DE10055286A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Trennen von Werkstoffen - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Trennen von WerkstoffenInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Werkstoffen, insbesondere von Einkristallen, insbesondere mit dem Innenlochsägen, bereitgestellt, mit einer Trennscheibe (2), mit einem konzentrischen Loch, dessen Rand (3) einen Schneidrand bildet und wobei die Trennscheibe (2) um ihre zentrale Achse drehbar ist zum Trennen des Einkristalls (1), einer Positioniereinrichtung zum Positionieren des zu trennenden Einkristalls (1) derart zu der Trennscheibe, dass sich die Trennscheibe beim Trennen rotierend durch den Einkristall bewegt zum Abtrennen eines Teiles (1a) des Einkristalls (1), und DOLLAR A Einrichtung zum Zuführen von Kühl-Schmiermittel auf die Trennscheibe (2), wobei die Einrichtung (10) zum Zuführen von Kühl-Schmiermittel derart angeordnet ist, daß sie das Kühl-Schmiermittel in Rotationsrichtung gesehen austrittsseitig hinter dem Durchtritt der Trennscheibe (2) durch den Einkristall (1) zuführt, und einer Einrichtung zum Zuführen von Druckluft (12).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Trennen von Werkstoffen, insbesondere von Einkristallen.
Ein bekanntes Verfahren zum Trennen von Einkristallen, das
insbesondere zur Erzeugung von Halbleiterwafern eingesetzt
wird, ist das Innenlochtrennen. Fig. 1 ist eine schematische
Darstellung zum Innenlochtrennen in einer Draufsicht gesehen
in Richtung der Mittenlängsachse M eines Einkristalls 1. Wie
aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Einkristall 1, der im we
sentlichen zylinderförmig mit einer Mittenlängsachse M ausge
bildet ist, auf einer nicht dargestellten Halterung ange
bracht und zusammen mit dieser in einer Richtung senkrecht
zur Mittenlängsachse M über eine nicht dargestellte Vorschub
einrichtung verfahrbar. Zum Trennen bzw. Schneiden der Wafer
ist eine Trennscheibe 2 vorgesehen, die aus einem ein konzen
trisches Innenloch aufweisenden Kernblech 2a besteht, dessen
das Innenloch umgebender Rand 3 mit Diamantkörnern besetzt
ist und somit einen Schneidrand bildet. Die Breite des Kernbleches
zwischen seinem äußeren Rand und seinem inneren Rand
ist größer als der Durchmesser des Einkristalls, weshalb in
der Figur schematisch nur der innere Rand dargestellt ist.
Die Trennscheibe 2 ist um ihre zentrale Achse R über einen
Antrieb in der in Fig. 1 gezeigten Richtung A drehbar. Die
Trennscheibe und der Einkristall sind so zueinander angeord
net, dass die Rotationsachse R der Trennscheibe 2 und die
Mittenlängsachse M des Einkristalls 1 in einem Abstand paral
lel zueinander verlaufen. Ferner ist der Einkristall 1 mit
tels der Vorschubeinrichtung senkrecht zu seiner Mittenlängs
achse M in Richtung auf die Trennscheibe 2 hin bewegbar so
daß die Trennscheibe beim Rotieren den Einkristall 1 voll
ständig in einer Ebene senkrecht zu seiner Mittenlängsachse M
durchschneidet, und von der Trennscheibe 2 weg in eine Stel
lung bewegbar in der ein abgetrennter Wafer entnommen werden
kann.
Innerhalb des das Innenloch umgebenden Randes 3 der Trenn
scheibe 2 ist in Drehrichtung A vor der Position P1 des Ein
tritts der Trennscheibe in den Einkristall 1, nachfolgend als
eintrittsseitig bezeichnet, eine Kühl-Schmiermittel-Zuführ
vorrichtung 4 zum Zuführen von Kühl-Schmiermittel auf den
Schneidrand vorgesehen. In Drehrichtung A nach der Position
P2 des Austritts der Trennscheibe aus dem Einkristall 1,
nachfolgend als austrittsseitig bezeichnet, ist eine zweite
Zuführeinrichtung für Kühl-Schmiermittel vorgesehen. Im Be
trieb wird vor dem Eintritt der Trennscheibe 2 in den Einkri
stall 1 über die Zuführvorrichtung 4 das Kühl-Schmiermittel
auf den Schneidrand bzw. die Trennscheibe 2 aufgebracht, wel
ches dann durch die Rotation der Trennscheibe 2 in den beim
Trennen entstehenden Trennspalt transportiert wird. Beim Aus
tritt der Trennscheibe 2 aus dem Einkristall 1 wird durch die
zweite Zuführeinrichtung 5 erneut Kühl-Schmiermittel aufge
bracht, so daß die Reinigung und der Abtransport von abgetra
genem Material durch den Trennspalt gewährleistet ist. Dem
Kühl-Schmiermittel werden Zusätze zugegeben, die die Oberflä
chenspannung herabsetzen und damit die Benetzung der Trennscheibe
verbessern. Die bekannte Vorrichtung weist ferner
eine Vorrichtung zur Intervallspülung des Kernbleches und des
Spannsystems auf.
Bei der bekannten Vorrichtung besteht das Problem, daß ein
effektives Reinigen und der Abtransport des abgetragenen Ma
terials während des Schnittes so viel Kühl-Schmiermittel er
fordert, daß der Trennspalt mit Kühl-Schmiermittel und abge
tragenem Material angefüllt wird. Dadurch kann es bei schma
len Trennspalten zur Berührung zwischen dem Kernblech der
Trennscheibe 2 und dem Waferabschnitt kommen. Der Waferab
schnitt wird durch Adhäsion an das Kernblech gezogen, und die
Qualität des abgetrennten Wafers wird negativ beeinflußt. Bei
großen Berührungsflächen kann es zum Wegreißen des Wafers
kommen. Ist dagegen die Kühl-Schmiermittelmenge zu niedrig,
reicht die Reinigungs- und Transportwirkung nicht mehr aus.
Außerdem führen oberflächenentspannende Zusätze zu einer bes
seren Benetzung des Kernblechs, was die Verdunstung und das
Eintrocknen des Sägeschlammes auf dem Kernblech fördert.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Ver
fahren zum Trennen von Wafern mittels Innenlochtrennen be
reitzustellen, welche bzw. welches die oben beschriebenen
Nachteile vermeidet.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Patentan
spruch 1 bzw. 14 bzw. ein Verfahren nach Patentanspruch 8
bzw. 16.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen an
gegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße
Verfahren weisen insbesondere den Vorteil auf, daß während
des Trennvorgangs weniger Kühl-Schmiermittel benötigt wird
als bei der bekannten Vorrichtung. Dadurch wird ein qualita
tiv hochwertiger Schnitt erzeugt.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben
sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand
der Figuren.
Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung gesehen in Draufsicht
in Richtung einer Einkristall-Längsachse einer be
kannten Vorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung gesehen in Drauf
sicht in Richtung der Einkristall-Mittenlängsachse;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Kühlungsschrittes
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Schrittes des
Verteilens des Kühl-Schmiermittels auf dem Trennwerk
zeug vor dem Schnitt;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Schrittes des Tren
nens; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Reinigungsschrittes
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Wie aus den Fig. 2 ersichtlich ist, weist die erfindungsgemä
ße Vorrichtung in bekannter Weise die Halterung und die Vor
schubeinrichtung für den Einkristall 1, sowie die Trennschei
be 2 mit dem Kernblech 2a und dem diamantkornbesetzten Rand 3
des Innenloches der Trennscheibe. Im Unterschied zu der be
kannten Vorrichtung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine erste Zuführeinrichtung 10 zum Zuführen von Kühl-
Schmiermittel auf den Rand 3 des Innenloches und auf die
Trennscheibe 2 auf, welche in Rotationsrichtung der Trennscheibe
2 gesehen austrittsseitig an der Position P2 nach dem
Durchtritt durch den Einkristall 1 vorgesehen ist. Die erste
Zuführeinrichtung 10 für Kühl-Schmiermittel ist beispiels
weise als Düse ausgebildet. Ferner ist eine zweite Zuführein
richtung 11 für Reinigungsmittel austrittsseitig im Bereich
des Innenlochs vorgesehen. Außerdem ist ebenfalls austritts
seitig eine Einrichtung 12 zum Zuführen von eines gasförmigen
Mediums, insbesondere von Druckluft, auf die Trennscheibe 2
und insbesondere den Rand 3 vorgesehen.
Der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung und das erfin
dungsgemäße Verfahren ist aus den Fig. 3 bis 6 ersicht
lich. Vor dem Schneid- bzw. Trennvorgang sind die Trennschei
be 2 und der Einkristall 1 voneinander getrennt. Dann wird
der Einkristall 1 relativ zu der Trennscheibe 2 bewegt und
diese tritt rotierend in das Material des Einkristalls 1 zum
Trennen ein. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird während des
Trennvorganges über die Zuführeinrichtung 10 Kühl-Schmier
mittel mit einem geringen Volumenstrom, d. h. mit geringer Ge
schwindigkeit v und geringem Druck p dem Rand 3, der den
Schneidrand bildet, über die Zuführeinrichtung 10 zugeführt.
Als Kühl-Schmiermittel wird ein Kühl-Schmiermittel mit einem
Zusatz verwendet, der die Oberflächenspannung c des Kühl-
Schmiermittels erhöht und somit die Benetzung des Kernbleches
2a verschlechtert. Dadurch kommt es zu einer schlechten Be
netzung des Kernblechs 2a der Trennscheibe 2, und es bilden
sich Tröpfchen 20 des Kühl-Schmiermittels an der Oberfläche
des Kernbleches 2a. Ebenfalls während des Trennvorganges
wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist, Druckluft über die Druck
luftquelle 12 auf den Rand 3 geblasen, wodurch die schlechte
Benetzung ausgeglichen wird. Die Druckluft trägt weiterhin
zur Bildung von Tröpfchen 20 und zur Verteilung derselben
bei. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, dringt während des Trennvor
gangs die Trennscheibe 2 mit dem Rand 3 und den auf der Ober
fläche des Kernblechs 2a entstandenen Tröpfchen 20 des Kühl-
Schmiermittels in den Einkristall 1 zum Abtrennen eines Wa
ferabschnitts 1a ein. Es wird ständig Luft und Kühl-Schmiermittel
geringen Drucks p zugeführt. Die Tröpfchen 20 des
Kühl-Schmiermittels auf dem Kernblech 2a nehmen für die Zeit
des Schnittes das abgetragene Material auf und verteilen es
auf dem Kernblech, ohne daß es zu einem Eintrocknen oder zu
einer Berührung des Wafers kommt.
Nach dem Trennvorgang wird der Einkristall 1 und der abge
trennte Wafer über die Vorschubeinrichtung von der Trenn
scheibe 2 wegbewegt, so daß Trennscheibe und Einkristall bzw.
der getrennte Wafer voneinander getrennt sind, wie in Fig. 6
gezeigt ist. Jetzt wird die Reinigung und der Abtransport des
auf dem Kernblech aufgestauten und in den Tröpfchen 20 einge
schlossenen Materials durchgeführt, indem Druckluft mit hohem
Druck p über die Zuführeinrichtung 12 zugeführt wird und
gleichzeitig Reinigungsmittel in ausreichender Menge und mit
größerer Geschwindigkeit v über die Zuführeinrichtung 11 zu
geführt wird.
Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren ein zweistufiges
Verfahren, bei dem während des Trennvorgangs die Kühlung des
Trennwerkzeugs, das Verwirbeln des Kühlmittels, das Ein
schließen des abgetragenen Materials in die Kühl-Schmiermit
teltröpfchen und das Verteilen und Speichern der Kühl-
Schmiermitteltröpfchen mit dem abgetragenen Material unter
Einwirkung der Fliehkraft erfolgt. In einer zweiten Stufe
wird, nachdem der Einkristall von der Trennscheibe weggefah
ren ist, die Reinigung und der Abtransport abgetragenen Mate
rials über hohen Luftdruck und ausreichend Kühl-Schmiermit
telzufuhr vorgenommen. Das in der zweiten Stufe verwendete
Reinigungsmittel kann identisch mit dem Kühl-Schmiermittel
sein, es kann jedoch auch eine andere Substanz, wie z. B. Was
ser sein. Somit können Kühl-Schmiermittel und Reinigungsmit
tel unterschiedliche Eigenschaften haben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zum Kühlen und
Schmieren sehr viel weniger Kühl-Schmiermittel benötigt als
zum Reinigen und Abtransport des abgetragenen Materials. Ein
qualitativ hochwertiger Schnitt läßt sich nur mit einer solch
geringen Kühl-Schmiermittelmenge durchführen. Während des ei
gentlichen Trennvorganges wird die Kühl-Schmiermittelmenge
auf die minimal erforderliche Menge eingestellt, um die Küh
lung und Schmierung zu garantieren. Der Trennspalt ist frei
und die Berührung zwischen Kernblech und Waferabschnitt wird
vermieden. Bei der Reinigung ist jedoch ein wesentlich höhe
rer Volumenstrom optimal. Diese Erfordernisse widersprechen
sich. Die Kühlung und Reinigung wird daher zeitlich voneinan
der getrennt, da für beide Schritte unterschiedliche Volumen
ströme optimal sind.
Anstelle der Zuführung von Druckluft ist es auch möglich ein
anderes Gas, z. B. Stickstoff zuzuführen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist, wie in Fig. 2 ge
zeigt ist, zur Zuführung von Kühl-Schmiermittel zu der Zu
führeinrichtung 10, die die geringe Menge an Kühl-Schmier
mittel während des Trennvorgangs abgibt, ein Behälter 30 vor
gesehen der sich in Arbeitsstellung in konstantem Abstand
oberhalb der Zuführeinrichtung 10 befindet und der über eine
Leitung 31 mit dieser verbunden ist. In dem Behälter befindet
sich Kühl-Schmiermittel, welches der Zuführeinrichtung 10
über die Leitung nur unter dem Einfluß der Gravitation bzw.
dem hydrostatischen Druck zugeführt wird. Luftblasen in der
Leitung werden nach oben abgeführt. Somit wird gewährleistet,
dass auch bei geringen zuzuführenden Mengen an Kühl-Schmier
mittel die konstante und blasenfreie Zufuhr gewährleistet
ist.
Die Erfindung ist zum Trennen verschiedenster Werkstoffe ge
eignet, z. B. für optische Gläser, Kunststoffe und andere.
Claims (17)
1. Vorrichtung zum Trennen von Werkstoffen, insbesondere
von Einkristallen, mit
einer Trennscheibe (2) mit einem konzentrischen Loch dessen Rand (3) einen Schneidrand bildet, wobei die Trennscheibe (2) um ihre zentrale Achse drehbar ist zum Trennen des Werkstof fes (1),
einer Positioniereinrichtung zum Positionieren des zu tren nenden Werkstoffes (1) derart zu der Trennscheibe, dass sich die Trennscheibe beim Trennen rotierend durch den Werkstoff bewegt zum Abtrennen eines Teiles (1a) des Werkstoffes (1), und
einer Einrichtung zum Zuführen von Kühl-Schmiermittel auf die Trennscheibe (2),
gekennzeichnet durch, eine Einrichtung (12) zum Zuführen eines gasförmigen Mediums auf die Trennscheibe.
einer Trennscheibe (2) mit einem konzentrischen Loch dessen Rand (3) einen Schneidrand bildet, wobei die Trennscheibe (2) um ihre zentrale Achse drehbar ist zum Trennen des Werkstof fes (1),
einer Positioniereinrichtung zum Positionieren des zu tren nenden Werkstoffes (1) derart zu der Trennscheibe, dass sich die Trennscheibe beim Trennen rotierend durch den Werkstoff bewegt zum Abtrennen eines Teiles (1a) des Werkstoffes (1), und
einer Einrichtung zum Zuführen von Kühl-Schmiermittel auf die Trennscheibe (2),
gekennzeichnet durch, eine Einrichtung (12) zum Zuführen eines gasförmigen Mediums auf die Trennscheibe.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung (10) zum Zuführen von Kühl-Schmiermittel und
die Einrichtung (12) zum Zuführen eines gasförmigen Mediums
derart angeordnet sind, dass das Kühl-Schmiermittel und das
gasförmige Medium austrittsseitig hinter dem Durchtritt der
Trennscheibe (2) durch den Werkstoff (1) zugeführt werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß austrittsseitig eine Einrichtung (11) zum Zuführen
eines Reinigungsmittels, insbesondere von Kühl-Schmiermittel,
vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die die Einrichtung (12) zum Zuführen
eines gasförmigen Mediums und/oder die Einrichtungen (10, 11)
jeweils eine Düse aufweisen, die so ausgebildet ist, dass das
gasförmige Medium bzw. das Kühl-Schmiermittel auf den Rand
(3) aufgebracht werden.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn
zeichnet durch eine Steuerung, die die Zuführeinrichtung (10)
während des Trennvorgangs derart betätigt, dass nur eine ge
ringe Menge an Kühl-Schmiermittel zugeführt wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn
zeichnet durch eine Steuerung, die die weitere Zuführeinrich
tung (11) zum Zuführen von Reinigungsmittel nach dem Trenn
vorgang derart betätigt, dass eine relativ zur Zufuhr von
Kühl-Schmiermittel während des Trennvorgangs größere Menge an
Reinigungsmittel, insbesondere von Kühl-Schmiermittel, zuge
führt wird.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass in Arbeitsstellung oberhalb der Zuführ
einrichtung (10) ein Vorratsbehälter (30) für Kühl-Schmier
mittel vorgesehen ist, der mit der Zuführeinrichtung über
eine Leitung (31) verbunden ist, wobei die Zufuhr unter Ein
fluß der Gravitation erfolgt.
8. Verfahren zum Trennen von Werkstoffen, insbesondere zum
Innenlochtrennen von Einkristallen, wobei der Werkstoff (1)
mittels einer beim Trennvorgang rotierend in den Werkstoff
eindringenden Trennscheibe(2) getrennt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühl-Schmiermittel in Rota
tionsrichtung gesehen nur austrittsseitig hinter dem Durch
tritt der Trennscheibe (2) durch den Werkstoff (1) zugeführt
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Trennscheibe (2) während des Trennvorgangs, gekühlt wird
und nach dem Trennvorgang gereinigt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
beim Kühlen Kühl-Schmiermittel in einer bestimmten Menge zugeführt
wird und beim Reinigen Kühl-Schmiermittel in einer
relativ dazu größeren Menge zugeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Trennscheibe (2) ein gasförmiges Me
dium, insbesondere Druckluft, zugeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
das gasförmige Medium in Rotationsrichtung der Trennscheibe
nach dem Austritt der Trennscheibe aus dem Werkstoff zuge
führt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch ge
kennzeichnet, dass ein Kühl-Schmiermittel mit einem Zusatz
verwendet wird, der die Oberflächenspannung erhöht.
14. Vorrichtung zum Trennen von Werkstoffen, insbesondere
von Einkristallen, mit
einer Trennscheibe (2) mit einem konzentrischen Loch dessen Rand (3) einen Schneidrand bildet, wobei die Trennscheibe (2) um ihre zentrale Achse drehbar ist zum Trennen des Werkstof fes (1),
einer Positioniereinrichtung zum Positionieren des zu tren nenden Werkstoffes (1) derart relativ zu der Trennscheibe, dass sich die Trennscheibe beim Trennen rotierend durch den Werkstoff bewegt zum Abtrennen eines Teiles (1a) des Werk stoffes (1),
einer Einrichtung (10) zum Zuführen von Kühl-Schmiermittel auf die Trennscheibe (2),
einer Einrichtung (11) zum Zuführen von Reinigungsmittel auf die Trennscheibe (2), wobei eine Steuerung vorgesehen ist, die die Einrichtung (10) und die Einrichtung (11) derart steuert, daß Kühl-Schmiermittel während des Trennvorgangs zu geführt und Reinigungsmittel nach dem Trennvorgang zugeführt wird.
einer Trennscheibe (2) mit einem konzentrischen Loch dessen Rand (3) einen Schneidrand bildet, wobei die Trennscheibe (2) um ihre zentrale Achse drehbar ist zum Trennen des Werkstof fes (1),
einer Positioniereinrichtung zum Positionieren des zu tren nenden Werkstoffes (1) derart relativ zu der Trennscheibe, dass sich die Trennscheibe beim Trennen rotierend durch den Werkstoff bewegt zum Abtrennen eines Teiles (1a) des Werk stoffes (1),
einer Einrichtung (10) zum Zuführen von Kühl-Schmiermittel auf die Trennscheibe (2),
einer Einrichtung (11) zum Zuführen von Reinigungsmittel auf die Trennscheibe (2), wobei eine Steuerung vorgesehen ist, die die Einrichtung (10) und die Einrichtung (11) derart steuert, daß Kühl-Schmiermittel während des Trennvorgangs zu geführt und Reinigungsmittel nach dem Trennvorgang zugeführt wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Steuerung so aus
gebildet ist, daß das Kühlschmiermittel mit einem geringen
Volumenstrom zugeführt wird und das Reinigungsmittel mit
einem relativ dazu größeren Volumenstrom zugeführt wird.
16. Verfahren zum Trennen von Werkstoffen, insbesondere zum
Innenlochtrennen von Einkristallen, wobei der Werkstoff (1)
mittels einer beim Trennvorgang rotierend in den Werkstoff
eindringenden Trennscheibe(2) getrennt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühl-Schmiermittel während
des Trennvorgangs zugeführt wird und ein Reinigungsmittel
nach dem Trennvorgang zugeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
das Kühlschmiermittel mit einem geringen Volumenstrom zuge
führt wird und das Reinigungsmittel mit einem relativ dazu
größeren Volumenstrom zugeführt wird.
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