを備え、２つのウエブが切断領域として形成および使用される。したがって、実施形態によれば、加工物を切断するように適合された２つのウエブのそれぞれに対して、本明細書に記載の少なくとも１つのセンサ配列を設けることができる。
【００７８】
実施形態によれば、詳細に上述したように、ワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲を監視する方法が提供される。ワイヤ湾曲を監視する方法は、ワイヤの誘導性測定、容量性測定、および接触測定の少なくとも１つを実施することを含む。この方法は、ワイヤの湾曲を検出することをさらに含む。特に検出することは、特に制御ユニットを用いて測定結果を評価することを含むことができる。
【００７９】
実施形態によれば、制御ユニットは、センサ配列から受け取ったデータに応じてセンサ配列および／またはワイヤソーデバイスを制御する。
【００８０】
図１３および図１４は、本開示による方法を示すものとする。図１３は、本明細書に記載の実施形態によるワイヤソーデバイス内のワイヤ湾曲を監視する方法の流れ図を示す。この方法は、ワイヤの誘導性測定、容量性測定、および接触測定の少なくとも１つを実施すること（ブロック１０１）と、ワイヤの湾曲を検出または判定すること（ブロック１０２）とを含む。図１４は類似の実施形態を示し、センサ配列から受け取ったデータを使用してセンサ配列および／またはワイヤソーデバイスを制御するステップ（ブロック１０３）が追加されている。
【００８１】
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【符号の説明】
【００８２】
１０  ワイヤ湾曲監視システム
２０  センサ配列
２２  センサ
２４  センサ基板
３０  ワイヤ
４０  可動ロッド
４５  回転
５０  制御ユニット
６０  直線アクチュエータ
７０  切断方向
１００  ワイヤソーデバイス
１０５  切断方向
１１０  テーブル
１２０  加工物、インゴット
１２１  切断方向
１３０  ワイヤガイド
１４０  絶対湾曲長さＬ
【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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【図９】
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【図１０】
2014060397.tif 000014
【図１１】
2014060397.tif 000015
【図１２】
2014060397.tif 000016
【図１３】
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【図１４】
2014060397.tif 000018
【外国語明細書】
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2014060397000002.pdf
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