(57)【要約】【課題】硬質インゴットの切断加工を早く行い、且つ得られるウエハの表面粗さ及びウネリが小さい良好なものとなるソーワイヤおよび切断加工方法を提供する。【解決手段】ワイヤの長手方向に、対峙する一対の平面部を有し、両平面部を接続する曲面にのみ砥粒を固着させ、且つ平面部に対する砥粒の突出量を１０μｍ以下の固定砥粒式ソーワイヤを用いることで、従来の固定砥粒式と同等の切断速度を実現しつつ、固定砥粒によるウエハ面のスクラッチを抑制する。更に遊離砥粒式を併用する切断加工方法により、平面部とウエハ面とで遊離砥粒のローリングを数多く発生させることでウエハの更なる平滑化が図れる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ断面が、長手方向に対峙する真直な２つの平面部を有する形状で、両平面を接続する少なくとも一方の面側に砥粒を固着させたことを特徴とする固定砥粒式ソーワイヤにおいて、
ワイヤの有する平面部を基準とする平面に対して、固着された砥粒の突出量が０〜１０μｍである固定砥粒式ソーワイヤ。
【請求項２】
ワイヤの断面形状がトラック形状である請求項１記載の固定砥粒式ソーワイヤ。
【請求項３】
ワイヤ断面が、長手方向に対峙する真直な２つの平面部を有する形状で、両平面を接続する少なくとも一方の面側に砥粒を固着させた固定砥粒式ソーワイヤを走行させつつ、遊離砥粒を含むスラリーを吹きかけながら行い、且つワイヤの対峙する平面部を基準とする平面に対して固着された砥粒の突出量が、遊離砥粒の粒径以下である固定砥粒式ソーワイヤを使用して行う切断加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は硬質材料を切断加工する為の工具であるソーワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池等に用いられるシリコンインゴットを切断加工する機械として、ソーマシンが知られている。図８はソーマシンの概略図である。ソーワイヤはソーマシンに以下のように準備される。供給リール１０２に巻かれたワイヤがソーマシンに供給される。ソーワイヤは複数のガイドローラ（図示せず）に誘導されメインローラ１０４に導かれる。ソーワイヤは一般に２本乃至４本から構成されるメインローラ１０４の回りを幾重にも巻き掛けられる。メインローラ１０４間に数十から数百本のワイヤ群が張り巡らされる。その後、供給の時と同様に、ソーワイヤは複数のガイドローラに誘導され排出リール１０６に巻き取られる。
【０００３】
ワイヤがセットされた後にワイヤを走らせる。この状態において、メインローラ間に張り巡らされたワイヤ群に加工を施すインゴット１０８を押し当てる。するとワイヤ群によりインゴット１０８は切断され、ワイヤピッチに応じた厚みを有するウエハを得る。
【０００４】
ソーワイヤは２種類に大別できる。一方は砥粒を含むスラリーを吹きかけながら切断加工を行う方式である。もう一方は予め砥粒を固着させておいたワイヤを用いて切断加工を行う方式である。一般的には前者を遊離砥粒式と呼び、後者を固定砥粒式と呼ぶ。
【０００５】
遊離砥粒式においては、インゴットとソーワイヤが接触する部分にスラリーを吹きかける。スラリーの中に含まれる砥粒（遊離砥粒）としては硬質なものが用いられている。例えばＳｉＣやダイヤモンド等が用いられている。こうした遊離砥粒はオイルと混合したスラリーとして用いられることが多い。吹きかけられた遊離砥粒はワイヤ表層に付着し、インゴットと接触する部分に運ばれる。運ばれた遊離砥粒が走行するワイヤとインゴットとの間でローリングやラッピングすることにより、インゴットは切断加工されていく。
【０００６】
遊離砥粒式における問題点の１つとして切断速度がある。ワイヤとインゴットの間でローリングする遊離砥粒は、必ずしも切断加工に効果的に寄与しているとは限らない。更にもう１つの問題点としてスラリーが切断加工部へ効率よく運ばれていないと、ウエハ厚みも安定せず悪くなる。
【０００７】
固定砥粒式は遊離砥粒式の１つの問題点を解決する方式である。多くは丸い断面を有するワイヤの外周に砥粒が均一に固着されている。特許文献１には代表的な固定砥粒式ソーワイヤが記されている。砥粒が予めワイヤに固着されている為、砥粒のローリングは起こらず、ワイヤの走行により砥粒がインゴットを効果的にスクラッチし続けることにより、インゴットは切断加工されていく。固定砥粒式においては遊離砥粒式に比べて数倍の加工速度を実現する。
【０００８】
しかし、固定砥粒式にも問題がある。固定された砥粒による切断はインゴットに大きな加工応力を加える。その為、切断加工されたウエハには残留加工歪みが発生し、ウエハの重要な品質項目である表面粗さやウネリが悪化する。
【０００９】
そこで、例えば特許文献２においては遊離砥粒式と固定砥粒式を組み合わせた方法が知られている。両者を同時に実施することにより、早く且つ歪みの小さい切断加工が行えることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０９−１５０３１４号
【特許文献２】特許第３３１４９２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、外周に砥粒を固着させたワイヤを用いた固定砥粒式と、スラリーを吹きかける遊離砥粒式とを、単純に同時に実施しただけでは最適な切断加工は行えない。一般の固定砥粒式ソーワイヤは外周に均一に砥粒が固着されている。砥粒としては３０〜４０μｍのものが広く使用される。そのうちワイヤの固着層に６０％程度が埋もれる。つまり固着された砥粒は約１２〜１６μｍがワイヤ表面から突出している。このソーワイヤを用いた場合、ワイヤに固着された砥粒は鋭利な為、切断加工されたウエハ面を荒らす。極めて平滑な品質が望まれているウエハ面に深いキズをもたらす。切断加工により得られたウエハは一般的に面を研磨する工程を経る。もし切断加工により深いキズが生じていたならば、ウエハを深く研磨しなければならない。すると研磨による材料ロスが多くなり歩留まりが悪くなる。
【００１２】
更に外周に砥粒を固着させたソーワイヤには、インゴットを掘り進む面（以下、切断加工面とする）と垂直な面に対しても砥粒が固着されている。その為、切断加工で除去されるカーフロスの厚みは、ワイヤの径に砥粒の大きさの２倍を足した値に近似する。つまり遊離砥粒式のソーワイヤと比較すると材料ロスが大きくなる。これは遊離砥粒式を同時に実施した場合にも同様に言える。
【００１３】
また、外周に均一な砥粒が固着されたソーワイヤの場合、供給リールから排出リールまで誘導するガイドローラやメインローラは固着された砥粒により損傷し易い。その為、各ローラがキズを負わないように硬質にする等の対策が必要であり、設備投資の負担が増していた。
【００１４】
以上のように、本発明はウエハ面の表面粗さや厚み、ウネリの悪化を抑制し、且つ材料ロスが少なく、設備損傷の少ない固定砥粒式ソーワイヤ、及び切断方法の提供を行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の問題点を解消する手段として、ワイヤ断面が、長手方向に対峙する真直な２つの平面部を有する形状で、両平面を接続する少なくとも一方の面側に砥粒を固着させたことを特徴とする固定砥粒式ソーワイヤにおいて、ワイヤの対峙する平面部を基準とする平面に対して、固着された砥粒の突出量が０〜１０μｍ以下である固定砥粒式ソーワイヤを提供する。
【００１６】
上記のワイヤ断面形状として対峙する２つの平面部が平行であることが好ましい。更にはワイヤ断面形状がトラック形状であると尚好ましい。
【００１７】
更に、ワイヤ断面が、長手方向に対峙する真直な２つの平面部を有する形状で、両平面を接続する少なくとも一方の面側に砥粒を固着させた固定砥粒式ソーワイヤを走行させつつ、遊離砥粒を含むスラリーを吹きかけながら行い、且つワイヤの対峙する平面部を基準とする平面に対して固着された砥粒の突出量が、遊離砥粒の粒径以下である固定砥粒式ソーワイヤを使用して行う切断加工方法とすることでワイヤの持つ能力を最大限に発揮できる。
【００１８】
上記スラリーには遊離砥粒を含む。遊離砥粒としてはＳｉＣまたはダイヤモンド微粒子であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のソーワイヤを用いることで、固定砥粒式の切断加工速度が達成される。更に得られたウエハは平滑な面を有し、厚みも安定している。また、ワイヤとしての厚みが薄く設計できる為、材料ロスの少ない切断加工が行える。
【００２０】
更に本発明のソーワイヤを用い、且つ遊離砥粒式を組み合わせることで、本発明のソーワイヤが有する能力を最大限に発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のソーワイヤの代表的な断面図
【図２】本発明のソーワイヤのその他の実施例
【図３】従来の固定砥粒式ソーワイヤ
【図４】本発明と従来例の切断加工方法における断面図
【図５】本発明のワイヤと遊離砥粒とを併用した場合の遊離砥粒がローリングする概略図
【図６】本発明と従来例の切断加工断面図
【図７】本発明のソーワイヤをメインローラに巻き掛けられた状態の断面図
【図８】一般的なソーマシンの概略図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明のポイントは、「切断加工面でないワイヤ側面（以下、単にワイヤ側面と称す）に砥粒を固着させていないこと」と、「ワイヤがワイヤ側面に平面部を有していること」である。この２つのポイントにおける作用を以下に詳述する。
【００２３】
「ワイヤ側面に砥粒を固着させていないこと」には次の理由がある。１つは、従来の固定砥粒式においては、ワイヤに固着された砥粒のうち、ある特定の面しか激しく磨耗しないという知見による。ワイヤは複数のメインローラに巻き掛けられて走行している。この状況下でワイヤの捻れは少なく、ほぼ同一面においてワイヤとインゴットは接触している。すなわち、インゴットと接触する面以外に固着された砥粒は切断加工に殆ど寄与していない。
【００２４】
もう１つは前述した通り、ワイヤ側面に固着されている砥粒はウエハ面を荒らしているという知見による。ウエハは固着された砥粒によってスクラッチされ、深いキズを負うことになる。一般に固着される砥粒の大きさは数十μｍである。つまりウエハは最大数十μｍのキズを受ける。
【００２５】
以上より、「ワイヤ側面に砥粒を固着させていないこと」が良いと言える。
【００２６】
ただし、インゴットと接触しない面に砥粒が固着されていても問題ないことは言うまでもない。インゴットと接触しない面に砥粒が固着されていたり、またはワイヤ表面に凹凸が付与されていたりすることにより切断屑が排出され易いといった効果は期待できる。
【００２７】
また、砥粒が一部にしか固着されていない為、ソーマシン各部を傷つけ難い。ソーワイヤ断面において、砥粒が固着している部分が少ない為、各ローラに掛ける際は、砥粒を固着していない面で行うことができる。その場合、ソーワイヤを誘導するローラーの溝は略Ｕ字が良い。砥粒のない側を溝で受けながら、ワイヤを安定して走行させることができる。
【００２８】
次に、「ワイヤがワイヤ側面に平面部を有していること」には次の理由がある。従来の遊離砥粒式は一般に断面が丸形状であるワイヤを用いている。従って、スラリー中の遊離砥粒の有無という条件を除くと、ウエハ面とワイヤは線接触、あるいは点接触をする。これによりウエハ面の表面粗さを悪くするという知見を得た。対照的に本発明のワイヤ側面が平面であることで、ウエハ面とワイヤは面接触を行う。
【００２９】
または遊離砥粒式を併用した場合、ウエハ面とワイヤの平面部との間には多くの場合遊離砥粒が存在する。図４には本発明のソーワイヤと遊離砥粒式を併用した概略図を示している。図４の本発明ようにワイヤの平面部によって、より多くの遊離砥粒が同じ圧力を受け易い条件となる。対照的に従来の固定砥粒式と遊離砥粒式を併用した方式において、遊離砥粒２０ａは切断加工やウエハ面の平滑化に対して効果的に作用していない。
【００３０】
図５はウエハ面とワイヤの平面部との間に存在する遊離砥粒の効果を示している。図５のようにウエハ面とワイヤ平面とが相対移動する間で、より多くの遊離砥粒が同等のローリングを起こす。数多くの遊離砥粒のローリングがウエハ面に存在する微細な凸部を次々と破壊していく。こうしてウエハ面はより平滑に仕上げられる。
【００３１】
更にワイヤ側面に平面部を有していることでワイヤの位置が安定する。図６は切断加工の断面図を示している。従来のワイヤにおいては断面円形をしている為、僅かな張力の変化により切断加工方向が真っ直ぐでない（以下「位置ズレ」という）。この位置ズレによりウエハのウネリが発生している。対して本発明のワイヤの平面部とウエハ面は略平行であり、加工途中においてワイヤはウエハ面に挟まれる状態にある。従ってワイヤが走行する位置が安定しており、ウネリの発生が防止される。
【００３２】
以上より、「ワイヤがワイヤ側面に平面部を有していること」が良いと言える。
【００３３】
尚、対峙する平面部は平行である方が好ましい。その場合、両平面部は切断加工により得られたウエハ面と平行に位置する。この時遊離砥粒のローリングが均一に発生する。しかし、両平面部が平行である場合に限るものではない。
【００３４】
また、平面部を有していればウエハを平滑に仕上げる効果が得られる為、その面積の大きさに制限は必要でない。面積が大きい程、同等にローリングされる遊離砥粒の数が多くなる為、ウエハ面を平滑に仕上げる効果は大きくなる。
【００３５】
しかし、ワイヤの平面部をより大きくするとワイヤの断面形状はより偏平になる。図１に本発明のソーワイヤの断面図を記載する。仮にワイヤの断面において、１対の略平面部間の距離を短径ｂと称し、そうでない方を長径ａと称す。一般のソーマシンにセットする場合、例えばメインローラには図７のように長径ａ方向に巻き掛けられる。長径ａ方向においてメインローラに接する側をワイヤの内周側２８、他方をワイヤの外周側２６とする。この時、ワイヤの断面形状が過度に偏平になるとワイヤの内周側２８と外周側２６とでの応力差が大きくなる。特に外周側においては、引張応力が大きく砥粒固着層の破壊が生じ易くなり、砥粒脱落の発生が多くなる。その為、内周側と外周側の応力差が大きくならないように偏平率には制限を設けた方が良い。例えば長径ａを短径ｂで割った値ａ／ｂは以下の数値が好ましい。
１．０  ＜  ａ／ｂ  ＜  １．５
しかし、ソーマシンの形態により所望の断面形状に対応すべきであり、上記の範囲に限るものではない。
【００３６】
更に固着された砥粒はツルーイングされている方が好ましい。一般にワイヤに固着された砥粒は全周を固着層で覆われている。対照的に砥粒がツルーイングされた状態とは固着層で覆われた砥粒の先端部分の固着層を除去された状態である。そうすることでより鋭利な砥粒が剥き出された状態となり、特に初期の切断加工性能が良い。
【００３７】
本発明のワイヤを生産する方法は以下の通りである。まず所望のサイズであって断面が丸であるワイヤを伸線加工等により得る。このワイヤを圧延等の処理により断面が丸でなく、ワイヤ側面が平面部を有する所望の異形ワイヤを得る。
【００３８】
また異形の断面に仕上げる時は、長径方向の中心線を軸に左右対称である方が好ましい。一般の使用においては、切断加工方向は長径方向と一致する。この時左右非対称であると切断加工方向に対して軸がずれてしまい適切に切断が行えない。ただしソーマシンの形態により所望の断面形状に対応すべきであり、左右対称なワイヤに限るものではない。
【００３９】
ワイヤに砥粒を固着させる方法は従来の方法で良い。一般的には溶融した金属あるいは樹脂層中にワイヤを浸漬したり、メッキを行ったりした後に、あるいは同時に砥粒を分散させて仮固着させる。固着させる面が特定されているので、その部分に固着させる方法であれば特に限定されるものではない。その後固着をより確実なものにする処置が行われる。
【００４０】
全周に砥粒が仮固着される方法の場合、ワイヤ側面に仮固着された砥粒を除去する必要がある。砥粒を除去する方法は例えばローラ等により、物理的に接触させることで容易に除去できる。仮固着の状態であれば容易に除去できる為、特にこの方法に限定されるものではない。
【００４１】
尚、平面部を有する異形断面のワイヤを得る工程は砥粒を固着させた後でも良い。仮固着後に例えば圧延することで平面部の形成を行った場合、砥粒はワイヤ平面部の延長線を越えないように揃えられる。従って、より平坦なワイヤ側面が形成される。
【００４２】
「砥粒がワイヤ平面部の延長面を越えないように揃えられる」ことが非常に重要である。なぜならば、固着された砥粒がワイヤ平面部の延長面と比べて突出量が大きい場合、ウエハ面を荒らす。つまりワイヤ平面部に砥粒を固着させた場合と同様の形態となってしまうことを意味する。従って固着された砥粒はワイヤ平面部の延長面をできるだけ越えないように揃えられていることが望まれる。
【００４３】
しかし、特に遊離砥粒を併用した切断加工の場合、ワイヤ平面部の延長線を少し超えても良い。つまり遊離砥粒の粒径以下の突出量であれば問題ない。なぜならばこの場合、突出する砥粒よりも大きい遊離砥粒がウエハ面に接触する為である。遊離砥粒によるローリングやラッピングが先行する為、固着された砥粒によるスクラッチは極めて少ない。一般に使用される砥粒が＃１０００〜１５００（粒径が約１０〜１５μｍ）である為、砥粒の突出量も１０μｍ以下であれば問題ない。
【実施例】
【００４４】
本発明のソーワイヤで切断加工を実際に行った結果が表１である。表１は２インチのシリコンインゴットを切断加工した時のウエハの面粗さ及びウネリを評価した結果である。従来例として遊離砥粒式及び固定砥粒式、本発明例として本発明のソーワイヤのみ及び本発明のソーワイヤに遊離砥粒式を併用した方式で切断加工を行い、得られたウエハの比較を行った。ウエハの面粗さ及びウネリの測定には接触式の表面粗さ計を用いて行った。
【００４５】
表面粗さ（Ｒｚ）は切断加工方向に対して、得られたウエハの切断開始部、中心部、切断終了部の３点につきそれぞれ２．５ｍｍの範囲で計測した。計測した３点のうちの最大値を比較対照とした。同様にウネリについては切断加工方向に対して、ウエハの切断開始部から終了部まで４０ｍｍを対象に最大高低差を評価した。更に従来の遊離砥粒式における加工速度、最大の表面粗さ及びウネリを１とし相対評価を行っている。
【００４６】
尚、本発明のソーワイヤには砥粒の仮固着の時に平面部の形成を行い、砥粒が揃えられているものを作成した。従って平面部に対する固定砥粒の突出量が０〜１μｍであるソーワイヤを使用した。更に比較例として他の製造方法により、平面部を有し、切断加工方向のみに砥粒を固着させ、且つ固定砥粒の突出量が２０μｍであるソーワイヤに遊離砥粒を併用して切断加工を行った。全ての実施において遊離砥粒は＃１５００を使用した。
【００４７】
【表１】
2010167509.tif 000003
【００４８】
表１の結果から本発明は従来方式の結果と比較して表面粗さ及びウネリが良くなっている。遊離砥粒を併用していない場合においても、従来の固定砥粒式と比較して効果が得られた理由は次の通りと推察される。
【００４９】
本発明のソーワイヤにおいても従来の固定砥粒式と同様の切断加工が行われている。この時、大きな切削屑が発生している。従来のソーワイヤにおいては外周に均一に固着された砥粒間に切削屑が取り込まれ易い。しかし本発明のソーワイヤにおいて砥粒は切断加工面にしか固着されていない。従って切削屑が砥粒間に留まらず、ワイヤの側面に溢れ出す量が多くなる。これらの切削屑がワイヤの平面部とウエハ面との間で効果的に働くと推察される。
【００５０】
つまり遊離砥粒式におけるスラリー中の砥粒と同じ働きを行う。切削屑はウエハと同じ成分であり、ウエハ面を研磨するのに十分な硬度を有している。切削屑がワイヤ平面部とウエハ面との間でローリングやラッピングを行うことでウエハ面の凸部を破壊する。この破壊によりウエハ面が平滑な面に仕上げられる。
【００５１】
本発明のソーワイヤに遊離砥粒を併用した場合には、従来の遊離砥粒式よりも遥かに平滑な面が達成された。尚、遊離砥粒の併用に関わらず、本発明のソーワイヤも従来の固定砥粒式と同等の切断加工速度が達成された。
【００５２】
また比較例として実施した砥粒の突出量が多い場合も同様に加工速度が早い。しかしウエハの表面粗さは悪く、ウネリも悪化した。これは突出量が大きいことにより固定砥粒がウエハ面をスクラッチし易い。しかもワイヤの平面部とウエハ面との距離が大きくなりワイヤが安定しない。その為切断加工方向が安定せずウエハ品質が悪化した。
【００５３】
対して本発明は、切断加工中においてワイヤの位置ズレが起こりにくく安定していたことにより、ウネリの小さい良好なウエハ面に仕上がった。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
尚、本発明はソーワイヤに関するが、同様に硬質材の切断に用いられるブレードソーについても転用が可能と推量できる。
【符号の説明】
【００５５】
２      ソーワイヤ
４      芯材
６      砥粒固着層
８      ワイヤ側面
１０    砥粒（固着）
１２    ツルーイング部
２０    遊離砥粒
２２    ウエハ面
２４    切削屑
１０２  供給リール
１０４  メインローラ
１０６  排出リール
１０８  インゴット
【図１】
2010167509.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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