(57)【要約】【課題】切削加工の初期段階から切れ味が良好で、加工能率及び加工精度に優れた固定砥粒ワイヤを提供する。【解決手段】固定砥粒ワイヤ１０は、柔軟性を有する金属製のワイヤ１１と、表面の一部に形成された導電性の被覆層１２の一部をワイヤ１１の外周面に密着させた状態で第一電着層１３によって仮固着された超砥粒の一つであるダイヤモンド砥粒１４と、ダイヤモンド砥粒１４をワイヤ１１の外周面に固着するためワイヤ１１の外周面の電着層１３及びダイヤモンド砥粒１４の被覆層１２を被覆する第二電着層１５と、を備えている。被覆層１２はＮｉで構成され、第一電着層１３及び第二電着層１５はそれぞれＮｉメッキによって形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が導電性を有する柔軟なワイヤと、表面の一部に形成された導電性の被覆層の一部が前記ワイヤの外周面に密着した状態で第一電着層によって仮固着された超砥粒と、前記超砥粒を前記ワイヤの外周面に固着するため前記ワイヤの外周面の第一電着層及び前記超砥粒の被覆層を被覆する第二電着層と、を備えたことを特徴とする固定砥粒ワイヤ。
【請求項２】
前記被覆層を前記超砥粒の特定結晶面に形成したことを特徴とする請求項１記載の固定砥粒ワイヤ。
【請求項３】
前記超砥粒の表面積の２０％〜８０％の領域に前記被覆層を形成したことを特徴とする請求項１または２記載の固定砥粒ワイヤ。
【請求項４】
前記被覆層の厚みが２μｍ〜２０μｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の固定砥粒ワイヤ。
【請求項５】
超砥粒の表面の一部に導電性の被覆層を形成する工程と、少なくとも表面が導電性を有する柔軟なワイヤの外周面に前記被覆層の一部が密着した状態で前記超砥粒を前記外周面に第一電着層で仮固着する工程と、前記ワイヤ外周面の電着層及び前記超砥粒の被覆層を第二電着層で被覆する工程と、を備えたことを特徴とする固定砥粒ワイヤ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池、半導体シリコン、磁性体、サファイア、ＳｉＣなどの結晶系材料のスライス加工に用いる固定砥粒ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンインゴットなどをスライス加工する際に使用される固定砥粒ワイヤには、砥粒がレジンボンドで固着されたレジンワイヤと、砥粒が電着で固着された電着ワイヤとがある。レジンワイヤは、切断面の面粗さなどが良好であり、加工精度が優れている反面、電着ワイヤに比べると、加工能率が劣るという問題がある。一方、電着ワイヤは、レジンワイヤに比べ、加工能率は高いが、切断面の面粗さが悪く、また、製造に長時間を要し、コストが高いという問題がある。
【０００３】
このような問題を解決するものとして、例えば、特許文献１〜３に記載された固定砥粒ワイヤがある。これらの固定砥粒ワイヤは、Ｎｉ，Ｃｕなどの金属やＴｉＣ，ＳｉＣなどの炭化物を表面全体に被覆した砥粒を電着によってワイヤ外周面に固定することにより、その製造速度を高めたものである。
【０００４】
一方、本出願人は、少なくとも表面が導電性を有するワイヤと、表面の一部に形成された導電性の被覆層の一部がワイヤの外周面に密着した状態で電着層によって仮固着された超砥粒と、超砥粒をワイヤの外周面に固着するためワイヤの外周面の電着層及び超砥粒の被覆層を被覆する合成樹脂層と、を備えた固定砥粒ワイヤを提案している（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１８１６９８号公報
【特許文献２】特開２００４−２７２８３号公報
【特許文献３】特開２００６−１８１７０１号公報
【特許文献４】特開２０１１−１６２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３に記載された固定砥粒ワイヤは、砥粒の表面全体に渡って形成された被覆層の上に電着金属層を形成して製造されるので、電着金属層から露出した砥粒表面の被覆層に他の砥粒が付着し、ワイヤの長さ方向あるいは径方向に砥粒の凝集が生じ、最終製品である固定砥粒ワイヤの外径や砥粒の先端高さのバラツキが大きくなる傾向がある。
【０００７】
砥粒の凝集部分が多くなると、芯線であるワイヤの捩れ強さが低下し、固定砥粒ワイヤの断線が発生し易くなる。また、砥粒の表層に電着層があるため、被削材に切り込み難く、加工能率が低い。このため、被削材であるシリコンウエハにソリが生じたり、厚みのバラツキが大きくなったりするだけでなく、切断面の面粗さも悪くなり、加工精度が低下するという問題もある。また、砥粒先端の電着層が被削材に接触し、ウェハなどの被削材を金属汚染させてしまうことがある。
【０００８】
そこで、被削材への切り込みを良くするため、砥粒表面の被覆層及び電着層を除去しようとすれば、これらの除去作業に多大な手間と時間を要し、コスト上昇を招いてしまう。
【０００９】
また、特許文献３記載の固定砥粒ワイヤについては、砥粒の表面に被覆層が形成されたまま電着金属層に固着されるため、後工程にて、電着金属層から露出した砥粒表面の被覆層を除去する作業が必要であり、この除去作業に多大な時間を要する。また、電着金属層から露出した砥粒表面の被覆層に他の砥粒が付着して砥粒の凝集が生じる。
【００１０】
一方、特許文献４記載の固定砥粒ワイヤは、スライス加工中の断線の発生が少ない点において優れているが、被加工物の種類によっては切れ味が不足する面がある。
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、切削加工の初期段階から切れ味が良好で、加工能率及び加工精度にも優れた固定砥粒ワイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の固定砥粒ワイヤは、少なくとも表面が導電性を有する柔軟なワイヤと、表面の一部に形成された導電性の被覆層の一部が前記ワイヤの外周面に密着した状態で第一電着層によって仮固着された超砥粒と、前記超砥粒を前記ワイヤの外周面に固着するため前記ワイヤの外周面の第一電着層及び前記超砥粒の被覆層を被覆する第二電着層と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
このような構成とすれば、ワイヤの外周面に固着された超砥粒は、被覆層のある部分がワイヤ外周面に密着し、被加工物と接触する先端部には被覆層が無く、当該超砥粒を構成する物質が露出した状態となるため、切れ味が良好となり、優れた加工精度が得られる。また、構成物質が露出状態にある超砥粒は、加工中、被加工物に直接食い込むので、切削加工の初期段階から切れ味が良く、加工能率も良好となる。なお、超砥粒とは、ダイヤモンド、ｃＢＮなどの硬質粒状体をいう。また、前記超砥粒の被覆層はＮｉ，Ｃｕ，ＴｉＣ，ＳｉＣなどで形成することが望ましい。
【００１４】
ここで、前記被覆層を前記超砥粒の特定結晶面に形成すれば、当該被覆層がワイヤの外周面に密着して固着されることにより、超砥粒の結晶方位を揃えることができるため、超砥粒の摩耗速度の均一化を図ることができる。また、超砥粒の摩耗に起因する切れ味の低下率が緩和されるので、工具寿命も延び、コスト削減に有効である。この場合、超砥粒の特定結晶面である１００面若しくは１１１面に被覆層を形成させることが望ましいが、１００面若しくは１１１面を中心に隣り合う結晶面に被覆層が形成されても支障はない。
【００１５】
一方、前記超砥粒の表面積の２０％〜８０％の領域に前記被覆層を形成することが望ましい。このような構成とすれば、超砥粒の表面積の２０％〜８０％の領域に電着層が形成されることにより、残余の８０％〜２０％の領域は超砥粒の構成物質が露出した状態となるため、切れ味が良好となり、優れた加工能率及び加工精度を発揮する。
【００１６】
なお、前記被覆層の領域が２０％未満の場合の場合は超砥粒の第二電着層への固着力が不足し、加工中に砥粒脱落が生じ、また、８０％を超えると超砥粒の被覆層が第二電着層から露出し、超砥粒が凝集したり、被覆層が付着した超砥粒が被削材（ウェハなど）に接触したりして、切れ味の不良や金属汚染を招来するため、前記範囲が好適である。
【００１７】
また、前記被覆層の厚みを２μｍ〜２０μｍの範囲内とすれば、第二電着層への強い固着力が得られ、砥粒固着後の線径の均一化を図ることができる。なお、被覆層の厚みが２μｍ未満であると、第一電着層への固着力が弱くなり、切削加工中の超砥粒の脱落が生じることがあり、２０μｍを超えると第二電着層のメッキ成長が促進され超砥粒が第二電着層中に埋没したり、固定砥粒ワイヤの線径が太くなったりするので、前記範囲が好適である。
【００１８】
次に、本発明の固定砥粒ワイヤ製造方法は、超砥粒の表面の一部に導電性の被覆層を形成する工程と、少なくとも表面が導電性を有する柔軟なワイヤの外周面に前記被覆層の一部が密着した状態で前記超砥粒を前記外周面に第一電着層で仮固着する工程と、前記ワイヤの外周面の電着層及び前記超砥粒の被覆層を第二電着層で被覆する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
このような構成とすれば、超砥粒の被覆層で覆われた部分が内側（ワイヤ軸心側）を向いた姿勢でワイヤ外周面に電着層で固着され、被覆層で覆われていない部分が外側へ露出した形状の固定砥粒ワイヤが形成される。これにより、切削加工中、超砥粒の露出部分が直接被加工物に接触して切削が行われるため、切削加工の初期段階から切れ味が良好で、加工能率及び加工精度も優れた固定砥粒ワイヤを得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、切削加工の初期段階から切れ味が良好であり、加工能率及び加工精度も優れた固定砥粒ワイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態である固定砥粒ワイヤの一部を示すワイヤ軸心方向の断面図である。
【図２】図１に示す固定砥粒ワイヤの一部拡大図である。
【図３】図１に示す固定砥粒ワイヤの製造工程を示す図である。
【図４】図１に示す固定砥粒ワイヤの切断試験条件を示す表である。
【図５】切断試験の前後における固定砥粒ワイヤの外径を示すグラフである。
【図６】固定砥粒ワイヤで切断した後のシリコンウエハの表面粗さを示すグラフである。
【図７】固定砥粒ワイヤで切断した後のシリコンウエハの厚みを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。図１，図２に示すように、本実施形態の固定砥粒ワイヤ１０は、柔軟性を有する金属製のワイヤ１１と、表面の一部に形成された導電性の被覆層１２の一部をワイヤ１１の外周面に密着させた状態で第一電着層１３によって仮固着された超砥粒の一つであるダイヤモンド砥粒１４と、ダイヤモンド砥粒１４をワイヤ１１の外周面に固着するためワイヤ１１の外周面の第一電着層１３及びダイヤモンド砥粒１４の被覆層１２を被覆する第二電着層１５と、を備えている。被覆層１２はＮｉで構成され、第一電着層１３及び第二電着層１５はそれぞれＮｉメッキによって形成されている。
【００２３】
図２に示すように、固定砥粒ワイヤ１０においては、ワイヤ１１の外周面に固着されたダイヤモンド砥粒１４は、被加工物（図示せず）と接触する先端部１４ａにダイヤモンドが露出した状態となっているため、切削加工の初期段階から切れ味が良好であり、優れた加工能率及び加工精度が得られる。また、先端部１４ａが露出したダイヤモンド砥粒１４は、加工中に、直接、被加工物に食い込むため、切れ味が良好であり、加工能率が向上する。さらに、ダイヤモンド砥粒１４は第一電着層１３及び第二電着層１５によって固着されているため、加工中のワイヤ１１の撓みが少なく、被加工物の厚み精度や切断面の面粗さなどが向上し、加工精度が顕著に改善される。
【００２４】
また、図２に示すように、第一電着層１３の表面１３ａは、ダイヤモンド砥粒１４の被覆層１２の上縁部１２ａ（ワイヤ１１に仮固着された部分から離れた部分に位置する被覆層１２の端縁部分をいう。）より低い領域（ワイヤ１１の外周面に近い領域）において被覆層１２に接しており、第一電着層１３の表面１３ａと被覆層１２との境界部分を覆うように第二電着層１５が形成されている。
【００２５】
さらに、第二電着層１５の表面１５ａとダイヤモンド砥粒１４との境界領域Ｘにおいては、第二電着層１５の表面１５ａが、ダイヤモンド砥粒１４の被膜層１２の上縁部１２ａに向かって上り勾配の滑らかな凹曲面１５ｂをなすとともに、この凹曲面１５ｂの上縁部は、ダイヤモンド砥粒１４の被膜層１２の上縁部１２ａと一体化した状態となっている。この結果、上縁部１２ａにおいて第二電着層１５が第一電着層１３と一体化した状態が形成され、加工中に衝撃を受け難くなり、クラックや欠けに起因する砥粒脱落が生じ難いので、切れ味を持続することができる。
【００２６】
なお、ダイヤモンド砥粒１４の被覆層１２はＮｉで構成されているが、これに限定しないので、Ｃｕ，ＴｉＣ，ＳｉＣなどで形成することもできる。また、第一電着層１３及び第二電着層１５はそれぞれＮｉで形成しているが、これ以外に、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ−Ｐなどで形成することもできる。
【００２７】
また、被覆層１２をダイヤモンド砥粒１４の特定結晶面に形成すれば、当該被覆層１２をワイヤ１１の外周面に密着させて固着することにより、ダイヤモンド砥粒１４の結晶方位を揃えることができるため、ダイヤモンド砥粒１４の摩耗速度の均一化を図ることができ、且つ、ダイヤモンド砥粒１４の摩耗に起因する切れ味の低下率を緩和することもできる。
【００２８】
一方、本実施形態では、ダイヤモンド砥粒１４の表面積の５０％の領域に被覆層１２を形成したことにより、ダイヤモンド砥粒１４は、その先端部１４ａを含め、表面積の５０％の部分が露出した状態でワイヤ１１の外周面に固着されるため、優れた加工能率及び加工精度が得られる。なお、被覆層１２は、ダイヤモンド砥粒１４の表面積の２０％〜８０％の範囲内で変更することができる。
【００２９】
さらに、本実施形態では、第一電着層１３の厚さを２μｍとしたところ、被覆層１２を有するダイヤモンド砥粒１４と、ワイヤ１１とのなじみがよく、強い固着力を得ることができた。なお、第一電着層１３の厚さが１μｍ〜１０μｍの範囲内から外れると、ダイヤモンド砥粒１４とワイヤ１１との固着力が弱くなり、また、１０μｍを超えると、ワイヤ１１の柔軟性が低下して、ねじれに弱くなり、使用中に断線しやすくなるので、前記範囲内が望ましい。
【００３０】
次に、図３に基づいて、固定砥粒ワイヤ１０の製造工程について説明する。図３（ａ）に示すように、ダイヤモンド砥粒１４の表面の一部に導電性を有するＮｉの被覆層１２が形成される。被覆層１２の形成方法は限定しないので、電気メッキ法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法あるいは無電解めっき法などによって形成することができる。
【００３１】
一方、図３（ｂ）に示すように、ワイヤ１１の外周面に下地ニッケルメッキ１６が施される。下地ニッケルメッキ１６は、この後に行われるダイヤモンド砥粒１４を付着させる工程の前処理となるものである。なお、下地ニッケルメッキ１６を行う前に、ワイヤ１１の外周面を清浄化するための脱脂処理と、下地ニッケルメッキ１６が付着し易くするための活性化処理である塩酸処理と、が、この順番でワイヤ１１の外周面に対して行われる。
【００３２】
下地ニッケルメッキ１６が終わったら、図３（ｃ）に示すように、ダイヤモンド砥粒１４の被覆層１２の一部がワイヤ１１外周面の下地ニッケルメッキ１６表面に密着した状態で第一電着層１３によって仮固着される。この場合、ダイヤモンド砥粒１４の被覆層１２が導電性を有しているため、Ｎｉメッキ液中で被覆層１２のみに電流が流れることにより、被覆層１２が下地ニッケルメッキ１６面に付着し、その状態で、ダイヤモンド砥粒１４が第一電着層１３によって仮固着される。なお、複数のダイヤモンド砥粒１４の離間調節は、メッキ工程において電流及び電圧を変化させることによって行う。
【００３３】
ワイヤ１１の外周面に対するダイヤモンド砥粒１４の仮固着が終わったら、図３（ｄ）に示すように、ワイヤ１１外周面の第一電着層１３及びダイヤモンド砥粒１４の被覆層１２を覆うように第二電着層１５を形成することによって、ダイヤモンド砥粒１４がワイヤ１１外周面に固着され、固定砥粒ワイヤ１０が完成する。
【００３４】
次に、図４〜図７に基づいて、本実施形態に係る固定砥粒ワイヤ１０と従来の固定砥粒ワイヤとの切断性能の違いについて説明する。本実施形態に係る固定砥粒ワイヤ１０（以下、「実施例」という。）は、ダイヤモンド砥粒１４の粒径がＭ１２／２５、ワイヤ１１の外径がφ１２０μｍ、固定砥粒ワイヤ１０の外径がφ１５０μｍ、砥粒密度が１００〜１５０個／ｍｍであり、各ダイヤモンド砥粒１４の先端部１４ａが第二電着層１５表面から６μｍ〜２３μｍ程度突出している。
【００３５】
また、従来の固定砥粒ワイヤとして、特開２００６−１８１６９８号公報に記載された固定砥粒ワイヤ（以下、「比較例」という。）を使用した。
【００３６】
実施例、比較例の固定砥粒ワイヤについて図４に示すような条件で切断実験を行い、実験前と実験後における各固定砥粒ワイヤの外径を測定すると、図５に示すような結果が得られた。切断実験前の固定砥粒ワイヤの外径はいずれもφ１５０μｍであるが、切断実験後においては、実施例の外径がφ１４８μｍであるのに対し、比較例の外径はφ１４４μｍである。図５を見ると、比較例の固定砥粒ワイヤに比べ、実施例の固定砥粒ワイヤ１０の方が摩耗し難いことが判る。
【００３７】
次に、切断実験に供された単結晶シリコンから切り出されたシリコンウエハの表面（切断面）の表面粗さＲａ及びシリコンウエハの厚みのバラツキを測定すると、図６及び図７に示すような結果が得られた。図６を見ると、比較例に比べ、実施例の固定砥粒ワイヤ１０で切断したときの表面粗さが細かいことが判る。また、図７を見ると、比較例に比べ、実施例の固定砥粒ワイヤ１０で切断したシリコンウエハの厚みのバラツキが小さいことが判る。
【００３８】
また、実施例の固定砥粒ワイヤ１０は、初期段階から切れ味が良好であり、加工精度、工具寿命が比較例に対し顕著に向上するということが判明した。これに対し、比較例の固定砥粒ワイヤは、初期段階の切れ味が悪く、加工精度も劣っているので、切れ味を維持するためには、多くの固定砥粒ワイヤを使用することが必要となり、工具コストの増大が生じた。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の固定砥粒ワイヤは、太陽電池、半導体シリコン、磁性体、サファイア、ＳｉＣなどの結晶系材料のスライス加工において広く利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  固定砥粒ワイヤ
１１  ワイヤ
１２  被覆層
１２ａ  上縁部
１３  第一電着層
１３ａ，１５ａ  表面
１４  ダイヤモンド砥粒
１４ａ  先端部
１５  第二電着層
１５ｂ  凹曲面
１６  下地ニッケルメッキ
Ｘ  境界領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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