DE3915916A1

DE3915916A1 - Schleifschneidwerkzeug mit schneidabschnitt am inneren umfang

Info

Publication number: DE3915916A1
Application number: DE19893915916
Authority: DE
Inventors: Makoto Otsuki
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1988-09-22
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1990-04-05
Also published as: JPH0288177A

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Schleifschneid werkzeug, welches einen Schneidabschnitt am inneren Umfang aufweist und ein Werkstück so abschneidet, daß es weniger dazu neigt, einen Sprung, eine Oberflächenaufrauhung oder dergl. zu erleiden, und daß die Schneidzugabe des Werkstücks klein ist.

Ein Einkristall eines Halbleiters wird nach dem Chokralsky- Verfahren, dem Bridgeman-Verfahren oder dergl. hergestellt. Verschiedene Arten von Schneidwerkzeugen (zum Beispiel ein Schleifschneidwerkzeug mit einem Schneidabschnitt am äußeren Umfang, ein Schleifschneidwerkzeug mit einem Schneidabschnitt am inneren Umfang und eine Mehrbändersäge) sind erhältlich zum Schneiden des Einkristalls in eine Anzahl dünner Stücke (häufig als Wafer bezeichnet).

Das Schleifschneidwerkzeug mit einem Schneidabschnitt am äußeren Umfang ist ein dünnes kreisförmiges Schneidwerkzeug mit Schleifkörnern, die in dem Schneidabschnitt befestigt sind. Bei schneller Rotation des Schneidwerkzeugs wird der Einkristall mit dem Schneidabschnitt am äußeren Umfang des Schneidwerkzeugs in Kontakt gebracht und relativ zu diesem verschoben, um den Kristall in dünne Stücke zu schneiden. Der Schneidabschnitt am äußeren Umfang weist Schleifkörner und eine Schneidfläche auf. Das Schneidwerkzeug kann auch als Außenumfangs-Schleifschneidwerkzeug bezeichnet werden.

Die Mehrbändersäge ist ein Schneidwerkzeug mit einer großen Anzahl parallel nebeneinander angeordneter gerader Schneid glieder, welche sich gleichzeitig hin- und herbewegen, um den Einkristall in eine große Anzahl dünner Stücke zu schneiden.

Das Schleifschneidwerkzeug mit einem Schneidabschnitt am inneren Umfang ist ein dünnes kreisförmiges Schneidwerkzeug mit einer Schneidfläche 2 um eine zentrale Öffnung 5 herum, wie in Fig. 2 gezeigt. Eine große Anzahl von Diamantschleif körnern 3 ist in diesem Schneidabschnitt am inneren Umfang elektrolytisch abgeschieden. Der äußere Umfangsabschnitt des scheibenförmigen Schneidwerkzeugs ist als flache Platte aus gebildet, als Grundplatte 4 bezeichnet, und ist 0,1 mm dick. Eine große Zahl von Schraublöchern 6 ist entlang der Kante der Grundplatte 4 angeordnet zum Befestigen des Schneidwerk zeugs an einem Drehglied einer (nicht gezeigten) Antriebsein heit für das Werkzeug.

Vor dem Schneiden wird eine Kohlespannvorrichtung so ange bracht, daß sie sich in Längsrichtung entlang dem Einkristall erstreckt. Wenn der Kristall in dünne Stücke zu schneiden ist, wird der Spitzenabschnitt des Kristalls mit der daran angebrachten Kohlespannvorrichtung in die zentrale Öffnung 5 eingeführt und mit der Schneidfläche 2 des inneren Umfangsab schnitts des rotierenden Schneidwerkzeugs in Kontakt gebracht und relativ zu diesem verschoben. Auf diese Weise wird der Kristall durch das Schneidwerkzeug geschnitten, wobei mit der der Kohlespannvorrichtung gegenüberliegenden Seite des Kristalls begonnen wird. Da die Schneidzugabe des durch das Schneidwerkzeug zu schneidenden Kristalls minimal ist, ist das Schneidwerkzeug außer zum Schneiden des Kristalls auch zum Schneiden anderer Materialien nützlich, wie zum Beispiel eines polykristallinen Materials oder dergl. Das Schneid werkzeug kann auch als Innenumfangs-Schleifschneidwerkzeug bezeichnet werden.

Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen vergrößerte Teilschnitte her kömmlicher Schleifschneidwerkzeuge mit Schneidabschnitten am inneren Umfang.

Der innere Schneidabschnitt des in Fig. 3 gezeigten Schneid werkzeugs ist 2,0 mm breit (parallel zur Radialrichtung der Grundplatte 4) und 0,29 mm dick (senkrecht zur Radialrichtung der Grundplatte 4). Die Querschnittsform des Schneidwerkzeugs ist einfach. Die inneren Umfangskanten sind rund abgekantet und der radial mittlere Teil ist flach. Die äußeren Umfangs kanten des Schneidabschnitts sind zu der dünnen Grundplatte 4 hin abgeschrägt. Der innere Schneidabschnitt des Schleif schneidwerkzeugs besteht aus einem Bindemittel 7 und darin verteilten Schleifkörnern 3. Das Schneidwerkzeug dieses Typs wird von Winter Co. hergestellt.

Die Breite des inneren Schneidabschnitts des in Fig. 4 ge zeigten Schneidwerkzeugs beträgt 3 mm. Die Dicke des Schneidabschnitts nimmt in der Radialrichtung des Schneid werkzeugs nach außen allmählich ab. Die maximale Dicke des Schneidabschnitts beträgt 0,32 mm. Das Schneidwerkzeug dieses Typs wird von Semiconductor Material Inc. hergestellt.

Die Breite des inneren Schneidabschnitts des in Fig. 5 gezeigten Schneidwerkzeugs beträgt 2 mm bis 3 mm. Der Schneidabschnitt besitzt eine größere Dicke bei seinem inne ren Teil und eine kleinere Dicke bei seinem äußeren Teil nahe der Grundplatte 4.

Die Breite des inneren Schneidabschnitts jedes der in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigten Schneidwerkzeuge ist 2 mm bis 3 mm groß. Die Dicke jedes Schneidwerkzeugs ist also relativ groß. Ferner ist die Dicke jedes Schneidwerkzeugteiles, der sich entlang den Seiten der Grundplatte 4 erstreckt, nahezu 1,2 bis 2 mal so dick wie der Durchmesser jedes Schleifkornes 3.

Die Breite des inneren Schneidabschnitts jedes der herkömmli chen Schneidwerkzeuge ist groß. Daher ist es schwierig, die abgeschnittenen Späne eines Einkristalls aus dem Spalt zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Einkristall abzuführen.

Da die Breite des inneren Schneidabschnitts des in Fig. 4 gezeigten Schneidwerkzeugs die größte unter allen herkömmli chen Schneidwerkzeugen ist, nimmt die Dicke des Schneidab schnitts in der Radialrichtung des Schneidwerkzeugs nach außen allmählich ab, so daß die abgeschnittenen Späne des Einkristalls aus dem Spalt zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Einkristall abgeführt werden können.

Der innere Schneidabschnitt des in Fig. 5 gezeigten herkömm lichen Schleifschneidwerkzeuges ist mit zwei verschiedenen Dicken versehen, um das Abführen der abgeschnittenen Späne des Einkristalls aus dem Spalt zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Einkristall zu erleichtern.

In jedem der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Schneidwerk zeuge ist ein Kunstgriff zur Verbesserung der Abführung der geschnittenen Späne vorgenommen worden. Obzwar der Kunstgriff etwas wirksam ist, werden die Schneidwerkzeuge nicht extensiv genutzt, weil die Seiten der Schneidwerkzeuge durch das wiederholte Schneiden des Einkristalls verschlissen oder abgetragen werden. So wird die Dicke des in Fig. 4 gezeigten Schneidwerkzeugs auf eine konstante Breite bei dem inneren Teil des Schneidabschnitts abgetragen, und die größere Dicke des inneren Schneidabschnitts des in Fig. 5 gezeigten Schneidwerkzeugs wird so vermindert, daß sie gleich der kleineren Dicke des Abschnitts ist. Folglich werden die abge schnittenen Späne von dem Einkristall nicht leicht abgeführt aus dem Spalt zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Ein kristall innerhalb eines Bereichs von 0 mm bis 5 mm von der innersten Fläche des inneren Schneidabschnitts, weil die Dicke des inneren Teiles des Schneidabschnitts konstant ist.

Der Kontaktbereich zwischen jeder Seite des Schneidabschnitts und dem Kristall ist groß, und die abgeschnittenen Späne ent laden sich zwischen dem Abschnitt und dem Kristall. Daher er gibt sich ein hoher Reibungswiderstand zwischen dem rotieren den Schneidwerkzeug und dem Kristall. Wegen des hohen Reibungswiderstandes erfährt das von dem Einkristall abge schnittene dünne Stück eine derart hohe Beanspruchung, daß es wahrscheinlich bricht oder auf seiner Oberfläche rauh wird. Das ist problematisch.

Ein Ziel der Erfindung ist die Beseitigung des erwähnten Nachteils und die Schaffung eines Schleifschneidwerkzeugs, welches einen Schneidabschnitt am inneren Umfang aufweist mit einer Breite von 0,3 mm bis 0,8 mm und einer Dicke, die annä hernd gleich der Summe der Dicke der Grundplatte und den Durchmessern von zwei in dem Schneidabschnitt elektrolytisch abgeschiedenen Diamant-Schleifkörnern ist. Also sind die Breite und die Dicke des Schneidabschnitts am inneren Umfang des Schleifschneidwerkzeugs verschieden von denen der oben beschriebenen herkömmlichen Schleifschneidwerkzeuge.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen vergrößerten Schnitt des inneren Schneidab schnitts eines Schleifschneidwerkzeugs, das eine Ausführungsform der Erfindung ist;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die allgemeine Form eines Schleifschneidwerkzeugs mit einem Schneidabschnitt am inneren Umfang;

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt des inneren Schneidab schnitts eines herkömmlichen Schleifschneidwerk zeugs, der 2 mm breit ist;

Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt des inneren Schneidab schnitts eines anderen herkömmlichen Schleif schneidwerkzeugs, der 3 mm breit ist; und

Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt des inneren Schneidab schnitts noch eines weiteren herkömmlichen Schleif schneidwerkzeugs, der zwei verschiedene Dicken aufweist.

In den Zeichnungen sind ein Schleifschneidwerkzeug 1, eine Schneidfläche 2, Schleifkörner 3, eine Grundplatte 4, eine Öffnung 5 und periphere Befestigungsteile 6 gezeigt.

Fig. 1 zeigt einen vergrößerten Schnitt des Schneidab schnitts am inneren Umfang des erfindungsgemäßen Schleif schneidwerkzeugs. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die Breite und die Dicke des Schneidabschnitts relativ klein. Die parallelen Seiten und die Schneidfläche des Schneidabschnitts sind flach. Obwohl die Diamant-Schleifkörner in Form und Größe un regelmäßig sind, wird die Dicke jedes Schneidabschnitteiles, der sich entlang den Seiten der Grundplatte 4 erstreckt, nicht schmaler gemacht als der Durchmesser jedes der Diamant- Schleifkörner 3.

Ein Einkristall wird durch den Schneidabschnitt am inneren Umfang oder den inneren Schneidabschnitt des erfindungsge mäßen Schleifschneidwerkzeugs zerschnitten. Der Schnitt ereignet sich innerhalb eines Bereichs von 0 mm bis 0,5 mm von dem innersten Teil des Schneidabschnitts. Die abgeschnit tenen Späne des Einkristalls füllen den Spalt zwischen dem Einkristall und dem Schneidwerkzeug innerhalb des Bereichs. Da die Menge dieser abgeschnittenen Späne groß ist, werden die Seiten des Schneidabschnitts so abgetragen, daß es rela tiv bald für die Späne leicht wird, durch den Spalt durch zugehen. Dieses Phänomen wird Selbstbahnung (self facilitation) genannt. Da die Breite des Schneidabschnitts gering ist, entladen sich die abgeschnittenen Späne leicht aus dem Spalt zwischen dem Einkristall und dem Schneidab schnitt, obwohl die Seiten des Abschnitts außerhalb des Bereichs weniger abgetragen sind. Daher erreichen die abge schnittenen Späne unmittelbar die Grundplatte 4 des Schleif schneidwerkzeugs. Da die Dicke der Grundplatte 4 klein ist, werden die Späne bei der Grundplatte frei nach außen abge führt. Folglich ist der Reibungswiderstand, der durch das Auffüllen der abgeschnittenen Späne zwischen den Einkristall und dem Schneidwerkzeug verursacht wird, auf diese Weise stark vermindert, was es viel weniger wahrscheinlich macht, daß das abgeschnittene Stück des Einkristalls bricht oder ab blättert.

Obwohl die Seiten des Schneidabschnitts durch das wiederholte Schneiden des Einkristalls abgetragen werden, bleiben die Seiten flach und parallel, so daß sich die Form des Schneidabschnitts und der Zustand des abgeschnittenen Stücks nicht verändern. Folglich besitzt das Schleifschneidwerkzeug eine längere Nutzungsdauer als die herkömmlichen Schleif schneidwerkzeuge.

Abschließend sei bemerkt, daß, da der innerste Teil B (Fig. 1) des Schneidabschnitts abgetragen wird, die Breite des Abschnitts auf 0,3 mm oder mehr eingestellt werden muß.

Beispiele der vorliegenden Ausführungsform und herkömmlicher Schleifschneidwerkzeuge zum Vergleich

Zum Vergleich der Arbeitsweise der Schleifschneidwerkzeuge wurde ein Versuch durchgeführt, in welchem mit jedem Schleif schneidwerkzeug mit inneren Schneidabschnitten ein kreisför miger Galliumarsenidkristall von 2 Zoll Durchmesser mit einer Geschwindigkeit von 15 mm/min geschnitten wurde. Jedes der folgenden Schneidwerkzeuge wiest eine Grundplattendicke von 0,1 mm auf.

(1) Der Kristall wurde mit einem der erwähnten herkömmlichen Schleifschneidwerkzeuge geschnitten, bei welchem der innere Schneidabschnitt des Schneidwerkzeugs 2 mm breit und 0,29 mm dick war. Die Dicke des Schneidabschnitts nimmt von seinem innersten Teil nach außen allmählich ab. Der Schneidabschnitt wurde bei wiederholtem Schneiden des Kristalls abgetragen. Als die Dicke des inneren Teiles des Schneidabschnitts 0,275 mm wurde, begann ein von dem Kristall abgeschnittenes dünnes Stück zu brechen.

(2) Der innere Schneidabschnitt des zum Schneiden des Kristalls im Fall (1) verwendeten Schleifschneidwerkzeugs wurde nahe der Grundplatte des Schneidwerkzeugs abgerichtet, so daß die Dicke des Schneidabschnitts von seinem innersten Teil nach außen allmählich abnahm. Folglich brach ein von dem Kristall abgeschnittenes dünnes Stück nicht. Wenn aber die Dicke des innersten Teiles des Schneidabschnitts schmäler wurde, begann ein von dem Kristall abgeschnittenes dünnes Stück zu brechen. Obwohl der Schneidabschnitt wieder abge richtet wurde, nahm die Dicke des Schneidabschnitts wieder von seinem innersten Teil nach außen allmählich ab, was das Brechen jedes von dem Kristall abgeschnittenen dünnen Stückes verursachte.

(3) Ein anderes der oben erwähnten Schleifschneidwerkzeuge wurde gemäß der Erfindung so hergestellt, daß der innere Schneidabschnitt des Schneidwerkzeugs 0,3 mm breit und 0,270 mm dick war. Die Dicke jedes sich entlang den Seiten der Grundplatte erstreckenden Schneidabschnitteiles war annä hernd gleich dem Durchmesser jedes der darin elektrolytisch aufgebrachten Schleifkörner. Dünne Stücke wurden von dem Ein kristall ohne Brechen oder Abblättern abgeschnitten, bis die Dicke des Schneidabschnitts sich auf 0,230 mm verschmälerte. Die Nutzungsdauer des Schneidwerkzeugs war aber nicht sehr lang.

(4) Noch ein anderes der oben erwähnten Schleifschneidwerk zeuge wurde gemäß der Erfindung so hergestellt, daß der innere Schneidabschnitt des Schneidwerkzeugs 0,5 mm breit und 0,270 mm dick war. Die Dicke jedes sich entlang den Seiten der Grundplatte erstreckenden Schneidabschnitteiles war an nähernd gleich dem Durchmesser jedes der darin elektrolytisch abgeschiedenen Schleifkörner. Dünne Stücke wurden von dem Einkristall ohne Brechen oder Abblättern abgeschnitten, bis die Dicke des Schneidabschnitts sich auf 0,230 mm verschmä lerte. Das Schneidwerkzeug hatte eine längere Nutzungsdauer als die Schneidwerkzeuge in den Fällen (1), (2) und (3).

(5) Noch ein anderes der oben erwähnten Schleifschneidwerk zeuge wurde gemäß der Erfindung so hergestellt, daß der innere Schneidabschnitt des Schneidwerkzeugs 0,8 mm breit und 0,270 mm dick war. Die Dicke jedes sich entlang den Seiten der Grundplatte erstreckenden Schneidabschnitteiles war an nähernd gleich dem Durchmesser jedes der darin elektrolytisch aufgebrachten Schleifkörner. Dünne Stücke wurden von dem Ein kristall ohne Brechen oder Abblättern abgeschnitten, bis die Dicke des Schneidabschnitts sich auf 0,230 mm verschmälerte. Bei dieser Dicke stellte sich aber heraus, daß das von dem Einkristall abgeschnittene dünne Stück eine verkratzte und rauhe Oberfläche aufwies.

Zusammenfassend ist festzustellen: Da die Dicke des inneren Schneidabschnitts (am inneren Umfang) eines gemäß der Erfin dung geschaffenen Schleifschneidwerkzeugs klein ist, werden dünne Stücke von einem Einkristall eines Halbleiters abge schnitten, ohne einen Sprung, eine Oberflächenaufrauhung oder dergl. zu erleiden, bis die Dicke des Schneidabschnitts sich auf einen bestimmten Wert vermindert. Wenn die Dicke jedes sich entlang den Seiten der Grundplatte erstreckenden Schneidabschnitteiles annähernd gleich dem Durchmesser jedes der darin elektrolytisch aufgebrachten oder abgeschiedenen Schleifkörner gemacht wird, ist die Schneidzugabe des zu schneidenden Kristalls sehr klein und daher vorteilhaft für das Schneiden dünner Stücke. Daher ist die Qualität der dün nen Stücke hoch. Außerdem sind die Kosten des Schneid werkzeugs niedrig.

Figurenbeschriftung

in Fig. 1:
Dicke eines Schleifkornes
0,3 . . . 0,8 mm
A
B
in Fig. 3:
(Stand der Technik)
2 mm
0,29 mm
0,1 mm
in Fig. 4:
(Stand der Technik)
3 mm
0,32 mm
in Fig. 5:
(Stand der Technik)
2 . . . 3 mm

Claims

1. Schleifschneidwerkzeug, gekennzeichnet durch eine dünne kreisförmige Grundplatte (4) mit einer kreisförmigen Öffnung in ihrem Zentrum, wobei in der Grundplatte (4) Befestigungslöcher (6) ausgebildet sind, um das Schneidwerkzeug an einer Antriebseinheit zu befestigen, sowie einen Schneidabschnitt, der aus einem Bindemittel (7) und darin elektrolytisch abgeschiedenen Diamant-Schleifkörnern (3) gebildet wird, wobei der Schneidabschnitt eine Breite von 0,3 bis 0,8 mm aufweist und sich entlang der Peripherie der kreisförmigen Öffnung (5) erstreckt.

2. Schleifschneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke jedes sich entlang den Seiten der Grundplatte (4) erstreckenden Schneidteiles am inneren Umfang annähernd gleich dem Durchmesser jedes Diamant- Schleifkornes (3) ist.