JP5311964B2

JP5311964B2 - ワイヤーソー装置

Info

Publication number: JP5311964B2
Application number: JP2008278624A
Authority: JP
Inventors: 孝昭西澤; 幸祐西口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-10-29
Also published as: JP2010105114A

Description

本発明はワイヤーソー装置に関する。

従来、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状にし、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た。

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ワイヤー巻取リールまで案内され、ワイヤー巻取リールに巻き取られる。

ワイヤーソーにおけるスライス方法に、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。当該方法においては、ガイドローラを通過するワイヤーに多くの砥粒が付着していることから、ガイドローラの磨耗が早いという問題がある。特に、太陽電池用のシリコンブロックのような大型のブロックの切断時間に耐えることのできるガイドローラが必要とされている。
特開２００６−５１５６７号公報

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、生産性が向上されたワイヤーソー装置を提供することを目的とする。

本発明のワイヤーソー装置は、砥粒が固着したワイヤーと、前記ワイヤーを送り出す供給リールと、前記供給リールから送り出された前記ワイヤーをガイドする溝部を有し、ＪＩＳ−Ａ硬度が７５以上８５以下のガイドローラと、前記ガイドローラからのびた前記ワイヤーを走行させる複数のメインローラと、前記複数のメインローラからのびた前記ワイヤーを巻き取る巻取リールと、を備える。

本発明は、上述した構成により、砥粒固着ワイヤーで大型の半導体ブロックをスライスした場合であっても、ガイドローラが劣化しにくい。このため、ガイドローラの耐用回数を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態に係るワイヤーソー装置について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るワイヤーソー装置を示す斜視図である。

本実施形態のワイヤーソー装置は、ワイヤー３を送り出す供給リール７と、供給リール７から送り出されたワイヤー３をガイドするワイヤー供給側Ａのガイドローラ９と、ワイヤー供給側Ａのガイドローラ９からのワイヤー３を走行させる複数のメインローラ５と、メインローラ５からのワイヤー３をガイドするワイヤー巻取側Ｂのガイドローラ９と、ワイヤー巻取側Ｂのガイドローラ９からのワイヤー３を巻き取る巻取リール７と、を備える。本実施形態のワイヤーソー装置は、砥粒がワイヤーに固着した砥粒固着ワイヤーでブロック１を切断する固着砥粒タイプであり、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（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。

本実施形態のワイヤーソー装置において、ワイヤー供給側Ａおよびワイヤー巻取側Ｂのガイドローラ９のＪＩＳ−Ａ硬度は、７５以上８５以下、ワイヤーの集中度は２３００〜３１００である。なお、ＪＩＳ−Ａ硬度はＫ６２５３に準拠してデュロメータにより測定した硬度である。

本実施形態のワイヤーソー装置により切断されるブロック１は、インゴットの端部を切断することで形成される。このようなインゴットは、例えば、単結晶シリコンや、多結晶シリコンからなる。例えば、単結晶シリコンのインゴットが用いられた場合、単結晶シリコンインゴットは円柱形状であるため、高さ方向に四箇所の端部を切断することにより、断面形状が略矩形（正方形を含む）のシリコンブロックを得ることができる。なお、上記断面形状において角部が円弧状を有するものも矩形とみなすこととする。また、多結晶シリコンインゴットは一般的に略直方体で、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、例えば１５６×１５６×３００ｍｍの直方体に形成される。なお、上記断面形状において角部が面取りされたものも矩形とみなすこととする。

ブロック１は、カーボン材もしくはガラス、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。接着剤としては熱硬化型二液性のエポキシ系や、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１ａ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本又は複数本配置される。

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８０μｍ〜１８０μｍ、より好ましくは１２０μｍ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以下とした方がよい。また、砥粒固着ワイヤーの集中度は、２１００〜３１００とする。ここでいう「集中度」とは、ワイヤー１ｍ当たりに付着している砥粒の数である。本実施形態における集中度は、ワイヤの３．３ｃｍ毎、計３０箇所において、１．２ｍｍの長さのワイヤに固着した砥粒の個数を測定した平均値を１ｍあたりに換算した値である。

供給ノズル４は、クーラント液を排出する複数の開口部を有する。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り、複数の開口部を有する供給ノズル４の開口部より、複数本のワイヤー３に対して供給される。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。

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、エステル系やエーテル系・尿素系のウレタンゴムやニューライト等の樹脂からなり、直径１５０〜５００ｍｍ、長さ２００〜１０００ｍｍ程度の大きさを有している。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多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、基板の厚みが定まる。

ディップ槽６は、切断時に発生するブロックの切屑や切削液の回収を目的として設けられる。

ワイヤー供給側Ａのガイドローラ９は、供給リール７側の第１ガイドローラ９ａと第２ガイドローラ９ｂを含む。また、ワイヤー巻取側Ｂのガイドローラ９は、メインローラからのワイヤー３を走行させる第１ガイドローラ９ｃと巻取リール８側の第２ガイドローラ９ｄとを含む。本実施形態において、ワイヤー３は、供給リール７と巻取リール８との間を往復運動しており、ワイヤー供給側Ａの第１ガイドローラ９ａと第２ガイドローラ９ｂとは、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から供給リール７へ案内する役割を有する。また、ワイヤー巻取側Ｂの第１ガイドローラ９ｃと第２ガイドローラ９ｄとは、ワイヤー３をメインローラ５からワイヤー巻取リール８、またワイヤー巻取リール８からメインローラ５へと案内する役割を有する。それぞれのガイドローラ９ａ〜９ｄは、ワイヤー３が走行する溝部を有する。このようなガイドローラ９は、例えば、エステル系やエーテル系・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。ここで、ガイドローラの個数や配置は図１に限定されず、4つ以上であってもよく、どのような配置であっても構わない。

また、ワイヤー供給側Ａの第２ガイドローラ９ｂとワイヤー巻取側Ｂの第２ガイドローラ９ｂとはワイヤー３の張力を調整するために昇降可能な構成となっている。

以下に、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。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ワイヤー巻取リール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。

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１a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１３の最大走行速度は、５００ｍ／ｍｉｎ以上、１０００ｍ／ｍｉｎ以下に設定され、最大フィード速度は３５０μｍ／ｍｉｎ以上、１１００μｍ／ｍｉｎ以下に設定する。

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２〜５ｍｍ程度切断され、基板１ａ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。

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１ａ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１a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１ａが完成する。

本実施形態において、ガイドローラ９のＪＩＳ−Ａ硬度は７５以上８５以下である。ＪＩＳ−Ａ硬度を８５以下とすることによって、ガイドローラ９の劣化が低減され、ガイドローラ９の耐用回数を向上させることができる。ガイドローラ９はワイヤー３を溝部に引っ掛けて切断領域等にワイヤー３を案内する役割のため、ガイドローラ９の硬度を小さくすることによって、ワイヤー３の走行時にかかる力がガイドローラ９に伝わりにくくなり、ガイドローラ９の磨耗が低減されたものと考えられる。また、ガイドローラ９のＪＩＳ−Ａ硬度の下限は７５以上とすることによって、ガイドローラ９の劣化が低減されるとともに、ワイヤー３が走行する溝部を精度よく形成することができる。よって、ワイヤー３のねじれ等を低減でき、ワイヤー３の断線の問題を低減することができる。

また、ガイドローラ９のＪＩＳＫ７３１２に準拠して測定した１００％モジュラス強度は７ＭＰａ以下である。これにより、さらにガイドローラ９の劣化が低減され、ガイドローラ９の耐用回数を向上させることができる。

さらに、ガイドローラ９にガイドされる砥粒固着ワイヤーの集中度は２１００〜３１００である。上記集中度の範囲を有する砥粒固着ワイヤーを使用することによって、ガイドローラ９にかかる力を低減しつつ、ブロック１の切削性を維持することができる。さらに、加工中の温度上昇を低減することができることから、ワイヤー３の断線を低減することができる。

また、メインローラ５のＪＩＳ−Ａ硬度はガイドローラ９よりも大きいほうがよい。これによって、メインローラ５の磨耗を抑えることができる。これは、メインローラ５はメインローラ間に張力をかけてワイヤー３が巻きつけられている一方、ガイドローラ９はメインローラ５の補助としてワイヤー３が引っ掛けられているため、メインローラ５とガイドローラとで磨耗するメカニズムが異なり必要とされる硬度が異なるからである。このようなメインローラ５のＪＩＳ−Ａ硬度としては、９０以上１００以下が好ましい。

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出来る。

例えば、インゴット１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、ガイドローラ９に複数の溝部を形成し、一つの溝部が磨耗した際には位置を変更して別の溝部を使用することでコスト低減を図ることができる。

（実施例１）
以下、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。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、ダイヤモンドの砥粒を固着したワイヤー（線径１２０μｍ、集中度２８００）を双方向に走行しながら、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。このとき硬度の異なる５種類のウレタンゴムからなるガイドローラにおいて、ガイドローラの耐用回数を評価した。

その結果を表1に表す。

表１に示されるように、Ｎｏ．１〜５の結果から、ガイドローラのＪＩＳ−Ａ硬度を８５以下とすることにより、ガイドローラの劣化が低減され、耐用回数の向上が確認された。さらに、Ｎｏ．３とＮｏ．４の結果から、ガイドローラの材質をエーテル系にすることにより、さらに耐用回数の向上が確認された。また、ガイドローラのＪＩＳ−Ａ硬度７０においては、溝部形成が不十分であった。

（実施例２）
次に、Ｎｏ．３と同じ仕様のガイドローラを使用し、集中度の異なる種類の砥粒固着ワイヤーにおいて、ガイドローラの耐用回数と、断線回数を評価した。断線回数は１０回スライスした際の回数を測定した。

その結果を表２に表す。

Ｎｏ．１１〜１５の結果から、砥粒固着ワイヤーの集中度を２１００〜３１００とすることにより、ガイドローラの耐用回数の減少を低減でき、ワイヤー３の断線を低減することが確認された。

本発明のワイヤーソー装置の一実施形態を示す概略図である。

符号の説明

１：ブロック
１ａ：基板
３：ワイヤー
５：メインローラ
９：ガイドローラ

Claims

砥粒が固着したワイヤーと、
前記ワイヤーを送り出す供給リールと、
前記供給リールから送り出された前記ワイヤーをガイドする溝部を有し、ＪＩＳ−Ａ硬度が７５以上８５以下のガイドローラと、
前記ガイドローラからのびた前記ワイヤーを走行させる複数のメインローラと、
前記複数のメインローラからのびた前記ワイヤーを巻き取る巻取リールと、を備えるワイヤーソー装置。
前記ガイドローラは、前記供給リールから送り出された前記ワイヤーを前記メインローラへガイドするワイヤー供給側ガイドローラであり、
さらに、前記メインローラからのびた前記ワイヤーを前記巻取リールへガイドし、ＪＩＳ−Ａ硬度が７５以上８５以下のワイヤー巻取側ガイドローラを有することを特徴とする請求項１に記載のワイヤーソー装置。
前記ワイヤーは、１ｍ当たりに砥粒が２３００〜３１００個固着したワイヤーであることを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤーソー装置。
前記メインローラは、前記ワイヤーが配列される溝を有するとともに、ＪＩＳ−Ａ硬度が前記ガイドローラよりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のワイヤーソー装置。