インゴット処理装置
【課題】商業的に利用可能な、インゴット部材を切断して複数のスライス部材を生成するためのインゴット処理装置を提供すること。
【解決手段】インゴット処理装置は、処理されるインゴット部材Ｉを載置するインゴット載置部５と、インゴット載置部５からインゴット部材を受け取って搬送する搬送部６と、電解液Ｅが貯留された処理槽２０と、処理槽２０上で搬送部６からインゴット部材Ｉを受け取るインゴット受け部２１と、インゴット受け部２１を下方へ移動することによって、インゴット部材Ｉを処理槽２０内の電解液Ｅに浸漬させるインゴット移動部２４と、を備えている。インゴット処理装置は、電流が流されることによってインゴット部材Ｉを電解液Ｅ内で溶解して切断し、複数のスライス部材Ｓを生成する加工用電極１０も備えている。
【解決手段】インゴット処理装置は、処理されるインゴット部材Ｉを載置するインゴット載置部５と、インゴット載置部５からインゴット部材を受け取って搬送する搬送部６と、電解液Ｅが貯留された処理槽２０と、処理槽２０上で搬送部６からインゴット部材Ｉを受け取るインゴット受け部２１と、インゴット受け部２１を下方へ移動することによって、インゴット部材Ｉを処理槽２０内の電解液Ｅに浸漬させるインゴット移動部２４と、を備えている。インゴット処理装置は、電流が流されることによってインゴット部材Ｉを電解液Ｅ内で溶解して切断し、複数のスライス部材Ｓを生成する加工用電極１０も備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工用電極に電流を流すことで、インゴット部材を電解液内で溶解して切断するインゴット処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シリコン基材と、シリコン基材に対向し近接して設けられた白金からなるワイヤと、シリコン基材とワイヤの間に介在する電解液とを備え、シリコン基材を陽極とするとともに、ワイヤを陰極とし、シリコン基材とワイヤとの間に電流を流すことによってシリコン基材を陽極酸化し、かつ、シリコン基材とワイヤの相対位置を時間とともに変化させ、シリコン基材を局所的に溶解しながらワイヤをシリコン基材の内部に嵌入させることで、シリコン基材を選択的に除去するシリコン基材の加工方法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際特許公開公報ＷＯ２００８／１４００５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術には、シリコン基材を加工する方法が開示されているだけであり、商業的に利用可能な、インゴット部材を切断するための具体的な装置の構成は全く開示されていない。
【０００５】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、商業的に利用可能な、インゴット部材を切断して複数のスライス部材を生成するためのインゴット処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるインゴット処理装置は、
処理されるインゴット部材を載置するインゴット載置部と、
前記インゴット載置部からインゴット部材を受け取って搬送する搬送部と、
電解液が貯留された処理槽と、
前記処理槽上で前記搬送部から前記インゴット部材を受け取るインゴット受け部と、
前記インゴット受け部を下方へ移動することによって、前記インゴット部材を前記処理槽内の電解液に浸漬させるインゴット移動部と、
電流が流されることによって前記インゴット部材を電解液内で溶解して切断し、複数のスライス部材を生成する加工用電極と、
を備えている。
【０００７】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記加工用電極を上下方向に移動させる電極移動部をさらに備え、
前記電極移動部が前記加工用電極を上下方向に移動させることによって、前記インゴット部材を電解液内で溶解して切断してもよい。
【０００８】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記電極移動部は、前記加工用電極を前記インゴット部材の上方から接近させて、該インゴット部材を電解液内で溶解して切断してもよい。
【０００９】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記搬送部は、前記スライス部材の法線方向に直交する方向で該スライス部材を支持してもよい。
【００１０】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記搬送部は、前記インゴット材が完全に切断されてスライス部材が生成される前に該スライス部材を支持してもよい。
【００１１】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記スライス部材を洗浄液で洗浄する洗浄部をさらに備え、
前記搬送部は、前記スライス部材を前記インゴット受け部から前記洗浄部へ搬送してもよい。
【００１２】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記洗浄部で洗浄されたスライス部材を乾燥させる乾燥部をさらに備えてもよい。
【００１３】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記洗浄部は洗浄液が貯留された洗浄槽からなり、
前記乾燥部は、前記洗浄槽の上方に配置され、前記洗浄槽から引き上げられたスライス部材を乾燥させてもよい。
【００１４】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記処理槽の上方に配置され、該処理槽の上方領域を開状態にしたり閉状態にしたりする開閉部材をさらに備えてもよい。
【００１５】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記処理槽に連結され、該処理槽内に電解液を供給する電解液供給部をさらに備えてもよい。
【００１６】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記処理槽に連結され、該処理槽内に貯留されている、または、該処理槽内に貯留されていた電解液を回収する電解液回収部をさらに備えてもよい。
【００１７】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記処理槽の周辺の雰囲気を吸引して排出する吸引排出部をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、商業的に利用可能な、インゴット部材を切断して複数のスライス部材を生成するためのインゴット処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態によるインゴット処理装置の構成を示す上方平面図。
【図２】本発明の実施の形態によるインゴット処理装置の処理槽近辺を示す側方断面図。
【図３】本発明の実施の形態による加工用電極を示す上方平面図、斜視図および側方断面図。
【図４】本発明の実施の形態による加工用電極の変形例を示す上方平面図。
【図５】本発明の実施の形態による加工用電極によって、シリコンインゴットを切断する様子を示す側方図。
【図６】本発明の実施の形態による循環回収ユニットの構成を示す上方平面図。
【図７】本発明の実施の形態による洗浄部および乾燥部の構成を示す正面断面図。
【図８】ワイヤからなる加工用電極によってシリコンインゴットを切断する態様と、本実施の形態による加工用電極によってシリコンインゴットを切断する態様を示す側方断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態
以下、本発明に係るインゴット処理装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図８は本発明の実施の形態を示す図である。
【００２１】
図１に示すように、インゴット処理装置は、処理されるシリコンインゴット（インゴット部材）Ｉを載置するインゴット載置部５と、インゴット載置部５からシリコンインゴットＩを受け取る搬送する搬送ロボット（搬送部）６と、電解液Ｅが貯留された処理槽２０と、を備えている。なお、電解液Ｅとしては、例えばフッ酸（ＨＦ）をＩＰＡなどのアルコール溶媒で希釈したものを用いることができる。
【００２２】
ところで、図１に示した処理槽２０のうち、左側から１つ目と２つ目によってシリコンインゴットＩが後述する加工用電極１０によって切断されている状態を図示し、左側から３つめによってシリコンインゴットＩが搬送ロボット６によって搬送されている状態を図示している。なお、左側から３つ目から６つ目まででは、電解液Ｅが処理槽２０内に貯留されていることを示すために、後述するインゴット受け部２１および電極保持部２６を図示していない。
【００２３】
また、図１に示すように、インゴット処理装置は、電流が流されることによってシリコンインゴットＩを電解液Ｅ内で溶解して切断し、複数のシリコンスライス（スライス部材）Ｓを生成する加工用電極１０を有している（図３（ａ）参照）。なお、シリコンインゴットＩを切断することによって生成されるシリコンスライスＳは、例えば太陽電池の基板として用いることができる。
【００２４】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、インゴット処理装置は、処理槽２０上で搬送ロボット６からシリコンインゴットＩを受け取るインゴット受け部２１と、インゴット受け部２１を下方へ移動することによって、当該シリコンインゴットＩを処理槽２０内の電解液Ｅに浸漬させるインゴット移動部２４と、を備えている。
【００２５】
このうち、インゴット受け部２１は、シリコンインゴットＩの底面を支持するインゴット支持部２２と、当該インゴット支持部２２から上方に向かって延びた上方延在部２３ａと、当該上方延在部２３ａからガイド部材３６に向かって延び、当該ガイド部材３６に設けられたガイド溝（図示せず）を通過する水平延在部２３ｂとを有している。
【００２６】
また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、インゴット処理装置は、加工用電極１０を保持する電極保持部２６と、電極保持部２６で保持された加工用電極１０を上下方向に移動する電極移動部２９と、を備えている。
【００２７】
このうち、電極保持部２６は、加工用電極１０が取り付けられる電極装着部２７と、当該電極装着部２７から上方に向かって延びた上方延在部２８ａと、当該上方延在部２８ａからガイド部材３６に向かって延び、当該ガイド部材３６に設けられたガイド溝（図示せず）を通過する水平延在部２８ｂとを有している。
【００２８】
なお、電極移動部２９が、加工用電極１０を上下方向に移動させることによって、シリコンインゴットＩを電解液Ｅ内で溶解して切断することとなる。より具体的には、電極移動部２９が、電極保持部２６を下方に移動させることによって、加工用電極１０をシリコンインゴットＩの上方から接近させて、当該シリコンインゴットＩを電解液Ｅ内で溶解して切断することとなる（図２（ａ）（ｂ）および図５（ａ）−（ｃ）参照）。
【００２９】
ところで、図５（ａ）−（ｃ）では、加工用電極１０が下方へ移動する態様を用いて説明するが、シリコンインゴットＩと加工用電極１０の位置が相対的に移動すればよく、例えばシリコンインゴットＩを静止した加工用電極１０に対して上昇させてもよい。
【００３０】
また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、インゴット移動部２４は、ガイド部材３６に沿ってインゴット受け部２１を移動させる駆動モータ２４ａと、当該駆動モータ２４ａによって駆動される駆動シャフト２４ｂとを有している。また、電極移動部２９は、ガイド部材３６に沿って電極保持部２６を移動させる駆動モータ２９ａと、当該駆動モータ２９ａによって駆動される駆動シャフト２９ｂとを有している。また、図１に示すように、インゴット処理装置は、駆動モータ２４ａ、駆動モータ２９ａなどの駆動系や加工用電極１０に電力を供給する電力供給部７０も備えている。
【００３１】
ここで、加工用電極１０は、図３（ａ）に示すように、スライス電極支持部１１と、スライス電極支持部１１によって支持されるとともに、互いに平行に直線状で延在する棒状の複数のスライス電極部１５と、を有している。そして、スライス電極部１５は、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、横断面が矩形形状からなる電極本体部１６と、当該電極本体部１６の両側面と頂面を覆う絶縁性の被覆部１７とを有している。また、スライス電極支持部１１には、当該スライス電極支持部１１を電極装着部２７に取り付けるための取付穴１３が設けられている。なお、被覆部１７の材料としては、電極本体部１６に用いられる材料の熱膨張係数と近い熱膨張係数を有する材料を用いることが好ましく、例えば、ポリイミドなどの樹脂材料、窒化物などを用いることができる。ところで、ポリイミドからなる被覆部１７を用いる場合には、蒸着重合法を用いて電極本体部１６の両側面と頂面にポリイミドからなる被覆部１７を形成すればよく、窒化物からなる被覆部１７を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法を用いて電極本体部１６の両側面と頂面に窒化物からなる被覆部１７を形成すればよい。
【００３２】
また、電極本体部１６は、金属もしくは半導体材料、または金属と半導体材料の複合材料からなってもよい。なお、低い電気抵抗率および耐薬品性（例えば、耐フッ酸性）の観点からすると、電極本体部１６は、白金、タングステンまたはモリブデンを含む材料からなっていることが好ましい。しかしながら、加工用電極１０の製造コストを下げられること、および、加工がしやすいことからすると、電極本体部１６としては、タングステンまたはモリブデンを含む材料からなっていることがさらに好ましい。
【００３３】
また、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、電極本体部１６は、横断面が長方形状からなり、長方形の長辺が電極本体部１６の側面に対応し、長方形の短辺が該電極本体部１６の頂面および底面に対応している。また、本実施の形態では、スライス電極支持部１１とスライス電極部１５とは一体に形成されている（図３（ａ）参照）。
【００３４】
なお、以下、スライス電極支持部１１とスライス電極部１５が一体になった態様で説明するが、これに限られることはなく、スライス電極支持部１１とスライス電極部１５とが別体で構成されてもよい。例えば、スライス電極部１５がスライス電極支持部１１に差し込み自在となっていてもよく、より具体的には、図４（ａ）（ｂ）に示すように、スライス電極部１５の一端がスライス電極支持部１１と一体に形成されるとともに、スライス電極部１５の他端が差し込まれる差込溝１１ａがスライス電極支持部１１に形成されていてもよい。
【００３５】
ところで、本実施の形態では、加工用電極１０は陰極となりシリコンインゴットＩが陽極となることで、陽極酸化反応が起こる。より具体的には、
陰極となる加工用電極１０で、
４ｅ−＋４Ｈ＋→２Ｈ２
陽極となるシリコンインゴットＩで、
Ｓｉ＋２Ｈ２Ｏ→ＳｉＯ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−
という反応が起こる。この結果、シリコンインゴットＩの一部がＳｉＯ２として電解液Ｅ内に溶解することとなり、複数のシリコンスライスＳが生成されることとなる（図５（ａ）−（ｃ）参照）。なお、インゴット支持部２２には、シリコンインゴットＩの底面に接触し、当該シリコンインゴットＩから生じる電子（ｅ−）を流すための電極（図示せず）が設けられている。
【００３６】
また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、処理槽２０の上方には、当該処理槽２０の上方領域を開状態にしたり閉状態にしたりする開閉カバー（開閉部材）３５が設けられている。また、処理槽２０の上方には、上方から処理槽２０に清浄空気を供給するファン・フィルター・ユニット３２が設けられている。さらに、処理槽２０の側方には、当該処理槽２０の周辺の雰囲気を吸引して排出する吸引排出部３３が設けられている。
【００３７】
また、図６に示すように、処理槽２０には、処理槽２０から溢れ出した電解液Ｅを回収管６４ａを介して回収する電解液回収ポンプ（電解液回収部）６１が連結されている。なお、本実施の形態では、以下、電解液回収ポンプ６１が処理槽２０から溢れ出した電解液Ｅを回収する態様を用いて説明するが、これに限られることはなく、例えば、電解液回収ポンプ６１が処理槽２０内の電解液Ｅを単位時間当たりに決まった量で回収するように構成されていてもよい。
【００３８】
また、図６に示すように、電解液回収ポンプ６１の下流側には、当該電解液回収ポンプ６１によって回収された電解液Ｅ内に含まれる不純物（特に電解液回収ポンプ６１によって発生する不純物）を除去する除去フィルタ６２が設けられている。
【００３９】
また、図６に示すように、除去フィルタ６２の下流側には、除去フィルタ６２を経た電解液Ｅを貯留する第一貯留タンク６５が設けられている。また、この第一貯留タンク６５には、第一貯留タンク６５内に貯留された電解液Ｅを加熱する加熱部６５ａが設けられている。なお、加熱部６５ａによって加熱された電解液Ｅを蒸留することによって、電解液Ｅと当該電解液Ｅ内に溶解していたＳｉＯ２とが分離されることとなる。そして、蒸留された電解液Ｅは第二貯留タンク６６に貯留され、第一貯留タンク６５に残ったＳｉＯ２はＳｉＯ２回収部（図示せず）によって回収される。
【００４０】
また、第二貯留タンク６６には、第二貯留タンク６６内の電解液Ｅを処理槽２０に供給する電解液供給ポンプ（電解液供給部）６７が設けられている。また、電解液供給ポンプ６７の下流側には、電解液Ｅ内の不純物を除去する除去フィルタ６８と、電解液Ｅの温度を調整する温度調整部６９が設けられている。そして、温度調整部６９には、処理槽２０に連結された供給管６４ｂが連結されている。ところで、上述した、電解液回収ポンプ６１、除去フィルタ６２、第一貯留タンク６５、加熱部６５ａ、第二貯留タンク６６、電解液供給ポンプ６７、除去フィルタ６８および温度調整部６９によって、循環回収ユニット６０が構成されている。
【００４１】
また、図１に示すように、搬送ロボット６は、シリコンインゴットＩの側方を支持して挟持する一対の側方支持部７を有している。そして、搬送ロボット６は、この一対の側方支持部７によって、スライスされたシリコンスライスＳの側方を支持（シリコンスライスＳの法線方向に直交する方向で支持）して挟持するようになっている（図５（ｃ）参照）。なお、本実施の形態の搬送ロボット６は、図５（ｃ）に示すように、シリコンインゴットＩが完全に切断されてシリコンスライスＳが生成される前に、当該シリコンスライスＳを挟持するように構成されている。また、搬送ロボット６の側方支持部７によって挟持されたシリコンスライスＳは、当該搬送ロボット６によって、インゴット受け部２１から後述する洗浄部４０へと搬送される（図１参照）。
【００４２】
ところで、本実施の形態では、搬送ロボット６の側方支持部７が、生成されたシリコンスライスＳが倒れないようにシリコンスライスＳを挟持する態様を用いて説明するが、これに限られることはなく、例えば、インゴット受け部２１に、生成されたシリコンスライスＳが倒れないように支持するスライス支持部が設けられていてもよい。
【００４３】
また、図１に示すように、インゴット処理装置は、シリコンインゴットＩを加工用電極１０で切断することによって生成したシリコンスライスＳを洗浄液Ｒで洗浄する洗浄部４０と、洗浄部４０で洗浄されたシリコンスライスＳを乾燥させる乾燥部５０も備えている（図７参照）。
【００４４】
本実施の形態の洗浄部４０は、図７に示すように、純水などの洗浄液Ｒが貯留された洗浄槽４０からなっている。また、本実施の形態の乾燥部５０は、洗浄槽４０の上方に設けられた乾燥室５１と、乾燥室５１内に設けられてＩＰＡなどの乾燥用液を供給する乾燥用液供給部５２と、乾燥室５１内に設けられてＮ２やＡｒなどの不活性ガスを供給する不活性ガス供給部５３と、を有している。なお、本実施の形態では、洗浄槽４０と乾燥室５１の両方が洗浄乾燥筐体４１内に配置されている。そして、当該洗浄乾燥筐体４１内には、シリコンスライスＳを支持するとともに、洗浄槽４０と乾燥室５１との間を上下方向に移動する洗浄乾燥昇降機構５５が設けられている。また、洗浄槽４０と乾燥室５１との間には、開閉自在の開閉シャッタ４５が設けられている。
【００４５】
また、図１に示すように、インゴット載置部５と洗浄部４０および乾燥部５０との間には、乾燥部５０によって乾燥された後のシリコンスライスＳが収納されるカセットＣが載置されるカセット載置部８５が設けられている。
【００４６】
また、図１に示すように、インゴット処理装置は、カセットＣをストックするための空カセットストック部９１と、シリコンスライスＳが収納されたカセットＣ’をストックするための充填カセットストック部９２とを備えている。また、空カセットストック部９１と充填カセットストック部９２との間には、インゴット載置部５に載置される前のシリコンインゴットＩが載置されるインゴット搬入部１と、搬出されるシリコンスライスＳが収納されたカセットＣ’が載置されるインゴット搬出部９５が設けられている。
【００４７】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
【００４８】
まず、インゴット搬入部１に搬入されたシリコンインゴットＩが、当該インゴット搬入部１からインゴット載置部５に移動される（図１参照）。
【００４９】
次に、搬送ロボット６の一対の側方支持部７によって、シリコンインゴットＩの対向する側面が挟持され、インゴット載置部５からシリコンインゴットＩが受け取られる（図１参照）。その後、当該搬送ロボット６によってシリコンインゴットＩが搬送され、インゴット受け部２１によって、処理槽２０上で搬送ロボット６からシリコンインゴットＩが受け取られる（図２（ａ）参照）。
【００５０】
次に、インゴット移動部２４によって、インゴット受け部２１が下方へ移動され、このことによって、インゴット受け部２１上に載置されたシリコンインゴットＩ全体が処理槽２０内の電解液Ｅに浸漬させることとなる（図２（ａ）の矢印（１）参照）。このとき、インゴット受け部２１は、駆動モータ２４ａによってガイド部材３６に沿って下方に移動されることとなる。
【００５１】
次に、電極移動部２９によって電極保持部２６が下方へ移動され（駆動モータ２９ａによって電極保持部２６がガイド部材３６に沿って下方に移動され）、電流の流された加工用電極１０が、電解液Ｅに浸漬されたシリコンインゴットＩの上面に向かって移動される（電流が流された加工用電極１０と電解液Ｅに浸漬されたシリコンインゴットＩを接近させる）（図２（ａ）の矢印（２）参照）。そして、シリコンインゴットＩに加工用電極１０がある程度近づくと、シリコンインゴットＩが酸化されてＳｉＯ２となって電解液Ｅ内に溶解され始める。このとき、加工用電極１０のスライス電極部１５からは水素（Ｈ２）が発生することとなる。なお、加工用電極１０が所定の位置より下方まで移動すると、開閉カバー３５によって処理槽２０の上方が覆われる（図２（ａ）の矢印（３）参照）。
【００５２】
ところで、本実施の形態では、インゴット受け部２１および電極保持部２６が通過する時以外は、開閉カバー３５によって処理槽２０の上方が覆われている。このため、処理槽２０内の電解液Ｅが揮発することで周辺の装置に悪影響が出ることを最小限に抑えることができる。
【００５３】
上述のようにシリコンインゴットＩを溶解させた状態で、徐々に加工用電極１０を下降させることによって、シリコンインゴットＩが徐々に切断される（図５（ａ）（ｂ）参照）。
【００５４】
ここで、本実施の形態による加工用電極１０は、スライス電極支持部１１によって支持されるとともに、互いに平行に直線状で延在する複数のスライス電極部１５とを有している（図３（ａ）参照）。このため、シリコンインゴットＩを加工する作業効率を低下させることなく、均一な電流で、シリコンインゴットＩを短いピッチで切断して大量のシリコンスライスＳを生成することができる。
【００５５】
すなわち、特許文献１に記載された発明のようにワイヤでシリコンインゴットＩを切断するには（加工用電極としてワイヤを用いる場合には）、ワイヤをワイヤ支持部などの部材に取り付けることが必要となる。そして、ワイヤの数が大量に及ぶ場合には（ワイヤの数が５００本に及ぶような場合には）、均等な位置関係で取り付けることは非常に困難である。これに対して、本実施の形態の加工用電極１０では、スライス電極支持部１１とスライス電極部１５とが一体となっており、一枚の板状部材にエッチングなどを施すことで、当該板状部材からスライス電極支持部１１とスライス電極部１５を形成することができる。このため、大量のスライス電極部１５を均一な間隔で形成することができ、シリコンインゴットＩを短いピッチで切断して大量の（例えば５００枚の）シリコンスライスＳを生成することができる。
【００５６】
また、上述のようにワイヤをワイヤ支持部に取り付ける場合には、ワイヤ支持部とワイヤとの接触面積を均一に保つことは困難であり、ワイヤ内を流れる電流を均一に保つことができない。これに対して、本実施の形態によれば、スライス電極支持部１１とスライス電極部１５とが一体となっているので、スライス電極支持部１１と各スライス電極部１５との間の接触面積の差異は生じない。このため、スライス電極部１５に流れる電流を均一に保つことができ、ひいては、シリコンインゴットＩを均一に処理して、均一な厚みと形状からなるシリコンスライスＳを生成することができる。なお、電極本体部１６はその横断面が長方形状からなっているので（図３（ｂ）（ｃ）参照）、エッチングなどで容易に形成することができる。
【００５７】
また、ワイヤ支持部に取り付けるワイヤとしてワイヤーソーを採用した場合には、当該ワイヤが一箇所でも切れると使用することができなくなり、作業効率が低下してしまう。これに対して、本実施の形態では、複数のスライス電極部１５がスライス電極支持部１１によって支持される態様をとっているため、例えスライス電極部１５が一本切れた場合であっても、他のスライス電極部１５による切断を継続して行うことができ、作業効率が低下してしまうことを防止することができる。
【００５８】
また、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、電極本体部１６の両側面と頂面が絶縁性の被覆部１７によって覆われている。このため、シリコンインゴットＩを溶解する作用は、スライス電極部１５の底面のみで生じる。この結果、シリコンインゴットＩが過剰に溶解することを防止することができ（カーフロス（kerf loss）を抑えることができ）、ひいては、同量のシリコンインゴットＩから大量のシリコンスライスＳを生成することでシリコンスライスＳの製造コストを下げることができる。
【００５９】
より具体的には、従来のように被覆部１７によって覆われていないワイヤ１６’を用いた場合には、ワイヤ１６’の上面以外の箇所（底面と両側面）でシリコンインゴットＩが溶解してしまい、シリコンインゴットＩが過剰に溶解してしまうこととなる（図８（ａ）参照）。これに対して、本実施の形態では、電極本体部１６の両側面と頂面が絶縁性の被覆部１７によって覆われているので、電極本体部１６の底面のみでシリコンインゴットＩを溶解することができ（図８（ｂ）参照）、シリコンインゴットＩが過剰に溶解することを防止することができる（図８（ａ）（ｂ）においてＷ１＞Ｗ２となっている）。なお、例えワイヤ１６’の両側面および上面を被覆部で覆ったとしても、ワイヤ１６’は横断面が円形状からなっており上下左右方向を確認することが非常に困難であるので、被覆部で覆われていない箇所でシリコンインゴットＩを溶解させることは非常に困難である。ところで、（シリコンスライスＳの利用用途の一つである）太陽電池の基板においては、その製造コストのうちの高い比率を（ときには５０％近くを）シリコンの材料費が占めている。このため、カーフロスを低減することができる、ということは非常に有益な効果である。
【００６０】
なお、本実施の形態によれば、幅が５０μｍからなるスライス電極部１５を有する加工用電極１０を約１００μｍ／ｍｉｎで下降させると、溶解されるシリコンインゴットＩの幅を１００μｍ以下にすることができた。
【００６１】
上述のように加工用電極１０を徐々に下降させ続け、加工用電極１０がシリコンインゴットＩの下面に達してシリコンインゴットＩが完全に切断される前に、搬送ロボット６の側方支持部７によってシリコンインゴットＩが挟持される（図５（ｃ）参照）。そして、シリコンインゴットＩが完全に切断されてシリコンスライスＳが生成されると、当該シリコンスライスＳが搬送ロボット６によって洗浄乾燥昇降機構５５に載置される（図７参照）。
【００６２】
上述のように、本実施の形態では、シリコンインゴットＩが完全に切断される前に搬送ロボット６の側方支持部７によってシリコンインゴットＩが挟持される。このため、シリコンインゴットＩが完全に切断されて生成されるシリコンスライスＳがその面の法線方向に沿って倒れることを防止することができ、シリコンスライスＳがインゴット受け部２１から落ちたり、シリコンスライスＳにキズが入ったりすることを防止することができる。
【００６３】
なお、加工用電極１０がシリコンインゴットＩを完全に切断した際に、加工用電極１０によってインゴット受け部２１のインゴット支持部２２にキズが付かないよう、シリコンインゴットＩとインゴット受け部２１との間に、使い捨てすることができる保護部材（例えば、厚みの薄いダミーのシリコンインゴット）（図示せず）を設けてもよい。
【００６４】
ところで、上述のようにシリコンインゴットＩを切断している間、電解液回収ポンプ６１によって、処理槽２０から溢れ出した電解液Ｅが回収されて、第一貯留タンク６５に貯留される（図６参照）。そして、第一貯留タンク６５内の電解液Ｅは、加熱部６５ａによって加熱されて蒸留されて第二貯留タンク６６内に貯留され、このことによって、電解液Ｅと、当該電解液Ｅ内に溶解していたＳｉＯ２とが分離される（第一貯留タンク６５に残ったＳｉＯ２はＳｉＯ２回収部（図示せず）によって回収される）。
【００６５】
そして、第二貯留タンク６６内に貯留された電解液Ｅは、電解液供給ポンプ６７から駆動力を受けて、除去フィルタ６８と温度調整部６９を経て処理槽２０内に供給される（図６参照）。このとき、供給される電解液Ｅは、温度調整部６９によって温度が調整されるので、処理槽２０内の電解液Ｅを所定の温度に保つことができ、シリコンインゴットＩの溶解条件を均一に保つことができる。
【００６６】
上述のように洗浄乾燥昇降機構５５に載置されたシリコンスライスＳは、次に、当該洗浄乾燥昇降機構５５によって下方へ移動され、開状態の開閉シャッタ４５を経て、洗浄槽４０内に貯留された洗浄液Ｒ内に浸漬される。このことによって、シリコンスライスＳが洗浄液Ｒで洗浄されることとなる。なお、シリコンスライスＳが所定の位置以下まで移動すると、開閉シャッタ４５は閉状態になる。
【００６７】
ところで、本実施の形態では、シリコンスライスＳが通過する時以外は、開閉シャッタ４５によって洗浄槽４０の上方が覆われている。このため、洗浄槽４０内の洗浄液Ｒが揮発することで周辺の装置に悪影響が出ることを最小限に抑えることができる。
【００６８】
洗浄液Ｒによる洗浄が終了すると、洗浄乾燥昇降機構５５によって、当該洗浄乾燥昇降機構５５上のシリコンスライスＳが上方へ移動され、開状態の開閉シャッタ４５を経て、乾燥室５１内に引き上げられる。その後、シリコンスライスＳに、乾燥用液供給部５２によってＩＰＡなどの乾燥用液が供給され、その後、不活性ガス供給部５３によってＮ２やＡｒなどの不活性ガスが供給される。この結果、シリコンスライスＳの各々が乾燥されることとなる。
【００６９】
次に、カセット載置部８５に載置された空のカセットＣ内に、シリコンスライスＳが収納される（図１参照）。その後、シリコンスライスＳが収納されたカセットＣ’が、充填カセットストック部９２に載置されてストックされる。そして、シリコンスライスＳが収納されたカセットＣ’は、インゴット搬出部９５に順次移動されて、当該インゴット搬出部９５から搬出される。
【００７０】
なお、本実施の形態では、空カセットストック部９１が設けられているので、大量に生成される（一度に５００枚程生成される）シリコンスライスＳを滞りなくカセットＣ内に収納することができる。また、充填カセットストック部９２が設けられているので、シリコンスライスＳを収納したカセットＣ’をカセット載置部８５から即座に移動させることができ、カセット載置部８５でシリコンスライスＳを収納する作業を滞りなく継続することができる。
【００７１】
ところで、本実施の形態では、生成されるシリコンスライスＳの用途の一つとして太陽電池の基板を挙げて説明したが、これに限られることはなく、例えば半導体ウエハとして用いられるシリコンスライスＳを生成するために、本実施の形態による加工用電極およびインゴット処理装置を用いることもできる。
【符号の説明】
【００７２】
５ インゴット載置部
６ 搬送ロボット（搬送部）
７ 側方支持部
１０ 加工用電極
２０ 処理槽
２１ インゴット受け部
２４ インゴット移動部
２６ 電極保持部
２９ 電極移動部
３２ ファン・フィルター・ユニット
３３ 吸引排出部
３５ 開閉カバー（開閉部材）
４０ 洗浄槽（洗浄部）
５０ 乾燥部
６１ 電解液回収ポンプ（電解液回収部）
６７ 電解液供給ポンプ（電解液供給部）
Ｅ 電解液
Ｉ シリコンインゴット（インゴット部材）
Ｒ 洗浄液
Ｓ シリコンスライス（スライス部材）
Ｃ カセット
Ｃ’ シリコンスライスを収納したカセット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工用電極に電流を流すことで、インゴット部材を電解液内で溶解して切断するインゴット処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シリコン基材と、シリコン基材に対向し近接して設けられた白金からなるワイヤと、シリコン基材とワイヤの間に介在する電解液とを備え、シリコン基材を陽極とするとともに、ワイヤを陰極とし、シリコン基材とワイヤとの間に電流を流すことによってシリコン基材を陽極酸化し、かつ、シリコン基材とワイヤの相対位置を時間とともに変化させ、シリコン基材を局所的に溶解しながらワイヤをシリコン基材の内部に嵌入させることで、シリコン基材を選択的に除去するシリコン基材の加工方法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際特許公開公報ＷＯ２００８／１４００５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術には、シリコン基材を加工する方法が開示されているだけであり、商業的に利用可能な、インゴット部材を切断するための具体的な装置の構成は全く開示されていない。
【０００５】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、商業的に利用可能な、インゴット部材を切断して複数のスライス部材を生成するためのインゴット処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるインゴット処理装置は、
処理されるインゴット部材を載置するインゴット載置部と、
前記インゴット載置部からインゴット部材を受け取って搬送する搬送部と、
電解液が貯留された処理槽と、
前記処理槽上で前記搬送部から前記インゴット部材を受け取るインゴット受け部と、
前記インゴット受け部を下方へ移動することによって、前記インゴット部材を前記処理槽内の電解液に浸漬させるインゴット移動部と、
電流が流されることによって前記インゴット部材を電解液内で溶解して切断し、複数のスライス部材を生成する加工用電極と、
を備えている。
【０００７】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記加工用電極を上下方向に移動させる電極移動部をさらに備え、
前記電極移動部が前記加工用電極を上下方向に移動させることによって、前記インゴット部材を電解液内で溶解して切断してもよい。
【０００８】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記電極移動部は、前記加工用電極を前記インゴット部材の上方から接近させて、該インゴット部材を電解液内で溶解して切断してもよい。
【０００９】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記搬送部は、前記スライス部材の法線方向に直交する方向で該スライス部材を支持してもよい。
【００１０】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記搬送部は、前記インゴット材が完全に切断されてスライス部材が生成される前に該スライス部材を支持してもよい。
【００１１】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記スライス部材を洗浄液で洗浄する洗浄部をさらに備え、
前記搬送部は、前記スライス部材を前記インゴット受け部から前記洗浄部へ搬送してもよい。
【００１２】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記洗浄部で洗浄されたスライス部材を乾燥させる乾燥部をさらに備えてもよい。
【００１３】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記洗浄部は洗浄液が貯留された洗浄槽からなり、
前記乾燥部は、前記洗浄槽の上方に配置され、前記洗浄槽から引き上げられたスライス部材を乾燥させてもよい。
【００１４】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記処理槽の上方に配置され、該処理槽の上方領域を開状態にしたり閉状態にしたりする開閉部材をさらに備えてもよい。
【００１５】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記処理槽に連結され、該処理槽内に電解液を供給する電解液供給部をさらに備えてもよい。
【００１６】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記処理槽に連結され、該処理槽内に貯留されている、または、該処理槽内に貯留されていた電解液を回収する電解液回収部をさらに備えてもよい。
【００１７】
本発明によるインゴット処理装置において、
前記処理槽の周辺の雰囲気を吸引して排出する吸引排出部をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、商業的に利用可能な、インゴット部材を切断して複数のスライス部材を生成するためのインゴット処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態によるインゴット処理装置の構成を示す上方平面図。
【図２】本発明の実施の形態によるインゴット処理装置の処理槽近辺を示す側方断面図。
【図３】本発明の実施の形態による加工用電極を示す上方平面図、斜視図および側方断面図。
【図４】本発明の実施の形態による加工用電極の変形例を示す上方平面図。
【図５】本発明の実施の形態による加工用電極によって、シリコンインゴットを切断する様子を示す側方図。
【図６】本発明の実施の形態による循環回収ユニットの構成を示す上方平面図。
【図７】本発明の実施の形態による洗浄部および乾燥部の構成を示す正面断面図。
【図８】ワイヤからなる加工用電極によってシリコンインゴットを切断する態様と、本実施の形態による加工用電極によってシリコンインゴットを切断する態様を示す側方断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態
以下、本発明に係るインゴット処理装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図８は本発明の実施の形態を示す図である。
【００２１】
図１に示すように、インゴット処理装置は、処理されるシリコンインゴット（インゴット部材）Ｉを載置するインゴット載置部５と、インゴット載置部５からシリコンインゴットＩを受け取る搬送する搬送ロボット（搬送部）６と、電解液Ｅが貯留された処理槽２０と、を備えている。なお、電解液Ｅとしては、例えばフッ酸（ＨＦ）をＩＰＡなどのアルコール溶媒で希釈したものを用いることができる。
【００２２】
ところで、図１に示した処理槽２０のうち、左側から１つ目と２つ目によってシリコンインゴットＩが後述する加工用電極１０によって切断されている状態を図示し、左側から３つめによってシリコンインゴットＩが搬送ロボット６によって搬送されている状態を図示している。なお、左側から３つ目から６つ目まででは、電解液Ｅが処理槽２０内に貯留されていることを示すために、後述するインゴット受け部２１および電極保持部２６を図示していない。
【００２３】
また、図１に示すように、インゴット処理装置は、電流が流されることによってシリコンインゴットＩを電解液Ｅ内で溶解して切断し、複数のシリコンスライス（スライス部材）Ｓを生成する加工用電極１０を有している（図３（ａ）参照）。なお、シリコンインゴットＩを切断することによって生成されるシリコンスライスＳは、例えば太陽電池の基板として用いることができる。
【００２４】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、インゴット処理装置は、処理槽２０上で搬送ロボット６からシリコンインゴットＩを受け取るインゴット受け部２１と、インゴット受け部２１を下方へ移動することによって、当該シリコンインゴットＩを処理槽２０内の電解液Ｅに浸漬させるインゴット移動部２４と、を備えている。
【００２５】
このうち、インゴット受け部２１は、シリコンインゴットＩの底面を支持するインゴット支持部２２と、当該インゴット支持部２２から上方に向かって延びた上方延在部２３ａと、当該上方延在部２３ａからガイド部材３６に向かって延び、当該ガイド部材３６に設けられたガイド溝（図示せず）を通過する水平延在部２３ｂとを有している。
【００２６】
また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、インゴット処理装置は、加工用電極１０を保持する電極保持部２６と、電極保持部２６で保持された加工用電極１０を上下方向に移動する電極移動部２９と、を備えている。
【００２７】
このうち、電極保持部２６は、加工用電極１０が取り付けられる電極装着部２７と、当該電極装着部２７から上方に向かって延びた上方延在部２８ａと、当該上方延在部２８ａからガイド部材３６に向かって延び、当該ガイド部材３６に設けられたガイド溝（図示せず）を通過する水平延在部２８ｂとを有している。
【００２８】
なお、電極移動部２９が、加工用電極１０を上下方向に移動させることによって、シリコンインゴットＩを電解液Ｅ内で溶解して切断することとなる。より具体的には、電極移動部２９が、電極保持部２６を下方に移動させることによって、加工用電極１０をシリコンインゴットＩの上方から接近させて、当該シリコンインゴットＩを電解液Ｅ内で溶解して切断することとなる（図２（ａ）（ｂ）および図５（ａ）−（ｃ）参照）。
【００２９】
ところで、図５（ａ）−（ｃ）では、加工用電極１０が下方へ移動する態様を用いて説明するが、シリコンインゴットＩと加工用電極１０の位置が相対的に移動すればよく、例えばシリコンインゴットＩを静止した加工用電極１０に対して上昇させてもよい。
【００３０】
また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、インゴット移動部２４は、ガイド部材３６に沿ってインゴット受け部２１を移動させる駆動モータ２４ａと、当該駆動モータ２４ａによって駆動される駆動シャフト２４ｂとを有している。また、電極移動部２９は、ガイド部材３６に沿って電極保持部２６を移動させる駆動モータ２９ａと、当該駆動モータ２９ａによって駆動される駆動シャフト２９ｂとを有している。また、図１に示すように、インゴット処理装置は、駆動モータ２４ａ、駆動モータ２９ａなどの駆動系や加工用電極１０に電力を供給する電力供給部７０も備えている。
【００３１】
ここで、加工用電極１０は、図３（ａ）に示すように、スライス電極支持部１１と、スライス電極支持部１１によって支持されるとともに、互いに平行に直線状で延在する棒状の複数のスライス電極部１５と、を有している。そして、スライス電極部１５は、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、横断面が矩形形状からなる電極本体部１６と、当該電極本体部１６の両側面と頂面を覆う絶縁性の被覆部１７とを有している。また、スライス電極支持部１１には、当該スライス電極支持部１１を電極装着部２７に取り付けるための取付穴１３が設けられている。なお、被覆部１７の材料としては、電極本体部１６に用いられる材料の熱膨張係数と近い熱膨張係数を有する材料を用いることが好ましく、例えば、ポリイミドなどの樹脂材料、窒化物などを用いることができる。ところで、ポリイミドからなる被覆部１７を用いる場合には、蒸着重合法を用いて電極本体部１６の両側面と頂面にポリイミドからなる被覆部１７を形成すればよく、窒化物からなる被覆部１７を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法を用いて電極本体部１６の両側面と頂面に窒化物からなる被覆部１７を形成すればよい。
【００３２】
また、電極本体部１６は、金属もしくは半導体材料、または金属と半導体材料の複合材料からなってもよい。なお、低い電気抵抗率および耐薬品性（例えば、耐フッ酸性）の観点からすると、電極本体部１６は、白金、タングステンまたはモリブデンを含む材料からなっていることが好ましい。しかしながら、加工用電極１０の製造コストを下げられること、および、加工がしやすいことからすると、電極本体部１６としては、タングステンまたはモリブデンを含む材料からなっていることがさらに好ましい。
【００３３】
また、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、電極本体部１６は、横断面が長方形状からなり、長方形の長辺が電極本体部１６の側面に対応し、長方形の短辺が該電極本体部１６の頂面および底面に対応している。また、本実施の形態では、スライス電極支持部１１とスライス電極部１５とは一体に形成されている（図３（ａ）参照）。
【００３４】
なお、以下、スライス電極支持部１１とスライス電極部１５が一体になった態様で説明するが、これに限られることはなく、スライス電極支持部１１とスライス電極部１５とが別体で構成されてもよい。例えば、スライス電極部１５がスライス電極支持部１１に差し込み自在となっていてもよく、より具体的には、図４（ａ）（ｂ）に示すように、スライス電極部１５の一端がスライス電極支持部１１と一体に形成されるとともに、スライス電極部１５の他端が差し込まれる差込溝１１ａがスライス電極支持部１１に形成されていてもよい。
【００３５】
ところで、本実施の形態では、加工用電極１０は陰極となりシリコンインゴットＩが陽極となることで、陽極酸化反応が起こる。より具体的には、
陰極となる加工用電極１０で、
４ｅ−＋４Ｈ＋→２Ｈ２
陽極となるシリコンインゴットＩで、
Ｓｉ＋２Ｈ２Ｏ→ＳｉＯ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−
という反応が起こる。この結果、シリコンインゴットＩの一部がＳｉＯ２として電解液Ｅ内に溶解することとなり、複数のシリコンスライスＳが生成されることとなる（図５（ａ）−（ｃ）参照）。なお、インゴット支持部２２には、シリコンインゴットＩの底面に接触し、当該シリコンインゴットＩから生じる電子（ｅ−）を流すための電極（図示せず）が設けられている。
【００３６】
また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、処理槽２０の上方には、当該処理槽２０の上方領域を開状態にしたり閉状態にしたりする開閉カバー（開閉部材）３５が設けられている。また、処理槽２０の上方には、上方から処理槽２０に清浄空気を供給するファン・フィルター・ユニット３２が設けられている。さらに、処理槽２０の側方には、当該処理槽２０の周辺の雰囲気を吸引して排出する吸引排出部３３が設けられている。
【００３７】
また、図６に示すように、処理槽２０には、処理槽２０から溢れ出した電解液Ｅを回収管６４ａを介して回収する電解液回収ポンプ（電解液回収部）６１が連結されている。なお、本実施の形態では、以下、電解液回収ポンプ６１が処理槽２０から溢れ出した電解液Ｅを回収する態様を用いて説明するが、これに限られることはなく、例えば、電解液回収ポンプ６１が処理槽２０内の電解液Ｅを単位時間当たりに決まった量で回収するように構成されていてもよい。
【００３８】
また、図６に示すように、電解液回収ポンプ６１の下流側には、当該電解液回収ポンプ６１によって回収された電解液Ｅ内に含まれる不純物（特に電解液回収ポンプ６１によって発生する不純物）を除去する除去フィルタ６２が設けられている。
【００３９】
また、図６に示すように、除去フィルタ６２の下流側には、除去フィルタ６２を経た電解液Ｅを貯留する第一貯留タンク６５が設けられている。また、この第一貯留タンク６５には、第一貯留タンク６５内に貯留された電解液Ｅを加熱する加熱部６５ａが設けられている。なお、加熱部６５ａによって加熱された電解液Ｅを蒸留することによって、電解液Ｅと当該電解液Ｅ内に溶解していたＳｉＯ２とが分離されることとなる。そして、蒸留された電解液Ｅは第二貯留タンク６６に貯留され、第一貯留タンク６５に残ったＳｉＯ２はＳｉＯ２回収部（図示せず）によって回収される。
【００４０】
また、第二貯留タンク６６には、第二貯留タンク６６内の電解液Ｅを処理槽２０に供給する電解液供給ポンプ（電解液供給部）６７が設けられている。また、電解液供給ポンプ６７の下流側には、電解液Ｅ内の不純物を除去する除去フィルタ６８と、電解液Ｅの温度を調整する温度調整部６９が設けられている。そして、温度調整部６９には、処理槽２０に連結された供給管６４ｂが連結されている。ところで、上述した、電解液回収ポンプ６１、除去フィルタ６２、第一貯留タンク６５、加熱部６５ａ、第二貯留タンク６６、電解液供給ポンプ６７、除去フィルタ６８および温度調整部６９によって、循環回収ユニット６０が構成されている。
【００４１】
また、図１に示すように、搬送ロボット６は、シリコンインゴットＩの側方を支持して挟持する一対の側方支持部７を有している。そして、搬送ロボット６は、この一対の側方支持部７によって、スライスされたシリコンスライスＳの側方を支持（シリコンスライスＳの法線方向に直交する方向で支持）して挟持するようになっている（図５（ｃ）参照）。なお、本実施の形態の搬送ロボット６は、図５（ｃ）に示すように、シリコンインゴットＩが完全に切断されてシリコンスライスＳが生成される前に、当該シリコンスライスＳを挟持するように構成されている。また、搬送ロボット６の側方支持部７によって挟持されたシリコンスライスＳは、当該搬送ロボット６によって、インゴット受け部２１から後述する洗浄部４０へと搬送される（図１参照）。
【００４２】
ところで、本実施の形態では、搬送ロボット６の側方支持部７が、生成されたシリコンスライスＳが倒れないようにシリコンスライスＳを挟持する態様を用いて説明するが、これに限られることはなく、例えば、インゴット受け部２１に、生成されたシリコンスライスＳが倒れないように支持するスライス支持部が設けられていてもよい。
【００４３】
また、図１に示すように、インゴット処理装置は、シリコンインゴットＩを加工用電極１０で切断することによって生成したシリコンスライスＳを洗浄液Ｒで洗浄する洗浄部４０と、洗浄部４０で洗浄されたシリコンスライスＳを乾燥させる乾燥部５０も備えている（図７参照）。
【００４４】
本実施の形態の洗浄部４０は、図７に示すように、純水などの洗浄液Ｒが貯留された洗浄槽４０からなっている。また、本実施の形態の乾燥部５０は、洗浄槽４０の上方に設けられた乾燥室５１と、乾燥室５１内に設けられてＩＰＡなどの乾燥用液を供給する乾燥用液供給部５２と、乾燥室５１内に設けられてＮ２やＡｒなどの不活性ガスを供給する不活性ガス供給部５３と、を有している。なお、本実施の形態では、洗浄槽４０と乾燥室５１の両方が洗浄乾燥筐体４１内に配置されている。そして、当該洗浄乾燥筐体４１内には、シリコンスライスＳを支持するとともに、洗浄槽４０と乾燥室５１との間を上下方向に移動する洗浄乾燥昇降機構５５が設けられている。また、洗浄槽４０と乾燥室５１との間には、開閉自在の開閉シャッタ４５が設けられている。
【００４５】
また、図１に示すように、インゴット載置部５と洗浄部４０および乾燥部５０との間には、乾燥部５０によって乾燥された後のシリコンスライスＳが収納されるカセットＣが載置されるカセット載置部８５が設けられている。
【００４６】
また、図１に示すように、インゴット処理装置は、カセットＣをストックするための空カセットストック部９１と、シリコンスライスＳが収納されたカセットＣ’をストックするための充填カセットストック部９２とを備えている。また、空カセットストック部９１と充填カセットストック部９２との間には、インゴット載置部５に載置される前のシリコンインゴットＩが載置されるインゴット搬入部１と、搬出されるシリコンスライスＳが収納されたカセットＣ’が載置されるインゴット搬出部９５が設けられている。
【００４７】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
【００４８】
まず、インゴット搬入部１に搬入されたシリコンインゴットＩが、当該インゴット搬入部１からインゴット載置部５に移動される（図１参照）。
【００４９】
次に、搬送ロボット６の一対の側方支持部７によって、シリコンインゴットＩの対向する側面が挟持され、インゴット載置部５からシリコンインゴットＩが受け取られる（図１参照）。その後、当該搬送ロボット６によってシリコンインゴットＩが搬送され、インゴット受け部２１によって、処理槽２０上で搬送ロボット６からシリコンインゴットＩが受け取られる（図２（ａ）参照）。
【００５０】
次に、インゴット移動部２４によって、インゴット受け部２１が下方へ移動され、このことによって、インゴット受け部２１上に載置されたシリコンインゴットＩ全体が処理槽２０内の電解液Ｅに浸漬させることとなる（図２（ａ）の矢印（１）参照）。このとき、インゴット受け部２１は、駆動モータ２４ａによってガイド部材３６に沿って下方に移動されることとなる。
【００５１】
次に、電極移動部２９によって電極保持部２６が下方へ移動され（駆動モータ２９ａによって電極保持部２６がガイド部材３６に沿って下方に移動され）、電流の流された加工用電極１０が、電解液Ｅに浸漬されたシリコンインゴットＩの上面に向かって移動される（電流が流された加工用電極１０と電解液Ｅに浸漬されたシリコンインゴットＩを接近させる）（図２（ａ）の矢印（２）参照）。そして、シリコンインゴットＩに加工用電極１０がある程度近づくと、シリコンインゴットＩが酸化されてＳｉＯ２となって電解液Ｅ内に溶解され始める。このとき、加工用電極１０のスライス電極部１５からは水素（Ｈ２）が発生することとなる。なお、加工用電極１０が所定の位置より下方まで移動すると、開閉カバー３５によって処理槽２０の上方が覆われる（図２（ａ）の矢印（３）参照）。
【００５２】
ところで、本実施の形態では、インゴット受け部２１および電極保持部２６が通過する時以外は、開閉カバー３５によって処理槽２０の上方が覆われている。このため、処理槽２０内の電解液Ｅが揮発することで周辺の装置に悪影響が出ることを最小限に抑えることができる。
【００５３】
上述のようにシリコンインゴットＩを溶解させた状態で、徐々に加工用電極１０を下降させることによって、シリコンインゴットＩが徐々に切断される（図５（ａ）（ｂ）参照）。
【００５４】
ここで、本実施の形態による加工用電極１０は、スライス電極支持部１１によって支持されるとともに、互いに平行に直線状で延在する複数のスライス電極部１５とを有している（図３（ａ）参照）。このため、シリコンインゴットＩを加工する作業効率を低下させることなく、均一な電流で、シリコンインゴットＩを短いピッチで切断して大量のシリコンスライスＳを生成することができる。
【００５５】
すなわち、特許文献１に記載された発明のようにワイヤでシリコンインゴットＩを切断するには（加工用電極としてワイヤを用いる場合には）、ワイヤをワイヤ支持部などの部材に取り付けることが必要となる。そして、ワイヤの数が大量に及ぶ場合には（ワイヤの数が５００本に及ぶような場合には）、均等な位置関係で取り付けることは非常に困難である。これに対して、本実施の形態の加工用電極１０では、スライス電極支持部１１とスライス電極部１５とが一体となっており、一枚の板状部材にエッチングなどを施すことで、当該板状部材からスライス電極支持部１１とスライス電極部１５を形成することができる。このため、大量のスライス電極部１５を均一な間隔で形成することができ、シリコンインゴットＩを短いピッチで切断して大量の（例えば５００枚の）シリコンスライスＳを生成することができる。
【００５６】
また、上述のようにワイヤをワイヤ支持部に取り付ける場合には、ワイヤ支持部とワイヤとの接触面積を均一に保つことは困難であり、ワイヤ内を流れる電流を均一に保つことができない。これに対して、本実施の形態によれば、スライス電極支持部１１とスライス電極部１５とが一体となっているので、スライス電極支持部１１と各スライス電極部１５との間の接触面積の差異は生じない。このため、スライス電極部１５に流れる電流を均一に保つことができ、ひいては、シリコンインゴットＩを均一に処理して、均一な厚みと形状からなるシリコンスライスＳを生成することができる。なお、電極本体部１６はその横断面が長方形状からなっているので（図３（ｂ）（ｃ）参照）、エッチングなどで容易に形成することができる。
【００５７】
また、ワイヤ支持部に取り付けるワイヤとしてワイヤーソーを採用した場合には、当該ワイヤが一箇所でも切れると使用することができなくなり、作業効率が低下してしまう。これに対して、本実施の形態では、複数のスライス電極部１５がスライス電極支持部１１によって支持される態様をとっているため、例えスライス電極部１５が一本切れた場合であっても、他のスライス電極部１５による切断を継続して行うことができ、作業効率が低下してしまうことを防止することができる。
【００５８】
また、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、電極本体部１６の両側面と頂面が絶縁性の被覆部１７によって覆われている。このため、シリコンインゴットＩを溶解する作用は、スライス電極部１５の底面のみで生じる。この結果、シリコンインゴットＩが過剰に溶解することを防止することができ（カーフロス（kerf loss）を抑えることができ）、ひいては、同量のシリコンインゴットＩから大量のシリコンスライスＳを生成することでシリコンスライスＳの製造コストを下げることができる。
【００５９】
より具体的には、従来のように被覆部１７によって覆われていないワイヤ１６’を用いた場合には、ワイヤ１６’の上面以外の箇所（底面と両側面）でシリコンインゴットＩが溶解してしまい、シリコンインゴットＩが過剰に溶解してしまうこととなる（図８（ａ）参照）。これに対して、本実施の形態では、電極本体部１６の両側面と頂面が絶縁性の被覆部１７によって覆われているので、電極本体部１６の底面のみでシリコンインゴットＩを溶解することができ（図８（ｂ）参照）、シリコンインゴットＩが過剰に溶解することを防止することができる（図８（ａ）（ｂ）においてＷ１＞Ｗ２となっている）。なお、例えワイヤ１６’の両側面および上面を被覆部で覆ったとしても、ワイヤ１６’は横断面が円形状からなっており上下左右方向を確認することが非常に困難であるので、被覆部で覆われていない箇所でシリコンインゴットＩを溶解させることは非常に困難である。ところで、（シリコンスライスＳの利用用途の一つである）太陽電池の基板においては、その製造コストのうちの高い比率を（ときには５０％近くを）シリコンの材料費が占めている。このため、カーフロスを低減することができる、ということは非常に有益な効果である。
【００６０】
なお、本実施の形態によれば、幅が５０μｍからなるスライス電極部１５を有する加工用電極１０を約１００μｍ／ｍｉｎで下降させると、溶解されるシリコンインゴットＩの幅を１００μｍ以下にすることができた。
【００６１】
上述のように加工用電極１０を徐々に下降させ続け、加工用電極１０がシリコンインゴットＩの下面に達してシリコンインゴットＩが完全に切断される前に、搬送ロボット６の側方支持部７によってシリコンインゴットＩが挟持される（図５（ｃ）参照）。そして、シリコンインゴットＩが完全に切断されてシリコンスライスＳが生成されると、当該シリコンスライスＳが搬送ロボット６によって洗浄乾燥昇降機構５５に載置される（図７参照）。
【００６２】
上述のように、本実施の形態では、シリコンインゴットＩが完全に切断される前に搬送ロボット６の側方支持部７によってシリコンインゴットＩが挟持される。このため、シリコンインゴットＩが完全に切断されて生成されるシリコンスライスＳがその面の法線方向に沿って倒れることを防止することができ、シリコンスライスＳがインゴット受け部２１から落ちたり、シリコンスライスＳにキズが入ったりすることを防止することができる。
【００６３】
なお、加工用電極１０がシリコンインゴットＩを完全に切断した際に、加工用電極１０によってインゴット受け部２１のインゴット支持部２２にキズが付かないよう、シリコンインゴットＩとインゴット受け部２１との間に、使い捨てすることができる保護部材（例えば、厚みの薄いダミーのシリコンインゴット）（図示せず）を設けてもよい。
【００６４】
ところで、上述のようにシリコンインゴットＩを切断している間、電解液回収ポンプ６１によって、処理槽２０から溢れ出した電解液Ｅが回収されて、第一貯留タンク６５に貯留される（図６参照）。そして、第一貯留タンク６５内の電解液Ｅは、加熱部６５ａによって加熱されて蒸留されて第二貯留タンク６６内に貯留され、このことによって、電解液Ｅと、当該電解液Ｅ内に溶解していたＳｉＯ２とが分離される（第一貯留タンク６５に残ったＳｉＯ２はＳｉＯ２回収部（図示せず）によって回収される）。
【００６５】
そして、第二貯留タンク６６内に貯留された電解液Ｅは、電解液供給ポンプ６７から駆動力を受けて、除去フィルタ６８と温度調整部６９を経て処理槽２０内に供給される（図６参照）。このとき、供給される電解液Ｅは、温度調整部６９によって温度が調整されるので、処理槽２０内の電解液Ｅを所定の温度に保つことができ、シリコンインゴットＩの溶解条件を均一に保つことができる。
【００６６】
上述のように洗浄乾燥昇降機構５５に載置されたシリコンスライスＳは、次に、当該洗浄乾燥昇降機構５５によって下方へ移動され、開状態の開閉シャッタ４５を経て、洗浄槽４０内に貯留された洗浄液Ｒ内に浸漬される。このことによって、シリコンスライスＳが洗浄液Ｒで洗浄されることとなる。なお、シリコンスライスＳが所定の位置以下まで移動すると、開閉シャッタ４５は閉状態になる。
【００６７】
ところで、本実施の形態では、シリコンスライスＳが通過する時以外は、開閉シャッタ４５によって洗浄槽４０の上方が覆われている。このため、洗浄槽４０内の洗浄液Ｒが揮発することで周辺の装置に悪影響が出ることを最小限に抑えることができる。
【００６８】
洗浄液Ｒによる洗浄が終了すると、洗浄乾燥昇降機構５５によって、当該洗浄乾燥昇降機構５５上のシリコンスライスＳが上方へ移動され、開状態の開閉シャッタ４５を経て、乾燥室５１内に引き上げられる。その後、シリコンスライスＳに、乾燥用液供給部５２によってＩＰＡなどの乾燥用液が供給され、その後、不活性ガス供給部５３によってＮ２やＡｒなどの不活性ガスが供給される。この結果、シリコンスライスＳの各々が乾燥されることとなる。
【００６９】
次に、カセット載置部８５に載置された空のカセットＣ内に、シリコンスライスＳが収納される（図１参照）。その後、シリコンスライスＳが収納されたカセットＣ’が、充填カセットストック部９２に載置されてストックされる。そして、シリコンスライスＳが収納されたカセットＣ’は、インゴット搬出部９５に順次移動されて、当該インゴット搬出部９５から搬出される。
【００７０】
なお、本実施の形態では、空カセットストック部９１が設けられているので、大量に生成される（一度に５００枚程生成される）シリコンスライスＳを滞りなくカセットＣ内に収納することができる。また、充填カセットストック部９２が設けられているので、シリコンスライスＳを収納したカセットＣ’をカセット載置部８５から即座に移動させることができ、カセット載置部８５でシリコンスライスＳを収納する作業を滞りなく継続することができる。
【００７１】
ところで、本実施の形態では、生成されるシリコンスライスＳの用途の一つとして太陽電池の基板を挙げて説明したが、これに限られることはなく、例えば半導体ウエハとして用いられるシリコンスライスＳを生成するために、本実施の形態による加工用電極およびインゴット処理装置を用いることもできる。
【符号の説明】
【００７２】
５ インゴット載置部
６ 搬送ロボット（搬送部）
７ 側方支持部
１０ 加工用電極
２０ 処理槽
２１ インゴット受け部
２４ インゴット移動部
２６ 電極保持部
２９ 電極移動部
３２ ファン・フィルター・ユニット
３３ 吸引排出部
３５ 開閉カバー（開閉部材）
４０ 洗浄槽（洗浄部）
５０ 乾燥部
６１ 電解液回収ポンプ（電解液回収部）
６７ 電解液供給ポンプ（電解液供給部）
Ｅ 電解液
Ｉ シリコンインゴット（インゴット部材）
Ｒ 洗浄液
Ｓ シリコンスライス（スライス部材）
Ｃ カセット
Ｃ’ シリコンスライスを収納したカセット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理されるインゴット部材を載置するインゴット載置部と、
前記インゴット載置部からインゴット部材を受け取って搬送する搬送部と、
電解液が貯留された処理槽と、
前記処理槽上で前記搬送部から前記インゴット部材を受け取るインゴット受け部と、
前記インゴット受け部を下方へ移動することによって、前記インゴット部材を前記処理槽内の電解液に浸漬させるインゴット移動部と、
電流が流されることによって前記インゴット部材を電解液内で溶解して切断し、複数のスライス部材を生成する加工用電極と、
を備えたことを特徴とするインゴット処理装置。
【請求項２】
前記加工用電極を上下方向に移動させる電極移動部をさらに備え、
前記電極移動部が前記加工用電極を上下方向に移動させることによって、前記インゴット部材を電解液内で溶解して切断することを特徴とする請求項１に記載のインゴット処理装置。
【請求項３】
前記電極移動部は、前記加工用電極を前記インゴット部材の上方から接近させて、該インゴット部材を電解液内で溶解して切断することを特徴とする請求項２に記載のインゴット処理装置。
【請求項４】
前記搬送部は、前記スライス部材の法線方向に直交する方向で該スライス部材を支持することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインゴット処理装置。
【請求項５】
前記搬送部は、前記インゴット材が完全に切断されてスライス部材が生成される前に該スライス部材を支持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインゴット処理装置。
【請求項６】
前記スライス部材を洗浄液で洗浄する洗浄部をさらに備え、
前記搬送部は、前記スライス部材を前記インゴット受け部から前記洗浄部へ搬送することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインゴット処理装置。
【請求項７】
前記洗浄部で洗浄されたスライス部材を乾燥させる乾燥部をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載のインゴット処理装置。
【請求項８】
前記洗浄部は洗浄液が貯留された洗浄槽からなり、
前記乾燥部は、前記洗浄槽の上方に配置され、前記洗浄槽から引き上げられたスライス部材を乾燥させることを特徴とする請求項７に記載のインゴット処理装置。
【請求項９】
前記処理槽の上方に配置され、該処理槽の上方領域を開状態にしたり閉状態にしたりする開閉部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のインゴット処理装置。
【請求項１０】
前記処理槽に連結され、該処理槽内に電解液を供給する電解液供給部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のインゴット処理装置。
【請求項１１】
前記処理槽に連結され、該処理槽内に貯留されている、または、該処理槽内に貯留されていた電解液を回収する電解液回収部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のインゴット処理装置。
【請求項１２】
前記処理槽の周辺の雰囲気を吸引して排出する吸引排出部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のインゴット処理装置。
【請求項１】
処理されるインゴット部材を載置するインゴット載置部と、
前記インゴット載置部からインゴット部材を受け取って搬送する搬送部と、
電解液が貯留された処理槽と、
前記処理槽上で前記搬送部から前記インゴット部材を受け取るインゴット受け部と、
前記インゴット受け部を下方へ移動することによって、前記インゴット部材を前記処理槽内の電解液に浸漬させるインゴット移動部と、
電流が流されることによって前記インゴット部材を電解液内で溶解して切断し、複数のスライス部材を生成する加工用電極と、
を備えたことを特徴とするインゴット処理装置。
【請求項２】
前記加工用電極を上下方向に移動させる電極移動部をさらに備え、
前記電極移動部が前記加工用電極を上下方向に移動させることによって、前記インゴット部材を電解液内で溶解して切断することを特徴とする請求項１に記載のインゴット処理装置。
【請求項３】
前記電極移動部は、前記加工用電極を前記インゴット部材の上方から接近させて、該インゴット部材を電解液内で溶解して切断することを特徴とする請求項２に記載のインゴット処理装置。
【請求項４】
前記搬送部は、前記スライス部材の法線方向に直交する方向で該スライス部材を支持することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインゴット処理装置。
【請求項５】
前記搬送部は、前記インゴット材が完全に切断されてスライス部材が生成される前に該スライス部材を支持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインゴット処理装置。
【請求項６】
前記スライス部材を洗浄液で洗浄する洗浄部をさらに備え、
前記搬送部は、前記スライス部材を前記インゴット受け部から前記洗浄部へ搬送することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインゴット処理装置。
【請求項７】
前記洗浄部で洗浄されたスライス部材を乾燥させる乾燥部をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載のインゴット処理装置。
【請求項８】
前記洗浄部は洗浄液が貯留された洗浄槽からなり、
前記乾燥部は、前記洗浄槽の上方に配置され、前記洗浄槽から引き上げられたスライス部材を乾燥させることを特徴とする請求項７に記載のインゴット処理装置。
【請求項９】
前記処理槽の上方に配置され、該処理槽の上方領域を開状態にしたり閉状態にしたりする開閉部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のインゴット処理装置。
【請求項１０】
前記処理槽に連結され、該処理槽内に電解液を供給する電解液供給部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のインゴット処理装置。
【請求項１１】
前記処理槽に連結され、該処理槽内に貯留されている、または、該処理槽内に貯留されていた電解液を回収する電解液回収部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のインゴット処理装置。
【請求項１２】
前記処理槽の周辺の雰囲気を吸引して排出する吸引排出部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のインゴット処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２７４４０１（Ｐ２０１０−２７４４０１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３２０７４（Ｐ２００９−１３２０７４）
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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