(57)【要約】      （修正有）【課題】より細いワイヤを用いて、より高い生産率で、ウエハの全体の厚さのばらつきをより良くして、より薄いウエハの切断を可能にするワイヤソーデバイスを提供する。【解決手段】ワイヤソーデバイス１００は、フレーム本体１１０、および１組のワイヤガイドシリンダを受け取るように構成された少なくとも４つの開口１０２を有する切断ヘッドと、少なくとも４つの軸受ボックススリーブ１３０と、１つまたは複数の温度制御シールド１２０を有する温度制御シールドアレンジメントとを含み、フレーム本体１１０が、ミネラルキャスティングから形成され、前記少なくとも４つの軸受ボックススリーブ１３０および前記１つまたは複数の温度制御シールド１２０と組み合わされ、前記少なくとも４つの軸受ボックススリーブ１３０のうちの各々の１つが、少なくとも前記４つの開口１０２のうちのそれぞれの１つに提供される。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム本体、および１組のワイヤガイドシリンダを受け取るように構成された少なくとも４つの開口を有する切断ヘッドと、
少なくとも４つの軸受ボックススリーブと、
１つまたは複数の温度制御シールドを有する温度制御シールドアレンジメントと
を備え、
前記フレーム本体が、ミネラルキャスティングから形成され、前記少なくとも４つの軸受ボックススリーブおよび前記１つまたは複数の温度制御シールドと組み合わされ、
前記少なくとも４つの軸受ボックススリーブのうちの各々の１つが、前記少なくとも４つの開口のうちのそれぞれの１つに提供される、ワイヤソーデバイス。
【請求項２】
前記少なくとも４つの軸受ボックススリーブが、鋼、鋳鉄、セラミック、および炭素繊維強化プラスチックからなる群から選択される材料から形成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記少なくとも４つの軸受ボックススリーブのうちの各々の１つが、前記少なくとも４つの開口のうちのそれぞれの１つに接着および／または圧入される、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記１つまたは複数の温度制御シールドが、１つまたは複数の熱シールド、特に冷却および／または加熱される１つまたは複数のプレートである、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記１つまたは複数のプレートが、流体冷却、特に水冷される、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記１つまたは複数の温度制御シールドが、鋼、ステンレス鋼、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、プラスチック、およびセラミックからなる群から選択される材料から形成される、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記１つまたは複数の温度制御シールドが、前記フレーム本体の内側部分をカバーする、または前記フレーム本体内に鋳造される請求項１ないし６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記フレーム本体の温度を測定するための少なくとも１つの温度センサをさらに備え、前記少なくとも１つの温度センサが制御装置に接続され、前記制御装置が、前記１つまたは複数の温度制御シールドを制御して、特に前記少なくとも１つの温度センサと共に閉ループ制御を提供する、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記制御装置が、前記流体の流量および／または温度を変えるように構成される、請求項５に直接または間接的に従属するときの請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
構造本体を有するインゴット供給システムをさらに備え、前記インゴット供給システムの前記構造本体が、ミネラルキャスティング、鋼、または鋳鉄から形成される、請求項１ないし９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
特に前記軸受ボックススリーブ領域内の前記フレーム本体の振動を監視するように構成された１つまたは複数の振動センサをさらに備える、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
プレート、流体パイプ、電気コネクタ、ワイヤハーネス管、空気導管、およびセンサからなる群から選択される少なくとも１つの要素が、前記フレーム本体内に鋳造される、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１３】
温度制御シールドアレンジメントを鋳型内に提供することと、
前記鋳型内で、少なくとも４つの開口を有する切断ヘッドのフレーム本体を鋳造することであって、前記鋳造材料が、ミネラルフィラーおよびバインダから構成される、鋳造することと、
それぞれの４つの開口内に少なくとも４つの軸受ボックススリーブを接着および／または圧入することとを含む、ワイヤソーデバイスを製造する方法。
【請求項１４】
前記フレーム本体を鋳造する前に、プレート、流体パイプ、電気コネクタ、およびセンサからなる群から選択される少なくとも１つの要素を前記鋳型内に提供することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記軸受ボックススリーブによって支持されるように、ワイヤガイドシリンダ用の軸受ボックスおよびワイヤガイドシリンダを取り付けることをさらに含む、請求項１３または１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、インゴットから薄い基板を形成するための装置および方法に関する。また、本発明は、ワイヤ鋸切断デバイス、および複数のワイヤ鋸切断デバイスを含むシステムに関する。本発明は、形成された結晶インゴットから、薄い結晶シリコン太陽電池基板を製造するのに特に有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来のワイヤ鋸切断デバイスは、一般に、鋸切断すべきインゴットまたは部片に対して単一の方向で移動される複数のワイヤを含む。ワイヤ鋸切断デバイスは、一般に、エレクトロニクス産業において、多結晶または単結晶シリコン、さらには新素材、例えばＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧＧＧや、水晶、合成サファイア、セラミック材料などの材料の薄いスライスを得るために、フェライト、水晶、およびシリカを含むインゴットを鋸切断するために使用される。それらの材料の価格は高いため、ダイヤモンドディスク鋸切断など他の技法よりもワイヤ鋸切断が魅力的なものになっている。
【０００３】
ワイヤソーは、シリコンなど硬質材料の部片から、ブロックまたはブリック、薄いスライス、例えば半導体ウエハを切断するために使用される。そのようなデバイスでは、ワイヤは、スプールから供給され、ワイヤガイドシリンダによって案内されると共に張力付与される。鋸切断のために使用されるワイヤは、一般に、研磨材を設けられる。１つの選択肢として、研磨材は、スラリとして提供することができる。これは、切断すべき材料にワイヤが触れる直前に行うことができる。そうすることで、研磨剤は、材料を切断するためのワイヤによって切断位置に搬送される。別の選択肢として、研磨剤は、例えばダイヤモンドワイヤの場合のように、コーティングを有するワイヤ上に提供することができる。例えば、コーティングを有する金属ワイヤ上にダイヤモンド粒子を提供することができ、ダイヤモンド粒子は、ワイヤのコーティング内に埋め込まれる。それにより、研磨剤は、ワイヤにしっかりと接続される。ワイヤの交換、およびその張力の制御は、インゴットまたは部片が切断される鋸切断領域の外に位置されたワイヤ用いわゆる管理領域内で行われる。
【０００４】
ワイヤは、ワイヤガイドによって案内され、および／または張力付与されて維持される。これらのワイヤガイドは、一般に、合成樹脂の層でカバーされ、非常に厳密な幾何形状およびサイズの溝を機械加工される。ワイヤは、ワイヤガイドの周りに巻き付けられて、ウエブまたはワイヤウエブを形成する。鋸切断プロセス中、ワイヤは、かなりの速度で移動される。通常、鋸切断すべき部片、例えば、支持ビームまたは支持ホールディングに接続されたインゴットは、ウエブに向けて付勢される。鋸切断中、鋸切断すべき部片は、ワイヤウエブを通して移動され、この移動の速度が、切断速度、および／または所与の時間量内で鋸切断することができる実効の切断面積を決定する。
【０００５】
一般に、スライスの厚さを減少させるため、したがって消費される材料を減少させるために、より細いワイヤを使用する傾向がある。また、ダイヤモンドワイヤを使用することも望ましい。これらのより細いワイヤおよびダイヤモンドワイヤは、一般に損傷をより受けやすく、高い歪の下では、ワイヤは、より破断しやすいことがある。さらに、ワイヤソーのスループットを改良するために切断速度を高めることが望ましい。ウエブを通して部片を移動させるための最高速度、およびまた所与の時間量内での最大実効切断面積は、ワイヤ速度、鋸切断すべき材料の供給速度、鋸切断すべき材料の硬度、妨害的影響、望まれる精度などによって制限される。速度が増加されるとき、ワイヤに対する歪も一般に増加される。したがって、ワイヤの損傷、過剰な摩耗、故障、もしくは破断を避けるという上述した問題は、より高い鋸切断速度でより重大になる。
【０００６】
様々な鋸切断品質、様々な鋸切断幅、ワイヤの振動、さらにはワイヤの破断を回避または減少するようにワイヤソーを操作することが非常に重要である。最悪の場合には、ワイヤの破断が生じ、これは、ワイヤソーの損壊を引き起こすことがあり、多くの場合には、切断物、すなわち鋸切断中のインゴットの損失をもたらす。しかし、動作中のそのような故障に加えて、機械のスループットが所有コストに関して重要である。スループットに関して考慮すべき１つの主要な側面は、特に、より細いワイヤと、より薄いウエハの切断とが引き続き望まれることに関連して、切断の品質である。多くの用途に関して、ウエハまたはスライスは、インゴットの断面積または直径に対して非常に小さい厚さである。多くの太陽光発電および半導体用途など特定の用途では、数マイクロメートルの不整でさえ、スライスを使用できなくするのに十分なものとなる。
【０００７】
ワイヤ鋸切断技術は、光起電力タイプの基板を形成するプロセスで好んで使用されている。光電池（ＰＶ）または太陽電池は、太陽光を直流（ＤＣ）電力に変換するデバイスである。典型的なＰＶ電池は、特に厚さが約０．１８５ｍｍ未満のｐ型シリコンウエハ、基板、またはシートを含み、ｐ型基板の上にｎ型シリコン材料の薄層が配設される。一般に、シリコン基板ベースの太陽エネルギー技術は、ＰＶ太陽電池の使用による太陽電気のコストを減少させるために２つの主要なストラテジに従う。一方の手法は、単一接合デバイスの変換効率（すなわち単位面積当たりのパワー出力）を高めることであり、他方の手法は、太陽電池の製造に関わるコストを下げることである。変換効率による実効のコスト減少は、根本的な熱力学的および物理的限界によって制限されるので、可能な利得の量は、基本的な技術進歩に依存する。商業的に実現可能な太陽電池を作製するための他のストラテジは、太陽電池を形成するのに必要な製造コストを下げることにある。
【０００８】
これらの課題に合うように、一般に、以下の太陽電池処理要件が満たされる必要がある。１）基板製造機器に関する所有コスト（ＣｏＯ）が改良される必要がある（例えば、高いシステムスループット、高い機械稼働時間、安価な機械、安価な材料費）。２）プロセスサイクル当たりに処理される面積を増加させる必要がある（例えば、Ｗｐ当たりの処理を減少させる）。および３）形成される層およびフィルムスタック形成プロセスの品質を良好に制御し、非常に効率的な太陽電池を製造するのに十分なものにする必要がある。したがって、太陽電池用途のための薄いシリコン基板を高い費用対効果で形成および製造する必要がある。
【０００９】
上記のことに鑑みて、より細いワイヤを用いて、より高い生産率で、ウエハの全体の厚さのばらつきをより良くして、より薄いウエハの切断を可能にすることが望ましい。本明細書で述べる実施形態の目的は、改良されたワイヤソーデバイスによって、これらの要求の少なくともいくつかを提供する、またはこれらの側面のすべてではないにせよ１つまたは複数を改良することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のことに鑑みて、ワイヤソーデバイス、およびワイヤソーデバイスを製造する方法が提供される。本発明のさらなる態様、利点、および特徴は、従属請求項、本明細書、および添付図面から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一実施形態によれば、ワイヤソーデバイスが提供される。ワイヤソーデバイスは、フレーム本体、および１組のワイヤガイドシリンダを受け取るように構成された少なくとも４つの開口を有する切断ヘッドと、少なくとも４つの軸受ボックススリーブと、１つまたは複数の温度制御シールドを有する温度制御シールドアレンジメント（ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）とを含み、フレーム本体が、ミネラルキャスティング（ｍｉｎｅｒａｌ  ｃａｓｔｉｎｇ）から形成され、少なくとも４つの軸受ボックススリーブ（ｂｅａｒｉｎｇ  ｂｏｘ  ｓｌｅｅｖｅ）および１つまたは複数の温度制御シールドと組み合わされ、少なくとも４つの軸受ボックススリーブのそれぞれの１つが、少なくとも４つの開口のそれぞれの１つに提供される。
【００１２】
別の実施形態によれば、ワイヤソーデバイスを製造する方法が提供される。ワイヤソーデバイスを製造する方法は、温度制御シールドアレンジメントを鋳型内に提供すること、鋳型内で、少なくとも４つの開口を有する切断ヘッドのフレーム本体を鋳造することであって、鋳造材料が、ミネラルフィラー（ｍｉｎｅｒａｌ  ｆｉｌｌｅｒ）およびバインダ（ｂｉｎｄｅｒ）から構成されること、およびそれぞれの４つの開口内に少なくとも４つの軸受ボックススリーブを接着および／または圧入することを含む。
【００１３】
また、いくつかの実施形態は、開示される方法を実施するための装置を対象とし、また、述べられる各方法ステップを実施するための装置部品を含む。これらの方法ステップは、ハードウェア構成要素を用いて、または適切なソフトウェアによってプログラムされたコンピュータを用いて、またはこれら２つの任意の組合せによって、または任意の他の様式で実施することができる。さらに、本発明による実施形態は、述べられる装置が動作する方法も対象とする。この方法は、装置のあらゆる機能を実施するための方法ステップを含む。
【００１４】
上記の本発明の特徴を詳細に理解することができるように、上で簡単に要約した本発明のより具体的な説明を、実施形態を参照して行うことができる。添付図面は、本発明のいくつかの実施形態に関するものであり、以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本明細書で述べる実施形態による、ミネラルキャスティングフレーム本体内に温度制御シールドおよび軸受ボックススリーブを有するワイヤソーデバイスの断面概略図である。
【図１Ｂ】ウエブを含む領域を通る断面が図示される、本明細書で述べる実施形態によるワイヤソーデバイスの断面概略図である。
【図２Ａ】および
【図２Ｂ】本明細書で述べる実施形態による、ミネラルキャスティングフレーム本体内に温度制御シールドおよび軸受ボックススリーブを有する別のワイヤソーデバイスの２つの斜視図である。
【図３】本明細書で述べる実施形態による、インゴット供給システムを有するワイヤソーデバイスの断面概略図である。
【図４】インゴット、すなわちワークピースを切断する概略図である。
【図５】本明細書で述べる実施形態による、ミネラルキャスティングフレーム本体内にインゴット供給システム、温度制御シールド、および軸受ボックススリーブを有するさらに別のワイヤソーデバイスの斜視図である。
【図６Ａ】および
【図６Ｂ】インゴット供給システムを例示する、本明細書で述べる実施形態によるさらなる他のワイヤソーデバイスの斜視図である。
【図７】および
【図８】本明細書で述べる実施形態で実装することができるワイヤガイドシリンダの異なるアレンジメントの概略図である。
【図９】本明細書で述べる実施形態による、鋳鉄フレーム本体とミネラルキャスティングフレーム本体の減衰特性を比較するグラフである。
【図１０】本明細書で述べる実施形態による、ミネラルキャスティングフレーム本体内に温度制御シールドおよび軸受ボックススリーブを有するさらに別のワイヤソーデバイスの斜視図である。
【図１１】ワイヤソーデバイスを製造する実施形態を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の様々な実施形態を詳細に参照する。それらの実施形態の１つまたは複数の例を図面に例示する。以下の図面の説明において、同じ参照番号は、同じ構成要素を表す。一般に、個々の実施形態に関する相違点のみを説明する。各例は、本発明の説明として提供され、本発明の限定としては意図されていない。さらに、一実施形態の一部として例示または説明する特徴は、さらなる実施形態を生み出すために、他の実施形態において、または他の実施形態と共に使用することができる。本説明は、そのような修正形態および変形形態を含むものと意図される。
【００１７】
本明細書で述べるとき、本明細書において理解されるワイヤソーデバイスは、クロッパ、スクエアラ、またはウエハ切断ワイヤソーでよい。しかし、典型的には、ウエハ切断ワイヤソーは、高いスループットで望ましい歩留まりを得るのに必要とされる精度により、最も難しい問題を伴う。
【００１８】
以下の説明では、「インゴット供給システム」または単に「供給システム」は、鋸切断すべき部片、例えばインゴットの位置を制御するためのシステムと理解することができる。特に、この制御は、インゴット供給システムの制御装置によって行うことができる。
【００１９】
一般に、本開示において、鋸切断のプロセスは、切断のプロセスに対応する。したがって、すべての適切な文法上の活用形での動詞「鋸切断する」は、すべての適切な文法上の活用形での動詞「切断する」と同じ意味を有するものとして使用される。
【００２０】
本開示において、用語「運動学的メカニズム構造」は、典型的には少なくとも２つの本体を接続する少なくとも２つの要素のアレンジメントであって、それら少なくとも２つの要素が互いに接続され、少なくとも２つの要素の少なくとも１つが、そのアレンジメントの少なくとも２つの要素の１つまたは複数の他の要素に対して、例えば連節部の周りでの回転および／または軸に沿った並進によって可動であるようなアレンジメントと定義される。
【００２１】
本開示において、用語「パラレル運動学的メカニズム構造」は、典型的には少なくとも２つの本体の少なくとも１つが２つ以上の異なる位置で「パラレル運動学的メカニズム構造」に接続されるような「運動学的メカニズム構造」と定義される。それにより、パラレル運動学的メカニズム構造の１つの要素の移動は、典型的には、運動学的メカニズム構造の少なくとも一部（例えば、運動学的メカニズム構造の別の要素）の移動に変わる。
【００２２】
一般に、本明細書で述べる任意の特定の実施形態に限定せずに、用語「切断面」は、切断方向を含む。典型的には、切断面の向きは、切断プロセス全体を通じて一定である。典型的には、切断面の向きは、ワイヤソーのワイヤの向きに対応する。本開示において、用語「切断方向」は、切断物が切断プロセス中に進む方向と定義される。典型的には、切断方向は、垂直方向である。それにより、切断のために硬質材料がワイヤまたはワイヤウエブを通して付勢されるときに、典型的にはワイヤウエブ内のワイヤが湾曲するので、「切断面」または「切断方向」に言及するとき、この用語は、平易化された用語である。しかし、当業者は、これを認識し、平易化されていることがあるにも関わらず、そのような用語を明確に理解できるはずである。
【００２３】
さらに、本開示において、用語「作業領域」は、ワイヤソーのワイヤがまたがる領域と定義され、典型的には、ワイヤのウエブは、ワイヤの層とも呼ばれる。典型的には、作業領域は、鋸切断すべき単一部片、典型的にはインゴットが切断中にワイヤソーのワイヤと相互作用する領域である。
【００２４】
本明細書で述べる典型的な実施形態によれば、切断ヘッドを有するワイヤソーデバイスが提供される。切断ヘッドは、ミネラルキャスティングで形成されるフレーム本体、すなわち構造フレームを有する。軸受ボックススリーブおよび温度制御シールド、例えば温度制御式の熱シールドが、ミネラルキャスティングから形成されたフレーム本体に組み込まれる。
【００２５】
図１Ａおよび図１Ｂは、ワイヤソーデバイス１００の一部を、２つの異なる断面で概略図として示す。ワイヤソーデバイスの切断ヘッドのフレーム本体１１０が提供される。図１Ａの断面図は、２つの開口１０２を有するフレーム本体の一部が図示されるようなものである。回転軸１０３に関して提供される開口が、軸１０３に沿って延びるワイヤガイドシリンダのために提供される。少なくとも２つのさらなる開口が、ワイヤガイドシリンダのさらなる軸方向位置での支持のためにフレーム本体に提供される（図１Ａの断面には図示せず）。したがって、フレーム本体１１０は、１組のワイヤガイドシリンダを受け取るように構成された少なくとも４つの開口を有する。図１Ａには、２つの軸受ボックススリーブ１３０が示されている。開口に対応して、さらなる軸受ボックススリーブが提供され、ワイヤガイドシリンダのさらなる軸方向位置に対応する。したがって、本明細書で述べる実施形態によれば、少なくとも４つの軸受ボックススリーブを提供することができる。いくつかの実施形態によれば、少なくとも４つの軸受ボックススリーブを、それぞれ、少なくとも４つの開口の１つに接着および／または圧入することができる。軸受ボックススリーブは、リング形状を有し、軸受ボックスの高精度での取付けのために提供することができる。ミネラルキャスティングフレーム本体と共に、軸受ボックススリーブを提供して、ワイヤガイドシリンダの同心性、平行性、および／または垂直性に関する高い精度を得ることができる。
【００２６】
図１Ｂは、図１Ａと比較して異なる軸方向位置での対応する断面を示し、２つのワイヤガイドシリンダ３２１、３２２を示す。図１Ａに示されるフレーム本体が、図１Ｂでは点線でのみ図示されており、フレーム本体が図１Ｂの断面では異なる形状を有することがあることを示す。ワイヤは、第１のスプール９から、ワイヤガイドシリンダ３２１、３２２をわたって第２のスプール９に巻かれる。それにより、ワイヤウエブ３１９が形成される。ワイヤウエブは、典型的には、互いに本質的に平行に提供された複数のワイヤを含み、ワイヤは、ワイヤガイドシリンダ３２１、３２２の溝内で案内される。スプール９とワイヤウエブの間、典型的にはスプールと切断ヘッドとの間に、典型的には、ワイヤ管理ユニットが提供される。ワークピースを例えば薄いウエハに切断するために、インゴットまたは別のワークピース３１７、例えばシリコンインゴットが、矢印１１によって示されるようにワイヤウエブを通して付勢される。
【００２７】
図１Ａに示されるように、本明細書で述べる実施形態によれば、１つまたは複数の温度制御シールド１２０を有する温度制御シールドアレンジメントが提供される。温度制御シールドは、フレーム本体の内側部分をカバーすることができ、またはフレーム本体内に鋳造することができる。図１Ａでの破線１２５によって示されるように、本明細書で述べる他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、温度制御シールドアレンジメントは、１つまたは複数の制御シールド１２０、すなわち、１つの区分化された温度制御シールド、または複数の区分化された温度制御シールドを含むことができる。破線１２５によって示される区分化は、例えば、１つの軸１０３の上方の部分、または１つの軸１０３の下方の部分を個別に、および／または他の部分とは別の様式で加熱または冷却することができるように提供される。したがって、生じる可能性がある温度不均一性を補償または減少することができる。切断ヘッドの特有の設計および／または用途に応じて考慮することができる典型的な不均一性に応じて、異なる形状および数の温度制御シールド、および／または異なる形状の温度制御シールドセグメントを提供することができる。
【００２８】
本明細書で述べる実施形態によれば、フレーム本体は、ミネラルキャスティングから形成される。さらに、ミネラルキャスティングフレーム本体は、少なくとも４つの軸受ボックススリーブおよび１つまたは複数の温度制御シールドと組み合わされる。したがって、少なくともミネラルキャスティングフレーム本体と、１つまたは複数の温度制御シールドと、軸受ボックススリーブとのハイブリッド構造を、切断ヘッドとして提供することができる。ここで、例えば、少なくとも４つの軸受ボックススリーブは、鋼、鋳鉄、セラミック、および炭素繊維強化プラスチックからなる群から選択される材料から形成される。
【００２９】
本明細書で述べる他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、１つまたは複数の温度制御シールドは、冷却および加熱される１つまたは複数の熱シールド、特に１つまたは複数のプレートでよい。例えば、１つまたは複数のプレートは、流体冷却、特に水冷することができる。いくつかの実装形態によれば、１つまたは複数の温度制御シールドは、鋼、ステンレス鋼、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、プラスチック、およびセラミックからなる群から選択される材料から形成することができる。
【００３０】
上述したように、軸受ボックスボアは、鋼または本明細書で述べる他の材料から形成することができ、ミネラルキャスティングに接着することができる。ハイブリッド構造が形成されるミネラルキャスティングフレーム本体に関して、これは、同心性、平行性、および／または垂直性に関して高い精度で行うことができる。さらなる実装形態によれば、１つまたは複数の熱シールドは、水冷／加熱されるプレート、例えばステンレス鋼プレートから形成することができ、これらのプレートは、プロセスチャンバ（切断ヘッド）の内部をカバーし、またはフレーム本体内に鋳造することができる。いくつかの追加または代替の修正形態によれば、少なくとも管路をフレーム本体内に鋳造することができる。
【００３１】
切断ヘッドのフレーム本体のためにミネラルキャスティングを提供することは、鋳造の融通性の向上（例えば、より複雑な形状、内部配管、およびパイピング）を可能にする。冷却構造／デバイスを実装することができ、これらは、発熱構成要素の近くに提供することができ、例えば、機械構造の温度を安定させることができる。さらに、ミネラルキャスティング製造方法は、通常の（金属）鋳造材料に比べて高い精度および厳しい公差を可能にする。例えば、軸受ボックスボア同心性のより高い位置決め精度を実現することができる。さらに、追加または代替の利益として、ミネラルキャスティングの良好な減衰特性を使用することができ、ワイヤウエブによって誘発される高周波数振動を減少させることができる。例えば、これは、機械の近くでの雑音レベルをほぼなくすことができる。
【００３２】
図２Ａおよび図２Ｂは、フレーム本体１１０を有する切断ヘッドの斜視図である。ここで、図２Ａは、ワイヤガイドシリンダ３２１、３２２、および対応する構成要素のいくつかを含まずに図示されており、図２Ｂは、ワイヤガイドシリンダ３２１、３２２、および対応する構成要素のいくつかを含んで図示されている。さらに、本明細書で述べる実施形態のいくつかの詳細および特徴をより簡単に説明できるように、異なる視野角で図示されている。フレーム本体１１０は、前部１１２と後部１１１とを有することができる。開口１０２は、前部および後部に提供される。軸受ボックススリーブ１３０は、開口１０２内に、典型的には接着および／または圧入によって提供される。後部１１１および前部１１２は、例えば、ベース部分１１３に接続され、接続部分１１３によって接続される。前部と、後部と、ベース部分と、接続部分とは、ミネラルキャスティングによって鋳造され、すなわち一体形成される。接続部分１１４は、切断ヘッド内部に提供される処理領域に向けてインゴットを供給するために、例えば上部に開口を残す。
【００３３】
本明細書で述べる他の実施形態と組み合わせることができる様々な実施形態によれば、フレーム本体は、複数の開口２９１および切欠き２９２を有することができる。切欠きは、処理領域へのより簡単なアクセスのため、または、接続部分１１４間で上部にある開口と同様に、ワイヤソーデバイスの他の構成要素を挿入するために提供することができる。開口２９１は、例えばボルト、ねじ、または他の手段によって切断ヘッドをワイヤソーデバイスの他の構成要素に接続するために提供することができ、様々な構成要素を切断ヘッドに接続するために使用することができる。例えば、以下により詳細に述べるようなセンサを接続することができ、やはり以下により詳細に述べるように、スラリ送達システムの構成要素（キャスティング内に組み込まれていない場合）を接続することができ、および／またはインゴット供給システムを接続することができる。
【００３４】
本明細書で述べる他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、切断ヘッドまたはフレーム本体１１０に温度センサを設けることができる。温度センサは、例えば、それぞれ切断ヘッドまたはフレーム本体１１０の様々な位置に提供することができる。温度センサは、様々な位置で温度を測定することができ、制御装置によって温度制御シールドに接続することができる。図２Ａに、温度制御シールド１２０および２２０−１が図示されている。図２Ｂには、異なる視野角で、温度制御シールド２２０−１および２２０−２が図示されている。したがって、１つまたは複数の温度センサは、フレーム本体の温度を制御して安定化するように適合させることができる。構造フレームの全体的な温度変動を補償または減少させることができる。例えば、温度制御および安定化は、温度制御シールド、例えば熱シールドへの、またはそこからの水の流量および温度を変えることによって行われる。
【００３５】
本明細書で述べる他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、提供すべきさらなるセンサは、振動センサでよい。ミネラルキャスティングの減衰特性は、いくつかの実施形態の１つの例示的な利益であるが、システム振動の監視を有益に使用して、システム条件を監視し、例えばワイヤソーデバイスの動作を制御することができる。
【００３６】
図２Ｂは、切断ヘッドに提供されるワイヤガイドシリンダ３２１および３２２を示す。軸受ボックススリーブ１３０の内部に軸受ボックス２３０が提供され、軸受ボックス２３０は、ワイヤガイドシリンダを支持して、ワイヤガイドシリンダをそれらの軸の周りで回転させることができるようにする。ドライブ２２１および２２２が、ワイヤガイドシリンダを回転させる。
【００３７】
本明細書で述べる他の実施形態と組み合わせることができる様々な実施形態によれば、温度制御シールド１２０、２２０−１、および２２０−２は、フレーム本体１１０の内部に提供することができ、またはフレーム本体１１０内に鋳造することができる。
【００３８】
本明細書で述べる他の実施形態と組み合わせることができる本明細書で述べる実施形態によれば、フレーム本体の温度を測定するための少なくとも１つの温度センサが提供され、ここで、少なくとも１つの温度センサが制御装置に接続され、制御装置は、１つまたは複数の温度制御シールドを制御して、特に少なくとも１つの温度センサと共に閉ループ制御を提供する。図２Ａには、温度センサ２５０が図示されている。典型的には、これらのセンサは、点線によって示されるように、フレーム本体内に鋳造することができる。代替形態では、センサの１つまたは複数をフレーム本体の表面に提供することができる。
【００３９】
図２Ａでは、例示として、センサ２５０の１つが制御装置２５２に接続されている。すべての温度センサを制御装置に接続することもでき、例えば複数の温度センサの温度測定結果をより簡単に相関させるために、いくつかまたはすべてのセンサを共通の制御装置に接続することもできることを理解されたい。
【００４０】
閉ループ制御の一例として、図２Ａでは、制御装置２５２が弁２５３を制御し、それにより、温度制御シールド２２０−１への冷却流体の流量が制御される。したがって、温度センサ２５０と、制御装置２５２と、弁２５３と、温度制御シールドの少なくとも１つとが、閉ループを形成する。さらなる実施形態によれば、制御装置によって１つまたは複数の弁を制御することができる。本明細書で述べる他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、制御装置は、流体の流量および／または温度を変えるように構成することができる。
【００４１】
上記のことに鑑みて、ワイヤソーデバイスを操作する方法は、以下のことを含むことができる：ミネラルキャスティングフレーム本体の一領域、特に本明細書で述べる実施形態によるワイヤソーデバイスの温度を測定すること；および、測定された温度に応じて、切断ヘッドのフレーム本体内またはフレーム本体上に提供された温度制御シールド内での温度制御流体の流量および／または温度を変えること。１つの任意選択の修正形態によれば、振動が測定され、測定された振動に応じて少なくとも１つの動作条件を変えることがさらに可能である。
【００４２】
図３に、直線運動学的メカニズム構造を含むインゴット供給システム３００を含むワイヤソーデバイス１００の一実施形態の概略側面図が例示されている。典型的には、ワイヤソーデバイスは、ワイヤ３２４、３２５をワイヤ移動方向で輸送および案内するためのワイヤガイドシリンダ３２１、３２２を有するワイヤガイドを含む。ワイヤ３２３は、ワイヤガイド（本明細書では、ガイドシリンダとも呼ぶ）に巻き付けられることがある。通常、ガイドシリンダは、一定のピッチで溝を設けられ、平行なワイヤまたはワイヤウエブの水平ネット（本明細書では、ワイヤの層３１９とも呼ぶ）を形成する。ワイヤガイドは、ドライブによって回転され、ドライブにより、ワイヤウエブ全体が、例えば５ｍ／ｓ以上、例えば１０〜３０ｍ／ｓの比較的高速で移動する。
【００４３】
望まれる場合には、いくつかのノズル、例えば高流量ノズルが、移動するワイヤをスラリと共に供給することができる。本明細書で理解されるスラリは、典型的には懸濁された研磨粒子（炭化ケイ素の粒子）を含む液体キャリアを表す。上述したように、切断アクション中、ワイヤウエブを通してインゴットを押す、または付勢することができる。代替として、インゴットは静止していてもよく、ワイヤウエブが、インゴットを通して押される。ワイヤ供給スプールは、典型的には、所要の新たなワイヤを提供し、ワイヤ巻取りスプールが、典型的には、使用されたワイヤを保管する。
【００４４】
一般に、本明細書で述べるワイヤソーデバイスの実施形態は、インゴット供給システムのフレーム３０５を含み、フレーム３０５は、例えば図１Ａ〜図２Ｂのフレーム本体１１０に接続することができ、フレーム本体１１０には、ワイヤガイドシリンダ３２１、３２２が取り付けられ、ワイヤガイドシリンダ３２１、３２２の回転軸は互いに平行に配設される。さらに、典型的には、アクチュエータアセンブリ３１５、３５２が、ワイヤ３２３の層３１９に対してインゴット３１７を付勢するために使用される。
【００４５】
図３に例示されるように、ワイヤ３２３は、供給スプール３２６から受け取られ、次いで、ワイヤガイド、例えばワイヤガイドシリンダ３２１、３２２の周りに巻き付けられて、鋸切断領域内に平行なワイヤの少なくとも１つの層３１９、すなわちワイヤウエブを形成する。次いで、ワイヤ３２３は、巻取りスプール３２７など適切な受取りデバイスに戻される。典型的には、ガイドシリンダの少なくとも１つがドライブモータに結合され、ドライブモータは、鋸切断領域３１８内に配設されたワイヤ３２３を単一方向で、または特に往復運動で移動させるように適合される。ワイヤガイドは、１つまたは複数の軸受によって支持されることがある。ワイヤは、ワイヤ張力付与システム（図示せず）に結合させることができ、ワイヤ張力付与システムは、１つのガイドシリンダを他のガイドシリンダに対して移動させることによって、ワイヤ３２３に所望の張力を提供するように適合される。典型的には、ワイヤソー制御システムは、ワイヤ張力の制御を提供することができる。
【００４６】
図３に示される実施形態では、ある時点で、ただ１つのインゴット３１７のみが、ワイヤソーデバイス１００内部に位置決めされて鋸切断される。しかし、本明細書で述べる単一のワイヤソーデバイスの実施形態は、複数のワイヤソーデバイスを含むワイヤソーシステムの一部を形成することもある。典型的には、１つ、２つ、３つ、または４つのインゴットが、１つまたは複数の作業領域内で同時に切断される。
【００４７】
ワイヤ経路が、ループ毎に、１つまたは複数のインゴットを作業領域でスライスし、ガイドシリンダによってさらなる作業領域に輸送され、または再び同じ作業領域に輸送される。典型的には、ワイヤウエブは、上側作業領域で１つまたは複数のインゴットをスライスし、次いで、下側作業領域に輸送され、下側作業領域で１つまたは複数のインゴットをスライスする。２つの作業領域を有する典型的な実施形態は、図８に図示されている。その後、ワイヤは、通常は、上側作業領域に輸送されて戻される。次の作業領域に輸送されるのではなく、鋸切断中に移動方向が変えられる場合、ワイヤは、元の作業領域に輸送されて戻されることがある。
【００４８】
ワイヤウエブは、鋸切断プロセスが行われる領域として定義される複数の作業領域を含むことがあることを理解すべきである。したがって、本明細書で述べる典型的な実施形態によれば、ワイヤウエブは、１つまたは複数のワイヤによって形成される複数の作業領域を有することができる。例えば、本明細書で述べる典型的な実施形態によれば、ワイヤソーは、２つの水平向きのワイヤウエブを含むことができ、例えば２つまたは４つの水平向きの作業領域を含む。この場合、鋸切断は、作業領域を画定するワイヤウエブ（図４参照）を通して、典型的には垂直方向にインゴットを押すことによって行われる。
【００４９】
図４は、インゴット３１７の斜視図を示し、インゴット３１７は、ワイヤソーデバイス１００の鋸切断領域内に配設された（１つまたは複数の）ワイヤ３２３の層３１９に対してインゴット３１７を付勢する供給システム３００の移動により、部分的に鋸切断されている。典型的には、ワイヤ３２３の層３１９の隣接するワイヤ間のピッチは、ワイヤガイドシリンダの周辺にある刻設された溝によって画定され、このピッチが、鋸切断されるスライス３３１の厚さを決定する。スライス３３１は、スロットまたは鋸切断ギャップ３３２によって互いに分離される。典型的には、ワイヤ３２３は、０．０８〜０．２ｍｍの間の直径を有するばね鋼ワイヤを含むことがあり、それにより、硬質材料、またはより特定的には、例えばシリコン、セラミック、ＩＩＩ−Ｖ族およびＩＩ−ＶＩ族の元素からの化合物、ＧＧＧ（ガドリニウムガリウムガーネット）、サファイアなどの組成物からなるインゴットを、望ましくは厚さ約３００μｍ以下のスライス、または次世代基板に関しては典型的には１８０μｍ以下のスライスに鋸切断する。典型的には、研磨剤が使用され、研磨剤は、一般に、ダイヤモンド、炭化ケイ素、アルミナ、またはインゴット鋸切断プロセスを改良するために使用される他の有用な材料などの生成物である。研磨剤は、ワイヤ３２３に固定されることがあり、または自由な形態でもよく、すなわちスラリなど、研磨粒子を輸送する働きをする液体（例えば、ＰＥＧ）中に懸濁されていてもよい。
【００５０】
鋸切断は、上側作業領域と下側作業領域で同時に行うことが可能である。ワイヤソーは、さらに、２つの垂直に配置されたウエブ（図示せず）を含むことがある。いくつかの実施形態によれば、垂直に配置されたウエブは、水平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。作業領域間での輸送中、ワイヤを冷却することができる。他の実施形態によれば、作業領域は、垂直向きである。
【００５１】
本明細書で述べる実施形態によれば、ワイヤソーは、半導体材料、例えばシリコンや水晶などの硬質材料を高速で切断するために使用される。ワイヤ速度、すなわちワイヤソーを通ってワイヤが移動する速度は、例えば１０ｍ／ｓ以上でよい。典型的には、ワイヤ速度は、１０〜１５ｍ／ｓの範囲内でよい。しかし、例えば、２０ｍ／ｓ、２５ｍ／ｓ、または３０ｍ／ｓなど、より高いワイヤ速度が望ましいこともある。いくつかの実施形態によれば、ワイヤの移動は、一方向のみであり、すなわち常に順方向である。他の実施形態によれば、移動は、逆方向での移動を含むことがあり、特に、移動は、ワイヤの前後移動でよく、ワイヤの移動方向が繰り返し変えられる。
【００５２】
ワイヤを所望のワイヤ速度で巻き解くために、未使用のワイヤを有する供給スプール３２６は、数千ｒｐｍまでの回転速度で回転する。例えば、１０００〜２５００ｒｐｍが、ワイヤを巻き解くために提供されることがある。
【００５３】
本明細書で述べる他の実施形態と組み合わせることができる実施形態では、ワイヤは、デバイスのタイプに応じて異なる直径を有することがある。スクエアラに関する実施形態では、ワイヤ直径は、約２５０μｍ〜約４５０μｍでよく、例えば３００μｍ〜３５０μｍでよい。ウエハ切断ワイヤソーに関する実施形態では、ワイヤ直径は、８０μｍ〜１８０μｍでよく、より典型的には１００μｍ〜１４０μｍでよい。
【００５４】
本明細書で述べる他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、切断のために採用されるワイヤは、ダイヤモンドワイヤである。ダイヤモンドワイヤを使用することによって、研磨剤としてスラリを有する従来の鋼ワイヤに比べて、スループットを２倍以上に増加させることができる。鋸切断すべき材料が、移動するワイヤに対して相対的に移動される速度は、材料供給速度と呼ばれることがある。本明細書で述べる実施形態での材料供給速度は、ウエハ切断ワイヤソーに関しては、２μｍ／ｓ〜２０μｍ／ｓ、典型的には約６μｍ／ｓ〜１０μｍ／ｓの範囲内でよく、スクエアラに関する実施形態については、１０μｍ／ｓ〜５０μｍ／ｓ、典型的には約２８μｍ／ｓ〜３６μｍ／ｓの範囲内でよい。代替として、本明細書で述べる実施形態での材料供給速度は、ワイヤ切断ワイヤソーに関しては２０μｍ／ｓ超でよく、スクエアラに関する実施形態に関しては５０μｍ／ｓ超でよい。
【００５５】
通常、ワイヤソー全体を通って移動した後、ワイヤは、鋸切断プロセス前のその初期直径に比べて減少された直径で、ワイヤソーの操作領域から出る。ワイヤの摩耗は、プロセスに依存する。特に、切断速度が高ければ高いほど、生じる温度が高くなり、ワイヤ摩耗が大きくなる。さらに、ワイヤはインゴット内部で加熱され、鋸切断中に、すなわち典型的にはウエハ内部で摩耗が生じる。したがって、ワイヤは、インゴットを切断しながら加熱する。インゴットの外で、ワイヤは、スラリ、空気、ガイドシリンダ、またはさらなるワイヤガイドなど、その周囲と熱を交換することによって冷却する。その結果、切断ワイヤの直径、したがってその機械的特性が、時間および温度の関数として切断プロセス中に変化するにつれて、ワイヤによってインゴットに作用する切断力、およびそれに関連してワイヤの摩耗特性が切断プロセス中に変化し、インゴットの望ましくない不均質な切断表面を生じる。
【００５６】
図５は、ワイヤソーデバイス１００の一部分の斜視図を示す。フレーム構造１１０が提供され、インゴット供給システム３００がそこに取り付けられている。供給システム３００は、第１の端部と第２の端部を有する３つのアーム３４３でのパラレル運動学的メカニズム構造と、２つ以上のアクチュエータ３５２とを含むことができる。アームの第１の端部は、例えばヒンジ継手によって支持テーブル３１２に回転可能に接続することができ、アームの第２の端部は、例えばヒンジ継手によってアクチュエータ３５２に回転可能に接続される。図示されていない実施形態によれば、パラレル運動学的メカニズム構造は、４つのアームを含むことがあり、２つのアームが支持テーブルの左側に配置され、他の２つのアームが支持テーブルの右側に配置される。
【００５７】
ワークピース３１７は、取付けプレート３１２によって支持テーブル３１２に取り付けられる。図５に示されるアームの１つは、支持テーブルの左側に取り付けられ、アーム３４３の１つ、例えば図５での幅の広いアームは、支持テーブルの右側に取り付けられる。さらなるアーム３４３が、支持テーブル３１２の上側または上部に取り付けられる。
【００５８】
典型的には、アクチュエータは、並進軸、典型的には垂直軸に沿った移動を実現するように構成される。典型的には、アクチュエータは、ワイヤソーのインゴット供給システム３００のフレーム３０５に提供されるガイドレール３６１によって案内される。ガイドレールは、典型的には、切断方向の軸に沿って、特に垂直方向に配置される。さらに、アクチュエータは、それぞれが個別に移動することができるように構成される。したがって、アクチュエータ３５２を移動させることによって、アーム３４３と、支持テーブル３１２、および支持テーブルに接続されたインゴット３１７とを、例えば取付けプレート３７６によって移動させることができる。インゴット供給システムの移動のさらなる詳細を、図６Ａを参照して述べる。
【００５９】
図５で、および本明細書で述べる他の実施形態と組み合わせることができる本明細書で述べるいくつかの実施形態によれば、インゴット供給システムのフレーム３０５は、切断ヘッドのフレーム本体１１０に取り付けられる。代替として、インゴット供給システムのフレーム３０５と、フレーム本体とを一体形成することができる。
【００６０】
本明細書で述べる他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、インゴット供給システムのフレーム３０５も、ミネラルキャスティングから形成することができる。それにより、精度、減衰特性、および／または融通性のある製造に関するミネラルキャスティングの利益を、インゴット供給システムに関しても提供することができる。これは、フレーム３０５とフレーム本体１１０が一体形成されるか、それとも一体に取り付けられるかの選択肢には関係ない。
【００６１】
したがって、ミネラルキャスティングを、ワイヤソーの１つまたは複数の構造部品に関して使用することができる。インゴット供給システム（時として上側切断ヘッドと呼ぶ）は、追加として、ミネラルキャスティングから形成された構造フレーム３０５を含むことができる。しかし、いくつかの実施形態によれば、インゴット供給システムフレーム３０５は、鋳鉄から形成されることもある。特に、ミネラルキャスティングから形成されるインゴット供給システムフレームに関して、またある程度は鋳鉄フレームに関しても、インゴット供給システムのフレームに、温度制御および安定化のための一体型の水冷／加熱回路を提供することができる。フレーム３０５および／または回路およびパイプを切断ヘッド構造フレームと結合させることができる。
【００６２】
構造部品の温度制御および安定化は、多少の発熱を伴う様々なプロセスステップで、切断中に熱膨張を回避することを可能にする。さらに、温度安定化された構造は、切断前の加温時間を必要としない。したがって、ワイヤソーデバイスの非生産時間を最小限に短縮することができる。
【００６３】
様々な実施形態によれば、インゴット供給システムは、パラレル運動力学的機構を有するロッキングテーブルまたは供給システム（例えば図５および図６参照）を用いて、または用いずに、直線インゴット供給機構（例えば図３参照）を含むことができる。
【００６４】
図６Ａは、インゴット供給システム３００のさらなる実施形態を含むワイヤソーデバイス１００の斜視図を示す。図６Ａに例示的に示されるように、供給システム３００は、第１の端部と第２の端部を有する３つのアーム３４３に、パラレル運動学的メカニズム構造３５０を含み、また、２つ以上のアクチュエータ３５２を含む。図６Ａに例示されるように、アームの第１の端部は、例えばヒンジ継手によって支持テーブル３１２に回転可能に接続され、アームの第２の端部は、例えばヒンジ継手によってアクチュエータ３５２に回転可能に接続される。図示されていない実施形態によれば、パラレル運動学的メカニズム構造は、最大で４つのアームを含むことがあり、２つのアームが支持テーブルの左側に配置され、他の２つのアームが支持テーブルの右側に配置される。
【００６５】
典型的には、アクチュエータは、並進軸、典型的には垂直軸に沿った移動を実現するように構成される。典型的には、アクチュエータは、ワイヤソーのインゴット供給システム３００のフレーム３０５に提供されるガイドレール（図５での３６１参照）によって案内され、ここで、ガイドレールは、典型的には、切断方向の軸に沿って、特に垂直方向に配置される。また、アクチュエータは、例えば供給方向に垂直な別の方向に配置することもできる。さらに、アクチュエータは、それぞれが個別に移動することができるように構成される。したがって、アクチュエータ３５２を移動させることによって、アーム３４３と、支持テーブル３１２と、および支持テーブルに接続されたインゴット３１７とを、例えば取付けプレート３７６によって移動させることができる。
【００６６】
例えば、すべての３つのアクチュエータが同じ速度で同じ方向に移動しているとき、インゴットは、図６Ａの図で下方向に、特にワイヤソーのワイヤに向けて、典型的には切断方向の軸に沿って付勢される。アクチュエータの少なくとも１つが、他のアクチュエータに比べて異なる速度でおよび／または異なる方向に移動している場合、インゴットの回転移動を実現することができる。したがって、アクチュエータの互いに対する、およびレールに対する相対運動を使用して、切断面内、例えば図６Ａのｚ−ｘ平面内でインゴット３１７を移動させることができ、および／または、例えばワイヤ３２３の層に対してある角度を有するインゴット３１７の傾きを提供することもできる。
【００６７】
さらに、図６Ａに示されるように、支持テーブルは、典型的には、角柱形の部品を含み、角柱形の部品の矩形表面は、典型的には取付けプレート３７６を含むベース部分と、ベース部分とは反対側に位置された先端部分とを形成する。典型的には、３つのアーム３４３の１つが、角柱形の部品の先端部分に回転可能に接続され、他の２つのアームが、角柱形の部品のベース部分に、特に図６Ａに示されるようにベース部分の両側に回転可能に接続される。典型的には、角柱形の部品のベース部分に回転可能に接続された２つのアームの一方は、他方のアームに比べて大きな幅を有する。ここで、幅は、回転可能な接続の回転軸の方向によって定義される。したがって、運動学的メカニズム構造のより高い剛性を実現することができる。
【００６８】
さらに、本明細書で述べる供給システムの他の実施形態と同様に、図６Ａに例示される供給システムの実施形態は、ウエハの切断中に運動学的メカニズム構造に作用する力を測定するためのセンサ４０１、４０２、４０３、４０４を含む。典型的には、図６Ａに示されるセンサ４０１および４０２などセンサの一部を、パラレル運動学的メカニズム構造の各アーム３４３に提供することができる。代替として、センサ４０１、４０２、４０３、４０４は、Ｆ１、Ｆ２、およびＦ３によって例示的に示されるアーム３４３に伝達される力を測定することができるように構成および配置される。図６Ａに図示される実施形態では、角柱形の部品のベース部分に回転可能に接続された２つのアームの一方が、他方のアームに比べて大きな幅を有する。ここで、幅は、回転可能な接続の回転軸の方向によって定義される。より大きい幅を有するアームは、典型的には、２つ以上のセンサを含む。図６Ａには特に図示されていないが、センサは、ウエハ切断中に運動学的メカニズム構造に作用する力の垂直および水平力成分を測定するのに適した、運動学的メカニズム構造の他の位置に配置されることもある。例えば、力センサは、支持テーブル３１２および／または取付けプレート３７６および／または垂直スライドに提供することができる。
【００６９】
図６Ｂは、本明細書で述べる実施形態によるワイヤソーデバイスで利用することができるインゴット供給システムを含むワイヤソーデバイスの斜視図を示す。図６Ｂに例示的に図示されるように、供給システム３００は、直線運動学的メカニズム構造３５０と、運動学的メカニズム構造３５０による直線運動の生成のためのアクチュエータとして作用するモータ３１５と、運動学的メカニズム構造に作用する力を測定するための複数のセンサ４０１、４０２、４０３、４０４、４０５とを含む。典型的には、運動学的メカニズム構造に作用する力は、切断中に、インゴット３１７に作用する力を運動学的メカニズム構造に伝達することにより生じる。インゴットは、取付けプレート３７６など一時支持体によって支持テーブル３１２上にインゴットを取り付けることによって、運動学的メカニズム構造３５０に結合される。
【００７０】
図６Ｂに図示されるように、直線運動学的メカニズム構造３５０は、ねじの原理に基づく。特に、モータ３１５は、運動学的メカニズム構造のねじ軸を駆動させることができるように構成される。図６Ｂに例示的に図示されるように、ねじ軸は、対応するナットと係合し、ナットは、運動学的メカニズム構造のさらなる要素に接続され、このさらなる要素は、直線方向で移動することができるように配置される。典型的には、図６Ｂに示されるように、さらなる要素は、エルボー要素として構成される。エルボー要素は、ワイヤソーのフレームに接続され、それにより、典型的には切断方向の軸に沿った並進移動、典型的には垂直移動を実現することができる。典型的には、エルボー要素とフレームとの接続は、スライドメカニズムを使用することによって実現される。
【００７１】
一般に、ガイドレールは、ワイヤソーのフレーム３０５に装着することができ、対応するスライド要素（図示せず）は、運動学的メカニズム構造のさらなる要素、例えばエルボー要素に装着することができる。本明細書で述べる任意の実施形態によれば、ワイヤソーおよび／またはインゴット供給システムのフレームは、ミネラルキャスティングから形成される。ガイドレールは、典型的には、切断方向の軸に沿った運動学的メカニズム構造の案内移動を実現するために採用される。典型的には、少なくとも２つのガイドレールと、少なくとも２つのスライド要素、典型的には少なくとも４つのスライド要素とが使用される。図６Ｂに例示的に図示されるように、典型的には、ガイドレールは、切断方向で平行に配置される。典型的には、ねじ軸およびスライド要素は、運動学的メカニズム構造に作用する力、特に力の力成分を測定するためのセンサ４０１、４０２、４０３、４０４、４０５を設けられる。典型的には、スライド要素に提供されるセンサの一部は、切断中に運動学的メカニズム構造に作用する力の水平力成分（符号Ｆ１およびＦ２によって例示的に示される）を測定するように配置および構成される。それに対応して、典型的には、図６Ｂに例示されるセンサ４０５など少なくとも１つのセンサは、切断中に運動学的メカニズム構造に作用する力の垂直力成分（符号Ｆ３によって例示的に示される）を測定するように配置および構成される。図６Ｂに図示される実施形態によれば、垂直力を測定するためのセンサは、ねじ軸に提供される。図６Ｂには特に図示していないが、センサは、切断中に運動学的メカニズム構造に作用する力の垂直および水平力成分を測定するのに適した、運動学的メカニズム構造の他の位置に配置されることもある。例えば、力センサは、支持テーブル３１２および／または取付けプレート３７６および／またはガイドレールに提供することができる。
【００７２】
異なる代替形態によれば、切断ヘッドは、異なるインゴットサイズ（直径または正方形状）に適合するように、２つ、３つ、または４つのワイヤガイドを含むことができる。このことは、図７および図８を参照してより容易に理解することができる。図７は、３つのワイヤガイドシリンダ３２１、３２２、および８２１を備える実施形態を例示する。ワイヤは、スプール９からスプール９に供給され、それによりワイヤウエブ３１９を生成する。ワイヤ移動方向が、一方のスプールから他方のスプールへの２つの方向の任意の方向でよく、または両方向でもよいことに鑑みて、２つのスプールは、ワイヤウエブ、すなわち切断領域にワイヤを提供するか、それともワイヤウエブからワイヤを受け取るかについてのスプールの特性に関して、特定的には示されていない。図７で見ることができるように、ワイヤウエブ３１９の下に提供される空間８０１は、２つのワイヤガイドシリンダ３２１および３２２のみによって形成されるワイヤウエブに比べて、第３のワイヤガイドシリンダ８２１によって拡大される。したがって、より大きなインゴットサイズを鋸切断することができる。
【００７３】
図８は、４つのワイヤガイドシリンダ３２１、３２２、８２１、および８２２を備える実施形態を示す。ワイヤは、スプール９からスプール９に供給され、それによりワイヤウエブ３１９を生成する。上側ワイヤウエブ３１９の下に提供される空間８０１Ｂは、２つのワイヤガイドシリンダ３２１および３２２のみによって形成されるワイヤウエブに比べて、また、典型的には、３つのワイヤガイドシリンダによって形成されるワイヤウエブに比べても、第３および第４のワイヤガイドシリンダ８２１および８２２によって拡大される。したがって、より大きなインゴットサイズを鋸切断することができる。さらに、ワイヤガイドシリンダ８２１とワイヤガイドシリンダ８２２との間にさらなるワイヤウエブ８１９が提供される。それにより、さらなる作業領域を提供することができる。したがって、インゴットまたはワークピースは、上側ワイヤウエブ３１９および下側ワイヤウエブ８１９で鋸切断することができる。
【００７４】
上述したように、ミネラルキャスティングフレーム本体によってワイヤソーデバイスの構造部品、特に切断ヘッドのフレーム本体を提供する好ましい効果の１つは、鋳鉄の減衰特性の改良である。図９は、鋳鉄に関する第１のグラフ９０１と、ミネラルキャスティングに関する第２のグラフ９０２とを示し、フレーム本体の減衰を例示するために、数マイクロメートルの振動振幅が時間の関数として図示されている。どちらのグラフも同じ振幅スケールおよび同じ時間スケールを示す。ミネラルキャスティング曲線９０２の減衰は、鋳鉄曲線９０１の減衰よりもかなり速い振動振幅の減少をもたらすことが分かる。減少された振動レベルは、切断のより良い精度、したがってワイヤソーデバイスの歩留まりの改良をもたらす。なぜなら、例えば、減少された振動により、鋸切断されるウエハに関する公差をより容易に実現することができるからである。
【００７５】
本明細書で述べる実施形態によれば、ミネラルキャスティング材料を使用する利益の１つまたは複数は、以下のように提供することができる：切断プロセスは、機械構造およびワイヤウエブでの振動レベルの制御により改良することができる。このことは、フレーム本体および供給システムのフレームなどの機械構造部品での振動レベルを減少させるためにミネラルキャスティングの減衰特性を利用することによって、および／または振動監視を利用することによって実現することができる。例えば、ワイヤソーデバイスは、機械フレームに振動センサを含むことができる。図１０は、フレーム本体１１０を図示し、振動センサ１０５０が図示されている。このセンサは、フレーム本体１１０に提供することができ、またはフレーム本体１１０内に鋳造することができる。本明細書で述べる他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、フレーム本体の振動を監視するように構成された１つまたは複数の振動センサを提供することができる。
【００７６】
図１０は、ミネラルキャスティングフレーム本体内に含めることができるさらなる要素を図示する。本明細書で述べる他の実施形態と組み合わせることができる様々な実施形態によれば、これらの要素のうちの１つまたは複数を含めることができる。例えば、様々な空気導管１００２を提供することができる。追加または代替として、ワイヤハーネス用の管１００６をフレーム本体内に提供することができる。ワイヤハーネスを使用して、センサ、（例えばスラリ送達システム用の）弁、または他の構成要素を制御装置に接続することができる。さらなる追加または代替として、温度制御シールドに水を提供するために水パイプ１０４を提供することができる。これらの水パイプは、特に、ワイヤソーデバイスの動作中にアクセス熱を発生させることがある軸受に近い領域に水を案内することができる。本明細書で述べられる他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、プレート、流体パイプ、電気コネクタ、ワイヤハーネス管、空気導管、およびセンサからなる群から選択される少なくとも１つの要素が、フレーム本体内に鋳造される。
【００７７】
したがって、いくつかの実施形態は、ミネラルキャスティングの向上された鋳造の融通性（例えば、より複雑な形状、ならびに内部配管および／またはパイピング）を使用することができる。いくつかの実施形態は、発熱構成要素（例えば軸受）の近くに冷却構造および／または冷却デバイスを実装し、機械構造内の温度を安定化させる。
【００７８】
さらに、いくつかの実施形態は、通常の（金属）鋳造材料に比べて、より高い精度およびより厳密な公差を有するミネラルキャスティング製造方法を使用することができる。例えば、軸受ボックスボア同心性のより高い位置決め精度を実現することができる。
【００７９】
さらに、いくつかの実施形態は、ミネラルキャスティングの良好な減衰特性を使用することができ、ワイヤウエブによって誘発される高周波数振動を減少させることができる。また、機械の近くでの雑音レベルをほぼなくすことができる。
【００８０】
図１１は、ワイヤソーデバイスを製造する方法の一実施形態を例示する流れ図を示す。ステップ５０１で、温度制御シールドアレンジメントが鋳型内に提供される。ステップ５０２で、鋳型内で、少なくとも４つの開口を有する切断ヘッドのフレーム本体が鋳造され、キャスティングは、ミネラルフィラーおよびバインダを用いて行われる。ステップ５０３で、少なくとも４つの軸受ボックススリーブが、４つの開口にそれぞれ提供される。異なる実施形態では、軸受ボックススリーブが接着、圧入、または接着して圧入される。さらなる任意選択の実装形態によれば、フレーム本体を鋳造する前に、プレート、流体パイプ、電気コネクタ、およびセンサからなる群から選択される少なくとも１つの要素を鋳型内に配置することができる。
【００８１】
本明細書で述べた実施形態は、ミネラルキャスティングによって製造されるワイヤソーデバイスの構造部品に関連していた。特に、切断ヘッドのフレーム本体、インゴット供給システムのフレーム、または切断ヘッドとインゴット供給システム（上側切断ヘッド）との一体構成要素のフレーム本体は、ミネラルキャスティングによって提供することができる。典型的には、本明細書で述べる実施形態によれば、１つまたは複数の構造フレームをミネラルキャスティングによって提供することができる。それにより、例えば、１つまたは複数の温度制御シールドおよび軸受ボックススリーブと組み合わせてハイブリッド構造を提供することができる。
【００８２】
本明細書で述べる実施形態によれば、ワイヤソーデバイスは、ミネラルキャスティングから形成されるフレーム本体を有し、かつ軸受ボックススリーブおよび温度制御シールドを有する切断ヘッドを含む。異なる実装形態によれば、例えば、フレーム本体に４つの開口が存在することがある。それにより、２つのワイヤガイドシリンダに関して構成された実施形態が提供される。代替として、フレーム本体に６つの開口が存在することもある。それにより、３つのワイヤガイドシリンダに関して構成された実施形態が提供される。さらに、フレーム本体に８つの開口が存在することもある。それにより、４つのワイヤガイドシリンダに関して構成された実施形態が提供される。本明細書で述べる実施形態によれば、そのようなフレーム本体に、フレームを有するインゴット供給システムを設けることができる。インゴット供給システムのフレームと、切断ヘッドのフレーム本体とは別個でよく、またはそれらを一体形成することもできる。特に、インゴット供給システムのフレームが別個である実施形態に関して、切断ヘッド実装の実施形態の１つを、本明細書で開示されるインゴット供給システムの実施形態の１つと組み合わせることができる。様々なインゴット供給システムを、例えば、図３、図５、図６Ａ、および図６Ｂに関してより詳細に述べる。それにより、様々な組合せの選択肢を提供することによって、共通の構成要素に基づいて様々なワイヤソーデバイスを製造するためのモジュール性を提供することができる。それにより、さらなる実装形態として、ワイヤガイドシリンダの数の変更に加えて、またはその代替として、異なる長さのワイヤガイドシリンダを有する切断ヘッドおよび／またはインゴット供給システムを提供することもできる。
【００８３】
上の説明では、本発明のいくつかの実施形態を対象としたが、本発明の他のおよびさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく開発することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。
【符号の説明】
【００８４】
９  スプール
１００  ワイヤソーデバイス
１０２  開口
１０３  回転軸
１１０  フレーム本体
１２０  温度制御シールド
１３０  軸受ボックススリーブ
２２０−１、２２０−２  温度制御シールド
２５０  温度センサ
２５２  制御装置
２５３  弁
３００  インゴット供給システム
３０５  フレーム
３１５、３５２  アクチュエータアセンブリ
３１７  インゴット
３１８  鋸切断領域
３１９  ワイヤの層
３２１、３２２  ワイヤガイドシリンダ
３２３  ワイヤ
３２４、３２５  ワイヤ
３２６  供給スプール
３２７  巻取りスプール
３３１  スライス
３３２  鋸切断ギャップ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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