JPWO2009154199A1 - ワイヤ放電加工装置、ワイヤ放電加工方法、薄板製造方法および半導体ウエハ製造方法 - Google Patents

Abstract

ワイヤ加工方法は、互いに離間して並列して設けられ所定領域部分が被加工物（８）に対向する切断ワイヤ部（２ａ）とされた並列するワイヤ電極（２）と、パルス状の加工用電圧を発生させる加工電源（６）と、複数の切断ワイヤ部（２ａ）のそれぞれに対してこの切断ワイヤ部（２ａ）のワイヤ電極（２）に電気的接続され、切断ワイヤ部（２ａ）と被加工物（８）との間にそれぞれ加工用電圧を印加する複数の給電子ユニット（７１，７２）とを備え、並列する複数の切断ワイヤ部（２ａ）において、少なくとも一部の切断ワイヤ部（２ａ）に通電する電流の方向が他の切断ワイヤ部（２ａ）に通電する電流の方向と異なる方向となるように給電子ユニット（７１，７２）が配設されている。

Description

本発明は、ワイヤ放電加工装置に関し、特に、１本のワイヤ電極を複数のガイドローラ間で巻回させて並列させて、並列するワイヤ電極と被加工物との間で放電を発生させることにより、被加工物から一度に複数枚の板状部材を切り出すワイヤ放電加工方法において、並列するワイヤ電極に電流が流れることにより発生する磁界によってワイヤ電極がたわむことを防止しながら、形状精度の高い加工を実現するワイヤ放電加工方法に関するものであって、また、半導体ウエハや太陽電池用のウエハのように高度な加工精度が要求される部材の製造方法に関するものである。

ワイヤ放電加工装置により、柱状の被加工物からウエハをスライス加工する場合、１本のワイヤ電極を複数のガイドローラ間に巻回させて並列させることで多数の切断ワイヤ部分を形成し、それぞれの切断ワイヤ部分に個別に給電し、各切断ワイヤ部分と被加工物との間で同時に放電を生ぜしめて、被加工物に対する上記スライス加工の生産性を向上させる試みが提案されている（例えば、特許文献１及び３参照）。

上述のような構成の半導体ウエハ製造装置においては、並列させた複数のワイヤ電極に加工電流が流れるとそのワイヤ電極の周囲に磁界が発生し、近隣のワイヤ電極に電磁力が作用してワイヤ電極がたわむことがある。これに対して、例えば、特許文献１のような従来の半導体ウエハ製造装置においては、被加工物の両側から並列する各ワイヤに給電しているために、ワイヤ電極の電磁力によるワイヤ電極のたわみに関する対策はなされていない。

一方、このワイヤ電極に作用する電磁力については、例えば、特許文献２のような構成のワイヤ放電加工装置に見られるように、ワイヤ電極が被加工物と短絡した場合に、短絡を回避する方向へワイヤ電極を引き戻す動作に利用する方法が記載されている。すなわち、被加工物に補助電流を流すことにより、その周囲に磁界を発生させ、この磁界とワイヤ電極に流れる加工電流による電磁力を利用してワイヤ電極を復元するものである。また、補助電流の強度や流す方向を加工状況に応じて制御することにより、磁界の強度を変更し、ワイヤ電極に作用する電磁力を制御するとしている。

しかしながら、上述特許文献２のような構成のワイヤ放電加工装置は、本発明のように、１本のワイヤ電極を複数のガイドローラを巻回して並列させたワイヤ電極に加工電流が流れることで、各ワイヤ電極の相互間に作用する磁界を想定したものではない。したがって、被加工物への補助電流の制御では、前述の磁界によりワイヤ電極に作用する電磁力を低減することはできない。また、加工中に被加工物に供給する補助電流の大きさや流れる方向を状況に応じて制御することは、放電加工のエネルギーを変動させることになり、加工精度や加工速度を低下させる要因にもなる。

つまり、特許文献２で提案されている技術は、１本のワイヤ電極で加工する場合において、短絡状態の回避動作を改善するものであり、電磁力によるワイヤ電極のたわみを防止する方法とはならない。

特開２０００−９４２２１号公報 特開昭６１−９５８２７号公報 特開平９−２４８７１９号公報

上述のような１本のワイヤ電極が複数ガイドローラを巻回されて並列するワイヤ放電加工装置において、並列するワイヤ電極に一斉に電流が同一方向に流れる場合を考える。たとえば、５００本のワイヤ電極が間隔ｒで並列した状態において、すべてのワイヤ電極に電流Ｉが流れるとする。最も大きい力を受けるのは両端のワイヤ電極であり、これらのワイヤ電極が受ける力Ｆは、

で求められる。ここで、４００μｍピッチで並列したワイヤ電極に平均電流２Ａが流れる場合、

となる。すなわち、ワイヤ電極には長さ１ｍあたり０．０１３６Ｎの均等荷重が作用していることになり、この均等荷重がワイヤ電極をたわませる。このたわみは、通常、ワイヤ電極に所定の張力を与えて修正するが、与える張力が大きすぎるとワイヤ電極は断線する。付与可能な張力の限度はワイヤ電極の材質と直径に応じて異なる。そのため、均等荷重が同じでも使用するワイヤ電極によってたわみ量が変化する。

たとえば、直径０．２ｍｍの黄銅ワイヤの場合、付与可能な張力は約１５Ｎであり、前述の均等荷重による長さ１ｍのワイヤ電極のたわみは約１１３μｍとなる。また、直径０．１ｍｍのピアノ線ワイヤの場合、付与可能な張力は約５Ｎであり、前述の均等荷重による長さ１ｍのワイヤ電極のたわみは約３４０μｍになる。ただし、これはワイヤ電極に流れる電流を平均２Ａとした場合であり、実際の放電加工では電流はパルス状に供給されるため、２Ａより大きな電流がワイヤ電極に流れる。さらに、（１）式において、ワイヤ電極が受ける力Ｆは電流Ｉの２乗で効くため前述の計算値より大きくなる。つまり、ワイヤ電極のたわみ量は前述の計算値より大きくなり、並列ワイヤ電極のピッチ以上のたわみの発生が予想される。また、パルス状の電流によって電磁力は変動し、ワイヤ電極のたわみ量も変動する。すなわち、並列ワイヤ電極は振動しながら被加工物を加工するため、加工溝幅が大きくなり、被加工物を薄く切り出すことができないという問題があった。

また、上述のワイヤ電極のたわみは、加工開始段階においてのみに生じるものではなく、放電加工によってワイヤ電極に流れる加工電流が磁界を発生し、これが他の並列するワイヤ電極に電磁力を作用させる。加工が進行して並列するワイヤ電極が被加工物の内部に入り込んだ状況において、並列するワイヤ電極間に被加工物が介在していても、被加工物が磁性体でない場合、他の並列するワイヤ電極から発せられる磁界は遮蔽されず、他の並列するワイヤ電極に電磁力が作用し、ワイヤ電極がたわむという問題があった。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、並列するワイヤ電極に作用する電磁力によるたわみの発生を防止して、高精度加工を実現するワイヤ放電加工装置およびワイヤ放電加工装置を得ることを目的としている。また、半導体ウエハおよび太陽電池ウエハの製造において、ワイヤのたわみを防止しながら素材をウエハ形状に加工する方法を得ることを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のワイヤ放電加工装置および方法、もしくは、半導体ウエハ製造装置および方法および太陽電池ウエハ製造装置および製造方法は、互いに離間して並列して設けられ所定領域部分が被加工物に対向する切断ワイヤ部とされた複数のワイヤ電極と、パルス状の加工用電圧を発生させる加工用電源と、複数の切断ワイヤ部のそれぞれに対してこの切断ワイヤ部のワイヤ電極に電気的接続され、切断ワイヤ部と被加工物との間にそれぞれ加工用電圧を印加する複数の給電子ユニットとを備え、並列する複数の切断ワイヤ部において、少なくとも一部の切断ワイヤ部に通電する電流の方向が他の切断ワイヤ部に通電する電流の方向と異なる方向となるように給電子ユニットが、配設されていることを特徴とする。

また、給電子ユニットは、通電する電流の方向が、隣り合う切断ワイヤ部で互いに逆向きとなるように配設され、切断ワイヤ部のワイヤ電極に電気的に接続されていることを特徴とする。

さらに、給電子ユニットは、隣り合う複数本の切断ワイヤ部が各々組にされ、同一の組の切断ワイヤ部に通電する電流の方向が同じ向きとなり、隣り合う組の切断ワイヤ部に通電する電流の方向が互いに逆向きとなるように配設され、切断ワイヤ部のワイヤ電極に電気的に接続されていることを特徴とする。

さらにまた、給電子ユニットは、並列する複数の切断ワイヤ部の並列方向両端部に配置された切断ワイヤ部に通電する電流の方向が、両端部以外に配置された切断ワイヤ部に通電する電流の方向と逆向きとなるように配設され、切断ワイヤ部のワイヤ電極に電気的に接続されていることを特徴とする。

また、給電子ユニットは、切断ワイヤ部の両側に設けられ、いずれか一方が選択されて、加工用電源からの加工用電圧を、切断ワイヤ部と被加工物との間に印加することを特徴とする。

さらに、選択されなかった給電子ユニットを含み、切断ワイヤ部の両側に設けられた給電子ユニットは、ワイヤ電極の支持部材として機能することを特徴とする。

さらにまた、切断ワイヤ部の両側に設けられた給電子ユニットは、切断ワイヤ部に直交する方向に並べられていることを特徴とする。

また、本発明に係るワイヤ放電加工装置およびその方法、もしくは、半導体ウエハ製造装置およびその方法および太陽電池ウエハ製造装置およびその製造方法は、互いに離間して並列して設けられ所定領域部分が被加工物に対向する切断ワイヤ部とされたワイヤ電極、パルス状の加工用電圧を発生させる加工用電源、並列するワイヤ電極に電気的に接続され、切断ワイヤ部と被加工物との間にそれぞれ加工用電圧を印加する複数の給電子ユニットとを備えたワイヤ放電加工装置、もしくは、半導体ウエハ製造装置および太陽電池ウエハ製造装置におけるワイヤのたわみを防止する装置およびその方法であり、並列するワイヤ電極からなる切断ワイヤ部において、少なくとも一部の切断ワイヤ部に通電する電流の方向が他の切断ワイヤ部に通電する電流の方向と異なる方向となるように給電子ユニットを配設することを特徴とする。

上記、ワイヤ放電加工装置およびその方法、もしくは、半導体ウエハ製造装置およびその製造方法、および太陽電池ウエハ製造装置およびその製造方法は、並列するワイヤ電極において、隣り合う切断ワイヤ部に流れる電流の方向を互いに逆方向とすることでそれぞれのワイヤ電極が発生する磁界の強度を打ち消すことを利用して、並列するワイヤ電極に流れる電流がすべてのワイヤ電極で同一方向にならないように加工電流を給電する。

この発明によれば、互いに離間して並列して設けられ所定領域部分が被加工物に対向し、切断ワイヤ部とされる並列するワイヤ電極において、例えば、隣り合う切断ワイヤ部に供給される電流の方向が互いに逆方向となるように給電子ユニットを配設するので、放電加工により切断ワイヤ部に流れる加工電流が発生する磁界が、隣り合う切断ワイヤ部に流れる逆方向の電流が発生する磁界によって打ち消されるか、或いは弱められるため、切断ワイヤ部に作用する電磁力が削減され、ワイヤ電極のたわみが抑制されるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１によるワイヤ放電加工装置の構成を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態１による並列するワイヤ電極に対する給電構造を示す説明図である。 図３は、本発明の実施の形態２による並列するワイヤ電極に対する給電構造を示す説明図である。 図４は、本発明の実施の形態３によるワイヤ放電加工装置の構成を示す斜視図である。 図５は、本発明の実施の形態３による並列するワイヤ電極に対する給電構造を示す説明図である。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態の構成および動作について説明する。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を示した斜視図である。本実施の形態１に係るワイヤ放電加工装置においては、ワイヤボビン１から繰り出された一本のワイヤ電極２が、順次、複数のガイドローラ３ａ〜３ｄ間を、複数回、互いに微小な間隔を隔てて巻回されて、複数の切断ワイヤ部が形成されている。このワイヤ電極２が巻回されて形成された切断ワイヤ部の間隔が被加工物８の加工幅（ウエハの厚さ）となる。すなわち、各切断ワイヤ部に対して所定間隔だけ離間させて被加工物を対向させて配置した状態で、各切断ワイヤ部と被加工物８との間に電圧を印加しながら、被加工物８を各切断ワイヤ部に対して切断送りすることにより、被加工物８を各切断ワイヤ部で放電切断する。これにより、被加工物８が複数枚のウエハに加工される。なお、被加工物８は、素材を複数の薄板にスライスするものであって、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トなどのセラミックス、半導体デバイスウエハとなる単結晶シリコンや単結晶シリコンカーバイトなどの半導体素材、太陽電池ウエハとなる単結晶および多結晶シリコンなどの太陽電池素材などがある。上記半導体素材および太陽電池素材は、比抵抗が概ね０．０００１Ωｃｍ以上であるが、放電加工が可能であるのは、比抵抗が概ね１００Ωｃｍ以下、望ましくは１０Ωｃｍ以下である。したがって、本発明においては上記半導体素材および太陽電池素材として、比抵抗が０．０００１Ωｃｍ以上１０Ωｃｍ以下の素材が好適である。また、図１の例では、１本のワイヤ電極２を複数のガイドローラに巻回した例について示しているが、この場合に限らず、１本のワイヤ電極２を折り返すことにより複数の切断ワイヤ部が形成されるものでもよく、その具体的な構成については特に限定しないものとする。

本実施の形態１においては、複数のガイドローラ３ａ〜３ｄは、互いに軸線方向に平行に離間して配置されている。最も高い位置にガイドローラ３ａとガイドローラ３ｂとが設けられ、ガイドローラ３ｂの下方の最も低い位置にガイドローラ３ｃが設けられ、ガイドローラ３ａの下方には、ガイドローラ３ｃと並んで、ガイドローラ３ｄが設けられている。

ワイヤ電極２は所定回数の巻回の後に、ワイヤ排出ローラ５より排出される。ワイヤ電極２は、ガイドローラ３ａとガイドローラ３ｂとの間の部分が、被加工物８に対向可能とされ被加工物８を加工する切断ワイヤ部２ａとなっており、図１に示すように、当該切断ワイヤ部２ａに対して微小間隔を隔てて被加工物８を対向させて配置し、放電加工処理を行う。また、ワイヤ電極２のガイドローラ３ｂとガイドローラ３ｃとの間の部分が、放電加工を行うための電圧（加工用電圧）が供給される給電ワイヤ部２ｂとなっている。

ワイヤ電極２の給電ワイヤ部２ｂには、加工電源６から給電子７Ａ，７Ｂを介して、放電加工を行うための電圧（加工用電圧）が給電される。これにより、被加工物８との間に電圧が印加される。加工電源６は互いに独立して電圧を印加できる複数の加工電源ユニット６１からなる。給電子７Ａ，７Ｂもそれぞれが互いに絶縁された複数の給電子ユニット７１，７２から構成されていて、各切断ワイヤ部２ａに独立して電圧を印加できる構成となっている。このように、並列ワイヤ電極に対して独立に電圧を印加できる複数の加工電源ユニット６１は、ワイヤ放電加工装置の制御装置（図示しない）に接続される。

なお、当然ながら、電圧印加極性は従来のワイヤ放電加工と同様に、必要に応じて適宜反転可能となっている。被加工物８は、図示しない位置制御装置により、ガイドローラ３ａ〜３ｄ間に巻回されたワイヤ電極２と微小間隙を隔てるように位置が制御されているので、適正な放電ギャップ長が維持されている。なお、加工液は図示しないが、通常のワイヤ放電加工と同様に、吹きかけもしくは浸漬により被加工物８とワイヤ電極２との間に供給されている。

次に、本発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工装置における並列ワイヤ電極への給電について説明する。図２は、実施の形態１において並列ワイヤ電極と被加工物への給電の状態を明確にするために、並列ワイヤ電極に対する給電部周辺のみを表記している。複数の加工電源ユニット６１からの加工電流を被加工物８へ給電する場合において、すべての加工電源ユニット６１の給電線が被加工物８へ接続される。また、加工電源ユニット６１のもう一方の給電線がそれぞれ切断ワイヤ部２ａに対応する各給電子ユニット（給電子ユニット７１又は給電子ユニット７２）に接続されるのであるが、以下に述べる構成で各給電子ユニットへ接続される。各切断ワイヤ部２ａに設けられた２つの給電子ユニット７１，７２は図２に示すように被加工物８を挟んで対峙する位置に配設されており、切断ワイヤ部２ａはこの２つの給電子ユニット７１，７２間に架け渡されるように支持されている。そして、上記加工電源ユニット６１のもう一方の給電線は、図２に示すように、この２つの給電子ユニット７１，７２に対して交互に接続される。すなわち、ある切断ワイヤ部分２ａに対応する給電子ユニット７１に給電線を接続した場合には、その切断ワイヤ部分に隣接する切断ワイヤ部分２ａにおいては、給電子ユニット７１ではなく給電子ユニット７２に接続するよう構成する。このように構成すれば、これらの並列する切断ワイヤ部２ａに流れる電流の方向が隣接する切断ワイヤ部２ａ間で互いに逆方向となるこのとき、給電線が接続されない給電子ユニットはワイヤガイド（支持部材）として機能し、給電線が接続された給電子ユニットと協動して複数の切断ワイヤ部２ａを並列させる。

このような構成によれば、並列な切断ワイヤ部２ａと被加工物８との間に放電加工が生じ、加工電流が切断ワイヤ部２ａに一斉に流れる状況において、加工電流の流れる方向が互いに逆方向となるために、それぞれの切断ワイヤ部２ａが発生する磁界は隣り合う切断ワイヤ部２ａが発生する磁界によって打ち消し合うので、切断ワイヤ部２ａに作用して切断ワイヤ部２ａをたわませる力となる電磁力を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態１の構成によれば、１本のワイヤ電極２を複数のガイドローラ３ａ〜３ｄ間に巻回させて、複数の切断ワイヤ部２ａを形成し、それぞれの切断ワイヤ部２ａに個別に、かつ、それぞれの切断ワイヤ部２ａに流れる電流の方向を隣り合う切断ワイヤ部２ａで逆方向になるように給電する加工電源６と給電子７Ａ，７Ｂとを備えるようにした。これにより、並列な切断ワイヤ部２ａの両端のワイヤ電極のたわみを低減することができ、加工中にも並列な切断ワイヤ部２ａの両端のワイヤ電極がたわむことがなくなる。その結果、被加工物８の加工部が弧状にならず、直線となるので加工精度が向上し、並列な切断ワイヤ部２ａによって被加工物８から一度に切り出されるウエハの厚さを均一にすることができる。

実施の形態２．
上述の実施の形態１においては、１本のワイヤ電極２を複数のガイドローラ３ａ〜３ｄ間に巻回させて、複数の切断ワイヤ部２ａを形成し、それぞれの切断ワイヤ部２ａに個別に、かつ、それぞれの切断ワイヤ部２ａに流れる電流の方向を隣り合う切断ワイヤ部２ａで逆方向になるように給電する加工電源６と給電子７Ａ，７Ｂを設けて、電磁力による切断ワイヤ部２ａのたわみを防止する方式について説明した。すなわち、実施の形態１による方式は、並列な切断ワイヤ部２ａに流れる電流の方向を隣り合う切断ワイヤ部２ａにおいて逆方向となるように給電し、各切断ワイヤ部２ａが発生する磁界を打ち消す方式であり、電磁力による切断ワイヤ部２ａのたわみを防止でき、加工形状精度が向上するという効果がある。本実施の形態２では、並列な切断ワイヤ部２ａへの給電方式において、電磁力による切断ワイヤ部２ａのたわみを抑制するための実施の形態１の変形例について説明する。

図３は、本発明の実施の形態２に係る並列ワイヤ電極への給電部分を示す。基本的な装置構成は図１および図２に示した実施の形態１と同じであり、図３に示すように、被加工物８に対して対峙するように設置された給電子に対する加工電源ユニット６１からの給電線の接続方式が異なる。したがって、以下の説明においては、図１および図２の実施の形態１と異なる構成について主に説明し、同一の構成については、説明を省略する。

図３に示すように、本実施の形態２においては、加工電源ユニット６１の２つの極性のうち、被加工物８に接続されない極性側の給電線を給電子ユニット７１，７２に接続する。このとき、実施の形態１では、被加工物８に対して同じ側に整列している給電子ユニット７１，７２において、切断ワイヤ部２ａの１本おきに接続して、切断ワイヤ部２ａの対峙側の給電子ユニット７１，７２へ交互に給電を行う方式であったが、本実施の形態２では、給電線接続側の給電子ユニット７１，７２切り換えを切断ワイヤ部２ａの１本おきとせずに、たとえば、隣り合う切断ワイヤ部２ａの２本を１組みとして、この１組、すなわち、この２本の切断ワイヤ部２ａには同じ側に設置されている給電子ユニット７１，７２に同じ極性側の給電線を接続する。この１組の切断ワイヤ部２ａの隣接する切断ワイヤ部２ａ、および、さらにその切断ワイヤ部２ａにさらに隣接する切断ワイヤ部２ａを１組とし、これら２本の切断ワイヤ部２ａには、前述の切断ワイヤ部２ａの組とは反対側に設置されている給電子ユニット７１，７２に加工電源ユニット６１の給電線を接続する。

なお、前述のように隣り合う並列ワイヤの１組の考え方を２本とはせずに、３本、あるいは、４本、５本・・・というように複数本の切断ワイヤ部２ａを１組としてもよい。このように、給電子ユニット７１，７２は、隣り合う複数本の切断ワイヤ部２ａが各々組にされ、同一の組の切断ワイヤ部２ａに通電する電流の方向が同じ向きとなり、隣り合う組の切断ワイヤ部２ａに通電する電流の方向が互いに逆向きとなるように、切断ワイヤ部２ａのワイヤ電極２に電気的に接続されている。このとき、給電線が接続されない給電子ユニットはワイヤガイド（支持部材）として機能し、給電線が接続された給電子ユニットと協動して複数の切断ワイヤ部２ａを同一平面上に並列させる。

このような構成によれば、これらの並列な切断ワイヤ部２ａと被加工物８との間に放電加工が生じ、加工電流が並列な切断ワイヤ部２ａに流れる状況において、加工電流によって発生する磁界が周辺の切断ワイヤ部２ａに発生する磁界によって弱め合うために、切断ワイヤ部２ａに作用して切断ワイヤ部２ａをたわませる力となる電磁力を低減することができる。

以上のように、本実施の形態２によれば、上述の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、並列な切断ワイヤ部２ａのうち複数本の切断ワイヤ部２ａを一組として扱い、各組ごとに電流の流れる方向が逆方向になるように給電するようにしたので、並列な切断ワイヤ部２ａへの給電構造において、給電線の引き回しが簡便になる。

実施の形態３．
前述の実施の形態１においては、１本のワイヤ電極２を複数のガイドローラ３ａ〜３ｄ間に巻回させて、複数の切断ワイヤ部２ａを形成し、それぞれの切断ワイヤ部２ａに個別に、かつ、それぞれの切断ワイヤ部２ａに流れる電流の方向を隣り合う切断ワイヤ部２ａで逆方向になるように給電する加工電源６と給電子７Ａ，７Ｂを設けて、電磁力による切断ワイヤ部２ａのたわみを防止する方式について説明した。すなわち、実施の形態１による方式は、並列な切断ワイヤ部２ａに流れる電流の方向を隣り合う切断ワイヤ部２ａにおいて逆方向となるように給電し、各切断ワイヤ部２ａが発生する磁界を打ち消す方式であり、電磁力による切断ワイヤ部２ａのたわみを防止でき、加工形状精度が向上するという効果がある。

また、実施の形態２においては、並列な切断ワイヤ部２ａへの給電方式において、並列する切断ワイヤ部２ａの複数本をそれぞれ組として扱い、これら組を構成する切断ワイヤ部２ａについては同一方向の電流が流れるように給電し、隣り合う組の切断ワイヤ部２ａに通電する電流の方向が互いに逆向きとなるように給電する方式を示しており、この方式でも切断ワイヤ部２ａに流れる電流により発生する磁界強度を弱め、電磁力による切断ワイヤ部２ａのたわみを抑制でき、加工形状精度を向上させる効果がある。

実施の形態３においては、切断ワイヤ部２ａへの給電方式として、交互、もしくは、数本ごとに逆方向の電流が流れるようにするのではなく、逆方向の電流を流す切断ワイヤ部２ａの本数をなるべく少なくして、磁界強度を低下させ、電磁力による切断ワイヤ部２ａのたわみを抑制する実施の形態について説明する。

図４は、本発明の実施の形態３に係るワイヤ放電加工装置を示す斜視図である。図４に示すように、基本的な構成は、図１に示した実施の形態１と同じである。従って、以下の説明においては、図１の実施の形態１と異なる構成について主に説明し、同一の構成については、ここでは説明を省略する。

本実施の形態３においても、上述の実施の形態１および２と同様に、ワイヤボビン１から繰り出されたワイヤ電極２が、複数のガイドローラ３ａ〜３ｄ間を複数回、互いに微小な間隔を隔てて巻回されて複数のワイヤ走行系が形成され、最終的にワイヤ電極２は所定回数の巻回し後に、ワイヤ排出ローラ５より排出される。このとき、本実施の形態３においては、ワイヤ電極２は、ガイドローラ３ａとガイドローラ３ｂとの間の部分が、被加工物８を加工するための切断ワイヤ部２ａとなっており、図４に示すように、当該切断ワイヤ部２ａに対して微小間隔を隔てて被加工物８を対向させて配置し、放電加工処理を行う。また、ワイヤ電極２のガイドローラ３ｂとガイドローラ３ｃとの間の部分が、放電加工を行うための電圧（加工用電圧）が供給される給電ワイヤ部２ｂとなっている。ワイヤ電極２の給電ワイヤ部２ｂには、加工電源６から給電子７Ａ，７Ｂを介して、放電加工を行うための電圧（加工用電圧）が給電され、被加工物８との間に電圧が印加される。加工電源６は互いに独立して電圧を印加できる複数の加工電源ユニット６１からなり、給電子７Ａ，７Ｂもそれぞれが互いに絶縁された複数の給電子ユニット７１，７２から構成されていて、各切断ワイヤ部２ａに独立して電圧を印加できる構成となっている。このように、並列な切断ワイヤ部２ａに対して独立して電圧を印加できる複数の加工電源ユニット６１は、ワイヤ放電加工装置の制御装置（図示しない）に接続される。

本発明の実施の形態３に係るワイヤ放電加工装置における並列ワイヤ電極への給電について説明する。図５は、実施の形態１において、加工電源ユニット６１からなる加工電源を被加工物８への給電において、すべての加工電源ユニット６１の同一極性側に接続された給電線が被加工物８へ接続される。また、加工電源ユニット６１のもう一方の同一極性からの給電線のそれぞれが図５に示される各給電子ユニットに接続されるが、加工電源ユニット６１の被加工物８に接続されていない極性側からの給電線は、並列な切断ワイヤ部２ａのうちの両端のワイヤ電極を除いて、被加工物８に対して同じ側に設置されている給電子ユニットに接続する。一方、並列な切断ワイヤ部２ａのうちの両端の切断ワイヤ部２ａに給電するには、図５に示すように被加工物８を挟んで対峙する位置に、被加工物８を加工する切断ワイヤ部２ａを２点支持するように設置された給電子ユニットに前述の加工電源ユニット６１の被加工物８に接続されていない極性側からの給電線を接続する。このとき、給電線が接続されない給電子ユニットはワイヤガイド（支持部材）として機能し、給電線が接続された給電子ユニットと協動して複数の切断ワイヤ部２ａを同一平面上に並列させる。

次に、実施の形態３の動作について説明する。図５は、並列な切断ワイヤ部２ａと被加工物８、ガイドローラ３ａ，３ｂ、給電子７Ａ，７Ｂおよび加工電源ユニット６１によって構成される給電部周辺を表す。いま、図５に示す構成において、切断ワイヤ部２ａと被加工物８との間で放電が発生すると、加工電源ユニット６１からの電流が給電線を通って給電子ユニット７１，７２を介して各切断ワイヤ部２ａに流れる。このとき、並列に並ぶ切断ワイヤ部２ａのうち両端の切断ワイヤ部Ａ１、Ａ２を除いた他の並列な切断ワイヤ部２ａには同一方向に電流が流れる。この電流によって切断ワイヤ部２ａの周辺には磁界が発生し、電流が流れている切断ワイヤ部２ａに電磁力が作用する。特に、同一方向に電流が流れる並列な切断ワイヤ部２ａでは、両端に位置する切断ワイヤ部Ｂ１、Ｂ２にもっとも大きな電磁力が作用し、これら切断ワイヤ部２ａをたわませる。しかしながら、本実施の形態３の給電方式では、並列ワイヤの両端の切断ワイヤ部Ａ１、Ａ２には、他の並列な切断ワイヤ部２ａ、たとえば、Ｂ１、Ｂ２と比較して逆方向の電流が流れるように給電されているため、この切断ワイヤ部Ａ１、Ａ２に流れる電流が作り出す磁界が、前述の電流が同一方向に流れる並列な切断ワイヤ部２ａの両端の切断ワイヤ部Ｂ１、Ｂ２に作用する磁界強度を効果的に弱める。これにより、切断ワイヤ部Ｂ１、Ｂ２に作用する電磁力を抑制し、切断ワイヤ部２ａのたわみを防止する。また、同時に、切断ワイヤ部Ａ１、Ａ２に作用する磁界強度も弱められ、切断ワイヤ部Ａ１、Ａ２に作用する電磁力が抑制され、切断ワイヤ部２ａのたわみが防止される。

以上のように、本実施の形態３によれば、並列な切断ワイヤ部２ａの両端に位置する各１本ずつの切断ワイヤ部２ａに流れる電流の向きと、これらの２本の切断ワイヤ部２ａを除いた残りの並列な切断ワイヤ部２ａに流れる電流の向きを逆方向にするようにしたので、切断ワイヤ部２ａに作用する電磁力を低減でき、切断ワイヤ部２ａのたわみを防止できる。

なお、上記の実施の形態１〜３においては、複数のガイドローラにワイヤ電極２を巻回して、互いに離間して設けられた複数のワイヤ走行系を有するワイヤ放電加工装置を例に挙げて説明したが、これに限らず、被加工物との間で放電を発生させる３本以上のワイヤ電極を備えたワイヤ放電加工装置であれば、巻回していないタイプのものでも上記の実施の形態１〜３適用することができる。

上記の実施の形態１〜３におけるガイドローラと、給電子ユニットと、被加工物もしくは被加工物を載置するステージ（図示せず）との設置位置関係について説明しておく。たとえば、図１、４のように、被加工物もしくは被加工物を載置するステージの両側に設置された給電子ユニットと、被加工物もしくは被加工物を載置するステージとの間にガイドローラが介在するように設置してもよい。

あるいは、図２、３、５のように、給電子ユニットが被加工物もしくは被加工物を載置するステージの両側に設置され、ガイドローラがそれらの給電子ユニットに対して被加工物もしくは被加工物を載置するステージが設置されない側に設置されてもよい。

また、上記のワイヤ放電加工方法によって、単結晶シリコンや単結晶シリコンカーバイトなどの半導体素材、単結晶または多結晶シリコンなどの太陽電池素材、多結晶シリコンカーバイトなどのセラミックス、タングステンやモリブデンなどのスパッタリングターゲット素材を加工すると、放電加工中にワイヤ間に作用する電磁力が相殺、あるいは、軽減され、ワイヤ電極のたわみが防止されるので、一度に複数枚のウエハを高い寸法精度で切り出すことができる。

１ ワイヤボビン
２ ワイヤ電極
２ａ 切断ワイヤ部
２ｂ 給電ワイヤ部
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ ガイドローラ
５ ワイヤ排出ローラ
６ 加工電源
７Ａ，７Ｂ 給電子
８ 被加工物
６１ 加工電源ユニット
７１，７２ 給電子ユニット

Claims (23)

1. 互いに離間して並列して設けられ、さらに被加工物に対向するように設けられた切断ワイヤ部とされたワイヤ電極と、
   パルス状の加工用電圧を発生させる加工用電源と、
   前記複数の切断ワイヤ部のそれぞれに対して該切断ワイヤ電極に電気的接続され、前記切断ワイヤ部と前記被加工物との間にそれぞれ前記加工用電圧を印加する複数の給電子ユニットとを備え、
   前記並列する複数の切断ワイヤ部において、少なくとも一部の切断ワイヤ部に通電する電流の方向が他の切断ワイヤ部に通電する電流の方向と異なる方向となるように前記給電子ユニットが、配設されている
   ことを特徴とするワイヤ放電加工装置。
2. 前記給電子ユニットは、切断ワイヤを通電する電流の方向が、隣り合う前記切断ワイヤ部で互いに逆向きとなるように、前記切断ワイヤ部に接続する給電子を、被加工物に対して切断ワイヤが接近してくる側と遠ざかっていく側とに交互に設置されて前記ワイヤ電極に電気的に接続されている
   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。
3. 前記給電子ユニットは、隣り合う複数本の切断ワイヤ部が各々組にされ、同一の組の切断ワイヤ部に通電する電流の方向が同じ向きとなり、隣り合う組の切断ワイヤ部に通電する電流の方向が互いに逆向きとなるように、前記切断ワイヤ部に接続する給電子を、加工物に対して切断ワイヤが接近してくる側と遠ざかっていく側とに交互に設置されて前記ワイヤ電極に電気的に接続されている
   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。
4. 前記給電子ユニットは、並列する複数の切断ワイヤ部の並列方向両端部に配置された切断ワイヤ部に通電する電流の方向が、両端部に以外に配置された切断ワイヤ部に通電する電流の方向と逆向きとなるように、前記切断ワイヤ部に接続する給電子を、被加工物に対して切断ワイヤが接近してくる側と遠ざかっていく側とに交互に設置されて前記ワイヤ電極に電気的に接続されている
   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。
5. 前記給電子ユニットは、切断ワイヤ部の両側に設けられ、いずれか一方が選択されて、前記加工用電源からの前記加工用電圧を、前記切断ワイヤ部と被加工物との間に印加する 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。
6. 選択されなかった前記給電子ユニットを含み、切断ワイヤ部の両側に設けられた前記給電子ユニットは、前記ワイヤ電極の支持部材として機能する
   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。
7. 前記切断ワイヤ部の両側に設けられた前記給電子ユニットは、切断ワイヤ部に直交する方向に一列に並べて連結されている
   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。
8. 前記給電子ユニットと、被加工物もしくは被加工物を載置するステージと、切断ワイヤを巻回すガイドローラとの位置関係が、被加工物もしくは被加工物を載置するステージの両側に給電子ユニットが設置され、被加工物もしくは被加工物を載置するステージの両側に設置されるガイドローラの少なくとも１つが、前記給電子ユニットと被加工物もしくは被加工物を載置するステージとの間に設置されている
   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。
9. 前記給電子ユニットと、被加工物もしくは被加工物を載置するステージと、切断ワイヤを巻回すガイドローラとの位置関係が、給電子ユニットが被加工物もしくは被加工物を載置するステージの両側に設置され、ガイドローラがそれらの給電子ユニットに対して被加工物もしくは被加工物を載置するステージが設置されない側に設置されている
   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。
10. 互いに離間して並列して設けられ、所定領域部分が被加工物に対向する切断ワイヤ部とされたワイヤ電極と、
    パルス状の加工用電圧を発生させる加工用電源と、
    前記複数の切断ワイヤ部のそれぞれに対して該切断ワイヤ電極に電気的接続され、前記切断ワイヤ部と、
    前記被加工物との間に、それぞれ前記加工用電圧を印加する複数の給電子ユニットとを備え、
    前記被加工物は半導体ウエハ用素材であり、並列する複数の切断ワイヤ部において、少なくとも一部の切断ワイヤ部に通電する電流の方向が他の切断ワイヤ部に通電する電流の方向と異なる方向とした
    ことを特徴とする半導体ウエハ製造方法。
11. 半導体ウエハ用素材は、シリコンまたはシリコンカーバイド、あるいは、シリコンまたはシリコンカーバイドを主成分とする材料である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体ウエハ製造方法。
12. 互いに離間して並列して設けられ所定領域部分が被加工物に対向する切断ワイヤ部とされたワイヤ電極、パルス状の加工用電圧を発生させる加工用電源、前記複数の切断ワイヤ部のそれぞれに対して該切断ワイヤ電極に電気的接続され、前記切断ワイヤ部と前記被加工物との間にそれぞれ前記加工用電圧を印加する複数の給電子ユニットとを備えたワイヤ放電加工装置のワイヤのたわみを防止する方法であり、
    前記並列する複数の切断ワイヤ部において、少なくとも一部の切断ワイヤ部に通電する電流の方向が他の切断ワイヤ部に通電する電流の方向と異なる方向となるように前記給電子ユニットを配設する
    ことを特徴とするワイヤ放電加工方法。
13. 通電する電流の方向が、隣り合う前記切断ワイヤ部で互いに逆向きとなるように、前記切断ワイヤ部に接続する給電子を、被加工物に対して切断ワイヤが接近してくる側と遠ざかっていく側とに交互に設置されて前記ワイヤ電極に電気的に接続する
    ことを特徴とする請求項１２に記載のワイヤ放電加工方法。
14. 隣り合う複数本の切断ワイヤ部を各々組にして、同一の組の切断ワイヤ部に通電する電流の方向が同じ向きとなるように、隣り合う組の切断ワイヤ部に通電する電流の方向が互いに逆向きとなるように、前記切断ワイヤ部に接続する給電子を、被加工物に対して切断ワイヤが接近してくる側と遠ざかっていく側とに交互に設置されて前記ワイヤ電極に電気的に接続する
    ことを特徴とする請求項１２に記載のワイヤ放電加工方法。
15. 並列する複数の切断ワイヤ部の並列方向両端部に配置された切断ワイヤ部に通電する電流の方向が、両端部に以外に配置された切断ワイヤ部に通電する電流の方向と逆向きとなるように、前記切断ワイヤ部に接続する給電子を、被加工物に対して切断ワイヤが接近してくる側と遠ざかっていく側とに交互に設置されて前記ワイヤ電極に電気的に接続する
    ことを特徴とする請求項１２に記載のワイヤ放電加工方法。
16. 前記給電子ユニットを、切断ワイヤ部の両側に設けておき、いずれか一方の給電子ユニットを選択して、前記加工用電圧を前記切断ワイヤ部と前記被加工物との間に印加する
    ことを特徴とする請求項１２に記載のワイヤ放電加工方法。
17. 選択されなかった前記給電子ユニットを含み、切断ワイヤ部の両側に設けられた前記給電子ユニットは、前記ワイヤ電極の支持部材として用いる
    ことを特徴とする請求項１２に記載のワイヤ放電加工方法。
18. 互いに離間して並列して設けられ、所定領域部分が被加工物に対向する切断ワイヤ部とされたワイヤ電極と、
    パルス状の加工用電圧を発生させる加工用電源と、
    前記複数の切断ワイヤ部のそれぞれに対して該切断ワイヤ電極に電気的接続され、前記切断ワイヤ部と、
    前記被加工物との間にそれぞれ前記加工用電圧を印加する複数の給電子ユニットとを備え、
    前記被加工物は太陽電池用ウエハ用素材であり、並列する複数の切断ワイヤ部において、少なくとも一部の切断ワイヤ部に通電する電流の方向が他の切断ワイヤ部に通電する電流の方向と異なる方向となる
    ことを特徴とする太陽電池ウエハ製造方法。
19. 太陽電池ウエハ用素材は、多結晶または単結晶シリコンを主成分とする材料である
    ことを特徴とする請求項１８に記載の太陽電池ウエハ製造方法。
20. 互いに離間して並列して設けられ、さらに被加工物に対向するように設けられた切断ワイヤ部とされたワイヤ電極と、
    パルス状の加工用電圧を発生させる加工用電源と、
    前記複数の切断ワイヤ部のそれぞれに対して該切断ワイヤ電極に電気的接続され、前記切断ワイヤ部と、
    半導体ウエハ用素材である被加工物との間にそれぞれ前記加工用電圧を印加する複数の給電子ユニットとを備え、
    前記並列する複数の切断ワイヤ部において、少なくとも一部の切断ワイヤ部に通電する電流の方向が他の切断ワイヤ部に通電する電流の方向と異なる方向となるように前記給電子ユニットが、配設されている
    ことを特徴とする半導体ウエハ製造装置。
21. 半導体ウエハ用素材は、シリコンまたはシリコンカーバイド、あるいは、シリコンまたはシリコンカーバイドを主成分とする材料である
    ことを特徴とする請求項２０に記載の半導体ウエハ製造装置。
22. 互いに離間して並列して設けられ、さらに被加工物に対向するように設けられた切断ワイヤ部とされたワイヤ電極と、
    パルス状の加工用電圧を発生させる加工用電源と、
    前記複数の切断ワイヤ部のそれぞれに対して該切断ワイヤ電極に電気的接続され、前記切断ワイヤ部と、
    太陽電池ウエハ用素材である被加工物との間にそれぞれ前記加工用電圧を印加する複数の給電子ユニットとを備え、
    前記並列する複数の切断ワイヤ部において、少なくとも一部の切断ワイヤ部に通電する電流の方向が他の切断ワイヤ部に通電する電流の方向と異なる方向となるように前記給電子ユニットが、配設されている
    ことを特徴とする太陽電池ウエハ製造装置。
23. 太陽電池ウエハ用素材は、多結晶または単結晶シリコンを主成分とする材料である
    ことを特徴とする請求項２２に記載の太陽電池ウエハ製造装置。

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