JPH10151560A

JPH10151560A - ワイヤソー用ワイヤ

Info

Publication number: JPH10151560A
Application number: JP32800496A
Authority: JP
Inventors: Seishiro Ohashi; 晴志郎大橋; Shinichi Okada; 伸一岡田; Masahiro Sakamoto; 正寛坂本
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1996-11-25
Publication date: 1998-06-09

Abstract

(57)【要約】【課題】安価で、抗張力が高く、かつ、スライス歩留
り及びスライス効率が高いワイヤソー用ワイヤを提供す
るものである。【解決手段】素線２の材料として石英ガラスまたは高
純度合成石英ガラスを用いたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤソー用ワイ
ヤに係り、特に、シリコンインゴット、化合物半導体イ
ンゴット、磁性材料、水晶体などを切断するのに用いる
ワイヤソー用ワイヤに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体および電子材料としてのウ
エハーやチップを母材から切り出すには、内周刃カッタ
ー、ワイヤソー、および一部には外周刃カッターが用い
られている。

【０００３】近年、シリコンウエハーでは大口径化が進
んでいるが、内周刃カッターでウエハースライスが可能
な技術的限界は８″（インチ）品までであり、生産の採
算性の面では６″品までとの見方が有力である。

【０００４】内・外周刃カッターによるウエハースライ
スと比較して、ワイヤソーによるウエハースライスは、
同時に多数枚（場合により５０枚以上）のウエハースラ
イスが可能であり、本質的に高スループットが期待でき
るため、現在、盛んに用いられるようになりつつあり、
将来的に需要が見込まれる１２″品の場合、当然、ワイ
ヤソーによるウエハースライスになるであろうと予測さ
れている。

【０００５】一般にワイヤソーでは、ピアノ線を母材に
押当てながら走行させ、その接触部位に潤滑油に砥粒を
分散させた特殊切削油（以下、砥粒スラリと呼ぶ）を注
入して母材をスライスする遊離砥粒方式である砥粒スラ
リ注入方式が用いられている。

【０００６】従来のワイヤソー装置の斜視図を図５に示
す。図５（ａ）は、往復走行型ワイヤソー装置を示し、
図５（ｂ）は、一方向走行型ワイヤソー装置を示してい
る。

【０００７】図５（ａ）、（ｂ）に示すように、往復走
行型ワイヤソー装置および一方向走行型ワイヤソー装置
は、ワイヤ２１を溝車１２ａ，１２ｂ，１２ｃの表面に
形成された溝（図示せず）に沿って巻回してなる。

【０００８】往復走行型ワイヤソー装置の場合、ワイヤ
ソー用ワイヤ２１をいずれかの方向（図中では左右方
向）に張力を掛けて走行させると共に、支持台１５に載
置された被加工インゴット１４に相対的に押付ける。こ
の時、溝車１２ａ，１２ｂ，１２ｃの中央部に設けられ
た砥粒スラリ供給手段１６から供給される砥粒スラリ１
３を、被加工インゴット１４の表面に流し込みながらウ
エハースライスを行う。

【０００９】また、一方向走行型ワイヤソー装置の場
合、ワイヤソー用ワイヤ２１を一方向（図中では右方
向）に張力を掛けて走行させると共に、支持台１５に載
置された被加工インゴット１４に相対的に押付ける。こ
の時、ワイヤソー用ワイヤ２１の走行方向において、被
加工インゴット１４の直前に設けられた溝車（図中では
溝車１２ｃ）と被加工インゴット１４との間に設けられ
た砥粒スラリ供給手段２６から供給される砥粒スラリ１
３を、ワイヤソー用ワイヤ２１の表面に流し込みながら
塗布してウエハースライスを行う。

【００１０】このように、ワイヤソー装置においては、
ワイヤに張力を掛けて用いるため、ワイヤは高い抗張力
を有する必要がある。このため、一般にワイヤソー用ワ
イヤとしては、ピアノ線や、高価な特殊合金鋼線、金属
結晶組織を調整した超高強度合金線（特開平１−２２２
８１４号公報参照）、アモルファス合金線などが用いら
れている。

【００１１】現在、これらのワイヤソー用ワイヤを用い
たウエハースライスにおいては、生産コスト面から、切
り代の低減によるなお一層の歩留りの向上が期待されて
いる。歩留り向上のために切り代を小さくするには、ワ
イヤ線径を小さくする必要がある。

【００１２】このため、従来用いられている直径０．１
６ｍｍ程度のワイヤ線径を更に小さくするための様々な
検討がなされていると同時に、益々、ワイヤの抗張力レ
ベルの向上が望まれている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、砥粒ス
ラリ注入方式においては、砥粒スラリのワイヤソーへの
喰込みが不安定であるためにスライス効率が良くない。
さらに、瞬間的または部分的な砥粒スラリの欠如（喰込
み不足）が原因で発生する傷、いわゆる“ソーマーク”
が起因となって、ウエハースライス後のポリッシュ工程
（鏡面研磨工程）における歩留りの低下と生産効率の低
下を招いている。

【００１４】砥粒スラリ注入方式では、砥粒の喰込みが
不安定で、かつ、効率的でないため、様々な改善を施し
てスライス効率の向上を図っている。例えば、金属
単線または撚線からなる素線（ワイヤ）の表面に螺旋状
の溝を形成したもの（実願昭６０−２１６２０号（実公
昭６１−１３７４２１号公報）等参照）、金属単線
または撚線からなる素線（ワイヤ）の表面に、ダイヤモ
ンド砥粒またはＳｉＣ砥粒を、溶融金属またはメッキな
どでメタル担持（メタルボンド）させたもの（商品名；
ワイヤモンド、住友電気報，昭和６３年３月第１３２
号，ｐ．１１８〜１２２参照）、などが提案されてい
る。

【００１５】の方法は、砥粒スラリを用いることに代
わりはないため、“ソーマーク”の発生のおそれが完全
に無くなるわけではない。

【００１６】また、の方法は、その製造工程が複雑な
ため、非常に高価なワイヤとなっており、いわゆる工業
生産材として広く用いられるには至っていない。

【００１７】の方法の場合、ワイヤが高価であり、生
産コストが高いという問題を回避するために、このワイ
ヤの両端を接続してリング状に形成した、いわゆるエン
ドレスワイヤとしての実用例もあるが、ワイヤ接続部の
強度が不十分であり、かつ、砥粒効果が強すぎてワイヤ
ソー装置における各ガイド類の損耗が激しいといった問
題がある。

【００１８】そこで本発明は、上記課題を解決し、安価
で、抗張力が高く、かつ、スライス歩留り及びスライス
効率が高いワイヤソー用ワイヤを提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、素線の材料として石英ガラスまた
は高純度合成石英ガラスを用いたものである。

【００２０】請求項２の発明は、上記素線が、石英ガラ
スまたは高純度合成石英ガラス繊維、又はその繊維束、
或いはその撚線である請求項１記載のワイヤソー用ワイ
ヤである。

【００２１】請求項３の発明は、上記素線の表面に、金
属、有機材料、無機材料の中から選択される１種または
２種以上の材料で被覆層を形成した請求項１および請求
項２記載のワイヤソー用ワイヤである。

【００２２】請求項４の発明は、上記被覆層の表面に、
砥粒を金属材料又は有機材料或いは無機材料で担持させ
た請求項３記載のワイヤソー用ワイヤである。

【００２３】以上の構成によれば、素線の材料として石
英ガラスまたは高純度合成石英ガラスを用いたため、安
価で、抗張力が高く、かつ、スライス歩留り及びスライ
ス効率が高いワイヤソー用ワイヤを得ることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００２５】本発明のワイヤソー用ワイヤの横断面図を
図１に示す。図１（ａ）は、砥粒無しワイヤソー用ワイ
ヤを示し、図１（ｂ）は、砥粒付きワイヤソー用ワイヤ
を示している。

【００２６】図１（ａ）に示すように、砥粒無しワイヤ
ソー用ワイヤ１は、石英ガラスからなる素線２の外周に
極薄被覆層（以下、プリコートと呼ぶ）３を被覆してな
るものである。

【００２７】素線２の材料である石英ガラスとしては、
光ファイバやライトガイドなどに用いられている石英ガ
ラスであればよく、天然水晶を原料に精製した石英ガラ
ス、全合成石英ガラスなどが挙げられる。この場合、通
信用光ファイバのごとく屈折率調整のための微量元素ド
ープは不要であることは言うまでもない。

【００２８】素線２の直径は、特に限定するものではな
いが、５０〜２００μｍφが特に好ましい。ここで、５
０〜２００μｍφの石英ガラスからなる素線２の抗張力
は４，０００〜４，８００Ｎ／ｍｍ²であり、８０μｍ
φの一般的なピアノ線で得られる抗張力（３，００〜
３，５００Ｎ／ｍｍ²）と同等以上である。

【００２９】プリコート３は、石英ガラスからなる素線
２の表面におけるマイクロクラックの成長防止のために
形成されるものであり、金属、有機材料、無機材料の中
から選択される１種または２種以上の材料からなる。

【００３０】あまり高い抗張力を必要としない砥粒無し
ワイヤソー用ワイヤ１においては、素線２の材料とし
て、石英ガラスの代わりにパイレックスガラス（耐熱ガ
ラス）や多成分ガラスなどを用いてもよく、これによっ
て更に安価な素線を得ることができる。

【００３１】砥粒無しワイヤソー用ワイヤ１は超長尺品
であることが必須であるが、石英ガラスとして、例え
ば、純度が９９．９９９９％（６Ｎ）の四塩化珪素（Ｓ
ｉＣｌ₄）を原料とした全合成石英ガラスを用いること
によって、全長に亘って欠陥がない高抗張力の素線を得
ることができる。

【００３２】最外層にバインダー層および砥粒が被覆さ
れていない図１（ａ）に示した砥粒無しワイヤソー用ワ
イヤ１であっても本発明は成立するが、最外層にバイン
ダー層および砥粒が被覆された砥粒付きワイヤソー用ワ
イヤであってもよい。

【００３３】すなわち、図１（ｂ）に示すように、石英
ガラスからなる素線２の外周にプリコート３を被覆し、
プリコート３の外周に、砥粒５が分散されたバインダー
層４を被覆した砥粒付きワイヤソー用ワイヤ１１であっ
てもよい。

【００３４】バインダー層４の材料としては、特に限定
するものではなく、例えば、金属材料、ポリアミドイミ
ド樹脂などの有機材料、ガラスなどの無機材料などが挙
げられる。

【００３５】砥粒５としては、特に限定するものではな
く、例えば、ＧＣ砥粒（ＪＩＳで規定）、アルミナ、炭
化珪素などが挙げられる。

【００３６】次に、本発明の製造方法を説明する。

【００３７】石英ガラス母材、特に高純度石英ガラス母
材を加熱溶融紡糸して石英ガラス細線からなる素線２を
作製し、その後、この素線２の表面にタンデムラインで
プリコート３を被覆して砥粒無しワイヤソー用ワイヤ１
を作製する。

【００３８】本発明の砥粒無しワイヤソー用ワイヤ１に
おいては、全長に亘って、従来のピアノ線などの高抗張
力金属線よりも優れた高抗張力特性（４，０００〜４，
８００Ｎ／ｍｍ²）を有しており、かつ、安価に作製す
ることができる。

【００３９】また、本発明の砥粒無しワイヤソー用ワイ
ヤ１は、同サイズの高抗張力金属線と比較しても軽量で
あるため、往復走行型ワイヤソー装置における走行方向
反転時の慣性モーメントの低減および立上げ速度の高速
化に寄与し、走行速度の向上およびワイヤソー装置の低
剛性化が図れる。

【００４０】さらに、本発明の砥粒無しワイヤソー用ワ
イヤ１は、高抗張力金属線と比較して温度差および張力
変動による伸びが小さいため、安定したスライスが期待
できる。

【００４１】次に、バインダーを溶剤中に溶解した溶解
液を混練すると共に、この溶解液中に砥粒５を分散させ
てなる砥粒分散溶解液を、砥粒無しワイヤソー用ワイヤ
１の表面に塗布し、その後、砥粒分散溶解液が塗布され
た砥粒無しワイヤソー用ワイヤ１を加熱炉に通すことに
よって焼付けを施し、砥粒付きワイヤソー用ワイヤ１１
を作製する。

【００４２】溶剤としては、特に限定するものではな
く、例えば、ジメチルフェノールなどが挙げられる。

【００４３】本発明の砥粒付きワイヤソー用ワイヤ１１
においては、バインダーを含んだ溶剤中に砥粒５を分散
させたものを、砥粒無しワイヤソー用ワイヤ１の表面に
塗布焼付けしているため、少なくとも焼付け後における
砥粒付きワイヤソー用ワイヤ１１の表面には溶剤は蒸発
して無くなっており、砥粒無しワイヤソー用ワイヤ１の
表面には極薄膜のバインダーが被覆されていると共に、
そのバインダーの表面から砥粒５が部分的に露出してい
る。なお、バインダーの種類や厚さ等によっては、バイ
ンダーの表面から砥粒が露出されない場合もある。

【００４４】砥粒付きワイヤソー用ワイヤ１１の表面に
砥粒５が担持されているため、ウエハースライス時にお
いて、砥粒付きワイヤソー用ワイヤ１１と被加工インゴ
ット（以下、ワークと呼ぶ）との間における砥粒スラリ
の喰い込みが瞬間的または部分的に欠如しても“ソーマ
ーク”が生じるおそれがない。

【００４５】すなわち、本発明の砥粒付きワイヤソー用
ワイヤ１１は、表面の砥粒５と砥粒スラリ中の砥粒のＷ
砥粒でウエハースライスを行うため、従来のワイヤソー
用ワイヤと比較すると、砥粒の喰い込みが格段に向上す
ると共に、スライス効率の向上が図れる。

【００４６】また、本発明の砥粒付きワイヤソー用ワイ
ヤ１１においては、ウエハースライス時における砥粒の
喰い込みが良好なため、ワークへの押付力を従来のワイ
ヤソー用ワイヤ程に大きくしなくてもウエハースライス
が可能となる。このため、ワイヤソー用ワイヤのワイヤ
張力の低減化を図ることができ、延いてはワイヤ線径の
細径化を図ることができる。したがって、ウエハースラ
イスの切り代を低減することができ、歩留りの向上が図
れる。

【００４７】さらに、本発明の砥粒付きワイヤソー用ワ
イヤ１１は、ワークの材質によっては、砥粒スラリを用
いること無く、砥粒が含まれていない潤滑油だけでウエ
ハースライスを行うことができる。すなわち、砥粒スラ
リの作製、維持、管理が不要または大幅に軽減されるた
め、ウエハースライス時の作業工程を簡略化することが
できると共に、汚れ作業環境を向上させることができ
る。

【００４８】尚、バインダーの材質を適宜選択すること
により、砥粒５のバインダーへの固着力を変えることが
可能であることは言うまでもなく、一般的な砥石で例え
ると、硬い砥石または軟らかい砥石を適宜選択すること
ができる。また、砥粒５のサイズを適宜選択することに
より、スライスを行うワークの材質及び／又はスライス
の目的・条件（例えば、高速切断や低表面粗さ切断等）
に応じてそれぞれ最適なスライスを可能にすることは言
うまでもない。

【００４９】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。

【００５０】本発明の砥粒無し及び砥粒付きワイヤソー
用ワイヤにおいては、素線として石英ガラス細線を用い
ていたが、他の実施の形態のワイヤソー用ワイヤにおい
ては、素線として石英ガラスまたは高純度合成石英ガラ
ス繊維、又はその繊維束、或いはその撚線を用いるもの
である。

【００５１】本実施の形態によるワイヤソー用ワイヤに
おいても、本発明の砥粒無し及び砥粒付きワイヤソー用
ワイヤと同様の効果を発揮することは言うまでもなく、
かつ、スライス効率の向上が期待できる。素線の形状・
形態は、スライスを行うワークの材質及び／又はスライ
スの目的・条件に応じて適宜選択する。

【００５２】

【実施例】純度９９．９９９％（５Ｎ）の四塩化珪素
（ＳｉＣｌ₄）をペーパライズすると共に、酸水素バー
ナ火焔中で化学反応させて、ポーラスな二酸化珪素（Ｓ
ｉＯ₂）単体を化学気相軸付法（ＶＡＤ法）により作製
する。

【００５３】このポーラスな二酸化珪素を電気炉中を通
過させると共に、加熱焼結してガラス化し、φ３０ｍｍ
の合成石英ガラス棒を作製する。

【００５４】次に、この合成石英ガラス棒を電気炉にお
いて、不活性ガス雰囲気中、１，９８０℃でφ８０μｍ
に紡糸して素線を作製し、その直後、素線を溶融Ｎｉ槽
中を通過させて、素線の周りに平均厚さで５μｍのＮｉ
被覆層（プリコート）を形成し、外径９０μｍ、全長３
０ｋｍの砥粒無しワイヤソー用ワイヤを作製する。

【００５５】この砥粒無しワイヤソー用ワイヤの製造２
日後の破断強度を調べ、試料数ｎ＝１００でワイブル特
性を評価した。

【００５６】砥粒無しワイヤソー用ワイヤのワイブル特
性評価結果を図２に示す。図中の縦軸は、破断確率
（％）を示し、図中の横軸は、引張強さ（ｋｇｆ）を示
している。

【００５７】図２に示すように、引張強さが約２．４ｋ
ｇｆにおいて、プロットした点が略一直線上に並んでお
り、良好なワイブル特性を示していることが伺える。

【００５８】また、約３００日間、室内に放置した砥粒
無しワイヤソー用ワイヤにおいても、図２と同様の結果
が得られた。

【００５９】すなわち、素線の外周にＮｉプリコートを
被覆しているため、室内で約３００日間経過した後で
も、素線の強度低下は無く、Ｎｉプリコートが空気中の
水分の浸入を十分防止しているものと推定される。

【００６０】次に、ポリアミドイミドワニス１００重量
部に、＃１２００の炭化珪素砥粒を３０重量部分散させ
ると共に、十分に混練する。この混練物を砥粒無しワイ
ヤソー用ワイヤの表面に塗布し、その後、混練物を塗布
した砥粒無しワイヤソー用ワイヤを加熱炉に通し、３５
０〜４００℃で焼付けを施し、φ０．１６ｍｍの砥粒付
きワイヤソー用ワイヤを作製する。

【００６１】砥粒付きワイヤソー用ワイヤの表面を走査
型電子顕微鏡で観察した写真を図３に示す。図中の顕微
鏡の倍率は２００倍であり、一目盛りは１５μｍであ
る。

【００６２】図３に示すように、砥粒付きワイヤソー用
ワイヤの表面は、バインダー層で被覆されているもの
の、部分的にバインダー層の表面から炭化珪素砥粒が露
出していることがわかる。

【００６３】本実施例で作製したワイヤソー用ワイヤを
汎用のワイヤソー装置にセットし、潤滑油のみで１０６
ｍｍφのガリウム砒素化合物半導体インゴットを３１枚
一括スライスした。この時、ウエハーの目標厚さは２ｍ
ｍとした。

【００６４】この結果、本発明の砥粒付きワイヤソー用
ワイヤを用いてウエハースライスを完了するのに要する
時間は、従来のワイヤソー用ワイヤを用い、砥粒スラリ
を注入しながらウエハースライスを行った時の約半分で
あり、スライス効率の向上が確認された。

【００６５】実施例における砥粒付きワイヤソー用ワイ
ヤでスライスを行ったウエハーの横断面の一部の表面粗
さを粗さ計測器で計測した時のチャートを図４に示す。
図中の縦目盛りはウエハー表面の高さ（μｍ；一目盛り
０．２μｍ）を示し、横目盛りはウエハーの径方向長さ
（ｍｍ；一目盛り５ｍｍ）を示している。

【００６６】図４に示すように、ウエハーの横断面の一
部の表面粗さは、最大で４〜５μｍ程度であり、従来の
ワイヤソー用ワイヤでスライスした時よりも表面粗さ変
動がやや大きいものの、この表面粗さ変動は、砥粒サイ
ズや作業条件などを最適化することにより更に小さくす
ることが可能である。

【００６７】すなわち、ウエハースライス所要時間およ
びウエハーの横断面の表面粗さなどは、砥粒の材質・形
状・サイズ・付着量、バインダーの材質、それらの混合
比、それらの塗布厚さ、ワーク材質、スライス作業条
件、および目標スライス厚さなどによって定まるもので
あって、それぞれ最適な条件を組み合わせることにより
更に向上させることができる。

【００６８】本実施例は、あくまでも一例にしかすぎ
ず、砥粒無しワイヤソー用ワイヤにおいては、素線サイ
ズ、プリコート材質・形状（例えば、プリコート材とし
て、一般の通信用光ファイバに用いられている紫外線硬
化型樹脂材料やＣｕを用いるとか、Ｎｉプリコート材の
外周に更にＡｕを被覆する等）などの条件を最適に組み
合わせることによって、ワイヤコストを低価格に抑えな
がらウエハースライス所要時間およびウエハーの横断面
の表面粗さなどを向上させることができる。

【００６９】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００７０】（１）素線材料として石英ガラスまたは
高純度合成石英ガラスを用いているため、従来の高抗張
力線と比較して、強度が同等以上、かつ、製作コストが
非常に安価となり、しかも、素線径が小さくなる程、そ
の効果が大きくなる。

【００７１】（２）ウエハースライス時におけるワー
クに対する砥粒スラリの喰込みが格段に向上するため、
スライス効率が向上すると共に、スライス時間の短縮が
図れる。

【００７２】（３）ワイヤに印加する張力を低レベル
にすることができるため、ワイヤ径を小さくすることが
可能となり、スライス歩留りが向上する。

【００７３】（４）ワークの材質によっては、砥粒ス
ラリを用いること無く、砥粒が含まれていない潤滑油だ
けでウエハースライスを行うことができるため、ウエハ
ースライス時の作業工程を簡略化することができると共
に、汚れ作業環境を向上させることができる。

【００７４】（５）砥粒サイズやバインダー材質など
を適宜選択することにより、ワーク材質、スライス条
件、およびスライス目的に合った最適なワイヤソー用ワ
イヤを得ることができる。

【００７５】（６）金属材料を全く使用しないワイヤ
では、スライスされたウエハーに対する金属コンタミネ
ーション（汚染）の心配を無くすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のワイヤソー用ワイヤの横断面図であ
る。

【図２】砥粒無しワイヤソー用ワイヤのワイブル特性評
価結果である。

【図３】砥粒付きワイヤソー用ワイヤの表面を走査型電
子顕微鏡で観察した写真である。

【図４】実施例における砥粒付きワイヤソー用ワイヤで
スライスを行ったウエハーの横断面の一部の表面粗さを
粗さ計測器で計測した時の図である。

【図５】従来のワイヤソー装置の斜視図である。

【符号の説明】

１，１１ワイヤソー用ワイヤ２素線３プリコート（被覆層）４バインダー層（金属材料又は有機材料或いは無機材
料）５砥粒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】素線の材料として石英ガラスまたは高純
度合成石英ガラスを用いたことを特徴とするワイヤソー
用ワイヤ。
【請求項２】上記素線が、石英ガラスまたは高純度合
成石英ガラス繊維、又はその繊維束、或いはその撚線で
ある請求項１記載のワイヤソー用ワイヤ。
【請求項３】上記素線の表面に、金属、有機材料、無
機材料の中から選択される１種または２種以上の材料で
被覆層を形成した請求項１および請求項２記載のワイヤ
ソー用ワイヤ。
【請求項４】上記被覆層の表面に、砥粒を金属材料又
は有機材料或いは無機材料で担持させた請求項３記載の
ワイヤソー用ワイヤ。