DE10220640A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück mittels einer Drahtsäge, die einen zwischen zwei Drahtführungsrollen in Rillen laufenden Sägedraht als Trennwerkzeug umfasst, bei dem die Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen der Drahtführungsrollen kontrolliert und gegebenenfalls hergestellt wird. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Drahtsäge, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist und eine Kontrolleinrichtung zur Kontrolle der Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen und eine Korrektureinrichtung zum Bewerkstelligen der Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen aufweist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück mittels einer Drahtsäge. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Drahtsäge, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist. Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Abtrennen von Halbleiterscheiben von einem Einkristall.

Drahtsägen sind geeignet, um in einem Arbeitsgang eine Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück abtrennen zu können. Zu diesem Zweck ist ein Sägedraht um mindestens zwei Drahtführungsrollen mehrfach gewickelt und bildet ein Drahtgatter von parallel angeordneten Drahtabschnitten, durch das das Werkstück in einer Relativbewegung hindurchgeführt wird. Die dabei notwendige materialabtragende Wirkung entfaltet ein Abrasivstoff, der in Form einer Suspension durch vom um die Drahtführungsrollen laufenden Sägedraht transportiert wird oder an den Sägedraht fest gebunden ist. Die Drahtabschnitte liegen auf den Drahtführungsrollen in Rillen, die den Sägedraht führen. Der Sägedraht wird im zeitlichen Mittel in eine Richtung bewegt, wobei die Bewegungsrichtung des Sägedrahts nicht gleich bleiben muss, sondern auch in Abständen gewechselt werden kann (Oszillierverfahren).

Die Herstellung von Halbleiterscheiben stellt besonders hohe Anforderungen an die Präzision des Abtrennvorgangs, weshalb der Orientierung des Werkstücks relativ zum Drahtgatter eine besondere Beachtung geschenkt wird. So wird in der US-5,913,305 vorgeschlagen, eine gewünschte Ausrichtung des Werkstücks relativ zum Drahtgatter sicherzustellen, indem die Lage des Sägedrahts in Bezug auf die Anordnung des Werkstücks durch ein optisches System erfasst und gegebenenfalls durch Drehen des Drahtgatters korrigiert wird.

Die vorliegende Erfindung beseitigt Probleme, die in Form einer Beschädigung der Seitenflächen der Scheiben und einer Verschleißanfälligkeit des Belages der Drahtführungsrollen in Erscheinung treten.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück mittels einer Drahtsäge, die einen zwischen zwei Drahtführungsrollen in Rillen laufenden Sägedraht als Trennwerkzeug umfasst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen der Drahtführungs­ rollen kontrolliert und gegebenenfalls hergestellt wird.

Gegenstand der Erfindung ist des weiteren eine Drahtsäge zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück mit Sägedraht, der zwischen zwei Drahtführungsrollen in Rillen der Drahtführungsrollen läuft, die gekennzeichnet ist durch eine Kontrolleinrichtung zur Kontrolle der Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen und eine Korrektureinrichtung zum Bewerkstelligen der Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen.

Die Beschädigung der Seitenflächen der Scheiben besteht in einer Riefenbildung und tritt vornehmlich auf, wenn das Oszillierverfahren angewendet wird. Bei nicht zu den Rillen fluchtendem Sägedraht werden die Rillen übermäßig beansprucht, besonders bei der Anwendung des Oszillierverfahrens, weil sich die Lage des Sägedrahts in der Rille und damit der Ort, der einem besonderen Verschleiß ausgesetzt ist, bei jedem Richtungswechsel des Sägedrahts ändert. Beides lässt sich vermeiden, wenn auf eine Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen der Drahtführungsrollen geachtet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der beiden, das Drahtgatter aufspannenden Drahtführungsrollen. In Fig. 2 ist die Situation eines nicht zur Rille der Drahtführungsrolle fluchtenden Drahtabschnittes vergrößert dargestellt. Fig. 3 zeigt die mikroskopisch vergrößerte Aufnahme eines Schnittes einer Halbleiterscheibe. Die Fig. 4 und 5 zeigen jeweils Querschnitte durch Rillen, die unterschiedliche Flankensteigungen aufweisen. In Fig. 6 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Drahtsäge dargestellt. In Fig. 7 ist eine bevorzugt ausgebildete Drahtführungsrolle dargestellt.

Die Darstellung gemäß Fig. 1, in der aus Gründen der Vereinfachung jeweils nur der erste Drahtabschnitt des Drahtgatters und die erste Rille gezeichnet sind, zeigt einen Fluchtungsfehler α an, weil die beiden Rillen und der Drahtabschnitt nicht auf einer geraden Linie liegen. In dieser Situation drückt der Sägedraht gegen eine Flanke der Rillen, wodurch die Rillen einseitig belastet werden und vorzeitig verschleißen. Diese Situation ist in Fig. 2 hervorgehoben.

Beim Abtrennen von Halbleiterscheiben von einem Werkstück mit sich wiederholendem Richtungswechsel des Sägedrahts hinterlassen die Drahtabschnitte auf den Seitenflächen der Halbleiterscheiben Riefen, also langgezogene Furchen, die vermutlich dadurch entstehen, dass der Sägedraht an der Flanke der Rillen emporwandert und dabei die vorgesehenen Schneidebenen verlässt. Fig. 2 zeigt eine mikroskopische Aufnahme eines Schnittes durch eine Halbleiterscheibe aus Silicium, die Riefen sichtbar macht.

Eine mangelnde Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen der Drahtführungsrollen ist auch ungünstig, weil der Sägedraht beim Berühren der Rillenflanken Vibrationen verursacht. Außerdem werden Torsionsmomente auf den Sägedraht übertragen, die zum Verdrillen des Sägedrahts führen können. In der Summe üben die Drahtabschnitte ungünstige Kräfte aus, die seitlich auf die Drahtführungsrollen drücken.

Um die genannten Nachteile zu vermeiden, wird vorzugsweise zumindest nach einem Wechsel der Drahtführungsrollen, besonders bevorzugt vor jedem Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück kontrolliert, ob die Fluchtung des Sägedrahtes zu den Rillen der Drahtführungsrollen gewährleistet ist. Wird dabei ein Fluchtungsfehler festgestellt, wird dieser mit Hilfe einer Korrektureinrichtung beseitigt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Werkstücktisch in Bezug auf die Achsen der Drahtführungsrollen definiert montiert, vorzugsweise so, dass die Längsachse des auf dem Tisch befestigten Werkstücks parallel zu den Drehachsen der Drahtführungsrollen ausgerichtet ist. Gleichzeitig sind die Rillen der Drahtführungsrollen orthogonal zu den Achsen der Drahtführungsrollen ausgerichtet. In diesem Fall kann auf die in der US-5,913,305 beschriebene Justierung des Werkstücks relativ zum Drahtgatter verzichtet werden, da das Drahtgatter bei Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen der Drahtführungs­ rollen zwangsläufig auch in Bezug auf das Werkstück korrekt positioniert ist. Solche Justierungen sind dann nur noch nach Demontagen des Tisches oder bei absichtlich gewünschten Abweichungen von der voreingestellten Tisch-Orientierung notwendig.

Die Lage der Drahtabschnitte in Bezug auf die Rillen der Drahtführungsrollen wird mit einer Kontrolleinrichtung kontrolliert, zu der ein Meßsystem gehört, das optisch, mechanisch oder elektrisch arbeitet. Bevorzugt ist ein optisches Meßsystem, das beispielsweise zwei CCD-Kameras umfasst, mit deren Hilfe Fluchtungsfehler erkannt werden können. Das Meßsystem steht mit einem Korrektursystem in Verbindung, mit dem Fluchtungsfehler durch Drehen der Drahtabschnitte beseitigt werden. Dies geschieht vorzugsweise durch axiales Verschieben einer der beiden, das Drahtgatter aufspannenden Drahtführungsrollen. Ein solches axiales Verschieben ist in Fig. 1 mit einem nach unten zeigenden Pfeil angedeutet.

Die Erfindung stellt somit sicher, dass die Drahtabschnitte in den Rillen axial exakt geführt werden und in den vorgesehenen Schneidebenen bleiben. Dies wird vorzugsweise noch verstärkt, indem die Rillen derartig ausgebildet werden, dass sie seitlich durch steile Flanken begrenzt sind. In den Fig. 4 und 5 sind Rillen mit unterschiedlicher Flankensteigung dargestellt. Erfindungsgemäß sind Flankensteigungen gemäß Fig. 5 besonders bevorzugt, bei denen der Winkel β zwischen einer Flanke und der Vertikalen auf Höhe des Drahtdurchmessers in einem Bereich liegt, der 30° nicht überschreitet. Besonders bevorzugt ist ein Winkel im Bereich von 0 bis 10°. Rillen mit derartige steilen Flanken können andererseits wegen der Gefahr einer übermäßigen Beanspruchung durch den Sägedraht überhaupt erst sinnvoll eingesetzt werden, wenn die Fluchtung der Drahtabschnitte zu den Rillen gemäß der vorliegenden Erfindung sichergestellt ist.

In Fig. 6 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Drahtsäge skizziert, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist. Es sind nur solche Merkmale dargestellt, die zum Verständnis der Erfindung beitragen. Ein zu einer Kontrolleinrichtung 1 ge­ hörendes, beispielsweise optisch arbeitendes Meßsystem 2, das über den Drahtführungsrollen 3 angeordnet ist und bevorzugt zwei CCD Kameras umfasst, prüft, ob sich ein beobachteter Drahtabschnitt 4 und die Rillen 5 der Drahtführungsrollen, in denen er liegt, in einer Fluchtlinie befinden. Ist dies nicht der Fall, wird eine als Korrektureinrichtung eingesetzte Vorrichtung aktiviert, die eine der Drahtführungsrollen, die das Drahtgatter aufspannen, solange axial verschiebt, bis das Meßsystem 2 die Fluchtung des Drahtabschnitts zu den zugehörigen Rillen der Drahtführungsrollen feststellt. Da die übrigen Drahtabschnitte des Drahtgatters und die zugehörigen Rillen parallel zum beobachteten Drahtabschnitt beziehungsweise zu den beobachteten Rillen liegen, fluchten dann sämtliche Drahtabschnitte zu den zugehörigen Rillen. Die Kontrolle der Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen mit Hilfe des Meßsystems kann auch in Abwesenheit des Sägedrahts durch die alleinige Beobachtung der Rillen erfolgen. Die Korrektureinrichtung umfasst eine Stelleinrichtung 7, die beispielsweise an einer Lagerbüchse 8 angreift und die Drahtführungsrolle 3 verschiebt. Zu diesem Zweck ist zuvor die Klemmung der Lagerbüchsen zu lösen, beispielsweise indem eine hydraulische Einrichtung 6 zum Lösen und Klemmen der Lagerbüchsen entsprechend angesteuert wird. Alternativ dazu können die Lagerbüchsen auch ortsfest ausgeführt sein, und es wird nur die Drahtführungsrolle durch die Stelleinrichtung relativ zu den Lagerbüchsen verschoben. Nach einem Verschieben der Drahtführungsrolle werden die Lagerbüchsen erneut geklemmt, beispielsweise über am Umfang angeordnete Hydrauliktaschen 9, die von der hydraulischen Einrichtung 6 mit Druck beaufschlagt werden. Die zur Korrektur eines Fluchtungsfehlers erforderliche Verschiebungslänge kann mit einer nicht dargestellten Messvorrichtung ermittelt werden. Ist diese Messvorrichtung in das Kontrollsystem 1 eingebunden, kann auch ein bestimmter Abstand automatisch voreingestellt werden.

Gemäß einer besonderen und gleichermaßen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Beseitigung eines Fluchtungsfehlers nur der äußere Belag der Drahtführungsrolle axial verschoben. Zu diesem Zweck ist die Drahtführungsrolle gemäß der Darstellung in Fig. 7 ausgebildet. Sie umfasst einen Rollenkern 11 mit einer äußeren Hülse 10, wobei die Hülse mit Rillen versehen ist und axial auf dem Rollenkern verschoben werden kann, beispielsweise indem Ringmuttern 12 entsprechend verschraubt werden. Die Hülse ist axial soweit zu verschieben, bis der Sägedraht zu den Rillen fluchtet.

Bei der Verwendung von Drahtsägen mit mehr als zwei Drahtführungsrollen, kann zusätzlich auch eine erfindungsgemäße Überprüfung und Herstellung der Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen in Bezug auf Rillen solcher Drahtführungsrollen erfolgen, die nicht das zum Abtrennen von Scheiben verwendete Drahtgatter aufspannen.

Claims (12)

1. Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück mittels einer Drahtsäge, die einen zwischen zwei Drahtführungsrollen in Rillen laufenden Sägedraht als Trennwerkzeug umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen der Drahtführungsrollen kontrolliert und gegebenenfalls hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen der Drahtführungsrollen durch ein axiales Verschieben von einer der Drahtführungsrollen hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen der Drahtführungsrollen durch ein axiales Verschieben von einer äußeren Hülse der Drahtführungsrollen hergestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen der Drahtführungsrollen nach einem Wechsel der Drahtführungsrollen kontrolliert und gegebenenfalls hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkstücktisch relativ zu Achsen der Drahtführungsrollen orientiert wird.

6. Drahtsäge zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück mit Sägedraht, der zwischen zwei Drahtführungsrollen in Rillen der Drahtführungsrollen läuft, gekennzeichnet durch eine Kontrolleinrichtung zur Kontrolle der Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen und eine Korrektureinrichtung zum Bewerkstelligen der Fluchtung des Sägedrahts zu den Rillen.

7. Drahtsäge nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein optisches Meßsystem zur Erfassung der Lage des Sägedrahts als Kontrolleinrichtung.

8. Drahtsäge nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein mechanisches Meßsystem zur Erfassung der Lage des Sägedrahts als Kontrolleinrichtung.

9. Drahtsäge nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein elektrisches Meßsystem zur Erfassung der Lage des Sägedrahts als Kontrolleinrichtung.

10. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch Mittel zum axialen Verschieben von einer der Drahtführungsrollen als Korrektureinrichtung.

11. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet eine Drahtführungsrolle, die einen Rollenkern und eine äußere Hülse umfasst, wobei die Hülse axial verschiebbar ausgebildet ist.

12. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 6 bis 11, gekennzeichnet durch Rillen mit Flanken, die mit der Vertikalen einen Winkel von höchstens 30° bilden.