特許 7524362 一連の切断動作中にワイヤソーによってワークピースから複数のスライスを切断するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-19

(45)【発行日】2024-07-29

(54)【発明の名称】一連の切断動作中にワイヤソーによってワークピースから複数のスライスを切断するための方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 27/06 20060101AFI20240722BHJP

   B24B 55/02 20060101ALI20240722BHJP

   B24B 57/02 20060101ALI20240722BHJP

   B23D 59/00 20060101ALI20240722BHJP

   B28D 5/04 20060101ALI20240722BHJP

   B28D 7/00 20060101ALI20240722BHJP

   B28D 7/02 20060101ALI20240722BHJP

   B23D 57/00 20060101ALI20240722BHJP

   B23D 61/18 20060101ALI20240722BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

B24B27/06 D

B24B27/06 Q

B24B27/06 F

B24B55/02 Z

B24B57/02

B23D59/00

B28D5/04 C

B28D7/00

B28D7/02

B23D57/00

B23D61/18

H01L21/304 611W

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022576165

(86)(22)【出願日】2021-05-20

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-08

(86)【国際出願番号】 EP2021063423

(87)【国際公開番号】W WO2021249733

(87)【国際公開日】2021-12-16

【審査請求日】2023-01-25

(31)【優先権主張番号】EP20179145

(32)【優先日】2020-06-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】599119503

【氏名又は名称】ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｌｔｒｏｎｉｃ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｅｉｎｓｔｅｉｎｓｔｒａｓｓｅ １７２，８１６７７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ビースナー，ペーター

(72)【発明者】

【氏名】ゲーマッハー，ボルフガング

(72)【発明者】

【氏名】クロイツェダー，ロベルト

【審査官】山村 和人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２００８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１０３６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２１３１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－３２３３１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ２７／０６

Ｂ２４Ｂ ５５／０２

Ｂ２４Ｂ ５７／０２

Ｂ２３Ｄ ５９／００

Ｂ２８Ｄ ５／０４

Ｂ２８Ｄ ７／００

Ｂ２８Ｄ ７／０２

Ｂ２３Ｄ ５７／００

Ｂ２３Ｄ ６１／１８

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

初回切断と後続切断とに分けられる一連の切断動作中に、ワイヤソーによってワークピースから複数のスライスを切断するための方法であって、前記ワイヤソーは、ソーワイヤの可動ワイヤ区域のワイヤアレイと、駆動装置とを備え、前記ワイヤアレイは、２つのワイヤガイドローラの間の平面において張力がかけられ、前記２つのワイヤガイドローラの各々は固定軸受と浮動軸受との間で支持され、少なくとも１つのチャンバとシェルとを備え、前記シェルは前記ワイヤガイドローラのコアを取り囲んでおり、前記シェルには前記ワイヤ区域のためのガイド溝が構築されており、前記方法はさらに、
各々の前記切断動作中に、前記ワークピースに研磨作用する作動流体および硬質材料の存在下で、前記駆動装置によって、ワークピースの軸に対して垂直であるとともに前記ワイヤアレイの平面に対して垂直である送り方向に沿って前記ワイヤアレイを通じてそれぞれの前記ワークピースを送り込むステップと、
各々の前記切断動作中に、第１の温度プロファイルの仕様に従って第１の冷却流体で前記ワイヤガイドローラのチャンバの温度を調整することによって、前記２つのワイヤガイドローラの前記シェルの長さを変更しながら同時に、前記ワイヤアレイを通じて前記ワークピースを送り込むステップとを含み、前記第１の温度プロファイルは、切断深さに依存して前記第１の冷却流体の温度を特定し、前記切断深さに依存して前記シェルの長さの変化を特定する第１の補正プロファイルと相関し、
同時に、第２の温度プロファイルの仕様に従って第２の冷却流体で前記２つのワイヤガイドローラの前記固定軸受の温度を調整することによって前記２つのワイヤガイドローラの前記浮動軸受を軸方向に移動させ、前記第２の温度プロファイルは、前記切断深さに依存して前記第２の冷却流体の温度を特定し、前記切断深さに依存して前記浮動軸受の移動を特定する第２の補正プロファイルと相関し、前記第１の補正プロファイルおよび前記第２の補正プロファイルは前記スライスの形状偏差からずれたものであり、前記方法はさらに、
各々の前記切断動作の前に前記形状偏差を判定するステップを含み、
前記形状偏差は、既に切断されたスライスの平均形状プロファイルを基準形状プロファイルと比較することによって判定される、方法。

【請求項2】

前記平均形状プロファイルは、選択されたスライスの形状プロファイルを平均化することによって判定され、選択は、スライスベースであるか、切断ベースであるか、またはスライスベースおよび切断ベースである、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記既に切断されたスライスは、それぞれの前記切断動作の直前の少なくとも１～５の切断動作から生じる、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記ワークピースの移動を特定する第３の補正プロファイルの仕様に従って、作動要素によって前記ワークピースの軸に沿って前記ワークピースを移動させながら同時に前記ワイヤアレイを通じて前記ワークピースを送り込むステップを含み、前記第３の補正プロファイルは前記形状偏差からずれたものである、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

各々の前記切断動作中、前記ワークピースの前記温度は、冷却媒体で前記ワークピースを湿らせることにより閉制御ループによって制御され、前記ワークピースの前記温度が制御変数を形成し、前記冷却媒体の温度が前記制御ループの操作変数を形成する、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

一定の温度が前記制御ループの基準変数として特定される、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

それぞれの前記切断動作の前に判定された前記形状偏差が定義された閾値に達するかまたは前記定義された閾値を超える場合、それぞれの前記切断動作の代わりにメンテナンス手段が開始される、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一連の切断動作中にワイヤソーによってワークピースから複数のスライスを切断するための方法に関する。ワイヤソーは、ソーワイヤの可動ワイヤ区域のワイヤアレイと、駆動装置とを備え、当該ワイヤアレイには２つのワイヤガイドローラ間の平面において張力がかけられており、当該２つのワイヤガイドローラの各々は、固定軸受と浮動軸受との間で支持され、少なくとも１つのチャンバとシェルとを備える。当該シェルは当該ワイヤガイドローラのコアを取り囲んでおり、当該シェルには当該ワイヤ区域のためのガイド溝が構築されている。各々の切断動作中、それぞれのワークピースは、当該ワークピースに研磨作用する作動流体および硬質材料の存在下で、当該駆動装置によって、ワークピースの軸に対して垂直であるとともにワイヤアレイの平面に対して垂直である送り方向に沿って当該ワイヤアレイを通じて送り込まれる。

【背景技術】

【0002】

先行技術／課題
複数のスライスを切断するためのこのような方法は、ラップスライシングまたは研削スライシングによって達成することができる。

【0003】

ラップスライシングの場合、液体担体媒体中の硬質材料からなるスラリー形態の作動流体は、ワイヤ表面とワークピースとの間に形成される作業空間に送り込まれる。ラップスライシングの場合、材料は、工具キャリア（ソーワイヤ）、工具（研磨材）およびワークピースを伴う三体相互作用によって除去される。

【0004】

研削スライシングの場合、表面に硬質材料が固く接着されたソーワイヤが用いられ、研磨材料を含まず冷却潤滑剤として作用する作動流体が供給される。研削スライシングの場合、材料は、工具としてのダイヤモンド被覆ソーワイヤとワークピースとを伴う二体相互作用によって除去される。

【0005】

従来のワイヤソーの場合、ワイヤガイドローラの各々は、一方の端面近傍に、機枠に固定接続されて固定軸受と称される軸受が設けられており、他方の端面近傍に、当該機枠に対してワイヤガイドローラの軸方向に可動であり浮動軸受と称される軸受が設けられている。

【0006】

ワイヤアレイのワイヤガイドローラは、通常、金属で作られたコアで構成されており、当該コアは通常、例えばポリウレタンで作られたシェルで囲まれている。シェルは、ワイヤソーのワイヤアレイを形成するソーワイヤを案内する役割を果たす複数の溝を備える。シェルは、典型的には、温度の変化時にその両端が妨げられることなく軸方向に拡張または収縮することができるように、ワイヤアレイのそれぞれのワイヤガイドローラのコアに固定されている。これにもかかわらず、シェルは、それぞれ１つまたは２つのクランプリングによってワイヤガイドローラの片側または両側に固定されてもよい。

【0007】

切断すべきスライスの主面の平面平行度を向上させるために、切断動作中にワイヤアレイとワークピースとの互いに対する配置の変化を打ち消すことを目的とする手段が公知である。

【0008】

ＵＳ２００２／０１７４８６１Ａ１は、切断されるスライスの反りを制限するためのワークピースの温度制御を想定した方法を開示している。

【0009】

ＵＳ２０１５／０１５８２０３Ａ１では、切断されたスライスの平坦性を向上させるためにワイヤガイドローラのコアの温度変化によってシェルの長さを選択的に変化させることが提案されている。

【0010】

ＵＳ２０１２／０２４０９１５Ａ１は、温度変化によって引起こされるワイヤ区域とワークピースとの相対的な軸方向移動を減らすために、ワイヤガイドローラおよびそれらの固定軸受を独立して冷却する方法を開示している。

【0011】

ＵＳ５３７７５６８は、機枠に対してワイヤガイドローラの外側に位置する基準面の位置を測定し、測定された基準面の位置変化が再び補償されるまでワイヤガイドローラ内部の温度を調整することにより熱によってワイヤガイドローラの長さを増減させる方法を開示している。

【0012】

ＷＯ２０１３／０７９６８３Ａ１は、まず、ワイヤガイドローラ軸受の様々な温度で得られたスライス形状を測定し、各々の形状を、それぞれに関連付けられた軸受温度とともに記憶し、その後の切断時に、所望の目標形状に最も合致する軸受温度を選択する方法を開示している。

【0013】

ＵＳ５８７５７７０は、切断によって得られたスライスの形状が測定され、これらのスライスの所望の理想的な形状に対する差を形成することによって切断深さに依存する補正曲線が計算され、その後の切断の切断動作中にこの補正曲線に従ってワイヤアレイに対して軸方向にワークピースを移動させる方法を開示している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

これらの手段にもかかわらず、引き続き改善が必要とされている。なぜなら、一方では、これらの手段が限定的な効果しか持たないからであり、他方では、スライスの平坦性および平面平行度に関する要件が特に半導体産業においてますます厳しくなってきているからである。

【0015】

本発明の目的は、目標形状に可能な限り密に合致する形状を有するスライスを提供できるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明の目的は、初回切断と後続切断とに分けられる一連の切断動作中に、ワイヤソーによってワークピースから複数のスライスを切断するための方法によって達成される。当該ワイヤソーは、ソーワイヤの可動ワイヤ区域のワイヤアレイと、駆動装置とを備え、当該ワイヤアレイには２つのワイヤガイドローラ間の平面において張力がかけられており、当該２つのワイヤガイドローラの各々は、固定軸受と浮動軸受との間で支持され、少なくとも１つのチャンバとシェルとを備える。当該シェルは当該ワイヤガイドローラのコアを取り囲んでおり、当該シェルには当該ワイヤ区域のためのガイド溝が構築されている。当該方法はさらに、各々の当該切断動作中に、当該ワークピースに研磨作用する作動流体および硬質材料の存在下で、当該駆動装置によって、ワークピースの軸に対して垂直であるとともに当該ワイヤアレイの当該平面に対して垂直である送り方向に沿って当該ワイヤアレイを通じてそれぞれの当該ワークピースを送り込むステップと、各々の当該切断動作中に、第１の温度プロファイルの仕様に従って第１の冷却流体で当該ワイヤガイドローラのチャンバの温度を調整することによって、２つのワイヤガイドローラのシェルの長さを変更しながら同時に当該ワイヤアレイを通じて当該ワークピースを送り込むステップとを含み、当該第１の温度プロファイルは、切断深さに依存して当該第１の冷却流体の温度を特定し、当該切断深さに依存して当該シェルの長さの変化を特定する第１の補正プロファイルと相関し、さらに、同時に、第２の温度プロファイルの仕様に従って第２の冷却流体で当該２つのワイヤガイドローラの固定軸受の温度を調整することによって当該２つのワイヤガイドローラの浮動軸受を軸方向に移動させ、当該第２の温度プロファイルは、当該切断深さに依存して第２の冷却流体の温度を特定し、当該切断深さに依存して当該浮動軸受の移動を特定する第２の補正プロファイルと相関し、当該第１の補正プロファイルおよび当該第２の補正プロファイルは形状偏差からずれたものであり、当該方法はさらに、各々の当該切断動作の前に当該形状偏差を判定するステップを含む。

【0017】

当該方法は、ラップスライシングまたは研削スライシングとして構成することができる。切断深さ（depth of cut：doc）は送り方向とは逆に延びる長さを示し、当該長さは、ワイヤグリッドとワークピースとの第１の接触点から、進行中の切断中のワークピースにおけるワイヤグリッドの瞬間的な位置にまで及ぶ。

【0018】

ワイヤガイドローラのチャンバの温度を調整すること（以下、ワイヤガイド熱制御（wire guide heat control：ＷＧＨＣ）と称する）によってワイヤアレイに張力をかけるワイヤガイドローラのシェルの軸方向長さを変更することは、例えばＵＳ２０１５／０１５８２０３Ａ１において提案される態様で実現することができる。さらに、ワイヤガイドローラのチャンバの温度を調整するのに用いられる第１の冷却流体は、切断深さに依存して第１の冷却流体の温度を特定する第１の温度プロファイルの仕様に従って、それぞれのワイヤガイドローラのチャンバに通される。第１の温度プロファイルは第１の補正プロファイルと相関する。当該第１の補正プロファイルは、切断深さに依存した、熱膨張または熱収縮によるワイヤガイドローラのそれぞれのシェルの長さの変化を特定する。それぞれのワイヤガイドローラのシェルの長さを特定されたとおりに変化させるために、第１の冷却剤のどのような温度変化が必要であるかが予め実験的に決定される。第１の補正プロファイルは、各々の切断動作の前に判定された形状偏差からずれたものとなる。

【0019】

ワイヤガイドローラのコアに複数のチャンバを設けること、および、各チャンバに独立して冷却流体を供給することが可能であり、いずれの場合も温度はそれ自体の温度プロファイルに従う。この場合、これらの温度プロファイルを合わせることで、第１の補正プロファイルが必要とするそれぞれのワイヤガイドローラのシェルの長さを変化させる。

【0020】

固定軸受の温度を調整すること（以下、ワイヤガイド温度制御（wire guide temperature control：ＷＧＴＣ）と称する）で、固定軸受の熱膨張または熱収縮により、ワークピース（ロッド、インゴット）の位置に対するワイヤガイドローラの位置と、これによりワイヤアレイの位置とを変化させる。なぜなら、これにより、浮動軸受およびワイヤガイドローラを、ワークピースおよびワイヤガイドローラに共通の基準システム（例えば機枠）を基準としてワイヤガイドローラの回転軸の方向へと移動させるからである。本発明に従った方法は、ＷＧＨＣに加えてＷＧＴＣを使用すること、すなわち、各々の切断動作中に第２の温度プロファイルの仕様に従ってワイヤガイドローラの固定軸受の温度を第２の冷却流体で調整することによって２つのワイヤガイドローラの浮動軸受を軸方向に移動させながら同時にワイヤアレイを通じてワークピースを送り込むこと、を想定している。当該第２の温度プロファイルは、切断深さに依存して第２の冷却流体の温度を特定するとともに、切断深さに依存して浮動軸受の移動を特定する第２の補正プロファイルと相関する。それぞれのワイヤガイドローラの浮動軸受を特定されたとおりに移動させるために、第２の冷却流体のどのような温度変化が必要であるかが予め実験的に決定される。第２の補正プロファイルは、同様に、各々の切断動作の前に判定された形状偏差からずれたものとなる。

【0021】

第１の補正プロファイルおよび第２の補正プロファイルは一緒に合わせることで、形状偏差を最小限にする全体的な補正プロファイルを形成する。

【0022】

全体的な補正プロファイルは、好ましくは、切断深さに依存してワークピースの軸に沿ってワークピースの移動を特定するとともに同様に形状偏差からずれたものである第３の補正プロファイルを含む。したがって、第３の補正プロファイルの仕様に従って作動要素によってワークピースをワークピースの軸に沿って移動させながら同時に当該ワークピースをワイヤアレイを通じて送り込む（以下、インゴット位置決め制御（ingot positioning control：ＩＰＣ）と称する）ステップは、好ましくは、各切断動作中にＷＧＨＣおよびＷＧＣＴとともに採用される。作動要素は好ましくは圧電アクチュエータである。

【0023】

ＷＧＨＣ、ＷＧＴＣおよびＩＰＣの組合わせに関連する特定の利点がある。３つの手段を組合わせて用いる場合、これらの手段のうち１つの手段のみを用いた場合よりも、ワークピースに対するワイヤガイドローラの移動の振幅（移動量）を大きくすることができる。浮動軸受およびワークピースの移動が、当該移動をもたらす変数に直線的に依存する範囲は、上記手段のうちの１つのみを使用する場合に利用可能な対応する範囲よりも広い。特に、作動要素がほぼ瞬時に反応する圧電アクチュエータである場合、関与する質量の熱慣性に起因して、ＩＰＣの場合よりも、ＷＧＨＣおよびＷＧＴＣの場合の方が、移動をもたらす変数を変更してから実際の移動が起こるまでにかかる反応時間がかなり長くなる。一方ではＷＧＨＣおよびＷＧＴＣの手段が、他方ではＩＰＣの手段が、さまざまな制御帯域幅を有する。したがって、ＩＰＣによって比較的高周波の形状偏差（すなわち、切断深さに依存して比較的大きな勾配で変化する形状偏差）を打ち消すこと、ならびに、ＷＧＨＣおよびＷＧＴＣによって比較的低周波の形状偏差を打ち消すことが有利である。

【0024】

形状偏差は、切断動作の前に判定され、基準形状プロファイルからのスライスの形状プロファイルまたはスライスの平均形状プロファイルの偏差を指す。

【0025】

形状偏差の判定は、好ましくは、既に切断されたスライスの平均形状プロファイルと基準形状プロファイルとの比較に基づいている。この比較により、切断動作の前であっても、ワイヤガイドローラのシェルの長さが（ＷＧＨＣによって）どのように変化するかと、ワイヤガイドローラが（ＷＧＴＣによって）どのように移動するかと、適用可能である場合、これらの対策がなければ起こり得るであろうこの形状偏差を回避するために、切断深さに依存してワークピースの（ＩＰＣによる）どのような移動が必要であるかとを決定する全体的な補正プロファイルが提供される。全体的な補正プロファイルは、第１の補正プロファイルおよび第２の補正プロファイルと、適用可能であれば、第３の補正プロファイルとに分割され、これにより、ＷＧＨＣおよびＷＧＴＣと、適用可能であればＩＰＣとによって、長さまたは移動をどのような割合で変更すべきかが決定される。当該割合は、等しくまたはさまざまに分割することができる。

【0026】

スライスの表面は主面と端面とで構成される。主面は、スライスの表側および裏側を含む。スライスは、歪み測定の場合に従来行なわれているように、一対のセンサ間に配置されることによって測定することができる。各センサは、測定点におけるスライスの向かい合う主面の距離を測定する。測定点は、主面にわたって分散させることができるか、または、スライスの直径に沿って位置させることができる。測定点は、好ましくは、スライスの直径に沿った位置ｉにあり、送り方向に対して特定的に逆向きであり、したがって、各測定点は特定の切断深さに関連付けられる。測定点の密度は１ｐｅｒ ｃｍ以上であることが好ましく、全ての測定点に関して、１つの測定点と最も近い隣接点との間の距離が同じであることが好ましい。

【0027】

スライスの形状プロファイルは、以下のルール

【0028】

【数1】

【0029】

に従っていくつかの位置ｉにおいて計算される測定点ｓｉを結ぶ線であり、ここで、Ｄはセンサ間の距離であり、ＦＤｉは上方センサとスライスの表側のそれぞれの測定点との間の距離であり、ＢＤｉは下方センサとスライスの裏側のそれぞれの測定点との間の距離である。なお、この代替的な定義によって切断深さに依存してスライスの形状が符号化される限りにおいては、本発明も形状プロファイルの代替的な定義を用いて実行され得ることに留意されたい。

【0030】

スライスの平均形状プロファイルは、複数のスライスの形状プロファイルを平均化することによって得られる形状プロファイルである。基準形状プロファイルは所望の形状プロファイルであり、好ましくは、完全に平坦で相互に平行な主面を有するスライスの形状プロファイルである。平均形状プロファイルは、同じワイヤソーによる好ましくは１回～５回の切断動作から得られるスライスについて判定されるものであり、これらの切断動作は、このワイヤソーによって実行される切断動作の直前に行われている。平均形状プロファイルを作成するためのスライスの選択はスライスベースであってもよく、もしくは切断ベースであってもよく、またはこれら両方を含んでいてもよい。スライスベースの選択の場合、切断動作から得られるいくつかのスライスは、平均化によってそれぞれの平均形状プロファイルを判定するために用いられ、その他は除外される。例えば、ワークピースにおいて特定の位置を有するスライスのみが平均化プロセスにおいて考慮され、例えば、ワークピースの軸に沿った１５番目～２５番目ごとのスライスだけが考慮される。スライスベースで選択する場合の別の可能性として、切断動作における全てのスライスの平均形状プロファイルから、最大偏差および最小偏差の形状プロファイルを有するスライスを除外することが挙げられる（いわゆるトリム平均）。代替的には、切断動作時に全スライスの平均形状プロファイルから１シグマ～２シグマを超えてずれている形状プロファイルを有するスライスを平均化から除外することが可能である。切断ベースの選択では、平均形状プロファイルを判定するために少なくとも１つの切断動作から得られるすべてのスライスが用いられ、少なくとも１つの他の切断動作から得られるすべてのスライスが平均形状プロファイルから除外される。

【0031】

切断動作におけるスライスの平均形状プロファイルは一連の切断動作の過程で変化する。変化は好ましくはワイヤソーの性能を評価するために用いられる。これらの変化は、ソーワイヤの摩耗および／またはワイヤガイドローラのシェルの摩耗、または、摩耗するワイヤソーの他の何らかの構成要素の摩耗を示し得る。したがって、好ましくは、形状偏差についての閾値が定義され、この閾値に到達するかまたはこの閾値を超えると、さらなる切断動作の代わりにメンテナンス作業（予測的メンテナンス作業）が開始される。このような閾値に到達する前であっても、このような変化は、摩耗による作業結果の質低下を打ち消すための調整手段を講じるための機会として用いることができる。このような調整手段は、例えば、作動流体の組成および／もしくは温度を変更すること、ならびに／または、ワイヤ速度および／もしくは他のプロセス特有のパラメータを変更することであり得る。

【0032】

ソーシステムの変更後に行われる切断動作は特別な場合を表わしている。ソーシステムにおけるこのような変化は、例えば、ワイヤガイドローラの変化、ワイヤソーに対する機械的調整、または作動流体の物理的特性もしくは化学的特性の変化がある場合に発生する。ソーシステムの変更後の第１の切断動作（いわゆる初回切断）は、好ましくは１回～５回の切断動作で構成される。初回切断の場合、形状偏差は、好ましくは、スライスの平均形状プロファイルを基準形状プロファイルと比較することによって判定され、ソーシステムの変更前に行われる１回以上の初回切断の過程で同じワイヤソーによって作成されるスライスの平均形状プロファイルが用いられる。

【0033】

さらに、ＩＰＣの代わりに、またはＷＧＨＣ、ＷＧＴＣおよびＩＰＣに加えて第４の手段として、各々の切断動作中にワークピースの温度を制御すること（インゴット冷却（ingot cooling：ＩＣ））が好ましく、より具体的には、ワークピースを冷却媒体で湿らせることにより閉制御ループによって制御することが好ましい。ここで、ワークピースの温度が制御変数を形成し、冷却媒体の温度が制御ループの操作変数を形成する。制御ループの基準変数は好ましくは一定の温度である。冷却媒体は、好ましくは、ラップスライシングまたは研削スライシングに用いられる流体または作動流体である。ワークピースの温度を制御することにより、ワークピースの熱膨張によって引起こされるスライスの形状偏差を制限することがさらに可能である。制御ループは、例えばＵＳ２００２／０１７４８６１Ａ１に開示されるように実現されてもよい。原則として、ＷＧＨＣとＩＣとの組合わせのみを手段として想定する方法を実施することもできる。

【0034】

本発明に従って用いられるワイヤソーは、２つ以上のワイヤガイドローラ、例えば３つまたは４つのワイヤガイドローラを備える。チャンバの温度およびワイヤガイドローラの固定軸受の温度の調整は２つのワイヤガイドローラに限定することができ、これら２つのワイヤガイドローラの間で、ワイヤアレイに張力がかけられ、これによりワークピースが送り込まれる。

【0035】

ワークピースは、好ましくは、多結晶状態または単結晶状態にあるシリコンなどの半導体材料から構成される。ワークピースの断面の周囲形状は正方形、長方形または円形である。ワークピースが円筒形状である場合、ワークピースの軸は円筒の中心を通って延びる。本発明に従った方法は、少なくとも２００ｍｍ、特に少なくとも３００ｍｍの直径を有する単結晶シリコンで構成される円形半導体ウェハの製造に特に適している。

【0036】

以下、添付の図面を参照して本発明の詳細を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】本発明の使用時に機能するワイヤソーの特徴を概略的に示す図である。

【図2】当該特徴の詳細を示す図である。

【図3】当該特徴のさらなる詳細を示す図である。

【図4】切断動作前のスライスの形状偏差を判定するための、２つのセンサ間におけるスライスの配置を示す図である。

【図5】ＷＧＨＣおよびＷＧＴＣを用いた好ましい例示的な実施形態に関する特徴の詳細を示す図である。

【図6】ＷＧＨＣおよびＷＧＴＣを用いたさらなる好ましい例示的な実施形態に関する特徴の詳細を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0038】

本発明に従った例示的な実施形態の詳細な説明
図１は、本発明に従った方法を実施するのに適したワイヤソーの特徴を示す。このワイヤソーは、２つのワイヤガイドローラ１の間の平面において張力がかけられたソーワイヤ３の可動ワイヤ区域で構成されたワイヤアレイ２を備える。切断動作中、ワークピース４は、駆動装置１２によって、ワークピースの軸に対して垂直であるとともにワイヤアレイ２の平面に対して垂直である送り方向に沿ってワイヤアレイ２を通じて送り込まれる。上記動作の過程で、ワイヤアレイ２に張力をかけるワイヤガイドローラ１の長さ（したがってそのシェル８の長さ）は、第１の補正プロファイルに従って方向矢印１０に対応する方向に変更されるとともに、それぞれのワイヤガイドローラの浮動軸受６（したがって、それぞれのワイヤガイドローラ自体）は、第２の補正プロファイルに従って方向矢印１０に対応する方向に移動させられる。加えて、ワークピース４は、第３の補正プロファイルに従って方向矢印１１に対応するワークピースの軸の方向に同時に移動させることができ、および／または、ワークピース４の温度は、冷却媒体でワークピース４を湿らせることによって閉制御ループにより制御することができる。ここで、ワークピース４の温度が制御変数を形成し、冷却媒体の温度が制御ループの操作変数を形成する。第１の補正プロファイルおよび第２の補正プロファイル、ならびに適用可能な場合、第３の補正プロファイルは、各々の切断動作の前に判定された形状偏差からずれたものとなる。第１の補正プロファイル、第２の補正プロファイル、および適用可能である場合、第３の補正プロファイルはデータ処理ユニット１４に記憶される。ＷＧＨＣおよびＷＧＴＣを実行するための第１の制御ユニット１３および第２の制御ユニット１６と、適用可能である場合、ワイヤガイドローラのチャンバおよび固定軸受の温度を調整するためのＩＰＣ制御熱交換器を実行するための第３の制御ユニット１５と、第３の補正プロファイルに従って切断深さに依存して、方向矢印１１によって示されるワークピースの軸に沿った方向へとワークピース４を移動させる作動要素とが含まれる。ＩＣの使用が想定される場合、ワイヤソーは、ワークピース４の温度を調整するための装置２２をさらに備える。この装置２２により、各々の切断動作中、冷却媒体でワークピース４を濡らせることによって閉制御ループによってワークピース４の温度が制御されている間に、ワークピース４がワイヤアレイ２を通じて送り込まれる。この場合、ワークピース４の温度は制御変数を形成し、冷却媒体の温度は制御ループの操作変数を形成する。

【0039】

図２に示すように、ワイヤガイドローラ１は固定軸受５と浮動軸受６との間に装着されている。固定軸受５および浮動軸受６は機枠７上で支持されている。ワイヤガイドローラ１のコア１７は、ソーワイヤ３が通る溝を備えたシェル８によって囲まれている。固定軸受５は、内部温度調整のための空間９および／または外部温度調整のための空間９ａを有し、当該空間９および／または空間９ａに第２の冷却流体を通過させることで固定軸受５の温度を調整する。第２の冷却流体の温度が上昇すると、固定軸受５の熱膨張によってワイヤガイドローラ１が浮動軸受６の方向に軸方向移動し、浮動軸受６が、機枠７に対して相対的に方向矢印１０で示す方向に外方向に移動する。第２の冷却流体の温度が低下すると、ワイヤガイドローラ１および浮動軸受６が反対方向に移動する。第２の冷却流体の温度は、第２の補正プロファイルと相関する第２の温度プロファイルによって切断深さに依存して特定される。熱交換器およびポンプに接続された制御ユニット１６は、特定の切断深さに達したとき、固定軸受５を通過した第２の冷却流体が第２の温度プロファイルによって特定された温度を有することを確実にする。データ処理ユニット１４は第２の温度プロファイルを制御ユニット１６に送信し、これにより、浮動軸受を第２の補正プロファイルに従って移動させる。

【0040】

図３は、ワイヤガイドローラのコア１７内に２つのチャンバ１８を形成する２つのキャビティを示しており、第１の冷却流体が当該２つのキャビティを通過することで、チャンバ１８の温度を調整して、第１の補正プロファイルの仕様に従ってそれぞれのワイヤガイドローラのシェル８の長さを方向矢印１０に対応する方向へと変化させるようにする。ボルト２４により、固定軸受５と浮動軸受６とが同軸に接続される。

【0041】

図４は、切断動作前の、形状偏差を判定するための２つのセンサ１９とセンサ２０との間におけるスライス２１の配置を示す。センサ１９および２０は、特定の切断深さに従って、送り方向へのスライス２１の直径に沿った特定の位置ｉにおいて、スライス２１の表側からの上方センサ１９の距離ＦＤｉと、スライス２１の裏側からの下方センサ２０の距離ＢＤｉとを測定する。スライスの形状プロファイルは、以下のルール

【0042】

【数2】

【0043】

に従って計算された測定値ｓｉを結ぶ線である。ここで、Ｄはセンサ間の距離を示す。スライスの形状偏差は、スライスの形状プロファイルを基準形状プロファイルと比較することによって得られる。切断深さに依存する基準形状プロファイルからの偏差は、ＷＧＨＣとＷＧＴＣとの間で分割される全体的な補正プロファイルに対応し、適用可能である場合、第１の補正プロファイルおよび第２の補正プロファイルの形式であるとともに適用可能である場合には第３の補正プロファイルの形式であるＩＰＣである。

【0044】

図５は、ＷＧＨＣおよびＷＧＴＣを用いた好ましい例示的な実施形態の特徴の詳細を示す。

【0045】

ＷＧＨＣ（ワイヤガイドローラ１のシェル８の長さの、その回転軸２３に対して平行な方向１０への変化）のための制御ユニット１３は、第１の冷却流体の温度を調整し、第１の冷却流体は、並列に分配された後、最初に、ワイヤアレイに跨がる２つの上方ワイヤガイドローラのチャンバ１８を通過し、その後、再び混ぜ合わされて、制御ユニット１３に戻る。

【0046】

ＷＧＴＣ（ワイヤガイドローラ１の、その回転軸２３に対して平行な方向２６への移動）のための制御ユニット１６は第２の冷却流体の温度を調整し、第２の冷却流体は、並列に分配された後、最初に、ワイヤアレイに跨がる２つの上方ワイヤガイドローラの固定軸受５の内部温度調整のための空間９を通過する。次いで、第２の冷却流体は、２つの下方ワイヤガイドローラの温度を調整するために用いられ、その後、再び混ぜ合わされて制御ユニット１６に戻される。下方ワイヤガイドローラの温度調整は必ずしも絶対に必要であるわけではないが、例えばワイヤガイドローラの回転中に起こる軸受摩擦の結果としてそこで発生する摩擦熱を放散させる目的を果たす。第１の冷却流体および第２の冷却流体の流れ方向は矢印２５によって示されている。第１の冷却流体および第２の冷却流体は、回転流体フィードスルーを介して、回転するワイヤガイドローラに供給されるとともにそこから除去される。同軸二重回転式フィードスルーが用いられる。

【0047】

したがって、図５に示す例示的な実施形態では、固定軸受内部温度調整によるＷＧＴＣと、同軸二重回転式フィードスルーを介した第２の冷却流体の供給および排出とが用いられる。第２の冷却流体の供給および排出は、固定軸受側に装着された回転式フィードスルーを介してなされ、第１の冷却流体の供給および排出は、浮動軸受側に装着された回転式フィードスルーを介してなされる。ＷＧＴＣ用の温度調整回路は上方および下方のワイヤガイドローラを通過し、ＷＧＨＣ用の温度調整回路は上方のワイヤガイドローラのみを通過する。

【0048】

図６は、ＷＧＨＣおよびＷＧＴＣを用いたさらなる好ましい例示的な実施形態の特徴の詳細を示す。

【0049】

ＷＧＨＣ（ワイヤガイドローラ１のシェル８の長さの、その回転軸２３に対して平行な方向１０への変化）のための制御ユニット１３は第１の冷却流体の温度を調整し、第１の冷却流体は、並列に分配された後、最初に、ワイヤアレイに跨がる２つの上方ワイヤガイドローラのチャンバ１８を通過する。次いで、第１の冷却流体は、２つの下方ワイヤガイドローラの温度を調整するために用いられ、その後、再び混ぜ合わされて制御ユニット１３に戻される。

【0050】

ＷＧＴＣ（ワイヤガイドローラ１の、その回転軸２３に対して平行な方向２６への移動）のための制御ユニット１６は第２の冷却流体の温度を調整し、当該第２の冷却流体は、並列に分配された後、最初に、ワイヤアレイに跨がる２つの上方ワイヤガイドローラの固定軸受５の外部温度調整のための空間９ａを通過し、次いで、２つの下方ワイヤガイドローラの温度を調整するために用いられ、その後、再び混ぜ合わされて制御ユニット１６に戻される。

【0051】

したがって、図６に示す例示的な実施形態では、固定軸受の外部温度調整によるＷＧＴＣが用いられる。第１の冷却流体は、固定軸受側に装着された回転式フィードスルーを介して供給および排出される。第２の冷却流体の供給および排出は固定軸受の外側ブッシングにおける固定ねじ締付け具を通じて行なわれる。

【0052】

具体的な実施形態の上述の説明は例示的なものとして理解されるべきである。これによってなされる開示は、一方では、当業者が本発明およびそれに関連する利点を理解することを可能にし、他方では、当業者の理解の範囲内で明らかである上述の構造および方法に対する変更および修正をも含む。

【符号の説明】

【0053】

採用される参照番号のリスト
１ ワイヤガイドローラ
２ ワイヤアレイ
３ ソーワイヤ
４ ワークピース
５ 固定軸受
６ 浮動軸受
７ 機枠
８ シェル
９ ＷＧＴＣ用の固定軸受の内部温度調整のための空間
９Ａ ＷＧＴＣ用の固定軸受の外部温度調整のための空間
１０ 方向矢印
１１ 方向矢印
１２ 駆動装置
１３ ＷＧＨＣのための制御ユニット
１４ データ処理ユニット
１５ ＩＰＣのための制御ユニット
１６ ＷＧＴＣのための制御ユニット
１７ コア
１８ チャンバ
１９ 上方センサ
２０ 下方センサ
２１ スライス
２２ ワークピースの温度を調整するための装置
２３ 回転軸
２４ ボルト
２５ 流れ方向
２６ 方向矢印

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】