JPWO2005039824A1 - マルチワイヤソー - Google Patents

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Abstract

この発明に係るワイヤソーは、被加工物とワイヤとの切断界面にアルカリまたは混酸を含むスラリを供給しながら前記被加工物を切断するマルチワイヤソーであって、前記スラリを貯蔵加熱するための加熱機構付貯蔵タンクと、前記加熱機構付貯蔵タンクから前記ワイヤが前記被加工物に繰り込まれる手前の位置までポンプにより送出された前記スラリを所定の温度に維持しながら搬送する保温パイプと、ステージに固定された前記被加工物の近傍の温度を前記所定の温度に維持する恒温槽と、前記ワイヤを前記所定の温度に加熱するワイヤ加熱機構とを備えている。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るとともにそのばらつきが小さくなり、高品質のウエハを高効率・低コストで得ることができる。

Description

本発明は、半導体用および太陽電池用のウエハを製造するために、シリコンインゴットを切断する際に使用するマルチワイヤソーに関する。
従来から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に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。このマルチワイヤ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スラリを導入することによって行われている（例えば、特許文献１参照）。
このようなワイヤを用いたシリコンインゴットの切断においては、ワイヤによるインゴットの切断の進行に伴ってスラリの温度が上昇し、ワイヤソーのローラが伸縮したりする。インゴットの加工条件が変化するためインゴットの加工精度を一定に保持することができなくなる。そのため、スラリを冷却して加工精度を確保しようとしている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、近年はシリコンインゴットの切断に対して高いウエハ品質を維持すると共に、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。
切断代を小さくするには、ワイヤ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、ワイヤに掛かる張力を小さくする必要がある。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、ワイヤの張力を小さくすると、切断速度が遅くなり、ワイヤの変位（撓み）が大きくなる。ワイヤの変位（撓み）が大きくなると、切断方向と直交する方向におけるワイヤ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の破断が発生する。したがって、高いウエハ品質を維持すると共に、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、固定砥粒ワイヤと、遊離砥粒を含むスラリ又は濃度が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３参照）。
一方、マルチワイヤソーでは、スラリをワイヤに供給する際に、ワイヤの上方からカーテン状に大量のスラリを吐出している。供給したスラリのうちワイヤに付着するのは極少量であり、スラリの大部分はワイヤの下方に脱落するので、脱落したスラリは、加工室床部から引き出されたドレインを経由して、スラリ貯蔵タンクに回収されている。すなわち大部分のスラリはシリコンインゴットの切断に使用されることなく、スラリ貯蔵タンクからスラリ供給経路及び吐出機構を介してスラリ貯蔵タンクに循環されているだけである。通常、マルチワイヤソーでは、反応生成した水素などを排気するために加工室内が負圧状態に保持されているため、このようなスラリの供給・循環過程においてスラリ中に含まれる水分が蒸発する。特に、使用するスラリが高温であると、水分の蒸発が顕著になって、供給・循環するスラリ粘度が高くなったり、ワイヤがシリコンインゴットに挿入される入口部分において切断界面に導入されない余剰なスラリが乾燥、固化したりする。スラリ粘度の変化は、加工品質の低下（ウエハ厚さのばらつき、ソーマークの発生）を招く。また、ワイヤがシリコンインゴットに挿入される入口部分に固化したスラリが蓄積すると、ワイヤとの間に抵抗を持つようになったり、ワイヤとシリコンインゴットとの切断界面に固化したスラリの破片をかみ込んだりして、やがてはワイヤの破断を引き起こす恐れがある。加工中にワイヤの破断を引き起こすと、加工が中断されるばかりではなく、加工中のシリコンインゴットが無駄になる。加工に復帰するために、シリコンインゴット取り出し作業、清掃作業、ワイヤ張り作業などの工数が発生し、生産性が著しく低下する。
特許第３１８７２９６号公報 特開平８−４７８５０号公報 特開２０００−３４３５２５号公報
固定砥粒ワイヤと遊離砥粒を含むスラリ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粘度が高くなるという問題がある。また、固定砥粒ワイヤ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。
そこで、砥粒および数質量％の塩基性物質を含有し、ｐＨが１２以上のスラリを加熱して切断界面に供給して、インゴットを裸のワイヤに押し付けつつ切断した結果、切断抵抗を低減することができることが分かった。特に、スラリの加熱温度としては６５℃〜９５℃が好ましいことが分かった。このような切断抵抗を低減する効果を得るためには、切断界面に導入されるか又は導入されたスラリ温度を所定の温度に制御することが重要である。
特許文献２に開示される従来の切断方法では、スラリ貯蔵タンクにおいてスラリの温度を調整しているが、スラリ貯蔵タンクからスラリ吐出部までスラリを運搬する間にスラリの温度が下がったり、ワイヤにスラリが塗布されたときにワイヤに吸熱されたり、ワイヤに塗布されたスラリがインゴットと接触したときにインゴットに吸熱されたりして、スラリとインゴットとの化学反応箇所でスラリの温度が下がるという問題があった。このようなスラリの温度低下により、インゴットとスラリとの化学反応界面の箇所によって化学反応速度が異なる現象が生じ、結果として切断抵抗のばらつきを生じ、ソーマーク、ウエハ厚さむらが発生する。
また、従来の切断方法では以下に示すような課題もあった。
（１）大量のスラリを供給・循環するため、大流量・大電力のスラリ供給機構が必要であり、装置が高価になる。
（２）循環中に組成の変化（水分や砥粒の減少、液体成分の相分離）によって、インゴット切断界面に導入されるスラリ中の砥粒量の減少やスラリ粘度の変化を生じやすく、加工品質のばらつきが発生する。
（３）加工室内でのスラリの飛散が大きく、加工室の汚れが大きいため、操業後の清掃工数が大きくなる。
（４）スラリの温度管理においても、切断に寄与せずに大量に循環するスラリの温度を制御しなければならず、切断界面に導入するスラリの温度制御の応答性が劣る。また、タンク内で次々に回収されてくる大量のスラリを攪拌しても砥粒の均一分散性が悪く、不均一なままワイヤに塗布され、加工品質の低下（ウエハ厚さばらつき、ソーマーク（傷）の発生など）を招く。
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、シリコンインゴット切断加工時の切断抵抗を低減するとともにそのばらつきを小さくすることのできるマルチワイヤソーを提供することを目的とする。
また、本発明は、スラリの粘度変化やワイヤがシリコンインゴットに挿入される入口部分におけるスラリの乾燥、固化を抑制して、高い加工品質を維持し且つワイヤの破断を防止することのできるマルチワイヤソーを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、スラリの利用効率が高く、安価な装置構成であり、スラリ温度制御が容易であり、回転ローラの寿命長期化が可能であり且つ清掃・ワイヤ張り作業などの作業性がよいマルチワイヤソーを提供することを目的とする。
本発明は、被加工物とワイヤとの切断界面にアルカリまたは混酸を含むスラリを供給しながら前記被加工物を切断するマルチワイヤソーにおいて、前記スラリを貯蔵加熱するための加熱機構付貯蔵タンクと、前記加熱機構付貯蔵タンクから前記ワイヤが前記被加工物に繰り込まれる手前の位置までポンプにより送出された前記スラリを所定の温度に維持しながら搬送する保温パイプと、ステージに固定された前記被加工物の近傍の温度を前記所定の温度に維持する恒温槽と、前記ワイヤを前記所定の温度に加熱するワイヤ加熱機構と、を備えることを特徴とするマルチワイヤソーである。
また、本発明は、複数のローラ間で走行するワイヤにスラリを供給しながら被加工物を切断するマルチワイヤソーにおいて、前記スラリを吐出するためのスラリ吐出部と、少なくとも前記スラリ吐出部と前記被加工物とを覆う加工室と、前記加工室内の湿度を設定湿度に調節するための湿度調節機構と、を備えていること特徴とするマルチワイヤソーである。
また、本発明は、複数のローラ間で走行するワイヤにスラリを供給しながら被加工物を切断するマルチワイヤソーにおいて、前記被加工物を切断する部位の上流側に設けられた前記ローラと前記被加工物を切断する部位との間に設けられたスラリ吐出部を有するスラリ供給機構を備え、前記スラリ吐出部から吐出されたスラリが前記被加工物の側面に沿って移動することによって、前記ワイヤにスラリを供給することを特徴とするマルチワイヤソーである。
さらに、本発明は、複数のローラ間で走行するワイヤに砥粒を含むスラリを供給しながら被加工物を切断するマルチワイヤソーにおいて、前記スラリを収容する収容部を有し、前記収容部内を前記ワイヤが通過することで、前記ワイヤにスラリが供給されるスラリ供給機構を、前記被加工物が切断される部位の上流に設けたことを特徴とするマルチワイヤソーである。
本発明によれば、アルカリ性スラリを所望の高い温度に維持しながら切断加工を行うことができるので、被加工物とスラリとの切断界面の場所に伴う反応速度のばらつきが抑制され、切断抵抗のばらつきが低減され、ソーマーク、ウエハ厚みむらなどを抑制することができる。
また、本発明によれば、湿度調節機構により加工室内の湿度を設定湿度に調節することができるので、高い加工品質を維持しつつ、ワイヤの破断を防止することができる。
さらに、本発明によれば、安価な装置構成でスラリの利用効率を高め、スラリの温度制御を容易にし、回転ローラの寿命長期化を可能とし且つ清掃・ワイヤ張り作業などの作業性を向上させることができる。
［図１］本発明の実施の形態１に係るマルチワイヤソーの外観図である。
［図２］本発明の実施の形態１に係るマルチワイヤソーの部分外観図である。
［図３］本発明の実施の形態２に係るマルチワイヤソーのワイヤ加熱機構の構造を示す図である。
［図４］本発明の実施の形態３に係るマルチワイヤソーの外観図である。
［図５］本発明の実施の形態３に係るマルチワイヤソーの部分外観図である。
［図６］本発明の実施の形態３に係るマルチワイヤソーによる被加工物の切断工程を説明するための図である。
［図７］本発明の実施の形態３に係る湿度調節のフローチャートである。
［図８］本発明の実施の形態３に係るスラリ貯蔵タンク内のスラリ粘度を示すグラフである。
［図９］本発明の実施の形態４に係るマルチワイヤソーの外観図である。
［図１０］本発明の実施の形態４に係るマルチワイヤソーの部分外観図である。
［図１１］本発明の実施の形態４に係るマルチワイヤソーによる被加工物の切断工程を説明するための図である。
［図１２］本発明の実施の形態５に係るマルチワイヤソーの部分外観図である。
［図１３］本発明の実施の形態６に係るマルチワイヤソーの外観図である。
［図１４］本発明の実施の形態６に係るマルチワイヤソーの部分外観図である。
［図１５］本発明の実施の形態６に係るマルチワイヤソーによる被加工物の切断工程を説明するための図である。
［図１６］本発明の実施の形態７に係るマルチワイヤソーの部分外観図である。
［図１７］図１６におけるＸ矢視図である。
［図１８］本実施の形態８に係るマルチワイヤソーのスラリ供給機構における側壁部を説明する図である。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わるマルチワイヤソーの外観図である。図２は、実施の形態１のマルチワイヤソーの部分外観図である。
実施の形態１に係るマルチワイヤソーは、ベース１と、ベース１の上面に立設するフレーム２と、被加工物３を加工方向に移動可能なように支持する被加工物支持機構４と、被加工物３に繰り込んで被切断箇所にワイヤ５を供給するワイヤ供給機構６と、被加工物３とワイヤ５との切断界面にスラリ７を供給するスラリ供給機構８とを備えている。ベース１はマルチワイヤソーを支持する平盤から構成されている。フレーム２は、箱からなり、作業者に向かって正対する側板９が設けられている。
被加工物支持機構４は、被加工物３をダミー板１０を介して固定するステージ１１と、フレーム２に対して移動可能に支持され、加工方向に向かってステージ１１に所定の荷重を加えながらステージ１１を押し下げるステージ可動機構１２と、ステージ１１の周囲を囲繞する恒温槽１３とを備えている。恒温槽１３は、フレーム２とフレーム２の４辺手前に突設された４つの側壁１４とフレーム２に対向し側壁１４の前辺に連なる前壁１５とで囲まれた加工室１６を備えている。恒温槽１３はさらに図２に示すように加工室１６内の温度を計測する室内温度計１７と、加工室１６内を加熱する熱板１８と、室内温度計１７で計測された温度に基づき加工室温度がスラリ７の最適な温度になるように熱板１８へ供給する電力を調整する室温度調整器１９とを備えている。
ワイヤ供給機構６は、ベース１に備えられた図示しない２台のモータと、そのモータの軸にそれぞれ連結された繰り出し回転軸２０および巻き取り回転軸２１と、繰り出し回転軸２０に嵌合し、ワイヤ５が繰り出されるワイヤ繰り出しボビン２２と、巻き取り回転軸２１に嵌合し、加工室１６から戻されてきたワイヤ５を巻き取るワイヤ巻き取りボビン２３と、ワイヤ繰り出しボビン２２から繰り出されたワイヤ５をフレーム２に支持されたメインローラ２４まで走行案内する複数の案内プーリ２５と、メインローラ２４からワイヤ巻き取りボビン２３まで戻されるワイヤ５をその間で走行案内する複数の案内プーリ２６と、案内プーリ２５、２６で案内されるワイヤ５の張力を制御する張力制御ローラ４３とを備えている。
さらに、ワイヤ供給機構６は、フレーム２に対して垂直に回転支持され、外周表面に複数の溝が等間隔に形成されているメインローラ２４と、メインローラ２４に並行になるようにフレーム２に対して回転支持され、外周表面に複数の溝が等間隔に形成されているサブローラ２７とを備えている。
さらに、ワイヤ供給機構６は、ワイヤ加熱機構としてのボビン加熱ヒータ２８がワイヤ繰り出しボビン２２内に内蔵されている。このワイヤ加熱機構としては、他にメインローラ２４の近傍に備えられ、ワイヤ５に赤外線などを照射できる赤外線ヒータまたはメインローラ２４の手前でワイヤ５が温水を通過する温水槽なども適用できるが、ワイヤ５を加熱することができるものであればこれらに限定されるものではない。
スラリ供給機構８は、調整された後供給されたスラリ７および加工室１６のスラリ受皿２９で回収されて戻されたスラリ７を貯蔵し、そのスラリ７の温度を最適な温度に制御する加熱機構付貯蔵タンク３０と、加熱機構付貯蔵タンク３０からスラリ７を送出するポンプ３１と、ポンプ３１から送出されたスラリ７がその中を通ってスラリ７の最適な温度に保温されながら加工室１６まで送液される保温パイプ３２と、保温パイプ３２を経由して送られてきたスラリ７をワイヤ５に向けて吐出するスラリ吐出部３３とを備えている。
加熱機構付貯蔵タンク３０は、図２に示すようにスラリ貯蔵タンク３４と、スラリ貯蔵タンク３４の周囲を囲んで加熱するスラリ加熱用ヒータ３５と、スラリ貯蔵タンク３４内のスラリ７の温度を計測する温度計３６と、計測されたスラリ７の温度に基づいてスラリ加熱用ヒータ３５の加熱条件を調整する温度調節器３７とを備えている。このスラリ加熱用ヒータ３５として電熱線を用いているが、他に投げ込みヒータ、リボンヒータ、温水ヒータなどスラリ７を加熱することができるものであればこれらに限定されるものではない。
保温パイプ３２は、図２に示すようにスラリ７が通過できるパイプ３８と、その側壁面に巻き付けられたスラリ保温用ヒータ３９と、パイプ３８内に突出してスラリ７の温度を計測する温度計４０と、パイプ３８内のスラリ７の温度に基づいてスラリ保温用ヒータ３９の保温条件を制御する温度調節器４１とを備えている。この保温用ヒータ３９としてリボンヒータを用いているが、他に２重管の外側に管に温水を流すなどパイプ３８内のスラリ７の保温ができるものであればこれらに限定されるものではない。
次に、実施の形態１のマルチワイヤソーを用いて被加工物３を切断してウエハを作製することを説明する。
このときの被加工物３として多結晶シリコンインゴット（以下、インゴットと称する。）を用いる。その外形は１５０ｍｍ角で長さ２５ｍｍの角柱である。このインゴットは、ガラス製のダミー１０を介してステンレス製のベースプレート４４上にエポキシ樹脂などからなる接着剤で固定され、ベースプレート４４はステージ１１に機械的に固定される。
次に、ワイヤをメインローラ２４とサブローラ２７との間に螺旋状に巻き付ける。なお、ここで用いるワイヤ５は硬鋼線（ピアノ線）から形成され、その太さは０．０６〜０．２５ｍｍ程度のものが使用される。他にワイヤとしては、ニッケルクロム合金または鉄ニッケル合金などの合金、タングステンまたはモリブデンなどの高融点金属またはポリアミド繊維を束ねたものから構成されていてもよい。
まず、ワイヤ５をワイヤ繰り出しボビン２２から繰り出し、案内プーリ２５により走行案内して走行方向を変更し、メインローラ２４の一番手前の溝まで繰り出す。そしてこの溝内を接しながらサブローラ２７の一番手前の溝まで繰り出し、その溝内に沿ってサブローラ２７を半周分反時計方向に周回させる。そこからメインローラ２４の手前から２番目の溝まで繰り出し、その溝内に沿ってメインローラ２４を半周分反時計方向に周回させる。これらの操作を繰り返してメインローラ２４とサブローラ２７との間に所望のピッチでらせん状に張られた複数のワイヤ５を設けることができる。
さらに、サブローラ２７からメインローラ２４の一番奥側の溝まで繰り出されたワイヤ５は案内プーリ２６に案内されながらワイヤ巻き取りボビン２３に巻き取られる。メインローラ２４およびサブローラ２７の巻きつけのワイヤピッチはインゴットの切断ピッチに等しく、また巻きつけ回数はインゴットから切り出すウエハの枚数に応じて任意に決められる。
次に、インゴットを切断するときに用いるスラリ７を説明する。このスラリ７は、アルカリまたは混酸を含み、その成分は砥粒、塩基性物質および液体成分からなる。
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る。また、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）および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 Ａｌｉｍｉｎａ）、ＷＡ（Ｗｈｉｔｅ Ｆｕｓｅｄ Ａｌｕｍｉｎａ）およびＰＷＡ（Ｐｌａｔｅｌｅｔ ＣａｌｃｉｎｅｄＡｌｕｍｉｎａ）（（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。また、砥粒の含有量は、特に限定されるものではないが、スラリ７全体の質量に対して、好ましくは２０質量％〜５０質量％である。
また、塩基性物質としては、スラリ７中で塩基として作用する物質であればよく、例えば、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。また、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、スラリ７中の液体成分全体の質量に対して、３．５質量％以上ないし２０質量％以下である。
また、スラリ７の液体成分としては、水、公知のクーラントおよ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、スラリ７全体の質量に対して、好ましくは１０質量％〜７５質量％である。
また、クーラントとしては、保湿剤、潤滑剤、防錆剤、粘度調整剤、例えば、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断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、スラリ７全体の質量に対して、好ましくは０質量％〜５０質量％である。
このような構成のスラリ７は、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、調製されたスラリ７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。
このスラリ７は、強塩基性を有している。そのためシリコンインゴット切断界面は、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＋４Ｈ２Ｏ→Ｓｉ（ＯＨ）４＋２Ｈ２ （１）
このスラリ７とインゴットとの化学反応を促進させるスラリ７の温度は、６５℃〜９５℃の範囲であることが好ましい。スラリ７の温度が低過ぎる場合には、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、高過ぎる場合には、スラリ液体成分（主に水分）の蒸発によって反応に必要な水分が不足し、切断抵抗が増大してしまい好ましくない。
このように調製されたスラリ７はスラリ貯蔵タンク３４内に貯蔵し、加熱して６５℃〜９５℃にスラリ７の温度を上昇させる。このように温度調整されたスラリ７は保温パイプ３２内をスラリ７の温度が６５℃〜９５℃に保温されながらスラリ突出部３３から吐出される。このスラリ吐出部３３の下方に位置しているワイヤ５にスラリ７は付着し、インゴットとワイヤ５の切断界面に導き入れられる。被加工物支持機構４により下方へ押し下げられるインゴットとスラリ付きのワイヤ５とが接触、加圧、摺動されることでインゴットが加工される。また、加工室１６の空気の温度が６５℃〜９５℃になるように制御される。さらに、ワイヤ５の温度も６５℃〜９５℃になるように加熱される。このとき、スラリ７の最適な温度、例えば８０℃の場合、スラリ７、ワイヤ５および加工室１６の空気のそれぞれの温度を８０℃になるように制御する。
また、スラリ吐出部３３から吐出されてインゴットおよびワイヤ５から下に落下したスラリ７の残部は、スラリ受皿２９で回収され、不純物（シリコンの切り屑など）と分離され、再生された後、スラリ回収ドレイン管４６を介してスラリ貯蔵タンク３４に戻される。
スラリ７の組成の具体例として、４質量部の水酸化ナトリウムを４６質量部の水に溶解して塩基性水溶液とし、この水溶液と５０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＃１２００、平均粒子径約１０μｍ）を更に加えて攪拌し、スラリ７を調整した。得られたスラリ７の２５℃におけるｐＨは１３．９であった。
次に、得られたスラリ７を用いて、下記に示す切断条件で多結晶シリコンのインゴット（１５０ｍｍ角、２５ｍｍ長）を切断してウエハを作製した。
切断条件は、それぞれワイヤ径が０．１ｍｍ、切断代が０．１３ｍｍ、切断ピッチが０．３９ｍｍ、切断速度が０．３５ｍｍ／分、ワイヤ走行速度が６００ｍ／分、スラリ温度が８０℃であった。比較例としてスラリ温度を２５℃として同様にインゴットを切断した。
その際、切断抵抗の大きさを表わす指標として、ワイヤ５のたわみ量を測定した。結果を表１に示す。切断加工時に、走行するワイヤ５とインゴットとの切断界面に切断抵抗が生じると、ワイヤ５がインゴット送り方向にたわむ。このたわみは切断抵抗の大きさに比例するので、切断加工中のワイヤたわみ量を測定することで、切断抵抗の大小を知ることができる。換言すれば、たわみが大きいということは、切断界面でのワイヤ５に切断方向（２方向）の遅れがでるということであり、所望の切断速度が得られないことになる。
次に、得られたウエハを水で洗浄し、乾燥させた後、ウエハの厚さむらを評価した。さらに、ウエハ表面のソーマークの有無を目視にて評価した。これらの結果を表１に示す。
Figure 2005039824
Figure 2005039824
表１から明らかなように、８０℃の温度にスラリ７を制御することにより厚さむらが小さく、ソーマークがないという高いウエハ品質を維持すると共に、ワイヤたわみ量、即ち、切断抵抗を大幅に低減することができた。
このように本実施の形態１によれば、スラリおよび被加工物の温度を所望の値に維持しながら切断加工ができるので、厚さむらが小さく、ソーマークが極めて少ないという高いウエハ品質を維持すると共に、ワイヤたわみ量、即ち、切断抵抗を大幅に低減することができる。
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係るマルチワイヤソーのワイヤ加熱機構の外観図である。実施の形態２のマルチワイヤソーは、実施の形態１とワイヤ加熱機構が異なっていて、その他は同様であるので同様な部分の説明は省略する。
このワイヤ加熱機構は、ワイヤ繰り出しボビン２２からメインローラ２４の間でワイヤ５を案内する複数の案内プーリ２５のうち、所望の長さワイヤ５が走行できるだけ離れた２個のプーリ２５ａ、２５ｂとこの２つのプーリ２５ａ、２５ｂの間に電圧を供給する電源４２とを備えている。このプーリ２５ａ、２５ｂは導電性を有していて、プーリ２５ａ、２５ｂとワイヤ５の間で導通することができる。なお、ワイヤ繰り出しボビン２２、ワイヤ巻き取りボビン２３はワイヤ５を電気的に浮かすために絶縁性を有している。
このワイヤ加熱機構は、プーリ２５ａ、２５ｂ間のワイヤ５に電流を流すことにより、ジュール熱を発生してワイヤ５を加熱することができる。
この実施の形態２で使用したワイヤ５は、抵抗Ｒ＝２８．３（Ω／ｍ）、直径Ｄ＝０．１（ｍｍ）のピアノ線であり、ワイヤ送り速度はｖ＝１０（ｍ／ｓ）、プーリ間距離はＬ＝０．４（ｍ）とし、以下ワイヤ５をトＴ＝６０（Ｋ）昇温するのに必要な電圧を求める。
ワイヤ５の微小部分Δｘがプーリ間を通過するのに必要な時間ｔ（ｓｅｃ）は式（２）から求めることができる。
ｔ＝Ｌ／ｖ＝０．０４［ｓｅｃ］ （２）
さらに、プーリ間に存在するワイヤ５の質量Ｗ（ｇ）は、ワイヤ比重をＡ＝７．８（ｇ／ｃｍ２）として、式（３）から求めることができる。
Ｗ＝（πＤ２／４）・Ｌ・Ａ＝０．０２５［ｇ］ （３）
そこで昇温に必要な熱量Ｑ（Ｊ）は、ワイヤ比熱をＣ＝０．５（Ｊ／ｇＫ）として式（４）から求めることができる。
Ｑ＝ΔＴ・Ｃ・Ｗ＝０．７４［Ｊ］ （４）
このときにワイヤ５に流れる電流量Ｉ（Ａ）は、必要な熱量Ｑから式（５）から求めることができる。
Ｉ＝（Ｑ／Ｒｔ）１／２＝１．３［Ａ］ （５）
そこでプーリ間に印加しなければならないプーリ間電圧Ｖ（Ｖ）は式（６）のようになる。
Ｖ＝ＩＲ＝１４［Ｖ］ （６）
このように本実施の形態２によれば、市販の汎用電圧源や電池などを使用して容易にワイヤを加熱することができる。また、ワイヤの加熱温度は、電源電圧の変更によって容易に制御することができる。
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係るマルチワイヤソーの外観図であり、図５は、実施の形態３のマルチワイヤソーの部分外観図である。また、図６は、実施の形態３のマルチワイヤソーによる被加工物の切断工程を説明するための図である。
実施の形態３に係るマルチワイヤソーは、ベース１と、ベース１の上面に立設するフレーム２と、被加工物３を加工方向に移動可能なように支持する被加工物支持機構４と、被加工物３に繰り込んで被切断箇所にワイヤ５を供給するワイヤ供給機構６と、被加工物３とワイヤ５との切断界面にスラリ７を供給するスラリ供給機構８Ａとを備えている。ベース１はマルチワイヤソーを支持する平盤から構成されている。フレーム２は、箱からなり、作業者に向かって正対する側板９が設けられている。
被加工物支持機構４は、被加工物３をダミー板１０を介して固定するステージ１１と、フレーム２に対して移動可能に支持され、加工方向に向かってステージ１１に所定の荷重を加えながらステージ１１を押し下げるステージ可動機構１２と、ステージ１１の周囲を囲繞する加工室１６とを備えている。加工室１６は、フレーム２とフレーム２の４辺手前に突設された４つの側壁１４とフレーム２に対向し側壁１４の前辺に連なる前壁１５とで囲まれている。図５に示すように加工室１６の天井面には、加工室１６内の雰囲気（切断加工時に発生するガス、例えば水素などを含む）を排出するための排出口４５が設けられ、加工室１６のスラリ受皿２９には、スラリ回収ドレイン管４６が接続されている。さらに加工室１６の天井面には、加工室１６内の湿度を設定湿度に調節するための湿度調節機構４７が取り付けられている。この湿度調節機構４７は、水蒸気４８を発生させるための加湿装置４９と、湿度を測定するための湿度計５０と、設定湿度と測定された加工室１６内湿度との比較結果から加湿装置４９の作動・停止を行う制御装置５１とを備えている。このため、湿度調節機構４７により加工室１６内の湿度が調節可能となっている。ここで用いられる加湿装置４９としては、水蒸気４８を発生することができるものであれば特に限定されないが、例えば、超音波式加湿装置やヒータ式加湿装置などを挙げることができる。
ワイヤ供給機構６は、ベース１に備えられた図示しない２台のモータと、そのモータの軸にそれぞれ連結された繰り出し回転軸２０および巻き取り回転軸２１と、繰り出し回転軸２０に嵌合し、ワイヤ５が繰り出されるワイヤ繰り出しボビン２２と、巻き取り回転軸２１に嵌合し、加工室１６から戻されてきたワイヤ５を巻き取るワイヤ巻き取りボビン２３と、ワイヤ繰り出しボビン２２から繰り出されたワイヤ５をフレーム２に支持されたメインローラ２４まで走行案内する複数の案内プーリ２５と、メインローラ２４からワイヤ巻き取りボビン２３まで戻されるワイヤ５をその間で走行案内する複数の案内プーリ２６と、案内プーリ２５、２６で案内されるワイヤ５の張力を制御する張力制御ローラ４３とを備えている。
さらに、ワイヤ供給機構６は、フレーム２に対して垂直に回転支持され、外周表面に複数の溝が等間隔に形成されているメインローラ２４と、メインローラ２４に並行になるようにフレーム２に対して回転支持され、外周表面に複数の溝が等間隔に形成されているサブローラ２７とを備えている。
スラリ供給機構８Ａは、ワイヤ５に供給されるスラリ７および加工室１６のスラリ受皿２９で回収され、スラリ回収ドレイン管４６を介して戻されたスラリ７を貯蔵するスラリ貯蔵タンク３４と、スラリ貯蔵タンク３４からスラリ７を送出するポンプ３１と、ポンプ３１から送出されたスラリ７がその中を通って加工室１６まで送液されるパイプ３２Ａと、パイプ３２Ａを経由して送られてきたスラリ７をワイヤ５に向けて吐出するスラリ吐出部３３とを備えている。このスラリ吐出部３３は、加工室１６内であって、被加工物３を切断する部位の上流側に配置されたサブローラ２７と被加工物３を切断する部位との間の上方に配置されている。スラリ貯蔵タンク３４は、加工室１６内に配置してもよいが、スラリ貯蔵量が制限されることや、加工室１６内の構造が複雑になることから、加工室１６外に配置することが望ましい。
次に、実施の形態３のマルチワイヤソーを用いて被加工物３を切断してウエハを作製することを説明する。
このときの被加工物３として多結晶シリコンインゴット（以下、インゴットと称する。）を用いる。このインゴットは、ガラス製のダミー１０を介してステンレス製のベースプレート４４上にエポキシ樹脂などからなる接着剤で固定され、ベースプレート４４はステージ１１に機械的に固定される。
次に、ワイヤ５をメインローラ２４とサブローラ２７との間に螺旋状に巻き付ける。なお、ここで用いるワイヤ５は硬鋼線（ピアノ線）から形成され、その太さは０．０６〜０．２５ｍｍ程度のものが使用される。他にワイヤとしては、ニッケルクロム合金または鉄ニッケル合金などの合金、タングステンまたはモリブデンなどの高融点金属またはポリアミド繊維を束ねたものから構成されていてもよい。
まず、ワイヤ５をワイヤ繰り出しボビン２２から繰り出し、案内プーリ２５により走行案内して走行方向を変更し、メインローラ２４の一番手前の溝まで繰り出す。そしてこの溝内を接しながらサブローラ２７の一番手前の溝まで繰り出し、その溝内に沿ってサブローラ２７を半周分反時計方向に周回させる。そこからメインローラ２４の手前から２番目の溝まで繰り出し、その溝内に沿ってメインローラ２４を半周分反時計方向に周回させる。これらの操作を繰り返してメインローラ２４とサブローラ２７との間に所望のピッチでらせん状に張られた複数のワイヤ５を設けることができる。
さらに、サブローラ２７からメインローラ２４の一番奥側の溝まで繰り出されたワイヤ５は案内プーリ２６に案内されながらワイヤ巻き取りボビン２３に巻き取られる。メインローラ２４およびサブローラ２７の巻きつけのワイヤピッチはインゴットの切断ピッチに等しく、また巻きつけ回数はインゴットから切り出すウエハの枚数に応じて任意に決められる。
このようなマルチワイヤソーにおいて、ワイヤ供給機構６を駆動させると、張力制御ローラ４３によって一定の張力が維持されながら、ワイヤ５が一定方向に所定の速度で走行する。このとき、メインローラ２４およびサブローラ２７が、ワイヤ５の走行速度に応じた回転速度で同期回転する。加工室１６内では、ワイヤ５が、メインローラ２４およびサブローラ２７の溝に沿って案内されているため、ステージ１１の下方で、ワイヤ５の列が平行に走行しながら一定の張力で配置されることになる。ここで被加工物支持機構４が、被加工物３としてのインゴットをワイヤ５に向けて押し下げることによって、インゴットが、走行するワイヤ５と接触し、押し付けられる。このとき図６に示すように、スラリ７が、スラリ吐出部３３から吐出され、走行するワイヤ５に供給されると、走行するワイヤ５によってインゴットの切断界面に運ばれる。そして、スラリ７のラッピング作用や化学的作用によってシリコン原子の結合が分断され、インゴットが切断される。
このような切断加工過程において、図５に示されるように、湿度調節機構４７から水蒸気４８が加工室１６内に放出されることによって、加工室１６内の湿度（相対湿度）が飽和蒸気圧に近い状態に保持される。
この湿度調節機構４７による加工室１６内の湿度調節について、図７を参照しつつ説明する。まず、マルチワイヤソーが作動中であることを確認すると、ステップ１０１において、制御装置５１に入力された設定湿度の読み取りが行われ、ステップ１０２に進む。ステップ１０２では、湿度計５０により測定された加工室１６内の湿度の読み取りが行われ、ステップ１０３に進む。ステップ１０３では、測定された加工室１６内の湿度が設定範囲内にあるか否かが、制御装置５１よって判定される。測定された加工室１６内の湿度が設定範囲内よりも低い場合は、判定が否定されてステップ１０４に進み、加湿装置４９による加湿が開始される。一方、ステップ１０３において、測定された加工室１６内の湿度が設定範囲内よりも高い場合は、判定が肯定されてステップ１０５に進み、加湿装置４９による加湿が停止される。
ここで、加工室１６内の湿度は９５〜９９％に調節することが望ましい。湿度が低過ぎると、スラリ７中に含まれる水分の蒸発量が増大してスラリ７の粘度が高くなるため、ソーマークを発生させることがある。また、湿度が高過ぎると、加工室１６内に放出された水蒸気４８が水滴となってスラリ受皿２９で回収され、スラリ貯蔵タンク３４内のスラリ７が希釈されて粘度が低下する。スラリ７の粘度が低下すると、ワイヤ５から脱落するスラリ７の量が増大し、切断効率が低下することがある。
この実施の形態３に係るマルチワイヤソーにおいて、４６質量部の水と、４質量部の水酸化ナトリウムと、５０質量部のプロピレングリコールと、１００質量部の砥粒（平均粒径１０μｍの炭化チタン）とを含むスラリを用いて、加工室１６内の湿度９８％、温度８０℃の条件で、シリコンインゴットの切断加工実験を行った。スラリ貯蔵タンク３４内のスラリを所定時間（０、２、４及び７時間）毎に採取し、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］、２５℃における粘度を測定した。結果を図８に示す。
図８から明らかなように、湿度が飽和蒸気圧に近い状態に保持された加工室１６内においてインゴットの切断加工を行うと、スラリ７に含まれる水分の蒸発が抑制されるため、スラリ７の粘度は、ほぼ一定に保持される。これに対して、加湿を行わない従来のマルチワイヤソー（加工室内の湿度約７０％）では、切断加工開始から２時間でスラリ７の粘度が大きく上昇した。
また、この実施の形態３に係るマルチワイヤソーにおいて、水酸化ナトリウム濃度が４質量％である８０℃のスラリと、０．１ｍｍ径のピアノ線ワイヤとを用いて、加工室内の湿度９８％、切断速度０．３５ｍｍ／分、ワイヤ走行速度６００ｍ／分の条件でシリコンインゴット（１５０ｍｍ角、２５ｍｍ長）を切断したところ、ワイヤが破断することなくシリコンインゴットを切断できることが確認された。これに対して、従来のマルチワイヤソーを用いてシリコンインゴットを切断したところ、切断加工開始から約１時間後（切断長さ約２１ｍｍ）に、ワイヤの破断が発生した。
このように本実施の形態３によれば、加工室１６内の湿度が飽和蒸気圧に近い状態に保持されるため、スラリ７の粘度変化が極めて小さく、且つワイヤ５が被加工物３としてのシリコンインゴットに挿入される入口部分においてスラリ７が乾燥、固化することがない。そのため、高い加工品質を維持しつつ、ワイヤの破断を防止することができる。さらに、従来のマルチワイヤソーのようにスラリ貯蔵タンク３４に水分を補給しながら粘度を調整するための機構が不必要となり、スラリの粘度管理が容易になる。
なお、本実施の形態３に係るマルチワイヤソーでは、被加工物３を切断する部位の上流側に配置されたサブローラ２７と被加工物３を切断する部位との間の上方に、スラリ吐出部３３を配置したが、これに限定されない。例えば、スラリ吐出部３３から吐出されたスラリ７が、被加工物３の側面に沿って移動し、ワイヤ５に供給されるように、被加工物３を切断する部位の上流側壁面に近接して配置してもよい。
また、本実施の形態３に係るマルチワイヤソーでは、湿度調節機構４７を加工室１６内に配置したが、湿度調節機構４７から加工室１６内に水蒸気４８を放出することができればよく、これに限定されない。例えば、湿度調節機構４７を加工室１６の外部に配置しておき、湿度調節機構４７から配管等を介して加工室１６内に水蒸気４８を放出してもよい。
さらに、本実施の形態３に係る加工室１６内には、加工室１６内の湿度が均一になるように、強制対流用ファンなどを設けてもよい。
また、スラリ７の温度を調整するために、スラリ貯蔵タンク３４の周囲を囲んで加熱するスラリ加熱用ヒータを設けてもよい。このようなスラリ加熱用ヒータとしては、スラリ７を加熱することができるものであれば限定されるものではないが、電熱線、投げ込みヒータ、リボンヒータ、温水ヒータなどを挙げることができる。
実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４に係るマルチワイヤソーの外観図であり、図１０は、実施の形態４のマルチワイヤソーの部分外観図である。また、図１１は、実施の形態４のマルチワイヤソーによる被加工物の切断工程を説明するための図である。
実施の形態４に係るマルチワイヤソーは、ベース１と、ベース１の上面に立設するフレーム２と、被加工物３を加工方向に移動可能なように支持する被加工物支持機構４と、被加工物３に繰り込んで被切断箇所にワイヤ５を供給するワイヤ供給機構６と、被加工物３とワイヤ５との切断界面にスラリ７を供給するスラリ供給機構８Ｂとを備えている。ベース１はマルチワイヤソーを支持する平盤から構成されている。フレーム２は、箱からなり、作業者に向かって正対する側板９が設けられている。
被加工物支持機構４は、被加工物３をダミー板１０を介して固定するステージ１１と、フレーム２に対して移動可能に支持され、加工方向に向かってステージ１１に所定の荷重を加えながらステージ１１を押し下げるステージ可動機構１２と、ステージ１１の周囲を囲繞する加工室１６とを備えている。加工室１６は、フレーム２とフレーム２の４辺手前に突設された４つの側壁１４とフレーム２に対向し側壁１４の前辺に連なる前壁１５とで囲まれている。
ワイヤ供給機構６は、ベース１に備えられた図示しない２台のモータと、そのモータの軸にそれぞれ連結された繰り出し回転軸２０および巻き取り回転軸２１と、繰り出し回転軸２０に嵌合し、ワイヤ５が繰り出されるワイヤ繰り出しボビン２２と、巻き取り回転軸２１に嵌合し、加工室１６から戻されてきたワイヤ５を巻き取るワイヤ巻き取りボビン２３と、ワイヤ繰り出しボビン２２から繰り出されたワイヤ５をフレーム２に支持されたメインローラ２４まで走行案内する複数の案内プーリ２５と、メインローラ２４からワイヤ巻き取りボビン２３まで戻されるワイヤ５をその間で走行案内する複数の案内プーリ２６と、案内プーリ２５、２６で案内されるワイヤ５の張力を制御する張力制御ローラ４３とを備えている。
さらに、ワイヤ供給機構６は、フレーム２に対して垂直に回転支持され、外周表面に複数の溝が等間隔に形成されているメインローラ２４と、メインローラ２４に並行になるようにフレーム２に対して回転支持され、外周表面に複数の溝が等間隔に形成されているサブローラ２７とを備えている。
次に、スラリ供給機構８Ｂによるワイヤ５へのスラリ７の供給について、図１０を参照しつつ具体的に説明する。
スラリ供給機構８Ｂは、ワイヤ５に供給されるスラリ７および加工室１６のスラリ受皿２９で回収され、スラリ回収ドレイン管４６を介して戻されたスラリ７を貯蔵するスラリ貯蔵タンク３４と、スラリ貯蔵タンク３４からスラリ７を送出するポンプ３１と、ポンプ３１から送出されたスラリ７がその中を通って加工室１６まで送液されるパイプ３２Ａと、パイプ３２Ａを経由して送られてきたスラリ７をワイヤ５に向けて吐出するスラリ吐出部３３とを備えている。このスラリ吐出部３３は、図１０に示されるように、被加工物３を切断する部位の上流側に設けられたサブローラ２７と被加工物３を切断する部位との間の上方であって、吐出されたスラリ７が被加工物３の側面に沿って移動するように（被加工物３を切断する部位の上流側壁面に近接して）設置されている。スラリ吐出部３３によりワイヤ５にスラリ７を供給する際には、スラリ吐出部３３からスラリ７を、例えばカーテン状に吐出させる。このとき、スラリ吐出部３３は被加工物３の切断部位の上方にあるので、吐出されたスラリ７は被加工物３の側面に沿って流下する。スラリ７はそのまま、水分蒸発することなくワイヤ５と被加工物３との交点へ移動してワイヤ５と接触すると、ワイヤ５によって被加工物３の切断界面に運ばれる。このような切断加工において、被加工物３の側面、特に走行するワイヤ５と被加工物３との交点では、スラリ７が常に流動しているため、スラリ７の粘度は常に一定となる。
次に、実施の形態４のマルチワイヤソーを用いて被加工物３を切断してウエハを作製することを説明する。
このときの被加工物３として多結晶シリコンインゴット（以下、インゴットと称する。）を用いる。このインゴットは、ガラス製のダミー１０を介してステンレス製のベースプレート４４上にエポキシ樹脂などからなる接着剤で固定され、ベースプレート４４はステージ１１に機械的に固定される。
次に、ワイヤ５をメインローラ２４とサブローラ２７との間に螺旋状に巻き付ける。なお、ここで用いるワイヤ５は硬鋼線（ピアノ線）から形成され、その太さは０．０６〜０．２５ｍｍ程度のものが使用される。他にワイヤとしては、ニッケルクロム合金または鉄ニッケル合金などの合金、タングステンまたはモリブデンなどの高融点金属またはポリアミド繊維を束ねたものから構成されていてもよい。
まず、ワイヤ５をワイヤ繰り出しボビン２２から繰り出し、案内プーリ２５により走行案内して走行方向を変更し、メインローラ２４の一番手前の溝まで繰り出す。そしてこの溝内を接しながらサブローラ２７の一番手前の溝まで繰り出し、その溝内に沿ってサブローラ２７を半周分反時計方向に周回させる。そこからメインローラ２４の手前から２番目の溝まで繰り出し、その溝内に沿ってメインローラ２４を半周分反時計方向に周回させる。これらの操作を繰り返してメインローラ２４とサブローラ２７との間に所望のピッチでらせん状に張られた複数のワイヤ５を設けることができる。
さらに、サブローラ２７からメインローラ２４の一番奥側の溝まで繰り出されたワイヤ５は案内プーリ２６に案内されながらワイヤ巻き取りボビン２３に巻き取られる。メインローラ２４およびサブローラ２７の巻きつけのワイヤピッチはインゴットの切断ピッチに等しく、また巻きつけ回数はインゴットから切り出すウエハの枚数に応じて任意に決められる。
このようなマルチワイヤソーにおいて、ワイヤ供給機構６を駆動させると、張力制御ローラ４３によって一定の張力が維持されながら、ワイヤ５が一定方向に所定の速度で走行する。このとき、メインローラ２４およびサブローラ２７が、ワイヤ５の走行速度に応じた回転速度で同期回転する。加工室１６内では、ワイヤ５が、メインローラ２４およびサブローラ２７の溝に沿って案内されているため、ステージ１１の下方で、ワイヤ５の列が平行に走行しながら一定の張力で配置されることになる。ここで被加工物支持機構４が、被加工物３としてのインゴットをワイヤ５に向けて押し下げることによって、インゴットが、走行するワイヤ５と接触し、押し付けられる。このとき図１１に示すように、スラリ７が、スラリ吐出部３３から吐出され、インゴットの側面に沿って移動し、走行するワイヤ５に供給されると、走行するワイヤ５によってインゴットの切断界面に運ばれる。そして、スラリ７のラッピング作用や化学的作用によってシリコン原子の結合が分断され、インゴットが切断される。
また、スラリ吐出部３３から吐出されてインゴットおよびワイヤ５から下に落下したスラリ７の残部は、スラリ受皿２９で回収され、不純物（シリコンの切り屑など）と分離され、再生された後、スラリ回収ドレイン管４６を介してスラリ貯蔵タンク３４に戻される。
この実施の形態４に係るマルチワイヤソーにおいて、水酸化ナトリウム濃度が４質量％である８０℃のスラリと、０．１ｍｍ径のピアノ線ワイヤとを用いて、切断速度０．３５ｍｍ／分、ワイヤ走行速度６００ｍ／分の条件でシリコンインゴット（１５０ｍｍ角、２５ｍｍ長）を切断した（ワイヤの破断はなかった）。切断後、ワイヤがシリコンインゴットに挿入される入口部分を観察した結果、固化したスラリの付着は認められなかった。従来のマルチワイヤソーを用いてシリコンインゴットを切断し、切断加工開始から約１時間後（切断長さ約２１ｍｍ）にワイヤの破断が発生したときは、入口部分に固化したスラリが多量に付着していた。
このように本実施の形態４によれば、走行するワイヤ５と被加工物３としてのインゴットとの交点においてスラリ７が常に流動しているため、スラリ７は乾燥、固化することがない。そのため、ワイヤ５の走行にかかる抵抗を低減することができ、ひいては生産性を著しく低下させるワイヤ破断を防止することができる。
実施の形態５．
図１２は、実施の形態５のマルチワイヤソーの部分外観図である。
実施の形態５に係るマルチワイヤソーでは、スラリ供給機構８Ｃが、被加工物３の側面に貼付されたシート部材５２を備えている。他の構成は前記実施の形態４と同様に構成されている。
ここで用いるシート部材５２としては、スラリ７と反応しないか、又は極めて反応性の低い材料からなるものであればよく、例えば、水酸化ナトリウムなどの強アルカリ性物質を含むスラリ７の場合、ポリエチレン、ポリプロピレン、メチルペンテン樹脂、フッ素樹脂、天然ゴム、スチレンゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム等を挙げることができる。さらに、シート部材５２は、切断効率の観点から、被加工物３の硬度よりも小さいものが好ましい。また、被加工物３の切断部位は、ワイヤ５の走行にかかる抵抗等により１００℃程度の高温になることがあるので、上記の材料からなるシート部材５２を貼付する際には、ガラス転移温度が１００℃以上の熱可塑性接着剤を用いることが好ましい。
このようなスラリ供給機構８Ｃでは、シート部材５２が被加工物３の側面に貼付されているので、スラリ吐出部３３から吐出されたスラリ７がシート部材５２表面に沿って流下する。このため、被加工物３と化学反応性を有するスラリ７を被加工物３の側面に吐出し続けても、被加工物３の側面はエッチングされない。
このように本実施の形態５によれば、被加工物と化学反応性を有するスラリ７を被加工物３の側面に吐出し続けても、被加工物３の側面はエッチングされず、被加工物３の寸法変化を極力抑制することができる。
なお、実施の形態４および５に係るマルチワイヤソーでは、スラリ吐出部３３をサブローラ２７と被加工物３を切断する部位との間の上方に設置したが、吐出されたスラリ７が、被加工物３の側面に沿って移動してワイヤ５と接触することができれば上方に限定されない。例えば、スラリ吐出部３３を、サブローラ２７と被加工物３を切断する部位との間の側方や下方に設置して、被加工物３の側面に向けてスラリ７を吐出させてもよい。
また、実施の形態４および５に係るスラリ貯蔵タンク３４の内部には、スラリ吐出部３３から吐出されるスラリ７の組成が一定になるように、スラリ７中の水分量を一定に保つ水分制御機構、スラリ７の温度を一定に保つ温度制御機構およびスラリの沈殿や凝集を防ぐための攪拌機構などを設けてもよい。特に、スラリ７を６５〜９５℃程度の高温で使用する場合には、水分の蒸発によって組成が変わってしまうので、水分制御機構を設けることが望ましい。その際、単位時間当たりの水分蒸発量を予め求めておくと、スラリ貯蔵タンク３４に一定の割合で水を供給すればよいため、スラリ７中の水分量の調節をより容易にすることができる。
なお、実施の形態４および５では、被加工物３の側面に沿ってスラリ７を移動させてスラリ７を供給する構成と、ワイヤ５にスラリ７を直接塗布してスラリ７を供給する構成とを併用して、被加工物３の切断界面にスラリ７を導入してもよい。この場合、ワイヤ５に直接塗布して供給するスラリ７を主として被加工物３を切断することとし、被加工物３の側面に沿って移動するスラリ７は、ワイヤ５が被加工物３に挿入される入口部分におけるスラリ７の固化を防ぐ補助的手段とすることが好ましい。そのため、被加工物３の側面に沿って移動するスラリ７の流量は最小限とすることが好ましい。
実施の形態６．
図１３は、本発明の実施の形態６に係るマルチワイヤソーの外観図であり、図１４は、実施の形態６のマルチワイヤソーの部分外観図である。また、図１５は、実施の形態６のマルチワイヤソーによる被加工物の切断工程を説明するための図である。
実施の形態６に係るマルチワイヤソーは、ベース１と、ベース１の上面に立設するフレーム２と、被加工物３を加工方向に移動可能なように支持する被加工物支持機構４と、被加工物３に繰り込んで被切断箇所にワイヤ５を供給するワイヤ供給機構６と、被加工物３とワイヤ５との切断界面にスラリ７を供給するスラリ供給機構８Ｄとを備えている。ベース１はマルチワイヤソーを支持する平盤から構成されている。フレーム２は、箱からなり、作業者に向かって正対する側板９が設けられている。
被加工物支持機構４は、被加工物３をダミー板１０を介して固定するステージ１１と、フレーム２に対して移動可能に支持され、加工方向に向かってステージ１１に所定の荷重を加えながらステージ１１を押し下げるステージ可動機構１２と、ステージ１１の周囲を囲繞する加工室１６とを備えている。加工室１６は、フレーム２とフレーム２の４辺手前に突設された４つの側壁１４とフレーム２に対向し側壁１４の前辺に連なる前壁１５とで囲まれている。
ワイヤ供給機構６は、ベース１に備えられた図示しない２台のモータと、そのモータの軸にそれぞれ連結された繰り出し回転軸２０および巻き取り回転軸２１と、繰り出し回転軸２０に嵌合し、ワイヤ５が繰り出されるワイヤ繰り出しボビン２２と、巻き取り回転軸２１に嵌合し、加工室１６から戻されてきたワイヤ５を巻き取るワイヤ巻き取りボビン２３と、ワイヤ繰り出しボビン２２から繰り出されたワイヤ５をフレーム２に支持されたメインローラ２４まで走行案内する複数の案内プーリ２５と、メインローラ２４からワイヤ巻き取りボビン２３まで戻されるワイヤ５をその間で走行案内する複数の案内プーリ２６と、案内プーリ２５、２６で案内されるワイヤ５の張力を制御する張力制御ローラ４３とを備えている。
さらに、ワイヤ供給機構６は、フレーム２に対して垂直に回転支持され、外周表面に複数の溝が等間隔に形成されているメインローラ２４と、メインローラ２４に並行になるようにフレーム２に対して回転支持され、外周表面に複数の溝が等間隔に形成されているサブローラ２７とを備えている。
次に、スラリ供給機構８Ｄによるワイヤ５へのスラリ７の供給について、図１４および１５を参照しつつ具体的に説明する。
スラリ供給機構８Ｄは、スラリ７を貯留する収容部としての液漕５３と、この液漕５３へワイヤ５を引き込むと共に液漕５３から引き上げて被加工物３へ案内するための複数のワイヤ引き回し用ローラ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄとを備えている。また、液漕５３は、被加工物３の切断部の上流側に位置するサブローラ２７と被加工物３の切断部との間に配置され、スラリ７を攪拌するための攪拌機構５５を底部に有している。
次に、実施の形態６のマルチワイヤソーを用いて被加工物３を切断してウエハを作製することを説明する。
このときの被加工物３として多結晶シリコンインゴット（以下、インゴットと称する。）を用いる。このインゴットは、ガラス製のダミー１０を介してステンレス製のベースプレート４４上にエポキシ樹脂などからなる接着剤で固定され、ベースプレート４４はステージ１１に機械的に固定される。
ワイヤ供給機構６を駆動させると、張力制御ローラ４３によって一定の張力が維持されながら、ワイヤ５が一定方向に所定の速度で走行する。このとき、メインローラ２４およびサブローラ２７が、ワイヤ５の走行速度に応じた回転速度で同期回転する。加工室１６内では、メインローラ２４およびサブローラ２７の間を走行するワイヤ５は、ワイヤ引き回し用ローラ５４ａを介して液槽５３内に進入し、ワイヤ引き回し用ローラ５４ｂ、５４ｃに順次案内され、液槽５３から外部へ送出される。液槽５３にはスラリ７が収容されているので、ワイヤ５が液槽５３内を案内されることにより、ワイヤ５にスラリ７が供給される。そして、ワイヤ５に付着したスラリ７が、ワイヤ５の走行によりインゴットの切断界面に運ばれる。そして、スラリ７のラッピング作用や化学的作用によってシリコン原子の結合が分断され、インゴットが切断される。
なお、図示しないが、インゴットの切断界面に導入された分量のスラリ７を回収するスラリ貯蔵・攪拌タンクと、インゴットの切断界面に導入された分量のスラリ７をスラリ貯蔵・攪拌タンクから液槽５３に供給する機構を設置している。
この実施の形態６に係るマルチワイヤソーにおいて、粘度が１５０ｍＰａ・ｓ（２５℃、ずり速度５７．６［ｓ−１］）であるスラリを収容する液槽５３に、ワイヤ引き回し用ローラ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄを介して、０．１ｍｍ径のピアノ線ワイヤを、０．３９ｍｍピッチ、幅２５ｍｍとして６４本、１０ｍ／秒の速度で進入・送出させた場合、横膜（表面張力により隣接ワイヤ間に張るスラリ膜）が発生する程度の十分なスラリがワイヤに均一に塗布され、通常どおり切断加工できることが確認された。
このように本実施の形態６によれば、ワイヤ５が被加工物３の切断部の上流側に配置された液槽５３内を通過するように構成されているので、液槽５３から送出されたワイヤ５には、適量のスラリ７が付着され、スラリの無駄が省かれ、スラリの利用効率が向上し、製造コストを抑制することができる。また、大量のスラリ７を供給・循環するための大流量・大電力のスラリ供給機構が不必要となり、装置が安価になる。さらに、適量のスラリ７が付着したワイヤ５が加工室１６内を走行するので、スラリ７の飛散も最小限に抑えられる。このことは加工室１６の汚れが少ないことの他、加工室１６の壁面、床面に付着したスラリ７の回収の手間が省けることを意味する。さらにまた、本実施の形態６における液槽５３は、従来のそれよりも小容量ですむので、スラリ７の温度管理が容易にできることや、循環するスラリ量を必要最小限とすることができるのでスラリ貯蔵・攪拌タンク内のスラリ組成が安定し、砥粒の均一分散性を維持できる。そのため、スラリ組成が正確に管理され、初期に調整した状態と大差ない状態のスラリ７を被加工物３の切断界面に供給し続けることができるので、ウエハ厚さばらつき、ソーマーク（傷）の発生などが抑制され、加工品質が向上する。また、螺旋状に巻き付けられたワイヤ５の対向部へのスラリ７の付着量が減少するので、液槽５３に近い側のサブローラ２７に余分なスラリ７が付着せず、ローラ溝の磨耗による寿命の短期化を抑制できる。
また、液槽５３には、必要に応じて温度を一定に保つ温度制御機構（図示せず）、被加工物３の切り屑を取り除くためのフィルタ（図示せず）などを設けてもよい。液槽５３は、被加工物３の切断部に近接して配置するのが好適である。
実施の形態７．
図１６は、実施の形態７のマルチワイヤソーの部分外観図であり、図１７は、図１６におけるＸ矢視図である。
この実施の形態７のマルチワイヤソーは、実施の形態６とスラリ供給機構が異なっていて、その他は同様であるので同様な部分の説明は省略する。
実施の形態７に係るマルチワイヤソーでは、スラリ供給機構８Ｅが、スラリ７を収容するとともに攪拌機構５５を有する液槽５３Ａが備えられ、この液漕５３Ａの構成面としての側面部のうち対向する２つの側壁部５６ａ、５６ｂには、スリット状の通過孔５７ａ、５７ｂがそれぞれ設けられている。通過孔５７ａ、５７ｂが設けられた位置は、液漕５３Ａにスラリ７が収容されたときに、スラリ７の液面よりも下方となる位置になっている。そして、図１７に示されるように、メインローラ２４およびサブローラ２７に掛け渡されて構成されたワイヤ７の列は、このスリット状の通過孔５７ａ、５７ｂを通過するように配置され、このため、液漕５３Ａを通過する際にスラリ７中に案内される。
このようなスラリ供給機構８Ｅでは、一方の通過孔５７ａを通ってワイヤ５が液槽５３Ａに進入する。このとき液漕５３Ａにはスラリ７が収容されているため、ワイヤ５がスラリ７と接触して、ワイヤ５にスラリ７が供給される。スラリ７が付着したワイヤ５は、対向する側壁部５６ｂの通過孔５７ｂから液槽５３Ａの外部に送出され、ワイヤ５の走行によりスラリ７が被加工物３の切断界面に運ばれる。
なお、通過孔５７ａとワイヤ５との間に若干の隙間が生じており、ここからスラリ７が漏れ出してくる。加工室１６内を汚さないためや、螺旋状に巻き付けられたワイヤ５の対向部へのスラリ７の付着を抑制するため、液槽５３Ａの下部に回収用トレイ５８を設けておくことが好ましい。
このように本実施の形態７によれば、ワイヤ５がワイヤ引き回し用ローラ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ上を走行しないため、スラリの利用効率をさらに向上させることができる。また、ワイヤ張り作業が低減され、作業性も向上する。
なお、前記実施の形態６と同様に、液槽５３Ａには、必要に応じて攪拌機構５５、温度を一定に保つ温度制御機構（図示せず）、インゴット切りくずを取り除くためのフィルタ（図示せず）などを設けてもよい。
また、スラリ供給機構８Ｅにおいて通過孔５７ａ、５７ｂは、対向する側面部５６ａ、５６ｂに設けたが、これに限定されず、液漕５３Ａ内のスラリ７に対してワイヤ５を案内することができれば、どの側面部に設けてもよい。例えば、被加工物３の切断位置を液漕５３Ａの上方に配置させると共に液漕５３Ａ内に方向を変更させるためのローラを設け、側面部５６ａから侵入させた後、液漕５３Ａの上方へ案内させてもよい。
実施の形態８．
実施の形態８のマルチワイヤソーは、実施の形態７とスラリ供給機構が異なっていて、その他は同様であるので同様な部分の説明は省略する。
図１８は、本発明の実施の形態８に係るマルチワイヤソーのスラリ供給機構８Ｆにおける側壁部を説明する図であり、図１８（Ａ）は閉じた状態を、図１８（Ｂ）は開放状態を説明するための図である。
図１８において、液槽５３Ａの側壁部５６ｃとこれに対向する側壁部（図示せず）とは、切欠き部５９を備えた開放自在の部材６０を備えている。この開放自在の部材６０は、切欠き部５９を備えた上方側壁部材６１ａと液槽５３Ａに固定されている下方側壁部材６１ｂから構成されている。上方側壁部材６１ａを閉じたときには、図１８（Ａ）に示すように、切欠き部５９が通過孔５７ｃを形成するようになっている。
このようなスラリ供給機構８Ｆでは、メインローラ２４およびサブローラ２７にワイヤ５を螺旋状に巻き付ける準備作業時に、ワイヤ５を毎周ごとに通過孔５７ｃに通す必要がなくなるので作業性が向上する。すなわち、ワイヤ５の巻き付け準備作業時には、図５（Ｂ）に示すように、上方側壁部材６１ａを外し、ワイヤ５を切欠き部５９に通すだけでよい。被加工物３の切断時には上方側壁部材６１ａを再び閉じ、通過孔５７ｃを形成し、液槽５３Ａにスラリ７を供給し、その後は前記実施の形態７で説明したように被加工物３を切断すればよい。
なお、上方側壁部材６１ａ、下方側壁部材６１ｂおよび液槽５３Ａそれぞれの接触面の加工精度を確保しておくか、又はやわらかい部材（ポリテトラフルオロエチレン樹脂など）を使用すれば、機械的な締結だけで、スラリ７の漏れを十分シールすることができる。

Claims (8)

  1. 被加工物とワイヤとの切断界面にアルカリまたは混酸を含むスラリを供給しながら前記被加工物を切断するマルチワイヤソーにおいて、
    前記スラリを貯蔵加熱するための加熱機構付貯蔵タンクと、
    前記加熱機構付貯蔵タンクから前記ワイヤが前記被加工物に繰り込まれる手前の位置までポンプにより送出された前記スラリを所定の温度に維持しながら搬送する保温パイプと、
    ステージに固定された前記被加工物の近傍の温度を前記所定の温度に維持する恒温槽と、
    前記ワイヤを前記所定の温度に加熱するワイヤ加熱機構と
    を備えることを特徴とするマルチワイヤソー。
  2. 前記ワイヤ加熱機構は、
    ワイヤ繰り出しボビンから前記切断界面に繰り込まれる前記ワイヤの走行経路中に、前記ワイヤの走行方向の前後に位置して前記ワイヤの走行を案内する導電性の２つのプーリと、電源とを備え、前記電源から前記２つのプーリを介して前記ワイヤに電圧を印加し、前記ワイヤに流れる電流に伴って発生するジュール熱により前記ワイヤを加熱するように構成されてい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. 複数のローラ間で走行するワイヤにスラリを供給しながら被加工物を切断するマルチワイヤソーにおいて、
    前記スラリを吐出するためのスラリ吐出部と、
    少なくとも前記スラリ吐出部と前記被加工物とを覆う加工室と、
    前記加工室内の湿度を設定湿度に調節するための湿度調節機構と
    を備えていること特徴とするマルチワイヤソー。
  4. 複数のローラ間で走行するワイヤにスラリを供給しながら被加工物を切断するマルチワイヤソーにおいて、
    前記被加工物を切断する部位の上流側に設けられた前記ローラと前記被加工物を切断する部位との間に設けられたスラリ吐出部を有するスラリ供給機構を備え、前記スラリ吐出部から吐出されたスラリが前記被加工物の側面に沿って移動することによって、前記ワイヤにスラリを供給することを特徴とするマルチワイヤソー。
  5. 前記被加工物の側面に、シート部材が貼付されていることを特徴とする請求項４に記載のマルチワイヤソー。
  6. 複数のローラ間で走行するワイヤに砥粒を含むスラリを供給しながら被加工物を切断するマルチワイヤソーにおいて、
    前記スラリを収容する収容部を有し、前記収容部内を前記ワイヤが通過することで、前記ワイヤにスラリが供給されるスラリ供給機構を、前記被加工物が切断される部位の上流に設けたことを特徴とするマルチワイヤソー。
  7. 前記収容部の構成面に、前記ワイヤが通過可能な通過孔が設けられていることを特徴とする請求項６に記載のマルチワイヤソー。
  8. 前記収容部の構成面が、切欠き部を備えた開放自在の部材を有し、前記部材を閉じたときに前記切欠き部が前記通過孔を形成することを特徴とする請求項７に記載のマルチワイヤソー。
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