(57)【要約】【課題】インゴットから半導体ウェーハを切り出す等の用途に用いるワイヤー工具を製造する場合において、ワイヤーの表面に効率良くめっきを施して生産性を高める。【解決手段】めっき液１１ａを収容するめっき液槽１１と、めっき液１１ａに浸漬してプラスの電気が印可されるめっき金属１２とを少なくとも含み、ワイヤー１９にマイナスの電気を印可してワイヤー１９にめっきを施すめっき装置１０において、めっき液１１ａを保液しワイヤーに摺接してめっきを施す保液手段１３と、ワイヤー１９を保液手段１３に送り出すワイヤー送り手段１４と、保液手段１３を通過しめっきされたワイヤーを収容する収容手段１５とを備え、保液手段１３にめっき液１１ａを保液させ、ワイヤー１９の外周を保液手段１３で包み込んでめっきを施すように構成することにより、高速にめっきを施す。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき液を収容するめっき液槽と、該めっき液に浸漬してプラスの電気が印可されるめっき金属とを少なくとも含み、ワイヤーにマイナスの電気を印可して該ワイヤーにめっきを施すめっき装置であって、
めっき液を保液しワイヤーに摺接してめっきを施す保液手段と、
該ワイヤーを該保液手段に送り出すワイヤー送り手段と、
該保液手段を通過しめっきされたワイヤーを収容する収容手段と
から構成されるめっき装置。
【請求項２】
保液手段は、ワイヤーを摺接状態で挟持する挟持部と、
該挟持部をめっき液に浸した状態で回転させる回転駆動部と
を少なくとも備えた請求項１に記載のめっき装置。
【請求項３】
挟持部は、繊維間に空間があり保液効果のある高分子素材により円盤状に形成される請求項１または２に記載のめっき装置。
【請求項４】
挟持部の周速度は１０ｍ／分以上である請求項３に記載のめっき装置。
【請求項５】
挟持部は、ワイヤーへの接触圧が等方的になるように形成される請求項３または４に記載のめっき装置。
【請求項６】
めっき液はスルファミン酸ニッケルである請求項１乃至５のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項７】
保液手段が２以上配設される請求項１乃至６のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項８】
ワイヤー送り手段とめっき液槽との間にエタノール槽、塩酸槽、洗浄槽が配設され、該ワイヤー送り手段から送り出されたワイヤーが、該エタノール槽、該塩酸槽、該洗浄槽を経て該めっき槽に至る請求項１乃至７のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項９】
めっき液槽と収容手段との間に洗浄槽が配設され、めっきされたワイヤーが該洗浄槽を経て該収容手段に至る請求項８に記載のめっき装置。
【請求項１０】
めっき液槽に収容されためっき液には砥粒が混入されており、ワイヤーの表面には該砥粒がめっきにより固定される請求項１乃至９のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のめっき装置を用い、ワイヤーの外周に砥粒をめっきにより固着して形成したワイヤー工具。
【請求項１２】
砥粒は、導電性を有する砥粒である請求項１１に記載のワイヤー工具。
【請求項１３】
導電性を有する砥粒は、ニッケル被覆された砥粒である請求項１２に記載のワイヤー工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハをインゴットから切り出す際に用いるワイヤー工具及びそのワイヤー工具の製造に使用するめっき装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハは、シリコンインゴット等をワイヤー工具、内周刃等を用いてスライスし、スライスされた半導体ウェーハに対してラッピングまたは研磨により初期成形を行い、研削により平坦化した後に、ポリッシングによって鏡面仕上げを行うことにより集積回路を形成できる状態となる。
【０００３】
近年、半導体デバイスの単価の低減のためにインゴットが大口径化する傾向にあり、かかる大口径化したインゴットの切断においては、耐熱性、耐磨耗性、切断能力が高く、カーフロスが少ないことから、電着ワイヤー工具が用いられるようになってきている。
【０００４】
インゴットのスライスに用いる電着ワイヤー工具は、例えば直径が０．２ｍｍ程度のピアノ線の外周に、粒径が２〜３０μｍ程のダイヤモンド砥粒をめっきによって固着することにより製造されるのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のめっきによる方法によってワイヤー工具を製造する場合においては、めっき皮膜の成長速度が遅いために、ダイヤモンド砥粒がピアノ線に固着される速度は１００〜１５０ｍｍ／分と極めて遅く、例えば長さが３００ｋｍのワイヤー工具を製造する場合には、延べ５万時間ほどかかるため、極めて生産性が低いという問題がある。
【０００６】
従って、ワイヤー工具の製造においては、ワイヤーの表面に効率良くめっきを施すことにより生産性を高めることに課題を有している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための具体的手段として本発明は、めっき液を収容するめっき液槽と、めっき液に浸漬してプラスの電気が印可されるめっき金属とを少なくとも含み、ワイヤーにマイナスの電気を印可してワイヤーにめっきを施すめっき装置であって、めっき液を保液しワイヤーに摺接してめっきを施す保液手段と、ワイヤーを保液手段に送り出すワイヤー送り手段と、保液手段を通過しめっきされたワイヤーを収容する収容手段とから構成されるめっき装置を提供する。
【０００８】
そしてこのめっき装置は、保液手段が、ワイヤーを摺接状態で挟持する挟持部と、挟持部をめっき液に浸した状態で回転させる回転駆動部とを少なくとも備えたこと、挟持部が、繊維間に空間があり保液効果のある高分子素材により円盤状に形成されること、挟持部の周速度が１０ｍ／分以上であること、挟持部が、ワイヤーへの接触圧が等方的になるように形成されること、めっき液がスルファミン酸ニッケルであること、保液手段が２以上配設されること、ワイヤー送り手段とめっき液槽との間にエタノール槽、塩酸槽、洗浄槽が配設され、ワイヤー送り手段から送り出されたワイヤーが、エタノール槽、塩酸槽、洗浄槽を経てめっき槽に至ること、めっき液槽と収容手段との間に洗浄槽が配設され、めっきされたワイヤーが洗浄槽を経て収容手段に至ること、めっき液槽に収容されためっき液には砥粒が混入されており、ワイヤーの表面には砥粒がめっきにより固定されることを付加的要件とする。
【０００９】
このように構成されるめっき装置においては、ブラシめっきの技術を応用し、保液手段にめっき液を保液させ、ワイヤーの外周を保液手段で包み込んでめっきを施すように構成したため、高速にめっきが施され、砥粒を効率良く固着することができる。
【００１０】
また本発明は、上記のめっき装置を用い、ワイヤーの外周に砥粒をめっきにより固着して形成したワイヤー工具を提供する。
【００１１】
そしてこのワイヤー工具は、砥粒が、導電性を有する砥粒であること、導電性を有する砥粒が、ニッケル被覆された砥粒であることを付加的要件とする。
【００１２】
このように構成されるワイヤー工具は、めっきによる砥粒の保持強度が高いため、切断能率が良く長時間の使用が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例として、図１に示すめっき装置１０について説明する。このめっき装置１０は、めっき液１１ａを収容するめっき液槽１１と、めっき液１１ａに浸漬するめっき金属１２と、めっき液１１ａを保液しワイヤーにめっきを施す保液手段１３と、ワイヤーを保液手段１３に送り出すワイヤー送り手段１４と、めっきされたワイヤーを収容する収容手段１５とから概ね構成される。
【００１４】
めっき液層１１に収容されるめっき液１１ａとしては、塩化ニッケル、スルファミン酸ニッケル等を用いることができる。また、めっき液１１ａには砥粒を混入させることができる。混入される砥粒としては、ダイヤモンド、炭化珪素等があり、また、銅、ニッケル、チタン等で被覆して導電性を持たせたダイヤモンド等を使用することもできる。なお、砥粒を混入させずに、通常のめっき装置として使用することもできる。
【００１５】
保液手段１３は、ワイヤーを摺接状態で挟持する挟持部１６と、挟持部１６を回転させる回転駆動部１７とから構成される。保液手段１３は１つでも良いし、２以上配設することもでき、図示の例では保液手段１３が３つ配設されている。
【００１６】
挟持部１６は、めっき液１１ａに浸した状態で配設されており、２枚の円盤の間にワイヤー１９が摺動可能に接した状態で挟持されている。挟持部１６を構成する円盤１８としては、例えば天然または合成のフェルト、ブラシ、筆等の繊維間に空間があり保液効果のある高分子素材を用いる。
【００１７】
また、挟持部１６と回転駆動部１７とは回転軸２０によって連結されており、回転駆動部１７による駆動によって回転軸２０が回転することにより挟持部１６も回転する構成となっており、挟持部１６の回転速度、周速度は調整可能となっている。回転駆動部１７としては、例えばモータを用いる。
【００１８】
ワイヤー送り手段１４は、保液手段１３を構成する挟持部１６にめっき前のワイヤー１９を所定の速度で送り出す機能を有している。図示の例では、送り出しドラム２１にめっき前のワイヤー１９が巻かれた状態となっており、送り出しドラム２１が回転しながら軸心方向に水平移動し、ローラー２２にガイドされてワイヤー１９が送り出される構成となっている。
【００１９】
一方、収容手段１５は、めっき後のワイヤー１９ａを巻き取って収容するもので、図示の例では、巻き取りドラム２３がモータ２４によって駆動されて回転しながら軸心方向に水平移動することによりめっきされたワイヤー１９ａがローラー２５にガイドされて巻き取りドラム２３に巻き取られていく構成となっている。
【００２０】
めっき液１１ａに浸漬するめっき金属１２は、例えばニッケルにより形成されており、このめっき金属１２は電源２６のプラス端子に接続されプラスの電気が印可されることにより陽極を構成する。一方、電源２６のマイナス端子は、ワイヤー送り手段１４を構成するローラー２２に接続されており、マイナスの電気が印可されることによりワイヤー１９が陰極を構成する。
【００２１】
ワイヤー１９としては、例えばピアノ線を用いる。ニッケルめっきは銅系金属との密着性が高いため、ピアノ線の外周には、めっきとの密着性を良くするために、予めブラスめっきを施しておくことが望ましい。
【００２２】
挟持部１６が回転すると共にワイヤー１９が巻き取られて水平方向に移動すると、砥粒が混入しためっき液に挟持部１６が浸漬しており、更にワイヤー１９は摺接状態で挟持されているため、ワイヤー１９に対して挟持部１６から砥粒が供給される。そして、挟持部１６は、ワイヤー１９への接触圧が等方的になるように形成されており、ワイヤー１９の円周方向に対して均一な圧力が加えられているため、摩擦によって、砥粒が均等かつ高速に付着する。
【００２３】
更に、電源２６から電圧が印可されることにより、めっき金属１２が陽極となり、ワイヤー１９が陰極となるため、ワイヤー１９にニッケルが析出してめっきされ、ワイヤー１９に付着した砥粒がニッケルによって固定される。
【００２４】
図２に示すめっき装置３０を用いて実際にワイヤー工具を製造した。このめっき装置３０は、図１に示しためっき装置１０に更にいくつかの機能を付加したものであるため、図１のめっき装置１０と共通の部位については同一の符号を付して説明する。
【００２５】
このめっき装置３０においては、ワイヤーとしてピアノ線１９を用い、送り出しドラム２１に巻かれたピアノ線１９が順次送り出される。ピアノ線１９には、めっきとの密着性を良くするために０．３μｍのブラスめっきが施されている。
【００２６】
めっき装置３０においては、エタノール槽３１及び塩酸槽３２を備えた超音波洗浄装置３３及び洗浄槽３４を備えており、送り出されたピアノ線１９は、エタノール槽３１において脱脂された後、酸化物やスケール等の除去のために塩酸槽３２において酸洗される。そして、これらの前処理により表面が活性化されたピアノ線１９は、洗浄槽３４において表面が洗浄された後に、保液手段１３に供給される。保液手段１３において砥粒がめっきにより固定されたピアノ線１９ａは、洗浄槽３５において表面に付着した洗浄液が洗い流された後、巻き取りドラム２３に巻き取られる。
【００２７】
めっき液槽１１の下部には、めっき液をマグネット式で撹拌する撹拌調整つまみ３６を有する撹拌手段と、めっき液の温度を調整する温度調整つまみ３７を有する温度調整手段とが一体となったコントロールユニット３８（例えばイウチ社製ホットスターラー）が配設されている。なお、浴温度は、高温である方がめっきの成長を高速化することができるが、高温にすることにより生じる過度の水分の蒸発は金属イオン濃度を変換させ、これによって浴の管理が困難となるため、浴の管理上の問題が少ない範囲で最も高温である６０°Ｃとした。
【００２８】
ピアノ線１９には、ワット浴、塩化ニッケル浴、スルファミン酸ニッケル浴の３つの浴にてニッケルめっきを施し、限界電流密度、密着性について検討した。その結果、限界電流密度はそれぞれ２１７Ａ／ｄｍ２、４４７Ａ／ｄｍ２、２４２Ａ／ｄｍ２であった。また、密着性は、スルファミン酸ニッケル浴で得られた皮膜が最も良いことが判明した。
【００２９】
限界電流密度におけるめっき被膜の成長速度を測定したところ、図３の表に示す結果を得た。このグラフからわかるように、めっき被膜の成長は時間と線形の関係にあり、その成長速度は３３μｍ／分であった。ブラシめっきを応用し、高電流密度での作業を可能としたため、めっき皮膜の成長速度が速いことが確認された。なお、めっき液にダイヤモンド等の砥粒を混入させた複合めっきの場合の成長速度は５０μｍ／分以上であることが発明者によって確認されている。
【００３０】
保液手段１３を構成するフェルトからなる挟持部１６の回転数は、ピアノ線１９へのめっき液供給量及び摩擦量を左右するため、限界電流密度やめっき被膜表面の平滑さに影響を与えると考えられる。そこで、挟持部１６の回転数を変化させ、その影響について検討した。
【００３１】
図４のグラフは、挟持部１６の回転数と限界電流密度との関係を示しており、回転数が３００ｒｐｍ以下では限界電流密度が低く、それ以上では限界電流密度は一定の値となった。
【００３２】
また、めっき被膜の平滑さについては、挟持部１６の回転数が３００ｒｐｍ以下の場合は被膜の表面に凹凸が見られ、ピットも存在したが、それ以上では平滑な被膜が得られた。周速度に換算すると、１０ｍ／分以上とすれば、上記の効果が得られることが確認された。
【００３３】
めっき液１１ａに混入させる砥粒としては、銅で被覆したダイヤモンド（ＣｕコートＤｉａ）、ニッケルで被覆したダイヤモンド（ＮｉコートＤｉａ）、チタンで被覆したダイヤモンド（ＴｉコートＤｉａ）、ダイヤモンド（Ｄｉａ）、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた。そして、これらのそれぞれをめっき浴に３０ｇ／Ｌ添加した場合と砥粒を添加させない場合とについてそれぞれ浴抵抗と砥粒の固着の程度を測定したところ、図５の表に示す結果を得た。
【００３４】
この表からわかるように、ＣｕコートＤｉａ、ＮｉコートＤｉａについては、めっき浴中でも導電性を保ち、低い浴抵抗を示した。また、この２つについてはワイヤー工具として十分な砥粒が共析した。これは、導電性のある砥粒は共析しやすいためと考えられる。また、使用によって砥粒からもめっきを成長させることにより砥粒保持強度が増加するため、砥粒の固着の程度も良好であった。
【００３５】
一方、その他の砥粒についてはわずかに共析したが、その量は十分ではなかった。従って、ＣｕコートＤｉａまたはＮｉコートＤｉａの使用が適していると考えられる。しかし、ＣｕコートＤｉａについては、コーティングがめっき液中で溶解し、電解時の銅の析出が見られ、ニッケルの析出が阻害された。異種金属イオンの存在は、このような浴管理上の問題を招くため、砥粒としてはニッケルコートされたものを使用するのが最適であるといえる。
【００３６】
本発明による方法においては、挟持部１６を構成するフェルトが回転することによりワイヤーに砥粒が供給されてブラシめっきを行うため、挟持部１６を構成する２枚の円盤１８の形状及び回転数は、砥粒共析量に影響を与えると考えられる。そこで、図６及び図７に示すように、通常のリング状のフェルトからなる円盤１８ａと３層構造のリング状のフェルトからなる円盤１８ｂとを作製し、それぞれについて砥粒の共析量を測定した。図７に示す円盤１８ｂは、ピアノ線１９と等方的に接触しめっき層が均一になるようにフェルトの中央部を取り除いてピアノ線１９を収容する収容部１８ｃを形成したものである。この円盤１８ｂのようにフェルトの構造を変えることで砥粒の共析量を制御することが可能であることが確認された。また、フェルトの回転数を変えることによっても砥粒の共析量を制御することが可能であることも確認された。
【００３７】
図８に示すように、上記のようにして製造したワイヤー工具４０は、ピアノ線１９に砥粒４１がニッケルによって固着された構成となっており、このワイヤー工具４０及び従来のワイヤ工具を用いて切断試験を行った。切断試験は、ワークとしてシリコンインゴットを用い、ワイヤーの走行速度を５００ｍ／分、ワイヤー長を３０ｍ、ワイヤー張力を１５Ｎ、切断押付荷重を１．９６Ｎとし、加工液として水道水を用いた。
【００３８】
このような条件の下で切断試験を行ったところ、図９のグラフに示す結果を得た。このグラフからわかるように、従来の方法により製造されたワイヤー工具を用いた場合と比較して、本発明により製造したワイヤー工具４０を用いた場合には、単位時間あたりの累積切断面積が従来品より広く、高い切断能率で長時間の使用が可能であった。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るめっき装置においては、ブラシめっきの技術を応用し、保液手段にめっき液を保液させ、ワイヤーの外周を保液手段で包み込んでめっきを施すように構成したため、高速にめっきが施され、砥粒を効率良く固着することができる。従って、ワイヤー工具の製造を従来より速くできるため、生産性を向上させることができる。
【００４０】
また、本発明に係るワイヤー工具は、切断能率が良く長時間の使用が可能であるため、インゴット等の切断を効率的に行うことができると共に、寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るめっき装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】同めっき装置の第二の実施の形態を示す説明図である。
【図３】同めっき装置におけるめっき時間と皮膜厚さとの関係を示すグラフである。
【図４】同めっき装置における挟持部と限界電流密度との関係を示すグラフである。
【図５】同めっき装置における添加砥粒とその影響を示す表である。
【図６】同めっき装置の挟持部を構成する円盤の第一の例を示す断面図である。
【図７】同めっき装置の挟持部を構成する円盤の第二の例を示す断面図である。
【図８】本発明に係るワイヤー工具を示す断面図である。
【図９】同ワイヤー工具及び従来のワイヤー工具を用いた切断試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…めっき装置　１１…めっき液槽
１１ａ…めっき液　１２…めっき金属
１３…保液手段　１４…ワイヤー送り手段
１５…収容手段　１６…挟持部　１７…回転駆動部
１９…ワイヤー（ピアノ線）　２０…回転軸
２１…送り出しドラム　２２…ローラー
２３…巻き取りドラム　２４…モータ
２５…ローラー　２６…電源　２７…挟持部
３０…めっき装置　３１…エタノール槽
３２…塩酸槽　３３…超音波洗浄装置
３４、３５…洗浄槽　３６…撹拌調整つまみ
３７…温度調整つまみ　３８…コントロールユニット
４０…ワイヤー工具　４１…砥粒
【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】
2004027283.tif 000008
【図７】
2004027283.tif 000009
【図８】
2004027283.tif 000010
【図９】
2004027283.tif 000011