JPH01295758A - スライス加工法およびワイヤソーマシン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えばシリコン鋳塊からウェハ等を切り出
すためのスライス加工法およびそのスライス加工に使用
されるワイヤソーマシンに関する。

〔従来の技術〕

この種のワイヤソーマシンとしては、第２図にモデル的
に示すような装置がある。これはワイヤＷがワイヤ送出
手段（ボビン）１０からワイヤ巻取手段（ボビン）１１
へ向かう間に、ワイヤ張力保持のためのダンサローラ機
構１２ａ、１２ｂと、切削へラド１４と、ワイヤＷに小
刻みな往復行を与える往復行付与手段（図示せず）とが
設けられたものである。

ダンサローラ機構１２ａ、１２ｂは、動滑車の構成にな
っており、それぞれ２個の固定ローラ１２０．１２０と
両ローラ間に位置する張力付与ローラ１２０ａ　　（１
２０ｂ）を備え、張力付与ローラ１２０ａ、１２０ｂに
はそれぞれ錘Ｗａ、Ｗｂが吊り下げられてワイヤＷの繰
出し張力あるいは巻取り張力を付与している。

切削ヘッド１４は、ワイヤＷが三角形の各頂点に設定さ
れた３本のワイヤ溝付ローラ４’、４゜４間を掛渡すよ
うに幾重に巻回され、２個の下ローラ４．４間に加工用
ワイヤ列を形成している。

往復行付与手段は、被加工物をワイヤＷで摺接しつつ切
削するために必要であり、ワイヤ経路上に特別に設けら
れるか、切削ヘッド１４の上ローラ４′を正逆回転可能
なモータの働きで回転駆動する機構としたものである。

ワイヤ送出ボビン１０と巻取ボビン１１は、３本のロー
ラ４’　、４．４の回転に合せて強制的に回転させられ
、ワイヤＷを繰出しまたは巻取る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記ワイヤソーマシンは、段取り時間を少なくするため
ボビン１０．１１にワイヤＷを多数回巻付ける傾向にあ
るが、従来のボビン１０．１１はワイヤ製造メーカ（伸
線メーカ）が使用しているものをそのまま装置に転用し
たものであった。このボビン１０．１１はコンパクトで
はあるが、第３図にみるように、ワイヤを一杯に巻いた
時とワイヤを全く巻かない時の回転直径の比（Ｄｔ　／
Ｄ１）が通常２．５以上もあった。そのため、ボビン１
０．１１に回転を与えるモータの回転速度が一定である
のに、ボビン１０．１１の回転速度は両ボビン１０．１
１におけるワイヤ回転直径の違いから変動をきたし、そ
のまま放置すればワイヤＷの進行速度が各所でまちまち
になってワイヤ張力の不均衡を招き、ワイヤＷの切削能
力に悪影響をもたらしてしまう。

そこで、従来は、両ボビン１０．１１におけるワイヤ回
転直径を自動的に検知してボビン回転用モータの回転速
度をワイヤ速度が一定となるよう制御したり、ダンサロ
ーラ機構１２８，１２ｂのおもりＷａ、Ｗｂの位置に応
じてモータ回転速度を制御したりしていた。しかし、こ
れらのモータ制御機構は非常に複雑であり、ましてワイ
ヤＷ経路上には往復行付与手段や切削ヘン１重４等他の
モータも存在しそれらのモータの回転速度まで考慮して
制御を行うことは大変な精密さを要求され、更に機構の
複雑化を招いていた。また、そのために装置自体のコス
トも高くなるという弊害があった。

そこで、本発明は、簡単な機構で安価にワイヤ送り速度
を一定にすることができるスライス加工法およびワイヤ
ソーマシンを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のスライス加工法およびワイヤソーマシンは、切
削用ワイヤＷがその送出ボビンｌＯから巻取ボビン１１
へ向かう間に設けられた、加工用ワイヤ列を形成させた
切削ヘッド１４において被加工物Ｇのスライス加工を行
うに当たり、前記両ボビン１０．１１の少なくとも一方
のボビンにおいて胴径と、ワイヤ巻付は径との比が１な
いし１゜５に調節するものである。

本発明において一方のボビンにおける胴径とワイヤ巻付
は径との比を１ないし１．５に限定する理由は、１．５
を超過すれば簡単なワイヤの送り速度制御機構ではワイ
ヤの動きが不安定になり、ワイヤのたるみや緊張が生じ
て切削精度が悪化したり、断線を生じたりするからであ
る。

〔作　　用〕

本発明のスライス加工法およびワイヤソーマシンは、ワ
イヤの送出ボビンと巻取ボビンのうち少なくとも一方で
ワイヤ量を一定限度以下に抑えることにより、あるいは
比較的大胴径のボビン（サイズ大であれば当然ながらボ
ビン−周当りの巻付量は多い）を使用することにより胴
径とワイヤ巻付は径との比を小さく抑え、これによりボ
ビンでのワイヤの回転直径の変化を小さくすることがで
きる。すなわち、ワイヤ量を抑えるかボビン胴径を変え
るかという簡単な機構で安価にワイヤ送り速度を一定に
することができるのである。

、送出ボビンと巻取ボビンの両方で比率管理を行うのが
好ましいが、片方だけでもよい０片方だけ比率管理を行
なう場合、他方は従来通りワイヤ速度が一定となるよう
制御する必要がある。

〔実施例〕

まず、本発明の適用対象となるワイヤソーマシンの一例
を第１図により説明する０図にみるように、切削用ワイ
ヤＷがその送出ボビンｌＯから巻取ボビン１１へ向かう
間（ワイヤ走行系統Ｉ）には、被加工物Ｇの切削を行う
切削ヘッド１４を中心にして往復路釜々にワイヤ張力保
持用のダンサローラ機構１２ａ、１２ｂと、ワイヤＷに
対する往復行付与手段１３が設けられている。この装置
中で両ボビン１０．１１および往復行付与手段１３を除
く機構は従来技術と同じであるため説明を省略する。

往復行付与手段１３は往路、復路それぞれに対応する一
対のローラユニット１３０ａ、１３０ｂが設けられ、各
ローラユニット１３０は３つのローラ１３０．〜１３０
．からなり、これらは先述したダンサローラ機＃１１２
と同じような配置をなし、ワイヤＷにループＬを与える
。ただし、両ローラユニット１３０ａ、１３０ｂはロー
ラ配置が互いに対称的になっており、逆向きのループＬ
ａ、Ｌｂを作る。

この両ローラユニット１３０ａ、１３０ｂはワイヤ送行
方向と直角の方向（ループ形成方向）に往復動可能なス
ライダブロック１３１に取付けてあり、スライダブロッ
ク１３１の往復動により両支軸間距離不変のままワイヤ
走行路に対して位置を変え、それぞれループ［、ａ、　
Ｌｂの量を変更するようになっている。

ワイヤ走行の駆動を担当する駆動系統■は、ワイヤ送出
ボビンｌＯと巻取ボビン１１の駆動に供する第１の伝達
系■１と、その他の各機構の駆動に供する第２の伝達系
■、（一部図示）とからなる。

第１の伝達系■１は、モータＭ、の回転軸に取付けた２
つのプーリ２２．．２２□と、送出ボビン１０の回転軸
１００に取付けた２つのブーＩＪ　２０、．２０．と、
巻取ボビン１１の回転軸１１０に取付けた２つのプーリ
２１．．２１□とを備え、プーリ２０．．２１．．２２
．間にタイミングベルト２３．を、またブーＩＪ２０□
、２１□、２２２間にタイミングベルト２３ｔをそれぞ
れ巻掛けている。送出しボビンｌＯについていえばタイ
ミングベルト２３１による動力伝達系はワイヤ送出速度
を大きくし、タイミングベルト２３□による動力伝達系
は逆に送出速度を小さくなるようにしている。巻取ボビ
ンについては、タイミングベルト２３．．２３．の動力
伝達が逆である。このようにこの装置では高低２段の送
り出し、または巻取りの制御だけで十分安定したワイヤ
の送り出し、巻取りが可能となる。高低の切換えはクラ
ッチ２４で行う。すなわち、ダンサローラ機構で、例え
ばループ１ａが短くなれば送り出しは高になり、長（な
れば低になるように１２０ａの位置を上限、下限で制御
する。なお、両ボビン１０．１１の胴径は同じである。

このように伝達系■１を２系統設けたのはワイヤＷのた
るみを抑えるためで、両系統の切換えはクラッチ２４１
〜２４４により行い、切換タイミングはダンサローラ機
構１２ａ、１２ｂにおけるループＩｌａ、ｌｂの変位置
に基づいて決定される。

一方、第２の伝達系■２は、前記ワイヤ走行系統１１７
）各ローラユニ＋７ト１３０ａ、１３０ｂ、ローラ１４
０．−１４０．．１４１．に対してそれぞれスプロケッ
トホイール（図示せず）が連結されて対称的に配置され
、これらホイール群に動力取入用のホイール２５を加え
、チェーン２９が巻掛けされたものである。

往復行付与手段１３はスライダブロック１３１にクラン
ク機構を介して接続されたモータ（図示せず）の駆動に
より上下移動しワイヤＷに往復動を与える。

以上のような構成になるワイヤソーマシンにおいては、
モータＭ、を作動させると、その回転が動力取入用ホイ
ール２５から第２の伝達系■２に伝えられ、同伝達系に
おける全てのホイールが一斉に回転駆動される。

一方、これと同時にモータＭ１の回転は第１の伝達系■
１にも伝えられワイヤ送出ボビン１ｏおよび巻取ボビン
１１が回転作動せしめられ、これによりワイヤ走行系統
■のワイヤＷが一定の速度で走行するゆこの時、両ボビ
ン１０．１１は、その胴径が比較的大のものであり、巻
付けられるワイヤＷの量は制限されている。即ち、両ボ
ビンにおいて胴径とワイヤ巻付は径との比が１ないし１
゜５になるよう設定されている。

そしてワイヤＷは、一定速度、一定張力のもとで送出ボ
ビンｌＯから切削ヘッド１４に至り被加工物Ｇをスライ
ス加工して巻取ボビン１１に戻り、この間、順調な送り
が保証される。

以下に、第１図の構造のワイヤソーマシンを用いて、本
発明のスライス加工法に基づ〈実施例と本発明に基づか
ない比較例とについて実験を行った結果を述べる。

使用した被加工物はシリコン多結晶付断面１００鶴角で
長さ２００ｍのもの、ワイヤの加工使用回数は１ボビン
当たり数回〜十数回とした。

ワイヤ繰出し、巻取りの制御上置も厳しい条件は、繰出
し側がボビン−杯にワイヤで満たされ、巻取り側ボビン
が空の場合、あるいはその逆の場合である。このため実
験は巻取り側を空にしておき、繰出し側ボビンのり、（
ワイヤ回転直径）／Ｄ、（胴径）を種々に変化させるこ
とにより行った。なお、第１図では、タイミングベルト
２３１．２３８の高低ループ間で２段の速度切換えを行
っているが、高低のスブロケッ）２０．２１の組合せも
り、／Ｄ、に合せて変化させた。実験結果は次表の通り
である。

判定における○はワイヤの動きが安定状態であることを
示し、×はワイヤの動きが不安定であることを示す、特
に、Ｄ、／Ｄ、が２以上においてはワイヤ通線状態が悪
く、ワイヤ張力不安定のため、ダンサローラ機構の張力
付与ローラ１２０ａ、１２０ｂが激しく跳びはねる動き
をし、場合によってはワイヤＷがローラ１２０ａ、１２
−Ｏｂからはずれたり断線したりする。一方、Ｄ　ｔ　
／　Ｄ　＋９月ないし１．５の範囲内においては、ワイ
ヤの往復線速平均２５０ｍ／ｗ、ワイヤ繰出し速度１０
９ｍ／ｓｉｎにおいて安定した加工が実現し、断線事故
が殆どなくなった。

本発明のスライス加工法において、使用される装置は第
１図のものに限られるものではない０例えば、送出巻取
前ボビンにおけるトルクを調節してワイヤ張力を制御す
るワイヤソーマシンに対しても有効である。このように
張力をトルクで制御する場合、ワイヤ巻き径が変われば
当然張力も変化する。そこで、本発明のようにワイヤ回
転直径の変化が少ないことは張力変動も少なく、被加工
物の精度向上に有利である。

また、上記実施例においては、ボビン胴径を送出側巻取
側共に比較的大きくかつ同一とし、ワイヤ巻付は量を制
限するようにして１　＜Ｄ！　／Ｄ＋≦１．５にしてい
た。しかしながら、従来の伸線メーカの小径のボビンを
そのまま使用する場合でも、ワイヤのボビン巻付は量を
減らしＤ　ｚ　／　Ｄ　＋　≦１゜５の条件で操業すれ
ば同じ効果を得ることができる。また、ボビンに巻付け
るワイヤの量が一定で変更できない場合でも、送出巻取
前ボビンの胴径を大きくすることでＤ　ｚ　／　Ｄ　１
　≦１．５に抑え実施例同様の効果を得ることができる
のは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明のスライス加工法およびワイヤソーマシンは、ワ
イヤの送出および巻取前ボビンの少なくとも一方で胴径
とワイヤ巻付は径との比を１ないし１．５になるように
調節するという簡単な手段で、ボビンでのワイヤの回転
直径の変化を小さくすることができる。即ち、ワイヤ量
を抑えたりボビン胴径を変えるという簡単な機構で安価
にワイヤ送り速度を一定にし、安定したスライス加工操
業を実現することができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のワイヤソーマシンの一実施例を示す部
分的斜視図、第２図は従来のワイヤソーマシンの部分的
モデル図、第３図は一般的なボビンのワイヤ巻付は状態
を示す拡大断面図である。 図中、Ｃ；被加工物、ｌＯ：送出ボビン、１１：巻取ボ
ビン、１４：切削ヘッド、Ｗ；ワイヤ。 出　願　人　　大阪チタニウム製造株式会社第　　２　
図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、切削用ワイヤがその送出ボビンから巻取ボビンへ向
   かう間に設けられ、加工用ワイヤ列を形成させた切削ヘ
   ッドにおいて被加工物のスライス加工を行うに当たり、
   前記両ボビンの少なくとも一方のボビンにおいて胴径と
   、ワイヤ巻付け径との比が１ないし１．５になる状態で
   ワイヤ送りを行いつつスライス加工することを特徴とす
   るスライス加工法。 ２、切削用ワイヤがその送出ボビンから巻取ボビンへ向
   かう間に被加工物の切削を行う切削ヘッドが設けられ、
   この切削ヘッドは前記ワイヤが複数本のローラ間に外側
   から幾重に巻回されて加工用ワイヤ列を形成しているワ
   イヤソーマシンにおいて、前記両ボビンの少なくとも一
   方で胴径とワイヤ巻付け径との比が１ないし１．５に設
   定されていることを特徴とするワイヤソーマシン。