JPH10264005A - 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
して前記被加工物を加工するワイヤソーの前記ワイヤの
径を検出するワイヤ径検出装置であって、ワイヤ１４は
磁性材料で作られており、内部をワイヤが通過するイン
ダクタンス素子６１と、インダクタンス素子とタンク回
路を形成するように接続された容量素子６２と、タンク
回路に所定の周波数で所定の振幅の発振信号を印加する
発振信号生成回路６４、６５、６６と、タンク回路の電
圧を検出する電圧検出回路６８とを備え、タンク回路の
電圧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内部を
通過するようにインダクタンス素子を設ける。ワイヤは
インダクタンス素子の鉄心として働き、ワイヤ径に応じ
てインダクタンスが変化することになる。このインダク
タンス素子と共振回路を形成するように容量素子を設け
ると、インダクタンス素子のインダクタンスは、ワイヤ
の径に応じて変化するので、共振回路の共振周波数がワ
イヤの径に応じて変化することになる。この共振回路を
タンク回路として使用する。このタンク回路に所定の周
波数で所定の振幅の発振信号を印加すると、印加する発
振信号の周波数がタンク回路の共振周波数に一致してい
れば、タンク回路の発振信号の電圧は大きいが、印加す
る発振信号の周波数とタンク回路の共振周波数との差が
大きくなるに従ってタンク回路の発振信号の電圧は小さ
くなる。従って、あらかじめワイヤ径とタンク回路の電
圧の関係を調べておけば、タンク回路の電圧を検出する
ことによりワイヤ径を検出することができる。

【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（ワーク）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、内部をワイヤが通過するインダクタンス素子
と、インダクタンス素子とタンク回路を形成するように
接続された容量素子と、タンク回路に所定の周波数で所
定の振幅の発振信号を印加する発振信号生成回路と、タ
ンク回路の電圧を検出する電圧検出回路とを備え、電圧
検出回路の検出するタンク回路の電圧からワイヤの径を
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、ワイヤがインダクタンス素子内を通過するだけで、
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】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例のワイヤ
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１
６ａ、複数の固定ガイドローラ１８、移動ローラ２０を
経由して３本の溝付きローラ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ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４６
ｂ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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】本実施例のワイヤソーは、上記の構成に加
えて、ワイヤ径検出装置６０を有している。ワイヤ径検
出装置６０は、どの位置に設けてもよいが、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。
また、ワイヤ径検出装置は複数箇所に設けてもよい。

【００１８】図２は、本実施例で使用するワイヤ径検出
装置６０の構成を示す図である。図２に示すように、ワ
イヤ径検出装置６０は、ワイヤ１４が内部を通過するよ
うにコイル６１が設けられており、コイル６１の両端に
コンデンサ６２が接続されている。これらのコイル６１
とコンデンサ６２で共振回路が形成され、その共振周波
数ｆは、コイル６１のインダクタンスをＬ、コンデンサ
６２の容量をＣとすれば、ｆ＝１／（２π（Ｌ
Ｃ）^1/2 ）で表される。ワイヤ１４の径が磨耗により減
少すると、コイル６１のインダクタンスＬも減少し、共
振周波数ｆが変化する。本発明では、この共振回路をタ
ンク回路として使用する。

【００１９】ゲイン可変発振回路６４で発生した正弦
波、三角波、又は方形波などの発振信号をアンプ６６で
増幅してこのタンク回路に印加する。オートマチック・
ゲイン・コントロール（ＡＧＣ）回路６５は、アンプ６
６の出力をゲイン可変発振回路６４に負帰還するもの
で、アンプ６６の出力強度に応じてゲイン可変発振回路
６４の出力強度を変化させ、アンプ６６の出力強度を一
定に保持する。これにより、タンク回路には一定の周波
数で一定の振幅の発振信号が印加されることになる。コ
ンデンサ６３はタンク回路がアンプ６６に影響しないよ
うにするために設けられる。

【００２０】上記のコイル６１とコンデンサ６２で構成
されるタンク回路に所定の周波数で一定の振幅の発振信
号を印加すると、印加する発振信号の周波数がタンク回
路の共振周波数に一致していれば、タンク回路の発振信
号の電圧は大きいが、印加する発振信号の周波数とタン
ク回路の共振周波数との差が大きくなるに従ってタンク
回路の電圧は小さくなる。上記のように、タンク回路の
共振周波数はコイル６１のインダクタンスに応じて変化
し、コイル６１のインダクタンスはワイヤ１４の径に応
じて変化するので、タンク回路の電圧はワイヤ１４の径
に応じて変化することになる。この様子を示したのが図
３である。ここで、タンク回路の電圧からワイヤ１４の
径を検出するには、タンク回路の電圧とワイヤ１４の径
が１対１に対応していることが必要であり、ワイヤ１４
の径の変化範囲を図示の範囲とすることが必要である。
いいかえれば、タンク回路の電圧が最大になるワイヤ径
を含まないように範囲を設定する必要がある。実際に
は、ワイヤ径の変化範囲とコイルによってインダクタン
スの変化範囲が決定されるので、これとコンデンサの容
量から共振周波数の範囲を決定し、その範囲から若干外
れた位置にゲイン可変発振回路６４の発振周波数を設定
する。

【００２１】タンク回路の電圧は、コイル６１に対応し
て設けられたコイル６７を介して電圧検出回路６８で検
出され、メータ６９に表示される。タンク回路の電圧と
ワイヤ１４の径の関係をあらかじめ調べておけば、メー
タ６９の表示からワイヤ１４の径が分かる。電圧検出回
路６８は、例えば、コイル６７に生じる交流信号を整流
した後、その電圧を検出する回路であり、交流信号の電
圧を検出するこのような回路は広く知られているので、
ここでは説明を省略する。

【００２２】上記のように、ワイヤ径検出装置６０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。本実施例のワイヤソーは、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、３
２、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。

【００２３】ここで、ワイヤ径を管理することの必要性
について説明する。図５は、ワイヤ列２４がワーク５４
に押し当てられている部分の断面を示す図である。図示
のように、平行に走行するワイヤ１４がワーク５４に押
し当てられ、上部に設けられた砥粒供給ノズル４２から
は加工液４０が供給される。ここで、ワイヤ列２４のワ
イヤ１４のピッチをＰｗ、ワイヤ径をφｗ、砥粒径をφ
ｇとすると、切り出されるウエハの厚さＴは、Ｐｗ−φ
ｗ−３φｇとなることが知られている。Ｐｗとφｇは一
定に保持することが可能であるから、Ｔの誤差はワイヤ
径φｗによって決定される。従って、ワイヤ径φｗを管
理すれば切り出すウエハの圧差を所定の範囲内にでき
る。

【００２４】また、ワイヤ１４の材質や加える引張圧、
およびワークの材質等の条件が同じであれば、ワイヤ１
４の径と断線の発生する率は、図６に示すように変化す
る。図６から明らかなように、あるワイヤ径以上になる
と、断線発生率が急激に増加することが分かる。従っ
て、常時ワイヤ径を監視して、図示のような交換すべき
ワイヤ径になった時点でワイヤ１４を交換すれば、効率
よくワイヤ１４を使用した上で、断線の発生を防止する
ことができる。

【００２５】なお、ワーク５４に途中まで溝を加工した
時点でワイヤ１４を交換するのは面倒である上、途中で
ワイヤ径が異なるので好ましくない。そこで、あらかじ
め加工時間とワイヤ径の減少の関係を調べておき、次の
溝を加工している途中でワイヤ径が上記の交換すべきワ
イヤ径になる恐れがある場合には、その溝の加工を開始
する前にワイヤを交換するように指示することが望まし
い。

【００２６】

【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】本発明の実施例のワイヤソーの全体構成を示す
図である。

【図２】実施例のワイヤ径検出装置の構成を示す図であ
る。

【図３】ワイヤ径とタンク回路の電圧の関係を示す図で
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。

【図５】ワイヤソーでの加工部分の様子を示す図であ
る。

【図６】ワイヤソーでのワイヤ径と断線発生率の関係を
示す図である。

【符号の説明】

１４…ワイヤ ６１…インダクタンス素子（コイル） ６２…容量素子（コンデンサ） ６３…コンデンサ ６４…ゲイン可変発振回路 ６５…オートマチック・ゲイン・コントロール（ＡＧ
Ｃ）回路 ６６…アンプ ６７…コイル ６８…電圧検出回路

Claims (2)

【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、 内部を前記ワイヤ（１４）が通過するインダクタンス素
   子（６１）と、 該インダクタンス素子（６１）とタンク回路を形成する
   ように接続された容量素子（６２）と、 前記タンク回路に所定の周波数で所定の振幅の発振信号
   を印加する発振信号生成回路（６４、６５、６６）と、 前記タンク回路の電圧を検出する電圧検出回路（６８）
   とを備え、 前記電圧検出回路（６８）の検出する前記タンク回路の
   電圧から前記ワイヤ（１４）の径を非接触で検出するこ
   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。