(57)【要約】【課題】  ウエーハを効率良くスライスすることが可能であり、かつ、切断面の精度を良好なものとすることが可能なソーワイヤを製造する。【解決手段】  波付け用チップ２１の貫通孔２１ａに、波付け前のオリジナルワイヤ１０を通して張力を与えて走行させながら、当該オリジナルワイヤ１０の入線側または出線側を、ワイヤ変動部２３により走行方向Ｄ１に対して交差する波付け方向に変動させる。これにより、オリジナルワイヤ１０に波付けがなされてソーワイヤ１１が得られる。このソーワイヤ１１は、細線化されてもスライス作業に好適な強度を有し、かつ、スライス作業中であっても微小な波付けが安定して維持されるので、ウエーハを効率良くスライスでき、また、ウエーハの切断面の精度も良好となる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊離砥粒方式により、結晶系無機材料インゴットまたはそのブロックをウエーハ状にスライスするために用いられるソーワイヤの製造方法であって、
貫通孔を有する波付け用チップの前記貫通孔に、波付け前のオリジナルワイヤを通して張力を与えて走行させながら、当該オリジナルワイヤの入線側または出線側を、前記走行方向に対して交差する波付け方向に変動させることにより、当該オリジナルワイヤを波付けして前記ソーワイヤを得ることを特徴とする、
ウエーハスライス用ソーワイヤの製造方法。
【請求項２】
前記オリジナルワイヤの前記波付け方向への変動は、前記波付け用チップの入線側または出線側で、前記オリジナルワイヤを振動または公転移動させることにより行うことを特徴とする、
請求項１に記載のウエーハスライス用ソーワイヤの製造方法。
【請求項３】
前記波付け用チップの前記貫通孔における、前記オリジナルワイヤの入線側開口または出線側開口のエッジ部は、波付けのサイズに合わせて面取りされていることを特徴とする、
請求項１または２に記載のウエーハスライス用ソーワイヤの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のウエーハスライス用ソーワイヤの製造方法により製造され、波付けがなされていることを特徴とする、
ウエーハスライス用ソーワイヤ。
【請求項５】
前記波付けの間隔は略等ピッチであり、前記波付けの形状はらせん状または平面状であることを特徴とする、
請求項４に記載のウエーハスライス用ソーワイヤ。
【請求項６】
前記ソーワイヤの線径をｄとしたときに、波のピッチｐは、１０ｄ〜８０ｄの範囲内であることを特徴とする、
請求項５に記載のウエーハスライス用ソーワイヤ。
【請求項７】
波の高さをＤｍｍとし、前記ソーワイヤの線径をｄｍｍとしたときに、前記波の高さＤと前記線径ｄとの差分値Ｄ−ｄは、０．００１〜０．００８ｍｍの範囲内にあることを特徴とする、
請求項５または６に記載のウエーハスライス用ソーワイヤ。
【請求項８】
前記ソーワイヤの線径ｄは、０．０５〜０．１８ｍｍの範囲内であることを特徴とする、
請求項４ないし７のいずれか１項に記載のウエーハスライス用ソーワイヤ。
【請求項９】
前記ソーワイヤの表面から１０μｍの深さまで表面層を除去する前後における、当該ソーワイヤの曲率変化から求めた内部応力が、３００〜１，０００Ｎ／ｍｍ2 の範囲内にあることを特徴とする、
請求項４ないし８のいずれか１項に記載のウエーハスライス用ソーワイヤ。
【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等の結晶系インゴットをウエーハ状にスライスするために用いられるソーワイヤと、このソーワイヤの製造方法とに関し、特にスライス性能を向上することが可能なウエーハスライス用ソーワイヤとその製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池用ウエーハあるいは半導体用ウエーハは、一般に、シリコンインゴット等の結晶系インゴットをマルチワイヤソーマシンによりスライスされることで製造される。太陽電池用ウエーハの製造に際しては、多くの場合、シリコンインゴットをブロック状に切断し（ブロッキング）、このブロックをスライスすることが行われる。
【０００３】
スライス用の工具としては鋼線材であるソーワイヤが用いられ、スライス方法としては遊離砥粒方式および固定砥粒方式の二種類が代表的である。遊離砥粒方式は、走行中のソーワイヤに砥粒を含むスラリーを吹き付けながらスライスを行う方式であり、固定砥粒方式は、ソーワイヤに予めダイヤモンド砥粒等を固着しておき、これを用いてスライスを行う方式である。
【０００４】
遊離砥粒方式のソーワイヤに用いられる鋼線材は、通常、高炭素鋼線材が用いられる。初期に用いられていたソーワイヤの線径はφ＝０．１８ｍｍであったが、その後、カーフロス（切りしろの材料損失）を抑えてシリコン材料の歩留まりを向上させるため、年々細線化が進み、最近では、少なくとも線径φ＝０．１５ｍｍ以下、一般的には線径φ＝０．１２〜０．１４ｍｍが一般的となっている。
【０００５】
また、遊離砥粒方式のソーワイヤに関しては、従来からスライス性能の向上を図る技術も種々提案されている。代表的な技術としては、ワイヤに湾曲または凹凸等の変形を生じさせたソーワイヤを用いる技術が知られている。ソーワイヤがこのような変形部位を有することで、シリコンインゴットへの砥粒の持ち込みを向上させること、並びに、スライスにより生じた切削粉を排出させやすくすることが期待できる。
【０００６】
具体的には、例えば、特許文献１には、小波くせを有する単線または撚線からなるマルチソーワイヤが開示され、特許文献２には、少なくとも第一平面および第二平面にて設けられるクリンプを複数有する、ワイヤーソーのためのモノフィラメント金属ソーワイヤが開示されている。特許文献１では、ピンあるいは歯車を用いて波付けを行っており、回転を加えれば螺旋状の小波くせが、回転させなければ略平面状の小波くせが付けられる。また、特許文献２では、二対のクリンプホイールで波付けする方法と、一対のクリンプホイールを用いてくせ付けしたワイヤをさらにねじる方法とが開示されている。さらに、特許文献３には、例えば、一対の圧接ローラの間にソーワイヤを通して押圧することにより、機械的に平坦部または凹部を形成したソーワイヤが開示されている。
【０００７】
ところで、スライス作業時のソーワイヤにはテンション（張力）を負荷する必要があるが、ソーワイヤが細線化し、その破断強度が低下すると、十分なテンションを負荷することができない可能性が生じ得る。テンションが不十分な状態でスライスされたウエーハは、その面精度が良好に維持できないおそれがあり、また、製造効率を鑑みても十分なスライス効率が確保できないおそれもある。それゆえ、ソーワイヤを細線化する上では、ウエーハの面精度およびスライス効率の維持または向上とのバランスが求められることになる。
【０００８】
また、ウエーハの面精度の向上およびスライス効率の向上を図るためには、ソーワイヤは、ソーマシンにおいて可能な限り高いテンションで張られることが望ましい。これは、ソーワイヤをできる限り直線状に維持することによって、より高い精度および高い効率でのスライスが可能となるためである。それゆえ、細線化されたソーワイヤには、強度欠陥ができる限り少なく高い強度を有する条件が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２７６２０７号公報
【特許文献２】特許４６１０６１８号公報
【特許文献３】特開２００１−２０５５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、特許文献１〜３に開示されるソーワイヤは、いずれも、太陽電池用ウエーハあるいは半導体用ウエーハをスライスする用途では、ほとんど実用に供されていない。その理由は、ソーワイヤが変形部位を有すると、細線化したときにテンションに耐え得る十分な強度が確保できない場合があり、また変形部位の形成の精度も十分に保証できないためである。
【００１１】
例えば、特許文献１および２に開示されているソーワイヤでは、ローラ等を用いた曲げ加工により波形状が形成され、また、回転動作を組み合わせることで立体的な波形状が形成されている。このような加工方法は、オリジナルワイヤに対して不均一で大きな塑性変形を与えていることになる。この点は、圧接ローラを用いた特許文献３に開示の技術も同様である。このような不均一で大きな塑性変形が付与されたソーワイヤは、オリジナルワイヤと比較して通常６％以上の大きな強度低下が生じてしまう。それゆえ、線径φ＝０．１８ｍｍ以下のソーワイヤでは、スライスに要求される強度を確保することが難しくなる。
【００１２】
また、細線化されたソーワイヤを半導体用または太陽電池用ウエーハのスライスに用いる場合、スライス作業中のワイヤ状態にマイクロメートル単位の高い精度が要求される。ここで、特許文献１および２のような曲げ加工、あるいは特許文献３のような圧接加工で形成された変形部位は、波高さが高く、その波高さも不均一となりやすい傾向にある。そのため、スライスによる切断面の精度が低下するおそれがあり、ソーワイヤ全体におけるワイヤ状態の安定性が不十分となり得る。
【００１３】
したがって、特許文献１〜３に開示されるような塑性変形部位を有するソーワイヤは、現状では、例えば線径φ＝０．２５ｍｍで、切断面に高精度が要求されず、また、カーフロスをあまり考慮することのないブロッキング等に用いられている程度である。
【００１４】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、ウエーハを効率良くスライスすることが可能であり、かつ、切断面の精度を良好なものとすることが可能なソーワイヤを製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るウエーハスライス用ソーワイヤの製造方法は、前記の課題を解決するために、遊離砥粒方式により、結晶系無機材料インゴットまたはそのブロックをウエーハ状にスライスするために用いられるソーワイヤの製造方法であって、貫通孔を有する波付け用チップの前記貫通孔に、波付け前のオリジナルワイヤを通して張力を与えて走行させながら、当該オリジナルワイヤの入線側または出線側を、前記走行方向に対して交差する波付け方向に変動させることにより、当該オリジナルワイヤを波付けして前記ソーワイヤを得る構成である。
【００１６】
前記構成によれば、オリジナルワイヤに微細で精度の良い波付け処理を行うことができる。それゆえ、得られるソーワイヤは、細線化されたものであってもスライス作業に好適な強度を有し、かつ、スライス作業中であっても微小な波付けが安定して維持される。その結果、結晶系無機材料インゴットまたはそのブロックからウエーハを効率良くスライスすることが可能となり、また、ウエーハの切断面の精度も良好なものとすることが可能となる。なお、前記の製造方法においては、走行中のオリジナルワイヤに対して波付け用チップを変動させる方法であってもよい。
【００１７】
前記構成のウエーハスライス用ソーワイヤの製造方法においては、前記オリジナルワイヤの前記波付け方向への変動は、前記波付け用チップの入線側または出線側で、前記オリジナルワイヤを振動または公転移動させることにより行う構成であってもよい。
【００１８】
また、前記構成のウエーハスライス用ソーワイヤの製造方法においては、前記波付け用チップの前記貫通孔における、前記オリジナルワイヤの入線側開口または出線側開口のエッジ部は、波付けに適した形状に面取りされている構成であってもよい。
【００１９】
また、本発明に係るウエーハスライス用ソーワイヤは、前記構成のウエーハスライス用ソーワイヤの製造方法により製造され、波付けがなされている構成である。
【００２０】
前記構成のウエーハスライス用ソーワイヤにおいては、前記波付けの間隔は略等ピッチであり、前記波付けの形状はらせん状または平面状であってもよい。
【００２１】
また、前記構成のウエーハスライス用ソーワイヤにおいては、前記ソーワイヤの線径をｄとしたときに、波のピッチｐは、１０ｄ〜８０ｄの範囲内であってもよい。
【００２２】
また、前記構成のウエーハスライス用ソーワイヤにおいては、波の高さをＤｍｍとし、前記ソーワイヤの線径をｄｍｍとしたときに、前記波の高さＤと前記線径ｄとの差分値Ｄ−ｄは、０．００１〜０．００８ｍｍの範囲内にあってもよい。
【００２３】
また、前記構成のウエーハスライス用ソーワイヤにおいては、前記ソーワイヤの線径ｄは、０．０５〜０．１８ｍｍの範囲内であってもよい。
【００２４】
また、前記構成のウエーハスライス用ソーワイヤにおいては、前記ソーワイヤの表面から１０μｍの深さまで表面層を除去する前後における、当該ソーワイヤの曲率変化から求めた内部応力が、３００〜１，０００Ｎ／ｍｍ2 の範囲内にあってもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、以上の構成により、ウエーハを効率良くスライスすることが可能であり、かつ、切断面の精度を良好に維持することが可能なソーワイヤを製造することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係るソーワイヤの構成の一例を示す模式的平面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、図１に示すソーワイヤにおける波付けの形成方法の一例をそれぞれ示す模式図である。
【図３】（ａ）は、図２に示す波付けの形成方法において、平面的な波付け方法の一例を示す模式図であり、（ｂ）は、立体的な波付け方法の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明に係るウエーハスライス用ソーワイヤの製造方法は、ソーワイヤを波付け用チップに通して走行させ、当該波付け用チップに入線するソーワイヤ、あるいは、当該波付け用チップから出線するソーワイヤを、走行方向に交差するように変動させることにより、当該ソーワイヤに小波状の変形部位を形成する方法である。そして、本発明に係るウエーハスライス用ソーワイヤは、前記製造方法により製造され、スライス作業に際しても適切に小波形状を維持することができるソーワイヤである。
【００２８】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２９】
［ソーワイヤの構成］
まず、本実施の形態に係るウエーハスライス用ソーワイヤの構成の一例について、図１を参照して具体的に説明する。
【００３０】
図１に示すように、本実施の形態に係るウエーハスライス用ソーワイヤ１１０（以下、適宜ソーワイヤ１１と略す。）は、後に詳述する製造方法により製造され、好ましくは周期的に波付けがなされているものである。
【００３１】
ソーワイヤ１１は、複数の波状部位１２が長手方向に連続して形成されたものであり、波状部位１２は周期的に設けられていればよいが、当該波状部位１２は略等間隔で設けられていることが好ましい。言い換えれば、波付けの間隔は略等ピッチであることが好ましい。また、波状部位１２の具体的な形状は特に限定されないが、らせん状（立体形状、三次元形状）または平面状（二次元形状）であればよい。
【００３２】
ソーワイヤ１１の材質は特に限定されず、ウエーハスライスの分野で公知の線材を好適に用いることができる。具体的には、例えば、硬鋼線、ステンレス線、タングステン線、モリブデン線等の金属ワイヤが挙げられる。これらのうち、その強度およびコストの点から見れば、高炭素鋼線材等の硬鋼線を好ましく用いることができる。
【００３３】
ソーワイヤ１１の線径（ワイヤ径）は、特に限定されないが、本実施の形態では、ウエーハのスライス用に細線化したものを好適に用いることができる。それゆえ、図１に示すように、線径をｄとすれば、線径ｄ＝０．０５〜０．１８ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００３４】
また、波状部位１２のより具体的な形状は特に限定されず、「波」として認識できる形状となっていればよいが、本実施の形態では、波状部位１２の間隔（波のピッチ）および波状部位１２の高さ（波の高さ）を、線径ｄを基準として好適な範囲内に設定することが好ましい。波のピッチおよび高さがこのような範囲内であれば、細線化した場合であっても、ソーワイヤ１１は、スライス作業時に負荷されるテンションに耐え得る強度を実現することができ、かつ、スライス作業中でも波状部位１２を維持することが可能となる。
【００３５】
ソーワイヤ１１の波付けにおいては、同一線径であれば、その曲率半径が小さいほど、新線であっても使用線であっても破断強度を低下させることが明らかとなった。そこで、本実施の形態では、図１に示すように、互いに隣接する、同じ方向に突出した波状部位１２（図１では上側）の頂点同士の間隔を波のピッチｐとすれば、ピッチｐ＝１０ｄ〜８０ｄの範囲内であることが好ましい。例えば、線径ｄ＝０．１８ｍｍ（上限値）であれば、ピッチｐ＝１．８〜１４．４ｍｍの範囲内となる。
【００３６】
また、図１に示すように、反対方向に突出する波状部位１２（図１では、下側に突出する波状部位１２と上側に突出する波状部位１２）において、互いの頂点の外側同士の間隔（言い換えればソーワイヤ１１の長手方向に対する幅方向の間隔）を波の高さＤとすれば、波の高さＤから線径ｄを減算した値（差分値）Ｄ−ｄ＝０．００１〜０．００８ｍｍの範囲内であることが好ましい。したがって、線径ｄ＝０．１８ｍｍ（上限値）であれば、波の高さＤは、０．１８１〜０．１８８ｍｍの範囲内となる。
【００３７】
なお、本実施の形態における波の高さＤは、波のピッチｐよりも大きいピントル径を有するマイクロメータを用いて、ソーワイヤ１１を回転させながらピントル押さえ圧０．１５Ｎで測定している。
【００３８】
このように、本実施の形態では、ソーワイヤ１１は、細線化された線径で、線径を基準とした略等ピッチ、かつ、線径を基準とした波の高さとなるように、微小な小波を有している。この波付けによる強度低下は、通常、オリジナルワイヤの１％以下となり、従来のものよりも良好な強度を実現することができる。
【００３９】
さらに、本実施の形態に係るソーワイヤ１１は、所定条件における内部応力が好適な範囲内にあることが好ましい。具体的には、ソーワイヤ１１の表面から１０μｍの深さまで表面層を除去したときに、表面層の除去前と除去後とにおけるソーワイヤ１１の曲率半径の変化から求められた内部応力が、３００〜１，０００Ｎ／ｍｍ2 の範囲内にあることが好ましい。
【００４０】
ソーワイヤ１１の内部応力が３００Ｎ／ｍｍ2 未満であれば、内部応力が低すぎて、波状部位１２の凸部（頂点側部位）が摩耗してもその「成長」が不十分となるため好ましくない。一方、内部応力が１，０００／ｍｍ2 を超えると、ソーワイヤ１１に強度欠陥が生じるおそれがあるため好ましくない。なお、このような内部応力の調整（設定）は、後述する製造方法で諸条件を調整することにより実現される。
【００４１】
ここで、波状部位１２の前記「成長」について具体的に説明する。本実施の形態に係るソーワイヤ１１では、スライス作業に際して波状部位１２の凸部が優先的に摩耗するため、摩耗が進行するとき、所定の内部応力があれば波状部位１２が維持するように徐々にソーワイヤ１１自身が変形する。言い換えれば、摩耗に伴って波状部位１２の頂点側が摩耗した波の高さＤが減少しても、ソーワイヤ１１の変形により波状部位１２が「成長」することで、安定して波状部位１２が維持される。
【００４２】
このように、本実施の形態に係るソーワイヤ１１は、細線化されたものであっても、好適な範囲に設定される内部応力を有し、また、波のピッチｐ、波の高さＤを好適な範囲に設定することで、ライス作業初期に負荷される大きなテンションにも耐え得る形状の、微小な凹凸（小波、波状部位１２）を有している。それゆえ、スライス作業において、ソーワイヤ１１の凸部（波状部位１２の頂点側部位）が優先的に磨耗しても、ソーワイヤ１１の内部応力によりスライス作業中であっても波状部位１２が「成長」して、その「波形状」を維持することができる。
【００４３】
この波状部位１２は、遊離砥粒方式のスライスに際して、スライス対象であるワーク（インゴットまたはブロック）に砥粒を良好に持ち込むとともに、スライスによる切削粉の良好な排出を確保することができる。これにより、スライス効率の向上を図ることができる。また、スライス作業中であっても波状部位１２の形状が微小な小波として維持されるため、スライスされたウエーハの切断面の精度を良好なものとすることができる。
【００４４】
［波付け方法および波付け装置の一例］
次に、前記構成のソーワイヤ１０の製造方法、特に、波付け方法および波付け装置の一例について、図２（ａ），（ｂ）および図３（ａ），（ｂ）を参照して具体的に説明する。
【００４５】
本実施の形態に係るソーワイヤ１１の製造方法では、図２（ａ）に示す波付け装置２０Ａまたは図２（ｂ）に示す波付け装置２０Ｂのように、波付け用チップ２１の貫通孔２１ａに、波付け前のオリジナルワイヤ１０を通して、張力を与えて走行させながら、当該オリジナルワイヤ１０の入線側（波付け装置２０Ａ）または出線側（波付け装置２０Ｂ）を、走行方向に対して交差する「波付け方向」に変動させることにより、当該オリジナルワイヤ１０に波付けを行う。これにより波状部位１２が形成されたソーワイヤ１１が得られる。
【００４６】
本実施の形態では、波付け装置２０Ａ，２０Ｂは、いずれも図示されないワイヤ巻き替え機に取り付けられており、図２（ａ），（ｂ）に示すように、波付け用チップ２１、キャプスタンローラ２２、ワイヤ変動部２３等を備えている。そして、ワイヤ巻き替え機によりオリジナルワイヤ１０を巻き替える際に、キャプスタンローラ２２によりオリジナルワイヤ１０を繰り出しながら、波付け用チップ２１の入線側または出線側を変動させて波付けを行っている。
【００４７】
波付け装置２０Ａ，２０Ｂにおける「波付け方向」は、図２（ａ），（ｂ）のブロック矢印Ｄ１に示すオリジナルワイヤ１０の走行方向に交差する方向であればよいが、略等ピッチで精度良く波付けを行うためには、走行方法Ｄ１に対して略直交する方向であることが好ましい。また、オリジナルワイヤ１０の波付け方向への変動のさせ方は特に限定されないが、具体的には、波付け用チップ２１の入線側または出線側で、図３（ａ）に示すように、オリジナルワイヤ１０を、図中双方向ブロック矢印Ｄ２の方向に振動させてもよいし、図３（ｂ）に示すように、図中ブロック矢印Ｄ３の方向に公転移動させてもよい。図３（ａ）に示す振動であれば、ソーワイヤ１１には平面状の波付けがなされることになり、図３（ｂ）に示す公転移動であれば、螺旋状等の立体的（三次元）の波付けがなされることになる。
【００４８】
なお、図２（ａ），（ｂ）および図３（ａ），（ｂ）では、変動しているオリジナルワイヤ１０と当該オリジナルワイヤ１０を変動させるワイヤ変動部２３とは、説明の便宜上、点線で図示している。また、図３（ａ），（ｂ）では、図の上側に、側方から見たときのオリジナルワイヤ１０の変動状態を示しており、図の下側には、走行方向側から見たオリジナルワイヤ１０の変動状態を示している。
【００４９】
波付け装置２０Ａ，２０Ｂは、オリジナルワイヤ１０を変動させるための構成としてワイヤ変動部２３を備えている。ワイヤ変動部２３の具体的な構成は特に限定されず、図３（ａ）に示すようにオリジナルワイヤ１０の変動が波付け方向への振動であれば、公知のバイブレーションモータを好適に用いることができ、図３（ｂ）に示すようにオリジナルワイヤ１０の変動が波付け方向への公転移動であれば、公知のモータ駆動によるカム機構等を好適に用いることができる。
【００５０】
また、ワイヤ変動部２３による変動幅は特に限定されず、形成しようとする波状部位１２のサイズに合わせて、後述する波付け用チップ２１の貫通孔２１ａにおける変動側の開口形状に応じて、適切な値を設定することができる。また、ワイヤ変動部２３による変動周期も特に限定されず、ワイヤ巻き変え機によるオリジナルワイヤ１０の走行速度に合わせて好適な周期を設定することができる。したがって、波状部位１２の波のピッチｐを設定する上では、ワイヤ変動部２３の変動幅および変動周期と、オリジナルワイヤ１０の走行速度とを好適な値に設定すればよい。一方、波の高さＤは、ワイヤ変動部２３の変動幅だけでなく、後述するように、波付け用チップ２１の変動側の開口の形状が大きく関与する。
【００５１】
オリジナルワイヤ１０に波付けするための波付け用チップ２１の具体的な構成は特に限定されず、オリジナルワイヤ１０を貫通させることができる貫通孔２１ａを有していればよいが、その材質は、耐摩耗性があり、かつ摩擦抵抗の小さい材料であることが好ましい。具体的な材料としては、タングステンカーバイド、シリコンカーバイト等の超鋼材、各種セラミックス、またはダイヤモンド等を用いることができる。
【００５２】
波付け用チップ２１の貫通孔２１ａの孔径は特に限定されないが、通常は、走行しているオリジナルワイヤ１０が円滑に通過することができ、かつ、オリジナルワイヤ１０の変動の角度によって波付けが可能となるように、オリジナルワイヤ１０の線径よりもわずかに大きい径であればよい。なお、オリジナルワイヤ１０の種類、あるいは製造されるソーワイヤ１１に要求される諸条件等に応じて、オリジナルワイヤ１０の線径よりも小さい孔径のチップを用いることもできる。
【００５３】
本実施の形態では、オリジナルワイヤ１０を波付け用チップ２１に通して、図２（ａ）の波付け装置２０Ａに示すように、波付け用チップ２１の入線側（走行方向の上流側）において波付け方向に変動させて入線角度を変えることで、波付け用チップ２１の入線側開口２１１の周囲にオリジナルワイヤ１０を当接させることで波付けが行われる。図２（ｂ）の波付け装置２０Ｂであれば、波付け用チップ２１の出線側（走行方向の下流側）において波付け方向に変動させて出線角度を変えることで、波付け用チップ２１の出線側開口２１２の周囲にオリジナルワイヤ１０を当接させることで波付けが行われる。
【００５４】
ここで、図２（ａ）に示す波付け装置２０Ａであれば、図３（ａ）における図中破線で囲んだ部分拡大図に示すように、変動側の開口である入線側開口２１１の周囲は、波付けのサイズに合わせて面取りされたエッジ部２１０となっていることが好ましい。図２（ｂ）に示す波付け装置２０Ｂであれば、図示しないが出線側開口２１２の周囲が同様にエッジ部２１０となっていることが好ましい。エッジ部２１０は、ソーワイヤ１１の波状部位１２の波の高さＤを設定できるような角度に面取りされていればよい。また、面取りは直線状であってもＲ状であってもよい。
【００５５】
このようなエッジ部２１０が設けられていることで、ワイヤ変動部２３の変動幅とのバランスから、前述した好適な範囲内の波の高さＤを有する波状部位１２を形成することができる。なお、波状部位１２のサイズあるいはオリジナルワイヤ１０の種類によっては、エッジ部２１０を設けなくてもよい。
【００５６】
本実施の形態では、オリジナルワイヤ１０は、前述したように、ワイヤ巻き替え機により走行させられ、その過程で波付け装置２０Ａ，２０Ｂにより波付けされるが、このとき、波付け状態をより安定化させるためには、走行しているオリジナルワイヤ１０のテンション（張力）をできるだけ高く、かつ均一に維持することが望ましい。なお、オリジナルワイヤ１０に負荷されるテンションの大きさは特に限定されず、オリジナルワイヤ１０の物性、種類等に応じて適宜設定される。
【００５７】
本実施の形態では、前述したように、ソーワイヤ１１の波状部位１２のサイズのうち、波の高さＤは、ワイヤ変動部２３の変動条件と波付け用チップ２１の変動側開口の形状とによって設定することが可能であるが、波のピッチｐについては、ワイヤ変動部２３の変動条件とワイヤ巻き替え機による走行速度によって設定することができる。
【００５８】
また、オリジナルワイヤ１０の内部応力は伸線工程で最終ダイスにリダクション角度を８〜１２°、ベアリング長さを３０〜５０％のダイヤモンドダイスを用いて、減免率１０〜１９％で伸線することにより得られる。具体的な調整手法に関しては、オリジナルワイヤ１０の線径、材質等の条件によって異なり、特に限定されない。
【００５９】
このように、本実施の形態に係るソーワイヤ１１の製造方法では、波付け前のオリジナルワイヤ１０を波付け用チップ２１に通して張力を与えて走行させながら、その入線側または出線側を波付け方向に変動させている。これにより精度良くオリジナルワイヤ１０に波付け処理を行うことができる。それゆえ、得られるソーワイヤ１１は、細線化されたものであってもスライスに好適な強度を有し、かつ、スライス作業中でも波状部位１２の形状が良好に保持され得る。その結果、結晶系無機材料インゴットまたはそのブロックからウエーハを効率良くスライスすることが可能となり、また、ウエーハの切断面の精度も良好なものとすることが可能となる。
【００６０】
なお、本実施の形態で説明した波付け装置２０Ａ，２０Ｂは、ワイヤ変動部２３によるオリジナルワイヤ１０の変動位置が異なる以外は、いずれも波付け用チップ２１、キャプスタンローラ２２、ワイヤ変動部２３等を備えている構成であるが、これら以外の種々の部材あるいは機構を備えていてもよいことは言うまでもない。また、本実施の形態では、波付け装置２０Ａ，２０Ｂはワイヤ巻き替え機に取り付けた構成であるが、これに限定されず、ワイヤ伸線機に直接取り付けることもできる。
【００６１】
［ソーワイヤの使用例］
次に、本実施の形態に係る製造方法で得られたソーワイヤ１１の使用例について具体的に説明する。
【００６２】
本実施の形態に係るソーワイヤ１１は、遊離砥粒方式により、結晶系無機材料インゴットまたはそのブロックをウエーハ状にスライスするために用いられる。結晶系無機材料インゴットの具体的な種類は特に限定されないが、シリコン（Ｓｉ）インゴット、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、コランダム／サファイヤ（Ａｌ2 Ｏ3 ）インゴット、リン化ガリウム（ＧａＰ）インゴット、ガリウムヒ素（ＧａＡＳ）インゴット、リン化インジウム（ＩｎＰ）インゴット、窒化ガリウム（ＧａＮ）インゴット等が挙げられる。これらの中でもシリコンインゴットは、太陽電池用ウエーハまたは半導体用ウエーハの製造に用いられ、そのスライスには、本実施の形態に係るソーワイヤ１１を好適に用いることができる。
【００６３】
本実施の形態に係るソーワイヤ１１は、インゴットを直接スライスしてウエーハを製造するために用いてもよいが、例えば太陽電池用ウエーハ等のように、シリコンインゴットをブロッキングすることによりブロックとし、このブロックをスライスする際に好適に用いることができる。
【００６４】
ここで、太陽電池用ウエーハの代表的な製造過程について簡単に説明する。まず、原料であるポリシリコンをるつぼで溶解した後、徐冷することにより単結晶または多結晶シリコンのインゴット（シリコンインゴット）が製造される。特に多結晶シリコンインゴットは年々大型化しており、最近では１０００ｋｇ級のシリコンインゴットも実用化段階にある。このシリコンインゴットは、複数のブロックに切断され（ブロッキング）、このブロックをマルチワイヤソーマシンにより薄い板状にスライスすることで、ウエーハが製造される。前記ブロックのサイズは特に限定されないが、例えば１５６ｍｍ×１５６ｍｍ×４００ｍｍのサイズを挙げることができる。
【００６５】
本実施の形態に係るソーワイヤ１１は、マルチワイヤソーマシンにおける遊離砥粒方式のスライス工具として好適に用いることができる。遊離砥粒方式によるスライス作業では、ソーワイヤ１１に例えば１８〜２７Ｎの範囲内のテンションを負荷し、砥粒のスラリーを吹きつけながらシリコンブロックにソーワイヤ１１を押し当てて走行させる。ソーワイヤ１１の微小で安定した波状部位１２は、砥粒をシリコンブロック内に運び込むので、この砥粒がソーワイヤ１１の走行に伴ってシリコンを切削していくことになる。
【００６６】
シリコンブロックのスライス作業中、ソーワイヤ１１は磨耗するので、シリコンブロックの入口側から出口側に向かって線径ｄが徐々に細くなる。ソーワイヤ１１の線径ｄが摩耗により細くなると、シリコンブロック内への砥粒の持ち込み量が少なくなる。またソーワイヤ１１は、同軸ローラ間にテンションを負荷されて張られているが、ソーワイヤ１１の線径ｄが細くなると、そのたわみが大きくなることから、スライス面の精度が低下する傾向がある。
【００６７】
これに対して、本実施の形態に係るソーワイヤ１１は、スライス作業に伴って摩耗が生じても、予め付与された微小な小波（波状部位１２）が、ソーワイヤ１１の内部応力により「波形状」を「成長」させて維持することになる。これにより、ソーワイヤ１１の砥粒の持ち込み、および切削粉の排出が促進される。また、ソーワイヤ１１の周期的な波付けにより、スプリング作用によって、出口側のたわみも減少することができる。
【実施例】
【００６８】
本発明について、実施例および比較例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正、および改変を行うことができる。なお、以下の実施例および比較例におけるソーワイヤ１１の物性の評価は次に示すようにして行った。
【００６９】
（ソーワイヤの物性評価）
各実施例で得られたソーワイヤ１１について、新線およびスライス後の使用線の引張強さは、島津社製引張試験機を用いてスパン５００ｍｍ、引張り速度５０ｍｍ／min.の条件で計測した。
【００７０】
また、新線のソーワイヤ１１の内部応力は、そのワイヤ表面の半周について表面から１０μｍの深さまでの部位を、硝酸を用いてエッチングにより除去し、除去前後のワイヤの曲率の変化から求めた。
【００７１】
また、スライスして得られたウエーハの切断面を平坦度測定試験機で確認することにより、ソーワイヤ１１の切断精度を評価した。比較例のソーワイヤ（すなわち波付けの無い通常のソーワイヤ）でスライスしたウエーハの平坦度のバラツキを１．０として、各実施例のソーワイヤ１１でスライスしたウエーハの平坦度のバラツキを指数評価した。
【００７２】
（実施例１）
オリジナルワイヤ１０として、線径ｄ＝０．１２０１ｍｍの８２Ａ硬鋼線材（ジャパンファインスチール株式会社製）を用いた。また、波付け方法は、図２（ａ）に示す構成の波付け装置２０Ａをワイヤ巻き替え機に取り付けたものを用いた。波付け用チップ２１としては、貫通孔２１ａの孔径φ＝０．１３０ｍｍの超鋼製で、入線側開口２１１に波付けが可能となるエッジ部２１０を設けたものを用いた。
【００７３】
オリジナルワイヤ１０を波付け用チップ２１に通してキャプスタンローラ２２で引き出して走行させ、ワイヤ巻き替え機によりリールに巻き取りながら、バイブレーションモータからなるワイヤ変動部２３により入線側を上下方向に高速振動させて、オリジナルワイヤ１０に波付けを行った。これにより、波の高さＤ−ｄ＝０．００１ｍｍ、波のピッチｐ＝４．０ｍｍとなる実施例１の新線ソーワイヤを得て、その引張強さと内部応力とを評価した。物性の評価結果を線径ｄ等とともに表１に示す。
【００７４】
また、得られた新線ソーワイヤをスライス工具として用いてソーマシンにより２００φ×４００ｍｍの単結晶シリコンインゴットを、ワイヤ走行速度５００ｍ／分、ワイヤテンション２０Ｎの条件でスライスしてウエーハを製造した。スライス作業後の使用線ソーワイヤについて、線径ｄ、波の高さＤ−ｄ、引張強さを計測して評価した。これら評価結果を表２に示す。
【００７５】
（実施例２）
ワイヤ変動部２３の変動幅を調整して波の高さＤ−ｄ＝０．００５ｍｍとした以外は、前記実施例１と同様にして、実施例２の新線ソーワイヤを得た。その評価結果を表１に示し、スライス作業後の使用線ソーワイヤの評価結果を表２に示す。
【００７６】
（実施例３）
ワイヤ変動部２３の変動幅を調整して波の高さＤ−ｄ＝０．００８ｍｍとした以外は、前記実施例１と同様にして、実施例３の新線ソーワイヤを得た。その評価結果を表１に示し、スライス作業後の使用線ソーワイヤの評価結果を表２に示す。
【００７７】
（比較例）
波付けしないオリジナルワイヤ１０を新線ソーワイヤとして用いた以外は、前記実施例１と同様にして、その物性等を評価した。新線ソーワイヤの評価結果を表１に示し、スライス作業後の使用線ソーワイヤの評価結果を表２に示す。
【００７８】
【表１】
2013202743.tif 000003
【００７９】
【表２】
2013202743.tif 000004
【００８０】
実施例１〜３のソーワイヤ１１は、スライス作業において波状部位１２の「成長」が確認され、引張強さはスライス作業により大幅に低下することがなかった。また、実施例１〜３のいずれも、スライスしたウエーハ面の粗さのバラツキについては、比較例よりも良好なものであった。
【００８１】
なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、各種結晶系無機材料インゴットまたはそのブロックから太陽電池用ウエーハまたは半導体用ウエーハをスライスする分野に広く好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０    オリジナルワイヤ
１１    ソーワイヤ
１２    波状部位
２０Ａ  波付け装置
２０Ｂ  波付け装置
２１    波付け用チップ
２１ａ  貫通孔
２２    キャプスタンローラ
２３    ワイヤ変動部
２１０    エッジ部
２１１    入線側開口
２１２    出線側開口
【図１】
2013202743.tif 000005
【図２】
2013202743.tif 000006
【図３】
2013202743.tif 000007