JP4427531B2 - ワイヤーソーの断線検出方法および品質検査方法ならびに切断物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は主としてシリコンインゴットからの半導体や太陽電池用のシリコンウェハーのスライス加工や、或いは、水晶等の難削材のスライス加工に使用されるワイヤーソーに関する。

シリコンインゴットのスライシング加工はインゴットの大径化により、ダイヤモンド内周刃切断砥石による切断から、遊離砥粒を用いたマルチワイヤー切断が多く用いられるようになった。しかし、この切断方式は環境衛生の問題、洗浄工程に時間がかかる、加工能率や加工精度が悪いことから固定砥粒方式のワイヤーソーが提案され始めた。

これには、鋼線にダイヤモンド、ＣＢＮ等の超砥粒を電着したワイヤーソーがあるが、シリコンインゴットのマルチ切断加工には少なくとも数百メーターもの長さを必要とする。このような長尺の鋼線に砥粒を電着するには極めて長時間を要し、製造上の問題から実用に供しない。

そこで、短時間で容易に製造できる方法として、芯線に砥粒を合成樹脂にて固着したワイヤーソーが提案され始めた。しかし、合成樹脂で砥粒を芯線に固着する場合、電着による場合に比べ、砥粒の保持力が弱く砥粒の脱落が生じ易い。この為、砥粒の突出量を僅かにする必要があり、この結果、チップポケットが小さくなり水廻りと切粉の排除性が悪く、切れ味の悪いワイヤーソーであった。

シリコンウェハーのマルチ切断では、１本のワイヤーを複数のメインローラー間に螺旋状に巻き付けて走行させ、通常４００枚程度の切断を一挙に行う。これに用いるワイヤーの長さは２００〜３００ｋｍにもなる。このため、切断加工中のワイヤーに断線があった場合、それを検知し速やかに装置を停止させる必要がある。この異常時の検知手段として、最も一般的には、線の外表面の通電性を利用して、断線を検知する方法がとられており、線の外表面に通電性があることが必要条件である。しかし、レジンボンドワイヤーソーでは、たとえ芯線が通電性のあるものであっても、表面を絶縁体である合成樹脂と砥粒で覆われているので外表面と芯線間に通電性がなく、通常の方法では断線検出ができなくなる。

本発明はレジンボンドワイヤーソーであっても、外表面から芯線に通電性を持たせることができる構造とし、又、製造当初より、砥粒に沿ってボンドが盛り上がるように形成するので、砥粒保持力に優れ、且つ、大きなチップポケットの形成を可能とするものである。

ワイヤーソーの断線検出方法では、通電性を有する芯線の外周表面に金属被覆した超砥粒をレジンボンドにて固着したワイヤーソーに於いて、該砥粒の一端を芯線に接触させ、且つ、一部分をレジンボンド層より突出した砥粒を存在させることで、通電性を持たせたワイヤーソーを準備し、そのワイヤーソーを導電性のある２ケのロールと接触させ、このロール間の電気抵抗の変化を連続的に測定することで、ワイヤーソーの断線を検出する。

切断物の製造方法では、上記断線検出方法を用いて断線を検出すると同時にワイヤーソーでワークを切断して切断物を製造する。

ワイヤーソーの品質検査方法では、通電性を有する芯線の外周表面に金属被覆した超砥粒をレジンボンドにて固着したワイヤーソーに於いて、該砥粒の一端を芯線に接触させ、且つ、一部分をレジンボンド層より突出した砥粒を存在させることで、通電性を持たせたワイヤーソーを準備し、そのワイヤーソーを導電性のある２ケのロールと接触させ、このロール間の電気抵抗の変化を連続的に測定することで、ワイヤーソーの砥粒の数を検査する。

切断物の製造方法では、上記品質検査方法を用いて砥粒の数を検査すると同時にワイヤーソーでワークを切断して切断物を製造する。

以下、図面に従って本発明に関わるワイヤーソーについて説明する。
図１に於いて、２は金属被覆した超砥粒である。前述した如く、溶融樹脂が乾燥固化する時、砥粒に沿って盛り上がりを生じるが、金属被覆した砥粒を用いた場合、樹脂との濡れ性と接合性が裸の砥粒に比べ数倍良いため、砥粒に沿った大きな盛り上がり５ができ、砥粒間のレジンボンド層から大きく突出させることができる。この為、ボンド層の厚みｔが砥粒径の１／３〜２／３であっても充分な保持力がある。

被覆金属はＣｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、ＴｉＣ、Ｗ等、特に限定しないが、Ｃｕが樹脂との濡れ性、接合性がよく通電性にも優れる。強度的にはＮｉがよい。ボンドとの濡れ性、接合性を高める上で、砥粒の被覆金属厚みは１μｍもあれば充分効果がある。しかし、あまり薄すぎると砥粒保持力を高める効果が小さく、厚すぎると切断開始時、被覆金属と被削材の接触により、いわゆる食いつきが悪くなる。又、砥粒の頂部の被覆金属が摩耗し、砥粒が露出してもその周囲により通電回路を生じさせるには１μｍ以上は必要である。これらの関係から１〜１０μｍとする方のが好ましい。超砥粒はあまり細粒であると切断能力が劣り、大きすぎるとワイヤーソー自体の径が太くなり、被削材の取りしろを大きくするので好ましくない。よって、切断条件によるが１０〜１００μｍの範囲が好ましい。

１は芯線で、高強度で通電性のあるものなら金属線でなくてもよいが、ピアノ線等の鋼線又は銅乃至銅合金線が強度上や樹脂との濡れ性、接合性、入手の容易性、価格上から好ましい。ピアノ線等の鋼線の場合、Ｃｕ又はＣｕ合金メッキをすることで樹脂との接合性をより高めることができる。

３はレジンボンドで、ボンド層の形成は、例えば、特開平８−１２６９５３、特開平９−１５５６３１、特開平１０−３１５０２９等で公知のように、樹脂を溶剤に溶かした溶液中に砥粒を混合した塗料を、上記芯線に塗布焼き付けして行う方法、又は、加熱溶融樹脂に砥粒を混合し、この混合溶融液を押出機に充填し、芯線を通過させて混合液を芯線外周に被覆する方法、或いは、砥粒を混合した溶解溶液を静電塗装法にて芯線に付着させてもよい。しかし、金属被覆砥粒をできるだけ多く芯線と接触させるには、芯線に塗布した砥粒含有溶融樹脂を所要のダイス穴径（芯線径＋２倍の砥粒径＋α）を通過させるのが好ましい。それによって、砥粒径にバラツキがあるため総ての砥粒を芯線に接触させることは不可能であるが、多くの砥粒を接触させて固着させることができる。

ボンドとする樹脂は製造時の成形性、物性、加工時の研削性等の見地からフェノール樹脂、ボリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アルキッド樹脂などの中から選択するのが好ましい。

レジンボンド中にフィラー４を混在させることで、ボンドの強度や耐摩粍性を向上させワイヤーソーの性能を更にアップすることができる。ダイヤモンド、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＣｒＯ₂等の硬質粒子が好ましい。特に、微粒ダイヤモンドが耐摩粍性、熱伝導性に優れ最も相応しい。その他、ＣｕやＡｇなどの金属粉を充填させても同様の効果がある。ｈＢＮ、カーボンなどの潤滑材を充填すれば切断抵抗を小さくすることができる。更に、これらを混在させて相乗効果を図ることもできる。

以上述べた製法から、金属被覆した砥粒２はその上部表面が僅かに樹脂により覆われていることが予測され、それによって、導電性が失われるという懸念が生じる。しかし、実際上は何らこの心配はない。もし、導電性がこの理由から失われたものが得られた時には、この覆っている樹脂は薄く又フィラーの含有もないので、例えば、遊離砥粒と軽く接触させるようなことで容易に除去される。又、切断使用初期には断線の心配はないので、この使用の極く初期に自然に除去され、実用上なんらの問題を起こさない。

しかし、一般的には次の理由から僅かな樹脂が残っていても導電性は保たれる。超砥粒への金属被覆は、電気メッキ法、無電解メッキ法、化学的蒸着法（ＣＶＤ）、物理的蒸着法（ＰＶＤ）でなされる。この時、金属被覆表面の凹凸は極めて大きくなる。特に、電気メッキ法の場合、それは大きい。この凹凸は樹脂との密着性の向上にも役立つが、本発明の場合凸部は樹脂に覆われず導電性の保持にも有効である。

この線表面と芯線間に通電性のあることは、切断時の断線検知に必要なものであることは前に述べたが、次のような効果もある。前に述べたように、樹脂を溶剤に溶かした中に砥粒を分散させ、この中に芯線を浸漬したのちダイスを通し、その后、焼付をするのが本製品の標準的作り方である。この時、砥粒が所定密度に、又、均一に付いたかを検査する必要があるが、今迄、適当な方法が見つからなかった。本発明によって、通電性を与えることができたことにより、これを利用してこれを検知する手段を得た。即ち、本発明品を通電性と適度な弾性のある２ケの或いは２ケ１対の２対のロールと接触させ、このロール間を１００ｍｍ前後とすると、この間の電気抵抗値は砥粒の数により決まる。この電気抵抗の変化を連続的に測定することで迅速に検査することが可能となった。

（実施例１）フェノール樹脂をクレゾールに溶解させ、平均粒径２５μｍのＮｉ被覆ダイヤモンド砥粒を２．２ｃｔ／ｃｍ³の割合となるよう混合した。これを外径０．１８ｍｍのブラスメッキピアノ線に塗布し、穴径０．２４ｍｍの浮きダイスを通過させた後、炉度３００℃で焼付けてワイヤーソーを得た。ワイヤーソー径は０．２２ｍｍで、レジンボンド層の厚みは約１５μｍであった。このワイヤーソー５ｋｍを、幅１００ｍｍ外径５０ｍｍのリールに巻き取った。巻き始めの部分のレジンボンド層を剥ぎ取ったところと、このリールに巻き取ったワイヤーソーの表面の数カ所をテスターで通電検査をしたところ充分な導電性があることを確認した。

（比較例１）実施例１に於ける砥粒を金属被覆をしていない同平均粒径のダイヤモンド砥粒に換え、又、芯線は同径のピアノ線として、全く同じ方法でワイヤーソーを得た。実施例と同じ通電テストをしたが、全く通電していなかった。

（比較テスト結果１）１００ｍｍ□ｘ３０ｍｍ厚さの単結晶Ｓｉを１００ｘ３０ｍｍの切断面積が得られるものを用いた。使用したワイヤーソーは３０ｍとし、加工条件は往復運動速度５００ｍｍ／ｍｉｎ、ワイヤーテンション２、５ｋｇｆとした。実施例１のワイヤーソーでは切断幅が０．２５ｍｍ、１５００ｃｍ²の切断加工に渡り安定して１ｍｍ／ｍｉｎの切断速度での加工ができた。これに対し、比較例１のワイヤーソーでは、１０００ｃｍ²のあたりから切断速度が鈍り、砥粒の脱落が激し切断を中断した。

（実施例２）ポリイミド樹脂にＣｕ粉末と平均粒径３０μｍのＣｕ被覆ダイヤモンド砥粒をそれぞれの固形分比が６０Ｖ％、２０Ｖ％、２０Ｖ％となるよう混合し、更に、溶剤としてクレゾールを加え塗料中の溶剤量を５０Ｖ％とした。外径０．１８ｍｍのＣｕメッキピアノ線に前記塗料を塗布し、内径０．２８ｍｍのダイスを通した後、炉温３００℃の焼付炉で焼付硬化して、外径０．２４ｍｍのワイヤーソーを得た。尚、レジンボンド層の厚みは約２０μｍであった。実施例１におけると、同じ方法で通電テストをしたところ、良好な通電性があることが確認できた。

（比較例２）実施例１に於ける砥粒を金属被覆をしていない同平均粒径のダイヤモンド砥粒に換え、又、芯線は同径のピアノ線として、全く同じ方法でワイヤーソーを得た当ワイヤーソーの通電テストを前記と同様に行ったが、全く通電性がなかった。

（比較テスト２）実施例２のワイヤーソーを使用し、長さ１５０ｍｍの単結晶シリコンをワイヤー速度８００ｍ／ｍｉｎ、押付圧２．５ｋｇｆで１時間の切断試験をしたところ、平均切断速度は１．０ｍｍ／ｍｉｎであった。これに対し、比較例２のワイヤーソーでは、０．３ｍｍ／ｍｉｎであった。

以上各項で述べたように、本発明によれば従来の遊離砥粒によるシリコンウェハーのスライシング加工に換え、砥粒保持力に優れ、チップポケットを大きく形成した切れ味と寿命のよいレジンボンド超砥粒ワイヤーソーであって、ワイヤーソー自体が通電性を持つ構造であるので、従来のワイヤー切断と同様に加工中の断線検知が可能である他、製品の品質保証も可能となった。

本発明は金属被覆した砥粒を用いることを特徴とし、且つ、砥粒を金属芯線に接触させてレジンボンドに固着することで、通電性のあるワイヤーソーとする。これにより、レジンボンドワイヤーソーであっても、遊離砥粒方式のワイヤー切断で採用されている断線検知手段がそのまま使うことを可能とした。

更に、レジンボンドは樹脂を溶剤に溶かした溶液中に砥粒を混合し、金属芯線に塗布し加熱乾燥して溶剤を蒸散させ、樹脂を固化させる過程でレジンボンドが被覆金属との濡れ性と接合性がよいため、砥粒に沿って盛り上がりができた形で固化する。このため、砥粒の保持力として働き、且つ、砥粒の突出を大きくすることができ、砥粒間のチップポケットも大きく形成される。

本発明のワイヤーソーの断面図

符号の説明

１ 芯線
２ 金属被覆超砥粒
３ レジンボンド
４ フィラー
５ ボンド層の盛り上がり
ｔ ボンド層の厚み

Claims (4)

1. 通電性を有する芯線の外周表面に金属被覆した超砥粒をレジンボンドにて固着したワイヤーソーに於いて、該砥粒の一端を芯線に接触させ、且つ、一部分をレジンボンド層より突出した砥粒を存在させることで、通電性を持たせたワイヤーソーを準備し、
   そのワイヤーソーを導電性のある２ケのロールと接触させ、
   このロール間の電気抵抗の変化を連続的に測定することで、前記ワイヤーソーの断線を検出する、ワイヤーソーの断線検出方法。
2. 請求項１に記載の断線検出方法を用いて断線を検出すると同時に前記ワイヤーソーでワークを切断して切断物を製造する、切断物の製造方法。
3. 通電性を有する芯線の外周表面に金属被覆した超砥粒をレジンボンドにて固着したワイヤーソーに於いて、該砥粒の一端を芯線に接触させ、且つ、一部分をレジンボンド層より突出した砥粒を存在させることで、通電性を持たせたワイヤーソーを準備し、
   そのワイヤーソーを導電性のある２ケのロールと接触させ、
   このロール間の電気抵抗の変化を連続的に測定することで、前記ワイヤーソーの砥粒の数を検査する、ワイヤーソーの品質検査方法。
4. 請求項３に記載の品質検査方法を用いて砥粒の数を検査すると同時に前記ワイヤーソーでワークを切断して切断物を製造する、切断物の製造方法。

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