JPH0115363B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単結晶部材を迅速に切断する単結晶切
断方法に関する。

近時、シリコン単結晶、タンタル酸リチウム
（LiTaO₃）、サフアイヤ（Al₂O₃）など主として
半導体用の材料として用いられる単結晶部材はワ
イヤーソーとかブレードソーなどによつて切断さ
れている。上記の切断方法は他の加工方法に比べ
て加工精度が高いという利点があるが、その反面
において、とりわけ加工速度が遅いという難点が
ある。すなわち、単結晶部材には特有の異方性が
あり、切込んだ結晶方位によつては切屑が形成さ
れにくく、しかも砥粒とともに排出されにくいた
め加工能率が他の結晶方位に比べて著しく低減す
る。その上、このような場合には、しばしば切断
されたウエハーに曲りやそりが多発し、種々の事
故の誘因となつている。にもかかわらず、従来に
おける単結晶部材の切断には何ら効果的な方策は
講じられておらず無作為に切断されているのが現
状である。このため単結晶部材の効率的な切断方
法が要請されている。

本発明は上記事情を参酌してなされたもので、
単結晶部材の予定切断面上にありこの予定切断面
と劈開面との交線に垂直な法線に対し上記単結晶
部材の切屑が排出される方向を正の回転角としこ
の正の回転角をもつ上記単結晶部材の結晶学的特
性およびこの単結晶部材と加工工具との圧接力に
より決定される切断能率極大な方向から切込みを
与えて上記単結晶部材を切断して、切断加工能率
を格段に向上させる単結晶切断方法を提供するこ
とを目的とする。

以下、本発明を詳細に説明する。

まず、単結晶部材の切断加工の最適切込方位を
確定するために、つぎのようなゾーンスライシン
グ試験と称する予備試験を実施する。すなわち、
第１図に示すように、実際に切断しようとする単
結晶の予定切断面と同一の結晶方位関係を有する
端面１をもつ円柱状の単結晶部材２に、高速で矢
印３方向に回転する外周刃加工工具４を介して一
定の荷重をかけ、上記単結晶部材２を上記外周刃
加工工具４より低い一定の回転速度で矢印５方向
に回転させて、上記単結晶部材２の外周面に溝加
工を行う。このゾーンスライシング試験により形
成された単結晶部材２の切屑は矢印６方向に排出
される。また、同様にして単結晶部材２を矢印７
方向に、外周刃加工工具４を矢印８方向に回転さ
せて、ゾーンスライシング試験を行なう。このと
き切屑は矢印９方向に排出される。以上の互いに
正逆方向のゾーンスライシング試験によつて形成
された溝１０の深さは同心円状でなく、単結晶部
材２の結晶学的異方性および切屑の排出特性およ
び単結晶部材２と加工工具４との圧接荷重の大き
さに主として基因する特有の起伏を有している。
この溝１０の深さの起伏はとりもなおさず、切断
加工の難易を示している。すなわち、単結晶部材
２の回転を止めた状態で、溝１０の深さが深いと
ころから加工工具を切込むほど一定荷重、工具の
一定回転速度でより多く切削除去される、つまり
切断加工能率が高いことを意味している。要する
に、溝１０の深さが深いところからの切込方向
は、切断容易方向となつている。ちなみに、第２
図はタンタル酸リチウムの単結晶に対して上記ゾ
ーンスライシング試験を行ない形成された溝の深
さを測定して、測定値を極座標の中心からブロツ
トしたものである。この図において紙面は結晶面
１，０，０の切断予定面になつている。この場
合、単結晶部材２の図示せぬ劈開面は切断予定面
上にて交線Ａ，Ｂとして表われている。また、溝
深さ曲線１１は切屑の排出方向が第２図において
反時計回りの場合、溝深さ曲線１２は切屑の排出
方向が時計回りの場合である。上記溝深さ曲線１
１，１２はこの図の場合中心点１３に対してほぼ
回転対称性を有する。この図から、切断能率が極
大の位置は、切屑排出方向が反時計回りの場合
は、点１４，１５，１６，１７になつており、ま
た、切屑排出方向が第２図中において時計回りの
場合、切断能率が極大の位置は、点１８，１９，
２０，２１である。すなわち図示のごとく、切断
能率が極大となる切込方向は交線Ａ，Ｂのそれぞ
れに対して垂直な法線Ｐ，Ｑから時計回りか反時
計回りかのいずれかの切屑の排出方向側に回転角
θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，θ₅，θ₆，θ₇，θ₈だけ傾いたZ₁
，
Z₂，Z₃，Z₄，Z₅，Z₆，Z₇，Z₈方向である。上記回
転角の具体的な数値はタンタル酸リチウムの場
合、θ₁は24゜、θ₂は7゜、θ₃は16゜、θ₄は8゜、θ₅
は20゜、
θ₆は17゜、θ₇は16゜、θ₈は5゜となつており、後述の
実
施例においてもこの数値を前提としている。同様
のことはシリコン、フエライトなどの他の単結晶
についても実証されている。かくして、加工工具
の適正な切込方向は単結晶部材２の予定切断面と
この単結晶部材２の劈開面との交線Ａ，Ｂに垂直
で上記予定切断面上にある法線Ｐ，Ｑに対して切
屑の排出方向側に傾斜する方向であるという経験
則を帰納できる。この経験則は、従来単結晶部材
の研摩加工において、単結晶部材の予定切断面上
にあり、この予定切断面と劈開面との交線に直交
する法線方向に切込むように研摩すると研摩能率
が格段に向上するという既知の事実と予盾せず、
切断加工における適正な切込方向を確定するもの
である。ただ、単結晶部材の切断加工において
は、単純な研摩加工と異なり、切屑の形成機構お
よび形成された切屑の排出能率によつて加工能率
が大きく影響される。そのため、切断加工の最適
の切込方向は研摩加工のように上記予定切断面上
の交線に対して垂直な法線方向でなく、この法線
に対して切屑の排出方向側に若干傾いた方向にな
つていると考えられる。

つぎに、具体的な実施例にもとづいて詳述す
る。第３図は本発明の単結晶切断方法に用いるマ
ルチワイヤーソーの要部を示している。このマル
チワイヤーソーは従来一般に知られているマルチ
ワイヤーソーに、円柱状の単結晶部材２の軸線を
中心として所定量回動させる回動機構２２を備え
ている。この回動機構２２は図示せぬ加工テーブ
ル昇降機構により矢印S₁，S₂方向に昇降自在な加
工テーブル２３上に載置されている。加工テーブ
ル２３の上方にはワイヤー駆動機構２４が設けら
れている。このワイヤー駆動機構２４は複数のワ
イヤーからなる加工工具２５が矢印Ｍ，Ｎ方向に
往復動するように張架されている。また、ワイヤ
ー駆動機構２４には図示していないが往動から復
動への切換を検出して電気信号を出力するたとえ
ばリミツトスイツチなどからなる切換検出器が設
けられている。上記回動機構２２の内部には図示
せぬ正逆回転自在のパルスモータが内蔵されてい
る。このパルスモータは回動角を厳密に制御でき
るもので、回動軸の一部は回動機構２２のケース
前面２６に突出しており、その突出部により円柱
状の保持体２７が枢支されている。この保持体２
７の端面２８には高性能の接着剤により円柱状の
単結晶部材２の一方の端面が取付けられている。
また、マルチワイヤーソー本体とは別に制御装置
２９が設置されている。この制御装置２９は回線
３０によりワイヤー駆動機構２４に、回線３１に
より加工テーブル昇降機構に、回線３２により回
動機構２２にそれぞれ電気的に接続されている。
この制御装置２９において、あらかじめ保持体２
７の回転角θおよび加工工具２５と単結晶部材２
との圧接荷重値が設定される。さらに、ケース前
面２６には油と遊離砥粒からなるスラリー３３を
加工工具２５と単結晶部材２との摺接部分に供給
する２個のスラリー供給管３４が突設されてい
る。

つぎに、本発明の単結晶切断方法について装置
の作動とともに説明する。

切断する単結晶部材として、予定切断面の切断
能率特性があらかじめ前述のゾーンスライシング
試験により確定した第２図に示す切断能率特性を
有するタンタル酸リチウムを用いる。第２図にお
いて、輪郭３５は単結晶部材２の予定切断面のも
のとすると、この輪郭３５上の適正な切込み位置
は点３６，３７，３８，３９，４０，４１，４
２，４３で示される。そこで、これらのうちから
点３６に加工工具２５が接触し、かつ、単結晶部
材２の中心点１３が保持体２７の回動中心に一致
するように単結晶部材２の一方の端面を高性能の
接着剤を用いて保持体２７に固着する。しかる
後、回転角θ₁と回転角θ₂との和である回転角θを
制御装置２９に設定する。同時に、圧接荷重を決
定して制御装置２９に設定する。それからスラリ
ー供給管３４からスラリー３３を加工工具２５と
単結晶部材２の摺接部に放射し、ワイヤー駆動機
構２４を駆動させ加工工具２５を第３図中矢印Ｎ
方向に往動させる。このとき加工テーブル２３は
制御装置２９からの指令に基づいて加工工具２５
と単結晶部材２とが一定の圧接荷重で摺接するよ
うに矢印S₁方向に上昇している。

上記加工工具２５は単結晶部材２に対して第２
図中の法線Ｑから回転角θ₁だけ反時計回りに傾い
た矢印Z₁方向に切込む。加工工具２５によつて圧
砕されて形成された単結晶部材２の切屑はスラリ
ー３３の遊離砥粒とともに矢印Ｎ方向すなわち第
２図中において輪郭３５上の点３６において接線
をなす矢印４４方向に排出される。しかして、矢
印Ｎ方向の往動が終結し矢印Ｍ方向の復動に切換
わるとき、切換検出器から電気信号Ｅが第３図中
の回線３０を介して制御装置２９に出力される。
この電気信号Ｅに基づいてあらかじめ設定されて
いる回転角θだけ保持体２７を回動させるための
電気信号Ｒを制御装置２９から回動機構２２に出
力する。この電気信号Ｒによりパルスモータが第
３図中矢印Ｖ方向に反転し、単結晶部材２は回転
角θだけ回転し、第２図中の点３７が加工工具２
５に摺接する。この後、加工工具２５は第３図中
矢印Ｍ方向に復動し法線Ｑから第２図中矢印４５
側に回転角θ₂だけ傾いた矢印Z₂方向から単結晶部
材２に切込む。このとき形成された切屑は第２図
中において輪郭３５上の点３７において接線をな
す矢印４５方向に排出される。しかして、矢印Ｍ
方向の復動が終結すると、再び切換検出器から電
気信号Ｅが出力され、保持体２７は回転角θだけ
矢印Ｗ方向に回動して加工工具２５は法線Ｑから
回転角θ₁だけ傾いた矢印Z₁方向に切込む。このよ
うにして、回動機構２２により、往動と復動のそ
れぞれについて切断能率が極大な位置に切換えな
がら所要のウエハーが分離するまで切断を続行す
る。切込み位置はこの場合前述のごとく第２図の
点３６，３７に限られることなく点３８と点３９
との組合せ、点４０と点４１との組合せ、点４２
と点４３との組合せをもつて切断してもよい。ま
た、同一種類かつ同一予定切断面である限り、切
込適正方向は既知であるので同一手順ですみやか
に切断を続行できる。

しかして、本実施例の場合切断除去速度が最小
の方向から切込む場合に比べて10％ないし90％切
断能率が増加する。

上述のように本発明の単結晶切断方法は単結晶
の予定切断面上にありこの予定切断面と劈開面と
の交線に垂直な法線に対し上記単結晶部材の切屑
が排出される方向を正の回転角としてこの正の回
転角をもつ上記単結晶部材の結晶学的特性および
この単結晶部材と加工工具との圧接力により決定
される切断能率極大な方向から切込みを与え上記
単結晶部材を切断するもので、従来の単結晶部材
の切断方法に比べて切断除去能率が格段に向上
し、長時間費消していた切断加工時間を最大限短
縮できる。また、加工中に単結晶部材に過度の歪
がかかることがないので、切断されたウエハーに
曲りやそりが生じず、品質管理上きわめて実益が
ある。さらに、新たに切断加工を実施する場合で
も、ゾーンスライシング試験によつて切断能率極
大な方向を簡易軽便に確定できるので、本方法の
汎用性は一層拡大する。また、加工工具の往復動
によつて単結晶を切断する場合、その往動と復動
のそれぞれに対応する適正な切込位置に切換える
ので、切断能率は往復動により差異を生じない。

なお、上記実施例においては第２図中において
点３６と点３７との間で切換えているが、たとえ
ば点３６と点３９との間で切換えるごとく、回転
角θが若干大きくなつても、切断加工能率が向上
するのであれば組合せを変えてよい。さらに、上
記実施例においてはマルチワイヤーソーによつて
切断したが、バンドソーまたは外周刃加工装置を
用いてもよい。また、本発明の切断方法が適用で
きる加工部材はタンタル酸リチウムに限らずシリ
コン、サフアイヤ、ゲルマニウム等の結晶学的異
方性を有する単結晶であるならば普遍的に適用で
きる。その他本発明の要旨を逸脱しない限度で
種々変更自在である。

【図面の簡単な説明】

第１図は単結晶部材のゾーンスライシング試験
を示す図、第２図はゾーンスライシング試験より
求められた溝深さ曲線および加工工具の適正な切
込方向を示す図、第３図は単結晶部材を切断する
切断装置の正面図である。 ２：単結晶部材、２５：加工工具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 劈開面を有する単結晶部材とこの単結晶部材
   を切断する加工工具とを相対的に移動させながら
   上記加工工具を上記単結晶部材に切込ませること
   により上記単結晶部材を予定切断面に沿つて切断
   する切断方法において、上記加工工具の切込方向
   は、上記予定切断面と上記劈開面との交線に垂直
   な法線方向に対し上記切断工具により上記単結晶
   部材の切屑が排出される方向側に傾斜する方向に
   設け、且つ、上記切込方向の上記法線方向からの
   傾斜角は、上記加工工具による上記単結晶部材の
   切断能率が極大となる角度に設けることを特徴と
   する単結晶切断方法。 ２ 切込方向はゾーンスライシング試験により決
   定することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の単結晶切断方法。