(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切断用ワイヤが掛けられる複数の溝ロールによってそれぞれ構成される複数のメイン・ロール部が間隔をあけて配置され，これら複数のメイン・ロール部に，メイン・ロール部の溝ロール間に掛けられた切断用ワイヤに向かって被切断材を送り込む送り装置がそれぞれ設けられ，切断用ワイヤ掛けの順番上隣り合うメイン・ロール部間に，速度および張力の少なくとも一方のための調整機構が設けられ，ワイヤ繰出し機構から繰出された１本の切断用ワイヤが，最初のメイン・ロール部の溝ロールに掛けられ，上記調整機構を経て次のメイン・ロール部の溝ロールに掛けられるようにして，複数のメイン・ロール部とそれらの間の上記調整機構に順次掛けられ，最後のメイン・ロール部からワイヤ巻取り機構に巻取られるようになされており，上記調整機構はダンサ機構を含み，上記ダンサ機構は固定ロールと，一端部で揺動自在に枢着されたアームの他端部に設けられたダンサ・ロールとを含み，上記切断用ワイヤは上記固定ロールと上記ダンサ・ロールとの間に掛けられ，上記ダンサ・ロールの高さ位置に応じて上記切断用ワイヤの速度制御が行なわれ，上記アームに加える駆動力により上記切断用ワイヤの張力調整が行なわれる，ワイヤ式切断加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は，半導体材料，磁性材料，セラミックス等のいわゆる脆性材料をウエハ状に切断するのに適したワイヤ式切断加工装置に関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】
ワイヤ式切断加工装置はワイヤ・ソーとも呼ばれ，複数の平行に配置された溝ロールに張設されたワイヤを走行させ，走行するワイヤに被切断材を押し付けることによって被切断材を輪切りにしていくものである。一台のワイヤ式切断加工装置により複数の被切断材を同時に切断するには，次のような構成が考えられる。
▲１▼溝ロールと溝ロールとの間隔を広くあけ，そこに張設されたワイヤに，複数の被切断材を平行に並べた状態で押し付ける。
▲２▼軸方向に長い溝ロールを用い，複数の被切断材を縦に（長さ方向に）並べた状態で押し付ける。
【０００３】
しかしながら，溝ロール間の間隔を広くすると，溝ロール間におけるワイヤの長さ（ワイヤ・スパン）が長くなりワイヤが振れやすくなるので，ウエハの表面精度が悪くなる。また，軸方向に長い溝ロールを用いた場合には，溝ロールに加わる荷重が大きくなるので，溝ロールに高いたわみ剛性が必要とされる。溝ロールがたわむと，ウエハの表面精度が悪くなる。
【０００４】
【発明の開示】
この発明は，複数の被切断材を同時に，かつ従来と同程度の表面精度を保って切断することのできるワイヤ式切断加工装置を提供するものである。
【０００５】
この発明によるワイヤ式切断加工装置においては，切断用ワイヤが掛けられる複数の溝ロールによってそれぞれ構成される複数のメイン・ロール部が間隔をあけて配置される。これら複数のメイン・ロール部には，メイン・ロール部の溝ロール間に掛けられた切断用ワイヤに向かって被切断材を送り込む送り装置がそれぞれ設けられる。切断用ワイヤ掛けの順番上隣り合うメイン・ロール部間に，速度および張力の少なくとも一方のための調整機構が設けられる。ワイヤ繰出し機構から繰出された１本の切断用ワイヤが，最初のメイン・ロール部の溝ロールに掛けられ，調整機構を経て次のメイン・ロール部の溝ロールに掛けられるようにして，複数のメイン・ロール部とそれらの間の調整機構に順次掛けられ，最後のメイン・ロール部からワイヤ巻取り機構に巻取られる。一般的には上記調整機構としてダンサ機構が用いられる。ダンサ機構を用いるとワイヤ速度の制御（速度検出およびそれに基づく調整）と張力の制御（調整）が可能である。上記調整機構を，ダンサ機構とキャプスタン機構の組み合わせによって実現することもできる。この場合には，この調整機構の入口側の張力と出口側の張力が異なる値になるように調整することが可能となる。上記調整機構には，もちろん，必要に応じて，張力設定器，張力検出器，速度設定器または速度制御装置が含まれよう。
【０００６】
この発明によると，複数のメイン・ロール部において被切断材がそれぞれ切断される。複数の被切断材を同時に切断することができる。溝ロール間の間隔を必ずしも広げる必要はなく，また溝ロールの軸方向の長さを必ずしも長くする必要もないので，被切断材の切断面の表面精度を低下させることはない。１本のワイヤが複数のメイン・ロール部において被切断材の切断のために用いられるが，設置するメイン・ロール部の数がそれほど多くなければ，ワイヤの摩耗による問題も生じない。複数のメイン・ロール部におけるワイヤの走行速度および張力は，上記調整機構により，必要ならばワイヤ繰出し機構と最初のメイン・ロール部との間，および最後のメイン・ロール部とワイヤ巻取り機構との間に（速度，張力）調整機構を設けることにより，適切な値になるように調整することができる。
【０００７】
【実施例の説明】
図１はワイヤ式切断加工装置（ワイヤ・ソー）の全体構成を示すものである。
【０００８】
２つのメイン・ロール部10および20が間隔をあけて配置されている。メイン・ロール部10は，３つの溝ロール（またはローラ）11，12および13から構成されている。メイン・ロール部20は，３つの溝ロール21，22および23から構成されている。
【０００９】
メイン・ロール部10において，溝ロール11と溝ロール12とは互いに間隔をあけて，同じ高さ位置にある。溝ロール13は，溝ロール11と溝ロール12との中間の位置の下方に配置されている。側面から見て，溝ロール11〜13はほぼ正三角形の頂点に相当する位置にそれぞれ配置されていることになる。溝ロール11〜13の周面にはそれぞれ一定間隔で溝が形成されている。溝の間隔が切断により形成されるウエハの厚さを規定する。これらの溝ロール11〜13は回転自在にかつ互いに平行にフレーム（図示略）に支持されている。
【００１０】
被切断材の送り装置（ワーク送り装置）（進退するワーク保持部のみ図示）15が溝ロール11と12との中間の上方に配置されている。ワーク送り装置15のワーク保持部の先端部にワーク（被切断材，インゴット）14が着脱自在に保持されている。ワーク14はワーク送り装置15によって２つの溝ロール11と12との間を上下方向に進退する。
【００１１】
後述するように溝ロール11〜13に掛けられたソー・ワイヤｗとソー・ワイヤｗに進入するワーク14とが接触する箇所（加工箇所）の付近には，砥粒を含む加工液を加工箇所に向けて供給するノズル（図示略）が設けられている。
【００１２】
もう一つのメイン・ロール部20の構成もメイン・ロール部10と同じである。メイン・ロール部20の上方にもワーク送り装置25が配置され，このワーク送り装置25によってワーク24が２つの溝ロール21と22の間を上下方向に進退する。
【００１３】
メイン・ロール部10と20との間にはダンサ機構34が設けられている。
【００１４】
１本のソー・ワイヤ（切断用ワイヤ）ｗが，ワイヤ繰出し機構30から繰出され，ダンサ機構32，ガイド・シーブ33を経て，メイン・ロール部10に供給される。メイン・ロール部10において，ソー・ワイヤｗは溝ロール11〜13の溝に沿って順番に掛けられ，各溝ロールにおける溝の数だけ巻回される。
【００１５】
ソー・ワイヤｗはさらにダンサ機構34を経てメイン・ロール部20に供給される。メイン・ロール部20においても同じように溝ロール21〜23の溝に沿って順番に掛けられ，各溝ロールの溝の数だけ巻回される。
【００１６】
ソー・ワイヤｗはさらにガイド・シーブ35，36および37，キャプスタン機構38，ダンサ機構39ならびにガイド・シーブ40を経てワイヤ巻取り機構50に巻取られる。
【００１７】
メイン・ロール部10において，溝ロール11〜13のうちの少なくともいずれか一つが駆動モータ（図示略）によって回転駆動される。たとえば，溝ロール13を駆動ロールとし，溝ロール11〜13の軸に動力伝達用のベルト車を取り付けて，溝ロール13から溝ロール11，12にベルトによって回転力を伝達する。溝ロール11〜13が同方向に回転し，溝ロール11〜13に張設されたソー・ワイヤｗが一方向に走行する。
【００１８】
メイン・ロール部20においても，同じように，たとえば溝ロール23が駆動モータ（図示略）によって回転駆動される。メイン・ロール部10の駆動モータとメイン・ロール部20の駆動モータとを同じモータとしてもよい。メイン・ロール部10の駆動モータとメイン・ロール部20の駆動モータとを別々のモータとした場合には，好ましくはこれらのモータは同期するように回転駆動されるか，または後述するように速度制御される。
【００１９】
これらのメイン・ロール部10，20において，ソー・ワイヤｗは溝ロール11，12間，21，22間を水平に走行する。ワーク送り装置15，25によってワーク14，24が水平に走行するソーワイヤｗに向かって垂直下方に進出する。ワーク14，24を少しずつソー・ワイヤｗに向けて垂直方向に送り，ワーク14，24を溝ロール11，12間，21，22間で水平に走行するソー・ワイヤｗに押し付け，かつソー・ワイヤｗとワーク14，24とが接触している加工箇所にノズルから砥粒を含む加工液を供給する。これによって２つのワーク14，24が一定幅の複数のウエハに同時に切断される。
【００２０】
ソー・ワイヤｗの繰出し機構30は，ソー・ワイヤｗを巻回した繰出しボビン（リールまたはドラム）31を含んでいる。繰出しボビン31から繰出されたソー・ワイヤｗは，ダンサ機構32に供給される。
【００２１】
ダンサ機構32は固定ロール32Ａと上下動自在に保持されたダンサ・ロール32Ｂを含んでいる。ソー・ワイヤｗは固定ロール32Ａとダンサ・ロール32Ｂとの間に順次往復して複数回掛けられている。
【００２２】
メイン・ロール部10とメイン・ロール部20との間に配置されたダンサ機構34もまた，固定ロール34Ａと上下動自在に保持されたダンサ・ロール34Ｂを含んでいる。固定ロール34Ａとダンサ・ロール34Ｂとの間にソー・ワイヤｗが複数回にわたって掛けられる。
【００２３】
キャプスタン機構38は２つの回転自在に設けられたロール38Ａおよび38Ｂを含む。ソー・ワイヤｗはこれらのロール38Ａ，38Ｂ間に複数回にわたって掛けられている。ロール38Ａまたは38Ｂの少なくともいずれか一方の回転がモータ，その他の駆動または制御機構によって制御される。
【００２４】
ダンサ機構39も固定ロール39Ａと上下動自在に保持されたダンサ・ロール39Ｂを含んでいる。ソー・ワイヤｗはこれらの固定ロール39Ａとダンサ・ロール39Ｂとの間に複数回にわたって掛けられている。
【００２５】
ソー・ワイヤｗの巻取り機構50は，巻取りボビン51を含んでいる。巻取りボビン51は駆動モータ（図示略）によって回転駆動される。メイン・ロール部10，20においてワーク14，24の切断に用いられたソー・ワイヤｗは巻取りボビン51に順次巻き取られていく。ソー・ワイヤｗを巻取りボビン51に整列して巻き取るために，トラバース機構（図示略）が設けられる。
【００２６】
このワイヤ式切断加工装置のソー・ワイヤｗの走行速度制御は，一例として，次のように行われる。
【００２７】
メイン・ロール部20の溝ロール23の駆動モータが常に所定の速度で回転するように制御されているものとする。
【００２８】
メイン・ロール部10におけるソー・ワイヤｗの走行速度がメイン・ロール部20におけるソー・ワイヤｗの走行速度と異なる場合には，ダンサ機構34のダンサ・ロール34Ｂの高さ位置が変化する。たとえば，メイン・ロール部10におけるワイヤ速度がメイン・ロール部20のワイヤ速度よりも遅ければダンサ・ロール34Ｂは上昇し，早ければ下降する。ダンサ・ロール34Ｂの位置が検出される。検出された位置に基づいてメイン・ロール部10の溝ロール13の駆動モータの速度が，ダンサ・ロール34Ｂの高さ位置があらかじめ定めた所定位置に保たれるように制御される。
【００２９】
同じように，ダンサ機構32のダンサ・ロール32Ｂの高さ位置に応じて繰出し機構30のボビン31の駆動モータ（またはブレーキ）が制御される。さらにダンサ機構39のダンサ・ロール39Ｂの高さ位置に応じて巻き取り機構50の巻き取りボビン51の駆動モータの速度制御が行われる。
【００３０】
ダンサ機構におけるダンサ・ロールの高さ位置は公知の種々の手段により検出することが可能である。ダンサ・ロールの高さ位置の検出と，ダンサ機構に掛けられたソー・ワイヤの張力の調整とを行うことができる機構として次ようなものがある。
【００３１】
ダンサ機構のダンサ・ロールを，一端部で揺動自在に枢着されたアームの他端部に設ける。このアームをエア・シリンダ（または油圧シリンダ）で駆動する。エア・シリンダに加える圧力によりダンサ・ロールに加わるソー・ワイヤの張力を調整する。アームの揺動角（アームの枢軸の回転角）に基づいてダンサ・ロールの高さ位置を検出する。
【００３２】
ダンサ機構32によってメイン・ロール部10に供給されるソー・ワイヤｗのワイヤ張力を調整することができる。より正しく言えば，ダンサ機構32はワイヤ繰出し機構30からメイン・ロール部10までの間のソー・ワイヤｗの張力を調整する。メイン・ロール部10，またはメイン・ロール部10とダンサ機構32との間に設けられたシーブまたはローラ（たとえばガイド・シーブ）33を通るソー・ワイヤｗのワイヤ張力が張力検出器（図示略）によって検出される。この検出張力が設定値とほぼ等しくなるようにダンサ機構32のダンサ・ロール32Ｂが設けられたアームを駆動するエア・シリンダのエア圧力が調整される。これによって，メイン・ロール部10に供給されるソー・ワイヤｗの張力が常にほぼ一定になるように制御される。
【００３３】
ダンサ機構32のエア圧力と同じエア圧力を，ダンサ機構34のダンサ・ロール34Ｂが設けられたアームを駆動するエア・シリンダに加える。これにより，メイン・ロール部20に供給される（メイン・ロール部10とメイン・ロール部20との間の）ソー・ワイヤｗの張力が，メイン・ロール部10に供給されるソー・ワイヤｗの張力と等しくなるように制御される。メイン・ロール部10とメイン・ロール部20との間にシーブまたはローラを設け，このシーブまたはローラに加わるワイヤ張力を張力検出器によって検出し，この検出張力に基づいてダンサ機構34のエア・シリンダ圧力を制御することもできる。
【００３４】
キャプスタン機構38は，その入力側と出力側のワイヤ張力を分離し，出力側のワイヤ張力を入力側のワイヤ張力よりも低く保持するものである。これにより，ワイヤ巻取り機構50の巻取りボビン51に加わる負荷を小さくすることができる。ガイド・シーブ37に加わるワイヤ張力が張力検出器（図示略）によって検出される。この検出張力に基づいてキャプスタン機構38のロール38Ａまたは38Ｂを駆動するモータのトルクが制御される。キャプスタン機構38によって，メイン・ロール部20からキャプスタン機構38の入力側までのソー・ワイヤｗの張力が，好ましくはメイン・ロール部10，20におけるワイヤ張力と等しくなるように，制御される。
【００３５】
ガイド・シーブ40に加わるワイヤ張力が張力検出器（図示略）によって検出される。この検出張力が設定張力と等しくなるようにダンサ機構39のダンサ・ロール39Ｂが取付けられたアームを駆動するエア・シリンダのエア圧力が調整される。ダンサ機構39によってキャプスタン機構38の出力側とワイヤ巻取り機構50との間の張力が，メイン・ロール部10，20のワイヤ張力よりも低い所与の値となるように制御される。
【００３６】
ダンサ機構における張力の調整は，ダンサ・ロールを単にウエイトまたはばねによって下方に引張ることによっても達成することができるのは言うまでもない。
【００３７】
上記実施例では，ワイヤ繰出し機構30からキャプスタン機構38までのワイヤ張力を一定としている。メイン・ロール部10に動くワイヤ張力とメイン・ロール部20に動くワイヤ張力とを異なる値とすることもできる。この場合には，メイン・ロール部10とダンサ機構34との間にキャプスタン機構を設け，メイン・ロール部10に動く張力とメイン・ロール部20に動く張力を分離すればよい。
【００３８】
上述した実施例では，メイン・ロール部とワーク送り装置（メイン・ロール部10とワーク送り装置15の組，メイン・ロール部20とワーク送り装置25の組）の組が２組設けられている。３組以上のメイン・ロール部とワーク送り装置の組を設けてもよいのはいうまでもない。これらの各組の間には速度または張力調整機構（ダンサ機構）がそれぞれ設けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤ式切断加工装置の全体構成を示す。
【符号の説明】
10，20  メイン・ロール部
11，12，13，21，22，23  溝ロール
30  ワイヤ繰出し機構
31  繰出しボビン
50  ワイヤ巻取り機構
51  巻取りボビン
32，34，39  ダンサ機構
38  キャプスタン機構
ｗ  ソー・ワイヤ
【図１】
0003958876.tif 000002