(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）単結晶のインゴットの表面に、結晶構造の劈開面に対応する結晶軸方向に沿ってイオンビーム、電子ビーム、非荷電粒子ビームのうちの少なくとも１つを含む加工用のビームをあて、前記単結晶のインゴットの表面に前記結晶軸方向に沿って格子欠陥を生成するステップと、
（ｂ）前記単結晶のインゴットの表面において、前記加工用のビームの照射により前記結晶軸方向に沿って格子欠陥が生成された箇所に、ナイフエッジをたてることで、衝撃を与えて劈開を生じさせ、劈開面を切断面とするウェーハに切断するステップと、
を含む、ことを特徴とする切断方法。
【請求項２】
（ａ）単結晶のインゴットの表面に、結晶構造の劈開面に対応する結晶軸方向に沿ってイオンビーム、電子ビーム、非荷電粒子ビームのうちの少なくとも１つを含む加工用のビームをあて、前記単結晶のインゴットの表面に前記結晶軸方向に沿って格子欠陥を生成するステップと、
（ｂ）前記単結晶のインゴットの表面において、前記加工用のビームの照射により前記結晶軸方向に沿って格子欠陥が生成された箇所に、電子ビームをあてることで、衝撃を与えて劈開を生じさせ、劈開面を切断面とするウェーハに切断するステップと、
を含む、ことを特徴とする切断方法。
【請求項３】
前記ステップ（ａ）において、前記単結晶のインゴットと、前記加工用のビームのビーム源とを相対的に回動させて、前記単結晶のインゴットの表面の周方向に沿って格子欠陥を生成する、ことを特徴とする請求項１又は２記載の切断方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｂ）において、前記単結晶のインゴットの長手方向に沿って、前記格子欠陥が生成された複数の箇所に、複数のナイフエッジをたて、それぞれに衝撃を与えることで、前記複数箇所で劈開を一斉に生じさせる、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の切断方法。
【請求項５】
前記単結晶のインゴットの長手方向に沿って、前記格子欠陥が生成された複数の箇所に対して、複数本の電子ビームにより、それぞれに衝撃を与えることで、前記複数箇所で劈開を一斉に生じさせる、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の切断方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｂ）において、前記単結晶のインゴットの長手方向の両端を保持した状態で、前記格子欠陥が生成された部分に、前記衝撃を与えることで劈開を生じさせる、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の切断方法。
【請求項７】
前記ステップ（ｂ）において、前記単結晶のインゴットが液体に含浸された状態で、劈開を生じさせる、ことを特徴とする請求項１記載の切断方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一に記載の切断方法で切断されたウエーハの表面に、ＰＮ接合を形成し、太陽電池を作製する、ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項９】
単結晶のインゴットの表面に、結晶構造の劈開面に対応する結晶軸方向に沿ってイオンビーム、電子ビーム、非荷電粒子ビームのうちの少なくとも１つを含む加工用のビームをあて、前記単結晶のインゴットの表面に前記結晶軸方向に沿って格子欠陥を生成する第１のユニットと、
前記単結晶のインゴット表面において、前記加工用のビームの照射により前記結晶軸方向に沿って格子欠陥が生成された箇所に、ナイフエッジをたてることで、衝撃を与え劈開を生じさせる第２のユニットと、
を備え、前記単結晶のインゴットを、前記劈開面を切断面とするウエーハに切断する、ことを特徴とする切断装置。
【請求項１０】
単結晶のインゴットの表面に、結晶構造の劈開面に対応する結晶軸方向に沿ってイオンビーム、電子ビーム、非荷電粒子ビームのうちの少なくとも１つを含む加工用のビームをあて、前記単結晶のインゴットの表面に前記結晶軸方向に沿って格子欠陥を生成する第１のユニットと、
前記単結晶のインゴット表面において、前記加工用のビームの照射により前記結晶軸方向に沿って格子欠陥が生成された箇所に、電子源からの電子ビームをあてることで、衝撃を与え劈開を生じさせる第２のユニットと、
を備え、前記単結晶のインゴットを、前記劈開面を切断面とするウエーハに切断する、ことを特徴とする切断装置。
【請求項１１】
前記第１のユニットが、前記単結晶のインゴットと前記加工用ビームのビーム源とを相対的に回動させて、前記単結晶のインゴットの表面の周方向に格子欠陥を生成する手段を備える、ことを特徴とする請求項９又は１０記載の切断装置。
【請求項１２】
前記第２のユニットが、複数のナイフエッジを備え、
前記単結晶のインゴットの長手方向に沿って、前記格子欠陥が生成された複数の箇所に、複数のナイフエッジをたてて複数箇所での劈開を一斉に生じさせる、ことを特徴とする請求項９記載の切断装置。
【請求項１３】
前記第２のユニットが、電子ビームを発生する電子源を複数備え、
前記単結晶のインゴット表面の前記格子欠陥が生成された複数の箇所のそれぞれ前記電子ビームをあて衝撃を与えることで、複数箇所の劈開を一斉に生じさせる、ことを特徴とする請求項１０記載の切断装置。
【請求項１４】
ウェーハの母材となるインゴットを輪切り状に切断して作製されるウェーハであって、
前記インゴット表面に、周方向に沿った１部又は周回して、イオンビーム、電子ビーム、非荷電粒子ビームのうちの少なくとも１つを含む加工用のビームが照射され、前記インゴットの前記加工用のビームの照射箇所に対応する位置に、ナイフエッジをたてるか、又は、電子ビームをあてることにより衝撃を与え、劈開が生じて切断されてなり、劈開面を切断面とする、ウェーハ。
【請求項１５】
ウェーハの母材となるインゴット表面に、周方向に沿った１部又は周回して、イオンビーム、電子ビーム、非荷電粒子ビームのうちの少なくとも１つを含む加工用のビームが照射され、前記インゴットの前記加工用のビームの照射箇所に対応する位置に、ナイフエッジをたてるか、又は、電子ビームをあてることにより衝撃を与え、劈開が生じて切断されてなり、劈開面を切断面とするウェーハ表面にＰＮ接合を形成して構成された太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶のインゴットの切断方法と装置に関し、特に、太陽電池の作製に好適な方法、装置、及びウェーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池に用いられる光電変換材料（光起電力材料）としては、例えば単結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ（シリコン）等の非晶質あるいは多結晶等が用いられている。例えばアモルファスＳｉはその禁制帯が１．７ｅＶと広く、可視光の吸収係数が単結晶Ｓｉよりも１桁高いことにもよる。また単結晶Ｓｉのコスト高にもよる。またシリコン以外にも高効率太陽電池材料として、カルコパイライト形３元化合物の太陽電池が着目されており、ＣｄＳ／ＣｕＩｎＳｅ２ヘテロ接合多結晶薄膜等も鋭意研究されている。
【０００３】
アモルファス、多結晶のシリコンは、単結晶Ｓｉのインゴットを母材として作製されている。単結晶Ｓｉウェーハ上に作製されるメモリ、ＣＰＵ等の論理ＬＳＩなどの半導体デバイスが、ウェーハの中心部、及びその周辺のみを利用して作製され、ウェーハの周縁部や端部は利用されない。このため、純度の高い単結晶Ｓｉウェーハを利用して、再度溶融し、アモルファス化や多結晶化して利用している。
【０００４】
ところで、近時、太陽電池に回されるシリコン材料が不足してきている。これは、ＬＳＩの微細化技術の進展による高密度化により、集積度が向上し、また収率の向上等により、太陽電池で必要とされる分、シリコンウェーハが量産されていないことにもよる。特に、シリコンオンチップ等、高機能、高集積デバイスではＬＳＩの単価が数十万円程度にもなるものもあり、これらのデバイスを数百の個数搭載するウェーハ１枚あたりの収益も高くなり、製品歩留まりの向上とともに、太陽電池に供されるウェーハは不足しがしちである。太陽電池に回すことができるシリコンの総量は、2000年度から2001年度くらいがピークとなり、それ以上大幅に増えることはないものとも思料される。
【０００５】
一方で、太陽電池の需要は高く、近い将来、2000年度の総量の少なくとも10倍程度には、達するという予想もなされている。この予想の通りにならないと、太陽電池は、その寿命からも、日本の総電力の０．１％程度しか供給できないことになる。上記したように、現状のままでは、太陽電池に利用される高純度シリコン材料の不足が懸念されている。
【０００６】
太陽電池の光電変換材料（光起電力材料）として、上記したように、アモルファスＳｉや多結晶Ｓｉを利用する方法が、精力的に研究されている。しかしながら、単結晶Ｓｉの利用も重要である。その理由は、単結晶Ｓｉによる太陽電池は、長寿命であること、高い変換効率を有するためである。例えば、宇宙用や特殊用途では、単結晶Ｓｉの太陽電池が利用されることがある。
【０００７】
太陽電池は、低コスト、高安定性をその特徴としている。一般家屋の屋根等に設置される自家発電用の太陽電池はその製品価格と、自家発電により省力化された電力の料金との関係から、価格の上限が決められており、高価にはできない。単結晶Ｓｉを利用する太陽電池は、高コストであるため、一般用途には、利用されていない。そして、一般家庭の屋根等に自家発電用の太陽電池（ソーラーパネル）を導入する場合、政府からの金銭的な援助（＝５０％）がある。しかしながら、実質的には、倍のコストとなり、単結晶Ｓｉの利用を困難なものとしている。
【０００８】
単結晶Ｓｉの太陽電池のコスト高の原因の多くは、単結晶Ｓｉの製造に由来している。そして、この製造コストの大幅な低減は、困難になっている。
【０００９】
単結晶Ｓｉは、よく知られているように、チョコラスキー法（ＣＺ法）等で作製される。この製法によれば、断面の径が200mmφ以上、長さが1ｍ以上の棒状の単結晶Ｓｉのインゴット（単結晶Ｓｉのインゴットを「シリコンインゴット」という）が作製される。このＣＺ法では、よく知られているように、石英るつぼ内で溶融された多結晶シリコンを、単結晶成長に適した温度に調整し、単結晶の種結晶を融液に浸す。このとき転位が生じるが、無転位成長のためのネッッキングを行って無転位化し、種結晶の引き上げ速度と融液温度を制御しながら除々に直径を大きくしてゆき、肩部が形成され、所望の直径まで形成されると、一定直径の直胴部を形成し、除々に直径を小さくしながら、逆円錐状の尾部を形成して、引き上げを完了する。
【００１０】
太陽電池に加工するには、図３に示すように、硬脆性のシリコンインゴット１０を、ワイヤーソー１１を有する切断機（スライシングマシン）で切断し、薄板のウェーハを作製している。あるいは回転薄刃ブレード（例えばブレードは１０〜数十μｍの厚さ）として、内周刃ブレードによる内周刃切断、外周刃ブレードによる外周刃切断が行われる。そして、ウェーハを粗面研磨（ラッピング）、鏡面研磨（ポリシング）して、その表面にマスクを設けて不純物の注入等により不純物拡散層を作製し、ＰＮ接合を作り、金属膜を堆積し、電極配線にパターン形成することで太陽電池としている。
【００１１】
なお、半導体ウェーハの母材である略円柱状のシリコンインゴット１０において、円柱の高さ方向をｚ軸、ｚ軸に垂直な面を規定する２軸をｘ、ｙ軸とした場合、ｚ軸に垂直な面に単結晶の格子面（００１）面が一致するように単結晶を作製し、また円柱側面において（１００）面の切り出し（カット）が行われる。単結晶シリコンからなる半導体ウェーハの表面は（００１）面となる（通常（００１）面で使うことが多い）。この場合、シリコンインゴット１０はｚ軸に垂直な方向に多数輪切りにして、略円板状のウェーハが作製され、（１００）面を切り出し、切り出された面は、オリエンテーションフラットとも呼ばれる。
【００１２】
シリコンインゴット１０をウェーハに切断する場合には、ワイヤーソー１１等で切断するため、切り代と厚さがある程度必要である。このため、ワイヤーソー１１の刃を薄くし（幅０.２ｍｍ〜１．０ｍｍ）、切り代を短くしている。また高速で切断するため、薄板にはある程度の厚さ（０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ）が必要である。ワイヤーソー１１は往復運動ではなく一方向運動とされる。なお、図３では、簡単のため、ワイヤーソー１１を例に説明したが、単結晶のインゴットから薄板を切断する切断機としては、内周刃式切断機、外周刃式切断機、インゴット回転式切断機、横型、縦型等の切断機の各種形式が用いられる。
【００１３】
例えば１ｍの長さのシリコンインゴットから、５００枚（切り代＝１．０ｍｍ，  厚さ＝１．０ｍｍとして）乃至２０００枚（切り代＝０．２  ｍｍ，  厚さ＝０．３  ｍｍとして）のシリコンウェーハが切断される。このウェーハの切断には、長時間を要する。例えば、３００枚程度のウェーハの切断に、例えば８時間程度が必要とされる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、１ｍの長さのシリコンインゴットから、例えば２５００枚程度のウェーハを切り出すことができるものとすると、現状の多結晶シリコンと同等のコストで太陽電池が作製されることになり、単結晶を利用した太陽電池の一般用途での利用も近い。しかしながら、現状では、技術的な限界に近い状況である。
【００１５】
太陽電池は、光の吸収が必要であり、加工にある程度の強度が必要であるため、厚さの制約が設けられている。これらの条件を総合すると、ウェーハの厚さとして０．１ｍｍ以上あれば良いことが知られている。
【００１６】
したがって、１ｍの長さのシリコンインゴットからは、原理的に、１０，０００枚のウェーハを取り出すことができる。
【００１７】
加工法の目途が立てば、原理的に、単結晶シリコンを利用した太陽電池が広く普及する可能性がある。特に、アモルファス太陽電池に比べて、変換効率が倍以上であるため、家屋（屋根）に設置する場合、半分の面積で同じ電力が得られることになり、極めて重要な技術開発であることが分かる。
【００１８】
したがって、本発明の目的は、単結晶のインゴットを切断しウェーハを作製する時間を特段に短縮する方法、装置を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、１つのインゴットからより多くの薄いウェーハを得ることを可能とする方法、装置を提供することにある。
【００２０】
本発明のさらに他の目的は、純度が高く、表面精度が高いウェーハを得ることを可能とする方法、装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明の１つのアスペクト（側面）に係る方法は、ウェーハの母材となる、略円柱状のインゴットを輪切り状態に切断する方法であって、（ａ）前記インゴット表面に、周方向に沿った１部又は周回して、加工用のビームを照射するステップと、
（ｂ）前記ビームの照射箇所に対応する位置にて、前記インゴットを劈開させ、劈開面を切断面とするウェーハに切断するステップを含む。
【００２２】
本発明に係る方法において、前記加工用のビームは、好ましくは、イオンビーム又は電子ビームよりなる。
【００２３】
前記目的を達成する本発明の他のアスペクト（側面）に係る方法は、
（ａ）単結晶のインゴットの表面に、結晶構造の劈開面に対応する結晶軸方向に沿って、格子欠陥を生成するステップと、
（ｂ）前記単結晶のインゴットの表面の格子欠陥が生成された箇所に、衝撃を与えて劈開を生じさせ、劈開面を切断面とするウェーハに切断するステップを含む。
【００２４】
前記目的を達成する本発明の他のアスペクト（側面）に係る装置は、ウェーハの母材となる、略円柱状のインゴットを輪切り状態に切断する切断装置であって、前記インゴット表面に、周方向に沿った１部又は周回して、加工用のビームを照射する第１の手段と、前記ビームの照射箇所に対応する位置にて、前記インゴットを劈開させ、劈開面を切断面とするウェーハに切断する第２の手段と、を含む。
【００２５】
本発明に係る装置において、前記加工用のビームは、イオン源からのイオンビーム、又は、電子源からの電子ビームよりなる。
【００２６】
前記目的を達成する本発明の他のアスペクト（側面）に係るウェーハは、ウェーハの母材となるインゴットを輪切りに切断して作製されるウェーハであって、前記インゴット表面に、周方向に沿った１部又は周回して、加工用のビームが照射され、前記インゴットの前記ビームの照射箇所に対応する位置にて劈開が生じて切断されてなり、劈開面を切断面とする、ウェーハよりなる。
【００２７】
前記目的を達成する本発明の他のアスペクト（側面）に係る太陽電池は、ウェーハの母材となるインゴット表面に、周方向に沿った１部又は周回して、加工用のビームが照射され、前記インゴットの前記ビームの照射箇所に対応する位置にて劈開が生じて切断されてなり、劈開面を切断面とするウェーハ表面にＰＮ接合を形成して構成されている。
【００２８】
前記目的を達成する本発明の他のアスペクト（側面）に係る太陽電池の製造方法は、
（ａ）ウェーハの母材となるインゴットの表面に、周方向に沿った１部又は周回して、加工用ビームを照射するステップ、
（ｂ）前記ビームの照射箇所に対応する位置にて前記インゴットを劈開させ、劈開面を切断面とするウェーハに切断するステップ、
（ｃ）前記切断されたウェーハ表面に、ＰＮ接合を形成するステップを含む。
【００２９】
前記目的を達成する本発明の１つのアスペクト（側面）に係る切断装置は、単結晶のインゴットの表面に、結晶構造の劈開面に対応する結晶軸方向に沿って、格子欠陥を生成する第１のユニットと、前記単結晶のインゴット表面の格子欠陥が生成された箇所に衝撃を与え劈開を生じさせる第２のユニットと、を備え、前記単結晶のインゴットを、前記劈開面を切断面とするウエーハに切断する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の構成の概要、原理、実施例について以下に説明する。
【００３１】
本発明に係る方法は以下のステップよりなる。
【００３２】
ステップ１：単結晶のインゴットの直胴部（側面）の表面に、結晶構造の劈開面に対応する結晶軸方向に沿って、格子欠陥を生成する。
【００３３】
ステップ２：前記単結晶のインゴット表面の、前記ステップ１で格子欠陥が生成された箇所に、衝撃を与えて、劈開を生じさせ、劈開面を切断面とする略円板状薄板のウェーハに切断する。
【００３４】
本発明に係る方法では、前記ステップ１において、加工用のビームを、前記単結晶のインゴットの表面の結晶軸方向にあてることで、前記単結晶のインゴットの表面に結晶軸方向に沿った格子欠陥を生成する。
【００３５】
本発明に係る方法においては、前記ステップ１において、前記単結晶のインゴットと、前記加工用のビームのビーム源とを相対的に回動させて、前記単結晶のインゴットの表面の周方向に沿って格子欠陥を生成するようにしてもよい。
【００３６】
本発明に係る方法においては、加工用のビームとしては、例えばイオン源からのイオンビーム、あるいは電子源からの電子ビームが用いられる。
【００３７】
本発明に係る方法では、前記ステップ２において、前記単結晶のインゴット表面の前記格子欠陥が生成された箇所にナイフエッジをたてて衝撃を与えることで、前記単結晶のインゴットに劈開を生じさせる、ようにしてもよい。
【００３８】
本発明に係る方法では、前記ステップ２において、前記単結晶のインゴットの長手方向に沿って、前記単結晶のインゴット表面の前記格子欠陥が生成された箇所に、複数のナイフエッジをたてて複数箇所での劈開を一斉に生じさせる、ようにしてもよい。
【００３９】
本発明に係る方法では、前記ステップ２において、前記単結晶のインゴットの長手方向の両端を保持した状態で、前記格子欠陥が生成された部分にナイフエッジをたてて衝撃を与えることで、劈開を生じさせる、ようにしてもよい。
【００４０】
本発明に係る方法では、前記ステップ２において、前記単結晶のインゴットが液体に浸された状態で、劈開を生じさせる、ようにしてもよい。
【００４１】
本発明に係る装置は、単結晶Ｓｉ、単結晶ＧａＡｓ等の単結晶インゴットの表面に、結晶構造の劈開面に対応する結晶軸方向に格子欠陥を生成する第１のユニット（図１参照）と、前記単結晶インゴットの格子欠陥が生成された箇所に、衝撃を与え、劈開を生じさせる第２のユニット（図２参照）と、を備え、前記単結晶のインゴットの劈開面を切断面とする略円板状薄板のウェーハに切断される。
【００４２】
本発明に係る装置の前記第１のユニットにおいて、イオン源（２０）と、イオンビームの集光を制御する装置（２１、２２、３０）を備え、イオンビームを打ち込むことで、前記単結晶のインゴットの表面に結晶軸方向に格子欠陥を生成する。あるいは、前記第１のユニットにおいて、電子源と、電子ビームの集光を制御する装置を備え、電子ビームを照射することで、前記単結晶のインゴットの表面に結晶軸方向に格子欠陥を生成するようにしてもよい。
【００４３】
本発明に係る装置の前記第１のユニットにおいて、前記単結晶のインゴット（１０）と、イオン源（２０）（あるいは電子源）とを相対的に回動させて、前記単結晶のインゴットの表面に結晶軸方向に格子欠陥を生成する手段を備えた構成としてもよい。
【００４４】
本発明に係る装置の前記第２のユニットが、ナイフエッジ（５１）と、ナイフエッジ（５１）の前記単結晶のインゴット（１０）に対する位置を制御部（７０）を備え、前記単結晶のインゴットの前記格子欠陥が生成された部分に衝撃を与えることで、劈開を生じさせる。
【００４５】
本発明に係る装置の前記第２のユニットは、複数のナイフエッジを備えた構成としてもよい。単結晶のインゴットの長手方向に沿って、複数のナイフエッジをたてて複数箇所での劈開を同時に生じさせる。
【００４６】
本発明に係る装置の前記第２のユニットが、前記単結晶のインゴットの長手方向の両端を保持する手段を備え、前記単結晶のインゴットを保持した状態で前記格子欠陥が生成された部分にナイフエッジをたてて衝撃を与えることで、劈開を生じさせるようにしてもよい。
【００４７】
［発明の原理］
本発明に係る単結晶インゴットの切断は、その原理として、劈開を利用している。単結晶の劈開とは、ある結晶軸方向にナイフエッジなどを立てると、結晶軸方向に瞬時に割れる現象を指す。そして、劈開面は、平坦で不純物の少ない面となり、通常、この面で数々の半導体の実験が行われる。例えば単結晶の劈開面は、表面原子が稠密に配置されている場合、表面粗さの凹凸は原子の大きさの数分の１といった微小高さとされる。以下に、切断の手順を説明する。
【００４８】
劈開により結晶軸方向に割れるのは、格子欠陥による。そこで、本発明では、半導体ウェーハの母材となる単結晶インゴットに、格子欠陥を作製する。格子欠陥は、通常、不純物原子によって生じるので、例えばイオンビームを、単結晶インゴットの表面に打ち込む。
【００４９】
【実施例】
本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例の構成を模式的に示す図である。本発明の一実施例の装置は、イオン源２０と、イオンの引き出し電極２１と、イオンビーム２３を絞るための集光レンズ電極２２を備えた装置を有し、イオンビーム２３がシリコンインゴット１０の表面で集光するように設定される。
【００５０】
イオンビーム２３のシリコンインゴット表面内での平均自由工程は短いため、表面に格子欠陥が生じる。イオンビーム２３の走査方向は、図示のように、シリコンインゴット１０の結晶軸方向である。
【００５１】
シリコンインゴット１０において、イオンビーム２３を照射する箇所に開口を有するマスク（図示されない）で覆うようにしてもよい。
【００５２】
半導体ウェーハの母材である略円柱状のシリコンインゴット１０において、円柱の高さ方向をｚ軸、ｚ軸に垂直な面を規定する２軸をｘ、ｙ軸とした場合、ｚ軸に垂直な面に単結晶の格子面（００１）面が一致するように単結晶が作製される。この場合、図１において、劈開面は、格子面（００１）となり、結晶軸方向は円柱高さ方向のｚ軸に対して、ｘ軸またはｙ軸で規定される円柱側面の周回方向となる。イオンビームの照射により導入される格子欠陥としては、点欠陥、あるい転位（線状欠陥）等からなる。
【００５３】
シリコンインゴット１０の棒の中心を回転させる制御を行う回転系（回転駆動系）４０で回転させて、結晶軸方向に沿って、イオンビームを打ち込むようにしてもよい。このように回転させて、イオンビームを打ち込むことで、劈開がより生じやすくなることが期待される。なお、回転駆動系４０の機構としては、シリコンインゴット１０を回転させる構成のほか、シリコンインゴット１０を固定し、イオン源２０が、シリコンインゴット１０の周りを回転させる構成としてもよい。
【００５４】
制御系３０は、シリコン単結晶１０を中心軸を中心に回動させるために、インゴットを保持して回転させる制御を行う制御系を有する。
【００５５】
また制御系３０は、イオンビーム２３の集光位置が常に最適になるように制御する制御系を有する。制御系３０は、例えば引き出し電極２１、集光レンズ電極２２の電圧を制御する。イオンエネルギー、ビーム電流量、イオンビームの入射角度（方向）を制御する。制御系３０は、図示されない位置測定系による位置測定結果の情報に基づき、回転系４０を制御する制御系と、連動して位置の制御を行う。なお、イオン源２０としては、直流放電を利用したもの（例えばカウフマン型、バレル型）、高周波やマイクロ波を利用したＲＦ型、ＥＣＲ型等公知のものが用いられる。イオン源２０、イオンビーム２３を利用しているため、真空に気密封止されるチャンバー１００内に、シリコンインゴット１０がローディングされてイオンビームによる加工が行われる。
【００５６】
そして、イオンビーム２３をシリコンインゴット１０の直胴部（円柱側面）の表面の長手方向に、結晶軸方向に平行に、順次照射することで、複数の格子欠陥を作る。
【００５７】
なお、格子欠陥を作るための加工用ビームとしては、電子ビームを用いても良い。電子ビームの照射により、電子はインゴット（固体）の表層原子との弾性衝突によって外部に反射されたり、固体構成原子と非弾性衝突を繰り返し、エネルギーを失いながら、固体内へ侵入していき、この際、熱の発生、固体原子の励起、イオン化、二次電子、Ｘ線の発生が起こる。格子欠陥は、電子ビームの照射により、インゴット表面は部分的に高温となり、結晶格子が転位などにより、歪むためにできる格子欠陥である。電子ビームを用いる場合、イオン源２０のかわりに、電子を放出するフィラメント（陰極）が用いられ、さらに、制御電極（グリッド）、陽極、収束レンズ、偏向コイルを備えた電子ビーム装置が用いられる。シリコンインゴット１０において、電子ビームを照射する箇所に開口を有するマスク（図示されない）で覆うようにしてもよい。
【００５８】
あるいは、格子欠陥を作るための加工用ビームとしては、良好なビーム指向性を有する非荷電粒子ビーム（中性ビーム）を用いてもよい。
【００５９】
次に、シリコンインゴット１０をチャンバー１００から取り出され（アンロード）され、シリコンインゴット１０の表面の格子欠陥を与えた位置に、図２に示すように、ナイフ５０から延在されるナイフエッジ５１を立てる。ナイフエッジ５１は、シリコンインゴット１０の長手方向に直交する方向に当設している。
【００６０】
そして、シリコンインゴット１０の格子欠陥（例えば転移等）を与えた部分に、ナイフエッジ５１によって衝撃（例えば機械的なせん断応力）を与えると、シリコンインゴット１０は、その部分から劈開する（結晶中のある格子面をすべり面として2つに割れる）。あるいは、ナイフエッジのかわりに、シリコンインゴット１０の格子欠陥（例えば転移等）を与えた部分に、電子源からの大電流の電子ビームをあて、劈開を生じさせるようにしてもよい。
【００６１】
シリコンインゴット１０の劈開は、瞬時に行われる。このため、極めて短時間で、ウェーハ切断処理が完了する。
【００６２】
ナイフエッジ５１に衝撃を与えるときに、シリコンインゴット１０を保持するために、インゴット１０を図２の左右両側（すなわち円柱の底とその反対の面の両面）を押さえる保持機構（図示されない）が設けられる。図示されない保持機構は、インゴット１０を図２の左右両側を、付勢力（弾性力）をもって押圧して保持するバネあるいはシリンダ（油圧）等の押圧制御装置を備えて構成してもよい。
【００６３】
そしてイオンビームによって、シリコンインゴット１０の表面に格子欠陥を与えた複数の位置に、ナイフエッジ５１を、順次位置決めし、衝撃を与え劈開を行う。この位置決めにあたり、ナイフエッジ５１をシリコンインゴット１０の長手方向に移動してもよいし、シリコンインゴット１０側をナイフエッジ５１に対して移動させるようにしてもよい。
【００６４】
制御系７０は、シリコンインゴット１０のイオンビーム２３を照射した場所にナイフエッジ５１を移動するための制御を行う。制御系７０を構成するコンピュータが、イオン源を制御する制御系３０から、イオンビームを照射した場所の情報（位置情報）を取得することで正確な情報が得られる。
【００６５】
図２では、ナイフエッジ５１を一つ備えた構成が示されているが、複数のナイフエッジを用いて、複数箇所での劈開を一斉に行うようにしてもよいことは勿論である。この場合、図２のナイフエッジ５１は、シリコンインゴット１０の長手方向に沿って複数本配設され、シリコンインゴット１０の格子欠陥が生成された表面にそれぞれ位置決めされる。同様にして、シリコンインゴット１０の格子欠陥が生成された複数箇所に大電流の電子ビームをあて、複数箇所での劈開を一斉に行うようにしてもよいことは勿論である。
【００６６】
シリコンインゴット１０の劈開をより行いやすくするために、例えば水中（純水）に、シリコンインゴット１０とナイフエッジ５１を導入して、衝撃を与えても良い。あるいは、水以外の液体を利用しても良い。
【００６７】
切断されたウェーハ（アズカットウェーハ）は、面取り、ラッピング、熱処理、ポリシング等の一連の工程を経て、目的とする太陽電池の製造工程に供せられる。例えばウェーハ上に公知の製造プロセスによって太陽電池が作製される。この製造方法としては、例えばｐ型単結晶Ｓｉウェーハ上に、気相拡散法、塗布拡散法あるいはイオン注入によりｎ＋不純物層を形成してＰＮ接合を形成し、透明の導電部材を用いて表面電極を形成し、さらに裏面電極を形成する工程が含まれる。太陽電池表面での光の反射による効率低下を防ぐ構造として、太陽電池表面に微小な（例えば１〜２μｍ）ピラミッド形状の凹凸を形成し、多重反射によって表面反射を減少させる構成（ＣＮＲ（Comsat  Non  Reflective  Solar  Cell）太陽電池）としてもよいことは勿論である。
【００６８】
上記実施例では、単結晶Ｓｉを用いたが、例えば、単結晶ＧａＡｓ等のIII−V族化合物半導体材料を用いても良い。
【００６９】
インゴットの薄板への切断に、劈開を利用した上記実施例によれば、下記の作用効果を有する。
【００７０】
この実施例においては、ソーを利用していないため、ソーの刃の厚さによる切り代が不要となる。このため、より多くのウェーハを得ることができる。また、薄いウェーハを得ることができる。この実施例によれば、１ｍの長さのシリコンインゴットからは、原理的に、数千枚程度、さらにその数倍の枚数のウェーハを取り出すことができる。
【００７１】
この実施例においては、ウェーハの切断面に、ソーの材料が混入しないため、純度が高く、表面精度が高い。
【００７２】
そして、劈開は、瞬時に生じるため、切断作業時間を短縮することができる。このため製造コストの低減を可能としている。
【００７３】
劈開面は、表面の原子が揃っており、この実施例によれば、太陽電池への加工が容易化する。すなわち、劈開を利用してインゴットから切断されたウェーハは、ブレード等で、切断されたものと比較しての表面粗さ等の特性が良好とされる。鏡面加工等の処理を容易化し、製造コストのさらなる低減を可能としている。
【００７４】
このように、この実施例によれば、太陽電池をシリコン単結晶、ＧａＡｓ単結晶で作る上での重要な技術的な課題を解決している。上記した実施例で切断されたウェーハは、太陽電池以外の任意の半導体デバイスの製造に用いられることは勿論である。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インゴットの薄板への切断において、ソーの刃の厚さによる切り代が不要となり、より多くの薄板を得ることができる、という効果を奏する。
【００７６】
また、本発明によれば、ソーを用いた場合の切り代が不要であるため、薄いウェーハを得ることができるという効果を奏する。
【００７７】
さらに本発明によれば、ウェーハの切断面に、ソーの材料が混入しないので、極めて純度が高く、表面精度が高いウェーハを提供することができる。
【００７８】
本発明によれば、劈開は瞬時に生じるため、ウェーハの切断時間を短縮することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００７９】
本発明によれば、劈開面は、表面の原子が揃っており、太陽電池等への加工を容易化している。そして、本発明によれば、太陽電池の製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図３】従来の切断を説明するための図である。
【符号の説明】
１０    シリコンインゴット
２０    イオン源
２１    電極
２２    電極
２３    イオンビーム
３０    制御系
４０    回転系
５０    ナイフ
５１    ナイフエッジ
７０    制御系
１００  真空チャンバー
１１０  容器
１１１  液体
【図１】
0004455804.tif 000002
【図２】
0004455804.tif 000003
【図３】
0004455804.tif 000004