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明細書 :切断方法

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2012-135870 (P2012-135870A)
公開日 平成24年7月19日(2012.7.19)
発明の名称または考案の名称 切断方法
国際特許分類 B24B  27/06        (2006.01)
H01L  21/304       (2006.01)
B28D   5/04        (2006.01)
FI B24B 27/06 D
B24B 27/06 H
H01L 21/304 611W
B28D 5/04 C
請求項の数または発明の数 10
出願形態 OL
全頁数 10
出願番号 特願2011-271434 (P2011-271434)
出願日 平成23年12月12日(2011.12.12)
新規性喪失の例外の表示 特許法第30条第1項適用申請有り 平成23年9月7日 公益社団法人砥粒加工学会発行「ABTEC2011 砥粒加工学会 学術講演会講演論文集」 平成23年12月10日 公益社団法人精密工学会発行「2011年度 精密工学会九州支部 大分地方講演会第12回学生研究発表会講演論文集」
優先権出願番号 2010276286
優先日 平成22年12月10日(2010.12.10)
優先権主張国 日本国(JP)
発明者または考案者 【氏名】矢澤 孝哲
出願人 【識別番号】504205521
【氏名又は名称】国立大学法人 長崎大学
個別代理人の代理人 【識別番号】110001209、【氏名又は名称】特許業務法人山口国際特許事務所
審査請求 未請求
テーマコード 3C058
3C069
5F057
Fターム 3C058AA05
3C058AA09
3C058AC04
3C058DA02
3C069AA01
3C069BA06
3C069CA03
3C069CA04
3C069DA06
3C069EA01
5F057AA23
5F057AA28
5F057BA01
5F057BB12
5F057CA02
5F057DA15
5F057EA01
5F057EA06
5F057EA08
5F057EA09
5F057EA33
5F057EB24
要約 【課題】サファイアの切断能率を上げ、切断時間を短縮できる切断方法を提供する。
【解決手段】ワイヤソーを用いたサファイアの切断方法であって、化学作用を有する砥粒2を含む溶液3をワイヤ6が被工作物4を切断している切断部に供給しながら切断する。
【選択図】図1
特許請求の範囲 【請求項1】
ワイヤソーを用いたサファイアの切断方法であって、化学作用を有する砥粒を添加した溶液をワイヤが被工作物を切断している切断部に供給しながら切断する
ことを特徴とする切断方法。
【請求項2】
前記化学作用を有する砥粒を添加した溶液が水溶液である
ことを特徴とする請求項1記載の切断方法。
【請求項3】
前記化学作用を有する砥粒を添加した溶液がアルカリ溶液である
ことを特徴とする請求項1記載の切断方法。
【請求項4】
前記ワイヤが固定砥粒ワイヤである
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の切断方法。
【請求項5】
前記ワイヤが遊離砥粒用ワイヤであり、切断部に遊離砥粒用スラリーと化学作用を有する砥粒を添加した溶液とを同時に供給しながら切断する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに項記載の切断方法。
【請求項6】
前記ワイヤが遊離砥粒用ワイヤであり、切断部に化学作用を有する砥粒を添加した溶液に遊離砥粒を混ぜ合わせたスラリーを供給しながら切断する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の切断方法。
【請求項7】
前記化学作用を有する砥粒が酸化セリウムである
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の切断方法。
【請求項8】
前記化学作用を有する砥粒がコロイダルシリカである
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の切断方法。
【請求項9】
前記化学作用を有する砥粒が二酸化マンガンである
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の切断方法。
【請求項10】
前記溶液、又は前記スラリー、又は前記溶液及び前記スラリーを溶液槽中に満たし、前記切断部を溶液槽中で切断する
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の切断方法。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、サファイアの切断方法に関する。詳しくは、ワイヤを利用してサファイアを切断する、いわゆるワイヤソーを用いたサファイアの高能率な切断方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
図7に、従来のワイヤソーを用いた被工作物の切断方法の概略構成を示す。図7に示すように、一般的なワイヤソー101は、ワイヤ供給・回収ユニット(図示せず)から繰り出された被工作物切断用のワイヤ102を、複数本の溝付ローラ103〔103A,103B,103C〕にコイル状に巻き架け、これを再び該ワイヤ供給・回収ユニットに回収するように構成されている。サファイアインゴットの披加工物104の切断時には、ラッピングオイルに遊離砥粒を含ませたスラリー105をスラリーノズル106から供給しながら、該溝付ローラ103〔103A,103B,103C〕間で高速に往復走行中のワイヤ列に対して、押し付け部材107によりプレート上に固定された被工作物104を押し付ける。その結果、遊離砥粒の研削作用により、多数枚のサファイアウェアに切断される。使用済みのスラリー状の砥液105は、回収容器108に回収される。
【0003】
ワイヤソーを用いた被工作物の切断方法については、例えば特許文献1、2及び3等に開示されている。
【0004】
一方、サファイアウェハは、半導体素子、例えば化合物半導体系発光素子の基板として用いられている。化合物半導体系発光素子は、サファイアウェハ上に格子整合する所要の化合物半導体層をエピタキシャル成長させて製造される。図6に、サファイアのウェハ加工工程を示す。一般に、サファイアのウェハ加工は、先ずスライシング工程S1により、サファイアインゴットから各ウェハに切り出す。このウェハの切り出しは、例えば上述のワイヤソーを用いて行われる。次に、ラッピング工程S2で、ウェハ面の平坦化、大きな傷の除去、ウェハ厚の寸法調整等が行われる。次に、ポリシング工程S3、すなわちCMP(化学機械研磨)工程で、ウェハ面の鏡面研磨が行われる。このとき、ウェハ厚の寸法変化は、ほとんどない。この鏡面研磨により、平坦でかつ鏡面を有するサファイアウェハが得られ、目的のサファイアウェハが完成する(工程S4)。
【先行技術文献】
【0005】

【特許文献1】特開平11-198019号公報
【特許文献2】特開平10-128737号公報
【特許文献3】特開平10-340868号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述したワイヤソーは、直線状に多数枚同時に切断することが得意である。しかし、切断速度が極めて遅く、切断に多大な時間がかかってしまうという問題点がある。一方、半導体素子の基板として用いられるサファイアウェハの加工工程においても、図6のスライシング工程S1に多大な時間がかかるため、このスライシング工程での時間短縮が望まれている。
【0007】
本発明は、上述の点に鑑み、サファイアの切断能率を上げ、切断時間を短縮できる切断方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係る切断方法は、ワイヤソーを用いたサファイアの切断方法であって、化学作用を有する砥粒を添加した溶液をワイヤが被工作物を切断している切断部に供給しながら切断することを特徴とする。
【0009】
本発明に係る切断方法の好ましい形態は、上記切断方法において、切断用ワイヤに固定砥粒ワイヤを用い、化学作用を有する砥粒を添加した溶液を切断部に供給しつつ切断することを特徴とする。
【0010】
本発明に係る他の切断方法は、上記切断方法において、切断用ワイヤに遊離砥粒ワイヤを用い、遊離砥粒用スラリーと化学作用を有する砥粒を添加した溶液とを切断部に同時に供給しつつ切断することを特徴とする。
【0011】
本発明に係る他の切断方法は、上記切断方法において、切断用ワイヤに遊離砥粒ワイヤを用い、化学作用を有する砥粒を添加した溶液に遊離砥粒を混ぜ合わせたスラリーを切断部に供給しつつ切断することを特徴とする。
【0012】
本発明に係る他の切断方法の好ましい形態は、上記切断方法において、上記溶液、または上記スラリー、又は上記溶液とスラリーを溶液槽に満たし,切断部を溶液漕中で切断することを特徴とする。
【0013】
本発明の切断方法では、サファイアの切断部に、化学作用を有する砥粒とサファイアとが化学反応を起こして化学反応層が生成される。この化学反応層をワイヤにより削り取る。この繰り返しによりサファイアは容易に切断されることになる。
【発明の効果】
【0014】
本発明に係る切断方法によれば、サファイアの切断能率を上げ、切断時間を短縮できる。サファイアの切断の高能率化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】A,B 本発明に係る切断方法の原理を説明するための断面模式図である。
【図2】本発明に係る切断方法の第1実施の形態の説明に供する切断装置の要部の概略構成図である。
【図3】図2の切断装置を備えたNC工作機械の要部の概略構成図である。
【図4】表1の被削物送り量Lと切断距離Lcを示す説明図である。
【図5】本発明に係る第1実施の形態の切断方法と従来の切断方法の切断能率を示す図である。
【図6】サファイアウェハの加工工程図である。
【図7】従来のワイヤソーを用いた切断方法の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明の実施の形態に係る切断方法は、切断用のワイヤによる被工作物であるサファイアの切断部にCMPスラリー溶液を常に供給しながら切断する切断方法である。以下に、図1を用いて、本実施の形態の切断方法の原理を説明する。

【0017】
図1は、本発明の原理の断面模式図である。本実施の形態では、溶液槽1内に化学作用を有する砥粒2を添加した溶液3内に、被加工物であるサファイア4と、切断用砥粒5、本例では固定砥粒、を有する切断用のワイヤ6が配置される。この溶液3は、いわばCMP用スラリーに相当する。

【0018】
図1Aは切断前の状態である。この状態から、図1Bの切断状態に入る。サファイア4とワイヤ6とが相対的に切断方向に移動する。図1Bでは、ワイヤ6は紙面垂直方向に走行しながら、サファイア4へ向かって矢印a方向に移動する。そのため化学作用を有する砥粒2がワイヤ6とサファイア4の間に供給され,切断部の面に化学反応層7を形成する。サファイア4の化学反応層7は、ワイヤ6に一体の切断用砥粒5により削り取られるが、次の切断用砥粒5が切断部に到達する前に、化学作用を有する砥粒2がワイヤ6とサファイア4の間に供給され,切断部の面に新たな化学反応層7を形成する。これを繰り返すことで、切断が促進される。

【0019】
[第1実施の形態]
図2に、本発明に係るサファイアの切断方法の第1実施の形態を示す。図2はサファイアの切断加工に供する切断装置の一部の概略図である。図3はこの切断装置を搭載したNC工作機械の要部の概略図である。本実施の形態の切断装置10は、図2に示すように、化学作用を有する砥粒2を添加した溶液3で満たされた溶液槽1と、溶液槽1内に浸漬配置された被加工物であるサファイア4と、切断に供するワイヤ6を有して構成される。本例では化学作用を有する砥粒2に酸化セリウム(CeO2)を用いる。溶液3は、水に酸化セリウムを添加した水溶液を用いる。すなわち、本実施の形態では、酸化セリウム水溶液(溶液3)を溶液槽1内に満たす。

【0020】
図3に示すように、溶液槽1は、NC工作機械のX軸テーブル11に固定される。被加工物であるサファイア4は、NC工作機械のZ軸12に固定された固定アーム13により垂下するように支持され、溶液3内に配置される。

【0021】
一方、ワイヤ6は、固定砥粒ワイヤが用いられる(以下、ワイヤ4を固定砥粒ワイヤという)。固定砥粒ワイヤ6は芯線の表面に固定砥粒が固着されて形成される。固定砥粒ワイヤ6は、サファイア4に対向する部分にサファイア4の進入を可能にする凹部15を有するワイヤ固定アーム14に支持される。ワイヤ固定アーム14は、X軸テーブル11に固定される。固定砥粒ワイヤ6は、ワイヤ固定アーム14の側面に一体のワイヤガイド17に案内されて、サファイア4に対向する部分では上から下へ向かって走行されるように配置される。

【0022】
サファイア4に対する切断加工は、次のように行われる。固定砥粒ワイヤ6は、X軸テーブル11に固定されたワイヤ固定アーム14のワイヤガイド17を通じて溶液3中に図の上から下へ向かって矢印b方向に走行する。固定砥粒ワイヤ6は、上から下へ走行しながら、ワイヤ固定アーム14、溶液槽3とともにX軸テーブル11によりサファイア4に向かって矢印a方向に送られ、切断が行われる。

【0023】
図4に示すように、固定砥粒ワイヤ6を、サファイア4を切断し始めてからX軸テーブル11により所定の被削物送り量Lを与えると、切断により発生する力で固定砥粒ワイヤ6がたわみ、実際の切断距離Lcは被削物送り量Lより短くなる。被削物送り量Lを10mmとし、空気中、水中、水溶液(溶液3)中で比較した切断距離Lcを表1に示す。水溶液(溶液3)の酸化セリウムの含有量は、0.1wt%。1wt%、10wt%の3種とした。

【0024】
【表1】
JP2012135870A_000003t.gif

【0025】
表1は、空気中と水中では切断距離Lcがほとんど変わらないのに対して、CeO水溶液(溶液3)中では切断距離Lcが長くなっており、切断し易くなったことを示している。

【0026】
図5は、第1実施の形態において酸化セリウムの含有量を0.1wt%としたときと、空気中切断(ドライ)との切断能率を比較したものである。図5の横軸は固定砥粒ワイヤ6の送り速度、縦軸はサファイア4の切断能率である。空気中切断(ドライ)では、送り速度5mm/minで切断能率は2mm/minであり、一方、酸化セリウム0.1wt%水溶液中切断では、送り速度15mm/minで切断能率は6mm/minであり、切断能率が約3倍となっている。

【0027】
直径3インチのサファイアインゴットからウェハ状に切断する場合、現状の空気中で固定砥粒によって切断する切断方法では、切断時間が8時間かかる。これに対して、第1実施の形態の切断方法で、例えば、上述の化学作用を有する砥粒(酸化セリウムCeO)の含有量が0.1wt%の水溶液中で固定砥粒ワイヤ6により切断を行うと、2.7時間で済む。

【0028】
第1実施の形態に係る切断方法によれば、酸化セリウムとの化学反応による化学反応層が形成されるため、固定砥粒ワイヤ6による切断加工が容易に行え、サファイア4の切断能率が向上し、切断時間を短縮することができる。

【0029】
第1実施の形態の切断方法を、半導体素子の基板として用いるサファイアウェハの加工でのスライシング工程に適用するときには、スライシング工程の時間短縮が図られ、サファイアウェハ加工工程の全体の加工時間を短縮することができる。

【0030】
第1実施の形態において、酸化セリウムの含有量が多すぎると水溶液の粘度が高くなって供給および回収がやり難くなること、および酸化セリウムの原料費が高くなることから、10wt%以下が好ましく、さらに10wt%程度より少ない方が好ましい。より好ましくは1wt%以下が良く、0.1wt%でも十分な効果が得られるが、少なすぎると効果が得られないため、0.01wt%程度以上が好ましい。

【0031】
[第2実施の形態]
本発明に係るサファイアの切断方法の第2実施の形態を説明する。第2実施の形態に係るサファイアの切断方法は、図示しないが、被加工物であるサファイア4及び切断用のワイヤ4を化学作用を有する砥粒2を添加した溶液3内に浸漬せず、ノズルを介して溶液3をサファイア4の切断部に供給して切断を行う。より詳しくは、切断部とワイヤ4との間に溶液3を供給する。その他の構成は第1実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。

【0032】
第2実施の形態に係る切断方法においても、第1実施の形態で説明したと同様に、サファイア4の切断部の表面に化学反応層が形成され、切断加工時にこの化学反応層がワイヤ6で削り取られる。この動作が繰り返されて切断加工が容易に行われるので、サファイア4の切断能率が向上し、切断時間を短縮することができる。

【0033】
[第3実施の形態]
第1実施の形態及び第2実施の形態では、溶液3として化学作用を有する砥粒2を水に添加した水溶液を用いた。第3実施の形態では、溶液3として、化学作用を有する砥粒2を添加したアルカリ溶液を用いる。

【0034】
第3実施の形態に係る切断方法によれば、溶液3として、化学作用を有する砥粒2を添加したアルカリ溶液を用いることにより、水溶液を用いる場合に比べて、さらに切断能率が向上し、切断時間の短縮を図ることができる。

【0035】
[第4実施の形態]
本発明に係る第4実施の形態の切断方法は、切断用のワイヤ6として、遊離砥粒を芯線の表面に有する、いわゆる遊離砥粒用ワイヤを用いる。さらにサファイア4の切断部に対して、遊離砥粒を含むスラリー、いわゆる遊離砥粒用スラリーと、化学作用を有する砥粒を添加した溶液とを同時に供給しながら切断する。

【0036】
第4実施の形態に係る切断方法によれば、遊離砥粒用ワイヤを用い、サファイア4の切断部に遊離砥粒用スラリーと化学作用を有する砥粒を添加した溶液とを同時に供給することにより、遊離砥粒との相乗効果でより切断能率が向上し、切断時間のさらなる短縮が可能になる。

【0037】
[第5実施の形態]
本発明に係る第5実施の形態の切断方法は、切断用のワイヤ6として、遊離砥粒用ワイヤを用い、サファイア4の切断部に化学作用を有する砥粒を添加した溶液に遊離砥粒を混ぜ合わせたスラリーを供給しながら切断する。

【0038】
第5実施の形態に係る切断方法によれば、遊離砥粒用ワイヤを用い、サファイア4の切断部に化学作用を有する砥粒を添加した溶液に遊離砥粒を混ぜ合わせたスラリーを供給することにより、遊離砥粒との相乗効果でより切断能率が向上し、切断時間のさらなる短縮が可能になる。

【0039】
上述の実施の形態では、化学作用を有する砥粒として、酸化セシウム(CeO)を用いたが、コロイダルシリカもしくは二酸化マンガンを用いることもできる。

【0040】
また、第1実施の形態において、化学作用を有する砥粒を添加した溶液3に代えて、第2実施の形態の遊離砥粒用スラリーと、化学作用を有する砥粒を添加した溶液との混合溶液を用いることもできる。あるいは第1実施の形態において、化学作用を有する砥粒を添加した溶液3に代えて、第5実施の形態の化学作用を有する砥粒を添加した溶液に遊離砥粒を混ぜ合わせたスラリーを用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【0041】
本発明の切断方法は、例えば、LED基板用サファイア加工、サファイアを用いた光学素子(一例として時計のレンズ部等)の加工、サファイアを用いた装飾品の加工などに利用できる。また本発明は、水晶、Si、SiC等の高硬度材料の加工にも利用できる。
【符号の説明】
【0042】
1・・溶液槽、2・・化学作用を有する砥粒、3・・溶液、4・・被加工物(サファイア)、5・・切断用砥粒、6・・切断用のワイヤ、7・・化学反応層
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図6】
4
【図7】
5
【図5】
6