JP4912464B2 - マルチワイヤソーおよびインゴットの切断方法 - Google Patents

Description

この発明は、ウェハを製造するためにインゴットの切断を行うマルチワイヤソーとインゴットの切断方法に関するものである。

従来、シリコンインゴットの切断には、比較的小さい切断代で一度に多数枚のウェハを切断することができるマルチワイヤソーが用いられている。このようなマルチワイヤソーは、ワイヤ送り出し機構から送り出されたワイヤを、２本のワイヤガイドローラ間に０．３〜０．４ｍｍ程度のピッチで巻き掛け、ワイヤ巻き取り機構でワイヤを巻き取るように構成される。また、ワイヤ送り出し機構とワイヤガイドローラとの間と、ワイヤガイドローラとワイヤ巻き取り機構との間には、ワイヤに常に所定の張力を与えるテンションローラが設けられる。このような構成のマルチワイヤソーでは、ワイヤ送り出し機構と、２本のワイヤガイドローラと、ワイヤ巻き取り機構を同期制御して駆動するとともにテンションローラの位置を制御して、ワイヤを６００ｍ／ｍｉｎ前後の速度で送り、ワイヤにスラリを塗布する。この状態でワークプレートに接着固定したインゴットを下方に送る。このとき、ワイヤで砥粒をインゴットに押し付けるとともに転動させてインゴット表層にマイクロクラックを発生させてシリコン微粉として削り取ることによって、シリコンインゴットの切断が行われる。このようなシリコンインゴットの切断において、ウェハ収率を高め、ウェハの材料コスト低減を図るために切断代の縮小やウェハの薄切りが求められている。

切断代を縮小するには、ワイヤの径を小さくすればよいが、その分ワイヤの破断強度が低下するためワイヤに印加する張力を小さくする必要がある。この張力を小さくするとワイヤガイドローラにワイヤを巻き付ける力が弱くなり、ワイヤガイドローラに形成されたワイヤを納めるためのガイド溝内でワイヤが変位してしまい、インゴットから切り取るウェハの板厚をばらつかせる原因となる。

また、太陽電池セルの製造工程ではウェハの端部に位置決め部材を押し付けてウェハの位置を決めて所定の処理を行い、つぎの処理工程まで搬送して同様にウェハの端部に位置決め部材を押し付けてウェハの位置を決めることを数多く繰り返す。そのため、ウェハ端部の厚さが薄いと、この繰り返し加えられる押し付け力に耐えられず、ウェハ端部に割れや欠けを生じて不良品となってしまう。

また、ウェハの薄切りをするには、ワイヤの間隔を小さくする必要があるが、その分ワイヤガイドローラに形成されたガイド溝が浅くなり、ワイヤがこのガイド溝から離脱する確率が高くなる。ワイヤがガイド溝から離脱すると、その周辺のウェハを切り取ることができなかったり、最悪の場合では、ワイヤが絡んでワイヤ破断を起こして良品のウェハが一つも取れなくなったりしてしまう。

このようなワイヤガイドローラのガイド溝からのワイヤの変位や離脱の問題は、シリコンインゴットの切断終了後に顕著である。たとえば、シリコンインゴットの切断終了後、インゴットをワイヤから離脱させる（ワイヤをインゴットから引き抜く）際に、ワイヤがインゴットに引っ掛かって随伴し、ワイヤガイドローラのガイド溝からワイヤが浮き上がって離脱してしまう。そこで、このようなワイヤのガイド溝からのワイヤの変位や離脱を防止するために、シリコンインゴットの切断終了後にインゴットのワイヤ出入口近傍にワイヤを押さえる規制手段を設けることが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この規制手段は一対で構成され、インゴットの外径変化やインゴットの移動に応じて、ワイヤ引き抜き時には常にワイヤ出入口近傍に配置できるように動き、スラリの供給手段も兼ねるとされている。

特許第３０８３２３２号公報

上述した特許文献１に示されるように、シリコンインゴットの切断終了後に、インゴットからワイヤを離脱させる際のワイヤガイドローラのガイド溝からのワイヤの離脱防止については従来提案されている。しかし、太陽電池用ウェハ製造に関係するシリコンインゴット切断開始時においても、切断開始部（ウェハ端部）の厚さばらつきやワイヤのワイヤガイドローラのガイド溝からの離脱も生じている。そのため、このシリコンインゴット切断開始時における切断開始部の厚さばらつきやワイヤのガイド溝からの離脱の防止についても対策が採られる必要があるが、従来提案されていなかった。

この発明は上記に鑑みてなされたもので、シリコンインゴット切断開始時において、ワイヤのワイヤガイドローラのガイド溝内での変位やガイド溝からの離脱を防止し、切り出すウェハの端部の板厚ばらつきを小さくすることができるマルチワイヤソーおよびインゴットの切断方法を得ることを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかるマルチワイヤソーは、回転軸が水平面内で互いに平行な複数のワイヤガイドローラの表面に所定のピッチで形成されたガイド溝にワイヤを巻きつけ、最も外側に位置するワイヤガイドローラ間で前記ワイヤを複数回往復させ、前記ワイヤガイドローラの上側に複数並行して走行するワイヤに対して被加工物を下方に送りながら切断するマルチワイヤソーにおいて、前記ワイヤの走行方向に対して前記被加工物の後方に配置され、前記上側に複数並行して走行するワイヤにスラリを供給するスラリ供給手段と、円筒形状の回転体からなり、前記被加工物の加工開始時に、前記ワイヤガイドローラの近傍で、かつワイヤの走行方向に対して前記スラリ供給手段の後方に、前記上側に複数並行して走行するワイヤのすべてに接して配置されるワイヤ浮き上がり規制部材と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、被加工物の切断開始時のワイヤの浮き上がりを規制して、ワイヤガイドローラのガイド溝内でのワイヤの変位やガイド溝からのワイヤの離脱を防ぐことによって、被加工物から切り出したウェハの端部の板厚ばらつきを小さくし、良品ウェハの収率を向上させることができるという効果を有する。

図１は、この発明にかかるマルチワイヤソーの要部の構成を示す斜視図である。 図２は、ワイヤガイドローラ付近の構造をワイヤガイドローラの回転軸の方向から見た側面図である。 図３は、ワイヤ規制部とワイヤガイドローラとの関係を模式的に示す図である。 図４は、マルチワイヤソーの制御部の機能構成を示すブロック図である。 図５は、インゴット切断開始時にインゴットを深さｅだけ切り込んだ状態を模式的に示す断面図である。 図６は、切断開始時におけるワイヤガイドローラの回転軸の方向から見たマルチワイヤソーの状態を模式的に示す図である。 図７は、従来のマルチワイヤソーの要部の構成を示す斜視図である。 図８は、インゴット切断開始時におけるインゴットとワイヤとの関係を模式的に示す図である。 図９は、ワイヤガイドローラでのワイヤの状態を模式的に示す図である。

符号の説明

１０ マルチワイヤソー
１１ ワイヤ
１２ ワイヤ送り出し機構
１３ ワイヤ巻き取り機構
１４ａ，１４ｂ，４１ ワイヤガイドローラ
１５，４３ ガイド溝
１６ ガイドローラ
１７ テンションローラ
２１ スラリ撹拌・供給タンク
２２ スラリ塗布ヘッド
２３ 砥粒
３１ ワークプレート
３２ インゴット
４２ ワイヤ浮き上がり規制部材
５０ 制御部
５１ ワイヤ撓みプロファイル算出部
５２ 加工制御部

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるマルチワイヤソーおよびインゴットの切断方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下では、従来のマルチワイヤソーにおけるインゴット切断開始時における問題点について図面を参照して説明した後に、この発明の実施の形態について説明する。

（従来のマルチワイヤソーの問題点）
図７は、従来のマルチワイヤソーの要部の構成を示す斜視図であり、図８は、インゴット切断開始時におけるインゴットとワイヤとの関係を模式的に示す図であり、図９は、ワイヤガイドローラでのワイヤの状態を模式的に示す図である。図７に示されるように、マルチワイヤソー２１０は、ワイヤ２１１を送り出すワイヤ送り出し機構２１２と、送り出されたワイヤ２１１を巻き取るワイヤ巻き取り機構２１３と、ワイヤ送り出し機構２１２とワイヤ巻き取り機構２１３との間に配置される２本のワイヤガイドローラ２１４ａ，２１４ｂと、ワイヤ送り出し機構２１２からワイヤガイドローラ２１４ａまで送り出されるワイヤ２１１とワイヤガイドローラ２１４ｂからワイヤ巻き取り機構２１３まで戻されるワイヤ２１１とを走行案内する複数のガイドローラ２１６と、ガイドローラ２１６で案内されるワイヤ２１１の張力を制御するテンションローラ２１７と、を備える。ワイヤ２１１は、一般に直径０．１６ｍｍのピアノ線が用いられる。また、２本のワイヤガイドローラ２１４ａ，２１４ｂの間では、０．３〜０．４ｍｍ程度のピッチでワイヤ２１１が巻き掛けられている。

また、マルチワイヤソー２１０は、スラリを貯蔵し、撹拌するスラリ撹拌・供給タンク２２１と、被加工物であるシリコンインゴット２３２と２本のワイヤガイドローラ２１４ａ，２１４ｂ間のワイヤ２１１との切断界面にスラリ撹拌・供給タンク２２１からのスラリを供給するスラリ塗布ヘッド２２２と、を備える。スラリ塗布ヘッド２２２は、２つのワイヤガイドローラ２１４ａ，２１４ｂ間の上位に位置するワイヤ２１１の上部に、複数のワイヤ２１１を横切るように配置される。この図７の例では、２本のワイヤガイドローラ２１４ａ，２１４ｂ間に３本のスラリ塗布ヘッド２２２が所定の間隔を置いて配置されている。そして、互いに隣接する２本のスラリ塗布ヘッド２２２間の位置には、切断するシリコンインゴット２３２を固定するワークプレート２３１が、上下方向に移動可能に配置される。このワークプレート２３１には、口径１５０ｍｍ角前後で長さが４００ｍｍ前後のシリコンインゴット２３２が接着固定され、切断される。

このようなマルチワイヤソー２１０でシリコンインゴット２３２を切断する場合には、ワイヤ送り出し機構２１２、２本のワイヤガイドローラ２１４ａ，２１４ｂ、およびワイヤ巻き取り機構２１３を同期制御して駆動するとともに、テンションローラ２１７の位置を制御してワイヤ２１１に常に所定の張力を与えながら６００ｍ／ｍｉｎ前後の速度で送り、スラリ撹拌・供給タンク２２１からスラリ塗布ヘッド２２２を介してワイヤ２１１にスラリを供給する。この状態でシリコンインゴット２３２を接着固定したワークプレート２３１を下方に送り、シリコンインゴット２３２の切断を行う。なお、シリコンインゴット２３２の切断が終了し、ワイヤ２１１を引き抜いた後のワイヤ離脱は、シリコンインゴット２３２のマルチワイヤソー２１０からのリワーク時やマルチワイヤソー２１０へのセッティング時に作業者が目視確認することによって検出し対策できるものである。

ところで、このようなマルチワイヤソー２１０でのシリコンインゴット２３２の切断における切断開始部（ウェハ端部）の厚さばらつきやワイヤ２１１のワイヤガイドローラ２１４ａ，２１４ｂに形成されたガイド溝２１５からの離脱について、実験によって詳細に考察した。その結果、図８に示されるように、シリコンインゴット２３２がワイヤ２１１に０．３ｍｍ程度近づいたところで、ワイヤ２１１がシリコンインゴット２３２に吸いつけられるように浮き上がることを見出した。これはワイヤ２１１の移動に随伴してスラリが図中の矢印ｂに示すように流れているところに、シリコンインゴット２３２の端面が近づき、スラリとシリコンインゴット２３２端面の隙間の空気がスラリに随伴して隙間から排出されることによって負圧を生じ、スラリがシリコンインゴット２３２の端面に吸い付けられるとともにスラリの粘性によってワイヤ２１１が図中の矢印ｃに示すように持ち上げられたためであると考えられる。なお、図８の２点鎖線は、ガイドローラ２１６にワイヤ２１１を巻き付けた初期のワイヤ２１１走行位置を示す。また、ワイヤ径を縮小してワイヤ張力を低減すると、この現象はより顕著になった。そして、このワイヤ２１１の浮き上がりによって、図９に示されるように、ガイド溝２１５内でワイヤ２１１の変位３０１が起こったり、最悪の場合にはワイヤ２１１のガイド溝２１５からの離脱３０２が起こったりすることが分かった。

そこで、以下の実施の形態では、シリコンインゴットなどのインゴット切断開始時のワイヤのガイド溝内での変位や溝からの離脱を防止し、切り出すウェハの端部の板厚ばらつきを小さくするマルチワイヤソーおよびインゴットの切断方法について説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明にかかるマルチワイヤソーの要部の構成を示す斜視図であり、図２は、ワイヤガイドローラ付近の構造をワイヤガイドローラの回転軸の方向から見た側面図であり、図３は、ワイヤ規制部とワイヤガイドローラとの関係を模式的に示す図である。

図１に示されるように、マルチワイヤソー１０は、ワイヤ１１と、ワイヤ１１を送り出すワイヤ送り出し機構１２と、送り出されたワイヤ１１を巻き取るワイヤ巻き取り機構１３と、ワイヤ送り出し機構１２とワイヤ巻き取り機構１３との間に回転軸が互いに平行となるように配置される２本のワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂと、ワイヤ送り出し機構１２からワイヤガイドローラ１４ａまでの間と、ワイヤガイドローラ１４ｂからワイヤ巻き取り機構１３までの間とでそれぞれワイヤ１１を走行案内する複数のガイドローラ１６と、ガイドローラ１６で案内されるワイヤ１１の張力を制御するテンションローラ１７と、を備える。ここで、ワイヤ１１は、従来のマルチワイヤソー２１０で説明したものよりも径の細い（直径０．１６ｍｍよりも細い）ピアノ線が用いられ、ワイヤ１１の走行方向は、図中の矢印ｄの方向であるものとする。また、２本のワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂには、所定のピッチでガイド溝１５が形成されており、このガイド溝１５にワイヤ１１が巻きかけられ、この２本のワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂの間で、ほぼ並行に複数のワイヤ１１が整列している。

また、マルチワイヤソー１０は、スラリを貯蔵し、撹拌するスラリ撹拌・供給タンク２１と、被加工物であるインゴット３２と２本のワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ間のワイヤ１１との切断界面にスラリ撹拌・供給タンク２１からのスラリを供給するスラリ塗布ヘッド２２と、を備える。スラリ塗布ヘッド２２は、２つのワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ間の上側に位置するワイヤ１１の上部に、複数の並行したワイヤ１１を横切るように配置される。この図１の例では、ワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ間の上部のワイヤ１１上に２本のスラリ塗布ヘッド２２が所定の間隔で配置されている。そして、２本のワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ間の上部の所定の位置には、切断するインゴット３２を固定するワークプレート３１が、上下方向に移動可能に配置される。このワークプレート３１には、たとえば口径１５０ｍｍ角前後で長さが４００ｍｍ前後のシリコンインゴットなどがインゴット３２として接着固定される。

この実施の形態１では、２本のワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂの間の上側のワイヤ１１に下側から接するように、円筒形状のワイヤガイドローラ４１がさらに備えられる。このワイヤガイドローラ４１の回転軸が２本のワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂの回転軸と平行となるように、ワイヤガイドローラ４１は配設される。このワイヤガイドローラ４１にも、その表面に２本のワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂと同様に所定のピッチでガイド溝１５が形成されている。ワイヤ径を縮小すると、ワイヤ１１に印加する張力を低減する必要があるが、張力低下によってワイヤ振れが起き易くなり、切断に関与する上側のワイヤ１１を支持するスパンを短くする必要がある。そのために、このワイヤガイドローラ４１は設けられる。この図１の例では、２本のワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂの間のほぼ中心にワイヤガイドローラ４１が配設されるが、もし、２本のワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂの間隔が張力低下によるワイヤ振れが起き難い間隔である場合には、このワイヤガイドローラ４１を設ける必要はない。

また、この実施の形態１では、２本のワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂの間の上側のワイヤ１１に上側から接するように配設されるワイヤ浮き上がり規制部材４２が設けられている。この図１の例では、２本のワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂの間に、３本のワイヤ浮き上がり規制部材４２が、等間隔に、並行するワイヤをほぼ直角に横切る方向に延在して配置されている。このワイヤ浮き上がり規制部材４２は、ワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１と同じ方向に回転可能な円筒形状の回転体からなる。また、図１や図２に示されるように、このワイヤ浮き上がり規制部材４２は、ワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１の近傍でかつインゴット３２の切断溝へのスラリの流れを妨げないように、ワイヤ１１の走行方向ｄに対してスラリ塗布ヘッド２２よりも後方に配設される。

つぎに、このような構成を有するマルチワイヤソー１０によるインゴット３２の切断方法について説明する。まず、インゴット切断準備として、ワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１にワイヤ１１を巻きつけてインゴット３２の送り方向にワイヤ１１を位置決めする。この段階で、図１や図２に示されるように、ワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１の近傍で、かつ図３に示されるように上部のワイヤ１１の上側の位置に、ワイヤ浮き上がり規制部材４２の下側が接するように、ワイヤ浮き上がり規制部材４２を配設する。このとき、ワイヤ浮き上がり規制部材４２は、全てのワイヤ１１に接触させる。この接触作業は、自動化機構を用いてもよいし、手作業にて行ってもよい。ここで、ワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１に設けられたガイド溝１５，４３の位置とワイヤ径とによって、幾何学的に回転体であるワイヤ浮き上がり規制部材４２の位置が決まる。しかし、実際には、ワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１のガイド溝１５，４３の深さやワイヤ径、そしてワイヤ浮き上がり規制部材４２を構成する回転体の直径にはばらつきがあるので、全てのワイヤ１１に回転体（ワイヤ浮き上がり規制部材４２）を接触させるためには僅かにワイヤ１１を撓ませることが必要になる場合がある。

この状態で、スラリ塗布ヘッド２２からワイヤ１１に向けてスラリを塗布しながら、ワイヤ送り出し機構１２、ワイヤ巻き取り機構１３、ワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂを図示しない駆動機構によって同期を取りながら駆動制御してワイヤ１１を矢印ｄの方向に走行させて、さらにインゴット３２を接着固定したワークプレート３１を下方に移動させてインゴット３２の切断を開始する。このとき、インゴット３２とワイヤ１１との距離が、０．３ｍｍ程度に近づいた状態では、スラリとインゴット３２の端面の隙間の空気がスラリに随伴して隙間から排出されることによって生じる負圧で、スラリがインゴット３２の端面に吸い付けられるとともに、このスラリの粘性によってワイヤ１１がインゴット３２側に持ち上げられる作用を受ける。しかし、ワークプレート３１（インゴット３２）近傍のワイヤ１１の上側に、ワイヤ１１をワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１のガイド溝１５，４３に押し付けるように設けられたワイヤ浮き上がり規制部材４２によって、ワイヤ１１の上方への持ち上がりが防止される。その結果、インゴット３２の切断開始位置のばらつきが抑えられる。

その後は、従来のマルチワイヤソーと同様に、ワイヤ１１を矢印ｄの方向に走行させながら、ワークプレート３１を下方に移動させて、インゴット３２の切断を行う。

この実施の形態１によれば、ワイヤ浮き上がり規制部材４２によって、インゴット３２の切断開始時にワイヤ１１をワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１のガイド溝１５，４３に押し付けるようにしてワイヤ１１の浮き上がりを規制したので、ガイド溝１５，４３内でワイヤ１１の変位やワイヤ１１のガイド溝１５，４３からの離脱を防ぎ、インゴット３２から切り出すウェハの端部の板厚のばらつきを小さくすることができる。その結果、インゴット３２からの良品ウェハの収率を向上させることができるという効果を有する。

実施の形態２．
図４は、この発明にかかるマルチワイヤソーの制御部の機能構成を示すブロック図である。この制御部５０は、ワイヤ撓みプロファイル算出部５１と、加工制御部５２と、を備える。なお、この制御部５０によって制御されるマルチワイヤソー１０の構成は、実施の形態１の図１に示したものと同一であるので、その説明は省略する。

ワイヤ撓みプロファイル算出部５１は、インゴット３２の切断開始時に形成される切断溝の深さが少なくともワイヤ１１の半径と同じかそれよりも深くなる時点での、所定の切断位置でのワイヤ１１の撓みを導出する。図５は、インゴット切断開始時にインゴットを深さｅだけ切り込んだ状態を模式的に示す断面図であり、図６は、切断開始時におけるワイヤガイドローラの回転軸の方向から見たマルチワイヤソーの状態を模式的に示す図である。図５では、ワイヤ１１による切断で、インゴット３２が深さｅだけ切り込まれた状態を示している。ここで、ワイヤ１１とインゴット３２との間にはスラリ中の砥粒２３が挟まれている。また、図６では、所定の切断条件で、インゴット３２が切断深さｅだけ切り込まれている状態でのワイヤ１１の撓みｙを示している。

これらの図に示されるように、ワイヤ撓みプロファイル算出部５１は、所定のインゴット切断条件におけるワイヤ１１の撓み、ワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１の配設位置、ワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１のガイド溝１５，４３の形状と寸法、ワイヤ１１の直径を含むワイヤソー構造情報から幾何学的に、切断深さｅが図５に示されるような少なくともワイヤの半径と同一かまたはそれよりも深くなる時点における、図６に示されるようなワイヤ撓みプロファイルを算出する。

加工制御部５２は、マルチワイヤソー１０の加工時におけるワイヤ送り出し機構１２やワイヤ巻き取り機構１３、ワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ、テンションローラ１７、ワイヤ浮き上がり規制部材４２について、図示しないモータなどの駆動手段を介して制御を行う。また、スラリ塗布ヘッド２２からのスラリの吐出量も制御する。なお、加工制御部５２は、加工開始時において、ワイヤ撓みプロファイル算出部５１によって算出されたワイヤ撓みプロファイルに基づいて、より具体的には切断に関係するワイヤ１１の位置がワイヤ撓みプロファイルに重なるようにワイヤ浮き上がり規制部材４２を配置する。

つぎに、このようなマルチワイヤソー１０の切断方法について説明する。まず、制御部５０のワイヤ撓みプロファイル算出部５１は、所定のインゴット切断条件とマルチワイヤソー構造情報とから、図５に示されるインゴット切断開始時に形成される切断溝の深さｅでの、図６に示されるような所定の切断位置のワイヤ１１の撓みｙの関係、すなわちワイヤ撓みプロファイルを導出する。

その後、インゴット切断準備として、ワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１にワイヤ１１を巻きつけてインゴット３２の送り方向に対してワイヤ１１の位置決めを行う。この段階で、制御部５０の加工制御部５２は、ワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１の近傍で、上部のワイヤ１１に、円筒形状の回転体からなるワイヤ浮き上がり規制部材４２の下側を、先に算出したワイヤ撓みプロファイルに一致する地点に配設する。つまり、インゴット３２の切断処理を行う前に、既に図６に示されるようなワイヤ撓みプロファイルを有するように、ワイヤ浮き上がり規制部材４２を配置する。

この状態で、スラリ塗布ヘッド２２からワイヤ１１に向けてスラリを塗布しながら、ワイヤ送り出し機構１２、ワイヤ巻き取り機構１３、ワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂを図示しない駆動機構によって同期を取りながら駆動制御してワイヤ１１を矢印ｄの方向に走行させて、さらに、インゴット３２を接着固定したワークプレート３１を下方に移動させてインゴット３２の切断を開始する。このとき、ワイヤ浮き上がり規制部材４２を構成する回転体が、ワイヤ１１をワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１のガイド溝１５，４３に押し付けてインゴット３２の端面がワイヤ１１に近づいた際のワイヤ１１の浮き上がりを防止する。

さらに、加工が進み、インゴット３２の表面に切断溝が形成された状態では、ワイヤ浮き上がり規制部材４２を構成する回転体によるワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１のガイド溝１５，４３へのワイヤ１１の押し付けとともに、インゴット３２に形成された切断溝によって、ワイヤ１１の横振れが抑制される。その結果、ワイヤ１１の位置が規制される。これによって、ウェハ端部の板厚ばらつきをさらに小さくすることができる。

その後は、従来のマルチワイヤソーと同様に、ワイヤ１１を矢印ｄの方向に走行させながら、ワークプレート３１を下方に移動させて、インゴット３２の切断を行う。なお、上述した説明で、ワイヤ撓みプロファイルを求める際の切断溝深さｅは、ワイヤ１１の半径ではなく、ワイヤ１１の半径以上に深くしてもよい。

この実施の形態２によれば、所定の加工条件とマルチワイヤソー構造条件とから、インゴット３２表面の切断溝の深さが、少なくともワイヤ１１の半径以上となった場合のワイヤ１１の撓み具合を示すワイヤ撓みプロファイルを求め、切断開始時にワイヤ１１の形状がワイヤ撓みプロファイルと一致するようにワイヤ浮き上がり規制部材４２を配置するようにしたので、インゴット３２にワイヤ１１の半径程度の切断溝が形成されると、この切断溝がワイヤ１１の横振れを抑制し、ガイド溝１５，４３内でのワイヤ１１の変位やワイヤ１１のガイド溝１５，４３からの離脱を防ぐことができる。その結果、ウェハ端部の板厚ばらつきをさらに小さくすることが可能となる。これによって、たとえばインゴット３２としてシリコンインゴットを用いた場合に、太陽光発電セルの製造工程におけるウェハの割れ、欠け不良を大幅に低減できるという効果を有する。

実施の形態３．
上述した実施の形態１，２において、ワイヤ１１の浮き上がりを防止するワイヤ浮き上がり規制部材４２を、ワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１に形成されたガイド溝１５，４３と同一のピッチの溝を円筒面に設けた円筒形状の回転体としてもよい。

この実施の形態３によれば、ワイヤ浮き上がり規制部材４２の表面にガイド溝を形成することによって、何も形成しない円筒形状の回転体を形成する場合に比して、切断開始する瞬間のワイヤの横振れをさらに抑制でき、ウェハ端部の板厚ばらつきを一層小さくすることができるという効果を有する。

以下に、上述した実施の形態１〜３のマルチワイヤソー１０でインゴットを切断した場合の効果について説明する。実施の形態１〜３のワイヤ浮き上がり規制部材４２を備えるマルチワイヤソー１０と、ワイヤ浮き上がり規制部材４２を有さないマルチワイヤソー１０と、を用いて、それぞれ３回切断実験を行った。切断条件は、下記に示す条件で行った。

＜切断条件＞
切断装置：マルチワイヤソー（装置構成は図１に示すとおりである）
ワイヤ直径：０．１ｍｍ（ＪＦＥスチール社製、型式ＳＲＨ）
砥粒：炭化ケイ素（フジミインコーポレーテッド社製、ＧＣ＃１５００、平均粒子径約８μｍ）
シリコンインゴット：口径１５０ｍｍ角、長さ２５０ｍｍの多結晶シリコンを２個配置
切断ピッチ：０．３３ｍｍ（切断代０．１３ｍｍ、ウェハ厚さ０．２ｍｍ）
切断速度：０．３５ｍｍ／分（インゴット送り速度）
ワイヤ走行速度：６００ｍ／分
ワイヤ張力：１４Ｎ
スラリタンク温度設定：２５℃

また、スラリとして、グリセリンが４０質量％であり、水が５６質量％であり、水酸化ナトリウムが４質量％である混合液を作製した後、同じ質量の砥粒（ＳｉＣ砥粒）を加えて撹拌して作製したものを用いた。スラリの粘度は、ずり速度５７．６［１／秒］、スラリ温度２５℃において、５０〜１３０ｍＰａ・ｓとなるようにした。この粘度範囲は予備実験において、シリコンインゴットをマルチワイヤソー１０と、砥粒を混合した水系スラリを用いて切断するに際して適正な粘度範囲として求めたものである。

各条件でシリコンインゴットを切断した後、各条件の中の最も切断状態が悪い回において切断した２個のシリコンインゴットの両端部と中央部の計６箇所からウェハを各１０枚抜き取り、それぞれのウェハの切断開始端から５ｍｍの地点のウェハ板厚をワイヤ走行方向に３箇所測定した。そして、板厚の範囲を求めて、板厚ばらつきとした。また、その際のワイヤ１１のガイド溝１５，４３からの離脱についてもカウントした。表１に、この実験結果を示す。

表１に示されるように、ワイヤ浮き上がり規制部材４２がないマルチワイヤソー１０で切断を行った場合には、３回の切断実験のいずれもワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１のガイド溝１５，４３からのワイヤ離脱が見られた。最も状態の悪い回で数十箇所のワイヤ離脱があった。また、ワイヤ１１の離脱がない部分からウェハを抜き取りウェハ端部の板厚を測定した結果、±５０μｍの板厚ばらつきが認められた。なお、ワイヤ離脱はワイヤガイドローラ４１で多く発生した。これは、ワイヤ１１が折り返す２つのワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂに比べて、ワイヤガイドローラ４１へのワイヤ１１の巻き付け角が小さく、ワイヤガイドローラ４１がワイヤ１１を摩擦保持する力が小さいためであると考えられる。

一方、実施の形態１〜３で示した構成を有するワイヤ浮き上がり規制部材４２を有するマルチワイヤソー１０で切断を行った場合には、いずれもワイヤガイドローラ１４ａ，１４ｂ，４１からのワイヤ離脱が無く、ウェハ端部の板厚ばらつきも小さかった。さらに、実施の形態１，２，３の順に、ウェハ端部の板厚ばらつきが小さくなっていくことが確認された。

以上のように、この発明にかかるマルチワイヤソーは、太陽電池用のウェハを製造するためのシリコンインゴットを、ウェハ端部の板厚のばらつきを抑えて切断する場合に有用である。

Claims (6)

1. 回転軸が水平面内で互いに平行な複数のワイヤガイドローラの表面に所定のピッチで形成されたガイド溝にワイヤを巻きつけ、最も外側に位置するワイヤガイドローラ間で前記ワイヤを複数回往復させ、前記ワイヤガイドローラの上側に複数並行して走行するワイヤに対して被加工物を下方に送りながら切断するマルチワイヤソーにおいて、
   前記ワイヤの走行方向に対して前記被加工物の後方に配置され、前記上側に複数並行して走行するワイヤにスラリを供給するスラリ供給手段と、
   円筒形状の回転体からなり、前記被加工物の加工開始時に、前記ワイヤガイドローラの近傍で、かつワイヤの走行方向に対して前記スラリ供給手段の後方に、前記上側に複数並行して走行するワイヤのすべてに接して配置されるワイヤ浮き上がり規制部材と、
   を備えることを特徴とするマルチワイヤソー。
2. 前記被加工物に形成された切断溝の深さが前記ワイヤの半径以上の深さの位置における前記上側のワイヤの撓みを示すワイヤ撓みプロファイルを算出するワイヤ撓みプロファイル算出機能と、
   前記ワイヤガイドローラと、前記被加工物を保持する被加工物保持部材との駆動制御を行って、前記被加工物の切断を行う加工制御機能と、
   を有する制御手段をさらに備え、
   前記加工制御機能は、加工開始時に、前記ワイヤ撓みプロファイル算出機能で算出されたワイヤ撓みプロファイルに一致するように前記ワイヤ浮き上がり規制部材を配置するように制御することを特徴とする請求項１に記載のマルチワイヤソー。
3. 前記ワイヤ浮き上がり規制部材は、その表面に、前記ワイヤガイドローラに形成された前記ガイド溝のピッチと同じピッチのガイド溝を有することを特徴とする請求項１に記載のマルチワイヤソー。
4. 回転軸が水平面内で互いに平行な複数のワイヤガイドローラの表面に所定のピッチで形成されたガイド溝にワイヤを巻きつけ、最も外側に位置するワイヤガイドローラ間で前記ワイヤを複数回往復させ、前記ワイヤガイドローラの上側に複数並行して走行するワイヤにスラリ供給手段からスラリを供給し、前記上側のワイヤに対してインゴットを下方に送りながら切断するマルチワイヤソーにおけるインゴットの切断方法において、
   前記インゴットの切断開始時に、円筒形状の回転体からなるワイヤ浮き上がり規制部材を、前記ワイヤガイドローラの近傍で、かつワイヤの走行方向に対して前記スラリ供給手段の後方に、前記上側に複数並行して走行するワイヤのすべてに前記回転体の下部で接するように配置することを特徴とするインゴットの切断方法。
5. 前記インゴットの加工開始前に、前記インゴットに形成された切断溝の深さが前記ワイヤの半径以上の深さの位置における前記上側のワイヤの撓みを示すワイヤ撓みプロファイルを算出し、前記インゴットの加工開始時に、算出された前記ワイヤ撓みプロファイルに一致するように前記ワイヤ浮き上がり規制部材を配置することを特徴とする請求項４に記載のインゴットの切断方法。
6. 前記ワイヤ浮き上がり規制部材は、その表面に、前記ワイヤガイドローラに形成された前記ガイド溝のピッチと同じピッチのガイド溝を有することを特徴とする請求項４に記載のインゴットの切断方法。

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