EP0432637B1 - Vorrichtung zum Nachschärfen der Schneidkante von Trennwerkzeugen beim Abtrennen von Scheiben von stab- oder blockförmigen Werkstücken, insbesondere aus Halbleitermaterial, ihre Verwendung und Sägeverfahren - Google Patents

Vorrichtung zum Nachschärfen der Schneidkante von Trennwerkzeugen beim Abtrennen von Scheiben von stab- oder blockförmigen Werkstücken, insbesondere aus Halbleitermaterial, ihre Verwendung und Sägeverfahren Download PDF

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EP0432637B1
EP0432637B1 EP90123400A EP90123400A EP0432637B1 EP 0432637 B1 EP0432637 B1 EP 0432637B1 EP 90123400 A EP90123400 A EP 90123400A EP 90123400 A EP90123400 A EP 90123400A EP 0432637 B1 EP0432637 B1 EP 0432637B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sharpening
cutting edge
cutting
stones
semiconductor material
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP90123400A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0432637A1 (de
Inventor
Helmut Dipl.-Ing. Seeburger
Peter Lehfeld
Wolf-Rüdiger Dipl.-Ing. Kurtze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siltronic AG
Original Assignee
Wacker Siltronic AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Siltronic AG filed Critical Wacker Siltronic AG
Publication of EP0432637A1 publication Critical patent/EP0432637A1/de
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Publication of EP0432637B1 publication Critical patent/EP0432637B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/02—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by rotary tools, e.g. drills
    • B28D5/022—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by rotary tools, e.g. drills by cutting with discs or wheels
    • B28D5/028—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by rotary tools, e.g. drills by cutting with discs or wheels with a ring blade having an inside cutting edge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for resharpening the cutting edge of cutting tools when cutting disks from rod-shaped or block-shaped workpieces, in particular made of semiconductor material, the cutting edge of the cutting tool being subjected to sharp interventions during the cutting process.
  • the geometric quality of the disks separated from the bars or blocks, the thickness of which is generally in the range from about 100 to 1000 ⁇ m, can be assessed, for example, by measuring a parameter known in technical terms as "warp". This is the difference between the maximum and the minimum distances of the middle pane surface from a reference plane.
  • the "warp" of a pane can be determined, for example, in accordance with ASTM standard F 657-80.
  • the warp of the disks obtained can be improved in that during the cutting process the cutting edge of the cutting tool causing the material removal, generally an internal hole saw or external cutting saw blade, is re-sharpened in the event of a deviation from the desired cutting course .
  • the entire cutting edge is not reground, but mainly the side surface of the cutting edge that is closer to the nominal cutting line.
  • a device is also specified by means of which the sharpening process can be carried out.
  • the cutting edge passes through an incision in a working head, in which a belt which is guided over a roller system and whose inclination is adjustable and coated with abrasive grains can, if required, be applied to the side surface of the cutting edge to be treated in each case.
  • this device is complicated and prone to failure.
  • the object of the invention was therefore to provide a sharpening device which is simpler and more reliable than the prior art, and a suitable sharpening method.
  • a device which is characterized by a sharpening system movable laterally to the saw blade, consisting of two elongated sharpening stones facing the cutting edge, which can only be moved translationally and have two opposing work surfaces on the end face, with the Sharpening has at least one of the working surfaces in contact with the surface of the cutting edge facing it.
  • the object is further achieved by a method according to the preamble of claim 7, which is characterized in that at least one working surface of a sharpening system, consisting of two elongated sharpening stones facing the cutting edge, which can only be moved in translation and have two mutually opposite working surfaces on the end face, is brought into contact with the surface of the cutting edge facing it by a lifting or lowering movement.
  • a sharpening system consisting of two elongated sharpening stones facing the cutting edge, which can only be moved in translation and have two mutually opposite working surfaces on the end face
  • a sharpening system which consists of two sharpening stones arranged offset from one another, the end faces of which are located on both sides of the cutting edge, the working surfaces each facing the cutting edge surface to be sharpened.
  • the figure shows the saw blade 1 of an internal hole saw, which is clamped on its outer circumference, not shown here, in a rotating clamping frame, while the inner circumference carries the cutting edge 2, which causes the material removal during the cutting process.
  • this has a teardrop-shaped cross section and consists of a metal matrix, for example a nickel coating with cutting grains of hard material such as diamond or boron nitride embedded therein.
  • a metal matrix for example a nickel coating with cutting grains of hard material such as diamond or boron nitride embedded therein.
  • those with vertical, vertical saw blade are also used, the invention being equally suitable for both arrangements.
  • both sharpening stones 3 and 4 are directed towards the cutting edge and protrude slightly beyond the inner edge thereof.
  • both sharpening stones are preferably directed as radially as possible onto the cutting edge and are advantageously arranged essentially parallel to one another.
  • an exactly or approximately parallel arrangement is not mandatory; Deviations of up to approximately + 10 ° from the exact orientation have proven to be tolerable. Instead of such a parallel arrangement, angled, for example crossed or converging arrangements are also possible, the angles being able to be up to approximately 120 °. In particular for reasons of space, it can also be expedient to have the sharpening stones deviate from the exact or substantially radial orientation by up to approximately 60 °.
  • both sharpening stones can be moved together, i.e. in particular can be raised or lowered together.
  • Such a coupled movement can be implemented with the least outlay in terms of apparatus and thus allows effective sharpening operations on both side surfaces of the cutting edge in a simple manner.
  • both sharpening stones can be moved independently of one another.
  • Sharpening stones in the form of round or, in particular, square rods are particularly suitable, advantageously with a square cross section. They are expediently dimensioned such that their contact distance with the cutting edge is approximately 3 to 10 mm, advantageously approximately 4 to 6 mm, during the sharpening operation.
  • the length of unused sharpening stones is typically about 10 to 15 cm; at progressive use, they can be worn down to the rest necessary for the attachment.
  • Sharpening stones of similar dimensions and shape are advantageously used in order to keep the differences between the sharpening operations acting on the respective cutting edge side small.
  • sharpening stones the materials customary in sharpening technology come into question, as are also used, for example, in the so-called "honing stones".
  • Suitable materials are e.g. Aluminum oxide or silicon carbide, which are used, for example, in solid form or can preferably be incorporated as abrasive particles in a carrier material based on ceramic or plastic.
  • both sharpening stones are advantageously selected from the same material.
  • the sharpening stones are fastened in the sharpening stone receptacles 5 and 6, for example by clamping, jamming, gluing or screwing. These ensure the precise alignment of the sharpening stones with respect to the cutting edge, which is as free of play as possible, and are connected, for example via the connecting webs 7 and 8, to a guide system (not shown for reasons of clarity), with the aid of which mutually coupled lifting and lowering movements of the receptacles 5 and 6 and so that the sharpening stones can be executed. Due to the coupled raising or lowering of the sharpening stones, the working surfaces incorporated into the end faces 9 of the sharpening stones can each be brought laterally to a side surface of the cutting edge and alternatively brought into contact with it.
  • a guide unit in the radial direction is also advantageously provided in the guide system in order to To be able to move sharpening stones towards or away from the cutting edge. This facilitates both the replacement of the sharpening stones and, in particular, the tracking when the working surface of a sharpening stone is used up. At the same time, the depth of engagement of the cutting edge in the end face of the sharpening stones and thus also the intensity of the sharpening process can be controlled.
  • the exact guidance of the lifting and lowering, and possibly also the back and forth movement can be ensured by suitable guide elements, for example by correspondingly arranged guide cylinders, guide rails or corresponding gears.
  • the movement can basically, e.g. with the help of set screws, carried out by hand, but also with the help of inexpensive computer-controlled stepper motors.
  • the entire sharpening system is expediently attached to the device frame at a suitable position, from which the sharpening stones can be brought into their working position in the inner hole and, if necessary, in contact with the cutting edge without separating the disks from the rod or block and removing them can.
  • it has proven useful to attach it to the protective cover of the saw blade that is present in most devices.
  • the deviation, which the saw blade has with respect to the desired cutting line is detected in the known manner while it is working through the workpiece in order to separate the desired disk.
  • Magnetic or eddy current sensors can be used for this purpose, with the aid of which the position of the saw blade can be tracked during sawing with a resolution of approximately 1 ⁇ m through the resulting disk.
  • the cutting force and / or the structure-borne noise occurring during the sawing process are also monitored in order to obtain further information about the cutting process and also the effect of sharpening operations.
  • the side of the cutting edge is subjected to a sharpening operation that faces the target cutting line is.
  • the sharpening system is raised or lowered so that the working surface of the sharpening stone adjacent to the side surface to be sharpened in each case is brought into contact with the latter.
  • the position of the sharpening stone can be changed step by step, so that a certain amount of the sharpening stone is removed step by step during sharpening until the cutting edge can rotate freely again.
  • the cutting edge works with the side surface in contact with the sharpening stone in each case by an amount determined by the increase or decrease this one, so that ultimately a step-shaped surface corresponding to the negative profile of the cutting edge traverses across the end face of the sharpening stone.
  • the depth of engagement of the cutting edge in the sharpening stone is typically between 0.01 and 2 mm, advantageously 0.05 to 0.2 mm; it is advantageously set so that the cutting edge can come into contact with the sharpening stone at least from its apex surface to its maximum cross-section during the sharpening process. This depth of engagement can be set, for example, with the aid of the guide elements which permit a radial displacement of the sharpening stones.
  • the radial feed path required for a certain sharpening effect can be estimated, for example, by measuring the cutting force.
  • the device according to the invention can be used advantageously with internal hole saws and is particularly suitable for those sawing processes in which the sharpening takes place during the actual sawing process, in which the disk is separated from the rod or block.
  • This is a clear advantage over the methods in which the sharpening operations only take place with the saw blade rotating freely, and the success or failure of the operation can only be checked on the basis of the following sawn disks, so that reject disks are necessary.
  • the device has proven itself for internal hole sawing of workpieces requiring a large depth of engagement of the saw blade, in particular in the internal hole sawing of panes made of single-crystal rods, for example made of silicon, with large diameters from at least about 100 mm, in particular from about 150 mm.
  • the device can also be used for external cutting saws, the cutting edge of which is therefore on the outer circumference of the saw blade.
  • a commercially available arrangement for internal hole sawing of silicon rods was made on the protective cover surrounding the rotating inner hole saw blade (outer diameter approx. 86 cm, inner hole diameter approx. 30.5 cm, cutting edge nickel-coated with embedded diamond grains) with a sharpening device designed analogously to the figure using a hand-held sharpening device
  • the saw blade level is equipped with an axially aligned guide cylinder that can be raised and lowered by means of a set screw.
  • the two sharpening stone holders were inserted into the inner hole of the horizontal saw blade via the two connecting bars.
  • An approx. 10 cm long sharpening stone with a square cross-section edge length approx.
  • the upper and the lower sharpening stone were brought into contact with the freely rotating cutting edge by briefly raising or lowering the lifting unit, whereby the depth of engagement was approx. 0.2 mm in each case.
  • the device was now ready for operation.
  • the actual sawing process could be started, in which a silicon rod (diameter approx. 150 mm) was successively sawn into slices approx. 0.8 mm thick.
  • the eddy current sensor was used to monitor the movement of the saw blade through the workpiece, with a deviation of approx. + 10 ⁇ m from the nominal cut being considered tolerable.
  • the side surface of the cutting edge facing the nominal cutting line was brought into contact with the corresponding working surface of a sharpening stone by raising or lowering the sharpening device while the sawing process continued unchanged. The contact was maintained, possibly also by continuous tracking, until the measuring sensor indicated that the saw blade was beginning to move back towards the target cutting line.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Nachschärfen der Schneidkante von Trennwerkzeugen beim Abtrennen von Scheiben von stab- oder blockförmigen Werkstücken, insbesondere aus Halbleitermaterial, wobei die Schneidkante des Trennwerkzeuges während des Abtrennvorganges Schärfeingriffen unterworfen wird.
  • Beim Innenlochsägen von Stäben, insbesondere aus Halbleitermaterial wie Silicium, Germanium, Galliumarsenid oder Indiumphosphid, oder oxidischem Material wie Quarz, Rubin, Spinell oder Granat, beispielsweise Gallium-Gadolinium-Granat, wird eine hohe geometrische Qualität der abgetrennten Scheiben gefordert. Dies gilt in besonderem Maße für Siliciumscheiben mit Durchmessern von mindestens etwa 10 cm Durchmesser, die als Grundmaterial für die Herstellung hochintegrierter elektronischer Bauelemente eingesetzt werden. Hier geht die ständige Steigerung der Packungsdichte einher mit deutlich engeren Toleranzen im Hinblick auf die Scheibengeometrie, die wesentlich durch die Präzision beim Trennvorgang bestimmt wird.
  • Die geometrische Qualität der von den Stäben oder Blöcken abgetrennten Scheiben, deren Dicke im allgemeinen im Bereich von etwa 100 bis 1000 µm liegt, kann beispielsweise durch Messung einer in der Fachsprache als "warp" bezeichneten Kenngröße beurteilt werden. Darunter wird die Differenz zwischen den maximalen und den minimalen Entfernungen der mittleren Scheibenoberfläche von einer Referenzebene verstanden. Der "warp" einer Scheibe kann beispielsweise nach der ASTM-Norm F 657-80 festgestellt werden.
  • Aus der EP-A-196 642 ist bekannt, daß der warp der erhaltenen Scheiben dadurch verbessert werden kann, daß während des Trennvorganges die den Materialabtrag bewirkende Schneidkante des Trennwerkzeuges, in der Regel also eines Innenlochsäge- oder Außentrennsägeblattes, bei Abweichung vom Sollschnittverlauf nachgeschärft wird. Dabei wird nicht die gesamte Schneidkante nachgeschliffen, sondern hauptsächlich jeweils diejenige Seitenfläche der Schneidkante, die näher an der Sollschnittlinie liegt.
  • In dieser Druckschrift ist auch eine Vorrichtung angegeben, mittels derer der Schärfvorgang durchgeführt werden kann. Die Schneidkante durchläuft dabei während des Trennvorganges einen Einschnitt in einem Arbeitskopf, in dem ein über ein Rollensystem geführtes, in seiner Neigung verstellbares, mit Schleifkörnern belegtes Band bei Bedarf an die jeweils zu behandelnde Seitenfläche der Schneidkante angelegt werden kann. Diese Vorrichtung ist jedoch kompliziert und störungsanfällig.
  • In der europäischen Patentanmeldung EP-329 087 A1, die die Grundlage für die Oberbegriffe der Ansprüche bildet, wird ein Verfahren beschrieben, mit dem die Schneidkante eines Sägeblattes entsprechend ihrer Vorbeanspruchung bereichsweise nachgeschärft werden kann. Eine Ausführungsform einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung verwendet längliche, rotierende Schärfstifte, wobei beim Nachschärfen der Schneidkante der Drehsinn der Schärfstifte den Bereich, der nachgeschärft wird, mitbestimmt. Auch diese Vorrichtung ist in ihrer Handhabung kompliziert.
  • Die Aufgabe der Erfindung bestand deshalb darin, eine dem Stand der Technik gegenüber einfachere und zuverlässigere Schärfvorrichtung sowie ein geeignetes Schärfverfahren anzugeben.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, welche gekennzeichnet ist durch ein lateral zum Sägeblatt bewegliches Schärfsystem, bestehend aus zwei der Schneidkante zugewandten, länglichen Schärfsteinen, die ausschließlich translatorisch bewegbar sind und stirnseitig zwei einander gegenüberliegende Arbeitsflächen besitzen, wobei beim Schärfen mindestens eine der Arbeitsflächen mit der ihr zugewandten Oberfläche der Schneidkante Kontakt hat.
  • Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens eine Arbeitsfläche eines Schärfsystems, bestehend aus zwei der Schneidkante zugewandten, länglichen Schärfsteinen, die ausschließlich translatorisch bewegbar sind und stirnseitig zwei einander gegenüberliegende Arbeitsflächen besitzen, mit der ihr zugewandten Oberfläche der Schneidkante durch eine Hub- oder Senkbewegung in Kontakt gebracht wird.
  • Vorteilhaft wird ein Schärfsystem vorgesehen, welches aus zwei versetzt zueinander angeordneten Schärfsteinen besteht, deren Stirnseiten sich beidseits der Schneidkante befinden, wobei die Arbeitsflächen jeweils der zu schärfenden Schneidkantenoberfläche zugewandt sind.
  • In der Figur ist schematisch eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schärfeinheit dargestellt.
  • Die Figur zeigt das Sägeblatt 1 einer Innenlochsäge, welches an seinem hier nicht dargestellten Außenumfang in einen rotierenden Spannrahmen eingespannt ist, während der Innenumfang die beim Trennvorgang den Materialabtrag bewirkende Schneidkante 2 trägt. In der Regel besitzt diese, wie in der Figur angedeutet, tropfenförmigen Querschnitt und besteht aus einer Metallmatrix, z.B. einer Nickelauflage mit darin eingebetteten Schneidkörnern aus hartem Material wie etwa Diamant oder Bornitrid. Neben der hier dargestellten Innenlochsäge mit liegendem, horizontalem Sägeblatt werden auch solche mit stehendem, vertikalem Sägeblatt eingesetzt, wobei die Erfindung für beide Anordnungen gleichermaßen geeignet ist.
  • Ober- und unterhalb der Sägeblattebene und versetzt zueinander befinden sich die beiden Schärfsteine 3 und 4, die beide auf die Schneidkante gerichtet sind und geringfügig über deren Innenrand hinausragen. Gemäß der dargestellten möglichen Ausführungsform der Vorrichtung sind beide Schärfsteine bevorzugt möglichst radial auf die Schneidkante gerichtet und vorteilhaft im wesentlichen parallel zueinander angeordnet.
  • Grundsätzlich ist jedoch eine genau oder annähernd parallele Anordnung nicht zwingend vorgeschrieben; Abweichungen um bis zu etwa + 10° von der exakten Orientierung haben sich als noch tolerierbar erwiesen. Anstelle einer solchen parallelen Anordnung sind auch gewinkelte, beispielsweise gekreuzte oder aufeinander zulaufende Anordnungen möglich, wobei die Winkel bis zu etwa 120° betragen können. Insbesondere aus Platzgründen kann es auch zweckmäßig sein, die Schärfsteine um bis zu etwa 60° von der genau oder im wesentlichen radialen Orientierung abweichen zu lassen.
  • Es hat sich weiterhin als günstig erwiesen, wenn beide Schärfsteine gekoppelt beweglich sind, d.h. insbesondere gemeinsam hochgefahren oder abgesenkt werden können. Eine solche gekoppelte Bewegung kann apparativ mit dem geringsten Aufwand realisiert werden und gestattet somit auf einfache Weise effektive Schärfeingriffe auf beiden Seitenflächen der Schneidkante. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, beide Schärfsteine unabhängig voneinander beweglich vorzusehen.
  • Gut geeignet sind Schärfsteine in der Form von Rund- oder insbesondere Kantstäben, vorteilhaft mit quadratischem Querschnitt. Zweckmäßig sind sie so dimensioniert, daß beim Schärfeingriff ihre Kontaktstrecke mit der Schneidkante etwa 3 bis 10 mm, vorteilhaft etwa 4 bis 6 mm beträgt. Die Länge unbenutzter Schärfsteine ist typisch etwa 10 bis 15 cm; bei fortschreitender Benutzung können sie bis auf den für die Befestigung erforderlichen Rest abgetragen werden. Vorteilhaft werden Schärfsteine möglichst ähnlicher Maße und Form eingesetzt, um die Unterschiede zwischen den auf die jeweilige Schneidkantenseite einwirkenden Schärfoperationen gering zu halten.
  • Für die Schärfsteine kommen die in der Schärftechnik üblichen Materialien in Frage, wie sie beispielsweise auch in den sog. "Abziehsteinen" eingesetzt werden. Geeignete Materialien sind z.B. Aluminiumoxid oder Siliciumcarbid, die beispielsweise in massiver Form zur Anwendung kommen oder bevorzugt als Schleifmittelpartikel in ein Trägermaterial auf Basis von Keramik oder Kunststoff eingebunden sein können. Aus den oben erwähnten Gründen werden vorteilhaft jeweils beide Schärfsteine aus dem gleichen Material ausgewählt.
  • Die Schärfsteine sind in den Schärfsteinaufnahmen 5 und 6 befestigt, beispielsweise durch Einspannen, Verklemmen, Verkleben oder Verschrauben. Diese gewährleisten die genaue und möglichst spielfreie Ausrichtung der Schärfsteine bezüglich der Schneidkante und sind, z.B. über die Verbindungsstege 7 und 8, mit einem aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Führungssystem verbunden, mit dessen Hilfe vorteilhaft aneinander gekoppelte Hub- und Absenkbewegungen der Aufnahmen 5 und 6 und damit der Schärfsteine ausgeführt werden können. Durch das gekoppelte Hochfahren bzw. Absenken der Schärfsteine können die in die Stirnseiten 9 der Schärfsteine eingearbeiteten Arbeitsflächen jeweils lateral an eine Seitenfläche der Schneidkante herangeführt und alternativ mit ihr in Kontakt gebracht werden. Vorteilhaft ist im Führungssystem zusätzlich zu der Hub- und Senkeinheit auch eine Führungseinheit in radialer Richtung vorgesehen, um die Schärfsteine auf die Schneidkante zu bzw. von dieser weg bewegen zu können. Dadurch wird sowohl das Auswechseln der Schärfsteine als auch insbesondere das Nachführen erleichtert, wenn die Arbeitsfläche eines Schärfsteines aufgebraucht ist. Gleichzeitig kann damit die Eingriffstiefe der Schneidkante in die Stirnfläche der Schärfsteine und somit auch die Intensität des Schärfvorganges gesteuert werden.
  • Die exakte Führung der Hub- und Senk- sowie gegebenenfalls auch der Hin- und Herbewegung kann durch geeignete Führungselemente, beispielsweise durch entsprechend angeordnete Führungszylinder, Führungsschienen oder entsprechende Getriebe gewährleistet werden. Die Bewegung kann grundsätzlich, z.B. mit Hilfe von Stellschrauben, von Hand ausgeführt werden, aber auch mit Hilfe von, günstig rechnergesteuerten, Schrittmotoren.
  • Das gesamte Schärfsystem wird zweckmäßig an einer geeigneten Position am Geräterahmen befestigt, von welcher aus die Schärfsteine, ohne das Abtrennen der Scheiben vom Stab oder Block und ihre Entnahme der behindern, in ihre Arbeitsstellung im Innenloch und dort bei Bedarf in Kontakt mit der Schneidkante gebracht werden können. Bewährt hat sich beispielsweise eine Befestigung am bei den meisten Geräten vorhandenen Schutzdeckel des Sägeblattes.
  • Beim eigentlichen Sägevorgang unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in der bekannten Art die Abweichung erfaßt, die das Sägeblatt bezüglich der Sollschnittlinie aufweist, während es sich durch das Werkstück arbeitet, um die gewünschte Scheibe abzutrennen. Dafür kommen beispielsweise Magnet- oder wirbelstromsensoren in Frage, mit deren Hilfe mit einer Auflösung von etwa 1 µm auch durch die entstehende Scheibe hindurch die Position des Sägeblattes während des Sägens verfolgt werden kann. Gegebenenfalls kann zusätzlich auch die Schnittkraft und/oder der auftretende Körperschall während des Sägevorganges überwacht werden, um weitere Aufschlüsse über den Schnittverlauf und auch die Auswirkung von Schärfeingriffen zu gewinnen.
  • Wenn dabei die Auslenkung des Sägeblattes einen vorher festgelegten Toleranzwert überschreitet, der sich im allgemeinen aus der gewünschten geometrischen Qualität des Produktes, also der gesägten Scheiben, ergibt oder in Vorversuchen ermittelt wurde, wird jeweils die Seite der Schneidkante einem Schärfeingriff unterzogen, die der Sollschnittlinie zugewandt ist. Zu diesem Zweck wird das Schärfsystem hochgefahren bzw. abgesenkt, so daß die Arbeitsfläche des jeweils der zu schärfenden Seitenfläche der Schneidkante benachbarten Schärfsteins mit dieser in Kontakt gebracht wird. Dabei kann schrittweise die Position des Schärfsteins verändert werden, so daß beim Schärfeingriff jeweils stufenweise eine bestimmte Menge des Schärfsteins abgetragen wird, bis die Schneidkante wieder frei rotieren kann. Daneben besteht auch die Möglichkeit, insbesondere bei längeren Schärfoperationen, den Schärfstein kontinuierlich gegen die zu schärfende Schneidkantenfläche zu führen. Wenn die Messung zeigt, daß die Abweichung des Sägeblattes die vorgegebenen Toleranzwerte nicht bzw. nicht mehr überschreitet, kann der Schärfeingriff beendet werden. Danach kann der Sägevorgang ohne Schärfen weitergeführt werden, bis die Abweichung des Sägeblattes es erneut erforderlich macht, den oberen oder unteren Schärfstein in Funktion zu bringen. Gegebenenfalls kann es auch erforderlich sein, zusätzliche Schärfeingriffe außerhalb einer Sägeoperation bei frei rotierender Schneidkante durchzuführen.
  • Beim Schärfen arbeitet sich die Schneidkante mit der mit dem Schärfstein in Kontakt befindlichen Seitenfläche jeweils um einen durch die Anhebung oder Senkung bestimmten Betrag in diesen ein, so daß letztlich eine stufenförmige, dem Negativprofil der Schneidkante entsprechende Oberfläche quer über die Stirnfläche des Schärfsteines wandert. Die Eingriffstiefe der Schneidkante in den Schärfstein beträgt typisch zwischen 0.01 und 2 mm, vorteilhaft 0.05 bis 0.2 mm; sie wird vorteilhaft so eingestellt, daß die Schneidkante zumindest von ihrer Scheitelfläche bis zu ihrem Querschnittsmaximum beim Schärfvorgang in Kontakt mit dem Schärfstein kommen kann. Diese Eingriffstiefe kann beispielsweise mit Hilfe der eine radiale Verschiebung der Schärfsteine gestattenden Führungselemente eingestellt werden. Die Abschätzung des für einen bestimmten Schärfeffekt erforderlichen radialen Zustellweges kann beispielsweise über Messungen der Schnittkraft erfolgen.
  • Bei noch unbenutzten Schärfsteinen oder noch nicht beanspruchten Stirnflächen hat es sich als günstig erwiesen, vor dem eigentlichen Sägevorgang die Schärfsteine kurz mit der jeweils zu schärfenden Seitenfläche der Schneidkante und in der jeweils gewählten Eingriffstiefe in Kontakt zu bringen, um dadurch eine entsprechend geformte Arbeitsfläche an der Stirnfläche der Schärfsteine zu erzeugen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich mit Vorteil bei Innenlochsägen verwenden, und eignet sich insbesondere für solche Sägeverfahren, bei denen der Schärfeingriff während des eigentlichen Sägevorganges erfolgt, bei dem die Scheibe vom Stab oder Block abgetrennt wird. Dies ist ein deutlicher Vorteil gegenüber den Verfahren, bei denen die Schärfeingriffe nur bei frei rotierendem Sägeblatt erfolgen, und der Erfolg oder Mißerfolg der Operation erst an Hand der folgenden gesägten Scheiben überprüft werden kann, so daß notwendig Ausschußscheiben anfallen. Bewährt hat sich die Vorrichtung beim Innenlochsägen von eine große Eingriffstiefe des Sägeblattes erfordernden Werkstücken, insbesondere beim Innenlochsägen von Scheiben aus Einkristallstäben, z.B. aus Silicium, mit großen Durchmessern ab mindestens etwa 100 mm, insbesondere ab etwa 150 mm. Neben dem Einsatz bei Innenlochsägen kommt die Vorrichtung auch für Außentrennsägen, deren Schneidkante also am Außenumfang des Sägeblattes liegt, in Frage.
  • Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:
  • Eine handelsübliche Anordnung zum Innenlochsägen von Siliciumstäben wurde an dem das rotierende Innenlochsägeblatt (Außendurchmesser ca. 86 cm, Innenlochdurchmesser ca. 30.5 cm, Schneidkante Nickel-beschichtet mit eingebetteten Diamantkörnern) umgebenden Schutzdeckel mit einer analog der Figur gestalteten Schärfvorrichtung mit einem von Hand über einen zur Sägeblattebene axial ausgerichteten Führungszylinder mittels Stellschraube heb- und senkbaren Schärfsystem bestückt. Über die beiden Verbindungsstege waren dabei die zwei Schärfsteinaufnahmen in das Innenloch des horizontal liegenden Sägeblattes eingeführt. In jede war mittels Schrauben ein ca. 10 cm langer Schärfstein quadratischen Querschnittes (Kantenlänge ca. 6 mm) eingespannt, welcher aus einer keramischen Masse mit eingebetteten Korundschleifkörnern bestand. Beide Schärfsteine waren annähernd parallel zueinander ausgerichtet und wiesen im wesentlichen radial auf die Schneidkante des Sägeblattes. In der Ausgangsposition waren sie um ca. 60 mm gegeneinander versetzt und befanden sich mit ihrem als Arbeitsfläche vorgesehenen Stirnabschnitt jeweils ober- bzw. unterhalb der Schneidkante.
  • Zunächst wurde nun durch kurzzeitiges Anheben bzw. Absenken der Hubeinheit der obere sowie der untere Schärfstein mit der frei rotierenden Schneidkante in Kontakt gebracht, wobei die Eingriffstiefe jeweils ca. 0.2 mm betrug. Damit war die Vorrichtung betriebsbereit.
  • Nun konnte der eigentliche Sägevorgang begonnen werden, bei dem ein Siliciumstab (Durchmesser ca. 150 mm) nacheinander in Scheiben von ca. 0.8 mm Dicke zersägt wurde. Bei jedem Sägevorgang wurde mittels Wirbelstromsensor der Lauf des Sägeblattes durch das Werkstück überwacht, wobei eine Abweichung vom Sollschnittverlauf um ca. + 10 µm als noch tolerierbar angesehen wurde. Bei Überschreiten dieses Wertes wurde durch Anheben bzw. Absenken der Schärfvorrichtung bei unverändert fortgesetztem Sägevorgang jeweils die der Sollschnittlinie zugewandte Seitenfläche der Schneidkante mit der entsprechenden Arbeitsfläche eines Schärfsteines in Kontakt gebracht. Der Kontakt wurde dabei, ggf. auch durch kontinuierliches Nachführen, jeweils so lange aufrechterhalten, bis der Meßsensor anzeigte, daß das Sägeblatt sich wieder in Richtung auf die Sollschnittlinie zurückzubewegen begann.
  • Auf diese Weise wurden insgesamt ca. 1000 Siliciumscheiben gesägt. Als Kriterium für die geometrische Qualität der nach diesem Verfahren erhaltenen Scheiben wurde der "warp"-Wert (gemäß ASTM-Norm F 657-80) herangezogen, der von 97.5 % der Scheiben eingehalten oder unterschritten wurde. Dieser Wert lag bei ca. 20 µm, während bei Sägevorgängen ohne derartige Schärfeingriffe lediglich "warp"-Werte um etwa 30 µm zu erzielen waren.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Nachschärfen der Schneidkante (2) von Trennwerkzeugen beim Abtrennen von Scheiben von stab- oder blockförmigen Werkstücken, insbesondere aus Halbleitermaterial, gekennzeichnet durch ein lateral zum Sägeblatt (1) bewegliches Schärfsystem, bestehend aus zwei der Schneidkante (2) zugewandten, länglichen Schärfsteinen (3,4), die ausschließlich translatorisch bewegbar sind und stirnseitig zwei einander gegenüberliegende Arbeitsflächen (9) besitzen, wobei beim Schärfen mindestens eine der Arbeitsflächen mit der ihr zugewandten Oberfläche der Schneidkante (2) Kontakt hat.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schärfsteine (3,4) gekoppelt beweglich sind.
  3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schärfsteine (3,4) im wesentlichen parallel angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schärfsystem radial auf die Schneidkante (2) ausgerichtet ist.
  5. Verwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4 beim Innenlochsägen.
  6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu zersägenden Werkstücke Stäbe mit mindestens 10 cm Durchmesser sind.
  7. Verfahren zum Nachschärfen der Schneidkante (2) von Trennwerkzeugen beim Abtrennen von Scheiben von stab- oder blockförmigen Werkstücken, insbesondere aus Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Arbeitsfläche eines Schärfsystems, bestehend aus zwei der Schneidkante (2) zugewandten, länglichen Schärfsteinen (3,4), die ausschließlich translatorisch bewegbar sind und stirnseitig zwei einander gegenüberliegende Arbeitsflächen (9) besitzen, mit der ihr zugewandten Oberfläche der Schneidkante (2) durch eine Hub- oder Senkbewegung in Kontakt gebracht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Schärfoperation die Eingriffstiefe der Schneidkante (2) in den Schärfstein (3,4) zwischen 0.01 und 2 mm beträgt.
  9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schärfoperation jeweils an der einer Sollschnittlinie zugewandten Seitenfläche der Schneidkante (2) durchgeführt wird.
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