JPH01222814A - ワイヤソー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、精密部品、電子部品、各種半導体の切断加工
又は溝切り加工、あるいは食パン等の食料品の切断加工
等に使用されるワイヤソーに間し、特に新規な繊維状微
細金属＆Ｉ織を有する金属極細線をワイヤとして使用す
ることにより、その加工速度、加工精度の改善、加工ロ
スの低減を図ったワイヤソーに間する０本発明は、シリ
コンウェハの切断加工に好適であるので、以下、シリコ
ンウェハ切断用ワイヤソーを例にとって説明する。

（従来の技術〕 例えば、半導体製造工程において単結晶シリコンをウェ
ハ状に切断するスライシング工程では、従来、内周刃に
よる切断方式が採用されていたが、最近ではワイヤソー
による切断方式が注目されている。このシリコンウェハ
用ワイヤソーは、砥粒が混合された冷媒中に被加工物を
浸漬し、又は砥粒が混合された冷媒をかけながら、被加
工物の切断位置にワイヤを押圧しつつ高速で移動させる
ことによって、該被加工物を切断する装置であり、この
ワイヤには、−ａにピアノ線５又はこれをプラス、ｗ４
でめっきしためっき線が使用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら従来のピアノ線を使用したワイヤソーでは
、加工精度、加工速度及び加工ロスの点で改良の余地が
あり、最近の大量生産、コスト低減の要請に応えるには
、これらを大幅に改善する必要がある。

加工精度、加工速度を改善するには、ワイヤに作用させ
る張力を増大する必要があり、この張力を増大させるに
は、ワイヤ自体の引張強度を向上させる必要がある。即
ち、上記従来のピアノ線の引張強度は２００〜２８０　
ｋｇ　ｆ　／　ｍ”程度であるから、加工精度、加工速
度を改善するには、ワイヤの引張強度をピアノ線より大
幅には向上させる必要がある。

また、上記加工ロスを減少させるには、ワイヤ自体の線
径を小さくする必要があり、また切断面及び被加工物に
与える悪影響を軽減するためにも、この線径を小さくす
るのが有効である。即ち、上記従来のピアノ線の線径は
、１４０ないし３００μ閾であり、一般には１６０μ瀧
以上であるから、加工ロスを少なくするには、ワイヤの
線径を可能な限り、例えば１６０μ樗以下、好ましくは
１００　μｍ以下に小さくする必要がある。

本発明は、上記従来の問題点を改善するためになされた
もので、線径を可能な限り小さくし、かつ引張強度を同
上させることによって、加工精度。

加工速度を向上できるとともに、加工ロスを減少させる
ことのできるワイヤソーを提供することを目的としてい
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、上記目的を達成するために、ワイヤの引
張強度を大幅に改善できる金属組織について鋭意研究を
続け、以下の点を見出した。即ち、Ｆｅ　−ＣＳｔ　−
Ｍｎ系鉄基合金で、かつ針状マルテンサイト、ベイナイ
ト又はこれらの混合組織からなる低温変態生成相がフェ
ライト相中に均一に分散されてなる複合金属組織を有す
る線材が強加工性に優れており、このような金属組織を
有する線材を用いれば冷間伸線により線径１６０μ−以
下の極細線を容易確実に得ることができる。そしてこの
ような線材を冷間伸線により加工歪４以上に強加工すれ
ば、上記フェライト相と低温変態生成相とが複合してな
る複合＆ｌｌ織が一方向に延びる均一な繊維状微細金属
＆１１織が形成され、このような金属ｍ織を有する極細
線は引張強度が３００〜６０Ｑｋｇｒ／ｍ”と飛躍的に
向上し、かつ靭性は従来のピアノ線、ステンレス線程度
であることを見回した。

このような繊維状微細金属組織は、従来知られていない
全く新規な組織である０本発明者らは、上記繊維状微細
金属組織が上記引張強度を向上させる主因になっている
との観点から、その強化メカニズムについてさらに研究
を重ねた結果、上述の如き超高強度を有する金属組織で
は、上記繊維の間隔が５０〜１０００人であり、かつ該
繊維状をなす上記複合組織が５〜１００人の超微細セル
から構成されていることを見出した。

そこで本発明は、加工用ワイヤを、張力を作用させた状
態で被加工面に押圧又は押圧しつつ前後移動させること
により上記被加工物を切断加工又は溝切り加工するワイ
ヤソーにおいて、上記ワイヤが、線材を冷間伸線により
強加工してなり、該強加工により生じた５〜１００　人
の超微細セルが一方向に繊維状に配列され、かつ該繊維
の間隔が５０〜１０００人である繊維状微細金Ｘ組織を
形成する線径１６０　μｍ以下、引張強度３００〜６０
０　ｋｇｆ／ｗｍ”の超高強度金属極細線であることを
特徴としている。

ここで本発明のワイヤソーには各種の型式のものが含ま
れ、例えば上記シリコン単結晶を切断するものとしては
、繰出ボビンと巻取ボビンとの間に、少なくとも前、後
一対の溝付きロールを配置し、該溝付きロール１；ワ＜
ｖｔ巻回し、該両ロール間のワイヤに張力を作用させる
ようにしたものが一般的である。なお、繰出ボビンと巻
取ボビンとの間とは、ワイヤの経路で見て両ボビンの間
との意味である。

次に本発明のワイヤソーにおけるワイヤ用超高強度金属
極細線の製造方法について説明する。

先ず、重量％でＣ：０．０１〜０．５０％、Ｓ　ｉ：３
．０％以下、Ｍ　ｎ　：　５　、０％以下、残部Ｆｅ及
び不可避的不純物よりなる線径３．５ｆｉ以下の線材を
７００−１１００℃の範囲の温度に加熱した後、冷却し
て（このか加熱、冷却は複数回にわたって行ってもよい
、）、一部残留オーステナイトを含有してもよいマルテ
ンサイト、ベイナイト又はこれらの混合組織からなる低
温変態生成相がフェライト相中に体積率で１５〜７５％
の範囲にて均一に分散されてなる複合組織を有する線材
を製造する。なお、かかる製造方法は、特開昭６２−２
０８２４号公報に記載されている。

次いでこのようにして得られた複合組織線材を冷間伸線
加工により、加工歪４以上、好ましくは５以上に強加工
し、上記フェライト相と低温変態生成相とを複合化し、
金属組織として一方向に連続して延びる微細な繊維状組
織を形成させる。このように加工度を高めることにより
、上記繊維状組織はさらに微細化し、繊維間隔は狭くな
り、ついには上述のとおり加工にて生じたセルの大きさ
。

繊維間隔がそれぞれ５〜１００人、５０〜１０００人で
ある繊維状微細金属組織となる。なお、加工歪が４より
も小さい伸線加工によって得られた細線では、繊維状組
織の発達の中途にあってその組織が不完全であり、従う
て強度も小さい。

第８図は本発明のワイヤ用超高強度金属極細線の引張強
度、靭性を、従来のピアノ線等と比較したものであり、
同図から本発明の金属極細線は、ピアノ線等と比較して
引張強度が飛躍的に向上しており、かつ靭性はピアノ線
等と同等であることがわかる。また、第９図は上記方法
により、加工歪５以上（断面減少率９９．５％）に強加
工した極細線の走査型電子顕微鏡写真であり、一方向に
連続して延びる繊維状微細金属組織が認められる。第１
０図は上記繊維状組織を超高圧電子顕微鏡（３ＭＶ）に
より観察した写真であり、内部ミクロ組織に２０〜５０
人の超微細セルが認められる。

次に上記製造方法における各種の条件を設定した理由に
ついて説明する。

Ｃ：本発明に係る繊維状微細金属組織、及び上記引張強
度を得るためには、Ｃ添加量を規制する必要があり、実
験の結果、０．０１〜０．５０％の範囲が適当であるこ
とが判明した。

Ｓｉ　：　Ｓｉはフェライト相の強化元素として有効で
あるが、３．０％を越えて過多に添加すると変態温度を
著しく高温側にずらせ、また線材表面の脱炭が生じ易く
なるので、添加量は３．０％を上限とする。

Ｍｎ　：　Ｍｎは極細線を強化するとともに、上記両相
の焼き入れ性を高める効果を有するが、５．０％を越え
て過多に添加してもこの効果が飽和するので、添加量の
上限は５．０％とする。

また、含有量を規制するのが好ましい元素、添加しても
よい元素、不可避的不純物等について説明する。

Ｈは、鋼を脆化させる有害な元素であり、強度が高くな
るほどその影響が大きくなるので、本発明においてはＨ
量をＩ　ＰＰＭ以下に、特に好ましくは０．５ＰＰ）＋
に規制するのがよい、かかるＨ量の低減方法としては、
溶鋼での脱ガス処理、線材への熱間圧延及び熱処理後の
冷却制御、低温脱水素制御等の手段が有効である。

本発明では、極細線の金ｒＩＡ組織を微細化するために
、Ｎｂ　、Ｖ、Ｔｉから選ばれた少なくとも１種の元素
を添加することができる。これらの元素は組織の微細化
のためには、いずれもｏ、ｏｏｓ％以上の添加を要する
が、過多に添加してもその効果が飽和し、かつ経済的に
も不利であるので、上限は０．５％とする。

不可避的不純物としては、Ｓ、Ｐ、Ｎ、ＡＩ。

等がある。

Ｓは、ＭｎＳ量を少なくするために、０．００５％以下
とするのがよく、これにより延性を一層向上させること
ができる。一方、Ｃａ、Ｃｅ等の希土類元素を添加する
ことによりＭｎＳ介在物の形状を調整することも好まし
い。

Ｐは、粒界偏析の著しい元素であるので、その含有量を
０．０１％以下とするのが好ましい。

Ｎは、固溶状態で存在すると最も時効し易い元素であり
、加工中に時効して加工性を阻害したり、加工後に時効
して伸線により得られた極細線の延性を劣化させるので
、０．００３％以下とするのが好ましい。

Ａｌは、酸化物系介在物を形成し、この介在物は変形し
難いために線材の加工性を阻害するので、通常０．０１
％以下とするのが好ましい、また極細線におけるＳｔ／
ＡＩ比が大きくなるとシリケート系介在物が増大し、特
にＡｚｌが少ない場合は急激にシリケート系介在物が増
大して、伸線性を劣化させるだけでなく、伸線して得ら
れた極細線の特性を劣化させる。従って本発明ではＳｔ
／Ａｊ！比を１０００以下、特に好ましくは２５０以下
にするのがよい。

上記線材の複合組織において、フェライト相に占める低
温変態生成相の体積分率が１５〜７５％の範囲にあるこ
とを条件としたのは、以下の理由による。１５％より小
さい場合は、かかる複合ｔｊ１．ｍを有する線材の冷間
伸線により１６０μ−以下の極細線を得ることができる
ものの、得られた極細線はその金属組織が上述の如き繊
維状微細金属組織とならず、繊維状組織が不完全であり
、引張強度も３０Ｑ　ｋｇ　ｆ　／　ｍ　”以下となる
。一方、フェライト相に占める低温変態生成相の体積分
率が７５％よりも多い場合は、伸線加工において線材が
断線し易く、また断線に至らず伸線できても、得られた
極細線は、上記１５％以下の場合と同様に、微細な繊維
状組織を持たず、繊維状組織が不完全であり、引張強度
も３００　ｋｔｆ／１ｍ”　Ｄｌ下トｍイ。

また、上記線材における体積分率については、低温変態
生成相の形態により、つまり該相が主として針状である
か、主として塊状であるかによって、該線材の線径と体
積分率とが規制される。なお、ここで針状（ｅｌｏｎｇ
ａｔａｄ又はａｃｉｃｕｌａｒ）とは粒子が方向性を有
することをいい、塊状（ｇｌｏｂｕｌａｒ）とは粒子が
方向性ををしないことをいう。

即ち、低温変態生成相の、８０％以上が針状である場合
は、低温変態生成相の体積分率は５０％以下、線径は３
．５ｆｌ以下とし、一方８０％以上が塊状である場合は
、体積分率は５０％以下、線径は２．０Ｋｍ以下とする
必要がある。また、低温変態生成相が針状と塊状の混合
組織である場合は、体積分率は７５％以下、線径は３．
５鰭以下にする必要がある。なお、線材が有するべき線
径の下限は、特に限定されるものではないが、現状の加
工技術からみて、通常０．３　ｍである。

〔作用〕

大発明に係るワイヤソーによれば、ワイヤとして採用さ
れ、た金属極細線は、冷間伸線の強加工により生じた５
〜１００人の加工セルが一方向に繊維状に配列され、か
つ該繊維間隔が５０〜１０００人の繊維状微細金属組織
を形成しており、上述の強化メカニズムで説明したよう
に、３００〜６００　ｋｇｆ／ｆｌ”の超高強度を有す
る。従って、上記溝付きロール間のワイヤ張力を従来の
２倍以上に高くできる。

また、本発明のワイヤ用金属極細線は、冷間加工性にす
ぐれており、線材の線径及び加工度を適宜選択すること
により、１６０μ慣以下のものを容易確実に得ることが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例によるワイヤソー
を示す。

全体構成を示す第２図において、１はワイヤソー、３ば
ワイヤ２を図示右方に繰り出すための繰出ボビン、４は
繰り出されたワイヤ２を巻き取るための巻取ボビン、５
はワイヤ２の張力を調整するダンサロール、６はトラバ
ーサロール、７はガイドロールである。

上記両ガイドロール７．７間に３木の溝付きロール８〜
１０が三角形をなすように配設されている。この溝付き
ロール８〜ＩＯは円形棒状ロールの外表面に螺旋状のガ
イド溝を形成してなり、該ガイド溝に沿って上記ワイヤ
２が巻回されている。

そして上記ワイヤ２の前、後溝付きロール９．１０間部
分はチャンバ１２内に位置している。該チャンバ１２内
には砥粒が混合された冷媒１３が充満しており、また該
チャンバ１２内には加工台１４が上下移動可能に配設さ
れており、該加工台１４上に被加工物であるシリコン単
結晶１５が搭載される。

そして本実施例のワイヤ２は、重量％でＣ：０゜０１〜
０．５０％、Ｓ　ｉ：３．０％以下、Ｍ　ｎ　：　５　
、０％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなる線径
２．５ｆｉ以下の線材を冷間伸線により線径１６０μ階
以下に強加工して製造したものであり、該強加工により
生じた加工セルが一方向に繊維状に配列された繊維状微
細金属組織を形成しており、かつ上記加工セルの大きさ
、繊維間隔がそれぞれ５〜１００人。

５０〜ｌ０００人であり、さらに強度が３００〜６００
　ｋｇｆ／ｆ１２である超高強度金属極ＩＩｌ線である
。

また、本実施例のワイヤ２の外表面には、Ｎｉめっきが
施されている。これは、錆の発生を防止するとともに、
上記砥粒を該ワイヤ２と被加工面との間に効率よく介在
させるためである。即ち、上記砥粒がＮｉに食い込むこ
とによって、被加工面上に介在し易くなるものと考えら
れる。なお、このＮｉめっきは、最終の伸線工程より前
工程で電気めっきによって形成するのが好ましい、また
、Ｎｉめっきに限らず、Ｃｕ、プラス等のめっきを施す
のも育効である。このようにすればＮｉめっき皮膜が最
終伸線工程によって該ワイヤ２の表面に強力に密着する
とともに、該めっき皮膜の欠陥が除去されるからである
。

そして本実施例のワイヤソー１では、上記ダンサロール
５によりワイヤ張力を所定値に調整しつつ、ワイヤ２を
溝付きロール９．１０間で前後移動させ、かつ加工台１
４を上昇させることに゛よってシリコン単結晶１５を切
断する。

この場合、ワイヤ２の引張強度が、従来のピアノ線の２
００〜２８０にぎｆ／鶴富に対して３００〜６００　ｋ
ｇｆ　／　ｍ　”と大幅に向上しているので、それだけ
ワイヤ張力を大きくすることができ、その結果、加工精
度、加工速度を向上させることができる。また、本実施
例の金属極細線は冷間加工性にすぐれており、線径１６
０μｍ以下で、かつ長尺のワイヤを容易確実に得ること
ができる。この線径か細い分だけ加工ロスを低減でき、
また被加工物に与える歪等の悪影ｗＩ領域が軽減され、
それだけ加工面の性状を改善できる。

また、本実施例ではワイヤ２の外表面にＮｉめっきを施
したので、砥粒が該めっきに食い込んだ状態で被加工面
上に効率良く介在し、この点からも加工速度を向上でき
る。

なお、上記実施例では、ワイヤ２と加工面との間に砥粒
を介在させる、いわゆるメカニカルカットソーについて
説明したが、本発明は、砥粒を使用しないタイプのワイ
ヤソーにも勿論通用でき、この場合はＮｉメツキ等は施
さなくてもよい。

次に本発明の１６０μ渭以下で、引張強度３００〜６０
０　ｋｉｒｆ／ｗ”のワイヤ２を製造した実験例につい
て説明する。

１豆史上 先ず、第１表に示す化学組成を有し、第２表に示す線径
０．９〜２．５關の線材を、８９０℃の温度にて連続加
熱、焼き入れし、ついで８１０℃連続加熱。

冷却して、いずれもフェライト相と、一部に残留オース
テナイトを含むマルテンサイト相との２相組織を有する
複合Ｍｉ＊線材を得た。そしてこの複合組織線材を冷間
伸線加工により、第２表に示す線径の極細線に線引きし
た。この第２表において、鋼番号１〜９が本発明のワイ
ヤソー用ワイヤ２として採用できるものである。なお、
比較のため第１表の鋼番号ｌＯに示す化学組成の線材を
、鉛パテンテイングと伸線を４回繰り返して高炭素鋼ピ
アノ極ｍｍを得た。これらの極細線の引張強度を測定す
るとともに、超高圧電子顕微鏡（３ＭＶ）により金属組
織を観察した。

結果を第２表に示す、この表でも明らかなように、繊維
間隔は９０〜６５０人、セルサイズは２０〜９０人、引
張強度は３３０〜５３８　ｋｇｆ／鶴２であり、引張強
度が従来方法による比較例の３１８　ｋｇｆ／ｍ”より
大幅に向上しているのがわかる。また、この場合、加工
度が高くなるほど、繊維間隔が狭く、かつセルサイズが
小さくなっており、これに伴って引張強度が向上してい
る。

ス旦１ 重量％で、Ｃ：０．１８％、　　Ｓ　ｉ：ｏ、９％、　
Ｍｎ：１．５％、　　Ｓ：０．００２％、　　Ｎ：０．
００２％、　　ＡＩｏ、００３％なる化学組成を有する
線径２．５ｆｉの線材を９００℃で再加熱焼き入れし、
続いて８００℃に加熱１　ｌｌ整冷却してフェライト相
と低温変態生成相とを複合組織化し、かつ低温変態生成
相の形態を主として針状とし、その体積分率を３５％と
した。この線材を湿式連続伸線により、線径１００．５
０．２５μ−の極ｍ線を得た。この極細線の特性を測定
するとともに、超高圧電子顕微鏡（３ＭＶ）により金属
組織を観察した。また、比較のためにピアノ線（０，８
２％Ｃ）、ステンレス線（５ｔｌＳ３０４）、アモルフ
ァス線（Ｆｅ　　Ｓｉ　　　Ｂ系）、タンゲス線及びア
ラミド線についても同様の測定を行った。

結果を第３表に示す、同表からも明らかなように、本発
明におけるワイヤソー月極ｆＩｌｉＩ＆Ｉは、３００ｋ
ｇ　ｆ　／　ｓ＊　”以上の引張強度を存し、また、靭
性に冨んでいる。また本発明の極細線は、伸線方向に延
びる均一繊維状組織を育し、その繊維間隔は１００〜２
００　人であり、セルサイズは３０〜９０人であった。

さらに、本発明のワイヤソー用極細線について、高温環
境下保持後の強度変化、引張破断部１曲げ加工部の性状
、疲労特性、応力リクラセーション特性についても測定
した。

第３図は、上記第３表に示した５０μ麟の極細線を、大
気中で室温〜４５０℃の温度に３０分加熱後、引張強度
を測定した結果を示す（曲線Ａ）、なお、ピアノ線（１
００μｍ）、アモルファスｖＡ（５０ｔｔｍ　）につい
ても同条件下で測定した結果を示している（曲線Ｂ、Ｃ
’）。この図からも明らかなように、本発明の極細線は
４００℃まで強度低下は全く認められない。

第４図、第５図はそれぞれ上記第３表に示した５０μｍ
の極細線の引張破断部の拡大図１曲げ加工部の拡大図で
ある。第４図から明らかなように、大きく絞られた後破
断しており（この場合の破断絞り率は５０％以上）、ま
た第５図から明らかなように、曲げ（キンク）変形後に
おいてもクランクは生じておらず、これらの点から靭性
に冨んでいることが理解できる。

第６図は上記第１表に示した１００μ−の極細線につい
て行ったハンター疲労試験による疲労特性を示す、疲労
限界強度（１０７回評価）の引張強度に対する比率（強
度比）は０．３８と優れた耐痩労性を示している。また
、第７図は同様の条件で製造した線径６０μｍの極細線
の、引張強度の８５％の初期応力を負荷した場合の応力
リラクセーション特性を示しており、応力ロスは２％以
下である。

この第６図、第７図から、本発明のワイヤソー用極細線
は、動的、静的（操り返し、変動）応力負荷での高い信
鉗性を存することが明らかである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明に係るワイヤソーによれば、加工用
ワイヤとして、５〜１００人の加工セルが繊維状に配列
され、かつ該繊維間隔が５０〜１０００人の超微細粒金
属組織を形成する線径１６０　ｐｍ以下、引張強度３０
０〜６００　ｋｒｆ／ｍ”の超高強度金属極細線を採用
したので、ワイヤ張力を従来よりはるかに高くでき、そ
の結果加工精度、加工速度を向上できる効果があるとと
もに、ワイヤの線径が小さくなった分だけ加工ロスを低
減できるとともに、加工面の性状を改善できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例によるワイヤソー
を説明するための図であり、第１図はその加工状態を示
す概略構成図、第２図はその全体構成を示す概略構成図
、第３図ないし第１０図は本発明のワイヤ用金属極細線
の特性を説明するための図であり、第３図は高温環境下
保持後の強度変化を示す特性図、第４図は引張破断部の
拡大図、第５図は曲げ加工部の拡大図、第６図は疲労特
性を示す図、第７図は応力リラクセーシッン特性を示す
図・、第８図は引張強度、靭性を示す図、第９図、第１
０図は金属組織を示す顕微鏡写真である。 図において、ｌはワイヤソー、２はワイヤ、３゜４はそ
れぞれ繰出ボビン、巻取ボビン、９，１０は溝付きロー
ル、１５はシリコン単結晶（被加工物）である。 特許出願人　　株式会社　神戸製鋼所

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）加工用ワイヤを、所定の張力を作用させた状態で
   、被加工面に押圧又は押圧しつつ前後移動させることに
   より被加工物を切断加工又は溝切り加工するワイヤソー
   において、上記ワイヤが、線材を冷間伸線により強加工
   してなり、該強加工により生じた５〜１００Åの超微細
   セルが一方向に繊維状に配列され、かつ該繊維間隔が５
   ０〜１０００Åである繊維状微細金属組織を有する線径
   １６０μｍ以下、引張強度３００〜６００ｋｇｆ／ｍｍ
   ＾２の超高強度金属極細線であることを特徴とするワイ
   ヤソー。
2. （２）ワイヤを繰り出す繰出ボビンと、該ワイヤを巻き
   取る巻取ボビンとの間に、外周面に螺旋状のガイド溝が
   形成された少なくとも前、後一対の溝付きロールを配置
   し、該溝付きロールの上記ガイド溝に沿って上記ワイヤ
   を巻回し、上記前、後の溝付きロール間のワイヤに張力
   を作用させるように構成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のワイヤソー。