JP3721245B2

JP3721245B2 - 脆性材料の切断方法

Info

Publication number: JP3721245B2
Application number: JP15046397A
Authority: JP
Inventors: 透山田; 勝志徳永; 好夫俵
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2017-05-23
Also published as: JPH10329100A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰなどの化合物半導体、石英あるいは酸化物単結晶等の脆性材料の切断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンなどの単結晶または多結晶、あるいはガラスのような被切断物を切断する方法として、ワイヤーソー切断、内周刃切断または外周刃切断などのように、被切断物を切断したい面に沿って削り取ることによって切断する除去加工と、被切断物の切断箇所に切込みを入れ、曲げ、熱膨張またはプレスによって、この切込みを押し広げて亀裂が広がるように、切込みの部分に応力を加えて切断する割加工が知られている。
【０００３】
除去加工は割加工に比べて、切断ロスが大きいという問題がある。すなわち、例えば内周刃切断では刃厚は薄くても０．３ｍｍ程度であるし、切断ロスが比較的少ないワイヤーソー切断でもワイヤーの太さは０．２ｍｍ程度であるため、少なくとも切断に用いる刃厚やワイヤーの太さの分だけ被切断物を屑にしてしまい、割加工に比べて切断ロスが大きくなるのである。大きい切断ロスは、シリコン、サファイヤ、ジルコニア、石英のような高価な材料の切断において、コスト高を引き起こす直接的原因となる。特に、薄く切断する時には、切断により得られる薄板に比べて切断ロスの比率が大きくなり、切断ロスによる歩留低下が特に問題となる。さらに、除去加工は割加工に比較して切断に要する時間が長いという問題点がある。
【０００４】
一方、割加工は、除去加工に比べて、切断に要する時間が短く、加工ロスも少ない。しかし、割加工のうち、被切断物を曲げによって切断する方法においては、被切断物を曲げて亀裂が広がるように、切込みの部分に応力を加えた時に、目的とする方向以外にも亀裂が伸びたり、砕けたり、切断面が平滑にならないという問題がある。
【０００５】
また、被切断物を熱膨張によって切断する方法においては、切込みに沿って電熱線を巻いて電流を流すことによって、または、切込みの部分に、温度の高い物体を接触させることによって、被切断物の熱膨張により切込みの部分に応力を加えた時に、亀裂が目的とする方向以外にも伸びてしまうという問題がある他、この方法は熱伝導率が高い被切断物を切断する際には適用できないという問題がある。
【０００６】
このような欠点の無い割加工法として、圧力を用いた以下の二つの方法が知られている。
その第１の方法は、特開昭５０−７２２７９号公報に記載されたような方法であり、図４に示すように、筒状の圧力容器２１内に被切断材２２を挿入し、この被切断材２２の切断予定箇所の両側にＯリング２３、２３を配置し、圧力容器２１と被切断材２２との間に形成された気密な空間２５に直接油圧を加えることにより切断が行われる。
【０００７】
この方法では、一回の昇圧で一か所切断されるので、複数の切断面が必要な場合は被切断材２２を軸方向に移動させて先にできた切断面を上記空間２５の外に出し、再び昇圧する。そのため構造上両Ｏリング２３、２３の線径以下の厚さの切断物を得ることができない。また、Ｏリング２３は良好なシ−ル性を確保するためにはある程度の線径が必要である。したがって、この方法による切断物の最小厚みは、一定の制限を受けるという問題点がある。
【０００８】
第２の方法は、特公昭６１−１３９５８号公報に記載されたような方法である。この方法では、上述の方法とほぼ同様の方法であるが、圧力を加える際に圧力伝達筒を介して被切断材に圧力を加えることにより切断が行われる。この方法によれば、昇圧により一か所切断が起こった後も圧力媒体が切断箇所から漏れることが無く、さらに昇圧することで次々と切断が起こり、一回の昇圧で複数の切断面を得ることができる。しかしながら、この方法では圧力伝達筒と被切断材料の変形量の差により切断が起きるため、切断の起きた箇所の付近では変形量の差が吸収されてしまい、切断面を近づけて薄い板状の切断物を得ることはできないという問題点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を解決することを目的とし、被切断物を切断する際に切断ロスが少なく、切断時間が短くてすむとともに、特に厚みの薄い切断物を得ることができる脆性材料の切断方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的に鑑みて種々研究を重ねた結果、端部同士を接着した軸方向に垂直な１又は２以上の接着部を有する柱状の脆性材料に、予め切断すべき断面を指定する条痕を設け、次いでこの条痕が設けられた脆性材料の側面に圧力を加えることにより、条痕位置で上記脆性材料を切断する脆性材料の切断方法により、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成させるに至ったものである。
【００１１】
上述した従来技術である第１の方法によれば、圧力媒体を用いて被切断材の側面に圧力を加える場合、圧力負荷部に被切断材の端部があると圧力を負荷できないので、圧力負荷部分に端部が入るような端部の近傍での切断は不可能であり、厚みの薄い切断物を得ることができなかった。しかしながら本発明の方法によれば、端部同士を接着した被切断材である脆性材料に対して圧力を負荷するので、接着部分近傍に条痕を設けた後圧力を負荷することにより、接着部分近傍、すなわち端部近傍で切断することができ、切断後、接着部分を取りはずすことにより厚みの薄い切断物を得ることができる。
【００１２】
また、上述した従来技術である第２の方法による場合は、切断箇所近傍では圧力伝達筒と被切断材との変形量の差が切断面の変位により吸収されてしまうことから、切断面近傍における切断は不可能であり、厚みの薄い切断物を得ることはできなかった。しかしながら、本発明の方法によれば、切断面同士を接着して再度切断することにより接着面での変形の吸収を防ぐことができるため、接着面近傍での切断が可能となり、切断後接着部分を取りはずすことにより厚みの薄い切断物を得ることができる。
【００１３】
本発明においては、脆性材料の側面に圧力を加える方法として、第１の方法、すなわち請求項２に記載したように、筒状の圧力容器内に柱状の脆性材料を挿入し、この圧力容器と脆性材料との間に気密保持部材を上記条痕がその間に入るように配置し、圧力容器、脆性材料および気密保持部材により画される空間に圧力媒体を充填して圧力を加えることにより脆性材料の側面に圧力を加える方法を採用することも可能である。
【００１４】
また、本発明においては、圧力を加えるに際して、第２の方法、すなわち請求項３に記載したように、脆性材料の周囲に、脆性材料より小さいヤング率を有する材料よりなる圧力伝達筒を配置し、圧力媒体がこの圧力伝達筒を介して脆性材料に圧力を伝達するようにしてもよい。
なお、本発明においては、請求項４に記載したように接着部位と条痕との軸方向の間隔が、脆性材料の径の５分の１以下とすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明によって切断される脆性材料としては、例えば、シリコン、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰなどの化合物半導体、石英、サファイアもしくはジルコニアの単結晶または多結晶、種々の酸化物単結晶、磁性材料等、あるいはガラス等が挙げられるが、特にシリコン単結晶、合成石英の切断に有益である。この脆性材料の形状としては、柱状であればどのような形状のものでも本発明で切断することができるが、特には円柱状の脆性材料の切断に好適である。
【００１６】
本発明で切断される柱状の脆性材料は、端部同士を接着した軸方向に垂直な１または２以上の接着部位を有する。この接着部位は、脆性材料を接着剤にて接着した部位であり、ここで用いられる接着剤としては、脆性材料と接着可能で、かつ後で接着部分を取りはずすことが可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、フェノ−ル樹脂、ポリウレタン樹脂等を用いた熱硬化性樹脂接着剤、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラ−ル等を用いた熱可塑性樹脂接着剤等が挙げられる。中でも、接着強度の高さと切断後の剥離の容易性より、エポキシ系の接着剤が好ましい。
【００１７】
また、この接着部位は、同種の脆性材料が接着されたものでも、異種の脆性材料が接着されたものでもよいが、好ましくは同種の脆性材料が接着されたものであり、特に好ましくは一度脆性材料を切断し、さらに薄い切断物を得るためにその切断面を接着したものである。なお、異種の脆性材料を接着して用いる場合は、その後の切断工程での容易性より、硬度の近い材料を用いることが好ましい。また、接着される脆性材料の断面はほぼ同じ形状であることが好ましく、特に好ましくは同一形状である。
【００１８】
このように切断されるべき脆性材料の端部同士を接着することにより、長尺化することができるので、この長尺化した脆性材料を再度所定位置で切断することが可能となる。これにより、一度切断して短尺化したため再度切断できなかったり、あるいは端部近傍の切断が不可能であったものが、簡単に切断することができ、薄い板状材料を加工ロスなく大量に得ることができる。
【００１９】
本発明においては、このような脆性材料に対して、予め切断すべき断面を指定する条痕を設ける。ここでいう条痕とは、ノッチ、筋もしくは溝等の切込みを意味するものである。この条痕は、たとえば円柱状の脆性材料を切断する場合であれば、軸に対して垂直方向となるように外周に環状に入れてもよく、外周の一部に入れてもよい。
【００２０】
この条痕の接着部位からの距離により、得られる切断物の厚みが決定される。本発明においてこの距離は、脆性材料の径の５分の１以下、特には２０分の１以下とすることも可能となる。なお、ここでいう径とは、脆性材料が円柱であれば直径を、その他の柱状物であればその軸方向に垂直の断面で最も長い部分をいう。
【００２１】
本発明においては、この条痕が設けられた脆性材料の側面に圧力を加えることにより、条痕位置でこの脆性材料を切断するものである。
この圧力を加える方法としては、特に限定されるものではないが、上述した従来の方法（特開昭５０−７２２７９号公報、特公昭６１−１３９５８号公報参照）を用いて行うことができる。すなわち、例えば筒状の圧力容器内に柱状の脆性材料を挿入し、Ｏリング等の気密性保持部材を圧力容器と脆性材料との間に２か所配置する。この際、脆性材料に形成された条痕がこの二つの気密性保持部材の間となるように配置する。この圧力容器、脆性材料および気密性を保持する部材で画される空間に圧力媒体を導入し、圧力を加えることにより、上記条痕部分で上記脆性部材を切断する。
【００２２】
本発明においては、上記脆性材料の周囲に圧力伝達筒を設け、上記圧力媒体により圧力が加えられるに際して、この圧力伝達筒を介して脆性材料に圧力が加わるようにしたものでもよい。
この圧力伝達筒は、ヤング率が脆性材料より低い材料、例えばアクリル樹脂等からなり、脆性材料の周囲に嵌合するように形成されたものである。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図１および図２を用いて本発明の第１実施例を説明する。
図中１は筒状の圧力容器を示す。圧力容器１の内壁には挿入されるガラス棒２との間に圧力媒体を導入するための空間が形成されるような内径がやや大きい空間形成部３が設けられている。この空間形成部３の一端にはさらに内径が大きくかつ内壁にねじが切られた締め具固定部４が形成されている。この圧力容器１内に、ビッカース圧子により２ｍｍ間隔で５つの第１の条痕５、５、５、５、５がつけられた直径２０ｍｍのガラス棒２を挿入する。空間形成部３の両端部とガラス棒２との間には円筒状のスペーサ６、６が配置され、このスペーサ６、６により位置決めされる位置にはＯリング７、７が配置される。上記５つの第１の条痕５、５、５、５、５は、このＯリング７、７の間に位置するように配置される。
【００２４】
上記Ｏリング７、７の間のガラス棒２の外周には長さ４０ｍｍ、アクリル製の圧力伝達筒８が被せられている。この状態で締め具固定部４に外周に、ネジが切られ締め具固定部４の内径と略同等の外径を有する締め具９を嵌め込み回転させることによりスペーサ６を介してＯリング７を締めつけることができる。このようにして気密とした、空間形成部３、Ｏリング７、７および圧力伝達筒８により画された空間に、不図示の加圧装置より圧力媒体導入孔１０を通じて圧力媒体を導入し、１０００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力を加えた。これにより、５つの第１の条痕５、５、５、５、５の位置で切断された切断片を得た。
なお、この場合、圧力媒体としては、水その他の液体としてもよいし、圧縮空気等の気体を用いてもよい。
【００２５】
この切断片を取り出し、エポキシ系の接着剤で５つの切断面をそれぞれ接着して、５つの接着部１１、１１、１１、１１、１１を有するガラス棒２’を得た。この接着部１１の内の隣り合う２つの接着部１１、１１の中央部にビッカース圧子により第２の条痕１２を計４か所設けた。
【００２６】
このようなガラス棒２’を上述した１回目の切断と同様な装置に同様な方法で図２に示すように装着し、１０００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力を加えた。これにより４か所の第２の条痕１２、１２、１２、１２の部分で切断された切断片が得られた。得られた切断片を取り出し、酸性溶液中に浸して接着部をはがすことにより、直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍのガラス板８枚を得た。
【００２７】
（実施例２）
図３を用いて本発明の第２の実施例を説明する。
実施例１とほぼ同じ形状の圧力容器１内に、ビッカース圧子により第１の条痕が１か所設けられたガラス棒２を挿入し、この第１の条痕が二つのＯリング７、７の間に配置されるように実施例１と同様にスペ−サ６、６とＯリング７、７とを配置した。Ｏリング７、７の間には圧力負荷範囲を定める円筒状、幅５ｍｍの負荷範囲用スペ−サ１３が配置されている。負荷範囲用スペ−サ１３は、圧力容器１の内壁に添って配置されており、圧力媒体導入孔１０に対応する位置には、孔１４が設けられている。実施例１と同様に締め具９を回転させることにより、Ｏリング７を締めつけ、負荷範囲用スペ−サ１３、Ｏリング７、７およびガラス棒との間に形成される気密な空間に圧力媒体を、圧力媒体導入孔１０および孔１４を通じて導入し、１０００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力を加えた。これにより、条痕位置でガラス棒を切断した。
【００２８】
この切断面をエポキシ系の接着剤で接着し、この接着部１１から１ｍｍ離れた位置に第２の条痕１２をビッカース圧子で形成した。この第２の条痕１２が、図３に示すように２つのＯリング７、７の間に位置するようにガラス棒２を圧力容器１に再度装着し、同じく１０００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力を加えた。
これにより、第２の条痕１２の位置でガラス棒は切断された。この切断片を取り出し、酸性溶液中に浸すことにより接着面をはがし、直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍのガラス板１枚を得た。
【００２９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３０】
例えば、上記実施例においては、脆性材料の端部同士の接着を一度行い、条痕をつけて切断する例につき説明したが、本発明の方法はこのように１回だけの接着、切断を行う場合に限られず、さらに接着、切断を繰り返し、より薄い切断物を多量に切り出すことも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、軸方向に垂直な１又は２以上の接着部を有する柱状の脆性材料に、予め切断すべき断面を指定する条痕を設け、次いで前記条痕が設けられた脆性材料の側面に圧力を加えることにより、前記条痕位置で前記脆性材料を切断する脆性材料の切断方法であるので、少ない切断ロスで厚みの薄い切断物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の切断方法に用いる圧力負荷装置を示す断面図である。
【図２】本発明の切断方法の一例を説明するための圧力負荷装置の断面図である。
【図３】本発明の切断方法の他の例に用いる圧力負荷装置の断面図である。
【図４】従来の切断方法に用いる圧力負荷装置の断面図である。
【符号の説明】
１…圧力容器、２，２’…ガラス棒、
３…空間形成部、４…締め具固定部、
５…第１の条痕、６…スペーサ、
７…Ｏリング、８…圧力伝達筒、
９…締め具、１０…圧力媒体導入孔、
１１…接着部、１２…第２の条痕、
１３…負荷範囲用スペーサ、１４…孔。

Claims

端部同士を接着した軸方向に垂直な１又は２以上の接着部を有する柱状の脆性材料に、予め切断すべき断面を指定する条痕を設け、次いで前記条痕が設けられた脆性材料の側面に圧力を加えることにより、前記条痕位置で前記脆性材料を切断する脆性材料の切断方法。
筒状の圧力容器内に前記柱状の脆性材料を挿入し、この圧力容器と脆性材料との間に気密保持部材を前記条痕がその間に入るように配置し、圧力容器、脆性材料および気密保持部材により画される空間に圧力媒体を充填して圧力を加えることにより前記脆性材料の側面に圧力を加えることを特徴とする請求項１記載の脆性材料の切断方法。
脆性材料の周囲に、脆性材料より小さいヤング率を有する材料よりなる圧力伝達筒を配置し、前記圧力媒体が前記圧力伝達筒を介して脆性材料に圧力を伝達するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の脆性材料の切断方法。
前記接着部位と前記条痕との軸方向の間隔が、前記脆性材料の径の５分の１以下である請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の脆性材料の切断方法。