JPH029564A - 半導体棒を少なくとも１つの平らな表面を備えた半導体ディスクに切断する方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はその特別な特性に基づいて切断工程に極端な要
請に制約されるＩＩＶ硬度１５００ＯＮ／　ｔａ■２ま
でのビッカース硬度の硬くて脆い非金属材料の切断に関
する。

（従来の技術） 溶融物から得られる生成品は円筒状、いわゆる棒である
。材料の他の加工はこの棒をディスクにスライスするこ
とを必要とする。しかしこの切断工程は次の要求によっ
て特徴つけられる。

ａ）材料がその高い純度の特性の取得のために非常にコ
ストが高いので、切断損失は最小にされなければならな
い。切断幅は明らかに略１ａ＋ａ＋のウェハ厚さ以下で
ある。

ｂ）切断されたウェハはできる限り面平行な表面を有す
るべきである。

第１の条件のためにローブによる切断の原理が使用され
、この原理自体はずっと以前から公知である。矩形のブ
ロックに石を切断する際にローブは工作物上に力作用の
下に適用され、その際冷却剤を備えた砥粒がローブに緩
く添加される。この種のソーの除去能力はは非常に低い
としても、この種のソーは今日向石切りに使用されてい
る。

生産性の改良は、砥粒がローブに固着されることによっ
て得られる。このことは分離した要素の形（ローブを取
り囲みかつローブの上に砥粒のような外表面を備えたス
リーブが固着される）に又はローブ上への直接の砥粒が
付設が行われる。切断の精度及び除去能力はワイヤ張力
の増大に伴って大きくなるので、ローブの張力に対する
要求が高まり、その結果今日の工業的プラクシスにおけ
る伝統的な麻ローブは最早役に立たない。

非常に硬い材料の切断はその時代の従来技術に基づいて
ローブによる切断原理に従って可能にされる。しかし特
別の問題はできる限り小さい切断幅の要求にある。ｌｌ
１ｓＩ又はそれ以上の直径のローブは伝統的な駆動機構
の使用でも必要なりランプ及び切断力をワイヤ上に伝達
することを可能にする。しかしここでも必要な切断幅は
ワイヤ直径を２〜３　／１０ｍｍに減少させることを必
要とする。しかしこのことはローブの引張強度が最適な
方法でクランプ力及び切断力の吸収に使われる場合にの
み達成されることができる。その際駆動力をローブ上に
伝達する装置の構成のために全く特別な措置が必要とな
る。装置は工作物強度により区画されたワイヤクランプ
ではできる限り大きな量の切断力が伝達されることがで
きるように形成されなければならない。

その際ワイヤに存在する張り側張力及び緩み側張力によ
って一方ではそのようにしてのみ切断工程に寄与するた
めに切断において辷りが伴わなければならず、他方では
駆動機構自体が破断されるので等しい張り側張力と緩み
側張力によって駆動側で如何なる場合でも辷りは回避さ
れねばならないという困難性が生ずる。この問題はワイ
ヤと工作物との間の又はワイヤと駆動機構との間の著し
く変動する摩擦値によって困難にされる。

上記の要求は共通して、巻きつけ円弧がワイヤの駆動側
で充分に大きい場合にのみ充足される。

しかしその際巻きつけ円弧が設定され、巻きつけ円弧は
１つのローラ上で収容されずに、複数のローラ上に分配
されなければならない。しかし複数のローラへの力分配
は、モータによる個々のローラの駆動作用が正確に相互
に合致される場合にのみ有利に利用されることができる
。全てのローラを共通のモータによって駆動するトルク
分岐はここでは意味がない、そのわけはこの場合スリッ
プによって制約され摩耗が第１のローラ上の特に部分負
荷範囲に明瞭に集中するからであり、このことは保守間
隔従って機械の停止時間に不利な作用を有する。更に駆
動ローラの機械的な連結はその時代の技術水準に従って
直ちには可能ではない。

摩擦伝導装置（例えば歯車伝導装置）はここで得ようと
する高い回転速度及びこれと関連した回転数では潤滑技
術の限界に間もなく突当たりそしてこの種の摩擦伝導に
よる出力分岐はそれのみでは既に不適当である、何故な
らばその際回避できないで生ずる辷りが生じた駆動ロー
ラーダイヤモンドワイヤの接触個所に必然的に高い摩耗
を惹起するからである。

この問題のために今日まで満足な解決が見出されなかっ
た。この理由から最も硬い精度を対象とするところ、例
えば半導体セクタにワイヤロープソーが研究室で使用さ
れることもなく、また従来から工業的プロセスでも実施
されることはできなかった。

問題の本発明による解決は、駆動に関与するローラが各
１つのモータを備えかつその回転数−相互の回転トルク
特性の電気的又は機械的−敗によって個々の駆動装置へ
の全体の力を、個々の駆動ローラが辷りスリップに対す
る等しい又は少なくとも殆ど等しい安全性をもって駆動
に寄与し、それによって伝達可能な力が最大に増大され
かつ伸びスリップによって如何なる場合にも生ずる摩耗
が殆ど均等にローラ上にに分配されるように分割するこ
とにある。

例はこのことを明らかにする。

３つのローラから成り所定の構造的な周縁条件を備えた
駆動機構は個々の駆動装置の適合なしの状態ではなんと
か８Ｎの力を伝達され、個々の駆動装置の適合の際には
この力は殆どＩＯＮに増大する。適合の際の摩耗分布は
実際に伝達される力とは無関係に第１のローラのために
は３４．０％、第２のローラには３８．９％、第３のロ
ーラには２７．２％を伝達する。適合されない個々の駆
動装置では全負荷の際に第１のローラは摩耗の３７．７
％、第２のローラは摩耗の４３．２％そして第３のロー
ラに対しては摩耗の１９．１％を担う。負荷がその最大
値の７０％から低下すると、第１のローラによって摩耗
の４６．６％、第２のローラによって摩耗の５３．４％
が担われる。−古筆３のローラは概して摩耗を吸収しな
い。伝達可能な力が最大値の１７４以下になると、摩耗
は専ら第１のローラ上に集中する。

この状態は、ワイヤロープソーが部分負荷の範囲におい
てのみ運転されかつ偶然に生じた大きな負荷、従ってこ
れと関連したスリップの危険のためにのみ相応して大き
くされる必要があることによって特別な意味を得る。

（実施例） 第１図はそのような機械の最も重要な要素を示す、ソー
ワイヤｌは工作物２と係合しておりかつ複数の、この場
合３つのローラによって駆動され、それらはそれぞれこ
こでは説明しない各１つのモータに連結している。ロー
ラ４は転向又は案内ローラとしてのみ役立ちかつワイヤ
の張力作用には影響をもたない。できる限り大きな巻き
つけ角を得るために３つの駆動ローラが相互に狭くその
平行な回転軸線を正３角形の頂点に置いて配設されてい
る。切断において切削力によって摩擦力Ｒが生じ、摩擦
力は張り側張力Ｓ１と緩み側張力Ｓ４との間の差として
認識可能である。この予圧の意味において緩み側張力Ｓ
４は荷重及びばね機構によって一定値に保持される。３
つの駆動ローラはそのモータによって、巻掛部分１にお
ける所要切断力に相応して張り側張力がそして巻掛部分
４においては緩み側張力が決定されるような方向に駆動
される。個々のローラの駆動条件に従って最大張り側張
力Ｓ、と最小緩み側張力Ｓ＃との間に存在する中間水準
値Ｓ！及びＳ、が形成される。

機械の整然たる機能は３つの駆動ローラに安全な摩擦力
伝達を必要とする。第２図においてこの状態が明らかに
される。

全体としての駆動機構は第１の矩形で示されている。緩
み側張力Ｓ４は一上記のように一全での運転状態におい
て一定に保持される。ワイヤが工作物に進入していない
場合に全ての張力即ちＳ、も運転状態が角度の２等分端
上に位置する張力Ｓ４と同じ位の大きさである。工作物
中にワイヤが進入した時にワイヤに摩擦力が生じその結
果等しい大きさの力が周囲力Ｕｇｅｓとして駆動機構に
生じ、この力は緩み側張力Ｓ＃に対して張り側張力Ｓ＋
を増大させる。切断プロセスに起因するこの力差Ｕｇｅ
ｓ　＝Ｓ。

Ｓ４は一方では全ての駆動ローラの摩擦値と巻付は角が
許容される程度の大きさにされる。第２図の第１の矩形
での力伝達にとって臨界的な辷り限界の限界値が示され
ている（大きな勾配で）。

しかし他方では材料損傷的な辷り現象の回避は各個々の
ローラの摩擦結合が越えられない場合にのみ保証される
。この状態を明らかにするために第２図における個々の
ローラが類似の方法で３つの別々の矩形で示されている
。この３つの矩形における辷り限界ガイドビーム（Ｌｅ
ｉｔｓｔａｈｌ）は勿論第１の矩形よりも偏平である、
そのわけは第１の矩形における全てのローラに等しい大
きさの臨界値を基礎として全部で３つのローラの全体の
巻付は角度が第１の矩形において、しかし他の３の矩形
においては所属のローラの巻き付は角のみが考慮される
からである。これらの図から個々のローラに作用する周
囲力はその都度存在する緩み側張力から生ずる程度の大
きさのみが必要であることが明らかである０個々のロー
ラに作用する周囲力１１、、　ｏｘ及びＵ３は結局その
総和として全周囲力Ｕｇｅｓを生ずる。最適の運転のた
めに全周囲力Ｕｇｅｓの個々のｕｌ、ＵいＵ、への分割
は予圧Ｓ４とは無関係に常に完全に特定された比率を有
さなければならない。大きな全周囲力Ｕｇｅｓを利用す
ることができるために、予圧Ｓ４は増大されなければな
らない。しかし限界はその際生じた最大の張力Ｓ１がワ
イヤの引張強度を越えたところにある。全ての３の一ロ
ーラの均一な摩耗及び全部で３つの等しい大きさの駆動
モータの等しい出力のために全体周囲力の３つの等しい
大きさの個々の成分への分割は望ましいことである。し
かしこのことは近位的にのみ達成される。この理由から
不利な３つのローラから巻き付は角の増大によって再び
幾分多くの周囲力を基礎づけることができるために、３
つのローラも非対称に配設されている（第１図）。この
配列によって第１のローラの巻き付は角は小さく、この
ことは同様に周囲力の均等化に役立つ。

本質的な課題は３つの個々のローラに於ける周囲力をそ
れを駆動するモータによって個別的に同調させることに
ある。この行程は特に簡単な手段によって測定及び調整
技術的出費なしに実現されることにある。

駆動力分配の問題の解決はこの実施例ではその都度の力
伝達の必要性に個々のモータの電気機械的特性を適合さ
せることによって実現される。

原理が第３図において説明される。

第１の矩形にモータ特性が記載されており、これは副次
的な特性を示さなければならない、そのわけはそうでな
ければ駆動装置は負荷のない状態において過剰に大きな
速度になるからである。各モータの回転数は所属のロー
ラ曲率半径を掛は算されて、ワイヤ速度に等しいローラ
の周速度を生ずる（第４の矩形）、モータのトルクは所
属のローラ曲率半径によって分割されて周囲に生ずる力
に繋がる（第２の矩形）。両方の関係はリニアでかつ相
応したスケールでは同一の直線は第２の矩形にも第４の
矩形にも利用される。

全部で３つの駆動ローラが共通のワイヤを介して連結さ
れるので、特定された運転状態のために全部で３つのロ
ーラの周速は等しい。個々のローラは等しい直径を有す
るので、全部で３つのモータは必然的に同一の回転数と
なる。周囲力の分割を明らかにするために３つの矩形が
使用される。

周囲力ｔｌｌ、　ＩＪｔ、　Ｌｌ、、これらはそれぞれ
個々の成分として図面に記載されている、は総和Ｕｇｅ
ｓ　＝Ｌ１．＋ＩＪｔ＋υ、として座標上に記載される
。第２図により求められる最適の周囲力分割は直線群と
して第３図の３つの矩形に図示されている。Ｕ２、Ｕ２
、Ｕ、の間の比率は全体負荷Ｕｇｅｓとは無関係に完全
に特定された１つの値を取る。個々の周囲力はローラ曲
率半径に渡って相応したトルクを生ずる。しかしこれら
は相違したトルクが等しい回転数で作用しなければなら
ない。従って第１の矩形において３つのモータに対して
相異なる特性曲線が生ずる。

無負荷運転では等しい回転数が必要とされ負荷に従って
個々のモータはそのために第３の矩形に示された比率で
設けられていると同様なトルクを担つ。

冒頭に記載された第２の条件は、分離された工具がプロ
セス力の作用及び工具の摩耗に制約された不均一な切断
性能の下にもたらされ、かつ不正確な工作物寸法に繋が
ることによって特別に重要性を得る。分離面は平面でも
平行でもなくむしろねじれ、このことは「湾曲」又は「
反り」と簡単に称される。

第４図に示すように、この誤差は後続の加ニステップに
よっても最早除去されない。分離されたディスク１は２
つの平らでない基準面を有し、その際「反り」は２〜３
／１ＯＯＬｌｌ１１１までにあり得る。この薄い工作物
は次の加工のために合理的な方法で負圧によって平らな
面上にクランプされると、この平らな搭載面と接触する
ディスク面はディスクの弾性変形の利用の下に同様に平
らに状ｆＬｉ（２）にされる。向かい合った面は相応し
た加工法によってこの位置に平らな状態で移送され、そ
の結果この状態で２つの面平行な面が生じる（３）。し
かし工作物が再びクランプされると、ディスクの平らな
りランプ個所に面した側は−その弾性率に基づいて一再
びその原形に復する（４）。全ての他の後続の加工ステ
・ノブもこの誤差を含んだ状態を除去できない。２つの
平行なしかし平らでない面が得られる。

西独国特許公開公報３６１３１３２に記載されたように
絶対的に面平行な表面の問題は切断及び平滑化プロセス
の組合わせによって解決されることができる。

第５図に示すように、棒１の平らでない端面ば切削除去
によって平らにされ、その際好適な方法で適用された研
削の他にフライス、旋削、電解的かつ腐食的除去が可能
である。棒鋸による続いての切断工程は棒でも切断され
たディスクの片面でも平らでない境界面（３）をその侭
残す。

しかし切断されたディスクは絶対的に平らな基準面を有
するので、ディスクは基準面上に歪みなしにクランプさ
れることができ、その結果向かい合った面もこれと面平
行に加工されることができる。ディスクはその後再びク
ランプ個所から外され、ディスクは最早反らされること
はない。次の切断工程の前に棒の端面ば再び平らにされ
る。この方法で切断又は除去工程が棒軸線に対して垂直
な面に関するか又はこの垂直な位置に対して一少なくと
も僅かに−斜めの位置を占めるかは大したことではない
。

冒頭に設定された両要請を上記説明を利用して充足する
装置はワイヤロープソーと除去機械との組合わせからな
らねばならず、その際時間節約の理由から棒の端面の除
去又は平滑化及びディスクの除去が時間的に相前後せず
に、むしろ時間的に重なって行われる。

第６図〜第１０図は除去方法に対する装置の構成部分を
示す。

第６図には切断工程の出発位置が示されている一般的な
場合において平らな端面を有さない切断される棒は回転
する鉢形砥石のリング状の研削体１１に進入し、その際
捧の端面ば完全にリング１１に進入しなければならない
。

捧２が第７図に示す方法で研削砥石１１の回転軸線に対
して垂直に運動すると、この研削砥石は棒の端の材料を
除去し、その結果もとの幾何学的形状に係わらず捧の端
面ば完全に平らにされる。

この送り運動の経過において、棒２は側棒１２と係合し
ている（第８図）。鋸ワイヤ１２は研削砥石１１に対し
て、鋸ワイヤは棒２からウェハを切断し、その際厚さは
、仕上げ寸法が経験上の平均寸法だけ増大されるように
設定されるように配設されている。

次の連続した送り運動では（第９図）研削砥石１１は係
脱され、一方切断プロセスは継続される。

鋸ワイヤ１２は切削力の作用の下に棒の軸線方向へも僅
かに進み、その結果切断は棒並びに平らに切削されたウ
ェハ面上に不平滑面を残す。

切断工程の終わり後（第１０図）ウェハ１３は加工地域
から搬出され、このことはワイヤ鋸の場合に簡単である
、そのそのわけは工具、この場合ワイヤは工作物上にな
にも障害的な力を作用することができないからである。

ウェハ１３の片面は研削加工によって絶対的に平らな表
面を得、その結果ウェハは続いてこの平らな面上に歪み
なしに同様に平らな面上に好ましくは真空によってクラ
ンプされることができ、その結果向かい合った面は、同
様に第１の面に対して平行な面を得るために、加工され
ることができる、この最後の加ニステップは同様に好ま
しくは研削によって実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図はそのような機械の重要な部分の原理的配列、第
２図は個々のローラ上への全力のワイヤ摩擦に関して必
要な分配を示す図そして第３図は駆動モータの回転トル
ク回転特性の適合及び利用による必要な力分配の実現を
示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ダイヤモンドを備えた又は緩く添えられた切断媒体
   のための支持体ワイヤとして役立つソーワイヤのための
   駆動装置ユニットにして、ワイヤのための駆動ローラを
   備えたものにおいて、少なくとも２つの駆動ローラが設
   けられており、駆動ローラはシャント作用を有する駆動
   モータによって個々に駆動されかつソーワイヤ上に伝達
   されるその力については、全ての駆動ローラが辷りスリ
   ップに対する実質上等しい安全性をもって駆動に寄与す
   るように回転数及びトルクに関して相互に合致している
   ことを特徴とする、前記駆動ユニット。 ２、如何なる場合でも伸びスリップに起因する摩耗は全
   ての駆動ローラに略均一に分配される、請求項１記載の
   駆動ユニット。 ３、ワイヤロープソーによって単結晶又は多結晶半導体
   棒を切断することによりディスクを製造するための方法
   において、 半導体棒の端面は各ディスクに切断する前に切削方法ス
   テップによりそれぞれこのディスクの次の加工のための
   平らな基準面の形成のために平らな表面を得ることを特
   徴とする前記製造方法。 ４、平らな面は研削によって形成される、請求項３記載
   の方法。 ５、請求項３記載の方法を実施するための装置において
   、 ワイヤロープソーの工作物クランプ部における研削加工
   を可能にする研削装置とワイヤロープソーとの組合わせ
   を特徴とするディスク製造装置。 ６、研削装置がワイヤロープソーと共に１つのユニット
   を形成する、請求項４記載の装置。 ７、棒の端面の研削加工とワイヤロープソーによる他の
   ディスクの切断とが時間的に前後して行われる、請求項
   ４記載の装置。 ８、棒の端面の研削加工と他のディスクの切断とが時間
   的に重なってかつ同一の送り運動の利用の下に行われる
   、請求項４記載の装置。