JP3657257B2

JP3657257B2 - ワイヤソー

Info

Publication number: JP3657257B2
Application number: JP2002380307A
Authority: JP
Inventors: 直樹峠; 大祐羽立
Original assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004209573A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハ等の切り出しに用いられるワイヤソーに関し、特に、研削性能を向上させ、切粉排出能力を高めて、長寿命化を可能としたワイヤソーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種半導体デバイスの製造分野における大口径シリコンインゴットからのシリコンウエハの切り出しに、レジンボンドワイヤソーが用いられている。このレジンボンドワイヤソーとしては、たとえば特許文献１に記載されたものがある。この公報に記載のレジンボンドワイヤソーは、高抗張力金属を芯線として用い、ポリアミドイミド樹脂を結合剤とした砥粒層を芯線の外周面に形成させたものである。
【０００３】
この種のワイヤソーについては、切れ味や寿命の向上を目的とした各種の改良が提案されており、たとえば特許文献２には、高強度の芯線の外周面上に、粒子径がレジンボンド層厚の２／３以上で上記芯線径の１／２以下の砥粒が、樹脂中にフィラーを含有するレジンボンド中に固着されているワイヤソーが記載されている。
【０００４】
このワイヤソーにおいては、砥粒の粒子径がレジンボンド層厚の２／３以上であることから、砥粒がレジンボンド層の表面から隆起突出しているので、その突出端が切断加工開始より切れ刃となり、チップポケットの作用も伴うので、高い切断能力が得られる、とされている。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献２記載のワイヤソーは、加工初期においては切れ味は良好であっても、加工に伴う砥粒の脱落および摩耗により突出量が減少してチップポケットの効果が減少するため、切れ味が低下するといった点に問題を残している。
とくに加工点においては、ワイヤソーの撓みにより１個の砥粒が被加工材に食い込み、量は少ないにもかかわらず大きな径の砥粒が用いられているために、加工に寄与する砥粒の先端は鈍角になり切れ味が悪く、また、チッピングなどによる加工品位の低下も誘発する。
【０００６】
また、砥粒にかかる負荷も大きいため、砥粒の脱落や摩耗を引き起こし、ワイヤ寿命の低下も招く、という問題がある。この特性は、マルチ切断の際の加工安定性に大きく関わるため、その改善が必要とされている。
また、砥粒間に気孔を形成することができる結合剤を用いて砥粒をワイヤの表面に固着させたワイヤソーが特許文献３において開示されている。このワイヤソーは、各砥粒間に形成された気孔が、切断によって生じた切り屑の逃げを助ける役目をすることによって、目詰まりを起こりにくくしている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１３８１１４号公報（段落番号００１９〜００５１）
【特許文献２】
特許第３０７８０２０号公報（発明の詳細な説明部分）
【特許文献３】
特開平１１−１０５１６号公報（段落番号０００５〜００２１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このワイヤソーでは、気泡の大きさを制御できる範囲は、数十〜数百μｍ程度であり、気泡の大きさを制御することが難しい。そのため、気泡の大きさが不揃いとなり、特に砥粒の近傍に大きな気泡が形成されてしまうと砥粒の脱落が発生しやすい。これによって、切れ味が安定せず、砥粒層の早期摩耗の原因となる。
【０００９】
さらに、ガラス中空体を用いて気泡を形成し、このガラス中空体をボンド層に混入したワイヤソーがある。この方法によると、気泡の大きさの制御は５〜５０μｍ程度まで可能である。
しかし、このワイヤソーでは、ガラス中空体を用いない場合に比べて気泡の大きさは制御しやすいが、砥粒層ボンド内に脆性作用の高い異物が混入することとなるため、様々な角度に曲げられて使用されるワイヤソーにおいては、ひび割れの原因となる。砥粒層において、ガラス中空体を基点としてひび割れを生じると、砥粒層自体の早期剥離を引き起こすため、寿命の点で問題がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、研削性能を向上させ、切粉排出能力を高めて、寿命の長いワイヤソーを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明は、芯線の外周面にレジンボンドを結合剤として砥粒を固着させた砥粒層を有するワイヤソーにおいて、砥粒層を形成するボンドは粒状液体を含有し、前記粒状液体の直径を１０μｍ以下とし、前記粒状液体の含有量をボンドを形成する樹脂に対して５体積％以上５０体積％以下としたことを特徴とする。
【００１１】
砥粒層を形成するボンドが粒状液体を含有することによって、研削の際に、砥粒層から液体が染み出すため、この液体が研削液である場合には、研削液の機能によって研削効果を向上することができる。
また、液体が染み出した後は、砥粒層中において粒状液体であったところは穴となってチップポケットとして機能するため、切粉排出能力が向上する。このようなチップポケットの形成は、液体が水の場合であっても可能である。
さらに、砥粒層中に粒状液体を形成しているため、ボンドの弾性を向上させることができ、ワイヤソーを曲げて使用しても、ボンドがひび割れを起こすことがないため、砥粒層の剥離を防止することができる。このため、ワイヤソーの寿命が向上する。
【００１２】
粒状液体の直径が１０μｍを超えると、液体が染み出した後の形成される穴が砥粒層厚みの大部分を占め、部分的な強度低下を引き起こし砥粒層の剥離起点となって、本発明の効果が得られにくい。従って、粒状液体の直径を１０μｍ以下とすることが好ましい。
また、粒状液体の含有量がボンドを形成する樹脂に対して５体積％未満であると、染み出す液体量が少なくまた、チップポケットとしての作用も少なくなるので切粉排出能力が低下し、本発明の効果が得られにくい一方で、粒状液体の含有量が５０体積％を超えると、砥粒層中の樹脂量が少なくなり砥粒層自体の強度を低下させる為、本発明の効果が得られにくい。従って、粒状液体の含有量はボンドを形成する樹脂に対して５体積％以上５０体積％以下とすることが好ましい。
【００１３】
本発明において、前記粒状液体は樹脂に液体を混合して形成され、前記樹脂は感光性樹脂であることを特徴とする。
光硬化型の感光性樹脂を用いることによって、加熱せずに樹脂を硬化して砥粒層を形成することができ、粒状液体が加熱による影響を受けることをなくすことができる。
【００１４】
本発明においては、前記液体として水溶性の研削液を用いることができ、純水または水道水を用いることもできる。
これらの水系液体が油性の樹脂中に混入されることにより、樹脂中に混入された水系の液体が樹脂と溶解することがなく、樹脂中に水系の液体を粒子状に形成することができる。
【００１５】
本発明においては、前記ボンドを形成する樹脂に対して界面活性剤を１重量％以上５重量％以下含有して乳液状とした前記ボンドに砥粒を混合した後樹脂を硬化させて、粒状液体を含有する砥粒層が形成されたことを特徴とする。
界面活性剤を混入することによって、樹脂中に、高分子油膜を持つ粒状液体を形成することができ、これにより、粒状液体同士が接触して粒子径が大きくなるという粒子径の不均一化を防ぐことができる。また、樹脂中に分散された粒状液体の安定性を保つ効果、すなわち粒状液体の沈降や浮上による分散性の不均一化を防ぐことができる。
混入される界面活性剤の含有量がボンドを形成する樹脂に対して１重量％未満であると、粒状液体の粒子径が不均一となって本発明の効果が得られにくい一方で、界面活性剤の含有量が５重量％を超えると、砥粒層中に含まれる樹脂以外の異物含有量が増える為、砥粒層自体の強度を低下させ、本発明の効果が得られにくい。従って、界面活性剤をボンドを形成する樹脂に対して１重量％以上５重量％以下含有することが好ましい。
【００１６】
本発明においては、前記砥粒の周囲に親油性膜が形成されていることを特徴とする。
砥粒の周囲に親油性膜を形成することによって、砥粒に粒状液体が接触することを防止することができ、砥粒保持力を高めることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るワイヤソーについて説明する。
図１は、本発明の実施形態におけるワイヤソーの一部を模式的に示す断面図である。
ワイヤソーは、芯線１に接着用樹脂層２を介して砥粒層３を形成したものであり、砥粒層３は、ボンド層４により砥粒５を固着させたものである。砥粒５としてダイヤモンド等が用いられる。
【００１８】
このワイヤソーにおいては、ボンド層４中に粒状液体６が形成されている。この粒状液体６は、例えば、液状の樹脂中に水系の液体を混入することによって形成することができる。樹脂の多くは油性であるため、樹脂中に混入された水系の液体が樹脂と溶解することは無く、従って、樹脂中に水系の液体を粒子状に形成することができる。
樹脂中に混入される水系の液体として、水溶性の研削液、具体的にはアルコールやアミン含有水溶液を主成分とするノリタケクールワイヤーカットＫ−２（商品名）を１とし、水を９の割合として希釈した研削液を用いることができる。また、純水または水道水を樹脂中に混入してもよい。
【００１９】
水系の液体が混入された液状の樹脂を高速攪拌することによって、樹脂中に存在する粒状液体の直径を小さくし、粒状液体を樹脂中に広く分散させることができる。このような高速攪拌によって、粒状液体の直径を０．１〜１０μｍの範囲で制御することができる。
【００２０】
本発明のワイヤソーにおいては、水系の液体が混入された液状の樹脂に界面活性剤を混入し、これを高速攪拌することによって乳化させたボンドを形成してもよい。水系の液体と油性の樹脂との間に界面活性剤が介在することによって、ボンド中に水系の粒子を安定的に分散させることができる。
界面活性剤として、親水性基を有する高分子液体、具体的には、オレイン酸エステルやラウリルエーテルを用い、この界面活性剤を混入することによって、樹脂中に、高分子油膜を持つ粒状液体を形成することができる。
【００２１】
上記の方法で形成されたボンドに砥粒５を混合した後、樹脂を硬化させて、粒状液体６を含有する砥粒層３を形成することができる。樹脂としては、感光性樹脂を用いることが好ましい。感光性樹脂を用いることによって、加熱せずに樹脂を硬化して砥粒層３を形成することができ、粒状液体６が加熱によって受ける影響をなくすことができる。ボンド層４は、例えば、ウレタンアクリレートとフェノールアクリレートとノニルフェノールアクリレートの混合樹脂によって形成することができる。
【００２２】
砥粒層３を形成するために用いられる砥粒５は、その粒径が１０μｍ以上６０μｍ以下であり、金属被覆がなされていることが好ましい。粒径を１０μｍ以上６０μｍ以下とすることによって、安定した切れ味と良好な面粗度を達成することができ、金属被覆することによって、砥粒保持力を向上させることができる。被覆として使用される金属として、例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇを用いることができる。
【００２３】
また、砥粒５をボンドに混合する前に、砥粒５をシランカップリング剤で処理しておくことが好ましい。この処理によって、砥粒５の周囲に親油性膜を形成することができ、この親油性膜によって、砥粒５に粒状液体が接触することを防止することができる。砥粒５の近傍に粒状液体６が形成されると、研削により砥粒層３が摩耗して、粒状液体６の部分が穴となり、砥粒５の砥粒保持力を弱めることとなるが、上記の処理によって砥粒５の近傍に粒状液体６が形成されることを防止することができ、砥粒保持力が低下することを防止することができる。
【００２４】
【実施例】
以下、具体例を示す。
上述したように、粒状液体を含有した砥粒層を有するワイヤソーを作製した。このワイヤソーにおいて、粒状液体の直径の平均値を５μｍとし、粒状液体の含有量を２０体積％とした。
また、ここでは界面活性剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテルを用い、モーター攪拌機を使用して、
・回転数：４００ｍｉｎ^-1、攪拌羽根：プロペラ型
・攪拌容器：２００ｍｌビーカー、攪拌量：１００ｍｌ
の条件で高速攪拌を行って乳化した。
このワイヤソーについて、以下の試験条件のもとで性能試験を行った。
試験条件
切断装置：単線切断装置
ワイヤ速度：平均４００ｍ／ｍｉｎ
ワイヤテンション：１９．５Ｎ
被切断材：シリコンブロック２０ｍｍ幅
【００２５】
表１に試験結果を示す。
【表１】

表１において、切れ味は加工開始後５分間の切り溝長さを指標（従来品の指標を１００）とし、切れ味低下率は加工開始から５分間と加工開始１２０分経過後から５分間の切れ味の比率を指標とした。また、ワイヤ寿命は切れ味低下率が５０％を超えるまでの加工時間で示す。
この試験結果から、砥粒層に粒状液体を含有したことによって、切れ味が向上していることが確認された。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、以下の効果を奏することができる。
（１）芯線の外周面にレジンボンドを結合剤として砥粒を固着させた砥粒層を有するワイヤソーにおいて、砥粒層を形成するボンドは粒状液体を含有することにより、研削の際に、砥粒層から液体が染み出し、研削効果を向上することができる。
【００２７】
（２）液体が染み出した後は、砥粒層中において粒状液体であったところは穴となってチップポケットとして機能するため、切粉排出能力が向上する。
【００２８】
（３）砥粒層中に粒状液体を形成しているため、ボンドの弾性を向上させることができ、ワイヤソーを曲げて使用しても、ボンドがひび割れを起こすことがないため、砥粒層の剥離を防止することができる。このため、ワイヤソーの寿命が向上する。
【００２９】
（４）樹脂として感光性樹脂を用いることによって、加熱せずに樹脂を硬化して砥粒層を形成することができ、粒状液体が加熱による影響を受けることをなくすことができる。
【００３０】
（５）砥粒の周囲に親油性膜を形成することによって、砥粒に粒状液体が接触することを防止することができ、砥粒保持力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るワイヤソーの構成を示す図である。
【符号の説明】
１芯線
２接着用樹脂層
３砥粒層
４ボンド層
５砥粒
６粒状液体

Claims

芯線の外周面にレジンボンドを結合剤として砥粒を固着させた砥粒層を有するワイヤソーにおいて、
砥粒層を形成するボンドは粒状液体を含有し、前記粒状液体の直径を１０μｍ以下とし、前記粒状液体の含有量をボンドを形成する樹脂に対して５体積％以上５０体積％以下としたことを特徴とするワイヤソー。
前記粒状液体は樹脂に液体を混合して形成され、前記樹脂は感光性樹脂であることを特徴とする請求項１記載のワイヤソー。
前記液体は水溶性の研削液であることを特徴とする請求項２記載のワイヤソー。
前記液体は純水または水道水であることを特徴とする請求項２記載のワイヤソー。
前記ボンドを形成する樹脂に対して界面活性剤を１重量％以上５重量％以下含有して乳液状とした前記ボンドに砥粒を混合した後樹脂を硬化させて、粒状液体を含有する砥粒層が形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のワイヤソー。
前記砥粒の周囲に親油性膜が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のワイヤソー。