(57)【要約】【課題】切削速度を高めて被加工物の切断に要する時間を短縮し得る、被加工物の効率的な切断方法を提供する。【解決手段】固定砥粒ワイヤーを走行させつつ被加工物に接触させて該被加工物を切削することを含む被加工物の切断方法であって、固定砥粒ワイヤーは、単層固定砥粒ワイヤーであり、且つ、砥粒の集中度が３０％以上５０％以下であることを特徴とする、固定砥粒ワイヤーソーによる被加工物の切断方法である。なお、固定砥粒ワイヤーの砥粒の平均粒径は、８μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定砥粒ワイヤーを走行させつつ被加工物に接触させて該被加工物を切削することを含む被加工物の切断方法であって、
前記固定砥粒ワイヤーは、単層固定砥粒ワイヤーであり、且つ、砥粒の集中度が３０％以上５０％以下であることを特徴とする、固定砥粒ワイヤーソーによる被加工物の切断方法。
【請求項２】
前記固定砥粒ワイヤーの砥粒の平均粒径が８μｍ以上２５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の被加工物の切断方法。
【請求項３】
前記固定砥粒ワイヤーを、１７Ｎ以上２３Ｎ以下の張力をかけて走行させることを特徴とする、請求項１または２に記載の被加工物の切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定砥粒ワイヤーソーを用いて被加工物を切断する方法に関し、特には、単層固定砥粒ワイヤーソーを用いてシリコンインゴット等の被加工物を効率的に切断する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンインゴット等の被加工物をスライスする方法としては、マルチワイヤーソー等のワイヤーソーを用いて被加工物を切断する方法が知られている。
【０００３】
そして、一般に、ワイヤーソーとしては、砥粒の入ったスラリーと鋼線とを用いて切断を行う遊離砥粒式のワイヤーソー（以下、「遊離砥粒ワイヤーソー」という）や、鋼線等からなる芯線（素線）の外周面にダイヤモンド等からなる砥粒を固着させたワイヤーを用いて切断を行う固定砥粒式のワイヤーソー（以下、「固定砥粒ワイヤーソー」という）が用いられている。
【０００４】
しかし、遊離砥粒ワイヤーソーには、主に油系の研削液に砥粒を分散させたものをスラリーとして用いているため、切断後の被加工物の洗浄処理や装置の維持管理に手間がかかると共に、作業者の作業環境が悪化するという問題があった。そのため、近年では、水系の研削液を用いることができ、切断後の被加工物の洗浄処理や装置の維持管理が容易であると共に、遊離砥粒ワイヤーソーを用いる場合と比べて作業者の作業環境を改善することができる固定砥粒ワイヤーソーが特に注目されている。
【０００５】
そして、そのような固定砥粒ワイヤーソーとしては、例えば、高強度の芯線上に設けられた接着部に仮固着した単層の砥粒を、結合材層により本固着してなる単層固定砥粒ワイヤーを用いたワイヤーソーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２３７３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述したような、砥粒を接着部および結合材層で芯線に固着した構造を有する従来の固定砥粒ワイヤーソーでは、芯線上に砥粒を充分に固着させることができないため、固定砥粒ワイヤーの使用寿命が短く、充分な切削速度を得ることができなかった。そのため、切削速度を高めて被加工物の切断に要する時間を短縮し得る、被加工物の効率的な切断方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、固定砥粒ワイヤーの砥粒の集中度が固定砥粒ワイヤーソーの切削速度に影響していることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
即ち、この発明は上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の固定砥粒ワイヤーソーによる被加工物の切断方法は、固定砥粒ワイヤーを走行させつつ被加工物に接触させて該被加工物を切削することを含む被加工物の切断方法であって、前記固定砥粒ワイヤーは、単層固定砥粒ワイヤーであり、且つ、砥粒の集中度が３０％以上５０％以下であることを特徴とする。このように、砥粒の集中度が３０％以上５０％以下の単層固定砥粒ワイヤーを用いて被加工物の切断を行えば、切削速度を高めて被加工物を効率的に切断することができる。なお、本発明において、「単層」とは固定砥粒ワイヤー表面上に固着された砥粒が重なり合うことなく各砥粒が別個に識別でき、また、固定砥粒ワイヤーを断面で見た場合でも同様に砥粒が一層のみであり、重なり合っていない状態であることを指す。なお、砥粒をワイヤー表面に固着するための固着層（Ｎｉメッキ層等）は複数の層からなっても良い。また、本発明において、「集中度」とは固定砥粒ワイヤーの表面積に対する砥粒が占める面積の割合（砥粒の占める面積／固定砥粒ワイヤー表面積）を指し、例えば、寸法測定が可能な電子顕微鏡等により任意の位置における固定砥粒ワイヤー表面を拡大し、その拡大した部分の固定砥粒ワイヤー表面積と砥粒の占める面積との比率を集中度とすることができる。なお、砥粒の占める面積は、拡大した部分に存在する砥粒の個数を計測し、砥粒の個数に、使用されている砥粒の平均粒径（球形換算）を用いて求めた砥粒１つあたりの面積を乗じることにより求めることができる。
【００１０】
ここで、本発明の被加工物の切断方法は、前記固定砥粒ワイヤーの砥粒の平均粒径が８μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましい。素線上に固着させた砥粒の平均粒径を８μｍ以上とすれば、砥粒の摩滅によりワイヤーが早期に使用不能となることを防止することができるからである。また、砥粒の平均粒径を２５μｍ以下とすれば、カーフロスを低減することができると共に、切断面に傷が付いて得られた加工物の平坦性が悪化するのを防止し得るからである。なお、本発明において、「砥粒の平均粒径」とは使用された（固着前の）砥粒の球形換算の平均粒径を指す。
【００１１】
そして、本発明の被加工物の切断方法は、前記固定砥粒ワイヤーを、１７Ｎ以上２３Ｎ以下の張力をかけて走行させることが好ましい。固定砥粒ワイヤーを走行させる際にワイヤーにかける張力を１７Ｎ以上２３Ｎ以下とすれば、切断時のワイヤー断線が抑制でき、また、平坦度が良好な切断面を得ることができるからである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の固定砥粒ワイヤーソーによる被加工物の切断方法によれば、切削速度を高めて被加工物の切断に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に従う被加工物の切断方法で使用される代表的な固定砥粒ワイヤーの径方向断面図である。
【図２】図１に示す固定砥粒ワイヤーの一部の長手方向断面図である。
【図３】（ａ）は、ローラーを２つ使用したマルチワイヤーソーで円柱状シリコンインゴットを切断する様子を示す説明図であり、（ｂ）は、ローラーを３つ使用したマルチワイヤーソーで円柱状シリコンインゴットを切断する様子を示す説明図ある。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここで、本発明の固定砥粒ワイヤーソーによる被加工物の切断方法は、例えば、被加工物としての円柱状または四角柱状のシリコンインゴットを切断して、半導体用シリコンウェーハ、太陽電池用シリコンウェーハ等を製造する際に用いることができる。また、本発明の固定砥粒ワイヤーソーによる被加工物の切断方法は、サファイアや水晶の切断にも用いることができる。
【００１５】
本発明の被加工物の切断方法で用いる固定砥粒ワイヤーとしては、図１および２に示すような、素線１の外周面１ａに砥粒２をワイヤー径方向に重なり合わないように電着させてなる、砥粒２の集中度が３０〜５０％の単層固定砥粒ワイヤー１０を用いることができる。
【００１６】
ここで、素線１には、鋼線（ピアノ線）などを用いることができる。なお、素線１の直径は８０〜１３０μｍであることが好ましい。素線径が８０μｍ未満の場合、充分な強度を得られずに単層固定砥粒ワイヤー１０が断線する恐れがあり、一方、素線径が１３０μｍ超の場合、切断時のカーフロスが大きくなるからである。
【００１７】
素線１に電着させる砥粒２としては、ダイヤモンド、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ等からなる既知の砥粒を用いることができる。なお、砥粒２は、平均粒径が８〜２５μｍであることが好ましく、平均粒径が１０〜１５μｍであることが更に好ましい。砥粒２の平均粒径が８μｍ未満の場合、単層固定砥粒ワイヤー１０の使用に伴う砥粒２の摩滅により単層固定砥粒ワイヤー１０が早期に使用不能となる恐れがあるからである。一方、砥粒２の平均粒径が２５μｍ超の場合、切断時のカーフロスが大きくなると共に、単層固定砥粒ワイヤー１０が切断面に与える機械的なダメージが大きくなって、切断面の平坦度が低下したり、加工変質層が増加したりする恐れがあるからである。
【００１８】
素線１への砥粒２の電着は、例えば、脱脂処理、水洗、酸洗浄および水洗を順次施され且つ陰（電）極に接続された素線１を、砥粒２を分散させた電解めっき液が貯留され且つ陽（電）極に接続された金属板が浸漬された電解めっき槽（Ｎｉめっき槽等）に通すことにより行うことができる。このようにすれば、素線１の外周面１ａにめっき層３が形成されると共に、電解めっき液中の砥粒２がめっき層３により素線１上に固着される。なお、単層固定砥粒ワイヤー１０のめっき層３の厚さは、砥粒２の一部が表面から露出する厚さとする必要がある。
【００１９】
ここで、単層固定砥粒ワイヤー１０は、該単層固定砥粒ワイヤー１０を用いた固定砥粒ワイヤーソーの切削速度を高めて被加工物の切断に要する時間を短縮するために、砥粒２の集中度を３０〜５０％とする必要がある。砥粒２の集中度が３０％未満の場合、単層固定砥粒ワイヤー１０の使用に伴う砥粒２の摩滅により単層固定砥粒ワイヤー１０が早期に使用不能になり易いため、砥粒２が摩滅し易い高切削速度下で被加工物を切断することができないからである。また、砥粒２の集中度が５０％超の場合、砥粒２をワイヤー径方向に重なり合わないように電着することが困難であり、砥粒２の剥離を防止しつつ被加工物を切断するためには、低い切削速度で被加工物を切断する必要があると共に、カーフロスが大きくなるからである。なお、砥粒２の集中度は、素線１への通電量や、電解めっき液中に分散させる砥粒の量、めっき処理時間等を制御することにより調整することができる。
【００２０】
そして、上述した単層固定砥粒ワイヤー１０は、例えば、マルチワイヤーソーによる円柱状シリコンインゴットや太陽電池用四角柱状シリコンインゴット等の切断（シリコンウェーハの製造）に用いることができる。
【００２１】
具体的には、図３（ａ）または（ｂ）に示すように、直線または三角形に配置した、周方向に複数の周方向溝（図示せず）が所定ピッチで形成されたローラー２０の周方向溝に、図示しないワイヤー供給ボビンから供給される単層固定砥粒ワイヤー１０を巻き掛けて所定間隔のワイヤー列を形成し、マルチワイヤーソー４０ａ，４０ｂを構成することにより、単層固定砥粒ワイヤー１０を用いて円柱状シリコンインゴット３０を切断することができる。なお、このマルチワイヤーソー４０ａ，４０ｂでは、ローラー２０を図示しない駆動手段で回転させると共に、円柱状シリコンインゴット３０を走行する単層固定砥粒ワイヤー１０に押し当てることにより、円柱状シリコンインゴット３０を切断して平板状のウェーハを得ることができる。
【００２２】
ここで、マルチワイヤーソー４０ａ，４０ｂで円柱状シリコンインゴット３０を切断する際に単層固定砥粒ワイヤー１０にかける張力は、１７Ｎ〜２３Ｎとすることが好ましい。張力を１７Ｎ〜２３Ｎとすれば、切断時のワイヤー断線が抑制できると共に、平坦度が良好な切断面を得ることができるからである。
【００２３】
そして、上述したような砥粒の集中度が３０〜５０％の単層固定砥粒ワイヤー１０を用いたマルチワイヤーソー４０ａ，４０ｂによれば、充分に高い切削速度で被加工物（円柱状シリコンインゴット３０）を切断することができる。また、単層固定砥粒ワイヤー１０は、ダイヤモンド等からなる高硬度の砥粒２を用いて被加工物を強制的に切削加工できると共に、砥粒２の集中度を３０〜５０％にすることでその切削強度を維持することができる。更に切削加工はダイヤモンド等の砥粒が行い、素線と被加工物が直接的に接触することはなく、素線の磨耗ほとんどないのでワイヤー強度も維持できる。従って、ワイヤー供給ボビンから供給される単層固定砥粒ワイヤー１０を往復走行させながら巻き取りボビン（図示せず）に巻き取って被加工物を切断する場合には、往方向の送り量と復方向の送り量との差（新線供給量）を少なくすることができる。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００２５】
（実施例１）
図１および２に示す構成を有し、砥粒の平均粒径が１２μｍ、集中度が５０％の単層固定砥粒ワイヤーを用いて図３（ｂ）に示すようなマルチワイヤーソーを作製し、直径１５０ｍｍのシリコンインゴットを切断した。なお、シリコンインゴットの切断に際しては、２０Ｎの張力をかけた状態で単層固定砥粒ワイヤーを往復走行させると共に、クーラントとして温度２３℃の水溶性クーラントを単層固定砥粒ワイヤー上に７０Ｌ／分の速度で供給した。
そして、シリコンインゴット１０本を切断可能な切削速度（走行する単層固定砥粒ワイヤーにシリコンインゴットを接触させる速度）と、その際のワイヤー新線供給量を品質工学法により求めた。また、シリコンインゴットを切断して得たシリコンウェーハの平坦度（ＴＴＶ）をＡＤＥ８２００で測定した。結果を表１に示す。
【００２６】
（実施例２〜４）
砥粒の平均粒径および集中度、並びに、切断時に単層固定砥粒ワイヤーにかける張力を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてシリコンインゴットを切断した。
そして、実施例１と同様にして切削速度およびワイヤー新線供給量を求めた。また、シリコンインゴットを切断して得たシリコンウェーハの平坦度（ＴＴＶ）を測定した。結果を表１に示す。
【００２７】
（比較例１）
砥粒の集中度を２０％とした以外は、実施例１と同様にしてシリコンインゴットを切断した。
そして、実施例１と同様にして切削速度およびワイヤー新線供給量を求めた。また、シリコンインゴットを切断して得たシリコンウェーハの平坦度（ＴＴＶ）を測定した。結果を表１に示す。
【００２８】
（比較例２）
砥粒の集中度を６０％とした単層でない（砥粒同士がワイヤー径方向に重なった）固定砥粒ワイヤーを用いた以外は、実施例１と同様にしてシリコンインゴットを切断した。
そして、実施例１と同様にして切削速度およびワイヤー新線供給量を求めた。また、シリコンインゴットを切断して得たシリコンウェーハの平坦度（ＴＴＶ）を測定した。結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
2011079106.tif 000003
【００３０】
表１より、本発明の被加工物の切断方法によれば、最大切削速度１４００μｍ／分、新線供給量１ｍ／分でシリコンインゴットを切断することができることが分かる。従って、本発明の被加工物の切断方法によれば、固定砥粒ワイヤーの使用寿命を長くして、低コストで被加工物の切断を行うことができることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明によれば、固定砥粒ワイヤーソーによる被加工物の切断方法において、切削速度を高めて被加工物の切断に要する時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  素線
１ａ  外周面
２  砥粒
３  めっき層
１０  単層固定砥粒ワイヤー
２０  ローラー
３０  シリコンインゴット
４０ａ，４０ｂ  マルチワイヤーソー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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