JP2006007387A - 超砥粒ワイヤソー - Google Patents

Abstract

【課題】固定砥粒方式の超砥粒ワイヤソーにおいて、砥粒の集中度を最適化することにより、切れ味を向上させることである。
【解決手段】芯線の表面に超砥粒が結合材で固着された超砥粒ワイヤソーにおいて、超砥粒の平均粒径の３０％〜９０％の粒子を含有させる。粒子は、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素、ガラスビーズおよび超硬合金からなる群より選ばれた少なくとも１種の粒子を含有させる。

【選択図】図１

Description

この発明は、シリコンインゴットからのシリコンウェハの切り出しや、光学ガラス、石英ガラス、セラミックス、水晶、サファイヤ、フェライトおよびネオジウム磁石等の切断加工に用いられる固定粒方式の超砥粒ワイヤソーに関するものである。

従来、シリコンインゴットをスライシングしてシリコンウェハを得るためには、主としてダイヤモンド内周刃が使用されてきた。しかしながら、シリコンインゴットの直径が大きくなることに伴い、ダイヤモンド内周刃を用いてシリコンインゴットをスライシングすることが困難になってきた。また、シリコンインゴットのスライシング工程において、歩留まりの向上、生産性の向上、加工変質層の低減が要求されるようになってきた。このため、遊離砥粒と研削液を混合したスラリーをワイヤに供給する、マルチワイヤソー方式と呼ばれるスライシング加工が多く用いられるようになってきた。

このマルチワイヤソー方式は、ワイヤのガイドである溝付きメインローラの間隔を調整することにより、大きな直径のシリコンインゴットのスライシングにも適用することが可能である。また、マルチワイヤソー方式は、一度に２００枚以上のウェハをスライシング加工することが可能な方法である。しかしながら、マルチワイヤソー方式では、スラリーを用いるため、加工速度がダイヤモンド内周刃に比べて遅いことが問題となっている。また、マルチワイヤソー方式では、スラリーと切り粉の混合物であるスラッジが大量に発生するため、ウェハを洗浄する必要があり、製造コストが高くなるという問題があった。さらに、スラッジが機械とその周辺を汚染し、作業環境を著しく害するという問題もあった。

これらの問題点を解決するために、芯線にダイヤモンド砥粒を固着した、固定砥粒方式のダイヤモンドワイヤソーを用いてシリコンインゴットをスライシング加工することが提案されている。このダイヤモンドワイヤソーは、切れ味が極めて良好であり、スラリーが不要であり、水溶性または不水溶性の研削液を用いることができるため、機械とその周辺の汚染を低減することができ、作業環境を改善することができるという利点を有する。また、数百ｍまたは数十ｋｍ以上の長尺のダイヤモンドワイヤソーを製作することができるので、多くの枚数のウェハを一度でスライシング加工することが可能であるので、スラリーを用いるマルチワイヤソー方式に比べて数倍以上の切断速度を得ることができる。

固定砥粒方式のダイヤモンドワイヤソーは、例えば、ポリエチレン、ナイロン、ポリエステル等からなる素材、またはこれらの素材をガラス繊維、炭素繊維で補強した材料を芯線とし、この芯線の外周にダイヤモンド砥粒を合成樹脂接着剤または電着で固着したものである。（例えば、特許文献１参照）

また、別のダイヤモンドワイヤソーとしては、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、シリコンカーバイド繊維、もしくはシリコン−チタン−炭素−酸素系無機繊維等のモノフィラメントまたはマルチフィラメントを芯線とし、この芯線の外周にダイヤモンド砥粒をめっきまたは合成樹脂バインダで固着したものである。（例えば、特許文献２参照）
特開平８−１２６９５３号公報 特開平９−１５５６３１号公報

解決しようとする問題点は、固定砥粒方式の超砥粒ワイヤソーにおいて、砥粒の集中度を最適化することにより、切れ味を向上させることである。切れ味を向上させるには、工作物、加工条件によって最適な集中度にする必要がある。しかしながら、特に集中度を低くすると、砥粒の分布が不均一になる傾向があり、砥粒が脱落したり、結合材が部分的に摩耗して、超砥粒ワイヤソーの寿命を短くする問題点があった。

本発明は、芯線の表面に超砥粒が結合材で固着された超砥粒ワイヤソーにおいて、超砥粒の平均粒径の３０％〜９０％の粒子を含有することを特徴とする。

この発明の超砥粒ワイヤソーにおいて、超砥粒の粒径は５μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。

この発明の超砥粒ワイヤソーにおいて、結合材がレジンボンドであり、前記超砥粒がダイヤモンド砥粒または立方晶窒化ホウ素砥粒であることが好ましい。

この発明の超砥粒ワイヤソーにおいて、線が、鋼線、銅めっきを施した鋼線、およびブラスめっきを施した鋼線からなる群より選ばれたいずれかでひとつであることが好ましい。

この発明の超砥粒ワイヤソーにおいて、芯線が、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維およびガラス繊維からなる群より選ばれたいずれかの単線または撚り線からなることが好ましい。

この発明の超砥粒ワイヤソーにおいて、粒子は、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素および超硬合金からなる群より選ばれた少なくとも１種の粒子を含むことが好ましい。

本発明の超砥粒ワイヤソーは、切れ味に優れるので、各種材料を高精度、かつ高能率で切断加工することができる。

超砥粒に比較して、小さめの粒子を含有させることにより、超砥粒の集中度を制御することが可能になり、工作物、加工条件により最適な集中度を設定することができる。

超砥粒としては、あらゆる粒径の超砥粒を適用することが可能である。特に、シリコンインゴット、光学ガラス、セラミックス、水晶、フェライト、ネオジウム磁石等の精密切断に超砥粒ワイヤソーを用いる場合には、粒径が５μｍ以上２００μｍ以下の超砥粒を用いるのが好ましく、１０μｍ以上１５０μｍ以下の超砥粒を用いるのがより好ましい。

結合材としてはレジンボンドを用いるのが好ましい。レジンボンドとして適用できる樹脂としては、弾性率、軟化温度、成形性、物理的特性の観点から、アルキド樹脂、フェノール樹脂、ホルマリン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルウレタン樹脂、ビスマレイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、シアナトエステル樹脂、ポリエーテルイミド、ポリパラバン酸、芳香族ポリアミドなどが好ましい。

鋼線としては、容易に極細線に仕上げることができ、強度が高いピアノ線が最も好ましい。ピアノ線はそのままでも使用することができるが、保管を容易にし、かつレジンボンドの密着性を良好にして超砥粒の保持力を高めるためには、ピアノ線に銅めっきまたはブラスめっき等の表面処理を施すことが好ましい。

その他の材質の芯線としては、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維のいずれか１種の単線または撚り線を用いることができる。または、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維のうち２種以上の繊維を混合して撚り線としたものも用いることができる。さらに、これらの撚り線に鋼線を加えた撚り線を芯線として用いることも可能である。

結合材は、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、または超硬合金のいずれか１種類または２種類以上の粒子を含有するのが好ましい。結合材層の強度と耐摩耗性を改善して、超砥粒ワイヤソーの寿命、加工能率および切断性能を向上させる目的として、これらの粒子を含有させることは極めて効果的である。これらの粒子の中でも、硬質なものほどその効果が大きく、結合材には、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、炭化ケイ素などを含有させることがより好ましく、ダイヤモンドを含有させることが最も好ましい。

この発明の超砥粒ワイヤソーは、一例として図４に示される切断装置に用いることができる。超砥粒ワイヤソー切断装置は、多数本の超砥粒ワイヤソーを被加工物に押しつけて超砥粒ワイヤソーを往復走行させながら、被加工物を一度に多数枚にスライシングする装置である。大きな直径のシリコンインゴットからのシリコンウェハのスライシングや、フェライト、ネオジウム磁石等の磁性材料の切断加工、光学ガラスの切断加工等に超砥粒ワイヤソー切断装置を用いることが試行されている。

具体的には図４に示すように、メインローラ５と６の外周面には被加工物の切断寸法に応じて溝が設けられている。超砥粒ワイヤソー１はリール２と９の外周面に巻かれている。一方のリール２からガイドローラ３と４を経由して取り出された超砥粒ワイヤソー１は、メインローラ５と６の溝に順次巻き付けられ、ガイドローラ７と８を経由して、他方のリール９に巻き取られる。超砥粒ワイヤソー１の張力は、左右に配置されたメインローラ５と６のトルクにより所定の値に設定される。超砥粒ワイヤソー１をリール２と９との間で往復走行させながら、多数本の超砥粒ワイヤソー１を被加工物１０に押しつけて被加工物１０を一度に多数枚にスライシング加工する。このとき、メインローラ５と６の溝にはノズル１１と１２から研削液が供給される。

フェノール樹脂塗料（昭和高分子製、ＢＲＰ−５４１７）６５容量％と、粒径４０〜６０μｍ（平均粒径４２μｍ）のニッケル被覆ダイヤモンド砥粒（トーメイダイヤ株式会社製、ＩＲＭ−ＮＰ）６．５容量％と、平均粒径３４μｍの炭化ケイ素６．５容量％と、平均粒径２．６μｍのダイヤモンド２２容量％を均一に混合した。さらに、この混合物に溶剤のクレゾールを加えて、塗料中の溶剤量を５０容量％とした。

次に、この砥粒分散溶解液を外径０．１８ｍｍの銅めっきピアノ線に塗布し、この塗布された銅めっきピアノ線を内径０．２８ｍｍのダイスに通した後、炉内温度３００℃の焼き付け炉で焼き付け硬化させてダイヤモンドワイヤソーを製造した。得られたダイヤモンドワイヤソーの外径は０．２４ｍｍであり、焼き付け硬化により形成されたレジンボンド層の厚みは約２０μｍであった。

このダイヤモンドワイヤソーを図４に示す切断装置に取付けて、シリコンインゴットをスライシング加工し、性能調査を行なった。切断装置のメインローラ５と６は、外径が２００ｍｍ、幅が１８０ｍｍであり、１．２１ｍｍの溝ピッチで１２３本の溝が外周面に設けられたものである。リール２と９には、０．６ｍｍの巻きピッチでダイヤモンドワイヤソーが５０ｋｍの長さ分、巻かれている。スライシング条件は、ダイヤモンドワイヤソーの線速度を１２００ｍｍ／分、切込み速度を４ｍｍ／分、張力を２９Ｎ、不水溶性研削液の供給を３０リットル／分とした。

超砥粒ワイヤソーの切れ味は、加工中の切り込み方向のたわみ量で評価した。たわみ量は、工作物の超砥粒ワイヤソーの入口側と出口側でそれぞれ測定し、その平均値をたわみ量とした。実施例１のたわみ量は約８ｍｍであった。

比較例１

比較例１は、実施例１の平均粒径３４μｍの炭化ケイ素を含まない組成である。フェノール樹脂塗料（昭和高分子製、ＢＲＰ−５４１７）６５容量％と、粒径４０〜６０μｍ（平均粒径４２μｍ）のニッケル被覆ダイヤモンド砥粒（トーメイダイヤ株式会社製、ＩＲＭ−ＮＰ）１３容量％と、平均粒径２．６μｍのダイヤモンド２２容量％を均一に混合した。さらに、この混合物に溶剤のクレゾールを加えて、塗料中の溶剤量を５０容量％とした。

実施例１と同様の方法でダイヤモンドワイヤソーを製造し、さらに実施例１と同様の性能調査を行ったところ、比較例１のたわみ量は約１６ｍｍであった。

フェノール樹脂塗料（昭和高分子製、ＢＲＰ−５４１７）４５容量％と、粒径４０〜６０μｍ（平均粒径４２μｍ）のニッケル被覆ダイヤモンド砥粒（トーメイダイヤ株式会社製、ＩＲＭ−ＮＰ）２０容量％と、平均粒径３４μｍの炭化ケイ素２０容量％と、平均粒径２．６μｍのダイヤモンド１５容量％を均一に混合した。さらに、この混合物に溶剤のクレゾールを加えて、塗料中の溶剤量を５０容量％とした。

実施例１と同様の方法でダイヤモンドワイヤソーを製造し、さらに実施例１と同様の性能調査を行ったところ、実施例２のたわみ量は約１２ｍｍであった。

比較例２

フェノール樹脂塗料（昭和高分子製、ＢＲＰ−５４１７）４５容量％と、粒径４０〜６０μｍ（平均粒径４２μｍ）のニッケル被覆ダイヤモンド砥粒（トーメイダイヤ株式会社製、ＩＲＭ−ＮＰ）４０容量％と、平均粒径２．６μｍのダイヤモンド１５容量％を均一に混合した。さらに、この混合物に溶剤のクレゾールを加えて、塗料中の溶剤量を５０容量％とした。

実施例１と同様の方法でダイヤモンドワイヤソーを製造し、さらに実施例１と同様の性能調査を行ったところ、比較例２のたわみ量は約２２ｍｍであった。

本発明の超砥粒ワイヤソーの部分断面模式図である。 図１の断面模式図である。 たわみ量を示す図である。 この発明の超砥粒ワイヤソーを用いて構成された切断装置のひとつの実施の形態を示す概略斜視図である。

符号の説明

１：超砥粒ワイヤソー
２，９：リール
３，４，７，８：ガイドローラ
５，６：メインローラ
１０，１０’：工作物
１１，１２：研削液ノズル
１３：超砥粒
１４：粒子
１５：結合剤
１６：芯線
Ｄ：超砥粒ワイヤソーの外径
ｄ：芯線の外径
ｂ：超砥粒ワイヤソーのたわみ

Claims (6)

1. 芯線の表面に超砥粒が結合材で固着された超砥粒ワイヤソーにおいて、
   超砥粒の平均粒径の３０％〜９０％の粒子を含有することを特徴とする超砥粒ワイヤソー。
2. 前記超砥粒の粒径は５μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載の超砥粒ワイヤソー。
3. 前記結合材がレジンボンドであり、前記超砥粒がダイヤモンド砥粒または立方晶窒化ホウ素砥粒であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の超砥粒ワイヤソー。
4. 前記芯線が、鋼線、銅めっきを施した鋼線、およびブラスめっきを施した鋼線からなる群より選ばれたいずれかであることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の超砥粒ワイヤソー。
5. 前記芯線が、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維およびガラス繊維からなる群より選ばれたいずれかの単線または撚り線からなることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の超砥粒ワイヤソー。
6. 前記粒子は、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素、ガラスビーズおよび超硬合金からなる群より選ばれた少なくとも１種の粒子を含むことを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の超砥粒ワイヤソー。

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