JP2011177849A - ワイヤソー - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤの走行安定性やガイドローラの耐久性を高める。
【解決手段】ガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄと、これらの外側から巻回される切断用ワイヤＷにより形成されてその軸方向に走行するワイヤ群とを備え、一対のガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間を切断領域としとワイヤ群に対してワーク２８が相対的に切断送りされるワイヤソー。このワイヤソーは、ワイヤ群に対して外側から接触して連れ回りする補助ローラ２６を備える。補助ローラ２６は、互いに隣接するガイドローラ２４Ａ，２４Ｄ同士、及びガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃ同士の間の位置で当該ガイドローラ２４Ａ，２４Ｄ、及びガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃの各共通接線よりも内側に入り込んだ位置でワイヤ群に接触することによりワイヤ群の軌道を共通接線よりも内側にシフトする。
【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、ワークをウエハ状に切り出す手段としてワイヤソーが知られている（例えば特許文献１、２）。ワイヤソーは、複数のガイドローラに対して一体にその外側から切断用ワイヤが巻き掛けられることによりガイドローラ間に該ワイヤが多数本並んだワイヤ群が形成され、このワイヤ群をその軸方向に高速走行させながら該ワイヤ群に対して、ワーク保持部に保持されたワークを切断用ワイヤの軸方向と直交する方向に切断送りすることで、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ている。

特開２００４−１１４２４９号公報 特開２００３−１２７０５８号公報

特許文献１，２に記載されるように、一般的なワイヤソーではガイドローラの数は２個〜４個である。ガイドローラの外径が一定の場合、各ガイドローラに巻き掛けられるワイヤの掛かり代（接触長）はガイドローラの数が多いほど少なく（短く）なる。

このようにガイドローラへのワイヤの掛かり代が少なくなると、その分、ガイドローラによるワイヤ保持力が低下しワイヤの走行安定性が損なわれることが考えられる。また、ガイドローラに対する単位面積当たりのワイヤの接触圧が高くなって摩耗が進み易くなる結果、ガイドローラの耐久性が低下することも考えられる。従って、この点を改良して、ワイヤをより安定的に駆動でき、またガイドローラの耐久性を高めることが求められる。

なお、このような課題を解決する手段として、ガイドローラの外径を大きくしてワイヤの掛かり代を稼ぐことが考えられる。しかし、この場合には、ワークの切断送りスペースを確保するためにガイドローラ間ピッチを拡大する必要があり、例えばガイドローラ間のワイヤ長が長くなりワイヤの撓みの要因になる等、必ずしも得策とは言えない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ワイヤの走行安定性やガイドローラの耐久性を高め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。

上記課題を解決するために、本発明は、回転駆動される複数のガイドローラと、これらガイドローラに外側から巻回される切断用ワイヤにより形成され、前記ガイドローラの駆動に伴いワイヤ軸方向に走行するワイヤ群とを備え、当該ワイヤ群に対してワークが相対的に切断送りされるワイヤソーにおいて、前記ワイヤ群のうちワークの切断に寄与する領域以外の領域で当該ワイヤ群に対して外側から接触し、当該ワイヤ群の走行に伴い連れ回りする補助ローラを備え、この補助ローラは、互いに隣接する特定のガイドローラ同士の間の位置で当該ガイドローラの共通接線よりも内側に入り込んだ位置で前記ワイヤ群に接触することにより当該ワイヤ群の軌道を当該共通接線よりも内側にシフトするものである。

この構成によれば、補助ローラを設けない場合、つまり前記共通接線に沿ってワイヤ群が走行する場合（従来のワイヤソーの場合）に比べて前記特定のガイドローラに対する切断用ワイヤの掛かり代（接触長さ）が増加する。従って、その分、各ガイドローラによるワイヤの保持力を高めることが可能となり、また、ガイドローラに対する単位面積当たりのワイヤの接触圧を低下させてガイドローラの摩耗を低減させることが可能となる。

この場合、特定のガイドローラ間の中間位置に補助ローラを配置するようにしてもよいが、前記特定のガイドローラ同士の間で当該各ガイドローラにそれぞれ近接する位置に補助ローラを設ける構成とすれば、当該特定のガイドローラに対する切断用ワイヤの掛かり代をより多く確保することが可能となる。

より具体的な構成として、ワイヤソーとして４つのガイドローラを備えるもの、すなわち互いに特定方向に並ぶ一対の第１ガイドローラと、当該第１ガイドローラから前記特定方向と直交する方向に離れた位置で当該特定方向と平行な方向に並ぶ一対の第２ガイドローラとを含み、かつ第１ガイドローラ同士の間が切断に寄与する領域とされるものでは、同じ側にそれぞれ配置される第１及び第２ガイドローラ同士の間に前記補助ローラがそれぞれ配置されているものとするのが好適である。

この構成によれば、特に４つのガイドローラを備えるワイヤソーにおいて、従来のこの種のワイヤソーに比べて各ガイドローラへのワイヤの掛かり代を増やすことができる。

この場合、ワイヤ群をより安定的に走行させ、また十分な耐久性を確保する上では、前記補助ローラは、各ガイドローラにそれぞれ近接する位置であって当該ガイドローラに対する前記切断用ワイヤの掛かり代が当該ガイドローラの中心軸回りの角度換算値で１８０°となる位置に配置されているのが好適である。

以上説明したように、本発明によれば、従来のこの種のワイヤソーに比べて各ガイドローラに対する切断用ワイヤの掛かり代を増加させることができる。従って、その分、各ガイドローラによるワイヤの保持力を高めることができ、これによりワイヤの走行安定性を向上させることが可能となる。また、ガイドローラに対する単位面積当たりのワイヤの接触圧を低下させてガイドローラの摩耗を低減させることができるため、これによりガイドローラの耐久性を高めることも可能となる。

本発明にかかるワイヤソーを示す全体構成図である。 ワイヤソーの要部（ガイドローラ周辺）模式図である。 ワイヤソーの変形例を示す要部模式図である。 ワイヤソーの変形例を示す要部模式図である。 ワイヤソーの変形例を示す要部模式図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。

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、４つのガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄ及び４つの補助ローラ２６を備えている。

ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ（それぞれ本発明の第１ガイドローラに相当する）は互いに同じ高さ位置に配され、ガイドローラ２４Ｃ，２６Ｄ（それぞれ本発明の第２ガイドローラに相当する）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、各ガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄがそれぞれ駆動モータ２５Ａ〜２５Ｄによって個別に回転駆動されるようになっている。同図では、便宜上駆動モータ２５Ｂ、２５Ｃは省略している。

各ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂは、切断用ワイヤ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。一方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａのボビン９Ａから繰出されたワイヤＷは、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〜２４Ｄ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。そして、駆動モータ２５Ａ〜２５Ｄによるガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄ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とにワイヤＷの駆動方向が反転可能となっている。

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ながらその軸方向に往復駆動されるようになっている。

前記ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの間に張られたワイヤＷの上方には、円柱状のワーク（例えば半導体インゴット）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、前記ワーク２８をその軸方向とワイヤ並び方向とが合致する向きに保持するワーク保持部３２と、ワーク送りモータ３４を駆動源として上記ワーク保持部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）図外のねじ送り機構とを含む。従って、このワイヤソーでは、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間の位置が切断領域とされ当該ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られたワイヤ群がその長手方向に同時に高速駆動された状態で、該ワイヤ群に対してワーク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。

図２は、ワイヤソーの要部、つまりガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄ及び補助ローラ２６とこれらに掛け渡されるワイヤＷを模式的に示している。

同図に示すようにガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄは外径が等しい同一構造のローラであり長方形（又は正方形）の四隅の位置に回転中心が位置するように配列されている。これらガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄは、金属製のローラ本体の外周面に例えばポリウレタン等の樹脂層が形成され、さらにこの樹脂層の外周面にガイド溝（図示省略）が形成された構造であり、これらガイド溝にワイヤＷが嵌め込まれながら、当該ワイヤＷがガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄの外側に掛け渡されている。

そして、このようにガイドローラ２４Ａ〜２４ＤにワイヤＷが巻回されることにより形成されたワイヤ群に対してその外側から接触するように４つの補助ローラ２６が配置されている。これらの補助ローラ２６は、図外のフレーム等に回転自在に支持される従動ローラ（アイドルローラ）であり、その外径はガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄよりも十分に小さい。

補助ローラは、前記ガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄ間のうち横方向の同じ側に配置されるガイドローラ間、すなわちガイドローラ２４Ａ，２４Ｄ間及びガイドローラ２４Ｂ、２４Ｃ間にそれぞれ２つ上下一列に並んだ状態で配置されている。

ガイドローラ２４Ａ，２４Ｄ間に配置される補助ローラ２６は、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｄにそれぞれ近接する位置であって当該ガイドローラ２４Ａ，２４Ｄの共通接線（同図中に破線で示す）よりも内側に入り込んだ位置でワイヤ群に接触するように配置されており、これにより当該ガイドローラ２４Ａ，２４Ｄ間のワイヤ群の軌道が前記共通接線よりも内側にシフトしている。同様に、ガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃ間に配置される補助ローラ２６もガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃにそれぞれ近接する位置であって当該ガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃの共通接線（同図中に破線で示す）よりも内側に入り込んだ位置でワイヤ群に接触するように配置されており、これにより当該ガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃ間のワイヤ群の軌道が前記共通接線よりも内側にシフトしている。なお、当例では、各補助ローラ２６は、それらの中心位置が両側に位置するガイドローラ２４Ａ，２４Ｄ（又は２４Ｂ，２４Ｃ）の中心位置を結んだ線分よりも内側の位置であって、各ガイドローラ２４Ａ，２４Ｄに対するワイヤＷの掛かり代（接触長）が各ガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄの中心軸回りの角度換算値（同図中に符号θ１で示す）でほぼ１８０°となる位置に配置されている。

なお、これら補助ローラ２６も前記ガイドローラ２４Ａ等と同様に、金属性のローラ本体の外周面にポリウレタン等の樹脂層が形成され、この樹脂層にガイド溝が形成された構造であり、これらガイド溝にワイヤＷが嵌め込まれた状態でワイヤＷが掛け渡される。

このようなワイヤソーによれば、補助ローラ２６を設けることなく各ガイドローラ２４Ａ〜２４ＤにワイヤＷを巻回しただけの場合に比べて各ガイドローラ２４Ａ〜２４ＤへのワイヤＷの掛かり代が多くなる。すなわち、補助ローラ２６を設けることなくガイドローラ２４Ａ〜２４ＤにワイヤＷを巻回した場合には、同図中に破線で示すように、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｄ間、及びガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃ間では、ワイヤ群が隣接するガイドローラ２４Ａ，２４Ｄ（又はガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃ）の共通接線に沿うこととなり、各ガイドローラ２４Ａ〜２４ＤへのワイヤＷの掛かり代は角度換算値（同図中に符号θ２で示す）でほぼ９０°となるところ、当例では、上記の通りガイドローラ２４Ａ〜２４ＤへのワイヤＷの掛かり代は倍の１８０°となっている。

従って、このワイヤソーによれば、このようにワイヤＷの掛かり代が多くなる分、補助ローラ２６を設けること無くガイドローラ２４Ａ〜２４ＤにワイヤＷを巻回した場合、つまり、当該補助ローラ２６を備えていない従来のこの種のワイヤソーに比べてガイドローラ２４Ａ〜２４ＤによるワイヤＷの保持力を高めることができ、これによりワイヤＷの走行安定性を向上されることが可能となる。また、ガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄに対する単位面積当たりのワイヤＷの接触圧を低下させることができ、これによりガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄのガイド溝の摩耗を低減してこれらガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄの耐久性を向上させることが可能となる。

なお、この実施形態では、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｄ間、及びガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃ間にそれぞれ２つの補助ローラ２６を設けているが、例えば、図３に示すように、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｄの中間位置、及びガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃの中間位置にそれぞれ補助ローラ２６を一つだけ設けた構成としてもよい。この構成によれば、図２の例に比べると各ガイドローラ２４Ａ〜２４ＤへのワイヤＷの掛かり代は若干少なくなるが、それでも補助ローラ２６を設けることなくガイドローラ２４Ａ〜２４ＤにワイヤＷを巻回した場合に比べると、各ガイドローラ２４Ａ〜２４ＤへのワイヤＷの掛かり代は多くなる。そのため、従来のワイヤソーに比べると、ワイヤＷの走行安定性を向上させ、またガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄの耐久性を向上させるという作用効果を享受することができる。

以上の例は、４つのガイドローラ２４Ａ〜２４ＤにワイヤＷが巻回されるタイプのワイヤソーに本発明を適用した例であるが、本発明は、２つのガイドローラにワイヤＷが巻回されることによりワイヤ群が形成されるもの、あるいは３つのガイドローラに切断用ワイヤが巻回されることによりワイヤ群が形成されるものについても適用が可能である。

図４は、３つのガイドローラを備えるワイヤソーに本発明を適用した場合の一形態を模式的に示している。このワイヤソーは、２つのガイドローラ２４Ａ、２４Ｂが互いに同じ高さ位置に配置され、これらの中間の下方位置に１つのガイドローラ２４Ｃが配置されている。そして、これらガイドローラ２４Ａ〜２４Ｃの外側にワイヤＷが巻回されることによりワイヤ群が形成され、上側２つのガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの間がワーク２８の切断領域とされる。

上側２つの各ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂと下側のガイドローラ２４Ｃとの中間位置にはそれぞれ補助ローラ２６が配置され、これら補助ローラ２６がワイヤ群に対してその外側から接触している。詳しくは、各補助ローラ２６は、各ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの中心とガイドローラ２４Ｃの中心をそれぞれ通る軸線上又はそれよりも内側に中心が位置するように配置されており、これにより、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｃ間、及びガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃ間のワイヤ群の軌道がガイドローラ２４Ａ，２４Ｃ、及びガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃの各共通接線よりも内側にシフトしている。

このようなワイヤソーの場合も、補助ローラ２６を設けることなくガイドローラ２４Ａ〜２４ＣにワイヤＷを巻回してワイヤ群を形成する場合（同図中に破線で示す）に比べて各ガイドローラ２４Ａ〜２４ＣへのワイヤＷの掛かり代が多くなる。従って、補助ローラ２６を設けることなく３つのガイドローラ２４Ａ〜２４ＣにワイヤＷを巻回した場合、つまり、当該補助ローラ２６を備えていない従来のこの種のワイヤソーに比べると、ワイヤＷの走行安定性を向上させ、またガイドローラ２４Ａ〜２４Ｃの耐久性を向上させることができる。

図５は、２つのガイドローラを備えたワイヤソーに本発明を適用した場合の一形態を模式的に示している。このワイヤソーは、２つのガイドローラ２４Ａ，２４Ｂが互いに同じ高さ位置に配置されている。そして、これらガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの外側にワイヤＷが巻回されることによりワイヤ群が形成され、このワイヤ群のうちガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間で上側に位置するワイヤ群に対してワーク２８が切断送りされる。

ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間には２つの補助ローラ２６が配置され、これら補助ローラ２６がワイヤ群に対してその外側（同図では下側）から接触している。詳しくは、各補助ローラ２６は、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂにそれぞれ近接する位置であって当該ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの共通接線（同図中に破線で示す）よりも内側に入り込んだ位置に配置されており、これにより当該ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間のワイヤ群のうちワーク２８の切断に寄与しない下側のワイヤ群の軌道が前記共通接線よりも内側にシフトしている。

このようなワイヤソーの場合も、補助ローラ２６を設けることなくガイドローラ２４Ａ，２４ＢにワイヤＷを巻回してワイヤ群を形成する場合（同図中に破線で示す）に比べて各ガイドローラ２４Ａ，２４ＢへのワイヤＷの掛かり代が多くなる。従って、補助ローラ２６を設けることなく２つのガイドローラ２４Ａ，２４ＢにワイヤＷを巻回した場合、つまり、当該補助ローラ２６を備えていない従来のこの種のワイヤソーに比べると、ワイヤＷの走行安定性を向上させ、またガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの耐久性を向上させることができる。

なお、以上は本発明の実施形態の例示であって、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、補助ローラの数や配置は、上記実施形態のものに限定されるものではなく、補助ローラを設けることなくガイドローラにワイヤＷを掛け渡した場合よりもガイドローラに対するワイヤＷの掛かり代が多くなるように適宜設けるようにすればよく、従って、図１，２の実施形態では、補助ローラ２６は、これらの中心位置がそれらの両側に位置するガイドローラ２４Ａ，２４Ｄ（又は２４Ｂ，２４Ｃ）の中心位置よりも内側に位置するように配置されているが、当該補助ローラ２６の位置は、その両側に位置するガイドローラ２４Ａ，２４Ｄ（又は２４Ｂ，２４Ｃ）の共通接線よりも内側に入り込んだ位置で当該補助ローラ２６がワイヤ群に接触する位置であれば適宜変更可能である。この点は、図４、図５の実施形態のものについても同じである。

Claims (4)

1. 回転駆動される複数のガイドローラと、これらガイドローラに外側から巻回される切断用ワイヤにより形成され、前記ガイドローラの駆動に伴いワイヤ軸方向に走行するワイヤ群とを備え、当該ワイヤ群に対してワークが相対的に切断送りされるワイヤソーにおいて、
   前記ワイヤ群のうちワークの切断に寄与する領域以外の領域で当該ワイヤ群に対して外側から接触し、当該ワイヤ群の走行に伴い連れ回りする補助ローラを備え、当該補助ローラは、互いに隣接する特定のガイドローラ同士の間の位置で当該ガイドローラの共通接線よりも内側に入り込んだ位置で前記ワイヤ群に接触することにより当該ワイヤ群の軌道を当該共通接線よりも内側にシフト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、
   前記補助ローラは、前記特定のガイドローラ同士の間で当該各ガイドローラにそれぞれ近接する位置に設けられてい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、
   互いに特定方向に並ぶ一対の第１ガイドローラと、当該第１ガイドローラから前記特定方向と直交する方向に離れた位置で当該特定方向と平行な方向に並ぶ一対の第２ガイドローラとを含み、かつ第１ガイドローラ同士の間が切断に寄与する領域とされており、同じ側にそれぞれ配置される第１及び第２ガイドローラ同士の間に前記補助ローラがそれぞれ配置されていることを特徴とするワイヤソー。
4. 請求項３に記載のワイヤソーにおいて、
   前記補助ローラは、各ガイドローラにそれぞれ近接する位置であって当該ガイドローラに対する前記切断用ワイヤの掛かり代が当該ガイドローラの中心軸回りの角度換算値で１８０°となる位置に配置されていることを特徴とするワイヤソー。

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