JPS63312812A - 硬脆材料の切断方法 - 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〕 本発明は硬脆材料の切断方法に関し、更に詳述すれば、
例えばシリコンのインゴットの如く硬くて脆い材料を、
円環状に形成され、その内周縁に刃を備えている内周刃
を高速回転させることにより切断する硬脆材料の切断方
法に関する。

〔従来の技術〕

硬脆材料であるシリコンのインゴットを、環状に形成さ
れ、その内周縁に刃部材を設けている内周刃で切断して
、厚さの薄いシリコンウェハ（薄板）を切出す場合には
内周刃がその軸方向に変形し、そのために切出したシリ
コンウェハに反りが生じ、またシリコンウェハが部分的
に欠落することがあり、あるいはクラックが生じる。

このような内周刃の反りを防止すべく、特開昭４８−１
０１０８２号には、内周刃に一定圧力の液体を供給する
方法が提案されている。また特開昭６０−２３１０号に
は、内周刃の両面側の内周縁側に空気ノズルを設けて、
内周刃を被切断材及び内周刃と切断中の薄板の各間に同
時に空気を吹込み、両側のノズルの空気圧力を調整して
内周刃の反りを防ぐ方法が提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した前者の切断方法によれば、被切断材と内周刃及
び切断されていく薄板と内周刃との間隙に多量の液体が
供給されて、内周刃の反りが逆に大きくなり、これによ
り薄板が割れて飛散する問題がある。

また後者の切断方法によれば、内周刃が切断されている
薄板側に反った場合には、反りを防ぐべく内周刃と薄板
との間に供給する空気圧力を高めると、切出し中の薄板
に大きい曲げ力が作用することがあり薄板が破損し易い
という問題がある。

更に反りを防止すべく供給する空気圧力を高めると、内
周刃と空気ノズルとが容易に接触してしまい、内周刃の
ステンレススチール板に傷を生じせしめる危険があり、
内周刃が破損し易いという欠点がある。

更に、切断中の内周刃の変位量が異常に大きくなった場
合は、作業者がそれを判断して、切断作業を一旦中断し
て内周刃のドレッシング又は再張上げ等の処置をする必
要があり、シリコンウェハの切断稼動率が低下するとい
う問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は前述した問題に鑑み、内周刃の両面側に、内周
刃の半径方向に複数個並設し、内周刃の一面側又は他面
側いずれか一方のノズル群から気体を噴出することによ
り、切断中における内周刃の反りを防止して、被切断材
から薄板を切出す場合の生産性及び切断精度を高め得る
硬脆材料の切断方法を提供することを目的とする。

本発明の硬脆材料の切断方法は、円環状に形成され、そ
の内周縁に刃を備えている内周刃を回転させるとともに
その反りを防止すべく内周刃の両面側に設けたノズルか
ら流体を噴出させつつ、前記刃を被切断材に当接して被
切断材を切断する硬脆材料の切断方法において、前記内
周刃の両面側に内周刃の半径方向に複数のノズルを設け
、回転する内周刃の反りを検出し、その検出結果に基づ
き内周刃の反りを解消させるべく一面側又は他面側のノ
ズル群から前記内周刃の一側面又は他側面にのみ気体を
噴出させて、内周刃とノズルとの間に負圧を作用させて
切断することを特徴とする特許 ルヌーイ型流体ノズルを用いる利点について更に述べる
。

一般に、円周刃を作動させる場合に、流体ノズルから流
体を噴出させて正圧ノズルを用いる方法も考えられる。

この場合、正圧ノズルと内周刃の距離を極力小さく設定
する方が、作動効果が大きいが、しかしこの距離を小さ
くしすぎると、ノズルと円周刃が接触し、内周刃を破損
せしめる危険が増える。

これに対し、同一ノズルを用いる場合を比較すると、ノ
ズルを負圧作動させた場合、正圧作動させた場合より、
ノズルと内周刃の距離を大きくする事が肝要であり、ノ
ズルが内周刃と接触する危険を避ける事が出来る点に特
徴がある。

〔作用〕

切断中における内周刃に発生した反りを変位センサが検
出し、その検出信号を反り制御部に与える。反り制御部
は、与えられた検出信号の反りの変位量に応じて、内周
刃の一面又は他面に対して、内周刃の半径方向に並設さ
せたノズル群から噴出させる気体圧力を制御する．ノズ
ル群から噴出した気体圧力により内周刃と各ノズルとの
間には負圧が作用して内周刃は気体を噴出しているノズ
ル側に吸引される。気体圧力の増減に相応して内周刃と
ノズル間距離が変化する。

これにより、切断中の内周刃の反りが半径方向域にわた
って解消し、被切断材を切断した薄板の両面の平行度が
向上する。また切断した薄板のクラック、飛散が生じな
い。更に、ノズルが内周刃に接触し，、内周刃が破損す
る等の欠点もない。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面によって詳述する。

第１図は本発明に係る硬脆材料の切断方法を適用するた
めの切断装置の正面図であって、切断装置本体１には円
環状の内周刃ホルダ２を鉛直姿勢で回転自在に取付けて
いる。この内周刃ホルダ２の内周側には、外周側を内周
刃ホルダ２で挾持した円環状の内周刃３が張上げて配設
されている。この内周刃３は円環状のステンレススチー
ルのＦｊＪ板からなる内周刃本体３ａとその内周縁に沿
って設けているダイヤモンド刃からなる刃部材３ｂとか
らなっている。内周刃３の内周側には被切断材ホルダ４
が配設されており、これに被切断材５である硬脆材料た
る例えば円柱状のシリコンのインゴットをその軸線を水
平状態にして取付けるようになっている。つまり、内周
刃３により被切断材５がその長さ方向に対して直角に切
断されるように、内周刃３と被切断材５とが位置決めで
きる。

この被切断材ホルダ４は内周刃３の径方向及び軸方向に
各別に移動可能になっている。これらの移動により被切
断材５は破線で示した如く移動して切断され、また内周
刃３の軸方向に移動することにより切断する薄板の厚さ
を選定できる。被切断材ホルダ４の内周刃３の周方向に
おける両側方には内周刃３と被切断材５とが当接する位
置に切削液を噴出する切削液ノズル６．６を配設してい
る。被切断材５の移動域（破線部分）を挾む両側万人々
には内周刃３の半径方向に夫々の長さ方向を同方向とし
て適長離隔して並べており、内周刃３に向けて空気を噴
出させるノズル７Ｌ、７Ｌ及び７Ｒ。

７Ｒを被切断材５に当接しない位置として、内周刃３に
接近させて配設しており、内周刃３の反対の面側にも前
記ノズル７Ｌ、　７Ｌ、　７Ｒ，７Ｒに対向させてノズ
ル７Ｌ、　７Ｌ、　７Ｒ，７Ｒ（第４図参照）を配設し
ている。

これらのノズル７Ｌ、７Ｒは内周刃３の幅寸法の略１／
３の長さであり、内部には後述する空気室７ｅを設けた
直方体状の函体となっている。また各ノズル７Ｌ。

７Ｒはその長さ方向を内周刃３の半径方向に沿わせて配
設している。前記切削液ノズル６．６の夫々に接近して
内周刃３の内周縁寄りに洗浄液ノズル９．９を配設して
おり、また内周刃３の両面側に夫々配設している。これ
らの洗浄液ノズル９の洗浄液噴出口は内周刃３の各面と
対向しており、洗浄液をミスト状に噴出させて内周刃３
の刃部材３ｂの周辺に付着した切屑を吹飛ばすようにな
っている。

内周刃３の一方の面側には、一方のノズル７Ｌと、内周
刃３の径方向への被切断材移動域との間であり、内周刃
３の内周縁寄りに、例えば渦流センサからなる変位セン
サ８を配設していて、内周刃３の反り、即ち変位量を検
出するようにしている。

各ノズル７Ｌは第２図及び第３図に示す如く構成されて
おり、第２図は第１図における■−■線断面図、第３図
は第２図のＩＩＩ−Ｉ［１線の一部断面図である。各ノ
ズル７Ｌ、７Ｒはベルヌーイ型ノズルであり、第２図に
示す如くノズル７Ｌ、７Ｌを内周刃３の厚さ寸法より僅
かに広い間隙７ａを隔てて互いに対向させて、ネジ孔７
ｂを利用して図示しないフレーム等にボルト止めにより
強固に固定して取付けている。また、内周刃３の両面夫
々と各ノズルとの対向距離は互いに等しい長さに選定さ
れている。

なお、半径方向に並設している他のノズル７Ｉ１，７Ｒ
も同様に配設されている。

ノズル７’Ｌ、７Ｌが対向している側の面夫々には、ノ
ズル７Ｌの長手方向に適長離隔した位置に、対向してい
る方向に縮径した摺鉢状のノズル孔７ｄ、７ｄを形成し
ており、ノズル孔７ｄの底部中心には開口部７ｃ、７ｃ
を設けている。また対向しているノズル７Ｌ、　７Ｌの
各開口部７０同士は互いに対向している。

このノズル孔７ｄはノズル７Ｌ内の空気室７ｅと連通し
ており、空気室７ｅは図示しない空気送給口に連通して
いる。

ノズル７Ｌの前記空気送給口に空気を送給すると、送給
された空気は空気室７ｅに入りノズル孔７ｄを通って開
口部７ｃから噴出し、噴出した空気は開口部７ｃで拡散
して内周刃３の面に向かって噴出する。

空気が内周刃３に噴出されると内周刃３とノズル７Ｌと
の間には、噴出された空気の圧力に比例する負圧が作用
して内周刃３を空気を噴出しているノズル７Ｌ側へ吸引
する力が働く。

第４図は内周刃３の反りを解消すべく制御する制御回路
のブロック図をノズル７Ｌとともに示したものであって
、演算制御を行う反り制御部１０には変位センサ８及び
切断動作制御部１１の内周刃の変位量及び切断開始、終
了の各信号が夫々入力されており、また、内周刃３が１
回転する都度出力する内周刃回転計１３の出力パルスが
入力されている。

反り制御部１０は変位センサ８が検出した内周刃３の反
りに相応した信号と、内周刃３が１回転した各時点の変
位量の信号とを得て、内周刃が１回転した時点の反りの
信号レベルを平均化処理し、その処理結果に基づき内周
刃３の変位を解消させる空気圧を算出する演算を行って
ＰＩＤ制御をし、算出した空気圧に基づく信号を、電気
信号により空気圧を制御する比例弁１２Ｍ及び１２Ｎに
与えるようになっている。そしてこの信号は、切断中に
おいては内周刃３とノズル７Ｌとがより多く離反してい
る側の一方のノズル７Ｌに連なる比例弁１２Ｍ又は１２
Ｎにのみ与えられるようになっていて、被切断材の切断
中には比例弁１２Ｍ、　１２Ｎに同時に信号を与えない
ようにしである。比例弁１２町１２Ｎには図示しない空
気タンクから一定圧力の空気が供給されており、比例弁
１２Ｍ又は１２Ｎを制御した場合にはその制御量に相応
した空気圧が内周刃３の一面側のノズル７Ｌ、７Ｌ（７
Ｒ，７Ｒ）又は他面側のノズル７Ｌ、７Ｌ（７Ｒ。

７Ｒ）に等しく与えられるようになっている。したがっ
て、反り制御部１０は変位センサ８が変位センサ８から
内周刃３が離反する方向の矢符で示した反りを検出した
場合には一方の比例弁１２Ｍのみを制御し、変位センサ
８に内周刃３が接近する方向の矢符と反対方向の反りを
検出した場合は他方の比例弁１２Ｎのみを制御すべき信
号を比例弁１２Ｍ又は１２Ｎに与える。なお、反り制御
部１０に切断動作制御部１１から切断開始信号を与えた
場合は、被切断材５に切込む前、内周刃３の反り信号を
取り込み、平均化処理を行い、空気ノズルによる制御を
行う前の内周刃３の原点位置を決定する。更に反り制御
部１０は１枚の薄板の切断が終了する都度、洗浄液ポン
プ１４を所定時限駆動する制御を行うようにしており、
その制御により洗浄液ノズル９から洗浄液をミスト状に
噴出、させるようにしである。

次にこのように構成した切断装置により被切断材５を切
断する動作を第１図及び第２図によって説明する。

先ず、被切断材ホルダ４に被切断材５を取付ける。続い
て図示しない回転用スイッチを操作すると内周刃３を回
転させるための駆動部に駆動信号が与えられる。これに
より内周刃３は回転を始める。被切断材５を所要厚さで
切出すべく、被切断材ホルダ４を駆動して被切断材５を
位置決めする。

その後、図示しない切断用スイッチを操作すると、切断
動作制御部１１から反り制御部１０に、切断指令信号及
び切断動作に関連して被切断材ホルダ４°を内周刃３の
軸方向及び径方向へ移動させるべき駆動信号が与えられ
る。内周刃３が空転している場合は、内周刃３に反りが
発生しないから変位センサ８からの信号の原点位置との
変化がなく対向しているノズル７Ｌ、７Ｌ及び７Ｒ，７
Ｒが噴出する空気の圧力は一定である。

ここで、被切断材５を破線で示す如（内周刃３の外周側
へ移動させると、被切断材５が内周刃３の内周縁に当接
して切断が開始され、その切断位置には切削液ノズル６
．６から切削液が供給されて被切断材５の切断が進行し
ていく。この切断動作と並行して、反り制御部１０は第
５図に示すように内周刃回転計１３から、内周刃３が１
回転する都度与えられるパルスＰに同期して変位センサ
８の変位量信号を取込んで平均化処理を行う。そして被
切断材５を切込む以前に算出した内周刃３の変位原点を
もとに切断中に生ずる内周刃３の反りを解消させるべき
空気圧を算出する演算を行う。ところで切断動作により
内周刃３が、例えば変位センサ８から離反する矢符方向
（第４図参照）に反っている場合には、算出した空気圧
に基づく信号を比例弁１２Ｍのみに与え、比例弁１２Ｎ
への信号を停止する。これにより比例弁１２Ｍの開度が
大きくなって、変位センサ８を配設している一面側のノ
ズル群７Ｌ、７Ｌ（７Ｒ，７Ｒ）が噴出する空気の圧力
が上昇する。そして噴出した空気は内周刃３の一側面に
当って内周刃３に沿って拡散する。このような空気流で
各ノズル群７Ｌ、　７Ｌ　（７Ｒ，７Ｒ）と内周刃３と
の間には負圧が作用して内周刃３は変位センサ８側に吸
引させられて反りが解消する。

次に制御周期につき説明する。反り制御部１０が、変位
計信号を取込み平均化処理して必要な空気圧力を演算し
て制御信号を比例弁１２Ｍ、１２Ｎ　’＼送る間隔即ち
制御周期は本実施例では１０秒以下とするのが望ましい
。

シリコン・インゴットを切断する場合にはブレード回転
数は１５〜３０回転／秒、インゴット切込み速度は０．
４〜１．２＋ｎ／秒の範囲が一般的である。

制御周期が１０秒より大きいと、制御周期内で反りが発
生した場合、内周刃が曲がった状態で切り込んでしまっ
ている故、修正が困難となり反り精度が悪くなるのは明
らかである。

従って本発明では内周刃の変形を早期に検知し、目標と
する反り精度の制御範囲をにらみながら早目早目に内周
刃の変形を防止する事が肝要である。

この場合、内周刃３はその半径方向に並設している２個
１組のノズル群７Ｌ、　７Ｌ及び７Ｒ，７Ｒによって吸
引されるから、内周刃３はその内周縁側だけでなくその
半径方向域の反りを解消することになる。そして変位セ
ンサ８が反りを検出しなくなると、反り制御部１０が比
例弁１２Ｍに与えている信号をその状態に保持し、その
ノズル群７Ｌ、７Ｌ及び７Ｒ。

７Ｒが噴出している空気の圧力は上昇した状態に保持さ
れる。したがって、内周刃３は反りがない状態で被切断
材５を切断していく。

そのような切断状態で内周刃３の反りが変位センサ８に
接近する方向（矢符と反対方向）に生じた場合には、変
位センサ８がその反りを検出することになり、比例弁１
２Ｍへの信号を停止して比例弁１２Ｎのみに信号を与え
て比例弁１２Ｎの開度が大きくなり、変位センサ８を配
設していない面側のノズル群７Ｌ、７Ｌ及び７Ｒ，７Ｒ
が噴出する空気の圧力が上昇する。

そうすると、内周刃３が変位センサ８を配設していない
他面側のノズル群７Ｌ、７Ｌ及び７Ｒ，７Ｒ側へ吸引さ
せられて前記同様に反りが解消する。

第６図はノズル群７Ｌ、７Ｌ及び７Ｒ，７Ｒから一定圧
力（６ｋｇ／ｃ１１）の空気を噴出して吸引力を作用さ
せた場合の内周刃半径方向の各距離における変位量を実
測値で示したものであり、実線は一面側のノズル群、破
線は他面側のノズル群から空気を噴出させた場合を示す
。この図から明らかなように内周刃３の反りはその内周
縁側に近い程大きく変位させ得ることになる。これは内
周刃３は外周縁に近い程剛性が大きいことによるもので
あり、そのため内周刃３の半径方向に並設しているノズ
ル群７Ｌ、７Ｌ（７Ｒ，７Ｒ）から同じ圧力で空気を噴
出させると内周縁側では大きい変位量を与え得て、内周
縁側から外周縁側に至る半径方向域の反りをより確実に
解消させることになる。

第７図はノズルが噴出する空気の圧力に対する内周刃の
変位量を実測値で示したものであり、例えば内周刃３の
ステンレススチール板厚が０．１５＋ｎである場合に空
気圧を３　ｋｇ　／　ｃＪに上昇させると内周刃３は約
２５μｍ変位する。そして反りを解消すべく内周刃３を
変位させる場合は、内周刃３の一面側及び他面側に設け
ているいずれか一方の面側のノズル群７Ｌ、　７Ｌ、　
７Ｒ，７Ｒのみから所要の空気圧力を内周刃３に与えれ
ば、内周刃３は空気を噴出しているノズル側に吸引され
る。つまり内周刃３の両面側に設けているノズルを同時
に制御しないことにより、低い空気圧で内周刃３を所望
の軸方向に容易に変位させ得る。

このようにして内周刃３の反りを制御して被切断材５が
切断されるが、薄板１枚の切断が終了する都度、反り制
御部１０は洗浄液ポンプ１４を所定時限で駆動して、洗
浄液ノズル９から洗浄液をミスト状として内周刃３の刃
部材３ｂ部分に吹付ける。

そして刃部材３ｂの周りに付着している切屑を吹飛ばし
て、次の薄板を切断するときの切屑による内周刃３の変
形を防ぐ。なお、被切断材５から薄板を切出す場合、例
えば直径１５０　ａｍφの被切断材５の切断時間を２分
以上８分以下とし、その切断終了後に洗浄液を吹付ける
時間を本実施例では約３秒としているが、内周刃３に切
粉等の汚れ付着は認められなかった。

第８図は従来の切断方法により被切断材を切断した場合
及び本発明の切断方法により切断した場合における、切
断中の内周刃３の変位量を、横軸を薄板の切断時間とし
、縦軸を切断位置における内周刃３の変位量で示した波
形図である。この図から明らかなように、従来の切断方
法では第８図（ａ）、　（ｂｌに示すように切断中に、
内周刃３に３０μｍ程度の反りが発生する。これに対し
ノズル７Ｌ、７Ｌ。

７Ｒ，７Ｒを設けて内周刃３の反りに対応して、内周刃
３の一方の面側のノズルのみから空気を噴出させて反り
を解消させる本発明の切断方法では第８図（Ｃ１，（ｄ
ｌに示す如く切断中の内周刃３の反りは数μｍとなり、
切断精度が著しく向上する。なお、薄板切断による切屑
が内周刃３に付着した場合は１枚の薄板が切断を終了す
る直前に第８図（Ｃ）に破線で示すように切屑により内
周刃３に約１０μｍ程度の反りが発生する場合が起こり
得るが、切断終了時に洗浄液を噴出させることにより、
切屑による反りも解消している。

つまり、本発明の切断方法は、空気を噴出しているノズ
ル方向に吸引力を作用させて内周刃の反りを解消させる
から、切断途中の薄板には曲げ力は全く作用せず、しか
も複数個のノズルを内周刃３の半径方向に並設している
から内周刃３の半径方向域の反りが確実に解消する。そ
して、洗浄液を吹付けない場合であっても内周刃３の変
位量は数μｍ程度となり反りが解消する。したがって薄
板の切断精度及び切断した薄板の歩留りを飛躍的に向上
させることになる。

なお、本実施例では内周刃の半径方向に２個のノズルを
並設したがその数は単なる一例であり、何ら限定される
ものではない。またノズルから空気を噴出させたが、ガ
ス等の気体を噴出させても同様の効果を得る。

更に、ノズル群７Ｌ、７Ｌ及び７Ｒ，７Ｒを、被切断材
５が内周刃３の径方向へ移動する移動域の両側方に夫々
設けたが、半径方向に並設した同様のノズルを内周刃３
の周方向に適長離隔して配設することにより、内周刃３
の全周域の反りを解消させることできる。更に、本実施
例では内周刃３を鉛直状態に取付けたが、水平状態に取
付けている場合も同様の効果を得るのは言うまでもない
。

又本実施例では直径１５０１ｍφのシリコンのインゴッ
トの切断例の場合を説明したが、切断の制御周期は内周
刃の直径、被切断材の直径、硬度、切削性に応じて適宜
修正する事が必要である事は自明の理である。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明の切断方法によれば、内周刃の
半径方向域の反りを完全に解消させ得るから、被切断材
から薄板を切出す場合の切断精度及び生産性が大幅に向
上する。また内周刃はノズルから噴出する気体の負圧力
で吸引されて反りが解消するから、切断中の薄板に曲げ
力が作用せず、そのため切断した薄板の破損がなく、し
かも切断した薄板両面の平行度が得られて切断した薄板
の歩留りを向上させ得て切断コストを低減できる。

また内周刃の反りを防ぐための内周刃のドレッシング、
再張上げ等の作業をする必要がないから、切断作業の中
断を強いられる煩わしさもない等、本発明は産業上に寄
与するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る硬脆材料の切断方法を適用するた
めの切断装置の正面図、第２図は第１図の■−■線断面
図、第３図は第２図のｍ−ｍ線断面図、第４図は内周刃
の反りを解消すべく制御する制御回路のブロック図、第
５図は反り制御部が変位センサの信号を取込むタイミン
グチャート、第６図は一定の空気圧で吸引力を作用させ
た場合における内周刃の内周縁からの距離と内周刃の変
位量との関係を実測値で示したグラフ、第７図はノズル
が噴出する空気の圧力に対する内周刃の変位量の関係を
実測値で示したグラフ、第８図は従来及び本発明の切断
方法により切断した場合の切断中の内周刃の反り状態を
示す波形図である。 ３・・・内周刃　４・・・被切断材ホルダ　５・・・被
切断材　６・・・切削液ノズル　７Ｌ、７Ｒ・・・ノズ
ル　８・・・変位センサ　９・・・洗浄液ノズル　１ｏ
・・・反り制御部１２Ｍ、１２Ｎ・・・比例弁 特　許　出願人　　住友金属工業株式会社外２名 代理人　弁理士　　河　　野　　登　　夫疎　１　回 第２図 ／ｂ 笛３図 見　４　目 時閉　− １１，５旧 第　Ｇｌｆｌｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円環状に形成され、その内周縁に刃を備えている内
   周刃を回転させるとともにその反りを防止すべく内周刃
   の両面側に設けたノズルから流体を噴出させつつ、前記
   刃を被切断材に当接して被切断材を切断する硬脆材料の
   切断方法において、 前記内周刃の両面側に内周刃の半径方向に複数のノズル
   を設け、回転する内周刃の反りを検出し、その検出結果
   に基づき内周刃の反りを解消させるべく一面側又は他面
   側のノズル群から前記内周刃の一側面又は他側面にのみ
   気体を噴出させて、内周刃とノズルとの間に負圧を作用
   させて切断することを特徴とする硬脆材料の切断方法。