JP2011025371A

JP2011025371A - ワイヤーソー用ローラー

Info

Publication number: JP2011025371A
Application number: JP2009174375A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Eto; 義博衛藤; Hiroshi Noguchi; 広野口
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2029-07-27
Also published as: JP5347801B2

Abstract

【課題】ワイヤーの溝飛びを抑制しつつ、ローラーの再利用を可能とする溝を有するワイヤーソー用ローラーを提供する。
【解決手段】周方向に複数の周方向溝が形成されたワイヤーソー用ローラーであって、該ローラーの周面と、前記周方向溝の溝壁とのなす角度が、ローラーの回転軸線を含む平面で見て９０度であり、該周方向溝の深さが、周方向溝の溝幅の０．８３〜３倍であることを特徴とするワイヤーソー用ローラーである。ここで、周方向溝は、断面がＵ字状であることが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、柱状シリコンインゴットなどの各種硬質材料を切断するためのワイヤーソーにおいてワイヤーのガイドに用いられるワイヤーソー用ローラーに関し、特には、所定時間使用した後にローラーの周面を溝が無くなるまで削り取り、改めて溝切りを行なうことで再利用することができるワイヤーソー用ローラーに関するものである。

従来、太陽電池用シリコンウェーハ（ソーラーウェーハ）は、電磁キャスト法やチョクラルスキー法を用いて製造したシリコンインゴットをスライスしてウェーハとした後、洗浄などを施すことにより製造されている。そして、シリコンインゴットをスライスする方法としては、厚み精度の良好なウェーハを得ることができる、マルチワイヤーソーを用いた切断方法が用いられている。

このマルチワイヤーソーを用いた切断方法では、ワイヤー繰り出しボビンから供給されたワイヤーが、多数の周方向溝（ローラーの周面に周方向に沿って所定のピッチで配設された溝）を有する複数個の溝付きローラー（メインローラー）の溝に沿って走行することにより所定間隔のワイヤー列を形成し、そのワイヤー列にシリコンインゴット等の被切削物を押し当てることにより、被切削物が平板状に切断される。なお、メインローラーとしては、金属芯体にウレタンゴムを巻き付けたものが一般に用いられている。

ここで、近年、ソーラーウェーハの薄厚化が進んでいることから、特にソーラーウェーハの製造に使用するマルチワイヤーソー用のメインローラーとしては、周方向溝のピッチを短ピッチ化した（例えば、３５０μｍ以下の溝間隔にした）メインローラーが求められている。メインローラーの回転軸線方向に隣接する周方向溝の間隔は、被切削物をワイヤーで切断することによって得られるウェーハの厚さに直接関係するからである。

ところで、従来から用いられているメインローラーは、周方向溝の断面形状がＶ字状をなしているのが一般的である。しかしながら、断面Ｖ字状の周方向溝を有するメインローラーにおいて短ピッチ化を図るためには、Ｖ字の開き角度を鋭角にする必要があり、一方、Ｖ字の開き角度を鋭角にすると、溝壁間の距離が短くなるため溝内にワイヤーの全体が収まらず、ワイヤーソー使用中にワイヤーが溝から外れて隣の溝に移ってしまい、所望厚さの被切削物が切断できなくなったり、ワイヤーが捩れて断線したりするという問題があった。

これに対し、ローラーの円周方向に断面Ｕ字状の溝を形成することにより、ワイヤーが溝から外れ難くして、断線トラブルの発生を抑制することを可能にしたローラーが開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１２６３４１号公報

しかしながら、上記断面Ｕ字状の溝を形成したワイヤーソー用ローラーでは、ワイヤーが溝を飛び出す（溝飛びする）のを防止するために深いＵ字状の溝を形成しているため、ローラーに形成した溝が使用により摩耗した場合には、ローラーの周面を削って再利用することは困難であった。

そのため、ワイヤーの溝飛びを抑制しつつ、ローラーの再利用を可能とするような溝を有するワイヤーソー用ローラーが求められていた。

この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のワイヤーソー用ローラーは、周方向に複数の周方向溝が形成されたワイヤーソー用ローラーであって、該ローラーの周面と、前記周方向溝の溝壁とのなす角度が、ローラーの回転軸線を含む平面で見て９０度であり、該周方向溝の深さが、周方向溝の溝幅の０．８３〜３倍であることを特徴とする。このように、ローラーの周面と周方向溝の溝壁とがなす角度を９０度とすれば、隣接する周方向溝間に存在するローラー部分の厚さを確保しつつ短ピッチ化を図ることができる。また、周方向溝の深さを該周方向溝の溝幅の０．８３倍以上とすることにより、ワイヤーの溝飛びが発生するのを抑制することができる。更に、周方向溝の深さを該周方向溝の溝幅の３倍以下とすることにより、ローラーを所定時間使用した後にローラーの周面を溝が無くなるまで削り取り、改めて溝切りを行なうことでローラーを再利用することができる。

ここで、本発明のワイヤーソー用ローラーは、前記周方向溝が、断面Ｕ字状の溝であることが好ましい。周方向溝の断面形状がＵ字状の場合、溝底に対してワイヤーが均一に接するので、使用時に周方向溝が不均一に削れることがない。また、断面Ｕ字状の溝は、容易に形成することができる。

本発明のワイヤーソー用ローラーによれば、ワイヤーの溝飛びを抑制しつつ、ローラーの再利用を可能とすることができる。

本発明のワイヤーソー用ローラーの一例を示す斜視図である。図１の破線で囲まれた部分ＩＩの拡大断面図である。（ａ）は、ローラーを２つ使用したマルチワイヤーソーで四角柱状シリコンインゴットを切断する様子を示す説明図であり、（ｂ）は、ローラーを３つ使用したマルチワイヤーソーで四角柱状シリコンインゴットを切断する様子を示す説明図ある。（ａ）は、従来の断面Ｖ字状の周方向溝を用いたローラーにおいてワイヤーの走行により周方向溝の溝壁が摩耗して削れた状態を示す説明図であり、（ｂ）は、本発明に係る断面Ｕ字状の周方向溝を用いたローラーにおいてワイヤーの走行により周方向溝の溝底が摩耗して削れた状態を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明のワイヤーソー用ローラーは、周方向に深さが溝幅の０．８３〜３倍の溝が複数形成されており、且つ、ローラーの周面と周方向溝の溝壁とのなす角度が、ローラーの回転軸線を含む平面で見て９０度であることを特徴とする。

ここで、図１に本発明のワイヤーソー用ローラーの一例を示す。このワイヤーソー用ローラー１０は、円柱形状の芯体１１と、その芯体１１と一体に形成された中空円柱形状の溝形成部１２とを備える。そして、溝形成部１２には、ワイヤーが巻き掛けられる複数の周方向溝１３が形成されている。

芯体１１は、例えばステンレス等の金属からなり、芯体１１の外周面には、ウレタン製の溝形成部１２が芯体１１と一体に形成されている。なお、溝形成部１２の形成は常法に従い行なうことができる。

溝形成部１２に形成されている周方向溝１３は、図１の破線で囲まれた部分ＩＩの拡大断面を図２に示すように、幅方向断面がＵ字状であり、深さがＤ、溝幅がＷである。ここで、周方向溝１３は、所定のピッチＰで配設されており、ローラー周面１４と周方向溝１３の溝壁１５とのなす角度αは、周方向溝１３の幅方向断面（ローラーの回転軸線Ｒを含む平面）で見て９０度である。なお、深さＤとは、溝底１６から溝開口部までの距離を指し、ピッチＰとは、隣接する溝の幅方向中心間の距離を指す。因みに、周方向溝１３は、固定したローラーに対してＵ字状のダイスを間隔Ｆで押し付けてローラーを削ることにより、溝形成部１２に形成することができる。

そして、上述したワイヤーソー用ローラー１０は、ワイヤーを周方向溝１３に巻き掛けて、例えば柱状シリコンインゴットの切断（ソーラーウェーハの製造）に用いることができる。具体的には、図３（ａ）または（ｂ）に示すように、直線または三角形に配置したワイヤーソー用ローラー１０の周方向溝１３に、図示しないワイヤー供給ボビンから供給されるワイヤー２０を巻き掛けた状態で、ワイヤーソー用ローラー１０を図示しない駆動手段で回転させると共に、四角柱状シリコンインゴット３０を走行するワイヤー２０に押し当てることにより、四角柱状シリコンインゴット３０を切断して平板状のウェーハを得ることができる。なお、ワイヤー２０としては、遊離砥粒ワイヤーと固定砥粒ワイヤーの何れのワイヤーを使用しても良い。また、ワイヤーソー用ローラー１０は、直線、三角形以外にも、四角形など任意の形状に配置することができる。

ここで、ワイヤーソー用ローラー１０の周方向溝１３の溝壁および溝底は、使用（ワイヤー２０の走行）に伴い次第に削れていくこととなる。そのため、ワイヤーソー用ローラー１０は、所定時間（例えば８００〜１０００時間）使用した後に、超鋼製バイト等を用いてローラーの周面を溝が無くなるまで、例えば３〜４ｍｍ削り取り、改めて溝切りを行なうことで再利用に供される。なお、溝断面がＶ字状の従来のワイヤーソー用ローラーでは、図４（ａ）にワイヤー走行前の溝断面形状を破線で、ワイヤー走行後の溝断面形状を実線で示すように、ワイヤーの走行により周方向溝４１の溝壁が偏って摩耗して削れてしまう場合が多いが、本発明に係るワイヤーソー用ローラーでは、周方向溝が断面Ｕ字状であるので、溝が偏って削れ難い。これは、溝断面形状がＶ字状であると、図４（ａ）に示すように、溝壁４２とローラー周面４３とのなす角度が９０度よりも大きくなり、隣接する周方向溝の溝周縁間の距離が短くなるため、溝の形状保持性が低下するが、溝断面形状がＵ字状であると、図４（ｂ）に示すように、溝壁４５とローラー周面４６とのなす角度が９０度となり、隣接する周方向溝の溝周縁間の距離が長くなるため、溝の形状保持性が向上するためである。

なお、ワイヤーソー用ローラー１０を再利用するという観点からは、周方向溝１３の深さＤは、周方向溝の溝幅Ｗの０．８３〜３倍であることが好ましく、また、使用するワイヤーの線径の１〜３倍であることが好ましい。ＤをＷの０．８３倍以上および／またはワイヤー線径以上とすることで、ワイヤーの溝飛びを防止することができるからである。また、ＤをＷの３倍以下および／またはワイヤー線径の３倍以下とすることで、十分な回数ローラーを再利用することができるからである。また、溝壁の十分な強度を確保する観点から、隣接する周方向溝の周縁部間の距離Ｆは、１００μｍ以上とすることが好ましく、可能な限り広くすることが更に好ましい。また、周方向溝の幅Ｗは、使用するワイヤーの線径の１〜１．２倍とすることが好ましく、１．１〜１．２倍とすることが更に好ましい。

なお、本発明のワイヤーソー用ローラーは、上記実施形態に何ら限定されることはなく、適宜変更を加えることができる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１〜３、比較例１〜３）
表１に示す設計諸元で、図１に示すような形状のワイヤーソー用ローラー（芯体：ステンレス製、溝形成部：ウレタン製）を作製し、遊離砥粒ワイヤー（直径：０．１３ｍｍ）を用いて柱状シリコンインゴットの切断を１００回行った。そして、ワイヤーの溝飛びが起こるか否か（溝飛びが起こる確率）を評価した。また、柱状シリコンインゴットを１００回切断した後に、ローラー表面を超鋼製バイトで削り、表１に示す設計諸元の周方向溝を再度形成して再び柱状シリコンインゴットを切断するという作業を繰り返し、何度再利用することができるかについての評価を行った。結果を表１に示す。

表１より、周方向溝の深さを周方向溝の溝幅の０．８３〜３倍とすれば、溝飛びの発生を抑制しつつローラーの再利用を可能とし得ることが分かる。また、ローラーの再利用回数を増やすことができることが分かる。

１０ローラー
１１芯体
１２溝形成部
１３溝
１４周面
１５溝壁
１６溝底
２０ワイヤー
３０シリコンインゴット
４１溝
４２溝壁
４３周面
４４溝
４５溝壁
４６周面

Claims

周方向に複数の周方向溝が形成されたワイヤーソー用ローラーであって、
該ローラーの周面と、前記周方向溝の溝壁とのなす角度が、ローラーの回転軸線を含む平面で見て９０度であり、
該周方向溝の深さが、周方向溝の溝幅の０．８３〜３倍であることを特徴とする、ワイヤーソー用ローラー。
前記周方向溝が、断面Ｕ字状の溝であることを特徴とする、請求項１に記載のワイヤーソー用ローラー。