JP4083177B2 - ワイヤソー - Google Patents

Description

本発明は、芯線の周囲に金属めっきにより砥粒を固着したワイヤソーに関する。

各種の半導体デバイスの製造分野では、シリコンウエハの大口径にともない、シリコンインゴットからの切り出し法も大口径化に対応しやすいワイヤソーカット法へ移行されつつある。このワイヤソーとしては、芯線の周面にＷＡやＧＣまたはダイヤモンド、ｃＢＮなどの砥粒を固着させた固定砥粒方式のワイヤソーが使用されている。

この固定砥粒方式のワイヤソーとしては、電着により砥粒を固着させる電着ワイヤソーとレジンを結合剤として砥粒を固着させるレジンボンドワイヤソーとがある。固定砥粒ワイヤソーを用いたマルチ切断加工において、より少ないワイヤ量で安定した加工能率で精度良く切断するためには、砥粒突出し量の増大、砥粒数の増大、砥粒保持力の増大が必要であり、この要求に対しては電着ワイヤソーが適している。

ワイヤソーはたくさんのプーリーを介してワイヤガイドにセッティングされるため，ワイヤは捩れながら走行する。また加工中はワークとの接触部にたわみが発生して切断が進行していく。このため、これらの捩れやたわみに対して柔軟に変形する必要がある。
しかし，電着ワイヤソーは芯線表面に金属めっき層が存在するため、柔軟性が低下する。そのため、切断中の断線率が高くなり、面精度が低下し、ボビン巻き付けによる芯線や砥粒層が損傷しやすいという問題点がある。このような問題点を解決することを目的とした技術が、特許文献１に記載されている。

特開２００４−５０３０１号公報

しかし、特許文献１に記載された技術では、砥粒と芯線との間の領域に樹脂層が無いため、砥粒先端が揃わず、加工能率は高いものの面精度を向上できない。また、めっき層の厚みを厚くできない（例えば砥粒粒径１７μｍに対してめっき層は４μｍ）ため、通常の電着ワイヤソーに比較すると砥粒保持力が低い。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、加工時の面精度を高め、砥粒保持力を維持しつつ、ワイヤソーの柔軟性を高めて、切断性能に優れたワイヤソーを提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明は、芯線の周囲に樹脂を主成分とし、弾性率が２０００ＭＰａ以下であって、厚みが２μｍ以上５μｍ以下である緩衝層が設けられ、前記緩衝層の外周に砥粒を金属めっきで固着した砥粒層が形成され、前記砥粒層のめっき厚みは２０μｍ以下であり、かつ平均砥粒粒径の３０％以上８０％以下であることを特徴とするワイヤソーである。
芯線と砥粒層との間に弾性率が２０００ＭＰａ以下で厚みが２μｍ以上５μｍ以下である樹脂の緩衝層を介在させることにより、ワイヤソーの柔軟性が高くなるため、加工時に発生するワイヤソーの捩り応力を小さくすることができ、断線を防止することができる。また、このような緩衝層を設けることに加え、砥粒層のめっき厚みを２０μｍ以下とし、かつ平均砥粒粒径の３０％以上８０％以下とすることで、プーリー部やたわみ発生部で柔軟に変形することでの砥粒層の損傷、砥粒脱落を防止することができる。

本発明においては、緩衝層は導電性を有することを特徴とする。緩衝層を導電性とすることによって、電着製法によって製造速度を上げることができる。緩衝層を導電性とすることは、導電性を有する樹脂を用いるか、あるいは銅、ニッケル、グラファイト等の導電性粒子を樹脂に含有させることによって可能である。

本発明においては、砥粒層中に金属めっきが無い領域が分散して存在していることを特徴とする。
金属めっきが無い領域が存在することで，砥粒層の柔軟性が高くなる。金属めっきが無い領域の形成は、ガラスバルーン、樹脂粉末等の絶縁粒子を含有させてめっきを行うことによって可能である。

本発明においては、砥粒層中に金属めっきが無い領域が芯線の軸方向に断続的に存在していることを特徴とする。
砥粒層中に金属めっきが無い領域が芯線の軸方向に断続的に存在していることにより、砥粒層の柔軟性が高まり、砥粒の沈み込みを促進して、砥粒先端を揃えることが可能となる。

本発明によると、ワイヤソーの柔軟性を高めて、切断性能に優れたワイヤソーを実現することができる。

以下に、本発明のワイヤソーをその実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係るワイヤソーを示す。ワイヤソー１は、ピアノ線等からなる芯線２の周囲に、樹脂を主成分とする緩衝層３が設けられ、この緩衝層３の外周に砥粒４を金属めっき５で固着した砥粒層６が形成されてなるものである。金属めっき５の金属としてニッケルを用いることができる。緩衝層３は、導電性を有する樹脂を用いるか、あるいは銅、ニッケル、グラファイト等の導電性粒子を樹脂に含有させるかによって導電性を持つことができる。緩衝層３の弾性率は２０００ＭＰaとし、厚みは５μｍとしている。

図２を用いて緩衝層３の機能について説明する。ワイヤソー１はたくさんのプーリーを介してワイヤガイド１０にセッティングされるため、ワイヤソー１は捩れながら走行する。また加工中は被削材１１との接触部１２にたわみが発生して切断が進行していく。このため、これらの捩れやたわみに対して柔軟に変形する必要がある。芯線２と砥粒層６との間に樹脂の緩衝層３を介在させることにより、ワイヤソー１の柔軟性が高くなる。そのため、加工時に発生するワイヤソー１の捩り応力を小さくすることができ、断線を防止することができる。また、プーリー部やたわみ発生部で柔軟に変形することでの砥粒層の損傷、砥粒脱落を防止することができる。

緩衝層３はまた、砥粒４の沈み込みによって、砥粒４の先端を揃えることを可能とする機能を有する。図３を用いて、緩衝層３を形成したときの砥粒４の沈み込みの様子を示す。図３（a）は、緩衝層３を形成せずに、芯線２の周囲に直接金属めっき５により砥粒４を固着した場合を示しており、砥粒４の大きさに不揃いがあると、砥粒４は沈み込めないため砥粒４の先端が揃わない。これに対し、図３（ｂ）に示すように緩衝層３を形成すると、砥粒４の大きさに不揃いがあっても、緩衝層３に砥粒４が沈み込み、砥粒４の先端が揃いやすい。

図３（ｃ）は、砥粒４に作用する負荷を示す。砥粒４には切込み方向（法線方向）とワイヤ走行方向（接線方向）に負荷がかかり、砥粒４にはワイヤ軸に対して斜め方向への合力がかかる。このため、樹脂を主成分とする緩衝層３を設けることにより、ワイヤ軸にして法線方向に砥粒４が沈み込み、砥粒４の先端が揃いやすくなるため、切断時の面粗さが小さくなる。

ワイヤソー１は製造時にはボビンへ数十〜１００ｋｍ以上の長さで巻き付けられる。この際、数Ｎ〜数十Ｎのテンションをかけながら巻きつけるため、ワイヤソー表面にはワイヤソー１同士の接触による大きな負荷がかかってしまい、芯線２の損傷や砥粒層６の損傷が生じる。本発明のワイヤソーでは、樹脂を主成分とする緩衝層３を設けることにより、この巻きつけによる負荷を緩和させることができ、芯線２や砥粒層６の損傷を防止することができる。

図４（ａ）に、砥粒層６に金属めっきが無い領域７を設けた例を示す。金属めっきが無い領域７の形成は以下のようにして行うことができる。緩衝層３を形成する樹脂槽中に、形成する緩衝層３の厚みよりも粒径の大きいガラスバルーン、セラミックス粒子、樹脂粉末等の絶縁粒子を含有させ、緩衝層３を形成する。この絶縁粒子が突き出した緩衝層３上にめっきを形成すると、絶縁粒子にはめっきが形成されないため、金属めっきが無い領域７を設けることができる。

図４（ｂ）、（ｃ）に、砥粒層６に金属めっき５が無い領域を芯線２の軸方向に断続的に設けた例を示す。図４（ｂ）は、金属めっき５が無い領域に感光性樹脂層８を形成し、さらに感光性樹脂層８に砥粒４を固着したものを示す。また、図４（ｃ）は、金属めっき５が無い領域に感光性樹脂層８を形成し、感光性樹脂層８には砥粒４を固着しないものを示す。
金属めっき５がある部分の長さは２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とするのがよく、感光性樹脂層８の長さは、金属めっきがある部分の長さ以下とするのがよい。

以下に、具体的な作製例と試験例を示す。
図５（ａ）に、緩衝層の形成工程を示す。供給ボビン１７から供給される直径０．１６ｍｍの長尺のピアノ線１８を樹脂槽１９に浸漬させる。樹脂としては、ウレタンアクリレート等の感光性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができ、樹脂層の厚みを５μｍ程度とする。次に、穴径が０．１７ｍｍ程度の大きさの穴が設けられたダイス２０を通過させて、ピアノ線１８上に樹脂を塗布する。その後、樹脂硬化装置２１にて樹脂を硬化させ、緩衝層３を形成した。樹脂硬化装置２１は、感光性樹脂を用いる場合には紫外線照射装置がよく、熱硬化性樹脂を用いる場合には、加熱炉がよい。

図５（ｂ）に、金属めっき層を断続的に形成する場合の工程を示す。感光性樹脂槽２２で緩衝層の表面に感光性樹脂を塗布し、ダイス２３を通過させて所定の寸法にする。金属めっきの無い領域に砥粒を固着させる場合は、感光性樹脂槽２２に砥粒を含有させておく。紫外線照射装置２４には、ワイヤの通過する場所にマスクが設けられ、紫外線が照射された部分のみ樹脂が硬化する。この場合、硬化時にワイヤを一時停止させる。スポット紫外線照射装置を使用する場合は、紫外線を点滅させることで断続的に樹脂を硬化させることができ、この場合はワイヤを停止させる必要はない。溶解槽２５にはアセトンなどの未硬化の感光性樹脂を溶解させる溶剤が入っており、この溶解槽２５で未硬化樹脂を溶解させる。その後、金属めっき工程へすすむ。

図６に、金属めっき工程を示す。緩衝層３を形成した後、連続的にアルカリ脱脂槽２６、水洗槽２７、酸洗槽２８、水洗槽２９に浸漬して脱脂処理を行った後、下地めっき槽３０で厚さ１μｍの真鍮めっきを行う。下地めっきは、真鍮めっきに限らず、ニッケルめっき、銅めっきでもよい。
次に、平均粒径１８μｍの金属被覆されたダイヤモンド砥粒を添加した電着槽３１で厚さ９μｍのニッケルめっきを行い、真鍮めっき層の上にダイヤモンド砥粒を一層分固定した。ニッケルめっきの他にも銅めっきでもよい。電着を完了したワイヤは水洗槽３２で水洗した後、巻き取りボビン３３に巻き取られて、直径０．２１ｍｍの固定砥粒ワイヤソーとして回収される。
なお、以上説明した製造方法は一例を示したものであり、この製造方法に限定されるものではない。

図７に示すように、緩衝層３を設けたワイヤソー１と、緩衝層３を設けないワイヤソー１、および芯線２のみとについて捻回強度試験を行った。試験装置は図７に示すように、ワイヤソー１を挟み込み固定し、２０Ｎのテンションを加えてワイヤソー１を１６ｍｍ（芯線径の１００倍）の長さに亘って捻回し、破断するまでの捻回数で捻回強度を評価した。ワイヤソー１の芯線２の直径は１６０ｍｍ、砥粒の平均粒径は１８μｍである。
捻回強度試験の試験結果を図８に示す。緩衝層３を設けることにより、ワイヤソー１の柔軟性が向上し、捻回強度が高くなっている。

次に、緩衝層３を設けたワイヤソー１と、緩衝層３を設けないワイヤソー１とについて、切断試験を行い、砥粒層剥離長さを測定した。被削材は単結晶シリコンを用い、ワイヤソーの線速は３００ｍ／ｍｉｎとした。研削液は水溶性のものを用いた。その試験結果を図９に示す。緩衝層３を設けることにより、ワイヤソー１の柔軟性が向上し、砥粒層剥離長さが短くなっている。

図１０に、緩衝層の弾性率を変化させたときの捻回強度試験の試験結果を示す。試験条件は、上述した捻回強度試験の条件と同一である。緩衝層の弾性率が２０００ＭＰａ以下のときに捻回回数が高く、柔軟性が向上していることがわかる。柔軟性の向上のためには、緩衝層の弾性率は１０００ＭＰａ以下であることがより好ましい。

図１１に、緩衝層の弾性率を変化させたときの切断試験の試験結果を示す。試験条件は、上述した切断試験の条件と同一である。緩衝層の弾性率が２０００ＭＰａ以下のときに、被削材の面粗さが良好であり、１０００ＭＰａ以下のときにさらに良好となる。

図１２に、緩衝層の厚みを変化させたときの捻回強度試験の試験結果を示す。試験条件は、上述した捻回強度試験の条件と同一である。緩衝層の厚みが２μｍ未満のときは、緩衝層が薄すぎて緩衝層を設けたことによる効果が得られず、捻回強度が低い。一方、緩衝層の厚みが５μｍを超えても、柔軟性の向上に大きな差異がなくなり、捻回強度に大きな改善は見られない。そのため、緩衝層の厚みは２μｍ以上５μｍ以下とすることが好ましい。

図１３に、緩衝層の厚みを変化させたときの切断試験の試験結果を示す。試験条件は、上述した切断試験の条件と同一である。緩衝層の厚みが２μｍ未満のときは、緩衝層が薄すぎて緩衝層を設けたことによる効果が得られず、面粗さが低下する。一方、緩衝層の厚みが５μｍを超えても、柔軟性の向上に大きな差異がなくなり、面粗さの向上に大きな改善は見られない。そのため、緩衝層の厚みは２μｍ以上５μｍ以下とすることが好ましい。

図１４に、砥粒層のめっき厚みを変化させたときの捻回強度試験の試験結果を示す。試験条件は、上述した捻回強度試験の条件と同一である。砥粒層のめっき厚みが２０μｍを超えると、緩衝層を形成しても柔軟性が十分に得られず、捻回強度が低い。捻回強度を上げるという観点からは、砥粒層のめっき厚みは１５μｍ以下であることがより好ましい。

図１５に、砥粒層のめっき厚みを変化させたときの切断試験の試験結果を示す。試験条件は、上述した切断試験の条件と同一である。使用したワイヤソーは、芯線の外径が１６０μｍ、使用した砥粒の平均粒径が１８μｍである。
図１５における加工能率低下率は、
加工能率低下率＝３０分後の加工能率低下量／初期加工能率×１００
によって算出される量である。めっき厚みが平均砥粒粒径の３０％未満では、初期の加工能率は高いものの、砥粒の脱落が多く能率の低下量が大きい。また、めっき厚みが平均砥粒粒径の８０％を超えると、砥粒の脱落が少なく能率低下量が小さいものの、加工能率が低い。
以上のことから、砥粒層のめっき厚みは２０μｍ以下であり、かつ平均砥粒粒径の３０％以上８０％以下であることが好ましい。さらに、砥粒層のめっき厚みは１５μｍ以下であり、かつ平均砥粒粒径の３０％以上６０％以下であることがより好ましい。

図１６（ａ）に、砥粒層中に金属めっきが無い領域を分散させて設けたときの捻回強度試験の結果を示す。金属めっきが無い領域を分散させて設けたことにより、捻回回数が多くなっており、柔軟性が向上していることがわかる。
図１６（ｂ）に、砥粒層中に金属めっきが無い領域を芯線の軸方向に断続的に設けたときの捻回強度試験の結果を示す。ワイヤソー１の芯線２の直径は１６０ｍｍ、砥粒の平均粒径は１８μｍであり、金属めっき部の長さは５．０ｍｍ、樹脂層の長さは５．０ｍｍである。樹脂層は感光性樹脂であるウレタンアクリレート樹脂を用いて形成し、樹脂層にも砥粒を固着している。砥粒層中に金属めっきが無い領域を芯線の軸方向に断続的に設けたことにより、柔軟性が向上していることがわかる。
また、図１６（ｃ）に、砥粒層中に金属めっきが無い領域を芯線の軸方向に断続的に設けたときの被削材の面粗さの測定結果を示す。試験条件は、上述した切断試験の条件と同一である。砥粒層中に金属めっきが無い領域を芯線の軸方向に断続的に設けたことにより、面粗さが向上していることがわかる。

本発明は、加工時の面精度を高め、砥粒保持力を維持しつつ、ワイヤソーの柔軟性を高めて、切断性能に優れたワイヤソーとして利用することができる。

本発明の実施形態に係るワイヤソーを示す図である。 緩衝層の機能を説明するための図である。 緩衝層を形成したときの砥粒の沈み込みの様子を示す図である。 砥粒層に金属めっきが無い領域を設けた例を示す図である。 緩衝層の形成工程を示す図である。 金属めっき工程を示す図である。 捻回強度試験を行うための試験装置を示す図である。 緩衝層の有無による捻回強度試験の試験結果を示す図である。 緩衝層の有無による切断試験の試験結果を示す図である。 緩衝層の弾性率を変化させたときの捻回強度試験の試験結果を示す図である。 緩衝層の弾性率を変化させたときの切断試験の試験結果を示す図である。 緩衝層の厚みを変化させたときの捻回強度試験の試験結果を示す図である。 緩衝層の厚みを変化させたときの切断試験の試験結果を示す図である。 砥粒層のめっき厚みを変化させたときの捻回強度試験の試験結果を示す図である。 砥粒層のめっき厚みを変化させたときの切断試験の試験結果を示す図である。 砥粒層中に金属めっきが無い領域を設けたことによる効果を示す図である。

符号の説明

１ ワイヤソー
２ 芯線
３ 緩衝層
４ 砥粒
５ 金属めっき
６ 砥粒層
７ 金属めっきが無い領域
８ 感光性樹脂層
１０ ワイヤガイド
１１ 被削材
１２ 接触部
１７ 供給ボビン
１８ ピアノ線
１９ 樹脂槽
２０ ダイス
２１ 樹脂硬化装置
２２ 感光性樹脂槽
２３ ダイス
２４ 紫外線照射装置
２５ 溶解槽
２６ アルカリ脱脂槽
２７ 水洗槽
２８ 酸洗槽
２９ 水洗槽
３０ 下地めっき槽
３１ 電着槽
３２ 水洗槽
３３ 巻き取りボビン

Claims (4)

1. 芯線の周囲に樹脂を主成分とし、弾性率が２０００ＭＰａ以下であって、厚みが２μｍ以上５μｍ以下である緩衝層が設けられ、前記緩衝層の外周に砥粒を金属めっきで固着した砥粒層が形成され、前記砥粒層のめっき厚みは２０μｍ以下であり、かつ平均砥粒粒径の３０％以上８０％以下であることを特徴とするワイヤソー。
2. 前記緩衝層は導電性を有することを特徴とする請求項１記載のワイヤソー。
3. 前記砥粒層中に金属めっきが無い領域が分散して存在していることを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤソー。
4. 前記砥粒層中に金属めっきが無い領域が芯線の軸方向に断続的に存在していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のワイヤソー。

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