JP2020121392A - ワイヤソー及びワイヤソーの被加工物切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤソーにおいて、切断精度及び切断速度の向上を図る。【解決手段】一対のワイヤリール２、８間でワイヤ３を往復走行させながら、ワイヤ列９に被加工物２０を押し付けることで被加工物２０を切断するワイヤソー１である。ワイヤソー１は、ワイヤ３の往復走行時における一定速走行時に、被加工物２０とワイヤ３とが接する加工位置で所定送り量だけ被加工物２０をワイヤ列９に押し付ける方向に送り、ワイヤ３の往方向及び複方向からの減速走行時は、被加工物２０をワイヤ列９のワイヤ３から離間させる方向に被加工物２０を送り、ワイヤ３の往方向及び複方向への加速走行時は、被加工物２０を所定送り量より多くワイヤ列９に押し付ける方向に送ることで、複方向走行時に被加工物２０から離間したワイヤ３を少なくとも加工位置に戻すように被加工物２０を位置させるようにしながら被加工物２０を切断する構成を採用する。【選択図】図２

Description

本発明は、シリコン、サファイア、シリコンカーバイド、ネオジム磁石等の各種材料をワイヤによって切断するワイヤソー及びワイヤソーの被加工物切断方法に関する。

従来から、ワイヤを複数の溝が形成されたワークローラーに巻回してワイヤ列を形成し、前記ワイヤを一方走行又は往復走行させながら前記ワイヤ列に被加工物を押し付けることで複数のウエハを切り出すワイヤソーが知られている。

前記ワイヤソーは、大きく分けて固定砥粒方式と遊離砥粒方式が知られている。
前記固定砥粒方式のワイヤソーは、ワイヤにダイヤモンド等の砥粒が電着や樹脂で固定された固定砥粒ワイヤが用いられ、切断時に界面活性剤の添加された水等の加工液がワイヤに掛けられながら被加工物の加工が行われる。
また、前記遊離砥粒方式のワイヤソーは、芯線ワイヤにスラリ（ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、シリコンカーバイド等の砥粒が加工液に混ぜられた切削液）が掛けられながら被加工物の加工が行われる。

また、前記ワイヤソーの切断精度や切断速度を向上させるために、前記ワイヤ列のワイヤを揺動円弧運動させ、ワイヤと被加工物の接触部位を点接触に近づけて被加工物を切断することが行われている（例えば、特許文献１）。前記揺動円弧運動を用いた被加工物の切断は、加工液やスラリが切断部位に効果的に供給されると共に切削屑の排出が促進されるため切断精度や切断速度が向上する。

また、前記揺動円弧運動を行わないときは、加工液やスラリの供給不足により、被加工物が切断開始部と切断終了部とで異なった厚みに切断される問題がある。これを解消するためにワイヤの往方向走行時はインゴット（被加工物に相当）をワイヤ列に押し付け、複方向走行時はインゴットをワイヤ列から離間させるように送ることが行われている（例えば、特許文献２）。このようにすることで、ワイヤ列からインゴットが離間する際に加工液やスラリが切断部位に安定して供給され、切り出されたウエハの平行度が向上するとされている。

特開２００７−２７６０９７号公報 特開平１０−１２８７３７号公報

ところで、切断する被加工物が粘りの強い材質（例えば、鉄、銅、ニッケル）の場合、前記揺動円弧運動を用いた切断を行うと、ワイヤが揺動円弧運動時に被加工物に引っ掛かったり、局部的にワイヤの撓みが発生し、ワイヤの張力変動が発生したり、ワイヤが断線したりする問題があった。

また、例えば、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石等の比較的比重の高い材質を切断する場合、切削屑が沈降しやすい。このため、ワイヤソーで切断加工を進めると被加工物の加工部分の溝に切削屑が沈降して、ワイヤの揺動円弧運動時に沈降した切削屑がワイヤにより一層引っ掛かりやすくなる。特にこれらの被加工物は、その後の使用用途に応じて瓦状、ドーナツ形状又は矩形状のブロックが多数積層されて被加工物が形成されており、被加工物の空間部分に切削屑が沈降して蓄積するため、上記の問題が顕著に起こる問題がある。

従って、上記のような被加工物の場合は、揺動円弧運動を行わずに切断したり、揺動する角度を小さくしたりする必要があり、揺動円弧運動を有効に利用することができないため、切断精度の向上や切断速度を高めることができない問題がある。また、切断終了後にワイヤを被加工物から抜き取る必要があるが、切削屑がワイヤ上に蓄積し、ワイヤが引っ掛かって抜き取りできない問題がある。このような場合、ワイヤを切断し抜き取る必要があるが、ワイヤを切断すると再度ワイヤをワークローラー等に巻き掛ける必要があり、作業効率が大幅に低下する問題がある。

また、特許文献２の方法を用いた場合、切り出されたウエハの平行度は向上するものの実際に加工に寄与しているのはワイヤの往方向走行時のみであり、加工時間は２倍かかる問題がある。

そこで、本発明は、平行度等の加工精度を向上すると共に揺動円弧運動を使用せずとも加工速度を向上できるワイヤソー及び被加工物の切断方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、一対のワイヤリールと、前記一対のワイヤリール間に設けられた複数個のワークローラーと、前記複数個のワークローラーに巻き掛けられて形成されたワイヤ列と、被加工物を保持すると共に前記被加工物を前記ワイヤ列に押し付けする保持手段と、を備え、前記ワイヤリール間で前記ワイヤを往復走行させながら、前記ワイヤ列に被加工物を押し付けることで前記被加工物を切断するワイヤソーにおいて、
前記ワイヤの往復走行時における一定速走行時に、前記被加工物とワイヤとが接する加工位置で所定送り量だけ前記被加工物を前記ワイヤ列に押し付ける方向に送り、
前記ワイヤの往方向及び複方向からの減速走行時は、前記被加工物をワイヤ列のワイヤから離間させる方向に前記被加工物を送り、
前記ワイヤの往方向及び複方向への加速走行時は、前記被加工物を所定送り量より多く前記ワイヤ列に押し付ける方向に送ることで、複方向走行時に被加工物から離間した前記ワイヤを少なくとも前記加工位置に戻すように被加工物を位置させるようにしながら被加工物を切断する構成を採用したワイヤソーである。

請求項２の発明は、一対のワイヤリール間を往復走行するワイヤを複数個のワークローラーに巻き掛けてワイヤ列を形成し、該ワイヤ列に加工液を供給しながら被加工物を押しつけることにより、該被加工物を切断するワイヤソーにおいて、
前記ワイヤの往方向への一定速走行時は、加工位置で所定送り量だけ前記被加工物を前記ワイヤ列に押し付ける方向に送り、
前記ワイヤの復方向への減速走行時は、前記被加工物をワイヤ列のワイヤから離間させる方向に被加工物を送り、
前記ワイヤの往方向への加速走行時は、前記被加工物を所定送り量より多く前記ワイヤ列に押し付ける方向に送ることで、複方向走行時に被加工物から離間した前記ワイヤを少なくとも加工位置に戻すように被加工物を位置させながら前記被加工物の切断を行う構成を採用したワイヤソーの被加工物切断方法である。

本発明によれば、往方向及び複方向への加速走行時にワイヤに被加工物を接触させるようにし、一定速走行時は、所定の送り量で被加工物をワイヤに押し付け、往方向及び複方向からの減速走行時にワイヤから被加工物を離間させるようにしているので、ワイヤと被加工物の離間時に切断屑が円滑に排出され、切断部の目詰まりが解消されて切断精度が向上する。

また、本発明によれば、ワイヤが被加工物と離間しているのは、ワイヤの複方向への減速走行時又は往方向への加速走行時のワイヤが被加工物に接触するまでの間であるので、被加工物の加工する時間にほとんど影響がなく、逆に切断部の目詰まりの解消及び加工液の切断部への供給が行われるので加工時間の短縮と加工精度の向上が図れる。

また、本発明によれば、ワイヤ又は被加工物を揺動円弧運動させずに揺動円弧運動のような切削屑の排出性向上と加工部位への加工液供給性向上を行うことができる。

は、本発明のワイヤソーの概略全体図である。 （ａ）は、本発明のワイヤソーのワイヤ走行状態を表すグラフであり、（ｂ）は、本発明のワイヤソーでの被加工物の送り状態を表すグラフである。 は、本発明のワイヤソーのワイヤ走行状態と被加工物の送り状態の関係を表す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の被加工物切断方法での切断状態を表す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の被加工物切断方法での切断状態を表す説明図である。

以下、本発明のワイヤソーの一実施形態について添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明のワイヤソーの全体概略図である。

ワイヤソー１は、ワイヤ３が巻回された供給側ワイヤリール２と、ワイヤ３を巻き取る回収側ワイヤリール８と、ワイヤ３を案内するトラバース機構１１ａ、１１ｂと、前記ワイヤ３に適宜の張力を付与する複数のテンション機構１４、１４と、前記供給側ワイヤリール２から繰り出されたワイヤ３が多列に巻回され、その間でワイヤ列９を形成する複数のワークローラー５ａ、５ｂと、被加工物２０を前記ワイヤ列９に送り込む昇降機構１５などを備えて構成されている。

前記供給側ワイヤリール２及び回収側ワイヤリール８は、図示しない支持枠に軸支され、図示しないモータによって正逆回転可能になっている。そして、前記供給側ワイヤリール２から繰り出される前記ワイヤ３は、前記供給側ワイヤリール２と回収側ワイヤリール８の間で一方方向への走行又は往復方向への走行を行いながら、所定量ずつ回収側ワイヤリール８に送られて巻き取られるようになっている。

前記ワイヤ３は、固定砥粒方式の場合、芯線にダイヤモンドなどの砥粒が電着やレジンなどで固定された固定砥粒ワイヤが用いられ、遊離砥粒方式の場合、鋼線に真鍮や銅がメッキされた芯線が用いられる。前記固定砥粒方式の場合は、水などの冷却液がワイヤに掛けられながら被加工物２０が加工される。また、遊離砥粒方式の場合は、ダイヤモンド、シリコンカーバイドなどの砥粒が加工液に混錬されたスラリが供給されながら被加工物２０が加工される。

前記トラバース機構１１ａ、１１ｂは、それぞれトラバースプーリ１０ａ、１０ｂを備え、両トラバースプーリ１０ａ、１０ｂは、供給側ワイヤリール２及び回収側ワイヤプーリ８の近傍にそれぞれ設けられている。また、前記トラバース機構１１ａ、１１ｂは、前記トラバースプーリ１０ａ、１０ｂをワイヤリール軸に沿って水平動させることでワイヤ３を所定のピッチで案内するようになっている。

前記テンション機構１４は、供給側と回収側にそれぞれ同一の構成で設けられている。前記テンション機構１４、１４は、テンションプーリ６ａ、６ｂと、テンションアーム１２ａ、１２ｂと、両テンションアーム１２ａ、１２ｂを回転駆動するモータ１３ａ、１３ｂを備えている。

前記テンション機構１４、１４は、モータ１３ａ、１３ｂを所定方向に回転することで、テンションアーム１２ａ、１２ｂを介してテンションプーリ６ａ、６ｂを上下変位させて、ワイヤ３に所定の張力を付与するようになっている。

前記ワークローラー５ａ、５ｂは、所定のピッチで多数の溝が形成され、両ワークローラー５ａ、５ｂにワイヤ３が螺旋状に巻回されることで、ワイヤ列９が形成される。また、前記ワークローラー５ａ、５ｂは、その少なくとも一方に図示しないモータが接続され、前記ワークローラー５ａ、５ｂが正逆回転自在になっている。

また、前記ワークローラー５ａ、５ｂの上方には、加工液ノズル１６、１６が設けられている。前記加工液ノズル１６、１６は、固定砥粒方式の場合は前記冷却液を吐出するようになっており、遊離砥粒方式の場合はスラリを吐出するようになっている。

前記ワイヤ３は、供給側ワイヤリール２からトラバース機構１１ａでトラバースされながらガイドプーリ４に案内され、テンションプーリ６ａで所定の張力が付勢された後、ワークローラー５ａ、５ｂに導かれてワイヤ列９が形成される。前記ワイヤ３は、前記ワイヤ列９を経た後、複数のガイドプーリ７を経由し、回収側のテンションプーリ６ｂで所定の張力が付勢され、回収側のトラバース機構１１ｂでトラバースされながら回収側ワイヤリール８に巻き取られるようになっている。

また、ワイヤ３を往復走行させるときは、上記のワイヤ走行が反転し、回収側ワイヤリール８からワイヤ３が繰り出されて、供給側ワイヤリール２に巻き取られる。このワイヤ走行反転が周期的に行われながらワイヤ３が正転走行又は逆転走行を行うようになっている。

前記昇降機構１５は、被加工物２０を保持する保持手段としての保持テーブル２３と、該保持テーブル２３に設けた図示しないナット部材と、該ナット部材に螺合したボールネジ２５と、該ボールネジ２５を正逆回転駆動するモータ２４とを備えて構成されている。前記被加工物２０は、カーボンやセラミックスなどのダミー部材２１を介して固定台２２に接着され、該固定台２２が保持テーブル２３に脱着可能に固定されるようになっている。そして、前記モータ２４を駆動することで、前記被加工物２０は昇降し、下降時に前記ワイヤ列９に押し付けられ、多数のウエハが切り出されるようになっている。

以上が、ワイヤソー１の構成であり、次にワイヤ３の走行パターン及び被加工物２０の送り状態について図２から図５に基づいて以下に説明する。

本実施形態においてワイヤ３は、往復走行するようになっている。図２（ａ）及び図３のようにワイヤ３は、区間Ａ（時間０からｔ２）において正転走行で速度＋Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）となるまで加速走行し、続いて区間Ｂ（時間ｔ２からｔ３）で＋Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）で一定速走行する。その後、前記ワイヤ３は、区間Ｃ（時間ｔ３からｔ４）で減速して速度が０ｍ／ｍｉｎとなった後、区間Ｄ（時間ｔ４からｔ６）で逆転方向に−Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）となるまで加速走行し、続いて区間Ｅ（時間ｔ６からｔ７）では、−Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）で一定速にて走行した後、区間Ｆ（時間ｔ７からｔ８）で減速するようになっている。

図２（ｂ）は、時間に対して、保持テーブル２３を昇降させる速さの関係を示したグラフである。時間０から区間Ａにおけるｔ１まで、−Ｖ２（ｍｍ／ｈ）から＋Ｖ１（ｍｍ／ｈ）まで保持テーブル２３を加速する（すなわち、保持テーブル２３を加速しながら下降させる。）。続いて、時間ｔ１からｔ３まで保持テーブル２３を＋Ｖ１（ｍｍ／ｈ）の一定速で上昇させる。その後、区間Ｃ（時間ｔ３からｔ４）で保持テーブル２３を＋Ｖ１から−Ｖ２まで減速させながら上昇させる（図４（ｂ）参照）。これにより、未切断部２０ｂとワイヤ３の間に隙間が形成されるので、加工液がその隙間に供給されると共に切削屑が排出されやすくなる。

ここで、前記未切断部２０ｂとワイヤ３の間に隙間が形成されると、前記被加工物２０の加工が行われないため、区間Ｄでワイヤ３の走行が逆転方向に加速している間に前記保持テーブル２３を元の下降位置まで戻すようになっている。このとき、ワイヤ３が逆転走行の一定速に入る前の時間ｔ５までに保持テーブル２３を元の加工位置まで戻すことが好ましい。このようにワイヤ３が一定速に入って加工能力を最大に発揮できる前に未切断部２０ｂとワイヤ３の隙間をなくすことで、加工能力を落とさずに、加工液の切断部への供給と切削屑の排出を行うことができる。

続いて、時間ｔ５からｔ７の間で保持テーブル２３の上昇を一定速＋Ｖ１（ｍｍ／ｈ）にする。その後、ワイヤ３が減速を始める時間ｔ７からｔ８の間で、保持テーブル２３を前記時間ｔ３からｔ４のときと同様に−Ｖ２（ｍｍ／ｈ）となるよう上昇（図５（ｄ）参照）させ、未切断部２０ｂとワイヤ３の隙間を形成する。続いて、時間ｔ８からｔ９の間で前記時間ｔ４からｔ５のときと同様に、保持テーブル２３を図５（ｃ）のごとく、元の加工位置まで復帰させる。以後、上記の動作が繰り返し行われながら、被加工物２０が切断される。

なお、本実施形態において時間ｔ１からｔ３及びｔ５からｔ７までの間で保持テーブル２３の上昇を一定速＋Ｖ１としたが、被加工物２０の形状に応じて切断長さに応じた形状補正をかけた速度として可変するようにしても良い。また、保持テーブル２３の加減速も等加速度運動ではなく加減速量を可変させても良い。

以上が、本発明のワイヤソー及びワイヤソーの被加工物切断方法であるが、本発明は上記実施形態に限らず発明の範囲内で適宜の変更が行える。本発明のワイヤソーでは、被加工物は１つであったが、複数の被加工物を同時に切断しても良い。また、ワイヤソーのワークローラーも本実施形態では２本であったが、３本以上のワークローラーを用いるようにしても良い。また、被加工物を上方からワイヤに押し付けるように構成したが、被加工物を下方からワイヤに押し付けるように構成しても良い。

１ ワイヤソー
２ 供給側ワイヤリール
３ ワイヤ
４ ガイドプーリ
５ ワークローラー
６ａ テンションプーリ
６ｂ テンションプーリ
７ ガイドプーリ
８ 回収側ワイヤリール
９ ワイヤ列
１０ａ トラバースプーリ
１０ｂ トラバースプーリ
１１ａ トラバース機構
１１ｂ トラバース機構
１２ａ テンションアーム
１２ｂ テンションアーム
１３ａ モータ
１３ｂ モータ
１４ テンション機構
１５ 昇降機構
１６ 加工液ノズル
２０ 被加工物
２０ａ 既切断部
２０ｂ 未切断部
２１ ダミー部材
２２ 固定台
２３ 保持テーブル（保持手段）
２４ 昇降モータ
２５ ボールネジ

Claims (2)

1. 一対のワイヤリールと、前記一対のワイヤリール間に設けられた複数個のワークローラーと、前記複数個のワークローラーに巻き掛けられて形成されたワイヤ列と、被加工物を保持すると共に前記被加工物を前記ワイヤ列に押し付けする保持手段と、を備え、前記ワイヤリール間で前記ワイヤを往復走行させながら、前記ワイヤ列に被加工物を押し付けることで前記被加工物を切断するワイヤソーにおいて、
   前記ワイヤの往復走行時における一定速走行時に、前記被加工物とワイヤとが接する加工位置で所定送り量だけ前記被加工物を前記ワイヤ列に押し付ける方向に送り、
   前記ワイヤの往方向及び複方向からの減速走行時は、前記被加工物をワイヤ列のワイヤから離間させる方向に前記被加工物を送り、
   前記ワイヤの往方向及び複方向への加速走行時は、前記被加工物を所定送り量より多く前記ワイヤ列に押し付ける方向に送ることで、複方向走行時に被加工物から離間した前記ワイヤを少なくとも前記加工位置に戻すように被加工物を位置させるようにしながら被加工物を切断することを特徴とするワイヤソー。
2. 一対のワイヤリール間を往復走行するワイヤを複数個のワークローラーに巻き掛けてワイヤ列を形成し、該ワイヤ列に加工液を供給しながら被加工物を押しつけることにより、該被加工物を切断するワイヤソーにおいて、
   前記ワイヤの往方向への一定速走行時は、加工位置で所定送り量だけ前記被加工物を前記ワイヤ列に押し付ける方向に送り、
   前記ワイヤの復方向への減速走行時は、前記被加工物をワイヤ列のワイヤから離間させる方向に被加工物を送り、
   前記ワイヤの往方向への加速走行時は、前記被加工物を所定送り量より多く前記ワイヤ列に押し付ける方向に送ることで、複方向走行時に被加工物から離間した前記ワイヤを少なくとも加工位置に戻すように被加工物を位置させながら前記被加工物の切断を行うことを特徴とするワイヤソーの被加工物切断方法。

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