(57)【要約】【課題】ウエハソーイングシステムおよびウエハソーイングシステム内でインゴットを鋸で切る方法を提供すること。【解決手段】システムは、インゴット入力モジュール、インゴット出力モジュール、２つ以上のワイヤソーイングチャンバであって、それぞれが２つのワイヤガイドシリンダ、ワイヤガイドシリンダの両方にわたって配設される少なくとも１つのワイヤ、単一のインゴットを受けるように構成される支持テーブル、および支持テーブル上に配設される単一のインゴットを少なくとも１つのワイヤに対して付勢するように構成されるインゴット位置決めシステムを備えるワイヤソーイングチャンバ、ならびにインゴット入力モジュール、２つ以上のワイヤソーイングチャンバのうちの少なくとも１つ、およびインゴット出力チャンバの間で単一のインゴットを移送するように構成されるロボットを含む。【選択図】図１Ａ
2013086262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インゴット入力モジュールと、
インゴット出力モジュールと、
２つ以上のワイヤソーイングチャンバであって、それぞれが、２つのワイヤガイドシリンダを備えるワイヤソーイングチャンバと、
前記ワイヤガイドシリンダの両方にわたって配設される少なくとも１つのワイヤと、
単一のインゴットを受け取るように構成される支持テーブルと、
前記支持テーブル上に配設される前記単一のインゴットを前記少なくとも１つのワイヤに対して付勢するように構成されるインゴット位置決めシステムと、
前記単一のインゴットを前記インゴット入力モジュール、前記２つ以上のワイヤソーイングチャンバのうちの少なくとも１つ、および前記インゴット出力チャンバの間で移送するように構成されるロボットと
を備えるウエハソーイングシステム。
【請求項２】
前記インゴット入力モジュール、インゴット出力モジュールおよび前記２つ以上のワイヤソーイングチャンバが移送チャンバに移送可能に結合される、請求項１に記載のウエハソーイングシステム。
【請求項３】
前記ロボットが前記移送チャンバに結合される、請求項２に記載のウエハソーイングシステム。
【請求項４】
リンスステーションをさらに備える、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のウエハソーイングシステム。
【請求項５】
前記２つのワイヤガイドシリンダの長さが３１０ｍｍから３７０ｍｍである、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のウエハソーイングシステム。
【請求項６】
前記２つ以上のソーイングチャンバが一度に１つのインゴットを鋸で切るよう構成される、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のウエハソーイングシステム。
【請求項７】
前記２つ以上のソーイングチャンバが一度に３１０ｍｍから３７０ｍｍの長さの負荷を備える１つのインゴットを鋸で切るよう構成される、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のウエハソーイングシステム。
【請求項８】
ウエハを切断するためのワイヤソーの円筒形ワイヤガイドに連結するためのクランプアセンブリをさらに備え、前記クランプアセンブリが、
ワイヤソーのシャフトに連結するようになされ、前記シャフトが回転軸を有する、シャフト側コネクタを備え、
前記シャフト側コネクタが、
前記軸に直角であり、前記ワイヤガイドの相補的なコネクタの相補的な外側表面に当接するようになされる外側表面、および
前記外側表面と前記軸の間の円錐表面であって、前記軸の周りに対称的に配設され、前記ワイヤガイドの相補的な表面に当接するようになされる円錐表面を含む、
請求項１ないし７のいずれか一項に記載のウエハソーイングシステム。
【請求項９】
ワイヤソーのシャフトに円筒形ワイヤガイドを連結するためのクランプアセンブリをさらに備え、前記ワイヤソーがウエハを切断するようになされ、前記シャフトが回転軸を有し、前記クランプアセンブリが、
前記軸に直角で前記シャフトの相補的なコネクタの相補的な外側表面に当接するようになされる外側表面と、前記外側表面と前記軸の間の円錐表面とを備え、前記円錐表面が、前記軸の周りに対称的に配設され、かつ前記相補的なコネクタの相補的な表面に当接するようになされる、
請求項１ないし７のいずれか一項に記載のウエハソーイングシステム。
【請求項１０】
入力モジュールから、移送チャンバの移送領域に対して配置される複数のワイヤソーイングチャンバのうちの１つに単一のインゴットを移送するステップと、
前記ワイヤソーイングチャンバ内で前記単一のインゴットを鋸で切るステップであって、前記単一のインゴットを鋸で切るステップが、前記移送チャンバ内に配設されるロボットから前記単一のインゴットを受け取るステップ、
前記単一のインゴットを２つのワイヤガイドにわたって配設されるワイヤの層に対して付勢するステップ、および
前記ワイヤの層を前記単一のインゴットに対して動かすステップを含むステップと、
前記鋸で切られたインゴットを前記ワイヤソーイングチャンバから出力モジュールに移送するステップと
を含む、ウエハソーイングシステム内でインゴットを鋸で切る方法。
【請求項１１】
前記ワイヤの層を動かすステップが、前記ワイヤの層を往復運動で動かすステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記層を動かす前記ステップが、少なくとも４００μｍ／分または８００μｍ／分の速度で実行される、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記鋸で切るステップが、２０ｍ／秒以上のワイヤ速度で実行される、請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、インゴットから薄い基板を形成するための装置および方法に関する。本発明は、複数のインゴットを一度に鋸で切って薄い基板を形成することができる、複数のワイヤソーイングデバイスを含むシステムにも関する。本発明は、形成された結晶インゴットから薄い結晶シリコン太陽電池基板を製造するのに、特に有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来型のワイヤソーイングデバイスは、一般的に、鋸で切られるインゴットまたは部片に対して単一の方向に動かされる複数のワイヤを含む。ワイヤソーイングデバイスは、一般的に、電子産業で使用され、フェライト、石英およびシリカを含むインゴットを鋸で切り、ポリシリコンもしくは単結晶シリコンなどの材料、またはＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧＧＧもしくはその他の石英、合成サファイア、セラミック材料などのさらに新規の材料の薄いスライスを得る。材料が高価である場合には、ダイアモンドディスクソーイングなどの他の技法と比較して、ワイヤソーイングは、より魅力的となる。
【０００３】
知られているデバイスでは、ソーイング領域は、平行な複数のシリンダのアセンブリにより構成される。これらのシリンダは、ワイヤガイドと呼ばれ、層のワイヤ間の間隔、すなわちスライスの厚さを画定する溝が彫られている。鋸で切られる部片は、ワイヤの層に垂直に動く支持体上に固定される。部片の移動速度が切断速度を規定する。ワイヤの更新、ならびにワイヤの張力の制御は、インゴットまたは部片が切断されるソーイング領域の上に位置するワイヤ用のいわゆる管理領域で行われる。切断に影響する研磨剤は、例えばダイアモンドワイヤ用といった、ワイヤ上に固定された研磨物、またはスリップまたはスラリの形で提供される束縛されていない研磨物のいずれかである。ワイヤは、研磨材料にとってのキャリアとしてのみ作用する。鋸で切られる部片を薄いスライスに切断する間に、張力を加えられるワイヤは、ワイヤガイドシリンダによって案内され、かつワイヤガイドシリンダによって張力を加えられる。
【０００４】
多くの用途で、鋸で切られたスライスは、またはウエハとも本明細書では呼ぶが、鋸で切られる部片の断面または直径と比べて非常に薄い厚さである。したがって、鋸で切られたスライスは、実質的に可撓性を有し、屈曲し湾曲して隣接するスライスと接触する可能性がある。この屈曲は、切断の精度および平坦度にとって望ましくなく、鋸で切られたスライスの表面に、凹凸、溝付けおよび望ましくない不整が生じる可能性がある。これらの不整は、数マイクロメートルであっても、太陽電池用シリコンおよび半導体用シリコンなど、特定用途にとって、スライスを使用不可能にするのに十分である。スライスの変形は、特にスライスがスライスの支持体に連結される結合点の近くで、微小破断および破断をもたらす可能性さえある。
【０００５】
ワイヤソーイング技法は、光起電力基板を形成するプロセスで支持されてきた。光起電力（ＰＶ）電池または太陽電池は、太陽光を直流（ＤＣ）電力に変換するデバイスである。典型的なＰＶ電池は、ｐ型シリコンウエハ、基板、またはシート、特に約０．１８５ｍｍ厚未満のもの、ならびにｐ型基板の上部上に配設されるｎ型シリコン材料の薄層を含む。一般的に、シリコン基板ベースの太陽エネルギー技術は、ＰＶ太陽電池の使用による太陽電気のコストを減らすため、２つの主な戦略にしたがっている。一方の手法は、単一接合デバイスの変換効率（すなわち、単位面積当たりの電力出力）を増加すること、他方は、太陽電池の製造に関連するコストを低下させることである。変換効率に起因する効果的なコスト低減は、基本的な熱力学および物理的制限により制限を受けるので、可能な増加量は、本明細書に開示する本発明の態様など、基本的な技術的進歩に依存する。商業的に実用的な太陽電池を作る他方の戦略は、太陽電池を形成するのに必要な製造コストを減少させることにある。
【０００６】
これらの課題を満足するために、一般的に、以下の太陽電池処理要件が満たされる必要がある。（１）基板製造装置の所有コスト（ＣｏＯ）が改善される必要がある（例えば、高システムスループット、高い機械稼働時間、安価な機械、安価な消耗品コスト）、（２）プロセスサイクル当たりに処理される面積が増加される必要がある（例えば、Ｗｐ当たりの処理を減少する）、（３）形成される層の品質およびフィルムスタック形成プロセスが良好に制御され、高効率の太陽電池を製造するのに十分である必要がある。したがって、太陽電池用途の薄いシリコン基板を、コスト効果的に形成し製造する必要がある。
【０００７】
さらに、太陽電池デバイスの需要は成長し続けているので、基板のスループットを増加させることによりコストを減少し、太陽電池の動作中に収集することができる電力の量を増加させるため太陽電池基板のサイズを増加し、ウエハソーシステムのスループット（Ｍワット／年）を増加し、消耗品のコストを減少し、基板上で実施される堆積プロセスの品質を改善する傾向がある。基板形成コストを削減するために、高基板スループットおよび改善したウエハソーイングプロセス歩留りを有する、新規のウエハソーイングシステムおよびウエハソーイング処理シーケンスを設計することが望ましい。
【発明の概要】
【０００８】
上記に照らして、独立請求項１にしたがうウエハソーイングシステム、および独立請求項８にしたがうウエハソーイングシステム内でインゴットを鋸で切る方法が提供される。さらなる利点、特徴、態様および詳細は、従属請求項、説明および図面から明らかである。
【０００９】
本発明は、一般的に、インゴット入力モジュール、インゴット出力モジュール、それぞれが２つのワイヤガイドシリンダを含む２つ以上のワイヤソーイングチャンバ、ワイヤガイドシリンダの両方にわたって配設される少なくとも１つのワイヤ、単一のインゴットを受けるように構成される支持テーブル、および支持テーブル上に配設される単一のインゴットを少なくとも１つのワイヤに対して付勢するように構成されるインゴット位置決めシステム、ならびにインゴット入力モジュール、２つ以上のワイヤソーイングチャンバのうちの少なくとも１つ、およびインゴット出力モジュールの間で単一のインゴットを移送するように構成されるロボットを含むウエハソーイングシステムを提供する。
【００１０】
本発明の実施形態は、入力モジュールから、移送チャンバの移送領域に対して配置される複数のワイヤソーイングチャンバのうちの１つに単一のインゴットを移送すること、ワイヤソーイングチャンバ内で単一のインゴットを鋸で切ることであって、移送チャンバ内に配設されるロボットから単一のインゴットを受け取ること、単一のインゴットを２つのワイヤガイドにわたって配設されるワイヤの層に対して付勢すること、およびワイヤの層を単一のインゴットに対して動かすことを含む、単一のインゴットを鋸で切ること、ならびに鋸で切られたインゴットをワイヤソーイングチャンバから出力モジュールに移送することを含む、ウエハソーイングシステム内でインゴットを鋸で切る方法をさらに提供することができる。
【００１１】
本発明の上記の特徴を詳細に理解できるようにする方法、上で簡単に要約された本発明のより具体的な説明が実施形態を参照することによって得られるように、その一部が添付の図面に示されている。しかし、他の同様に有効な実施形態を本発明が容認することができるので、添付の図面は、本発明の単に典型的な実施形態を示すもので、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本明細書に記載の一実施形態にしたがう、ウエハソーイングシステムの等角図である。
【図１Ｂ】本明細書に記載の一実施形態にしたがう、ウエハソーイングシステム内に使用することができるロボットデバイスの等角図である。
【図２】本明細書に記載の一実施形態にしたがう、ウエハソーイングシステムの等角図である。
【図３Ａ】本明細書に記載の一実施形態にしたがう、ウエハソーイングシステム内で使用することができるウエハソーイングチャンバの側面図である。
【図３Ｂ】本明細書に記載の一実施形態にしたがう、ウエハソーイングチャンバのウエハソーイング領域内に配設されたインゴットの等角図である。
【図３Ｃ】本明細書に記載の一実施形態にしたがう、ウエハソーイングシステム内で使用することができるウエハソーイングチャンバの側面図である。
【図３Ｄ】本明細書に記載の一実施形態にしたがう、ウエハソーイングシステム内で使用することができるウエハソーイングチャンバの側面図である。
【図４】本明細書に記載の一実施形態にしたがう、ウエハソーイングシステム内で使用することができるウエハソーイングチャンバの概略図である。
【図５】本明細書に記載の一実施形態にしたがう、ウエハソーイングチャンバ内で使用されるワイヤガイドアセンブリの側面図である。
【図６Ａ】本明細書に記載の一実施形態にしたがう、ウエハソーイングシステム内で使用することができるウエハソーイングチャンバの側面図である。
【図６Ｂ】本明細書に記載の一実施形態にしたがう、図６Ａに例示されたウエハソーイングチャンバの別の側面図である。
【図７Ａ】本明細書に記載の一実施形態にしたがう、ウエハソーイングシステム内で使用することができるウエハソーイングチャンバの側面図である。
【図７Ｂ】本明細書に記載の一実施形態にしたがう、図７Ａに例示されたウエハソーイングチャンバの別の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図が見やすいように、適用可能な場合は、図に共通な同一の要素を指定するため、同一の参照番号が使用されている。１つの実施形態の特徴が、さらなる記述なしに、他の実施形態に組み込まれ得ることが意図される。
【００１４】
本発明は、一般に、それぞれが独立にインゴットを鋸で切って薄い基板を形成することができる、複数のワイヤソーイングチャンバを含むウエハソーイングシステムを提供する。ウエハソーイングシステムを使用して、太陽電池基板、半導体基板、または他の有用な基板などの様々な種類の基板またはウエハを、インゴット、ブール、またはブロックなどのより大きな部片から形成することができる。一構成では、ウエハソーイングシステムは、結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）インゴットを受け取り、汚れがなく乾燥した基板を形成するのに必要な処理ステップの全てを実施するように構成される。説明を容易にするため、また混乱を避けるため、本明細書ではインゴットという表現を使用して、ウエハソーイングシステム内で鋸で切られる、より大きな部片、または未切断要素を幅広く表すこととする。
【００１５】
図１Ａは、中央移送チャンバ１２５上に配設される、かつ／または中央移送チャンバ１２５に結合される複数のワイヤソーイングチャンバ３００を有するウエハソーイングシステム１００の等角図である。一例では、スループットおよびチャンバ稼働時間問題を改善するため、ウエハソーイングシステム１００は、独立にインゴットを鋸で切ることができる、少なくとも６つのワイヤソーイングチャンバ３００を有する。しかし、より少ない数またはより多い数のワイヤソーイングチャンバ３００を使用することができる。ウエハソーイングシステム１００内で使用することができるワイヤソーイングチャンバ３００の様々な構成が、図３Ａ〜図３Ｄ、図４、図６Ａ〜図６Ｂおよび図７Ａ〜図７Ｂに関連して下に例示され、さらに議論される。ウエハソーイングシステム１００は、一般的に、入力モジュール１０２、中央移送チャンバ１２５、中央ロボット１２０、出力モジュール１１０、システムコントローラ１２８および中央移送チャンバ１２５上に形成される様々な処理位置１０３〜１０８に配設される複数のワイヤソーイングチャンバ３００を含む。一実施形態において、ワイヤソーイングチャンバ３００は、それぞれ、中央移送チャンバ１２５上に取り付けられる、または中央移送チャンバ１２５に結合される。ワイヤソーイングチャンバ３００は、典型的には中央移送チャンバ１２５上に取り付けられ、または中央移送チャンバ１２５に結合され、そのため、ワイヤソーイングチャンバ３００のそれぞれは、ワイヤソーイングチャンバ３００のそれぞれおよび中央移送チャンバ１２５から振動的に分離され、切断中に発生する振動が、他の隣接チャンバのうちの１つにおいてウエハソーイングプロセスに影響をおよぼすことを防止する。
【００１６】
図１Ｂは、中央移送チャンバ１２５に結合され、ウエハソーイングシステム１００内に配設される様々な種類の処理チャンバから未処理インゴットおよび処理済みインゴットを移送することができる、ロボットデバイス（例えば、中央ロボット１２０）の等角図である。処理中に、未切断インゴットが、中央ロボット１２０によって、入力モジュール１０２からワイヤソーイングチャンバ３００のうちの１つに移送領域を通って移送される。次いで、ワイヤソーイングチャンバ３００内で鋸で切られた後、鋸で切られたインゴットは、出力モジュール１１０に移送される。一実施形態において、洗浄ステーション（図示せず）（例えば、図２内の参照番号２０９）が、処理位置１０３〜１０８の１つに配設され、洗浄ステーションを使用して鋸で切られたインゴットからスラリ材料を洗浄し、その後鋸で切られたインゴットが、中央ロボット１２０によって出力モジュール１１０に送り出される。
【００１７】
中央ロボット１２０としては、一般的に、ＳＣＡＲＡロボットまたは図１Ｂに示される６軸ロボットなど、従来型のロボットデバイスが挙げられ、中央ロボット１２０は、ウエハソーイングシステム１００内でインゴットを１つのチャンバから次のチャンバにピックアップして移送することが可能な、少なくとも１つのエンドエフェクタ１２１、１２２を有する。１つの実施形態において、中央ロボット１２０は、ウエハソーイングシステム１００を介してインゴットを移送するために使用することができる、少なくとも２つのエンドエフェクタ１２１および１２２を有する。この構成では、第１のエンドエフェクタ１２１を使用して、入力モジュール１０２から未切断のインゴット（例えば、汚れがなく乾燥した部片）を受け取ることができ、第２のエンドエフェクタ１２２を使用してワイヤソーイングチャンバ３００から出力モジュール１１０に鋸で切られたインゴット（例えば、湿って、汚れた、割れやすい要素）を移送することができる。第２のエンドエフェクタ１２２は、移送プロセス中に、エンドエフェクタ１２２に結合される、割れやすい切断されたウエハまたは基板を支持する支持トレイ要素（例えば、可撓性のブラシ様要素（図示せず））を含むことができる。一実施形態において、エンドエフェクタ１２１および１２２の一部は、インゴット３１７が取り付けられる取付け板３７６と係合するように構成され（図４）、ウエハソーイングシステム１００を介して、未切断インゴットおよび鋸で切られたインゴットを確実に信頼性高く移送する。
【００１８】
入力モジュール１０２は、一般的に、取付け板３７６に付けられた未切断タイプのインゴット３１７（図３Ａおよび図４）を受け取るように構成される、１つまたは複数のストレージ棚（図示せず）を含む。一実施形態において、取付け板３７６は、取付け板３７６内に形成される複数の流体チャンネル（図示せず）を有するセラミック材料を含み、インゴット３１７上でウエハソーイングプロセスが実施される間および／またはウエハソーイングプロセスが実施された後、熱交換流体および／またはリンス液が複数の流体チャンネル内を流れることを可能にする。
【００１９】
出力モジュール１１０は、一般的に、ウエハソーイングプロセスがインゴット３１７上で実施された後、インゴット３１７および取付け板３７６を受け取るように構成される、１つまたは複数のストレージ棚（図示せず）を含む。出力モジュール１１０は、ソーイングプロセスで使用されたスラリが処理されたインゴット上で乾燥しないように、鋸で切られたインゴットを湿った状態に保つことが可能な、リンス装置（例えば、ＤＩ水デリバリシステム）またはリンスステーションも含むことができる。一実施形態において、出力モジュール１１０は、形成される基板の表面に見出される任意の汚染を除去するために、鋸で切られたインゴットを洗浄する、リンス装置／システムを含むことができる。
【００２０】
一般に、システムコントローラ１２８を使用して、１つまたは複数の構成要素およびウエハソーイングシステム内で実施されるプロセスを制御する。システムコントローラ１２８は、一般的に、ウエハソーイングシステムの制御および自動化を可能にするよう設計され、具体的には、中央処理装置（ＣＰＵ）（図示せず）、メモリ（図示せず）、および支持回路（またはＩ／Ｏ）（図示せず）を含む。ＣＰＵは、様々なシステム機能、基板移動、チャンバプロセス、プロセスタイミングおよび支持ハードウェア（例えば、センサ、ロボット、モータ、タイミングデバイスなど）を制御するための産業用設定で使用され、プロセス（例えば、化学物質の濃度、処理変数、チャンバプロセス時間、Ｉ／Ｏ信号など）を監視するコンピュータプロセッサの任意の形式のうちの１つであってもよい。メモリは、ＣＰＵに接続され、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、またはデジタルストレージの任意の他の形式など、ローカルまたはリモートの、容易に入手可能なメモリのうちの１つまたは複数であってもよい。ソフトウェア命令およびデータがコード化され、ＣＰＵに命令するためメモリ内に格納することができる。支持回路も、従来のやり方でプロセッサを支持するためにＣＰＵに接続される。支持回路は、キャッシュ、電力供給、クロック回路、入出力回路、サブシステムなどを含むことができる。システムコントローラ１２８により読取り可能なプログラム、またはコンピュータ命令は、基板上でどのタスクが実施可能であるのかを決定する。好ましくは、プログラムは、ウエハソーイングシステム内のインゴットの監視、移動の実行および制御、支持、および／または位置決めに関するタスクならびにウエハソーイングシステム内のワイヤソーイングチャンバ３００のそれぞれで実施される、様々なウエハソーイングレシピタスクおよび様々なウエハソーイングチャンバプロセスレシピステップを実施するコードを含むシステムコントローラ１２８により読取り可能である。
【００２１】
図２は、移送チャンバ２２５上に配設される、かつ／または移送チャンバ２２５に結合される複数のワイヤソーイングチャンバ３００を有する線形タイプウエハソーイングシステム２００の等角図である。一般に、任意の数のワイヤソーイングチャンバ３００を線形ロボット２２０のいずれかの側に配設し、所望のシステムスループットを達成することができる。一例では、スループット改善およびチャンバ可用性問題のために、ウエハソーイングシステム２００が、移送チャンバ２２５の片側に配設され、または移送チャンバ２２５の両側に均等に分散される、少なくとも６つのワイヤソーイングチャンバ３００を有する。しかし、より少ない数またはより多い数のワイヤソーイングチャンバ３００を使用することができる。ウエハソーイングシステム２００は、一般的に、入力モジュール２０２、移送チャンバ２２５、線形ロボット２２０、出力モジュール２１０、システムコントローラ１２８ならびに移送チャンバ２２５上に形成される様々な処理位置２０３〜２０６および２１２〜２１５に配設される複数のワイヤソーイングチャンバ３００を含む。一実施形態において、ワイヤソーイングチャンバ３００は、それぞれ、移送チャンバ２２５上に取り付けられる、または移送チャンバ２２５に結合される。ワイヤソーイングチャンバ３００は、典型的には移送チャンバ２２５上に取り付けられ、または移送チャンバ２２５に結合され、そのため、上で議論したように、ワイヤソーイングチャンバ３００は、ワイヤソーイングチャンバ３００のそれぞれおよび移送チャンバ１２５から振動的に分離される。ウエハソーイングシステム１００および／または２００内で使用することができるワイヤソーイングチャンバ３００の様々な構成が、図３Ａ〜図３Ｄ、図４、図６Ａ〜図６Ｂおよび図７Ａ〜図７Ｂに関連して下に例示され、さらに議論される。入力モジュール２０２および出力モジュール２１０は、一般的に、それぞれ、入力モジュール１０２および出力モジュール１１０と同様であり、上で議論されているため本明細書ではさらに議論しない。
【００２２】
線形ロボット２２０を使用して、未切断のインゴットを入力モジュール２０２からワイヤソーイングチャンバ３００のうちの１つに移送し、次いでソーイングプロセスを実施した後、鋸で切られたインゴットは、洗浄ステーション２０９または出力モジュール２１０に移送される。一実施形態において、洗浄ステーション２０９を使用して鋸で切られたインゴットからスラリ材料を洗浄し乾燥させ、その後鋸で切られたインゴットは、線形ロボット２２０によって出力モジュール２１０に送り出される。ロボット２２０としては、一般的にＳＣＡＲＡロボットまたは６軸ロボットなど、従来型のロボットデバイスが挙げられ、ロボット２２０は、ウエハソーイングシステム２００の長さに広がる移送領域に配設されるレール２２１（例えば、図２における方向「Ｍ」）に沿って動くように構成される。一般的に、線形ロボット２２０は、ウエハソーイングシステム２００内でインゴットを１つのチャンバから次のチャンバにピックアップして移送することが可能な、上で議論したエンドエフェクタ１２１、１２２など、少なくとも１つのエンドエフェクタ（図示せず）を有する。
【００２３】
図３Ａは、上で議論した、ウエハソーイングシステム１００および２００などのウエハソーイングシステム内で使用することができるワイヤソーイングチャンバ３００の側面図である。図３Ｂは、ワイヤソーイングチャンバ３００のソーイング領域３１８内に配設されるワイヤ（複数可）３２３の層３１９に対して、インゴット３１７を付勢する、ワイヤソーイングチャンバ３００内の様々な自動化された構成要素により部分的に鋸で切られるインゴット３１７の等角図である。図３Ａを参照すると、ソーイングチャンバは、一般的に、フレーム３０５、フレーム３０５上に取り付けられかつ回転軸がお互いに平行に配設されるワイヤガイドシリンダ３２１および３２２、およびワイヤ（複数可）３２３の層３１９に対してインゴット３１７を付勢するために使用されるアクチュエータアセンブリ３１０を含む。ワイヤ３２３は、供給ボビン３２６から受け取られ、次いでワイヤガイドシリンダ３２１、３２２の周りを巻いて、ソーイング領域３１８内で、平行なワイヤの少なくとも１つの層３１９を形成する。次いで、ワイヤ３２３は、受取りボビン３２７などの好適な受取りデバイスに戻される。ガイドシリンダ３２１または３２２のうちの少なくとも１つは、ドライバモータ３２８（図４）に結合され、ドライバモータ３２８は、ソーイング領域３１８内に配設されるワイヤ（複数可）３２３を単一の方向に、または好ましくは往復運動（例えば、第１の距離を前進し、次いで第２の距離を後退する（例えば、第１の距離＞第２の距離））で動かすようになされる。ガイドシリンダ３２１および３２２は、１つまたは複数の軸受３２９（図４）により支持することができ、１つまたは複数の軸受３２９は、一方のガイドシリンダを他方に対して動かすことによってワイヤ（複数可）３２３に所望の張力を実現するようになされる、ワイヤ張力調整システム（図示せず）に結合される。処理中に、システムコントローラ１２８は、ドライバモータ３２８のトルクを監視して、アクチュエータアセンブリ３１０によりインゴット３１７に印加される力を決定することができる。
【００２４】
一実施形態において、ウエハソーイングシステム１００、２００内に配設されるワイヤソーイングチャンバ３００のそれぞれの中で、一度に単一のインゴット３１７だけが配置され鋸で切られる。ワイヤの単一の層３１９を使用して単一のインゴットを処理することは、比較的遅いワイヤ切断速度（例えば、２００〜４００μｍ／分のインゴット移動速度および１５ｍ／秒のワイヤ速度）を使用して一度に複数のインゴットを鋸で切ることによりインゴットのスループットを最大化することを試みる従来型のワイヤソーイングシステムを超える著しい利点を有すると考えられる。単一インゴットウエハソーイングチャンバ内のインゴット３１７の「負荷」すなわち長さ３１４（図３Ｂ）は、従来型ウエハソーイングシステム内で処理されるインゴット３１７の数よりも少なく比例する一方、単一インゴットウエハソーイングチャンバ３００のスループットは、ワイヤ速度を少なくとも比例する量だけ増加させることにより従来型ウエハソーイングチャンバと均等にすることができる。一例では、従来型のワイヤソーイングチャンバを使用して、約２００μｍ／分のインゴット移動速度で、一度に４つのインゴット（例えば、典型的には、２つの別個のワイヤ層上の２つのインゴット）を処理する一方、本明細書に記載の本発明の構成は、少なくとも８００μｍ／分のインゴット移動速度で単一のインゴットを鋸で切り、したがって同様のウエハソーイングスループットを達成するように構成される。ウエハソーイングチャンバ３００内で一度に単一のインゴットを鋸で切ることは、複数の理由で有利である。第１に、一度に１つのインゴット３１７を鋸で切ることは、従来型ワイヤソーイングデバイスにおけるような、典型的には、４つのガイドシリンダの全てにわたって巻かれるワイヤを有する４つのガイドシリンダに対して、単に２つのガイドシリンダ３２１、３２２（図３Ａ）を使用することによるなど、ガイドシリンダ３２１、３２２の取付け、位置合せおよび構造的な構成を、著しく簡素化することができる。第２に、２つのガイドシリンダ３２１、３２２システムの慣性が、２つ以上のワイヤガイドを含むシステムから著しく減少され、このことが、ワイヤの寿命（例えば、ワイヤをワイヤソーイングプロセスから取り外す必要があるまでの時間）を増加させることが判明してきた、往復のワイヤ運動の使用を可能にし、したがってチャンバ保守の停止時間を減少することができる。一実施形態において、ワイヤガイドシリンダ３２１、３２２の慣性は、炭素充填強化ポリマーまたは他の種類の複合材料など、低質量密度材料を使用することによって、望ましく減少される。第３に、一度に単に単一のインゴットが処理されるので、ワイヤガイド３２１、３２２間のワイヤ（複数可）の層のスパンまたは間隙３０７（図３Ａ）を減少することが可能であることにより、２つのガイドシリンダワイヤソーイングシステム内で、ウエハソーイングプロセス中に、ワイヤの平行度、ワイヤのピッチ（例えば、ワイヤ間の間隔）、およびワイヤの曲がりのばらつきを著しく減少する。ワイヤの平行度、ワイヤのピッチおよびワイヤの曲がりのばらつきが減少することによって、ワイヤソーイングプロセスの全厚のばらつき（ＴＴＶ）を改善し、したがってソーイングプロセス歩留りを改善し、かつ／またはより薄いウエハを確実に形成することが可能となる。より薄く鋸で切ったウエハは、次世代の太陽電池および半導体デバイスを形成するのに有用である。
【００２５】
したがって、本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、インゴット長は、３１０ｍｍから３７０ｍｍ、例えば３３０ｍｍから３５０ｍｍであってもよい。これによって、鋸で切る速度、ウエハの数、歩留りおよびソーイングデバイスの複雑さの間で有利な折り合いを実現し、ＣｏＯを改善することができる。
【００２６】
一実施形態において、取付け板３７６などの一時的な支持体を用いて、単一のインゴット３１７が支持テーブル３１２上に取り付けられる（図３Ａおよび図４）。この支持テーブル３１２は、アクチュエータアセンブリ３１０の使用によって、Ｚ方向に、垂直に動かすことができ、アクチュエータアセンブリ３１０は、カラム３１１およびモータ３１５を含むことができ、モータ３１５は、ソーイングプロセス中にインゴット３１７をワイヤ（複数可）３２３の単一の層３１９に対して付勢するようになされる。
【００２７】
ワイヤガイドシリンダ３２１、３２２の周囲は、溝３３３が彫られ（図５）、溝３３３は、ワイヤの層３１９の隣接するワイヤ間のピッチ、したがって鋸で切られるスライスの厚さを画定する。これらの鋸で切られるスライスは、スロットまたはソーイング間隙３１７Ａによりお互いから分離される（図３Ｂ）。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、溝は、１６０μｍなど、例えば１４０μｍから１７０μｍといった、１７０μｍ以下のウエハ厚さをもたらすように構成される。これにより、１回の切断で製造されるウエハの数を増加することにより、所有コストをさらに減少させることができる。したがって、同様に、方法の実施形態は、１６０μｍなど、例えば１４０μｍから１７０μｍといった、１７０μｍ以下のウエハを鋸で切ることを含むことができる。
【００２８】
ワイヤ３２３は伸ばされ、往復運動する、または連続して単一方向に運動するように、ワイヤガイドシリンダ３２１、３２２によって案内され、かつ張力を加えられる。このワイヤ３２３は、堅い材料の、または、シリコン、セラミック、ＩＩＩ−Ｖ族およびＩＩ−ＶＩ族の元素の化合物、ＧＧＧ（ガドリニウムガリウムガーネット）、サファイアなど、より特定の組成物のインゴットを、厚さが望ましくは約３００μｍ以下、または好ましくは次世代基板用に１８０μｍ以下のスライスに鋸で切るように、０．１と０．２ｍｍの間に含まれる直径を有するばね鋼を含むことができる。研磨剤は、一般的に、ダイアモンド、炭化ケイ素、アルミナ、またはインゴットソーイングプロセスを改善するために使用される他の有用な材料など、市販品である。研磨剤は、ワイヤ３２３に固定されて良く、または研磨剤粒子の搬送体として働く、スラリなど、液体（例えばＰＥＧ）中の懸濁内にある束縛されない形であってもよい。ワイヤソーイングチャンバ３００の停止時間を減少させるために、いくつかの実施形態において、供給ボビン３２６上に配設されるほぼ完全に使用されたワイヤ３２３の端部に新規のワイヤを溶接または接合すること、したがってワイヤソーイングチャンバが、使用されたワイヤ３２３を交換するために停止されることなく、インゴット３１７を処理し続けることが可能になることが望ましい。
【００２９】
ワイヤソーイングチャンバ３００には、典型的には、ソーイングの最中に、部分的または完全に鋸で切られたスライス３１７Ｂ（例えば、未形成の基板）をお互いに実質的に平行に保持するように配置される保持デバイス３７７がもうけられ、そのため、ソーイング間隙３１７Ａの幅は、スライスのソーイング中に、実質的に一定に維持される。
【００３０】
図３Ｃは、インゴット位置決めシステム３４０を含む、アクチュエータアセンブリ３１０を有するワイヤソーイングチャンバ３００の側面図である。インゴット位置決めシステム３４０は、一般的に、レール３４１、およびそれぞれがレール３４１に沿って別個に移動して、アーム３４３、支持テーブル３１２およびインゴット３１７がワイヤ（複数可）３２３の層３１９に対して移動させるよう構成される、１つまたは複数のリニアモータ３４２（２つが示される）を含む。この構成において、リニアモータ３４２のお互いに対するおよびレール３４１に対する相対運動を使用して、インゴット３１７をＺ方向に移動させ、また、ワイヤ３２３の層３１９に対してインゴット３１７に傾きをもうけることができる。ソーイングプロセスの最初のステージ中に、ワイヤ（複数可）３２３に対するインゴット３１７の角度またはインゴット３１７の傾きを変えることができることは、スロット３１７Ａをインゴット３１７にわたって均一に形成することを可能にし、ワイヤガイド３２１、３２２上に形成される溝３３３から外にワイヤが出る、かつ／または破損することを引き起こす場合がある、インゴットの全表面をワイヤ（複数可）３２３に対し一度に付勢することに対して重要であり得る。
【００３１】
図３Ｄは、インゴット位置決めシステム３５０を含む、アクチュエータアセンブリ３１０を有するワイヤソーイングチャンバ３００の側面図である。インゴット位置決めシステム３５０は、一般的に、ベースプレート３１３、支持テーブル３１２、および２本バーリンケージのそれぞれを別個に移動させるように構成される１つまたは複数のアクチュエータ３５２に結合されるバー３５３の２つの「２本バーリンケージ」を含む。処理中に、アクチュエータ３５２は、支持テーブル３１２およびインゴット３１７をワイヤ（複数可）３２３の層３１９に対して移動させるように構成される。この構成において、各アクチュエータ３５２により印加される運動に起因する２本バーリンケージの相対的な運動を使用して、インゴット３１７をＺ方向に移動し、また、ワイヤ（複数可）３２３の層３１９に対してインゴット３１７に傾きを設定することができるが、このことは上で議論したように重要であり得る。
【００３２】
図４は、自動化スラリ供給システム３８０を有するワイヤソーイングチャンバ３００の側面図である。自動化スラリ供給システム３８０は、一般的に、スラリ補充源３８１、スラリフィードタンク３８２、スラリをワイヤ３２３および／またはインゴット３１７に供給するように構成されるスラリ供給ライン３９０、３９１、スラリ戻りタンク３８３、スラリ熱交換デバイス３８４（例えば、流体タイプ熱交換器）およびスラリ戻りタンク３８３からスラリフィードタンク３８２にバルブ３８９を介して研磨材含有スラリを移動させるスラリポンプ３８６を含む。一実施形態において、スラリフィードタンク３８２は、スラリ「Ｓ」を撹拌するよう構成される撹拌機構３８５を含む。ウエハソーイングシステム１００、２００の一構成において、スラリ供給システム３８０は、所望の量のスラリを、ワイヤソーイングチャンバ３００のそれぞれの中の鋸で切られるインゴット３１７に供給するように構成される中央システムである。ウエハソーイングシステム１００、２００の別の構成において、別個のスラリ供給システム３８０が各ワイヤソーイングチャンバ３００に配設され、ソーイングプロセス中に、インゴット３１７へのスラリ供給の個別制御を可能にする。
【００３３】
上で簡単に議論したように、ワイヤソーイングチャンバ３００の一実施形態において、流体供給システム３７５は、ＤＩ水、冷却剤、またはガスなどの流体を取付け板３７６内に形成されるチャンネル（図示せず）に供給し、ウエハソーイングプロセスが完了した後、スライス（または基板）を処理またはリンスする間にインゴット３１７を冷却するよう構成される。
【００３４】
図５は、ワイヤソーイングチャンバ３００上で実施される保守作業中に、迅速に交換されるように構成される、ワイヤガイド３２１、３２２の側面図である。一実施形態において、ワイヤガイドを含むアセンブリは、ワイヤガイド３２１、３２２、ワイヤガイド３２１、３２２上に形成される軸受表面５０３と対合する軸受５０２、ワイヤガイド３２１、３２２上に形成される軸受表面５０４と対合する軸受５０４を含む。ワイヤガイド３２１、３２２のいずれかの端部上に使用される軸受の位置、形状、および種類に起因して、ワイヤガイドが磨耗したとき、ワイヤガイドを迅速に交換することができる。
【００３５】
したがって、本開示の態様によれば、本明細書に開示のウエハソーイングシステムは、ウエハを切断するためのワイヤソーの円筒形ワイヤガイドに連結するためのクランプアセンブリを含むことができる。クランプアセンブリは、シャフトが回転軸を有するワイヤソーのシャフトに連結するようになされるシャフト側コネクタを含むことができる。シャフト側コネクタは、軸に直角でワイヤガイドの相補的なコネクタの相補的な外側表面に当接するようになされる外側表面、および外側表面と軸の間の円錐表面を含み、円錐表面は、軸の周りに対称的に配設され、ワイヤガイドの相補的な表面に当接するようになされる。
【００３６】
円筒形ワイヤガイドをワイヤソーのシャフトに連結するためのクランプアセンブリは、軸に直角でシャフトの相補的なコネクタの相補的な外側表面に当接するようになされる外側表面、および外側表面と軸の間の円錐表面を含み、円錐表面は、軸の周りに対称的に配設され、相補的なコネクタの相補的な表面に当接するようになされることも可能である。ワイヤソーは、ウエハを切断するようになされる。シャフトは、回転軸を有する。
【００３７】
実施形態によれば、クランプアセンブリの外側表面は平坦である。追加または代替として、実施形態によれば、クランプアセンブリの外側表面は、円錐表面に隣接する。クランプアセンブリの外側表面は、円環状に形作られてもよい。
【００３８】
外側表面の一部が、軸からシャフト側コネクタの径方向外側端面に、径方向距離の少なくとも約６５％、７０％、７５％または８０％の距離に位置することが可能である。外側表面は、円環状に形作られてもよく、外側表面が任意選択で１、２、３、または４個のセクションを含むことが可能である。
【００３９】
シャフト側コネクタの円錐表面は、変形可能材料を含むことができる。一般的に、任意の実施形態に限定するものではないが、円錐表面は、１、２、３、または４個の円錐セクションを含むことができる。
【００４０】
実施形態によれば、クランプアセンブリのシャフト側コネクタは中空である。シャフト側コネクタは、雌型であってもよい。クランプアセンブリは、シャフト側コネクタに連結されるシャフトを含むことができる。
【００４１】
クランプアセンブリは、典型的には、油圧システム、空気圧システム、ネジ、およびこれらの組合せから選択される保持機構を含むことができる。
【００４２】
実施形態によれば、クランプアセンブリの円錐表面は、ワイヤガイドに取り付けることができる。外側表面は、円錐表面に隣接してもよい。
【００４３】
円筒形ワイヤガイドは、炭素繊維強化ポリマーセクションを含むことができる。
【００４４】
図６Ａおよび図６Ｂは、上で議論した、ウエハソーイングシステム１００、２００内で使用することができるワイヤソーイングチャンバ３００の側面図である。図６Ａ〜図６Ｂを参照すると、ワイヤソーイングチャンバ３００は、一般的に、フレーム６０１、フレーム６０１上に取り付けられるワイヤガイドシリンダ３２１および３２２、供給ボビン３２６、受取りボビン３２７、インゴット支持要素６１１ならびに上で議論した他のチャンバおよびスラリ構成要素を含む。この構成では、インゴット支持要素６１１は、インゴット３１７がワイヤ３１９の層に対して付勢されるときに、インゴット３１７を案内し支持するように構成される（図３Ａ）。
【００４５】
図７Ａおよび図７Ｂは、上で議論した、ウエハソーイングシステム１００および２００などのウエハソーイングシステム内で使用することができるワイヤソーイングチャンバ３００の側面図である。図７Ａ〜図７Ｂを参照すると、ワイヤソーイングチャンバ３００は、一般的に、フレーム６０１、フレーム６０１上に取り付けられるワイヤガイドシリンダ３２１および３２２、供給ボビン３２６、受取りボビン３２７、インゴット位置システム３５０ならびに上で議論した他のチャンバおよびスラリ構成要素を含む。この構成では、インゴット位置システム３５０は、図３Ｄに関連して上で議論したが、インゴット３１７がワイヤ３１９の層に対して付勢されるときに、インゴット３１７を案内し支持するように構成される（図３Ｄ）。一構成では、スラリフィードタンク３８２は、インゴット位置システム３５０を覆ってまたはインゴット位置システム３５０の上に配設される。
【００４６】
上記が本発明の実施形態を対象とする一方で、本発明の他のさらなる実施形態を、本発明の基本範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲により決定される。
【符号の説明】
【００４７】
１００、２００    ウエハソーイングシステム
１０２    入力モジュール
１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８    処理位置
１１０、２１０    出力モジュール
１２０    中央ロボット
１２１、１２２    エンドエフェクタ
１２５    中央移送チャンバ
１２８    システムコントローラ
２０２    入力モジュール
２０３、２０４、２０５、２０６、２１２、２１３、２１４、２１５    処理位置
２０９    洗浄ステーション
２２０    線形ロボット
２２１    レール
２２５    移送チャンバ
３００    ワイヤソーイングチャンバ
３０５    フレーム
３０７    間隙
３１０    アクチュエータアセンブリ
３１１    カラム
３１２    支持テーブル
３１３    ベースプレート
３１４    長さ
３１５    モータ
３１７    インゴット
３１７Ａ    ソーイング間隙
３１７Ｂ    スライス
３１８    ソーイング領域
３１９    層
３２１、３２２    ワイヤガイドシリンダ
３２３    ワイヤ
３２６    供給ボビン
３２７    受取りボビン
３２８    ドライバモータ
３２９    軸受
３３３    溝
３４０、３５０    インゴット位置決めシステム
３４１    レール
３４２    リニアモータ
３４３    アーム
３５２    アクチュエータ
３５３    バー
３７５    流体供給システム
３７６    取付け板
３８０    自動化スラリ供給システム
３８１    スラリ補充源
３８２    スラリフィードタンク
３８３    スラリ戻りタンク
３８４    スラリ熱交換デバイス
３８５    撹拌機構
３８６    スラリポンプ
３８９    バルブ
３９０、３９１    スラリ供給ライン
５０２    軸受
５０３、５０４    軸受表面
６０１    フレーム
６１１    インゴット支持要素
【図１Ａ】
2013086262.tif 000003
【図１Ｂ】
2013086262.tif 000004
【図２】
2013086262.tif 000005
【図３Ａ】
2013086262.tif 000006
【図３Ｂ】
2013086262.tif 000007
【図３Ｃ】
2013086262.tif 000008
【図３Ｄ】
2013086262.tif 000009
【図４】
2013086262.tif 000010
【図５】
2013086262.tif 000011
【図６Ａ】
2013086262.tif 000012
【図６Ｂ】
2013086262.tif 000013
【図７Ａ】
2013086262.tif 000014
【図７Ｂ】
2013086262.tif 000015
【外国語明細書】
2013086262000001.pdf
2013086262000002.pdf
2013086262000003.pdf
2013086262000004.pdf