JP2016052701A - ワイヤ放電加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インゴットとワイヤとの隙間に加工の屑が滞留するのを防止できるワイヤ放電加工装置を提供する。【解決手段】インゴット（１１）とワイヤ（４）との間に加工屑（１１ｂ）が滞留するのを防ぐ屑除去手段（３４，３８，４０，４２）を備え、屑除去手段は、インゴットとワイヤとに高周波パルス電力を供給しながら加工送りすることでインゴットに形成される溝（１１ａ）に加工液（３６）を供給する加工液供給手段（３４，３８，４０）と、溝内への加工液の供給を促進する供給促進手段（４２）と、を備え、供給促進手段は、加工送りの際にワイヤに追従するように溝に侵入し、溝内でワイヤと併走するクリーニングワイヤ（４２）とした。【選択図】図１

Description

本発明は、放電加工用のワイヤを用いてインゴットからウェーハを切り出すワイヤ放電加工装置に関する。

ＳｉＣ等の半導体材料でなるインゴットからウェーハを切り出す場合には、ワイヤソーと呼ばれる加工装置を用いるのが一般的である。このワイヤソーでは、複数のガイドローラに巻き掛けられたワイヤを長手方向に送りながらインゴットに切り込ませて薄いウェーハを切り出している。

しかしながら、このワイヤソーは、ガイドローラに巻き掛けられたワイヤに対して加工用の砥粒を分散させたスラリーを供給し続けなければならないので、その取り扱いは煩雑である。また、インゴットに対してワイヤが直に接触するので、加工中にワイヤが切断される可能性も高かった。

これらの問題に対し、ワイヤとインゴットとの間の放電を利用してウェーハを切り出すワイヤ放電加工装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。このワイヤ放電加工装置は、放電で発生する熱を利用してウェーハを非接触で切り出すので、インゴット及びワイヤにかかる力学的な負荷を小さくでき、また、砥粒でウェーハの表裏面に傷が付く心配もない。

特開２０００−９４２２１号公報 特開２０１２−２４０１２８号公報

ところで、上述したワイヤ放電加工装置では、インゴットとワイヤとの隙間に加工の屑が滞留してしまうことがある。この場合、滞留した屑を通じて不要な放電が発生し易くなるので、加工精度の低下や、熱によるワイヤの切断等が問題となる。

これに対し、インゴット及びワイヤを純水等の加工液に浸漬する方法や、加工によって形成されるインゴットの溝に加工液を噴射する方法等が検討されている。しかしながら、例えば、ウェーハを大口径化し、又は、切り出しのロスを低減するために溝の幅を縮小すると、上述の方法では必ずしも十分に屑を除去できなくなる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インゴットとワイヤとの隙間に加工の屑が滞留するのを防止できるワイヤ放電加工装置を提供することである。

本発明によれば、間隔をおいて配置された複数のガイドローラに巻き掛けられ、該ガイドローラの回転に伴い走行するワイヤと、インゴットに該ワイヤを切り込ませるように、インゴットを固定する基台部と該ワイヤとを相対的に移動させて加工送りする駆動手段と、該基台部に固定されたインゴットと該ワイヤとに高周波パルス電力を供給する高周波パルス電源ユニットと、インゴットと該ワイヤとの間に加工屑が滞留するのを防ぐ屑除去手段と、を備え、該屑除去手段は、インゴットと該ワイヤとに高周波パルス電力を供給しながら加工送りすることでインゴットに形成される溝に加工液を供給する加工液供給手段と、該溝内への該加工液の供給を促進する供給促進手段と、を備え、該供給促進手段は、加工送りの際に該ワイヤに追従するように該溝に侵入し、該溝内で該ワイヤと併走するクリーニングワイヤであることを特徴とするワイヤ放電加工装置が提供される。

本発明において、該加工液供給手段は、インゴットと該ワイヤとを該加工液に浸漬する加工槽、又はインゴットに向けて該加工液を噴射し該ワイヤに沿って加工液を供給するノズルであることが好ましい。

また、本発明において、該クリーニングワイヤは、周面に凹凸を有することが好ましい。

また、本発明において、該クリーニングワイヤを加工送りの方向に沿って進退させる進退手段を備えることが好ましい。

また、本発明において、該ワイヤを該ガイドローラの軸方向に間隔をあけて複数回巻き掛けることで、並列する複数の切断部が形成され、該複数の切断部をインゴットに切り込ませるように加工送りすることが好ましい。

本発明に係るワイヤ放電加工装置は、インゴットに形成される溝への加工液の供給を促進する供給促進手段として、加工送りの際にワイヤに追従するように溝に侵入し、溝内でワイヤと併走するクリーニングワイヤを備えるので、溝内へ加工液を十分に行き渡らせて、インゴットとワイヤとの隙間に加工の屑が滞留するのを防止できる。

ワイヤ放電加工装置の構成例を模式的に示す一部断面側面図である。 インゴットが加工される様子をインゴットの高さ方向から見た一部断面側面図である。 図３（Ａ）は、インゴットが加工される様子をワイヤの長手方向から見た一部断面側面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の一部を拡大した拡大図である。 図４（Ａ）は、クリーニングワイヤの第１例を模式的に示す側面図であり、図４（Ｂ）は、クリーニングワイヤの第２例を模式的に示す側面図であり、図４（Ｃ）は、クリーニングワイヤの第３例を模式的に示す断面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、ワイヤ放電加工装置の構成例を模式的に示す一部断面側面図である。図１に示すように、本実施形態に係るワイヤ放電加工装置２は、ワイヤ４が巻回された繰り出しボビン６を支持する円柱状の繰り出しローラ８を備えている。

繰り出しローラ８から水平方向に離れた所定の位置には、巻き取りボビン１０を支持する巻き取りローラ１２が配置されている。繰り出しボビン６から繰り出されたワイヤ４は、放電加工に使用された後、巻き取りボビン１０で巻き取られる。ワイヤ４は、例えば、ピアノ線等をベースに構成され、インゴット１１の放電加工に必要な導電性を備えている。

繰り出しローラ８の近傍には、ワイヤ４を案内する円柱状の第１ガイドローラ１４が配置されている。繰り出しボビン６から繰り出されたワイヤ４は、第１ガイドローラ１４に巻き掛けられて水平方向に案内される。

一方、巻き取りローラ１２の近傍には、第１ガイドローラ１４で案内されたワイヤ４をさらに案内する円柱状の第２ガイドローラ１６が配置されている。第１ガイドローラ１４で案内されたワイヤ４は、第２ガイドローラ１６に巻き掛けられて下方に案内される。

第２ガイドローラ１６の下方には、第２ガイドローラ１６で案内されたワイヤ４をさらに案内する円柱状の第３ガイドローラ１８が配置されている。第２ガイドローラ１６で案内されたワイヤ４は、第３ガイドローラ１８に巻き掛けられて水平方向に案内される。この水平方向に案内されたワイヤ４の一部によって、インゴット１１を加工する加工部４ａが構成される。

第１ガイドローラ１４の下方には、第３ガイドローラ１８で案内されたワイヤ４をさらに案内する円柱状の第４ガイドローラ２０が配置されている。第３ガイドローラ１８で案内されたワイヤ４は、第４ガイドローラ２０に巻き掛けられて上方に案内される。

第４ガイドローラ２０で案内されたワイヤ４は、第１ガイドローラ１４に再び巻き掛けられて第２ガイドローラ１６に案内される。上述のように、第１ガイドローラ１４には既にワイヤ４が巻き掛けられているので、ここでは、別の位置にワイヤ４が巻き掛けられる。具体的には、既に巻き掛けられているワイヤ４に対して第１ガイドローラ１４の軸方向に所定の間隔をあけてワイヤ４が再度巻き掛けられる。

同様に、第１ガイドローラ１４で案内されたワイヤ４は、第２ガイドローラ１６に再び巻き掛けられて第３ガイドローラ１８に案内される。また、第２ガイドローラ１６で案内されたワイヤ４は、第３ガイドローラ１８に再び巻き掛けられて第４ガイドローラ２０に案内される。さらに、第３ガイドローラ１８で案内されたワイヤ４は、第４ガイドローラ２０に再び巻き掛けられて第１ガイドローラ１４に案内される。

上述のように、第２ガイドローラ１６、第３ガイドローラ１８、及び第４ガイドローラ２０には既にワイヤ４が巻き掛けられているので、ここでは、別の位置にワイヤ４が巻き掛けられる。具体的には、既に巻き掛けられているワイヤ４に対して、第２ガイドローラ１６、第３ガイドローラ１８、又は第４ガイドローラ２０の軸方向に所定の間隔をあけてワイヤ４が再度巻き掛けられる。

第４ガイドローラ２０で案内されたワイヤ４は、第１ガイドローラ１４にさらに巻き掛けられて第２ガイドローラ１６に案内される。ここでも、ワイヤ４は、第１ガイドローラ１４の軸方向に所定の間隔をあけて巻き掛けられる。

このように、第１ガイドローラ１４、第２ガイドローラ１６、第３ガイドローラ１８、及び第４ガイドローラ２０には、軸方向に所定の間隔をあけてワイヤ４が複数回巻き掛けられる。ワイヤ４を巻き掛ける回数は、加工条件等に応じて任意に設定される。あらかじめ設定された回数に達するまでワイヤ４を巻き掛けた後には、第２ガイドローラ１６を経て巻き取りボビン１０にワイヤ４を固定する。

これにより、第３ガイドローラ１８と第４ガイドローラ２０との間には複数の加工部４ａが並列されて、インゴット１１から複数のウェーハを一度に切り出すことができる。第３ガイドローラ１８、及び第４ガイドローラ２０に巻き掛けられるワイヤ４の軸方向の間隔（すなわち、加工部４ａの間隔）は、切り出されるウェーハの厚みに対応し、例えば、１ｍｍである。ただし、ワイヤ４の軸方向の間隔（加工部４ａの間隔）はこれに限定されない。

また、繰り出しローラ８、巻き取りローラ１２、及び各ガイドローラには、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。この回転駆動源で、繰り出しローラ８、巻き取りローラ１２、及び各ガイドローラを回転させれば、ワイヤ４は、繰り出しローラ８、巻き取りローラ１２、及び各ガイドローラを回転に伴い所定のワイヤ送り方向に送られる（走行する）。なお、第３ガイドローラ１８及び第４ガイドローラ２０の回転量は、ワイヤ４の加工部４ａに所定の張力が掛かるように制御される。

加工部４ａの上方には、インゴット１１を支持する基台（基台部）２２が配置されている。基台２２は、例えば、カーボン等の導電性材料で構成されており、下面側には、導電性接着剤２４を介してインゴット１１が固定される。

インゴット１１は、例えば、ＳｉＣやダイヤモンド（単結晶ダイヤモンド）等の材料で円柱状に形成されており、ワイヤ送り方向に対してインゴット１１の高さ方向（結晶成長方向）が直交するように基台２２に固定される。

この基台２２は、上方に配置された駆動ユニット（駆動手段）２６によって、インゴット１１の高さ方向に直交する上下方向（加工送り方向）に移動する。これにより、インゴット１１にワイヤ４（加工部４ａ）を切り込ませるように、基台２２とワイヤ４とを相対的に移動（加工送り）できる。

基台２２には、放電加工用の高周波パルス電力を供給する高周波パルス電源（高周波パルス電源ユニット）２８が接続されている。この高周波パルス電源２８は、基台２２及び導電性接着剤２４を介して、インゴット１１に第１の高周波パルス電力を供給する。

一方、第１ガイドローラ１４と第４ガイドローラ２０との間、及び、第２ガイドローラ１６と第３ガイドローラ１８との間には、それぞれ高周波パルス電源２８に接続されワイヤ４と接触する給電用の端子３０，３２が配置されている。高周波パルス電源２８は、端子３０，３２を介して、ワイヤ４に第１の高周波パルス電力と極性の異なる第２の高周波パルス電力を供給する。

第３ガイドローラ１８及び第４ガイドローラ２０を囲む位置には、加工槽（加工液供給手段，屑除去手段）３４が配置されている。加工槽３４の内部には純水等の加工液３６が貯留されており、少なくとも、ワイヤ４の加工部４ａ及びインゴット１１の一部が加工液３６に浸漬している。

また、加工部４ａの近傍には、インゴット１１に向けて加工液３６を噴射する一対のノズル（加工液供給手段，屑除去手段）３８，４０が、インゴット１１を挟むように配置されている。このノズル３８，４０は、ワイヤ４の加工部４ａに沿って加工液３６をインゴット１１に供給する。

複数の加工部４ａの下方には、それぞれクリーニングワイヤ（供給促進手段，屑除去手段）４２が配置されている。このクリーニングワイヤ４２は、第４ガイドローラ２０の近傍に配置された円柱状の第１クリーニングガイドローラ４４、及び第３ガイドローラ１８の近傍に配置された円柱状の第２クリーニングガイドローラ４６に巻き掛けられている。

第１クリーニングガイドローラ４４、及び第２クリーニングガイドローラ４６には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。この回転駆動源で、第１クリーニングガイドローラ４４、及び第２クリーニングガイドローラ４６を回転させれば、ワイヤ４（加工部４ａ）と並走するようにクリーニングワイヤ４２を所定のクリーニングワイヤ送り方向に送ることができる。

また、第１クリーニングガイドローラ４４、及び第２クリーニングガイドローラ４６は、それぞれ、移動ユニット（進退手段）４８，５０に支持されている。この移動ユニット４８，５０は、第１クリーニングガイドローラ４４、及び第２クリーニングガイドローラ４６を上下方向（加工送り方向）に移動（進退）させる。すなわち、クリーニングワイヤ４２を上下方向に移動できる。

次に、上述したワイヤ放電加工装置２を用いるインゴット１１の放電加工方法について説明する。図２は、インゴット１１が放電加工される様子を模式的に示す一部断面側面図であり、図３（Ａ）は、インゴット１１が放電加工される様子を模式的に示す一部断面側面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の一部を拡大した拡大図である。

本実施形態の加工方法では、まず、高周波パルス電源２８からインゴット１１に第１の高周波パルス電力を供給し、ワイヤ４に第１の高周波パルス電力と極性の異なる第２の高周波パルス電力を供給する。また、各ガイドローラを回転させて、図２に示すように、ワイヤ４を所定のワイヤ送り方向に送る。

さらに、インゴット１１にワイヤ４（加工部４ａ）を切り込ませるように、駆動ユニット２６でインゴット１１を下方に移動（加工送り）させる。これにより加工液３６中で絶縁状態にあるインゴット１１とワイヤ４の加工部４ａとが十分に近づくと、絶縁が破壊されてインゴット１１と加工部４ａとの間で放電が生じる。

その結果、放電による熱でインゴット１１は溶融される。また、加工液３６の温度が急激に上昇して沸騰し、体積が膨張してインゴット１１の溶融部分を飛散させる。このように、インゴット１１及びワイヤ４に高周波パルス電力を供給しながらインゴット１１を下方に移動させることで、図３（Ａ）に示すように、加工部４ａの移動経路に対応する溝１１ａをインゴット１１に形成できる。

インゴット１１の下方への移動は、ワイヤ４の加工部４ａが基台２２に僅かに切り込むまで続けられる。これにより、インゴット１１を切断して複数のウェーハを切り出すことができる。

上述のように、ワイヤ４の加工部４ａ及びインゴット１１の一部は加工液３６に浸漬しており、また、一対のノズル３８，４０からワイヤ４の加工部４ａに沿って加工液３６が噴射される。そのため、図３（Ｂ）に示すように、加工によって生じる屑（加工屑）１１ｂの大部分は滞留せずに除去される。

ところが、この屑１１ｂの一部がインゴット１１とワイヤ４の加工部４ａとの間に滞留することがある。特に、インゴット１１（ウェーハ）を大口径化し、又は、切り出しのロスを低減するために溝１１ａの幅を縮小すると、屑１１ｂの滞留はより顕著になる。

そこで、本実施形態では、各加工部４ａの下方に、ワイヤ４と並走するように送られるクリーニングワイヤ４２を配置している。これにより、インゴット１１を下方に移動させて溝１１ａを形成すると、クリーニングワイヤ４２はワイヤ４の加工部４ａに追従するように溝１１ａに進入し、溝１１ａ内には加工液３６の流れが形成される。すなわち、溝１１ａ内への加工液３６の供給が促進される。

その結果、インゴット１１とワイヤ４の加工部４ａとの間に加工の屑１１ｂが滞留するのを防止できる。なお、クリーニングワイヤ４２は、移動ユニット４８，５０で上下方向に搖動させておくことが好ましい。

これにより、溝１１ａ内への加工液３６の供給をさらに促進させて、屑１１ｂの滞留をより適切に防止できる。クリーニングワイヤ４２の搖動は、例えば、クリーニングワイヤ４２と加工部４ａとを平行に保ちながら行っても良いし、加工部４ａに対してクリーニングワイヤ４２を傾けるように行っても良い。

なお、このクリーニングワイヤ４２の形状等は、任意に選択、変更できる。図４（Ａ）は、クリーニングワイヤ４２の第１例を模式的に示す側面図であり、図４（Ｂ）は、クリーニングワイヤ４２の第２例を模式的に示す側面図であり、図４（Ｃ）は、クリーニングワイヤ４２の第３例を模式的に示す断面図である。

第１例に係るクリーニングワイヤ４２ａは、ピアノ線等の一般的なワイヤである。第２例に係るクリーニングワイヤ４２ｂは、例えば、複数のワイヤを捩じって形成され、周面には凹凸を有している。第３例に係るクリーニングワイヤ４２ｃは、例えば、一般的なワイヤの周面を凹凸加工して形成される。

溝１１ａ内に形成される加工液３６の流れを大きくするには、第２例に係るクリーニングワイヤ４２ｂや、第３例に係るクリーニングワイヤ４２ｃのように、周面に凹凸を有するクリーニングワイヤ４２を用いると良い。

以上のように、本実施形態のワイヤ放電加工装置２は、インゴット１１に形成される溝１１ａへの加工液３６の供給を促進する供給促進手段として、インゴット１１を下方に移動させる際（加工送りの際）にワイヤ４に追従するように溝１１ａに侵入し、溝１１ａ内でワイヤ４と併走するように送られるクリーニングワイヤ４２を備えるので、溝１１ａ内へ加工液３６を十分に行き渡らせて、インゴット１１とワイヤ４との隙間に加工の屑１１ｂが滞留するのを防止できる。

なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、各ガイドローラにワイヤ４を複数回巻き掛けて、並列する複数の加工部４ａを構成しているが、加工部４ａは１つでも良い。

その他、上記実施形態に係る構成、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

２ ワイヤ放電加工装置
４ ワイヤ
４ａ 加工部
６ 繰り出しボビン
８ 繰り出しローラ
１０ 巻き取りボビン
１２ 巻き取りローラ
１４ 第１ガイドローラ
１６ 第２ガイドローラ
１８ 第３ガイドローラ
２０ 第４ガイドローラ
２２ 基台（基台部）
２４ 導電性接着剤
２６ 駆動ユニット（駆動手段）
２８ 高周波パルス電源（高周波パルス電源ユニット）
３０，３２ 端子
３４ 加工槽（加工液供給手段，屑除去手段）
３６ 加工液
３８，４０ ノズル（加工液供給手段，屑除去手段）
４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ クリーニングワイヤ（供給促進手段，屑除去手段）
４４ 第１クリーニングガイドローラ
４６ 第２クリーニングガイドローラ
４８，５０ 移動ユニット（進退手段）
１１ インゴット
１１ａ 溝
１１ｂ 屑（加工屑）

Claims (5)

1. 間隔をおいて配置された複数のガイドローラに巻き掛けられ、該ガイドローラの回転に伴い走行するワイヤと、
   インゴットに該ワイヤを切り込ませるように、インゴットを固定する基台部と該ワイヤとを相対的に移動させて加工送りする駆動手段と、
   該基台部に固定されたインゴットと該ワイヤとに高周波パルス電力を供給する高周波パルス電源ユニットと、
   インゴットと該ワイヤとの間に加工屑が滞留するのを防ぐ屑除去手段と、を備え、
   該屑除去手段は、
   インゴットと該ワイヤとに高周波パルス電力を供給しながら加工送りすることでインゴットに形成される溝に加工液を供給する加工液供給手段と、
   該溝内への該加工液の供給を促進する供給促進手段と、を備え、
   該供給促進手段は、
   加工送りの際に該ワイヤに追従するように該溝に侵入し、該溝内で該ワイヤと併走するクリーニングワイヤであることを特徴とするワイヤ放電加工装置。
2. 該加工液供給手段は、インゴットと該ワイヤとを該加工液に浸漬する加工槽、又はインゴットに向けて該加工液を噴射し該ワイヤに沿って加工液を供給するノズルであることを特徴とする請求項１記載のワイヤ放電加工装置。
3. 該クリーニングワイヤは、周面に凹凸を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のワイヤ放電加工装置。
4. 該クリーニングワイヤを加工送りの方向に沿って進退させる進退手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のワイヤ放電加工装置。
5. 該ワイヤを該ガイドローラの軸方向に間隔をあけて複数回巻き掛けることで、並列する複数の切断部が形成され、
   該複数の切断部をインゴットに切り込ませるように加工送りすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のワイヤ放電加工装置。