JPH04304969A - 環状のこブレードのクランプ系 - 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】

【０００１】本発明は、のこブレードがその外縁におい
て、装置回転部分に保持要素を介して結合した保持環に
よって支えられ、保持環に統合されたクランプ環によっ
て張力を与えられ、保持環の周辺に分布した、軸方向に
調節可能なクランプ要素によって装置回転部分の溝に押
し込まれる、環状のこブレードのクランプ系に関する。 本発明はさらに、特に半導体材料のバーのウェファーへ
の切断へのクランプ系の使用に関する。

【０００２】環状のこは主として、切断操作に極度の精
度が要求される、バー形状の加工材料からのウェファー
切断に用いられる。それ故、主要用途分野は半導体テク
ノロジーであり、この分野ではウェファー、典型的に０
．１〜１ｍｍ厚さの薄いスライスが一般に例えばケイ素
もしくはゲルマニウムのような元素状半導体又は例えば
ヒ化ガリウムもしくはリン化ガリウムのような化合物半
導体である半導体材料の単結晶バーから切断される。 さらに、環状のこは例えばカリウム−ガドリニウム　　
ガーネット又は石英又は石英ガラスのような酸化物材料
の切断に最小の許容差で用いられる。

【０００３】特に精度が高いという理由から、環状のこ
ではのこブレードをその外縁において保持し、ドラムの
皮のようにピンと引っ張らなければならない、それによ
って切断粒子（ｃｕｔｔｉｎｇ　　ｇｒａｉｎ）で占め
られ、中央孔を囲む、のこブレードの切断縁は切断操作
中に外部切断のこに比べて撓みに対して安定に案内され
ることになる。しかし、それに応じて、一般に圧延鋼製
ののこブレードを正確に取り付けることが重要である。 この過程中に例えば圧延過程によって生ずる撓み性のよ
うな材料特性の変化を補償しなければならず、また最終
的に良好な切断結果が得られるように、半径方向と軸方
向との不均衡のない、のこブレード、特に切断縁の中央
走行が調節されなければならない。この場合に、のこブ
レードに作用する力の影響下での切断操作中にこの設定
ができるだけ変化しないことが重要である。

【０００４】例えばドイツ特許第２，８４１，６５３号
明細書又は米国特許第４，４９８，４４９号から公知で
あるような、最初に述べたようなクランプ系では、半導
体バー、特に直径約１０ｃｍまでのケイ素バーを切断す
る場合に、構造要素製造業者が指定する形状パラメータ
ーに関する通常の許容差内のウェファーの満足できる収
量を可能にする精度を環状のこブレードに与えることが
できる。しかし、バー直径が大きい場合には、ウェファ
ー形状に関する仕様書が厳しい場合と同様に１形状精度
の必要性をもはや満たさず、廃棄されなければならない
、切断されたウエファーの割合が増加する。

【０００５】それ故、本発明の目的は、上記に比べてよ
り信頼できる、環状のこの装着を可能にし、それによっ
て半導体バーのウェファーへの切断の場合に厳しい形状
要件をも良好な収量で満たすことのできるクランプ系を
提供することである。

【０００６】この目的は、軸方向に調節可能なクランプ
要素を装置回転部分に弛緩可能に結合させることを特徴
にする、最初に挙げたようなクランプ系によって解決さ
れる。

【０００７】次に、図１〜３に基づいて本発明をさらに
詳細に説明する。同様な構造要素には同じ参照番号を付
ける。図１は、環状のこの通常の装置回転部分にクラン
プ系を介して結合した環状のこブレードを概略的に説明
する。

【０００８】図２は、本発明によるクランプ系の可能な
１実施態様を示す。図３は、のこブレードの正確な装着
と同時に軸方向のその走行の不正確さ「軸方向回転振れ
（ａｘｉａｌ　　ｒｕｎ−ｏｕｔ）」の修正を可能にす
る、本発明によるクランプ系の他の可能な開発を示す。

【０００９】図１はカップ状に開き、その１端面にクラ
ンプ系２が一般にねじによって固定された装置回転部分
１を示す。クランプ系２によって、環状のこブレード３
はその外縁からピンと引っ張られるので、ニッケル被覆
層内に埋め込まれたダイアモンド切断粒子によって形成
され、のこブレードの中心孔を囲む、通常ドロップ形状
の横断面積を有する切断縁４は半径方向及び軸方向の不
均衡のできるかぎりない同心性を示す。回転部分は穿孔
（ｂｅａｒｉｎｇ）内を走行し、一般に電気モータであ
る駆動装置６によって目的の回転速度に達する。この配
置を維持するフレーム７は線図によってのみここに示す
が、原則として、種々の公知種類の装置によって、垂直
状態又は水平状態の回転軸が維持される。

【００１０】切断操作では、被切断加工材料、例えば半
導体バーを加工材料送り装置（簡明さのためにここには
図示しない）によって予定量だけ中央孔に導入する。前
進装置によって、加工材料とのこブレードとの間の相対
的運動が行われ、この過程中に切断縁が加工材料を通っ
て作用し、最終的に目的のウェファーを切断する。この
ウェファーを除去した後に、加工材料とのこブレードと
は再び切断位置に戻り、次のウェファーを切断すること
ができる。

【００１１】図２は、本発明によるクランプ系の可能な
１実施態様を、２ａでは引っ張られない状態で、２ｂで
は引っ張られた状態で示す。この配置では、のこブレー
ド３はその外縁によって装置回転部分１の端部８上に存
在する。のこブレードは適所において保持環９によって
クランプされる、保持環９はのこブレード上にあり、端
面に最初に適当な保持要素、好ましくはその全周辺に分
布した保持ねじ１０によって寸法的に適合する所定の取
り付け具、好ましくはねじ孔１１を介して結合する、好
ましくはねじ止めされる。その結果、のこブレードは最
初は端部と保持環との間にその外縁において固定される
が、まだ引っ張られていない状態である。

【００１２】この状態において、保持環に統合され、軸
方向に変位可能なクランプ環１２は備えられたクランプ
要素、特にクランプねじ１３によってのこブレードに押
圧されていない；前記クランプ要素は特にねじ孔１４と
して形成された、端部内に寸法的に適合する所定の受け
器にゆるくのみ係合する。従って、のこブレードもそれ
を引っ張られていない出発状態からそれを受容するため
に端部に設けられた間隙、特に環状みぞ１５内に偏向さ
せるような撓み力をまだ受けていない、前記環状みぞは
のこブレードに作用するクランプ環の表面に対して寸法
的に適合する形状であることが好ましい。

【００１３】クランプ操作において、クランプ要素、特
にクランプ環の周辺に分布したクランプねじ１３は徐々
に引き絞められる。その結果、クランプ環１２がますま
す強くのこブレード３方向に引き寄せられ、のこブレー
ドを環状みぞ１５内に押し込める。この撓みの強度に依
存して、すなわちクランプねじがどの程度にねじ込まれ
るかに依存して、強い又はあまり強くない引っ張り応力
がのこブレードの周辺に分布して加えられるので、正確
な切断操作に要求される均一で、ピンと張った引っ張り
状態をのこブレードに与えることが究極的に可能になる
。同時に、クランプ作用は切断縁の走行中に中央孔周辺
を多かれ少なかれ外方に引っ張り、のこブレードの引っ
張りを対応して調節することによって、半径方向の不規
則性を補償することができる。この場合に、微細に段階
をつけた調整が可能であればあるほど、ねじ山ピッチは
小さくなるが、０．５〜１．５ｍｍの通常のねじ山ピッ
チが一般に充分に正確なクランプ作用を可能にする。

【００１４】クランプねじ、クランプ環中のクランプね
じの対応案内孔及び環状みぞ内の対応ねじ孔はクランプ
環の周辺に均一に分布するのが好ましく、相互から等間
隔に配置されることが有利である。このようにして、の
こブレードに作用する引っ張り力がその周辺に均一に分
布し、装置回転部分／クランプ系／のこブレード系に不
均一な質量分布によって生ずる不均衡は回転中に避けら
れる。同時に、クランプねじ数が保持ねじ数と同じ又は
１／２であることは必ずしも規定されないが、同数又は
１／２数による実施態様はできるかぎり回転対称形であ
り、従って不均衡のない質量分布を保証する最も簡単な
方法であるので、このような実施態様は特に有望である
ことが実証されている。この好ましい場合に、クランプ
ねじと保持ねじがそれぞれ回転軸方向に向かう直線上に
順次置かれた配置又はこれに反してそれぞれ中心からず
れた配置が有望であると実証されている。クランプ環の
周辺上に分布したクランプねじ数は、連続したクランプ
ねじの間の角度が系の回転軸から測定して５°〜３０°
、好ましくは１０°〜２０°の範囲内にあるように選択
することが好ましい、これらの角度は有利に同じ値を有
する。それぞれねじ中心からねじ中心まで、クランプ環
の湾曲した中心線に沿って測定したクランプねじ相互間
の距離が５０〜１００ｍｍの範囲内であり、好ましくは
同一である配置が、特に安定であると実証されている。

【００１５】本発明によるクランプ系の利点は、保持環
によって及ぼされる、のこブレードを維持するクランプ
力と引っ張り力が同じ意味で作用し、その結果として、
のこブレードのクランプとより信頼できる引っ張りとの
両方の改良が達成されることである。のこブレード内の
必要な追加の孔がその結果として切断操作中の撓み又は
クラッキング又は不安定性を高めないことが、意外にも
判明した。他方では、公知のクランプ系の場合には、ク
ランプねじによって及ぼされる引っ張り力がクランプ力
に対して作用し、保持環の撓みを生じ、最後にはクラン
プ面の拡大によって、のこブレード保持の低下を生じる
。この効果は実際に同心性を低下させ、のこブレードを
「環から引き出す」すなわち引っ張り中に連続的に撓ま
せ、のこブレードを保持環中にもはや満足に収容させな
い。

【００１６】のこブレードの装着と半径方向の走行不規
則性の修正のみでなくのこブレードの軸方向の走行不規
則性の修正をも可能にする、本発明の他の開発を図３に
示す、３ａに引っ張られない状態を示し、３ｂに引っ張
られた状態を示す。この場合にクランプ環１２は内側周
辺においてブリッジ部分１６に合体する、ブリッジ部分
１６はのこブレードの遊離領域１７中に突出し、好まし
くはビーズ状の突起１８を有する、軸方向のたわみは調
節装置、好ましくは調整ねじ（ｓｅｔｓｃｒｅｗ）１９
によってブリッジ部分に課せられる。図２に述べた方法
と同様に、のこブレードを引っ張ると、のこブレードは
端部の内縁２０によって予め定められる標準位置から軸
方向に撓むことができる。従って、のこブレードの理想
的な、障害のない走行からの一般に約１００μｍまでの
値に達し得る軸方向のずれ、いわゆる「軸方向回転振れ
」を補償することができる。

【００１７】調整ねじは一般にクランプねじと同数及び
同じ配置で備えられる。質量関連の不均衡を避けるため
に、ブリッジ部分の周辺上の回転対称で、均一な分布が
同様に重要である。しかし、時には突起１８の撓みを充
分に正確に調整するためには、数の増加が必要である、
これは例えばクランプ環の直径が大きい場合である。し
かし、経験によると、このような配置は保持ねじ、クラ
ンプねじ及び調整ねじに関して回転対称である場合に、
このような配置は最も安定にランする。

【００１８】クランプ操作では、のこブレードの軸方向
及び半径方向の回転振れはそれぞれのこブレードの試行
回転で位置に依存して、適当な測定機器と、例えば商業
的に入手可能な光学的同心性測定装置又は機械的感知装
置のようなセンサーとによって測定される。次に、これ
がクランプねじの位置を定め、図３による本発明の実施
態様の場合には、のこブレードの最適調節を達成するた
めに、調節ねじの位置も定め、調節ねじを強度に又は軽
度に引き締めるべきかをも定める。大抵の場合には、数
回の予備試行の後に、測定されたずれから、適所に存在
するクランプねじ及び任意に調節ねじの如何に多くの回
転数がそれらの修正のために必要であるかをさえ結論す
ることができる。

【００１９】本発明によるクランプ系によると、環状の
こブレードをのこブレードの長期間の使用後も一定に留
まる高い精度で、のこブレードの受容のために備えられ
た装置回転部分に装着することができ、またのこブレー
ドの高度の引っ張りを達成することもできる。従って、
一方では実際の切断操作における切断精度が向上し、他
方では、のこブレードの耐用寿命も長くなり、このこと
は短い整備時間（ｓｅｔｔｉｎｇ−ｕｐ　　ｔｉｍｅ）
と大きい切断出力になって表れる。それ故に、このクラ
ンプ系は極度の精度が問題になるような切断操作の場合
に特に有利に用いられる。従って、好ましい用途分野は
結晶質バー、特に半導体バー、正確に述べると、好まし
くは単結晶ケイ素バーの環状切断である。

【００２０】下記では、具体的な実施例に関連して本発
明をさらに詳しく説明する。

【００２１】

【実施例】図１の装置と同様に構成された、単結晶ケイ
素バーの環状切断に適した商業的に入手可能な装置にお
いて、装置回転部分（外径約６９０ｍｍ）を本発明によ
るクランプ系を使用するように変更した。このために、
約３．５ｍｍの凹状に掘削された、同心性に経過する環
状みぞ内のその端面に全体で３０個のねじ孔（ねじ山ピ
ッチ１ｍｍ）を１２°間隔で付加的に設けて、実際のク
ランプ操作中に装置回転部分にクランプねじをねじ止め
できるようにした。ねじからねじへの間隔は約６５．５
ｍｍであった。

【００２２】対応した配置と寸法の孔を環状クランプ環
（直径約６４５ｍｍ、図２に示すような横断面）ならび
に、装着される圧延ステンレス鋼製（厚さ約０．１５ｍ
ｍ）の環状のこブレード（中央孔直径約２３５ｍｍ、ニ
ッケル／ダイヤモンド含有切断縁）にも設けた。

【００２３】次に、装置回転部分に設けられた位置決め
ピンを用いて、通常のやり方で、のこブレードを最初に
端部の出発位置に置き、軸方向に可動なクランプ環が統
合された保持環を上部に置いた。その後、保持環上に６
°角間隔で分布した、６０個の保持ねじをねじ止めし、
引き締めたので、のこブレードはその袖縁において保持
環と装置回転部分との間に堅固にクランプされたが、ま
だ張力下になかった。

【００２４】次に、３０個のクランプねじをそれらの受
容のために設けられた孔−これらはそれぞれ保持ねじと
直線上にあるのではなく、系の回転軸に関して中心から
はずれて存在−に挿入し、クランプ環がのこブレードと
その全周にわたって接触するような程度に引き締めた。 その後、各ねじを完全に１回転引き締めることによって
、のこブレードに基礎張力を加えた。続いて、装置回転
部分を回転させ、この回転中にのこブレードの切断縁の
理想的環状走行からの半径方向ずれを商業的に入手可能
な測定光学装置によって位置に依存して測定した。ずれ
の程度に依存して、各領域のクランプねじを多かれ少な
かれさらに引き締め、その結果として、のこブレードの
中央孔は「その半径方向回転振れ」を補償するために、
変化する強度で外方に引っ張られる。引っ張り段階の後
に、さらにのこブレードを回転させ、まだ残留する「そ
の半径方向回転振れ」を位置に依存して測定する。 測定された、既に明確に小さいずれに従って、引っ張り
が小さすぎる領域においてクランプねじを再び引き締め
、クランプねじ回転数から生ずる中央孔引っ張り度は予
備試行から大体知ることができ、従ってねじの必要な回
転を推定することができる。最終ののこブレード回転で
は、「半径方向回転振れ」が中央孔の、従って切断縁の
理想環状路から２０μｍ未満のずれにまで減少すること
が判明した。　　このようにクランプ系に装着したのこ
ブレードを用いて、単結晶ケイ素バー（バー直径約１５
０ｍｍ）を約８５０μｍ厚さのウェファーに、通常のや
り方で切断した。

【００２５】対照試験では、同じ種類の環状のこののこ
ブレードを、クランプねじを装置回転部分にねじ止めし
ない、ドイツ特許第２，８４１，６５３号明細書による
通常のクランプ系に装着した。他の点では、半径方向回
転振れが２０μｍ未満の値に抑制されるまで、装着を上
記方法によって実施した。このように装着したのこブレ
ードによって、同時に他の点では同じプロセス条件を用
いて単結晶ケイ素バー（直径約１５０ｍｍ）を約８５０
μｍ厚さのウェファーに同様に切断した。

【００２６】２種類の切断操作の評価は、対照試験に比
べて、本発明によるクランプ系の場合には、のこブレー
ドの再研削のための研削介入回数を明確に減ずることが
でき、この回数は通常のクランプ系の場合に必要な研削
介入数の１／３になることであった。本発明によるクラ
ンプ系を装備したのこの場合に８時間シフト内に切断さ
れたウェファー数はのこブレードを通常に装着したのこ
に比べて約１８％多かった。さらに、７０％長いのこブ
レード耐用寿命を得ることが可能であった。

【００２７】以下、本発明の好適な実施態様を例示する
。 （１）装置回転部分に係合したクランプねじをクランプ
要素として備する請求項１記載のクランプ系。

【００２８】（２）クランプ環が、のこブレードの遊離
領域中に突出し、好ましくはビーズ状の突起を有するブ
リッジ部分にその内側周辺において合体し、ブリッジ部
分に軸方向の撓みが調節装置によって伝えられるは前項
１記載のクランプ系。

【００２９】（３）調節ねじを調節装置として備える前
項２記載のクランプ系。 （４）連続するクランプ要素間の角度が、クランプ系の
回転軸から見て、５°〜３０°の範囲内にある前項１〜
３のいずれかに記載のクランプ系。

【００３０】（５）角度が同一である前項４記載のクラ
ンプ系。 （６）クランプ要素が、クランプ系の回転軸から見て、
保持要素に関して中心からずれて配置されている前項１
〜５のいずれかに記載のクランプ系。

【００３１】（７）前項１〜６のいずれかに記載のクラ
ンプ系のバー、特に半導体材料バーの環状切断への使用
法。 （８）０．１〜１ｍｍ厚さのウェファーを半導体バー、
特にケイ素バーから切断する前項７記載の使用法。

【図面の簡単な説明】

【図１】環状のこの通常の装置回転部分にクランプ系を
介して結合した環状のこブレードを概略的に説明する。

【図２】２ａ及び２ｂは、本発明によるクランプ系の可
能な１実施態様を示す。

【図３】３ａ及び３ｂは、のこブレードの正確な装着と
同時に軸方向のその走行の不正確さ「軸方向回転振れ」
の修正を可能にする、本発明によるクランプ系の他の可
能な開発を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　のこブレードがその外縁において、装
   置回転部分に保持要素を介して結合した保持環によって
   支えられ、保持環に統合されたクランプ環によって張力
   を与えられ、保持環の周辺に分布した、軸方向に調節可
   能なクランプ要素によって装置回転部分の溝に押し込ま
   れる、環状のこブレードのクランプ系であって、軸方向
   に調節可能なクランプ要素が装置回転部分に弛緩可能に
   結合することを特徴とするクランプ系。