(57)【要約】【課題】特別な撓み抑制機構の有無に関わらず、従来のワイヤを用いて、ワイヤに撓みを生じさせず、結果として良好な面精度を有するウエハが得られるワイヤ切断加工方法を提供する。【解決手段】走行するワイヤに被加工物を押し付けて切断するワイヤ切断加工方法、あるいは所定の間隔で配置された２本以上のローラ群の外周を複数回巻き掛けられた状態で走行させたワイヤに被加工物を押し付けて切断するマルチワイヤソーによるワイヤ切断加工方法であって、１つの切断箇所で少なくとも２本のワイヤ同士が接触しつつ、張りながら、同一方向に走行させた状態で行う。この時、ワイヤ長手方向に垂直な断面において各ワイヤの配置が切断方向に長い位置関係にあると尚良い。 【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行するワイヤに被加工物を押し付けて切断するワイヤ切断加工方法において、１つの切断箇所で少なくとも２本のワイヤ同士が撚り合わずに接触しつつ、張りながら、同一方向に走行させた状態で行うワイヤ切断加工方法。
【請求項２】
所定の間隔で配置された２本以上のローラ群の外周を複数回巻き掛けられた状態で走行させたワイヤに被加工物を押し付けて切断するマルチワイヤソーによるワイヤ切断加工方法において、１つの切断箇所で少なくとも２本のワイヤ同士が撚り合わずに接触しつつ、張りながら、同一方向に走行させた状態で行うワイヤ切断加工方法。
【請求項３】
１つの切断箇所でのワイヤの本数を少なくとも２本とし、且つワイヤ長手方向に垂直な断面において各ワイヤの配置が切断方向に長い位置関係にある請求項１または２に記載のワイヤ切断加工方法。
【請求項４】
前記方法において、表面に砥粒を固着させたワイヤを使用する請求項１から３のいずれかに記載のワイヤ切断加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はワイヤを用いた被加工物の切断加工、特に硬脆性材料の切断に使用されるマルチワイヤソーによるワイヤ切断加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池等に用いられるシリコンに代表される硬脆性材料（以下、被加工物と称す）を切断加工する機械として、ワイヤソーが知られている。図１は１台で複数の切断加工を行うマルチワイヤソーの概略図である。ワイヤはマルチワイヤソーに以下のように準備される。供給リール４に巻かれたワイヤ２がマルチワイヤソーに供給される。ワイヤ２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６に導かれる。ワイヤ２は一般に２〜４本で構成されるメインローラ６の回りに巻き掛けられる。メインローラ６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、ワイヤ２は複数のガイドローラに誘導され排出リール８に巻き取られる。
【０００３】
ワイヤがマルチワイヤソーに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６間に張り巡らされたワイヤ群に加工を施すシリコン等の被加工物１０を押し当てる。するとワイヤ群により被加工物１０は切断され、ワイヤピッチに応じた厚みを有する薄板（以下、ウエハと称す）を得る。
【０００４】
ソーワイヤによる切断は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】
いずれの方式においても、ワイヤに被加工物を押し当てて切断を行う際に、次のような課題があった。ワイヤはメインローラ間で張力を掛けて張られている（以下、張設という）。しかし、ワイヤに被加工物を強く押し当てると、例えば図１においてはワイヤが下方に押し下げられる。以下、被加工物を押し当ててワイヤ走行位置が変移することを「撓み」と称す。
【０００６】
図２は切断時に生じるワイヤの撓みの説明図であり、（ａ）は切断開始前であり、（ｂ）は切断中である。（ａ）のように本来メインローラ６に巻き掛けられたワイヤ２は、メインローラ６間に張設される。しかし、（ｂ）のようにワイヤに被加工物１０を押し当てるとワイヤに撓みＬが生じる。この撓みはワイヤが伸ばされること等により発生する。
【０００７】
この撓みによる影響については例えば特許文献１に記載されている。具体的には撓みの変化によるウエハの面精度について記載されている。切断中において撓みが生じると、ウエハの「粗さ」や「ウネリ」等の面精度が低下し、最大撓み量の変化の程度が大きいほど、面精度の低下の程度も大きくなる。従って、切断中における最大撓み量の変化の程度を小さくすることは、ウエハの面精度を向上させる上で非常に重要である、と記載されている。
【０００８】
そこで特許文献１においては、被加工物の中央位置が切断用ワイヤの中央位置に対して張架方向にずれるように被加工物がテーブル上に載置されることにより、ワイヤの撓み量が小さくなるとしている。
【０００９】
その他にも例えば特許文献２においては、被加工物の切断中、被加工物の送り方向に対するワイヤの撓み量に応じて、張力付与機構によりワイヤの張力を制御しながら被加工物を切断する製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−５４９０９号公報
【特許文献２】特開２００７−３０１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、何れの場合においてもワイヤが撓むことが前提であり、本質的な解決には至っていない。あるいはワイヤが撓むことに対して装置側でいくらか吸収する機構を設けることは可能だが、装置が大掛かりになりコスト高となる。
【００１２】
また、特許文献１においては、メインローラ両端の近傍では撓みの軽減が期待できるが、メインローラ間の中心付近に被加工物が及ぶとき、その効果は低減される。さらに特許文献２においては、撓みを解消する張力付与機構がワイヤの供給側、及びワイヤの巻取り側の両端にあるため、メインローラに巻き掛けられた複数のワイヤのうち、メインローラの中心付近で張られたワイヤに対する効果は殆ど期待できない。その結果、ワイヤによって張力差が大きくなる、つまり撓み量が大きくなり、被加工物の面精度を下げてしまう。
【００１３】
そこで本発明は、特別な撓み抑制機構の有無に関わらず、従来のワイヤを用いて、ワイヤに撓みを生じさせず、結果として良好な面精度を有するウエハが得られるワイヤ切断加工方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、前記課題を解決する切断加工方法であって、
走行するワイヤに被加工物を押し付けて切断するワイヤ切断加工方法において、１つの切断箇所で少なくとも２本のワイヤ同士が撚り合わずに接触しつつ、張りながら、同一方向に走行させた状態で行う、ことを特徴とする。
【００１５】
特に、所定の間隔で配置された２本以上のローラ群の外周を複数回巻き掛けられた状態で走行させたワイヤに被加工物を押し付けて切断するマルチワイヤソーによるワイヤ切断加工方法においてより効果を発揮する。
【００１６】
前記のマルチワイヤソーにワイヤを準備する際には、
１つの切断箇所でのワイヤの本数を少なくとも２本とし、且つワイヤ長手方向に垂直な断面において各ワイヤの配置が切断方向に長い位置関係にあると尚良い。
【００１７】
本発明の方法において使用するワイヤとしては、表面に砥粒を固着させたもので特に効果を発揮する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の方法で切断加工を行えば、ワイヤに生じる撓みが極めて低減される。その結果、良好な面精度を有するウエハが得られる切断加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】マルチワイヤソーの概略図
【図２】切断時に生じるワイヤの撓みの説明図
【図３】従来の方法における被加工物を押し当てた時の力の作用の説明図
【図４】従来の方法による切断時のワイヤと被加工物との断面図
【図５】本発明の方法における被加工物を押し当てた時の力の作用の説明図
【図６】本発明の方法による切断時のワイヤと被加工物との断面図
【図７】本発明の方法による切断時のワイヤと被加工物との断面におけるその他の例
【発明を実施するための形態】
【００２０】
従来は１本のワイヤで１箇所の切断を行っていたのに対して、同一箇所に対して２本以上のワイヤで切断を行うことが本発明の最大の特徴である。その作用について図３〜６を用いつつ以下に詳述する。
【００２１】
図３は従来の方法における被加工物を押し当てた時の力の作用の説明図、図４は従来の方法による切断時のワイヤと被加工物との断面図である。通常、ワイヤは張力Ｔを掛けて張設されている。この状態でワイヤ２に上方から押圧力Ｆ１で被加工物１０が押し当てられる。ワイヤ２には押圧力Ｆ１に対する反力Ｆ２が働き、力のバランスが保たれる位置まで押し下げられる。この時、ワイヤにはその合力Ｔ１の張力、つまり負荷が与えられることにより伸びが生じる。以上の結果よりワイヤは最初に張設された位置に対して撓みＬ１が生じる。
【００２２】
一方、図５は本発明の方法における被加工物を押し当てた時の力の作用の説明図、図６は本発明の方法による切断時のワイヤと被加工物との断面図である。本発明においては、２本のワイヤにより反力Ｆ２を得る。つまり２本の各ワイヤには反力ｆ１あるいはｆ２というＦ２の約半分程度が分散して負荷される。従ってワイヤ１本あたりに増加する張力は半減され、ワイヤの伸びも大きく軽減される。その結果、ワイヤの撓みＬ２は極めて小さいものとなる。
【００２３】
本発明は１つの切断箇所で少なくとも２本のワイヤ同士が接触しつつ、張りながら、同一方向に走行させた状態とすることが極めて重要であり、使用するワイヤの本数は特に問題でない。
【００２４】
例えば１本のワイヤを用いて行う場合は、ワイヤを張設する少なくとも２本からなるローラ群を周回するにあたって、同一箇所に少なくとも２周巻き掛けることで達成できる。ローラ表面にワイヤの走行溝が刻設されている場合には同一の走行溝に２回ワイヤを巻き掛ければ良い。そうすることでワイヤを張設する各ローラにおける走行溝に２本のワイヤが張設された状態とすることができる。この状態でワイヤを走行させ、より高精度な切断加工を行うことができる。
【００２５】
また、マルチワイヤソーの場合であっても同様で、ワイヤを張設する少なくとも２本からなるメインローラ群を周回して巻き掛けるにあたって、同一の走行溝に複数回ワイヤを巻き掛けた後、切断を行わないメインローラ間で１つ隣の走行溝に移る。同様に移った先の走行溝に対しても先ほどと同数回ワイヤを巻き掛ける。これを全ての走行溝に対して繰り返し行うことで、複数本のワイヤの張設が全ての走行溝でなされた状態とすることができる。
【００２６】
あるいは、マルチワイヤソーの場合における別の形態として、メインローラの中心付近で行われる切断に対してのみ本発明を適用してもよい。この場合、メインローラ両端の近傍においては従来の張力調整機構を併用してワイヤの張力を制御することで撓みを低減しつつ、メインローラ中心付近においては本発明のごとく、同一走行溝に対してワイヤを複数回巻き掛けておくことで全ての切断に対して撓みを抑制した良好な切断を行うこともできる。
【００２７】
さらに、複数本のワイヤを用いる場合も同様である。使用する複数本のワイヤを張設する、例えばローラ手前の一箇所まで導く。これらのワイヤ群を２本のローラ間に張設する際、全てのワイヤが同一箇所を走行するよう束ねて、あたかも１本であるかのように装置に張設する。ローラ表面にワイヤの走行溝が刻設されている場合には全てのワイヤを走行溝に収めて設置すれば良い。この状態で全てのワイヤを同じ速度で走行するように制御しつつ、被加工物を押し当てて切断加工を行う。
【００２８】
ここで、「ワイヤが同一箇所を走行する」とは、１つの切断箇所を複数のワイヤが走行することを意味するが、ワイヤの位置関係により得られる本発明の効果の大小が決まる。例えば図７は本発明の方法による切断時のワイヤと被加工物との断面におけるその他の例を示す。（ｃ）は２本のワイヤが１つの切断箇所を走行する場合であって、２本のワイヤが切断方向（以下、縦方向と表記する）に長く配列した場合である。一方（ｄ）は２本のワイヤが１つの切断箇所を走行する場合であって、２本のワイヤが切断方向と垂直な方向（以下、横方向と表記する）に配列した場合である。いずれも本発明の効果を有しているが、特に（ｃ）のように各ワイヤの配置が切断方向に長い位置関係にある方が切断幅Ｌ３を小さくできて有効であると共に、切断除去される体積が小さく、より早く切断を行うことができる。
【００２９】
尚、ワイヤを前記のように切断方向に長い配置にするためには、例えばワイヤを張設するローラに刻設された走行溝を深く設ける等して、ワイヤの位置関係を固定すると行い易いが、この方法に限定するものではなく、ワイヤの位置関係が定められれば良い。
【００３０】
あるいは、１つの切断箇所を走行するワイヤの本数としてはワイヤの本数が多いほど、切断時の撓みＬを小さくできることは言うまでもない。図７の（ｅ）は３本のワイヤが１つの切断箇所を走行する場合である。つまり、より早く切断することを目的とするときは、１つの切断箇所を走行するワイヤの本数を多く、且つワイヤをできるだけ縦方向に配列しつつ、被加工物の押圧力を大きくすれば良い。しかし、１つの切断箇所を走行するワイヤの本数が多くなる、具体的には５本以上となると縦方向の配列を維持することが構造上困難となり、ワイヤが横方向へ広がって安定する。すなわち切断幅Ｌ３が大きくなり被加工物の歩留まりが低下してしまう。従って、本発明をより効率良く実施するためには１つの切断箇所を走行するワイヤの本数として２〜４本が望ましい。
【００３１】
また、使用するワイヤの種類としてはワイヤ表面に砥粒を固着させたものを使用すると、尚良い。この場合、互いに固着される砥粒により摩擦力を高め、１つの切断箇所を走行する複数のワイヤ間の相対速度を低下させる。そのため、複数本のワイヤはより一体となって移動が行われ、ワイヤ間の擦れが低減される。つまり、ワイヤのダメージも軽減される。
【実施例１】
【００３２】
実際にマルチワイヤソーにワイヤを巻き掛けて、従来と本発明の比較を行った。径が０．１２ｍｍの芯材に約２０μｍの砥粒を固着させたワイヤを用い、従来通りにマルチワイヤソーに巻き掛けた。マルチワイヤソーにおけるメインローラ間距離は５００ｍｍであり、同距離だけワイヤが張設されている。また本発明例としては、１本の前記ワイヤを用いて、各走行溝に対してメインローラ群の周りを２周させ、同一走行溝に２本のワイヤが張設される状態とした。
【００３３】
従来方法と本発明の方法と、の各々において切断実験を行った。５０ｍｍ角の直方体のＳｉの被加工物を用意して切断を行った。被加工物を５ｍｍ下降する毎に装置を停止し、ワイヤの撓み量を定規で計測した。撓み量の計測は切断前のワイヤの位置を基準位置とした場合、基準位置からのワイヤの降下距離を計測した。その結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
2011079074.tif 000003
【００３５】
従来の方法においては４〜６ｍｍの撓みが生じるのに対して、本発明の方法においては１ｍｍ以下の撓み量に抑えることができた。
【００３６】
さらに切断を完了して得たウエハについてウネリの計測を行った。表面粗さ計を用い、ウエハ面の表裏の各々に対してウエハの切断方向に中心４０ｍｍの範囲について計測した。その結果、ウエハに生じるウネリの数値が半減し、良好な面品質を得ることができた。
【符号の説明】
【００３７】
２・・・・ワイヤ
４・・・・供給リール
６・・・・メインローラ
８・・・・排出リール
１０・・・被加工物
【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】
2011079074.tif 000009
【図７】
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