(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強度の芯線を砥粒又は砥粒とフィラーの混入した樹脂溶液中を通過せしめる工程と、上記通過した芯線をダイスを通して乾燥部に導く工程と、乾燥部において樹脂を加熱固化し、芯線外周面上に砥粒を固着せしめる工程とを具備する方法において、上記ダイスは芯線の通過する内周面軸方向に設けた凹部によって非円形に形成され、かつ該ダイスが通過する芯線の軸に対して垂直方向に回転し、通過する芯線に付着した液中の砥粒は、ダイス内周面に設けた凹部により、芯線外周面の螺旋状の位置に樹脂被膜により配列固着されることを特徴とするワイヤーソーの製造方法。
【請求項２】
高強度の芯線は鋼線又は繊維線条体、砥粒の粒径は樹脂被膜厚の２／３以上芯線径の１／２以下、フィラーの粒径は樹脂被膜厚の２／３未満であり、かつ樹脂は弾性率１００ｋｇ／ｍｍ2 以上、軟化温度２００℃以上であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
砥粒、フィラーの含有量は、共に容積％で樹脂、フィラー、砥粒よりなるボンド層の１乃至５０％であることを特徴とする請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項４】
高強度の芯線は表面処理したピアノ線、砥粒、フィラーは共に超砥粒であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の製造方法。
【請求項５】
高強度芯線の外周面の直上に、砥粒とフィラーとが樹脂による被膜によって固着されてなる固着層を具え、
前記砥粒は、粒径が樹脂被膜厚の２／３以上芯線径の１／２以下であり、
前記フィラーは、粒径が樹脂被膜厚の２／３未満であり、
前記樹脂は、弾性率１００ｋｇ／ｍｍ2以上かつ軟化温度２００℃以上であり、
前記固着層は、芯線の周方向及び芯線の軸方向に連続しており、かつ前記砥粒により隆起した部分を有しており、
この隆起した部分が螺旋状に配列されてなることを特徴とするワイヤーソー。
【請求項６】
砥粒の材質はダイヤモンド、ＣＢＮなどの超砥粒、フィラーの材質は超砥粒又はＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 などの一般砥粒であり、両者の含有量は、共に容積％で樹脂、フィラー、砥粒よりなるボンド層の１乃至５０％であることを特徴とする請求項５記載のワイヤーソー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として大口径シリコンインゴットからのシリコンウエハーのスライシングのような電子材料の加工や、ガラスレンズの切断のような光学材料の加工などに使用されるワイヤーソー並びにワイヤーソーの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンインゴットからのシリコンウエハーのスライシング加工には、主としてダイヤモンド内周刃が使用されてきたが、シリコンインゴットの大口径化に伴い、収率、生産性、加工変質層、寸法的な制約などより、最近は遊離砥粒とワイヤーソーによる加工が多く用いられるようになってきた。しかし、遊離砥粒を用いる加工は、衛生環境上の問題がある、次工程に砥粒を混入させる、めんどうな完全な洗浄工程が必要である、加工速度が遅い、加工精度が低い、ソーマークが強くつくなど加工面性状が良くない、などの種々の問題があり、砥粒を固着させたワイヤーをつかったワイヤーソーによる加工が強く望まれている。
【０００３】
超砥粒を固着したワイヤーソーとしては、芯線材に砥粒を結合して、その外面にドレッシングを施したものが特開昭５０−１０２９９３号公報により提案されている。
【０００４】
また特開平８−１２６９５３号公報には、シリコンウエハ−の切り出し加工におけるワイヤーソーの特徴が詳細に並べられ、この加工には芯線材としてポリエチレン、ナイロン等の素材を用いることが良いと提案され、特開平９−１５５６３１号公報には超砥粒の固着に樹脂バインダー溶液を用いることが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記それぞれは優れた提案である。
然し乍ら、切断性能の高いワイヤーソーを工業的に製造し、充分な実用の域に達せしめるには、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 などの一般砥粒から超砥粒と称せられるダイヤモンドやＣＢＮを含む砥粒の粒度、配列などを踏まえて更にその構成並びに製造方法を改良する必要がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その特徴の第１は高強度の芯線の外周面上に、樹脂被膜により固着される砥粒を、回転する内周面に凹部を設けたダイスにより、螺旋状に配列せしめることである。そして好ましくはその砥粒は前記提案のように、ドレッシングを施されることなく製造当初より隆起させることである。
【０００７】
特徴の第２は、用いる芯線、砥粒、砥粒をボンドする樹脂を選択し、また樹脂にフィラーを添加して砥粒の保持力を強化することである。
即ち樹脂は芯線との接合力の低いことが最も大きな欠点であるが、用いる芯線としては、単線の場合ブラスメッキ鋼線のような接合性のよい金属線を選ぶとか、アラミド繊維、炭素繊維などの繊維線条体を用いて接合性の向上を計る。
樹脂、砥粒、フィラーの材質、粒径の特定については、次の実施の形態の項において詳述する。
【０００８】
別の特徴はダイスの材質と形状を特定して、安定して均質なワイヤーソーを製造することである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
ボンドとして使用する樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ＵＶ硬化樹脂のいずれも使用できるが、成形性や物性の見地から熱硬化性樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂としてはアルキッド樹脂、フェノール樹脂、ホルマリン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができる。そして切断加工などの使用面における砥粒の固着力、ボンド層の耐摩耗性、耐熱性などよりして樹脂の弾性率は１００ｋｇ／ｍｍ2 以上で、軟化温度は２００℃以上のものを使用することが好ましい。
【００１０】
溶剤は樹脂を溶解できるものであればいかなるものでもよいが、使用する樹脂の種類によりキシレン、トルエン、ベンゼン、エチルベンゼン等のアルキルベンゼン類、クレゾール、フェノール、キシレノール等のクレゾール類、エタノール、ブタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、テトラヒトロフラン、ジオキサン等のエーテル類、ＤＭＦ、ＤＭＣＡ、ＤＭＳＯ等の非プロトン系溶剤などを使い分ける。そしてこの溶剤量は、樹脂、砥粒、フィラーなどを混合してなる塗料全体に対して２５〜７５容量％とすることが好ましい。
【００１１】
また、上記樹脂中にフィラーとしてアルミナ、ＳｉＣ、ＳｉＯ2 、ＣｒＯ2 、微粒ダイヤモンドなどを含有せしめることにより、強度や耐摩耗性を向上させる、また、グラファイト、ＭｏＳ2 、ＢＮなどを添加することにより潤滑性や切れ味を向上させる、またさらにはＣｕ、Ｆｅ、Ｃｏ粉末などを添加することにより耐熱性や耐摩耗性を向上させることもできる。フィラーの粒径は、樹脂被膜厚の２／３未満で、その含有量は、樹脂、砥粒、フィラーを固着してなるボンド層の１〜５０容量％の範囲で、材質としてはダイヤモンド、ＣＢＮなどの超砥粒が最も好ましい。
【００１２】
砥粒の粒径は樹脂被膜厚の２／３以上芯線径の１／２以下の範囲内で、略揃った粒度のものをその儘使用すればよいが、ダイヤモンドなどの超砥粒においては、ＮｉやＣｕを被覆したものも用いることができる。このようなコーティング砥粒を用いることで、砥粒保持力が増大し、加工熱からの樹脂の保護ができ、ワイヤーソーの寿命の向上が得られる場合もある。なお砥粒の含有量はフィラーと同様１〜５０容量％で、材質としては超砥粒が最も好ましい。
以下具体的な実施の形態を実施例によって述べる。
【００１３】
【実施例】
（実施例１）
ポリウレタン樹脂をクレゾール類とアルキルベンゼン類の混合物に溶解させた東特塗料社製ポリウレタン樹脂溶液（ポリウレタン樹脂含有量：４５％）に、平均粒径２５μｍのダイヤモンド粒３を２．２ｃｔ／ｃｍ3 の割合となるように混入し、混合塗料５を作製した。
この混合塗料５を図１に示すダイス並びに図３に示す装置を用いて、直径０．１８ｍｍのブラスメッキピアノ線１の外周に図２に示すような螺旋状のダイヤモンド粒３の突出固着層４を有するワイヤーソー１０を作製した。なお図中１１は上記混合塗料５中にフィラーを添加した場合のフィラーを示す。
【００１４】
即ち図１は混合塗料５をブラスメッキピアノ線１の外周面に塗布するのに用いるダイス２の形状と該線１との関係を示す該線１の進行方向に対する断面の概略図で、図１イにおいてはダイス２内を通過する該線１の外周はダイス２の三角形状通過孔の３個の接点Ａにより中心が保持され、凹部Ｂにより混合塗料５中のダイヤモンド粒３が該線１に接する。
【００１５】
上記ダイス２は、図３に示すように該線の進行に伴いその軸線の垂直方向に回転装置６により回転されるので、凹部Ｂにより該線に接せられた混合塗料５中のダイヤモンド粒３の位置は該線１の外周面上に螺旋状を描き乍ら、炉温３００℃の竪型焼付け炉７中に送られて、乾燥硬化し、図２のように螺旋状のダイヤモンド固着層４が形成される。図中８は該線１の供給リール、９は巻取りリールである。
【００１６】
なお図１のロは接点Ａ、凹部Ｂが各４個所のもの、ハは同５個所、ホは同２個所、ニは接点がなく、３個所の凹部Ｂのみがあるものを示し、実施例１ではイのものを用いた。
そして、ダイス２の回転によるピッチは図２のようにワイヤーソー１０の径の約１０倍である。
【００１７】
（実施例２）
フェノール樹脂（住友ベークライト社製）をクレゾールにフェノール樹脂の含有量が５０％となるように溶解させた。
上記溶液を使用し、その他は実施例１と同様でワイヤーソーを作製した。ワイヤーソーの線径は０．２２ｍｍ、樹脂膜厚は約１２μｍであった。
【００１８】
（実施例３）
ビスマレイミド樹脂（三井東圧社製）をフェノール樹脂の代わりに使用し、それ以外は実施例２とまったく同様でワイヤーソーを試作した。ワイヤーソーの線径は０．２２ｍｍ、樹脂膜厚は約１１μｍであった。
【００１９】
（実施例４）
実施例１で使用したポリウレタン溶液に、砥粒として粒径２５μｍのダイヤモンド粒３と、フィラーとして粒径１０μｍのＳｉＯ2各々２．２ｃｔ／ｃｍ3となるように混合した混合液を使用し、その他は実施例１と同様でワイヤーソーを作製した。
得られたワイヤーソーの線径は０．２２ｍｍ、樹脂膜厚は約１４μｍであった。
【００２０】
（実施例５）
実施例２で使用したフェノール樹脂溶液に、砥粒として粒径２５μｍのダイヤモンドを２．２ｃｔ／ｃｍ3 と、フィラーとして粒径が５μｍのＳｉＣを１．１ｃｔ／ｃｍ3 となるように混合した混合液を製作し、その他は実施例２と同様な条件でワイヤーソーを製作した。
得られたワイヤーソーの線径は０．２２ｍｍ、樹脂膜厚は約１５μｍであった。
【００２１】
（実施例６）
実施例３で使用したビスマレイミド溶液に、砥粒として粒径２５μｍのダイヤモンド粒を３．３ｃｔ／ｃｍ3 と、フィラーとして粒径５μｍのダイヤモンド微粉末を６．３体積％となるように混合した。この混合液を用い、その他は実施例３と同様でワイヤーソーを製作し、線径が０．２２ｍｍで樹脂膜厚が約１５μｍのワイヤーソーを得た。
【００２２】
（実施例７）
高強度の芯線として繊維を用いたものを一括例示する。用いる繊維としては高張力低伸度のアラミド繊維を集束したものが好ましいが、これに炭素繊維、ガラス繊維などを加えることもできる。繊維で芯線を形成したものは可撓性が良く、金属芯線に比しシリコンインゴットなどのワークへ巻き付けて行うワイヤーソーによる切断加工になじみやすい特徴を有しており、また繊維線条体を下記のように構成しておくと、超砥粒の芯線への接着力は飛躍的に向上する。
【００２３】
（１）集束したアラミド繊維を、不飽和ポリエステル槽中に導いて含浸し、ダ
イスで絞って加熱して半硬化乃至硬化状の繊維線条体とする。
（２）半硬化状の（１）の繊維線条体の外周に、アラミド繊維、ポリエステル
繊維などを巻きつけて、（１）と同様に含浸するか、含浸して加熱する
。
（３）ピアノ線等の金属線に、アラミド繊維、ポリエステル繊維などの繊維を
巻きつけ或は撚り合わせておく。
（４）（３）の巻き付け或は撚り合わせの途次か、終了後に樹脂を含浸するか
、含浸して加熱する。
【００２４】
何れの場合においても、砥粒の芯線外周上への付着する工程や、加熱硬化する工程は、金属線を芯線として用いた他の実施例と同ように行うことができる。
【００２５】
（実施例ワイヤーソーによる切断試験）
実施例６で作製したワイヤーソーを使用し、単結晶Ｓｉの切断テストを行った。
単結晶Ｓｉのサイズは１００ｍｍ□×３０ｍｍ厚さで、１００×３０ｍｍの切断面積が得られるものを用いた。
使用したワイヤーソーは３０ｍの長さで、加工条件はワイヤーソーの往復運動速度４００ｍｍ／ｍｉｎ、ワイヤーテンション２．５ｋｇｆ、加工液は水道水である。
切断溝幅は０．２５ｍｍで、１５００ｍｍ2の切断加工にわたり、安定して３．７ｍｍ／ｍｉｎの切断送り速度での加工が可能であった。
【００２６】
（比較例）
従来の遊離砥粒方式によって、シリコンウェハーの切断試験を行なったところ、切断速度は下記のように０．３ｍｍ／ｍｉｎ程度で、上記実施例ワイヤーソーによるものより一桁以上低いものであった。
0003927676.tif 000002
【００２７】
なお上記実施例において用いた砥粒は市販の平均粒径２５μｍのダイヤモンド粒であるが、これをレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて粒子径分布を測定したところ、表１のように可成のバラツキがあった。このバラツキは他の平均粒径のものにおいても、またフィラーにおいても存在する。
【００２８】
従って、例えば実施例６における樹脂膜厚は１５μｍであるから、砥粒の粒子径は１５μｍ×２／３＝１０μｍ以上となり、１０μｍ未満のものはフィラーとなるので、出来上がったワイヤーソー１０の砥粒とフィラーの容量比は、配合量とは若干異なったものとなる。
【００２９】
【表１】
0003927676.tif 000003
【００３０】
【発明の効果】
以上各項で述べたように、本発明によれば、従来の遊離砥粒によるシリコンウエハーのスライシング加工に換え、ワイヤーによるスライシング加工のできる螺旋状の砥粒の固着したワイヤーソーを容易に経済的に提供することができる。しかも提供されるワイヤーソーの切断能力は、遊離方式に比し１０倍以上も高く、加工性能、加工精度も充分なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】イ．ロ．ハ．ニ．ホはそれぞれ実施例に用いたダイスの内周形状と芯線と砥粒の関係を説明する芯線の断面方向からの概略図である。
【図２】実施例ワイヤーソーの側面からの概略図である。
【図３】実施例に用いた装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１    ブラスメッキピアノ線              １１  フィラー
２    ダイス                            Ａ    ダイス内周側の接点
３    ダイヤモンド粒                    Ｂ    ダイス内周側の凹部
４    ダイヤモンド粒の突出固着層
５    混合塗料
６    回転装置
７    竪型焼付け炉
８    供給リール
９    巻取リール
１０  ワイヤーソー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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