FR2469259A1 - Silicone waver prodn. system - combines cutting and grinding stages into single operation - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé de découpe séquentielle par sciage dans un lingot en un matériau dur, notamment dans un lingot de silicium, de plaquettes planes, d'épaisseur constante et à faces parallèles et perpendiculaires a une direction dite axe du lingot, ladite découpe étant effectuée au moyen d'une scie et ledit lingot et ladite scie se déplaçant l'un par rapport à l'autre dans ladite direction. The present invention relates to a sequential cutting process by sawing in an ingot made of hard material, in particular in a silicon ingot, of flat wafers, of constant thickness and with faces parallel and perpendicular to a direction called the axis of the ingot, said cutting being effected by means of a saw and said ingot and said saw moving relative to each other in said direction.
On sait que le procédé le plus connu de découpe d'un matériau dur, et notamment d'un lingot de silicium, consiste à utiliser une poudre abrasive en suspension dans une solution aqueuse, ladite poudre abrasive étant entraînée dans un mouvement régulier par un moyen approprié. It is known that the best known method of cutting a hard material, and in particular a silicon ingot, consists in using an abrasive powder in suspension in an aqueous solution, said abrasive powder being driven in a regular movement by a means appropriate.
L'entraînement de cette poudre abrasive est le plus souvent obtenu par l'intermédiaire d'un fil ou de lames en métal très dur, mais surtout à l'aide d'un disque à chant partiellement diamanté, le disque et la poudre abrasive étant regroupés, dans la suite de ce mémoire, sous le vocable unique de "scie". The drive of this abrasive powder is most often obtained by means of a wire or blades of very hard metal, but especially using a partially diamond-edged disc, the disc and the abrasive powder being grouped together, in the remainder of this thesis, under the single term "saw".
Dans sa forme la plus courante, ladite scie est une scie annulaire disposée autour d'un lingot à découper en position horizontale ou en position verticale suivant le type d'appareillage choisi et la découpe de plaquettes est obtenue par création d'un déplacement relatif de la scie vers le lingot. In its most common form, said saw is an annular saw arranged around an ingot to be cut in a horizontal position or in a vertical position depending on the type of apparatus chosen and the cutting of inserts is obtained by creating a relative displacement of the saw to the ingot.
Malgré le soin apporté à cette opération de découpe, il va de soi que les plaquettes obtenues présentent un certain nombre de défectuosités: c'est ainsi que, sur leurs faces principales, apparaissent des défauts de planéité et que la parallélisme desdites faces principales n'est pas rigoureux. Despite the care taken in this cutting operation, it goes without saying that the wafers obtained have a certain number of defects: this is how, on their main faces, appear flatness defects and that the parallelism of said main faces does not is not rigorous.
I1 y a donc lieu, lorsque de tels défauts se présentent, de prévoir un moyen d'y porter remède. Pour améliorer la planéité des faces principales d'une plaquette découpée, le plus simple est d'effectuer une rectification desdites faces, rectification qui comporte essentiellement une opération de rôdage suivie, éventuellement, d'une ou de plusieurs opérations de polissage mécanique et/ou chimique. Pour garantir un parallélisme correct des deux faces principales de la plaquette, la meilleure solution consiste à rectifier une première face principale qui devient ensuite la face de référence pour la rectification de la seconde face. It is therefore necessary, when such faults arise, to provide a means of remedying them. To improve the flatness of the main faces of a cut wafer, the simplest is to carry out a rectification of said faces, this rectification which essentially comprises a pruning operation followed, optionally, by one or more mechanical polishing operations and / or chemical. To guarantee correct parallelism of the two main faces of the insert, the best solution consists in rectifying a first main face which then becomes the reference face for the rectification of the second face.
Une solution déjà connue consiste à rôder et rectifier la surface apparente de la section du lingot, dite face frontale du lingot,sur une machine classique, par exemple une machine à rectifier provenant des établissements Cincinatti ou Gendron puis à découper dans ledit lingot, par exemple à l'aide d'un appareillage provenant de la société Mejer et Burger, une plaquette portant cette surface rectifiée, l'opération étant ainsi répétée su toute la longueur du lingot. An already known solution consists in prowling and rectifying the apparent surface of the section of the ingot, known as the front face of the ingot, on a conventional machine, for example a grinding machine coming from Cincinatti or Gendron establishments and then cutting out said ingot, for example using an apparatus from the company Mejer and Burger, a wafer carrying this rectified surface, the operation being thus repeated over the entire length of the ingot.
La mise en oeuvre d'une telle solution nécessite donc l'emploi de nombreux outils montés sur des appareillages différents. The implementation of such a solution therefore requires the use of many tools mounted on different equipment.
Les machines existant actuellement, machines de découpe ou de rectification telles que celles citées ci-dessus entrainent des déplacements du lingot et, malgré la précision des centrages et des mises au point successifs, il est difficile d'éliminer tous les défauts de parallélisme et même de planéité sur les deux faces. Par ailleurs, la durée des opérations est élevée, comptetenu des nombreux déplacements du lingot: ceci conduit, en consé quence, à augmenter de manière importante le coût de la plaquette obtenue. The machines currently in existence, cutting or grinding machines such as those mentioned above cause displacements of the ingot and, despite the precision of the centering and of the successive focusing, it is difficult to eliminate all the defects of parallelism and even flatness on both sides. Furthermore, the duration of the operations is high, taking into account the numerous movements of the ingot: this consequently leads to significantly increasing the cost of the wafer obtained.
Le but de la nouvelle proposition est donc de réaliser les diverses opérations de rectification et de découpe dans les meilleures conditions de mise en oeuvre et de rapidité. The aim of the new proposal is therefore to carry out the various rectification and cutting operations under the best conditions of implementation and speed.
Pour ce faire, la présente invention prend en considération le fait que la rigidité d'un lingot d'un matériau dur permet d'effectuer, simultanément ou presque, des opérations mécaniques en plusieurs points de celui-ci tant que ladite rigidité est conservée. To do this, the present invention takes into account the fact that the rigidity of an ingot of a hard material makes it possible to carry out, simultaneously or almost, mechanical operations at several points thereof as long as said rigidity is preserved.
En effet, la présente invention concerne un procédé de découpe séquentielle par sciage dans un lingot d'un matériau dur, notamment dans un lingot de silicium, de plaquettes planes, d'épaisseur constante et à faces parallèles perpendiculaires à une direction dite axe du lingot, ladite découpe étant effectuée au moyen d'une scie et ledit lingot et ladite scie se déplaçant l'un par rapport à l'autre dans ladite direction, procédé notamment remarquable en ce que, le lingot étant dans une position donnée, pendant qu'une plaquette est séparée du corps dudit lingot par sciage, la face frontale de ladite plaquette est rectifiée, ladite opération de rectification étant terminée avant ladite opération de sciage, puis en ce que le lingot, d'une part, et les outils de sciage et de rectification, d'autre part, sont déplacés les uns par rapport aux autres dans le sens adéquat d'une longueur sensiblement égale à l'épaisseur de ladite plaquette. In fact, the present invention relates to a sequential cutting process by sawing in an ingot of hard material, in particular in a silicon ingot, of flat wafers, of constant thickness and with parallel faces perpendicular to a direction called the axis of the ingot. , said cutting being effected by means of a saw and said ingot and said saw moving with respect to each other in said direction, a process particularly remarkable in that, the ingot being in a given position, while a wafer is separated from the body of said ingot by sawing, the front face of said wafer is rectified, said rectification operation being completed before said sawing operation, then in that the ingot, on the one hand, and the sawing tools and rectification, on the other hand, are moved relative to each other in the appropriate direction of a length substantially equal to the thickness of said wafer.
Ce procédé selon l'invention permet de réaliser presque simultanément une opération de rectification et une opération de découpe ce qui conduit à un gain de temps très important, d'où une diminution du prix de revient de la plaquette obtenue. De plus les deux opérations ont lieu sur la même machine et il n'est pas nécessaire de monter, pour chaque plaquette, le lingot sur deux machines différentes. I1 est monté une seule fois pour la découpe et le polissage de toutes les plaquettes. This method according to the invention makes it possible to carry out almost simultaneously a rectification operation and a cutting operation, which leads to a very significant time saving, hence a reduction in the cost price of the wafer obtained. In addition, the two operations take place on the same machine and it is not necessary to mount, for each wafer, the ingot on two different machines. It is mounted once for cutting and polishing all the wafers.
De préférence, le réglage de la vitesse de rectification et celui de la vitesse de découpe ou sciage sont indépendants l'un de l'autre. Cette possibilité présente plusieurs avantages et notamment lorsque l'on désire faire, sur la face rectifiée de la plaquette, une opération connue des spécialistes sous le vocable de wback damage", ladite face rectifiée devenant par la suite, la face arrière de la plaquette. Preferably, the adjustment of the grinding speed and that of the cutting or sawing speed are independent of each other. This possibility has several advantages and in particular when it is desired to make, on the rectified face of the wafer, an operation known to specialists under the term of "wback damage", said rectified face subsequently becoming the rear face of the wafer.
Avantageusement, pour faciliter la mise en oeuvre du procédé, l'opération de rectification est déjà commencée lorsque commence l'opération de'sciage. Advantageously, to facilitate the implementation of the method, the rectification operation is already started when the sawing operation begins.
La présente invention concerne également l'appareillage de mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. The present invention also relates to the apparatus for implementing the method described above.
En effet, la présente invention concerne un appareil pour la découpe séquentielle dans un lingot d'un matériau dur, notamment dans un lingot de silicium, de plaquettes planes, d'épaisseur constante, à faces parallèles entre elles et perpendiculaires à une direction dite axe du lingot, ledit appareil comportant, disposée sur un bâti, une scie annulaire tournant autour d'un axe également parallèle à ladite direction et des moyens pour déplacer ladite scie par rapport au lingot dans ladite direction, remarquable en ce qu'il comporte, disposée également sur ledit bâti, une meule de rectification de forme appropriée tournant autour d'un axe également parallèle à ladite direction, en ce que la face abrasive de la meule, dite face active, et le chant de la scie annulaire sont constamment dans deux plans parallèles séparés par une distance égale à l'épaisseur de la plaquette et en ce que ladite scie et ladite meule sont liées mécaniquement entre elles de manière telle que la fin de l'opération de rectification précède celle de l'opération de sciage. Indeed, the present invention relates to an apparatus for the sequential cutting in an ingot of a hard material, in particular in a silicon ingot, of flat wafers, of constant thickness, with faces parallel to each other and perpendicular to a direction called axis ingot, said apparatus comprising, arranged on a frame, an annular saw rotating around an axis also parallel to said direction and means for moving said saw relative to the ingot in said direction, remarkable in that it comprises, arranged also on said frame, a grinding wheel of suitable shape rotating about an axis also parallel to said direction, in that the abrasive face of the wheel, called the active face, and the edge of the annular saw are constantly in two planes parallel separated by a distance equal to the thickness of the insert and in that said saw and said grinding wheel are mechanically linked together so that the end of the operation n of correction precedes that of the sawing operation.
Cet appareil permet donc de réaliser successivement et et sans démontages du lingot une opération de rectification d'une plaquette et la découpe de ladite plaquette. This device therefore makes it possible to carry out successively and without dismantling the ingot an operation of rectifying a wafer and cutting out said wafer.
De préférence, les mouvements de rotation de la meule et de la scie annulaire autour de leurs axes respectifs sont indépendants l'un de l'autre. Ceci permet de régler au choix la vitesse de découpe suivant le but recherché. Preferably, the rotational movements of the grinding wheel and the annular saw about their respective axes are independent of each other. This allows you to adjust the cutting speed according to the desired goal.
Avantageusement, l'axe de la meule et celui de la scie annulaire sont confondus en un seul. Dans ce cas, on peut obtenir un gain important dans la qualité des produits réalisés : en effet, le fait d'effectuer la rectification et la découpe de la plaquette à l'aide de deux outils parallèles tournant sur un même axe assure une plus grande garantie de planéité et de parallélisme des faces principales de ladite plaquette. Advantageously, the axis of the grinding wheel and that of the annular saw are merged into one. In this case, we can obtain a significant gain in the quality of the products produced: in fact, the fact of carrying out the rectification and the cutting of the wafer using two parallel tools rotating on the same axis ensures greater guarantee of flatness and parallelism of the main faces of said wafer.
Avantageusement, la disposition entraînant la fin de l'opération de rectification avant celle de l'opération de sciage est déterminée par la distance séparant l'axe de la meule et l'axe de la scie et par les dimensions de ladite meule et de ladite scie. Advantageously, the arrangement causing the end of the grinding operation before that of the sawing operation is determined by the distance between the axis of the grinding wheel and the axis of the saw and by the dimensions of said grinding wheel and said saw.
Ainsi, de préférence, si les axes de la meule et de la scie annulaire sont confondus, le diamètre intérieur de ladite scie annulaire est supérieur au diamètre extérieur de ladite meule. Thus, preferably, if the axes of the grinding wheel and the annular saw are merged, the inside diameter of said annular saw is greater than the outside diameter of said grinding wheel.
Avantageusement, la meule destinée à la rectification de la face frontale du lingot est une meule boisseau diamantée. Advantageously, the grinding wheel intended for the rectification of the front face of the ingot is a diamond cup wheel.
Quant à la scie annulaire, elle est obtenue à partir d'une lame d'acier dont le chant est également diamanté.As for the annular saw, it is obtained from a steel blade whose edge is also diamond.
Ladite scie annulaire est généralement fixée à la bague intérieure et mobile d'un dispositif à palier fluide ou à billes ou encore à rouleaux dont la bague extérieure est solidaire du bâti, ladite bague intérieure étant reliée à l'organe moteur devant l'entraîner en rotation soit directement soit à l'aide d'un système de transmission par chaîne ou par courroie. Said annular saw is generally fixed to the inner and movable ring of a fluid bearing or ball or roller bearing device, the outer ring of which is integral with the frame, the said inner ring being connected to the drive member which should drive it in rotation either directly or using a chain or belt transmission system.
Avantageusement, l'appareil selon l'invention comporte un dispositif de préhension et de transport de la plaquette rectifiée et découpée, ce dispositif étant constitué, de préférence, d'un tube d'aspiration dans lequel règne une dépression et pouvant se déplacer au moins latéralement selon un mouvement parallèle à l'axe du lingot. Advantageously, the device according to the invention comprises a device for gripping and transporting the rectified and cut wafer, this device preferably consisting of a suction tube in which there is a vacuum and which can move at least laterally in a movement parallel to the axis of the ingot.
Dans une forme préférentielle de réalisation, ledit tube passe à travers le bâti portant la scie annulaire par un trou prévu à cet effet et son mouvement de translation est déterminé par la position de ladite scie par rapport au lingot. In a preferred embodiment, said tube passes through the frame carrying the annular saw through a hole provided for this purpose and its translational movement is determined by the position of said saw relative to the ingot.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre indicatif et non limitatif, aidera à bien comprendre en quoi réside l'invention. The description which follows with reference to the appended drawings given by way of non-limiting indication will help to understand clearly what the invention resides in.
La figure en annexe représente schématiquement et en coupe les éléments essentiels de l'appareil selon l'invention dans le cas où il ne comporte qu'un seul axe. The attached figure shows schematically and in section the essential elements of the device according to the invention in the case where it has only one axis.
I1 est à noter que, sur la figure, les dimensions des divers éléments ne sont pas proportionnées, ceci afin de rendre certains détails du dessin plus clairs. It should be noted that, in the figure, the dimensions of the various elements are not proportional, this in order to make certain details of the drawing clearer.
Conformément à la figure en annexe, l'appareil de découpe et de rectification selon l'invention comporte, en premier lieu, une meule boisseau 1 solidaire de l'arbre 2 et soumise à un mouvement de rotation dans un sens donné représenté par la flèche F1. In accordance with the appended figure, the cutting and grinding apparatus according to the invention comprises, first of all, a cup wheel 1 secured to the shaft 2 and subjected to a rotational movement in a given direction represented by the arrow F1.
La fonction de cette meule boisseau 1 consiste à rectifier la surface apparente 3a de la section du lingot 3. Pour ce faire, la face la de ladite meule 1 est recouverte de particules d'un matériau plus dur que celui constituant le lingot 1 et peut, même, entraîner éventuellement dans son mouvement de rotation une poudre abrasive. The function of this cup wheel 1 consists in rectifying the apparent surface 3a of the section of the ingot 3. To do this, the face 1a of said wheel 1 is covered with particles of a material harder than that constituting the ingot 1 and can , even, possibly entraining in its rotational movement an abrasive powder.
Ledit appareil comporte également une scie annulaire 4 serrée à l'aide des flasques 5 et 6, par exemple, contre une bague intérieure 7a d'un roulement à billes dont la bague extérieure 7b est fixée sur un bâti 8 en forme de couronne. Le roulement à billes peut etre remplacé par un roulement à rouleaux ou encore par un palier fluide. Le bâti 8 est centré sur l'arbre 2 portant la meule 1 mais il n'en est pas solidaire : au contraire, des moyens appropriés non représentés sur la figure permettént d'éviter sa rotation et donc la rotation de la bague extérieure 7b du roulement à billes. Ainsi, par un entraînement à chaîne ou à courroie, peut-on faire tourner la bague intérieure 7b et la scie annulaire 4 par rapport à l'axe de l'arbre 2 sans pour autant tourner à la même vitesse que ledit arbre. Said apparatus also comprises an annular saw 4 clamped using the flanges 5 and 6, for example, against an inner ring 7a of a ball bearing, the outer ring 7b of which is fixed to a frame 8 in the form of a crown. The ball bearing can be replaced by a roller bearing or by a fluid bearing. The frame 8 is centered on the shaft 2 carrying the grinding wheel 1 but it is not integral therewith: on the contrary, suitable means not shown in the figure make it possible to avoid its rotation and therefore the rotation of the outer ring 7b of the ball bearing. Thus, by a chain or belt drive, can we rotate the inner ring 7b and the annular saw 4 relative to the axis of the shaft 2 without rotating at the same speed as said shaft.
L'intervalle e entre la face la de la meule 1 et la scie annulaire 4 détermine l'épaisseur de la future plaquette découpée. The interval e between the face 1a of the grinding wheel 1 and the annular saw 4 determines the thickness of the future cut wafer.
Cet intervalle est partiellement obtenu par le choix de l'épaisseur de la flasque 6.This interval is partially obtained by the choice of the thickness of the flange 6.
Le diamètre intérieur "D" de la scie annulaire 4 est lé gèrement supérieur au diamètre extérieur "d" de la meule 1. The inside diameter "D" of the annular saw 4 is slightly greater than the outside diameter "d" of the grinding wheel 1.
Dans un trou 9 prévu à cet effet dans la couronne 8 peut coulisser un tube d'aspiration 10 dont l'axe longitudinal est sensiblement confondu avec l'axe du lingot à découper 3. L'extrémité dudit tube 10 en regard de la face 3a du lingot est prolongée par un plateau 11 percé de trous tandis que l'autre extrémité est raccordée à un appareillage agencé de manière a créer à l'intérieur du tube une dépression suffisante pour permettre la préhension et le transport de la plaquette qui sera découpée dans le lingot. In a hole 9 provided for this purpose in the crown 8 can slide a suction tube 10 whose longitudinal axis is substantially coincident with the axis of the ingot to be cut 3. The end of said tube 10 opposite the face 3a the ingot is extended by a plate 11 pierced with holes while the other end is connected to an apparatus arranged so as to create inside the tube a depression sufficient to allow gripping and transport of the wafer which will be cut in the ingot.
Lors du fonctionnement de l'appareil selon l'invention, on donne aux mouvements de rotation de la meule 1 et de la scie 4 les vitesses préalablement déterminées et choisies en fonction de leurs dimensions. During the operation of the apparatus according to the invention, the rotational movements of the grinding wheel 1 and of the saw 4 are given the speeds previously determined and chosen as a function of their dimensions.
On amène, ensuite, la face la de la meule 1 à affleurer le bord de la face 3a du lingot 3 et l'on choisit la profondeur de rectification à effectuer en fonction du type de meule et de l'état cristallin de ladite face 3a. It then causes the face 1a of the grinding wheel 1 to be flush with the edge of the face 3a of the ingot 3 and the depth of grinding to be carried out is chosen according to the type of grinding wheel and the crystalline state of said face 3a .
On crée un mouvement relatif de translation entre les lieu got 3 et l'appareil selon l'invention dans une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal dudit lingot : dans le cas représenté, ce mouvement est vertical, le déplacement de l'appareil étant orienté dans la direction illustrée par la flèche F2 par rapport au lingot 3 supposé fixe. A relative translational movement is created between the places got 3 and the device according to the invention in a direction perpendicular to the longitudinal axis of said ingot: in the case shown, this movement is vertical, the movement of the device being oriented in the direction illustrated by the arrow F2 relative to the ingot 3 assumed to be fixed.
On attaque donc la surface frontale 3a dudit lingot 3 à l'aide de la meule 1 pour obtenir une surface correcte 3b puis, avec un léger retard dans le temps, la scie annulaire 4 animée du même mouvement vient découper une plaquette dans le lingot. We therefore attack the front surface 3a of said ingot 3 using the grinding wheel 1 to obtain a correct surface 3b then, with a slight delay in time, the annular saw 4 driven by the same movement cuts a wafer in the ingot.
Cette plaquette est récupérée à l'aide du plateau 11 formant l'extrémité du tube d'aspiration 10. This plate is recovered using the plate 11 forming the end of the suction tube 10.
L'opération sera reproduite en déplaçant le lingot 3 dans le sens de son axe longitudinal F3. The operation will be reproduced by moving the ingot 3 in the direction of its longitudinal axis F3.
Ainsi mises en oeuvre, les opérations de découpe et de rectification permettent d'obtenir d'une manière simple, rapide et. Thus implemented, the cutting and rectification operations make it possible to obtain in a simple, rapid and.
précise sur chacune des plaquettes une première face principale plane pouvant servir de face de référence. specifies on each of the plates a first flat main face which can serve as a reference face.
Claims (17)
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| FR7920292A FR2469259A1 (en) | 1979-08-08 | 1979-08-08 | Silicone waver prodn. system - combines cutting and grinding stages into single operation |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR7920292A FR2469259A1 (en) | 1979-08-08 | 1979-08-08 | Silicone waver prodn. system - combines cutting and grinding stages into single operation |
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Also Published As
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|---|---|
| FR2469259B1 (en) | 1981-10-30 |
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