JP2011016208A

JP2011016208A - 固定砥粒ワイヤ及び固定砥粒ワイヤ製造方法

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Publication number: JP2011016208A
Application number: JP2009163802A
Authority: JP
Inventors: Shinji Tawara; 信二俵; Takashi Iwakuma; 隆岩隈; Yuji Matsuo; 裕二松尾; Hirotetsu Takao; 博哲高尾; Akihiro Kawahara; 彰広川原; Tsuneichi Kondo; 庸市近藤
Original assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2029-07-10
Also published as: JP5078949B2

Abstract

【課題】加工能率及び加工精度に優れ、断線の発生が少なく、被加工物の金属汚染を回避することが可能な固定砥粒ワイヤを提供する。
【解決手段】固定砥粒ワイヤ１０は、少なくとも表面が導電性を有する柔軟なワイヤ１１と、表面の一部に形成された導電性の被覆層１２の一部がワイヤ１１の外周面に密着した状態で電着層１３によって仮固着された超砥粒の一つであるダイヤモンド砥粒１４と、ダイヤモンド砥粒１４をワイヤ１１の外周面に固着するためワイヤ１１の外周面の電着層１３及びダイヤモンド砥粒１４の被覆層１２を被覆する合成樹脂層１５と、を備えている。被覆層１２はＮｉで構成され、電着層１３はＮｉメッキによって形成され、合成樹脂層１５はＵＶ硬化樹脂によって形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池、半導体シリコン、磁性体、サファイヤ、ＳｉＣなどの結晶系材料のスライス加工に使用される固定砥粒ワイヤに関する。

シリコンインゴットなどをスライス加工する際に使用されるワイヤには、砥粒がレジンボンドで固着されたレジンワイヤと、砥粒が電着で固着された電着ワイヤとがある。レジンワイヤは、柔軟性が高く、捩れに起因する断線が無く、加工性能が安定しており、加工面の面粗さが良好であり、加工精度も高いなどの点で優れているが、電着ワイヤと比べると、砥粒保持力が小さく、加工効率も劣っている。

一方、本発明に関連する従来技術として、例えば、特許文献１〜４に記載された電着ワイヤがある。

特開２００６−１８１６９８号公報特開２００４−２７２８３号公報特開２００４−５０３０１号公報特開２００６−１８１７０１号公報

特許文献１，２に記載された電着ワイヤは、レジンワイヤに比べると、加工効率は高いが、加工面の面粗さが悪く、被切削物の厚みのバラツキが大きいなど加工精度が劣っている。また、ワイヤ周面に析出した電着層が加工中に加わる捩れ力に耐えきれず、断線し易いという欠点もある。さらに、これらの電着ワイヤは、Ｎｉ，Ｃｕなどの金属やＴｉＣ，ＳｉＣなどの炭化物が表面全体に被覆された砥粒をワイヤ周面に電着して形成された結果、砥粒被覆層の上に電着金属層が形成された状態となるため、加工中に被加工物が金属汚染される。

また、特許文献３には、電着ワイヤの柔軟性を高めることによって断線を回避する手段として、電着層の上に樹脂層を形成する技術が開示されている。この技術を利用すれば、従来の電着ワイヤより柔軟性が高まるため、断線の発生を抑制することができるが、砥粒を被覆する金属層に起因する被加工物の金属汚染を回避することができない。

一方、特許文献３記載の電着ワイヤは、超砥粒の被加工物に接触する先端部分が金属層で覆われているため、切れ味が悪く、金属層が剥れまで、被加工物の加工面品位が悪くなる。また、超砥粒の突出した部分に存在する金属層により、被加工物に金属汚染が生じるという問題もある。

本発明が解決しようとする課題は、加工能率及び加工精度に優れ、断線の発生が少なく、被加工物の金属汚染を回避することができるワイヤを提供することにある。

本発明の固定砥粒ワイヤは、少なくとも表面が導電性を有する柔軟なワイヤと、表面の一部に形成された導電性の被覆層の一部を前記ワイヤの外周面に密着させた状態で電着層によって仮固着された超砥粒と、前記超砥粒を前記ワイヤの外周面に固着するため前記ワイヤ外周面の電着層及び前記超砥粒の被覆層を被覆する合成樹脂層と、を備えたことを特徴とする。

ここで、超砥粒とは、ダイヤモンド、ｃＢＮなどの硬質粒状体をいう。また、仮固着とは、固着よりも小さい保持力で砥粒を固定することをいう。

このような構成とすれば、ワイヤの外周面に固着された超砥粒は、被加工物と接触する先端部に当該超砥粒を構成する物質が露出した状態となるため、切れ味が良好となり、優れた加工能率及び加工精度が得られる。また、電着層は超砥粒を仮固着できる最小限レベルに抑制することができるため、ワイヤの柔軟性が失われ難く、断線の発生も少ない。さらに、ワイヤの外周面の電着層及び超砥粒の被覆層は合成樹脂で覆われ、金属の露出部分が無いので、被加工物の金属汚染を回避することができる。

なお、前記超砥粒の被覆層はＮｉ，Ｃｕ，ＴｉＣ，ＳｉＣなどで形成することが望ましく、前記合成樹脂層はＵＶ硬化樹脂、熱硬化樹脂などで形成することが望ましい。

この場合、前記被覆層を前記超砥粒の特定結晶面に形成すれば、当該被覆層をワイヤの外周面に密着させて固着することにより、超砥粒の結晶方位を揃えることが可能となるため、超砥粒の摩耗速度の均一化を図ることができ、且つ、超砥粒の摩耗に起因する切れ味の低下率を緩和することができる。この場合、超砥粒の特定結晶面である１００面若しくは１１１面に被覆層を形成させることが望ましいが、１００面若しくは１１１面を中心に隣り合う結晶面に被覆層が形成されても支障はない。

また、前記超砥粒の表面積の１０％〜５０％の領域に前記被覆層を形成すれば、超砥粒の表面積の９０％〜５０％の部分が露出した状態でワイヤの外周面に固着されるため、優れた加工能率及び加工精度が得られる。なお、前記被覆層が、前記超砥粒の表面積の１０％未満の場合はワイヤ外周面に超砥粒が固着され難くなり、５０％を超える場合は長砥粒の被覆層が合成樹脂層表面から露出した状態となり、加工中、被加工物に接触して加工能率を低下させたり、金属汚染を引き起こしたりするため、前記範囲が好適である。

さらに、前記電着層の厚さを５μｍ以下とすれば、ワイヤの柔軟性の低下を最小限に抑制することができるため、断線防止に有効である。なお、電着層の厚さが５μｍを超えるとワイヤのねじり強度が大幅に低下し、断線の発生頻度が高まるので、５μｍ以下が望ましい。

次に、本発明の固定砥粒ワイヤ製造方法は、超砥粒の表面の一部に導電性の被覆層を形成する工程と、少なくとも表面が導電性を有する柔軟なワイヤの外周面に前記被覆層の一部が密着した状態で前記超砥粒を前記外周面に電着する工程と、前記ワイヤ外周面の電着層及び前記超砥粒の被覆層を合成樹脂層で被覆する工程と、を備えたことを特徴とする。

このような構成とすれば、加工能率及び加工精度に優れ、断線の発生が少なく、被加工物の金属汚染を回避することが可能な固定砥粒ワイヤを製造することができる。

本発明により、加工能率及び加工精度に優れ、断線の発生が少なく、被加工物の金属汚染を回避することが可能な固定砥粒ワイヤを提供することができる。

本発明の実施形態である固定砥粒ワイヤの一部を示す断面図である。図１に示す固定砥粒ワイヤの一部拡大図である。図１に示す固定砥粒ワイヤの製造工程を示す図である。図１に示す固定砥粒ワイヤの切断試験条件を示す表である。切断試験の前後における固定砥粒ワイヤの外径を示すグラフである。ワイヤで切断した後のシリコンウエハの表面粗さを示すグラフである。ワイヤで切断した後のシリコンウエハの厚みを示すグラフである。切断作業中の固定砥粒ワイヤ移動経路に配置されたワイヤガイドローラ溝の断面積の変化率を示す表である。

図１，図２に示すように、本実施形態の固定砥粒ワイヤ１０は、少なくとも表面が導電性を有する柔軟なワイヤ１１と、表面の一部に形成された導電性の被覆層１２の一部をワイヤ１１の外周面に密着させた状態で電着層１３によって仮固着された超砥粒の一種であるダイヤモンド砥粒１４と、ダイヤモンド砥粒１４をワイヤ１１の外周面に固着するためワイヤ１１の外周面の電着層１３及びダイヤモンド砥粒１４の被覆層１２を被覆する合成樹脂層１５と、を備えている。被覆層１２はＮｉで構成され、電着層１３はＮｉメッキによって形成され、合成樹脂層１５はＵＶ硬化樹脂によって形成されている。

ここで、少なくとも表面が導電性を有する柔軟なワイヤ１１とは、外周面に電着層を形成できるワイヤ材であれば良く、例えば、従来のワイヤソーに使用されているワイヤなどが好適であり、ワイヤ外周面が１層以上の導電性の被覆層で被覆されたものでも良い。例えば、ピアノ線、高張力線、高抗張力の非金属繊維線などの線材、あるいは、これらの線材の外周面に１層以上の導電層（例えば、導電層を有するメッキ層などの電着層）を被覆した導電層被覆線材をワイヤ１１として使用することができる。また、これらの線材のうちの２本以上を縒り合せたものをワイヤ１１として使用することもできる。

固定砥粒ワイヤ１０において、ワイヤ１１の外周面に固着されたダイヤモンド砥粒１４は、被加工物（図示せず）と接触する先端部１４ａにダイヤモンドが露出した状態となっているため、切れ味が良好であり、優れた加工能率及び加工精度が得られる。また、電着層１３の厚みは、ダイヤモンド砥粒１４を仮固着できる最小限レベルに抑制することができるため、ワイヤ１１の柔軟性が失われ難く、断線の発生も少ない。さらに、ワイヤ１１の外周面の電着層１３及びダイヤモンド砥粒１４の被覆層１２は合成樹脂層１５によって覆われ、金属の露出部分が無いので、被加工物の金属汚染を回避することができる。

なお、ダイヤモンド砥粒１４の被覆層１２はＮｉで構成されているが、これに限定しないので、Ｃｕ，ＴｉＣ，ＳｉＣなどで形成することもできる。また、合成樹脂層１５はＵＶ硬化樹脂で形成しているが、熱硬化樹脂などで形成することもできる。

また、被覆層１２をダイヤモンド砥粒１４の特定結晶面に形成すれば、当該被覆層１２をワイヤ１１の外周面に密着させて固着することにより、ダイヤモンド砥粒１４の結晶方位を揃えることができるため、ダイヤモンド砥粒１４の摩耗速度の均一化することができ、且つ、ダイヤモンド砥粒１４の摩耗に起因する切れ味の低下率を緩和される。

一方、本実施形態では、ダイヤモンド砥粒１４の表面積の５０％の領域に被覆層１２を形成したことにより、ダイヤモンド砥粒１４の表面積の５０％の部分が露出した状態でワイヤ１１の外周面に固着されるため、優れた加工能率及び加工精度が得られる。なお、被覆層１２は、ダイヤモンド砥粒１４の表面積の１０％〜５０％の範囲内が好適である。

さらに、本実施形態では、電着層１３の厚さを３μｍ以下とすることにより、ワイヤ１１の柔軟性の低下を最小限に抑制しているため、断線防止に有効である。なお、電着層１３の厚さが５μｍを超えるとワイヤ１１のねじり強度が大幅に低下し、断線の発生頻度が高まるので、５μｍ以下が望ましい。

次に、図３に基づいて、固定砥粒ワイヤ１０の製造工程について説明する。図３（ａ）に示すように、ダイヤモンド砥粒１４の表面の一部に導電性を有するＮｉの被覆層１２が形成される。被覆層１２の形成方法は限定しないが、本実施形態では、マスキング材にダイヤモンド砥粒を吹付けた後、無電解メッキでＮｉ金属皮膜を形成した後、外力を加えてマスキング材からダイヤモンド砥粒を離脱させる方法によって形成している。

一方、図３（ｂ）に示すように、ワイヤ１１の外周面に下地ニッケルメッキ１６が施される。下地ニッケルメッキ１６は、この後に行われるダイヤモンド砥粒１４を付着させる工程の前処理となるものである。なお、下地ニッケルメッキ１６を行う前に、ワイヤ１１の外周面を清浄化するための脱脂処理と、下地ニッケルメッキ１６が付着し易くするための活性化処理である塩酸処理と、が、この順番でワイヤ１１の外周面に対して行われる。

下地ニッケルメッキ１６が終わると、図３（ｃ）に示すように、複数のダイヤモンド砥粒１４は、その被覆層１２の一部がワイヤ１１外周面の下地ニッケルメッキ１６表面に密着した状態で電着層１３によって仮固着される。この場合、ダイヤモンド砥粒１４の被覆層１２が導電性を有しているため、Ｎｉメッキ液中で、被覆層１２のみに電流が流れることにより、被覆層１２が下地ニッケルメッキ１６面に付着し、その状態で、電着層１３によって仮固着される。また、複数のダイヤモンド砥粒１４の離間調節は、メッキ工程において電流及び電圧を変化させることによって行う。

ワイヤ１１の外周面に対するダイヤモンド砥粒１４の仮固着が終わったら、図３（ｄ）に示すように、ワイヤ１１外周面の電着層１３及びダイヤモンド砥粒１４の被覆層１２をＵＶ硬化樹脂で覆った後、紫外線を照射して硬化させれば、合成樹脂層１５が形成され、固定砥粒ワイヤ１０が完成する。

次に、図４〜図８に基づいて、本実施形態に係る固定砥粒ワイヤ１０と従来のワイヤとの切断性能の違いについて説明する。本実施形態に係る固定砥粒ワイヤ１０（以下、「実施例」という。）は、ダイヤモンド砥粒１４の粒径がＭ１０／２０、ワイヤ１１の外径がφ１２０μｍ、ワイヤソー１０の外径がφ１５０μｍであり、ダイヤモンド砥粒１４の被覆層１２部位のみを厚み３μｍのＮｉの電着層１３で仮固着した後、その上に塗布したＵＶ硬化樹脂をＵＶ照射によって硬化させ、全体厚み７．５μｍの合成樹脂層１５を形成した。

従来の固定砥粒ワイヤとして、特開２００６−１８１６９８号公報に記載された固定砥粒ワイヤ（以下、「比較例１」という。）と、特開２００４−５０３０１号公報に記載されたＮｉ電着＋レジン方式の固定砥粒ワイヤ（以下、「比較例２」という。）と、を使用した。

実施例、比較例１及び比較例２の固定砥粒ワイヤについて図４に示すような条件で切断実験を行い、実験前と実験後における各固定砥粒ワイヤの外径を測定すると、図５に示すような結果が得られた。切断実験前の固定砥粒ワイヤの外径はいずれもφ１５０μｍであるが、切断実験後においては、実施例の外径がφ１４８μｍであるのに対し、比較例１の外径はφ１４４μｍ、比較例２の外径はφ１４６．５μｍとなっている。図５を見ると、比較例１及び比較例２の固定砥粒ワイヤに比べ、実施例の固定砥粒ワイヤ１０が摩耗し難いことが判る。

次に、切断実験に供された単結晶シリコンから切り出されたシリコンウエハの表面（切断面）の表面粗さＲａ及びシリコンウエハの厚みのバラツキを測定すると、図６及び図７に示すような結果が得られた。図６を見ると、比較例１及び比較例２に比べ、実施例の固定砥粒ワイヤ１０で切断したときの表面粗さが最も細かいことが判る。また、図７を見ると、比較例１及び比較例２に比べ、実施例の固定砥粒ワイヤ１０で切断したシリコンウエハの厚みのバラツキが最も小さいことが判る。

さらに、切断作業中の固定砥粒ワイヤの移動経路に配置されたワイヤガイドローラ溝の断面積の変化率を調べると、図８に示すような結果が得られた。図８を見ると、比較例１及び比較例２に比べ、実施例の固定砥粒ワイヤ１０の移動経路に配置されたローラ溝の断面積の変化率が最も小さいことが判る。

このように、実施例の固定砥粒ワイヤ１０は、比較例１に比べ、同等の加工能率で、加工精度が大幅に向上することが判った。また、実施例の固定砥粒ワイヤ１０においては、切断加工中の金属の溶出を防止することもできた。また、実施例の固定砥粒ワイヤ１０は、比較例１に対し、ワイヤガイドローラの溝形状やプーリの溝形状の変化量が小さいので、ワイヤガイドローラ及びプーリの寿命を３倍程度まで向上することができた。さらに、実施例の固定砥粒ワイヤ１０は、比較例２に比べ、加工作業の初期段階から加工能率が高く、加工能率の低下率を１／２にすることができ、金属の溶出を防止することもできた。

本発明に係る固定砥粒ワイヤは、太陽電池、半導体シリコン、磁性体、サファイヤ、ＳｉＣなどの結晶系材料のスライス加工において広く利用することができる。

１０固定砥粒ワイヤ
１１ワイヤ
１２被覆層
１３電着層
１４ダイヤモンド砥粒
１５合成樹脂層
１６下地ニッケルメッキ

Claims

少なくとも表面が導電性を有する柔軟なワイヤと、表面の一部に形成された導電性の被覆層の一部が前記ワイヤの外周面に密着した状態で電着層によって仮固着された超砥粒と、前記超砥粒を前記ワイヤの外周面に固着するため前記ワイヤ外周面の電着層及び前記超砥粒の被覆層を被覆する合成樹脂層と、を備えたことを特徴とする固定砥粒ワイヤ。
前記被覆層が前記超砥粒の特定結晶面に形成されたことを特徴とする請求項１記載の固定砥粒ワイヤ。
前記超砥粒の表面積の１０％〜５０％の領域に前記被覆層が形成されたことを特徴とする請求項１または２記載の固定砥粒ワイヤ。
前記電着層の厚さが５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の固定砥粒ワイヤ。
超砥粒の表面の一部に導電性の被覆層を形成する工程と、少なくとも表面が導電性を有する柔軟なワイヤの外周面に前記被覆層の一部が密着した状態で前記超砥粒を前記外周面に電着する工程と、前記ワイヤ外周面の電着層及び前記超砥粒の被覆層を合成樹脂層で被覆する工程と、を備えたことを特徴とする固定砥粒ワイヤ製造方法。