JP3770579B2

JP3770579B2 - ワイヤーソーによる切断加工法

Info

Publication number: JP3770579B2
Application number: JP13461898A
Authority: JP
Inventors: 正明山中; 秀樹小川; 信夫浦川
Original assignee: ALMT Corp
Current assignee: ALMT Corp
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: JPH11309661A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤーソーによる切断加工、特に大口径のシリコンインゴットからのシリコンウェハーのスライシング加工とか、大型乃至複数のネオジウムの切断のような、切断幅（ワークサイズ）の大きな切断加工に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンインゴットからのシリコンウエハーのスライシング加工には、主としてダイヤモンド内周刃が使用されてきたが、シリコンインゴットの大口径化に伴い、収率、生産性、加工変質層、寸法的な制約などより、最近は遊離砥粒とワイヤーによる加工が多く用いられるようになってきた。しかし、遊離砥粒を用いる加工は、環境衛生上の問題があると共に、洗浄を要するなど作業工程が長くなり、ワイヤーの送り速度も低く、加工能率、加工精度共不充分で、砥粒を固着させたワイヤーをつかったワイヤーソーによる加工が強く望まれている。
【０００３】
砥粒を固着したワイヤーソーとしては、特開昭５０−１０２９９３号公報に芯線材に砥粒を結合して、その外面にドレッシングを施したものが提案され、特開平８−１２６９５３号公報には、ワイヤーソーによるシリコンウエハーの切断加工法が詳細に述べられ、この加工には芯線材としてポリエチレン、ナイロン等の素材を用いることが良いと提案されている。
【０００４】
また特開平９−１５５６３１号公報には、芯線材にダイヤモンド砥粒を電解メッキ又は合成樹脂バインダー溶液を用いて固着したワイヤーソーを用いて、直径８インチのシリコンインゴットをワイヤーソーの送り速度３００ｍ／ｍｉｎで切断したことが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記それぞれは優れた提案である。
然し乍ら、工業的には砥粒固着ワイヤーソーによる切断加工は未だ殆ど採用されていないのが実状である。これは長尺で均質な砥粒固着ワイヤーソーの製造に手数を要すると言う問題以上に、実際には予想される程の切れ味が得がたく、加工不能状態の発生や断線などにより、安定した連続切断加工が困難なためと思われる。そしてこの困難性は切断幅の大きな切断加工において特に著しい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような問題を解決しようとするもので、その第１の特徴とするところは、高強度のワイヤーの外周面上に多数の超砥粒をボンド層で突出固着してなるワイヤーソーを、被削材の切断すべき面に接触させて、８００ｍ／ｍｉｎ以上の線速で通過させ、このワイヤーソーの高速通過により切断加工を連続して行うことである。
【０００７】
砥粒固着ワイヤーソーによる切断加工のワイヤーソーの送り速度は、例えば前記提案における３００ｍ／ｍｉｎのように、低速のものしか知られていない。しかし、シリコンインゴット径がせいぜい８インチのような場合であれば、このような線速でも切断可能であったが、例えば径１２インチのように切断幅の大きなものになると切れ味が低下し、加工不能となっていた。
本発明者らは、試作研究を重ねた結果、実証的に８００ｍ／ｍｉｎ以上の高速域において安定した連続切断を実現し得ることを見出した。その主な要因の一つは、後に詳述するが、図２に表わす切り屑発生量とワイヤーソーのチップポケット容量の関係によるものと考えられる。
【０００８】
本発明の第２の特徴は、固着される超砥粒の平均粒径を５０μｍ以下、ワイヤーソーの外径を０．５ｍｍ以下好ましくは０．３ｍｍ以下に限定し、切断切り屑の発生を必要最小限に抑え、切断精度を上げたことである。
【０００９】
本発明の第３の特徴は、ワイヤーソーによる切断を液体中において行うことである。こうすることにより切断加工熱による切断精度の低下や、切断面の変質のおそれが解消される。また切り屑の排出がよく切れ味を良好に保ち易い。
【００１０】
本発明の第４の特徴は、用いるワイヤーソーにおける砥粒空間Ｖを４ｍｍ³／ｍ以上に確保したことである。この砥粒空間Ｖは、図１のようにワイヤーソーＷの外径Ｄにおける容積をＡ、超砥粒２のボンド層３の外径Ｄ₁における容積をＢ、超砥粒２のボンド層３より突出した部分４の容積をＣとした場合において、Ｖ＝Ａ−Ｂ−Ｃで計算した数値であって、４ｍｍ³／ｍ以上好ましくは９ｍｍ³／ｍ以上にすることによって、切り屑の排出が良好で切れ味もよい。
【００１１】
本発明の別の特徴はワイヤーソーの被削材に対する通過方向を、少なくとも１往復以上反転させることによって、切断面の表面粗さを向上させ、切れ味も良好に保ち易くすることである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の具体的な実施の態様については実施例の項において説明する。
【００１３】
【実施例】
先ずフェノール樹脂塗料、平均粒径２．６μｍのダイヤモンドフィラー、平均粒径３０μｍのダイヤモンド砥粒をそれぞれの固形分比が６０容積％、２０容積％、２０容積％となるように混合し、この混合物に溶剤量が５０容積％となるようにクレゾールをさらに加えて塗料を調整した。
【００１４】
この調整塗料を外径Ｄ_wが０．１８ｍｍの黄銅メッキピアノ線１の外周面上に塗布し、ダイスを通した後、炉温３００℃の焼付炉で焼付け硬化してワイヤーソーＷを作製した。図１はそのワイヤーソーＷの構成を説明する軸方向の断面図で、ピアノ線１の外周面上にはダイヤモンド砥粒２が焼付け硬化したボンド層３により、ボンド層３の表面より突出部４を形成するように固着されている。ダイヤモンドフィラー５はその大部分がボンド層３中に埋没してボンド層３の補強材として働く。なおＴはボンド層の厚みを示す。なお突出部４の容積は、ボンド層３による保持力の維持上、砥粒２の容積の１／２以下とする必要があり、これはボンド層３の厚みＴを制御することによって選択することができる。
【００１５】
突出部４端を結ぶＤがワイヤーソーＷの外径で、このワイヤーソーＷの容積をＡ、ボンド層３の外径Ｄ₁における容積をＢ、突出部４の容積をＣとした場合における砥粒空間Ｖは、Ｖ＝Ａ−Ｂ−Ｃによって算出される。
この砥粒空間Ｖが所謂チップポケットで、切り屑を排除し安定した切断を持続せしめるものである。
【００１６】
表１は上記実施例ワイヤーソーＷの各部寸法を示す。なお砥粒径、フィラー径は共に平均粒径である。
【００１７】
【表１】

【００１８】
表１よりワイヤーソーＷの１ｍ当りの砥粒空間Ｖを計算すると数１となる。ワイヤーソーＷの１ｍ当りの砥粒２の突出部４の容積Ｃは、塗料配合時における砥粒２の容積比が２０％、ボンド層３よりの突出量は砥粒２の容積の１／２以下であるので、その最大値１／２を採り２０％×１／２＝１０％と仮定した。
【００１９】
【数１】

【００２０】
上記のように、実施例１、２におけるそれぞれの砥粒空間は９．５４ｍｍ³／ｍ及び４．８２４ｍｍ³／ｍであるが、このワイヤーソーＷにより切断を行う際、被削材に接触して切断加工に関与するのはワイヤーソー断面の約１／２であるから、切断加工における有効砥粒空間は上記値の約１／２となる。
【００２１】
上記実施例１、２によるワイヤーソーＷ並びに砥粒径を若干変えたワイヤーソーを多数製作し、被削材として材質はシリコン、水晶、フェライト、ネオジウムのそれぞれについて、切断幅（ワークサイズ）を表２並びに表３のように、大小異なった多数について切断試験を行なった。その切断条件も同表に示すが、条件中最も留意したのはワイヤーソーの被削材に対する通過速度、即ち送り速度である。
【００２２】
【表２】

【００２３】
【表３】

【００２４】
表２並びに表３によって明らかなように、ワークサイズの比較的小さな被削材においては、ワイヤーソーの送り速度が６００ｍ／ｍｉｎでも、切断加工が持続できるものがあるが、大きな被削材においては８００ｍ／ｍｉｎ以上でなければ持続できない。
この理由は研究中であるが、図２のグラフから見かけ切り屑発生量とワイヤーソーのチップポケット容量の関連があるものと推察する。切断により発生する見かけ切り屑量は、被削材の材料除去量に対し１０倍以上も大きくなり、砥粒空間Ｖがこの屑を受け入れ、スムースに排除して行くには、送り速度を８００ｍ／ｍｉｎ以上とし、相対的に切込み量が小さくても、充分な切断速度が得られるように選択する必要が生じているものと考えられる。ここで図２のグラフについて説明する。実施例２並びにその砥粒径のみを２０μｍに替えたワイヤーソーを用い、各切断幅の被削材を切断速度１ｍｍ／ｍｉｎにて切断した場合に発生する材料除去量と線速との関連を表わした。
【００２５】
図中横線Ｌは実施例２のワイヤーソーのｍ当りのチップポケットラインを示すものであるが、切断を行う際に、被削材と接触し切断作用に関与するのは、前述のようにそのワイヤーソーの片側断面のみであるから、その数値はワイヤーソーチップポケット容量の1／２で示した。横線Ｌより下側は、単位時間当りの見かけ切り屑発生量が各線速で生じるワイヤーソーのｍ当りチップポケット容量より小さくなり、切粉排出は容易に行なわれるゾーンである。
上側は、見かけ切り屑発生量がチップポット容量を上廻り切り屑排出に支障をきたすことが推察されるゾーンである。
【００２６】
因みに表２並びに表３の各実施例における材料除去量を図２のグラフ中にスポットしたところ、６００ｍ／ｍｉｎ以下の線速では必ずしも適合しない場合もあり、切り屑排除のみが原因しているとは断定しがたいものの、８００ｍ／ｍｉｎ以上の線速では安定した切れ味が持続されることが判明した。
【００２７】
上記切断試験により、ワイヤーソーの送り速度を８００ｍ／ｍｉｎ以上の高速とすることが、シリコン、ネオジウムなどの工業的切断加工には必須の要件であることを確認することができた。またその試験に用いたワイヤーソーの構成により、砥粒空間の大きさもこの送り速度に付加して必要な要件ではないかと考えられる。その大きさとしては４ｍｍ³／ｍ以上、好ましくは９ｍｍ³／ｍ以上と思われる。なお実施例においてはボンド層中にダイヤモンドフィラーを含有する合成樹脂塗料を焼付け固化したものについて示したが、フィラーを省くことも他のフィラーを用いることもできる。
またこのようなチップポケットを構成する固定砥粒ワイヤーソーは、上記レジンボンドによるものが、工業的に製造しやすいが、Ｎｉメッキなどの電着によっても、砥粒間隔を開けて粗にすることによって製造可能であるし、砥粒層に溝を形成してチップポケットを構成することも考えられる。用いる超砥粒の平均粒径は、切断に際する切断切り屑を必要最小限に抑え、切断精度を上げる上からは、ワイヤーソーの外径ができるだけ小径なものが好ましいわけであるから、用いるワイヤー径にもよるが、５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下である。
【００２８】
なお何れの場合においても、切断加工はワイヤーソーを被削材に押し付け接触させて、高い線速で通過させるものであるから用いるワイヤーとしては、実施例における黄銅メッキピアノ線のような高強度のものを用いる必要があり、その表面にはボンド性を向上させるためメッキその他の処理を施しておくことが好ましい。その径は、上記切り屑、精度の面より０．５ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ以下で、高強度であればカーボン、ポリエチレン、ポリアミドなどの繊維状線条体をワイヤーとして用いることもできる。
【００２９】
上記実施例に加え、ワイヤーソーの通過方向を逆転させて、繰返して往復させながら切断加工を施す方法並びに被削材を水中に設置し、ワイヤーソーを水中に導いて切断加工を施す試験を試みた。何れの場合も、切断加工は安定して継続でき、切断面の表面粗さもＲｍａｘ５０μm以内と良好なものであった。従って、この２つの試験方法を併せ行うことも有効な一つの実施形態である。
【００３０】
【発明の効果】
以上各項において述べたように、本発明により従来実用困難であった固定砥粒ワイヤーソーによるシリコン、水晶、フェライト、ネオジウムなどの切断加工が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のワイヤーソーの構成を説明する軸方向の断面図である。
【図２】被削材の切断幅とワイヤーソーの各線速における切屑排出量並びに表２並び表３に記載した切れ味（加工性）の良（○）否（×）を示すグラフである。
【符号の説明】
１黄銅メッキピアノ線
２ダイヤモンド砥粒
３ボンド層
４２の突出部
５ダイヤモンドフィラー
Ｗワイヤーソー

Claims

高強度のワイヤーの外周面上に多数の超砥粒をボンド層で突出固着してなるワイヤーソーを被削材の切断すべき面に接触させて、被削材を切断するワイヤーソーによる切断加工法であって、
用いるワイヤーソーは、ワイヤーソーの外径Ｄにおける容積をＡ、ボンド層の外径Ｄ ₁ における容積をＢ、超砥粒のボンド層より突出した部分の容積をＣ、砥粒空間ＶをＡ−Ｂ−Ｃとした場合における砥粒空間Ｖを、４ｍｍ ³ ／ｍ以上とし、
前記ワイヤーソーを８００ｍ／ｍｉｎ以上の線速で通過させることを特徴とするワイヤーソーによる切断加工法。
固着された超砥粒の平均粒径は５０μｍ以下、ワイヤーソーの外径は０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の切断加工法。
被削材を液体中に設置し、ワイヤーソーによる切断を液体中で施すことを特徴とする請求項１または２記載の切断加工法。
ボンド層はフィラーを含有するレジンボンドによって形成され、被削材はシリコン、水晶、ガラス、フェライトまたはネオジウムの何れかであることを特徴とする請求項１、２または３記載の切断加工法。
ワイヤーソーの被削材に対する通過方向を、少なくとも１往復以上反転させることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の切断加工法。