Le procédé utilise le positionnement d'un monocristal sur un support de telle manière que celui-ci, un fois monté sur une machine de découpe, soit découpé avec une orientation donnée de l'axe monocristallin par rapport au plan de sciage. De plus la position du monocristal est telle que celui-ci se trouve placé parallèlement à la nappe de fils si la machine de découpe est une scie à fils ou parallèlement à la direction du mouvement définissant l'épaisseur des tranches s'il s'agit d'une découpe avec une lame. L'orientation donnée par le procédé minimise dans le cas de monocristaux cylindriques la longueur de sciage. La valeur des deux angles de rotation qui définissent la position du monocristal est déterminée mathématiquement après une mesure de l'orientation monocristalline par rapport à l'axe géométrique du monocristal.
Cette mesure peut se faire soit de manière optique, soit par rayons X. Une fois les deux rotations réalisées selon les valeurs calculées, le monocristal se trouvera dans la position recherchée pour la machine de découpe à savoir perpendiculairement à l'avance de la découpe ayant en plus son plan de découpe parallèle à celui de la machine.
Les monocristaux généralement à usages optiques ou semiconducteurs nécessitent que ceux-ci soient découpés selon des orientations très précises par rapport aux axes monocristallins. De plus, leur fabrication ne permet pas de contrôler de manière parfaite l'orientation des axes cristallins par rapport aux axes géométriques. Il faut donc pour que la découpe soit correcte corriger d'une part l'erreur de fabrication et d'autre part, tenir compte des angles formés entre le plan de découpe et le plan cristallin imposés par les procédés subséquents. Etant donné que la découpe se fait à partir d'un monocristal géométrique, il faudra le positionner et le maintenir dans l'espace de telle manière que le déplacement du système de découpe soit parallèle au plan de découpe désiré.
Il existe une infinité de positions possibles, toutefois il n'en n'existe que quatre qui en plus le place dans un plan perpendiculaire au plan de découpe de la machine. Le positionnement des monocristaux selon l'une de ces quatre positions permet donc de découper non seulement dans l'orientation désirée mais également de minimiser le temps de la découpe donc d'améliorer la productivité du dispositif de découpe.
Des dispositifs d'orientation de monocristaux sont déjà connus et utilisés dans l'industrie des semiconducteurs sur des tronçonneuses à diamètre intérieure ou sur des scies à fils. Le positionnement se fait à l'aide de table orientable y min min min , z min min min montée directement sur la machine. L'ajustement se fait après mesure optique ou rayon X. La correction est alors introduite selon y min min min , z min min min . Cette manière de pratiquer a le désavantage d'une part d'avoir une position du monocristal inclinée par rapport à l'avance de l'élément de découpe, (ce qui est très défavorable dans le cas d'une scie à fils où la nappe de fils doit être parallèle au monocristal géométrique) et d'autre part de ne pas minimiser la longueur de découpe (ce qui est alors défavorable pour les scies à diamètre intérieur en diminuant leur productivité).
De plus, cette manière de pratiquer oblige à régler la table de la machine avant chaque découpe de manière très précise et dans un environnement industriel souvent sale donc peu propice à ce type d'opération. Le temps de réglage de la machine contribue également à la baisse de la productivité.
Le but de l'invention consiste donc à remédier aux inconvénients précités en donnant la possibilité d'installer sur la machine de découpe des monocristaux préorientés dont le plan de découpe est orienté parallèlement à la direction de découpe de la machine et tourné selon un axe perpendiculaire (normale au plan de découpe) de manière à minimiser la longueur de découpe. Cette détermination se fera mathématiquement à partir des mesures effectuées pour déterminer l'erreur du monocristal géométrique par rapport au réseau monocristallin en y incluant les exigences du procédé subséquent en relation avec les axes monocristallins. Le montage du monocristal sur son support pourra se faire alors à l'aide d'un dispositif de montage qui autorise la mesure exacte des deux angles de rotation du monocristal géométrique, et de le monter tel quel sur son support.
Ledit support étant une pièce avec indexation appartenant à la machine de découpe. Le monocristal peut être bridé ou de préférence collé sur le support, support qui une fois transféré sur la machine de découpe présentera un monocristal parfaitement préorienté prêt à être scié sans ajustement subséquent. De plus, la précision de la découpe sera indépendante de la machine utilisée ou de l'opérateur dans le cas de chaîne de production.
La fig. 1 illustre la différence de concept entre la méthode couramment utilisée (a) avec les axes y min min min et z min min min comme axes de rotation pour définir la position du plan de découpe et la méthode objet de l'invention (b) qui utilise x min min min z min min min comme axes de positionnement.
La fig. 2 illustre en perspective l'écart entre les axes x, y, z du monocristal géométrique 1 et les axes monocristallins x min , y min , z min . Les angles f et a entre les axes z min , z et y min y sont déterminés par une mesure optique ou Rx et définissent généralement l'erreur de fabrication.
La fig. 3 représente le plan de découpe avec ses axes y sec , z sec incliné des valeurs angulaires t et p par rapport aux axes monocristallins y min , z min . Ces angles définissent les besoins du procédé subséquent à la découpe.
La fig. 4 représente selon deux vues la position obtenue par le procédé couramment utilisée et qui montre que le monocristal 1 n'est pas parallèle à la nappe de fils 2 dans le cas d'une scie à fils comme moyen de découpe. x min min min , y min min min , z min min min sont les axes de découpe de la machine de découpe. Le plan machine x min min min , y min min min n'est pas parallèle à l'axe géométrique x du monocristal 1.
La fig. 5 représente selon deux vues, la position optimale d'un monocristal 1 par rapport à une nappe de fils 2 dans le cas de l'utilisation d'une scie à fils comme moyen de tronçonnage. La nappe de fils 2 se trouve dans un plan x min min min , y min min min parallèle à l'axe géométrique x.
La fig. 6 représente le schéma vectoriel des divers référentiels liés au monocristal géométrique x, y, z, au réseau cristallin du monocristal x min , y min z min , au référentiel du plan de découpe x sec , y sec , z sec . Le défaut d'alignement du monocristal géométrique x y z avec le réseau cristallin x min y min z min est déterminé par les angles a et f. Le référentiel de découpe x sec , y sec , z sec est tourné selon y min et z min des angles t et p. La normale x sec au plan de découpe y sec , z sec définit un vecteur X sec (x, y, z) qui fait un angle g avec x et la projection de x sec sur le plan y, z fait un angle d avec y.
La fig. 7 représente les trois positions a, b, c pour orienter le monocristal géométrique de telle façon que le plan de découpe y sec , z sec , soit parallèle au référentiel machine y min min min , z min min min . Selon a le monocristal géométrique a ses axes x, y, z alignés avec les axes machine x min min min , y min min min , z min min min . Le positionnement du monocristal dans le plan de découpe se fait en tournant l'axe géométrique x de la valeur d pour amener le vecteur x sec dans le plan x min min min , y min min min (b). Une rotation d'un angle g du monocristal géométrique selon z min min min va amener le vecteur x sec dans une position colinéaire avec x min min min (c).
Cette rotation va mettre le monocristal géométrique parallèlement au plan x min min min , y min min min avec un angle g par rapport au plan de découpe correspondant au nécessités du procédé. Le sciage résultant aura bien les angles t et p par rapport à y min et z min .
La fig. 8 représente un dispositif possible pour la réalisation des deux rotations selon x min min min et z min min min et la mise en position du monocristal 1 pour la découpe. Le monocristal 1 est posé sur des cylindres 8 fixes en position. Il repose sur une table 4. Sur cette table 4 se trouve un plateau rotatif sur lequel est fixé un support préindexé 6 qui recevra le monocristal 1 pour collage et bridage en position. Une fois les deux rotations selon x min min min par le monocristal 1 lui-même en appuis sur les cylindres 8 et selon z min min min par la rotation du plateau 5. Un système de levage 7 du plateau 5 et du support préindexé 6 va mettre en contact le monocristal 1 et le plateau préindexé 6. La fixation du monocristal 1 par collage ou par bridage pourra alors être effectuée.
La mesure de l'angle g se fait par un détecteur 9 au bout d'un des cylindres 8, et celle de l'angle d autour de z min min min par un élément de mesure intégré dans le plateau rotatif 5.
La solution mathématique se présentera sous la forme suivante
X min = M(a,f) X
avec M(a,f) matrice de rotation pour les angles a, f
X sec = M(t,p) X min
avec M(t,p) matrice de rotation pour les angles p,t
On en déduit que les deux angles que l'on fera effectuer au monocristal géométrique selon x min min min et z min min min seront obtenus par les composantes X sec x, X sec y, X sec z de X sec (x, y, z) dans le repère x min min min , y min min min , z min min min ou X sec est le vecteur normal au plan y sec , z sec dans le référentiel machine.
d = arctang (X sec z/X sec y)
g = arctang ((sqrt(X sec y**2 + X sec z**2))/X sec x)
La position ainsi obtenue aura en plus le chemin minimum de découpe dans le cas de monocristaux cylindriques.
Le procédé de positionnement ainsi décrit permet de scier un monocristal selon des directions x sec , y sec , z sec bien précises sans réglage au niveau de la machine. Le montage pouvant se faire en temps masqué à l'extérieur sur un banc de réglage permettant les mouvements angulaires d et g et leur mesure. Le monocristal est alors fixé par bridage ou collage en position sur un support préindéxé par rapport au repère x min min min , y min min min , z min min min de la machine de découpe de façon à reproduire dans celle-ci la position obtenue sur le banc de réglage.
The method uses the positioning of a monocrystal on a support so that the latter, once mounted on a cutting machine, is cut with a given orientation of the monocrystalline axis relative to the sawing plane. In addition, the position of the single crystal is such that it is placed parallel to the sheet of wires if the cutting machine is a wire saw or parallel to the direction of movement defining the thickness of the slices if it is a cut with a blade. The orientation given by the process minimizes in the case of cylindrical single crystals the sawing length. The value of the two angles of rotation which define the position of the single crystal is determined mathematically after a measurement of the single crystal orientation relative to the geometric axis of the single crystal.
This measurement can be done either optically or by X-rays. Once the two rotations performed according to the calculated values, the single crystal will be in the position sought for the cutting machine, namely perpendicular to the cutting advance having in addition its cutting plane parallel to that of the machine.
Monocrystals generally for optical or semiconductor uses require that they be cut according to very precise orientations relative to the monocrystalline axes. In addition, their manufacture does not allow perfect control of the orientation of the crystalline axes relative to the geometric axes. It is therefore necessary for correct cutting to correct on the one hand the manufacturing error and on the other hand, take into account the angles formed between the cutting plane and the crystalline plane imposed by the subsequent processes. Since the cutting is done from a geometric single crystal, it will have to be positioned and maintained in space so that the movement of the cutting system is parallel to the desired cutting plane.
There are an infinite number of possible positions, however there are only four that additionally place it in a plane perpendicular to the cutting plane of the machine. The positioning of the single crystals according to one of these four positions therefore makes it possible to cut not only in the desired orientation but also to minimize the time of cutting and therefore to improve the productivity of the cutting device.
Single crystal orientation devices are already known and used in the semiconductor industry on chainsaws with an internal diameter or on wire saws. Positioning is done using an adjustable table y min min min, z min min min mounted directly on the machine. The adjustment is made after optical or X-ray measurement. The correction is then introduced according to y min min min, z min min min. This way of practicing has the disadvantage on the one hand of having a position of the single crystal inclined with respect to the advance of the cutting element, (which is very unfavorable in the case of a wire saw where the ply of wires must be parallel to the geometric single crystal) and on the other hand not to minimize the cutting length (which is then unfavorable for saws with internal diameter by reducing their productivity).
In addition, this way of practicing requires adjusting the machine table before each cut very precisely and in an often dirty industrial environment therefore not conducive to this type of operation. Machine set-up time also contributes to lower productivity.
The object of the invention therefore consists in remedying the aforementioned drawbacks by giving the possibility of installing pre-oriented single crystals on the cutting machine, the cutting plane of which is oriented parallel to the cutting direction of the machine and rotated along a perpendicular axis. (normal to the cutting plane) so as to minimize the cutting length. This determination will be made mathematically from the measurements carried out to determine the error of the geometrical single crystal with respect to the monocrystalline network by including there the requirements of the subsequent process in relation to the monocrystalline axes. The mounting of the single crystal on its support can then be done using a mounting device which allows the exact measurement of the two angles of rotation of the geometric single crystal, and to mount it as is on its support.
Said support being a part with indexing belonging to the cutting machine. The single crystal can be clamped or preferably glued to the support, support which once transferred to the cutting machine will present a perfectly preoriented single crystal ready to be sawn without subsequent adjustment. In addition, the precision of the cutting will be independent of the machine used or of the operator in the case of a production line.
Fig. 1 illustrates the difference in concept between the commonly used method (a) with the axes y min min min and z min min min as axes of rotation to define the position of the cutting plane and the method object of the invention (b) which uses x min min min z min min min as positioning axes.
Fig. 2 illustrates in perspective the difference between the axes x, y, z of the geometric single crystal 1 and the monocrystalline axes x min, y min, z min. The angles f and a between the axes z min, z and y min y are determined by an optical measurement or Rx and generally define the manufacturing error.
Fig. 3 represents the cutting plane with its axes y sec, z sec inclined by the angular values t and p with respect to the monocrystalline axes y min, z min. These angles define the needs of the process subsequent to cutting.
Fig. 4 shows in two views the position obtained by the commonly used method and which shows that the single crystal 1 is not parallel to the ply of wires 2 in the case of a wire saw as a cutting means. x min min min, y min min min, z min min min are the cutting axes of the cutting machine. The machine plane x min min min, y min min min is not parallel to the geometric axis x of the single crystal 1.
Fig. 5 shows in two views, the optimal position of a single crystal 1 with respect to a ply of wires 2 in the case of the use of a wire saw as a cutting means. The layer of wires 2 is in a plane x min min min, y min min min parallel to the geometric axis x.
Fig. 6 represents the vector diagram of the various reference frames linked to the geometric single crystal x, y, z, to the crystal lattice of the single crystal x min, y min z min, to the reference frame of the cutting plane x sec, y sec, z sec. The misalignment of the geometric single crystal x y z with the crystal lattice x min y min z min is determined by the angles a and f. The cutting reference frame x sec, y sec, z sec is rotated by y min and z min by the angles t and p. The normal x sec at the cutting plane y sec, z sec defines a vector X sec (x, y, z) which makes an angle g with x and the projection of x sec on the plane y, z makes an angle d with y .
Fig. 7 represents the three positions a, b, c to orient the geometrical single crystal so that the cutting plane y sec, z sec, is parallel to the machine reference frame y min min min, z min min min. According to a the geometric single crystal has its axes x, y, z aligned with the machine axes x min min min, y min min min, z min min min. The positioning of the single crystal in the cutting plane is done by turning the geometric axis x by the value d to bring the vector x sec in the plane x min min min, y min min min (b). A rotation of an angle g of the geometric single crystal along z min min min will bring the vector x sec into a collinear position with x min min min (c).
This rotation will put the geometric single crystal parallel to the plane x min min min, y min min min with an angle g relative to the cutting plane corresponding to the requirements of the process. The resulting sawing will have the angles t and p relative to y min and z min.
Fig. 8 shows a possible device for carrying out the two rotations along x min min min and z min min min and positioning the single crystal 1 for cutting. The single crystal 1 is placed on cylinders 8 fixed in position. It rests on a table 4. On this table 4 is a rotary table on which is fixed a pre-indexed support 6 which will receive the single crystal 1 for bonding and clamping in position. Once the two rotations according to x min min min by the single crystal 1 itself by pressing on the cylinders 8 and according to z min min min by the rotation of the plate 5. A lifting system 7 of the plate 5 and of the preindexed support 6 goes bringing the single crystal 1 into contact with the pre-indexed plate 6. The fixing of the single crystal 1 by gluing or by clamping can then be carried out.
The measurement of the angle g is made by a detector 9 at the end of one of the cylinders 8, and that of the angle d around z min min min by a measuring element integrated in the rotary plate 5.
The mathematical solution will be presented in the following form
X min = M (a, f) X
with M (a, f) rotation matrix for angles a, f
X sec = M (t, p) X min
with M (t, p) rotation matrix for angles p, t
We deduce that the two angles that we will make with the geometric single crystal according to x min min min and z min min min will be obtained by the components X sec x, X sec y, X sec z of X sec (x, y, z) in the reference x min min min, y min min min, z min min min or X sec is the vector normal to the plane y sec, z sec in the machine reference system.
d = arctang (X sec z / X sec y)
g = arctang ((sqrt (X sec y ** 2 + X sec z ** 2)) / X sec x)
The position thus obtained will also have the minimum cutting path in the case of cylindrical single crystals.
The positioning process thus described makes it possible to saw a single crystal in very precise x sec, y sec, z sec directions without adjustment at the machine level. The assembly can be done in masked time outside on an adjustment bench allowing the angular movements d and g and their measurement. The single crystal is then fixed by clamping or gluing in position on a support pre-indexed with respect to the reference x min min min, y min min min, z min min min of the cutting machine so as to reproduce therein the position obtained on the adjustment bench.