JPS63144959A - 結晶ロッドまたは結晶ブロックを内孔を有する丸鋸を用いて薄くし、円板に鋸引きする方法およびこの内孔を有する丸鋸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、結晶ロッドまたは結晶ブロックを、内孔を６
する丸鋸を用いて、鋸引過程の間に冷却潤滑剤を鋸刃の
刃先へ付与することにより、薄くし、円板に鋸引きする
方法およびこの内孔を有する丸鋸に関する。

［従来の技術］ 殊に半導体材料、例えば珪素、ゲルマニウム、砒化ガリ
ウムまたはインジウムホスフィトからなるが、または酸
化物飼料、例えばガリウム−ガドリニウム−ガーネット
、サファイヤ、スピネル、石英またはガラスからなる結
晶ロッドまたは結晶ブロックを、例えば電子構成素子ま
たは太陽電池を製造する際に使用されるように、典型的
に約０．１〜２ｍｍの薄い円板に鋸引きするためには、
主として内孔を有する丸鋸が使用される。この丸鋸の場
合、鋸引過程は、外周で張り枠中に締付られだ円形の回
転鋸刃によって実施され、この鋸刃の例えば一般にニッ
ケル層中に埋込まれたダイヤモンド粒子または窒化硼素
粒子からなる硬質の研削被膜を備えた内側リムが、固有
の刃先である。

分離過程において、この刃先は、円形の内孔中へ切断位
置にもたらされた工作物中に導入され、その後に、所望
の厚さの円板は完全にが、または米国特許第４５１３５
４４号明細書の記載により鋸引きする場合にはそのまま
の残存接合部を除いて分離されている。この場合、刃先
には、たいてい内孔の内側に配置された供給管から冷却
潤滑剤が付与され、この冷却潤滑剤は、鋸引きの際に生
じる熱を導出するため、および除去された材料を搬出す
るためにも使用される。この種の冷却潤滑剤としては、
一般に液体、例えば場合によっては界面活性剤、例えば
エチレングリコール、オルガノシラノールまたは高度に
硫酸塩処理された脂肪酸が添加されていてもよい水が使
用されるが、またはパラフィンを基礎とする浦が使用さ
れ、これらの液体は、たいてい貯蔵容器中に準備され、
ホース系を介して使用場所にポンプ輸送され、かつ供給
管を介して刃先の内面および側面へ導がれる。

経験によれば、それぞれの鋸引過程において、鋸引間隙
中で作用する力のため、鋸刃は目（票とされる切断線か
らずれるので、得られる円板は常に好ましくない曲りＣ
専門用語では、屡々“弓反り（ｌ］ｏｙ）”ないしは“
狂い（ｗａｒｐ）“と呼称される〕を白する。ずれは、
使用時間が増加するにつれてますます著しくなり、その
後最終的には、円板の曲りに対して規定された許容差が
もはや維持できなくなる。この場合には、例えば西ドイ
ツ国特許出願公告第２３５９０９８号明細吉の記載によ
れば、硬質材料の場合に短時間で鋸引きするが、または
刃先を後研摩することによって、切断精度は再び改善す
ることかできる。この方法の欠点は、目標とされる切断
線からの鋸刃のずれを、製品に欠陥かあることについて
、すなわち有用な材料の損失下に初めて確認することが
できることにある。実際に、適当な距雛７則定装置、例
えば渦電流；ｉｐｊ定装置を用いれば、所定の目標位置
に対する鋸刃の最少のずれを鋸引過程の間に検出するこ
ともできる。

しかし、この場合にも切断路に直接に影響を及ぼすこと
はできないので、損失は殆んど減少しない。

その上、ときどき数回連続して、刃先を後研摩し、かつ
申し分のない切断路が生じるまで対照切断によって検査
することが必要である。この場合には、鋸刃を任意に何
回も後研摩することはできす；それどころが、それぞれ
の研摩過程は鋸刃の寿命を減少させ、これによって後研
摩する際の時間的損失の他に、鋸刃を頻繁に交換するこ
とをも必要とする。

［発明が解決しようとする問題点］ 従って、本発明の課題は、前記の欠点を回避し、かつ高
い収率および延長された鋸刃可使時間で狭い曲り許容差
内で薄い円板を正確に鋸引きすることができる方法を記
載することにあった。

［問題点を解決するための手段］ この課題は、付加的に鋸引間隙へ入る前に回転鋸刃の一
方または両方の側面上へ少なくとも周期的に流体を施与
することを特徴とする方法によって解決される。

すなわち、意外なことに、こうして鋸引間隙中で鋸刃に
作用する力および圧力比を意図的に調節することができ
るので、所定のまたは目標とされる切断線からのずれを
鋸引過程の間でも阻止できることが見い出された。

この場合、流体としては、工作物、円板または鋸刃の許
容できない汚れを惹起せず、かつこれらのものに対して
鋸引過程の条件下に十分に不活性であるような液体また
はガスを使用することができる。従って、たいていの半
導体材料および酸化物材料の場合に、液体としては、殊
に水性系、例えば純粋な水または、表面張力効果による
障害を回避するために界面活性剤または乳化剤、例えば
エチレングリコール、オルガノシラノールまたは高度に
硫酸塩処理された脂肪酸が添加されている水を使用する
ことかできる。

原則的に、有機物を基礎とする液体、例えば、パラフィ
ン油またはアルコールも適当である。屡々、液体として
は、冷却潤滑剤としても使用される液体を使用するのが
有利であることが立証されている。その理由は、この場
合に鋸引きの際に生じる液体量を一緒に捕集し、場合に
よっては鋸引スラリを分離することによって処理し、か
つ循環路で再び使用位置へ返送することが可能となるか
らである。ガス状流体を同様の方法で使用する場合には
、既に費用上の理由から、原則的に他のガスまたはガス
混合物、例えば窒素、二酸化炭素または貴ガス例えばア
ルゴンの使用も除外されてはいないけれども、空気か特
に有（りであることが立証された。

施与された流体の一部は、回転鋸刃によりさらに鋸引間
隙中へ運搬され、そこて鋸刃と、工作物ないしは分離す
べき円板との間の側方の中間空間　。

中に存ｔ「する、刃先により鋸引間隙中へ運搬された冷
却潤滑剤からの液体量を増加させる（液状流体の場合）
が、ないしは減少させる（ガス状流体の場合）。この場
合に、鋸引間隙中で生じる圧力比に基づき鋸刃は、それ
ぞれより大きい液体量が存在する中間空間中でその側壁
に引張られる。

従って、所望のｌ；７Ｊ［ｒ線からの鋸Ｈのずれを測定
すれば、鋸刃の左右の中間空間の間での圧力差を増大さ
せるかまたは減少させることにより、この効果を妨げる
ことができる。

切断路および所定の目標切断線からの鋸刃のずれを検出
するための方法は、公知である。例えば、この目的のた
めに、分離された円板または切断面の形状寸法を工作物
につき、珠に曲りに関して検査し、そのつど後続の鋸引
過程の際に相応して対応制御することかできる。しかし
ながら、鋸刃の走行を鋸引過程の間に周期的にまたは殊
に永続的に制御することがより９利であり、かつ本発明
方法の範囲内でａ利である。このためには、例えば移動
した平らな金属表面の場合の距離測定のために屡々常用
されているような渦電流測定装置が適当である。同様に
、レーザーを基礎とする距離測定器または赤外線センサ
ーの使用が考えられる。

鋸引過程の間の鋸刃の迅速な回転（回転速度、典型的に
は約６００〜４０００ｒｐｍ）により、強い半径方向の
力か側面上へ施与される流体に作用するので、この流体
か鋸引間隙中で有効となりうる前に外側へ遠心分離され
る危険が生じる。この理由から、そのつど選択される流
体を鋸刃に対し方向を定めて、好ましくはノズルを用い
てしかも鋸刃の側面とてきるだけ平行またほぼは平行に
付与し、したがって流体が鋸引間隙の直前の範囲内で初
めて軽く触れるようにこれらの側面と接触することは有
利であることが判明した。同様に、流体を鋸引間隙に対
しても方向を定めて、しかも殊に水平方向に施与するが
、または水平方向から３０″までだけＩ＆ｉ向する方向
に付与することもａ（りである。従って、スリット形ま
たは角形のｒＭ断面を有するノズルを原則的に使用する
ことかできることの他に、好ましくは円形の横断面を有
するノズルが使用され、その際には、一般に鋸引間隙中
の鋸刃の側面と工作物との間の距離（多くの場合に約０
．１〜１．５ｍａ＋）の１〜５０侶に相当する直径を有
する開口が備えられている。

ノズルの最適な噴射方向、位置および数は、実質的に工
作物の大きさに依存する。例えば、約８ｃｍまでの直径
の場ρｊに；よ、一般に１つのノズルでも良好なＦ；ｌ
′ＪＩｔＦｒ結果を得ることができるのに対し、より大
きな工作物の場合に鋸刃に影響を及はすために十分な流
体二を鋸引間隙中・＼導入することができるようにする
ためには、多くの場合に複数のノズルを使用することか
必要である。有利には、予備試験により、如何程のノズ
ル数で、如何なる位置からおよび如何なる噴射方向で切
断路の許容できる制御が可能になるのかを確かめる。

ノズルは、このように配置することは強制的には規定さ
れていないけれども、鋸刃の両側に対称的に配置するの
か有（りである。例えば、場所的理由から、殊に多刃の
内孔を有する丸鋸の場合に、ノズルを非対称的に配置す
ることを選択することもてきる。極端な場合には、それ
どころが１個または複数のノズルを１１１．に鋸刃の片
側にだけ取付け、切断路を、鋸刃かノズルに対し遠ざか
る場合には液体を、鋸刃がノズルに対し近づく場合には
ガスをそれぞれ側面上・＼付与することにより制御する
二とが可能である。

本発明による方法を第１図につき詳説する。

この場合には、鋸引過程を本発明による方法で実砲する
ために、付加的にノズル系を備えたこれまでの内孔を有
する丸鋸の内孔部が断面図て略示されている。

一目瞭然であることの理由から図面されていない張り枠
中へ常法で締付られている、断片的にのみ図面された回
転鋸刃１は、その内周に例えばニッケル中に埋込まれた
ダイヤモンド粒子からなる刃先２を有する。この刃先に
は、２つのは給管３を介して連続的に冷却潤滑剤、例え
ば界面活性剤含有水か（ｊ）給される。

鋸引過程において刃先２は、公知方法で例えば接着され
たカーボンストリップ５を用いて送り込み台と接合して
いる工作物４、例えば珪素棒を溝切って作業する。鋸引
きの際に除去される材料は、鋸刃によって連行される冷
却潤滑剤と一緒に鋸引間隙から搬出される。

内孔を有する丸鋸の場合に公知で常用の前記部材に加え
て、本発明による装置の場合には、鋸刃１の側面上へ流
体を付与することを可能にするノズル系７が設けられて
いる。この場合、例えば位置の調整か可能であってもよ
い個々のノズル８は、ホース９を介して流体溜めと接続
されている。この溜めから、選択された流体、例えば純
粋な水または界１ｆｃｉ活性剤含有水は、例えばポンプ
または空気圧を用いてホース系を介してノズル８に供給
することができる。好ましくは、ノズル８には、それぞ
れ流体の流れを中断しかつ−Ｋｆ’ｉに配量することも
てきる貫流、Ｊ、ｊｄ　格器、例えば弁か前接されてい
る。

有利にノズル８には、できるだけ多方面に、ａ節を可能
にする支持装置ｌＯが備えられており、これらの支［ｌ
ｊ装置によりノズルの位置およびノズルから出る流体噴
流の方向を工作物の大きさの変化に適合させることかで
きる。本発明思想の１改良形では、ノズルの配置および
位置決めを鋸引過程の間でも制御できかつ調節できるこ
とが規定されている。本発明の＃　１１１な実泡聾様に
よれば、鋸刃の他方の側に同しノズル系か左右を目称的
に設けられている。

ノズル８は、有１１１には、ノズルから出る噴流か鋸刃
とほぼ平行に進行し、かつ鋸刃の側面上に軽く触れるよ
うに衝突するような程度に調節されている。ノズル８の
高さの３！１節は、有利に予備試験により確かめられる
が、しかし一般に、流体の主要量を刃先に続いている約
０５〜５ｃｍ幅の部分に付与するのか釘（りである。

多くの場合に、妹に約１０ｃｍまでの工作物直径の場合
には、この範囲外に流体を付加的に付与することは木要
であるので、それに応して少な（ｓｐのノズルを使用す
ることができる。

鋸刃の軸方向への振れは、例えば目標位置からのずれを
記録し、かつ例えば表示盤または記録計器を用いて検出
することのできる渦電流Δｐ＋定装置Ｘ１を用いて監視
することができる。

実際の鋸引過程は、一般に鋸刃の側面上へ流体を付与す
ることなしに開始される。しかしながら、測定装置が、
工作物への鋸刃の侵入が進むにつれて、目標位置からの
許容できる許容限界を上廻る鋸刃のずれを示す場合１．
差当り遮断位置に保持された配量弁の少なくとも１個、
しかも一般に第１に最下のノズルに作用する弁が開かれ
る。ところで、鋸刃上に付与された流体は、この鋸刃に
よって連行され、少なくとも部分的に鋸引間隙へ侵入し
、ここて鋸刃に作用する力の変更を惹起する。

例えば、鋸刃は、液体を施与することによって左のノズ
ル系により左側へ、右のノズル系により右側・＼引張ら
れる。こうして、目標とされる切断線からの鋸刃のずれ
は、鋸引きする間、阻止することができ、その際この過
程は、例えば渦電流測定装置を用いて連続的に追跡され
る。

鋸刃が再び所望の位置・＼戻っている場合、流体の調節
された容積流は、目標とされる切断線からの新たなずれ
か確１認されるまで推持される。二の場合、反対方向へ
ずれる際には、相応する方法で対称的位置て鋸刃の他方
の側に存在するノズルと応答することができ、その際原
則的に２つのノズル系を同時に作用させることは不可能
ではない。

鋸引過程の開始時、すなわち工作物への刃先の侵入深さ
が小さい場合には（約８ｃｍまでの工作物直径での多く
の場合と全く同様に）、流体を単に６側の鋸刃側面につ
き１個のノズルを用いて付与するだけで十分であるのに
対し、より大きな工作物の場合には、殊に切断の終了時
に一般に２個またはそれよりも多いノズルが必要とされ
る。この場合には、異なる。ノズルを介して種々の流体
を使用することもてきる。

必要な流体容積流の１調整は、切断路に応じて配量弁を
介して手で行なうことができる。本発明恩恵の１改良形
でｊま、制御のために自動制御可能の、例えば電動式の
弁を備えることができるので、この方法は、例えばその
つど鋸刃の実在位置を目標位置と比較し、それに応じて
流体容積流を調整する計算器制御装置の使用により十分
に自動化することができる。

鋸刃の切断特性か既に、本発明による方法を用いてもも
はや所定の切断線内に保持てきない程度に劣化した場合
には、刃先を公知の方法で後研摩することかでき、その
後に一般に、既に過度に著しく摩耗された刃先の場合を
除いて、再び流体を側面上へ少なくともときどき付与す
ることにより申し分のない切断路を確保することができ
る。

本発明方法により、殊に半導体材料または酸化物材料か
みなる結晶ロッドまたは結晶ブロックを、内孔を有する
丸鋸を用いて、常法に比して高められた精度で薄い円板
に鋸引きすることが可能となる。この場合には、円板の
曲り（弓反りないしは狂い）を狭い許容限界内に保持す
るだけでな（、決められた一定の曲りの円板に鋸引きす
ることも可能である。更に、本発明方法は、研摩処理を
冶んど必要としないので、鋸刃可使時間は明らかに高め
ることができる。その上、従来の内孔をＨする丸鋸は、
鋸刃直径とは無関係に問題なしに後で相応して改造する
二ともてきる。

このことは、垂直方向または水平方向に回転する鋸刃を
有する装置または工作物も鋸引きの間に回転もしくは振
動を生じるような装置についても云えることである。

次に、本発明による方法を例示的に詳説する：［実　施
　例コ 実帷例　１ 第１図により配置された２つの供給管を用いて運転の間
、冷却潤滑剤（湿潤剤−水一混合物）の不断の流れを付
与することのできる、ダイヤモンドを篩付けた内因を９
する、張り砕中に外周で締付られた鋸刃を自゛する従来
の内孔をａする丸鋸（鋸刃直径約６８０　＋ｎ＋ｎ、円
孔直径約２３５　ｍｍ）には、付加的に鋸刃にに・ｌし
て（ｌ対的に固定した、第１図により鋸刃の両側に対称
的に形成された３つの、ノズル系か装備されていた。

支持装置で垂直方向および水平方向に調整可能な円形噴
射ノズル（噴流直径約１ｍｒ＠）の予ｆｉ試験で確かめ
られる調節は、噴流が鋸刃の側面上へ軽く触れるように
衝突する範囲が、半径方向にほぼ工作物半径に１ｕ当す
る相互間距離を有するように選択されていた。この場合
、刃先から計算して最下の噴流は、約０．１ｃｍの距離
で、中央の噴流は約１．５ｃｍで、および外側の噴流は
約７ｃｍの距離でそれぞれ鋸刃と接触した。それととも
に、衝突点は、工作物の外周に対する最短距離が鋸引過
程の進行中に約０．１ｃｍであるように選択されていた
。ここに挙げた調節法は、勿論例示的であるにすぎず、
制限の意味に解してはならない。

ノズルは、ホース系を介して制御系（流量計を６する手
動制御による配量〇　）と接続されており、二の制御系
を用いてそれぞれ個々のノズルには、必要に応じてその
強さを制御することのできる流体容積流を供給すること
ができた。流体としては、水が使用され、この水は、溜
め中に準備されかつホースを介して約３バールの圧力で
制御系と接続されていた。

側面に対し約５ｍ＋ａの距離をもって工作物からの刃先
の出口範囲内に、渦電流測定装置が固定して設けろれて
おり、この測定装置を用いて表示盤により、所定の目標
位置からの鋸刃のずれを鋸引過程の間、約０．５μｍま
で正確に追跡することができた。

約１５０　ｍ＋ｅの直径を有する単結晶のシリコンロッ
ドを厚さ約６００μｍの申し分のない円板に鋸引きすべ
き鋸引過程は、差当り常法で工作物を送り込み台を用い
て所望の切断位置へ移動させることにより開始した。次
に、垂直方向の相対運動により、回転鋸刃の刃先は、シ
リコンロッドと接触され、かつ冷却潤滑剤の連続的供給
下に工作物中へ侵入を開始した。

鋸刃の振れを鋸引過程が進行する間、渦電流測定装置を
用いて正確に監視し；許容限界としては、任意に出発位
置から±１５μｍのずれがなお許容できるものと規定さ
れていた（許容限界は、原則的により狭いかまたはより
広く設定することもてきるが、概ね＋ｉ４成素子製造業
者の規格に左右される）。鋸刃か２μｍよりも多く特定
の方向へずれを開始したことを測定装置が表示した場合
、水噴流をそれぞれ相対する側で差当り最下のノズルを
介して鋸歯の側面上・＼送り、かつ配量弁を介して鋸刃
が再び戻り始めるまで強化した。目標位置へ接近した場
合、配量弁の、ｌ！Ｉ節は、再びずれるまで維持した。

反対方向へずれた場合には、容積流を差当り減少させ、
かつ必要に応じて他方の側から相応して反対に制御した
。鋸刃を所定の許容限界内に維持することかできるよう
にするためには、約７５ｍ＋＋＋の切断深さから、付加
的に第２のノズルを採用し、約１００　ｍｍの切断深さ
からは、第３のノズルをも採用しなければならなかった
。

鋸刃を鋸引過程の進行中に対応制御にも拘らずもはや許
容限界（±１５μｍ）内に保持できなくなった場合には
、メＪ先を公（１１の方法て切断の終了後に後研摩した
。このような研摩処理は、杓４０〜６０回の鋸引過程の
後にそのつど必要であった。

切断の終了時に、分離されたそれぞれの円板を円板取出
装置を用いて取出し、清浄化した。最後に、円板表面を
市販の管理装置中で無接触で作用のある能力測定法を用
いて円板表面の曲り（弓反りないしは狂い）について検
査した。

鋸刃可使時間をａｌｌ＋定するために、同じ方法により
、後研摩によっても鋸刃の再現可能な切断結果を伴なう
申し分のない制御可能な走行が保証できなくなるまで鋸
引きした。この可使時間を比較値として５己録した。

比較例： 新しい鋸刃を用いて同じ装置中で同じ条件下に、もう１
つの一連の切断を１５０市の直径を有する単結晶のシリ
コンロッドにつき実施した。相違は、鋸引過程の間に流
体をノズルから鋸刃の側面上へ施与しなかった点にあっ
た。目標切断線から土１５μｍよりも多くずれた場合に
、従来法により刃先を後研摩した。このＡ程は、そのっ
どｌ（１〜１５回の鋸引過程後に繰り返さなければなら
なかった。

この鋸刃の可使時間、すなわち申し分のない走行および
再現可能な切断結果をｆ′７ることのできる運転時間は
、著しく頻繁に必要とされる研摩処理に基づき、本発明
方法によって設定された標準値の約６０％にすぎなかっ
た。

得られた円板の形状寸法を同様に前記の能力測定法を用
いて検査した。

この場合、特性値としては、円板表面を仕切る理想的な
中心線からの円板表面の“狂い”と呼称されるずれを測
定した。こうして得られた円板の９７．５％に対して維
持されたかまたは下廻った値は、本発明方法により鋸引
きされた円板の場合の）０応する値よりも６μｍだけ高
かった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による内孔を有する丸鋸の１実施例を
示す部分的略示横断面図である。 １・・・鋸　刃　　　　　　２・・・刃　先３・・・供
給管　　　　　　　４・・・工作物５・・・カーボンス
トリップ　６・・・送り込み台７・・・ノズル系　　　
　　　８・・・ノズル９・・・ホース　　　　　　　１
０・・・支持装置１１・・・渦電流測定装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）結晶ロッドまたは結晶ブロックを、内孔を有する丸
   鋸を用いて、鋸引過程の間に液状冷却潤滑剤を鋸刃の刃
   先へ付与しながら薄くし、円板に鋸引きする方法におい
   て、鋸引間隙へ入る前に回転鋸刃の一方または両方の側
   面上へ少なくとも周期的に流体を追加的に付与すること
   を特徴とする、結晶ロッドまたは結晶ブロックを、内孔
   を有する丸鋸を用いて薄くし、円板に鋸引きする方法。 ２）流体を鋸刃の両側に対称的に配置されたノズルによ
   り側面上へ付与する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）流体を鋸刃に対して、その側面とほぼ平行になるよ
   うにこの側面上へ付与する特許請求の範囲第１項または
   第２項に記載の方法。 ４）流体を工作物に対し方向を定めて付与し、その際方
   向は水平方向と最高で３０°だけ偏向する特許請求の範
   囲第１項から第３項までのいずれか１項に記載の方法。 ５）水性系を流体として使用する特許請求の範囲第１項
   から第４項までのいずれか１項に記載の方法。 ６）空気を流体として使用する特許請求の範囲第１項か
   ら第４項までのいずれか１項に記載の方法。 ７）鋸刃（１）の内周を形成し供給管（３）を介して冷
   却潤滑剤が供給される刃先（２）を有する、外周で締付
   られた鋸刃（１）が、内孔へ導入され送り込み台（６）
   上に固定された工作物を切断する、結晶ロッドまたは結
   晶ブロックを鋸引過程の間に液状冷却潤滑剤を鋸刃の刃
   先へ付与することにより薄くし、円板に鋸引きする、内
   孔を有する丸鋸において、この丸鋸が、鋸刃の側方に配
   置された、流体を鋸引間隙へ入る鋸刃の少なくとも一方
   の側面上へ施与することのできる少なくとも１個の供給
   器官を有することを特徴とする、結晶ロッドまたは結晶
   ブロックを薄くし、円板に鋸引きする、内孔を有する丸
   鋸。 ８）鋸刃の両側に対称的に配置された、配量装置および
   流体溜めと接続された２個のノズル系を供給器官として
   有する、特許請求の範囲第７項記載の内孔を有する丸鋸
   。