WO2015053148A1 - 固定砥粒ワイヤソー装置及びこれを用いたウエハの製造方法 - Google Patents

固定砥粒ワイヤソー装置及びこれを用いたウエハの製造方法 Download PDF

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reel
workpiece
processing
fixed abrasive
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田中　義明
Original Assignee
株式会社安永
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools
    • B28D5/045—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools by cutting with wires or closed-loop blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B27/00—Other grinding machines or devices
    • B24B27/06—Grinders for cutting-off
    • B24B27/0633—Grinders for cutting-off using a cutting wire

Definitions

  • the present invention relates to a fixed-abrasive wire saw device that cuts, for example, a silicon ingot for solar cells into a plurality of thin wafers, and a wafer manufacturing method using the same.
  • a wire saw apparatus is conventionally known as an apparatus that cuts out a plurality of thin wafers from a silicon ingot for solar cells, which is a typical workpiece (workpiece).
  • the cost of the fixed abrasive wire is increased by the method of manufacturing the fixed abrasive wire itself, in which fixed abrasive grains represented by diamond are fixed to the wire by electroplating or the like.
  • a processing unit (hereinafter referred to as “this”) where an ingot is installed. Is simply referred to as “processed portion”), and a new line with high processing capability (hereinafter referred to as “wire before processing” as appropriate) is supplied at a constant rate, and the ingot is advanced.
  • the method of simply feeding the wire in one direction or the amount of wire to reciprocate the wire and return at the time of backward movement is smaller than the amount of wire to be sent at the time of forward movement. By doing so, there is a method in which only the difference is gradually supplied to the processing part, but the latter method is mostly used.
  • the pre-working wire supplied into the machined part is in a state of high machining capacity at the stage of starting to cut the ingot, but the machining capacity gradually decreases as the ingot is cut (hereinafter referred to as “working use”). Will be referred to as “rear wire”) and will eventually have no processing capability (hereinafter referred to as “processed wire”).
  • processing use Will be referred to as “rear wire”
  • processed wire will eventually have no processing capability
  • the wire before processing use is supplied to the processing portion at a fixed rate, and at the same time, the wire after processing use or the wire used after processing is discharged from the processing portion.
  • the most efficient method of using the wire is that the processed and used wire is discharged from the processed portion.
  • the second and subsequent times are wires after processing and use. It will start cutting.
  • the problem here is that the degree of decrease in the processing capability of the post-processing wire in the processing section is determined by the wire after processing use from the side where the pre-processing wire is supplied (hereinafter referred to as “feeding side”).
  • the size of the processed wire is gradually increased toward the side where the used wire is discharged (hereinafter referred to as the “winding side”), which affects the quality of the wafer manufactured in the processing part close to the winding side. is there.
  • the TTV Total Thickness Variation
  • the variation of the wafer (used as one of the indexes for evaluating the flatness of the manufactured wafer) tends to increase.
  • An object of the present invention is to use a fixed abrasive type wire saw device that reduces the amount of fixed abrasive wire used when processing a plurality of workpieces continuously and improves the processing accuracy of the workpiece, and the same.
  • the object is to provide a method of manufacturing a wafer.
  • a fixed abrasive wire saw device includes: In a fixed abrasive wire saw apparatus that comprises a slicing abrasive on the workpiece cutting wire itself, and a plurality of workpieces are sequentially sliced through at least two machining steps to produce a number of wafers for each workpiece.
  • the wire having a length corresponding to the amount used for the first work machining and the length corresponding to the stroke is added from the first reel to the second reel.
  • the first workpiece is machined by supplying a wire from the second reel to the machining section, and the previous workpiece machining is performed each time in the second and subsequent workpiece machining.
  • a wire having a length corresponding to 1.5 to 2.5 times the amount used in the above is rewound onto the second reel, and then the wire is supplied from the second reel to the processing portion. It is characterized by machining the workpiece.
  • the manufacturing method of the wafer using the fixed abrasive wire saw apparatus includes: Fixed to manufacture a large number of wafers for each workpiece by sequentially slicing a plurality of workpieces through at least two machining steps using a fixed abrasive wire saw device equipped with slicing abrasive grains on the workpiece cutting wire itself
  • a method for manufacturing a wafer using an abrasive wire saw device A first step of attaching a first reel wound with a wire before use of workpiece processing and a second reel for winding the wire after use of workpiece processing to the wire saw device; In the first work machining, the wire having a length corresponding to the amount used for the first work machining and the length corresponding to the stroke is added from the first reel to the second reel.
  • the method further comprises a third step of processing the workpiece by supplying the wire from the second reel to the workpiece processing portion.
  • the fixed abrasive wire saw device according to the first aspect of the present invention and the wafer manufacturing method using this device according to the second aspect, when a plurality of workpieces are continuously processed, even in the second and subsequent processing.
  • This makes it possible to start cutting the workpiece with a wire whose processing capacity has not deteriorated more than a certain level, reducing the risk of wire breakage and the need to reduce the amount of wire used, while reducing accuracy defects such as TTV variation. It becomes possible to improve the processing accuracy in the mass production line.
  • a wafer manufacturing method according to claim 3 of the present invention is a wafer manufactured by the wafer manufacturing method using the fixed abrasive wire saw device according to claim 2.
  • the wafer manufactured by the method for manufacturing a wafer according to claim 3 of the present invention it is possible to manufacture a large number of wafers with reduced accuracy based on the thickness obtained by slicing and variations in the shape of the cutting start portion, etc. Product yield in the wafer manufacturing process can be improved.
  • a fixed abrasive type wire saw device for reducing the amount of fixed abrasive wire used when processing a plurality of workpieces continuously and improving the processing accuracy of the workpiece, and a wafer using the same The manufacturing method of can be provided.
  • Results of evaluation tests showing examples of the present invention which are TTVs of wafers manufactured in large numbers during the first workpiece processing according to the present examples and comparative examples using the present invention and the conventional fixed abrasive wire saw device.
  • FIG. 6B is an explanatory diagram of evaluation test results showing variations in the TTV and surface roughness of the wafers manufactured in large numbers, and the nth time (n) according to the present embodiment using the fixed abrasive wire saw device of the present invention.
  • FIG. 6C is an explanatory diagram of an evaluation test result (FIG. 6C) showing variations in TTV and surface roughness of wafers manufactured in large numbers when machining a workpiece of 2 or more natural numbers.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the overall configuration of a fixed abrasive wire saw device according to an embodiment of the present invention.
  • the fixed abrasive wire saw device 1 includes diamond abrasive grains as slicing abrasive grains on a workpiece cutting wire itself, and sequentially slices a plurality of workpieces through at least two machining steps.
  • This is a fixed abrasive wire saw device for manufacturing a large number of wafers for each workpiece.
  • a solar cell silicon ingot is used as a workpiece, and this is sliced to produce a large number of solar cell silicon wafers.
  • the fixed abrasive wire saw device 1 includes two main shaft rollers 11 and 12 arranged to face each other so that their axes are parallel to each other, and a main shaft roller driving device that rotates the main shaft rollers 11 and 12 in synchronization with each other ( (Not shown in FIG. 1), a control device 20 for controlling the main shaft rollers 11, 12 and the main shaft roller driving device to cut the ingot 100 into a plurality of wafers (not shown) via the fixed abrasive wire W, and the main shaft A workpiece lifting mechanism (FIG.
  • Each of the main shaft rollers 11 and 12 is made of a roller main body 11a, 12a made of metal and a resin such as urethane, and covers the entire outer peripheral surface of the roller main body 11a, 12a in the axial direction of the roller main body 11a, 12a. It consists of wire winding parts 11b and 12b. A large number of wire winding grooves are formed adjacent to each other at a small pitch on the outer periphery of the wire winding portions 11b and 12b so as to wind the fixed abrasive wire W spirally.
  • one spindle roller 11 is provided with a feeding side reel (second reel) 31 on the opposite side of the other spindle roller 12 and the other spindle.
  • the roller 12 is provided with a take-up reel (first reel) 32 on the side opposite to the main spindle roller 11.
  • the fixed abrasive wire saw device 1 Since the fixed abrasive wire saw device 1 according to the present embodiment has such a configuration, the fixed abrasive wire W fed from the feeding-side reel 31 is partially wound around one main shaft roller 11 and the other. It is bridged by the main shaft roller 12 and partially wound around the other main shaft roller 12, and is again bridged from the other main shaft roller 12 to one main shaft roller 11 and partially wound around the one main shaft roller 11. After the fixed abrasive wire W fed out from the feed-out reel 31 is thus wound around the main spindle roller 11 and the other main spindle roller 12 a number of times while being bridged between the main spindle rollers 11 and 12, The reel 32 is wound around the winding reel 32.
  • the outline of the wafer manufacturing method using the fixed abrasive wire saw device according to the present embodiment is as follows.
  • a take-up reel (first reel) 32 around which a fixed abrasive wire W before ingot processing is used and a pay-out reel that winds up the fixed abrasive wire W after use of ingot processing are used.
  • the (second reel) 31 is attached to the fixed abrasive wire saw device 1.
  • the first ingot is processed from the take-up reel (first reel) 32 to the supply reel (second reel) 31.
  • a fixed abrasive wire W having a length corresponding to the required amount of use and a length corresponding to the stroke is rewound onto the supply-side reel (second reel) 31
  • the supply-side reel (second reel) The first ingot slicing process is performed by supplying the processed pre-use fixed abrasive wire W which has been rewound onto the reel 31 to the processing unit 10.
  • the usage-amount of the fixed abrasive wire W required for the process for one ingot means the length of the wire required in order to slice one ingot (workpiece).
  • the stroke of the fixed abrasive wire W at this time is not a method of simply feeding the wire in one direction as a method of supplying the fixed abrasive wire W before processing to the processing unit 10 but a plurality of wires.
  • the fixed abrasive wire W having a length corresponding to twice the amount used for the previous ingot slicing process is fed out each time.
  • the fixed ingot wire W before processing is supplied from the supply-side reel (second reel) 31 to the processing unit 10, thereby performing the second ingot slicing process.
  • the same process as the third process is sequentially repeated, the ingot is sliced for each process, and a predetermined number of ingots are all sliced to produce a large number of wafers.
  • n is a natural number of 2 or more and 9 or less for convenience of explanation, but naturally, n may be a natural number greater than 9. Further, in the description in the flowchart and the following description relating thereto, “ingot” in the above-described embodiment is referred to as “work” for convenience of expression.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining a wafer manufacturing method using a conventional fixed abrasive wire saw device.
  • the new line reel is attached to the feeding side, and a new line is supplied to the processing section (step S500).
  • the “new line” is a wire before use of workpiece processing.
  • the first processing is performed (step S510). In this way, each sequential machining is repeated for each workpiece.
  • step S600 the (n-1) th machining is performed (step S (500 + n ⁇ 10)), the n-th machining is performed (step S (510 + n ⁇ 10)), and the machining is further continued for a predetermined number of workpieces. Processing is terminated (step S600).
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining a wafer manufacturing method using the fixed abrasive wire saw device 1 according to the present embodiment shown in FIG.
  • a new line reel is attached to the winding side, and a new line is supplied to the processing unit (step S100).
  • the “new line” is a wire before use for work machining as described above.
  • the new line is rewound to the feeding side by the amount used / times + stroke (step S101).
  • step S110 The contents of “usage” and “stroke” at this time are the same as the contents defined above.
  • step S110 the first processing is performed (step S110).
  • step S110 the second machining is performed, and the machining is repeated (n-1) times, the nth time, and the necessary number of workpieces are continuously machined.
  • step S (100 + 10 ⁇ n) the (n-1) th processing is performed (step S (100 + 10 ⁇ n)), and the new line is rewound to the feeding side by a length twice as long as the (n-1) th usage amount.
  • Step S (110 + 10 ⁇ n) a).
  • step S (110 + 10 ⁇ n) the n-th machining is performed (step S (110 + 10 ⁇ n)), and the machining is further continued to finish machining a predetermined number of workpieces (step S200).
  • n is a natural number of 2 or more and 9 or less, but n may be a natural number greater than 9.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining in more detail each processing content (only the first processing content is shown in detail in FIG. 4) of the wafer manufacturing method using the conventional fixed abrasive wire saw device.
  • step S500 a new line reel is attached to the feeding side
  • step S510 the workpiece is sliced.
  • step S511 an ingot is first set (step S511), then a cutting process is performed (step S512), and finally a wafer is taken out (step S513).
  • step S (500 + n ⁇ 10) a series of machining operations is completed (step S600).
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining in more detail a wafer manufacturing method using the fixed abrasive wire saw device 1 shown in FIG.
  • a new line reel is attached to the winding side (step S100).
  • the new line is rewound to the feed side by the amount used / times + stroke (step S101).
  • step S110 ingot setting
  • step S111 cutting processing
  • step S113 wafer removal
  • step S (110 + 10 ⁇ n) a the used amount of new line / time ⁇ 2 is rewound to the feeding side.
  • step S (110 + 10 ⁇ n) a the workpiece slicing is repeated n times (step S (110 + 10 ⁇ n)), and the series of machining operations is completed (step S200).
  • the features of the fixed abrasive wire saw device 1 according to the present embodiment and the method of manufacturing a wafer using the same are as follows: a new wire reel that should be attached to the feeding side in the past is attached to the winding side; Before processing, only “the wire + stroke used in one processing” is rewound to the supply reel side in advance, and before the second and subsequent processing, “2 of wires used in one processing” It is to rewind “double portion” to the supply reel side.
  • the fundamental difference between the process of the prior art and the process of the present embodiment is as follows.
  • the fatigue level of the wire as a whole is the same, but through a special step (process) in this embodiment (unprecedented)
  • the present invention when processing a plurality of workpieces continuously, in the second and subsequent processing, it is possible to always start cutting a workpiece with a wire whose processing capacity has not deteriorated beyond a certain level, reducing the precision of wafers manufactured at the processing section close to the winding side, and manufacturing wafers on the mass production line The above yield will be greatly improved compared to the conventional method.
  • an example refers to a wafer manufactured using the fixed abrasive wire saw device 1 according to the present invention, and a comparative example undergoes processes based on the flowcharts of FIGS. 2 and 4 described above.
  • the wafer manufactured using the fixed abrasive wire saw apparatus of a prior art example is said.
  • FIG. 6A is an evaluation test result showing an example of the present invention, and in the first work machining according to the present example and the comparative example using the present invention and the conventional fixed abrasive wire saw device 1.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of evaluation test results showing variations in TTV and surface roughness of a plurality of manufactured wafers.
  • both the present example and the comparative example manufactured by the first slicing process have the same TTV and surface roughness. This is because both the present example and the comparative example are the first slicing process, and are all manufactured by the slicing process using the new line.
  • FIG. 6B shows variations in TTV and surface roughness of wafers manufactured in large numbers during the n-th workpiece processing (n is a natural number of 2 or more) according to this comparative example using a conventional fixed abrasive wire saw device. It is evaluation test result explanatory drawing which showed.
  • FIG. 6 (c) shows the TTV and surface of a wafer manufactured in large numbers during the n-th (n is a natural number of 2 or more) workpiece processing according to this embodiment using the fixed abrasive wire saw device 1 of the present invention. It is explanatory drawing of an evaluation test result which showed the variation in roughness.
  • the yield of the wafer which is the final product, is considerably reduced when the slice processing process according to the conventional example is performed.
  • the slice processing process according to the present embodiment is performed, the yield is reduced from all ingots. It was confirmed that the obtained wafer could be increased to an ideal value, and that it was possible to reliably improve the production efficiency and reduce the manufacturing cost in the wafer manufacturing process.
  • a so-called multi-type fixed abrasive wire saw apparatus multi-fixed abrasive wire saw that simultaneously manufactures a large number of wafers by simultaneously slicing one workpiece with a plurality of fixed abrasive wires W.
  • the present invention is also applicable to a so-called single type fixed abrasive wire saw device (single fixed abrasive wire saw device) that bisects a workpiece with a single wire.
  • the present invention may have a configuration in which the fixed abrasive wire, the spindle roller, the feeding reel, and the take-up reel are moved up and down in a state where the workpiece is fixed, instead of the above-described embodiment.
  • the ingot is not limited to a material such as silicon for solar cells, and may be an ingot made of silicon for semiconductor, sapphire glass, or the like.
  • the fixed abrasive wire is not limited to one in which the fixed abrasive is fixed to the wire by electroplating, but may be one in which the fixed abrasive is fixed to the wire by resin bonding.

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Abstract

　使用前ワイヤを巻き付けた第１のリール（３１）と、使用後ワイヤを巻き取る第２のリール（３２）を備え、１回目のワーク加工にあたって、第１のリールから第２のリールに１回目のワーク加工に必要な使用量とストローク分を足した長さのワイヤを第２のリールに巻き戻した後、この第２のリールからワークの加工部にワイヤを供給することで１回目のワークの加工をと共に２回目以降のワーク加工にあたってそれぞれの回ごとに前回のワーク加工に使用した使用量の１．５倍乃至２．５倍に相当する長さのワイヤを第２のリールに巻き戻した後、この第２のリールから加工部にワイヤを供給することでワークの加工を行う。

Description

固定砥粒ワイヤソー装置及びこれを用いたウエハの製造方法
　本発明は、例えば太陽電池用シリコンのインゴット等を厚さの薄い複数のウエハに切断する固定砥粒方式のワイヤソー装置及びこれを用いたウエハの製造方法に関する。
　加工対象物（ワーク）として代表的な太陽電池用シリコンのインゴット等から厚さの薄い複数のウエハを切り出す装置として、ワイヤソー装置が従来から知られている。
　ワイヤソー装置によるワークの切断方法として、水性又は油性の分散剤に砥粒を分散させたスラリーと呼ばれる加工液を供給しながら切断する遊離砥粒方式が主流であったが、近年の環境上の問題及び生産性向上の要請から、予め表面にダイヤモンド等の砥粒を固着させたワイヤを用いてワークを切断する固定砥粒方式が増えてきている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１１－２３０２７４号公報
　固定砥粒方式のワイヤソー装置の場合、消耗部材のコストを抑えて安価なウエハを製造するためには、コストの大半を占める固定砥粒ワイヤの使用量を低減することが必要となる。なお、この固定砥粒ワイヤのコストが高くなるのは、ダイヤモンドに代表される固定砥粒を電気めっき等によりワイヤに固着させるという固定砥粒ワイヤ自体の製造方法によるものである。
　このような事情から、１つのワークの切断加工に対するワイヤ使用量を低減、すなわち、ワイヤを効率よく使用することが求められている。ここで、課題を明確にするための前提として、固定砥粒方式のワイヤソー装置におけるワイヤの使用量という考え方について説明する。
　一般的に、固定砥粒方式のワイヤソー装置においてワーク（以下、これを適宜「インゴット」という）を切断して厚さの薄い複数のウエハを切り出す場合、インゴットの設置された加工部（以下、これを単に「加工部」という）に加工能力の高い状態の新線（以下、これを適宜「加工使用前ワイヤ」という）を一定の割合で供給することで、インゴットを切り進めていく。なお、加工部に加工使用前ワイヤを供給する方法としては、単純にワイヤを一方向に送り続ける方法と、ワイヤを往復運動させ、復動時に戻すワイヤ量を往動時に送るワイヤ量よりも少なくすることでその差分のみを徐々に加工部に供給する方法とがあるが、後者の方法が用いられることが大半である。
　加工部内に供給された加工使用前ワイヤは、インゴットを切り始める段階においては、加工能力の高い状態であるが、インゴットを切り進めるにつれて徐々に加工能力が低下した状態（以下、これを「加工使用後ワイヤ」という）となり、最終的には加工能力がない状態（以下、これを「加工使用済ワイヤ」という）となる。当然のことながら、上記の流れにおいては、一定の割合で加工使用前ワイヤが加工部に供給されるのと同時に、同量の加工使用後ワイヤもしくは加工使用済ワイヤが加工部から排出されることとなるが、ワイヤの効率的な使用という点からは、加工使用済ワイヤが加工部から排出される形が最も効率のよいワイヤの使用方法であると言える。そして、上記の流れで複数のインゴットを連続的に切断加工する場合、加工部に予め加工使用前ワイヤが供給された状態からインゴットを切り始める１回目を除き、２回目以降は加工使用後ワイヤで切り始めることとなる。
　ここで問題となるのは、加工部における加工使用後ワイヤの加工能力の低下の度合いは、加工使用前ワイヤが供給される側（以下、これを「繰出し側」という）から加工使用後ワイヤもしくは加工使用済ワイヤが排出される側（以下、これを「巻取り側」という）にかけて徐々に大きくなり、巻取り側に近い加工部で製造されるウエハの品質に影響が出てしまうということである。
　より具体的には、巻取り側に近い加工部で製造されるウエハのＴＴＶ（Total　Thickness　Variation、ウエハ裏面を基準面として厚み方向に測定した高さのウエハ前面における最大値と最小値の差を示しており、製造されたウエハの平坦度を評価する指標の１つとして用いられている）のバラつきが大きくなってしまう傾向が見られる。
　これは以下の理由に基づく。つまり、インゴットの加工の切り始めにおいて、加工使用前ワイヤか加工使用後ワイヤであっても加工能力に関して加工使用前ワイヤとも変わらないワイヤを用いた場合は問題が生じない。しかしながら、一定以上に加工能力の低下した状態にある旧線を使用すると、加工能力の高い状態にある新線と比べて、速やかに切りこむことができず、加工部におけるワイヤの撓みが増大し、ウエハの加工精度を低下させてしまうことに起因すると考えられる。
　さらには上述のような問題に加えて、上述した一定以上に加工能力の低下した状態にある旧線を使用すると、ワイヤの寄りやピッチ跳び等が原因で固定砥粒ワイヤが断線に至ってしまうおそれがある。一般にワイヤソー装置によってスライス加工するワークの数は多数に及ぶので、この加工の際に使用するワイヤの長さは必然的に非常に長いものとなる。そのため、極めて高価な固定砥粒ワイヤが一旦断線してしまうと、このワイヤの未使用又は未使用と同等の部分について再使用できない部分が生じてしまいコスト的に大きな損失を招くばかりか、加工部内に新たに加工使用前ワイヤを巻き直さなければならず、ワーク加工の生産効率を低下させてしまう。
　本発明の目的は、複数のワークを連続的に加工する際に使用する固定砥粒ワイヤの使用量の低減を図るとともにワークの加工精度を向上させる固定砥粒方式のワイヤソー装置及びこれを用いたウエハの製造方法を提供することにある。
　上述の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る固定砥粒ワイヤソー装置は、
　スライス加工用砥粒をワーク切断用のワイヤ自体に備え、複数のワークを少なくとも２回以上の加工工程を経て順次スライス加工し前記ワークごとに多数のウエハを製造する固定砥粒ワイヤソー装置において、
　ワーク加工使用前ワイヤを巻き付けた第１のリールと、
　ワーク加工使用後ワイヤを巻き取る第２のリールを備え、
　１回目のワーク加工にあたって、前記第１のリールから前記第２のリールに１回目のワーク加工に必要な使用量に相当する長さとストローク分の長さを足した長さの前記ワイヤを前記第２のリールに巻き戻した後、この第２のリールから加工部にワイヤを供給することで１回目のワークの加工を行うとともに、２回目以降のワーク加工にあたってそれぞれの回ごとに前回のワーク加工に使用した使用量の１．５倍乃至２．５倍に相当する長さのワイヤを前記第２のリールに巻き戻した後、この第２のリールから加工部にワイヤを供給することで前記ワークの加工を行うことを特徴としている。
　また、本発明の請求項２に係る固定砥粒ワイヤソー装置を用いたウエハの製造方法は、
　スライス加工用砥粒をワーク切断用のワイヤ自体に備えた固定砥粒ワイヤソー装置を用いて複数のワークを少なくとも２回以上の加工工程を経て順次スライス加工しワークごとに多数のウエハを製造する固定砥粒ワイヤソー装置を用いたウエハの製造方法において、
　ワーク加工使用前ワイヤを巻き付けた第１のリールと、ワーク加工使用後ワイヤを巻き取る第２のリールを前記ワイヤソー装置に取り付ける第１の工程と、
　１回目のワーク加工にあたって、前記第１のリールから前記第２のリールに１回目のワーク加工に必要な使用量に相当する長さとストローク分の長さを足した長さの前記ワイヤを前記第２のリールに巻き戻した後、この第２のリールから加工部にワイヤを供給することで１回目のワークの加工を行う第２の工程と、
　２回目以降のワーク加工にあたってそれぞれの回ごとに前回のワーク加工に使用した使用量の１．５倍乃至２．５倍に相当する長さの前記ワイヤを前記第２のリールに巻き戻した後、この第２のリールから前記ワークの加工部に前記ワイヤを供給することで前記ワークの加工を行う第３の工程を有することを特徴としている。
　本発明の請求項１に係る固定砥粒ワイヤソー装置及び請求項２に係るこの装置を用いたウエハの製造方法によると、複数のワークを連続して加工する場合において、２回目以降の加工においても、一定以上に加工能力が低下していない状態にあるワイヤでワークを切り始めることが可能となり、断線のリスク及びワイヤ使用量の低減という要請に応えつつ、ＴＴＶのバラつき等の精度不良を低減し、量産ラインにおける加工精度を向上することが可能となる。
　また、本発明の請求項３に係るウエハの製造方法は、請求項２に記載の固定砥粒ワイヤソー装置を用いたウエハの製造方法によって製造されたウエハである。
　本発明の請求項３に係るウエハの製造方法によって製造されたウエハによると、スライス加工して得られた厚さや切断開始部の形状のバラつき等に基づく精度不良を低減したウエハを多数製造でき、ウエハ製造工程における製品の歩留まりを向上させることができるようになる。
　本発明によると、複数のワークを連続的に加工する際に使用する固定砥粒ワイヤの使用量の低減を図るとともにワークの加工精度を向上させる固定砥粒方式のワイヤソー装置及びこれを用いたウエハの製造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー装置の全体構成を説明する図である。 従来の固定砥粒ワイヤソー装置を用いたウエハの製造方法を説明するフローチャートである。 図１に示した固定砥粒ワイヤソー装置を用いたウエハの製造方法を説明するフローチャートである。 従来の固定砥粒ワイヤソー装置を用いたウエハの製造方法をより詳細に説明するフローチャートである。 図１に示した固定砥粒ワイヤソー装置を用いたウエハの製造方法をより詳細に説明するフローチャートである。 本発明の実施例を示す評価試験結果であって、本発明及び従来の固定砥粒ワイヤソー装置を用いた本実施例及び本比較例による１回目のワーク加工の際に多数製造されたウエハのＴＴＶ及び面粗度のバラつきを示した評価試験結果説明図（図６（ａ））、従来の固定砥粒ワイヤソー装置を用いた本比較例によるｎ回目（ｎは２以上の自然数）のワーク加工の際に多数製造されたウエハのＴＴＶ及び面粗度のバラつきを示した評価試験結果説明図（図６（ｂ））、本発明の固定砥粒ワイヤソー装置を用いた本実施例によるｎ回目（ｎは２以上の自然数）のワーク加工の際に多数製造されたウエハのＴＴＶ及び面粗度のバラつきを示した評価試験結果説明図（図６（ｃ））である。
　以下、本発明の一実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー装置及びこの装置を用いたウエハの製造方法について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー装置の全体構成を説明する図である。
　本実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー装置１は、スライス加工用砥粒としてのダイヤモンド砥粒をワーク切断用のワイヤ自体に備え、複数のワークを少なくとも２回以上の加工工程を経て順次スライス加工しワークごとに多数のウエハを製造する固定砥粒ワイヤソー装置である。この場合、本実施形態においてワークとしては太陽電池用シリコンのインゴットが用いられ、これをスライス加工して多数の太陽電池用シリコンのウエハを製造するようになっている。
　固定砥粒ワイヤソー装置１は、互いの軸線が平行となるように対向して配置された２つの主軸ローラ１１，１２と、主軸ローラ１１，１２を互いに同期して回転させる主軸ローラ駆動装置と（図１では図示せず）、主軸ローラ１１，１２及び主軸ローラ駆動装置を制御して固定砥粒ワイヤＷを介してインゴット１００を多数のウエハ（図示せず）に切断する制御装置２０と、主軸ローラ１１，１２の回転により往復走行している固定砥粒ワイヤＷにインゴット１００を押え付けてこのインゴット１００（以下、単に「インゴット」とする）を多数のウエハに切断するワーク昇降機構（図１では図示せず）を有している。
　各主軸ローラ１１，１２は、金属でできたローラ本体１１ａ，１２ａと、ウレタン等の樹脂ででき、ローラ本体１１ａ，１２ａの外周面全体をローラ本体１１ａ，１２ａの軸線方向に亘って大部分覆うワイヤ巻回部１１ｂ，１２ｂからなる。ワイヤ巻回部１１ｂ，１２ｂの外周部には、ワイヤ巻回溝が固定砥粒ワイヤＷを螺旋状に巻くように小さいピッチで隣接して多数形成されている。
　また、本実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー装置１は、一方の主軸ローラ１１には他方の主軸ローラ１２と反対側に繰出し側リール（第２のリール）３１が配置されると共に、他方の主軸ローラ１２には一方の主軸ローラ１１と反対側に巻取り側リール（第１のリール）３２を備えている。
　本実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー装置１がこのような構成を有することで、繰出し側リール３１から送り出された固定砥粒ワイヤＷが一方の主軸ローラ１１に一部巻回されるとともに他方の主軸ローラ１２に橋渡しされてこの他方の主軸ローラ１２に一部巻回され、再び他方の主軸ローラ１２から一方の主軸ローラ１１に橋渡しされ、一方の主軸ローラ１１に一部巻回される。繰出し側リール３１から繰出された固定砥粒ワイヤＷは、このように一方の主軸ローラ１１と他方の主軸ローラ１２に多数回繰り返し巻回されながら各主軸ローラ１１，１２間を橋渡しされた後、巻取り側リール３２に巻き取られるようになっている。
　続いて、本実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー装置１による特有のワーク切断工程及びこれに伴うウエハの製造方法について説明する。
　本実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー装置を用いたウエハの製造方法の概要は次の通りである。工程順に第１の工程として、インゴット加工使用前の固定砥粒ワイヤＷを巻き付けた巻取り側リール（第１のリール）３２と、インゴット加工使用後の固定砥粒ワイヤＷを巻き取る繰出し側リール（第２のリール）３１を固定砥粒ワイヤソー装置１に取り付ける。
　次いで、第２の工程として、１回目のインゴットのスライス加工にあたって、巻取り側リール（第１のリール）３２から繰出し側リール（第２のリール）３１に１回目（１回分）のインゴット加工に必要な使用量に相当する長さとストローク分の長さを足した長さの固定砥粒ワイヤＷを繰出し側リール（第２のリール）３１に巻き戻した後、この繰出し側リール（第２のリール）３１に巻き戻した加工使用前固定砥粒ワイヤＷを加工部１０に供給することで１回目のインゴットのスライス加工を行う。なお、ここで言うインゴット１回分の加工に必要な固定砥粒ワイヤＷの使用量とは、１つのインゴット（ワーク）をスライス加工するのに必要なワイヤの長さを言う。また、この際の固定砥粒ワイヤＷのストローク分とは、加工使用前固定砥粒ワイヤＷを加工部１０に供給する方法として、単純にワイヤを一方向に送り続ける方法ではなく、ワイヤを複数回往復運動させ、復動時に戻すワイヤ量を往動時に送るワイヤ量よりも少なくすることでその差分のみを徐々に加工部に供給する方法を採用した場合に、１回の往動時に送る又は復動時に戻すワイヤの量のことである。より詳細には、最低限、復動時に戻すワイヤ量が確保されておればよく、単純にワイヤを一方向に送り続ける方法を採用した場合は確保の必要がなくなる。
　次いで、第３の工程として、２回目以降のインゴットのスライス加工にあたってそれぞれの回ごとに前回のインゴットのスライス加工に必要な使用量の２倍に相当する長さの固定砥粒ワイヤＷを繰出し側リール（第２のリール）３１に巻き戻した後、繰出し側リール（第２のリール）３１から加工部１０に加工使用前固定砥粒ワイヤＷを供給することで２回目のインゴットのスライス加工を開始する。
　そして、第３の工程と同様の工程を順次繰り返し、それぞれの工程ごとにインゴットのスライス加工を行い、所定数のインゴットを全てスライス加工して多数のウエハを製造する。
　以下、本実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー装置１を用いたウエハの製造方法をフローチャートに基づいてより詳細に説明する。ここで、この説明に先立って、本発明と従来技術との差異の理解を容易にするために、最初に従来の固定砥粒ワイヤソー装置を用いたウエハの製造方法をフローチャートに基づいて説明する。なお、以下の記載において、ｎは、説明の都合上２以上９以下の自然数とするが、当然のことながらｎは９より大きい自然数であっても構わない。また、フローチャート中の記載及びこれに関する以下の説明においては、上述の実施形態における「インゴット」を表現の便宜上「ワーク」とする。
　図２は、従来の固定砥粒ワイヤソー装置を用いたウエハの製造方法を説明するフローチャートである。従来の固定砥粒ワイヤソー装置によるウエハの製造方法を実施するにあたって、まず、新線リールの取り付けを繰出し側へ行うとともに、加工部に新線が供給された状態とする（ステップＳ５００）。ここで「新線」とは、ワーク加工使用前のワイヤである。次いで１回目の加工を行う（ステップＳ５１０）。このようにしてワークごとにそれぞれの順次加工を繰り返す。つまり、（ｎ－１）回目の加工を行い（ステップＳ（５００＋ｎ×１０））さらに、ｎ回目の加工を行い（ステップＳ（５１０＋ｎ×１０））、係る加工をさらに続けて所定数のワークの加工を終了する（ステップＳ６００）。
　続いて、本実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー装置１によるウエハの製造方法について説明する。図３は、図１に示した本実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー装置１を用いたウエハの製造方法を説明するフローチャートである。本実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー装置１によるウエハ製造工程においては、まず、新線リールの取り付けを巻取り側に行うとともに、加工部に新線が供給された状態とする（ステップＳ１００）。ここで「新線」とは、上述と同様ワーク加工使用前ワイヤである。次いで、繰出し側へ新線を使用量／回＋ストローク分だけ巻き戻す（ステップＳ１０１）。この際の「使用量」と「ストローク分」の内容は、先に定義した内容と同様である。次に、１回目の加工を行う（ステップＳ１１０）。次に、２回目の加工を行い、さらに加工を繰り返し（ｎ－１）回目、ｎ回目と続き、必要数のワークの加工を続ける。なお、このフローチャートでは、一般例として（ｎ－１）回目の加工を終了した後、ｎ回目の加工を行うプロセスについて説明する。具体的には、（ｎ－１）回目の加工を行い（ステップＳ（１００＋１０×ｎ））さらに、繰出し側へ新線を（ｎ－１）回目の使用量の２倍の長さだけ巻き戻す（ステップＳ（１１０＋１０×ｎ）ａ）。さらに、ｎ回目の加工をし（ステップＳ（１１０＋１０×ｎ））、係る加工をさらに続けて所定数のワークの加工を終了する（ステップＳ２００）。
　次いで、上述した従来技術と本実施形態の各回の加工内容をより詳細に比較して説明する。なお、以下の説明においても、ｎは、２以上９以下の自然数とするが、ｎが９より大きい自然数であっても構わない。
　図４は、従来の固定砥粒ワイヤソー装置を用いたウエハの製造方法の各回の加工内容（図４では１回目の加工内容のみ詳しく図示）をより詳細に説明するフローチャートである。
　最初に、従来の固定砥粒ワイヤソー装置によるウエハの製造方法について説明する。従来のウエハ製造工程においては、最初に新線リールの取り付けを繰出し側に行う（ステップＳ５００）。次いで、ワークのスライス加工を行う（ステップＳ５１０）。この１回目のワークのスライス加工において最初にインゴットをセットし（ステップＳ５１１）、次に、切断加工を行い（ステップＳ５１２）、最後に、ウエハの取り出しを行う（ステップＳ５１３）。このようにしてワークのスライス加工をｎ回行い（ステップＳ（５００＋ｎ×１０））、一連の加工作業を終了する（ステップＳ６００）。
　続いて、本実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー装置１によるウエハの製造方法について説明する。図５は、図１に示した固定砥粒ワイヤソー装置１を用いたウエハの製造方法をより詳細に説明するフローチャートである。本実施形態のウエハ製造工程においては、最初に、新線リールの取り付けを巻取り側に行う（ステップＳ１００）。次いで繰出し側へ使用量／回＋ストローク分新線を巻き戻す（ステップＳ１０１）。次に１回目の加工（ステップＳ１１０）として、インゴットのセット（ステップＳ１１１）、切断加工（ステップＳ１１２）、ウエハの取り出し（ステップＳ１１３）を行う。そして、繰出し側へ新線の使用量／回×２の長さだけ巻き戻す（ステップＳ（１１０＋１０×ｎ）ａ）。このようにしてワークのスライス加工をｎ回繰り返し（ステップＳ（１１０＋１０×ｎ））、一連の加工作業を終了する（ステップＳ２００）。
　以上説明したように、本実施形態に係る固定砥粒ワイヤソー装置１及びこれを用いたウエハの製造方法の特徴は、従来において繰出し側に取り付けるべき新線リールを巻き取り側に取り付け、１回目の加工前には、予め「１回の加工で使用するワイヤ＋ストローク分」のみ繰出しリール側に巻き戻しておき、２回目以降の加工前には、予め「１回の加工で使用するワイヤの２倍分」を繰出しリール側に巻き戻しておくことにある。
　すなわち、従来技術の工程と本実施形態（本発明）の工程との根本的な違いは以下の通りである。従来の連続加工も本実施形態による戻し連続加工も、全体で見た時のワイヤの疲労度は同じであるが、本実施形態における（従来には無い）特別なステップ（工程）を経ることで、各インゴット（２回目以降）に対する切り始めの段階で一定以上に加工能力が低下していない状態にあるワイヤを用いることができる。
　つまり、本実施形態（本発明）に係る固定砥粒ワイヤソー装置１及びこの装置を用いたウエハの製造方法によると、複数のワークを連続して加工する場合において、２回目以降の加工においても、一定以上に加工能力が低下していない状態にあるワイヤでワークを常に切り始めることが可能となり、巻取り側に近い加工部で製造されるウエハの精度不良を低減し、量産ラインにおけるウエハの製造上の歩留まりを従来に比べて格段に向上させる。
　さらには上述のような問題に加えてワイヤの寄りやピッチ跳び等が原因で固定砥粒ワイヤＷが断線に至ってしまう不具合を防止する。一般にワイヤソー装置によってスライス加工するワークの数は多数に及ぶので、この加工の際に使用するワイヤの長さは必然的に非常に長いものとなる。そのため、極めて高価な固定砥粒ワイヤＷが一旦断線してしまうと、このワイヤの未使用の部分が使用することができなくなりコスト的に大きな損失を招くばかりか、新しいワイヤが巻かれた送り出しリールと巻き取りリールをワイヤソー装置に再度付け替えなければならず、ワーク加工の生産効率を低下させしまうが、本実施形態（本発明）では、このような不具合の発生を確実に阻止する。
　以下、従来技術に対する本発明の優位性を明らかにした評価試験を行ったので、その評価試験結果について説明する。なお、以下の説明において、実施例とは本発明に係る固定砥粒ワイヤソー装置１を用いて製造されたウエハをいい、比較例とは上述した図２及び図４のフローチャートに基づいた工程を経る従来例の固定砥粒ワイヤソー装置を用いて製造されたウエハをいう。
　この評価試験においては、具体的には本実施例及び本比較例双方ともそれぞれ１個のシリコンインゴットをそれぞれスライス加工してそれぞれのシリコンインゴットごとに１０００枚のウエハを製造した。そして、このようにしてできた１０００枚のウエハのうち、２０枚ごとに１枚のウエハを抜き出して合計５０枚のウエハを評価試験対象としてそれぞれのウエハの面粗度の測定及びＴＴＶの算出を行った。なお、横軸をスライス加工に使用される固定砥粒ワイヤの長さ方向の位置、縦軸を面粗度及びＴＴＶの値である。
　図６（ａ）は、本発明の実施例を示す評価試験結果であって、本発明及び従来の固定砥粒ワイヤソー装置１を用いた本実施例及び本比較例による１回目のワーク加工の際に多数製造されたウエハのＴＴＶ及び面粗度のバラつきを示した評価試験結果説明図である。図６（ａ）からわかるように、１回目のスライス加工によって製造された本実施例及び本比較例ともに同等のＴＴＶ及び面粗度を有していることがわかる。これは、本実施例及び本比較例双方とも１回目のスライス加工であるため、全て新線によるスライス加工によって製造されたためである。
　一方、ｎ回目の評価試験においては本実施例及び比較例の両者にＴＴＶ及び面粗度に関して明確な違いが生じていることが分かった。図６（ｂ）は、従来の固定砥粒ワイヤソー装置を用いた本比較例によるｎ回目（ｎは２以上の自然数）のワーク加工の際に多数製造されたウエハのＴＴＶ及び面粗度のバラつきを示した評価試験結果説明図である。また、図６（ｃ）は、本発明の固定砥粒ワイヤソー装置１を用いた本実施例によるｎ回目（ｎは２以上の自然数）のワーク加工の際に多数製造されたウエハのＴＴＶ及び面粗度のバラつきを示した評価試験結果説明図である。
　これも図から明らかなように、本比較例の場合、ＴＴＶの値がワイヤ供給側から排出側に至るにつれてかなりバラついていることが分かった。これは、本比較例であるウエハが、新線又は新線に近い性能を有するワイヤの部分からスライス加工されていないことに起因すると考えられる。
　一方、本実施例の場合、ＴＴＶの値及び面粗度の双方に関して１回目のスライス加工と同様に非常に好ましい結果が得られることが分かった。これは、ｎ回目（ｎは２以上の自然数）のスライス加工の際に、上述した本発明特有の工程を経ることでこの加工を行うので、新線又は新線に近い性能有するワイヤの部分からインゴットをスライス加工することができるためであると考える。
　以上の評価試験結果から、従来例に係るスライス加工の工程を経ると最終製品であるウエハの歩留まりがかなり低下する一方、本実施例に係るスライス加工の工程を経るとこの歩留まりを全てのインゴットから得られるウエハについて理想的な値にまで高めることができ、ウエハの製造工程における生産効率の向上及び製造コストの低減を確実に達成できることを確認した。
　なお、上述の実施形態においては、２回目以降のワーク加工にあたってそれぞれの回ごとに前回のワーク加工に使用した使用量の２倍に相当する長さのワイヤを第２のリールに巻き戻した後、この第２のリールから加工部にワイヤを供給するようにしていたが、このワイヤの巻き出し長さに関しては前記２倍の代わりに１．５倍から２倍未満、２倍を超えてから２．５倍までとしても本発明の作用をそれらに発揮することは可能である。
　また、上述の実施形態においては、同時にスライス加工されるワークが１つである場合で説明したが、複数のワークが同時にスライス加工される場合についても適用可能であることは言うまでもない。
　また、上述の実施形態においては、１つのワークを複数本の固定砥粒ワイヤＷで同時にスライス加工することで多数のウエハを同時に製造するいわゆるマルチタイプの固定砥粒ワイヤソー装置（マルチ固定砥粒ワイヤソー装置）について説明したが、ワイヤ１本でワークをスライス加工により二分するいわゆるシングルタイプの固定砥粒ワイヤソー装置（シングル固定砥粒ワイヤソー装置）についても適用可能であることは言うまでもない。
　また、本発明は、上述の実施形態の代わりに、ワークが固定された状態で固定砥粒ワイヤ、主軸ローラ、繰出しリール、巻取りリールが昇降するような構成を有していても良い。
　また、インゴットは太陽電池用シリコンなどの材質に限定されず、半導体用シリコン、サファイアガラス等からできたインゴットであっても構わない。
　また、固定砥粒ワイヤについても、電気めっきにより固定砥粒がワイヤに固着されたものに限らず、レジンボンドにより固定砥粒がワイヤに固着されたものであっても構わない。
　１　　固定砥粒ワイヤソー装置
　１０　　加工部
　１１，１２　　主軸ローラ
　１１ａ，１２ａ　　ローラ本体
　１１ｂ，１２ｂ　　ワイヤ巻回部
　２０　　制御装置
　３１　　繰出し側リール
　３２　　巻取り側リール
　１００　　インゴット
　Ｗ　　固定砥粒ワイヤ
 

Claims (3)

  1. 　スライス加工用砥粒をワーク切断用のワイヤ自体に備え、複数のワークを少なくとも２回以上の加工工程を経て順次スライス加工し前記ワークごとに多数のウエハを製造する固定砥粒ワイヤソー装置において、
    　ワーク加工使用前ワイヤを巻き付けた第１のリールと、
    　ワーク加工使用後ワイヤを巻き取る第２のリールを備え、
    　１回目のワーク加工にあたって、前記第１のリールから前記第２のリールに１回目のワーク加工に必要な使用量に相当する長さとストローク分の長さを足した長さの前記ワイヤを前記第２のリールに巻き戻した後、この第２のリールから加工部にワイヤを供給することで１回目のワークの加工を行うとともに、２回目以降のワーク加工にあたってそれぞれの回ごとに前回のワーク加工に使用した使用量の１．５倍乃至２．５倍に相当する長さのワイヤを前記第２のリールに巻き戻した後、この第２のリールから加工部にワイヤを供給することで前記ワークの加工を行うことを特徴とする固定砥粒ワイヤソー装置。
  2. 　スライス加工用砥粒をワーク切断用のワイヤ自体に備えた固定砥粒ワイヤソー装置を用いて複数のワークを少なくとも２回以上の加工工程を経て順次スライス加工しワークごとに多数のウエハを製造する固定砥粒ワイヤソー装置を用いたウエハの製造方法において、
    　ワーク加工使用前ワイヤを巻き付けた第１のリールと、ワーク加工使用後ワイヤを巻き取る第２のリールを前記ワイヤソー装置に取り付ける第１の工程と、
    　１回目のワーク加工にあたって、前記第１のリールから前記第２のリールに１回目のワーク加工に必要な使用量に相当する長さとストローク分の長さを足した長さの前記ワイヤを前記第２のリールに巻き戻した後、この第２のリールから加工部にワイヤを供給することで１回目のワークの加工を行う第２の工程と、
    　２回目以降のワーク加工にあたってそれぞれの回ごとに前回のワーク加工に使用した使用量の１．５倍乃至２．５倍に相当する長さの前記ワイヤを前記第２のリールに巻き戻した後、この第２のリール前記ワークの加工部に前記ワイヤを供給することで前記ワークの加工を行う第３の工程を有することを特徴とする固定砥粒ワイヤソー装置を用いたウエハの製造方法。
  3. 　請求項２に記載の固定砥粒ワイヤソー装置を用いたウエハの製造方法によって製造されたウエハ。
     
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