JP5391935B2

JP5391935B2 - シリコンインゴットの切断方法

Info

Publication number: JP5391935B2
Application number: JP2009203440A
Authority: JP
Inventors: 義博衛藤; 広野口
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-09-03
Also published as: JP2011054822A

Description

本発明は、シリコンインゴットの切断方法、特に、固定砥粒ワイヤーを用いて切断を行うシリコンインゴットの切断方法に関するものである。

半導体シリコンウェーハ、太陽電池用シリコンウェーハの製造工程において、シリコンインゴットをウェーハ状に切断するスライス工程が行われる。スライス工程では、加工効率を向上させ、また、大径インゴットの切断にも適用できる点から、一般的に、ワイヤーを用いてインゴットを切断する。例えば、特許文献１には、マルチワイヤーを用いたインゴットの切断方法が開示されている。

また、ワイヤーによるインゴットの切断方法としては、ＧＣ（緑色炭化珪素）等からなる砥粒と、油性や水性のオイル又はクーラントとを混合した砥粒液（スラリー）をワイヤーに付着させて切断する方法（遊離砥粒を用いた切断方法）や、特許文献２に開示されているように、ダイヤモンド等の砥粒をワイヤーの表面に電着等によって固定させたワイヤー（固定砥粒ワイヤー）を用いて、水性のオイル又はクーラントを供給しながら切断する方法（固定砥粒ワイヤーを用いた切断方法）が挙げられる。

上述の遊離砥粒による切断方法は、固定砥粒ワイヤーによる切断に比べてコストの点で優れているが、切断に使用したスラリーの産業廃棄物としての処理に費用がかかることや、切断後の洗浄において洗浄剤を使用するため環境面での問題があり、さらに、ＧＣ等からなる砥粒は超微粉であるため、砥粒取り扱いの際の飛散もあり作業環境面においても問題がある。一方、固定砥粒ワイヤーによる切断方法は、遊離砥粒切断方式と比較して、コストの点ではやや劣るものの、切断時間が大幅に短縮できるため生産性が高いことや、スラリーの廃出がないため産業廃棄物の発生を抑制できること、インゴット切断後の洗浄が容易であるという点において優れている。さらに、超微粉を使用しないため、砥粒調合時の飛散もなく、作業環境面でも優れているといえる。

ここで、固定砥粒ワイヤーを用いた切断方式は、上述の有利な効果を奏することができるものの、固定砥粒ワイヤーが高価であることから、その使用量の低減や、購入価格の調整を図ることによって、できる限りコストの低減を図る必要があった。

特開１０−４４１４１号公報特許第３７７０５７９号公報

しかしながら、固定砥粒ワイヤーの使用量低減を目的として、例えば、従来よりも固定砥粒ワイヤーの送り出し量を減らすことにすることによって、シリコンインゴットを１回切断する（１ショット）ために用いられる前記固定砥粒ワイヤーの供給量を減らした場合、インゴットの切断が安定しないなどの問題があった。

本発明の目的は、固定砥粒ワイヤーを用いて、確実にシリコンインゴットを切断でき、さらに、固定砥粒ワイヤーに要するコストを低減できるシリコンインゴットの切断方法を提供することにある。

本発明者らは、複数本のロール間に巻き付けられた固定砥粒ワイヤーを連続的に所定速度で送り出し、シリコンインゴットを、前記ワイヤーに押し付けることによって、複数枚のウェーハに切断するシリコンインゴットの切断方法について、上記の課題を解決するための検討を重ねた。その結果、直径が150mm以上の複数本のシリコンインゴットを切断する第１切断工程と、その後、第１切断工程に用いた使用済みのワイヤーを再利用し、該ワイヤーの送り出し量を第１切断工程の送り出し量よりも大きくして、第１切断工程のシリコンインゴットよりも直径が小さい複数本のシリコンインゴットを切断する第２切断工程とを具えることで、固定砥粒ワイヤーの再利用によって、コストを低減できることに加えて、第２切断工程でのシリコンインゴットの直径が第１切断工程のそれに比べて小さく、前記ワイヤーの送り出し量が第２切断工程のそれに比べて大きいため、第１切断工程での固定砥粒ワイヤーの消耗によってシリコンインゴットの切断が不安定になることがなく、確実にシリコンインゴットを切断できることを見出した。

上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）複数本のロール間に巻き付けられた固定砥粒ワイヤーを連続的に所定速度で送り出し、シリコンインゴットを、前記ワイヤーに押し付けることによって、複数枚のウェーハに切断するシリコンインゴットの切断方法において、
直径が150mm以上の複数本のシリコンインゴットを切断する第１切断工程と、その後、第１切断工程に用いた使用済みのワイヤーを再利用し、該ワイヤーの送り出し量を第１切断工程の送り出し量よりも大きくして、第１切断工程のシリコンインゴットよりも直径が小さい複数本のシリコンインゴットを切断する第２切断工程とを具えることを特徴とするシリコンインゴットの切断方法。

（２）前記第２切断工程で切断されるシリコンインゴットの直径は、第１切断工程で切断されるシリコンインゴットの直径の84％以下である上記（１）記載のシリコンインゴットの切断方法。

（３）前記シリコンインゴットの切断方法は、第一切断工程でのシリコン切削量と、第二切断工程でのシリコン切削量との和が、3cm³／m以下である上記（１）又は（２）記載のシリコンインゴットの切断方法。

この発明によれば、定砥粒ワイヤーを用いて、確実にシリコンインゴットを切断でき、さらに、固定砥粒ワイヤーに要するコストを低減できるシリコンインゴットの切断方法の提供が可能となった。

本発明によるシリコンインゴットの切断方法を説明するための図であり、(ａ)は第１切断工程の状態、(ｂ)は第２切断工程の状態を示す。本発明によるシリコンインゴットの切断に用いられる固定砥粒ワイヤーの動きを説明するための斜視図である。

本発明によるシリコンインゴットの切断方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明によるシリコンインゴットの切断方法を説明するため、第１切断工程の状態（図１(ａ)）及び第２切断工程の状態（図１(ｂ)）の、シリコンインゴット及び切断装置の断面を、模式的に示したものである。

本発明のシリコンインゴットの切断方法は、図１(ａ)及び(ｂ)に示すように、複数本（図１では３本）のロール３０間に巻き付けられた固定砥粒ワイヤー１０を連続的に所定速度で送り出し、シリコンインゴット２０、２１を、前記ワイヤー１０に押し付けることによって、複数枚のウェーハに切断するシリコンインゴット２０、２１の切断方法であって、直径Ｌ１が150mm以上の複数本のシリコンインゴット２０を切断する第１切断工程（図１(ａ)）と、その後、第１切断工程に用いた使用済みのワイヤー１１を再利用し、該ワイヤー１１の送り出し速度を第１切断工程の送り出し速度よりも早くして、第１切断工程のシリコンインゴット２０よりも直径Ｌ２が小さい複数本のシリコンインゴット２１を切断する第２切断工程（図１(ｂ)）とを具えることを特徴とする。

上記構成を採用することによって、第２切断工程（図１(ｂ)）で固定砥粒ワイヤー１０を再利用できるため、従来の切断方法に比べて固定砥粒ワイヤー１０、１１に要するコストを低減できることに加えて、第２切断工程（図１(ｂ)）での前記ワイヤー１１の送り出し速度が、第１切断工程の送り出し速度よりも早いため、固定砥粒ワイヤー１１の消耗によってシリコンインゴット２１の切断が十分に行えない等の不具合を抑制し、確実にシリコンインゴット２１を切断できる。

ここで、前記第１切断工程（図１(ａ)）では、直径Ｌ１が150mm以上の複数本のシリコンインゴット２０を切断するが、シリコンインゴット２０の直径Ｌ１を150mm以上に限定したのは、150mm未満の場合、後述する第２切断工程（図１(ｂ)）で切断できるシリコンインゴット２１のサイズが限られてくるため、本願発明の効果を十分に発揮できないからである。また、前記シリコンインゴット２０の直径Ｌ１以外の切断条件、例えば前記ワイヤー１０の送り出し速度等の切断条件については、任意の条件に従って前記シリコンインゴット２０の切断を行えばよく、特に限定はしない。

また、前記第２切断工程（図１(ｂ)）では、第１切断工程（図１(ａ)）でのシリコンインゴット２０よりも直径Ｌ２が小さい複数本のシリコンインゴット２１を切断するが、シリコンインゴット２１の直径Ｌ２は、第１切断工程で切断されるシリコンインゴットの直径Ｌ１の84％以下であること（Ｌ２／Ｌ１≦0.84）が好ましい。84％を超えると、インゴット２１のサイズが大きすぎるため、確実にインゴット２１の切断ができない恐れがあるからである。

さらに、前記第２切断工程（図１(ｂ)）では、第１切断工程（図１(ａ)）での切断に用いた使用済みのワイヤー１１を再利用する。具体的には、図２に示すように、前記シリコンインゴット２０の切断に用いられる固定砥粒ワイヤー１０は、送り出し側のボビン４０に巻き付けられた新品のワイヤー１０を、所定の速度で連続的に供給することで前記シリコンインゴット２０の切断を行い、巻き取り側のボビン５０に巻き取って回収されるものであり、この巻き取り側のボビン５０に巻き取られた使用済みワイヤー１１を、再度、前記第２切断工程（図１(ｂ)）での切断用のワイヤーとして用いる。

また、前記第２切断工程（図１(ｂ)）では、確実にシリコンインゴット２１を切断できるようにするため、前記使用済みの固定砥粒ワイヤー１１の送り出し量が、第１切断工程での前記ワイヤー１０の送り出し量よりも大きいことが必用である。ここで、固定砥粒ワイヤー１１の送り出し量とは、単位時間あたりに切断のために供給されるワイヤーの量（ｍ／min、m／ｓなど）のことをいう。

さらに、本発明のインゴットの切断方法では、前記第一切断工程（図１(ａ)）でのシリコン切削量（Ｘ）と、第２切断工程（図１(ｂ)）でのシリコン切削量（Ｙ）との和（Ｘ＋Ｙ）が、3cm³／m以下であること（Ｘ＋Ｙ≦3cm³／m）が好ましい。前記切削量の和（Ｘ＋Ｙ）が、3cm³／mを超えると、第２切断工程（図１(ｂ)）で、十分に前記シリコンインゴット２１の切断を行うことができない恐れがあるからである。なお、前記シリコン切削量（cm³／m）とは、所定量（／m）のワイヤー１０、１１を送り出して前記シリコンインゴット２０、２１の切断を行ったときに、削られたシリコンの量（cm³）を示すものである。

また、上記のようにシリコン切削量の制限を行うことで、第１切断工程の条件を基準に、定量的に前記使用済みワイヤー１１の送り出し量を定めることができる。例えば、第１切断工程（図１(ａ)）において、直径200mmのシリコンインゴットに対する切削量が1.78ｃｍ³／mである場合、第２切断工程（図１(ｂ)）でのシリコン切削量が1.22cm³／ｍ以下となるように、前記ワイヤー１１の送り出し量（ｍ／min）を調整できる。

なお、本発明によるシリコンインゴットの切断方法に用いられる固定砥粒ワイヤー１０、１１は、表面に固定砥粒が付着されたワイヤーのことである。このワイヤーを用いれば、砥粒を含有する砥液を用いる代わりに、砥液を含有しない液体を用いて前記シリコンインゴット２０の切断を行うことができる。

また、前記固定砥粒ワイヤー１０、１１の固定砥粒を構成する具体的な材料としては、特に限定はしないが、確実にシリコンインゴット２０の切断を行える点から、ダイヤモンド等が用いられる。

なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。例えば、ワイヤーのロール本数、配置等は特に限定せず、任意の構成とすることができる。

（実施例）
実施例として、３本のロール３０間に巻き付けられた固定砥粒ワイヤー１０を用い、図１(ａ)に示すように、直径Ｌ１が150mmのシリコンインゴット２０を、50本切断し（第１切断工程）、その後、第１切断工程に用いた使用済みのワイヤー１１を再利用し、第１切断工程でのワイヤー送り出し量よりも大きな量でワイヤー１１を送り出して、直径Ｌ２が125mmのシリコンインゴット２１を切断する第２切断工程（図１(ｂ)）を行った。
なお、第１切断工程の、シリコンインゴット２０の直径（mm）、切断したインゴット２０の数（本）及び固定砥粒ワイヤーの送り出し量（ｍ／min）、並びに、第２切断工程の、シリコンインゴット２０の直径（mm）、切断したインゴット２０の数（本）及び固定砥粒ワイヤーの送り出し量（ｍ／min）については、表１に示す。

（比較例１）
比較例１として、第２切断工程（図１(ｂ)）での、シリコンインゴット２１の直径Ｌ２がＬ１と同じ150mmであること以外は、実施例と同様の条件でシリコンインゴット２０、２１の切断を行った。
なお、第１切断工程の、シリコンインゴット２０の直径（mm）、切断したインゴット２０の数（本）及び固定砥粒ワイヤーの送り出し量（ｍ／min）、並びに、第２切断工程の、シリコンインゴット２０の直径（mm）、切断したインゴット２０の数（本）及び固定砥粒ワイヤーの送り出し量（ｍ／min）については、表１に示す。

（比較例２）
比較例２として、第２切断工程（図１(ｂ)）での固定砥粒ワイヤー１１の送り出し量が、第１切断工程（図１(ａ)）でのワイヤー１０の送り出し量と同じであること以外は、比較例１と同様の条件によって、シリコンインゴット２０、２１の切断を行った。
なお、第１切断工程の、シリコンインゴット２０の直径（mm）、切断したインゴット２０の数（本）及び固定砥粒ワイヤーの送り出し量（ｍ／min）、並びに、第２切断工程の、シリコンインゴット２０の直径（mm）、切断したインゴット２０の数（本）及び固定砥粒ワイヤーの送り出し量（ｍ／min）については、表１に示す。

（評価）
第２切断工程において確実に切断を行うことができたシリコンインゴットの切断本数を計測し、評価した。各実施例及び比較例の本数を表１に示す。

表１から、本発明に従う実施例については、第２切断工程で16本のシリコンインゴットを切断することができた。一方、比較例１及び２については、それぞれ、4本及び0本と、実施例に比べて切断できたインゴットの数が少なかった。これは、比較例１については、シリコンインゴットの直径が大きすぎるため、また、比較例２については、固定砥粒ワイヤーの送り出し量が小さすぎるため、第２切断工程において確実なシリコンインゴットの切断を行うことができなかったためであると考えられる。

この発明によれば、固定砥粒ワイヤーを用いて、確実にシリコンインゴットを切断でき、さらに、固定砥粒ワイヤーに要するコストを低減できるシリコンインゴットの切断方法を提供することが可能になった。

１０大径インゴットの切断に使用する固定砥粒ワイヤー
１１大径インゴットの切断に使用した後の固定砥粒ワイヤー
２０、２１シリコンインゴット
３０ロール
４０、５０ボビン

Claims

複数本のロール間に巻き付けられた固定砥粒ワイヤーを連続的に所定速度で送り出し、シリコンインゴットを、前記ワイヤーに押し付けることによって、複数枚のウェーハに切断するシリコンインゴットの切断方法において、
直径が150mm以上の複数本のシリコンインゴットを切断する第１切断工程と、その後、第１切断工程に用いた使用済みのワイヤーを再利用し、該ワイヤーの送り出し量を第１切断工程の送り出し量よりも大きくして、第１切断工程のシリコンインゴットよりも直径が小さい複数本のシリコンインゴットを切断する第２切断工程とを具えることを特徴とするシリコンインゴットの切断方法。
前記第２切断工程で切断されるシリコンインゴットの直径は、第１切断工程で切断されるシリコンインゴットの直径の84％以下である請求項１記載のシリコンインゴットの切断方法。
前記シリコンインゴットの切断方法は、第一切断工程でのシリコン切削量と、第二切断工程でのシリコン切削量との和が、3cm³／m以下である請求項１又は２記載のシリコンインゴットの切断方法。