(57)【要約】【課題】固定砥粒ワイヤソーを用いた被加工物の切断において、切断位置でのワイヤ張力を適切に制御することが可能な固定砥粒ワイヤソーによる加工方法及び該加工方法によって作製されたウエハを提供する。【解決手段】１本の固定砥粒ワイヤ１０を、メインローラ１８Ａ，１８Ｂに一定ピッチで複数回巻き掛けて構成したワイヤ列２０をその長手方向に往復走行させ、往復走行するワイヤ列２０に被加工物５０を押し当てることで、被加工物５０を複数箇所で同時に切断して複数枚のウエハへと加工する固定砥粒ワイヤソー１において、往復走行の走行方向の反転タイミングを、ワイヤ繰り出し側における予め設定した基準位置にあるワイヤ部位の移動する距離が、メインローラ１８Ａ，１８Ｂに巻き回されているワイヤの長さ以上となる時点とした。【選択図】  図１
2013111674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数の砥粒が固定された１本の固定砥粒ワイヤを、軸平行に対向配置した複数のローラに一定ピッチで複数回巻き回して構成されたワイヤ列を有し、前記ワイヤ列を長手方向に往復走行させ、往復走行させた前記ワイヤ列に被加工物を押し当てて当該被加工物を切断する固定砥粒ワイヤソーによる加工方法であって、
前記固定砥粒ワイヤの両端において、前記固定砥粒ワイヤに予め設定した所定の張力を付与し、
前記固定砥粒ワイヤを往復走行させる際、
前記固定砥粒ワイヤにおける予め設定された基準位置にある部位の移動する距離が、前記複数のローラに巻き回されているワイヤの長さ以上となるように前記固定砥粒ワイヤの走行方向の反転タイミングを制御することを特徴とする固定砥粒ワイヤソーによる加工方法。
【請求項２】
前記走行制御部は、前記被加工物を切断時のワイヤ走行速度Ｖｗを、１００[ｍ／ｍｉｎ]＜Ｖｗ＜４００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲内の速度に制御することを特徴とする請求項１に記載の固定砥粒ワイヤソーによる加工方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の加工方法により作製されたことを特徴とするウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に複数の砥粒が固定された固定砥粒ワイヤをその長手方向に往復走行させ、往復走行させた固定砥粒ワイヤで被加工物を切断する固定砥粒ワイヤソーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の溝を有する一対のローラに巻掛けされ、表面に砥粒が固着された固定砥粒ワイヤを軸方向に往復走行させ、ワークを往復走行する固定砥粒ワイヤに押し当てて切り込み送りし、ワークをウエハ状に切断するワイヤソーによるワークの切断技術が開示されている（特許文献１参照）。かかる切断技術において、固定砥粒ワイヤの切断位置での張力は、両端側においてワイヤ張力付与機構を用いて制御している（段落０００５参照）。
【０００３】
ところで、固定砥粒ワイヤへの被加工物の押し当ては一定速度で行われ、時間の経過に応じて固定砥粒ワイヤが押し当て方向に撓んでいく。この被加工物が固定砥粒ワイヤを押圧する力の反作用の力（以下、背力と称す）によって被加工物が切断される。しかしながら、被加工物の切断が安定するまでの移行段階では、固定砥粒ワイヤの切断位置での張力が弱く撓み易い。従って、移行段階においては、切断方向に働く力（即ち、背力）に対して、切断方向に対して交差する横方向に働く力が大きくなる。このため、移行段階では、被加工物における被切断の方向が不安定となり易い。特に、被加工物が、多結晶シリコンインゴット等の多結晶の半導体材料から形成された物である場合、多結晶シリコンの結晶粒は大きさにバラツキがあり局所的に硬さが異なる。そのため、移行段階では、多結晶シリコンの結晶粒が障害となって、切断位置の固定砥粒ワイヤは横方向に押され易くなり、ワイヤにうねりが生じ易くなる。このワイヤのうねりによって、ウエハへの加工途中での意図しない切断（ウエハの脱落）等が生じる。なお、ワイヤのうねりは、切断位置での固定砥粒ワイヤの張力を制御することで低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２０１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来から、固定砥粒ワイヤの両端側において、ローラに巻き掛けられていないワイヤ部分に対してワイヤに張力を付与したり、付与された張力を開放したりすることで切断位置のワイヤの張力を制御している。そのため、ローラへのワイヤの総巻き掛け長等の条件が同じ状態で、ワイヤ走行方向の反転周期を短い時間にしてしまうと、反転周期が短くなればなるほど、切断位置にあるワイヤ部分（ワイヤ列）が張力制御を受ける前にワイヤ走行方向が変化してしまい、切断位置にあるワイヤ部分の張力制御を十分に行えない可能性があった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、固定砥粒ワイヤソーを用いた被加工物の切断において、切断位置でのワイヤ張力を適切に制御することが可能な固定砥粒ワイヤソーによる加工方法及び該加工方法によって作製されたウエハを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
〔態様１〕  上記目的を達成するために、態様１に記載の固定砥粒ワイヤソーによる加工方法は、表面に複数の砥粒が固定された１本の固定砥粒ワイヤを、軸平行に対向配置した複数のローラに一定ピッチで複数回巻き回して構成されたワイヤ列を有し、前記ワイヤ列を長手方向に往復走行させ、往復走行させた前記ワイヤ列に被加工物を押し当てて当該被加工物を切断する固定砥粒ワイヤソーによる加工方法であって、前記固定砥粒ワイヤの両端において、前記固定砥粒ワイヤに予め設定した所定の張力を付与し、前記固定砥粒ワイヤを往復走行させる際、前記固定砥粒ワイヤにおける予め設定された基準位置にある部位の移動する距離が、前記複数のローラに巻き回されているワイヤの長さ以上となるように前記固定砥粒ワイヤの走行方向の反転タイミングを制御する。
【０００８】
このような構成であれば、ワイヤ列へと繰り出される固定砥粒ワイヤの予め設定された基準位置にある部位の移動距離が、少なくとも複数のローラに巻き回されているワイヤの長さ以上となってから、固定砥粒ワイヤの走行方向を反転することが可能となる。
これにより、前記複数のローラに巻き回されているワイヤのすべてが一旦、ローラから出てから走行方向が反転することになるので、被加工物を切断時において、ワイヤ列が、張力制御部による張力制御を十分に受けることができる。従って、ワイヤ列の各ワイヤ部分の背力を安定させることができ、切断速度のバラツキを低減することができる。
【０００９】
〔態様２〕  更に、態様２に記載の固定砥粒ワイヤソーは、態様１の構成に対して、前記走行制御部は、前記被加工物を切断時のワイヤ走行速度Ｖｗを、１００[ｍ／ｍｉｎ]＜Ｖｗ＜４００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲内の速度に制御する。
このような構成であれば、例えば、被加工物が半導体インゴット、特に多結晶半導体インゴットである場合に、従来の４００[ｍ／ｍｉｎ]以上のワイヤ走行速度で切断した場合と比較して、ウエハの脱落数を低減することが可能となる。
【００１０】
〔態様３〕  一方、上記目的を達成するために、態様３に記載のウエハは、態様１又は２に記載の加工方法により作製されたことを特徴としている。
上記態様３のウエハは、上記態様１又は２の加工方法によって、張力制御を十分に受けたワイヤ列によって加工されたウエハとなる。そのため、固定砥粒ワイヤの予め設定された基準位置にある部位の移動距離が、上記複数のローラに巻き回されているワイヤの長さ未満の移動距離で走行方向を反転する加工方法を用いて作製されたウエハと比較して、寸法等の精度の高いウエハとなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る固定砥粒ワイヤソーによる加工方法によれば、固定砥粒ワイヤの走行方向の反転タイミングを、ワイヤ列の張力制御を十分に行うことができる反転タイミングとしたので、ワイヤ列の切断に寄与する各ワイヤ部分の背力を安定させることができ、切断速度のバラツキを低減することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、固定砥粒ワイヤソーの主要構成の一例を模式的に示すものである。
【図２】（ａ）は、固定砥粒ワイヤ１０を長手方向に沿って切断した場合の断面図であり、（ｂ）は長手方向と直交する方向に沿って切断した場合の断面図である。
【図３】ワイヤ列２０による、被加工物５０の切断の様子を模式化した図である。
【図４】（ａ）は、切断時のワイヤ張力増加の仕組みを模式化した図であり、（ｂ）は、切断時に固定砥粒ワイヤに発生する力を説明する図である。
【図５】ワイヤ走行方向の反転周期を決定する基準点の一例を示す図である。
【図６】（ａ）は、本発明に係るワイヤ固定部位の反転周期の一例を示す図であり、（ｂ）は、反転周期が短周期である場合の一例を示す図である。
【図７】実施例に係る切断試験に基づくワイヤ走行速度とウエハの脱落枚数率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図１〜図６は、本発明に係る固定砥粒ワイヤソーによる加工方法の実施形態を示す図である。
（構成）
以下、本発明に係る固定砥粒ワイヤソーの構成及びこの固定砥粒ワイヤソーによる加工方法を図１〜図６に基づき説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は、固定砥粒ワイヤソーの主要構成の一例を模式的に示すものである。図２（ａ）は、固定砥粒ワイヤ１０を長手方向に沿って切断した場合の断面図であり、（ｂ）は長手方向と直交する方向に沿って切断した場合の断面図である。図３は、ワイヤ列２０による、被加工物５０の切断の様子を模式化した図である。図４（ａ）は、切断時のワイヤ張力増加の仕組みを模式化した図であり、（ｂ）は、被加工物５０を切断時に固定砥粒ワイヤに発生する力を説明する図である。
【００１４】
図１（ａ）及び（ｂ）に示す固定砥粒ワイヤソー１は、単結晶又は多結晶シリコンインゴットや化合物半導体インゴット等の被加工物５０を、薄く切断（即ち、スライス）してウエハを製造する装置である。
この固定砥粒ワイヤソー１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、固定砥粒ワイヤ１０と、ワイヤボビン１２Ａ，１２Ｂと、メインローラ１８Ａ，１８Ｂと、テンションローラ１６Ａ，１６Ｂと、ガイドローラ１４Ａ〜１４Ｄと、モータ２４Ａ，２４Ｂとを備える。
【００１５】
固定砥粒ワイヤ１０は、表面に砥粒の固定されたワイヤであり、長さＬ（例えば、数[ｋｍ]〜数十[ｋｍ]）の１本のワイヤから構成されている。
本実施形態では、固定砥粒ワイヤ１０は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、高張力線材等の素材によるワイヤ素線１００と、ダイヤモンド、ＣＢＮ、ＳｉＣ、ＧＣ、アルミナ等の材質による砥粒１０２と、ワイヤ素線１００と砥粒１０２とを固着している固着材１０４（バインダ）とから構成されている。なお、砥粒の固着方法については、電着、有機材料または無機材料による固着（熱硬化等）の樹脂固定等が用いられているが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、素線の材質は、ピアノ線や高抗張力非金属繊維線（ファイバ等を含む）でもよい。
【００１６】
図１に戻って、メインローラ１８Ａ，１８Ｂは、水平方向に所定間隔を空けて軸平行に並設されていると共に、それぞれ回転可能に支持されている。更に、メインローラ１８Ａ，１８Ｂは、それぞれ、ローラ表面に一定ピッチ（例えば、３２５[μｍ]）で軸方向に並んで形成された、ローラ回転方向（円周方向）に沿った複数の溝（不図示）を有している。
【００１７】
固定砥粒ワイヤ１０は、ローラ表面に形成された複数の溝におけるメインローラ１８Ａ，１８Ｂのそれぞれ対向位置にある溝に沿って巻き掛けられていると共に、メインローラ１８Ａ，１８Ｂの軸方向の一端側から他端側へと順次溝をシフトしながら巻き掛けられている。これにより、各対向位置にある溝に掛け回されたワイヤ部分は、その長手方向がメインローラ１８Ａ，１８Ｂの軸方向（長手方向）と直交する。加えて、これら軸方向と直交する複数のワイヤ部分によって、メインローラ１８Ａ，１８Ｂの軸方向に一定ピッチで並ぶワイヤ列２０を構成している。
【００１８】
また、固定砥粒ワイヤ１０の巻き掛け開始側から延びる一端側は、ガイドローラ１４Ａ，１４Ｃ、テンションローラ１６Ａを介して、ワイヤボビン１２Ａに巻き付けられている。一方、固定砥粒ワイヤ１０の巻き掛け終了側から延びる他端側は、ガイドローラ１４Ｂ，１４Ｄ、テンションローラ１６Ｂを介して、ワイヤボビン１２Ｂに巻き付けられている。
【００１９】
また、ワイヤボビン１２Ａは、モータ２４Ａから付与される回転駆動力によって回転可能に設けられている。この構成により、モータ２４Ａの順回転又は逆回転のいずれか一方の回転駆動力の付与に応じて、ワイヤボビン１２Ａが回転し、ワイヤボビン１２Ａに巻き付けられている固定砥粒ワイヤ１０がメインローラ１８Ａ，１８ｂへと繰り出される。更に、モータ２４Ａの順回転又は逆回転のいずれか他方の回転駆動力の付与に応じて、ワイヤボビン１２Ａが回転し、固定砥粒ワイヤ１０をワイヤボビン１２Ａに巻き取る。
【００２０】
また、ワイヤボビン１２Ｂは、モータ２４Ｂから付与される回転駆動力によって回転可能に設けられている。この構成により、モータ２４Ｂの順回転又は逆回転のいずれか一方の回転駆動力の付与に応じて、ワイヤボビン１２Ｂが回転し、ワイヤボビン１２Ｂに巻き付けられている固定砥粒ワイヤ１０がメインローラ１８Ａ，１８ｂへと繰り出される。更に、モータ２４Ｂの順回転又は逆回転のいずれか他方の回転駆動力の付与に応じて、ワイヤボビン１２Ｂが回転し、固定砥粒ワイヤ１０をワイヤボビン１２Ｂに巻き取る。
【００２１】
また、メインローラ１８Ａは、駆動ローラとなっており、不図示の駆動モータから付与される回転駆動力によって回転する。一方、メインローラ１８Ｂは、従動ローラとなっており（駆動ローラとしてもよい）、メインローラ１８Ａ及び固定砥粒ワイヤ１０を介して付与される回転駆動力によってメインローラ１８Ａと同じ回転方向に回転する。
テンションローラ１６Ａは、アクチュエータ２６Ａから付与される押圧力によって、固定砥粒ワイヤ１０に張力を付与する。また、テンションローラ１６Ｂは、アクチュエータ２６Ｂから付与される押圧力によって、固定砥粒ワイヤ１０に張力を付与する。
【００２２】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、固定砥粒ワイヤソー１は、更に、ワイヤ列２０の上方に配設された、２つのクーラントノズル２２と、ボールねじ３０と、モータ３３と、ワークフィードテーブル３４と、スライスベース３６とを備える。
クーラントノズル２２は、被加工物５０の切断時において、ワイヤ列２０と被加工物５０との接触部分に対して、不図示の電動ポンプによって所定水圧で供給されるクーラントを噴射するためのノズルである。
ここで、クーラントは、例えば、上記接触部分で発生する熱を冷却するための冷却性、切断抵抗を低減するための潤滑性付与、加工後のウエハの洗浄性、金属部品に対する防錆性、水と被加工物との反応抑制性などの性質を有するように構成された水系の液体である。
【００２３】
ボールねじ３０は、ねじ軸３１と、ナット３２と、図示しないが、ねじ軸３１の外径面に形成された第１転動溝と、ナット３２の内径面に形成されたねじ軸３１の第１転動溝と対向する第２転動溝と、第１転動溝と第２転動溝との間に形成された転動体転動路と、転動体転動路に装填された複数の転動体（ボール）とを備えている。ねじ軸３１の下端は、ワークフィードテーブル３４の上面に固定されている。更に、ねじ軸３１には、ねじ軸３１を回転可能にモータ３３が連結されている。ナット３２はその外径面が不図示のブラケットに固定されている。そして、モータ３３から付与される回転駆動力によってねじ軸３１を回転させると、転動体の転動を介してねじ軸３１が鉛直方向に往復移動（上下動）し、ワークフィードテーブル３４が不図示の案内装置に沿って往復移動（上下動）する。
【００２４】
本実施形態において、被加工物５０は、接着部材によって、スライスベース３６に固定されている。そして、被加工物５０は、このスライスベース３６を介してワークフィードテーブル３４の下部に着脱自在に装着される。
固定砥粒ワイヤソー１は、更に、図１（ｂ）に示すように、各種モータ、アクチュエータ、電動ポンプ等の動作を制御する制御部７０を備える。
【００２５】
制御部７０は、設定されたワイヤ走行速度Ｖｗに応じて、モータ２４Ａ，２４Ｂ及び駆動ローラ１８Ａの駆動モータを制御する。本実施形態では、設定されたワイヤ走行速度Ｖｗを目標速度とし、固定砥粒ワイヤ１０の現在の走行速度や、各モータの状態（回転速度等）を検出する不図示の検出器からの検出情報に基づき各モータをフィードバック制御する。これにより、被加工物５０を切断時のワイヤ走行速度が、設定された目標速度Ｖｗを維持するように制御される。
【００２６】
また、制御部７０は、予め設定されたワイヤ張力Ｆに応じて、アクチュエータ２６Ａ，２６Ｂを制御する。本実施形態では、設定されたワイヤ張力Ｆを目標張力とし、固定砥粒ワイヤ１０の現在の張力や、アクチュエータの状態（押圧量、回転量等）を検出する不図示の検出器からの検出情報に基づき各アクチュエータをフィードバック制御する。これにより、被加工物５０を切断時の切断位置（ワイヤ列２０）でのワイヤ張力が、設定された目標張力Ｆになるように制御される。なお、アクチュエータ２６Ａ，２６Ｂは、ソレノイド等の直動アクチュエータであってもよいし、トルクモータ等の回転アクチュエータであってもよい。
【００２７】
ここで、被加工物５０を切断時のワイヤ列２０の張力は、ワイヤ列２０に被加工物５０を一定速度で押し当てていくことに応じて、下式（１）に従って変化していく。
Ｆｔｎ＝Ｆｔ１＋μＦＮ１＋μＦＮ２＋・・・μＦＮ（ｎ−１）＋μＦＮｎ      （１）
上式（１）において、Ｆｔｎは、ワイヤ列２０のｎ巻目の張力である。Ｆｔ１は、被加工物５０を押し当てる前の初期張力である。μＦＮ１，μＦＮ２，・・・μＦＮ（ｎ−１），μＦＮｎは、それぞれ、ワイヤ列２０を、１，２，・・・，（ｎ−１），ｎ巻目の被加工物５０の一定速度の押し当てによって増加する張力である。
【００２８】
ワイヤ列２０の張力は、被加工物５０がワイヤ列２０に押し当てられた状態で一定速度で下降し続けるため、上式（１）に従って増加し続ける。従って、図４（ａ）に示すように、被加工物５０を押し当ててから１巻後の張力Ｆｔ２は、初期張力Ｆｔ１に、増加分のμＦＮ１を加算した張力（Ｆｔ２＝Ｆｔ１＋μＦＮ１）となる。
【００２９】
また、被加工物５０の押し当てに応じて、この力の反作用の力として、図４（ｂ）に示すように、背力８０が発生する。この背力８０は、被加工物５０を押し当ててから切断が安定するまでの間は弱い状態となる。また、ワイヤ列２０を構成する各ワイヤは、被加工物５０の物性等に応じて、被加工物５０を切断時に、背力８０と交差する水平方向（ワイヤ長手方向と直交する方向）の力８１（以下、水平力８１と称す）を受ける。従って、被加工物５０を切断時のワイヤの進行方向の力８２（以下、進行力８２と称す）は、背力８０と水平力８１との合成力となる。
【００３０】
ここで、ワイヤ列２０の張力が高いほど、背力８０が強くなり、進行力８２における背力８０の割合が大きくなる。これにより、切断時のワイヤのぶれ幅（うねり）を小さくすることができ、隣接するワイヤとの合体等が起きにくくなる。但し、ワイヤ列２０の張力を高くしすぎると、ワイヤの断線が発生する。
その一方で、ワイヤ列２０の張力が低いほど、背力８０が弱くなり、進行力８２における水平力８１の割合が大きくなる。そのため、切断時のワイヤのぶれ幅（うねり）が大きくなる。これにより、隣接するワイヤとの合体等が生じ易くなりウエハの脱落数が増加する。
【００３１】
本実施形態では、このぶれ幅を考慮して、初期張力Ｆｔ１として２７[Ｎ]以上のワイヤ張力を設定するようにした。そして、制御部７０によるアクチュエータ２６Ａ，２６Ｂの制御によって、テンションローラ１６Ａ，１６Ｂを介してワイヤ列２０に付与される張力を制御し、被加工物５０を切断時において、設定した２７[Ｎ]以上の張力を維持するようにした。なお、ワイヤ張力は、ワイヤの強度や装置構成によって上限が決まる。
【００３２】
更に、本実施形態では、制御部７０において、固定砥粒ワイヤ１０の往復走行における走行方向の反転タイミングを次のように制御している。
具体的に、制御部７０は、ワイヤ走行方向の反転タイミングを、ワイヤ繰り出し側における予め設定した基準位置にあるワイヤ部位（以下、ワイヤ固定部位と称す）の移動する距離が、メインローラ１８Ａ，１８Ｂに巻き回されているワイヤの長さ以上の距離となるように制御する。ここで、基準位置は、固定砥粒ワイヤ１０の任意の位置を設定することが可能である。また、テンションローラ１６Ａ，１６Ｂによる張力制御は、ワイヤ列２０の端部から各ワイヤボビンに延びるワイヤ部分において行われる。そのため、メインローラ１８Ａ，１８Ｂに巻き回されている全てのワイヤが一旦、ワイヤ列２０の端部から各ワイヤボビン方向に出る必要がある。
【００３３】
従って、ワイヤ列２０が、確実に張力制御を受けられるように、ワイヤ走行方向の反転タイミングを、ワイヤ固定部位の一方向に移動する距離が、メインローラ１８Ａ，１８Ｂへの固定砥粒ワイヤ１０の総巻き回し長以上となった時点とすることが好ましい。
また、制御部７０は、固定砥粒ワイヤ１０を往復走行させる一方で、モータ３３を制御し、ボールねじ３０のねじ軸３１を回転駆動してワークフィードテーブル３４を一定速度（例えば、０．８[ｍｍ／ｍｉｎ]）で下降させる。これにより、ワイヤ走行速度３２０[ｍ／ｍｉｎ]で往復走行するワイヤ列２０に、スライスベース３６を介してワークフィードテーブル３４に装着された被加工物５０が一定速度で押し当てられていく。ワイヤ列２０に押し当てられた被加工物５０は、図３に示すように、一定のワイヤピッチ（例えば、３２５[μｍ]）で並列するワイヤ列２０によって同時に複数箇所が切削されていく。このようにして、被加工物５０を一定ピッチで複数同時に切断し、複数枚のウエハへと加工する。
【００３４】
一方、本実施形態では、被加工物５０を、多結晶半導体材料から形成される多結晶半導体インゴット又はこのインゴットから形成される多結晶半導体ブロック（以下、双方を区別せずに多結晶半導体インゴットと称す）とした場合に、ワイヤ走行速度を次のように制御する。
具体的に、制御部７０によって、多結晶半導体インゴットの切断時は、ワイヤ走行速度を、１００[ｍ／ｍｉｎ]＜Ｖｗ＜４００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲内の速度に制御する。
【００３５】
ここで、多結晶シリコンインゴット等の多結晶半導体インゴットを切断する場合、多結晶半導体インゴットは、局所的に結晶粒の大きさが変わるために局所的に硬さが変動することが知られている。また、多結晶半導体インゴットは、インゴット成長の際にインゴット内に混入した窒化ケイ素などの介在物の付近において、切断時にワイヤのぶれが発生することも知られている。
【００３６】
本発明者らは、実験によって、従来の単結晶シリコンインゴットを切断する際と同じワイヤ走行速度で多結晶シリコンインゴットを切断した場合に、ワイヤ走行速度が高速化していくほどウエハの脱落数が増加する傾向にあることを見いだした。その一方で、ワイヤ走行速度を４００[ｍ／ｍｉｎ]よりも低速へと低下させていくことで、ウエハの脱落数が減少する傾向にあることを見いだした。但し、ワイヤ走行速度が１００[ｍ／ｍｉｎ]以下となると切断性能が低下してしまい、必要とする切断能力を得られなかった。
このような経緯から、本実施形態では、多結晶半導体インゴットを切断するにあたって、ワイヤ走行速度Ｖｗを、１００[ｍ／ｍｉｎ]＜Ｖｗ＜４００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲内の速度に制御するようにした。
【００３７】
（動作）
次に、図５〜図６に基づき、本実施形態の加工方法を用いた固定砥粒ワイヤソー１の動作を説明する。
図５は、ワイヤ走行方向の反転周期を決定する基準点の一例を示す図である。図６（ａ）は、本発明に係るワイヤ固定部位の反転周期の一例を示す図であり、（ｂ）は、反転周期が短周期である場合の一例を示す図である。
以下、被加工物５０を、多結晶シリコンインゴットとし、ワイヤ走行速度Ｖｗを、３２０[ｍ／ｍｉｎ]とし、ワイヤ張力を３０[Ｎ]として動作を説明する。
【００３８】
制御部７０は、駆動ローラ１８Ａの駆動モータ、モータ２４Ａ及びモータ２４Ｂを制御することで、ワイヤボビン１２Ａ、１２Ｂ、駆動ローラ１８Ａを同期駆動して、固定砥粒ワイヤ１０を、予め設定したワイヤ走行速度３２０[ｍ／ｍｉｎ]で往復走行させる。ここでは、ワイヤボビン１２Ａをワイヤ供給側とし、ワイヤボビン１２Ｂを巻き取り側として、固定砥粒ワイヤ１０の大部分をワイヤボビン１２Ａに巻き付ける。
【００３９】
制御部７０は、モータ２４Ａを制御して、ワイヤボビン１２Ａに、固定砥粒ワイヤ１０を１５００[ｍ]繰り出して１４９０[ｍ]巻き取るといった回転動作をさせる。その一方で、モータ２４Ｂを制御して、ワイヤボビン１２Ｂに、ワイヤボビン１２Ａの回転動作に同期させて固定砥粒ワイヤ１０を１５００[ｍ]巻き取って１４９０[ｍ]繰り出すといった回転動作をさせる。また、駆動モータを制御して、駆動ローラ１８Ａを、ワイヤボビン１２Ａ及び１２Ｂの回転動作に同期させて、同じ回転方向に回転動作させる。これにより、固定砥粒ワイヤ１０を速度３２０[ｍ／ｍｉｎ]で往復走行させると共に、新たなワイヤ部分を供給する。つまり、往復走行１回ごとに、切断に寄与するワイヤ列２０に１０[ｍ]ずつ新たなワイヤ部分が追加され、切断に用いられたワイヤ部分がワイヤボビン１２Ｂに１０[ｍ]ずつ巻き取られていく。
【００４０】
また、制御部７０は、アクチュエータ２６Ａ及び２６Ｂを制御することで、固定砥粒ワイヤ１０の初期張力が３０[Ｎ]となるように、テンションローラ１６Ａ及び１６Ｂを制御する。
一方、制御部７０は、駆動ローラ１８Ａの駆動モータ、モータ２４Ａ及びモータ２４Ｂを制御することで、ワイヤ走行方向の反転周期を制御する。
具体的に、制御部７０は、図５に示すように、ワイヤ列２０におけるワイヤ繰り出し方向側の端部である「基準点−入」の位置にあるワイヤ部位（ワイヤ固定部位）が、ワイヤ巻き取り方向側の「基準点−出」の位置までの距離以上を走行する時点を反転タイミングとしている。
【００４１】
このようにすることで、図６（ａ）に示すように、図中の網掛け部分である「基準点−入」から「基準点−出」までのワイヤ巻き掛け領域、即ち被加工物５０の全体を含む領域に対して、ワイヤ固定部位が、巻き掛け領域全体（全長）以上を走行可能な時間毎に走行方向が反転される。ここで、図６（ａ）及び（ｂ）において、横軸は時間[ｍｉｎ]であり、縦軸は「基準点−入」の位置を０．０[ｋｍ]とした場合のワイヤ固定部位の走行位置[ｋｍ]である。ここでは、ワイヤボビン１２Ａ，１２Ｂに対して、固定砥粒ワイヤ１０を１５００[ｍ]繰り出して１４９０[ｍ]巻き取るといった、新規のワイヤ部分を少しずつ追加していく回転動作をさせている。そのため、ワイヤ固定部位の走行位置は、徐々に（この例では１０[ｍ]ずつ）巻き掛け領域から「基準点−出」側へとはみ出していく。
【００４２】
このような反転周期とすることで、各ワイヤ固定部位（新規追加分ずつ更新）が、「基準点−入」から「基準点−出」に亘って走行することになり、この走行到達位置（「基準点−出」）において、ワイヤ固定部位の走行方向が反転する。このときの反転タイミングは、図６（ａ）中の波形の頂点（下突）又は波形の頂点（上突）のいずれかとなる。このような反転タイミングとすることによって、ワイヤ列２０は、固定砥粒ワイヤ１０の両端部にあるテンションローラ１６Ａ，１６Ｂによる張力制御を十分に受けることができる。
【００４３】
一方、ワイヤ走行方向の反転タイミングを、図６（ｂ）に示すように、ワイヤ固定部位が、巻き掛け領域全体の約１／３の距離を走行した時点とした場合は、走行距離が短いことから、ワイヤ列２０が、テンションローラ１６Ａ，１６Ｂによる張力制御を受ける前にワイヤ固定部位の走行方向が反転してしまう。そのため、この反転タイミングでは、ワイヤ列２０が、十分な張力制御を受けることができない。
【００４４】
また、制御部７０は、固定砥粒ワイヤ１０を往復走行させる一方で、モータ３３を制御して、ワークフィードテーブル３４を一定速度で下降させる。これにより、ワイヤ走行速度３２０[ｍ／ｍｉｎ]で往復走行するワイヤ列２０に、スライスベース３６を介してワークフィードテーブル３４に装着された多結晶シリコンインゴットが一定速度で押し当てられていく。ワイヤ列２０に押し当てられた多結晶シリコンインゴットは、一定のワイヤピッチで同時に複数箇所が切削され、多結晶シリコンインゴットを、複数枚のウエハへと加工する。
【００４５】
以上、本実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー１による加工方法によれば、ワイヤ走行方向の反転タイミングを、ワイヤ繰り出し側における予め設定した基準位置にあるワイヤ部位の移動する距離が、メインローラ１８Ａ，１８Ｂに巻き回された固定砥粒ワイヤ１０の総巻き回し長以上となるように制御する。即ち、ワイヤ走行方向の反転タイミングを、ワイヤ列２０が、固定砥粒ワイヤ１０の両端部にあるテンションローラ１６Ａ，１６Ｂによる張力制御を十分に受けることができる範囲を走行するように制御する。これにより、反転周期毎にワイヤ列２０の張力が設定した張力Ｆを維持するように制御されるため、固定砥粒ワイヤ１０の切断時の背力８０が安定し、切断速度のバラツキを低減することができる。
【００４６】
また、被加工物５０として多結晶半導体インゴットを切断時のワイヤ走行速度Ｖｗを、１００[ｍ／ｍｉｎ]＜Ｖｗ＜４００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲内の速度に制御するようにした。これにより、従来の４００[ｍ／ｍｉｎ]以上の速度で切断する場合と比較して、ウエハの脱落数を低減することができる。
また、被加工物５０を切断時の固定砥粒ワイヤソー１の切断位置（ワイヤ列２０）での張力を２７[Ｎ]以上に制御するようにした。これにより、２７[Ｎ]未満に制御した場合と比較して、進行力８２における背力８０の割合を水平力８１に対して十分に大きくすることが可能となる。これにより、切断時のワイヤのぶれ幅を低減することができる。
ここで、テンションローラ１６Ａ，１６Ｂ、アクチュエータ２６Ａ，２６Ｂ、制御部７０は、張力制御部を構成する。また、制御部７０は、走行制御部を構成する。また、「基準点−入」は、第１基準位置に対応し、「基準点−出」は、第２基準位置に対応する。
【００４７】
（変形例）
なお、上記実施形態において、被加工物５０をワイヤ列２０の上方から鉛直方向に下降して押し当てる構成を例に挙げて説明したが、この構成に限らない。ワイヤ列２０の向きを別の方向にし、その方向に合わせて、被加工物５０を別の方向から移動するようにして、押し当てる構成としてもよい。
また、上記実施形態において、ワークフィードテーブル３４を、ボールねじ３０をモータで駆動して上下動する構成を例に挙げて説明したが、この構成に限らない。
【００４８】
例えば、リニアアクチュエータを用いて、ワークフィードテーブル３４を直進運動させて、被加工物５０をワイヤ列２０に押し当てる構成など、他の構成としてもよい。
また、上記実施形態において、ワイヤ列２０を構成するメインローラを２つとしたが、この構成に限らず、メインローラを３つ以上とする構成としてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態において、２つのメインローラ１８Ａ，１８Ｂのうち、１８Ａを駆動ローラとして、モータで回転駆動する構成を例に挙げて説明したが、この構成に限らない。
例えば、メインローラはいずれも回転自在に設けておき、ワイヤボビン１２Ａ，１２Ｂを回転駆動するモータだけで回転駆動する構成や、メインローラの全てをモータで回転駆動する構成など他の構成としてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、上記の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、上記の説明で用いる図面は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【実施例】
【００５１】
以下、図７に基づき、上記実施形態の固定砥粒ワイヤソー１による加工方法と同様の加工方法を用いた実施例を説明する。
図７は、実施例に係る切断試験に基づくワイヤ走行速度とウエハの脱落枚数率との関係を示す図である。
本実施例においては、被加工物５０として、太陽電池用の多結晶シリコンインゴット（Ｗ：１５６[ｍｍ]×Ｈ：１５６[ｍｍ]×Ｌ：２１０[ｍｍ]）を採用した。また、固定砥粒ワイヤ１０として、旭ダイヤモンド工業製のワイヤ（線径φ１３０[ｍｍ]、平均砥粒径１２〜２５[μｍ]、線長３０[ｋｍ]）を使用した。そして、ワイヤ走行方向を往復走行とし、ワイヤ走行速度を２００[ｍ／ｍｉｎ]〜１４００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲で、１００[ｍ／ｍｉｎ]刻みで設定し、かつ切断位置でのワイヤ張力を３２[Ｎ]に設定して、各設定速度における切断試験を実施した。加えて、ワイヤ走行方向の反転タイミングを、上記実施形態で説明したように、ワイヤ列が張力制御を十分に受けることができるよう、ワイヤ固定部位の走行距離が図１における、メインローラ１８Ａ，１８Ｂへの固定砥粒ワイヤ１０の総巻き回し長以上となるようにした。また、切断時のワークフィードテーブル３４の下降速度を０．８[ｍｍ／ｍｉｎ]に設定した。また、加工液として、ユシロ化学工業製のクーラントを使用した。また、同じワイヤ走行速度に対して３回ずつ切断を行った。
【００５２】
このような測定条件において切断試験を行った結果、ワイヤ走行速度とウエハの脱落枚数率（試験３回の平均値）との関係として図７に示す試験結果が得られた。図７において、「○」は各測定速度における平均値を示し、「エ」字状の縦に伸びる棒線は各測定速度におけるウエハ脱落枚数率のばらつきの範囲を示す。
なお、脱落枚数率は、以下により求める。まず、１または複数のシリコンインゴットを切断する場合、１回の切断（１ショット）当たりのスライス枚数は、
スライス枚数＝[（インゴットのワイヤと直交する方向の長さ）×（１ショット当たりのインゴット数）]／[ワイヤピッチ]
で求められ、ウエハ脱落枚数率は、
ウエハ脱落枚数率＝[スライス中に脱落したウエハ枚数]／[スライス枚数]
で求められる。
【００５３】
図７に示すように、単結晶シリコンインゴットの切断に一般的に用いられている６００[ｍ／ｍｉｎ]〜８００[ｍ／ｍｉｎ]の速度帯では、脱落枚数率が約０．５〜２．０[％]となっていると共に、同じ走行速度での脱落枚数率にばらつきがあることが解る。一方、本発明に係る４００[ｍ／ｍｉｎ]未満の速度帯では、ウエハの脱落枚数率が約１．１[％]以下で安定しており、６００[ｍ／ｍｉｎ]〜８００[ｍ／ｍｉｎ]の速度帯と比較して、ウエハの脱落枚数率が低くなっていることが解る。加えて、脱落枚数率がばらけずに安定していることも解る。
【００５４】
また、ワイヤ走行速度を８００[ｍ／ｍｉｎ]よりも高速化した場合、１２００[ｍ／ｍｉｎ]の速度帯までは、ウエハの脱落枚数率が約１．１〜３．７[％]となっており、４００[ｍ／ｍｉｎ]未満の速度帯と比較して、ウエハの脱落枚数率のばらつきが大きくかつ脱落枚数率が高くなっている。
以上、実施例にて判明したように、固定砥粒ワイヤソー１による、多結晶半導体インゴットの切断加工において、ワイヤ走行速度Ｖｗを、１００[ｍ／ｍｉｎ]＜Ｖｗ＜４００[ｍ／ｍｉｎ]にすれば、従来の４００[ｍ／ｍｉｎ]以上のワイヤ走行速度での加工時と比較して、ウエハの脱落枚数率を低減することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１                        固定砥粒ワイヤソー
１０                      固定砥粒ワイヤ
１２Ａ，１２Ｂ            ワイヤボビン
１４Ａ〜１４Ｄ            ガイドローラ
１６Ａ，１６Ｂ            テンションローラ
１８Ａ，１８Ｂ            メインローラ
２０                      ワイヤ列
２２                      クーラントノズル
２４Ａ，２４Ｂ，３３      モータ
２６Ａ，２６Ｂ            アクチュエータ
３０                      ボールねじ
３４                      ワークフィードテーブル
３６                      スライスベース
５０                      被加工物
７０                      制御部
８０                      背力
８１                      水平力
８２                      進行力
【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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