JP2008183806A - ワイヤソー - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤの断線をより正確に検知する。
【解決手段】ワイヤソーは、複数のガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂに巻回されたワイヤＷにより形成されるワイヤ群を備え、このワイヤ群を駆動した状態で当該ワイヤ群に対してワーク２８を切断送りすることによりウエハ状に切断する。このワイヤソーは、前記ワイヤ群に対向して配置され、磁界の変化に応じた電圧を出力する磁気センサ３８と、このセンサ３８から出力される電圧に基づきワイヤＷの断線の有無を判定するコントローラとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速駆動されるワイヤ群に対して半導体インゴット等のワークを切断送りすることにより当該ワークをウエハ状に切断するワイヤソーに関するものである。

従来から、複数のガイドローラ間に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状態で張設され、このワイヤ群をその軸方向に高速駆動しながら、ワーク保持部に保持されたワークをワイヤの軸方向と直交する方向に、前記ワイヤ群に対して切断送りすることにより、ワークをウエハ状に多数枚同時に切り出すように構成されたワイヤソーが一般に知られている。

この種のワイヤソーでは作業中にワイヤが断線する場合があり、ワークや装置の損傷防止のためにかかる断線を速やかに検知して装置を停止させる必要がある。そこで、従来では、例えばワイヤに電流を印加してその電流値の変動を監視し、あるいはワイヤ走行路近傍に接触式センサを設け、切断したワイヤとセンサとの衝突により断線を検知することが行われている（例えば特許文献１）。
特許第３１０６２９４号公報

ところが、ワークの切断作業は、ワイヤ群に対して水溶性のスラリを供給しながら進められるため、電流値を監視するものでは検出が困難となり、また、接触式のセンサを用いるものでは飛散したスラリがセンサに衝突して誤検知が生じる場合があるため、いずれも信頼性が高いものとは言えなかった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、ワイヤの断線をより正確に検知することができるワイヤソーを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本願出願人は、ワイヤソーに使用されるワイヤが一般に磁性体（ピアノ線（鋼線））から構成されている点に着目した。すなわち、本発明は、複数のガイドローラに巻回されたワイヤにより形成される磁性体からなるワイヤ群を備え、このワイヤ群をワイヤ軸方向に駆動した状態で当該ワイヤ群に対してワークを相対的に切断送りすることによりワークをウエハ状に切断するワイヤソーにおいて、前記ワイヤ群に対向して配置され、磁界を形成しつつその磁界の変化に応じた出力を示す磁気センサと、この磁気センサからの出力に基づき前記ワイヤの断線の有無を判定する判定手段と、を備えているものである。

この構成によると、磁界の変化に基づいてワイヤの断線を検出するため、スラリの影響を受けることなく断線検知を行うことが可能となる。つまり、正常時（ワイヤに断線が生じていないとき）には、ワイヤ群を構成するワイヤ（磁性体）が並列に揃った状態で駆動されているため、磁気センサにより形成される磁界に乱れがなく当該センサにより安定した出力が得られる。一方、ワイヤに断線が発生してワイヤの断線部分が振り回される等すると、前記磁界が乱れて磁気センサからの出力が大きく変動するため、この出力変動に基づきワイヤの断線を検知することが可能となる。

なお、磁気センサの配置は、ワイヤ群に対向する位置であればよいが、前記ガイドローラに各ワイヤをそれぞれ案内するガイド溝が形成されているものでは、前記磁気センサは、前記ワイヤ群を挟んで前記ガイドローラに対向する位置に配設されているのが好適である。

このようにガイド溝に沿って各ワイヤが安定的に走行している部分に磁気センサを配置するようにすれば、正常時の磁気センサからの出力が安定し易くなり、その分、ワイヤに断線が生じたときの出力変動が顕著となり、判定手段による判定の信頼性が向上する。

本発明のワイヤソーによれば、スラリの影響を受けることなく断線検知を行うことが可能となるため、ワイヤの断線をより正確に検知することができるようになる。そのため、従来のこの種の装置に比して、ワイヤの断線を確実に、かつ速やかに検知して装置を停止させることができるようになる。

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構成を概略的に示している。この図に示すワイヤソーは、一対のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂ、ガイドプーリ１２Ａ，１２Ｂ、ガイドプーリ１４Ａ，１４Ｂ、ガイドプーリ１６Ａ，１６Ｂ、ワイヤ張力調節装置１８Ａ，１８Ｂ、ガイドプーリ２２Ａ，２２Ｂ、及び４つのガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂを備えている。

ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂは互いに同じ高さ位置に配され、ガイドローラ２６Ａ，２６Ｂはそれぞれガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの下方の位置に配されており、ガイドローラ２６Ａが駆動モータ２５によって回転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１０Ａ，１０Ｂは、切断用のワイヤＷが巻かれるボビン９Ａ，９Ｂと、これを回転駆動するボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂと、を備えている。

ワイヤＷはピアノ線（鋼線）からなり、一方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａのボビン９Ａから繰出されてガイドプーリ１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ、ワイヤ張力調節装置１８Ａのプーリ２０Ａ、及びガイドプーリ２２Ａの順に掛けられ、さらにガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ｂ，２６Ａ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の外側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２２Ｂ、ワイヤ張力調節装置１８Ｂのプーリ２０Ｂ、ガイドプーリ１６Ｂ，１４Ｂ，１２Ｂの順に掛けられ、他方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ｂのボビン９Ｂに巻き取られており、両ワイヤ張力調節装置１８Ａ，１８ＢによってワイヤＷに適当な張力が与えられている。また、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ｂ，２６Ａのうちの特定のガイドローラ（図例ではガイドローラ２６Ａ）の回転軸に、この回転軸を回転駆動するためのローラ駆動モータ２５が連結されている。そして、駆動モータ２５によるガイドローラ２６Ａの回転駆動方向と、各ボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂによるボビン９Ａ，９Ｂの回転駆動方向が正逆に切換えられることにより、ワイヤＷがボビン９Ａから繰出されてボビン９Ｂに巻き取られる状態（前進駆動状態）と、ワイヤＷがボビン９Ｂから繰出されてボビン９Ａに巻き取られる状態（後退駆動状態）とにワイヤＷの駆動方向が切換え可能となっている。

すなわち、このワイヤソーにおいては、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの間に多数本のワイヤＷが互いに平行な状態で張られたワイヤ群を形成しながら、これらワイヤ群がその軸方向に進退駆動可能となっており、後記コントローラによりワイヤ群の駆動が前進駆動と後退駆動とに一定期間毎に交互に切換えられながら作業が進められるようになっている。

前記ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られたワイヤＷの上方には、円柱状のワーク（インゴット）２８を移動させるワーク送り装置３０が設けられている。このワーク送り装置３０は、ワーク保持部３２と、ワーク送りモータ３４とを備えている。ワーク保持部３２は、前記ワーク２８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、ワーク送りモータ３４は、図略のボールネジとの組み合わせにより、前記ワーク保持部３２とワーク２８とを一体に昇降させる（すなわち切断送りする）ものである。

同図および図２に示すように、前記ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られたワイヤ群のうちワーク２８が切り込み送りされる領域の外側の位置であってワイヤ群の上方には、スラリ供給装置３６Ａ，３６Ｂが設けられている。これらのスラリ供給装置３６Ａ，３６Ｂは、高速駆動される各ワイヤＷに対し、砥粒が混合された加工液（スラリ）を同時供給し、これをワイヤＷ表面に付着させるものである。

従って、このワイヤソーでは、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られた多数本のワイヤＷがその長手方向に同時高速駆動され、かつこれらのワイヤＷにスラリ供給装置３６Ａ，３６Ｂから加工液が供給されながら、これらのワイヤＷに対してワーク２８が下方に切断送りされることにより、このワーク２８から一度に多数枚のウエハ（薄片）が同時に切
り出される。

また、前記ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂのうち一のガイドローラ２４Ａの側方には磁気センサ３８が配備されている。詳しくは、図２に示すように、ガイドローラ２４Ａに対向し、かつ同ローラ２４Ａに案内されるワイヤＷ（ワイヤ群）との間に所定隙間を隔てた位置に配置されている。

この磁気センサ３８は、図示を省略するが、磁界（磁気バイアス）を形成するための永久磁石と、その磁界の変化に応じた電圧を出力する磁気抵抗効果素子と、を備えたいわゆるＭＲセンサからなり、コントローラ４０によりこの磁気センサ３８の出力（電圧値）が監視されることにより、ワイヤＷの断線が検知されるようになっている。

コントローラ４０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備え、ワイヤソーの駆動を統括的に制御するとともに、上記磁気センサ３８の出力に基づきワイヤＷの断線の有無を判定する。例えば、予め設定された基準値と検出値との差が一定値を超えたときにワイヤＷに断線が有ると判定し、この場合には、ワイヤソーを停止させてオペレータに報知すべく、前記モータ１１Ａ，１１Ｂ，２５，３４等を駆動制御するとともに図外の警報装置を駆動制御する。すなわち、当実施形態では、このコントローラ４０が本発明の判定手段に相当する。なお、上記の基準値としては、例えばワイヤＷが正常に駆動している時の磁気センサ３８の出力値（一定時間の平均電圧値）を適用することができる。

次に、上記ワイヤソーの作用効果について説明する。

上記のワイヤソーによると、上記ボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂ等の駆動によりガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られた多数本のワイヤＷ（ワイヤ群）がその長手方向に高速で駆動されるとともに、このワイヤ群に対して前記スラリ供給装置３６Ａ，３６Ｂからスラリが供給され、この状態で、ワーク送り装置３０の作動によりワーク２８がワイヤ群に対して切断送りされることにより、当該ワーク２８から一度に多数枚のウエハ（薄片）が同時に切り出される。

このようなワーク２８の切断作業中、ガイドローラ２４Ａの部分ではそれぞれガイド溝に沿って各ワイヤＷが案内されることにより各ワイヤＷ（磁性体）が揃った状態、つまりローラ軸方向に一定間隔でワイヤＷが並び、かつ磁気センサ３８と各ワイヤＷの間隔が水平方向に一定に保たれた状態で駆動される。そのため、磁気センサ３８により形成される前記磁界に乱れがなく、出力電圧が略一定に保たれる。

これに対し、何らかの原因でワイヤＷに断線が生じ、ワイヤ駆動に伴いワイヤの断線部分が振り回されると、これに伴い前記磁界が乱れで磁気センサからの出力電圧が大きく変動し、その結果、前記コントローラ４０によりワイヤＷの断線が検出されることとなる。

なお、ワイヤＷの断線が検出された場合には、コントローラ４０により前記各モータ１１Ａ，１１Ｂ，２５，３４等が停止制御されるとともに図外の警報装置が駆動され、これによってワイヤソーが停止するとともにオペレータへの報知が行われることとなる。

以上のように、このワイヤソーでは、上記のようにワイヤＷがピアノ線（鋼線）、つまり磁性体から構成されていることを利用し、磁気センサ３８を用いてワイヤＷの有無等に伴う磁界の変化を電圧値として監視することによりワイヤＷの断線を検知するようにしているので、スラリの影響を受けることなくワイヤＷの断線検知を確実に行うことができる。

従って、スラリの影響を受け易い従来のこの種のワイヤソーと比較すると、ワイヤＷの断線をより正確に、かつ速やかに検知して装置を停止させることができる。

特に、実施形態のワイヤソーでは、上記のようにガイドローラ２４Ａに対向する位置に磁気センサ３８を配置しているので、ワイヤＷが正常に駆動されているとき（ワイヤＷに断線が生じていないとき）の磁気センサ３８の出力が安定し易く、そのため断線検出の信頼性が高いという利点がある。すなわち、図２中に二点鎖線で示すように、ガイドローラ２４Ａ，２６Ａの中間部分において磁気センサ３８をワイヤ群に対向して配備するようにしても構わないが、この位置では、各ワイヤＷがガイドローラ２４Ａ等から外れてフリーな状態にあるため各ワイヤＷがその並び方向および水平方向（同図中に矢印で示す方向）に振れて磁気センサ３８とワイヤＷとの間隔等が不規則に変動する等し、磁気センサ３８の出力電圧が安定し難くなることが考えられる。これに対して、前記ガイドローラ２４Ａに対向する位置に磁気センサ３８を配置した上記実施形態の構成、つまりワイヤＷの位置が案内溝によって拘束されることにより各ワイヤＷと磁気センサ３８との位置関係が一定に保たれている部分に対向して磁気センサ３８を配置した構成によると、磁気センサ３８の出力が安定し易くなる分、ワイヤＷの断線発生時の出力電圧の変動が顕著となり、その結果、コントローラ４０による断線有無の判定がより正確に行われることとなる。

なお、以上説明したワイヤソーは、本発明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、配備される磁気センサ３８の数や具体的な配置は必ずしも実施形態のものに限定されるものではない。また、磁気センサ３８の出力による具体的な断線検知の方法も上記実施形態に限定されるものではなく、具体的なワイヤソーの構成に応じて適宜選定すればよい。

本発明に係るワイヤソーの全体構成を示す斜視図である。 磁気センサの配置を説明するワイヤソー（ガイドローラの部分）の模式図である。

符号の説明

Ｗ ワイヤ
１０Ａ，１０Ｂ ワイヤ繰出し・巻取り装置
２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂ ガイドローラ
２５ 駆動モータ
２８ ワーク
３０ ワーク送り装置
３６Ａ，３６Ｂ スラリ供給装置
３８ 磁気センサ
４０ コントローラ４０

Claims (2)

1. 複数のガイドローラに巻回された磁性体からなるワイヤにより形成されるワイヤ群を備え、このワイヤ群をワイヤ軸方向に駆動した状態で当該ワイヤ群に対してワークを相対的に切断送りすることによりワークをウエハ状に切断するワイヤソーにおいて、
   前記ワイヤ群に対向して配置され、磁界を形成しつつその磁界の変化に応じた出力を示す磁気センサと、
   この磁気センサの前記出力に基づき前記ワイヤの断線の有無を判定する判定手段と、を備えてい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、
   前記ガイドローラには各ワイヤをそれぞれ案内するガイド溝が形成され、
   前記磁気センサは、前記ワイヤ群を挟んで前記ガイドローラに対向する位置に配設されていることを特徴とするワイヤソー。

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