JP4302979B2 - 材料の分割のための装置および方法 - Google Patents
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Description
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 (18)
- 材料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、表面張力を増大させる添加剤を含む冷却−潤滑剤を供給するための装置(10)と、
切断ディスク上にガス媒体を供給するための装置(12)とを有し、
前記ガス媒体を供給するための前記装置(12)が、前記ガス媒体が前記切断ディスク(2)の表面に前記冷却−潤滑剤の液滴を分散させるように、切断エッジ(3)に対して前記ガス媒体を供給するノズルを備えること、
を特徴とする、装置。 - 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。
- 出口側上に、洗浄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。
- 前記洗浄剤が冷却−潤滑剤であることを特徴とする請求項3に記載の装置。
- 冷却−潤滑剤の供給のための装置(10)、洗浄剤の供給のための装置(11)の各々は、冷却−潤滑剤、洗浄剤がエッジ(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乃至3のいずれかに記載の装置。 - 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5のいずれかに記載の装置。
- 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6のいずれかに記載の装置。
- 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7のいずれかに記載の装置。
- 材料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、表面張力を増大させる添加剤を含む冷却−潤滑剤を供給するための第1装置(10)と、
切断ディスク(2)上に洗浄剤を供給するための第2装置(11)と、
切断動作中に冷却−潤滑剤が供給され、さらには、前記材料の一部(1a)が分割された後、切断動作後に洗浄剤が供給されるようにして、冷却と洗浄とを時間的に分離された方法で実行するように、第1装置(10)と第2装置(11)とを制御する制御システムとを有し、
ノズルから噴射されるガス媒体が前記切断ディスク(2)の表面に前記冷却−潤滑剤の液滴を分散させることを特徴とする、装置。 - 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9に記載の装置。
- 材料の内孔切断のための方法であって、材料(1)の一部(1a)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)によって材料(1)から分割され、
表面張力を増大させる添加剤を含む冷却−潤滑剤が、切断動作中に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、
前記切断ディスク(2)の表面に前記冷却−潤滑剤の液滴を分散させるようにガス媒体がノズルから噴射されることを特徴とする、方法。 - 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11記載の方法。
- 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12に記載の方法。
- ガス媒体が切断ディスク(2)に供給されることを特徴とする、請求項11から請求項13のいずれかに記載の方法。
- 前記ガス媒体が圧縮空気であることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 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14または請求項15に記載の方法。
- 材料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、表面張力を増大させる添加剤を含む冷却−潤滑剤が供給され、切断動作後に洗浄剤が供給され、
前記切断ディスク(2)の表面に前記冷却−潤滑剤の液滴を分散させるようにガス媒体がノズルから噴射されることを特徴とする、方法。 - 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17に記載の方法。
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