(57)【要約】【課題】  切断加工時の摩擦熱あるいは研削加工熱がもたらす切断精度の低下の問題を解決し、反りを抑制することが可能なワイヤーソーのワークプレートの提供。【解決手段】  走行するワイヤと被加工物にスラリーを供給し、当該ワイヤが形成する所定ピッチのワイヤ列に被加工物を押しつけながら多数のウハに切断するワイヤーソーにおけるワークプレートにおいて、前記ワークプレート全体に冷却媒体通路を設け、該冷却媒体通路に冷却媒体を通流させることによって当該ワークプレートを内部から冷却することを特徴とする。【選択図】      図１
2005319547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行するワイヤと被加工物にスラリーを供給し、当該ワイヤが形成する所定ピッチのワイヤ列に被加工物を押しつけながら多数のウェーハに切断するワイヤーソーにおけるワークプレートにおいて、前記ワークプレートに１ないし複数の冷却媒体通路を設け、該冷却媒体通路に冷却媒体を通流させる構造となしたことを特徴とするワイヤーソーのワークプレート。
【請求項２】
走行するワイヤと被加工物にスラリーを供給し、当該ワイヤが形成する所定ピッチのワイヤ列に被加工物を押しつけながら多数のウェーハに切断するワイヤーソーにおけるワークプレートにおいて、前記ワークプレートの側面に多数の放熱フィンを設けた構造となしたことを特徴とするワイヤーソーのワークプレート。
【請求項３】
走行するワイヤと被加工物にスラリーを供給し、当該ワイヤが形成する所定ピッチのワイヤ列に被加工物を押しつけながら多数のウェーハに切断するワイヤーソーにおけるワークプレートにおいて、前記ワークプレートに１ないし複数の冷却媒体通路を設け、該冷却媒体通路に冷却媒体を通流させる構造となすとともに、同ワークプレートの側面に多数の放熱フィンを設けた構造となしたことを特徴とするワイヤーソーのワークプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料、セラミックス等の高精度切断が要求される硬脆性材料をワイヤとスラリーにより薄板の多数のウェーハに切断するワイヤーソーのワークプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体材料のシリコンインゴットをウェーハ状に切断するもに用いられるワイヤーソー（一般にマルチワイヤーソーと称している）は、所定ピッチで多条掛けされたワイヤ列にワーク（シリコンインゴット）を押しつけ、スラリー（砥粒を含む研削液）を注いでスラリーをワイヤ列とワークの間に介在させ、ワイヤとワークを相対運動させ研削作用によって切断する方式であり、ワイヤの走行方式で分類すれば、一方向式と往復式があり、前者は基本的には切断完了までワイヤを一方向に走行させる方式であり、後者はワイヤをワークに対して往復走行させる方式である。
【０００３】
図６、図７は一般的なワイヤーソーの切断部を例示したもので、図６に示すワイヤーソーは、ワイヤ列に対しワークを押し上げながら切断する方式であって、その構成は、回転自在に保持された３個の溝ローラ１、２、３の外周に刻設された多数の溝に一本のワイヤ４が巻き付けられて所定ピッチのワイヤ列が形成され、ワーク６の上方に設けたスラリー供給ノズル７から砥液をワーク６に注ぎながらワイヤ列を走行させるとともに、ワーク押上げ台１０を徐々に押し上げながら切断していく方式である（特許文献１参照）。ここで、ワーク６はカーボン等からなるスライスベース（当て板）８に、該当て板８は金属製のワークプレート９にそれぞれ接着されており、ワークプレート９はワーク押上げ台１０にねじ等により着脱可能に装着されている。
【０００４】
一方、図７に示すワイヤーソーは、ワイヤ列に対しワークを押し下げながら切断する方式であって、ワイヤ列の上方にワークを配置する以外は前記図６に示すワイヤーソーと同様の構成である。すなわち、回転自在に保持された３個の溝ローラ１１、１２、１３の外周に一本のワイヤ１４が巻き付けられて形成された所定ピッチのワイヤ列の上方に、ワークホルダー２０に保持されたワーク１６を配置し、ワーク１６の下方に設けたスラリー供給ノズル１７から砥液をワーク１６に注ぎながらワイヤ列を走行させるとともに、ワークホルダー２０を徐々に押し下げながら切断していく方式である（特許文献２参照）。この方式の場合も、ワーク１６はカーボン等からなるスライスベース（当て板）１８に、該当て板１８は金属製のワークプレート１９にそれぞれ接着されており、ワークプレート１９はワークホルダー２０に着脱可能に保持されている。２１はスラリー供給ノズル１７から噴出したスラリーを受けるスラリー溜りである。
【０００５】
しかしながら、前記した構成の従来のワイヤーソーでは、研削による発熱現象によって切断精度が悪くなり、切断したウェーハに反りを生じるという問題があった。より具体的に説明すると、ワイヤ列はスラリーを介してワーク６、１６と摺動するので、摩擦熱あるいは研削加工熱が発生し、これらの熱によってワーク６、１６が取付けられているワークプレート９、１９自体の温度が上昇して熱膨張し、この熱膨張の影響を受けて切断したウェーハに反りを生じる。図６はその一例を示したもので、摩擦熱あるいは研削加工熱によりワークプレート９（または１９）が熱変形することにより、当該ワークプレートに固定されているワーク６（または１６）が変形し反りが発生する。また、切断したウェーハに反りを生じる他の原因としては、例えば図７に示すワイヤーソーのように、ワークを上から吊り下げて切断する方式において、ワークプレート１９がワイヤーソーの保持部材によって保持されて吊架されている場合、そのワークプレート１９が熱膨張すると当該ワークプレートと保持部材との間にずれが生じ、該ワークプレート１９に取付けられたワークとワイヤとの相対位置が急激に変化することが知られている。
【０００６】
かかる対策として、特許文献３には、切断したウェーハの反りを抑制するためのワイヤーソーの被加工物取付け構造が提案されている。この構造は、ワークとワークプレートとの間に介在させるスライスベース（当て板）を低熱伝導材料でかつワークとほぼ同一の線膨張係数を有する材料で形成するとともに、該スライスベースの厚さをワークプレートのワークに対する熱膨張の差を吸収してワーク側の伸長を許容範囲内にすることを特徴とするもので、切断時に発生した摩擦熱あるいは加工熱を低熱伝導材料製のスライスベースで遮り、ワークプレートへの熱伝達を抑制することができるとしたものである。
【０００７】
また、特許文献４には、同じく切断したウェーハの反りを抑制する手段として、低熱膨張材料製のワークプレートが提案されている。このワークプレートは、低熱膨張材料で形成されたもの、または熱膨張率の異なる複数の低熱膨張材料を組合わせて形成されたもので、低熱膨張材料製であることにより研削加工熱によるワークプレートの温度上昇を抑制することができるとしたものである。
【０００８】
なお、前記した特許文献２には、ワークプレートにスラリー供給機構を具備させたワイヤーソーが提案されている。このワイヤーソーは、ワークプレートを中空状となし、その中空状のワークプレートにスラリー導入口と、該スラリーをワーク外周面に供給するためのスラリー供給口を設け、前記スラリー導入口を介してスラリーを当該ワークプレート中空部に導入し、この導入されたスラリーを該スラリー供給口からワーク外周面に供給するように構成されたもので、ワークプレートを利用してスラリーの供給を行うことができるので、別体としてのスラリー供給機構が不要となるという利点を得たもので、前記した研削加工熱によるワークプレートの温度上昇を抑制することを目的としたものではない。したがって、中空状のワークプレートに対する冷却効果はほとんど得られず、該ワークプレートの熱変形を防止することはできない。
【特許文献１】特許２７２２９７５号公報（第２頁左欄、図２〜図３）
【特許文献２】特開平１１−２７７３９５号公報（第２頁右欄、図５、第３頁右欄、第４頁左欄、図１〜図４）
【特許文献３】特開２０００−５２２２５号公報（第３頁、第４頁）
【特許文献４】特開２０００−１０８００９号公報（第３頁、第４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、切断したウェーハの反りを抑制する手段として提案されている、スライスベース（当て板）を低熱伝導材料でかつワークとほぼ同一の線膨張係数を有する材料で形成する手段（特許文献３）や、ワークプレートを低熱膨張材料製とする手段（特許文献４）は、シリコンやインバー等の材料を用いるため材料コストが高くつき、ウェーハの製造コストのアップを余儀なくされるという欠点がある。
本発明は、このような実状に鑑み、低熱伝導材料や低熱膨張材料を用いることなく、簡易な手段でかつ低コストで切断加工時の反りを抑制することが可能なワイヤーソーのワークプレートを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るワイヤーソーのワークプレートは、ワーク切断時の摩擦熱あるいは研削加工熱によるワークプレートの温度上昇を抑制する手段として、ワークプレート自体を冷却媒体による内部冷却方式と放熱フィンによる外部冷却方式を採用したもので、その要旨は、走行するワイヤと被加工物にスラリーを供給し、当該ワイヤが形成する所定ピッチのワイヤ列に被加工物を押しつけながら多数のウハに切断するワイヤーソーにおけるワークプレートにおいて、前記ワークプレートに１ないし複数の冷却媒体通路を設け、該冷却媒体通路に冷却媒体を通流させることによって当該ワークプレートを内部から冷却する方式（内部冷却方式）となしたことを特徴とし、また、ワークプレートの外面部に多数の放熱フィンを設けて当該ワークプレートの熱を放散させる方式（外部冷却方式）となしたことを特徴とし、さらに、ワークプレートに前記１ないし複数の冷却媒体通路と前記放熱フィンを設けて、当該ワークプレートを内部及び外部から冷却する方式となしたことを特徴とするものである。
なお、本発明で使用する冷却媒体としては、液体、気体のいずれでもよく、液体としては冷却水やオイル等を用い、気体としては空気、ガス等を用いることができる。また、これらの冷却媒体は、加工中のワークプレートの温度がより一定になるように温度、流量（供給量）を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のワークプレートは、切断加工中に当該ワークプレートを内部あるいは外部から冷却する方式であるから、切断加工時の摩擦熱あるいは研削加工熱に起因する当該ワークプレートの熱膨張が抑制され、反りの少ない高精度のウェーハを加工することが可能である。また、本発明の冷却媒体による内部冷却方式と放熱フィンによる外部冷却方式のワークプレートは、シリコンやインバー等のコストの高い材料を使用する必要がなく、コストの安い材料で構成することができるので、反りのない高品質のウェーハを低コストで製造できる。さらに、冷却媒体による内部冷却方式のワークプレートの場合は、特に冷却媒体を循環させて冷却する方式の場合には、無駄なく且つ効率よくワークプレートを冷却することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１〜図４は本発明に係るワークプレートの実施例を示したもので、図１は内部冷却方式のワークプレートを示す概略斜視図、図２（ａ）は同上ワークプレートの縦断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のア−ア線上の縦断面図、図３は外部冷却方式のワークプレートを示す概略斜視図、図４は内部冷却方式と外部冷却方式の二つを兼ね備えたワークプレートを示す概略斜視図であり、３１は内部冷却方式のワークプレート、３１−１は冷却媒体通路、３１−２は連通孔、３２は外部冷却方式のワークプレート、３２−１は放熱フィン、３３は内・外部冷却方式のワークプレート、３３−１は冷却媒体通路、３３−２は放熱フィンである。
【００１３】
すなわち、図１、図２に示す内部冷却方式のワークプレート３１は、当該ワークプレート本体の長手方向に例えば左右２つの冷却媒体通路３１−１を貫通して設けるとともに、該２つの冷却媒体通路３１−１の中央部を連通孔３１−２にて連通して構成する。なお、連通孔３１−２は、当該ワークプレート３１の側面から穿孔して設けるとともに、その側面開口部はねじ３１−３により遮蔽する。
かかる構成の冷却媒体通路３１−１を有するワークプレート３１の場合は、該冷却媒体通路３１−１に外部から冷却水等の冷却媒体を通流させることにより、当該ワークプレート３１は内部から冷却される。したがって、切断加工時の摩擦熱あるいは研削加工熱が当該ワークプレートに伝達しても温度上昇が抑制される。
なお、ここでは２つの冷却媒体通路３１−１の中央部を連通孔３１−２にて連通して構成したワークプレート３１を例示したが、冷却媒体通路３１−１の数は当該ワークプレートの大きさや強度を考慮して決定し、また各冷却媒体通路３１−１を連通させる連通孔３１−２は必要に応じて設ける。さらに、通流させる冷却媒体は、ワークプレートが常に一定の温度に保たれるように温度調整されることはいうまでもない。
【００１４】
また、図３に示す外部冷却方式のワークプレート３２は、当該ワークプレート本体の側面に多数の放熱フィン３２−１を設けたもので、この場合、放熱フィン３２−１はワイヤーソーの種類に応じて当該ワークプレート本体の側面全体あるいは部分的に設ける。なお、放熱フィン３２−１としては、プレート状のものが一般的であるが、より伝熱面積を増大するために該プレートフィンに貫孔、ルーバー、ピンフィン、凹凸等を設けたものを用いてもよい。また、該放熱フィン３２−１の厚さや大きさ、形状、個数等は当該ワイヤーソーの種類、ワークプレートの大きさ等を考慮して決定すればよい。
かかる構成のワークプレート３２の場合は、切断加工時の摩擦熱あるいは研削加工熱が当該ワークプレートに伝達しても多数の放熱フィン３２−１の作用により当該ワークプレート３１の温度上昇が抑制される。
【００１５】
さらに、図４に示す内・外部冷却方式のワークプレート３３は、当該ワークプレート本体の長手方向に前記図１に示す冷却媒体通路と同様の左右２つの冷却媒体通路３３−１を貫通して設けるとともに、当該ワークプレート本体の側面に図２に示す放熱フィンと同様の多数の放熱フィン３３−２を設けたものである。
なお、この内・外部冷却方式のワークプレート３３の場合も、前記図１に示すものと同様、冷却媒体通路３１−１の数は当該ワークプレートの大きさや強度を考慮して決定し、また放熱フィン３３−２についても前記図２に示すものと同様、ワークプレート本体の側面全体あるいは部分的に設けることとし、かつ放熱フィンの厚さや大きさ、形状、個数等も当該ワイヤーソーの種類、ワークプレートの大きさ等を考慮して決定する。
かかる構成のワークプレート３３の場合は、冷却媒体通路３３−１を流れる冷却水等の冷却媒体と、ワークプレート本体の外面部に設けた多数の放熱フィン３３−２とにより冷却されるので、図１、図２に示すワークプレートよりもさらに効果的に冷却される。
【００１６】
なお、本発明においては、ワークプレート３１、３２、放熱フィン３２−１の材質は特に限定するものではないが、切断加工時の摩擦熱あるいは研削加工熱に起因する当該ワークプレートの熱膨張をより抑制するために、これらの材質を低熱膨張材料で作製してもよい。
【実施例】
【００１７】
図６に示すワイヤーソーを用い、図１〜図２に示すワークプレートに、直径２００ｍｍのシリコンインゴットをＧＣ砥粒とスライシング（ラッピング）オイルとからなるスラリーを使用し切断してウェーハを製造した時のワークプレートの時間と温度の関係、反り形状並びに反り分布の結果を図５に示す。なお、本実施例ではワークプレートの冷却媒体に冷却水を用い、温度、流量は一定とした。
また、比較のため、従来のワークプレートに本実施例と同じシリコンインゴットを同じ条件で切断しウェーハを製造した時のワークプレートの時間と温度の関係、反り形状並びに反り分布を図５に比較して示す。
図５に示す結果より明らかなごとく、本発明のワークプレートを採用したワイヤーソーによれば、従来のワークプレートを用いたワイヤーソーに比べ、切断中ワークプレートをほぼ一定の低い温度に保持することができ（図５(ａ)）、反りの極めて少ないウェーハの製造が可能であることがわかる（図５(ｂ)、図５(ｃ)）。さらに、加工中におけるワークプレートの温度がより一定に保たれるように冷却媒体の温度、流量を制御することにより、さらなる反りの工程能力向上が見込める。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明のワークプレートは、半導体材料、セラミックス等の高精度切断が要求される硬脆性材料をワイヤとスラリーにより薄板の多数のウェーハに切断する全てのワイヤーソーに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る内部冷却方式のワークプレートの一実施例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明に係る内部冷却方式のワークプレートの一実施例を示し、（ａ）は概略縦断面図、（ｂ）は（ａ）のアーア線上の縦断面図である。
【図３】本発明に係る外部冷却方式のワークプレートの一実施例を示す概略斜視図である。
【図４】本発明に係る内部冷却方式と外部冷却方式の二つを兼ね備えたワークプレートの一実施例を示す概略斜視図である。
【図５】本発明の実施例における結果を従来例と比較して示したもので、（ａ）はワークプレートの時間と温度の関係を示す図、（ｂ）は反り形状を示す図、（ｃ）は反り分布を示す図である。
【図６】本発明の対象とする従来のワイヤーソーの一例を示す該略図である。
【図７】本発明の対象とする従来のワイヤーソーの他の例を示す該略図である。
【符号の説明】
【００２０】
３１  内部冷却方式のワークプレート
３１−１  冷却媒体通路
３１−２  連通孔
３２  外部冷却方式のワークプレート
３２−１  放熱フィン
３３  内・外部冷却方式のワークプレート
３３−１  冷却媒体通路
３３−２  放熱フィン
【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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