固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理方法及びその処理装置
【課題】使用後のクーラント中から被切断物の切粉を高効率で回収するとともに固定砥粒ワイヤの寿命延長並びに切削面精度の向上を図ることができる、固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理方法及びその処理装置を提供する。
【解決手段】固定砥粒ワイヤソー２１において切断対象ワークを切断するときに使用したクーラントを遠心分離機２５に導いて、粗大な切削屑を主とする異物と、微細な切削屑を含有する切削屑含有液体とに分離し、粗大な切削屑を主とする異物を遠心分離機の長手方向の一方の端部の開口から排出して切削屑回収タンク２３に回収し、切削屑含有液体を遠心分離機２５の長手方向の他方の端部のオーバーフロー開口から排出してクーラントとして再使用する。
【解決手段】固定砥粒ワイヤソー２１において切断対象ワークを切断するときに使用したクーラントを遠心分離機２５に導いて、粗大な切削屑を主とする異物と、微細な切削屑を含有する切削屑含有液体とに分離し、粗大な切削屑を主とする異物を遠心分離機の長手方向の一方の端部の開口から排出して切削屑回収タンク２３に回収し、切削屑含有液体を遠心分離機２５の長手方向の他方の端部のオーバーフロー開口から排出してクーラントとして再使用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理方法及びその処理装置に関し、特に、シリコン、石英、セラミック等の硬質材料の切断やスライスや内面研磨やダイシングやインゴット切り出し用に用いられる、砥粒をワイヤに固着した固定砥粒ワイヤを使用するワイヤソーにおいて切断のために使用したクーラントの処理方法及びその処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、切断対象ワークをスライス状に切断する手段としてワイヤソーが用いられている。このワイヤソーとは、テンションを付与した細いワイヤ列を走行させ、そのワイヤ列に砥粒を含有するスラリー状の研磨材を吹き付けながら被切断物（例えば、シリコンインゴット）をワイヤ列に押し当てて、遊離砥粒の研磨作用によって被切断物をウェハ状に切断する装置であり、同時に複数枚のウェハを得ることが可能であるから、マルチ切断法とも呼ばれている。図７に、一例として単結晶シリコンの加工に使われるマルチワイヤソーの概略構成を示す。
【０００３】
図７を簡単に説明すると、繰り出しボビン４１から供給されたワイヤ４２は、ワイヤをガイドするための多数のガイドローラ４３を経て多数の溝を有する複数の溝付きローラ４４において所定ピッチのワイヤ列を形成し、そのワイヤ列に対してフィードユニット４５によって被切断物４６を押し当てつつノズル４７からワイヤ列に向けて遊離砥粒を含有するスラリーを吹き付けることによって被切断物４６をウェハ状に切断し、その後、ワイヤ列は多数のガイドローラ４８を経て巻き取りボビン４９に巻き取られる。ワイヤ４２は溝付きローラ４４に付設された駆動モータ５０の駆動力によって走行するが、そのとき、ダンサーローラ５１、５２の動きの情報が繰り出しボビン４１および巻き取りボビン４９の回転にフィードバックされ、一定のテンションが保たれる。通常、ワイヤ４２はその材料としての有効利用と切断面粗さ改善など品質面からの要請で一定の双方向走行または一方向走行を行いながら前進し、最終的に巻き取りボビン４９に巻き取られる。
【０００４】
上記のように遊離砥粒を用いて切断する場合において、その遊離砥粒含有スラリーには、切断動作によって温度が上昇する砥粒を冷却する作用が期待されている。というのは、砥粒の温度が一定以上に上昇すると砥粒の摩耗が促進されて切れ味が悪くなるので、砥粒は適当な温度に冷却する必要がある。しかし、遊離砥粒を含有するスラリーには、被切断物の切粉や破砕した砥粒や摩耗したワイヤの鉄分などの種々雑多な物質が蓄積するので、切断時間が長くなると、スラリーの冷却作用が低下して砥粒の温度上昇を抑えきれずに砥粒の切れ味を低下させてしまう。
【０００５】
さらに、ワイヤソーによる切断技術が適用される最も大きい市場は、半導体や太陽電池用シリコンインゴットを切断する分野であり、それら切断対象の原料となるポリシリコンが近年不足しているので、被切断物の切粉であるシリコン粉を如何にして効率的に回収するかが重要なテーマとなっている。
【０００６】
そこで、遊離砥粒を用いて切断する場合において、特許文献１には、水溶性クーラント、砥粒及びシリコン粒を少なくとも含有する、シリコンウェハの製造プロセスでの使用済みスラリーから水溶性クーラントを予め除去することによって固形分を得て、その固形分から、水溶性クーラントに対し相溶性を有しかつ水溶性クーラントよりも沸点が低い低沸点有機溶媒を用いて前記固形分中に残留する水溶性クーラントを抽出し、抽出に用いた低沸点有機溶媒を遠心分離によって除去し、遠心分離により得られる固形分を回収するという提案が開示されている。
【０００７】
また、遊離砥粒を用いて切断する方式として、特許文献２には、ワイヤソーに用いた使用後の砥粒スラリーを第１の遠心分離機に導いて、回収砥粒を含有する粗粒混合液体と微細な切削屑及び破砕砥粒を含有する微粒混合液体とに分離し、前記粗粒混合液体を第２の遠心分離機に導いて、さらに回収砥粒表面に付着する切削屑及び破砕砥粒を回収砥粒から分離して、回収砥粒混合液体と微粒混合液体とを分離し、前記第１の遠心分離機から取り出した微粒混合液体と前記第２の遠心分離機から取り出した微粒混合液体とを高密度電場内に通すことにより、微粒固体と回収切削液体とを分離し、前記第２の遠心分離機により分離した前記回収砥粒混合液体と前記高密度電場により分離した回収切削液体とを混合し、砥粒スラリーとして再使用するという提案が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−２４６３６７号公報
【特許文献２】特開平１１−１７２２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そもそも図７に示すように、スラリー状の遊離砥粒を用いて切断する方式は、その砥粒が作業台上に飛散し、乾燥して作業環境が汚されるという欠点があるとともに、廃液処理や切断されたウェハの洗浄が必要であるなどの余分な処理が必要である。また、遊離砥粒を含有するスラリーには、砥粒（一般にはＳｉＣ砥粒が用いられることが多い）や破砕した砥粒や摩耗したワイヤの鉄分などの種々雑多な物質が含まれているので、その中から被切断物の切粉であるシリコン粉を回収することは容易ではない。しかも、その遊離砥粒含有スラリーは高粘度であるから、特許文献１に記載されたように、特殊な溶媒を用いたり、特許文献２に記載されたように、２台の遠心分離機を用いても、シリコン粉を効率的に回収することは困難である。
【０００９】
一方、砥粒をワイヤに固着した固定砥粒ワイヤによるマルチワイヤソーは、従来の遊離砥粒によるスライス方式に代わる技術として、特にシリコンインゴット・サファイアインゴット等のスライスマーケットでの利用が期待されている技術である。一般に、固定砥粒ワイヤにおいて実際に切断作業を実行する砥粒には、鉱物中で最も硬いダイヤモンドが砥粒として使用されている。しかし、ダイヤモンドが如何に硬くても、繰り返し切断作業に使用されることにより摩耗することは避けられない。ダイヤモンド砥粒が摩耗する要因はスライス時の発熱であり、如何にして固定砥粒ワイヤに十分なクーラントを供給し、そのクーラントにより、切断に伴ってダイヤモンド砥粒に発生する熱を効果的に吸収できるかどうかがポイントとなる。しかし、クーラントを循環使用することによって、クーラント中には被切断物の切粉や破砕した砥粒や摩耗したワイヤの金属分などの異物が蓄積するので、切断量が多くなると、クーラントの冷却作用が低下してダイヤモンド砥粒の温度上昇を抑えきれずにダイヤモンド砥粒の摩耗が促進され、固定砥粒ワイヤの寿命が低下してしまう。また、クーラント中に切削屑などの異物が蓄積することによってクーラントの性能が失われ、スライス精度が低下する。
【００１０】
本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、固定砥粒ワイヤによるマルチワイヤソーにおけるクーラント中から被切断物の切粉を高効率で回収するとともに固定砥粒ワイヤの寿命延長並びに高精度のスライスの実現を図ることができる、固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理方法及びその処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理方法は、固定砥粒ワイヤソーにおいて切断対象ワークを切断するときに使用したクーラントを遠心分離機に導いて、粗大な切削屑を主とする異物と、微細な切削屑を含有する切削屑含有液体とに分離し、粗大な切削屑を主とする異物を遠心分離機の長手方向の一方の端部の開口から排出して切削屑回収タンクに回収し、切削屑含有液体を遠心分離機の長手方向の他方の端部のオーバーフロー開口から排出してクーラントとして再使用することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理装置は、固定砥粒ワイヤソーと、クーラントタンクと、切削屑回収タンクと、分離液タンクと、切削屑含有クーラントを粗大な切削屑を主とする異物と微細な切削屑を含有する切削屑含有液体とに分離する遠心分離機と、補給クーラントタンクと、固定砥粒ワイヤソーにおいて使用したクーラントをクーラントタンクに導く第１パイプと、クーラントタンク内の切削屑含有クーラントを遠心分離機に導く第２パイプと、遠心分離機から排出された粗大な切削屑を主とする異物を切削屑回収タンクに導く第３パイプと、遠心分離機から排出された微細な切削屑を含有する切削屑含有液体を分離液タンクに導く第４パイプと、分離液タンク内の分離液をクーラントタンクに導く第５パイプと、補給クーラントタンク内の新液クーラントをクーラントタンクに導く第６パイプと、クーラントタンク内のクーラントを固定砥粒ワイヤソーのクーラント供給手段に導く第７パイプとを備え、遠心分離機の長手方向の一方の端部には遠心分離後の粗大な切削屑を主とする異物を排出する開口を有し、遠心分離機の長手方向の他方の端部には遠心分離後の微細な切削屑を含有する切削屑含有液体を排出するオーバーフロー開口を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理方法及びその処理装置は上記のように構成されているので、走行する固定砥粒ワイヤにクーラントを供給しながら、この固定砥粒ワイヤに切断対象ワークを押し付けてそのワークを切断する固定砥粒ワイヤソーにおいて、粗大な切削屑と微細な切削屑を含有する使用済みのクーラントを、粗大な切削屑を主とする異物と、微細な切削屑を含有する切削屑含有液体とに分離し、粗大な切削屑を主とする異物を切削屑回収タンクに回収し、微細な切削屑を含有する切削屑含有液体をクーラントとして再使用することにより、クーラント中に異物が蓄積してクーラントの異物濃度が上昇することなく、被切断物の切粉を高効率で回収するとともに固定砥粒ワイヤの寿命延長並びに高精度のスライスを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
固定砥粒ワイヤに用いるワイヤは、電気メッキが可能で強度と弾性率がガイドローラや溝付きローラ間の張力に耐えるものであれば、特に制限はなく、このようなワイヤとしては、例えば、長尺のピアノ線などの鋼線、タングステン線、モリブデン線などの金属ワイヤを挙げることができる。
【００１５】
本発明で使用するワイヤの直径は、被切断物の形状および特性により適宜選択することができ、通常は０．０５〜０．５mm程度が採用されることが多いが、０．０５mm以下の細線であっても、０．０５mmを超える厚めの線であっても、本発明の効果は同じである。
【実施例】
【００１６】
以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において、適宜変更と修正が可能である。
（１）電気メッキによる固定砥粒ワイヤの製造
図１に示すような概略構成のメッキ装置により固定砥粒ワイヤを製造した。すなわち、送り出し機１から直径１６０μｍの鋼製ワイヤ２を送り出し、その鋼製ワイヤ２をアルカリ脱脂槽（ｐＨが１１のアルカリ脱脂剤）３でアルカリ脱脂し、酸洗槽（ｐＨが１の硫酸）４で酸洗し、水洗槽５で水洗し、前処理槽（スルファミン酸ニッケル・４水和物が６００ｇ／リットル、ｐＨが４．２の浴組成）６で前処理し、鋼製ワイヤ２の表面にメッキ槽７で厚さ７μｍのニッケルメッキを施した。メッキ槽７のメッキ浴の組成は、スルファミン酸ニッケル・４水和物が６００ｇ／リットル、塩化ニッケル・６水和物が５５ｇ／リットル、ｐＨ緩衝剤としての硼酸が３０ｇ／リットル、第１種光沢剤（サッカリン）が１５ミリリットル／リットル、第２種光沢剤（２ブチン−１，４ジオール）が５０ミリリットル／リットル、ニッケルを予め被覆してなる粒径が１５〜２５μｍのダイヤモンド砥粒（被覆ニッケルの厚みが０．１〜１．０μｍ）を１０ｇ／リットル含有し、メッキ条件は、ｐＨが３．０であり、温度が５５℃であり、電流密度が４５Ａ／ｄｍ2であった。なお、このときの電流効率は、９０％であった。
【００１７】
その後、ニッケルメッキ被膜を形成した鋼製ワイヤ２を水洗槽８で水洗した後、ニッケルメッキ被膜中にダイヤモンド砥粒を固着した鋼製ワイヤ２を巻取機９に巻き取った。
（２）固定砥粒ワイヤソー
図２は上記のようにして得た固定砥粒ワイヤを用いたワイヤソーの一例を示す概略構成図である。このワイヤソーは、ワイヤ繰り出しボビン１１ａ、多数のガイドローラ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１２ｊ、１２ｋ、溝付きローラ１３、１４、クーラント供給手段１５およびワイヤ巻き取りボビン１１ｂを備えている。１６は切断対象ワーク（例えば、半導体インゴット）であり、１７はワーク保持手段、１８はワーク送りモータ、１９はワイヤである。ワーク送りモータ１８は切断対象ワーク１６を保持したワーク保持手段１７を自在に昇降させることができる。
（３）固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理装置
図３は固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理装置の一例を示す概略構成図である。図３において、２１は固定砥粒ワイヤソー、２２はクーラントタンク、２３は切削屑回収タンク、２４は分離液タンク、２５は遠心分離機（概略構成は図４参照）、２６は補給クーラントタンク、２７ａは固定砥粒ワイヤソー２１において使用したクーラントをクーラントタンク２２に導く第１パイプ、２７ｂはクーラントタンク２２内の切削屑含有クーラントを遠心分離機２５に導く第２パイプ、２７ｃは遠心分離機２５から排出された粗大な切削屑２８ａ（例えば、シリコン粉）を主とする異物を切削屑回収タンク２３に導く第３パイプ、２７ｄは遠心分離機２５から排出された微細な切削屑を含有する切削屑含有液体を分離液タンク２４に導く第４パイプ、２７ｅは分離液タンク２４内の分離液をクーラントタンク２２に導く第５パイプ、２７ｆは補給クーラントタンク２６内の新液クーラントをクーラントタンク２２に導く第６パイプ、２７ｇはクーラントタンク２２内のクーラントを固定砥粒ワイヤソー２１のクーラント供給手段（図２の参照番号１５）に導く第７パイプ、２７ｈは新液クーラントを補給クーラントタンク２６に導く第８パイプ、２７ｉは純水を補給クーラントタンク２６に導く第９パイプである。Ｐはポンプを示す。
（４）遠心分離機
図４は遠心分離機２５（図３参照）の概略構成を示す図である。図４において、２９は外側シェルであり、外側シェル２９の長手方向の一方の端部には遠心分離後の粗大な切削屑２８ａを主とする異物を排出する開口３０を有し、外側シェル２９の長手方向の他方の端部には遠心分離後の微細な切削屑を含有する切削屑含有液体を排出するオーバーフロー開口３１を有している。外側シェル２９の他方の端部には軸２９ａが延設されており、軸２９ａは図示しないモータにより矢示方向に回転することができる。
【００１８】
外側シェル２９の一方の端部を切り欠いてクーラント受け入れパイプ３２が外側シェル２９内に挿入されている。このクーラント受け入れパイプ３２は図示しないモータにより外側シェル２９と一体となって同じ方向に同じ回転速度で回転することができる。
【００１９】
クーラント受け入れパイプ３２内にはクーラントタンク２２内のクーラントを導入する第２パイプ２７ｂが挿入されており、第２パイプ２７ｂとクーラント受け入れパイプ３２の間隙にはリング状のパッキン３３が介装されて密封性が確保されている。クーラント受け入れパイプ３２には、外側シェル２９の内壁に向けて切削屑を含有するクーラントを排出する開口３２ａが設けられている。
【００２０】
クーラント受け入れパイプ３２と外側シェル２９の間には複数のリング状の仕切り壁３４ａと３４ｂが設置されている。このリング状の仕切り壁３４ａと３４ｂにはやや右方に傾斜したリング状の邪魔板３５が取り付けられている。リング状の仕切り壁３４ａと３４ｂにはリング状の邪魔板３５が取り付けられた箇所から内側の部分に、図５（ａ）（ｂ）に示すように、複数の開口３６が設けられている。
（５）固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理方法
以上のように構成される固定砥粒ワイヤソーによれば、図２において、ワイヤ繰り出しボビン１１ａから繰り出されたワイヤ１９は、ガイドローラ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆおよび溝付きローラ１３を経てクーラント供給手段１５に達する。クーラント供給手段１５からワイヤ１９に供給されるクーラントによって、ワイヤ１９に固着したダイヤモンド砥粒の切断に伴って発生する熱はクーラントに吸収されて、ダイヤモンド砥粒の温度上昇を抑えて摩耗を抑制し、固定砥粒ワイヤの長寿命化を図ることができる。
【００２１】
ワイヤ１９は、溝付きローラ１３と１４の外周面に多数回螺旋状に巻き付けられた後、ガイドローラ１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１２ｊ、１２ｋを経てワイヤ巻き取りボビン１１ｂに巻き取られる。なお、溝付きローラ１３と１４の外周面にはワイヤを螺旋状に巻き付けるための溝が形成されている。この溝付きローラ１３と１４の間のワイヤ列に対して、クーラント供給手段１５からクーラント（本実施例においては、鉱油、アニオン系界面活性剤および水を含有するもの）が供給される。溝付きローラ１３と１４の間のワイヤ列に対しては、ワーク送りモータ１８によってワーク保持手段１７とともに適切な速度で下降する切断対象ワーク１６が当接することにより多数のウェハに切断される。この切断の過程におけるワイヤ１９に固着したダイヤモンド砥粒の温度上昇は、上記したクーラントの作用によって効果的に抑えられる。
【００２２】
なお、上記の説明では、ワイヤ１９は繰り出しボビン１１ａから巻き取りボビン１１ｂに向かって一方向走行する場合について述べたが、繰り出しボビン１１ａから巻き取りボビン１１ｂに向かう場合と巻き取りボビン１１ｂから繰り出しボビン１１ａに向かう場合とを交互に繰り返す双方向走行を行って、最終的に巻き取りボビン１１ｂに巻き取るようにすることもできる。この双方向走行の場合、切断対象ワーク１６と溝付きローラ１４の間にもクーラント供給手段を備えることが好ましい。
【００２３】
上記の固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントは、以下に説明するように処理される。
【００２４】
図３に示すように、固定砥粒ワイヤソー２１のクーラント供給手段（図２の参照番号１５）からワイヤ（図２の参照番号１９）に供給されたクーラントは集合配管に集められた後、第１パイプ２７ａを経てクーラントタンク２２に導かれる。クーラントタンク２２内の切削屑含有クーラントは第２パイプ２７ｂを経て遠心分離機２５に導かれ、後記するような遠心分離処理が施された後、粗大な切削屑２８ａを主とする異物は第３パイプ２７ｃを経て切削屑回収タンク２３に導かれ、微細な切削屑を含有する切削屑含有液体は第４パイプ２７ｄを経て分離液タンク２４に導かれる。分離液タンク２４内の分離液は第５パイプ２７ｅを経てクーラントタンク２２に導かれる。補給クーラントタンク２６には、必要に応じてクーラントの濃度および量を調整するために、第８パイプ２７ｈを経て適宜新液クーラントが補給されるとともに第９パイプ２７ｉを経て適宜純水が補強される。補給クーラントタンク２６内の新液クーラントは第６パイプ２７ｆを経てクーラントタンク２２に導かれる。クーラントタンク２２内のクーラントは、第７パイプ２７ｇを経て固定砥粒ワイヤソー２１のクーラント供給手段（図２の参照番号１５）に導かれる。
【００２５】
第２パイプ２７ｂを経て遠心分離機２５に導かれたクーラントは以下のように処理される。
【００２６】
図４において、第２パイプ２７ｂ内の切削屑を含有するクーラント３７は、クーラント受け入れパイプ３２内に排出される。クーラント受け入れパイプ３２は外側シェル２９と一体となって同じ方向に同じ回転速度で回転しているので、クーラント受け入れパイプ３２内に排出されたクーラント３７はクーラント受け入れパイプ３２に設けられた開口３２ａから一定のタイミングで外側シェル２９内に向けて排出される。このようにして、外側シェル２９内に排出された切削屑を含有するクーラント３７の流れの中で、図４において右方にあるオーバーフロー開口３１に至る流れについて、まず説明する。
【００２７】
リング状の仕切り壁３４ａにはリング状の邪魔板３５が取り付けられた箇所から内側の部分に、図５（ａ）に示すように、複数の開口３６が設けられているので、この開口３６を通過することができる大きさの切削屑とクーラントが仕切り壁３４ａを通過して、仕切り壁３４ａと仕切り壁３４ａとで囲まれた右方の区画に進入することができる。しかしながら、仕切り壁３４ａには邪魔板３５が取り付けられているので、さらに、この邪魔板３５を乗り越えた切削屑とクーラントが外側シェル２９の内側面に接するように滞留する。以後、同様にして、リング状の仕切り壁３４ａに設けられた開口３６を通過することができる大きさの切削屑とクーラントが仕切り壁３４ａを通過して、仕切り壁３４ａと仕切り壁３４ａとで囲まれた、さらに右方の区画に進入することができる。しかしながら、仕切り壁３４ａには邪魔板３５が取り付けられているので、さらに、この邪魔板３５を乗り越えた切削屑とクーラントが外側シェル２９の内側面に接するように滞留する。このようにして外側シェル２９の内側面に接するように滞留するクーラント３７の液面がオーバーフロー開口３１の下端面３１ａを乗り越える程度の高さになると、微細な切削屑を含有するクーラント（分離液）がオーバーフロー開口３１から第４パイプ２７ｄに向けて排出される。仕切り壁３４ａに設けられた開口３６と邪魔板３５によって通過できる大きさの切削屑が選別される結果、仕切り壁３４ａと仕切り壁３４ａとで囲まれた区画の中で、オーバーフロー開口３１に近い区画のクーラント中には微細な切削屑２８ｂを主とする、破砕した砥粒や摩耗したワイヤの金属分など比較的小さな異物が存在し、オーバーフロー開口３１から遠い区画のクーラント中には粗大な切削屑２８ａが存在する。
【００２８】
次に、外側シェル２９内に排出された切削屑を含有するクーラント３７の流れの中で、図４において左方にある開口３０に至る流れについて、説明する。
【００２９】
開口３２ａから外側シェル２９内に一定のタイミングで切削屑を含有するクーラントが排出されると、外側シェル２９はクーラント受け入れパイプ３２とともに回転しているので、切削屑は遠心力により外側シェル２９の内壁面に押し付けられて、小さい切削屑は凝集して大塊になろうとする。しかしながら、仕切り壁３４ａには邪魔板３５が取り付けられているので、この邪魔板３５を乗り越えた切削屑の中で仕切り壁３４ａに設けられた開口３６を通過することができる大きさの切削屑とクーラントが左方の区画に進入する。左方の区画に進入した切削屑の中でリング状仕切り壁３４ｂに取り付けられた邪魔板３５を乗り越えて仕切り壁３４ｂに設けられた開口３６を通過することができる大きさの切削屑は仕切り壁３４ｂを通過して、仕切り壁３４ｂと仕切り壁３４ｂとで囲まれた左方の区画に進入する。しかし、邪魔板３５にはそのような開口は存在しないので、凝集して大塊となった切削屑の中で邪魔板３５を乗り越えてリング状の仕切り壁３４ｂに設けられた開口３６を通過することができる大きさの切削屑が仕切り壁３４ｂを通過して、仕切り壁３４ｂと仕切り壁３４ｂとで囲まれた、さらに左の区画に進入することができる。さらに、外側シェル２９は、図４に示すように、開口３０に向かって先細り状に外径が小さくなっており、開口３０はオーバーフロー開口３１に対して上下方向でみた場合に高位置にあるので、仕切り壁３４ｂと仕切り壁３４ｂとで囲まれた区画の中で開口３０に近い区画には、クーラントはほとんど存在せず、粗大な切削屑２８ａを主とする異物が大半を占める。このようにして、開口３０に達した粗大な切削屑２８ａを主とする異物は、第３パイプ２７ｃに向けて排出される。
（６）切削屑回収効果の確認
ａ．対象液体
図４に示す遠心分離機を用いて、本発明の実施例として、固定砥粒ワイヤソーの切断に使用される上記組成（鉱油、アニオン系界面活性剤および水を含有するもの）からなるクーラントを遠心分離した場合と、比較例として、同クーラントを遠心分離しなかった場合におけるクーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）を調査した。
ｂ．切断対象と切断時間
正方形断面（高さが１５６mmで幅が１５６mmのもの）で長さが２００mmの直方体状のシリコンインゴットから厚さが０．２mmで上記正方形断面のウェハを切り出す作業を繰り返し行った。なお、１回のシリコンウェハの切り出し作業を３時間連続して行った。
ｃ．ワイヤソーおよびクーラント処理装置
図３に示す構成の装置を用いた。なお、この切断作業においては、実施例および比較例ともに、第９パイプ２７ｉから補給クーラントタンク２６に純水は補給せず、第８パイプ２７ｈから補給クーラントタンク２６に適宜新液クーラントを補給するとともに、補給クーラントタンク２６内の新液クーラントを第６パイプ２７ｆを経てクーラントタンク２２に導いた。
【００３０】
また、比較例においては、遠心分離を行わなかったので、固定砥粒ワイヤソーの切断に使用したクーラントは第１パイプ２７ａを経てクーラントタンク２２に供給され、クーラントタンク２２内のクーラントは第７パイプ２７ｇを経て固定砥粒ワイヤソー２１のクーラント供給手段に返送された。従って、比較例においては、第２パイプ２７ｂを経てクーラントタンク２２内のクーラントが遠心分離機２５に導かれることはなく、第５パイプ２７ｅを経て分離液タンク２４内の分離液がクーラントタンク２２に導かれることもなかった。
ｄ．遠心分離条件
遠心力は２０００Ｇ、遠心分離機に対するクーラントの供給量は１９７リットル／時間である。
ｅ．遠心分離結果
以上のように、固定砥粒ワイヤソーによりシリコンインゴットを切断するときに使用したクーラントを遠心分離した場合と、同上クーラントを遠心分離しなかった場合とにおけるクーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）を図６に示す。図６において、縦軸は図３の装置において、クーラントタンク２２内のクーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）を示し、横軸において、０は切断作業開始時を示し、１、２、３、４、５、６は、それぞれ１回目、２回目、３回目、４回目、５回目、６回目のシリコンウェハの３時間連続切り出し作業終了時を示す。切断作業開始時はクーラントは新液の状態であり、異物は含まれていないが、切断作業時間が長くなるとともに、クーラントには被切断物の切粉や破砕した砥粒や摩耗したワイヤの鉄分などの異物が蓄積するので、クーラントの冷却作用が低下し、ダイヤモンド砥粒の温度上昇を抑えきれずにダイヤモンド砥粒の摩耗が促進され、固定砥粒ワイヤの寿命低下を招いてしまう。クーラントに含まれる被切断物の切粉などの異物の量が増えると、クーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）は大きくなる。従って、クーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）の推移を見れば、クーラントの性状の変化を知ることができるのである。
【００３１】
図６において、記号「○」は遠心分離を行った場合を示し（実施例）、記号「●」は遠心分離を行わなかった場合（比較例）を示す。本発明の方法に従って遠心分離を行うことによって、図６に示すように、クーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）はほとんど変化せず、固定砥粒ワイヤソーにおいてシリコンインゴットの切断に長時間使用しても、クーラントの性状が変化しないことが分かる。
【００３２】
しかし、固定砥粒ワイヤソーにおいてシリコンインゴットの切断に使用するクーラントを本発明の方法に従って遠心分離しなかった場合、図６に示すように、クーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）の数値は切断作業時間が長くなるにつれて確実に大きくなっており、遠心分離をしないことによってクーラントには被切断物の切粉などの異物がどんどんと蓄積されていくことが分かる。
【００３３】
また、６回目のシリコンウェハの３時間連続切り出し作業終了時の切削屑回収タンク２３内の切削屑の成分（重量％）を蛍光Ｘ線定量分析により分析した結果を以下の表１に示す。
【００３４】
【表１】
表１に明らかなように、切削屑中の大部分はＳｉであり、切削屑からシリコン粉を高効率で回収することが可能である。なお、表１において、Ｃａ、ＰおよびＡｌはクーラントの成分である。
【００３５】
以上の詳細な説明で明らかなように、本発明の方法および装置によれば、固定砥粒ワイヤソーの切断作業を長時間してもクーラントの性状が変化しないことが分かる。また、遠心分離によって分離した切削屑からシリコン粉を高効率で回収することが可能である
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の方法および装置は、シリコン、石英、セラミック等の硬質材料の切断やスライスや内面研磨やダイシングやインゴット切り出し用に用いる固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は固定砥粒ワイヤを製造するに好適なメッキ装置の概略構成図である。
【図２】図２は固定砥粒ワイヤソーの一例を示す概略構成図である。
【図３】図３は固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図４】図４は遠心分離機の概略構成を示す図である
【図５】図５（ａ）（ｂ）はリング状の仕切り壁に設けた開口を示す図である。
【図６】図６は固定砥粒ワイヤソーにおける切断作業時間とクーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）との関係を示す図である。
【図７】図７は一般的なマルチワイヤソーの概略構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 送り出し機
２ 鋼製ワイヤ
３ アルカリ脱脂槽
４ 酸洗槽
５ 水洗槽
６ 前処理槽
７ メッキ槽
８ 水洗槽
９ 巻取機
１１ａ ワイヤ繰り出しボビン
１１ｂ ワイヤ巻き取りボビン
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１２ｊ、１２ｋ ガイドローラ
１３、１４ 溝付きローラ
１５ クーラント供給手段
１６ 切断対象ワーク
１７ ワーク保持手段
１８ ワーク送りモータ
１９ ワイヤ
２１ 固定砥粒ワイヤソー
２２ クーラントタンク
２３ 切削屑回収タンク
２４ 分離液タンク
２５ 遠心分離機
２６ 補給クーラントタンク
２７ａ 第１パイプ
２７ｂ 第２パイプ
２７ｃ 第３パイプ
２７ｄ 第４パイプ
２７ｅ 第５パイプ
２７ｆ 第６パイプ
２７ｇ 第７パイプ
２７ｈ 第８パイプ
２７ｉ 第９パイプ
Ｐ ポンプ
２８ａ 粗大な切削屑
２８ｂ 微細な切削屑
２９ 外側シェル
２９ａ 軸
３０ 開口
３１ オーバーフロー開口
３２ クーラント受け入れパイプ
３３ パッキン
３４ａ、３４ｂ 仕切り壁
３５ 邪魔板
３６ 開口
３７ クーラント
４１ 繰り出しボビン
４２ ワイヤ
４３ ガイドローラ
４４ グルーブローラ
４５ フィードユニット
４６ 被切削物
４７ ノズル
４８ ガイドローラ
４９ 巻き取りボビン
５０ 駆動モータ
５１ ダンサーローラ
５２ ダンサーローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理方法及びその処理装置に関し、特に、シリコン、石英、セラミック等の硬質材料の切断やスライスや内面研磨やダイシングやインゴット切り出し用に用いられる、砥粒をワイヤに固着した固定砥粒ワイヤを使用するワイヤソーにおいて切断のために使用したクーラントの処理方法及びその処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、切断対象ワークをスライス状に切断する手段としてワイヤソーが用いられている。このワイヤソーとは、テンションを付与した細いワイヤ列を走行させ、そのワイヤ列に砥粒を含有するスラリー状の研磨材を吹き付けながら被切断物（例えば、シリコンインゴット）をワイヤ列に押し当てて、遊離砥粒の研磨作用によって被切断物をウェハ状に切断する装置であり、同時に複数枚のウェハを得ることが可能であるから、マルチ切断法とも呼ばれている。図７に、一例として単結晶シリコンの加工に使われるマルチワイヤソーの概略構成を示す。
【０００３】
図７を簡単に説明すると、繰り出しボビン４１から供給されたワイヤ４２は、ワイヤをガイドするための多数のガイドローラ４３を経て多数の溝を有する複数の溝付きローラ４４において所定ピッチのワイヤ列を形成し、そのワイヤ列に対してフィードユニット４５によって被切断物４６を押し当てつつノズル４７からワイヤ列に向けて遊離砥粒を含有するスラリーを吹き付けることによって被切断物４６をウェハ状に切断し、その後、ワイヤ列は多数のガイドローラ４８を経て巻き取りボビン４９に巻き取られる。ワイヤ４２は溝付きローラ４４に付設された駆動モータ５０の駆動力によって走行するが、そのとき、ダンサーローラ５１、５２の動きの情報が繰り出しボビン４１および巻き取りボビン４９の回転にフィードバックされ、一定のテンションが保たれる。通常、ワイヤ４２はその材料としての有効利用と切断面粗さ改善など品質面からの要請で一定の双方向走行または一方向走行を行いながら前進し、最終的に巻き取りボビン４９に巻き取られる。
【０００４】
上記のように遊離砥粒を用いて切断する場合において、その遊離砥粒含有スラリーには、切断動作によって温度が上昇する砥粒を冷却する作用が期待されている。というのは、砥粒の温度が一定以上に上昇すると砥粒の摩耗が促進されて切れ味が悪くなるので、砥粒は適当な温度に冷却する必要がある。しかし、遊離砥粒を含有するスラリーには、被切断物の切粉や破砕した砥粒や摩耗したワイヤの鉄分などの種々雑多な物質が蓄積するので、切断時間が長くなると、スラリーの冷却作用が低下して砥粒の温度上昇を抑えきれずに砥粒の切れ味を低下させてしまう。
【０００５】
さらに、ワイヤソーによる切断技術が適用される最も大きい市場は、半導体や太陽電池用シリコンインゴットを切断する分野であり、それら切断対象の原料となるポリシリコンが近年不足しているので、被切断物の切粉であるシリコン粉を如何にして効率的に回収するかが重要なテーマとなっている。
【０００６】
そこで、遊離砥粒を用いて切断する場合において、特許文献１には、水溶性クーラント、砥粒及びシリコン粒を少なくとも含有する、シリコンウェハの製造プロセスでの使用済みスラリーから水溶性クーラントを予め除去することによって固形分を得て、その固形分から、水溶性クーラントに対し相溶性を有しかつ水溶性クーラントよりも沸点が低い低沸点有機溶媒を用いて前記固形分中に残留する水溶性クーラントを抽出し、抽出に用いた低沸点有機溶媒を遠心分離によって除去し、遠心分離により得られる固形分を回収するという提案が開示されている。
【０００７】
また、遊離砥粒を用いて切断する方式として、特許文献２には、ワイヤソーに用いた使用後の砥粒スラリーを第１の遠心分離機に導いて、回収砥粒を含有する粗粒混合液体と微細な切削屑及び破砕砥粒を含有する微粒混合液体とに分離し、前記粗粒混合液体を第２の遠心分離機に導いて、さらに回収砥粒表面に付着する切削屑及び破砕砥粒を回収砥粒から分離して、回収砥粒混合液体と微粒混合液体とを分離し、前記第１の遠心分離機から取り出した微粒混合液体と前記第２の遠心分離機から取り出した微粒混合液体とを高密度電場内に通すことにより、微粒固体と回収切削液体とを分離し、前記第２の遠心分離機により分離した前記回収砥粒混合液体と前記高密度電場により分離した回収切削液体とを混合し、砥粒スラリーとして再使用するという提案が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−２４６３６７号公報
【特許文献２】特開平１１−１７２２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そもそも図７に示すように、スラリー状の遊離砥粒を用いて切断する方式は、その砥粒が作業台上に飛散し、乾燥して作業環境が汚されるという欠点があるとともに、廃液処理や切断されたウェハの洗浄が必要であるなどの余分な処理が必要である。また、遊離砥粒を含有するスラリーには、砥粒（一般にはＳｉＣ砥粒が用いられることが多い）や破砕した砥粒や摩耗したワイヤの鉄分などの種々雑多な物質が含まれているので、その中から被切断物の切粉であるシリコン粉を回収することは容易ではない。しかも、その遊離砥粒含有スラリーは高粘度であるから、特許文献１に記載されたように、特殊な溶媒を用いたり、特許文献２に記載されたように、２台の遠心分離機を用いても、シリコン粉を効率的に回収することは困難である。
【０００９】
一方、砥粒をワイヤに固着した固定砥粒ワイヤによるマルチワイヤソーは、従来の遊離砥粒によるスライス方式に代わる技術として、特にシリコンインゴット・サファイアインゴット等のスライスマーケットでの利用が期待されている技術である。一般に、固定砥粒ワイヤにおいて実際に切断作業を実行する砥粒には、鉱物中で最も硬いダイヤモンドが砥粒として使用されている。しかし、ダイヤモンドが如何に硬くても、繰り返し切断作業に使用されることにより摩耗することは避けられない。ダイヤモンド砥粒が摩耗する要因はスライス時の発熱であり、如何にして固定砥粒ワイヤに十分なクーラントを供給し、そのクーラントにより、切断に伴ってダイヤモンド砥粒に発生する熱を効果的に吸収できるかどうかがポイントとなる。しかし、クーラントを循環使用することによって、クーラント中には被切断物の切粉や破砕した砥粒や摩耗したワイヤの金属分などの異物が蓄積するので、切断量が多くなると、クーラントの冷却作用が低下してダイヤモンド砥粒の温度上昇を抑えきれずにダイヤモンド砥粒の摩耗が促進され、固定砥粒ワイヤの寿命が低下してしまう。また、クーラント中に切削屑などの異物が蓄積することによってクーラントの性能が失われ、スライス精度が低下する。
【００１０】
本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、固定砥粒ワイヤによるマルチワイヤソーにおけるクーラント中から被切断物の切粉を高効率で回収するとともに固定砥粒ワイヤの寿命延長並びに高精度のスライスの実現を図ることができる、固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理方法及びその処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理方法は、固定砥粒ワイヤソーにおいて切断対象ワークを切断するときに使用したクーラントを遠心分離機に導いて、粗大な切削屑を主とする異物と、微細な切削屑を含有する切削屑含有液体とに分離し、粗大な切削屑を主とする異物を遠心分離機の長手方向の一方の端部の開口から排出して切削屑回収タンクに回収し、切削屑含有液体を遠心分離機の長手方向の他方の端部のオーバーフロー開口から排出してクーラントとして再使用することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理装置は、固定砥粒ワイヤソーと、クーラントタンクと、切削屑回収タンクと、分離液タンクと、切削屑含有クーラントを粗大な切削屑を主とする異物と微細な切削屑を含有する切削屑含有液体とに分離する遠心分離機と、補給クーラントタンクと、固定砥粒ワイヤソーにおいて使用したクーラントをクーラントタンクに導く第１パイプと、クーラントタンク内の切削屑含有クーラントを遠心分離機に導く第２パイプと、遠心分離機から排出された粗大な切削屑を主とする異物を切削屑回収タンクに導く第３パイプと、遠心分離機から排出された微細な切削屑を含有する切削屑含有液体を分離液タンクに導く第４パイプと、分離液タンク内の分離液をクーラントタンクに導く第５パイプと、補給クーラントタンク内の新液クーラントをクーラントタンクに導く第６パイプと、クーラントタンク内のクーラントを固定砥粒ワイヤソーのクーラント供給手段に導く第７パイプとを備え、遠心分離機の長手方向の一方の端部には遠心分離後の粗大な切削屑を主とする異物を排出する開口を有し、遠心分離機の長手方向の他方の端部には遠心分離後の微細な切削屑を含有する切削屑含有液体を排出するオーバーフロー開口を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理方法及びその処理装置は上記のように構成されているので、走行する固定砥粒ワイヤにクーラントを供給しながら、この固定砥粒ワイヤに切断対象ワークを押し付けてそのワークを切断する固定砥粒ワイヤソーにおいて、粗大な切削屑と微細な切削屑を含有する使用済みのクーラントを、粗大な切削屑を主とする異物と、微細な切削屑を含有する切削屑含有液体とに分離し、粗大な切削屑を主とする異物を切削屑回収タンクに回収し、微細な切削屑を含有する切削屑含有液体をクーラントとして再使用することにより、クーラント中に異物が蓄積してクーラントの異物濃度が上昇することなく、被切断物の切粉を高効率で回収するとともに固定砥粒ワイヤの寿命延長並びに高精度のスライスを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
固定砥粒ワイヤに用いるワイヤは、電気メッキが可能で強度と弾性率がガイドローラや溝付きローラ間の張力に耐えるものであれば、特に制限はなく、このようなワイヤとしては、例えば、長尺のピアノ線などの鋼線、タングステン線、モリブデン線などの金属ワイヤを挙げることができる。
【００１５】
本発明で使用するワイヤの直径は、被切断物の形状および特性により適宜選択することができ、通常は０．０５〜０．５mm程度が採用されることが多いが、０．０５mm以下の細線であっても、０．０５mmを超える厚めの線であっても、本発明の効果は同じである。
【実施例】
【００１６】
以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において、適宜変更と修正が可能である。
（１）電気メッキによる固定砥粒ワイヤの製造
図１に示すような概略構成のメッキ装置により固定砥粒ワイヤを製造した。すなわち、送り出し機１から直径１６０μｍの鋼製ワイヤ２を送り出し、その鋼製ワイヤ２をアルカリ脱脂槽（ｐＨが１１のアルカリ脱脂剤）３でアルカリ脱脂し、酸洗槽（ｐＨが１の硫酸）４で酸洗し、水洗槽５で水洗し、前処理槽（スルファミン酸ニッケル・４水和物が６００ｇ／リットル、ｐＨが４．２の浴組成）６で前処理し、鋼製ワイヤ２の表面にメッキ槽７で厚さ７μｍのニッケルメッキを施した。メッキ槽７のメッキ浴の組成は、スルファミン酸ニッケル・４水和物が６００ｇ／リットル、塩化ニッケル・６水和物が５５ｇ／リットル、ｐＨ緩衝剤としての硼酸が３０ｇ／リットル、第１種光沢剤（サッカリン）が１５ミリリットル／リットル、第２種光沢剤（２ブチン−１，４ジオール）が５０ミリリットル／リットル、ニッケルを予め被覆してなる粒径が１５〜２５μｍのダイヤモンド砥粒（被覆ニッケルの厚みが０．１〜１．０μｍ）を１０ｇ／リットル含有し、メッキ条件は、ｐＨが３．０であり、温度が５５℃であり、電流密度が４５Ａ／ｄｍ2であった。なお、このときの電流効率は、９０％であった。
【００１７】
その後、ニッケルメッキ被膜を形成した鋼製ワイヤ２を水洗槽８で水洗した後、ニッケルメッキ被膜中にダイヤモンド砥粒を固着した鋼製ワイヤ２を巻取機９に巻き取った。
（２）固定砥粒ワイヤソー
図２は上記のようにして得た固定砥粒ワイヤを用いたワイヤソーの一例を示す概略構成図である。このワイヤソーは、ワイヤ繰り出しボビン１１ａ、多数のガイドローラ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１２ｊ、１２ｋ、溝付きローラ１３、１４、クーラント供給手段１５およびワイヤ巻き取りボビン１１ｂを備えている。１６は切断対象ワーク（例えば、半導体インゴット）であり、１７はワーク保持手段、１８はワーク送りモータ、１９はワイヤである。ワーク送りモータ１８は切断対象ワーク１６を保持したワーク保持手段１７を自在に昇降させることができる。
（３）固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理装置
図３は固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理装置の一例を示す概略構成図である。図３において、２１は固定砥粒ワイヤソー、２２はクーラントタンク、２３は切削屑回収タンク、２４は分離液タンク、２５は遠心分離機（概略構成は図４参照）、２６は補給クーラントタンク、２７ａは固定砥粒ワイヤソー２１において使用したクーラントをクーラントタンク２２に導く第１パイプ、２７ｂはクーラントタンク２２内の切削屑含有クーラントを遠心分離機２５に導く第２パイプ、２７ｃは遠心分離機２５から排出された粗大な切削屑２８ａ（例えば、シリコン粉）を主とする異物を切削屑回収タンク２３に導く第３パイプ、２７ｄは遠心分離機２５から排出された微細な切削屑を含有する切削屑含有液体を分離液タンク２４に導く第４パイプ、２７ｅは分離液タンク２４内の分離液をクーラントタンク２２に導く第５パイプ、２７ｆは補給クーラントタンク２６内の新液クーラントをクーラントタンク２２に導く第６パイプ、２７ｇはクーラントタンク２２内のクーラントを固定砥粒ワイヤソー２１のクーラント供給手段（図２の参照番号１５）に導く第７パイプ、２７ｈは新液クーラントを補給クーラントタンク２６に導く第８パイプ、２７ｉは純水を補給クーラントタンク２６に導く第９パイプである。Ｐはポンプを示す。
（４）遠心分離機
図４は遠心分離機２５（図３参照）の概略構成を示す図である。図４において、２９は外側シェルであり、外側シェル２９の長手方向の一方の端部には遠心分離後の粗大な切削屑２８ａを主とする異物を排出する開口３０を有し、外側シェル２９の長手方向の他方の端部には遠心分離後の微細な切削屑を含有する切削屑含有液体を排出するオーバーフロー開口３１を有している。外側シェル２９の他方の端部には軸２９ａが延設されており、軸２９ａは図示しないモータにより矢示方向に回転することができる。
【００１８】
外側シェル２９の一方の端部を切り欠いてクーラント受け入れパイプ３２が外側シェル２９内に挿入されている。このクーラント受け入れパイプ３２は図示しないモータにより外側シェル２９と一体となって同じ方向に同じ回転速度で回転することができる。
【００１９】
クーラント受け入れパイプ３２内にはクーラントタンク２２内のクーラントを導入する第２パイプ２７ｂが挿入されており、第２パイプ２７ｂとクーラント受け入れパイプ３２の間隙にはリング状のパッキン３３が介装されて密封性が確保されている。クーラント受け入れパイプ３２には、外側シェル２９の内壁に向けて切削屑を含有するクーラントを排出する開口３２ａが設けられている。
【００２０】
クーラント受け入れパイプ３２と外側シェル２９の間には複数のリング状の仕切り壁３４ａと３４ｂが設置されている。このリング状の仕切り壁３４ａと３４ｂにはやや右方に傾斜したリング状の邪魔板３５が取り付けられている。リング状の仕切り壁３４ａと３４ｂにはリング状の邪魔板３５が取り付けられた箇所から内側の部分に、図５（ａ）（ｂ）に示すように、複数の開口３６が設けられている。
（５）固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理方法
以上のように構成される固定砥粒ワイヤソーによれば、図２において、ワイヤ繰り出しボビン１１ａから繰り出されたワイヤ１９は、ガイドローラ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆおよび溝付きローラ１３を経てクーラント供給手段１５に達する。クーラント供給手段１５からワイヤ１９に供給されるクーラントによって、ワイヤ１９に固着したダイヤモンド砥粒の切断に伴って発生する熱はクーラントに吸収されて、ダイヤモンド砥粒の温度上昇を抑えて摩耗を抑制し、固定砥粒ワイヤの長寿命化を図ることができる。
【００２１】
ワイヤ１９は、溝付きローラ１３と１４の外周面に多数回螺旋状に巻き付けられた後、ガイドローラ１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１２ｊ、１２ｋを経てワイヤ巻き取りボビン１１ｂに巻き取られる。なお、溝付きローラ１３と１４の外周面にはワイヤを螺旋状に巻き付けるための溝が形成されている。この溝付きローラ１３と１４の間のワイヤ列に対して、クーラント供給手段１５からクーラント（本実施例においては、鉱油、アニオン系界面活性剤および水を含有するもの）が供給される。溝付きローラ１３と１４の間のワイヤ列に対しては、ワーク送りモータ１８によってワーク保持手段１７とともに適切な速度で下降する切断対象ワーク１６が当接することにより多数のウェハに切断される。この切断の過程におけるワイヤ１９に固着したダイヤモンド砥粒の温度上昇は、上記したクーラントの作用によって効果的に抑えられる。
【００２２】
なお、上記の説明では、ワイヤ１９は繰り出しボビン１１ａから巻き取りボビン１１ｂに向かって一方向走行する場合について述べたが、繰り出しボビン１１ａから巻き取りボビン１１ｂに向かう場合と巻き取りボビン１１ｂから繰り出しボビン１１ａに向かう場合とを交互に繰り返す双方向走行を行って、最終的に巻き取りボビン１１ｂに巻き取るようにすることもできる。この双方向走行の場合、切断対象ワーク１６と溝付きローラ１４の間にもクーラント供給手段を備えることが好ましい。
【００２３】
上記の固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントは、以下に説明するように処理される。
【００２４】
図３に示すように、固定砥粒ワイヤソー２１のクーラント供給手段（図２の参照番号１５）からワイヤ（図２の参照番号１９）に供給されたクーラントは集合配管に集められた後、第１パイプ２７ａを経てクーラントタンク２２に導かれる。クーラントタンク２２内の切削屑含有クーラントは第２パイプ２７ｂを経て遠心分離機２５に導かれ、後記するような遠心分離処理が施された後、粗大な切削屑２８ａを主とする異物は第３パイプ２７ｃを経て切削屑回収タンク２３に導かれ、微細な切削屑を含有する切削屑含有液体は第４パイプ２７ｄを経て分離液タンク２４に導かれる。分離液タンク２４内の分離液は第５パイプ２７ｅを経てクーラントタンク２２に導かれる。補給クーラントタンク２６には、必要に応じてクーラントの濃度および量を調整するために、第８パイプ２７ｈを経て適宜新液クーラントが補給されるとともに第９パイプ２７ｉを経て適宜純水が補強される。補給クーラントタンク２６内の新液クーラントは第６パイプ２７ｆを経てクーラントタンク２２に導かれる。クーラントタンク２２内のクーラントは、第７パイプ２７ｇを経て固定砥粒ワイヤソー２１のクーラント供給手段（図２の参照番号１５）に導かれる。
【００２５】
第２パイプ２７ｂを経て遠心分離機２５に導かれたクーラントは以下のように処理される。
【００２６】
図４において、第２パイプ２７ｂ内の切削屑を含有するクーラント３７は、クーラント受け入れパイプ３２内に排出される。クーラント受け入れパイプ３２は外側シェル２９と一体となって同じ方向に同じ回転速度で回転しているので、クーラント受け入れパイプ３２内に排出されたクーラント３７はクーラント受け入れパイプ３２に設けられた開口３２ａから一定のタイミングで外側シェル２９内に向けて排出される。このようにして、外側シェル２９内に排出された切削屑を含有するクーラント３７の流れの中で、図４において右方にあるオーバーフロー開口３１に至る流れについて、まず説明する。
【００２７】
リング状の仕切り壁３４ａにはリング状の邪魔板３５が取り付けられた箇所から内側の部分に、図５（ａ）に示すように、複数の開口３６が設けられているので、この開口３６を通過することができる大きさの切削屑とクーラントが仕切り壁３４ａを通過して、仕切り壁３４ａと仕切り壁３４ａとで囲まれた右方の区画に進入することができる。しかしながら、仕切り壁３４ａには邪魔板３５が取り付けられているので、さらに、この邪魔板３５を乗り越えた切削屑とクーラントが外側シェル２９の内側面に接するように滞留する。以後、同様にして、リング状の仕切り壁３４ａに設けられた開口３６を通過することができる大きさの切削屑とクーラントが仕切り壁３４ａを通過して、仕切り壁３４ａと仕切り壁３４ａとで囲まれた、さらに右方の区画に進入することができる。しかしながら、仕切り壁３４ａには邪魔板３５が取り付けられているので、さらに、この邪魔板３５を乗り越えた切削屑とクーラントが外側シェル２９の内側面に接するように滞留する。このようにして外側シェル２９の内側面に接するように滞留するクーラント３７の液面がオーバーフロー開口３１の下端面３１ａを乗り越える程度の高さになると、微細な切削屑を含有するクーラント（分離液）がオーバーフロー開口３１から第４パイプ２７ｄに向けて排出される。仕切り壁３４ａに設けられた開口３６と邪魔板３５によって通過できる大きさの切削屑が選別される結果、仕切り壁３４ａと仕切り壁３４ａとで囲まれた区画の中で、オーバーフロー開口３１に近い区画のクーラント中には微細な切削屑２８ｂを主とする、破砕した砥粒や摩耗したワイヤの金属分など比較的小さな異物が存在し、オーバーフロー開口３１から遠い区画のクーラント中には粗大な切削屑２８ａが存在する。
【００２８】
次に、外側シェル２９内に排出された切削屑を含有するクーラント３７の流れの中で、図４において左方にある開口３０に至る流れについて、説明する。
【００２９】
開口３２ａから外側シェル２９内に一定のタイミングで切削屑を含有するクーラントが排出されると、外側シェル２９はクーラント受け入れパイプ３２とともに回転しているので、切削屑は遠心力により外側シェル２９の内壁面に押し付けられて、小さい切削屑は凝集して大塊になろうとする。しかしながら、仕切り壁３４ａには邪魔板３５が取り付けられているので、この邪魔板３５を乗り越えた切削屑の中で仕切り壁３４ａに設けられた開口３６を通過することができる大きさの切削屑とクーラントが左方の区画に進入する。左方の区画に進入した切削屑の中でリング状仕切り壁３４ｂに取り付けられた邪魔板３５を乗り越えて仕切り壁３４ｂに設けられた開口３６を通過することができる大きさの切削屑は仕切り壁３４ｂを通過して、仕切り壁３４ｂと仕切り壁３４ｂとで囲まれた左方の区画に進入する。しかし、邪魔板３５にはそのような開口は存在しないので、凝集して大塊となった切削屑の中で邪魔板３５を乗り越えてリング状の仕切り壁３４ｂに設けられた開口３６を通過することができる大きさの切削屑が仕切り壁３４ｂを通過して、仕切り壁３４ｂと仕切り壁３４ｂとで囲まれた、さらに左の区画に進入することができる。さらに、外側シェル２９は、図４に示すように、開口３０に向かって先細り状に外径が小さくなっており、開口３０はオーバーフロー開口３１に対して上下方向でみた場合に高位置にあるので、仕切り壁３４ｂと仕切り壁３４ｂとで囲まれた区画の中で開口３０に近い区画には、クーラントはほとんど存在せず、粗大な切削屑２８ａを主とする異物が大半を占める。このようにして、開口３０に達した粗大な切削屑２８ａを主とする異物は、第３パイプ２７ｃに向けて排出される。
（６）切削屑回収効果の確認
ａ．対象液体
図４に示す遠心分離機を用いて、本発明の実施例として、固定砥粒ワイヤソーの切断に使用される上記組成（鉱油、アニオン系界面活性剤および水を含有するもの）からなるクーラントを遠心分離した場合と、比較例として、同クーラントを遠心分離しなかった場合におけるクーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）を調査した。
ｂ．切断対象と切断時間
正方形断面（高さが１５６mmで幅が１５６mmのもの）で長さが２００mmの直方体状のシリコンインゴットから厚さが０．２mmで上記正方形断面のウェハを切り出す作業を繰り返し行った。なお、１回のシリコンウェハの切り出し作業を３時間連続して行った。
ｃ．ワイヤソーおよびクーラント処理装置
図３に示す構成の装置を用いた。なお、この切断作業においては、実施例および比較例ともに、第９パイプ２７ｉから補給クーラントタンク２６に純水は補給せず、第８パイプ２７ｈから補給クーラントタンク２６に適宜新液クーラントを補給するとともに、補給クーラントタンク２６内の新液クーラントを第６パイプ２７ｆを経てクーラントタンク２２に導いた。
【００３０】
また、比較例においては、遠心分離を行わなかったので、固定砥粒ワイヤソーの切断に使用したクーラントは第１パイプ２７ａを経てクーラントタンク２２に供給され、クーラントタンク２２内のクーラントは第７パイプ２７ｇを経て固定砥粒ワイヤソー２１のクーラント供給手段に返送された。従って、比較例においては、第２パイプ２７ｂを経てクーラントタンク２２内のクーラントが遠心分離機２５に導かれることはなく、第５パイプ２７ｅを経て分離液タンク２４内の分離液がクーラントタンク２２に導かれることもなかった。
ｄ．遠心分離条件
遠心力は２０００Ｇ、遠心分離機に対するクーラントの供給量は１９７リットル／時間である。
ｅ．遠心分離結果
以上のように、固定砥粒ワイヤソーによりシリコンインゴットを切断するときに使用したクーラントを遠心分離した場合と、同上クーラントを遠心分離しなかった場合とにおけるクーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）を図６に示す。図６において、縦軸は図３の装置において、クーラントタンク２２内のクーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）を示し、横軸において、０は切断作業開始時を示し、１、２、３、４、５、６は、それぞれ１回目、２回目、３回目、４回目、５回目、６回目のシリコンウェハの３時間連続切り出し作業終了時を示す。切断作業開始時はクーラントは新液の状態であり、異物は含まれていないが、切断作業時間が長くなるとともに、クーラントには被切断物の切粉や破砕した砥粒や摩耗したワイヤの鉄分などの異物が蓄積するので、クーラントの冷却作用が低下し、ダイヤモンド砥粒の温度上昇を抑えきれずにダイヤモンド砥粒の摩耗が促進され、固定砥粒ワイヤの寿命低下を招いてしまう。クーラントに含まれる被切断物の切粉などの異物の量が増えると、クーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）は大きくなる。従って、クーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）の推移を見れば、クーラントの性状の変化を知ることができるのである。
【００３１】
図６において、記号「○」は遠心分離を行った場合を示し（実施例）、記号「●」は遠心分離を行わなかった場合（比較例）を示す。本発明の方法に従って遠心分離を行うことによって、図６に示すように、クーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）はほとんど変化せず、固定砥粒ワイヤソーにおいてシリコンインゴットの切断に長時間使用しても、クーラントの性状が変化しないことが分かる。
【００３２】
しかし、固定砥粒ワイヤソーにおいてシリコンインゴットの切断に使用するクーラントを本発明の方法に従って遠心分離しなかった場合、図６に示すように、クーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）の数値は切断作業時間が長くなるにつれて確実に大きくなっており、遠心分離をしないことによってクーラントには被切断物の切粉などの異物がどんどんと蓄積されていくことが分かる。
【００３３】
また、６回目のシリコンウェハの３時間連続切り出し作業終了時の切削屑回収タンク２３内の切削屑の成分（重量％）を蛍光Ｘ線定量分析により分析した結果を以下の表１に示す。
【００３４】
【表１】
表１に明らかなように、切削屑中の大部分はＳｉであり、切削屑からシリコン粉を高効率で回収することが可能である。なお、表１において、Ｃａ、ＰおよびＡｌはクーラントの成分である。
【００３５】
以上の詳細な説明で明らかなように、本発明の方法および装置によれば、固定砥粒ワイヤソーの切断作業を長時間してもクーラントの性状が変化しないことが分かる。また、遠心分離によって分離した切削屑からシリコン粉を高効率で回収することが可能である
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の方法および装置は、シリコン、石英、セラミック等の硬質材料の切断やスライスや内面研磨やダイシングやインゴット切り出し用に用いる固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は固定砥粒ワイヤを製造するに好適なメッキ装置の概略構成図である。
【図２】図２は固定砥粒ワイヤソーの一例を示す概略構成図である。
【図３】図３は固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図４】図４は遠心分離機の概略構成を示す図である
【図５】図５（ａ）（ｂ）はリング状の仕切り壁に設けた開口を示す図である。
【図６】図６は固定砥粒ワイヤソーにおける切断作業時間とクーラントの単位容積当たりの重量（ｋｇ／リットル）との関係を示す図である。
【図７】図７は一般的なマルチワイヤソーの概略構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 送り出し機
２ 鋼製ワイヤ
３ アルカリ脱脂槽
４ 酸洗槽
５ 水洗槽
６ 前処理槽
７ メッキ槽
８ 水洗槽
９ 巻取機
１１ａ ワイヤ繰り出しボビン
１１ｂ ワイヤ巻き取りボビン
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１２ｊ、１２ｋ ガイドローラ
１３、１４ 溝付きローラ
１５ クーラント供給手段
１６ 切断対象ワーク
１７ ワーク保持手段
１８ ワーク送りモータ
１９ ワイヤ
２１ 固定砥粒ワイヤソー
２２ クーラントタンク
２３ 切削屑回収タンク
２４ 分離液タンク
２５ 遠心分離機
２６ 補給クーラントタンク
２７ａ 第１パイプ
２７ｂ 第２パイプ
２７ｃ 第３パイプ
２７ｄ 第４パイプ
２７ｅ 第５パイプ
２７ｆ 第６パイプ
２７ｇ 第７パイプ
２７ｈ 第８パイプ
２７ｉ 第９パイプ
Ｐ ポンプ
２８ａ 粗大な切削屑
２８ｂ 微細な切削屑
２９ 外側シェル
２９ａ 軸
３０ 開口
３１ オーバーフロー開口
３２ クーラント受け入れパイプ
３３ パッキン
３４ａ、３４ｂ 仕切り壁
３５ 邪魔板
３６ 開口
３７ クーラント
４１ 繰り出しボビン
４２ ワイヤ
４３ ガイドローラ
４４ グルーブローラ
４５ フィードユニット
４６ 被切削物
４７ ノズル
４８ ガイドローラ
４９ 巻き取りボビン
５０ 駆動モータ
５１ ダンサーローラ
５２ ダンサーローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定砥粒ワイヤソーにおいて切断対象ワークを切断するときに使用したクーラントを遠心分離機に導いて、粗大な切削屑を主とする異物と、微細な切削屑を含有する切削屑含有液体とに分離し、粗大な切削屑を主とする異物を遠心分離機の長手方向の一方の端部の開口から排出して切削屑回収タンクに回収し、切削屑含有液体を遠心分離機の長手方向の他方の端部のオーバーフロー開口から排出してクーラントとして再使用することを特徴とする固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理方法。
【請求項２】
固定砥粒ワイヤソーと、クーラントタンクと、切削屑回収タンクと、分離液タンクと、切削屑含有クーラントを粗大な切削屑を主とする異物と微細な切削屑を含有する切削屑含有液体とに分離する遠心分離機と、補給クーラントタンクと、固定砥粒ワイヤソーにおいて使用したクーラントをクーラントタンクに導く第１パイプと、クーラントタンク内の切削屑含有クーラントを遠心分離機に導く第２パイプと、遠心分離機から排出された粗大な切削屑を主とする異物を切削屑回収タンクに導く第３パイプと、遠心分離機から排出された微細な切削屑を含有する切削屑含有液体を分離液タンクに導く第４パイプと、分離液タンク内の分離液をクーラントタンクに導く第５パイプと、補給クーラントタンク内の新液クーラントをクーラントタンクに導く第６パイプと、クーラントタンク内のクーラントを固定砥粒ワイヤソーのクーラント供給手段に導く第７パイプとを備え、遠心分離機の長手方向の一方の端部には遠心分離後の粗大な切削屑を主とする異物を排出する開口を有し、遠心分離機の長手方向の他方の端部には遠心分離後の微細な切削屑を含有する切削屑含有液体を排出するオーバーフロー開口を有することを特徴とする固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理装置。
【請求項１】
固定砥粒ワイヤソーにおいて切断対象ワークを切断するときに使用したクーラントを遠心分離機に導いて、粗大な切削屑を主とする異物と、微細な切削屑を含有する切削屑含有液体とに分離し、粗大な切削屑を主とする異物を遠心分離機の長手方向の一方の端部の開口から排出して切削屑回収タンクに回収し、切削屑含有液体を遠心分離機の長手方向の他方の端部のオーバーフロー開口から排出してクーラントとして再使用することを特徴とする固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理方法。
【請求項２】
固定砥粒ワイヤソーと、クーラントタンクと、切削屑回収タンクと、分離液タンクと、切削屑含有クーラントを粗大な切削屑を主とする異物と微細な切削屑を含有する切削屑含有液体とに分離する遠心分離機と、補給クーラントタンクと、固定砥粒ワイヤソーにおいて使用したクーラントをクーラントタンクに導く第１パイプと、クーラントタンク内の切削屑含有クーラントを遠心分離機に導く第２パイプと、遠心分離機から排出された粗大な切削屑を主とする異物を切削屑回収タンクに導く第３パイプと、遠心分離機から排出された微細な切削屑を含有する切削屑含有液体を分離液タンクに導く第４パイプと、分離液タンク内の分離液をクーラントタンクに導く第５パイプと、補給クーラントタンク内の新液クーラントをクーラントタンクに導く第６パイプと、クーラントタンク内のクーラントを固定砥粒ワイヤソーのクーラント供給手段に導く第７パイプとを備え、遠心分離機の長手方向の一方の端部には遠心分離後の粗大な切削屑を主とする異物を排出する開口を有し、遠心分離機の長手方向の他方の端部には遠心分離後の微細な切削屑を含有する切削屑含有液体を排出するオーバーフロー開口を有することを特徴とする固定砥粒ワイヤソーに使用したクーラントの処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２９９９８（Ｐ２０１０−２９９９８Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９６０４４（Ｐ２００８−１９６０４４）
【出願日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【出願人】（５９７１５０５９９）ジャパンファインスチール株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【出願人】（５９７１５０５９９）ジャパンファインスチール株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]