JP4066112B2 - ワイヤソーの制御方法及びワイヤソー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワイヤソーの制御方法及びワイヤソーに係り、特にシリコン、ガラス、セラミック等のワークを多数枚のウェーハに切断するワイヤソーの制御方法及びワイヤソーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤソーは、複数個のグルーブローラにワイヤを巻き掛けてワイヤ列を形成し、このワイヤを高速で走行させるとともに前記ワイヤ列にワークを押し付けることにより、ワークを薄板状のウェーハに切断する装置である。このワイヤソーで円柱状のワークを切断する場合、切断開始位置や切断終了位置と切断中間位置とでは、切断長が異なるので、ワイヤにかかる切断抵抗が変動する。この現象によって、ワイヤの撓み量（ワークの送り方向におけるワイヤの変位量）が変動する。ワイヤの撓み量が変動すると、走行するワイヤの軌道が安定せず、ワークの切断精度が悪化するという問題が発生する。
【０００３】
そこで、従来のワイヤソーでは、ワーク切断位置に応じた切断抵抗を予め予想し、その予想に基づいてワークの送り速度を制御することにより、ワイヤの撓みを変動させないで切断していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワイヤにかかる切断抵抗は、ワークの形状や送り速度等の様々な条件によって変化するため、前記切断抵抗を正確に予測することは困難であるという欠点があった。このため、従来のワイヤソーでは、ワークを精度良く切断することができなかった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ワークを精度良く切断することのできるワイヤソーの制御方法及びワイヤソーを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、ワイヤを複数個のグルーブローラに巻き掛けてワイヤ列を形成し、前記ワイヤを走行させるとともに前記ワイヤ列に加工液を供給しながらワークを押しつけることにより、該ワークを多数のウェーハに切断するワイヤソーの制御方法において、前記ワークの切断中における、前記ワイヤ列を形成するワイヤの変位量を測定し、前記測定した変位量及び前記ワイヤの初期張力に基づいて、前記ワイヤ列にかかる切断負荷を算出し、前記算出した切断負荷と予め設定された基準値とを比較し、その比較結果に基づいて前記ワークの送り速度を制御しながら前記ワークを切断することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は前記目的を達成するために、ワイヤを複数個のグルーブローラに巻き掛けてワイヤ列を形成し、前記ワイヤを走行させるとともに前記ワイヤ列に加工液を供給しながらワークを押しつけることにより、該ワークを多数のウェーハに切断するワイヤソーにおいて、前記ワークの切断中における、前記ワイヤ列を形成するワイヤの変位量を測定するセンサと、前記ワークを前記ワイヤ列に対して進退移動させるワーク送り手段と、前記センサで測定された変位量及び前記ワイヤの初期張力に基づいてワイヤ列にかかる切断負荷を算出し、該算出された切断負荷と予め設定された基準値とを比較し、その比較結果に基づいて前記ワーク送り手段によるワーク送り速度を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、ワイヤの撓み量が切断負荷（ワークの送り方向と反対方向にワークにかかる負荷）に依存することに着目し、この切断負荷に基づいてワークの切断を制御するものである。
請求項１及び２の発明によれば、ワイヤの変位量を測定し、測定したワイヤの撓み量及びワイヤの初期張力からワイヤの切断負荷を算出し、算出した切断負荷を基準値と比較し、その比較結果に基づいてワークの送り速度を制御する。たとえば、切断負荷を常に基準値となるように制御すると、ワークを精度良く切断することができる。また、本発明は、前記切断負荷をワイヤの変位量とワイヤの初期張力によって算出しているので、ワイヤの初期張力を変更しても正確に演算することができる。
【０００９】
請求項３の発明によれば、センサをワイヤ列に対して進退移動させる駆動手段と、センサの進退量を計測する計測手段とを設け、前記ワイヤ列のワイヤの位置に応じて前記センサを前記駆動手段によって進退させるるとともに、前記計測手段の計測値と前記センサの測定値に基づいて前記ワイヤの変位量を算出する。これにより、ワイヤの変位量の測定範囲を拡大させることができ、ワイヤの変位量が大きい場合にも対応することができる。
【００１０】
請求項４の発明によれば、センサをワイヤ列の上方に配設したので、ワイヤ列に供給した加工液、たとえばスラリがセンサに付着しにくい。したがって、スラリの悪影響を受けることなく、ワイヤの変位量をセンサで測定することができる。
請求項５の発明によれば、切断中に前記ワイヤ列に対して前記ワイヤが変位する側と反対側にセンサを配設したので、変位したワイヤがセンサに接触してセンサを損傷することがない。また、センサをワイヤ列に対して退避させる退避手段を設け、切断したワークをワイヤ列から後退させる際に前記退避手段でセンサをワイヤ列から退避させたので、後退させたワークに引きずられて逆方向に変位したワイヤがセンサに接触してセンサを傷つけることがない。
【００１１】
請求項６の発明によれば、前記複数のグルーブローラがブラケットに支持され、このブラケットに前記センサが取り付けられている。したがって、前記複数のグルーブローラにワイヤを巻きかけて形成したワイヤ列に対する、センサの位置調節を簡単に行うことができる。
請求項７の発明によれば、センサの検出部にカバーを取り付けたので、変位したワイヤから検出部を保護することができる。
【００１２】
請求項８の発明によれば、センサをワイヤの変位方向に所定の角度、たとえばセンサとして渦電流型変位計を用いた場合には、無負荷のワイヤと許容最大の負荷がかけられたワイヤとの角度の半分だけ、ワイヤの変位方向に予め傾けて設置する。前記センサは、通常、センサに対して被検査体（ワイヤ）の角度が大きくなるにつれて感度が低下する。本発明は、センサを予めワイヤの変位方向に傾けて設置するので、ワイヤが変位して角度が変化しても高感度の領域でセンサを使用して、ワイヤの変位量を測定することができる。
【００１３】
請求項９の発明によれば、センサで測定されるワイヤの変位量は、センサに対するワイヤの距離の実測値に基づいて予め補正される。前記ワイヤは、非接触型センサの一般的な被検出体に対し、単位面積中に存在する面積割合が小さいので、従来は、ワイヤの変位量を精度良く測定することは困難であった。そこで、たとえば、実際にセンサを取り付けた（使用状態と同じ）状態で、センサを上下にスライドさせて採取したデータから、ワイヤの変位量とセンサの出力値とのデータテーブルを予め作成し、そのデータテーブルに基づいて前記センサの出力値をワイヤの変位量に換算する。これにより、ワイヤとセンサの距離は正確に測定され、ワイヤの変位量は精度良く測定される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係るワイヤソーの制御方法及びワイヤソーの実施の形態について詳説する。
まず、本発明の第１の実施の形態のワイヤソー１０の全体構成について説明する。
【００１５】
図１に示すように、ワイヤソー１０には、ワイヤリール１２が設けられ、このワイヤリール１２に巻かれたワイヤ１４は、多数のガイドローラ１６、１６…、で形成される一方側のワイヤ走行路を経て４本のグルーブローラ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄに複数回巻き掛けられ、ワイヤ１４同士が平行なワイヤ列２０を形成する。ワイヤ列２０を形成したワイヤ１４は、ワイヤ列２０を挟んで左右対称に形成されるとともに前記一方側のワイヤ走行路と同一構造の他方側のワイヤ走行路を経て、図示しないワイヤリールに巻き取られる。
【００１６】
前記ワイヤ列２０の両側に形成されるワイヤ走行路には、それぞれワイヤ案内装置２２及びダンサローラ２４が配設され（一方側のみ図示）、ワイヤ案内装置２２によって、ワイヤ１４がワイヤリール１２から一定ピッチで巻き取りまたは送り出される。また、ダンサローラ２４には、所定重量のウェイト（図示せず）が架設され、このウェイトによって走行するワイヤ１４に一定の張力が付与される。また、ワイヤ走行路には、ワイヤ洗浄装置（図示せず）が設けられ、このワイヤ洗浄装置において走行するワイヤ１４に洗浄液を噴射することによりワイヤ１４に付着したスラリがワイヤ１４から除去される。
【００１７】
前記ワイヤ１４が巻きかけられた４本のグルーブローラ１８Ａ〜１８Ｄは、その両端が対向する一対のスピンドルブラケット４２、４２に回転自在に支持され、各々の回転中心を結んだ時にその形状が矩形状となる位置に配設されている。前記一対のスピンドルブラケット４２、４２は、後述するオイルパン３６の上部に設置されている。
【００１８】
また、前記グルーブローラ１８Ｃ及び前記一対のワイヤリール１２は、それぞれ正逆回転可能なモータ２６、２８に連結されている。前記ワイヤ１４は、これらのモータ２６、２８を駆動することにより、一対のワイヤリール１２間を高速で往復走行する。
前記ワイヤ列２０の上方には、ワークフィードテーブル３０がフィードベース３２に上下にスライド自在に取り付けられ、フィードベース３２に設けた駆動装置３３によりワークフィードテーブル３０は前記ワイヤ列２０に対して垂直に昇降移動する。また、ワークフィードテーブル３０の下部には、図示しないインゴットが結晶方位合わせした状態で保持される。
【００１９】
前記ワイヤ列２０の下方には、オイルパン３６が設置され、このオイルパン３６によって前記ワイヤ列２０に供給されたスラリが回収される。オイルパン３６の内側には、傾斜面が形成されており、傾斜面の下端に回収パイプ３８（図示せず）が接続されている。回収パイプは、先端がスラリ回収タンク４０に接続され、これにより、オイルパン３６に回収されたスラリは、回収パイプを介してスラリ回収タンク４０に貯留される。スラリ回収タンク４０は、スラリを一時的に貯留するタンクであり、スラリ回収タンク４０に貯留されたスラリは、後述するスラリ供給ユニット４４のスラリタンク４６に随時回収される。
【００２０】
スラリ供給ユニット４４は、移動可能な台車４８にスラリタンク４６、熱交換器５０、ポンプ５２及び流量計５４等を搭載して構成される。スラリタンク４６には、図示しないチューブが接続され、このチューブの先端が前記スラリ回収タンク４０の上部のポンプ４１に着脱自在に接続される。これにより、前記スラリ回収タンク４０に貯留されたスラリは、ポンプ４１により汲み上げられてスラリタンク４６に回収される。スラリタンク４６に回収されたスラリは、ポンプ５２で汲み上げられ、ワイヤ列２０の上方に設置したスラリノズル（図示せず）からワイヤ列２０に噴射される。そして、噴射されたスラリは、前述したようにオイルパン３６で回収され、スラリ回収タンク４０を介してスラリタンク４６に戻され、循環供給される。なお、循環供給されるスラリは、熱交換器５０により一定温度に調節されている。
【００２１】
図２は、前記一対のスピンドルブラケット４２、４２の斜視図である。
同図に示すように、前記一対のスピンドルブラケット４２、４２は、対向して配設され、それぞれ４個のスピンドルユニット５６、５６、…が回転自在に支持されている。前記グルーブローラ１８Ａ〜１８Ｄは、このスピンドルユニット５６に挟持され、回転自在に支持されている。
【００２２】
各スピンドルブラケット４２、４２にはそれぞれ、前記スピンドルユニット５６の下方となる位置にガイドレール５８が上下一組ずつ取り付けられている。前記グルーブローラ１８Ａ〜１８Ｄは、このガイドレール５８、５８によって所定の位置までガイドされてスピンドルユニット５６、５６に取り付けられる。
図３、図４及び図５は、本発明の第１の実施の形態の主要構成部の平面図、正面図及び側面図である。
【００２３】
これらの図に示すように、前記ガイドレールのうち上側のガイドレール５８、５８には、それぞれ対向する位置に支持柱６０が垂直に支持され、この支持柱６０の上端には、取付板６２が架設されている。前記支持柱６０の上端には、ネジ穴６０Ａが垂直に穿設され、また、取付板６２の両端には、このネジ穴６０Ａに重なる位置に貫通穴６２Ａが形成されている。そして、前記取付板６２は、先端に雄ネジが形成されたレバー６４を前記貫通穴６２Ａに挿通し、レバー６４の先端を前記ネジ穴６０Ａに螺合することにより、前記支持柱６０に着脱自在に取り付けられる。
【００２４】
前記取付板６２の中央には、センサ６６が取り付けられている。センサ６６は、非接触の状態でワイヤ１４との距離を測定するセンサであり、図５に示したように、無負荷の状態のワイヤ１４Ａと最大許容負荷（後述する基準値の負荷）のかけられた状態のワイヤ１４Ｂとの角度θ0 の半分（即ち、θ0 ／２）だけワイヤ１４の変位方向に傾けて設置される。このようにセンサをθ0 ／２だけ傾けて設置すると、以下の理由により、ワイヤ１４の変位量を精度良く測定することができる。
【００２５】
図６は、センサ６６に対するワイヤ１４の角度とセンサ６６の感度との関係図である。
同図に示すように、センサ６６は、被検査体であるワイヤ１４との角度が大きくなるほど、測定における感度が悪化する。たとえば、センサ６６を傾けずに設置した場合、無負荷の状態（即ち角度０）のワイヤ１４は感度ａで測定されるが、基準値の負荷がかけられた（即ち角度θ0 ）のワイヤ１４は、感度ｃで測定される。このため、センサ６６を傾けずに設置した場合には、基準値の負荷がかけられたワイヤ１４を精度良く測定することができない。
【００２６】
本実施の形態のように、センサ６６をθ0 ／２だけ傾けて設置すると、センサ６６とワイヤ１４との角度差は、無負荷の状態と基準値の負荷がかけられた状態で最大のθ0 ／２となる。したがって、センサ６６は、ワイヤ１４の変位量を感度ａ〜ｂの間で測定することができ、精度良く測定することができる。なお、センサ６６の傾ける角度は、θ0 ／２に限定するものではなく、センサ６６をワイヤ１４の変位する方向にθ0 以下の角度を設けて設置すれば、ワイヤ１４の変位量の測定精度を向上させることができる。
【００２７】
図７は、センサ６６の正面図であり、図３のＡ矢視を示している。また、図８及び図９は、図７で示したセンサ６６の平面図及び側面図である。
これらの図に示すように、センサ６６は、スライド部材６８に支持され、このスライド部材６８は、前記取付板６２に固定された凹状のガイド部材７０によって矢印７２方向にスライド自在に支持されている。スライド部材６８の下部には、調節ツマミ７４が回転自在に支持され、この調節ツマミ７４の上端は、前記ガイド部材７０に形成されたネジ穴７０Ｂに螺合している。これにより、調節ツマミ７４を回動させると、調節ツマミ７４のネジ穴７０Ｂに螺入した量が変化し、調節ツマミ７４を支持するスライド部材６８をガイド部材７０に対してスライドさせることができる。
【００２８】
また、前記スライド部材６８は、側面に一対のボルト７６、７６が螺着され、前記ガイド部材７０には、このボルト７６、７６が係合する上下方向の長穴７０Ｃ、７０Ｃが形成されている。したがって、前記スライド部材６８は、ボルト７６、７６を緩めることによってボルト７６が長穴７０Ｃ内を動く範囲でスライド自在になり、ボルト７６、７６を締め込むことによってガイド部材７０に固定される。このようにボルト７６によってセンサ６６は位置調節することができ、ワイヤ列２０の下方の所定の位置に位置決めして設置される。これにより、センサ６６は、無負荷状態でのワイヤ１４Ａとセンサ６６との距離が予め認識された所定の位置に配置することができ、センサ６６でワイヤ１４までの距離を測定することにより、ワイヤ１４の変位量（撓み量）を求めることができる。
【００２９】
前記センサ６６は、ワイヤ１４との距離を測定するものであれば何でも良く、例えば、近接センサである渦電流型変位計が用いられる。この渦電流型変位計は、高周波電流の流れるコイルに導体を近づけると、渦電流が発生してコイルのインピーダンスが実効的に減少することを利用したものであり、上述したセンサ６６の場合、円柱状の検出部６６Ａに高周波電流の流れるコイルが内蔵されている。この検出部６６Ａには、プラスチックやセラミック等の非電導性材料で形成された筒状のカバー７８が外嵌されている。カバー７８は、その先端が検出部６６Ａの先端よりも突出するように取り付けられ、これにより、検出部６６Ａを変位したワイヤ１４やスラリから保護することができる。また、前記カバー７８は、非電導性材料で形成されているので、センサ６６の測定に影響することなく、検出部６６Ａを保護することができる。
【００３０】
また、前記センサ６６は、ワイヤソー１０に設けた制御部（図示せず）に信号ケーブル６６Ｂを介して接続され、ワイヤ１４が変位すると、それを感知した信号が電圧値の変動として制御部に出力される。制御部は、センサ６６から電圧値の信号が出力されると、図１０に示すデータテーブルに基づいて、電圧値の信号をワイヤ１４の変位量に換算する。前記データテーブルは、前記ワイヤ１４を変位させた際にその変位量に対してセンサ６６の出力値がどのように変化するかを予め測定して作成される。このように予めデータテーブルを作成し、このデータテーブルに基づいてワイヤ１４の変位量を補正するので、測定するワイヤ１４の傾斜角度が変化する場合であっても、ワイヤ１４の変位量を精度良く測定することができる。また、ワイヤ１４のように検査面積の小さいものであってもワイヤ１４の変位量を精度良く測定することができる。
【００３１】
前記制御部は、ワイヤ１４の変位量が測定されると、後述する数式でワイヤ１４の切断負荷を演算し、この演算値と予め入力された基準値とを比較する。そして、制御部は、この比較結果に基づいてワークフィードテーブル３０の駆動装置３３にインゴットの送り速度を制御する信号を出力する。たとえば、ワイヤ１４による切断負荷が基準値よりも大きい場合には、インゴットの送り速度を減少させる信号を出力し、切断負荷が基準値よりも小さい場合には、インゴットの送り速度を増加させる信号を出力する。ワイヤ１４による切断負荷は、インゴットの送り速度とともに増減するので、上記の如く制御することにより、切断負荷を基準値にすることができる。なお、前記基準値は、インゴットを精度良く切断できる切断負荷を実験等により求め、予め制御部に入力される。
【００３２】
次に、前記切断負荷を求めるための演算式について説明する。
図１１は、演算式を説明する説明図である。
同図において、ワイヤ１４による切断負荷をＰ、無負荷（即ち、切断負荷Ｐ＝０）の状態でのワイヤの張力をｔ、センサ６６でワイヤ１４との距離を測定することにより求められるワイヤの変位量（無負荷の状態のワイヤからの変位量）をε、センサ６６からグルーブローラ１８Ａの中心までの距離をＡとすると、以下の（１）式が成立する。
【００３３】
Ｐ／２：ｔ＝ε：Ａ …（１）
この（１）式より、Ｐを以下の（２）式で表すことができる。
Ｐ＝２εｔ／Ａ …（２）
ここで、Ａ及びｔは、予め測定可能な一定値なので、切断負荷Ｐは、ワイヤ１４の変位量εを測定することにより求まる。
【００３４】
なお、インゴットの最大直径部に接する垂線上のワイヤの撓み量（変位量）をδy 、インゴットの最大直径をＤとすると、センサ６６で求めた変位量εから撓み量δy の値が次式により求まる。
δy ＝ε（Ｌ−Ｄ）／２Ａ …（３）
したがって、精度良くインゴットを切断できるワイヤ１４の撓み量が経験により認識されている場合には、（３）式を利用して変位量εを撓み量δy に変換し、撓み量δy を制御してもよい。
【００３５】
また、切断負荷Ｐは、無負荷のワイヤ１４Ａと負荷のかけられたワイヤ１４Ｃとの角度θにより、Ｐ＝２ｔ・tan θ、として求められるので、θを求めて制御してもよい。この場合、センサ６６を２個以上設置してθを求めたり、センサ６６として超音波センサや光センサを使用してθを求めてもよい。
上記の如く構成された前記ワイヤソー１０の作用は次の通りである。
【００３６】
まず、インゴットをワークフィードテーブル３０の下部に装着する。次に、モータ２８を駆動してワイヤリール１２を高速回転させるとともにモータ２６を駆動してグルーブローラ１８Ｃを高速回転させ、ワイヤ１４を高速で往復走行させる。そして、ワイヤ１４の走行が安定したところで、ワークフィードテーブル３０を下降させ、走行するワイヤ列２０にインゴットを押し当てる。この際、ワイヤ列２０とインゴットとの接触部には、図示しないノズルからスラリが供給され、インゴットは、このスラリ中に含有される砥粒のラッピング作用で多数枚のウェーハに切断される。
【００３７】
インゴットの切断中、ワイヤ列２０を形成するワイヤ１４は、インゴットの切断抵抗によって下方に撓んで（変位して）しまう。前記切断抵抗は、インゴットの形状に応じて変化し、たとえば、円柱状のインゴットを切断する場合、切断抵抗は、切断開始位置から切断中間位置にかけて増加し、その後は切断終了位置まで減少する。そして、ワークの切断抵抗が変化すると、その切断抵抗の変化に応じてワイヤ１４の変位量も変化する。
【００３８】
センサ６６は、このワイヤ１４の変位量を測定し、その測定値を制御部（図示せず）に出力する。
制御部は、まず、センサ６６からワイヤ１４の変位量が出力されると、上述した（２）式により切断負荷Ｐを演算する。そして、制御部は、演算された切断負荷Ｐと予め入力された基準値とを比較し、その比較結果に基づいてワークフィードテーブル３０の昇降速度を調節する信号を駆動装置３３に出力する。たとえば、切断負荷Ｐが基準値と等しい場合、インゴットの切断は適正に行われているので、インゴットの送り速度をそのまま維持する。また、切断負荷Ｐが基準値よりも大きい場合は、インゴットの送り速度を低下させ、切断負荷Ｐが基準値よりも小さい場合は、インゴットの送り速度を増加させる。切断負荷Ｐは、インゴットの送り速度とともに増減するので、上記の如く制御することにより、切断負荷Ｐを基準値に調整することができる。
【００３９】
このように、第１の実施の形態のワイヤソー１０では、常に適切な切断負荷Ｐ0 の下で加工を行うことができるので、インゴットを精度良く切断することができる。
また、第１の実施の形態のワイヤソー１０では、ワイヤ１４の撓み量から切断負荷Ｐを演算し、この切断負荷Ｐによりインゴットの送り速度を制御しているので、たとえばインゴットの材料の種類を変更した際にもその材料における適切な切断負荷を調べるだけで簡単に対応することができる。
【００４０】
また、ワイヤソー１０では、前記センサ６６が、取付板６２や支持柱５８等を介してスピンドルブラケット４２に支持されているので、センサ６６をワイヤ列２０に対して簡単に位置決めして配設することができる。さらにセンサ６６を設置した取付板６２がレバー６４によって支持柱５８に着脱自在に取り付けられているので、センサ６６の取り付け及び取り外しを容易に行うことができる。これにより、センサ６６の取り外し及び取り付けを必要とするワイヤ１４の交換作業やグルーブローラ１８Ａ〜１８Ｄの交換作業を効率良く行うことができる。
【００４１】
また、ワイヤソー１０では、センサ６６で測定したワイヤ１４の変位量を予め作成したデータテーブルに基づいて補正するので、傾斜角度の変化するワイヤ１４を精度良く測定することができる。
次に本発明の第２の実施の形態のワイヤソーについて説明する。
図１２及び図１３は、第２の実施の形態のワイヤソーの主要部を示す正面図及び側面図である。
【００４２】
これらの図に示すように、第２の実施の形態のワイヤソーは、センサ６６がワイヤ列２０を形成するワイヤ１４の上方に配設されている。即ち、取付板６２がワイヤ列２０の上方に設置され、センサ６６は、この取付板６２に下向きに取り付けられている。また、センサ６６は、取付板６２にエアシリンダ等の昇降装置８２（駆動手段及び退避手段に相当）を介して取り付けられ、該昇降装置８２によって上下移動するように構成されている。即ち、センサ６６を支持するガイド部材８４は、支持部材８６に取り付けられ、この支持部材８６が昇降装置８２のロッド８８の先端に固定されている。また、昇降装置８２には、図示しないエンコーダ（計測手段に相当）が設置され、前記センサ６６の昇降量を測定できるように構成されている。
【００４３】
前記センサ６６、昇降装置８２及びエンコーダは、信号ケーブルを介して制御部（図示せず）に接続される。制御部は、センサ６６及びエンコーダから測定値が出力されると、切断負荷Ｐを演算し、切断負荷Ｐが基準値になるようにインゴットの送り速度を調節する。また、制御部は、ワイヤ１４とセンサ６６との間隔が不適切である場合には、昇降装置８２を駆動してセンサ６６とワイヤ１４との間隔を調節する。ここで、ワイヤ１４とセンサ６６との間隔が不適切である場合とは、センサ６６からワイヤ１４までの距離が遠過ぎて（または近過ぎて）センサ６６がワイヤ１４までの距離を精度良く測定できなくなった場合を示している。
【００４４】
なお、図１２及び図１３において、９０は昇降装置８２のケーシングであり、９２はロッド８８を昇降させる作動流体の配管であり、９４はセンサ６６を上下に位置調節する調節ねじである。
前記の如く構成された第２の実施の形態のワイヤソーでは、制御部は、変位したワイヤに合わせて昇降装置８２でセンサ６６の位置を調節しながら、切断負荷が一定になるようにインゴットの送り速度を調節する。このように、ワイヤソーでは、変位したワイヤ１４に合わせてセンサ６６の位置を調節したので、センサ６６は、ワイヤ１４の変位を広い範囲で精度良く測定することができる。
【００４５】
また、第２の実施の形態のワイヤソーでは、切断が終了したインゴットをワイヤ列２０から後退させる場合に、制御部が昇降装置８２を制御して、センサ６６とワイヤ１４とを離間させる。これにより、後退させるインゴットに引きずられたワイヤ１４がセンサ６６に接触して、センサ６６を傷つけることがない。
また、上述したワイヤソーでは、センサ６６がワイヤ列２０の上方に配設されているので、スラリがセンサ６６の検出部６６Ａに付着しにくく、ワイヤの変位量を精度良く測定することができる。
【００４６】
また、ワイヤソーでは、ワイヤ列２０に対し、センサ６６がインゴットの送り方向と反対方向に配設されているので、変位したワイヤ１４がセンサ６６に接触してセンサ６６を損傷することがない。
なお、上述した実施の形態では、センサ６６として渦電流型変位計を用いたが、これに限定するものではなく、ワイヤ１４の変位量を測定できるのであれば何でも良い。例えば、超音波を利用したセンサ等を用いてワイヤ１４の変位量を検出してもよい。
【００４７】
また、（２）式から分かるように、ワイヤ１４の変位量εが一定ならば、切断負荷Ｐも一定である。したがって、切断負荷Ｐを一旦、基準値に合わせた後は、ワイヤ１４の変位量εを一定にするようにインゴットの送り速度を調節しても、インゴットを精度良く切断することができる。
また、上述した実施の形態では、取付板６０の中央にセンサ６６を取り付けたがこれに限定するものではなく、ワイヤ１４の変位量を検出できるのであれば、何処に取り付けてもよい。
【００４８】
また、上述した実施の形態では、遊離砥粒ワイヤソーの例で説明したが、これに限定するものではなく、固定砥粒ワイヤソーで用いてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のワイヤソーの制御方法及びワイヤソーによれば、ワイヤの変位量を測定し、測定したワイヤの変位量及びワイヤの初期張力に基づいて切断負荷を算出し、算出した切断負荷を基準値と比較してワークの送り速度を制御するので、切断負荷即ちワイヤの撓みの変動を抑えることができ、ワークを確実に精度良く切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るワイヤソーの全体構成図
【図２】図１に示したブラケットの斜視図
【図３】本発明の主要構成部の平面図
【図４】図２に示した主要構成部の正面図
【図５】図３に示した主要構成部の側面図
【図６】センサの感度とワイヤの角度との関係図
【図７】図２に示したセンサの正面図
【図８】図７に示したセンサの側面図
【図９】図７に示したセンサの平面図
【図１０】センサの出力値補正用のデータテーブル
【図１１】制御負荷の演算方法を説明する説明図
【図１２】本発明の第２の実施の形態のワイヤソーの主要部を示す正面図
【図１３】図１２に示した主要部の側面図
【符号の説明】
１０…ワイヤソー
１４…ワイヤ
１８Ａ〜１８Ｄ…グルーブローラ
２０…ワイヤ列
４２…スピンドルブラケット
６６…センサ
７８…カバー
【発明の属する技術分野】
本発明はワイヤソーの制御方法及びワイヤソーに係り、特にシリコン、ガラス、セラミック等のワークを多数枚のウェーハに切断するワイヤソーの制御方法及びワイヤソーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤソーは、複数個のグルーブローラにワイヤを巻き掛けてワイヤ列を形成し、このワイヤを高速で走行させるとともに前記ワイヤ列にワークを押し付けることにより、ワークを薄板状のウェーハに切断する装置である。このワイヤソーで円柱状のワークを切断する場合、切断開始位置や切断終了位置と切断中間位置とでは、切断長が異なるので、ワイヤにかかる切断抵抗が変動する。この現象によって、ワイヤの撓み量（ワークの送り方向におけるワイヤの変位量）が変動する。ワイヤの撓み量が変動すると、走行するワイヤの軌道が安定せず、ワークの切断精度が悪化するという問題が発生する。
【０００３】
そこで、従来のワイヤソーでは、ワーク切断位置に応じた切断抵抗を予め予想し、その予想に基づいてワークの送り速度を制御することにより、ワイヤの撓みを変動させないで切断していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワイヤにかかる切断抵抗は、ワークの形状や送り速度等の様々な条件によって変化するため、前記切断抵抗を正確に予測することは困難であるという欠点があった。このため、従来のワイヤソーでは、ワークを精度良く切断することができなかった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ワークを精度良く切断することのできるワイヤソーの制御方法及びワイヤソーを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、ワイヤを複数個のグルーブローラに巻き掛けてワイヤ列を形成し、前記ワイヤを走行させるとともに前記ワイヤ列に加工液を供給しながらワークを押しつけることにより、該ワークを多数のウェーハに切断するワイヤソーの制御方法において、前記ワークの切断中における、前記ワイヤ列を形成するワイヤの変位量を測定し、前記測定した変位量及び前記ワイヤの初期張力に基づいて、前記ワイヤ列にかかる切断負荷を算出し、前記算出した切断負荷と予め設定された基準値とを比較し、その比較結果に基づいて前記ワークの送り速度を制御しながら前記ワークを切断することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は前記目的を達成するために、ワイヤを複数個のグルーブローラに巻き掛けてワイヤ列を形成し、前記ワイヤを走行させるとともに前記ワイヤ列に加工液を供給しながらワークを押しつけることにより、該ワークを多数のウェーハに切断するワイヤソーにおいて、前記ワークの切断中における、前記ワイヤ列を形成するワイヤの変位量を測定するセンサと、前記ワークを前記ワイヤ列に対して進退移動させるワーク送り手段と、前記センサで測定された変位量及び前記ワイヤの初期張力に基づいてワイヤ列にかかる切断負荷を算出し、該算出された切断負荷と予め設定された基準値とを比較し、その比較結果に基づいて前記ワーク送り手段によるワーク送り速度を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、ワイヤの撓み量が切断負荷（ワークの送り方向と反対方向にワークにかかる負荷）に依存することに着目し、この切断負荷に基づいてワークの切断を制御するものである。
請求項１及び２の発明によれば、ワイヤの変位量を測定し、測定したワイヤの撓み量及びワイヤの初期張力からワイヤの切断負荷を算出し、算出した切断負荷を基準値と比較し、その比較結果に基づいてワークの送り速度を制御する。たとえば、切断負荷を常に基準値となるように制御すると、ワークを精度良く切断することができる。また、本発明は、前記切断負荷をワイヤの変位量とワイヤの初期張力によって算出しているので、ワイヤの初期張力を変更しても正確に演算することができる。
【０００９】
請求項３の発明によれば、センサをワイヤ列に対して進退移動させる駆動手段と、センサの進退量を計測する計測手段とを設け、前記ワイヤ列のワイヤの位置に応じて前記センサを前記駆動手段によって進退させるるとともに、前記計測手段の計測値と前記センサの測定値に基づいて前記ワイヤの変位量を算出する。これにより、ワイヤの変位量の測定範囲を拡大させることができ、ワイヤの変位量が大きい場合にも対応することができる。
【００１０】
請求項４の発明によれば、センサをワイヤ列の上方に配設したので、ワイヤ列に供給した加工液、たとえばスラリがセンサに付着しにくい。したがって、スラリの悪影響を受けることなく、ワイヤの変位量をセンサで測定することができる。
請求項５の発明によれば、切断中に前記ワイヤ列に対して前記ワイヤが変位する側と反対側にセンサを配設したので、変位したワイヤがセンサに接触してセンサを損傷することがない。また、センサをワイヤ列に対して退避させる退避手段を設け、切断したワークをワイヤ列から後退させる際に前記退避手段でセンサをワイヤ列から退避させたので、後退させたワークに引きずられて逆方向に変位したワイヤがセンサに接触してセンサを傷つけることがない。
【００１１】
請求項６の発明によれば、前記複数のグルーブローラがブラケットに支持され、このブラケットに前記センサが取り付けられている。したがって、前記複数のグルーブローラにワイヤを巻きかけて形成したワイヤ列に対する、センサの位置調節を簡単に行うことができる。
請求項７の発明によれば、センサの検出部にカバーを取り付けたので、変位したワイヤから検出部を保護することができる。
【００１２】
請求項８の発明によれば、センサをワイヤの変位方向に所定の角度、たとえばセンサとして渦電流型変位計を用いた場合には、無負荷のワイヤと許容最大の負荷がかけられたワイヤとの角度の半分だけ、ワイヤの変位方向に予め傾けて設置する。前記センサは、通常、センサに対して被検査体（ワイヤ）の角度が大きくなるにつれて感度が低下する。本発明は、センサを予めワイヤの変位方向に傾けて設置するので、ワイヤが変位して角度が変化しても高感度の領域でセンサを使用して、ワイヤの変位量を測定することができる。
【００１３】
請求項９の発明によれば、センサで測定されるワイヤの変位量は、センサに対するワイヤの距離の実測値に基づいて予め補正される。前記ワイヤは、非接触型センサの一般的な被検出体に対し、単位面積中に存在する面積割合が小さいので、従来は、ワイヤの変位量を精度良く測定することは困難であった。そこで、たとえば、実際にセンサを取り付けた（使用状態と同じ）状態で、センサを上下にスライドさせて採取したデータから、ワイヤの変位量とセンサの出力値とのデータテーブルを予め作成し、そのデータテーブルに基づいて前記センサの出力値をワイヤの変位量に換算する。これにより、ワイヤとセンサの距離は正確に測定され、ワイヤの変位量は精度良く測定される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係るワイヤソーの制御方法及びワイヤソーの実施の形態について詳説する。
まず、本発明の第１の実施の形態のワイヤソー１０の全体構成について説明する。
【００１５】
図１に示すように、ワイヤソー１０には、ワイヤリール１２が設けられ、このワイヤリール１２に巻かれたワイヤ１４は、多数のガイドローラ１６、１６…、で形成される一方側のワイヤ走行路を経て４本のグルーブローラ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄに複数回巻き掛けられ、ワイヤ１４同士が平行なワイヤ列２０を形成する。ワイヤ列２０を形成したワイヤ１４は、ワイヤ列２０を挟んで左右対称に形成されるとともに前記一方側のワイヤ走行路と同一構造の他方側のワイヤ走行路を経て、図示しないワイヤリールに巻き取られる。
【００１６】
前記ワイヤ列２０の両側に形成されるワイヤ走行路には、それぞれワイヤ案内装置２２及びダンサローラ２４が配設され（一方側のみ図示）、ワイヤ案内装置２２によって、ワイヤ１４がワイヤリール１２から一定ピッチで巻き取りまたは送り出される。また、ダンサローラ２４には、所定重量のウェイト（図示せず）が架設され、このウェイトによって走行するワイヤ１４に一定の張力が付与される。また、ワイヤ走行路には、ワイヤ洗浄装置（図示せず）が設けられ、このワイヤ洗浄装置において走行するワイヤ１４に洗浄液を噴射することによりワイヤ１４に付着したスラリがワイヤ１４から除去される。
【００１７】
前記ワイヤ１４が巻きかけられた４本のグルーブローラ１８Ａ〜１８Ｄは、その両端が対向する一対のスピンドルブラケット４２、４２に回転自在に支持され、各々の回転中心を結んだ時にその形状が矩形状となる位置に配設されている。前記一対のスピンドルブラケット４２、４２は、後述するオイルパン３６の上部に設置されている。
【００１８】
また、前記グルーブローラ１８Ｃ及び前記一対のワイヤリール１２は、それぞれ正逆回転可能なモータ２６、２８に連結されている。前記ワイヤ１４は、これらのモータ２６、２８を駆動することにより、一対のワイヤリール１２間を高速で往復走行する。
前記ワイヤ列２０の上方には、ワークフィードテーブル３０がフィードベース３２に上下にスライド自在に取り付けられ、フィードベース３２に設けた駆動装置３３によりワークフィードテーブル３０は前記ワイヤ列２０に対して垂直に昇降移動する。また、ワークフィードテーブル３０の下部には、図示しないインゴットが結晶方位合わせした状態で保持される。
【００１９】
前記ワイヤ列２０の下方には、オイルパン３６が設置され、このオイルパン３６によって前記ワイヤ列２０に供給されたスラリが回収される。オイルパン３６の内側には、傾斜面が形成されており、傾斜面の下端に回収パイプ３８（図示せず）が接続されている。回収パイプは、先端がスラリ回収タンク４０に接続され、これにより、オイルパン３６に回収されたスラリは、回収パイプを介してスラリ回収タンク４０に貯留される。スラリ回収タンク４０は、スラリを一時的に貯留するタンクであり、スラリ回収タンク４０に貯留されたスラリは、後述するスラリ供給ユニット４４のスラリタンク４６に随時回収される。
【００２０】
スラリ供給ユニット４４は、移動可能な台車４８にスラリタンク４６、熱交換器５０、ポンプ５２及び流量計５４等を搭載して構成される。スラリタンク４６には、図示しないチューブが接続され、このチューブの先端が前記スラリ回収タンク４０の上部のポンプ４１に着脱自在に接続される。これにより、前記スラリ回収タンク４０に貯留されたスラリは、ポンプ４１により汲み上げられてスラリタンク４６に回収される。スラリタンク４６に回収されたスラリは、ポンプ５２で汲み上げられ、ワイヤ列２０の上方に設置したスラリノズル（図示せず）からワイヤ列２０に噴射される。そして、噴射されたスラリは、前述したようにオイルパン３６で回収され、スラリ回収タンク４０を介してスラリタンク４６に戻され、循環供給される。なお、循環供給されるスラリは、熱交換器５０により一定温度に調節されている。
【００２１】
図２は、前記一対のスピンドルブラケット４２、４２の斜視図である。
同図に示すように、前記一対のスピンドルブラケット４２、４２は、対向して配設され、それぞれ４個のスピンドルユニット５６、５６、…が回転自在に支持されている。前記グルーブローラ１８Ａ〜１８Ｄは、このスピンドルユニット５６に挟持され、回転自在に支持されている。
【００２２】
各スピンドルブラケット４２、４２にはそれぞれ、前記スピンドルユニット５６の下方となる位置にガイドレール５８が上下一組ずつ取り付けられている。前記グルーブローラ１８Ａ〜１８Ｄは、このガイドレール５８、５８によって所定の位置までガイドされてスピンドルユニット５６、５６に取り付けられる。
図３、図４及び図５は、本発明の第１の実施の形態の主要構成部の平面図、正面図及び側面図である。
【００２３】
これらの図に示すように、前記ガイドレールのうち上側のガイドレール５８、５８には、それぞれ対向する位置に支持柱６０が垂直に支持され、この支持柱６０の上端には、取付板６２が架設されている。前記支持柱６０の上端には、ネジ穴６０Ａが垂直に穿設され、また、取付板６２の両端には、このネジ穴６０Ａに重なる位置に貫通穴６２Ａが形成されている。そして、前記取付板６２は、先端に雄ネジが形成されたレバー６４を前記貫通穴６２Ａに挿通し、レバー６４の先端を前記ネジ穴６０Ａに螺合することにより、前記支持柱６０に着脱自在に取り付けられる。
【００２４】
前記取付板６２の中央には、センサ６６が取り付けられている。センサ６６は、非接触の状態でワイヤ１４との距離を測定するセンサであり、図５に示したように、無負荷の状態のワイヤ１４Ａと最大許容負荷（後述する基準値の負荷）のかけられた状態のワイヤ１４Ｂとの角度θ0 の半分（即ち、θ0 ／２）だけワイヤ１４の変位方向に傾けて設置される。このようにセンサをθ0 ／２だけ傾けて設置すると、以下の理由により、ワイヤ１４の変位量を精度良く測定することができる。
【００２５】
図６は、センサ６６に対するワイヤ１４の角度とセンサ６６の感度との関係図である。
同図に示すように、センサ６６は、被検査体であるワイヤ１４との角度が大きくなるほど、測定における感度が悪化する。たとえば、センサ６６を傾けずに設置した場合、無負荷の状態（即ち角度０）のワイヤ１４は感度ａで測定されるが、基準値の負荷がかけられた（即ち角度θ0 ）のワイヤ１４は、感度ｃで測定される。このため、センサ６６を傾けずに設置した場合には、基準値の負荷がかけられたワイヤ１４を精度良く測定することができない。
【００２６】
本実施の形態のように、センサ６６をθ0 ／２だけ傾けて設置すると、センサ６６とワイヤ１４との角度差は、無負荷の状態と基準値の負荷がかけられた状態で最大のθ0 ／２となる。したがって、センサ６６は、ワイヤ１４の変位量を感度ａ〜ｂの間で測定することができ、精度良く測定することができる。なお、センサ６６の傾ける角度は、θ0 ／２に限定するものではなく、センサ６６をワイヤ１４の変位する方向にθ0 以下の角度を設けて設置すれば、ワイヤ１４の変位量の測定精度を向上させることができる。
【００２７】
図７は、センサ６６の正面図であり、図３のＡ矢視を示している。また、図８及び図９は、図７で示したセンサ６６の平面図及び側面図である。
これらの図に示すように、センサ６６は、スライド部材６８に支持され、このスライド部材６８は、前記取付板６２に固定された凹状のガイド部材７０によって矢印７２方向にスライド自在に支持されている。スライド部材６８の下部には、調節ツマミ７４が回転自在に支持され、この調節ツマミ７４の上端は、前記ガイド部材７０に形成されたネジ穴７０Ｂに螺合している。これにより、調節ツマミ７４を回動させると、調節ツマミ７４のネジ穴７０Ｂに螺入した量が変化し、調節ツマミ７４を支持するスライド部材６８をガイド部材７０に対してスライドさせることができる。
【００２８】
また、前記スライド部材６８は、側面に一対のボルト７６、７６が螺着され、前記ガイド部材７０には、このボルト７６、７６が係合する上下方向の長穴７０Ｃ、７０Ｃが形成されている。したがって、前記スライド部材６８は、ボルト７６、７６を緩めることによってボルト７６が長穴７０Ｃ内を動く範囲でスライド自在になり、ボルト７６、７６を締め込むことによってガイド部材７０に固定される。このようにボルト７６によってセンサ６６は位置調節することができ、ワイヤ列２０の下方の所定の位置に位置決めして設置される。これにより、センサ６６は、無負荷状態でのワイヤ１４Ａとセンサ６６との距離が予め認識された所定の位置に配置することができ、センサ６６でワイヤ１４までの距離を測定することにより、ワイヤ１４の変位量（撓み量）を求めることができる。
【００２９】
前記センサ６６は、ワイヤ１４との距離を測定するものであれば何でも良く、例えば、近接センサである渦電流型変位計が用いられる。この渦電流型変位計は、高周波電流の流れるコイルに導体を近づけると、渦電流が発生してコイルのインピーダンスが実効的に減少することを利用したものであり、上述したセンサ６６の場合、円柱状の検出部６６Ａに高周波電流の流れるコイルが内蔵されている。この検出部６６Ａには、プラスチックやセラミック等の非電導性材料で形成された筒状のカバー７８が外嵌されている。カバー７８は、その先端が検出部６６Ａの先端よりも突出するように取り付けられ、これにより、検出部６６Ａを変位したワイヤ１４やスラリから保護することができる。また、前記カバー７８は、非電導性材料で形成されているので、センサ６６の測定に影響することなく、検出部６６Ａを保護することができる。
【００３０】
また、前記センサ６６は、ワイヤソー１０に設けた制御部（図示せず）に信号ケーブル６６Ｂを介して接続され、ワイヤ１４が変位すると、それを感知した信号が電圧値の変動として制御部に出力される。制御部は、センサ６６から電圧値の信号が出力されると、図１０に示すデータテーブルに基づいて、電圧値の信号をワイヤ１４の変位量に換算する。前記データテーブルは、前記ワイヤ１４を変位させた際にその変位量に対してセンサ６６の出力値がどのように変化するかを予め測定して作成される。このように予めデータテーブルを作成し、このデータテーブルに基づいてワイヤ１４の変位量を補正するので、測定するワイヤ１４の傾斜角度が変化する場合であっても、ワイヤ１４の変位量を精度良く測定することができる。また、ワイヤ１４のように検査面積の小さいものであってもワイヤ１４の変位量を精度良く測定することができる。
【００３１】
前記制御部は、ワイヤ１４の変位量が測定されると、後述する数式でワイヤ１４の切断負荷を演算し、この演算値と予め入力された基準値とを比較する。そして、制御部は、この比較結果に基づいてワークフィードテーブル３０の駆動装置３３にインゴットの送り速度を制御する信号を出力する。たとえば、ワイヤ１４による切断負荷が基準値よりも大きい場合には、インゴットの送り速度を減少させる信号を出力し、切断負荷が基準値よりも小さい場合には、インゴットの送り速度を増加させる信号を出力する。ワイヤ１４による切断負荷は、インゴットの送り速度とともに増減するので、上記の如く制御することにより、切断負荷を基準値にすることができる。なお、前記基準値は、インゴットを精度良く切断できる切断負荷を実験等により求め、予め制御部に入力される。
【００３２】
次に、前記切断負荷を求めるための演算式について説明する。
図１１は、演算式を説明する説明図である。
同図において、ワイヤ１４による切断負荷をＰ、無負荷（即ち、切断負荷Ｐ＝０）の状態でのワイヤの張力をｔ、センサ６６でワイヤ１４との距離を測定することにより求められるワイヤの変位量（無負荷の状態のワイヤからの変位量）をε、センサ６６からグルーブローラ１８Ａの中心までの距離をＡとすると、以下の（１）式が成立する。
【００３３】
Ｐ／２：ｔ＝ε：Ａ …（１）
この（１）式より、Ｐを以下の（２）式で表すことができる。
Ｐ＝２εｔ／Ａ …（２）
ここで、Ａ及びｔは、予め測定可能な一定値なので、切断負荷Ｐは、ワイヤ１４の変位量εを測定することにより求まる。
【００３４】
なお、インゴットの最大直径部に接する垂線上のワイヤの撓み量（変位量）をδy 、インゴットの最大直径をＤとすると、センサ６６で求めた変位量εから撓み量δy の値が次式により求まる。
δy ＝ε（Ｌ−Ｄ）／２Ａ …（３）
したがって、精度良くインゴットを切断できるワイヤ１４の撓み量が経験により認識されている場合には、（３）式を利用して変位量εを撓み量δy に変換し、撓み量δy を制御してもよい。
【００３５】
また、切断負荷Ｐは、無負荷のワイヤ１４Ａと負荷のかけられたワイヤ１４Ｃとの角度θにより、Ｐ＝２ｔ・tan θ、として求められるので、θを求めて制御してもよい。この場合、センサ６６を２個以上設置してθを求めたり、センサ６６として超音波センサや光センサを使用してθを求めてもよい。
上記の如く構成された前記ワイヤソー１０の作用は次の通りである。
【００３６】
まず、インゴットをワークフィードテーブル３０の下部に装着する。次に、モータ２８を駆動してワイヤリール１２を高速回転させるとともにモータ２６を駆動してグルーブローラ１８Ｃを高速回転させ、ワイヤ１４を高速で往復走行させる。そして、ワイヤ１４の走行が安定したところで、ワークフィードテーブル３０を下降させ、走行するワイヤ列２０にインゴットを押し当てる。この際、ワイヤ列２０とインゴットとの接触部には、図示しないノズルからスラリが供給され、インゴットは、このスラリ中に含有される砥粒のラッピング作用で多数枚のウェーハに切断される。
【００３７】
インゴットの切断中、ワイヤ列２０を形成するワイヤ１４は、インゴットの切断抵抗によって下方に撓んで（変位して）しまう。前記切断抵抗は、インゴットの形状に応じて変化し、たとえば、円柱状のインゴットを切断する場合、切断抵抗は、切断開始位置から切断中間位置にかけて増加し、その後は切断終了位置まで減少する。そして、ワークの切断抵抗が変化すると、その切断抵抗の変化に応じてワイヤ１４の変位量も変化する。
【００３８】
センサ６６は、このワイヤ１４の変位量を測定し、その測定値を制御部（図示せず）に出力する。
制御部は、まず、センサ６６からワイヤ１４の変位量が出力されると、上述した（２）式により切断負荷Ｐを演算する。そして、制御部は、演算された切断負荷Ｐと予め入力された基準値とを比較し、その比較結果に基づいてワークフィードテーブル３０の昇降速度を調節する信号を駆動装置３３に出力する。たとえば、切断負荷Ｐが基準値と等しい場合、インゴットの切断は適正に行われているので、インゴットの送り速度をそのまま維持する。また、切断負荷Ｐが基準値よりも大きい場合は、インゴットの送り速度を低下させ、切断負荷Ｐが基準値よりも小さい場合は、インゴットの送り速度を増加させる。切断負荷Ｐは、インゴットの送り速度とともに増減するので、上記の如く制御することにより、切断負荷Ｐを基準値に調整することができる。
【００３９】
このように、第１の実施の形態のワイヤソー１０では、常に適切な切断負荷Ｐ0 の下で加工を行うことができるので、インゴットを精度良く切断することができる。
また、第１の実施の形態のワイヤソー１０では、ワイヤ１４の撓み量から切断負荷Ｐを演算し、この切断負荷Ｐによりインゴットの送り速度を制御しているので、たとえばインゴットの材料の種類を変更した際にもその材料における適切な切断負荷を調べるだけで簡単に対応することができる。
【００４０】
また、ワイヤソー１０では、前記センサ６６が、取付板６２や支持柱５８等を介してスピンドルブラケット４２に支持されているので、センサ６６をワイヤ列２０に対して簡単に位置決めして配設することができる。さらにセンサ６６を設置した取付板６２がレバー６４によって支持柱５８に着脱自在に取り付けられているので、センサ６６の取り付け及び取り外しを容易に行うことができる。これにより、センサ６６の取り外し及び取り付けを必要とするワイヤ１４の交換作業やグルーブローラ１８Ａ〜１８Ｄの交換作業を効率良く行うことができる。
【００４１】
また、ワイヤソー１０では、センサ６６で測定したワイヤ１４の変位量を予め作成したデータテーブルに基づいて補正するので、傾斜角度の変化するワイヤ１４を精度良く測定することができる。
次に本発明の第２の実施の形態のワイヤソーについて説明する。
図１２及び図１３は、第２の実施の形態のワイヤソーの主要部を示す正面図及び側面図である。
【００４２】
これらの図に示すように、第２の実施の形態のワイヤソーは、センサ６６がワイヤ列２０を形成するワイヤ１４の上方に配設されている。即ち、取付板６２がワイヤ列２０の上方に設置され、センサ６６は、この取付板６２に下向きに取り付けられている。また、センサ６６は、取付板６２にエアシリンダ等の昇降装置８２（駆動手段及び退避手段に相当）を介して取り付けられ、該昇降装置８２によって上下移動するように構成されている。即ち、センサ６６を支持するガイド部材８４は、支持部材８６に取り付けられ、この支持部材８６が昇降装置８２のロッド８８の先端に固定されている。また、昇降装置８２には、図示しないエンコーダ（計測手段に相当）が設置され、前記センサ６６の昇降量を測定できるように構成されている。
【００４３】
前記センサ６６、昇降装置８２及びエンコーダは、信号ケーブルを介して制御部（図示せず）に接続される。制御部は、センサ６６及びエンコーダから測定値が出力されると、切断負荷Ｐを演算し、切断負荷Ｐが基準値になるようにインゴットの送り速度を調節する。また、制御部は、ワイヤ１４とセンサ６６との間隔が不適切である場合には、昇降装置８２を駆動してセンサ６６とワイヤ１４との間隔を調節する。ここで、ワイヤ１４とセンサ６６との間隔が不適切である場合とは、センサ６６からワイヤ１４までの距離が遠過ぎて（または近過ぎて）センサ６６がワイヤ１４までの距離を精度良く測定できなくなった場合を示している。
【００４４】
なお、図１２及び図１３において、９０は昇降装置８２のケーシングであり、９２はロッド８８を昇降させる作動流体の配管であり、９４はセンサ６６を上下に位置調節する調節ねじである。
前記の如く構成された第２の実施の形態のワイヤソーでは、制御部は、変位したワイヤに合わせて昇降装置８２でセンサ６６の位置を調節しながら、切断負荷が一定になるようにインゴットの送り速度を調節する。このように、ワイヤソーでは、変位したワイヤ１４に合わせてセンサ６６の位置を調節したので、センサ６６は、ワイヤ１４の変位を広い範囲で精度良く測定することができる。
【００４５】
また、第２の実施の形態のワイヤソーでは、切断が終了したインゴットをワイヤ列２０から後退させる場合に、制御部が昇降装置８２を制御して、センサ６６とワイヤ１４とを離間させる。これにより、後退させるインゴットに引きずられたワイヤ１４がセンサ６６に接触して、センサ６６を傷つけることがない。
また、上述したワイヤソーでは、センサ６６がワイヤ列２０の上方に配設されているので、スラリがセンサ６６の検出部６６Ａに付着しにくく、ワイヤの変位量を精度良く測定することができる。
【００４６】
また、ワイヤソーでは、ワイヤ列２０に対し、センサ６６がインゴットの送り方向と反対方向に配設されているので、変位したワイヤ１４がセンサ６６に接触してセンサ６６を損傷することがない。
なお、上述した実施の形態では、センサ６６として渦電流型変位計を用いたが、これに限定するものではなく、ワイヤ１４の変位量を測定できるのであれば何でも良い。例えば、超音波を利用したセンサ等を用いてワイヤ１４の変位量を検出してもよい。
【００４７】
また、（２）式から分かるように、ワイヤ１４の変位量εが一定ならば、切断負荷Ｐも一定である。したがって、切断負荷Ｐを一旦、基準値に合わせた後は、ワイヤ１４の変位量εを一定にするようにインゴットの送り速度を調節しても、インゴットを精度良く切断することができる。
また、上述した実施の形態では、取付板６０の中央にセンサ６６を取り付けたがこれに限定するものではなく、ワイヤ１４の変位量を検出できるのであれば、何処に取り付けてもよい。
【００４８】
また、上述した実施の形態では、遊離砥粒ワイヤソーの例で説明したが、これに限定するものではなく、固定砥粒ワイヤソーで用いてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のワイヤソーの制御方法及びワイヤソーによれば、ワイヤの変位量を測定し、測定したワイヤの変位量及びワイヤの初期張力に基づいて切断負荷を算出し、算出した切断負荷を基準値と比較してワークの送り速度を制御するので、切断負荷即ちワイヤの撓みの変動を抑えることができ、ワークを確実に精度良く切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るワイヤソーの全体構成図
【図２】図１に示したブラケットの斜視図
【図３】本発明の主要構成部の平面図
【図４】図２に示した主要構成部の正面図
【図５】図３に示した主要構成部の側面図
【図６】センサの感度とワイヤの角度との関係図
【図７】図２に示したセンサの正面図
【図８】図７に示したセンサの側面図
【図９】図７に示したセンサの平面図
【図１０】センサの出力値補正用のデータテーブル
【図１１】制御負荷の演算方法を説明する説明図
【図１２】本発明の第２の実施の形態のワイヤソーの主要部を示す正面図
【図１３】図１２に示した主要部の側面図
【符号の説明】
１０…ワイヤソー
１４…ワイヤ
１８Ａ〜１８Ｄ…グルーブローラ
２０…ワイヤ列
４２…スピンドルブラケット
６６…センサ
７８…カバー
Claims (9)
- ワイヤを複数個のグルーブローラに巻き掛けてワイヤ列を形成し、前記ワイヤを走行させるとともに前記ワイヤ列に加工液を供給しながらワークを押しつけることにより、該ワークを多数のウェーハに切断するワイヤソーの制御方法において、
前記ワークの切断中における、前記ワイヤ列を形成するワイヤの変位量を測定し、
前記測定した変位量及び前記ワイヤの初期張力に基づいて、前記ワイヤ列にかかる切断負荷を算出し、
前記算出した切断負荷と予め設定された基準値とを比較し、その比較結果に基づいて前記ワークの送り速度を制御しながら前記ワークを切断することを特徴とするワイヤソーの制御方法。 - ワイヤを複数個のグルーブローラに巻き掛けてワイヤ列を形成し、前記ワイヤを走行させるとともに前記ワイヤ列に加工液を供給しながらワークを押しつけることにより、該ワークを多数のウェーハに切断するワイヤソーにおいて、
前記ワークの切断中における、前記ワイヤ列を形成するワイヤの変位量を測定するセンサと、
前記ワークを前記ワイヤ列に対して進退移動させるワーク送り手段と、
前記センサで測定された変位量及び前記ワイヤの初期張力に基づいてワイヤ列にかかる切断負荷を算出し、該算出された切断負荷と予め設定された基準値とを比較し、その比較結果に基づいて前記ワーク送り手段によるワーク送り速度を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするワイヤソー。 - 前記ワイヤソーには、前記センサを前記ワイヤ列に対して進退させる駆動手段と、前記センサの進退量を計測する計測手段とが設けられ、前記ワイヤ列を形成するワイヤの位置に応じて前記センサを前記駆動手段で進退させるとともに、前記センサの測定値に前記計測手段で計測したセンサの進退量を加算して前記ワイヤの変位量を算出することを特徴とする請求項２記載のワイヤソー。
- 前記センサは、前記ワイヤ列の上方に配設されたことを特徴とする請求項２または３記載のワイヤソー。
- 前記センサは、前記ワイヤ列に対して前記ワイヤが切断中に変位する側と反対側に配設されるとともに、前記ワイヤソーには、センサを前記ワイヤ列から退避させる退避手段が設けられ、切断が終了したワークを前記ワイヤ列から退避させる際に前記退避手段が前記センサを前記ワイヤ列に対して退避させることを特徴とする請求項２、３または４記載のワイヤソー。
- 前記センサは、前記複数のグルーブローラを回転自在に支持するブラケットに着脱自在に支持されていることを特徴とする請求項２、３、４または５記載のワイヤソー。
- 前記センサの検出部に、検出部を保護するカバーを取り付けたことを特徴とする請求項２、３、４、５または６記載のワイヤソー。
- 前記センサは、前記ワークが押し付けられる前のワイヤ列に対し、ワイヤの変位方向に予め所定の角度で傾けられて取り付けらていることを特徴とする請求項２、３、４、５、６または７記載のワイヤソー。
- 前記センサで測定されるワイヤの変位量は、前記センサに対するワイヤの距離の実測値に基づいて予め補正されることを特徴とする請求項２、３、４、５、６、７または８記載のワイヤソー。
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