(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超砥粒ワイヤソーによる、（１−１０２）面（ｒ面）を主面とする単結晶サファイヤ基板の切断方法であって、
超砥粒ワイヤソーの切り込み方向が（１−１０２）面（ｒ面）に対して平行から１度以内で、
超砥粒ワイヤソーの走行方向が（１１−２０）面（ａ面）に対して平行から５度以内であることを特徴とする、超砥粒ワイヤソーによる単結晶サファイヤ基板の切断方法。
【請求項２】
単結晶サファイヤ基板の切断に用いる超砥粒ワイヤソー切断装置であって、
上記単結晶サファイヤを保持する手段と、
上記単結晶サファイヤの（１−１０２）面（ｒ面）を超砥粒ワイヤソーの切り込み方向に対して平行から１度以内にセッティングする手段と、
上記単結晶サファイヤの（１１−２０）（ａ面）を超砥粒ワイヤソーの走行方向に対して平行から５度以内にセッティングする手段とを有することを特徴とする、超砥粒ワイヤソー切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超砥粒ワイヤソーで単結晶サファイヤ基板を（１−１０２）面（ｒ面）と平行、または平行から１度以内の方向に高精度に切断する方法と、その超砥粒ワイヤソー切断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単結晶サファイヤは、α−ＡＬ２Ｏ３の単結晶であり、優れた物理的特性、熱的特性、電気的特性、光学的特性を有しているので、耐磨耗部品、耐熱部品、光学部品、電気・電子部品、半導体部品などに広く利用されている。
単結晶サファイヤの結晶構造は稠密六方晶系に属し、図２に示す面方位によると、単結晶のｃ軸に対して直角方向に（０００１）面（ｃ面と称する）が存在し、このｃ軸に平行な（１１−２０）面（ａ面と称する）、ｃ軸に対して一定の角度を有する（１−１０２）面（ｒ面と称する）および（１１−２３）（ｎ面と称する）が存在する。
【０００３】
超砥粒ワイヤソーとしては、芯線にダイヤモンド砥粒を固着した、固定砥粒方式のダイヤモンドワイヤソーが提案された。このダイヤモンドワイヤソーは、切れ味が極めて良好で、しかもスラリーが不要、水溶性又は不水溶性の研削液が利用できるため機械とその周辺の汚れが低減され、作業環境を改善することができる特長がある。しかも、数十Ｋｍ以上の長尺のダイヤモンドワイヤソーを製作できるので、マルチで切断加工が可能であり、スラリーを用いるマルチワイヤソーと比較して数倍以上の切断速度が得られる特長がある。固定砥粒方式のダイヤモンドワイヤソーとしては、ポリエチレン、ナイロン、ポリエステル等からなる素材、若しくはこれら素材をガラス繊維、炭素繊維で補強した材料を芯線とし、この芯線の外周にダイヤモンド砥粒を合成樹脂接着剤又は電着で固着するものが提案されている。
（例えば、特許文献１参照）
また、別のダイヤモンドワイヤソーとしては、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、シリコンカーバイド繊維、若しくはシリコン−チタン−炭素−酸素系無機繊維等のモノフィラメント又はマルチフィラメントを芯線とし、この芯線の外周にダイヤモンド砥粒をメッキ又は合成樹脂バインダーで固着したものが提案されている。
（例えば、特許文献２参照）
【０００４】
これらの超砥粒ワイヤソーは、一例として図３に示される切断装置に用いることができる。超砥粒ワイヤソー切断装置は、多数本の超砥粒ワイヤソーを被加工物に押しつけて超砥粒ワイヤソーを往復走行させながら、被加工物を一度に多数枚にスライシングする装置である。単結晶サファイヤのみならず、大直径のシリコンゴットからのシリコンウエハのスライシングや、フェライト、ネオジウム磁石などの磁性材料の切断加工、光学ガラスの切断加工に超砥粒ワイヤソー切断装置を用いることが試みられている。
具体的には図３に示すように、メインローラ５と６の外周面には被加工物の切断寸法に応じて溝が設けられている。超砥粒ワイヤソー１はリール２と９の外周面に巻かれている。一方のリール２からガイドローラ３と４を経由して取り出さた超砥粒ワイヤソー１は、メインローラ５と６の溝に順次巻き付けられ、ガイドローラ７と８を経由して、他方のリール９に巻き取られる。超砥粒ワイヤソー１をリール２と９との間で往復走行させながら、多数本の超砥粒ワイヤソー１を被加工物１０に押しつけて被加工物１０を一度に多数枚に切断加工する。このとき、メインローラ５と６の溝にはノズル１１と１２から研削液が供給される。
【０００５】
単結晶サファイヤ基板の切断方法についての先行文献としては、（０００１）面（ｃ面）を主面とする、単結晶サファイヤ基板の切断方法が知られている。
（例えば、特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１２６９５３号公報
【特許文献２】特開平９−１５５６３１号公報
【特許文献３】特開２００３−３２０５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
超砥粒ワイヤソーを用いて単結晶サファイヤ基板を切断する場合、遊離砥粒方式のワイヤソーに比べて、被削性の良好な結晶面に沿って切断が進み、切断精度に大きく影響する傾向が見られる。例えば、超砥粒ワイヤソーを用いて単結晶サファイヤを（１−１０２）面（ｒ面）に対して平行から１度以内に切断する場合、超砥粒ワイヤソーの走行方向を結晶面に対して任意な方向に設定すると平行に切断できない問題が発生した。
そこで、この発明の目的は、単結晶サファイヤ基板の超砥粒ワイヤソーによる切断加工において、（１−１０２）面（ｒ面）に対して平行から１度以内の方向に高精度な切断加工を可能にする切断加工法と、その切断装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に従った単結晶サファイヤ基板の切断方法は、超砥粒ワイヤソーによる、（１−１０２）面（ｒ面）を主面とする単結晶サファイヤ基板の切断方法であって、超砥粒ワイヤソーの切り込み方向が（１−１０２）面（ｒ面）に対して平行から１度以内で、超砥粒ワイヤソーの走行方向が（１１−２０）面（ａ面）に対して平行から５度以内であることを特徴とする超砥粒ワイヤソーによる単結晶サファイヤ基板の切断方法である。
ここで、（１−１０２）面（ｒ面）を主面とするとは、ｒ面と平行、またはｒ面と平行から１度以内の角度を有する単結晶サファイヤ基板をいう。
【０００９】
また、この発明に従った単結晶サファイヤ基板の切断装置は、単結晶サファイヤの切断に用いる超砥粒ワイヤソー切断装置であって、上記単結晶サファイヤを保持する手段と、上記単結晶サファイヤの（１−１０２）面（ｒ面）を超砥粒ワイヤソーの切り込み方向に対して平行から１度以内にセッティングする手段と、上記単結晶サファイヤの（１１−２０）（ａ面）を超砥粒ワイヤソーの走行方向に対して平行から５度以内にセッティングする手段とを有することを特徴とする超砥粒ワイヤソー切断装置である。
【発明の効果】
【００１０】
超砥粒ワイヤソーの切り込み方向が（１−１０２）面（ｒ面）に対して平行から１度以内で、超砥粒ワイヤソーの走行方向が（１１−２０）面（ａ面）に対して平行から５度以内に設定することによって、（１−１０２）面（ｒ面）を主面とする単結晶サファイヤ基板を高精度に切断加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明の単結晶サファイヤ基板の切断方法の特徴は、超砥粒ワイヤソーによる、（１−１０２）面（ｒ面）を主面とする単結晶サファイヤ基板の切断方法であって、超砥粒ワイヤソーの切り込み方向が（１−１０２）面（ｒ面）に対して平行から１度以内で、超砥粒ワイヤソーの走行方向が（１１−２０）面（ａ面）に対して平行から５度以内であることである。
その切断方法の概略図が図１である。この場合において、事前に方位測定器で測定された（１１−２０）（ａ面）と直交する軸方向（ａ軸）を測定しておき、この軸と超砥粒ワイヤソーの走行方向が直角に設定されている。超砥粒ワイヤソーがａ軸に対して直角とは、この基準軸と超砥粒ワイヤソーが完全に直交する方向から５度以内であることが望ましく、２度以内であることがより好ましい。さらに、超砥粒ワイヤソーの切り込み方向が（１−１０２）面（ｒ面）に対して平行に設定されて切断加工が行われる。
超砥粒ワイヤソーの走行方向を結晶面に対して任意な方向に設定すると（１−１０２）面（ｒ面）に対して平行に切断できない原因としては以下のことが考えられる。例えば、（１１−２０）面（ａ面）以外の任意の面を超砥粒ワイヤソーの走行方向と平行な面になるようにして切り込むと、（１１−２３）面（ｎ面）や（０００１）面（ｃ面）に沿って超砥粒ワイヤソーが切り込まれるため切断精度が低下するものと考えられる 。
【００１２】
また、この発明の単結晶サファイヤ基板の切断装置の特徴は、単結晶サファイヤの切断に用いる超砥粒ワイヤソー切断装置であって、上記単結晶サファイヤを保持する手段と、上記単結晶サファイヤの（１−１０２）面（ｒ面）を超砥粒ワイヤソーの切り込み方向に対して平行から１度以内にセッティングする手段と、上記単結晶サファイヤの（１１−２０）（ａ面）を超砥粒ワイヤソーの走行方向に対して平行から５度以内にセッティングする手段とを有することである。
切断装置としては、例えば、図３に示される切断装置に用いることができる。この超砥粒ワイヤソー切断装置は、多数本の超砥粒ワイヤソーを被加工物に押しつけて超砥粒ワイヤソーを往復走行させながら、被加工物を一度に多数枚に切断加工が可能な装置であり、特に、高能率な切断加工が要求される場合には最も適切である。
また、超砥粒ワイヤソーで単結晶サファイヤ基板を切断するには、不水溶性加工液よりも、水溶性加工液を用いるほうが高い切断速度が得られるので適当である。不水溶性加工液を用いると切断速度が低下する原因としては、不水溶性加工液の優れた潤滑性により、ダイヤモンド砥粒が被加工物（単結晶サファイヤ）の表面を上滑りするためと考えられる。
【実施例１】
【００１３】
直径０．１８ｍｍのピアノ線からなる芯線に、平均砥粒径４２μｍのダイヤモンド砥粒をレジンボンドで固着したダイヤモンドワイヤソーを用いて単結晶サファイヤの切断実験を行った。以下の切断条件において、超砥粒ワイヤソーの切り込み方向が（１−１０２）面に平行で、超砥粒ワイヤソーの走行方向が（１１−２０）面に平行の場合（本発明）と、垂直の場合（従来例）を比較して本発明の効果を確認した。
(切断条件)
被加工物：単結晶サファイヤ
被加工物サイズ：φ５０ｍｍ−Ｌ３０ｍｍ
超砥粒ワイヤソー切断機：タカトリ製  
メインローラ間隔：５７０ｍｍ
超砥粒ワイヤソー線速度：４００ｍ／ｍｉｎ
超砥粒ワイヤソー走行方向：往復走行
ワーク切り込み速度：ａｖｅ０．１ｍｍ／ｍｉｎ
超砥粒ワイヤソーのテンション：３５Ｎ
加工液：水溶性加工液
単結晶サファイヤを切断して基板とし、その基板の切断方向のうねりを測定した。測定片は手前側、中央、奥側から各３枚(計９枚)をサンプルとした。そのテスト結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】
0005042112.tif 000002
【００１５】
表１から明らかなように、超砥粒ワイヤソーの走行方向を（１１−２０）面（ａ面）に平行方向にすることにより、切断精度が向上することが判明した。ａ面と１０度の方向では明らかに切断面のうねりが大きくなっている。しかしながら、１〜５度の方向では、平行の場合との差異が認められなかったので、高精度に切断するには５度以内が好ましいと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】単結晶サファイヤの切断方法を示す概略図である。
【図２】単結晶サファイヤの結晶面を示す概略図である。
【図３】超砥粒ワイヤソー切断装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００１７】
１                超砥粒ワイヤソー
２，９            リール
３，４，７，８，  ガイドローラ
５，６            メインローラ
１０              被加工物
１１，１２        ノズル
【図１】
0005042112.tif 000003
【図２】
0005042112.tif 000004
【図３】
0005042112.tif 000005