JP2007237628A

JP2007237628A - 単結晶サファイヤ基板の切断方法および切断装置

Info

Publication number: JP2007237628A
Application number: JP2006065040A
Authority: JP
Inventors: Hideki Ogawa; 秀樹小川; Goji Yamaguchi; 剛司山口
Original assignee: Allied Material Corp
Current assignee: Allied Material Corp
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】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、（１１−２０）面（ａ面）と平行な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ことである。
【解決手段】超砥粒ワイヤソーの切り込み方向が（１１−２０）面（ａ面）に対して平行で、超砥粒ワイヤソーの走行方向が（１−１０２）面（ｒ面）に対して平行に設定することにより、（１１−２０）面（ａ面）と平行な方向に高精度な切断加工を可能にする。超砥粒ワイヤソーの切り込み方向、および走行方向は、これら基準面と超砥粒ワイヤソーが完全に平行な方位から５度以内であることがより好ましく、２度以内であることが最も好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、超砥粒ワイヤソーで単結晶サファイヤ基板を（１１−２０）面（ａ面）と平行な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。

単結晶サファイヤは、α−ＡＬ_２Ｏ_３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）および（１０−１０）面（ｍ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）面（ｎ面と称する）が存在する。

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、数百ｍ若しくは数十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）
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）
特開平８−１２６９５３号公報特開平９−１５５６３１号公報

こ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、大直径のシリコンイ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。

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（１１−２０）面（ａ面）に平行に切断する場合、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（１１−２０）面（ａ面）に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、（１１−２０）面（ａ面）と平行な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。

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、（１１−２０）面（ａ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（１１−２０）面（ａ面）に対して平行で、超砥粒ワイヤソーの走行方向が（１−１０２）面（ｒ面）に対して平行であることを特徴とする単結晶サファイヤ基板の切断方法である。

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（１１−２０）面（ａ面）を超砥粒ワイヤソーの切り込み方向に対して平行にセッティングする手段と、上記単結晶サファイヤの（１−１０２）（ｒ面）を超砥粒ワイヤソーの走行方向に対して平行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。

超砥粒ワイヤソーの切り込み方向が（１１−２０）面（ａ面）に対して平行で、超砥粒ワイヤソーの走行方向が（１−１０２）面（ｒ面）に対して平行であるように設定することによって、（１１−２０）面（ａ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。

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、（１１−２０）面（ａ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（１１−２０）面（ａ面）に対して平行で、超砥粒ワイヤソーの走行方向が（１−１０２）面（ｒ面）に対して平行であることである。
ここで、超砥粒ワイヤソーの切り込み方向は、（１１−２０）面（ａ面）に対して平行、および、超砥粒ワイヤソーの走行方向が（１−１０２）面（ｒ面）に対して平行とは、これら基準面と超砥粒ワイヤソーが完全に平行な方位から５度以内であることが好ましく、２度以内であることがより好ましい。その切断方法の概略図が図１である。

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（１１−２０）面（ａ面）を超砥粒ワイヤソーの切り込み方向に対して平行にセッティングする手段と、上記単結晶サファイヤの（１−１０２）（ｒ面）を超砥粒ワイヤソーの走行方向に対して平行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。

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（１１−２０）面（ａ面）に平行で、超砥粒ワイヤソーの走行方向が（１−１０２）面（ｒ面）に平行の場合（本発明）と、超砥粒ワイヤソーの切り込み方向が（１１−２０）面（ａ面）に平行で、超砥粒ワイヤソーの走行方向が（１１−０２）面（ｒ面）に１５°ずれた場合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：Ｗ３０ｍｍ―Ｈ３０ｍｍ−Ｌ３０ｍｍ
超砥粒ワイヤソー切断機：タカトリ製６１０ＳＤ
メインローラ間隔：３９０ｍｍ
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：８ｍｍ／ｈ
超砥粒ワイヤソーのテンション：３５Ｎ
加工液：水溶性加工液
マルチワイヤピッチ：１．０ｍｍ
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。

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（１−１０２）面（ｒ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。

単結晶サファイヤの切断方法を示す概略図である。単結晶サファイヤの結晶面を示す概略図である。超砥粒ワイヤソー切断装置の概略図を示す。

符号の説明

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

Claims

超砥粒ワイヤソーによる、（１１−２０）面（ａ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（１１−２０）面（ａ面）に対して平行で、
超砥粒ワイヤソーの走行方向が（１−１０２）面（ｒ面）に対して平行であることを特徴とする単結晶サファイヤ基板の切断方法。
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（１１−２０）面（ａ面）を超砥粒ワイヤソーの切り込み方向に対して平行にセッティングする手段と、
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走行方向に対して平行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。