以下に添付図面を参照して、この発明に� ��かるマルチワイヤソーおよびインゴットの� ��断方法の好適な実施の形態を詳細に説明す� ��。なお、これらの実施の形態によりこの発� ��が限定されるものではない。また、以下で� ��、従来のマルチワイヤソーにおけるインゴ� ��ト切断開始時における問題点について図面� ��参照して説明した後に、この発明の実施の� ��態について説明する。

(従来のマルチワイヤソーの問題点)
 図7は、従来のマルチワイヤソーの要部の構 成を示す斜視図であり、図8は、インゴット� �断開始時におけるインゴットとワイヤとの� �係を模式的に示す図であり、図9は、ワイヤ� ��イドローラでのワイヤの状態を模式的に示� ��図である。図7に示されるように、マルチワ イヤソー210は、ワイヤ211を送り出すワイヤ送 り出し機構212と、送り出されたワイヤ211を巻 き取るワイヤ巻き取り機構213と、ワイヤ送り 出し機構212とワイヤ巻き取り機構213との間に 配置される2本のワイヤガイドローラ214a,214b� �、ワイヤ送り出し機構212からワイヤガイド� �ーラ214aまで送り出されるワイヤ211とワイヤ� ��イドローラ214bからワイヤ巻き取り機構213ま で戻されるワイヤ211とを走行案内する複数の ガイドローラ216と、ガイドローラ216で案内さ れるワイヤ211の張力を制御するテンションロ ーラ217と、を備える。ワイヤ211は、一般に直 径0.16mmのピアノ線が用いられる。また、2本� �ワイヤガイドローラ214a,214bの間では、0.3~0.4m m程度のピッチでワイヤ211が巻き掛けられて� �る。

 また、マルチワイヤソー210は、スラリを� ��蔵し、撹拌するスラリ撹拌・供給タンク221� ��、被加工物であるシリコンインゴット232と2 本のワイヤガイドローラ214a,214b間のワイヤ211 との切断界面にスラリ撹拌・供給タンク221か らのスラリを供給するスラリ塗布ヘッド222と 、を備える。スラリ塗布ヘッド222は、2つの� �イヤガイドローラ214a,214b間の上位に位置す� �ワイヤ211の上部に、複数のワイヤ211を横切� �ように配置される。この図7の例では、2本の ワイヤガイドローラ214a,214b間に3本のスラリ� �布ヘッド222が所定の間隔を置いて配置され� �いる。そして、互いに隣接する2本のスラリ� ��布ヘッド222間の位置には、切断するシリコ� ��インゴット232を固定するワークプレート231� ��、上下方向に移動可能に配置される。この� ��ークプレート231には、口径150mm角前後で長� �が400mm前後のシリコンインゴット232が接着固 定され、切断される。

 このようなマルチワイヤソー210でシリコ� ��インゴット232を切断する場合には、ワイヤ� ��り出し機構212、2本のワイヤガイドローラ214 a,214b、およびワイヤ巻き取り機構213を同期制 御して駆動するとともに、テンションローラ 217の位置を制御してワイヤ211に常に所定の張 力を与えながら600m/min前後の速度で送り、ス� ��リ撹拌・供給タンク221からスラリ塗布ヘッ� ��222を介してワイヤ211にスラリを供給する。� ��の状態でシリコンインゴット232を接着固定� ��たワークプレート231を下方に送り、シリコ� ��インゴット232の切断を行う。なお、シリコ� ��インゴット232の切断が終了し、ワイヤ211を� ��き抜いた後のワイヤ離脱は、シリコンイン� ��ット232のマルチワイヤソー210からのリワー� ��時やマルチワイヤソー210へのセッティング� ��に作業者が目視確認することによって検出� ��対策できるものである。

 ところで、このようなマルチワイヤソー2 10でのシリコンインゴット232の切断における� ��断開始部(ウェハ端部)の厚さばらつきやワ� �ヤ211のワイヤガイドローラ214a,214bに形成さ� �たガイド溝215からの離脱について、実験に� �って詳細に考察した。その結果、図8に示さ� ��るように、シリコンインゴット232がワイヤ2 11に0.3mm程度近づいたところで、ワイヤ211が� �リコンインゴット232に吸いつけられるよう� �浮き上がることを見出した。これはワイヤ21 1の移動に随伴してスラリが図中の矢印bに示� ��ように流れているところに、シリコンイン� ��ット232の端面が近づき、スラリとシリコン� ��ンゴット232端面の隙間の空気がスラリに随� ��して隙間から排出されることによって負圧� ��生じ、スラリがシリコンインゴット232の端� ��に吸い付けられるとともにスラリの粘性に� ��ってワイヤ211が図中の矢印cに示すように持 ち上げられたためであると考えられる。なお 、図8の2点鎖線は、ガイドローラ216にワイヤ2 11を巻き付けた初期のワイヤ211走行位置を示� ��。また、ワイヤ径を縮小してワイヤ張力を� ��減すると、この現象はより顕著になった。� ��して、このワイヤ211の浮き上がりによって� ��図9に示されるように、ガイド溝215内でワイ ヤ211の変位301が起こったり、最悪の場合には ワイヤ211のガイド溝215からの離脱302が起こっ たりすることが分かった。

 そこで、以下の実施の形態では、シリコ� ��インゴットなどのインゴット切断開始時の� ��イヤのガイド溝内での変位や溝からの離脱� ��防止し、切り出すウェハの端部の板厚ばら� ��きを小さくするマルチワイヤソーおよびイ� ��ゴットの切断方法について説明する。

実施の形態1.
 図1は、この発明にかかるマルチワイヤソー の要部の構成を示す斜視図であり、図2は、� �イヤガイドローラ付近の構造をワイヤガイ� �ローラの回転軸の方向から見た側面図であ� �、図3は、ワイヤ規制部とワイヤガイドロー� ��との関係を模式的に示す図である。

 図1に示されるように、マルチワイヤソー 10は、ワイヤ11と、ワイヤ11を送り出すワイヤ 送り出し機構12と、送り出されたワイヤ11を� �き取るワイヤ巻き取り機構13と、ワイヤ送り 出し機構12とワイヤ巻き取り機構13との間に� �転軸が互いに平行となるように配置される2� ��のワイヤガイドローラ14a,14bと、ワイヤ送り 出し機構12からワイヤガイドローラ14aまでの� ��と、ワイヤガイドローラ14bからワイヤ巻き� ��り機構13までの間とでそれぞれワイヤ11を走 行案内する複数のガイドローラ16と、ガイド� ��ーラ16で案内されるワイヤ11の張力を制御す るテンションローラ17と、を備える。ここで� ��ワイヤ11は、従来のマルチワイヤソー210で� �明したものよりも径の細い(直径0.16mmよりも� ��い)ピアノ線が用いられ、ワイヤ11の走行方� ��は、図中の矢印dの方向であるものとする。 また、2本のワイヤガイドローラ14a,14bには、� ��定のピッチでガイド溝15が形成されており� �このガイド溝15にワイヤ11が巻きかけられ、� ��の2本のワイヤガイドローラ14a,14bの間で、� �ぼ並行に複数のワイヤ11が整列している。

 また、マルチワイヤソー10は、スラリを� �蔵し、撹拌するスラリ撹拌・供給タンク21と 、被加工物であるインゴット32と2本のワイヤ ガイドローラ14a,14b間のワイヤ11との切断界面 にスラリ撹拌・供給タンク21からのスラリを� ��給するスラリ塗布ヘッド22と、を備える。� �ラリ塗布ヘッド22は、2つのワイヤガイドロ� �ラ14a,14b間の上側に位置するワイヤ11の上部� �、複数の並行したワイヤ11を横切るように配 置される。この図1の例では、ワイヤガイド� �ーラ14a,14b間の上部のワイヤ11上に2本のスラ� ��塗布ヘッド22が所定の間隔で配置されてい� �。そして、2本のワイヤガイドローラ14a,14b間 の上部の所定の位置には、切断するインゴッ ト32を固定するワークプレート31が、上下方� �に移動可能に配置される。このワークプレ� �ト31には、たとえば口径150mm角前後で長さが4 00mm前後のシリコンインゴットなどがインゴ� �ト32として接着固定される。

 この実施の形態1では、2本のワイヤガイ� �ローラ14a,14bの間の上側のワイヤ11に下側か� �接するように、円筒形状のワイヤガイドロ� �ラ41がさらに備えられる。このワイヤガイド ローラ41の回転軸が2本のワイヤガイドローラ 14a,14bの回転軸と平行となるように、ワイヤ� �イドローラ41は配設される。このワイヤガイ ドローラ41にも、その表面に2本のワイヤガイ ドローラ14a,14bと同様に所定のピッチでガイ� �溝15が形成されている。ワイヤ径を縮小する と、ワイヤ11に印加する張力を低減する必要� ��あるが、張力低下によってワイヤ振れが起� ��易くなり、切断に関与する上側のワイヤ11� �支持するスパンを短くする必要がある。そ� �ために、このワイヤガイドローラ41は設けら れる。この図1の例では、2本のワイヤガイド� ��ーラ14a,14bの間のほぼ中心にワイヤガイドロ ーラ41が配設されるが、もし、2本のワイヤガ イドローラ14a,14bの間隔が張力低下によるワ� �ヤ振れが起き難い間隔である場合には、こ� �ワイヤガイドローラ41を設ける必要はない。

 また、この実施の形態1では、2本のワイ� �ガイドローラ14a,14bの間の上側のワイヤ11に� �側から接するように配設されるワイヤ浮き� �がり規制部材42が設けられている。この図1� �例では、2本のワイヤガイドローラ14a,14bの間 に、3本のワイヤ浮き上がり規制部材42が、等 間隔に、並行するワイヤをほぼ直角に横切る 方向に延在して配置されている。このワイヤ 浮き上がり規制部材42は、ワイヤガイドロー� ��14a,14b,41と同じ方向に回転可能な円筒形状の 回転体からなる。また、図1や図2に示される� ��うに、このワイヤ浮き上がり規制部材42は� �ワイヤガイドローラ14a,14b,41の近傍でかつイ� ��ゴット32の切断溝へのスラリの流れを妨げ� �いように、ワイヤ11の走行方向dに対してス� �リ塗布ヘッド22よりも後方に配設される。

 つぎに、このような構成を有するマルチ� ��イヤソー10によるインゴット32の切断方法に ついて説明する。まず、インゴット切断準備 として、ワイヤガイドローラ14a,14b,41にワイ� �11を巻きつけてインゴット32の送り方向にワ� ��ヤ11を位置決めする。この段階で、図1や図2 に示されるように、ワイヤガイドローラ14a,14 b,41の近傍で、かつ図3に示されるように上部� ��ワイヤ11の上側の位置に、ワイヤ浮き上が� �規制部材42の下側が接するように、ワイヤ浮 き上がり規制部材42を配設する。このとき、� ��イヤ浮き上がり規制部材42は、全てのワイ� �11に接触させる。この接触作業は、自動化機 構を用いてもよいし、手作業にて行ってもよ い。ここで、ワイヤガイドローラ14a,14b,41に� �けられたガイド溝15,43の位置とワイヤ径とに よって、幾何学的に回転体であるワイヤ浮き 上がり規制部材42の位置が決まる。しかし、� ��際には、ワイヤガイドローラ14a,14b,41のガイ ド溝15,43の深さやワイヤ径、そしてワイヤ浮� ��上がり規制部材42を構成する回転体の直径� �はばらつきがあるので、全てのワイヤ11に回 転体(ワイヤ浮き上がり規制部材42)を接触さ� �るためには僅かにワイヤ11を撓ませることが 必要になる場合がある。

 この状態で、スラリ塗布ヘッド22からワ� �ヤ11に向けてスラリを塗布しながら、ワイヤ 送り出し機構12、ワイヤ巻き取り機構13、ワ� �ヤガイドローラ14a,14bを図示しない駆動機構� ��よって同期を取りながら駆動制御してワイ� ��11を矢印dの方向に走行させて、さらにイン� ��ット32を接着固定したワークプレート31を下 方に移動させてインゴット32の切断を開始す� ��。このとき、インゴット32とワイヤ11との距 離が、0.3mm程度に近づいた状態では、スラリ� ��インゴット32の端面の隙間の空気がスラリ� �随伴して隙間から排出されることによって� �じる負圧で、スラリがインゴット32の端面に 吸い付けられるとともに、このスラリの粘性 によってワイヤ11がインゴット32側に持ち上� �られる作用を受ける。しかし、ワークプレ� �ト31(インゴット32)近傍のワイヤ11の上側に、 ワイヤ11をワイヤガイドローラ14a,14b,41のガイ ド溝15,43に押し付けるように設けられたワイ� ��浮き上がり規制部材42によって、ワイヤ11の 上方への持ち上がりが防止される。その結果 、インゴット32の切断開始位置のばらつきが� ��えられる。

 その後は、従来のマルチワイヤソーと同� ��に、ワイヤ11を矢印dの方向に走行させなが� ��、ワークプレート31を下方に移動させて、� �ンゴット32の切断を行う。

 この実施の形態1によれば、ワイヤ浮き上 がり規制部材42によって、インゴット32の切� �開始時にワイヤ11をワイヤガイドローラ14a,14 b,41のガイド溝15,43に押し付けるようにしてワ イヤ11の浮き上がりを規制したので、ガイド� ��15,43内でワイヤ11の変位やワイヤ11のガイド� ��15,43からの離脱を防ぎ、インゴット32から切 り出すウェハの端部の板厚のばらつきを小さ くすることができる。その結果、インゴット 32からの良品ウェハの収率を向上させること� ��できるという効果を有する。

実施の形態2.
 図4は、この発明にかかるマルチワイヤソー の制御部の機能構成を示すブロック図である 。この制御部50は、ワイヤ撓みプロファイル� ��出部51と、加工制御部52と、を備える。なお 、この制御部50によって制御されるマルチワ� ��ヤソー10の構成は、実施の形態1の図1に示し たものと同一であるので、その説明は省略す る。

 ワイヤ撓みプロファイル算出部51は、イ� �ゴット32の切断開始時に形成される切断溝の 深さが少なくともワイヤ11の半径と同じかそ� ��よりも深くなる時点での、所定の切断位置� ��のワイヤ11の撓みを導出する。図5は、イン� ��ット切断開始時にインゴットを深さeだけ切 り込んだ状態を模式的に示す断面図であり、 図6は、切断開始時におけるワイヤガイドロ� �ラの回転軸の方向から見たマルチワイヤソ� �の状態を模式的に示す図である。図5では、� ��イヤ11による切断で、インゴット32が深さe� �け切り込まれた状態を示している。ここで� �ワイヤ11とインゴット32との間にはスラリ中� ��砥粒23が挟まれている。また、図6では、所� ��の切断条件で、インゴット32が切断深さeだ� ��切り込まれている状態でのワイヤ11の撓みy� ��示している。

 これらの図に示されるように、ワイヤ撓� ��プロファイル算出部51は、所定のインゴッ� �切断条件におけるワイヤ11の撓み、ワイヤガ イドローラ14a,14b,41の配設位置、ワイヤガイ� �ローラ14a,14b,41のガイド溝15,43の形状と寸法� �ワイヤ11の直径を含むワイヤソー構造情報か ら幾何学的に、切断深さeが図5に示されるよ� ��な少なくともワイヤの半径と同一かまたは� ��れよりも深くなる時点における、図6に示さ れるようなワイヤ撓みプロファイルを算出す る。

 加工制御部52は、マルチワイヤソー10の加 工時におけるワイヤ送り出し機構12やワイヤ� ��き取り機構13、ワイヤガイドローラ14a,14b、� ��ンションローラ17、ワイヤ浮き上がり規制� �材42について、図示しないモータなどの駆動 手段を介して制御を行う。また、スラリ塗布 ヘッド22からのスラリの吐出量も制御する。� ��お、加工制御部52は、加工開始時において� �ワイヤ撓みプロファイル算出部51によって算 出されたワイヤ撓みプロファイルに基づいて 、より具体的には切断に関係するワイヤ11の� ��置がワイヤ撓みプロファイルに重なるよう� ��ワイヤ浮き上がり規制部材42を配置する。

 つぎに、このようなマルチワイヤソー10� �切断方法について説明する。まず、制御部50 のワイヤ撓みプロファイル算出部51は、所定� ��インゴット切断条件とマルチワイヤソー構� ��情報とから、図5に示されるインゴット切断 開始時に形成される切断溝の深さeでの、図6� ��示されるような所定の切断位置のワイヤ11� �撓みyの関係、すなわちワイヤ撓みプロファ� ��ルを導出する。

 その後、インゴット切断準備として、ワ� ��ヤガイドローラ14a,14b,41にワイヤ11を巻きつ� ��てインゴット32の送り方向に対してワイヤ11 の位置決めを行う。この段階で、制御部50の� ��工制御部52は、ワイヤガイドローラ14a,14b,41� ��近傍で、上部のワイヤ11に、円筒形状の回� �体からなるワイヤ浮き上がり規制部材42の下 側を、先に算出したワイヤ撓みプロファイル に一致する地点に配設する。つまり、インゴ ット32の切断処理を行う前に、既に図6に示さ れるようなワイヤ撓みプロファイルを有する ように、ワイヤ浮き上がり規制部材42を配置� ��る。

 この状態で、スラリ塗布ヘッド22からワ� �ヤ11に向けてスラリを塗布しながら、ワイヤ 送り出し機構12、ワイヤ巻き取り機構13、ワ� �ヤガイドローラ14a,14bを図示しない駆動機構� ��よって同期を取りながら駆動制御してワイ� ��11を矢印dの方向に走行させて、さらに、イ� ��ゴット32を接着固定したワークプレート31を 下方に移動させてインゴット32の切断を開始� ��る。このとき、ワイヤ浮き上がり規制部材4 2を構成する回転体が、ワイヤ11をワイヤガイ ドローラ14a,14b,41のガイド溝15,43に押し付けて インゴット32の端面がワイヤ11に近づいた際� �ワイヤ11の浮き上がりを防止する。

 さらに、加工が進み、インゴット32の表� �に切断溝が形成された状態では、ワイヤ浮� �上がり規制部材42を構成する回転体によるワ イヤガイドローラ14a,14b,41のガイド溝15,43への ワイヤ11の押し付けとともに、インゴット32� �形成された切断溝によって、ワイヤ11の横振 れが抑制される。その結果、ワイヤ11の位置� ��規制される。これによって、ウェハ端部の� ��厚ばらつきをさらに小さくすることができ� ��。

 その後は、従来のマルチワイヤソーと同� ��に、ワイヤ11を矢印dの方向に走行させなが� ��、ワークプレート31を下方に移動させて、� �ンゴット32の切断を行う。なお、上述した説 明で、ワイヤ撓みプロファイルを求める際の 切断溝深さeは、ワイヤ11の半径ではなく、ワ イヤ11の半径以上に深くしてもよい。

 この実施の形態2によれば、所定の加工条 件とマルチワイヤソー構造条件とから、イン ゴット32表面の切断溝の深さが、少なくとも� ��イヤ11の半径以上となった場合のワイヤ11の 撓み具合を示すワイヤ撓みプロファイルを求 め、切断開始時にワイヤ11の形状がワイヤ撓� ��プロファイルと一致するようにワイヤ浮き� ��がり規制部材42を配置するようにしたので� �インゴット32にワイヤ11の半径程度の切断溝� ��形成されると、この切断溝がワイヤ11の横� �れを抑制し、ガイド溝15,43内でのワイヤ11の� ��位やワイヤ11のガイド溝15,43からの離脱を防 ぐことができる。その結果、ウェハ端部の板 厚ばらつきをさらに小さくすることが可能と なる。これによって、たとえばインゴット32� ��してシリコンインゴットを用いた場合に、� ��陽光発電セルの製造工程におけるウェハの� ��れ、欠け不良を大幅に低減できるという効� ��を有する。

実施の形態3.
 上述した実施の形態1,2において、ワイヤ11� �浮き上がりを防止するワイヤ浮き上がり規� �部材42を、ワイヤガイドローラ14a,14b,41に形� �されたガイド溝15,43と同一のピッチの溝を円 筒面に設けた円筒形状の回転体としてもよい 。

 この実施の形態3によれば、ワイヤ浮き上 がり規制部材42の表面にガイド溝を形成する� ��とによって、何も形成しない円筒形状の回� ��体を形成する場合に比して、切断開始する� ��間のワイヤの横振れをさらに抑制でき、ウ� ��ハ端部の板厚ばらつきを一層小さくするこ� ��ができるという効果を有する。

 以下に、上述した実施の形態1~3のマルチ� ��イヤソー10でインゴットを切断した場合の� �果について説明する。実施の形態1~3のワイ� �浮き上がり規制部材42を備えるマルチワイヤ ソー10と、ワイヤ浮き上がり規制部材42を有� �ないマルチワイヤソー10と、を用いて、それ ぞれ3回切断実験を行った。切断条件は、下� �に示す条件で行った。

<切断条件>
切断装置:マルチワイヤソー(装置構成は図1に 示すとおりである)
ワイヤ直径:0.1mm(JFEスチール社製、型式SRH)
砥粒:炭化ケイ素(フジミインコーポレーテッ� ��社製、GC#1500、平均粒子径約8μm)
シリコンインゴット:口径150mm角、長さ250mmの� ��結晶シリコンを2個配置
切断ピッチ:0.33mm(切断代0.13mm、ウェハ厚さ0.2m m)
切断速度:0.35mm/分(インゴット送り速度)
ワイヤ走行速度:600m/分
ワイヤ張力:14N
スラリタンク温度設定:25℃ 

 また、スラリとして、グリセリンが40質� �%であり、水が56質量%であり、水酸化ナトリ� ��ムが4質量%である混合液を作製した後、同� �質量の砥粒(SiC砥粒)を加えて撹拌して作製し たものを用いた。スラリの粘度は、ずり速度 57.6[1/秒]、スラリ温度25℃において、50~130mPa� �sとなるようにした。この粘度範囲は予備実� ��において、シリコンインゴットをマルチワ� ��ヤソー10と、砥粒を混合した水系スラリを� �いて切断するに際して適正な粘度範囲とし� �求めたものである。

 各条件でシリコンインゴットを切断した� ��、各条件の中の最も切断状態が悪い回にお� ��て切断した2個のシリコンインゴットの両端 部と中央部の計6箇所からウェハを各10枚抜き 取り、それぞれのウェハの切断開始端から5mm の地点のウェハ板厚をワイヤ走行方向に3箇� �測定した。そして、板厚の範囲を求めて、� �厚ばらつきとした。また、その際のワイヤ11 のガイド溝15,43からの離脱についてもカウン� ��した。表1に、この実験結果を示す。

 表1に示されるように、ワイヤ浮き上がり 規制部材42がないマルチワイヤソー10で切断� �行った場合には、3回の切断実験のいずれも� ��イヤガイドローラ14a,14b,41のガイド溝15,43か� ��のワイヤ離脱が見られた。最も状態の悪い� ��で数十箇所のワイヤ離脱があった。また、� ��イヤ11の離脱がない部分からウェハを抜き� �りウェハ端部の板厚を測定した結果、±50μm� ��板厚ばらつきが認められた。なお、ワイヤ� ��脱はワイヤガイドローラ41で多く発生した� �これは、ワイヤ11が折り返す2つのワイヤガ� �ドローラ14a,14bに比べて、ワイヤガイドロー� ��41へのワイヤ11の巻き付け角が小さく、ワイ ヤガイドローラ41がワイヤ11を摩擦保持する� �が小さいためであると考えられる。

 一方、実施の形態1~3で示した構成を有す� ��ワイヤ浮き上がり規制部材42を有するマル� �ワイヤソー10で切断を行った場合には、いず れもワイヤガイドローラ14a,14b,41からのワイ� �離脱が無く、ウェハ端部の板厚ばらつきも� �さかった。さらに、実施の形態1,2,3の順に、 ウェハ端部の板厚ばらつきが小さくなってい くことが確認された。