(57)【要約】【課題】  円筒状インゴットを四側面剥ぎ切断加工して四角柱状インゴットに加工する際の切削屑を大幅に減らしたい。【解決手段】  ダイヤモンド刃先幅が１．２〜２．５ｍｍと狭い回転切断刃９１ａ，９１ｂを用い、最初に円筒状インゴットｗの切断深さの約１／２の高さの溝を加工し、ついで、円筒状インゴットを１８０度回転させたのち、前記回転切断刃で円筒状インゴットの切断深さの約１／２の高さの溝を加工として溝同士を連結させて円筒状インゴットの側面より円弧柱状物を切り落とす。【選択図】  図４
2012153037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）機枠上に左右方向に設けられた案内レール上を左右方向に往復移動できるように設けられたワークテーブル、
ｂ）前記ワークテーブル上に左右に分離して搭載された主軸台と心押台の一対よりなるクランプ機構、
ｃ）前記クランプ機構に支架されたワークを載せた前記ワークテーブルを左右方向に往復移動させる駆動機構、
ｄ）前記ワークテーブルを複合面取り加工装置の正面側から見る方向であって、かつ、右側方向より左側方向へ向かって、
ｅ）円筒状インゴットブロックのローディング／アンローディングステージ、
ｆ）前記ローディング／アンローディングステージの背後に設けた前記クランプ機構の待機位置ステージ、
ｇ）前記クランプ機構のワーク支持軸を挟んで一対の回転切断刃をその回転切断刃直径面が相対向するように、かつ、前記ワーク支持軸の高さ位置よりも上方にある位置に回転切断刃軸心が位置するよう回転切断刃軸を前記案内レールに対し前後に設けた円筒状インゴットブロックの側面剥ぎスライシングステージ、
および、
ｈ）前記ローディング／アンローディングステージのロードポート位置に、インゴットブロックの結晶方向検出機器を設けた結晶方向検出ステージ、
を設けた円筒状インゴットブロックの四側面剥ぎ切断装置。
【請求項２】
請求項１記載の四側面剥ぎ切断装置を用い、下記の工程を経て、円筒状インゴットブロックを角柱状インゴットブロックに面取り加工する方法。
（１）ローディング／アンローディングステージに在る搬入機構を用い、ロードポートを通過させて円筒状インゴットブロックをクランプ機構のワーク支持軸廻りに回転させる機能を有するエンコーダ付き主軸台と心押台間に搬入し、ついで、前記心押台を前進させて円筒状インゴットブロックをクランプ機構に挟持する。
（２）前記挟持された円筒状インゴットブロックの前側に離れて設置した結晶方向検出機器によりクランプ装置の主軸台のモータにより回転される円筒状インゴットブロックの結晶方位を測定し、このワーク支持軸回転角度をエンコーダで読み取りながらワーク支持軸を１回転させ、円筒状インゴットブロックのワーク支持軸回転角度と円筒状インゴットブロック結晶方位の相関図を表示させる。
（３）表示された４つの結晶方位を示すエンコーダ回転角度のどれか１つの角度（θ）を選択し、この角度が回転切断刃径方向面に対するエンコーダ回転角度４５度の位置に位置するようワーク支持軸を回転させて円筒状インゴットブロックの結晶方位位置を芯出しする。
（４）回転する一対の回転切断刃の方向に前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行う。この溝加工の際、回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
（５）ついで、円筒状インゴットブロックのワーク支持軸を主軸台のサーボモータを用いて１８０度回転させる。
（６）回転する前記一対の回転切断刃の方向に前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行い、円筒状インゴットブロックの前後の円弧状側面を切断する。この切断加工の際、前記回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
（７）ついで、２側面が切断された円筒状インゴットブロックのワーク支持軸を主軸台のサーボモータを用いて９０度回転させる。
（８）回転する前記一対の回転切断刃の方向にクランプ機構を搭載する前記ワークテー
ブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状インゴットブロックの残った前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行う。この溝加工の際、回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
（９）ついで、円筒状インゴットブロックのワーク支持軸を主軸台のサーボモータを用いて１８０度回転させる。
（１０）回転する前記一対の回転切断刃の方向に前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行い、円筒状インゴットブロックの前後の円弧状側面を切断し、四角柱状インゴットブロックに加工する。この切断加工の際、前記回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
【請求項３】
請求項１記載の四側面剥ぎ切断装置を用い、下記の工程を経て、円筒状インゴットブロックを角柱状インゴットブロックに面取り加工する方法。
（１）ローディング／アンローディングステージに在る搬入機構を用い、ロードポートを通過させて円筒状インゴットブロックをクランプ機構のワーク支持軸廻りに回転させる機能を有するエンコーダ付き主軸台と心押台間に搬入し、ついで、前記心押台を前進させて円筒状インゴットブロックをクランプ機構に挟持する。
（２）前記挟持された円筒状インゴットブロックの前側に離れて設置した結晶方向検出機器のセンサーによりクランプ装置の主軸台のモータにより回転される円筒状インゴットブロックの結晶方位を測定し、このワーク支持軸回転角度をエンコーダで読み取りながらワーク支持軸を１回転させ、円筒状インゴットブロックのワーク支持軸回転角度と円筒状インゴットブロック結晶方位の相関図を表示させる。
（３）表示された４つの結晶方位を示すエンコーダ回転角度のどれか１つの角度（θ）を選択し、この角度が回転切断刃径方向面に対するエンコーダ回転角度４５度の位置に位置するようワーク支持軸を回転させて円筒状インゴットブロックの結晶方位位置を芯出しする。
（４）回転する一対の回転切断刃の方向に前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行う。この溝加工の際、回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
（５）ついで、円筒状インゴットブロックのワーク支持軸を主軸台のサーボモータを用いて９０度回転させる。
（６）回転する前記一対の回転切断刃の方向に前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行う。この溝加工の際、前記回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
（７）ついで、四本の溝が形成された円筒状インゴットブロックのワーク支持軸を主軸台のサーボモータを用いて９０度回転させる。
（８）回転する前記一対の回転切断刃の方向にクランプ機構を搭載する前記ワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行い、円筒状インゴットブロックの前後の円弧状側面を切断する。この切断加工の際、前記回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
（９）ついで、前記インゴットブロックのワーク支持軸を主軸台のサーボモータを用いて９０度または−２７０度回転させる。
（１０）回転する前記一対の回転切断刃の方向に前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃によるインゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行い、インゴットブロックの前後の円弧状側面を切断し、四角柱状インゴットブロックに加工する。この切断加工の際、前記回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状単結晶シリコンインゴットブロックをその回転Ｃ軸廻りに回転させる機能を有するエンコーダ付き主軸台と心押台とよりなるクランプ装置に挟持し、回転切断刃によりその四側面を削ぎ落とす切断を行って四角柱状ブロックに加工する切断装置およびその切断装置を用いて円筒状単結晶シリコンインゴットブロックを四角柱状ブロックに加工する方法に関わる。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板に用いられる円板状単結晶シリコン基板や太陽発電電池の基板に用いられる四角形状単結晶シリコン基板の原材料の円筒状インゴットブロックは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により育成した単結晶シリコンインゴットのＣ軸両端面を切り落とし、ついで、回転させる機能を有する主軸台と心押台とよりなるクランプ装置に挟持し、円筒研削して外周面の皴状の凹凸を取り除き、さらに、長さ２００ｍｍ、２５０ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、８００ｍｍ等の長さに回転切断刃（外周刃）またはダイソーで切断、あるいはワイヤーカットされて外周面平滑円筒状単結晶シリコンインゴットブロックとして市販される。
【０００３】
この外周面平滑円筒状単結晶シリコンインゴットブロックは、次の工程のマルチ・ワイヤーソウによる薄厚の基板へのスライス加工に供せられる。あるいは、インゴットブロック製造メーカから太陽電池基板製造メーカに供給され、外周刃で四側面を削ぎ落として加工された四角柱状ブロックの四側面および四隅コーナー部を面取り加工し（特開２０１０−２６３０２５号公報参照：特許文献１）、次工程のマルチ・ワイヤーソウによる薄厚の基板へのスライス加工ステージへ供給される。
【０００４】
本願特許出願人は、上記円筒状インゴットブロックを四角柱状ブロックに切断加工する方法として特願２０１０−２５１４８３号明細書（特許文献２）で次の工程を経て円筒状単結晶シリコンインゴットブロックを四角柱状単結晶シリコンインゴットブロックの形状に面取り加工する方法を提案した。
（１）円筒状単結晶シリコンインゴットブロックをその回転Ｃ軸廻りに回転させる機能を有するエンコーダ付き主軸台と芯押台とよりなるクランプ装置に挟持する。
（２）前記挟持された円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの前側に離れて設置した変位センサーよりレーザー光を円筒状単結晶シリコンインゴットブロックのＣ軸に向けて照射し、クランプ装置の主軸台のモータによるＣ軸回転角度をエンコーダで読み取りながらＣ軸を１回転させ、回転角度とパルスピークの相関図を表示させる。
（３）表示された４つの高いパルスピークを示すエンコーダ回転角度のどれか１つの角度（θ）を選択し、この角度（θ）が回転切断刃の径方向面に対するエンコーダ回転角度４５度の位置に位置するようＣ軸を回転させて円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの切断開始位置となる結晶方位の位置を固定する。
（４）回転する一対の回転切断刃の方向にクランプ装置を搭載するワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの前後面の切断加工を行う。
（５）円筒状単結晶シリコンインゴットブロックのＣ軸を９０度回転させる。
（６）回転する一対の回転切断刃の方向にクランプ装置を搭載するワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの前後面の切断加工を行い、四角柱状単結晶シリコンインゴットブロックを得る。
を提案した。
【０００５】
上記特許文献２に記載の四角柱状ブロックに加工する方法は、同時に回転切断刃（外周刃）一対を用いて円筒状インゴットブロックの前後両側の円弧状側面を切断するので、直径２００ｍｍ、長さ５００ｍｍの円筒状インゴットブロックなら２５〜２８分で削ぎ落として製造でき、市販の切断装置と比較し、１本の円筒状単結晶シリコンインゴットブロックを四角柱状ブロックに加工する時間が約１／２弱である利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２６３０２５号公報
【特許文献２】特願２０１０−２５１４８３号明細書（未公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献２に記載の切断方法では、回転切断刃として幅４．０ｍｍ、幅５．０ｍｍのダイヤモンド外周刃先を有する直径５５０ｍｍの外周刃を用いたので、切断シリコン屑が大量に発生する。本発明者らは、外周刃による切削屑の発生量を減らすには、５００〜６００ｍｍ径の円板状基台の外周縁に５〜８ｍｍ幅で設けられたダイヤモンド電着刃の厚み４〜５ｍｍをダイソー刃の１．３〜２．５ｍｍの厚みまで減らすことで解決できると着想し、回転切断刃として幅２．０ｍｍ、幅５．０ｍｍのダイヤモンド外周刃先を有する直径５５０ｍｍの外周刃を用いれば、切断シリコン屑の発生量は半分となると推測し、幅２．０ｍｍ、幅５．０ｍｍのダイヤモンド外周刃を試作して円筒状インゴットブロックを切断したところ、切断シリコン屑の発生量は半減したが、切断時の電動モータの負荷が大きいことが見出された。
【０００８】
大型の電動モータを用いれば、消費電力は高くなるし、切断装置のフットプリント（設置面積）も増大することとなる。
【０００９】
本発明は、電動モータの負荷を増大させることなく、切断屑の発生量を低減できる円筒状インゴットブロックの切断装置の提供を第一の目的とする。本発明の第二の目的は、この切断装置を用いて円筒状インゴットブロックを四角柱状ブロックに加工する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１は、
ａ）機枠上に左右方向に設けられた案内レール上を左右方向に往復移動できるように設けられたワークテーブル、
ｂ）前記ワークテーブル上に左右に分離して搭載された主軸台と心押台の一対よりなるクランプ機構、
ｃ）前記クランプ機構に支架されたワークを載せた前記ワークテーブルを左右方向に往復移動させる駆動機構、
ｄ）前記ワークテーブルを複合面取り加工装置の正面側から見る方向であって、かつ、右側方向より左側方向へ向かって、
ｅ）円筒状インゴットブロックのローディング／アンローディングステージ、
ｆ）前記ローディング／アンローディングステージの背後に設けた前記クランプ機構の待機位置ステージ、
ｇ）前記クランプ機構のワーク支持軸（Ｃ軸）を挟んで一対の外周刃（回転切断刃）をその回転切断刃直径面が相対向するように、かつ、前記ワーク支持軸の高さ位置よりも上方にある位置に回転切断刃（ツール）軸心が位置するよう回転切断刃（ツール）軸を前記案内レールに対し前後に設けた円筒状インゴットブロックの側面剥ぎスライシングステー
ジ、
および、
ｈ）前記ローディング／アンローディングステージのロードポート位置に、インゴットブロックの結晶方向検出機器を設けた結晶方向検出ステージ、
を設けた円筒状インゴットブロックの四側面剥ぎ切断装置を提供するものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の四側面剥ぎ切断装置を用い、下記の工程を経て、円筒状インゴットブロックを角柱状インゴットブロックに面取り加工する方法を提供するものである。
（１）ローディング／アンローディングステージに在る搬入機構を用い、ロードポートを通過させて被加工物（ワーク）である円筒状インゴットブロックをクランプ機構の回転Ｃ軸廻りに回転させる機能を有するエンコーダ付き主軸台と心押台間に搬入し、ついで、前記心押台を前進させて円筒状インゴットブロックをクランプ機構に挟持する。
（２）前記挟持された円筒状インゴットブロックの前側に離れて設置した結晶方向検出機器のセンサーによりクランプ装置の主軸台のモータにより回転される円筒状インゴットブロックの結晶方位を測定し、このＣ軸回転角度をエンコーダで読み取りながらＣ軸１回転（３６０度）回転させ、円筒状インゴットブロックのＣ軸回転角度と円筒状インゴットブロック結晶方位の相関図を表示させる。
（３）表示された４つの結晶方位を示すエンコーダ回転角度のどれか１つの角度（θ）を選択し、この角度が回転切断刃径方向面に対するエンコーダ回転角度４５度の位置（切断開始Ｃ軸位置）に位置するようＣ軸を回転させて円筒状インゴットブロックの結晶方位位置を芯出しする。
（４）回転する一対の回転切断刃の方向に前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行う。この溝加工の際、回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
（５）ついで、円筒状インゴットブロックのＣ軸を主軸台のサーボモータを用いて１８０度回転させる。
（６）回転する前記一対の回転切断刃の方向に前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行い、円筒状インゴットブロックの前後の円弧状側面を切断する。この切断加工の際、前記回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
（７）ついで、２側面が切断された円筒状インゴットブロックのＣ軸を主軸台のサーボモータを用いて９０度回転させる。
（８）回転する前記一対の回転切断刃の方向にクランプ機構を搭載する前記ワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状インゴットブロックの残った前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行う。この溝加工の際、回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
（９）ついで、円筒状インゴットブロックのＣ軸を主軸台のサーボモータを用いて１８０度回転させる。
（１０）回転する前記一対の回転切断刃の方向に前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行い、円筒状インゴットブロックの前後の円弧状側面を切断し、四角柱状インゴットブロックに加工する。この切断加工の際、前記回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１記載の四側面剥ぎ切断装置を用い、下記の工程を経て、円筒状インゴットブロックを角柱状インゴットブロックに面取り加工する方法を提供するものである。
（１）ローディング／アンローディングステージに在る搬入機構を用い、ロードポート
を通過させて被加工物（ワーク）である円筒状インゴットブロックをクランプ機構の回転Ｃ軸廻りに回転させる機能を有するエンコーダ付き主軸台と心押台間に搬入し、ついで、前記心押台を前進させて円筒状インゴットブロックをクランプ機構に挟持する。
（２）前記挟持された円筒状インゴットブロックの前側に離れて設置した結晶方向検出機器のセンサーによりクランプ装置の主軸台のモータにより回転される円筒状インゴットブロックの結晶方位を測定し、このＣ軸回転角度をエンコーダで読み取りながらＣ軸１回転（３６０度）回転させ、円筒状インゴットブロックのＣ軸回転角度と円筒状インゴットブロック結晶方位の相関図を表示させる。
（３）表示された４つの結晶方位を示すエンコーダ回転角度のどれか１つの角度（θ）を選択し、この角度が回転切断刃径方向面に対するエンコーダ回転角度４５度の位置（切断開始Ｃ軸位置）に位置するようＣ軸を回転させて円筒状インゴットブロックの結晶方位位置を芯出しする。
（４）回転する一対の回転切断刃の方向に前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行う。この溝加工の際、回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
（５）ついで、円筒状インゴットブロックのＣ軸を主軸台のサーボモータを用いて９０度回転させる。
（６）回転する前記一対の回転切断刃の方向に前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行う。この溝加工の際、前記回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
（７）ついで、四本の溝が形成された円筒状インゴットブロックのＣ軸を主軸台のサーボモータを用いて９０度回転させる。
（８）回転する前記一対の回転切断刃の方向にクランプ機構を搭載する前記ワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行い、円筒状インゴットブロックの前後の円弧状側面を切断する。この切断加工の際、前記回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
（９）ついで、前記インゴットブロックのＣ軸を主軸台のサーボモータを用いて９０度または−２７０度回転させる。
（１０）回転する前記一対の回転切断刃の方向に前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃によるインゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行い、インゴットブロックの前後の円弧状側面を切断し、四角柱状インゴットブロックに加工する。この切断加工の際、前記回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。
【発明の効果】
【００１３】
回転切断刃のダイヤモンド刃先の幅が１．２〜２．５ｍｍと狭くても、ダイヤモンド刃先の円筒状インゴットブロックの切り込み深さが目的の溝切り深さ（ｈ）の１／２を超え１〜５ｍｍ超える深さ（ｈ／２＋１〜５ｍｍ）までと制限したので回転切断刃のダイヤモンド刃先が円筒状インゴットブロックの溝切り部分と接触している面積が回転切断刃のダイヤモンド刃先でインゴット側面を切断する際の約１／２となる。よって、電動モータに掛かる負荷もさほど増加しない。また、回転切断刃のダイヤモンド刃先の幅を１．２〜２．５ｍｍとしたことによりインゴット切断屑の発生量も低減する。また、回転切断刃の直径を４５０〜５５０ｍｍと小さくすることができる。
【００１４】
クランプ装置に挟持された円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの結晶方位は結晶方向検出機器により正確に検知できるので、各々のバッチ生産された四角柱状単結晶インゴットブロックの後工程でこれを仕上げ面取り加工した四角柱状単結晶シリコンインゴットブロックの単結晶シリコンの結晶方位も一定したものが得られる。よって、これら仕上
げ面取り加工四角柱状単結晶シリコンインゴットブロックをマルチ・ワイヤーソウでスライス加工されて得られる各々のバッチより得られた基板（ウエーハ）の結晶方位も一定したものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は四側面剥ぎ切断装置の平面図である。
【図２】図２は四側面剥ぎ切断装置の上面図である。
【図３】図３は円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの結晶方向位置の検出、位置決めのフローを四側面剥ぎ切断装置の右側面側から見た図である。
【図４】図４は回転切断刃で円筒状シリコンインゴットブロックに切り込みをかけて四角柱状単結晶インゴットブロック形状に製作する工程を示すフロー図で、クランプ装置の側面からインゴットブロックを見た図である。
【図５】図５は回転切断刃で円筒状シリコンインゴットブロックに切り込みをかけて四角柱状単結晶インゴットブロック形状に製作する工程を示す別態様のフロー図で、クランプ装置の側面からインゴットブロックを見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１および図２に示す円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの側面剥ぎ落とし切断装置１は、次のａ）からｈ）の構成部材を備える。
【００１７】
ａ）機枠２上に左右方向に設けられた案内レール３，３上を左右方向に往復移動できるように設けられたワークテーブル４、
【００１８】
ｂ）前記ワークテーブル４上に左右に分離して搭載された主軸台７ａと心押台７ｂの一対よりなるクランプ機構７、
【００１９】
ｃ）前記クランプ機構に支架されたワークｗを載せた前記ワークテーブル４を左右方向に往復移動させる駆動機構７ａｍ、
【００２０】
ｄ）前記ワークテーブル４を切断装置１の正面側から見る方向であって、かつ、右側方向より左側方向へ向かって、
【００２１】
ｅ）円筒状シリコンインゴットブロックのローディング／アンローディングステージ８Ｒ、
【００２２】
ｆ）前記ローディング／アンローディングステージ８Ｒの背後に設けた前記クランプ機構７の待機位置ステージ７０、
【００２３】
ｇ）前記クランプ機構のワーク支持軸７ａ１，７ｂ１を挟んで一対の回転切断刃９１ａ，９１ｂをその回転切断刃直径面が相対向するように、かつ、前記ワーク支持軸（Ｃ軸）の高さ位置よりも上方にある位置に回転切断刃軸心９２ａ，９２ｂが位置するよう回転切断刃（ツール）軸を前記案内レール３，３に対し前後に設けた円筒状インゴットブロックの側面剥ぎスライシングステージ９０、
【００２４】
ｈ）前記ローディング／アンローディングステージ８Ｒのロードポート８位置に、インゴットブロックの結晶方向検出機器Ｓを設けた結晶方向検出ステージ、（図３参照）。
【００２５】
なお、回転切断刃に供給される冷却水の圧力は、２０〜３５Ｋｇｆ／ｃｍ２、冷却液量は２〜２０リットル／分がインゴット切断屑をワークより吹き飛ばすには良い。
【００２６】
円筒状単結晶シリコンインゴットブロック（ワーク）の結晶方位検出機器Ｓとしては、公知のＸ線解析機器（現在価格は約１５００万円）であってもレーザー光反射型変位センサー（現在価格は約３５〜６０万円）であってもよい。サファイアインゴットブロックの結晶方位検出機器Ｓとしては、Ｘ線解析機器が利用される。前記レーザー光反射型変位センサーは、図１に示されていないが、図３の（I）工程に示されるように、クランプ装置
７に挟持されたワークのＣ軸に対し、同一水平面上にあって、測定されるワークの手前４５〜５５ｍｍ離れた位置に設けられる。このレーザー光反射型変位センサーＳは、ワークがロードポート８に搬入されるときの障害が生じないよう、旋回式アームを用いて回動可能に取り付けられる。レーザー光反射型変位センサーは、結晶方位測定時は、前記位置に来るよう下方に回動され、非測定時は、ワークがロードポート８に搬入されるときの障害が生じないよう上方に回動して測定待機位置に避難するよう切断装置１に取り付けられる。
【００２７】
円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの結晶方位の測定は、図３のＩに示すように、円筒状単結晶シリコンインゴットブロックｗを主軸台７ａと芯押台７ｂとよりなるクランプ装置７に挟持した後、前記挟持された円筒状単結晶シリコンインゴットブロックｗの前側水平方向に離れて設置したレーザー光反射型変位センサーＳよりレーザー光を円筒状単結晶シリコンインゴットブロックのＣ軸に向けて照射し、図３のＩＩに示すように、クランプ装置の主軸台のモータによるＣ軸回転角度をエンコーダで読み取りながらＣ軸１回転（３６０度）させる円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの回転を行い、回転角度とパルスピークの相関図を表示させる（図３のＩＩのａおよびｂ参照〉。相関図は横方向にエンコーダの回転角度を、縦方向にパルスのピーク高さを示す相関図（図３のＩＩのａ）、あるいは、エンコーダのＣ軸周りの回転角度（０度から３６０度）を円状に示し、その円の外周にパルス高さを示す円グラフ相関図（図３のＩＩｂ）として表示することができる。
【００２８】
レーザー光反射型変位センサーを用いる結晶方位検知機器Ｓとしては、パナソニック電工ＳＵＮＸ株式会社製“レーザーマーカーマイクロスコープ  ＨＬ−Ｃ１０８Ｆ−ＢＫ”（商品名）、株式会社キィエンス製“レーザー型変位センサーＬＫ−Ｈ０８５”（商品名）とアンプ（ＬＫ−Ｇ５００“（商品名）の組み合わせ、レニショウ（Ｒｅｎｉｓｈａｗ）社のＳｉｇｎｕｍエンコーダとパルス発生器を利用するＴＯＮＩＣシステム（商品名）など、回転されているインゴットブロックの結晶方向にレーザー光が当たるとパルス突起（ピーク）を表示する検知機器が利用できる。
【００２９】
パルス周波数は、５０〜３００Ｈｚ、好ましくは１００Ｈｚで、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマ・レーザー光、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマ・レーザー光が好ましい。結晶方位で反射されたレーザー光は高い反射強度として電子信号により表示画面に呈示される。なお、円筒状単結晶シリコンインゴットブロックｗを０から３６０度一回転させるのは、高いピークが４つ、約９０度間隔に表示されるデータ結果により結晶方位検知機器が正常に作動していることを作業者が確認することに繋がるからである。
【００３０】
円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの芯出しは、前記表示された４つのパルスピークを示すエンコーダ表示回転角度のどれか１つの角度を選択し、この角度が外周刃の回転切断刃径方向面に対するエンコーダ回転角度４５度の位置（切断開始Ｃ軸位置）に位置するようＣ軸を主軸台７ａのサーボモータ７ａｍにより回転させて円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの結晶方位位置を固定する（（図３のＩＩＩ）。選択する角度は、通常、第一のピークを示す角度（θ）または第二のピークを示す角度（θ）を選択するのがＣ軸を回転させて４５度の位置に固定させる回転角度が小さくて済むので好ましい。
【００３１】
図１と図２に戻って、前記ローディング／アンローディングステージ８Ｒを構成するイ
ンゴットブロック搬送機構１３とインゴットストッカー１４は、前記ワークテーブル４の前側に並設している。インゴットブロック搬送機構１３とインゴットストッカー１４の構造は、本願特許出願人が先に出願した特願２０１０−６１８４４号明細書の図５および図７に詳細に開示されている。このインゴットブロック搬送機構１３とインゴットストッカー１４は、市場より入手できる。
【００３２】
ワークストッカー１４，１４，１４は、インゴットブロック３本を収納できる断面が逆２等辺三角形状のＶ字棚段を備え、機枠から突き出した位置決めピン上に載置されている。
【００３３】
前記インゴットブロック搬送機構１３は、ワークストッカー１４Ｖ字棚段に保管されているインゴットブロック１本を１対の爪で挟持し、両爪を上昇させることによりワークを吊り上げ、ついで、後退、右方向への移動、下降してロードポート８前に位置させ、さらに後退させることによりこのロードポート８からワークをクランプ装置７の主軸台７ａと心押台７ｂ間へと搬入する。ワークの一端を主軸台７ａのセンター支持軸７ａ１に当接させた後、心押台７ｂを空気シリンダー７ｅで右方向に移動させてセンター支持軸７ｂ１に他端を当接させワークを宙吊り状態に支架する。ついで、前記両爪を離間させてワークの把持を開放し、ついで、両爪を支持する固定台を上昇させ、左方向に移動させ、さらに、前方向に後退させ両爪をインゴットブロック搬送機構１３の待機位置へと戻す。
【００３４】
側面剥ぎスライシングステージ９０は、クランプ装置７と、このクランプ装置７を搭載するワークテーブル４用の左右移動案内レール３，３と、このクランプ機構の主軸台７ａと心押台７ｂのワーク支持軸７ａ１，７ｂ１を挟んで前後移動可能なスピンドル軸９２ａ，９２ｂの一対に軸承された回転切断刃の一対９１ａ，９１ｂをその直径面が相対向するようにワークテーブルを挟んでワークテーブル前後に設けられたスライシングヘッド９とから構成される。
【００３５】
回転切断刃９１ａ，９１ｂの前後移動は、回転切断刃９１ａ，９１ｂを軸承するスピンドル軸９２ａ，９２ｂを回転させるサーボモータ９３ｍ，９３ｍを搭載したツールテーブル９４ｔ，９４ｔを図示されていないモータ駆動ボールネジをモータ９４ｍ，９４ｍで回転駆動することにより行われる。このツールテーブル９４ｔの前進または後退の移動方向は、サーボモータ９４ｍの回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。
【００３６】
一対の回転切断刃９１ａ，９１ｂは、一対のスピンドル軸９２ａ，９２ｂに軸承され、これらスピンドル軸はサーボモータ９３ｍ，９３ｍにより駆動回転されることにより、回転切断刃９１ａ，９１ｂはワークに対し同一時計廻り方向に５０〜７，５００ｍｉｎ−１の回転速度で回転される（両スピンドル軸の回転方向は互いに逆方向となる）。前記スピンドル軸９２ａ，９２ｂはツールテーブル９４ｔ，９４ｔを前後移動することによりインゴットブロックの面剥ぎ加工開始位置へと移動可能である。前記スピンドル軸９２ａ，９２ｂは、前記クランプ機構のワーク支持軸７ａ１，７ｂ１を挟んで一対の回転切断刃９１ａ，９１ｂをその回転切断刃直径面が相対向するように、かつ、前記ワーク支持軸（Ｃ軸）の高さ位置よりも上方にある位置に回転切断刃軸心９２ａ，９２ｂが位置するよう回転切断刃軸心９２ａ，９２ｂを前記案内レール３，３に対し前後に設け、円筒状インゴットブロックの側面剥ぎスライシングステージ９０を構成する。
【００３７】
ワークテーブル４は、５〜２００ｍｍ／分の速度で移動可能であり、回転軸９２ａ，９２ｂの昇降は１００ｍｍまで上下移動可能である。
【００３８】
前記回転切断刃９１ａ，９１ｂとしては、直径が４５０〜６００ｍｍ、厚み１〜２ｍｍの鋼板シートの外周縁（厚み１．０〜２．０ｍｍ）にダイヤモンド微粒子を幅５〜１０ｍ
ｍ、厚み１．２〜２．５ｍｍ電着したダイヤモンドカッターが使用される。
【００３９】
ワーク（円柱状インゴットブロック）のＣ軸を水平方向に挟持するクランプ機構７を搭載するワークテーブル４を左方向に移動させることによりワーク端面の前後が一対の外周刃９１ａ，９１ｂに当接し、これら外周刃により円柱状ワーク前面および後面が円弧状に削ぎ落とされる面剥ぎ切断加工が行われる。ワーク前後面の面剥ぎ切断加工が終了したら、クランプ機構７の主軸台７ａの支持軸を９０度回転させ、面剥ぎ加工が為されていないワークの円弧面を前後位置に芯出し（位置決め）し、ついで、ワークテーブル４を移動させて前記一対の外周刃９１ａ，９１ｂをサーボモータ９３ｍ，９３ｍで回転駆動させて残りの面剥ぎ切断加工を行う。円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの四側面の面剥ぎ切断加工時間は、直径が２００ｍｍ、高さが２５０ｍｍの円柱状単結晶シリコンインゴットブロックで１０〜２０分、直径が２００ｍｍ、高さ５００ｍｍの円柱状単結晶シリコンインゴットブロックで２２〜２７分で行うことができる。
【００４０】
上記切断装置１を用いて円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの四側面剥ぎ切断加工を行って四角柱状インゴットブロックに加工する方法は、次の工程を経て実施される。
【００４１】
（１）ローディングステージ８Ｒに在る円筒状インゴットブロックの搬送機構１３を用い、ストッカー１４上に載置されている円筒状シリコンインゴットブロック（ワーク）１本を両爪で把持し、次いで両爪を支持する固定台１３ｆを上昇させ、左方向に移動させ、さらにサーボモータにより回転駆動されたボールネジに裏面を螺合させた前記固定台１３ｆの滑走面１３ｓをコラム側面に設けられた案内レール１３ｇ上を滑走させてロードポート８側へ進入させ、ついで、エアーシリンダ１３ｐの駆動により円筒状インゴットブロックを下降させて第一クランプ機構７の回転Ｃ軸廻りに回転させる機能を有するエンコーダ付き主軸台７ａと心押台７ｂ間に搬入した後、前記心押台を前進させて円筒状シリコンインゴットブロックｗを第一クランプ機構７に挟持する。
【００４２】
（２）前記挟持された円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの前側に離れて設置した変位センサーＳよりレーザー光を円筒状単結晶シリコンインゴットブロックのＣ軸に向けて照射し、クランプ装置の主軸台のモータによるＣ軸回転角度をエンコーダで読み取りながらＣ軸１回転（３６０度）回転させ、回転角度とパルスピークの相関図を表示させる。（図３のＩＩ参照）
【００４３】
（３）表示された４つのパルスピークを示すエンコーダ回転角度のどれか１つの角度（θ）を選択し、この角度が回転切断刃径方向面に対するエンコーダ回転角度４５度の位置（切断開始Ｃ軸位置）に位置するようＣ軸を回転させて円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの結晶方位位置を芯出しする。（図３のＩＩＩ参照）
【００４４】
（４）回転する一対の回転切断刃９１ａ，９１ｂの位置する方向に前記クランプ機構７を搭載するワークテーブル４を移動させて前記一対の回転切断刃９１ａ，９１ｂ外周刃による円筒状シリコンインゴットブロックｗの前後面の高さｈをｈ／２を１〜３ｍｍ越える長さの溝加工を行う。この溝加工の際、回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。（図４のＩ参照）
【００４５】
（５）ついで、円筒状インゴットブロックのＣ軸を主軸台７ａのサーボモータを用いて１８０度回転させる。（図４のＩＩ参照）
【００４６】
（６）回転する前記一対の回転切断刃９１ａ，９１ｂの方向に前記クランプ機構７を搭載するワークテーブル４を移動させて前記一対の回転切断刃９１ａ，９１ｂによる円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行い、円筒状インゴ
ットブロックの前後の円弧状側面を切断する。この切断加工の際、前記回転切断刃９１ａ，９１ｂの前後面には冷却液が供給される。（図４のＩＩＩ参照）
【００４７】
（７）ついで、２側面が切断された円筒状インゴットブロックのＣ軸を主軸台７ａのサーボモータを用いて９０度回転させる。（図４のＩＶ参照）
【００４８】
（８）回転する前記一対の回転切断刃９１ａ，９１ｂの方向にクランプ機構を搭載する前記ワークテーブルを移動させて前記一対の回転切断刃９１ａ，９１ｂによる円筒状インゴットブロックの残った前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行う。この溝加工の際、回転切断刃９１ａ，９１ｂの前後面には冷却液が供給される。（図４のＶ参照）
【００４９】
（９）ついで、円筒状インゴットブロックのＣ軸を主軸台７ａのサーボモータを用いて１８０度回転させる。（図４のＶＩ参照）
【００５０】
（１０）回転する前記一対の回転切断刃９１ａ，９１ｂの方向に前記クランプ機構７を搭載するワークテーブル４を移動させて前記一対の回転切断刃９１ａ，９１ｂによる円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行い、円筒状インゴットブロックの前後の円弧状側面を切断し、四角柱状インゴットブロックに加工する。この切断加工の際、前記回転切断刃９１ａ，９１ｂの前後面には冷却液が供給される。（図４のＶＩＩ参照）
【００５１】
（１１）ワークテーブル４をクランプ機構待機ステージ７０へ移動させ、ローディング／アンローディングステージ８Ｒにあるインゴットブロックｗの搬送機構１３の爪で四角柱状ブロックを把持し、心押台７ｂを後退させてクランプ機構７による四角柱状ブロックの拘束を外す。
【００５２】
（１２）インゴットブロックの搬送機構１３の両爪をストッカー１４上に移行させ、ついで両爪を開放して四角柱状ブロックをストッカー１４上の棚上に載置する。
【００５３】
前記切断装置１を用いて円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの四側面剥ぎ切断加工を行って四角柱状インゴットブロックに加工する別態様の加工方法として、前述の（５）工程から（９）工程を次の（５）工程から（９）工程に置き換えてもよい。
【００５４】
（５）ついで、円筒状インゴットブロックのＣ軸を主軸台のサーボモータを用いて９０度回転させる。（図５のＩＩ参照）
【００５５】
（６）回転する前記一対の回転切断刃９１ａ，９１ｂの方向に前記クランプ機構７を搭載するワークテーブル４を移動させて前記一対の回転切断刃９１ａ，９１ｂによる円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行う。この溝加工の際、前記回転切断刃９１ａ，９１ｂの前後面には冷却液が供給される。（図５のＩＩＩ参照）
【００５６】
（７）ついで、四本の溝が形成された円筒状インゴットブロックのＣ軸を主軸台７ａのサーボモータを用いて９０度回転させる。（図５のＩＶ参照）
【００５７】
（８）回転する前記一対の回転切断刃９１ａ，９１ｂの方向にクランプ機構７を搭載する前記ワークテーブル４を移動させて前記一対の回転切断刃による円筒状インゴットブロックの前後面の高さを１／２を越える長さの溝加工を行い、円筒状インゴットブロックの前後の円弧状側面を切断する。この切断加工の際、前記回転切断刃の前後面には冷却液が供給される。（図５のＶ参照）
【００５８】
（９）ついで、前記インゴットブロックのＣ軸を主軸台のサーボモータを用いて９０度または−２７０度回転させる。（図５のＶＩ参照）
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の円筒状インゴットブロックの側面剥ぎ切断装置１およびそれを用いて四角柱状ブロックに加工する方法は、ダイヤモンド刃先幅が１．２〜２．５ｍｍの回転切断刃を用いることを可能としたので、インゴットブロックの切削屑の発生量を少なくすることができる。
【００６０】
インゴット素材が単結晶シリコンインゴットであるときは、高価なＸ線回析装置でなく、安価な変位センサーを用いてクランプ装置に挟持された円筒状単結晶シリコンインゴットブロックの結晶方位を正確に検知できる。
【符号の説明】
【００６１】
１  切断装置
Ｃ  Ｃ軸（クランプ装置のワーク回転軸）
ｗ  インゴットブロック（ワーク）
Ｓ  レーザー光反射型変位センサー
３  案内レール
４  ワークテーブル
７  クランプ機構
７ａ  主軸台
７ｂ  心押台
８  ロードポート
８Ｒ  ローディング／アンローディングステージ
１３  インゴットブロック搬送機構
１４  ストッカー
７０  クランプ機構待機位置ステージ
９０  スライシングステージ
９１ａ，９１ｂ  回転切断刃（外周刃）
９２ａ，９２ｂ  ツール（回転切断刃）軸
【図１】
2012153037.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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