JPH0333484B2 - - Google Patents

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ツトの如く硬く
て脆い材料を、円環状に形成され、この円周縁に
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ツトを、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エハ（薄
板）を切出す場合には円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エハに反りが
生じ、またシリコンウエハが部分的に欠落するこ
とがあり、あるいはクラツクが生じる。

このような内周刃の反りを防止すべく、特開昭
48−101082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つた場合には、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使用する
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
なつた場合は、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ツシング又は再張
上げ等の処置をする必要があり、シリコンウエハ
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。

本特徴である負圧流体ノズル即ち、いわゆるベ
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
ルから液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、ノズルを負圧動作させた場合、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
域にわたつて解消し、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
ラツク、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つて詳
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つて、
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
挟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
ルの薄板からなる内周刃本体３ａとその内周縁に
沿つて設けているダイヤモンド刃からなる刃部材
３ｂとからなつている。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
のインゴツトをその軸線を水平状態にして取付け
るようになつている。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。

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つている。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（被線部分）を狭む両側方
夫々には内周刃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の反対の両側にも前記ノズル７Ｌ，７Ｌ，７
Ｒ，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つている。また各ノズル７
Ｌ，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
なつている。

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−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７ｂ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７
Ｌ，７Ｒも同様に配設されている。

ノズル７Ｌ，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７ｃ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を通つて開口部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の面に向かつ
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
制御回路のブロツク図をノズル７Ｌとともに示し
たものであつて、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つて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１
２Ｎに与えるようになつている。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１２Ｎにのみ与えられるよ
うになつていて、被切断材の切断中には比例弁１
２Ｍ，１２Ｎに同時に信号を与えないようにして
ある。比例弁１２Ｍ，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，７Ｒ，７Ｒ又は他面側のノズル７
Ｌ，７Ｌ，７Ｒ，７Ｒに等しく与えられるように
なつている。したがつて、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が接近する方法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てある。

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図によつて
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ツチを操作する
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ツチを操作す
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の反りが発生しない
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，
７Ｒが噴出する空気の圧力が一定である。

ここで、被切断材５を破線で示す如く内周刃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）に反つている場合には、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１２
Ｎへの信号を停止する。これにより比例弁１２Ｍ
の開度が大きくなつて、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の一側面に当つて内周刃３に沿つ
て拡散する。このような空気流で各ノズル群７
Ｌ，７Ｌ，７Ｒ，７Ｒが内周刃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，１２
Ｎへ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・インゴツトを切断する場合にはブレ
ード回転数は15〜30回転／秒、インゴツト切込み
速度は0.4〜1.2mm／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、内周刃が曲がつた状態で切り込ん
でしまつている故、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。

従つて本発明では内周刃の変形を早期に検知
し、目標とする反りの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，７
Ｒによつて吸引されるから、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。したがつて、
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１２Ｍ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／cm²）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0.15mm
である場合に空気圧を３Kg／cm²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150mmφ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つた。

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，ｂ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ｃ，ｄ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、切屑により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つても内周刃３の変位量は
数μｍ程度となり反りが解消する。したがつて薄
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150mmφのシリコンのイン
ゴツ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
断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
ツシング、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−線断
面図、第４図は内周刃の反りを解消すべく制御す
る制御回路のブロツク図、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ヤート、
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、１０……反り制御部、１２Ｍ，１２Ｎ……比
例弁。

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。