(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物とワイヤ電極との間に放電を発生させて該放電によるエネルギーにより前記被加工物を放電加工するワイヤ放電加工装置であって、
１本の前記ワイヤ電極を複数のガイドローラに巻回することにより形成され、前記被加工物に対向する領域を含む並列した複数の並列ワイヤ部と、
前記ガイドローラと平行に設けられ、前記複数の並列ワイヤ部に従動接触して、制振された複数の切断ワイヤ部を前記並列ワイヤ部内に形成する一対の制振ガイドローラと、
前記複数の並列ワイヤ部を介して前記一対の制振ガイドローラと平行に且つ対向して設けられ、前記複数の並列ワイヤ部を前記一対の制振ガイドローラに押し付けて前記複数の並列ワイヤ部に従動接触する一対のワイヤ押さえ部と、
前記複数の並列ワイヤ部の各々と、前記複数の切断ワイヤ部に対向して配置される前記被加工物との間に電圧を印加する電源手段と、
前記被加工物を前記切断ワイヤ部に対して相対的に移動させる移動手段と、
前記ワイヤ放電加工装置の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記被加工物を前記複数の切断ワイヤ部に対して相対的に移動させながら放電加工によって複数のウエハの切断を同時に行うとともに、切断途中の前記複数のウエハの一部が前記被加工物と連結した連結部を残す切断加工と、
前記複数の切断ワイヤ部を、前記切断加工時における切断方向における前記複数の切断ワイヤ部の軌跡と同じ軌跡で放電加工しながら相対移動させて、前記切断加工時において切断加工された複数の切断加工面の前記切断ワイヤ部を挟んで対向する２つの面の形状を修正加工する形状修正加工と、
を、前記切断加工と前記形状修正加工とを異なる加工条件で制御すること、
を特徴とするワイヤ放電加工装置。
【請求項２】
前記加工条件が、前記切断ワイヤ部と前記被加工物との間に印加する印加電圧、前記放電の１発あたりのピーク加工電流、前記放電の放電パルス幅加工電圧、および加工速度のうち少なくとも１つであること、
を特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記形状修正加工において、前記印加電圧、前記放電の１発あたりのピーク加工電流、および前記放電の放電パルス幅のうち少なくとも１つの条件を、前記切断加工時よりも大きくする制御を行うこと、
を特徴とする請求項２に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項４】
前記被加工物が円柱形状を有し、
前記制御部は、前記形状修正加工において、
前記切断加工面のうち、前記切断加工時における切断方向における、前記被加工物の両端から、前記両端からの加工距離が前記被加工物の直径の１０％までの外縁領域では、前記切断ワイヤ部の前記切断方向での走査速度を相対的に遅くし、
前記切断加工面において、前記外縁領域を除いた領域では、前記切断ワイヤ部の前記切断方向での走査速度を相対的に速くすること、
を特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項５】
被加工物とワイヤ電極との間に放電を発生させて該放電によるエネルギーにより前記被加工物を放電加工するワイヤ放電加工装置であって、
１本の前記ワイヤ電極を複数のガイドローラに巻回することにより形成され、前記被加工物に対向する領域を含む並列した複数の並列ワイヤ部と、
前記複数の並列ワイヤ部の各々と、前記複数の並列ワイヤ部に対向して配置される前記被加工物との間に電圧を印加する電源手段と、
前記被加工物を前記並列ワイヤ部に対して相対的に移動させる移動手段と、
前記ワイヤ放電加工装置の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記被加工物を前記複数の並列ワイヤ部に対して相対的に移動させながら放電加工によって複数のウエハの切断を同時に行うとともに、切断途中の前記複数のウエハの一部が前記被加工物と連結した連結部を残す切断加工と、
前記複数の並列ワイヤ部を、前記切断加工時における切断方向における前記複数の並列ワイヤ部の軌跡と同じ軌跡で放電加工しながら相対移動させて、前記切断加工時において切断加工された複数の切断加工面の前記並列ワイヤ部を挟んで対向する２つの面の形状を修正加工する形状修正加工と、
を、前記切断加工と前記形状修正加工とを異なる加工条件で制御すること、
を特徴とするワイヤ放電加工装置。
【請求項６】
走行する複数の切断ワイヤ部と半導体材料からなる被加工物との間に放電を発生させて該放電によるエネルギーにより前記被加工物を放電加工し、前記被加工物から複数のウエハを同時に切断する半導体ウエハの製造方法であって、
平行に走行する複数のワイヤ部材を一対の制振ガイドローラと一対のワイヤ押さえ部とに挟むことにより制振された前記複数の切断ワイヤ部を形成し、
前記被加工物を前記複数の切断ワイヤ部に対して相対的に移動させながら放電加工によって前記被加工物から前記複数のウエハを同時に切断する切断加工を行うとともに、切断途中の前記複数のウエハの一部が前記被加工物と連結した連結部を残して前記切断加工を行う切断加工工程と、
前記複数の切断ワイヤ部を、前記切断加工時における切断方向における前記複数の切断ワイヤ部の軌跡と同じ軌跡で放電加工しながら相対移動させて、前記切断加工時において切断加工された複数の切断加工面の前記切断ワイヤ部を挟んで対向する２つの面の形状を修正加工する形状修正加工工程と、
を含み、
前記切断加工工程と前記形状修正加工工程とにおいて加工条件を異ならせること、
を特徴とする半導体ウエハの製造方法。
【請求項７】
前記加工条件が、前記切断ワイヤ部と前記被加工物との間に印加する印加電圧、前記放電の１発あたりのピーク加工電流、前記放電の放電パルス幅加工電圧、および加工速度のうち少なくとも１つであること、
を特徴とする請求項６に記載の半導体ウエハの製造方法。
【請求項８】
前記形状修正加工工程では、前記印加電圧、前記放電の１発あたりのピーク加工電流、および前記放電の放電パルス幅のうち少なくとも１つの条件を、前記切断加工時よりも大きくすること、
を特徴とする請求項７に記載の半導体ウエハの製造方法。
【請求項９】
前記被加工物が円柱形状を有し、
前記形状修正加工工程では、
前記切断加工面のうち、前記切断加工時における切断方向における、前記被加工物の両端から、前記両端からの加工距離が前記被加工物の直径の１０％までの外縁領域では、前記切断ワイヤ部の前記切断方向での走査速度を相対的に遅くし、
前記切断加工面において、前記外縁領域を除いた領域では、前記切断ワイヤ部の前記切断方向での走査速度を相対的に速くすること、
を特徴とする請求項６に記載の半導体ウエハの製造方法。
【請求項１０】
前記形状修正加工工程後、前記連結部を除去する連結部除去工程を含み、
前記被加工物から、複数枚のウエハを作製すること、
を特徴とする請求項６から９のいずれか１つに記載の半導体ウエハの製造方法。
【請求項１１】
前記被加工物は、炭化物または窒化物の少なくとも一方を成分とする半導体材料で形成されていること、
を特徴とする請求項６から１０のいずれか１つに記載の半導体ウエハの製造方法。
【請求項１２】
走行する複数の並列ワイヤ部と半導体材料からなる被加工物との間に放電を発生させて該放電によるエネルギーにより前記被加工物を放電加工し、前記被加工物から複数のウエハを同時に切断する半導体ウエハの製造方法であって、
前記被加工物を前記複数の並列ワイヤ部に対して相対的に移動させながら放電加工によって前記被加工物から前記複数のウエハを同時に切断する切断加工を行うとともに、切断途中の前記複数のウエハの一部が前記被加工物と連結した連結部を残して前記切断加工を行う切断加工工程と、
前記複数の並列ワイヤ部を、前記切断加工時における切断方向における前記複数の並列ワイヤ部の軌跡と同じ軌跡で放電加工しながら相対移動させて、前記切断加工時において切断加工された複数の切断加工面の前記並列ワイヤ部を挟んで対向する２つの面の形状を修正加工する形状修正加工工程と、
を含み、
前記切断加工工程と前記形状修正加工工程とにおいて加工条件を異ならせること、
を特徴とする半導体ウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤと被加工物との間に発生させた放電のエネルギーによって被加工物を加工するワイヤ放電加工装置および半導体ウエハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数本の並列する切断ワイヤ部によって柱状の被加工物から薄板形状のウエハを同時切断加工する装置が提案されている。切断加工における一つの方式として、研磨材を前記切断ワイヤ部と被加工物との間に介在させ、前記研磨材を被加工物の表面に押し付けること、あるいは、ダイヤモンドなどの硬度の高い微小砥粒を表面に付着させたワイヤを被加工物の表面に押し付けることによる擦作用によって被加工物からウエハを加工するワイヤソー方式がある。また、前記ワイヤソー方式とは異なり、各切断ワイヤ部に対して加工電源を給電し、前記切断ワイヤ部と被加工物との間に放電を発生させて、該放電のエネルギーによって被加工物を除去するワイヤ放電加工方式と呼ばれる方式が提案されている。【０００３】
さらに、前述の２種類の加工方式によるウエハ加工装置は、いずれも生産性を向上させるために、１本のワイヤを複数のガイドローラ間に繰り返し巻き掛けることにより、複数本のワイヤが一定間隔で並行して配置される切断ワイヤ部を形成し、複数箇所で同時並行的に被加工物の切断加工を行うことを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８３４７７号公報
【特許文献２】国際公開第２０１３／１５３６９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、切断ワイヤ部によって薄板である複数枚のウエハをインゴットから同時切断加工する、ワイヤソー方式あるいはワイヤ放電加工方式などの従来の加工方式は、柱状の被加工物からウエハを切断加工することのみを目的としている。つまり、このような加工方式では、加工メカニズムに起因して発生するウエハ加工面の反り、あるいはウエハ加工面の表層部に形成される加工変質層の発生が免れ得ない。このために、柱状の被加工物から切断加工しただけの状態では、板厚、面粗さ、および結晶構造の損傷などのウエハ品質において、ウエハとして半導体プロセスに投入できる仕様を満足するには至らなかった。それゆえ、例えば、所望の物性値を得るように引き上げ法または昇華法などの形成方法によって形成された、半導体素材であるインゴットから切り出されたウエハは、半導体プロセスに投入できる良好な加工面品質を満たすために、研削加工または研磨加工などの後工程を経る必要があった。前述した方式による切断加工後のウエハは、これらの後工程によって、半導体プロセスに投入可能なウエハとして既定の板厚および面粗さに仕上げられる。【０００６】
被加工物であるインゴットから複数本の並列するワイヤによる同時切断加工によって得られるウエハにおいて、インゴット切断加工段階におけるウエハの生産性は大きく向上する。一方で、切り出されたそれぞれのウエハについて、切断加工面の面内における加工量の違いによる板厚差、あるいはウエハ表面の破砕または熱影響による加工変質層などが、後工程である研削加工または研磨加工におけるウエハ加工の負荷を増大させることとなる。したがって、最終的に要求される仕様のウエハが得られるまでを総合的に考えた場合、切断ワイヤ部によるウエハ切断加工条件によっては、ウエハの生産効率を低下させるという問題があった。【０００７】
マルチワイヤ放電加工方式において、前述した切断加工中の外力による各ウエハの変形を防止する方法が、たとえば、特許文献１に提案されている。特許文献１では、切断ワイヤ部によって同時形成されつつある多数枚のウエハの加工開始端に対して、ウエハの加工開始端側から弾性部材を押し付け、これにより変形した前記弾性部材がウエハ間の各加工溝内に入り込み、ウエハ間に詰め物をする状態となり、隣接するウエハの間隙を埋めてウエハ変動を抑制するようにしている。【０００８】
しかしながら、特許文献１の方式によってウエハをインゴットから切断加工する場合、ウエハ端に対して弾性部材を押し付け過ぎると、逆に、ウエハを変形させかねない。あるいは、弾性部材への押し付け量が不足すると、隣接する前記ウエハの間隙に隙間が残り、ウエハ同士を確実に固定することができない。すなわち、押し付け量の調整が困難である。さらに、インゴットから切断されつつあるウエハの各加工面に対して、放電加工しながら切断ワイヤ部を繰り返し走査してウエハを仕上げる加工方法では、詰め物をされたウエハ端部を放電加工する場合、切断ワイヤ部が詰め物と干渉するために仕上げ加工ができないという問題があった。【０００９】
また、特許文献２では、対向するウエハ間のスリット内を、加工電源を供給された並列ワイヤを放電加工しながら走査することにより、形成されたウエハ面を仕上げ加工することが提案されている。特許文献２では、切断ワイヤ部のワイヤ走行方向に対して垂直方向に被加工物を相対移動させるためのステージを備える。切断ワイヤ部による被加工物の切断加工を完全に切り終わる前に停止し、被加工物を載置したステージにより被加工物に形成されたウエハ面の片側に対して並列ワイヤ部を接近させる。対向する２つのウエハ面と、該２つのウエハ面間に位置するワイヤとの極間距離に差を生じさせることで、ワイヤを接近させたウエハ面に対して放電が優先的に発生する。この状態でワイヤをウエハ面に沿って走査することにより、前記片側のウエハ面が均一に放電加工される。前記片方のウエハ面へのワイヤの接近動作は、前記ステージにより行い、並列ワイヤの走査経路を切断加工時の走査経路とは異なる経路とすることで、対向するウエハ面の一方が確実に放電加工される。ただし、特許文献２の方法では、放電加工による確実な形状修正が実現できる一方で、ウエハを１面ずつ加工するため、ウエハの形状修正を完了するには相応の時間を要する。【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、半導体ウエハの加工精度および生産性の向上を実現可能なワイヤ放電加工装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
被加工物とワイヤ電極との間に放電を発生させて該放電によるエネルギーにより前記被加工物を放電加工するワイヤ放電加工装置であって、１本の前記ワイヤ電極を複数のガイドローラに巻回することにより形成され、前記被加工物に対向する領域を含む並列した複数の並列ワイヤ部と、前記ガイドローラと平行に設けられ、前記複数の並列ワイヤ部に従動接触して、制振された複数の切断ワイヤ部を前記並列ワイヤ部内に形成する一対の制振ガイドローラと、前記複数の並列ワイヤ部を介して前記一対の制振ガイドローラと平行に且つ対向して設けられ、前記複数の並列ワイヤ部を前記一対の制振ガイドローラに押し付けて前記複数の並列ワイヤ部に従動接触する一対のワイヤ押さえ部と、前記複数の並列ワイヤ部の各々と、前記複数の切断ワイヤ部に対向して配置される前記被加工物との間に電圧を印加する電源手段と、前記被加工物を前記切断ワイヤ部に対して相対的に移動させる移動手段と、前記ワイヤ放電加工装置の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記被加工物を前記複数の切断ワイヤ部に対して相対的に移動させながら放電加工によって複数のウエハの切断を同時に行うとともに、切断途中の前記複数のウエハの一部が前記被加工物と連結した連結部を残す切断加工と、前記複数の切断ワイヤ部を、前記切断加工時における切断方向における前記複数の切断ワイヤ部の軌跡と同じ軌跡で放電加工しながら相対移動させて、前記切断加工時において切断加工された複数の切断加工面の前記切断ワイヤ部を挟んで対向する２つの面の形状を修正加工する形状修正加工と、を、前記切断加工と前記形状修正加工とを異なる加工条件で制御すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかるワイヤ放電加工装置は、半導体ウエハの加工精度および生産性の向上を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置の主要部の構成を示す側面図
【図２】本発明の実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置の主要部の構成を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態１にかかる制振ガイドローラとワイヤ押さえ部との構造および切断ワイヤ部の拘束状態を示す側面図
【図４】本発明の実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置を用いた半導体ウエハの製造方法の工程を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態１において被加工物の切断加工を一時中断する際の切断ワイヤ部の位置を示す模式図
【図６】本発明の実施の形態１の切断加工工程を説明する断面図であり、図６（ａ）は実施の形態１の切断加工工程における切断ワイヤ部の軌跡を示す断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）における加工領域を拡大して示す断面図
【図７】本発明の実施の形態１の形状修正加工工程を説明する断面図であり、図７（ａ）は実施の形態１の形状修正加工工程における切断ワイヤ部の軌跡を示す断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）における加工領域を拡大して示す断面図
【図８】本発明の実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置による円柱形状の被加工物の切断加工工程後に得られる切断途中のウエハのウエハ面方向の外形を示す模式図
【図９】本発明の実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置による円柱形状の被加工物の切断加工工程後に得られる切断途中のウエハをワイヤの走行方向における外周側から見た、ウエハの切断形状を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置による円柱形状の被加工物の切断加工工程後に得られる切断途中のウエハを加工開始側から見た、ウエハの切断形状を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置および半導体ウエハの製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
＜ワイヤ放電加工装置の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１００の主要部の構成を示す側面図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１００の主要部の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１００では、４本のメインガイドローラ１ａ〜１ｄによりワイヤ走行系が構成されている。
【００１６】
そして、ワイヤ放電加工装置１００は、間隔をおいて平行に配設された一対のガイドローラであるメインガイドローラ１ｃ，１ｄと、一対のメインガイドローラ１ｃ，１ｄ間に一定のピッチで離間しながら複数回巻回されて一対のメインガイドローラ１ｃ，１ｄ間に並列ワイヤ部ＰＳを形成し、メインガイドローラ１ｃ，１ｄの回転に伴って走行する一本のワイヤ３とを備える。すなわち、１本のワイヤ３をメインガイドローラ１ｃ，１ｄに巻回することにより、被加工物５に対向する領域を含む並列した複数の並列ワイヤ部が、形成されている。ワイヤ３は、ワイヤ放電加工装置１００においてワイヤ電極として機能する。本実施の形態１では、被加工物５として半導体材料からなる円柱形状の半導体インゴットを用いる。
【００１７】
また、ワイヤ放電加工装置１００は、一対のメインガイドローラ１ｃ，１ｄ間に該メインガイドローラ１ｃ，１ｄと平行に設けられるとともに複数の並列ワイヤ部ＰＳに従動接触して、制振された複数の切断ワイヤ部ＣＬを形成する一対の制振ガイドローラ７ａ，７ｂと、複数の並列ワイヤ部ＰＳを介して一対の制振ガイドローラ７ａ，７ｂと平行に且つ対向して設けられ、複数の並列ワイヤ部ＰＳを一対の制振ガイドローラ７ａ，７ｂに押し付けて複数の並列ワイヤ部ＰＳに従動接触する一対のワイヤ押さえ部９ａ，９ｂとを備える。
【００１８】
また、ワイヤ放電加工装置１００は、複数の切断ワイヤ部ＣＬに対向して配置される被加工物５と、複数の並列ワイヤ部ＰＳの各々と、の間に電圧を印加する電源手段と、被加工物５をメインガイドローラ１ａ〜１ｄの軸方向に垂直な面に沿って切断ワイヤ部ＣＬに対して直角方向に相対的に移動させる移動手段である上昇下降ステージ１０と、ワイヤ放電加工装置１００の機能を実行するためにワイヤ放電加工装置１００の各構成部の駆動を制御する制御部１４と、を備えている。
【００１９】
そして、切断ワイヤ部ＣＬは、該切断ワイヤ部ＣＬに対して被加工物５を相対的に移動させながら該被加工物５との間の放電によるエネルギーにより該被加工物５を複数のウエハに同時に切断加工する機能と、該切断ワイヤ部ＣＬに対して被加工物５を切断加工時の切断ワイヤ部ＣＬの軌跡で相対的に移動させながら該被加工物５との間の放電によるエネルギーにより複数の切断途中のウエハの表裏面を同時に形状修正加工する機能と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
メインガイドローラ１ａ〜１ｄは、ワイヤ走行系を構成する主要なガイドローラである。ワイヤ放電加工装置１００では、同一直径を有する４本のメインガイドローラ１ａ〜１ｄが、互いに平行に間隔をおいて配置されている。ワイヤ繰り出しボビン２から繰り出された１本のワイヤ３は、順次、４本のメインガイドローラ１ａ〜１ｄ間にまたがって、４本のメインガイドローラ１ａ〜１ｄの軸方向において一定の間隔で離間しながら繰り返し巻回、すなわち巻き掛けられている。ワイヤ３は、メインガイドローラ１ａ〜１ｄの回転に伴って走行し、最後にワイヤ巻き取りボビン４に巻き取られる。
【００２１】
メインガイドローラ１ｃ，１ｄは、被加工物５を挟む位置に設置される。ワイヤ３は、メインガイドローラ１ｃとメインガイドローラ１ｄとの間に一定の張力で張架されることにより、互いにメインガイドローラ１ｃ，１ｄの軸方向において離間した複数の並列ワイヤ部ＰＳを構成する。なお、本明細書においては、並列ワイヤ部ＰＳは、メインガイドローラ１ａ〜１ｄに巻き掛けられたワイヤ３の内、メインガイドローラ１ｃから送り出されてメインガイドローラ１ｄに巻き掛かるまでの部分を指す。すなわち、並列ワイヤ部ＰＳは、メインガイドローラ１ｃから送り出されるワイヤ３の走行方向において、メインガイドローラ１ｃの軸とメインガイドローラ１ｄの軸との間の部分のワイヤ３である。
【００２２】
そして、並列ワイヤ部ＰＳの内、被加工物５に対向して被加工物５の切断加工に用いる部分を含み、直線的に張架された領域を切断ワイヤ部ＣＬと呼ぶ。すなわち、切断ワイヤ部ＣＬは、並列ワイヤ部ＰＳの内、制振ガイドローラ７ａの軸と制振ガイドローラ７ｂの軸との間の部分である。図１は、被加工物５の切断が開始されて被加工物５の内部に切断ワイヤ部ＣＬが進行した状態を示している。切断ワイヤ部ＣＬは、複数本のワイヤ３が平行に一定間隔で配列しており、被加工物５から同時に複数のウエハ５ｗを切り出すことができる。なお、以下においては、切断途中のウエハを含めてウエハ５ｗと示す。
【００２３】
切断ワイヤ部ＣＬのワイヤ３に対して個別に電源ユニット１１からの電圧パルスを供給する各給電子ユニット６ａ〜６ｄは、複数の並列ワイヤ部ＰＳのワイヤ３に個別に接触して配置される。個別の並列ワイヤ部ＰＳのワイヤ３に別々に電力を供給することによりすべての並列ワイヤ部ＰＳで安定した放電加工が可能となる。図１では、メインガイドローラ１ｄと被加工物５との間に配置された給電子ユニット６ａ，６ｂと、メインガイドローラ１ｃと被加工物５との間に配置された給電子ユニット６ｃ，６ｄとの４つのユニットが配置されている。
【００２４】
電源手段である給電子ユニット６ａ〜６ｄは、メインガイドローラ１ａ〜１ｄの軸方向においてワイヤ３の巻き掛け間隔と同間隔に整列した複数の給電子Ｋの集合体である。各給電子Ｋは、互いに絶縁されている。各切断ワイヤ部ＣＬは、給電子Ｋから給電されてそれぞれ加工電流が流れる。給電子Ｋは、表面にＶ溝状のワイヤガイドが形成され、並列ワイヤ部ＰＳの延在方向、すなわちワイヤ３の走行方向に沿った断面が円形ないし円弧形状になっているものが用いられる。給電子Ｋは定期的に回転させてワイヤ接触部位を変更できるように回転可能に設置されている。一方、電源手段である電源ユニット１１は、給電側の端子が給電子ユニット６ａ〜６ｄにそれぞれ電気接続されており、接地側の端子は被加工物５に電気接続されている。したがって、電源ユニット１１から出力される電圧パルスは切断ワイヤ部ＣＬのワイヤ３と被加工物５との間に印加されることとなる。電源ユニット１１と、複数の給電子Ｋおよび被加工物５とは、給電線１２により電気接続されている。なお、図１では、上昇下降ステージ１０上において被加工物５を保持および固定する導電性の保持部材１３を介して電源ユニット１１と被加工物５とが電気接続されている。
【００２５】
また、給電子ユニット６ｂと給電子ユニット６ｃとの間の並列ワイヤ部ＰＳ上に制振ガイドローラ７ａ，７ｂが配置される。制振ガイドローラ７ａ，７ｂは、ワイヤ３が常に掛けられた状態が維持されてワイヤ３をガイドする。制振ガイドローラ７ａ，７ｂは、一対のメインガイドローラ１ｃ，１ｄ間に設けられて並列ワイヤ部ＰＳに従動接触する、メインガイドローラ１ｃ，１ｄに比較して小径のガイドローラである。すなわち、制振ガイドローラ７ａ，７ｂは、並列ワイヤ部ＰＳに接触してワイヤ３が巻き掛かるように配置された従動式のガイドローラであり、ワイヤ３の走行に伴い従動することによって回転する。そして、制振ガイドローラ７ａ，７ｂは、ワイヤ３を支持して、ワイヤ３が直線状に張架された複数の切断ワイヤ部ＣＬを形成する。後述するように、制振ガイドローラ７ａ，７ｂ間の切断ワイヤ部ＣＬは、ワイヤ振動が抑制されて走行位置がほぼ固定された状態となっている。
【００２６】
さらに、切断ワイヤ部ＣＬの領域には、ノズル８として被加工物５を挟みこむようにノズル８ａ，８ｂが向かい合わせに配置されている。ノズル８ａ，８ｂは、切断ワイヤ部ＣＬに沿って被加工物５の切断部に向かって加工液を噴出する。切断ワイヤ部ＣＬはノズル８ａ，８ｂ内を貫通する配置となっているが、ノズル８ａ，８ｂの内面と切断ワイヤ部ＣＬと接触はしていない。上昇下降ステージ１０は被加工物５を載せて上昇または下降を行う台であり、切断ワイヤ部ＣＬに対して被加工物５を相対的に移動させる。図１において、上昇下降ステージ１０から描かれている矢印は上昇下降ステージ１０の移動方向を示している。
【００２７】
ワイヤ３は、メインガイドローラ１ａ〜１ｄのそれぞれに対して、ローラ外周の約１／４周だけ、すなわち一部分だけが巻き掛かっており、４本のメインガイドローラ１ａ〜１ｄに対して周回している。メインガイドローラ１ａ〜１ｄは、ワイヤ繰り出しボビン２からワイヤ巻き取りボビン４に至る経路を構成し、被加工物５が切断ワイヤ部ＣＬを通過してそれ以外のワイヤに干渉しないための空間を確保するように構成されている。メインガイドローラ１ｃ，１ｄは、駆動式ガイドローラである。メインガイドローラ１ｃ，１ｄの上方に配置されたメインガイドローラ１ａ，１ｂは、従動式ガイドローラである。駆動式ガイドローラは、軸がモータに接続されて回転駆動される。一方、従動式ガイドローラは、駆動力を発生せず、表面に接触するワイヤ３の走行に伴って回転する。図１において、メインガイドローラ１ａ〜１ｄの中心に描かれている黒点は軸を示す。また、図１においてメインガイドローラ１ａ〜１ｄの軸の周りに描かれている矢印は、各メインガイドローラ１ａ〜１ｄの回転方向を示す。また、図１においてワイヤ３に沿って描かれている矢印はワイヤ３の走行方向を示す。
【００２８】
メインガイドローラ１ａ〜１ｄは、円柱形状の芯金にウレタンゴム等のゴム材料を巻き付けたローラで、芯金の両端がベアリングで支持され回転可能な構造となっている。メインガイドローラ１ａ〜１ｄの表面のゴムは、ワイヤ３との摩擦係数が高いことから、メインガイドローラ１ａ〜１ｄ上でワイヤ３が滑り、空回りすることを防ぐのに適している。また、メインガイドローラ１ａ〜１ｄにおいてワイヤ３が接触するローラ表面には、メインガイドローラ１ａ〜１ｄの軸方向におけるワイヤの巻き掛け間隔と同間隔で複数本の溝が形成されている。それぞれの溝内にワイヤ３が巻き掛ることで、複数の切断ワイヤ部ＣＬでのワイヤ３の間隔を一定に保つことができる。メインガイドローラ１ａ〜１ｄの軸方向において等間隔に並列配置された切断ワイヤ部ＣＬ間の距離、すなわちメインガイドローラ１ａ〜１ｄにおけるワイヤ３の巻き掛け間隔は一定であり、半導体ウエハを切断する場合、０．１ｍｍ〜０．８ｍｍ程度である。
【００２９】
駆動式のメインガイドローラ１ｃ、１ｄにおいては、ワイヤ３を引っ張る力を得ることができるとともに、従動式のメインガイドローラ１ａ，１ｂにおいては、ローラを回転させる回転力が得られる。これらのガイドローラ１ｃ、１ｄ、給電子ユニット６ａ〜６ｄ、制振ガイドローラ７ａ，７ｂ、ノズル８ａ，８ｂおよび被加工物５は、図示しない加工液貯留槽に貯留された加工液中に浸漬されており、各切断ワイヤ部ＣＬは加工液中で被加工物５に対向し、同時に並行して切断加工を行う。
【００３０】
また、メインガイドローラ１ａ〜１ｄの表面には、ワイヤの巻き掛け間隔と同じ間隔で複数本の溝が形成されており、それぞれの溝をワイヤ３が通ることにより、切断ワイヤ部ＣＬでのワイヤ３の間隔を一定に保つことができる。切断ワイヤ部ＣＬでのワイヤ３の間隔は目的に対応して設定することができる。本実施の形態１のように半導体ウエハを切断することを目的とする場合は、切断ワイヤ部ＣＬでのメインガイドローラ１ａ〜１ｄの軸方向におけるワイヤ３の間隔は、０．１〜０．８ｍｍ程度が適している。
【００３１】
制振ガイドローラ７ａ，７ｂは、複数の並列ワイヤ部ＰＳのワイヤ３に接触して該ワイヤ３が巻き掛かるように配置された従動式のガイドローラであり、ワイヤ３の走行に伴い従動することによって回転する。制振ガイドローラ７ａ，７ｂは、メインガイドローラ１ａ〜１ｄと比べて形状精度、回転精度、および取り付け精度の高い従動式ガイドローラであり、並列ワイヤ部ＰＳの延在方向において被加工物５を挟む位置に２本配置される。制振ガイドローラ７ａ，７ｂは、張架された並列ワイヤ部ＰＳに対して押し当てられ、並列ワイヤ部ＰＳのワイヤ３が該制振ガイドローラ７ａ，７ｂの外周の一部に接するように配置されている。この結果、制振ガイドローラ７ａ，７ｂ間のワイヤ３が直線状に張架されるとともに、ワイヤ３の走行方向が曲げられた状態になって、ワイヤ３の走行中、常にワイヤ３が制振ガイドローラ７ａ，７ｂに掛かった状態が維持される。
【００３２】
制振ガイドローラ７ｂに掛かる前に振動を伴っていたワイヤ３が、制振ガイドローラ７ｂに確実に掛かることで、振動しながら走行するワイヤ３の振動を抑制して制振する。また、同様に制振ガイドローラ７ｂから送り出されたワイヤ３に加えられた振動が、制振ガイドローラ７ａで抑制されて制振される。この結果、２本の制振ガイドローラ７ａ，７ｂは、ワイヤ走行に伴いワイヤ３との摩擦力によって回転しながら、２つの制振ガイドローラ７ａ，７ｂ間の直線状領域にワイヤ振動がほとんどない状態を作り出している。すなわち、制振ガイドローラ７ａ，７ｂによって、メインガイドローラから切断ワイヤ部ＣＬへの振動伝播を抑制し、微視的な走行位置が一定になるようにワイヤ３を精密にガイドすることが可能となる。図１において制振ガイドローラ７ａ、７ｂの上に描かれている左右方向の矢印は、制振ガイドローラ７ａ，７ｂの可動方向を示している。
【００３３】
制振ガイドローラ７ａ，７ｂは、切断ワイヤ部ＣＬに連なるワイヤ３の走行方向を曲げることはあっても、被加工物５が切断ワイヤ部ＣＬを通過するための空間を確保する作用は有していない。制振ガイドローラ７ａ，７ｂにおけるワイヤ３が接触するローラ表面には、制振ガイドローラ７ａ，７ｂの軸と平行で且つ該軸と重なる平面で切断した断面形状がＶ形状、すなわちローラ表面から底部に向かって幅が狭くなる形状とされたワイヤ案内用の溝であるワイヤ案内溝２１が等間隔で形成されている。ワイヤ案内溝２１は、制振ガイドローラ７ａ，７ｂの軸方向において、複数の切断ワイヤ部ＣＬの配列間隔と同間隔で形成されている。また、ワイヤ案内溝２１は、制振ガイドローラ７ａ，７ｂの外周面において、制振ガイドローラ７ａ，７ｂの軸に垂直な面に沿って形成されている。そして、各ワイヤ案内溝２１にワイヤ３が１本ずつ掛けられることで、被加工物５を同時に切断加工する複数の切断ワイヤ部ＣＬが構成されている。制振ガイドローラ７ａ，７ｂは、切断ワイヤ部ＣＬの延在方向において可動とされている。図３は、制振ガイドローラ７ａ，７ｂとワイヤ押さえ部９ａ、９ｂとの構造および切断ワイヤ部ＣＬの拘束状態を示す側面図である。
【００３４】
ワイヤ押さえ部９ａ、９ｂは、切断ワイヤ部ＣＬを構成する各ワイヤ３を、制振ガイドローラ７ａ、７ｂの表面に形成されたワイヤ案内溝２１の内面に押し付け、ワイヤ電極の位置がワイヤ案内溝２１内でずれないようにすることで、後述する複数のウエハ５ｗに対する形状修正加工において、対向する２つのウエハ面、すなわち切断加工面と該２つのウエハ面の間のワイヤ３との極間距離が切断加工時の極間距離と同一となるように作用する。
【００３５】
ワイヤ押さえ部９ａ，９ｂは、制振ガイドローラ７ａ，７ｂと同様に、形状精度、回転精度、および取り付け精度の高い従動式ガイドローラであり、並列ワイヤ部ＰＳを介して制振ガイドローラ７ａ，７ｂと対向する位置に該制振ガイドローラ７ａ，７ｂと平行に配置される。すなわち、ワイヤ押さえ部９ａは、並列ワイヤ部ＰＳを介して制振ガイドローラ７ａと対向する位置に該制振ガイドローラ７ａと平行に配置される。ワイヤ押さえ部９ｂは、並列ワイヤ部ＰＳを介して制振ガイドローラ７ｂと対向する位置に該制振ガイドローラ７ｂと平行に配置される。
【００３６】
ワイヤ押さえ部９ａ，９ｂの外周面には、複数の切断ワイヤ部ＣＬの配列間隔と同間隔で、ワイヤ押さえ部９ａ，９ｂの軸と平行で且つ該軸と重なる平面で切断した断面形状が逆Ｖ字状、すなわち外周面から頂部に向かって幅が狭くなる形状とされた突起であるワイヤ押さえ突起２２が等間隔で形成されている。ワイヤ押さえ突起２２は、ワイヤ押さえ部９ａ，９ｂの素材から削り出されてワイヤ押さえ部９ａ，９ｂと一体成形されている。また、ワイヤ押さえ突起２２は、ワイヤ押さえ部９ａ，９ｂの外周面において、ワイヤ押さえ部９ａ，９ｂの軸に垂直な面に沿って形成されている。ワイヤ押さえ部９ａ，９ｂは、ワイヤ押さえ突起２２が制振ガイドローラ７ａ，７ｂのワイヤ案内溝２１に嵌まり込むように設置される。そして、ワイヤ押さえ部９ａ，９ｂのワイヤ押さえ突起２２が、制振ガイドローラ７ａ，７ｂのワイヤ案内溝２１に掛けられた切断ワイヤ部ＣＬを構成する各ワイヤ３をワイヤ案内溝２１の底部に向かって押し付けるように、ワイヤ押さえ部９ａ，９ｂの押し付け量が調整される。ワイヤ押さえ部９ａ、９ｂは、ワイヤ押さえ突起２２が複数の並列ワイヤ部ＰＳのワイヤ３に接触することにより該ワイヤ３の走行に伴い従動することによって回転する従動式のローラである。
【００３７】
ワイヤ押さえ部９ａ，９ｂの外周面のワイヤ押さえ突起２２によって切断ワイヤ部ＣＬが制振ガイドローラ７ａ，７ｂに形成されたワイヤ案内溝２１の内壁に押し付けられることで、加工液流が変動した場合またはワイヤ走行が一旦停止した後にワイヤ走行が再開された場合でも、ワイヤ案内溝２１内での切断ワイヤ部ＣＬの位置がずれることなくワイヤ案内溝２１内に切断ワイヤ部ＣＬが接触した状態が維持される。これにより、切断ワイヤ部ＣＬの走行にともなって制振ガイドローラ７ａ、７ｂとワイヤ押さえ部９ａ、９ｂとが滑ることなく回転する。
【００３８】
上述したようにワイヤ押さえ部９ａ，９ｂのワイヤ押さえ突起２２によってワイヤ案内溝２１の切断ワイヤ部ＣＬを制振ガイドローラ７ａ，７ｂのワイヤ案内溝２１の内壁に押し付けて、ワイヤ案内溝２１内での切断ワイヤ部ＣＬの位置ずれを防止できれば、ワイヤ押さえ突起２２の形状および寸法は、ワイヤ案内溝２１の形状および寸法に合わせて適宜変更可能である。また、上述したようにワイヤ押さえ部９ａ，９ｂのワイヤ押さえ突起２２によって切断ワイヤ部ＣＬを制振ガイドローラ７ａ，７ｂのワイヤ案内溝２１内に押し付けることができれば、切断ワイヤ部ＣＬの延在方向において、ワイヤ押さえ部９ａの軸と制振ガイドローラ７ａの軸とは同じ位置に無くてもよい。すなわち、切断ワイヤ部ＣＬの延在方向において、ワイヤ押さえ部９ａと制振ガイドローラ７ａとはずれていてもよい。同様に、切断ワイヤ部ＣＬの延在方向において、ワイヤ押さえ部９ｂの軸と制振ガイドローラ７ｂの軸とは同じ位置に無くてもよい。すなわち、切断ワイヤ部ＣＬの延在方向において、ワイヤ押さえ部９ｂと制振ガイドローラ７ｂとの位置は、ずれていてもよい。
【００３９】
制御部１４は、ワイヤ放電加工装置１００の各構成部の駆動を、数値制御機能を用いて制御できる。なお、図１においては、制御部１４は、電源ユニット１１のみに接続されているが、実際には制御対象となるワイヤ放電加工装置１００の各構成部に接続されている。
【００４０】
つぎに、本実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１００を用いて複数枚の半導体ウエハ（以下、ウエハと呼ぶ場合がある）５ｗを、被加工物５である円柱形状の半導体インゴットから同時切断する半導体ウエハの製造方法について説明する。図４は、ワイヤ放電加工装置１００を用いた半導体ウエハの製造方法の工程を示すフローチャートである。以下、各工程について説明する。
【００４１】
ワイヤ放電加工装置１００を用いて半導体ウエハの製造方法を製造する場合には、ステップＳ１０において、放電加工によって被加工物５から複数のウエハ５ｗを同時に切断する切断加工を行うとともに、切断途中の複数のウエハ５ｗの一部が被加工物５と連結した連結部５ａを残して切断加工を行う切断加工工程を行う。つぎに、ステップＳ２０において、複数の切断ワイヤ部ＣＬを、切断加工時における切断方向における切断ワイヤ部ＣＬの軌跡で放電加工しながら走査させて、切断加工時において切断加工された複数の切断加工面の形状を同時に修正加工する形状修正加工工程を行う。つぎに、ステップＳ３０において、形状修正加工工程後、連結部５ａを除去する連結部除去工程を行う。
【００４２】
本実施の形態１にかかる半導体ウエハの製造方法は、上記の工程を行うことにより、半導体素材のバルク結晶であるインゴットなどから、複数枚の半導体ウエハを同時に作製することができる。以下、各工程について説明する。なお、以下において切断加工とは、切断加工工程における加工を意味する。
【００４３】
＜切断加工工程＞
まず、ステップＳ１０において切断加工工程を実施する。ワイヤ放電加工は、脱イオン水などの加工液で満たされたワイヤ３と被加工物５との間の微小な放電ギャップにおいてアーク放電を生じさせて被加工物５の切断を行うものである。具体的には、発生したアークで加熱されて被加工物５の融点以上に達した被加工物５の一部が蒸発する。そして、放電ギャップに存在する加工液が爆発的に気化して、気化した加工液が被加工物５において溶融状態となった部分を吹き飛ばす。吹き飛ばされた部分は、加工屑となって加工液中を浮遊する。切断ワイヤ部ＣＬと被加工物５とがそれぞれ放電電極となっていることから、放電ギャップの長さは極間距離とも称される。
【００４４】
加工中、ワイヤ３はワイヤ繰り出しボビン２から連続的に繰り出されてメインガイドローラ１ａ〜１ｄの回転によって走行し、ワイヤ巻き取りボビン４へ回収される。ワイヤ繰り出しボビン２とワイヤ巻き取りボビン４とのそれぞれの回転速度を調整することで、並列する各ワイヤ３の走行中の張力が制御される。ワイヤ３の走行状態が安定している場合は、走行しているワイヤ３の張力は一定に保たれる。
【００４５】
放電加工を行う際は、メインガイドローラ１ｃ，１ｄを回転させてワイヤ３を走行させながら、切断ワイヤ部ＣＬから規定の極間距離を隔てて被加工物５を対向させて配する。そして、切断ワイヤ部ＣＬに加工電源として電圧パルスを電源ユニット１１から印加し、切断ワイヤ部ＣＬと被加工物５との間にパルス放電を発生させ、切断速度に合わせて上昇下降ステージ１０を上昇させる。極間距離を一定に保った状態で、切断ワイヤ部ＣＬと被加工物５とを相対移動させながらアーク放電を継続させることで、切断ワイヤ部ＣＬが被加工物５を通過した経路に対応して被加工物５に加工溝ＧＲが形成される。したがって、切り出されるウエハ５ｗの厚さは、ワイヤ３の巻き掛け間隔から加工幅、すなわち被加工物５の切り代となった加工溝ＧＲの幅を引いた長さになる。加工幅を小さくするためには、ワイヤ３の線径は小さい方が好ましい。実用的にはワイヤ３として、線形が０．１ｍｍ程度のスチールワイヤが適切であり、線形を０．０７ｍｍ程度に更に細線化したスチールワイヤがより好ましい。また、放電開始電圧を適切にするため、スチールワイヤの表面に黄銅などのコーティングを施してもよい。
【００４６】
給電子ユニット６ａ〜６ｄには、並列ワイヤ部ＰＳに押し付ける量を調整するため、給電子ユニット６ａ〜６ｄを並列ワイヤ部ＰＳに対して垂直方向に移動させる図示しない移動機構が設けられている。並列ワイヤ部ＰＳのワイヤ３と給電子Ｋとの接触長さが摺動長さであり、摺動長さは並列ワイヤ部ＰＳに対する給電子ユニット６ａ〜６ｄの押し付け量で管理できる。すなわち、押し付け量が小さければ摺動長さは短くなり、押し付け量が多ければ摺動長さは長くなる。押し付け量は、並列ワイヤ部ＰＳに対する押し込み距離で規定してもよく、押し付け力で規定してもよい。摺動長さを調節することで給電子ユニット６ａ〜６ｄと並列ワイヤ部ＰＳとの間の接触抵抗を調整でき、１電圧パルスあたりの放電電流値を微調整することができる。なお、加工電流値は、当然のことながら、給電子ユニット６ａ〜６ｄを介して各切断ワイヤ部ＣＬに給電されるので、加工電源を調整することによっても調整できる。
【００４７】
被加工物５である半導体インゴットのワイヤ放電加工装置１００を用いた切断においては、切断条件の一例として印加電圧１００Ｖ、加工電流３Ａ〜４Ａ、パルス幅０．６μｓｅｃの条件が例示される。しかしながら、該切断条件は特に限定されず、用いるワイヤ３の種類、太さ、被加工物５の材質等の諸条件よって適宜調整して用いることができる。
【００４８】
そして、切断加工工程では、ワイヤ放電加工装置１００により被加工物５を切断し、ウエハ５ｗが完全に切断されてしまう前に切断加工を中断する。すなわち、ウエハ５ｗを完全に切断せずに、切断途中のウエハ５ｗの一部が被加工物５と連結している連結部５ａを残すように切断加工を行う。具体的には、図５に示すように被加工物５を直径方向の途中まで切断し、連結部５ａが残る位置で、一旦切断工程を中断する。図５は、本実施の形態１における被加工物５の切断加工を一時中断する際の切断ワイヤ部ＣＬの位置を示す模式図である。図５では、被加工物５の軸に垂直な断面について示している。図５における矢印は、切断ワイヤ部ＣＬによる被加工物５の切断方向を示す。切断の中断位置は、ウエハ５ｗが完全に切断されるまでたとえば切断方向において連結部５ａを１ｍｍ残す位置とする。しかしながら、連結部５ａの厚みは１ｍｍに限らず、切断途中のウエハ５ｗが自立可能とされる連結部５ａが残って切断途中のウエハ５ｗの一部が被加工物５と繋がっていればよい。
【００４９】
＜形状修正加工工程＞
つぎに、ステップＳ２０において実施する、切断加工工程で切断されて被加工物５と連結している連結部５ａを有する切断途中のウエハ５ｗの形状修正加工について説明する。図６は、本実施の形態１の切断加工工程を説明する断面図であり、図６（ａ）は本実施の形態１の切断加工工程における切断ワイヤ部ＣＬの軌跡を示す断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）における加工領域３１を拡大して示す断面図である。図６（ａ）における点線の丸印および黒丸は、切断ワイヤ部ＣＬのワイヤ３の断面を示しており、点線の丸印は切断加工工程の加工開始位置を、黒丸は切断加工工程の加工開始位置に対応している。図７は、本実施の形態１の形状修正加工工程を説明する断面図であり、図７（ａ）は本実施の形態１の形状修正加工工程における切断ワイヤ部ＣＬの軌跡を示す断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）における加工領域３２を拡大して示す断面図である。図７（ａ）における点線の丸印および黒丸は、切断ワイヤ部ＣＬのワイヤ３の断面を示しており、点線の丸印は形状修正加工工程の加工開始位置を、黒丸は形状修正加工工程の加工終了位置に対応している。なお、図７（ｂ）に示す形状修正加工工程の加工開始位置は、切断加工工程の加工開始位置である。図６（ａ）および図７（ａ）における矢印は、切断ワイヤ部ＣＬの軌跡、すなわち通過する経路を示している。また、図６（ａ）および図７（ａ）では切断ワイヤ部ＣＬが移動しているように示しているが、実際には被加工物５である半導体インゴットが移動しており、切断ワイヤ部ＣＬは相対的に被加工物５の切断部分を移動している。
【００５０】
上述したように、複数の切断ワイヤ部ＣＬに加工電源としてパルス電圧を供給し、各切断ワイヤ部ＣＬと被加工物５との間にパルス放電を発生させ、被加工物５に対して各切断ワイヤ部ＣＬを相対移動させる。これにより、被加工物５において各切断ワイヤ部ＣＬが通過した部分には図６（ａ）に示すように複数のスリット、すなわち複数の加工溝ＧＲが加工される。隣接する加工溝ＧＲに挟まれた部分では薄板、すなわち切断途中のウエハ５ｗが形成される。切断加工を継続して被加工物５が完全に切断されると、加工溝ＧＲで挟まされていた部分が同時に複数枚の薄板に分離する。これにより、半導体素材からなる被加工物５から、半導体デバイス用のウエハが作製される。
【００５１】
切断加工工程において、切断ワイヤ部ＣＬによる被加工物５の切断を完了する手前で加工を停止した場合、被加工物５には切断ワイヤ部ＣＬの通過経路が図６（ａ）に示すように加工溝ＧＲとして残る。形状修正加工工程では、加工溝ＧＲに挟まれて形成される複数の薄板、すなわち切断途中のウエハ５ｗが完全に分離されない状態で、切断ワイヤ部ＣＬに再度加工電源を供給して加工溝ＧＲ内を放電加工しながら、切断加工で被加工物５に対して相対移動してきた切断ワイヤ部ＣＬの軌跡、すなわちワイヤ３の軌跡を利用して、図７（ａ）に示すように該軌跡と逆方向に切断ワイヤ部ＣＬを走査する。または、加工溝ＧＲに挟まれて形成される複数の薄板、すなわち切断途中のウエハ５ｗが完全に分離されない状態で、切断ワイヤ部ＣＬに加工電源を供給せずに切断ワイヤ部ＣＬを切断加工工程の加工開始位置にまで戻す。そして、切断加工工程を行った場合と同一の切断ワイヤ部ＣＬの軌跡で、切断ワイヤ部ＣＬに加工電源を供給して加工溝ＧＲ内を放電加工しながら、切断ワイヤ部ＣＬを走査する。すなわち、形状修正加工工程では、加工溝ＧＲ内を放電加工しながら、切断加工工程における切断ワイヤ部ＣＬの軌跡で再度、切断ワイヤ部ＣＬを走査する。
【００５２】
切断加工が中断された状態にある薄板については、先に実施した切断加工における取り残し領域、すなわち削り残した領域、または薄板の反りなどの要件に起因して、図６（ｂ）に示すように厚さが不均一で厚くなった不均一部分５ｂが存在する。また、被加工物５を放電加工により切断したままの状態では、切断加工面の表層部には加工変質層が形成されている。このような薄板に対して、被加工物５を切断したときの切断ワイヤ部ＣＬのワイヤ３の軌跡を利用して、すなわち被加工物５を切断したときの切断ワイヤ部ＣＬの軌跡で切断ワイヤ部ＣＬに加工電源を給電しながら走査する。これにより、薄板の面内において取り残しなどによって厚さが不均一で厚くなった不均一部分５ｂでは、切断ワイヤ部ＣＬを構成する各ワイヤ３と薄板の切断加工面との極間距離が狭くなるので放電が発生し、図７（ｂ）に示すように薄板の切断加工面における取り残し部分が除去され、薄板の切断加工面の形状が修正される。これにより、薄板の板厚の不均一が改善される。
【００５３】
形状修正加工工程において、切断ワイヤ部ＣＬの位置が切断加工工程時の位置からわずかでもずれた場合は、制御部による切断ワイヤ部ＣＬの走査の制御においては切断ワイヤ部ＣＬを切断加工工程時と同じ軌跡で移動させていても、切断ワイヤ部ＣＬは切断加工工程時の軌跡からずれて移動し、走査することになる。この状態では、切断ワイヤ部ＣＬは、各切断ワイヤ部ＣＬに対して２つ存在する薄板の切断加工面、すなわち切断ワイヤ部ＣＬを挟んで対向する２つの薄板の切断加工面に対して、一方の切断加工面に接近し、他方の切断加工面からは遠ざかることになる。これにより、本来は等しいはずの２つの切断加工面との極間距離に差が生じ、わずかながらでもワイヤ３が接近して極間距離が近くなった切断加工面の方が、放電発生の頻度、すなわち放電加工の頻度は多くなる。したがって、放電加工による切断加工面の形状修正は、対向する切断加工面で均等とはならず、一方の切断加工面のみが多く加工される。
【００５４】
前述の切断ワイヤ部ＣＬのずれは、切断加工工程中に各切断ワイヤ部ＣＬに作用していた、制振ガイドローラ７ａ，７ｂのワイヤ案内溝２１に切断ワイヤ部ＣＬを押し付ける力の大きさおよび方向の少なくとも一方が変化した場合に、該押し付ける力が、切断ワイヤ部ＣＬと制振ガイドローラ７ａ、７ｂのワイヤ案内溝２１との摩擦力を上回ったことで切断ワイヤ部ＣＬがワイヤ案内溝２１内で動いてしまい、切断加工時の切断ワイヤ部ＣＬの位置からずれることで発生する。
【００５５】
ワイヤ３を制振ガイドローラ７ａ，７ｂに押し付ける力は、切断ワイヤ部ＣＬの張力であり、ワイヤ繰り出しボビン２とワイヤ巻き取りボビン４との回転差、および図示しないダンサローラにより、加工中の外乱に対しても規定の設定範囲に制御される。しかし、切断加工から一転して切断ワイヤ部ＣＬの軌跡を逆方向に走査、または切断加工の切断加工開始位置にまで再度切断ワイヤ部ＣＬを戻して切断加工時と同一のワイヤ軌跡で走査するという加工状況の変化に起因して、切断ワイヤ部ＣＬのずれが発生する。加工状況の変化として、切断加工で形成された加工溝ＧＲによる加工液流の変化、加工方向の反転による切断ワイヤ部ＣＬと制振ガイドローラ７ａ、７ｂのワイヤ案内溝２１との摩擦力の変化、加工液流量の設定が形状修正加工時には切断加工時よりも弱められることによる切断ワイヤ部ＣＬに作用する外力の変化が挙げられる。加工液流量の設定は、一例として、切断加工時には１５Ｌ／分とされ、形状修正加工時には５Ｌ／分程度に弱められる。
【００５６】
なお、半導体インゴットの切断加工時には、加工液はノズル８ａ、８ｂから各加工溝ＧＲへ向けて勢いよく噴出されるが、形状修正加工時では、加工溝ＧＲへ向けて切断加工時と同条件で加工液を供給すると、半導体インゴットから切り離される前の薄板は大きく振動する。放電加工では、切断ワイヤ部ＣＬと被加工物５である半導体インゴットの切断加工面との放電ギャップが大きく変動すると、放電加工が不安定となり半導体ウエハの切断加工面の加工精度が低下する。このため、ノズル８ａ、８ｂから各加工溝ＧＲへ向けて噴出される加工液流量の設定は、形状修正加工時には切断加工時よりも弱められる。
【００５７】
形状修正加工工程においては、切断ワイヤ部ＣＬの各切断ワイヤ部ＣＬのずれを防止して、切断加工工程時の切断ワイヤ部ＣＬの軌跡を利用した１回の切断ワイヤ部ＣＬの加工溝ＧＲ内の走査によって、切断ワイヤ部ＣＬを挟んで対向する２つの切断加工面を同時に形状修正する。制振ガイドローラ７ａ，７ｂによる切断ワイヤ部ＣＬの支持は、制振ガイドローラ７ａ，７ｂの表面に形成された複数のＶ形状のワイヤ案内溝２１に対して１本ずつ嵌めこまれた切断ワイヤ部ＣＬの張力によって押し付けられて保持されることで行われる。そして、本実施の形態１では、ワイヤ案内溝２１内の切断ワイヤ部ＣＬ、すなわちワイヤ３は、ワイヤ案内溝２１によって拘束されていない部分からも押し付け力が付加され、制振ガイドローラ７ａ，７ｂのワイヤ案内溝２１内での位置ずれが生じないように拘束される。
【００５８】
図３に示すように、制振ガイドローラ７ａ，７ｂの外周面に等間隔で設けられたＶ字状のワイヤ案内溝２１と、制振ガイドローラ７ａ，７ｂのワイヤ案内溝２１の形成間隔と同間隔でワイヤ押さえ部９ａ，９ｂの外周面に設けられた逆Ｖ字状のワイヤ押さえ突起２２とで切断ワイヤ部ＣＬを挟む。これにより、切断ワイヤ部ＣＬが、制振ガイドローラ７ａ，７ｂのワイヤ案内溝２１内における一定位置を走行するようになる。そして、ワイヤ案内溝２１内の切断ワイヤ部ＣＬ、すなわちワイヤ３は、外周面における三面でワイヤ案内溝２１内に拘束されるので、切断加工から形状修正加工に切り替わったために外乱が作用しても位置ずれを生じることがなくなり、該ワイヤ３を挟んで対向する切断加工面との極間距離が変化することがない。これにより、形状修正加工において、対向する２つの切断加工面と、該２つの切断加工面の間の切断ワイヤ部ＣＬ、すなわちワイヤ３との極間距離は、切断加工時の極間距離と同一となる。この結果、切断加工時の切断ワイヤ部ＣＬの軌跡における１回の切断ワイヤ部ＣＬの走査で対向する２つの切断加工面を同時に形状修正できる。したがって、形状修正加工工程では、高い生産性と高い加工精度とを実現できる。
【００５９】
上述した半導体ウエハの製造方法では、切断ワイヤ部ＣＬによる加工軌跡、すなわち切断ワイヤ部ＣＬの走査軌跡が、切断加工時と形状修正加工時とで同一となり、切断ワイヤ部ＣＬを構成するワイヤ案内溝２１内の切断ワイヤ部ＣＬと、該切断ワイヤ部ＣＬを中心として対向する２つの切断加工面との間の２つの極間距離に差を生じることがなくなる。したがって、２つの切断加工面が均等に放電加工されることで、該２つの切断加工面が同時に形状修正され、加工面品質が良好かつ均等であり、かつ板厚の均一化が図られた高精度なウエハ５ｗを一度に大量に生産することができる。そして、ウエハ切断加工の後工程である研削加工または研磨加工でのウエハ厚さ均一化処理に要する加工負荷を減少でき、ウエハコストを低減できる。
【００６０】
隣接する複数のワイヤ案内溝２１内の各切断ワイヤ部ＣＬは、隣接する切断ワイヤ部ＣＬとの間に、ワイヤ３の電気抵抗によるインピーダンスを有する導通経路をワイヤ３に沿って有する。また、各切断ワイヤ部ＣＬは、隣接する各切断ワイヤ部ＣＬの独立性を保つため、ワイヤ３に沿った該導通経路以外の導通経路が形成されてはいけない。したがって、ワイヤ押さえ部９ａ，９ｂは、絶縁性材料で作製される。また、ワイヤ押さえ部９ａ，９ｂのワイヤ押さえ突起２２は、制振ガイドローラ７ａ，７ｂの外周面側からワイヤ案内溝２１内に入り込み、該ワイヤ案内溝２１内に掛けられている切断ワイヤ部ＣＬを押さえ込むことで、ワイヤ案内溝２１内において切断ワイヤ部ＣＬの位置がずれないようにすればよい。したがって、突起状のワイヤ押さえ突起２２の代わりに、ワイヤ押さえ部９ａ，９ｂの外周面にゴムのように柔軟性を有する柔軟性材料からなる柔軟性材料部を設けてもよい。この場合は、柔軟性材料をワイヤ案内溝２１に対して押し込んで、該柔軟性材料がワイヤ案内溝２１の内面溝形状に倣うことで切断ワイヤ部ＣＬを押さえ、ワイヤ案内溝２１での切断ワイヤ部ＣＬの位置ずれを抑制できる。
【００６１】
ワイヤ放電加工は、加工速度が被加工物５の硬度に依存しないことから、硬度の高い素材に対して特に有効である。被加工物５として、例えば、スパッタリングターゲットとなるタングステンまたはモリブデンなどの金属、各種構造部材として使われる炭化珪素を主成分とする多結晶シリコンカーバイドなどのセラミックス、半導体デバイス作製用のウエハ基板となる単結晶シリコン、単結晶シリコンカーバイド、窒化ガリウムなどの半導体素材、太陽電池用ウエハとなる単結晶シリコンまたは多結晶シリコンなどのシリコンを対象とすることができる。特に、炭化珪素および窒化ガリウムに代表される、炭化物または窒化物の少なくとも一方を成分とする半導体材料に関しては、硬度が高いため、機械式ワイヤソーによる方式では生産性が低く、加工精度が低いという問題があった。これに対し、本実施の形態１によれば、高い生産性と高い加工精度とを両立しながら、炭化珪素および窒化ガリウムなどの炭化物または窒化物の少なくとも一方を成分とする半導体材料のウエハ作製を行うことができる。また、切断加工と形状修正加工とを同一の加工装置内における一括処理して実現できることから、被加工物５を加工装置に配置した際の位置ずれなどに起因する無駄な研磨が不要となり、高価なウエハの加工に特に有効である。
【００６２】
また、本実施の形態１のワイヤ放電加工装置１００では、１本のワイヤ３を４本のメインガイドローラ１ａ〜１ｄに巻き掛けた例について示しているが、メインガイドローラを３本または２本配置した構成とすることも可能である。なお、本実施の形態１のワイヤ放電加工装置１００は、並列ワイヤ部ＰＳを構成する各隣接ワイヤの給電子Ｋ間の抵抗によって、隣接する給電子Ｋ間のワイヤを流れる電流を極力抑制している。すなわち、給電子Ｋ間の、ワイヤ長に比例する抵抗値によって、被加工物５の放電部分に対して加工電流が漏れ出す、すなわち加工電流が回り込むことを防止している。したがって、複数本のメインガイドローラにワイヤ３を巻き掛ける際には、１ループのワイヤ３が十分に長くなるようにし、各給電子Ｋ間の抵抗が大きくなればよい。その他、上記の実施の形態に限らず、１本のワイヤ３を繰り返し折り返すことにより並列ワイヤ部ＰＳが形成されるのであれば、その具体的な構成については特に限定されるものではない。
【００６３】
また、切断加工においては、制振ガイドローラ７ａ，７ｂのワイヤ案内溝２１内においてワイヤ３に作用する複数の外力は、バランスした状態でワイヤ３をワイヤ案内溝２１の内面に押し付けている。しかし、切断加工から形状修正加工に切り替わる時点で、加工条件のパラメータである、パラメータワイヤ走行速度、ワイヤ張力、加工液の流量すなわち加工液の液圧または流れ方向、の少なくとも一つが急変することによって、並列ワイヤ部ＰＳに作用する複数の外力のバランスが変化し、該複数の外力のバランスが崩れ、ワイヤ案内溝２１内においてワイヤ３に作用する複数の外力のバランスが崩れる。これにより、切断加工時にワイヤ３に作用していたワイヤ案内溝２１の内面への押し付け力の方向が変化して、ワイヤ３の位置ずれが生じる。このため、上述したパラメータの急変により、ワイヤ振幅の変化または放電間隙の変化を引き起こす可能性が高くなる。
【００６４】
この場合は、ワイヤ振幅の変化または放電間隙の変化を引き起こす可能性の高い上記パラメータについて、切断加工時と形状修正加工時とで設定値を変更することなく同一の設定とし、切断加工時のワイヤ３の軌跡を放電加工しながら走査することでも、ウエハの一括形状修正加工が可能となる。しかしながら、本実施の形態では、ワイヤ押さえ部９ａ、９ｂでワイヤ３をワイヤ案内溝２１の内面に押さえ付けて拘束することで、上記複数の外力のバランスの変化が発生した場合に対してもワイヤ３の位置ずれが防止され、形状修正加工を安定して行うことができる。そして、ワイヤ押さえ部９ａ、９ｂでワイヤ３をワイヤ案内溝２１の内面に押さえ付けて拘束することで、前記パラメータについて切断加工時と形状修正加工時とで設定値を変更しても、ワイヤ３の位置ずれが防止され、形状修正加工を安定して行うことができる。
【００６５】
なお、形状修正加工工程では、１回の形状修正加工により薄板の切断加工面の形状修正加工を行うことを想定しているが、形状修正加工条件または被加工物５の材質等の諸条件により、形状修正加工を複数回実施することも可能である。
【００６６】
＜連結部除去工程＞
つぎに、ステップＳ３０において実施する、被加工物５と連結している連結部除去工程について説明する。形状修正加工の完了後、薄板が被加工物５とわずかにつながっている連結部５ａを放電加工により切断する。すなわち、切断加工を中断した位置まで再び切断ワイヤ部ＣＬを戻し、切断ワイヤ部ＣＬを切断加工と同じ放電加工条件で放電加工により切断する。この切断に際しては、被加工物５を切断方向、すなわち図１における上下方向に上昇下降させる上昇下降ステージ１０によって被加工物５を切断ワイヤ部ＣＬに対して相対移動させて行う。連結部５ａの切断は、連結部５ａの切断長さに対応して、すなわち、切断ワイヤ部ＣＬが対向する連結部５ａの長さあたりの放電による加工エネルギーが一定となるように、放電加工条件と上昇下降ステージ１０の移動速度とを調整して行う。
【００６７】
連結部除去工程が終了することにより、ワイヤ放電加工装置１００を用いた複数枚の半導体ウエハ同時切り出し処理、すなわちウエハの製造が終了し、複数のウエハ５ｗが同時に製造される。そして、ワイヤ放電加工装置１００を用いることにより、炭化珪素または窒化ガリウムなどの硬質材料を含む被加工物５を、高い生産性で薄板状に切断することができる。
【００６８】
なお、上記においては、複数のメインガイドローラとして二対のメインガイドローラであるメインガイドローラ１ａ〜１ｄを使用している。しかしながら、ワイヤ繰り出しボビン２からワイヤ巻き取りボビン４に至る経路を構成し、被加工物５が切断ワイヤ部ＣＬを通過してそれ以外のワイヤに干渉しないための空間を確保できれば、複数のメインガイドローラの本数は限定されない。
【００６９】
上述したように、本実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１００は、一対のメインガイドローラ１ｃ，１ｄ間に該メインガイドローラ１ｃ，１ｄと平行に設けられるとともに複数の並列ワイヤ部ＰＳに従動接触して、制振された複数の切断ワイヤ部ＣＬを形成する一対の制振ガイドローラ７ａ，７ｂと、複数の並列ワイヤ部ＰＳを介して一対の制振ガイドローラ７ａ，７ｂと平行に且つ対向して設けられ、複数の並列ワイヤ部ＰＳを一対の制振ガイドローラ７ａ，７ｂに押し付けて複数の並列ワイヤ部ＰＳに従動接触する一対のワイヤ押さえ部９ａ，９ｂとを備える。ワイヤ押さえ部９ａ，９ｂは、制振ガイドローラ７ａ、７ｂにワイヤ３を確実に固定する。また、ワイヤ放電加工装置１００は、制御部１４が、複数の切断ワイヤ部ＣＬを切断加工時の切断方向における切断ワイヤ部ＣＬの軌跡で放電加工しながら走査させて、切断加工時において切断加工された複数の切断加工面の形状を同時に修正加工する制御を行う。
【００７０】
また、本実施の形態１のワイヤ放電加工装置１００を用いた半導体ウエハの製造方法では、複数本の切断ワイヤ部ＣＬを電極とするワイヤ放電加工によって、被加工物５としての半導体インゴットから複数枚のウエハ５ｗを同時に切断する。ここで、切断加工工程では、薄板、すなわち切断途中のウエハ５ｗをインゴットから完全に切断および分離せずに、加工溝ＧＲの先端部がインゴットでわずかにつながった状態で切断加工を中断する。そして、形状修正加工工程では、切断加工工程で形成された各薄板の切断加工面に対して、ワイヤ放電加工を行いながら切断ワイヤ部ＣＬを切断加工時と同じ経路で加工溝ＧＲ内で走査させる。すなわち、各薄板に対する切断ワイヤ部ＣＬの走査では、各薄板の切断加工面間を加工した切断ワイヤ部ＣＬを、切断加工時の切断方向における切断ワイヤ部ＣＬの軌跡で放電加工し、切断ワイヤ部ＣＬを挟んで対向する２つの切断加工面を同時に放電加工しながら形状修正を行う。この形状修正により、切断加工における取り残しまたは薄板の反りなどに起因した板厚の厚い部分を削り取り、板厚を既定の寸法に成形して薄板の形状修正加工を行う。この形状修正加工では、薄板表面の加工変質層も除去される。
【００７１】
すなわち、本実施の形態１によれば、切断ワイヤ部ＣＬで発生する放電により、被加工物５であるインゴットから複数枚の薄板、すなわち切断途中のウエハ５ｗを同時に切断加工し、さらに、加工された各薄板が完全に切断され、分離されてウエハ５ｗとなる前に切断加工を中断する。そして、切断ワイヤ部ＣＬを、切断加工時の切断ワイヤ部ＣＬの軌跡で、形成されつつあるウエハ面に対して放電加工しながら切断ワイヤ部ＣＬの走査を行う。これにより、ウエハ５ｗのウエハ面となる面の取り残し部分および加工変質層を除去し、ウエハ厚さの均一性と面粗さを向上させ、ウエハ面の平坦度を改善してウエハ５ｗに求められる要求寸法に近い板厚に仕上げ加工できる。
【００７２】
そして、本実施の形態１によれば、制振ガイドローラ７ａ，７ｂの切断ワイヤ部ＣＬへの押し付け状態の変化による切断ワイヤ部ＣＬの位置ずれを、ワイヤ押さえ部９ａ，９ｂを用いて防止して、各切断ワイヤ部ＣＬと切断加工面との極間距離の変動を防止する。これにより、切断ワイヤ部ＣＬにおける該切断ワイヤ部ＣＬを挟んで対向する２つの切断加工面への放電加工を安定化し、ウエハ板厚と面粗さとの均一性の良好な高品質のウエハ５ｗを１回の走査で得ることができる。
【００７３】
また、本実施の形態１によれば、被加工物５からのウエハ５ｗの切断加工とウエハ５ｗの形状修正加工とを、同一装置内で一括処理によって行うことができる。これにより、切断加工と形状修正加工とについて専用の装置が不要であり、また切断加工から形状修正加工への被加工物５の移送が不要である。これにより、ウエハ５ｗの製造コストおよび製造時間の低減が可能である。
【００７４】
また、本実施の形態１によれば、切断加工工程で形成された薄板である切断途中のウエハ５ｗの形状修正加工時の切断ワイヤ部ＣＬの走査経路に、切断加工時の切断ワイヤ部ＣＬのワイヤ３の軌跡を利用する。これにより、形状修正加工時においては、上昇下降ステージ１０で切断加工時の加工方向以外および該加工方向と逆の方向へのみ被加工物５を移動させればよく、形状修正加工用の特別な設備が不要である。したがって、ワイヤ放電加工装置の装置および周辺装置の構造が簡略であり、設備コストの増加もない。
【００７５】
したがって、本実施の形態１によれば、被加工物である半導体インゴットからの複数枚のウエハの同時切断における加工精度の向上と、該加工精度を向上させるために実施する形状修正加工に要する時間の短縮とを実現できる。すなわち、切断加工によって形成される薄板、すなわち切断途中のウエハのウエハ表面の取り残し部分および加工変質層を１回の形状修正加工で除去でき、半導体インゴットからの複数枚のウエハの同時切り出しにおける加工精度を向上できる。これにより、ウエハ板厚の変動が少なく、面粗さの均一性が良好な、最終仕様に近い高品質のウエハを、１回のインゴット切断処理で大量に得ることができ、加工精度の高いウエハの高生産性を実現できる。したがって、ウエハ切り出し後の後工程であるウエハ加工工程の研削加工または研磨加工における負荷を低減することができ、ウエハ加工に要する総加工時間および段取り工程を低減でき、ウエハの低コスト化を図ることができる。
【００７６】
実施の形態２．
実施の形態２には、ワイヤ放電加工装置１００による切断において、ワイヤ放電加工に特有の加工特性による加工形状に対応して、形状修正加工量に基づいて放電加工条件を調整する場合について説明する。図８は、本実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置１００による円柱形状の被加工物５の切断加工工程後に得られる切断途中のウエハ５ｗのウエハ面方向の外形を示す模式図である。なお、切断加工工程後においては、ウエハ５ｗは被加工物５と連結部５ａでつながっている。図８では、参考のため、切断加工工程時における切断ワイヤ部ＣＬの位置を例示している。また、図８に示すウエハ５ｗは、図８における上方から下方に向かって切断加工が行われている。
【００７７】
半導体デバイスの製造に用いられる半導体ウエハのウエハ面方向の外形は、通常、円状である。該半導体ウエハの元となる半導体インゴットは、円柱形状に加工されている。そして、円柱形状の半導体インゴットに対して、曲面状の外周面側から半導体インゴットの軸方向に垂直に切断加工することにより、円状の半導体ウエハが得られる。したがって、被加工物５が円柱形状の半導体インゴットの場合の切断加工では、図８に示すように、切断開始位置からの加工距離に対応して切断長さが異なる。加工距離は、切断加工時にワイヤ放電加工装置１００の切断ワイヤ部ＣＬが被加工物５である半導体インゴットに対して相対的に移動する方向、すなわち切断方向において加工する距離である。切断長さは、切断加工時にワイヤ放電加工装置１００の切断ワイヤ部ＣＬが切断方向において半導体インゴットと対向して放電ギャップを構成している長さである。
【００７８】
ワイヤ放電加工では、被加工物５の切断長さの変化に対応して放電による加工エネルギーを調整しないと、切断加工面を加工しすぎて板厚が薄くなり、あるいは、切断加工面を取り残して板厚が厚くなりウエハ厚さが均一にならない。また、ワイヤ放電加工特有のワイヤの撓みによる加工特性により、ワイヤの走行方向においてウエハ面は緩やかな弧状となり、直径部付近の板厚が最も薄くなり、ウエハ面が平坦な半導体ウエハを加工することは困難である。しかし、実施の形態１で示したように切断加工を中断し、切断加工を中断するまでに形成された切断加工面に対して放電加工を行うことにより、該切断加工面の形状を修正して平坦なウエハ面を有する半導体ウエハを得ることができる。
【００７９】
図９は、実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置１００による円柱形状の被加工物５の切断加工工程後に得られる切断途中のウエハ５ｗの縦断面図である。図９では、ワイヤ３の走行方向におけるウエハ５ｗの直径の中央部での縦断面を示している。なお、切断加工工程後においては、ウエハ５ｗは被加工物５と連結部５ａでつながっている。図１０は、実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置１００による円柱形状の被加工物５の切断加工工程後に得られる切断途中のウエハ５ｗの横断面図である。図１０では、切断方向におけるウエハ５ｗの直径の中央部での横断面を示している。図９における矢印は、切断ワイヤ部ＣＬの軌跡、すなわち通過する経路を示している。
【００８０】
ウエハ５ｗに対して切断加工工程を実施する場合、切断方向において円柱形状の被加工物５の直径の１０％の加工位置における切断長さは、被加工物５の直径の６０％に達する。すなわち、切断開始位置からの加工距離が被加工物５の直径の０％から１０％に変化するまでに、切断長さは被加工物５の直径の０％から６０％まで変化する。この加工区間は、加工距離に対して切断長さの変動が大きく、また、加工溝ＧＲ内に対する加工液流が一定としにくく、切断ワイヤ部ＣＬの各ワイヤ３が振動しやすい。このため、該加工区間は、放電の加工エネルギーの制御が難しい領域である。
【００８１】
それゆえ、被加工物５を切断加工して得られる切断途中のウエハ５ｗは、図９に模式的に示すように、切断長さ急増あるいは急減する部分で厚くなりやすい。しかし、加工距離が円柱形状の被加工物５の直径の２０％まで進んだだけで、切断長さは被加工物５の直径の８０％に達する。以降は、被加工物５の直径部である、加工距離が被加工物５の直径の５０％の位置に加工位置が達するまで、切断長さは漸増し、ウエハ厚さの変動は小さくなる。
【００８２】
一方、加工距離が円柱形状の被加工物５の直径の５０％の位置を超えて切断加工が中断されるまでは、切断加工開始時から加工距離が円柱形状の被加工物５の直径の５０％の位置に加工位置が達するまでと逆のパターンで切断長さが変化する。
【００８３】
また、図１０に模式的に示すように、切断ワイヤ部ＣＬのワイヤ３の走行方向に沿った方向の切断加工形状は、ワイヤ３が制振ガイドローラ７ａ，７ｂで支持される部分を節とする、一次元モードの弦振動が転写された形状となる。このため、ウエハ５ｗの直径部分、すなわち加工距離が円柱形状の被加工物５の直径の５０％の位置で最も加工量が増大し、他部とのウエハ面内の板厚差が大きくなる。なお、ウエハ５ｗの切断加工面内における板厚差は、ワイヤ３の走行方向よりも切断方向の方が大きくなる。
【００８４】
切断加工時に、被加工物５における切断ワイヤ部ＣＬの位置に対応して放電による加工エネルギーを制御することにより、ウエハ５ｗの切断加工面の形状差は改善される。しかし、さらにウエハ５ｗの切断加工面の形状の加工精度を向上させるには、切断途中のウエハ５ｗの切断加工面に対して、再度、放電加工しながら切断ワイヤ部ＣＬを走査することで、該ウエハ５ｗの切断加工面を平坦化する形状修正加工が効果的である。なお、形状修正加工後は、連結部除去工程で連結部５ａを切断加工により除去し、被加工物５から各ウエハ５ｗを分離し、複数枚のウエハ５ｗを同時作製する。
【００８５】
形状修正加工は、実施の形態１の場合と同様に、切断加工時と同一の切断ワイヤ部ＣＬの軌跡を利用して、放電加工しながら切断ワイヤ部ＣＬを走査する。切断途中のウエハ５ｗの厚さのばらつきおよび形状差は、切断加工時の放電加工条件によって異なるため、形状修正量に対応して放電加工条件を調整する必要がある。ただし、切断途中のウエハ５ｗの切断加工面の形状は、板厚に程度の差はあれども、ワイヤ放電加工の特性により図９および図１０に示す形状となるので、加工条件の変更タイミングとして図８に示す位置を目安に行うとよい。
【００８６】
例えば、加工速度について、切断加工時において、加工距離に対する切断長さの変動が相対的に大きい領域では相対的に遅くする。加工距離が切断開始位置からウエハ５ｗの直径の２０％離れた位置までの切断開始領域、および最終的な切断終了位置までの加工距離の残存距離がウエハ５ｗの直径の２０％離れた位置までの切断終了領域では相対的に遅くする。ここで、ウエハ５ｗの直径は、円柱形状の被加工物５の直径と同じである。また、切断加工時において、上記領域以外であって加工距離に対する切断長さの変動が相対的に少ない領域では、加工速度を相対的に速くする。加工速度が遅く設定された領域では、図９に示すウエハ５ｗの板厚が厚い部分が重点的に放電加工される。すなわち、図８に示したウエハ５ｗにおける上部側および下部側の板厚が厚い部分が重点的に放電加工される。そして、加工速度が速く設定された領域では、図１０に示すウエハ５ｗの板厚が厚い部分が重点的に加工される。すなわち、図８に示したウエハ５ｗにおける右側および左側の板厚が厚い部分が重点的に放電加工される。これにより、効率良くウエハ５ｗの形状修正を行うことができる。
【００８７】
ウエハ５ｗのウエハ面内における板厚差は、ワイヤ３の走行方向よりも加工方向の方が大きい。このため、図１０に示すウエハ５ｗの板厚が厚い部分の加工時は、図９に示すウエハ５ｗの板厚が厚い部分の加工時よりも加工速度を速く設定しても、確実に切断加工面を形状修正加工できる。すなわち、加工距離に対する切断長さの変動が少ない領域の加工速度を速くすることで、効率的に切断加工面を形状修正加工できる。そして、加工速度の制御は、切断ワイヤ部ＣＬを挟んで対向する２つの切断加工面を同時に形状修正加工しても有効であり、ウエハ５ｗのコストを低減できる。
【００８８】
また、形状修正加工時間をより短縮したい場合には、加工距離に対する切断長さの変動が最も大きい、切断開始位置からの加工距離がウエハ５ｗの直径の１０％以下である切断開始領域、および最終的な切断終了位置までの加工距離の残存距離がウエハ５ｗの直径の１０％以下である切断終了領域では、加工速度を相対的に遅くする。また、上記領域以外であって加工距離に対する切断長さの変動が少ない領域では、加工速度を相対的に速くする。すなわち、切断加工面のうち、切断加工時における切断方向において、被加工物５の両端からの加工距離が被加工物５の直径の１０％の位置から、被加工物５の両端までの外縁領域では、切断ワイヤ部ＣＬの切断方向での走査速度を相対的に遅くする。そして、切断加工時における切断方向において、切断加工面において前記外縁領域を除いた領域では、切断ワイヤ部ＣＬの切断方向での走査速度を相対的に速くする。これにより、より効率良く短時間で形状修正加工できる。
【００８９】
加工速度を相対的に遅くする領域が、切断開始位置からの加工距離がウエハ５ｗの直径の１０％未満の切断開始領域、および最終的な切断終了位置までの加工距離の残存距離がウエハ５ｗの直径の１０％未満の切断終了領域である場合には、ウエハ５ｗのウエハ面の形状修正加工が不十分となるおそれがある。また、加工速度を相対的に速くする領域が、切断開始位置からの加工距離がウエハ５ｗの直径の２０％より大である領域、および最終的な切断終了位置までの加工距離の残存距離がウエハ５ｗの直径の２０％より大である領域である場合には、ウエハ５ｗのウエハ面の形状修正加工を効率的に行えないおそれがある。
【００９０】
上述したように、本実施の形態２においては、ワイヤ放電加工特有のワイヤの撓みによる加工特性によるウエハ５ｗの切断加工面の形状修正加工において、加工距離に対する切断長さの変動が大きい領域では加工速度を相対的に遅くし、加工距離に対する切断長さの変動が少ない領域では加工速度を相対的に速くする。これにより、本実施の形態２によれば、ワイヤ３を挟んで対向する２つの切断加工面を、同時に且つ効率的に形状修正加工できる。
【００９１】
実施の形態３．
上述したように、ワイヤ放電加工装置１００では、制振ガイドローラ７ａ，７ｂへの切断ワイヤ部ＣＬの押し付け状態の変化による切断ワイヤ部ＣＬの位置ずれをワイヤ押さえ部９ａ，９ｂを用いて防止している。しかしながら、ワイヤ放電加工特有のワイヤの撓みによる加工特性により形状修正加工時における切断ワイヤ部ＣＬの軌跡が切断加工時における切断ワイヤ部ＣＬの軌跡からずれることにより、放電加工が一方の切断途中のウエハ５ｗ側に偏り、切断ワイヤ部ＣＬの１回の走査では同時に形状修正加工することが困難となる状況が発生する可能性がある。実施の形態３では、このような状況に対応可能な、放電加工条件の変更による形状修正加工時の放電加工頻度の偏りの軽減について説明する。
【００９２】
被加工物の切断では、加工面の加工面粗さは重要な品質要因である。しかし、ウエハを切り出すウエハ切断では、切り出された各ウエハにおいて、加工面内の板厚のばらつきはさらに重要な品質要因となる。すなわち、加工面粗さが良好であっても、加工面内において板厚のばらつきが大きいと、平坦なウエハに加工するために後工程の研削加工では１枚のウエハ内において板厚が最も薄い部分を基準に板厚をそろえなければならない。したがって、ウエハ厚さのばらつきが大きい場合には、後工程の研削工程での負荷が増大する。
【００９３】
それゆえ、ウエハの加工面粗さを多少犠牲にしても、１枚のウエハにおける板厚のばらつきを軽減することが重要である。そこで、放電間隙が変化しても該放電間隙の変化分の影響を吸収することにより、放電加工頻度の偏りを軽減し、切断ワイヤ部ＣＬを挟んで対向する２枚の切断途中のウエハを同時形状修正することも可能である。すなわち、切断ワイヤ部ＣＬが一方の切断加工面に接近した場合には、切断ワイヤ部ＣＬを挟んで対向する２つの切断途中のウエハの切断加工面と切断ワイヤ部ＣＬとの間の放電間隙は、一方では縮小し、他方では拡大する。この場合、拡大した放電間隙以上の放電間隙を有する場合の加工条件で放電加工して形状修正加工を行う。
【００９４】
すなわち、形状修正加工時に、切断ワイヤ部ＣＬの各々と被加工物５との間に印加する印加電圧、放電１発あたりのピーク加工電流、および放電パルス幅のうち少なくとも１つの加工条件を、切断加工時よりも大きくして放電の射程距離、すなわち放電の届く距離を長くする。これらの加工条件を調整することで、切断加工時の放電加工条件では、わずかな放電間隙の差によって放電発生頻度の差が生じ、形状修正加工による形状修正量の差が生じる状況を改善できることを、発明者らは実験により見出した。したがって、これらの加工条件を調整することで、放電の射程距離、すなわち放電の届く距離を増大させることで、少々の放電間隙の差では放電の発生頻度に差、すなわち放電加工頻度の偏りがなくなり、２つの切断途中のウエハの切断加工面を同時に形状修正加工できる。
【００９５】
被加工物５が半導体インゴットである場合の加工条件の調整の一例を示す。切断加工時の印加電圧を１００Ｖとし、形状修正加工時の印加電圧を１０５Ｖ〜１１０Ｖ程度に設定することで、切断ワイヤ部ＣＬを挟んで対向する２つの切断加工面のうち一方の切断加工面に放電が片当たりすることなく、１回の切断ワイヤ部ＣＬの走査で対向する２つの切断加工面を同時に形状修正加工できる。また、切断加工時の放電１発あたりのピーク加工電流を３Ａ〜４Ａとし、形状修正加工時のピーク加工電流を５Ａ〜７Ａ程度にすることで、１回の切断ワイヤ部ＣＬの走査で、対向する２つの切断加工面を同時に形状修正加工できる。また、切断加工時の放電パルス幅を０．６μｓｅｃとし、形状修正加工時の放電パルス幅を１．８μｓｅｃ〜３μｓｅｃとすることで、対向する２つの切断加工面を同時に形状修正加工できる。これらの加工条件は、特に限定されるものではなく、用いるワイヤ３の種類、太さ、被加工物５の材質等の諸条件によって適宜調整すればよい。
【００９６】
ただし、発明者らの実験によれば、炭化珪素のインゴットの切断において、形状修正加工時にピーク加工電流を増大させた場合は、切断されたウエハのウエハ面の面粗さが、形状修正加工時にピーク加工電流を増大させない場合よりも若干低下した。しかし、材料特性から加工変質層の厚さが増大することはなく、ピーク加工電流の増大によって昇華して除去される領域は増大し、加工溝幅、すなわち切り代は増大するものの、熱影響による加工変質層自体は増大しておらず、後工程の研削加工での研削量を増大させることはなかった。
【００９７】
上述したように、本実施の形態３においては、形状修正加工時における放電加工条件を調整することにより、形状修正加工時の放電の射程距離を増大させる。これにより、上述した実施の形態の場合と同様に、切断加工時と同一の切断ワイヤ部ＣＬのワイヤ３の軌跡で切断ワイヤ部ＣＬを走査しながら放電加工することで、切断ワイヤ部ＣＬを挟んで対向する２つの切断加工面に対して同時に形状修正加工できる。したがって、本実施の形態３によれば、効率良くウエハ形状の形状修正加工を行うことができ、ウエハのコストを低減できる。
【００９８】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ  メインガイドローラ、２  ワイヤ繰り出しボビン、３  ワイヤ、４  ワイヤ巻き取りボビン、５  被加工物、５ａ  連結部、５ｂ  不均一部分、５ｗ  ウエハ、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ  給電子ユニット、７ａ，７ｂ  制振ガイドローラ、８，８ａ，８ｂ  ノズル、９ａ，９ｂ  ワイヤ押さえ部、１０  上昇下降ステージ、１１  電源ユニット、１２  給電線、１３  保持部材、１４  制御部、２１  ワイヤ案内溝、２２  ワイヤ押さえ突起、３１  加工領域、３２  加工領域、１００  ワイヤ放電加工装置、ＣＬ  切断ワイヤ部、ＧＲ  加工溝、Ｋ  給電子、ＰＳ  並列ワイヤ部。
【要約】
制御部１４は、被加工物５をメインガイドローラ１ａ〜１ｄの軸方向に垂直な面に沿って切断ワイヤ部ＣＬに対して直角方向に相対的に移動させながら放電加工によって複数のウエハの切断を同時に行うとともに、切断途中の複数のウエハの一部が被加工物５と連結した連結部を残す切断加工と、複数の切断ワイヤ部ＣＬを、切断加工時における切断方向における切断ワイヤ部ＣＬの軌跡で放電加工しながら走査させて、切断加工時において切断加工された複数の切断加工面の形状を同時に修正加工する形状修正加工と、を制御する。【図１】
0005889490.tif 000002
【図２】
0005889490.tif 000003
【図３】
0005889490.tif 000004
【図４】
0005889490.tif 000005
【図５】
0005889490.tif 000006
【図６】
0005889490.tif 000007
【図７】
0005889490.tif 000008
【図８】
0005889490.tif 000009
【図９】
0005889490.tif 000010
【図１０】
0005889490.tif 000011