JP2011005617A - Wire saw device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体材料等のワークに対し、ワイヤーを用いて切断や溝入れ等の加工を施すためのワイヤーソー装置に関する。 The present invention relates to a wire saw device for performing processing such as cutting and grooving using a wire on a workpiece such as a semiconductor material.
例えば太陽電池素子などをはじめとする半導体基板を作製する場合、インゴットを所定の寸法に切断してブロックにし、このブロックを接着剤にてスライスベースに接着した後、ワイヤーソー装置などを用いて複数枚に切断して基板を製造している。 For example, when a semiconductor substrate such as a solar cell element is manufactured, an ingot is cut into a predetermined size to form a block, and the block is bonded to a slice base with an adhesive, and then a plurality of wires are used by using a wire saw device or the like. The board is manufactured by cutting into sheets.
このようなワイヤーソー装置のワイヤーは、供給リールからガイドローラによってメインローラまで案内されてメインローラに巻きつけられワイヤー列とされている。また、メインローラから伸びるワイヤーは、ガイドローラによって巻取リールまで案内され、巻取リールに巻き取られる。 The wire of such a wire saw device is guided from a supply reel to a main roller by a guide roller and wound around the main roller to form a wire row. Further, the wire extending from the main roller is guided to the take-up reel by the guide roller, and is taken up by the take-up reel.
ワイヤーソー装置によるスライス方法には、初めから砥粒をワイヤーに固着させた砥粒固着ワイヤーで切断する方法(固着砥粒タイプ)がある。例えば、下記特許文献1には、メインローラに複数設けられた溝が、ワイヤーを外周下部において接触支持する断面テーパ状の傾斜溝底面を有し、溝間には仕切壁を突設するとともに、それらの仕切壁の両側には、傾斜溝側面を、ワイヤーの外周両側部に隙間を介し対向する傾斜溝底面よりも小さい開口角度で形成することが開示されている。 As a slicing method using a wire saw device, there is a method (fixed abrasive grain type) of cutting with an abrasive fixed wire in which abrasive particles are fixed to the wire from the beginning. For example, in Patent Document 1 below, a plurality of grooves provided in the main roller have an inclined groove bottom surface with a tapered section that contacts and supports the wire at the lower outer periphery, and a partition wall projects between the grooves, It is disclosed that the side surfaces of the inclined grooves are formed on both sides of the partition walls at an opening angle smaller than the bottom surfaces of the inclined grooves facing the both sides of the outer periphery of the wire via a gap.
しかしながら、上述したワイヤーソー装置では、線径が小さい砥粒固着ワイヤーを使用すると、走行するワイヤーのぶれが大きくなるため、作製された半導体基板等の表面にスライス痕やうねりが生じ、スライス不良が多発する可能性がある。また、特許文献1に記載された構成においては、2段階で溝を加工する必要があり、加工が複雑となる。 However, in the above-described wire saw device, if an abrasive wire having a small wire diameter is used, the run-out of the wire increases, so that slice marks and undulations occur on the surface of the manufactured semiconductor substrate and the like, resulting in poor slicing. May occur frequently. Moreover, in the structure described in patent document 1, it is necessary to process a groove | channel in two steps, and a process becomes complicated.
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたものであり、スライス不良が低減された信頼性の高いワイヤーソー装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable wire saw device in which defective slices are reduced.
本発明の一形態に係るワイヤーソー装置は、表面に砥粒が固着されたワイヤーと、前記ワイヤーが巻かれた複数の溝を表面に有するメインローラと、を備え、前記溝の断面形状が台形であり、かつ前記ワイヤーが前記溝の底面および前記溝の2つの斜面のそれぞれに接する。 A wire saw device according to an embodiment of the present invention includes a wire having abrasive grains fixed to a surface thereof, and a main roller having a plurality of grooves wound with the wire on a surface thereof, and the cross-sectional shape of the grooves is trapezoidal. And the wire contacts the bottom surface of the groove and each of the two slopes of the groove.
また、本発明の一形態に係るワイヤーソー装置は、表面に砥粒が固着され、かつ平均直径Dのワイヤーと、前記ワイヤーが巻かれた複数の溝を表面に有するメインローラと、を備え、前記溝の断面形状が台形であり、前記溝の開口角度Aが30度以上38度以下であり、前記溝の底面の長さをBとした場合、B/Dが下記式を満足することを特徴とする。
(1/cos(A/2)−tan(A/2))<B/D≦0.800
なお、ここでB/Dの有効数字は小数点以下3桁までとする。
Further, a wire saw device according to an embodiment of the present invention includes a wire having an average diameter D, with abrasive grains fixed to the surface, and a main roller having a plurality of grooves wound with the wire on the surface, When the cross-sectional shape of the groove is a trapezoid, the opening angle A of the groove is 30 degrees or more and 38 degrees or less, and the length of the bottom surface of the groove is B, B / D satisfies the following formula. Features.
(1 / cos (A / 2) -tan (A / 2)) <B / D ≦ 0.800
Here, B / D significant digits are limited to 3 digits after the decimal point.
本発明に係るワイヤーソー装置は、上述した構成により、線径が小さい砥粒固着ワイヤーを使用しても走行するワイヤーのぶれを低減することができ、作製された半導体基板等のワーク表面のスライス痕やうねりの発生を低減し、スライス不良を低減することができる。 With the above-described configuration, the wire saw device according to the present invention can reduce the run-out of a traveling wire even when an abrasive wire having a small wire diameter is used, and a slice of a workpiece surface such as a manufactured semiconductor substrate. It is possible to reduce the occurrence of traces and undulations and reduce slice defects.
以下に本発明に係るワイヤーソーの一実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of a wire saw according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、本実施形態のワイヤーソー装置は、表面に砥粒が固着され、平均直径Dのワイヤー3と、ワイヤー3が巻きつけられる複数の溝5aを表面に有するメインローラ5と、を備える。
As shown in FIG. 1, the wire saw device of the present embodiment includes a
図2に示すように、溝5aの断面形状は台形であり、かつワイヤー3が溝5aの底面および溝5aの2つの斜面のそれぞれに接している。これにより、安定してワイヤーを支持することができる。または、溝5aの開口角度Aが30度以上38度以下であり、溝5aの底面の幅をBとした場合、(1/cos(A/2)−tan(A/2))<B/D≦0.800とする。ここで、ワイヤー3の平均直径Dとは、ワイヤー3の任意の10箇所において3方向から砥粒を含めた直径を測定し、その平均値とする。ここで、(1/cos(A/2)−tan(A/2))=B/Dは、ワイヤー3が溝5aの底面と斜面とが接触する条件である。なお、B/Dの有効数字は小数点以下3桁までとする。
As shown in FIG. 2, the cross-sectional shape of the groove 5a is trapezoidal, and the
このようなワイヤーソー装置により、複数のメインローラ5間を走行するワイヤー3に切断対象であるブロック1を押し当て切断することによって、基板を製造する。
By using such a wire saw device, the substrate 1 is manufactured by pressing and cutting the block 1 to be cut against the
ブロック1はインゴットの端部等を切断することで形成される。インゴットは、例えば、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等からなる。より具体的には、単結晶シリコンのインゴットが用いられた場合、そのインゴットは円柱形状である。また、多結晶シリコンのインゴットは一般的に略直方体であり、複数本のシリコンブロックを取り出すことができる大きさを有しており、シリコンブロックは断面形状が矩形(正方形を含む)であって、例えば156×156×300mmの直方体に形成される。 The block 1 is formed by cutting the end portion of the ingot. The ingot is made of, for example, single crystal silicon or polycrystalline silicon. More specifically, when a single crystal silicon ingot is used, the ingot has a cylindrical shape. In addition, a polycrystalline silicon ingot is generally a substantially rectangular parallelepiped, and has a size capable of taking out a plurality of silicon blocks. The silicon block has a rectangular cross section (including a square), For example, it is formed in a rectangular parallelepiped of 156 × 156 × 300 mm.
ブロック1は、カーボン材、ガラスまたは樹脂等の材質からなるスライスベース2上に接着剤などによって接着される。この接着剤としては熱硬化型二液性のエポキシ系、アクリル系、リアクレート系またはワックスなどの接着剤からなり、スライス後、基板をスライスベース2から剥離しやすくするために、温度を上げることで接着力が低下する接着剤が用いられる。そして、スライスベース2に接着されたブロック1はワークホルダー10により装置内に1本または複数本配置される。
The block 1 is bonded to the
ワイヤー3は、供給リール7から供給され、巻取リール8に巻き取られる。ワイヤー3は、供給リール7と巻取リール8との間において、複数のメインローラ5に巻かれ、メインローラ5間に複数本に張られている。ワイヤー3は、例えば鉄または鉄合金を主成分とするピアノ線からなり、線径は100μm以上150μm以下、より好ましくは100μm以上130μm以下である。本実施形態において、ワイヤー3は、ワイヤーの周囲にダイヤモンドもしくは炭化珪素からなる砥粒がニッケルや銅・クロムによるメッキにて固着された砥粒固着ワイヤーである。砥粒の平均粒径は、5μm以上30μm以下とした方がよく、Dは110μm以上210μm以下となり、より好ましくはDが110μm以上170μm以下である。
The
ワイヤー3には、供給ノズル4の複数の開口部からクーラント液が供給される。クーラント液は、例えばグリコール等の水溶性溶剤からなる。供給ノズル4に供給するクーラント液の供給流量はブロックの大きさや本数によって適宜設定される。また、クーラント液を循環して使用してもよく、その際にクーラント液中に含まれる砥粒や切屑等を除去して使用される。
The coolant liquid is supplied to the
メインローラ5は、ブロック1の下方に配置される第1メインローラ5Aと第2メインローラ5Bとを含み、例えば、エステル系、エーテル系もしくは尿素系のウレタンゴム、またはニューライト等の樹脂からなり、直径150以上500mm以下、長さ200mm以上1000mm以下程度である。メインローラ5の表面には、供給リール7から供給されたワイヤー3を所定間隔に配列させるための複数の溝が設けられている。この溝の間隔とワイヤー3の直径との関係によって、基板の厚みが定まり、基板の厚みは250μm以下に形成される。本実施形態の溝の形状については後述する。
The
ワイヤー3の下方には、切断時に発生するブロックの切屑やクーラント液の回収を目的としてディップ槽6が設けられる。
A
供給リール7および巻取リール8は、スチール等からなるボビン形状の表面に砥粒固着ワイヤー3が巻きつけられている。また、ワイヤーソー装置は、供給リール7および巻取リール8を所定の速度で回転させるためのモーターと、ワイヤー3を所定の位置に巻きつけるために案内するトラバーサを有する。
The supply reel 7 and the take-
複数のガイドローラ9は、ワイヤー3を供給リール7からメインローラ5、またメインローラ5から巻取リール8へと案内する役割を有する。それぞれのガイドローラ9は、ワイヤー3が走行する溝を有する。このようなガイドローラ9は、例えば、エステル系、エーテル系もしくは尿素系のウレタンゴムからなり、特にエーテル系のウレタンゴムを使用することにより、同様の硬度を用いたエステル系よりもガイドローラ9の磨耗を低減することができる。
The plurality of
また、ワイヤーソー装置は、供給リール7および巻取リール8に巻きつけるワイヤー3の張力を調整する手段とワイヤー3に加えられている張力を検出するセンサとを備えている。
Further, the wire saw device includes means for adjusting the tension of the
本実施形態のワイヤーソー装置は、メインローラの溝5aの断面形状が台形であり、また、溝5aの開口角度Aが30度以上38度以下であり、溝5aの底面の長さをBとした場合、ワイヤーの平均直径Dとの比B/Dが(1/cos(A/2)−tan(A/2))<B/D≦0.800の関係を満足する。これにより、線径が小さい、例えば、平均直径170μm以下の砥粒固着ワイヤーを使用しても、走行するワイヤーのぶれを低減することができ、作製された半導体基板表面のスライス痕やうねりの発生を低減し、スライス不良を低減することができる。これはワイヤー3が表面に砥粒を固着した砥粒固着ワイヤーであり、砥粒の大きさにばらつきがあるために、ワイヤー3の断面形状が真円ではないことから、溝5aの断面形状をU字やV字にするよりも台形とすることによりワイヤー3に不必要な応力がかからず、また、溝5a上に設けられたワイヤー3と溝側面との間隔を狭くすることによって、ワイヤーのぶれが低減できたと考えられる。
In the wire saw device of the present embodiment, the cross-sectional shape of the groove 5a of the main roller is trapezoidal, the opening angle A of the groove 5a is 30 degrees or more and 38 degrees or less, and the length of the bottom surface of the groove 5a is B. In this case, the ratio B / D with the average diameter D of the wire satisfies the relationship of (1 / cos (A / 2) −tan (A / 2)) <B / D ≦ 0.800. As a result, even if an abrasive wire having a small wire diameter, for example, an average diameter of 170 μm or less is used, it is possible to reduce the runout of the traveling wire and to generate slice marks and waviness on the surface of the manufactured semiconductor substrate. And slice defects can be reduced. This is an abrasive-fixed wire in which the
また、溝5aの深さCは、ワイヤー3の平均直径Dとの比C/Dが1.5以上1.85以下とすることにより、溝と溝との間に形成された仕切壁5bの変形を低減しつつ、ワイヤー3が浮上して脱線することを抑制できる。さらに、仕切壁5bの上面幅Eを0.05mm以上とすることにより、仕切壁5bの変形をさらに低減することができる。
The depth C of the groove 5a is such that the ratio C / D to the average diameter D of the
以下に、本実施形態のワイヤーソー装置を用いたスライス方法について説明する。ワイヤー3は供給リール7から供給され、ガイドローラ9によりメインローラ5に案内され、ワイヤー3をメインローラ5に巻きつけて所定間隔に配列している。メインローラ5を所定の回転速度で回転させることによって、ワイヤー3の長手方向にワイヤー3を走行させることができる。そして、高速に走行しているワイヤー3はブロック1を切断し、巻取リール8に巻きつけられる。また、メインローラ15の回転方向を変化させることによりワイヤー3を往復運動させる。このとき、供給リール7からワイヤー3を供給する長さの方が巻取リール8からワイヤー3を供給する長さよりも長くし、新線をメインローラ5に供給するようにする。
Below, the slicing method using the wire saw apparatus of this embodiment is demonstrated. The
ブロック1の切断は、高速に走行しているワイヤー3に向かってクーラント液を供給しながらブロック1を下降させて、ワイヤー3にブロック1を相対的に押圧することによりなされる。ブロック1は、例えば厚さ200μm以下の複数枚の基板に分割される。このとき、ワイヤー3の張力、ワイヤー3が走行する速度(走行速度)、ブロックを下降させる速度(フィード速度)は適宜制御されている。例えば、ワイヤー3の最大走行速度は、500m/分以上1000m/分以下に設定し、最大フィード速度は350μm/分以上1100μm/分以下に設定する。
The block 1 is cut by lowering the block 1 while supplying the coolant liquid toward the
そして、ブロック1をスライスすると同時に、スライスベース2も2mm以上5mm以下程度に切断され、基板はスライスベース2に接着された状態で次工程の洗浄工程に投入される。
At the same time as slicing the block 1, the
洗浄工程では、洗浄液としてアルカリ液または中性液を用い、基板に付着した水溶性クーラントや汚れが洗浄され、その後洗剤を水で洗い流す。そして熱風やエアーなどにより、基板の表面を完全に乾燥させて、スライスベース2から剥離することで基板が完成する。
In the cleaning process, an alkaline liquid or a neutral liquid is used as a cleaning liquid, and water-soluble coolant and dirt adhering to the substrate are cleaned, and then the detergent is washed away with water. Then, the surface of the substrate is completely dried by hot air or air and peeled off from the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば、インゴットを切断することなく、そのままスライス工程を行っても構わない。また、ワークは太陽電池素子等の半導体材料に限定されるものではなく、例えばその他の金属またはセラミックス等でもよい。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Many corrections and changes can be added within the scope of the present invention. For example, the slicing process may be performed as it is without cutting the ingot. The workpiece is not limited to a semiconductor material such as a solar cell element, and may be other metal or ceramics, for example.
<実施例1>
以下、より具体的な実施例について説明する。まず、ガラス板からなるスライスベースにエポキシ系接着剤を塗布し、156mm×156mm×300mmの直方体の多結晶シリコンブロックをスライスベースに設置し接着剤を硬化させた。
<Example 1>
Hereinafter, more specific examples will be described. First, an epoxy adhesive was applied to a slice base made of a glass plate, and a rectangular parallelepiped polycrystalline silicon block of 156 mm × 156 mm × 300 mm was placed on the slice base to cure the adhesive.
次に、2本のスライスベースに接着したシリコンブロックをワイヤーソー装置に設置した。そして、ダイヤモンドの砥粒をNiメッキで固着したワイヤー(線径=130μm、砥粒粒径=15μm、平均直径D=160μm)を双方向に走行させながら、スライスベースに接着したブロックをスライスして、平均厚み200μmのシリコン基板を作製した。 Next, the silicon block adhered to the two slice bases was installed in a wire saw device. Then, while the wire (wire diameter = 130 μm, abrasive grain size = 15 μm, average diameter D = 160 μm) in which diamond abrasive grains are fixed by Ni plating is run in both directions, the block adhered to the slice base is sliced. A silicon substrate having an average thickness of 200 μm was produced.
ここで、メインローラの溝の断面形状が台形であり、溝の深さを0.26mmとした。溝の開口角度Aと、溝の底面の長さをBとした場合、ワイヤーの平均直径Dとの比B/Dとを表1に示す各種条件において、スライスした際におけるスライスの不良率を評価した。不良項目としては、スライス痕の有無、凹凸の有無およびうねりの有無であり、これら項目のうち1つでも該当するものがあれば不良と判断して、全枚数のうち不良の発生している基板の枚数から不良率(%)を算出した。その結果を表1に示す。なお、各開口角度Aにおける(1/cos(A/2)−tan(A/2))は30度が0.767、35度が0.733、38度が0.713、40度が0.700である。 Here, the cross-sectional shape of the groove of the main roller was a trapezoid, and the groove depth was 0.26 mm. When the groove opening angle A and the length of the bottom surface of the groove are B, the ratio B / D of the average diameter D of the wire is evaluated under various conditions shown in Table 1 to evaluate the defective rate of the slice when sliced. did. The defective items are the presence or absence of slicing marks, the presence or absence of undulations, and the presence or absence of waviness. The defect rate (%) was calculated from the number of sheets. The results are shown in Table 1. Note that (1 / cos (A / 2) -tan (A / 2)) at each opening angle A is 0.767 at 30 degrees, 0.733 at 35 degrees, 0.713 at 38 degrees, and 0 at 40 degrees. 700.
表1に示されるように、No.1〜26の結果から、メインローラの溝の開口角度Aが30度以上38度以下であり、溝の底面の長さをBとした場合、ワイヤーの平均直径Dとの比B/Dが(1/cos(A/2)−tan(A/2))<B/D≦0.800の関係を満たすことにより、スライス不良率が5%未満に低減することが確認された。 As shown in Table 1, no. From the results of 1 to 26, when the opening angle A of the groove of the main roller is 30 degrees or more and 38 degrees or less and the length of the bottom surface of the groove is B, the ratio B / D to the average diameter D of the wire is ( By satisfying the relationship of 1 / cos (A / 2) -tan (A / 2)) <B / D ≦ 0.800, it was confirmed that the slice defect rate was reduced to less than 5%.
なお、開口角度Aが30度未満、例えば25度のメインローラを用いた際には、ワイヤーが溝に巻くことができず、スライスすることができなかった。 When a main roller having an opening angle A of less than 30 degrees, for example, 25 degrees, was used, the wire could not be wound in the groove and could not be sliced.
1 :ブロック
3 :ワイヤー
5 :メインローラ
7 :供給リール
8 :巻取リール
1: Block 3: Wire 5: Main roller 7: Supply reel 8: Take-up reel
Claims (4)
前記ワイヤーが巻かれた複数の溝を表面に有するメインローラと、を備え、
前記溝の断面形状が台形であり、かつ前記ワイヤーが前記溝の底面および前記溝の2つの斜面のそれぞれに接することを特徴とするワイヤーソー装置。 A wire with abrasive grains fixed on its surface;
A main roller having a plurality of grooves wound with the wire on its surface,
The wire saw device, wherein the cross-sectional shape of the groove is trapezoidal, and the wire is in contact with the bottom surface of the groove and the two inclined surfaces of the groove.
前記ワイヤーが巻かれた複数の溝を表面に有するメインローラと、を備え、
前記溝の断面形状が台形であり、前記溝の開口角度Aが30度以上38度以下であり、前記溝の底面の長さをBとした場合、B/Dが下記式を満足することを特徴とするワイヤーソー装置。
(1/cos(A/2)−tan(A/2))<B/D≦0.800 Abrasive grains fixed to the surface, and a wire with an average diameter D,
A main roller having a plurality of grooves wound with the wire on its surface,
When the cross-sectional shape of the groove is a trapezoid, the opening angle A of the groove is 30 degrees or more and 38 degrees or less, and the length of the bottom surface of the groove is B, B / D satisfies the following formula. A featured wire saw device.
(1 / cos (A / 2) -tan (A / 2)) <B / D ≦ 0.800
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