JP5389128B2 - 放電加工装置 - Google Patents

Description

本発明は放電加工装置に関し、特に、半導体からなるワークを放電加工する放電加工装置に関する。

放電加工は、硬さに影響されることなく自由自在の形状に金属を加工することができ、大口径化されたウェハを半導体インゴットから切り出す方法としても用いられている。この放電加工では、放電が１箇所に集中して加工精度が劣化するのを防止するために、放電点を移動させながらパルス状に放電が行われることから、加工速度が遅くなる。このため、特許文献１には、複数のワイヤを並列に並べた状態で半導体インゴットのスライス加工を行うことで、加工速度を向上させる方法が提案されている。

また、特許文献２には、良質の加工面が得られるなどの優れた加工特性を実現するために、交流高周波を電極に印加し、平均加工電圧を０にしてチッピングを防止するとともに、一発の半波放電ごとに極性を交替させ放電ごとの放電点を異ならせる方法が開示されている。

特開平９−２４８７１９号公報 特開昭６１−２６０９１７号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、ワークが半導体の場合、ワークとワークを固定している金属の定盤との界面でショットキーバリア障壁が形成され、電流が一方向にしか流れず、ワークが正に、ワイヤが負になるように電圧を印加すると、ワークからワイヤに電流が流れて放電が生じるが、逆にワークが負、ワイヤが正になるように電圧を印加すると、電流が流れることができず、放電が非常に生じにくい、あるいは生じても加工特性を悪化させる。このため、ワークが半導体の場合には、通常は単極性のパルス電源が用いられ、交流波形で加工することができなくなることから、良質の加工面が得られるなどの優れた加工特性を実現することが困難であるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ワークが半導体の場合においても、交流波形を印加しながらワークを加工することが可能な放電加工装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の放電加工装置は、ワークとの間で放電を発生させる電極と、前記ワークと前記電極との間に交流電圧を印加する交流電源と、前記電極と前記交流電源のワーク側の端子との間に接続されたダイオードと、前記交流電源に直列に接続された抵抗器と、前記抵抗器に並列に接続されたスイッチング素子と、前記ワークに正電圧が印加される期間は前記スイッチング素子をオンさせ、前記ワークに負電圧が印加される期間は前記スイッチング素子をオフさせる制御回路と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、ワークが半導体の場合においても、交流波形を印加しながらワークを加工することが可能という効果を奏する。

図１は、本発明に係る放電加工装置の実施の形態１の概略構成を示す平面図である。 図２は、本発明に係る放電加工装置の実施の形態２の概略構成を示す平面図である。 図３は、本発明に係る放電加工装置の実施の形態３の概略構成を示す平面図である。 図４は、本発明に係る放電加工装置の実施の形態４の概略構成を示す平面図である。 図５は、本発明に係る放電加工装置の実施の形態５の概略構成を示す平面図である。

以下に、本発明に係る放電加工装置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。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る放電加工装置の実施の形態１の概略構成を示す平面図である。図１において、放電加工装置には、電極Ｅと、交流電源Ｇと、ダイオードＤが設けられている。ここで、電極Ｅは、ワークＷとの間で放電間隙を形成することができ、この放電間隙を介してワークＷとの間で放電を発生させることができる。

なお、電極Ｅとしては、例えば、互いに並列に配置されたワイヤ電極を用いるようにしてもよいし、形彫加工などに用いられる分割電極などを用いるようにしてもよい。また、ワークＷとしては、半導体インゴットや半導体ウェハなどの半導体を用いることができる。

また、交流電源Ｇは、交流電圧を発生し、電極Ｅに印加することができる。なお、交流電源Ｇにて発生される交流電圧波形としては、電圧が正負に現れるパルス的な波形であってもよいし、正弦波状の波形であってもよいし、三角波状の波形であってもよいし、高周波状の波形であってもよい。

また、ダイオードＤは、電極Ｅにアノードが接続されるとともに、交流電源ＧのワークＷ側の端子にカソードが接続されている。すなわち、ダイオードＤは、電極Ｅから交流電源ＧのワークＷ側の端子に電流が流れるように、ワークＷと電極Ｅとの間に形成される放電間隙に対して並列に接続されている。

ここで、ワークＷが半導体であるものとする。この場合、ワークＷとワークＷを固定している金属の定盤との界面でショットキーバリア障壁が形成され、ワークＷ側から金属の定盤側に電流が流れなくなったり、金属の定盤側からワークＷ側に電流が流れなくなったりするダイオード特性が生じる。どちらの向きにダイオード特性が生じるかは、金属と半導体の特性（金属の仕事関数と半導体の電子親和力）に依存し、場合によっては半導体特性が生じることなく、単なる抵抗特性（オーミック接合）を示すこともある。

ここで、半導体側から金属側、つまりワークＷ側から定盤側に電流が流れなくなるようなショットキーバリア障壁が形成されるものとする。この場合、ワークＷに正電圧、電極Ｅに負電圧が印加されると、ワークＷから電極Ｅに電流が流れ、電極ＥとワークＷとの間の放電間隙に放電が発生する。

一方、ワークＷに負電圧、電極Ｅに正電圧が印加されると、ワークＷとワークＷを固定している金属の定盤との界面に形成されるショットキーバリア障壁によって、電極ＥからワークＷに電流が流れることができなくなるため、ダイオードＤを介して電流が流れる。このため、電極ＥとワークＷとの間には、ダイオードＤの電圧降下分しか電圧がかからず、電極ＥとワークＷとの間の放電間隙には放電が発生しない。また、ワークＷに負電圧、電極Ｅに正電圧が印加された時の半周期分の電力は、ダイオードＤまたは交流電源Ｇにて消費される。

以下、交流電源Ｇの極性が正負に反転するごとに、以上の動作が繰り返され、電極ＥとワークＷとの間の放電間隙には、ワークＷに正電圧、電極Ｅに負電圧が印加されるごとに電圧が印加され、放電が発生される。

これにより、ワークＷに負電圧、電極Ｅに正電圧が印加された場合においても、ダイオードＤを介して電流を流すことが可能となる。このため、ワークＷが半導体である場合においても、交流電源Ｇにて交流波形を印加しながらワークＷを加工することが可能となり、良質の加工面が得られるなどの優れた加工特性を実現することが可能となる。

また、半導体インゴットのスライス加工する場合などにおいて、加工速度を早めるために、互いに並列に配置されたワイヤ電極を電極Ｅとして用いた場合、一つの電源で複数のワイヤを駆動することができる。この場合、どれか一つのワイヤで放電が生じると、残りのワイヤにかかる電圧が低下し、残りのワイヤには放電を生じさせることができなくなる。このため、ワークＷと複数のワイヤとの間にそれぞれ形成される放電間隙に対して直列にそれぞれ接続された複数のコンデンサを設け、各コンデンサと放電間隙との直列回路を交流電源Ｇに対して並列に接続するようにしてもよい。

これにより、ワークＷが半導体である場合においても、ワークＷの放電加工を安定に行うことができ、ワークＷの加工特性の劣化を抑制しつつ、多数のワイヤで同時に半導体インゴットをスライス加工することが可能となる。

実施の形態２．
図２は、本発明に係る放電加工装置の実施の形態２の概略構成を示す平面図である。図２において、この放電加工装置には、図１の放電加工装置の構成に加え、抵抗器Ｒが設けられている。ここで、抵抗器Ｒは、ダイオードＤに直列接続されている。

すなわち、ダイオードＤと抵抗器Ｒとの直列回路は、ワークＷと電極Ｅとの間に形成される放電間隙に対して並列に接続されている。

そして、ワークＷが半導体であるものとし、半導体側から金属側、つまりワークＷ側から定盤側に電流が流れなくなるようなショットキーバリア障壁が形成されるものとする。この場合、ワークＷに正電圧、電極Ｅに負電圧が印加されると、ワークＷから電極Ｅに電流が流れ、電極ＥとワークＷとの間の放電間隙に放電が発生する。

一方、ワークＷに負電圧、電極Ｅに正電圧が印加されると、ワークＷとワークＷを固定している金属の定盤との界面に形成されるショットキーバリア障壁によって、電極ＥからワークＷに電流が流れることができなくなるため、ダイオードＤおよび抵抗器Ｒを介して電流が流れる。このため、電極ＥとワークＷとの間には、ダイオードＤおよび抵抗器Ｒの電圧降下分しか電圧がかからず、電極ＥとワークＷとの間の放電間隙には放電が発生しない。また、ワークＷに負電圧、電極Ｅに正電圧が印加された時の半周期分の電力は抵抗器Ｒにて消費される。

これにより、ダイオードＤを介して電流を流すことで、ワークＷと金属の定盤との界面に形成されたショットキーバリア障壁をバイパスさせた場合においても、交流電源ＧがダイオードＤを介してショートされるのを防止することが可能となる。このため、ワークＷが半導体である場合においても、交流電源Ｇの動作に不具合が発生するのを防止しつつ、交流波形を印加しながらワークＷを加工することが可能となる。

実施の形態３．
図３は、本発明に係る放電加工装置の実施の形態３の概略構成を示す平面図である。図３において、この放電加工装置には、図１の放電加工装置の構成に加え、抵抗器Ｒ０、スイッチング素子ＳＷおよび制御回路Ｐが設けられている。ここで、抵抗器Ｒ０は、交流電源Ｇに直列に接続され、スイッチング素子ＳＷは、抵抗器Ｒ０に並列に接続されている。

すなわち、交流電源Ｇと抵抗器Ｒ０との直列回路は、ワークＷと電極Ｅとの間に形成される放電間隙に対して並列に接続されている。

また、制御回路Ｐは、ワークＷに正電圧が印加される半周期はスイッチング素子ＳＷをオンさせ、ワークＷに負電圧が印加される半周期はスイッチング素子ＳＷをオフさせることができる。

そして、ワークＷが半導体であるものとし、半導体側から金属側、つまりワークＷ側から定盤側に電流が流れなくなるようなショットキーバリア障壁が形成されるものとする。この場合、ワークＷに正電圧が印加される半周期には、スイッチング素子ＳＷがオンされる。そして、ワークＷに正電圧、電極Ｅに負電圧が印加されると、ワークＷから電極Ｅに電流が流れ、電極ＥとワークＷとの間の放電間隙に放電が発生する。

一方、ワークＷに負電圧が印加される半周期には、ワークＷとワークＷを固定している金属の定盤との界面に形成されるショットキーバリア障壁によって、電極ＥからワークＷに電流が流れることができなくなるため、スイッチング素子ＳＷがオフされる。そして、ワークＷに負電圧、電極Ｅに正電圧が印加されると、ダイオードＤを介して電流が流れた後、抵抗器Ｒ０に流れる。このため、電極Ｅには、ダイオードＤの電圧降下分しか電圧がかからず、電極ＥとワークＷとの間の放電間隙には放電が発生しない。また、ワークＷに負電圧、電極Ｅに正電圧が印加された時の半周期分の電力は抵抗器Ｒ０にて消費される。

これにより、ダイオードＤを介して電流を流すことで、ワークと金属の定盤との界面に形成されたショットキーバリア障壁をバイパスさせた場合においても、交流電源ＧがダイオードＤを介してショートされるのを防止することが可能となる。このため、ワークＷが半導体である場合においても、交流電源Ｇの動作に不具合が発生するのを防止しつつ、交流波形を印加しながらワークＷを加工することが可能となる。

また、互いに並列に配置されたワイヤ電極を電極Ｅとして用いた場合においても、１個の抵抗器Ｒ０を設けることで、半周期分の電力を消費させることが可能となり、図２の抵抗器Ｒをワイヤ電極ごとに設ける必要がなくなることから、放電加工装置を小型化することができる。

実施の形態４．
図４は、本発明に係る放電加工装置の実施の形態４の概略構成を示す平面図である。図４において、この放電加工装置には、図１の放電加工装置の構成に加え、電力回収回路Ｋが設けられている。ここで、電力回収回路Ｋは、交流電源Ｇに直列に接続されている。

すなわち、交流電源Ｇと電力回収回路Ｋとの直列回路は、ワークＷと電極Ｅとの間に形成される放電間隙に対して並列に接続されている。

また、電力回収回路Ｋは、ワークＷに負電圧が印加される半周期に電力を回収して再利用することができる。例えば、ワークＷに負電圧が印加される半周期分の電力を蓄電池に貯蔵し、その蓄電池に貯蔵した直流を交流に変換することで、交流電源Ｇの補助電源として用いることができる。

そして、ワークＷが半導体であるものとし、半導体側から金属側、つまりワークＷ側から定盤側に電流が流れなくなるようなショットキーバリア障壁が形成されるものとする。この場合、ワークＷに正電圧、電極Ｅに負電圧が印加されると、ワークＷから電極Ｅに電流が流れ、電極ＥとワークＷとの間の放電間隙に放電が発生する。

一方、ワークＷに負電圧、電極Ｅに正電圧が印加されると、ダイオードＤを介して電流が流れた後、電力回収回路Ｋに流れる。このため、電極Ｅには、ダイオードＤの電圧降下分しか電圧がかからず、電極ＥとワークＷとの間の放電間隙には放電が発生しない。また、ワークＷに負電圧、電極Ｅに正電圧が印加された時の半周期分の電力は電力回収回路Ｋにて回収され、次の半周期で電極Ｅを駆動するために利用することができる。

これにより、ワークＷが半導体である場合においても、交流電源Ｇの動作に不具合が発生するのを防止しつつ、交流波形を印加しながらワークＷを加工することが可能となるとともに、半周期分の電力が図３の抵抗Ｒ０で無駄に消費されるのを防止することが可能となり、放電加工用電源の効率を向上させることができる。

実施の形態５．
図５は、本発明に係る放電加工装置の実施の形態５の概略構成を示す平面図である。図５において、図１の放電加工装置に対してダイオードＤが逆向きに接続されている。すなわち、図５の放電加工装置では、ダイオードＤは、電極Ｅにカソードが接続されるとともに、交流電源ＧのワークＷ側の端子にアノードが接続されている。すなわち、図５の放電加工装置では、ダイオードＤは、交流電源ＧのワークＷ側の端子から電極Ｅに電流が流れるように、ワークＷと電極Ｅとの間に形成される放電間隙に対して並列に接続されている。

そして、ワークＷが半導体であるものとし、金属側から半導体側、つまり定盤側からワークＷ側に電流が流れなくなるようなショットキーバリア障壁が形成されるものとする。この場合、ワークＷに負電圧、電極Ｅに正電圧が印加されると、電極ＥからワークＷに電流が流れ、電極ＥとワークＷとの間の放電間隙に放電が発生する。

一方、ワークＷに正電圧、電極Ｅに負電圧が印加されると、ワークＷとワークＷを固定している金属の定盤との界面に形成されるショットキーバリア障壁によって、ワークＷから電極Ｅに電流が流れることができなくなるため、ダイオードＤを介して電流が流れる。このため、電極ＥとワークＷとの間には、ダイオードＤの電圧降下分しか電圧がかからず、電極ＥとワークＷとの間の放電間隙には放電が発生しない。また、ワークＷに正電圧、電極Ｅに負電圧が印加された時の半周期分の電力は、ダイオードＤまたは交流電源Ｇにて消費される。

これにより、ワークＷに正電圧、電極Ｅに負電圧が印加された場合においても、ダイオードＤを介して電流を流すことが可能となる。このため、ワークＷが半導体である場合においても、交流電源Ｇにて交流波形を印加しながらワークＷを加工することが可能となり、良質の加工面が得られるなどの優れた加工特性を実現することが可能となる。

なお、実施の形態５では、定盤側からワークＷ側に電流が流れなくなるようなショットキーバリア障壁が形成される場合、図１のダイオードＤを逆向きに接続する方法について説明したが、図２〜図４のダイオードＤを逆向きに接続するようにしてもよい。

また、ワークＷが半導体である場合においても、ワークＷとワークＷを固定している金属の定盤との界面はショットキー接合が形成されることなく、オーミック接合が形成される場合がある。この場合には、特に、ダイオードＤによるバイパス経路を設けることなく、ワークＷと電極Ｅとの間に交流を印加するようにしてもよい。

以上のように本発明に係る放電加工装置は、交流波形を印加しながら半導体インゴットのスライス加工を行う方法などに適している。

Ｗ ワーク
Ｇ 交流電源
Ｅ 電極
Ｄ ダイオード
Ｒ、Ｒ０ 抵抗器
ＳＷ スイッチング素子
Ｋ 電力回収回路
Ｐ 制御回路

Claims (3)

1. ワークとの間で放電を発生させる電極と、
   前記ワークと前記電極との間に交流電圧を印加する交流電源と、
   前記電極と前記交流電源のワーク側の端子との間に接続されたダイオードと、
   前記交流電源に直列に接続された抵抗器と、
   前記抵抗器に並列に接続されたスイッチング素子と、
   前記ワークに正電圧が印加される期間は前記スイッチング素子をオンさせ、前記ワークに負電圧が印加される期間は前記スイッチング素子をオフさせる制御回路と、
   を備えることを特徴とする放電加工装置。
2. 前記ワークは半導体である
   ことを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
3. 前記電極は、互いに並列に配置されたワイヤ電極である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の放電加工装置。

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