Brevet FR2469259A1 — publié le 19810522

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. 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. 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". 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. 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. 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. 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. La mise en oeuvre d'une telle solution nécessite donc l'emploi de nombreux outils montés sur des appareillages différents. 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. 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. 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. 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. 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. 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. Avantageusement, pour faciliter la mise en oeuvre du procédé, l'opération de rectification est déjà commencée lorsque commence l'opération de'sciage. La présente invention concerne également l'appareillage de mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. 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. 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. 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. 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. 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. 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. Avantageusement, la meule destinée à la rectification de la face frontale du lingot est une meule boisseau diamantée. Quant à la scie annulaire, elle est obtenue à partir d'une lame d'acier dont le chant est également diamanté. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. L'intervalle e entre la face la de la meule 1 et la scie annulaire 4 détermine l'épaisseur de la future plaquette découpée. Cet intervalle est partiellement obtenu par le choix de l'épaisseur de la flasque 6. Le diamètre intérieur "D" de la scie annulaire 4 est lé gèrement supérieur au diamètre extérieur "d" de la meule 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. 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. 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. 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. 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. Cette plaquette est récupérée à l'aide du plateau 11 formant l'extrémité du tube d'aspiration 10. L'opération sera reproduite en déplaçant le lingot 3 dans le sens de son axe longitudinal F3. Ainsi mises en oeuvre, les opérations de découpe et de rectification permettent d'obtenir d'une manière simple, rapide et. précise sur chacune des plaquettes une première face principale plane pouvant servir de face de référence. - REVENDICATIONS 1.- 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 caractérisé en ce que, le lingot étant dans une position donnée, pendant qu'une plaquette est en cours de séparation 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 ensuite les uns par rapport aux autres dans le sens adéquat d'une longueur sensiblement égale à l'épaisseur de ladite plaquette. 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réglage de la vitesse de rectification et celui de la vitesse de sciage sont indépendants l'un de l'autre. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'opération de rectification est déjà commencée lorsque commence l'opération de sciage. 4.- Appareil de mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, ledit appareil comportant, disposée sur un bâti, une scie annulaire tournant autour d'un axe parallèle à une direction dite axe du lingot et des moyen pour déplacer ladite scie par rapport au lingot dans ladite direction, caractérisé 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 surface 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 entre elles par une disposition entraînant la fin de l'opération de rectification avant l'opération de sciage. 5.- Appareil selon la revendication 4 caractérisé en ce que les mouvements de rotation de la meule et de la scie annulaire autour de leurs axes sont indépendants l'un de l'autre. 6.- Appareil selon l'une des revendications 4 et 5 caractérisé en ce que l'axe de la meule et l'axe de la scie annulaire sont confondus en un seul. 7.- Appareil selon l'une des revendications 4 à 6 caractérisé en ce que 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. 8.- Appareil selon l'ensemble des revendications 6 et 7 caractérisé en ce que le diamètre intérieur de la scie annulaire est supérieur au diamètre extérieur de la meule. 9.- Appareil selon l'une des revendications 4 à 8 caractérisé en ce que la meule destinée à la rectification de la face frontale du lingot est une meule boisseau diamantée. 10.- Appareil selon l'une des revendications 4 à 9 caractérisé en ce que la scie annulaire est obtenue à partir d'une lame d'acier dont le chant est diamanté. 11.- Appareil selon l'une des revendications 4 à 10 caractérisé en ce que la scie annulaire est fixée à la bague intérieure et mobile d'un dispositif à palier dont la bague extérieure est solidaire du bâti, ladite bague intérieure-étant reliée à l'organe moteur devant l'entraîner en rotation par un système de transmission approprié. 12.- Appareil selon la revendication 11 caractérisé en ce que l'entraînement de la bague intérieure est obtenu par un système de transmission par chaîne. 13.- Appareil selon la revendication 11 caractérisé en ce que l'entraînement de la bague intérieure est obtenu par un système de transmission par courroie. 14. - Appareil selon la revendication 11 caractérisé en ce que l'entraînement de la bague intérieure est obtenu par transmission directe. 15.- Appareil selon l'une des revendications 4 à 14 caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de préhension et de transport de la plaquette rectifiée et découpée. 16.- Appareil selon la revendication 15 caractérisé en ce que le dispositif de préhension et de transport de la plaquette est 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. 17.- Appareil selon l'une des revendications 15 et 16 caractérisé en ce que le tube d'aspiration passe à travers le bâti portant la scie annulaire par un trou prévu à cet effet et en ce que son mouvement de translation est déterminé par la position de ladite scie par rapport au lingot.