JP2005153035A - Wire saw equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】煩雑な工程が不要でかつ低コスト、しかもワイヤーを劣化させることなく、ワイヤー表面の砥粒スラリーを保持する能力を高く保つことができ、切断の際に半導体基板を汚染することのないワイヤーソー装置を提供する。
【解決手段】表面にメッキ層が設けられた金属線材のワイヤー6を、高速で移動させるとともに砥粒スラリーを供給しながら半導体インゴット3に押しつけることによって、半導体インゴット3を切断して半導体基板を形成するワイヤーソー装置であって、ワイヤー6の経路上には、ワイヤー6と半導体インゴット3とが接触する点よりも前に、ワイヤー6と摺擦して前記メッキ層を除去する摺擦体10が備えられてなる。
【選択図】図1
An object of the present invention is to eliminate the need for complicated processes, at a low cost, and to maintain a high ability to hold abrasive slurry on the surface of the wire without deteriorating the wire, so that the semiconductor substrate is not contaminated during cutting. Provide a wire saw device.
A semiconductor substrate is formed by cutting a semiconductor ingot 3 by moving a wire 6 of a metal wire having a plating layer on the surface at a high speed and pressing the wire 6 against the semiconductor ingot 3 while supplying abrasive slurry. A rubbing body 10 that rubs against the wire 6 and removes the plating layer before the point where the wire 6 and the semiconductor ingot 3 come into contact with each other on the wire 6 path. Be prepared.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、特に半導体インゴットを切断して、例えば、太陽電池半導体基板などに好適に用いることができる半導体基板を作製するためのワイヤーソー装置に関する。 The present invention relates to a wire saw device for manufacturing a semiconductor substrate that can be suitably used for, for example, a solar cell semiconductor substrate by cutting a semiconductor ingot.
従来、多結晶シリコンなどを用いて太陽電池用半導体基板を形成する場合、例えば鋳造法によって多結晶シリコンのインゴットを形成し、このインゴットを所定の寸法に切断して半導体インゴットを形成した後、この半導体インゴットをワイヤーソー装置で複数枚に切断して形成していた。 Conventionally, when a semiconductor substrate for a solar cell is formed using polycrystalline silicon or the like, for example, a polycrystalline silicon ingot is formed by a casting method, and the ingot is cut into a predetermined dimension to form a semiconductor ingot. The semiconductor ingot was formed by cutting a plurality of pieces with a wire saw device.
図7は従来技術にかかるワイヤーソー装置を説明する図である。 FIG. 7 is a diagram for explaining a wire saw device according to the prior art.
半導体インゴットを切断する際に用いられるワイヤーソー装置は、図7に示すように半導体インゴット3を設置して、これを切断する際に上方の数箇所から砥粒スラリーと呼ばれるオイルまたは水にSiCなどの砥粒が混合された切削液を供給し、直径約100〜300μmのピアノ線などからなる一本のワイヤー6をワイヤー供給リール9からメインローラー5上に設けられた一定間隔でワイヤー6がはまる多数の溝に巻きつけて互いに平行に配置させる。
As shown in FIG. 7, the wire saw device used when cutting the semiconductor ingot has the
すなわち、半導体インゴット3を切断する場合、上方から砥粒スラリーを供給するとともに、2本のメインローラー5間に複数本張られたワイヤー6を高速で移動させながら、複数の半導体インゴット3をワイヤー6に向けて徐々に下降させて半導体インゴット3に押しつけることによって半導体インゴット3を切断し、半導体基板を作製する。
That is, when the
このワイヤーソー装置による切断では、多数の半導体インゴット3を同時に切断することができ、また外周刃や内周刃などを使用する他の切断方法と比べて切断精度が高く、かつ使用しているワイヤーが細いためにカーフロス(切断ロス)を少なくできるという利点がある。
With this wire saw device, a large number of
このような従来のワイヤーソー装置に用いられるワイヤー6の製造過程において、ワイヤー6の表面には銅と亜鉛を主成分としたブラスメッキ処理が施されている。このブラスメッキ処理を施す理由は、防錆効果を付与するためと、特にワイヤー6を引き伸ばす伸線加工においてダイスにワイヤー6を通過させる際に潤滑効果を得る、またダイスの磨耗を起こしにくくするためである。よって、ワイヤー6の表面にブラスメッキ処理が施されていないと、ダイスを通してワイヤー6を引き伸ばす際にワイヤー6とダイス間の潤滑が悪いため、伸線速度が低下するだけでなくワイヤーの表面に多数の傷が発生することとなり品質が劣化する。また、ダイスの磨耗も早くなり生産性が悪くなるため、ワイヤー6を製造する際にブラスメッキ処理は必要不可欠なものとなっている。
このように、ワイヤー6にはブラスメッキ処理が施されているが、これによりワイヤー6の表面が非常に滑らかとなり、ワイヤー6の表面に砥粒スラリーを供給してもそれを保持する能力が弱く、かつワイヤー6は高速で走行しているために、砥粒スラリーがすぐ下に落ちてしまう。このため、ワイヤー6と半導体インゴット3との接触部分に砥粒スラリーが供給されにくくなり、切断速度を上げることができないという問題があった。
As described above, the
また、ワイヤー6の表面のメッキ層が半導体基板に付着して、基板が金属不純物などで汚染され、太陽電池用半導体基板として用いたときに、太陽電池の特性を悪化させて、十分な効率が得られないことがあるという問題もあった。例えば、ワイヤー6の表面に銅や銅合金メッキされている場合に半導体シリコンインゴットを切断すれば、銅はワイヤーの素材である鉄に比べてシリコン中における拡散係数が大きいので、ワイヤーソーによる切断時の発熱によって、切断面からシリコン中に銅が拡散してしまう可能性がある。このように一度拡散した金属不純物は、切断の後工程の洗浄工程やエッチング工程などによって除去することは難しかった。
Moreover, when the plating layer on the surface of the
このような問題を解決するために、特許文献1には、螺旋状にねじれた形状を有し、その表面に砥粒スラリーを保持できる凹部、溝や穴が形成されたワイヤーが開示されている。さらに、特許文献2には、ワイヤーの中心軸に対する断面形状を多角形または楕円形にしたり、ワイヤーに用いる素線を複数にしてねじられた状態にしたりする内容が開示されている。ワイヤーを上記のような形状にすることにより、ワイヤー表面の砥粒スラリーを保持する能力を高めることができる。しかしながら、ワイヤーの加工に工数がかかり、高コストになるという問題があった。また、メッキ層の金属不純物が半導体基板に拡散する問題については解決できない。
In order to solve such a problem,
特許文献3には、ワイヤーの表面に銅または銅合金メッキ層を形成して最終仕上げの伸線を行った後、化学的研磨と物理的研磨と電界研磨との任意の組み合わせによって銅または銅合金メッキ層を剥離することで、ワイヤーの伸線時の潤滑が円滑に行われてワイヤーの表面に傷などが発生しにくくなるため品質が劣化することなく、その後にワイヤー表面の銅または銅合金メッキ層を剥離してワイヤー装置に用いることで、切り出したウェハーなどが、金属不純物などで汚染されないことが開示されている。しかし、上記研磨方法を用いると、例えば、物理的研磨では銅または銅合金メッキ層を剥離したのちに洗浄液で洗浄し、水洗、防錆工程を経てワイヤーを巻き取るため、工数がかかり高コストになるという問題があった。
In
また、物理的研磨において、例えば砥石、または砥粒を介在する研磨布、またはサンドブラストの吹き付けによって完全にメッキ層を剥離するには難しく、ワイヤーの表面を傷つけたり、ワイヤーが削られて細線化したりする可能性もある。また、物理的研磨によって大まかにメッキ層を剥離した後、化学的研磨によって完全にメッキ層を剥離した場合、化学的研磨の際にワイヤー表面のメッキ層のない部分が化学処理されてしまうため、ワイヤーの品質が劣化するという問題があった。 In physical polishing, for example, it is difficult to completely remove the plating layer by spraying a grindstone, abrasive cloth with abrasive grains, or sandblasting, and the surface of the wire may be damaged, or the wire may be cut and thinned. There is also a possibility to do. Also, after roughly removing the plating layer by physical polishing, if the plating layer is completely peeled by chemical polishing, the portion of the wire surface without the plating layer is chemically treated during chemical polishing, There was a problem that the quality of the wire deteriorated.
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、煩雑な工程が不要でかつ低コスト、しかもワイヤーを劣化させることなく、ワイヤー表面の砥粒スラリーを保持する能力を高く保つことができ、切断の際に半導体基板を汚染することのないワイヤーソー装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and does not require a complicated process, is low in cost, and has a high ability to hold the abrasive slurry on the wire surface without deteriorating the wire. An object of the present invention is to provide a wire saw device that can be maintained and does not contaminate a semiconductor substrate during cutting.
上記目的を達成するために、本発明の請求項1にかかるワイヤーソー装置は、表面にメッキ層が設けられた金属線材のワイヤーを、高速で移動させるとともに砥粒スラリーを供給しながら半導体インゴットに押しつけることによって、この半導体インゴットを切断して半導体基板を形成するワイヤーソー装置であって、前記ワイヤーの経路上には、このワイヤーと前記半導体インゴットとが接触する点よりも前に、このワイヤーと摺擦して前記メッキ層を除去する摺擦体が備えられてなる。
In order to achieve the above object, a wire saw device according to
このような構成としたので、摺擦体によってワイヤー表面のメッキ層を剥離させる動作と半導体インゴットを切断する動作とを連続して同時に行うことができる。また、ワイヤー表面のメッキ層が剥離して、ワイヤー表面の滑らかさが減少するため、ワイヤー表面の砥粒スラリーを保持する能力が向上する。さらに、ワイヤー表面のメッキ層を切断直前まで剥離させないので、ワイヤー表面を保護する効果を最大限に高めることができる。 Since it was set as such a structure, the operation | movement which peels the plating layer of the wire surface with a rubbing body, and the operation | movement which cut | disconnects a semiconductor ingot can be performed simultaneously simultaneously. Moreover, since the plating layer on the wire surface peels and the smoothness of the wire surface decreases, the ability to hold the abrasive slurry on the wire surface is improved. Furthermore, since the plating layer on the wire surface is not peeled off immediately before cutting, the effect of protecting the wire surface can be maximized.
また、本発明の請求項2にかかるワイヤーソー装置は、請求項1に記載のワイヤーソー装置において、前記ワイヤーは鉄または鉄合金を主成分とする金属線材であり、前記メッキ層は銅と亜鉛を主成分とするブラスメッキ層としてなることから、安価かつ高性能のワイヤーとすることができる。
Moreover, the wire saw apparatus according to
本発明の請求項3にかかるワイヤーソー装置は、請求項1または2に記載のワイヤーソー装置において、前記ワイヤーは前記半導体インゴットを切断するのと同時に前記摺擦体をも切断するように構成されてなるようにしたので、常に摺擦体の新しい部分でワイヤーのメッキ層を剥離させることができる。 A wire saw device according to a third aspect of the present invention is the wire saw device according to the first or second aspect, wherein the wire cuts the rubbing body simultaneously with cutting the semiconductor ingot. Therefore, the wire plating layer can always be peeled off at a new portion of the rubbing body.
本発明の請求項4にかかるワイヤーソー装置は、請求項3に記載のワイヤーソー装置において、前記摺擦体は、前記半導体インゴットと接触した状態で固定されてなるようにしたので、摺擦体と半導体インゴットとを一体として取り扱うことができ、それぞれの位置が安定して定まる。そのため、極めて簡単な工程で安定して摺擦体の作用を行わせることができる。 A wire saw device according to a fourth aspect of the present invention is the wire saw device according to the third aspect, wherein the rubbing body is fixed in contact with the semiconductor ingot. And the semiconductor ingot can be handled as one body, and the respective positions are determined stably. For this reason, the rubbing body can be stably operated by an extremely simple process.
本発明の請求項5にかかるワイヤーソー装置は、請求項1から4のいずれかに記載のワイヤーソー装置において、前記摺擦体はその主成分をガラスとしてなるようにしたので、ワイヤーに対してほとんどダメージを与えることがない。
The wire saw device according to
なお、本発明において、摺擦するとは、互いに接触した状態で摩擦することを指すものとする。 In the present invention, rubbing refers to rubbing in a state of contact with each other.
上述のように、本発明の請求項1にかかるワイヤーソー装置によれば、摺擦体によってワイヤー表面のメッキ層を剥離させる動作と半導体インゴットを切断する動作とを連続して同時に行うので、極めて効率的であるとともに、メッキ層を剥離させた状態で半導体インゴットの切断を行うので、切断された半導体基板を汚染することがない。そして、ワイヤー表面のメッキ層の剥離に伴い、ワイヤー表面の滑らかさが減少するため、ワイヤー表面の砥粒スラリーを保持する能力が向上し、ワイヤーと半導体インゴットとの接触部分への砥粒スラリー供給量が増加し、切断速度を上げ、切断時間を短縮することができる。特に、ワイヤーを複数回使用した時において、使用1回目のときにおける良品取れ率が高くなり、生産性が向上する。さらに、ワイヤー表面のメッキ層を切断直前まで剥離させないので、ワイヤー表面を保護する効果を最大限に高めることができ、ワイヤーが酸化したり錆びたりすることによる劣化を防止することができる。 As described above, according to the wire saw device according to the first aspect of the present invention, the operation of peeling the plating layer on the surface of the wire by the rubbing body and the operation of cutting the semiconductor ingot are performed simultaneously. In addition to being efficient, the semiconductor ingot is cut while the plating layer is peeled off, so that the cut semiconductor substrate is not contaminated. And with the peeling of the plating layer on the wire surface, the smoothness of the wire surface decreases, so the ability to hold the abrasive slurry on the wire surface is improved, and the abrasive slurry supply to the contact portion between the wire and the semiconductor ingot The amount can be increased, the cutting speed can be increased and the cutting time can be shortened. In particular, when the wire is used a plurality of times, the yield rate at the first use is increased, and the productivity is improved. Furthermore, since the plating layer on the wire surface is not peeled until immediately before cutting, the effect of protecting the wire surface can be maximized, and deterioration due to oxidation or rusting of the wire can be prevented.
また、本発明の請求項2にかかるワイヤーソー装置によれば、ワイヤーは鉄または鉄合金を主成分とする金属線材であり、メッキ層は銅と亜鉛を主成分とするブラスメッキ層としたので、安価かつ高性能のワイヤーとすることができ、高い生産性および低コストとすることができる。 According to the wire saw device of the second aspect of the present invention, the wire is a metal wire mainly composed of iron or an iron alloy, and the plating layer is a brass plating layer mainly composed of copper and zinc. It can be a low-cost and high-performance wire, and can have high productivity and low cost.
そして、本発明の請求項3にかかるワイヤーソー装置によれば、常に摺擦体の新しい部分でワイヤーのメッキ層を剥離させることができるので、メッキ層が剥離されたワイヤーの表面は均一で安定した状態となる。その結果、砥粒スラリーの保持能力が安定し、切断速度や切断状態を均一で安定させることができる。
And according to the wire saw
さらに、本発明の請求項4にかかるワイヤーソー装置によれば、半導体インゴットに接触した状態で摺擦体を固定しているので、摺擦体と半導体インゴットとを一体として取り扱うことができ、それぞれの位置が安定して定まる。これによって、低コストで、工程が煩雑になることなく安定して摺擦体としての作用を行わせることができる。
Furthermore, according to the wire saw device according to
また、本発明の請求項5にかかるワイヤーソー装置によれば、ガラスの摺擦体はワイヤーによって容易に切断され、同時にワイヤーの表面からメッキ層を確実に除去することができるから、ワイヤーに対してはほとんどダメージを与えることがなく、ワイヤーの表面を傷つけたり、ワイヤーが削られて細線化したりすることがなく、ワイヤーを長寿命とすることができる。
Further, according to the wire saw device of
以上のように、本発明のワイヤーソー装置によれば、高い生産性と低コストで大量の半導体基板を得ることができ、メッキの金属成分などの付着によって半導体基板の特性に悪影響を与えることがないので、同時に大量の半導体基板を用い、高い品質が要求される太陽電池用半導体基板の作製に対して、極めて適している。 As described above, according to the wire saw device of the present invention, a large amount of semiconductor substrate can be obtained with high productivity and low cost, and the characteristics of the semiconductor substrate can be adversely affected by adhesion of metal components of plating. Therefore, it is extremely suitable for the production of a semiconductor substrate for a solar cell that requires a large amount of semiconductor substrate and requires high quality.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明にかかるワイヤーソー装置を示す斜視図であり、図2はワイヤーソー装置の切断状態を示す模式図である。図1、2において、1はスラリーノズル、2はスラリー受け、3は半導体インゴット、4はスライス台、5はメインローラー、6はワイヤー、6aはブラスメッキ層、7は端材巻き込み防止板、8はディップ槽、9はワイヤー供給リール、10は本発明における摺擦体の一例であるガラス板を示す。 FIG. 1 is a perspective view showing a wire saw device according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic view showing a cut state of the wire saw device. 1 and 2, 1 is a slurry nozzle, 2 is a slurry receiver, 3 is a semiconductor ingot, 4 is a slicing base, 5 is a main roller, 6 is a wire, 6a is a brass plating layer, 7 is an end material entrainment prevention plate, 8 Is a dip tank, 9 is a wire supply reel, and 10 is a glass plate which is an example of a rubbing body in the present invention.
図1に示すように、ワイヤーソー装置は、スラリーノズル1の下部に、複数のスラリー受け2を並べて配設し、これらのスラリー受けの間に、スライス台4にエポキシ樹脂などによって接着された半導体インゴット3を配置し、メインローラー5間にある複数のワイヤー6に砥粒スラリーを供給しながら、ワイヤー6を高速で移動走行させ、半導体インゴット3を徐々に下降させてワイヤー6に押しつけることによって、半導体インゴット3を切断し、複数の半導体基板を得るものである。また、切断中に落下するかもしれない半導体基板の端材がメインローラー5へ巻き込むのを防止するために端材巻き込み防止板7を設け、さらに防ぎきれなかったときのためにディップ槽8を設けている。またディップ槽8は、砥粒スラリーの回収や切断するときに発生する切粉の回収の目的をも有している。
As shown in FIG. 1, the wire saw device includes a plurality of
スラリーノズル1の下部にあるスラリー受け2は複数本に張られたワイヤー6にムラなく均等に砥粒スラリーが供給できるように設けられており、砥粒スラリーは例えば、砥粒と鉱物油、界面活性剤、分散剤からなるラッピングオイルを混合して構成される。
The
半導体インゴット3は、例えば鋳造法などによって形成された多結晶シリコンのインゴットを所定の寸法、例えば150×150×300mmの直方体に切り出したものなどで構成される。この半導体インゴット3の一面にエポキシ系樹脂などの接着剤などを塗り、カーボン材またはガラス材のスライス台4に接着されている。したがって、半導体インゴットは切断してもバラバラになることがなく、その状態で次工程の洗浄工程に投入される。
The
洗浄工程ではまず灯油などからなる洗油で、スライス時に付着したスラッジなどを落とす。その後アルカリ系の洗剤で油をおとし、その後その洗剤を水で洗い流す。そして熱風やエアーなどにより、基板表面を完全に乾燥させてからスライス台から剥離させることにより半導体基板が完成する。 In the washing process, the sludge and the like adhering at the time of slicing are first removed by washing with kerosene. After that, wipe the oil with an alkaline detergent, and then wash away the detergent with water. Then, the substrate surface is completely dried by hot air or air, and then peeled off from the slicing base to complete the semiconductor substrate.
メインローラー5は、例えば直径200〜350mm、長さ400〜500mmのウレタンゴムなどからなり、その表面に400〜600μm程度の所定間隔でワイヤー6がはまる多数の溝(不図示)が形成されている。この溝の間隔とワイヤー6の直径との関係によって、最終製品である半導体基板の厚みが定まる。
The
ワイヤー6はワイヤー供給リール9から供給され、メインローラー5上に設けられた所定間隔の溝に巻きつけ配列される。なお、ワイヤー6は、例えば、直径140〜180μm程度を有する鉄または鉄合金を主成分とするピアノ線が使用され、新品の状態においては、JIS G 3502 SWRS82Aに記載された銅と亜鉛を主成分とするブラスメッキ処理が施され、その表面はブラスメッキ層6a(図2に図示)が形成されて極めて滑らかな状態となっている。このワイヤー6はメインローラー5を所定の回転速度で回転させることによって、走行移動させることができ、通常、400〜700m/min程度となるように高速に走行移動される。
The
本発明におけるワイヤーソー装置では、図1または2に示すように、ワイヤー6の経路上において、ワイヤー6が供給される側の半導体インゴット3の端面側に、摺擦体として、例えば厚み5mm〜20mmのガラス板10をスライス台4にエポキシ樹脂などによって接着し、半導体インゴット3と接触させた状態で固定することにより、ワイヤー6が半導体インゴット3と直接接触する前に、この摺擦体であるガラス板10によって摺擦される。
In the wire saw device according to the present invention, as shown in FIG. 1 or 2, as a rubbing body, for example, a thickness of 5 mm to 20 mm on the end surface side of the
これにより、ワイヤー6がガラス板10を通過して摺擦される際にワイヤー表面に施されたブラスメッキ層6aが削られ剥離除去される。その結果、ワイヤー6表面の砥粒スラリーを保持する能力が高くなる。その後に、ワイヤー6が半導体インゴット3と接触して通過するため、ワイヤー6と半導体インゴット3との接触部分への砥粒スラリー供給量が増加する。よって、切断速度を上げることができ、切断時間を短縮することができる。
Thereby, when the
そして、摺擦体であるガラス板10によってワイヤー6表面のブラスメッキ層6aを剥離させる動作と半導体インゴット3を切断する動作とを連続して同時に行うことができるので、極めて効率的であるとともに、ブラスメッキ層6aを剥離させた状態で半導体インゴット3の切断を行うので、切断された半導体基板がブラスメッキ層6aに含まれる金属などによって汚染されることがない。さらに、ワイヤー6表面のブラスメッキ層6aを切断直前まで剥離させないので、ワイヤー6表面を保護する効果を最大限に高めることができ、ワイヤー6が酸化したり錆びたりすることによる劣化を防止することができる。
And since the operation | movement which peels the brass plating layer 6a on the surface of the
特に、従来のワイヤーソー装置においては、ワイヤー6表面のブラスメッキ層6aのため、ワイヤー6を最初に使用するときの良品取れ率が悪かったが、ワイヤー6を摺擦体であるガラス板10を通過させて摺擦することによりワイヤー6表面のブラスメッキ層6aが剥離し、ワイヤー6表面の砥粒スラリーを保持する能力が高くなるため、最初に使用するときの良品取れ率が高くなり、生産性が向上する。
In particular, in the conventional wire saw device, because of the brass plating layer 6a on the surface of the
ワイヤー表面から剥離したブラスメッキ層6aは供給された砥粒スラリーにより流され、ワイヤー表面のブラスメッキ層6aが剥離した後すぐにワイヤー6が半導体インゴット3を通過するため、ワイヤー表面のブラスメッキ層6aを剥離したのちに洗浄液で洗浄し、水洗、防錆工程を経る必要がない。よって、低コストで、工程が煩雑になることなく半導体基板を形成することができる。
The brass plating layer 6a peeled off from the wire surface is caused to flow by the supplied abrasive slurry, and the
ところで、剥離したブラスメッキ層6aが回収した砥粒スラリー中に蓄積し、ブラスメッキ層6aに含まれる金属不純物が直接、半導体インゴット3の切断面に接触して、切り出された半導体基板が汚染される可能性がある。しかしながら、このような金属不純物は半導体基板に拡散しておらず付着しているだけであるため、切り出された半導体基板を洗浄したり、切断により生じた表面のダメージ層をアルカリエッチングなどで除去したりする工程において、金属不純物で汚染された部分を除去することができる。
By the way, the peeled brass plating layer 6a accumulates in the recovered abrasive slurry, and the metal impurities contained in the brass plating layer 6a directly contact the cut surface of the
また、摺擦体としては、一例として、主成分がガラスからなるガラス板10を用いた例によって説明した。ここで説明したガラス板10はピアノ線からなるワイヤー6によって容易に切断され、同時にワイヤー6の表面からブラスメッキ層6aを確実に除去することができる。したがって、例えば特許文献3に記載されている従来例と比べて、ワイヤー6の表面を傷つけたり、ワイヤー6が削られて細線化したり、化学研磨液を使用しないためワイヤー6が化学処理されワイヤー6の品質が劣化することもなく、ブラスメッキ層6aのみを剥離することができ、ワイヤー6を長寿命とすることができる。
Moreover, as an example of the rubbing body, an example using the
なお、このガラス板10の材質としては、特に限定するものではなく、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどの一般的なガラスの材料を用いることができるが、極めて安価で入手が簡単であることから、ソーダガラスを用いることがより望ましい。
The material of the
さらに、摺擦体としては、ガラスを主成分とする材料以外に、例えば半導体インゴットがシリコンの場合、結晶シリコン、金属シリコン、炭化珪素なども用いることができる。切粉は砥粒スラリーとともに回収され、繰り返し使用されるが、本発明は半導体インゴットと摺擦体を同時にスライスするため、摺擦体の切粉も砥粒スラリーの中に混入することになる。しかし半導体インゴットと同一元素、もしくはその化合物からなる摺擦体を使用すれば、繰り返し使用時にも半導体インゴットに悪影響を及ぼすことはない。 Further, as the rubbing body, in addition to a material mainly composed of glass, for example, when the semiconductor ingot is silicon, crystalline silicon, metal silicon, silicon carbide, or the like can be used. The chips are collected together with the abrasive slurry and repeatedly used. However, since the present invention slices the semiconductor ingot and the rubbing body at the same time, the rubbing chip is also mixed into the abrasive slurry. However, if a rubbing body made of the same element as the semiconductor ingot or a compound thereof is used, the semiconductor ingot will not be adversely affected even during repeated use.
しかし硬度が高すぎればワイヤーの断線や寿命の低下を招き、高価なものを使用すればコストの高騰につながるため、ガラスを使用することが望ましい。 However, if the hardness is too high, the wire will be broken and the life will be shortened. If an expensive one is used, the cost will increase, so it is desirable to use glass.
図1および図2に示したように、ワイヤー6は半導体インゴット3を切断するのと同時に摺擦体であるガラス板10をも切断するような位置にガラス板10を配置した構成とすることが望ましい。このようにすれば、半導体インゴット3を切断するのと同時にガラス板10も切断されるから、常にガラス板10の新しい部分でワイヤー6のブラスメッキ層6aを剥離させることができるので、ブラスメッキ層6aが剥離されたワイヤー6の表面は均一で安定した状態となる。その結果、砥粒スラリーの保持能力が安定し、切断速度や切断状態を均一に保ち安定させることができる。このような構成とするためには、例えば、ガラス板10のサイズを半導体インゴット3の端面のサイズとほぼ等しくするか、若干大きくした状態で、図1および図2に示した位置にガラス板10を配置すればよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ガラス板10の高さが半導体インゴット3の高さと同じ場合、半導体インゴット3に最初はガラス板10を通っていないワイヤー6が接触することになる。ワイヤー6は半導体インゴット3の下降速度と比較し、極めて高速で走行しているため、ブラスメッキ層6aに被覆されたワイヤー6が接触する半導体インゴット3はごくわずかであり、問題を発生させるには至らない。
When the height of the
しかし、ガラス板10の高さを半導体インゴット3の高さより高くしておけば、半導体インゴット3には最初からブラスメッキ層6aが剥離されたワイヤー6が接触することになり、問題の発生を完全に防止することができる。
However, if the height of the
また、図2に示したように、複数のワイヤー6を所定間隔で配置したマルチワイヤーソー装置の場合、ワイヤー6が半導体インゴット3に接する前に、摺擦体であるガラス板10を複数回摺擦するような位置にガラス板10を配置してもよい。図2では、ワイヤー6によって、ガラス板10は2回摺擦を受けている例を示している。このようにワイヤー6と摺擦体(ガラス板10)とを複数回摺擦するようにすれば、ワイヤー6の表面のブラスメッキ層6aを確実に剥離除去することができる。
As shown in FIG. 2, in the case of a multi-wire saw device in which a plurality of
そして、摺擦体は、半導体インゴット3と接触した状態で固定することが望ましい。例えば、図1および図2では、摺擦体であるガラス板10は半導体インゴット3と接触した状態でスライス台4に固定されている。このようにすれば、ガラス板10と半導体インゴット3とを一体として扱うことができるので取り扱いが楽であるばかりか、ワイヤー6を高速で移動させても、ガラス板10は位置が触れることがなく安定した状態で半導体インゴット3と接触しているため、低コストで、工程が煩雑になることなく安定して摺擦体としての作用を行わせることができる。
The rubbing body is preferably fixed in contact with the
以上のように、本発明のワイヤーソー装置によれば、高い生産性と低コストで大量の半導体基板を得ることができ、メッキの金属成分などの付着によって半導体基板の特性に悪影響を与えることがないので、同時に大量の半導体基板を用い、高い品質が要求される太陽電池用半導体基板の作製に対して、極めて適している。 As described above, according to the wire saw device of the present invention, a large amount of semiconductor substrate can be obtained with high productivity and low cost, and the characteristics of the semiconductor substrate can be adversely affected by adhesion of metal components of plating. Therefore, it is extremely suitable for the production of a semiconductor substrate for a solar cell that requires a large amount of semiconductor substrate and requires high quality.
なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。 It should be noted that the embodiment of the present invention is not limited to the above-described example, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、上述の説明では、複数のワイヤーを所定間隔に配置して半導体インゴットを剪断するマルチワイヤーソー装置の例によって説明したが、これに限るものではなく、一本のワイヤーによって切断加工を行うシングルタイプのワイヤーソー装置であっても、そのワイヤーの経路上において、ワイヤーと半導体インゴットとが接触する点よりも前に摺擦体が備えられて、このワイヤーの表面のメッキを摺擦して剥離するように構成されていれば、本発明の効果を良好に奏する。 For example, in the above description, the example of a multi-wire saw device that shears a semiconductor ingot by arranging a plurality of wires at a predetermined interval has been described. However, the present invention is not limited to this, and a single wire that performs cutting with a single wire is used. Even if it is a type of wire saw device, a rubbing body is provided before the point where the wire and the semiconductor ingot contact on the path of the wire, and the plating on the surface of this wire is rubbed and peeled off If configured to do so, the effects of the present invention are excellent.
また、上述の説明では、摺擦体のガラス板10を半導体インゴット3に接触させた状態でスライス台4に固定した例によって説明したが、例えば、スライス台4にガラス板10を動かないように保持する機構を設けたり、ガラス板10自体を厚くしたりしてスライス台4上で安定した状態で載置できるようにすれば、半導体インゴット3から距離を置いて配置しても構わない。
In the above description, the example in which the
また例えば、図3に示すように、摺擦体のガラス板10は半導体インゴット3のうちワイヤー6が最初に接触する面に接着させても構わない。このようにすることにより、確実に摺擦体のガラス板10を通過したワイヤー6が半導体インゴット3に接触するようになる。しかしこの場合、全てのワイヤー6に摺擦体のガラス板10を通過させるために適切な厚みの摺擦体のガラス板10を接着させる必要がある。またスライス後の基板とガラス板を剥がしやすくするために、接着剤は例えば溶剤で溶解するエポキシ系の接着剤などを使用する必要がある。このようにすることにより外力を加えることなく、化学的な処理により基板とガラスを剥離させることができる。また半導体インゴット3に接着させるガラス面を粗面化しておくことも剥離を容易にする対策となる。
Further, for example, as shown in FIG. 3, the
また図4に示すように、半導体インゴット3に対しワイヤー6の走方向上流側にあたる側面側に摺擦体のガラス板10を配置することによっても本発明の効果を得ることができる。このとき摺擦体のガラス板10は半導体インゴット3に接着しても良いし、スライス台4に固定してもよい。
Further, as shown in FIG. 4, the effect of the present invention can also be obtained by disposing a
さらに本発明では、摺擦体10はワイヤー6の経路上で、ワイヤー6と半導体インゴットが接触する点よりも前にあれば良く、半導体インゴット3やスライス台に接着して固定しても構わないし、例えば図5に示すようにワイヤー6の経路の途中に摺擦体のガラス板10を設けることも可能である。
Further, in the present invention, the rubbing
ワイヤー6の表面に被覆したブラスメッキ層6aは摺擦体10で完全に除去されていなくてもよい。完全に除去されていなくても全体に薄くなっていたり、部分的に剥離したりしていれば、摺擦体10をまったく通過していない、表面にブラスメッキ層6aのあるワイヤー6を使用したときよりも、ブラスメッキ層6aが簡単に剥離する状態となるので、半導体インゴット3と接触して、極めて簡単にブラスメッキ層6aのない状態になるからである。
The brass plating layer 6 a coated on the surface of the
図1の実施形態の本発明のワイヤーソー装置に150mm角×L=280mmの半導体インゴット3として多結晶シリコンインゴットを2本セットし、ワイヤー6が供給される側の多結晶シリコンインゴット3の端面に摺擦体として厚み10mm、高さと幅が150mmのガラス板10をインゴット3およびスライス台4に接着剤を用いて貼り付け、SiC砥粒スラリーを供給しながら、180μmの直径を有する0.2μmのブラスメッキ層6aが設けられたピアノ線のワイヤー6を500m/minで走行させ切断試験を実施した。
Two polycrystalline silicon ingots are set as a
さらに、摺擦体について、ガラス板の代わりに同サイズの結晶シリコン板を用いて試験を行った。 Furthermore, the rubbing body was tested using a crystalline silicon plate of the same size instead of the glass plate.
また、図3、図4、図5の各実施形態の本発明のワイヤーソー装置でも、同様にして切断試験を行った。なお、図3、図4の実施形態においては、多結晶シリコンインゴットの一面に150mm×280mmのガラス板を摺擦体として貼り付け、本発明のワイヤーソー装置として試験を行った。さらに図5の実施形態においては、ワイヤー6の経路上に30mm角×15mmのガラス板を摺擦体として設置し、本発明のワイヤーソー装置として試験を行った。
Moreover, the cutting test was similarly performed also in the wire saw apparatus of the present invention in each of the embodiments of FIGS. 3, 4, and 5. In the embodiment of FIGS. 3 and 4, a 150 mm × 280 mm glass plate was attached to one surface of the polycrystalline silicon ingot as a rubbing body, and the wire saw device of the present invention was tested. Further, in the embodiment of FIG. 5, a 30 mm square × 15 mm glass plate was installed as a rubbing body on the path of the
さらに、比較例として、摺擦体を設けない従来のワイヤーソー装置(図6)でも同様にして多結晶シリコンインゴットの切断の試験を行った。 Further, as a comparative example, a test for cutting a polycrystalline silicon ingot was performed in the same manner with a conventional wire saw apparatus (FIG. 6) without a rubbing body.
なお、本発明の効果を明確にするために、多結晶シリコンインゴットの送り速度を図6に示した従来のワイヤーソー装置の標準条件の1.2倍として試験を行っている。 In addition, in order to clarify the effect of the present invention, the test was conducted by setting the feeding speed of the polycrystalline silicon ingot to 1.2 times the standard condition of the conventional wire saw apparatus shown in FIG.
これらの切断試験を行った試料については、良品取れ率(%)、金属不純物の有無によって評価を行った。表1に結果を示す。良品取れ率の算出方法としては、切断したウェハーを50枚の金属顕微鏡により観察を行い、ウェハーのエッジのチッピングの存在を確認した。また、XMA(X線マイクロアナライザー)により切断面の金属不純物の存在を確認した。
表1に示すように、従来のワイヤーソー装置では、ワークの送り速度が大きいために、切断したウェハーにチッピングが見られ、さらにワイヤー6のブラスメッキ層6aを起源とする金属不純物が検出された。それに対して、本発明にかかるワイヤーソー装置では、ワークの送り速度が上昇しているにもかかわらず、すべて良品取れ率が95%以上となり、切断面から金属不純物も検出されなかった。
As shown in Table 1, in the conventional wire saw apparatus, since the workpiece feeding speed is large, chipping was observed on the cut wafer, and metal impurities originating from the brass plating layer 6a of the
このように本発明のワイヤーソー装置によれば、ワイヤー6の表面からブラスメッキ層6aを剥離しながら切断するので、ワイヤー6表面の砥粒スラリーを保持する能力を高く保つことができ、その結果高い切削能力が得られること、切断された基板を金属不純物などによって汚染することがないことを確認することができた。また、摺擦体を所定位置に設けるだけの簡単かつ低コストな構成によって、発明の効果を十分に奏することを確認できた。
Thus, according to the wire saw device of the present invention, the brass plating layer 6a is cut from the surface of the
1:スラリーノズル
2:スラリー受け
3:シリコンインゴット
4:スライス台
5:メインローラー
6:ワイヤー
6a:ブラスメッキ層
7:端材巻き込み防止板
8:ディップ槽
9:ワイヤー供給リール
10:ガラス板(摺擦体)
1: Slurry nozzle 2: Slurry receptacle 3: Silicon ingot 4: Slice base 5: Main roller 6: Wire 6a: Brass plating layer 7: End material entrainment prevention plate 8: Dip tank 9: Wire supply reel 10: Glass plate (slider) Rubbing)
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