放電式ワイヤソー装置及び放電加工方法
【課題】放電式ワイヤソー装置を用いた切断加工において、切り粉の排出性を向上させることによって、加工精度を上げると共に断線率を下げる。
【解決手段】放電式ワイヤソー装置１は、複数のワイヤガイド２に螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤ３と被加工物Ｗとの間に電圧を印加しながら、切断用ワイヤ３に対して被加工物Ｗを切断送りすることにより、被加工物Ｗに対して切断加工を行う。放電式ワイヤソー装置１は、ワイヤガイド２と共に切断用ワイヤ３を揺動させる揺動手段９１と、被加工物Ｗが円弧状の加工形状を持つように、被加工物Ｗを保持する保持手段５１の位置を切断用ワイヤ３の揺動角度に応じて制御する制御手段８とを備えている。
【解決手段】放電式ワイヤソー装置１は、複数のワイヤガイド２に螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤ３と被加工物Ｗとの間に電圧を印加しながら、切断用ワイヤ３に対して被加工物Ｗを切断送りすることにより、被加工物Ｗに対して切断加工を行う。放電式ワイヤソー装置１は、ワイヤガイド２と共に切断用ワイヤ３を揺動させる揺動手段９１と、被加工物Ｗが円弧状の加工形状を持つように、被加工物Ｗを保持する保持手段５１の位置を切断用ワイヤ３の揺動角度に応じて制御する制御手段８とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばシリコンインゴット等の被加工物を切断する放電式ワイヤソー装置及び放電加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一般的に、シリコンインゴット等の被加工物（以下、ワークと称する）から薄板状のウェーハを切り出す手段としてワイヤソー装置が用いられている。ワイヤソー装置においては、複数のワイヤガイドに螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤを走行させながら、切断用ワイヤにワークを押し当てることによって、複数箇所でワークを同時に切断している。
【０００３】
しかし、このようなワイヤソー装置においては、切断用ワイヤがワークに直接接触するため、切断加工中に切断用ワイヤが断線するおそれがあり、このような断線が生じた場合には復旧までに長時間を要してしまう。また、加工能率についても、従来のワイヤソー装置を用いた場合、例えば直径８インチのインゴットからウェーハを切り出すのに８時間程度を要してしまう。
【０００４】
そこで、ワークを効率良く切断する手段として、ワークと切断用ワイヤとの間に電圧を印加することによって、放電加工の原理を用いてワークを切断する放電式ワイヤソー装置の開発が進められている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
このような放電式ワイヤソー装置によると、高速切断が可能となるだけではなく、ワークと切断用ワイヤとが接触しないので、切断用ワイヤの断線率を下げることができる。また、ワークと接触しない切断用ワイヤの径を細くできることから、カーフロス（切断代）を低減することができると共にダメージ層の発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−２４８７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の放電式ワイヤソー装置においては、今後のワークの大口径化、カーフロスのさらなる低減のためのワイヤ径の縮小、及び、さらなる切断速度の向上等に伴って、切り粉の排出性が悪くなって加工精度が劣化してしまうと共に断線率が増大してしまうという問題が生じる。
【０００８】
前記に鑑み、本発明は、放電式ワイヤソー装置を用いた切断加工において、切り粉の排出性を向上させることによって、加工精度を上げると共に断線率を下げることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本願発明者らは、まず、非放電式の従来のワイヤソー装置においては、切り粉の排出性を向上させるために、ワイヤガイドによって切断用ワイヤを走行させると同時にワイヤガイドと共に切断用ワイヤを揺動させながら、ワークに対して切断加工を行っていることに着目した。このように切断用ワイヤを揺動させると、切断用ワイヤを揺動させない場合と比較して、ワークと切断用ワイヤとの接触距離が短くなるため、切り粉の排出性が良くなるので、加工精度を向上させることができると共に断線率を下げることができる。
【００１０】
しかし、本願発明者らが、従来の揺動型のワイヤソー装置について調べたところ、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、ワイヤガイド１０１と共に切断用ワイヤ１０２を揺動させながら、切断用ワイヤ１０２にワークＷを押し当てていくと、ワークＷの加工形状は略Ｖ字になり、切断用ワイヤ１０２とワークＷとが線接触してしまうことが分かった。
【００１１】
それに対して、放電式ワイヤソー装置においては、切断用ワイヤとワークとの接触が許されないため、揺動型の放電式ワイヤソー装置を実現するためには、図８（ａ）及び（ｂ）に示すような接触が起こらないように、揺動する切断用ワイヤとワークとの位置関係を適切に制御する必要がある。
【００１２】
そこで、本願発明者らは、切断用ワイヤの揺動とワークの保持手段の位置とを同期制御してワークを円弧状に加工することにより、揺動する切断用ワイヤとワークとを常に離間させがら切断加工を行うという発明を想到した。
【００１３】
具体的には、本発明に係る放電式ワイヤソー装置は、複数のワイヤガイドに螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤと被加工物との間に電圧を印加しながら、前記切断用ワイヤに対して前記被加工物を切断送りすることにより前記被加工物に対して切断加工を行う放電式ワイヤソー装置であって、前記ワイヤガイドと共に前記切断用ワイヤを揺動させる揺動手段と、前記被加工物が円弧状の加工形状を持つように、前記被加工物を保持する保持手段の位置を前記切断用ワイヤの揺動角度に応じて制御する制御手段とを備えている。
【００１４】
本発明に係る放電式ワイヤソー装置によると、被加工物が円弧状の加工形状を持つように、被加工物を保持する保持手段の位置を切断用ワイヤの揺動角度に応じて制御する。言い換えると、揺動する切断用ワイヤの延びる方向が常に被加工物の加工形状である円弧の接線方向となるように、被加工物を保持する保持手段の位置を制御する。このため、揺動する切断用ワイヤとワークとの接触を防止しつつ、放電加工の原理を用いてワークを切断することができるので、高速切断が可能となると共に切断用ワイヤの断線率が下がる。また、ワークと接触しない切断用ワイヤの径を細くできることから、カーフロスを低減することができると共にダメージ層の発生を抑制することができる。すなわち、本発明に係る放電式ワイヤソー装置は、例えばサファイアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の難削材からなる被加工物の切断に好適である。
【００１５】
また、本発明に係る放電式ワイヤソー装置によると、ワイヤガイドと共に切断用ワイヤを揺動させながらワークの切断加工を行うことができるため、今後のワークの大口径化、カーフロスのさらなる低減のためのワイヤ径の縮小、及び、さらなる切断速度の向上等に対しても、切り粉の排出性を向上させることができるので、加工精度を上げることができると共に断線率を下げることができる。
【００１６】
本発明に係る放電式ワイヤソー装置において、前記切断用ワイヤが、前記円弧状の加工形状の接線方向に沿って揺動すると、前述の効果を確実に得ることができる。
【００１７】
本発明に係る放電式ワイヤソー装置において、前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記被加工物の最大切断長をＬ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡとして、Ａ≧Ｌ／（２×ｓｉｎθ）であると、切断用ワイヤの揺動角度が大きくなった場合にも、切断用ワイヤと被加工物とが接触することを防止することができる。
【００１８】
本発明に係る放電式ワイヤソー装置において、前記被加工物に対する切断加工が進むに従って、前記円弧状の加工形状の半径を小さくしていってもよいし、又は、前記被加工物に対する切断加工の開始直後は、前記切断用ワイヤを揺動させなくてもよい。このようにすると、切断加工の開始直後における被加工物の切断長が小さい被加工物、例えば円柱状の被加工物を効率よく切断することができる。
【００１９】
本発明に係るワイヤソー装置において、前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記ワイヤガイドの半径をｒ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡ、前記保持手段の基準位置をＰ０、前記保持手段の制御位置をＰとして、Ｐ＝Ｐ０−（（ｒ＋Ａ）／ｃｏｓθ−（ｒ＋Ａ））であると、各ワイヤガイド中心を結ぶ線上の中点に揺動中心が位置する場合に、前述の効果を確実に得ることができる。
【００２０】
また、本発明に係る放電加工方法は、複数のワイヤガイドに螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤと被加工物との間に電圧を印加しながら、前記切断用ワイヤに対して前記被加工物を切断送りすることにより前記被加工物に対して切断加工を行う放電加工方法であって、前記ワイヤガイドと共に前記切断用ワイヤを揺動させながら、前記被加工物が円弧状の加工形状を持つように、前記被加工物を保持する保持手段の位置を前記切断用ワイヤの揺動角度に応じて制御する。
【００２１】
本発明に係る放電加工方法によると、被加工物が円弧状の加工形状を持つように、被加工物を保持する保持手段の位置を切断用ワイヤの揺動角度に応じて制御する。言い換えると、揺動する切断用ワイヤの延びる方向が常に被加工物の加工形状である円弧の接線方向となるように、被加工物を保持する保持手段の位置を制御する。このため、揺動する切断用ワイヤとワークとの接触を防止しつつ、放電加工の原理を用いてワークを切断することができるので、高速切断が可能となると共に切断用ワイヤの断線率が下がる。また、ワークと接触しない切断用ワイヤの径を細くできることから、カーフロスを低減することができると共にダメージ層の発生を抑制することができる。すなわち、本発明に係る放電加工方法は、例えばサファイアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の難削材からなる被加工物の切断に好適である。
【００２２】
また、本発明に係る放電加工方法によると、ワイヤガイドと共に切断用ワイヤを揺動させながらワークの切断加工を行うことができるため、今後のワークの大口径化、カーフロスのさらなる低減のためのワイヤ径の縮小、及び、さらなる切断速度の向上等に対しても、切り粉の排出性を向上させることができるので、加工精度を上げることができると共に断線率を下げることができる。
【００２３】
本発明に係る放電加工方法において、前記切断用ワイヤが、前記円弧状の加工形状の接線方向に沿って揺動すると、前述の効果を確実に得ることができる。
【００２４】
本発明に係る放電加工方法において、前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記被加工物の最大切断長をＬ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡとして、Ａ≧Ｌ／（２×ｓｉｎθ）であると、切断用ワイヤの揺動角度が大きくなった場合にも、切断用ワイヤと被加工物とが接触することを防止することができる。
【００２５】
本発明に係る切断加工方法において、前記被加工物に対する切断加工が進むに従って、前記円弧状の加工形状の半径を小さくしていってもよいし、又は、前記被加工物に対する切断加工の開始直後は、前記切断用ワイヤを揺動させなくてもよい。このようにすると、切断加工の開始直後における被加工物の切断長が小さい被加工物、例えば円柱状の被加工物を効率よく切断することができる。
【００２６】
本発明に係る切断加工方法において、前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記ワイヤガイドの半径をｒ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡ、前記保持手段の基準位置をＰ０、前記保持手段の制御位置をＰとして、Ｐ＝Ｐ０−（（ｒ＋Ａ）／ｃｏｓθ−（ｒ＋Ａ））であると、各ワイヤガイド中心を結ぶ線上の中点に揺動中心が位置する場合に、前述の効果を確実に得ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、放電式ワイヤソー装置を用いた切断加工において、切り粉の排出性を向上させることによって、加工精度を上げることができると共に断線率を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、実施形態に係る放電式ワイヤソー装置の全体構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る放電式ワイヤソー装置の要部を示す斜視図である。
【図３】図３は、実施形態に係る放電式ワイヤソー装置の電圧印加回路を示す図である。
【図４】図４は、実施形態に係る放電加工方法におけるワーク移動軸Ｘと切断用ワイヤの揺動との関係を示す図である。
【図５】図５は、実施形態に係る放電加工方法における加工円弧と切断用ワイヤの揺動との関係を示す図である。
【図６】図６は、実施形態に係る放電加工方法において揺動角度の変化に伴って切断用ワイヤと加工円弧との位置関係が変化する様子を模式的に示す図である。
【図７】図７は、実施形態に係る放電加工方法における揺動角度及びテーブル位置の時間変化の一例を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、従来の揺動型ワイヤソー装置の問題点を示す図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の要部を拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態に係る放電式ワイヤソー装置及び放電加工方法について、図面を参照ながら説明する。
【００３０】
図１は、本実施形態に係る放電式ワイヤソー装置の全体構成を示す図である。尚、図１の全体構成図においては、放電加工を行うための機構の図示を省略している。また、図２は、放電加工を行うために切断用ワイヤに電圧を印加する電極ユニットを含む放電式ワイヤソー装置の要部を示す斜視図であり、図３は、当該電極ユニット及びワークに電圧を印加する回路を示す図である。
【００３１】
図１に示す放電式ワイヤソー装置１は、例えば半導体装置や太陽電池等の製造に用いられるシリコンインゴット等の被加工物（以下、ワークＷと称する）を複数箇所で同時に薄板状ウェーハに切断するために使用される。
【００３２】
図１に示すように、放電式ワイヤソー装置１は、貫通孔１２が形成された側壁プレート１０を備えており、当該側壁プレート１０の貫通孔１２には、回転軸心が水平方向に延びる揺動円板９１が回動自在に取り付けられている。揺動円板９１における側壁プレート１０の正面側には、上方が開放され且つ側面視で略コ字状の形状を持つワイヤガイド支持部４が取り付けられている。揺動円板９１における側壁プレート１０の背面側には、サーボモータ制御され且つ回転軸心が水平方向に延びる２つのワイヤガイド駆動モータ２０が取り付けられている。側壁プレート１０の背面におけるワイヤガイド駆動モータ２０の側方には、揺動円板９１を揺動駆動させる揺動駆動モータ９２が取り付けられている。揺動駆動モータ９２は、図示していないタイミングベルト等を通じて、回転力を揺動円板９１に伝達し、揺動円板９１をその軸心周りに所定の角度範囲で揺動させる。
【００３３】
ワイヤガイド支持部４には、並列配置された２つのワイヤガイド２が回転自在に取り付けられている。各ワイヤガイド２の回転軸は、各ワイヤガイド駆動モータ２０の出力軸に連結されており、各ワイヤガイド駆動モータ２０の回転駆動により、各ワイヤガイド２はその水平軸心周りに回転する。尚、揺動円板９１の軸心（以下、揺動中心と称することもある）は、各ワイヤガイド２の中心（回転軸）を結ぶ線上の中点に位置している。
【００３４】
各ワイヤガイド２には、ワークＷを切断するための１本のワイヤ（以下、切断用ワイヤ３と称する）が各ワイヤガイド２の水平軸心方向に所定のピッチで螺旋状に巻き付けられている。切断用ワイヤ３の一端側は、一方のワイヤガイド２の外側に位置しており、複数の円盤状プーリＰに案内されながらワイヤ供給装置６まで延びている。ワイヤ供給装置６は、切断用ワイヤ３の新線部分が巻装された供給側ボビン６１と、当該供給側ボビン６１を回転駆動させるアシストモータ６２とを備えており、これにより、切断用ワイヤ３をワイヤガイド２へ送り出している。切断用ワイヤ３の他端側は、他方のワイヤガイド２の外側に位置しており、複数の円盤状プーリＰに案内されながらワイヤ巻取装置７まで延びている。ワイヤ巻取装置７は、ワイヤガイド２から送り出される切断用ワイヤ３を巻き取る巻取側ボビン７１と、当該巻取側ボビン７１を回転駆動させるアシストモータ７２とを備えている。尚、切断用ワイヤ３の張力を制御するために、各ワイヤガイド２の外側に配置されている円盤状プーリＰの１つにテンションアーム１１が取り付けられている。
【００３５】
本実施形態の放電式ワイヤソー装置１においては、ワイヤガイド駆動モータ２０並びにアシストモータ６２及び７２の回転駆動により、切断用ワイヤ３に対して、前述の送り出しと、当該送り出し長さよりも所定長さだけ小さい巻き取りとを交互に繰り返し行う。これにより、切断用ワイヤ３の新線部分がワイヤ供給装置６側から順次繰り出され、ワイヤ巻取装置７側へ送り出される。
【００３６】
各ワイヤガイド２の中心（回転軸）を結ぶ線上の中点（つまり揺動中心）の上方には、各ワイヤガイド２に巻き付けられた切断用ワイヤ３と対向するように略直方体状のワーク保持部材５１が配設されている。ワーク保持部材５１の下端にはワークＷが保持される一方、ワーク保持部材５１の上端には、サーボモータ制御されるワーク昇降モータ５２が取り付けられている。ワーク昇降モータ５２を回転駆動すると、図示していないボールネジ機構によってワーク保持部材５１が下降してワークＷが切断用ワイヤ３に対して切断送りされる。
【００３７】
また、図１に示すように、ワイヤガイド駆動モータ２０、ワーク昇降モータ５２、アシストモータ６２及び７２並びに揺動駆動モータ９２には、これらのモータを制御する制御装置８が接続されている。制御装置８は、図示していないが、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及び制御プログラムが格納されたメモリ等を備えている。制御装置８は、切断用ワイヤ３の送り出し及び巻き取りを交互に繰り返しながら切断用ワイヤ３の新線部分が順次繰り出されるように、ワイヤガイド駆動モータ２０並びにアシストモータ６２及び７２を制御している。また、制御装置８は、ワーク保持部材５１が昇降するようにワーク昇降モータ５２を制御していると共に、各ワイヤガイド２と共に切断用ワイヤ３が揺動するように揺動駆動モータ９２を制御している。
【００３８】
さらに、本実施形態の放電式ワイヤソー装置１においては、切断用ワイヤ３によってワークＷを放電切断するために、ワークＷと切断用ワイヤ３との間に電圧を印加する手段を備えている。具体的には、図２に示すように、ワークＷと各ワイヤガイド２との間に、切断用ワイヤ３に電圧を印加する電極ユニット４０が配置されていると共に、図３に示すように、電極ユニット４０及びワークＷのそれぞれに電圧を印加するための電圧印加回路が設けられている。尚、図２においては、ワイヤガイド支持部４及びワーク保持部材５１等の図示を省略していると共に、各ワイヤガイド２における切断用ワイヤ３の巻き数を実際よりも少なく示している。
【００３９】
図２に示すように、各電極ユニット４０は、切断用ワイヤ３と接する複数の導体ブロック４１と、導体ブロック４１間に設けられた絶縁ブロック４２とから構成されている。また、図示は省略しているが、各ワイヤガイド２と共に揺動する切断用ワイヤ３の所定部分と各電極ユニット４０とが接触するように、各電極ユニット４０は、揺動円板９１における側壁プレート１０の正面側に取り付けられている。尚、各電極ユニット４０を、各ワイヤガイド２と共にワイヤガイド支持部４に取り付けてもよい。
【００４０】
また、図３に示すように、電極ユニット４０の各導体ブロック４１と、ワークＷに電圧を印加するためのワーク側接続端子３８との間には、トランジスタＴ及び直流電源Ｅが直列に配置されている。ここで、ワーク側接続端子３８は、例えば、ワーク保持部材５１の底部に配置されており、ワークＷと直接接続されている。各トランジスタＴのベースは、制御装置８に接続されており、この制御装置８による制御信号の出力によって、各トランジスタＴは個別に所定の周波数でオンオフ作動し、それにより、当該周波数を持つパルス電圧が、ワーク側接続端子３８（つまりワークＷ）と電極ユニット４０の各導体ブロック４１（つまり切断用ワイヤ３）との間に個別に印加される。言い換えると、ワークＷと切断用ワイヤ３との間に電圧が断続的に印加される。
【００４１】
さらに、図３に示す回路の特徴として、各導体ブロック４１とワーク側接続端子３８との間に印加される電圧を検出する電圧検出器３７が各導体ブロック４１毎に設けられていると共に、各電圧検出器３７の検出信号が制御装置８に入力されるようになっている。これにより、制御装置８は、各電圧検出器３７から入力される検出電圧をモニタし、当該モニタ結果に基づき、ワーク昇降モータ５２に適当な制御信号を出力してワークＷの切断送り速度を制御することができる。
【００４２】
以上に説明した構成により、本実施形態の放電式ワイヤソー装置１においては、各ワイヤガイド２に螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤ３とワークＷとの間に電圧を印加しながら、切断用ワイヤ３に対してワークＷを切断送りすることにより、放電加工の原理を用いてワークＷに対して切断加工を行うことができる。これにより、複数箇所でウェーハが同時に切り出される。
【００４３】
本実施形態の特徴は、制御装置８が、ワークＷの加工形状が円弧状になるように、ワーク保持部材５１の位置を切断用ワイヤ３の揺動角度に応じて制御することである。言い換えると、制御装置８は、揺動する切断用ワイヤ３の延びる方向が常にワークＷの加工形状である円弧の接線方向となるように、ワーク保持部材５１の位置を制御する。これにより、切断用ワイヤ３とワークＷとの接触を防止しつつ、放電加工の原理を用いてワークＷを切断することができるので、高速切断が可能となると共に切断用ワイヤ３の断線率が下がる。また、ワークＷと接触しない切断用ワイヤ３の径を細くできることから、カーフロスを低減することができると共にダメージ層の発生を抑制することができる。すなわち、本実施形態に係る放電式ワイヤソー装置１は、例えばサファイアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の難削材からなる被加工物の切断に好適である。
【００４４】
また、本実施形態によると、ワイヤガイド２と共に切断用ワイヤ３を揺動させながらワークＷの切断加工を行うことができるため、今後のワークの大口径化、カーフロスのさらなる低減のためのワイヤ径の縮小、及び、さらなる切断速度の向上等に対しても、切り粉の排出性を向上させることができるので、加工精度を上げることができると共に断線率を下げることができる。
【００４５】
以下、各ワイヤガイド２の中心（回転軸）を結ぶ線上の中点に揺動円板９１の軸心（揺動中心）が位置する場合を例として、制御装置８によるワーク保持部材５１の位置制御について、図４〜図７を参照しながら説明する。
【００４６】
図４は、揺動中心とワークＷ（ワーク保持部材５１）の中央とを結ぶ線（以下、ワーク移動軸Ｘという）と、切断用ワイヤ３の揺動との関係を示す図である。ここで、ワイヤガイド２の半径をｒ、切断用ワイヤ３の揺動角度（本実施形態では各ワイヤガイド２の中心（回転軸）を結ぶ線が水平方向となす角度：以下同じ）をθとすると、図４に示すように、ワーク移動軸Ｘと切断用ワイヤ３とが交差する点の位置Ｃ１は、揺動角度θ＝０°のときの位置を基準（０）として、Ｃ１＝（ｒ／ｃｏｓθ）−ｒと表される。
【００４７】
図５は、ワークＷの加工形状である円弧（以下、加工円弧という）と、切断用ワイヤ３の揺動との関係を示す図である。ここで、加工円弧の半径（但し、放電加工に必要な、切断用ワイヤ３とワークＷとの離間距離を含む）をＡとすると、図５に示すように、加工円弧の接線方向に沿って延びる切断用ワイヤ３と加工円弧との接点の位置（ワーク移動軸Ｘ方向の位置）Ｃ２は、揺動角度θ＝０°のときの位置を基準（０）として、Ｃ２＝（Ａ／ｃｏｓθ）−Ａと表される。
【００４８】
従って、ワーク保持部材５１の基準位置をＰ０、ワークＷが円弧状の加工形状を持つように基準位置Ｐ０に偏差量を加えたワーク保持部材５１の制御位置をＰとして、
Ｐ＝Ｐ０−Ｃ１−Ｃ２
＝Ｐ０−（（ｒ／ｃｏｓθ）−ｒ）−（（Ａ／ｃｏｓθ）−Ａ））
＝Ｐ０−（（ｒ＋Ａ）／ｃｏｓθ−（ｒ＋Ａ））
と表すことができる。ここで、本実施形態のワーク保持部材５１の位置制御を行わないとした場合にワーク保持部材５１が例えば一定の速度Ｖ０で下降しているとすると、基準位置Ｐ０は、加工時間をｔとして、Ｐ０＝Ｖ０×ｔと表される。尚、図１に示す放電式ワイヤソー装置１の場合、基準位置Ｐ０、制御位置Ｐ及び速度Ｖ０はそれぞれ、下方向を正方向とする。
【００４９】
図６は、ワイヤガイド２の半径ｒを１１１ｍｍ、加工円弧半径Ａ（但し、放電加工に必要な、切断用ワイヤ３とワークＷとの離間距離を含む）を１０００ｍｍとして、本実施形態のワーク保持部材５１の位置制御を行った場合において、揺動角度θの変化に伴って切断用ワイヤ３と加工円弧との位置関係が変化する様子を模式的に示している。図６に示すように、揺動角度θの最大値が例えば１０°である場合に、円弧角度（ワーク移動軸Ｘと、切断用ワイヤ３に対して垂直な方向とがなす角度）が１０°を超えてしまうと、切断用ワイヤ３とワークＷとは接触してしまう。従って、揺動角度θが大きくなった場合にも、切断用ワイヤ３とワークＷとが接触する事態を回避するためには、ワークＷの最大切断長（本実施形態ではワーク移動軸Ｘに対して垂直な方向におけるワークＷの最大寸法）をＬとして、加工円弧半径Ａについて、Ａ≧Ｌ／（２×ｓｉｎθ）が成り立つ必要がある。
【００５０】
図７は、ワイヤガイド２の半径ｒを１１１ｍｍ、加工円弧半径Ａ（但し、放電加工に必要な、切断用ワイヤ３とワークＷとの離間距離を含む）を１０００ｍｍとして、本実施形態のワーク保持部材５１の位置制御を行った場合における、揺動角度θ及びワーク保持部材５１の位置（図中ではテーブル位置）の時間変化の一例を示している。尚、図７においては、比較例として、本実施形態のワーク保持部材５１の位置制御を行わなかった場合におけるテーブル位置の時間変化も示している。図７に示すように、比較例では、テーブル位置が単調に変化している（つまりワーク保持部材５１は一定の速度で下降している）のに対して、本実施形態では、揺動角度θに応じて細かなテーブル位置制御（つまりワーク保持部材５１の昇降）が行われている。
【００５１】
尚、本発明が適用可能な放電式ワイヤソー装置は、図１〜図３に示す放電式ワイヤソー装置１に限られるものではなく、複数のワイヤガイドに螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤと被加工物との間に電圧を印加しながら、切断用ワイヤに対して被加工物を切断送りすることにより被加工物に対して切断加工を行うタイプの放電式ワイヤソー装置に本発明は広く適用可能である。例えば、放電式ワイヤソー装置１には２つのワイヤガイド２が取り付けられていたが、３つ以上のワイヤガイドを備えた放電式ワイヤソー装置にも本発明は適用可能である。また、放電式ワイヤソー装置１において、切断用ワイヤ３に放電加工用の加工液を供給しながら切断加工を行ってもよい。また、図２に示すように、切断用ワイヤ３に電圧を印加する電極ユニット４０を配置したが、このようなユニット化を行わずに、各導体ブロック４１に相当するワイヤ側接続端子を個別に配置してもよい。また、図３に示すように、ワーク側接続端子３８をワーク保持部材５１の底部に配置して、ワークＷと直接接続したが、これに代えて、ワーク保持部材５１とワークＷとの間に、例えばワークＷと同様の材質からなるスライスベースを介在させ、当該スライスベースにワーク側接続端子３８を接続してもよい。
【００５２】
また、図１に示すように、放電式ワイヤソー装置１においては、揺動円板９１の軸心（揺動中心）を、各ワイヤガイド２の中心（回転軸）を結ぶ線上の中点に位置させたが、揺動中心の配置位置は特に限定されるものではなく、例えば、ワーク移動軸Ｘ上の任意の点に揺動中心を位置させてもよい。但し、揺動中心の配置位置に応じて、ワーク保持部材５１の制御位置Ｐの算出式を変える必要がある。また、本実施形態では、ワーク保持部材５１が一定の速度で下降している場合を想定してワーク保持部材５１の基準位置Ｐ０を設定したが、基準位置Ｐ０の設定方法は特に限定されるものではなく、例えば、ワークＷの切断加工の進み具合に応じてワーク保持部材５１の速度が段階的に変化している場合を想定して基準位置Ｐ０を設定してもよい。
【００５３】
また、本発明が適用可能なワークＷの形状（加工前の形状）も特に限定されるものではなく、例えば円柱状や直方体状等の様々な形状を持つワークＷに本発明は広く適用可能である。ここで、切断加工の開始直後におけるワークＷの切断長（本実施形態ではワーク移動軸Ｘに対して垂直な方向におけるワークＷの寸法）が小さい被加工物、例えば円柱状の被加工物を効率よく切断するために、ワークＷに対する切断加工が進むに従って、加工円弧半径を小さくしていってもよい。或いは、ワークＷに対する切断加工の開始直後は、切断用ワイヤを揺動させなくてもよい。また、ワークＷの材質もシリコン等に特に限定されるものではく、ワークＷが例えばサファイアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の難削材から構成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、例えばシリコンインゴット等の被加工物を切断する放電式ワイヤソー装置及び放電加工方法に好適である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 放電式ワイヤソー装置
２ ワイヤガイド
３ 切断用ワイヤ
４ ワイヤガイド支持部
６ ワイヤ供給装置
７ ワイヤ巻取装置
８ 制御装置
１０ 側壁プレート
１１ テンションアーム
１２ 貫通孔
２０ ワイヤガイド駆動モータ
３７ 電圧検出器
３８ ワーク側接続端子
４０ 電極ユニット
４１ 導体ブロック
４２ 絶縁ブロック
５１ ワーク保持部
５２ ワーク昇降モータ
６１ 供給側ボビン
６２ アシストモータ
７１ 巻取側ボビン
７２ アシストモータ
９１ 揺動円板
９２ 揺動駆動モータ
Ｐ プーリ
Ｗ ワーク
Ｔ トランジスタ
Ｅ 直流電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばシリコンインゴット等の被加工物を切断する放電式ワイヤソー装置及び放電加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一般的に、シリコンインゴット等の被加工物（以下、ワークと称する）から薄板状のウェーハを切り出す手段としてワイヤソー装置が用いられている。ワイヤソー装置においては、複数のワイヤガイドに螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤを走行させながら、切断用ワイヤにワークを押し当てることによって、複数箇所でワークを同時に切断している。
【０００３】
しかし、このようなワイヤソー装置においては、切断用ワイヤがワークに直接接触するため、切断加工中に切断用ワイヤが断線するおそれがあり、このような断線が生じた場合には復旧までに長時間を要してしまう。また、加工能率についても、従来のワイヤソー装置を用いた場合、例えば直径８インチのインゴットからウェーハを切り出すのに８時間程度を要してしまう。
【０００４】
そこで、ワークを効率良く切断する手段として、ワークと切断用ワイヤとの間に電圧を印加することによって、放電加工の原理を用いてワークを切断する放電式ワイヤソー装置の開発が進められている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
このような放電式ワイヤソー装置によると、高速切断が可能となるだけではなく、ワークと切断用ワイヤとが接触しないので、切断用ワイヤの断線率を下げることができる。また、ワークと接触しない切断用ワイヤの径を細くできることから、カーフロス（切断代）を低減することができると共にダメージ層の発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−２４８７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の放電式ワイヤソー装置においては、今後のワークの大口径化、カーフロスのさらなる低減のためのワイヤ径の縮小、及び、さらなる切断速度の向上等に伴って、切り粉の排出性が悪くなって加工精度が劣化してしまうと共に断線率が増大してしまうという問題が生じる。
【０００８】
前記に鑑み、本発明は、放電式ワイヤソー装置を用いた切断加工において、切り粉の排出性を向上させることによって、加工精度を上げると共に断線率を下げることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本願発明者らは、まず、非放電式の従来のワイヤソー装置においては、切り粉の排出性を向上させるために、ワイヤガイドによって切断用ワイヤを走行させると同時にワイヤガイドと共に切断用ワイヤを揺動させながら、ワークに対して切断加工を行っていることに着目した。このように切断用ワイヤを揺動させると、切断用ワイヤを揺動させない場合と比較して、ワークと切断用ワイヤとの接触距離が短くなるため、切り粉の排出性が良くなるので、加工精度を向上させることができると共に断線率を下げることができる。
【００１０】
しかし、本願発明者らが、従来の揺動型のワイヤソー装置について調べたところ、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、ワイヤガイド１０１と共に切断用ワイヤ１０２を揺動させながら、切断用ワイヤ１０２にワークＷを押し当てていくと、ワークＷの加工形状は略Ｖ字になり、切断用ワイヤ１０２とワークＷとが線接触してしまうことが分かった。
【００１１】
それに対して、放電式ワイヤソー装置においては、切断用ワイヤとワークとの接触が許されないため、揺動型の放電式ワイヤソー装置を実現するためには、図８（ａ）及び（ｂ）に示すような接触が起こらないように、揺動する切断用ワイヤとワークとの位置関係を適切に制御する必要がある。
【００１２】
そこで、本願発明者らは、切断用ワイヤの揺動とワークの保持手段の位置とを同期制御してワークを円弧状に加工することにより、揺動する切断用ワイヤとワークとを常に離間させがら切断加工を行うという発明を想到した。
【００１３】
具体的には、本発明に係る放電式ワイヤソー装置は、複数のワイヤガイドに螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤと被加工物との間に電圧を印加しながら、前記切断用ワイヤに対して前記被加工物を切断送りすることにより前記被加工物に対して切断加工を行う放電式ワイヤソー装置であって、前記ワイヤガイドと共に前記切断用ワイヤを揺動させる揺動手段と、前記被加工物が円弧状の加工形状を持つように、前記被加工物を保持する保持手段の位置を前記切断用ワイヤの揺動角度に応じて制御する制御手段とを備えている。
【００１４】
本発明に係る放電式ワイヤソー装置によると、被加工物が円弧状の加工形状を持つように、被加工物を保持する保持手段の位置を切断用ワイヤの揺動角度に応じて制御する。言い換えると、揺動する切断用ワイヤの延びる方向が常に被加工物の加工形状である円弧の接線方向となるように、被加工物を保持する保持手段の位置を制御する。このため、揺動する切断用ワイヤとワークとの接触を防止しつつ、放電加工の原理を用いてワークを切断することができるので、高速切断が可能となると共に切断用ワイヤの断線率が下がる。また、ワークと接触しない切断用ワイヤの径を細くできることから、カーフロスを低減することができると共にダメージ層の発生を抑制することができる。すなわち、本発明に係る放電式ワイヤソー装置は、例えばサファイアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の難削材からなる被加工物の切断に好適である。
【００１５】
また、本発明に係る放電式ワイヤソー装置によると、ワイヤガイドと共に切断用ワイヤを揺動させながらワークの切断加工を行うことができるため、今後のワークの大口径化、カーフロスのさらなる低減のためのワイヤ径の縮小、及び、さらなる切断速度の向上等に対しても、切り粉の排出性を向上させることができるので、加工精度を上げることができると共に断線率を下げることができる。
【００１６】
本発明に係る放電式ワイヤソー装置において、前記切断用ワイヤが、前記円弧状の加工形状の接線方向に沿って揺動すると、前述の効果を確実に得ることができる。
【００１７】
本発明に係る放電式ワイヤソー装置において、前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記被加工物の最大切断長をＬ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡとして、Ａ≧Ｌ／（２×ｓｉｎθ）であると、切断用ワイヤの揺動角度が大きくなった場合にも、切断用ワイヤと被加工物とが接触することを防止することができる。
【００１８】
本発明に係る放電式ワイヤソー装置において、前記被加工物に対する切断加工が進むに従って、前記円弧状の加工形状の半径を小さくしていってもよいし、又は、前記被加工物に対する切断加工の開始直後は、前記切断用ワイヤを揺動させなくてもよい。このようにすると、切断加工の開始直後における被加工物の切断長が小さい被加工物、例えば円柱状の被加工物を効率よく切断することができる。
【００１９】
本発明に係るワイヤソー装置において、前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記ワイヤガイドの半径をｒ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡ、前記保持手段の基準位置をＰ０、前記保持手段の制御位置をＰとして、Ｐ＝Ｐ０−（（ｒ＋Ａ）／ｃｏｓθ−（ｒ＋Ａ））であると、各ワイヤガイド中心を結ぶ線上の中点に揺動中心が位置する場合に、前述の効果を確実に得ることができる。
【００２０】
また、本発明に係る放電加工方法は、複数のワイヤガイドに螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤと被加工物との間に電圧を印加しながら、前記切断用ワイヤに対して前記被加工物を切断送りすることにより前記被加工物に対して切断加工を行う放電加工方法であって、前記ワイヤガイドと共に前記切断用ワイヤを揺動させながら、前記被加工物が円弧状の加工形状を持つように、前記被加工物を保持する保持手段の位置を前記切断用ワイヤの揺動角度に応じて制御する。
【００２１】
本発明に係る放電加工方法によると、被加工物が円弧状の加工形状を持つように、被加工物を保持する保持手段の位置を切断用ワイヤの揺動角度に応じて制御する。言い換えると、揺動する切断用ワイヤの延びる方向が常に被加工物の加工形状である円弧の接線方向となるように、被加工物を保持する保持手段の位置を制御する。このため、揺動する切断用ワイヤとワークとの接触を防止しつつ、放電加工の原理を用いてワークを切断することができるので、高速切断が可能となると共に切断用ワイヤの断線率が下がる。また、ワークと接触しない切断用ワイヤの径を細くできることから、カーフロスを低減することができると共にダメージ層の発生を抑制することができる。すなわち、本発明に係る放電加工方法は、例えばサファイアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の難削材からなる被加工物の切断に好適である。
【００２２】
また、本発明に係る放電加工方法によると、ワイヤガイドと共に切断用ワイヤを揺動させながらワークの切断加工を行うことができるため、今後のワークの大口径化、カーフロスのさらなる低減のためのワイヤ径の縮小、及び、さらなる切断速度の向上等に対しても、切り粉の排出性を向上させることができるので、加工精度を上げることができると共に断線率を下げることができる。
【００２３】
本発明に係る放電加工方法において、前記切断用ワイヤが、前記円弧状の加工形状の接線方向に沿って揺動すると、前述の効果を確実に得ることができる。
【００２４】
本発明に係る放電加工方法において、前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記被加工物の最大切断長をＬ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡとして、Ａ≧Ｌ／（２×ｓｉｎθ）であると、切断用ワイヤの揺動角度が大きくなった場合にも、切断用ワイヤと被加工物とが接触することを防止することができる。
【００２５】
本発明に係る切断加工方法において、前記被加工物に対する切断加工が進むに従って、前記円弧状の加工形状の半径を小さくしていってもよいし、又は、前記被加工物に対する切断加工の開始直後は、前記切断用ワイヤを揺動させなくてもよい。このようにすると、切断加工の開始直後における被加工物の切断長が小さい被加工物、例えば円柱状の被加工物を効率よく切断することができる。
【００２６】
本発明に係る切断加工方法において、前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記ワイヤガイドの半径をｒ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡ、前記保持手段の基準位置をＰ０、前記保持手段の制御位置をＰとして、Ｐ＝Ｐ０−（（ｒ＋Ａ）／ｃｏｓθ−（ｒ＋Ａ））であると、各ワイヤガイド中心を結ぶ線上の中点に揺動中心が位置する場合に、前述の効果を確実に得ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、放電式ワイヤソー装置を用いた切断加工において、切り粉の排出性を向上させることによって、加工精度を上げることができると共に断線率を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、実施形態に係る放電式ワイヤソー装置の全体構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る放電式ワイヤソー装置の要部を示す斜視図である。
【図３】図３は、実施形態に係る放電式ワイヤソー装置の電圧印加回路を示す図である。
【図４】図４は、実施形態に係る放電加工方法におけるワーク移動軸Ｘと切断用ワイヤの揺動との関係を示す図である。
【図５】図５は、実施形態に係る放電加工方法における加工円弧と切断用ワイヤの揺動との関係を示す図である。
【図６】図６は、実施形態に係る放電加工方法において揺動角度の変化に伴って切断用ワイヤと加工円弧との位置関係が変化する様子を模式的に示す図である。
【図７】図７は、実施形態に係る放電加工方法における揺動角度及びテーブル位置の時間変化の一例を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、従来の揺動型ワイヤソー装置の問題点を示す図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の要部を拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態に係る放電式ワイヤソー装置及び放電加工方法について、図面を参照ながら説明する。
【００３０】
図１は、本実施形態に係る放電式ワイヤソー装置の全体構成を示す図である。尚、図１の全体構成図においては、放電加工を行うための機構の図示を省略している。また、図２は、放電加工を行うために切断用ワイヤに電圧を印加する電極ユニットを含む放電式ワイヤソー装置の要部を示す斜視図であり、図３は、当該電極ユニット及びワークに電圧を印加する回路を示す図である。
【００３１】
図１に示す放電式ワイヤソー装置１は、例えば半導体装置や太陽電池等の製造に用いられるシリコンインゴット等の被加工物（以下、ワークＷと称する）を複数箇所で同時に薄板状ウェーハに切断するために使用される。
【００３２】
図１に示すように、放電式ワイヤソー装置１は、貫通孔１２が形成された側壁プレート１０を備えており、当該側壁プレート１０の貫通孔１２には、回転軸心が水平方向に延びる揺動円板９１が回動自在に取り付けられている。揺動円板９１における側壁プレート１０の正面側には、上方が開放され且つ側面視で略コ字状の形状を持つワイヤガイド支持部４が取り付けられている。揺動円板９１における側壁プレート１０の背面側には、サーボモータ制御され且つ回転軸心が水平方向に延びる２つのワイヤガイド駆動モータ２０が取り付けられている。側壁プレート１０の背面におけるワイヤガイド駆動モータ２０の側方には、揺動円板９１を揺動駆動させる揺動駆動モータ９２が取り付けられている。揺動駆動モータ９２は、図示していないタイミングベルト等を通じて、回転力を揺動円板９１に伝達し、揺動円板９１をその軸心周りに所定の角度範囲で揺動させる。
【００３３】
ワイヤガイド支持部４には、並列配置された２つのワイヤガイド２が回転自在に取り付けられている。各ワイヤガイド２の回転軸は、各ワイヤガイド駆動モータ２０の出力軸に連結されており、各ワイヤガイド駆動モータ２０の回転駆動により、各ワイヤガイド２はその水平軸心周りに回転する。尚、揺動円板９１の軸心（以下、揺動中心と称することもある）は、各ワイヤガイド２の中心（回転軸）を結ぶ線上の中点に位置している。
【００３４】
各ワイヤガイド２には、ワークＷを切断するための１本のワイヤ（以下、切断用ワイヤ３と称する）が各ワイヤガイド２の水平軸心方向に所定のピッチで螺旋状に巻き付けられている。切断用ワイヤ３の一端側は、一方のワイヤガイド２の外側に位置しており、複数の円盤状プーリＰに案内されながらワイヤ供給装置６まで延びている。ワイヤ供給装置６は、切断用ワイヤ３の新線部分が巻装された供給側ボビン６１と、当該供給側ボビン６１を回転駆動させるアシストモータ６２とを備えており、これにより、切断用ワイヤ３をワイヤガイド２へ送り出している。切断用ワイヤ３の他端側は、他方のワイヤガイド２の外側に位置しており、複数の円盤状プーリＰに案内されながらワイヤ巻取装置７まで延びている。ワイヤ巻取装置７は、ワイヤガイド２から送り出される切断用ワイヤ３を巻き取る巻取側ボビン７１と、当該巻取側ボビン７１を回転駆動させるアシストモータ７２とを備えている。尚、切断用ワイヤ３の張力を制御するために、各ワイヤガイド２の外側に配置されている円盤状プーリＰの１つにテンションアーム１１が取り付けられている。
【００３５】
本実施形態の放電式ワイヤソー装置１においては、ワイヤガイド駆動モータ２０並びにアシストモータ６２及び７２の回転駆動により、切断用ワイヤ３に対して、前述の送り出しと、当該送り出し長さよりも所定長さだけ小さい巻き取りとを交互に繰り返し行う。これにより、切断用ワイヤ３の新線部分がワイヤ供給装置６側から順次繰り出され、ワイヤ巻取装置７側へ送り出される。
【００３６】
各ワイヤガイド２の中心（回転軸）を結ぶ線上の中点（つまり揺動中心）の上方には、各ワイヤガイド２に巻き付けられた切断用ワイヤ３と対向するように略直方体状のワーク保持部材５１が配設されている。ワーク保持部材５１の下端にはワークＷが保持される一方、ワーク保持部材５１の上端には、サーボモータ制御されるワーク昇降モータ５２が取り付けられている。ワーク昇降モータ５２を回転駆動すると、図示していないボールネジ機構によってワーク保持部材５１が下降してワークＷが切断用ワイヤ３に対して切断送りされる。
【００３７】
また、図１に示すように、ワイヤガイド駆動モータ２０、ワーク昇降モータ５２、アシストモータ６２及び７２並びに揺動駆動モータ９２には、これらのモータを制御する制御装置８が接続されている。制御装置８は、図示していないが、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及び制御プログラムが格納されたメモリ等を備えている。制御装置８は、切断用ワイヤ３の送り出し及び巻き取りを交互に繰り返しながら切断用ワイヤ３の新線部分が順次繰り出されるように、ワイヤガイド駆動モータ２０並びにアシストモータ６２及び７２を制御している。また、制御装置８は、ワーク保持部材５１が昇降するようにワーク昇降モータ５２を制御していると共に、各ワイヤガイド２と共に切断用ワイヤ３が揺動するように揺動駆動モータ９２を制御している。
【００３８】
さらに、本実施形態の放電式ワイヤソー装置１においては、切断用ワイヤ３によってワークＷを放電切断するために、ワークＷと切断用ワイヤ３との間に電圧を印加する手段を備えている。具体的には、図２に示すように、ワークＷと各ワイヤガイド２との間に、切断用ワイヤ３に電圧を印加する電極ユニット４０が配置されていると共に、図３に示すように、電極ユニット４０及びワークＷのそれぞれに電圧を印加するための電圧印加回路が設けられている。尚、図２においては、ワイヤガイド支持部４及びワーク保持部材５１等の図示を省略していると共に、各ワイヤガイド２における切断用ワイヤ３の巻き数を実際よりも少なく示している。
【００３９】
図２に示すように、各電極ユニット４０は、切断用ワイヤ３と接する複数の導体ブロック４１と、導体ブロック４１間に設けられた絶縁ブロック４２とから構成されている。また、図示は省略しているが、各ワイヤガイド２と共に揺動する切断用ワイヤ３の所定部分と各電極ユニット４０とが接触するように、各電極ユニット４０は、揺動円板９１における側壁プレート１０の正面側に取り付けられている。尚、各電極ユニット４０を、各ワイヤガイド２と共にワイヤガイド支持部４に取り付けてもよい。
【００４０】
また、図３に示すように、電極ユニット４０の各導体ブロック４１と、ワークＷに電圧を印加するためのワーク側接続端子３８との間には、トランジスタＴ及び直流電源Ｅが直列に配置されている。ここで、ワーク側接続端子３８は、例えば、ワーク保持部材５１の底部に配置されており、ワークＷと直接接続されている。各トランジスタＴのベースは、制御装置８に接続されており、この制御装置８による制御信号の出力によって、各トランジスタＴは個別に所定の周波数でオンオフ作動し、それにより、当該周波数を持つパルス電圧が、ワーク側接続端子３８（つまりワークＷ）と電極ユニット４０の各導体ブロック４１（つまり切断用ワイヤ３）との間に個別に印加される。言い換えると、ワークＷと切断用ワイヤ３との間に電圧が断続的に印加される。
【００４１】
さらに、図３に示す回路の特徴として、各導体ブロック４１とワーク側接続端子３８との間に印加される電圧を検出する電圧検出器３７が各導体ブロック４１毎に設けられていると共に、各電圧検出器３７の検出信号が制御装置８に入力されるようになっている。これにより、制御装置８は、各電圧検出器３７から入力される検出電圧をモニタし、当該モニタ結果に基づき、ワーク昇降モータ５２に適当な制御信号を出力してワークＷの切断送り速度を制御することができる。
【００４２】
以上に説明した構成により、本実施形態の放電式ワイヤソー装置１においては、各ワイヤガイド２に螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤ３とワークＷとの間に電圧を印加しながら、切断用ワイヤ３に対してワークＷを切断送りすることにより、放電加工の原理を用いてワークＷに対して切断加工を行うことができる。これにより、複数箇所でウェーハが同時に切り出される。
【００４３】
本実施形態の特徴は、制御装置８が、ワークＷの加工形状が円弧状になるように、ワーク保持部材５１の位置を切断用ワイヤ３の揺動角度に応じて制御することである。言い換えると、制御装置８は、揺動する切断用ワイヤ３の延びる方向が常にワークＷの加工形状である円弧の接線方向となるように、ワーク保持部材５１の位置を制御する。これにより、切断用ワイヤ３とワークＷとの接触を防止しつつ、放電加工の原理を用いてワークＷを切断することができるので、高速切断が可能となると共に切断用ワイヤ３の断線率が下がる。また、ワークＷと接触しない切断用ワイヤ３の径を細くできることから、カーフロスを低減することができると共にダメージ層の発生を抑制することができる。すなわち、本実施形態に係る放電式ワイヤソー装置１は、例えばサファイアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の難削材からなる被加工物の切断に好適である。
【００４４】
また、本実施形態によると、ワイヤガイド２と共に切断用ワイヤ３を揺動させながらワークＷの切断加工を行うことができるため、今後のワークの大口径化、カーフロスのさらなる低減のためのワイヤ径の縮小、及び、さらなる切断速度の向上等に対しても、切り粉の排出性を向上させることができるので、加工精度を上げることができると共に断線率を下げることができる。
【００４５】
以下、各ワイヤガイド２の中心（回転軸）を結ぶ線上の中点に揺動円板９１の軸心（揺動中心）が位置する場合を例として、制御装置８によるワーク保持部材５１の位置制御について、図４〜図７を参照しながら説明する。
【００４６】
図４は、揺動中心とワークＷ（ワーク保持部材５１）の中央とを結ぶ線（以下、ワーク移動軸Ｘという）と、切断用ワイヤ３の揺動との関係を示す図である。ここで、ワイヤガイド２の半径をｒ、切断用ワイヤ３の揺動角度（本実施形態では各ワイヤガイド２の中心（回転軸）を結ぶ線が水平方向となす角度：以下同じ）をθとすると、図４に示すように、ワーク移動軸Ｘと切断用ワイヤ３とが交差する点の位置Ｃ１は、揺動角度θ＝０°のときの位置を基準（０）として、Ｃ１＝（ｒ／ｃｏｓθ）−ｒと表される。
【００４７】
図５は、ワークＷの加工形状である円弧（以下、加工円弧という）と、切断用ワイヤ３の揺動との関係を示す図である。ここで、加工円弧の半径（但し、放電加工に必要な、切断用ワイヤ３とワークＷとの離間距離を含む）をＡとすると、図５に示すように、加工円弧の接線方向に沿って延びる切断用ワイヤ３と加工円弧との接点の位置（ワーク移動軸Ｘ方向の位置）Ｃ２は、揺動角度θ＝０°のときの位置を基準（０）として、Ｃ２＝（Ａ／ｃｏｓθ）−Ａと表される。
【００４８】
従って、ワーク保持部材５１の基準位置をＰ０、ワークＷが円弧状の加工形状を持つように基準位置Ｐ０に偏差量を加えたワーク保持部材５１の制御位置をＰとして、
Ｐ＝Ｐ０−Ｃ１−Ｃ２
＝Ｐ０−（（ｒ／ｃｏｓθ）−ｒ）−（（Ａ／ｃｏｓθ）−Ａ））
＝Ｐ０−（（ｒ＋Ａ）／ｃｏｓθ−（ｒ＋Ａ））
と表すことができる。ここで、本実施形態のワーク保持部材５１の位置制御を行わないとした場合にワーク保持部材５１が例えば一定の速度Ｖ０で下降しているとすると、基準位置Ｐ０は、加工時間をｔとして、Ｐ０＝Ｖ０×ｔと表される。尚、図１に示す放電式ワイヤソー装置１の場合、基準位置Ｐ０、制御位置Ｐ及び速度Ｖ０はそれぞれ、下方向を正方向とする。
【００４９】
図６は、ワイヤガイド２の半径ｒを１１１ｍｍ、加工円弧半径Ａ（但し、放電加工に必要な、切断用ワイヤ３とワークＷとの離間距離を含む）を１０００ｍｍとして、本実施形態のワーク保持部材５１の位置制御を行った場合において、揺動角度θの変化に伴って切断用ワイヤ３と加工円弧との位置関係が変化する様子を模式的に示している。図６に示すように、揺動角度θの最大値が例えば１０°である場合に、円弧角度（ワーク移動軸Ｘと、切断用ワイヤ３に対して垂直な方向とがなす角度）が１０°を超えてしまうと、切断用ワイヤ３とワークＷとは接触してしまう。従って、揺動角度θが大きくなった場合にも、切断用ワイヤ３とワークＷとが接触する事態を回避するためには、ワークＷの最大切断長（本実施形態ではワーク移動軸Ｘに対して垂直な方向におけるワークＷの最大寸法）をＬとして、加工円弧半径Ａについて、Ａ≧Ｌ／（２×ｓｉｎθ）が成り立つ必要がある。
【００５０】
図７は、ワイヤガイド２の半径ｒを１１１ｍｍ、加工円弧半径Ａ（但し、放電加工に必要な、切断用ワイヤ３とワークＷとの離間距離を含む）を１０００ｍｍとして、本実施形態のワーク保持部材５１の位置制御を行った場合における、揺動角度θ及びワーク保持部材５１の位置（図中ではテーブル位置）の時間変化の一例を示している。尚、図７においては、比較例として、本実施形態のワーク保持部材５１の位置制御を行わなかった場合におけるテーブル位置の時間変化も示している。図７に示すように、比較例では、テーブル位置が単調に変化している（つまりワーク保持部材５１は一定の速度で下降している）のに対して、本実施形態では、揺動角度θに応じて細かなテーブル位置制御（つまりワーク保持部材５１の昇降）が行われている。
【００５１】
尚、本発明が適用可能な放電式ワイヤソー装置は、図１〜図３に示す放電式ワイヤソー装置１に限られるものではなく、複数のワイヤガイドに螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤと被加工物との間に電圧を印加しながら、切断用ワイヤに対して被加工物を切断送りすることにより被加工物に対して切断加工を行うタイプの放電式ワイヤソー装置に本発明は広く適用可能である。例えば、放電式ワイヤソー装置１には２つのワイヤガイド２が取り付けられていたが、３つ以上のワイヤガイドを備えた放電式ワイヤソー装置にも本発明は適用可能である。また、放電式ワイヤソー装置１において、切断用ワイヤ３に放電加工用の加工液を供給しながら切断加工を行ってもよい。また、図２に示すように、切断用ワイヤ３に電圧を印加する電極ユニット４０を配置したが、このようなユニット化を行わずに、各導体ブロック４１に相当するワイヤ側接続端子を個別に配置してもよい。また、図３に示すように、ワーク側接続端子３８をワーク保持部材５１の底部に配置して、ワークＷと直接接続したが、これに代えて、ワーク保持部材５１とワークＷとの間に、例えばワークＷと同様の材質からなるスライスベースを介在させ、当該スライスベースにワーク側接続端子３８を接続してもよい。
【００５２】
また、図１に示すように、放電式ワイヤソー装置１においては、揺動円板９１の軸心（揺動中心）を、各ワイヤガイド２の中心（回転軸）を結ぶ線上の中点に位置させたが、揺動中心の配置位置は特に限定されるものではなく、例えば、ワーク移動軸Ｘ上の任意の点に揺動中心を位置させてもよい。但し、揺動中心の配置位置に応じて、ワーク保持部材５１の制御位置Ｐの算出式を変える必要がある。また、本実施形態では、ワーク保持部材５１が一定の速度で下降している場合を想定してワーク保持部材５１の基準位置Ｐ０を設定したが、基準位置Ｐ０の設定方法は特に限定されるものではなく、例えば、ワークＷの切断加工の進み具合に応じてワーク保持部材５１の速度が段階的に変化している場合を想定して基準位置Ｐ０を設定してもよい。
【００５３】
また、本発明が適用可能なワークＷの形状（加工前の形状）も特に限定されるものではなく、例えば円柱状や直方体状等の様々な形状を持つワークＷに本発明は広く適用可能である。ここで、切断加工の開始直後におけるワークＷの切断長（本実施形態ではワーク移動軸Ｘに対して垂直な方向におけるワークＷの寸法）が小さい被加工物、例えば円柱状の被加工物を効率よく切断するために、ワークＷに対する切断加工が進むに従って、加工円弧半径を小さくしていってもよい。或いは、ワークＷに対する切断加工の開始直後は、切断用ワイヤを揺動させなくてもよい。また、ワークＷの材質もシリコン等に特に限定されるものではく、ワークＷが例えばサファイアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の難削材から構成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、例えばシリコンインゴット等の被加工物を切断する放電式ワイヤソー装置及び放電加工方法に好適である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 放電式ワイヤソー装置
２ ワイヤガイド
３ 切断用ワイヤ
４ ワイヤガイド支持部
６ ワイヤ供給装置
７ ワイヤ巻取装置
８ 制御装置
１０ 側壁プレート
１１ テンションアーム
１２ 貫通孔
２０ ワイヤガイド駆動モータ
３７ 電圧検出器
３８ ワーク側接続端子
４０ 電極ユニット
４１ 導体ブロック
４２ 絶縁ブロック
５１ ワーク保持部
５２ ワーク昇降モータ
６１ 供給側ボビン
６２ アシストモータ
７１ 巻取側ボビン
７２ アシストモータ
９１ 揺動円板
９２ 揺動駆動モータ
Ｐ プーリ
Ｗ ワーク
Ｔ トランジスタ
Ｅ 直流電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のワイヤガイドに螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤと被加工物との間に電圧を印加しながら、前記切断用ワイヤに対して前記被加工物を切断送りすることにより前記被加工物に対して切断加工を行う放電式ワイヤソー装置であって、
前記ワイヤガイドと共に前記切断用ワイヤを揺動させる揺動手段と、
前記被加工物が円弧状の加工形状を持つように、前記被加工物を保持する保持手段の位置を前記切断用ワイヤの揺動角度に応じて制御する制御手段とを備えていることを特徴とする放電式ワイヤソー装置。
【請求項２】
請求項１に記載の放電式ワイヤソー装置において、
前記切断用ワイヤは、前記円弧状の加工形状の接線方向に沿って揺動することを特徴とする放電式ワイヤソー装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の放電式ワイヤソー装置において、
前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記被加工物の最大切断長をＬ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡとして、
Ａ≧Ｌ／（２×ｓｉｎθ）
であることを特徴とする放電式ワイヤソー装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の放電式ワイヤソー装置において、
前記被加工物に対する切断加工が進むに従って、前記円弧状の加工形状の半径を小さくしていくことを特徴とする放電式ワイヤソー装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の放電式ワイヤソー装置において、
前記被加工物に対する切断加工の開始直後は、前記切断用ワイヤを揺動させないことを特徴とする放電式ワイヤソー装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の放電式ワイヤソー装置において、
前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記ワイヤガイドの半径をｒ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡ、前記保持手段の基準位置をＰ０、前記保持手段の制御位置をＰとして、
Ｐ＝Ｐ０−（（ｒ＋Ａ）／ｃｏｓθ−（ｒ＋Ａ））
であることを特徴とする放電式ワイヤソー装置。
【請求項７】
複数のワイヤガイドに螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤと被加工物との間に電圧を印加しながら、前記切断用ワイヤに対して前記被加工物を切断送りすることにより前記被加工物に対して切断加工を行う放電加工方法であって、
前記ワイヤガイドと共に前記切断用ワイヤを揺動させながら、前記被加工物が円弧状の加工形状を持つように、前記被加工物を保持する保持手段の位置を前記切断用ワイヤの揺動角度に応じて制御することを特徴とする放電加工方法。
【請求項８】
請求項７に記載の放電加工方法において、
前記切断用ワイヤは、前記円弧状の加工形状の接線方向に沿って揺動することを特徴とする放電加工方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の放電加工方法において、
前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記被加工物の最大切断長をＬ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡとして、
Ａ≧Ｌ／（２×ｓｉｎθ）
であることを特徴とする放電加工方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項に記載の放電加工方法において、
前記被加工物に対する切断加工が進むに従って、前記円弧状の加工形状の半径を小さくしていくことを特徴とする放電加工方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の放電加工方法において、
前記被加工物に対する切断加工の開始直後は、前記切断用ワイヤを揺動させないことを特徴とする放電加工方法。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか１項に記載の放電加工方法において、
前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記ワイヤガイドの半径をｒ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡ、前記保持手段の基準位置をＰ０、前記保持手段の制御位置をＰとして、
Ｐ＝Ｐ０−（（ｒ＋Ａ）／ｃｏｓθ−（ｒ＋Ａ））
であることを特徴とする放電加工方法。
【請求項１】
複数のワイヤガイドに螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤと被加工物との間に電圧を印加しながら、前記切断用ワイヤに対して前記被加工物を切断送りすることにより前記被加工物に対して切断加工を行う放電式ワイヤソー装置であって、
前記ワイヤガイドと共に前記切断用ワイヤを揺動させる揺動手段と、
前記被加工物が円弧状の加工形状を持つように、前記被加工物を保持する保持手段の位置を前記切断用ワイヤの揺動角度に応じて制御する制御手段とを備えていることを特徴とする放電式ワイヤソー装置。
【請求項２】
請求項１に記載の放電式ワイヤソー装置において、
前記切断用ワイヤは、前記円弧状の加工形状の接線方向に沿って揺動することを特徴とする放電式ワイヤソー装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の放電式ワイヤソー装置において、
前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記被加工物の最大切断長をＬ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡとして、
Ａ≧Ｌ／（２×ｓｉｎθ）
であることを特徴とする放電式ワイヤソー装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の放電式ワイヤソー装置において、
前記被加工物に対する切断加工が進むに従って、前記円弧状の加工形状の半径を小さくしていくことを特徴とする放電式ワイヤソー装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の放電式ワイヤソー装置において、
前記被加工物に対する切断加工の開始直後は、前記切断用ワイヤを揺動させないことを特徴とする放電式ワイヤソー装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の放電式ワイヤソー装置において、
前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記ワイヤガイドの半径をｒ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡ、前記保持手段の基準位置をＰ０、前記保持手段の制御位置をＰとして、
Ｐ＝Ｐ０−（（ｒ＋Ａ）／ｃｏｓθ−（ｒ＋Ａ））
であることを特徴とする放電式ワイヤソー装置。
【請求項７】
複数のワイヤガイドに螺旋状に巻き付けられた切断用ワイヤと被加工物との間に電圧を印加しながら、前記切断用ワイヤに対して前記被加工物を切断送りすることにより前記被加工物に対して切断加工を行う放電加工方法であって、
前記ワイヤガイドと共に前記切断用ワイヤを揺動させながら、前記被加工物が円弧状の加工形状を持つように、前記被加工物を保持する保持手段の位置を前記切断用ワイヤの揺動角度に応じて制御することを特徴とする放電加工方法。
【請求項８】
請求項７に記載の放電加工方法において、
前記切断用ワイヤは、前記円弧状の加工形状の接線方向に沿って揺動することを特徴とする放電加工方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の放電加工方法において、
前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記被加工物の最大切断長をＬ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡとして、
Ａ≧Ｌ／（２×ｓｉｎθ）
であることを特徴とする放電加工方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項に記載の放電加工方法において、
前記被加工物に対する切断加工が進むに従って、前記円弧状の加工形状の半径を小さくしていくことを特徴とする放電加工方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の放電加工方法において、
前記被加工物に対する切断加工の開始直後は、前記切断用ワイヤを揺動させないことを特徴とする放電加工方法。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか１項に記載の放電加工方法において、
前記切断用ワイヤの揺動角度をθ、前記ワイヤガイドの半径をｒ、前記円弧状の加工形状の半径（但し前記切断用ワイヤと前記被加工物との離間距離を含む）をＡ、前記保持手段の基準位置をＰ０、前記保持手段の制御位置をＰとして、
Ｐ＝Ｐ０−（（ｒ＋Ａ）／ｃｏｓθ−（ｒ＋Ａ））
であることを特徴とする放電加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２４０１２８（Ｐ２０１２−２４０１２８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９６６１（Ｐ２０１１−１０９６６１）
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（３９１００３６６８）トーヨーエイテック株式会社 (145)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（３９１００３６６８）トーヨーエイテック株式会社 (145)
【Ｆターム（参考）】
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