JP2017170590A - ワイヤソー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤの走行に対する抵抗を抑制でき、ワイヤの張力を精度良く測定することのできる張力調整機構を備えたワイヤソー装置を提供する。【解決手段】ワイヤソー装置に備えた張力調整機構４ａ（４ｂ）は、ワイヤ５が巻回される測定用アイドラローラ２６と、該測定用アイドラローラ２６を回転自在に支持すると共に、支持軸部に揺動自在に支持される測定用レバー２８と、該測定用レバー２８に接触し、ワイヤ５の張力により測定用アイドラローラ２６と共に揺動する測定用レバー２８からの押圧力によりワイヤ５の張力を測定する張力測定手段２９と、を備えている。これにより、ワイヤ５の走行に対する抵抗を抑制でき、ワイヤ５の張力を精度良く測定することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、ワーク、例えば、半導体インゴット等の円柱状の脆性材料をワイヤにより切断して多数の円板を形成するワイヤソー装置に関するものである。

一般に、ワイヤソー装置では、ワイヤを繰り出して、巻き取る一対のボビンと、各ボビンからのワイヤの張力を調整する一対の張力調整機構とが備えられる。近年、生産性向上のためにボビンのワイヤの繰り出し速度が高速化されている。そのために、張力調整機構において、ワイヤの走行に対する抵抗を付与せず、ワイヤの微小な張力変化を精度良く測定する必要がある。

そこで、ワイヤソー装置の張力調整機構の従来技術として、特許文献１には、常時ワイヤ列に当接するセンサローラと、このセンサローラが取り付けられ、このセンサローラを介してワイヤ列の押圧力を検出して、ワイヤ列のたわみを検出するロードセンサとを有する張力センサが記載されている。

特開２００１−３２８０５７号公報

しかしながら、特許文献１に係る張力センサでは、センサローラにロードセンサが直接取り付けられているために、ワイヤの微小な張力変化を精度良く測定することは困難である。すなわち、この張力センサでは、センサローラを回転自在に支持するブラケット等がロードセンサを押圧することでワイヤの張力を測定していると推測できるが、当該ブラケットがセンサローラの支持位置を中心に回動する虞があり、ブラケットとロードセンサとの互いの接触面の接触状態による荷重変化を無視できない。つまり、ブラケットの回動によりブラケットの接触面がロードセンサのセンサ面に対して微小傾き、両者が均一に接触しない等の接触不具合によりロードセンサに偏荷重が付与され、ワイヤの張力変化とは異なる荷重変化を検出する虞があり、ワイヤの微小な張力変化を精度良く測定することが困難となる。

そして、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ワイヤの走行に対する抵抗を抑制でき、ワイヤの張力を精度良く測定することのできる張力調整機構を備えたワイヤソー装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１の発明は、ワイヤを繰り出して、巻き取る一対のボビンと、該各ボビンからのワイヤの張力を調整する一対の張力調整機構と、を備え、ワイヤによるワークの切削加工を行うワイヤソー装置であって、前記張力調整機構は、ワイヤが巻回される測定用アイドラローラと、該測定用アイドラローラを回転自在に支持すると共に、支持軸部に揺動自在に支持される測定用レバーと、該測定用レバーに接触し、前記ワイヤの張力により前記測定用アイドラローラと共に揺動する前記測定用レバーからの押圧力によりワイヤの張力を測定する張力測定手段と、を備えることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、張力調整機構によりワイヤの張力を測定する際には、ワイヤの張力により測定用レバーが測定用アイドラローラと共に揺動することで、当該測定用レバーが張力測定手段を押圧して、該張力測定手段によりワイヤの張力を測定することができる。
このとき、測定用アイドラローラは測定用レバーに回転自在に支持されているので、測定用レバーが張力測定手段を押圧しているとき、測定用アイドラローラの回転に対する抵抗はほとんど付与されない。これにより、ワイヤの高速化が妨げられることはなく、生産性を向上させることができる。
また、支持軸部を中心とした測定用レバーの揺動により、測定用レバーの接触部が張力測定手段のセンサ面を略均一に押圧してワイヤの張力を測定するので、測定用レバーの接触部が張力測定手段のセンサ面に対して均一に接触しない等の接触不具合による、ワイヤの張力変化とは異なる荷重変化の検出を抑制することができる。これにより、ワイヤの張力を精度良く測定することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るワイヤソー装置の概略斜視図である。 図２は、本ワイヤソー装置で、各加工用ローラにワイヤが巻回された状態を示す斜視図である。 図３は、本ワイヤソー装置に採用された、ワイヤが巻回された張力調整機構の正面図である。 図４は、本ワイヤソー装置に採用された張力調整機構の正面図で、測定用レバーの構成を説明するためのものである。 図５は、図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図１〜図５に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係るワイヤソー装置１は、ワークＷ、例えば円柱状の半導体インゴットをワイヤ列により切断して多数のウエハを形成するものである。図１に示すように、本ワイヤソー装置１は、図示しない支持台から上方に延びる仕切壁１０により、ワークＷをワイヤ列によって切削加工を行う加工エリアＡ１と、一対のボビン３ａ、３ｂ及び一対の張力調整機構４ａ、４ｂが配置される非加工エリアＡ２とに区画されている。なお、図１では、ワイヤ５の図示は省略されている。

図１及び図２に示すように、加工エリアＡ１には、３個の加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃが配置されている。各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃは、仕切壁１０から加工エリアＡ１に向かって突設され、仕切壁１０により回転自在に支持される。各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃは、それぞれの径方向中心を結んだ形状が三角形状を呈するように配置されている。各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃは、所定間隔を置いて互いに平行に配置されている。３個の加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃのうち２個の加工用ローラ７ａ、７ｂが水平方向に沿って互いに平行に配置されており、１個の加工用ローラ７ｃが２個の加工用ローラ７ａ、７ｂよりも下方で、各加工用ローラ７ａ、７ｂ間に配置されている。各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃの先端は、支持部材９により回転自在に支持される。

各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃの表面には、環状溝１２、１２が軸方向に沿って間隔を置いて複数形成されている。加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃの各環状溝１２、１２に、１本の線材によりなるワイヤ５が連続的に螺旋状に巻き付けられている。各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃの下方には、一対のボビン３ａ、３ｂに対応するように案内ローラ１１ａ、１１ｂがそれぞれ配置されている（図１では、他方のボビン３ｂ側に位置する案内ローラ１１ｂは示されていない）。案内ローラ１１ａ、１１ｂは、非加工エリアＡ２からのワイヤ５を各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃに、また各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃからのワイヤ５を非加工エリアＡ２に案内するものである。

加工エリアＡ１で、各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃの上方には、ワークＷを支持するワーク支持機構１５が仕切壁１０に沿って上下動自在に支持される。非加工エリアＡ２にワーク昇降用モータ（図示略）が配置されており、該ワーク昇降用モータが、仕切壁１０に沿って備えられたボールネジ機構等の回転直動機構１９に連結されている。ワーク支持機構１５は、ワークＷを支持する支持部１６と、該支持部１６と回転直動機構１９の直動部材２０とを連結するＬ字状の連結部材１７とを備えている。ワークＷは、ワーク支持機構１５により、その軸方向が加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃの軸方向と一致するように支持され、各加工用ローラ７ａ、７ｂの間の略中央に位置するように支持される。

そして、ワーク昇降用モータの駆動により、回転直動機構１９を介してワーク支持機構１５が上下動することで、その結果、ワークＷを、２個の加工用ローラ７ａ、７ｂの間に送ることが可能となる。また、２個の加工用ローラ７ａ、７ｂの近傍には、加工液供給ノズル（図示略）が複数配置されている。そして、各加工液供給ノズルから砥粒を含む加工液が噴射されて、その加工液が各加工用ローラ７ａ、７ｂ間のワイヤ列に絡むようになる。

一方、図１に示すように、非加工エリアＡ２には、一対のボビン３ａ、３ｂが配置される。これら一対のボビン３ａ、３ｂは支持台上に支持される。一対のボビン３ａ、３ｂは、ワイヤ５を繰り出すための一方のボビン３ａと、ワイヤ５を巻き取る他方のボビン３ｂと、から構成される。両方のボビン３ａ、３ｂには、その回転方向及び回転速度を変更可能なボビン用サーボモータ２２ａ、２２ｂがそれぞれ連結されている。他方のボビン３ｂへのワイヤ５の巻き取り完了後は、その他方のボビン３ｂがワイヤ５の繰り出し側に換わり、一方のボビン３ｂがワイヤ５の巻き取り側に換わるように構成される。なお、ワイヤ５は走行しながら摩耗するために、一方のボビン３ａまたは他方のボビン３ｂから適宜新線が供給される。

また、非加工エリアＡ２には、一対のボビン３ａ、３ｂに対応するように一対の張力調整機構４ａ、４ｂがそれぞれ配置されている。該各張力調整機構４ａ、４ｂは支持台上に支持される。該各張力調整機構４ａ、４ｂは、各ボビン３ａ、３ｂから仕切壁１０側に近接してそれぞれ配置されている。各張力調整機構４ａ、４ｂにより、ワイヤ５の張力を適宜調整している。これにより、各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃ間のワイヤ５に所定の張力が付与されるようになっており、所定の張力が付与されたワイヤ５が、一方または他方のボビン３ａ、３ｂに巻き付けられるようになっている。

次に、張力調整機構４ａ、４ｂの具体的な実施形態を図３〜図５に基づいて、図１も適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明において、各張力調整機構４ａ、４ｂは同じ構成であるために、一方のボビン３ａに対応する一方の張力調整機構４ａを説明する。
張力調整機構４ａは、図３及び図４に示すように、調整用アイドラローラ２５と、測定用アイドラローラ２６と、案内用アイドラローラ２７と、測定用レバー２８と、張力測定手段２９と、張力調整手段３０と、を備えている。

図１も参照して、一方のボビン３ａから仕切壁１０に向かって、調整用アイドラローラ２５、測定用アイドラローラ２６、案内用アイドラローラ２７がこの順序で配置されている。測定用アイドラローラ２６は、調整用アイドラローラ２５及び案内用アイドラローラ２７よりも高い位置に配置され、調整用アイドラローラ２５と案内用アイドラローラ２７との間に間隔が設けられる。案内用アイドラローラ２７は、調整用アイドラローラ２５よりも若干高い位置に配置される。

そして、一方のボビン３ａからのワイヤ５は、まず調整用アイドラローラ２５に巻回され、続いて測定用アイドラローラ２６に巻回され、続いて案内用アイドラローラ２７に巻回される。調整用アイドラローラ２５は、下側の中心角ほぼ１８０°の範囲にワイヤ５が巻回される。測定用アイドラローラ２６は、上側の中心角ほぼ１８０°の範囲にワイヤ５が巻回される。案内用アイドラローラ２７は、その下端から測定用アイドラローラ２６に向かう、中心角ほぼ９０°の範囲にワイヤ５が巻回される。案内用アイドラローラ２７は、後述する支持本体部３８（支持部材３７）の仕切壁１０側の端部に回転自在に支持される。測定用アイドラローラ２６は、測定用レバー２８及び張力測定手段２９と共に、ワイヤ５の張力を測定するために設けられている。調整用アイドラローラ２５は、張力調整手段３０と共に、ワイヤ５の張力を調整するために設けられている。案内用アイドラローラ２７は、ワイヤ５の走行方向を変化させるために設けられている。

測定用レバー２８は、板状に形成される。該測定用レバー２８は、一端が後述する支持軸部４０に揺動自在（回動自在）に支持され、略水平方向に延びる水平レバー部３３と、該水平レバー部３３の他端から下方に向かって略鉛直方向に延びる鉛直レバー部３４とからなるＬ字状に形成される。水平レバー部３３及び鉛直レバー部３４には、長手方向に沿って間隔を置いて複数の貫通孔が形成される。支持部材３７は板状に形成される。該支持部材３７は、正面視ほぼ矩形状に形成される支持本体部３８と、該支持本体部３８の仕切壁１０側の上端から上方に延びる支持突起部３９と、を備えている。図５も参照して、支持突起部３９の上端には、その正面から有底円筒状の支持軸部４０が突設されている。

図４及び図５に示すように、水平レバー部３３の一端が支持軸部４０に揺動自在（回動自在）に支持される。すなわち、水平レバー部３３の一端は略円形状に形成されており、その一端に貫通孔３５が形成される。水平レバー部３３の一端に蓋部材４４が固定される。蓋部材４４は円筒状に形成される。該蓋部材４４は、大径蓋部４５と、大径蓋部４５の軸方向一端面から軸方向に延びる小径蓋部４６とから構成される。支持部材３７から延びる支持軸部４０が、水平レバー部３３の一端の貫通孔３５に挿通され、蓋部材４４の小径蓋部４６の外壁面が、水平レバー部３３の貫通孔３５の内壁面に沿うように配置される。蓋部材４４の内壁面と、支持軸部４０の外壁面との間に複数のベアリング４７、４７が配置される。支持軸部４０の端面に円板状のカバー部材４９が固定される。該カバー部材４９は、支持軸部４０の外径よりも大径に形成される。該カバー部材４９は、蓋部材４４の大径蓋部４５内に配置される。そして、水平レバー部３３の一端（蓋部材４４を含む）が、支持軸部４０にその軸周りを回動自在に支持される。また、図３を参照して、測定用レバー２８の、水平レバー部３３と鉛直レバー部３４との接続部に貫通孔（図示略）が形成される。該貫通孔に、測定用アイドラローラ２６の径方向中央部から軸方向に延びる従動軸部（図示略）が回転自在に支持される。

図３及び図４に示すように、鉛直レバー部３４の下部は、その幅長が下方に向かって次第に狭くなるように形成され、鉛直レバー部３４の下端部が突出して、張力測定手段２９の上端面であるセンサ面２９ａに接触して押圧する接触部３４ａとして作用する。測定用アイドラローラ２６の下方で、鉛直レバー部３４の接触部３４ａと対向する位置に張力測定手段２９が配置される。該張力測定手段２９は、支持部材３７の支持本体部３８の上部に支持される。測定用レバー２８が支持突起部３９から延びる支持軸部４０を中心に揺動することで、鉛直レバー部３４の接触部３４ａが張力測定手段２９のセンサ面２９ａを押圧可能となる。該張力測定手段２９は、鉛直レバー部３４の接触部３４ａからの押圧力を測定する、例えばロードセルで構成される。張力測定手段２９の下方に張力調整手段３０が配置される。

張力調整手段３０は、図１も参照して、回転方向及び回転角度を変更可能な調整用サーボモータ５３と、該調整用サーボモータ５３の出力軸５４に固定されるスウィング部材５５と、張力測定手段２９からの検出結果に基づいて調整用サーボモータ５３の駆動を制御する制御部５６と、を備えている。調整用サーボモータ５３は、支持部材３７の支持本体部３８の背面に支持され、その出力軸５４が支持本体部３８の正面から突出している。調整用サーボモータ５３の本体部に制御部５６が内蔵されている。該制御部５６は張力測定手段２９（ロードセル）と電気的に接続されている。該制御部５６は、張力測定手段２９からの測定結果に基づいて、調整用サーボモータ５３の回転方向及び回転角度を制御するものである。

スウィング部材５５は細長い板状に形成される。スウィング部材５５には、長手方向に沿って間隔を置いて複数の貫通孔が形成される。スウィング部材５５の一端が調整用サーボモータ５３の出力軸５４に固定される。スウィング部材５５はボビン３ａに向かって延びている。調整用アイドラローラ２５の径方向中央部から軸方向に延びる従動軸部（図示略）が、スウィング部材５５の他端に形成される貫通孔（図示略）に回転自在に支持される。そして、調整用サーボモータ５３を駆動させることで、スウィング部材５５がその一端を中心に揺動すると共に、調整用アイドラローラ２５が揺動して、調整用アイドラローラ２５に巻回されているワイヤ５の張力を調整することができる。

以上説明した、本発明の実施形態に係るワイヤソー装置１の作用を説明する。
各ボビン用サーボモータ２２ａ、２２ｂを駆動させることで、一対のボビン３ａ、３ｂを回転させる。すると、例えば、一方のボビン３ａからワイヤ５が繰り出され、ワイヤ５は、概略、一方の張力調整機構４ａ、各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃ、及び他方の張力調整機構４ｂを高速走行して、他方のボビン３ｂに巻き取られる。なお、ワイヤ５は一方向に連続走行させてもよいし、往復走行しながら一方向に走行させるようにしてもよい。

そして、ワーク支持機構１５によりワークＷを把持して、ワーク昇降用モータを駆動させることにより、ワーク支持機構１５を各加工用ローラ７ａ、７ｂ間のワイヤ列に向かって移動させて、ワークＷをワイヤ列に押し当てることで、ワークＷを切断して薄い円板（ウエハ）を多数形成する。この時、各加工液供給ノズルからは砥粒を含む加工液が噴射されて、その砥粒を含む加工液が各加工用ローラ７ａ、７ｂ間のワイヤ列に絡み、ワイヤ５によるワークＷの切断を促進する。

この切削加工時、常時、張力調整機構４ａ（４ｂ）の張力測定手段２９によりワイヤ５の張力が測定される。詳しくは、測定用アイドラローラ２６に巻回されるワイヤ５の張力変化によって、測定用レバー２８が測定用アイドラローラ２６と共に、支持軸部４０を中心に揺動（上下動）するようになる。

そして、支持軸部４０を中心とした測定用レバー２８の揺動により、測定用レバー２８の鉛直レバー部３４の下端部に突出する接触部３４ａが張力測定手段２９のセンサ面２９ａ（上端面）を略均一に押圧して、その押圧力が張力測定手段２９により測定される。この時、ワイヤ５の走行による測定用アイドラローラ２６の回転に対する抵抗はほとんど付与されない。

その後、張力測定手段２９による測定結果が、張力調整手段３０の制御部５６に伝達され、制御部５６においてワイヤ５の張力として把握される。当該制御部５６において、張力測定手段２９からの測定結果に基づいて、調整用サーボモータ５３の回転方向及び回転角度を制御することで、スウィング部材５５がその一端を中心に揺動され、その結果、調整用アイドラローラ５３がワイヤ５の走行により高速回転しながら揺動して、ワイヤ５の張力が調整される。

以上説明したように、本発明の実施形態に係るワイヤソー装置１に採用された張力調整機構４ａ（４ｂ）は、ワイヤ５が巻回され、ワイヤ５の張力を測定するための測定用アイドラローラ２６と、該測定用アイドラローラ２６からのワイヤ５が巻回され、ワイヤ５の張力を調整するための調整用アイドラローラ２５と、測定用アイドラローラ２６を回転自在に支持すると共に、支持突起部３９からの支持軸部４０に揺動自在に支持される測定用レバー２８と、該測定用レバー２８の鉛直レバー部３４の接触部３４ａに接触して、ワイヤ５の張力により測定用アイドラローラ２６と共に揺動する測定用レバー２８の鉛直レバー部３４の接触部３４ａからの押圧力によりワイヤ５の張力を測定する張力測定手段２９と、該張力測定手段２９からの測定結果に基づいて、調整用アイドラローラ２５を揺動させてワイヤ５の張力を調整する張力調整手段３０と、を備えている。

そして、ワイヤ５の張力を測定する際には、測定用アイドラローラ２６が高速回転しながら測定用レバー２８と共に、支持軸部４０を中心に揺動（上下動）して、測定用レバー２８の接触部３４ａが張力測定手段２９のセンサ面２９ａを押圧することでワイヤ５の張力を測定している。その結果、ワイヤ５の走行による測定用アイドラローラ２６の高速回転に対する抵抗はほとんど付与されない。これにより、ワイヤ５の高速化を妨げることなく、生産性を向上させることができる。しかも、測定用レバー２８の接触部３４ａと張力測定手段２９のセンサ面２９ａとの間にも摩擦抵抗はほとんど付与されないので、接触部３４ａ及びセンサ面２９ａの損傷を抑制することができる。

また、ワイヤ５の張力を測定する際には、支持軸部４０を中心に揺動する測定用レバー２８の鉛直レバー部３４の接触部３４ａが張力測定手段２９のセンサ面２９ａを略均一に押圧するので、鉛直レバー部３４の接触部３４ａと張力測定手段２９のセンサ面２９ａとの接触不具合による荷重変化の検出を抑制することができ、ワイヤ５の張力（張力変化）を精度良く測定することができる。しかも、ワイヤ５の張力を精度良く測定して、張力調整手段３０によりワイヤ５の張力を適宜調整することで、ワイヤ５の断線を抑制でき、その結果、さらに小径のワイヤ５を使用することができ、半導体インゴット（ワークＷ）から形成される円板（ウエハ）の歩留まりを向上させることができる。

１ ワイヤソー装置，３ａ、３ｂ ボビン，４ａ、４ｂ 張力調整機構，５ ワイヤ，２５ 調整用アイドラローラ，２６ 測定用アイドラローラ，２８ 測定用レバー，２９ 張力測定手段，２９ａ センサ面，３０ 張力調整手段，３４ａ 接触部，４０ 支持軸部，Ｗ ワーク

Claims (1)

1. ワイヤを繰り出して、巻き取る一対のボビンと、該各ボビンからのワイヤの張力を調整する一対の張力調整機構と、を備え、ワイヤによるワークの切削加工を行うワイヤソー装置であって、
   前記張力調整機構は、
   ワイヤが巻回される測定用アイドラローラと、
   該測定用アイドラローラを回転自在に支持すると共に、支持軸部に揺動自在に支持される測定用レバーと、
   該測定用レバーに接触し、前記ワイヤの張力により前記測定用アイドラローラと共に揺動する前記測定用レバーからの押圧力によりワイヤの張力を測定する張力測定手段と、
   を備えることを特徴とするワイヤソー装置。

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