JPWO2005037968A1 - シリコンインゴット切断用スラリー及びそれを用いるシリコンインゴットの切断方法 - Google Patents

Abstract

この発明に係るシリコンインゴット切断用スラリーでは、塩基性物質の含有量を、スラリーの液体成分全体の質量に対して少なくとも３．５質量％とし、スラリーの液体成分中の水分に対して質量比で０．５〜５．０の有機アミンを含有させ、且つスラリーのｐＨを１２以上としている。また、この発明に係るシリコンインゴットの切断方法では、上記シリコンインゴット切断用スラリーを６５℃〜９５℃で使用している。その結果、シリコンインゴット切断加工時の切断抵抗が低減され、高品質のウエハを効率よく得ることができる。

Description

本発明は、半導体用及び太陽電池用のウエハを製造するために、単結晶、多結晶又はアモルファスのシリコンインゴットを切断する際に使用するシリコンインゴット切断用スラリー及びそれを用いるシリコンインゴットの切断方法に関する。

従来、シリコンインゴットの切断には、小さい切断代および均一な厚さで切断することや一度に多数枚のウエハを切断することができるワイヤーソーが用いられている。このワイヤーソーを用いたシリコンインゴットの切断は、走行するワイヤーにシリコンインゴットを押し付けつつ、その切断界面に砥粒を含む切断用スラリーを導入することによって行われている。このようなワイヤーを用いたシリコンインゴットの切断においては、高いウエハ品質を維持すると共に、切断速度を向上させ、切断代や切断ピッチを小さくして、ウエハ加工費を削減することが要求されている。

高いウエハ品質を維持するためには、切断用スラリー中の砥粒の分散性を高め、切削性能を常に一定に保つ必要がある。このため、キサンタンガムやポリビニルアルコールのような増粘剤を切断用スラリーに添加して粘度を高め、砥粒の沈降を抑制することが行われている。しかし、このような切断用スラリーを使用して切断加工を長時間行うと、加工中にスラリー粘度が上昇していき、切断溝からのワイヤーの引き抜き抵抗が大きくなるため、ワイヤーの送り速度を低下させる必要があった。これに応じてシリコンインゴットの送り速度、すなわち切断速度を低下させる必要が生じて切断効率を低下させていた。また、ワイヤーの引き抜き抵抗が過大となり、ワイヤーの破断も招いていた。

一方、切断代を小さくするには、ワイヤー径を小さくすればよいが、その分ワイヤーの破断強度が低下するため、ワイヤーに掛かる張力を小さくする必要がある。シリコンインゴットの切断は、圧力転写であるラッピング作用で行われているので、ワイヤーの張力を小さくすると、切断速度が遅くなり、ワイヤーの変位（撓み）が大きくなる。ワイヤーの変位（撓み）が大きくなると、切断方向と直行する方向におけるワイヤーの変位も大きくなり、ウエハの反り、厚さむら、微小な凹凸（ソーマーク）が発生し、ウエハの品質が低下する。このようなワイヤー撓みを小さくするために、切断速度の遅延に応じてシリコンインゴットの送り速度を低下させると、切断効率を低下させることになる。ワイヤーの送り速度を高めて、切断速度の遅延を補ってシリコンインゴットの送り速度を高くすると、切断界面での砥粒の分散不良に対するマージンがなくなり、張力の突発的な上昇によってワイヤー破断が発生する。
従って、高いウエハ品質を維持すると共に、切断速度を向上させ、シリコンインゴットの切断代や切断ピッチを小さくするためには、切断抵抗を低減することが必要である。

そこで、固定砥粒ワイヤーと、遊離砥粒を含むスラリー又は濃度が２％以下のＫＯＨアルカリ溶液とを用いてシリコンインゴットを切断する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０００−３４３５２５号公報

固定砥粒ワイヤーと遊離砥粒を含むスラリーとを用いる従来の切断方法は、遊離砥粒を運搬する媒体として固定ワイヤーを使用し、遊離砥粒の切断界面への導入量の不確定さを低減して平均的な遊離砥粒導入量を増やすとともに、固定砥粒を同時に作用させてシリコンインゴットをラッピング切断する作用を持つ。切断におけるいわゆる刃数の増大が見込め、切断効率を上昇させて見かけ上の切断抵抗を下げている。しかしながら、裸のワイヤーを用いる場合に比べ、切断屑や遊離砥粒の排出が困難になり、切断界面における液中の切断屑や遊離砥粒濃度が高くなって、切断界面におけるスラリー粘度が高くなるという問題がある。また、固定砥粒ワイヤーは非常に高価であり、これを使用することは著しく経済性を欠いている。
固定砥粒ワイヤーとアルカリ溶液とを用いる従来の切断方法では、切断屑が切断界面で目詰まりを起こし、この切断屑の溶解にアルカリ溶液の一部が使用されてしまうため、アルカリ溶液の切断面への働きが低下する。また、凝集した切断屑は切断面に微小なクラックを与えることがあるが、アルカリ溶液はこのようなクラックを拡大するように選択的に働き、切断面を荒らすことになる。切断屑の排出抵抗は、切断抵抗の増大に寄与し、結果的にウエハの反り、厚さむら、微小な凹凸を発生させる。アルカリ溶液の十分な働きを得るには、ワイヤーの送り速度、シリコンインゴット送り速度を大幅に低下させる必要があり、切断効率の著しい低下を招く。

したがって、本発明は、上記のような課題を解決しようとするものであり、シリコンインゴット切断加工時の切断抵抗を低減して、高品質のウエハを効率よく得ることができるシリコンインゴット切断用スラリー及びそれを用いるシリコンインゴットの切断方法を提供することを目的としている。

本発明は、砥粒及び塩基性物質を含有するシリコンインゴット切断用スラリーにおいて、前記塩基性物質の含有量が、前記スラリーの液体成分全体の質量に対して少なくとも３．５質量％であること、前記スラリーが、前記スラリーの液体成分中の水分に対して質量比で０．５〜５．０の有機アミンを含有すること、及び前記スラリーのｐＨが１２以上であることを特徴とするシリコンインゴット切断用スラリーである。

また、本発明は、砥粒及び塩基性物質を含有するシリコンインゴット切断用スラリーを用いてシリコンインゴットを切断する方法において、前記塩基性物質の含有量が、前記スラリーの液体成分全体の質量に対して少なくとも３．５質量％であること、前記スラリーが、前記スラリーの液体成分中の水分に対して質量比で０．５〜５．０の有機アミンを含有すること、前記スラリーのｐＨが１２以上であること、及び前記スラリーを６５℃〜９５℃で使用することを特徴とするシリコンインゴットの切断方法である。

本発明によれば、塩基性物質の含有量を、スラリーの液体成分全体の質量に対して少なくとも３．５質量％とし、スラリーの液体成分中の水分に対して質量比で０．５〜５．０の有機アミンを含有させ、且つスラリーのｐＨを１２以上とすることによって、シリコンインゴット切断加工時の切断抵抗を低減することができるので、高品質のウエハを効率よく得ることができる。

［図１］本発明の一実施形態において切断されたウエハの断面の表層部の輪郭をトレースした図である。
［図２］本発明の一実施形態で用いたマルチワイヤーソーの概略図である。
［図３］本発明の一実施形態におけるシリコンインゴットの切断部拡大図である。
［図４］マルチワイヤーソーを用いるシリコンインゴットの切断における各パラメーターの関係を示す図である。
［図５］本発明の一実施形態で用いた研磨装置の概略図である。
［図６］実施例１におけるシリコンインゴット切断用スラリーの粘度を示すグラフである。
［図７］比較例１、２及び３におけるシリコンインゴット切断用スラリーの粘度を示すグラフである。

本発明によるシリコンインゴット切断用スラリーは、砥粒及び塩基性物質を含有する。そして、塩基性物質の含有量が、スラリーの液体成分全体の質量に対して、少なくとも３．５質量％であり、スラリーの液体成分中の水分に対して質量比で０．５〜５．０の有機アミンを更に含有し、且つスラリーのｐＨが１２以上であることを特徴とする。

本発明において、砥粒としては、一般的に研磨材として用いられるものであればよく、例えば、炭化ケイ素、酸化セリウム、ダイヤモンド、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素を挙げることができ、これらを単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。このような砥粒に用いることのできる化合物は市販されており、具体的には炭化ケイ素としては、商品名ＧＣ（Ｇｒｅｅｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）及びＣ（Ｂｌａｃｋ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）（（株）フジミインコーポレーテッド社製）、酸化アルミニウムとしては、商品名ＦＯ（Ｆｕｊｉｍｉ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｍｅｒｙ）、Ａ（Ｒｅｇｕｌａｒ Ｆｕｓｅｄ Ａｌｕｍｉｎａ）、ＷＡ（Ｗｈｉｔｅ Ｆｕｓｅｄ Ａｌｕｍｉｎａ）及びＰＷＡ（Ｐｌａｔｅｌｅｔ Ｃａｌｃｉｎｅｄ Ａｌｕｍｉｎａ）（（株）フジミインコーポレーテッド社製）等が挙げられる。
砥粒の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、好ましくは１μｍ〜６０μｍ、より好ましくは５μｍ〜２０μｍである。砥粒の平均粒子径が１μｍ未満であると、切断速度が著しく遅くなってしまい実用的ではなく、砥粒の平均粒子径が６０・ｍを超えると、切断後のウエハ表面の表面粗さが大きくなり、ウエハ品質が低下してしまうことがあるため好ましくない。
また、砥粒の含有量は、特に限定されるものではないが、シリコンインゴット切断用スラリー全体の質量に対して、好ましくは２０質量％〜６０質量％である。砥粒の含有量が２０質量％未満であると、切断速度が遅くなって、実用性が乏しくなることがあり、砥粒の含有量が６０質量％を超えると、スラリーの粘度が過大になって、スラリーを切断界面に導入し難くなることがある。

本発明において、塩基性物質としては、スラリー中で塩基として作用する物質であればよく、例えば、金属水酸化物を挙げることができ、より具体的には、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム等のアルカリ土類水酸化物を挙げることができる。そして、これらを単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、シリコンインゴットとの反応性の観点から、アルカリ金属水酸化物が好ましい。
塩基性物質の含有量は、シリコンインゴット切断用スラリーの液体成分全体の質量に対して、少なくとも３．５質量％、好ましくは少なくとも４．０質量％であって、好ましくは３０質量％以下、より好ましくは２０質量％以下である。塩基性物質の含有量が少なすぎる場合には、切断抵抗が十分に低減されず、多すぎる場合には、スラリーのｐＨが飽和してしまい、添加したほどには切断抵抗が低減されず、コストに無駄が多くなって好ましくない。

本発明におけるシリコンインゴット切断用スラリーは、塩基性物質の他に、有機アミンを含有する。有機アミンと塩基性物質とを混合させると、塩基性物質単独よりも化学的作用が高まることが実験で分かった。有機アミンは、増粘剤としての働きを持ち、水分との相溶性がよく、更にはキサンタンガムやポリビニルアルコールのような従来の増粘剤と比べて水分の蒸発による粘度上昇を抑制することができる。このような有機アミンとしては、公知のものを制限なく使用することができ、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルカノールアミン類、脂肪族アミン類、脂環式アミン類、芳香族アミン類が挙げられる。そして、これらを単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、コストや取り扱い性の観点から、アルカノールアミン類が好ましく、トリエタノールアミンがより好ましい。
スラリー中の有機アミンの含有量は、スラリーの液体成分中の水分に対して質量比で０．５〜５．０であり、好ましくは１．０〜４．０である。スラリーの液体成分中の水分に対して有機アミンの質量比が０．５未満の場合には、切断加工時のスラリーの粘度変化を十分に抑制することができないばかりか、スラリーの初期粘度が低くなるため好ましくない。また、有機アミンは塩基性物質ほどの強い塩基性を持たないために、スラリーの液体成分中の水分に対して有機アミンの質量比が５．０以下では一種の緩衝作用によってスラリーのｐＨは大きく変化しない。しかし、スラリーの液体成分中の水分に対して有機アミンの質量比が５．０を越える場合には、スラリーの化学的作用が鈍くなって、切断速度の低下が起こるため好ましくない。
また、市販のクーラント（理化商会社製リカマルチノール、大智化学社製ルナクーラント）、トリエタノールアミン及び水酸化ナトリウムの割合を変えた溶液を用いて、シリコン片に対する化学的作用について調べた。下記表１に示す組成の溶液Ｎｏ．１〜８を調製し、これにシリコン片（縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ３ｍｍ）を１０個ずつ浸漬させた。液温を８０℃とし、浸漬後３分経ってから５分間水上置換法により、シリコン片と溶液との反応によって発生する水素の量を測定した。表１中の各成分は質量比で示している。水素発生量は、シリコン片の単位重量当たりの量を示しており、水素発生量が多いほど化学的作用が高いことを示す。

本発明によるシリコンインゴット切断用スラリーの初期粘度は、特に限定されるものではないが、回転粘度計（例えば、ブルックフィールド社製、プログラマブルレオメータＤＶ−ＩＩＩ）を用いて、９０℃、ずり速度５７．６［ｓ^−１］において、５０〜１２０ｍＰａ・ｓが好ましい。シリコンインゴット切断用スラリーの初期粘度が低過ぎると、ワイヤーに塗布したスラリーが垂れ落ち易くなることがあり、初期粘度が高過ぎると、シリコンインゴット切断部へのスラリー供給量が不足する。また、切断加工中のスラリー粘度は、特に限定されるものではないが、回転粘度計（例えば、ブルックフィールド社製、プログラマブルレオメータＤＶ−ＩＩＩ）を用いて、９０℃、ずり速度５７．６［ｓ^−１］において、１６０ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、１２０ｍＰａ・ｓ以下がより好ましい。切断加工中のスラリー粘度が高過ぎると、シリコンインゴット切断部におけるスラリーの均一な分散が妨げられ、切断速度が低下したり、ワイヤーが破断したりすることがある。

本発明において、スラリーの液体成分としては、水、公知のクーラント及びこれらの混合物を用いることができる。ここで用いる水としては、不純物含有量の少ないものが好ましいが、これに限定されるものではない。具体的には、純水、超純水、市水、工業用水等が挙げられる。水の含有量は、特に限定されるものではないが、シリコンインゴット切断用スラリー全体の質量に対して、好ましくは１０質量％〜４０質量％である。
また、クーラントとしては、ポリエチレングリコール、ベンゾトリアゾール、オレイン酸等を含む切削補助混合液として一般的に用いられるものであればよい。このようなクーラントは市販されており、具体的には商品名リカマルチノール（理化商会社製）、ルナクーラント（大智化学産業社製）等が挙げられる。クーラントの含有量は、特に限定されるものではないが、シリコンインゴット切断用スラリー全体の質量に対して、好ましくは１０質量％〜４０質量％である。

本発明によるシリコンインゴット切断用スラリーは、塩基性物質により強塩基性を有する。そのためシリコンインゴット切断界面は、以下の式（１）に示すような反応によって脆弱化されると共に、砥粒によってラッピングされる。
Ｓｉ＋４Ｈ_２Ｏ→Ｓｉ（ＯＨ）_４＋２Ｈ_２ （１）
そして、上式から分かるように、スラリーのｐＨが高い（強塩基性である）ほど、シリコンの反応がより促進される。このため、本発明によるシリコンインゴット切断用スラリーは、１２以上、好ましくは１３以上のｐＨを有する。スラリーのｐＨが低すぎる場合には、シリコンの反応（脆弱化）速度が低く、切断速度を向上させることができないため好ましくない。

また、本発明のシリコンインゴット切断用スラリーは、６５℃〜９５℃で使用する。スラリーを使用する温度が６５℃未満の場合には、反応が活性化されないため切断抵抗が十分に低減されず、９５℃を超える場合には、スラリー中の液体成分（主に水分）の蒸発によって反応に必要な水分が不足し、切断抵抗が増大するので、好ましくない。
ただし、本発明のシリコンインゴット切断用スラリーを使用する温度が６５℃未満、例えば、２５℃程度の場合であっても、切断によって発生する加工応力（残留歪み）を除去しながら切断を進め、低歪みのウエハを得ること（特開２０００−３４３５２５号公報に記載されるような効果）は可能である。

そこで、上記効果を確認するため、本発明のシリコンインゴット切断用スラリーＡ及び従来のシリコンインゴット切断用スラリーＢそれぞれを２５℃で用いて、マルチワイヤーソーにより多結晶のシリコンインゴット（１５０ｍｍ角、２５ｍｍ長）を切断する実験を行った。
＜スラリーＡ＞
トリエタノールアミン：水：水酸化ナトリウム：砥粒＝１：１：０．０７８：１．２（質量比）
＜スラリーＢ＞
リカマルチノール（理化商会社製）：砥粒＝２．０７８：１．２（質量比）
切断されたウエハの断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により観察した結果を図１に示す。図１の（ａ）及び（ｂ）は、シリコンインゴット切断用スラリーＡ及びＢそれぞれを用いて切断されたウエハの断面の表層部の輪郭をトレースした図である。
図１から明らかなように、本発明のシリコンインゴット切断用スラリーＡでは、ウエハ表面が平滑であり、断面にクラックは見られなかった。これに対して従来のシリコンインゴット切断用スラリーＢでは、ウエハ表面が荒れており、表面から３〜７μｍ程度の深さに至るクラックが見られた。さらに、加工中のワイヤー撓み量を渦電流式変位センサで計測したところ、本発明のシリコンインゴット切断用スラリーＡを用いた場合には、シリコンインゴット切断用スラリーＢを用いた場合と比較して平均で６％少なかった（即ち、切断抵抗が平均で６％小さいことが分かった）。

本発明によるシリコンインゴット切断用スラリーには、製品の品質保持および性能安定化を図る目的や、シリコンインゴットの種類、加工条件等に応じて、各種の公知の添加剤を加えてもよい。このような添加剤としては、例えば、保湿剤、潤滑剤、防錆剤、エチレンジアミンテトラ酢酸ナトリウム塩のようなキレート剤、ベントナイトのような砥粒分散補助剤等を挙げることができる。

本発明のシリコンインゴット切断用スラリーは、上記の各成分を所望の割合で混合することにより調製することができる。各成分を混合する方法は任意であり、例えば、翼式撹拌機で撹拌することにより行うことができる。また、各成分の混合順序についても任意である。更に、精製などの目的で、調製されたシリコンインゴット切断用スラリーにさらなる処理、例えば、濾過処理、イオン交換処理等を行ってもよい。

本発明によるシリコンインゴットの切断方法では切断装置が用いられる。ここで使用される切断装置としては、任意のものを用いることができるが、例えば、バンドソー、ワイヤーソー、マルチバンドソー、マルチワイヤーソー、外周刃切断装置および内周刃切断装置が挙げられる。これらの中でも特に、直径の大きい、例えば、６インチ以上のインゴットを切断する際には、ワイヤーソー及びマルチワイヤーソーが好ましい。その理由は、他の切断装置に比べて、小さい切断代および均一な厚さでインゴットを切断することができ、一度に多数枚のウエハを切断することができるからである。

ここで、本発明によるシリコンインゴットの切断方法を、切断装置としてマルチワイヤーソーを用いた場合を例にとって説明する。図２に示すように、マルチワイヤーソー１０は、シリコンインゴット２を固定し、押し下げるためのインゴット送り機構１と、裸のワイヤー３を送るためのワイヤー送り機構と、シリコンインゴット切断用スラリーを供給するためのスラリー撹拌・供給タンク８と、シリコンインゴット切断用スラリーを裸のワイヤー３に塗布するためのスラリー塗布ヘッド９と、裸のワイヤー３を送り出すためのワイヤー送出機構５と、裸のワイヤー３を巻き取るためのワイヤー巻取機構６と、裸のワイヤー３の張力を一定に保つための張力制御ローラー７とを備えている。そして、ワイヤー送り機構は、同期回転する二本の回転ローラー４を備え、その回転ローラー４の外周にはワイヤー３を案内する溝が形成されている。また、ここで用いる裸のワイヤーとしては、金属製のものや樹脂製のものが挙げられ、切断効率の観点から、金属性のものがより好ましい。

このようなマルチワイヤーソーによりシリコンインゴットを切断する際には、インゴット送り機構１に固定されたシリコンインゴット２を裸のワイヤー３に接触させる。裸のワイヤー３は、ワイヤー送り機構と同期するワイヤー送出機構５から送り出されると共に、ワイヤー巻取機構６で巻き取られる。また、スラリー撹拌・供給タンク８から供給されたシリコンインゴット切断用スラリーは、スラリー塗布ヘッド９を介してワイヤー３上に塗布される。そして、図３に示すように、シリコンインゴット切断用スラリーが、走行する裸のワイヤー３によりシリコンインゴット切断部に運ばれると、シリコンインゴット２がラッピング作用によって削られ、切断される。

つぎに、マルチワイヤーソー１０を用いるシリコンインゴット２の切断における評価方法について、図４を参照しつつ説明する。図４はマルチワイヤーソー１０を用いるシリコンインゴット２の切断における各パラメーターの関係を示す図であり、図４の（ａ）はシリコンインゴット２の切断方法を示す模式図、図４の（ｂ）は図４の（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図４において、シリコンインゴット２の送り速度をＶ、ワイヤー３の送り速度をＵ、切断抵抗をＰ、切断方向に直角な方向のワイヤー３の変位をδ_ｘ、切断方向のワイヤー３の変位をδ_ｙ、ワイヤー３の張力をＴとすると、以下の実験式が一般に知られている。
Ｐ∝Ｖ／Ｕ （３）
δ_ｘ∝Ｐ／Ｔ （４）
δ_ｙ∝Ｐ／Ｔ （５）
これらの式に基づき、マルチワイヤーソー１０を用いるシリコンインゴット２の切断において、切断方向に直角な方向のワイヤー３の変位δ_ｘ及び切断方向のワイヤー３の変位δ_ｙ（撓み）を測定することによって、切断速度や切断抵抗を評価することができる。

これを詳細に説明すれば、まず、ワイヤー３によってシリコンインゴット２の切断界面に砥粒２２を含むスラリーが導入される。そして、スラリー中の砥粒２２の偏在やワイヤー３の偏摩耗及びねじれによって、切断方向に直角な方向のワイヤー３の変位δ_ｘおよび切断方向のワイヤー３の変位δ_ｙが生じる。δ_ｘは切断方向に直角な方向のワイヤー３の変位であるので、この値が大きくなると、シリコンインゴット２を切断して得られるウエハの反り、厚さむら、微小な凹凸（ソーマーク）が発生し、ウエハの品質が低下する。従ってδ_ｘは小さいほどよい。また、δ_ｙが大きくなると、切断界面でのワイヤー３に切断方向の遅れがでて、所望の切断速度が得られないため、δ_ｙは小さいほどよい。ワイヤー３の張力Ｔが一定であるとすると、式（４）及び（５）より、δ_ｘ及びδ_ｙを小さくするためには切断抵抗Ｐを低減すればよい。そして、式（３）から分かるように、切断抵抗Ｐを低減するには、シリコンインゴット２の送り速度Ｖを小さくするかワイヤー３の送り速度Ｕを大きくすれば良いことになる。しかし、シリコンインゴット２の送り速度Ｖは、シリコンインゴット２の切断速度に比例するため、あまり小さくすることはできない。ワイヤー３の送り速度Ｕを大きくすると、ワイヤー長を長くする必要が生じ、ワイヤー費用が嵩むことになる。従ってＵをあまり大きくすることはできない。このように各パラメーターは各々密接に関係しているので、ウエハの切断効率や品質を考慮した上で、バランスを取るように各パラメーターを設定し、切断速度や切断抵抗の評価を行う。
なお、マルチワイヤーソーを用いる場合を例にとって各パラメーターを説明したが、ワイヤーソーを用いる場合も同様である。

また、切断速度や切断抵抗を評価する他の方法として、図５に示すような研磨装置を用いる方法が挙げられる。
研磨装置２１は、シリコンインゴット切断用スラリー１１を溜めておくためのビーカー１２と、前記スラリー１１を加熱および磁石回転子１３により攪拌するためのヒーター・攪拌器１４と、前記スラリー１１の温度を測定するための温度計１５と、研磨パッド１６を貼り付けた回転テーブル１７と、前記スラリー１１を、送液チューブ１８を介して研磨パッド１６上に供給するための送液ポンプ１９と、シリコンインゴット２を固定し、研磨パッド１６に押し付けるための研磨ヘッド２０とを備えている。

このような研磨装置２１においてシリコンインゴット２を研磨する際には、シリコンインゴット切断用スラリー１１をヒーター・撹拌器１４によって攪拌しながら、加熱する。回転テーブル１７を所定の回転数で回転させ、このシリコンインゴット切断用スラリー１１を送液ポンプ１９で研磨パッド１６上に塗布すると共に、研磨ヘッド２０先端に固定されたシリコンインゴット２を所定の押圧で研磨パッド１６に押し付ける。そして、一定時間経過後のシリコンインゴット２の質量変化から、研磨速度を求めることができ、また、研磨後のシリコンインゴット表面の微小な凹凸を観察することにより、研磨抵抗の大小（これはワイヤーソーを用いる場合の切断抵抗に相当する）を知ることができる。予備実験を行った結果、図５に示す方法で測定した研磨速度Ｅｐとマルチワイヤーソー１０（図２参照）における切断速度Ｅｗとの間に、Ｅｗ／Ｅｐ＝３／５の相関があることが分かった。
したがって、研磨速度およびシリコンインゴット研磨表面の評価によって、ワイヤーソーを用いる場合の切断速度および切断抵抗を評価することができる。

以下、実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
８質量部の水酸化ナトリウムを１００質量部の水に溶解して塩基性水溶液とし、この水溶液と１００質量部のトリエタノールアミンと１００質量部のポリエチレングリコールとを混合した。この混合溶液に、１００質量部のＳｉＣ砥粒（フジミインコーポレーテッド社製、ＧＣ＃１０００、平均粒子径約１０μｍ）を加えて攪拌し、シリコンインゴット切断用スラリーを調製した。この時、スラリーの液体成分中の水分に対してトリエタノールアミンの質量比は、１００÷１００＝１．０となる。また、得られたスラリーの２５℃におけるｐＨは１３．３であり、９０℃、ずり速度５７．６［ｓ^−１］における初期粘度は５０ｍＰａ・ｓであった。

得られたシリコンインゴット切断用スラリーを用いて、下記に示す研磨条件で多結晶シリコンインゴット試料（３ｍｍ×３ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を研磨した。スラリーを所定時間毎（０、２、４及び７時間）に採取し、回転粘度計（ブルックフィールド社製、プログラマブルレオメータＤＶ−ＩＩＩ）を用いて、ずり速度５７．６［ｓ^−１］における粘度を測定した。結果を図６及び表２に示す。

＜研磨条件＞
研磨パッド ：直径２００ｍｍ（ビューラー社製、研磨用バフ、ウルトラパッド８インチウエハ用）
試料位置 ：パッドの中心から６５ｍｍ
研磨テーブル回転数 ：２００ｒｐｍ
スラリー供給量 ：６５ｃｃ／分
スラリー供給位置 ：パッドの中心から６５ｍｍ、試料の３０°回転後方
スラリー温度 ：９０℃
試料押圧 ：１０Ｎ

〔比較例１〕
８質量部の水酸化ナトリウムを１００質量部の水に溶解して塩基性水溶液とし、この水溶液と、１００質量部のポリエチレングリコールと、従来の増粘剤として７．５質量部のポリビニルアルコールゲル（重合度１５００のポリビニルアルコールと、水とを質量比１：９で混合しゲル化したもの）とを混合した。この混合溶液に、１００質量部のＳｉＣ砥粒（フジミインコーポレーテッド社製、ＧＣ＃１０００、平均粒子径約１０μｍ）を加えて攪拌し、シリコンインゴット切断用スラリーを調製した。得られたスラリーの２５℃におけるｐＨは１３．８であり、また、９０℃、ずり速度５７．６［ｓ^−１］における初期粘度は３０ｍＰａ・ｓであった。
得られたシリコンインゴット切断用スラリーを用いて、実施例１と同様にして粘度を測定した。結果を図７及び表２に示す。

〔比較例２〕
１０．０質量部のポリビニルアルコールゲル（重合度１５００のポリビニルアルコールと、水とを質量比１：９で混合しゲル化したもの）を混合する以外は比較例１と同様にして、シリコンインゴット切断用スラリーを調製した。得られたスラリーの２５℃におけるｐＨは１３．８であり、また、９０℃、ずり速度５７．６［ｓ^−１］における初期粘度は５０ｍＰａ・ｓであった。
得られたシリコンインゴット切断用スラリーを用いて、実施例１と同様にして粘度を測定した。結果を図７及び表２に示す。

〔比較例３〕
１５．０質量部のポリビニルアルコールゲル（重合度１５００のポリビニルアルコールと、水とを質量比１：９で混合しゲル化したもの）を混合する以外は比較例１と同様にして、シリコンインゴット切断用スラリーを調製した。得られたスラリーの２５℃におけるｐＨは１３．８であり、また、９０℃、ずり速度５７．６［ｓ^−１］における初期粘度は９０ｍＰａ・ｓであった。
得られたシリコンインゴット切断用スラリーを用いて、実施例１と同様にして粘度を測定した。結果を図７及び表２に示す。

図６及び表２から明らかなように、本発明によるシリコンインゴット切断用スラリーでは、研磨加工時間が経過してもスラリーの粘度が大きく上昇することはなかった。従って、このスラリーを用いて、ワイヤーソーによりシリコンインゴットを切断する方法では、スラリーの粘度変化を抑制し、切断性能を長時間にわたって一定に保つことができる。
これに対して、従来の増粘剤であるポリビニルアルコールを用いて粘度を調製したスラリー（比較例１〜３）では、研磨加工を長時間行うと、水の蒸発によって粘度が上昇すると共に、時間の経過に伴って粘度の変化率が増大した。従って、スラリーの粘度変化を小さくすることはできなかった（図７参照）。
［実施例２］

実施例１と同様のシリコンインゴット切断用スラリーを用いて、下記に示す研磨条件で多結晶シリコンインゴット試料（３ｍｍ×３ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を研磨した。研磨前後の試料の質量変化から研磨量を求め、研磨時間で除して研磨速度を求めた。結果を表３に示す。
＜研磨条件＞
研磨パッド ：直径２００ｍｍ（ビューラー社製、研磨用バフ、ウルトラパッド８インチウエハ用）
試料位置 ：パッドの中心から６５ｍｍ
研磨テーブル回転数 ：２００ｒｐｍ
研磨時間 ：５分
スラリー供給量 ：６５ｃｃ／分
スラリー供給位置 ：パッドの中心から６５ｍｍ、試料の３０゜回転後方
スラリー温度 ：８０℃
試料押圧 ：１０Ｎ

次に、得られたウエハを水で洗浄して、乾燥させた後、顕微鏡にてインゴットの研磨表面を観察し、以下の基準で評価した。結果を表３に示す。
＜評価基準＞
○：インゴットの研磨表面に凹凸が少ない
△：インゴットの研磨表面に凹凸が多い
×：インゴットの研磨表面に凹凸が極めて多い

〔比較例４〕
２５８質量部のクーラント（大智化学産業社製、ルナクーラント＃６９１）に１００質量部のＳｉＣ砥粒（フジミインコーポレーテッド社製、ＧＣ＃１０００、平均粒子径約１０μｍ）を加えて攪拌し、シリコンインゴット切断用スラリーを調製した。得られたスラリーの２５℃におけるｐＨは６．７であった。
得られたスラリーを２５℃で用いる以外は実施例２と同様にして、多結晶シリコンインゴット試料を研磨した。結果を表３に示す。

〔比較例５〕
９７質量部の水と３．０質量部のトリエタノールアミンと１００質量部のクーラント（大智化学産業社製、ルナクーラント＃６９１）とを混合した。この混合溶液に１００質量部のＳｉＣ砥粒（フジミインコーポレーテッド社製、ＧＣ＃１０００、平均粒子径約１０μｍ）を加えて攪拌し、シリコンインゴット切断用スラリーを調製した。この時、スラリーの液体成分中の水分に対してトリエタノールアミンの質量比は、３．０÷１００＝０．０３となる。また、得られたスラリーの２５℃におけるｐＨは１０．５であった。
得られたスラリーを用いて実施例２と同様にして、多結晶シリコンインゴット試料を研磨した。結果を表３に示す。

表３から明らかなように、本発明によるシリコンインゴット切断用スラリーは、研磨速度が従来の砥粒含有スラリー（比較例４）の約１．５倍と高く、研磨表面に凹凸が少なかった。したがって、このスラリーを用いて、ワイヤーソーによりシリコンインゴットを切断する方法では、ウエハの生産効率を向上させることができ、且つ切断抵抗を低減することができるので、ウエハ品質を向上させることができる。また、切断抵抗を小さくした分だけ、インゴットの送り速度を大きくすることができるので、切断速度を更に高めることもできる。
これに対して、トリエタノールアミン含有量の異なるスラリー（比較例５）では研磨速度が低く、研磨表面に凹凸が多かった。
［実施例３］

スラリーの液体成分全体の質量に対して４．９質量％の水酸化ナトリウム、スラリーの液体成分中の水分に対して質量比で０．５のトリエタノールアミン及びスラリー全体の質量に対して３３質量％の砥粒を含有するシリコンインゴット切断用スラリーを調製し、スラリー温度の差による切断抵抗の違いを調べた。なお、得られたスラリーの２５℃におけるｐＨは１３．８であった。
得られたシリコンインゴット切削用スラリーを用いて、下記に示す切断条件で図２のマルチワイヤーソーにより多結晶のシリコンインゴット（１５０ｍｍ角、２５ｍｍ長）を切断し、加工中のワイヤー撓み量を渦電流式変位センサで計測した。
＜切断条件＞
ワイヤー径 ：１００μｍ（ＪＦＥスチール社製、型式ＳＲＨ）
ワイヤーピッチ ：０．３９ｍｍ
ワイヤー送り速度 ：６００ｍ／分
シリコンインゴット送り速度：０．３５ｍｍ／分
スラリー温度 ：２５℃、８０℃

実験の結果、スラリー温度８０℃で行ったときのワイヤー撓み量は、スラリー温度２５℃で行ったときのワイヤー撓み量と比較して平均で１７％少なかった。即ち、切断抵抗が平均で１７％小さくなることが分かった。

Claims (2)

1. 砥粒及び塩基性物質を含有するシリコンインゴット切断用スラリーにおいて、
   前記塩基性物質の含有量が、前記スラリーの液体成分全体の質量に対して少なくとも３．５質量％であること、
   前記スラリーが、前記スラリーの液体成分中の水分に対して質量比で０．５〜５．０の有機アミンを含有すること、及び
   前記スラリーのｐＨが１２以上であること
   を特徴とするシリコンインゴット切断用スラリー。
2. 砥粒及び塩基性物質を含有するシリコンインゴット切断用スラリーを用いてシリコンインゴットを切断する方法において、
   前記塩基性物質の含有量が、前記スラリーの液体成分全体の質量に対して少なくとも３．５質量％であること、
   前記スラリーが、前記スラリーの液体成分中の水分に対して質量比で０．５〜５．０の有機アミンを含有すること
   前記スラリーのｐＨが１２以上であること、及び
   前記スラリーを６５℃〜９５℃で使用することを特徴とするシリコンインゴットの切断方法。

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