CH690422A5 - Dispositif pour l'orientation de monocristaux en vue d'une découpe dans un plan prédéterminé et selon une direction qui minimise la longueur de coupe. - Google Patents

Description

  
 



  Le dispositif d'orientation permet le positionnement d'un monocristal sur un support de telle manière que celui-ci, un fois monté sur une machine de découpe, soit découpé avec une orientation donnée de l'axe monocristallin par rapport au plan de sciage. De plus, la position du monocristal est telle que celui-ci se trouve placé parallèlement à la nappe de fils si la machine de découpe est une scie à fils ou parallèlement à la direction du mouvement définissant l'épaisseur des tranches s'il s'agit d'une découpe avec une lame. Le dispositif d'orientation comprend un ensemble mécanique permettant la rotation du monocristal selon deux axes perpendiculaires Rx et Rz. Les valeurs des angles de rotation à donner est déterminée mathématiquement après une mesure de l'orientation monocristalline par rapport à l'axe géométrique du monocristal.

   Cette mesure peut se faire soit de manière optique, soit par rayons X. Une fois les deux rotations réalisées selon les valeurs calculées, le monocristal se trouvera dans la position recherchée pour la machine de découpe à savoir perpendiculairement à l'avance de la découpe ayant en plus son plan de découpe parallèle à celui de la machine. Le dispositif d'orientation permettra la fixation du monocristal soit par bridage soit par collage sur un support préindexé par rapport à la machine de découpe. 



  Les monocristaux généralement à usages optiques ou semiconducteurs nécessitent que ceux-ci soient découpés selon des orientations très précises par rapport aux axes monocristallins De plus, leur fabrication ne permet pas de contrôler de manière parfaite l'orientation des axes cristallins par rapport aux axes géométriques. Il faut donc pour que la découpe soit correcte corriger d'une part l'erreur de fabrication puis tenir compte des angles formés entre le plan de découpe et le plan monocristallin imposés par les procédés subséquents. Etant donné que la découpe se fait à partir d'un monocristal géométrique, il faudra le positionner et le maintenir dans l'espace de telle manière que le déplacement du système de découpe soit parallèle au plan de découpe désiré.

   Il existe une infinité de positions possibles, toutefois il n'en n'existe que quatre qui en plus le place dans un plan perpendiculaire au plan de découpe de la machine. Le positionnement des monocristaux selon l'une de ces quatre positions permet donc de découper non seulement dans l'orientation désirée mais également de minimiser le temps de la découpe donc d'améliorer la productivité du dispositif de découpe. 



  Des dispositifs d'orientation de monocristaux sont déjà connus et utilisés dans l'industrie des semiconducteurs sur des tronçonneuses à diamètre intérieure ou sur des scies à fils. Le positionnement se fait à l'aide de table orientable Ry-Rz montée directement sur la machine. L'ajustement se fait après mesure optique ou rayon X. La correction est alors introduite selon Ry-Rz. Cette manière de pratiquer a le désavantage d'une part d'avoir une position du monocristal inclinée par rapport à l'avance de l'élément de découpe, (ce qui est très défavorable dans le cas d'une scie à fils où la nappe de fils doit être parallèle au monocristal géométrique) et d'autre part de ne pas minimiser la longueur de découpe (ce qui est alors défavorable pour les scies à diamètre intérieur en diminuant leur productivité).

   De plus, cette manière de pratiquer oblige de régler la table de la machine avant chaque découpe de manière très précise et dans un environnement industriel souvent sale donc peu propice à ce type d'opération. Le temps de réglage de la machine contribue également à la baisse de la productivité. 



  Le but de l'invention consiste donc à remédier aux inconvénients précités en installant sur la machine de découpe, des monocristaux dont le plan de découpe est orienté parallèlement à la direction de découpe de la machine et tourné selon un axe perpendiculaire (normale au plan de découpe) de manière à minimiser la longueur de découpe. Cette détermination se fera mathématiquement en calculant les deux angles de rotation selon Rz et Rx à partir des mesures effectuées pour déterminer l'erreur du monocristal géométrique par rapport au réseau monocristallin en y incluant les exigences du procédé subséquent en relation avec les axes monocristallins.

   Le montage du monocristal sur son support pourra se faire alors à l'aide du dispositif de montage objet de la présente invention qui autorise les rotations Rz et Rx du monocristal et la mesures des angles correspondant et de le monter tel quel sur son support. Le dit support étant une pièce préindexée appartenant à la machine de découpe. Le monocristal peut être bridé ou de préférence collé sur le support. Support qui, une fois transféré sur la machine de découpe, présentera au système de découpe un monocristal parfaitement orienté prêt à être scier sans ajustement subséquent. De plus, la précision de la découpe sera indépendante de la machine utilisée ou de l'opérateur dans le cas de chaîne de production. 



  L'ensemble se présentera donc sous la forme d'une table avec un plateau rotatif ayant son axe de rotation Rz vertical sur lequel est posé le support du monocristal sur lequel il sera ultérieurement fixé. Celui-ci à un système d'indexation identique à celui de la machine de découpe. Le support du monocristal est une pièce interface entre le dispositif objet de la présente invention et la machine de découpe. Il aura donc la même position sur le dispositif d'orientation et sur la machine de découpe. Au dessus du plateau rotatif mais fixe par rapport à la table se trouve un système permettant la tenue du monocristal et de le faire tourner selon son axe horizontal Rx. Ce système est composé dans le cas de monocristaux cylindriques de deux cylindres sur lequel repose le monocristal. Le monocristal peut alors tourner selon son axe Rx.

   Le mouvement du plateau Rz et la rotation du monocristal Rx permet de le positionner dans n'importe quelle orientation. La valeur des deux angles selon Rx et Rz sera déterminé par les exigences du produit terminé et calculé mathématiquement. Un fois les deux rotations effectuées, un système fait mettre en présence le plateau support du monocristal avec le monocristal lui-même tout en conservant leur position relative. Ceci peut se faire soit par l'élévation du plateau rotatif soit par l'abaissement du monocristal. Une fois mis en contact le monocristal sera bridé ou collé en position. Le plateau support de monocristal pourra alors être transféré sur la machine de découpe. Le monocristal est alors orienté, prêt à être découpé. Les angles selon Rx et Ry sont mesurés par des dispositifs électroniques intégrés tels qu'encodeurs ou mécaniques par verniers par exemple.

   Les figures annexées illustrent schématiquement et à titre d'exemple un dispositif en accord avec l'invention. 



  La fig. 1 illustre en perspective le principe de la présente invention. Le monocristal à orienter 1, posé sur des cylindres 2 peut tourner selon son axe Rx d'un angle à déterminé d. Les cylindres 2 sont fixés sur la table 4. Sur la même table 4 repose un plateau rotatif 5 tournant selon un axe Rz et sur lequel est monté le plateau support de monocristal 6. L'ensemble tourne d'un angle g autour de Rz. Un système de levage 7 du plateau rotatif 5 est fixé sous la table et permet de mettre en contact le monocristal 1 et le plateau support de monocristal 6 pour les fixer en position l'un avec l'autre. Un encodeur 8 mesure l'angle d alors que g est mesuré par un système intégré dans le plateau rotatif 5. 



  La fig. 2 illustre la différence de concepts entre la méthode couramment utilisée (a) avec les axes Ry et Rz comme axes de rotation pour définir la position du plan de découpe et la méthode, objet de l'invention qui utilise Rx et Rz comme axe de positionnement (b). 



  La fig. 3 représente selon deux vues la position du monocristal 1 obtenue par le procédé couramment utilisé et qui montre que le monocristal 1 n'est pas parallèle à la nappe de fils 3 dans le cas de l'utilisation d'une scie à fils comme moyen de tronçonnage. Rx Ry Rz sont les axes de découpe de la machine. Le plan machine Rx Ry n'est pas parallèle à l'axe géométrique x du monocristal 1. 



  La fig. 4 représente selon deux vues la position optimale du monocristal 1 par rapport à une nappe de fils dans le cas d'utilisation d'une scie à fils comme moyen de tronçonnage, la nappe de fils 3 se trouve dans un plan Rx Ry par rapport à l'axe géométrique x. 



  La fig. 5 représente le schéma vectoriel des divers référentiels liés au monocristal géométrique x, y, z (cylindre 1), au monocristal x min , y min , z min , au référentiel du plan de découpe de x sec , y sec , z sec . Le défaut d'alignement du monocristal x min , y min , z min  avec la géométrie x, y, z nécessite une mesure optique ou R-X pour déterminer les angles a et f. Le référentiel de découpe lui est tourné selon y min  et z min  des angles t et p donnés par le procédé subséquent. La normale x sec  au plan de découpe y sec , z sec  fait un angle g avec x et la projection de x sec sur le plan y, z fait un angle d avec y. 



  La solution mathématique se présentera sous la forme suivante: 



  X min  = M(a,f) X
 



  avec M(a,f) matrice de rotation pour les angles a, f 



  X sec  = M(t,p) X min 
 



  avec M(t,p) matrice de rotation pour les angles p,t 



  On en déduit que les deux angles que l'on fera effectuer au monocristal géométrique 1 selon x min  min  min  et z min  min  min  seront obtenus par les composantes X sec x, X sec y, X sec z de X sec  (x, y, z) dans le repère x min  min  min , y min  min  min , z min  min  min où X sec  et le vecteur normal au plan y sec , z sec  dans le référentiel machine.
 d = arctang (X sec z/X sec y) = rotation selon Rx
 g = arctang ((sqrt(X sec y**2 + X sec z**2))/X sec x) = rotation selon Rz 



  La position obtenue en appliquant les rotations d et g donnera en plus le chemin minimum de découpe. 



  Le dispositif de positionnement ainsi décrit permet de découper un monocristal 1 selon des directions x sec , y sec , z sec bien précises sans réglage au niveau de la machine, le montage se faisant en temps masqué. Le monocristal 1 est alors fixé par bridage ou collage en position sur le support préindexé 6 par rapport à la machine de découpe de façon à reproduire dans celle-ci la position obtenue sur le dispositif  de positionnement. Bien sûr, d'autre dispositifs peuvent être envisagés en utilisant d'autres angles dans des référentiels différents mais dont la combinaison conduira au même résultat. On pourra également utiliser une position inversée du plateau rotatif 5 selon Rz en procédant à la fixation du support de lingot 6 par le haut. 

Claims (7)

1. Dispositif de positionnement pour l'orientation d'un monocristal (1) ayant un axe géométrique (x) en vue d'une découpe dans une machine de découpage selon un plan de découpe (y sec , z sec ) prédéterminé, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour positionner hors machine de découpage le monocristal (1) sur un plateau support (6) dans une orientation prédéterminée dans laquelle l'axe géométrique du monocristal (1) est parallèle au plan du plateau support (6), des premiers organes de rotation (2) permettant une rotation du monocristal (1) d'un premier angle de rotation (d) autour d'un premier axe (Rx) correspondant audit axe géométrique et des seconds organes de rotation (5) permettant une rotation relative entre le plateau support (6) et le monocristal (1) d'un second angle de rotation (9) autour d'un second axe de rotation (Rz)

perpendiculaire au premier axe de rotation, des moyens optiques ou rayons X étant prévus pour déterminer un décalage angulaire entre le monocristal géométrique (1) et le réseau cristallin, et des moyens de calculs étant prévus pour déterminer les valeurs des angles de rotations (d, g), le dispositif comportant en outre des moyens pour rapprocher et fixer le monocristal (1) sur le plateau support (6) dans ladite orientation prédéterminée.

2.

Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un plateau rotatif (5) tournant selon le second axe de rotation (Rz) sur lequel est agencé le plateau support (6) et les premiers organes de rotation constitués par des organes de support (2) du monocristal (1) permettant la rotation de celui-ci selon le premier axe de rotation (Rx), les rotations du plateau rotatif (5) et des organes de support (2) étant indépendantes, des organes de mesure angulaire étant prévus pour indiquer les angles de rotation du plateau rotatif (5) et du monocristal (1), le plateau support (6) étant muni de moyens d'indexation par rapport au plateau rotatif (5) lui donnant une position précise correspondant à celle qu'il occupe dans la machine de découpage de façon que le transfert du monocristal (1) fixé sur le plateau support (6)

dans ladite orientation prédéterminée s'effectue depuis le dispositif de positionnement jusque dans la machine de découpage sans perte d'orientation.

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est agencé de façon à assurer une découpe selon les spécifications angulaires requises après transfert du monocristal (1) sur le plateau support (6) sans nécessiter aucun autre dispositif de réglage.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les premiers organes de rotation (2) du monocristal (1) peuvent être mis en bout du monocristal (1).

5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les organes de mesure angulaire sont des éléments électroniques.

6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les organes de mesure angulaire sont mécaniques.

7.

Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est agencé de façon à pouvoir être monté sur un générateur à R-X pour contrôle et positionnement simultanés.