(57)【要約】【課題】均一な厚みを有する反りのないウエハを切り出すことが可能な固定砥粒方式のソーワイヤを提供すること。【解決手段】ソーワイヤは、始端および終端を有するワイヤと、ワイヤの表面に固着された砥粒とを備え、ワイヤは始端から所定の長さにわたって規定される第１部分と、第１部分に続くように第１部分の端から所定の長さにわたって規定される第２部分と、第２部分に続くように第２部分の端から終端までの間に規定される第３部分とからなり、第１および第３部分の表面に固着した砥粒は粒径が第２部分の表面に固着した砥粒の粒径よりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
始端および終端を有するワイヤと、ワイヤの表面に固着された砥粒とを備え、ワイヤは始端から所定の長さにわたって規定される第１部分と、第１部分に続くように第１部分の端から所定の長さにわたって規定される第２部分と、第２部分に続くように第２部分の端から終端までの間に規定される第３部分とからなり、第１および第３部分の表面に固着した砥粒は粒径が第２部分の表面に固着した砥粒の粒径よりも小さいことを特徴とするソーワイヤ。
【請求項２】
第１および第３部分の表面に固着した砥粒の粒径は第２部分の表面に固着した砥粒の粒径の７０〜９５％の範囲内にある請求項１に記載のソーワイヤ。
【請求項３】
請求項１および２のいずれか１つに記載のソーワイヤと、前記ソーワイヤを少なくとも２本のローラで張架し第１部分から巻き回して走行させるワイヤソーを用い、ソーワイヤの第１部分でシリコンインゴットに切り込みを入れ、ソーワイヤの第２部分で前記切り込みに沿って切断を進め、ソーワイヤの第３部分で切断を終え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４】
前記ワイヤソーは前記ソーワイヤを一方向に第１の距離だけ走行させたのち、前記一方向とは逆方向に第１の距離よりも短い第２の距離だけ走行させる工程を繰り返すことにより前記ソーワイヤを往復走行させる請求項３に記載のシリコンインゴットの切断方法。
【請求項５】
シリコンインゴットは角に相当する部分が曲面で構成された直方体状の形状を有し、前記シリコンインゴットの曲面部分は前記ソーワイヤの第１および第３部分で切断される請求項３又は４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】
この発明は、ソーワイヤおよびそれを用いたシリコンインゴットの切断方法に関し、詳しくは、固定砥粒方式のソーワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明に関連する従来技術としては、外周面に多数の案内溝が等間隔で形成された複数本のローラでソーワイヤを巻き回して走行させ、走行するソーワイヤに加工液を供給しながらシリコンインゴットを押し当てて多数枚のウエハに切断するワイヤソーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２６０６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来より、シリコンインゴットからウエハを切り出す装置としてワイヤソーが用いられている。
ワイヤソーによる切断では、水性又は油性の分散剤に砥粒を分散させたスラリーと呼ばれる加工液を供給しながら切断する遊離砥粒方式が主流である。
しかしながら、近年の環境衛生上の問題からソーワイヤの表面に砥粒を固着させた固定砥粒方式が提案されている。
【０００５】
遊離砥粒方式では、走行するソーワイヤとシリコンインゴットとの接触面においてスラリーに含まれる砥粒の転動や引っ掻きによる微小切削作用（研磨作用）が生じることにより切断がなされる。
一方、固定砥粒方式では、ソーワイヤの表面に固着した砥粒によってシリコンインゴットとの接触面を直接切削することにより切断がなされる。
このため、固定砥粒方式では遊離砥粒方式よりも切断速度が向上するものの、ソーワイヤの走行状態が切断にそのまま反映されるため、切り出されたウエハのウエハ形状を一定の範囲に維持するのが難しい。
【０００６】
つまり、切断の初期段階では、シリコンインゴットに切り込みが付けられるまでソーワイヤの走行が安定しないため、ソーワイヤが走行方向に対して左右にぶれる横ぶれが生じ易い。
また切断の最終段階では切断された溝に切削屑が多く溜まり、スラリーがソーワイヤに均一に付着し難くなるため、ソーワイヤの挙動が不安定になり易い。
【０００７】
特に、シリコンインゴットが単結晶シリコンからなる場合、該インゴットは結晶方位の影響により側面に対して４５°の方向で割れ易く、加工中の割れを防ぐために角に相当する部分が曲面で構成される。
この場合、切断の初期段階でソーワイヤは曲面部分に当接することとなり、切り込みが付けられるまでソーワイヤを安定して走行させるのがより一層難しくなる。
【０００８】
ソーワイヤに横ぶれや不安定な挙動が生じると、切断にあたって本来切削する必要のない部分まで研削してしまうことになり、切り出されたウエハの一部に厚みの薄い部分や反りの大きな部分が形成されてしまう。
このようなウエハは厚みの薄い部分や反りの大きな部分の影響で割れが発生し易く、半導体デバイスの信頼性低下に繋がる。
【０００９】
この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、均一な厚みを有する反りのないウエハを切り出すことが可能な固定砥粒方式のソーワイヤとそれを用いたシリコンインゴットの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】
【００１０】
この発明は、始端および終端を有するワイヤと、ワイヤの表面に固着された砥粒とを備え、ワイヤは始端から所定の長さにわたって規定される第１部分と、第１部分に続くように第１部分の端から所定の長さにわたって規定される第２部分と、第２部分に続くように第２部分の端から終端までの間に規定される第３部分とからなり、第１および第３部分の表面に固着した砥粒は粒径が第２部分の表面に固着した砥粒の粒径よりも小さいことを特徴とするソーワイヤを提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、始端側と終端側に規定される第１および第３部分の表面に固着した砥粒の粒径が第２部分の表面に固着した砥粒の粒径よりも小さく設定されるので、切断の初期段階では砥粒の粒径が小さく食い込み易い第１部分でソーワイヤの横ぶれを抑えながらシリコンインゴットに切り込みを付け、切り込みが付けられた後は砥粒の粒径が大きく切削力の高い第２部分で切り込みに沿って速やかに切断を進め、切断の最終段階では砥粒の粒径が小さい第３部分でソーワイヤの不安定な挙動がシリコンインゴットに及ぼす影響を抑えながら切断を終えることができる。
これにより、固定砥粒方式のソーワイヤで均一な厚みを有する反りのないウエハを切り出すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施形態に係るソーワイヤの構成を示す説明図である。
【図２】図１に示されるソーワイヤの作製に用いられるメッキ槽の構成を示す説明図である。
【図３】図１に示されるソーワイヤを用いてシリコンインゴットを切断する際に用いられるマルチワイヤソーの構成を示す斜視図である。
【図４】図３に示されるマルチワイヤソーのテーブル付近の部分拡大正面図である。
【図５】図１に示されるソーワイヤによってシリコンインゴットを切断する工程を示す工程図である。
【図６】図１に示されるソーワイヤによってシリコンインゴットを切断する工程を示す工程図である。
【図７】比較例に係るソーワイヤを用いて切断されたウエハの厚みの変化を示すグラフ図である。
【図８】比較例に係るソーワイヤを用いて切断されたウエハの厚みの変化を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明によるソーワイヤは、始端および終端を有するワイヤと、ワイヤの表面に固着された砥粒とを備え、ワイヤは始端から所定の長さにわたって規定される第１部分と、第１部分に続くように第１部分の端から所定の長さにわたって規定される第２部分と、第２部分に続くように第２部分の端から終端までの間に規定される第３部分とからなり、第１および第３部分の表面に固着した砥粒は粒径が第２部分の表面に固着した砥粒の粒径よりも小さいことを特徴とする。
【００１４】
この発明によるソーワイヤにおいて、ワイヤは樹脂製又は金属製のいずれであってもよいが、機械的強度の観点からすると金属製のものが好適である。
金属製のワイヤとしては、例えば、直径１００〜１３０μｍ程度の鋼線やピアノ線を用いることができる。
砥粒としては、例えば、粒径１０〜２０μｍ程度のダイヤモンド砥粒やＣＢＮ砥粒などを用いることができる。なお、本明細書において粒径とは平均粒径を意味する。
【００１５】
砥粒をソーワイヤの表面に固着させる方法としては、例えば、砥粒が混入したレジンボンド（熱硬化性樹脂）の中にワイヤを通過させ、ワイヤの表面に付着したレジンボンドを冷却して硬化させるレジンボンド法や、砥粒が混入したメッキ液中でワイヤを電気メッキする電着法などがあり、砥粒の固着力の観点からすれば電着法が好ましい。ワイヤを電気メッキすることによりメッキ層に砥粒を埋設して固着させることができる。
【００１６】
この発明によるソーワイヤにおいて、第１および第３部分の表面に固着した砥粒の粒径は第２部分の表面に固着した砥粒の粒径の約７０〜９５％の範囲内にあってもよい。
【００１７】
というのは、次のような理由による。すなわち、単結晶シリコンからなるシリコンインゴットのように、切断の初期段階で切り込みを付ける部分が曲面である場合などのように、切り込みを付けるのが難しい箇所においてインゴットに加わる機械的なストレスを軽減しつつ、厚みのばらつきや反りを抑えて切断するには粒径の小さい砥粒が適している。
しかしながら、砥粒の粒径が小さくなるに従って切削力が低くなり、また表面の凹凸の間隔が小さくなるため切削によって発生する切削屑がソーワイヤの表面から離脱し難くなり、ソーワイヤの表面に切削屑が溜まり易くなる。
【００１８】
ソーワイヤの表面に切削屑が溜まると切削力がより一層低下するが、このような状態においてシリコンインゴットが一定の圧力でソーワイヤに押し付けられると、切断が進まないためソーワイヤの撓みが大きくなり、最悪の場合、ソーワイヤの断線に至る。
このため、砥粒の粒径は一概に小さい方がよいとも言えず、一定の切削力を保つには粒径を小さくするのにも限界がある。
第１および第３部分の表面に固着した砥粒の粒径を第２部分の表面に固着した砥粒の粒径の約７０〜９５％の範囲内とするのは、上述のような事情を考慮したものであり、切断の初期段階および最終段階を担う第１および第３部分の砥粒の粒径をできるだけ小さくしつつ、一定の切削力を発揮させるうえでは上記範囲が妥当な範囲となる。
【００１９】
上記範囲を採用することにより、切断の初期段階ではシリコンインゴットに加わる機械的なストレスを最小限に抑えながらスムーズに切り込みを付け、切り込みが付けられた後は切り込みに沿って第２部分で速やかに切断を進め、切断の最終段階ではソーワイヤの不安定な挙動がシリコンインゴットに与える影響を最小限に抑えつつ切断を終えるという、この発明のソーワイヤによりもたらされる好ましい効果をより一層確実なものとすることができる。
【００２０】
この発明は別の観点からみると、この発明による上述のソーワイヤと、前記ソーワイヤを少なくとも２本のローラで張架し第１部分から巻き回して走行させるワイヤソーを用い、ソーワイヤの第１部分でシリコンインゴットに切り込みを入れ、ソーワイヤの第２部分で前記切り込みに沿って切断を進め、ソーワイヤの第３部分で切断を終えることを特徴とするシリコンインゴットの切断方法を提供するものでもある。
【００２１】
この発明による上記のシリコンインゴットの切断方法によれば、切断の初期段階では砥粒の粒径が小さく食い込み易い第１部分でソーワイヤの横ぶれを抑えながらシリコンインゴットに切り込みを付け、切り込みが付けられた後は砥粒の粒径が大きく切削力の高い第２部分で切り込みに沿って速やかに切断を進め、切断の最終段階では砥粒の粒径が小さい第３部分でソーワイヤの不安定な挙動がシリコンインゴットに及ぼす影響を抑えながら切断を終えることができる。
これにより、固定砥粒方式で均一な厚みを有する反りのないウエハを切り出すことが可能となる。
【００２２】
この発明によるシリコンインゴットの切断方法において、前記ワイヤソーは前記ソーワイヤを一方向に第１の距離だけ走行させたのち、前記一方向とは逆方向に第１の距離よりも短い第２の距離だけ走行させる工程を繰り返すことにより前記ソーワイヤを往復走行させてもよい。
【００２３】
このような構成によれば、切り出されたウエハの厚みをより均一にでき、なおかつ切断に要する時間も短縮できる。
つまり、ワイヤソーによる切断では、ソーワイヤがシリコンインゴットの切り込みに入る走行方向上流側の切削量が、ソーワイヤがシリコンインゴットの切り込みから出る走行方向下流側の切削量よりも多くなる傾向がある。
【００２４】
このため、仮に一方向にのみソーワイヤを走行させてシリコンインゴットを切断すると、得られたウエハはソーワイヤの走行方向の上流側に相当する部分が下流側に相当する部分よりも厚くなる。
しかしながら、上述のようにソーワイヤを往復走行させて切断すると、ワイヤの走行方向によって切削量が不均一になる現象が解消されるため、均一な厚みでウエハを切り出すことができる。
【００２５】
また、ソーワイヤを往復走行させることによって、ソーワイヤの表面や切断中の切り込みに溜まった切削屑の排出も促進されるため、良好な切削力を発揮させることができ、より精度よく切断できるだけでなく、切断に要する時間も短縮される。
【００２６】
この発明によるシリコンインゴットの切断方法において、シリコンインゴットは角に相当する部分が曲面で構成された直方体状の形状を有し、前記インゴットの曲面部分は前記ソーワイヤの第１および第３部分で切断されてもよい。
【００２７】
このような構成によれば、本来、切断の初期段階で切り込みを付け難い曲面部分において、該曲面部分に加えられる機械的なストレスを抑えつつスムーズに切り込みを付けることができ、また、切断の最終段階においてはソーワイヤの不安定な挙動がシリコンインゴットに及ぼす影響を最小限に抑えつつ切断を終えることができる。
このため、この発明によるシリコンインゴットの切断方法による利点が最大限に発揮され、角に相当する部分が曲面で構成された直方体状のシリコンインゴットから均一な厚みのウエハを切り出すことができる。
【００２８】
以下、図面に基づいてこの発明の実施形態に係るソーワイヤとそれを用いたシリコンインゴットの切断方法について説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施形態に係るソーワイヤの構成を示す説明図である。
図１に示されるように、この発明の実施形態に係るソーワイヤ１０は、始端１ｄおよび終端１ｅを有するワイヤ１と、ワイヤ１の表面に固着された砥粒２ａ，２ｂとを備える。
ワイヤ１は始端１ｄから所定の長さＬ１にわたって規定される第１部分１ａと、第１部分１ａに続くように第１部分１ａの端から所定の長さＬ２にわたって規定される第２部分１ｂと、第２部分１ｂに続くように第２部分１ｂの端から終端１ｅまでの間に規定される第３部分１ｃとからなり、第１および第３部分１ａ，１ｃの表面に固着した砥粒２ａは粒径Ｒ１が第２部分１ｂの表面に固着した砥粒２ｂの粒径Ｒ２よりも小さく設定されている。
【００３０】
ワイヤ１は１００〜１３０μｍ程度の直径を有するピアノ線で、表面に電気メッキによってＮｉメッキ層３が形成され、このＮｉメッキ層３にダイヤモンド砥粒からなる砥粒２ａ，２ｂが埋設された状態で固着している。
なお、図１では説明の便宜上、ソーワイヤ１０の始端１ｄから終端１ｅまでを短く描いているが、実際にはソーワイヤ１０は数十ｋｍ〜数百ｋｍもの長さを有する。
ここで、ワイヤ１の表面に砥粒２ａ，２ｂを固着させる方法について図２に基づいて詳しく説明する。図２は図１に示されるソーワイヤの作製に用いられるメッキ槽の構成を示す説明図である。
【００３１】
図２に示されるように、本実施形態では電着法によってワイヤ１の表面に砥粒２ａ，２ｂを固着させるにあたり、隣接して並べられた第１メッキ槽１１および第２メッキ槽１２を用いる。第１および第２メッキ槽１１，１２にはいずれもＮｉメッキ液１３が収容され、それぞれ異なる粒径Ｒ１，Ｒ２を有する砥粒２ａ，２ｂ（図１参照）がＮｉメッキ液１３に混入している。
具体的には、第１メッキ槽１１には平均粒径１７．５μｍの粒径Ｒ１を有する砥粒２ａが混入し、第２メッキ槽１２には平均粒径１８．５μｍの粒径Ｒ２を有する砥粒２ｂが混入している。砥粒２ａの粒径Ｒ１は、砥粒２ｂの粒径Ｒ２の約９５％に設定されている。
【００３２】
第１および第２メッキ槽１１，１２には直流電源１１ａ，１２ａがそれぞれ設けられている。直流電源１１ａ，１２ａからスイッチ１１ｄ，１２ｄを介して延びる陽極１１ｂ，１２ｂは第１および第２メッキ槽１１，１２内のＮｉメッキ液１３と接触するように第１および第２メッキ槽１１，１２内にそれぞれ設けられている。また、第１および第２メッキ槽１１，１２内には直流電源１１ａ，１２ａの陰極に接続された電極ローラ１１ｃ，１２ｃがワイヤ１に電気的に接触するよう設けられている。
スイッチ１１ｄ，１２ｄを操作することにより、第１および第２メッキ槽１１，１２内でワイヤ１を陰極として通電させワイヤ１に電気メッキを施すことができる。なお、第１および第２メッキ槽１１，１２は互いに電気的に独立しているため、第１および第２メッキ槽１１，１２のいずれか一方でのみ電気メッキを施すことができる。
【００３３】
このような第１および第２メッキ槽１１，１２を用いたソーワイヤ１０の作製方法は次の通りである。
まず、ワイヤ１が第１メッキ槽１１に通されるとスイッチ１１ｄをオンにしてワイヤ１を陰極として通電を開始し、ワイヤ１の表面にＮｉメッキ層３（図１参照）を形成する。この際、第１メッキ槽１１のＮｉメッキ液１３に混入した粒径Ｒ１を有する砥粒２ａがＮｉメッキ層３に埋設されるようにしてワイヤ１の表面に固着する。
第１メッキ槽１１でＮｉメッキ層３が形成されたワイヤ１は隣接して配置された第２メッキ槽１２へ通されるが、第１部分１ａ（図１参照）に相当する所定の長さＬ１分の電気メッキが済むまでは第２メッキ槽１２においてワイヤ１への通電は行わない。
【００３４】
第１部分１ａに相当する所定の長さＬ１分だけ第１メッキ槽１１で電気メッキが施されると、スイッチ１１ｄをオフにして第１メッキ槽１１における通電を止めると共に、スイッチ１２ｄをオンにして第２メッキ槽１２での通電を開始する。
これにより、第１部分１ａに続く第２部分１ｂに第２メッキ槽１２で電気メッキが施され、ワイヤ１の表面に粒径Ｒ２を有する砥粒２ｂが固着する。第２メッキ槽１２において第２部分１ｂ（図１参照）に相当する長さＬ２分だけ電気メッキが施されると、スイッチ１２ｄをオフにして第２メッキ槽１２における通電を止めると共に、スイッチ１１ｄをオンにして再び第１メッキ槽１１で通電を開始する。
【００３５】
これにより、第２部分１ｂに続く第３部分１ｃに第１メッキ槽１１で電気メッキが施され、ワイヤ１の表面に粒径Ｒ１を有する砥粒２ａが固着する。そして第３部分１ｃ（図１参照）に相当する所定の長さＬ３分だけ電気メッキが施されることにより、図１に示される本実施形態に係るソーワイヤ１０が作製される。
【００３６】
なお、第１および第２メッキ槽１１，１２間で通電のオン・オフを切り替えるタイミングは同時でもよいが、切り替えるタイミングを適切にずらすことにより第１部分１ａと第２部分１ｂとの境界において第１および第２メッキ槽１１，１２の双方でメッキが施され部分的にＮｉメッキ層３が厚くなった部分や、第２部分１ｂと第３部分１ｃとの境界においてＮｉメッキ層３が部分的に形成されていない部分が発生することを防止できる。
【００３７】
図３はこの発明の実施形態に係るソーワイヤを用いたシリコンインゴットの切断方法で用いられるマルチワイヤソーの構成を示す斜視図である。
図３に示されるように、マルチワイヤソー１００は、ソーワイヤ１０を回転駆動させるワイヤ駆動部２０と、加工液３３をソーワイヤ１０に供給する加工液供給部３０と、ソーワイヤ１０の所定箇所にシリコンインゴット６０を押し当ててシリコンインゴット６０を切断するインゴット押圧部４０とを備えている。
【００３８】
図３に示されるように、ワイヤ駆動部２０は、未使用のソーワイヤ１０が巻かれた新線ボビン２１、新線ボビン２１から送出されたソーワイヤ１０を張架するための２本のローラ２２ａ，２２ｂ、ローラ２２ａを駆動させるローラ駆動機構２３、ローラ２２ｂから外れた使用済みのソーワイヤ１０を巻き取る巻取ボビン２４とから主に構成されている。このため、新線ボビン２１がマルチワイヤソー１００にセットされて稼働が開始すると、まず、ソーワイヤ１０の第１部分１ａが送り出され、その後、第１部分１ａに続く第２部分１ｂ、第２部分１ｂに続く第３部分１ｃが順次送り出される。
【００３９】
新線ボビン２１とローラ２２ｂとの間にはテンションローラ２５ａが設けられ、ソーワイヤ１０に２５Ｎのテンションが加えられている。
同様に、ローラ２２ｂと巻取ボビン２４との間にもテンションローラ２５ｂが設けられソーワイヤ１０に２５Ｎのテンションが加えられている。
【００４０】
本実施形態では、上述の通り表面に砥粒２ａ，２ｂが固着したソーワイヤ１０を用いるため、加工液３３としては砥粒を含まないものが用いられる。
また、図示しないが、ローラ２２ａ，２２ｂの外周面には深さ２５０μｍ程度のＶ字状の溝が３００〜５００μｍ程度のピッチで約８００本それぞれ形成されており、ソーワイヤ１０はこのＶ字状の溝に嵌められることにより３００〜５００μｍ程度のピッチで約８００周にわたって巻き回されている。
【００４１】
図３に示されるように、ローラ駆動機構２３は、ローラ２２ａの軸端に設けられたプーリ２６、サーボモータ２７、サーボモータ２７の回転出力を減速して出力する減速機２８、減速機２８の出力軸に設けられたプーリ（図示せず）、減速機２８のプーリとローラ２２ａのプーリ２６に張架される駆動ベルト２９とから構成されている。
サーボモータ２７はドライバ回路を備えた制御部５０によって制御され、設定された回転数で正方向および逆方向に回転する。
これにより、サーボモータ２７の回転出力は減速機２８、駆動ベルト２９およびプーリ２６を介してローラ２２ａに伝達され、ローラ２２ａはサーボモータ２７の回転方向により、ソーワイヤ１０を往路方向に走行させる正方向と復路方向に走行させる逆方向に回転駆動させられる。
【００４２】
本実施形態では、ローラ２２ｂを従動ローラとしているが、もちろん、ローラ２２ｂの軸端にもローラ２２ａの軸端に設けられたプーリ２６と同様のプーリを設け、プーリ２６に伝達された駆動力をローラ２２ｂに二次伝達してローラ２２ｂをローラ２２ａと等速度で同方向に回転駆動するように構成されてもよい。
【００４３】
図３に示されるように、加工液供給部３０は、ポンプ（図示せず）を備えた加工液タンク３１、加工液タンク３１から延出する加工液供給配管３２、加工液供給配管３２から３又に分岐し、ソーワイヤ１０に加工液３３をカーテン状に吐出する加工液ノズル３４とから主に構成されている。
ソーワイヤ１０に吐出されて流れ落ちた加工液３３は、マルチワイヤソー１００の下方に設けられた受け皿（図示せず）で回収され、再び加工液タンク３１に戻される。
【００４４】
図３に示されるように、インゴット押圧部４０は、テーブル４４に保持されたシリコンインゴット６０をソーワイヤ１０へ押し付け、ソーワイヤ１０に固着している砥粒２ａ，２ｂ（図１参照）の研削作用によりシリコンインゴット６０を薄い板状に切断するものである。
【００４５】
インゴット押圧部４０は、サーボモータ４１、サーボモータ４１の回転出力を減速して出力する減速機４２、減速機４２の出力軸に接続された溝付きの駆動シャフト４３、駆動シャフト４３とねじ対偶をなし、駆動シャフト４３の正逆回転によって上下に移動するテーブル４４とから主に構成されている。
駆動シャフト４３は螺旋状の溝が形成されており、ボールねじ（図示せず）を備えたテーブル４４を極めてスムーズに上下移動させることができる構成となっている。
サーボモータ４１はドライバ回路を備えた制御部５０によって制御され、設定された通りのタイミングと速度でテーブル４４を下降および上昇させることができる。
【００４６】
図４は図３に示されるマルチワイヤソーのテーブル付近の部分拡大正面図である。
図４に示されるように、被加工物であるシリコンインゴット６０は、予めバンドソーや外周刃で角柱状に加工され、加工中の割れを防止するために角に相当する部分が曲面６０ａ，６０ｂで構成されている。本実施形態においてシリコンインゴット６０は、端面が一辺１２６ｍｍ又は１５６ｍｍの略正方形で、長さが１００〜３００ｍｍの直方体状である。シリコンインゴット６０は多結晶シリコンでもよいが、多結晶シリコンよりも所定の角度で割れ易いために角に相当する部分に比較的大きな曲面６０ａ，６０ｂが形成される単結晶シリコンの方がこの発明によるソーワイヤ１０の効果が顕著に発揮される。
【００４７】
図３に示されるように、このようなシリコンインゴット６０は２枚の青板ガラスからなる保持板４５に２本ずつ縦に並べて接着される。シリコンインゴット６０が接着された保持板４５はアルミからなる固定板４６を介してテーブル４４の下面にセットされる。
シリコンインゴット６０を切断する際のソーワイヤ１０の走行速度は、往路方向および復路方向とも６５０〜９００ｍ／ｍｉｎ．程度であることが好ましい。ソーワイヤ１０を往路方向に走行させた後、復路方向に走行させる工程を繰り返すことによりソーワイヤ１０を往復走行させることができる。１回あたりの復路方向の走行距離を１回あたりの往路方向の走行距離よりも短くすることにより、ソーワイヤ１０は往路方向と復路方向に一進一退を繰り返しながら、結果としては往路方向に進むことになる。ソーワイヤ１０の往復走行は制御部５０がサーボモータ２７を制御することにより行われる。
【００４８】
また、このような往復走行を行うにあたっては、新線ボビン２１および巻取ボビン２４を受動的ではなく往復走行に合わせて能動的に回転させる必要がある。
このため、新線ボビン２１および巻取ボビン２４は、制御部５０によって制御されるサーボモータ５１，５２によって回転駆動される構成となっており、往復走行に合わせてソーワイヤ１０の送出および巻取を能動的に行う。
【００４９】
ソーワイヤ１０の送出量および巻取量によって新線ボビン２１および巻取ボビン２４の外径が変化するので、新線ボビン２１の送出量および巻取量、並びに、巻取ボビン２４の巻取量および送出量を往復走行に合わせて正確に制御することは難しいが、テンションローラ２５ａ，２５ｂの調節作用が働くので、新線ボビン２１および巻取ボビン２４を回転駆動するサーボモータ５１，５２が高い精度をもって正確に制御されずとも送出量および巻取量の過不足は解消される。
【００５０】
このようにソーワイヤ１０を往復走行させながら、加工液３３を１００ｋｇ／分（加工液ノズル１本あたり３０ｋｇ／分以上）程度で供給し、テーブル４４を０．５〜２．０ｍｍ／ｍｉｎ．程度の速度で下降させてシリコンインゴット４をソーワイヤ１０へ押し付け、研削作用によりシリコンインゴット６０を切断する。加工液３３としては、鉱物油を主成分とし砥粒を含まない油性のものを用いる。
なお、本実施形態では、後述するようにソーワイヤ１０の第１および第３部分１ａ，１ｃの切削力が第２部分１ｂの切削力よりも低いので、テーブル４４の下降速度はソーワイヤ１０の切削力の変化に合わせて上記範囲内で適宜設定される。
【００５１】
図５および図６は図１に示される本発明の実施形態に係るソーワイヤ１０でシリコンインゴット６０を切断する工程を示す工程図である。
図５（ａ），（ｂ）に示されるように、本発明の実施形態に係るシリコンインゴットの切断方法では、まず、切断の初期段階としてソーワイヤ１０の始端側に設けられた第１部分１ａでシリコンインゴット６０に切り込み６１を付ける。
【００５２】
この際、ソーワイヤ１０はシリコンインゴット６０の曲面６０ａ（図４参照）に当接することとなるが、ソーワイヤ１０の第１部分１ａに固着した砥粒２ａの粒径Ｒ１は上述のとおり平均粒径１７．５μｍと非常に小さいため、第１部分１ａと曲面６０ａとの接触圧が適度に高まりシリコンインゴット６０に食い込み易い。このため、シリコンインゴット６０に切り込み６１を付けるにあたり、ソーワイヤ１０が走行方向に対して左右にぶれる横ぶれの発生が抑制され、切断に本来必要のない部分まで切削してしまうことが防止される。
【００５３】
シリコンインゴット６０に切り込み６１が付けられた後は、図６（ｃ）に示されるように、切り込み６１に沿って第１部分１ａに続く第２部分１ｂを走行させ切断を進める。この際、ソーワイヤ１０の第２部分１ｂは切り込み６１に案内されながら安定して走行する。また、第２部分１ｂは第１部分１ａの砥粒２ａよりも大きい粒径Ｒ２を有する砥粒２ｂが固着しているため第１部分１ａよりも切削力が高く、さらには砥粒２ｂの粒径Ｒ２が比較的大きいためソーワイヤ１０の表面における凹凸の間隔が大きくなり、切削により生じた切削屑がソーワイヤ１０の表面から離脱し易く切削屑が溜まり難い。このため、第２部分１ｂはその高い切削力を維持することができ、速やかに切断を進めることができる。
そして、第２部分１ｂの高い切削力によって速やかな切断が行われるため、テーブル４４の下降によってソーワイヤ１０が撓むこともなく、ソーワイヤ１０はより一層安定して走行するようになる。
【００５４】
最後に、図６（ｄ）に示されるように、切断の最終段階としてシリコンインゴット６０に形成された切り込み６１に沿って第２部分１ｂに続く第３部分１ｃを走行させ、シリコンインゴット６０の切断を終える。
この切断の最終段階では、切り込み６１の深さが深くなっているため、切断によって発生する切削屑が切り込み６１に溜まり易く、加工液３３がソーワイヤ１０に均一に付着し難くなるためソーワイヤ１０の走行挙動が不安定になり易い。
【００５５】
しかしながら、本発明では、上述のとおり、第３部分１ｃに第２部分１ｂの砥粒２ｂよりも小さい粒径Ｒ１を有する砥粒２ａが固着しているため、第３部分１ｃの切削力は第２部分１ｂよりも低い。
このため、ソーワイヤ１０の走行挙動が不安定になったとしても、その不安定な挙動がシリコンインゴット６０に及ぼす影響を抑えることができ、切断にあたって本来切削する必要のない部分まで切削してしまうことを防止しつつスムーズに切断を終えることができる。
【００５６】
なお、本発明の実施形態において、ソーワイヤ１０の第１部分１ａの長さＬ１はシリコンインゴット６０のうち切断の初期段階で切り込み６１が付けられる曲面６０ａ側を切断するのに必要な長さに設定され、第２部分１ｂの長さＬ２はシリコンインゴット６０のうち曲面６０ａ，６０ｂ以外の部分を切断するのに必要な長さに設定され、第３部分１ｃの長さＬ３はシリコンインゴット６０のうち切断の最終段階となる曲面６０ｂ側を切断するのに必要な長さに設定される。
【００５７】
なお、上述の通り、ソーワイヤ１０の第２部分１ｂに固着した砥粒２ｂの粒径Ｒ２は、ソーワイヤ１０の始端１ｄ側と終端１ｅ側にそれぞれ規定された第１部分１ａおよび第３部分１ｃに固着した砥粒２ａの粒径Ｒ１よりも大きい。
このため、図６（ｄ）では第２部分１ｂで切断された部分の切り込み６１の幅が第１および第３部分１ａ，１ｃで切断された部分の幅よりも広く描かれているが、これは説明を分かり易くするための便宜的なもので、実際には本発明の本実施形態に係るソーワイヤ１０によってシリコンインゴット６０から切り出されたウエハの厚みは全領域で略均一になる。
【００５８】
というのは、本発明の実施形態に係るソーワイヤ１０によるシリコンインゴット６０の切断では、上述の通り、第１部分１ａと第３部分１ｃに固着した砥粒２ａの粒径Ｒ１が１７．５μｍと比較的小さく設定されるため、切断の初期段階におけるソーワイヤ１０の横ぶれと切断の最終段階におけるソーワイヤ１０の不安定な挙動が切断に及ぼす影響を抑えることができる。しかし、それでもなお切断の初期段階におけるソーワイヤ１０の横ぶれと切断の最終段階におけるソーワイヤ１０の不安定な挙動の影響が完全に抑えられるわけではなく、若干の横ぶれや不安的な挙動による影響は発生する。
【００５９】
切断の初期段階と最終段階では、このようなソーワイヤ１０の若干の横ぶれや不安定な挙動により、余分に切削される部分が不可避的に生じてしまうため、第１および第３部分１ａ，１ｃで切断された部分の切削量と、第２部分１ｂで切断された部分の切削量は均衡し、この結果、切り出されたウエハの厚みは全領域で略均一になるのである。
【００６０】
本実施形態において、第１および第３部分１ａ，１ｃに固着した砥粒２ａの粒径Ｒ１は、第２部分１ｂに固着した砥粒２ｂの粒径Ｒ２（１８．５μｍ）の約９５％となる１７．５μｍに設定されるが、第２部分１ｂの砥粒２ｂの粒径Ｒ２に対する第１および第３部分１ａ，１ｃの砥粒２ａの粒径Ｒ１は、上述のような切断の初期段階と最終段階で不可避的に生ずるソーワイヤ１０の横ぶれや不安定な挙動も考慮し、第１および第３部分１ａ，１ｃで切断された部分の切削量と第２部分１ｂで切断された部分の切削量が均衡するように設定される。
【００６１】
なお、第１および第３部分１ａ，１ｃの砥粒２ａの粒径Ｒ１を小さく設定し過ぎると、第２部分１ｂで切断された部分の切削量との均衡がとれなくなるばかりでなく、第１および第３部分１ａ，１ｃの表面における凹凸の間隔が小さくなり過ぎ、切削屑がソーワイヤ１０の表面から離脱し難くなって切削屑が表面に溜まり所期の切削力を維持できなくなるので、第１および第３部分１ａ，１ｃの砥粒２ａの粒径Ｒ１を設定する際にはこのような事情も併せて考慮する必要がある。
１つの目安としては、第１および第３部分１ａ，１ｃの砥粒２ａの粒径Ｒ１は、第２部分１ｂの砥粒２ｂの粒径Ｒ２の約７０〜９５％の範囲内になるように設定するとよい。
【００６２】
比較例
この発明の実施形態に係るソーワイヤおよびそれを用いたシリコンインゴットの切断方法の比較例について説明する。
比較例では、始端から終端まで一定の粒径の砥粒が固着した従来のソーワイヤ（図示せず）を用いてシリコンインゴットを切断しウエハを得た。切断に用いたマルチワイヤソーなどソーワイヤ以外の条件は上述の本発明によるシリコンインゴットの切断方法と同様である。
【００６３】
図７は平均粒径１７．５μｍの砥粒が固着したソーワイヤを用いて切断されたウエハの厚みの変化を表すグラフ図、図８は粒径２０．０μｍの砥粒が固着したソーワイヤを用いて切断されたウエハの厚みの変化を示すグラフ図である。図７および図８に示されるグラフ図において縦軸はウエハの厚さを示し、横軸は切り始めからの距離を示している。距離０ｍｍが切り始め、距離１２６ｍｍが切り終わりであり、距離０〜１５ｍｍと距離１１１〜１２６ｍｍがシリコンインゴット６０の曲面６０ａ，６０ｂ（図４参照）にそれぞれ相当している。なお、厚みの測定は切断されたウエハの中央部で行った。
【００６４】
図７から分かるように、平均粒径１７．５μｍの砥粒が固着したソーワイヤで切断されたウエハは、切断初期においてソーワイヤがシリコンインゴット６０に食い込み易いため、曲面６０ａに相当する部分において厚みのばらつきが小さくなっているが、ウエハの中央付近で厚みのばらつきが大きくなっている。
これは砥粒の平均粒径が１７．５μｍと小さいため、ソーワイヤ表面の凹凸の間隔が小さくなり、切削屑がソーワイヤの表面から離脱し難くなっていることに起因していると考えられる。つまり、切削屑がソーワイヤの表面に溜まり易いため切削力が低下し、テーブル４４（図３参照）の下降に切断が追いつかず、ソーワイヤが撓んで走行挙動が不安定になる。そしてソーワイヤの不安定な挙動により本来切削する必要のない部分までもが切削されてしまい、ウエハの厚みが不均一になっていると考えられる。
【００６５】
一方、図８から分かるように、平均粒径２０．０μｍの砥粒が固着したソーワイヤで切断されたウエハは、切断の初期段階と最終段階で切断された部分（曲面６０ａ，６０ｂに相当する部分）の厚みのばらつきが大きくなっている。
これは、砥粒の粒径が２０．０μｍと比較的大きいため、切り込み６１を付ける切断の初期段階でソーワイヤと曲面６０ａとの接触圧が高まらずソーワイヤが走行方向に対して左右にぶれる横ぶれが発生しているためと考えられる。
また、切断の最終段階で厚みのばらつきが大きくなっているのは、切り込み６１に溜まった切削屑により加工液が均一に付着し難くなり、ソーワイヤの走行挙動が不安定になっているためと考えられる。
【００６６】
以上のことから、ソーワイヤのうち、切断の初期段階と最終段階を担う始端側と終端側の砥粒の粒径を他の部分の粒径よりも小さく設定することが、固定砥粒方式で均一な厚みを有する反りの少ないウエハを切断するうえで効果的であることが分かる。
【００６７】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、シリコンインゴット６０に切り込み６１を付ける切断の初期段階では、後の切断を担う第２部分１ｂよりも小さい粒径Ｒ１を有する砥粒２ａが固着した第１部分１ａを用いるので、ソーワイヤ１０とシリコンインゴット６０との接触圧が適度に高まってソーワイヤ１０がシリコンインゴット６０に食い込み易くなり、ソーワイヤ１０が走行方向に対して左右にぶれる横ぶれを抑制できる。このため、シリコンインゴット６０に切り込み６１を付ける際のソーワイヤ１０の横ぶれに起因してウエハに厚みのばらつきや反りが生じることを防止できる。
【００６８】
さらに、シリコンインゴット６０に切り込み６１が付けられた後は、第１部分１ａよりも大きい粒径Ｒ２を有する砥粒２ｂが固着した切削力に優れる第２部分１ｂで安定して速やかに切断を進めることができる。
そして、切断の最終段階では、第２部分１ｂよりも小さい粒径Ｒ１を有する砥粒２ａが固着した第３部分１ｃが用いられるので、ソーワイヤの不安定な挙動が切断に及ぼす影響を抑えつつスムーズに切断を終えることができる。
これにより、固定砥粒方式のソーワイヤ１０でシリコンインゴット６０から均一な厚みを有する反りのないウエハを切り出すことが可能となる。
【符号の説明】
【００６９】
１  ワイヤ
１ａ  第１部分
１ｂ  第２部分
１ｃ  第３部分
１ｄ  始端
１ｅ  終端
２ａ，２ｂ  砥粒
３  Ｎｉメッキ層
１０  ソーワイヤ
１１  第１メッキ槽
１１ａ，１２ａ  直流電源
１１ｂ，１２ｂ  陽極
１１ｃ，１２ｃ  電極ローラ
１１ｄ，１２ｄ  スイッチ
１２  第２メッキ槽
１３  Ｎｉメッキ液
２０  ワイヤ駆動部
２１  新線ボビン
２２ａ，２２ｂ  ローラ
２３  ローラ駆動機構
２４  巻取ボビン
２５ａ，２５ｂ  テンションローラ
２６  プーリ
２７，４１，５１，５２  サーボモータ
２８，４２  減速機
２９  駆動ベルト
３０  加工液供給部
３１  加工液タンク
３２  加工液供給配管
３３  加工液
３４  加工液ノズル
４０  インゴット押圧部
４３  駆動シャフト
４４  テーブル
４５  保持板
４６  固定板
５０  制御部
６０  シリコンインゴット
６０ａ，６０ｂ  曲面
６１  切り込み
１００  マルチワイヤソー
【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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【図７】
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【図８】
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