JP3725098B2 - ワイヤソー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切れ味を向上させ、使用に伴う切れ味の低下と砥粒の脱落を抑制したワイヤソーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種半導体デバイスの製造分野における大口径シリコンインゴットからのシリコンウエハの切り出しに、レジンボンドワイヤソーが用いられている。このレジンボンドワイヤソーとしては、たとえば特開平１０−１３８１１４号公報に記載されたものがある。この公報に記載のレジンボンドワイヤソーは、高抗張力金属を芯線として用い、ポリアミドイミド樹脂を結合剤とした砥粒層を芯線の外周面に形成させたものである。
【０００３】
この種のワイヤソーについては、切れ味や寿命の向上を目的とした各種の改良が提案されており、たとえば特許第３０７８０２０号公報には、高強度の芯線の外周面上に、粒子径がレジンボンド層厚の２／３以上で上記芯線径の１／２以下の砥粒が、樹脂中にフィラーを含有するレジンボンド中に固着されているワイヤソーが記載されている。このワイヤソーにおいては、砥粒の粒子径がレジンボンド層厚の２／３以上であることから、砥粒がレジンボンド層の表面から隆起突出しているので、その突出端が切断加工開始より切れ刃となり、チップポケットの作用も伴うので、高い切断能力が得られる、とされている。
【０００４】
また、特開２０００−２６３４５２号公報には、シリコンウエハの切り出し用ではないが、切断面幅の小さいＶＴＲなどのフェライトヘッドやセラミックス、シリコンなどの電子部品などの切断加工や、水晶音叉の溝入れ加工などに適するワイヤソーとして、芯線の表面にレジンボンドをバインダーとして多数の超砥粒を固着し、一部の砥粒を部分的にボンドの表面から突出させ、残りの砥粒をボンド中に分散埋設させた多層構造としたワイヤソーが記載されている。このワイヤソーは多層構造にすることで、切断速度は劣るものの、ボンド層の摩粍に伴いボンド層中の砥粒が表面に露出して有効に働く砥粒数が常に略一定となるので、切断後の面状が一貫して変わることなくかつ良好であるため、後工程での仕上げ加工を不要とするか、もしくは大幅に能率アップする、とされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許第３０７８０２０号公報記載のワイヤソーは、加工初期においては切れ味は良好であっても、加工に伴う砥粒の脱落および摩耗により突出量が減少してチップポケットの効果が減少するため、切れ味が低下するといった点に問題を残している。とくに加工点においては、ワイヤソーの撓みにより１個の砥粒が被加工材に食い込み、量は少ないにもかかわらず大きな径の砥粒が用いられているために、加工に寄与する砥粒の先端は鈍角になり切れ味が悪く、また、チッピングなどによる加工品位の低下も誘発する。また、砥粒にかかる負荷も大きいため、砥粒の脱落や摩耗を引き起こし、ワイヤ寿命の低下も招く、という問題がある。この特性は、マルチ切断の際の加工安定性に大きく関わるため、その改善が必要とされている。
【０００６】
使用に伴う切れ味の低下は、たとえば、ワークとして２０ｍｍ幅のシリコンブロックを用い、（１）加工開始から５分間の切り溝長さ(初期切れ味)、（２）加工開始１８０分後の５分間の切り溝長さ（中期切れ味）、（３）加工開始３６０分後の５分間の切り溝長さ（終期切れ味）を実測し、初期切れ味を指数で１００としたときの中期切れ味および終期切れ味を指数により示す。従来のレジンボンドダイヤモンドワイヤソーの場合、加工中期および加工終期における切れ味は、加工初期の切れ味の５０％〜４０％程度と低く、改善の余地が大であった。
【０００７】
また上記特開２０００−２６３４５２号公報に記載のワイヤソーは、加工品位を重視し細粒砥粒を使用しているため、砥粒突出量が少なくチップポケットの効果が少なくなり、切れ味が低下するという問題がある。
【０００８】
本発明が解決すべき課題は、シリコンウエハの切り出し用にも適したワイヤソーにおいて、良好な加工品位を維持したうえで、切れ味を向上させ、使用に伴う切れ味の低下と砥粒の脱落を抑制することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、芯線の外周面にレジンボンドを結合剤として砥粒を固着させた砥粒層を有するワイヤソーにおいて、前記砥粒として複数個の砥粒をビトリファイドボンドにより結合して集合化した複合砥粒を用いたことを特徴とする。
【００１０】
ワイヤソーの砥粒として複合砥粒を用いたことにより、被加工材に食い込む砥粒の切れ刃が鋭角となり切れ味の向上が可能となる。また、複合砥粒として使用する個々の砥粒に、従来用いられているワイヤソーの砥粒より細かい砥粒を用いることで、加工品位の向上が可能となる。
本発明に使用する砥粒はその種類を問わないが、ダイヤモンド砥粒やｃＢＮ砥粒などの超砥粒が最適である。また、複数個の砥粒をビトリファイドボンドにより結合したことにより、砥粒が適度に脱落して新たな砥粒が切れ刃として表面に現れるため、切れ味の低下を防止する。
【００１１】
ここで、前記複合砥粒中に気孔を形成することが望ましい。複合砥粒中に気孔を形成することにより、レジンボンドがこの気孔に入り込んでアンカー効果が生じ、レジンボンドによる複合砥粒の固着力が増大する。複合砥粒中に気孔を形成するには、一定の大きさの有気孔砥粒成形体を粉砕する方法が採用可能である。また粉砕前の砥粒成形体中に気孔を形成するには、気孔形成剤を用いる手法や一般砥石の製法を用いることができる。気孔形成剤としては、水、エタノールなど成形中に気体として蒸発するものを使用することができる。
【００１２】
複合砥粒として使用する個々の砥粒の粒径は、レジンボンド層の層厚の１／３〜１／１５の範囲とするのが好ましい。砥粒の粒径がこの良好な範囲内にあるときには、ビトリファイドボンドと砥粒との接着面積が大きくなり、砥粒保持力が高い。ワークは一度に２〜３個の砥粒にしか接触しないため、砥粒は段階的に脱落し、良好な切れ味を維持することができる。
これに対し、砥粒粒径がレジンボンド層厚の１／１５より小さいと、ビトリファイドボンドと砥粒との接着面積が小さくなり、砥粒保持力が下がる。ワークは一度に数個の砥粒に接触するため、砥粒にかかる負荷が大きく、脱落しやすくなる。また、砥粒粒径がレジンボンド層厚の１／３より大きいと、切れ刃が鈍角となり、切れ味低下を招く。
【００１３】
上記のワイヤソーは、前記の適正な粒径の砥粒をビトリファイドボンドにより結合し、粉砕・分級することにより調整した気孔入りの複合砥粒を用い、芯線表面の金属酸化膜を除去した後、芯線外周面に感光性樹脂にて前記複合砥粒を固着した砥粒層を形成する製造方法により製造することができる。
【００１４】
複合砥粒の製造方法は、ビトリファイドボンドと砥粒を混合し室温中でコールドプレスした後、無加圧で焼成又は、気孔形成剤を含んだビトリファイドボンドと砥粒を焼成することにより得られる有気孔砥粒成形体を粉砕・分級することで製造することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態におけるワイヤソーの一部を模式的に示す断面図である。ワイヤソーは、芯線１に接着用樹脂層２を介して砥粒層３を固着させたもので、芯線１は、線径０．１５ｍｍのピアノ線である。砥粒層３は、レジンボンド層３ａにより複合砥粒４を固着させたものである。接着用樹脂層２は、ウレタンアクリレートとフェノールアクリレートとノニルフェノールアクリレートと２−ヒドロキシエチル−３−フェノキシプロピルアクリレートの混合樹脂であり、レジンボンド層３ａはペンタエリスリトールトリアクリレートとビスフェノールジアクリレートとトリメチロールプロパントリアクリレートとペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合樹脂である。
【００１６】
複合砥粒４は、１０〜１００個のダイヤモンド砥粒ＤをビトリファイドボンドＶで結合したものであり、ボンド層中には気孔Ｈを含んでいる。複合砥粒４の大きさは４０〜６０μｍで、従来の砥粒を単層に配設したワイヤソーの砥粒の大きさと同程度の大きさである。ダイヤモンド砥粒Ｄの大きさは、粒径３〜１０μｍで、レジンボンド層３ａの層厚の約１／３〜１／１５である。気孔Ｈは、ビトリファイドボンドＶ中に気孔形成剤として水を混合し、後工程である焼結の際に水を蒸発させて気孔を生成させたものである。
【００１７】
図２は本発明に係るワイヤソーの製造方法の説明図である。製造方法の主要工程は以下の通りである。ダイヤモンド砥粒と気孔形成剤とビトリファイドボンドの混合体を仮成形し、ストップモールド焼結した後、粉砕・分級し、気孔入りの複合砥粒を製造する。
【００１８】
金属酸化膜を除去したピアノ線からなる芯線１０を、図示しないリールから捲き戻して一定の速度で送り出し、液状の接着用樹脂２０を貯留する貯留槽２１内を通過させて、芯線１０の表面に液状樹脂を被覆する。貯留槽２１を通過した被覆ワイヤ１１の被覆厚さをダイス２２により均一化し、その後、紫外線照射装置２３により被覆層の液状樹脂を硬化させる。
【００１９】
続いて、被覆ワイヤ１１を複合砥粒と補強用フィラーと液状のレジンボンドの混合物３０を貯留する貯留槽３１内を通過させて、被覆ワイヤ１１の接着用樹脂層表面に混合物３０を被覆する。貯留槽３１を通過した被覆ワイヤ１２の被覆厚さをダイス３２により均一化し、その後、紫外線照射装置３３により被覆層の液状樹脂を硬化させ複合砥粒を固定してワイヤソー素線１３とし、このワイヤソー素線１３をボビン（図示せず）に巻き取り、ワイヤソー製品とする。
【００２０】
〔試験例〕
本発明の効果を確認するために、上記実施形態のワイヤソー（発明品）と、発明品と同じ構造で、複合砥粒とほぼ同じ大きさの単体のダイヤモンド砥粒を用いたワイヤソー（比較品）を製造し、以下の試験条件で切断試験を行った。
【００２１】
試験条件
切断装置：単線切断装置
ワイヤ速度：平均４００ｍ／ｍｉｎ
ワイヤテンション：１９．５Ｎ
被切断材：シリコンブロック ２０ｍｍ幅
【００２２】
表１に試験結果を示す。
【表１】

注）切れ味は加工開始後５分間の切り溝長さを指標（従来品の指標を１００）とし、切れ味低下率は加工開始後５分間と加工開始２４０分後５分間の切れ味の比率を指標とした。加工面粗さは試験後のワークを５ヶ所測定したデータの平均値を示す。
【００２３】
表１からわかるように、複合砥粒を用いた発明品は比較品に比して切れ味は１０％、切れ味低下率は５０％向上し、加工面粗さは約５倍向上している。
【００２４】
【発明の効果】
（１）ワイヤソーの砥粒として複合砥粒を用いたことにより、被加工材に食い込む砥粒の切れ刃が鋭角となり、切れ味が向上する。また、複合砥粒として使用する個々の砥粒が従来のワイヤソーの砥粒に比して小さいので、加工品位が向上する。複数個の砥粒をビトリファイドボンドにより結合することにより、砥粒が適度に脱落して新たな砥粒が切れ刃として表面に現れるため、切れ味の低下を防止する。
【００２５】
（２）複合砥粒中に気孔を形成することにより、レジンボンドがこの気孔に入り込んでアンカー効果が生じ、レジンボンドによる複合砥粒の固着力が増大して、使用時の複合砥粒の脱落が抑制される。
【００２６】
（３）複合砥粒に使用する個々の砥粒の粒径を適正な範囲に設定することにより、加工品位の向上と切れ味低下の抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態におけるワイヤソーの一部を模式的に示す断面図である。
【図２】 本発明に係るワイヤソーの製造方法の説明図である。
【符号の説明】
１ 芯線
２ 接着用樹脂層
３ 砥粒層
３ａ レジンボンド層
４ 複合砥粒
Ｄ ダイヤモンド砥粒
Ｖ ビトリファイドボンド
Ｈ 気孔
１０ 芯線
１１ 被覆ワイヤ
１２ 被覆ワイヤ
１３ ワイヤソー素線
２０ 接着用樹脂
２１ 貯留槽
２２ ダイス
２３ 紫外線照射装置
３０ 砥粒と樹脂の混合物
３１ 貯留槽
３２ ダイス
３３ 紫外線照射装置

Claims (1)

1. 芯線の外周面に液状の感光性樹脂を硬化して形成されたレジンボンドを結合剤として砥粒を固着させた砥粒層を有するワイヤソーであって、前記砥粒として複数個の超砥粒をビトリファイドボンドにより結合して集合化した複合砥粒を用い、前記複合砥粒として使用する個々の超砥粒の粒径が、レジンボンド層の層厚の１／３〜１／１５の範囲であり、前記複合砥粒中に気孔形成剤を用いて気孔を形成したことを特徴とするワイヤソー。

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