JPH10264007A - ワイヤソーのワイヤ径検出装置およびそれを使用したワイヤソー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤソーにおいて走行中のワイヤの径を非
接触で常時検出して管理し、断線の発生を未然に防止す
ると共に、正確な加工を可能にする。 【解決手段】 走行するワイヤ１４を被加工物５４に押
し当て、押し当てた部分に砥粒を含む加工液４０を供給
して被加工物を加工するワイヤソーのワイヤ１４の径を
検出するワイヤ径検出装置であって、ワイヤ１４は磁性
材料で作られており、所定の磁界を形成し、磁界内を通
過するワイヤ１４を磁化する磁化用磁気ヘッド６１、６
２、６３と、磁化用磁気ヘッドで磁化されたワイヤ１４
の磁化力を検出する検出用磁気ヘッド６４、６５、６
６、６７と、ワイヤ１４の磁化力を消磁する消磁用ヘッ
ド６８、６９、７０とを備え、検出用磁気ヘッド６４、
６５、６６、６７の検出したワイヤ１４の磁化力からワ
イヤの径を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体材料のイン
ゴットから薄い円板状のウエハを同時に複数枚切り出す
などのために使用されるワイヤソーに取り付けられ、非
接触でワイヤの径を検出するワイヤ径検出装置及びこの
ようなワイヤ径検出装置を有するワイヤソーに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体インゴットから薄い円板状のウエ
ハを切り出したり、セラミックやガラス等の脆性材料に
薄溝を加工するためにダイシングソーやスライシングソ
ーと呼ばれる装置が使用される。この装置は、ダイヤモ
ンド砥粒をニッケル等で固着させた砥石刃を高速で回転
させて溝加工を行うものであり、外側が砥石刃のものを
ダイシングソー、内側が砥石刃のものをスライシングソ
ーと呼んでいる。溝の加工は、砥石刃に対して被加工物
（ワーク）を相対的に移動させることにより行う。この
ような装置では、砥石刃は通常１個であり、１回の相対
的な移動で１個の溝が加工できる。

【０００３】ワークには多数の平行な溝を所定の間隔で
加工するものがある。例えば、半導体材料のインゴット
から薄い円板状のウエハを切り出す場合には、１枚のウ
エハを切り出すと、インゴットを軸方向に厚さに相当す
る量移動させた後切出し動作を行い、この動作を繰り返
して１本のインゴットから多数のウエハを切り出してい
る。しかし、これでは切り出すウエハの枚数分上記の動
作を繰り返す必要があり、１本のインゴットを処理する
のに長時間かかり、十分に高い生産効率が得られないと
いう問題があった。上記のような問題を解決するため、
ダイシングソーでは砥石刃を平行に２枚設け、２本の溝
を同時に加工することも行われているが、同時に加工で
きるのはたかだか２本の溝であり、十分に生産性を向上
させることはできない。

【０００４】一方、薄溝を加工する装置として、溝の幅
より若干小さな径のワイヤを走行させながらワークに押
し当て、その部分に砥粒を含む加工液を供給して加工を
行うワイヤソーと呼ばれる装置がある。ワイヤソーで
は、ワイヤを複数の溝を有するローラに巻掛けて所定の
間隔で平行に走行するワイヤ列を形成し、このワイヤ列
の部分をワークに押し当てることにより、複数の平行な
溝を同時に加工することができる。このワイヤソーで
は、ワイヤの一端は一方のワイヤリールに巻回され、他
端は他方のワイヤリールに巻回され、ワイヤが一方のワ
イヤリールと他方のワイヤリールの間を通常５００ｍ／
分〜１０００ｍ／分という高速で往復走行する。この往
復走行の際に、ワイヤ列にワークを押し当てると共に、
ワイヤ列に砥粒を含む加工液を供給して、砥粒のラッピ
ング作用によりワークを多数の薄板状のウエハに切断す
る。

【０００５】ワイヤソーで使用されるワイヤは、所定の
径の均一な真円形状であることが望ましい。しかし、ワ
イヤは鋼材を引き抜いて製造するため、ある程度径のバ
ラツキがある上、全長は均一でなく種々の歪みや局部的
な径の変化がある。また、ワイヤは、ワークを加工して
いる間に、砥粒によりそれ自体が磨耗して径が徐々に小
さくなる。加工中は、ワイヤ列がワークに所定の圧力で
押し当たるように、ワイヤは所定の力で引っ張られてい
る。そのため、ワイヤの径が小さくなったり、上記のよ
うな歪みがあると、ワイヤが断線する。ワイヤが断線す
ると、ワークやワイヤソーを構成する部品を損傷した
り、ワイヤが装置に絡みつき、それを取り除く間装置を
停止する必要があり生産効率が低下するといった問題が
あった。このような問題を解決するため、ワイヤの磨耗
状態を検出して、断線する前にワイヤを交換することが
行われていた。

【０００６】ワイヤの磨耗状態の検出はワイヤの径を測
定することにより行われる。ワイヤの径は２００μｍ程
度であり、十分な管理を行うためには、ワイヤ径が数μ
ｍの分解能で検出できることが必要である。ワイヤは高
速で走行しており、ワイヤの径を測定するのにマイクロ
メータなどの接触型の測定器を使用する場合、ワイヤが
走行したままでは測定できなかった。そのため、一定時
間毎にワイヤソーを一時的に停止させ、この間に作業者
がマイクロメータなどでワイヤ径を測定して、所定の値
以下になったらワイヤを交換していた。しかし、ワイヤ
径を測定するためにワイヤソーを一時的に停止させる
と、その分生産効率が低下するという問題があった。そ
のため、走行中のワイヤの状態を非接触で測定すること
が望まれていた。

【０００７】そこで、本出願人は、特願平８−３３３０
７５号で、励磁コイルと２個の検出用コイルの中に走行
するワイヤを通し、励磁コイルに発振信号を印加して差
動トランスを構成し、２個の検出用コイルに生じる起電
力の差を検出することでワイヤの歪みを非接触で検出す
るワイヤ形状検知装置を開示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の特願平８−３３
３０７５号に開示されているワイヤ形状検知装置を使用
することにより、ワイヤソーを停止することなしに常時
ワイヤの状態を検出でき、生産効率を低下させることな
くワイヤの断線の発生を低減することができるようにな
る。

【０００９】しかし、特願平８−３３３０７５号に開示
されているワイヤ形状検知装置では、差動トランスの原
理を使用しており、検出できるのは２個の検出用コイル
内に位置するワイヤの差である。すなわち、検出できる
のはワイヤの部分的な歪みであり、歪みのない一様な部
分のワイヤ径の変化は検出できない。そのため、加工に
伴ってワイヤ径が小さくなり、ワイヤに加えられる引張
力に耐えられずに起きる断線については検出できないと
いう問題があった。

【００１０】本発明は、このような問題を解決するため
のもので、ワイヤソーのワイヤ径の変化を非接触で検出
できるワイヤ径検出装置およびそれを使用して生産効率
を低下させることなくワイヤ径を管理できるワイヤソー
の実現を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のワイヤソーのワ
イヤ径検出装置は、磁性材料で作られたワイヤが磁界内
を通過することにより磁化される磁化力がワイヤの径に
応じて変化することを利用して、ワイヤを一定の強度の
磁界中を通過させて磁化しワイヤの磁化力を検出するこ
とにより、ワイヤの径を検出する。ワイヤソーのワイヤ
は往復するように走行するので、ワイヤをそのまま磁化
しておくと逆方向に走行する時にワイヤ径の検出が行え
ないので、磁化力の検出の終了した後にはワイヤの磁化
を消磁する。

【００１２】すなわち、本発明のワイヤソーのワイヤ径
検出装置は、走行するワイヤを被加工物に押し当て、押
し当てた部分に砥粒を含む加工液を供給して被加工物を
加工するワイヤソーのワイヤの径を検出するワイヤ径検
出装置であって、ワイヤは磁性材料で作られており、所
定の磁界を形成しその磁界内を通過するワイヤを磁化す
る磁化用磁気ヘッドと、磁化用磁気ヘッドで磁化された
ワイヤの磁化力を検出する検出用磁気ヘッドと、ワイヤ
の磁化力を消磁する消磁用ヘッドとを備え、検出用磁気
ヘッドの検出したワイヤの磁化力からワイヤの径を検出
することを特徴とする。

【００１３】本発明のワイヤソーのワイヤ径検出装置で
は、ワイヤが磁化用磁気ヘッドと検出用磁気ヘッドと消
磁用ヘッドの部分を通過するだけで非接触でワイヤ径を
検出できる。また、本発明のワイヤソーは、上記のよう
なワイヤ径検出装置を備え、ワイヤ径検出装置が検出し
たワイヤの径が所定値以下になった時にワイヤの走行を
停止して、ワイヤの交換を指示するようにする。これに
より、断線を未然に防止できる。

【００１４】ワイヤソーでは、ワイヤは２個のリールに
巻き付けられており、一方のリールからワイヤを繰り出
して他方のリールに巻き取ることにより順方向に走行さ
せ、他方のリールに巻き取った後、他方のリールからワ
イヤを繰り出して一方のリールに巻き取ることにより逆
方向に走行させるという動作を繰り返す。本発明のワイ
ヤ径検出装置は、ワイヤを磁化、磁化力の検出、及び消
磁の順で処理することが必要であり、ワイヤが逆方向に
走行する場合にはワイヤ径の検出が行えない。そこで、
ワイヤの走行方向が切り換わる場合には、順方向に走行
するワイヤの径を測定する第１のワイヤ径検出装置と、
逆方向に走行するワイヤの径をする第２のワイヤ径検出
装置をそれぞれ設けるか、又は磁化用磁気ヘッドと消磁
用ヘッドを、磁化用磁気ヘッドと消磁用ヘッドとして動
作するように切り換え可能にする。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１実施例のワ
イヤソーの全体構成を示す図である。まず、ワイヤソー
の全体構成を簡単に説明する。図１に示すように、一方
のリール１２に巻回されたワイヤ１４は、ワイヤ案内装
置１６ａ、複数の固定ガイドローラ１８、移動ローラ２
０を経由して３本の溝付きローラ２２ａ、２２ｂ、２２
ｃに順次巻き掛けられてワイヤ列２４を形成した後、複
数の固定ガイドローラ１８、移動ローラ２０、ワイヤ案
内装置１６ｂを経て他方のリール２６に巻き取られとい
うワイヤ走行経路を形成する。移動ローラ２０には、所
定重量のおもり４４が吊り下げられ、おもり４４の荷重
によりワイヤ１４に常時所定の張力が印加される。ま
た、ワイヤ走行経路の途中には、ワイヤ洗浄装置４６ａ
と４６ｂが設けられており、ワイヤ１４に付着した加工
液４０が除去される。ワイヤ１４は鋼材でできている。

【００１６】各リール１２、２６は、正逆回転可能な駆
動モータ２８、３０に連結されており、３本の溝付きロ
ーラ２２のうち１本の溝付きローラ２２は正逆回転可能
な駆動モータ３２に連結されている。一方のリール１２
から繰り出されたワイヤ１４は、図中実線で示した矢印
３４の方向に５００ｍ／分〜１０００ｍ／分の高速で走
行しながら他方のリール２６に巻き取られる。また、一
端他方のリール２６に巻き取られたワイヤ１４は、矢印
３４と反対の方向に走行してリール１２に巻き取られ
る。すなわち、ワイヤ１４は一方のリール１２と他方の
リール２６の間を往復走行する。

【００１７】２個の溝付きローラ２２ｂと２２ｃの間に
形成されるワイヤ列２４の部分には、砥粒貯留タンク３
８に貯留された砥粒（通常、ＧＣ＃６００〜ＧＣ＃１０
００程度の砥粒が使用される。）を含む加工液４０が砥
粒供給ノズル４２から供給される。ワイヤ列２４の下方
には被加工物（ワーク）を載置して移動させるワーク送
りテーブル４８が設けられている。ワーク送りテーブル
４８は、モータ５０で回動する送りネジ５２によりワイ
ヤ列２４の平面に対して垂直な方向（図中Ｙ−Ｙ方向）
に移動可能であり、ワーク送りテーブル４８のワイヤ列
２４側にはワークである半導体インゴット５４がブロッ
ク５６とスライスベース５８を介して支持される。ワー
ク送りテーブル４８をワイヤ列２４側に移動させると、
半導体インゴット５４は高速に走行するワイヤ列２４に
押し当てられ、ワイヤ列２４に供給される加工液４０の
砥粒によるラッピング作用により、半導体インゴット５
４を多数の薄板状のウエハに切断する。以上は、従来の
ワイヤソーと同じ構成である。

【００１８】本実施例のワイヤソーは、上記の構成に加
えて、２個のワイヤ径検出装置６０ａと６０ｂを有して
いる。ワイヤ径検出装置６０ａと６０ｂは、どの位置に
設けてもよいが、図示のように、ワイヤ１４が垂直方向
に走行する位置に設けることが望ましい。これは、水平
方向に走行する部分より垂直方向に走行する部分の方が
ワイヤ１４の位置変化が小さいためである。

【００１９】図２は、本実施例で使用するワイヤ径検出
装置６０ａの構成を示す図であり、ワイヤ径検出装置６
０ｂも同様の構成を有するが、配置が逆である。図２に
示すように、ワイヤ径検出装置６０ａは、鉄心６１と、
鉄心６１に巻かれたコイル６２と、コイル６２に直流電
圧を印加する直流電源６３と、スイッチ６３１とで構成
される磁化用磁気ヘッドと、鉄心６４と、鉄心６４に巻
かれたコイル６５と、コイル６５に発生する電流に対応
した電圧を増幅するアンプ６６と、アンプ６６の出力を
表示する表示装置（メータ）６７で構成される検出用磁
気ヘッドと、鉄心６８と、鉄心６８に巻かれたコイル６
９と、コイル６９に交流電圧を印加する交流電源７０
と、スイッチ７０１とで構成される消磁用磁気ヘッドと
を有する。磁化用磁気ヘッドは、直流電源６３により一
定の電流が流れるため、鉄心の先端部分６１１と６１２
の間に所定の強度の一様な磁界を形成する。ワイヤ１４
は磁性材料である鋼製であるので、この磁界内を通過す
ると磁化される。磁界の強度は一定であり、ワイヤも一
定の速度で走行するので、ワイヤの材質が一様であれ
ば、ワイヤの磁化強度はワイヤの径に応じて変化する。
従って、磁化されたワイヤ１４の磁化力を検出用磁気ヘ
ッドで検出すればワイヤ１４の径が検出できる。検出用
磁気ヘッドは、ワイヤ１４が鉄心６４の先端部６４１と
６４２の間を通過すると、ワイヤ１４の磁化力に応じて
鉄心６４に誘起される磁束量が変化し、コイルの発生す
る電流が変化するとコイル６５の両端の電圧が変化する
ので、その電圧をアンプ６６で増幅しメータ６７に表示
する。磁化されたワイヤ１４をそのまま磁化された状態
にしておくと汚れなどの各種の問題が発生する上、ワイ
ヤ１４が磁化さていると次にワイヤ径検出装置６０ａ又
は６０ｂの磁化用磁気ヘッドで磁化した時の磁化量が異
なることになるので正確にワイヤ径を検出できない。そ
こで、消磁用磁気ヘッドで磁化さているワイヤ１４を消
磁して、ワイヤ１４を磁化されていない状態にする。消
磁用磁気ヘッドでは、交流電源７０から印加される交流
電圧によりコイル６９に交流電流が流れ、鉄心６８の先
端部に交流信号の周期で方向が切り換わる磁界が形成さ
れる。この磁界を磁化さているワイヤ１４が通過する
と、ワイヤ１４の磁化が消磁される。

【００２０】図２のワイヤ径検出装置６０ａでは、ワイ
ヤ１４が矢印３４の方向に走行する時にワイヤ１４の径
の検出が行え、矢印３４と逆方向に走行する時にはワイ
ヤ径を検出できないだけでなく、ワイヤ径検出装置６０
ａから出る直前に磁化用磁気ヘッドでワイヤ１４が磁化
されてしまう。そのため、図２に示すように、磁化用磁
気ヘッドと消磁用磁気ヘッドにはスイッチ６３１と７０
１が設けられており、このスイッチ６３１と７０１を開
くことにより、磁化用磁気ヘッドと消磁用磁気ヘッドが
動作しない状態、すなわち、これらの部分を通過しても
ワイヤ１４は何ら影響を受けない状態にできる。図１に
示すように、ワイヤ径検出装置は６０ａと６０ｂの２個
設けられており、ワイヤ１４が矢印３４の方向に走行す
る時には、ワイヤ径検出装置６０ａがワイヤ１４の径を
検出し、ワイヤ径検出装置６０ｂはスイッチが開かれて
非動作状態になり、ワイヤ１４が矢印３４と逆の方向に
走行する時には、ワイヤ径検出装置６０ａはスイッチ６
３１と７０１が開かれて非動作状態になり、ワイヤ径検
出装置６０ｂがワイヤ１４の径を検出する。

【００２１】図１及び図２に示したように、第１実施例
では、ワイヤ１４が順方向と逆方向に走行する時にそれ
ぞれワイヤ１４の径を検出するように２個のワイヤ径検
出装置６０と６０ｂを設けた。第２実施例では、１個の
ワイヤ径検出装置で両方の方向に走行するワイヤ１４の
径を検出する。図３は第２実施例におけるワイヤ径検出
装置の構成を示す図である。第２実施例では、図１にお
けるワイヤ径検出装置６０ａと６０ｂの一方を図３のワ
イヤ径検出装置とし、他方のワイヤ径検出装置を除く。
第２実施例のワイヤ径検出装置は、図３に示すように、
図２の構成において、磁化用磁気ヘッドを構成する鉄心
６１にコイル８１を巻き、コイル８１に交流電圧を印加
する交流電源８２を設けることにより、磁化用磁気ヘッ
ドを消磁用磁気ヘッドとしても使用できるようにしたも
ので、スイッチ６３１と８３を図示の状態にした時には
磁化用磁気ヘッドとして動作し、スイッチ６３１を開放
してスイッチ８３を閉じた時には消磁用磁気ヘッドとし
て動作する。同様に、消磁用磁気ヘッドを構成する鉄心
６８にコイル８５を巻き、コイル８５に直流電圧を印加
する直流電源８６を設けることにより、消磁用磁気ヘッ
ドを磁化用磁気ヘッドとしても使用できるようにしたも
ので、スイッチ７０１と８７を図示の状態にした時には
消磁用磁気ヘッドとして動作し、スイッチ７０１を開放
してスイッチ８７を閉じた時には磁化用磁気ヘッドとし
て動作する。また、検出用磁気ヘッドのアンプ６６の出
力はＡ／Ｄ変換器８４でディジタル信号に変換され、制
御コンピュータに出力される。

【００２２】図３のワイヤ径検出装置が６０ａの部分に
設けられている場合には、ワイヤ３４が矢印３４の方向
に走行する時には、鉄心６１で構成される磁気回路を磁
化用磁気ヘッドとして動作させ、鉄心６８で構成される
磁気回路を消磁用磁気ヘッドとして動作させ、ワイヤ３
４が矢印３４と逆の方向に走行する時には、鉄心６１で
構成される磁気回路を消磁用磁気ヘッドとして動作さ
せ、鉄心６８とコイル６９で構成される磁気回路を磁化
用磁気ヘッドとして動作させる。

【００２３】上記のように、ワイヤ径検出装置６０ａと
６０ｂを設けることにより、走行するワイヤ１４の径を
非接触で検出できるようになる。本発明のワイヤソー
は、ワイヤ１４の径を装置を停止することなく常時検出
して、ワイヤ１４の径が所定の値以下になった時には装
置の動作を停止してワイヤ１４を交換するように作業者
に指示する。図４は、ワイヤソーの制御部の本発明に関
係する部分のみを示したブロック構成図である。図示の
ように、全体の制御部９０には、ワイヤ径検出装置６０
（６０ａと６０ｂ）が接続されており、ワイヤ径検出装
置６０が検出したワイヤ径が所定の閾値以下になった時
には、モータ２８、３０、３２、５０を停止させて、表
示装置９１にワイヤ１４の交換を指示する表示を行う。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ワイヤソーにおいて走行中のワイヤの径を非接触で常時
検出できるので、ワイヤ径を管理することができる。こ
れにより、断線の発生を未然に防止しながらワイヤを効
率よく使用できる上、正確な加工が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のワイヤソーの全体構成を
示す図である。

【図２】第１実施例のワイヤ径検出装置の構成を示す図
である。

【図３】第２実施例のワイヤ径検出装置の構成を示す図
である。

【図４】実施例のワイヤソーの全体の制御部の構成を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１４…ワイヤ ６１…磁化用磁気ヘッドの鉄心 ６２…磁化用磁気ヘッドのコイル ６３…磁化用磁気ヘッドの直流電源 ６４…検出用磁気ヘッドの鉄心 ６５…検出用磁気ヘッドのコイル ６６…検出用磁気ヘッドのアンプ ６７…表示装置 ６８…消磁用磁気ヘッドの鉄心 ６９…消磁用磁気ヘッドのコイル ７０…消磁用磁気ヘッドの交流電源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行するワイヤ（１４）を被加工物（５
   ４）に押し当て、押し当てた部分に砥粒を含む加工液
   （４０）を供給して前記被加工物を加工するワイヤソー
   の前記ワイヤ（１４）の径を検出するワイヤ径検出装置
   であって、 前記ワイヤ（１４）は磁性材料で作られており、 所定の磁界を形成し、該磁界内を通過する前記ワイヤ
   （１４）を磁化する磁化用磁気ヘッド（６１、６２、６
   ３）と、 該磁化用磁気ヘッド（６１、６２、６３）で磁化された
   前記ワイヤ（１４）の磁化力を検出する検出用磁気ヘッ
   ド（６４、６５、６６、６７）と、 前記ワイヤ（１４）の磁化力を消磁する消磁用ヘッド
   （６８、６９、７０）とを備え、前記検出用磁気ヘッド
   （６４、６５、６６、６７）の検出した前記ワイヤ（１
   ４）の磁化力から前記ワイヤ（１４）の径を検出するこ
   とを特徴とするワイヤソーのワイヤ径検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のワイヤ径検出装置を備
   えることを特徴とするワイヤソー。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のワイヤソーであって、 前記ワイヤ（１４）の走行方向は、順方向と逆方向の間
   で切り換わり、 前記順方向と逆方向に走行する前記ワイヤ（１４）の径
   をそれぞれ測定する２個の前記ワイヤ径検出装置を備え
   るワイヤソー。
4. 【請求項４】 請求項２に記載のワイヤソーであって、 前記ワイヤ（１４）の走行方向は、順方向と逆方向の間
   で切り換わり、 前記磁化用磁気ヘッドは前記ワイヤ（１４）の磁化力を
   消磁する消磁用ヘッドとして動作するように切り換え可
   能であり、 前記消磁用ヘッドは、通過する前記ワイヤ（１４）を磁
   化する磁化用磁気ヘッドとして動作するように切り換え
   可能であるワイヤソー。