DE10139962C1

DE10139962C1 - Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem sprödharten Werkstück und Drahtsäge zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10139962C1
Application number: DE10139962A
Authority: DE
Inventors: Karl Egglhuber; Joerg Lukschandel
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2001-08-14
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2021-08-15
Also published as: CN1401467A; KR20030015129A; TW557242B; US6640796B2; JP2003117799A; US20030034022A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem sprödharten Werkstück, bei dem das Werkstück einer Vorschubbewegung unterworfen und gegen Drähte eines Drahtgatters einer Drahtsäge gedrückt wird, wobei die Drähte unter einer bestimmten Drahtspannung stehen und das Werkstück in einer Schneidtiefe entlang einer Schneidkontur berühren. Die Drähte werden bei im wesentlichen unverändert beibehaltener Drahtspannung mit Hilfe von Rollen eines Rollensystems mehrmals von der Schneidkontur angehoben, indem an mindestens einer Stelle von mindestens zwei das Werkstück flankenden Stellen das Drahtgatter vor- und zurückbewegt wird. Gegenstand der Erfindung ist auch eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Drahtsäge.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem sprödharten Werkstück und eine dafür geeignete Drahtsäge. Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Abtrennen von Halbleiterscheiben von einem Kristall, beispielsweise von einem Einkristall aus Silicium.

Derartige Scheiben müssen besonders ebene und parallel zueinander liegende Seiten besitzen, um als Grundmaterial zur Herstellung von elektronischen Bauelementen ver wendet werden zu können. Es wird daher ein enormer Aufwand betrieben, um den An forderungen gerecht zu werden. Und es besteht ein lebhaftes Interesse daran, bereits beim Abtrennen der Scheiben dem Ziel so nahe wie möglich zu kommen, weil sich dann nachfolgende Arbeitsschritte zur Verbesserung der Geometrie wie Läppen oder Polieren einfacher gestalten oder sogar einsparen lassen.

Die Seiten von Halbleiterscheiben, die mit Hilfe einer üblichen Drahtsäge erzeugt wur den, zeigen bei näherer Untersuchung eine Riefen und Wellen aufweisende Oberflä chenstruktur. Diese Unebenheiten müssen in nachfolgenden Bearbeitungsschritten be seitigt werden, wofür ein vergleichsweise hoher Materialabtrag und damit Zeitaufwand erforderlich ist.

In der EP 385679 A1 ist ein aufwendiges Verfahren beschrieben, bei dem die Genauig keit des Schnittverlaufs gesteigert wird, indem das Drahtgatter gegen die Laufrichtung der Drähte aus der horizontalen Ebene geschwenkt wird.

Die EP 953416 A2 offenbart ein Verfahren, bei dem das Werkstück in eine Richtung parallel zum Drahtgatter hin- und herbewegt wird.

Die DE 37 16 943 A1 betrifft ein Verfahren mit rotierendem Werkstück, bei dem Druckein richtungen eingesetzt werden, die vor und hinter dem Werkstück angeordnet sind und auf die Drähte in Richtung auf das Werkstück eine Druckeinwirkung hervorrufen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein einfach durchzuführendes Verfahren anzugeben, bei dem Scheiben entstehen, die weniger Materialabtrag in nachfolgenden Bearbeitungsschritten erfordern.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem sprödharten Werkstück, bei dem das Werkstück einer Vorschubbewegung unterworfen und gegen Drähte eines Drahtgatters einer Drahtsäge gedrückt wird, wobei die Drähte unter einer bestimmten Drahtspannung stehen und das Werkstück in einer Schneidtiefe entlang einer Schneidkontur berühren, und die Drähte bei im wesentlichen unverändert beibehaltener Drahtspannung mit Hilfe von Rollen eines Rollensystems wiederholt von der Schneidkontur angehoben werden, indem an mindestens einer Stelle von mindes tens zwei das Werkstück flankierenden Stellen das Drahtgatter vor- und zurück bewegt wird.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Drahtsäge mit den Merkmalen gemäß An spruch 12.

Die Schneidkontur entsteht beim Eingriff der Drähte in das Werkstück und ist so lang wie die Eingriffslänge (Kontaktlänge) eines Drahtes. Sie ist bogenförmig ausgebildet, weil die Drähte durch den Druck des Werkstücks etwas nachgeben. Die Schneidtiefe ist die maximale Tiefe des beim Eindringen der Drähte in das Werkstück entstehenden Schneidspalts. Im Gegensatz zu einem üblichen Drahtsäge-Verfahren, bei dem die Drähte mit der Schneidkontur mit maximaler Eingriffslänge in Kontakt bleiben, werden die Drähte mit Hilfe eines Rollensystems wiederholt, vorzugsweise in periodischen Ab ständen, um einen Winkel α von der Schneidkontur angehoben. Dabei wandern sie durch den Schneidspalt und reduzieren im Zusammenwirken mit einer Sägesuspension oder mit an den Drähten gebundenem Schneidkorn Wellen und Riefen an den Seiten flächen des Schneidspalts.

Die Fig. 1a) bis 1d), 2 und 3 dienen der näheren Erläuterung der Erfindung. Fig. 1a) zeigt die Anordnung des Rollensystems über dem Drahtgatter; in den Fig. 1b) und 1c) sind die Bewegungen der Rollen gemäß eines bevorzugten Ablaufschemas dargestellt; Fig. 1d) zeigt bevorzugte Merkmale einer beanspruchten Drahtsäge. In Fig. 2 sind die Bewegungen des Werkstücks und der Rollen in Abhängigkeit zur Schneidzeit aufgetragen. Die Amplituden der oszillierenden Bewegungen sind nicht maßstabsgerecht gezeichnet. Fig. 3 zeigt weitere Ausführungsformen einer zur Durch führung des Verfahrens geeigneten Drahtsäge.

Erfindungsgemäß wird mindestens eine Rolle 3 des Rollensystems senkrecht oder schräg gegen das Drahtgatter 1 gedrückt und wieder in die Ausgangslage zurückbewegt (Fig. 1a)). Diese Bewegung ist mit einer gleichzeitig erfolgenden Bewegung entweder des Werkstücks 2 oder der zweiten Rolle gekoppelt, damit die vorgesehene Drahtspannung im wesentlichen unverändert bleibt. Die mit der Rollenbewegung gekoppelte Bewegung des Werkstücks ist der Vorschubbewegung des Werkstücks überlagert (Fig. 2, oberes Diagramm, durchgezogene Linie). Das Anheben der Drähte von der Schneidkontur um einen Winkel α ist abhängig vom Hub der Rollen beim Bewegen der Rollen. Die dem Hub entspre chende Amplitude der Bewegung der Rollen muß nicht konstant beibehalten werden. Es ist vielmehr bevorzugt, sie in Abhängig keit der erreichten Schneidtiefe zu verändern. Besonders bevor zugt ist es, bei geringer Schneidtiefe eine geringe Amplitude zu wählen, diese dann bis zu einer mittleren Schneidtiefe zu steigern und sie schließlich wieder zu verringern (Fig. 2, unteres Diagramm), oder die gekoppelten Bewegungen bereits vor dem Erreichen der maximalen Schneidtiefe, die beim vollständigen Abtrennen der Scheiben erreicht ist, zu beenden. Die Geschwindigkeit der Vorschubbewegung kann ebenfalls in Abhängigkeit der Schneidtiefe verändert werden (Fig. 2, oberes Diagramm, gestrichelte Linie). Ferner kann auch die Geschwin digkeit der Bewegung der Rollen in Abhängigkeit der Vorschub bewegung verändert werden. Zweckmäßigerweise werden sämtliche Bewegungen von einem Rechnerprogramm gesteuert, das auf vor gegebene Parameter zurückgreift.

Gemäß einer in den Fig. 1b) und 1c) gezeigten Vorgehensweise werden beide Rollen gleichzeitig gegen das Drahtgatter und zu rück bewegt, und diese Bewegung wird mit einer Bewegung des Werkstücks gekoppelt, die vom Drahtgatter weg und zum Draht gatter hin gerichtet ist. Die Rollen werden senkrecht oder schräg zum Drahtgatter bewegt. Durch den Druck der Rollen auf das Drahtgatter bleibt die Drahtspannung erhalten, die beim Rückzug des Werkstücks ansonsten verringert werden würde. An schließend erfolgt eine Bewegungsumkehr, bei der die Rollen und das Werkstück gleichzeitig in ihre Ausgangslagen zurückbewegt werden.

Gemäß einer anderen Vorgehensweise wird nur eine der Rollen gegen das Drahtgatter und zurück bewegt und diese Bewegung mit einer Bewegung des Werkstücks gekoppelt, die vom Drahtgatter weg und zum Drahtgatter hin gerichtet ist. Durch den Druck der Rolle auf das Drahtgatter bleibt die Drahtspannung erhalten, die beim Rückzug des Werkstücks ansonsten verringert werden würde. Anschließend erfolgt eine Bewegungsumkehr, bei der die Rolle und das Werkstück gleichzeitig in ihre Ausgangslagen zurückbewegt werden. In einem folgenden Zyklus kann erneut diese Rolle oder die andere Rolle gegen das Drahtgatter bewegt werden, wobei diese Bewegung mit einer Bewegung des Werkstücks gekoppelt ist, die vom Drahtgatter weg gerichtet ist.

Gemäß einer dritten Vorgehensweise werden beide Rollen gegen das Drahtgatter und zurück bewegt, wobei die Bewegungen gleich zeitig erfolgen, aber im Hinblick auf das Drahtgatter entgegen gesetzt gerichtet sind. Vor diesen Bewegungen drücken zunächst beide Rollen auf das Drahtgatter und spannen dabei die Drähte. Durch den zusätzlichen Druck, den die eine Rolle beim Bewegen gegen das Drahtgatter ausübt, bleibt die Drahtspannung erhal ten, die beim Rückzug der anderen Rolle vom Drahtgatter anson sten verringert werden würde. Anschließend erfolgt eine Bewe gungsumkehr, bei der die eine Rolle in dem Maß vom Drahtgatter weg bewegt wird, in dem die andere Rolle zum Drahtgatter hin bewegt wird.

Die Rollen 3 werden vorzugsweise mit Führungsrillen 4 für die Drähte versehen (Fig. 1d)) und übernehmen mit der Drahtführung eine Aufgabe, die üblicherweise den Drahtführungsrollen zufällt, die das Drahtgatter aufspannen und die Drähte axial antreiben. Es ist möglich, eine üblicherweise periodisch erfolgende Umkehr der axialen Laufrichtung der Drähte in Abhängigkeit der beschriebenen gekoppelten Bewegung, der üblichen Vorschubbewegung und der erreichten Schneidtiefe zu vollziehen. Zur Verbesserung der Drahtführung ist es von Vorteil, die axiale Position der Rollen und ihre Temperatur zu kontrollieren. Besonders bevorzugt ist eine Regelung 5 der axialen Position der Rollen, die sich an der Position des Werkstücks orientiert, und eine Regelung 6 der Temperatur der Rollen in Abhängigkeit der Temperatur des Werkstücks.

Zur Verbesserung der Geometrie der erzeugten Scheiben wird ferner vorgeschlagen, jede Rolle des Rollensystems mit einem Schwingungserreger 7 zu versehen, der die Drähte zu trans versalen Schwingungen anregt. Der Schwingungserreger kann entsprechend der Darstellung in Fig. 1d) in der Rolle integriert sein. Er kann aber auch räumlich getrennt von der Rolle angeordnet werden und die Rolle über deren Achse in Schwingungen versetzen. Die Frequenzen und Amplituden der Schwingungen können in Abhängigkeit der Vorschubbewegung ver ändert werden. Die Drahtschwingungen fördern den Transport von Material im Schneidspalt und tragen daher ebenfalls zu einer Glättung der geschnittenen Flächen und zu einer Reduzierung des Schnittverlustes bei.

Die Rollen können beispielsweise mit Hilfe eines Aktuators 8 bewegt werden (Fig. 3). Sie sind über dem Drahtgatter oder gemäß der Alternativen 1 und 2 von Fig. 3 auch unter dem Drahtgatter oder als Rollenpaare angeordnet. Eine Rolle eines Rollenpaares liegt dabei über dem Drahtgatter, die andere Rolle des Rollenpaares unter dem Drahtgatter.

Claims

1. Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem sprödharten Werkstück, bei dem das Werkstück einer Vorschubbewegung unterworfen und gegen Drähte eines Drahtgat ters einer Drahtsäge gedrückt wird, wobei die Drähte unter einer bestimmten Drahtspan nung stehen und das Werkstück in einer Schneidtiefe entlang einer Schneidkontur be rühren, und die Drähte bei im wesentlichen unverändert beibehaltener Drahtspannung mit Hilfe von Rollen eines Rollensystems wiederholt von der Schneidkontur angehoben werden, indem an mindestens einer Stelle von mindestens zwei das Werkstück flankie renden Stellen das Drahtgatter vor- und zurück bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen gleichzeitig gegen das Drahtgatter und zurück bewegt werden, und diese Bewegung mit einer Bewegung des Werkstücks gekoppelt wird, die vom Drahtgatter weg und zum Drahtgatter hin gerichtet ist und der Bewegung des Vorschubs überlagert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen gegen das Drahtgatter und zurück bewegt werden, wobei die Bewegungen gleichzeitig erfolgen und gegensätzlich gerichtet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Rollen gegen das Drahtgatter und zurück bewegt wird, und diese Bewegung mit einer Bewegung des Werkstücks gekoppelt ist, die vom Drahtgatter weg und zum Drahtgatter hin gerichtet ist und der Bewegung des Vorschubs überlagert ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Rolle mit einer Amplitude bewegt wird, und die Amplitude der Bewegung in Abhängigkeit der Schneidtiefe verändert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Rolle mit einer Frequenz bewegt wird, und die Frequenz der Bewegung in Abhängigkeit der Schneidtiefe verändert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte mit wechselnder Laufrichtung axial bewegt werden, und der Laufrichtungswechsel in Abhängig keit der Bewegung des Werkstücks, der Bewegung der mindestens einen Rolle und in Abhängigkeit der Schneidtiefe erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen der mindestens einen Rolle und des Werkstücks mit Hilfe eines Rechnerprogramms gesteuert werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Drähte mit Hilfe der mindestens einen Rolle zu Schwingungen angeregt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Temperatur der mindestens einen Rolle in Abhängigkeit der Temperatur des Werkstücks geregelt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine axiale Lage der mindestens einen Rolle in Abhängigkeit einer Lage des Werkstücks geregelt wird.

12. Drahtsäge zum Abtrennen von Scheiben von einem sprödharten Werkstück, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 11, wo bei das Werkstück mittels einer Vorschubeinrichtung gegen die Drähte des Drahtgatters der Drahtsäge drückbar ist und Mittel zum wiederholten Anheben der Drähte von der Schneidkontur bei einer im wesentlichen unverändert beibehaltenen Drahtspannung vorgesehen sind, wobei diese Mittel von einem Rollensystem gebildet sind, das min destens zwei bewegbare Rollen umfasst, die das Werkstück flankieren und wobei min destens eine Rolle gegen das Drahtgatter und zurück bewegbar ist.

13. Drahtsäge nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen über dem Drahtgatter angeordnet sind.

14. Drahtsäge nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen unter dem Drahtgatter angeordnet sind.

15. Drahtsäge nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen als Rollenpaare zu beiden Seiten des Drahtgatters ange ordnet sind.

16. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch Schwingungserreger, die in den Rollen untergebracht sind.

17. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekenn zeichnet durch Schwingungserreger, die von den Rollen räumlich getrennt positioniert sind und die Rollen über deren Achsen in Schwingungen versetzen.

18. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 12 bis 17, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung zum Regeln der Temperatur und der axialen Lage der Rollen in Abhängigkeit der Temperatur und der Lage des Werkstücks.

19. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Rillen zum Führen der Drähte auf der Oberfläche der Rollen vorgesehen sind.