JP4271884B2

JP4271884B2 - 炭化ケイ素焼結体の加工方法

Info

Publication number: JP4271884B2
Application number: JP2001361018A
Authority: JP
Inventors: 佳智高橋
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2021-11-27
Also published as: JP2003159616A

Description

【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】
本発明は、絶縁性液槽内に配置された炭化ケイ素焼結体からなり、ワーク径１５０ｍｍ以上で、断面が円形のワーク塊内部に放電ワイヤを移動させて放電加工法により加工体を得る工程と、ワークに対峙して配置された超音波発信源から周波数２６ｋＨＺ〜３８ｋＨｚの超音波を、ワークの中心の近傍で、かつ、ワークの略中心より放電ワイヤの移動方向下流側の位置に局所的に設定された領域に照射してスラッヂを取り除く工程とを含む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、被覆線等のいずれであってもよい。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、１０〜２０ｋｇ／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／ｃｍ²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２００１−３０２３５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）、固着手段等として上部ダイス２１、下部ダイス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１０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、３００ｍｍ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

絶縁性液槽内に配置された炭化ケイ素焼結体からなり、ワーク径１５０ｍｍ以上で、断面が円形のワーク塊内部に放電ワイヤを移動させて放電加工法により加工体を得る工程と、
前記ワークに対峙して配置された超音波発信源から周波数２６ｋＨＺ〜３８ｋＨｚの超音波を、前記ワークの中心の近傍で、かつ、前記ワークの略中心より前記放電ワイヤの移動方向下流側の位置に局所的に設定された領域に照射してスラッヂを取り除く工程と、
を含むことを特徴とする炭化ケイ素焼結体の加工方法。
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に記載の炭化ケイ素焼結体の加工方法。
放電加工により得られる炭化ケイ素焼結体からなる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又は２に記載の炭化ケイ素焼結体の加工方法。