半導体インゴットの切断方法、固定砥粒ワイヤソー及びウエハ
【課題】固定砥粒ワイヤソーを用いた半導体インゴットの切断効率を向上するのに好適な半導体インゴットの切断方法及び固定砥粒ワイヤソーを提供する。
【解決手段】固定砥粒ワイヤ１０を、メインローラ１８Ａ，１８Ｂに複数回巻き掛けて構成したワイヤ列２０をその長手方向に走行させて、走行するワイヤ列２０に半導体インゴット５０を押し当てることで、半導体インゴット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に際して、切断時のワイヤ走行速度Ｖｗを、１００[ｍ／ｍｉｎ]＜Ｖｗ＜４００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲内の速度とした。
【解決手段】固定砥粒ワイヤ１０を、メインローラ１８Ａ，１８Ｂに複数回巻き掛けて構成したワイヤ列２０をその長手方向に走行させて、走行するワイヤ列２０に半導体インゴット５０を押し当てることで、半導体インゴット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に際して、切断時のワイヤ走行速度Ｖｗを、１００[ｍ／ｍｉｎ]＜Ｖｗ＜４００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲内の速度とした。
【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から構成される固定砥粒ワイヤソーを用いた、半導体インゴットの切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の溝付き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）。特許文献１に係る発明では、シリコンインゴットや化合物半導体インゴット等のワークを、ワイヤソーを用いてウエハ状に切断するに際して、固定砥粒ワイヤの走行速度を、４００〜８００[ｍ／ｍｉｎ]にすることができるとしている（段落００４１参照）。
【０００３】
また、例えば、特許文献２には、高強度のワイヤの外周面上に超砥粒を固着したワイヤソーでもってワイヤソー列を形成し、このワイヤソーを１０００[ｍ／ｍｉｎ]以上２５００[ｍ／ｍｉｎ]以下の線速で走行させて、シリコンインゴット等の硬脆材料をウエハへと切断する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２０１９７号公報
【特許文献２】特開２００１−５４８５０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、ワイヤソーによる被加工物のウエハへの切断加工において、走行するワイヤのうねり等によってウエハへと加工途中での意図しない切断が生じる。これはウエハの脱落という現象であり、例えば、多結晶半導体インゴットを切断する場合に、ワイヤの走行速度を速くしていくことで、この脱落数が上昇する傾向にある。
本発明者らは、このワイヤ走行速度の上昇によるウエハ脱落数の上昇に着目して、ワイヤの走行速度Ｖｗを逆に従来速度（４００[ｍ／ｍｉｎ]以上）よりも遅い速度にして多結晶半導体インゴットを切断する実験を行った。この実験により、ワイヤの走行速度を従来速度よりも遅くしていくことで、ウエハの脱落数が、従来速度の場合と比較して減少する傾向にあることを発見した。
【０００６】
そこで、本発明は、このような観点からなされたものであって、固定砥粒ワイヤソーを用いた半導体インゴット、特に多結晶半導体インゴットの切断効率を向上するのに好適な半導体インゴットの切断方法、固定砥粒ワイヤソー及び該切断方法又は該ワイヤソーを用い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に記載の半導体インゴットの切断方法は、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走行させ、走行させた前記固定砥粒ワイヤで半導体インゴットを切断する切断方法において、前記半導体インゴットを切断時の前記固定砥粒ワイヤソーのワイヤ走行速度Ｖｗを、１００[ｍ／ｍｉｎ]＜Ｖｗ＜４００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲内の速度とした。
これにより、従来の４００[ｍ／ｍｉｎ]以上のワイヤ走行速度で半導体インゴットを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。
【０００８】
〔態様２〕 更に、態様２に記載の半導体インゴットの切断方法は、態様１の構成に対して、切断位置での前記固定砥粒ワイヤの張力を、使用するワイヤの直径に対して２３９０[Ｎ／ｍｍ2]以上に制御する。
これにより、半導体インゴットを切断時のワイヤのぶれ量を低減することが可能となる。
【０００９】
〔態様３〕 更に、態様３に記載の半導体インゴットの切断方法は、態様１又は２の構成に対して、前記固定砥粒ワイヤソーは、前記固定砥粒ワイヤを、軸平行に対向配置した複数のローラに一定ピッチで巻き回して構成された複数のワイヤ列を有し、
前記複数のワイヤ列を長手方向に走行させ、走行させた前記複数のワイヤ列で同時に前記半導体インゴットを切断可能に構成されている。
これにより、半導体インゴットを同時に複数枚のウエハへと加工することが可能となる。
【００１０】
〔態様４〕 一方、上記目的を達成するために、態様４に記載の固定砥粒ワイヤソーは、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走行させ、走行させた前記固定砥粒ワイヤで半導体インゴットを切断する固定砥粒ワイヤソーであって、
前記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制御部を備える。
【００１１】
このような構成であれば、固定砥粒ワイヤのワイヤ走行速度を１００[ｍ／ｍｉｎ]＜Ｖｗ＜４００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲内の速度で走行させて、半導体インゴットを切断することが可能となる。
これにより、従来の４００[ｍ／ｍｉｎ]以上のワイヤ走行速度で半導体インゴットを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可能となる。
【００１２】
〔態様５〕 また、上記目的を達成するために、態様５に記載のウエハは、態様１から３のいずれか１に記載した切断方法を用いて作製されたことを特徴とする。
従来よりも脱落数を低減可能な上記切断方法を用いて作製されるウエハであるので、少なくとも、従来の走行速度に対して脱落要因となる箇所について、従来方法を用いて作製されたウエハと比較して加工寸法等の精度の高いウエハとなる。
【００１３】
〔態様６〕 また、上記目的を達成するために、態様６に記載のウエハは、態様４に記載したワイヤソーを用いて作製されたことを特徴とする。
従来よりも脱落数を低減可能なワイヤソーを用いて作製されるウエハであるので、少なくとも、従来の走行速度に対して脱落要因となる箇所について、従来のワイヤソーを用いて作製されたウエハと比較して加工寸法等の精度の高いウエハとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る半導体インゴットの切断方法及び固定砥粒ワイヤソーによれば、従来のワイヤ走行速度で多結晶半導体インゴットを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できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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、半導体インゴット５０の切断の様子を模式化した図である。
【図４】切断時のワイヤ張力増加の仕組みを模式化した図である。
【図５】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】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図１〜図５は、本発明に係る半導体インゴットの切断方法及び固定砥粒ワイヤソー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主要構成を図１〜図４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、半導体インゴット５０の切断の様子を模式化した図である。図４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る。
【００１７】
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。
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、〜[ｋｍ]）の１本のワイヤから構成されている。
【００１８】
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。
【００１９】
図１に戻って、メインローラ１８Ａ，１８Ｂは、水平方向に所定間隔（例えば、６５０[ｍｍ]）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、ローラ回転方向に沿った複数の溝（不図示）を有している。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、駆動ローラもしくは従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か、もしくはメインローラ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。以下、メインローラ１８Ａを駆動ローラ１８Ａと称し、メインローラ１８Ｂを従動ローラ１８Ｂと称す。
【００２５】
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。
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。
【００２６】
クーラントノズル２２は、被加工物である半導体インゴット５０の切断時において、ワイヤ列２０と半導体インゴット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。
【００２７】
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。
【００２８】
本実施形態において、半導体インゴット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、半導体インゴット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。
ここで、本実施形態では、各種モータを制御することで、ワイヤボビン１２Ａ、１２Ｂ、駆動ローラを同期駆動して、固定砥粒ワイヤ１０を、予め設定したワイヤ走行速度Ｖｗで往復走行させる。このとき、本実施形態では、ワイヤボビン１２Ａを供給側とし、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。そして、ワイヤボビン１２Ａにおいて、例えば、固定砥粒ワイヤ１０を１００[ｍ]繰り出して９０[ｍ]巻き取るといった回転動作をさせる。その一方で、ワイヤボビン１２Ｂにおいて、ワイヤボビン１２Ａと同期させて、固定砥粒ワイヤ１０を１００[ｍ]巻き取って９０[ｍ]繰り出すといった回転動作をさせる。これにより、固定砥粒ワイヤ１０を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、この例では、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。
【００２９】
固定砥粒ワイヤ１０を往復走行させる一方で、モータ３３によってボールねじ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、０．８０[ｍｍ／ｍｉｎ]）で下降させる。これにより、設定されたワイヤ走行速度Ｖｗ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に装着された半導体インゴット５０が押し当てられていく。ワイヤ列２０に押し当てられた半導体インゴット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、半導体インゴット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。
【００３０】
そのために、固定砥粒ワイヤソー１は、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。
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、半導体インゴット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。
【００３１】
なお、本実施形態では、半導体材料から形成される半導体インゴット又はこのインゴットから形成される半導体ブロック（以下、双方を区別せずに半導体インゴットと称す）を切断のターゲットとしている。そして、制御部７０によって、半導体インゴットの切断時において、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している。
【００３２】
ここで、多結晶シリコンインゴット等の半導体インゴットを切断する場合、特に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。
【００３３】
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し、かつ安定領域に入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。
【００３４】
このような経緯から、本実施形態では、半導体インゴット、特に多結晶の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。なお、この速度範囲において、特に、３００[ｍ／ｍｉｎ]以下の範囲において、ウエハの脱落数が最も減少しているのを確認した。従って、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≦３００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲内の速度に制御することがより好ましい。
【００３５】
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（押圧力等）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、半導体インゴット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。
【００３６】
ここで、半導体インゴット５０を切断時のワイヤ列２０の張力は、ワイヤ列２０に半導体インゴット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をｎ巻目の張力である。Ｆｔ１は、半導体インゴット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巻目の半導体インゴット５０の一定速度の押し当てによって増加する張力である。
【００３７】
ワイヤ列２０の張力は、半導体インゴット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に示すように、半導体インゴット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。
ここで、ワイヤ列２０の張力が増加しすぎると、ワイヤの断線が発生する。その一方で、ワイヤ列２０の張力が低すぎると、半導体インゴット５０を切断時のワイヤのぶれ幅（うねり）が大きくなり、隣接するワイヤとの合体等が生じてウエハの脱落数が増加する。
【００３８】
本実施形態では、ワイヤの母線径がφ１２０[μｍ]の場合は、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、設定した２７[Ｎ]以上の張力を維持するようにしている。なお、ワイヤ張力の上限は、ワイヤの強度や装置構成によって上限が決まる。
【００３９】
以上、本実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー１を用いた、半導体インゴットの切断方法によれば、半導体インゴット５０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、半導体インゴット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φ１２０[μｍ]のワイヤで２７[Ｎ]以上（２３９０[Ｎ／ｍｍ2]以上）に制御するようにした。これにより、２７[Ｎ]（２３９０[Ｎ／ｍｍ2]未満）に制御した場合と比較して、切断時のワイヤのぶれ幅を低減することができる。
【００４０】
（変形例）
なお、上記実施形態において、半導体インゴット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、半導体インゴット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。
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、半導体インゴット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。
【００４１】
また、上記実施形態において、ワイヤ列２０を、往復走行させて被加工物を切削かつ切断する例を挙げて説明したが、この構成に限らず、ワイヤボビン１２Ａ、１２Ｂの一方をワイヤ繰り出し側とし、他方をワイヤ巻き取り側として、一方向にワイヤを走行させて被加工物を切削かつ切断する構成とするなど、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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】
【００４４】
以下、図５に基づき、上記実施形態の固定砥粒ワイヤソー１を用いた実施例を説明する。
図５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、半導体インゴット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：２５０[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[μｍ]、平均砥粒径１２〜２５[μｍ]、線長３０[ｋｍ]）を使用し、ワイヤピッチは３２５[μｍ]とした。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。なお、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。
【００４５】
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５に示す試験結果が得られた。図５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。
【００４６】
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。
【００４７】
図５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、４００[ｍ／ｍｉｎ]未満の速度帯では、ウエハの脱落枚数率が約０．２[％]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。
【００４８】
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０．５〜３．０[％]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による、半導体インゴットの切断加工において、インゴットが多結晶であっても、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】
【００４９】
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 半導体インゴット
７０ 制御部
【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から構成される固定砥粒ワイヤソーを用いた、半導体インゴットの切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の溝付き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）。特許文献１に係る発明では、シリコンインゴットや化合物半導体インゴット等のワークを、ワイヤソーを用いてウエハ状に切断するに際して、固定砥粒ワイヤの走行速度を、４００〜８００[ｍ／ｍｉｎ]にすることができるとしている（段落００４１参照）。
【０００３】
また、例えば、特許文献２には、高強度のワイヤの外周面上に超砥粒を固着したワイヤソーでもってワイヤソー列を形成し、このワイヤソーを１０００[ｍ／ｍｉｎ]以上２５００[ｍ／ｍｉｎ]以下の線速で走行させて、シリコンインゴット等の硬脆材料をウエハへと切断する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２０１９７号公報
【特許文献２】特開２００１−５４８５０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、ワイヤソーによる被加工物のウエハへの切断加工において、走行するワイヤのうねり等によってウエハへと加工途中での意図しない切断が生じる。これはウエハの脱落という現象であり、例えば、多結晶半導体インゴットを切断する場合に、ワイヤの走行速度を速くしていくことで、この脱落数が上昇する傾向にある。
本発明者らは、このワイヤ走行速度の上昇によるウエハ脱落数の上昇に着目して、ワイヤの走行速度Ｖｗを逆に従来速度（４００[ｍ／ｍｉｎ]以上）よりも遅い速度にして多結晶半導体インゴットを切断する実験を行った。この実験により、ワイヤの走行速度を従来速度よりも遅くしていくことで、ウエハの脱落数が、従来速度の場合と比較して減少する傾向にあることを発見した。
【０００６】
そこで、本発明は、このような観点からなされたものであって、固定砥粒ワイヤソーを用いた半導体インゴット、特に多結晶半導体インゴットの切断効率を向上するのに好適な半導体インゴットの切断方法、固定砥粒ワイヤソー及び該切断方法又は該ワイヤソーを用い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に記載の半導体インゴットの切断方法は、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走行させ、走行させた前記固定砥粒ワイヤで半導体インゴットを切断する切断方法において、前記半導体インゴットを切断時の前記固定砥粒ワイヤソーのワイヤ走行速度Ｖｗを、１００[ｍ／ｍｉｎ]＜Ｖｗ＜４００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲内の速度とした。
これにより、従来の４００[ｍ／ｍｉｎ]以上のワイヤ走行速度で半導体インゴットを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。
【０００８】
〔態様２〕 更に、態様２に記載の半導体インゴットの切断方法は、態様１の構成に対して、切断位置での前記固定砥粒ワイヤの張力を、使用するワイヤの直径に対して２３９０[Ｎ／ｍｍ2]以上に制御する。
これにより、半導体インゴットを切断時のワイヤのぶれ量を低減することが可能となる。
【０００９】
〔態様３〕 更に、態様３に記載の半導体インゴットの切断方法は、態様１又は２の構成に対して、前記固定砥粒ワイヤソーは、前記固定砥粒ワイヤを、軸平行に対向配置した複数のローラに一定ピッチで巻き回して構成された複数のワイヤ列を有し、
前記複数のワイヤ列を長手方向に走行させ、走行させた前記複数のワイヤ列で同時に前記半導体インゴットを切断可能に構成されている。
これにより、半導体インゴットを同時に複数枚のウエハへと加工することが可能となる。
【００１０】
〔態様４〕 一方、上記目的を達成するために、態様４に記載の固定砥粒ワイヤソーは、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走行させ、走行させた前記固定砥粒ワイヤで半導体インゴットを切断する固定砥粒ワイヤソーであって、
前記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制御部を備える。
【００１１】
このような構成であれば、固定砥粒ワイヤのワイヤ走行速度を１００[ｍ／ｍｉｎ]＜Ｖｗ＜４００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲内の速度で走行させて、半導体インゴットを切断することが可能となる。
これにより、従来の４００[ｍ／ｍｉｎ]以上のワイヤ走行速度で半導体インゴットを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可能となる。
【００１２】
〔態様５〕 また、上記目的を達成するために、態様５に記載のウエハは、態様１から３のいずれか１に記載した切断方法を用いて作製されたことを特徴とする。
従来よりも脱落数を低減可能な上記切断方法を用いて作製されるウエハであるので、少なくとも、従来の走行速度に対して脱落要因となる箇所について、従来方法を用いて作製されたウエハと比較して加工寸法等の精度の高いウエハとなる。
【００１３】
〔態様６〕 また、上記目的を達成するために、態様６に記載のウエハは、態様４に記載したワイヤソーを用いて作製されたことを特徴とする。
従来よりも脱落数を低減可能なワイヤソーを用いて作製されるウエハであるので、少なくとも、従来の走行速度に対して脱落要因となる箇所について、従来のワイヤソーを用いて作製されたウエハと比較して加工寸法等の精度の高いウエハとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る半導体インゴットの切断方法及び固定砥粒ワイヤソーによれば、従来のワイヤ走行速度で多結晶半導体インゴットを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できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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、半導体インゴット５０の切断の様子を模式化した図である。
【図４】切断時のワイヤ張力増加の仕組みを模式化した図である。
【図５】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】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図１〜図５は、本発明に係る半導体インゴットの切断方法及び固定砥粒ワイヤソー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主要構成を図１〜図４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、半導体インゴット５０の切断の様子を模式化した図である。図４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る。
【００１７】
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。
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、〜[ｋｍ]）の１本のワイヤから構成されている。
【００１８】
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。
【００１９】
図１に戻って、メインローラ１８Ａ，１８Ｂは、水平方向に所定間隔（例えば、６５０[ｍｍ]）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、ローラ回転方向に沿った複数の溝（不図示）を有している。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、駆動ローラもしくは従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か、もしくはメインローラ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。以下、メインローラ１８Ａを駆動ローラ１８Ａと称し、メインローラ１８Ｂを従動ローラ１８Ｂと称す。
【００２５】
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。
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。
【００２６】
クーラントノズル２２は、被加工物である半導体インゴット５０の切断時において、ワイヤ列２０と半導体インゴット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。
【００２７】
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。
【００２８】
本実施形態において、半導体インゴット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、半導体インゴット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。
ここで、本実施形態では、各種モータを制御することで、ワイヤボビン１２Ａ、１２Ｂ、駆動ローラを同期駆動して、固定砥粒ワイヤ１０を、予め設定したワイヤ走行速度Ｖｗで往復走行させる。このとき、本実施形態では、ワイヤボビン１２Ａを供給側とし、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。そして、ワイヤボビン１２Ａにおいて、例えば、固定砥粒ワイヤ１０を１００[ｍ]繰り出して９０[ｍ]巻き取るといった回転動作をさせる。その一方で、ワイヤボビン１２Ｂにおいて、ワイヤボビン１２Ａと同期させて、固定砥粒ワイヤ１０を１００[ｍ]巻き取って９０[ｍ]繰り出すといった回転動作をさせる。これにより、固定砥粒ワイヤ１０を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、この例では、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。
【００２９】
固定砥粒ワイヤ１０を往復走行させる一方で、モータ３３によってボールねじ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、０．８０[ｍｍ／ｍｉｎ]）で下降させる。これにより、設定されたワイヤ走行速度Ｖｗ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に装着された半導体インゴット５０が押し当てられていく。ワイヤ列２０に押し当てられた半導体インゴット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、半導体インゴット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。
【００３０】
そのために、固定砥粒ワイヤソー１は、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。
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、半導体インゴット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。
【００３１】
なお、本実施形態では、半導体材料から形成される半導体インゴット又はこのインゴットから形成される半導体ブロック（以下、双方を区別せずに半導体インゴットと称す）を切断のターゲットとしている。そして、制御部７０によって、半導体インゴットの切断時において、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している。
【００３２】
ここで、多結晶シリコンインゴット等の半導体インゴットを切断する場合、特に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。
【００３３】
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し、かつ安定領域に入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。
【００３４】
このような経緯から、本実施形態では、半導体インゴット、特に多結晶の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。なお、この速度範囲において、特に、３００[ｍ／ｍｉｎ]以下の範囲において、ウエハの脱落数が最も減少しているのを確認した。従って、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≦３００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲内の速度に制御することがより好ましい。
【００３５】
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（押圧力等）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、半導体インゴット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。
【００３６】
ここで、半導体インゴット５０を切断時のワイヤ列２０の張力は、ワイヤ列２０に半導体インゴット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をｎ巻目の張力である。Ｆｔ１は、半導体インゴット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巻目の半導体インゴット５０の一定速度の押し当てによって増加する張力である。
【００３７】
ワイヤ列２０の張力は、半導体インゴット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に示すように、半導体インゴット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。
ここで、ワイヤ列２０の張力が増加しすぎると、ワイヤの断線が発生する。その一方で、ワイヤ列２０の張力が低すぎると、半導体インゴット５０を切断時のワイヤのぶれ幅（うねり）が大きくなり、隣接するワイヤとの合体等が生じてウエハの脱落数が増加する。
【００３８】
本実施形態では、ワイヤの母線径がφ１２０[μｍ]の場合は、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、設定した２７[Ｎ]以上の張力を維持するようにしている。なお、ワイヤ張力の上限は、ワイヤの強度や装置構成によって上限が決まる。
【００３９】
以上、本実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー１を用いた、半導体インゴットの切断方法によれば、半導体インゴット５０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、半導体インゴット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φ１２０[μｍ]のワイヤで２７[Ｎ]以上（２３９０[Ｎ／ｍｍ2]以上）に制御するようにした。これにより、２７[Ｎ]（２３９０[Ｎ／ｍｍ2]未満）に制御した場合と比較して、切断時のワイヤのぶれ幅を低減することができる。
【００４０】
（変形例）
なお、上記実施形態において、半導体インゴット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、半導体インゴット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。
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、半導体インゴット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。
【００４１】
また、上記実施形態において、ワイヤ列２０を、往復走行させて被加工物を切削かつ切断する例を挙げて説明したが、この構成に限らず、ワイヤボビン１２Ａ、１２Ｂの一方をワイヤ繰り出し側とし、他方をワイヤ巻き取り側として、一方向にワイヤを走行させて被加工物を切削かつ切断する構成とするなど、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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】
【００４４】
以下、図５に基づき、上記実施形態の固定砥粒ワイヤソー１を用いた実施例を説明する。
図５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、半導体インゴット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：２５０[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[μｍ]、平均砥粒径１２〜２５[μｍ]、線長３０[ｋｍ]）を使用し、ワイヤピッチは３２５[μｍ]とした。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。なお、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。
【００４５】
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５に示す試験結果が得られた。図５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。
【００４６】
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。
【００４７】
図５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、４００[ｍ／ｍｉｎ]未満の速度帯では、ウエハの脱落枚数率が約０．２[％]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。
【００４８】
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０．５〜３．０[％]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による、半導体インゴットの切断加工において、インゴットが多結晶であっても、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】
【００４９】
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 半導体インゴット
７０ 制御部
【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固定砥粒ワイヤをその長手方向に走行させ、走行させた前記固定砥粒ワイヤで半導体インゴットを切断する切断方法において、
前記半導体インゴットを切断時の前記固定砥粒ワイヤソーのワイヤ走行速度Ｖｗを、１００[ｍ／ｍｉｎ]＜Ｖｗ＜４００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲内の速度としたことを特徴とする半導体インゴットの切断方法。
【請求項２】
切断位置での前記固定砥粒ワイヤの張力を、使用するワイヤの直径に対して２３９０[Ｎ／ｍｍ2]以上に制御することを特徴とする請求項１に記載の半導体インゴットの切断方法。
【請求項３】
前記固定砥粒ワイヤソーは、前記固定砥粒ワイヤを、軸平行に対向配置した複数のローラに一定ピッチで巻き回して構成された複数のワイヤ列を有し、
前記複数のワイヤ列を長手方向に走行させ、走行させた前記複数のワイヤ列で同時に前記半導体インゴットを切断可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体インゴットの切断方法。
【請求項４】
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走行させ、走行させた前記固定砥粒ワイヤで半導体インゴットを切断する固定砥粒ワイヤソーであって、
前記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制御部を備えることを特徴とする固定砥粒ワイヤソー。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載した切断方法を用いて作製されたことを特徴とするウエハ。
【請求項６】
請求項４に記載したワイヤソーを用いて作製されたことを特徴とするウエハ。
【請求項１】
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走行させ、走行させた前記固定砥粒ワイヤで半導体インゴットを切断する切断方法において、
前記半導体インゴットを切断時の前記固定砥粒ワイヤソーのワイヤ走行速度Ｖｗを、１００[ｍ／ｍｉｎ]＜Ｖｗ＜４００[ｍ／ｍｉｎ]の範囲内の速度としたことを特徴とする半導体インゴットの切断方法。
【請求項２】
切断位置での前記固定砥粒ワイヤの張力を、使用するワイヤの直径に対して２３９０[Ｎ／ｍｍ2]以上に制御することを特徴とする請求項１に記載の半導体インゴットの切断方法。
【請求項３】
前記固定砥粒ワイヤソーは、前記固定砥粒ワイヤを、軸平行に対向配置した複数のローラに一定ピッチで巻き回して構成された複数のワイヤ列を有し、
前記複数のワイヤ列を長手方向に走行させ、走行させた前記複数のワイヤ列で同時に前記半導体インゴットを切断可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体インゴットの切断方法。
【請求項４】
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走行させ、走行させた前記固定砥粒ワイヤで半導体インゴットを切断する固定砥粒ワイヤソーであって、
前記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制御部を備えることを特徴とする固定砥粒ワイヤソー。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載した切断方法を用いて作製されたことを特徴とするウエハ。
【請求項６】
請求項４に記載したワイヤソーを用いて作製されたことを特徴とするウエハ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９９７９５（Ｐ２０１３−９９７９５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４３４７２（Ｐ２０１１−２４３４７２）
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【出願人】（０００１３９６８７）株式会社安永 (23)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【出願人】（０００１３９６８７）株式会社安永 (23)
【Ｆターム（参考）】
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