(57)【要約】  太陽電池製造のためのインゴットの切断方法、並びにそのためのインゴット及び把持部に関して記載する。一例において、インゴットを切断する方法は、切断装置の把持部によってインゴットの部分を直接把持する工程を含む。インゴットを部分的に切断して、インゴットの未切断部分から突出する複数のウェハ部分を形成する。インゴットを更に切断し、未切断部分から複数のウェハ部分を分離して、複数の個別のウェハを提供する。
2015515751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インゴットを切断する方法であって、
切断装置の把持部によって前記インゴットの部分を直接把持する工程と、
前記インゴットを部分的に切断して、前記インゴットの未切断部分から突出する複数のウェハ部分を形成する工程と、
前記インゴットを更に切断し、前記未切断部分から前記複数のウェハ部分を分離して、複数の個別のウェハを提供する工程と、を含む、方法。
【請求項２】
前記インゴットの前記部分を把持する工程が、前記インゴットの中心軸に沿って配向された４つの主表面のうちの第１の主表面に沿って、前記インゴットの両端を把持することを含み、前記第１の主表面が残り３つの主表面のうちの２つ以上の表面とは異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記インゴットが、単結晶シリコンを含み、前記残り３つの主表面がそれぞれ、表面積を有する実質的に平らな部分を備え、前記第１の主表面が、前記残り３つの主表面の前記実質的に平らな部分の前記表面積のそれぞれ未満である表面積を有する実質的に平らな部分を備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記インゴットを更に切断する工程が、それぞれがほぼ同一の長さの４つの主端を備えるように前記複数の個別のウェハを形成することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記インゴットが多結晶シリコンを含み、前記４つの主表面が方形断面を形成し、前記第１の主表面が前記方形断面の短い側面である、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記インゴットを更に切断する工程が、それぞれがほぼ正方形を形成する４つの主端を備えるように前記複数の個別のウェハを形成することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記インゴットの前記部分を把持する工程が、前記インゴットの両端を把持し、前記インゴットの前記両端のそれぞれに形成された鍵穴に挿入することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記インゴットを更に切断して、前記未切断部分から前記複数のウェハ部分を分離する工程が、前記鍵穴を備える前記インゴットの部分から前記複数の個別のウェハを分離することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記鍵穴を備える前記インゴットの前記部分は、前記複数のウェハ部分の方向と平行で、約１０ｍｍの厚さ、または１０ｍｍより大きい厚さを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記インゴットを部分的に切断する工程及び更に切断する工程が、ダイヤモンドワイヤ切断及びスラリースライシングからなる群から選択される同一のワイヤ切断手法を使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記インゴットを部分的に切断する工程及び前記インゴットを更に切断する工程が、前記ワイヤ切断手法に対する前記把持部の移動に基づいて、相互にほぼ直交した状態で実行される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記更に切断する工程が、前記インゴットの長軸に沿う、前記ワイヤ切断手法に対する前記把持部の約１ピッチの動きに基づいて実行される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記インゴットを更に切断する工程が、ウェハ受容キャッチャによって前記複数のウェハ部分を支持して、前記複数の個別ウェハを前記ウェハキャッチャに直接提供することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記インゴットの前記未切断部分を再利用して、第２のインゴットを形成する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法により製造された太陽電池。
【請求項１６】
複数の太陽電池を製造するためのインゴットであって、
前記インゴットの中心軸に沿って配向された４つの主表面であって、第１の主表面が残り３つの主表面のうちの２つ以上の表面とは異なる、４つの主表面と、
前記４つの主表面に対してほぼ直交する一対の端部と、を備える、インゴット。
【請求項１７】
前記インゴットが単結晶シリコンを含み、前記残り３つの主表面がそれぞれ、表面積を有する実質的に平らな部分を備え、前記第１の主表面が、前記残り３つの主表面の前記実質的に平らな部分の前記表面積のそれぞれ未満である表面積を有する実質的に平らな部分を備える、請求項１６に記載のインゴット。
【請求項１８】
前記インゴットが多結晶シリコンを含み、前記４つの主表面が方形断面を形成し、前記第１の主表面が前記方形断面の短い側面である、請求項１６に記載のインゴット。
【請求項１９】
前記インゴットの前記両端のそれぞれに形成された鍵穴を更に備える、請求項１６に記載のインゴット。
【請求項２０】
前記鍵穴が、前記第１の主表面に近接して形成される、請求項１９に記載のインゴット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、再生可能エネルギーの分野に関し、とりわけ太陽電池製造におけるインゴットの切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハへのインゴットスライシング、例えばシリコンインゴットスライシングは、典型的に、インゴットにエポキシ接着された方形ビーム部品の使用を含む。スライシングプロセス中、ワイヤのこぎり加工物を使用してビームを固定する。スライシングの終了後、例えば多数ワイヤウェブがインゴットを完全にスライシングしてビームまで入った時、形成されたウェハをきれいに分離する必要がある。ビームからの分離は、形成されたウェハの最終的な端を保存するために慎重にしなければならない。ワイヤウェブのスライシング後、スライシングされたインゴットは、しばしば剥離及び事前洗浄道具に入れて、事前洗浄を行い、続いてエポキシ接着剤除去プロセスを行う。ビームは典型的に、スラリースライシングの場合にガラスからなり、ダイヤモンドワイヤスライシングの場合にはグラファイトまたは樹脂材料からなる。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】本発明の一実施形態による、太陽電池製造におけるインゴットの切断方法の操作を表すフローチャートである。
【０００４】
【図２Ａ】発明の一実施形態による、図１のフローチャートの操作１０２に対応する、太陽電池製造におけるインゴットの切断方法の操作を図示する。
【０００５】
【図２Ｂ】発明の一実施形態による、図１のフローチャートの操作１０４に対応する、太陽電池製造におけるインゴットの切断方法の操作を図示する。
【０００６】
【図２Ｃ】発明の一実施形態による、図１のフローチャートの操作１０６に対応する、太陽電池製造におけるインゴットの切断法の操作を図示する。
【０００７】
【図３】本発明の一実施形態による、単結晶シリコンインゴットの端面図である。
【０００８】
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、多結晶シリコンインゴットの端面図である。
【０００９】
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による、インゴットの端面図である。
【００１０】
【図５】本発明の一実施形態による、太陽電池製造におけるインゴットの切断方法を実行するように構成された、コンピュータシステムの一例のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書は、太陽電池製造におけるインゴットの切断方法、並びにそのためのインゴット及び把持部に関して記載する。以下の説明では、本発明の実施形態に関して完全な理解を提供するために、特定のインゴット鍵穴形状などの数多くの特定の詳細が記載される。これらの特定の詳細を使用することなく、本発明の実施形態を実践することができる点が、当業者には明らかとなるであろう。他の例では、本発明の実施形態を必要以上にあいまいにしないように、既知の製造手段、例えばインゴットから切断された個別のウェハから太陽電池を形成する方法は、詳細に記載しない。更には、図に示される様々な実施形態は、例示的な表示であって、必ずしも一定のスケールで描写されるものではないことを理解するべきである。
【００１２】
インゴットを切断する方法が本明細書で開示される。一実施形態において、インゴットを切断する方法は、切断装置の把持部によってインゴットの一部分を直接把持する工程を含む。インゴットを部分的に切断して、インゴットの未切断部分から突出する複数のウェハ部分を形成する。インゴットを更に切断し、未切断部分から複数のウェハ部分を分離して、複数の個別のウェハを提供する。
【００１３】
太陽電池を製造するためのインゴットも本明細書で開示される。一実施形態において、複数の太陽電池を製造するためのインゴットは、インゴットの中心軸に沿って配向される４つの主表面を有する。第１の主表面は、残り３つの主表面のうちの２つ以上の表面とは異なる。一対の端部は、４つの主表面に対してほぼ直交する。
【００１４】
インゴット切断時に使用する把持部も本明細書で開示される。一実施形態において、切断プロセス時にインゴットを把持する把持部は、第１の複数の鍵を有する第１の端部を備える。第１の鍵セットは、インゴットの第１の鍵穴セットを直接把持するためのものである。把持部は、第２の複数の鍵を有する第２の端部も備える。第２の鍵セットは、インゴットの第２の鍵穴セットを直接把持するためのものである。把持部は、第１の端部と第２の端部との間の、それらを揃える中心部分も備える。中心部分は切断装置と統合するように適応可能である。
【００１５】
チョクラルスキー法またはブリッジマン法などにより、材料の単結晶インゴット（典型的にブールと呼ばれる）を成長させる（例えば結晶成長による）。ブールは、例えばソーラ産業、または電子業界のような他の産業で使用するためのシリコンウェハを製造することに使用可能である。多結晶インゴットは、様々な用途に対してウェハを形成することにも使用可能である。インゴットは、典型的に、型の中にある溶融液体（多くの場合メルトと称される）の凝固によって製造される。型にてインゴットを製造することは、凝固するメルトにより形成されるグレイン構造が材料の物理的特性を制御するため、完全に凝固させ、その後の処理に必要とされる適切なグレイン構造を形成するように設計される。更には、型の形状及び大きさは、インゴットのハンドリング及び下流処理を容易にするように設計される。典型的に、メルトまたはインゴットのいずれかを損失すると完成品の製造費用が増加するので、型はメルトの消耗を最小化し、インゴットの取り出しを手助けするように設計される。結晶性材料の物理構造は主に、溶融金属の冷却及び沈殿の方法によって決まる。
【００１６】
インゴットを、例えば単結晶性シリコンウェハなどのウェハにスライシングするために、様々な方法が使用されてきた。１つの一般的な方法は、上記のようにインゴットのビームハンドリングである。ビームハンドリング及びそれに関連する方法の制限には、ビーム接着及び剥離等の追加の処理作業要件、より高い費用、並びに追加の資本支出が含まれ得る。例えば、ビーム接着は、多くの場合、材料の影響を受けやすい操作であり、好ましくは温度及び湿度を制御する環境にて実行される。ビーム剥離及びウェハ事前洗浄は追加のプロセス操作であり、大きな労働力を要するか、または追加の資本設備が必要となることがある。剥離／事前洗浄操作の費用は、１枚のウェハにつき＄０．０１〜＄０．０２を追加することがあり、一方で、ビーム／エポキシの費用は、１枚のウェハにつき＄０．００５〜＄０．０１を追加することがある。追加の労働費に加えて、接着道具及び剥離／事前洗浄道具のために、追加の資本支出を予算に入れておく必要があることもある。更には、ビームをインゴットに接着するプロセス、並びに剥離／事前洗浄操作のタンク排出と関連するハンドリング及び廃棄物処理には、より徹底した環境制御室が必要となり得る。追加の処理作業は測定可能な収率損失を生み出すことが多いため、ビームからインゴットの接着及び剥離操作に起因する収率損失も予想され得る。特に、ビーム接着は、責任感及び技術を持つ労働者または高価な資本設備を使用した場合でもエラーリスクを伴う手間のかかる操作である。
【００１７】
インゴットをスライシングするためのビーム方法における更なる検討事項または問題点には、エポキシの接着強度が、乾燥時間、温度及び湿度、並びに準備時間に依存することが挙げられる。ウェハ剥離プロセスも、エポキシの接着強度、剥離の化学特徴、温度及び時間に依存する。エポキシの使用量も、過剰または不足が端及び角のチップの望ましくない形成と関連し得るために、重要であり得る。そのような接着／金切り／剥離からの全体収率損失は３〜５％になり得るので、得られる使用可能なシリコンへの影響は少なくない。ビームをインゴットに接着するプロセスは、使用されるエポキシ及びビームの材料、並びにエポキシの乾燥条件によって、数時間から半日まで掛かる。そのため、インゴットは多くの場合、典型的に少なくとも１つのシフトにより、事前割り当てが必要となる。これらの貴重なインゴットは、工場の待ち行列時間を長くし、スループットロジスティクス（throughput logistics）に影響を与えることがある。剥離／事前洗浄操作に伴う追加時間も検討する必要がある。
【００１８】
本発明の一実施形態によると、ビームなしのインゴットスライシング方法が本明細書に記載される。ビームなしのインゴットスライシングは、一実施形態において、実質的に、ビームまたは構造支持体としてインゴット自体（例えばシリコンインゴット）を使用することを含む。このようにして、インゴットの自己クランプを使用して、下記に詳細に記載されるように、剥離操作の必要性を本質的に無くすことが可能である。上記インゴットのビームスライシングと典型的に関連する欠点及び問題点は、本明細書に記載されるビームなしのインゴットスライシングの１つ以上の実施形態によって緩和するまたは無くすことが可能である。したがって、非金きりの周辺操作と典型的に関連する費用を最小限に抑えることができ、非金きり操作の収率損失も収率影響因子として取り除くことができる。特定の実施形態において、本明細書に記載される方法は、単結晶シリコン（例えば、丸い）インゴット及び鋳造多結晶（例えば、四角い）インゴットの双方に対してコスト競争力があり得る。
【００１９】
そのため、一態様において、インゴットの切断方法が本明細書に記載される。例えば、図１は、本発明の一実施形態による、太陽電池製造におけるインゴットの切断方法の操作を表すフローチャート１００である。図２Ａ〜２Ｃは、本発明の一実施形態による、フローチャート１００の操作に対応する、太陽電池製造におけるインゴットの切断方法の様々な操作を図示する。
【００２０】
フローチャート１００の操作１０２を参照すると、インゴットを切断する方法は、切断装置の把持部によってインゴットの部分を直接把持する工程を含む。例えば、対応する図２Ａを参照すると、把持部２０２は、インゴット２０８の２つの表面２０４／２０６を直接把持するのに使用される。
【００２１】
一実施形態において、インゴット２０８は、図２Ａに図示するように、インゴット２０８の中心軸２１０に沿って配向された４つの主表面（２０８Ａ、２０８Ｂ、２０８Ｃ、及び２０８Ｄ）のうちの第１の主表面２０８Ａに沿って、インゴットの両端で（例えば、表面２０４／２０６がインゴット２０８の端部である場合）把持部２０２に把持される。そのような一実施形態において、第１の主表面２０８Ａは、残り３つの主表面（２０８Ｂ、２０８Ｃ、及び２０８Ｄ）のうちの２つ以上の表面とは異なる。
【００２２】
第１の例において、第１の主表面２０８Ａは、残り３つの主表面（２０８Ｂ、２０８Ｃ、及び２０８Ｄ）の全てとは異なる。特に、図３は、本発明の一実施形態による単結晶シリコンインゴットの端面図である。図３を参照すると、単結晶シリコンインゴット２０８の端部２０４は、第１の主表面２０８Ａ、並びに残り３つの主表面２０８Ｂ、２０８Ｃ、及び２０８Ｄの末端部から形成される。残り３つの主表面２０８Ｂ、２０８Ｃ、及び２０８Ｄはそれぞれ、表面積（ページ内に突出するインゴットと見なす場合）を有する実質的に平らな部分を備える。一実施形態において、第１の主表面２０８Ａは、平らではない部分を有し、それによってインゴットの丸い形状は、図３に図示するように、その表面上で保存される。別の実施形態において、第１の主表面２０８Ａは、部分的にスラブとなっており、残り３つの主表面の実質的に平らな部分の表面積のそれぞれ未満である表面積を有する実質的に平らな部分を有する。一方、ビームに基づいたスライシングに使用する単結晶インゴットは、全４つの表面を実質的に同一にするように先ずスラブとし、例えば表面２０８Ａは、そうならない場合、破線３００が示すように、表面２０８Ｂ、２０８Ｃ、及び２０８Ｄと同様である。しかし、本発明の一実施形態によると、表面２０８Ａは、スラブにされないか、または部分的にのみスラブにされ、部分２２０をインゴットの一部として保時する。一実施形態において、部分２２０は、インゴット２０８のビームなしのスライシングに対してインゴット２０８の犠牲部分として使用される。
【００２３】
第２の例において、第１の主表面２０８Ａは、残り３つの主表面（２０８Ｂ、２０８Ｃ、及び２０８Ｄ）のうちの２つの表面だけとは異なる。特に、図４Ａは、本発明の一実施形態による多結晶シリコンインゴットの端面図である。図４Ａを参照すると、多結晶シリコンインゴット２０８の端部２０４は、第１の主表面２０８Ａ、並びに残り３つの主表面２０８Ｂ、２０８Ｃ、及び２０８Ｄの末端部から形成される。２つの主表面２０８Ａ及び２０８Ｃは双方とも、表面積（ページ内に突出するインゴットと見なす場合）を有する実質的に平らな部分を有する。残り２つの主表面２０８Ｂ及び２０８Ｄは双方とも、表面２０８Ａ及び２０８Ｃの表面積より大きい表面積を有する実質的に平らな部分を有する。したがって、端面図から見ると、インゴット２０８は方形の形状である。一方、ビームに基づいたスライシングに使用する多結晶インゴットは、全４つの表面を実質的に同一にするように先ずスラブとし、例えば表面２０８Ａ及び２０８Ｃは、そうならない場合、破線４００が示すように、表面２０８Ｂ及び２０８Ｄと同様である。しかし、本発明の一実施形態によると、インゴット２０８はスラブとされ、方形断面を形成する４つの主表面を有し、第１の主表面２０８Ａは、方形断面の短い側面である。これによって、インゴット２０８の一部として部分２２０が保時される。一実施形態において、部分２２０は、インゴット２０８のビームなしのスライシングに対してインゴット２０８の犠牲部分として使用される。
【００２４】
一実施形態において、操作１０２からインゴットの部分を把持する工程は、インゴットの両端を把持し、インゴットの両端のそれぞれに形成された鍵穴に挿入することを含む。例えば図３及び４Ａの両方は、インゴット２０８の端部２０４が、その部分に形成された鍵穴２３０を有する、一実施形態を図示する。そのような一実施形態において、そのような鍵穴がインゴットの両端２０４／２０６に提供される。一実施形態において、鍵穴２３０は、図３及び４Ａの両方に図示するように、第１の主表面２０４Ａに近接して形成される。
【００２５】
切断装置の把持部を把持するのに好適ないかなる形状及び形状の群は、インゴットの端部に鍵穴として形成可能であることを理解すべきである。特定であるが非限定の一実施形態としては、図３及び４Ａに図示するように、インゴットの両端に形成される３つの六角形の鍵穴２３０の列が挙げられる。様々な形状及び配置も同様に好適であり得、別の一例は図４Ｂに図示する。図４Ｂを参照すると、インゴット４００の端部に交差形状の鍵穴４３０の列を含む。鍵穴の形成は、特定の把持部との互換性に必要な大きさ及び拡大縮小によって、インゴットを機械加工すること、またはインゴットを化学的にエッチングすることによって実行され得る。別の実施形態において、把持部は、鍵穴を使用せずにインゴットに直接エポキシで接着される。そのような実施形態において、ビームなしの方法を実行し、ウェハは、金きりチャンバ内でインゴットから切断し得る。他の実施形態において、インゴットに直接穴を開けるか、または溝がインゴットに直接機械加工される。
【００２６】
フローチャート１００の操作１０４を参照すると、インゴットを切断する方法は、インゴットを部分的に切断して、インゴットの未切断部分から突出する複数のウェハ部分を形成する工程も含む。例えば、対応する図２Ｂを参照すると、例えばワイヤのこぎりからのワイヤ２５０が、側面２０８Ｂから見ると、ウェハ形状２５２をインゴット２０８に切り込むのに使用される。操作１０４に関しては、切断工程は、図２Ｂ中で１とラベル付けされた矢印の方向に沿って実行される。
【００２７】
一実施形態において、切断の範囲は、インゴット２０８から切断された対称的なウェハを最終的に提供するのに好適である。例えば、図３を参照すると、単結晶シリコンインゴット２０８はほぼ破線３００に沿って部分的に切断される。別の例において、図４Ａを参照すると、多結晶シリコンインゴット２０８はほぼ破線４００に沿って部分的に切断される。
【００２８】
フローチャート１００の操作１０６を参照すると、インゴットを切断する方法は、操作１０４の切断方向に対して直交する方向にインゴットを更に切断する工程も含む。操作１０６に関しては、切断工程は、図２Ｂ中で２とラベル付けされた矢印の方向に沿って実行される。そのように直交する方向への切断工程を使用し、未切断部分から複数のウェハ部分を分離して、複数の個別のウェハを提供する。例えば、対応する図２Ｃを参照すると、個別のウェハ２６０はインゴット２０８から切断され、インゴット２０８の未切断部分２２０とは個別である。
【００２９】
一実施形態において、インゴットの更なる切断工程は、それぞれがほぼ同一の長さの４つの主要端を有するように複数の個別のウェハ２６０を形成することを含む。例えば、図３を参照すると、インゴット２０８から切断された単結晶シリコンウェハは、全てがほぼ同一の長さ及び形状の、２０８Ｂ、２０８Ｃ、２０８Ｄ、及び破線３００に沿う端の４つの主端を有する。一実施形態において、インゴット２０８を破線４００に沿って切断する場合、図４Ａに図示するように、４つの主端はほぼ正方形を形成する。
【００３０】
一実施形態において、操作１０２の部分的な切断工程及び操作１０４の更なる切断工程は、相互にほぼ直交する方向に実行され、例えば、先ずは表面２０８Ｃの中に、それから表面２０８Ｃと平行にインゴット２０８にわたって実行される。一実施形態において、把持部２０２はワイヤ２５０に対して移動する。しかし代替の実施形態において、ワイヤ２５０が把持部２０２に対して移動する。
【００３１】
一実施形態において、インゴット２０８を更に切断して、複数のウェハ部分２５２を未切断部分２２０から分離する工程は、複数の個別のウェハ２６０を、鍵穴２３０を含むインゴット２０８の部分２２０から分離することを含む。そのような一実施形態において、鍵穴を備えるインゴット２０８の部分２２０は、複数のウェハ部分２５２の方向と平行で、約１０ｍｍの厚さ（Ｔ）、または１０ｍｍより大きい厚さ（Ｔ）を有する。
【００３２】
一実施形態において、インゴット２０８を更に切断する操作１０６は、複数のウェハ部分２５２をウェハ受容キャッチャ２７０で支持し、図２Ｃに示すように、複数の個別ウェハ２６０をウェハ受容キャッチャ２７０に直接提供することを含む。一実施形態において、インゴット２０８を切断する方法は、インゴット２０８の未切断部分２２０を再利用して、その後に別のインゴットを形成する工程を更に含む。
【００３３】
一実施形態において、インゴット２０８を部分的に切断する工程（操作１０４）及び更に切断する工程（操作１０６）は、例えばダイヤモンドワイヤ切断及びスラリースライシングを含むがこれらに限定されない、同一のワイヤ切断手法を使用することを含む。ダイヤモンドワイヤ（ＤＷ）切断は、事前に選択された様々な大きさ及び形状の微細なダイヤモンド粒子を含浸させて、材料を切断する、様々な直径及び長さのワイヤを使用するプロセスである。スラリースライシング用のスラリーのこぎりは典型的に、裸のワイヤを使用し、切断流体（例えば、ポリエチレングリコール、ＰＥＧ）中に切断材料（例えば、炭化ケイ素、ＳｉＣ）を含む。一方、ＤＷ切断は典型的に、遊離砥粒を使用せず、潤滑し、切断箇所を冷却し、かつ破片を掃除するために冷却剤流体（水系またはグリコール系）のみを使用する。
【００３４】
本発明の一実施形態によると、ワイヤのこぎりとは、切断に金属ワイヤまたはケーブルを使用する機械を指すことがある。典型的に、ワイヤのこぎりの動作には２種類、すなわち継続的（またはエンドレス若しくはループ）及び振動的（または回帰性）がある。ワイヤは１本の素線を有することもあれば、編組された多数の素線を有することもある。ワイヤのこぎりは切断に研磨材を使用する。用途によって、ダイヤモンド材料は、上記に記載されたように、研磨材として使用されても、使用されなくてもよい。単素線のこぎりを研磨材になるように荒くし得るか、研磨材をケーブルに接着することが可能か、またはダイヤモンド含浸ビーズ（及びスペーサ）にケーブルを通すことが可能である。
【００３５】
したがって、例示的な一実施形態において、単結晶シリコンインゴットの場合、最初に丸いインゴットはスラブ化及び研磨プロセスを受けて偽正方形のインゴットを形成する。スラブ化プロセスにおけるウィング材料の除去は典型的に、約１５〜２０ｍｍの範囲内の中心厚さを有する材料の除去を含む。しかし、シリコンウィング材料の３側面のみを除去し、４側面目はそのままにして、反対側と平行になるように少しだけ研磨する。インゴットの両端で、４つ目のウィング領域では、ワイヤのこぎりの作業断片と一致するように、好適な把持鍵模様を機械加工する。または、ワイヤのこぎりの作業断片は、インゴットシリコンウィング領域の模様に一致するように修正してもよい。いずれの方法にしても、ワイヤのこぎりのスライシングプロセス中のインゴットのスライシング時にインゴットを直接把持する機会を提供する。インゴットスライシングの終了時に、ワイヤウェブ移動を一時的に停止し、平らな表面に対して張力を再調整し、ウェハキャッチャをワイヤウェブに挿入して、スライシングされたウェハの３つの側面（例えば、各ウェハの４側面目は依然として上部ウィングにつながっている）を把持する。この段階ではワイヤウェブの曲がりが懸念であり得るため、作業断片を取り戻し、平らなウェブの張力の再調整を実行してもよいことに留意されたい。次いで、ワイヤウェブ移動を再起動し、ワイヤウェブに対して、ウェブワイヤ移動方向に垂直なインゴットの長軸に沿って作業断片／インゴットを僅かに移動させる。そういった移動は、ウェブ主要ローラ溝の約１ピッチ、または１ピッチ未満（例えば約３００ミクロン）しか必要としない場合がある。この２次切断を使用して、全てのウェハを、残っているシリコンウィングから分離し、個別にする。次いで、個別のウェハをウェハキャッチャを介してワイヤのこぎりから回収し、事前洗浄機に移動させてもよい。または、個別のウェハは、最終スライシング／切断操作の前または後に、ワイヤのこぎりで冷却剤または洗浄剤の追加ループ（例えば、スラリーを使用しないＤＷ切断プロセスの方が実現確率が高い）によって事前洗浄してもよい。その後、シリコンウィングの残りは、インゴット引抜き具内で洗浄し再利用可能である。
【００３６】
別の例示的な実施例において、多結晶シリコンインゴットの場合、鋳造インゴットの方形化工程においてシリコンの余分の量を保持し、例えば、方形のインゴットを提供するために約１０ｍｍを片方で保持する。この追加的な材料は、中に鍵穴を形成するのに使用可能であり、これによって上記方法と同様のビームなしのスライシング方法に使用可能である。プロセス終了時、残りの多結晶シリコンは多数鋳造炉内で再利用してもよい。単結晶及び多結晶シリコンインゴットの両方において、エポキシ接着及び剥離操作がインゴットをスライシングする工程に必要ではなくなる。
【００３７】
一実施形態において、太陽電池は、上記のビームなしのスライシング方法によって生成されたウェハの１つから製造される。例えば、光電池は、ビームなしのスライシング方法によって製造された単結晶シリコンウェハを使用して形成され得る。太陽電池として既知の光電池は、太陽放射を電力に直接変換させるための装置として既知である。一般に、太陽電池は、半導体処理技術を使用して半導体ウェハ上または基板上に製造され、基板の表面近くにｐｎ接合が形成される。基板の表面に衝突し、これに進入する太陽放射は、基板のバルク内に電子−正孔対を生じる。電子−正孔対は、基板のＰ型にドーピングされた領域及びＮ型にドーピングされた領域内に移動し、それによって、ドーピングされた領域の間に電圧差を生じさせる。ドーピングされた領域は、太陽電池上の導電性領域に接続されて、電池からそれに連結された外部回路へと電流を方向付ける。しかし、上記のビームなしのインゴットスライシング方法は、太陽電池製造のためのウェハを生成することに限定されないと理解すべきである。
【００３８】
態様には、インゴットの直接スライシング（ビームなし）のために好適な把持部を製造または機械加工することも含まれる。例えば、再度図２Ａを参照すると、切断プロセス時にインゴット２０８を把持するための把持部２０２は、第１の端部２０２Ａ及び第２の端部２０２Ｂを含む。一実施形態において、端部２０２Ａ及び２０２Ｂのそれぞれは、インゴットのそれぞれの鍵穴セットを直接把持するために複数の鍵を有する。把持部２０２は、第１の端部２０２Ａと第２の端部２０２Ｂとの間の、それらを揃える中心部２０２Ｃも含み、その中心部２０２Ｃは、切断装置と統合するのに適応可能である。一実施形態において、端部２０２Ａ及び２０２Ｂはそれぞれ、３つの六角形の鍵の列を備え、例えば、図３及び４Ａの鍵穴２３０を把持するのに好適である。一実施形態において、端部２０２Ａ及び２０２Ｂはそれぞれ、交差形状の鍵の列を備え、例えば、図４Ｂの鍵穴４３０を把持するのに好適である。一実施形態において、中心部２０２Ｃは、インゴット２０８をワイヤカッターに対して第１及び第２の切断方向に移動させるのに更に適応可能であり、第１及び第２の切断方向は相互に直交する。一実施形態において、把持部２０２は、インゴットを非常に安定した状態で把持するために適切な大きさにされ、数マイクロメートル以下の移動しか許容しない。
【００３９】
本発明の一態様において、本発明の実施形態は、コンピュータシステム（または他の電子装置）に本発明の実施形態によるプロセスまたは方法を実行させる命令を格納する機械可読媒体を含む、コンピュータプログラム製品またはソフトウェア製品として提供される。機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって読み取り可能な形態で、情報を記憶または伝送するための任意の機構を含み得る。例えば、一実施形態において、機械可読（例えば、コンピュータ可読）媒体は、機械（例えば、コンピュータ）可読記憶媒体（例えば、読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、または光学式記憶媒体、フラッシュメモリデバイスなど）を含む。
【００４０】
図５は、本明細書に記載された任意の１つ以上の方法論を機械に実行させるための、命令セットが実行される、コンピュータシステム５００の形態の機械の概略図を示す。例えば、本発明の一実施形態によれば、図５は、太陽電池製造におけるインゴットの切断方法を実行するように構成された、コンピュータシステムの一例のブロック図である。代替的実施形態において、この機械は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、またはインターネット内の他の機械に接続（例えば、ネットワーク形成）される。一実施形態において、この機械は、クライアント−サーバネットワーク環境内で、サーバマシン若しくはクライアントマシンとして動作するか、またはピアツーピア（または分散）ネットワーク環境内で、ピアマシンとして動作する。一実施形態では、この機械は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、ウェブアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチ若しくはブリッジ、またはその機械によって実施される動作を指定する、命令のセット（順次的な、または他の方式の）を実行することが可能な、任意の機械である。更には、単一の機械のみが示されているが、用語「機械」はまた、本明細書で論じられる任意の１つ以上の方法論を実行するための命令のセット（または複数のセット）を、個別に、または共同して実行する、機械（例えば、コンピュータまたはプロセッサ）の任意の集合を含むものとして、解釈するべきである。一実施形態において、機械／コンピュータシステム５００は、インゴットを切断するための把持部を備え得るワイヤ切断装置に含めるか、またはそれと関連する。
【００４１】
コンピュータシステム５００の例は、プロセッサ５０２、メインメモリ５０４（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）などのダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）など）、スタティックメモリ５０６（例えば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）、及び補助メモリ５１８（例えば、データ記憶装置）を含み、それらは、バス５３０を介して、互いに通信する。一実施形態では、データ処理システムが使用される。
【００４２】
プロセッサ５０２は、マイクロプロセッサ、中央処理装置などのような１つ以上の汎用処理装置を表す。より具体的には、一実施形態において、プロセッサ５０２は、複合命令セット演算（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セット演算（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、他の命令セットを実装するプロセッサ、または命令セットの組み合わせを実装するプロセッサである。一実施形態では、プロセッサ５０２は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、現場プログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサなどのような１つ以上の専用処理装置である。プロセッサ５０２は、本明細書で論じられる操作を行うための処理論理５２６を実行する。
【００４３】
一実施形態では、コンピュータシステム５００は、ネットワークインターフェース装置５０８を更に含む。一実施形態では、コンピュータシステム５００はまた、ビデオディスプレイユニット５１０（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）またはブラウン管（ＣＲＴ））、文字数字入力装置５１２（例えば、キーボード）、カーソル制御装置５１４（例えば、マウス）、及び信号発生装置５１６（例えば、スピーカー）も含む。
【００４４】
一実施形態では、補助メモリ５１８は、光電池システムからの出力の変動性を管理するための方法などの、本明細書で説明される任意の１つ以上の方法論または機能を具体化する、命令の１つ以上のセット（例えば、ソフトウェア５２２）が記憶される、機械アクセス可能記憶媒体（または、より具体的には、コンピュータ可読記憶媒体）５３１を含む。一実施形態では、ソフトウェア５２２は、コンピュータシステム５００による、そのソフトウェア５２２の実行の間、完全に、若しくは少なくとも部分的に、メインメモリ５０４の内部、またはプロセッサ５０２の内部に存在し、このメインメモリ５０４及びプロセッサ５０２もまた、機械可読記憶媒体を構成する。一実施形態において、ソフトウェア５２２は、ネットワークインターフェース装置５２０を介して、ネットワーク５０８を通じて更に送信または受信される。
【００４５】
機械アクセス可能記憶媒体５３１は、一実施形態において、単一の媒体であるように示されるが、用語「機械可読記憶媒体」は、命令の１つ以上のセットを記憶する、単一の媒体または複数の媒体（例えば、集中データベース若しくは分散データベース、または関連するキャッシュ及びサーバ）を含むものとして、解釈するべきである。用語「機械可読記憶媒体」はまた、その機械によって実行され、本発明の実施形態の任意の１つ以上の方法論を機械に実行させるための命令のセットを記憶または符号化することが可能な任意の媒体を含むものとして、解釈するべきである。用語「機械可読記憶媒体」は、したがって、半導体メモリ、並びに光学式媒体及び磁気媒体を含むが、これらに限定されないものとして解釈するべきである。
【００４６】
したがって、太陽電池製造のためのインゴットの切断方法、並びにそのためのインゴット及び把持部に関して開示した。本発明の一実施形態によると、インゴットを切断する方法は、切断装置の把持部によってインゴットの部分を直接把持する工程を含む。インゴットを部分的に切断して、インゴットの未切断部分から突出する複数のウェハ部分を形成する。インゴットを更に切断し、未切断部分から複数のウェハ部分を分離して、複数の個別のウェハを提供する。そのような一実施形態において、インゴット部分を把持する工程は、インゴットの両端を把持し、インゴットの両端のそれぞれに形成された鍵穴に挿入することを含む。
【図１】
2015515751.tif 000003
【図２Ａ】
2015515751.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2015515751.tif 000009
【図５】
2015515751.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月13日(2014.11.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インゴットを切断する方法であって、
切断装置の把持部によって前記インゴットの部分を直接把持する工程と、
前記インゴットを部分的に切断して、前記インゴットの未切断部分から突出する複数のウェハ部分を形成する工程と、
前記インゴットを更に切断し、前記未切断部分から前記複数のウェハ部分を分離して、複数の個別のウェハを提供する工程と、を含む、方法。
【請求項２】
前記インゴットの前記部分を把持する工程が、前記インゴットの中心軸に沿って配向された４つの主表面のうちの第１の主表面に沿って、前記インゴットの両端を把持することを含み、前記第１の主表面が残り３つの主表面のうちの２つ以上の表面とは異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記インゴットが、単結晶シリコンを含み、前記残り３つの主表面がそれぞれ、表面積を有する実質的に平らな部分を備え、前記第１の主表面が、前記残り３つの主表面の前記実質的に平らな部分の前記表面積のそれぞれ未満である表面積を有する実質的に平らな部分を備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記インゴットを更に切断する工程が、それぞれがほぼ同一の長さの４つの主端を備えるように前記複数の個別のウェハを形成することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記インゴットが多結晶シリコンを含み、前記４つの主表面が方形断面を形成し、前記第１の主表面が前記方形断面の短い側面である、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記インゴットを更に切断する工程が、それぞれがほぼ正方形を形成する４つの主端を備えるように前記複数の個別のウェハを形成することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記インゴットの前記部分を把持する工程が、前記インゴットの両端を把持し、前記インゴットの前記両端のそれぞれに形成された鍵穴に挿入することを含む、請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
前記インゴットを更に切断して、前記未切断部分から前記複数のウェハ部分を分離する工程が、前記鍵穴を備える前記インゴットの部分から前記複数の個別のウェハを分離することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記鍵穴を備える前記インゴットの前記部分は、前記複数のウェハ部分の方向と平行で、約１０ｍｍの厚さ、または１０ｍｍより大きい厚さを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の方法により製造された太陽電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
したがって、太陽電池製造のためのインゴットの切断方法、並びにそのためのインゴット及び把持部に関して開示した。本発明の一実施形態によると、インゴットを切断する方法は、切断装置の把持部によってインゴットの部分を直接把持する工程を含む。インゴットを部分的に切断して、インゴットの未切断部分から突出する複数のウェハ部分を形成する。インゴットを更に切断し、未切断部分から複数のウェハ部分を分離して、複数の個別のウェハを提供する。そのような一実施形態において、インゴット部分を把持する工程は、インゴットの両端を把持し、インゴットの両端のそれぞれに形成された鍵穴に挿入することを含む。
［項目１］
インゴットを切断する方法であって、
切断装置の把持部によって上記インゴットの部分を直接把持する工程と、
上記インゴットを部分的に切断して、上記インゴットの未切断部分から突出する複数のウェハ部分を形成する工程と、
上記インゴットを更に切断し、上記未切断部分から上記複数のウェハ部分を分離して、複数の個別のウェハを提供する工程と、を含む、方法。
［項目２］
上記インゴットの上記部分を把持する工程が、上記インゴットの中心軸に沿って配向された４つの主表面のうちの第１の主表面に沿って、上記インゴットの両端を把持することを含み、上記第１の主表面が残り３つの主表面のうちの２つ以上の表面とは異なる、項目１に記載の方法。
［項目３］
上記インゴットが、単結晶シリコンを含み、上記残り３つの主表面がそれぞれ、表面積を有する実質的に平らな部分を備え、上記第１の主表面が、上記残り３つの主表面の上記実質的に平らな部分の上記表面積のそれぞれ未満である表面積を有する実質的に平らな部分を備える、項目２に記載の方法。
［項目４］
上記インゴットを更に切断する工程が、それぞれがほぼ同一の長さの４つの主端を備えるように上記複数の個別のウェハを形成することを含む、項目３に記載の方法。
［項目５］
上記インゴットが多結晶シリコンを含み、上記４つの主表面が方形断面を形成し、上記第１の主表面が上記方形断面の短い側面である、項目２に記載の方法。
［項目６］
上記インゴットを更に切断する工程が、それぞれがほぼ正方形を形成する４つの主端を備えるように上記複数の個別のウェハを形成することを含む、項目５に記載の方法。
［項目７］
上記インゴットの上記部分を把持する工程が、上記インゴットの両端を把持し、上記インゴットの上記両端のそれぞれに形成された鍵穴に挿入することを含む、項目１に記載の方法。
［項目８］
上記インゴットを更に切断して、上記未切断部分から上記複数のウェハ部分を分離する工程が、上記鍵穴を備える上記インゴットの部分から上記複数の個別のウェハを分離することを含む、項目７に記載の方法。
［項目９］
上記鍵穴を備える上記インゴットの上記部分は、上記複数のウェハ部分の方向と平行で、約１０ｍｍの厚さ、または１０ｍｍより大きい厚さを有する、項目８に記載の方法。
［項目１０］
上記インゴットを部分的に切断する工程及び更に切断する工程が、ダイヤモンドワイヤ切断及びスラリースライシングからなる群から選択される同一のワイヤ切断手法を使用することを含む、項目１に記載の方法。
［項目１１］
上記インゴットを部分的に切断する工程及び上記インゴットを更に切断する工程が、上記ワイヤ切断手法に対する上記把持部の移動に基づいて、相互にほぼ直交した状態で実行される、項目１０に記載の方法。
［項目１２］
上記更に切断する工程が、上記インゴットの長軸に沿う、上記ワイヤ切断手法に対する上記把持部の約１ピッチの動きに基づいて実行される、項目１１に記載の方法。
［項目１３］
上記インゴットを更に切断する工程が、ウェハ受容キャッチャによって上記複数のウェハ部分を支持して、上記複数の個別ウェハを上記ウェハキャッチャに直接提供することを含む、項目１に記載の方法。
［項目１４］
上記インゴットの上記未切断部分を再利用して、第２のインゴットを形成する工程を更に含む、項目１に記載の方法。
［項目１５］
項目１に記載の方法により製造された太陽電池。
［項目１６］
複数の太陽電池を製造するためのインゴットであって、
上記インゴットの中心軸に沿って配向された４つの主表面であって、第１の主表面が残り３つの主表面のうちの２つ以上の表面とは異なる、４つの主表面と、
上記４つの主表面に対してほぼ直交する一対の端部と、を備える、インゴット。
［項目１７］
上記インゴットが単結晶シリコンを含み、上記残り３つの主表面がそれぞれ、表面積を有する実質的に平らな部分を備え、上記第１の主表面が、上記残り３つの主表面の上記実質的に平らな部分の上記表面積のそれぞれ未満である表面積を有する実質的に平らな部分を備える、項目１６に記載のインゴット。
［項目１８］
上記インゴットが多結晶シリコンを含み、上記４つの主表面が方形断面を形成し、上記第１の主表面が上記方形断面の短い側面である、項目１６に記載のインゴット。
［項目１９］
上記インゴットの上記両端のそれぞれに形成された鍵穴を更に備える、項目１６に記載のインゴット。
［項目２０］
上記鍵穴が、上記第１の主表面に近接して形成される、項目１９に記載のインゴット。
【国際調査報告】
2015515751.tif 000011
2015515751.tif 000012