一方向走行式ワイヤソー
【課題】ウェーハ面内での厚さバラつきを抑えることが可能な一方向走行式ワイヤソーを提供する。
【解決手段】上流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチの方を、下流側のグルーブローラの各ワイヤ溝のうち、ワイヤの走行方向に隣接したワイヤ溝のピッチより大きくした。そのため、切断溝の上流側で、スラリーがワイヤに多量に付着して引き込まれることにより取り代の大きい研削を行っても、切断溝の上流側のウェーハ厚さを、その出側のウェーハ厚さと同程度にすることができる。これにより、ウェーハ面内での厚さバラつきを抑えることができる。
【解決手段】上流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチの方を、下流側のグルーブローラの各ワイヤ溝のうち、ワイヤの走行方向に隣接したワイヤ溝のピッチより大きくした。そのため、切断溝の上流側で、スラリーがワイヤに多量に付着して引き込まれることにより取り代の大きい研削を行っても、切断溝の上流側のウェーハ厚さを、その出側のウェーハ厚さと同程度にすることができる。これにより、ウェーハ面内での厚さバラつきを抑えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一方向走行式ワイヤソー、詳しくはワイヤを一方向へのみ走行させることで、例えば多結晶シリコンインゴットから多数枚の太陽電池用多結晶シリコンウェーハをスライスする一方向走行式ワイヤソーに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、多数枚の太陽電池用の多結晶シリコンウェーハ（以下、ウェーハ）を多結晶シリコンインゴット（以下、インゴット）から切り出すスライス工程では、一般にワイヤソーが使用されている。具体的には、遊離砥粒と分散液とを混合したスラリーを切削加工液として用い、これを走行中のワイヤ列上に供給し、ワイヤ列に付着したスラリーを利用してインゴットからウェーハをスライスする。
【０００３】
ワイヤ列の走行方式の１種として、図４に示すように、ワイヤソー１００内に配置された上流側のグルーブローラ１０２と、下流側のグルーブローラ１０３との間に、ワイヤ１０４ａを架け渡して得たワイヤ列１０４を、一方向へのみ走行させる一方向走行方式が知られている（例えば特許文献１）。両グルーブローラ１０２，１０３の外周面には、ライニング材を介してローラの長さ方向へ一定ピッチＰで、多数本のワイヤ溝１０５が形成されている。このような一方向走行方式のワイヤソー１００によるインゴット１０１のスライスでは、ワイヤ列１０４の一方向への走行中、インゴット１０１の押し付け位置Ｘより上流側のワイヤ列１０４上に遊離砥粒を含むスラリーＳを供給し、これを上流側からインゴット１０１の切断溝（スライス溝）１０１ａに送り込ながら、インゴット１００からウェーハＷをスライスする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２２９８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような一方向走行方式のワイヤソー１００を用いたインゴット切断によれば、各切断溝１０１ａの上流側では、スラリーＳがワイヤ１０４ａに多量に付着して切断溝１０１ａの中に引き込まれることにより溝幅が大きい研削となってウェーハＷの厚さが薄くなり、かつ各切断溝１０１ａの下流側では、ワイヤ１０４ａに付着するスラリーＳが徐々に減ることで幅が狭い研削となってウェーハＷが厚くなっていた。その結果、ウェーハ面内での厚さバラつき（傾き）が大きくなっていた。
ここでの「厚さバラつき」の程度は、スラリーＳの遊離砥粒の大きさ、インゴット１０１の送り速度、ワイヤ１０４ａの走行速度などのスライス条件により異なるものの、一般的には１０〜２０μｍである。
【０００６】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、このように各切断溝の上流側と下流側とでウェーハの厚さが異なるのは、各グルーブローラに形成された多数本のワイヤ溝が、その長さ方向へ一定ピッチＰで配置されていることが原因であることを発見した。これを踏まえ、切断溝の上流側では溝幅が大きい研削となることを考慮し、下流側のグルーブローラの溝ピッチより、上流側のグルーブローラの溝ピッチの方を大きくすれば、一方向走行式によるインゴット切断であっても、ウェーハ面内での厚さバラつきが抑えられることを知見し、この発明を完成させた。
【０００７】
この発明は、ウェーハ面内での厚さバラつきを抑えることができる一方向走行式ワイヤソー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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、多数本のワイヤ溝が長さ方向へ離間して形成された少なくとも２本のグルーブローラと、前記多数本のワイヤ溝を介して、前記グルーブローラ間にワイヤを架け渡すことでワイヤ列を現出し、該ワイヤ列を維持しながら前記グルーブローラ間で一方向へのみ走行するワイヤとを備え、前記ワイヤ列の一方向への走行中、該ワイヤ列にインゴットを相対的に押し付けながら、該インゴットが押し付けられる前記ワイヤ列の押し付け位置より上流側の部分に、遊離砥粒を含むスラリーを供給して前記インゴットを切断する一方向走行式ワイヤソーにおいて、前記押し付け位置を基準として、それより上流側の前記グルーブローラと、それより下流側の前記グルーブローラとにそれぞれ形成された各ワイヤ溝のうち、前記ワイヤの走行方向に隣接する各ワイヤ溝の関係を、前記上流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチの方が、前記下流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチに比べて大きくなるようにした一方向走行式ワイヤソーである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、ワイヤ列の一方向への走行中、ワイヤ列のインゴットの押し付け位置より上流側の部分に遊離砥粒を含むスラリーを供給しながら、インゴットとワイヤ列とを押し付け位置で相対的に押し付ける。これにより、インゴットの各ワイヤ溝において、スラリーに含まれた遊離砥粒が走行中のワイヤによりワイヤ溝の奥部に押し付けられ、この遊離砥粒の研削作用によってインゴット切断が進行して行く。
【００１０】
このとき、切断溝の上流側（切断溝のうち、走行中のワイヤが導入される側）における多量のスラリーを使用した溝幅が大きい研削を考慮し、ワイヤが直接掛けられる上流側のグルーブローラと下流側のグルーブローラとのワイヤ溝間において、上流側のグルーブローラに形成されたワイヤ溝のピッチの方が、下流側（切断溝のうち、走行中のワイヤが導出される側）のグルーブローラに形成されたワイヤ溝のピッチより大きくなるように構成している。そのため、切断溝の上流側で多量のスラリーによる研削が行われても、上流側のウェーハ厚さを、切断溝の下流側でのウェーハの厚さと同程度にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明に係る実施例１の一方向走行式ワイヤソーによるインゴットの切断状態を示す斜視図である。
【図２】この発明に係る実施例１の一方向走行式ワイヤソーによるインゴットの切断状態を示す要部拡大平面図である。
【図３】この発明に係る実施例２の一方向走行式ワイヤソーによるインゴットの切断状態を示す要部拡大平面図である。
【図４】従来手段に係る一方向走行式ワイヤソーによるインゴットの切断状態を示す要部拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明の一方向走行式ワイヤソーは、多数本のワイヤ溝が長さ方向へ離間して形成された少なくとも２本のグルーブローラと、前記多数本のワイヤ溝を介して、前記グルーブローラ間にワイヤを架け渡すことでワイヤ列を現出し、該ワイヤ列を維持しながら前記グルーブローラ間で一方向へのみ走行するワイヤとを備え、前記ワイヤ列の一方向への走行中、該ワイヤ列にインゴットを相対的に押し付けながら、該インゴットが押し付けられる前記ワイヤ列の押し付け位置より上流側の部分に、遊離砥粒を含むスラリーを供給して前記インゴットを切断する一方向走行式ワイヤソーにおいて、前記押し付け位置を基準として、それより上流側の前記グルーブローラと、それより下流側の前記グルーブローラとにそれぞれ形成された各ワイヤ溝のうち、前記ワイヤの走行方向に隣接する各ワイヤ溝の関係を、前記上流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチの方が、前記下流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチに比べて大きくなるようにしたものである。
【００１３】
この発明によれば、ワイヤ列の一方向への走行中、ワイヤ列にインゴットを相対的に押し付けてこれをスライスする。このとき、切断溝の上流側での多量のスラリーを使用した溝幅が大きい研削を考慮し、ワイヤの走行方向に隣接する各ワイヤ溝の関係を、上流側のグルーブローラに形成されたワイヤ溝のピッチ（溝ピッチ）の方が、下流側のグルーブローラに形成されたワイヤ溝のピッチに比べて大きくなるようにしている。そのため、切断溝の上流側で多量のスラリーによる研削が行われても、上流側のウェーハ厚さを、切断溝の下流側でのウェーハの厚さと同程度まで小さくすることができる。
【００１４】
ワイヤソーは、例えば、ワイヤ列の上部にインゴットの下面が当接するものでも、ワイヤ列の下部にインゴットの上面が押し当てられるものでもよい。また、ワイヤソーは、インゴットをワイヤ方向へ動かし、これをワイヤ列に押し付けるものでも、ワイヤ列を動かしてインゴットに押し付けるものでもよい。グルーブローラの使用本数は、例えば２本、３本または４本である。
【００１５】
多数本のワイヤ溝は、グルーブローラの外周面に形成された円筒形状のライニング材の外周面に形成される。１本のグルーブローラに形成される全てのワイヤ溝の間隔（ピッチ）は、一定（均等）でも、任意に異なってもよい。
ライニング材の素材としては、例えばウレタン（ポリウレタン）、ナイロンなどの合成樹脂を採用することができる。
スラリーとしては、鉱物油やグリコール、純水などの分散媒（液体）に遊離砥粒を含ませたものを採用することができる。スラリーは、スラリーノズルを介してワイヤ列上に供給される。
【００１６】
遊離砥粒としては、例えば炭化珪素質砥粒（ＧＣ砥粒）、シリカ砥粒、アルミナ砥粒またはダイヤモンド砥粒などを採用することができる。ワイヤソーに使用される遊離砥粒の平均粒径は１０〜２０μｍが一般的である。
ワイヤの素材としては、例えばピアノ線などの鋼線、タングステン線、モリブデン線などを採用することができる。ワイヤの直径は１００〜２００μｍが一般的である。
インゴットとしては、例えばシリコン単結晶、シリコン多結晶、化合物半導体単結晶、化合物半導体多結晶などを採用することができる。このうち、多結晶インゴットからスライスされた多結晶ウェーハの用途としては、例えば太陽電池用基板などが挙げられる。
【００１７】
「押し付け位置を基準として、それより上流側のグルーブローラ」とは、インゴットの押し付け位置の両側に配置された２本のグルーブローラのうちで、一方向へ走行中のワイヤ列をインゴットへ送り込む側（スラリーが供給される側）に配置されたグルーブローラをいう。
「押し付け位置を基準として、それより下流側のグルーブローラ」とは、インゴットの押し付け位置の両側に配置された２本のグルーブローラのうち、一方向へ走行中のワイヤ列がインゴットから送り出される側（スラリーが供給される側とは反対側）に配置されたグルーブローラをいう。
【００１８】
上流側に配置されたグルーブローラの各ワイヤ溝のピッチは、下流側に配置されたグルーブローラの各ワイヤ溝のピッチより例えば１０〜４０μｍ大きくなっている。１０μｍ未満では、ウェーハの厚さのバラつきを十分に抑えることができない。また、４０μｍを超えれば上流側のウェーハの厚さが、下流側のウェーハの厚さより厚くなる。
具体的には、厚さ２００μｍのウェーハを得ようとした場合、上流側のグルーブローラのワイヤ溝のピッチは３７５〜３９０μｍ、下流側のグルーブローラのワイヤ溝のピッチは、それより２５μｍ程度小さい３５０〜３６５μｍとなる。ちなみに従来のワイヤ溝のピッチは上流側、下流側ともに３７０μｍ程度である。
【００１９】
また、ここでいう「上流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチの方が、前記下流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチに比べて大きくなる」とは、ワイヤがグルーブローラ間で一方向へ走行することにより現出したワイヤ走行方向での隣接関係にある各ワイヤ溝において、上流側のグルーブローラの各ワイヤ溝のピッチを、下流側のグルーブローラの各ワイヤ溝のピッチに比べて大きくすることをいう。
具体的には、例えばグルーブローラが２本の場合において、最初にワイヤが掛けられるワイヤ供給側の最端のワイヤ溝を１番目、最後にワイヤが掛けられるワイヤ回収側の最端のワイヤ溝をｎ番目として、全てのワイヤ溝に番号（１,２,…ｎ）を付け、これらのワイヤ溝に順次ワイヤを掛けたとき、例えば、第１のグルーブローラの１番目のワイヤ溝と、次にワイヤが直接掛けられる第２のグルーブローラの１番目のワイヤ溝との関係において、第１のグルーブローラの１番目のワイヤ溝のピッチを、第２のグルーブローラの１番目のワイヤ溝のピッチに比べて大きくすることをいう。
【００２０】
また、この発明では、前記各グルーブローラに形成された全ての隣接するワイヤ溝の関係が、前記ワイヤが先に掛けられるワイヤ供給側の前記ワイヤ溝のピッチをａ、前記ワイヤが後で掛けられるワイヤ回収側の前記ワイヤ溝のピッチをｂ、前記インゴットを切断する際に各組の前記隣接するワイヤ溝間で摩耗するワイヤの径減少分をΔｄとするとき、ｂ＝ａ−Δｄの関係が成立するように、前記各グルーブローラに前記多数本のワイヤ溝を形成した方が望ましい。
このようにすれば、スライス中、グルーブローラのワイヤ供給側からワイヤ回収側に向かって徐々にワイヤが摩耗して細くなっても、その分、ワイヤ列のワイヤ間のピッチが狭くなる。その結果、ウェーハ面内での厚さバラつきのみでなく、１本のインゴットから切り出された各ウェーハ間での厚さバラつきも抑えることができる。
【００２１】
「各グルーブローラに形成された全ての隣接するワイヤ溝（のピッチ）の関係」とは、例えば、各グルーブローラにおいて、ワイヤ供給側の最端に配置された１番目のワイヤ溝のピッチと２番目のワイヤ溝のピッチとの関係、または、この２番目のワイヤ溝のピッチと３番目のワイヤ溝のピッチとの関係などをいう。
ここでいう「ワイヤ供給側のワイヤ溝のピッチ」とは、例えば、各グルーブローラでの前記１番目のワイヤ溝のピッチと２番目のワイヤ溝のピッチとの関係において、１番目のワイヤ溝のピッチをいう。
【００２２】
また、ここでいう「ワイヤ回収側のワイヤ溝のピッチ」とは、例えば、各グルーブローラでの前記１番目のワイヤ溝のピッチと２番目のワイヤ溝のピッチとの関係において、２番目のワイヤ溝のピッチをいう。
さらに、ここでいう「インゴットを切断する際に各組の隣接するワイヤ溝間で摩耗するワイヤの径減少分Δｄ」は、まずインゴットを切断した際に摩耗するワイヤ全体の径減少分Ｄを計測し、得られた値を、「ワイヤ列の押し付け位置と正対する方向から視たとき、インゴット切断に使用されたワイヤ列の部分を見かけ上構成するワイヤの本数」、または、「１回のスライスで得られたウェーハの枚数Ｎに１を加えた値（Ｎ＋１）」で除算すれば、簡単に求められる。
【実施例】
【００２３】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。ここでは、一方向走行式ワイヤソーを用いて行われる多結晶シリコン系太陽電池用の多結晶シリコンインゴットのスライスを例とする。
まず、この発明の実施例１の一方向走行式ワイヤソーについて説明する。
【００２４】
図１において、１０はこの発明に係る実施例１の一方向走行式ワイヤソー（以下、ワイヤソー）である。このワイヤソー１０は、それぞれの外周面に長さ方向へ所定ピッチで多数本のワイヤ溝１１が形成され、かつ互いの軸線が平行な上流側のグルーブローラ１２Ａおよび下流側のグルーブローラ１２Ｂと、多数本のワイヤ溝１１を介して、２本のグルーブローラ間に架け渡されることでワイヤ列１３を現出し、ワイヤ列１３を維持しながらグルーブローラ間で一方向へ走行するワイヤ１３ａと、ワイヤ列１３のうち、太陽電池用の多結晶シリコンインゴット（以下、多結晶インゴット）Ｉの押し付け位置Ｘより上流側の部分に遊離砥粒を含むスラリーＳを供給する１本のスラリーノズル１４と、ワイヤ１３ａを上流側のグルーブローラ１２Ａへ繰り出す繰出し装置１５と、下流側のグルーブローラ１２Ｂから導出されたワイヤ１３ａを巻き取る巻取り装置１６とを備えている。
【００２５】
以下、これらの構成体を具体的に説明する。
まず、多結晶インゴットＩを説明する。これは、中間化合物であるトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）を水素により還元することで、多結晶シリコンを得るシーメンス法（Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｍｅｔｈｏｄ）を利用して製造されたものである。
まず、水冷したベルジャー型の反応器の中にシリコンの種棒を設置し、種棒に所定の電圧を印加して種棒を１１００℃に加熱し、反応器内にトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、還元剤の水素およびドーパントとしてのボロンガスを下方から導入する。これにより、シリコン塩化物を還元し、生成したシリコンが選択的に種棒の表面に付着することで、棒状の多結晶シリコンが気相成長させる。次に、棒状多結晶シリコンが所定サイズの塊に破砕されて、太陽電池用の多結晶インゴットＩを鋳造する溶融原料となる。
【００２６】
得られた多結晶シリコンの塊はルツボに投入され、電磁溶解連続鋳造方法により断面矩形状の多結晶インゴットＩが製造される。この方法では、外周に誘導コイルが配置された導電性の無底ルツボを使用する。無底ルツボに挿入された原料シリコンは、誘導コイルの電磁誘導により、ルツボ内壁に非接触状態で所定温度に加熱されて溶解する。その後、無底ルツボに原料シリコンを供給しながら、引き抜き装置により無底ルツボ内の融液を下方へ徐々に引き下げ、無底ルツボの直下に配置された徐冷装置により凝固させる。これにより、多結晶インゴットＩが連続的に製造される。連続鋳造された多結晶インゴットＩは所定長さごとに切断される。得られた多結晶インゴットＩは、カーボンベッドを介して、ワイヤ列１３の押し付け位置Ｘの上方に配置された昇降台に固定されている。
【００２７】
次に、図１および図２を参照して、ワイヤソー１０を具体的に説明する。
このワイヤソー１０は、電磁溶解連続鋳造方法により鋳造された多結晶インゴットＩを多数枚の太陽電池用多結晶シリコンウェーハである多結晶ウェーハＷにスライスする装置である。
ワイヤソー１０に内蔵された２本のグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂの外周面は、その略全長にわってウレタンゴムからなる所定厚さのライニング材１７により被覆されている。両ライニング材１７の外周面には、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂの長さ方向に向かって一定ピッチ（全てのワイヤ溝１１は均一間隔）で多数本のワイヤ溝１１がそれぞれ形成されている。
【００２８】
このうち、上流側のグルーブローラ１２Ａのワイヤ溝１１のピッチＰ１は３８５μｍ、下流側のグルーブローラ１２Ｂのワイヤ溝１１のピッチＰ２は３５５μｍとなっている。これは、切断溝Ｉａの上流側において、多量のスラリーにより溝幅が広がり、その部分の多結晶ウェーハＷの厚さが薄くなる研削を考慮したためで、上流側のグルーブローラ１２Ａのワイヤ溝１１のピッチＰ１は、下流側のグルーブローラ１２Ｂのワイヤ溝１１のピッチＰ２に比べて３０μｍだけ大きくなっている。
【００２９】
両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ間には、多数本のワイヤ溝１１を介して１本のワイヤ１３ａが順次架け渡されている。
ここで、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂの各ワイヤ溝１１に番号を付け、このワイヤ１３ａの架け渡し状態を詳しく説明する。すなわち、最初にワイヤ１３ａが掛けられるワイヤ供給側の最端のワイヤ溝１１を１番目、最後にワイヤ１３ａが掛けられるワイヤ回収側の最端のワイヤ溝１１をｎ番目として、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂの全てのワイヤ溝１１に番号（１,２,…）を付ける。ワイヤ１３ａは、まずグルーブローラ１２Ａの１番目のワイヤ溝１１に掛けられ、その後、グルーブローラ１２Ｂの１番目、グルーブローラ１２Ａの２番目、グルーブローラ１２Ｂの２番目の各ワイヤ溝１１へと順に架け渡される。そして、最終的にはグルーブローラ１２Ａのｎ番目のワイヤ溝１１から外部へ導出されて回収される。
このとき、ワイヤの走行方向に隣接関係にあるワイヤ溝としては、例えば、グルーブローラ１２Ａの１番目のワイヤ溝１１と、グルーブローラ１２Ｂの１番目のワイヤ溝１１とが挙げられる。その他、グルーブローラ１２Ａの２番目のワイヤ溝１１と、グルーブローラ１２Ｂの２番目のワイヤ溝１１となる。
【００３０】
スラリーノズル１４は、長さ方向をワイヤ列１３の幅方向に向け、先端面の開口が蓋により塞がれたストレート管である。スラリーノズル１４の下部には、その全長にわたり所定ピッチで多数のスラリー流出口が形成されている。スラリーＳとしては、グリコール中に平均粒径１０μｍの遊離砥粒（ＧＣ砥粒）を所定割合で分散させたものが採用されている。
ワイヤ１３ａは、直径１５０μｍ程度の高張力鋼鉄線である。ワイヤ１３ａは、繰出し装置１５のボビンから導出され、両グルーブローラ間に架け渡された後、巻取り装置１６のボビンに巻き取られる。その際、２本のグルーブローラ間には、見かけ上、無端ベルト形状のワイヤ列１３が現出される。多結晶インゴットＩの押し付け位置Ｘは、ワイヤ列１３の表側部（上側部）の中間部分となる。
【００３１】
次に、図１および図２を参照して、実施例１のワイヤソーを用いた多結晶インゴットのインゴット切断方法を説明する。
図１に示すように、スライス時には、スラリーＳを所定の流量でスラリーノズル１４よりワイヤ列１３の所定位置に供給しながら、一方のボビン用駆動モータにより繰出し装置１５のボビンを回転させる。これにより、ワイヤ１３ａを両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂに供給する。具体的には、繰出し装置１５から導出されたワイヤ１３ａは、供給側のガイドローラを介して、上流側のグルーブローラ１２Ａに形成されたワイヤ供給側の最端のワイヤ溝１１に掛けられる。
【００３２】
次に、ワイヤ１３ａは、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂの各ワイヤ溝１１に順次架け渡されて、両グルーブローラ間にワイヤ列１３が現出される。このとき、図２に示すように、ワイヤ１３ａが上述の順番で掛けられて行く上流側のグルーブローラ１２Ａの１，２、…番目の各ワイヤ溝１１のピッチＰ１と、下流側のグルーブローラ１２Ｂの１，２、…番目の各ワイヤ溝１１のピッチＰ２との関係は、上流側のグルーブローラ１２Ａのワイヤ溝１１のピッチＰ１の方が、下流側のグルーブローラ１２Ｂのワイヤ溝１１のピッチＰ２に比べて３０μｍだけ大きくなっている。一例を挙げれば、上流側のグルーブローラ１２Ａの１番目のワイヤ溝１１のピッチＰ１の方が、これとワイヤ１３ａの走行方向に隣接した下流側のグルーブローラ１２Ｂの１番目のワイヤ溝１１のピッチＰ２に比べて、前記寸法だけ大きくなっている。
その結果、ワイヤ列１３は、上流側のグルーブローラ１２Ａに掛けられた部分の方が、下流側のグルーブローラ１２Ｂに掛けられた部分より幅が広くなった、平面視して略台形状のものとなる。
【００３３】
そして、最終的にワイヤ１３ａは、上流側のグルーブローラ１２Ａに形成されたワイヤ回収側の最端のワイヤ溝１１から導出される（図１および図２）。導出されたワイヤ１３ａは、導出側のガイドローラを介して巻取り装置１６のボビンに巻き取られる。両ボビンの各回転軸は、一対のボビン用駆動モータの対応する出力軸にそれぞれ連結されている。両ボビン用駆動モータが同期して駆動することで、繰出し装置１５のボヒンはその軸線を中心にして時計回り回転する一方、巻取り装置１６のボヒンはその軸線を中心にして時計回り回転し、ワイヤ１３ａ（ワイヤ列１３）が時計回りである一方向へのみ走行（以下、一方向走行）する。
【００３４】
次に、ワイヤ列１３の一方向走行中、上方から多結晶インゴットＩを、ワイヤ列１３の押し付け位置Ｘに押し付ける。これにより、多結晶インゴットＩが矩形状の多数枚の多結晶ウェーハＷにスライスされる。すなわち、ワイヤ列１３の一方向走行時に、スラリーＳ中の遊離砥粒がワイヤ列１３のワイヤ１３ａにより多結晶インゴットＩの各切断溝Ｉａの底部に擦り付けられ、その底部が遊離砥粒の研削作用により徐々に削り取られる。
【００３５】
このとき、前述したように、切断溝Ｉａの上流側での多量のスラリーによって溝幅が大きくなる研削を考慮し、上流側のグルーブローラ１２Ａのワイヤ溝１１のピッチＰ１が、下流側のグルーブローラ１２Ｂのワイヤ溝１１のピッチＰ２より大きくなっている（図２）。そのため、切断溝Ｉａの上流側で多量のスラリーによる研削が行われても、上流側のウェーハ厚さを、切断溝Ｉａの下流側でのウェーハ厚さと同程度まで大きくすることができる。これにより、ウェーハ面内での厚さバラつきを抑えて、ウェーハ面内での厚さ均一性を高めることができる。
【００３６】
次に、図３を参照して、この発明に係る実施例２の一方向走行式ワイヤソーおよびこれを用いたインゴット切断方法について説明する。
図３に示すように、実施例２のワイヤソー（一方向走行式ワイヤソー）１０Ａの特徴は、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂに形成された全ての隣接するワイヤ溝１１のピッチの関係が、ワイヤ供給側のワイヤ溝１１のピッチをａ、ワイヤ回収側のワイヤ溝１１のピッチをｂ、インゴットＩを切断する際に各組の隣接するワイヤ溝間で摩耗するワイヤ１３ａの径減少分をΔｄとするとき、ｂ＝ａ−Δｄの関係が成立するように、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂに多数本のワイヤ溝１１が形成された点である。すなわち、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂにおいて、ワイヤ供給側からワイヤ回収側に向けてワイヤ溝１１のピッチ（溝ピッチ）は徐々に小さくなっている。
【００３７】
このように構成することで、スライス中、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂのワイヤ供給側からワイヤ回収側に向かって徐々にワイヤ１３ａが摩耗して細くなっても、それに応じてワイヤ列１３のワイヤ間のピッチが狭くなる。その結果、ウェーハ面内での厚さバラつきのみでなく、１本の多結晶インゴットＩから切り出された多数枚の多結晶ウェーハＷのウェーハ間での厚さバラつきも抑えることができる。
【００３８】
以下、これを詳細に説明する。
インゴット切断中、ワイヤ１３ａは、一方向走行しながらスラリーＳ中の遊離砥粒を切断溝Ｉａの奥部に押し付けることで徐々に摩耗する。そのため、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂのワイヤ供給側でのワイヤ径Ｄｉｎに比べて、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂのワイヤ回収側でのワイヤ径Ｄｏｕｔは、ΔＤ（＝Ｄｉｎ−Ｄｏｕｔ）だけ径減少することになる。このようなワイヤ１３ａの径減少は、多結晶ウェーハＷのウェーハ間の厚さ均一性を低下させる。
【００３９】
このような課題は、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂに形成された全ての隣接するワイヤ溝間でも発生する。すなわち、全ての隣接するワイヤ溝１１のうち、ワイヤ供給側でのワイヤ径ｄｉｎに比べて、ワイヤ回収側でのワイヤ径ｄｏｕｔは、Δｄ（＝ｄｉｎ−ｄｏｕｔ）だけ径減少する。Δｄとは、インゴットＩを切断する際に各組の隣接するワイヤ溝間で摩耗するワイヤ１３ａの径減少分である。Δｄは、１回のスライスで得られる多結晶ウェーハＷの枚数Ｎに１を加えた値（Ｎ＋１）によりΔＤを除算すれば、簡単に求められる。
【００４０】
以下、ワイヤ径の減少が、多結晶ウェーハＷのウェーハ間の厚さ均一性を低下させることを、具体的に説明する。ここで、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂの全ての隣接するワイヤ溝１１の関係において、ワイヤ供給側のワイヤ溝１１のピッチをａ、ワイヤ回収側のワイヤ溝１１のピッチをｂとする。
多結晶インゴットＩは、ワイヤ溝１１にガイドされながら走行中のワイヤ列１３によってスライスされる。そのとき、例えば多結晶インゴットＩのワイヤ供給側からスライスされる１枚目のウェーハＷ１の最大厚みｔ１は、遊離砥粒によるカーフロスを無視すればａ−ｄｉｎと計算される。また、多結晶インゴットＩのワイヤ供給側からスライスされる２枚目のウェーハＷ２の最大厚みｔ２は、ｂ−ｄｏｕｔと計算される。
【００４１】
ウェーハＷ１の厚みｔ１と、ウェーハＷ２の厚みｔ２とを比較すれば、両ウェーハＷ１, Ｗ２の間にΔｔ＝ｔ２−ｔ１＝（ｂ−ｄｏｕｔ）−（ａ−ｄｉｎ）＝Δｄ−（ａ−ｂ）の厚み差がある。ここで、各グルーブローラ１２Ａ、１２Ｂに一定ピッチ（ａ＝ｂ）でワイヤ溝１１が形成されていれば、厚み差はΔｔ＝Δｄとなって、ウェーハＷ１に比べてワイヤ１３ａの径減少分ΔｄだけウェーハＷ２が厚くなる。
そこで、ワイヤ１３ａの径減少分Δｄを原因とした厚み差Δｔが解消されるように、各グルーブローラ１２Ａ、１２Ｂのうち、ワイヤ供給側のワイヤ溝１１のピッチａと、ワイヤ回収側のワイヤ溝１１のピッチｂとの間に、ａ−ｂ＝Δｄの関係を成立させている。これにより、ワイヤ供給側からワイヤ回収側に向けて溝ピッチが徐々に小さくなる。そのため、ワイヤ１３ａの径減少分が、溝ピッチの減少によって相殺される。
【００４２】
その結果、例えば多結晶インゴットＩのワイヤ供給側から数えて１枚目のウェーハＷ１の厚みｔ１と、２枚目のウェーハＷ２の厚みｔ２とを、実質的に同じ厚みか、または少なくとも厚み差Δｔを小さくすることができる。このことは、各グルーブローラ１２Ａ、１２Ｂに形成された全ての隣接するワイヤ溝１１のピッチにおいても同じである。これにより、ウェーハ厚さ均一性が高められたウェーハ（Ｗ１，Ｗ２…）を、１本の多結晶インゴットＩからスライスすることができる。
その他の構成、作用および効果は、実施例１と同じであるので、説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明は、遊離砥粒を含むスラリーを用いた一方向式ワイヤソーによるインゴットのスライス方法において、本発明を採用しない方法に比べて、ウェーハ面内とウェーハ間の厚さバラつきを、抑えることが可能となる。厚さバラつきをより小さくすることは、ウェーハ厚さの寸法精度を向上させることをはじめとして、厚さに依存する機械強度や電気特性、光学特性などの品質を安定化させることを可能とし、ウェーハが用いられる機器の製造をより容易に、安価に実現させるものとして有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１０，１０Ａ 一方向走行式ワイヤソー、
１１ ワイヤ溝、
１１ａ ワイヤ供給側に形成されたワイヤ溝、
１１ｂ ワイヤ回収側に形成されたワイヤ溝、
１２Ａ 上流側に配置されたグルーブローラ、
１２Ｂ 下流側に配置されたグルーブローラ、
１３ ワイヤ列、
１３ａ ワイヤ、
１４ スラリーノズル、
Ｉ 多結晶インゴット（インゴット）、
Ｓ スラリー、
Ｘ 押し付け位置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一方向走行式ワイヤソー、詳しくはワイヤを一方向へのみ走行させることで、例えば多結晶シリコンインゴットから多数枚の太陽電池用多結晶シリコンウェーハをスライスする一方向走行式ワイヤソーに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、多数枚の太陽電池用の多結晶シリコンウェーハ（以下、ウェーハ）を多結晶シリコンインゴット（以下、インゴット）から切り出すスライス工程では、一般にワイヤソーが使用されている。具体的には、遊離砥粒と分散液とを混合したスラリーを切削加工液として用い、これを走行中のワイヤ列上に供給し、ワイヤ列に付着したスラリーを利用してインゴットからウェーハをスライスする。
【０００３】
ワイヤ列の走行方式の１種として、図４に示すように、ワイヤソー１００内に配置された上流側のグルーブローラ１０２と、下流側のグルーブローラ１０３との間に、ワイヤ１０４ａを架け渡して得たワイヤ列１０４を、一方向へのみ走行させる一方向走行方式が知られている（例えば特許文献１）。両グルーブローラ１０２，１０３の外周面には、ライニング材を介してローラの長さ方向へ一定ピッチＰで、多数本のワイヤ溝１０５が形成されている。このような一方向走行方式のワイヤソー１００によるインゴット１０１のスライスでは、ワイヤ列１０４の一方向への走行中、インゴット１０１の押し付け位置Ｘより上流側のワイヤ列１０４上に遊離砥粒を含むスラリーＳを供給し、これを上流側からインゴット１０１の切断溝（スライス溝）１０１ａに送り込ながら、インゴット１００からウェーハＷをスライスする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２２９８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような一方向走行方式のワイヤソー１００を用いたインゴット切断によれば、各切断溝１０１ａの上流側では、スラリーＳがワイヤ１０４ａに多量に付着して切断溝１０１ａの中に引き込まれることにより溝幅が大きい研削となってウェーハＷの厚さが薄くなり、かつ各切断溝１０１ａの下流側では、ワイヤ１０４ａに付着するスラリーＳが徐々に減ることで幅が狭い研削となってウェーハＷが厚くなっていた。その結果、ウェーハ面内での厚さバラつき（傾き）が大きくなっていた。
ここでの「厚さバラつき」の程度は、スラリーＳの遊離砥粒の大きさ、インゴット１０１の送り速度、ワイヤ１０４ａの走行速度などのスライス条件により異なるものの、一般的には１０〜２０μｍである。
【０００６】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、このように各切断溝の上流側と下流側とでウェーハの厚さが異なるのは、各グルーブローラに形成された多数本のワイヤ溝が、その長さ方向へ一定ピッチＰで配置されていることが原因であることを発見した。これを踏まえ、切断溝の上流側では溝幅が大きい研削となることを考慮し、下流側のグルーブローラの溝ピッチより、上流側のグルーブローラの溝ピッチの方を大きくすれば、一方向走行式によるインゴット切断であっても、ウェーハ面内での厚さバラつきが抑えられることを知見し、この発明を完成させた。
【０００７】
この発明は、ウェーハ面内での厚さバラつきを抑えることができる一方向走行式ワイヤソー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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、多数本のワイヤ溝が長さ方向へ離間して形成された少なくとも２本のグルーブローラと、前記多数本のワイヤ溝を介して、前記グルーブローラ間にワイヤを架け渡すことでワイヤ列を現出し、該ワイヤ列を維持しながら前記グルーブローラ間で一方向へのみ走行するワイヤとを備え、前記ワイヤ列の一方向への走行中、該ワイヤ列にインゴットを相対的に押し付けながら、該インゴットが押し付けられる前記ワイヤ列の押し付け位置より上流側の部分に、遊離砥粒を含むスラリーを供給して前記インゴットを切断する一方向走行式ワイヤソーにおいて、前記押し付け位置を基準として、それより上流側の前記グルーブローラと、それより下流側の前記グルーブローラとにそれぞれ形成された各ワイヤ溝のうち、前記ワイヤの走行方向に隣接する各ワイヤ溝の関係を、前記上流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチの方が、前記下流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチに比べて大きくなるようにした一方向走行式ワイヤソーである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、ワイヤ列の一方向への走行中、ワイヤ列のインゴットの押し付け位置より上流側の部分に遊離砥粒を含むスラリーを供給しながら、インゴットとワイヤ列とを押し付け位置で相対的に押し付ける。これにより、インゴットの各ワイヤ溝において、スラリーに含まれた遊離砥粒が走行中のワイヤによりワイヤ溝の奥部に押し付けられ、この遊離砥粒の研削作用によってインゴット切断が進行して行く。
【００１０】
このとき、切断溝の上流側（切断溝のうち、走行中のワイヤが導入される側）における多量のスラリーを使用した溝幅が大きい研削を考慮し、ワイヤが直接掛けられる上流側のグルーブローラと下流側のグルーブローラとのワイヤ溝間において、上流側のグルーブローラに形成されたワイヤ溝のピッチの方が、下流側（切断溝のうち、走行中のワイヤが導出される側）のグルーブローラに形成されたワイヤ溝のピッチより大きくなるように構成している。そのため、切断溝の上流側で多量のスラリーによる研削が行われても、上流側のウェーハ厚さを、切断溝の下流側でのウェーハの厚さと同程度にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明に係る実施例１の一方向走行式ワイヤソーによるインゴットの切断状態を示す斜視図である。
【図２】この発明に係る実施例１の一方向走行式ワイヤソーによるインゴットの切断状態を示す要部拡大平面図である。
【図３】この発明に係る実施例２の一方向走行式ワイヤソーによるインゴットの切断状態を示す要部拡大平面図である。
【図４】従来手段に係る一方向走行式ワイヤソーによるインゴットの切断状態を示す要部拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明の一方向走行式ワイヤソーは、多数本のワイヤ溝が長さ方向へ離間して形成された少なくとも２本のグルーブローラと、前記多数本のワイヤ溝を介して、前記グルーブローラ間にワイヤを架け渡すことでワイヤ列を現出し、該ワイヤ列を維持しながら前記グルーブローラ間で一方向へのみ走行するワイヤとを備え、前記ワイヤ列の一方向への走行中、該ワイヤ列にインゴットを相対的に押し付けながら、該インゴットが押し付けられる前記ワイヤ列の押し付け位置より上流側の部分に、遊離砥粒を含むスラリーを供給して前記インゴットを切断する一方向走行式ワイヤソーにおいて、前記押し付け位置を基準として、それより上流側の前記グルーブローラと、それより下流側の前記グルーブローラとにそれぞれ形成された各ワイヤ溝のうち、前記ワイヤの走行方向に隣接する各ワイヤ溝の関係を、前記上流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチの方が、前記下流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチに比べて大きくなるようにしたものである。
【００１３】
この発明によれば、ワイヤ列の一方向への走行中、ワイヤ列にインゴットを相対的に押し付けてこれをスライスする。このとき、切断溝の上流側での多量のスラリーを使用した溝幅が大きい研削を考慮し、ワイヤの走行方向に隣接する各ワイヤ溝の関係を、上流側のグルーブローラに形成されたワイヤ溝のピッチ（溝ピッチ）の方が、下流側のグルーブローラに形成されたワイヤ溝のピッチに比べて大きくなるようにしている。そのため、切断溝の上流側で多量のスラリーによる研削が行われても、上流側のウェーハ厚さを、切断溝の下流側でのウェーハの厚さと同程度まで小さくすることができる。
【００１４】
ワイヤソーは、例えば、ワイヤ列の上部にインゴットの下面が当接するものでも、ワイヤ列の下部にインゴットの上面が押し当てられるものでもよい。また、ワイヤソーは、インゴットをワイヤ方向へ動かし、これをワイヤ列に押し付けるものでも、ワイヤ列を動かしてインゴットに押し付けるものでもよい。グルーブローラの使用本数は、例えば２本、３本または４本である。
【００１５】
多数本のワイヤ溝は、グルーブローラの外周面に形成された円筒形状のライニング材の外周面に形成される。１本のグルーブローラに形成される全てのワイヤ溝の間隔（ピッチ）は、一定（均等）でも、任意に異なってもよい。
ライニング材の素材としては、例えばウレタン（ポリウレタン）、ナイロンなどの合成樹脂を採用することができる。
スラリーとしては、鉱物油やグリコール、純水などの分散媒（液体）に遊離砥粒を含ませたものを採用することができる。スラリーは、スラリーノズルを介してワイヤ列上に供給される。
【００１６】
遊離砥粒としては、例えば炭化珪素質砥粒（ＧＣ砥粒）、シリカ砥粒、アルミナ砥粒またはダイヤモンド砥粒などを採用することができる。ワイヤソーに使用される遊離砥粒の平均粒径は１０〜２０μｍが一般的である。
ワイヤの素材としては、例えばピアノ線などの鋼線、タングステン線、モリブデン線などを採用することができる。ワイヤの直径は１００〜２００μｍが一般的である。
インゴットとしては、例えばシリコン単結晶、シリコン多結晶、化合物半導体単結晶、化合物半導体多結晶などを採用することができる。このうち、多結晶インゴットからスライスされた多結晶ウェーハの用途としては、例えば太陽電池用基板などが挙げられる。
【００１７】
「押し付け位置を基準として、それより上流側のグルーブローラ」とは、インゴットの押し付け位置の両側に配置された２本のグルーブローラのうちで、一方向へ走行中のワイヤ列をインゴットへ送り込む側（スラリーが供給される側）に配置されたグルーブローラをいう。
「押し付け位置を基準として、それより下流側のグルーブローラ」とは、インゴットの押し付け位置の両側に配置された２本のグルーブローラのうち、一方向へ走行中のワイヤ列がインゴットから送り出される側（スラリーが供給される側とは反対側）に配置されたグルーブローラをいう。
【００１８】
上流側に配置されたグルーブローラの各ワイヤ溝のピッチは、下流側に配置されたグルーブローラの各ワイヤ溝のピッチより例えば１０〜４０μｍ大きくなっている。１０μｍ未満では、ウェーハの厚さのバラつきを十分に抑えることができない。また、４０μｍを超えれば上流側のウェーハの厚さが、下流側のウェーハの厚さより厚くなる。
具体的には、厚さ２００μｍのウェーハを得ようとした場合、上流側のグルーブローラのワイヤ溝のピッチは３７５〜３９０μｍ、下流側のグルーブローラのワイヤ溝のピッチは、それより２５μｍ程度小さい３５０〜３６５μｍとなる。ちなみに従来のワイヤ溝のピッチは上流側、下流側ともに３７０μｍ程度である。
【００１９】
また、ここでいう「上流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチの方が、前記下流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチに比べて大きくなる」とは、ワイヤがグルーブローラ間で一方向へ走行することにより現出したワイヤ走行方向での隣接関係にある各ワイヤ溝において、上流側のグルーブローラの各ワイヤ溝のピッチを、下流側のグルーブローラの各ワイヤ溝のピッチに比べて大きくすることをいう。
具体的には、例えばグルーブローラが２本の場合において、最初にワイヤが掛けられるワイヤ供給側の最端のワイヤ溝を１番目、最後にワイヤが掛けられるワイヤ回収側の最端のワイヤ溝をｎ番目として、全てのワイヤ溝に番号（１,２,…ｎ）を付け、これらのワイヤ溝に順次ワイヤを掛けたとき、例えば、第１のグルーブローラの１番目のワイヤ溝と、次にワイヤが直接掛けられる第２のグルーブローラの１番目のワイヤ溝との関係において、第１のグルーブローラの１番目のワイヤ溝のピッチを、第２のグルーブローラの１番目のワイヤ溝のピッチに比べて大きくすることをいう。
【００２０】
また、この発明では、前記各グルーブローラに形成された全ての隣接するワイヤ溝の関係が、前記ワイヤが先に掛けられるワイヤ供給側の前記ワイヤ溝のピッチをａ、前記ワイヤが後で掛けられるワイヤ回収側の前記ワイヤ溝のピッチをｂ、前記インゴットを切断する際に各組の前記隣接するワイヤ溝間で摩耗するワイヤの径減少分をΔｄとするとき、ｂ＝ａ−Δｄの関係が成立するように、前記各グルーブローラに前記多数本のワイヤ溝を形成した方が望ましい。
このようにすれば、スライス中、グルーブローラのワイヤ供給側からワイヤ回収側に向かって徐々にワイヤが摩耗して細くなっても、その分、ワイヤ列のワイヤ間のピッチが狭くなる。その結果、ウェーハ面内での厚さバラつきのみでなく、１本のインゴットから切り出された各ウェーハ間での厚さバラつきも抑えることができる。
【００２１】
「各グルーブローラに形成された全ての隣接するワイヤ溝（のピッチ）の関係」とは、例えば、各グルーブローラにおいて、ワイヤ供給側の最端に配置された１番目のワイヤ溝のピッチと２番目のワイヤ溝のピッチとの関係、または、この２番目のワイヤ溝のピッチと３番目のワイヤ溝のピッチとの関係などをいう。
ここでいう「ワイヤ供給側のワイヤ溝のピッチ」とは、例えば、各グルーブローラでの前記１番目のワイヤ溝のピッチと２番目のワイヤ溝のピッチとの関係において、１番目のワイヤ溝のピッチをいう。
【００２２】
また、ここでいう「ワイヤ回収側のワイヤ溝のピッチ」とは、例えば、各グルーブローラでの前記１番目のワイヤ溝のピッチと２番目のワイヤ溝のピッチとの関係において、２番目のワイヤ溝のピッチをいう。
さらに、ここでいう「インゴットを切断する際に各組の隣接するワイヤ溝間で摩耗するワイヤの径減少分Δｄ」は、まずインゴットを切断した際に摩耗するワイヤ全体の径減少分Ｄを計測し、得られた値を、「ワイヤ列の押し付け位置と正対する方向から視たとき、インゴット切断に使用されたワイヤ列の部分を見かけ上構成するワイヤの本数」、または、「１回のスライスで得られたウェーハの枚数Ｎに１を加えた値（Ｎ＋１）」で除算すれば、簡単に求められる。
【実施例】
【００２３】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。ここでは、一方向走行式ワイヤソーを用いて行われる多結晶シリコン系太陽電池用の多結晶シリコンインゴットのスライスを例とする。
まず、この発明の実施例１の一方向走行式ワイヤソーについて説明する。
【００２４】
図１において、１０はこの発明に係る実施例１の一方向走行式ワイヤソー（以下、ワイヤソー）である。このワイヤソー１０は、それぞれの外周面に長さ方向へ所定ピッチで多数本のワイヤ溝１１が形成され、かつ互いの軸線が平行な上流側のグルーブローラ１２Ａおよび下流側のグルーブローラ１２Ｂと、多数本のワイヤ溝１１を介して、２本のグルーブローラ間に架け渡されることでワイヤ列１３を現出し、ワイヤ列１３を維持しながらグルーブローラ間で一方向へ走行するワイヤ１３ａと、ワイヤ列１３のうち、太陽電池用の多結晶シリコンインゴット（以下、多結晶インゴット）Ｉの押し付け位置Ｘより上流側の部分に遊離砥粒を含むスラリーＳを供給する１本のスラリーノズル１４と、ワイヤ１３ａを上流側のグルーブローラ１２Ａへ繰り出す繰出し装置１５と、下流側のグルーブローラ１２Ｂから導出されたワイヤ１３ａを巻き取る巻取り装置１６とを備えている。
【００２５】
以下、これらの構成体を具体的に説明する。
まず、多結晶インゴットＩを説明する。これは、中間化合物であるトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）を水素により還元することで、多結晶シリコンを得るシーメンス法（Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｍｅｔｈｏｄ）を利用して製造されたものである。
まず、水冷したベルジャー型の反応器の中にシリコンの種棒を設置し、種棒に所定の電圧を印加して種棒を１１００℃に加熱し、反応器内にトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、還元剤の水素およびドーパントとしてのボロンガスを下方から導入する。これにより、シリコン塩化物を還元し、生成したシリコンが選択的に種棒の表面に付着することで、棒状の多結晶シリコンが気相成長させる。次に、棒状多結晶シリコンが所定サイズの塊に破砕されて、太陽電池用の多結晶インゴットＩを鋳造する溶融原料となる。
【００２６】
得られた多結晶シリコンの塊はルツボに投入され、電磁溶解連続鋳造方法により断面矩形状の多結晶インゴットＩが製造される。この方法では、外周に誘導コイルが配置された導電性の無底ルツボを使用する。無底ルツボに挿入された原料シリコンは、誘導コイルの電磁誘導により、ルツボ内壁に非接触状態で所定温度に加熱されて溶解する。その後、無底ルツボに原料シリコンを供給しながら、引き抜き装置により無底ルツボ内の融液を下方へ徐々に引き下げ、無底ルツボの直下に配置された徐冷装置により凝固させる。これにより、多結晶インゴットＩが連続的に製造される。連続鋳造された多結晶インゴットＩは所定長さごとに切断される。得られた多結晶インゴットＩは、カーボンベッドを介して、ワイヤ列１３の押し付け位置Ｘの上方に配置された昇降台に固定されている。
【００２７】
次に、図１および図２を参照して、ワイヤソー１０を具体的に説明する。
このワイヤソー１０は、電磁溶解連続鋳造方法により鋳造された多結晶インゴットＩを多数枚の太陽電池用多結晶シリコンウェーハである多結晶ウェーハＷにスライスする装置である。
ワイヤソー１０に内蔵された２本のグルーブローラ１２Ａ，１２Ｂの外周面は、その略全長にわってウレタンゴムからなる所定厚さのライニング材１７により被覆されている。両ライニング材１７の外周面には、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂの長さ方向に向かって一定ピッチ（全てのワイヤ溝１１は均一間隔）で多数本のワイヤ溝１１がそれぞれ形成されている。
【００２８】
このうち、上流側のグルーブローラ１２Ａのワイヤ溝１１のピッチＰ１は３８５μｍ、下流側のグルーブローラ１２Ｂのワイヤ溝１１のピッチＰ２は３５５μｍとなっている。これは、切断溝Ｉａの上流側において、多量のスラリーにより溝幅が広がり、その部分の多結晶ウェーハＷの厚さが薄くなる研削を考慮したためで、上流側のグルーブローラ１２Ａのワイヤ溝１１のピッチＰ１は、下流側のグルーブローラ１２Ｂのワイヤ溝１１のピッチＰ２に比べて３０μｍだけ大きくなっている。
【００２９】
両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂ間には、多数本のワイヤ溝１１を介して１本のワイヤ１３ａが順次架け渡されている。
ここで、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂの各ワイヤ溝１１に番号を付け、このワイヤ１３ａの架け渡し状態を詳しく説明する。すなわち、最初にワイヤ１３ａが掛けられるワイヤ供給側の最端のワイヤ溝１１を１番目、最後にワイヤ１３ａが掛けられるワイヤ回収側の最端のワイヤ溝１１をｎ番目として、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂの全てのワイヤ溝１１に番号（１,２,…）を付ける。ワイヤ１３ａは、まずグルーブローラ１２Ａの１番目のワイヤ溝１１に掛けられ、その後、グルーブローラ１２Ｂの１番目、グルーブローラ１２Ａの２番目、グルーブローラ１２Ｂの２番目の各ワイヤ溝１１へと順に架け渡される。そして、最終的にはグルーブローラ１２Ａのｎ番目のワイヤ溝１１から外部へ導出されて回収される。
このとき、ワイヤの走行方向に隣接関係にあるワイヤ溝としては、例えば、グルーブローラ１２Ａの１番目のワイヤ溝１１と、グルーブローラ１２Ｂの１番目のワイヤ溝１１とが挙げられる。その他、グルーブローラ１２Ａの２番目のワイヤ溝１１と、グルーブローラ１２Ｂの２番目のワイヤ溝１１となる。
【００３０】
スラリーノズル１４は、長さ方向をワイヤ列１３の幅方向に向け、先端面の開口が蓋により塞がれたストレート管である。スラリーノズル１４の下部には、その全長にわたり所定ピッチで多数のスラリー流出口が形成されている。スラリーＳとしては、グリコール中に平均粒径１０μｍの遊離砥粒（ＧＣ砥粒）を所定割合で分散させたものが採用されている。
ワイヤ１３ａは、直径１５０μｍ程度の高張力鋼鉄線である。ワイヤ１３ａは、繰出し装置１５のボビンから導出され、両グルーブローラ間に架け渡された後、巻取り装置１６のボビンに巻き取られる。その際、２本のグルーブローラ間には、見かけ上、無端ベルト形状のワイヤ列１３が現出される。多結晶インゴットＩの押し付け位置Ｘは、ワイヤ列１３の表側部（上側部）の中間部分となる。
【００３１】
次に、図１および図２を参照して、実施例１のワイヤソーを用いた多結晶インゴットのインゴット切断方法を説明する。
図１に示すように、スライス時には、スラリーＳを所定の流量でスラリーノズル１４よりワイヤ列１３の所定位置に供給しながら、一方のボビン用駆動モータにより繰出し装置１５のボビンを回転させる。これにより、ワイヤ１３ａを両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂに供給する。具体的には、繰出し装置１５から導出されたワイヤ１３ａは、供給側のガイドローラを介して、上流側のグルーブローラ１２Ａに形成されたワイヤ供給側の最端のワイヤ溝１１に掛けられる。
【００３２】
次に、ワイヤ１３ａは、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂの各ワイヤ溝１１に順次架け渡されて、両グルーブローラ間にワイヤ列１３が現出される。このとき、図２に示すように、ワイヤ１３ａが上述の順番で掛けられて行く上流側のグルーブローラ１２Ａの１，２、…番目の各ワイヤ溝１１のピッチＰ１と、下流側のグルーブローラ１２Ｂの１，２、…番目の各ワイヤ溝１１のピッチＰ２との関係は、上流側のグルーブローラ１２Ａのワイヤ溝１１のピッチＰ１の方が、下流側のグルーブローラ１２Ｂのワイヤ溝１１のピッチＰ２に比べて３０μｍだけ大きくなっている。一例を挙げれば、上流側のグルーブローラ１２Ａの１番目のワイヤ溝１１のピッチＰ１の方が、これとワイヤ１３ａの走行方向に隣接した下流側のグルーブローラ１２Ｂの１番目のワイヤ溝１１のピッチＰ２に比べて、前記寸法だけ大きくなっている。
その結果、ワイヤ列１３は、上流側のグルーブローラ１２Ａに掛けられた部分の方が、下流側のグルーブローラ１２Ｂに掛けられた部分より幅が広くなった、平面視して略台形状のものとなる。
【００３３】
そして、最終的にワイヤ１３ａは、上流側のグルーブローラ１２Ａに形成されたワイヤ回収側の最端のワイヤ溝１１から導出される（図１および図２）。導出されたワイヤ１３ａは、導出側のガイドローラを介して巻取り装置１６のボビンに巻き取られる。両ボビンの各回転軸は、一対のボビン用駆動モータの対応する出力軸にそれぞれ連結されている。両ボビン用駆動モータが同期して駆動することで、繰出し装置１５のボヒンはその軸線を中心にして時計回り回転する一方、巻取り装置１６のボヒンはその軸線を中心にして時計回り回転し、ワイヤ１３ａ（ワイヤ列１３）が時計回りである一方向へのみ走行（以下、一方向走行）する。
【００３４】
次に、ワイヤ列１３の一方向走行中、上方から多結晶インゴットＩを、ワイヤ列１３の押し付け位置Ｘに押し付ける。これにより、多結晶インゴットＩが矩形状の多数枚の多結晶ウェーハＷにスライスされる。すなわち、ワイヤ列１３の一方向走行時に、スラリーＳ中の遊離砥粒がワイヤ列１３のワイヤ１３ａにより多結晶インゴットＩの各切断溝Ｉａの底部に擦り付けられ、その底部が遊離砥粒の研削作用により徐々に削り取られる。
【００３５】
このとき、前述したように、切断溝Ｉａの上流側での多量のスラリーによって溝幅が大きくなる研削を考慮し、上流側のグルーブローラ１２Ａのワイヤ溝１１のピッチＰ１が、下流側のグルーブローラ１２Ｂのワイヤ溝１１のピッチＰ２より大きくなっている（図２）。そのため、切断溝Ｉａの上流側で多量のスラリーによる研削が行われても、上流側のウェーハ厚さを、切断溝Ｉａの下流側でのウェーハ厚さと同程度まで大きくすることができる。これにより、ウェーハ面内での厚さバラつきを抑えて、ウェーハ面内での厚さ均一性を高めることができる。
【００３６】
次に、図３を参照して、この発明に係る実施例２の一方向走行式ワイヤソーおよびこれを用いたインゴット切断方法について説明する。
図３に示すように、実施例２のワイヤソー（一方向走行式ワイヤソー）１０Ａの特徴は、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂに形成された全ての隣接するワイヤ溝１１のピッチの関係が、ワイヤ供給側のワイヤ溝１１のピッチをａ、ワイヤ回収側のワイヤ溝１１のピッチをｂ、インゴットＩを切断する際に各組の隣接するワイヤ溝間で摩耗するワイヤ１３ａの径減少分をΔｄとするとき、ｂ＝ａ−Δｄの関係が成立するように、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂに多数本のワイヤ溝１１が形成された点である。すなわち、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂにおいて、ワイヤ供給側からワイヤ回収側に向けてワイヤ溝１１のピッチ（溝ピッチ）は徐々に小さくなっている。
【００３７】
このように構成することで、スライス中、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂのワイヤ供給側からワイヤ回収側に向かって徐々にワイヤ１３ａが摩耗して細くなっても、それに応じてワイヤ列１３のワイヤ間のピッチが狭くなる。その結果、ウェーハ面内での厚さバラつきのみでなく、１本の多結晶インゴットＩから切り出された多数枚の多結晶ウェーハＷのウェーハ間での厚さバラつきも抑えることができる。
【００３８】
以下、これを詳細に説明する。
インゴット切断中、ワイヤ１３ａは、一方向走行しながらスラリーＳ中の遊離砥粒を切断溝Ｉａの奥部に押し付けることで徐々に摩耗する。そのため、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂのワイヤ供給側でのワイヤ径Ｄｉｎに比べて、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂのワイヤ回収側でのワイヤ径Ｄｏｕｔは、ΔＤ（＝Ｄｉｎ−Ｄｏｕｔ）だけ径減少することになる。このようなワイヤ１３ａの径減少は、多結晶ウェーハＷのウェーハ間の厚さ均一性を低下させる。
【００３９】
このような課題は、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂに形成された全ての隣接するワイヤ溝間でも発生する。すなわち、全ての隣接するワイヤ溝１１のうち、ワイヤ供給側でのワイヤ径ｄｉｎに比べて、ワイヤ回収側でのワイヤ径ｄｏｕｔは、Δｄ（＝ｄｉｎ−ｄｏｕｔ）だけ径減少する。Δｄとは、インゴットＩを切断する際に各組の隣接するワイヤ溝間で摩耗するワイヤ１３ａの径減少分である。Δｄは、１回のスライスで得られる多結晶ウェーハＷの枚数Ｎに１を加えた値（Ｎ＋１）によりΔＤを除算すれば、簡単に求められる。
【００４０】
以下、ワイヤ径の減少が、多結晶ウェーハＷのウェーハ間の厚さ均一性を低下させることを、具体的に説明する。ここで、両グルーブローラ１２Ａ，１２Ｂの全ての隣接するワイヤ溝１１の関係において、ワイヤ供給側のワイヤ溝１１のピッチをａ、ワイヤ回収側のワイヤ溝１１のピッチをｂとする。
多結晶インゴットＩは、ワイヤ溝１１にガイドされながら走行中のワイヤ列１３によってスライスされる。そのとき、例えば多結晶インゴットＩのワイヤ供給側からスライスされる１枚目のウェーハＷ１の最大厚みｔ１は、遊離砥粒によるカーフロスを無視すればａ−ｄｉｎと計算される。また、多結晶インゴットＩのワイヤ供給側からスライスされる２枚目のウェーハＷ２の最大厚みｔ２は、ｂ−ｄｏｕｔと計算される。
【００４１】
ウェーハＷ１の厚みｔ１と、ウェーハＷ２の厚みｔ２とを比較すれば、両ウェーハＷ１, Ｗ２の間にΔｔ＝ｔ２−ｔ１＝（ｂ−ｄｏｕｔ）−（ａ−ｄｉｎ）＝Δｄ−（ａ−ｂ）の厚み差がある。ここで、各グルーブローラ１２Ａ、１２Ｂに一定ピッチ（ａ＝ｂ）でワイヤ溝１１が形成されていれば、厚み差はΔｔ＝Δｄとなって、ウェーハＷ１に比べてワイヤ１３ａの径減少分ΔｄだけウェーハＷ２が厚くなる。
そこで、ワイヤ１３ａの径減少分Δｄを原因とした厚み差Δｔが解消されるように、各グルーブローラ１２Ａ、１２Ｂのうち、ワイヤ供給側のワイヤ溝１１のピッチａと、ワイヤ回収側のワイヤ溝１１のピッチｂとの間に、ａ−ｂ＝Δｄの関係を成立させている。これにより、ワイヤ供給側からワイヤ回収側に向けて溝ピッチが徐々に小さくなる。そのため、ワイヤ１３ａの径減少分が、溝ピッチの減少によって相殺される。
【００４２】
その結果、例えば多結晶インゴットＩのワイヤ供給側から数えて１枚目のウェーハＷ１の厚みｔ１と、２枚目のウェーハＷ２の厚みｔ２とを、実質的に同じ厚みか、または少なくとも厚み差Δｔを小さくすることができる。このことは、各グルーブローラ１２Ａ、１２Ｂに形成された全ての隣接するワイヤ溝１１のピッチにおいても同じである。これにより、ウェーハ厚さ均一性が高められたウェーハ（Ｗ１，Ｗ２…）を、１本の多結晶インゴットＩからスライスすることができる。
その他の構成、作用および効果は、実施例１と同じであるので、説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明は、遊離砥粒を含むスラリーを用いた一方向式ワイヤソーによるインゴットのスライス方法において、本発明を採用しない方法に比べて、ウェーハ面内とウェーハ間の厚さバラつきを、抑えることが可能となる。厚さバラつきをより小さくすることは、ウェーハ厚さの寸法精度を向上させることをはじめとして、厚さに依存する機械強度や電気特性、光学特性などの品質を安定化させることを可能とし、ウェーハが用いられる機器の製造をより容易に、安価に実現させるものとして有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１０，１０Ａ 一方向走行式ワイヤソー、
１１ ワイヤ溝、
１１ａ ワイヤ供給側に形成されたワイヤ溝、
１１ｂ ワイヤ回収側に形成されたワイヤ溝、
１２Ａ 上流側に配置されたグルーブローラ、
１２Ｂ 下流側に配置されたグルーブローラ、
１３ ワイヤ列、
１３ａ ワイヤ、
１４ スラリーノズル、
Ｉ 多結晶インゴット（インゴット）、
Ｓ スラリー、
Ｘ 押し付け位置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数本のワイヤ溝が長さ方向へ離間して形成された少なくとも２本のグルーブローラと、
前記多数本のワイヤ溝を介して、前記グルーブローラ間にワイヤを架け渡すことでワイヤ列を現出し、該ワイヤ列を維持しながら前記グルーブローラ間で一方向へのみ走行するワイヤとを備え、
前記ワイヤ列の一方向への走行中、該ワイヤ列にインゴットを相対的に押し付けながら、該インゴットが押し付けられる前記ワイヤ列の押し付け位置より上流側の部分に、遊離砥粒を含むスラリーを供給して前記インゴットを切断する一方向走行式ワイヤソーにおいて、
前記押し付け位置を基準として、それより上流側の前記グルーブローラと、それより下流側の前記グルーブローラとにそれぞれ形成された各ワイヤ溝のうち、前記ワイヤの走行方向に隣接する各ワイヤ溝の関係を、
前記上流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチの方が、前記下流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチに比べて大きくなるようにした一方向走行式ワイヤソー。
【請求項１】
多数本のワイヤ溝が長さ方向へ離間して形成された少なくとも２本のグルーブローラと、
前記多数本のワイヤ溝を介して、前記グルーブローラ間にワイヤを架け渡すことでワイヤ列を現出し、該ワイヤ列を維持しながら前記グルーブローラ間で一方向へのみ走行するワイヤとを備え、
前記ワイヤ列の一方向への走行中、該ワイヤ列にインゴットを相対的に押し付けながら、該インゴットが押し付けられる前記ワイヤ列の押し付け位置より上流側の部分に、遊離砥粒を含むスラリーを供給して前記インゴットを切断する一方向走行式ワイヤソーにおいて、
前記押し付け位置を基準として、それより上流側の前記グルーブローラと、それより下流側の前記グルーブローラとにそれぞれ形成された各ワイヤ溝のうち、前記ワイヤの走行方向に隣接する各ワイヤ溝の関係を、
前記上流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチの方が、前記下流側のグルーブローラに形成された各ワイヤ溝のピッチに比べて大きくなるようにした一方向走行式ワイヤソー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１４３８４７（Ｐ２０１２−１４３８４７Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３２２（Ｐ２０１１−５３２２）
【出願日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
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