(57)【要約】【課題】半導体インゴット等の被加工物の汚染を効果的に防止し、被加工物から切断されたウエーハ等の厚さバラツキを低減することができるとともに、稼動効率が高く、ランニングコストは低いワイヤソー装置を提供する。【解決手段】ワイヤを走行させるとともに該ワイヤに被加工物を押し当てることにより該被加工物を切断するワイヤソー装置であって、少なくとも、切断用のワイヤ１７と、該ワイヤを巻きつけて走行させるための複数のローラ２ａ，２ｂと、各ローラを回転させるための駆動モータ１とを具備し、前記駆動モータと前記複数のローラとの間に少なくとも一つの差動歯車機構１０を介在させ、該差動歯車機構を介して前記駆動モータの動力を前記複数のローラに伝達することにより、該複数のローラを同期して回転させるものであることを特徴とするワイヤソー装置２０。【選択図】図１
2005254373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤを走行させるとともに該ワイヤに被加工物を押し当てることにより該被加工物を切断するワイヤソー装置であって、少なくとも、切断用のワイヤと、該ワイヤを巻きつけて走行させるための複数のローラと、各ローラを回転させるための駆動モータとを具備し、前記駆動モータと前記複数のローラとの間に少なくとも一つの差動歯車機構を介在させ、該差動歯車機構を介して前記駆動モータの動力を前記複数のローラに伝達することにより、該複数のローラを同期して回転させるものであることを特徴とするワイヤソー装置。
【請求項２】
前記ローラを、２本又は４本具備するものであることを特徴とする請求項１に記載のワイヤソー装置。
【請求項３】
前記請求項１又は請求項２に記載のワイヤソー装置を用い、前記被加工物として半導体インゴットを切断することを特徴とする半導体インゴットの切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤソー装置及び半導体インゴットの切断方法に関し、特に半導体インゴットからウエーハを切り出す際に使用するワイヤソー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶等の半導体インゴットからウェーハを切り出す手段としては、ドーナツ状の内周刃スライサー、円盤状の外周刃スライサーのほか、ワイヤソーが知られている。特に近年では、大口径の半導体インゴットから一度に多数枚のウェーハを切り出せるワイヤソー装置が多く使用されている。
【０００３】
図３は、ワイヤソー装置の一例の概略を示している。このワイヤソー装置１００は、ワイヤ１０３を巻きつけて走行させるためのローラとして、三角形の頂点に配設された３本のヘッドローラ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ（メインローラとも呼ばれる）を備えている。これらのヘッドローラ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃは、図４に見られるように、軸受部１１０で軸支される鋼材等の芯金１１１の周囲に樹脂製等の筒材１１２が形成されており、筒材１１２の外周にはワイヤを巻きつけるためのワイヤ溝ｍが所定の間隔で切込まれている。そして、ヘッドローラ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの外周部にはワイヤ１０３が螺旋状に巻き付けられて平行なワイヤ列を形成している。
【０００４】
また、下方のヘッドローラ１０２ｃを回転駆動するための駆動モータ１０５が備えられている。
さらに上方の２本のヘッドローラ１０２ａ，１０２ｂの間の上方には、被加工物（ワーク）である単結晶インゴットＷを保持して上下動し得るワークホルダ１０４が配設されており、加工部の下方には、加工に使用されたスラリーを受けるスラリー溜り１０７が設けられている。
【０００５】
インゴットＷを切断する場合、ワイヤ繰出し部材から引き出された切断用のワイヤ１０３は、ワイヤ溝ｍに係合しながら駆動モータ１０５の正・逆回転の繰返しによって、往復動し、所定の速度で走行される。この時、スラリーノズル１０６から砥粒と研削液の混合液であるスラリーを供給するとともに、上方のヘッドローラ１０２ａ，１０２ｂ間のワイヤ列にインゴットＷを押し当てることにより所定厚みの多数のウエーハ素材を同時に切出すことができる。
なお、ヘッドローラ１０２の数は３本に限らず、２本、４本あるいはそれより多くすることもできる。また、ワイヤ１０３を一方向に走行させて切断加工を行う場合もある。
【０００６】
このようなワイヤソー装置１００では、半導体インゴット等の被加工物を精度良く切断するために、ワイヤ張力を適正な値に調節する必要がある。
そこで、例えば一部のローラに連結した駆動モータと他のローラに連結した駆動モータとにトルク差を付けて一部のローラに回転抵抗を与えることにより、ワークを切断するワイヤ部分の張力を局所的に高めるワイヤソー装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
例えば、図５に示したような４本のヘッドローラ１３，１４，１５，１６を備えたワイヤソー装置において、１５、１６はそれぞれ別個の駆動モータ（図示せず）に連結された駆動ローラ、１３、１４は従動ローラである。この駆動ローラ１６に駆動モータからトルクを与え、駆動ローラ１５に別の駆動モータからそれより小さいトルクを与えると、ワークを切断するワイヤ領域１１を含むワイヤ領域、すなわち駆動ローラ１５、１６間のワイヤ領域１２を除くワイヤ領域の張力が高められる。しかし、この方法では、駆動ローラ１５、１６の間に存在するトルク差のため、駆動ローラ１６はワイヤ１７を引っ張るかたちになり、駆動ローラ１５はワイヤ１７に引きずられるかたちになる。そのため、駆動ローラ１５と１６には従動ローラ１３、１４に比べて強い摩擦力がはたらくことになり、ワイヤ１７や駆動ローラ１５、１６の磨耗が促進されることになるという問題があった。
【０００８】
磨耗の進んだローラを使用し続けると、ワイヤがワイヤ溝を切り込んで、ローラの基材である金属がワイヤに付着し、さらにはインゴットからウエーハを切り出す際にインゴットやウエーハに付着し、ウエーハの金属汚染を引き起こすという問題がある。また、溝が不均一に磨耗することでインゴット切断の際、切り出されたウエーハの厚さにバラツキが生ずるという問題もある。
一方、磨耗によるローラの交換頻度を多くすると、稼動効率の低下やランニングコストの上昇を招くという問題がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２３２５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記問題に鑑み、本発明は、半導体インゴット等の被加工物の汚染を効果的に防止し、被加工物から切断されたウエーハ等の厚さバラツキを低減することができるとともに、稼動効率が高く、ランニングコストは低いワイヤソー装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、ワイヤを走行させるとともに該ワイヤに被加工物を押し当てることにより該被加工物を切断するワイヤソー装置であって、少なくとも、切断用のワイヤと、該ワイヤを巻きつけて走行させるための複数のローラと、各ローラを回転させるための駆動モータとを具備し、前記駆動モータと前記複数のローラとの間に少なくとも一つの差動歯車機構を介在させ、該差動歯車機構を介して前記駆動モータの動力を前記複数のローラに伝達することにより、該複数のローラを同期して回転させるものであることを特徴とするワイヤソー装置が提供される（請求項１）。
【００１２】
このように差動歯車機構を介して駆動モータの動力を各ローラに伝達して同期回転させるものとすれば、各ローラにトルク配分が均等化されるため、ヘッドローラに巻き回されるワイヤの滑りを防止し、特に一部のローラの磨耗だけが促進されてしまうようなことを効果的に抑制することができる。したがって、このようなワイヤソー装置ではローラの交換頻度が低くなり、稼動効率は高く、ランニングコストは低い上、半導体インゴット等の被加工物を汚染せずに切断し、厚さバラツキの小さいウエーハを製造することができるものとなる。
【００１３】
この場合、前記ローラを、２本又は４本具備するものであることが好ましい（請求項２）。
このようにワイヤを巻きつけて走行させるためのローラが２本又は４本具備するものであれば、介在させる差動歯車が少なく、モータの動力を各ローラに簡単かつ十分に伝達することができるため、被加工物の切断を確実に行うことができるものとなる。
【００１４】
さらに本発明によれば、前記ワイヤソー装置を用い、前記被加工物として半導体インゴットを切断することを特徴とする半導体インゴットの切断方法が提供される（請求項３）。
本発明に係るワイヤソー装置は、一部のローラにおける磨耗の促進を防止し、被加工物を汚染せずに切断することができるため、特に金属汚染を避ける必要のある半導体インゴットの切断に有効に用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るワイヤソー装置は、ワイヤを巻きつけて走行させるための複数のローラに、差動歯車機構を介して駆動モータの動力を伝達し、これらの複数のローラを同期して回転させるため、各ローラに対するトルク配分が均等化される。したがって、ワイヤの滑りが防止され、一部のローラにおける磨耗の促進を効果的に抑制することができる。このようなワイヤソー装置は、稼動効率は高く、ランニングコストは低い上、半導体インゴット等の被加工物を汚染せずに切断し、厚さバラツキの小さいウエーハを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明者は、シリコン単結晶等のインゴットを従来のワイヤソー装置で切断を行う場合、切断用のワイヤを巻き付けて走行させるための複数のヘッドローラのうち、一部のローラが他のローラよりも磨耗が急速に進行し易いことを見出した。そして、このような一部のローラに見られる磨耗の急速な進行について鋭意研究した結果、駆動モータの動力を差動歯車機構を介して各ローラに伝達し、各ローラを同期して回転させることにより各ローラ間の磨耗量の差を極めて小さくすることができることを見出し、本発明の完成に至った。
【００１７】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係るワイヤソー装置を用いてシリコン単結晶インゴットを切断する場合について具体的に説明する。
図１は、本発明に係るワイヤソー装置の一例を概略的に示したものである。なお、ここではスラリーノズルやワークホルダ等は省略されて記載されている。
【００１８】
このワイヤソー装置２０は、切断用のワイヤ１７と、ワイヤ１７を巻きつけて走行させるための２本のヘッドローラ２ａ，２ｂと、各ローラ２ａ，２ｂを回転させるための正逆回転可能な駆動モータ１とを具備している。そして、駆動モータ１と２本のローラ２ａ，２ｂとの間には差動歯車機構１０が介在されており、差動歯車機構１０の入力側に駆動モータ１が接続され、出力側にヘッドローラ２ａ，２ｂが接続されている。このような回転駆動系により、駆動モータ１の動力が差動歯車機構１０を介して２本のローラ２ａ，２ｂに伝達され、２本のローラ２ａ，２ｂを同期して高速回転させることができる。
【００１９】
ここで、動力（回転）の伝達について詳しく説明する。まず、駆動モータ１により、傘歯車３ａが回転される。傘歯車３ａの回転は、傘歯車３ｂを回転させ、傘歯車３ｂに固定された板状のハウジング（ケース）３ｃ，３ｄも共に回転する。そして、ハウジング３ｃ，３ｄの回転がそのまま傘歯車３ｇ，３ｈに伝わり、さらに、傘歯車４，５を回転させる。なお、ハウジング３ｃ，３ｄには傘歯車３ｅ，３ｆの各軸が貫通する孔が設けられており、傘歯車３ｅ，３ｆは軸回転可能であるが、左右のヘッドローラ２ａ，２ｂにはトルク差が発生していないため、傘歯車３ｅ，３ｆは軸回転はしない。
そして、傘歯車４に伝わった回転は傘歯車６を介して回転軸８により、ヘッドローラ２ａに伝わり、このローラ２ａを回転させる。
一方、傘歯車５に伝わった回転は傘歯車７を介して回転軸９によりヘッドローラ２ｂに伝わり、このローラ２ｂを回転させる。
【００２０】
このように駆動モータ１の動力（回転駆動）を、差動歯車機構１０の各傘歯車等を介して伝達することにより、ヘッドローラ２ａ，２ｂを同期して回転させることができる。この場合、ヘッドローラ２ａ，２ｂに対するトルク配分が均等化されるとともに、各ローラ２ａ，２ｂは同じ回転方向、同じ回転速度により回転されるため、各ローラ２ａ，２ｂにワイヤ１７を巻きつけて走行させる際、ワイヤ１７の滑りを確実に防止することができる。
【００２１】
図２は、本発明に係るワイヤソー装置の他の例を示している。このワイヤソー装置３０では、ワイヤを巻きつけて走行させるためのローラとして、４本のヘッドローラ２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを具備し、これらのヘッドローラ２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆと駆動モータ１との間には３つの差動歯車機構１０ａ，１０ｂ，１０ｃが介在している。駆動モータ１が第１の差動歯車機構１０ａの入力側に接続され、第１の差動歯車機構１０ａの出力側が第２及び第３の差動歯車機構１０ｂ，１０ｃの入力側に接続されている。なお、図２では、説明のためヘッドローラ２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ等の構成部品は平面的に配置され、ワイヤは省略されているが、４本のヘッドローラ２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆは図５に示したものと同様に四角形の各頂点となるように配置することができる。
【００２２】
このような回転駆動系を有するワイヤソー装置３０では、駆動モータ１の回転駆動は、第１の差動歯車機構１０ａの歯車１１を介して歯車１２に伝わり、前記と同様に当該機構の他の歯車等を介して歯車１３，１４に伝わる。このとき、歯車１３，１４は同期して回転することになる。
【００２３】
そして、第１の差動歯車機構１０ａの歯車１３に伝わった回転は、第２の差動歯車機構１０ｂの歯車２３ａに伝わり、さらに前記と同様に当該機構１０ｂの他の歯車を介して第１のヘッドローラ２ｃ及び第２のヘッドローラ２ｄを同期して回転させる。
一方、第１の差動歯車機構１０ａの歯車１４に伝わった回転は、第３の差動歯車機構１０ｃの歯車３３ａに伝わり、前記と同様にして当該機構１０ｃの他の歯車を介して第３のヘッドローラ２ｅ及び第４のヘッドローラ２ｆを同期して回転させる。
【００２４】
すなわち、上記のように駆動モータ１と４本のヘッドローラ２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆとの間に３つの差動歯車機構１０ａ，１０ｂ，１０ｃを介在させれば、第１の差動歯車機構１０ａにより第２及び第３の差動歯車機構１０ｂ，１０ｃの各歯車２３ａ，３３ａを同期して回転させることができ、さらに第２及び第３の差動歯車機構１０ｂ，１０ｃを介して第１〜第４のヘッドローラ２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを全て同期して回転させることができる。したがって、各ローラ２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆに対するトルク配分も均等化させることができる。
【００２５】
なお、このように４本のヘッドローラ２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆの全てに駆動モータ１の動力を伝達する装置３０では、図１に示したような２本のヘッドローラ２ａ，２ｂを備えた装置２０に比べ各ローラに対するトルクが小さくなるが、トルクを大きくする必要があれば、駆動モータ１としてトルクの大きいものを使用すれば問題ない。
また、この装置３０では、４本のヘッドローラ２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆの全てが同等に駆動されるため、各ローラ間のワイヤ張力が等しくなり、例えば、上側のローラ間と下側のローラ間でそれぞれインゴットを切断することも可能となる。
【００２６】
以上のように、本発明に係るワイヤソー装置は、駆動モータとワイヤを巻きつけて走行させるための複数のローラとの間に少なくとも一つの差動歯車機構を介在させ、この差動歯車機構を介して駆動モータの動力を各ローラに伝達することにより各ローラを同期して回転させるものである。このようなワイヤソー装置とすれば、駆動モータの動力は各ローラに均等に配分されるため、全てのローラを同じトルク量、同じ回転数、同じ回転速度で回転させることができる。したがって、一部のローラでの磨耗の促進を効果的に防ぐことができ、ローラの交換頻度も最小限に抑えることができる。
このような本発明に係るワイヤソー装置は、稼動効率は高く、ランニングコストは低くなるとともに、シリコン単結晶等の半導体インゴット等の被加工物を汚染せずに切断することができる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
（実施例）
図２に示したような４本のヘッドローラを差動歯車機構を介して同期して回転させることができるワイヤソー装置を用い、直径１５０ｍｍのシリコンインゴットを１００本、ワイヤを一方向送りとして切断した。
このようなインゴットの切断を行った後、各ローラのワイヤ溝の磨耗量を測定したところ、最も溝磨耗量が多かったローラと他のローラの溝磨耗量との差は０．０１ｍｍ以下であった。
【００２８】
（比較例）
図５に示したような４本のヘッドローラの一部のローラに回転抵抗を付与してトルク差を与えるタイプの従来のワイヤソー装置を用い、実施例と同様に直径１５０ｍｍのシリコンインゴットを１００本、ワイヤを一方向送りとして切断した。
その後、ワイヤ滑りを起こす位置のヘッドローラの溝磨耗量と他のヘッドローラの溝磨耗量を比較したところ、両者の差は０．０３ｍｍであり、実施例の３倍以上であった。
【００２９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３０】
例えば、上記実施形態では２本又は４本のヘッドローラを備えたワイヤソー装置について説明したが、ヘッドローラの数はこれに限定されず、介在させる差動歯車機構を増やすことによりさらに多数のヘッドローラを備えたものとすることもできる。
また、例えば、図１に示したように駆動モータの動力を差動歯車機構を介して２本のヘッドローラに伝達してこれを駆動ローラとし、さらに従動ローラとして２本のローラを備えたワイヤソー装置とすることもできる。
また、本発明に係るワイヤソー装置は、シリコン単結晶インゴットの切断に限らず、他の半導体あるいは酸化物結晶、石英等の切断等にも好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るワイヤソー装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係るワイヤソー装置の他の例を示す概略構成図である。
【図３】従来のワイヤソー装置の一例を示す概略図である。
【図４】ヘッドローラの部分断面図である。
【図５】４本のヘッドローラの配置例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…駆動モータ、  ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ…ヘッドローラ、  ３ａ，３ｂ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ…傘歯車、  ３ｃ，３ｄ…ハウジング（ケース）、  ４，５，６，７…傘歯車、  ８，９…回転軸、  １０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…差動歯車機構、  １１，１２，１３，１４…歯車、  １７…ワイヤ、  ２３ａ，３３ａ…歯車、  Ｗ…被加工物（ワーク、半導体インゴット）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005254373.tif 000006
【図５】
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