L'invention concerne un procédé de sciage par nappe de fils, pour scier un lingot ou un ensemble d'au moins deux lingots juxtaposés côte à côte porté par une table commune, en particulier un lingot ou des lingots de silicium ou d'un autre semi-conducteur, en des tranches d'une épaisseur inférieure à 2 mm, selon lequel on entraîne des fils formant une nappe de fils plus ou moins parallèle à la table, on humidifie ces fils avec un liquide abrasif, et on assure un déplacement relatif du lingot ou de l'ensemble de lingots et de la nappe de fils dans une direction plus ou moins perpendiculaire à la nappe de fils.
Par nappe de fils, il faut entendre un ensemble de brins de fils formant normalement un plan, ces brins de fils pouvant être aussi bien des parties de fils différents que des parties de spires d'un seul et même fil.
Des procédés de ce genre sont utilisés entre autres pour scier des lingots de silicium afin d'obtenir des tranches utilisées dans l'industrie solaire. Cette technique de sciage par une nappe de fils permet d'obtenir des tranches très minces avec une consommation de matériau par les fils relativement réduite et par conséquent une surface utilisable aussi grande que possible à partir d'un lingot.
Afin d'augmenter la capacité de sciage, on a déjà essayé de scier avec la même nappe de fils en même temps plusieurs lingots de dimensions normales, c'est-à-dire dont la section transversale est de 10 x 10 cm, juxtaposés côte à côte ou de partir de lingots ayant de dimensions plus grandes, par exemple 15 x 15 cm.
On a cependant constaté qu'à partir d'une certaine longueur de matériau scié, vu dans le sens des fils, la qualité des tranches diminue. Des ondulations ou des stries résiduelles apparaissent et les tranches ne sont plus utilisables dans certaines applications sans un rodage subséquent. Ceci semble par exemple être le cas si deux lingots de dimensions plus grandes et juxtaposés côte à côte sont sciés ensemble ou lorsqu'on scie un gros lingot d'une section de 30 x 30 cm.
L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient et de procurer un procédé de sciage par nappe de fils permettant d'obtenir des tranches de bonne qualité même pour une longueur relativement grande de lingot scié en même temps, ou en d'autres mots permet d'augmenter la capacité de sciage en sciant plus de longueur en même temps sans diminution de la qualité.
Dans ce but, on limite, au moins à l'extrémité du lingot ou de l'ensemble de lingots, située en aval par rapport au mouvement de la nappe, l'écoulement du liquide de sciage des traits de scie par cette extrémité à l'aide d'une paroi s'étendant du côté opposé à la table par rapport à la nappe de fils, le long de l'extrémité susdite.
Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, on place la paroi susdite contre l'extrémité susdite.
On peut éventuellement presser la paroi contre l'extrémité susdite.
On peut utiliser une paroi qui épouse l'extrémité susdite.
Pour un lingot ayant une section transversale rectangulaire ou carrée, la paroi susdite est alors verticale.
Si la section transversale du lingot est circulaire, cette paroi peut former un angle variable avec la tangente au cercle.
Dans une forme de réalisation particulière, on refroidit la paroi.
Dans une forme de réalisation appliquée de préférence, on place à chaque extrémité du lingot ou de l'ensemble des lingots, aussi bien celle en aval que celle en amont par rapport au mouvement de la nappe de fils, une telle paroi.
La hauteur de la paroi, presque perpendiculairement à la nappe de fils, peut être égale ou plus grande que la hauteur de lingot.
De cette manière, la paroi peut excercer son effet pour toute la profondeur du sciage.
Dans une forme de réalisation remarquable de l'invention, on place un couvercle sur l'extrémité du lingot ou de l'ensemble des lingots éloignée de la table.
L'invention concerne également un dispositif de sciage qui est particulièrement apte pour réaliser le procédé de sciage selon l'une ou l'autre des formes de réalisation précédentes.
L'invention concerne par conséquent également un dispositif de sciage par nappe de fils, pour scier un lingot ou un ensemble d'au moins deux lingots juxtaposés côte à côte, en particulier de silicium ou d'un autre semi-conducteur, en des tranches d'une épaisseur inférieure à 2 mm, comprenant une table pour le lingot ou les lingots, une nappe de fils plus ou moins parallèle à cette table, des moyens pour entraîner les fils, des moyens d'alimentation d'un liquide abrasif sur ces fils, et des moyens pour assurer un déplacement de la table et de la nappe de fils l'une par rapport à l'autre dans une direction plus ou moins perpendiculaire à la nappe de fils, caractérisé en ce qu'il comprend, du côté opposé à la table par rapport à la nappe de fils, au moins une paroi s'étendant transversalement par rapport aux fils, pour limiter l'écoulement du liquide de sciage des traits de scie.
De préférence, le dispositif comprend deux parois, une pour chaque extrémité du lingot ou de l'ensemble de lingots à scier, vue dans le sens d'avancement des fils, chaque paroi s'étendant du côté opposé à la table par rapport à la nappe transversalement par rapport aux fils.
Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, le dispositif comprend un couvercle pour couvrir le lingot ou l'ensemble de lingots à scier.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après d'un procédé et d'un dispositif de sciage par nappe de fils, selon l'invention. Cette description n'est donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
la fig. 1 est une vue en plan d'un dispositif de sciage par nappe de fils au cours de l'application du procédé selon l'invention;
la fig. 2 est une vue en élévation du dispositif de la fig. 1;
la fig. 3 représente une coupe selon la ligne III-III de la fig. 2, à une échelle agrandie;
la fig. 4 est une vue en élévation analogue à celle de la fig. 2, d'une partie du dispositif selon l'invention, mais ayant trait à une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention;
la fig. 5 est une vue en élévation de la partie du dispositif représenté à la fig. 4, mais ayant trait à encore une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention;
la fig. 6 est une vue en élévation de la partie du dispositif représenté aux fig. 4 et 5, mais ayant trait à encore une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention.
Le dispositif de sciage par nappe de fils représenté aux fig. 1 à 3 comprend un nombre de fils de sciage 1 parallèles, guidés sur quatre rouleaux de guidage 2 et 3. Deux de ces rouleaux, c'est-à-dire les rouleaux supérieurs 2, sont montés à la même hauteur de sorte qu'une nappe 4 de fils 1 est formée entre eux.
Le nombre de fils 1 est de l'ordre de plusieurs centaines et le diamètre de ces fils est inférieur à 1 mm, par exemple 175 micromètres, tandis que le pas, c'est-à-dire la distance d'axe en axe entre deux fils adjacents, est inférieur à 2 mm, par exemple 380 micromètres.
Les rouleaux 2 et 3 tournent librement dans un châssis 5, à l'exception d'un des rouleaux 2 qui est entraîné par un moteur 6 de manière à ce que les fils 1 soient avancés à une vitesse de 2,5 à 5,5 m/s dans le sens indiqué à la fig. 2 par la flèche 7.
Le dispositif comprend également une table 8 sur laquelle on a positionné une paire de lingots 9 juxtaposés côte à côte. La nappe de fils 4 susdite est parallèle à cette table 8. La table 8 est portée par un dispositif d'avance 10 monté sur le châssis 5 et permettant un déplacement en hauteur de cette table 8 par rapport à la nappe 4. La vitesse de montée de cette table 8 est de l'ordre de 200 à 600 micromètres par minute.
En amont de la paire de lingots 9, une goulotte 11 est montée au-dessus de la nappe 4 pour l'alimentation en liquide abrasif, par exemple de l'huile chargée par des particules de carbure de silicium, des fils 1 de cette nappe.
De l'autre côté de la paire de lingots 9, donc en aval dans le sens d'avancement des fils 1 de la nappe 4, une paroi 12 est montée sur le châssis 5, juste au-dessus de la nappe 4. Cette paroi stationnaire 12 est inclinée en avant par rapport à l'extrémité du premier lingot 9 de la paire, le bord inférieur de cette paroi étant situé contre cette extrémité. La hauteur de la paroi 12, perpendiculairement à la nappe 4, est légèrement supérieure à la hauteur des lingots 9. Dans le sens horizontal, perpendiculairement au sens d'avancement des fils 1 de la nappe 4, la paroi 12 s'étend tout le long du premier lingot 9. Cette paroi 12 peut être faite en métal, par exemple en aluminium, ou en matière plastique, par exemple en bakélite. Cette paroi 12 peut être refroidie.
Le procédé de sciage est comme suit:
On positionne les lingots 9 à scier sur la table 8 se trouvant dans une position inférieure de sorte que les lingots se trouvent en dessous de la nappe 4. On met le 6 en marche, on humidifie les fils 1 avec du liquide abrasif et on remonte la table 8 à l'aide du dispositif d'avance 10. Les fils 1 de la nappe 4, alimentés en liquide abrasif, viennent ainsi par l'effet des particules d'abrasif, occasionner des rainures ou traits de scie 13, dont la profondeur augmente au fur et à mesure qu'on monte la table 8 et donc les lingots 9. Les traits de scie 13 se remplissent de liquide abrasif, chargé de matière enlevée. On limite l'écoulement de ce liquide des traits de scie 13 par la paroi 12.
Il a été constaté que la paroi 12 facilite le sciage et augmente la qualité des tranches obtenues. Il est supposé que ceci est dû au fait que la paroi 12, limitant l'écoulement du liquide des traits de scie 13, cause une augmentation de la pression à l'endroit du fil 1 dans ces traits. Cet effet est ressenti sur toute la profondeur de sciage. De préférence, on laisse la paroi 12, dont la hauteur est suffisante, en place pendant toute la durée de sciage.
La forme de réalisation représentée à la fig. 4 diffère de celle décrite ci-dessus en ce que la paroi 12 n'est pas inclinée mais verticale, contre l'extrémité en aval également verticale du premier lingot 9. On presse d'ailleurs cette paroi 12 contre cette extrémité par un ressort 14 ou un contrepoids. L'écoulement du liquide abrasif est plus fortement limité.
Cet écoulement est encore plus fortement limité dans la forme de réalisation à laquelle se rapporte la fig. 5, le dispositif ne comprenant alors non seulement une paroi 12 en aval de la paire de lingots 9, mais également une paroi en amont de cette paire. On positionne cette deuxième paroi 12 en amont contre l'extrémité du lingot 9 fermant ainsi les traits de scie 13 de ce côté-là.
Dans la forme de réalisation à laquelle se rapporte la fig. 6, les traits de scie 13 sont en plus fermés au sommet des lingots 9 par un couvercle 15, reposant librement sur la face supérieure des deux lingots 9. Ce couvercle est pourvu de nervures pour faciliter le refroidissement du liquide abrasif qui est chauffé par l'action du sciage. Ce couvercle peut ainsi être constitué d'un nombre de profilés métalliques en U assemblés.
Puisque l'écoulement du liquide abrasif des traits de scie 13 est diminué, et donc surtout dans la dernière forme de réalisation, un refroidissement forcé pourrait être prévu. De même, de temps à autre une purgation des traits de scie 13 pourrait être envisagée.
La présence d'une ou deux parois 12 et éventuellement du couvercle 15 a un effet bénéfique sur le sciage et des tranches plus parfaites sont obtenues à égalité de vitesse de la table 8, surtout lorsque le pas est très faible (inférieur à 400 micromètres). En particulier, il a été possible de scier en même temps une paire de lingots 9 de section transversale 15 x 15 cm, c'est-à-dire donc de scier simultanément 30 cm de silicium et d'obtenir des tranches de silicium de bonne qualité avec un pas de fil de 380 micromètres.
Inversement, à égalité de qualité de surface, la vitesse d'avancement de la table peut être supérieure en présence d'une ou de deux parois 12 et éventuellement d'un couvercle 15.
Il est bien entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites ci-devant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de la présente demande de brevet, notamment quant à la forme, au nombre, à la disposition et à la composition des éléments intervenant dans leur réalisation.
En particulier, le procédé n'est pas limité au sciage simultané de deux lingots. Un seul ou plus de deux lingots pourraient être sciés. Les lingots ne doivent pas nécessairement être de silicium ou avoir une section transversale carrée. Cette section peut être rectangulaire, trapézoïdale, ronde ou autre.
Dans le cas d'une section transversale ronde du lingot, la paroi peut être tangente au cercle ou peut épouser l'extrémité en aval du lingot vue dans le sens d'avancement des fils.
L'invention n'est en particulier pas limitée au cas où la table pousse le ou les lingots vers le haut au travers de la nappe de fils. La table peut être située au-dessus de la nappe de fils et pousser le ou les lingots vers le bas au travers de la nappe de fils. La ou les parois 12 et le couvercle 15 sont alors situés en dessous de la nappe de fils.
Il est également possible de maintenir la table stationnaire et de déplacer la nappe de fils. Cette nappe ne doit pas être nécessairement horizontale.
The invention relates to a wire table sawing method for sawing an ingot or a set of at least two juxtaposed ingots side by side carried by a common table, in particular an ingot or ingots of silicon or another semiconductor, in slices less than 2 mm thick, according to which wires are drawn forming a sheet of wires more or less parallel to the table, these wires are moistened with an abrasive liquid, and a relative displacement is ensured ingot or set of ingots and the ply of wires in a direction more or less perpendicular to the ply of wires.
The term “ply of wires” should be understood to mean a set of strands of wires normally forming a plane, these strands of wires possibly being both parts of different wires and parts of turns of a single wire.
Processes of this kind are used inter alia for sawing silicon ingots in order to obtain wafers used in the solar industry. This sawing technique using a layer of wires makes it possible to obtain very thin slices with a relatively low consumption of material by the wires and consequently a usable surface as large as possible from an ingot.
In order to increase the sawing capacity, we have already tried to saw with the same ply of threads at the same time several ingots of normal dimensions, that is to say whose cross section is 10 x 10 cm, juxtaposed side side by side or from ingots with larger dimensions, for example 15 x 15 cm.
However, it has been observed that from a certain length of sawn material, seen in the direction of the wires, the quality of the slices decreases. Ripples or residual streaks appear and the edges are no longer usable in certain applications without a subsequent running-in. This seems for example to be the case if two ingots of larger dimensions and juxtaposed side by side are sawn together or when sawing a large ingot with a section of 30 x 30 cm.
The object of the invention is to remedy this drawback and to provide a method of sawing by ply of wires making it possible to obtain good quality slices even for a relatively large length of ingot sawn at the same time, or in other words increases the sawing capacity by sawing more length at the same time without reducing the quality.
For this purpose, at least at the end of the ingot or of the ingot assembly, situated downstream with respect to the movement of the ply, the flow of sawing liquid from the saw cuts through this end is limited. using a wall extending on the side opposite the table with respect to the ply of wires, along the above-mentioned end.
In a particular embodiment of the invention, the above wall is placed against the above end.
The wall can optionally be pressed against the above-mentioned end.
A wall can be used which follows the above-mentioned end.
For an ingot having a rectangular or square cross section, the above wall is then vertical.
If the cross section of the ingot is circular, this wall can form a variable angle with the tangent to the circle.
In a particular embodiment, the wall is cooled.
In a preferably applied embodiment, such a wall is placed at each end of the ingot or of all the ingots, both that downstream and that upstream with respect to the movement of the ply of wires.
The height of the wall, almost perpendicular to the sheet of wire, can be equal to or greater than the height of the ingot.
In this way, the wall can exert its effect for the entire depth of the sawing.
In a remarkable embodiment of the invention, a cover is placed on the end of the ingot or of all the ingots remote from the table.
The invention also relates to a sawing device which is particularly suitable for carrying out the sawing method according to one or the other of the preceding embodiments.
The invention therefore also relates to a device for sawing by a ply of wires, for sawing an ingot or a set of at least two ingots juxtaposed side by side, in particular of silicon or of another semiconductor, in slices. of a thickness less than 2 mm, comprising a table for the ingot or ingots, a sheet of wires more or less parallel to this table, means for driving the wires, means for supplying an abrasive liquid to these son, and means for ensuring a displacement of the table and the ply of wires relative to each other in a direction more or less perpendicular to the ply of wires, characterized in that it comprises, on the side opposite the table with respect to the ply of wires, at least one wall extending transversely with respect to the wires, to limit the flow of sawing liquid from the saw cuts.
Preferably, the device comprises two walls, one for each end of the ingot or of the set of ingots to be sawed, viewed in the direction of advancement of the wires, each wall extending on the side opposite the table relative to the ply transversely with respect to the wires.
In a particular embodiment of the invention, the device comprises a cover for covering the ingot or the set of ingots to be sawed.
Other particularities and advantages of the invention will emerge from the description given below of a method and of a device for sawing by ply of wires, according to the invention. This description is given only by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings, in which:
fig. 1 is a plan view of a wire table sawing device during the application of the method according to the invention;
fig. 2 is an elevational view of the device of FIG. 1;
fig. 3 shows a section along line III-III of FIG. 2, on an enlarged scale;
fig. 4 is a view in elevation similar to that of FIG. 2, of a part of the device according to the invention, but relating to another embodiment of the device according to the invention;
fig. 5 is an elevational view of the part of the device shown in FIG. 4, but relating to yet another embodiment of the device according to the invention;
fig. 6 is an elevational view of the part of the device shown in FIGS. 4 and 5, but relating to yet another embodiment of the device according to the invention.
The wire table sawing device shown in FIGS. 1 to 3 includes a number of parallel saw wires 1, guided on four guide rollers 2 and 3. Two of these rollers, that is to say the upper rollers 2, are mounted at the same height so that a ply 4 of wires 1 is formed between them.
The number of wires 1 is of the order of several hundred and the diameter of these wires is less than 1 mm, for example 175 micrometers, while the pitch, that is to say the distance from axis to axis between two adjacent wires, is less than 2 mm, for example 380 micrometers.
The rollers 2 and 3 rotate freely in a frame 5, except for one of the rollers 2 which is driven by a motor 6 so that the wires 1 are advanced at a speed of 2.5 to 5.5 m / s in the direction indicated in fig. 2 by arrow 7.
The device also comprises a table 8 on which a pair of ingots 9 juxtaposed side by side has been positioned. The above-mentioned ply of wires 4 is parallel to this table 8. The table 8 is carried by a feed device 10 mounted on the frame 5 and allowing this table 8 to move in height relative to the ply 4. The speed of rise of this table 8 is of the order of 200 to 600 micrometers per minute.
Upstream of the pair of ingots 9, a chute 11 is mounted above the sheet 4 for supplying abrasive liquid, for example oil loaded with particles of silicon carbide, wires 1 of this sheet .
On the other side of the pair of ingots 9, therefore downstream in the direction of advancement of the wires 1 of the ply 4, a wall 12 is mounted on the chassis 5, just above the ply 4. This wall stationary 12 is inclined forward relative to the end of the first ingot 9 of the pair, the lower edge of this wall being situated against this end. The height of the wall 12, perpendicular to the ply 4, is slightly greater than the height of the ingots 9. In the horizontal direction, perpendicular to the direction of advancement of the wires 1 of the ply 4, the wall 12 extends all the way along the first ingot 9. This wall 12 can be made of metal, for example aluminum, or of plastic, for example bakelite. This wall 12 can be cooled.
The sawing process is as follows:
The ingots 9 to be sawed are positioned on the table 8 which is in a lower position so that the ingots are located below the ply 4. The 6 is switched on, the wires 1 are moistened with abrasive liquid and they are reassembled table 8 using the feed device 10. The wires 1 of the ply 4, supplied with abrasive liquid, thus come by the effect of the abrasive particles, causing grooves or saw cuts 13, the depth increases as one goes up the table 8 and therefore the ingots 9. The saw lines 13 are filled with abrasive liquid, loaded with removed material. The flow of this saw cut 13 is limited by the wall 12.
It has been found that the wall 12 facilitates sawing and increases the quality of the slices obtained. It is assumed that this is due to the fact that the wall 12, limiting the flow of liquid from the saw lines 13, causes an increase in the pressure at the location of the wire 1 in these lines. This effect is felt over the entire sawing depth. Preferably, the wall 12, the height of which is sufficient, is left in place throughout the sawing period.
The embodiment shown in FIG. 4 differs from that described above in that the wall 12 is not inclined but vertical, against the equally vertical downstream end of the first ingot 9. Furthermore, this wall 12 is pressed against this end by a spring 14 or a counterweight. The flow of the abrasive liquid is more strongly limited.
This flow is even more strongly limited in the embodiment to which FIG. 5, the device then not only comprising a wall 12 downstream of the pair of ingots 9, but also a wall upstream of this pair. This second wall 12 is positioned upstream against the end of the ingot 9 thus closing the saw cuts 13 on this side.
In the embodiment to which fig. 6, the saw cuts 13 are further closed at the top of the ingots 9 by a cover 15, resting freely on the upper face of the two ingots 9. This cover is provided with ribs to facilitate the cooling of the abrasive liquid which is heated by the sawing action. This cover can thus be made up of a number of assembled U-shaped metal profiles.
Since the flow of abrasive liquid from the saw cuts 13 is reduced, and therefore especially in the last embodiment, forced cooling could be provided. Likewise, from time to time a purging of the saw cuts 13 could be envisaged.
The presence of one or two walls 12 and possibly the cover 15 has a beneficial effect on sawing and more perfect slices are obtained at equal speed of the table 8, especially when the pitch is very small (less than 400 micrometers) . In particular, it was possible to saw at the same time a pair of ingots 9 of cross section 15 x 15 cm, that is to say therefore to simultaneously saw 30 cm of silicon and to obtain silicon wafers of good quality with a 380 micrometer thread pitch.
Conversely, with equal surface quality, the speed of advancement of the table can be higher in the presence of one or two walls 12 and possibly a cover 15.
It is understood that the invention is in no way limited to the embodiments described above and that many modifications can be made without departing from the scope of this patent application, in particular as to the form, the number, at the disposal and the composition of the elements involved in their realization.
In particular, the method is not limited to the simultaneous sawing of two ingots. One or more than two ingots could be sawn. Ingots do not have to be silicon or have a square cross section. This section can be rectangular, trapezoidal, round or other.
In the case of a round cross section of the ingot, the wall may be tangent to the circle or may follow the downstream end of the ingot seen in the direction of advancement of the wires.
The invention is in particular not limited to the case where the table pushes the ingot or ingots upwards through the sheet of wires. The table can be located above the wire table and push the ingot (s) down through the wire table. The wall (s) 12 and the cover 15 are then located below the layer of wires.
It is also possible to keep the table stationary and move the wire table. This layer does not necessarily have to be horizontal.