(57)【要約】  高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法は、両端を有する本体部分（１０ａ）と、前記本体部分の両端のうちの一方にのみ位置する低品質結晶部分（１０ｅ）とを有する少なくとも１つのインゴットを用意する工程（Ａ）と、前記少なくとも１つのインゴットを固定用ベースに固定する工程（Ｂ）と、ソーワイヤーが前記少なくとも１つのインゴットの低品質結晶部分（１０ｅ）とは接触せず、本体部分（１０ａ）に接触するように、前記少なくとも１つのインゴットを前記ソーワイヤーに対して相対的に移動させることによって、前記インゴットをスライスする工程（Ｃ）とを包含する。
2014034841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端を有する本体部分と、前記本体部分の両端のうちの一方にのみ位置する低品質結晶部分とを有する少なくとも１つのインゴットを用意する工程（Ａ）と、  前記少なくとも１つのインゴットを固定用ベースに固定する工程（Ｂ）と、  ソーワイヤーが前記少なくとも１つのインゴットの前記低品質結晶部分とは接触せず、前記本体部分に接触するように、前記少なくとも１つのインゴットを前記ソーワイヤーに対して相対的に移動させることによって、前記インゴットをスライスする工程（Ｃ）とを包含する、高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法。
【請求項２】
前記マルチワイヤーソーは、少なくとも一対のローラー間で前記ソーワイヤーが複数回、巻回され、前記少なくとも一対のローラー間において、等間隔で平行に張られた複数の切削部分を有する切削領域を含み、  前記工程（Ｃ）において、前記ソーワイヤーの前記切削領域が前記少なくとも１つのインゴットの前記低品質結晶部分とは接触せず、前記本体部分に接触する請求項１に記載の高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法。
【請求項３】
前記工程（Ａ）において、第１および第２のインゴットを用意し、  前記工程（Ｂ）において、前記低品質結晶部分が位置しない端部が互いに対向するように前記第１および第２のインゴットを前記固定用ベースに固定し、  前記工程（Ｃ）において、前記ソーワイヤーの前記切削領域が前記第１および第２のインゴットの前記低品質結晶部分とは接触せず、前記本体部分に接触する請求項２に記載の高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法。
【請求項４】
前記工程（Ｂ）において、前記第１のインゴットの前記本体部分と前記低品質結晶部分との境界と、前記第２のインゴットの本体部分と前記低品質結晶部分との境界との距離が、前記マルチワイヤーソーの前記切削領域の両端にそれぞれ位置する切削部分の間隔以上となるように、前記第２のインゴットを前記第１のインゴットに対して配置する請求項３に記載の高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法。
【請求項５】
前記ソーワイヤーは、前記少なくとも一対のローラー間において、前記等間隔で平行に張られた複数の切削部分を有し、前記切削領域から所定の間隔を隔てて位置する他の切削領域を含み、  前記工程（Ａ）において、第１および第２のインゴットを用意し、  前記工程（Ｂ）において、前記第１のインゴットの前記低品質結晶部分が位置しない端部が前記第２のインゴットの低品質結晶部分と対向するように前記第１および第２のインゴットを前記固定用ベースに固定し、  前記工程（Ｃ）において、前記ソーワイヤーの前記切削領域および前記他の切削領域が、前記第１および第２インゴットの前記低品質結晶部分とは接触せず、前記本体部分にそれぞれ接触する請求項２に記載の高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法。
【請求項６】
前記工程（Ｂ）において、前記第１のインゴットの前記低品質結晶部分が位置しない端部から、前記第２のインゴットの低品質結晶部分と本体部分との境界までの距離が、前記ソーワイヤーにおける前記所定の間隔と一致するように、前記第２のインゴットを前記第１のインゴットに対して配置する請求項５に記載の高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法。
【請求項７】
前記第１のインゴットの前記低品質結晶部分が位置しない端部から、前記第２のインゴットの低品質結晶部分と本体部分との境界までの距離と一致するように、前記ソーワイヤーにおける前記所定の間隔を決定する請求項５に記載の高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法。
【請求項８】
前記少なくとも一対のローラーは、前記切削領域において、前記ソーワイヤーを受ける複数の溝をそれぞれ有し、  前記切削領域の、前記一対のローラ―の軸方向における中央近傍に位置する前記少なくとも一対のローラーの第１の溝の深さの初期値からの変化量ｄ１と、前記ソーワイヤーの前記切削領域において、前記少なくとも１つのインゴットの低品質結晶部分に最も近接する前記ソーワイヤーの切削部分を受ける前記少なくとも一対のローラーの第２の溝の深さの初期値からの変化量ｄ２とを測定し、前記ｄ２が前記ｄ１の３倍以上である場合、前記第２の溝から前記ソーワイヤーを外して新たな切削領域を構成する工程を更に包含する請求項２に記載の高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法。
【請求項９】
前記切削領域の、前記一対のローラ―の軸方向における中央近傍に位置する前記少なくとも一対のローラーの第１の溝の深さの初期値からの変化量ｄ１と、前記ソーワイヤーの前記切削領域において、前記第１のインゴットの低品質結晶部分に最も近接する前記ソーワイヤーの切削部分を受ける前記少なくとも一対のローラーの第２の溝の深さの初期値からの変化量ｄ２と、前記ソーワイヤーの前記切削領域において、前記第２のインゴットの低品質結晶部分に最も近接する前記ソーワイヤーの切削部分を受ける前記少なくとも一対のローラーの第３の溝の深さの初期値からの変化量ｄ２’とを測定し、前記ｄ２および前記ｄ２’の少なくとも一方が前記ｄ１の３倍以上である場合、前記少なくとも一方に対応する溝から前記ソーワイヤーを外して新たな切削領域を構成する工程を更に包含する請求項３または４のいずれかに記載の高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法。
【請求項１０】
前記少なくとも一対のローラーは、前記切削領域および前記他の切削領域において、前記ソーワイヤーを受ける複数の溝をそれぞれ有し、  前記切削領域の、前記一対のローラ―の軸方向における中央近傍に位置する前記少なくとも一対のローラーの第１の溝の深さの初期値からの変化量ｄ１と、前記ソーワイヤーの前記切削領域において、前記第１のインゴットの低品質結晶部分に最も近接する前記ソーワイヤーの切削部分を受ける前記少なくとも一対のローラーの第２の溝の深さの初期値からの変化量ｄ２と、前記ソーワイヤーの前記他の切削領域において、前記第２のインゴットの低品質結晶部分に最も近接する前記ソーワイヤーの切削部分を受ける前記少なくとも一対のローラーの第３の溝の深さの初期値からの変化量ｄ２’とを測定し、前記ｄ２および前記ｄ２’の少なくとも一方が前記ｄ１の３倍以上である場合、前記少なくとも一方に対応する溝から前記ソーワイヤーを外して少なくとも１つの新たな切削領域を構成する工程を更に包含する請求項５から７のいずれかに記載の高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法。
【請求項１１】
前記少なくとも一対のローラーの回転振れを５０μｍ以下に調整する請求項２から１０のいずれかに記載の高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法に関し、特に、炭化珪素半導体材料のマルチワイヤーソーによる切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、新しい半導体材料として炭化珪素半導体が注目されている。炭化珪素半導体は、シリコン半導体よりも絶縁破壊電界、電子の飽和ドリフト速度および熱伝導率が大きい。このため、炭化珪素半導体を用いて、従来のシリコンデバイスよりも高温、高速で大電流動作が可能なパワーデバイスを実現する研究・開発が活発になされている。なかでも、電動二輪車、電気自動車やハイブリッドカーに使用されるモータは交流駆動あるいはインバータ制御されるため、こうした用途に使用される高効率なスイッチング素子の開発が注目されている。このようなパワーデバイスを実現するためには、高品質な炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長させるための単結晶炭化珪素ウエハが必要である。【０００３】  単結晶半導体ウエハは、一般的に単結晶半導体材料のインゴットあるいはロッドと呼ばれる塊体を、マルチワイヤーソーを用いてスライスすることによって得られる（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０２４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  炭化珪素は、シリコンに比べて高硬度であり加工性に乏しい半導体材料である。このため、単結晶シリコンウエハの製造と同様の方法によって、単結晶炭化珪素ウエハを製造する場合、単結晶シリコンウエハの製造に比べて、かなり時間を要する。特に、大口径のウエハを作製するために、単結晶炭化珪素のインゴットの直径が大きくなると、要する時間も膨大となる。【０００６】  また、窒化ガリウムなど硬度の高い半導体材料のウエハや窒化ガリウム半導体層を形成するために用いられる高硬度のサファイアからなるウエハを製造する場合にも同様の課題が考えられる。【０００７】  本発明は、このような課題に鑑み、効率的に高硬度材料のウエハを製造することのできる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明の高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法は、両端を有する本体部分と、前記本体部分の両端のうちの一方にのみ位置する低品質結晶部分とを有する少なくとも１つのインゴットを用意する工程（Ａ）と、前記少なくとも１つのインゴットを固定用ベースに固定する工程（Ｂ）と、ソーワイヤーが前記少なくとも１つのインゴットの前記低品質結晶部分とは接触せず、前記本体部分に接触するように、前記少なくとも１つのインゴットを前記ソーワイヤーに対して相対的に移動させることによって、前記インゴットをスライスする工程（Ｃ）とを包含する。【０００９】  前記マルチワイヤーソーは、少なくとも一対のローラー間で前記ソーワイヤーが複数回、巻回され、前記少なくとも一対のローラー間において、等間隔で平行に張られた複数の切削部分を有する切削領域を含み、前記工程（Ｃ）において、前記ソーワイヤーの前記切削領域が前記少なくとも１つのインゴットの前記低品質結晶部分とは接触せず、前記本体部分に接触してもよい。【００１０】  前記工程（Ａ）において、第１および第２のインゴットを用意し、前記工程（Ｂ）において、前記低品質結晶部分が位置しない端部が互いに対向するように前記第１および第２のインゴットを前記固定用ベースに固定し、前記工程（Ｃ）において、前記ソーワイヤーの前記切削領域が前記第１および第２のインゴットの前記低品質結晶部分とは接触せず、前記本体部分に接触してもよい。【００１１】  前記工程（Ｂ）において、前記第１のインゴットの前記本体部分と前記低品質結晶部分との境界と、前記第２のインゴットの本体部分と前記低品質結晶部分との境界との距離が、前記マルチワイヤーソーの前記切削領域の両端にそれぞれ位置する切削部分の間隔以上となるように、前記第２のインゴットを前記第１のインゴットに対して配置してもよい。【００１２】  前記ソーワイヤーは、前記少なくとも一対のローラー間において、前記等間隔で平行に張られた複数の切削部分を有し、前記切削領域から所定の間隔を隔てて位置する他の切削領域を含み、前記工程（Ａ）において、第１および第２のインゴットを用意し、前記工程（Ｂ）において、前記第１のインゴットの前記低品質結晶部分が位置しない端部が前記第２のインゴットの低品質結晶部分と対向するように前記第１および第２のインゴットを前記固定用ベースに固定し、前記工程（Ｃ）において、前記ソーワイヤーの前記切削領域および前記他の切削領域が、前記第１および第２インゴットの前記低品質結晶部分とは接触せず、前記本体部分にそれぞれ接触してもよい。【００１３】  前記工程（Ｂ）において、前記第１のインゴットの前記低品質結晶部分が位置しない端部から、前記第２のインゴットの低品質結晶部分と本体部分との境界までの距離が、前記ソーワイヤーにおける前記所定の間隔と一致するように、前記第２のインゴットを前記第１のインゴットに対して配置してもよい。【００１４】  前記第１のインゴットの前記低品質結晶部分が位置しない端部から、前記第２のインゴットの低品質結晶部分と本体部分との境界までの距離と一致するように、前記ソーワイヤーにおける前記所定の間隔を決定してもよい。【００１５】  前記少なくとも一対のロー��ーは、前記切削領域において、前記ソーワイヤーを受ける複数の溝をそれぞれ有し、前記切削領域の、前記一対のローラ―の軸方向における中央近傍に位置する前記少なくとも一対のローラーの第１の溝の深さの初期値からの変化量ｄ１と、前記ソーワイヤーの前記切削領域において、前記少なくとも１つのインゴットの低品質結晶部分に最も近接する前記ソーワイヤーの切削部分を受ける前記少なくとも一対のローラーの第２の溝の深さの初期値からの変化量ｄ２とを測定し、前記ｄ２が前記ｄ１の３倍以上である場合、前記第２の溝から前記ソーワイヤーを外して新たな切削領域を構成する工程を更に包含してもよい。【００１６】  前記切削領域の、前記一対のローラ―の軸方向における中央近傍に位置する前記少なくとも一対のローラーの第１の溝の深さの初期値からの変化量ｄ１と、前記ソーワイヤーの前記切削領域において、前記第１のインゴットの低品質結晶部分に最も近接する前記ソーワイヤーの切削部分を受ける前記少なくとも一対のローラーの第２の溝の深さの初期値からの変化量ｄ２と、前記ソーワイヤーの前記切削領域において、前記第２のインゴットの低品質結晶部分に最も近接する前記ソーワイヤーの切削部分を受ける前記少なくとも一対のローラーの第３の溝の深さの初期値からの変化量ｄ２’とを測定し、前記ｄ２および前記ｄ２’の少なくとも一方が前記ｄ１の３倍以上である場合、前記少なくとも一方に対応する溝から前記ソーワイヤーを外して新たな切削領域を構成する工程を更に包含してもよい。【００１７】  前記少なくとも一対のローラーは、前記切削領域および前記他の切削領域において、前記ソーワイヤーを受ける複数の溝をそれぞれ有し、前記切削領域の、前記一対のローラ―の軸方向における中央近傍に位置する前記少なくとも一対のローラーの第１の溝の深さの初期値からの変化量ｄ１と、前記ソーワイヤーの前記切削領域において、前記第１のインゴットの低品質結晶部分に最も近接する前記ソーワイヤーの切削部分を受ける前記少なくとも一対のローラーの第２の溝の深さの初期値からの変化量ｄ２と、前記ソーワイヤーの前記他の切削領域において、前記第２のインゴットの低品質結晶部分に最も近接する前記ソーワイヤーの切削部分を受ける前記少なくとも一対のローラーの第３の溝の深さの初期値からの変化量ｄ２’とを測定し、前記ｄ２および前記ｄ２’の少なくとも一方が前記ｄ１の３倍以上である場合、前記少なくとも一方に対応する溝から前記ソーワイヤーを外して少なくとも１つの新たな切削領域を構成する工程を更に包含してもよい。【００１８】  前記少なくとも一対のローラーの回転振れを５０μｍ以下に調整してもよい。
【発明の効果】
【００１９】  本発明の切断方法によれば、インゴットの一端に低品質結晶部分を残したまま、インゴットをスライスできるため、低品質結晶部分を別途除去する場合に比べて、単結晶炭化珪素ウエハを製造するのに要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は、第１の実施形態で用いる単結晶炭化珪素インゴットの斜視図であり、（ｂ）は結晶成長させた単結晶炭化珪素の斜視図である。
【図２】図１に示すインゴットを固定用ベースに固定した状態を示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態で用いるマルチワイヤーソーに図２に示す状態のインゴットを配置した斜視図である。
【図４】第１の実施形態で用いる他のマルチワイヤーソーに図２に示す状態のインゴットを配置した斜視図である。
【図５】第１の実施形態における、ソーワイヤーの第１の切削領域およびインゴットの位置関係を示す図である。
【図６Ａ】第１の実施形態で用いるマルチワイヤーソーにおけるローラー、ソーワイヤーを受ける溝およびの第１の切削領域とインゴットとの具体的な位置関係を示す図である。
【図６Ｂ】第１の実施形態で用いるマルチワイヤーソーにおけるローラー、ソーワイヤーを受ける溝およびの第１の切削領域とインゴットとの具体的な他の位置関係を示す図である。
【図７Ａ】マルチワイヤーソーのローラーに掛けられたソーワイヤーを示す断面図である。
【図７Ｂ】マルチワイヤーソーのローラーに掛けられたソーワイヤーを示す断面図であって、第１の切削領域の一番端の溝が深くなっていることを示す図である。
【図８】第２の実施形態において、２つのインゴットを固定用ベースに固定した状態を示す斜視図である。
【図９】第２の実施形態における、ソーワイヤーの第１および第２の切削領域と２つのインゴットとの位置関係を示す図である。
【図１０】第２の実施形態における、マルチワイヤーソーのローラーに掛けられたソーワイヤーを示す断面図である。
【図１１】第２の実施形態において、２つのインゴットを固定用ベースに固定した状態を示す他の斜視図である。
【図１２】第２の実施形態における、ソーワイヤーの第１および第２の切削領域と２つのインゴットとの他の位置関係を示す図である。
【図１３Ａ】第３の実施形態において、２つのインゴットを固定用ベースに固定した状態を示す斜視図である。
【図１３Ｂ】第３の実施形態における、ソーワイヤーの第１および第２の切削領域と２つのインゴットとの他の位置関係を示す図である。
【図１３Ｃ】第３の実施形態において、２つのインゴットを固定用ベースに固定した状態を示す他の斜視図である。
【図１３Ｄ】第４の実施形態における、ソーワイヤーの第１および第２の切削領域と２つのインゴットとの他の位置関係を示す図である。
【図１４】実施例における溝の摩耗量と使用時間との関係を示す図である。
【図１５Ａ】実施例において、ローラー回転振れの制御を行い、インゴットを切断した後のローラーの中央部の断面を示す図である。
【図１５Ｂ】実施例において、ローラー回転振れの制御を行わないでインゴットを切断した後のローラーの中央部の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】  単結晶炭化珪素は単結晶シリコンに比べて硬度が高いため、切削に要する時間がシリコンに比べて長くなる。また、最も外側に位置するソーワイヤーの位置を決めているローラーの溝は、テンション変動の影響を受けやすく、磨り減りやすいという課題がある。本願発明者らは、シリコンウエハなどの製造と同様のプロセスによって高硬度の単結晶炭化珪素をスライスし、単結晶炭化珪素ウエハを製造する場合に、切削回数を減らすことによって、単結晶炭化珪素インゴットからウエハを製造するのに要する時間をできるだけ短くすることを検討した。
【００２２】  従来の半導体ウエハ製造工程では、まず単結晶半導体インゴットの両端に位置している成長先端部分および結晶品質の低い低品質結晶部分を切断または研削加工によって除去し、インゴットの側面を切削により成形した後、成形されたインゴットをマルチワイヤーソーの中央に配置し、インゴットをスライスしていた。しかし、この方法によれば、単結晶炭化珪素は難加工材料であるため、成長先端部分および低品質結晶部分の切断あるいは研削に膨大な時間を要し、ウエハの生産が著しく低下する。
【００２３】  このため、例えば、成長先端部分および低品質結晶部分を除去せず、かつ、最も外側に位置するソーワイヤーを使用せずにこれらの部分ごと一緒にマルチワイヤーソーでインゴットを切断することが考えられる。しかし、この場合、低品質結晶部分には非結晶部分やポリタイプ、転位等が多く発生しているため、低品質結晶部分を切断することによって、クラックが入ったり、余計なテンションがワイヤーソーにかかり、ワイヤーソーが断線しやすくなるなどの問題が生じ得る。
【００２４】  本願発明者らは、成長先端部分のみを切断し、残った低品質結晶部分をソーワイヤーの切削位置からはみ出させて、インゴットをスライスすれば、上述の問題を生じさせることなく、ウエハの製造時間を従来の２／３から１／２に短縮できることを見出した。以下、本発明による高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００２５】  (第１の実施形態)  以下、本発明による高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法の第１の実施形態を説明する。
【００２６】  本実施形態の方法は、（Ａ）高硬度材料のインゴットを用意する工程、（Ｂ）インゴットを固定用ベースに固定する工程、および（Ｃ）インゴットをスライスする工程を含む。高硬度材料としては、炭化珪素、サファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化ガリウムおよび二酸化チタンなどがあげられる。高硬度材料は単結晶であってもよいし、多結晶であってもよい。以下、高硬度材料として、単結晶炭化珪素を例に説明する。
【００２７】  まず単結晶炭化珪素を含むインゴットを用意する工程を説明する。図１（ａ）は、本実施形態で用いるインゴットの模式的な斜視図である。インゴット１０は、本体部分１０ａと、本体部分１０ａの両端のうちの一方にのみ位置する低品質結晶部分１０ｅとを有する。少なくとも本体部分１０ａは単結晶炭化珪素からなる。低品質結晶部分１０ｅは、単結晶炭化珪素を含み、非結晶炭化珪素やポリタイプを含んでいてもよい。インゴット１０は、例えば、図１（ｂ）に示すように、炭化珪素の種結晶１１上にエピタキシャル成長した炭化珪素１２を加工することによって得られる。炭化珪素１２の成長方法に特に制限はなく、改良レーリー法をはじめ、種々の単結晶成長方法によって形成することができる。
【００２８】  図１（ｂ）に示すように、成長した炭化珪素１２は、種結晶１１との界面近傍に結晶品質が低い低品質結晶領域１０ｂを含む。また、成長した炭化珪素１２は、整った円筒形ではなく、成長先端部分１０ｃも平坦ではない。このため、まず成長先端部分１０ｃを例えば粗加工用のバンドソーなどの切断機により切断し、研削盤などを用いて平坦化加工を施す。これにより、炭化珪素１２の、低品質結晶領域１０ｂと反対側の端面が平坦になる。その後、結晶方位測定装置などを用いて、端面の結晶方位を決定する。決定した端面の結晶方位に基づき、製造するウエハの主面が所定の結晶方位を有するように、主面の加工を行い、切断方向を決定する。決定した切断方向に対して垂直な側面を有する円筒形のインゴット１０が得られるよう、図１（ｂ）において、一点鎖線で示すように、炭化珪素１２の側面を、粗加工用の該当研削機にて、外筒研削する。インゴット１０の直径は、成長した炭化珪素１２の太さに依存する。改良レーリー法によれば、例えば、４インチのウエハを切り出すことができる程度の直径を有する炭化珪素１２を成長させることができる。
【００２９】  これにより、図１（ａ）に示すように、所定の結晶方位を有する端面１０ｆを有し、端面１０ｆに対して垂直な側面１０ｓを有する円筒形状のインゴット１０を得る。図１（ａ）に示すように、インゴット１０は、欠陥が少なく結晶品質の高い本体部分１０ａと、低品質結晶領域１０ｂと、種結晶１１とを含む。以下、種結晶１１および低品質結晶領域１０ｂを合わせて、低品質結晶部分１０ｅと呼ぶ。図１（ａ）に示すように、低品質結晶部分１０ｅは円筒形状の本体部分１０ａの両端のうち一方にのみ位置している。
【００３０】  次に、インゴット１０を固定用ベースに固定する工程を説明する。図２に示すように、インゴット１０の側面を側面の形状に対応した凹部を有する固定用ベース１４に固定する。固定は、例えば、半導体インゴットスライス加工用のエポキシ接着剤（日化精工製Ｗボンドなど）などによって行う。固定用ベース１４は、インゴット１０を完全に切断した場合に、その一部が切断され得る。しかし、切断されたウエハがバラバラにならないよう、固定用ベース１４は、切断されない部分が残るような厚さを有していることが好ましい。
【００３１】  次に、インゴット１０をスライスする工程を説明する。インゴット１０のスライスは、半導体ウエハを製造する一般的なマルチワイヤーソーを用いることができる。マルチワイヤーソーによる切断は、遊離砥粒方式と固定砥粒方式に大別される。遊離砥粒方式はダイヤモンド砥粒を水溶性または油性系液中に分散させたスラリーをピアノ線などのソーワイヤーに吐出しながら切断を行う。固定砥粒方式は、ピアノ線などのワイヤーにダイヤモンド砥粒をめっき法などで固着させたソーワイヤーを用い、切削液を吐出しながら切断を行う。本実施形態ではいずれの方式を用いてもよい。
【００３２】  本実施形態の方法によって、３インチのインゴット１０をスライスする場合、例えば、以下の条件を用いることができる。
【００３３】  （遊離砥粒方式）  マルチワイヤーソー：タカトリ製マルチワイヤーソー  ＭＷＳ−３４  ピアノ線：ジャパンファインスチール製  ピアノ線  Φ０．１６  スラリーのベース液：パレス化学製  ＰＳ−Ｌ−４０  ダイヤモンド砥粒：  切断面の必要粗さおよび必要切断速度に応じて粒度、濃度を決定
【００３４】  （固定砥粒方式）  マルチワイヤーソー：タカトリ製マルチワイヤーソー  ＭＷＳ−３４  ワイヤー：  アライドマテリアル製  ダイヤモンド電着ワイヤー  Φ０．２５  切削液：  アライドマテリアル製  ＤＫＷ−２
【００３５】  また、本実施形態には、種々の構成のマルチワイヤーソーを用いることができる。図３は、３つのローラーを有するマルチワイヤーソー５６を模式的に示している。マルチワイヤーソー５６は、ローラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃと、ローラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ間で複数回、巻回されたソーワイヤー５０とを有する。
【００３６】  ソーワイヤー５０の両端は、例えば、回収ボビン５４ａ、５４ｂに巻回されている。分かりやすさのため、図３では、回収ボビン５４ａ、５４ｂをローラー５１ａの近くに配置しているが、回収ボビン５４ａ、５４ｂはローラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃから離れて配置されていてもよい。ソーワイヤー５０は、ローラー５１ｂとローラー５１ｃとの間において、等間隔で平行に張られた複数の切削部分を有し、マルチワイヤーソーを構成している。
【００３７】  切削時には、回収ボビン５４ａ、５４ｂおよびローラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃが同一方向に回転し、ソーワイヤー５０を回収ボビン５４ａまたは回収ボビン５４ｂの一方に巻き取る。所定の長さの分のソーワイヤー５０が、一方の回収ボビンに巻き取られたら、回収ボビン５４ａ、５４ｂおよびローラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃを逆方向に回転させる。これにより、ソーワイヤー５０が逆方向に移動し、回収ボビン５４ａまたは回収ボビン５４ｂの他方に巻き取られる。これを繰り返すことによって、ソーワイヤー５０が往復移動する。
【００３８】  ローラー５１ｂとローラー５１ｃとの間のソーワイヤー５０により形成される第１切削領域５１ｒにおいて、スラリーあるいは切削液を吐出しながらインゴット１０をソーワイヤーに接触させることによって、インゴット１０が同時にスライスされ、複数のウエハが得られる。図３に示すように、このタイプのマルチワイヤーソー５６では、一般に、第１切削領域５１ｒにおいて、固定用ベース１４に支持されたインゴット１０をステージ５３で押し上げ、インゴット１０を切断する。
【００３９】  図４は、２つのローラーを有するマルチワイヤーソー５７を模式的に示している。マルチワイヤーソー５７は、ローラー５１ａ、５１ｂと、ローラー５１ａ、５１ｂ間で複数回、巻回されたソーワイヤー５０とを有する。ソーワイヤー５０は、ローラー５１ａとローラー５１ｂとの間において、等間隔で平行に張られた複数の切削部分を有し、マルチワイヤーソーを構成している。このため、ローラー５１ａとローラー５１ｂとの間で、ソーワイヤー５０により形成される第１切削領域５１ｒにおいて、インゴット１０が同時にスライスされ、複数のウエハが得られる。図４に示すように、このタイプのマルチワイヤーソー５７では、例えば第１切削領域５１ｒにおいて、固定用ベース１４に支持されたインゴット１０を押し下げ、インゴット１０を切断する。
【００４０】  ソーワイヤー５０は単結晶炭化珪素を切削するのに適したものを用いる。また、第１切削領域５１ｒにおけるソーワイヤー５０の切削部分のピッチは、作製するウエハの仕様（厚さ）に応じて調整される。マルチワイヤーソーは、単結晶炭化珪素を切断するのに適した条件で運転される。
【００４１】  なお、マルチワイヤーソーは、ソーワイヤーが双方向に移動するタイプ以外のものであってもよい。たとえば、ローラー間で一方向にソーワイヤーが移動するタイプのマルチワイヤーソー、ローラーが上下や円弧に揺動するタイプのマルチワイヤーソー、ローラーごとに左右に往復移動するタイプのマルチワイヤーソー等種々のタイプのマルチワイヤーソーを用いることができる。
【００４２】  次に、インゴット１０とソーワイヤーとの配置を説明する。図１（ａ）を参照して説明したように、用意したインゴット１０は、両端の一方に低品質結晶部分１０ｅを有している。低品質結晶部分１０ｅの低品質結晶領域１０ｂには転位等が多く発生しているため、低品質結晶領域１０ｂをソーワイヤーで切削すると、低品質結晶領域１０ｂにクラックが入り、そのクラックが本体部分１０ａにまで伝搬したり、余計なテンションがソーワイヤー５０に掛かり、ソーワイヤー５０が断線するなどの問題が生じ得る。また、低品質結晶領域１０ｂを切削することによって、スラリー中に低品質結晶領域１０ｂの切粉が混入し、スラリーを劣化させてしまう。
【００４３】  このため、ソーワイヤーがインゴット１０の低品質結晶部分１０ｅとは接触せず、本体部分１０ａに接触するように、インゴットをソーワイヤーに対して相対的に移動させることによって、インゴット１０をスライスする。具体的には図５に示すように、ソーワイヤー５０によって構成される第１切削領域５１ｒには、インゴット１０のうち本体部分１０ａが接触し、低品質結晶部分１０ｅは第１切削領域５１ｒ外に位置するように、インゴット１０を配置する。本実施形態では、第１切削領域５１ｒにおけるローラーの軸が伸びる方向の長さＬ１は、インゴット１０の本体部分１０ａの長さ（低品質結晶部分１０ｅと本体部分１０ａとの境界から端面１０ｆまでの距離）Ｍ１より大きい。しかし、長さＬ１と長さＭ１とは等しくてもよいし（Ｌ１＝Ｍ１）、長さＬ１よりも長さＭ１のほうが長くてもよい。ソーワイヤーがインゴット１０の低品質結晶部分１０ｅとは接触せず、本体部分１０ａに接触していれば、低品質結晶部分１０ｅを別途除去する場合に比べて、単結晶炭化珪素ウエハを製造するのに要する時間を短縮することができる。
【００４４】  なお、マルチワイヤーソーの装置構成によっては、図５に示すように、低品質結晶部分１０ｅが第１切削領域５１ｒからはみ出すようにインゴット１０を保持できないことも考えられる。この場合には、例えば、図６Ａに示すように、ローラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃに設けられた、ソーワイヤー５０を受ける複数の溝５１ｇのうち、一部の領域５１ｓにはソーワイヤー５０を掛けないように構成すればよい、これにより、低品質結晶部分１０ｅが第１切削領域５１ｒ外の領域５１ｓに位置するように、インゴット１０を配置することができる。また、図６Ｂに示すように、領域５１ｔに溝５１ｇが設けられていないローラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃを用い、すべての溝５１ｇにソーワイヤー５０を掛けてもよい。このような構成のローラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃを用いても、低品質結晶部分１０ｅが第１切削領域５１ｒ外の領域５１ｔに位置するように、インゴット１０を配置することができる。
【００４５】  続いて、図３あるいは図４に示すように、固定用ベース１４に支持されたインゴット１０を矢印の方向に移動させることによって、ソーワイヤーの第１切削領域５１ｒが、インゴット１０のうち本体部分１０ａを切削する。これにより、複数枚の単結晶炭化珪素ウエハが同時に切断される。この時、低品質結晶部分１０ｅは、ソーワイヤーの第１切削領域５１ｒとは接触しない。このため、上述した問題が生じることなく、クラックのない単結晶炭化珪素ウエハが得られる。また、ソーワイヤー５０が断線する可能性も小さいので、ソーワイヤー５０の断線によって装置を停止し、ソーワイヤー５０を張り替えたりするなどトラブルが発生する可能性も小さくすることできる。スラリーの劣化も抑制される。よって、歩留まりの向上が図れるとともに、単結晶炭化珪素ウエハの製造に要する平均的な製造時間も短縮することが可能となり、製造コストを低減することができる。
【００４６】  ただし、一般に、マルチワイヤーソーを構成するソーワイヤー５０のうち、第１切削領域５１ｒの一番端に位置する両端部分は、他の位置の部分に比べて、大きなテンションがかかりやすい。このため、従来のマルチワイヤーソーを用いたインゴットの切断方法では、ソーワイヤー５０のうち、第１切削領域５１ｒの一番端に位置する部分では、インゴットを切断しないように、インゴットをソーワイヤー５０に対して配置していた。つまり、インゴットを第１切削領域５１ｒの中央近傍に配置し、第１切削領域５１ｒの一番端に位置する両端部分が、インゴットと接触しないようにしていた。したがって、低品質結晶部分を事前に取り除く必要があった。
【００４７】  図７Ａは、例えば、ローラー５１ｂに巻回されたソーワイヤー５０の端面を模式的に示している。ローラー５１ｂには、ソーワイヤー５０を案内する溝５１ｇが複数設けられ、溝５１ｇ内にソーワイヤー５０が位置している。図に示すように、インゴット１０を切断する前では、ローラー５１ｂの溝５１ｇの深さは、いずれもｄ０であり、等しい。
【００４８】  ローラー５１ｂ等を回転させながら、ソーワイヤー５０にインゴット１０を接触させることによってインゴット１０はスライスされる。この時、ソーワイヤー５０がインゴット１０から力を受けるため、ソーワイヤー５０を受ける溝５１ｇは摩耗し、溝５１ｇの深さが大きくなる。さらに、本実施形態の方法によってインゴット１０をスライスした場合、ソーワイヤー５０のうち、第１切削領域５１ｒの一番端に位置する部分、つまり、低品質結晶部分１０ｅに最も近接した部分には、他の位置の部分に比べて、大きなテンションがかかる。図７Ｂは、この理由により、ローラー５１ｂの一番端の溝５１ｇ１が、他の溝５１ｇｍに比べて、より深くなった様子を模式的に示している。インゴット１０の切断が進むにつれて、ローラー５１ｂの一番端の溝５１ｇ１は、定常部の溝５１ｇｍよりもより深くなる。ここで定常部とは、ソーワイヤー５０のうち、上述したように端部に位置することによるテンションの影響を受けない部分をいう。具体的には、第１切削領域５１ｒの中央近傍の溝をいう。図７Ｂに示すように、定常部の溝５１ｇｍの摩耗による初期値からの深さ変化量ｄ１とし、一番端の溝５１ｇ１の摩耗による初期値からの深さ変化量ｄ２とした場合、ｄ２＞ｄ１となる。
【００４９】  このように、ソーワイヤーを受けるローラーの溝の一部が深くなっていると、切削時に、ソーワイヤーに均等に張力が印加されなくなり、インゴット１０を均一に切削ができなくなる。このため、本実施形態では、ローラーの溝５１ｇの摩耗による深さの変化を、所定の周期で測定し、一番端の溝５１ｇ１における初期値からの深さｄ２が、定常部の溝５１ｇｍにおける初期値からの深さｄ１に対して所定の値よりも大きくなっている場合、その部分での切削を行わないように、ソーワイヤー５０を溝５１ｇ１から外す。そして、一つ内側の溝、つまり、溝５１ｇ２に掛けられるソーワイヤー５０が一番端となるように新たな切削領域を構成し、インゴット１０の切削を行う。所定の周期とは、例えば、２０時間ごとなどの一定の時間周期であってもよいし、インゴットの切断回数に基づく周期であってもよい。
【００５０】  本願発明者らによる詳細な検討の結果、定常部の溝５１ｇｍの摩耗による初期値からの深さ変化量ｄ１に対して、一番端の溝５１ｇ１の摩耗による初期値からの深さ変化量ｄ２がｄ２≧３×ｄ１（ｄ２がｄ１の３００％以上）を満たすに至った場合、上述したソーワイヤー５０の位置を変えることが好ましく、ｄ２≧２×ｄ１を満たすに至った場合、上述したソーワイヤー５０の位置を変えることがより好ましいことが分かった。ソーワイヤー５０の位置を変え、２番目の溝５１ｇ２が、ソーワイヤー５０を受ける一番端の溝となった場合、２番目の溝５１ｇ２が一番端の溝となった時の溝５１ｇ２および定常部の溝５１ｇｍをそれぞれ深さの初期値としてｄ２、ｄ１を測定し、上述の条件で、一番端の溝である２番目の溝５１ｇ２の管理を行う。これにより、ソーワイヤーのすべての部分が適切な張力でインゴット１０と接触し、インゴット１０を効率的に切削できるようになる。
【００５１】  また、ソーワイヤー５０が異常なテンションを受け、断線したり、インゴット１０から切り出される単結晶炭化珪素ウエハの厚さがばらついたりするのを抑制するため、ローラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃの回転振れは５０μｍ以下であることが好ましい。回転振れの制御は、例えば、ローラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃをマルチワイヤーソーに取り付け、ゆっくりローラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃを回転させて回転振れを測定する。回転によるローラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃの振れが５０μｍよりも大きい場合、回転を止めて、ローラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃをいったん外し、位置を変更して、ローラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃを取り付ける。その後、再び、回転振れを測定する。この手順を、振れの値が５０μｍ以下になるまで繰り返す。なお、上記条件は図４に示すマルチワイヤーソーなどについても同様である。
【００５２】  このように上述した工程を実行することにより、インゴット１０から単結晶炭化珪素ウエハを切り出すことができる。
【００５３】  本実施形態の方法によれば、インゴット１０の一端に低品質結晶部分１０ｅを残したまま、インゴットをスライスできるため、低品質結晶部分１０ｅを別途除去する場合に比べて、単結晶炭化珪素ウエハを製造するのに要する時間を短縮することができる。上述したように、炭化珪素の硬度はシリコンに比べて非常に大きいため、インゴットを一か所切断するのに要する時間もかなり長い。特に、インゴットの直径が大きくなれば、切断に要する時間も長くなってしまう。このため、本実施形態の方法は、特に大口径の単結晶炭化珪素ウエハを製造する場合に製造時間を大幅に短縮することができる。
【００５４】  また、上述したように、ソーワイヤーの一番端の部分を受けるローラーの溝を管理することによって、ソーワイヤーが断線するのを抑制することができ、マルチワイヤーソーの稼働率を高めることができる。このため、大口径の単結晶炭化珪素ウエハの生産性を高め、また、製造コストを低減することができる。
【００５５】  また、摩耗した溝からソーワイヤーを外すことによって、位置精度が悪いソーワイヤーの切削部分を除外できる。よってソーワイヤーによる高い加工精度を確保することができ、反りがなく、面精度の高いウエハを製造することができる。
【００５６】  （第２の実施形態)  以下、本発明による単結晶材料のマルチワイヤーソーによる切断方法の第２の実施形態を説明する。本実施形態では、２つ以上のインゴット１０をマルチワイヤーソーによって同時にスライスすることができる。
【００５７】  まず第１の実施形態と同様の方法によって、２つのインゴット１０、１０’（第１及び第２のインゴット）を用意する。
【００５８】  次に、固定用ベース１４に２つのインゴット１０、１０’を固定する。インゴット１０の低品質結晶部分１０ｅが位置していない端面１０ｆがインゴット１０’の低品質結晶部分１０ｅ’と対向するように配置する。また、図８に示すように、インゴット１０の低品質結晶部分１０ｅが位置していない端面１０ｆからインゴット１０’の低品質結晶部分１０ｅ’と本体部分１０ａ’との境界までの距離はＱ１に設定する。インゴット１０の端面１０ｆからインゴット１０’の端面１０ｆ’までの距離はＱ２である。ただしインゴット１０とインゴット１０’において、低品質結晶部分１０ｅ、１０ｅ’の長さは互いにほぼ等しい。また、本体部分１０ａの長さも互いにほぼ等しい。距離Ｑ１、Ｑ２は、以下において説明するように、マルチワイヤーソーにおけるソーワイヤー５０の配置によって定められる。Ｑ１は、概ね以下で説明するＰ１に一致する。また、Ｑ２は概ねＬ１＋Ｐ１と一致する。
【００５９】  次に、インゴット１０、１０’をスライスする工程を説明する。図９に示すように、マルチワイヤーソーにおいて、ソーワイヤーは、ローラー間に等間隔で平行に張られた複数の切削部分を有する第１切削領域５１ｒおよび第２切削領域５１ｒ’を含んでいる。第１切削領域５１ｒと第２切削領域５１ｒ’との間隔はＰ１である。第１切削領域５１ｒおよび第２切削領域５１ｒ’のローラーの軸と平行な方向の長さは第１の実施形態と同様Ｌ１である。間隔Ｐ１は、マルチワイヤーソーのローラーに掛けられたソーワイヤー５０の配置によって予め定められる。
【００６０】  第１切削領域５１ｒと第２切削領域５１ｒ’との間には、ソーワイヤー５０は張られていない。図９において、一点鎖線で示すソーワイヤー５０’は、図１０に示し、以下において説明するように、第１切削領域５１ｒおよび第２切削領域５１ｒ’が隣接する部分以外の箇所でソーワイヤー５０が掛けられる溝の位置を飛ばすために、ソーワイヤー５０’が斜めに掛けられることを示している。
【００６１】  図１０は、２つの切削領域を有するソーワイヤーにおいて、ローラーに巻回されたソーワイヤー５０の断面を模式的に示している。第１切削領域５１ｒと第２切削領域５１ｒ’との間に間隔Ｐ１を設けるために、間隔Ｐ１に位置する溝５１ｇにはソーワイヤーを掛けていない。このようなソーワイヤーの配置は、例えば、図３に示すマルチワイヤーソーにおいては、ローラー５１ａのある溝５１ｇｍに巻回されたソーワイヤー５０’をローラー５１ｂでは、対応する溝５１ｇｍではなく、ローラー５１ｂの対応する溝５１ｇｍから間隔Ｐ１を隔てた溝５１ｇｎに掛けることによって実現することができる。この場合、ローラー５１ａとローラー５１ｂとの間では、間隔Ｐ１に対応する幅で斜めにソーワイヤー５０’が掛けられるが、ローラー５１ａとローラー５１ｂとの間に張られたソーワイヤーには、第１切削領域５１ｒおよび第２切削領域５１ｒ’は位置しないため、インゴットが斜めに切断されることはない。また、このように、ソーワイヤー５０を斜めに掛ける方法は「溝とばし」として、一般的なマルチワイヤーソーにおいて設定可能である。
【００６２】  図９に示すように、このように、ソーワイヤー５０がローラーに巻回されたソーワイヤーを用い、第１の実施形態と同様に、固定用ベース１４を移動させることによって、インゴット１０およびインゴット１０’の低品質結晶部分１０ｅを切削することなく、インゴット１０およびインゴット１０’の本体部分１０ａを同時にスライスし、それぞれ単結晶炭化珪素ウエハを製造することができる。この場合、第１切削領域５１ｒおよび第２切削領域５１ｒ’において、インゴット１０、１０’の低品質結晶部分１０ｅ、１０ｅ’に最も近接するソーワイヤーの切削部分を受けるローラーの溝の深さをそれぞれ測定し、溝の深さの初期値からの変化量ｄ２、ｄ２’に基づき溝の摩耗を管理することが好ましい。
【００６３】  本実施形態によれば、複数のインゴット１０を同時にスライスすることができるため、単結晶炭化珪素ウエハの製造時間をより短縮することができる。
【００６４】  上述の実施形態では、ローラーに掛けられたソーワイヤー５０の配置によって決まる間隔Ｐ１に合わせてインゴット１０およびインゴット１０’を固定用ベース１４に固定した。
【００６５】  しかし、逆に、インゴット１０およびインゴット１０’の配置に合わせてソーワイヤー５０の巻回位置を決定してもよい。
【００６６】  まず第１の実施形態と同様の方法によって、２つのインゴット１０、１０’（第１及び第２のインゴット）を用意する。次に図１１に示すように、固定用ベース１４に２つのインゴット１０、１０’を固定する。この場合、インゴット１０の低品質結晶部分１０ｅが位置していない端面１０ｆからインゴット１０’の低品質結晶部分１０ｅ’と本体部分１０ａ’との境界までの距離Ｑ１は任意に設定してもよい。ただし、Ｑ１は、マルチワイヤーソーにおけるソーワイヤーの最小巻回ピッチ（ローラーの溝５１ｇのピッチ）よりも長い。また、Ｑ１があまり長くなると、ローラー間で斜めに掛けたソーワイヤーにテンションがかかり、適切な条件で切削を行うことが困難となる場合があるため、マルチワイヤーソーに定められた適正な「溝とばし」の範囲でＱ１を決定する。
【００６７】  次に、図１２に示すように、２つのインゴット１０、１０’の距離Ｑ１に一致する間隔Ｐ２で第１切削領域５１ｒと第２切削領域５１ｒ’とが配置されるように、ローラーにソーワイヤー５０を巻回する。上述したように、距離Ｑ１に等しい間隔Ｐ２を設けるために、溝を飛ばしてソーワイヤーを巻回させればよい。
【００６８】  このような方法によっても同様に、複数のインゴット１０を同時にスライスすることができるため、単結晶炭化珪素ウエハの製造時間をより短縮することができる。
【００６９】  （第３の実施形態）  以下、本発明による単結晶材料のマルチワイヤーソーによる切断方法の第３の実施形態を説明する。本実施形態では、２つ以上のインゴットの配置方法が第２の実施形態と異なる。
【００７０】  まず第１の実施形態と同様の方法によって、２つのインゴット１０、１０’（第１及び第２のインゴット）を用意する。
【００７１】  次に、固定用ベース１４に２つのインゴット１０、１０’を固定する。図１３Ａに示すように、インゴット１０の低品質結晶部分１０ｅが位置していない端面１０ｆとインゴット１０’の低品質結晶部分１０ｅ’が位置していない端面１０ｆ’とが互いに対向するように配置する。インゴット１０の本体部分１０ａおよび低品質結晶部分１０ｅの境界からインゴット１０’の本体部分１０ａ’および低品質結晶部分１０ｅ’の境界までの距離がＲ１となるように設定する。この時、端面１０ｆと端面１０ｆ’との距離はＳ１である。本実施形態では、インゴット１０とインゴット１０’において、低品質結晶部分１０ｅ、１０ｅ’の長さは異なっていてもよい。また、本体部分１０ａ、１０ａ’の長さも異なっていてもよい。距離Ｒ１、Ｓ１は、以下において説明するように、マルチワイヤーソーにおける第１切削領域５１ｒの両端にそれぞれ位置する切削部分の間隔に基づいて決められる。
【００７２】  次に、インゴット１０、１０’をスライスする工程を説明する。図１３Ｂに示すように、マルチワイヤーソーにおいて、ソーワイヤー５０は、ローラー間に等間隔で平行に張られた複数の切削部分を有する第１切削領域５１ｒを含んでいる。
【００７３】  図１３Ｂに示すように、第１切削領域５１ｒのローラーの軸と平行な方向の長さは第１の実施形態と同様、Ｌ１である。つまり、第１切削領域５１ｒの両端にそれぞれ位置する切削部分５２ｓと切削部分５２ｅとの間隔はＬ１である。距離Ｒ１は、この間隔Ｌ１以上となるように（Ｒ１≧Ｌ１）設定されている。このため、図１３Ｂに示すように、インゴット１０の低品質結晶部分１０ｅおよびインゴット１０’の低品質結晶部分１０ｅ’は、第１切削領域５１ｒの外側に位置している。Ｒ１＝Ｌ１に設定すれば、本体部分１０ａ、１０ａ’を切り落とすことなく、最も多くのウエハを得ることができ、効率的に切断することできる。また、Ｒ１＞Ｌ１に設定すれば、本体部分１０ａ、１０ａ’の一部を低品質結晶部分１０ｅ、１０ｅ’に残してインゴット１０を切断することができる。この低品質結晶部分１０ｅ、１０ｅ’側に残された本体部分１０ａ、１０ａ’ の一部は、インゴット１０ごとの結晶品質確認用のテストピースとして用いることが可能であり、これによって、本体部分１０ａ、１０ａ’ の一部を生産管理や品質管理に役立てることもできる。
【００７４】  インゴット１０、１０’が上述した位置関係で固定用ベース１４に固定され、かつ、固定用ベースに支持されたインゴット１０、１０’が第１切削領域５１ｒに対して上述した位置関係で配置された状態で、固定用ベース１４を移動させることによって、インゴット１０、１０’の低品質結晶部分１０ｅ，１０ｅ’を切削することなく、インゴット１０、１０’の本体部分１０ａ、１０ａ’を同時にスライスし、それぞれ単結晶炭化珪素ウエハを製造することができる。
【００７５】  第１の実施形態で説明したように、スライスの際、第１切削領域５１ｒにおいて、インゴット１０の低品質結晶部分１０ｅに最も近接するソーワイヤーの切削部分５２ｓを受けるローラーの溝、およびインゴット１０’の低品質結晶部分１０ｅ’に最も近接するソーワイヤーの切削部分５２ｅを受けるローラーの溝の深さを測定し、管理することが好ましい。切削部分５２ｓを受けるローラーの溝の深さおよび切削部分５２ｅを受けるローラーの溝の深さの変化量が、中央近傍の溝の深さの変化量の３倍以上、あるいは、２倍以上となった場合、その溝からソーワイヤーを外し、摩耗した溝を使わないようにする。
【００７６】  図１３Ｃは、図１３Ｂに示す第１切削領域５１ｒから図１３Ｄに示すように、ソーワイヤー５０の切削部分５２ｓおよび切削部分５２ｅ（点線で示す）を溝から外し、新たな第１切削領域５２ｒを構成したマルチワイヤーソーを用いて引き続き、インゴット１０、１０’をスライスする場合におけるインゴット１０、１０’の配置を示している。図では、切削部分５２ｓおよび切削部分５２ｅ（点線で示す）を溝から外しているが、上述した管理に基づき、一方のみを溝から外してもよい。
【００７７】  インゴット１０の低品質結晶部分１０ｅが位置していない端面１０ｆとインゴット１０’の低品質結晶部分１０ｅ’が位置していない端面１０ｆ’とが互いに対向するように配置する。インゴット１０の本体部分１０ａおよび低品質結晶部分１０ｅの境界からインゴット１０’の本体部分１０ａ’および低品質結晶部分１０ｅ’の境界までの距離がＲ２となるように設定する。端面１０ｆと端面１０ｆ’との距離はＳ２である。Ｒ２およびＳ２は、それぞれＲ１およびＳ１よりも短い。つまり、端面１０ｆと端面１０ｆ’との距離を小さくして、インゴット１０、１０’を配置している。
【００７８】  図１３Ｄに示すように、第１切削領域５２ｒは、ソーワイヤー５０の切削部分５２ｓおよび切削部分５２ｅを外した状態で構成されており、ローラーの軸と平行な方向の長さ、つまり、第１切削領域５２ｒの両端にそれぞれ新たに位置することになった切削部分５２ｓ’と切削部分５２ｅ’との間隔はＬ２である。距離Ｒ２は、この間隔Ｌ２以上となるように設定されている。この場合についても、最も多くのウエハを得るためにＲ２＝Ｌ２となるように設定してもよい。
【００７９】  第１切削領域５２ｒのローラーの軸と平行な方向の長さは、ローラーの両端の溝からソーワイヤー５０をそれぞれ外すことによって短くなっているが、インゴット１０とインゴット１０’との間隔を短くすることによって、本体部分１０ａ、１０ａ’が余分に第１切削領域５２ｒの外側に位置することなく、インゴット１０、１０’をソーワイヤーの第１切削領域５２ｒに対して配置できる。
【００８０】  このように、インゴット１０、１０’が配置された状態で、固定用ベース１４を移動させることによって、インゴット１０、１０’の低品質結晶部分１０ｅ，１０ｅ’を切削することなく、また、本体部分１０ａ、１０ａ’を余分に切り落としてしまうことなく、インゴット１０、１０’の本体部分１０ａ、１０ａ’を同時にスライスし、それぞれ単結晶炭化珪素ウエハを製造することができる。
【００８１】  以降、端面１０ｆと端面１０ｆ’との間隔が、ソーワイヤーの切削部分の配置間隔よりも大きい場合には、さらに、溝からソーワイヤーを外しても、インゴット１０とインゴット１０’との間隔を短くすることによって、インゴット１０、１０’の本体部分１０ａ、１０ａ’を同時にスライスし、それぞれ単結晶炭化珪素ウエハを製造することができる。
【００８２】  本発明は上記実施形態に限られず種々の変形が可能である。たとえば、第２の実施形態では２つのインゴットを固定用ベースに固定し、２つの切削領域を有するソーワイヤーを備えたワイヤーソーでインゴットを切断したが、３つ以上のインゴットを固定し、所定の間隔で配置された３つ以上の切削領域を有するソーワイヤーを備えたワイヤーソーでインゴットを同時に切断してもよい。この場合、切削領域の２以上の間隔は、互いに異なっていてもよい。
【００８３】  また、上記実施形態では、インゴットの低品質結晶部分に最も近接するソーワイヤーの切削部分を受けるローラーの溝の深さを測定し、管理しているが、これに加えて、低品質結晶部分に２番目に近接するソーワイヤーの切削部分を受けるローラーの溝の初期値からの深さ変化量ｄ３も第１の実施形態で説明したように管理してもよい。この場合、例えば、ｄ２≧３ｄ１かつｄ３＜２ｄ１を満たす場合には、一番端の溝のみからソーワイヤーを外し、ｄ２≧３ｄ１かつｄ２≧２ｄ１を満たす場合には、一番端および２番目の溝からソーワイヤーを外すという管理を行ってもよい。
【００８４】    （実施例）  以下、第１の実施形態の方法によって、炭化珪素のインゴットを切断した結果を説明する。インゴットは直径３インチであり、遊離砥粒方式でインゴットを切断した。使用した機器および材料は以下の通りである。切断機：タカトリ製マルチワイヤーソー  ＭＷＳ−３４ピアノ線：ジャパンファインスチール製  ピアノ線  φ０．１６スラリのベース液：パレス化学製  ＰＳ−Ｌ−４０ダイヤモンド砥粒：砥粒径３〜３０μｍのものを使用し、ダイヤモンドスラリを作製
【００８５】  実施形態による効果を確認するために、低品質結晶部分を有するインゴットから、条件を変えてインゴットの本体部分の切断を行い、このときワイヤーソーの断線が発生した頻度を計測した。表１に、切断の条件および断線の発生頻度をまとめて示す。
【００８６】  表１において、「低品質結晶部分の切断除外」とは、低品質結晶部分も切断するかどうかという条件を示す。「あり」の場合、図５に示すように、低品質結晶部分１０ｅが切削領域に位置しないようにインゴットを移動させ、低品質結晶部分１０ｅを切断しなかった。
【００８７】  「ローラー回転振れ制御」とは、ローラーの回転振れが５０μｍ以下になるように測定とソーワイヤーをローラーにかける位置の変更を行ったかどうかという条件を示す。「あり」の場合、回転振れ制御を行い、「なし」の場合、回転振れ制御を行わなかった。
【００８８】  「溝の管理」とは、一番端の溝の摩耗量が上述したように、定常部の溝の摩耗量の３００％以上になった場合に、その溝を使用しないように管理を行ったかという条件を示す。「あり」の場合、管理を行い、「なし」の場合、管理を行わなかった。
【００８９】  断線発生頻度は、１００時間の稼働あたりに発生したワイヤーソーの断線回数を示す。
【００９０】  これらの条件を組み合わせた切断方法Ａ〜Ｃによってインゴットを切断し、切断の際、発生した断線の発生頻度を求めた。
【００９１】
【表１】
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【００９２】  表１に示すように、切断方法Ｃにおける断線の発生頻度は切断方法Ｂにおける断線の発生頻度の１／６程度である。このことから、一番端の溝の摩耗量を管理することによって、さらに断線発生の頻度を大幅に減らすことができることが分かる。
【００９３】  また、切断方法Ａ〜Ｃで使用するインゴットは、本体部分の一端に低品質結晶部分を有しており、エピタキシャル成長した炭化珪素の両端を切断および／または研削する場合に比べて、インゴットを用意するのに要する時間を大幅に短くすることができる。本実施例では、両端を切断および／または研削する場合に比べて、２／３から１／２程度の時間で、インゴットを作製することができた。このため、本実施形態によれば、低品質結晶部分をあらかじめ除去する場合に比べて、単結晶炭化珪素ウエハを製造するのに要する時間を短縮することができることが確認できた。
【００９４】  図１４は、本実施例によってインゴットを切断した場合における一番端の溝の摩耗量を示す（線ｂ）。比較のために、定常部における溝の摩耗量（線ｃ）および一番端の溝からソーワイヤーを外すことなく、切断を続けた場合の溝の摩耗量（線ａ）を示している。横軸は、所定の時間間隔を示している。
【００９５】  図１４に示すように、所定の時間間隔で一番端の溝の摩耗量を測定したところ、測定ごとに、摩耗量が定常部の摩耗量の３倍の値を超えた。このため、測定毎に一番端の溝からソーワイヤーを外し、２番目の溝がソーワイヤーの掛けられた一番端の溝となるように、インゴットの配置を変更し、切断を行った。ただし、５番目および８番目の測定時には、一番端の溝の摩耗量が定常部の摩耗量の３倍の値を超えなかったため、一番端の溝からソーワイヤーを外すことなく切断を続けた。
【００９６】  このような方法によって切断を続けた場合、９回目の測定時まで、ソーワイヤーが断線することはなかった。
【００９７】  一方、一番端の溝からソーワイヤーを外すことなく、切断を続けた場合、時間の経過とともに一番端の溝の摩耗量が増大し、４回目と５回目の測定の間において、ソーワイヤーが断線した。ソーワイヤーを張り替えて、さらに切断を続けたところ、５回目と６回目の測定の間でもソーワイヤーが断線した。
【００９８】  これらの結果から、一番端の溝の摩耗量の管理を行うことによって、ソーワイヤーの断線が発生するのを抑制することができるのが分かる。
【００９９】  図１５Ａおよび図１５Ｂは、ローラー回転振れの制御を行って、所定の時間、インゴットを切断した後のローラー、および、回転振れの制御を行わなかったローラーの中央部の断面を観察した結果を示している。図１５Ａに示すように、ローラー回転振れの制御を行った場合、ソーワイヤーが溝の底部で位置ずれすることなく摺動するため、溝の底部は広がらない。このため、溝の間隔が変化せず、切断されたウエハの厚さにばらつきが生じにくい。
【０１００】  これに対して、図１５Ｂに示すように、回転振れの制御を行わなかった場合、溝底部において、ソーワイヤーの位置が振れることによって溝の底部が広くなる。また、溝の側面も摩耗によって、後退する。その結果、溝全体が大きくなり、溝の間隔がばらつく。このため、切断されたウエハの厚さにもばらつきが生じ得る。これらの結果から、ローラー回転振れの制御を行うことによって、インゴット１０から切り出される単結晶炭化珪素ウエハの厚さがばらついたりするのを抑制することができることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】  本願に開示された高硬度材料のマルチワイヤーソーによる切断方法は、種々の結晶成長方法によって製造され、種々の大きさを有する単結晶炭化珪素インゴットのスライスに好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１０２】  １０、１０’  インゴット  １０ａ        本体部分  １０ｂ        低品質結晶領域  １０ｅ        低品質結晶部分  １０ｆ        端面  １０ｓ        側面  １１          種結晶  １２          炭化珪素  １４          固定用ベース  ５０          ソーワイヤー  ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ    ローラー  ５１ｒ        第１切削領域  ５１ｒ’      第２切削領域  ５３          ステージ  ５１ｇ、５１ｇ１、５１ｇ２、５１ｇｍ、５１ｇｎ  溝
【図１】
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【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【国際調査報告】
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