JPS63306864A - ロッド伏またはブロック伏工作物から円板を分離するための切断工具を研削する方法および分離法 - 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、殊に半導体材料からなるロッド状またはブロ
ック状工作物から円板を分離するために、結合された切
削粒子を有し刃先に設けられた切削被膜を有する切断工
具を、固体物質中に入れて短時間鋸引きすることによっ
て研削する方法、ならびに分離法に関する。

従来の技術 典型的に０．１〜１　ｒａｔｔ＋の厚さを有する円板を
、殊にシリコン、ゲルマニウムもしくは砒化ガリウムの
ような半導体材料またはガリウム−ガドリニウム−ガー
ネット、ルビーもしくは石英ガラスのような酸化物材料
からなる口・ノド状またはブロック状工作物から分離す
るためには、内孔を有する丸鋸を使用するのが有利であ
る。この丸鋸の場合に使用される鋸刃は、その中心に円
形の孔を有し、結合された切削粒子を有する切削被膜を
備えたこの孔の内側縁部は、切断過程の際に材料の搬出
を生ぜしめる。多（の場合、この刃先は、例えば鋸刃の
内側リムを包囲する、流線形の横断面を有するニッケル
層と、この二・２ケル層中に結合されたダイヤモンド粒
子とからなる。

結合された粒子を有するこの種の切削被膜は、円形の鋸
刃を有する外側切断鋸または帯鋸の場合にも使用される
が、しかしこれらの鋸は、少なくとも半導体分野におい
ては内孔を有する丸鋸と比較できる程度に重要なもので
はなかった。これら全ての鋸型の場合、刃先は、鋸引き
過程の経過中に磨耗し、これにより最終的に、目標切断
線はもはや保持することができなくなる。特に高い幾何
学的精度が重要となるような半導体円板を内孔を有する
丸鋸で鋸引きする場合には、例えば得られた形状寸法は
一連の切断が経過するうちに明らかに変化することが観
察される。

従って、西ドイツ国特許出願公告第２３５９０９６号明
細書には、円板のある程度の曲げ許容差を越える場合に
鋸刃を、露出して存在するダイヤモンド粒子が突出して
いる硬質材料中に入れて短時間鋸引きすることによって
後研削することが提案されている。それによれば、一般
に少なくとも若干の鋸引き過程に関して切断結果が改善
される。しかしながら、経験によれば、鋸刃の可使時間
が増大するにつれて、必要とされる研削間隔はますます
短（なり、その後最終的には、何回研削してももはや何
らの改善も示されない。この場合には、鋸刃は交換しな
ければならず、このことは、−面で材料費と関連してい
るが、取付けおよび取外しのための停止時間とも関連し
ている。すなわち、得られた円板の幾何学的品質に対す
る厳しい要求が課せられる場合には、このことにより不
可避的にそれに伴う欠点を有する鋸刃の可使時間の減少
をまねく。

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、可使時間を増大させ、切断精度を向上
させ、かつこの場合殊に半導体円板の幾何学的品質に対
する厳しい要件をも充足させることができる、切断工具
を切削する方法ならびに分離方法を記載することであっ
た。

課題を解決するための手段 この課題は、短時間鋸引きする場合に刃先と固体物質と
の間の鋸引き過程に相当する相対運動に対して付加的に
、この運動に対して横に振動する、刃先と固体物質との
間の相対運動を実施することを特徴とする方法によって
解決される。

固体物質としては、例えば多くの場合に酸化アルミニウ
ム粉末または炭化珪素粉末をセラミックまたはプラスチ
ックを基礎とする担体材料中に結合されている研摩材と
して含有する所謂“砥石”にも使用されているように、
研削技術において常用の材料がこれに該当する。

本発明方法の場合、刃先と、工作物との間の元来の鋸引
き過程で進行する相対運動に相当する、刃先と固体物質
との間の相対運動が、少なくともこの場合に保持される
送り速度で実施されることは好ましい。勿論、鋸引きす
べき材料および切断工具に著しく依存する、常用の送り
速度は、例えばシリコンからなる半導体円板を内孔を有
する丸鋸で鋸引きする場合には典型的に約ｌＯ〜１００
　ａｍ／ｗｉｎの範囲内にある。

この鋸引き過程は、切削被膜の最大幅の個所が固体物質
内に存在することが保証されているような切断深さにま
で置かれるのが有利である。多くの場合、切削被膜をそ
の全厚に亙り固体物質中に侵入させることは、不必要で
あるが、この場合このような処理方法は、勿論排除され
るものではない。例えば、鋸刃が典型的にニッケル層中
に結合されたダイヤモンド粒子からなる流線形の横断面
を有する多くの場合に約２ｍｍの高さの切削被膜を備え
ている、半導体円板を分離するためにしばしば使用され
る内孔を有する鋸の際には、切削被膜の全厚の５０〜１
００％、すなわち１〜２ＩＩ１１．特に１．３〜１．８
馬■の切断深さが有利であることが立証された。

本発明によれば、刃先と、固体物質との間の元来の鋸引
き過程に相当する相対運動が所定の切断深さに達した場
合、この運動に対して横に振動する、刃先と、固体物質
との間の相対運動が実施され、しかも有利には、回転鋸
刃が固定されている場合に固体物質が運動するように実
施される。実際には、原則的に固体物質は、鋸刃が完全
に１回転する間に押圧するかまたは引張ることによって
切削被膜の一方の側面に向かって移動させ、かつ次に鋸
刃が完全に１回転する際に、もう一方の側面に向かって
移動させることで十分である。

しかし、鋸刃、ひいては刃先が数回、有利に少なくとも
５回回転する間に固体物質の数回の振動が完全に実施さ
れる場合には、より良好な結果が得られる。

有利には、横に振動する相対運動は、この場合に固体物
質が鋸刃の側面の方向に移動する最大速度が少なくとも
刃先の回転速度に相当するように実施される。このよう
な回転速度は、例えば約１０ｃ■の直径を有するシリコ
ンロッドを内孔を有する丸鋸で鋸引きするために常用の
約１８ｃｇ＋の内孔直径の場合には、１０〜３０ｍ／秒
の範囲内にある。しかし、この値は、勿論そのつどの鋸
刃寸法および工作物寸法に依存して広範な範囲内で変動
することができる。

振動する相対運動のもう１つの方法は、固体物質と一緒
の前後運動の代わりに半径方向に鋸刃の中心点に方向を
定めた回転軸を中心とする旋回運動を実施することにあ
る。この変法は、刃先が片側だけ負荷されることを阻止
するという利点を有する。

多（の場合、振動の際に固体物質の振れは、回転鋸刃な
いしは回転する切削被膜に対して相対的に約０．１〜ｌ
　ｍｍであることで十分である。

本発明による研削法の場合、異なる相対運動に相当する
２つの部分過程は、一般に順次に実施されるけれども、
これらの過程を同時に進行させることも原則的に排除さ
れていない。この場合には、鋸刃を研削するために、鋸
刃は、振動する固体物質中に入れられ鋸引きされる。

次に、本発明方法を、切削被膜と、固体物質との間の相
対運動が略示されている第１ａ図および第１ｂ図につき
詳説する。第１ａ図および第１ｂ図において、互いに相
応する個々の部分は、同じ参照番号を有する。

第１ａ図によれば、例えば内孔を有する丸鋸の鋸刃１は
、その内側縁部２で、例えば流線形の横断面を有する、
例えばニッケル／ダイヤモンド被覆の切削被膜３によっ
て包囲されている。刃先４には、鋸引き過程に相当する
相対運動（矢印方向）の場合に固体物質５、例えばセラ
ミック材料中に埋設されたコランダム粒子からなる、は
ぼ指の太さの円筒体が接近される。この場合には、切断
深さＳが切削被膜の高さＸの約２７３になるまで固体物
質中に入れて鋸引きする。

ところで、第１ｂ図によれば、硬質材料５の鋸引き過程
の方向に対して横の振動（矢印方向）は、元来の位置（
第１ａ図参照）からの振れ６で実施される。この場合に
は、切削被膜の両側面７も固体物質５と接触し、この固
体物質中には、最終的に破線によって示された凹所８が
切り込まれる。

また、原則的に必要な相対運動を固定した固体物質５の
場合に鋸刃１を運動させることによって生ぜしめること
も排除されてはいないが、この場合この変法は、極めて
多大な費用を必要とする。

本明細書中に記載された方法は、例えば多くの外側切断
鋸または帯鋸の場合のように刃先が結合された切削粒子
を有する切削被膜によって形成されている切断工具を研
削するのに適している。特に有利には、本発明方法は、
しばしば殊に一般に所謂“反り（ｂｏｗ）”または“狂
い（ｗａｒｐ）”として特徴づけられている円板の曲り
に関して特に高い幾何学的精度が要求されるような半導
体材料または酸化物材料、例えばシリコン、ゲルマニウ
ム、砒化ガリウムまたはガリウム−ガドリニウム−ガー
ネットからなるロッドまたはブロックからの約Ｏ０１〜
１０ｍｍの厚さを有する円板を正確に分離する場合に使
用される。

この場合、本来の鋸引き過程は、常法で、例えばシリコ
ンロッドから円板を１枚ずつ分離しかつ取出すか、また
はロッドを互いに結合した多数の円板に分割し、引続き
この結合体を分離することにより実施することができ、
この場合この後者の方法は、多刃の内孔を有する丸鋸の
場合にも当てはまる。

鋸引きする際に刃先が不均一な応力を受けることから生
じる、例えば切断の間に測定プローブを用いて鋸刃それ
自体で確認することができるかまたは引続き得られた円
板の形状寸法を測定することによって確認することがで
きる望ましい理想的な切断線からの鋸刃のずれが、予め
確定された一定の許容値を越える場合には、直ぐ次の切
断前に回転鋸刃の刃先は、先に詳説した方法で研削され
る。

もう１つの方法は、研削過程を特定の切断回数、一般に
１０〜１００回の後にそのつど周期的に行なうことにあ
る。この処理方法は、殊に十分に自動化された鋸引き法
の場合に推奨される。

また、研削過程それ自体も、例えば可動の支持装置中に
存在する固体物質をステップモータを用いて研削位置に
もたらしかつ鋸引き運動および振動運動を実施すること
により自動的に進行させることができる。例えば、鋸引
き運動は手によって行なわれるが、振動運動は電動操作
により行なわれるように固体物質のための振動可能な支
持装置を有する手動装置を使用することも考えられると
思われる。

一般に、運搬可能な装置を使用することは、何れの鋸引
き装置にも固有の研削装置を備えさせる必要がないとい
う利点を有する。

本発明による研削法は、特に有利には、元来の鋸引き過
程の間に切断経過を、回転鋸刃の片方または両方の側面
上に鋸引き間隙に入る前に付加的に少なくとも一時的に
流体を施与することによって制御されるような内孔を有
する鋸で鋸引きする方法と関連して使用される。この方
法は、西ドイツ国特許出願第Ｐ３６４０６４５．７号明
細書（出願口：１９８６年１１月２８日）に詳説されて
いる。

殊に、本発明方法が前記の鋸引き法と関連して使用され
る場合には、本発明によって明らかに延長された鋸刃の
可使時間は、改善された切断精度、ひいては得られた円
板のより高い幾何学的品質と結び付いて達成することが
できる。

実施例 本発明を次の比較例および実施例につき更に詳説する： 比較例ユ これまでの内孔を有する丸鋸中で通常の鋸引き条件下に
単結晶のシリコンロッド（直径約１０ｃｍ）を厚さ約６
５０μ論の円板に鋸引きした。鋸刃は、約５５ｃｍの外
径および約１８ｃＩＩＩの内孔直径を有していた。内側
縁部は、ダイヤモン粒子が方゛向を定めないで結合され
ている高さ約２ｍｌ１１のニッケル被覆を備え、かつ約
１８ｍｍの速度で回転した。工作物の送りは、約６　ｃ
ｔａ１分の速度に調節されていた。鋸引き過程の間、理
想的な切断線からの鋸刃のずれをマイクロセンサを用い
て監視した。得られる円板の幾何学的精度を推論するこ
とのできる前記のずれが所定の切断経過に対して±１０
μ■の値を越えた場合には、直ぐ次の鋸引き過程前に鋸
刃を、セラミック結合炭化珪素粉末からなる円筒体（直
径約２　ｃｍ）中で約７秒間鋸引きすることにより後研
削した。

平均してそれぞれ８回目の鋸引き過程後には、鋸刃を後
研削しなければならなかった。

（この間隔は、開始時には２０回までであったが、次第
に短縮され、その後に鋸刃の可使時間の終了時にはそれ
ぞれの鋸引き過程の後に後研削しなければならなかった
）。約７００回の切断後に、鋸刃は、何回もの研削にも
拘わらずもはや所定の許容限界内に保持することはでき
ず、したがって交換しなければならなかった。

支胤■ユ 比較例に相応する鋸引で、新しい鋸刃を用いて全く同じ
方法で同一規格のシリコンロッドを鋸引きした。

しかし、後研削する場合には、セラミック結合炭化珪素
粉末からなる研削円筒体を、研削装置を用いてステップ
モータにより、そのつど約６　ａｍ１分の速度で刃先に
向かって、この刃先が約１　、５　ａｍの深さで該円筒
体中に切り込むまで移動させた。その後に、第２のステ
ップモータを用いて円筒体を第１の運動に対して横に、
該円筒体が制止位置からや（±０．５■振れかつ２０＋
／秒の最大速度でそのつど鋸刃に向かって移動するよう
に振動させた。この振動をそれぞれ約１秒間維持した。

この研削法の場合には、平均４０回切断するごとに後研
削しなければならなかった。３０００回切断した後に初
めて、もはや鋸刃を所定の許容限界内に保持することが
できなくなり、したがって鋸刃を交換しなければならな
かっｈｏ

【図面の簡単な説明】

第１ａ図および第１ｂ図は、それぞれ切削被膜と、固体
物質との間の相対運動を示す略図である。 ｌ・・・鋸刃、２・・・内側縁部、３・・・切削被膜、
４・・・刃先、５・・・固体物質、６・・・振れ、７・
・・側面、８・・・凹所、Ｓ・・・切断深さ、Ｘ・・・
切削被膜の高さ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）特に半導体からなるロッド状またはブロック状工作
   物から円板を分離するために、結合された切削粒子を有
   し刃先に設けられた切削被服を有する切断工具を、固体
   物質中に入れて短時間鋸引きすることによって研削する
   方法において、短時間鋸引きする場合に、刃先と固体物
   質との間の鋸引き過程に相当する相対運動に対して付加
   的に、この運動に対して横に振動する、刃先と固体物質
   との間の相対運動を実施することを特徴とする、ロッド
   状またはブロック状工作物から円板を分離するための切
   断工具を研削する方法。 ２）刃先と固体物質との間の鋸引き過程に相当する相対
   運動を少なくとも元来の鋸引き過程 の際に保持される送り速度で実施する、請求項１記載の
   方法。 ３、横に振動する相対運動を少なくとも刃先の回転速度
   に相当する最大速度で実施する、請求項１または２記載
   の方法。 ４、横に振動する相対運動を刃先が少なくとも５回回転
   する間に実施する、請求項１から３までのいずれか１項
   に記載の方法。 ５、横に振動する相対運動の場合に固体物質の振れが０
   ．１〜１ｍｍである、請求項１から４までのいずれか１
   項に記載の方法。 ６、刃先と固体物質との間の鋸引き過程に相当する相対
   運動を少なくとも切削被膜の最大幅の個所が固体物質内
   に存在するような切断深さにまで実施する、請求項１か
   ら５までのいずれか１項に記載の方法。 ７、必要に応じて直ぐ次の切断前に鋸刃を固体物質中に
   入れて短時間鋸引きすることによって研削することによ
   り、ロッド状工作物から薄い円板を内孔を有する丸鋸を
   用いて分離する方法において、短時間の鋸引きを、結合
   された切削粒子を有し刃先に設けられた切削被膜を有す
   る、ロッド状またはブロック状工作物から円板を分離す
   るための切断工具を固体物質中に入れて短時間鋸引きす
   ることによって研削する方法により実施することを特徴
   とする分離法。 ８、元来の鋸引き過程の間に回転する鋸刃の片方または
   両方の側面上に鋸引き間隙中に入る前に付加的に少なく
   とも一時的に液体を施与する、請求項７記載の方法。 ９、短時間の鋸引きを周期的に元来の鋸引き過程の一定
   回数の後に行なう、請求項７または８記載の方法。