(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定砥粒を用いていない金属製ワイヤに砥粒を含まないエッチング液を供給した状態で、前記金属製ワイヤをシリコンインゴットに押し当てながら走行させることにより、前記シリコンインゴットを切断するシリコンインゴットの切断方法であって、
前記金属製ワイヤは、ステンレス線又はピアノ線表面がクロム合金で覆われた線で形成されており、
前記金属製ワイヤを電気加熱により加熱した状態で、前記シリコンインゴットに押し当てながら走行させることにより、前記シリコンインゴットを切断することを特徴とするシリコンインゴットの切断方法。
【請求項２】
前記電気加熱は、高周波加熱、マイクロ波加熱、赤外線誘導加熱、又は電気抵抗加熱であることを特徴とする請求項１に記載のシリコンインゴットの切断方法。
【請求項３】
前記エッチング液は、フッ硝酸を主成分とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンインゴットの切断方法。
【請求項４】
前記フッ硝酸は、硝酸濃度が４０ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下、フッ酸濃度が１０ｗｔ％以下（０を含まず）とすることを特徴とする請求項３に記載のシリコンインゴットの切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、シリコンインゴットの切断方法に関し、特にワイヤを用いて切断を行うシリコンインゴットの切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、シリコンインゴットからシリコンウェーハを切り出す場合における切断手段として、ワイヤソーを用いることが知られている（例えば、特許文献１参照）。このワイヤソーでは、複数のガイドローラ間に巻回されたワイヤ列を走行させ、そのワイヤ列に遊離砥粒が含有されたスラリーを供給しながら、シリコンインゴットをワイヤ列に押し当てることによって、遊離砥粒の機械的作用（研削作用）により、シリコンインゴットから同時に複数枚のシリコンウェーハを切り出すことができる。しかしながら、このようなワイヤソーでは、遊離砥粒が含有されたスラリーを用いるため、廃液処理等の取り扱いが容易でないという問題がある。【０００３】  そこで、近年は、遊離砥粒を含有させたスラリーを用いなくても直接シリコンインゴット等の切断が行えるように、ワイヤにダイヤモンド砥粒等を樹脂や電着法等で固着させた固定砥粒方式のダイヤモンドワイヤが用いられている（例えば、特許文献２参照）。【０００４】  また、直流電源装置によって電解液に浸漬された状態のシリコンインゴットを陽極に帯電させ、電極線を陰極に帯電させて、該電極線によりシリコンインゴットをスライス加工する電解作用を利用した加工装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。【０００５】  また、切断領域にエッチング液を供給して、複数の切断用ワイヤを有するマルチワイヤソーによってシリコンインゴットを切断する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。また、金属板から湿式エッチング法により金属製品を製造する方法において、滑らかでバリのない仕上げ面を形成するために、エッチング液を塗布したワイヤを長手方向に駆動し、該ワイヤ側面に被加工材料を押し当てて、ワイヤと被加工材料の摩擦熱によりワイヤに塗布したエッチング液を昇温することが提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２２４２６６号公報
【特許文献２】特開２００７−２０３４１７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２７４３９９号公報
【特許文献４】米国特許第４３４３６６２号明細書
【特許文献５】特開平０２−２９８２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかしながら、特許文献１のように遊離砥粒を含有させたスラリーを用いるものや特許文献２のようにワイヤにダイヤモンド砥粒等を固着させた固定砥粒方式のダイヤモンドワイヤを用いるものでは、砥粒の機械的作用によりシリコンインゴットを切断しているため、切り出されたシリコンウェーハの表面にダメージが残る。また、近年、より薄膜のシリコンウェーハが求められているが、特許文献１及び特許文献２では、砥粒の機械的作用によりシリコンインゴットを切断するので、シリコンウェーハを薄膜化するのが難しいという問題がある。また、特許文献３では、電解液を用いて加工処理を行うので、電解作用をコントロールするための制御及び廃液処理等が容易ではないため、処理が複雑になる。また、特許文献４では、切断領域にエッチング液を供給して、マルチワイヤソーによってシリコンインゴットの切断を行うだけであるので、エッチングを効率的に促進することができない。また、特許文献５では、ワイヤと被加工材料の摩擦熱によりワイヤに塗布したエッチング液を加熱するので、ワイヤを高速に走行させる必要があるため、ワイヤが磨耗し易くなる。また、所定の温度に達するまでに多くの時間を要するとともに温度調整が困難であるため、このような摩擦熱等の機械的な作用による加熱方式を用いた場合には作業効率が悪くなるという問題がある。【０００８】  本発明は、上記のような種々の課題に鑑みてなされたものであって、砥粒を用いることなく、簡易な処理でシリコンインゴットの切断を効率的に行うことができるとともに、シリコンウェーハの表面のダメージを軽減し、且つ薄膜化を図ることができるシリコンインゴットの切断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】
【０００９】  本発明による第１のシリコンインゴットの切断方法は、金属製ワイヤにエッチング液を供給した状態で、前記金属製ワイヤをシリコンインゴットに押し当てながら走行させることにより、前記シリコンインゴットを切断するシリコンインゴットの切断方法であって、前記金属製ワイヤは、ステンレス線又はピアノ線表面がクロム合金で覆われた線で形成されており、電気加熱により加熱されることを特徴としている。【００１０】  本発明による第２のシリコンインゴットの切断方法は、前記電気加熱が、高周波加熱、マイクロ波加熱、赤外線誘導加熱、又は電気抵抗加熱であることを特徴としている。【００１１】  本発明による第３のシリコンインゴットの切断方法は、前記金属製ワイヤが、ニクロム線、ピアノ線表面にニッケルクロムめっきが施された線、ピアノ線表面がクロム合金で覆われた線、あるいは表面がクロム合金で覆われた高張力線で形成されていることを特徴としている。高張力線としては、通常の鋼線の他、銅線、タングステン線、モリブデン線、エナメル線等を使用することができる。【００１２】  本発明による第４のシリコンインゴットの切断方法は、前記エッチング液が、フッ硝酸を主成分とすることを特徴としている。【００１３】  本発明による第５のシリコンインゴットの切断方法では、前記フッ硝酸は、硝酸濃度が４０ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下、フッ酸濃度が１０ｗｔ％以下（０を含まず）とすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】  第１のシリコンインゴットの切断方法によれば、金属製ワイヤにエッチング液を供給しながら、この金属製ワイヤによってシリコンインゴットを擦過することで、砥粒を用いることなく、エッチング液の化学的作用とワイヤの機械的作用によりシリコンインゴットの切断を効率的に行い、加工速度を向上させることができる。また、砥粒を用いることなくシリコンインゴットの切断を行うことができるので、シリコンウェーハの表面のダメージを軽減することができるとともに、薄膜のシリコンウェーハを作製することができる。また、金属製ワイヤは、電気加熱される。従って、金属製ワイヤを必要以上に高速に走行させることなく効率的に加熱することができるので、金属ワイヤの過度な磨耗を抑制しつつエッチングを促進して、更に加工速度を向上させることができる。【００１５】  第２のシリコンインゴットの切断方法によれば、前記電気加熱は、高周波加熱、マイクロ波加熱、赤外線誘導加熱、又は電気抵抗加熱であるので、簡易且つ高速に金属製ワイヤを加熱してエッチングを促進し、加工速度をより向上させることができる。【００１６】  第３のシリコンインゴットの切断方法によれば、金属製ワイヤが、ニクロム線、ピアノ線表面にニッケルクロムめっきが施された線、ピアノ線表面がクロム合金で覆われた線、あるいは表面がクロム合金で覆われた高張力線で形成されることにより、効率的に加熱することができるので、エッチングをより効率的に促進し、加工速度を向上させることができる。また、金属製ワイヤとしてニクロム線を用いることにより、加工処理に掛かるコストを軽減することができる。【００１７】  第４のシリコンインゴットの切断方法によれば、エッチング液としてフッ硝酸を主成分とするものを用いることにより、シリコンインゴットに対して、より効率的に化学的作用を与えることができるので、加工速度を向上させることができる。【００１８】  第５のシリコンインゴットの切断方法によれば、前記フッ硝酸において、カーフロスに影響するフッ酸濃度を１０ｗｔ％以下（０を含まず）に抑えることにより、シリコンインゴットの切断時のカーフロス（切断代）を軽減するとともに、カーフロスにあまり影響しない硝酸濃度を４０ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下とすることにより、カーフロスを軽減しつつ加工速度を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】加工装置を用いた本発明に係るシリコンインゴットの切断方法の一例について説明するための概略説明図である。
【図２】フッ硝酸に対する加工速度・カーフロスの関係を示すグラフであって、（ａ）は加工速度・カーフロスの硝酸濃度依存性を示すものであり、（ｂ）は加工速度・カーフロスのフッ酸濃度依存性を示すものである。
【図３】本発明に係るシリコンインゴットの切断方法を用いた場合のシリコンインゴットの切断状態について説明するための概略断面図である。
【図４】ワイヤ走行速度と加工速度との関係を示すグラフである。
【図５】電熱作用と加工速度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明にシリコンインゴットの切断方法を用いた場合のシリコンインゴットの切断状態を示す図であって、（ａ）は切断溝を示すものであり、（ｂ）は切断溝の一部を拡大した形状を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】  以下、本発明に係るシリコンインゴットの切断方法について、図面を参照しつつ説明する。本発明に係るシリコンインゴットの切断方法は、例えば図１に示すような加工装置１を用いてシリコンインゴット２を切断するものであって、一方のリール３ａから金属製ワイヤ（以下、ワイヤという）４が繰り出され、該ワイヤ４にエッチング供給部５からエッチング液６が供給された状態で、ワイヤ４をガイドローラ７ａ、７ｂによってシリコンインゴット２に押し当てながら走行させることによりシリコンインゴット２をウェハ状に切断する。その後、シリコンインゴット２を通過したワイヤ４は、ガイドローラ７ｂを介して他方のリール３ｂによって巻き取られる。また、加工装置１は、シリコンインゴット２を固定する支持台８と、ガイドローラ７ａ、７ｂを介してワイヤ４を通電させる電源９と、ワイヤ４へと供給されたエッチング液６を回収する回収タンク１０とを備えている。
【００２１】  シリコンインゴット２は、例えば不図示のカーボンベッド等を介して支持台８に下面が固定されている。支持台８は、不図示の駆動モータ等によって上下方向に昇降可能に設けられており、シリコンインゴット２を固定させた状態で支持台８を上昇させることで、走行するワイヤ４にシリコンインゴット２が押し当てられる。
【００２２】  リール３ａ、３ｂは、それぞれ不図示の駆動モータ等によってワイヤ４を繰り出し又は巻き取りするためのものである。図１では、矢印方向にワイヤ４が走行するように、リール３ｂがワイヤ４を巻き取るための巻き取りリールとして機能し、リール３ａはワイヤを繰り出すための繰り出しリールとして機能する場合の例を示しているが、ワイヤ４がリール３ｂに所定距離分以上巻き取られた後は、駆動モータによって逆方向にリール３ａ、３ｂを回転させることにより、矢印と逆方向にワイヤ４を走行させてシリコンインゴット２を切断することができる。
【００２３】  ワイヤ４は、シリコンインゴット２に押し当てられながら走行することによって、シリコンインゴット２を擦過して機械的作用により切断するためのものである。このワイヤ４としては、例えば、ニクロム線により形成されたものを用いることができる。ニクロム線は、エッチング液６としてフッ硝酸等を用いた場合にも溶解しないとともに、比較的安価に入手することができるので、コストを軽減することができる。また、ニクロム線は、電熱線として用いられるものであり、優れた電熱作用を有しているので、電源９によって通電させることによって容易に電気抵抗加熱させることができる。尚、ニクロム線と同様に電熱線として従来から用いられているカンタル線等をワイヤ４として用いても良い。また、その他、ワイヤ４としては、白金（Ｐｔ）やチタン（Ｔｉ）等により形成されたものやピアノ線等の鋼線の表面にニクロムクロムめっきが施された線、あるいはピアノ線表面がクロム合金で覆われた線等を用いることができるが、必ずしもこれらに限定されるものではなく、耐熱性及びエッチング液６に対して耐酸性のある膜をコーティングした線や耐熱性及びエッチング液６に対して耐（腐）食性のある金属製の線であれば良く、表面がクロム合金で覆われた高張力線を好適に用いることができる。高張力線としては、例えば、通常の鋼線の他、銅線、タングステン線、モリブデン線、エナメル線等を使用することができる。また、ワイヤ４としては、前述のピアノ線の代わりに金属線表面にニッケルクロムめっきが施された線、金属線表面がクロム合金で覆われた線、ステンレス線等のクロム合金線等を用いても良い。また、前述の高張力線をそのままワイヤ４として用いることも可能である。
【００２４】  ワイヤ４の直径としては、０．０１〜０．５ｍｍ程度のものを用いることが好ましい。ニクロム線の場合には、例えば、最も細いものとして０．０２５ｍｍのものを用いることができる。これにより、カーフロスを軽減するとともに、表面にダメージの少ないシリコンウェーハを作製することができる。
【００２５】  エッチング液供給部５は、走行するワイヤ４に対してエッチング液６を供給するためのものであり、走行するワイヤ４がシリコンインゴット２を切断する切断位置の上方に配置されている。このエッチング液供給部５は、詳しくは図示しないが、走行するワイヤ４へ満遍なくエッチング液６を供給するための噴出口が複数形成されており、エッチング液６が貯蔵されているエッチング液貯蔵タンクからポンプやホース等を介して所定流量のエッチング液６を噴出口から切断位置のワイヤ４に対して供給する。また、シリコンインゴット２の下方へと落ちたエッチング液６は、支持台８の下方に設けられた回収タンク１０に溜められ回収される。
【００２６】  エッチング液供給部５からワイヤ４に供給されるエッチング液６としては、例えば、シリコンウェーハ製造工程のエッチング工程等で用いられるシリコン（Ｓｉ）の等方性エッチングが可能なフッ硝酸を所定量の酢酸（例えば、フッ酸：硝酸：酢酸＝１：３：８の割合）で希釈したエッチング液６を用いる。また、フッ硝酸を希釈するために添加する弱酸として、酢酸の他にリン酸やホウ酸等を用いても良い。このように、フッ硝酸にこれらの弱酸を添加することにより、エッチング面の粗さを改善することができる。図２は、フッ硝酸の硝酸（ＨＮＯ３）濃度及びフッ酸（ＨＦ）濃度が、シリコンインゴット２を切断する際の加工速度とカーフロスに及ぼす影響を示すものであり、それぞれワイヤ４を１００ｍ／ｍｉｎで走行させた場合の加工速度とカーフロスを縦軸に示している。図２（ａ）は、フッ酸濃度を４ｗｔ％とし、硝酸濃度を変更させた場合の加工速度とカーフロスを示しており、図２（ｂ）は、硝酸濃度を２０ｗｔ％とし、フッ酸濃度を変更させた場合の加工速度とカーフロスを示している。図２（ａ）に示すように、硝酸濃度を上げていった場合には、加工速度は向上するが、カーフロスはほとんど変化しない。つまり、フッ硝酸の硝酸濃度は、カーフロスにあまり影響していない。一方、図２（ｂ）に示すように、フッ酸濃度を上げていった場合には、加工速度が向上するとともに、カーフロスも増えてしまう。従って、本発明のシリコンインゴット２の切断方法では、フッ酸濃度を１０ｗｔ％以下（０を含まず）に抑え、硝酸濃度を４０ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下としたフッ硝酸を用いることが好ましく、より好ましくはフッ酸濃度を０．５ｗｔ％以上６ｗｔ％以下、硝酸濃度を４０ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下のフッ硝酸を用いる。これにより、このフッ硝酸の化学的作用とワイヤ４の機械的作用によりシリコンインゴット２の切断を効率的に行うことができるので、加工速度を向上させることができるとともに、カーフロスを軽減させることができる。尚、エッチング液６は、必ずしもフッ硝酸に限定されるものではなく、例えば、過酸化水素水、リン酸、硫酸、過マンガン酸カリウム、過硫酸カリウム、オゾン水等の酸化剤とフッ酸、フッ化アンモニウム、フッ化水素アンモニウム等の酸化膜を溶解する薬液の混合液、あるいは水酸化カリウム、４メチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）等の塩基性薬液等の従来公知のエッチング液６を用いても良い。
【００２７】  ガイドローラ７ａ、７ｂは、ワイヤ４をシリコンインゴット２に押し当てた状態で走行するように案内するためのものである。このガイドローラ７ａ、７ｂの外周面には、例えば、その円周方向に沿って複数のワイヤ溝（不図示）が形成されている。ワイヤ溝は、所定ピッチで形成されており、このワイヤ溝に複数のワイヤ４がそれぞれ巻き付けられて所定ピッチのワイヤ列が形成され、このワイヤ列をシリコンインゴット２に押し当てながら走行させることにより、図３に示すように、シリコンインゴット２を複数同時に切断することができる。
【００２８】  また、ワイヤ４にエッチング液６を供給しながら、シリコンインゴット２を切断する際の加工速度は、図４に示すように、ガイドローラ７ａ、７ｂ間を走行するワイヤ４の走行速度に依存するため、ワイヤ４を１００ｍ／ｍｉｎ以上で走行させることが好ましい。図４は、エッチング液６として、フッ酸濃度：４ｗｔ％、硝酸濃度：６０ｗｔ％のフッ硝酸を用いたシリコンインゴット２の切断時におけるワイヤ４の走行速度と加工速度との関係を示すものである。この図４に示すように、シリコンインゴット２を切断する際の加工速度は、ワイヤ４の走行速度に依存しており、ワイヤ４の走行速度が速くなるのに伴って、加工速度も上昇する。そのため、本発明のシリコンインゴット２の切断方法では、ワイヤ４を１００ｍ／ｍｉｎ以上、より好ましくは２００ｍ／ｍｉｎ以上で走行させることにより、エッチングを機械的に促進し、加工速度を向上させることができる。
【００２９】  電源９は、導電性のガイドローラ７ａ、７ｂを介してワイヤ４を通電により電気抵抗加熱させるためのものである。この電源９によって所定の電圧が、ガイドローラ７ａ、７ｂ間に加えられることにより、ガイドローラ７ａ、７ｂ間を走行するワイヤ４に電流が流れる。これにより、ジュール熱が発生し、ワイヤ４が所定温度に加熱される。また、ワイヤ４としてニクロム線を用いた場合には、電熱作用に優れているので、効率的に加熱させることができる。
【００３０】  図５は、電源９によって１０Ｖの電圧を加えることにより、ニクロム線で形成された線径が１６０μｍのワイヤ４に０．５５Ａの電流を流して加熱させた状態でシリコンインゴット２を切断した際の加工速度とワイヤ４を通電していない状態の加工速度とを示している。ここでは、エッチング液６として、フッ酸濃度：４ｗｔ％、硝酸濃度：６０ｗｔ％のフッ硝酸を用いて、ワイヤ４の走行速度を１０ｍ／ｍｉｎとしてシリコンインゴット２の切断を行った結果を示している。図５に示すように、ワイヤ４を通電させて加熱させた場合には、ワイヤ４を通電させなかった場合に比べて、電熱作用によってエッチングが熱的に促進され、加工速度が５倍以上向上している。尚、ワイヤ４を加熱するための機構は、これに限定されるものではなく、例えば、加熱ヒータ等によりワイヤ４を加熱するようにしても良い。
【００３１】  尚、図１では、切断位置の上方からエッチング液供給部５によってワイヤ４へエッチング液６を供給しているが、ワイヤ４の走行方向の上流側であるガイドローラ７ａ側にエッチング液供給部５を配置し、ワイヤ４に対してエッチング液６を供給するようにしても良い。また、エッチャント浴等に予めエッチング液６を溜めておき、その中にシリコンインゴット２を浸漬させて、ワイヤ４をこのエッチャント浴内を走行させることにより、ワイヤ４にエッチング液６が供給された状態でシリコンインゴット２を擦過するようにしても良い。
【００３２】  また、図１では、導電性のガイドローラ７ａ、７ｂを介してワイヤ４を通電により電気抵抗加熱させているが、ワイヤ４の電気加熱方式は、これに限定されるものではなく、高周波加熱、マイクロ波加熱、赤外線誘導加熱等の高速加熱方法を好適に用いることができる。このように、機械的な作用のワイヤ４の摩擦による加熱ではない加熱方式によって、ワイヤ４を必要以上に高速に走行させることなく効率的に加熱することができる。これにより、ワイヤ４の過度な磨耗を抑制しつつエッチングを熱的に促進して、加工速度を向上させることができる。また、その他、電子ビーム加熱、レーザ加熱等の従来公知の種々の電気加熱方式を適宜用いても良い。また、複数のワイヤ４を支持するガイドローラ７ａ、７ｂを加熱して、伝導でワイヤ４を加熱するよう構成しても良い。
【００３３】  次に、本発明のシリコンインゴット２の切断方法を用いた場合のシリコンインゴット２の切断状態について説明する。図６は、太陽電池用の１５０ｍｍ角の四角柱状のシリコンインゴット２を下記の表１に示す加工条件にてスライス加工した際の切断状態を示すものである。表１に示すように、線径が１６０μｍのニクロム線から形成されるワイヤ４を用いてシリコンインゴット２の切断を行った場合には、図６（ａ）に示すように、切断溝のカーフロスＷは１７５μｍであり、ワイヤ４によってシリコンインゴット２が機械的に擦過された方向に直交する横方向にはほとんど広がることなく、シリコンインゴットを切断することができている。また図６（ｂ）は、図６（ａ）の切断溝の円で囲む箇所の一部を拡大したものであり、図６（ｂ）に示すように、切断面形状は従来の砥粒による研削作用により切断した場合に比べてダメージが少なく、滑らかに切断することができている。従って、このような本発明のシリコンインゴットの切断方法を用いることにより、薄膜のシリコンウェーハを作製することができる。また、ワイヤ４として、線径がより小さいものを用いることによって、カーフロスを更に軽減することができる。また、ワイヤ４の走行速度を上げるとともに、ワイヤ４を通電させて加熱することにより、エッチングを機械的及び熱的に促進することで、加工速度を向上させることができる。
【００３４】
【表１】
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【００３５】  尚、本発明の実施の形態は上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３６】２        シリコンインゴット４        ワイヤ６        エッチング液
【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６】
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