(57)【要約】【課題】半導体材料を切削するワイヤソー装置を提供すること。【解決手段】このワイヤソー装置は、第１のワイヤ張力を第２のワイヤ張力に変化させるように適合された張力変更装置を含む。張力変更装置は、回転軸および複数の溝を含む第１のガイドローラであり、それらの複数の溝が、第１のガイドローラの外周面に形成されている第１のガイドローラと、複数の溝を含む第２のガイドローラであり、それらの複数の溝が、第２のガイドローラの外周面に形成されている第２のガイドローラとを含む。第１のガイドローラと第２のガイドローラは、互いから固定された距離だけ離れている。第２のガイドローラは、第１のガイドローラの回転軸の周りをピボット回転可能である。【選択図】図１ａ
2015050460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料を切削するワイヤソー装置（１００）であって、
第１のワイヤ張力を第２のワイヤ張力に変化させるように適合された張力変更装置（１）
を備え、前記張力変更装置（１）が、
回転軸（４５）および複数の溝（１１５）を含む第１のガイドローラ（１５）であり、前記複数の溝（１１５）が、前記第１のガイドローラ（１５）の外周面に形成されている第１のガイドローラ（１５）と、
複数の溝（１２５）を含む第２のガイドローラ（２５）であり、前記複数の溝（１２５）が、前記第２のガイドローラ（２５）の外周面に形成されている第２のガイドローラ（２５）と
を含み、
前記第１のガイドローラ（１５）と前記第２のガイドローラ（２５）が、互いから固定された距離（Ｌ）だけ離れている
ワイヤソー装置（１００）。
【請求項２】
前記第２のガイドローラ（２５）が、前記第１のガイドローラ（１５）の前記回転軸（４５）の周りをピボット回転可能であり、好ましくは、前記第１のガイドローラ（１５）と前記第２のガイドローラ（２５）が接続アーム（３５）によって接続されている、請求項１に記載のワイヤソー装置。
【請求項３】
前記第１のガイドローラ（１５）と前記第２のガイドローラ（２５）が接続アームによって、特に、固定された位置にある前記第１のガイドローラの軸および前記第２のガイドローラの軸で、接続されている、請求項１に記載のワイヤソー装置。
【請求項４】
前記第１のワイヤ張力と前記第２のワイヤ張力の差が少なくとも５Ｎ、任意には少なくとも１０Ｎ、任意には少なくとも１５Ｎである、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のワイヤソー装置。
【請求項５】
前記第１のガイドローラ（１５）と前記第２のガイドローラ（２５）のうちの少なくとも一方のガイドローラが円筒形の胴体を有し、前記円筒形の胴体が、任意には１０ｃｍから２５ｃｍの範囲の直径（１４、２４）、任意には１５ｃｍから２０ｃｍの間の範囲の直径（１４、２４）を有する、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のワイヤソー装置。
【請求項６】
前記第１のガイドローラ（１５）と前記第２のガイドローラ（２５）のうちの少なくとも一方のガイドローラがアクチュエータ（１６）によって駆動される、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のワイヤソー装置。
【請求項７】
前記第１のワイヤ張力および前記第２のワイヤ張力のうちの少なくとも一方のワイヤ張力を測定する感知装置（１０、２０）と前記第２のガイドローラ（２５）の位置を測定する位置センサ、のうちの少なくとも一方をさらに備える、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のワイヤソー装置。
【請求項８】
測定されたワイヤ張力データに基づいて前記張力変更装置（１）を制御するコントローラ（３０）をさらに備える、請求項７に記載のワイヤソー装置。
【請求項９】
前記複数の溝が最大３０本の溝を含む、請求項１ないし８のいずれか一項に記載のワイヤソー装置。
【請求項１０】
前記溝が、１本の溝の中心から隣接する溝の中心までのピッチであって、１ｍｍから５ｍｍの間の範囲のピッチを有する、請求項１ないし９のいずれか一項に記載のワイヤソー装置。
【請求項１１】
前記第１のワイヤ張力が最大１０Ｎの範囲にあり、前記第２のワイヤ張力が少なくとも１５Ｎの範囲にある、および、
前記第２のワイヤ張力が最大１０Ｎの範囲にあり、前記第１のワイヤ張力が少なくとも１５Ｎの範囲にある、
のうちの少なくとも一方である、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のワイヤソー装置。
【請求項１２】
前記第１のガイドローラ（１５）と前記第２のガイドローラ（２５）のうちの少なくとも一方のガイドローラが円錐形の胴体を有し、好ましくは、前記第１のガイドローラと前記第２のガイドローラの両方が円錐形の胴体を有する、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のワイヤソー装置。
【請求項１３】
前記第１のガイドローラと前記第２のガイドローラのうちの少なくとも一方のガイドローラが、第１の端部（３０２）の第１の直径（４１０）および第２の端部（３０３）の第２の直径（３１０）を有し、前記第１の直径（４１０）が、少なくとも１ｍｍ、任意には少なくとも２ｍｍ、前記第２の直径（３１０）よりも大きい、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載のワイヤソー装置。
【請求項１４】
直径が、前記円錐形の胴体の長手方向に沿って前記第１の端部（３０２）から前記第２の端部（３０３）まで一定に増大する、請求項１３に記載のワイヤソー装置。
【請求項１５】
前記第１のガイドローラ（１５）の前記溝（１１５）と前記第２のガイドローラ（２５）の前記溝（１２５）のうちの少なくとも一方の溝が平行に配列されており、好ましくは、前記第１のガイドローラ（１５）と前記第２のガイドローラ（２５）のうちの少なくとも一方のガイドローラの溝（１１５、１２５）の数が最大３０巻きである、請求項１ないし１４のいずれか一項に記載のワイヤソー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、半導体材料を切削するワイヤソー装置に関する。さらに、本開示の実施形態は、半導体材料を切削するワイヤソー装置のワイヤ張力を、変化させ、調整する張力変更装置（ｔｅｎｓｉｏｎ  ｍｏｄｉｆｉｅｒ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤソーは、シリコンなどの硬い材料の材料片からブロックまたは塊（ｂｒｉｃｋ）を薄いスライス、例えば半導体ウエハへと切削するのに使用されている。このような装置では、ワイヤがスプール（ｓｐｏｏｌ）から供給され、とりわけワイヤガイドによって案内され、ぴんと張られる。のこ引き（ｓａｗｉｎｇ）に使用されるワイヤは研磨材が供給される。１つの選択肢として、この研磨材をスラリとして供給することができる。研磨材は、切削する材料にワイヤが触れる直前に供給することができる。それにより、研磨材は、材料を切削するワイヤによって切削位置へ運ばれる。他の選択肢として、例えばダイヤモンド粒子でコーティングされたワイヤである、いわゆる「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の表面に研磨材を貼り付けることもできる。例えば、コーティングを有する金属ワイヤの表面にダイヤモンド粒子を貼り付けることができ、このとき、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、研磨材はワイヤにしっかりと結合する。
【０００３】
とりわけワイヤガイドによって、ワイヤは案内され、ワイヤの張力は維持される。これらのワイヤガイドは合成樹脂の層で覆われており、ワイヤガイドには、非常に正確な形状寸法およびサイズを有する平行な複数の溝が刻まれている。それらのワイヤガイドの周りにワイヤが巻き付けられ、同時に、平行に（文献によってはこれが「螺旋状に」と誤って記述されていることがある）配列されたこれらの溝の中にワイヤが案内され、それによってウエブ（ｗｅｂ）またはワイヤウエブを形成する。
【０００４】
のこ引きプロセスの間、ワイヤは、かなりの速度で移動する。ウエブは、支持梁またはのこ引きする材料片を保持している支持体の進行方向とは逆方向の力を発生させる。のこ引き時には、のこ引きする材料片を移動させてワイヤウエブに通す。この移動の速度が、切削速度および／または所与の時間の間にのこ引きすることができる有効切削面積を決定する。
【０００５】
この切削プロセスでは、十分なスループット、精度などを保証するためワイヤはある程度の張力を有する必要がある。材料片を移動させてウエブに通すための最大ワイヤ張力は、ワイヤ速度、のこ引きする材料の硬さ、外乱の影響、所望の精度など、いくつかの因子によって制限される。ワイヤのこ引き中のいくつかのプロセスは高いワイヤ張力を必要としない。このようなプロセスは例えば、実際に切削が行われる前または後に必要なプロセスである。このようなプロセスには、ワイヤを切削エリアへ供給するためまたは使用済みのワイヤを切削エリアから巻き取るために、ワイヤを保持しているワイヤスプールの準備をすることが含まれることがある。
【０００６】
のこ引きスループット、のこ引き速度、および、のこ引き品質が少なくとも一定に保たれ、同時に費用が引き下げられることは当技術分野の関心事である。提示されたこの状況が、のこ引きプロセス全体の費用低減を可能にする本明細書に開示された主題につながった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のことを考慮して、本開示は、当技術分野の欠点のうちの少なくとも一部の欠点を解決するワイヤソー装置を提供する。この目的は、ワイヤソー装置独立請求項による半導体材料を切削するワイヤソー装置によって少なくともある程度まで達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
諸態様によれば、半導体材料を切削するワイヤソー装置が提供される。このワイヤソー装置は、第１のワイヤ張力を第２のワイヤ張力に変化させるように適合された張力変更装置を含む。張力変更装置は、回転軸および複数の溝を含む第１のガイドローラであり、それらの複数の溝が、第１のガイドローラの外周面に形成されている第１のガイドローラと、複数の溝を含む第２のガイドローラであり、それらの複数の溝が、第２のガイドローラの外周面に形成されている第２のガイドローラとを含む。第１のガイドローラと第２のガイドローラは、互いから固定された距離だけ離れている。
【０００９】
いくつかの実施形態によれば、第２のガイドローラが、第１のガイドローラの回転軸の周りをピボット回転可能である。他の実施形態では、第２のガイドローラに対する第１のガイドローラの相対位置が一定である。
【００１０】
いくつかの実施形態によれば、第１のガイドローラと第２のガイドローラのうちの少なくとも一方のガイドローラが円錐形状で提供される。特に、第１のガイドローラと第２のガイドローラの両方が円錐形状で提供されてもよい。
【００１１】
本明細書の他の実施形態によれば、本明細書に記載された張力変更装置でワイヤソー装置を改良する方法が提供される。
【００１２】
本開示のその他の態様、利点および特徴は、従属請求項、本説明および添付図面から明白である。
【００１３】
上に挙げた本発明の諸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、上に概要を示した本発明のより具体的な説明が得られる。添付図面は本開示の実施形態に関するものであり、以下に添付図面の説明を記す。図面には実施形態が示されており、以下では、それらの実施形態を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１ａ】および
【図１ｂ】本明細書に記載された実施形態によるワイヤソー装置の概略透視側面図である。
【図２】本明細書に記載された実施形態によるワイヤソー装置の概略透視上面図である。
【図３】本明細書に記載された実施形態によるワイヤソー装置の一部分の概略図である。
【図４】本明細書に記載された実施形態によるワイヤソー装置の一部分の透視正面側面図である。
【図５】本明細書に記載された実施形態によるワイヤソー装置の一部分の概略側面図である。
【図６】本明細書に記載された実施形態による張力変更装置を含むワイヤソー装置の一部分の概略側面図である。
【図７】本明細書に記載された実施形態による張力変更装置の例示的なガイドローラの概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明のさまざまな実施形態を詳細に参照する。図には、それらの実施形態の１つまたは複数の例が示されている。以下の図面の説明では、同じ参照番号が同じ構成要素を指す。本開示では、個々の実施形態に関する相違点だけを記載する。それぞれの例は、本発明の説明として示すものであり、本発明を限定することを意図したものではない。また、１つの実施形態の部分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。本説明は、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。
【００１６】
以下の説明では、「ワイヤソー」または「ワイヤソー装置」を、クロッパ（ｃｒｏｐｐｅｒ）、スクエアラ（ｓｑｕａｒｅｒ）、ウエハ切削ワイヤソーなどの半導体材料を切削する装置として理解することができる。
【００１７】
用語「張力変更装置」は、ワイヤソー装置のワイヤ張力を変化させ、ワイヤソー装置のワイヤ張力を調整するように適合されたアレンジメント（ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）と定義される。言い換えると、本明細書では張力変更装置が、ワイヤ張力を変化させ、同時にワイヤ張力を調整するように適合されていると理解される。このことの意味については後により詳細に説明する。
【００１８】
本開示では、用語「変化させる」が、半導体材料を切削するワイヤソー装置のワイヤ張力を変化させる動作、すなわちワイヤ張力を桁をまたいで増大または低下させる動作として理解される。例えば、張力変化は、１０Ｎ未満、または８Ｎ未満などの張力から１０Ｎより大きい張力へとすることができる。例えば、２から８Ｎの間の張力から、１５Ｎなど１０から２０Ｎの間の張力、または２８Ｎなど２２Ｎから３２Ｎの間の張力に張力を変化させることができる。
【００１９】
動作時、張力変更装置は特に、常に同じ方向に張力を変化させることができる。例えば、張力変更装置に入るワイヤのワイヤ張力を、張力変更装置から出るワイヤのワイヤ張力よりも桁をまたいで低くし、または高くすることができる。
【００２０】
諸態様によれば、ワイヤが次の一巻きの溝へ進むごとに、張力変更装置の第１のガイドローラおよび第２のガイドローラの溝の中で案内されるワイヤのワイヤ張力が次第に増大または低減する。典型的には、ワイヤと溝の間に摩擦を発生させることなくこのワイヤ張力の増大または低下が実行されるように、張力変更装置は動作される。
【００２１】
張力変更装置は、（後により詳細に説明されるような）従来の供給スプール上のワイヤのワイヤ張力を、切削ゾーンで実際に切削するのに必要なワイヤ張力に変化させること、および／または、切削ゾーンにおけるワイヤ張力を、使用済みのワイヤを巻取りスプールに巻き取るために所望のワイヤ張力に変化させることができる。その結果、半導体材料を切削するのに必要な張力よりも小さな張力の下で、スプール上のワイヤ、例えば供給スプールおよび巻取りスプール上のワイヤを繰り出し／巻き取ることができる。
【００２２】
加えて、本開示に基づく張力変更装置はワイヤ張力を調整するように適合されている。ワイヤ張力を調整することは、張力を一定に保つためにワイヤ張力を小さな変化によって適合させることと定義することができる。典型的には、張力変更装置のこの調整動作が、１つまたは複数のアクチュエータによって能動的に実行される。これについては後により詳細に説明する。しかしながら、いくつかの実施形態では、この調整動作が反動的に実行され得る。
【００２３】
張力変更装置に含まれる１つまたは複数のアクチュエータを測定されたワイヤ張力に従って制御する制御装置によって、能動調整動作を誘起することができる。
【００２４】
本開示の諸態様によれば、特に第２のガイドローラが第１のガイドローラの回転軸の周りをピボット回転可能である実施形態では、この張力変更装置を、実際の切削動作またはワイヤの巻取りプロセスに対する所望のワイヤ張力を一定に保つように適合することができる。張力変更装置は特に、ワイヤ張力の張力変動を補償するように適合される。このような張力変動は例えば、切削プロセスの摂動によって、ワイヤガイドなどの回転要素の慣性によって、特にワイヤソー装置が前進および後退する場合に起こることがある。このような摂動は、ワイヤ張力の変化、ワイヤの振動などによっても起こることがある。
【００２５】
本明細書に記載された張力変更装置は、ワイヤソー装置に対する付加装置として、またはワイヤソー装置に組み込むことができる装置として理解することができる。張力変更装置をワイヤソー装置の一部とすることができる。したがって、本開示は、本明細書に開示された張力変更装置で既存のワイヤソー装置を改良することも対象とする。
【００２６】
本開示では、のこ引きプロセスが切削プロセスに対応する。したがって、適当な全ての文法的活用形を含む動詞「のこ引きする」は、適当な全ての文法的活用形を含む動詞「切削する」と同じ意味を有するものとして使用される。
【００２７】
本開示では、用語「切削方向」が、切削プロセス中に切削が進行する方向と定義される。本開示では、切削方向が垂直方向として記述される。
【００２８】
本開示では、ワイヤソーを動作させるこれらの方法を、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互いに関係づけられた複数のコントローラによって実施することができ、本開示ではそれらのコントローラが、ワイヤソーの対応する構成要素と通信するＣＰＵ、メモリ、ユーザインタ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、ワイヤ破断検出ユニット、ワイヤ追跡装置等の１つまたは複数の構成要素とすることができる。これらの構成要素については後により詳細に説明する。
【００２９】
本開示によるワイヤソー装置は、ワイヤの移動方向へワイヤを運び、案内する少なくとも１つのワイヤガイド装置を含む。いくつかのワイヤガイドがワイヤガイド装置を構成することができる。供給されたワイヤは、特にワイヤソーの作業エリアにワイヤウエブを形成する。それにより、用語「ワイヤウエブ」は通常、ワイヤによって少なくとも２つのワイヤガイド間に形成されたウエブに関する。ワイヤウエブ全体を例えば５から２０ｍ／秒の比較的速い速度で移動させる駆動装置によって、これらのワイヤガイドを回転させることができる。ワイヤウエブは２つ以上の作業エリアを含むことができ、作業エリアは、のこ引きプロセスが実行されるエリアと定義されることを理解すべきである。したがって、本明細書に記載された実施形態によれば、ワイヤウエブは、１本または数本のワイヤによって形成された複数の作業エリアを有することができる。
【００３０】
例えば、図１ａ、１ｂおよび２に示した実施形態に関して後により詳細に示すように、ワイヤソーは、例えば２つまたは４つの作業エリアを含む２つのワイヤウエブを含むことができる。この場合には、作業エリアを画定するワイヤウエブを通してインゴットを押すことによってのこ引きが実行される。複数のウエブで同時にのこ引きを企てることが可能である。ワイヤソーはさらに別の２つのワイヤウエブを含むことができる。実施形態によれば、これらのウエブは、これらの２つまたは４つの作業エリア間でワイヤを運ぶために使用される。
【００３１】
クロッパ、スクエアラまたはマルチワイヤソーのような最新のワイヤソーでは、半導体材料、例えばシリコン、石英などの硬い材料を高速で切削することが望まれている。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／秒以上になることがある。本開示では、ワイヤ速度を１０から２５ｍ／秒の範囲とすることができる。しかしながら、最大３０ｍ／秒などより速いワイヤ速度が望ましいこともある。実施形態によれば、ワイヤの移動が一方向だけ、すなわち常に前進方向だけである。他の実施形態によれば、ワイヤの移動が後退方向への移動を含み、特に、ワイヤの移動を、ワイヤの前進および後退とすることができ、その際にはワイヤの移動方向を繰り返し変化させることができる。
【００３２】
本明細書に記載された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、装置のタイプに応じてワイヤが異なる直径を有することができる。スクエアラに関連する実施形態では、ワイヤの直径を約２５０μｍから約４５０μｍ、例えば３００μｍから３５０μｍとすることができる。ウエハ切削ワイヤソーに関連する実施形態では、ワイヤの直径を６０μｍから１５０μｍ、任意には８０μｍから１２０μｍとすることができる。
【００３３】
ダイヤモンドワイヤを使用することにより、従来の鋼ワイヤに比べてスループットを２倍以上に高めることができる。移動しているワイヤに対してのこ引きする材料を移動させる速度を材料供給レートと呼ぶことがある。本明細書に記載された実施形態における材料供給レートは、ウエハ切削ワイヤソーに関しては２μｍ／秒から１５μｍ／秒の範囲、任意には約６μｍ／秒から１０μｍ／秒の範囲とすることができ、スクエアラに関連する実施形態に関してはそれぞれ２０μｍ／秒から４０μｍ／秒、任意には２８μｍ／秒から３６μｍ／秒とすることができる。
【００３４】
本明細書に記載された実施形態によればマルチワイヤソーが使用される。マルチワイヤソーは、シリコンインゴットをスライシングして半導体産業用および光電池産業用のウエハにする高生産性で高品質のスライシングを可能にする。マルチワイヤソーは、一方向に（すなわち前進方向にだけ）または双方向に（すなわち前進および後退）移動して切削動作を実行することができる１本または数本の高張力鋼ワイヤを含むことができる。このワイヤはその表面にダイヤモンドを有することができる。それだけに限定はされないが、特にマルチワイヤソーの場合には、記載した４つの張力変更装置を提供することができる。
【００３５】
一実施形態によれば、ワイヤソー装置が少なくとも一時的にワイヤスプールを備え得る。このワイヤスプールは例えば、必要な未使用のワイヤを供給するワイヤ供給スプールであり得る。別の例として、このワイヤスプールを、使用済みのワイヤを巻き取り収容するワイヤ巻取りスプールとすることもできる。ワイヤソー装置は、１つまたは複数のワイヤスプール、特に少なくとも２つのワイヤスプール、すなわち少なくとも１つの供給スプールおよび少なくとも１つの巻取りスプールを有することができる。所望のワイヤ速度でワイヤを繰り出しまたは巻き取るため、供給スプールまたは巻取りスプールは、毎分最大数千回転の回転速度で回転することができる。例えば、ワイヤを繰り出しまたは巻き取るために１０００から２０００ｒｐｍを提供することができる。
【００３６】
少なくとも１つの供給スプールおよび／または巻取りスプールなどの少なくとも１つのワイヤスプールが受け取られるワイヤソー装置の領域を以後、「ワイヤスプールゾーン」と呼ぶ。
【００３７】
望ましい場合には、いくつかの大流量ノズルによって、移動しているワイヤにスラリースラリを供給することができる。本明細書で理解される「スラリースラリ」は、懸濁した研磨粒子（例えば炭化ケイ素粒子）を有する液体キャリアを指す。
【００３８】
前述のとおり、切削動作中に、インゴットをワイヤウエブを通して押すことができる。あるいは、ワイヤウエブをインゴットを通して押す間、インゴットが動かないようにすることもできる。実際の切削が行われる領域を以後、「切削ゾーン」と呼ぶ。前述のとおり、切削ゾーンは、１つまたは複数の作業エリアを含むことができる。実施形態によれば、切削ゾーンが、切削するためのワイヤを案内する少なくとも２つのワイヤガイドを含む。
【００３９】
本明細書に記載された実施形態によれば、ワイヤは供給スプールから供給され、ワイヤガイドによって案内される。知られているワイヤのこ引きは通常、ワイヤウエブに入りワイヤウエブを出ていくワイヤ張力に対する事前設定値を有する設定を含む。
【００４０】
本開示では、スループットが高くワイヤの損傷が少ない効率的な切削を保証するために、本明細書ではワイヤソーの切削ゾーンにおけるワイヤ張力とも呼ばれるワイヤの張力をある値にセットする必要がある。未使用のワイヤを有する市販のワイヤスプールは、ワイヤソーの切削ゾーンにおける切削動作のために必要なワイヤ張力よりもかなり小さいワイヤ張力を提供する。
【００４１】
知られているワイヤソーでは、このような従来のスプール上に提供されたワイヤを使用する前に、この従来のスプールからワイヤを繰り出し、切削動作に必要なワイヤ張力に耐える材料でできた、または切削動作に必要なワイヤ張力に耐える材料によって補強されたワイヤ供給スプールにワイヤを再び巻き付けなければならない。
【００４２】
ワイヤソーの切削ゾーンを通過した後、ぴんと張られたワイヤは切削ゾーンを出て、巻取りスプールに巻き取られる。知られているワイヤソーでは通常、巻取りスプールが、切削ゾーンを出るワイヤのワイヤ張力に耐える材料でできており、または切削ゾーンを出るワイヤのワイヤ張力に耐える材料によって補強されている。知られているワイヤソーでは通常、切削後に、使用済みのワイヤが巻取りスプールから繰り出され、別のスプールに再び巻き付けられる。この別のスプールは次いで、使用済みのワイヤと一緒に処理される。
【００４３】
上記の巻き付けおよび繰り出し動作は、望ましくない効果を導く。それらの効果のいくつかについて以下で論じる。
【００４４】
第１に、実際の切削動作の前および後の上記の巻き付けおよび繰り出し動作は、時間がかかり、ウエハ製造全体に関与する実際の労働力を追加する付加的な製造ステップである。
【００４５】
第２に、切削の前に張力を加えてワイヤをワイヤ供給スプールに巻き付けることが、巻き付けられぴんと張られたワイヤの高い接触圧力によるワイヤの早すぎる損傷を導く可能性がある。そのようにして生じた欠陥は、切削中のソーマーク（ｓａｗ  ｍａｒｋ）およびワイヤ直径の変動を導く可能性がある。その結果、切削品質が低下する。
【００４６】
第３に、高い張力を有するワイヤに対して使用できるように、ワイヤスプール、すなわち供給スプールおよび巻取りスプールを設計する必要がある。ワイヤスプールに対する補強された設計が必要になることがある。このような特別に設計されたスプールは、製造費および材料費を増大させる可能性がある。
【００４７】
したがって、本開示は、第１のワイヤ張力を第２のワイヤ張力に変化させる張力変更装置を含む、半導体材料を切削するワイヤソー装置を提供する。実施形態では、第１のワイヤ張力を第２のワイヤ張力よりも高くすることができる。他の実施形態では、第１のワイヤ張力を第２のワイヤ張力よりも低くすることができる。第１のワイヤ張力は例えば、張力変更装置に入るワイヤのワイヤ張力とすることができる。あるいは、第１のワイヤ張力を、張力変更装置を出るワイヤのワイヤ張力とすることもできる。
【００４８】
実施形態では、第１のワイヤ張力を、切削ゾーンにおけるワイヤ張力とし、第２のワイヤ張力を、ワイヤスプールゾーンにおけるワイヤ張力とすることができる。あるいは、第１のワイヤ張力を、ワイヤスプールゾーンにおけるワイヤ張力とし、第２のワイヤ張力を、切削ゾーンにおけるワイヤ張力とすることができる。張力変更装置は、ワイヤスプールゾーンと切削ゾーンの間に配置することができる。
【００４９】
本開示によるワイヤソー装置を使用することで、市販のワイヤスプールから未使用のワイヤを繰り出すこと、および／または高い張力に耐えるワイヤスプールにワイヤを再び巻き付けることが不要になることがある。その代わりに、従来のワイヤスプールをワイヤ供給スプールとして直接に使用して、ワイヤを切削ゾーンに供給することができる。本明細書に記載された実施形態では、従来のスプール上の未使用のワイヤを張力変更装置に供給することができる。本明細書に記載された実施形態によれば、張力変更装置は、従来のワイヤ供給スプールからワイヤを直接に受け取ること、もしくは従来のワイヤ供給スプールから１つまたは複数のワイヤガイドを介してワイヤを受け取ることができる。
【００５０】
本明細書に記載された実施形態によれば、第１のワイヤ張力と第２のワイヤ張力の差が少なくとも５Ｎ、任意には少なくとも１０Ｎ、任意には少なくとも１５Ｎである。本明細書に記載された実施形態によれば、第１のワイヤ張力と第２のワイヤ張力の差が２５Ｎより大きくなく、任意には２０Ｎより大きくなく、任意には１５Ｎより大きくない。
【００５１】
第１のワイヤ張力は１Ｎから１０Ｎの範囲とすることができ、第２のワイヤ張力は１０Ｎから３５Ｎの範囲とすることができる。他の実施形態では、第２のワイヤ張力を１Ｎから１０Ｎの範囲とすることができ、第１のワイヤ張力を１０Ｎから３５Ｎの範囲とすることができる。
【００５２】
本明細書に記載された実施形態によれば、張力変更装置が、切削ゾーンにおけるワイヤ張力を少なくとも１０Ｎ、特に少なくとも１２Ｎ、より特に少なくとも１５Ｎまで変化させるように適合される。その結果、たとえ従来のワイヤスプールが低いワイヤ張力を提供するとしても、従来のワイヤスプールを供給スプールとして使用することができる。ワイヤスプールゾーンにおける低いワイヤ張力を切削ゾーンにおけるより高いワイヤ張力に変化させることによって、半導体材料の効率的な切削を達成することができる。言い換えると、本明細書に記載された実施形態による張力変更装置は、ワイヤスプールからのワイヤのワイヤ張力を、切削ゾーンに適用できる、すなわち実際の切削動作を行うことができるワイヤ張力に変化させるように適合される。
【００５３】
巻取りスプールは、ぴんと張られた使用済みのワイヤを切削ゾーンから受け取り、そのワイヤを巻き取る。使用済みのワイヤを巻き取った後、使用済みのワイヤと一緒に巻取りスプールを処理することができる。巻取りスプールが費用対効果の高い材料でできていると有利である。費用対効果の高い材料は、切削ゾーンにおけるワイヤ張力などの高いワイヤ張力を有するワイヤ、特に規模を例示すると、長さが１０００ｋｍであり１０Ｎ以上の張力でだめになるワイヤに由来するワイヤ張力に耐えることができないことがある。本明細書に記載された実施形態による張力変更装置は、切削ゾーンにおけるワイヤのワイヤ張力を、ワイヤスプールゾーンの巻取りスプールが耐えることができるワイヤ張力に変化させるように適合される。本明細書に記載された実施形態によれば、張力変更装置が、ワイヤスプールゾーンにおけるワイヤ張力を、最大１０Ｎ、特に最大８Ｎ、より特に最大５Ｎまで変化させるように適合される。
【００５４】
本開示の諸態様によれば、切削ゾーンにおけるワイヤ張力はワイヤスプールゾーンにおけるワイヤ張力よりも高い。本開示の実施形態では、第１のワイヤ張力を例えば事前に与えられた値だけ増大させるように、張力変更装置が適合される。第１のワイヤ張力を、ワイヤスプールゾーンにおけるワイヤのワイヤ張力と定義することができる。ワイヤスプールゾーンにおけるワイヤのワイヤ張力を、例えば第２のワイヤ張力を得るために事前に与えられた値だけ増大させるように、張力変更装置が適合されることができる。この場合、第２のワイヤ張力を、切削ゾーンにおけるワイヤのワイヤ張力とすることができる。
【００５５】
あるいはまたはこれに加えて、第１のワイヤ張力を例えば予め与えられた値だけ低減させるように、張力変更装置が適合される。この場合、第１のワイヤ張力を、切削ゾーンにおけるワイヤのワイヤ張力と定義することができる。切削ゾーンにおけるワイヤのワイヤ張力を、第２のワイヤ張力を得るために低減させるように、張力変更装置が適合されることができる。この実施形態では、第２のワイヤ張力を、ワイヤスプールゾーンにおけるワイヤのワイヤ張力とすることができる。
【００５６】
本開示によるワイヤソー装置は、スプールの巻き付けおよび繰り出しの回数（ウエハ切削１回当たりの労働力の時間率に寄与する極めて重要な因子である）を減らすことによって、全体のスループット、または供給レートなど、半導体材料を切削する生産性を最適化する。
【００５７】
図１ａおよび１ｂは、実施形態による張力変更装置１を含むワイヤソー装置１００の概略側面図を示す。図２は、実施形態による張力変更装置１を含むワイヤソー１００の概略上面図を示す。
【００５８】
図１ａおよび１ｂは、半導体材料の切削動作が実行される切削ゾーン２４０、およびワイヤを供給する、または巻き取るワイヤスプールが提供されたワイヤスプールゾーン２２０を示す。
【００５９】
図１ａおよび１ｂに示したワイヤソー１００は、ワイヤ入口側２８１およびワイヤ出口側２８２と定義される領域を含む。ワイヤ入口側２８１は、１つまたは複数の作業エリアへそこからワイヤが供給されるワイヤソー装置の領域を表す。ワイヤ出口側２８２は、１つまたは複数の作業エリアからの使用済みのワイヤがそこで受け取られるワイヤソー装置の領域を表す。
【００６０】
図１ａは、ワイヤソー１００のワイヤ出口側２８２の１つの張力変更装置１を示す。図１ｂは、２つの張力変更装置１、ワイヤ入口側２８１の第１の張力変更装置およびワイヤ出口側２８２の第２の張力変更装置を示す。図１ａおよび１ｂに示されているように、張力変更装置１を、ワイヤスプールゾーン２２０と切削ゾーン２４０の間に提供することができる。
【００６１】
ワイヤソー１００は、４つのワイヤガイド１１２、１１４、１１６、１１８を切削ゾーン２４０内に含むワイヤガイド装置を有する。ワイヤガイド１１２、１１４、１１６、１１８を合成樹脂の層で覆うことができ、これらのワイヤガイドには、非常に正確な形状およびサイズを有する、ワイヤ２３０を案内するための平行な複数の溝を刻むことができる。溝と溝の間の距離、すなわち溝のピッチは、ワイヤ２３０の隣接する２本のライン間のピッチＤ１を決定する。それによって、このピッチは、１本の溝の中心と隣接する溝の中心との間の距離と定義される。ピッチＤ１からワイヤの直径を引いた値は、ワイヤソーによって切削されるスライスの厚さの上限を設定する。
【００６２】
例えば、スラリースラリなどの第３の媒質を使用する場合には、スライスの厚さが、ピッチＤ１からワイヤの直径を引いた差よりも約１０μｍから４０μｍ薄くなることがある。切削ゾーンに隣接したワイヤガイド、すなわち図１ａ、１ｂおよび２のワイヤガイド１１２、１１４、１１６、１１８では、隣接する２本の溝の中心と中心の間のピッチＤ１を１５０μｍから４５０μｍ、任意には３３０μｍから３７０μｍの範囲とすることができる。一例として、溝のピッチＤ１を３００μｍ未満とすることができる。本明細書に記載された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、この溝のピッチＤ１は、約１００μｍから３５０μｍ、任意には１９０μｍから２５０μｍの隣接するワイヤ間の間隔をもたらす。以上のことを考慮すると、本明細書に記載された実施形態は、大きな切削面積および高い切削レートを提供することができる。
【００６３】
さらに、それぞれのワイヤガイド１１２、１１４、１１６、１１８をモータまたは駆動装置に接続することができる。図の複雑さを低減するため、図１にはモータ１２６だけが示されており、図２にはモータ１２２および１２４だけが示されている。これらのモータは、それぞれのワイヤガイドに接続される。例えば、モータ１２２はワイヤガイド１１２に接続することができ、モータ１２４はワイヤガイド１１４に接続することができ、モータ１２６はワイヤガイド１１６に接続することができる。また、モータ１２２、１２４、１２６は、ケーブル接続または無線接続を介してコントローラによって制御することができる。
【００６４】
実施形態によれば、ワイヤガイドがそれぞれモータによって駆動される。実施形態によれば、それぞれのモータを、ワイヤの前進および後退を実行するように適合することができる。図１ａおよび１ｂの番号２１５、２２５で指示された矢印によって示されているように、のこ引きの間、ワイヤの移動方向を変えないことも可能である。図１および２に示した実施形態などの実施形態では、ワイヤガイド１１２、１１４、１１６、１１８がそれぞれモータによって直接駆動される。ワイヤガイドはそれぞれ、図２のシャフト１２１、１２３などの対応するモータのモータシャフトに直接取り付けることができる。本明細書に記載された実施形態では、それらのモータのうちの１つまたは複数のモータが水冷される。
【００６５】
切削動作中に、インゴットをスライスするため、１つまたは複数のインゴット３０２、３０４、３０６、３０８を押してワイヤウエブに通すことができる。これは、インゴット３０２と３０４の間およびインゴット３０６と３０８の間に挟まれた矢印によって示されている。この１つまたは複数のインゴットはテーブル（図示せず）によって支持され、このテーブルは、本明細書では「テーブル速度」と呼ばれる速度で移動することができる。あるいは、ワイヤウエブを押してインゴットを通す間、インゴット３０２、３０４、３０６、３０８を動かないようにすることもできる。実施形態によれば、その１つまたは複数のインゴットを、多数の、例えば少なくとも５００枚以上のウエハにスライスする。インゴットの長さは、特に多結晶シリコンの場合には最大２５０ｍｍの範囲にあり、特に単結晶シリコンの場合には最大５００ｍｍの範囲にある。
【００６６】
図１ａおよび１ｂは、ワイヤスプールゾーン２２０においてワイヤリザーバを備えるワイヤ供給スプール１３４を示す。未使用の場合、ワイヤ供給スプール１３４は数百キロメートルのワイヤ２３０を保持することがある。ワイヤソーの動作時、ワイヤ２３０は、ワイヤ供給スプール１３４からのこ引きプロセスへ、すなわち切削ゾーン２４０内のワイヤガイド１１２、１１４、１１６、１１８へ供給される。
【００６７】
図１ａおよび１ｂは、ワイヤスプールゾーン２２０において使用済みのワイヤ２３０を再び巻き付けるワイヤ巻取りスプール１３８を示す。実施形態では、ワイヤ供給スプール１３４および巻取りスプール１３８の回転軸が、ワイヤガイド１１２、１１４、１１６、１１８の回転軸に対して平行である。図１ａおよび１ｂに示されていない他の実施形態では、ワイヤ供給スプールおよび巻取りスプールの回転軸が、１つまたは複数の切削ゾーンに隣接したワイヤガイド１１２、１１４、１１６、１１８の回転軸に対して直角である。ワイヤをワイヤガイドに供給するため偏向プーリまたは同種の装置を使用することができる。本開示では、低慣性プーリ（図示せず）などの追加の装置を備えることができる。
【００６８】
図１ａおよび１ｂには、張力変更装置１が単に概略的に示されている。図１ａは、ワイヤ出口側２８２の１つの張力変更装置１を示す。図１ａの例では、張力変更装置１が、巻取りスプール１３８とワイヤガイド１１８などのワイヤソーの１つのワイヤガイドの間に配置される。図１ａに示した構成では、ワイヤガイド１１２、１１４、１１６、１１８を通って案内された使用済みのワイヤ２３０が張力変更装置１に入り、巻取りスプール１３８へ案内される。言い換えると、切削ゾーン２４０から張力変更装置１へ、さらにワイヤスプールゾーン２２０へワイヤ２３０を案内する、すなわち運ぶことができる。
【００６９】
図１ｂには、ワイヤ出口側２８２の張力変更装置１に加えて、第２の張力変更装置１がワイヤ入口側２８１に示されている。図１ｂに示されているように、これらの両方の張力変更装置１はそれぞれ、ワイヤスプールゾーン２２０と切削ゾーン２４０の間に位置する。特に、第２の張力変更装置１を、ワイヤ供給スプール１３４とワイヤガイド１１２などのワイヤソーの１つのワイヤガイドの間に配置することができる。ワイヤスプールゾーン２２０から張力変更装置１へ、さらに切削ゾーン２４０へワイヤを案内する、すなわち運ぶことができる。
【００７０】
図２の上面透視図は、実施形態によるワイヤ出口側２８２の張力変更装置１を概略的に示す。
【００７１】
ワイヤソーの動作中、ワイヤガイドがその長手軸の周りを回転するように、モータ１２６などの１つまたは複数のモータが、ワイヤガイド１１２、１１４、１１６、１１８を駆動することができる。ワイヤを前進および後退させる実施形態では、ワイヤを後退させる第２の時間間隔の間または第２の距離の間以上の第１の時間間隔の間または第１の距離の間、ワイヤを前進させることができる。第１の時間間隔または第１の距離の方が長い場合には、前進および後退を繰り返すにもかかわらず、ワイヤは、ワイヤ供給スプール１３４からワイヤ巻取りスプール１３８へゆっくりと運ばれる。
【００７２】
ワイヤ２３０は、ワイヤガイド１１２、１１４および１１６、１１８の周りに巻き付けられ、２つのワイヤガイド間に平行なワイヤの層を形成する。この層をワイヤウエブ２００と呼ぶことができる。示された実施形態では４つのワイヤウエブが提供され得る。他の実施形態では、２つのワイヤガイドだけを使用することによって２つのワイヤウエブが提供される。のこ引きは、少なくとも１つのワイヤウエブを使用して実行される。本開示では、（図１ａおよび１ｂに示されているように）２つのワイヤウエブを使用して切削を同時に実行することができる。平行なワイヤ部分の数は切削の数に対応する。例えば、その結果形成されるワイヤウエブが、平行に配列された１００個のワイヤ部分を含むような方式で、ワイヤを巻き付けることができる。１００個のワイヤからなるこのウエブを通って押されたウエハは、１０１個の材料片にスライスされる。
【００７３】
本明細書の実施形態では、１つのモータ、例えばモータ１２６がマスタモータとして機能し、他のワイヤガイド１１２、１１４、１１８に接続された残りのモータがスレーブモータとして機能する。言い換えると、マスタモータ１２６は、スレーブモータがマスタモータ１２６に従うように、スレーブモータの動作を制御することができる。このようにすると、提供されたモータの動作の同期性（ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｃｉｔｙ）が向上し、のこ引きプロセスの間、この同期性を維持することができる。モータの割当て、すなわちどのモータをマスタとしどのモータをスレーブとするのかを、動的に行うことが可能である。
【００７４】
本開示によれば、ワイヤガイドのマスタモータが、本明細書に記載された張力変更装置の１つまたは複数のアクチュエータを制御することもできる。特に、典型的な実施形態によれば、ワイヤガイドの１つまたは複数のモータの制御を１つまたは複数の張力変更装置と同期させる。
【００７５】
本明細書に記載された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、少なくとも１つのワイヤウエブを形成するために２つ以上のスプール、すなわち２つ以上の供給スプールおよび／または巻取りスプールが提供される。例えば、ワイヤを供給するために２つ、３つまたは４つのスプールを使用することができる。それにより、さまざまな実施形態によれば、より薄いウエハ、例えば厚さ６０μｍから１５０μｍの範囲のウエハ、特に６０μｍから１２０μｍの間のウエハをのこ引きする方法を提供することができる。２つ以上のスプール、したがって２本以上のワイヤを有することにより、単一のワイヤシステムに比べて、それぞれのワイヤにかかる負荷を減らすことができる。本開示では、単一のワイヤウエブに対して、この負荷が２重ワイヤウエブに比べて増大する。ワイヤの表面積に対するウエハの表面積が増大するためである。この負荷の増大が結果として切削速度の低下につながることがある。したがって、２本以上のワイヤを使用することは、例えば１２ｍ２／時以上の有効切削面積または切削面積レートを提供することができるように、切削速度を増大させることができる。
【００７６】
いくつかのスプールが存在する場合には、１つのワイヤソー装置内に２つ以上の張力変更装置、例えば２つまたは４つの張力変更装置があってもよい。それらの張力変更装置を、ワイヤ入口側２８１および／またはワイヤ出口側２８２に配置することができる。特に、供給スプールの下流に、場合によっては供給スプールに隣接して２つの張力変更装置を配置し、そして、巻取りスプールの上流に、場合によっては巻取りスプールに隣接して２つの張力変更装置を配置することができる。
【００７７】
図３は、ワイヤ２３０を有する張力変更装置１を示す。ワイヤ２３０は本開示の実施形態の部分を構成せず、理解をより深めるために図に示されているだけであることに留意すべきである。この張力変更装置は、第１のガイドローラ１５および第２のガイドローラ２５を含む。第１のガイドローラ１５は、回転軸４５および複数の溝１１５を含む。溝１１５は、第１のガイドローラ１５の外周面に形成されている。第２のガイドローラ２５も複数の溝１２５を含む。
【００７８】
張力変更装置のガイドローラの溝は、第１および第２のガイドローラの外周面に形成することができる。図３に示されているように、これらの溝は平行に配列することができる。それぞれの溝は、第１のガイドローラおよび第２のガイドローラのそれぞれの外周面の周りで３６０°回転を完成させることができる。
【００７９】
張力変更装置のガイドローラの溝のピッチＤ２は通常１．０ｍｍから２．０ｍｍの間にあるが、５ｍｍ超など、より大きくすることもできる。特に、ワイヤウエブを形成するために使用されるワイヤガイド（すなわち切削ゾーンに隣接するワイヤガイド）とは対照的に、張力変更装置のピッチは、切削されたウエハの厚さを規定しない。ピッチが大きいほどより多くの空間を消費するであろうが、ガイドローラ上でのワイヤの取扱いは容易になる。張力変更装置のガイドローラはそれぞれ、１０本から２０本の間など５本から２５本の間の溝を含むことができる。
【００８０】
溝１１５、１２５はワイヤ２３０を案内するように適合されている。第１のガイドローラ１５上の溝１１５と第２のガイドローラ２５上の溝１２５は互いに対して平行に延びることができる。ワイヤ２３０は、第１のガイドローラ１５および第２のガイドローラ２５の周囲にいくつかの巻き（ｗｉｎｄｉｎｇ）を形成することができる。１つの巻きは、第１のガイドローラ１５の周面の約半分および第２のガイドローラ２５の周面の約半分の周りを回るワイヤ２３０によって画定することができる。言い換えると、第１のガイドローラ１５と第２のガイドローラ２５のそれぞれの周囲にワイヤ２３０が一巻きごとにＵ字形のループを形成するように、第１のガイドローラ１５および第２のガイドローラ２５の周囲にワイヤ２３０が巻き付けられる。ガイドローラの溝１１５、１２５を、ガイドローラ１５、２５の長手方向に沿ってほぼ等間隔に分配することができる。
【００８１】
第１のガイドローラ１５は、第２のガイドローラ２５がその周りでピボット回転することができる回転軸４５を有する。第１のガイドローラ１５の中心と第２のガイドローラ２５の中心は、互いから固定された距離Ｌだけ離れている。固定された距離Ｌは、第２のガイドローラ２５に対する接続アームを形成する。固定された距離Ｌは、第１のガイドローラの半径と第２のガイドローラの半径の合計よりも大きい。この距離は、１０ｃｍから３０ｃｍの間、特に１５ｃｍから２５ｃｍの間の長さを有することができる。この距離は特に、第１のガイドローラの半径と第２のガイドローラの半径の合計に１０ｃｍより大きくなくまたは５ｃｍだけの長さを加えたものとすることができる。
【００８２】
あまり大きくない距離Ｌを選択することには、接続アームと第１のガイドローラの周りをピボット回転する第２のガイドローラとのてこがあまり大きくならないという効果がある。しかしながら、実施形態によれば、ガイドローラ間の距離の長さは、１つの溝から対向するローラガイド上の別の溝へ進むためにワイヤがとる角度に影響を及ぼすことを考慮することができる。この角度は接続アームの長さに反比例し、ローラガイドの寿命に対するパラメータである。
【００８３】
本明細書に記載された、特定の実施形態に限定されない張力変更装置１は、ワイヤ張力を変化させることに加えて、ワイヤ張力を調整することができるようにも設計される。すなわち、ワイヤ張力の変化による変動など、のこ引きプロセス中に起こる可能性があるワイヤ張力の変動を補償するために、ワイヤ張力を調節することができる。ワイヤ張力の調整は、実際の必要性に応じてワイヤのワイヤ張力を増大または低下させることを含むことができる。
【００８４】
例えば、この張力変更装置を使用してワイヤ張力を１０Ｎだけ変化させることができる。しかしながら、実際には、この値が一定にならず、むしろ、変動、振動または慣性を補償するために９Ｎから１１Ｎの間で変化することがある。この所与の例だけに限定されず、一般には、この所望の変化の張力は実際に最大＋／−１０％または最大５％変動することがある。実施形態によれば、少なくとも切削ゾーン内において張力が一定であることが望ましく、任意にはスプールゾーン内でも張力が一定であることが望ましい。
【００８５】
この少なくとも１つのガイドローラの軸方向におけるこの少なくとも１つのガイドローラの軸方向の幅は、３ｃｍから３０ｃｍの間、任意には３ｃｍから１０ｃｍの間の範囲とすることができる。
【００８６】
本明細書に記載された実施形態では、第１のガイドローラ１５と第２のガイドローラ２５のうちの少なくとも一方のガイドローラがそのガイドローラの回転軸上で自由に回転することができる。それに加えてまたはその代わりに、第１のガイドローラ１５と第２のガイドローラ２５のうちの少なくとも一方のガイドローラを、アクチュエータ、例えばブラシレスモータによって駆動することができる。
【００８７】
特に、静止回転軸が提供される第１のガイドローラにアクチュエータを提供することができる。したがって、第２のガイドローラが第１のガイドローラの軸の周りをピボット回転可能である実施形態であっても、このようなアクチュエータの提供は、これらの実施形態において回転軸が静止回転軸ではなく、第１のガイドローラの回転軸の周りをピボット回転する第２のガイドローラにアクチュエータが提供された場合には増大するであろう張力変更装置の可動部分の慣性を増大させない。しかしながら、本明細書では、第１のガイドローラの回転軸の周りをピボット回転可能な第２のガイドローラへのアクチュエータの提供が排除されない。
【００８８】
実施形態によれば、第１のガイドローラと第２のガイドローラの間の接続アーム上に１つのアクチュエータが配置される。この実施形態のアクチュエータは、第１のガイドローラの軸の周りで接続アームのピボット運動の駆動を引き起こすことができる。この実施形態には限定されず、第２のガイドローラを駆動されないガイドローラとすることができ、例えば、ガイドローラを動かすワイヤによって駆動することができる。第１のガイドローラを駆動するために別のアクチュエータを提供することができる。
【００８９】
図４は、張力変更装置１の実施形態の詳細透視図を示す。この図では、第１のガイドローラ１５が、ブラシレス変更装置などのアクチュエータ１６によって駆動される。第１のガイドローラ１５をモータによって駆動することができ、第１のガイドローラ１５は回転軸４５の周りを回転することができる。第２のガイドローラ２５は駆動されず、回転軸２６の周りを自由に回転することができる。それに加えてまたはその代わりに、第２のガイドローラを駆動することもできる。
【００９０】
さらに、図４に例示的に示されているとおり、第２のガイドローラ２５を、第２のガイドローラ２５の回転軸２６と第１のガイドローラ１５の回転軸４５の両方の周りをピボット回転可能なガイドローラとすることができる。特に、場合によっては、第１のガイドローラの駆動に加えて、双頭矢印４９によって示されるように第１のガイドローラ１５の回転軸４５の周りで第２のガイドローラ２５をピボット回転させるアクチュエータ（図示せず）を提供することができる。第１のガイドローラおよび／または第２のガイドローラを駆動するのかにかかわらず、第１のガイドローラの回転軸の周りをピボット回転する第２のガイドローラの最大角を＋／−３５°とすることができる。
【００９１】
本明細書の実施形態によれば、第１のガイドローラ１５と第２のガイドローラ２５のうちの少なくとも一方のガイドローラが円筒形の胴体を有する。第１のガイドローラ１５と第２のガイドローラ２５のうちの少なくとも一方のガイドローラの円筒形の胴体は、１０ｃｍから２５ｃｍの間、特に１２ｃｍから２０ｃｍの間の範囲の直径を有することができる。図４は、円筒形の胴体をともに有する第１のガイドローラ１５および第２のガイドローラ２５を示す。図４には、第１のガイドローラ１５の円筒形の胴体の直径が参照番号１４によって示されており、第２のガイドローラ２５の円筒形の胴体の直径が参照番号２４によって示されている。
【００９２】
実施形態によれば、ガイドローラの形状を円錐形にすることができる。例えば、第１のガイドローラおよび／または第２のガイドローラの一方の側の直径を、第１のガイドローラおよび／または第２のガイドローラの反対側の直径よりも０．５ｍｍから１０ｍｍの間、任意には０．５ｍｍから４ｍｍの間で大きくすることができる。円錐形状は、ガイドローラの表面上のワイヤの滑りを低減しまたは回避することができ、それによってガイドローラの摩損を低減させることができるという効果を有する。さらに、ガイドローラ上の滑りが小さいかまたはない場合には、ワイヤが溝から飛び出る危険性も小さくなる。
【００９３】
本明細書の実施形態によれば、第１のガイドローラ１５および第２のガイドローラ２５のそれぞれの外周面に、少なくとも５本、特に少なくとも１０本の溝を形成することができる。典型的には、第１のガイドローラおよび／または第２のガイドローラが２０本以下の溝を有する。それらの溝は互いに対して平行に配列される。特に、図４によって例示的に示された本開示のガイドローラの実施形態における溝は非螺旋形である。
【００９４】
図４は、アーム３５によって、特に接続アームによって、第１のガイドローラ１５と第２のガイドローラ２５を互いに接続することができることを示している。接続アーム３５は、第１のガイドローラ１５と第２のガイドローラ２５の間の固定された距離を形成する。接続アーム３５は、第１のガイドローラ１５と第２のガイドローラ２５の間の距離維持手段として機能する。本明細書に記載された実施形態では、第１のガイドローラ１５と第２のガイドローラ２５の間の接続アームが、ワイヤ張力を調整するピボット回転可能なレバーアーム（ｌｅｖｅｒ  ａｒｍ）を形成することができる。この場合、第２のガイドローラは、第１のガイドローラの周りをピボット回転することができる。第１のガイドローラも、第２のガイドローラの周りをピボット回転することができる。このピボット運動によって、張力の変化および変動を取り除くことができる。
【００９５】
第１のガイドローラ１５の回転軸４５の周りで第２のガイドローラ２５を接続アーム３５と一緒にピボット回転させることによって、ワイヤ張力を調整することができる。実施形態では、接続アーム３５を、第１のガイドローラ１５の回転軸４５と係合させることができる。接続アーム３５を偏向させることによって、すなわち第１のガイドローラ１５の回転軸４５の周りで第２のガイドローラ２５をピボット回転させることによって、ワイヤ２３０のワイヤ張力を調整する、例えば一定に保つことができる。
【００９６】
図５は、実施形態によるワイヤソー装置１００内の張力変更装置１の原理を示す。この張力変更装置は、ワイヤソー装置内のさまざまな位置もしくはワイヤソー装置に隣接したさまざまな位置に配置することができ、またはワイヤソー装置に取り付けることができる。第１のワイヤ張力を第２のワイヤ張力に変化させるプロセスは、張力変更装置の位置によって影響されない。
【００９７】
図５は、実施形態によるワイヤソー装置１００の一構成を例示的に示す。この図では、張力変更装置１が、巻取りスプール１３８とワイヤガイド１１８の間に配置されている。第１のワイヤ張力は、切削ゾーン２４０におけるワイヤ張力を表す。第２のワイヤ張力は、ワイヤスプールゾーン２２０におけるワイヤ張力を表す。張力変更装置１は、ワイヤスプールゾーン２２０におけるワイヤ２３０のワイヤ張力が切削ゾーン２４０におけるワイヤ２３０のワイヤ張力よりも小さくなるように、切削ゾーン２４０におけるワイヤのワイヤ張力を変化させるように適合されている。図５および６の切削ゾーン２４０は概略的にしか示されていない。切削ゾーン２４０は特に、半導体インゴットをのこ引きするためにそれらの間にワイヤウエブをかけるように適合された複数のガイドローラを含むことができる。さらなる詳細については、図１ａの例示的な実施形態を参照されたい。
【００９８】
他の実施形態（図示せず）によれば、ワイヤ入口側２８１に張力変更装置１を配置することができる。この場合には、切削ゾーンにおけるワイヤのワイヤ張力がワイヤスプールゾーンにおけるワイヤのワイヤ張力よりも高くなるように、切削ゾーンにおけるワイヤのワイヤ張力を変化させるように張力変更装置１を適合することができる。
【００９９】
実施形態によれば、切削ゾーン２４０を、ワイヤ２３０のワイヤ張力が少なくとも１５Ｎ、特に少なくとも２０Ｎ、より特に２５Ｎである高張力ゾーンとすることができる。ワイヤスプールゾーン２２０は例えば、ワイヤ２３０のワイヤ張力が最大１０Ｎ、特に最大８Ｎ、より特に最大５Ｎである低張力ゾーンとすることができる。
【０１００】
第１のガイドローラと第２のガイドローラの間でワイヤを数回巻き付けることにより、張力変更装置は、ワイヤが張力変更装置を出るときに、張力変更装置に入るワイヤのワイヤ張力に比べて、ワイヤ張力を修正することを可能にするように適合される。
【０１０１】
本明細書の実施形態によれば、ワイヤ２３０を、第１のガイドローラ１５および第２のガイドローラ２５の周りに少なくとも２回、特に少なくとも５回または８回巻き付けることができる。実施形態では、第１および第２のガイドローラの周りにワイヤが最大３０回または最大２５回巻き付けられる。実施形態では、第１のガイドローラ１５および第２のガイドローラ２５の周りにワイヤが２０回未満、特に１５回未満巻き付けられ得る。
【０１０２】
ワイヤ張力を変化させるように適合させることに加えて、張力変更装置１はさらに、切削ゾーン２４０におけるワイヤ張力を動作中に調整することができるように設計される。第２のガイドローラ２５の回転軸４５の周りで第１のガイドローラ１５を接続アーム３５と一緒に回転させることによって、切削ゾーン２４０におけるワイヤ張力を調節することができる。実施形態では、接続アーム３５が、第２のガイドローラ２５の回転軸４５と係合することができる。第１のガイドローラ１５と第２のガイドローラ２５の間の距離は接続アーム３５の長さによって決定することができる。第１のガイドローラ１５に入る方向が接続アーム３５に対して直角となるようにワイヤを第１のガイドローラ１５内に案内することによって、効率的な調整を得ることができる。それに加えてまたはその代わりに、第１のガイドローラ１５を出る方向が接続アーム３５に対して直角になるように、第１のガイドローラ１５を出るワイヤを案内することもできる。したがって、本明細書に開示されたさまざまな実施形態では接続アームを振り子アームと考えることもできる。
【０１０３】
実施形態によれば、ワイヤソー装置１００は、第１のワイヤ張力と第２のワイヤ張力のうちの少なくとも一方のワイヤ張力を測定する感知装置を含むことができる。それに加えてまたはその代わりに、第２のガイドローラの位置および／または偏向を測定する位置センサを配置することもできる。このような位置センサが図５に例示的に示されており、参照番号５５によって示されている。
【０１０４】
図５はさらに、張力変更装置１と巻取りスプール１３８の間のワイヤスプールゾーン２２０内に配置された感知装置２０を示す。ガイドローラ１１８と張力変更装置１の間に別の感知装置１０が配置されている。感知装置の提供は図５の実施形態に限定されず、本明細書がカバーする全ての実施形態に対して適用可能である。
【０１０５】
実施形態では、感知装置１０を張力変更装置１に入る前または入った時のワイヤ２３０のワイヤ張力を測定するように適合することができ、感知装置２０を張力変更装置１を出る時または出た後のワイヤ２３０のワイヤ張力を測定するように適合する。感知装置１０、２０は、ワイヤ２３０を案内しているワイヤガイド１３０に配置することができる。感知装置１０、２０は、実際のワイヤ張力を測定する力センサを含むことができる。例えば、第１のガイドローラ１５と第２のガイドローラ２５のうちの少なくとも一方のガイドローラの速度を、感知装置１０および／または感知装置２０によって測定されたワイヤ張力に対して適合させることができる。それに加えてまたはその代わりに、図５のワイヤガイド１１８などのアクチュエータによって駆動されたワイヤガイドの速度を、感知装置１０によって測定されたワイヤ張力に対して適合させることもできる。それに加えてまたはその代わりに、巻取りスプール１３８の速度を、感知装置２０によって測定されたワイヤ張力に対して適合させることもできる。
【０１０６】
実施形態によれば、ワイヤソー装置１００は、測定されたワイヤ張力データに基づいて張力変更装置１を制御するコントローラ３０を含むことができる。感知装置１０、２０および／または位置センサ５５がある場合には、感知装置１０、２０および／または位置センサ５５を、ケーブルによってまたは無線でコントローラ３０に接続することができる。少なくとも一方の感知装置１０、２０および／または位置センサによって測定されたデータをコントローラ３０へフィードバックすることができる。測定されたデータに基づいて、コントローラ３０は、張力変更装置１のいくつかのパラメータを評価および計算し、それに応じて張力変更装置１を制御および調節することができる。
【０１０７】
実施形態によれば、切削ゾーン２４０におけるワイヤ張力を制御および調節する別の感知装置を張力変更装置１、特に接続アーム３５に配置することができる。接続アーム３５の実際のトルクおよび特定のワイヤ張力のために必要なトルクを決定することができる。したがって、図５のワイヤガイド１１８などのアクチュエータによって駆動されたワイヤガイドの速度ならびにガイドローラ１５および２５の速度を調整することができる。図５のアクチュエータ１６などのアクチュエータによって接続アーム３５を駆動することができる。本明細書では一般に、記載されたそれぞれのアクチュエータを、例えばブラシレスモータなどの電気モータ、サーボモータまたは空気圧式モータとすることができる。特に、回転運動への運動学的変換と組み合わせた直線アクチュエータを使用することができる。
【０１０８】
実施形態では、本開示のコントローラが、典型的にはモデルベースのアルゴリズムを使用するヘルスモニタリング（ｈｅａｌｔｈ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）を提供することができる。このヘルスモニタリングを使用して、感知装置および／または位置センサから受け取ったデータのもっともらしさ（ｐｌａｕｓｉｂｉｌｉｔｙ）をチェックすることができる。これらのセンサ装置のうちの１つまたは複数のセンサ装置、特に高張力側に位置するセンサ装置の故障の場合、測定データの代わりに推定値に基づいてコントローラは動作し続けることができる。さらに、アクチュエータの動作可能性（ｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ）をチェックするため、トルクの外乱が選択可能なしきい値を上回った場合に警告メッセージを起動することができる。
【０１０９】
図６は、本開示の他の実施形態を示す。このワイヤソー装置は張力変更装置１が提供される。張力変更装置１は、第１のガイドローラ１５および第２のガイドローラ２５が提供される。第１のガイドローラ１５は、接続アーム３５によって第２のガイドローラ２５に接続されている。図６に示した実施形態では、第２のガイドローラが、第１のガイドローラの周りをピボット回転することができない。本明細書ではこれを、張力変更装置の「固い接続（ｓｔｉｆｆ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）」とも呼ぶこともある。
【０１１０】
図５に示した実施形態との違いについて強調する。図５の実施形態の張力変更装置１は、第１のガイドローラ１５内に回転軸４５が提供される。回転軸４５は、第１のガイドローラ１５の周りで第２のガイドローラ２５がピボット回転する軸にも対応する。それに対して、図６の実施形態では、参照番号６０が第１のガイドローラ１５の軸を指し、参照番号６１が第２のガイドローラの軸を指す。しかしながら、図６に示したこれらの実施形態では、第２のガイドローラが第１のガイドローラの軸の周りを回転すること、または第１のガイドローラが第２のガイドローラの軸の周りを回転することを提供していない。特に、第１のガイドローラ１５の軸６０の位置および第２のガイドローラ２５の軸６１の位置を両方ともに固定することができる。
【０１１１】
実施形態によれば、張力変更装置が、１つ、任意には２つのガイドローラを含み、それらのガイドローラにはそれぞれ、本明細書の他の実施形態に関して説明したように円錐形の胴体が提供されることができる。特に、本明細書のさまざまな実施形態で説明したように、第１のガイドローラと第２のガイドローラの両方に円錐形の胴体が提供されることができる。
【０１１２】
さらに、第１のガイドローラと第２のガイドローラの間の固い接続を使用する実施形態では、典型的には張力調整装置が提供される。例えば、図６の実施形態に示されているように、ワイヤソー装置内、特に張力変更装置１と切削ゾーン２４０の間に張力調整装置２を配置することができる。この張力調整装置は、張力を調整するように構成され、特に、切削ゾーン２４０での切削プロセスのために張力をできるだけ一定に保つように構成される。これは、切削ゾーンにおける張力調節の正確さを強化する。
【０１１３】
特には示さない他の実施形態では、スプールゾーン２２０と張力変更装置１の間に張力調整装置を配置することができる。他の実施形態では、張力変更装置１と切削ゾーン２４０の間に張力調整装置２を配置し、スプールゾーン２２０と張力変更装置１の間に別の張力変更装置を配置することができる。
【０１１４】
図６に示されているように、張力調整装置は、ピボット回転の中心１７を有することができる。ガイドローラ１３１が周りをピボット回転するためにアーム３６が提供される。ガイドローラ１３１は受動的に、すなわちガイドローラの両側でのワイヤの張力差に従ってピボット回転することができる。あるいは、ピボット回転の中心１７の周りでのガイドローラ１３１のピボット運動を能動的に制御するアクチュエータを配置することもできる。
【０１１５】
典型的には、張力を変化させるこのローラの周囲の溝は平行に配列される。さらに、典型的には、第２のガイドローラ上の溝の数と第１のガイドローラ上の溝の数は全く同じである。
【０１１６】
本明細書に記載された実施形態に基づく張力変更装置は、ワイヤ張力を桁をまたいで変化させるように適合されている。「変化させる」は、ワイヤ張力を増大または低減させることと定義することができる。張力変更装置に入るワイヤのワイヤ張力を、張力変更装置から出るワイヤのワイヤ張力よりも桁をまたいで低くし、または高くすることができる。張力変更装置に入るワイヤの張力と張力変更装置を出るワイヤの張力との差は、張力変更装置のガイドローラ上の巻き数によって決定される。
【０１１７】
ワイヤがガイドローラの次の一巻きの溝へ進むごとに、張力変更装置の巻きの中で案内されるワイヤのワイヤ張力が次第に増大または低減する。実施形態によれば、図６の実施形態に限定されることなく、上流のガイドローラおよび下流のガイドローラのうちの少なくとも一方のガイドローラにはアクチュエータが提供される。いくつかの実施形態では、上流のガイドローラと下流のガイドローラの両方にアクチュエータが提供される。
【０１１８】
図７は、本明細書に記載されたガイドローラ、特に図に示した実施形態で説明した第１のガイドローラ１５および／または第２のガイドローラ２５の詳細図を例示的に示す。図７は一定の比率では描かれていないが、特に溝構造体に対する洞察を可能にする。図７は、回転軸３７０の周りを回転可能なガイドローラを示す。このガイドローラは、ワイヤを受け取る複数の周囲溝４００が提供される。溝４００は例えば、以前に説明した溝１１５および／または１２５に対応し得る。周囲溝４００は、ガイドローラの円錐形の胴体を取り巻いている。本明細書に記載された実施形態では、周囲溝４００が、少なくとも２つの巻き、特に少なくとも５つの巻きを含む。典型的には、このガイドローラは３０回未満の巻き、特に２０回未満の巻きを含む。
【０１１９】
それぞれの巻きは、谷底３４０、２つの頂上３５０および２つの側面３４５によって形成される。この２つの側面は、本明細書では３６０で示された角度εを作る。実施形態によれば、周囲溝４００のそれぞれの巻きが、円錐形の胴体の横方向における幅、円錐形の胴体の半径方向における深さ、および１つの巻きの中心から隣接する巻きの中心までのピッチ３３０を有する。幅は、１つの巻きを囲む２つの隣接する頂上３５０間の距離によって決定することができる。
【０１２０】
特に、巻きの幅は、１００μｍから５００μｍの範囲とすることができる。深さは、巻きの一方の頂上３５０と谷底３４０の間の距離によって決定することができる。特に、巻きの深さは、１００μｍから５００μｍの範囲とすることができる。ピッチ３３０は、１つの巻きの中心と隣接する巻きの中心との間の距離によって決定することができる。特に、ピッチは、１ｍｍから５ｍｍの間の範囲とすることができる。
【０１２１】
本明細書に記載された実施形態によれば、図７の３０１によって示されているガイドローラの軸方向の幅は１ｃｍから２０ｃｍの間、特に３ｃｍから１０ｃｍの間である。
【０１２２】
実施形態によれば、張力変更装置の第１のガイドローラおよび／または第２のガイドローラであるガイドローラは、軸方向の第１の端部の第１の直径および軸方向の第２の端部の第２の直径を有し、第１の直径は第２の直径よりも、少なくとも１ｍｍ、任意には少なくとも２ｍｍまたは５ｍｍ大きい。第１の直径は、１０ｍｍ未満の大きさだけ第２の直径よりも大きくすることができる。第１の直径および／または第２の直径は少なくとも１０ｃｍとすることができる。典型的には、これらの直径の相対的な差、すなわち第１の直径または第２の直径のより大きい方の直径に対する直径の差が１％以下である。例示的に前の文で与えられた上記の値に限定されない異なる直径をそれぞれの端部が有すると、ガイドローラは円錐形状を有する。したがって、張力を変化させるこのローラの胴体を円錐形の胴体と定義し、表現することができる。
【０１２３】
実施形態によれば、ガイドローラの第１の直径、第２の直径または第１の直径と第２の直径の平均値が、図７の矢印３０１によって示されたガイドローラの軸方向の幅の少なくとも２倍、典型的には少なくとも３倍である。
【０１２４】
図７は、互いに反対側に位置する第１の端部３０２および第２の端部３０３を有する張力ガイドローラを例示的に示す。第１の端部３０２は、第１の端部３０２の最初の巻きの頂上３５０によって限定された直径によって決定される直径４１０を有する。第２の端部３０３は、第２の端部３０３の最初の巻きの頂上３５０によって限定された直径によって決定される直径３１０を有することができる。これらの直径は、５ｃｍから３０ｃｍの間の範囲、特に１０ｃｍから２０ｃｍの間の範囲とすることができる。
【０１２５】
実施形態によれば、第１の端部３０２の直径４１０は、少なくとも１．００１倍、第２の端部３０３の直径３１０より大きくすることができる。それに加えてまたはその代わりに、第１の端部３０２の直径４１０は、最大１．１倍、第２の端部３０３の直径３１０より大きくすることができる。
【０１２６】
本明細書に記載された実施形態では、直径が、円錐形の胴体の長手方向３０１に沿ってガイドローラの第１の端部３０２から第２の端部３０３まで一定に増大する。第１の端部３０２から第２の端部３０３まで次第に増大する直径は、ワイヤ張力の違いによる第１の端部３０２から第２の端部３０３へのワイヤの伸長を補償する。このようなワイヤの伸長は例えば、ワイヤ張力が低張力ゾーンから高張力ゾーンへまたは高張力ゾーンから低張力ゾーンへ変化する前述のワイヤソー装置で起こる。ワイヤ張力によってワイヤが伸長し得る程度はワイヤの材料および直径に依存する。
【０１２７】
他の実施形態では、円錐形の胴体の長手方向に沿って第１の端部３０２から第２の端部３０３まで直径が不定に増大することができる。例えば、この直径の増大は個々の段階で実現することができる。
【０１２８】
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実施形態を考案することができ、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】
【０１２９】
１  張力変更装置
２  張力調整装置
１０  感知装置
１４  第１のガイドローラの円筒形の胴体の直径
１５  第１のガイドローラ
１６  アクチュエータ
１７  ピボット回転の中心
２０  感知装置
２４  第２のガイドローラの円筒形の胴体の直径
２５  第２のガイドローラ
２６  回転軸
３０  コントローラ
３５  アーム、接続アーム
３６  アーム
４５  回転軸
４９  第２のガイドローラのピボット回転
５５  位置センサ
６０  軸
６１  軸
１００  ワイヤソー装置
１１２  ワイヤガイド
１１４  ワイヤガイド
１１５  溝
１１６  ワイヤガイド
１１８  ワイヤガイド
１２１  モータシャフト
１２２  モータ
１２３  モータシャフト
１２４  モータ
１２５  溝
１２６  モータ
１３０  ワイヤガイド
１３１  ガイドローラ
１３４  ワイヤ供給スプール
１３８  ワイヤ巻取りスプール
２００  ワイヤウエブ
２１５  ワイヤの移動方向
２２０  ワイヤスプールゾーン
２２５  ワイヤの移動方向
２３０  ワイヤ
２４０  切削ゾーン
２８１  ワイヤ入口側
２８２  ワイヤ出口側
３０１  軸方向の幅
３０２  インゴット
３０２  第１の端部
３０３  第２の端部
３０４  インゴット
３０６  インゴット
３０８  インゴット
３１０  第２の端部の直径
３３０  ピッチ
３４０  谷底
３４５  側面
３５０  頂上
３６０  側面が作る角度
３７０  回転軸
４００  周囲溝
４１０  第１の端部の直径
【図１ａ】
2015050460.tif 000003
【図１ｂ】
2015050460.tif 000004
【図２】
2015050460.tif 000005
【図３】
2015050460.tif 000006
【図４】
2015050460.tif 000007
【図５】
2015050460.tif 000008
【図６】
2015050460.tif 000009
【図７】
2015050460.tif 000010
【外国語明細書】
2015050460000001.pdf
2015050460000002.pdf
2015050460000003.pdf
2015050460000004.pdf