JP3777285B2 - ソーワイヤ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用ワイヤ、特に、通称ソーワイヤと呼ぶスライス用ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ソーワイヤは、ワークのスライス面精度・スライス厚さの均一性等が重要な品質項目であるが、ワイヤの線径公差・硬度・表面残留応力の均一性等がその品質特性に多大な影響を及ぼす。従来のソーワイヤは、高強度・耐磨耗性の面から、高炭素鋼スチールワイヤが広く使用されている。これらのワイヤは、伸線性の面から、銅・亜鉛・ブラス等をメッキしたスチールワイヤが広く用いられている。ソーワイヤは、高減面率で引き抜き加工されたスチールワイヤを、特別な処理をせずにそのまま使用する事が一般的である。
【０００３】
このようなソーワイヤはハイスピードで走行し、砥粒が混入したスラリーを吹き付ける事により、ワイヤとワークとの間に遊離砥粒が引き込まれ、ワークを摩滅させながら切削する為、ワイヤ自体も磨耗していく。ウェーハーの品質・ワイヤ断線等の防止の為、ある一定量磨耗したワイヤはそれ以上使用されない。
また、ワイヤの磨耗形態もウェーハーの品質に非常に重要なファクターとなる。ワイヤが摩耗していくと、偏磨耗などの摩耗の形状と表面残留応力の関係によりワイヤに癖が付き、ウェーハーの品質を阻害する。また、摩耗によるワイヤの断面積減少で引張り強度も減少する為、ある一定量の摩耗量でワイヤの寿命と判断し交換している。
【０００４】
通常、ソーワイヤとして使用される線径は、50μm〜400μm程度の線径を有するワイヤで、スライス時のワイヤ磨耗量が線径比で10％〜20%になった状態をワイヤの寿命と見なすのが一般的である。そのため、高価なワイヤの寿命を延長させる為、より破断しにくいワイヤで且つ表層部の硬いワイヤは、魅力的なワイヤとして、そのDemand（交換要求）は非常に高い。
【０００５】
また、経済的理由により、最近では新線の供給量を減少させ、使用済みワイヤの再使用等、ワイヤの仕事量を増やす傾向にある。さらに、歩留まり率向上ために、ワイヤの張力を変化させずに細線化が進められ、ワイヤへの負荷が大きくなっている。このようなワイヤは、ワイヤ断面内の残留応力分布の影響で、そのワイヤの性状を変えやすく、ウェーハーの品質に悪影響を及ぼす事がすでに報告されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述したような従来事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、その表面硬度を高めワイヤへの負荷を大きくした状況下で使用されても破断しにくいワイヤを提供することにある。
また、本発明は、ウェーハーのスライス面精度を向上させる為、線癖が付きにくいワイヤの提供も目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のソーワイヤは前記した目的を達成するため、通常シリコン・石英・磁性体・セラミック等のスライスに用いられるソーワイヤであって、ワイヤの表層部にマルテンサイト相を均一に生成させてなることを特徴とたものである。
【０００８】
尚、本発明におけるワイヤの対象サイズは、ソーワイヤとして使用されている50μm〜400μmのワイヤとし、極最表面〜線径の10％Diameter程度までマルテンサイト相を生成させたワイヤを対象とする。
【０００９】
【発明の作用】
上記のように構成したソーワイヤは、ワイヤ極表層部に生成されたマルテンサイト相により、表面硬度が高められ、引張強度および／あるいは疲労強度が向上する。
また、表層マルテンサイトの生成により、表層部残留応力を圧縮応力に変える。
一方、上記のように構成したソーワイヤの製造法方によれば、高密度レーザを加熱熱源としてワイヤの表面のみの加熱が可能であり、ワイヤの極表層のみにマルテンサイト相を生成することが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図に基づいて説明する。
図１に符号１で示される本発明のソーワイヤは、ワイヤ１の極表層部にマルテンサイト相ａが均一に生成されている。ワイヤ１は、通常シリコン・石英・磁性体・セラミック等のスライスに用いられる高炭素鋼スチールワイヤで、銅・亜鉛・ブラス等をメッキしたスチールワイヤを用いている。このワイヤ１の線径は50μm〜400μmであり、その表層部に生成したマルテンサイト相ａの厚さは極最表面〜線径の10％Diameter程度、具体的には数μm〜数十μmである。
ワイヤ１の極表層部にマルテンサイト相ａを均一に生成せるには、ワイヤ１表面の極めて限定した範囲を選択的に連続して加熱する必要がある。加熱源としてはレーザが好適であり、以下の説明ではレーザを加熱源とする場合について説明するが、ワイヤ１表面の極めて限定した範囲を選択的に加熱できる装置を用いることが出来れば、レーザ以外の加熱源を利用することも任意である。
加熱源としてレーザを用いる場合、ワイヤ１の表面に均一にレーザを照射させる必要がある。その方法に付いては色々考えられる。
例えば図２に示すような光学系を用いてワイヤ１全周に高密度レーザを照射することにより、本発明の成果が得られる。図１において１はソーワイヤ、２はワイヤ送り出し及び巻き取り装置、３はレーザ発振器、４はレーザビーム、５は集光レンズ、６はディフレクター、７はパラボラ式反射鏡であり、レーザ発振器３で発振されるレーザビーム４を集光レンズ５、ディフレクター６を介してパラボラ式反射鏡７に集め、このパラボラ式反射鏡７によりレーザビーム４をワイヤ送り出し及び巻き取り装置２間を高速で走行するワイヤ１の表面の極めて限定した範囲に集光するようになっている。
ワイヤ１は、一旦伸線してリードに巻かれたものを使用してもよいが、ワイヤ伸線機とレーザ装置を一体化させ、伸線とレーザ照射の同時処理も可能である。
尚、図２では、パラボラ式反射鏡を利用した装置を示したが、レーザを極めて限定した範囲に集光できる装置であればよく、本発明はパラボラ式反射鏡を利用する装置に限定されるものではない。
【００１１】
【数値シミュレーションによる考察】
相変態を考慮した熱弾塑性解析手法を用い、本研究の数値シミュレーションを行って焼き入れ条件を決定した。マルテンサイト変態については、Mageeの考え方に従い、体積分率ξと温度Tのみによって変態速度dξが次のように定義される。
ξ＝１−exp{−φ’(T)}
また、φ’(T)に付いては、次式にて定義した。（但しA１変態点温度を720℃とする）
φ’(T)＝5.0×10^-4{(T−720)/2.2}^1.9
これらの関係式により、マルテンサイト相が表層で局所的に発生し、マルテンサイト変態に伴う圧縮応力の発生を確認した。また、本シミュレーションで、ワイヤの全周方向均一にマルテンサイトを生成させる事も確認できた。
【００１２】
【発明の実施例と結果】
本発明の成果を確認する為、特別な処理を施していない従来のソーワイヤに、レーザを照射させてマルテンサイトを生成させ、理論の実証を行った。主要実施条件は次の通り。但し条件の変更と評価を容易にする為、今回の実証は全周方向と整合性が確認されている一方向からのレーザ照射とした。
レーザ発信器 CW・YAGレーザ（トルプ社製 HL 1003 D）
レーザスポット径 φ0.15
ワイヤサイズ φ0.18（SWRS 82A）
ワイヤスピード 170m/min
レーザ出力 75W〜500W
ワイヤスピード・レーザ出力等の条件を変化させてサンプルワイヤを製作し評価した。電子顕微鏡にて撮影したマルテンサイトの生成の様子を図３に示す。マルテンサイト相の硬度に付いては、微少表面材料特性評価システムMZT-3を用い、硬度評価は、押込み硬さ（Universal Hardness, Hu）を採用した。レーザ処理されていない通常部分の硬度が約600Huなのに対し、マルテンサイト部分は約800Huと、本発明による処理により明らかに硬度の向上が可能である事が確認できた。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるソーワイヤは、ワイヤの表面に厚さ数μm〜数十μmのマルテンサイトの高硬度金属組織を均一に有し、その表層部の高硬度化により、引張強度および／あるいは疲労強度が向上するため、ワイヤの偏摩耗が抑制され、その寿命を向上させる事が可能となった。
また、引抜き加工したワイヤは、加工の特性上ワイヤ表層近くに高い引張り応力が残留しやすく、この表層引張り残留応力は、ワイヤの摩耗形態やウェーハーの品質に悪影響を及ぼすが、均一なマルテンサイト相の生成により表層部残留引張り応力が圧縮応力に変わり、この均一な表層圧縮残留応力に伴う高強度化により、ワイヤの高張力化が可能になるため、ワイヤのスライス面精度を向上・安定させることが可能となり、スライス後のウェーハー表面処理の軽減に大きく役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ソーワイヤの断面図。
【図２】レーザ表面処理装置の概略を示す説明図。
【図３】本発明ソーワイヤの製造法方によるマルテンサイトの生成の様子を示す電子顕微鏡によるワイヤ断面の写真
【符号の説明】
１：ソーワイヤ
ａ：マルテンサイト相

Claims (1)

1. 通常シリコン・石英・磁性体・セラミック等のスライスに用いられるソーワイヤであって、ワイヤの表層部にマルテンサイト相を均一に生成させてなることを特徴とするソーワイヤ。

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