JP2011031386A - 電着式固定砥粒ワイヤーおよびこれを用いた結晶スライス方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体結晶等、特に硬脆性のＧａ含有窒化物結晶などの半導体結晶等をスライスする際の加工ダメージを低減させる手法を提供すること。
【解決手段】先ず、マルチワイヤーソー（１）で結晶をスライスするため、ＧａＮ結晶（１００）とツルーイング用砥石（２０）を接着させたカーボン台座（２００）が固定されている金属台座（４００）を切削装置内にセットする。続いて、ワイヤー（１０）を揺動させ、板状のＧａＮ結晶（１００）の切削時の揺動角度を決定し、ワイヤー（１０）の揺動を繰り返しながら該ワイヤー（１０）をＧａＮ結晶（１００）の端部から中心部に向かう方向に走行させ、かつ、金属台座（４００）を昇降モータで上昇させることにより、切削が進行する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電着式固定砥粒ワイヤーおよびこれを用いた結晶スライス方法に関し、より詳細には、半導体結晶等、特に硬脆性のＧａ含有窒化物結晶などの半導体結晶等をスライスする際の加工ダメージを低減させ得る電着式固定砥粒ワイヤーおよびこれを用いた結晶スライス方法に関する。

半導体結晶をウエハ状にスライス方法としては、ワイヤーソーを用いてスライスする方法、ダイシングソーを用いてスライスする方法、および、内周刃切断機を用いてスライスする方法が知られているが、近年では、ワイヤーソーによる半導体結晶のスライス方法が多用されるようになってきている。

ワイヤーソーを用いたスライス方法には、被加工物たる半導体結晶のサイズに係わらず結晶全体を一度に切断できるという利点がある。また、当該方法は、細いワイヤーを用いて切断することから、内周刃等を使用する方法に比較してスライス精度が高く、スライスロスも少ないため、製造歩留まりの向上も図れる。

さらに、ワイヤーソーを用いると、所定の間隔で配置された複数個のガイドローラ群の外側に１本のワイヤーを一定の間隔で螺旋状に掛け回し、任意の２個のガイドローラ間に掛け渡された多条ワイヤーとし、これに対して被加工物を装着したステージ部を前進させることにより、上記多条ワイヤーで被加工物を一度に複数枚のウエハにスライスすることができるという利点もある（例えば、特開平１０−４４１４２号公報（特許文献１）参照）。

しかしながら、ワイヤーソーを用いて半導体結晶をスライスすると、スライス時に集中応力がかかる部位から、チッピングを起点としたクラックが発生し、歩留まりが低下する場合があるという問題がある。このようなクラックは、スライス工程後の検査では顕在化せず、スライス工程の後工程、例えばラッピング工程においてはじめて顕在化する場合もある。

特に、半導体結晶の中でも硬脆性を有するＧａ含有窒化物結晶では、融液からの結晶成長が可能な他の半導体結晶に比較して、結晶に内在する欠陥や転位が多いため、上述したようなクラックが発生しやすく、加工工程における歩留まり（生産性）の低下が問題となる。このため、スライス時における半導体結晶への加工ダメージを低減させたスライス方法が強く切望されている。

ところで、ワイヤーソーを用いたスライス方法は、遊離砥粒方式と固定砥粒方式とに大別できる。遊離砥粒方式のワイヤーソーによるスライスは、ワイヤー列と被加工物との接触部に、水や油などと砥粒とを混合したスラリーを供給することによって一種の研磨切断を行う方法である。この方法では、ワイヤー列と被加工物との隙間に介在する砥粒によって結晶のスライスが研磨的にゆっくりと進行する。したがって、遊離砥粒方式のワイヤーソーによるスライスでは、後述する固定砥粒方式のワイヤーソーによるスライスに比べて、切削速度が遅いという問題がある。

また、長時間にわたってスラリーを供給し続けなければならないため、スラリーやワイヤーなどの消耗コストが高くつくという問題もある。さらに、被加工物の表面にスラリー等が付着して汚染源となるため、かかる付着物を洗浄により除去する工程が必要となるという問題や、スラリーを含む廃液を処分・処理する際の環境汚染対策にも配慮しなければならないという問題もある。

これに対し、固定砥粒方式のワイヤーソーを用いる方法は、ワイヤーの表面にダイヤモンドなどからなる砥粒を固定したワイヤー列を高速走行させ、このワイヤー列に被加工物を押し当ててスライスする方法である。当該方法の切削液には、スラリーを使用する必要がなく、水や油に一部界面活性剤等を混合したものが用いられ、切削液が介在することにより、被加工物の切削粉の排出を促進させ、加工熱を除去することができる。なお、固定砥粒方式で用いる固定砥粒付ワイヤーの目詰まりを効果的に防止し、高精度な切断を可能とする固定砥粒ワイヤーのドレッシング方法の発明が、特開平１１−２８６５４号公報（特許文献２）に開示されている。

この方法では、ワイヤーの表面に砥粒が固定されているため、砥粒の移動速度をワイヤー列の高速走行により容易に実現でき、適切に荷重をかけることにより被加工物である結晶の切れ込み速度を向上できる。したがって、固定砥粒方式の方が、上述の遊離砥粒方式に比較して、原理的に切削速度を速くすることが可能であり、短時間に結晶を効率よくスライスできる点で有利である。

一方で、固定砥粒方式の高い切削速度のために、ワイヤーの表面に固定されたダイヤモンドなどからなる砥粒が被加工物に与える加工ダメージは大きくなり、このため、特に硬脆性材料を切削する際に、チッピングを起点としたクラックが発生しやすく、歩留まりが低下する場合があるという問題がある。

また、ダイヤモンドなどからなる砥粒の粒径や形状は、通常、不揃いであって、極めて多数の砥粒群からなり、砥粒群の中には、スライス時のチッピングを誘発する異常突出した不揃いな形状をもつものが少なくない。しかも、砥粒群をワイヤーの表面に固定させる際に、砥粒自体が折り重なってワイヤー表面に固定された結果、異常突出した表面形状を示す場合もある。

つまり、固定砥粒方式のワイヤーの表面の砥粒形状は、きわめて不揃いかつ不均一なものであり、切削時の被加工物のクラック発生の原因となる。このため、固定砥粒方式のワイヤーソーによるスライスを行なう際の、異常突出した表面形状を示す砥粒に起因する、半導体結晶への加工ダメージを低減させ得る手段が切望されている。尤も、ワイヤーに砥粒を固定する際に砥粒の形状を制御すればかかる問題は生じないが、多数の砥粒の粒径や形状を揃えてワイヤー表面に砥粒を固定することは、極めて困難である。

特に、ワイヤー表面に砥粒が電着により固定されている電着式固定砥粒ワイヤーは、砥粒を樹脂でワイヤーに固定したレジン式固定砥粒ワイヤー（レジンワイヤー）に比較して、砥粒の固着力が強いという利点の反面、砥粒をワイヤーに電着固定する際に砥粒が重なった部分が発生し易く、これが異常突出砥粒や砥粒鋭角部分の発生の大きな要因となるという問題がある。

特開平１０−４４１４２号公報 特開平１１−２８６５４号公報

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、固定砥粒ワイヤーの異常突出した表面形状を示す砥粒に起因する、切削時における被加工物へのクラック発生を抑制し、半導体結晶等、特に硬脆性のＧａ含有窒化物結晶などの半導体結晶等をスライスする際の加工ダメージを低減させ得る電着式固定砥粒ワイヤーおよびこれを用いた結晶スライス方法を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明にかかる電着式固定砥粒ワイヤーは、ワイヤー表面に砥粒が電着により固定されている電着式固定砥粒ワイヤーであって、該電着式固定砥粒ワイヤーは、前記砥粒を電着固定した後の砥石切削により、異常突出砥粒または砥粒鋭角部分が除去されて形直しされている。

本発明にかかる結晶スライス方法は、ワイヤー表面に砥粒が電着により固定されている電着式固定砥粒ワイヤーを走行させて結晶を切断する結晶スライス方法であって、前記電着式固定砥粒ワイヤーの走行経路にツルーイング用砥石を配置し、前記電着式固定砥粒ワイヤーで前記結晶を切削する前に前記ツルーイング用砥石を切削して該電着式固定砥粒ワイヤーの異常突出砥粒または砥粒鋭角部分を除去する。

また、本発明にかかる結晶スライス方法は、ワイヤー表面に砥粒が電着により固定されている電着式固定砥粒ワイヤーを走行させて結晶を切断する結晶スライス方法であって、前記電着式固定砥粒ワイヤーの走行経路にツルーイング用砥石を配置し、前記電着式固定砥粒ワイヤーで前記ツルーイング用砥石を切削して該電着式固定砥粒ワイヤーの異常突出砥粒または砥粒鋭角部分を除去しながら前記結晶を切削する。

このような本発明にかかる結晶スライス方法は、前記電着式固定砥粒ワイヤーを複数のワークローラに巻きかけてワイヤー列を形成し、一度の切断で複数のウエハを得るようにしてもよい。

前記砥石の砥粒は、例えば、アランダム（Ａ）、ホワイトアランダム（ＷＡ）、ピンクアランダム（ＰＡ）、解体型アルミナ（ＨＡ)、人造エメリー（ＡＥ)、アルミナジルコニア（ＡＺ）、カーボランダム（Ｃ）、グリーンカーボランダム（ＧＣ）、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、ダイヤモンド、の群から選択される材料からなり、粒度が１００メッシュ（♯１００）以上８０００（♯８０００）メッシュ以下である。

また、前記結晶は、例えば、ＩＩＩ族窒化物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、炭化珪素、酸化亜鉛、シリコン、およびサファイアの何れかである。

なお、本発明にかかる結晶スライス方法は、ワイヤー表面に砥粒が電着により固定されている電着式固定砥粒ワイヤーを走行させて結晶を切断する結晶スライス方法において、特定の素線径のワイヤーと平均粒径が特定の範囲にある砥粒を組み合わせて作製される固定砥粒ワイヤーを用いて、前記結晶を切削する態様のものとすることもできる。つまり、この態様の結晶スライス方法では、特定の素線径のワイヤーと粒径の中心値が特定の範囲にある砥粒を組み合わせて作製した固定砥粒ワイヤーを用いて、結晶を切断する。

このような固定砥粒ワイヤーの素線径は、その下限が７０μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１２０μｍ以上、さらに好ましくは１４０μｍ以上、それより好ましくは１６０μｍ以上、特に好ましくは１７０μｍ以上、最も好ましくは１８０μｍ以上である。また、その上限は２００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１９０μｍ以下である。比較的大きな素線径のワイヤーを用いると、ワイヤー自身の破断強度が高いため、スライス時に十分な張力をかけることが可能となるので好ましい。

また、このような素線径ワイヤーと組み合わせされる砥粒の平均粒径の下限は５μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上である。また、その上限は６０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４０μｍ以下、さらに好ましくは３０μｍ以下、それより好ましくは２５μｍ以下、特に好ましくは２０μｍ以下である。比較的小さな平均粒径の砥粒を用いると、異常突出した表面形状を示す砥粒が少なくなる傾向にあり、被削材への衝撃を小さくすることができ、また被削材の表面粗さを小さく抑えることが可能となるので好ましい。

さらに、上記のような好ましい範囲の平均粒径を有する砥粒は、例えば一般に入手可能な固定砥粒ワイヤーの粒度表示で３０００メッシュ以下であることが好ましく、より好ましくは１５００メッシュ以下である。また、２３０メッシュ以上であることが好ましく、より好ましくは３２５メッシュ以上、さらに好ましくは４００メッシュ以上、それより好ましくは６００メッシュ以上、特に好ましくは８００メッシュ以上である。

本発明によれば、ワイヤー表面に砥粒が電着により固定されている電着式固定砥粒ワイヤーの前記砥粒を、電着固定した後の砥石切削により、異常突出砥粒または砥粒鋭角部分を除去して形直しすることとしたので、固定砥粒ワイヤーの異常突出した表面形状を示す砥粒に起因する、切削時における被加工物へのクラック発生を抑制し、半導体結晶等、特に硬脆性のＧａ含有窒化物結晶などの半導体結晶等をスライスする際の加工ダメージを低減させることが可能となる。

また、特定の素線径のワイヤーと特定の平均粒径の砥粒を組合せて作製した電着式固定砥粒ワイヤーを用いて結晶を切削することとすれば、十分な張力をかけながらも、被削材への衝撃を小さく、また被削材の表面粗さを小さく抑えることができるので、その結果、切削時における被加工物へのクラック発生を抑制し、半導体結晶等、特に硬脆性のＧａ含有窒化物結晶などの半導体結晶等をスライスする際の加工ダメージを低減させることが可能となる。

図（Ａ）および図（Ｂ）は、それぞれ、一般に入手可能な電着式固定砥粒ワイヤーの走査電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）の一例およびその断面概略図である。図（Ｃ）は、一般に入手可能な電着式固定砥粒ワイヤーを、ツルーイング用砥石を切削することで形直しした後の上記電着式固定砥粒ワイヤーの断面概略図である。 加工対象物であるＧａＮ結晶を短冊状のウエハにスライスするに先立ち、結晶育成されたＧａＮ結晶（１００）を４つに分割する工程を説明する図である。 カーボン台座に、４分の１分割されたＧａＮ結晶とツルーイング用砥石を固定した状態を示す図である。 図（Ａ）〜（Ｄ）は、ＧａＮ結晶をマルチワイヤーソーでスライスして複数の短冊状ウエハを切り出す際の工程を説明するための図である。 ワイヤーの揺動シーケンスを説明するための図である。 図（Ａ）〜（Ｅ）は、ワイヤーの走行状態を揺動シーケンスに対応させて示した図である。

以下に、実施例により、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、以下の実施例では、予め、砥粒をワイヤーに電着固定した後の砥石切削により、異常突出砥粒または砥粒鋭角部分が除去されて形直し（ツルーイング）されている電着式固定砥粒ワイヤーを用い、ＩＩＩ族窒化物であるＧａＮ結晶をスライスする場合を例に説明する。

しかし、本発明はそのような態様には限定されない。予め形直しされていない電着式固定砥粒ワイヤーを準備し、当該電着式固定砥粒ワイヤーの走行経路にツルーイング用砥石を配置し、電着式固定砥粒ワイヤーで結晶を切削する前にツルーイング用砥石を切削して該電着式固定砥粒ワイヤーの異常突出砥粒または砥粒鋭角部分を除去するようにしてもよいし、ツルーイング用砥石を切削して該電着式固定砥粒ワイヤーの異常突出砥粒または砥粒鋭角部分を除去しながら結晶を切削するようにしてもよい。

また、加工対象物である結晶は、ＧａＮ結晶以外のＩＩＩ族窒化物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、炭化珪素、酸化亜鉛、シリコン、およびサファイアなどであってもよいことは明らかである。

［実施例１］

［電着式固定砥粒ワイヤー］
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、それぞれ、一般に入手可能な電着式固定砥粒ワイヤーの走査電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）の一例およびその断面概略図である。図１（Ｂ）に示したように、約１８０μｍ径の鋼線（１１）の表面にはＮｉ層（１２）が形成されており、電着により鋼線（１１）の表面に固定されたダイヤモンド粒子（砥粒：１３）の一部がＮｉ層（１２）の表面から露出している。

加工対象物である結晶の切削は、当該露出部分により切削が進行することとなるが、図１（Ｂ）中にＰ₁およびＰ₂で示したように、図中に図示した線ｃから異常に突出した砥粒（Ｐ₁）や砥粒鋭角部分（Ｐ₂）が存在しており、このような異常部が切削時における加工対象物へのクラック発生の要因となる。

そこで、本実施例では、ワイヤー表面に砥粒が電着により固定されている電着式固定砥粒ワイヤーであって、砥粒を電着固定した後の砥石切削により、予め、異常突出砥粒または砥粒鋭角部分が除去されて形直し（ツルーイング）されている電着式固定砥粒ワイヤーを用い、当該電着式固定砥粒ワイヤーを走行させて結晶を切断した。

図１（Ｃ）は、一般に入手可能な電着式固定砥粒ワイヤーを、ツルーイング用砥石を切削することで形直しした後の上記電着式固定砥粒ワイヤーの断面概略図で、この図に示したように、ワイヤーの素線径が１８０μｍであるワイヤーに、図１（Ｂ）で示したような異常突出砥粒や砥粒鋭角部分が除去されて、Ｎｉ層（１２）の表面から露出するダイヤモンド粒子（砥粒：１３）の凹凸度（ワイヤーの切削面の凹凸度）が調整された。

このようなツルーイング用砥石の砥粒は、例えば、アランダム（Ａ）、ホワイトアランダム（ＷＡ）、ピンクアランダム（ＰＡ）、解体型アルミナ（ＨＡ)、人造エメリー（ＡＥ)、アルミナジルコニア（ＡＺ）、カーボランダム（Ｃ）、グリーンカーボランダム（ＧＣ）、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、ダイヤモンド、の群から選択される材料からなり、その粒度は、例えば、１００メッシュ（♯１００）以上８０００（♯８０００）メッシュ以下である。

なお、本実施例では、グリーンカーボランダム（ＧＣ）からなる、粒度６００メッシュの砥粒を用いて行った。

［結晶分割工程］
図２に示すように、当該工程は、加工対象物であるＧａＮ結晶を短冊状のウエハにスライスするに先立ち、結晶育成されたＧａＮ結晶（１００）を４つに分割する工程である。先ず、ホットプレートでカーボン台座（２００）を１３０℃まで加熱し、ワックスで、育成後のＧａＮ結晶（１００）を台座に固定した。そして、上述の電着式固定砥粒ワイヤー（単線ワイヤーソー：１０）を用いて、ＧａＮ結晶（１００）の切削を行い、４分の１に分割した。なお、当該工程のスライス速度は２０ｍｍ／ｈとした。この分割ののち、ホットプレート上にカーボン台座を載せてワックスを軟化させてカーボン台座から結晶を取外し付着したワックスをエタノールで拭き取り、Ｘ線回折法で結晶面の方位を確認した。

［結晶方位の確認］
先ず、ＧａＮ結晶をマルチワイヤーソーでスライスするため、エポキシ接着剤を調合してマルチワイヤーソー用のカーボン台座（２００）に塗布し、４分の１分割されたＧａＮ結晶（１００）の切断面をカーボン台座（２００）の端面に概ね一致させた状態で固定した。このとき、同時に、後述のスライス工程で電着式固定砥粒ワイヤーの異常突出砥粒または砥粒鋭角部分の除去を行なうために用いるツルーイング用砥石（２０）もエポキシ接着剤でカーボン台座（２００）に固定した（図３）。

なお、ここで用いたツルーイング用砥石（２０）は砥粒がグリーンカーボランダム（ＧＣ）で粒度が６００メッシュ（♯６００）のもの（母材ビトリファイド（ガラス質））であるが、これに限らず、アランダム（Ａ）、ホワイトアランダム（ＷＡ）、ピンクアランダム（ＰＡ）、解体型アルミナ（ＨＡ)、人造エメリー（ＡＥ)、アルミナジルコニア（ＡＺ）、カーボランダム（Ｃ）、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、ダイヤモンド、の群から選択される材料からなる砥粒のもの等を用いるようにしてもよい。また、粒度は、１００メッシュ（♯１００）以上８０００（♯８０００）メッシュ以下のものが好ましく、砥石以外にＧａＮ結晶を用いても良い。

また、このとき、後述のスライス工程でワイヤーが直接ＧａＮ結晶表面（切削面）へ接触するのを防ぎ切削面に加わるダメージを軽減する目的で、ＧａＮ結晶（１００）の表面（切削面）を、予めコート材（３００）で被覆した。なお、このコート材（３００）は、上述のエポキシ接着剤でもよいし、ワックスでもよい。

この接着の後、ＧａＮ結晶（１００）の切断面をカーボン台座に固定したままの状態で、卓上研削装置を使いて研削（研磨）し、当該研削（研磨）面からＸ線を入射させて結晶方位の大きなズレがないかどうかをＸ線回折法で確認した。

［短冊状ウエハの切出工程］
ＧａＮ結晶（１００）とツルーイング用砥石（２０）を固定したカーボン台座（２００）を、マルチワイヤーソーで切断するための金属台座にワックスで固定した。このとき、金属台座からカーボン台座（２００）がズレないように金属板で抑え、クランプと磁石を用いて固定して室温で除冷した。ワックスの硬化を確認した後、Ｘ線回折装置を用いてＧａＮ結晶（１００）の切断面の結晶方位を正確に測定し、測定方位を、マルチワイヤーソーに設けられているゴニオメーターの「補正値」として使用した。

図４（Ａ）〜（Ｄ）は、ＧａＮ結晶（１００）をマルチワイヤーソーでスライスして複数の短冊状ウエハを切り出す際の工程を説明するための図である。先ず、マルチワイヤーソー（１）で結晶をスライスするため、ＧａＮ結晶（１００）とツルーイング用砥石（２０）を接着させたカーボン台座（２００）が固定されている金属台座（４００）を切削装置内にセットし、ワイヤー（１０）に対して、ＧａＮ結晶（１００）が垂直に上昇することをゴニオステージ（不図示）を動作させて確認した（図４（Ａ））。

なお、本実施例では、ワイヤー（１０）として、砥粒を電着固定した後の砥石切削により異常突出砥粒または砥粒鋭角部分が除去されて形直しされている上述の電着式固定砥粒ワイヤーを用いているが、入手したばかりの電着式固定砥粒ワイヤーであってもよい。

これは、後述するように、電着式固定砥粒ワイヤー（１０）が、ＧａＮ結晶（１００）を切削する前に、ＧａＮ結晶（１００）の近傍に設けられているツルーイング用砥石（２０）、すなわち電着式固定砥粒ワイヤー（１０）の走行経路に配置されたツルーイング用砥石（２０）を切削することとなるため、電着式固定砥粒ワイヤー（１０）の異常突出砥粒または砥粒鋭角部分が除去されるためである。

つまり、本実施例の結晶スライス方法では、電着式固定砥粒ワイヤーの走行経路にツルーイング用砥石を配置し、電着式固定砥粒ワイヤーで結晶を切削する前にツルーイング用砥石を切削して電着式固定砥粒ワイヤーの異常突出砥粒または砥粒鋭角部分を除去するようにしている。

勿論、当該異常突出砥粒または砥粒鋭角部分の除去は、結晶切削前にのみ行うこととしてもよいが、本実施例のように、電着式固定砥粒ワイヤーの異常突出砥粒または砥粒鋭角部分を除去しながら結晶を切削することが好ましい。

また、図示したワイヤーソー（１）は、上述の電着式固定砥粒ワイヤーを複数のワークローラに巻きかけてワイヤー列を形成したマルチワイヤーソーで、一度の切断で複数のウエハを得ることができる。

次に、切断後のウエハが目的の結晶方位となるように、Ｘ線回折装置で測定した結晶方位の値から、ＧａＮ結晶（１００）の正確な方位調整を行なう。

続いて、ワイヤー（１０）を揺動させ（図４（Ｂ））、板状のＧａＮ結晶（１００）の切削時の揺動角度を決定し、当該揺動角度および切込量を切削装置制御部（不図示）に入力した。

以降は、ワイヤー（１０）の揺動を繰り返しながら該ワイヤー（１０）をＧａＮ結晶（１００）の端部から中心部に向かう方向に走行させ、かつ、金属台座（４００）を昇降モータ（不図示）で上昇させることにより、切削が進行した（図４（Ｃ）、図４（Ｄ））。

ここで、ワイヤー（１０）をＧａＮ結晶（１００）の端部から中心部に向かう方向に走行させることとするのは、ワイヤー（１０）がＧａＮ結晶（１００）の中心部から端部に向かう方向に走行させると、ＧａＮ結晶（１００）に対する加工ダメージが大きくなり、クラック等の発生の要因となるためである。また、歪のある結晶をスライスする場合でも、歪の集中している結晶外面に砥粒が直接に衝突することを避けることができるため、クラックの発生を抑えることができる。

図５は、ワイヤー揺動のシーケンスを説明するための図である。また、図６（Ａ）〜（Ｅ）は、ワイヤーの走行状態を、図５中に示した揺動シーケンス（の各時点）に対応させて示した図である。

図５に示したように、本実施例では、ワイヤーは、走行速度３００ｍ／ｍｉｎの「正転」と逆方向への走行速度−３００ｍ／ｍｉｎの「逆転」を繰り返すが、図６（Ａ）〜（Ｅ）に矢印で示したように、結晶を切削する状態にあるワイヤーは必ずＧａＮ結晶の端部から中心部に向かう方向に走行した。なお、「正転」から「逆転」、或いは、「逆転」から「正転」への変化は、ワイヤーの走行速度が実質的にゼロ（０ｍ／ｍｉｎ）となる時点で生じさせることとしているから、結晶を切削する状態にあるワイヤーがＧａＮ結晶の中心部から端部に向かう方向に走行することはない。

なお、図６（Ａ）および図６（Ｃ）中に示したθ₁およびθ₂はそれぞれ、ワイヤーが一定速度で走行している際の走行方向が板状結晶の切削面と成す角度（揺動角度）であり、その符号は板状結晶の切削面の垂線方向（Ｐ）を正にとる。

つまり、この結晶スライス方法では、板状結晶の切削面と固定砥粒ワイヤーの走行方向が成す角度の符号を板状結晶の切削面の垂線方向を正としたときに、固定砥粒ワイヤーを、板状結晶の切削面と角度θ₁（＞０）を成す方向であって板状結晶の切削面の一方端部から中心部に向かう順方向に第１の揺動角度θ₁で一定速度で走行させる順方向走行と、板状結晶の切削面と角度θ₂（＞０）を成す方向であって板状結晶の切削面の他方端部から中心部に向かう逆方向に第２の揺動角度θ₂で一定速度で走行させる逆方向走行とを交互に繰り返す揺動走行により板状結晶を切削する。

そして、第１の揺動角度θ₁から第２の揺動角度θ₂への揺動変化を、順方向一定走行速度から逆方向一定走行速度に至る減速期間および加速期間のうちの該加速期間内に実行するとともに、第２の揺動角度θ₂から第１の揺動角度θ₁への揺動変化を、逆方向一定走行速度から順方向一定走行速度に至る減速期間および加速期間のうちの該加速期間内に実行する。

なお、上記揺動角度θ₁およびθ₂は必ずしも等しい必要はなく、加工対象物の形状に応じて設定すればよい。本実施例においては、揺動角度θ₁およびθ₂は２度として行った。

一般に、上述の順方向一定走行速度および逆方向一定走行速度は、２００〜８００ｍ／ｍｉｎであることが好ましい。本実施例においては、順方向一定走行速度および逆方向一定走行速度は３００ｍ／ｍｉｎとして行った。

また、一般に、上記減速期間および加速期間は０．５〜５秒であり、順方向一定走行の期間および前記逆方向一定走行の期間は６０秒以下である。本実施例においては、上記減速期間および加速期間は２秒であり、順方向一定走行の期間および前記逆方向一定走行の期間は１１秒として行った。

このような条件下のスライスにより、加工ダメージが低減され、クラックが発生することなく結晶を切断することができた。

［実施例２］
本実施例では、ワイヤー表面に砥粒が電着により固定されている電着式固定砥粒ワイヤーであって、特定の素線径のワイヤーと特定の平均粒径の砥粒を組合せた固定砥粒ワイヤーを用いてスライスを行った。このような固定砥粒ワイヤーによれば、十分な張力をかけながらも、被削材への衝撃を小さく、また被削材の表面粗さを小さく抑えることができる。

具体的には、素線径が１８０μｍのワイヤーと粒度表示８００メッシュ（平均粒径は１０〜２５μｍ）の砥粒を用いて作製された電着式固定砥粒ワイヤーを用い、砥粒を電着固定した後の砥石切削によりツルーイングしなかったこと以外は、実施例１と同様にして結晶を切断した。

このような電着式固定砥粒ワイヤーを用いたスライスにより、加工ダメージが低減され、クラックが発生することなく結晶を切断することができた。

なお、上述の特定の素線径のワイヤーと特定の平均粒径の砥粒を組合せた固定砥粒ワイヤーは例示に過ぎず、本発明に係る固定砥粒ワイヤーは、これに限定されない。

本発明に係る、素線径のワイヤーと特定の平均粒径の砥粒を組合せた固定砥粒ワイヤーの素線径は、その下限が７０μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１２０μｍ以上、さらに好ましくは１４０μｍ以上、それより好ましくは１６０μｍ以上、特に好ましくは１７０μｍ以上、最も好ましくは１８０μｍ以上である。また、その上限は２００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１９０μｍ以下である。比較的大きな素線径のワイヤーを用いると、ワイヤー自身の破断強度が高いため、スライス時に十分な張力をかけることが可能となるので好ましい。

また、このような素線径ワイヤーと組み合わせされる砥粒の平均粒径の下限は５μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上である。また、その上限は６０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４０μｍ以下、さらに好ましくは３０μｍ以下、それより好ましくは２５μｍ以下、特に好ましくは２０μｍ以下である。比較的小さな平均粒径の砥粒を用いると、異常突出した表面形状を示す砥粒が少なくなる傾向にあり、被削材への衝撃を小さくすることができ、また被削材の表面粗さを小さく抑えることが可能となるので好ましい。

さらに、上記のような好ましい範囲の平均粒径を有する砥粒は、例えば一般に入手可能な固定砥粒ワイヤーの粒度表示で３０００メッシュ以下であることが好ましく、より好ましくは１５００メッシュ以下である。また、２３０メッシュ以上であることが好ましく、より好ましくは３２５メッシュ以上、さらに好ましくは４００メッシュ以上、それより好ましくは６００メッシュ以上、特に好ましくは８００メッシュ以上である。

なおＧａＮ結晶などの硬脆性材料に用いる固定砥粒ワイヤーとしては、平均粒径２５μｍ以下の小さな砥粒と線径１６０μｍ以上の太いワイヤーを組み合わせたものを用いることが好ましい。このようなワイヤーを用いると、砥粒の粒径を小さくしたことで砥粒が被加工物に与えるダメージを小さくでき、ワイヤーの径を太くすることで切断に必要な張力を加えることができる。そのため、硬脆性材料のチッピングを起点としたクラックの低減に効果的である。

以上、実施例により本発明の電着式固定砥粒ワイヤーおよび結晶スライス方法について説明したが、上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内にあり、更に本発明の範囲内において他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

本発明により、固定砥粒ワイヤーの異常突出した表面形状を示す砥粒に起因する、切削時における被加工物へのクラック発生を抑制し、半導体結晶等、特に硬脆性のＧａ含有窒化物結晶などの半導体結晶等をスライスする際の加工ダメージを低減させることが可能となる。

１ ワイヤーソー
１０ ワイヤー
１１ 鋼線
１２ Ｎｉ層
１３ ダイヤモンド粒子（砥粒）
２０ ツルーイング用砥石
１００ 結晶
２００ カーボン台座
３００ コート材
４００ 金属台座

Claims (8)

1. ワイヤー表面に砥粒が電着により固定されている電着式固定砥粒ワイヤーであって、該電着式固定砥粒ワイヤーは、前記砥粒を電着固定した後の砥石切削により、異常突出砥粒または砥粒鋭角部分が除去されて形直しされている、電着式固定砥粒ワイヤー。
2. 前記砥石の砥粒は、アランダム（Ａ）、ホワイトアランダム（ＷＡ）、ピンクアランダム（ＰＡ）、解体型アルミナ（ＨＡ)、人造エメリー（ＡＥ)、アルミナジルコニア（ＡＺ）、カーボランダム（Ｃ）、グリーンカーボランダム（ＧＣ）、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、ダイヤモンド、の群から選択される材料からなり、粒度が１００メッシュ（♯１００）以上８０００（♯８０００）メッシュ以下である、請求項１に記載の電着式固定砥粒ワイヤー。
3. 請求項１または２に記載の電着式固定砥粒ワイヤーを走行させて結晶を切断する、結晶スライス方法。
4. ワイヤー表面に砥粒が電着により固定されている電着式固定砥粒ワイヤーを走行させて結晶を切断する結晶スライス方法であって、
   前記電着式固定砥粒ワイヤーの走行経路にツルーイング用砥石を配置し、前記電着式固定砥粒ワイヤーで前記結晶を切削する前に前記ツルーイング用砥石を切削して該電着式固定砥粒ワイヤーの異常突出砥粒または砥粒鋭角部分を除去する、結晶スライス方法。
5. ワイヤー表面に砥粒が電着により固定されている電着式固定砥粒ワイヤーを走行させて結晶を切断する結晶スライス方法であって、
   前記電着式固定砥粒ワイヤーの走行経路にツルーイング用砥石を配置し、前記電着式固定砥粒ワイヤーで前記ツルーイング用砥石を切削して該電着式固定砥粒ワイヤーの異常突出砥粒または砥粒鋭角部分を除去しながら前記結晶を切削する、結晶スライス方法。
6. 前記電着式固定砥粒ワイヤーを複数のワークローラに巻きかけてワイヤー列を形成し、一度の切断で複数のウエハを得る、請求項４または５に記載の結晶スライス方法。
7. 前記砥石の砥粒は、アランダム（Ａ）、ホワイトアランダム（ＷＡ）、ピンクアランダム（ＰＡ）、解体型アルミナ（ＨＡ)、人造エメリー（ＡＥ)、アルミナジルコニア（ＡＺ）、カーボランダム（Ｃ）、グリーンカーボランダム（ＧＣ）、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、ダイヤモンド、の群から選択される材料からなり、粒度が１００メッシュ（♯１００）以上８０００（♯８０００）メッシュ以下である、請求項４乃至６の何れか１項に記載の結晶スライス方法。
8. 前記結晶は、ＩＩＩ族窒化物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、炭化珪素、酸化亜鉛、シリコン、およびサファイアの何れかである、請求項３乃至７の何れか１項に記載の結晶スライス方法。