(57)【要約】【課題】インゴットの切断において、インゴットの微動を抑制し、チッピングの発生を抑制することが可能なインゴット切断装置を提供する。【解決手段】ブレードをインゴットに対して相対的に上方から下方に送り出すことによって切断するインゴット切断装置であって、切断テーブルのＶ字形状の溝に載置されたインゴットを上方から押さえつける胴体上部保持具を具備し、Ｖ字形状の溝に設けられた収納穴に配置され、昇降動可能なシャフトと、シャフトの上端に配置され、シャフトが上昇することでインゴットの外周面に下方から密着可能な先端部と、シャフトを固定可能なシャフトロック部を有する胴体下部保持具を複数具備し、胴体上部保持具によりインゴットを上方から押さえつけるとともに、複数の胴体下部保持具のそれぞれの先端部をインゴットの外周面に下方から密着させシャフトを固定することでインゴットを固定しながら切断するインゴット切断装置。【選択図】  図１
2018117034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面にＶ字形状の溝を有し、該溝にインゴットが水平に載置される切断テーブルと、前記インゴットを切断するためのブレードとを具備し、前記ブレードを前記インゴットに対して相対的に上方から下方に送り出すことによって前記インゴットを切断するインゴット切断装置であって、
前記Ｖ字形状の溝に載置された前記インゴットを上方から押さえつける胴体上部保持具を具備し、さらに、
前記Ｖ字形状の溝に設けられた収納穴に配置され、該収納穴の深さ方向に昇降動可能なシャフトと、該シャフトの上端に配置され、前記シャフトが上昇することで前記溝に載置された前記インゴットの外周面に下方から密着可能な先端部と、前記シャフトを固定可能なシャフトロック部とを有する胴体下部保持具を複数具備し、
前記胴体上部保持具により前記溝に載置された前記インゴットを上方から押さえつけるとともに、前記複数の胴体下部保持具のそれぞれの先端部を前記溝に載置された前記インゴットの外周面に下方から密着させ前記シャフトを固定することで、前記インゴットを固定しながら、前記インゴットを前記ブレードで切断するものであることを特徴とするインゴット切断装置。
【請求項２】
前記シャフトはエアー圧力で昇降動可能なものであり、前記シャフトロック部は油圧による弾性変形により前記シャフトを接触固定可能なものであることを特徴とする請求項１に記載のインゴット切断装置。
【請求項３】
前記胴体下部保持具は、前記インゴットの切断位置から２０ｍｍ以上４５０ｍｍ以下の範囲に複数設けられたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインゴット切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インゴット切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に示すように、チョクラルスキー法（ＣＺ法）などによって製造されたシリコンインゴット５０は、円柱状の胴体部５１にコーン状の端部（トップ部５２及びテイル部５３）を有している。一般に、シリコンインゴットの加工においては、図６（ａ）のように、円筒研削装置等により所定の直径になるよう胴体部５１の外周面が研削された後、図６（ｂ）のように、コーン状の端部（トップ部５２及びテイル部５３）を切り離し円柱状の胴体部５１のみとし、胴体部５１を必要に応じて複数のブロックに切断する。次いで、ブロックをウェーハとするための加工を行う。
【０００３】
インゴットのコーン状の端部の切断加工や胴体部を複数のブロックに切断加工する場合には、内周刃スライサー、外周刃スライサーなどが用いられ、この他に、近年のウェーハの大直径化に伴ってバンドソーも多く使用されるようになってきた。一般的なバンドソー切断装置では、例えば、特許文献１に記載されているように、プーリー間に張設されたエンドレスベルト状のブレードを走行させながら、切断テーブル上に載置したインゴットに対して切込み送りすることで、インゴットを切断することができる。より具体的には、図７（ａ）に示すようなインゴット切断装置１０１において、切断テーブル１０２のＶ字形状の溝１０３にインゴットＷを載置し、ブレード１０４をインゴットＷに対して相対的に移動させて切り込み送りすることでインゴットＷを切断することができる。また、このとき、胴体上部保持具１０５によって、インゴットＷを上方から押さえつけて保持してから切断してもよい。
【０００４】
また、シリコンインゴットの切断においては、コーン状の端部を切り離して円柱状の胴体部のみとし、胴体部を必要に応じて複数のブロックに切断した後に、円筒研削装置等により所定の直径になるよう外周面を研削することもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５４３４６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０４１１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２６７９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５に見られるように、外周面を研削する前にコーン状の端部を切り離して円柱状の胴体部のみとし、胴体部を必要に応じて複数のブロックに切断する場合などには、インゴットの外周面は凹凸形状を有している。よって、図７（ａ）のＺ方向から見た断面図である図７（ｂ）に示すように、外周面が凹凸形状のインゴットＷをＶ字形状の溝１０３に載置する場合、溝１０３の表面とインゴットＷの胴体部の外周面が接触していない部分が多く発生する。このような場合、胴体上部保持具１０５によりインゴットＷの胴体部を保持された状態にて、ブレード１０４により切断が開始されるものの、切断完了間際に、切り出される胴体部Ｗ１、及び切り残される胴体部Ｗ２が微動してしまう。その他にも、ウェーハの大直径化に対応した、インゴットの大直径化及び高重量化が原因で微動が発生しやすくなっていた。過去の経験上、切り出される胴体部Ｗ１、及び切り残される胴体部Ｗ２の少なくとも一方が０．１ｍｍ以上微動すると１ｍｍを超える大きなチッピング（カケ）が発生してしまい、製品歩留まりが低下してしまうという問題があった。
【０００７】
例えば、特許文献２、３にチッピングの発生を抑制するための切断技術が開示されている。特許文献２の技術は、切り出される胴体部と、切り残される胴体部の下部にそれぞれ硬度が異なる緩衝材（ウレタン樹脂）を設置する技術である。切り出される胴体部と切り残される胴体部の重量は、それぞれの長さによって異なる。また、切り出される胴体部と切り残される胴体部の長さが同じでも、大口径になるほど切り出される胴体部と切り残される胴体部の重量差が大きくなる。すなわち、一定の硬度の緩衝材では、切り出される胴体部と切り残される胴体部のそれぞれの重量により緩衝量（沈み込む量）が刻々変化することになるため、結果として切断完了間際に切り出される胴体部及び切り残される胴体部が微動してしまう。
【０００８】
また、特許文献３では、Ｖプロセスパッド内に粉粒体を封入し、外周面が凹凸形状のインゴットを切断機のＶプロセスパッドに載置し、Ｖプロセスパッド内のエアーを外部に排出することで粉粒体を硬化させる技術である。この技術では、エアーを外部に排出する事で粉粒体を硬化させているが、粉粒体自体が結合・融着により硬化していない。従って、大口径、高重量のインゴットにおいては、切断完了間際に切り出される胴体部及び切り残される胴体部の０．１ｍｍ程度の微動が容易に発生してしまう。
【０００９】
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、インゴットの切断において、インゴットの微動を抑制し、チッピングの発生を抑制することが可能なインゴット切断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、上面にＶ字形状の溝を有し、該溝にインゴットが水平に載置される切断テーブルと、前記インゴットを切断するためのブレードとを具備し、前記ブレードを前記インゴットに対して相対的に上方から下方に送り出すことによって前記インゴットを切断するインゴット切断装置であって、前記Ｖ字形状の溝に載置された前記インゴットを上方から押さえつける胴体上部保持具を具備し、さらに、前記Ｖ字形状の溝に設けられた収納穴に配置され、該収納穴の深さ方向に昇降動可能なシャフトと、該シャフトの上端に配置され、前記シャフトが上昇することで前記溝に載置された前記インゴットの外周面に下方から密着可能な先端部と、前記シャフトを固定可能なシャフトロック部とを有する胴体下部保持具を複数具備し、前記胴体上部保持具により前記溝に載置された前記インゴットを上方から押さえつけるとともに、前記複数の胴体下部保持具のそれぞれの先端部を前記溝に載置された前記インゴットの外周面に下方から密着させ前記シャフトを固定することで、前記インゴットを固定しながら、前記インゴットを前記ブレードで切断するものであることを特徴とするインゴット切断装置を提供する。
【００１１】
このように、インゴットを上方から押さえつける胴体上部保持具とともに、複数の胴体下部保持具の先端部をインゴットに下方から密着させてシャフトを固定することで、切断完了間際に切り出される胴体部及び切り残される胴体部の微動を抑制でき、チッピングや切断面の段差の発生を抑制できる。特に、インゴットの外周面が例えば凹凸形状などであっても、複数の胴体下部保持具により外周形状に応じてインゴットを確実に固定することができるし、高重量、大直径のインゴットであっても確実に固定できる。以上より、本発明のインゴット切断装置であれば、製品歩留まりの低下を抑制することができる。
【００１２】
このとき、前記シャフトはエアー圧力で昇降動可能なものであり、前記シャフトロック部は油圧による弾性変形により前記シャフトを接触固定可能なものであることが好ましい。
【００１３】
本発明において、胴体下部保持具はこのような構成とすることができ、エアー圧力により容易に昇降動を制御でき、油圧によって強固にシャフトを固定することができる。
【００１４】
またこのとき、前記胴体下部保持具は、前記インゴットの切断位置から２０ｍｍ以上４５０ｍｍ以下の範囲に複数設けられたものであることが好ましい。
【００１５】
胴体下部保持具の位置は切断位置に近いほど効果的にインゴットの微動を抑制ができるが、胴体下部保持具がインゴットの切断位置から２０ｍｍ以上離れた位置に設置されていれば、胴体下部保持具とブレードとの接触を確実に防止できる。また、胴体下部保持具が切断位置から４５０ｍｍ以下の距離に設置されていれば、インゴットの微動を十分に抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のインゴット切断装置であれば、インゴットの切断において、インゴットの微動を抑制し、チッピングや切断面の段差の発生を抑制することができる。その結果、切断不良が減少するとともに、安定した製品の品質を保つことができ、製品歩留まりの低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のインゴット切断装置の一例を示した概略図であり、（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。
【図２】本発明のインゴット切断装置における胴体下部保持具の一例を示した概略図である。
【図３】図１（ａ）のＺ方向から見た断面図である。
【図４】本発明のインゴット切断装置における胴体下部保持具の設置間隔の一例を示す図である。
【図５】一般的なシリコンインゴットの概略図である。
【図６】（ａ）は円筒研削後のシリコンインゴットの概略図であり、（ｂ）は切断後のシリコンインゴットの概略図である。
【図７】従来のインゴット切断装置の一例を示した概略図であり、（ａ）正面図、（ｂ）Ｚ方向から見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１９】
上記のように、従来のインゴット切断装置では、切断完了間際に切り出される胴体部及び切り残される胴体部が微動してしまい、これによりチッピングが発生し、製品歩留まりが低下してしまうという問題があった。例えば、チョクラルスキー法（ＣＺ法）等により引き上げられたアズグロンインゴットのように外周面が凹凸形状のインゴットの切断などで、上記胴体部の微動が発生してしまっていた。
【００２０】
そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、インゴットを上方から胴体上部保持具で押さえつけるとともに、複数の胴体下部保持具を下方から密着させて固定することで、インゴットの外周面の形状に関わらず、胴体部の微動を抑制できることに想到し、本発明を完成させた。以下、本発明のインゴット切断装置の構成をより具体的に説明をする。
【００２１】
図１は本発明のインゴット切断装置１の一例を示した概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図１のように、本発明のインゴット切断装置１は、上面にＶ字形状の溝３を有し、該溝３にインゴットＷが水平に載置される切断テーブル２と、インゴットＷを切断するためのブレード４とを具備している。このインゴット切断装置１ではブレード４をインゴットＷに対して相対的に上方から下方に送り出すことによってインゴットＷを切断する。この場合、インゴットＷ及び切断テーブル２をブレード４に向かって上昇させてもよいし、ブレード４をインゴットＷ及び切断テーブル２に向かって下降させてもよい。また、ブレード４としてはバンドソーなどを用いればよいが、本発明はこれには限定されず、外周刃切断装置、内周刃切断装置等にも適用できる。また、切断されるインゴットとしては、シリコン単結晶が挙げられるが、本発明で切断されるインゴットはこれに限定されず、ＧａＰ、ＧａＡｓを始めとした化合物単結晶、酸化物、窒化物等の結晶、その他の精密切断が必要なインゴットに適用できる。
【００２２】
また、本発明のインゴット切断装置１は、Ｖ字形状の溝３に載置されたインゴットＷを上方から押さえつける胴体上部保持具５を具備する。さらに、本発明のインゴット切断装置１は、図１（ａ）のように、切断テーブル２のＶ字形状の溝３に設けられた収納穴１０に、図２のような、収納穴１０の深さ方向に昇降動可能なシャフト７と、該シャフト７の上端に配置され、シャフト７が上昇することで溝３に載置されたインゴットＷの外周面に下方から密着可能な先端部８と、シャフト７を固定可能なシャフトロック部９とを有する胴体下部保持具６を複数具備する。複数の胴体下部保持具６は、図１（ａ）のように、Ｖ字形状の溝３の二つの斜面の両方に配置されていてもよい。また、インゴットＷに接触する先端部８は、インゴットＷを傷つけたり、汚染したりしない素材であることが好ましく、例えば、樹脂製であることが好ましい。
【００２３】
図１（ａ）のＺ方向から見た断面図である図３に示すように、このような本発明のインゴット切断装置１は、胴体上部保持具５により溝３に載置されたインゴットＷを上方から押さえつけるとともに、複数の胴体下部保持具６のそれぞれの先端部８を溝３に載置されたインゴットＷの外周面に下方から密着させ、シャフト７をシャフトロック部９により固定することで、インゴットＷを固定しながら、インゴットＷをブレード４で切断する。インゴットＷの固定は、胴体上部保持具５によりインゴットＷを上方から押さえつけた後に、複数の胴体下部保持具６のそれぞれの先端部８をインゴットＷの外周面に下方から密着させればよい。なお、図３は、図１（ａ）のＺ方向から見た断面図であるので、インゴットＷとＶ字形状の溝３の接触面の一方のみを図示しているが、切断時には、図示したものとは逆側の接触面においてもインゴットＷの外周面と先端部８とが密着している。
【００２４】
このように、インゴットＷを上方から押さえつける胴体上部保持具５とともに、複数の胴体下部保持具６の先端部８をインゴットＷに下方から密着させてシャフト７を固定することで、インゴットＷを溝３により安定した状態で載置することができるため、切断完了間際に、切り出される胴体部Ｗ１及び切り残される胴体部Ｗ２を微動させることなく切断を完了でき、チッピングや切断面の段差の発生を抑制できる。また、特に、図３のようにインゴットＷの外周面が凹凸形状などであっても、複数の胴体下部保持具６により外周形状に応じてインゴットを確実に固定することができるし、高重量、大直径のインゴットであっても確実に固定できる。その結果、本発明のインゴット切断装置１であれば、製品歩留まりの低下を抑制することができる。
【００２５】
また、図２のように、シャフト７はエアー圧力で昇降動可能なものであり、シャフトロック部９は油圧による弾性変形によりシャフト７を接触固定可能なものであることが好ましい。このようにすれば、エアー圧力により容易に昇降動を制御でき、油圧によってより強固にシャフトをロックすることができる。なお、シャフトロック部９は油圧により弾性変形させるため、弾性変形部に真鍮などを使用することが望ましく、シャフト７はシャフトロック部９で固定されるため、炭素鋼、ステンレスなどの高強度の素材を使用することが望ましい。また、例えば、エアー圧力によるシャフト７の昇降動にはエアシリンダーなどを利用することができる。
【００２６】
また、胴体下部保持具６の設置個数に応じてエアー圧力を調整することが望ましい。特に、インゴットＷの切り出される胴体部Ｗ１に先端部８を密着させるためのシャフト上昇力は、複数の胴体下部保持具６全体で、切り出される胴体部Ｗ１の重量の約５分の１となるようなエアー圧力とすると、微動の抑制効果がより向上する。
【００２７】
また、胴体下部保持具６は、インゴットＷの切断位置から２０ｍｍ以上４５０ｍｍ以下の範囲に複数設けられたものであることが好ましい。胴体下部保持具６は切断位置に近いほど効果的にインゴットＷの微動を抑制ができるが、胴体下部保持具６がインゴットＷの切断位置から２０ｍｍ以上離れた位置に設置されていれば、胴体下部保持具６とブレード４との接触を確実に防止できる。また、胴体下部保持具６が切断位置から４５０ｍｍ以下の距離に設置されていれば、インゴットＷの微動を十分に抑制できる。また、図４のように、ブレード４を中心に切り出される胴体部Ｗ１と切り残される胴体部Ｗ２の両側に、胴体下部保持具６とブレード４の間隔を２０ｍｍ程度とし、胴体下部保持具６同士の間隔はブレード４（切断位置）から４５０ｍｍ以内の位置まで、１００ｍｍ程度の間隔で設置することが好ましい。このような間隔で胴体下部保持具６を配置すれば、インゴットＷの微動の抑制効果が一層向上する。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００２９】
（実施例）
本発明のインゴット切断装置を用いて、シリコン単結晶インゴットを切断し、１ｍｍを超える大きなチッピングの発生率を算出した。
【００３０】
より具体的には、胴体下部保持具を切り出される側のＶ字形状の切断テーブルにブレード（バンドソー）から２０ｍｍ、１２０ｍｍ、２２０ｍｍ、３２０ｍｍ、４２０ｍｍ離れた位置に各２ヶ、合計１０ヶ設置し、また、切り残される側のＶ字形状の切断テーブルに、上記切り出される側と同様な位置、個数の胴体下部保持具を設置した。そして、切り出されるブロック長さが最大４５０ｍｍになるように、直径２００ｍｍ、外周面が凹凸形状のシリコン単結晶インゴットから、２００ブロックを切断した。切断時には、胴体上部保持具により溝に載置された前記インゴットを上方から押さえつけるとともに、複数の胴体下部保持具のそれぞれの先端部をインゴットの外周面に下方から密着させてからシャフトを固定することで、インゴットを固定した。
【００３１】
なお、切り出されるブロック側の胴体下部保持具のシャフト上昇力の合計は、切り出されるブロックの重量より大きくならないように設定した。具体的には、下記の表１の通り、切り出されるブロックの長さに応じた胴体下部保持具１ヶあたりの最大支持重量を算出し、胴体下部保持具１ヶあたりの最大支持重量が、算出した最大支持重量の中で最も小さい値であった３．２９ｋｇとなるようにエアー圧力を調整した。また、切り残されるブロック側の胴体下部保持具１ヶあたりのシャフト上昇力は、切り出されるブロック側の胴体下部保持具シャフト上昇力と同じ３．２９ｋｇとなるようにエアー圧力を調整した。
【００３２】
【表１】
2018117034.tif 000003
【００３３】
（比較例）
胴体下部保持具を設置せずに、緩衝材としてＶ字形状の溝にウレタンゴムを貼り合わせた従来のインゴット切断装置を用いてインゴットを切断したこと以外、実施例と同様な条件で、インゴットの切断及びチッピングの発生率の算出を行った。
【００３４】
その結果、実施例では、１ｍｍを超える大きなチッピングは２００ブロックの内、５ブロックにしか発生せず、チッピングの発生率は２．５％となり、比較例と比べてチッピングの発生が激減した。即ち、製品の歩留まりを大幅に向上させることができるという結果となった。一方で、比較例では、１ｍｍを超える大きなチッピングが２００ブロックの内、１９５ブロックで発生し、チッピングの発生率は９７．５％であった。このように、比較例では、実施例に比較して製品歩留まりが大幅に悪化する結果となった。
【００３５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３６】
１…インゴット切断装置、  ２…切断テーブル、  ３…Ｖ字形状の溝、
４…ブレード、  ５…胴体上部保持具、  ６…胴体下部保持具、
７…シャフト、  ８…先端部、  ９…シャフトロック部、  １０…収納穴、
Ｗ…インゴット、  Ｗ１…切り出される胴体部、  Ｗ２…切り残される胴体部。
【図１】
2018117034.tif 000004
【図２】
2018117034.tif 000005
【図３】
2018117034.tif 000006
【図４】
2018117034.tif 000007
【図５】
2018117034.tif 000008
【図６】
2018117034.tif 000009
【図７】
2018117034.tif 000010