JP2004512989A - 材料の分割のための装置および方法 - Google Patents

Abstract

材料、特に単結晶を、特に内孔切断によって分割するための方法および装置が提供される。前記装置は、同心孔を有しかつそのエッジ（３）が切断エッジを形成する切断ディスク（２）を有し、切断ディスク（２）はその中心軸を中心に回転可能であって単結晶（１）を切断し、前記装置はさらに、切断ディスクが回転する様態で単結晶を通って移動して単結晶（１）の一部（１ａ）を分離するように、切断されるべき単結晶（１）を切断ディスクと相対的に位置付けるための位置決め装置と、切断ディスク（２）上に冷却−潤滑剤を供給するための装置とを有し、冷却−潤滑剤を供給するための装置（１０）は、回転方向から見ると、単結晶（１）を通る切断ディスク（２）の通路の後の出口側に冷却−潤滑剤が装置（１０）によって供給されるように、配置され、前記装置はさらに、圧縮空気（１２）を供給するための装置を有する。

Description

【０００１】
この発明は、材料、特に単結晶を分割するための装置および方法に関する。
【０００２】
内孔切断（ｉｎｎｅｒ ｈｏｌｅ ｃｕｔｔｉｎｇ）は、特に半導体ウェハの製造のために用いられる、単結晶を分割するための公知の方法である。図１は、平面図において中心の縦軸Ｍの方向に見た単結晶１の内孔切断を示す概略図である。図１からわかるように、中心の縦軸Ｍを備える実質的に円筒構造の単結晶１は、図示されない取付具に嵌め合わせられ、それとともに、図示されない前進装置によって中心の縦軸Ｍに対して垂直方向に移動させられ得る。ウェハを分割または切断するために、コア金属シート２ａからなる切断ディスク２が設けられ、これは同心内孔を有し、内孔を囲むそのエッジ３がダイヤモンド粒子によって覆われ、このようにして切断エッジが形成される。コア金属シートの外側のエッジとその内側のエッジとの間の幅は単結晶の直径よりも大きく、このために、図では内側のエッジのみが概略的に示される。切断ディスク２は、図１で示される方向Ａにその中心軸Ｒを中心にして駆動装置を介して回転させられ得る。切断ディスクと単結晶とは、以下のように互いに相対的に配置される。すなわち、切断ディスク２の回転軸Ｒと単結晶１の中心の縦軸Ｍとがある間隔をあけて互いと平行になるように、配置される。さらに、前進装置によって、単結晶１は、切断ディスクを回転させることによってそれが単結晶１をその中心の縦軸Ｍに対して垂直な平面で完全に切断するように、その中心の縦軸Ｍに対して直角に切断ディスク２の方向へと移動可能であり、単結晶１は切断ディスク２から離されて、分離されたウェハが取り除かれ得る位置まで移動させられ得る。
【０００３】
内孔を囲む切断ディスク２のエッジ３の内側に、以下で入口側と呼ばれる、切断ディスクが単結晶１に入り込む、回転方向Ａでの位置Ｐ１の先に、冷却−潤滑剤を切断エッジに供給するための冷却−潤滑剤供給装置４が設けられる。以下で出口側と呼ばれる、切断ディスクが単結晶１から出る、回転方向Ａでの位置Ｐ２の後には、冷却−潤滑剤のための第２の供給装置が設けられる。動作において、切断ディスク２が単結晶１に入り込む前に、切断エッジまたは切断ディスク２に供給装置４を介して冷却−潤滑剤が適用され、これは次に、切断中に作られる切断ギャップへと切断ディスク２の回転によって運ばれる。切断ディスク２が単結晶１から出てくると、冷却−潤滑剤が第２の供給装置５によってもう一度適用され、切断ギャップを通して剥ぎ取られた材料の洗浄および除去が保証される。添加剤が冷却−潤滑剤に加えられ、これによって表面張力が減じられ、したがって切断ディスクのぬれ性が改善される。公知の装置はさらに、コア金属シートと間隔をあけて設けられた締付システムとを濯ぐための装置を有する。
【０００４】
公知の装置では、以下のような問題が存在する。すなわち、切断中に剥ぎ取られた材料の効果的な洗浄および除去は多量の冷却−潤滑剤を必要とするため、切断ギャップが冷却−潤滑剤および剥ぎ取られた材料でふさがれる（ｆｉｌｌｅｄ）という問題が存在する。この結果として、狭い切断ギャップの場合には、切断ディスク２のコア金属シートとウェハセクションとの間の接触が生じるおそれがある。ウェハセクションは付着（ａｄｈｅｓｉｏｎ）によってコア金属シートに引きよせられ（ｄｒａｗｎ）、分離されたウェハの品質に悪影響が及ぼされる。接触面の面積が大きい場合には、ウェハが引裂かれる（ｔｏｒｎ ａｗａｙ）おそれがある。一方で、冷却−潤滑剤の量が少なすぎると、洗浄および除去作用は十分なものではなくなる。さらに、表面張力を減じる添加剤によって結果としてコア金属シートのより優れたぬれ性が得られ、これによってコア金属シート上の切断スラリーの蒸発および乾燥が促進される。
【０００５】
この発明の目的は、上述の不利な点をなくす、内孔切断によってウェハを切断するための装置および方法を提供することである。
【０００６】
この目的は、請求項１または１４に記載の装置と、請求項８または１６に記載の方法とによって達成される。
【０００７】
この発明の展開は従属請求項で特定される。
この発明に従った装置およびこの発明に従った方法は、切断動作中、公知の装置よりも少ない冷却−潤滑剤が必要とされるという利点を特に示す。これは、高品質の切断が行なわれることを意味する。
【０００８】
この発明のさらなる特性および実際的な特徴は、図を参照することによって例示された実施例の説明から得られる。
【０００９】
【詳細な説明】
図２からわかるように、この発明に従った装置は、コア金属シート２ａと、切断ディスクの内孔の、ダイヤモンド粒子によってコーティングされたエッジ３とを備えた切断ディスク２とともに、単結晶１のための前進装置および取付具を公知の様態で示す。公知の装置とは対照的に、この発明に従った装置は、内孔のエッジ３および切断ディスク２上に冷却−潤滑剤を供給するための第１の供給装置１０を有し、これは、切断ディスク２の回転方向から見ると、単結晶１を通る通路（ｐａｓｓａｇｅ）の後の位置Ｐ２で、出口側に設けられている。冷却−潤滑剤のための第１の供給装置１０は、例では、ノズルの形で構成される。さらに、洗浄剤のための第２の供給装置１１が内孔領域内の出口側に設けられる。加えて、ガス媒体、特に圧縮空気を切断ディスク２、特にエッジ３上に供給するための装置１２が同様に出口側に設けられる。
【００１０】
この発明に従った装置の動作およびこの発明に従った方法は、図３から図６で見られ得る。切断または分割動作の前に、切断ディスク２と単結晶１とが互いから分離される。次に、単結晶１は切断ディスク２と相対的に移動させられ、回転している切断ディスク２が単結晶１の材料を切断するためにそれに食い込む。図３で示されるように、分離動作の間、低い体積流量の、つまり低速ｖおよび低圧ｐの冷却−潤滑剤が、切断エッジを形成するエッジ３に供給される。冷却−潤滑剤として用いられる材料は、冷却−潤滑剤の表面張力σを増大させ、したがってコア金属シート２ａのぬれ性を損なう添加剤を含む冷却−潤滑剤である。この結果として、切断ディスク２のコア金属シート２ａのぬれ性が不十分となり、冷却−潤滑剤の液滴２０がコア金属シート２ａの表面上に形成される。同様に切断動作中、図４で示されるように、圧縮空気のソース１２からの圧縮空気がエッジ３に吹付けられ、その結果として、十分ではないぬれ性に対する補償がなされる。圧縮空気によってさらに、液滴２０が形成され、同じものが分配される。図５で示されるように、エッジ３による切断ディスク２の切断動作の間、コア金属シート２ａの表面上に生成される冷却−潤滑剤の液滴２０が単結晶１に貫通して（ｐｅｎｅｔｒａｔｅ）ウェハセクション１ａが切り離される。空気および冷却−潤滑剤が低圧ｐで安定して（ｓｔｅａｄｉｌｙ）供給される。切断時間中、コア金属シート２ａ上の冷却−潤滑剤の液滴２０は、剥ぎ取られた材料を吸収し、それをコア金属シート上に乾燥またはウェハとの接触なしに広げる。
【００１１】
切断動作後、単結晶１と分離されたウェハとが前進装置を介して切断ディスク２から離されて、図６で示されるように、切断ディスクと、単結晶または分離されたウェハとが互いから分離される。コア金属シート上に蓄積され、かつ液滴２０内に閉じ込められた材料の洗浄および除去が以下のようにして行なわれる。すなわち、高圧ｐの圧縮空気を供給装置１２を介して供給し、同時に洗浄剤を十分な容量で、かつ比較的高い速度ｖで供給装置１１を介して供給することによって、行なわれる。
【００１２】
したがって、この発明に従った方法は２段階の方法である。ここでは、切断動作中、切断ツールを冷却すること、冷却剤をかき混ぜる（ｓｗｉｒｌｉｎｇ）こと、剥ぎ取られた材料を冷却−潤滑剤液滴内に封入すること、および剥ぎ取られた材料を含む冷却−潤滑剤液滴を分配し保持することが、遠心力作用下で起こる。第２の段階では、切断ディスクから単結晶が離された後、高い気圧および冷却−潤滑剤の適切な供給によって、剥ぎ取られた材料の洗浄および除去が行なわれる。第２の段階で用いられる洗浄剤は、冷却−潤滑剤と同一であり得るが、たとえば水等の別の物質であってもよい。このようにして、冷却−潤滑剤と洗浄剤とは異なった特性を有し得る。
【００１３】
この発明に従った方法では、剥ぎ取られた材料の洗浄および除去よりも、冷却および潤滑のためにずっと少ない冷却−潤滑剤が必要とされる。このような少量の冷却−潤滑剤によってのみ、高い品質の切断が達成され得る。実際の切断動作中、冷却および潤滑を保証するために、冷却−潤滑剤の量は必要とされる最小の量に設定される。切断ギャップは空いた状態（ｃｌｅａｒ）であり、コア金属シートとウェハセクションとの間の接触が避けられる。しかし、洗浄中は、実質的により高い体積流量が理想的である。これらの要件は相反するものである。したがって、冷却と洗浄とは互いに異なった時間に行なわれる。なぜならば、異なる体積流量が両方のステップに最適なためである。
【００１４】
圧縮空気を供給する代わりに、異なったガス、たとえば窒素を供給することもできる。
【００１５】
好ましい実施例では、図２で示されるように、切断動作中に低容量の冷却−潤滑剤を送出する供給装置１０に冷却−潤滑剤を供給するためのコンテナ３０が設けられ、これは作動状態では供給装置１０の上方のある一定の高さに位置付けられ、供給ライン３１を介して供給装置１０に接続される。コンテナ内には冷却−潤滑剤があり、これは、重力または静水圧の作用下でのみ供給ラインを介して供給装置１０に供給される。供給ライン内の気泡は上方向に運ばれる。このようにして、送出されるべき冷却−潤滑剤の量が少ないときでさえも、安定した（ｓｔｅａｄｙ）、かつ気泡のない供給が保証されることが確実となる。
【００１６】
この発明は、異なる材料、たとえば光学ガラス、プラスチック、およびその他のものを切断するのにも好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】平面図において単結晶の縦軸方向から見た公知の装置を示す概略図である。
【図２】平面図において単結晶の中心の縦軸方向から見た、この発明に従った装置の実施例を示す概略図である。
【図３】この発明に従った方法の冷却ステップを示す概略図である。
【図４】切断の前に冷却−潤滑剤を切断ツール上に広げるステップを示す概略図である。
【図５】切断ステップを示す概略図である。
【図６】この発明に従った方法での洗浄ステップを示す概略図である。

Claims (17)

1. 材料、特に単結晶を分割するための装置であって、
   同心孔を備え、かつそのエッジ（３）が切断エッジを形成する切断ディスク（２）を有し、切断ディスク（２）はその中心軸を中心に回転可能であって材料（１）を切断し、前記装置はさらに、
   切断中に切断ディスクが回転する様態で材料を通って移動して材料（１）の一部（１ａ）を分離するように、切断されるべき材料（１）を切断ディスクと相対的に位置付けるための位置決め装置と、
   切断ディスク（２）上に冷却−潤滑剤を供給するための装置とを有し、
   切断ディスク上にガス媒体を供給するための装置（１２）を特徴とする、装置。
2. 冷却−潤滑剤の供給のための装置（１０）とガス媒体の供給のための装置（１２）とは、材料（１）を通る切断ディスク（２）の通路の後の出口側上に冷却−潤滑剤とガス媒体とが供給されるように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 出口側上に、洗浄剤、特に冷却−潤滑剤の供給のための装置（１１）が設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. ガス媒体の供給のための装置（１２）および／または装置（１０、１１）の各々は、ガス媒体または冷却−潤滑剤がエッジ（３）上に適用されるように構成されたノズルを有することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
5. 少量の冷却−潤滑剤のみが供給されるように切断動作中に供給装置（１０）を作動させる制御システムを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
6. 切断動作中の冷却−潤滑剤の供給と比較してより多くの量の洗浄剤、特に冷却−潤滑剤が供給されるように切断動作後に洗浄剤を供給するためのさらなる供給装置（１１）を作動させる制御システムを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
7. 作動状態では、導管（３１）を介して供給装置に接続される、冷却−潤滑剤のための貯蔵コンテナ（３０）が供給装置（１０）の上方に設けられ、供給は重力の作用下で起こることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
8. 材料の分割、特に単結晶の内孔切断のための方法であって、材料（１）は切断動作中の回転によって材料内に貫通する切断ディスク（２）によって分割され、
   冷却−潤滑剤は、回転方向から見ると出口側上にのみ、材料（１）を通る切断ディスク（２）の通路の後に供給されることを特徴とする、方法。
9. 切断ディスク（２）は切断動作中に冷却され、切断動作後に洗浄されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 冷却の間は冷却−潤滑剤はある特定の量で供給され、洗浄の間は冷却−潤滑剤は冷却の間と比較してより多い量で供給されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. ガス媒体、特に圧縮空気が切断ディスク（２）に供給されることを特徴とする、請求項８から１０のいずれかに記載の方法。
12. 切断ディスクの回転方向に見ると、ガス媒体は切断ディスクが材料から出てきた後に供給されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 表面張力を増大させる添加剤を含む冷却−潤滑剤が用いられることを特徴とする、請求項８から１２のいずれかに記載の方法。
14. 材料、特に単結晶を分割するための装置であって、
    同心孔を備え、かつそのエッジ（３）が切断エッジを形成する切断ディスク（２）を有し、切断ディスク（２）はその中心軸を中心に回転可能であって材料（１）を切断し、前記装置はさらに、
    切断中に切断ディスクが回転する様態で材料を通って移動して材料（１）の一部（１ａ）を分離するように、切断されるべき材料（１）を切断ディスクと相対的に位置付けるための位置決め装置と、
    切断ディスク（２）上に冷却−潤滑剤を供給するための装置（１０）と、
    切断ディスク（２）上に洗浄剤を供給するための装置（１１）とを有し、切断動作中に冷却−潤滑剤が供給され、さらには切断動作後に洗浄剤が供給されるように装置（１０）と装置（１１）とを制御する制御システムが設けられる、装置。
15. 制御システムは、冷却−潤滑剤が低い体積流量で供給され、それと比較してより大きな体積流量で洗浄剤が供給されるように、構成される、請求項１４に記載の装置。
16. 材料の分割、特に単結晶の内孔切断のための方法であって、材料（１）は回転によって材料内に貫通する切断ディスク（２）によって分割され、
    切断動作中に冷却−潤滑剤が供給され、切断動作後に洗浄剤が供給されることを特徴とする、方法。
17. 冷却−潤滑剤は小さな体積流量で供給され、それと比較してより大きな体積流量で洗浄剤は供給されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。