JP2014058014A - Wire saw - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコンやセラミック、サファイヤなどの硬質材料の切断に使用されるワイヤソーに関する。 The present invention relates to a wire saw used for cutting hard materials such as silicon, ceramics, and sapphire.
この種のワイヤソーは、従来より、例えば半導体用のシリコンウエハーやＬＥＤ用途におけるサファイアなどの他、セラミックや石材のように、硬質で脆性特性の大きい難加工材の切断加工に使用されてきた。 Conventionally, this type of wire saw has been used for cutting hard and difficult-to-work materials such as ceramics and stones, as well as silicon wafers for semiconductors and sapphire in LED applications.
以前は、研磨剤とクーラントを配合したスラリーを用いながら切断を行う、いわゆる砥粒遊離式のワイヤソーが主流であったが、砥粒遊離式のワイヤソーは、スラリーをサンプルに供給しながら切断しなければならないことから作業性が良くなかった。それに加えて、切断の際に、スラリーと切り粉の混合物であるスラッジが発生するため、作業環境の悪化を招くだけでなく、切断後にはそのスラッジをサンプルから除去するためにサンプルを洗浄する必要もあり、環境面でもコスト面でも効率が悪かった。 In the past, so-called abrasive-free wire saws that were cut using a slurry containing abrasive and coolant were the mainstream, but abrasive-free wire saws must be cut while supplying the slurry to the sample. The workability was not good because it was necessary. In addition, sludge, which is a mixture of slurry and swarf, is generated during cutting, which not only degrades the working environment but also requires the sample to be washed after cutting to remove the sludge from the sample. There were also environmental and cost inefficiencies.
このような課題点を解消するために、砥粒固定式のワイヤソーが開発されている。砥粒固定式のワイヤソーは、切れ味が極めて良好であり、スラリーが不要であり、機械とその周辺の汚染を低減することができ、作業環境を改善することができるという利点を有する。また、数百ｍまたは数十ｋｍ以上の長尺のダイヤモンドワイヤソーを製作することができるので、多くの枚数のウエハーを一度でスライシング加工することが可能であるので、スラリーを用いる砥粒遊離式のワイヤソーに比べて数倍以上の切断速度を得ることができる。 In order to solve such problems, an abrasive fixed wire saw has been developed. An abrasive-fixed wire saw has the advantage that the sharpness is extremely good, no slurry is required, contamination of the machine and its surroundings can be reduced, and the working environment can be improved. In addition, since a diamond wire saw having a length of several hundred meters or several tens of kilometers or more can be manufactured, a large number of wafers can be sliced at one time. Cutting speeds several times higher than wire saws can be obtained.
近年ではこのような砥粒固定式のワイヤソーの性能向上を図るべく、多くの提案がされており、例えば、砥粒の粒径を、ある一定の一つの範囲内に収め、且つ砥粒を芯線に分散固着させる層をある一定の厚みにすることにより、切れ味を向上させるような方法が提案されている（特許文献１参照）。これにより、切れ味のよいワイヤソーが得られるのは確かであるが、切断の対象はシリコンウエハーなどのような、精密機器に使用される繊細な部品であるため、より切れ味がよく、よりカーフロスの少ないワイヤソーが求められているのが実情であった。 In recent years, many proposals have been made to improve the performance of such wire-fixed wire saws. For example, the particle diameter of the abrasive grains is kept within a certain range, and the abrasive grains are placed in the core wire. There has been proposed a method for improving the sharpness by making the layer to be dispersed and fixed to a certain thickness (see Patent Document 1). Although it is certain that a sharp wire saw can be obtained in this way, the object to be cut is a delicate part used in precision equipment such as a silicon wafer, so it has a better sharpness and less kerf loss. The reality is that a wire saw is required.
上記のような事情に鑑み、本発明の目的とするところは、従来品よりも、より切れ味がよく、カーフロスの少ない砥粒固定式のワイヤソーを提供することにある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide an abrasive-fixed wire saw that is sharper and less kerf than the conventional product.
発明者らは、かかる課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、粒子群がワイヤの表面に分散固着したワイヤソーであって、前記粒子群は、材料を研削する砥粒として機能する所定粒径範囲の主粒子と、該主粒子より粒径が小さい副粒子とからなり、当該粒子群の個数基準積算分布において、前記副粒子の累積％が、前記個数基準積算分布の小粒子径側からの積算粒子個数の１１％以上であるワイヤソーを用いることにより、従来の砥粒工程式のワイヤソーよりも、切れ味がよく、カーフロスの少ない砥粒固定式のワイヤソーを提供することができることを見出すに至った。 As a result of intensive studies to solve such problems, the inventors of the present invention have a wire saw in which the particle group is dispersed and fixed on the surface of the wire, and the particle group has a predetermined particle size that functions as an abrasive for grinding the material. A primary particle in a range and secondary particles having a particle size smaller than the primary particle, and in the number-based cumulative distribution of the particle group, the cumulative percentage of the secondary particles is from the small particle diameter side of the number-based cumulative distribution. By using a wire saw that is 11% or more of the cumulative number of particles, it has been found that it is possible to provide an abrasive-fixed wire saw that is sharper and has less kerf than the conventional abrasive process type wire saw. .
即ち、本発明の要旨は以下の通りである。
〔１〕粒子群がワイヤの表面に分散固着したワイヤソーであって、前記粒子群は、材料を研削する砥粒として機能する所定粒径範囲の主粒子と、該主粒子より粒径が小さい副粒子とからなり、当該粒子群の個数基準積算分布において、前記副粒子の累積％が、前記個数基準積算分布の小粒子径側からの積算粒子個数の１１％以上であるワイヤソー、
〔２〕前記副粒子の累積％が、前記個数基準積算分布の小粒子径側からの積算粒子個数の５０％以上である前記〔１〕記載のワイヤソー、
〔３〕前記副粒子のメジアン径が、前記主粒子のメジアン径の３０％以下である前記〔１〕又は〔２〕記載のワイヤソー、
〔４〕前記副粒子が、ダイヤモンド、ニッケル及びニッケル−リン合金から選択される少なくとも１種を含む前記〔１〕〜〔３〕の何れかに記載のワイヤソー、
〔５〕前記ワイヤソーがシリコンウエハ切断用である前記〔１〕〜〔４〕の何れかに記載のワイヤソー、
〔６〕前記シリコンウエハを構成するシリコンが多結晶性である前記〔５〕記載のワイヤソー、
である。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A wire saw in which a group of particles is dispersed and fixed on the surface of a wire, and the group of particles includes a main particle having a predetermined particle size range that functions as an abrasive for grinding a material, and a secondary particle having a smaller particle size than the main particle. A wire saw in which the cumulative percentage of the secondary particles is 11% or more of the cumulative number of particles from the small particle diameter side of the number-based cumulative distribution in the number-based cumulative distribution of the particle group,
[2] The wire saw according to [1], wherein the cumulative percentage of the secondary particles is 50% or more of the cumulative number of particles from the small particle diameter side of the number-based cumulative distribution,
[3] The wire saw according to [1] or [2], wherein a median diameter of the sub-particles is 30% or less of a median diameter of the main particles.
[4] The wire saw according to any one of [1] to [3], wherein the secondary particles include at least one selected from diamond, nickel, and a nickel-phosphorus alloy,
[5] The wire saw according to any one of [1] to [4], wherein the wire saw is for cutting a silicon wafer,
[6] The wire saw according to the above [5], wherein the silicon constituting the silicon wafer is polycrystalline.
It is.
本発明によれば、従来の砥粒固定式のワイヤソーに比べて、より切れ味がよく、カーフロスも少ない砥粒固定式のワイヤソーを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, compared with the conventional abrasive grain fixed type wire saw, the sharpness and the abrasive grain fixed type wire saw with few kerf loss can be provided.
本発明は、粒子群がワイヤの表面に分散固着したワイヤソーであって、前記粒子群は、材料を研削する砥粒として機能する所定粒径範囲の主粒子と、該主粒子より粒径が小さい副粒子とからなり、当該粒子群の個数基準積算分布において、前記副粒子の累積％が、前記個数基準積算分布の小粒子径側からの積算粒子個数の１１％以上であるワイヤソーである。 The present invention is a wire saw in which a group of particles are dispersed and fixed to the surface of a wire, and the group of particles has a main particle in a predetermined particle size range that functions as an abrasive for grinding a material, and a particle size smaller than the main particle. The wire saw is composed of secondary particles, and the cumulative percentage of the secondary particles in the number-based cumulative distribution of the particle group is 11% or more of the cumulative number of particles from the small particle diameter side of the number-based cumulative distribution.
以下に、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図１は、本発明におけるワイヤソーの実施形態を示す側面図である。図１に示すように、本実施形態におけるワイヤソー１は、その基本骨格たる芯線１２に、主粒子１３及び副粒子１４を分散固着させた構成を有する。
FIG. 1 is a side view showing an embodiment of a wire saw according to the present invention. As shown in FIG. 1, the wire saw 1 in the present embodiment has a configuration in which
芯線１２は、通常のワイヤソーに使用されるものであればよく、容易に極細線に加工することができ、且つ十分な強度も兼ね備えるという観点から、例えば、ピアノ線が好ましい。ピアノ線の材質としては、はんだの溶融温度により強度が劣化しない種々の金属ワイヤを用いることができ、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、タングステン、モリブデン、銅、チタン、アルミニウム及びそれらの合金のいずれかからなるものが好適である。特に、ピアノ線を含む高炭素鋼からなるものが安価且つ安定して入手でき、コスト低減できる点で好ましい。その他、ピアノ線以外であっても、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維のいずれか１種の単線または撚り線を用いてもよい。芯線２の径は５０〜２００μｍが好ましい。
The
ワイヤソー１に分散固着させる粒子群の粒度分布曲線を作成した場合、その粒子径により、主粒子１３と副粒子１４に大別される。主粒子１３の粒子径は５〜６０μｍの範囲にあるのが好ましく、そのメジアン径は８〜５０μｍが好ましい。一方、副粒子１４の粒子径は０．１〜３μｍの範囲にあるのが好ましく、そのメジアン径は０．５〜２μｍが好ましい。そして、主粒子１３のメジアン径及び副粒子１４のメジアン径の関係においては、副粒子１４のメジアン径が、主粒子１３のメジアン径の３０％以下、より好ましくは１５％以下、更に好ましくは８％以下にするのがよい。
When a particle size distribution curve of a particle group dispersed and fixed to the
主粒子１３は、例えばシリコン等の切断対象物を切断する際に、砥粒として機能する。一方で副粒子１４は、切断自体に直接寄与するわけではないが、ワイヤソーの表面積を増大させることにより、並びに、ワイヤソー表面に凹凸を形成することで、切断時に使用するクーラントの連れ持ち量を増やすことにより、ワイヤソーの切れ味向上やカーフロス減少に寄与すると考えられる。
The
副粒子１４の小粒子径側からの積算粒子数は、砥粒全体の粒子数に対して、１１％以上であればよく、４０％以上がより好ましい。こうすることにより、従来のワイヤソーに比して切れ味がよく、カーフロスの少ないワイヤソーを得ることができる。
The cumulative number of particles from the small particle diameter side of the
主粒子１３は、例えばダイヤモンド、ＣＢＮ等の、いわゆる超砥粒にニッケル、ニッケルーリン合金の金属膜がコーティングされた構成を有する。一方、副粒子１４は、主粒子１３と同様の構成でも良ければ、ダイヤモンド、ＣＢＮであっても良いし、ニッケルやニッケルーリン合金であっても良いし、若しくはこれらの混合物であっても良い。
The
主粒子１３及び副粒子１４からなる粒子群を芯線１２に分散固着させる際には、例えばレジボンドによる方法、電着による方法、ロー付けによる方法など、従来より使用されている公知の方法によって分散固着させるとよいが、ワイヤソーとして使用するにあたって十分な砥粒の保持力を有していればよく、これらに限定されない。
When the particle group consisting of the
この際に、主粒子１３と副粒子１４を別々に芯線１２に分散固着させても良いが、工程数を少なくするという観点からは、両粒子を混合してから分散固着させるのが望ましい。但し、いずれの手順で分散固着させたとしても、主粒子１３及び副粒子１４がそれぞれ偏りなく芯線全体に分散固着するようにする必要がある。
At this time, the
このようにして得られるワイヤソーは、切れ味が良く、カーフロスも少ないので、高硬度の部材を薄く切断するのに適している。 The wire saw thus obtained has good sharpness and little kerf loss, and is suitable for thinly cutting a high-hardness member.
例えば、太陽電池パネルや半導体製造に必要となるシリコンウエハを得るためには、ケイ素の結晶からなる硬度の高いインゴットを薄く切断する必要があり、本発明に係るワイヤソーはこのような用途に用いることが可能である。一般的に単結晶性シリコンの方が太陽電池や半導体を製造した際に高性能のものが得られる。しかし近年では、広大な面積の太陽電池パネルの需要増大に伴い、安価にシリコンウエハを得るために、多結晶性シリコンからなるインゴットからシリコンウエハを得ることが多くなっている。本発明に係るワイヤソーは単結晶性のシリコンからなるインゴットの切断には勿論、多結晶性シリコンからなるインゴットの切断にも、適している。 For example, in order to obtain a silicon wafer necessary for manufacturing a solar cell panel or a semiconductor, it is necessary to thinly cut a hard ingot made of silicon crystals, and the wire saw according to the present invention is used for such a use. Is possible. In general, single crystalline silicon can be obtained with high performance when a solar cell or a semiconductor is manufactured. However, in recent years, with an increase in demand for solar cell panels having a large area, in order to obtain a silicon wafer at a low cost, a silicon wafer is often obtained from an ingot made of polycrystalline silicon. The wire saw according to the present invention is suitable not only for cutting an ingot made of monocrystalline silicon but also for cutting an ingot made of polycrystalline silicon.
以下、実施例に基づき、本発明の実施形態をより具体的に説明するが、本発明がこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, based on an Example, Embodiment of this invention is described more concretely, This invention is not limited to these.
（実施例１）
ニッケルコートダイヤモンド砥粒にニッケル微粉を添加し、ワイヤソー芯線の表面に分散固着させるための粒子群を得た。その粒子群を、フロー式粒子群分析装置により個数基準粒度分布の計測を行ったところ、図２に示すように、主粒子と副粒子による２つのピークを有するような個数基準粒度分布が得られた。その後、前記粒子群を芯線に分散固着させ、ワイヤソーを得た。
Example 1
Nickel fine powder was added to nickel-coated diamond abrasive grains to obtain a particle group for dispersing and fixing to the surface of the wire saw core wire. When the particle group was subjected to measurement of the number-based particle size distribution using a flow type particle group analyzer, a number-based particle size distribution having two peaks of main particles and sub-particles was obtained as shown in FIG. It was. Thereafter, the particle group was dispersed and fixed to the core wire to obtain a wire saw.
（比較例１）
ニッケルコートダイヤモンド砥粒に実施例１と同様の方法により、ワイヤソー芯線の表面に分散固着させるための粒子群を得た。そして実施例１と同様の方法により個数基準粒度分布の計測を行ったところ、図３に示すように、主に１０μｍ以上の粒径からなる主粒子による１つのピークのみを有するような個数基準粒度分布が得られた。その後、実施例１と同様の方法により、ワイヤソーを得た。
(Comparative Example 1)
By a method similar to that in Example 1, a particle group for dispersing and fixing to the surface of the wire saw core wire was obtained on the nickel-coated diamond abrasive grains. Then, when the number-based particle size distribution was measured by the same method as in Example 1, as shown in FIG. 3, the number-based particle size having only one peak due to the main particles mainly having a particle size of 10 μm or more. A distribution was obtained. Thereafter, a wire saw was obtained in the same manner as in Example 1.
（評価１：表面粗さ評価試験）
実施例１及び比較例１のワイヤソーを使用し、多結晶性のシリコンウエハの切断を行い、切断面の表面粗さの測定を、株式会社東京精密製表面粗さ測定器（型番：サーフコム１５００Ｄ×３）を用い、中心平均粗さＲａ及び十点平均粗さＲｚを測定、算出した。尚、実施例１及び比較例１のそれぞれのワイヤソーにより得られた一の切断面から、３箇所のＲａ値及びＲｚ値を測定し、その平均値を算出した。
(Evaluation 1: Surface roughness evaluation test)
Using the wire saws of Example 1 and Comparative Example 1, a polycrystalline silicon wafer was cut, and the surface roughness of the cut surface was measured using a surface roughness measuring instrument manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd. (model number: Surfcom 1500D × 3), the center average roughness Ra and the ten-point average roughness Rz were measured and calculated. In addition, Ra value and Rz value of three places were measured from one cut surface obtained by each wire saw of Example 1 and Comparative Example 1, and the average value was calculated.
表１に示したように、実施例１の表面粗さは比較例１の表面粗さよりもＲａ値及びＲｚ値の双方において低値を示した。これは実施例１において、切断面表面の凹凸がより少ないということになり、切断の際にワイヤソーがスムーズにシリコンウエハを切断していった様子が伺え、ワイヤソーの切れ味の良さを示唆するものであると考えられる。また、このように切断面表面の凹凸が少ないということは、それだけ切断方向からぶれることなくワイヤソーが移動したと考えられ、切断時におけるカーフロスも極力抑えられているものと考えられる。 As shown in Table 1, the surface roughness of Example 1 was lower in both Ra value and Rz value than the surface roughness of Comparative Example 1. In Example 1, this means that the surface of the cut surface has less irregularities, and it can be seen that the wire saw smoothly cut the silicon wafer during cutting, suggesting the sharpness of the wire saw. It is believed that there is. In addition, the fact that the surface of the cut surface has less unevenness is considered that the wire saw has moved without being displaced from the cutting direction, and the kerf loss during cutting is also suppressed as much as possible.
１、 ワイヤソー
１２、 芯線
１３、 主粒子
１４、 副粒子
1. Wire saw 12,
Claims (6)
The wire saw according to claim 5, wherein the silicon constituting the silicon wafer is polycrystalline.
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