(57)【要約】【課題】  切り終わり箇所のクラック，欠けの発生を低減できる被加工物の切断方法を提供すること。【解決手段】  被加工物１に対して走行する切断刃を切り始め時に被加工物１の上面に入れて、切り終り時に被加工物１の下面１ｄから切断刃２を出す加工工程を有する被加工物１の切断方法とし、前記加工工程は、被加工物１の下面１ｄにおける切断部位５を除く一部を、互いに離れて配設された複数の台座６の上に置き、切断部位５を隣接する２つの台座６の間に位置させるとともに、当て部材４を被加工物１の下面１ｄの切断部位５を含む領域に配設した状態で、切断刃２によって当て部材４を切る工程を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に対して走行する切断刃を切り始め時に前記被加工物の上面に入れて、切り終り時に前記被加工物の下面から前記切断刃を出す加工工程を有する被加工物の切断方法であって、
前記加工工程は、前記被加工物の前記下面における切断部位を除く一部を、互いに離れて配設された複数の台座の上に置き、前記切断部位を隣接する２つの前記台座の間に位置させるとともに、当て部材を前記被加工物の前記下面の前記切断部位を含む領域に配設した状態で、前記切断刃によって前記当て部材を切る工程を含む、被加工物の切断方法。
【請求項２】
複数の前記台座の高さは前記当て部材の高さ以上である請求項１に記載の被加工物の切断方法。
【請求項３】
前記当て部材の硬度は被加工物の硬度と同等以下である請求項１または２に記載の被加工物の切断方法。
【請求項４】
前記当て部材と前記被加工物の前記下面との間に接着剤層が介在している請求項１乃至３のいずれかに記載の被加工物の切断方法。
【請求項５】
前記当て部材が接着剤である請求項１乃至３のいずれかに記載の被加工物の切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体インゴットなどの被加工物の切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から太陽電池素子を構成する半導体基板の１つとして多結晶シリコン基板が用いられている。一般に、多結晶シリコン基板は、鋳造方法によって作製されたシリコンのインゴットをバンドソーを用いた切断方法によってブロックを作製して、このブロックをワイヤソーを用いてスライスして製造される。
【０００３】
バンドソーを用いた切断方法では、まずインゴットの端部を除去して、さらにインゴットから所望の大きさのブロックに切り出してブロックを得る（例えば、下記の特許文献１を参照）。
【０００４】
バンドソーによるインゴットの切断前には、インゴットは台座の上に配置される。この台座には、バンドソーが台座に接触しないように、溝部が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−４６０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
バンドソーを用いてインゴットを所望の大きさのブロックに切り出す場合は、インゴットの形状によって、その端部における切断位置が変わる。このため、台座に設けられた溝部の幅を大きくする必要がある。しかし、溝部の幅を大きくすると、インゴットの切り終わりの直前において、切断刃の切断荷重によって、インゴットの下面における切断部位に応力が集中する。このため、切断部位の周囲にクラック，欠けが発生する可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、切り終わり箇所のクラック，欠けの発生を低減できる被加工物の切断方法を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る被加工物の切断方法は、被加工物に対して走行する切断刃を切り始め時に前記被加工物の上面に入れて、切り終り時に前記被加工物の下面から前記切断刃を出す加工工程を有する被加工物の切断方法であって、
前記加工工程は、前記被加工物の前記下面における切断部位を除く一部を、互いに離れて配設された複数の台座の上に置き、前記切断部位を隣接する２つの前記台座の間に位置させるとともに、当て部材を前記被加工物の前記下面の前記切断部位を含む領域に配設した状態で、前記切断刃によって前記当て部材を切る工程を含む。
【発明の効果】
【０００９】
上記の被加工物の切断方法によれば、被加工物における切り終わり箇所のクラック，欠けの発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る被加工物の切断方法を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る被加工物の切断方法に用いる当て部材の配置態様を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る被加工物の切断箇所を説明する図であり、（ａ）は切断前の被加工物の斜視図であり、（ｂ）は切断後の被加工物の分解斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の一実施形態に係る被加工物の切断工程における当て部材の配置態様を示す断面図であり、図１のＸＺ平面における断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の一実施形態に係る被加工物の切断工程における当て部材の配置態様を示す断面図であり、図１のＸＺ平面における断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の一実施形態に係る被加工物の切断状態を示す断面図であり、図１のＸＺ平面における断面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ実施例に係る被加工物の切断状態を示す断面図であり、図１のＸＺ平面における断面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ比較例に係る被加工物の切断状態を示す断面図であり、図１のＸＺ平面における断面図である。
【図９】実施例および比較例に係る被加工物の切断箇所を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る被加工物の切断方法の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面は模式的に示したものであるので、図示されている各構成要素のサイズおよび位置関係等は適宜変更できる。また、図１には図面視上方向を＋Ｚ方向とする右手系のＸＹＺ座標系が付されている。
【００１２】
半導体インゴットの一例として、太陽電池用半導体基板を作製するのに適したシリコンのインゴットを使用する例について説明する。
【００１３】
＜半導体インゴットの作製方法＞
インゴットは鋳造方法によって作製される。鋳造方法は、シリコンの融液を準備する工程と、鋳型内にシリコンの融液が入っている状態にする工程と、この融液を凝固させる工程とを備えている。
【００１４】
まず、シリコン融液を準備する工程について説明する。坩堝の内部に所定量のシリコン材料とドーパント源とを保持する。なお、ドーパント源はｐ型シリコンを作製する場合にはホウ素を使用し、ｎ型シリコンを作製する場合にはリンを使用する。そして、坩堝加熱手段によって、シリコン材料とドーパント源とを溶融して、溶融混合物つまりドーパント源を含有したシリコン融液を作製する。
【００１５】
次に、複数の内壁面を有し、これら複数の内壁面で囲まれた上部に開口を有する鋳型内にシリコンの融液が入っている状態にする工程について説明する。所定の温度に調整したシリコンの融液が入れられた坩堝から、融液を予め加熱されていた鋳型に注湯する。なお、鋳型は９ｋＰａ以上１２ｋＰａ以下に減圧したアルゴン（Ａｒ）雰囲気中に置かれる。また、鋳型はシリコンの融点と同程度か若干低い温度、例えば、融点を数十℃から数百℃程度下回る温度となるまで加熱されていればよい。
【００１６】
次に、鋳型内の融液を凝固させる工程について説明する。この凝固工程は、融液を鋳型加熱手段によって上部から加熱しつつ、冷却手段によって下方から冷却する。これにより、鋳型の底部から上部にかけて正の温度勾配を付けて、底部から上部への一方向に向かって、順次、融液を凝固させることができる。
【００１７】
このような凝固工程を経て、融液が完全に凝固し冷却することでシリコンのインゴット
が作製できる。このとき、鋳型から取り出したインゴットの側面部および底部の表面は、離型材および鋳型形状の影響によって、凹凸形状を有している。
【００１８】
＜バンドソーによる半導体インゴットの切断方法＞
次に、バンドソーを用いたインゴットの切断方法について説明する。図１に示すように、上記鋳造方法によって作製したインゴット１に対してバンドソーＳを用いて切断する。バンドソーＳは切断刃２およびプーリー３を備えている。切断刃２は、切断部側に刃部２ａを有するブレード２ｂから構成される。刃部２ａは、例えば、超硬工具または砥粒（ダイヤモンドまたはＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素））などが用いられる。また、ブレード２ｂは、例えば、ステンレス鋼または高張力鋼などの合金からなるエンドレスベルトが用いられる。ブレード２ｂを、２つのプーリー３の間に張設して、ブレード固定具で固定させる。その状態で、プーリー３の回転運動によって、ブレード２ｂを周回運動させながら下方へ移動させる。このようにして、バンドソーＳの下方に位置するインゴット１の上面１ｃにブレード２ｂの刃部２ａを押し当てて、インゴット１を切断していく。
【００１９】
なお、切断時のブレード２ｂの回転速度は１００ｍ／分以上１０００ｍ／分以下、ブレード２ｂの下降速度は１ｍｍ／分以上１５ｍｍ／分以下であることが好ましい。
【００２０】
本実施形態では、図６（ａ）に示すように、走行する切断刃２を切り始め時にインゴット１の上面１ｃに入れて、図６（ｂ）に示すように、切り終り時にインゴット１の下面１ｄから切断刃２を出す加工工程を有する。この加工工程は、インゴット１の下面１ｄにおける切断部位５を除く一部を、互いに離れて配設された複数の台座６の上に置く。なお、インゴット１の下面１ｄは、例えば、インゴット１の凝固開始面（底部）である。また、切断部位５を隣接する２つの台座６の間に位置させるとともに、当て部材４をインゴット１の下面１ｄの切断部位５を含む領域に配設した状態で、切断刃２によって当て部材４を切る工程を含む。なお、切断刃２はインゴット１に対して相対的に移動すればよい。また、当て部材４が切断される高さは、台座６の高さ以下に制御される。
【００２１】
インゴット１は、図２および図４（ａ）に示すように、切断部位５が台座６の間隙に位置するように台座６の上に配置される。インゴット１の下面１ｄと台座６との間には、例えば接着剤からなる接着層８を配置することによって、インゴット１が台座６に固定される。接着剤は、例えば硬化型接着剤が用いられる。硬化型接着剤は、例えば、硬化剤の質量１に対して主剤の質量を１〜２．５の比で混ぜて使用される２液性の接着剤が用いられる。ここで、主剤にはエポキシ樹脂またはアクリル樹脂等が用いられる。また、硬化剤にはポリアミド樹脂またはポリチオール樹脂等が用いられる。なお、接着層８を用いずに、クランプまたは真空吸着等を用いて、インゴット１を台座６に固定しても構わない。
【００２２】
また、図２に示すように、インゴット１の下面１ｄの切断部位５とその周辺、すなわち隣接する台座６の間には、当て部材４が配置される。なお、台座６および当て部材４の詳細については後述する。
【００２３】
次に、図３（ａ），（ｂ）を用いて、インゴット１の切断箇所について説明する。なお、図３（ａ）で図示されている一点鎖線は最初の切断箇所であり、この切断箇所は切断が進行するにつれて図示下方に下りていく。インゴット１の側面部１ｂは、不純物等を多く含み品質が比較的悪いため、端材として切断し除去される。そして、このような端材を除いたインゴット１を切断して、例えば１０ｃｍ角または１５ｃｍ角のブロック１ａが複数個形成される。例えば、１つのインゴット１から９本のブロック１ａを取り出す場合、まず、図３（ａ）に示すように、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の順番にインゴット１が切断される。次に、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の順番にインゴット１が切断される。これにより、図３（ｂ）に示すように、側面部１ｂが分離された形状の揃った複数のブロック１ａが切り
出される。
【００２４】
次に、台座６について詳細に説明する。複数の台座６は、例えば、一定の間隙を有してプレート７に固定される。台座６間の間隙には、インゴット１の切断部位５が位置していて、台座６の上面にインゴット１が固定された状態で配置される。ただし、台座６の態様は上記構造に限定されない。例えば、四角柱からなる部材に溝部を格子状に設けることによって、溝部で区切られた複数の台座６を配置してもよい。台座６およびプレート７は、例えば、ステンレス鋼、ガラスまたはアルミニウム合金等が用いられる。
【００２５】
図２に示す複数の台座６間の間隙の幅Ｗは、インゴット１から切り出すブロック１ａの大きさによって決まる。例えば、１５ｃｍ角のブロック１ａを切り出す場合には、２０ｍｍ以上６０ｍｍ以下が好ましい。複数の台座６間の間隙の幅Ｗは、例えば、２０ｍｍ以上７０ｍｍ以下が好ましい。上記範囲とすることによって、インゴット１の切断位置がずれることが低減される。また、インゴット１が少し移動した場合でも、切断刃２が台座６に接触して損傷することを低減できる。また、インゴット１と台座６との接触面積を十分に確保することができて、切断時に発生する応力等によってインゴット１がずれることを低減することができ、安定した信頼性の高い切断が実現される。
【００２６】
また、図４（ａ）に図示されている、接着層８を含めた複数の台座６の高さＤは、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましい。なお、台座６の高さＤとは、台座６の上面とプレート７の上面との距離であり、複数の台座６間の間隙のベース面から台座６の上面までの高さＤである。上記範囲とすることによって、切断刃２が当て部材４をすべて切断して、切断刃２がプレート７に接触して損傷することを低減することができる。また、インゴット１と台座６との接触面積を十分に確保することができて、切断時に発生する応力等によってインゴット１がずれることを低減でき、安定した切断が実現される。
【００２７】
次に、当て部材４について詳細に説明する。当て部材４は、図１を上方から平面視して複数の台座６の間隙に位置するインゴット１の切断部位５を含む周囲部位に配置される。当て部材４は、被加工物と同等以下の硬度を有することが好ましい。例えば、半導体シリコンのインゴット１のモース硬度が７であるため、当て部材４がブレード２ｂを損傷させないように、インゴット１よりも低いモース硬度を有する材料が好ましい。当て部材４は、例えば、接着剤からなる接着層８のみで構成されてもよい。当て部材４として接着剤のみとすることによって、切断終了後の当て部材４の除去は接着剤を剥がせばよいため、作業性を向上させることができる。また、当て部材４は、例えば、モース硬度が４以下のゴム等の樹脂、またはモース硬度が７のシリコン、またはモース硬度が６のガラス等の部材から構成されてもよい。また、図４（ｂ）に示すように、これらの当て部材４を接着層８を介してインゴット１に固定してもよい。当て部材４として上述した部材を用いることによって、切断刃２の使用回数を減少させずにインゴット１の切断を行うことができる。このとき、使用される接着剤は、インゴット１を台座１に固定するために使用される接着剤と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。
【００２８】
切断刃２の長手方向に対して鉛直方向における当て部材４の幅Ｔは、５ｍｍ以上で台座６の間隙の幅Ｗ以下の大きさが好ましい。当て部材４の幅Ｔを５ｍｍ以上にすることによって、インゴット１の下面１ｄの切断部位５が補強され、インゴット１の切断終了時にクラック，欠けの発生が低減される。
【００２９】
当て部材４の厚みは、台座６の高さＤの４０％以上で台座６の高さＤ以下が好ましい。上記範囲とすることによって、インゴット１の切断部位５に集中しやすい応力を十分に低減することができ、切断部位５におけるクラック，欠けの発生を低減することができる。
【００３０】
以上、本実施形態によれば、インゴット１からブロック１ａを切り出す場合に、台座６を切断することなく再利用することができて、切り終わり箇所のクラック，欠けの発生を低減することができる。切断刃２の切断荷重によって、切断中のインゴット１は内側に倒れこむ方向に応力がかかり、特にインゴット１の下面１ｄにおける切断部位５に集中して応力がかかる。しかしながら、本実施形態では、当て部材４を設けることによって、切断部位５に集中しやすい応力が低減される。これにより、切断部位５の周囲部位におけるクラック，欠けの発生を低減できる。
【００３１】
＜変形例＞
なお、本発明は上述の実施形態に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において種々の変更、改良等が可能である。
【００３２】
例えば、台座６は切断部位５の周囲部位を除く全ての領域に設けてもよい。また、インゴット１のブロック１ａとなる領域のみに設け、端材となるインゴット１の側面部１ｂの下面１ｄには設けないようにしてもよい。インゴット１の側面部１ｂの下面１ｄに台座６を設けた場合には、台座６間の間隙の幅Ｗが小さくなりやすく、切断刃２が台座６に接触して損傷する可能性があるが、インゴット１の側面部１ｂの下面１ｄに台座６を設けないことによって、上記問題を低減することができる。その際、インゴット１の側面部１ｂに隣接する切断部位５の周囲部位に当て部材４を設けてもよく、切断部位５の周囲部位におけるクラック，欠けの発生をより低減することができる。
【００３３】
また、当て部材４をインゴット１の全面に設けてもよい。また、その際に使用される当て部材４は、クランプや真空吸着等を用いて固定してもよく、接着剤をインゴット１側および台座６との接触面に設けて接着層８を形成して固定してもよい。
【００３４】
また、当て部材４は、例えば図４（ｃ）に示すように、当て部材４はインゴット１の下面１ｄおよびプレート７の上面に接着剤８を用いて固定されてもよい。この態様によっても上述した内容と同様の効果が得られる。
【００３５】
また、図５（ａ）に示すように、当て部材４の厚みを台座の高さＤ未満となるようにし、当て部材４はインゴット１の下面１ｄに接着剤を用いた接着層８にて固定し、さらに当て部材４とプレート７との間に間隙を設けていてもよい。この態様によっても上述した内容と同様の効果が得られる。
【００３６】
また、図５（ｂ）に示すように、当て部材４は接着剤を用いた接着層８のみで形成し、当て部材４とプレート７との間に間隙を設けていてもよい。この態様によっても上述した内容と同様の効果が得られる。
【００３７】
また、図５（ｃ）に示すように、当て部材４は接着剤を用いた接着層８のみで形成し、互いに離れて配設された台座６間において、インゴット１の下面１ｄからプレート７までの間隙を接着層で埋めてもよい。この態様によっても上述した内容と同様の効果が得られる。
【００３８】
また、本実施形態では、インゴット１の凝固開始面を下面１ｄとして台座６上に設けたが、インゴット１の側面部１ｂを台座６上に設けて、インゴット１の切断を行ってもよい。
【００３９】
さらに、当て部材４は、固定治具によってインゴット１の下面１ｄの切断部位５に配置されるように固定されてもよい。
【実施例】
【００４０】
上述した実施形態を具体化した実施例およびその比較例について説明する。参照図面は主に図１を基本とし実施例では図７（ａ），（ｂ）、比較例では図８（ａ），（ｂ）とする。バンドソーは、ブレード２ｂにステンレス鋼を採用し、刃部２ａにダイヤモンドを採用した切断刃を用いた。
【００４１】
被加工物であるシリコンのインゴットの切断条件は、切断時のブレードの回転数を６００ｍ／分、ブレードの下降速度を５ｍｍ／分とした。
【００４２】
また、台座６にはステンレス鋼を採用し、台座間の距離を４０ｍｍ、台座の高さを３０ｍｍとした。
【００４３】
＜実施例＞
当て部材４はシリコンを採用した。また、当て部材４の幅を２０ｍｍ、当て部材４の高さを３０ｍｍとした。そして、当て部材４および台座６は、インゴット１の下面に同一条件で同時に接着した。つまり、当て部材４と台座６との上に主剤としてエポキシ樹脂、硬化剤としてポリアミド樹脂を用いて、主剤：硬化剤の質量比を１．５：１で配合した硬化型接着剤を塗布し、当て部材４および台座６の上にインゴット１を配置した。インゴット１を配置した状態で台座６の下方から加熱して、インゴット１の上部から圧力を加えて接着した。
【００４４】
図７（ａ），（ｂ）に示すように、インゴット１の下面１ｄにおける切断部位を含む領域に当て部材４を設けた。そして、図９に示すように、インゴット１をまず一点鎖線で示す切断箇所Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５の順番で切断した後に、一点鎖線で示す切断箇所Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５の順番で切断した。これにより、１６本のブロックを切り出した。図７（ａ），（ｂ）は、切断箇所Ａ１で切断した後の切断箇所Ａ２を切断している様子を示している。
【００４５】
＜比較例＞
図８（ａ），（ｂ）に示すように、インゴット１の切断部位の周囲部位に当て部材を設けずに、図９の手順と同様に、切断箇所Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５の順番に切断して、次に、切断箇所Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５の順番でインゴット１を切断し、１６本のブロックを切り出した。
【００４６】
＜切断不良率＞
次に、実施例および比較例の条件でインゴット１を切断し、インゴット１を、下面１ｄが凝固開始面になるように台座６に配設した。そして、１００個のインゴット１切断した時のインゴット１の下面１ｄの切断部位におけるクラック，欠けの発生率を求めた。発生率は、１６００本のブロックのうちクラック，欠けが発生したブロックの本数を比率で示したものである。
【００４７】
その結果、実施例におけるインゴット１の切断終了時に、インゴット１の下面１ｄの切断部位に発生したインゴット１のクラック，欠けの不良率が、比較例に対して約６０％低減した。
【００４８】
これは、インゴット１の切断終了時にインゴット１の下面１ｄの切断部位の周囲部位に当て部材４を設けたことによって、応力の集中が低減しため、インゴット１のクラック，欠けの発生率が低減したと推察される。
【符号の説明】
【００４９】
１    ：インゴット
１ａ  ：ブロック
１ｂ  ：側面部
１ｃ  ：上面
１ｄ  ：下面
２    ：切断刃
２ａ  ：刃部
２ｂ  ：ブレード
３    ：プーリー
４    ：当て部材
５    ：切断部位
６    ：台座
７    ：プレート
８    ：接着層（接着剤）
Ｓ    ：バンドソー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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