(57)【要約】  並列ワイヤ部を使用するワイヤ放電加工による被加工物の同時切断において、被加工物中の通電経路が断たれる位置を制御することはできず、通電経路が断たれることに起因するワイヤ断線を回避する構造として十分でないという課題を解決するために、本発明のワイヤ放電加工装置では、放電加工領域にて並列ワイヤ部により被加工物を上昇又は下降させつつ放電加工するワイヤ放電加工装置であって、第１、第２制振ガイドローラの回転軸周りのワイヤ案内溝の径は回転軸方向の位置に依存して変化している構成とした。
2013073225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電加工領域を挟んで平行に設置された第１および第２メインガイドローラと、
前記放電加工領域と第１メインガイドローラとの間に設置され、ワイヤを案内するための複数のワイヤ案内溝が回転軸を中心として同心円状に離間して形成された第１制振ガイドローラと、
前記放電加工領域と第２メインガイドローラとの間に設置され、前記ワイヤを案内するための複数のワイヤ案内溝が回転軸を中心として同心円状に離間して形成された第２制振ガイドローラと、
を備え、
前記ワイヤを第１および第２メインガイドローラ、第１および第２制振ガイドローラを一定のピッチで離間しながら複数回巻き掛けることにより並列ワイヤ部を形成し、前記放電加工領域にて前記並列ワイヤ部により前記並列ワイヤ部の下方から被加工物を上昇、もしくは、前記並列ワイヤ部の上方から被加工物を下降させつつ放電加工するワイヤ放電加工装置であって、
第１および第２制振ガイドローラの回転軸周りの前記ワイヤ案内溝の径は回転軸方向の位置に依存して変化している
ことを特徴とするワイヤ放電加工装置。
【請求項２】
第１および第２制振ガイドローラの回転軸周りの前記ワイヤ案内溝の径は隣接する前記ワイヤ案内溝同士で異なっている
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】
前記放電加工領域に張られる前記ワイヤを直接保持する第１制振ガイドローラの前記ワイヤ案内溝と第２制振ガイドローラの前記ワイヤ案内溝のそれぞれの径は略同一である
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】
第１および第２制振ガイドローラの前記ワイヤ案内溝は前記回転軸方向に等間隔で離間しており、前記回転軸周りの前記ワイヤ案内溝の径は、前記回転軸の中心部で最大で、第１および第２制振ガイドローラの前記回転軸方向の両端に近づくほど減少し、第１および第２制振ガイドローラの両端部で最小となる
ことを特徴とする請求項３に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項５】
第１および第２制振ガイドローラの前記ワイヤ案内溝は前記回転軸方向に等間隔で離間しており、前記回転軸周りの前記ワイヤ案内溝の径は、前記回転軸の中心部で最小で、第１および第２制振ガイドローラの前記回転軸方向の両端に近づくほど増大し、第１および第２制振ガイドローラの両端部で最大となる
ことを特徴とする請求項３に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項６】
第１および第２制振ガイドローラの前記ワイヤ案内溝は前記回転軸方向に等間隔で離間しており、前記回転軸周りの前記ワイヤ案内溝の径は、第１および第２制振ガイドローラそれぞれの前記回転軸方向の一方の端で最小で、他方の端に近づくほど増大し、他方の端で最大となる
ことを特徴とする請求項３に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項７】
第１および第２制振ガイドローラの下面側の前記ワイヤ案内溝によって前記ワイヤを並列させる場合は、前記被加工物の切断される領域の外側に加工電源からの給電線を接続し、
第１および第２制振ガイドローラの上面側の前記ワイヤ案内溝によって前記ワイヤを並列させる場合は、前記被加工物の前記切断される領域のほぼ中央部に前記加工電源からの給電線を接続する
ことを特徴とする請求項４に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項８】
第１および第２制振ガイドローラの上面側の前記ワイヤ案内溝によって前記ワイヤを並列させる場合は、前記被加工物の切断される領域の外側に加工電源からの給電線を接続し、
第１および第２制振ガイドローラの下面側の前記ワイヤ案内溝によって前記ワイヤを並列させる場合は、前記被加工物の前記切断される領域のほぼ中央部に前記加工電源からの給電線を接続する
ことを特徴とする請求項５に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項９】
第１および第２制振ガイドローラの下面側の前記ワイヤ案内溝によって前記ワイヤを並列させる場合は、前記ワイヤ案内溝の径が最小の側であって前記被加工物の切断される領域の外側に加工電源からの給電線を接続し、
第１および第２制振ガイドローラの上面側の前記ワイヤ案内溝によって前記ワイヤを並列させる場合は、前記ワイヤ案内溝の径が最大の側であって前記被加工物の切断される領域の外側に加工電源からの給電線を接続する
ことを特徴とする請求項６に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項１０】
前記ワイヤ案内溝の第１および第２制振ガイドローラのローラ部表面からの深さは一定である
ことを特徴とする請求項４、５または６に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項１１】
前記ワイヤ案内溝の第１および第２制振ガイドローラのローラ部表面からの深さを前記回転軸方向に変化させる
ことを特徴とする請求項４、５または６に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項１２】
第１および第２制振ガイドローラは、前記ワイヤ案内溝の単位で分割可能な複数のユニットで構成されている
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項１３】
第１メインガイドローラと第１制振ガイドローラとの間に張られた前記ワイヤを押し付けて接触し給電する第１給電子ユニットと、
第２メインガイドローラと第２制振ガイドローラとの間に張られた前記ワイヤを押し付けて接触し給電する第２給電子ユニットと、
をさらに備える
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項１４】
第１メインガイドローラと第１制振ガイドローラとの間に張られた前記ワイヤを押し付けて接触し給電する複数の第１給電子と、
第２メインガイドローラと第２制振ガイドローラとの間に張られた前記ワイヤを押し付けて接触し給電する複数の第２給電子と、
をさらに備え、
複数の第１給電子は、前記回転軸方向に並んだ複数の第１給電子列のいずれかに属し、且つ隣接する前記ワイヤに接触するそれぞれの第１給電子は異なる第１給電子列に属し、
複数の第２給電子は、前記回転軸方向に並んだ複数の第２給電子列のいずれかに属し、且つ隣接する前記ワイヤに接触するそれぞれの第２給電子は異なる第２給電子列に属し、
第１および第２制振ガイドローラに形成されている前記ワイヤ案内溝の深さは、当該ワイヤ案内溝が支持する前記ワイヤに接触する第１および第２給電子と前記放電加工領域との間の前記ワイヤのワイヤ長に依存している
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項１５】
第１および第２制振ガイドローラに形成されている前記ワイヤ案内溝の前記回転軸周りの径は、当該ワイヤ案内溝が支持する前記ワイヤに接触する第１および第２給電子と前記放電加工領域との間の前記ワイヤのワイヤ長に依存している
ことを特徴とする請求項１４に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項１６】
第１および第２制振ガイドローラの前記ワイヤとの接触部は絶縁性セラミックスで形成されている
ことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工装置を用いて、前記被加工物である半導体素材から複数枚の半導体ウエハを作製する
ことを特徴とする半導体ウエハ製造方法。
【請求項１８】
複数枚の前記半導体ウエハを所定の順番で切り出す
ことを特徴とする請求項１７に記載の半導体ウエハ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ放電加工装置および半導体ウエハ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワイヤ放電加工を用いて、柱状の被加工物から薄板形状のウエハを切断加工により作製する場合、多数のワイヤを用いて同時に加工を行い、上記切断加工の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方式が提案されている。この方式のワイヤ放電加工装置は、ワイヤが一定ピッチに並行して配置する切断ワイヤ部を形成し、この切断ワイヤ部を被加工物に近接させると共に、給電子を用いて切断ワイヤ部のそれぞれに個別に給電することで、各切断ワイヤ部と被加工物との間で同時に放電を生起し、複数箇所で並行して切断加工を行うものである（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、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ワイヤ放電加工装置において、給電子や切断ワイヤ部の振動を抑える押し棒を設けることが知られていた（例えば、特許文献２参照）。【０００４】
さらに、特許文献４には、ワイヤーカット加工装置の溝が形成されたガイドローラおよび複数のワイヤに給電する給電子についての技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−９４２２１号公報
【特許文献２】特開２０１０−５７３５号公報
【特許文献３】実開昭５４−１７２９１号公報
【特許文献４】特開昭５１−１４５９８８号公報
【特許文献５】特開２０１０−１１０８６５号公報
【特許文献６】特開２０００−５９９９号公報
【特許文献７】特開平４−１３５１５７号公報
【特許文献８】特開平１−１９３１６５号公報
【特許文献９】特開２００８−１００２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記従来の技術によれば、例えば、特許文献１のような複数本のワイヤを並列させたワイヤ放電加工装置によって、被加工物から同時に複数枚の薄板を切り出す場合、被加工物から薄板を切断し終えるあたりでワイヤ断線が発生しやすい。放電加工途中でワイヤが断線した場合、ワイヤ断線を修復した後、その断線位置からワイヤ放電加工を再開することになるが、加工再開直後の放電加工状態をワイヤ断線前と同様の状態にして加工することは難しい。従って、放電加工の途中でワイヤ断線が発生し、その後、加工を再開して被加工物（インゴット）から切り出された半導体ウエハは、ワイヤ断線部の加工量が非断線部と比較して多くなるため、ワイヤ断線部付近のウエハ厚さが薄くなるという問題があった。【０００７】
また、ワイヤ放電加工によってあと少しでウエハを被加工物から切断し終える状態においては、被加工物のわずかな切り残り部分が割断されることによってウエハに分離されることもある。このような割断部もしくは上記したワイヤ断線部では、切り出されたウエハの厚さや形状が分離されたウエハごとに異なるため、ウエハ切断後のウエハ加工工程において加工負荷が増大するという問題があった。【０００８】
上記ワイヤ断線の発生原因は、複数本のワイヤが並列する切断ワイヤ部によって被加工物であるインゴットを複数枚のウエハに同時切断するとはいうものの、上記切断ワイヤ部での放電加工によって形成される各加工溝（スリット）によってインゴットから分断されつつあるウエハが、インゴットから完全に切り離されるまでにわずかな時間差を生じることに起因する。すなわち、ウエハがインゴットから切り出される寸前において、各ウエハはわずかながら互いにつながっており、インゴットとしてはまだ一体物であることから、電気的に導通がある状態である。【０００９】
したがって、ウエハを切り出すための加工溝の先端（底）部分で行われている放電加工によって発生する放電電流には、インゴット内を通って加工電源に戻る通電経路が確保されている。しかし、たとえば、ワイヤ放電加工によって加工中の複数枚のウエハのいずれかが先に切断されてインゴットが一部で切断され、それまで一塊であったインゴットを介して構成されていた放電電流の経路も切断されてしまうと、上記したように分断され、加工電源側への給電線が接続されない側のインゴットへは、放電電流が流れなくなる。加工エネルギが給電されなくなったワイヤでは、加工能力が低下して短絡し、断線する。【００１０】
このように、複数本のワイヤ放電加工による被加工物の同時切断方法では、給電線と給電子を介して加工電源から各ワイヤに供給される加工エネルギが、アーク放電によって被加工物に流れ込む放電電流となり、その熱エネルギによって被加工物が溶融除去されて加工が進行する。しかし、被加工物に上記放電電流が流れるためには、給電された放電電流が再び加工電源に戻る経路が必要であり、上記放電電流が被加工物に接続された給電線を通って加工電源に戻ることによって構成される。ところが、上記被加工物に接続される給電線が、被加工物の片側に接続されている場合において、被加工物が、切断ワイヤ部の中央部に位置するワイヤで最初に切断されてしまうと、分断されて被加工物に対する上記給電線の接続位置から遠い側にあるインゴットには、加工電源から供給される放電電流の経路が分断され、分断された側のインゴットでは放電加工が行われなくなり、ワイヤが被加工物と短絡して断線する。【００１１】
また、金属ブロックのインゴット断面形状にくり貫かれた部分に加工対象インゴットをはめ込んで金属ブロックごと切断加工する場合では、ウエハ厚さにスライスされた状態でも金属ブロック部分から切り出された部分がインゴットを囲っているため、その金属ブロックから給電されることも期待される。しかし、インゴットとの嵌め合い精度不良による隙間やインゴットと金属ブロックとの接触部分が点接触であったりするため、十分な給電経路が確保されていない状態では前述のようなワイヤ断線を生じる。【００１２】
一方、インゴットの割断については、切断完了までの残量がわずかになると、被加工物から切り離されるウエハ部分では、極間に供給される加工液流などの外力や被加工物のわずかな荷重バランス変化によって、加工溝の先にわずかに残っている被加工物の未加工部分、すなわち、各ウエハ間のわずかなつながり部分に対して応力集中が起こり、その部分で割断されやすい。こうした割断によっても、前述のような一部のワイヤで切断加工が先行する状態と同様の状態となり、そうして分断された被加工物では加工電源から供給される放電電流の経路が遮断され、給電不良状況が発生する。【００１３】
このように、放電電流が流れるための通電経路が断たれると放電電流が流れなくなり、放電加工が中断される。放電加工の継続が不安定となった状態にもかかわらず、ワイヤに対する被加工物の相対送りが継続されると、通電経路が断たれたワイヤは被加工物と接触し、被加工物の加工面を擦りながらやがて断線する。また、割断によって切り出されたウエハは、その切り終わり部分の板厚が不均一になり、ウエハ厚さを均一にする研削工程での加工負荷を増大させる。【００１４】
上述した加工電源から給電線、給電子、ワイヤ、被加工物、を経て給電線で接続される加工電源に戻る電流経路が加工中に断たれることによって引き起こされるワイヤ断線およびウエハ割断は、放電加工特有のものであり、特許文献１〜３に示されるいずれの複数本のワイヤ放電加工によるインゴットの同時加工方法においても言及されていない。また、特許文献１〜３のいずれの方式においても、複数本ワイヤの放電加工によって被加工物に形成される複数スリットによって、被加工物がもっとも早く切断される位置は加工ごとに変動し、不確定である。したがって、上記したインゴットの分断によって被加工物中の通電経路が断たれる位置を制御することはできず、通電経路が断たれることに起因するワイヤ断線を回避する構造として十分ではなかった。【００１５】
さらに、放電式ワイヤソー以外のスライス方式として、走行ワイヤ表面に蒸着された砥粒、あるいは、走行ワイヤと加工面との間に引き込まれた砥粒によって被加工物を研削・研磨しながら切断する方式のワイヤソーは、前述した加工電流の通電不良による短絡とは無関係である。その反面、ワイヤソーは、切断ワイヤを被加工物に押し付けながら加工する接触加工であるがゆえに、非接触加工である放電式ワイヤソーでは問題にならない、非常に大きな加工反力が切断ワイヤおよび被加工物に作用する。この加工反力によって切断ワイヤは弾性体のために特に撓みやすく、メインローラ間に張られた切断ワイヤが弛むなどによって加工精度に影響し、さらには断線しやすくなる。これに対して、メインローラ間に張られた切断ワイヤの弛み防止、あるいは、メインローラに巻き掛けられた切断ワイヤの張力変動防止など、メインローラの直径、あるいは、ワイヤ案内溝の深さを回転軸方向で異なるようにしているものがある。【００１６】
たとえば、特許文献４のワイヤを被加工物に押し付けて切断するワイヤソーでは、各切断ワイヤに対する被加工物の切断厚さが異なる場合、切断厚さの薄い部分ほど切削速度が速くなり、ワイヤが撓みながら加工し続けるため、切断厚さによって切断完了時間が不均一となる。上記ガイドプーリの直径を被加工物の切断厚さに応じて変更することで、各切断ワイヤにおける被加工物への押圧力に差をつけて加工速度を均一にするようにしている。【００１７】
また、特許文献５に記載されたワイヤソーでは、メインローラ直径をワイヤの供給側から排出側に向かって徐々に大きくする、もしくは、メインローラのワイヤ案内溝の深さをワイヤ供給側から排出側にかけて徐々に浅くする技術が開示されている。このような形態を採用することによって、メインローラに掛かるワイヤの周長を次第に長くして、メインローラ間に張られた各切断ワイヤの供給側から排出側にかけて発生するワイヤ伸び量の差によるワイヤの弛みを均一化して被加工物の切断面のうねりを改善している。【００１８】
また、特許文献６に記載されたメインローラは、両端部のワイヤ数本を案内する溝の直径のみがメインローラ中央部よりも小さく、段差形状にすることが記載されている。走行するワイヤの張力変動によってメインローラにワイヤが食い込み、案内溝が深く傷つくことを防ぐとしている。また、特許文献７に記載されたメインローラも同様に、切断ワイヤが巻き掛けられるメインローラ中央部の軸径には変化はないが、切断ワイヤが巻き掛けられないメインローラ両端部において、軸端ほど小径になる形状をしており、ワイヤ巻き掛け幅の前後のメインローラ直径が次第に変化する領域によってワイヤ張力を調整するとしている。【００１９】
また、特許文献８に記載されたワイヤソーにおいては、メインローラに巻き掛けられたワイヤの張力は、ワイヤソーでは入口側と出口側で一定となるように制御されているに過ぎず、メインローラの中央部に巻き掛けられるワイヤでは弛みを生じるため、ワイヤ案内溝の深さをメインローラの中央部の方が両端部よりも深くして、ワイヤとの摩擦力をメインローラ中央部で大きくすることでワイヤ弛みを防止するようにしている。【００２０】
また、特許文献９は、メインローラが片持ち支持される構造のワイヤソーに関するものであり、メインローラにワイヤが複数回巻き掛けられると、その張力によってメインローラは傾斜して支持部のない自由端側ほど大きく変位するようになっている。メインローラの傾斜角に応じて各ワイヤ案内溝深さに変化をつけることによって、メインローラが傾斜した状態でも各切断ワイヤが被加工物表面から等距離で対向するようにしている。【００２１】
このように、上述したワイヤソー方式のメインローラ外形形状やその表面に形成されるワイヤ案内溝の深さについては、メインローラ間に張られた切断ワイヤ部に非常に大きな張力を与えて加工するワイヤソー方式特有のものである。加工反力が作用しない放電式ワイヤソーでは上記した特許文献に記載されるようなことは問題にはならず、また、そこで記載された内容を放電式ワイヤソーに適用したとしても切断完了近くになって生じるワイヤ断線やウエハの割断を防止するものではない。【００２２】
本発明は、上記のような問題を鑑みてなされたものであって、複数本のワイヤが一定間隔で並列して構成される切断ワイヤ部において、従来方式のように加工方向に対して上記した複数本のワイヤを水平方向に横一列に並列させずに、複数本のワイヤの各々を加工方向においても一定間隔で並列させる。これにより、被加工物において常に特定のワイヤから順番にウエハ切断を完了するようになり、被加工物であるインゴットからウエハを高精度に、かつ、安定して切断加工できるワイヤ放電加工装置、および、半導体ウエハ製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、放電加工領域を挟んで平行に設置された第１および第２メインガイドローラと、前記放電加工領域と第１メインガイドローラとの間に設置され、ワイヤを案内するための複数のワイヤ案内溝が回転軸を中心として同心円状に離間して形成された第１制振ガイドローラと、前記放電加工領域と第２メインガイドローラとの間に設置され、前記ワイヤを案内するための複数のワイヤ案内溝が回転軸を中心として同心円状に離間して形成された第２制振ガイドローラと、を備え、前記ワイヤを第１および第２メインガイドローラ、第１および第２制振ガイドローラを一定のピッチで離間しながら複数回巻き掛けることにより並列ワイヤ部を形成し、前記放電加工領域にて前記並列ワイヤ部により前記並列ワイヤ部の下方から被加工物を上昇、もしくは、前記並列ワイヤ部の上方から被加工物を下降させつつ放電加工するワイヤ放電加工装置であって、第１および第２制振ガイドローラの回転軸周りの前記ワイヤ案内溝の径は回転軸方向の位置に依存して変化していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、切断ワイヤ部の放電加工によって被加工物に形成される複数の加工溝が、その加工溝深さに段階的に差を生じるように加工され、さらに、被加工物の特定の位置から順番にウエハを切断加工するようにする。これにより、被加工物が切断されることによって放電加工による放電電流の経路が寸断されることがなく、安定したワイヤ放電加工を実現し、ウエハの加工精度を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるワイヤ放電加工装置の構成を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１における加工中のワイヤと被加工物との位置関係を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る制振ガイドローラの構造を示す外形図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係る制振ガイドローラの構造を示す断面図である。
【図５−１】図５−１は、本発明の実施の形態１に係るノズルの構成を示す斜視図である。
【図５−２】図５−２は、本発明の実施の形態１に係るノズルの構成を示す別方向から観た斜視図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１におけるワイヤ放電加工装置の構成を示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１における被加工物の加工状態を示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１におけるワイヤ放電加工装置の制振ガイドローラの変形例の構造を示す外形図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２におけるワイヤ放電加工装置の制振ガイドローラの構造を示す外形図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態３におけるワイヤ放電加工装置の制振ガイドローラの構造を示す外形図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態４におけるワイヤ放電加工装置の制振ガイドローラの構造を示す外形図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態５におけるワイヤ放電加工装置の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明にかかるワイヤ放電加工装置および半導体ウエハ製造方法の実施の形態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。
【００２７】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係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。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、このワイヤ放電加工装置１００では、同じ直径の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。ワイヤボビン２から繰り出された一本のワイヤ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、一定のピッチで離間しながら繰り返し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、最後にワイヤ巻取りボビン４に至る。
【００２８】
メインガイドローラ１ｃおよび１ｄは被加工物５を挟む位置に設置され、ワイヤ３が両メインガイドローラ１ｃおよび１ｄの間に一定の張力で展張されることにより、互いにメインガイドローラ１ｃおよび１ｄの軸方向に離間した複数の並列ワイヤ部ＰＳを構成する。なお、以下の実施の形態においては、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ことにする。上記並列ワイヤ部ＰＳ内で、被加工物５に対向する部分を含む直線的に展張された領域が切断ワイヤ部ＣＬとなる。切断ワイヤ部ＣＬが被加工物５に対向する領域が放電加工領域となる。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。
【００２９】
並列ワイヤ部ＰＳに接触して配置される給電子ユニット６ａおよび６ｂは、切断ワイヤ部ＣＬに対して個別に電圧パルスを供給する電極であり、図１では２個配置されている。また、給電子ユニット６ａおよび６ｂの間の並列ワイヤ部ＰＳ上に制振ガイドローラ７ａおよび７ｂが配置され、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。すなわち、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは、一対のメインガイドローラ１ｃおよび１ｄの間に設けられ、並列ワイヤ部ＰＳに従動接触する、メインガイドローラ１ｃおよび１ｄに比較して小径のガイドローラであり、ワイヤ３を支持してワイヤ３が直線状に展張された複数の切断ワイヤ部ＣＬを形成する。後に述べるように、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの間の切断ワイヤ部ＣＬはワイヤ振動が抑制されて走行位置がほぼ静止状態となっている。
【００３０】
さらに、切断ワイヤ部ＣＬの領域にノズル８ａおよび８ｂが配置されており、向かい合わせに配置されたノズル８ａおよび８ｂから、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および８ｂ内を貫通しているが、ノズル８ａおよび８ｂの内面と接触はしていない。ステージ９は被加工物５を載せて上昇、下降を行う台であり、ステージ９から描かれている矢印はステージ９の上昇方向を示している。
【００３１】
ワイヤ３はメインガイドローラ１ａ〜１ｄのそれぞれについて、ローラ外周の一部分（約１／４周）だけ巻き掛かっており、４本のメインガイドローラ１ａ〜１ｄ全体に対して周回している。メインガイドローラ１ａ〜１ｄは、ワイヤボビン２からワイヤ巻取りボビン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および１ｄは駆動式ガイドローラであり、その上方に配置されたメインガイドローラ１ａおよび１ｂは従動式ガイドローラである。
【００３２】
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のに対して、従動式ガイドローラは駆動力を発生せず、ワイヤ走行に伴って回転するものである。制振ガイドローラ７ａおよび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。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の回転方向を、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。
【００３３】
図６は、図１に示された実施の形態１に係るワイヤ放電加工装置１００をメインガイドローラ１ａ〜１ｄの回転軸に対して斜めから観た斜視図であり、並行して走行する切断ワイヤ部ＣＬとの配置関係が示されている。各ガイドローラにおいては、ワイヤ３が巻き掛かる溝が実線で簡略的に示されている。この斜視図には、ワイヤ放電加工装置１００におけるワイヤ３の立体的な巻き掛け状態および給電子ユニット６ａおよび６ｂが示されている。
【００３４】
メインガイドローラ１ａ〜１ｄは円柱状の芯金に例えばウレタンゴム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て回転可能な構造となっている。ウレタンゴムはワイヤとの摩擦係数が高いことから、メインガイドローラ１ａ〜１ｄの上でワイヤ３がスリップすることを防止するのに適している。また、メインガイドローラ１ａ〜１ｄのワイヤ３が接触するローラ表面には、ワイヤ巻き掛けピッチと同間隔で複数本の溝が形成されており、それぞれの溝内でワイヤ３が巻き掛る。このとき、等間隔に並列配置された切断ワイヤ部ＣＬ間の距離（巻掛ピッチ）は一定であり、半導体ウエハの場合、例えば、０．１ｍｍ〜０．８ｍｍ程度である。駆動式のメインガイドローラにおいては、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においてはローラを回転させる回転力が得られる。
【００３５】
これらのメインガイドローラ１ａ〜１ｄ、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂ、被加工物５は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に対向して、同時に並行して切断加工を行う。
【００３６】
制振ガイドローラ７ａおよび７ｂについて説明する。制振ガイドローラ７ａおよび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、被加工物５を挟む位置に２本用いられる。制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは、展張された並列ワイヤ部ＰＳに対して押し込まれてワイヤ３が外周の一部に掛かるようになっている。その結果、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの間のワイヤ３が直線状に展張されるとともに、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が掛かった状態が維持される。
【００３７】
このように、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の振動を遮断する。また、同様に制振ガイドローラ７ａ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で遮断される。その結果、２本の制振ガイドローラ７ａおよび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、制振ガイドローラ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および７ｂによって、メインガイドローラ１ａ〜１ｄ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。
【００３８】
制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは切断ワイヤ部ＣＬに連なるワイヤ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。ワイヤ３が接触するローラ表面には、切断ワイヤ部ＣＬの間隔と同間隔のワイヤ案内用溝があり、各溝にワイヤが１本ずつ架けられる。図１の制振ガイドローラ７ａおよび７ｂ上の左右方向の矢印は、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂのワイヤ放電加工装置１００上での可動方向を示している。
【００３９】
複数本の並列する各ワイヤ３を案内する制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの外形は、その回転軸に対して回転対称形状であり、さらにその回転軸方向において、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの直径はその回転軸方向の中央部で最大となっており、その最大直径の溝から離れるにしたがい、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの直径は小さくなっていく。すなわち、上記回転軸方向の中央部から制振ガイドローラ７ａおよび７ｂそれぞれの端部方向へ向けて、溝部における直径は徐々に減少してゆく。即ち、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは同形状の２つの円錐の底面を貼り合わせたような形状をしている。ただし、その回転軸方向に対するガイドローラ直径の変化は緩やかであり、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの直径の減少割合は、隣接する２本のワイヤ３がそれぞれ掛けられる２つの隣接するワイヤ案内溝におけるガイドローラ直径の差となり、たとえば、隣接するワイヤ間で使用するワイヤ直径の２倍程度としている。
【００４０】
図６に示すように、給電子ユニット６ａおよび６ｂは、ワイヤ３の巻き掛けピッチと同間隔に整列した給電子Ｋの集合体であり、各給電子Ｋは互いに絶縁されている。切断ワイヤ部ＣＬのそれぞれのワイヤには、加工電源ユニット１０に給電線で接続された各給電子Ｋから給電される加工電流が流れる。給電子Ｋは、例えば溝状のワイヤガイドの付いた、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えられるように回転可能に設置されている。
【００４１】
図２は、本実施の形態における切断ワイヤ部ＣＬのワイヤ３と加工中の被加工物５との位置関係を示す断面図であり、図中の記号ｄは放電ギャップの長さ、記号ＤＷはワイヤ径、記号ＣＷは加工幅を示す。ノズル８ａおよび８ｂは、上記の放電ギャップに加工液を供給し、加工屑を押し流すための加工液噴出装置であり、切断ワイヤ部ＣＬに沿って被加工物５の両側に設置されている。
【００４２】
図３は、本実施の形態における制振ガイドローラ７ａ或いは７ｂの外形図であり、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの直径が、その回転軸方向の中間部分で最大直径となり、両軸端方向に向かって次第に小さくなるように、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの表面にはテーパがついている。この表面には複数本のワイヤ案内用の溝であるワイヤ案内溝ＧＲが加工されている。したがって、放電加工領域に張られるワイヤ３を直接保持する制振ガイドローラ７ａのワイヤ案内溝と制振ガイドローラ７ｂのワイヤ案内溝のそれぞれの径は略同一である。
【００４３】
図４は、本実施の形態における制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの表面に形成されているワイヤ案内用溝の構造例を示す断面図であり、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂのローラ表面近くの一部を拡大して示している。ワイヤ案内溝ＧＲの断面形状はＶ字状であり、ワイヤ３がワイヤ案内溝ＧＲに掛かると、各ワイヤ３はＶ字状のワイヤ案内溝ＧＲの側面の２点で支持される。その結果、ワイヤ走行方向に対して横方向（ローラの軸方向）の振動が抑制される。制振ガイドローラ７ａおよび７ｂにワイヤ３が巻き掛ることで、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂと接触して回転している間はワイヤ３が制振ガイドローラ７ａおよび７ｂに対して相対的に静止するため、切断ワイヤ部ＣＬの振動が停止する。なお、図１および図６の構成においては、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの表面へのワイヤ３の実際の掛かり方は図４を上下逆にした状態となっている。
【００４４】
また、断面Ｖ字型のワイヤ案内溝ＧＲにワイヤ３を嵌め込むことにより、ワイヤ３をグリップする効果が生じ、ワイヤ３の掛かる長さが小さい制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの上でのスリップを抑制して制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの従動回転を安定化することができる。
【００４５】
また、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの各ワイヤ案内溝ＧＲの直径は、前述したように制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの中央部に位置する溝で最大で、その最大直径の溝から離れるほど溝部での直径が徐々に減少するため、切断ワイヤ部ＣＬが制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの各溝に掛けられると、切断ワイヤ部ＣＬのすべてのワイヤ３が通る空間上の基準面は、被加工物５に対して平行とはならず、わずかに傾斜して対向する。その結果、切断ワイヤ部ＣＬの各ワイヤ３の整列順によって各ワイヤ３から被加工物５の上面までの距離に、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの表面の傾斜量（テーパ）に応じた差が生じる。制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの場合、中央部に位置する溝に掛けられたワイヤ３が被加工物５に最も接近しており、次いで、その両隣のワイヤ３が被加工物５に接近しているというように、各ワイヤ３における被加工物５までの加工開始距離が段階的に長くなるように、すなわち、各ワイヤ３と被加工物５の表面までが徐々に離れた状態でワイヤ３を並列させることができる。なお、この場合、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの外周表面に加工された複数本のワイヤ案内溝ＧＲの深さはすべて一定である。
【００４６】
次に、本実施の形態におけるワイヤ放電加工装置１００の動作について述べる。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、被加工物５の表面がアークで加熱されて高温になるとともに、放電ギャップに存在する加工液が爆発的に気化して、被加工物５の高温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ｄは極間距離とも称される。
【００４７】
加工中、ワイヤ３はワイヤボビン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、ワイヤ巻取りボビン４へ排出される。ワイヤボビン２とワイヤ巻取りボビン４のそれぞれの回転速度を調整することにより、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。
【００４８】
放電加工を行う際は、メインガイドローラ１ｃおよび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に対して所定の極間距離を隔てて被加工物５を対向させて配置した後、切断ワイヤ部ＣＬに電圧パルスを印加し、切断スピードに合わせてステージ９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（並列切断部）と被加工物５とを相対移動させることにより、アーク放電を継続させ、被加工物５の切断ワイヤ部ＣＬが通過した経路に対応して加工溝が形成される。したがって、切り出されるウエハの厚さは、巻掛ピッチから被加工物５の切り代となった加工溝の幅（加工幅ＣＷ）を引いた長さになる。なお、図２から理解できるように、加工幅ＣＷはワイヤ径ＤＷに極間距離ｄの２倍を加えた値となる。加工幅ＣＷを小さくするためワイヤ３の線径は小さい方が望ましく、実用的には０．１ｍｍ程度のスチールワイヤが適当であり、好ましくは０．０７ｍｍなど更に細線化したものが用いられる。さらに、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良い。
【００４９】
このとき、何らかの振動が切断ワイヤ部ＣＬに伝わると、被加工物５の加工溝内で切断ワイヤ部ＣＬが加工溝底面と接触して短絡する状態を引き起こす。あるいは、加工面から離れすぎて放電が生起しない開放状態を引き起こし、これらが繰り返し生じることで放電加工が不安定な状態となる。一方、ワイヤ走行を安定させて、なおかつワイヤ位置の精度を高めることができれば、切断ワイヤ部ＣＬ間のピッチを狭めることが可能となり、インゴット状の被加工物５からより薄いウエハを切り出すことができる。
【００５０】
通常のワイヤ放電加工では、切断ワイヤ部ＣＬが被加工物５に対向する放電ギャップの距離（極間距離）は５０μｍ前後である。半導体結晶のインゴットを切断加工して半導体ウエハを作製する場合、多くはウエハの厚みが０．５ｍｍ以下であり、コスト削減の観点から切り代（加工幅ＣＷ）の縮小は重要な課題である。切り代を削減するため、ワイヤ３の細線化とともに極間距離を２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ程度にすることが求められており、ワイヤ振動の振幅を１μｍ程度ないしはそれ以下まで抑制する技術が必要となっている。
【００５１】
また、並列する複数本のワイヤ３による同時切断加工では、通常、各ワイヤ３の位置を加工方向に横一列に揃えた状態で行われる。つまりは、各ワイヤ３での加工開始時と切断完了時が同時になるように加工が進行する。しかしながら、厳密には、各ワイヤ３が同時にウエハ切断を完了することはほとんど無く、わずかながらも時間差を生じる。特に、切断ワイヤ部ＣＬを構成するワイヤ本数が多い場合や、被加工物５の切断厚さが厚く、ワイヤ３の張架距離が長い場合などでは、各ワイヤ３による被加工物５の切断完了までに時間差を生じやすい。複数本のワイヤ３による放電加工の場合、この切断完了時の時間差のために被加工物５の切断位置によって特定のワイヤ３に対して給電不良となることがあり、被加工物５における切断位置を制御する技術が必要となっている。
【００５２】
本実施の形態は、上記のようなワイヤ制振、および、被加工物５の切断順の制御に関する高度の要求に応えることを意図しており、前述のように、高精度の制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは、メインガイドローラ１ａ〜１ｄに起因するワイヤ振動を効果的に抑制し、さらに、複数本のワイヤ３の加工方向の並列位置を異なるように調整し、各ワイヤ３における切断加工の終了時までの時間差を発生させるものである。
【００５３】
発明者らは、実験の結果、前記した図３および図４に示した形状のワイヤ案内溝ＧＲを備えた制振ガイドローラ７ａおよび７ｂにて切断ワイヤ部ＣＬを並列させることによって、放電ギャップにおけるワイヤ振動の振幅が１μｍ以下にまで抑制され、さらに、複数枚のウエハが順番に加工されることを見出すに至った。
【００５４】
本実施の形態においては、被加工物５を挟んで制振ガイドローラ７ａおよび７ｂ間の外側に給電子ユニット６ａおよび６ｂが設置され、各給電子Ｋが切断ワイヤ部ＣＬに電圧を印加することができる。ワイヤ３は給電子Ｋの給電面に沿って巻き掛けられ、走行しながら給電子Ｋと接触して摺動接点を形成し、切断ワイヤ部ＣＬに給電を行う。加工中に給電子Ｋから切断ワイヤ部ＣＬが浮き上がると、両者の間でアーク放電が生じて給電子Ｋに大きな損傷を与えるため、摺動接点は確実に維持される必要がある。
【００５５】
給電子ユニット６ａおよび６ｂを押し付ける量を調整するため、給電子ユニット６ａおよび６ｂをワイヤ３に対して垂直方向に移動させる機構（図示せず）が設けられる。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および６ｂ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小さくなり、押し付け量が多ければ摺動長さは大きくなる。押し付け量はワイヤ３に対する押し込み距離で規定してもよいし、押付力で規定しても良い。摺動長さを調節することで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できる。したがって、ワイヤ３や給電子ユニット６ａおよび６ｂなどの消耗部品を交換した場合でも交換前の加工状態を再現することが容易であり、加工バッチごとの再現性を確保することができる。
【００５６】
ワイヤ放電加工においては、液中放電に伴ってワイヤ３の表面に被加工物５の加工屑が付着する現象がある。そのため、ワイヤ３をガイドローラ間に多数回巻き掛ける方式では、ワイヤ３が繰り返し放電加工に使用されて、徐々にワイヤ３表面が削られるとともに付着した被膜が厚くなる。その結果、ワイヤ３の表面は初期の黄銅ないしモリブデン等の金属平滑面から、微細な凹凸を持った状態に変化する。加工屑の付着したワイヤ３はワイヤソーのような性質を持つことになるため、ダイスガイドなどの固定された部材に巻き掛かって摺動すると、部材の摩耗を生じてワイヤ３が嵌り込む溝が形成される。溝が生じるとワイヤ３の張力が低下して振動が増大してしまうため、例えば、給電子Ｋをワイヤ３に押し付けることで制振作用を持たせることには限界がある。
【００５７】
それに対して、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂはワイヤ３と共に回転するので、ソーワイヤ状になったワイヤ３をガイドしても摩耗が非常に少なく、長時間の放電加工を行っても制振作用が低下することはない。
【００５８】
図５−１および図５−２は、本実施の形態におけるノズル８ａおよび８ｂの外観をそれぞれ別方向から観た様子を示す斜視図である。貫通孔を有するノズル本体９１に噴出口構成板９２、逃げ口構成板９４がはめ込まれており、噴出口構成板９２には被加工物５に対向する噴出口９３が形成されている。また、噴出口９３には、複数の切断ワイヤ部ＣＬから連なる並列ワイヤ部ＰＳが通されている。逃げ口構成板９４は、切断ワイヤ部ＣＬがノズル本体９１内部に非接触で通るための逃げ口９５を有している。逃げ口９５は、噴出口９３の反対側に位置し噴出口９３と同様に並列ワイヤ部ＰＳが通されている。逃げ口９５は噴出口９３よりも狭くなっており、その理由は、逃げ口９５側からの加工液の流出量を少なくし、噴出口９３側からの加工液流出量を多くするためである。
【００５９】
加工液は、供給配管（図示せず）から一定の流速でノズル本体９１に供給され、噴出口９３と逃げ口９５から噴出する。したがって、噴出口９３から切断ワイヤ部ＣＬに沿って加工液が噴出し、逃げ口９５からも一部の加工液が流出する。切断ワイヤ部ＣＬと加工液の流れが平行になっているため、切断ワイヤ部ＣＬが加工液流によって撓んだり、加工液の流速が変動して振動したりすることがない。
【００６０】
ノズル８ａおよび８ｂと被加工物５との設置間隔は、被加工物５の端面から数十μｍ〜数百μｍである。供給配管には、図示されていない外部加工液供給装置から加工液が連続的に供給される。
【００６１】
ワイヤ放電加工では、たとえば４０〜２００ｍ／ｍｉｎ程度の速度でワイヤ３が走行するため、ワイヤ３がノズル内壁面と接触すると内壁面が削り取られてワイヤ３が引っ掛かり、ワイヤ切れの原因となる。そのため、ワイヤ走行中も常にワイヤ周囲とノズル内壁面、特に逃げ口９５との間隔を維持する必要がある。すなわち、ノズル８ａおよび８ｂは内部にダイス状のガイドを有しておらず、ワイヤ３がその内部で接触することなく走行する。そのため、切断ワイヤ部ＣＬの送り位置を決める制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの位置は、切断ワイヤ部ＣＬがノズル内壁面に接触しないように慎重に調整される。
【００６２】
ノズル８ａおよび８ｂは切断ワイヤ部ＣＬに沿って噴出口９３が対向するように配置されており、放電ギャップに向けて互いにぶつかりあう方向の加工液流を形成する。被加工物５の加工溝の両側からノズル８ａおよび８ｂにより加工液を供給することで、長い加工溝に対しても放電ギャップから加工屑を除去して新たな加工液を供給することができる。
【００６３】
なお、半導体インゴットの直径は、たとえば、２インチ（約５０ｍｍ）以上であり、多くの場合、４インチ（約１００ｍｍ）以上になる。そのため、半導体ウエハをワイヤ放電加工で切断して作製する場合、確実に放電ギャップに加工液が満たされるように、被加工物５全体を加工液に浸漬することが望ましい。したがって、ノズル８ａおよび８ｂも被加工物５とあわせて加工液中に浸漬される。被加工物５、ノズル８ａおよび８ｂおよび周辺のガイドローラなどを加工液中に浸漬させることで、加工溝全体が加工液で満たされるため、加工屑が加工溝の上方に流れて、放電ギャップから加工屑を効率的に排出することが可能となる。
【００６４】
次に、メインガイドローラ１ａ〜１ｄに巻き掛けられたワイヤ３に対する制振ガイドローラ７ａ、７ｂ、給電子ユニット６ａ、６ｂ、およびノズル８ａ、８ｂの関係について図６を用いて説明する。
【００６５】
ノズル８ａおよび８ｂは被加工物５を挟んで対称な位置に被加工物５に近接して配置されており、ノズル８ａまたは８ｂと駆動式のメインガイドローラ１ｄまたは１ｃとの間に制振ガイドローラ７ａまたは７ｂが配置されている。つまり、メインガイドローラ１ｄとノズル８ａとの間に制振ガイドローラ７ａが、また、メインガイドローラ１ｃとノズル８ｂとの間に制振ガイドローラ７ｂが設置されている。さらには、給電子ユニット６ａおよび６ｂのワイヤ３に対する配置は、メインガイドローラ１ｄおよび１ｃ間であって切断ワイヤ部ＣＬを挟んで制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの外側に互いに反対側に配置されている。
【００６６】
このローラ配置によれば、２本の制振ガイドローラ７ａおよび７ｂによってワイヤ３の振動を遮断して、かつノズル８ａおよび８ｂに対する切断ワイヤ部ＣＬの位置を一定に保持することができる。仮に、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂが無い配置を用いたとすると、給電子Ｋの接触抵抗を制御するため給電子ユニット６ａおよび６ｂの押し付け量を変化させたときに、ノズル８ａおよび８ｂの逃げ口９５に対する切断ワイヤ部ＣＬの位置関係が変わってしまう。そのため、給電子ユニット６ａおよび６ｂにあわせてノズル８ａおよび８ｂを同方向に移動させる必要が生じて機構が複雑になる。つまり、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂを用いることで、給電子ユニット６ａおよび６ｂの押し付け量によらず、切断ワイヤ部ＣＬのワイヤ３をノズル８ａおよび８ｂそれぞれの逃げ口９５、噴出口９３に対して水平に送ることが可能となる。また、給電子Ｋがワイヤ３で削り取られて摺動位置が変化しても、ノズル８ａおよび８ｂに対する切断ワイヤ部ＣＬの位置関係を安定に維持することができる。
【００６７】
メインガイドローラ１ｄまたは１ｃと、制振ガイドローラ７ａまたは７ｂとの間に給電子ユニット６ａまたは６ｂが切断ワイヤ部ＣＬに連なるワイヤ３の反対側から押し込まれている。そのため、給電子ユニット６ａおよび６ｂを頂点としてワイヤ３が山型に折れ曲がって、給電子Ｋの接触状態が安定になる。また、この状態が保持されることにより、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂとメインガイドローラ１ｃおよび１ｄの巻き掛け長さが大きくなり、摩擦抵抗が大きくなることによりガイドローラにて巻回されるワイヤ３がすべりにくくなる。その結果、回転駆動力によって搬送されるワイヤ走行が安定し、巻き掛けられたワイヤ３が外れにくくなって、高速走行するワイヤ３への給電と巻き掛け安定性が著しく向上する効果も得られる。これによって、ワイヤ放電加工装置１００が長時間の連続運転を行っても、ワイヤ走行によるトラブルが生じることがなく、大径のインゴットの切断が可能になる。
【００６８】
さらに、切断ワイヤ部ＣＬの展張方向に沿ってノズル８ａまたは８ｂと給電子ユニット６ａまたは６ｂとの間に制振ガイドローラ７ａまたは７ｂを設けることにより、ノズル８ａおよび８ｂの逃げ口９５から給電子ユニット６ａおよび６ｂの方向に噴出される加工液流が給電子ユニット６ａおよび６ｂに衝突しなくなる利点がある。これは、前述のように給電子ユニット６ａおよび６ｂがワイヤ３に対して上方に押し込まれているため、ノズル８ａまたは８ｂの逃げ口９５から見て、給電子ユニット６ａおよび６ｂの摺動部が制振ガイドローラ７ａ、７ｂの陰に隠れる形になる為である。高速で逃げ口９５から噴出する加工液流が給電子ユニット６ａおよび６ｂに到達することがないため、加工液流が衝突する場合に問題となる摺動部におけるワイヤ接触抵抗の変動を生じることがなく、放電加工が安定化する。
【００６９】
本実施の形態１においては、ノズル８ａを通過したワイヤ３のうち給電子ユニット６ｂで給電されなかった切断ワイヤ部ＣＬのワイヤ３は、制振ガイドローラ７ａと駆動式のメインガイドローラ１ｄとの間に設置された給電子ユニット６ａに接触して給電される。すなわち、給電子ユニット６ａおよび６ｂはそれぞれ１本おきに切断ワイヤ部ＣＬの給電を行っている。給電子ユニット６ａを通過した切断ワイヤ部ＣＬは駆動式のメインガイドローラ１ｄで巻き掛けられ、その後、メインガイドローラ１ａ、１ｂに巻き掛けられ、ふたたび駆動式のメインガイドローラ１ｃに巻き掛けられる。
【００７０】
以上述べたような状態を維持しつつ、被加工物５と切断ワイヤ部ＣＬの各ワイヤ３に電圧を印加しながら、互いを相対的に接近させていく。図６に示す構成のワイヤ放電加工装置１００の場合、被加工物５が載置されたステージ９がＺ軸方向に上昇していくと、まず、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの中央部に位置する溝に掛けられたワイヤ３で被加工物５との距離がもっとも近くなるため、そのワイヤ３において最初に放電加工が開始される。なお、被加工物５と切断ワイヤ部ＣＬを相対的に接近させる方法としては、切断ワイヤ部ＣＬの上方から被加工物５を下降させて加工することもできる。即ち、ワイヤ放電加工装置１００において、例えば、被加工物５下側とステージ９上側との間にワイヤ３を通過させるように被加工物５をステージ９から浮かせて設置することで、ステージ９を下降させてインゴットなどの被加工物５を下側面から切断加工することも可能である。
【００７１】
次いで、その制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの中央部に位置する溝に掛けられたワイヤ３の両隣に位置するワイヤ３が、被加工物５の最表面に対して放電を開始するに足る距離になり、放電加工が開始される。さらにその次には、前述の両隣のワイヤ３の隣に位置するワイヤ３が被加工物５の最表面に対して放電加工を開始できる距離となり、放電加工が開始されるという具合に、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの中央部のワイヤ３から制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの両軸端方向に向かって並列するワイヤ案内溝ＧＲに掛けられたワイヤ３へと順番あるいは段階的に被加工物５に接近していく。
【００７２】
その結果、前述の被加工物５に接近するワイヤ３の順番に応じて被加工物５の最表面に対して放電加工が開始されていき、各加工溝はその加工深さに差を生じた状態で形成されていく。切断ワイヤ部ＣＬのいずれのワイヤ３でも放電加工速度は同様であるため、各ワイヤ３における溝加工の進行度合いは、前述した加工開始の順番が早いワイヤ３ほど深くまで進行している。特に、切断すれば半導体ウエハとなるような切断厚さの揃ったインゴットを加工する場合、インゴット、すなわち、被加工物５の切断方向厚さは一定であるため、溝加工を開始した順番でウエハ切断を完了していくことになる。すなわち、被加工物５は、常に、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの中央部に位置するワイヤ案内溝ＧＲに掛けられたワイヤ３において最初に切断され、次いで、その両隣のワイヤ案内溝ＧＲに掛けられたワイヤ３において切断される。このように、本実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置１００を用いて、予め定めた所定の順番で半導体ウエハを切り出すことが可能である。
【００７３】
したがって、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂのワイヤ案内溝ＧＲの形成部分直径が大きい溝に掛けられたワイヤ３から順番に被加工物５の切断加工が完了していく。ただし、図３の形状の制振ガイドローラ７ａおよび７ｂを使用する場合、加工電源ユニット１０から電流を極間に供給するために被加工物５側にも接続される給電線２０を、切断ワイヤ部ＣＬの幅を有する同時切断される被加工物５の領域よりも外側の部位（ウエハ切断部を挟んで両側部分）に接続しておく（図６）。これにより、ワイヤ放電加工によって被加工物５が分断された場合、被加工物５の内部を経由して加工電源ユニット１０に戻る電流経路が分断されることが無くなり、放電加工中のワイヤ３に対する給電が途絶えることが無くなり、放電加工が安定する。
【００７４】
切断ワイヤ部ＣＬの各ワイヤ３における切断完了の時間差は、隣接するワイヤ３が加工方向に整列する位置の差、つまりは、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの各ワイヤ３が掛けられるワイヤ案内溝ＧＲの直径の差によって決まる。それゆえ、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの隣接するワイヤ案内溝ＧＲの直径の差が極度に小さいと、加工中の発生した外乱や被加工物５がわずかに傾斜した状態で設置されていた場合、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの直径が小さい方のワイヤ案内溝ＧＲに掛けられたワイヤ３の方が先に切断を完了する場合も起こりかねない。
【００７５】
ワイヤ案内溝ＧＲの直径差が大きいほど、ウエハ切断順番が逆転する可能性は小さくなるが、その直径差を大きくしすぎると、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの表面にテーパがつきすぎて、極端にテーパの大きい円錐を重ねた形状となり、このような制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの間で切断ワイヤ部ＣＬを張架した場合、各ワイヤ３に付加する張力や各ワイヤ３の押さえ込み量、あるいは、各ワイヤ案内溝ＧＲの周速度の違いが無視できなくなり、加工特性に影響を及ぼしかねない。したがって、隣接するワイヤ３の加工方向の整列位置の差としては、ワイヤ直径分乃至せいぜいワイヤ直径の２倍程度あればよく、φ０．１ｍｍワイヤを使用する場合では１００〜２００μｍ程度に、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの各ワイヤ３が掛けられるワイヤ案内溝ＧＲの直径の差としては、２００〜４００μｍ程度にするとよい。
【００７６】
被加工物５を切断ワイヤ部ＣＬによって複数箇所を同時加工する技術として、ダイヤモンドなどの硬質物質を表面に接着した切断ワイヤ部ＣＬを被加工物５に直接押し当てて加工する方法や、砥粒を混濁した加工液を切断ワイヤ部ＣＬとともに被加工物５の加工面との間に巻き込んで砥粒を被加工物５に押し付けて加工する方法がある。これらの加工方法でもワイヤ３を多条配列するためのローラが使用されているが、それらのローラに前述したような形状を採用した場合、ローラ表面の各ワイヤ案内溝における周速度が異なるなどの張力変動によって精密な加工ができなくなる。これは、前述したように、これらの加工方法は、ワイヤ３を被加工物５に押し付けることによる研削加工によって行われるために、切断ワイヤ部ＣＬの各ワイヤ３の張力がわずかでも不均一になると、それぞれのワイヤ３による加工量が変動するからである。
【００７７】
しかし、本実施の形態における被加工物５の加工は放電加工によって行なわれるものである。すなわち、被加工物５に対してワイヤ３が押し付けられるなどの外力が作用しない非接触加工であるために、各ワイヤ３における加工が影響されるものではない。とくに、切断ワイヤ部ＣＬの加工方向の並列差が、前述したようにワイヤ直径分乃至せいぜいワイヤ直径の２倍程度であれば、前述した制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの各ワイヤ案内溝ＧＲにおける周速度や張力の影響も本加工方法には影響されない。なお、前述の制振ガイドローラ７ａおよび７ｂによって切断方向高さに差を持って並列搬送される切断ワイヤ部ＣＬが、ノズル８ａおよび８ｂの加工液噴出口９３を貫通する状況において、その加工液噴出口９３に切断ワイヤ部ＣＬが接触することもない。
【００７８】
図７は、被加工物５の切断加工を行っている途中の状態を示しており、一部の領域で被加工物５がほぼ切断される状態になっている。給電子ユニット６ａおよび６ｂの各給電子Ｋは加工電源ユニット１０に接続され、さらに加工電源ユニット１０はワイヤ放電加工装置１００の制御装置（図示せず）に接続されている。
【００７９】
図６に戻ると、メインガイドローラ１ａ〜１ｄはワイヤ３を走行させるために設置されているため、それらの軸位置が移動可能な機構系を用いることはローラ回転の精度を確保する観点から得策ではない。したがって、想定される被加工物５の最大幅に対応した間隔で固定配置される。
【００８０】
各ローラの直径に着目すると、メインガイドローラ１ａ〜１ｄは、高速回転時の滑りを防止するため、ワイヤ３の接触長さを確保する上で十分に大きい直径を必要とする。これに対して、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは駆動力を発生せず、かつ、ワイヤ送り出しとワイヤ巻き取りに関係しないため、巻き掛けられたワイヤ３がローラ上でわずかな滑りを生じたとしても問題にはならない。したがって、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの直径は、メインガイドローラ１ａ〜１ｄの直径に比較して小さいものでかまわない。
【００８１】
制振ガイドローラ７ａおよび７ｂを小径化することによってローラ形状の精度を高めることができることから、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂ自身に起因する振動を軽減できる。また、給電子ユニット６ａおよび６ｂと被加工物５の距離を短縮できるため、低周波数のワイヤ振動を防止するとともに、装置の小型化、および切断ワイヤ部ＣＬにおける電圧降下の軽減を図ることができる。
【００８２】
それぞれの切断ワイヤ部ＣＬは、隣接する切断ワイヤ部ＣＬとの間にワイヤ３の電気抵抗などによるインピーダンスを有しており、各切断ワイヤ部ＣＬの独立性を保つため、それ以外の導通経路が形成されることは好ましくない。したがって、メインガイドローラ１ａ〜１ｄおよび制振ガイドローラ７ａ、７ｂのワイヤ接触部分は、絶縁性材料で作製される必要がある。
【００８３】
制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは、ワイヤ３を搬送するための駆動力を発生する必要がないので、その表面とワイヤ３との摩擦抵抗が小さい材料でもよい。したがって、制振ガイドローラ７ａ、７ｂの材料として硬度の高い絶縁性セラミックスを使用可能である。制振ガイドローラ７ａ、７ｂのワイヤ３との接触部をセラミックス製とすることで、ゴム製のガイドローラで生じやすいワイヤ３の食い込みによる溝の変形がなく、切断ワイヤ部ＣＬの複数本のワイヤ３の並列間隔が変化することはない。制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの溝の形状が安定になることで、溝変形に伴うワイヤ振動が生じることを防ぎ、ノズル８ａまたは８ｂに対する切断ワイヤ部ＣＬの位置が安定化する効果が得られる。
【００８４】
使用するセラミックス材料としては、例えば、アルミナ、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、ないしそれらの複合セラミックスやマシナブルセラミックスを用いることができる。
【００８５】
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やモリブデンなどの金属、各種構造部材として使われる多結晶シリコンカーバイド（炭化珪素）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や単結晶シリコンカーバイド、あるいは、ガリウムナイトライド（ＧａＮ、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または多結晶シリコンなどを対象とすることができる。特に、炭化珪素に関しては、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り、本発明の実施の形態により、高い生産性と高い加工精度を両立しながら炭化珪素のウエハ作製を行うことができる。
【００８６】
本実施の形態の変形例として、図６で示した位置関係に対して給電子ユニット６ａおよび６ｂを切断ワイヤ部ＣＬの上側から押し付ける方式でも各ワイヤ３への独立給電は可能である。ただし、この場合、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは切断ワイヤ部ＣＬを下側から押し上げる状態で設置される。この状態では、図４に示す制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの回転軸中心より上側のワイヤ案内溝ＧＲに対してワイヤ３が掛けられる。即ち、実際に図４で示したのと同じ上下関係で制振ガイドローラ７ａおよび７ｂのワイヤ案内溝ＧＲに対してワイヤ３が掛けられる。
【００８７】
その結果、被加工物５をＺ軸方向に上昇させて放電加工を行うと、最初に放電加工が開始されるワイヤ３は、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの両軸端部分、すなわち、ワイヤ案内溝ＧＲの直径が最も小さい溝に掛けられたワイヤ３となる。したがって、この場合の放電加工の順序は、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの両軸端部分から制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの中央部に向かって順次開始されていく。それゆえに、切断加工の完了も制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの両軸端部分のワイヤ案内溝ＧＲに掛けられたワイヤ３から順次行われていく。また、この場合、被加工物５と加工電源ユニット１０とを接続する給電線２０は、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの中央部のワイヤ案内溝ＧＲに掛けられたワイヤ３で切断加工される部分付近、すなわち、切断加工が最後に完了するウエハのすぐ近くに取り付けておくことで、被加工物５からウエハが切り出されていく際に最後まで加工電流の通電経路が分断されないようにする。
【００８８】
また、本実施の形態では、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、例えばメインガイドローラを３本配置した構成とすることも可能である。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。
【００８９】
なお、本実施の形態においては、複数本ワイヤによる同時加工が行われるが、厳密には複数枚のウエハを同時切断するとはならないが、各ワイヤが切断を終了する時間差は使用するワイヤ直径のせいぜい１、２本分程度の差から生じる程度であり、同時切断とみても問題ない程度である。
【００９０】
以上のように、本実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置１００によれば、メインガイドローラ１ａ〜１ｄの間に一定のピッチで離間しながら複数回巻き掛けられ、メインガイドローラ１ａ〜１ｄの回転に伴って走行する１本のワイヤ３と、メインガイドローラ１ｃおよび１ｄの間に配列した並列ワイヤ部ＰＳと、並列ワイヤ部ＰＳに対して従動接触するように配置された一対の制振ガイドローラ７ａおよび７ｂと、並列ワイヤ部ＰＳのそれぞれのワイヤ３に給電する給電子ユニット６ａおよび６ｂとを備えて、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの間に展張されたワイヤ３が被加工物５と対向する切断ワイヤ部ＣＬを形成するように構成されている。
【００９１】
これにより、切断ワイヤ部ＣＬにおけるワイヤ振動が抑制されるとともに、被加工物５のウエハ切断完了順序が定まることによって被加工物５が任意の位置で切断されることが無くなり、未加工の被加工物５に対する加工電源ユニット１０の給電経路がすべてのワイヤ３にて切断加工が完了するまで確保されるので、給電不良による切断完了付近でのワイヤ断線を防止でき、ウエハ厚さの揃った高精度のワイヤ放電加工を行うことが可能となる。
【００９２】
また、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの間に配置された一対のノズル８ａおよび８ｂを備え、ノズル８ａおよび８ｂはワイヤ３に沿って被加工物５にそれぞれ対向するように噴出口９３から加工液を噴出し、ワイヤ３はノズル８ａ、８ｂの噴出口９３を貫通してノズル８ａ、８ｂに非接触で走行するようにしたので、加工液流によるワイヤ振動を生じることがなく、また、ワイヤ破断を生じることもない。さらに、加工屑を放電ギャップから効率的に排出することができるため、放電を安定化して放電加工の加工速度と加工精度が向上するという効果を奏する。
【００９３】
また、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの直径をメインガイドローラ１ａ〜１ｄの直径より小さくしたことにより、ワイヤ振動の生じにくい小型のワイヤ放電加工装置１００を得ることができる。
【００９４】
また、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの表面に切断ワイヤ部ＣＬに対応してワイヤ３が１本ずつ掛るＶ字状断面を有する図４に示したようなワイヤ案内溝ＧＲを形成したので、横方向のワイヤ振動が抑制されて、加工溝幅の安定した高精度の放電加工を行うことができる。
【００９５】
また、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの材質として、硬度の高いセラミックスを使用することにより、長期間にわたって安定したワイヤ走行を維持することが可能となり、ワイヤ振動を抑制する効果を持続させることができる。
【００９６】
さらに、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは、実質的にローラ部分のみが交換可能な部分であり、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂに加工されたワイヤ案内溝ＧＲが長期間の使用によって磨耗し、切断ワイヤ部ＣＬが１本ずつ掛るＶ字状断面が次第に変形した場合でも、ローラ部分の交換により安定した高精度の放電加工を行うことができる。また、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂのローラ部分は、ローラ表面のワイヤ案内溝ＧＲを研削・研磨して、新しくワイヤ案内溝ＧＲを加工しなおす再溝加工によって再利用することが可能である。再溝加工によって制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの直径は小さくなるが、その溝深さは使用するワイヤ直径の２倍程度であるため、１回の再溝加工ではせいぜい５００μｍ小さくなる程度である。したがって、直径が２０ｍｍ以上の制振ガイドローラ７ａ、７ｂであれば、ワイヤ３への押付け量を調整することによって同様の制振効果を発揮することが可能である。
【００９７】
また、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは、上述したように一体成形される以外に、図８に示すように、各ワイヤ案内溝部分単位で分割されたワイヤ案内ユニット６０を積層することでも形成できる。ワイヤ案内ユニット６０は、その中心に支持棒６１を貫通させる穴加工がなされており、形成する制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの外形を構成するように、ワイヤ案内溝部分の直径が異なるそれぞれのワイヤ案内ユニット６０の穴に支持棒６１を通過させて回転自在となるように積層させて形成することができる。このような構成の制振ガイドローラ７ａおよび７ｂにおいては、各ワイヤ案内ユニット６０が独立しているので、各ワイヤ案内ユニット６０のワイヤ案内溝の直径が異なることによる各ワイヤ案内溝での周速度の違いは問題にはならず、ワイヤ案内溝に掛けられ、切断ワイヤ部ＣＬを構成する各ワイヤ３に対して張力変動を発生することはなく、安定してワイヤ搬送することができる。
【００９８】
また、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは、並列ワイヤ部ＰＳを挟んで給電子Ｋと反対側に配置されるようにしたので、ワイヤ走行位置が安定して加工が安定化するという効果を奏する。また、加工液が給電子Ｋに衝突しないので加工液流による摺動部でのワイヤ振動が生じることがなく、ワイヤ３への給電が阻害されることがない。
【００９９】
上記した構成により、本実施の形態に係るワイヤ放電加工装置１００においては、切断ワイヤ部ＣＬの振動を抑制して放電ギャップを安定に維持し、長時間の加工においても安定した放電加工を行い、厚さばらつきが小さいウエハを一度に複数枚製作することが可能になるという効果を奏する。
【０１００】
また、本実施の形態に係るワイヤ放電加工装置１００を用いることにより、炭化珪素などの硬質材料を含む被加工物５を、高い生産性をもって薄板状に切断加工することができる。
【０１０１】
実施の形態２．
以下に、本発明の実施の形態２に係るワイヤ放電加工装置の構成および動作について説明する。本実施の形態に係るワイヤ放電加工装置においては、前述した実施の形態１と同様の構成および動作を多く有しているため、それらについては説明を省略し、実施の形態１と異なる制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの部分の構成と動作について説明する。
【０１０２】
図９は、本発明の実施の形態２に係るワイヤ放電加工装置に使用する制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの外形である。制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは、それぞれ回転軸方向の中央部で最も軸直径が細くなっており、その部分にワイヤ案内溝ＧＲが加工されており、さらに、そのワイヤ案内溝ＧＲから制振ガイドローラ７ａおよび７ｂそれぞれ両軸端方向に一定間隔でワイヤ案内溝ＧＲが加工されている。このときのワイヤ案内溝ＧＲの間隔は、被加工物５であるインゴットからウエハを切り出すときのスライスピッチに相当する。また、制振ガイドローラ７ａ、７ｂの外周表面に加工された複数本の溝はいずれも溝深さが一定である。
【０１０３】
制振ガイドローラ７ａ、７ｂそれぞれの表面に形成されたワイヤ案内溝ＧＲに対して切断ワイヤ部ＣＬの各ワイヤ３が掛かるように、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂを切断ワイヤ部ＣＬに押し付ける。たとえば、図９の制振ガイドローラ７ａ、７ｂの表面下側に位置するワイヤ案内溝ＧＲを切断ワイヤ部ＣＬに押し付ける場合、最初に放電加工を開始するワイヤ３は、制振ガイドローラ７ａ、７ｂそれぞれの両端部のワイヤ案内溝ＧＲに掛けられたワイヤ３である。以後、その両軸端部のワイヤ案内溝ＧＲに掛けられたワイヤ３から制振ガイドローラ７ａ、７ｂそれぞれの中心部に向かって掛けられたワイヤ３の順番に放電加工が開始されていく。したがって、被加工物５を切り終わる順番もこの放電開始順となる。この場合、加工電源ユニット１０と被加工物５を接続する給電線２０は、被加工物５が制振ガイドローラ７ａ、７ｂの中央部に掛けられたワイヤ３で切断される付近に接続する。すなわち、切断加工が最後に完了するウエハのすぐ近くに給電線２０を取り付けておくことで、被加工物５からウエハが切り出されていく際に最後まで加工電流の通電経路が分断されないようにする。
【０１０４】
あるいは、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの表面に形成されたワイヤ案内溝ＧＲに対して切断ワイヤ部ＣＬの各ワイヤ３を掛ける場合、図９の制振ガイドローラ７ａ、７ｂを押し上げて、制振ガイドローラ７ａ、７ｂの回転中心軸より表面上側に位置するワイヤ案内溝ＧＲを切断ワイヤ部ＣＬに押し付けても、加工方向に等間隔に切断ワイヤ部ＣＬの各ワイヤ３を並列させることができる。ただし、この場合、最初に放電加工を開始するワイヤは、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの中央部のワイヤ案内溝ＧＲに掛けられたワイヤ３であり、以後、その両隣のワイヤ案内溝ＧＲに掛けられたワイヤ３から制振ガイドローラ７ａ、７ｂの両軸端部のワイヤ案内溝ＧＲに向かって掛けられたワイヤの順番に放電加工が開始されていく。被加工物５を切り終わる順番もこの放電開始順となる。この場合、加工電源ユニット１０と被加工物５を接続する給電線２０は、図６に示すように切断ワイヤ部ＣＬの幅を有する同時切断される被加工物５の領域よりも外側の部位（ウエハ切断部を挟んで両側部分）に接続しておく。これにより、ワイヤ放電加工によって被加工物５が分断された場合、被加工物５の内部を経由して加工電源ユニット１０に戻る電流経路が分断されることが無くなり、放電加工中のワイヤ３に対する給電が途絶えることが無くなり、放電加工が安定する。
【０１０５】
また、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは、上述したように一体成形される以外に、図８と同様に、各ワイヤ案内溝部分単位で分割されたワイヤ案内ユニットを積層することでも形成できる。このような構成の制振ガイドローラ７ａおよび７ｂにおいては、各ワイヤ案内ユニットが独立しているので、各ワイヤ案内ユニットのワイヤ案内溝の直径が異なることによる各ワイヤ案内溝での周速度の違いは問題にはならず、ワイヤ案内溝に掛けられ、切断ワイヤ部ＣＬを構成する各ワイヤ３に対して張力変動を発生することはなく、安定してワイヤ搬送することができる。
【０１０６】
このような制振ガイドローラ７ａおよび７ｂを備えた構成のワイヤ放電加工装置を用いることにより、被加工物５が任意の位置で切断されることが無くなり、未加工の被加工物５に対しても給電経路を確保することができるので、切断終了直前で給電不良によるワイヤ断線を防止でき、板厚のそろった高精度なウエハを加工することができる。
【０１０７】
実施の形態３．
以下に、本発明の実施の形態３に係るワイヤ放電加工装置の構成および動作について説明する。本実施の形態に係るワイヤ放電加工装置においては、前述した実施の形態１と同様の構成および動作を多く有しているため、それらについては説明を省略し、実施の形態１と異なる制振ガイドローラ７ａ、７ｂ部分の構成と動作について説明する。
【０１０８】
図１０は、本発明の実施の形態３に係るワイヤ放電加工装置に使用する制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの外形である。制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは、それぞれ回転軸方向の一端で軸直径が最小となり、もう一方の端で軸直径が最大となる略円錐形状であり、軸方向に一定間隔でワイヤ案内溝ＧＲが一定溝深さで加工されている。
【０１０９】
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ＧＲに対して切断ワイヤ部ＣＬを構成する各ワイヤ３が掛かるように、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂを切断ワイヤ部ＣＬに押し付ける。たとえば、図１０の制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの表面下側に位置するワイヤ案内溝ＧＲを切断ワイヤ部ＣＬに押し付ける場合、最初に放電加工を開始するワイヤ３は、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの直径が最も大きいワイヤ案内溝ＧＲに掛けられたワイヤである。以後、そのワイヤ案内溝ＧＲからワイヤ案内溝ＧＲの直径が小さくなる方に掛けられたワイヤ３の順番に放電加工が開始される。すなわち、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂにおいては、軸直径が大きい方から小さい方に向けて掛けられたワイヤ３の順番に放電加工が開始される。それゆえに、被加工物５を切り終わる順番も上述した放電開始したワイヤの順番となる。この場合、加工電源ユニット１０と被加工物５を接続する給電線２０は、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの軸直径が細い側に位置する被加工物５の端に接続しておく。すなわち、切断加工が最後に完了するウエハのすぐ近くに給電線２０を取り付けておくことで、被加工物５からウエハが切り出されていく際に最後まで加工電流の通電経路が分断されないようにする。
【０１１０】
あるいは、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの表面に形成されたワイヤ案内溝ＧＲに対して切断ワイヤ部ＣＬの各ワイヤ３を掛ける場合、図１０の制振ガイドローラ７ａ、７ｂを押し上げて、制振ガイドローラ７ａ、７ｂの回転軸中心から表面上側に位置するワイヤ案内溝ＧＲを切断ワイヤ部ＣＬに押し付けても、加工方向に等間隔に切断ワイヤ部ＣＬの各ワイヤを並列させることができる。ただし、この場合、最初に放電加工を開始するワイヤは、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの直径が最も小さいワイヤ案内溝ＧＲに掛けられたワイヤであり、以後、そのワイヤ案内溝ＧＲからワイヤ案内溝ＧＲの直径が大きくなる方に掛けられたワイヤ３の順番に放電加工が開始されていく。すなわち、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂにおいては、軸直径が小さい方から大きい方に向けて掛けられたワイヤ３の順番に放電加工が開始される。それゆえに、被加工物５を切り終わる順番も上述した放電開始したワイヤの順番となる。この場合、加工電源ユニット１０と被加工物５を接続する給電線２０は、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの軸直径が太い側に位置する被加工物５の端に接続しておく。上記同様、切断加工が最後に完了するウエハのすぐ近くに給電線２０を取り付けておくことで、被加工物５からウエハが切り出されていく際に最後まで加工電流の通電経路が分断されないようにする。
【０１１１】
また、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは、上述したように一体成形される以外に、図８と同様に、各ワイヤ案内溝部分単位で分割されたワイヤ案内ユニットを積層することでも形成できる。このような構成の制振ガイドローラ７ａおよび７ｂにおいては、各ワイヤ案内ユニットが独立しているので、各ワイヤ案内ユニットのワイヤ案内溝の直径が異なることによる各ワイヤ案内溝での周速度の違いは問題にはならず、ワイヤ案内溝に掛けられ、切断ワイヤ部ＣＬを構成する各ワイヤ３に対して張力変動を発生することはなく、安定してワイヤ搬送することができる。
【０１１２】
このような制振ガイドローラ７ａおよび７ｂを備えた構成のワイヤ放電加工装置を用いることにより、被加工物５が任意の位置で切断されることが無くなり、未加工の被加工物５に対しても給電経路を確保することができるので、切断終了直前で給電不良によるワイヤ断線を防止でき、板厚のそろった高精度なウエハを加工することができる。
【０１１３】
実施の形態４．
以下に、本発明の実施の形態４に係るワイヤ放電加工装置の構成および動作について説明する。本実施の形態に係るワイヤ放電加工装置においては、前述した実施の形態１と同様の構成および動作を多く有しているため、それらについては説明を省略し、実施の形態１と異なる制振ガイドローラ７ａ、７ｂ部分の構成と動作について説明する。
【０１１４】
図１１は、本発明の実施の形態４に係るワイヤ放電加工装置に使用する制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの外形である。制振ガイドローラ７ａおよび７ｂは、それぞれ回転軸方向のいずれの位置でも軸直径が一定の円筒形をしており、軸方向に一定間隔でワイヤ案内溝ＧＲが加工されている。ただし、ワイヤ案内溝ＧＲの溝の深さは一定ではなく、回転軸方向の中央部から両軸端方向に向けて順番に深くなるよう加工されている。
【０１１５】
制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの表面に形成されたワイヤ案内溝ＧＲの深さは、溝加工用バイトによる溝加工時の切り込み量を調整して成形されるが、形成される溝の深さは、実施の形態１、２、および３にて示された制振ガイドローラ７ａ、７ｂの表面のテーパ形状を模した形状が得られるように加工してもよい。実施の形態１、２、３にて示された制振ガイドローラ７ａ、７ｂ相当のテーパとなるように溝深さが調整されたワイヤ案内溝ＧＲが表面に加工された制振ガイドローラ７ａ、７ｂを使用する場合の制振ガイドローラ７ａ、７ｂの押付け方向と、その押付け方向に応じた被加工物５に対する給電線２０の取り付け方については、実施の形態１、２、３で示した方式に準じればよい。
【０１１６】
このような制振ガイドローラ７ａおよび７ｂを備えた構成のワイヤ放電加工装置を用いることにより、被加工物５が任意の位置で切断されることが無くなり、未加工の被加工物５に対しても給電経路を確保することができるので、切断終了直前で給電不良によるワイヤ断線を防止でき、板厚のそろった高精度なウエハを加工することができる。
【０１１７】
なお、上記した実施の形態１乃至４においては、給電子ユニット６ａおよび６ｂは被加工物５を挟んで２個取り付けられているとして説明したが、これが１個備えられているとしても、上記と同様の効果が得られることはいうまでもない。
【０１１８】
実施の形態５．
以下に、本発明の実施の形態５に係るワイヤ放電加工装置２００の構成および動作について図１２を用いて説明する。本実施の形態に係るワイヤ放電加工装置２００においては、前述した実施の形態１と同様の構成および動作を多く有しているため、それらについては説明を省略し、実施の形態１と異なる給電子ユニット６ａ〜６ｄおよび制振ガイドローラ７ａ、７ｂ部分の構成と動作について説明する。
【０１１９】
図１２に示すように、切断ワイヤ部ＣＬを構成する各ワイヤ３に対して加工電源ユニット１０を供給する給電子ユニット６ａ〜６ｄが被加工物５の両側に配設されている。被加工物５から複数のウエハを加工するスライスピッチが狭いと、各給電子Ｋに接続される給電線３０や給電子Ｋ同士を絶縁する部材を含めた寸法がスライスピッチ以上になり、給電子ユニット６ａ〜６ｄを図６のように片側一列に並べることができなくなる場合がある。そうした場合、たとえば、図１２に示すように、片側一列に整列している給電子を片側二列ずつに分離し、一列あたりの給電子Ｋの数を減らして給電子Ｋ同士の間隔を広げた給電子列たる給電子ユニット６ａ〜６ｄを並行設置することにより、給電線３０や上記絶縁部材の厚さとスライスピッチを確保することができる。
【０１２０】
この場合、切断ワイヤが給電子ユニット６ａ〜６ｄに掛けられる順番は、たとえば、給電子ユニット６ａの最も手前の給電子Ｋ、給電子ユニット６ｃの最も手前の給電子Ｋ、給電子ユニット６ｂの最も手前の給電子Ｋ、給電子ユニット６ｄの最も手前の給電子Ｋと掛けられて、ふたたび、給電子ユニット６ａに戻り、給電子ユニット６ａ手前から２番目の給電子Ｋに掛けられていく。そして各給電子Ｋに掛けられたワイヤ３には、それぞれの給電子Ｋから給電線３０を介した加工電源が供給される。給電線３０は加工電源ユニット１０に接続されている。
【０１２１】
図１２のようにして各給電子Ｋに掛けられた各ワイヤ３は、加工電源ユニット１０から加工電源が供給されることで被加工物５に放電加工による加工溝を形成し、やがては被加工物５からウエハが加工される。このとき、各ワイヤ３による加工溝の形成速度に差が生じる。すなわち、図１２において、給電子ユニット６ａ〜６ｄから被加工物５までのワイヤ長には、被加工物５の同一側に設置された２つの給電子ユニット間の設置間隔分の差がある。
【０１２２】
具体的には、給電子ユニット６ａと被加工物５との間のワイヤ長は給電子ユニット６ｂと被加工物５との間のワイヤ長より長く、給電子ユニット６ｄと被加工物５との間のワイヤ長は給電子ユニット６ｃと被加工物５との間のワイヤ長より長い。この差が切断ワイヤの抵抗値の差となり、同一の電源電圧が印加されてもわずかに加工電流に差を生じ、加工速度の差となる。したがって、図１２に示した給電子ユニット６ａ〜６ｄの配置の場合、切断ワイヤ部ＣＬにおける被加工物５への加工溝の形成速度は、給電子ユニット６ｂおよび６ｃに接触されたワイヤ３の方が給電子ユニット６ａおよび６ｄに接触されたワイヤ３の方よりもわずかに速くなる。
【０１２３】
したがって、本発明の実施の形態５に係るワイヤ放電加工装置２００に使用する制振ガイドローラ７ａおよび７ｂとして、太さが回転軸方向に変化せず、深さが同じ複数のワイヤ案内溝が回転軸を中心として同心円状かつほぼ等間隔に形成されている通常のガイドローラを用いても、わずかな差ではあるが、給電子ユニット６ｂと６ｃに掛けられる切断ワイヤ間のウエハがもっとも速く切り出され、次いで、給電子ユニット６ａと６ｃもしくは給電子ユニット６ｂと６ｄに掛けられる切断ワイヤ間のウエハが切り出され、給電子ユニット６ａと６ｄに掛けられる切断ワイヤ間のウエハがもっとも遅く切り出される。この場合、切断部分に応じた通線経路を確保しておくことで、被加工物５は任意の位置で切断されることが無くなり、未加工の被加工物５に対しても給電経路を確保することができるので、切断終了直前で給電不良によるワイヤ断線を防止でき、板厚がそろった高精度なウエハを加工することができる。
【０１２４】
さらに、本発明の実施の形態５に係るワイヤ放電加工装置２００に使用する制振ガイドローラ７ａおよび７ｂにおいて、ワイヤ３が制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの下側面のワイヤ案内溝で切断ワイヤ部ＣＬを支持するように掛けられる場合、給電子ユニット６ａおよび６ｄに掛けられるワイヤ３のワイヤ案内溝の方が給電子ユニット６ｂおよび６ｃに掛けられるワイヤ３のワイヤ案内溝よりも深くなるように加工しておく。即ち、給電子Ｋに接触するワイヤ３を支持する制振ガイドローラ７ａおよび７ｂのワイヤ案内溝の深さを、当該給電子Ｋと放電加工領域（放電加工時の被加工物５）との間のワイヤ３のワイヤ長に依存させる。この溝の深さの差は、投入エネルギによっても影響されるが、概略ワイヤ直径〜ワイヤ直径の１／４程度でよい。
【０１２５】
なお、ガイドローラ７ａおよび７ｂの上側面の溝で切断ワイヤ部ＣＬを案内する場合、ワイヤ案内溝の深さは、給電子ユニット６ｂおよび６ｃに掛けられる切断ワイヤのワイヤ案内溝の方が、給電子ユニット６ａおよび６ｄに掛けられる切断ワイヤのワイヤ案内溝よりも深くなるように加工される。
【０１２６】
また、上記では、ワイヤ案内溝の深さに変化をつけて対応する場合について説明したが、ワイヤ案内溝の深さは一定にして、実施の形態１乃至３の制振ガイドローラ７ａおよび７ｂに示したように、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂの回転軸周りのワイヤ案内溝の径に変化をつけても同様な効果が得られることはいうまでもない。
【０１２７】
上述のようなワイヤ放電加工装置２００の構成を用いることで、給電子ユニット６ｂと６ｃに掛けられる切断ワイヤ間のウエハがもっとも速く切り出され、次いで、給電子ユニット６ａと６ｃもしくは給電子ユニット６ｂと６ｄに掛けられる切断ワイヤ間のウエハが切り出され、給電子ユニット６ａと６ｄに掛けられる切断ワイヤ間のウエハがもっとも遅く切り出される。この場合、切断部分に応じた通線経路を確保しておくことで、被加工物５は任意の位置で切断されることが無くなり、未加工の被加工物５に対しても給電経路を確保することができるので、切断終了直前で給電不良によるワイヤ断線を防止でき、板厚がそろった高精度なウエハを加工することができる。
【０１２８】
以上説明した実施の形態２乃至５にかかるワイヤ放電加工装置においても、実施の形態１と同様に、ワイヤ放電加工を実行するために被加工物５と切断ワイヤ部ＣＬを相対的に接近させる方法としては、切断ワイヤ部ＣＬの下方から被加工物５を上昇させるのみならず、切断ワイヤ部ＣＬの上方から被加工物５を下降させることも可能である。
【０１２９】
また、実施の形態１乃至５にかかるワイヤ放電加工装置において、制振ガイドローラ７ａおよび７ｂのワイヤ３との接触部としては絶縁性セラミックスを用いることができる。使用するセラミックス材料としては、例えば、アルミナ、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、ないしそれらの複合セラミックスやマシナブルセラミックスを用いることができる。また、実施の形態１乃至５にかかるワイヤ放電加工装置を用いて切断加工する被加工物５は限定されるものではないが、被加工物５を半導体素材とすると複数枚の半導体ウエハを作製することが可能である。被加工物５としては、例えば、スパッタリングターゲットとなるタングステンやモリブデンなどの金属、各種構造部材として使われる多結晶シリコンカーバイド（炭化珪素）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や単結晶シリコンカーバイド、あるいは、ガリウムナイトライド（ＧａＮ、窒化ガリウム）などの半導体素材（半導体結晶）、太陽電池用ウエハとなる単結晶または多結晶シリコンなどを対象とすることができる。そしてこのとき半導体ウエハを切り出す順番を、上述したように被加工物５の部位に依存した予め定めた順番とすることが可能である。これにより、被加工物５が切断されることによって放電加工による放電電流の経路が寸断されることがなく、安定したワイヤ放電加工を実現し、ウエハの生産性と加工精度を向上させることができる。
【０１３０】
さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、上記実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態１乃至５にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
以上のように、本発明にかかるワイヤ放電加工装置および半導体ウエハ製造方法は、半導体素材全般のワイヤ放電加工に有用であり、特に、炭化珪素などのように硬度が高いため、機械式ワイヤソーによる方式では生産性が低く、加工精度が低い素材の加工に適している。
【符号の説明】
【０１３２】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  メインガイドローラ
２  ワイヤボビン
３  ワイヤ
ＣＬ  切断ワイヤ部
ＰＳ  並列ワイヤ部
４  ワイヤ巻取りボビン
５  被加工物
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  給電子ユニット
７ａ、７ｂ  制振ガイドローラ
Ｋ  給電子
ＧＲ  ワイヤ案内溝
８ａ、８ｂ  ノズル
９  ステージ
１０  加工電源ユニット
２０、３０  給電線
６０  ワイヤ案内ユニット
６１  支持棒
９１  ノズル本体
９２  噴出口構成板
９３  噴出口
９４  逃げ口構成板
９５  逃げ口
１００、２００  ワイヤ放電加工装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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