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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kühlung eines zylindrischen Werkstücks aus Halbleitermaterial wie z. B. Silicium, Germanium oder Galliumarsenid, beim Drahtsägen, wobei ein flüssiges Kühlmedium während des Schnittes mittels Düsen auf das Werkstück aus Halbleitermaterial aufgebracht wird.
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Für Elektronik, Mikroelektronik und Mikro-Elektromechanik werden als Ausgangsmaterialien (Substrate) Halbleiterscheiben (Wafer) mit extremen Anforderungen an globale und lokale Ebenheit, einseiten-bezogene lokale Ebenheit (Nanotopologie), Rauhigkeit und Sauberkeit benötigt. Halbleiterscheiben sind Scheiben aus Halbleitermaterialien, insbesondere Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid und überwiegend Elementhalbleiter wie Silicium und gelegentlich Germanium. Gemäß dem Stand der Technik werden Halbleiterscheiben in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt, wobei im ersten Schritt beispielsweise ein Einkristall (Stab) aus Halbleitermaterial mit dem Czochralski-Verfahren gezogen oder ein polykristalliner Block aus Halbleitermaterial gegossen wird, und in einem weiteren Schritt, das entstandene kreiszylindrische oder blockförmige Werkstück aus Halbleitermaterial („Ingot”) mittels Drahtsägen in einzelne Halbleiterscheiben aufgetrennt wird.
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Drahtsägen werden verwendet, um eine Vielzahl von Scheiben („Wafer”) aus einem Werkstück aus Halbleitermaterial abzutrennen. In der
US-5,771,876 ist das Funktionsprinzip einer Drahtsäge beschrieben, die zur Herstellung von Halbleiterscheiben geeignet ist. Zu den wesentlichen Komponenten dieser Drahtsägen gehören ein Maschinenrahmen, eine Vorschubeinrichtung und ein Sägewerkzeug, das aus einem Gatter (Drahtgatter, „wire web”) aus parallelen Drahtabschnitten besteht.
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In der Regel wird das Drahtgatter von einer Vielzahl paralleler Drahtabschnitte gebildet, die zwischen mindestens zwei Drahtführungsrollen aufgespannt werden, wobei die Drahtführungsrollen drehbar gelagert sind und von denen mindestens eine angetrieben ist.
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Die Drahtabschnitte können zu einem einzigen, endlichen Draht gehören, der spiralförmig um das Rollensystem geführt ist und von einer Vorratsrolle auf eine Aufnahmerolle abgespult wird. In der Patentschrift
US 4,655,191 ist hingegen eine Drahtsäge offenbart, bei der eine Vielzahl endlicher Drähte vorgesehen ist und jeder Drahtabschnitt des Drahtgatters einem dieser Drähte zugeordnet ist. Aus der
EP 522 542 A1 ist auch eine Drahtsäge bekannt, bei der eine Vielzahl von endlosen Drahtschlaufen um das Rollensystem laufen.
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Der Sägedraht kann mit einem Schneidbelag belegt sein. Bei Verwendung von Drahtsägen mit Sägedraht ohne fest gebundenes Schneidkorn („Abrasive”) wird Schneidkorn in Form einer Suspension (Schneidsuspension, „Sägeslurry”, „Slurry”) während des Abtrennvorganges zugeführt. Beim Abtrennvorgang durchdringt das Werkstück das Drahtgatter, in dem der Sägedraht in Form parallel nebeneinander liegender Drahtabschnitte angeordnet ist. Die Durchdringung des Drahtgatters wird mit einer Vorschubeinrichtung bewirkt, die das Werkstück gegen das Drahtgatter, das Drahtgatter gegen das Werkstück oder das Werkstück und das Drahtgatter gegeneinander führt.
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Beim Abtrennen von Halbleiterscheiben von einem Werkstück aus Halbleitermaterial ist es üblich, dass das Werkstück mit einer Sägeleiste verbunden ist, in die der Sägedraht am Ende des Verfahrens einschneidet. Die Sägeleiste ist beispielsweise eine Graphitleiste, die auf der Mantelfläche des Werkstücks aufgeklebt oder aufgekittet wird. Das Werkstück mit der Sägeleiste wird dann auf einem Trägerkörper aufgekittet. Die entstandenen Halbleiterscheiben bleiben nach dem Abtrennen wie die Zähne eines Kammes auf der Sägeleiste fixiert und können so aus der Drahtsäge genommen werden. Später wird die verbliebene Sägeleiste von den Halbleiterscheiben abgelöst.
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Die Herstellung von Halbleiterscheiben aus Werkstücken aus Halbleitermaterial, beispielsweise aus kreiszylindrischen Einkristallstäben oder quaderförmigen polykristallinen Blöcken, stellt hohe Anforderungen an das Drahtsägen. Das Sägeverfahren hat in der Regel zum Ziel, dass jede gesägte Halbleiterscheibe Seitenflächen aufweist, die möglichst eben sind und sich parallel gegenüber liegen. Der so genannte ”Warp” der Scheiben ist ein bekanntes Maß für die Abweichung der tatsächlichen Scheibenform von der angestrebten idealen Form. Der Warp darf in der Regel höchstens wenige Mikrometer (μm) betragen. Er entsteht durch eine Relativbewegung der Sägedrahtabschnitte gegenüber dem Werkstück, die im Lauf des Sägeprozesses in axialer Richtung bezogen auf das Werkstück erfolgt. Diese Relativbewegung kann beispielsweise durch beim Sägen auftretende Schnittkräfte, axiale Verschiebungen der Drahtführungsrollen durch Wärmeausdehnung, durch Lagerspiele oder durch die Wärmeausdehnung des Werkstücks verursacht sein.
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Bei der Zerspanung des Werkstücks durch das Schneidkorn wird eine erhebliche Wärmemenge freigesetzt, die im Lauf des Sägeprozesses zur Erwärmung des Werkstücks und damit zu einer thermischen Ausdehnung führt. Dies wiederum führt nicht nur zu einer Erhöhung des Warp, sondern auch zu einer deutlichen Welligkeit („Waviness”) der gesägten Scheiben. Eine besonders starke Temperaturerhöhung erfolgt auf den ersten Millimetern des Schnitts nach dem Einschneiden in das Werkstück. Mit zunehmender Eingriffslänge steigt die Temperatur des Werkstücks weiter an. Im Bereich der maximalen Eingriffslänge erreicht auch die Werkstücktemperatur ihr Maximum und sinkt im Weiteren wieder leicht ab, was neben der abnehmenden Zerspanungswärme auch auf den Kühlrippeneffekt der entstehenden Scheiben zurückzuführen ist. Werkstücktemperaturänderungen von +/–5°C während des Drahtsägens haben einen vernachlässigbaren Einfluss auf den Warp und die Welligkeit, sind aber ohne zusätzlichen Aufwand in der Regel nicht realisierbar.
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Da sich im Drahtsägeprozess zur Herstellung von Halbleiterscheiben das Werkstück erwärmt, muss dieses während des Sägevorgangs kontinuierlich gekühlt werden, um eine thermisch bedingte Dehnung des Werkstückes zu verhindern und somit eine störende Krümmung des Schnittverlaufes zu verhindern. Verschiedene Methoden zur Kühlung des Werkstückes beim Drahtsägen sind beschrieben. In
EP 2 070 653 A1 wird die Kühlrate des Werkstücks dann kontrolliert und ein zusätzliches Kühlmedium (Kühlslurry, Slurry) zugegeben, wenn die Schnitttiefe des Sägedrahtes 2/3 oder mehr des Durchmessers des Werkstücks beträgt. In
EP 1097782 B1 und
DE 10122628 A1 sind Verfahren beschrieben, bei denen ein temperiertes Kühlmedium auf das Werkstück aufgebracht wird.
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Der Nachteil der genannten Verfahren ist, dass das Kühlmedium in den Schneidbereich fließt und sich hier mit der Schneidsuspension vermischt. Folglich ist die Wahl des geeigneten Kühlmediums extrem eingeschränkt und es muss eine ähnliche Zusammensetzung wie die Schneidsuspension aufweisen. Selbst bei Verwendung exakt gleicher Medien für Kühlmedium und Schneidsuspension bleibt die Problematik, dass das Kühlmedium das Schneidverhalten negativ beeinflusst.
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Die negative Beeinflussung kommt dadurch zu Stande, dass die Temperatur des Kühlmediums zur optimalen Kühlung des Kristalls auf einem anderen Niveau liegen muss als die Temperatur der Schneidsuspension. Die Temperatur der Schneidsuspension ist aber entscheidend für dessen Viskosität, die die Transporteigenschaften für das Schneidkorn bestimmt und somit wiederum die Schnittqualität beeinflusst. Die Temperatur der Schneidsuspension wird deshalb üblicherweise genau geregelt und gegebenenfalls während des Schnittes gezielt variiert. Insbesondere bei Verwendung von Glykolen als Trägermittel in der Schneidsuspension besteht eine hohe Temperaturabhängigkeit der Viskosität.
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Ferner beeinflusst das auf das Schneidgatter fließende Kühlmedium auch die Temperatur der Schneidsuspension. Dies führt zu einer ungewollten Veränderung der Drahtgattertemperatur, die in einer Verschlechterung der Schnittqualität resultiert.
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Die
US 2010/163010 A1 beschreibt ein Verfahren bei dem versucht wird, diese Problematik zu verhindern. Hierbei wird das Kühlmedium wechselseitig ab- und zugeschaltet, so dass das Kühlmedium nur auf derjenigen Seite des Werkstückes aufgebracht wird, an der der Sägedraht das Werkstück verlässt. Dadurch soll verhindert werden, dass sich das Kühlmedium unmittelbar mit der in den Schneidspalt eintretenden Sägesuspension vermischt. Allerdings gelangt trotzdem Kühlmedium auf das Drahtgatter und verändert – wenn auch in einem verringerten Ausmaß – die thermischen und mechanischen Abläufe des Schnittes. Bei dieser Methode ist die Verwendung des exakt gleichen Mediums für das Kühlmedium und die Schneidsuspension zwingend, da ansonsten die Schneidsuspension unkontrollierbar verändert werden würde.
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JP 2006 150 505 A lehrt ein Verfahren zum Drahtsägen eines kreiszylindrischen Werkstückes, bei dem das flüssige Kühlmedium auf die das Werkstück haltende Trägerplatte aufgebracht wird. Um zu vermeiden, dass sich das Kühlmedium mit der Sägesuspension vermischt, sind an der Trägerplatte Auffangvorrichtungen für das Kühlmedium angebracht. Bei dieser Methode erfolgt die Kühlung des Werkstückes nur über die vergleichsweise geringe Kontaktfläche zwischen Trägerplatte und Werkstück.
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JP 2005 329506 A2 offenbart ein Verfahren, in dem als Kühlmedium ein Kühlgas zum Sägedraht geblasen wird. Hierdurch kann ebenfalls die Viskosität der Schneidsuspension beeinträchtigt und die Schnittqualität verschlechtert werden. Ferner sind Gase zur Kühlung nur sehr bedingt geeignet, da ihre relativ geringe Wärmekapazität ein Abführen der beim Schneiden üblicherweise entstehenden Wärmemengen nicht ausreichend gewährleistet.
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Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren zu entwickeln, dass beim Drahtsägen eines Werkstückes aus Halbleitermaterial eine optimale Kühlung gewährleistet und gleichzeitig die Eigenschaften der Schneidsuspension (Sägeslurry, Slurry) nicht beeinflusst.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Kühlung eines zylindrischen Werkstücks aus Halbleitermaterial beim Drahtsägen gelöst, wobei das Drahtgatter, bestehend aus parallel angeordneten Drahtabschnitten, beim Sägen durch eine gegeneinander gerichtete Relativbewegung der Drahtabschnitte und des Werkstücks in das Werkstück eindringt und das Werkstück während des Drahtsägens durch ein flüssiges Kühlmedium temperiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Werkstück Abstreifer anliegen und das flüssige Kühlmedium oberhalb der an die Werkstückoberfläche anliegenden Abstreifer auf das Werkstück aufgebracht wird und das flüssige Kühlmedium durch die am Werkstück anliegenden Abstreifer von der Werkstückoberfläche abgeleitet wird. Zusätzlich wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die Kühlung eines Kristalls in der Art ermöglicht, dass die Produkteigenschaften Warp und Nanotopographie der resultierenden Halbleiterscheiben verbessert werden. Des Weiteren kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Kühlmedium verwendet werden, das unabhängig von der Schneidsuspension gewählt werden kann.
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Ein zylindrisches Werkstück ist ein geometrischer Körper mit einer Oberfläche bestehend aus zwei parallelen, ebenen Flächen (Stirnseiten) und einer Mantelfläche, die von parallelen Geraden gebildet wird. Bei einem kreiszylindrischen Körper sind die Stirnseiten rund und die Mantelfläche ist konvex. Bei einem quaderförmigen zylindrischen Werkstück ist die Mantelfläche plan.
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1 zeigt den Aufbau zum Sägen eines kreiszylindrischen Werkstücks aus Halbleitermaterial gemäß Stand der Technik. Die Benennung der in 1 dargestellten Objekte ist identisch mit der Benennung in 2 und wird im erläuternden Text zu 2 benannt.
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2 zeigt den bevorzugten prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel eines kreiszylindrischen Werkstücks aus Halbleitermaterial.
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Anhand der 2 wird im Folgenden eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben: Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt eine herkömmliche Drahtsäge zum Einsatz. Zu den wesentlichen Komponenten dieser Drahtsägen gehören ein Maschinenrahmen, eine Vorschubeinrichtung und ein Sägewerkzeug, das aus einem Gatter aus parallelen Drahtabschnitten besteht. Das Werkstück wird in der Regel auf einer Montageplatte fixiert und mit dieser in der Drahtsäge eingespannt.
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In der Regel wird das Drahtgatter der Drahtsäge von einer Vielzahl paralleler Drahtabschnitte 6 gebildet, die zwischen mindestens zwei (ggf. auch drei, vier oder mehr) Drahtführungsrollen 7 aufgespannt werden, wobei die Drahtführungsrollen drehbar gelagert sind und mindestens eine der Drahtführungsrollen angetrieben ist. Die Drahtabschnitte gehören in der Regel zu einem einzigen, endlichen Draht, der spiralförmig um das Rollensystem geführt ist und von einer Vorratsrolle auf eine Aufnahmerolle abgespult wird.
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Die Drahtabschnitte werden über die Düsen 5 mit einer Schneidsuspension beaufschlagt. Das zu zersägende Werkstück 3, mit einer Mantelfläche 10 und zwei Stirnflächen 3a, ist mittels einer Sägeleiste 1 an einer Haltevorrichtung (nicht dargestellt) derart befestigt, dass die Stirnflächen 3a parallel zu den Drahtabschnitten 6 ausgerichtet sind. Während des Sägevorgangs bewirkt die Vorschubeinrichtung eine gegeneinander gerichtete Relativbewegung der Drahtabschnitte und des Werkstücks. Als Folge dieser Vorschubbewegung arbeitet sich der mit einer Sägesuspension beaufschlagte Draht unter Bildung von parallelen Sägespalten durch das Werkstück.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich sowohl Drahtsägen, bei denen der Sägedraht im Drahtgatter fest gebundene Abrasive, beispielsweise Diamantkorn oder Siliciumcarbid, enthält, als auch Drahtsägen, bei denen der Sägedraht keine Abrasivbelegung aufweist und die Schnittleistung durch eine Abrasive enthaltende Schneidsuspension, die während oder vor dem Sägeprozess auf den Sägedraht aufgebracht wird, gewährleistet wird.
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Als Schneidsuspension eignen sich alle Suspensionen gemäß dem Stand der Technik. Bevorzugt werden Schneidsuspensionen mit Glykol, Öl oder Wasser als Trägermaterial und Siliziumcarbid als Abrasiv verwendet.
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Als Kühlmedium eignen sich alle flüssigen Medien, die eine ausreichende Wärmekapazität zur Abführung der beim Sägeprozess entstehenden Wärme haben. Geeignete Kühlmedien sind beispielsweise Wasser, Glykole oder auch Schneidsuspensionen gemäß dem Stand der Technik.
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Bevorzugt wird als Kühlmedium die Schneidsuspension verwendet, die auch beim Sägeprozess verwendet wird.
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Ebenfalls bevorzugt wird als Kühlmedium ein Medium mit einer hohen Wärmekapazität, beispielsweise Wasser, verwendet.
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Besonders bevorzugt wird als Kühlmedium das Trägermedium für die Schneidsuspension (z. B. Glycol, Öl, oder Wasser) verwendet.
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Die Drahtabschnitte 6 des Drahtgatters dringen bevorzugt beim Sägen unterhalb der Anliegepunkte der Abstreifer 8 in das Werkstück 3 ein. Das Kühlmedium 4 wird durch die Düsen 2 während des Sägevorgangs oberhalb des im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Abstreifsystems auf die Mantelfläche 10 des Werkstücks 3 aufgebracht, an die auch die Abstreifer 8 bevorzugt beidseitig anliegen. Das Abstreifsystem, vorzugsweise bestehend aus zwei Abstreifern 8 und bevorzugt je einer an den Abstreifern 8 anliegenden Auffangwanne 9, wird so mittels einer Befestigungseinrichtung, bestehend aus Halterungen 11, geführt, dass die beiden Abstreifer 8 bis zum Erreichen einer definierten horizontalen Schnittposition des Drahtgatters im zu zersägenden Werkstück 3, während des Sägevorgangs links und rechts (in Bezug auf die Werkstückachse) an der Mantelfläche 10 anliegen. Das über die Mantelfläche 10 fließende Kühlmedium 4 wird durch die an die Mantelfläche 10 anliegenden Abstreifer 8 in die jeweiligen Auffangwannen 9 abgeleitet. Dadurch ist gewährleistet, dass das Kühlmedium 4 während des Sägevorganges abgeführt wird und nicht mit der Schneidsuspension 12 und den sich unterhalb der Abstreifer befindlichen Drahtabschnitten 6 des Drahtgatters in Kontakt kommt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform beginnt die Kühlung des Werkstücks vor oder bei Schnittbeginn, d. h. zu dem Zeitpunkt, zu dem die Sägedrähte 6 des Drahtgatters mit der Oberfläche des Werkstücks 3 in Berührung kommt.
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Bevorzugt wird das Kühlmedium 4 auf die Mantelfläche 10 des zylinderförmigen Werkstücks 3 oberhalb des an die Mantelfläche 10 des Werkstücks 3 anliegenden Abstreifsystems während des Sägevorgangs aufgebracht.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das Kühlmedium 4 auf die Stirnseiten 3a des Werkstücks oberhalb des an die Stirnseiten anliegenden Abstreifsystems während des Sägevorgangs aufgebracht.
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In einer weiteren möglichen Ausführung der Erfindung wird die Sägeleiste 1 unterhalb des Werkstücks 3 angebracht und das Drahtgatter dringt von oben beim Sägen in das Werkstück ein. Das Abstreifsystem, welches sich in dieser Ausführungsform unterhalb des Drahtgatters befindet, leitet in dieser Ausführung die Schneidsuspension von der Oberfläche (entweder Mantelfläche oder Stirnflächen) des Werkstücks ab und verhindert so eine Durchmischung mit dem Kühlmedium 4, das von unten gegen die Oberfläche geleitet wird.
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Die Befestigungseinrichtung für das Abstreifsystem kann aus vorzugsweise beweglichen Halterungen 11 bestehen, die beispielsweise schwenkbar und oder horizontal zum Drahtgatter bewegbar sind.
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Die in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung benutzte Befestigungseinrichtung für das Abstreifsystem besteht aus zwei beweglichen (vorzugsweise schwenkbaren) Halterungen 11, die bevorzugt über eine Feder 13 verbunden sind. Am zum Werkstück ausgerichteten Ende der beiden Halterungen befinden sich je ein Abstreifer 8 und je eine am Abstreifer 8 anliegende Auffangwanne 9. Die Befestigungseinrichtung ist derart mit der Drahtsägevorrichtung fest verbunden, dass der lotrechte Abstand zwischen den Anliegepunkten der Abstreifer 8 an die Mantelfläche 10 oder die Stirnseiten 3a und dem Drahtgatter so lange konstant ist, bis eine definierte, frei wählbare horizontale Schnittposition bzw. Eindringtiefe des Drahtgatters im zu zersägenden Werkstück erreicht ist. Der definierte Punkt kann z. B. beim Einschneiden der Drahtabschnitte 6 des Drahtgatters in die Sägeleiste 1 erreicht sein.
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Beim Einschneiden des Drahtgatters in die Sägeleiste 1 ist die Wärmeentwicklung durch das Schneiden bereits relativ gering, da die Schnittlänge kurz ist und ein Kühlen nicht mehr erforderlich ist. Zusätzlich wirken die durch den bis zu diesem Zeitpunkt durch den Sägevorgang erzeugten Flächen der Scheiben als Kühlrippen.
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Bis zum Erreichen des definierten Punktes liegen die Abstreifer 8 während des Sägevorgangs an der Mantelfläche 10 bzw. den Stirnseiten 3a an. Beim Erreichen dieses definierten Punktes wird das Aufbringen des Kühlmediums 4 auf die Mantelfläche 10 bzw. die Stirnseiten 3a beendet und das Abstreifsystem wird mit den Halterungen 11 von der Mantelfläche 10 bzw. den Stirnseiten 3a entfernt.
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Das beidseitige Entfernen der Abstreifer 8 von der Mantelfläche 10 bzw. den Stirnflächen 3a des Werkstücks 3 erfolgt vorzugsweise mechanisch durch eine geeignete mit der Vorschubsbewegung des Drahtgatters gekoppelte Anschlagsvorrichtung. Die Anschlagsvorrichtung löst bevorzugt ein Abklappen der Abstreifer von der Mantelfläche 10 bzw. den Stirnflächen 3a des Werkstücks 3 aus. Ebenfalls bevorzugt ist das beidseitige Entfernen der Abstreifer von der Mantelfläche 10 bzw. den Stirnflächen 3a des Werkstücks 3 auf einer horizontal zur Ebene des Drahtgatters verlaufende Schiene.
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Besonders bevorzugt erfolgt das Entfernen der Abstreifer 8 von der Mantelfläche 10 bzw. den Stirnflächen 3a des Werkstücks 3 sensorgesteuert mit Hilfe eines Servomotors.
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Die Halterungen 11 des Abstreifsystems sind bevorzugt derart konstruiert (in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt), dass es gewährleistet ist, dass auch bei einem kreiszylindrischen Werkstück 3 mit konvexer Mantelfläche 10 die Abstreifer 8 während des Sägevorganges gemäß dem Stand der Technik, bis zum Erreichen des definierten Punktes beidseitig an der Mantelfläche 10 kontinuierlich anliegen und so das Abfließen des Kühlmediums 4 in die Auffangwannen 9 bis zum Entfernen der Abstreifer gewährleistet ist.
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Bei Beginn des Sägeprozesses ist bei einem kreiszylindrischen Werkstück 3 mit konvexer Mantelfläche 10 der Abstand der beiden Anliegepunkte der Abstreifer 8 im Vergleich zum Durchmesser des Werkstücks 3 geringer, vergrößert sich im Verlauf des Sägevorganges bis auf den Durchmesser des Werkstücks 3, und verringert sich wieder (bezogen auf den Durchmesser des Werkstücks 3). Beim Erreichen des definierten Punktes werden die Abstreifer 8 zusammen mit den Auffangwannen 9 von der Mantelfläche 10 entfernt. Das kontinuierliche Anliegen der Abstreifer 8 an die konvexe Mantelfläche 10 vom Beginn des Sägevorgangs bis zum Erreichen des definierten Punktes wird bevorzugt durch die Zugkraft der Feder 13 und die Konstruktion der Halterungen 11 gewährleistet.
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Bei einem blockförmigen Werkstück, bei dem die Mantelfläche von parallelen Geraden gebildet wird, die senkrecht zu den Stirnflächen sind, gewährleisten die Halterungen 11 zusammen mit der Feder 13 ebenfalls, dass während des Sägeprozesses bis zum Erreichen des definierten Punktes die Abstreifer 8 zusammen mit den Auffangwannen 9 an der mit dem Kühlmedium 4 beaufschlagten Mantelfläche 10 anliegen.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die beweglichen (vorzugsweise schwenkbaren) Halterungen 11 derart mit der Drahtsägeeinrichtung verbunden, dass die Halterungen parallel in Schnittrichtung der Drahtabschnitte 6 des Drahtgatters bewegt werden können, beispielsweise auf einer Schiene, um z. B. unterschiedliche Abstände der Anliegepunkte der Abstreifer an die Mantelfläche 10 während des Sägevorgangs ausgleichen zu können.
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Bevorzugt wird das Anliegen der Abstreifer 8 an die Mantelfläche 10 oder die Stirnseiten 3a des Werkstücks 3 durch die Kraft einer Feder 13 gewährleistet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Anliegen des Abstreifersystems durch Sensoren gesteuert. Die durch die aus der äußeren Form des zu zersägenden Werkstücks vorgegebene Bewegung der Halterungen 11 der Befestigungseinrichtung während des Sägevorgangs erfolgt mechanisch durch Motoren, so dass die Abstreifer 8 an die Mantelfläche 10 bzw. an die Stirnseiten 3a während des Sägevorganges bis zum Erreichen eines definierten Punktes mit einem konstantem Druck anliegen.
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An die Abstreifer 8 liegt bevorzugt je eine Auffangwanne 9 an, wie in 2 dargestellt. Ebenfalls bevorzugt ist eine unterhalb des Abstreifers befindliche Auffangwanne 9, die nicht am Abstreifer 8 anliegt. Das über den Abstreifer abfließende Medium wird in dieser Ausführungsform bevorzugt über eine Rinne oder eine Schräge in die Auffangwanne 9 geleitet.
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Bevorzugt ist die Auffangwanne 9 derart konstruiert, dass kein sich in der Auffangwanne 9 befindliches flüssiges Medium unkontrolliert austreten kann. Dies kann bevorzugt durch eine in die Auffangwanne 9 integrierte Ablaufvorrichtung (nicht in 2 dargestellt) erreicht werden.
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Das bevorzugt über die Abstreifer 8 abfließende Kühlmedium 4 wird in den Auffangwannen 9 aufgefangen. Das Kühlmedium 4 kann bedarfsweise separiert und über einen geregelten Kühlkreislauf (nicht dargestellt) geführt werden. Hierbei wird die gewünschte Temperatur des Kühlmediums 4 wieder hergestellt und das Kühlmedium 4 wird über die Düsen 2 wieder auf die Mantelfläche 10 des Werkstücks 3 aufgebracht. Alternativ kann das Kühlmedium 4 auch von den Auffangwannen 9 in einen Vorratsbehälter abgeführt werden.
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Für den Sägevorgang (Trennen) wird eine Schneidsuspension 12 durch die Düsen 5 auf die Drahtabschnitte 6 des Drahtgatters aufgebracht. Das Drahtgatter wird gemäß dem Stand der Technik über die Rollen 7 senkrecht (vertikal) zur Achse des Werkstücks 3 geführt.
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Besonders bevorzugt wird eine Schneidsuspension verwendet, die Glykol als Trägermaterial und Siliciumcarbid als Abrasiv enthält.
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Bevorzugt ist die Länge des Abstreifers 8 gleich oder größer als die Länge der Mantelfläche 10 des zu zersägenden Werkstücks. Das Abstreifersystem wird bevorzugt so platziert, dass der Abstreifer 8 an der gesamten axialen Länge des zu zersägenden Werkstückes anliegt.
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Bevorzugt ist die Länge des Abstreifers 8 bei Anliegen an die Stirnseiten 3a des Werkstücks gleich oder größer als die horizontale Breite der Stirnfläche des zu zersägenden Werkstücks. Das Abstreifersystem wird bevorzugt so platziert, dass der Abstreifer 8 an der gesamten horizontalen Breite der Stirnfläche des zu zersägenden Werkstücks anliegt.
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Der Abstreifer 8 wird bevorzugt aus einem weichen Material, wie z. B. einem weichen Kunststoff oder Gummi, gefertigt, das keine Beschädigung auf der Mantelfläche 10 bzw. den Stirnseiten 3a verursacht und eine gute Abdichtung gewährleistet.
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Bevorzugt wird ein Kunststoff oder ein Gummi mit einer Shore-Härte A zwischen 60 und 80 eingesetzt.
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In der ebenfalls bevorzugten Ausführungsform, in der die Abstreifer 8 mit einem konstanten Druck an das Werkstück 3 anliegen, wird bevorzugt ein Kunststoff oder ein Gummi mit einer Shore-Härte A kleiner 60 eingesetzt.
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Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gesägten Halbleiterscheiben weisen nach dem Sägen eine deutlich ebenere Oberfläche in Bezug auf die Nanotopologie auf als Halbleiterscheiben, die nach dem Stand der Technik gesägt wurden.
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3 zeigt als Beispiel die Nanotopologieparameter „Waviness” (W) und „Local Warp” (L) bei einer Halbleiterscheibe mit 300 mm Durchmesser, die nach dem Stand der Technik durch Drahtsägen aus einem Kristall aus Halbleitermaterial hergestellt worden ist.
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4 zeigt als Beispiel die Nanotopologieparameter „Waviness” (W) und „Local Warp” (L) bei einer Halbleiterscheibe mit 300 mm Durchmesser, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Drahtsägen aus einem Kristall aus Halbleitermaterial hergestellt worden ist.
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Die Änderungen der „Waviness” (W) und des „Local Warp” (L) in 3 und 4 sind zur besseren Darstellung normiert (ohne Einheiten) wiedergegeben, wobei für beide Abbildungen die gleiche Normierung verwendet wurde.
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Dargestellt ist in den 3 und 4 der „Local Warp” (L) als Maß für die Krümmung der Scheibe in Sägevorschubrichtung, sowie die „Waviness” (W) welche aus dem „Local Warp” (L) abgeleitet wird, indem ein gleitendes Fenster von 10 mm Fensterlänge über die Local-Warp-Kurve gelegt wird und die jeweils maximalen Abweichungen innerhalb dieses Fensters geplottet werden.
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Der in 3 dargestellte „Local Warp” (L) ist charakteristisch für eine Scheibe, bei der der Kristall 3 während des Schnittes durch Zuführen eines Kühlmediums 4 auf die Kristallmantelfläche 10 temperiert wird, wobei das Kühlmedium 4 mit einem Temperaturprofil beaufschlagt wurde, so dass der Kristall 3 während des Schnittes eine weitgehend konstante Temperatur aufweist. Das Kühlmedium 4 fließt hierbei über den Kristall 3 ungehindert auf die Drahtabschnitte 6 des Drahtgatters, vermischt sich hier mit der Schneidsuspension 12 und beeinflusst die mechanischen und thermischen Eigenschaften der Drahtabschnitte 6 des Drahtgatters.
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Die Geometriemessung in 3 zeigt einen dadurch verursachten deutlich negativen Effekt auf der gesägten Scheibe aus Halbleitermaterial („Wafer”). Dieser Störeffekt wird insbesondere ab Scheibenmitte am größten (starker Abfall des „Local Warp” (L) ab ca. Position +35 mm), da hier der Winkel zwischen Kristallseitenfläche 10 und Drahtgatter kleiner 90 Grad wird und es zu einem störenden Staueffekt der Schneidsuspension 12 kommt, der durch das Kühlmedium 4 noch verstärkt wird.
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4 zeigt zum Vergleich eine Scheibe aus Halbleitermaterial, die unter gleichen Bedingungen aber unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gesägt worden ist. Durch das seitliche Abführen des Kühlmediums 4 entsteht kein negativer Einfluss auf das Schneidverhalten des Drahtgatters und ein weitgehend gerader Schnittverlauf wird gewährleistet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Reduzierung des „Local Warp” (L) um über 65% erreicht werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für alle drahtzusägenden Werkstücke unabhängig vom Durchmesser.
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Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren für Kristalle mit einem Durchmesser größer 200 mm angewendet.
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Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren für Kristalle mit einem Durchmesser größer oder gleich 300 mm angewendet.
