JP2003159616A - 炭化ケイ素焼結体の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電安定性の向上を図ることができる炭化ケ
イ素焼結体の加工方法を提供する。 【解決手段】 放電ワイヤを用いる放電加工法により炭
化ケイ素焼結体を加工するに際し、絶縁性液槽内で炭化
ケイ素焼結体塊内部に放電ワイヤを移動させて加工体を
得る工程において、超音波を照射してスラッヂを取り除
くことを特徴とする炭化ケイ素焼結体の加工方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化ケイ素焼結体
の加工方法に関する。さらに詳しくは加工時間を短縮す
ることができる炭化ケイ素焼結体の加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、炭化ケイ素焼結体は、半導体
基板等をはじめとする各種分野の材料として使用されて
きている。該炭化ケイ素焼結体は、硬度が極めて高いた
め、該炭化ケイ素焼結体の棒状体等の塊の加工・成形
は、容易ではなく、導電性を有する炭化ケイ素焼結体塊
の加工・成形は、切削工具を用いて行うと、特殊な切削
工具が必要になり効率的でないことから近時では放電加
工等により行われてきている。

【０００３】前記放電加工は、従来より公知の加工技術
であり、水等の絶縁性の液体中で、放電電極から被加工
品に連続的に放電を行うことにより、該放電がなされた
被加工品の表面を崩壊させスラッヂ化し、このスラッヂ
を除去することにより所望の加工品を得ることができる
加工技術である。前記放電加工には、横加工、斜め加
工、割り出し加工、ヘリカル加工、嵌合加工、テーパ加
工など、放電電極の形状と同形状の穴もしくは溝等を被
加工品に形成したり、被加工品の表面形状を放電電極の
形状にならすリブ加工や、放電電極としてワイヤを用い
て薄板状の部材を得るスライス加工、などが知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記炭化ケ
イ素焼結体塊を薄板状の加工品・成形品にする際に、放
電ワイヤを用いるスライス加工法を採用した場合、スラ
ッヂの除去（はけ）が悪いとワイヤと炭化ケイ素焼結体
との間にスラッヂが存在することにより導電状態となり
炭化ケイ素焼結体塊を切断することが困難となる。この
場合、導電状態を回避するためには手間と時間がかか
り、また導電状態を放置しておくと場合によっては異常
放電により放電ワイヤが切れるおそれがあった。

【０００５】そのため、スラッヂを効率良く除去してよ
り安定した放電を行うことが求められていた。また、放
電安定性の向上を介して前記薄板状の加工品・成形品の
加工時間の短縮、さらに作業性及び生産性の向上が求め
られていた。本発明は前記課題を解決することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、請求項１に係る発
明は、放電ワイヤを用いる放電加工法により炭化ケイ素
焼結体を加工するに際し、絶縁性液槽内で炭化ケイ素焼
結体塊内部に放電ワイヤを移動させて加工体を得る工程
において、超音波を照射してスラッヂを取り除くことを
特徴とする炭化ケイ素焼結体の加工方法に関する。

【０００７】請求項２に係る発明は、炭化ケイ素焼結体
の略近傍に配置された超音波発信源から超音波を照射す
ることを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素焼結体
の加工方法に関する。

【０００８】請求項３に係る発明は、放電ワイヤの動き
に追従する超音波発信源から超音波を照射することを特
徴とする請求項１又は２に記載の炭化ケイ素焼結体の加
工方法に関する。

【０００９】請求項４に係る発明は、絶縁性液槽底部に
設けられた超音波発信源から超音波を照射することを特
徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化ケイ
素焼結体の加工方法に関する。

【００１０】請求項５に係る発明は、前記超音波の周波
数が１９ｋＨＺ〜１０００ｋＨｚであることを特徴とす
る請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭化ケイ素焼結
体の加工方法に関する。

【００１１】請求項６に係る発明は、２種以上の波長の
超音波を照射することを特徴とする請求項１〜５のいず
れか１項に記載の炭化ケイ素焼結体の加工方法に関す
る。

【００１２】請求項７に係る発明は、放電ワイヤの通過
により炭化ケイ素焼結体塊中に形成された隙間を介して
前記放電ワイヤに対して水を噴射する工程をさらに有す
ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載
の炭化ケイ素焼結体の加工方法に関する。

【００１３】請求項８に係る発明は、放電加工により得
られる炭化ケイ素焼結体の加工品がダミーウェハである
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の
炭化ケイ素焼結体の加工方法に関する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の炭化ケイ素焼結体成形品
の製造方法においては、放電ワイヤを用いる放電加工に
より、炭化ケイ素焼結体塊をスライスし薄板状の炭化ケ
イ素焼結体成形品を製造する。

【００１５】−放電ワイヤを用いる放電加工− 放電ワイヤを用いる放電加工としては、特に制限はな
く、公知の手法、市販の放電加工装置を用いて、適宜選
択した条件にて行うことができる。放電ワイヤとして
は、市販品を好適に使用することができ、黄銅線、被覆
線等のいすれであってもよい。放電ワイヤは、通常、ワ
イヤ自動供給装置により、放電ワイヤを送り出す送出部
と、送出部から送り出される放電ワイヤを巻き取る巻取
部との間で、弛みのない状態で常に保持されている。ワ
イヤ自動供給装置においては、送出部と巻取部とが、放
電ワイヤの送出方向と直交する方向に同時に移動可能に
設計されている。

【００１６】なお、一般に、送出部は巻取部の真上に配
置され、送出部は「上部ダイス」と称されており、巻取
部は「下部ダイス」と称されている。送出部（上部ダイ
ス）と巻取部（下部ダイス）とが同時に移動可能な方向
が、放電ワイヤによる加工・成形のプロセス方向とな
る。また、放電加工プロセスは、水等の絶縁性の液体中
で行われる。後に説明する超音波照射により充分なスラ
ッヂの除去効果が得られるが、さらにスラッヂの除去効
果を高める観点から、前記プロセスの間、送出部（上部
ダイス）及び巻取部（下部ダイス）から放電ワイヤに沿
って前記水等の絶縁性の液体を噴射することが好まし
い。

【００１７】また、炭化ケイ素焼結体塊を回転する速度
は、炭化ケイ素焼結体塊の形状、大きさ、放電条件等に
より異なるが、炭化ケイ素焼結体塊が回転する周速度
を、少なくとも放電ワイヤでの切断速度と同等ないし放
電ワイヤでの切断速度よりも遅くすることが望ましい。
放電加工の条件としては、一般に、放電ワイヤへの無負
荷極間電圧は６０〜１５０Ｖ程度であり、切削量は３０
〜５０ｍｍ²／分程度であり、上部ダイス及び下部ダイ
スから噴射される絶縁性の液体の噴射圧は、１０〜２０
ｋｇ／ｃｍ² 程度であり、また、温度は２０〜３０℃程
度である。

【００１８】―照射する超音波― 前記照射する超音波の周波数は、好ましくは１９ｋＨｚ
以上１０００ｋＨｚ以下である。１０００ｋＨｚを超え
ると、ワークに与えるダメージが大きくなり、また、こ
の周波数が、１９ｋＨｚ未満であると、スラッヂの除去
効果が不十分となるため好ましくない。さらに好ましい
超音波の周波数は、２６ｋＨｚ以上３８ｋＨｚ以下の範
囲から選択される周波数である。また前記範囲から選択
される２種以上の波長の超音波を同時に照射してもよ
い。２種以上の波長の超音波を同時に照射することによ
り、スラッヂの除去効果が向上するものと期待される。
２種以上の波長の超音波を同時に照射する場合、同時多
周波方式、交互多周波方式、振幅変調方式（全波方式、
半波方式）等の従来公知の照射方式を採用して照射する
ことができる。

【００１９】超音波を照射する際、できるだけ多くの音
圧の山（振動の強い部分）がワークに重なるように周波
数を変調することが好ましい。尚、波長λは媒質の音速
をＣ、周波数をｆとしたときにλ＝Ｃ／ｆで表わされる
ように、媒質及び媒質の温度等の要因によって変化す
る。この場合、周波数以外の要因が音波に与える影響は
当業者であれば従来周知のデータや従来法に基づいて推
測しうるものであろう。

【００２０】前記照射する超音波の強度（出力）は、好
ましくは４５〜１００Ｗ／ｃｍ²である。１００Ｗ／ｃ
ｍ²を超えると、ワークに与えるダメージが大きくなる
おそれがあり、またこの強度が４５Ｗ／ｃｍ²未満であ
るとスラッヂの除去効果が不十分となるため好ましくな
い。

【００２１】前記照射する超音波を発生させる超音波発
生装置としては、上記周波数、強度等の条件を満たす超
音波を発生させる装置であれば、特に制限はない。具体
的には、三菱電機（株）社から、商品名、フェニックス
シリーズ、クリンパルスシリーズ、フェニックスＦＭシ
リーズ、卓上型８８シリーズの下提供されている超音波
発生装置を用いることができる。

【００２２】超音波発生装置は、スラッヂの除去効果が
得られるのであればどこに配置しても構わないが、スラ
ッヂの除去効果が好適に得られる観点から炭化ケイ素焼
結体又はワイヤの略近傍に配置することが好ましい。具
体的には、超音波発信源を絶縁性液槽底部に配置した
り、放電ワイヤの動きに追従するように配置することが
都合がよい。その場合、２以上の超音波発信源を複数箇
所に配置してもよい。２以上の超音波発信源から後に説
明する２種以上の波長の超音波を同時に照射することに
より、スラッヂの除去効果が向上するものと期待され
る。

【００２３】−炭化ケイ素焼結体塊− 炭化ケイ素焼結体塊は、公知の炭化ケイ素焼結体であ
り、その大きさ、形状、構造等について特に制限はな
く、目的に応じて適宜選択することができるが、薄板状
の炭化ケイ素焼結体成形品を製造する観点からはその形
状としては、その軸方向の断面形状が円形、四角形等の
多角形等である柱状（棒状）、板状などが好ましく、特
に、半導体基板のウエハー等を製造する観点からは、そ
の軸方向の断面形状が円形である柱状（棒状）、板状が
好ましい。本発明において、炭化ケイ素焼結体塊は、適
宜公知の方法により製造したものであってもよいし、市
販品等であってもよい。炭化ケイ素焼結体塊の体積抵抗
値としては、通常、１×１０^-1〜１×１０^-2Ω・ｃｍ程
度である。

【００２４】−炭化ケイ素焼結体塊のスライス− 炭化ケイ素焼結体塊をスライスし、薄板状にするには、
従来公知の手法に従って、放電加工により放電ワイヤを
プロセス方向に移動させて炭化ケイ素焼結体塊中を通過
させればよい。尚、放電加工法の詳細は、特開２００１
−３０２２３号、特開２００１−３０２３４号、特開２
００１−３０２３５号に開示されており、これらはここ
に援用されるものとする。

【００２５】続いて、図面を参照しながら、好ましい実
施態様を挙げて炭化ケイ素焼結体の放電加工方法につい
て説明する。

【００２６】図１に示すように、放電加工のワーク１０
である炭化ケイ素焼結体塊として、円柱状の棒状体を用
いた場合、まず、ワーク１０を吸引手段（図示せず）、
固着手段等の固定部材２１、２２によりに固定し、その
軸方向が放電ワイヤ３０のプロセス方向Ａに直交するよ
うに、換言すれば、ワーク１０の一端面と、プロセス方
向Ａに放電ワイヤ３０が移動したときに見かけ上形成さ
れる放電ワイヤ３０のプロセス面とが平行になるように
配置し固定する。図１中、２点鎖線で示されるように、
放電ワイヤ３０は上部ダイス２１から下部ダイス２２と
の間に吊設されており、上部ダイス２１は図示していな
い駆動機構を介して移動可能となっている。これによっ
て放電ワイヤ３０は、絶縁性液としての水４０中に配置
された状態でプロセス方向Ａ、即ち図中仮想線で示され
る位置から実線で示される位置に移動可能となってい
る。

【００２７】このとき、両面（ワーク１０の一端面と放
電ワイヤ３０のプロセス面）との距離を、短く設定すれ
ば肉薄の円板状成形品が得られ、長く設定すれば肉厚の
円柱状成形品が得られることになる。本発明において
は、肉薄の円板状成形品を製造するため、前記両面の距
離は短く設定される。

【００２８】そして、放電ワイヤ３０とワーク１０との
間に電圧をかけると放電が起こる。この放電は、放電ワ
イヤ３０とワーク１０の最短距離を通るアーク柱とな
り、その熱エネルギーは放電ワイヤ３０とワーク１０を
溶解すると同時にその周辺の水も急激に熱せられて気化
し、急膨張するために局所的な爆発が起こり、この爆発
によって溶解した部分は吹き飛ばされる。そして、爆発
が生じた領域にはまわりから冷たい水が流れ込み、溶解
した部分は微紛となって水中に持ち去られる。また、放
電ワイヤ３０とワーク１０も水によって冷やされ、くぼ
みが残る。このような現象が繰り返し起こることによっ
てワーク１０は次第に放電ワイヤ３０の移動方向に沿っ
てスライス加工される。

【００２９】前記スライス加工する際に、図２に示され
るように絶縁液槽中にワークに対峙するように配置され
た超音波発信機５０から超音波を照射することによりス
ラッヂの除去が促進される。この場合、図１及び２中に
おいて斜線部Ｂで示されるワーク略中心よりややワイヤ
の移動方向側に渡る略円状領域に、矢印Ｃで示されるよ
うに薄板状スライス側から超音波を照射することが好ま
しい。

【００３０】超音波発信機５０の好適な配置位置は、従
来法に基づいて定められるものであるが、例えばワーク
に見立てたアルミ箔に超音波を照射した際に前記アルミ
箔が破けたときの超音波発信源の位置から特定しうる。

【００３１】また、超音波発信機５０はワイヤ３０の動
きに追従するように構成しても、また絶縁液槽中に固定
するように構成してもよい。超音波発信機５０をワイヤ
３０の動きに追従するように構成する場合、絶縁液槽底
部にワイヤ３０の移動方向Ａに平行にガイド手段を設
け、駆動機構を適宜作動させることにより前記ガイド手
段上を超音波発信機５０が移動可能に構成してもよい。

【００３２】前記のようにして超音波を照射するだけで
もスラッヂの除去効果が得られるが、さらに好ましくは
前記超音波の照射と併用してワークの切断領域へ強制的
に冷却水を供給することが都合がよい。このワークの切
断領域への強制的な冷却水の供給は従来法に従う。

【００３３】このように、超音波の照射、さらに好まし
い態様において超音波の照射と冷却水の供給を併用する
ことでスラッヂの除去が効率良く行われることになる。
そのため、放電安定性が向上し結果として加工時間の短
縮化が図られることになる。

【００３４】発明の理解を容易にする目的で、特に図示
していないが、水槽中に絶縁液としての水を冷却する冷
却ユニットとこの冷却ユニットからの冷却水をワーク１
０側に噴出するノズルが設けられており、ワーク１０の
切断領域に強制的に冷却水を供給し、放電メカニズムを
促進するようになっている。

【００３５】尚、上記の実施の態様においては、ワーク
１０を回転させると、爆発が生じた領域にまわりから効
率的に冷たい水が流れ込みやすくなり、放電により生じ
た溶解した部分は効率的に微紛となって水中に持ち去れ
る。したがって、ワーク１０を回転させながら放電加工
を行うと、放電メカニズムが促進されてワーク１０のス
ライス加工の高速化を図ることができる点で都合がよ
い。

【００３６】以上のようにしてワーク１０から薄板状の
スライスを切り出し、またそのスライスを従来法に従っ
て取出し、さらに前記と同様にして放電加工を続けてい
くことによりワーク１０から複数の薄板状のスライスが
切り出されることとなる。

【００３７】ところで、加工時間はワーク、非電解溶液
及び温度等の加工条件により変化するため、一概に従来
法（ワークの切断領域への強制的な冷却水の供給）のみ
を用いてワークを加工する場合と、従来法及び超音波照
射を併用してワークを加工する場合の加工時間を比較す
ることは困難である。しかし本発明者が試みた実験によ
れば、ワークの径が１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍ
ｍのワーク（半導体製造用治具に使用しうる炭化ケイ素
焼結体塊）を加工する場合、従来法のみを用いてワーク
を加工する場合と、従来法と超音波照射を併用してワー
クを加工する場合の加工時間の比率は、表１に示される
ような傾向が示された。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１より、従来法と超音波照射併用するこ
とにより加工時間の短縮化が図られることが示された。
また、従来法と超音波照射併用する場合にあっては、ワ
ークの径が大きくなるほど加工時間の短縮化が図られる
ことが示された。これら加工時間の短縮化は、スラッヂ
の除去効果が増加したことに起因したものと推測され
る。

【００４０】以上本発明について好ましい態様を挙げて
説明してきたが、本発明によれば放電加工の際における
スラッヂ除去の効率化を既存設備を用いて簡易に図るこ
とができる。そのため、スラッヂが好適に除去されるこ
とで放電安定性が向上し、結果としてワークの加工時間
が短縮する。また放電安定性が向上することでワイヤの
切断が防止されるので、従来ワイヤの交換にかかってい
た時間や手間を省略することができる。さらに、加工時
間が短縮することに付随してイオン交換樹脂等の消耗品
の消費量が軽減される。

【００４１】

【発明の効果】以上、本発明によれば放電安定性が向上
することで加工時間が短縮される。

【００４２】また放電加工装置のメンテナンスが容易に
なることで、作業性及び生産性の向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、放電加工装置の正面図を示す。

【図２】図２は、放電加工装置の側面図を示す。

【符号の説明】

１０ ワーク（炭化ケイ素焼結体塊） ３０ ワイヤ（放電ワイヤ） ５０ 超音波発信機（超音波発信源）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電ワイヤを用いる放電加工法により炭
   化ケイ素焼結体を加工するに際し、 絶縁性液槽内で炭化ケイ素焼結体塊内部に放電ワイヤを
   移動させて加工体を得る工程において、超音波を照射し
   てスラッヂを取り除くことを特徴とする炭化ケイ素焼結
   体の加工方法。
2. 【請求項２】 炭化ケイ素焼結体の略近傍に配置された
   超音波発信源から超音波を照射することを特徴とする請
   求項１に記載の炭化ケイ素焼結体の加工方法。
3. 【請求項３】 放電ワイヤの動きに追従する超音波発信
   源から超音波を照射することを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の炭化ケイ素焼結体の加工方法。
4. 【請求項４】 絶縁性液槽底部に設けられた超音波発信
   源から超音波を照射することを特徴とする請求項１〜３
   のいずれか１項に記載の炭化ケイ素焼結体の加工方法。
5. 【請求項５】 前記超音波の周波数が１９ｋＨＺ〜１０
   ００ｋＨｚであることを特徴とする請求項１〜４のいず
   れか１項に記載の炭化ケイ素焼結体の加工方法。
6. 【請求項６】 ２種以上の波長の超音波を照射すること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の炭化
   ケイ素焼結体の加工方法。
7. 【請求項７】 放電ワイヤの通過により炭化ケイ素焼結
   体塊中に形成された隙間を介して前記放電ワイヤに対し
   て水を噴射する工程をさらに有することを特徴とする請
   求項１〜６のいずれか１項に記載の炭化ケイ素焼結体の
   加工方法。
8. 【請求項８】 放電加工により得られる炭化ケイ素焼結
   体の加工品がダミーウェハであることを特徴とする請求
   項１〜７のいずれか１項に記載の炭化ケイ素焼結体の加
   工方法。