JP2010089173A - ワイヤソー - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク切断部間でのワイヤ張力の調整をより応答性良く行う。
【解決手段】ワイヤソーは第１、第２のワーク切断部１Ａ，１Ｂを有する。各ワーク切断部１Ａ，１Ｂの各々一対のガイドローラ１０ａ，１０ｂにはワイヤＷが巻回され、これによりワーク切断用のワイヤ群が形成されている。ワーク切断部１Ａ，１Ｂの間にはワイヤＷの張力を検出するテンションゲージ１８が設けられ、コントローラ５０は、テンションゲージ１８による検出張力に基づき、当該張力が許容値を外れている場合には、ワーク切断部１Ａ，１ＢのうちワイヤＷの走行方向下流側に位置するワーク切断部１Ａ（又は１Ｂ）のガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を所定速度だけ変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、切断用ワイヤにより構成されたワイヤ群に対して半導体インゴット等のワークを切り込み送りすることにより当該ワークを切断するワイヤソーに関するものである。

従来から半導体インゴット等のワークをスライス状に切り出す手段としてワイヤソーが知られている。ワイヤソーは、複数のガイドローラ間に切断用ワイヤが巻き掛けられることにより該ワイヤが多数本並んだワイヤ群が形成され、ワイヤをその軸方向に高速走行させながら、前記ワイヤ群に対してワイヤ軸方向と直交する方向にワークを切断送りすることにより、ワークをスライス状に多数毎同時に切り出すように構成されている。

この種のワイヤソーの一つとして、例えば特許文献１には、ワイヤ群を形成する第１、第２の２つのワーク切断部（メイン・ロール部）を設け、ワイヤ繰り出し・巻取り装置から繰り出される１本の切断用ワイヤを各ワーク切断部に順次案内しながら他のワイヤ繰り出し・巻取り装置に巻き取ることにより、各ワーク切断部において各々ワークをスライス状に切り出し得るようにしたものが提案されている。

ところで、ワークの切断作業では、ワイヤ張力を適正に保つことが重要であるが、上記のように２つのワーク切断部を有するワイヤソーでは、上流側（ワイヤ走行方向上流側）のワーク切断部の切断作業の影響により、下流側のワーク切断部に案内される切断用ワイヤの張力が変動する。そのため、特許文献１のワイヤソーでは、両ワーク切断部の間にテンションゲージ及び張力調整機構（ダンサーローラ）を設け、上流側のワーク切断部を経由した切断用ワイヤの張力を調整してから下流側のワーク切断部に案内することにより、下流側のワーク切断部のワイヤ張力を適切に保つことが行われている。
実開２０００−６１８０５号公報

しかし、切断用ワイヤの張力をテンションゲージにより検出した後、張力調整機構を駆動して切断用ワイヤの張力調整を行う上記特許文献１のような構成は、必ずしも応答性が良いものとは言えず、この点に改善の余地がある。

本発明は、複数のワーク切断部を有するワイヤソーにおいて、一のワーク切断部から他のワーク切断部に案内されるワイヤの張力調整をより応答性良く行うことを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明は、複数のガイドローラをそれぞれ有する一対のワーク切断部を備え、ワイヤ繰出し装置から繰り出された切断用ワイヤが前記ワーク切断部に順次案内されてワイヤ巻取り装置で巻き取られると共に前記各ワーク切断部の複数のガイドローラに巻回されることにより各ワーク切断部にそれぞれワーク切断用のワイヤ群が形成されるワイヤソーであって、前記ワーク切断部のガイドローラを回転駆動する駆動手段と、一のワーク切断部から他のワーク切断部に至る過程で前記切断用ワイヤの張力を検出するワイヤ張力検出手段と、前記駆動手段を制御することにより各ワーク切断部のガイドローラを所定速度で駆動する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記ワイヤ張力検出手段による検出張力に基づき、前記他のワーク切断部に案内される切断用ワイヤの張力が所定の範囲内に収まるように前記両ワーク切断部のうち少なくとも一方側のワーク切断部のガイドローラの回転速度を変更するように構成されたものである。

このワイヤソーでは、一のワーク切断部から他のワーク切断部に至る切断用ワイヤの張力がワイヤ張力検出手段により検出され、ワイヤ張力が所定の範囲内に収まるように両ワーク切断部のうち少なくとも一方側のワーク切断部のガイドローラの回転速度が制御される。つまり一のワーク切断部のガイドローラと他のワーク切断部のガイドローラとの速度差が制御されることにより切断用ワイヤの張力が調整される。このような構成によると、駆動中のガイドローラの速度を変更するだけで速やかに切断用ワイヤの張力を変更することができるため、従来のように、ワイヤ張力の検出後、張力調整機構を一から駆動してワイヤ張力を変更する構成に比べてタイムラグが少なくなる。

この場合、例えば制御手段が、ワイヤ張力検出手段による検出張力が所定の範囲内に収まるように前記ガイドローラの回転速度をフィードバック制御するようにしてもよい。

なお、上記のようにガイドローラの回転速度が変更されると、前記一のワーク切断部から他のワーク切断部に至る切断用ワイヤのワイヤ長の変動に伴いワイヤに弛みや過剰な緊張が生じることが考えられる。従って、上記のようなワイヤソーにおいては、前記一のワーク切断部から他のワーク切断部に至る切断用ワイヤを案内するプーリとこのプーリを弾性的に付勢する付勢手段とを含み、前記一のワーク切断部から他のワーク切断部に至る切断用ワイヤのワイヤ長の変動に伴う前記プーリの弾性変位によりワイヤ張力の変動を緩和する緩衝機構を備えているのが好適である。

この構成によれば、切断用ワイヤに弛みや過剰な緊張が生じることを回避することができ、このような弛みや過剰な緊張に起因した切断用ワイヤの縺れや断線等の発生を未然に防止することができる。

本発明によると、一のワーク切断部から他のワーク切断部に至る切断用ワイヤの張力を、各ワーク切断部の少なくとも一方側のワーク切断部のガイドローラの回転速度を変更することにより調整するように構成したため、従来のように、ワイヤ張力の検出後、張力調整機構（ダンサーローラ）を一から駆動してワイヤ張力を変更する構成に比べると応答性よく切断用ワイヤの張力を調整することができる。

本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係るワイヤソーの全体を概略的に示している。この図に示すワイヤソーは、上下２段のワーク切断部１Ａ，１Ｂ（第１ワーク切断部１Ａ，第２ワーク切断部１Ｂ）、一対のワイヤ繰出し・巻取り装置１２Ａ，１２Ｂ、ワイヤ張力調節装置１５Ａ，１５Ｂ、テンションゲージ１７〜１９、ガイドプーリ２１〜３４等を備えている。

ワーク切断部１Ａ，１Ｂには、それぞれ水平方向に並ぶ一対のガイドローラ１０ａ，１０ｂが配置されている。各ワーク切断部１Ａ，１Ｂの前記一対のガイドローラ１０ａ，１０ｂは、並び方向が互いに平行で、かつその並び方向と直交する方向（同図では上下方向）に並ぶように配置されている。そして、各ワーク切断部１Ａ，１Ｂのガイドローラ１０ａ，１０ｂがそれぞれ駆動モータ１１Ａ，１１Ｂ（本発明の駆動手段に相当する）によって駆動されるようになっている。

各ワイヤ繰出し・巻取り装置１２Ａ，１２Ｂ（適宜、第１ワイヤ繰出し・巻取り装置１２Ａ、第２ワイヤ繰出し・巻取り装置１２Ｂという）は、切断用のワイヤＷが巻かれるボビン１３Ａ，１３Ｂと、これを回転駆動するボビン駆動モータ１４Ａ，１４Ｂと、を備えている。

そして、一方のワイヤ繰出し・巻取り装置１２Ａのボビン１３Ａから繰出されたワイヤＷが、ガイドプーリ２１、２２、ワイヤ張力調節装置１５Ａのプーリ１６、テンションゲージ１７のプーリ１７ａ及びガイドプーリ２４〜２６の順に掛けられ、ワーク切断部１Ａのガイドローラ１０ａ，１０ｂの順にその外周面のガイド溝（図示省略）に嵌め込まれながらこれらガイドローラ１０ａ，１０ｂ同士の間に多数回螺旋状に巻回された（巻き掛けられた）後、ガイドプーリ２７，２８、テンションゲージ１８のプーリ１８ａ及びガイドプーリ２９の順に掛けられ、さらにワーク切断部１Ｂのガイドローラ１０ａ，１０ｂの順にその外周面のガイド溝（図示省略）に嵌め込まれながらこれらガイドローラ１０ａ，１０ｂ同士の間に多数回螺旋状に巻回された（巻き掛けられた）後、ガイドプーリ３０，３１、テンションゲージ１９のプーリ１９ａ、ワイヤ張力調節装置１５Ｂのプーリ１６、ガイドプーリ３３，３４の順に掛けられ、他方のワイヤ繰出し・巻取り装置１２Ｂのボビン１３Ｂに巻き取られ、前記ワイヤ張力調節装置１５Ａ，１５ＢによってワイヤＷに所定の張力が与えられている。

そして、ワーク切断部１Ａ，１Ｂの各駆動モータ１１Ａ，１１Ｂによるガイドローラ１０ａの回転駆動方向と、各ボビン駆動モータ１４Ａ，１４Ｂによるボビン１３Ａ，１３Ｂの回転駆動方向が正逆に切換えられることにより、図１中に実線矢印で示すように、ワイヤＷが第１ワイヤ繰出し・巻取り装置１２Ａのボビン１３Ａから繰り出されて第２ワイヤ繰出し・巻取り装置１２Ｂのボビン１３Ｂに巻き取られる状態（第１走行状態という）と、ワイヤＷが第２ワイヤ繰出し・巻取り装置１２Ｂのボビン１３Ｂから繰り出されて第１ワイヤ繰出し・巻取り装置１２Ａのボビン１３Ａに巻き取られる状態（第２走行状態という）とに切換えられるようになっている。この構成により、ワーク切断部１Ａ，１Ｂのガイドローラ１０ａ，１０ｂの間に多数本のワイヤＷ（適宜、ワイヤ群という）が互いに平行な状態で張られ、このワイヤ群がその軸方向に高速で往復駆動されるようになっている。

前記ワーク切断部１Ａ，１Ｂの側方部には、円柱状のワーク４４（インゴット）を移動させるためのワーク送り装置４０が設けられている。このワーク送り装置４０は、上下一列に並ぶ一対のワーク保持部４２Ａ，４２Ｂを有する垂直テーブル４１と、ワーク送りモータ４３とを備えている。

ワーク保持部４２Ａ，４２Ｂは、それぞれスライスベース（図示省略）を介して前記ワーク４４をその結晶軸に基づいて目的の結晶方位が得られる向きに保持するものであり、上側のワーク保持部４２Ａ（第１ワーク保持部４２Ａ）は、第１ワーク切断部１Ａのガイドローラ１０ａ，１０ｂ間に形成されるワイヤ群のうち上側のワイヤ群の上方でワーク４４を保持し、下側のワーク保持部４２Ｂは、第１ワーク切断部１Ａと第２ワーク切断部１Ｂのガイドローラ１０ａ，１０ｂ間に形成される上側のワイヤ群との間に介在して、当該上側のワイヤ群の上方にワーク４４を保持するように設けられている。

一方、ワーク送りモータ４３は、図略のボールネジとの組み合わせにより前記垂直テーブル４１と共にワーク４４を一体に昇降させる（すなわち切断送りする）ものである。

つまり、このワイヤソーでは、各ワーク切断部１Ａ，１Ｂのガイドローラ１０ａ，１０ｂ間に形成されたワイヤ群がその長手方向に同時に高速駆動されながら、各ガイドローラ１０ａ，１０ｂ間を切断領域として、前記ワーク送り装置４０の駆動により各ワーク保持部４２Ａ，４２Ｂに保持されたワーク４４が前記切断領域のワイヤ群に対して同時に、かつガイドローラ１０ａ，１０ｂの周囲に巻回されたワイヤ郡の外側から内側（同図では上側から下側）に向かって同じ方向に切断送りされることにより、各ワーク４４から一度に多数枚のウエハ（薄片）が同時に切り出されるようになっている。

なお、このワイヤソーには、ワーク４４の切断動作を統括的に制御するコントローラ５０（本発明の制御手段に相当する）が設けられており、稼働中は、ワイヤ繰出し・巻取り装置１２Ａ，１２Ｂの各ボビン駆動モータ１４Ａ，１４Ｂがこのコントローラ５０により駆動制御されることによりワイヤＷが所定方向に高速駆動される。また、ワイヤＷの駆動中は、テンションゲージ１７，１９よる検出値に基づいてワイヤ張力調節装置１５Ａ，１５Ｂの駆動がコントローラ５０によって制御されることにより各ワイヤ繰出し・巻取り装置１２Ａ，１２Ｂから繰り出されるワイヤＷの張力が調整されると共に、前記テンションゲージ１８（本発明のワイヤ張力検出手段に相当する）による検出値に基づき各ワーク切断部１Ａ，１Ｂのガイドローラ１０ａ，１０ｂの駆動がコントローラ５０により制御されることにより、ワーク切断部１Ａ，１Ｂの一方側から他方側に案内されるワイヤＷの張力が調整されるようになっている。

ここで、ワーク切断部１Ａ，１Ｂ間におけるワイヤＷの張力制御について、図２のフローチャートを用いて説明する。

ワイヤソーが起動すると、コントローラ５０は、まず、図外のモータ制御回路に制御信号を出力することにより各ワイヤ繰出し・巻取り装置１２Ａ，１２Ｂのボビン１３Ａ，１３Ｂを駆動すると共に予め設定された回転数（回転速度）でワーク切断部１Ａ，１Ｂのガイドローラ１０ａ，１０ｂを駆動する（ステップＳ１，Ｓ３）。

そして、ガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度が目標値に達すると、コントローラ５０は、テンションゲージ１８からの出力信号に基づき、ワーク切断部１Ａ，１Ｂ間のワイヤＷの張力（検出張力）が設定された許容値の範囲内であるか否かを判断し（ステップＳ５）、ここでＹＥＳと判断した場合には、ステップＳ３に移行する。

これに対してステップＳ５でＮＯと判断した場合には、さらに検出張力が許容値より低いか否かを判断し（ステップＳ７）、ここでＹＥＳと判断した場合には、コントローラ５０は、前記モータ制御回路に制御信号を出力し、ワイヤ走行方向下流側に位置するワーク切断部１Ａ（又は１Ｂ）のガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を予め設定された速度分だけ増速させる（ステップＳ９）。具体的には、ワイヤＷが前記第１走行状態（図１中の実線矢印参照）のときには、第２ワーク切断部１Ｂのガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を増速させ、第２走行状態（図１中の破線矢印参照）のときには、第１ワーク切断部１Ａのガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を増速せる。このようにワーク切断部１Ａ，１Ｂのうち下流側に位置するワーク切断部のガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を増速させると、その分ワイヤＷが下流側に引っ張られ、これによってワーク切断部１Ａ，１Ｂ間のワイヤＷの張力が上昇することとなる。

なお、コントローラ５０は、ワーク切断部１Ａ（又は１Ｂ）のガイドローラ１０ａ，１０ｂのうち一方側のガイドローラ１０ａを主ローラとしてその回転速度を制御し、他方側のガイドローラ１０ｂについてはワイヤ群に弛みが生じないように当該ローラ１０ｂをトルク制御するようになっている。

一方、ステップＳ７においてＮＯと判断した場合には、コントローラ５０は、モータ制御回路に制御信号を出力し、ワイヤ走行方向下流側に位置するワーク切断部１Ａ（又は１Ｂ）のガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を予め設定された速度分だけ減速させる（ステップＳ１１）。このようにワーク切断部１Ａ，１Ｂのうち下流側に位置するモータ切断部のガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を減速させると、その分ワークＷが緩み、ワーク切断部１Ａ，１Ｂ間のワイヤＷの張力が低下することとなる。

以上のように、このワイヤソーでは、ワーク切断部１Ａ，１Ｂ間のワイヤＷの張力をテンションゲージ１８により検出し、その検出値が許容範囲内にない場合には、その範囲内に収まるようにワイヤＷの張力を調整（変更）するが、上記の通り、このワイヤソーでは、ワーク切断部１Ａ，１Ｂのガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を変更することによってワイヤＷの張力を調整（変更）するように構成されているため、従来のこの種のワイヤソー、つまりワイヤの張力をテンションゲージで検出しながら専用の張力調整機構（ダンサーローラ）を駆動してワイヤの張力を調整する従来のワイヤソーに比べると、ワイヤＷの張力を速やかに調整することができる。すなわち、実施形態のワイヤソーでは、既に駆動しているガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を変更してワイヤＷの張力を変更するため、張力調整機構を一から作動させてワイヤの張力を変更する従来構成に比べると、テンションゲージによる張力検出後、ワイヤ張力を変更するまでのタイムラグが少なくなり、その分ワイヤＷの張力を速やかに修正できる。

従って、上記のワイヤソーによると、ワーク切断部１Ａ，１Ｂ間でのワイヤ張力をより適切に許容値の範囲内に保つことができ、その結果、ワイヤＷの断線等のトラブルをより確実に防止することが可能となる。

なお、上述したワイヤソーは、本発明に係るワイヤソーの好ましい実施形態の一例であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、ワーク切断部１Ａ，１Ｂ間のワイヤＷの張力調整に際して、ワイヤ走行方向における下流側のワーク切断部１Ａ（又は１Ｂ）のガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を変更するようにしているが、勿論、ワイヤ走行方向における上流側のワーク切断部１Ａ（又は１Ｂ）のガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を変更するようにしても同様の作用効果を享受することができる。

また、このようにワーク切断部１Ａ，１Ｂの一方側のガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度だけを変更する以外に、ワーク切断部１Ａ，１Ｂ双方のガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を変更するようにしてもよい。例えば、前記許容値に対する検出張力の偏差が大きい場合には、ワーク切断部１Ａ，１Ｂ双方のガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を変更することによってより速やかにワイヤ張力を調整することが可能となる。従って、前記許容値に対する検出張力の偏差に応じて、当該偏差が所定値より小さい場合にはワーク切断部１Ａ，１Ｂの一方側のガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を変更し、前記偏差が所定値以上の場合にはワーク切断部１Ａ，１Ｂ双方のガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を変更するようにしてもよい。

また、コントローラ５０は、テンションゲージ１８による検出張力が許容値から外れている場合には、検出張力と許容値との偏差に応じて当該偏差が「０」となるようにガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度の補正値を演算し、その補正値に基づいてガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を変更するようにしてもよい。つまり、テンションゲージ１８による検出張力に基づき、その値が許容値に収まるように前記ガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度をフィードバック制御するようにしてもよい。この構成によれば、より確実に前記許容値の範囲内でワイヤＷを駆動することが可能となる。

なお、ワイヤ張力を調整するためにワーク切断部１Ａ（又は１Ｂ）のガイドローラ１０ａ，１０ｂの回転速度を変更すると、その直後、ワーク切断部１Ａ、１Ｂ間のワイヤ長の変動が生じて一時的にワイヤＷに弛みや過剰な緊張が生じ、場合によってはワイヤＷの縺れや断線原因となることが考えられる。従って、上記ワイヤソーにおいては、このようなワイヤＷの弛みや過剰な緊張の発生を回避するための緩衝機構を設けておくのが好ましい。

図３は、上記ワイヤソーに緩衝機構を組込んだ例を模式的に示している。この図に示すように緩衝機構は、水平方向に変位可能なプーリ５３と、このプーリ５３を水平方向に付勢力する引張りバネ５４（付勢手段）とを含んだ構成とされ、ワイヤＷが、ガイドプーリ２７，緩衝機構の前記プーリ５３、ガイドプーリ５２，２８、テンションゲージ１８のプーリ１８ａ及びガイドプーリ２９の順に掛けられている。つまり、ワーク切断部１Ａ，１Ｂ間のワイヤ長が長くなると引張りバネ５４の弾発力により図中（−）側にプーリ５３が変位することによりワイヤＷの弛みが防止され、逆に、ワーク切断部１Ａ，１Ｂ間のワイヤ長が短くなると引張りバネ５４の弾発力により抗して図中（＋）側にプーリ５３が変位することによりワイヤＷの過剰な緊張が防止される。つまり、一のワーク切断部１Ａ（１Ｂ）から他のワーク切断部１Ｂ（１Ａ）に至るワークＷのワイヤ長の変動に伴う前記プーリ５３の弾性変位によりワイヤ張力の変動が緩和されるようになっている。

なお、図３に示す緩衝機構は、引張りバネ５４により直接プーリ５３に付勢力を与える構成であるが、図４（ａ）に示すように、支点軸５８回りに回動可能なアーム５６を設けその先端に前記プーリ５３を支持した上で、同図（ｂ）に示すように支点軸５８に装着したねじりコイルバネ５９により前記アーム５６を介してプーリ５３に付勢力を与えるように構成してもよい。この場合も、図３の例と同様の作用効果を享受することができる。

本発明に係るワイヤソーの全体構成を示す概略図である。 第１、第２のワーク切断部の間のワイヤ張力制御の一例を示すフローチャートである。 ワイヤの緩衝機構を組込んだ例を示す模式図である。 ワイヤの緩衝機構を組込んだ例を示す模式図である（（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図）。

符号の説明

１Ａ 第１ワーク切断部
１Ｂ 第２ワーク切断部
１０ａ，１０ｂ ガイドローラ
１１Ａ，１１Ｂ 駆動モータ
１２Ａ 第１ワイヤ繰出し・巻取り装置
１２Ｂ 第２ワイヤ繰出し・巻取り装置
１８ テンションゲージ
４０ ワーク送り装置
４３ ワーク送りモータ
４４ ワーク
５０ コントローラ
Ｗ ワイヤ

Claims (3)

1. 複数のガイドローラをそれぞれ有する一対のワーク切断部を備え、ワイヤ繰出し装置から繰り出された切断用ワイヤが前記ワーク切断部に順次案内されてワイヤ巻取り装置で巻き取られると共に前記各ワーク切断部の複数のガイドローラに巻回されることにより各ワーク切断部にそれぞれワーク切断用のワイヤ群が形成されるワイヤソーであって、
   前記ワーク切断部のガイドローラを回転駆動する駆動手段と、
   一のワーク切断部から他のワーク切断部に至る過程で前記切断用ワイヤの張力を検出するワイヤ張力検出手段と、
   前記駆動手段を制御することにより各ワーク切断部のガイドローラを所定速度で駆動する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記ワイヤ張力検出手段による検出張力に基づき、前記他のワーク切断部に案内される切断用ワイヤの張力が所定の範囲内に収まるように前記両ワーク切断部のうち少なくとも一方側のワーク切断部のガイドローラの回転速度を変更することを特徴とするワイヤソー。
2. 請求項１に記載のワイヤソーにおいて、
   前記制御手段は、ワイヤ張力検出手段による検出張力が所定の範囲内に収まるように前記ガイドローラの回転速度をフィードバック制御することを特徴とするワイヤソー。
3. 請求項１又は２に記載のワイヤソーにおいて、
   前記一のワーク切断部から他のワーク切断部に至る切断用ワイヤを案内するプーリとこのプーリを弾性的に付勢する付勢手段とを含み、前記一のワーク切断部から他のワーク切断部に至る切断用ワイヤのワイヤ長の変動に伴う前記プーリの弾性変位によりワイヤ張力の変動を緩和する緩衝機構を備えていることを特徴とするワイヤソー。

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