| 【発明の名称】 |
切断終了検知装置付ワイヤーソー装置 及びワークの切断方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】外山 公平
|
| 【要約】 |
【課題】切断条件のいかんを問わず、即ち通常切断時でも、ワイヤーの断線や脱線修復後の再切断時においても、インゴットの切断が完全に行われたことを自動的かつ確実に確認でき、インゴットの不完全切断を完全に解消することができるようにした切断終了検知装置付ワイヤーソー装置及びワークの切断方法を提供する。
【解決手段】ワークプレートホルダーにワークプレートを介して保持されたワークを切断するワイヤーソー装置であって、該ワークプレートホルダーの下面に該ワイヤーソー装置のワイヤー列の上面との距離を測定検知する距離センサーを１個又は複数個設け、各距離センサーと該ワイヤー列の上面との距離があらかじめ設定した所定の距離に達したことを当該１個又は複数個の全ての距離センサーが検知した時に切断作業を終了するようにした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ワークプレートホルダーにワークプレートを介して保持されたワークを切断するワイヤーソー装置であって、該ワークプレートホルダーの下面に該ワイヤーソー装置のワイヤー列の上面との距離を測定検知する距離センサーを１個又は複数個設け、各距離センサーと該ワイヤー列の上面との距離があらかじめ設定した所定距離に達したことを当該１個又は複数個の全ての距離センサーが検知した時に切断作業を終了するようにしたことを特徴とする切断終了検知装置付ワイヤーソー装置。
【請求項２】 前記距離センサーを前記ワークプレートホルダーの４隅に一個ずつ合計４個設けたことを特徴とする請求項１記載のワイヤーソー装置。
【請求項３】 前記所定距離が前記距離センサーから下方に５〜７ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２記載のワイヤーソー装置。
【請求項４】 前記ワークが半導体シリコン単結晶インゴットであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のワイヤーソー装置。
【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項記載のワイヤーソー装置を用い、ワーク切断開始時から前記距離センサーとワイヤー列の上面との距離を測定し、各距離センサーとワイヤー列の上面との距離があらかじめ設定した所定距離に達したことを１個又は複数個の全ての距離センサーが検知した時に当該１個又は複数個のうちの最後に検知した距離センサーからの信号によりワークの切断作業を終了するようにしたことを特徴とするワークの切断方法。
【請求項６】 前記ワークが傾斜状態でワークプレートホルダーに保持されている場合にはワークプレートホルダーの最も高い傾斜位置に少なくとも１個の距離センサーを設置するようにしたことを特徴とする請求項５に記載のワークの切断方法。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワーク、例えば、半導体シリコン単結晶インゴット（以下、単にインゴットということがある）を切断又はスライスしてウェーハを切り出すにあたり、切断終了を自動的に検知し完全なスライスウェーハを得ることができるようにした切断終了検知装置付ワイヤーソー装置及びワークの切断方法に関する。
【０００２】
【関連技術】従来、ワーク、例えば、半導体シリコン単結晶インゴットを切断又はスライスしてウェーハ状に切り出すためのワークの切断装置としては、図６〜８に示すようなワイヤーソー装置が用いられている。
【０００３】図６において、ワイヤーソー装置１２は３つのメインローラ１４，１６，１８を三角形の各頂点位置に互いに平行、且つ回転自在に配置して構成され、これらのメインローラ１４，１６，１８間には線径０．０８〜０．２５ｍｍ程度の特殊ピアノ線からなる１本のワイヤー２０が所定のピッチで螺旋状に巻回されワイヤー列を形成している。該メインローラは複数本配設されればよく、その本数に特別の限定はないが、図示した３本又は４本が通常使用される。
【０００４】そして、上方の２つのメインローラ１４，１６の間、即ち切断領域であって、且つこれらメインローラ１４，１６の上方には、ワークホルダー２２に保持された円筒状半導体シリコンインゴット等のワークＷがセットされている。該ワークＷは、不図示の駆動手段によってワークホルダー２２が上下動せしめられることによって、該ワークホルダー２２と共に上下動する。
【０００５】下方のメインローラ１８は駆動メインローラであって、これは駆動モータ２４によって正逆転せしめられる。
【０００６】該メインローラ１４，１６の上方には、微細な砥粒を油性又は水溶性のクーラントで懸濁することによって作られた砥粒スラリー２６を噴出するノズル２８が設置されている。３０は該メインローラ１４，１６間に設けられたスラリー溜りで、ノズル２８から噴出したスラリー２６を受ける作用を行う。スラリー２６は不図示のスラリータンクに貯留されている。
【０００７】上記した複数のメインローラ１４，１６，１８間に螺旋状に巻きつけられたワイヤー２０を、ワイヤー送り出し側からワイヤー受け取り側に向けて、往復運動させながら移動させる。
【０００８】このように移動するワイヤー２０にワークＷを所定の送り速度で圧接するとともに、この圧接部にスラリー２６を供給することによって、複数のウェーハを同時に切り出すことができる。そして、このワイヤーソー装置１２は、同時に多数のウェーハを切り出すことができるため、従来の内周刃スライサー等に代わって多用されるようになっている。
【０００９】ところで、このワイヤーソー装置１２でワークＷを切断するためには、ワークＷを支持装置３２を介してチルチング機構を備えたワークホルダー２２に支持させておく必要がある。このチルチング機構は切断すべきワーク（インゴット）Ｗの方位調整用として設置されている。
【００１０】この支持装置３２は、ワークプレート３４を備えている（図７及び図８）。このワークプレート３４の下面には当て板３６が接着剤によって接着され、この当て板３６にワークＷが接着される。このワークプレート３４の両端部には側方に突出した凸条段部３４ａ，３４ｂが設けられている。
【００１１】３８はワークプレートホルダーで、該ワークプレート３４の凸条段部３４ａ，３４ｂを受け入れ可能な形状の溝３８ａ，３８ｂを有している。
【００１２】このようなワイヤーソー用ワーク支持装置３２を介してワークホルダー２２によって支持されたワークＷは、ワイヤーソー装置１２における切断ワイヤー２０に押し付けられて切断される。なお、チルチング機構を用いたワークＷの方位調整の結果として、ワークプレート３４とワイヤー２０列のなす平面とは傾斜状態で対峙することが多い。
【００１３】一方、現在では、半導体シリコン単結晶インゴットのスライス加工には、φ２００ｍｍ、φ３００ｍｍとその直径が大きくなるにつれて、ワイヤーソー装置がスライス装置として導入されてきているのが一般的になってきている。
【００１４】この従来のワイヤーソー装置では、切断距離（インゴット口径＋当て板切り込み深さ等）と切断速度から切断時間を計算し、その値から切断終了の信号を取出し、ワイヤーソー装置の停止等を決定している。
【００１５】しかし、ワイヤーソー装置の操業条件等に依存して、ワイヤーの断線・脱線等の事故が発生することも少なくない。そうした場合、ワイヤーソー装置を停止させて、トラブルを修復した後に、ワイヤーソー装置を再稼動させて切断作業を再開する。しかし、再切断を行っても、従来は切断時間を基準として切断終了の信号を取出しているため、切断が完全に終了しないのに、切断が終了したとの信号を受け、再稼動させたワイヤーソー装置は、インゴット設定位置まで戻り、停止してしまう。
【００１６】実際に、インゴットの切断が完了しているかどうか確認出来れば良いが、切断されたウェーハ（インゴット）は、スラリーにより汚れてしまっているので、目視で見分けることはほとんど不可能であり、結果的にインゴットの完全な切断が行われず、したがって、ウェーハを得ることが出来ず、多大な損害を被ることとなることも多かった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑み、切断条件のいかんを問わず、即ち通常切断時でも、ワイヤーの断線や脱線修復後の再切断時においても、インゴットの切断が完全に行われたことを自動的かつ確実に確認でき、インゴットの不完全切断を完全に解消することができるようにした切断終了検知装置付ワイヤーソー装置及びワークの切断方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明の切断終了検知装置付ワイヤーソー装置は、ワークプレートホルダーにワークプレートを介して保持されたワークを切断するワイヤーソー装置であって、該ワークプレートホルダーの下面に該ワイヤーソー装置のワイヤー列の上面との距離を測定検知する距離センサーを１個又は複数個設け、各距離センサーと該ワイヤー列の上面との距離があらかじめ設定した所定距離に達したことを当該１個又は複数個の全ての距離センサーが検知した時に切断作業を終了するようにしたことを特徴とする。
【００１９】ここでいう所定距離とは、ワーク（インゴット）がワイヤー列によって間違いなくウェーハに切断されている状態の距離センサーとワイヤー列との距離を意味するものである。具体的には、後述する実施の形態で説明するように、距離センサーの下方に５〜７ｍｍの距離を設定すればワーク（インゴット）がワイヤー列によって間違いなくウェーハに切断される。
【００２０】前記距離センサーを前記ワークプレートホルダーの４隅に一個ずつ設けておけば、ワークであるインゴットが傾いていても合計４個全ての距離センサーが検知した状態では、インゴットは完全に切断されていることとなる。
【００２１】本発明のワークの切断方法は、上記したワイヤーソー装置を用い、ワーク切断開始時から前記距離センサーとワイヤー列の上面との距離を測定し、各距離センサーとワイヤー列の上面との距離があらかじめ設定した所定距離に達したことを１個又は複数個の全ての距離センサーが検知した時に当該１個又は複数個のうちの最後に検知した距離センサーからの信号によりワークの切断作業を終了するようにしたことを特徴とする。
【００２２】本発明において、ワークプレートホルダーの４隅に距離センサーを設ける構成とすれば、ワイヤー列のなす平面との距離を切断開始時から測定し、４隅に設置された距離センサーの一つが最後に所定の距離に達したことを検知した時に切断終了として、ワークであるインゴット（ウェーハ）をセット位置まで戻して、操作終了とすることができるので、ワークプレートとワイヤー列のなす平面とが互いに傾斜状態であってもインゴットの切断終了を正確に判断できる有利さがある。
【００２３】本発明においては、上記したワークプレートホルダーの４隅に距離センサーを設ける構成が最も好ましいが、その他の個数の距離センサーを設置して切断終了を検知することも可能である。例えば、１個の距離センサーを設置することもできる。ワークプレートとワイヤー列のなす平面とが互いに傾斜していない場合には距離センサーは１個でも複数個でも同時に切断終了を検知するので特別の問題は生じない。ワークプレートとワイヤー列のなす平面とが互いに傾斜している場合には、その傾斜状態を予め測定し、一番高い傾斜部位に１個の距離センサーを設置しておけば、インゴットの切断終了を正確に検知することができる。
【００２４】従来の切断距離（インゴット口径＋当て板切り込み深さ等）と切断速度から切断時間を計算し切断終了信号を出す方法では、実際の切断終了時間と計算上の切断終了時間との間に３０分程度の誤差が生じ、不完全切断となることも多かったが、本発明の構成を採用することにより、切断終了を的確に検知出来るようになり、切断の不完全さを完全に解消させることが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を添付図面中、図１〜図５に基づいて説明する。図１は本発明の切断終了検知装置付ワイヤーソー装置の要部を示す概略側面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３はワークプレートホルダーの摘示概略下面図、図４は図３のワークプレートホルダーを用いた場合の当て板とインゴットとの配置位置状態を示す概略側面説明図及び図５は当て板の摘示正面図である。
【００２６】本発明の切断終了検知装置付ワイヤーソー装置の基本的構成は、図６〜図８に示した従来のワイヤーソー装置と変わるところはないので、その構成についての再度の説明は避け、本発明の特徴点についてのみ説明する。
【００２７】図１〜図３によく示されるように、本発明のワイヤーソー装置の構造は、ワークプレートホルダー３８の下面に距離センサー４０ａ〜４０ｄが取りつけられている点を除いて図７及び図８に示した従来構造と変わるところはない。
【００２８】該距離センサー４０ａ〜４０ｄは、ワイヤーソー装置のワイヤー２０列の上面との距離を測定検知し、あらかじめ設定した所定距離ｅに該ワイヤー２０列の上面が到達すると、切断終了信号を出す構成とされている。該距離センサー４０ａ〜４０ｄは、１個又は複数個が設けられるが、図３に示したごとく、ワークプレートホルダー３８の下面の４隅にそれぞれ１個、合計４個の距離センサー４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを設置（図１及び２の例では取付け、図３及び４の例では埋設）するのが好ましい。
【００２９】本発明においては、ワイヤー２０列の上面が所定距離ｅに達した場合に距離センサー４０ａ〜４０ｄが切断終了信号を出す構成とされているが、この所定距離ｅとしてインゴットＷがワイヤー２０列によって間違いなくウェーハに切断されている状態の距離センサーとワイヤー２０列との距離を設定することが必要である。
【００３０】上記した所定距離ｅの設定は、例えば、図４に示すごとくワークプレート３４の下面とワークプレートホルダー３８の下面とが面一である場合には、ワークプレート３４と当て板３６との接着面４２が距離センサー４０ａ〜４０ｄの設定位置とほぼ一致することとなる。この場合には、例えば、該接着面４２、即ち距離センサー４０ａ〜４０ｄの設定位置、から下方に５〜７ｍｍ、例えば６ｍｍの距離を所定の距離として設定すればよい。
【００３１】図５に示した通常の当て板３６のサイズは幅７５ｍｍ×長さ５００ｍｍ×最大高さ２０ｍｍ（最小高さ１５ｍｍ）である。当て板３６は幅方向の中央部分が上方に湾曲した凹形状をしているため、図５に示したように最大高さ２０ｍｍと最小高さ１５ｍｍがある。
【００３２】上記した距離センサー４０ａ〜４０ｄの所定距離ｅ＝６ｍｍと設定した場合は、図４によく示されるごとく、インゴットＷの切断後さらに当て板の最小高さ１５ｍｍのうちの１５ｍｍ−６ｍｍ＝９ｍｍだけ当て板３６を切り込んだ状態でワイヤー２０列による切断作業が終了することになる。したがって、距離センサー４０ａ〜４０ｄが所定距離ｅを検知した場合には当該距離センサー４０ａ〜４０ｄの測定対象となるインゴットＷの部分が完全に切断されていることは間違いない。
【００３３】インゴットＷが傾斜することなく水平状態でワークプレートホルダー３８に保持されている場合には、距離センサー４０ａ〜４０ｄは１個設けても複数個設けても、所定距離ｅを検知した時点で切断を終了すればインゴットＷは完全にウェーハに切断されている。
【００３４】それ故、この水平状態の場合には距離センサー４０ａ〜４０ｄの設置個数に制限はなく、その設置位置もワークプレートホルダー３８の下面でかつワイヤー２０列の上方であればどの位置でもよいことになる。
【００３５】また、この水平状態の場合、複数個の距離センサー４０ａ〜４０ｄを設けた場合でも、いずれか１個の距離センサーが所定距離ｅを検知した時点で又は全ての距離センサーが所定距離ｅを検知した時点のいずれの時点で切断終了の信号を出してもインゴットＷが完全に切断されていることに変わりはない。
【００３６】次に、インゴットＷが傾斜した状態でワークプレートホルダー３８に保持されている場合には、その傾斜の態様、即ち１方向傾斜か２方向傾斜かによって距離センサーの使用態様が多少異なる。
【００３７】１方向傾斜の場合にも、距離センサー４０ａ〜４０ｄの設置個数は１個でも複数個設けてもよいが、その使用に当たっては所定の制限の下に制約された使用をしないとインゴットＷを完全に切断することができない。
【００３８】つまり、１個の距離センサー、例えば、４０ａを用いる場合には、あらかじめ、一方向傾斜の傾斜方向を確認し、ワークプレートホルダー３８の最も高い傾斜位置に距離センサー４０ａを設けておけばよく、この距離センサー４０ａが所定距離ｅを検知し、切断終了信号をだしてもインゴットＷが完全に切断されていることに変わりはない。
【００３９】しかし、１個の距離センサー、例えば、４０ｂをワークプレートホルダー３８の最も高い傾斜位置以外（低い傾斜位置）に設置した場合には、この距離センサー４０ｂが所定距離ｅを検知し、切断終了信号を出してもインゴットＷが完全には切断されない場合が生ずる。したがって、１個の距離センサーを使用する場合には最も高い傾斜位置に設置することが必要である。
【００４０】次に２個の距離センサー４０ａ，４０ｂを使用する場合には、一方の距離センサー４０ａを最も高い傾斜位置に設置しておけば、他方の距離センサー４０ｂを低い傾斜位置に設置しておいてもよい。このような距離センサー４０ａ，４０ｂの配置の場合には両方の距離センサー４０ａ，４０ｂ（換言すれば、最も高い傾斜位置の距離センサー４０ａ）が所定距離ｅを検知した時に切断終了信号を出せばインゴットＷは完全に切断されていることになる。
【００４１】つまり、２個の距離センサー４０ａ，４０ｂを用いる場合にはそのうちの１個の距離センサーを最も高い傾斜位置に設置することが必要である。３個以上の距離センサーを設置する場合も、そのうちの少なくとも１個の距離センサーを最も高い傾斜位置に設置しておき、全ての距離センサー、換言すれば最も高い傾斜位置の距離センサーが所定距離を検知した時に切断終了信号を出すようにすればインゴットＷは完全に切断されていることになる。
【００４２】２方向傾斜の場合にも距離センサー４０ａ〜４０ｂの設置個数は１個でも複数個でもよいが、１方向傾斜の場合と同様に所定の制限の下に使用しないとインゴットＷを完全には切断できない場合がある。１個の距離センサーの場合には、１方向の場合と同様に最も高い傾斜位置に距離センサー、例えば、４０ａを設置しておけばよい。この距離センサー４０ａが所定距離ｅを検知し、切断終了信号を出してもインゴットＷは完全に切断されている。その以外の位置（低い傾斜位置）に距離センサーを設置した場合にはインゴットＷが完全には切断されない場合がある。
【００４３】複数の距離センサー、例えば、４０ａ〜４０ｄを用いる場合には、少なくとも１個の距離センサー４０ａを最も高い傾斜位置に設置しておくことが必要である。このような距離センサーの配置の場合には、全ての距離センサー４０ａ〜４０ｄ、換言すれば最も高い傾斜位置の距離センサー４０ａが所定距離ｅを検知した時に、切断終了信号を出せば、インゴットＷは完全に切断されていることとなる。
【００４４】１個又は複数個の距離センサー４０ａ〜４０ｄをワークプレートホルダー３８の下面に設置しても、上述したように、インゴットが傾斜していない場合以外には、所定の制限の下に距離センサーの設置及び使用の態様を決定する必要がある。
【００４５】ワイヤーソー装置によるインゴットＷの切断を行う場合に、上述したように切断にあたって最も高い傾斜位置を測定し、そこに距離センサーを設置するようにするのは手間もかかり面倒である、そこで、最も高い傾斜位置をその都度測定することなく、全ての距離センサー、換言すれば最後の距離センサーが所定距離ｅを検知した時点で、切断終了信号を出せばインゴットＷが完全に切断されている構成とすることもできる。
【００４６】すなわち、図３に示したごとく、４個の距離センサー４０ａ〜４０ｄを１個ずつワークプレートホルダー３８の４隅の下面に設けておく構成が最も無駄のない配置である。この構成によれば、ワーク（インゴット）Ｗをいかなる傾斜状態でセットした場合でも、４個の距離センサー４０ａ〜４０ｄの全てが、換言すれば、４個の距離センサー４０ａ〜４０ｄの一つが最後に所定距離ｅに達したことを検知した時に切断終了信号を出すようにすれば、傾斜状態のインゴットＷも常に完全に切断されることとなる。
【００４７】上記した本発明装置の構成を実現するためには、ワークプレートホルダー３８にワークプレート３４及び距離センサー４０ａ〜４０ｄを取付けるため、当て板３６の寸法よりも周囲１０ｍｍ程度ずつ広く、長い寸法とすることが必要である。
【００４８】当て板３６は、図５に示すように、その上面、即ちワークプレート３４との接着面３６ａはフラットで、その下面、即ち、インゴットＷとの接着面３６ｂは円弧表面となっているのが一般的である。インゴット（ウェーハ）Ｗが完全に切断される状態になるためには、前述したごとく、当て板３６のフラット面３６ａから５〜７ｍｍ、例えば６ｍｍ下がった位置とすれば充分であるので、所定距離ｅ＝５〜７ｍｍ、例えば６ｍｍを切断完了位置として設定すればよい。
【００４９】ただし、この所定距離ｅは、当て板３６の寸法に依存し、当て板３６の高さによりこの位置設定は、変更しなければならず、ｅ＝５〜７ｍｍ、例えば６ｍｍは好ましい例示であることはいうまでもない。
【００５０】そして、実際の操業においてはワークプレートホルダー３８の４隅にセットした距離センサー４０ａ〜４０ｄを基準となるワイヤー２０列のなす平面位置からの距離が５〜７ｍｍ、例えば６ｍｍ以下となる点を絶えず検出・判断することにより、すべての距離センサー４０ａ〜４０ｄからの検出位置が、５〜７ｍｍ、例えば６ｍｍ以下となった時に、切断終了として、その後に続く、ワイヤー２０抜き及びインゴット（ウェーハ）Ｗの原点復帰等が行われるようにすればよい。
【００５１】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、切断条件のいかんを問わず、即ち通常切断時でも、ワイヤーの断線や脱線修復後の再切断時においても、インゴットの切断が完全に行われたことを自動的かつ確実に確認でき、インゴットの不完全切断を完全に解消することができ、従来の制御切断方式、即ち、切断距離（インゴット口径＋当て板切り込み深さ等）と切断速度から切断時間を計算し、その値から切断完了の信号を取出し、装置の停止等を決定している方式よりも確実なものとなり、切断完了によるウェーハの多大な損失が皆無となるという大きな効果が達成される。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００１９０１４９
【氏名又は名称】信越半導体株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月１９日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】石原 詔二
|
| 【公開番号】 |
特開平１１−２６２８５２ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）９月２８日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−７０２１９ |
|