DE10064066A1 - Verfahren und Vorrichtung zum gleichzeitigen Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück - Google Patents

Abstract

Verfahren zum gleichzeitigen Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem sprödharten Werkstück, das eine Längsachse und eine Umfangsfläche aufweist, wobei das Werkstück durch eine translatorische, senkrecht zur Längsachse gerichtete Relativbewegung zwischen dem Werkstück und einem Drahtgatter einer Drahtsäge mit Hilfe einer Vorschubeinrichtung durch das von einem Sägedraht gebildete Drahtgatter geführt und dabei während des Abtrennens der Scheiben um die Längsachse gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückrotation in Abhängigkeit zur Drahtbewegung und in Abhängigkeit zur Relativbewegung zwischen dem Werkstück und einem Drahtgatter, jedoch nicht synchron zur Drahtbewegung erfolgt, sowie eine Vorrichtung hierfür.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Abtren­ nen einer Vielzahl von Scheiben von einem sprödhartem Werkstück sowie eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens ge­ eignet ist.

Die Erfindung ist insbesondere bei der Herstellung von Halblei­ terscheiben nützlich. Für solche Anwendungen werden in zuneh­ mendem Maße Drahtsägen verwendet, die eine Vielzahl von Schei­ ben in einem Arbeitsgang von einem Werkstück abtrennen können. In der US-A 5,771,876 ist das Funktionsprinzip einer Drahtsäge beschrieben, die zur Herstellung von Halbleiterscheiben geeig­ net ist. In der DE-A 198 51 070 sind Drahtsägen beschrieben, bei denen die Werkstücke während des Sägevorgangs rotieren. Das ro­ tierende Werkstück wird mit einer Vorschubbewegung durch das Drahtgatter (wire web) der Drahtsäge geführt und beim Durch­ dringen des Drahtgatters in Scheiben geteilt. Es sind Drahtsä­ gen bekannt, die mit einer Sägesuspension (slurry) arbeiten, und andere, bei denen Schneidkorn fest an den Sägedraht gebun­ den ist.

Beim Arbeiten mit Drahtsägen der genannten Art weisen die ge­ sägten Wafer (Scheiben) Oberflächenstrukturen in Form von Rie­ fen und Wellen auf, die je nach Prozessführung unterschiedlich sind und die von der idealen planparallelen Geometrie abwei­ chen. Derartige Oberflächenstrukturen sind insbesondere im Hin­ blick auf die Nanotopologie fertig polierter Scheiben uner­ wünscht, weil sie erhöhten Materialabtrag bei Nachfolgeprozes­ sen erfordern und weil sie Messungen der Scheibendicke beein­ trächtigen und Abweichungen von der angestrebten Scheibenform darstellen. Sie müssen deswegen aufwendig entfernt, beispiels­ weise weggeläppt, werden, wobei zusätzlicher Materialverlust entsteht.

Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Sägeverfahren zur Verfügung.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum gleichzeitigen Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem sprödharten Werkstück, das eine Längsachse und eine Umfangsfläche aufweist, wobei das Werkstück durch eine translatorische, senkrecht zur Längsachse gerichtete Relativbewegung zwischen dem Werkstück und einem Drahtgatter einer Drahtsäge mit Hilfe einer Vorschub­ einrichtung durch das von einem Sägedraht gebildete Drahtgatter geführt und dabei während des Abtrennens der Scheiben um die Längsachse, bevorzugt entweder um 360° oder einem Teilwinkel, gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückrotati­ on in Abhängigkeit zur Drahtbewegung und in Abhängigkeit zur Relativbewegung zwischen dem Werkstück und einem Drahtgatter, jedoch nicht synchron zur Drahtbewegung erfolgt.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Drahtsäge zur Durchführung des Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung, die bestimmte, vorgegebene Relativbewegungen zwi­ schen Vorschub, Werkstück, Draht und Änderungen der Kühltempe­ ratur, der Slurrymengen und der Winkelgeschwindigkeit sowie der Drehrichtung des Stabes in Abhängigkeit der Schneidtiefe ermög­ licht.

Über den Vorteil hinaus, daß beim Abtrennen von Scheiben eine gleichmäßige Oberfläche entsteht und eine geringere Riefenbil­ dung und Welligkeit auftritt und die Scheibenausbeute ansteigt, weil beim Bearbeiten der Seiten mit abrasiv wirkenden Werkzeu­ gen weniger Material geopfert werden muß, sind mit der vorlie­ genden Erfindung weitere Vorteile verbunden. So sind Verbesse­ rungen bei Kenngrößen zu verzeichnen, die wie TTV (total thickness variation), Warp, Riefen, Wellen und Dickenverteilung die Form der erzeugten Scheiben beschreiben.

Durch gezieltes Wählen von frischem Draht und bereits ein- oder mehrmals benutzten Drahtabschnitten in Abhängigkeit von der Schneidtiefe und der Werkstückrotation können Abweichungen von der angestrebten Scheibenform reduziert werden.

Darüberhinaus ist durch Änderung der Slurrymenge in Abhängig­ keit von der Schneidtiefe und der Werkstückrotation eine Ver­ besserung der angestrebten Geometrie möglich.

Eine gezielte Temperierung des Werkstücks in Abhängigkeit von der Schneidtiefe ergibt eine weitere Verbesserung des Warps.

Schließlich kann die vorliegende Erfindung auch noch dazu ver­ wendet werden, um Halbleiterscheiben mit definiertem rotations­ symmetrischem Dickenunterschied zu erhalten. Um z. B. dickere Scheiben in der Mitte zu erreichen, wird zum Beispiel bereits benutzter Draht wiederverwendet.

Darüber hinaus ist durch gezielte Änderung der Rotationsge­ schwindigkeit ein Dickenunterschied erzielbar.

Des weiteren wurde gefunden, daß eine Reduzierung der Werk­ stückrotation mit gleichzeitiger Erhöhung der Drahtgeschwindin­ digkeit zu einer deutlich schnelleren Bearbeitung und besseren Oberfläche des Kerns führt.

Außerdem wurde gefunden, daß durch die Kombination von gebunde­ nem Schneidkorn am Draht unter Einsatz von Slurry ein Selbst­ schärfeffekt des verwendeten Sägedrahts erzielt wird.

Darüber hinaus kann eine Profilierung der Werkstückkanten durch außenliegende Rollen, wie in der DE-A 198 51 070 beschrie­ ben, und unter Zugabe von zusätzlichem Slurry erzielt werden.

Die genannten Vorteile führen insgesamt zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an einer Fig. 1 nä­ her erläutert, wobei nur Merkmale dargestellt sind, die zur Er­ läuterung beitragen.

In der Fig. 1 ist schematisch das Drahtgatter 2 in Seitenan­ sicht am Anfang des Abtrennnens von Scheiben von einem Werk­ stück 1 dargestellt.

Die Fig. 1 zeigt die Situation kurz nach dem Beginn des Ab­ trennens von Scheiben. Das Werkstück 1, beispielsweise ein Ein­ kristall aus Silicium, wird durch eine translatorische Vor­ schubbewegung gegen das Drahtgatter 2 der Drahtsäge geführt.

Der Werkstückrotationsantrieb für Voll- oder Teilrotation 3 (in der Fig. 1 nicht dargestellt), der Antrieb für die Drahtbewegung 4, der Vorschubantrieb 5 für die translatorische Relativbewe­ gung des Werkstücks zum Draht und die Versorgung mit Kühlmittel 6 bzw. Slurry 6 sind mit der Steuerungseinheit 7 verbunden, die alle Bewegungsabläufe, sowie die Kühl- bzw. Slurrymenge und Temperatur koordiniert und dadurch einen hohen Automatisie­ rungsgrad des Sägeverfahrens ermöglicht.

So ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Temperierung und Menge des Kühl- bzw. Schneidmediums in Abhängigkeit von der Schneidtiefe, der Werkstückrotation u. Drahtbewegung automa­ tisch nach einem bestimmten vorgegebenen Profil gesteuert wer­ den.

Des weiteren ist es von Vorteil, wenn die Verweildauer der ein­ zelnen Drahtabschnitte auf den Teilflächen der Wafer durch ein Rechnerprogramm gesteuert wird. Dies bedeudet, daß die Relativ­ geschwindigkeit zwischen Draht- und Werkstückrotation variiert werden kann, um die Form und Oberfläche zu beeinflussen.

Es zeigt sich im Falle einer Teilrotation, daß durch die in der Realität vorhandene Drahtdurchbiegung der Draht nicht tangenti­ al das Werkstück berührt, sondern im Schneidspalt entsprechend einer gekrümmten Kontur, anliegt und dadurch die tatsächliche Eingriffslänge relativ zur rechnerischen Eingriffslänge erhöht. Dadurch entsteht in Teilbereichen ein unterschiedlicher Abtrag, der die Oberfläche und Form des Werkstücks ungünstig beeinflußt.

Zur Vermeidung dieses Phänomens wird einer Drehung in einem Teilwinkel mit der Frequenz f1 eine weitere Oszillation mit ei­ ner höheren Frequenz f2 überlagert. Die Frequenzen f1 und f2 sind voneinander unabhängig einstellbar und Frequenz und Ampli­ tude sind veränderbar.

Ein Beispiel dazu ist in der Fig. 2 dargestellt.

Claims (14)

1. Verfahren zum gleichzeitigen Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem sprödharten Werkstück, das eine Längsachse und eine Umfangsfläche aufweist, wobei das Werkstück durch eine translatorische, senkrecht zur Längsachse gerichtete Relativbe­ wegung zwischen dem Werkstück und einem Drahtgatter einer Drahtsäge mit Hilfe einer Vorschubeinrichtung durch das von ei­ nem Sägedraht gebildete Drahtgatter geführt und dabei während des Abtrennens der Scheiben um die Längsachse gedreht wird, da­ durch gekennzeichnet, dass die Werkstückrotation in Abhängig­ keit zur Drahtbewegung und in Abhängigkeit zur Relativbewegung zwischen dem Werkstück und einem Drahtgatter, jedoch nicht syn­ chron zur Drahtbewegungerfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückrotation in Abhängigkeit zur Drahtbewegung und in Ab­ hängigkeit zur Relativbewegung zwischen dem Werkstück und einem Drahtgatter nach einem bestimmten Profil erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil frischer Draht zu bereits benutztem Draht nach einem bestimmten Programm erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vollrotation die Verweildauer der einzelnen Drahtabschnitte auf den gesägten Teilflächen mit Hilfe eines Rechnerprogramms nach vorgegebenen Parametern erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Teilrotation einem Schwenkwinkel von +α bis -α eine weitere Schwenkbewegung mit einer höheren Frequenz überlagert ist, wobei beide Frequenzen und Amplituden unabhängig voneinan­ der einstellbar und veränderbar sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Kühlung in Abhängigkeit zu der Relativbewegung des Werkstücks zum Drahtgatter erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben unter Einwirken von Schneidkorn abgetrennt werden, wobei das Schneidkorn an den Sägedraht gebunden ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben unter Einwirkung von Schneidkorn, das an den Säge­ draht gebunden ist und unter zusätzlicher Einwirkung von Slurry abgetrennt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6 und 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Scheiben unter Einwirken eines Slurry abgetrennt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Slurrymenge in Abhängigkeit zu der Relativbewegung des Werkstücks zum Drahtgatter erfolgt.

11. Verfahren zum Aufsägen des Kerns, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit zur Schneidtiefe die Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks nach einem bestimmten Profil verändert und die Drahtgeschwindigkeit nach einem bestimmten Profil verändert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 und 6 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kanten der Wafer gleichzeitig während des Rotationsvorgangs profiliert werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß alle Bewegungsabläufe automatisch gesteuert werden.

14. Drahtsäge zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, die gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung, die bestimmte, vorgegebene Relativbewegungen zwischen Vorschub, Werkstück, Draht und Änderungen der Kühltemperatur, der Slurrymengen und der Winkelgeschwindigkeit sowie Drehrichtung des Stabes in Ab­ hängigkeit der Scheidtiefe ermöglicht.