成果報告書詳細
管理番号20160000000130
タイトル平成22年度ー平成26年度成果報告書 「太陽エネルギー技術研究開発/太陽光発電システム次世代高性能技術の開発/マルチワイヤーソーによるシリコンウエハ切断技術の研究開発」
公開日2016/5/24
報告書年度2010 - 2014
委託先名株式会社コベルコ科研
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約太陽電池に使用される多結晶および単結晶シリコンインゴットをマルチワイヤーソーを用いてウエハに切断する工程でのコストダウンを目的に、ピアノ線に樹脂を均一にコーティングしたソーワイヤ(Rワイヤ)とダイヤ遊離砥粒を組合わせた新規の切断技術の開発を実施した。開発に当たり、ウエハ厚み0.13mm、ウエハ表面粗さ0.5μm以下、ダメージ層深さ5μm未満、カーフロス120μm未満、切断速度0.3mm/min以上、ピアノ線に比較したワイヤ寿命2倍以上を個別の目標値に設定し、これらを総合して従来のGC砥粒を用いた遊離砥粒方式に比較して切断変動費を15%以上削減することを開発の目標とした。最終的に目標値は全て達成するに至った。開発項目の内、最も重要視したのは切断条件の最適化である。特に砥粒径、砥粒濃度、およびRワイヤの樹脂厚みの最適化に多くの時間を費やした。またスラリー(砥粒と加工油を混合したもの)を供給するノズルの形状および設置位置の最適化にも注力し、最終的にこれらの最適化を全て達成した。またシリコンインゴットを固定する基材の切断条件の確立にも多大な時間を費やした。加えて、スラリー中の切粉量あるいは水分量の制御技術の確立、シリコンインゴットを基材に固定する接着剤の選定などにも取組み、目標通りの成果を上げるに至った。切断条件の最適化に並行して、Rワイヤの切断メカニズムの解析、切断実験で得られたウエハのダメージ層深さの評価、あるいはウエハ表面の有機および金属汚染の調査等を実施し、本開発技術がこれまでにない多くの特徴を有していることを実証した。開発成果は学会発表21件、特許出願4件(日本)、新聞発表1件と積極的に公表している。開発成果に基づき切断変動費の試算をユーザと連携して実施し、多結晶シリココンインゴットの切断では従来のの遊離砥粒方式に比較して15%以上のコストダウン効果があることを確認することができた。残念ながら単結晶シリコンインゴットの切断では切断方式が固定砥粒方式に移行しており、固定砥粒ワイヤの価格が大幅に下落した影響で、ほぼ同等のコストとの試算結果となった。このため事業化は多結晶を中心に活動することとしている。得られた開発成果を基にRワイヤの製造販売事業を展開する計画である。ユーザにサンプルウエハを提供しており、評価が進行している。次の段階ではユーザにRワイヤを供給し、ユーザにて量産技術の開発およびさらなるコストダウンを実施いただく予定である。現時点での見通しでは平成29年度下期頃からの本格的なRワイヤ事業の立ち上がりを予想している。会社にとって新規の事業が立ち上がることとなり、関係者の期待も大きい。本開発技術は本来の目的である太陽電池用シリコンインゴットの切断のほか、半導体用単結晶シリコンインゴット、あるいは炭化ケイ素単結晶インゴットの切断にも適用可能性が検討されている。特に炭化ケイ素単結晶インゴットの切断ではこれまでにない低ダメージが実現されており、今後の展開が期待される。
英文要約Title : High performance PV generation system for the future. Development of a new slicing technology of Si wafers by multi wire saw system. (FY2010-FY2014) Final Report

The target of this development is to achieve more than 15% cost reduction of valuable cost in Si wafer slicing process compared with conventional GC (green carborundum) loose slicing method. Combination of resin coated steel wire (R-wire) and diamond loose abrasives is employed in this development. At the beginning, we set goals of several factors, thickness of wafer is less than 0.13mm, surface roughness of wafers is less than 0.5μm, depth of damaged layer is less than 5μm, kerf loss is less than 120μm, slicing speed is more than 0.3mm/min, and wire life is more than 2 times longer compared with piano wire of conventional GC loose slicing method. These goals were expected to realize the final target, 15% cost reduction. Finally, all goals and the final target are completed. The most important and tough subject to complete the final target was to optimize slicing conditions such as abrasive size, abrasive density, and thickness of resin of R-wire. To optimize slurry nozzle design was also an important work. We spent much time to the optimization and finally completed it. To select proper adhesive and base plate material were also important works. To control sliced Si chips content and water content of slurry were necessary to maintain the slicing in good condition. To analyze slicing mechanism of R-wire was effective to complete the optimization. We made clear the advantages of R-wire slicing method by evaluations of depth of damaged layer, organic contamination, and metal element contamination of sliced wafers. We made effort to open our activities and had fruitful discussions with specialists of slicing and PV fields. We made 21 oral and paper presentations and filed 4 patents in Japan. We evaluate cost reduction value with some PV manufacturers and confirm more than 15% cost reduction of valuables cost in Si slicing process compared with conventional GC loose slicing method in both single and milt crystal Si slicing. Recently, single crystal Si is sliced by fixed diamond method using so called diamond wire, and the cost evaluation shows almost the same value of R-wire method. We make a plan to supply R-wire to multi crystal Si PV manufacturers. We expect a big volume business in 4th quarter of fiscal 2016. R-wire is also expected in semiconductor Si wafer and SiC wafer industry as a low damage and low cost slicing technology and the evaluation has started.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る