JP2011088266A - ワイヤソー切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】迅速にワイヤの断線を検出可能なワイヤソー切断装置を得ること。
【解決手段】ワイヤ２が複数回掛け回されるガイドローラ１と、ガイドローラ１を回転させてワイヤ２を走行させるモータ９と、ワイヤ２の表面に通電性を有するアルカリ性スラリー４を付着させるスラリーノズル７と、を有し、アルカリ性スラリー４が表面に付着したワイヤ２によってシリコンインゴット６を切断するワイヤソー切断装置であって、アルカリ性スラリー４が表面に付着した走行中のワイヤ２がシリコンインゴット６を切削している際の切削抵抗を測定し、切削抵抗の検出結果に基づいてワイヤ２の断線の有無を判断する演算機１５とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガイドローラ対によって周回保持されたワイヤを一方向又は双方向に走行させ、該ワイヤを砥粒とともに押し付けることによりシリコンインゴット等の脆性な被切断材料を板状に切断するワイヤソー切断装置に関する。

従来のワイヤソー切断装置では、ワイヤ断線時に生じるウェハ歩留まり低下や装置稼働率の低下を防ぐために、ワイヤの断線予測装置や断線検出装置が取り付けられている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特許文献１に開示される発明は、ワイヤの磨耗量を電気抵抗に基づいて検出し、断線の予防を行っている。また、特許文献２に開示される発明は、ガイドローラとプーリとの間にワイヤの張力を測定する張力センサを、またダンサーローラに位置センサを設けて、これらの出力値の変動に基づいてワイヤの張力の異常な上昇を予測し、断線の予防を行っている。

特開平７−２０５０１５号公報（第１頁第５行〜１１行、第２頁右段第３１〜３６行） 特開２０００−６１８０９号公報（第２頁右段第４８行〜第３頁左段第３行、第３頁左段第４４行〜右段第３行）

しかしながら、上記特許文献１に開示されるようなワイヤの電気抵抗を利用した断線検出・予防装置は、ワイヤに触れるスラリーが通電性を持つ場合、正確にワイヤ断線を検出できない。

また、上記特許文献２に開示されるようなガイドローラとプーリとの間で測定した張力を利用した断線検出・予防装置は、ガイドローラとプーリとの間での張力の異常な上昇については有効に検出できるものの、ガイドローラに巻き付いている部分でのワイヤの断線を正確に検出できない。これは、ワイヤが断線後もガイドローラとの摩擦力によって保持され、ガイドローラ・プーリ間の張力が維持されるためである。

したがって、従来の断線検出・予防装置を備えたワイヤソー切断装置は、スラリーが通電性を持つ場合では、ガイドローラからワイヤがほどけきって張力が低下するまでワイヤを送り続けた後で、初めて断線が検出されるため、断線の検出に時間がかかってしまう。

断線後に長く運転を続けると、被切断材料を再加工する際のウェハ歩留まりを下げるのみならず、断線したワイヤがガイドローラを締め付けて損傷させることがある。そして、新しいガイドローラに交換するとなると、装置の稼働率が大きく低下してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、迅速に断線検出が可能なワイヤソー切断装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ワイヤが複数回掛け回される一対のガイドローラと、ガイドローラの一方を回転させてワイヤを走行させるモータと、ワイヤの表面に通電性を有するスラリーを付着させる手段と、を有し、スラリーが表面に付着したワイヤによって被切断材料を切断するワイヤソー切断装置であって、スラリーが表面に付着した走行中のワイヤが被切断材料を切断している際の切削抵抗を測定する切削抵抗検出手段と、切削抵抗検出手段の検出結果に基づいてワイヤの断線の有無を判断する断線検出手段と、を備えるワイヤソー切断装置を特徴とする。

本発明によれば、断線後のワイヤが巻きついてガイドローラが損傷すること、及び、断線後のワイヤが走行することによって被切断材料に再利用不能な部分が形成されることを低減できるという効果を奏する。これにより、ガイドローラの交換頻度を高まることを防止して装置稼働率を向上させることができるとともに、被切断材料の歩留まりを向上させることができる。

図１は、本発明にかかるワイヤソー切断装置の実施の形態１としての構成を示す全体概略図である。 図２は、本発明にかかるワイヤソー切断装置の実施の形態１でのトルク波形を示す図である。 図３は、本発明にかかるワイヤソー切断装置の実施の形態１でワイヤに断線が生じた場合のモータトルク波形の一例を示す図である。 図４は、本発明にかかるワイヤソー切断装置の実施の形態２としての構成を示す全体概略図である。 図５は、本発明にかかるワイヤソー切断装置の実施の形態３におけるワイヤソー装置の要部の拡大図である。 図６は、本発明にかかるワイヤソー切断装置の実施の形態４としての構成を示す全体概略図である。

以下に、本発明にかかるワイヤソー切断装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかるワイヤソー切断装置の実施の形態１としての構成を示す図である。ワイヤソー切断装置は、一対のガイドローラ１を備えており、それらの周囲にワイヤ２が複数回巻かれて周回保持されている。スラリータンク３には、アルカリ性スラリー４が貯蔵されている。アルカリ性スラリー４は、ワイヤ２とシリコンインゴット６との接触部付近に設置されたスラリーノズル７へパイプ５を通して送られ、スラリーノズル７からワイヤ２へ向けて噴射される。ガイドローラ１の一方には、ローラベルト８も掛け回されており、モータ９が発生させる駆動力がローラベルト８を介して伝達される。ガイドローラ１は、双方向の回転を周期的に繰り返しながら長期的には送り出し用ボビン１０から巻き取り用ボビン１１へワイヤ２を送出する。モータ９は、ワイヤ２の送り速度が一定となるようにトルクが制御されている。ワイヤ２は、プーリ１２を介して送り出し用ボビン１０から巻き取り用ボビン１１まで連なっている。ワイヤ２の張力の変動は、経路の途中に近接して設置されたダンサーローラ１３によって緩和される。

モータ９には、トルクを測定するために不図示の駆動電流測定装置が設置されている。また、ダンサーローラ１３には、不図示の位置検出器が設置されている。これらの出力は、配線１４を介して演算機１５に入力され、これを基にトルク及び位置変動が検出される。演算機１５は配線１６を介して警報機１７に接続されている。

演算部１５は、モータ９のトルクを監視することによって、ワイヤ２が断線した際に発生するワイヤ２の切削抵抗の低下を検出する。すなわち、シリコンインゴット６に押し付けられて走行しているワイヤ２に断線が生じ、断線箇所がガイドローラ１に巻き付いている部分である場合、ガイドローラ１の回転に伴い、断線箇所以降のワイヤ２は切断に寄与しなくなり、断線箇所以前のワイヤ２は進行方向に巻き取られることになる。結果として、切断に寄与するワイヤ２の本数が減少していき、シリコンインゴット６による切削抵抗が減少する。切削抵抗が減少することにより、同一トルクでのワイヤ２の送り速度が早くなるため、送り速度を一定とするためにモータ９はトルクが小さくなるように制御される。演算機１５は、このモータトルクの低下を検出した場合に、ワイヤ２に断線が生じたと判断し、警報機１７を介して警報を発する。

一方、ワイヤ２がシリコンインゴット６に押し付けられて走行しているワイヤ２に断線が生じ、断線箇所がガイドローラ１へ巻き付いている部分の外であった場合、ワイヤ２の張力が変動してダンサーローラ１３の位置が変動するため、演算機１５はダンサーローラ１３の位置変動に基づいてワイヤ２の断線を検出し、警報機１７を介して警報を発する。

モータトルクの低下からワイヤ２の断線を検出する処理について、図２に示すトルク波形を例としてより詳しく説明する。

まず、断線の判定指標を加工中にトルク測定値から取得する。これは、加工中の切削抵抗は被切断材料（シリコンインゴット６）、ガイドローラ１、アルカリ性スラリー４などの影響を受け、ロットごとに大きく変化するためである。具体的には、まず、トルク波形から一定速走行の期間（トルクが一定の期間：定常運転期間）を抜き出し、この期間でのトルクの平均値を次の１サイクルの指標とする。なお、上記のようにワイヤ２を周期的に双方向に搬送する場合、図２に示すようにトルク波形には、順方向（トルクが負の値）の定常運転期間と逆方向（トルクが正の値）の定常運転期間とが１サイクル中に存在するため、それぞれの期間ごとに平均値を算出して指標とする。すなわち、順方向の定常運転期間のトルクの平均値を次のサイクルにおける順方向の定常運転期間での指標として用い、逆方向の定常運転期間のトルクの平均値を次のサイクルにおける逆方向の定常運転期間での指標として用いる。

次の１サイクルでは、トルクが指標よりも一定値以上ゼロに近い状態が一定期間続いた場合に演算機１５はワイヤ２が断線したと判断する。すなわち、順方向の定常運転期間には、測定したトルクが指標に対よりも閾値以上が高くなっている状態が一定時間続けば、演算機１５はワイヤ２が断線したと判定する。また、逆方向の定常運転期間には、測定したトルクが指標よりも閾値以上低くなっている状態が一定時間続けば、演算機１５はワイヤ２が断線したと判定する。

閾値は、それぞれの装置における計測系や構造の違いや、切削条件に応じて設定することが好ましい。モータの駆動電圧で０．０５Ｖに相当する分だけ指標よりもゼロに近いトルク値を閾値と設定した場合、ノイズのために断線を誤検知してしまう可能性があるため、計測系によってそれぞれ設定することが好ましい。

図３は、ワイヤ２に断線が生じた場合のモータ９のトルク波形の一例を示す。図中に矢印で示す時点よりも後では、定常運転時のトルクが正常時よりも小さくなっているため、矢示のタイミングにおいて断線が発生したと判断できる。

このように、モータ９のトルクを監視することにより、切削抵抗の減少に基づいて断線を検出できる。断線検出時に演算機１５が警報機１７を介して警報を発することにより、作業員に対して装置の停止を促し、断線後のワイヤ２が巻き付くことによってガイドローラ１が損傷することを低減できる。

また、断線によってワイヤ２が抜けたシリコンインゴット６は、断線で中断した切断を再開する際にワイヤ２を入れ直すことが非常に難しく、事実上再利用することができなくなる。その上、断線後も長時間ワイヤ２を走行させると、この再利用できない部分が大きく広がってしまう。したがって、ワイヤ２の断線を早期に検出して走行を停止させることで、ウェハ歩留まりを向上させることができる。

このように、本実施の形態にかかるワイヤソー切断装置は、断線後のワイヤ２が巻きついてガイドローラ１が損傷することが低減されるため、ガイドローラ１の交換頻度を高まることを防止して装置稼働率を向上させることができる。また、断線後のワイヤ２が走行することによってシリコンインゴット６に再利用不能な部分が形成されることを低減し、ウェハ歩留まりを向上させることができる。

実施の形態２.
図４は、本発明にかかるワイヤソー切断装置の実施の形態２としての構成を示す図である。実施の形態１とほぼ同様の構成であるが、本実施の形態においては、切削抵抗はモータ９ではなく、ガイドローラ１から取得する。例えば、ガイドローラ１はトルクに比例したねじれ角を生ずるので、ガイドローラ１の両端にロータリーエンコーダを取り付ければ、二つのロータリーエンコーダの出力の位相差としてねじれ角を検出し、検出したねじれ角とガイドローラ１のねじり剛性とに基づいてトルクを算出できる。ガイドローラ１からトルクを測定することで、モータ９に手を加えることなく切削抵抗を計測できる。

切削抵抗をガイドローラ１から取得することを除いては実施の形態１と同様であるため、重複する説明は割愛する。

実施の形態３．
図５は、本発明にかかるワイヤソー切断装置の実施の形態３での要部の拡大図であり、ガイドローラの配置を示している。不図示の部分の構成は、実施の形態１と同様である。

ガイドローラ対１８とガイドローラ対１９とは、それぞれモータ２０、２１によって同期して回転している。モータ２０、２１の駆動電流をそれぞれ測定し、実施の形態１と同様に切削抵抗の減少に基づいて断線を検出する。

断線が生じたときの切削抵抗の低下量ｆは、下記式（１）で表される。

ｆ＝Ｆ×（ｎ／Ｎ） ・・・（１） ただし、Ｎ：ガイドローラに張られるワイヤの本数、ｎ：切断に寄与しないワイヤの本数、Ｆ：断線していないときの切削抵抗。

ガイドローラ対を複数設けると、一つのガイドローラ対に張られるワイヤ本数Ｎが減るため、上記式（１）から明らかなように切削抵抗の低下量ｆが大きくなり、より高い感度で断線の発生を検出できる。すなわち、本実施の形態のように、複数のガイドローラ対１８、１９を設けてワイヤを張る場合、ガイドローラ対１８、１９のそれぞれについてトルクを測定することで、より精度良く断線を検出できる。これにより、より早期に断線を検出すること、すなわち断線発生から断線検出までのタイムラグを大幅に削減できる。

さらに、副次的な効果として、モータ２０、２１のいずれの切削抵抗の低下に基づいて断線を検出したかにより、ガイドローラ対１８、１９のいずれの間で断線が発生したかとして、断線箇所を大まかに特定できる。

この他については実施の形態１と同様であるため、重複する説明は割愛する。

実施の形態４．
図６は、本発明にかかるワイヤソー切断装置の実施の形態４としての構成を示す図である。実施の形態１とほぼ同様の構成であるが、警報機１７、及びこれと演算機１５とを接続する配線１６を備えていない点で相違する。

本実施の形態において、演算機１５は、ワイヤ２の断線を検出した場合にはモータ９へ停止命令を出力し、モータ９を停止させる。
断線検出後に、作業員がマニュアル操作で装置を停止させるのではなく、自動的に運転を停止させることにより、作業員が装置を常時監視する必要が無くなる。これにより、作業員は、複数台のワイヤソー切断装置を無理なく同時に管理することが可能となる。

この他については実施の形態１と同様であるため、重複する説明は割愛する。

以上のように、本発明は、ガイドローラに巻き付いている部分でワイヤが断線した場合に生じる切削抵抗の減少を、モータのトルクやガイドローラのねじれなどから検出する。これにより、ワイヤの断線を迅速に検出して警報を発したり、モータの回転を停止させたりすることが可能となる。

なお、上記各実施の形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれらに限定されることはない。例えば、上記各実施の形態においては、ガイドローラ対にワイヤが掛け回されている構成を例としたが、三つ以上のガイドローラの組にワイヤが掛け回される構成にも本発明は適用可能である。このように、本発明は、様々な変形が可能である。

以上のように、本発明にかかるワイヤソー切断装置は、ワイヤの断線を迅速に検出できる点で有用であり、特に、通電性を有するスラリーを用いて被切断材料を加工する場合に適している。

１ ガイドローラ
２ ワイヤ
３ スラリータンク
４ アルカリ性スラリー
５ パイプ
６ シリコンインゴット
７ スラリーノズル
８ ローラベルト
９、２０、２１ モータ
１０ 送り出し用ボビン
１１ 巻き取り用ボビン
１２ プーリ
１３ ダンサーローラ
１４、１６ 配線
１５ 演算機
１７ 警報機
１８、１９ ガイドローラ対

Claims (7)

1. ワイヤが複数回掛け回される一対のガイドローラと、前記ガイドローラの一方を回転させて前記ワイヤを走行させるモータと、前記ワイヤの表面に通電性を有するスラリーを付着させる手段と、を有し、前記スラリーが表面に付着したワイヤによって被切断材料を切断するワイヤソー切断装置であって、
   前記スラリーが表面に付着した走行中の前記ワイヤが被切断材料を切断している際の切削抵抗を測定する切削抵抗検出手段と、
   前記切削抵抗検出手段の検出結果に基づいて前記ワイヤの断線の有無を判断する断線検出手段と、
   を備えることを特徴とするワイヤソー切断装置。
2. 前記切削抵抗検出手段は、前記モータのトルクの変化に基づいて前記切削抵抗を検出することを特徴とする請求項１記載のワイヤソー切断装置。
3. 前記一対のガイドローラに掛け回されたワイヤが複数回掛け回される第２の一対のガイドローラと、
   第２のガイドローラの一方を回転駆動する第２のモータと、
   をさらに備え、
   前記切削抵抗検出手段は、各モータのトルクの変化に基づいて前記切削抵抗を測定し、
   前記断線判断手段は、前記切削抵抗検出手段の検出結果に基づいて、前記ワイヤの断線の有無に加えて、いずれのガイドローラ対において前記ワイヤが断線したかを判断することを特徴とする請求項２記載ワイヤソー切断装置。
4. 前記ガイドローラのねじれ角に基づいて、前記切削抵抗を検出することを特徴とする請求項１記載のワイヤソー切断装置。
5. 前記ワイヤの張力の変化を検出する張力検出手段を有し、前記断線検出手段は、前記張力検出手段の検出結果にも基づいて、前記ワイヤの断線の有無を判断することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のワイヤソー切断装置。
6. 前記断線検出手段が前記ワイヤの断線を検出した場合に警報を発する警報手段をさらに有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のワイヤソー切断装置。
7. 前記断線検出手段が前記ワイヤの断線を検出した場合に前記モータを停止させる手段を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のワイヤソー切断装置。

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