(57)【要約】      （修正有）【課題】ワイヤソーで用いられるワイヤのワイヤ張力のかく乱を減らすことができるワイヤソー装置のプーリとワイヤソー装置を提供する。【解決手段】ワイヤウェブを形成するワイヤを有するワイヤソー装置のために構成されたプーリ４００であって、プーリの軸４１０ａ周囲の車輪部４１０と、ワイヤを案内するための、車輪部の半径方向外側のワイヤ案内部４５５とを含み、車輪部の半径方向剛性は、車輪部のプーリの軸方向剛性よりも低い。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤウェブを形成しているワイヤを有するワイヤソー装置用に構成されたプーリ（４００）であって、
プーリの軸（４１０ａ）周囲の車輪部（４１０）と、
ワイヤを案内するため、車輪部の半径方向外側にあるワイヤ案内部（４５５）とを備え、
車輪部の半径方向剛性が、車輪部のプーリの軸方向剛性よりも低い、プーリ（４００）。
【請求項２】
車輪部（４１０）の半径方向外側部には、低い半径方向剛性を付与するように構成された構造（４３０）が配置される、請求項１に記載のプーリ（４００）。
【請求項３】
低い半径方向剛性を付与するように構成された構造（４３０）が、プーリの一体部、具体的には車輪部の一体部である、請求項１又は２に記載のプーリ（４００）。
【請求項４】
低い半径方向剛性を付与するように構成された構造（４３０）は、Ｓタイプ構造、Ｕタイプ構造、Ｏタイプ構造、又は泡状構造から成るグループから選択される少なくとも一つの構造である、請求項１から３のいずれか一項に記載のプーリ（４００）。
【請求項５】
低い半径方向剛性を付与するように構成された構造（４３０）は、ｋａｐ＜１００Ｎ／ｍｍ、具体的にはｋａｐ＜１０Ｎ／ｍｍ、さらに具体的にはｋａｐ＜１Ｎ／ｍｍの見かけ上の半径方向剛性ｋａｐを有し、見かけ上の半径方向剛性は、ｋａｐ＝Ｔ／［シータ（θ）（Ｒ０−Ｒ）］として定義され、この定義において、Ｔはワイヤ張力であり、シータ（θ）は前記プーリ上に巻かれた前記ワイヤの巻角度であり、Ｒ０は無負荷状態のプーリの半径であり、Ｒは負荷状態のプーリの半径である、請求項１から４のいずれか一項に記載のプーリ（４００）。
【請求項６】
低い半径方向剛性を付与するように構成された構造（４３０）はさらに、ワイヤに作用する減衰負荷の減衰特性を有し、具体的には、低い半径方向剛性を付与するように構成された構造（４３０）は、ゼータ＝０．０１、具体的にはゼータ＝０．１、さらに具体的にはゼータ＝０．２の下限値から、ゼータ＝０．５、具体的にはゼータ＝１．０、さらに具体的にはゼータ＝１．５の上限値までの値を有する減衰係数ゼータ（ζ）を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のプーリ（４００）。
【請求項７】
プーリが、プラスチック材料、具体的には熱可塑性材料、又は熱可塑性エラストマーでできている、請求項１から６のいずれか一項に記載のプーリ（４００）。
【請求項８】
熱可塑性材料が、アクリロニトリル−ブタジエン−スチロール（ＡＢＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチロール（ＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、及びポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなるグループから選択される少なくとも一つである、請求項７に記載のプーリ（４００）。
【請求項９】
熱可塑性エラストマーは、ポリアミド、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、熱可塑性コポリエステル、熱可塑性ポリアミド、エラストマーアロイ（ＴＰＥ−ｖ又はＴＰＶ）、ポリオレフィン混合物（ＴＰＥ−ｏ）及びスチレンブロック共重合体（ＴＰＥ−ｓ）からなるグループから選択される少なくとも一つである、請求項７に記載のプーリ（４００）。
【請求項１０】
プラスチック材料は導電性プラスチック材料を含み、具体的には、プラスチック材料は導電性繊維を含む、請求項７から９のいずれか一項に記載のプーリ（４００）。
【請求項１１】
プーリの慣性モーメントは、５．０＊１０−４ｋｇ＊ｍ２以下、通常３．５＊１０−４ｋｇ＊ｍ２以下である、請求項１から１０のいずれか一項に記載のプーリ（４００）。
【請求項１２】
プーリは射出成形プーリである、請求項１から１１のいずれか一項に記載のプーリ（４００）。
【請求項１３】
ワイヤウェブを形成するワイヤを有する半導体材料を切断するためのワイヤソー装置（１００）であって、ワイヤソー装置は、請求項１から１２に記載の少なくとも一つのプーリを備え、具体的には、ワイヤソー装置（１００）はさらに、ワイヤソー装置の本体と、電位でワイヤをバイアスするように適合された電圧源と、プーリの車輪部から本体までの導電路とを備える、ワイヤソー装置（１００）。
【請求項１４】
ワイヤソー装置における、請求項１から１２のいずれか一項に記載のプーリ（４００）の使用。
【請求項１５】
車輪部が、車輪部（４１０）の半径方向外側部に配置された低い半径方向剛性を付与するように構成された構造（４３０）を備え、
低い半径方向剛性を付与するように構成された構造（４３０）が、プーリの一体部、具体的には車輪部の一体部であり、
低い半径方向剛性を付与するための構造が、Ｓタイプ構造、Ｕタイプ構造、Ｏタイプ構造、又は泡状構造からなるグループから選択される少なくとも一つの構造であり、
プーリが、プラスチック材料、具体的には熱可塑性材料又は熱可塑性エラストマーでできている、請求項１に記載のプーリ（４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ワイヤソー装置用の、ワイヤソー装置におけるプーリと、ワイヤソー装置に関する。さらに具体的には、本発明の実施形態は、ワイヤソー装置用に構成されたプーリと、ブロック状のシリコン、サファイア、又は石英等の硬い材料を切断する、又はのこぎりで切るため、例えばシリコンウェハを切断するため、スクエアラのため、端切り器のため等のワイヤソー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン等の硬い材料片から、例えばブロック状、又はブリック状、薄い切片、例えば半導体ウェハ等を切断するためのワイヤソー装置が存在する。上記装置では、延伸ワイヤがスプールから供給され、切断エリアにワイヤを案内するためのプーリによって案内され、張力がかけられる。
【０００３】
現在、切断部の厚さを縮小し、無駄になる材料を減らすために、細いワイヤを使用する傾向がある。ダイアモンド製ワイヤの使用も所望されている。これら細いワイヤ及びダイアモンド製のワイヤはより損傷を受けやすく、高張力下ではワイヤがより簡単に壊れる可能性がある。さらに、ウェハ品質は切断されるワイヤの張力に直接つながっている。ワイヤ張力が高いほど、切断及びウェハ品質は上がる。したがって、細いワイヤを使用する傾向は、切断中のワイヤ張力の制御に課題をもたらす。
【０００４】
さらに、切断速度を上げて、ワイヤソー装置のスループットを改善することが所望されている。ウェブを通して対象物を移動させる最高速度、及びまた既定の時間内の最大有効切断エリアは、ワイヤ速度、のこぎりで切られる材料の堅さ、かく乱を起こす影響、所望の精度等を含む幾つかの要因によって制限される。さらに、例えば切断ワイヤの前後運動等の高加速及び減速を有するワイヤ運動プロファイルを用いる傾向により、上記加速及び減速がワイヤ張力をかき乱すため、切断中のワイヤ張力の制御に関する課題がさらに増大する。したがって、ワイヤソーで用いられるワイヤのワイヤ張力のかく乱を減らすことが所望される。
【発明の概要】
【０００５】
上記観点から、独立請求項によるワイヤウェブを形成しているワイヤと、ワイヤソー装置を有する、ワイヤソー装置、具体的には半導体材料の切断のために構成されたプーリが提供される。その他の利点、特徴、態様、及び詳細は、従属請求項、本明細書の説明及び添付図面から明らかである。
【０００６】
一実施形態によれば、ワイヤウェブを形成するワイヤを有するワイヤソー装置のために構成されたプーリが提供されている。このプーリは、プーリの軸周囲の車輪部、及びワイヤを案内するためのプーリの半径方向外側のワイヤ案内部とを含み、車輪部の半径方向剛性は、車輪部のプーリの軸方向剛性よりも低い。
【０００７】
さらなる実施形態によれば、ワイヤウェブを形成しているワイヤを有する、半導体材料を切断するためのワイヤソー装置が提供されている。ワイヤソー装置は、本明細書に記載される実施形態による少なくとも一つのプーリを有する。
【０００８】
さらなる態様によれば、ワイヤソー装置における、本明細書に記載される実施形態によるプーリの使用が提供されている。
【０００９】
さらなる実施形態によれば、ワイヤウェブを形成しているワイヤを有する、半導体材料を切断するためのワイヤソー装置用に構成されたプーリが提供されている。このプーリは、プーリの軸周囲の車輪部と、ワイヤを案内するためのプーリの半径方向外側のワイヤ案内部とを含み、車輪部の半径方向剛性は、車輪部のプーリの軸方向剛性よりも低い。車輪部は、車輪部の半径方向外側部に配置された低い半径方向剛性を付与するように構成された構造を含む。低い半径方向剛性を付与するように構成された構造は、前記プーリの、具体的には車輪部の一体部である。さらに、低い半径方向剛性を付与するための構造は、Ｓタイプ構造、Ｕタイプ構造、Ｏタイプ構造、又は泡状構造から成るグループから選択される少なくとも一つの構造である。プーリは、プラスチック材料、具体的には熱可塑性材料、又は熱可塑性エラストマーでできている。
【００１０】
さらに、本発明による実施形態は、記載された装置が動作する方法も対象とする。方法は、装置のあらゆる機能を実行する方法ステップを含む。
【００１１】
本発明の上記の特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、上で簡単に概説した本発明のより具体的な説明を得ることができる。添付の図面は本発明の実施形態に関連し、以下の記述において説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本明細書に記載される実施形態によるプーリの概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示すラインＡ−Ａに沿った、本明細書に記載される実施形態によるプーリの概略断面図である。
【図２】本明細書に記載される実施形態によるプーリの概略断面図である。
【図３】本明細書に記載される実施形態によるプーリの概略断面図である。
【図４】本明細書に記載される実施形態によるプーリの概略断面図である。
【図５】本明細書に記載される実施形態によるプーリの概略断面図である。
【図６】ワイヤがプーリに半径方向の力を働かせている状態にある、本明細書に記載される実施形態によるプーリの概略図である。
【図７】本明細書に記載される実施形態によるプーリの概略図である。
【図８】本明細書に記載される実施形態によるワイヤソー装置の概略図である。
【図９】本明細書に記載される実施形態によるワイヤソー装置のワイヤ管理システムの透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで、本発明の種々の実施形態が詳細に参照されることになり、その１つまたは複数の例が図示される。図面に関する以下の説明の中で、同じ参照番号は同じ構成要素を指している。下記において、個々の実施形態に関する違いのみが説明される。本発明の説明として各例が与えられるが、本発明を限定するつもりはない。さらに、１つの実施形態の部として図示または記載された特徴を、他の実施形態で使用し、または他の実施形態とともに使用して、別の実施形態を得ることができる。この説明は、そのような変更および改変を含むことが意図されている。
【００１４】
図１Ａ及び１Ｂには、本明細書に記載される実施形態によるプーリの概略図及び断面図が示される。プーリ４００は、プーリ軸４１０ａ周囲の車輪部４１０と、ワイヤを案内するためのプーリの半径方向外側部のワイヤ案内部４５５を含む。さらに、車輪部の半径方向剛性は、車輪部のプーリ軸方向剛性よりも低い。図１Ｂを例示として参照すると、車輪部の低い半径方向剛性は、例えば低い半径方向剛性を付与するように構成された構造４３０によって実現可能である。上記構造は例えば、図１Ｂに例示的に示すように、車輪部４１０の半径方向外側部に配置することができる。本明細書に記載される実施形態によれば、低い半径方向剛性を付与するように構成された構造４３０は、幾何学的構造（例：Ｓタイプ、Ｕタイプ、又はＯタイプ）、材料構造（例：泡状構造）、又はプーリの残りの部、特にプーリの車輪部よりも低い剛性を有する材料を含む構造であってよい。
【００１５】
本発明では、剛性は、変形に対して弾性体がもたらす抵抗の測定値として理解すべきである。本明細書に記載される実施形態によれば、本体、例えばプーリの本体の剛性は、ｋ＝Ｆ／δとして定義され、この定義において、Ｆは本体に加えられる力であり、δは変形変位、例えば力によって生じた本体の圧縮又は伸張である。
【００１６】
本明細書に記載されるその他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、プーリは、軸受部４１４を有する車輪部４１０を含むことができる。軸受部４１４は、２０００ｒｐｍ以上、又はさらに３０００ｒｐｍ以上、例えば２０００〜４０００ｒｐｍで使用できるベアリングを受けるように適合させることができる。ある実施形態によれば、図１Ａに例示的に示すように、例えば車輪部にスポーク構造が設けられるように、車輪部４１０に開口部４１２を設けることができる。これにより、重量がさらに低下し、したがって、プーリ４００の慣性モーメントが低下しうる。
【００１７】
図１Ｂに示すように、本明細書に記載される実施形態によれば、ワイヤ案内部４５５は、別々の構成要素であってよいタイヤ４５０を含むことができる。例えば、タイヤ４５０は、半径方向外側の車輪部に装着することができる。さらに、タイヤ４５０は、車輪部４１０に取り外し可能に接続することができうる。本明細書に記載されるその他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、タイヤ４５０は、ワイヤを案内するための一又は複数の溝を含む、プーリのワイヤ案内部を提供する。
【００１８】
図１Ｂに例示的に示すように、実施形態によれば、車輪部４１０は、プーリ軸４１０ａ周囲で回転するように構成される。車輪部はタイヤ担持部４２０を含むことができる。図１Ｂに示すように、溝４５２は、ワイヤをプーリ４００上で案内するために、ワイヤ案内部４５５、具体的には、タイヤ４５０に付与することができる。本明細書に記載される実施形態によれば、溝４５２は、図１Ｂの点線によって示される面４６２を画定する。プーリが回転している間、ワイヤがこの面４６２に案内される。したがって、本発明では、その平面４６２をワイヤ案内面と呼ぶ場合もある。
【００１９】
本明細書に記載されるその他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、プーリの車輪部４１０の低い半径方向剛性を付与するように構成された構造４３０は、プーリ４００との一体部であってよい。例えば、低い半径方向剛性を付与するように構成された構造４３０は、図１Ｂに例示的に示すように、外側車輪部の一体部であってよい。さらに、本明細書に記載されるその他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、タイヤ担持部４２０は、車輪部との一体部であってよい。本発明では、「一体部である」という用語は、「一体構造」のことを言っていると理解すべきである。本明細書に記載される実施形態によれば、上記一体構造は例えば、射出成形によって得ることができる。
【００２０】
本明細書に記載される実施形態によれば、プーリの車輪部に、プーリの車輪部の軸方向剛性と比べて低い半径方向剛性を提供するように構成された構造は、Ｓタイプ構造、Ｕタイプ構造、Ｏタイプ構造、又は泡状構造からなるグループから選択される少なくとも一つの構造である。図２に例示的に示すように、車輪部の低い半径方向剛性を提供するように構成された構造が車輪部４１０の一体化した部であってよく、前記構造４３０は、車輪部の軸方向剛性と比べて低い半径方向剛性を含む。例えば、構造４３０は、プーリの車輪部の残りの部よりも低い剛性を有する材料を含むことができる。加えて、又は代替的に、構造４３０は、車輪部の低い半径方向剛性を付与するように構成された泡状構造を含むことができる。
【００２１】
図３〜５は、構造４３０が異なる幾何学的構造によって形成される、本明細書に記載されるプーリの例示の実施形態を示す。図３は、車輪部の低い半径方向剛性を付与するように構成された構造がＵタイプ構造であるプーリの例示の実施形態を示す。図４は、車輪部の低い半径方向剛性を付与するように構成された構造がＳタイプ構造である例示の実施形態を示す。らに、図５は、が車輪部の低い軸方向剛性を付与するように構成されている構造がＯタイプ構造である例示の実施形態を示す。車輪部の軸方向剛性と比べて低い車輪部の半径方向剛性を付与するように構成された幾何学的構造を有するプーリを提供することによって、回転が滑らかでワイヤの振動を抑える簡単に作製可能なプーリが提供される。
【００２２】
本明細書に記載されるその他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、車輪部の軸方向剛性と比べて低い車輪部の半径方向剛性を付与するように構成された幾何学的構造、例えば図３〜５に示すＵタイプ構造、Ｓタイプ構造、及びＯタイプ構造を泡状構造と組み合わせることができる。低い半径方向剛性を付与するように構成された幾何学的構造と泡状構造との上記組み合わせは、例えば幾何学的構造を泡状構造と共に供給するすなわち、幾何学的構造が泡状構造を含む）ことによって実現することができる。あるいは、低い半径方向剛性を付与するように構成された幾何学的構造と泡状構造４３０ａとの組み合わせは、図４に例示的に示すように、幾何学的構造よりも半径方向にさらに外側の位置において、幾何学的構造４３０ｂの半径方向の位置に対する位置の車輪部に泡状構造を提供することによって、実現することができる。
【００２３】
低い半径方向剛性を付与するように構成された泡状構造と幾何学的構造の組み合わせを、図４に示すＳタイプ構造と関連させて例示的に説明したが、本明細書に記載される実施形態によれば、泡状構造を図３又は５にそれぞれ例示的に示すように、他の幾何学的構造、例えばＵタイプ構造、又はＯタイプ構造と組み合わせることも可能であることを理解すべきである。本明細書に記載されるその他の実施形態と組み合わせることができるさらなる任意的な実施形態によれば、車輪部の泡状構造を、幾何学的構造よりも半径方向にさらに内側の位置において、幾何学的構造４３０ｂの半径方向の位置に対する半径方向お位置に提供することができる。
【００２４】
本明細書に記載されるその他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、プーリの車輪部の軸方向剛性と比べて低いプーリの車輪部の半径剛性を付与するように構成された構造は、減衰負荷、具体的にはワイヤに作用する負荷変動の減衰特性を含む。実施形態によれば、低い半径方向剛性を付与するように構成された構造は、ゼータ＝０．０１、具体的にはゼータ＝０．１、さらに具体的には、ゼータ＝０．２の下限値から、ゼータ＝０．５、具体的にはゼータ＝１．０、さらに具体的にはゼータ＝１．５の上限値までの値を有する減衰係数ゼータ（ζ）を有しうる。したがって、回転が滑らかでワイヤの振動を低減させるプーリが提供される。
【００２５】
図６では、本明細書に記載される実施形態によるプーリを、負荷状態で、例えばワイヤ１０がプーリにワイヤ張力Ｔによって生じた半径方向の力Ｆを働かせている状態で示す。図６の参照番号４１１で示される点線は、プーリが無負荷状態にある時、具体的には、例えばワイヤに張力がかかっていない時に、ワイヤ１０がプーリに半径方向の力Ｆを働かせていない時のプーリの半径Ｒ０を示す。
【００２６】
図６を参照すると、実施形態によれば、ワイヤにワイヤ張力Ｔの張力がかかると、巻角度シータ（θ）でプーリに巻かれたワイヤ１０によってプーリに作用する半径方向力Ｆが生じる。本明細書に記載される他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、負荷状態では、プーリは、プーリの非負荷状態の半径Ｒ０よりも小さい半径Ｒを有しうる。本明細書で記載される実施形態によれば、非負荷状態のプーリの半径Ｒ０は、Ｒ０＝３５ｍｍ、具体的にはＲ０＝５０ｍｍ、具体的にはＲ０＝７５ｍｍの下限値からＲ０＝１００ｍｍ、具体的にはＲ０＝１２５ｍｍ、具体的にはＲ０＝１５０ｍｍの上限値までの範囲であってよい。実施形態によれば、ワイヤ張力によって生じたプーリに作用する半径方向力Ｆのため、プーリを△Ｒ＝Ｒ０−Ｒの半径方向収縮用に構成することができる。本明細書に記載される実施形態によれば、ワイヤ張力Ｔは、Ｔ＝５Ｎ、具体的にはＴ＝１０Ｎ、具体的にはＴ＝１５Ｎの下限値から、Ｔ＝１５Ｎ、具体的にはＴ＝２５Ｎ、具体的にはＴ＝３５Ｎの上限値までの範囲であってよい。例えば、１２０μｍの直径を有するワイヤのワイヤ張力ＴはＴ＝２８Ｎであってよい。一例によれば、１００μｍの直径を有するワイヤのワイヤ張力はＴ＝２０Ｎであってよく、８０μｍの直径を有するワイヤのワイヤ張力はＴ＝１２Ｎであってよく、７０μｍの直径を有するワイヤのワイヤ張力はＴ＝８Ｎであってよく、６０μｍの直径を有するワイヤのワイヤ張力はＴ＝６Ｎであってよい。
【００２７】
図６を参照すると、本明細書に記載される実施形態によれば、非負荷状態では、プーリに巻かれたワイヤ長Ｌ０は、Ｌ０＝θ・Ｒ０に対応し、θの単位はラジアンである。上に概説したように、本明細書に記載される実施形態によれば、プーリに巻かれたワイヤに張力がかかっている時にプーリは△Ｒ＝Ｒ０−Ｒによって半径方向に収縮しうる。したがって、プーリの負荷状態にプーリに巻かれたワイヤ長ＬはＬ＝θ・Ｒに対応し、θの単位はラジアンである。この結果、プーリに巻かれたワイヤ長△Ｌの、プーリの非負荷状態と負荷状態との間の差は、△Ｌ＝Ｌ０−Ｌ＝θ（Ｒ０−Ｒ）に対応する。巻角度シータ（θ）は、シータ（θ）＝９０°、具体的にはシータ（θ）＝１０５°、具体的にはシータ（θ）＝１２０°の下限値から、シータ（θ）＝１５０°、具体的にはシータ（θ）＝１８０°、具体的にはシータ（θ）＝２７０°までの上限値の範囲であってよい。
【００２８】
本明細書に記載される他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、プーリ、具体的にはプーリの車輪部は、ｋａｐ＝Ｔ／△Ｌとして定義される見かけ半径剛性を有しうる。実施形態によれば、θ＝１８０°の巻角度に対して、プーリ、具体的にはプーリの車輪部の見かけ半径剛性ｋａｐは、ｋａｐ＜１００Ｎ／ｍｍ、具体的にはｋａｐ＜１０Ｎ／ｍｍ、さらに具体的にはｋａｐ＜１Ｎ／ｍｍである。したがって、滑らかに回転し、ワイヤの振動を抑えるプーリが得られる。
【００２９】
本明細書に記載される実施形態によれば、プーリはプラスチック材料、具体的には熱可塑性材料又は熱可塑性エラストマーでできている。プラスチック材料でできたプーリを提供することで、例えば射出成形等によって簡単に製造することができる低価格のプーリが提供される。
【００３０】
プーリが熱可塑性材料でできている実施形態では、  熱可塑性材料は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチロール（ＡＢＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチロール（ＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、及びポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなるグループから選択される少なくとも一つである。あるいは、プーリが熱可塑性エラストマーでできている実施形態では、熱可塑性エラストマーは、ポリアミド、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、熱可塑性コポリエステル、熱可塑性ポリアミド、エラストマーアロイ（ＴＰＥ−ｖ又はＴＰＶ）、ポリオレフィン混合物（ＴＰＥ−ｏ）及びスチレンブロック共重合体（ＴＰＥ−ｓ）からなるグループから選択される少なくとも一つである。したがって、例えば射出成形等によって簡単に製造することができる低価格のプーリが提供される。
【００３１】
ある実施形態によれば、例えば３〜１０、通常６〜８の開口部４１２が車輪部に設けられている場合がある。プーリの車輪部に開口部４１２を設けることによって、慣性モーメントを低減することができる。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができるある実施形態によれば、プラスチック材料は、２．５ｇ／ｃｍ３以下、例えば２．０ｇ／ｃｍ３以下の密度を有する。さらに任意的な変形例では、プラスチック材料の密度は、１．５ｇ／ｃｍ3以下、例えば１．０ｇ／ｃｍ3〜１．５ｇ／ｃｍ3であってよい。したがって、さらなる代替態様又は任意的な態様として、慣性モーメントは５．０＊１０−４ｋｇ＊ｍ2以下、具体的には３．５＊１０−４ｋｇ＊ｍ2以下であってよく、及び／又は直径比重量は７３０ｇ／ｍ以下、典型的には５００ｇ／ｍ以下、さらに典型的には３００〜５００ｇ／ｍであってよい。この結果、プーリの慣性によりワイヤにさらに張力が生じかねない、特にワイヤソー装置の停止又は緊急停止の間のワイヤ破損確率が低下しうる。
【００３２】
上記のように、プーリの重量を例えば、アルミニウム製プーリと比較して３０〜６０％減らすことができる。ある実施形態によれば、プラスチック材料に埋め込まれた炭素繊維などの導電繊維によって、導電性を得ることができる。例えば、炭素繊維を充填したポリアミドを使用することができる。
【００３３】
本明細書に記載され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、プーリに含まれるプラスチック材料は、例えばダイアモンド製ワイヤを有するワイヤソー装置でのこぎり切断されるように適応した水性冷却剤、ポリエチレングリコール耐性である、及び／又はこれらの組み合わせであってよい。
【００３４】
ワイヤソー装置を通してワイヤを案内する共通プーリは、例えばアルミニウムなどの金属からできているため、ワイヤ破損検出システムに導電性が付与される。アルミニウム製プーリは、他の金属合金と比べて同等の低質量を有する。切断速度のアップ、さらに細いワイヤ、ワイヤ破損の迅速な検出、及び新種ワイヤ例えばダイアモンド製ワイヤの需要のさらなる増加により、またさらなる改善を図ることが望まれる。本明細書に記載される実施形態によれば、プーリは、導電性プラスチック材料でできている。したがって、質量及び、したがって慣性モーメントをさらに低減することができ、ワイヤ破損検出の導電性を得ることができ、整備及び／又は工程の間のワイヤの変形も低減することができる。したがって、慣性モーメントの低減、及び滑らかな回転を得ることができる一方、ワイヤ破損検出のための電流をプーリを通して流すことができる。
【００３５】
本明細書において説明される他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、プーリは導電性プラスチック材料を含む。例えば、プーリの車輪部は導電性プラスチックを含むことができる。ある実施形態によれば、導電性プラスチック材料は導電性熱可塑性材料、又は熱可塑性エラストマーである。導電性プラスチック材料の材料特性により、プーリの全体的な重量を削減するためのスポーク又は車輪部の開口部を有する車輪部を提供することによって、重量をさらに削減することが可能になる。
【００３６】
本明細書において説明され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、プラスチック材料は、繊維、特に導電繊維を含む合成ポリマー材料である。例えば、導電繊維は炭素繊維であってよい。炭素繊維により、プーリ、又は車輪部それぞれの剛性も増加しうる。
【００３７】
本明細書において説明され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、図１Ｂ、及び２〜５に例示的に示すタイヤ４５０は絶縁材料でできていてよい。タイヤ４５０は絶縁性があるため、図７に例示的に示すように電位でバイアスすることができるワイヤ１０は車輪部４１０から絶縁される。図７に示すように、電源４７０によってワイヤがバイアスされ、図７に示すように、破損が起こった後で車輪部４１０においてワイヤ１０の未処理端がプーリと接触している場合、測定装置４７２によって電流を検出することができる。
【００３８】
本明細書において説明される他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、質量中心はワイヤ案内面に位置づけすることができる。これは図１Ｂにおいて、計量器を象徴する矢印４６０によって示されている。質量中心はワイヤ案内面にあるため、図１Ｂに例示的に示す回転軸４６０にサポートされるプーリ４００のバランスが取れる。本明細書において説明される他の実施形態と組み合わせることができる幾つかのさらなる実施形態によれば、プーリ４００が、ワイヤが案内されるワイヤ案内面に対して完全にバランスが取れるように、車輪部は突出部４２２又は凹部（図示せず）を有することができる。例えば、突出部４２２でタイヤ担持部４２０を補うことができる。
【００３９】
本明細書に記載される実施形態によれば、開口部４１２のエッジ、タイヤを受ける部及び他の構造、例えばプーリの突出部及び凹部のエッジを円形にすることが  できる、又は例えば少なくとも１ｍｍ又は２〜５ｍｍ等の数ｍｍのエッジの曲率半径を有する丸いエッジを有することができる。これによりさらに重量を削減し、急速回転中のプーリの動作を改善することができる。加えて、このプロセスのスラリー、冷却流体、又はその他の固体粒子は、鋭角を有する対応形状に比べてプーリに沈殿しえない。
【００４０】
本明細書において説明される他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、図２を例示的に参照すると、プーリをシャフトに結合させるシャフトの差込部を得るための軸受部４１４を構成することができる。さらなる選択肢として、図２に例示的に示すように、プーリを、プーリが装着される軸中心線と一直線上に並べる位置合わせ開口部４１６を設けることができる。
【００４１】
上述したように、本明細書に記載される実施形態によるプーリは、ワイヤソー装置用に適合され、又は構成されており、ワイヤソー装置で使用することができる、及び／又はワイヤソー装置の一部であってよい。プーリは、１５０μｍ以下の厚さ、又は上述した他の任意の直径の厚さを有するワイヤを案内するために作られた溝構造を有することができる。高精度の切断、例えば１００μｍ以下の精度、あるいはさらに５０μｍ以下の精度を可能にするために、溝構造は、特にワイヤの直径と、切断プロセス用に設計されることに留意すべきである。
【００４２】
上記では、滑らかな回転がさらに改善され、振動の確率も低下しうる。プーリをプラスチック材料、例えば型で形成されたプラスチック材料からできたプーリを製造することにより、最適化設計と、プーリのバランス取り、及び製造コストの削減が可能になる。
【００４３】
図８は、本明細書に記載する実施形態によるワイヤソー装置１００の例示の実施形態を示す図である。ワイヤソー装置のハウジングは、点線１１２で示すように異なるエリアに分離させることができる。例えば、第１ハウジング部はワイヤウェブ区画部１１０を形成することができ、第２ハウジング部１１１は、ワイヤ管理システム３００、電気キャビネット１１４、第１タンク１２０、及び第２タンク１２４、及び第１ポンプ１２１及び第２ポンプ１２５を収納することができる。ワイヤ管理システムは、ワイヤウェブに向かってワイヤ１０を供給するように構成することができる。
【００４４】
図８に例示的に示すように、ワイヤをプーリ４００を介して案内し、ワイヤウェブを形成することができる。ワイヤウェブ区画部１１０のワイヤ１０によって形成されたワイヤウェブから分かるように、図８に示すシステムを使ってウェハを薄切りすることができる。のこぎり切断に使用されるワイヤは、研磨材とともに供給することができる。一つの選択肢として、研磨材をスラリーとして供給することができる。これは、切断される材料にワイヤが触れる直前に行うことができる。したがって、研磨材は、材料切断のためにワイヤによって切断位置まで運ばれる。別の選択肢として、研磨材をコーティングとともにワイヤに供給することができる。例えば、ダイアモンド粒子を例えばコーティングとともに、金属製ワイヤに供給することができ、ダイアモンド粒子はワイヤのコーティングに埋め込まれる。したがって、研磨材はワイヤに堅く結合される。
【００４５】
ワイヤソー装置の幾つかの実施形態によれば、第１タンク１２０は例えばワイヤソー装置がダイアモンド製ワイヤを使用して操作される場合に、未使用の冷却流体のために使用することができる、又はワイヤソー装置１００がワイヤと追加の研磨材を使用して操作される場合は例えば未使用の（新鮮な）スラリーのために使用することができる。第１ポンプ１２１は、冷却流体（又はそれぞれのスラリー）を切断エリアの所望の位置へ向けて送り込む。これは図８において導管１２２によって示される。使用済の冷却流体（又はスラリー）は導管１２６を通って戻り、第２ポンプ１２５によって第２タンク１２４の中へ送り込まれる。このような冷却流体又はスラリーが使用される場合、使用済の消耗流体を第１タンク１２０に再注入すれば再利用することができる。このため、異なる実施形態によれば、消耗流体の一部のみ、又は消耗流体すべてを再利用することができる、又は消耗流体を全く再利用することができないため、第１タンク１２０に再注入される。一例として、使用済の流体が送り込まれるタンクを選択的に選択するために、導管１２６に追加の弁が設けられる場合がある。別の実施形態によれば、使用済の流体の一部を第１タンク１２０に再注入するために、第２タンク１２４と第１タンク１２０との間の流体接続を提供することができる。異なる実施形態によれば、すでに上述したように、消耗流体は冷却流体又はスラリーであってよい。そのスラリーが使用された場合、スラリーはワイヤによって材料が切断される位置の冷却機能も持つ。
【００４６】
図８の点線によって示すように、電気キャビネット１１４は異なる構成要素の動作を制御する役割を果たすことができる。例えば、第１ポンプ１２１と第２ポンプ１２５の動作、供給スプール１３４と巻取りスプール１３８の回転を制御することができる。さらに、加えて、又は任意的に、第１タンク１２０と第２タンク１２４の充填レベルを測定することができ、各信号を制御ユニットに送ることができる。さらなる実施形態によれば、他の制御信号、及び監視信号を、電気キャビネット１１４へ、及び電気キャビネット１１４から送ることができる。例えば、スプールを駆動しているモータからの信号、スラリーや冷却流体等の消耗流体を送るための圧力信号、又はワイヤ破損検出信号を、電気キャビネットへ、及び電気キャビネットから送ることができるワイヤソー装置１００と一体化した電気キャビネット１１４を図８に示す。電気キャビネット又は制御ユニットをワイヤソー装置の異なる位置、例えばワイヤソー装置の外側にも設けることができ、制御ユニットから／への対応する制御信号を必要に応じて供給することができることは、当業者に明らかである。
【００４７】
本明細書において説明される他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、ワイヤを供給スプール１３４上に供給することができる。図８に例示的に示すように、実施形態によれば、ワイヤは複数のプーリ４００を介してワイヤウェブ区画部１１０の中に案内され、切断エリアにワイヤウェブが形成される。切断の後で、ワイヤは別のプーリによってワイヤ管理システム３００の方に向けて案内され、このシステムにおいてプーリを介して巻取りスプール１３８へ供給される。実施形態によれば、ワイヤはワイヤ管理システム３００からワイヤ切断エリアへ案内され、１０ｍ／秒以上、典型的には１５〜２０ｍ／秒の範囲、又は最大２５〜４０ｍ／秒のワイヤ速度で戻ってくる。
【００４８】
本明細書に記載され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、ワイヤ管理システム３００は、一方向においてワイヤが供給スプール１３４から巻取りスプール１３８まで送られ、別方向においてワイヤが巻取りスプール１３８から供給スプール１３４まで送られる、双方向の使用に適合させることができる。ダイアモンド製ワイヤが使用される場合、ワイヤソー装置の双方向の使用は特に興味深いものである。
【００４９】
異なる実施形態によれば、ワイヤソー装置はクロッパ、スクエアラ、ワイヤソー、又は複数のワイヤソーであってよい。クロッパは、スクエアラにおいてレンガ状に分離されたレンガ状又はブロック状から末端部をのこぎり切断するために使用することができる装置として理解すべきである。スクエアラは、ワイヤソー又は複数のワイヤソーがウェハ作製プロセスにおいてレンガ状からウェハをのこぎり切断することができるように、シリコンインゴットを所望の大きさの四角形にのこぎり切断するワイヤソーである。本明細書のワイヤ管理システムは、スクエアラであるワイヤソー装置に特に有用であるが、スクエアラに限定されない。
【００５０】
図９は、本明細書に記載されるプーリの実施形態を用いることができる、実施形態によるワイヤ管理システム３００の斜視図である。図９の例示の実施形態は、スプールシャフト３１０ａに装着された供給スプール１３４を含み、プーリ３２０ａ、３３０ａ、３１５ａ及び３２５ａはワイヤを具体的にはワイヤウェブ区画部へ案内するように配置される。図９に示すワイヤ管理システムの例示の実施形態によれば、スプールシャフト３１０ｂに装着された巻取りスプール１３８を設けることができ、プーリ３２０ｂ、３３０ｂ、３１５ｂ及び３２５ｂは、ワイヤウェブ区画部から巻取りスプール１３８までワイヤを案内するように配置される。
【００５１】
さらに、図９に例示的に示すように、ワイヤ管理システムは、供給スプール１３４を介して所望の位置にプーリ３２０ａを位置決めするように構成されたプーリ移動装置３２４ａを含むことができる。したがって、ワイヤ管理システムは、巻取りスプール１３８を介して所望の位置にプーリ３２０ｂを位置決めするように構成されたプーリ移動装置３２４ｂをさらに含むことができる。プーリ移動装置３２４ａ、３２４ｂは、引込可能な又は伸縮自在の棒として構成することができる。引込可能な又は伸縮自在の棒は、スプール軸に平行する棒の軸に沿って長手方向に移動可能であってよい。図９に例示的に示すように、プーリ移動装置３２４ａ、３２４ｂを、ワイヤソー装置の主要フレーム部の壁部に装着することができる。
【００５２】
実施形態によれば、ワイヤソーは、少なくとも一つのプーリ、具体的には複数のプーリ、例えば本明細書に記載されるプーリの実施形態によるすべてのプーリを含むことができる。細いワイヤ、又はコーティング、例えばダイアモンドのコーティングを有するワイヤが使用される場合、本明細書に記載される実施形態によるプーリとワイヤソー装置は特に有用である。したがって、本明細書に記載される他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、本明細書に記載されるワイヤ管理システム及びワイヤソー装置は約１５０μｍ未満の直径、例えば約１００〜１５０μｍ、具体的には約５０〜１５０μｍ、さらに具体的には約５０〜１００μｍ、例えば１２０μｍの直径等の直径を有する細いワイヤ用に適合される。他の場合には、実施形態は、例えば１００μｍ、８０μｍ、７０μｍ、又は６０μｍの小さいワイヤ直径を有することもできる。
【００５３】
さらに、本明細書に記載されるワイヤ管理システムとワイヤソー装置は、コーティングされたワイヤ、例えばダイアモンド粒子が埋め込まれたニッケルのコーティングを有するワイヤ用に適合される。上記ワイヤは、約１５０μｍ未満の直径、例えば約１００〜１５０μｍ、具体的には約５０〜１５０μｍ、さらに具体的には約５０〜１００μｍ、例えば１２０μｍの直径等の直径を有しうる。他の場合には、実施形態は、例えば１００μｍ、８０μｍ、７０μｍ、又は６０μｍの小さいワイヤ直径を有することもできる。これらのワイヤにおいて、ワイヤのねじれにより、ワイヤの破損、又はコーティングの損傷の危険性が増加する可能性があるため、ねじれが起こらない工程は有利である。ダイアモンド製ワイヤを使用することによって、スループットを２倍又はそれ以上に増加させることができる。ダイアモンド製ワイヤが使用される場合、ワイヤソーの別のパーツをダイアモンド製ワイヤに適合させることができる。例えば、機械パーツ、電気パーツ、及び／又はソフトウェアをダイアモンド製ワイヤの使用に適合させることができる。ダイアモンド製ワイヤが使用される場合、ワイヤソーの別のパーツをダイアモンド製ワイヤに適合させることができる。例えば、機械パーツ、電気パーツ、及び／又はソフトウェアをダイアモンド製ワイヤの使用に適合させることができる。
【００５４】
上述したように、複数のプーリが本明細書に記載されるワイヤソー装置に使用される。これに関しては、より速い切断速度、及びより速いワイヤ速度、より細いワイヤ、又は異なる種類のワイヤ、例えばダイアモンド製ワイヤ、及び顧客の施設における装置制御の改善が所望されることを考慮しなければならない。のこぎり切断工程の間、プーリは、その各軸の周囲で１５００ｒｐｍを超える回転速度で回転することができる。幾つかの実施形態によれば、プーリは、２０００ｒｐｍ以上、又はさらに３０００ｒｐｍ以上、例えば２０００〜４０００ｒｐｍの回転速度が可能であることによってワイヤソー装置用に適合される。例えば、緊急停止の間、ワイヤソー装置はできるだけ早く停止する必要がある。したがって、プーリの慣性、つまりプーリの慣性モーメントにより、プーリの回転は直ちに停止しない。プーリがさらに回転するために、ワイヤに有害な張力がかかり、ワイヤの破損が起こる可能性がある。
【００５５】
さらに、本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、上記ワイヤの破損は下記のように検出することができる。ワイヤに、約２０〜１２０Ｖ、例えば３０〜６０Ｖの絶対値を有する電位でバイアスをかける。したがって、ワイヤと残りのワイヤソー装置の構成要素、例えばハウジング、メインフレーム、ポリス、ハウジング部、キャビネットのドア等との間に電圧が生じる。例えば、これらのさらなる構成要素は地表電位であってよい。ワイヤが破損した場合、ワイヤの未処理端がワイヤソー装置の構成要素の一つ、例えば本明細書に記載される導電性プラスチック材料を含むプーリに接触する。ワイヤとワイヤソー装置との間の電圧は電流となる。したがって、ワイヤ破損検出システムは、上記電流の存在を監視し、上記電流が検出された場合にワイヤの破損を検出することができる。
【００５６】
本明細書に記載される実施形態によれば、上述したいずれかの実施形態による少なくとも一つのプーリを有するワイヤソー装置が提供される。任意的な一態様によれば、ワイヤソーに採用される複数のプーリは基本的に同じ慣性モーメントを有する。例えば、プーリの慣性モーメントの互いとの差は、１０％、又は５％を超えない。典型的には、異なる実装態様によれば、ワイヤソー装置は、ワイヤソー、複数のワイヤソー、スクエアラ、及びクロッパから成るグループから選択される要素であってよい。本明細書に記載され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、ワイヤソー装置はさらに、ワイヤソー装置の本体、電位でワイヤにバイアスをかけるように適合された電圧供給源、及びプーリの車輪部から本体までの導電路を含むことができる。したがって、本明細書に記載されるワイヤソー装置の幾つかの実施形態は、上述したようにワイヤの破損を検出するように構成される。
【００５７】
以上の説明は本発明の実施形態を対象としているが、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追加の実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。
【符号の説明】
【００５８】
１０    ワイヤ
１００    ワイヤソー装置
１１０    ワイヤウェブ区画部
１１１    第２ハウジング部
１１２    分離線
１１４    電気キャビネット
１２０    第１タンク
１２１    第１ポンプ
１２２    導管
１２４    第２タンク
１２５    第２ポンプ
１２６    導管
１３４    供給スプール
１３８    巻取りスプール
３００    ワイヤ管理システム
３１０ａ    スプールシャフト
３１０ｂ    スプールシャフト
３１５ａ    プーリ
３１５ｂ    プーリ
３２０ａ    プーリ
３２０ｂ    プーリ
３２４ａ    プーリ移動装置
３２４ｂ    プーリ移動装置
３２５ａ    プーリ
３２５ｂ    プーリ
３３０ａ    プーリ
３３０ｂ    プーリ
４００    プーリ
４１０    車輪部分
４１０ａ    プーリ軸
４１１    ワイヤがプーリに半径方向の力を働かせていない時のプーリの半径
４１２    開口部
４１４    軸受部分
４１６    位置合わせ開口部
４２０    タイヤ担持部分
４２２    突出部
４３０    構造
４３０ａ    泡状構造
４３０ｂ    幾何学的構造
４５０    タイヤ
４５２    溝
４５５    ワイヤ誘導部分
４６０    回転軸
４６２    ワイヤ誘導面
４７０    電源
４７２    測定装置
Ｔ    ワイヤ張力
Ｆ    半径方向の力
Ｒ    非負荷状態の半径よりも小さい半径
Ｒ０    非負荷状態の半径
θ    巻角度
【図１Ａ】
2015208855.tif 000003
【図１Ｂ】
2015208855.tif 000004
【図２】
2015208855.tif 000005
【図３】
2015208855.tif 000006
【図４】
2015208855.tif 000007
【図５】
2015208855.tif 000008
【図６】
2015208855.tif 000009
【図７】
2015208855.tif 000010
【図８】
2015208855.tif 000011
【図９】
2015208855.tif 000012
【外国語明細書】
2015208855000001.pdf
2015208855000002.pdf
2015208855000003.pdf
2015208855000004.pdf