(57)【要約】【課題】インゴットをスライスした際に出る切断屑の再利用をし易くするためのインゴットのスライス台の製造システムを提供する。【解決手段】インゴットのスライス台の製造システム１０は、ワイヤーソー１２、加工液１４の供給ユニット１６、タンク１８、固液分離装置２０、乾燥機２２、スライス台２４ｂの成型装置２６を備える。製造されたスライス台２４ｂは、製造システム１０で得られた粒子を使用しているため、インゴット２８を含む粒子をバインダーで固めたものである。インゴット２８がシリコンであれば、スライス台２４ｂはシリコンの粒子が含まれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラーとバインダーからなるスライス台に固定されたインゴットを切断するワイヤーソーと、
前記インゴットを切断する際に、少なくとも切断部分に加工液を供給する供給ユニットと、
前記インゴットを切断した際に生じた粒子と加工液を含む混合物を回収するタンクと、
前記混合物からインゴットを切断した際に生じた粒子を取り出す手段と、
前記取り出された粒子を新なバインダーで固定し、新なスライス台を成型する装置と、
を備えたインゴットのスライス台の製造システム。
【請求項２】
前記新なスライス台が次にインゴットを固定するスライス台になる請求項１のインゴットのスライス台の製造システム。
【請求項３】
前記粒子を取り出す手段が、
前記混合物に含まれる粒子と加工液を分離させる固液分離装置と、
前記分離された粒子を乾燥させる乾燥機と、
を含む請求項１または２のインゴットのスライス台の製造システム。
【請求項４】
前記固液分離装置で分離された粒子を洗浄する洗浄装置を備えた請求項３のインゴットのスライス台の製造システム。
【請求項５】
前記インゴットがシリコンインゴットであり、前記粒子はシリコンまたは酸化皮膜を有するシリコンの少なくとも1種を含む請求項１から４のいずれかのインゴットのスライス台の製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インゴットのスライス台の製造システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンやサファイアなどのインゴットをワイヤーソーで複数に切断してウェハを成型している。図６に示すように、スライス台２４ａにインゴット２８を接着剤３８で固定した状態でインゴット２８をワイヤーソー１２で切断している。下記特許文献１のように、インゴット２８の断面が方形であれば、スライス台２４ａの表面を平面にして、インゴット２８を確実に支えるようにする。
【０００３】
また、インゴット２８を切断した時、ワイヤーソー１２の太さに応じて必ずカーフロスが生じる。すなわち、インゴット２８の切断屑が発生する。シリコンやサファイアは高価であるため、その切断屑を元のインゴットに、または別用途に再利用することが考えられている。
【０００４】
ワイヤーソー１２でインゴット２８を切断する際、ワイヤーソー１２のたるみを完全になくすことは不可能である。そのため、インゴット２８と接着剤３８の境界で確実に切断を終了することはできない。図６（ｂ）に示すように、インゴット２８と同時に装置本体(図示省略)を切り刻まないようスライス台２４ａが設けられている。そのため切断屑にはインゴット２８の成分にスライス台２４ａの成分と接着剤３８の成分が混ざっており、それらスライス台２４ａと接着剤３８の含有率が高くなると切断屑は再利用に適さなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５５１５５９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、インゴットをスライスした際に出る切断屑を再利用し易くするためのインゴットのスライス台の製造システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の製造システムは、フィラーとバインダーからなるスライス台に固定されたインゴットを切断するワイヤーソーと、前記インゴットを切断する際に、少なくとも切断部分に加工液を供給する供給ユニットと、前記インゴットを切断した際に生じた切削屑と加工液を含む混合物を回収するタンクと、前記混合物に含まれる切削屑と加工液を分離させる固液分離装置と、前記分離された切削屑を乾燥させる乾燥機と、前記乾燥された切削屑を新なバインダー樹脂で固定し、新なスライス台を成型する装置とを備える。
【０００８】
インゴットをワイヤーソーで切断したときに、スライス台の一部も同時に切断される。加工液を供給しながら切断し、切断屑と加工液の混合物がタンクに回収される。固液分離装置で混合物から切削屑を含む固体のみを抽出し、乾燥させて切削屑のみにする。その切削屑にバインダーを加えて固定することで、新なスライス台を成型する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、インゴットをスライスしたときに発生した切削屑を使用して新なスライス台を製造するシステムである。新なスライス台の製造を繰り返すことで、インゴットをスライスしたときの切削屑に含まれるインゴットの成分の割合をより高めることができ、切断屑から不純物を特別な工程をはさんで除去することなく再利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】インゴットのスライス台の製造システムを示す図である。
【図２】ワイヤーソーの拡大断面図である。
【図３】ワイヤーソーがガイドローラに架け渡された状態を示す図である。
【図４】断面が円形のインゴットをスライス台に固定した図である。
【図５】本願のインゴットのスライス台の製造システムでスライス台を製造した場合のスライス台に含まれるアルミニウムの含有量を示すグラフである。
【図６】（ａ）はワイヤーソーでスライス台に固定されたインゴットを切断する様子を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の円Ａの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係るインゴットのスライス台の製造システムについて図面を使用して説明する。
【００１２】
[実施形態１]
図1に示すインゴットのスライス台の製造システム１０は、ワイヤーソー１２、加工液１４の供給ユニット１６、タンク１８、固液分離装置２０、乾燥機２２、新なスライス台２４ｂの成型装置２６を備える。
【００１３】
インゴット２８がワイヤーソー１２で切断され、多数のウェハーが成型される。インゴット２８の種類は限定されず、たとえばシリコンまたはサファイアから成るインゴット２８が挙げられる。図１では断面が方形のインゴット２８を使用している。
【００１４】
ワイヤーソー１２は、固定砥粒方式が挙げられ、砥粒固定方法は限定されず、たとえばレジンボンドワイヤーソー、ろう付けワイヤーソーまたは電着ワイヤーソーのいずれであってもよい。芯線は限定されず、たとえば金属線、樹脂線またはそれらの複合線であってもよい。レジンボンドワイヤーソー１２'であれば、図２に示すように、芯線３０の外周に砥粒３２を樹脂３４で固着させた構成である。
【００１５】
芯線３０はたとえば高炭素鋼、中炭素低合金鋼などの熱処理バネ鋼による線材、硬鋼線、ピアノ線やステンレス線、冷間圧鋼線やオイルテンパー線などの加工バネ鋼による線材、低合金鋼、中合金鋼や高合金鋼、マルエージング鋼などの高靱性・高疲労強度の鋼線材などの鋼線である。金属芯線３０の直径は約０．０５〜０．３ｍｍである。
【００１６】
砥粒３２は、ダイヤモンド砥粒、ジルコニア砥粒、立方晶系窒化硼素（ＣＢＮ）砥粒、アルミナ砥粒、炭化ケイ素砥粒の少なくとも１つを含むものである。砥粒３２の平均粒径は約１〜２５μｍであり、砥粒３２の密度は約１５００〜３０００個／ｍｍ２である。
【００１７】
樹脂３４はフェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリルウレタン樹脂、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂などの硬化ポリマー系樹脂の少なくとも１つを含むものである。樹脂３４の中に無機粒子からなる微細フィラーを混合させてもよい。樹脂３４の厚みは任意に調整できる。
【００１８】
インゴット２８を切断するために、さらに複数のガイドローラ３６、スライス台２４ａおよび昇降装置（図示省略）を備える。ガイドローラ３６はワイヤーソー１２を架け渡すものである。図３に示すように、ガイドローラ３６間には、ワイヤーソー１２が互いに平行になるように一定のピッチで巻き掛けられている。ワイヤーソー１２は、図示しない繰出し装置のボビンから導出され、ガイドローラ３６に掛け渡された後、図示しない巻取り装置のボビンに巻き取られる。またワイヤーソー１２は所定の張力になるように制御される。
【００１９】
最初に準備されるスライス台２４ａと本願の製造システム１０によって製造されるスライス台２４ｂはその構成材料が異なる。このことについて後述する。そのため本説明において、符号２４ａは最初に準備されたスライス台であり、符号２４ｂは本願の製造システム１０で製造されたスライス台とする。
【００２０】
最初に準備されるスライス台２４ａは、バインダーで固めたものであり、無機フィラーが添加されていてもよい。無機フィラーは、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウムなどの少なくとも１つから成るものである。たとえば水酸化アルミニウムまたは水酸化マグネシウムの無機フィラーを使用すれば、インゴットの切断時の熱で無機フィラーが脱水分解され、吸熱反応に伴って水が生成されるため、バインダーの軟化と燃焼を防止できる。無機フィラーの粒径は、例えば０．１〜１００μｍである。バインダーは、ガラスや、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂などの樹脂が挙げられる。アクリル樹脂であればアクリル酸、アクリル酸エステル、アクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリル酸、メタクリル酸エステルなどの重合体および共重合体が挙げられ、中でも好ましくはポリメチルメタクリレート樹脂がよい。また、不飽和ポリエステル樹脂であれば、α，β−不飽和多塩基酸、多価アルコール、飽和多塩基酸等を重縮合し、ビニルモノマーで架橋して得られる樹脂を用いることができる。
【００２１】
インゴット２８の表面が平面であり、その平面に合うようにスライス台２４ａの表面も平面になっている。インゴット２８は接着剤３８でスライス台２４ａに固定されている。接着剤３８は、エポキシ樹脂などからなる熱硬化性接着剤を使用する。
【００２２】
スライス台２４ａは図示しない昇降装置に固定される。たとえばスライス台２４ａを金属板などに接着固定し、その金属板をボルトなどの機械的作用で昇降装置に取り付ける。昇降装置は、スライス台２４ａを昇降させることで、インゴット２８をワイヤーソー１２に当て、切断するための装置である。
【００２３】
加工液１４の供給ユニット１６は、加工液１４を噴出するためのノズルやポンプなどを含む装置である。インゴット２８をワイヤーソー１２で切断しているときに、直接切断部分に加工液１４を供給しても良いし、ワイヤーソー１２の表面に加工液１４を供給することで切断部分に加工液１４を供給されるようにしても良い。加工液１４は、少なくとも切断部分に供給できればよい。
【００２４】
加工液１４は、水溶性有機系（水溶性切断液）のクーラント液を使用する。例えばポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコールなどを混合した液体を主成分とするクーラント液が用いられる。
【００２５】
タンク１８は、インゴット２８を切断した際の切断屑と加工液１４の混合物４０を貯留し、回収するためのものである。従来技術で説明したように、インゴット２８のみを切断することは不可能であり、切断屑にはインゴット２８の成分、接着剤３８の成分、スライス台２４ａの成分が含まれる。また、混合物４０の中には、ワイヤーソー１２、供給ユニット１６およびタンク１８などを構成する材料の成分が含まれる場合がある。
【００２６】
混合物４０がタンク１８に流れやすくするために、図１に示すように、すり鉢状になったロート状部材４２を用いても良い。また、タンク１８に貯留された混合物４０を固液分離装置２０へ移送させるためにポンプを備えてもよい。さらに、タンク１８と固液分離装置２０の間に攪拌装置を備えてもよい。攪拌装置で混合物４０を撹拌することで、切断屑の中のインゴット２８などの粒子が固まるのを防止する。
【００２７】
固液分離装置２０は、遠心分離機またはフィルタープレスなどを用いる。固液分離装置２０によって、混合物４０を液体４４とケーキ４６に分離する。ケーキ４６は、インゴット２８の切断屑および不純物（スライス台２４ａ、接着剤３８および他の成分）を含む固体にごく微量の加工液１４を含む。また、ケーキ４６の中に微量の鉄、カルシウム、カリウム、ニッケルなどが含まれる場合があるが、これらは加工液１４や加工液１４の供給ユニット１６やタンク１８などに含まれる成分である。
【００２８】
分離された液体４４は加工液１４であるため、再び加工液１４として使用してもよい。また、分離した液体４４に新な加工液１４を追加して使用してもよい。この場合、２つの加工液１４を混合した後に、それを撹拌する攪拌装置を備えてもよい。
【００２９】
乾燥機２２は気流乾燥機を用いる。固液分離装置２０で得られたケーキ４６を乾燥させ、上記混合物４０の中にある固体のみにする。その固体の主成分はインゴット２８の成分であり、残留したバインダーの成分もわずかに含まれている。気流乾燥機で乾燥させることにより塊になることなく、粉末の状態で採取できる。固液分離装置２０と乾燥機２２が混合物４０の中から粉末を取り出す手段として機能する。
【００３０】
スライス台２４ｂの成型装置２６は、乾燥機で得られた粉末をバインダーで固めてスライス台２４ｂを成型する装置である。たとえば、鋳型４８、５０内に上記粉末とバインダーの混合物５２を注入してプレス成形する装置があげられる。バインダーとしては、最初に準備されたスライス台２４ａのバインダーと同じ樹脂を使用することが好ましい。上記粉末に残留している成分と同じ樹脂にすることで上記粉末の分散性が改善され、インゴット２８と同じ成分の粉末を直接使用する場合に比べてもムラのないスライス台２４ｂを製造できる。製造されるスライス台２４ｂの外形は、最初に準備されたスライス台２４ａの外形と同じである。
【００３１】
新に製造されたスライス台２４ｂは、インゴット２８の成分を含む粉末をバインダーで固めたものである。すなわち、インゴット２８がシリコンであれば、スライス台２４ｂはシリコン（酸化皮膜を有するシリコンの粒子を含む）が含まれる。最初に準備したスライス台２４ａに水酸化アルミニウムなどの無機フィラーを含んでいても、本願の製造システム１０で製造されたスライス台２４ｂは上記無機フィラーの含有率が大幅に低減される。たとえば、最初に準備したスライス台２４ａのアルミニウム成分の含有量が５０００〜１２０００ｐｐｍであれば、製造されたスライス台２４ｂのアルミニウム成分の含有量は１０ｐｐｍ以下になる。新に製造されたスライス台２４ｂを用いて、さらに新なスライス台を製造すれば、さらにアルミニウム成分の含有量が低下する。本願の製造システム１０は、製造されたスライス台２４ｂを用いてさらに新なスライス台２４ｂを製造していくことで、スライス装置内部に特別な改造を施すことなくアルミニウム成分などの不純物の含有量が低減され、純粋なインゴット２８の粒子を得やすくなっている。本願の製造システム１０の途中で得られた粒子がインゴット２８の粒子を所望量含有するようになれば、その粒子の一部または全部を他の用途に使用する。
【００３２】
次に本願の製造システム１０を使用したスライス台２４ｂの製法について説明する。（１）最初のスライス台２４ａを準備し、接着剤３８でスライス台２４ａにインゴット２８を固定する。
【００３３】
（２）昇降装置によってスライス台２４ａとインゴット２８を同時にワイヤーソー１２に向けて移動させ、走行するワイヤーソー１２でインゴット２８を複数のウェハーになるように切断する。インゴット２８を切断した時に、接着剤３８とスライス台２４ａも同時に切り込まれるが、接着剤３８とスライス台２４ａは最低限のスライス量にすることが好ましい。インゴット２８の移動速度は約０．１〜１．０ｍｍ／分、ワイヤーソー１２の走行速度は約７００〜１２００ｍ／分が好ましい。この時のワイヤーソー１２の張力は約１４〜４０Ｎが好ましい。切断するときは、切断部分に加工液１４を供給し、切断しやすくする。また、切断屑と加工液１４の混合物４０はタンク１８に回収される。
【００３４】
（３）タンク１８に回収された混合物４０を固液分離装置２０で液体４４とケーキ４６に分離し、ケーキ４６は乾燥機２２で乾燥させる。すなわち、混合物４０から切断屑を取り出す。液体４４は加工液１４として再利用してもよい。
【００３５】
（４）得られた切断屑をバインダーで固め、スライス台２４ｂを成型する。たとえば、鋳型４８、５０に切断屑とバインダーの混合物５０を注入し、プレス成形することでスライス台２４ｂを得る。
【００３６】
得られたスライス台２４ｂを使用して、すなわち上記説明においてスライス台２４ａを新なスライス台２４ｂに置き換えて、再び上記（１）〜（４）の工程を行う。新なスライス台２４ｂを得るたびに、（１）〜（４）の工程を繰り返すことで、スライス台２４ｂのフィラーに占めるインゴット２８の粒子の割合が高まり、最初のスライス台２４ａに含まれた無機フィラーの割合が減少する。この工程を繰り返すことで、切断屑からインゴット２８の粒子を高純度で得やすくなる。
【００３７】
なお、インゴット２８の材質によっては、空気中の酸素と反応して酸化皮膜を有し易いので、必要に応じて脱酸処理を行うことが好ましい。
【００３８】
[実施形態２]
１つのインゴット２８を切断した時に得た粒子を用いてスライス台２４ｂを製造することに限定されず、複数のインゴット２８を切断したときに得た粒子を用いて１つのスライス台２４ｂを製造しても良い。
【００３９】
また、ワイヤーソー１２、加工液１４の供給ユニット１６、タンク１８を複数にしても良い。複数のインゴット２８を切断した際に得られた切断屑と加工液１４の混合物４０を用いて１つのスライス台２４ｂを製造する。
【００４０】
[実施形態３]
図４のように、断面が円形のインゴット５４であってもよい。図４に示すように、スライス台５６はインゴット５４の形状に合うように、表面が湾曲している。インゴット５４とスライス台５６は接着剤５８で固定されている。最初に準備するスライス台５６も製造されるスライス台も表面が湾曲している。スライス台５６は確実にスライスされるが、実施形態１のように、スライス台を製造するたびに、スライス台に含まれるフィラーにインゴット５４の粒子の割合が高まる。
【００４１】
なお、図１や図３に示すような表面が平面のスライス台２４ａを用いて表面が湾曲したスライス台５６を製造しても良いし、表面が湾曲したスライス台５６を用いて表面が平面のスライス台２４ｂを製造しても良い。
【００４２】
[実施形態４]
スライスしたときの切断屑と加工液１４の混合物４０を固液分離した後、ケーキ４６を洗浄しても良い。洗浄した後に、再び固液分離し、洗浄されたケーキを得るようにする。洗浄しない場合は、加工液１４の成分などの不純物がケーキ４６の中に混ざる場合があるが、洗浄によってできるだけ不純物を除去することで、より少ないスライス回数で不純物を除去する割合を増やす。洗浄に使用する液体は純水が挙げられる。また、洗浄を複数回行い、洗浄のたびに固液分離してもよい。洗浄回数が増えることで不純物を除去する割合をより増やす。
【００４３】
洗浄液は純水に限定されず、硫酸やフッ酸などの酸を使用してもよい。酸を使用した場合、その後に純水で洗浄する。酸を使用することで、効果的に不純物を除去したり、脱脂や脱酸したりする。
【００４４】
[実施例]
図５にスライス台２４ａを準備し、本願の製造システム１０によってスライス台２４ｂを製造したときのアルミニウムの含有量の実験結果を示す。図５において、１回目のスライスは最初に準備されたスライス台２４ａを使用し、２回目以降のスライスは製造システム１０で製造されたスライス台２４ｂを使用した。
【００４５】
図５に示すように、最初のスライス台２４ａのアルミニウムの含有量は約５０００ｐｐｍであったが、２回目のスライスのために製造したスライス台２４ｂは約２５ｐｐｍであった。すなわち、２回目のスライスをおこなうときには、アルミニウムの含有量が２００分の１以下になっている。非常にアルミニウムの含有量が下がっており、切削屑を再利用しやすくなっていることを確認できた。
【００４６】
３回目以降のスライスに使用するスライス台２４ｂは、アルミニウムの含有量の減少割合が低下するが、最初に準備したスライス台２４ａに比べて、格段に低い。６回目のスライス以降は、アルミニウムの含有量が格段に低くなったスライス台２４ｂを使用することになる。本願の製造システム１０を使用してスライス台２４ｂを作成する回数を増やすと、アルミニウムの含有量を非常に低減させられることを確認できた。
【００４７】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１０：インゴットのスライス台の製造システム
１２：ワイヤーソー
１４：加工液
１６：供給ユニット
１８：タンク
２０：固液分離装置
２２：乾燥機
２４ａ、２４ｂ、５６：スライス台
２６：スライス台の成型装置
２８、５４：インゴット
３０：芯線
３２：砥粒
３４：樹脂
３６：ガイドローラ
３８、５８：接着剤
４０：混合物
４２：ロート状部材
４４：液体
４６：ケーキ
４８、５０：鋳型
５２：粉末とバインダーの混合物
【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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