JP7011955B2 - ワイヤソーにおける段取り方法及びワイヤソー - Google Patents

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における段取り方法及びワイヤソーに関するものである。

ワイヤソーにおいては、複数の加工用の溝付ローラ間にワイヤが所定ピッチで巻回される。そして、その巻回領域のワイヤに対してワークが加工送りされて、ワークがスライス状に切断され、多数枚のウェーハが削出される。この場合、ワークの両端において削出された端板の厚さが薄いと、その端板が割れたりするおそれがある。このような場合、割れた端板が脱落してワイヤと前記ローラとの間に侵入したり、割れた瞬間ワイヤの張力が大きく変動したりして、加工精度に悪影響が与えられる結果となる。

このため、特許文献１に開示されたワイヤソーにおいては、巻回されたワイヤのワーク切断加工に関与する部分である切断領域の幅をワークの長さより狭くするとともに、その切断領域の両側にはワイヤが周回されていないブランク領域が形成されるようにしている。そして、切断領域の両端のワイヤが、ウェーハの厚さ分以上ワークの長さ方向の中央部側に位置し、ワーク両端から削出される端板の厚さがウェーハの厚さより厚くなるようにしている。

特開２０１７－２１３６２７号公報

しかしながら、特許文献１においては、ワークが長さの異なるものに取り換えられた場合における段取りについては開示されていない。すなわち、ワークの長さに応じて、切断加工前の段取りにおいて、ワークに対するワイヤの切断領域の位置関係を設定する必要がある。しかし、特許文献１には、段取りを容易に行い得る方法については開示されていない。

従って、特許文献１の技術においては、ワークの加工開始前における段取りに手間を要することになる。
本発明の目的は、ワークの長さに対応するワイヤの段取りを容易に行い得るようにしたワイヤソーにおける段取り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段取り方法においては、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、前記ワークの切断開始前に、ワークのワイヤ配列方向における長さの値を記憶部に記憶させ、その記憶値に基いて前記切断領域の端部の位置をワークの端面の内方に位置するように演算するとともに、その演算結果に応じて前記加工用ローラを段取り回転させて前記切断領域の端部の位置を調整することを特徴とする。

従って、本発明のワイヤソーの段取り方法においては、ワークの切断開始前にワークの長さを記憶部に記憶させればよい。このようにすれば、演算によって切断領域の端部位置を自動的に設定させることができて、それに応じて加工用ローラが段取り回転されて、切断領域の端部位置が調整される。従って、ワークの長さに対応する段取りを容易に行うことができる。

本発明のワイヤソーにおいては、ワークを切断加工するためのワイヤが架設状態で周回される複数の溝を有する複数の加工用ローラと、前記加工用ローラを回転させてワイヤをその長さ方向に走行させるワイヤ走行手段と、前記ワークを前記加工用ローラ間の前記ワイヤのワーク切断領域に向かって送るためのワーク送り手段とを備える。そして、本発明のワイヤソーにおいては、ワークの長さの値を設定記憶するワーク長さ設定手段と、ワークの長さに応じて前記切断領域の端部の位置を演算する演算手段と、その演算結果に従って前記加工用ローラを段取り回転させて前記切断領域の端部の位置を調整する調整手段とを備えたことを特徴とする。

従って、本発明のワイヤソーにおいては、ワーク長さ設定手段にワークの長さの値を設定記憶すれば、演算手段によって切断領域の端部の位置が演算され、その演算結果に従って調整手段によって加工用ローラが段取り回転されて切断領域の端部の位置が調整される。従って、ワークの長さに対応する段取りを容易に行うことができる。

本発明においては、ワークの長さに応じたワイヤの切断領域を設定するための段取りを容易に行い得るという効果を発揮する。

第１実施形態のワイヤソーを示す斜視図。 ワークの支持状態を示す側面図。 ワークの支持状態を示す断面図。 ワークとワイヤとの関係を示す平面図。 切断領域の幅の調整状態を示す平面図。 止め具を使用した状態を示す断面図。 ワイヤソーの電気的構成を示すブロック図。 動作を示すフローチャート。 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、この発明を具体化したワイヤソーにおける段取り方法及びワイヤソーの第１実施形態を図面に従って説明する。

図１に示すように、第１実施形態のワイヤソーにおいて、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１２が等ピッチで形成されている。両加工用ローラ１１の環状溝１２間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。なお、図面においては、環状溝１２及びワイヤ１３の配列ピッチをそれぞれ粗くして描いている。

そして、１本の加工用ローラ１１がサーボモータ１４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は、炭素鋼製の芯線の外周にバインダを介し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。ワイヤ１３の両端側はそれぞれ図７に示すサーボモータ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トラバースローラ１９を介して一方のボビン１５から巻き出され、ガイドローラ１６及び加工用ローラ１１を介して他方のボビン１５に巻き取られる。ワイヤ１３の走行域には、サーボモータ１７の駆動力によってワイヤ１３に対して適度の緊張力を付与するためのダンサアーム１８が設けられている。

図１～図３に示すように、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２１が図示しないサーボモータにより昇降可能に設置され、その下面には支持プレート２２が図示しないクランプ金具を介して着脱可能に設置される。昇降体２１はワイヤソーの装置フレームに対して着脱可能に装着される。そして、昇降体２１及び支持プレート２２の一方に形成された突起２３と、他方に形成された凹部２４との嵌合により、支持プレート２２は昇降体２１に対して位置決めされるとともに、加工用ローラ１１間におけるワイヤ１３に対して位置決めされる。

図２及び図３に示すように、支持プレート２２の下面には円柱状のシリコンインゴットであるワーク２５が接着剤２６により貼着支持される。そして、昇降体２１が下方に向かって加工送りされることにより、ワーク２５が加工用ローラ１１間を走行するワイヤ１３に押し付けられて、ワイヤ１３の固定砥粒によって切断され、図３に示す多数枚のウェーハ２５２と、両端の端板２５３とが同時に削出される。なお、図３においては、ウェーハ２５２及び端板２５３の厚さを誇張して厚く描いている。ワーク２５は、その長さεの相違に関わらず、一端面（以下、基準端面という）２５１が支持プレート２２の一端面２２１を基準にして位置決めされる。ワーク２５を支持した昇降体２１は、ワーク２５の基準端面２５１が図４において符号の向きの下側に配置されるようにワイヤソーの装置フレームに装着される。

図４に示すように、前記ワイヤ１３は、加工用ローラ１１間において、ワーク２５の切断に関与するワーク切断領域（以下、切断領域という）αと、その切断領域αの両側に位置し、ワーク２５の切断には関与しないワーク非切断領域（以下、非切断領域という）βとを有するように、加工用ローラ１１に巻回される。切断領域αと非切断領域βとの間には、両領域α，β間において加工に関与しないワイヤ１３を架け渡す掛け渡し部γを除き、ワイヤ１３を有しないワイヤ１３のブランク領域δが形成される。前記ブランク領域δは、前記ボビン１５やダンサアーム１８から受ける張力変動等が切断領域αに伝播することを回避するためのものである。

図４に示すように、切断領域αの幅α１は、図３に示すワーク２５の長さεより狭く形成されている。また、本実施形態において、切断領域αの位置及び幅α１は、図４において符号の向きの下側に位置する端部の位置（以下、基準端部という）α２を基準として設定されている。そして、切断領域αの幅α１は、その基準端部α２を基準として拡縮するように調整される。従って、切断領域αの拡縮は、基準端部α２の反対側の端部α３の変位によって行われる。この反対側の端部α３を変位端部α３とする。そして、ブランク領域δ内に位置するワーク２５の両端の端板２５３の厚さは、切断領域αにおけるワイヤ１３の配列ピッチより広くなるように、ワイヤ１３の配列ピッチ及び切断領域αの幅が決定されている。従って、端板２５３の厚さは、削出される多数のウェーハ２５２の厚さより厚く形成される。

図７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が演算手段，記憶手段及び調整手段を構成する。ＣＰＵ３１は、前記加工用ローラ１１を回転させるためのサーボモータ１４やボビン１５を回転させるためのサーボモータ２０等を含むワイヤソー全体の動作を制御する。記憶部３２には図８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、ワーク２５の長さ等の各種データが手動入力される。このキーボード３４及び制御装置３３によりワーク長さ設定手段が構成されている。表示部３５には、制御装置３３で処理された結果の情報が表示される。

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。
図４に示すように、ワーク２５の切断加工に際して、ワイヤ１３は加工用ローラ１１に対して、切断領域αと、その切断領域αの両側に位置する非切断領域βとを有するように巻回される。そして、前記のように、切断領域αと非切断領域βとの間には、両領域α，βとの間を架け渡す掛け渡し部γ以外のワイヤ１３を有しないワイヤのブランク領域δが形成される。前記切断領域αの幅α１は、図３に示すワーク２５の長さεより狭く形成されており、ワーク２５は、その両端部が非切断領域βと接することなく前記ブランク領域δ内の位置に対向する。

この状態で、ワーク２５が切断領域αに対して加工送りされて、ワーク２５の加工が実行されると、ブランク領域δ内に位置する端板２５３部分の厚さは、ワイヤ１３の配列ピッチの広さより厚くなり、端板２５３の厚さは、ウェーハ２５２の厚さより厚く形成される。従って、端板２５３は、割れて落下するようなことはなく、接着剤２６によって支持プレート２２に接着された状態を維持する。このため、端板２５３が落下してワイヤ１３に巻き込まれたりすることを回避できる。

次いで、ワーク２５が長さの異なるものと交換された場合における段取り方法について、図８のフローチャートを参照しながら説明する。図８のフローチャートは、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。この段取りに際しては、ワーク２５のワイヤ配列方向の長さεに応じて前記切断領域αの幅α１と、図４の上方側のブランク領域δの位置，すなわち切断領域αの変位端部α３の位置とが調節される。

はじめに、図８のステップＳ（以下、単にＳという）１において、作業者は、新たに加工しようとするワーク２５の長さεをキーボード３４により数値入力する。この長さデータはＳ２において記憶部３２に記憶される。ここで、ワーク２５はその長さの相違に関わらず、その基準端面２５１がワイヤ１３の切断領域αの基準端部α２を基準にして位置決めされている。そのため、制御装置３３の記憶部３２には、基準端面２５１及び基準端部α２の位置データがあらかじめ記憶されている。また、記憶部３２には、前回のワーク２５の切断加工における切断領域αの幅α１の値と、変位端部α３の位置データとが記憶されている。

次いで、Ｓ３において、今回の記憶値であるワーク２５の長さεに応じて、ＣＰＵ３１はこれから設定しようとする切断領域αの変位端部α３の位置をワーク２５の長さの数値データから演算する。すなわち、ＣＰＵ３１は変位端部α３の位置がウェーハ２５２より厚い端板２５３分だけワーク２５の端面より内方に位置するように演算を実行する。また、ＣＰＵ３１は、Ｓ４において、Ｓ３において演算された変位端部α３の位置と、前回工程における変位端部α３の位置と比較して、それらの位置データの差を演算する。そして、Ｓ５において、前記差の有無が判別され、差が存在しない場合、言い換えればワーク２５の長さが前回工程のワーク２５と同じである場合は、Ｓ１２のキーボード３４におけるスイッチ相当キーのオン操作を待って、Ｓ１３において新たなワーク２５の加工が実行される。

Ｓ５において、前記差が存在すると判別された場合は、Ｓ６において、その差の値が表示される。これに基づいて、Ｓ７において、その差分のワイヤ１３の走行長さが演算され、その演算されたワイヤ１３の長さ分だけワイヤ１３を段取り走行させるための加工用ローラ１１の回転方向及び回転量が演算される。この場合、加工用ローラ１１の回転量は、主として、ワイヤ１３の走行長さと、加工用ローラ１１の径及び両加工用ローラ１１の軸間距離との関係によって決定される。そして、変位端部α３の位置を基準端部α２に接近させて切断領域αの幅α１を狭くする場合と、変位端部α３の位置を基準端部α２から離間させて切断領域αの幅α１を広くする場合とでは、加工用ローラ１１の回転量が同じであっても、回転方向が逆になる。

次いで、Ｓ８において、作業者は、図５及び図６に示すように、前記変位端部α３あるいはその変位端部α３側の非切断領域βのブランク領域δ側において、隣接する複数本のワイヤ１３間に止め具２７を介在させて、この止め具２７によってその複数本のワイヤ１３を相互に拘束する。

つまり、変位端部α３の位置を基準端部α２側に接近させる場合、言い換えれば図５において符号の向きの上側の非切断領域βの幅を拡張する場合は、止め具２７を実線で示すように変位端部α３側における非切断領域βのブランク領域δ側のワイヤ１３に固定する。また、変位端部α３の位置を基準端部α２側から離間させて切断領域αの幅α１を拡張する場合は、止め具２７を２点鎖線で示すように変位端部α３のワイヤ１３に固定する。この止め具２７は、隣接する複数本のワイヤ１３を相互に固定するものであればよく、例えば、ガムテープよりなる小片によって、隣接する複数本のワイヤ１３をそれらの表裏から粘着固定させればよい。なお、この止め具２７によるワイヤ１３の固定は、図８のルーチンにおいて前記Ｓ１以前のタイミングで行ってもよい。

そして、Ｓ９において、作業者によってキーボード３４上のスイッチ相当キーが操作されると、Ｓ１０において加工用ローラ１１が演算された方向に、演算された量だけ段取りのために回転される。この加工用ローラ１１の回転により、非切断領域βあるいは切断領域αの止め具２７で固定された部分のワイヤ１３は、整列状態を維持したまま切断領域αあるいは非切断領域βに向かって移動される。一方、止め具２７によって固定されず、ブランク領域δに面したフリーの部分のワイヤ１３は、止め具２７部分のワイヤ１３の移動にともなって加工用ローラ１１上から巻き出されるようにして後退する。その結果、ブランク領域δが同一幅を維持した状態で切断領域α側あるいは非切断領域β側に移動し、切断領域αの変位端部α３が前記Ｓ３で設定された位置に達する。従って、切断領域αの幅α１及び変位端部α３の位置が、ワーク２５の基準端面２５１及び切断領域αの基準端部α２の位置を基準として、ワーク２５の長さに適合するように調節される。

その後、作業者は、Ｓ１１において止め具２７をワイヤ１３から外して、ワイヤ１３の固定を解除する。そして、作業者によるキーボード上のスイッチ相当キーのオンが判別されると、S１３においてワーク２５の切断加工が開始される。

従って、第１実施形態においては、以下の効果がある。
（１）ワーク２５の交換にともない、作業者によりワーク２５の長さが入力されると、その交換されたワーク２５の長さに応じてワイヤ１３の切断領域αの幅α１及び変位端部α３の位置が演算される。そして、この演算の結果に応じて加工用ローラ１１が段取り回転されて、切断領域αの幅α１及び変位端部α３の位置が自動的に調整される。従って、ワーク２５の切断後、次工程においてワーク２５が長さの異なるものに変更された場合、その新たなワーク２５に対応する段取りを、ワーク２５の長さに応じて、正確かつ容易に行うことができる。

（２）切断領域αの幅α１や変位端部α３の位置の調整が、基準端部α２側及び変位端部α３側の両ブランク領域δの幅を変更することなく、実行される。このため、ブランク領域δの幅を確保できて、加工に悪影響を与えるおそれがある振動の伝播を適切に回避できる。

（３）切断領域αの幅α１や変位端部α３の位置の調整が、切断領域αの基準端部α２を基準として、その基準端部α２の反対側において行われる。このため、切断領域αの両端において端部の位置を調整する場合とは異なり、変位端部α３の位置調整のためのプログラムの複雑化を避けることができる。

（４）切断領域αの幅α１や変位端部α３の位置の調整のためのデータの設定がＳ７の演算によって実行されて、加工用ローラ１１が動作されるため、前記幅α１や変位端部α３の位置の確認のためのセンサ等のメカニカルな構成が不要になり、ワイヤソーの構成を簡素化できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図５及び図９に基づいて説明する。なお、この第２実施形態，後述の第３実施形態及び変更例については、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

この第２実施形態では、図５に２点鎖線で示すように、加工用ローラ１１間におけるワイヤ１３の変位端部α３の近傍上方位置に撮像装置４１が設けられ、この撮像装置４１により変位端部α３及びその周辺が撮像される。撮像された画像データは制御装置３３において処理される。

第２実施形態のワイヤソーにおいて、段取りの際には図９のフローチャートに従って動作が進行する。この第２実施形態においては、図８のＳ７における演算動作が存在しない。

すなわち、図８において、Ｓ２１～Ｓ２６は、第１実施形態のＳ１～Ｓ６と同じ動作が実行される。次のＳ２７～Ｓ２９は、第１実施形態のＳ８～Ｓ１０と同じ動作が実行される。ただし、Ｓ２９においては、加工用ローラ１１が回転される動作とともに、ワイヤ１３の切断領域αの変位端部α３を含む部分が撮像され、その画像データがＣＰＵ３１において処理されて変位端部α３の位置が認識される。

次のＳ３０においては、加工用ローラ１１の回転によるワイヤ１３の走行にともない、前記変位端部α３がＳ２３において設定された位置に到達したか否かが画像データの処理に基いてＣＰＵ３１によって判別され、到達した場合には、Ｓ３１において加工用ローラ１１の段取り回転が停止される。Ｓ３２～Ｓ３４の動作は前記第１実施形態のＳ１１～Ｓ１３と同様である。

従って、第２実施形態においては、以下の効果がある。
（５）ワイヤ１３の切断領域αの変位端部α３の位置を撮像装置４１の撮像によって直接認識でき、この認識の結果、変位端部α３の位置を調整できるため、その変位端部α３の位置調整を正確に行うことができる。また、従って、図８のＳ７におけるような演算を必要としないため、ワイヤソーの動作プログラムを簡素化できる。

（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。
・ワイヤ１３の切断領域αの幅α１の調整及び変位端部α３の位置の調整における基準位置を切断領域αの幅方向中央とすること。

・前記各実施形態においては、ワーク２５の長さの値を作業者が手動入力して記憶するようにしたが、例えば、光学的手段によってワーク２５の長さを検出して、その検出値を記憶するように構成すること。

・加工用ローラ１１上のワイヤ１３の巻回領域に非切断領域βを形成しないこと。従って、この構成においてはブランク領域δは形成されず、切断領域αのみが形成される。
・本発明をワイヤ１３に付着する遊離砥粒によってワーク２５を切断するようにしたワイヤソーにおいて具体化すること。

１１…加工用ローラ、１３…ワイヤ、２５…ワーク、２７…止め具、３１…ＣＰＵ、３２…記憶部、３３…制御装置、α…切断領域、α１…幅、α２…基準端部、α３…変位端部、β…非切断領域、δ…ブランク領域、ε…長さ。

Claims (5)

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、
   前記ワークの切断開始前に、ワークのワイヤ配列方向における長さの値を記憶部に記憶させ、その記憶値に基いて前記切断領域の端部の位置をワークの端面の内方に位置するように演算するとともに、その演算結果に応じて前記加工用ローラを段取りのために回転させて前記切断領域の端部の位置を調整するワイヤソーにおける段取り方法。
2. 前記切断端部の位置を調整するためのワイヤの走行長さを演算し、その走行長さに対応する前記加工用ローラの回転量を演算する請求項１に記載のワイヤソーにおける段取り方法。
3. 前記加工用ローラ上における前記ワイヤの巻回領域には、前記切断領域と、その切断領域の両側に位置する非切断領域とが形成されるとともに、前記切断領域と非切断領域との間には加工用のワイヤを有しないブランク領域が形成され、切断領域の端部位置の調整に際して、幅が拡張される側の前記切断領域または非切断領域の前記ブランク領域に面する端部のワイヤを止め具で拘束する請求項１または２に記載のワイヤソーにおける段取り方法。
4. ワークを切断加工するためのワイヤが架設状態で周回される複数の溝を有する複数の加工用ローラと、
   前記加工用ローラを回転させてワイヤをその長さ方向に走行させるワイヤ走行手段と、
   前記ワークを前記加工用ローラ間の前記ワイヤのワーク切断領域に向かって送るためのワーク送り手段とを備えるワイヤソーにおいて、
   ワークの長さの値を設定記憶するワーク長さ設定手段と、
   ワークの長さに応じて前記ワーク切断領域の端部の位置を演算する演算手段と、
   その演算結果に従って前記加工用ローラを段取りのために回転させて前記ワーク切断領域の端部の位置を調整する調整手段と
   を備えたワイヤソー。
5. 前記演算手段は、前記ワーク切断領域の調整に対応するワイヤの走行長さを演算するとともに、その走行長さに対応する加工用ローラの回転量を演算し、前記調整手段はその演算結果に基いて加工用ローラの回転を制御する請求項４に記載のワイヤソー。

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