(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１メインローラと、該第１メインローラから所定距離を隔てて配置された第２メインローラと、前記第１メインローラと前記第２メインローラとの間で複数列に平面状に張られた、表面に砥粒が固着されているワイヤーと、スライスベースとを備えており、前記第１メインローラに前記ワイヤーを供給しながら、前記第２メインローラから前記ワイヤーを送出するワイヤーソー装置を用いて、下面が平面状の第１面と該第１面の反対側に位置して前記スライスベースに接着させる第２面とを有する被加工物を、前記第１メインローラと前記第２メインローラとの間で平面状に張られた前記ワイヤーの上に、前記第１面が前記ワイヤーと対向するように配置して、前記被加工物を前記第１面から前記第２面に向かう方向に切断する被加工物の切断方法であって、
前記被加工物の切断開始時に、無負荷状態における複数列の前記ワイヤーを含む仮想平面に対して、前記被加工物の前記第１メインローラ側に位置する前記第１面の第１端部が前記仮想平面から上方へ離れる方向に該第１面を傾斜させるとともに、前記被加工物の前記第２メインローラ側に位置する前記第１面の第２端部を前記ワイヤーに最初に接触させるとともに、
前記被加工物の前記第２面の中心位置を、前記第１メインローラと前記第２メインローラとの間の中央位置よりも前記第１メインローラ側に位置させて、
前記被加工物の前記第１面の前記第２端部を、前記中央位置よりも前記第２メインローラ側に位置させて切断を行なう被加工物の切断方法。
【請求項２】
前記被加工物の切断終了前に、前記被加工物の前記第１メインローラ側に位置する前記第２面の第１端部よりも、前記被加工物の前記第２メインローラ側に位置する前記第２面の第２端部を、前記ワイヤーに先に接触させて切断を行なう請求項１に記載の被加工物の切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料等の被加工物に対し、ワイヤーを用いて切断および溝入れ等の加工を施すための被加工物の切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば太陽電池素子などをはじめとする半導体基板を作製する場合、まずインゴットを所定の寸法に切断してブロックにする。その後、この被加工物であるブロックを接着剤にてスライスベースに接着した後に、ワイヤーソー装置などを用いて複数枚に切断して基板を製造している。
【０００３】
このようなワイヤーソー装置のワイヤーは、供給リールからガイドローラによってメインローラまで案内されてメインローラに巻きつけられワイヤー列を形成している。また、メインローラからのびるワイヤーは、ガイドローラによって巻取リールまで案内されて、巻取リールに巻き取られる。
【０００４】
ワイヤーソー装置によるスライス方法には、砥粒を含む切削液を供給することによってワイヤーのラッピング作用で切断する方法（遊離砥粒タイプ）と、初めから砥粒をワイヤーに固着させた砥粒固着ワイヤーで切断する方法（固着砥粒タイプ）とがある。後者の固着砥粒タイプのワイヤーソー装置を用いた場合、カーフロスを低減できる効果を有するが、ブロックに微小なクラックが発生するおそれがあった。
【０００５】
例えば、特許文献１には、遊離砥粒タイプにおいてワイヤー列を有する面に対してワイヤー列と対向するブロックの面を所定角度傾斜させてスライスすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−８２２８２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、固着砥粒タイプのワイヤーソー装置において、ブロックを単に傾斜させてスライスしても、微小なクラックの発生を低減することはできなかった。
【０００８】
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたものであり、被加工物であるブロックに発生するクラックを低減することのできる被加工物の切断方法を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る被加工物の切断方法は、第１メインローラと、該第１メインローラから所定距離を隔てて配置された第２メインローラと、前記第１メインローラと前記第２メインローラとの間で複数列に平面状に張られた、表面に砥粒が固着されているワイヤーと、ス
ライスベースとを備えており、前記第１メインローラに前記ワイヤーを供給しながら、前記第２メインローラから前記ワイヤーを送出するワイヤーソー装置を用いて、下面が平面状の第１面と該第１面の反対側に位置して前記スライスベースに接着させる第２面とを有する被加工物を、前記第１メインローラと前記第２メインローラとの間で平面状に張られた前記ワイヤーの上に、前記第１面が前記ワイヤーと対向するように配置して、前記被加工物を前記第１面から前記第２面に向かう方向に切断する被加工物の切断方法であって、前記被加工物の切断開始時に、無負荷状態における複数列の前記ワイヤーを含む仮想平面に対して、前記被加工物の前記第１メインローラ側に位置する前記第１面の第１端部が前記仮想平面から上方へ離れる方向に該第１面を傾斜させるとともに、前記被加工物の前記第２メインローラ側に位置する前記第１面の第２端部を前記ワイヤーに最初に接触させるとともに、前記被加工物の前記第２面の中心位置を、前記第１メインローラと前記第２メインローラとの間の中央位置よりも前記第１メインローラ側に位置させて、前記被加工物の前記第１面の前記第２端部を、前記中央位置よりも前記第２メインローラ側に位置させて切断を行なう。
【発明の効果】
【００１０】
上記被加工物の切断方法によれば、被加工物にクラックが発生するのを十分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のスライス方法に係るワイヤーソー装置の一実施形態を模式的に示す概略斜視図である。
【図２】本発明のスライス方法に係るワイヤーソー装置の一実施形態を模式的に説明する概略断面図である。
【図３】本発明のスライス方法に係るワイヤーソー装置の一実施形態を模式的に説明する図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の部分Ａの拡大図である。
【図４】本発明のスライス方法に係るワイヤーソー装置の一実施形態を模式的に説明する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明に係るワイヤーソーの一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態のワイヤーソー装置Ｓは、表面に砥粒が固着され、平均直径Ｄのワイヤー３が複数の溝を表面に有するメインローラ５（第１メインローラ５ａ，第２メインローラ５ｂ，第３メインローラ５ｃ）に巻きつけられており、ワイヤー３の上部には加工液を供給する供給ノズル４を備えている。
【００１４】
ワイヤーソー装置Ｓにおいて、第１メインローラ５ａと第２メインローラ５ｂとは所定距離を隔てて配置さており、ワイヤー３は、これらメインローラ間で複数列に平面状に張られている。ワイヤーソー装置Ｓは第１メインローラ５ａにワイヤー３を供給しながら、第２メインローラ５ｂからワイヤー３を送出するが、メインローラ間でワイヤー３は往復走行させる。
【００１５】
被加工物１は、図２等に示すように、下面が平面状の第１面１ａとこの面の反対側に位置する第２面１ｂとを有する。被加工物１は、第１メインローラ５ａと第２メインローラ５ｂとの間で平面状に張られたワイヤー３の上に、第１面１ａがワイヤー３と対向するように配置する。
【００１６】
このようにして、ワイヤーソー装置Ｓは、被加工物１を第１面１ａから第２面１ｂに向かう方向に切断する。本実施形態では、図２，図３（ｂ）に示すように、被加工物１の切断開始時に、無負荷状態における複数列のワイヤー３を含む仮想平面１２に対して、被加工物１の第１メインローラ５ａ側に位置する第１面１ａの第１端部２１が仮想平面１２から上方へ離れる方向に第１面１ａを傾斜させるとともに、被加工物１の第２メインローラ５ｂ側に位置する第１面１ａの第２端部２２をワイヤー３に最初に接触させて切断を行なう。
【００１７】
また、被加工物１の切断終了前には、図３（ａ），図４に示すように、被加工物１の第１メインローラ５ａ側に位置する第２面１ｂの第１端部２３よりも、被加工物１の第２メインローラ５ｂ側に位置する第２面１ｂの第２端部２４を、ワイヤー３に先に接触させて切断を行なう。
【００１８】
ここで、被加工物１の切断の際には、被加工物１の第２面１ｂの中心位置を、第１メインローラ５ａと第２メインローラ５ｂとの間の中央位置よりも第１メインローラ５ａ側に位置させて切断を行なうとよい。
【００１９】
また、被加工物１の第１面１ａの第２端部２２を、第１メインローラ５ａと第２メインローラ５ｂとの間の中央位置よりも第２メインローラ５ｂ側に位置させて切断を行なうとよい。
【００２０】
このようなワイヤーソー装置Ｓにより、複数のメインローラ５間を走行するワイヤー３に切断対象である被加工物１を押し当て切断することによって、基板を製造する。
【００２１】
以下に、被加工物１およびワイヤーソー装置Ｓの構成要素について具体的に説明する。被加工物１は、例えば、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等からなるインゴット、またはインゴットの端部等を切断して形成されるブロックが用いられる。より具体的には、単結晶シリコンのインゴットを用いる場合、そのインゴットは一般的に円柱形状である。また、多結晶シリコンのインゴットは一般的に略直方体であり、複数本のシリコンブロックを取り出すことができる大きさを有しており、シリコンブロックは断面形状が矩形（正方形状を含む）であって、例えば１５６ｍｍ×１５６ｍｍ×３００ｍｍの直方体に形成される。
【００２２】
被加工物１は、カーボン材、ガラス、シリコンまたは樹脂等の材質からなるスライスベース２上に接着剤などによって接着される。この接着剤としては熱硬化型二液性のエポキシ系、アクリル系、リアクレート系またはワックスなどの接着剤からなり、スライス後、基板をスライスベース２から剥離しやすくするために、温度を上げることで接着力が低下する接着剤が用いられる。
【００２３】
スライスベース２とベースプレート１０とは接着またはクランプ等で保持される。ベースプレート１０はネジまたはクランプにより装置固定部１１に固定されて、被加工物１はワイヤーソー装置Ｓ内に１本またはワイヤーの走行方向に対して垂直方向に長くなるように複数本配置される。一般的にスライスベース２は１０〜３０ｍｍの厚さを有しており、ベースプレート１０は１０〜３０ｍｍの厚さを有している。なお、以下、説明を容易にするために、被加工物１を完全な直方体とみなした場合に、ワイヤー３と対向する面を第１面１ａとし、スライスベース２と対向して接着させる面を第２面１ｂとし、ワイヤー３供給側（第１メインローラ５ａ側）に位置し第１面１ａと第２面１ｂとを接続する面を第３面１ｃとし、ワイヤー３供給側との反対側に位置し第１面１ａと第２面１ｂとを接続する面を第４面１ｄとする。また、ワイヤー３は往復運動を行なう。以下、新線が供給される側をワイヤー供給側と称することとする。
【００２４】
ワイヤー３は、供給リール７から供給されて、巻取リール８に巻き取られる。ワイヤー３は、供給リール７と巻取リール８との間において、少なくとも両端に設置された複数のメインローラ５（第１メインローラ５ａ，第２メインローラ５ｂ，第３メインローラ５ｃ）に巻かれ、これらメインローラ間に複数本に張られ、複数の列を形成している。ワイヤー３は、例えば鉄または鉄合金を主成分とするピアノ線からなり、線径は６０μｍ以上１５０μｍ以下、より好ましくは８０μｍ以上１３０μｍ以下である。
【００２５】
本実施形態において、ワイヤー３は、ワイヤーの周囲にダイヤモンドまたは炭化珪素からなる砥粒が、ニッケルもしくは銅・クロムによるメッキ、またはエポキシ樹脂、フェノール樹脂もしくはポリウレタン樹脂等の樹脂にて固着された砥粒固着ワイヤーである。この場合、砥粒の平均粒径は、５μｍ以上３０μｍ以下とした方がよく、平均直径Ｄは７０μｍ以上２１０μｍ以下となり、より好ましくは平均直径Ｄを９０μｍ以上１７０μｍ以下とする。
【００２６】
ワイヤー３には、供給ノズル４の複数の開口部からワイヤー３および被加工物１を冷却するクーラント液の役割を果たす加工液が供給される。加工液は、例えばグリコール等の水溶性溶剤または油性溶剤とからなり、水で上記溶剤を希釈してもよい。供給ノズル４に供給する加工液の供給流量は被加工物の大きさによって適宜設定される。また、加工液を循環して使用してもよく、その際に加工液中に含まれるワイヤー３から脱落した砥粒や切屑等を除去して使用される。供給ノズル４より供給された加工液は被加工物１の切断部分およびその近傍に供給される。
【００２７】
メインローラ５は、例えば、エステル系、エーテル系もしくは尿素系のウレタンゴム、またはニューライト等の樹脂からなり、直径１５０以上５００ｍｍ以下、長さ２００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下程度である。メインローラ５の表面には、供給リール７から供給されたワイヤー３を所定間隔に配列させるための複数の溝が設けられている。この溝の間隔とワイヤー３の直径との関係によって、基板の厚みが定まり、基板の厚みは２５０μｍ以下に形成される。
【００２８】
ワイヤー３の下方には、切断時に発生する被加工物の切屑や加工液の回収を目的としてディップ槽６が設けられる。
【００２９】
供給リール７および巻取リール８は、スチール等からなるボビン形状の表面に砥粒固着ワイヤー３が巻きつけられている。また、ワイヤーソー装置Ｓは、供給リール７および巻取リール８を所定の速度で回転させるためのモーターと、ワイヤー３を所定の位置に巻きつけるために案内するトラバーサを有する。
【００３０】
複数のガイドローラ９は、ワイヤー３を供給リール７からメインローラ５、またメインローラ５から巻取リール８へと案内する役割を有する。それぞれのガイドローラ９は、ワイヤー３が走行する溝を有する。このようなガイドローラ９は、例えば、エステル系、エーテル系もしくは尿素系のウレタンゴムからなり、特にエーテル系のウレタンゴムを使用することによって、同様の硬度を用いたエステル系よりもガイドローラ９の磨耗を低減することができる。
【００３１】
また、ワイヤーソー装置Ｓは、供給リール７および巻取リール８に巻きつけるワイヤー３の張力を調整する手段とワイヤー３に加えられている張力を検出するセンサとを備えている。
【００３２】
以下に、本実施形態のワイヤーソー装置Ｓを用いたスライス方法について具体的に説明する。ワイヤー３は供給リール７から供給され、ガイドローラ９によりメインローラ５に案内され、ワイヤー３をメインローラ５に巻きつけて所定間隔に配列している。メインローラ５を所定の回転速度で回転させることによって、ワイヤー３の長手方向にワイヤー３を走行させることができる。そして、高速に走行しているワイヤー３は被加工物１を切断し、巻取リール８に巻きつけられる。また、メインローラ５の回転方向を変化させることによりワイヤー３を往復運動させる。このとき、供給リール７からワイヤー３を供給する長さの方が巻取リール８からワイヤー３を供給する長さよりも長くし、新線を第１メイン
ローラ５ａに供給するようにする。
【００３３】
図２に示すように、被加工物１の第１面１ａは第４面１ｄ側（第２端部２２）が先にワイヤー３と接触するように、被加工物１の第１面１ａを上述した仮想平面１２（図３（ｂ）を参照）に対して傾斜させる。なお、仮想平面１２は第１メインローラ５ａの上縁部と第２メインローラ５ｂの上縁部とを結んだ線を含む平面としてもよい。被加工物１の切断は、高速に走行しているワイヤー３に向かって供給ノズル４から加工液を供給しながら被加工物１を下降させて、ワイヤー３に被加工物１を相対的に押圧することによりなされる。被加工物１は、例えば厚さ２００μｍ以下の複数枚の基板に分割される。このとき、ワイヤー３の張力、ワイヤー３が走行する速度（走行速度）、被加工物を下降させる速度（フィード速度）は適宜制御されている。例えば、ワイヤー３の最大走行速度は、５００ｍ／分以上１５００ｍ／分以下に設定して、最大フィード速度は３５０μｍ／分以上１１００μｍ／分以下に設定する。このとき、ワイヤー３が往復運動する際に、ワイヤーの走行速度が変化するのに合わせて、フィード速度も変化する。
【００３４】
被加工物１を傾斜させることによって、切断初期にワイヤー３が通過する被加工物１の距離が短くなるため、切り始めに生じる欠け，クラックの発生を低減することができる。これにより、切断初期におけるフィード速度を従来に比べて速くすることができる。例えば、従来において切断初期のフィード速度が切断中期のフィード速度よりも遅い場合は、被加工物１を傾斜させることによって、切断初期のフィード速度を切断中期のフィード速度と同等にすることができる。また、一度使用したワイヤー３を用いて新たな被加工物１をスライスする場合においても、砥粒が摩耗して切削力が低下していても、フィード速度を低下させずにスライスすることができる。さらに、被加工物１の第１面１ａをスライスする際には、ワイヤー３を第３面１ｃから第４面に向かって供給し、第４面１ｄ側が先にワイヤー３と接触させるようにする。つまり、第１面１ａの第３面側１ｃ（第１端部２１）がワイヤー３から上方へ離れることにより、第１面１ａとワイヤー３との間に加工液が供給されやすくなり、摩耗した砥粒を有するワイヤー３であっても加工液を多く含んだ状態でスライスすることができるため、砥粒の摩耗を低減してスライスすることができ、欠け，クラックの発生を低減することができる。被加工物１を傾斜させる方法としては、例えば、ベースプレート１０の厚みにおいて第４面１ｄ側を第３面１ｃ側よりも大きくすることによって、被加工物１が接着されたスライスベース２をベースプレート１０に取り付けると被加工物１は傾斜して設置される。
【００３５】
また、図３に示すように、被加工物１の第２面１ｂは第３面１ｃ側（第１端部２３）よりも第４面１ｄ側（第２端部２４）が先にワイヤー３と接触するような角度で傾斜させてもよい。つまり、ワイヤー３とスライスベース２との接触は第４面１ｄ側が第３面１ｃ側より先に行われる。そして、被加工物１の第３面１ｃ側においては被加工物１をスライスし続けて、第４面１ｄ側から第３面１ｃ側に向けて随時スライスベース２がスライスされる。通常、スライス時にワイヤー３が撓むことにより、第３面１ｃ側および第４面１ｄ側においてワイヤー３がスライスベース２をスライスして、中央部分においてワイヤー３が被加工物１をスライスすることになる。この際、被加工物１とスライスベース２の硬度が異なることから、被加工物１側の切り遅れによりワイヤー３にぶれが生じて、被加工物１の第２面１ｂにおいて微小なクラックが発生する可能性がある。そこで、第４面１ｄ側においてワイヤー３がスライスベース２をスライスし、それ以外の第３面１ｃ側および中央部分においてワイヤー３が被加工物１をスライスすることによって、微小なクラックの発生を低減することができる。ワイヤー供給側からワイヤー３が供給される場合、摩耗していないまたは摩耗の少ない砥粒を有するワイヤー３が先に被加工物１に入り込む。そして、スライスベース２をスライスする時点において、ワイヤー３は被加工物１を通過したことによって、砥粒が摩耗し切削能力が低下しているためワイヤー３のぶれが生じにくくなり、クラックの発生を低減できたと考えられる。さらに、ワイヤー３の往復走行によりワ
イヤー供給側の反対側からワイヤー３が供給される場合、摩耗した砥粒を有するワイヤー３によって切削能力が低下しているため、被加工物１とスライスベース２との切削能力の差が小さくなり、ワイヤー３のぶれが生じにくくなると考えられる。図３（ｂ）に示す仮想平面１２との角度Ｂは０．３〜２．５度に形成される。
【００３６】
また、図４に示すように、被加工物１の第２面１ｂの中心位置１ｅが第１メインローラ５ａと第２メインローラ５ｂとの間の中央位置５ｄよりもワイヤー３供給側（第１メインローラ５ａ）、つまり第３面１ｃ側に位置させることによって、第１メインローラ５ａと被加工物１との距離が短くなり、ワイヤー３の撓み量を小さくすることができる。これにより、第３面１ｃ側および第４面１ｄ側においてワイヤー３がスライスベース２をスライスすることをより低減することができる。その結果、被加工物１の第２面１ｂにおいて微小なクラックの発生を低減することができる。
【００３７】
また、被加工物１の第１面１ａの第４面１ｄ側（第２端部２２）が第１メインローラ５ａと第２メインローラ５ｂとの間の中央位置５ｄよりもワイヤー３供給側の反対側（第２メインローラ５ｂ側）、つまり第４面１ｄ側に位置させることにより、第１メインローラ５ａと第２メインローラ５ｂとの間の距離を短くすることができるため、ワイヤー３の距離も短くなり撓み量を小さくすることができる。
【００３８】
そして、被加工物１をスライスすると同時に、スライスベース２も２ｍｍ以上５ｍｍ以下程度に切断されて、切断された基板はスライスベース２に接着された状態で次工程の洗浄工程に投入される。
【００３９】
洗浄工程では、洗浄液としてアルカリ液または中性液を用いることによって、基板に付着した水溶性クーラントおよび汚れが洗浄されて、その後、洗剤を水で洗い流す。そして熱風またはエアーなどによって、基板の表面を完全に乾燥させて、スライスベース２から剥離することで基板が完成する。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば、インゴットを切断してブロックにすることなく、インゴットを被加工物としてそのままスライス工程を行っても構わない。また、被加工物は太陽電池素子等の半導体材料に限定されるものではなく、例えばその他の金属またはセラミックス等でもよい。
【実施例】
【００４１】
以下、より具体的な実施例について説明する。まず、図１等に示すように、カーボンからなるスライスベースにエポキシ系接着剤を塗布して、サイズが１５６ｍｍ×１５６ｍｍ×３００ｍｍの直方体の多結晶シリコンからなる被加工物をスライスベースに設置し接着剤を硬化させた。
【００４２】
次に、１本のスライスベースに接着したシリコンブロックを、ベースプレートを介して装置固定部に設置した。そして、ダイヤモンドの砥粒をアクリル樹脂で固着したワイヤー（線径＝１００μｍ、砥粒粒径＝１５μｍ、平均直径Ｄ＝１３０μｍ）を双方向に走行させながら、スライスベースに接着したシリコンブロックをスライスして、平均厚み２００μｍのシリコン基板を作製した。
【００４３】
ここで、シリコンブロックの第４面側が先にワイヤーと接触するように、シリコンブロックの第１面を仮想平面１２に対して０．７度傾斜させている条件１、シリコンブロックにおいてワイヤーの第３面側が先にワイヤーと接触するように、図３（ｂ）に示す仮想平面１２に対して０．７度傾斜させている条件２、シリコンブロックを傾斜させない条件３
において、得られたシリコン基板のクラック発生率を評価した。
【００４４】
【表１】
0005806082.tif 000002
【００４５】
表１に示すように、条件１〜３の結果から、条件１においてクラック発生率が比較例である条件２、３に比べて大きく改善した。
【００４６】
なお、条件１においては、シリコンブロックの第２面は第３面側よりも第４面側が先にワイヤー３と接触し、スライスを続けることで第４面側から第３面側に向けて随時接触することが確認できた。
【符号の説明】
【００４７】
１    ：被加工物
２    ：スライスベース
３    ：ワイヤー
５    ：メインローラ
５ａ  ：第１メインローラ
５ｂ  ：第２メインローラ
５ｃ  ：第３メインローラ
４    ：供給ノズル
１０  ：ベースプレート
１１  ：装置固定部
１２  ：加工液受け部材
Ｓ    ：ワイヤーソー装置
【図１】
0005806082.tif 000003
【図２】
0005806082.tif 000004
【図３】
0005806082.tif 000005
【図４】
0005806082.tif 000006