(57)【要約】【課題】  多結晶シリコンの切断加工において、高い切断効率を持ちつつ、切り出されたウエハに大きな傷を付けることなく表面の仕上がりに優れ、ウエハの強度も十分な状態で切断可能な多結晶シリコン用ワイヤ工具及び多結晶シリコンの切断方法を提供する。【解決手段】  ワイヤ工具７は、主に芯線１１、砥粒１３、めっき層１５等から構成される。芯線１１は、高強度で導電性を有する金属線、もしくは高強度で導電性被覆層を有した非金属線である。芯線１１の外周には、砥粒１３およびめっき層１５が設けられる。めっき層１５は砥粒１３の保持層として機能する。砥粒１３としては、被切削物より硬度が高いものであれば特に限定されない。めっき層１５は、銅、亜鉛、銀などの金属が使用可能であるが、銅が最も好ましい。めっき層１５のビッカース硬度が６０ＨＶ〜２００ＨＶであることが望ましく、８０ＨＶ〜１８０ＨＶであることがより好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面に導電性を有する芯線と、前記芯線の外周に設けられる砥粒と、前記芯線の外周に形成され、前記砥粒を保持するめっき層とを具備し、
前記めっき層が銅めっき、亜鉛めっき、銀めっきのいずれかにより形成され、前記めっき層のビッカース硬度が６０ＨＶ以上２００ＨＶ以下の範囲に含まれることを特徴とする多結晶シリコン切削用ワイヤ工具。
【請求項２】
前記めっき層が銅めっきであることを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコン切削用ワイヤ工具。
【請求項３】
前記砥粒は、前記砥粒の表面の一部にパラジウムが付着したダイヤモンド砥粒、酸化アルミニウム系砥粒、または炭化ケイ素系砥粒のいずれかで構成され、前記砥粒の平均粒径が２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多結晶シリコン切削用ワイヤ工具。
【請求項４】
前記めっき層の厚みが、前記砥粒の平均粒径の１/４以上３/４以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の多結晶シリコン切削用ワイヤ工具。
【請求項５】
少なくとも表面に導電性を有する芯線と、前記芯線の外周に設けられる平均粒径２０μｍ以下の砥粒と、前記砥粒を保持し、ビッカース硬度が６０ＨＶ以上２００ＨＶ以下の金属のめっき層を具備するワイヤ工具を用いて、多結晶シリコンを切断して、多結晶シリコンから切り出されたウエハの表面粗さＲａは０．５μｍ以下で、３点曲げ試験によるウエハの強度が１００ＭＰａ以上とすることを特徴とする多結晶シリコンの切断方法。
【請求項６】
前記めっき層の厚みが、前記砥粒の平均粒径の１/４以上３/４以下であることを特徴とする請求項５に記載の多結晶シリコンの切断方法。
【請求項７】
前記砥粒の表面の一部にパラジウムを付着させ、前記砥粒を保持する前記めっき層が銅めっきであるワイヤ工具を用いることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の多結晶シリコンの切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコンを切断するための多結晶シリコン切削用ワイヤ工具および、これを用いた多結晶シリコンの切断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多結晶シリコンをはじめ、硬脆材料を切断するためには、ワイヤ工具が用いられてきた。例えば、鋼線ワイヤを用いて、砥粒を含むスラリを供給しながら、加工対象をスライスする方法（遊離砥粒加工）があった。
【０００３】
しかし、このような方法では、砥粒や被切削物の切断屑を多量に含んだ研削廃液が発生する。したがって、この処理が必要になるとともに、環境負荷も大きいという問題がある。さらに、砥粒が鋼線ワイヤと被切削物との間に存在した場合にのみ加工が行われるため、ウエハ１枚を切り出すためのワイヤ使用量が非常に多くなり、切断効率が極めて悪いという問題があった。
【０００４】
これに対し、ピアノ線のような高強度を持つ芯線に砥粒を予め固定したワイヤ工具を用いることがある。この場合において、例えば、芯線等の外周部に砥粒を熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂で保持する方法がある（特許文献１）。
【０００５】
また、金属芯線の外周部に砥粒をニッケルめっきで保持したワイヤ工具を用いる方法がある（特許文献２）。なお、ニッケルめっきで砥粒を保持した場合、砥粒の先端部を露出させるか、もしくは砥粒の先端を揃えるために、砥粒上のめっき層を、砥石などを用いてドレッシングを行った後に、ワイヤ工具を使用することがある。
【０００６】
このように、硬脆材料を切断するためには、環境負荷低減、および切断効率の改善を考慮すると、遊離砥粒加工よりも芯線に砥粒が固定された固定砥粒加工が望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３０７８０２０号公報
【特許文献２】特許第４１３９８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の方法は、多量の廃液の処理は不要であるものの、砥粒の保持力が必ずしも高くない。このため、切断加工中に砥粒が脱落し、切削効率が悪くなる恐れがある。そのため、被切削物を効率よく切断するためには、ワイヤの使用量を多くする必要がある。
【０００９】
さらに、被切削物を加工している際、ワイヤ工具は高速で走行するため、加工部には研削液（冷却液）をかけながら行うものの、高い摩擦熱が生じる。この摩擦熱により砥粒を保持している樹脂が軟化する恐れがある。樹脂が軟化することで、砥粒の保持力が弱まり、さらに切断効率が悪くなる。このため、ワイヤの使用量を多くせざるを得なくなり、ウエハ１枚を切り出すコストが上がってしまう恐れがある。
【００１０】
また、特許文献２の方法は、砥粒をニッケルめっきで固定しているため、砥粒を保持するめっき層が硬く、砥粒の保持力は極めて高いため、加工中の砥粒の脱落を防止できる。このため、ウエハを切り出すためのワイヤ使用量を減らすことができる。しかし、多結晶シリコンの切断時に、特に結晶の界面部分での加工においても、被切削物とワイヤ工具（砥粒）間に大きな負荷がかかった際に、砥粒が脱落することなく、強引に被切削物へ加工が進む。その際、被切削物に大きな傷や、むしれ傷等を付けてしまう恐れがある。被切削物にこのような傷が付くと、切り出されたウエハの面精度が落ちるだけでなく、ウエハの強度が低下する。このため、ウエハを製品として使用できなくなる恐れがある。
【００１１】
さらに、砥粒は粒度分布を持ち粒径に一定のばらつきがある状態で芯線上に強固に固定されており、固定された砥粒の中で最も突き出した砥粒が加工をすることになる。このように単一の砥粒に負荷がかかると、切れ味は良好であるが、切り出されたウエハの表面粗さは悪化してしまい、切り出されたウエハの強度も低下する恐れがある。
【００１２】
また、金属芯線の外周部に砥粒をニッケルめっき層で保持したワイヤ工具の場合、ニッケルやチタンといった金属が表面に存在した砥粒を用いることが一般的である。このような砥粒を使うと、砥粒表面に導電性が付与されるため砥粒上にもめっき層が形成され、砥粒を強固に固定することができる。しかし、ワイヤ工具をそのまま使用すると、砥粒先端部のめっきが摩耗して砥粒が露出するまでに時間を要し、砥粒が切断能力を発揮するまでの時間を要する。また、めっきが摩耗する間は、ワイヤ工具本来の切れ味を発揮することができず、切削開始時に被切削物との間に滑りが生じる。このため、被切削物の厚さばらつきや、そりが発生する恐れがある。
【００１３】
一方、砥粒の先端部を露出させ、砥粒の先端部を揃えるために、硬脆材料の切削の前に、砥石を用いドレッシングを行う方法がある。しかし、砥粒上のニッケルめっきに対しドレッシングを行う場合は、ニッケルめっきが硬く、ドレッシングに時間を要するため、生産性が落ちる。また、ドレッシング時に砥粒に過度の負荷がかかり、砥粒の脱落や固着強度の低下を招く恐れがある。砥粒の脱落や固着強度の低下が生じると、本来の切れ味が発揮できなくなり、切断効率が悪くなる上、切断精度も悪くなる。また、砥粒の先端部を揃えるためには、さらに砥粒を削る必要があり、非常に長い時間を要するため生産性が落ちてしまう。
【００１４】
このように、多結晶シリコンの切断において、ニッケルメッキで砥粒が固定されたワイヤ工具を用いると、切り出されたウエハに大きな傷がついてしまい、切り出されたウエハの表面粗さが大きくなり、ウエハ表面の傷が原因でウエハ強度が劣る要因となる。このため、多結晶シリコンの切断に対しては、現在でも遊離砥粒加工が最も多く使用されているのが現状である。
【００１５】
しかし、遊離砥粒加工は、ウエハの表面粗さが小さく、ウエハ強度を保ったままウエハを切り出すことは可能であるが、前述したように、砥粒や切削物の切断屑を多量に含んだ研削廃液が発生し、環境負荷、作業負荷が大きくなるという問題がある。また、被切削物と芯線の間に砥粒が存在した場合に加工するという切断方式のため、鋼線ワイヤと砥粒の使用量が多くなり、切断効率が非常に悪い。そのため生産性が悪く、ウエハ１枚に使用するワイヤ使用量と時間、及び切削廃液の処理などを含めるとトータルコストがあがる恐れがある。
【００１６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、多結晶シリコンの切断加工において、高い切断効率を持ちつつ、切り出されたウエハに大きな傷を付けることなく表面の仕上がりに優れ、ウエハの強度も十分な状態で切断可能な多結晶シリコン用ワイヤ工具及び多結晶シリコンの切断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前述した目的を達するために第１の発明は、少なくとも表面に導電性を有する芯線と、前記芯線の外周に設けられる砥粒と、前記芯線の外周に形成され、前記砥粒を保持するめっき層とを具備し、前記めっき層が銅めっき、亜鉛めっき、銀めっきのいずれかにより形成され、前記めっき層のビッカース硬度が６０ＨＶ以上２００ＨＶ以下の範囲に含まれることを特徴とする多結晶シリコン切削用ワイヤ工具である。
【００１８】
前記めっき層が銅めっきであり、前記めっき層のビッカース硬度が８０ＨＶ以上２００ＨＶ以下の範囲に含まれることが望ましい。
【００１９】
前記砥粒は、前記砥粒の表面の一部にパラジウムが付着したダイヤモンド砥粒、酸化アルミニウム系砥粒、または炭化ケイ素系砥粒のいずれかで構成され、前記砥粒の平均粒径が２０μｍ以下であることが望ましい。
【００２０】
前記めっき層の厚みが、前記砥粒の平均粒径の１/４以上３/４以下であることが望ましい。めっき層の厚みを、砥粒の平均粒径の１/３以上３/５以下とすることが、砥粒の保持力と切断精度との関係上さらに好ましい。
【００２１】
第１の発明によれば、芯線に砥粒を固定する砥粒保持手段として金属めっきが使用されているため、砥粒を樹脂で固定した場合に比べ、砥粒を強固に固定することができる。また、砥粒が強固に固定されているので、加工中の砥粒の脱落が少なく、切断効率が上がり、加工時間が短く、ワイヤの使用量も少なくて済む。さらに、樹脂に比べ、金属めっきは耐熱性が非常に優れ、熱によって砥粒の保持力が低下することはない。
【００２２】
また、従来のめっき層として用いられているニッケルめっきと比べると、本発明のめっき層の硬度は低い。そのため、多結晶シリコンを切断中に、砥粒が加工部に押し当てられた際、砥粒自身がめっき層の弾性変形により、砥粒がめっき層内でめっき層の弾性変形に追従して僅かに動くことができる。このため、突出した砥粒はめっき層内に押し込まれて砥粒の先端が揃いやすい。したがって、同時に多数の砥粒を加工に寄与させることができ、砥粒一つにかかる力を軽減することで被切削物の表面精度を向上することができる。
【００２３】
また、多結晶シリコンの結晶の界面のような、硬度が異なる部分を切断する際に、被切削物とワイヤ工具（砥粒）間に大きな負荷がかかる場合がある。その際に、強引に切削を行わずに、砥粒を先に脱落させることにより、切り出されたウエハに大きな傷やむしれ傷を付けないで加工することが可能になり、ウエハとしての強度も保ったままウエハを切り出すことができる。このような効果は、めっき層のビッカース硬度が６０ＨＶ以上２００ＨＶ以下の範囲、特にめっき層が銅めっきで、８０ＨＶ以上２００ＨＶ以下の範囲である場合に、より確実に得ることができる。
【００２４】
また、砥粒の表面にパラジウムを付着させることで、パラジウムの電位が貴なため、銅めっきと砥粒との密着性を向上させることができる。
【００２５】
また、めっき層の厚みを、砥粒の平均粒径の１/４以上３/４以下とすることで、砥粒の保持力を十分に確保することができる。また、砥粒の突出量を適正に確保することができるため、工具寿命を延ばし、過剰にめっき層を厚くする必要がない。めっき層の厚みを、砥粒の平均粒径の１/３以上３/５以下とすることが、砥粒の保持力と切断精度との関係上さらに好ましい。
【００２６】
第２の発明は、少なくとも表面に導電性を有する芯線と、前記芯線の外周に設けられる平均粒径２０μｍ以下の砥粒と、前記砥粒を保持し、ビッカース硬度が６０ＨＶ以上２００ＨＶ以下の金属のめっき層を具備するワイヤ工具を用いて、多結晶シリコンを切断して、多結晶シリコンから切り出されたウエハの表面粗さＲａは０．５μｍ以下で、３点曲げ試験によるウエハの強度が１００ＭＰａ以上とすることを特徴とする多結晶シリコンの切断方法である。
【００２７】
前記めっき層の厚みが、前記砥粒の平均粒径の１/４以上３/４以下であることが好ましい。
【００２８】
前記砥粒の表面の一部にパラジウムを付着させ、前記砥粒を保持する前記めっき層が銅めっきであるワイヤ工具を用いることが望ましい。
【００２９】
第２の発明によれば、砥粒を保持するめっき層の硬度が適正であるため、砥粒の脱落を防止することが可能である。特に、砥粒の表面の一部にパラジウムが存在することで、砥粒と銅めっきとの密着力を向上させることができる。
【００３０】
また、切削中に砥粒自身がめっき層内で弾性的に動くことができるため、砥粒によってウエハに大きな傷やむしれ傷を付けないで加工することが可能となる。このため、切り出されたウエハの表面粗さＲａを０．５μｍ以下とし、３点曲げ試験におけるウエハの強度１００ＭＰａ以上を確保することが可能になる。なお、切り出されたウエハの表面粗さＲａが０．４μｍ以下であれば、より確実に、３点曲げ試験におけるウエハ強度１００ＭＰａ以上を確保することが可能になるため望ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、多結晶シリコンの切断加工において、高い切断効率を持ちつつ、切り出されたウエハに大きな傷を付けることなく表面の仕上がりに優れ、ウエハの強度も十分な状態で切断可能な多結晶シリコン用ワイヤ工具及び多結晶シリコンの切断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】切断装置１を示す図。
【図２】ワイヤ工具７の断面図。
【図３】（ａ）は、砥粒１３の外周面の全面に金属層１７を設けた状態を示す断面図、（ｂ）は、砥粒１３の外周面の一部に金属層１７を設けた状態を示す断面図。
【図４】ワイヤ工具製造装置２０を示す概略図。
【図５】ウエハ３５の強度を測定する方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（切断装置）
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、切断装置１を示す概略図である。切断装置１は、切断対象物であるインゴット３をスライス加工するものである。切断装置１には、インゴット３を保持する保持部５と、ワイヤ工具７を移動させるための多溝を有するローラ９と、保持部５およびローラ９を駆動するための図示を省略したモータ等から構成される。
【００３４】
切断装置１では、ローラ９の外周に、所定の張力が付与された状態でワイヤ工具７が多数回巻回される。ワイヤ工具７は一方の側から送られ（図中矢印Ａ方向）、他方の側から巻き取られる（図中矢印Ｂ方向）。駆動モータによってローラ９を可逆回転することにより、ワイヤ工具７をローラ９間で往復動させることができる。
【００３５】
多結晶シリコンのインゴット３を保持部５で保持させた状態で、ワイヤ工具７の移動方向に対して垂直に移動させる（図中矢印Ｃ方向）。保持部５に所定の荷重を付与し、インゴット３をワイヤ工具７に接触させることで、ワイヤ工具７によりインゴット３が切断される。すなわち、インゴット３を一度に多数枚の加工物にスライス切断することができる。なお、本発明の切断方法は、図示した例に限られず、本発明によるワイヤ工具を用いて行う切断加工にはすべて適用可能である。
【００３６】
（ワイヤ工具）
次に、ワイヤ工具７について説明する。図２はワイヤ工具７の軸方向に垂直な方向の断面を示す図である。ワイヤ工具７は、主に芯線１１、砥粒１３、めっき層１５等から構成される。
【００３７】
芯線１１は、高強度で導電性を有する金属線、もしくは高強度で導電性被覆層を有した非金属線である。金属線としては、例えばピアノ線、ステンレス鋼線、タングステン線、モリブデン線などである。導電性被覆層を有する非金属線の素材としては、ガラスファイバ、アラミド繊維、炭素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維などを用いることができる。
【００３８】
ここで、非金属線を芯線として使用する場合は、芯線の外周面に導電性を付与するため、ガラスファイバや高分子の繊維に、無電解めっきにより金属めっきを行なって芯線の表面導電層を形成することができる。あるいは、芯線の外周面に導電性高分子を使用するか、または導電性材料を高分子に含有させたりして導電性を付与することができる。
【００３９】
なお、この中では特にピアノ線が最も好ましい。芯線１１の線径は、被切削物により適宜選択することができる。また、芯線１１の表面には防錆のため、薄い真鍮か銅がめっきされていることが好ましい。
【００４０】
芯線１１の外周には、砥粒１３およびめっき層１５が設けられる。めっき層１５は砥粒１３の保持層として機能する。砥粒１３としては、被切削物より硬度が高いものであれば特に限定されないが、多結晶シリコン切削用ワイヤ工具としては、ダイヤモンドの他に、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）系（例えば、Ａ：褐色アルミナ質、ＷＡ：白色アルミナ質）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）系（例えば、ＧＣ：緑色炭化ケイ素質、Ｃ：黒色炭化ケイ素質）などが挙げられる。硬度としてはダイヤモンド＞炭化ケイ素（ＳｉＣ）系＞酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）系である。
【００４１】
砥粒１３の種類は、切断効率と切断精度のバランスで使い分けることができる。砥粒１３の硬度が高いほど、砥粒１３の摩耗が少なくなりワイヤの使用量を減らすことができる。一方で、砥粒の硬度が低いほど、被切削物に負荷がかかりにくくなるため、切断精度が向上する。
【００４２】
また、砥粒１３の平均粒径は被切削物や芯線１１によって適宜変更される。但し、砥粒１３の平均粒径が大きくなると、被切削物へ大きな傷が生じる恐れがある。例えば、切断されたウエハの表面粗さＲａを０．５μｍとするためには、砥粒１３の平均粒径は２０μｍ以下であることが望ましい。なお、ワイヤ工具として使用するためには、砥粒１３の平均粒径は、３μｍ以上であることが望ましい。砥粒１３の平均粒径が小さすぎると、切削効率が落ちるためである。
【００４３】
なお、本発明における砥粒１３の平均粒径は、一般的なレーザー回折式粒子径分布測定装置（例えば島津製作所製ＳＡＬＤ−２３００）によって測定された分布の平均粒径（算術平均粒径）とする。
【００４４】
図３（ａ）は、砥粒１３を示す断面概念図である。図３（ａ）に示すように、砥粒１３の表面には、金属層１７が設けられることが好ましい。金属層１７は、芯線１１と砥粒１３の固着を強固にするためのものである。金属層１７はいかなる金属でも良く、例えばニッケル、チタン、パラジウムが挙げられる。砥粒１３の表面に金属層１７が存在することで、砥粒１３上にめっき層１５が形成されるため、砥粒１３と芯線１１の密着性が向上する。
【００４５】
なお、ニッケルやチタンは表面に不動態膜を形成するため、めっき層１５が銅の場合には、銅との密着性が弱く、砥粒１３の保持力が不十分になる可能性がある。これに対し、パラジウムは、不動態膜を形成しないため銅との密着が良い。したがって、ニッケルやチタンに比べ、銅めっきとの相性が良いパラジウムが最も好ましい。
【００４６】
砥粒１３への金属層１７の形成方法は特に限定されないが、無電解めっきやスパッタリングなどがある。例えば、パラジウムの付着方法としては、一般的な無電解めっきの前処理を用いればよく、キャタリスト・アクセレレータ法などが挙げられる。なお、金属層１７は、図３（ａ）に示したように、砥粒１３の外周面を完全に被覆してもよいが、図３（ｂ）に示したように、砥粒１３を完全に被覆しなくてもよく、少なくともその一部に形成されていればよい。例えば、金属層１７は島状に分布、もしくは、部分的に膜状に分布していれば良く、砥粒１３の表面積の５０％より多く覆っていることが好ましい。
【００４７】
また、めっき層１５は、銅、亜鉛、銀などの金属が使用可能であるが、銅が最も好ましい。めっき層１５のビッカース硬度が６０ＨＶ以上２００ＨＶ以下であることが好ましく、８０ＨＶ以上１８０ＨＶ以下であることがより好ましい。めっき層１５の硬度が６０ＨＶより小さいと、砥粒１３の保持力が不十分になり、加工中に脱落する砥粒が多くなってしまう。めっき層１５の硬度が２００ＨＶより大きいと、砥粒１３の保持力は十分であるが、めっき層１５の金属が硬く、ウエハを傷つけてしまう恐れが多くなる。また、８０ＨＶ以上であると、めっき層の硬さが６０ＨＶの場合より確実に砥粒を保持できるのでより好ましい。
【００４８】
なお、めっき層１５のビッカース硬度の測定方法は、ＪＩＳ  Ｚ２２４４に準じて測定した値を採用している。各金属をめっきする際のめっき浴としては特に限定されなく、例えば、銅めっきであれば、硫酸銅、硫酸、光沢剤を含む硫酸銅浴などが挙げられる。
【００４９】
めっきの硬度はめっき浴の種類、光沢剤の種類や添加量、めっき条件で変化させることが可能である。めっき層１５の厚さとしては砥粒１３の平均粒径の１／４以上３／４以下が好ましい。めっき層１５の厚さが砥粒１３の平均粒径の１／４より小さいと、砥粒１３の保持力が不十分になり、加工中に砥粒の脱落が増え、ワイヤの使用量を増やさざるを得ない。めっき層１５の厚さが砥粒１３の平均粒径の３／４よりも大きいと、めっき層１５からの砥粒１３の突出量が少なくなるため、工具寿命が短くなる上、めっき層１５の形成に時間を要し生産性が落ちてしまう。より好ましくは、平均粒径の１／３以上３／５以下である。平均粒径の１／３以上３／５以下とすれば、保持力を十分確保した上で、砥粒の表面の突出量を確保でき、保持力と切断精度のバランスに優れることになる。
【００５０】
めっき層１５は砥粒１３を完全に覆うことが望ましいが、砥粒１３の先端部を出した状態でめっき層１５を形成することも可能である。砥粒１３をめっき層１５で完全に覆った場合、そのままワイヤ工具７を使用してもめっき層１５が硬くないため、即座に砥粒１３の先端部が露出し工具本来の切れ味を発揮できる。なお、加工前に砥石を用いたドレッシングにより、砥粒１３の先端部のめっきを排除することも可能である。その場合、めっき層１５が硬くないため、ドレッシングに要する時間が短い為、生産性を落とすことなくワイヤ工具７を製造できる。ドレッシングの方法としては、一度巻き取ったワイヤ工具に対して、アルミナ等のダミーの砥石を切削する方法がある。
【００５１】
（製造方法）
次に、ワイヤ工具７の製造工程を説明する。図４は、ワイヤ工具製造装置２０を示す概略図である。まず、芯線１１を製造する。芯線１１は、例えばピアノ線などの金属線であれば、そのまま使用することができる。また、ガラス線などの非金属線の場合には、あらかじめ外周面に導電性被覆層が設けられる。なお、ピアノ線を用いる場合にも、前述したように、外周面に銅めっき等を形成しておくことが望ましい。
【００５２】
次に、芯線１１を脱脂槽２１に送る（図中矢印Ｆ方向）。脱脂槽２１は、例えば水酸化ナトリウム水溶液が蓄えられた槽であり、芯線１１の外表面に付着している油分等の汚れが除去される。水洗槽２３では、表面に付着している脱脂槽２１の薬液等が洗浄される。
【００５３】
めっき槽２５は、芯線１１に電解めっきを行い、砥粒１３を電着するための槽である。めっき槽２５は、たとえば銅を溶解した溶液に砥粒１３を分散させた銅浴である。なお、砥粒１３には、予め金属層１７が形成される。めっき槽２５を通過する芯線１１には、陰極２９が接続される。また、めっき槽２５には陽極３１が浸漬される。陰極２９と陽極３１は、図示を省略した電源に接続される。以上により、所望の厚さのめっき層１５が形成される。
【００５４】
めっき層１５で砥粒１３が保持された状態で、水洗槽２７で余分な薬剤等を洗浄し、巻き取り装置３３で巻き取られて（図中矢印Ｇ方向）、ワイヤ工具７が製造される。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、芯線１１に砥粒１３を固定する砥粒保持手段として金属めっきが使用され、めっき層１５のビッカース硬度が６０ＨＶ以上であるため、砥粒１３を樹脂で固定した場合に比べ、砥粒１３を強固に保持することができる。このため、加工中の砥粒１３の脱落が少ない。したがって、被削材の切断効率が上がり、加工時間が短く、ワイヤの使用量も少なくて済む。さらに、金属製のめっき層１５は、樹脂に比べ、耐熱性に非常に優れ、熱によって砥粒１３の保持力が低下することはない。
【００５６】
また、めっき層１５のビッカース硬度が２００ＨＶ以下であるため、例えば従来のニッケルめっきと比較して、硬度が低い。そのため、被削材の切断中に砥粒１３が加工部に押し当てられた際、砥粒１３自身がめっき層の弾性変形により、砥粒がめっき層１５内でめっき層の弾性変形に追従して僅かに動く。このため、突出した砥粒１３はめっき層１５内に押し込まれて砥粒１３の先端が揃いやすい。このため、同時に複数の砥粒１３を加工に寄与させることができ、一つの砥粒１３にかかる力を軽減することができる。特に、多結晶シリコンは、結晶界面が存在するため傷つきやすく、めっき層１５のビッカース硬度を２００ＨＶ以下することによる効果が大きい。すなわち、本発明のワイヤ工具７は、多結晶シリコンを切削するのに特に適している。
【００５７】
また、砥粒１３の表面にパラジウムなどの金属層１７を形成することで、めっき層１５と砥粒１３との密着性を向上させることができる。
【００５８】
また、めっき層１５の厚みが、砥粒１３の平均粒径の１/４以上であるため、十分な砥粒１３の保持力を得ることができる。このため、切削中の砥粒１３の脱落を抑制することができる。また、めっき層１５の厚みが、砥粒１３の平均粒径の３/４以下であるため、めっき層１５からの砥粒１３の突出代を確保することができる。このため、工具寿命を確保することができる。また、めっき層１５を過剰に厚くする必要がないため、生産性が良好である。ここで、望ましくは、砥粒の保持力と切断精度の関係上、めっき層の厚さは平均粒径の１／３以上、３／５以下であることがさらに望ましい。
【実施例】
【００５９】
本発明にかかるワイヤ工具と、従来の、砥粒がニッケルめっき層で固定されたワイヤ工具、及び、砥粒が樹脂で固定されたワイヤ工具とを用いて、ワイヤ使用量、切り出されたウエハの表面粗さＲａ、ウエハ強度について比較した。
【００６０】
（実施例１）
本発明にかかるワイヤ工具は以下のように製造した。直径１２０μｍのピアノ線上に銅めっきが１μｍ被覆された芯線に、平均粒径９．６μｍのダイヤモンドを銅めっき層５．０μｍ形成し固定した。ダイヤモンドは、キャタリスト・アクセレレータ法で、表面にパラジウムを担時した。このダイヤモンドを硫酸銅、硫酸、光沢剤で構成されためっき浴に添加し複合めっきをすることで、ダイヤモンド砥粒を取り込みながらめっき層を形成した。このワイヤ工具のめっき層のビッカース硬度を測定したところ、８０ＨＶであった。
【００６１】
（実施例２〜３）
また、実施例２、実施例３は光沢剤の量を変えることで硬度を調整した他は、実施例１と同様にして製造した。実施例２、実施例３のそれぞれのめっき層のビッカース硬度を測定したところ、１４２ＨＶ、１９６ＨＶであった。また、本発明では、実施例２に硫酸塩浴を用いたが、硫酸塩浴に変えて、シアン化物浴を用いることも可能である。
【００６２】
（実施例４〜５）
実施例４、実施例５はめっき層をそれぞれ亜鉛、銀にしたもの（ビッカース硬度：９１ＨＶ、１０９ＨＶ）以外、実施例１と同様に製造した。
【００６３】
（実施例６〜７）
実施例６、実施例７は砥粒をダイヤモンドからアルミナ（ＷＡ）、炭化ケイ素（ＧＣ）に変え、その他は実施例２と同様に製造した。
【００６４】
（実施例８〜９）
実施例８、実施例９は、ダイヤモンド表面にパラジウムに代えて、ニッケル、チタンにした他は実施例２と同様にした。なお、ニッケルは無電解めっき、チタンはスパッタリングでダイヤモンド表面に金属層を形成した。
【００６５】
（実施例１０〜１１）
実施例１０、実施例１１はめっき層の厚みを３．５μｍ、６．５μｍにした他は実施例２と同様に製造した。
【００６６】
（比較例１〜２）
また、比較例１、比較例２は、めっき層をニッケルで形成した以外、実施例１と同様に製造した。それぞれのビッカース硬度は２６１ＨＶ、４１２ＨＶであった。なお、めっき浴はスルファミン酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸と添加剤で構成されたスルファミン酸浴を用いた。比較例１と比較例２は添加剤の量を変えてビッカース硬度を変化させた。
【００６７】
（比較例３）
比較例３はめっき層を樹脂（フェノール樹脂）にした以外、実施例１と同様の構成にした。なお、樹脂で形成したため、硬度が低すぎて、同一条件でビッカース硬度を測定することができなかった、
【００６８】
（比較例４〜５）
比較例４、比較例５は、めっき厚を２．０μｍ、８．０μｍにした他は実施例２と同様に製造した。
【００６９】
本発明のワイヤ工具（実施例）と、従来のワイヤ工具（比較例）を用いて、多結晶シリコンの切削を行った。多結晶シリコンは１５６ｍｍ角の直方体形状のインゴット６０ｍｍを用いた。切削条件としては、切断ピッチ０．３５ｍｍの溝にワイヤ工具を巻き付け、線速度８００ｍ／ｍｉｎで、往復サイクルを１分/サイクルで運動させながら多結晶シリコンインゴット切断した。なお、切削時にはワイヤ工具に対して２５Ｎのテンションを付与した。また、切り粉の排出と加工部分の冷却のために加工部分に研削液をかけながら加工を行った。被切削物の押付け速度を一定にし、たわみによりワイヤの供給量を調整し、使用したワイヤ工具の量から１枚当たりのワイヤ使用量を算出した。
【００７０】
また、切出されたウエハに対し、切始め側と切終わり側でそれぞれ１０枚ずつ計２０枚選出し、表面粗さＲａとウエハ強度を測定し、その平均値を算出した。表面粗さは、触針式表面粗さ測定器にて、切断方向（ワイヤソーが食い込む方向）の表面粗さＲａを測定して、その平均値をＲａとした。図５は、ウエハ強度の測定方法を示す図である。ウエハ強度は、ウエハの３点曲げにより評価した。試験体であるウエハ３５を支点３７上に配置し、中心に荷重を付与した（図中矢印Ｉ）。支点３７間の距離（図中Ｈ）は１２０ｍｍとした。ウエハ３５の中心に２０ｍｍ／分の速度で荷重をかけ、ウエハ３５が割れたときの荷重を測定した。測定は表面粗さを測定した２０枚全てに対して行い、その平均値を採用した。これらの結果を以下の表１〜表４に示す。
【００７１】
【表１】
2014188655.tif 000003
【００７２】
表１から、実施例１〜実施例５は、比較例１、比較例２と比べ、ワイヤ使用量が同等もしくはやや多い結果となったものの、得られたウエハの表面粗さが格段に向上した。これはニッケルめっきに比べ、加工中に砥粒がめっき層内に弾性領域で動くことで砥粒の先端が揃ったことと、大きな負荷がかかった際に砥粒が脱落し、ウエハに大きな傷を付けなかった効果と考えられる。また、実施例１〜実施例５は、ウエハの表面粗さが向上した結果、ウエハ強度が比較例１、比較例２と比べ４割以上向上した。このことからウエハに大きな傷が付かずに切断できていたことがわかる。
【００７３】
一方、比較例３は、実施例１〜実施例５と同等の表面粗さ、ウエハ強度であったが、樹脂で砥粒を固定したため、砥粒の脱落が多く、ワイヤ使用量が、実施例１〜実施例６の３〜４倍程度必要であった。
【００７４】
なお、実施例１〜実施例５を比較すると、めっき層の金属の違いでは、表面粗さ、ウエハ強度ともに銅めっきが最も優れており、亜鉛めっき、銀めっきも、良好な結果となっている。このように、本発明では、ウエハの表面粗さが０．５μｍ以下、３点曲げ試験におけるウエハの強度が１００ＭＰａ以上のウエハを得ることができた。
【００７５】
【表２】
2014188655.tif 000004
【００７６】
次に、表２には、砥粒の違いによる評価結果を示す。砥粒の違いによる結果を見ると、ダイヤモンド（実施例２）に比べ、アルミナ、炭化ケイ素を用いた場合には、ワイヤ使用量は若干増えるものの表面粗さ、ウエハ強度は同等以上の結果になった。ワイヤの使用量が増えたのは砥粒の硬度が落ちた分、摩耗が早くなったためと考えられる。表面粗さ、ウエハ強度が良好な結果を示したのは、多結晶シリコンに対し、切削時の負荷が小さくなったためと考えられる。このように、砥粒としては、必要に応じて、ダイヤモンド、アルミナ、炭化ケイ素から適宜選択すればよい。
【００７７】
【表３】
2014188655.tif 000005
【００７８】
次に、表３には、砥粒表面の金属層の金属についての評価結果を示す。砥粒表面の金属層の金属をニッケル、チタンとした際の切断結果を見ると、パラジウムを用いた場合（実施例２）と比較して、ワイヤ使用量が少し増え、得られたウエハの表面粗さ、ウエハ強度も若干悪化する結果となった。但し、ウエハの表面粗さもウエハ強度も一定以上（ウエハの表面粗さが０．５μｍ以下、３点曲げ試験におけるウエハ強度が１００ＭＰａ以上）の結果を得ることができた。これは、パラジウムを用いた場合と比較して、ニッケル、チタンを用いた場合には砥粒の保持力が若干落ちたためと考えられる。
【００７９】
【表４】
2014188655.tif 000006
【００８０】
次に、表４には、めっき厚による評価結果を示す。めっき厚を３．５μｍ、８．５μｍにした実施例１０、実施例１１は良好な結果を示しているが、めっき厚が２．０μｍである比較例４は、ワイヤ使用量が増え、表面粗さも悪化した。これは砥粒の保持力が低下しワイヤ量を増やさざるを得なくなり、また、脱落した砥粒がウエハを傷つけたためと考えられる。また、めっき層の厚さを８．０μｍにした比較例５は、表面粗さ、ウエハ強度は良好な結果を示しているが、砥粒の大部分が埋まったため、ワイヤ工具としての寿命が短くなり、結果的にワイヤ使用量が増える結果となった。
【００８１】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００８２】
１………切断装置
３………インゴット
５………保持部
７………ワイヤ工具
９………ローラ
１１………芯線
１３………砥粒
１５………めっき層
１７………金属層
２０………ワイヤ工具製造装置
２１………脱脂槽
２３………水洗槽
２５………めっき槽
２７………水洗槽
２９………陰極
３１………陽極
３３………巻き取り装置
【図１】
2014188655.tif 000007
【図２】
2014188655.tif 000008
【図３】
2014188655.tif 000009
【図４】
2014188655.tif 000010
【図５】
2014188655.tif 000011