JPH0119324B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の対象は結晶ロツドの切断方法および同
方法を実施するためのマルチブレード中空鋸であ
る。

例えば、ケイ素、ひ化ガリウム、りん化インジ
ウム、サフアイアまたはガリウム―ガドリニウム
ガーネツトの結晶ロツドを約0.1〜１mm厚さのウ
エフアに切断する場合に、通常の中空鋸が用いら
れている。この場合に外側でクランプされた環状
回転ブレード鋸が切断に用いられる。これは中央
に直径数cmの孔を有し、ダイヤモンドを配置した
孔の周囲が実際の切断縁を形成している。従来の
普通の切断方法によれば、先づ最初にウエフアに
切断すべき結晶ロツドを、所望のウエフア厚さに
相当する深さまで鋸ブレードの中央の孔の中に挿
入する。次に、ロツドを時には自転させながら切
断縁に対して外方に移動する（例えば、米国特許
第3025738号明細書および同第3039235号明細書参
照）か、あるいは鋸ブレードを結晶ロツドを横切
つて案内する。しかし、切断の最終段階では、切
断されるウエフアの厚さの減少（通常、約400μ
ｍ）、材料の脆性、回転鋸ブレードの吸着作用等
のために、ウエフアとロツド間のごく少ない残留
部分の制御不可能な破損、ウエフア表面の破損ま
たはウエフア全体の破損および損失が生ずるおそ
れがある。

今までにも、費用のかかる分離装置を用いてこ
の問題を解決しようと試みられてきた（例えば、
西ドイツ特許公開第3010867号明細書参照）。この
場合には、切断すべき結晶ロツドが大ていは切断
用取付部材に接合されており、この切断用取付部
材が切断過程で完全に分離されずに、ロツドの支
持と送給にも、切断されたウエフアを除去するま
でのウエフアの安定化のためにも役立つている。
しかしながらこのような装置は、装置に費用がか
かることを別としても、切断操作の直後に、切断
した各ウエフアを除去する必要があるため、切断
効率の向上に不可欠な、複数の鋸ブレードをもつ
中空鋸の使用が妨げられている。

従つて、本発明の課題は上述の欠点を伴わず
に、結晶ロツドまたはブロツクの切断を可能に
し、さらにマルチブレード中空鋸の使用をも可能
にするような方法を提供することである。

上記課題は、結晶ロツドまたはブロツクを先づ
一連の切断により互いに結合した多数のウエフア
に切断し、次いで第二の段階において前記結合を
分離する結晶ロツドまたはブロツクを厚さ0.1〜
1.0mmのウエフアに切断する方法において、同時
に少なくとも２つの切断を結晶ロツドに行い、そ
の切断相互の距離は所望のウエフア厚さと切断間
隙巾との合計よりも大きく、かつ、この少くとも
２つの同時切断を複数回繰返し行つて互いに結合
した所望厚さの多数のウエフアを作り、次いで前
記結合を分離することを特徴とする切断方法によ
つて解決することができる。

この方法によれば、特にケイ素、また例えばゲ
ルマニウム、ひ化ガリウム、りん化ガリウムまた
はりん化インジウムの微粒結晶、多結晶および特
に粗粒結晶から単結晶までの結晶ロツドまたはブ
ロツクを切断することができる。この方法はガリ
ウム―ガドリニウム・ガーネツト、ニオブ酸リチ
ウム、サフアイア、スピネル、ルビー、コランダ
ムまたはその他の物質のロツドあるいはブロツ
ク、また圧縮材、焼結材またはセラミツク材にも
適している。

従来の方法とは異なり、本発明による方法は特
に、結晶ロツドを各切断過程後に個々に除去すべ
き別々のウエフアに切断するのではなく、互いに
連結した複数のウエフアが形成されるという利点
を有している。従つて、費用のかかる除去装置が
もはや必要ではなく、１枚ブレード中空鋸（これ
も原則的には適している）の代りにマルチブレー
ド中空鋸、特に２枚ブレード中空鋸を用いること
ができ、その結果切断効率は明らかに高められ
る。本発明は原則として、中空鋸の場合に特に有
利に適用される以外にも、他の切断手段にも適用
することができる。

本発明においてウエフア相互の連結は、切断の
際に個々の切片を互いに完全には分離させないこ
とにより、ロツドまたはブロツク自体の材料によ
つて実現することができる。切片を完全に切断す
る場合には、代替的にこの連結を例えば、加工材
に固定した切断用取付部材または保護帯の形の介
在物によつて実現することができる。これらの介
在物は完全に切断されることはなく、ロツドまた
はブロツクの切片を一緒に保持するものである。
しかし、適当な充填装置を介して切断間隙内に付
加的に結合剤を適当に挿入することによつて、こ
の結合を形成または強化することができる。この
ような処置は、ロツドまたはブロツク切片がごく
薄いウエフア厚さであつて当然破損する危険が非
常に大きい場合に、特に有利である。切断すべき
部分がウエフア約５〜15枚の厚さしかないときに
のみ付加的な結合が必要である。この場合には、
固定されているかまたは機械的に移動可能な結
合、例えば支持やつとこを使用するのが有利であ
る。

本発明において、結合剤充填装置は鋸ブレード
または加工材に対して原理的には種々の位置をと
ることができ、また種々の充填装置、例えば結合
剤を収容したタンクに連結されたノズルを使用で
きる。切断が終了したときにこのノズルは結合剤
を切断間隙に供給できる位置に運ばれ、ノズルか
ら結合剤を供給して切断間隙が充填される。通常
充填操作は加工材の上方または側方から行われる
が、他の位置、例えば加工材の下方から充填する
こともできる。結合剤は例えば加熱可能なノズル
を経由して切断間隙に注入され、そこで硬化して
加工材の分割された部分を結合する。ロツドまた
はブロツク全体を切断した後に、接合用のロツド
またはブロツク残部を、例えば切断または研削に
よつて除去し、結合用介在物として作用するカー
ボンまたはセラミツクス製の切断用取付部材また
は保護帯ならびに挿入した結合剤を溶解または解
離させることによつてウエフアの結合が解放され
る。

第１図ないし第４図に基づいて、マルチブレー
ド中空鋸の例として、２枚ブレード中空鋸を用い
た結晶ロツドの本発明による切断方法を説明す
る。

第５図は、マルチブレード中空鋸の望ましい実
施態様として、本発明による方法の実施に適した
２枚ブレード中空鋸を示す。

第１図に図示した中空鋸１は互いに平行な２枚
の鋸ブレード２を有し、これによつて結晶ロツド
３を、切断間隙４によつて分離した３個のロツド
切片に切断する。結晶ロツドは例えば、
Czochralskiによるるつぼを用いないゾーン引上
げ法またはるつぼ引上げ法によつて製造した単結
晶ケイ素ロツドであるが、例えば普通の方形100
×100mm断面を有する、特に太陽電池に適した、
柱状構造の粗粒結晶鋳造ケイ素のブロツクを用い
ることもできる。この場合、切断工程はロツド切
片が互いに完全に切断されるまで行うことができ
るが、未切断ロツド残部を個々のロツド切片間の
連結用に残すことも可能である。

第２図は、結合剤６をロツド切片間の切断間隙
内に導入するために用いる充填装置５を図示す
る。ロツド切片が互いに完全には分離されず、例
えばロツドの残部によつて一括して保持されてい
る場合には、あるいはロツドが完全に切断されて
いるとしても分離されずにロツドの外側に固定さ
れている保護帯によつてロツド切片が一括して保
持されている場合には、この結合剤導入工程を省
略することができる。しかし、この場合にも、切
断間隙内に結合剤を導入することによつて接合を
付加的に安定化させ、破損の危険を減少させるこ
とができる。ロツド切片が互いにもはや連結して
いない場合には、結合剤を挿入することによつて
切片を互いに再び連結させることが必要である。

第３図によると、次の切断個所７は先行の切断
個所から望ましいウエフアの厚さよりも大きい距
離はなれた結晶ロツドの個所に定めることができ
る。結晶ロツドが例えば爽雑物、機械的損傷等を
有している場合には、結晶ロツドのそのような場
所の切片を残しておくことが可能であるとして
も、望ましいウエフア厚さと切断間隙巾の合計の
整数倍を切断間隔として選択することが合目的で
ある。ウエフア厚さの間隔での連続切断によつて
結晶ロツドを個々のウエフアに切断する切断工程
も原則的には可能であるが、切断したウエフアと
結晶ロツドとの間の結合剤が次の切断の前に完全
に固化されていないと、ウエフア自体がずれる危
険が生ずる。しかしながら上記切断間隙を選択す
ることにより、切断工程により形成される切断間
隙に順次結合剤を注入して切断片を固定し、ウエ
フアの破損を防止し、最大のウエフア収量を得る
ことができる。

第４図には、切断工程終了後に得られた互いに
連結した、望ましい厚さの複数個のウエフア８が
図示されている。２個の端部片９は一般にウエフ
ア自体よりも厚く、大ていは大きな不純物濃度の
ため、あるいは粗粒結晶ケイ素ブロツクの場合に
時々みられる柱状構造の欠陥のために、廃棄され
るか、あるいは例えば保護帯として被切断ブロツ
クに固定されることになる。結合剤を除去し、浄
化した後に、各ウエフアは、例えばケイ素の場合
には、太陽電池または電子ハードウエアに更に加
工される。

ロツド切片間の適当な結合剤としては一般に、
ロツド切片間に固定した、機械的に安定な結合を
迅速に形成するが、再び容易に解離されるような
物質が挙げられる。この必要条件は例えばワツク
スによつて満たされる。ワツクスは溶融状態で切
断間隙に注入され、そこで硬化して安定な結合を
形成し、最後に再び溶融されて除去される。
DIN16920に挙げられている接着剤も適してお
り、特に、例えばシアンアクリレートのような建
築用接着剤、溶融接着剤または金属接合剤が適し
ており、これらは例えば溶媒の添加または加熱に
よつて容易に再び除去される化合物を形成する。
この他、価格の点で特に望ましいが、比較的緩慢
に硬化する結合剤である石こうもスラリーとして
有利に用いられる。形成された結合の安定性と用
いられた結合剤によつては、切断間隙を完全に充
填する必要はなく、ロツド切片を単に所々、すな
わち数個所で接合させるだけで良い。この方法は
結晶ロツドを切断工程の際に完全に切断しない場
合に、特に適している。

次に、円形断面の結晶ロツドの場合には、ウエ
フア間を結合しているロツド残部を、この個所で
縦方向に切断または研削することによつて合目的
に除去することによつて、平たいウエフアを製造
することができる。方形ウエフア用のブロツクは
例えば103×100mmの長方形断面を有することがで
き、あるいは方形断面のブロツクの場合には、一
つ以上の側面に保護帯を備えることができる。一
辺の長さが100mmの方形ウエフアをブロツクから
切断する場合には、ブロツクの切断されていない
残留部分または保護帯が、先ずウエフア間の結合
を形成する。切断、研削または溶解によつて分離
した後、望ましいサイズのウエフアが最終的に得
られる。このような多くの互いに接合したウエフ
アから成るブロツクは、場合によつては結合剤を
除去した後で、適当なウエフア厚さおよび切断間
隙巾の場合には互いに嵌め込ませて、接合片を向
き合せにして同時に両側から切断することができ
るようにする。

本発明方法においては、切断されたウエフアは
ロツドの隣接切片に連結した状態にあり、各切断
工程の直後に切り離される必要がないので、被切
断結晶ロツドまたは結晶ブロツクを、特に費用を
要しないで、支持体を備えた担体上に固定するこ
とができる。望ましくは方形断面と柱状構造を有
する太陽電池用ケイ素からなるブロツクのよう
な、平たい側面を有し、一般に大きいブロツクか
ら切断したブロツクは、特に容易に接着・接合す
ることができ、あるいは接着剤残さによる不純物
を回避する必要がある場合には、例えば水によつ
て凍結させることもできる。例えば円形断面を有
する結晶ロツドは、場合により１個以上の接合ま
たは接着した切断用取付部材を用いて、比較的容
易に固定することができる。被切断結晶ロツドま
たはブロツクを比較的簡便に固定するために装置
から取り外ずし、かつ例えば接着させた加工材と
ともに再び装置に取付けることができるような、
着脱自在な担体を用いることも可能である。他の
方法では、機械的な装着装置を用いて担体にロツ
ドまたはブロツクを固定する。この方法は互いに
連結したウエフアから成る切断済みロツドを特に
容易に再び取り外せるという利点を有している。

再現可能に、正確に定められる位置で再び装置
に取り付けることができ、可動でかつ着脱自在な
担体を使用すると、切断工程の間に、加工材を固
定させた次の担体を用意できる利点が有る。切断
工程が終了した後に、２つの担体を、加工材を取
付けた担体と単に交換するだけで良いので、切断
工程自体は直ちに続けることができ、装置から外
した担体から、切断が終了し互いに結合している
ようウエフアを分離するのに要する時間、およ
び、次の加工材の固定に要する時間を、交換した
加工材の切断に必要な時間に提供することができ
る。

第５図に、本発明による方法の実施に適した２
枚ブレード中空鋸を例示する。これは駆動装置１
０に結合し、鉢状に拡大した引張りリング・支持
体１２に移行する管状の駆動装置支持体１１から
成つている。引張りリング支持体１２はこの場合
に２個の鋸ブレード１３のために設けられた引張
リング１４を有しており、この引張リング１４に
よつて２枚の鋸ブレード１３が正確に平行に位置
決めされ、伸ばされている。１枚のみまたは数枚
の鋸ブレードに適した引張リングを用いることに
よつて、この中空鋸は１枚ブレードまたはマルチ
ブレード工具と入れ換えることができる。この鋸
ブレードは加工材１５、すなわち加工材支持装置
１６に固定した被切断結晶ロツドまたはブロツク
の回りに回転する。中空部分の内側には加圧ノズ
ルを用いた切断間隙充填装置１７が存在し、これ
によつて各切断後に生成する切断間隙を下方から
結合剤で充填することができる。加工材支持装置
はブラケツト１８を介して送給機１９と送り装置
２０に連結しており、これらを用いて加工材を所
望の位置に置いて、鋸ブレード方向に移動させる
ことができる。装置全体はこの明細書で模式的に
示した台２１上に載せられている。

加工材の送りを手動で制御する（原則的には可
能であるが）のは合目的ではなく、コンピユータ
（第５図には図示せず）によつて制御するのが有
利である。例えば、ロツド長さ、ウエフア厚さ、
切断間隙厚さおよびエツジ部分厚さのような所定
のパラメータから、厳守すべき公差、鋸ブレード
数、場合によつては結合剤の所要硬化時間または
加工材の非切断部分を顧慮した最大ウエフア収量
に関して、最適な切断工程順序を決定することが
でき、次に例えば段階式モータによつて、加工材
を適当な切断位置に置くことができる。コンピユ
ータによつて制御される、このような種類の送給
機は多くの工業的な処理工程ですでに用いられて
おり、当業者が熟知のものである。

切断終了後の切断間隙への結合剤の注入もコン
ピユータによつて制御することができる。固定さ
れた切断間隙充填装置が鋸ブレードに対してずれ
た位置にある場合には、充填すべき切断間隙を送
給装置によつて充填機構例えば適当な断面のノズ
ルに向つて進め、次に選択した結合剤を完全に、
部分的にまたは所々に、必要に応じて充填する。
しかしながら、固定された切断間隙充填装置の場
合には、充填機構を切断ブレードと同じ位置に置
くのが特に好ましい。何故ならば切断工程終了後
に加工材を変位させることなく、切断間隙に結合
剤を注入することができるからである。このよう
な固定された切断間隙充填装置の実施態様の他
に、加工材を動かさずに、充填機構付き充填装置
を切断間隙の方へ近づけるような可動的な実施態
様も可能である。このような形式は、各場合の望
ましい切断位置に設定されるのが加工材ではな
く、鋸ブレードであるような中空鋸の場合に特に
採用される。固定形式であるかあるいは可動形式
であるかに関係なく、当業者にとつて熟知のもの
であり、その形状が基本的な発明思想に影響する
ことのないような種々の構造の間隙充填装置が、
使用する充填剤に応じて考えられる。

このことは一般的に、例えば加工材を動かす代
りに可動な鋸ブレードによつて切断の位置決めを
行う場合、あるいは鋸ブレードの外壁の方向に加
工材を動かす代りに固定した加工材を通して鋸ブ
レードを動かすことによつて切断を行う場合に、
本発明の装置の運動力学的な変形に対して言える
ことである。加工材支持と結合剤の注入のために
は切断方向に重力が作用するので水平配置と垂直
切断が望ましいが、被切断結晶ロツドまたはブロ
ツクの垂直配置・水平切断案内も原則的には可能
である。

マルチブレード中空鋸の場合、特に前述の２枚
ブレード配置の場合の実際の鋸引き操作は、１枚
ブレード中空鋸に関する先行技術と同じように行
うことができる。当業者は例えば適当な鋸ブレー
ドの選択、同ブレードの張設、鋸引き過程間の冷
却等のような処置に熟知であるので、さらに説明
する必要はないであろう。鋸ブレード相互間の間
隔も広い範囲内で変化させることができる。鋸ブ
レードを１枚でも遊ばせることなく最適の切断を
行うために、ｎ枚ブレード鋸を用いる場には、こ
の間隙が加工材長さのｎ分の一を超えてはなら
ず、すなわち２枚ブレード鋸の場合には結晶ロツ
ドまたはブロツクの長さの２分の１を超えてはな
らない。最小の間隔は、回転する２枚の鋸ブレー
ド間にある加工材の切片が完全に切断した場合に
も投げ飛ばされたり、ずれたりすることのないよ
うな大きさに定めるべきである。

本発明による２枚ブレード中空鋸を用いて、例
えば長さ250mm、断面積100×100mmの柱状構造を
もつ粗粒結晶ケイ素ブロツクを、大きな公差で、
約350μｍ厚さの切片に特に有利に切断すること
ができる。さらに、パラフイン・ワツクスを用い
て担体にすでに固定したブロツクを加工材支持装
置に取付け、ウエフア厚さ、切断間隙巾、端部片
厚さおよび切断公差のような、所定のパラメータ
に基づいてコンピユータによつて決定した切断位
置に、カスターボール・スピンドルを備えた段階
式モータによつて設置する。次に、例えばカスタ
ーボールスピンドルを備えた、他の駆動装置によ
つてブロツクが完全に切断されるまで、ブロツク
を50mm間隔の平行回転鋸ブレードの方向に動か
す。次に、切断を再開する前に、ブロツクを出発
位置に置き、鋸ブレードと同じ位置にあり加熱す
ることのできる充填装置のノズルから切断間隙へ
パラフイン・ワツクスを注入する。硬化時間内
に、数枚のウエフア厚さ離れた次の切断個所を近
づけ、次の切断を開始する。結晶ブロツクが約
350μｍ厚さで、パラフインワツクスによつて互
いに連結した、多くのウエフアに切断されるま
で、この操作をくり返す。次にウエフアを担体と
共に、加工材支持装置から取り出し、ワツクスを
再溶融することによつて互いに分離し、この間に
未切断結晶ブロツクを装着し用意した担体を、切
断のために加工材支持装置に取付ける。

本発明の好ましい態様によれば、切断する加工
材はその加工材の長手方向の軸線に直交して内側
または外側に位置している回転軸をなるべく水平
方向または垂直方向に回転できるようにした装置
におかれることによりもたらされる。その場合、
加工材の一方端から切断できるだけでなく、加工
材を180度回転した後すぐに他方端から切断でき
る。このことは、例えば、ロツドまたはブロツク
をその一方端からほぼ半分切断（切り込み）し、
そして180度回転した後に他方端から残りの部分
を切断することができる。これはまた、ロツドを
180度回転させて切り込んだ部分を容易に分離で
きることを示す。

このように、ロツドの一方端から所望寸法切り
込んで、180度回転させ、その切り込んだ部分を
残りの部分から分離することを順次行うことによ
り、同じ寸法のロツドを小さい切断装置で切断す
ることができる。この切断したロツドは、互に結
合した多数のウエフアを有して成り、この結合は
容易に分解して個々のウエフアとなる。

さらに他の態様が可能である。多数の加工材こ
のましくは２つが回転可能な担体に載せられ、そ
の担体の回転によつて加工材が相互に所定位置に
運ばれて切断され、切断されたロツドはその位置
で所定寸法に分離されるかあるいは目的とするも
のに応用することができる。

したがつて、本発明の方法は切断する加工材全
体を受け入れるのに適さない範囲の装置にあつて
も応用することもできる。

このように、本発明による方法およびこの方法
の実施に適した２枚ブレード中空鋸によれば、費
用のかかる分離装置を用いず、またウエフア破損
の危険も殆んどなく、結晶ロツドまたはブロツク
をマルチブレード装置によつて薄いウエフアに切
断することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による２枚ブレード中空鋸によ
る結晶ロツド切断の例を示し、第２図は結合剤を
ロツド切片間の切断間隙に挿入するための充填台
を示し、第３図は２回目の切断位置の決め方の例
を示したものであり、第４図は切断工程終了後に
得られた多くの互いに連結したウエフアを示し、
第５図は本発明による方法の実施に適した２枚ブ
レード中空鋸を示す。 １…中空鋸、２…鋸ブレード、３…結晶ロツ
ド、４…切断間隙、５…結合剤充填装置、６…結
合剤、７…切断位置、８…ウエフア、９…端部
片、１０…駆動装置、１１…駆動装置支持体、１
２…引張リンク支持体、１３…鋸ブレード、１４
…引張リング、１５…加工材、１６…加工材支持
装置、１７…結合剤充填装置、１８…ブラケツ
ト、１９…送給機、２０…送り装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 結晶ロツドまたはブロツクを先づ一連の切断
   により互いに結合した多数のウエフアに切断し、
   次いで第二段階において前記結合を分離する結晶
   ロツドまたはブロツクを厚さ0.1〜1.0mmのウエフ
   アに切断する方法において、同時に少なくとも２
   つの切断を結晶ロツドに行い、その切断相互の距
   離は所望のウエフア厚さと切断間隙巾との合計よ
   りも大きく、かつ、この少くとも２つの同時切断
   を複数回繰返し行つて互いに結合した所望厚さの
   多数のウエフアを作り、次いで前記結合を分離す
   ることを特徴とする切断方法。 ２ 各切断段階で、結晶ロツド切断片またはブロ
   ツク切断片の間の固有の材料または他の材料から
   なる結合を放置しておき、結晶ロツドまたはブロ
   ツク全体を切断した後に初めてウエフアを分離す
   るために前記結合を縦切断、研削または分離によ
   つて解除することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の方法。 ３ 結晶ロツド切断片またはブロツク切断片の間
   の連結を形成または強化するために、切断間隙に
   結合剤を注入することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項に記載の方法。 ４ ウエフア厚さと切断隙巾との合計の整数倍の
   間隔で結晶ロツドまたはブロツクの切断を行うこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３
   項の何れか１項に記載の方法。 ５ 切断すべき結晶ロツドまたはブロツクを一方
   端から部分的に切断し、それらの縦方向軸線に直
   交する軸の回りに180゜回転した後に、他方端から
   切断することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第４項の何れか１項に記載の方法。 ６ 特許請求の範囲第１項ないし第５項のいづれ
   か１項に記載の方法を実施するためのマルチブレ
   ード中空鋸において、所望のウエフア厚さと切断
   間隙巾との合計よりも大きい間隔で鋸ブレードが
   互いに置かれていることを特徴とするマルチブレ
   ード中空鋸。 ７ 切断すべき結晶ロツドまたはブロツクの適当
   な切断位置への送給をコンピユーター制御するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のマ
   ルチブレード中空鋸。 ８ 太陽電池原料に適したケイ素ロツドまたはブ
   ロツクの切断に用いることを特徴とする特許請求
   の範囲第６項または第７項に記載のマルチブレー
   ド中空鋸。