JP2019198947A - ワイヤソーの運転パラメータの設定方法及びワイヤソー - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤに対応する運転パラメータをワイヤソーに対して自動的に設定できるようにすること。【解決手段】ワイヤソーは、複数の加工用ローラ１１間においてワイヤ１３を周回状態で走行させるとともに、加工用ローラ１１間のワイヤ１３の切断領域に対してワーク２７を加工送りしてワーク２７を切断する。このようなワイヤソーにおいて、ワーク２７の加工に先立ち、ワイヤ１３に振動を与えて、ワイヤ１３の物理的挙動からワイヤ１３の太さを判断し、ワイヤ１３の太さに従う運転パラメータを自動的にワイヤソーに設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体材料、磁性材料、セラミックス等の脆性材料よりなるワークをワイヤにより切断加工するためのワイヤソーの運転パラメータの設定方法及びワイヤソーに関するものである。

ワイヤソーにおけるワークの切断加工のために使用されるワイヤは、径や材質の異なる各種のものが存在し、作業条件に適合したワイヤが選択される。そして、選択されたワイヤに対応して、ワイヤソーの運転パラメータが設定される。このパラメータの設定により、ワイヤが断線することなく、所要の加工精度や加工速度が得られるように、ワイヤに付与される張力が調節されたり、ワークの送り速度やワイヤの走行速度が調節されたりする。

ところで、特許文献１に開示されたワイヤソーにおいては、ワイヤの反復使用の可否を判断するために、ワークの加工部から送り出されたワイヤの径を機械的なセンサによって検出して、その反復使用の可否が表示部において表示される。

特許文献２に開示されたワイヤソーにおいては、ワイヤの断線の発生を未然に防止するとともに、正確な加工を可能にするために、ワイヤ走行時に磁性材料よりなるワイヤを磁化してその磁気力を検出し、検出された磁気力からワイヤ径を検出するようにしている。そして、ワイヤ径が断線のおそれがある所定値以下になったときには、表示部においてワイヤ交換が指示される。

特許文献３に開示されたワイヤソーにおいては、固定砥粒付ワイヤの断線を未然に防止するために、ワークの切断加工中にレーザセンサによってワイヤの径を検出し、ワイヤの径が使用限界を下回った場合には、ワイヤソーの運転が停止される。

特開平８−１７４４０２号公報 特開平１０−２６４００７号公報 特開平１１−１８８５９９号公報

特許文献１〜３のワイヤソーにおいては、ワークの切断加工のために走行されるワイヤの径をその走行中に検出して使用可否を判断するものである。言い換えれば、ワークの切断加工が開始された後にワイヤの径が検出されるものである。従って、ワークの切断加工前におけるワイヤソーとワイヤとのマッチングには考慮されていない。このため、同一種類のワイヤを異なるワイヤソーにおいて用いた場合、ワイヤソーが同一機種であっても、装置の個体差により、ワイヤの耐久性や加工精度等に差が生じるおそれがある。

従って、ワイヤソーにおいては、ワイヤソーとワイヤとのマッチングを図るために、ワイヤの種類に応じて、運転パラメータを装置ごとに設定して、ワイヤに与える張力等を適切な値に調節する必要がある。しかしながら、従来のワイヤソーにおいては、作業者がワイヤの種類を判断して、手動によって運転パラメータを設定していた。このため、設定忘れや、設定の入力ミスが生じるおそれがあり、このような場合は、ワイヤ切断や、加工精度の低下等の不都合な事態が招来される結果となる。

本発明の目的は、ワークの切断加工前に、自動的にワイヤソーとワイヤとのマッチングを図ることができるワイヤソーの運転パラメータ設定方法及びワイヤソーを提供することにある。

以上の目的を達成するために、本発明のワイヤソーの運転パラメータ設定方法においては、複数の加工用ローラ間においてワイヤを周回状態で走行させるとともに、前記加工用ローラ間のワイヤの切断領域に対してワークを加工送りしてそのワイヤによってワークを切断するようにしたワイヤソーにおいて実施される。そして、本発明においては、前記ワークの加工に先立ち、前記ワイヤに変動を与えて、ワイヤの状態変化からワイヤの機械的特性を判断し、その機械的特性に基づいて装置の運転パラメータを設定することを特徴とする。

本発明においては、ワーク加工に先立って、ワイヤに変動を与えることにより、ワイヤのばね定数等の機械的特性に基づいて、装置の運転パラメータを自動的に設定できるため、ワークの加工前にワイヤと装置との間のマッチングを図ることができる。従って、運転パラメータの設定忘れや、設定の入力ミスを防止できて、ワイヤ切断や加工精度低下等を未然に防止できる。

また、本発明のワイヤソーにおいては、複数の加工用ローラ間においてワイヤを周回状態で走行させるとともに、前記加工用ローラ間のワイヤの切断領域に対してワークを加工送りしてそのワイヤによってワークを切断するようにしたワイヤソーにおいて具体化される。そして、本発明においては、前記ワークの加工に先立って前記ワイヤに変動を与える変動付与手段と、その変動付与によるワイヤの状態変化を検出する検出手段と、その検出手段による検出に基づいてワイヤの機械的特性を判断する判断手段と、その判断手段の判断結果に基づいて装置の運転パラメータを設定する設定手段とを備えたことを特徴とする。

従って、本発明においては、ワークの加工に先立って、変動付与手段により、ワイヤに変動が付与され、検出手段によってその変動付与によるワイヤの状態変化が検出される。また、検出手段による検出に基づいて判断手段によりワイヤのばね定数等の機械的特性が判断され、その判断手段の判断結果に基づいて設定手段により装置の運転パラメータが設定される。

従って、前記のように、ワークの加工前にワイヤと装置との間のマッチングを図ることができる。従って、運転パラメータの設定忘れや、設定の入力ミスを防止できて、ワイヤ切断や加工精度低下等を未然に防止できる。

本発明においては、ワークの切断加工前に、ワイヤソーとワイヤとのマッチングを図るための運転パラメータを自動的に設定することができて、運転パラメータの設定忘れや設定ミスを防止できて、高精度加工やワイヤの耐久性向上等を得ることができる効果を発揮する。

ワイヤソーを示す模式図。 ワイヤソーの電気的構成を示すブロック図。 第１実施形態の動作を示すフローチャート。 ダンサアームの動作を示す線図。 ワイヤの物理的挙動を示す線図。 ワイヤのばね定数とワイヤの太さとの関係を示すテーブル。 ワイヤの太さと運転パラメータとの関係を示すテーブル。 第２実施形態の動作を示すフローチャート。

（第１実施形態）
以下に、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図７の図面に従って説明する。
図１に示すように、ワイヤソーの装置フレーム（図示しない）には平行な軸線上において複数の加工用の溝付ローラ（以下、加工用ローラという）１１が回転可能に支持されている。この加工用ローラ１１は、通常、２本〜４本装設され、本実施形態では２本装設されている。加工用ローラ１１の外周には多数の環状溝（図示しない）が等ピッチで形成され、環状溝にはワーク切断用のワイヤ１３が螺旋状に巻回されている。ワイヤ１３は、炭素鋼製の芯線の外周にバインダを用いてダイヤモンドやホワイトアランダム等の砥粒を固定保持する固定砥粒タイプのものである。

そして、１本の加工用ローラ１１が図２に示すモータ１２によって一方向及びその逆方向に交互に回転されることにより、ワイヤ１３を介して他方の加工用ローラ１１も追従回転される。そのため、ワイヤ１３が両加工用ローラ１１とともに一方向及びその逆方向に周回状態で走行される。ワイヤ１３の両端側はそれぞれモータ２０によって回転されるボビン１５に巻き取られている。そして、ワイヤ１３の走行と同期するボビン１５の回転によって、ワイヤ１３は、ボビン１５の軸方向に往復移動可能にした一方のトラバーサ１６のトラバースローラ１７を介して一方のボビン１５から巻き出され、他方のトラバーサ１６のトラバースローラ１７を介して他方のボビン１５に巻き取られる。

加工用ローラ１１とトラバーサ１６との間におけるワイヤ１３の走行域には、サーボモータよりなるダンサモータ１８の駆動力によってワイヤ１３に対して先端のダンサローラ２１を介して適度の張力を付与するための一対のダンサアーム１９が設けられている。ダンサモータ１８及びダンサアーム１９は変動付与手段を構成している。ダンサローラ２１と加工用ローラ１１との間にはワイヤ１３をガイドするためのガイドローラ２２が設けられている。

前記トラバースローラ１７の軸部及びガイドローラ２２の軸部には、それぞれワイヤ１３に作用する張力に対応した検出信号を出力するためのロードセルよりなる検出手段としてのセンサ２５，２６が設けられている。

前記加工用ローラ１１間におけるワイヤ１３の上方において、前記装置フレームには昇降体２３が昇降可能に設置され、その下面にはシリコンインゴットであるワーク２７が貼着支持される。そして、昇降体２３が下方に向かって加工送りされることにより、ワーク２７が加工用ローラ１１間を走行するワイヤ１３の切断領域に押し付けられて、ワイヤ１３の固定砥粒の作用によって切断され、多数枚のウェーハが同時に削出される。

図２に示すように、ワイヤソーの制御装置３３は、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）３１及び記憶部３２を有する。この制御装置３３が判断手段及び設定手段を構成し、記憶部３２が記憶手段を構成している。ＣＰＵ３１は、前記加工用ローラ１１を回転させるためのローラ用のモータ１２，ボビン１５を回転させるためのボビン用のモータ２０，ダンサアームを動作させるためのダンサ用のモータ１８等を含むワイヤソー全体の運転を制御する。記憶部３２には図３に示すフローチャートのプログラムデータが格納されるとともに、各種の一時的なデータが記憶される。キーボード３４は作業者によって操作され、各種データが手動入力される。

次に、以上のように形成されたワイヤソーの作用について説明する。
はじめに、ワーク２７の加工に先立って、図１に示すように、ワイヤソーにワイヤ１３が装着され、そのワイヤ１３は、両ボビン１５間の部分が加工用ローラ１１，トラバースローラ１７，ガイドローラ２２及びダンサローラ２１を周回または通過する。

この状態で、図３のフローチャートが動作される。この図３に示すフローチャートは、ワーク２７の加工開始前の状態において、記憶部３２に格納されたプログラムデータがＣＰＵ３１の制御のもとに進行するものである。すなわち、図３のステップＳ（以下、単にＳという）１において、図４に示すように、一方のダンサアーム１９が所定の周期及び所定の振幅で、所定時間往復傾動される。以後、この往復傾動を振動という。そして、この振動にともない、ワイヤ１３に物理的変動が付与されて、図５に示すように、ワイヤ１３がその太さや材質に応じた状態変化としての物理的な挙動を示す。その挙動はＳ２において記憶部３２に記憶される。記憶される挙動は、ダンサローラ２１のセンサ２５に作用する荷重の変動として現出し、その荷重値の変動履歴が前記のように記憶部３２に記憶される。

そして、Ｓ３において、記憶された荷重値のデータが抽出されて、Ｓ４においてワイヤ１３の機械的特性であるばね定数が演算され、記憶部３２に記憶される。本実施形態では、ダンサアーム１９の傾動時におけるセンサ２５からの荷重検出値αに基づいてばね定数が演算される。このばね定数の演算は、複数の異なる検出値αに対応するばね定数が設定されたテーブルを用いて、そのテーブルから前記検出値αと対応するばね定数を抽出してもよく、あるいは、あらかじめ設定された数式に前記検出値αを与えてばね定数を算出してもよい。

そして、Ｓ５及びＳ６において、前記ばね定数に関係づけられたワイヤ太さを示す図６に表されたテーブルからワイヤ１３の太さの値が抽出されて確定される。そして、Ｓ７において、ワイヤ太さの値に関係づけられた図７に示すテーブルが参照される。このテーブルは個々のワイヤソーごとに設定されたものである。そして、このテーブルからワイヤ太さに適合する運転パラメータが選択され、Ｓ８においてそのパラメータが記憶部３２に記憶されて、設定される。従って、個々のワイヤソーとワイヤ１３の種類とのマッチングが確保される。

次いで、Ｓ９において、ワイヤソーの始動スイッチのオン操作が待たれ、オン操作によってワイヤソーが加工運転のために始動され、Ｓ１０において設定された運転パラメータに従ってワイヤソーが運転される。従って、運転パラメータに従ってワイヤ１３の張力や走行速度、あるいはワーク２７の加工速度が適切に調節されて、ワーク２７の高精度な切断加工が高効率に実行される。

従って、本実施形態においては、以下の効果がある。
（１）ワーク２７の切断加工前に、ワイヤ１３に対して振動が付与され、その振動付与に基づくワイヤ１３の挙動によってワイヤ１３の太さが認識される。そして、その認識に基づいて、ワイヤソーとワイヤ１３との間のマッチングが図られ、ワイヤ太さに応じたパラメータがワイヤソーに自動的に設定される。従って、ワイヤ１３が異なる種類のものに変更されたとしても、パラメータの設定忘れや、設定の入力ミスの事態が生じるようなことはなく、ワイヤ１３の切断や加工精度の低下等を防止できる。

（２）ワーク２７の加工前に、ダンサアーム１９の振動によってワイヤ１３の太さを把握できるため、作業者がワイヤ１３の太さを把握したり、ワイヤ１３を太さごとに整理して管理したりすることが不要になる。従って、ワイヤ１３の管理や段取りの煩雑さを解消できる。

（３）ダンサアーム１９を振動させることによって、ワイヤ１３の太さを認識できるため、ワイヤ１３の太さを認識するための専用の装置を設ける必要がなく、ワイヤソーの構成の複雑化を避けることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図５及び図８の図面に従って第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

第２実施形態においては、ワイヤ１３の太さを判断するために、ワイヤ１３の物理的な減衰特性を検出するものである。すなわち、図８のフローチャートにおいて、加工開始前のＳ２におけるダンサアーム１９による挙動検出及び記憶において、ダンサアーム１９の振動終了後に、図５に示すように、センサ２５によりワイヤ１３の残留伸縮動作の時間βがＳ２におけるワイヤ１３の挙動として検出される。すなわち、図８に示すＳ１１において残留伸縮が収束されるまでの時間βを表すセンサ２５の検出出力がＣＰＵ３１によって認識されて、Ｓ１２においてワイヤ１３の減衰特性が演算される。この減衰特性の演算は、収束時間βの長短と対応する複数の異なる減衰特性を記したテーブルに従って行われてもよく、つまり、テーブルに記された複数の減衰特性のなかから適切な値のものが選択されてもよく、あるいは、所定の演算式に収束時間β値を算入して行われてもよい。

そして、Ｓ５において、複数の減衰特性とワイヤ１３の太さとの関係を記したテーブルが参照されて、Ｓ６においてワイヤ１３の太さが確定されて、Ｓ７において、個々のワイヤソーに適合した運転パラメータが選択され、Ｓ８において、選択された運転パラメータが記憶部３２に記憶される。その後の動作は前記第１実施形態と同様である。

従って、第２実施形態においては、前記第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
（変更例）
なお、前記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。

・前記第１実施形態と第２実施形態とを合体させること。すなわち、ワイヤ１３の挙動の変化により、ワイヤ１３のばね定数及び減衰特性の双方を検出し、その双方のデータからワイヤ１３の太さを認識できるようにすること。

・ワイヤ１３の太さを前記両実施形態とは異なる挙動，すなわち、異なる機械的特性を捉えて認識するように構成すること。例えば、図５に示すように、ダンサアーム１９の振動に対するワイヤ１３の動作遅れγの時間を検出して、ワイヤ１３の応答性を判別し、その応答性に対応したワイヤ太さが設定されたテーブルを用意し、そのテーブルを参照してワイヤ太さを認識するように構成すること。

・前記両実施形態とは異なる方法でワイヤ１３の太さを認識するように構成すること。例えば、ワイヤ１３を叩打したり、張設状態のワイヤ１３に微振動を与えたり、あるいは、ワイヤに通電して、抵抗値を検出したりすること。

・ワイヤ１３の機械的特性の検出を前記実施形態とは異なる方法で行うこと。例えば、ワイヤ１３の挙動をトラバースローラ１７のセンサ２６によって検出したり、ダンサモータ１８等のモータに作用する負荷に基づいて認識したりすること。

・本発明をワイヤ１３に遊離砥粒を供給しながらワーク２７を切断するタイプのワイヤソーに具体化すること。

１１…加工用ローラ、１３…ワイヤ、１９…ダンサアーム、２５…センサ、３１…中央処理装置（ＣＰＵ）、３２…記憶部、３３…制御装置。

Claims (7)

1. 複数の加工用ローラ間においてワイヤを周回状態で走行させるとともに、前記加工用ローラ間のワイヤの切断領域に対してワークを加工送りしてそのワイヤによってワークを切断するようにしたワイヤソーにおいて、
   前記ワークの加工に先立ち、前記ワイヤに変動を与えて、ワイヤの状態変化からワイヤの機械的特性を判断し、その機械的特性に基づいて装置の運転パラメータを設定するワイヤソーの運転パラメータの設定方法。
2. ワイヤに物理的変動を与えて、ワイヤの物理的挙動からワイヤの機械的特性を判断し、その機械的特性に基づいて前記運転パラメータを設定する請求項１に記載のワイヤソーの運転パラメータの設定方法。
3. 前記ワイヤの挙動からワイヤの径を判断する請求項２に記載のワイヤソーの運転パラメータの設定方法。
4. 前記ワイヤの挙動からワイヤのばね定数を判別し、そのばね定数からワイヤの径を判断する請求項３に記載のワイヤソーの運転パラメータの設定方法。
5. 前記ワイヤの挙動からワイヤの減衰特性を判別し、その減衰特性からワイヤの径を判断する請求項３または４に記載のワイヤソーの運転パラメータの設定方法。
6. 複数の加工用ローラ間においてワイヤを周回状態で走行させるとともに、前記加工用ローラ間のワイヤの切断領域に対してワークを加工送りしてそのワイヤによってワークを切断するようにしたワイヤソーにおいて、
   前記ワークの加工に先立って前記ワイヤに変動を与える変動付与手段と、
   その変動付与によるワイヤの状態変化を検出する検出手段と、
   その検出手段による検出に基づいてワイヤの機械的特性を判断する判断手段と、
   その判断手段の判断結果に基づいて装置の運転パラメータを設定する設定手段とを備えたワイヤソー。
7. 前記判断手段は、前記ワイヤの機械的特性とワイヤの径との関係を規定したテーブルを備える記憶手段を有し、前記設定手段は前記ワイヤの機械的特性に応じたワイヤ径を認識し、そのワイヤ径に従って前記運転パラメータ設定する請求項６に記載のワイヤソー。