JP2006198789A - 切断装置及びシリコン単結晶の切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブレードの刃先の向きを十分に安定化させることができる切断装置、及び当該切断装置を用いたシリコン単結晶の切断方法を提供する。
【解決手段】 制圧プレート２２ｂは、ブレードの刃先の向きを安定化させるものであり、ブレード１５を挟み込むように配置される。この制圧プレート２２ｂには、ブレード１５の幅方向における中央部から幅方向にほぼ等しい距離に対をなす水吐出口が形成されている。また、この対をなす水吐出口はブレード１５の回転方向に沿って複数形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、シリコン単結晶等の対象物を切断する切断装置及びシリコン単結晶の切断方法に関する。

ＣＺ法（チョクラルスキー法）による単結晶引き上げによって製造されたシリコン単結晶等（対象物）は、数十センチメートル〜数メートル程度の長さがあるため、取り扱いを容易にする等の理由で所定長さのブロック状に切断され、このブロック状のシリコン単結晶がその後の工程でウェハ状に切断される。対象物をブロック状に切断するために、例えば一対のプーリーの外周面に、表面にダイヤモンドの微粉末が電着された無端帯状のブレードを巻回した切断装置が用いられている。この切断装置は、モータで上記のプーリーを回転駆動してブレードを回転させ、この回転するブレードを対象物に押し当てることによって対象物を切断する。従来の切断装置の詳細については、例えば以下の特許文献１を参照されたい。
特開２００２−２７３７２４号公報

ところで、上述した従来の切断装置において対象物を切断する場合に、対象物の結晶配列に起因して容易に切断される特定の方向が存在する。ブレードの刃先はこの特定の方向に沿って進む傾向があり、ブレードの刃先の向きが安定していないと、ブレードの刃先が対象物の結晶配列に起因する特定の方向に進んだり、又は本来の切断すべき方向に進んだりしてブレードに振れが生じ、切断面の切断端面精度が悪化することになる。尚、ブレードの振れ方向は、対象物に当接する箇所におけるブレードの回転方向に交差する方向である。

このため、上記の特許文献１では、一対のプーリー間に位置する範囲の両端でブレードを案内してこの範囲内でのブレードのぶれを抑える静圧ユニットが設けられている。しかしながら、この制圧ユニットによってもブレードの刃先の向きの安定化を十分には図ることができないという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ブレードの刃先の向きを十分に安定化させることができる切断装置、及び当該切断装置を用いたシリコン単結晶の切断方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の切断装置は、互いに離間して配置された一対のプーリー（１４ａ、１４ｂ）に巻回された無端帯状のブレード（１５）と、前記ブレードに流体を吹き付けて前記ブレードの刃先（１５ａ）の向きを安定化させる制圧部材（１８ａ、１８ｂ、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ）とを備え、回転する前記ブレードに前記流体を吹き付けつつ前記ブレードによって前記対象物（ＩＮ）を切断する切断装置（１０）において、前記制圧部材は、前記ブレードの幅方向における中央部から前記幅方向にほぼ等しい距離に形成された少なくとも一対の吐出口（２３）を備えることを特徴としている。
また、本発明の切断装置は、前記少なくとも一対の吐出口が、前記ブレードの回転方向に沿って複数対形成されていることを特徴としている。
また、本発明の切断装置は、前記制圧部材が、前記ブレードが前記対象物に当接する当接箇所と前記プーリーとの間に、前記ブレードを挟んで少なくとも一対設けられていることを特徴としている。
更に、本発明の切断装置は、前記少なくとも一対設けられる制圧部材は、各々に形成された前記吐出口が前記ブレードを挟んで対向するよう配置されることを特徴としている。
本発明のシリコン単結晶の切断方法は、上記の何れかに記載の切断装置を用いて、前記吐出口から前記ブレードに前記流体を吹き付けつつシリコン単結晶を切断することを特徴としている。

本発明は、ブレードの刃先の向きを十分に安定化させることを目的としてなされたものであり、この目的達成のために、本発明は、互いに離間して配置された一対のプーリーに巻回された無端帯状のブレードと、前記ブレードに流体を吹き付けて前記ブレードの刃先の向きを安定化させる制圧部材とを備え、回転する前記ブレードに前記流体を吹き付けつつ前記ブレードによって前記対象物を切断する切断装置において、前記制圧部材は、前記ブレードの幅方向における中央部から前記幅方向にほぼ等しい距離に形成された少なくとも一対の吐出口を備えている。
この発明によると、ブレードの幅方向（回転方向に交差する方向）における中央部から幅方向にほぼ等しい距離に形成された少なくとも一対の吐出口から流体が吹き付けられた状態で回転するブレードにより対象物が切断される。これにより、ブレードは幅方向における複数箇所で支えられることになり、ブレードの切刃の向きを安定化させることができる。
ここで、ブレードの幅方向における複数箇所でいわば線状にブレードを支えることによりブレードの振れ（倒れ）を防止することができるが、より安定化させるためにはブレードを面状に支えるのが望ましい。このため、本発明は、前記少なくとも一対の吐出口が、前記ブレードの回転方向に沿って複数対形成されている。
この発明によると、吐出口がブレードの回転方向に沿って複数対形成されているため、吐出口により吹き付けられる流体によりブレードが面状に支えられることになり、ブレードの切刃の向きをより安定化させることができる。
具体的には、前記制圧部材が、前記ブレードが前記対象物に当接する当接箇所と前記プーリーとの間に、前記ブレードを挟んで少なくとも一対設けられている。
この発明によると、一方のプーリーと対象物との間に制圧部材が少なくとも一対設けられるとともに、他方のプーリーと対象物との間に制圧部材が少なくとも一対設けられる。即ち、ブレードは対象物の両端において少なくとも線状に支持されることになるため、装置の大幅な大型化を招くことなく、ブレードの切刃の向きを安定化させることができる。
ブレードに流体を吹き付ければブレードはその流体により支えられることになるが、切断端面精度の向上の観点からは切断時のブレードの振れを極力小さくすることが望ましい。このため、本発明は、前記少なくとも一対設けられる制圧部材は、各々に形成された前記吐出口が前記ブレードを挟んで対向するよう配置される。
この発明によると、制圧部材がブレードを挟むように設けられ、各々に形成された吐出口がブレードを挟んで対向するよう配置されるため、ブレードは両側から支えられることになり、この結果として切断時の振れを極力小さくすることができる。
また、本発明は、上記の切断装置を用いて、前記吐出口から前記ブレードに前記流体を吹き付けつつシリコン単結晶が切断される。
この発明によると、ブレードの刃先の向きが十分に安定化した状態で対象物が切断される。

本発明によれば、ブレードの刃先の向きを十分に安定化させることができるという効果がある。
また、本発明によれば、ブレードの刃先の向きが十分に安定化した状態で対象物が切断されるため、対象物の切断端面精度を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による切断装置及びその制御方法並びにシリコン単結晶の切断方法について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による切断装置の概略構成を示す斜視図である。尚、以下の説明においては、必要であれば図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。図１に示すＸＹＺ直交座標系は、ＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

図１に示す通り、本実施形態の切断装置１０は、対象物としての略円柱形状のシリコン単結晶からなるインゴットＩＮを、その軸線をＹ軸に平行で水平にした状態で載置する台座１１と、台座１１の上方側（＋Ｚ方向）で上下に昇降可能に構成された昇降台１２とを含んで構成されている。昇降台１２は、台座１１上のインゴットＩＮの軸線を挟んで両側（±Ｘ方向）に位置するように互いに離間させて配置されるとともに、インゴットＩＮの軸線に交差する上下方向（Ｚ方向）の軸の周りに回転可能に構成された一対の主軸部１３ａ，１３ｂを備えている。

主軸部１３ａの下端には、主軸部１３ａと同軸にされ、且つ主軸部１３ａと一体的に回転可能に構成されたプーリー１４ａが設けられている。また、主軸部１３ｂの下端には、主軸部１３ｂと同軸にされ、且つ主軸部１３ｂと一体的に回転可能に構成されたプーリー１４ｂが設けられている。尚、図示は省略しているが、これらプーリー１４ａ，１４ｂの外周面には、全周にわたってゴム等からなる滑り止め部材が設けられており、この滑り止め部材の外周面にはプーリー１４ａ，１４ｂの周方向に延びる複数の溝が形成されている。

これら一対のプーリー１４ａ，１４ｂの外周面には、下縁に切刃が形成された無端帯状のブレード１５が巻回されており、プーリー１４ａ，１４ｂの回転に伴って回転可能とされている。このブレード１５は、無端帯状の台金の表面にダイヤモンドの微粉末が電着された構成である。ここで、一対のプーリー１４ａ，１４ｂは、それぞれ他方のプーリー１４ｂ，１４ａを向く側で外周面が露出した状態にされている。

また、昇降台１２は、駆動軸部を略垂直にした状態の駆動モータ１６を備える。この駆動モータ１６の駆動軸部と上述した主軸部１３ａとには、無端のＶベルト１７が巻回されており、これによって駆動軸部の回転がＶベルト１７を介して主軸部１３ａに伝達され、この主軸部１３ａに取り付けられているプーリー１４ａが回転駆動される。尚、図１に示す構成では、駆動モータ１６によって回転駆動される主軸部１３ａが駆動側になっており、他方の主軸部１３ｂが従動側となっている。これら駆動モータ１６、Ｖベルト１７、主軸部１３ａは、プーリー１４ａを回転駆動する駆動機構を構成している。尚、プーリー１４ａの回転駆動によって、ブレード１５は図１中符号ｄを付した矢印の向きに回転するものとする。

また、昇降台１２は、一対のプーリー１４ａ，１４ｂの間に位置する範囲の両端でブレード１５を案内してこの範囲内でのブレード１５のぶれを抑える一対の制圧ユニット１８ａ，１８ｂを備えている。切断装置１０は、一対の制圧ユニット１８ａ，１８ｂの間に位置する範囲でインゴットＩＮの切断を行う。更に、昇降台１２は、制圧ユニット１８ａ，１８ｂ間でブレード１５に切削水を供給する切削水供給機構１９ａ，１９ｂを備えている。また、昇降台１２は、台座１１上のインゴットＩＮに対向する位置に、この台座１１上のインゴットＩＮと平行にして、インゴットＩＮの切断時におけるインゴットＩＮとの干渉を避けるための断面Ｕ字形状の溝２０が形成されている。

尚、切断装置１０には、プーリー１４ａ，１４ｂの外周面を洗浄するプーリー洗浄機構を設けることが望ましい。このプーリー洗浄機構としては、例えばプーリー１４ａ，１４ｂの露出している外周面に洗浄液を吹き付けるスプレー機構を用いることができる。このスプレー機構は、例えば不図示の洗浄液供給源（図示省略）と、一端が洗浄液供給源に接続されるとともに他端側がプーリー１４ａ，１４ｂの露出している外周面に対向させた状態にして昇降台１２に取り付けられた洗浄液供給管（図示省略）と、洗浄液供給管のプーリー１４側の端部に先端をプーリー１４ａ，１４ｂに向けた状態で設けられた洗浄液噴射ノズル（図示省略）とから構成されている。

図２は、切断装置１０の要部構成を示す図である。尚、図２においては、切断装置１０のプーリー１４ａ，１４ｂ、ブレード１５、及び制圧ユニット１８ａ，１８ｂ等を平面的に図示しており、図１に示した部材に対応する部材には同一の符号を付してある。また、図２においては、切断装置１０の制御系をブロック図として図示している。図２に示す通り、制圧ユニット１８ａはブレード１５がインゴットＩＮに当接する当接箇所とプーリー１４ａとの間に配置されており、制圧ユニット１８ｂは上記の当接箇所とプーリー１４ｂとの間に配置されている。また、制圧ユニット１８ａはブレード１５を挟む一対の制圧プレート２１ａ，２２ａを備えており、制圧ユニット１８ｂはブレード１５を挟む一対の制圧プレート２１ｂ，２２ｂを備えている。尚、制圧プレート２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂとブレード１５との間の間隔は数十μｍ程度である。

制圧プレート２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂの各々には、ブレード１５に対して高圧水流を吹き付けるための水吐出口２３がそれぞれ形成されている。ここで、水吐出口２３の各々から高圧水流をブレード１５に吹き付けるのは、ブレード１５の下縁に形成された切刃１５ａ（図３参照）の向きを安定化させるためである。尚、詳細は後述するが、インゴットＩＮの切断中において、高圧水流は制圧プレート２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂの各々に形成された水吐出口２３の全てからブレード１５に常時吹き付けられている。

図３は、制圧プレート２２ｂの構成を示す図である。尚、制圧ブレード２１ａ，２１ｂ，２２ａは制圧プレート２２ｂと同様の構成であるため説明を省略する。制圧ブレード２２ｂは、例えばカーボンにより形成されており、幅が１００ｍｍ程度であり、高さが７５ｍｍ程度であり、厚みが１５ｍｍ程度である。図３に示す通り、制圧ブレード２２には、ブレード１５の幅方向（Ｚ方向）における中央部から幅方向にほぼ等しい距離（例えば、５ｍｍ）に形成された一対の水吐出口２３が形成されており、且つブレード１５の回転方向に沿って３対形成されている。ブレード１５の回転方向における水吐出口２３の間隔は、２５〜３０ｍｍ程度である。尚、ここでは、３対形成されている構成を例に挙げて説明するが、形成する対の数は任意でよい。尚、ブレード１５の幅は、６０ｍｍ程度である。

このように、制圧プレート２２ｂに複数の水吐出口２３を形成するのは、ブレード１５の複数箇所に高圧水流を吹き付けてブレード１５の切刃１５ａの向きをより安定化させるためである。ブレード１５の幅方向（Ｚ方向）における中央部から幅方向にほぼ等しい距離に一対の水吐出口２３を形成することにより、ブレード１５は点ではなく、いわば線で支えられることになる。更に、ブレード１５の回転方向に沿って複数対の水吐出口２３を形成することにより、ブレード１５はいわば面で支えられることになる。この結果として、ブレード１５の切刃１５ａの向きがより安定化する。

制圧プレート２１ｂ，２２ｂは、各々に形成される水吐出口２３同士がブレード１５を挟んで対向するよう配置される。同様に、制圧プレート２１ａ，２２ａも、各々に形成される水吐出口２３同士がブレード１５を挟んで対向するよう配置される。尚、水吐出口２３の径は数ミリメートルである。各制圧プレートに形成される水吐出口２３の径は同一であっても異なっていても良い。尚、水吐出口２３の径を異ならせる場合には、ブレード１５を挟んで対向するよう配置される水吐出口２３の径は等しく設定するのが好ましい。

図２に戻り、切断装置１０の制御系は、制御装置２６及び高圧水流供給装置２７を含んで構成される。制御装置２６は、制圧プレート２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂに形成された水吐出口２３からブレード１５に吹き付ける高圧水流の圧力、量を制御する制御信号を高圧水流供給装置２７に出力する。高圧水流供給装置２７は、制御装置２６からの制御信号で示される圧力、量の高圧水流を、制圧プレート２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂに形成された水吐出口２３にそれぞれ接続された流路３０ａ〜３０ｄの各々に供給する。

次に、インゴットＩＮの切断時の動作について説明する。オペレータにより切断開始指示がなされると、切断処理が開始されてプーリー１４ａ，１４ｂが駆動されてブレード１５が回転するとともに、制御装置２６から高圧水流供給装置２７に対して制御信号が出力され、制圧プレート２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂに形成された水吐出口２３からブレード１５に高圧水流が吹き付けられる。この状態で、ブレード１５の切刃１５ａをインゴットＩＮに押し当てることにより、インゴットＩＮの切断が行われる。以上の制御によりブレード１５の刃先の向きを十分に安定化させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の内容に限られず、本発明の範囲内で自由に変更可能である。例えば、上記実施形態ではシリコン単結晶を切断する場合を例に挙げて説明したが、他の単結晶（例えば、サファイア、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、そのたの単結晶）を切断する場合にも本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態による切断装置の概略構成を示す斜視図である。 切断装置１０の要部構成を示す図である。 制圧プレート２２ｂの構成を示す図である。

符号の説明

１０ 切断装置
１４ａ，１４ｂ プーリー
１５ ブレード
１５ａ 切刃（刃先）
１８ａ，１８ｂ 制圧ユニット（制圧部材）
２１ａ，２１ｂ 制圧プレート（制圧部材）
２２ａ，２２ｂ 制圧プレート（制圧部材）
２３ 水吐出口（水吹き付け部）
ＩＮ インゴット（対象物）

Claims (5)

1. 互いに離間して配置された一対のプーリーに巻回された無端帯状のブレードと、前記ブレードに流体を吹き付けて前記ブレードの刃先の向きを安定化させる制圧部材とを備え、回転する前記ブレードに前記流体を吹き付けつつ前記ブレードによって前記対象物を切断する切断装置において、
   前記制圧部材は、前記ブレードの幅方向における中央部から前記幅方向にほぼ等しい距離に形成された少なくとも一対の吐出口を備えることを特徴とする切断装置。
2. 前記少なくとも一対の吐出口は、前記ブレードの回転方向に沿って複数対形成されていることを特徴とする請求項１記載の切断装置。
3. 前記制圧部材は、前記ブレードが前記対象物に当接する当接箇所と前記プーリーとの間に、前記ブレードを挟んで少なくとも一対設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の切断装置。
4. 前記少なくとも一対設けられる制圧部材は、各々に形成された前記吐出口が前記ブレードを挟んで対向するよう配置されることを特徴とする請求項３記載の切断装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の切断装置を用いて、前記吐出口から前記ブレードに前記流体を吹き付けつつシリコン単結晶を切断することを特徴とするシリコン単結晶の切断方法。
   

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