CN104603916A - 利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用多线切割机进行高硬度材料的切断方法，包括：步骤(A)，准备至少一个坯料块，该坯料块包括具有两端的主体部分(10a)和仅位于上述主体部分的两端中的一端的低品质结晶部分(10e)；步骤(B)，将上述至少一个坯料块固定在固定用底座上；和步骤(C)，以使切割线不与上述至少一个坯料块的低品质部分(10e)接触而与上述主体部分(10a)接触的方式，使上述至少一个坯料块相对于上述切割线相对地移动，由此对上述坯料块进行切割。

Description

利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法

技术领域

本发明涉及利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法，特别涉及利用多线切割机对碳化硅半导体材料进行切断的切断方法。

背景技术

近年来，作为新的半导体材料，碳化硅半导体受到瞩目。碳化硅半导体与硅半导体相比绝缘击穿电场、电子的饱和漂移速度和热传导率大。因此，使用碳化硅半导体实现与现有的硅器件相比能够以高温、高速进行大电流动作的功率器件的研究·开发在活跃地进行。其中，由于电动二轮车、电动汽车和混合动力汽车中使用的发动机为交流驱动或逆变器控制，所以这样的用途中使用的高效率的开关元件的开发受到瞩目。为了实现这样的功率器件，需要用于使高品质的碳化硅半导体层外延生长的单晶碳化硅晶片。

单晶半导体晶片一般是通过使用多线切割机对单晶半导体材料的称为坯料块或棒的块体进行切割而获得的(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-202406号公报

发明内容

发明所要解决的问题

碳化硅是与硅相比为高硬度、缺乏加工性的半导体材料。因此，在利用与单晶硅晶片的制造相同的方法制造单晶碳化硅晶片的情况下，与单晶硅晶片的制造相比需要花费时间。特别是为了制作大口径的晶片，当单晶碳化硅的坯料块的直径变大时，所需要的时间也庞大。

此外，在制造由为了形成氮化镓等硬度高的半导体材料的晶片或氮化镓半导体层而使用的高硬度的蓝宝石构成的晶片的情况下，也考虑同样的问题。

本发明是鉴于这样的问题而完成的发明，其目的在于提供能够有效率地制造高硬度材料的晶片的方法。

用于解决问题的方式

本发明的利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法包括：步骤(A)，准备至少一个坯料块，该坯料块包括具有两端的主体部分和仅位于上述主体部分的两端中的一端的低品质结晶部分；步骤(B)，将上述至少一个坯料块固定在固定用底座上；步骤(C)，以使切割线不与上述至少一个坯料块的上述低品质部分接触而与上述主体部分接触的方式，使上述至少一个坯料块相对于上述切割线相对地移动，由此对上述坯料块进行切割。

也可以上述多线切割机的上述切割线在至少一对辊之间卷绕多次，在上述至少一对辊之间包括具有以等间隔平行地拉伸而形成的多个切削部分的切削区域，在上述步骤(C)中，上述切割线的上述切削区域不与上述至少一个坯料块的上述低品质结晶部分接触而与上述主体部分接触。

也可以在上述步骤(A)中，准备第一和第二坯料块，在上述步骤(B)中，以使没有上述低品质结晶部分的端部彼此相对的方式，将上述第一和第二坯料块固定在上述固定用底座上，在上述步骤(C)中，使上述切割线的上述切削区域不与上述第一和第二坯料块的上述低品质结晶部分接触而与上述主体部分接触。

也可以在上述步骤(B)中，以使上述第一坯料块的上述主体部分与上述低品质结晶部分的边界和上述第二坯料块的主体部分与上述低品质坯料块的边界的距离成为分别位于上述多线切割机的上述切削区域的两端的切削部分的间隔以上的方式，相对于上述第一坯料块配置上述第二坯料块。

也可以上述切割线在上述至少一对辊之间包括具有上述以等间隔平行地拉伸而形成的多个切削部分、位于从上述切削区域隔开规定的间隔的位置的其它切削区域，在上述步骤(A)中准备第一和第二坯料块，在上述步骤(B)中以使上述第一结晶块的没有上述低品质结晶部分的端部与上述第二坯料块的低品质结晶部分相对的方式，将上述第一和第二坯料块固定在上述固定用底座上，在上述步骤(C)中使上述切割线的上述切削区域和上述其它切削区域不与上述第一和第二坯料块的上述低品质结晶部分接触而分别与上述主体部分接触。

也可以在上述步骤(B)中，以使从上述第一坯料块的没有上述低品质结晶部分的端部至上述第二坯料块的低品质结晶部分与主体部分的边界为止的距离与上述切割线的上述规定的间隔一致的方式，相对于上述第一坯料块配置上述第二坯料块。

也可以以与从上述第一坯料块的没有上述低品质结晶部分的端部至上述第二坯料块的低品质结晶部分与主体部分的边界为止的距离一致的方式，决定上述切割线的上述规定的间隔。

也可以上述至少一对辊在上述切削区域中分别具有承接上述切割线的多个槽，而且还包括如下步骤：对变化量d1和变化量d2进行测定，该变化量d1是上述切削区域的、位于上述一对辊的轴向的中央附近的上述至少一对辊的第一槽的深度的从初始值产生的变化量，该变化量d2是在上述切割线的上述切削区域中、承接与上述第一坯料块的低品质结晶部分最接近的上述切割线的切削部分的、上述至少一对辊的第二槽的深度的从初始值产生的变化量，在上述d2为上述d1的三倍以上的情况下，从上述第二槽取下上述切割线而构成新的切削区域。

也可以还包括如下步骤：对变化量d1、变化量d2和变化量d2’进行测定，该变化量d1是上述切削区域的、位于上述一对辊的轴向的中央附近的上述至少一对辊的第一槽的深度的从初始值产生的变化量，该变化量d2是在上述切割线的上述切削区域中、承接与上述第一坯料块的低品质结晶部分最接近的上述切割线的切削部分的、上述至少一对辊的第二槽的深度的从初始值产生的变化量，该变化量d2’是在上述切割线的上述切削区域中、承接与上述第二坯料块的低品质结晶部分最接近的上述切割线的切削部分的、上述至少一对辊的第三槽的深度的从初始值产生的变化量，在上述d2和上述d2’中的至少一者为上述d1的三倍以上的情况下，从与上述至少一者对应的槽取下上述切割线而构成新的切削区域。

也可以上述至少一对辊在上述切削区域和上述其它切削区域分别具有承接上述切割线的多个槽，而且还包括如下步骤：对变化量d1、变化量d2和变化量d2’进行测定，该变化量d1是上述切削区域的、位于上述一对辊的轴向的中央附近的上述至少一对辊的第一槽的深度的从初始值产生的变化量，该变化量d2是在上述切割线的上述切削区域中、承接与上述第一坯料块的低品质结晶部分最接近的上述切割线的切削部分的、上述至少一对辊的第二槽的深度的从初始值产生的变化量，该变化量d2’是在上述切割线的上述其它切削区域中、承接与上述第二坯料块的低品质结晶部分最接近的上述切割线的切削部分的、上述至少一对辊的第三槽的深度的从初始值产生的变化量，在上述d2和上述d2’中的至少一者为上述d1的三倍以上的情况下，从与上述至少一者对应的槽取下上述切割线而构成至少一个新的切削区域。

也可以将上述至少一对辊的旋转振摆调整为50μm以下。

发明的效果

根据本发明的切断方法，能够在坯料块的一端留下低品质结晶部分的情况下对坯料块进行切割，因此与另种途径除去低品质结晶部分的情况相比，能够缩短制造单晶碳化硅晶片所需要的时间。

附图说明

图1(a)是第一实施方式中使用的单晶碳化硅坯料块的立体图，(b)是使结晶生长而得到的单晶碳化硅的立体图。

图2是表示将图1所示的坯料块固定在固定用底座的状态的立体图。

图3是将图2所示的状态的坯料块配置在第一实施方式中使用的多线切割机时的立体图。

图4是将图2所示的状态的坯料块配置在第一实施方式中使用的其它多线切割机时的立体图。

图5是表示第一实施方式中的切割线的第一切削区域与坯料块的位置关系的图。

图6A是表示第一实施方式中使用的多线切割机中的辊、承接切割线的槽和第一切削区域与坯料块的具体的位置关系的图。

图6B是表示第一实施方式中使用的多线切割机中的辊、承接切割线的槽和第一切削区域与坯料块的具体的其他位置关系的图。

图7A是表示多线切割机的挂在辊上的切割线的截面图。

图7B是表示多线切割机的挂在辊上的切割线的截面图，是表示第一切削区域的最靠端部的槽变深时的图。

图8是表示第二实施方式中将两个坯料块固定在固定用底座的状态的立体图。

图9是表示第二实施方式中的切割线的第一和第二切削区域与两个坯料块的位置关系的图。

图10是表示第二实施方式中的多线切割机的挂在辊上的切割线的截面图。

图11是表示第二实施方式中将两个坯料块固定在固定用底座的状态的其它立体图。

图12是表示第二实施方式中的切割线的第一和第二切削区域与两个坯料块的其它位置关系的图。

图13A是表示第三实施方式中将两个坯料块固定在固定用底座的状态的立体图。

图13B是表示第三实施方式中的切割线的第一和第二切削区域与两个坯料块的其它位置关系的图。

图13C是表示第三实施方式中将两个坯料块固定在固定用底座的状态的其它立体图。

图13D是表示第四实施方式中的切割线的第一和第二切削区域与两个坯料块的其它位置关系的图。

图14是表示实施例中的槽的磨损量与使用时间的关系的图。

图15A是表示实施例中进行辊旋转振摆的控制并且切断坯料块后的辊的中央部的截面的图。

图15B是表示实施例中不进行辊旋转振摆的控制就切断坯料块后的辊的中央部的截面的图。

具体实施方式

因为单晶碳化硅与单晶硅相比硬度高，所以切削所需要的时间比硅长。此外，决定位于最外侧的切割线的位置的辊的槽容易受到拉力变动的影响，存在容易磨损的问题。本发明的发明者们对以下情况进行了研究：在利用与硅晶片等的制造相同的工艺对高硬度的单晶碳化硅进行切割来制造单晶碳化硅晶片的情况下，能够通过减少切削次数，尽量缩短从单晶碳化硅坯料块制造晶片所需要的时间。

在现有的半导体晶片制造步骤中，首先通过切断或磨削加工将位于单晶半导体坯料块的两端的生长前端部分和结晶品质低的低品质结晶部分除去，在通过切削将坯料块的侧面成形之后，将成形的坯料块配置在多线切割机的中央，对坯料块进行切割。但是根据该方法，因为单晶碳化硅是难以加工的材料，所以在生长前端部分和低品质结晶部分的切断或磨削中需要很长的时间，晶片的生产显著降低。

因此，例如考虑不除去生长前端部分和低品质结晶部分且不使用位于最外侧的切割线，而在这些部分的每部分一起利用多线切割机将坯料块切断。但是，在这种情况下，在低品质结晶部分多产生非晶部分、多型物和位错等，因此由于对低品质结晶部分进行切断，而产生开裂或多余的拉力作用在线切割机上，线切割机可能容易断线等问题。

本发明的发明者们发现，如果仅切断生长前端部分，使剩余的低品质结晶部分从切割线的切削位置露出来对坯料块进行切割，则不产生上述的问题，能够将晶片的制造时间从现有技术的2/3缩短至1/2。以下，对本发明的利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法的实施方式进行详细说明。

(第一实施方式)

以下，对本发明的利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法的第一实施方式进行说明。

本实施方式的方法包括(A)准备高硬度材料的坯料块的步骤、(B)将坯料块固定在固定用底座的步骤和(C)对坯料块进行切割的步骤。作为高硬度材料，能够列举碳化硅、蓝宝石、氮化镓、氮化铝、金刚石、氮化硼、氧化锌、氧化镓和二氧化钛等。高硬度材料既可以为单晶，也可以为多晶。以下，作为高硬度材料，以单晶碳化硅为例进行说明。

首先，对准备包括单晶碳化硅的坯料块的步骤进行说明。图1(a)是实施方式中使用的坯料块的示意的立体图。坯料块10具有主体部分10a和仅位于主体部分10a的两端中的一端的低品质结晶部分10e。至少主体部分10a由单晶碳化硅构成。低品质结晶部分10e包含单晶碳化硅，也可以包含非晶碳化硅和/或多型物。坯料块10例如能够如图1(b)所示那样，是通过对在碳化硅的晶种11上外延生长成的碳化硅12进行加工而得到的。碳化硅12的生长方法没有特别限制，能够通过以改良雷利法(升华法)为代表的各种单晶生长方法而形成。

如图1(b)所示，生长成的氮化硅12在与晶种11的界面附近包括结晶品质低的低品质结晶区域10b。此外，生长成的氮化硅12不是齐整的圆筒形，生长前端部分10c也不平坦。因此，首先例如利用粗加工用的带切割机等切断机对生长前端部分10c进行切断，使用研磨机等实施平坦化加工。由此，氮化硅12的与低品质结晶区域10b相反侧的端面变得平坦。之后，使用结晶取向测定装置等决定端面的结晶取向。基于所决定的端面的结晶取向，进行主面的加工并且决定切断方向，以使得制造的晶片的主面具有规定的结晶取向。如在图1(b)中以点划线表示的那样利用粗加工用的该磨削机对氮化硅12的侧面进行外筒磨削，以获得具有与所决定的切断方向垂直的侧面的圆筒形的坯料块10。坯料块10的直径依赖于生长成的氮化硅12的粗细。利用改良雷利法，例如能够生长成具有能够切出4英寸的晶片程度的直径的氮化硅12。

由此，获得图1(a)所示那样包括具有规定的结晶取向的端面10f和与端面10f垂直的侧面10s的圆筒形状的坯料块10。如图1(a)所示，坯料块10包括缺陷少的结晶品质高的主体部分10a、低品质结晶区域10b和晶种11。以下，将晶种11和低品质结晶区域10b合在一起称为低品质结晶部分10e。如图1(a)所示，低品质结晶部分10e仅位于圆筒形状的主体部分10a的两端中的一端。

接着，对将坯料块10固定在固定用底座的步骤进行说明。如图2所示，将坯料块10的侧面固定在具有与侧面的形状对应的凹部的固定用底座14。固定例如是利用半导体坯料块切割加工用的环氧粘接剂(日化精工制W粘接剂等)等进行的。固定用底座14在将坯料块10完全切断的情况下，其一部分能够被切断。但是，优选固定用底座14具有留下没有被切断的部分那样的厚度，以使得被切断的晶片不散乱。

接着，说明对坯料块10进行切割的步骤。坯料块10的切割能够使用制造半导体晶片的一般的多线切割机。利用多线切割机进行的切断大致分为悬浮磨粒方式和固定磨粒方式。悬浮磨粒方式为，将使金刚石磨粒分散在水溶性或油性类液体中而得到的浆液排出至钢琴丝等切割线并进行切断。固定磨粒方式为，使用利用镀层法等使金刚石磨粒固着在钢琴丝等金属丝上而得到的切割线，一边排出切削液一边进行切断。在本实施方式中，使用任一方式均可。

根据本实施方式的方法，在对3英寸的坯料块10进行切割的情况下，例如能够使用以下的条件。

(悬浮磨粒方式)

多线切割机：高鸟(株式会社TAKATORI/Takatori Corporation)制多线切割机MWS-34

钢琴丝：日本精钢(JAPAN FINE STEEL株式会社)制钢琴丝φ0.16

浆液的基液：Palace Chemical株式会社制PS-L-40

金刚石磨粒：根据切断面所需的粗糙度和所需的切断速度决定粒度、浓度

(固定磨粒方式)

多线切割机：高鸟(株式会社TAKATORI/Takatori Corporation)制多线切割机MWS-34

金属丝：株式会社联合材料(A.L.M.T.Corp.)制电镀金刚石金属丝φ0.25

切削液：株式会社联合材料制DKW-2

此外，在本实施方式中，能够使用各种结构的多线切割机。图3示意地表示具有三个辊的多线切割机56。多线切割机56具有辊51a、51b、51c和在辊51a、51b、51c间卷绕多次的切割线50。

切割线50的两端例如卷绕在回收绕线管54a、54b。为了容易明白，在图3中将回收绕线管54a、54b配置在辊51a的附近，但是回收绕线管54a、54b也可以离开辊51a、51b、51c地配置。切割线50在辊51b与辊51c之间具有以等间隔平行地拉伸而形成的多个切削部分，构成多线切割机。

在切削时，回收绕线管54a、54b和辊51a、51b、51c向同一方向旋转，将切割线50卷绕在回收绕线管54a或回收绕线管54b中的一个上。如果规定的长度量的切割线50卷绕在一个回收绕线管上，则使回收绕线管54a、54b和辊51a、51b、51c向相反方向旋转。由此，切割线50向相反方向移动，卷绕在回收绕线管54a或回收绕线管54b中的另一个上。通过反复上述动作，切割线50往复移动。

在由辊51b与辊51c之间的切割线50形成的第一切削区域51r中，通过一边排出浆液或切削液一边使坯料块10与切割线接触，坯料块10被同时切割，获得多个晶片。如图3所示，在该类型的多线切割机56中，一般在第一切削区域51r利用载置台53将支承在固定用底座14上的坯料块10向上推，将坯料块10切断。

图4示意地表示具有两个辊的多线切割机57。多线切割机57具有辊51a、51b和在辊51a、51b间卷绕多次的切割线50。切割线50在辊51a与辊51b之间具有以等间隔平行地拉伸而形成的多个切削部分，构成多线切割机。因此，在辊51a与辊51b之间由切割线50形成的第一切削区域51r中，坯料块10同时被切割，获得多个晶片。如图4所示，在该类型的多线切割机57中，一般在第一切削区域51r将支承在固定用底座14上的坯料块10向下压，对坯料块10进行切断。

切割线50使用适合于切削单晶碳化硅的切割线。此外，第一切削区域51r的切割线50的切削部分的间距根据所制作的晶片的规格(厚度)调整。多线切割机在适合于切断单晶碳化硅的条件下运转。

另外，多线切割机也可以为切割线在双方向上移动的类型以外的类型。例如能够使用在辊之间切割线向一个方向移动的类型的多线切割机、辊上下或圆弧地摇动的类型的多线切割机、按每个辊左右往复移动的类型的多线切割机等各种类型的多线切割机。

接着，对坯料块10与切割线的配置进行说明。如参照图1(a)说明的那样，准备的坯料块10在两端中的一端具有低品质结晶部分10e。由于在低品质结晶部分10e的低品质结晶区域10b多发生位错，所以如果利用切割线对低品质结晶区域10b进行切削，则在低品质结晶区域10b产生裂缝，该裂缝传播至主体部分10a或多余的拉力施加于切割线50，可能产生切割线50断线等问题。此外，由于对低品质结晶区域10b进行切削，而在浆液中混入低品质结晶区域10b的切削粉末，使浆液劣化。

因此，通过以切割线不与坯料块10的低品质结晶部分10e接触而与主体部分10a接触的方式使坯料块相对于切割线相对地移动，来对坯料块10进行切割。具体而言，如图5所示，以坯料块10中主体部分10a与由切割线50构成的第一切削区域51r接触而低品质结晶部分10e位于第一切削区域51r外的方式配置坯料块10。在本实施方式中，第一切削区域51r的在辊的轴延伸的方向上的长度L1比坯料块10的主体部分10a的长度(从低品质结晶部分10e与主体部分10a的边界至端面10f的距离)M1大。但是长度L1与长度M1也可以相等(L1＝M1)，也可以长度M1比长度L1长。如果切割线与坯料块10的低品质结晶部分10e不接触而与主体部分10a接触，则与另外除去低品质结晶部分10e的情况相比，能够缩短制造单晶碳化硅晶片所需要的时间。

另外，根据多线切割机的装置结构，还考虑不能如图5所示那样以低品质结晶部分10e从第一切削区域51r露出的方式保持坯料块10的情况。在这种情况下，例如如图6A所示，构成为在设置于辊51a、51b、51c的承接切割线50的多个槽51g之中一部分区域51s不挂切割线50即可，由此能够以低品质结晶部分10e位于第一切削区域51r外的区域51s的方式配置坯料块10。此外，也可以如图6B所示，使用在区域51t没有设置槽51g的辊51a、51b、51c，在所有的槽51g挂上切割线50。使用这样的结构的辊51a、51b、51c，也能够以低品质结晶部分10e位于第一切削区域51r外的区域51t的方式配置坯料块10。

接着，如图3或图4所示，通过使被支承在固定用底座14上的坯料块10在箭头的方向移动，切割线的第一切削区域51r对坯料块10中主体部分10a进行切削。由此，同时切断形成多个单晶碳化硅晶片。此时，低品质结晶部分10e不与切割线的第一切削区域51r接触。因此，不会产生上述的问题，获得没有裂缝的单晶碳化硅晶片。此外，因为切割线50发生断线的可能性也小，所以能够使由于切割线50的断线而将装置停止、重新换上切割线50等麻烦发生的可能性也减小。浆液的劣化也得到抑制。由此，能够实现成品率的提高，并且也缩短单晶碳化硅晶片的制造中需要的平均制造时间，能够降低制造成本。

但是，一般构成多线切割机的切割线50中位于第一切削区域51r的最端部的两端部分与其它位置的部分相比容易受到大的拉力。因此，在使用现有的多线切割机进行的坯料块的切断方法中，以在切割线50中位于第一切削区域51r的最端部的位置的部分不切断坯料块的方式相对于切割线50配置坯料块。即，将坯料块配置在第一切削区域51r的中央附近，位于第一切削区域51r的最端部的两端部分不与坯料块接触。因此，需要事先将低品质结晶部分除去。

图7A例如示意地表示卷绕在辊51b上的切割线50的端面。在辊51b上设置有多个引导切割线50的槽51g，切割线50位于槽51g内。如图所示，在切断坯料块10之前，辊51b的槽51g的深度均为d0，相等。

通过使辊51b旋转并且使坯料块10与切割线50接触，坯料块10被切割。此时，由于切割线50从坯料块10受到力，承接切割线50的槽51g产生磨损，槽51g的深度变大。进而，在利用本实施方式的方法对坯料块10进行切割的情况下，在切割线50中位于第一切削区域51r的最端部的部分、即最接近低品质结晶部分10e的部分，与其它位置的部分相比受到大的拉力。图7B示意地表示由于该理由而辊51b的最端部的槽51g1与其它槽51gm相比变得更深的情形。随着坯料块10的切断的进行，辊51b的最端部的槽51g1变得比稳定部的槽51gm更深。此处，所谓的稳定部是指切割线50中不会如上述那样由于位于端部而受到拉力的影响的部分。具体而言，指第一切削区域51r的中央附近的槽。如图7B所示，在令稳定部的槽51gm的由磨损导致的从初始值产生的深度变化量为d1、最端部的槽51g1的由磨损导致的从初始值产生的深度变化量为d2的情况下，d2＞d1。

这样，当承接切割线的辊的槽的一部分变深时，在切削时不能对切割线均匀地施加拉力，不能均匀地对坯料块10进行切削。因此，在本实施方式中，按规定的周期对辊的槽51g的由磨损导致的深度的变化进行测定，在最端部的槽51g1的从初始值产生的深度d2与稳定部的槽51gm的从初始值产生的深度d1相比大规定的值的情况下，将切割线50从槽51g1取下，以在该部分不进行切削。之后，以挂在向内侧一个的槽即槽51g2上的切割线50成为最端部的方式构成新的切削区域，进行坯料块10的切削。所谓的规定的周期，例如既可以为每20小时等一定的时间周期，也可以为基于坯料块的切断次数的周期。

本发明的发明者们进行详细的研究的结果了解到，优选在达到最端部的槽51g1的由磨损导致的从初始值产生的深度变化量d2相对于稳定部的槽51gm的由磨损导致的从初始值产生的深度变化量d1满足d2≥3×d1(d2为d1的300％以上)的情况下，改变上述切割线50的位置，更优选在达到满足d2≥2×d1的情况下，改变上述切割线50的位置。在改变切割线50的位置，第二个槽51g2成为承接切割线50的最端部的槽的情况下，对第二个槽51g2成为最端部的槽时的槽51g2和稳定部的槽51gm测定d2、d1作为各自深度的初始值，在上述条件下，进行作为最端部的槽的第二个槽51g2的管理。由此，切割线的所有的部分以适当的拉力与坯料块10接触，能够有效地对坯料块10进行切削。

此外，为了对切割线50受到异常的拉力而发生断线或从坯料块10切出的单晶碳化硅晶片的厚度不均进行抑制，优选辊51a、51b、51c的旋转振摆为50μm以下。关于旋转振摆的控制，例如将辊51a、51b、51c安装在多线切割机上，缓慢地使辊51a、51b、51c旋转来测定旋转振摆。在由旋转导致的辊51a、51b、51c的振摆大于50μm的情况下，使旋转停止，将辊51a、51b、51c暂时取下，改变位置安装辊51a、51b、51c。之后，再次对旋转振摆进行测定。反复该步骤至振摆的值成为50μm以下。另外，上述条件在图4所示的多线切割机等中也相同。

通过这样实施上述的步骤，能够从坯料块10切出单晶碳化硅晶片。

根据本实施方式的方法，能够在坯料块10的一端留有低品质结晶部分10e的状态下对坯料块进行切割，因此与另外除去低品质结晶部分10e的情况相比，能够缩短制造单晶碳化硅晶片所需要的时间。如上所述，由于碳化硅的硬度与硅相比非常大，所以将坯料块切断一处所需要的时间也很长。特别是坯料块的直径越大，切断所需要的时间也越长。因此，本实施方式的方法特别在制造大口径的单晶碳化硅晶片的情况下能够大幅地缩短制造时间。

此外，如上所述能够通过对承接切割线的最端部的部分的辊的槽进行管理来抑制切割线发生断线的情况，能够提高多线切割机的工作效率。因此，能够提高大口径的单晶碳化硅晶片的生产性，此外，能够降低制造成本。

此外，能够通过从磨损了的槽取下切割线，将位置精度变差的切割线的切削部分除去。由此能够确保切割线的高加工精度，能够没有弯曲地制造面精度高的晶片。

(第二实施方式)

以下，对本发明的利用多线切割机对单晶材料进行切断的切断方法的第二实施方式进行说明。在本实施方式中，能够利用多线切割机对两个以上的坯料块10同时进行切割。

首先，利用与第一实施方式相同的方法，准备两个坯料块10、10’(第一和第二坯料块)。

接着，将两个坯料块10、10’固定在固定用底座14上。以坯料块10的没有低品质结晶部分10e的端面10f与坯料块10’的低品质结晶部分10e’相对的方式配置。此外，如图8所示，将从坯料块10的没有低品质结晶部分10e的端面10f至坯料块10’的低品质结晶部分10e’与主体部分10a’的边界为止的距离设定为Q1。从坯料块10的端面10f至坯料块10’的端面10f’为止的距离为Q2。其中，在坯料块10和坯料块10’中，低品质结晶部分10e、10e’的长度彼此大致相等。此外，主体部分10a的长度也彼此大致相等。距离Q1、Q2如以下说明的那样根据多线切割机的切割线50的配置决定。Q1大致与以下说明的P1一致。此外，Q2大致与L1+P1一致。

接着，对切割坯料块10、10’的步骤进行说明。如图9所示，在多线切割机中，切割线包括具有在辊之间以等间隔平行地拉伸而形成的多个切削部分的第一切削区域51r和第二切削区域51r’。第一切削区域51r与第二切削区域51r’的间隔为P1。第一切削区域51r和第二切削区域51r’的在与辊的轴平行的方向上的长度与第一实施方式同样为L1。间隔P1根据挂在多线切割机的辊上的切割线50的配置预先决定。

在第一切削区域51r与第二切削区域51r’之间不挂设切割线50。在图9中，以点划线表示的切割线50’，如图10所示，如以下说明的那样，为了在与第一切削区域51r和第二切削区域51r’相邻的部分以外的部位跳过挂切割线50的槽的位置，切割线50’被倾斜地挂设。

图10示意地表示在具有两个切削区域的切割线中卷绕在辊上的切割线50的截面。由于在第一切削区域51r与第二切削区域51r’之间设置间隔P1，所以在位于间隔P1的槽51g中没有挂切割线。这样的切割线的配置，例如在图3所示的多线切割机中能够通过如下方式实现：卷绕在辊51a的某个槽51gm中的切割线50’，在辊51b上不挂在对应的槽51gm中而挂在从辊51b的对应的槽51gm隔开间隔P1的槽51gn中。在这种情况下，在辊51a与辊51b之间以与间隔P1对应的宽度倾斜地挂设有切割线50’，由于第一切削区域51r和第二切削区域51r’不位于在辊51a与辊51b之间拉伸而形成的切割线上，因此坯料块不会被斜着切断。此外，这样将切割线50倾斜地挂设的方法作为“跳槽”在一般的多线切割机中能够进行设定。

如图9所示，使用切割线50这样卷绕在辊上的切割线，与第一实施方式同样地，通过使固定用底座14移动，能够不切削坯料块10和坯料块10’的低品质结晶部分10e，而对坯料块10和坯料块10’的主体部分10a同时进行切割，能够制造各个单晶碳化硅晶片。在这种情况下，优选在第一切削区域51r和第二切削区域51r’中，对承接最接近坯料块10、10’的低品质结晶部分10e、10e’的切割线的切削部分的辊的槽的深度分别进行测定，根据槽的深度的从初始值产生的变化量d2、d2’管理槽的磨损。

根据本实施方式，能够同时对多个坯料块10进行切割，因此能够更缩短单晶碳化硅晶片的制造时间。

在上述实施方式中，与根据挂在辊上的切割线50的配置而决定的间隔P1相配合地将坯料块10和坯料块10’固定在固定用底座14上。

但是，也可以反之，与坯料块10和坯料块10’的配置相配合地决定切割线50的卷绕位置。

首先，通过与第一实施方式相同的方法，准备两个坯料块10、10’(第一和第二坯料块)。接着，如图11所示那样将两个坯料块10、10’固定在固定用底座14上。在这种情况下，从坯料块10的没有低品质结晶部分10e的端面10f至坯料块10’的低品质结晶部分10e’与主体部分10a’的边界为止的距离Q1也可以任意设定。但是，Q1比多线切割机的切割线的最小卷绕间距(辊的槽51g的间距)长。此外，如果Q1太长则在倾斜地挂设在辊之间的切割线施加拉力，存在难以以适当的条件进行切削的情况，因此在多线切割机中确定的恰当的“跳槽”的范围决定Q1。

接着，如图12所示，按照以与两个坯料块10、10’的距离Q1一致的间隔P2配置第一切削区域51r和第二切削区域51r’的方式在辊上卷绕切割线50。为了如上述那样设置与距离Q1相等的间隔P2，跳过槽来卷绕切割线即可。

根据这样的方法也同样能够对多个坯料块10同时进行切割，因此能够更加缩短单晶碳化硅晶片的制造时间。

(第三实施方式)

以下，说明本发明的利用多线切割机对单晶材料进行切断的切断方法的第三实施方式。在本实施方式中，两个以上的坯料块的配置方法与第二实施方式不同。

首先，利用与第一实施方式相同的方法准备两个坯料块10、10’(第一和第二坯料块)。

接着，将两个坯料块10、10’固定在固定用底座14上。如图13A所示，以坯料块10的没有低品质结晶部分10e的端面10f与坯料块10’的没有低品质结晶部分10e’的端面10f’彼此相对的方式配置。设定从坯料块10的主体部分10a与低品质结晶部分10e的边界至坯料块10’的主体部分10a’与低品质结晶部分10e’的边界为止的距离成为R1。此时，端面10f与端面10f’的距离为S1。在本实施方式中，在坯料块10和坯料块10’中，低品质结晶部分10e、10e’的长度也可以不同。此外，主体部分10a、10a’的长度也可以不同。距离R1、S1如在以下说明的那样根据分别位于多线切割机的第一切削区域51r的两端的切削部分的间隔决定。

接着，对切割坯料块10、10’的步骤进行说明。如图13B所示，在多线切割机中，切割线50包括具有在辊之间以等间隔平行地拉伸而形成的多个切削部分的第一切削区域51r。

如图13B所示，第一切削区域51r的在与辊的轴平行的方向上的长度与第一实施方式同样为L1。即，分别位于第一切削区域51r的两端的切削部分52s与切削部分52e的间隔为L1。距离R1设定为该间隔L1以上(R1≥L1)。因此，如图13B所示，坯料块10的低品质结晶部分10e和坯料块10’的低品质结晶部分10e’位于第一切削区域51r的外侧。如果设定为R1＝L1，则能够不切下主体部分10a、10a’而获得最多的晶片，能够有效率地进行切断。此外，如果设定为R1＞L1，则能够将主体部分10a、10a’的一部分留在低品质结晶部分10e、10e’地切断坯料块10。该被留在低品质结晶部分10e、10e’的主体部分10a、10a’的一部分能够作为各个坯料块10的结晶品质确认用的试验片使用，由此还能够使主体部分10a、10a’的一部分在生产管理和品质管理中发挥作用。

在坯料块10、10’以上述的位置关系固定在固定用底座14上、且被固定用底座支承的坯料块10、10’相对于第一切削区域51r以上述的位置关系配置的状态下，使固定用底座14移动，由此能够不切削坯料块10、10’的低品质结晶部分10e、10e’地同时对坯料块10、10’的主体部分10a、10a’进行切割，制造各个单晶碳化硅晶片。

如在第一实施方式中说明的那样，优选在进行切割时，在第一切削区域51r中，对承接最接近坯料块10的低品质结晶部分10e的切割线的切削部分52s的辊的槽、和承接最接近坯料块10’的低品质结晶部分10e’的切割线的切削部分52e的辊的槽的深度进行测定并进行管理。承接切削部分52s的辊的槽的深度和承接切削部分52e的辊的槽的深度的变化量成为中央附近的槽的深度的变化量的三倍以上或二倍以上的情况下，将切割线从该槽取下，不使用磨损了的槽。

图13C表示使用从图13B所示的第一切削区域51r如图13D所示那样从槽取下切割线50的切削部分52s和切削部分52e(以虚线表示)而构成了新的第一切削区域52r的多线切割机，继续对坯料块10、10’进行切割的情况下的坯料块10、10’的配置。在图中，将切削部分52s和切削部分52e(以虚线表示)从槽取下，但是也可以根据上述的管理仅从槽取下一者。

以坯料块10的没有低品质结晶部分10e的端面10f与坯料块10’的没有低品质结晶部分10e’的端面10f’彼此相对的方式配置。设定为从坯料块10的主体部分10a与低品质结晶部分10e的边界至坯料块10’的主体部分10a’与低品质结晶部分10e’的边界为止的距离成为R2。端面10f与端面10f’的距离为S2。R2和S2分别比R1和S1短。即，使端面10f与端面10f’的距离较小地配置坯料块10、10’。

如图13D所示，第一切削区域52r是在取下了切割线50的切削部分52s和切削部分52e的状态下构成的，与辊的轴平行的方向的长度即分别新位于第一切削区域52r的两端的切削部分52s’与切削部分52e’的间隔为L2。距离R2设定为该间隔L2以上。在这种情况下也可以为了获得最多的晶片而设定为R2＝L2。

第一切削区域52r的在与辊的轴平行的方向上的长度由于从辊的两端的槽分别取下切割线50而变短，但是通过使坯料块10与坯料块10’的间隔变短，能够使主体部分10a、10a’没有多余的部分位于第一切削区域52r的外侧地相对于切割线的第一切削区域52r配置坯料块10、10’。

这样，通过在配置有坯料块10、10’的状态下使固定用底座14移动，能够不切削坯料块10、10’的低品质结晶部分10e、10e’且不会将主体部分10a、10a’切下多余部分，而能够同时对坯料块10、10’的主体部分10a、10a’进行切割，制造各个单晶碳化硅晶片。

之后，在端面10f与端面10f’的间隔比切割线的切削部分的配置间隔大的情况下，即使再次从槽取下切割线，也能够通过将坯料块10与坯料块10’的间隔变短，而同时对坯料块10、10’的主体部分10a、10a’进行切割，制造各个单晶碳化硅晶片。

本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。例如，在第二实施方式中，将两个坯料块固定在固定用底座上，利用包括具有两个切削区域的切割线的线切割机对坯料块进行切断，其实也可以固定三个以上的坯料块，利用包括具有以规定的间隔配置的三个以上的切削区域的切割线的线切割机对坯料块同时进行切断。在这种情况下，切削区域的两个以上的间隔也可以彼此不同。

此外，在上述实施方式中，对承接最接近坯料块的低品质结晶部分的切割线的切削部分的辊的槽的深度进行测定来进行管理，也可以除此之外，对承接与低品质结晶部分第二接近的切割线的切削部分的辊的槽的从初始值产生的深度变化量d3也如在第一实施方式中说明的那样进行管理。在这种情况下，例如也可以进行如下管理：在满足d2≥3d1且d3＜2d1的情况下，仅从最端部的槽取下切割线，在满足d2≥3d1且d2≥2d1的情况下，从最端部和第二个槽取下切割线。

(实施例)

以下，对利用第一实施方式的方法切断碳化硅的坯料块的结果进行说明。坯料块为直径3英寸，以悬浮磨粒方式切断坯料块。所使用的设备和材料如下。

切断机：高鸟(株式会社TAKATORI/Takatori Corporation)制多线切割机MWS-34

钢琴丝：日本精钢(JAPAN FINE STEEL株式会社)制钢琴丝φ0.16

浆液的基液：Palace Chemical株式会社制PS-L-40

金刚石磨粒：使用磨粒径3～30μm的金刚石磨粒，制作金刚石浆液

为了确认实施方式的效果，从具有低品质结晶部分的坯料块，改变条件地进行坯料块的主体部分的切断，对此时线切割机发生断线的频率进行计测。在表1汇总表示切断的条件和断线的发生频率。

在表1中，“低品质结晶部分的切断除外”表示是否也切断低品质结晶部分的条件。在“有”的情况下，如图5所示，以使低品质结晶部分10e不位于切削区域的方式使坯料块移动，没有切断低品质结晶部分10e。

“辊旋转振摆控制”表示当为了使辊的旋转振摆成为50μm以下而进行测定时是否改变将切割线挂在辊上的位置的条件。在“有”的情况下，进行旋转振摆控制，在“无”的情况下，不进行旋转振摆控制。

“槽的管理”表示在最端部的槽的磨损量如上述那样成为稳定部的槽的磨损量的300％以上的情况下是否以不使用该槽的方式进行管理的条件。在“有”的情况下，进行管理，在”无”的情况下，不进行管理。

断线发生频率表示每100小时的运转发生的线切割机的断线次数。

利用将这些条件组合后的切断方法A～C切断坯料块，求取在切断时发生的断线的发生频率。

[表1]

如表1所示，切断方法C的断线的发生频率为切断方法B的断线的发生频率的1/6左右。由此可知，通过对最端部的槽的磨损量进行管理，能够进一步大幅减少断线发生的频率。

此外，切断方法A～C中使用的坯料块在主体部分的一端具有低品质结晶部分，与对外延生长成的碳化硅的两端进行切断和/或磨削的情况相比，能够大幅缩短准备坯料块所需要的时间。在本实施方式中，与对两端进行切断和/或磨削的情况相比，能够以2/3至1/2左右的时间制作坯料块。因此能够确认，根据本实施方式，与预先除去低品质结晶部分的情况相比，能够缩短制造单晶碳化硅晶片所需要的时间。

图14表示根据本实施例切断坯料块的情况下的最端部的槽的磨损量(线b)。为了进行比较，表示稳定部的槽的磨损量(线c)和不从最端部的槽取下切割线而继续进行切断的情况下的槽的磨损量(线a)。横轴表示规定的时间间隔。

如图14所示，在以规定的时间间隔对最端部的槽的磨损量进行测定时，在每次测定中，磨损量超过稳定部的磨损量的三倍的值。因此，每进行测定就从最端部的槽取下切割线，以使第二个槽成为挂有切割线的最端部的槽的方式改变坯料块的配置，进行切断。但是，在进行第五次和第八次的测定时，最端部的槽的磨损量没有超过稳定部的磨损量的三倍的值，因此不从最端部的槽取下切割线而继续进行切断。

在利用这样的方法持续切断的情况下，直至进行第九次的测定时，切割线没有发生断线。

另一方面，在不从最端部的槽取下切割线而继续进行切断的情况下，随着时间的经过而最端部的槽的磨损量增大，在第四次和第五次的测定之间，切割线发生了断线。当重新设置切割线再继续进行切断时，在第五次和第六次的测定之间也发生了断线。

从这些结果可知，通过进行最端部的槽的磨损量的管理，能够抑制切割线的断线的发生。

图15A和图15B表示对进行辊旋转振摆的控制、在规定的时间将坯料块切断之后的辊和不进行旋转振摆的控制的辊的中央部的截面进行观察的结果。如图15A所示，在进行了辊旋转振摆的控制的情况下，切割线在槽的底部不发生位置偏移地滑动，因此槽的底部不变宽。因此，槽的间隔不发生变化，在被切断的晶片的厚度不易产生偏差。

与此相对，如图15B所示，在不进行旋转振摆的控制的情况下，在槽底部，由于切割线的位置产生振摆而槽的底部变宽。此外，槽的侧面也由于磨损而后退。其结果是，整个槽变大，槽的间隔产生偏差。因此，在被切断的晶片的厚度也可能产生偏差。从这些结果可知，通过进行辊旋转振摆的控制，能够抑制从坯料块10切出的单晶碳化硅晶片的厚度产生偏差等。

工业上的可利用性

本申请中公开的利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法能够适用于通过各种结晶生长方法制造的、具有各种大小的单晶碳化硅坯料块的切割。

附图标记的说明

10、10’  坯料块

10a  主体部分

10b  低品质结晶区域

10e  低品质结晶部分

10f  端面

10s  侧面

11  晶种

12  碳化硅

14  固定用底座

50  切割线

51a、51b、51c  辊

51r  第一切削区域

51r’  第二切削区域

53  载置台

51g、51g1、51g2、51gm、51gn  槽

Claims (11)

1.一种利用多线切割机进行高硬度材料的切断的切断方法，其特征在于，包括：

步骤(A)，准备至少一个坯料块，该坯料块包括具有两端的主体部分和仅位于所述主体部分的两端中的一端的低品质结晶部分；

步骤(B)，将所述至少一个坯料块固定在固定用底座上；

步骤(C)，以使切割线不与所述至少一个坯料块的所述低品质部分接触而与所述主体部分接触的方式，使所述至少一个坯料块相对于所述切割线相对地移动，由此对所述坯料块进行切割。

2.如权利要求1所述的利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法，其特征在于：

所述多线切割机的所述切割线在至少一对辊之间卷绕多次，在所述至少一对辊之间包括具有以等间隔平行地拉伸而形成的多个切削部分的切削区域，

在所述步骤(C)中，所述切割线的所述切削区域不与所述至少一个坯料块的所述低品质结晶部分接触而与所述主体部分接触。

3.如权利要求2所述的利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法，其特征在于：

在所述步骤(A)中，准备第一和第二坯料块，

在所述步骤(B)中，以使没有所述低品质结晶部分的端部彼此相对的方式，将所述第一和第二坯料块固定在所述固定用底座上，

在所述步骤(C)中，使所述切割线的所述切削区域不与所述第一和第二坯料块的所述低品质结晶部分接触而与所述主体部分接触。

4.如权利要求3所述的利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法，其特征在于：

在所述步骤(B)中，以使所述第一坯料块的所述主体部分与所述低品质结晶部分的边界和所述第二坯料块的主体部分与所述低品质坯料块的边界的距离成为分别位于所述多线切割机的所述切削区域的两端的切削部分的间隔以上的方式，相对于所述第一坯料块配置所述第二坯料块。

5.如权利要求2所述的利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法，其特征在于：

所述切割线在所述至少一对辊之间包括具有所述以等间隔平行地拉伸而形成的多个切削部分、位于从所述切削区域隔开规定的间隔的位置的其它切削区域，

在所述步骤(A)中，准备第一和第二坯料块，

在所述步骤(B)中，以使所述第一坯料块的没有所述低品质结晶部分的端部与所述第二坯料块的低品质结晶部分相对的方式，将所述第一和第二坯料块固定在所述固定用底座上，

在所述步骤(C)中，使所述切割线的所述切削区域和所述其它切削区域不与所述第一和第二坯料块的所述低品质结晶部分接触而分别与所述主体部分接触。

6.如权利要求5所述的利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法，其特征在于：

在所述步骤(B)中，以使从所述第一坯料块的没有所述低品质结晶部分的端部至所述第二坯料块的低品质结晶部分与主体部分的边界为止的距离与所述切割线的所述规定的间隔一致的方式，相对于所述第一坯料块配置所述第二坯料块。

7.如权利要求5所述的利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法，其特征在于：

以与从所述第一坯料块的没有所述低品质结晶部分的端部至所述第二坯料块的低品质结晶部分与主体部分的边界为止的距离一致的方式，决定所述切割线的所述规定的间隔。

8.如权利要求2所述的利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法，其特征在于：

所述至少一对辊在所述切削区域中分别具有承接所述切割线的多个槽，

所述切断方法还包括如下步骤：

对变化量d1和变化量d2进行测定，所述变化量d1是所述切削区域的、位于所述一对辊的轴向的中央附近的所述至少一对辊的第一槽的深度的从初始值产生的变化量，所述变化量d2是在所述切割线的所述切削区域中、承接与所述至少一个坯料块的低品质结晶部分最接近的所述切割线的切削部分的、所述至少一对辊的第二槽的深度的从初始值产生的变化量，在所述d2为所述d1的三倍以上的情况下，从所述第二槽取下所述切割线而构成新的切削区域。

9.如权利要求3或4所述的利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法，其特征在于：

还包括如下步骤：

对变化量d1、变化量d2和变化量d2’进行测定，所述变化量d1是所述切削区域的、位于所述一对辊的轴向的中央附近的所述至少一对辊的第一槽的深度的从初始值产生的变化量，所述变化量d2是在所述切割线的所述切削区域中、承接与所述第一坯料块的低品质结晶部分最接近的所述切割线的切削部分的、所述至少一对辊的第二槽的深度的从初始值产生的变化量，所述变化量d2’是在所述切割线的所述切削区域中、承接与所述第二坯料块的低品质结晶部分最接近的所述切割线的切削部分的、所述至少一对辊的第三槽的深度的从初始值产生的变化量，在所述d2和所述d2’中的至少一者为所述d1的三倍以上的情况下，从与所述至少一者对应的槽取下所述切割线而构成新的切削区域。

10.如权利要求5～7中的任一项所述的利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法，其特征在于：

所述至少一对辊在所述切削区域和所述其它切削区域分别具有承接所述切割线的多个槽，

所述切断方法还包括如下步骤：

对变化量d1、变化量d2和变化量d2’进行测定，所述变化量d1是所述切削区域的、位于所述一对辊的轴向的中央附近的所述至少一对辊的第一槽的深度的从初始值产生的变化量，所述变化量d2是在所述切割线的所述切削区域中、承接与所述第一坯料块的低品质结晶部分最接近的所述切割线的切削部分的、所述至少一对辊的第二槽的深度的从初始值产生的变化量，所述变化量d2’是在所述切割线的所述其它切削区域中、承接与所述第二坯料块的低品质结晶部分最接近的所述切割线的切削部分的、所述至少一对辊的第三槽的深度的从初始值产生的变化量，在所述d2和所述d2’中的至少一者为所述d1的三倍以上的情况下，从与所述至少一者对应的槽取下所述切割线而构成至少一个新的切削区域。

11.如权利要求2～10中的任一项所述的利用多线切割机对高硬度材料进行切断的切断方法，其特征在于：

将所述至少一对辊的旋转振摆调整为50μm以下。