(57)【要約】【課題】ダイヤモンド砥粒よりも安価なＧＣ砥粒やＣ砥粒などの炭化ケイ素系砥粒を用いて、長寿命な固定砥粒ワイヤを得ること可能にするとともに、その他の砥粒においてもより高精度な加工を行うことが可能な固定砥粒ワイヤを得ること。【解決手段】ワイヤ芯線２上にバインダ３を介して砥粒４が固定された固定砥粒ワイヤ１であって、砥粒が、主として断面のアスペクト比が１．２〜１．６の砥粒４であり、断面の短辺ｂ側からバインダ３の表面に突き出させて固定されたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ芯線上にバインダを介して砥粒が固定された固定砥粒ワイヤであって、
前記砥粒は、主として断面のアスペクト比が１．２〜１．６の粉体であり、前記断面の短辺側から前記バインダの表面に突き出させて固定されたものである固定砥粒ワイヤ。
【請求項２】
前記砥粒は、前記ワイヤ芯線の周囲に１層のみ固定されたものである請求項１記載の固定砥粒ワイヤ。
【請求項３】
前記砥粒の前記バインダ上の突き出し高さが、前記砥粒の高さの４０％〜８０％である請求項１または２に記載の固定砥粒ワイヤ。
【請求項４】
前記ワイヤ芯線上のバインダの表面積の２０％〜９５％に前記砥粒が固定された請求項１から３のいずれかに記載の固定砥粒ワイヤ。
【請求項５】
前記砥粒は、炭化ケイ素系が１００％、または、５０％以上が炭化ケイ素系、残りがダイヤモンドを含むものである請求項１から４のいずれかに記載の固定砥粒ワイヤ。
【請求項６】
ワイヤ芯線上にバインダを介して砥粒が固定された固定砥粒ワイヤの製造方法であって、
前記ワイヤ芯線上にバインダを塗付すること、
断面のアスペクト比が１．２〜１．６の砥粒を、粉体の状態で前記断面の短辺側から前記バインダの表面に突き出させること
を含む固定砥粒ワイヤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥粒をワイヤに固着した固定砥粒ワイヤであり、太陽電池、半導体シリコン、磁性体、サファイアやＳｉＣなどの結晶系材料のスライス加工に用いられる固定砥粒ワイヤおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池や半導体用シリコンのスライス方法としては、ＧＣ砥粒を研削液に混入させてスラリ状に供給して加工する遊離砥粒方式が最も多く採用されている。しかしながら、この遊離砥粒方式では、（１）加工速度が遅い、（２）スラリ供給側の加工溝が大きくなり、ウェーハの厚みのばらつきが大きくなる、（３）スラリがウェーハ上に残り、洗浄に時間が掛かるなどの問題がある。
【０００３】
これに対して、例えば特許文献１〜３には、ダイヤモンド砥粒を電着やレジンボンドで固着したシリコンスライス用の固定砥粒ワイヤが提案されている。また、特許文献４，５には、ＧＣ砥粒を電着や樹脂により固着した固定砥粒ワイヤが提案されている。また、特許文献６には、バインダを兼ねた接着剤に砥粒を混合させておいた砥粒分散容器内に芯線を通すことにより、芯線表面に接着剤を介して砥粒を付着させ、乾燥固化させることや、砥粒分散容器を電着槽として芯線表面に電着させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１５０３１４号公報
【特許文献２】特開平１１−２４５１５４号公報
【特許文献３】特開平１１−３２０３７９号公報
【特許文献４】特開２０００−２１８５０４号公報
【特許文献５】特開２０００−２８８９０２号公報
【特許文献６】特開平８−１２６９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献４〜６に提案されている方法では、ＧＣ砥粒を用いるため安価であるが、特許文献１〜３のようなダイヤモンド砥粒と比較して柔らかいため、摩耗が早く、ワイヤからの砥粒の突き出し高さがすぐに小さくなる。そのため、研削油の循環が悪くなり、切れ味の低下が激しく、固定砥粒ワイヤの寿命が短くなるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明においては、ダイヤモンド砥粒よりも安価なＧＣ砥粒やＣ砥粒などの炭化ケイ素系砥粒を用いて、長寿命な固定砥粒ワイヤを得ることを可能にするとともに、その他の砥粒においてもより高精度な加工を行うことが可能な固定砥粒ワイヤを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の固定砥粒ワイヤは、ワイヤ芯線上にバインダを介して砥粒が固定された固定砥粒ワイヤであって、砥粒が、主として断面のアスペクト比が１．２〜１．６の粉体であり、断面の短辺側からバインダの表面に突き出させて固定されたものである。この固定砥粒ワイヤは、ワイヤ芯線上にバインダを介して固定された粉体の断面の長辺側が砥粒の突き出し高さ方向となるので、砥粒の突き出し高さが大きい固定砥粒ワイヤとなる。
【０００８】
なお、本発明に係る粉体としては、ダイヤモンドやＣＢＮなどの超砥粒や、アルミナ系砥粒（アランダム）、炭化ケイ素系砥粒（カーボランダム）や炭化ホウ素系砥粒などの一般砥粒を用いることができる。アルミナ系砥粒としては、Ａ、ＧＡ、ＫＡ、ＷＡ、ＰＡ、ＳＡ、６ＡやＶＡ等を用いることができる。炭化ケイ素系砥粒としては、ＣやＧＣ等を用いることができる。炭化ホウ素系砥粒としては、Ｂ4Ｃ等を用いることができる。
【０００９】
また、本発明の固定砥粒ワイヤは、砥粒がワイヤ芯線の周囲に１層のみ固定されたものであることが望ましい。この固定砥粒ワイヤによれば、砥粒が重なって複数層となった固定砥粒ワイヤと比較して、加工面に接触する砥粒の固定砥粒ワイヤの単位長さ当たりの数が多くなる。
【００１０】
ここで、砥粒のバインダ上の突き出し高さは、砥粒の高さの４０％〜８０％であることが望ましい。これにより、砥粒の突き出し高さが大きく、かつ砥粒がバインダ上に安定して固着された固定砥粒ワイヤが得られる。なお、突き出し高さが砥粒の高さの４０％未満の場合、突き出し高さが低すぎて、断面の短辺側をワイヤ芯線に向けてバインダに固定した効果が薄れてしまう。一方、突き出し高さが砥粒の高さの８０％超の場合、砥粒のバインダへの固定が不十分となり、砥粒がバインダから脱落しやすくなる。
【００１１】
また、本発明の固定砥粒ワイヤは、ワイヤ芯線上のバインダの表面積の２０％〜９５％、より好ましくは、４０％〜６０％に砥粒が固定されたものであることが望ましい。バインダの表面積の２０％〜９５％に砥粒が固定されたことにより、バインダの表面に研削油の通路となる隙間が確保され、研削油の循環が良くなるので、切れ味の低下が防止される。特に、４０％〜６０％に砥粒が固定されたものであれば、研削油の流れと切粉排出が最適となるため、さらに良い。
【００１２】
また、砥粒は、炭化ケイ素系が１００％、または、５０％以上が炭化ケイ素系、残りがダイヤモンドを含むものとすることが可能である。安価な炭化ケイ素系の砥粒を１００％とすることで、最も安価な固定砥粒ワイヤが得られる。一方、５０％以上を炭化ケイ素系、残りを、炭化ケイ素系よりも硬いダイヤモンドを含むものとすることによって、切れ味が向上するとともに、５０％以上が安価な炭化ケイ素系の砥粒であることにより低コストの固定砥粒ワイヤを実現できる。
【００１３】
本発明の固定砥粒ワイヤの製造方法は、ワイヤ芯線上にバインダを介して砥粒が固定された固定砥粒ワイヤの製造方法であって、ワイヤ芯線上にバインダを塗付すること、断面のアスペクト比が１．２〜１．６の炭化ケイ素系の砥粒を、粉体の状態で断面の短辺側からバインダの表面に突き出させることを含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明の固定砥粒ワイヤの製造方法によれば、断面のアスペクト比１．２〜１．６の炭化ケイ素系の砥粒の粉体を、例えば飛翔させることによって、飛翔する砥粒は、断面の短辺側をバインダの表面に向け、この断面の短辺側からバインダの表面に突き刺さり、バインダにより固定される。これにより、断面の長辺側が砥粒の突き出し高さ方向となるので、砥粒の突き出し高さが大きい固定砥粒ワイヤが得られる。
【００１５】
なお、アスペクト比が１．２未満の場合には、砥粒が飛翔によって向きを変えにくく、砥粒の向きが揃いにくくなる。一方、アスペクト比が１．６超の場合には、砥粒が折れやすくなり、固定砥粒ワイヤの寿命を縮める可能性がある。
【００１６】
また、この方法により製造される固定砥粒ワイヤでは、バインダの表面に突き刺さった砥粒の粉体のみがバインダに固定されるため、砥粒が重なって複数層となることがなく、ワイヤ芯線の周囲に１層のみが固定された固定砥粒ワイヤが得られる。また、この固定砥粒ワイヤには、砥粒の粉体が断面の短辺側からバインダの表面に突き刺さらせているため、長辺側から突き刺さらせた場合よりも数多くの砥粒がワイヤ芯線の周囲に配置された固定砥粒ワイヤを実現できる。
【００１７】
ここで、砥粒の飛翔は、静電塗装法によることが望ましい。静電塗装法によりマイナスに帯電させた砥粒を飛翔させることで、砥粒は、静電気力によってワイヤ芯線上のバインダに向かって強く引き寄せられる。そして、砥粒は、この間に、その断面の短辺側をバインダの表面に向け、この断面の短辺側からバインダの表面に突き刺さるようになる。
【００１８】
また、砥粒は、ワイヤ芯線に対して複数の異なる方向から、それぞれ互いに離れた位置へ飛翔させることが望ましい。ワイヤ芯線に対して複数の異なる方向から飛翔させることで、ワイヤ芯線の周囲に満遍なく砥粒を突き出させることができる。また、それぞれ互いに離れた位置へ飛翔させることにより、互いのノズルから砥粒を飛翔させるためのエアーの干渉を防止することができ、砥粒の向きを、断面の短辺側からバインダの表面に突き出させる方向に揃えることができる。
【発明の効果】
【００１９】
（１）本発明の固定砥粒ワイヤは、砥粒の突き出し高さが大きく、被削材に食い込みやすいため、高精度な加工を行うことが可能となる。また、研削油の循環が良くなるので、切れ味が向上し、長寿命である。
【００２０】
（２）また、安価な炭化ケイ素系の砥粒を使用しても長寿命を実現することが可能であるため、ダイヤモンド固定砥粒ワイヤと比較してコストを大幅に削減できる。そのため、往復サイクルにより加工する必要がなくなり、研削条痕が形成されなくなるので、面粗さが向上する。また、安価であるため、ダイヤモンド固定砥粒ワイヤと比較して多くの固定砥粒ワイヤを使用でき、断線前に余裕を持って交換できるので、加工面品位とウェーハ厚み精度が向上する。また、柔らかい炭化ケイ素系の砥粒を固定した固定砥粒ワイヤであるため、この固定砥粒ワイヤを使用する装置の消耗部品であるローラやローラガイドの摩耗量を低減できる。
【００２１】
（３）ワイヤ芯線の周囲に１層のみ砥粒が固定された固定砥粒ワイヤが得られ、砥粒が重なって複数層となった固定砥粒ワイヤと比較して、加工面に接触する砥粒の固定砥粒ワイヤの単位長さ当たりの数が多くなる。また、砥粒の粉体が断面の短辺側からバインダの表面に突き出させているため、長辺側から突き出させた場合よりも数多くの砥粒がワイヤ芯線の周囲に配置された固定砥粒ワイヤとなる。これにより、砥粒の摩滅までの時間が長くなり、長寿命の固定砥粒ワイヤが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態における固定砥粒ワイヤの縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における固定砥粒ワイヤの横断面図である。
【図３】砥粒の吹き付け工程を示す概略図である。
【図４】（ａ）はウェーハ内厚みばらつきを示す図、（ｂ）はウェーハそりを示す図、（ｃ）は面粗さを示す図である。
【図５】製品寿命を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は本発明の実施の形態における固定砥粒ワイヤの縦断面図、図２は横断面図である。図１および図２に示すように、本発明の実施の形態における固定砥粒ワイヤ１は、ワイヤ芯線２上にバインダ（固着材）３を介して砥粒４が固定されたものである。ワイヤ芯線２は、ピアノ線、高張力線や高抗張力の非金属繊維線（ファイバ）等の線材であり、線径はφ１０μｍ〜φ３００μｍである。なお、ワイヤ芯線２の断面形状は円形であるが、多角形とすることも可能である。
【００２４】
バインダ３は、熱硬化樹脂やＵＶ硬化樹脂などの合成樹脂系の接着剤である。バインダ３のワイヤ芯線２上への塗付は、電着塗装、静電塗装、吹き付けやディッピングなどの方法による。
【００２５】
砥粒４は、ＧＣやＣなどの炭化ケイ素系砥粒である。砥粒４は、平均粒径が２μｍ〜４０μｍ、断面のアスペクト比が１．２〜１．６のものを用いる。ここで、断面のアスペクト比は、砥粒４を取り囲む最小容積の直方体を構成する辺のうち最も長い辺（長辺ａ）と最も短い辺（短辺ｂ）により構成される断面の長辺ａと短辺ｂとの比（長辺ａ／短辺ｂ）である。
【００２６】
この断面のアスペクト比が１．２〜１．６の砥粒４を、粉体の状態でワイヤ芯線２上に向かって吹き付けや静電塗装法などにより飛翔させると、砥粒４は、前述の砥粒４を取り囲む最小容積の直方体を構成する６面のうち、抵抗が小さくなる面積のより小さい面をバインダ３の表面に向けるようになる。すなわち、砥粒４は、この飛翔中に断面の短辺ｂ側をバインダ３の表面に向け、長辺ａ側がワイヤ芯線２の法線方向に揃うようになり、この断面の短辺ｂ側からバインダ３の表面に突き刺さるようになる。
【００２７】
特に、静電塗装法によりマイナスに帯電させた砥粒４を飛翔させることで、砥粒４は、静電気力によってワイヤ芯線２上のバインダ３に向かって強く引き寄せられる。そして、砥粒４は、この間に、その断面の短辺ｂ側をバインダ３の表面に向け、この断面の短辺ｂ側からバインダ３の表面に突き刺さるようになる。これにより、長辺ａ側が突き出し高さ方向となるように砥粒４をバインダ３上に配置することができる。
【００２８】
図３は静電塗装法による砥粒４の吹き付け工程を示す概略図である。図３に示すように、砥粒４の吹き付け工程では、バインダ３（図示せず。）の塗付後のワイヤ芯線２の上下に、静電塗装装置のノズル１０ａ，１０ｂをそれぞれ互いに離れた位置に配置し、移動中のワイヤ芯線２に対して異なる方向から砥粒４を飛翔させる。図示例では、ノズル１０ａ，１０ｂは、ワイヤ芯線２に対して１８０°異なる方向から、それぞれ互いに離れた位置へ砥粒４を飛翔させている。
【００２９】
このように、ワイヤ芯線２に対して異なる方向から砥粒４を飛翔させることにより、ワイヤ芯線２の周囲に満遍なく砥粒４を突き出させることができる。また、それぞれ互いに離れた位置へ飛翔させるため、互いのノズル１０ａ，１０ｂから砥粒４を飛翔させるためのエアーの干渉を防止することができ、砥粒４の向きを、断面の短辺ｂ側からバインダ３の表面に突き出させる方向に揃えることができる。
【００３０】
なお、ノズルの個数を増やし、ワイヤ芯線２に対してさらに異なる方向から砥粒４を飛翔させる構成とすることも可能である。この場合も、互いのノズルのエアーの干渉を防止するため、砥粒４はそれぞれ互いに離れた位置へ飛翔させるようにする。また、ノズル１０ａ，１０ｂはワイヤ芯線２に対して左右方向に配置したり、斜め方向に配置したりすることも可能である。
【００３１】
そして、熱硬化やＵＶ硬化により、砥粒４をバインダ３に固着させる。これにより、砥粒４の長辺ａ側が突き出し高さ方向となった砥粒４の突き出し高さが大きい固定砥粒ワイヤ１が得られる。また、この固定砥粒ワイヤ１では、突出している砥粒４の表面がバインダ３等の接着剤により被覆されていない。なお、砥粒４をバインダ３上に配置する際、それぞれの砥粒４のバインダ３上の突き出し高さｈを、その砥粒４の高さｈ0の４０％〜８０％となるようにする。また、砥粒４は、ワイヤ芯線２上のバインダ３の表面積の２０〜９５％に配置されるようにする。
【００３２】
こうして得られた固定砥粒ワイヤ１では、遊離砥粒方式に比べて加工速度が向上する。また、この固定砥粒ワイヤ１は、砥粒４の突き出し高さが大きく、研削油の循環が良くなるので、切れ味が向上し、長寿命である。また、安価な炭化ケイ素系の砥粒４を使用して長寿命を実現するため、ダイヤモンド固定砥粒ワイヤと比較してコストを大幅に削減できる。
【００３３】
そのため、ダイヤモンド固定砥粒ワイヤのように、往復サイクルにより加工する必要がなくなり、研削条痕が形成されなくなるので、面粗さが向上し、加工変質層厚みも小さくなる。また、柔らかい炭化ケイ素系の砥粒４を固定した固定砥粒ワイヤ１であるため、この固定砥粒ワイヤ１を使用する装置の消耗部品であるローラやローラガイドの摩耗量を低減でき、ランニングコストを削減できる。
【００３４】
また、この方法により製造される固定砥粒ワイヤ１では、バインダ３の表面に突き刺さった砥粒４の粉体のみがバインダ３に固定されるため、従来のダイヤモンド砥粒を電着したもののように砥粒４が重なって複数層となることがなく、ワイヤ芯線２の周囲に１層のみが固定されたものとなる（図２参照。）。そのため、加工面に接触する砥粒４の固定砥粒ワイヤ１の単位長さ当たりの数が多くなる。また、この固定砥粒ワイヤ１には、砥粒４の粉体が断面の短辺ｂ側からバインダ３の表面に突き刺さらせているため、長辺ａ側から突き刺さらせた場合よりも数多くの砥粒４がワイヤ芯線２の周囲に配置されたものとなる。したがって、砥粒４の摩滅までの時間が長く、長寿命の固定砥粒ワイヤ１となる。
【００３５】
なお、本実施形態においては、砥粒４として炭化ケイ素系のもの１００％としているが、５０％以上を炭化ケイ素系とし、残りを、炭化ケイ素系よりも硬いダイヤモンドを含むものとすることが可能である。これにより、切れ味が向上するとともに、５０％以上が安価な炭化ケイ素系の砥粒であることにより低コストの固定砥粒ワイヤを実現できる。
【００３６】
また、砥粒４としては、上記炭化ケイ素系のもの以外にも、アルミナ系砥粒や炭化ホウ素系砥粒などの一般砥粒を用いることも可能である。また、ダイヤモンド以外にもＣＢＮなどの超砥粒を用いることも可能である。また、これらの砥粒の比率についても任意に設定することが可能である。
【実施例】
【００３７】
本発明の実施の形態における固定砥粒ワイヤ１（実施例）と従来の遊離砥粒（比較例１）とダイヤモンド固定砥粒ワイヤ（比較例２）とを用いたウェーハのスライス加工試験を行った。ワークは、単結晶シリコン１２５φ×３００Ｌである。加工条件を表１に、試験結果を図４および図５に示す。図４（ａ）はウェーハ内厚みばらつきを示す図、（ｂ）はウェーハそりを示す図、（ｃ）は面粗さを示す図である。図５は製品寿命を示す図である。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
図４の（ａ）に示すように、実施例１，２は、比較例１よりも厚みばらつきが非常に小さく、比較例２よりも小さい。実施例１，２の厚みばらつきが比較例２よりも小さいのは、比較例２では往復サイクルを多くして加工する必要があるため、研削条痕が形成されるためである。一方、実施例１，２では、安価であるため、往復サイクルにより加工する必要がなく、研削条痕が形成されないため、厚みばらつきは小さくなる。
【００４０】
また、同図（ｂ）に示すように、実施例１，２は、比較例１よりもウェーハそりが小さい。これは、比較例１の遊離砥粒では不規則に砥粒が付着したワイヤによってウェーハを加工するため、そりが悪くなるのに対し、実施例１，２では砥粒が一定方向に固着されているため、そりが良くなるからである。
【００４１】
また、同図（ｃ）に示すように、ウェーハ面粗さは、比較例２が最も良好であるが、実施例１，２でも比較例２に対して遜色なく、比較例１よりも良好であった。
【００４２】
また、図５に示すように、使用前後の固定砥粒ワイヤの製品径を測定したところ、実施例１，２のものは、比較例１，２と比較して使用の前後で製品径の変化が少なく、比較例１，２よりも長寿命であることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
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、サファイアやＳｉＣなどの結晶系材料のスライス加工に有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１  固定砥粒ワイヤ
２  ワイヤ芯線
３  バインダ
４  砥粒
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011067934.tif 000006
【図４】
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【図５】
2011067934.tif 000008