JPH09136321A - ワイヤソーのワーク切断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤソーにおいて、両切断面の平行度がよ
く表面粗さもよいウェーハを能率よく生産できるワーク
切断装置を提供する。 【解決手段】 ワイヤ１３ａを一方向に走行させるとと
もに、切断に直接係わるワイヤ１３ａを支持する２個の
溝付きローラ４３ａ、４３ｂのうち切断出口側の溝付き
ローラ４３ｂをＸ方向に往復微動させながらワークＷを
切断するようにして、砥粒の入口側厚さＧａに対して出
口側厚さＧｂが不足する分（Ｇａ−Ｇｂ）を補うように
した。 【効果】 ワイヤ１３ａを双方向に走行させなくても両
切断面の平行度が向上し、ソーマーク等も発生せず切断
時間も短くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、砥粒が付着したワ
イヤ列を高速走行させ、そのワイヤ列にワークを押し当
ててワークを薄板状に切断するワイヤソーの、ワーク切
断装置に関する。なお、本明細書では、互いに直交する
３軸方向を各々Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向という。

【０００２】

【従来の技術】半導体材料（シリコン等）やセラミック
ス等の被加工物（本明細書では「ワーク」という）を薄
板状（以下「ウェーハ」という。）に切断する切断装置
の一つにワイヤソーがある。このようなワイヤソーの一
例の加工部の構成説明図を図６に示す。この例ではワー
クＷは円柱形状をしたシリコンのインゴットである。加
工部は大きく分けてワイヤ駆動部とワーク駆動部から構
成されている。

【０００３】ワイヤ駆動部では支持板（図示省略）に３
個の溝付きローラ７０ａ、７０ｂ、７０ｃが回転自在に
支持されている。各溝付きローラには円周上に多数の溝
が形成され、図示しないワイヤリールから送り出された
ワイヤが各溝に順次巻き掛けられて平行なワイヤ列がＸ
方向に構成されている。各溝付きローラは図示しないモ
ーターによって回転され、その結果ワイヤは高速走行す
る。さらに、ワイヤのうち切断に直接係わるワイヤには
砥粒液供給装置に接続された砥粒液供給ノズル１４から
砥粒液が吐出されて砥粒が付着する。なお、本明細書の
説明図ではワイヤ列を代表して１本のワイヤで表わして
いるので、以下の説明では、ワイヤ列をワイヤ１３、そ
のうち切断に直接係わるワイヤ列をワイヤ１３ａとい
う。

【０００４】また、ワーク駆動部では図示しない機構に
よってワーク保持部１８がＺ方向に駆動される。ワーク
Ｗは外周にカーボン等の材料からなるスライスベース１
６が接着され、さらにスライスベース１６に取付板１７
が接着される。そして、ワークＷが取り付けられた取付
板１７がワーク保持部１８に取り付けられる。

【０００５】こうしてワークＷが装着された後、起動操
作するとワイヤ１３ａがＹ方向に高速走行し、ワークＷ
がＺ下方向に移動して、スライスベース１６が接着され
ていない側からワークＷが切断されていく。切断はワイ
ヤ１３ａに付着した砥粒１４ａのラッピング作用によっ
て行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ワーク
Ｗの切断が進みワイヤ１３ａとワークＷとが接する長さ
（これを「切断長さ」という。）が長くなるにしたがっ
て、ワイヤ１３ａに付着した砥粒１４ａが内部に進む量
が減少する。この説明図を図７に示す。ただし、図７で
は砥粒１４ａは入口側と出口側のみに図示し中間は省略
している。図７において、ワークの切断長さをＤ、ワイ
ヤ１３ａのピッチをＰ、砥粒１４ａの入口側厚さ（ワイ
ヤ１３ａの中心から外側の砥粒１４ａまでの距離）をＧ
ａ、砥粒１４ａの出口側厚さをＧｂとすると、切り出さ
れるウェーハＷａの切断入口側厚さＴａは「Ｐ−２Ｇ
ａ」、切断出口側厚さＴｂは「Ｐ−２Ｇｂ」となるの
で、ＧａとＧｂとの差の２倍がそのままウェーハＷａの
厚さＴａと厚さＴｂの差となる。

【０００７】厚さＴａと厚さＴｂの差が大きくなるとウ
ェーハＷａに要求される平行度を出すために、後工程の
ラップ工程等に多くの時間がかかる。特に近年ウェーハ
の直径が大きくなっており、また、安全環境の観点から
砥粒液が水溶液に変わり砥粒の付着力が小さくなってき
ているため、このような現象が発生しやすくなってい
る。

【０００８】これを解決する方法の一つは、切断長さが
長くなるにしたがってワークＷの送り込み速度を遅くす
ることである。ワークＷの送り込み速度を遅くすること
によってワイヤ１３ａに付着した砥粒１４ａが内部に進
みやすくなる。しかし、その結果、切断時間が長くなり
生産能率が低下する。

【０００９】他には、ワイヤ１３ａを連続して同一方向
に走行させず所定の時間ごとに走行方向を切換えながら
ワークＷを切断する方法がある（これを「双方向走行切
断」という。）。図６の例ではワイヤ１３ａはＹ右方向
に走行されている状態を表しているが、実際にはワイヤ
１３ａはＹ左方向にも走行可能になっており、砥粒液供
給ノズル１４がワークＷの右側にも設けられていて、Ｙ
左方向に走行するときはそのノズルから砥粒液が吐出さ
れる。これによって、前述した例の砥粒１４ａの入口側
厚さＧａと出口側厚さＧｂとが所定の時間ごとに入れ変
わるので、ウェーハＷａの厚さは平均化されやすくな
る。

【００１０】しかし、この方法ではワイヤ走行方向切換
え時点で段差が発生しやすく、いわゆるソーマークＷｂ
が形成されやすい（図８参照）。これを防ぐためには前
述した方法と同様にワークＷの送り速度を遅くしなけれ
ばならない。また、この方法では、ワイヤ走行方向を頻
繁に変える必要があるため、切断の制御が複雑になると
ともに、ワイヤ１３の駆動モーター及びワイヤリールの
モーターに高トルクが要求される。さらに、ワイヤ走行
方向切換えによってワイヤの平均速度が低下するため切
断時間が長くなるという問題がある。

【００１１】本発明はこのような事情を鑑みてなされた
もので、Ｘ方向に回転軸を有し外周に多数の溝が形成さ
れた複数の溝付きローラに、ワイヤを巻掛けることよっ
て平行なワイヤ列をＸ方向に構成し、その溝付きローラ
を回転させてワイヤ列をＹ方向に高速走行させるととも
にワイヤ列に砥粒を付着させ、そのワイヤ列にワークを
Ｚ方向に押し当てることによってワークを薄板状に切断
するワイヤソーにおいて、両切断面の平行度がよく表面
粗さもよいウェーハを能率よく生産できるワーク切断装
置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、前記目的を
達成するために、ワイヤ１３ａを一方向に走行させると
ともに、砥粒１４ａの入口側厚さＧａに対して出口側厚
さＧｂが不足する分（Ｇａ−Ｇｂ）を、ワイヤ１３ａの
切断出口側を微動（切断長さに比べて移動量が小さいの
で本明細書では「微動」という。）させることによって
補うようにする。 そのため、切断に直接係わるワイヤ
列を支持する２個の溝付きローラのうち切断出口側の溝
付きローラをＸ方向に往復微動させながらワークＷを切
断するようにした。

【００１３】この場合、切断に直接係わるワイヤ列を支
持する２個の溝付きローラをいずれも（つまり切断入口
側の溝付きローラも）Ｘ方向微動自在に構成してもよ
い。こうすると、供給側ワイヤリールのワイヤが足りな
くなる等して走行方向を変えた場合にも対応ができる。
また、２個の溝付きローラをいずれも微動させながらワ
ークＷを切断するような切断方法を採ることもできる。

【００１４】また、砥粒１４ａの入口側厚さＧａはほぼ
一定であるが、出口側厚さＧｂは切断長さによって変化
する（切断長さが長い程小さくなる。）ので、溝付きロ
ーラの微動量をワークＷの切断長さによって可変するよ
うにしてもよい。

【００１５】溝付きローラをＸ方向に微動するには、溝
付きローラを回転自在に支持する軸受体と、軸受体をＸ
方向微動自在に支持する支持板との間に圧電素子を設け
て行なう方法、軸受体をモーターで駆動する方法等があ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】

実施の形態１ 本発明に係るワイヤソーのワーク切断装置の実施の形態
１を図１から図３までに示す。図１は加工部の構成説明
図、図２は図１のＡ−Ａ断面（平面図）、図３は図２の
Ｂ−Ｂ断面でローラ支持部２０ｂの詳細図である。実施
の形態１では、ワイヤ駆動部を３箇所のローラ支持部２
０ａ、２０ｂ、２０ｃで構成し、切断に直接係わるワイ
ヤ１３ａを支持する２個の溝付きローラ（ローラ支持部
２０ａ及び２０ｂ）のうち、切断出口側（ローラ支持部
２０ｂ）の溝付きローラ４３ｂをＸ方向微動自在に構成
し、それを圧電素子で駆動する形態である。

【００１７】加工部の基本構成は従来の技術として説明
したとものと同じで、異なるのはワイヤ駆動部の３箇所
のローラ支持部２０ａ、２０ｂ、２０ｃのうち、切断に
直接係わるワイヤ１３ａを支持し切断出口側に設けられ
たローラ支持部２０ｂのみである。すなわち、ローラ支
持部２０ａと２０ｃは従来の技術として説明したともの
と同じく溝付きローラはＸ方向には固定されているが、
切断出口側のワイヤ１３ａをＸ方向に微動するためにロ
ーラ支持部２０ｂの溝付きローラ４３ｂがＸ方向微動自
在に構成されている。その他は従来の技術として説明し
たとものと同じであるので、同一機能部品には同一符号
を付して説明は省略する。

【００１８】図３において、一方の支持板１１ａには軸
受体２１がＸ方向のみ微動自在に支持されている。つま
り、軸受体２１の外側にはキー２１ａが固着され、支持
板１１ａに形成されたキー溝と係合して軸受体２１は回
転しないようになっている。軸受体２１の内部にはベア
リング２２、２２が設けられ、ベアリング２２、２２に
よって支持軸４１が回転自在に支持されている。

【００１９】同様に、他方の支持板１１ｂには軸受体３
１がＸ方向のみ微動自在に支持されている。つまり、軸
受体３１の外側にはキー３１ａが固着され、支持板１１
ｂに形成されたキー溝と係合して軸受体３１は回転しな
いようになっている。軸受体３１の内部にはベアリング
３２、３２が設けられ、ベアリング３２、３２によって
支持軸４２が回転自在に支持されている。

【００２０】また、支持軸４１と支持軸４２とには、こ
れらの間に溝付きローラ４３ｂが取り付けられている。
そして、支持軸４１の外側にはプーリ４４が固着されて
プーリ４４に駆動ベルト４５が巻きかけられ、駆動ベル
ト４５には図示しないモーターからの回転が伝動され
る。さらに、軸受体２１はフランジ部２１ｂを有し、フ
ランジ部２１ｂと支持板１１ａとの間には複数の圧電素
子２５が設けられている。圧電素子２５はかけられる電
圧によってＸ方向の厚さが変化する。

【００２１】なお、軸受体２１内部と支持軸４１との気
密を保持するために、軸受体２１にはシール２４が、支
持板１１ａに取り付けられたカバー２６にはシール２７
が設けられている。また、軸受体３１の内部と支持軸４
２との気密を保持するために、軸受体３１にはシール３
４が設けられ、軸受体３１の他端はキャップ３５で密封
されている。

【００２２】ローラ支持部２０ｂはこのように構成され
ており、圧電素子２５に電圧をかけると、軸受体２１が
Ｘ方向に微動するので、溝付きローラ４３ｂもＸ方向に
微動する（当然、軸受体３１も同時にＸ方向に微動す
る）。そして、微動量はかけられる電圧を制御すること
によって任意に設定することができる。

【００２３】次に、このワーク切断装置を用いたワーク
切断方法を説明する。図４に説明図を示す。図４におい
て、従来の技術で説明したと同じく、ワークＷの切断長
さをＤ、ワイヤ１３ａのピッチをＰ、砥粒１４ａの入口
側厚さ（ワイヤ１３ａの中心から外側の砥粒１４ａまで
の距離を砥粒１４ａの厚さという。）をＧａ、出口側厚
さをＧｂとしている。また、４３ａｃは溝付きローラ４
３ａの中心、４３ｂｃは溝付きローラ４３ｂの中心を表
わし、ＬはワークＷの端面から４３ａｃ又は４３ｂｃま
での距離である。

【００２４】まず、切断開始時（一番上の図）では、従
来の技術で説明した内容と同様に、ワークＷの切断寸法
は切断入口側がＴａ（Ｐ−２Ｇａ）、切断出口側がＴｂ
（Ｐ−２Ｇｂ）となり、切断線Ｅ及びＦはワイヤ１３ａ
に対して平行にならない。このまま切断していくと従来
の技術で説明したように切断入口側が薄く、切断出口側
が厚いウェーハＷａが切り出される。

【００２５】そこで、次に、溝付きローラ４３ｂの中心
４３ｂｃをＭだけ微動させる（中央の図）。すると、溝
付きローラ４３ａの中心４３ａｃは変化しないので、ワ
イヤ１３ａは切断開始時に対して傾いた状態になる。Ｍ
の値は切断線Ｅが切断開始時のワイヤ１３ａに対して平
行になるように設定する。この場合、砥粒１４ａの入口
側厚さＧａと出口側厚さＧｂは変わらないので、Ｍの値
は計算上、次の式で表わされる。 Ｍ＝（Ｇａ−Ｇｂ）×（Ｄ＋２Ｌ）／Ｄ ……（１） この結果、切断線Ｅは切断開始時のワイヤ１３ａに対し
て平行になり、ワークＷの切断幅は切断入口側がＴｃ、
切断出口側がＴｄとな。

【００２６】さらに、溝付きローラ４３ｂを微動してワ
イヤ１３ａを反対側に２Ｍ（Ｍの２倍）だけ微動させる
（一番下の図）。こうすると、切断開始時に対して溝付
きローラ４３ｂの中心４３ｂｃをＭだけ中央の図と反対
側に微動したことになるので、切断線Ｆが切断開始時の
ワイヤ１３ａに対して平行になるように加工される。

【００２７】この結果、切断線Ｆも切断開始時のワイヤ
１３ａに対して平行になり、ワークＷの切断幅は切断入
口側、切断出口側ともにＴｅとなる。なお、この場合、
砥粒１４ａの入口側厚さＧａはほぼ一定であるが、出口
側厚さＧｂは切断長さによって変化する（切断長さが長
い程小さくなる。）ので、溝付きローラの微動量をワー
クＷの切断長さによって可変するようにしてもよい。

【００２８】実施の形態２ 実施の形態２は、実施の形態１に対して切断出口側の溝
付きローラのＸ方向微動方法が異なるだけである。すな
わち、支持板１１ａ側の軸受体関係のみが異なるので、
その部分を図５に示す。図５において、支持板１１ａに
は軸受体５１がＸ方向のみ微動自在に支持されている。
つまり、軸受体５１の外側にはキー５１ａが固着され、
支持板１１ａに形成されたキー溝と係合して軸受体５１
は回転しないようになっている。軸受体５１の内部には
ベアリング５２、５２が設けられ、ベアリング５２、５
２によって支持軸６５が回転自在に支持されている。

【００２９】また、支持軸６５には溝付きローラ４３ｂ
が取り付けられている（溝付きローラ４３ｂの反対側は
実施の形態１と同じ）。そして、支持軸６５の外側には
プーリ４４が固着されてプーリ４４に駆動ベルト４５が
巻きかけられ、駆動ベルト４５には図示しないモーター
からの回転が伝動される。ここまでの構造は実施の形態
１と基本的に同じである。

【００３０】実施の形態２では、軸受体５１はフランジ
部５１ｂを有し、フランジ部５１ｂと支持板１１ａとの
間には数箇所にサラバネ等の弾性体が組み込まれ、ボル
ト５６によって一部圧縮されている。これによって、軸
受体５１はＸ方向の左右両方向に微動自在となる。

【００３１】また、支持板１１ａにはモーター６０が取
り付けられている。モーター６０は外側にステーター６
１、内側にローター６２があり、ローター６２は中空に
なっているとともに、先端にメネジ６２ａが形成されて
いる。そして、メネジ６２ａは軸受体５１の先端に形成
されたオネジ５１ｃに螺合している。これによって、ロ
ーター６２が回転すると軸受体５１はＸ方向に微動す
る。

【００３２】なお、軸受体５１内部と支持軸６５との気
密を保持するために、実施の形態１と同様に、軸受体５
１にはシール５４が、ローター６２にはシール６３が設
けられている。

【００３３】実施の形態３ 実施の形態３は実施の形態１又は実施の形態２に対して
ローラ支持部２０ａの溝付きローラ４３ａもＸ方向微動
自在に構成し、それも圧電素子やモーターで駆動する形
態である。その他は実施の形態１又は実施の形態２と同
じであるので、特に図示及び構成の説明は省略する。実
施の形態３のようにすると、供給側ワイヤリールのワイ
ヤが足りなくなる等して走行方向を変える場合にも対応
ができる。また、２個の溝付きローラ４３ａ及び４３ｂ
をいずれも微動させながらワークＷを切断するような切
断方法を採ることもできる。

【００３４】なお、実施の形態１及び２の溝付きローラ
４３ｂの微動量Ｍは（１）式からの計算によって求めら
れるが、具体的には実験結果によって設定する。また、
実験結果から微動量ＭをワークＷの切断長さＤによって
可変するようにしてもよい。

【００３５】また、以上説明した実施の形態では、ワイ
ヤ駆動部を溝付きローラ３個で構成した例について説明
したが、溝付きローラが２個又は４個以上の場合でも本
発明は適用できる。

【００３６】さらに、以上説明した実施の形態では、ワ
ークＷをＺ上方向から下方向に移動させて切断する構成
のワイヤソーに適用した例を示したが、ワイヤ駆動部と
ワーク駆動部との上下関係を反対にした構成のワイヤソ
ーについても本発明は適用できる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るワイ
ヤソーのワーク切断装置では、ワイヤを一方向に走行さ
せるとともに、切断に直接係わるワイヤ列を支持する２
個の溝付きローラのうち特に切断出口側の溝付きローラ
をＸ方向に往復微動させながらワークＷを切断するよう
にして、砥粒の入口側厚さに対して出口側厚さが不足す
る分を補うようにした。これによって、ワイヤを双方向
に走行させなくても両切断面の平行度が向上し、ソーマ
ーク等も発生せず切断時間も短くできる。したがって、
両切断面の平行度がよく表面粗さもよいウェーハを能率
よく生産できるワーク切断装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ、ｂ】本発明に係るワーク切断装置の実施の形
態１の加工部の構成説明図

【図２】図１のＡ−Ａ断面（平面図）

【図３】図２のＢ−Ｂ断面で溝付きローラ微動機構付き
ローラ支持部の詳細図

【図４】本発明に係るワーク切断装置の実施の形態１の
切断方法の説明図

【図５】本発明に係るワーク切断装置の実施の形態２の
溝付きローラ微動機構付きローラ支持部の詳細図

【図６】従来技術の加工部の構成説明図

【図７】従来技術のワイヤ一方向走行切断状態の説明図

【図８】従来技術でワイヤ双方向走行により切断された
ウェーハの説明図

【符号の説明】

１１ａ、１１ｂ……支持板 １３ａ………切断に直接係わるワイヤ ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ……ローラ支持部 ４３ａｃ……Ｘ方向固定の溝付きローラの中心 ４３ｂｃ……Ｘ方向微動の溝付きローラの中心 Ｗ……………ワーク Ｇａ…………切断入口側砥粒厚さ Ｇｂ…………切断出口側砥粒厚さ Ｍ、２Ｍ……Ｘ方向微動の溝付きローラの中心の微動量 Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ、Ｔｅ……切断部分の厚さ

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【手続補正書】

【提出日】平成８年３月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るワーク切断装置の実施の形態１の
加工部の構成説明図

【図２】図１のＡ―Ａ断面（平面図）

【図３】図２のＢ―Ｂ断面で溝付きローラ微動機構付き
ローラ支持部の詳細図

【図４】本発明に係るワーク切断装置の実施の形態１の
切断方法の説明図

【図５】本発明に係るワーク切断装置の実施の形態２の
溝付きローラ微動機構付きローラ支持部の詳細図

【図６】従来技術の加工部の構成説明図

【図７】従来技術のワイヤー方向走行切断状態の説明図

【図８】従来技術でワイヤ双方向走行により切断された
ウェーハの説明図

【符号の説明】 １１ａ、１１ｂ … 支持板 １３ａ … 切断に直接係わるワイヤ ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ … ローラ支持部 ４３ａｃ … Ｘ方向固定の溝付きローラの中心 ４３ｂｃ … Ｘ方向微動の溝付きローラの中心 Ｗ … ワーク Ｇａ … 切断入口側砥粒厚さ Ｇｂ … 切断出口側砥粒厚さ Ｍ、２Ｍ … Ｘ方向微動の溝付きローラの中心の微動
量 Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ、Ｔｅ … 切断部分の厚さ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｘ方向に回転軸を有し外周に多数の溝が形
   成された複数の溝付きローラにワイヤを巻掛けることよ
   って平行なワイヤ列を構成し、その溝付きローラを回転
   させてワイヤ列をＹ方向に高速走行させるとともにワイ
   ヤ列に砥粒を付着させ、そのワイヤ列にワークをＺ方向
   に押し当てることによってワークを薄板状に切断するワ
   イヤソーにおいて、 前記複数の溝付きローラのうち、切断に直接係わるワイ
   ヤ列を支持する２個の溝付きローラのうち切断出口側の
   溝付きローラをＸ方向微動自在に構成し、その溝付きロ
   ーラをＸ方向に往復微動させながらワークを切断するこ
   とを特徴とするワイヤソーのワーク切断装置。
2. 【請求項２】前記切断に直接係わるワイヤ列を支持する
   ２個の溝付きローラのうち切断入口側の溝付きローラも
   Ｘ方向微動自在に構成し、その溝付きローラもＸ方向に
   往復微動させながらワークを切断することを特徴とする
   請求項１に記載のワイヤソーのワーク切断装置。
3. 【請求項３】前記溝付きローラの微動量をワークの切断
   長さによって可変することを特徴とする請求項１又は請
   求項２に記載のワイヤソーのワーク切断装置。
4. 【請求項４】前記複数の溝付きローラを支持するローラ
   支持部のうち、前記Ｘ方向微動自在に構成される溝付き
   ローラを支持するローラ支持部が、 その溝付きローラを回転自在に支持する軸受体と、 その軸受体をＸ方向微動自在に支持する支持板と、 その支持板と前記軸受体との間に固着され、Ｘ方向に伸
   縮自在な圧電素子と、から構成され、 前記圧電素子によって前記溝付きローラをＸ方向に微動
   することを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３
   に記載のワイヤソーのワーク切断装置。
5. 【請求項５】前記複数の溝付きローラを支持するローラ
   支持部のうち、前記Ｘ方向微動自在に構成される溝付き
   ローラを支持するローラ支持部が、 その溝付きローラを回転自在に支持するとともに、一方
   にネジが形成された軸受体と、 その軸受体をＸ方向微動自在に支持する支持板と、 その支持板に設けられ、前記軸受体に形成されたネジに
   係合するネジがローターに形成されたモーターと、から
   構成され、 前記モーターによって前記溝付きローラをＸ方向に微動
   することを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３
   に記載のワイヤソーのワーク切断装置。